CN102082594B - 波束形成方法、装置和发射系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种波束形成方法、装置和发射系统。其中的波束形成方法包括：在发射端，获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵，根据所述各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量，根据所述空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正，根据所述修正的空间特征向量计算波束形成加权矢量。上述技术方案通过对时频块的空间特征向量进行修正，可以减小不同时频块的空间特征向量之间在相位上存在的跳变信息，进而在一定程度上消除了不同时频块的波束形成加权矢量之间在相位上的跳变，从而提高了系统的性能。

Description

波束形成方法、装置和发射系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及波束形成技术。

背景技术

在无线通信系统中，波束形成技术可以利用多个天线发出的数据之间的相干叠加形成能量在空域上的重新分配，从而尽量将能量主瓣对准用户方向。波束形成技术既能够使发射功率得到有效利用，又能够尽量减小小区间的干扰。

在目前的一些波束形成方法中，如Zero-forcing(迫零，ZF)波束形成方法、Minimum Variance Distortionless Response(最小方差无失真，MVDR)波束形成方法、Minimum Mean Square Error(最小均方误差，MMSE)、以及EigenBeamforming(特征波束形成，EBF)方法等等，都需要利用原始信道信息来实现波束形成。

在利用原始信道信息的波束形成方法中，可以使用空间特征向量代替原始信道信息来实现波束形成。利用空间特征向量实现波束形成的过程包括：

首先，将发射信号划分为多个时频块，计算每个时频块对应的信道自相关矩阵。然后，根据各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量，之后，利用空间特征向量代替原始信道信息计算波束形成加权矢量。

在实现本发明的过程中，发明人发现：相邻两个时频块的空间特征向量的相位之间存在跳变信息，在利用含有跳变信息的空间特征向量进行波束形成加权矢量计算时，会使相邻两个时频块的加权矢量在相位上发生跳变，从而影响了系统的性能。

发明内容

本发明实施方式提供一种波束形成方法、装置和发射系统，可在一定程度上避免相邻时频块的波束形成加权矢量在相位上的跳变，提高了系统的性能。

本发明实施方式提供的一种波束形成方法，包括：

发射端获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵；

根据所述各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量；

根据所述空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正；

根据所述修正的空间特征向量计算波束形成加权矢量。

本发明实施方式提供的一种波束形成装置，设置于发射端，包括：

第一获取模块，用于获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵；

第二获取模块，用于根据所述各信道自相关矩阵分别获取所述各时频块的空间特征向量；

修正模块，用于根据空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正；

加权模块，用于根据所述修正的空间特征向量计算波束形成加权矢量。

本发明实施方式提供的一种发射系统，包括：

波束形成装置，用于获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵，根据所述各信道自相关矩阵分别获取所述各时频块的空间特征向量，根据空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正，根据所述修正的空间特征向量计算波束形成加权矢量；

所述发射装置，用于根据所述波束形成加权矢量进行信号发射。

通过上述技术方案的描述可知，通过对时频块的空间特征向量进行修正，可以减小不同时频块的空间特征向量之间在相位上存在的跳变信息，从而在一定程度上避免了不同时频块的波束形成加权矢量之间在相位上的跳变，提高了系统的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种波束形成方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种波束形成装置示意图；

图2A是本发明实施例提供的一种波束形成装置中修正模块示意图；

图3是本发明实施例提供的发射系统示意图；

图4(a)是下行波束域的等效信道h的相位示意图一；

图4(b)是下行波束域的等效信道h的相位示意图二；

图5是帧的星座图一；

图6是帧的星座图二；

图7是本发明实施例提供的方法与现有技术中方法的系统性能对比的仿真示意图一；

图8是本发明实施例提供的方法与现有技术中方法的系统性能对比的仿真示意图二；

图9是本发明实施例提供的方法与现有技术中方法的系统性能对比的仿真示意图三；

图10是本发明实施例提供的方法与现有技术方法的系统性能对比的仿真示意图四；

图11是本发明实施例提供的方法与现有技术中方法的系统性能对比的仿真示意图五。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例提供一种波束形成方法，该方法包括：

S100、在发射端，获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵。

其中，发射端获取的信道自相关矩阵也可以称为空间相关矩阵。本实施例中时频块的大小可以根据实际应用来确定。本实施例可以采用多种方法来获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵，一个具体的例子为：发射端根据公式(1)获取每个时频块各自对应的信道自相关矩阵：

$R=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_k^H{h}_k$ 公式(1)

在公式(1)中，N为时频块内利用导频估计获得的信道向量数量，h_k为时频块内利用导频估计出来的第k个信道向量，h_k ^H为h_k的共轭转置，N和k均为大于0的整数。

由于一个时频块内的导频数量可能会是多个，而发射端利用时频块中的一个导频可以估计获得一个信道向量，因此，通过公式(1)获得的时频块对应的信道自相关矩阵其实是对时频块的空间上的信道向量进行累加求平均。

当然，发射端也可以将时频块中利用一个导频估计获得的信道向量作为该时频块对应的信道自相关矩阵，本实施例不限制发射端获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵的具体实现方式。

S110、发射端根据各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量。

在S110中，发射端可以根据各信道自相关矩阵采用多种方法来获取各时频块的空间特征向量，一个具体的例子为：发射端对各信道自相关矩阵分别进行特征值分解，发射端根据最大特征值对应的特征向量作为空间特征向量原则确定各时频块的空间特征向量。即，一个时频块的信道自相关矩阵进行特征值分解后发射端可以获得多个特征值，其中最大特征值对应的特征向量即为该时频块的空间特征向量。

发射端对信道自相关矩阵进行特征值分解的一个具体的例子为：利用R＝V∑V^H对信道自相关矩阵R进行特征值分解，其中，V为分解后的特征向量，∑表示由特征值构成的对角矩阵，V^H为V的共轭转置。发射端在利用R＝V∑V^H进行分解后，发射端可以将特征值最大的V对应的特征向量确定为时频块的空间特征向量，即，发射端将最大特征值的V对应的特征向量确定为该时频块内的空间特征矢量s的估计值。

本实施例不限制发射端根据各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量的具体实现方式。

S120、发射端根据空间特征向量之间的相位差函数对空间特征向量进行修正。S120中的空间特征向量之间的相位差函数为用于消除空间特征向量之间的相位上的跳变信息的函数，即，S110中发射端获得的不同时频块的空间特征向量之间在相位上可能会存在跳变信息，发射端利用空间特征向量之间的相位差函数对空间特征向量进行修正后，可以减小甚至消除不同时频块的空间特征向量之间在相位上可能存在的跳变信息。

S120中的空间特征向量之间的相位差函数可以为：相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数，也可以为不相邻的两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数。

发射端使用的相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数的一个具体的例子为：

其中，s_i ^H为第i个时频块空间特征向量的共轭转置，s_i-1为第i-1个时频块的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块总数N的数量，‖‖表示求模运算。

不相邻的两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数的一个具体的例子为：位于第0个时频块之后的各时频块的空间特征向量分别与第0个时频块的空间特征向量之间的相位差函数。

在发射端利用的空间特征向量之间的相位差函数为相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数的情况下，发射端可以利用该相位差函数对相邻两个时频块的空间特征向量中的一个空间特征向量进行修正；发射端对相邻两个时频块的空间特征向量中的一个空间特征相邻进行修正的一个具体的例子为：设定时频块包括时频块0至时频块n，共n+1个时频块，其中的n为大于0的整数，例如，n为4，则发射端根据时频块0和时频块1的空间特征向量之间的相位差函数对时频块1的空间特征向量进行修正，发射端根据时频块1和时频块2的空间特征向量之间的相位差函数对时频块2的空间特征向量进行修正，发射端根据时频块2和时频块3的空间特征向量之间的相位差函数对时频块3的空间特征向量进行修正，发射端根据时频块3和时频块4的空间特征向量之间的相位差函数对时频块4的空间特征向量进行修正，从而使时频块1至时频块4中的各时频块的空间特征向量均进行了修正。如果n为9的话，按照n为4时描述的修正过程依此类推，直到根据时频块8和时频块9的空间特征向量之间的相位差函数对时频块9的空间特征向量进行修正，从而使时频块1到时频块9中的各时频块的空间特征向量均进行了修正。

在S120中，可以根据公式(2)对空间特征向量进行修正：

${\tilde{s}}_i=k*s_i$ 公式(2)

在公式(2)中，

为第i个时频块的修正后的空间特征向量，k为空间特征向量之间的相位差函数，例如 $k=\frac{s_i^H{s}_{i-1}}{\left|\right|s_i^H{s}_{i-1}\left|\right|},$ s_i ^H为第i个时频块的未修正的空间特征向量的共轭转置，s_i-1为第i-1个时频块的未修正的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块数量的整数，‖‖表示求模运算。

在利用公式(2)对空间特征向量进行修正的情况下，由于对空间特征向量s_i的修正只是在空间特征向量s_i上乘以一个模为1的复常数，因此，修正后的结果仍然是空间特征向量，可以减小甚至去除相位上的跳变因子。

S130、发射端根据修正的空间特征向量计算波束形成加权矢量。即发射端利用修正后的空间特征向量代替波束形成方法的计算波束形成加权矢量过程中的原始信道信息，从而获得波束形成加权矢量。原始信道信息可以为：基站到目标用户的信道向量h。

在S130中发射端可以采用多种方法计算波束形成加权矢量，一个具体的例子为：发射端利用修正的空间特征向量代替下述公式(3)中的原始信道信息H来获得波束形成加权矩阵W_ZF：

W_ZF＝(H^HH)^-1H^H            公式(3)

公式(3)中，H^H为H的共轭转置。从上述公式(3)的描述可知，本实施例可以应用于迫零波束形成技术中。

另一个具体的例子为：发射端利用修正的空间特征向量代替下述公式(4)中的原始信道信息a(θ)来获得波束形成加权矩阵w_MVDR：

$w_{\mathrm{MVDR}}=\frac{R^{-1}a\left(\mathrm{\θ}\right)}{a^H\left(\mathrm{\θ}\right)R^{-1}{a}^H\left(\mathrm{\θ}\right)}$ 公式(4)

公式(4)中，R为阵列上发送端接收到的信号的自相关矩阵，a(θ)为原始信道信息，也可以称为期望信号方向θ上的阵列导向矢量，a^H(θ)为a(θ)的共轭转置，R^-1为R的逆。从上述公式(4)的描述可知，本实施例可以应用于最小方差无失真波束形成技术中。

本实施例还可以应用于EBF技术中，需要说明的是，本实施例可以应用于多种需要使用原始信道信息的波束形成技术中，在此不再一一例举说明。

由于在计算波束形成加权矢量过程中，发射端利用修正的空间特征向量替代了原始信道信息，因此，本实施例中修正的空间特征向量也可以称为等效信道向量。

本发明实施例中，发送端对将发送的信号进行波束形成处理，将处理后的信号发送给接收端。

从上述实施例的描述可知，本实施例通过对时频块的空间特征向量进行修正，可以减小甚至消除不同时频块的空间特征向量之间在相位上存在的跳变信息，尤其是减小甚至消除相邻时频块的空间特征向量之间在相位上存在的跳变信息，从而在一定程度上避免了不同时频块的波束形成加权矢量之间在相位上的跳变，尤其是在一定程度上避免了相邻时频块的波束形成加权矢量之间在相位上的跳变，最终提高了系统的性能。

如图2所示，本发明实施例提供一种波束形成装置。

图2中的波束形成装置包括：第一获取模块200、第二获取模块210、修正模块220和加权模块230。

第一获取模块200，用于获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵。

第一获取模块200获取到的信道自相关矩阵也可以称为空间相关矩阵。第一获取模块200可以采用多种方法来获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵，一个具体的例子为：第一获取模块200根据 $R=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_k^H{h}_k$ 获取每个时频块各自对应的信道自相关矩阵，其中，N为时频块内利用导频估计获得的信道向量数量，h_k为时频块内利用导频估计出来的第k个信道向量，h_k ^H为h_k的共轭转置。

由于一个时频块内的导频数量可能会是多个，第一获取模块200利用时频块中的一个导频可以估计获得一个信道向量，第一获取模块200通过公式 $R=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_k^H{h}_k$ 获得的其实是对时频块的空间上的信道系数进行累加的平均值。

当然，第一获取模块200也可以将时频块中利用一个导频估计获得的信道向量作为该时频块对应的信道自相关矩阵，本实施例不限制第一获取模块200获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵的具体实现方式。

第二获取模块210，用于根据第一获取模块200获取的各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量。

第二获取模块210可以根据各信道自相关矩阵采用多种方法来获取各时频块的空间特征向量，一个具体的例子为：第二获取模块210对各信道自相关矩阵分别进行特征值分解，第二获取模块210根据最大特征值对应的特征向量作为空间特征向量原则确定各时频块的空间特征向量。也就是说，第二获取模块210对一个时频块的信道自相关矩阵进行特征值分解后获得多个特征值，第二获取模块210将其中最大特征值对应的特征向量作为时频块的空间特征向量。

第二获取模块210对信道自相关矩阵进行特征值分解的一个具体的例子为：第二获取模块210利用R＝V∑V^H对信道自相关矩阵R进行特征值分解，其中，V为分解后的特征向量，∑表示由特征值构成的对角矩阵，V^H为V的共轭转置。第二获取模块210在利用R＝V∑V^H进行分解后，可以将特征值最大的V对应的特征向量确定为时频块的空间特征向量，也就是说，第二获取模块210将最大特征值的V对应的特征向量确定为该时频块内的空间特征矢量s的估计值。

本实施例不限制第二获取模块210根据各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量的具体实现方式。

修正模块220，用于根据第二获取模块210获取到的空间特征向量之间的相位差函数对空间特征向量进行修正。

修正模块220使用的空间特征向量之间的相位差函数为用于消除空间特征向量之间的相位上的跳变信息的函数，也就是说，第二获取模块210获得的不同时频块的空间特征向量之间在相位上可能会存在跳变信息，修正模块220利用空间特征向量之间的相位差函数对空间特征向量进行修正后，可以减小甚至消除不同时频块的空间特征向量之间在相位上可能存在的跳变信息。

修正模块220使用的空间特征向量之间的相位差函数可以为：相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数，也可以为不相邻的两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数。相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数的具体例子以及不相邻的两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数的具体例子如上述方法实施例中的描述，在此不再重复说明。

在修正模块220使用的空间特征向量之间的相位差函数为相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数的情况下，上述修正模块220的结构如附图2A所示。

图2A中的修正模块220包括：选择子模块221和修正子模块222。

选择子模块221，用于选择相邻两个时频块的空间特征向量。

选择子模块221可以按照时频块序号从小到大的顺序依次选择空间特征向量，例如，设定时频块包括时频块0至时频块n，共n+1个时频块，其中的n为大于0的整数，选择子模块221先选择时频块0和时频块1的空间特征向量，然后再选择时频块1和时频块2的空间特征向量，依此类推，直到选择时频块n-1和时频块n的空间特征向量。

修正子模块222，用于根据选择子模块221选择的空间特征向量之间的相位差函数对相邻两个时频块中的一个时频块的空间特征向量进行修正。

续上述针对选择子模块221的举例说明，修正子模块222先根据选择子模块221选择的时频块0和时频块1的空间特征向量，利用时频块0和时频块1的空间特征向量之间的相位差函数对时频块1的空间特征向量进行修正，然后，根据选择子模块221选择的时频块1和时频块2的空间特征向量，利用时频块1和时频块2的空间特征向量之间的相位差函数对时频块2的空间特征向量进行修正，依此类推，直到修正子模块222根据时频块8和时频块9的空间特征向量之间的相位差函数对时频块9的空间特征向量进行修正。

图2A中的修正子模块222可以包括：第一子模块2221和第二子模块2222；或者图2A中的修正子模块222包括：第三子模块2223。

第一子模块2221，用于根据

确定相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数，其中，s_i ^H为第i个时频块的未修正的空间特征向量的共轭转置，s_i-1为第i-1个时频块的未修正的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块总数N的数量的整数，‖‖表示求模运算。

第二子模块2222，用于根据 ${\tilde{s}}_i=k*s_i$ 获取修正后的空间特征向量，其中，

为第i个时频块的修正后的空间特征向量，k为第一子模块确定的所述空间特征向量之间的相位差函数且 $k=\frac{s_i^H{s}_{i-1}}{\left|\right|s_i^H{s}_{i-1}\left|\right|},$ i为大于零且小于等于时频块的数量的整数；

第三子模块2223，用于根据 ${\tilde{s}}_i=\frac{{s_i}^H{s}_{i-1}}{\left|\right|{s_i}^H{s}_{i-1}\left|\right|}*s_i$ 获取修正后的空间特征向量，其中，

为第i个时频块的修正后的空间特征向量，s_i ^H为第i个时频块的未修正的空间特征向量的共轭转置，s_i-1为第i-1个时频块的未修正的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块数量的整数，‖‖表示求模运算。

由于第二子模块2222或者第三子模块2223对空间特征向量s_i的修正只是在空间特征向量s_i上乘以一个模为1的复常数，因此，经第二子模块2222或者第三子模块2223修正后的结果仍然是空间特征向量，可以减小甚至去除相位上的跳变因子。

加权模块230，用于根据修正模块220修正后的空间特征向量计算波束形成加权矢量。即加权模块230利用修正后的空间特征向量代替波束形成方法的计算波束形成加权矢量过程中的原始信道信息，从而获得波束形成加权矢量。原始信道信息可以为：基站到目标用户的信道向量h。

加权模块230可以采用多种方法计算波束形成加权矢量，一个具体的例子为：加权模块230利用修正的空间特征向量代替W_ZF＝(H^HH)^-1H^H中的原始信道信息H，以获得波束形成加权矩阵W_ZF。其中，H^H为H的共轭转置。从加权模块230采用的W_ZF＝(H^HH)^-1H^H可知，本实施例中的波束形成装置可以应用于迫零波束形成技术中。

另一个具体的例子为：加权模块230利用修正的空间特征向量代替 $w_{\mathrm{MVDR}}=\frac{R^{-1}a\left(\mathrm{\θ}\right)}{a^H\left(\mathrm{\θ}\right)R^{-1}{a}^H\left(\mathrm{\θ}\right)}$ 中的原始信道信息a(θ)，以获得波束形成加权矩阵w_MVDR。其中，R为阵列上发送端接收到的信号的自相关矩阵，a(θ)为原始信道信息，也可以称为期望信号方向θ上的阵列导向矢量，a^H(θ)为a(θ)的共轭转置，R^-1为R的逆。从加权模块230采用的 $w_{\mathrm{MVDR}}=\frac{R^{-1}a\left(\mathrm{\θ}\right)}{a^H\left(\mathrm{\θ}\right)R^{-1}{a}^H\left(\mathrm{\θ}\right)}$ 可知，本实施例中的波束形成装置可以应用于最小方差无失真波束形成技术中。

本实施例中的波束形成装置还可以应用于EBF技术中。需要说明的是，本实施例中的波束形成装置可以应用于各种需要使用原始信道信息的波束形成技术中，在此不再一一例举说明。

从上述波束形成装置实施例的描述可知，本实施例通过修正模块220对时频块的空间特征向量进行修正，可以减小甚至消除不同时频块的空间特征向量之间在相位上存在的跳变信息，尤其是可以减小甚至消除相邻时频块的空间特征向量之间在相位上存在的跳变信息，从而在一定程度上避免了不同时频块的波束形成加权矢量之间在相位上的跳变，尤其是在一定程度上避免了相邻时频块的波束形成加权矢量之间在相位上的跳变，最终提高了系统的性能。

如图3所示，本发明实施例提供了一种发射系统。

图3中的发射系统包括：波束形成装置300和发射装置310。

波束形成装置300，用于获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵，根据上述各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量，根据空间特征向量之间的相位差函数对空间特征向量进行修正，根据修正的空间特征向量计算波束形成加权矢量。

波束形成装置300可以根据 $R=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_k^H{h}_k$ 获取每个时频块各自对应的信道自相关矩阵，其中，N为时频块内利用导频估计获得的信道向量数量，h_k为时频块内利用导频估计出来的第k个信道向量，h_k ^H为h_k的共轭转置。

波束形成装置300可以根据各信道自相关矩阵采用多种方法来获取各时频块的空间特征向量，一个具体的例子为：波束形成装置300对各信道自相关矩阵分别进行特征值分解，波束形成装置300根据最大特征值对应的特征向量作为空间特征向量原则确定各时频块的空间特征向量。

波束形成装置300对信道自相关矩阵进行特征值分解的一个具体的例子为：第二获取模块210利用R＝V∑V^H对信道自相关矩阵R进行特征值分解，其中，V为分解后的特征向量，∑表示由特征值构成的对角矩阵，V^H为V的共轭转置。第二获取模块210在利用R＝V∑V^H进行分解后，可以将特征值最大的V对应的特征向量确定为时频块的空间特征向量。

波束形成装置300使用的空间特征向量之间的相位差函数为用于消除空间特征向量之间的相位上的跳变信息的函数，也就是说，波束形成装置300获得的不同时频块的空间特征向量之间在相位上可能会存在跳变信息，波束形成装置300利用空间特征向量之间的相位差函数对空间特征向量进行修正后，可以减小甚至消除不同时频块的空间特征向量之间在相位上可能存在的跳变信息。

波束形成装置300使用的空间特征向量之间的相位差函数可以为：相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数，也可以为不相邻的两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数。相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数的具体例子以及不相邻的两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数的具体例子如上述方法实施例中的描述，在此不再重复说明。

波束形成装置300可以根据

确定相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数，其中，s_i ^H为第i个时频块的未修正的空间特征向量的共轭转置，s_i-1为第i-1个时频块的未修正的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块总数N的数量的整数，‖‖表示求模运算。之后，波束形成装置300根据 ${\tilde{s}}_i=k*s_i$ 获取修正后的空间特征向量，其中，

为第i个时频块的修正后的空间特征向量，k为第一子模块确定的所述空间特征向量之间的相位差函数且 $k=\frac{s_i^H{s}_{i-1}}{\left|\right|s_i^H{s}_{i-1}\left|\right|},$ i为大于零且小于等于时频块的数量的整数。

波束形成装置300也可以根据 ${\tilde{s}}_i=\frac{{s_i}^H{s}_{i-1}}{\left|\right|{s_i}^H{s}_{i-1}\left|\right|}*s_i$ 获取修正后的空间特征向量，其中，

为第i个时频块的修正后的空间特征向量，s_i ^H为第i个时频块的未修正的空间特征向量的共轭转置，s_i-1为第i-1个时频块的未修正的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块数量的整数，‖‖表示求模运算。

由于波束形成装置300对空间特征向量s_i的修正只是在空间特征向量s_i上乘以一个模为1的复常数，因此，经波束形成装置300修正后的结果仍然是空间特征向量，可以减小甚至去除相位上的跳变因子。

波束形成装置300可以采用多种方法计算波束形成加权矢量，具体的例子如上述实施例中的描述，在此不再重复说明。

波束形成装置300的具体结构如上述波束成形装置实施例的描述，在此不再重复说明。

发射装置310，用于根据波束形成装置300计算获得的波束形成加权矢量进行信号发射。

发射装置310可以采用现有的多种方式利用波束形成加权矢量进行信号发射，本实施例不限制发射装置310进行信号发射的具体实现过程。

从本实施例的描述可知，本实施例通过波束形成装置300对时频块的空间特征向量进行修正，可以减小甚至消除不同时频块的空间特征向量之间在相位上存在的跳变信息，尤其是可以减小甚至消除相邻时频块的空间特征向量之间在相位上存在的跳变信息，从而在一定程度上避免了不同时频块的波束形成加权矢量之间在相位上的跳变，尤其是在一定程度上避免了相邻时频块的波束形成加权矢量之间在相位上的跳变，最终提高了系统的性能。

下面结合仿真结果对本实施例与现有的波束形成方法进行比较。

在两个相邻的时频块的空间特征向量完全一致的情况下，每个时频块的空间特征向量s乘以任意的常复系数k获得的空间特征向量仍然是与s等价的空间特征向量。由此可知，在根据各信道自相关矩阵分别获取的各时频块的空间特征向量之间也可能会存在任意的常复系数。常复系数的存在会使两个时频块的空间特征向量之间在相位上存在跳变。

在实际信道中，两个相邻的时频块的空间特征向量可能不完全一致，而是非常相似，但是，两个相邻的时频块的空间特征向量之间仍然会存在任意的常复系数，从而实际信道中两个向量的时频块的空间特征向量之间在相位上同样会存在跳变信息。

针对EBF方法来说，一个symbol(符号)内864个子载波的情况下，下行波束域的各时频块的空间特征向量的相位图如附图4(a)，在频域加权粒度(即时频块大小)为108个子载波(1/8有用频带)的情况下，下行波束域的相邻时频块的空间特征向量的相位图如附图4(b)所示。图4(b)是对图4(a)中相邻时频块的空间特征向量在相位上跳变部分的放大。

图4(a)和图4(b)的横坐标表示频域内有用子载波序列，纵坐标表示弧度制的相位(弧度取值范围为-pi～pi)。实线条表示理想的波束域下的各时频块的空间特征向量，虚线条表示采用全频带线性方法进行内插获得的波束域下的各时频块的空间特征向量。图4(b)中的圆圈表示symbol中导频所在的位置。

从图4(a)中可以看出，时频块内的波束域空间特征向量是连续的，然而时频块的空间特征向量之间却在相位上存在跳变因素。

图4(b)进一步清楚的表示出波束域中的时频块之间的空间特征向量在相位发生了跳变。对接收端来说，跃变的位置是随机的，不可预知的。采用EBF方法的接收端由于在估计信道时采用线性内插的方法，因此，处于时频块边缘的导频位置通过线性内插得到的信道信息是不准确的，从而影响了系统性能。

在市区微小区的应用场景下，且在基站配置4根天线且呈均匀线阵、基站天线之间的间距均为半波长、用户端配置单天线、用户移动速度为3km、不添加噪声、不添加干扰、以及采用现有的迫零波束形成方法的情况下，获得的某一帧的星座图如附图5所示。

从图5可以看出，星座图在相位上发生了非常严重的弥散现象，而在不加干扰、不加噪声的情况下星座图本应该是会聚的。

为了证明图5的星座图在相位上的弥散现象是由时频块的空间特征向量之间在相位上的跳变信息引起的，可以将时频块之间接缝区域接收到数据删除掉，这样，可以看出各时频块内部不受跳变信道影响的位置的数据的星座图。

在将每个时频块边缘9个左右的子载波的信息全部剔除后，只留下了每个时频块中间部分接收到的数据，由此获得的某一帧的星座图如附图6所示。

从图6可以看出，剔除边缘子载波的信息后，星座图在相位上是非常会聚的。由此证明了星座图在相位上的弥散现象是由时频块的空间特征向量之间在相位上的跳变信息引起的，从而可知时频块的空间特征向量之间在相位上的跳变信息会对系统的性能造成影响。

在城市微小区(Urban Micro)、移动台速度为3km/h、基站天线间距为0.5λ、上行信噪比为1dB、频域加权粒度为3band的情况下，现有的迫零波束形成方法、现有的特征波束形成方法和本发明实施例的特征波束形成方法在系统性能上的仿真结果如附图7所示。

图7的横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。带三角的点划线表示现有的迫零波束形成方法的系统性能曲线。带圆圈的点划线表示现有的特征波束形成方法的系统性能曲线。带方框的实线表示应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能曲线。从图7可以看出，无论是信噪比还是在误码率，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法都明显优于现有的迫零波束形成方法和现有的特征波束形成方法，因此，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能明显优于现有的迫零波束形成方法和现有的特征波束形成方法的系统性能。

在Urban Micro、移动台速度为30km/h、基站天线间距为0.5λ、上行信噪比为1dB、频域加权粒度为3band的情况下，现有的迫零波束形成方法、现有的特征波束形成方法和本发明实施例的特征波束形成方法在系统性能上的仿真结果如附图8所示。

图8的横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。带三角的点划线表示现有的迫零波束形成方法的系统性能曲线。带圆圈的点划线表示现有的特征波束形成方法的系统性能曲线。带方框的实线表示应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能曲线。从图8可以看出，无论是信噪比还是在误码率，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法都明显优于现有的迫零波束形成方法且略优于现有的特征波束形成方法，因此，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能明显优于现有的迫零波束形成方法，且略优于现有的特征波束形成方法的系统性能。

在Suburban Macro(郊区宏小区)、移动台速度为120km/h、基站天线间距为0.5λ、上行信噪比为1dB、频域加权粒度为3band的情况下，现有的迫零波束形成方法、现有的特征波束形成方法和本发明实施例的特征波束形成方法在系统性能上的仿真结果如附图9所示。

图9的横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。带三角的点划线表示现有的迫零波束形成方法的系统性能曲线。带圆圈的点划线表示现有的特征波束形成方法的系统性能曲线。带方框的实线表示应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能曲线。从图9可以看出，无论是信噪比还是在误码率，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法都明显优于现有的迫零波束形成方法且略优于现有的特征波束形成方法，因此，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能明显优于现有的迫零波束形成方法，且略优于现有的特征波束形成方法的系统性能。

在不同频域加权粒度的情况下，现有的迫零波束形成方法、现有的特征波束形成方法和本发明实施例的特征波束形成方法在系统性能上的仿真结果如附图10所示。

图10的横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。带三角的虚线表示现有的迫零波束形成方法的系统性能曲线。带方框的虚线表示在频域加权粒度为3bands的情况下，现有的特征波束形成方法的系统性能曲线。带方框的实线表示在频域加权粒度为3bands的情况下，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能曲线。带圆圈的点划线表示在频域加权粒度为1bands的情况下，现有的特征波束形成方法的系统性能曲线。带星号的点划线表示在频域加权粒度为6bands的情况下，现有的特征波束形成方法的系统性能曲线。带星号的实线表示在频域加权粒度为6bands的情况下，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能曲线。

从图10可以看出，基于频域加权粒度为1bands的应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能是最优的；基于频域加权粒度为3bands的应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能与基于频域加权粒度为1bands的现有特征波束形成方法的系统性能基本相同；基于频域加权粒度为6bands的应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能略优于基于频域加权粒度为6bands的特征波束形成方法的系统性能。

在Urban Micro、移动台速度为30km/h、基站天线间距为0.5λ、上行信噪比为1dB、频域加权粒度为1band的情况下，现有的最小方差无失真波束形成方法、现有的特征波束形成方法和本发明实施例的特征波束形成方法在系统性能上的仿真结果如附图11所示。

图11的横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。带三角的点划线表示现有的最小方差无失真波束形成方法的系统性能曲线。带方框的点划线表示现有的特征波束形成方法的系统性能曲线。带方框的实线表示应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能曲线。从图11可以看出，无论是信噪比还是在误码率，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法都明显优于现有的最小方差无失真波束形成方法且略优于现有的特征波束形成方法，因此，应用本发明实施例技术方案的特征波束形成方法的系统性能明显优于现有的最小方差无失真波束形成方法的系统性能且略优于现有的特征波束形成方法的系统性能。

从上述仿真结果可知，在采用本发明实施例中的技术方案对时频块的空间特征向量进行修正后，可以减小甚至消除时频块的空间特征向量之间在相位上的跳变信息，即减小甚至消除了时频块的空间特征向量之间存在的任意常复系数，从而在一定程度上避免了时频块的空间特征向量之间在相位上的跳变对系统性能的影响。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，本发明的申请文件的权利要求包括这些变形和变化。

Claims (8)

1.一种波束形成方法，其特征在于，包括：

发射端获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵；

根据所述各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量；

根据所述空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正，其中，所述空间特征向量之间的相位差函数包括：相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数；所述根据所述空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正包括：根据所述相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数对所述相邻两个时频块中的一个时频块的空间特征向量进行修正；

根据所述修正的空间特征向量计算波束形成加权矢量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量包括：

对所述各信道自相关矩阵进行特征值分解，根据最大特征值对应的特征向量作为空间特征向量原则确定所述各时频块的空间特征向量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设定时频块包括时频块0至时频块n，所述n为大于0的整数，且所述根据空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正包括：

根据时频块j和时频块j+1的空间特征向量之间的相位差函数对所述时频块j+1的空间特征向量进行修正，j=0,1,…,n-1。

4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数包括：

其中，

为第i个时频块的未修正的空间特征向量的共轭转置，s_i-1为第i-1个时频块的未修正的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块数量的整数，|| ||表示求模运算。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正包括：

根据

获取修正后的空间特征向量；

其中，

为第i个时频块的修正后的空间特征向量，k为空间特征向量之间的相位差函数且s_i为第i个时频块的未修正的空间特征向量，s_i-1为第i-1个时频块的未修正的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块数量的整数。

6.一种波束形成装置，设置于发射端，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵；

第二获取模块，用于根据所述各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量；

修正模块，用于根据空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正；

加权模块，用于根据所述修正的空间特征向量计算波束形成加权矢量；

其中，所述修正模块包括：

选择子模块，用于选择相邻两个时频块的空间特征向量；

修正子模块，用于根据所述选择的空间特征向量之间的相位差函数对所述相邻两个时频块中的一个时频块的空间特征向量进行修正。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述修正子模块包括：

第一子模块，用于根据

确定相邻两个时频块的空间特征向量之间的相位差函数，其中，

为第i个时频块的未修正的空间特征向量的共轭转置，s_i-1为第i-1个时频块的未修正的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块数量的整数，|| ||表示求模运算；

第二子模块，用于根据

获取修正后的空间特征向量，其中，

为第i个时频块的修正后的空间特征向量，k为第一子模块确定的所述空间特征向量之间的相位差函数，i为大于零且小于等于时频块数量的整数；

或者所述修正子模块包括：

第三子模块，用于根据

获取修正后的空间特征向量，其中，

为第i个时频块的修正后的空间特征向量，

为第i个时频块的未修正的空间特征向量的共轭转置，s_i-1为第i-1个时频块的未修正的空间特征向量，i为大于零且小于等于时频块数量的整数，|| ||表示求模运算。

8.一种发射系统，其特征在于，包括波束形成装置和发射装置，其中：

所述波束形成装置具体包括：

第一获取模块，用于获取发射信号的每个时频块各自对应的信道自相关矩阵；

第二获取模块，用于根据所述各信道自相关矩阵分别获取各时频块的空间特征向量；

修正模块，用于根据空间特征向量之间的相位差函数对所述空间特征向量进行修正；

加权模块，用于根据所述修正的空间特征向量计算波束形成加权矢量；

所述修正模块包括：

选择子模块，用于选择相邻两个时频块的空间特征向量；

修正子模块，用于根据所述选择的空间特征向量之间的相位差函数对所述相邻两个时频块中的一个时频块的空间特征向量进行修正；

所述发射装置，用于根据所述波束形成加权矢量进行信号发射。

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