CN102624433A - 多径波束成形方法及实现多径波束成形的终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多径波束成形方法，所述方法包括：UE得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比；所述UE根据所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径；所述UE对所确定空间路径上传输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径波束成形的终端，给出了一种适用于采用FDD技术的通信系统上行使用多个路径进行数据传输的波束成形方案，可以为一个用户同时发送多个数据流，在上行单用户FDD系统中利用多条路径传输数据流，实现了波束成行的多流传输，增加了用户终端和FDD系统的吞吐量。

Description

多径波束成形方法及实现多径波束成形的终端
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，尤其涉及一种多径波束成形方法及实现多径波束成形的终端。
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路径，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径波束成形方法及实现多径波束成形的终端，以实现波束成形中所使用路径的控制。
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径波束成形方法，所述方法包括：
用户设备(UE)得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比；
所述UE根据所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径；
所述UE对所确定空间路径上传输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得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧信噪比的过程，包括：所述UE找到能够进行数据传输的各空间路径，并得到各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数，计算各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数与自身链路信噪比的乘积，得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比。
在上述方案中，所述UE根据所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径的过程，具有为：
所述UE将所得到各空间路径的上行信号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，将上行信号到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各空间路径确定为用于进行当前数据传输的空间路径。
在上述方案中，所述UE对所确定空间路径上传输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得到所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的发射权值，并对所述各空间路径上的数据流进行编码、调制、加载各层的专用导频，根据所得到的发射权值，对所述各空间路径上的数据流进行加权处理后，发送给接收侧。
在上述方案中，所述UE得到所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的发射权值，包括：
所述UE根据所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的方向角，得到所述各空间路径的发射权值，再对所得到的发射权值进行正交化处理、以及归一化之后，得到相互正交的、且模值为1的发射权值。
本发明还提供了一种实现多径波束成形的终端，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，用于得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比；
确定单元，用于根据所述获得单元所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径；
发送单元，用于所述确定单元所确定空间路径上传输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，找到能够进行数据传输的各空间路径，并得到各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数，计算各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数与终端的链路信噪比的乘积，得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比。
在上述方案中，所述确定单元，具体用于，将所述获得单元所得到各空间路径的上行信号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，将上行信号到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各空间路径确定为用于进行当前数据传输的空间路径。
在上述方案中，所述发送单元，具体用于，得到所述确定单元所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的发射权值，并对所述各空间路径上的数据流进行编码、调制、加载各层的专用导频，根据所得到的发射权值，对所述各空间路径上的数据流进行加权处理后，发送给接收侧。
本发明的多径波束成形方法及实现多径波束成形的终端，UE根据各路径上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FDD技术的通信系统上行使用多个路径进行数据传输的波束成形方案，可以为一个用户同时发送多个数据流，在上行单用户FDD系统中利用多条路径传输数据流，实现了波束成行的多流传输，增加了用户终端和FDD系统的吞吐量。
附图说明
图1为本发明多径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实现多径波束成形过程示意图；
图3为图2所示实施例的具体实现流程图。
具体实施方式
在频分双工(FDD，Frequency Division Duplexing)的MIMO系统中，上行信道与下行信道处于不同频段，上行信道与下行信道不具有互易性，终端侧也就不能够通过获得上行信道矩阵，再对得到的信道矩阵做特征值分解，来得到波束成形发射权值，只能使用角度类的波束成形方法。
本发明的基本思想是：对于采用FDD技术的MIMO系统，终端侧从能够进行数据传输的多个空间路径中选择上行信号到达接收侧的信噪比满足设定要求的部分空间路径，确定为进行数据传输的空间路径，再通过所确定各空间路径进行数据流传输，从而可以为一个用户同时发送多个数据流。
本发明的多径波束成形方法，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：用户设备(UE，User Equipment)得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比；
步骤102：所述UE根据所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径；
步骤103：所述UE对所确定空间路径上传输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得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧信噪比的过程，包括：所述UE找到能够进行数据传输的各空间路径，并得到各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数，计算各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数与自身链路信噪比的乘积，得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比。
这里，UE可以根据下行公共导频，估计下行信号功率达到峰值的方向角，所估计得到的各方向角对应的空间路径即为能够进行数据传输的空间路径，并根据各空间路径的方向角得到各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数。
其中，步骤102中，所述UE根据所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径，具体可以为：所述UE将所得到各空间路径的上行信号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，将上行信号到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各空间路径确定为用于进行当前数据传输的空间路径。
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对所确定空间路径上传输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得到所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的发射权值，并对所述各空间路径上的数据流进行编码、调制、加载各层的专用导频，根据所得到的发射权值，对所述各空间路径上的数据流进行加权处理后，发送给接收侧。
这里，所述UE得到所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的发射权值，可以包括：所述UE根据所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的方向角，得到所述各空间路径的发射权值，再对所得到的发射权值进行正交化处理、以及归一化之后，得到相互正交的、且模值为1的发射权值。
相应的，本发明还提供了一种实现多径波束成形的终端，所述终端可以包括：获得单元、确定单元和发送单元；其中，获得单元，用于得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比；确定单元，用于根据所述获得单元所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径；发送单元，用于所述确定单元所确定空间路径上传输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，找到能够进行数据传输的各空间路径，并得到各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数，计算各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数与终端的链路信噪比的乘积，得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比。
其中，所述确定单元，具体用于，将所述获得单元所得到各空间路径的上行信号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，将上行信号到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各空间路径确定为用于进行当前数据传输的空间路径。
其中，所述发送单元，具体用于，得到所述确定单元所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的发射权值，并对所述各空间路径上的数据流进行编码、调制、加载各层的专用导频，根据所得到的发射权值，对所述各空间路径上的数据流进行加权处理后，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，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根据来自基站侧的下行信号的下行公共导频，估计得到来自基站的下行信号功率峰值的多个方向角，即得到能够用于数据传输的多个空间路径，本实施例中，估计得到f个方向角，分别记为DOA1、DOA2、...、DOAf，即得到f个能够用于数据传输的空间路径。
实际应用中，可以采用多重分类(MUSIC，Multiple Signal Classification)、CAPON等算法来估计得到下行信号功率峰值的方向角。
步骤302：UE估计得到所述f个空间路径的信号峰值，同时检测得到各信号的信号强度，得到f个空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数λ1λ2...λf，根据得到的增益倍数，得到f个空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比；
这里，通过下行信号估计得到的第一条径的信号到达接收端的增益倍数为λ1；第二条径的信号到达接收端的增益倍数为λ2；......；第f条径的信号到达接收端的增益倍数为λf。
根据得到的f个空间路径的上行信号到达接收侧时的增益倍数λ1λ2...λf，得到各路径的上行信号到达接收侧的信噪比如下：路径1的上行信号到达接收侧的信噪比为SNRTX*λ1，路径2的上行信号到达接收侧的信噪比为SNRTX*λ2，......，路径f的上行信号到达接收侧的信噪比为SNRTX*λf。
这里，UE作为发射侧，其链路信噪比SNRTX为已知值，预先配置到UE中。
步骤303：UE将所得到f个空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比与预先设置的信噪比门限值SNRRX进行比较，得到上行信号到达接收侧的信噪比大于信噪比门限值SNRRX的空间路径为方向角为DOA1、DOA2、...、DOAk的k个空间路径，确定通过这k个空间路径进行数据传输；
这里，UE将得到的f个空间路径中上行信号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，上行信号到达接收侧的信噪比大于预先配置的信噪比门限值SNRRX时，此路径上传输的数据流在接收侧能够得到正常解码，UE确定可以采用该路径进行数据流的传输。在图2所示的一种具体实施例中，有k个路径的上行信号到达接收侧的信噪比大于信噪比门限值SNRRX，此时，UE决定通过这k个路径进行数据流的传输。
步骤304：UE根据k个空间路径的方向角DOA1、DOA2、...、DOAk，得到对应的k列发射权值W1、W2、...、Wk，其中，W1权值矢量对应的波束方向为方向角DOA1，W2权值矢量对应的波束方向为方向角DOA2，......，Wk权值矢量对应的波束方向为方向角DOAk。
步骤305：UE对所得到的k列发射权值W1、W2、...、Wk进行正交化处理，再进行归一化，得到相互正交的且模值为1的发射权值W1、W2’、...、Wk’；
这里，发射权值W2’、...、Wk’与W2、...、Wk所对应的波束的方向基本相同，性能相近，进行正交化处理的优势在于，正交处理后的发射权值W1、W2’、...、Wk’之间两两相互正交，有利于减少数据流之间的干扰，之后，可以用正交处理后的发射权值W2’...Wk’代替上述的发射权值W2、...、Wk，来对第2个至第k个空间路径上的数据流进行加权。
步骤306：UE对发射方向为DOA1～DOAk的数据流进行编码、调制。
步骤307：UE对发射方向为DOA1～DOAk的数据流分别加载各层对应的专用导频(DRS，Dedicated Reference Signal)；
这里，DRS会预先配置在UE和接收侧。
步骤308：UE根据在步骤305得到的发射权值W1、W2’、...、Wk’，分别对发射方向为DOA1～DOAk的数据流进行加权处理后，将发射方向为DOA1～DOAk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309：作为接收侧的基站侧通过自身的接收天线接收发射方向为DOA1～DOAk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 (9)

1.一种多径波束成形方法，其特征在于，所述方法包括：
用户设备(UE)得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比；
所述UE根据所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径；
所述UE对所确定空间路径上传输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所述的多径波束成形方法，其特征在于，所述UE得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧信噪比的过程，包括：
所述UE找到能够进行数据传输的各空间路径，并得到各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数，计算各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数与自身链路信噪比的乘积，得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比。
3.根据权利要求1所述的多径波束成形方法，其特征在于，所述UE根据所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径的过程，为：
所述UE将所得到各空间路径的上行信号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，将上行信号到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各空间路径确定为用于进行当前数据传输的空间路径。
4.根据权利要求1至3任一项所述的多径波束成形方法，其特征在于，所述UE对所确定空间路径上传输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得到所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的发射权值，并对所述各空间路径上的数据流进行编码、调制、加载各层的专用导频，根据所得到的发射权值，对所述各空间路径上的数据流进行加权处理后，发送给接收侧。
5.根据权利要求4所述的多径波束成形方法，其特征在于，所述UE得到所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的发射权值，包括：所述UE根据所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的方向角，得到所述各空间路径的发射权值，再对所得到的发射权值进行正交化处理、以及归一化之后，得到相互正交的、且模值为1的发射权值。
6.一种实现多径波束成形的终端，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，用于得到能够进行数据传输的各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比；
确定单元，用于根据所述获得单元所得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比，确定用于进行当前数据传输的空间路径；
发送单元，用于所述确定单元所确定空间路径上传输的数据流进行波束成形处理，并发射到接收侧。
7.根据权利要求6所述的实现多径波束成形的终端，其特征在于，所述获得单元，具体用于，找到能够进行数据传输的各空间路径，并得到各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数，计算各空间路径的上行信号到达接收侧的增益倍数与终端的链路信噪比的乘积，得到各空间路径的上行信号到达接收侧的信噪比。
8.根据权利要求6所述的实现多径波束成形的终端，其特征在于，所述确定单元，具体用于，将所述获得单元所得到各空间路径的上行信号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，将上行信号到达接收侧的信噪比大于所述信噪比门限值的各空间路径确定为用于进行当前数据传输的空间路径。
9.根据权利要求6至8任一项所述的实现多径波束成形的终端，其特征在于，所述发送单元，具体用于，得到所述确定单元所确定用于进行当前数据传输的各空间路径的发射权值，并对所述各空间路径上的数据流进行编码、调制、加载各层的专用导频，根据所得到的发射权值，对所述各空间路径上的数据流进行加权处理后，发送给接收侧。
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