CN104023344A - 一种波束赋形方法及用户设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种波束赋形方法及用户设备，其中的方法从多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角；根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角；根据所述第一波达角和所述第二波达角，获取校准波达角；依据所述校准波达角进行波束赋形。本申请实施例既能够节省硬件校准所占用的面积、功耗、成本，又具有开发周期短的优点。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种波束赋形方法及用户设备。
背景技术
波束赋形技术是现行的时分长期演进(TD-LTE，Time Division LongTerm Evolution)、时分同步码分多址(TD-SCDMA，TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access)现有标准中的关键技术，其主要原理是通过天线阵列完成波束的定向传输，定向功能通过调整天线的相位完成，故波束赋形过程中需要知道传输信道的特性。
目前，传输信道特性的通常通过时分双工(TDD，Time Division Duplexing)系统的上下行信道的互易性得到，也即，可以利用上行信道估计结果预测下行信道信息，或者，也可以利用下行信道估计结果预测上行信道信息。然而，实际应用中由于温度、器件老化等非理想因素，会造成上下行信道在各个天线上有相位的差别，所以需要在波束赋形前对发射机端的天线相位进行上下行信道互易性的校准。
为了进行上下行信道互易性的校准，现有一种方案在发射机端附加一个硬件的校准网络，通过自发自收来对上下行天线相位的偏差进行估计，然后依据估计结果校准传输信道特性。然而，该方案具有如下缺点：需要额外的硬件支持，容易造成成本和电路面积的上升，不利于降低成本和设备紧凑；增加电路，容易导致功耗上升；并且，硬件的开发周期较长。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种波束赋形方法及用户设备，既能够节省硬件校准所占用的面积、功耗、成本，又具有开发周期短的优点。
为了解决上述问题，本申请公开了一种波束赋形方法，该方法从多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角；
根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角；
根据所述第一波达角和所述第二波达角，获取校准波达角；
依据所述校准波达角进行波束赋形。
另一方面，本申请还公开了一种用户设备UE，包括：
选择模块，用于从多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角；
互易性估计模块，用于根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角；
校准模块，用于根据所述第一波达角和所述第二波达角，获取校准波达角；及
波束赋形模块，用于依据所述校准波达角进行波束赋形。
与现有技术相比，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例根据第一波达角和第二波达角获取校准波达角；其中，第二波达角为根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计得到，第一波达角为从多个预置波达角中选择的实际最优的波达角，其能反映上行信道的真实情况；因此，本申请实施例的上述校准方法能够得到最优的校准波达角，且依据上述校准波达角进行波束赋形能够得到较佳的信道性能；并且，本申请实施例的上述校准流程可以通过执行计算机指令完成，故相对于现有技术的硬件校准，能够节省硬件校准所占用的面积、功耗、成本，且具有开发周期短的优点。
附图说明
图1是本申请实施例一提供的波束赋形方法的流程图；
图2是本申请实施例一种波束赋形方法的应用示例的流程图；
图3是本申请实施例提供的用户设备实施例一的结构图；
图4是本申请实施例提供的用户设备实施例二的结构图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
实施例一
参照图1，给出了本申请实施例一提供的波束赋形方法的流程图，其应用于用户设备(UE，User Equipment)，具体可以包括：
步骤101、从多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角；
步骤102、根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角；
步骤103、根据上述第一波达角和上述第二波达角，获取校准波达角；
步骤104、依据上述校准波达角进行波束赋形。
由于波达角(DOA，Direction of Arrival)的估计为波束赋形技术的核心，波束赋形的关键任务是通过DOA估计来获得发射方位角，故本申请主要对DOA估计的偏差进行校准。
本申请实施例中，第一波达角为从多个预置波达角中选择的实际最优的波达角，其能反映上行信道的真实情况。其中，上述多个预置波达角可以为天线覆盖角度范围内依据预置的角度步长设定的波达角。假设天线覆盖角度范围为0°～360°，预置的角度步长为30°，那么，多个预置波达角具体可以包括：0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°等等。可以理解，本申请实施例对具体的预置波达角的数目及相应的角度步长不加以限制。
第二波达角为根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计得到。由于步骤102为现有技术中通过上下行信道的互易性根据下行信道估计结果对上行信道的波达角进行估计的过程，故在此不做赘述。
综上，本申请实施例根据反映上行信道的真实情况的第一波达角和根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计得到的第二波达角进行上下行波达角偏差的估计；因此，本申请实施例的上述校准方法能够得到最优的校准波达角，且依据上述校准波达角进行波束赋形能够得到较佳的信道性能；并且，上述校准流程可以通过执行计算机指令完成，故相对于现有技术的硬件校准，能够节省硬件校准所占用的面积、功耗、成本，且具有开发周期短的优点。
实施例二
本实施例的波束赋形方法在上述图1所示实施例的基础上，进一步还可以包括如下可选技术方案。
具体地，本实施例的上述从多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角的步骤101，具体可以包括：
子步骤S111、向基站发送每个预置波达角对应的赋形码本；
子步骤S112、接收基站针对每个上述预置达角对应的赋形码本反馈的功率信息；
子步骤S113、依据上述功率信息，从上述多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为上述第一波达角。
本申请实施例在波束赋形前，基于UE与基站(eNB，evolved Node B)之间的信令交互获取多个预置波达角的功率信息，并依据所获取的功率信息选择反映上行信道的真实情况的第一波达角。
在实际中，上述赋形码本具体可以为在UE侧和基站侧预先存储的预编码矩阵的集合。作为接收端，基站可以依据所接收到的赋形码本，生成相应的功率信息。
具体地，本实施例的上述向基站发送多个预置波达角对应的赋形码本的步骤可以为，定期向基站发送多个预置波达角对应的赋形码本。
考虑到移动通信信道环境随时间发生变化所给上下行波达角偏差带来的变化，本实施例可以定期进行UE侧上下行天线相位的偏差的校准，以保证校准结果更贴近实际，且准确度更高。
在具体实现中，上述向基站发送多个预置波达角对应的赋形码本的周期可由本领域技术人员依据实际需求确定，例如，其单位可以为秒或分钟，如果UE处于低速或静止场景，那么可以确定较长的周期，如1min，如果UE处于高速场景，那么可以确定较短的周期，如20s等等，本申请对具体的周期长度不加以限制。
本申请实施例中，上述功率信息可用于直接或间接表示接收信号功率的强度信息，可以理解，基站可以向UE反馈现有标准中规定的功率信息，或者，基站也可以向UE反馈现有标准中未规定的功率信息，总之，本申请实施例对具体的功率信息不加以限制。
在此提供上述功率信息的如下技术方案：
技术方案1、
技术方案1中，上述功率信息可以为现有标准中规定的传输功率控制(TPC，Transmission Power Control)指令信息。
现有标准将该TPC指令信息用于上行闭环功率控制过程。在此提供一种生成TPC指令信息的示例，例如，基站在接收到UE通过上行专用物理信道发送的无线信号之后，首先对接收信号的信噪比(SNR，Signal to NoiseRatio)进行测量，并根据测量的信噪比生成TPC指令信息，然后使用下行专用物理信道发送给该UE，该UE在接收到下行专用物理信道中传送的该TPC指令信息后，会按照该TPC指令信息的内容对上行专用物理信道的发送功率进行调整；其中，TPC指令信息的指示功能可由基站和UE双方预先约定，例如，00的指示功能为降低UE发射功率，01的指示功能为保持UE发射功率，11的指示功能为增大UE发射功率等等。
技术方案1可以依据上述TPC指令信息进行最优DOA的选择，相应的选择过程具体可以为，从上述多个预置波达角中选择传输功率控制指令信息的指示功能为降低UE发射功率的一个波达角，作为第一波达角。
技术方案2、
技术方案2中，上述功率信息可以为现有标准中未规定的SNR信息，该SNR信息可由基站依据接收信号测量得到，其单位可由基站和UE双方预先约定，例如可以为dB等。
技术方案2可以依据上述SNR信息进行最优DOA的选择，相应的选择过程具体可以为，从上述多个预置波达角中选择信噪比信息值最大的一个波达角，作为第一波达角。
在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要，采用上述TPC指令信息和SNR信息中的一者或二者进行最优DOA的选择，其中，在采用上述TPC指令信息和SNR信息时，可以首先对二者进行加权，然后根据加权结果进行最优DOA的选择；
另外，上述TPC指令信息和SNR信息只是作为基站反馈的上述功率信息的优选实施例，并不理解为本申请的应用限制，实际上，可用于直接或间接表示接收信号功率的强度信息的任意功率信息均是可行的。
总之，由于上述功率信息可用于直接或间接表示接收信号功率的强度信息，故可以将接收信号功率最强的DOA作为最优DOA。
综上，本申请实施例在波束赋形前，基于UE与基站之间的信令交互获取多个预置波达角的功率信息，并依据所获取的功率信息选择反映上行信道的真实情况的第一波达角；上述选择第一波达角的流程可以通过执行计算机指令完成，而无需增加额外的硬件开销，故具有实现简单、成本低、开发周期短等优点。
实施例三
本实施例的波束赋形方法在上述图1所示实施例的基础上，进一步还可以包括如下可选技术方案。
具体地，本实施例的上述根据上述第一波达角和上述第二波达角，获取校准波达角的步骤103，具体可以包括：
子步骤S131、以上述第一波达角和上述第二波达角的差值作为补偿量；
子步骤S132、利用上述补偿量对后续的第二波达角进行校准，得到相应的上述校准波达角。
在上行信道环境变化较小的场景(如低速或静止场景)下，可以认为上下行天线相位的偏差是固定或接近固定的，因此，本申请实施例以最优的第一波达角和第二波达角的差值作为补偿量，且利用上述补偿量对后续的第二波达角进行校准，能够得到最优的校准波达角，而依据上述校准波达角进行波束赋形能够得到较佳的信道性能；其中，上述后续的第二波达角可以为在得到上述补偿量后根据下行信道估计结果对上行信道的波达角进行估计得到。
通过仿真，在5Hz的低速场景下，本申请依据上述校准波达角进行波束赋形相对于依据未校准的第二波达角进行波束赋形，可以得到2～3dB的无线增益；显然，在静止场景下，本申请能够得到更大的无线增益。
具体地，本实施例的上述以上述第一波达角和第二波达角的差值作为补偿量的子步骤S131，具体可以包括：以同一时刻的第一波达角和第二波达角的差值作为补偿量，或者，以同一时段内的第一波达角和第二波达角的差值作为补偿量。
由于UE通常为移动设备，在UE移动的情况下，移动通信信道环境也会随时间发生变化，考虑到移动通信信道环境随时间发生变化所给实际波达角带来的变化，本实施例以同一时刻或同一时段内的第一波达角和第二波达角作为补偿量，能够使得该补偿量更贴近于实际的上下行波达角偏差，从而能够得到更准确的校准结果。
在具体实现中，上述时段的长度可由本领域技术人员依据实际需求确定，例如，其单位可以为毫秒，如果UE处于低速或静止场景，那么可以确定较长的时间段，如20ms，如果UE处于高速场景，那么可以确定较短的时间段，如5ms等等，本申请对具体的时段长度不加以限制。
总之，本申请实施例在依据功率信息进行上下行波达角偏差的校准时，以最优的第一波达角和第二波达角的差值作为补偿量，且利用上述补偿量对后续的第二波达角进行校准；由于在上行信道环境变化较小的场景(如低速或静止场景)下，可以认为上下行波达角偏差是固定或接近固定的，因此，上述校准方法能够得到最优的校准波达角，且依据上述校准波达角进行波束赋形能够得到较佳的信道性能。
为使本领域技术人员更好地理解本实施例，参照图2，给出了本申请实一种波束赋形方法的应用示例，其流程具体可以包括：
步骤201、UE附着完成，并执行步骤202和步骤204；
步骤202、UE向基站发送多个预置波达角对应的赋形码本，并接收基站针对每个预置达角反馈的功率信息；
步骤202具体可以包括：
子步骤A1、切换至DOA(i)的赋形(BF，Beamforming)向量；
其中，DOA(i)表示第i个预置波达角，假设预置波达角的数目为M，则1≤i≤M；
子步骤A2、在接下来的几秒钟依据DOA(i)的BF向量向基站发送赋形码本数据；
子步骤A3、监控并记录基站针对DOA(i)返回的功率信息；
子步骤A4、判断是否达到最后一个预置波达角，若是，则执行步骤9，否则执行子步骤A5；
子步骤A5、i＝i+1，并返回执行子步骤A1；
步骤203、UE依据上述功率信息，从上述多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角θ1；
步骤204、UE根据下行信道估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角θ2；
步骤205、UE通过Δθ＝θ1-θ2计算补偿量Δθ；
步骤206、UE根据下行信道估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角θ(t)，并利用Δθ对θ(t)进行校准，得到相应的校准波达角；
步骤207、依据上述校准波达角进行波束赋形；
步骤208、判断是否到达校准时间，若是，则返回执行步骤202，否则返回执行步骤206。
上述步骤202-步骤208为循环执行的过程，在实际中，可以记录每次执行步骤202的时间假设为Nj，那么步骤208可以依据当前时间与Nj的距离，若该距离大于等于T，则认为到达了校准时间，其中，T可用于表示校准周期，其可由本领域技术人员依据实际情况确定。
总之，本领域技术人员可以利用本申请的方案灵活地进行UE侧上下行DOA的偏差的校准，以将最准确、最优的DOA用于波束赋形，从而能够得到较佳的信道性能。
参照图3，提供了本申请实施例提供的用户设备实施例一的结构图，具体可以包括：选择模块301、互易性估计模块302、校准模块303和波束赋形模块304；
其中，选择模块301可用于从多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角；互易性估计模块302用于根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角；校准模块303分别与互易性估计模块302和选择模块301相连，其用于根据上述第一波达角和上述第二波达角，获取校准波达角；波束赋形模块304与校准模块303相连，用于依据上述校准波达角进行波束赋形；另外，互易性估计模块302可以不断地估计得到第二波达角，并输出给校准模块303；校准模块304在获得选择模块301输出的第一波达角后，会不断利用第一波达角对互易性估计模块302输出的第二波达角进行校准。
本实施例的用户设备，通过采用上述模块实现波束赋形与上述相关方法实施例的实现机制相同，详细可以参考上述相关方法实施例的记载，在此不再赘述。综上，本申请实施例根据反映上行信道的真实情况的第一波达角和根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计得到的第二波达角进行上下行波达角偏差的估计；因此，本申请实施例的上述校准方法能够得到最优的校准波达角，且依据上述校准波达角进行波束赋形能够得到较佳的信道性能；并且，上述校准流程可以通过执行计算机指令完成，故相对于现有技术的硬件校准，能够节省硬件校准所占用的面积、功耗、成本，且具有开发周期短的优点。
在本申请的一种可选实施例中，上述选择模块具体可以包括：
发送子模块，用于向基站发送每个预置波达角对应的赋形码本；
接收子模块，用于接收基站针对每个上述预置达角对应的赋形码本反馈的功率信息；及
功率选择子模块，用于依据上述功率信息，从上述多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为上述第一波达角。
本申请可以提供如下功率信息的技术方案：
技术方案一中，上述功率信息具体可以包括：信噪比信息；则上述选择模块301具体可以包括：用于从上述多个预置波达角中选择信噪比信息值最大的一个波达角，作为第一波达角的第一选择子模块。
技术方案二中，上述功率信息具体可以包括：传输功率控制指令信息；则上述选择模块301具体可以包括：用于从上述多个预置波达角中选择传输功率控制指令信息的指示功能为降低UE发射功率的一个波达角，作为第一波达角的第二选择子模块。
本实施例在波束赋形前，基于UE与基站之间的信令交互获取多个预置波达角的功率信息，并依据所获取的功率信息选择反映上行信道的真实情况的第一波达角；上述选择第一波达角的流程可以通过执行计算机指令完成，而无需增加额外的硬件开销，故具有实现简单、成本低、开发周期短等优点。
在本申请的一种可选实施例中，上述校准模块303具体可以包括：
补偿子模块，用于以上述第一波达角和上述第二波达角的差值作为补偿量；及补偿校准子模块，用于利用上述补偿量对后续的第二波达角进行校准，得到相应的上述校准波达角。
在本申请的一种可选实施例中，上述补偿子模块可具体用于以同一时刻的第一波达角和第二波达角的差值作为补偿量，或者，以同一时段内的第一波达角和第二波达角的差值作为补偿量。由于UE通常为移动设备，在UE移动的情况下，移动通信信道环境也会随时间发生变化，考虑到移动通信信道环境随时间发生变化所给实际波达角带来的变化，本可选实施例以同一时刻或同一时段内的第一波达角和第二波达角作为补偿量，能够使得该补偿量更贴近于实际的上下行波达角偏差，从而能够得到更准确的校准结果。
参照图4，提供了本申请实施例提供的用户设备实施例二的结构图，具体可以包括：选择模块401、互易性估计模块402、校准模块403和波束赋形模块404；上述选择模块401具体可以包括：发送子模块411、接收子模块412和功率选择子模块413；上述校准模块403具体可以包括：补偿子模块431和补偿校准子模块432。
其中，发送模块411用于向基站发送多个预置波达角对应的赋形码本；接收模块412与发送模块411相连，其可用于接收基站针对每个预置达角反馈的功率信息；功率选择子模块413与接收模块412相连，其用于依据上述功率信息，从上述多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角；互易性估计模块402用于根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角；补偿子模块431分别与功率选择子模块413和互易性估计模块404相连，其可用于以上述第一波达角和第二波达角的差值作为补偿量；补偿校准子模块432分别与互易性估计模块402和补偿子模块431相连，其用于利用上述补偿量对后续的第二波达角进行校准，得到相应的校准波达角；波束赋形模块404与补偿校准子模块432相连，用于依据上述校准波达角进行波束赋形；另外，互易性估计模块402可以不断地估计得到第二波达角，并输出给补偿子模块431和补偿校准子模块432，其中补偿子模块431在获得功率选择子模块413输出的第一波达角时，会利用互易性估计模块402输出的第二波达角计算补偿量；补偿校准子模块432在获得补偿子模块431输出的补偿量后，会不断利用补偿量对互易性估计模块402输出的第二波达角进行校准得到上述校准波达角。
上述实施例的用户设备，通过采用上述模块实现波束赋形与上述相关方法实施例的实现相同，详细可以参考上述实施例的记载，在此不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法的部分说明即可。
以上对本申请所提供的一种波束赋形方法及用户设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上上述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种波束赋形方法，其特征在于，
从多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角；
根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角；
根据所述第一波达角和所述第二波达角，获取校准波达角；
依据所述校准波达角进行波束赋形。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角的步骤，包括：
向基站发送每个预置波达角对应的赋形码本；
接收基站针对每个所述预置达角对应的赋形码本反馈的功率信息；
依据所述功率信息，从所述多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为所述第一波达角。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述功率信息包括信噪比信息；则所述依据所述功率信息，从所述多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为所述第一波达角的步骤，包括：从所述多个预置波达角中选择信噪比信息值最大的一个波达角，作为所述第一波达角；
或者当所述功率信息包括传输功率控制指令信息；则所述依据所述功率信息，从所述多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角的步骤，包括：从所述多个预置波达角中选择传输功率控制指令信息的指示功能为降低UE发射功率的一个波达角，作为所述第一波达角。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一波达角和所述第二波达角，获取校准波达角的步骤，包括：
以所述第一波达角和所述第二波达角的差值作为补偿量；
利用所述补偿量对后续的第二波达角进行校准，得到相应的所述校准波达角。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，以所述第一波达角和所述第二波达角的差值作为补偿量的步骤，包括：
以同一时刻的所述第一波达角和所述第二波达角的差值作为补偿量，或者，以同一时段内的所述第一波达角和所述第二波达角的差值作为补偿量。
6.一种用户设备UE，其特征在于，包括：
选择模块，用于从多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为第一波达角；
互易性估计模块，用于根据下行信道的波达角估计结果对上行信道的波达角进行估计，得到第二波达角；
校准模块，用于根据所述第一波达角和所述第二波达角，获取校准波达角；及
波束赋形模块，用于依据所述校准波达角进行波束赋形。
7.如权利要求6所述的UE，其特征在于，所述选择模块包括：
发送子模块，用于向基站发送每个预置波达角对应的赋形码本；
接收子模块，用于接收基站针对每个所述预置达角对应的赋形码本反馈的功率信息；及
功率选择子模块，用于依据所述功率信息，从所述多个预置波达角中选择最优的一个波达角，作为所述第一波达角。
8.如权利要求7所述的UE，其特征在于，当所述功率信息包括信噪比信息；则所述功率选择子模块包括：用于从所述多个预置波达角中选择信噪比信息值最大的一个波达角，作为所述第一波达角的第一选择单元；
或者当所述功率信息包括传输功率控制指令信息；则所述功率选择子模块包括：用于从所述多个预置波达角中选择传输功率控制指令信息的指示功能为降低UE发射功率的一个波达角，作为所述第一波达角的第二选择子模块。
9.如权利要求6所述的UE，其特征在于，所述校准模块包括：
补偿子模块，用于以所述第一波达角和所述第二波达角的差值作为补偿量；及
补偿校准子模块，用于利用所述补偿量对后续的第二波达角进行校准，得到相应的所述校准波达角。
10.如权利要求9所述的UE，其特征在于，所述补偿子模块，具体用于以同一时刻的所述第一波达角和所述第二波达角的差值作为补偿量，或者，以同一时段内的所述第一波达角和所述第二波达角的差值作为补偿量。
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