CN103152085B - 三维波束赋形的权值获取方法和装置 - Google Patents
三维波束赋形的权值获取方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种三维波束赋形的权值获取方法，包括：获取通信站和移动站之间的整体信道系数矩阵；根据所述整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵，根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值；对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值。本发明还提供一种三维波束赋形的权值获取装置。本发明通过分层方式，降低了三维波束赋形权值获取的复杂度，提高无线通讯系统的性能和覆盖范围。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种三维波束赋形(Three DimensionBeamforming，3D BF)的权值获取方法和实现装置。
背景技术
波束赋形是一种信号处理技术，它基于自适应天线原理，利用天线阵列通过先进的信号处理算法分别对各天线单元加权处理，使阵列实时对准有用信号方向，而在干扰方向形成零点以抑制干扰信号。从而提高信噪比，提升系统性能，增加系统的覆盖范围。
传统的波束赋形一般是指二维波束赋形，它只区分水平方位角不一样的移动站，如图1(a)所示，而对于水平方位角一样，垂直俯仰角不同的移动站是不能区分的，如图1(b)所示。三维波束赋形是一种同时考虑水平方位角和垂直俯仰角的一种立体的波束赋形技术，它既能自适应地调整水平方位角度，又能自适应地调整垂直俯仰角度，从而既能区分不同方位角的接收端，也能区分不同俯仰角的接收端。有着传统二维波束赋形无法比拟的优势。
三维波束赋形在垂直覆盖(如图2所示)、垂直方向的干扰抑制(如图 3所示)等方面有着二维波束赋形无法比拟的优势，它能更好地满足第四代无线通信系统对覆盖和干扰抑制的要求，是非常值得研究的技术之一。
三维波束赋形权值W的获取，是三维波束赋形的关键技术之一。权值 W的准确性和及时性很大程度上影响着三维波束赋形的性能。一般来说，实现三维波束赋形的天线阵列为二维的平面阵或者三维的长方体阵，阵元数目比较多，如果把所有阵元当成一个整体进行处理获取权值，需要对一个很大的矩阵进行特征值分解等操作，复杂度比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种三维波束赋形权值获取的方法和装置，可以降低三维波束赋形权值获取的复杂度。
为了解决上述问题，本发明提供了一种三维波束赋形的权值获取方法，包括：
获取通信站和移动站之间的整体信道系数矩阵；
根据所述整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵，根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值；
对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述整体信道系数矩阵为用来计算所述三维波束赋形的取值的资源块上的信道系数矩阵H(l)，所述H(l)中的元素hn,m(l)表示所述通信站第m根天线到所述移动站第n根天线在所述资源块上第l个载波上的信道系数，n＝1,…,NR，m＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k， i＝1,…,NT1，j＝1,…,NT2，k＝1,…,NT3，NR表示所述移动站的天线数目，NT1表示所述通信站的天线阵列在维度1上的天线数目，NT2表示所述通信站的天线阵列在维度2上的天线数目，NT3表示所述通信站的天线阵列在维度3上的天线数目；l＝1,…,NS表示所述资源块上的载波个数。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述根据整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵包括：
将H(l)中所有列索引满足mi＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,i＝1,…,NT1的列构成的矩阵作为维度1的信道系数矩阵H1(l,j,k)， j＝1,…,NT2,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS；
将H(l)中所有列索引满足mj＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,j＝1,…,NT2的列构成的矩阵作为维度2的信道系数矩阵H2(l,i,k)， i＝1,…,NT1,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS；
将H(l)中所有列索引满足mk＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,k＝1,…,NT3的列构成的矩阵作为维度3的信道系数矩阵H3(l,i,j)， i＝1,…,NT1,j＝1,…,NT2,l＝1,…,NS。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值包括：
对任一维度，根据该维度的信道系数矩阵计算该维度的相关矩阵，获取该维度的相关矩阵的最大特征值对应的特征向量，将该特征向量归一化后作为该维度的权值。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值包括：
其中，代表张量积，W为三维波束赋形的权值，W1为维度1的权值， W2为维度2的权值，W3为维度3的权值。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，当所述通信站的天线阵列为平面天线阵列，则存在一个维度，其上的天线数目为1，对该维度，所述根据所述整体信道系数矩阵提取该维度的信道系数矩阵，根据该维度的信道系数矩阵计算该维度的权值包括：直接令该维度的权值为1。
本发明还提供一种三维波束赋形的权值获取装置，包括：
整体信道系数矩阵获取模块，用于获取通信站和移动站之间的整体信道系数矩阵；
维度权值计算模块，用于根据所述整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵，根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值；
三维波束赋形权值计算模块，用于对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述整体信道系数矩阵为用来计算所述三维波束赋形的取值的资源块上的信道系数矩阵H(l)，所述H(l)中的元素hn,m(l)表示所述通信站第m根天线到所述移动站第n根天线在所述资源块上第l个载波上的信道系数，n＝1,…,NR，m＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k， i＝1,…,NT1，j＝1,…,NT2，k＝1,…,NT3，NR表示所述移动站的天线数目，NT1表示所述通信站的天线阵列在维度1上的天线数目，NT2表示所述通信站的天线阵列在维度2上的天线数目，NT3表示所述通信站的天线阵列在维度3上的天线数目；l＝1,…,NS表示所述资源块上的载波个数。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述维度权值计算模块根据所述整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵包括：
将H(l)中所有列索引满足mi＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,i＝1,…,NT1的列构成的矩阵作为维度1的信道系数矩阵H1(l,j,k)， j＝1,…,NT2,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS；
将H(l)中所有列索引满足mj＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,j＝1,…,NT2的列构成的矩阵作为维度2的信道系数矩阵H2(l,i,k)， i＝1,…,NT1,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS；
将H(l)中所有列索引满足mk＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,k＝1,…,NT3的列构成的矩阵作为维度3的信道系数矩阵H3(l,i,j)， i＝1,…,NT1,j＝1,…,NT2,l＝1,…,NS。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述维度权值计算模块根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值包括：
对任一维度，根据该维度的信道系数矩阵计算该维度的相关矩阵，获取该维度的相关矩阵的最大特征值对应的特征向量，将该特征向量归一化后作为该维度的权值。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述三维波束赋形权值计算模块对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值包括：
将作为三维波束赋形的权值；
其中，代表张量积，W1为维度1的权值，W2为维度2的权值，W3为维度3的权值。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述维度权值计算模块还用于：当所述通信站的天线阵列为平面天线阵列时，则对天线阵列数为1的维度，直接令该维度的权值为1。
本发明提供的三维波束赋形的权值获取方法和装置，通过分层方式，降低了三维波束赋形权值获取的复杂度，提高无线通讯系统的性能和覆盖范围。
附图说明
图1(a)和图1(b)是传统二维波束赋形示意图；
图2是用三维波束赋形实现垂直覆盖的示意图；
图3是用三维波束赋形实现垂直方向干扰抑制示意图；
图4是本发明实施例所述的串行计算三维波束赋形权值方法的流程图；
图5是本发明实施例所述的并行计算三维波束赋形权值方法的流程图；
图6是实施例所述的三维波束赋形权值获取装置一种实施方式；
图7是本发明实施例所述三维波束赋形权值获取装置另一实施方式；
图8是本发明实施例所述三维波束赋形权值获取装置又一实施方式；
图9是本发明实施例所述的平面天线阵列示意图；
图10是本发明实施例所述的立体天线阵列示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明用到的一些术语定义如下：
通信站：宏基站、微基站、直放站、中继、拉远设备、无线接入点等各种无线通信设备。
移动站：数据卡、手机、笔记本电脑、个人电脑、平板电脑、个人数字助理、蓝牙等各种终端。
本发明实施例提供了一种三维波束赋形的权值获取方法，包括：
获取通信站和移动站之间的整体信道系数矩阵；
根据整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵，对每个维度，根据该维度的信道系数矩阵计算该维度的权值；
对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形权值。
进一步地，所述整体信道系数矩阵是指用来计算波束赋形权值的资源块上的信道系数矩阵H(l)。其中，对每一个l，其对应的H(l)为NR*NT维矩阵。
其中，H(l)中的第n行，第m列元素hn,m(l)表示通信站第m根天线到移动站第n根天线在所述资源块上第l个载波上的信道系数，n＝1,…,NR， m＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k，i＝1,…,NT1，j＝1,…,NT2，k＝1,…,NT3，NR表示移动站的天线数目，NT1表示通信站天线阵列在维度1上的天线数目，NT2表示通信站天线阵列在维度2上的天线数目，NT3表示通信站天线阵列在维度3 上的天线数目，NT＝NT1×NT2×NT3表示通信站总的天线数目；l＝1,…,NS表示所述资源块上的载波个数，它可以仅是导频载波或者数据载波，也可以是导频和数据载波。通信站天线阵列在各维度上的天线数目在放置天线时即可得到。
其中，所述资源块是一个时频二维结构，在时域上占据一个或多个连续的符号，在频域上占据一个或多个连续的子载波。所述数据载波或者导频载波是指资源块上1个OFDM(或者OFDMA)上的1个子载波。所述符号为正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)或者正交频分多址(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess，OFDMA)符号。
进一步地，根据整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵包括：
提取维度1的信道系数矩阵H1(l,j,k)，它由H(l)中所有列索引满足 mi＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,i＝1,…,NT1的列构成的矩阵。其中， j＝1,…,NT2,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS。
提取维度2的信道系数矩阵H2(l,i,k)，它由H(l)中所有列索引满足 mj＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,j＝1,…,NT2的列构成的矩阵。其中， i＝1,…,NT1,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS。
提取维度3的信道系数矩阵H3(l,i,j)，它由H(l)中所有列索引满足 mk＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,k＝1,…,NT3的列构成的矩阵。其中， i＝1,…,NT1,j＝1,…,NT2,l＝1,…,NS。
下面以一示例进行说明。
以NT＝4(包括两行两列的天线阵列)，NR＝2为列，对于其中一个l，假设：
则：把第1、3列作为维度2的k＝1的信道系数矩阵
把2、4列作为维度2的k＝2信道系数
进一步地，根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值包括：
对任一维度，根据该维度的信道系数矩阵计算该维度的相关矩阵，获取该维度的相关矩阵的最大特征值对应的特征向量，将该特征向量归一化后作为该维度的权值。
具体的，包括：
根据维度1的信道系数矩阵计算维度1的相关矩阵，并将维度1的相关矩阵的最大特征值对应的特征向量作为维度1的权值W1。其中，W1为的NT1×1 的列向量或1×NT1的行向量，维度1的相关矩阵为：
根据维度2的信道系数矩阵计算维度2的相关矩阵，并将维度2的相关矩阵的最大特征值对应的特征向量作为维度2的权值W2。其中，W2为的NT2×1 的列向量或1×NT2的行向量，维度2的相关矩阵为：
根据维度3的信道系数矩阵计算维度3的相关矩阵，并将维度3的相关矩阵的最大特征值对应的特征向量作为维度3的权值W3。其中，W3为的NT3×1 的列向量或1×NT3的行向量，维度3的相关矩阵为：
上述表达式中，上标H表示矩阵的共轭转置。
进一步地，根据信道相关矩阵计算其最大特征值对应的特征向量使用如下方式之一：特征值分解方法、奇异值分解方法。
进一步地，对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形权值包括：
将每个维度的权值进行张量积，并将张量积得到的最终结果作为三维波束赋形权值W，即
优选地，所述每个维度的权值W1,W2,W3是归一化的。
例如，W＝(1,3,5,6)，那么归一化就是
优选地，当所述通信站的天线阵列为平面天线阵列，则存在一个维度，其上的天线数目为1，对该维度，所述根据所述整体信道系数矩阵提取该维度的信道系数矩阵，根据该维度的信道系数矩阵计算该维度的权值包括：直接令该维度的权值为1。比如，令维度1的天线数目为1，可以省略维度1 的信道系数矩阵提取，维度1的权值计算这些步骤，直接令维度1的权值为 1。
本发明实施例还提供一种获取三维波束赋形权值的装置，如图6所示，包括：
整体信道系数矩阵获取模块：用于获取通信站和移动站之间的整体信道系数矩阵；
维度权值计算模块，用于根据所述整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵，根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值；
三维波束赋形权值计算模块，用于对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值。
进一步的，如图7，8所示，维度权值计算模块还包括如下模块：
维度1的信道系数矩阵提取模块：用来根据整体信道信息提取相应维度 1的信道系数矩阵；
维度2的信道系数矩阵提取模块：根据整体信道信息提取相应维度2的信道系数矩阵；
维度3的信道系数矩阵提取模块，用来根据整体信道信息提取相应维度 3的信道系数矩阵；
维度1的权值计算模块，与维度1的信道系数矩阵提取模块相连，用于计算维度1的信道相关矩阵和根据信道相关矩阵计算其最大特征值对应的特征向量，并将它作为维度1的权值W1；
维度2的权值计算模块，与维度2的信道系数矩阵提取模块相连，用于计算维度2的信道相关矩阵和根据信道相关矩阵计算其最大特征值对应的特征向量，并将它作为维度2的权值W2；
维度3的权值计算模块，与维度3的信道系数矩阵提取模块相连，用于计算维度3的信道相关矩阵和根据信道相关矩阵计算其最大特征值对应的特征向量，并将它作为维度3的权值W3。
图7中，维度1的信道系数矩阵提取模块与整体信道系数矩阵获取模块相连，维度2的信道系数矩阵提取模块与维度1的权值计算模块相连，维度 3的信道系数矩阵提取模块与维度2的权值计算模块相连，维度3的权值计算模块与三维波束赋形权值计算模块相连，该装置适合于串行计算各维度的权值。
图8中，维度1的信道系数矩阵提取模块、维度2的信道系数矩阵提取模块和维度3的信道系数矩阵提取模块均与整体信道系数矩阵获取模块相连，维度1的权值计算模块、维度2的权值计算模块和维度3的权值计算模块均与三维波束赋形权值计算模块相连，该装置适合于并行计算各维度的权值。
当然，维度权值计算模块中，也可能只包括一个信道系数矩阵提取模块和一个权值计算模块，信道系数矩阵提取模块提取一个维度的信道系数矩阵后，权值计算模块计算该维度的权值；然后，信道系数矩阵提取模块提取下一维度的信道系数矩阵，权值计算模块计算该维度的权值，依次类推，直到得到所有维度的权值。本发明对维度权值计算模块的具体结构不作限定。
具体实施例1
本实施例基于平面天线阵列给出三维波束赋形的权值获取方法的例子。平面天线阵如图9所示。这里只有两个维度的天线，天线维度是本发明为了便于描述天线索引和分层而定义的概念，例如天线阵的长是一个维度，宽是一个维度，高是一个维度。本实施例的天线阵可以位于X-Y平面，如果天线索引以行为主序排列，即先排第一行，再排第二行，直到最后一行。那么维度3代表X轴，维度2代表Y轴；如果天线索引以列为主序排列，即先排第一列，再排第二列，直到最后一列。那么维度3代表Y轴，维度2代表X轴。当然，天线阵列也可以位于Y-Z平面，或者X-Z平面或者任意的平面。这里不一一列举。通信站在维度3上有NT3根天线，维度2上有 NT2根天线，由于维度1上的天线数目为1，所以略去维度1的计算步骤，直接令维度1的权值W1＝1。移动站共有天线数目为NR，通信站为该移动站分配的时频资源块索引l＝1,…,NS。
如果是要实现上行三维波束赋形的权值获取，通信站可以通过上行链路直接获取信道系数矩阵H(l)，并通过计算三维波束赋形权值的相关步骤计算三维波束赋形权值。如果是要实现下行三维波束赋形，那么通信站可以通过上行链路直接获取信道系数矩阵HU(l)，并利用信道的互易性，将上行信道系数矩阵HU(l)转置后作为计算三维波束赋形权值的信道系数矩阵H(l)；或者通过移动站反馈其所获取的下行信道系数矩阵H(l)给通信站。通信站获取信道系数矩阵H(l)后，通过计算三维波束赋形权值的相关步骤计算三维波束赋形权值。也可以是移动站获取下行信道系数矩阵H(l)并利用计算三维波束赋形权值的相关步骤计算三维波束赋形权值，并将计算的三维波束赋形权值反馈给通信站。移动站反馈给通信站的三维波束赋形权值，可以是量化后的权值。
其中，H(l)中的元素hn,m(l)表示通信站第m根天线到移动站第n根天线在所述资源块上第l个载波上的信道系数，n＝1,…,NR，m＝(j-1)NT3+k， j＝1,…,NT2，k＝1,…,NT3，NR表示移动站的天线数目，NT2表示通信站天线阵列在维度2上的天线数目，NT3表示通信站天线阵列在维度3上的天线数目， NT＝NT2×NT3表示通信站总的天线数目；l＝1,…,NS表示所述资源块上的载波个数，它可以仅是导频载波或者数据载波，也可以是导频载波和数据载波。
通信站或者移动站在获取整体信道系数矩阵后，通过如下步骤，分层计算三维波束赋形的权值，包括：
(1)计算维度2的权值W2和维度3的权值W3
(1.1)通过如下步骤计算维度2的权值W2；
(a)提取维度2的信道系数矩阵H2(l,1,k)，它由H(l)中所有列索引满足 mj＝(j-1)NT3+k,j＝1,…,NT2的列构成的矩阵。其中，k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS。
(b)根据维度2的信道系数矩阵计算维度2的相关矩阵，
(c)对R2进行特征值分解，将最大特征值对应的特征向量进行归一化作为维度2的权值W2。
其中，W2可以是行向量或者列向量。也可以进行SVD分解得到最大特征值对应的特征向量。
(1.2)通过如下步骤计算维度3的权值W3；
(a)提取维度3的信道系数矩阵H3(l,1,j)，它由H(l)中所有列索引满足 mk＝(j-1)NT3+k,k＝1,…,NT3的列构成的矩阵。其中，j＝1,…,NT2,l＝1,…,NS。
(b)根据维度3的信道系数矩阵计算维度3的相关矩阵，
(c)对R3进行特征值分解，将最大特征值对应的特征向量进行归一化作为维度3的权值W3。
其中，W3可以是行向量或者列向量。也可以进行SVD分解得到最大特征值对应的特征向量。
上述步骤(1.1)和(1.2)可以串行执行，执行步骤(1.1)后再执行步骤(1.2)或者执行步骤(1.2)后再执行步骤(1.1)，如图4所示。也可以并行执行，同时执行步骤(1.1)和(1.2)，如图5所示。
(2)通过维度2的权值W2和维度3的权值W3张量积形成三维波束赋形的权值
这里，张量积是矩阵论里常用的符号，如
具体实施例2
本实施例基于长方体天线阵列给出三维波束赋形的权值获取方法的例子。长方体天线阵如图10所示。这里有三个维度的天线，天线维度是本发明为了便于描述天线索引和分层而定义的概念，例如天线阵的长是一个维度，宽是一个维度，高是一个维度。比如，天线阵的索引在同一高度，以行为主序，即先排第一行，再排第二行，直到最后一行。而高度上也是从低到高的顺序排。那么维度1代表高，维度2代表列，维度3代表行。通信站在维度 3上有NT3根天线，维度2上有NT2根天线，在维度1上的天线数目为NT1。移动站共有天线数目为NR，通信站为该移动站分配的时频资源块索引 l＝1,…,NS。如果是要实现上行三维波束赋形的权值获取，通信站可以通过上行链路直接获取信道系数矩阵H(l)，并通过计算三维波束赋形权值的相关步骤计算三维波束赋形权值。如果是要实现下行三维波束赋形，那么通信站可以通过上行链路直接获取信道系数矩阵HU(l)，并利用信道的互易性，将上行信道系数矩阵HU(l)做转置后作为计算三维波束赋形权值的信道系数矩阵 H(l)；或者通过移动站反馈其所获取的下行信道H(l)给通信站。并根据信道系数矩阵H(l)和计算三维波束赋形权值的相关步骤计算三维波束赋形权值。也可以是移动站获取下行信道系数矩阵H(l)并利用计算三维波束赋形权值的相关步骤计算三维波束赋形权值，并将计算的三维波束赋形权值反馈给通信站。移动站反馈给通信站的权值，可以是量化后的权值。
其中，H(l)中的元素hn,m(l)表示通信站第m根天线到移动站第n根天线在所述资源块上第l个载波上的信道系数，n＝1,…,NR， m＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k，i＝1,…,NT1，j＝1,…,NT2，k＝1,…,NT3，NR表示移动站的天线数目，NT1表示通信站天线阵列在维度1上的天线数目，NT2表示通信站天线阵列在维度2上的天线数目，NT3表示通信站天线阵列在维度3上的天线数目，NT＝NT1×NT2×NT3表示通信站总的天线数目；l＝1,…,NS表示所述资源块上的载波个数，它可以仅是导频载波或者数据载波，也可以是导频载波和数据载波。
通信站或者移动站在获取整体信道系数矩阵后，通过如下步骤，分层计算三维波束赋形的权值。
(1)计算每个维度的权值W1,W2,W3
(1.1)通过如下步骤计算维度1的权值W1；
(a)提取维度1的信道系数矩阵H1(l,j,k)，它由H(l)中所有列索引满足 mi＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,i＝1,…,NT1的列构成的矩阵。其中， j＝1,…,NT2,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS。
(b)根据维度1的信道系数矩阵计算维度1的相关矩阵，
(c)对R1进行特征值分解，将最大特征值对应的特征向量进行归一化作为维度1的权值W1。
其中，W1可以是行向量或者列向量，也可以进行SVD分解得到最大特征值对应的特征向量。
(1.2)通过如下步骤计算维度2的权值W2；
(a)提取维度2的信道系数矩阵H2(l,i,k)，它由H(l)中所有列索引满足 mj＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,j＝1,…,NT2的列构成的矩阵。其中， i＝1,…,NT1,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS。
(b)根据维度2的信道系数矩阵计算维度2的相关矩阵，
(c)对R2进行特征值分解，将最大特征值对应的特征向量进行归一化作为维度2的权值W2。
其中，W2可以是行向量或者列向量，也可以进行SVD分解得到最大特征值对应的特征向量。
(1.3)通过如下步骤计算维度3的权值W3；
(a)提取维度3的信道系数矩阵H3(l,i,j)，它由H(l)中所有列索引满足 mk＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,k＝1,…,NT3的列构成的矩阵。其中， i＝1,…,NT1,j＝1,…,NT2,l＝1,…,NS。
(b)根据维度3的信道系数矩阵计算维度3的相关矩阵，
(c)对R3进行特征值分解，将最大特征值对应的特征向量进行归一化作为维度3的权值W3。
其中，W3可以是行向量或者列向量，也可以进行SVD分解得到最大特征值对应的特征向量。
其中，上述步骤(1.1)～(1.3)之间执行顺序任意，比如可以串行执行，先执行步骤(1.1)，再执行步骤(1.2)，最后执行步骤(1.3)；也可以以其它的先后顺序串行执行步骤(1.1)～(1.3)。如图4所示。可以并行做，同时执行步骤(1.1)～(1.3)，如图5所示，也可以其中两个步骤并行执行后，再执行另一步骤。
(2)通过维度1的权值W1，维度2的权值W2和维度3的权值W3张量积形成三维波束赋形的权值
这里，张量积是矩阵论里常用的符号，如
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
Claims (6)
1.一种三维波束赋形的权值获取方法，其特征在于，包括：
获取通信站和移动站之间的整体信道系数矩阵；
根据所述整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵，根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值；
对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值；
其中，所述整体信道系数矩阵为用来计算所述三维波束赋形的取值的资源块上的信道系数矩阵H(l)，所述H(l)中的元素hn,m(l)表示所述通信站第m根天线到所述移动站第n根天线在所述资源块上第l个载波上的信道系数，n＝1,…,NR，m＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k，i＝1,…,NT1，j＝1,…,NT2，k＝1,…,NT3，NR表示所述移动站的天线数目，NT1表示所述通信站的天线阵列在维度1上的天线数目，NT2表示所述通信站的天线阵列在维度2上的天线数目，NT3表示所述通信站的天线阵列在维度3上的天线数目；l＝1,…,NS表示所述资源块上的载波个数；
所述根据所述整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵包括：
将H(l)中所有列索引满足mi＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,i＝1,…,NT1的列构成的矩阵作为维度1的信道系数矩阵H1(l,j,k)，j＝1,…,NT2,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS；
将H(l)中所有列索引满足mj＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,j＝1,…,NT2的列构成的矩阵作为维度2的信道系数矩阵H2(l,i,k)，i＝1,…,NT1,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS；
将H(l)中所有列索引满足mk＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,k＝1,…,NT3的列构成的矩阵作为维度3的信道系数矩阵H3(l,i,j)，i＝1,…,NT1,j＝1,…,NT2,l＝1,…,NS；
所述对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值包括：
<mrow>
<mi>W</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>W</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>&CircleTimes;</mo>
<msub>
<mi>W</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>&CircleTimes;</mo>
<msub>
<mi>W</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
</mrow>
其中，代表张量积，W为三维波束赋形的权值，W1为维度1的权值，W2为维度2的权值，W3为维度3的权值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值包括：
对任一维度，根据该维度的信道系数矩阵计算该维度的相关矩阵，获取该维度的相关矩阵的最大特征值对应的特征向量，将该特征向量归一化后作为该维度的权值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述通信站的天线阵列为平面天线阵列，则存在一个维度，其上的天线数目为1，对该维度，所述根据所述整体信道系数矩阵提取该维度的信道系数矩阵，根据该维度的信道系数矩阵计算该维度的权值包括：直接令该维度的权值为1。
4.一种三维波束赋形的权值获取装置，其特征在于，包括：
整体信道系数矩阵获取模块，用于获取通信站和移动站之间的整体信道系数矩阵；
维度权值计算模块，用于根据所述整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵，根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值；
三维波束赋形权值计算模块，用于对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值；
其中，所述整体信道系数矩阵为用来计算所述三维波束赋形的取值的资源块上的信道系数矩阵H(l)，所述H(l)中的元素hn,m(l)表示所述通信站第m根天线到所述移动站第n根天线在所述资源块上第l个载波上的信道系数，n＝1,…,NR，m＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k，i＝1,…,NT1，j＝1,…,NT2，k＝1,…,NT3，NR表示所述移动站的天线数目，NT1表示所述通信站的天线阵列在维度1上的天线数目，NT2表示所述通信站的天线阵列在维度2上的天线数目，NT3表示所述通信站的天线阵列在维度3上的天线数目；l＝1,…,NS表示所述资源块上的载波个数；
所述维度权值计算模块，用于根据所述整体信道系数矩阵提取每个维度的信道系数矩阵包括：
将H(l)中所有列索引满足mi＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,i＝1,…,NT1的列构成的矩阵作为维度1的信道系数矩阵H1(l,j,k)，j＝1,…,NT2,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS；
将H(l)中所有列索引满足mj＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,j＝1,…,NT2的列构成的矩阵作为维度2的信道系数矩阵H2(l,i,k)，i＝1,…,NT1,k＝1,…,NT3,l＝1,…,NS；
将H(l)中所有列索引满足mk＝(i-1)NT2*NT3+(j-1)NT3+k,k＝1,…,NT3的列构成的矩阵作为维度3的信道系数矩阵H3(l,i,j)，i＝1,…,NT1,j＝1,…,NT2,l＝1,…,NS；
所述三维波束赋形权值计算模块对所有维度的权值进行处理得到三维波束赋形的权值包括：
将作为三维波束赋形的权值；
其中，代表张量积，W1为维度1的权值，W2为维度2的权值，W3为维度3的权值。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述维度权值计算模块根据每个维度的信道系数矩阵计算该维度的权值包括：
对任一维度，根据该维度的信道系数矩阵计算该维度的相关矩阵，获取该维度的相关矩阵的最大特征值对应的特征向量，将该特征向量归一化后作为该维度的权值。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述维度权值计算模块还用于：当所述通信站的天线阵列为平面天线阵列时，则对天线阵列数为1的维度，直接令该维度的权值为1。
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