CN103326766B

CN103326766B - 一种双流波束赋形方法及装置

Info

Publication number: CN103326766B
Application number: CN201210074984.9A
Authority: CN
Inventors: 刘龙; 李琼
Original assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: CN103326766A

Abstract

本发明公开了一种双流波束赋形方法及装置，涉及通信技术，根据信道矩阵，通过按基站每组的发射天线数分配参数的方式确定两组赋形系数；再根据天线的功率限制调整赋形系数；并使用调整后的赋形系数分别为两组天线进行波束赋形。通过此方式不需要进行两次特征值分解获得两个特征矢量，降低了进行双流波束赋形的复杂度。

Description

一种双流波束赋形方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种双流波束赋形方法及装置。

背景技术

近年来移动通信的迅速发展以及其他无线应用的开发使得无线频谱资源日趋紧张，因此，要满足用户数量增加和新业务开展的需要，就需要进一步提高系统容量，提高系统的频谱利用率。

MIMO(Multiple In Multiple Out，多输入多输出)技术的广泛应用，使得在空间上传输多个数据流成为可能。波束赋形由于其明确指向性波束可以增加覆盖距离，改善信号质量，提高穿透建筑物的能力，而且能够增加小区边缘用户的吞吐量，从而得到了广泛的应用。

而目前的双流波束赋形方案，是采用传统的EBB(Eigen-value BasedBeamforming，基于特征值赋形)算法，通过对信道估计的相关矩阵特征值分解的方式，分解得到最大和次大特征值对应的两组特征矢量，在基站的发射天线上用这两个特征矢量的共轭作为加权系数，实现双流波束赋形。具体流程如图1所示，包括：

步骤S101、利用上行导频做上行信道估计，得到信道矩阵H；

步骤S102、计算信道相关矩阵R＝H^HH；

步骤S103、对相关矩阵进行特征值分解，得到最大和次大特征值对应的两组特征矢量，作为天线的加权系数。

在该方案中，需要进行特征值分解计算两个特征矢量，该计算的复杂度较高，并且在终端固定用一根天线发送上行导频时，采用该方式确定特征矢量也使得性能较差。

发明内容

本发明实施例提供一种双流波束赋形方法及装置，以降低进行双流波束赋形的复杂度。

一种双流波束赋形方法，包括：

根据上行导频进行信道估计，确定信道矩阵；

根据所述信道矩阵，通过按基站每组的发射天线数分配参数的方式确定两组赋形系数；

根据天线的功率限制调整所述赋形系数；

使用所述调整后的赋形系数分别为两组天线进行波束赋形。

一种双流波束赋形装置，包括：

信道估计单元，用于根据上行导频进行信道估计，确定信道矩阵；

赋形系数确定单元，用于根据所述信道矩阵，通过按基站每组的发射天线数分配参数的方式确定两组赋形系数；

赋形系数调整单元，用于根据天线的功率限制调整所述赋形系数；

波束赋形单元，用于使用所述调整后的赋形系数分别为两组天线进行波束赋形。

本发明实施例提供一种双流波束赋形方法及装置，根据信道矩阵，通过按基站每组的发射天线数分配参数的方式确定两组赋形系数；再根据天线的功率限制调整赋形系数；并使用调整后的赋形系数分别为两组天线进行波束赋形。通过此方式不需要进行两次特征值分解获得两个特征矢量，降低了进行双流波束赋形的复杂度。

附图说明

图1为现有技术中进行双流波束赋形的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的进行双流波束赋形的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的对应实施例一的进行双流波束赋形的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的对应实施例二的进行双流波束赋形的方法流程图；

图5为本发明实施例提供的对应实施例三的进行双流波束赋形的方法流程图；

图6为本发明实施例提供的对应实施例四的进行双流波束赋形的方法流程图；

图7为本发明实施例提供的进行双流波束赋形的装置结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明实施例提供的双流波束赋形方法包括：

步骤S201、根据上行导频进行信道估计，确定信道矩阵；

步骤S202、根据信道矩阵，通过按基站每组的发射天线数分配参数的方式确定两组赋形系数；

步骤S203、根据天线的功率限制调整赋形系数；

步骤S204、使用调整后的赋形系数分别为两组天线进行波束赋形。

由步骤S202中，是通过按基站每组的发射天线数分配参数的方式确定两组赋形系数，而并非通过两次特征值分解获得两个特征矢量，所以能够有效降低双流波束赋形的复杂度。

下面通过具体的实施例对本发明实施例提供的双流波束赋形方法进行详细说明：

实施例一、

在该实施例中，步骤S202具体包括：

将信道矩阵进行共轭处理；

将共轭处理后的信道矩阵按基站每组的发射天线数分配参数，生成两组赋形系数。

而步骤S203则具体包括：

将两组赋形系数进行幅度归一化处理；

确定调整后的赋形系数为归一化处理后的赋形系数与的乘积，其中，P为天线的限制功率。

当终端使用一根天线发送上行导频时，信道矩阵为一维矩阵，根据该信道矩阵生成的两组赋形系数也为一维矩阵。

在LTE(Long Term Evolution，长期演进)系统基站双极化天线、天线数为8的场景中，如图3所示，该实施例具体包括：

步骤S301、用上行SRS(Sounding Reference Signal，监听参考信号)做上行信道估计，得到每个子载波信道估计矩阵H_i(i＝1，2，...，6*N_PRB)，维度为1*8，N_PRB为导频所占的PRB(Physical Resource Blocks，物理资源块)数，根据协议规定SRS是梳状放置的，一个PRB内SRS占的子载波个数为6；

步骤S302、对H_i进行抽取，取每个PRB的第三个子载波的信道估计值得到H_j＝1，2，...，N_PRB)，维度为1*8；

步骤S303、将H_j取共轭后得到H_j ^*，按基站每组的发射天线数分配参数，生成二组赋形系数h_1，j，H_2，j：

H_1，j(1:4)＝H_j ^*(1:4)，H_1，j(5:8)＝0；

H_2，j(5:8)＝H_j ^*(5:8)，H_2，j(1:4)＝0；

步骤S304、计算每组系数的功率最大值M_1，j，M_2，j并计算功率因子其中P为标准规定的每根天线的功率最大功率限制；

步骤S305、将各组系数分别乘以各自的功率因子后，得到天线的加权系数W_1，j，W_2，j，用于双流波束赋形，其中W_1，j＝ρ_1，jH_1，j，W_j2＝ρ_j2H_2，j。

实施例二、

在该实施例中，步骤S202的具体实现与实施例一相同，步骤S203中具体包括：

根据两组赋形系数确定所有天线最大功率M；

确定调整后的赋形系数为赋形系数分别与的乘积，其中，P为天线的限制功率。

在LTE系统基站双极化天线、天线数为8的场景中，如图4所示，该实施例具体包括：

步骤S401、用上行SRS做上行信道估计，得到每个子载波信道估计矩阵H_i(i＝1，2，...，6*N_PRB)，维度为1*8，N_PRB为导频所占的PRB数，根据协议规定SRS是梳状放置的，一个PRB内SRS占的子载波个数为6；

步骤S402、对H_i进行抽取，取每个PRB的第三个子载波信道估计值得到H_j(i＝1，2，...，N_PRB)，维度为1*8；

步骤S403、将H_j取共轭后得到H_j ^*，按基站每组的发射天线数分配参数，生成二组赋形系数H_1，j，H_2，j：

H_1，j(1:4)＝H_j ^*(1:4)，H_1，j(5:8)＝0；

H_2，j(5:8)＝H_j ^*(5:8)，H_2，j(1:4)＝0；

步骤S404、将各组系数幅值归一后乘以根号P，得到天线的加权系数W_1，j，W_2，j，用于双流波束赋形。其中 P为标准规定的每根天线的功率最大功率限制。

在步骤S203中，还可以将所得到的赋形系数乘以相应码本后根据天线的功率限制调整赋形系数，作为天线的加权系数应用于双流波束赋形。具体实现可考虑两种码本选择方案：

存储一定的码本集，轮流或随机选择码本乘至两组赋形系数上得到W1，W2。

考虑到每根天线的功率限制，限制功率设为P，可利用W1和W2计算所有天线最大功率M，计算功率因子将W1和W2乘以功率因子后作为天线的加权系数应用于双流波束赋形，获得系统性能增益。

此时，进行双流波束赋形的可靠性较高，复杂度相对较低。

2)存储一定的码本集，按照容量最大化或信噪比最大化的原则选择一个码本乘至两组赋形系数上得到W1，W2。

此时，进行双流波束赋形后，传输有效性得到提高，但复杂度相对于第1)中方式较高。

实施例三、

在该实施例中，步骤S202具体包括：

根据信道矩阵，确定信道相关矩阵；

对信道相关矩阵进行特征值分解，确定最大特征值对应的特征向量；

将特征向量按基站每组的发射天线数分配参数，生成两组赋形系数。

步骤S203的具体实现与实施例一相同。

在LTE系统基站双极化天线、天线数为8的场景中，如图5所示，该实施例具体包括：

步骤S501、用上行SRS做上行信道估计，得到每个子载波信道估计矩阵H_i(i＝1，2，...，6*N_PRB)，维度为1*8，N_PRB为导频所占的PRB数，根据协议规定SRS是梳状放置的，一个PRB内SRS占的子载波个数为6；

步骤S502、对H_i进行抽取，取每个PRB的第三个子载波信道估计值得到H_j(i＝1，2，...，N_PRB)，维度为1*8；

步骤S503、利用H_j得到每个PRB信道相关矩阵维度为8*8，以n_PRB为颗粒度对R_j进行平均得到其中，n＝1，2，...，N_PRB/n_PRB，n_PRB为预先设定的值，为整数；

步骤S504、对进行特征值分解得到最大特征值对应的特征矢量V_n，维度为1*8；

步骤S505、将V_n去共轭后得到V_n ^*，按基站每组的发射天线数分配参数，生成二组赋形系数V_1，n，V_1，n：

V_1，n(1:4)＝V_n ^*(1:4)，V_1，n(5:8)＝0；

V_2，n(5:8)＝＝V_n ^*(5:8))，V_2，n(1:4)＝0；

步骤S506、计算每组系数的功率最大值M_1，j，M_2，j，并计算功率因子其中P为标准规定的每根天线的功率最大功率限制；

步骤S507、将各组系数分别乘以各自的功率因子后，得到天线的加权系数W_1，j，W_2，j，用于双流波束赋形，其中W_1，j＝ρ_1，jV_1，j，W_j2＝ρ_j2V_2，j。

实施例四、

在该实施例中，步骤S202的具体实现与实施例三相同、步骤S203的具体实现与实施例二相同。

在LTE系统基站双极化天线、天线数为8的场景中，如图6所示，该实施例具体包括：

步骤S601、用上行SRS做上行信道估计，得到每个子载波信道估计矩阵H_i(i＝1，2，...，6*N_PRB)，维度为1*8，N_PRB为导频所占的PRB数，根据协议规定SRS是梳状放置的，一个PRB内SRS占的子载波个数为6；

步骤S602、对H_i进行抽取，取每个PRB的第三个子载波信道估计值得到H_j(i＝1，2，...，N_PRB)，维度为1*8；

步骤S603、利用H_j得到每个PRB信道相关矩阵维度为8*8，以n_PRB为颗粒度对R_j进行平均得到其中，n＝1，2，...，N_PRB/n_PRB，n_PRB为预先设定的值，为整数；

步骤S604、对进行特征值分解得到最大特征值对应的特征矢量V_n，维度为1*8；

步骤S605、将V_n去共轭后得到V_n ^*，按基站每组的发射天线数分配参数，生成二组系数V_1，n，V_1，n：

V_1，n(1:4)＝V_n ^*(1:4)，V_1，n(5:8)＝0；

V_2，n(5:8)＝＝V_n ^*(5:8))，V_2，n(1:4)＝0；

步骤S606、将各组系数幅值归一后乘以根号P，得到天线的加权系数W_1，j，W_2，j，用于双流波束赋形，其中 P为标准规定的每根天线的功率最大功率限制。

与实施例二中相同，在步骤S203中，还可以将所得到的赋形系数乘以相应码本后根据天线的功率限制调整赋形系数，作为天线的加权系数应用于双流波束赋形。具体实现可考虑两种码本选择方案：

此时，进行双流波束赋形的可靠性较高，复杂度相对较低。

本发明实施例还相应提供一种双流波束赋形装置，如图7所示，包括：

信道估计单元701，用于根据上行导频进行信道估计，确定信道矩阵；

赋形系数确定单元702，用于根据信道矩阵，通过按基站每组的发射天线数分配参数的方式确定两组赋形系数；

赋形系数调整单元703，用于根据天线的功率限制调整赋形系数；

波束赋形单元704，用于使用调整后的赋形系数分别为两组天线进行波束赋形。

针对实施例一、二，赋形系数确定单元702具体用于：

将信道矩阵进行共轭处理；

针对实施例三、四，赋形系数确定单元702具体用于：

根据信道矩阵，确定信道相关矩阵；

针对实施例一、三，赋形系数调整单元703具体用于：

将两组赋形系数进行幅度归一化处理；

针对实施例二、四，赋形系数调整单元703具体用于：

根据两组赋形系数确定所有天线最大功率M；

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种双流波束赋形方法，其特征在于，包括：

根据上行导频进行信道估计，确定信道矩阵；

根据所述信道矩阵，通过按基站每组的发射天线数分配参数的方式确定两组赋形系数，具体包括：将信道矩阵进行共轭处理；将所述共轭处理后的信道矩阵按基站每组的发射天线数分配参数，生成两组赋形系数；

根据天线的功率限制调整所述赋形系数；

使用所述调整后的赋形系数分别为两组天线进行波束赋形。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据天线的功率限制调整所述赋形系数，具体包括：

将两组赋形系数进行幅度归一化处理；

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据天线的功率限制调整所述赋形系数，具体包括：

根据所述两组赋形系数确定所有天线最大功率M；

确定调整后的赋形系数为所述赋形系数分别与的乘积，其中，P为天线的限制功率。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据天线的功率限制调整所述赋形系数，具体包括：

存储一定的码本集，轮流或随机选择码本或者按照容量最大化或信噪比最大化的原则选择一个码本分别与所述两组赋形系数相乘，得到两组中间加权系数；

根据所述两组中间加权系数确定所有天线最大功率M；

确定调整后的赋形系数为所述两组中间加权系数分别与的乘积，其中，P为天线的限制功率。

5.一种双流波束赋形方法，其特征在于，包括：

根据上行导频进行信道估计，确定信道矩阵；

根据所述信道矩阵，通过按基站每组的发射天线数分配参数的方式确定两组赋形系数，具体包括：根据所述信道矩阵，确定信道相关矩阵；对所述信道相关矩阵进行特征值分解，确定最大特征值对应的特征向量；将所述特征向量按基站每组的发射天线数分配参数，生成两组赋形系数；

根据天线的功率限制调整所述赋形系数；

使用所述调整后的赋形系数分别为两组天线进行波束赋形。

6.一种双流波束赋形装置，其特征在于，包括：

赋形系数确定单元，具体用于：将信道矩阵进行共轭处理；将所述共轭处理后的信道矩阵按基站每组的发射天线数分配参数，生成两组赋形系数；

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述赋形系数调整单元具体用于：

将两组赋形系数进行幅度归一化处理；

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述赋形系数调整单元具体用于：

根据所述两组赋形系数确定所有天线最大功率M；

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述赋形系数调整单元具体用于：

根据所述两组中间加权系数确定所有天线最大功率M；

10.一种双流波束赋形装置，其特征在于，包括：

赋形系数确定单元，具体用于：根据所述信道矩阵，确定信道相关矩阵；对所述信道相关矩阵进行特征值分解，确定最大特征值对应的特征向量；将所述特征向量按基站每组的发射天线数分配参数，生成两组赋形系数；