CN102624496B - 预编码处理方法、基站和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种预编码处理方法、基站和通信系统。预编码处理方法，包括：根据用户设备的来波方向信息，对天线阵列进行波束赋形，获取变换矩阵；根据所述变换矩阵对信道矩阵进行变换，获取等效信道矩阵；根据所述等效信道矩阵获取预编码处理所需的预编码矩阵。本发明实施例可以在单个天线阵列实现MIMO系统时，使得UE与基站之间传输的信号在各波束方向上正交，从而获取自由度增益。

Description

预编码处理方法、基站和通信系统

技术领域

本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种预编码处理方法、基站和通信系统。

背景技术

在单天线无线通信系统中，现有的调制编码技术已经能很好的逼近理论极限仙农界。因此，为了进一步提高无线通信系统的通信速率和可靠性，多天线技术应运而生。

传统的利用多天线技术提高通信速率和可靠性的方法为多进多出(Multiple Input Multiple Output，以下简称：MIMO)的空分复用方式。基于MIMO的空分复用方式主要是通过在用户设备(User Equipment，以下简称：UE)和基站设备，例如eNodeB都引入多个天线来实现空分复用的效果。如果收发两端都已知信道矩阵信息，那么最优的MIMO系统是基于信道矩阵的奇异值分解的预编码方案，从而可以获取较大的自由度增益和较好的系统容量。但是，基于MIMO的空分复用方式中，UE或者eNodeB通过各个天线上正交的参考信号估计信道矩阵时运算复杂度较高，而且由于信道矩阵的时变特性，UE或者eNodeB需要不断更新对信道矩阵的估计并向对端反馈，开销较大。

为解决上述问题，一种基于阵列天线的波束赋形方式应运而生。其主要是通过在eNodeB对单个阵列天线进行波束赋形，然后通过对各波束方向上的接收信号的波达方向(Direction of Arrival，以下简称：DoA)进行估计以获取信道矩阵，进而根据该信道矩阵的奇异值分解进行预编码。尽管基于阵列天线的波束赋形方式相对于传统的基于MIMO的空分复用方式来说，其不需要UE进行信道估计和上行反馈，且更新信道矩阵的速度也大大减小，但是其没有自由度增益，系统容量提升远不如基于MIMO的空分复用方式。若要使基于阵列天线的波束赋形方式获得自由度增益，则其必须采用多个独立的阵列天线，系统复杂度较高。

因此，在采用单个阵列天线实现MIMO系统时，如何获取自由度增益成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种预编码处理方法和基站，以在采用单个阵列天线实现MIMO系统时，获取自由度增益。

本发明实施例提供一种预编码处理方法，包括：

根据用户设备的来波方向信息，对天线阵列进行波束赋形，获取变换矩阵；

根据所述变换矩阵对信道矩阵进行变换，获取等效信道矩阵；

根据所述等效信道矩阵获取预编码处理所需的预编码矩阵。

本发明实施例提供一种基站，包括：

第一处理模块，用于根据用户设备的来波方向信息，对天线阵列进行波束赋形，获取变换矩阵；

第二处理模块，用于根据所述第一处理模块获取的变换矩阵对信道矩阵进行变换，获取等效信道矩阵；

第三处理模块，用于根据所述第二处理模块获取的等效信道矩阵获取预编码处理所需的预编码矩阵。

本发明实施例还提供一种通信系统，包括用户设备和上述的基站，所述用户设备与所述基站通信。

本发明实施例中，对于单用户MIMO来说，基站可以根据UE的来波方向信息，对单个阵列天线进行波束赋形，并对信道矩阵在波束方向上进行分解，获取等效信道矩阵，从而利用该等效信道矩阵获取最优的预编码矩阵，因此，本发明实施例可以在单个天线阵列实现MIMO系统时，使得UE与基站之间传输的信号在各波束方向上正交，从而获取自由度增益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明预编码处理方法一个实施例的流程图；

图2为本发明预编码处理方法另一个实施例的流程图；

图3为本发明预编码处理方法再一个实施例的流程图；

图4为本发明基站一个实施例的结构示意图；

图5为本发明基站另一个实施例的结构示意图；

图6为本发明基站再一个实施例的结构示意图；

图7为本发明通信系统一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明预编码处理方法一个实施例的流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、根据用户设备的来波方向信息，对天线阵列进行波束赋形，获取变换矩阵。

基站可以根据UE的来波方向信息，对天线阵列进行波束赋形，从而获取变换矩阵。具体来说，本实施例中的UE具有多个天线。基站可以根据UE通过多个天线发送的上行参考信号的来波方向信息，确定UE当前所处的散射环境。

在一个实施例中，基站可以根据用户设备发送的上行参考信号的散射路径信息，对天线阵列进行波束赋形。具体地，上述散射路径信息可以为到达方向角，本领域技术人员可以理解的是，该到达方向角并非唯一的实现方式，只要基站可以获取UE的散射路径信息，获知UE当前的散射状态即可。

如果UE当前处于充分散射环境，则UE的来波方向是相互独立不重叠的，此时，基站可以从上述到达方向角中选择方向角，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，选择的方向角的个数可以大于用户设备的天线阵元个数，而且选择的方向角是相互独立的。举例来说，该优化过程可以为：

根据所述用户设备发送的上行参考信号的散射路径信息，对天线阵列进行波束赋形。而在一个实施例中，上述散射路径信息可以为到达方向角，因此，可以从用户设备发送的上行参考信号的到达方向角选择方向角，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，然后基站在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据该上行参考信号获取信道矩阵；若该信道矩阵满秩，则基站可以将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取变换矩阵；若该信道矩阵非满秩，则基站可以从来波方向中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据所述重新选择的方向角对应的波束方向确定变换矩阵，直到所述变换矩阵满秩为止

如果UE当前处于非充分散射环境，则UE的来波方向不是相互独立的，可能存在重叠，此时，基站可以从来波方向(例如每个来波方向具有不同的来波方向角)中先选择一些来波方向作为波束方向，并利用这些选择的波束方向进行波束赋形。在非充分散射环境下，该波束赋形的过程需要不断优化，例如基站与UE之间需要交互波束赋形后的信道矩阵的秩，从而尽可能获取较多的相互独立的赋形波束。举例来说，该优化过程可以为：

根据所述用户设备发送的上行参考信号的散射路径信息，对天线阵列进行波束赋形。而在一个实施例中，上述散射路径信息可以为到达方向角，因此基站用户设备发送的上行参考信号的到达方向角中选择来波信号强度大于预设阈值的方向角，并在选择的方向角上进行波束赋形；然后基站在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据上行参考信号获取信道矩阵；若该信道矩阵满秩，则将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取变换矩阵；若该信道矩阵非满秩，则基站可以从来波方向中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据该重新选择的方向角确定变换矩阵，直到信道矩阵满足系统优化条件。本实施例无需限定该系统优化条件，本领域技术人员可以根据天线性能、干扰控制等因素自行设定该系统优化条件。

由此可知，如果信道的散射是充分的，只需要各波束在角域上尽可能少的重叠；如果散射不够充分，需要调整波束方向来尝试接收更多不相关的数据流，当然这需要UE向基站反馈对应信道矩阵的秩，为了取得的秩尽可能的大，这个过程往往要重复多次。

不管是上述针对充分散射环境还是非充分散射环境，基站进行波束赋形时，针对阵列天线，基站可以形成n个赋形波束，波束的个数n最好大于UE上的天线阵元的个数，以便使得UE形成更多独立的信号流。波束的宽度取决于UE的阵元个数，间距，载波频率等物理参数。因此，本实施例中，基站可以获取赋形后各波束对应的单位空间特征图，从而可以获取变换矩阵。赋形后的波束越多，则获取的自由度增益就越大。

步骤102、根据所述变换矩阵对信道矩阵进行变换，获取等效信道矩阵。

在进行波束赋形后，基站即可根据变换矩阵对信道矩阵进行变换，也即将物理信道矩阵在各赋形波束方向上进行分解，从而获取等效信道矩阵。

步骤103、根据所述等效信道矩阵获取预编码处理所需的预编码矩阵。

本实施例中，基站可以根据等效信道矩阵，获取预编码处理所需的预编码矩阵，而非如现有技术根据物理信道矩阵获取预编码矩阵。例如，基站可以对等效信道矩阵进行奇异值分解，从而获取预编码矩阵。基站后续的操作可以采用现有技术实现，例如将该预编码矩阵发送给UE，从而使得UE可以根据该预编码矩阵对发送的上行参考信号进行预编码处理等，此处不再赘述。或者，基站也可以在赋形波束方向上向UE发送下行参考信号，使得UE根据该下行参考信号获取预编码矩阵并将该预编码矩阵发送给基站，从而使得基站可以根据该预编码矩阵进行预编码处理。

本实施例中，对于单用户MIMO来说，基站可以根据UE的来波方向信息，对单个阵列天线进行波束赋形，并对信道矩阵在波束方向上进行分解，获取等效信道矩阵，从而利用该等效信道矩阵获取最优的预编码矩阵，因此，本实施例可以在单个天线阵列实现MIMO系统时，使得UE与基站之间传输的信号在各波束方向上正交，从而获取自由度增益。

图1所示实施例的方法可以具体包括上行处理方式和下行处理方式。其中，上行处理方式是由基站对等效信道矩阵进行分解以获取预编码矩阵，而下行处理方式是基站根据等效信道矩阵向UE发送下行参考信号，而由UE根据该下行参考信号获取等效信道矩阵并对等效信道矩阵进行分解以获取预编码矩阵。

下面采用两个实施例分别对上行处理方式和下行处理方式进行详细说明。

图2为本发明预编码处理方法另一个实施例的流程图，如图2所示，本实施例的方法采用上行处理方式，具体地，本实施例的方法可以包括：

步骤201、基站根据统计信息，获取UE发送的上行参考信号的到达方向角。

本实施例中，基站可以采用UE发送的上行参考信号的到达方向角(Angleof arrival，以下简称：AOA)进行波束赋形，本实施例中的UE具有多个天线。具体来说，基站可以根据UE的统计信息，估计其上行参考信号的AOA，本实施例中将该AOA记为θ_AOA。对θ_AOA的估计可以利用现有的技术，比如特征子空间分解等谱估计等方法。其中，该统计信息，可以是基站通过多次与UE的交互获取的UE的来波方向信息。需要说明的是，本实施例中，基站采用UE的到达方向角进行波束赋形处理，本领域技术人员可以理解的是，该到达方向角并非唯一的实现方式，只要基站可以获取UE的散射路径信息，获知UE当前的散射状态即可。

步骤202、基站根据到达方向角对阵列天线进行波束赋形，获取变换矩阵。

针对阵列天线，基站可以形成n个赋形波束。波束的个数n最好大于UE上的天线个数，以便形成更多独立的信号流，波束的宽度取决于阵元个数，间距，载波频率等物理参数。本实施例可以设波束赋形后各波束对应的单位空间特征图为：

$e\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{1}{\sqrt{n_A}}\left[\begin{array}{c}1\\ \exp \left(\frac{-j2\mathrm{\π}d\cos {\mathrm{\θ}}_i}{{\mathrm{\λ}}_c}\right)\\ \exp \left(\frac{-j2\mathrm{\π}\×2\×d\cos {\mathrm{\θ}}_i}{{\mathrm{\λ}}_c}\right)\\ .\\ .\\ .\\ \exp \left(\frac{-j2\mathrm{\π}\×n_A\×d\cos {\mathrm{\θ}}_i}{{\mathrm{\λ}}_c}\right)\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中d是阵列天线各阵元的间距，θ是波束方向与线阵的夹角，λ_c是载波波长。n_A为阵元个数。所以基站采用上述公式(1)进行波束赋形时，只需要确定波束方向θ_i，i＝1，…，n，n为波束个数。

下面详细介绍基站如何根据UE的θ_AOA确定波束方向θ_i，从而完成波束赋形。

较为理想情况是周围场景为一个充分散射的环境，基站在各θ_AOA上接收的信号流基本上可以保持独立，从而可以获得最大的自由度增益。因此，对于充分散射的情况来说，基站可以从θ_AOA中选择几个或者全部θ_AOA，选择的θ_AOA的个数大于用户设备天线阵元个数，然后基站可以在选择的θ_AOA对应的波束方向上进行波束赋形，从而尽可能使各赋形波束之间不重叠。基站即可在各赋形波束上接收上行参考信号，利用上行参考信号进行信道估计，获取对应于各波束方向的信道矩阵H。如果H是满秩的，则这些波束方向θ_i，也即对应的θ_AOA即可满足空间分集的传输条件，若H是非满秩的，也即这些波束方向θ_i并非相互独立的，则基站可以重新选择θ_AOA，从而重新获取波束方向θ_i，并重复上述过程，直到H满秩为止。另外，在判断H是否满秩的同时，基站还可以参考H的条件数，如果H的条件数较小，则说明各个波束方向上的强度差别不大。本领域技术人员可以根据需要，确定H需要满足那些条件。

对于非充分散射的情况来说，基站在各θ_AOA上接收的信号流不是相互独立的，因此，基站可以先将波束方向θ_i定位到UE来波强度较大的一些θ_AOA，例如来波信号强度大于预设阈值的θ_AOA，然后，基站可以利用上行参考信号估计与这些θ_AOA对应的波束方向θ_i的H，如果其满秩，则这些波束方向θ_i即可满足空间分集的传输条件；否则，基站需要改变其中一些波束方向θ_i，将波束方向θ_i定位到UE来波强度较小的一些θ_AOA，并再次进行上述关于H满秩的判断。如果多次尝试波束方向θ_i的改动仍不能使得H满秩，则说明很可能空间自由度小于UE的天线个数，那么基站可以减少赋形波束的个数n，并重复以上操作，直到满足空间分集的传输条件。但是，基站在确定H是否满足空间分集的传输条件的同时，还需要考虑运算负荷等因素，因此，本实施例可以将基站确定H的条件称为系统优化条件，本领域技术人员可以理解的是，该优化条件可以根据需要进行设定，只要使确定的H在满足系统优化条件下尽可能形成数量较多的波束方向。

波束赋形后，基站即可获取变换矩阵A(θ)＝[e(θ₁)e(θ₂)…e(θ_n)]。该变换矩阵的每一列与一个赋形波束对应。由此可知，通过上述波束赋形后，基站即可确定n个可以独立接收上行参考信号的波束，从而获取自由度增益n。

需要说明的是，本实施例并不限定空间分集的传输条件的具体内容，本领域技术人员可以根据需要，考虑各种因素确定该传输条件，此处不再赘述。另外，本领域技术人员还可以设定基站优化波束方向θ_i这一操作的结束条件，例如基站的计算负荷等。

步骤203、基站根据变换矩阵获取等效信道矩阵。

本实施例可以将实际信道矩阵H和波束赋形的变换矩阵A(θ)结合，形成一个维数较低的等效信道矩阵

具体来说，基站可以利用n个赋形波束分别对应的单位空间特征图e(θ_i)，对各阵元接收的信号向量进行线性变换，得到基于波束分解的一个n维的接收信号向量y_n。

设MIMO系统的信道矩阵为H，其中的元素h_ij表示UE的第j根天线到基站的第i根天线的信道增益，由此在基站通过阵列天线的波束赋形后获得的信号向量为：

z＝A(θ)HFx    (2)

其中F是UE的预编码矩阵，此时系统等效为n个接收天线的MIMO系统，A(θ)H为等效信道矩阵

$\tilde{H}=A\left(\mathrm{\θ}\right)H---\left(3\right)$

因此，为了最大化复用后的容量，基站可以根据等效信道矩阵来选择预编码矩阵。

步骤204、基站对等效信道矩阵进行奇异值分解，获取预编码矩阵。

具体来说，基站可以对进行奇异值SVD分解，得到U和V都是酉矩阵，Λ是代表每个波束方向上的独立信号流的信噪比(signal to noiseratio，以下简称：SNR)的对角矩阵，因此，最优的预编码矩阵即为V。

步骤205、基站将预编码矩阵对应的码字的索引值发送给UE。

鉴于直接传送预编码矩阵V的数据量较大，而且随着信道矩阵H的较快更新引起的反馈开销也比较大，精确的反馈也没有必要，因此，基站可以选择一组预存的码本，然后将预编码矩阵V用对应的码本量化后，将码字对应的预编码矩阵索引值(Pre-conding Matrix Index，以下简称：PMI)反馈给UE，从而减小了反馈开销。

UE后续的操作可以采用现有技术实现，例如根据收到的PMI确定使用的预编码矩阵，UE确定的预编码矩阵与步骤204中基站获取的预编码矩阵相同，然后UE可以将预编码矩阵进行量化获取码本，并根据码本进行信号发送，此处不再赘述。

本实施例中，对于单用户MIMO来说，基站可以根据UE的位置和散射场景信息，对单个阵列天线进行波束赋形，并对信道矩阵在波束方向上进行分解，获取等效信道矩阵，从而利用该等效信道矩阵获取最优的预编码矩阵，因此，本实施例可以在单个天线阵列实现MIMO系统时，使得UE与基站之间传输的信号在各波束方向上正交，从而获取自由度增益，而且在基站向UE发送预编码矩阵时还可以减小反馈开销。

图3为本发明预编码处理方法再一个实施例的流程图，如图3所示，本实施例的方法采用下行处理方式，具体地，本实施例的方法可以包括：

步骤301、基站根据统计信息，获取UE发送的上行参考信号的到达方向角。

步骤302、基站根据到达方向角对阵列天线进行波束赋形，获取变换矩阵。

步骤303、基站根据变换矩阵获取等效信道矩阵。

本实施例中的步骤301～303与图2所示方法实施例中的步骤201～203的实现方法类似，此处不再赘述。

步骤304、基站根据等效信道矩阵，向UE发送下行参考信号。

基站根据等效信道矩阵向UE发送下行参考信号，即可将在物理阵元上发送的各下行参考信号等效到波束赋形的方向上发送下行参考信号。

如果不对单个阵列天线进行波束赋形，那么基站需要估计阵列天线的每个阵元到UE的天线的信道增益，而所需的下行参考信号需要与各个阵元对应且相互独立。由于采用阵列天线的阵元个数往往都比较大，比如16，32，因此，要在同一时间内为UE分配大量的相互正交的下行参考信号会大大提高系统的设计难度，而且，也使得小区间的下行参考信号更容易产生相互干扰，影响信道估计的准确程度。

相比之下，在本实施例中，基站在发送下行参考信号之前，需要进行波束赋形，从而只需要在各波束方向上发送下行参考信号。具体来说，设UE的天线和基站的阵列天线的每个阵元之间的直接物理信道矩阵为H′，步骤303获取的等效信道矩阵为A(θ)＝[e(θ₁)e(θ₂)…e(θ_n)]，通过波束赋形后的等效信道矩阵为

${\tilde{H}}^{\text{'}}=A\left(\mathrm{\θ}\right)H^{\text{'}}---\left(4\right)$

通过波束赋形，基站可以将阵列天线在角域上等效为少数的几个波束，因此，本实施例所需的下行参考信号的数目只需要等于波束的个数即可，相对于赋形后的波束的个数一般来说小于阵列天线中阵元的个数，因此，相对于现有技术来说，本实施例可以减少下行参考信号的数量，从而降低系统设计复杂度，避免邻区干扰。

步骤305、UE根据下行参考信号估计等效信道矩阵。

UE从基站接收的下行参考信号可以表示为：

$z=A\left(\mathrm{\θ}\right)H^{\text{'}}\mathrm{Fx}={\tilde{H}}^{\text{'}}\mathrm{Fx}---\left(5\right)$

其中F表示基站对下行参考信号进行预编码所采用的预编码矩阵。

UE即可根据该下行参考信号估计出等效信道矩阵

需要说明的是，阵列天线的波束赋形对于UE而言是透明的，因此UE不会意识到波束成型的向量A(θ)，UE只会将估计获取的A(θ)H′这一等效信道矩阵作为信道矩阵。

步骤306、UE对等效信道矩阵进行奇异值分解，获取预编码矩阵。

UE对进行SVD分解得到其中U，V是酉矩阵，∑是对角矩阵。该酉矩阵V即为预编码矩阵。

步骤307、UE将预编码矩阵对应的码字的索引值发送给基站。

UE将V在已知的码本上进行量化，然后即可将量化码本对应PMI发送给基站。

后续的操作可以采用现有技术实现，基站可以根据收到的PMI和其它一些因素，如全网容量确定使用的预编码矩阵。然后UE根据使用的码本进行接收，即UE可以将收到的信号乘以对应的U矩阵进行信号空间旋转后进行解调和检测，此处不再赘述。

本实施例中，对于单用户MIMO来说，基站可以根据UE的位置和散射场景信息，对单个阵列天线进行波束赋形，并对信道矩阵在波束方向上进行分解，获取等效信道矩阵，从而利用该等效信道矩阵生成下行参考信号，因此，本实施例所生成的下行参考信号个数等于波束的个数，小于阵元的个数，因此，本实施例可以减少下行参考信号的数量，降低系统设计复杂度，避免邻区干扰；而且本实施例可以在单个天线阵列实现MIMO系统时，使得UE与基站之间传输的信号在各波束方向上正交，从而获取自由度增益。

图4为本发明基站一个实施例的结构示意图，如图4所示，本实施例的基站可以包括：第一处理模块11、第二处理模块12以及第三处理模块13，其中，第一处理模块11用于根据用户设备的来波方向信息，对天线阵列进行波束赋形，获取变换矩阵；第二处理模块12用于根据第一处理模块11获取的变换矩阵对信道矩阵进行变换，获取等效信道矩阵；第三处理模块13用于根据第二处理模块12获取的等效信道矩阵获取预编码处理所需的预编码矩阵。

本实施例的基站可以用于执行图1所示方法实施例的方法，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例的基站，对于单用户MIMO来说，可以根据UE的来波方向信息，对单个阵列天线进行波束赋形，并对信道矩阵在波束方向上进行分解，获取等效信道矩阵，从而利用该等效信道矩阵获取最优的预编码矩阵，因此，本实施例可以在单个天线阵列实现MIMO系统时，使得UE与基站之间传输的信号在各波束方向上正交，从而获取自由度增益。

图5为本发明基站另一个实施例的结构示意图，如图5所示，本实施例在图4所示基站结构的基础上，进一步的，还包括：第一发送模块14，该第一发送模块14用于将预编码矩阵对应的码字的索引值发送给所述用户设备；第一处理模块11进一步，可以包括：判断单元111、第一处理单元112以及第二处理单元113，其中判断单元111用于判断所述用户设备处于充分散射环境还是非充分散射环境；第一处理单元112用于若判断单元111判断所述用户设备处于充分散射环境，则从所述到达方向角中选择方向角，选择的方向角的个数大于用户设备天线阵元个数，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形；在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据所述上行参考信号获取信道矩阵；若所述信道矩阵满秩，则将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取所述变换矩阵；若所述信道矩阵非满秩，则从所述到达方向角中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据所述重新选择的方向角对应的波束方向确定变换矩阵，直到所述变换矩阵满秩为止；第二处理单元113用于若判断单元111判断所述用户设备处于充分散射环境，则从所述用户设备发送的上行参考信号的到达方向角中选择来波信号强度大于预设阈值的方向角，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形；在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据所述上行参考信号获取信道矩阵；若所述信道矩阵满秩，则将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取所述变换矩阵；若所述信道矩阵非满秩，则从所述到达方向角中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据所述重新选择的方向角对应的波束方向确定变换矩阵，直到所述信道矩阵满足系统优化条件。

本实施例的基站用于执行图2所示方法实施例的方法，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例的基站，对于单用户MIMO来说，可以根据UE的位置和散射场景信息，对单个阵列天线进行波束赋形，并对信道矩阵在波束方向上进行分解，获取等效信道矩阵，从而利用该等效信道矩阵获取最优的预编码矩阵，因此，本实施例可以在单个天线阵列实现MIMO系统时，使得UE与基站之间传输的信号在各波束方向上正交，从而获取自由度增益，而且在基站向UE发送预编码矩阵时还可以减小反馈开销。

图6为本发明基站再一个实施例的结构示意图，如图6所示，本实施例在图4所示基站结构的基础上，进一步的，还包括：第二发送模块15，该第二发送模块15用于根据所述等效信道矩阵向所述用户设备发送下行参考信号，以使所述用户设备根据所述下行参考信号获取所述等效信道矩阵并根据所述等效信道矩阵获取预编码矩阵；第一处理模块11进一步，可以包括：判断单元111、第一处理单元112以及第二处理单元113，其中判断单元111用于判断所述用户设备处于充分散射环境还是非充分散射环境；第一处理单元112用于若判断单元111判断所述用户设备处于充分散射环境，则从所述到达方向角中选择方向角，选择的方向角的个数大于用户设备天线阵元个数，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形；在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据所述上行参考信号获取信道矩阵；若所述信道矩阵满秩，则将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取所述变换矩阵；若所述信道矩阵非满秩，则从所述到达方向角中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据所述重新选择的方向角对应的波束方向确定变换矩阵，直到所述变换矩阵满秩为止；第二处理单元113用于若判断单元111判断所述用户设备处于充分散射环境，则从所述用户设备发送的上行参考信号的到达方向角中选择来波信号强度大于预设阈值的方向角，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形；在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据所述上行参考信号获取信道矩阵；若所述信道矩阵满秩，则将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取所述变换矩阵；若所述信道矩阵非满秩，则从所述到达方向角中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据所述重新选择的方向角对应的波束方向确定变换矩阵，直到所述信道矩阵满足系统优化条件。

本实施例的基站用于执行图3所示方法实施例的方法，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例中，对于单用户MIMO来说，基站可以根据UE的位置和散射场景信息，对单个阵列天线进行波束赋形，并对信道矩阵在波束方向上进行分解，获取等效信道矩阵，从而利用该等效信道矩阵生成下行参考信号，因此，本实施例所生成的下行参考信号个数等于波束的个数，小于阵元的个数，因此，本实施例可以减少下行参考信号的数量，降低系统设计复杂度，避免邻区干扰；而且本实施例可以在单个天线阵列实现MIMO系统时，使得UE与基站之间传输的信号在各波束方向上正交，从而获取自由度增益。

图7为本发明通信系统一个实施例的结构示意图，如图7所示，本实施例的通信系统包括：UE1和基站2，该UE1与基站2之间可以交互通信，其中，基站2可以采用上述图4～图6对应的实施例中任一个实施例的结构，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例的通信系统，对于单用户MIMO来说，基站可以根据UE的来波方向信息，对单个阵列天线进行波束赋形，并对信道矩阵在波束方向上进行分解，获取等效信道矩阵，从而利用该等效信道矩阵获取最优的预编码矩阵，因此，本实施例可以在单个天线阵列实现MIMO系统时，使得UE与基站之间传输的信号在各波束方向上正交，从而获取自由度增益。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种预编码处理方法，用于采用单个阵列天线实现的MIMO系统，其特征在于，包括：

根据用户设备的来波方向信息，对天线阵列进行波束赋形，获取变换矩阵；

根据所述变换矩阵对信道矩阵进行变换，获取等效信道矩阵，具体为：将所述信道矩阵在各赋形波束方向上进行分解从而获取所述等效信道矩阵；

根据所述等效信道矩阵获取预编码处理所需的预编码矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据用户设备的来波方向信息，对天线阵列进行波束赋形，包括：

根据所述用户设备发送的上行参考信号的散射路径信息，对天线阵列进行波束赋形。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述散射路径信息为到达方向角；若所述用户设备处于充分散射环境，所述根据所述用户设备发送的上行参考信号的散射路径信息，对天线阵列进行波束赋形，获取变换矩阵，包括：

从所述到达方向角中选择方向角，选择的方向角的个数大于所述用户设备的天线阵元个数，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形；

在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据所述上行参考信号获取信道矩阵；

若所述信道矩阵满秩，则将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取所述变换矩阵；

若所述信道矩阵非满秩，则从所述到达方向角中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据所述重新选择的方向角对应的波束方向确定变换矩阵，直到所述变换矩阵满秩为止。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述散射路径信息为到达方向角；若所述用户设备处于非充分散射环境，所述根据所述用户设备发送的上行参考信号的散射路径信息，对天线阵列进行波束赋形，获取变换矩阵，包括：

从所述到达方向角中选择来波信号强度大于预设阈值的方向角，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形；

在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据所述上行参考信号获取信道矩阵；

若所述信道矩阵满秩，则将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取所述变换矩阵；

若所述信道矩阵非满秩，则从所述到达方向角中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据所述重新选择的方向角对应的波束方向确定变换矩阵，直到所述信道矩阵满足系统优化条件。

5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述根据所述等效信道矩阵获取预编码处理所需的预编码矩阵，包括：

对所述等效信道矩阵进行奇异值分解，获取所述预编码矩阵。

6.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述根据所述等效信道矩阵获取预编码处理所需的预编码矩阵，包括：

根据所述等效信道矩阵向所述用户设备发送下行参考信号，并接收所述用户设备发送的预编码矩阵，所述预编码矩阵为所述用户设备根据所述下行参考信号获取所述等效信道矩阵并根据所述等效信道矩阵获取的。

7.一种基站，用于采用单个阵列天线实现的MIMO系统，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于根据用户设备的来波方向信息，对天线阵列进行波束赋形，获取变换矩阵；

第二处理模块，用于根据所述第一处理模块获取的变换矩阵对信道矩阵进行变换，获取等效信道矩阵，具体为：将所述信道矩阵在各赋形波束方向上进行分解从而获取所述等效信道矩阵；

第三处理模块，用于根据所述第二处理模块获取的等效信道矩阵获取预编码处理所需的预编码矩阵。

8.根据权利要求7所述的基站，其特征在于，所述第一处理模块，包括：

判断单元，用于判断所述用户设备处于充分散射环境还是非充分散射环境；

第一处理单元，用于若所述判断单元判断所述用户设备处于充分散射环境，则从所述用户设备发送的上行参考信号的到达方向角中选择方向角，选择的方向角的个数大于所述用户设备的天线阵元个数，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形；在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据所述上行参考信号获取信道矩阵；若所述信道矩阵满秩，则将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取所述变换矩阵；若所述信道矩阵非满秩，则从所述到达方向角中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据所述重新选择的方向角对应的波束方向确定变换矩阵，直到所述变换矩阵满秩为止；

第二处理单元，用于若所述判断单元判断所述用户设备处于非充分散射环境，则从所述用户设备发送的上行参考信号的到达方向角中选择来波信号强度大于预设阈值的方向角，在选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形；在赋形波束方向上接收上行参考信号，并根据所述上行参考信号获取信道矩阵；若所述信道矩阵满秩，则将各赋形波束对应的单位空间特征向量组成获取所述变换矩阵；若所述信道矩阵非满秩，则从所述到达方向角中重新选择方向角，在重新选择的方向角对应的波束方向上进行波束赋形，并根据所述重新选择的方向角对应的波束方向确定变换矩阵，直到所述信道矩阵满足系统优化条件。

9.根据权利要求7所述的基站，其特征在于，还包括：第一发送模块和第二发送模块中的至少一个模块，

所述第一发送模块，用于将所述预编码矩阵对应的码字的索引值发送给所述用户设备；

所述第二发送模块，用于根据所述等效信道矩阵向所述用户设备发送下行参考信号，以使所述用户设备根据所述下行参考信号获取所述等效信道矩阵并根据所述等效信道矩阵获取所述预编码矩阵。

10.一种通信系统，其特征在于，包括：用户设备和如权利要求7～9中任一权利要求所述的基站，所述用户设备与所述基站通信。