CN104980206A - 一种波束赋形方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种波束赋形方法，包括：按照Txx=H×H^H,计算当前信道相关矩阵Txx,其中，H为当前信道的上行信道估计，H^H为所述H的共轭转置矩阵；对所述信道相关矩阵Txx，进行奇异值（SVD）分解，得到酉阵U；利用所述酉阵U，按照W=H^H×U计算当前的波束赋形权向量W，并根据TDD系统上下行信道互易特性，利用所述W对下行数据进行波束赋形处理。采用本发明可以有效降低波束赋形的复杂度。

Description

一种波束赋形方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，特别是涉及一种波束赋形方法。

背景技术

3GPP LTE R8/R9版本的系统中，根据不同应用场景定义了TM1-TM8等八种传输模式，比如TM3模式采用大延迟分集，主要用于终端UE高速运动场景；TM4模式采用闭环空间复用，用于提高传输数据率；TM8模式采用双流波束赋形，主要提高小区边缘覆盖和用户数据率等。为了进一步提高下行链路传输容量，3GPP LTE R10版本添加了TM9传输模式，将双流波束赋形扩展至四流波束赋形，包括基于码本的波束赋形与基于非码本的波束赋形。

TM9基于非码本的单用户四流波束赋形传输模式下，基站配置8天线，终端配置4天线，基站通过上行SRS信号得到4*8的多天线信道估计，然后根据TDD模式上下行信道的互易性，通过上行信道估计H计算下行波束赋形权向量W(8*4向量)。基站得到四流波束赋形权向量W之后，分别对下行传输数据和UE专用导频进行相同赋形因子的预编码操作。通过非码本波束赋形，下行链路充分利用了多天线信道空间相关信息，终端接收机既能可靠接收基站发送的多个数据流信息，又能最大程度地逼近下行多天线理论信道容量。

目前通常采用基于特征根的波束赋形（EBB）方法计算波束赋形权向量，该方法中，根据信道估计H及其共轭转置矩阵H^H，按照Rxx=H^H x H，得到相关矩阵Rxx，然后计算相关矩阵Rxx的特征值及其对应特征向量。通常Rxx是8*8的相关矩阵，秩小于或等于4，只需要求解Rxx最大的四个特征值对应的特征向量(每个特征值对应8*1的特征向量,共四个特征向量)，即得到下行非码本的波束赋形因子W(8*4矩阵)。

在实际应用中，通过8*8相关矩阵Rxx计算特征向量的复杂度较大，需要占用很大的计算单元，因此，基于上述波束赋形方法对下行数据进行处理，会增加功耗开销。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种波束赋形方法，该方法可以有效降低波束赋形的复杂度。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种波束赋形方法，包括：

a、基站按照Txx=H×H^H,计算当前信道相关矩阵Txx,其中，H为当前信道的上行信道估计，H^H为所述H的共轭转置矩阵；

b、所述基站对所述信道相关矩阵Txx，进行奇异值（SVD）分解，得到酉阵U；

c、所述基站利用所述酉阵U，按照W=H^H×U计算当前的波束赋形权向量W，利用所述W对下行数据进行波束赋形处理。

综上所述，本发明提出的波束赋形方法，通过调整构建相关矩阵的方式，来降低相关矩阵的复杂度，并根据相关矩阵的秩分布，采用奇异值（SVD）方法，获得波束赋形权向量W，并根据TDD系统上下行信道互易特性，利用所述W对下行数据进行波束赋形处理，可以有效降低波束赋形的复杂度。

附图说明

图1为本发明实施例一的流程示意图。

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，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心思想是：调整构建相关矩阵的方式，以降低相关矩阵的复杂度，并根据相关矩阵的秩分布，采用奇异值（SVD）方法，获得波束赋形权向量，从而可以达到降低波束赋形的复杂度、保证系统下行通信性能的目的。

图1为本发明实施例一的流程示意图，如图1所示，该实施例主要包括：

步骤101、基站按照Txx=H×H^H,计算当前信道相关矩阵Txx,其中，H为当前信道的上行信道估计，H^H为所述H的共轭转置矩阵。

这里，考虑到基站配置的发送天线数量大于终端配置的接收天线的数量，本步骤中按照Txx=H×H^H，来计算相关矩阵Txx，可以有效减少相关矩阵的规模，从而可以降低获取相应的波束赋形权向量的算法复杂度，进而提高波束赋形处理的效率。例如，当基站配置8天线，终端配置4天线时，按照Txx=H×H^H，所得到的相关矩阵Txx将为4*4矩阵，因此相比于传统方法所得到8*4的相关矩阵Rxx，其算法复杂度将大大降低。

步骤102、所述基站对所述信道相关矩阵Txx，进行奇异值（SVD）分解，得到酉阵U。

较佳地，本步骤中为了保证SVD算法的性能，可以对常规的SVD分解进行优化，分成两步计算构成酉阵U的特征向量，具体可以采用下述方法得到所述酉阵U：

步骤1021x、计算所述信道相关矩阵Txx的最大和第二大特征值分别对应的特征向量v1和v2。

本步骤的具体计算方法为本领域技术人员所掌握，在此不再赘述。

步骤1022x、对所述Txx求逆，得到逆矩阵Txx_inv；计算所述逆矩阵Txx_inv的第二大和最大特征值分别对应的特征向量v3和v4。

本步骤的具体计算方法为本领域技术人员所掌握，在此不再赘述。

步骤1023、利用所述v1、v2、v3和v4，得到合成的信道相关矩阵特征向量集合V,V=[v1,v2,v3,v4]，将所述V作为所述酉阵U。

这里的波束赋形权向量共有4列，分别对应四流波束赋形。需要说明的是，根据矩阵理论，逆矩阵的最大特征值与原矩阵的最小特征值互为倒数，对应的特征向量相同，因此，v3和v4即为Txx的除v1和v2之外的剩余两个特征向量。基于此，可以利用所述v1、v2、v3和v4,得到合成的信道相关矩阵特征向量集合V:V=[v1，v2，v3，v4]。

另外，上述方法中利用v1,v2与v3,v4合成一个V，只是一个具体用例，在实际应用中，为了提高计算精度，也可以先计算信道相关矩阵Txx的前三个最大特征值分别对应的特征向量v1,v2,v3，然后利用Txx的逆矩阵计算出v4，最后合成一个V=[v1,v2,v3,v4]。具体地，可用下述步骤1021y和1022y替代上述步骤1021x、1022x。

步骤1021y、计算所述信道相关矩阵Txx的最大、第二大和第三大特征值分别对应的特征向量v1、v2和v3。

步骤1022y、对所述Txx求逆，得到逆矩阵Txx_inv；计算所述逆矩阵Txx_inv的最大特征值对应的特征向量v4。

步骤103、所述基站利用所述酉阵U，按照W=H^H×U计算当前的波束赋形权向量W，利用所述W对下行数据进行波束赋形处理。

这里根据波束赋形特性，每个流对应一个波束赋形列向量，而且列向量的每一个天线都会进行能量归一化处理，因此列向量的每一个天线赋形因子只需要保留相位特性，此处U和V可以等效互换。

本步骤中波束赋形处理的具体方法为本领域人员所掌握，在此不再赘述。

通过上述方案可以看出，本发明可以大幅度降低波束赋形的复杂度、降低实现成本。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种波束赋形方法，其特征在于，包括：

a、基站按照Txx=H×H^H,计算当前信道相关矩阵Txx,其中，H为当前信道的上行信道估计，H^H为所述H的共轭转置矩阵；

b、所述基站对所述信道相关矩阵Txx，进行奇异值（SVD）分解，得到酉阵U；

c、所述基站利用所述酉阵U，按照W=H^H×U计算当前的波束赋形权向量W，利用所述W对下行数据进行波束赋形处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括：

b1x、计算所述信道相关矩阵Txx的最大和第二大特征值分别对应的特征向量v1和v2；

b2x、对所述Txx求逆，得到逆矩阵Txx_inv；计算所述逆矩阵Txx_inv的第二大和最大特征值分别对应的特征向量v3和v4；

b3x、利用所述v1、v2、v3和v4，按照V=[v1,v2,v3,v4]得到合成的信道相关矩阵特征向量集合V，将所述V作为所述酉阵U。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括：

b1y、计算所述下行相关矩阵Txx的最大、第二大和第三大特征值分别对应的特征向量v1、v2和v3；

b2y、对所述Txx求逆，得到逆矩阵Txx_inv；计算所述逆矩阵Txx_inv的最大特征值对应的特征向量v4；

b3y、利用所述v1、v2、v3和v4，按照V=[v1,v2,v3,v4]得到合成的信道相关矩阵特征向量集合V，将所述V作为所述酉阵U。