CN103457647A - 一种双流波束赋形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双流波束赋形方法，包括如下步骤：A、根据接收的侦听参考信号SRS获取上行信道估计矩阵H_2×8；B、计算上行信道估计矩阵H_2×8和该矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*的乘积得到中间结果T_2×2；C、对T_2×2进行奇异值分解，得到D矩阵；D、计算信道估计矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*和所述D矩阵的矩阵乘积W_8×2，公式表示为W_8×2=H_2×8*×D；E、对所述矩阵乘积W_8×2做取相位操作，得到波束赋形权向量；F、根据计算得到的波束赋形权向量，对各用户的发射信号进行赋形并且将赋形后的数据进行发射。本发明相对于现有的最大功率特征分解赋形方法（EBB）方法可以显著降低运算量。

Description

一种双流波束赋形方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种双流波束赋形方法及装置。

背景技术

波束赋形的目标是根据系统性能指标，形成对基带（中频）信号的最佳组合或者分配。具体地说，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰。波束赋形技术的工作原理为：从多个发送端天线发出的信号在接收天线端进行组合。

根据应用场合的不同，一般可以将波束赋形方法分为上行链路应用以及下行链路应用。无论是哪种情况，总可以用一个时变矢量（MIMO）信道来描述用户端与基站端的信号关系。对于上行链路，多个发射信号实质上是K个用户设备同时发送的信号，基站则使用多个天线单元接收信号，对其进行处理和检测，这时发送端的信号分配仅在各个支路分别进行；对于下行链路，基站仍可能使用多个天线单元向特定用户发射信号，但用户设备使用单天线检测与其有关的信号，这时接收部分降为一维，信号组合也仅对于单路信号进行。

对于波束赋形技术，一般其研究的范围从发送端扩谱与调制单元的输出端，到接收端解扩与解调单元的输入端，而研究过程中又常将信号分配单元输出端到信号组合单元输入端之间的部分合并，统称为无线移动信道。由于无线移动通信环境的极度复杂，无法得到其输入输出关系的确切描述，一般采用大量测量和理论研究相结合的方法，使用有限的参数描述该信道。采用这种方法后，就可以得到受干扰有噪信号与原始信号的关系，并据此在一定程度上恢复信号。

波束赋形的一般过程为：

⑴根据系统性能指标（如误码率、误帧率）的要求确定优化准则（代价函数），一般这是权重矢量与一些参数的函数；

⑵采用一定的方法获得需要的参数；

⑶选用一定的方法求解该优化准则下的最佳解，得到权重矢量的值。

现有的针对双流的波束赋形方法主要是最大功率特征分解赋形方法（EBB），其具体方法描述如下：

首先对空间相关矩阵R_xx进行特征分解：

[V，D]=eig(R_xx)    （1）

空间相关矩阵R_xx的维度为基站的阵列天线单元数，通常为8。然后找到最大特征值和次大特征值对应的特征向量，即为所求的权值。

从上式可以看出，EBB方法的赋形效果完全取决于信道估计的准确程度，而无需预先知道各个区域对应的导向矢量，并跟信道的径数无关。如果信道中有多条径，并且各自对应的来波方向比较分散，那么利用EBB方法可以给出多条径的赋形效果。

EBB方法虽然能适应多径环境和多种极化配置的环境，但是由于其实现复杂度较高，运算量较大因此在实际应用中受到一定的限制。

发明内容

本发明提供了一种双流波束赋形方法及装置，可以通过较低的运算量实现对双流数据的波束赋形，复杂度较低。

本发明实施例提供一种双流波束赋形方法，包括如下步骤：

A、根据接收的侦听参考信号SRS获取上行信道估计矩阵H_2×8；

B、计算上行信道估计矩阵H_2×8和该矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*的乘积得到中间结果T_2×2；

C、对T_2×2进行奇异值分解，得到D矩阵；

D、计算信道估计矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*和所述D矩阵的矩阵乘积W_8×2，公式表示为W_8×2=H_2×8*×D；

E、对所述矩阵乘积W_8×2做取相位操作，得到波束赋形权向量；

F、根据计算得到的波束赋形权向量，对各用户的发射信号进行赋形并且将赋形后的数据进行发射。

本发明实施例还提供一种基站，该基站包括物理上行共享信道PUSCH接收模块，所述PUSCH接收模块包括分组快速傅立叶变换FFT单元、参考信号生成单元、解资源映射单元、信道估计单元、解调单元、SRS信道估计单元，权向量计算单元、解扰单元和解业务映射单元，

权向量计算单元包括：

第一子单元，用于计算来自SRS信道估计单元的上行信道估计矩阵H_2×8和该矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*的乘积得到中间结果T_2×2；

第二子单元，用于对所述第一子单元得到的T_2×2进行奇异值分解，得到D矩阵；

第三子单元，用于计算信道估计矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*和所述D矩阵的矩阵乘积W_8×2，公式表示为W_8×2=H_2×8*×D；

第四子单元，用于对所述矩阵乘积W_8×2做取相位操作，得到波束赋形权向量。

从以上技术方案可以看出，本发明利用2×2矩阵的特征分解得到波束赋形权向量，代替现有技术EBB方法中的8×8矩阵的特征分解，所以降低了计算量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的PUSCH发送模块的组成示意图；

图2为本发明实施例提供的PUSCH接收模块的组成示意图；

图3为本发明实施例提供的双流波束赋形方法流程图；

图4为本发明方案与EBB方法的仿真性能对比示意图。

具体实施方式

为使本发明技术方案的技术原理、特点以及技术效果更加清楚，以下结合具体实施例对本发明方案进行详细阐述。

本发明实施例所使用的物理上行共享信道（PUSCH）发送模块以及PUSCH接收模块分别如图1和图2所示。其中，PUSCH发送模块位于终端侧，包括：业务映射单元101、加扰单元102、调制单元103、分组离散傅立叶变换（DFT）单元104、参考信号生成单元105、SRS发送单元106、资源映射单元107和SC-FDMA基带处理单元108。PUSCH发送模块与现有技术保持一致。

PUSCH接收模块位于基站侧，包括：快速傅立叶变换FFT单元201、参考信号生成单元202、解资源映射单元203、信道估计单元204、解调单元205、SRS信道估计单元206，权向量计算单元207、解扰单元208，解业务映射单元209。本发明与现有技术的区别在于权向量计算单元207的处理与现有技术不同。

权向量计算单元207包括：

第一子单元，用于计算来自SRS信道估计单元206的上行信道估计矩阵H_2×8和该矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*的乘积得到中间结果T_2×2；

第二子单元，用于对所述第一子单元得到的T_2×2进行奇异值分解，得到D矩阵；

第三子单元，用于计算信道估计矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*和所述D矩阵的矩阵乘积W_8×2，公式表示为W_8×2=H_2×8*×D；

第四子单元，用于对所述矩阵乘积W_8×2做取相位操作，得到波束赋形权向量。

本发明实施例提供的双流波束赋形方法流程如图3所示，包括如下步骤：

步骤301：根据接收的侦听参考信号（SRS，Sounding Reference Signal）获取上行信道估计矩阵。

本步骤中，SRS信号包括本小区的有用信号、外小区的干扰信号及噪声，其中，本小区的有用信号包括多用户的发射数据和训练序列。小区基站的各天线单元接收SRS信号，利用接收的多用户的训练序列部分进行信道冲击响应的估计，形成上行信道估计矩阵。关于利用SRS信号得到上行信道估计矩阵的流程，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

本发明实施例中，将获取的上行信道估计矩阵记为H_k，N，其中，k为用户发射SRS信号的天线单元数，N为基站的天线单元数。由于本发明实施例中信号为双流，因此k=2；N=8，表示基站的阵列天线单元数为8。

步骤302：计算信道估计矩阵H_2×8和该矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*的乘积得到中间结果T_2×2。

步骤303：对所述中间结果T_2×2进行奇异值分解（SVD），得到D矩阵。

步骤304：计算信道估计矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*和所述D矩阵的矩阵乘积W_8×2，公式表示为W_8×2=H_2×8*×D。

步骤305：对所述矩阵乘积W_8×2做取相位操作，得到波束赋形权向量。

步骤306：根据计算得到的波束赋形权向量，对各用户的发射信号进行赋形并且将赋形后的数据进行发射。

本发明提供的双流波束赋形方法在同等条件下，性能与EBB方法相当，且适用与多种极化配置的方案。图4示出了在空间信道拓展模型（SCME，Spatial Channel Model Extension）、双极化天线配置条件下的本发明方案与EBB方法的仿真性能。其中，横坐标为信噪比（SNR），单位为分贝（dB），纵坐标为数据吞吐量（Throughput），单位为比特/秒/赫兹（bit/s/Hz）。从图4中可以看出，在信噪比相同的情况下，本发明方案的数据吞吐量均大于EBB方法，表明本发明方案在实现复杂度和运算量上都明显的低于EBB方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种双流波束赋形方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、根据接收的侦听参考信号SRS获取上行信道估计矩阵H_2×8；

B、计算上行信道估计矩阵H_2×8和该矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*的乘积得到中间结果T_2×2；

C、对T_2×2进行奇异值分解，得到D矩阵；

D、计算信道估计矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*和所述D矩阵的矩阵乘积W_8×2，公式表示为W_8×2=H_2×8*×D；

E、对所述矩阵乘积W_8×2做取相位操作，得到波束赋形权向量；

F、根据计算得到的波束赋形权向量，对各用户的发射信号进行赋形并且将赋形后的数据进行发射。

2.一种基站，该基站包括物理上行共享信道PUSCH接收模块，所述PUSCH接收模块包括分组快速傅立叶变换FFT单元、参考信号生成单元、解资源映射单元、信道估计单元、解调单元、SRS信道估计单元，权向量计算单元、解扰单元和解业务映射单元，其特征在于，

权向量计算单元包括：

第一子单元，用于计算来自SRS信道估计单元的上行信道估计矩阵H_2×8和该矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*的乘积得到中间结果T_2×2；

第二子单元，用于对所述第一子单元得到的T_2×2进行奇异值分解，得到D矩阵；

第三子单元，用于计算信道估计矩阵的共轭转置矩阵H_2×8*和所述D矩阵的矩阵乘积W_8×2，公式表示为W_8×2=H_2×8*×D；

第四子单元，用于对所述矩阵乘积W_8×2做取相位操作，得到波束赋形权向量。

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