CN102624432A - 多层波束成形方法及实现多层波束成形的终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层波束成形方法，所述方法包括：UE根据已获得的各空间信道层的发射权值，得到各层数据流到达接收侧的信噪比；所述UE根据所得到各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流；所述UE对所述能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧。本发明还公开了一种实现多层波束成形的终端，通过只对接收侧能够解码的各层数据流进行传输，不仅最大限度的利用了信道容量，而且能够充分合理的利用空间信道资源。

Description

多层波束成形方法及实现多层波束成形的终端
技术领域
本发明涉及多输入多输出(MIMO，Multiple Input and Multiple Output)通信系统的波束成形(beamforming)技术，尤其涉及一种多层波束成形方法及实现多层波束成形的终端。
背景技术
MIMO系统由于其有效提高信道容量而在长期演进(LTE，Long-TermEvolution)、高级长期演进(LTE-A，Advanced Long-Term Evolution)的研究中倍受人们关注。
波束成形技术主要是通过控制波束方向来进行工作的，利用天线阵列结构获得特征方向的波束，还通过用户终端所在方位来区分用户终端，从而可以实现多个用户复用相同的时间、和频率资源，可以获得明显的波束能量增益，可以完善小区覆盖和MIMO系统容量，减小MIMO系统干扰和增加MIMO系统容量，提高链路可靠性，提高峰值速率。同时，波束成形技术也可以利用用户信号最强的方向进行控制波束，以利用多径信道环境中最强的几条径进行数据传输。波束成形技术比较适合用于空旷的郊区场景，也可以用于复杂的城区环境。对于小天线间距(如0.5λ)情况下，更加适合于应用波束成形(beamforming)技术，有利于控制波束指向。
在单用户MIMO模式中，可以通过设计合适的发射天线和接收天线的权值矢量来对多个数据流通过多个层同时进行传输，并可以使多个层的数据之间并行传输，去除层间干扰。在多用户MIMO模式中，可以通过设计合适的发射天线和接收天线的权值矢量来设计赋形波束的方向，区分多用户的信号，去除用户间干扰。
目前的波束成形技术，主要是针对单层数据流的波束成形，对于单用户MIMO模式来说，终端侧将直接对待发送的上行数据流进行波束成形处理，并发送到基站侧，待发的上行数据流为单层。
对于即将开始制定的第三代合作伙伴计划(3GPP，Third GenerationPartnership Projects)Rel-10标准来说，MIMO系统的基站侧天线数目将会扩展至8个以上，终端侧天线数目将会扩展至4个以上，如此，对于波束成形技术来说，就需要控制波束成形所使用的层数，需要将现有的单流波束成形技术扩展至多流波束成形技术，以便更充分合理的利用空间信道资源。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多层波束成形方法及实现多层波束成形的终端，以实现波束成形中所使用层数的控制。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种多层波束成形方法，所述方法包括：用户设备(UE)根据已获得的各空间信道层的发射权值，得到各层数据流到达接收侧的信噪比；所述UE根据所得到各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流；所述UE对所述能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧。
在上述方案中，所述UE得到各空间信道层的发射权值的过程，包括：所述UE获得上行信道矩阵；对所获得的上行信道矩阵进行特征值分解，得到各空间信道层的增益，即各空间信道层的发射权值；计算各空间信道层的发射权值与自身链路信噪比的乘积，得到各层数据流到达接收侧的信噪比。
在上述方案中，所述UE根据所得到各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流，具体为：所述UE将所得到各层数据流到达接收侧的信噪比与预先配置的信噪比门限值进行比较，将数据流到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各层数据流确定为能够发送的数据流。
在上述方案中，所述UE对所述能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧的过程，包括：所述UE对所述能够发送的数据流进行编码、调整、加载各层的专用导频，根据能够发送的数据流所在空间信道层的发射权值，将能够发送的数据流映射到自身的发射天线上，并通过发射天线发送给接收侧。
本发明还提供了一种实现多层波束成形的终端，所述终端包括：获得单元、确定单元和发送单元；其中，获得单元，用于根据已获得的各空间信道层的发射权值，得到各层数据流到达接收侧的信噪比；确定单元，用于根据所述获得单元得到的各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流；发送单元，用于所述确定单元所确定能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧。
在上述方案中，所述获得单元，具体用于，获得上行信道矩阵；对所获得的上行信道矩阵进行特征值分解，得到各空间信道层的增益，即各空间信道层的发射权值；再计算各空间信道层的发射权值与自身链路信噪比的乘积，得到各层数据流到达接收侧的信噪比。
在上述方案中，所述终端还包括：配置单元，用于预先配置信噪比门限值；所述确定单元，具体用于，将所述获得单元得到的各层数据流到达接收侧的信噪比与所述配置单元预先配置的信噪比门限值进行比较，将数据流到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各层数据流确定为能够发送的数据流。
在上述方案中，所述发送单元，具体用于，对所述确定单元所确定能够发送的数据流进行编码、调整、加载各层的专用导频，根据能够发送的数据流所在空间信道层的发射权值，将能够发送的数据流映射到自身的发射天线上，并通过发射天线发送给接收侧。
本发明的多层波束成形方法及实现多层波束成形的终端，UE根据各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够进行传输的数据流，再对能够传输的数据流进行波束成形处理后发送，给出了一种适用于采用TDD技术的通信系统上行使用多个层进行数据传输的波束成形方案，统一考虑多个层的数据流，只对接收侧能够解码的各层数据流进行传输，不仅最大限度的利用了信道容量，而且能够充分合理的利用空间信道资源。
附图说明
图1为本发明多层波束成形方法的实现流程图；
图2为本发明实际应用中一种实施例的多层波束成形过程的实现示意图；
图3为图2所示实施例的具体实现流程图。
具体实施方式
在时分双工(TDD，Time Division Duplexing)的MIMO系统中，上行信道与下行信道所处频段相同，仅通过时间变化切换上行与下行传输，因此，上行信道与下行信道具有互易性，即可以通过获取下行信道信息来直接获得上行信道信息，可以利于使用信道矩阵、并对信道矩阵做特征值分解，来获得波束成形发射权值，可以最大限度得利用信道容量。
本发明的基本思想是：对于采用TDD技术的MIMO系统，终端侧首先获得待发送各层数据流的发射权值，并有选择的对各层数据流进行加权发射，在最大限度利用信道容量的基础上，又充分合理的利用了空间信道的资源。
本发明的多层波束成形方法，适用于采用TDD技术的通信系统，如采用TDD技术的MIMO系统，参照图1所示，主要包括以下步骤：
步骤101：UE根据已获得的各空间信道层的发射权值，得到各层数据流到达接收侧的信噪比；
步骤102：所述UE根据所得到各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流；
步骤103：所述UE对所述能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧。
这里，所述接收侧一般为基站侧。
其中，步骤101中，UE得到各空间信道层的发射权值的过程包括：所述UE得到上行信道矩阵；对所得到的上行信道矩阵进行特征值分解，得到各空间信道层的增益，即各空间信道层的发射权值；计算各空间信道层的发射权值与自身链路信噪比的乘积，得到各层数据流到达接收侧的信噪比。
这里，UE通过信道估计得到下行信道矩阵，再根据TDD信道的互易性，得到上行信道矩阵。
其中，步骤102中，所述UE根据所得到各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流，具体为：所述UE将所得到各层数据流到达接收侧的信噪比与预先配置的信噪比门限值进行比较，将数据流到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各层数据流确定为能够发送的数据流。
这里，信噪比门限值可以设置为接收侧正确块率达到仿真评估的门限值P时的接收信噪比SNRRX，这里，接收侧的正确块率为1减去接收侧的误块率(BLER，Block Error Ratio)得到的差值，P的优选值为70％。实际应用中，对于每个信道传输场景，可以通过仿真测试，得到接收侧误块率与信噪比的关系，具体过程是本领域常用技术手段，在此不再赘述。
其中，步骤103中，所述UE对所述能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧的过程，包括：所述UE对所述能够发送的数据流进行编码、调整、加载各层的专用导频，根据所述能够发送的数据流所在空间信道层的发射权值，将能够发送的数据流映射到自身的发射天线上，并通过发射天线发送给接收侧。
相应的，本发明还提供了一种实现多层波束成形的终端，所述终端主要包括：获得单元、确定单元和发送单元；其中，获得单元，用于根据已获得的各空间信道层的发射权值，得到各层数据流到达接收侧的信噪比；确定单元，用于根据所述获得单元得到的各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流；发送单元，用于所述确定单元所确定能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧。
其中，所述获得单元具体用于，获得上行信道矩阵；对所获得的上行信道矩阵进行特征值分解，得到各空间信道层的增益，即各空间信道层的发射权值；再计算各空间信道层的发射权值与自身链路信噪比的乘积，得到各层数据流到达接收侧的信噪比。
其中，所述终端还可以包括：配置单元，用于预先配置信噪比门限值；
这里，所述确定单元具体用于，将所述获得单元得到的各层数据流到达接收侧的信噪比与所述配置单元预先配置的信噪比门限值进行比较，将数据流到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各层数据流确定为能够发送的数据流。
其中，所述发送单元具体用于，对所述确定单元所确定能够发送的数据流进行编码、调整、加载各层的专用导频，根据能够发送的数据流所在空间信道层的发射权值，将能够发送的数据流映射到自身的发射天线上，并通过发射天线发送给接收侧。
图2为本发明TDD系统多层波束成形实现过程的一种具体实施例，UE作为发射侧，由于噪声为已知值，其链路信噪比SNRTX也就为已知值，预先配置到UE中。如果当前UE作为发射侧，其天线数目为N，基站作为接收侧，其天线数目为M，则得到的上行信道矩阵H为如下式(1)所示，M*N维的矩阵。
Figure BDA0000045405820000061
对上述的上行信道矩阵H进行特征值分解后，得到特征值矩阵E，如下式(2)所示：
Figure BDA0000045405820000062
其中，对应于特征值λ11的第一列特征矢量即为层1所需要使用的权值矢量；对应于λff的第f列特征矢量即为层f所需要使用的权值矢量；λ11为空间信道层1的增益，λ22为空间信道层2的增益，λff为空间信道层f的增益。这里，空间信道层数目f满足如下式(3)。
f＝min(M，N)    (3)
根据上述得到的各空间信道层的增益，即各空间信道层的发射权值，得到各层数据流达到接收侧的信噪比如下：层1的数据流到达接收侧的信噪比为SNRTX*λ11，层2的数据流到达接收侧的信噪比为SNRTX*λ22，层f的数据流到达接收侧的信噪比为SNRTX*λff。
UE将得到的f个空间信道层中数据流到达接收侧的信噪比与预先配置的信噪比门限值SNRRX进行比较，数据流到达接收侧的信噪比大于预先配置的信噪比门限值SNRRX时，此层的数据流在接收侧能够得到正常解码，UE确定该层的数据流可以进行传输。在图2所示的一种具体实施例中，有k个层的数据流到达接收侧的信噪比大于信噪比门限值SNRRX，此时，UE决定对这k个层的数据流进行波束成形处理，并传输到接收侧。
参照图3所示，图2所示波束成形过程的具体实现流程可以包括如下步骤：
步骤301：UE根据下行公共导频估计下行信道矩阵，通过TDD信道的互易性，得到上行信道矩阵。
步骤302：UE对所得到的上行信道矩阵进行特征值分解，得到f个空间信道层的增益和对应的f列特征矢量，并根据所得到的各空间信道层的增益，得到各空间信道层数据流到达接收侧的信噪比；
步骤303：UE找到数据流到达接收侧的信噪比大于信噪比门限值SNRRX的层1～层k，并确定对层1～层k的数据流进行传输。
步骤304：UE对层1～层k的数据流进行编码、调制。
步骤305：UE对层1～层k的数据流分别加载各层对应的专用导频(DRS，Dedicated Reference Signal)；
这里，DRS是预先配置在UE和接收侧。
步骤306：UE根据在步骤302得到的各层增益，即各层的发射权值，对层1～层k的数据流进行加权处理，分别将层1～层k的数据流映射到发射天线，并通过发射天线的天线端口进行发送，完成波束赋形过程。
步骤307：作为接收侧的基站侧通过自身的接收天线接收层1～层k的数据流，并根据所接收数据流的专用导频进行信号解调。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多层波束成形方法，其特征在于，所述方法包括：
用户设备(UE)根据已获得的各空间信道层的发射权值，得到各层数据流到达接收侧的信噪比；
所述UE根据所得到各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流；
所述UE对所述能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧。
2.根据权利要求1所述的多层波束成形方法，其特征在于，所述UE得到各空间信道层的发射权值的过程，包括：
所述UE获得上行信道矩阵；对所获得的上行信道矩阵进行特征值分解，得到各空间信道层的增益，即各空间信道层的发射权值；计算各空间信道层的发射权值与自身链路信噪比的乘积，得到各层数据流到达接收侧的信噪比。
3.根据权利要求1所述的多层波束成形方法，其特征在于，所述UE根据所得到各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流，具体为：
所述UE将所得到各层数据流到达接收侧的信噪比与预先配置的信噪比门限值进行比较，将数据流到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各层数据流确定为能够发送的数据流。
4.根据权利要求1至3任一项所述的多层波束成形方法，其特征在于，所述UE对所述能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧的过程，包括：
所述UE对所述能够发送的数据流进行编码、调整、加载各层的专用导频，根据能够发送的数据流所在空间信道层的发射权值，将能够发送的数据流映射到自身的发射天线上，并通过发射天线发送给接收侧。
5.一种实现多层波束成形的终端，其特征在于，所述终端包括：获得单元、确定单元和发送单元；其中，
获得单元，用于根据已获得的各空间信道层的发射权值，得到各层数据流到达接收侧的信噪比；
确定单元，用于根据所述获得单元得到的各层数据流到达接收侧的信噪比，确定能够发送的数据流；
发送单元，用于所述确定单元所确定能够发送的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧。
6.根据权利要求5所述实现多层波束成形的终端，其特征在于，所述获得单元，具体用于，获得上行信道矩阵；对所获得的上行信道矩阵进行特征值分解，得到各空间信道层的增益，即各空间信道层的发射权值；再计算各空间信道层的发射权值与自身链路信噪比的乘积，得到各层数据流到达接收侧的信噪比。
7.根据权利要求5所述实现多层波束成形的终端，其特征在于，
所述终端还包括：配置单元，用于预先配置信噪比门限值；
所述确定单元，具体用于，将所述获得单元得到的各层数据流到达接收侧的信噪比与所述配置单元预先配置的信噪比门限值进行比较，将数据流到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各层数据流确定为能够发送的数据流。
8.根据权利要求5至7任一项所述实现多层波束成形的终端，其特征在于，所述发送单元，具体用于，对所述确定单元所确定能够发送的数据流进行编码、调整、加载各层的专用导频，根据能够发送的数据流所在空间信道层的发射权值，将能够发送的数据流映射到自身的发射天线上，并通过发射天线发送给接收侧。
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