CN103427886A - 一种双流波束赋形方法及装置 - Google Patents

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。在确定原始波束赋形向量后，对该原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量，并使用该天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形，由于不进行信号幅度信息的匹配，不需要对原始波束赋形矢量进行限幅处理，进而提高了发射天线的发射功率。

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

目前，在进行双流波束赋形时，主要采用传统的EBB(Eigen-value BasedBeamforming，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作为赋形向量，实现双流波束赋形。

一般来说赋形向量w是一个不等幅的向量。由于受射频器件自身的限制，当使用超过天线单元最大发送功率的功率发射信号时很容易烧毁器件。因此在实际运用时，需要对功率进行限幅，假定每天线的最大功率为1/Ka，对功率进行限幅时，即对每个赋形向量做以下操作：

其中abs(w)表示对向量w的每个元素求模。

具体流程图如下图1所示，包括：

步骤S101、利用上行SRS(Sounding Reference Signal，探测参考信号)进行上行信道估计，得到信道矩阵H；

步骤S102、确定信道相关矩阵R＝H^HH；

步骤S103、对信道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原始波束赋形矢量；

步骤S104、对天线的原始波束赋形矢量进行限幅处理，得到天线加权系数。

该基于双流EBB算法的技术方案，本质上是一种基于预发射的最大比合并的方案，可以获得较好的合并增益，但是由于无线信道环境的多径影响，天线赋形元素单元会不均衡，即波束赋形矢量不等幅，而实际设备中，需要使得赋形后天线的发射功率不超过天线单元最大发送功率，所以需要采用限幅处理，即使得限幅后的波束赋形矢量为

其中abs(w)表示对向量w的每个元素求模，Ka为基站的发射天线总数，进行限幅处理会使得天线发射功率有较大损失，特别是在NLOS(Non Loss of Sight，非直射径)信道环境下，性能损失可达5dB。

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，以提高发射天线的发射功率。

一种双流波束赋形方法，包括：

进行上行信道估计，确定原始波束赋形矢量；

对所述原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量；

通过所述天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形。

一种双流波束赋形装置，包括：

确定单元，用于进行上行信道估计，确定原始波束赋形矢量；

处理单元，用于对所述原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量；

赋形单元，用于通过所述天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形。

本发明实施例提供一种双流波束赋形方法及装置，在确定原始波束赋形向量后，对该原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量，并使用该天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形，由于不进行信号幅度信息的匹配，不需要对原始波束赋形矢量进行限幅处理，进而提高了发射天线的发射功率。

附图说明

图1为现有技术中双流波束赋形方法流程图；

图2为本发明实施例提供的双流波束赋形方法流程图；

图3为本发明实施例提供的较具体的双流波束赋形方法流程图；

图4为本发明实施例提供的双流波束赋形装置结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种双流波束赋形方法及装置，在确定原始波束赋形向量后，对该原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量，并使用该天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形，由于不进行信号幅度信息的匹配，不需要对原始波束赋形矢量进行限幅处理，进而提高了发射天线的发射功率。

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、进行上行信道估计，确定原始波束赋形矢量；

步骤S202、对原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量；

步骤S203、通过天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形。

在本发明实施例中，确定原始波束赋形矢量的方式仍然可以采用传统的EBB算法，当然，也可以根据实际情况采用其他类似的算法获得原始波束赋形矢量。

具体的，采用EBB算法时，在步骤S201中，进行上行信道估计，确定原始波束赋形矢量，具体包括：

根据上行SRS进行上行信道估计，得到信道矩阵H；

确定信道相关矩阵R＝H^HH，其中，H^H表示矩阵H的共轭转置；

根据信道相关矩阵确定原始波束赋形矢量。

其中，根据信道相关矩阵确定原始波束赋形矢量，具体包括：

对信道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原始波束赋形矢量。

本发明实施例中，不进行信号幅度信息的匹配，对原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量，因而不需要进行限幅处理，在功率上获得的增益可以使得天线发射性能得到较大提升。

具体的，本发明实施例提供两种对原始波束赋形矢量进行取相位处理的方法：

实施例一、

在该实施例中，步骤S202中对原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量，具体包括：

分别确定原始波束赋形矢量w₁＝[w₁₁，w₁₂，…，w_1Ka]和w₂＝[w₂₁，w₂₂，…，w_2Ka]中每个元素的相位θ_1i{1≤i≤Ka}和θ_2i{1≤i≤Ka}，Ka为基站发射总天线数；

确定天线波束赋形矢量中的元素为：确定天线波束赋形矢量中的元素为：

具体的，首先，根据EBB算法得到的原始波束赋形矢量为：w₁＝[w₁₁，w₁₂，…，w_1Ka]和w₂＝[w₂₁，w₂₂，…，w_2Ka]，确定进行取相位处理后得到的天线波束赋形矢量为：和

其中Ka为基站发射天线总数；

再分别根据w₁和w₂计算其中每元素的相位为θ_1i{1≤i≤Ka}和θ_2i{1≤i≤Ka}，根据 ${\stackrel{\‾}{w}}_{1i}=[\cos \left({\mathrm{\θ}}_{1i}\right)+j\sin \left({\mathrm{\θ}}_{1i}\right)]/\sqrt{\mathrm{Ka}};$ ${\stackrel{\‾}{w}}_{2i}=[\cos \left({\mathrm{\θ}}_{2i}\right)+j\sin \left({\mathrm{\θ}}_{2i}\right)]/\sqrt{\mathrm{Ka}},$ 得到天线波束赋形矢量和

实施例二、

在该实施例中，步骤S202中对原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量，具体包括：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：Ka为基站发射总天线数，||w||表示向量w的模值。

具体的，首先，根据EBB算法得到的原始波束赋形矢量为：w₁＝[w₁₁，w₁₂，…，w_1Ka]和w₂＝[w₂₁，w₂₂，…，w_2Ka]，确定进行取相位处理后得到的天线波束赋形矢量为：

和

其中Ka为基站发射天线总数；

再根据

得到天线波束赋形矢量

和

下面以LTE系统基站双极化天线，天线数为8的场景，对本发明实施例提供的双流波束赋形方法进行详细说明，如图3所示，该方法包括：

步骤S301、根据上行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)，该信道估计矩阵维度为1*8，N_PRB为导频所占的PRB(Physical Resource Block，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的第三个子载波信道估计值得到H_PRB，j(i＝1，2，...，N_PRB)，维度为1*8；

步骤S303、利用H_PRB，j获得全带宽的信道估计矩阵 $H=[H_{\mathrm{PRB},1};H_{\mathrm{PRB},2};....;H_{\mathrm{PRB},N_{\mathrm{PRB}}}],$ 维度为N_PRB*8；

步骤S304、计算全带宽的信道相关矩阵R＝H^HH，维数为Ka*Ka，其中Ka为基站发射天线总数8；

步骤S305、对R进行特征值分解得到最大和次大特征值λ₁，λ₂，以及对应的特征向量w₁，w₂，其中，w₁ ^HRw₁＝λ₁；w₂ ^HRw₂＝λ₂。

步骤S306、对w₁，w₂进行取相位处理，确定双流波束赋形矢量

和具体确定方法可以采用实施例一和实施例二中说明的两种方法。

本发明实施例还相应提供一种双流波束赋形装置，如图4所示，该装置包括：

确定单元401，用于进行上行信道估计，确定原始波束赋形矢量；

处理单元402，用于对原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量；

赋形单元403，用于通过天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形。

其中，确定单元401具体用于：

根据上行SRS进行上行信道估计，得到信道矩阵H；

确定信道相关矩阵R＝H^HH，其中，H^H表示矩阵H的共轭转置；

根据信道相关矩阵确定原始波束赋形矢量。

确定单元401根据信道相关矩阵确定原始波束赋形矢量，具体包括：

对信道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原始波束赋形矢量。

对应于实施例一，处理单元402具体用于：

分别确定原始波束赋形矢量w₁＝[w₁₁，w₁₂，…，w_1Ka]和w₂＝[w₂₁，w₂₂，…，w_2Ka]中每个元素的相位θ_1i{1≤i≤Ka}和θ_2i{1≤i≤Ka}，Ka为基站发射总天线数；

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

对应于实施例二，处理单元402具体用于：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

Ka为基站发射总天线数，||w||表示向量w的模值。

本发明实施例提供一种双流波束赋形方法及装置，在确定原始波束赋形向量后，对该原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量，并使用该天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形，由于不进行信号幅度信息的匹配，不需要对原始波束赋形矢量进行限幅处理，进而提高了发射天线的发射功率。

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 (10)

1.一种双流波束赋形方法，其特征在于，包括：

进行上行信道估计，确定原始波束赋形矢量；

对所述原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量；

通过所述天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行上行信道估计，确定原始波束赋形矢量，具体包括：

根据上行探测参考信号SRS进行上行信道估计，得到信道矩阵H；

确定信道相关矩阵R＝H^HH，其中，H^H表示矩阵H的共轭转置；

根据所述信道相关矩阵确定原始波束赋形矢量。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道相关矩阵确定原始波束赋形矢量，具体包括：

对所述信道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原始波束赋形矢量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量，具体包括：

分别确定原始波束赋形矢量w₁＝[w₁₁,w₁₂,…,w_1Ka]和w₂＝[w₂₁,w₂₂,…,w_2Ka]中每个元素的相位θ_1i{1≤i≤Ka}和θ_2i{1≤i≤Ka}，所述Ka为基站发射总天线数；

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量，具体包括：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

所述Ka为基站发射总天线数，||w||表示向量w的模值。

6.一种双流波束赋形装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于进行上行信道估计，确定原始波束赋形矢量；

处理单元，用于对所述原始波束赋形矢量进行取相位处理，得到天线波束赋形矢量；

赋形单元，用于通过所述天线波束赋形矢量对天线进行双流波束赋形。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：

根据上行探测参考信号SRS进行上行信道估计，得到信道矩阵H；

确定信道相关矩阵R＝H^HH，其中，H^H表示矩阵H的共轭转置；

根据所述信道相关矩阵确定原始波束赋形矢量。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元根据所述信道相关矩阵确定原始波束赋形矢量，具体包括：

对所述信道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原始波束赋形矢量。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理单元具体用于：

分别确定原始波束赋形矢量w₁＝[w₁₁,w₁₂,…,w_1Ka]和w₂＝[w₂₁,w₂₂,…,w_2Ka]中每个元素的相位θ_1i{1≤i≤Ka}和θ_2i{1≤i≤Ka}，所述Ka为基站发射总天线数；

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理单元具体用于：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

确定天线波束赋形矢量

中的元素为：

所述Ka为基站发射总天线数，||w||表示向量w的模值。

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