CN105071845A - 一种波束赋形方法及基站 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种波束赋形方法及基站，方法包括：基站在所确定的天线上发送第一导频符号给接收端，并在所有的天线上发送第二导频符号给接收端；接收并根据接收端反馈的经过信道后的第二导频符号以及所确定的天线的信道状态信息，计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量以及相位参数；根据计算得到的相位参数，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量；根据计算得到的波束赋形权重矢量，进行波束赋形。应用本发明实施例，基站获取部分信道信息，在利用空间相关性的波束赋形方法上，利用获取的部分信道信息对波束进行赋形，提高了频分双工大规模天线系统的性能。

Description

一种波束赋形方法及基站

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种波束赋形方法及基站。

背景技术

波束赋形是一种基于天线阵列的信号预处理技术，波束赋形通过调整天线阵列中每个阵元的加权系数产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。因此，波束赋形技术在扩大覆盖范围、改善边缘吞吐量以及干扰抑制等方面都有很大的优势。

目前主要有两种波束赋形方法，一种是基于干扰抑制的波束赋形方法(即ZF(Zero-Forcing，迫零算法))，一种是基于空间相关性的波束赋形方法。基于干扰抑制的波束赋形方法主要思想是：在已知所有用户实时信道信息的条件下，寻找一个波束赋形矢量，使得目标用户对其他所有用户的干扰为零。基于空间相关性的波束赋形方法主要思想是利用发送端天线到用户信道的空间相关信息，寻找一个波束赋形矢量，使得波束赋形后，发送端到该用户的信号能量最大。

在FDD(FrequencyDivisionDuplexing，频分双工)系统中，FDD系统缺乏信道的互异性，下行信道估计需要通过基站发送导频信号。下行信道估计的导频开销不仅与系统服务的用户数量有关，而且与基站的天线数也有关。当基站天线数量很多时，FDD系统信道估计的导频开销会随着天线数的增加而急剧增大。在FDD系统中，为了获取信道信息，除了下行信道要发送导频符号之外，还要在上行信道反馈信道信息。对于FDD大规模天线系统，难以承受下行信道发送导频信号和上行信道反馈信道信息的开销，因此无法获取所有用户实时信道信息，即无法利用基于干扰抑制的波束赋形方法对FDD大规模天线系统进行波束赋形。对于FDD大规模天线系统通常采用基于空间相关性的波束赋形方法进行波束赋形，此时只需要用户信道的空间相关信息，不需要用户实时信道信息，减低了系统的导频和反馈开销，但此时发送端到某一用户的信号能量最大，其他用户对该用户的信号干扰也相应增大，系统性能较差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种波束赋形方法及基站，以提高FDD大规模天线系统的性能。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种波束赋形方法，应用于频分双工大规模天线系统中的基站，所述频分双工大规模天线系统还包括接收端，方法包括：

确定用于发送第一导频符号的天线，其中，所确定的天线的根数M小于所述基站的所有天线的根数N；

在所确定的M根天线上发送所述第一导频符号给接收端，并在所有的N根天线上发送第二导频符号给接收端，以使接收端根据接收到的所述第一导频符号，确定所述M根天线对应的信道状态信息将经过信道后的第二导频符号和所述信道状态信息反馈给基站，其中，所述第一导频符号为未携带w_SC的导频符号，所述第二导频符号为携带有w_SC的导频符号，所述w_SC为基于空间相关性的接收端的波束赋形权重矢量，所述经过信道后的第二导频符号为携带有w_SC的导频符号hw_SC；

根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量

根据计算得到的所述以及接收到的所述导频符号hw_SC，按照预设的第一算法，计算相位参数ω；

根据计算得到的相位参数ω，按照预设的第二算法，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量w_SCIS；

根据所述w_SCIS进行波束赋形。

较佳的， $w_{SC}=\arg \underset{\left|\right|w|{|}_2=1}{max}\left|\right|R^{\frac{1}{2}}w|{|}_2=v_{{\mathrm{\λ}}_{max}}\left(R\right),$ 其中，

R是接收端的空间相关矩阵，表示R的最大特征值对应的特征矢量，矩阵R的权重分量的定义如下：

${\[R\]}_{pq}=\frac{E\{{\[h\]}_p^H\×{\[h\]}_q\}}{\sqrt{E\{{\[h\]}_p^H\×{\[h\]}_p\}E\{{\[h\]}_q^H\×{\[h\]}_q\}}},$

[R]_pq为矩阵R的第p行第q列的分量，[h]_p和[h]_q分别为所述N根天线对应的信道状态信息h的第p个和第q个分量，表示[h]_p的共轭转置，符号E{x}表示随机变量x的期望值。

较佳的，所述根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量包括：

根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量 ${\stackrel{\‾}{W}}_{ZF}={\stackrel{\‾}{h}}^H{\left(\stackrel{\‾}{h}{\stackrel{\‾}{h}}^H\right)}^{-1},$ 其中，为的共轭转置。

较佳的，所述根据计算得到的所述以及接收到的所述导频符号hw_SC，按照预设的第一算法，计算相位参数ω，包括：

相位参数 $\mathrm{\ω}=\∠({\mathrm{hw}}_{SC}-\stackrel{\‾}{h}\stackrel{\‾}{w})-\∠\left(\stackrel{\‾}{h}{\stackrel{\‾}{w}}_{ZF}\right),$ 其中，

是w_SC在所确定的M根天线中每一根天线相对应的权重分量组成的波束赋形权重矢量，且满足其中，i为w_SC中权重分量的序号，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合，和[w_SC]_i分别为矢量和w_SC的第i个权重分量；和分别表示复数和的相位。

较佳的，所述根据计算得到的相位参数ω，按照预设的第二算法，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量w_SCIS，包括：

w_SCIS为[w_SCIS]_i的集合，其中，[w_SCIS]_i为N根天线中每一根天线的波束赋形权重矢量因子，i为N根天线中每一根天线所对应的序号，且

其中，和分别为所述和所述的二范数，e^jω为复相位，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种基站，所述基站为频分双工大规模天线系统中的基站，包括：确定模块、发送模块、第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和波束赋形模块，其中，

所述确定模块，用于确定用于发送第一导频符号的天线，其中，所确定的天线的根数M小于所述基站的所有天线的根数N；

所述发送模块，用于在所确定的M根天线上发送所述第一导频符号给接收端，并在所有的N根天线上发送第二导频符号给接收端，以使接收端根据接收到的所述第一导频符号，确定所述M根天线对应的信道状态信息将经过信道后的第二导频符号和所述信道状态信息反馈给基站，其中，所述第一导频符号为未携带w_SC的导频符号，所述第二导频符号为携带有w_SC的导频符号，所述w_SC为基于空间相关性的接收端的波束赋形权重矢量，所述经过信道后的第二导频符号为携带有w_SC的导频信号hw_SC；

所述第一计算模块，用于根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量

所述第二计算模块，用于根据所述第一计算模块计算得到的所述以及接收到的所述导频符号hw_SC，按照预设的第一算法，计算相位参数ω；

所述第三计算模块，用于根据所述第二计算模块计算得到的相位参数ω，按照预设的第二算法，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量w_SCIS；

所述波束赋形模块，用于根据所述第三计算模块计算得到的w_SCIS进行波束赋形。

较佳的， $w_{SC}=\arg \underset{\left|\right|w|{|}_2=1}{max}\left|\right|R^{\frac{1}{2}}w|{|}_2=v_{{\mathrm{\λ}}_{max}}\left(R\right),$ 其中，

R是接收端的空间相关矩阵，表示R的最大特征值对应的特征矢量，矩阵R的权重分量的定义如下：

${\[R\]}_{pq}=\frac{E\{{\[h\]}_p^H\×{\[h\]}_q\}}{\sqrt{E\{{\[h\]}_p^H\×{\[h\]}_p\}E\{{\[h\]}_q^H\×{\[h\]}_q\}}},$

[R]_pq为矩阵R的第p行第q列的分量，[h]_p和[h]_q分别为所述N根天线对应的信道状态信息h的第p个和第q个分量，表示[h]_p的共轭转置，符号E{x}表示随机变量x的期望值。

较佳的，所述第一计算模块，具体用于：

根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量 ${\stackrel{\‾}{W}}_{ZF}={\stackrel{\‾}{h}}^H{\left(\stackrel{\‾}{h}{\stackrel{\‾}{h}}^H\right)}^{-1},$ 其中，为的共轭转置。

较佳的，所述第二计算模块，具体用于：

根据所述第一计算模块计算得到的接收端的波束赋形权重向量以及接收到的所述导频符号hw_SC，计算相位参数其中，

是w_SC在所确定的M根天线中每一根天线相对应的权重分量组成的波束赋形权重矢量，且满足其中，i为w_SC中权重分量的序号，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合，和[w_SC]_i分别为矢量和w_SC的第i个权重分量；和分别表示复数和的相位。

较佳的，所述第三计算模块，具体用于：

根据所述第二计算模块计算得到的相位参数ω，计算N根天线中每一根天线的波束赋形权重矢量因子[w_SCIS]_i，i为N根天线中每一根天线所对应的序号，且

其中，和分别为所述和所述的二范数，e^jω为复相位，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合，w_SCIS为[w_SCIS]_i的集合。

由上述的技术方案可见，本发明实施例提供了一种波束赋形方法及基站，方法包括：基站在所确定的天线上发送第一导频符号给接收端，并在所有的天线上发送第二导频符号给接收端；接收并根据接收端反馈的经过信道后的第二导频符号以及所确定的天线的信道状态信息，计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量以及相位参数；根据计算得到的相位参数，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量；根据计算得到的波束赋形权重矢量，进行波束赋形。应用本发明实施例所提供的技术方案，基站获取部分信道信息，在利用空间相关性的波束赋形方法上，利用获取的部分信道信息对波束进行赋形，提高了频分双工大规模天线系统的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种波束赋形方法的过程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种应用于基站的波束赋形方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基站的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的不同波束赋形方法的性能仿真结果对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种波束赋形方法及基站。下面首先对本发明实施例所提供的一种波束赋形方法进行介绍。

需要说明的是，本发明实施例所提供的波束赋形方法优选适用于频分双工大规模天线系统。

在频分双工大规模天线系统中，紧凑的天线阵列结构使得天线间的衰落相关性急剧增加，基站天线阵列的发送相关阵是准静态的，相比于信道矢量是缓慢变化的。因此频分双工大规模天线系统中，波束赋形可以利用信道的空间相关性，以降低对实时信道的依赖。此时，接收端的信道矢量也可以表示为：其中，为服从独立同分布的均值为0的复高斯信道向量，记做I_N是大小为N×N的单位矩阵。矩阵R为发送相关阵，并且发送相关矩阵R被定义为：

${\[R\]}_{pq}=\frac{E\{{\[h\]}_p^H\×{\[h\]}_q\}}{\sqrt{E\{{\[h\]}_p^H\×{\[h\]}_p\}E\{{\[h\]}_q^H\×{\[h\]}_q\}}},$

式中[R]_pq为矩阵R的第p行第q列的分量，[h]_p和[h]_q分别为信道向量h的第p个和第q个分量，表示[h]_p的共轭转置，符号E{x}表示随机变量x的期望值。

因此频分双工大规模天线系统模型可表示为：其中，y为当前接收端的接收符号，为信号的发射功率，为服从独立同分布的均值为0的复高斯信道向量，R为发送相关矩阵，w为当前接收端的波束赋形权重矢量，x为当前接收端的发送信号，i为其他接收端对当前接收端的干扰，n为噪声。

发送相关矩阵R的数值大小取决于无线传播环境和天线配置，且其是缓慢变化的。

从上面的介绍中我们可以看到，由于发送相关阵R是信道向量的二阶统计特征，相比于瞬时变化的信道向量，其变化速度取决于用户方位，属于准静态的，所以基于空间相关性的波束赋形方法的权重向量也是准静态的，这将大大降低了系统对实时信道信息的依赖，从而减少系统获取信道信息的开销。

基于空间相关性的波束赋形方法可以有效减少系统开销，但是其系统性能也相应地下降了，性能较差；相反地，基于干扰抑制的波束赋形方法的系统性能很好，但是该方法需要获得实时信道信息，而在频分双工大规模天线系统中获取全部实时信道信息是不切实际的。

本发明实施例提供的一种波束赋形方法的过程示意图可以如图1所示。具体的，基站首先从天线阵列中挑选部分天线发送用于信道估计的导频符号，这些导频符号分别映射到对应天线子集上，以便在挑选的天线上直接发送，再在天线阵列中所有天线上额外发送一个用于估计相位参数的带权重的导频符号，这些带权重的导频符号通过基于空间相关性的波束赋形方法SC权重向量分别映射到天线阵列中的所有天线上，以便在天线阵列中的所有天线上发送。导频符号经过信道后到达接收端(用户终端)，接收端在导频位置上取出导频符号并进行信道估计，得到部分信道信息并可以接收到一个经过信道的带权重的导频信号。接着接收端将得到的部分信道信息以及计算权重向量的相关信息(即经过信道后的带权重的导频符号)反馈给基站。最后基站根据接收端反馈的信息，计算基于空间相关性和干扰抑制的波束赋形权重矢量，进行波束赋形。

应用本发明图1所示实施例，基于干扰抑制的波束赋形方法可以被应用到频分双工大规模天线系统中，并且基站获取部分信道信息，在利用空间相关性的波束赋形方法上，利用获取的部分信道信息对波束进行赋形，提高了频分双工大规模天线系统的性能。

图2为本发明实施例提供的一种应用于基站的波束赋形方法的流程示意图，可以包括：

S101：确定用于发送第一导频符号的天线；

其中，所确定的天线的根数M小于所述基站的所有天线的根数N；

具体的，在实际应用中，所确定的天线根数M还可以不大于现有技术中频分双工大规模天线系统所能承受的下行信道发送导频信号和上行信道反馈信道信息的开销对应的天线数量的最大值。

S102：在所确定的M根天线上发送所述第一导频符号给接收端，并在所有的N根天线上发送第二导频符号给接收端，以使接收端根据接收到的所述第一导频符号，确定所述M根天线对应的信道状态信息将经过信道后的第二导频符号和所述信道状态信息反馈给基站，其中，所述第一导频符号为未携带w_SC的导频符号，所述第二导频符号为携带有w_SC的导频符号，所述w_SC为基于空间相关性的接收端的波束赋形权重矢量，所述经过信道后的第二导频符号为携带有w_SC的导频符号hw_SC；

具体的， $w_{SC}=\arg \underset{\left|\right|w|{|}_2=1}{max}\left|\right|R^{\frac{1}{2}}w|{|}_2=v_{{\mathrm{\λ}}_{max}}\left(R\right),$ 其中，

R是接收端的空间相关矩阵，表示R的最大特征值对应的特征矢量，矩阵R的权重分量的定义如下：

${\[R\]}_{pq}=\frac{E\{{\[h\]}_p^H\×{\[h\]}_q\}}{\sqrt{E\{{\[h\]}_p^H\×{\[h\]}_p\}E\{{\[h\]}_q^H\×{\[h\]}_q\}}},$

[R]_pq为矩阵R的第p行第q列的分量，[h]_p和[h]_q分别为所述N根天线对应的信道的信道状态信息h的第p个和第q个分量，表示[h]_p的共轭转置，符号E{x}表示随机变量x的期望值。

S103：根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量

具体的，根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量其中，为的共轭转置。

S104：根据计算得到的所述以及接收到的所述导频符号hw_SC，按照预设的第一算法，计算相位参数ω；

具体的，相位参数 $\mathrm{\ω}=\∠({\mathrm{hw}}_{SC}-\stackrel{\‾}{h}\stackrel{\‾}{w})-\∠\left(\stackrel{\‾}{h}{\stackrel{\‾}{w}}_{ZF}\right),$ 其中，

是w_SC在所确定的M根天线中每一根天线相对应的权重分量组成的波束赋形权重矢量，且满足其中，i为w_SC中权重分量的序号，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合，和[w_SC]_i分别为矢量和w_SC的第i个权重分量；和分别表示复数和的相位。

S105：根据计算得到的相位参数ω，按照预设的第二算法，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量w_SCIS；

具体的，w_SCIS为[w_SCIS]_i的集合，其中，[w_SCIS]_i为N根天线中每一根天线的波束赋形权重矢量因子，i为N根天线中每一根天线所对应的序号，且

其中，和分别为所述和所述的二范数，e^jω为复相位，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合。

S106：根据计算得到的接收端的波束赋形权重矢量w_SCIS进行波束赋形。

为了评估本发明实施例提供的波束赋形方法的性能，我们搭建了一个使用大规模天线多输入多输出技术的频分双工通信系统的系统级仿真平台，并进行了大量的仿真实验测试。

该系统级仿真平台的系统结构组成如下：

平台中的网络拓扑模型包含19个宏小区，每个小区又分为3个扇区。基站位于每个小区的中心位置，并装备着2D平面天线阵列。

该平台的主要仿真参数如表1所示。

表1

参数名	参数值
		场景	3D城市宏蜂窝(3D-UMa)
网络拓扑	六边形19宏小区，3扇区每小区
		站间距	500m
基站发射功率/带宽/载波频率	43dBm/5MHz/2GHz
		热噪声功率密度/用户噪声系数	-174dBm/Hz/9dB
天线单元最大方向性增益	8dBi
		基站天线数	N＝Nh*Nv＝12*10＝120
天线间距	dv＝dh＝0.5λ
		用户移动速度	3km/h(水平面移动)
用户高度(米)	1.5
		用户分布	30用户每扇区，均匀分布
LOS/NLOS条件/3D衰落模型	根据3GPP协议TR36.873
		多用户调度情况	同时服务10个用户
调度方式	轮询调度

对于基于干扰抑制的波束赋形方法、确定的天线根数为所有天线根数1/2的情况下的波束赋形方法、确定的天线根数为所有天线根数1/4的情况下的波束赋形方法、确定的天线根数为所有天线根数1/6的情况下的波束赋形方法以及基于空间相关性的波束赋形方法的性能对比，性能仿真结果对比如图4所示，图4为本发明实施例提供的不同波束赋形方法的性能仿真结果对比图。由图4可以看出，在信号与干扰加噪声比相同的情况下，基于干扰抑制的波束赋形方法的累积分布函数值<确定天线根数的波束赋形方法(即本发明实施例所提供的波束赋形方法)的累积分布函数值<基于空间相关性的波束赋形方法的累积分布函数值，其中，累积分布函数值越小表示性能越好，本发明实施例所提供的波束赋形方法的性能介于基于干扰抑制的波束赋形方法和基于空间相关性的波束赋形方法之间，并且随着所确定的天线根数的增加，系统的性能也逐步提升，因此，还可以通过获得的信道信息的比例来平衡系统的性能和开销，即通过调整发送第一导频符号的天线根数来平衡系统的性能和开销。

具体的，当确定的天线根数一定的情况下，例如，本发明实施例所确定的天线根数为所有天线根数的1/3，本发明实施例的波束赋形方法记为SCIS(3)，基于空间相关性的波束赋形方法SC和SCIS(3)的频谱效率比较如表2所示。

表2

上行反馈开销	无	5比特	6比特	7比特
					波束赋形方法	SC	SCIS(3)	SCIS(3)	SCIS(3)
频谱效率	7.924	8.151	8.865	9.461
					性能增益(相比于SC)	0％	2.85％	11.88％	19.40％

由表2可以看出，当本发明实施例所确定的天线根数为所有天线根数的1/3时，本发明实施例的波束赋形方法中的上行信道只需要反馈5个比特的量化信息，本发明实施例的波束赋形方法的系统性能就比现有技术中的基于空间相关性的波束赋形方法的系统性能好，因此，在实际应用中，只要少量的上行反馈开销即可提高系统性能，另外，随着反馈比特数的增加，本发明实施例的波束赋形方法的性能也随之提高。

应用本发明图2所示实施例，利用部分信道信息，考虑空间相关性和干扰抑制来构造波束赋形矢量，在基站已获知信道信息空间相关阵的基础上，挑选部分天线发送导频符号，然后利用接收端反馈的部分信道信息基于空间相关性进行改造获得的波束赋形权重矢量，得到新的波束赋形权重矢量，利用新的波束赋形权重矢量进行波束赋形，提高了频分双工大规模天线系统的性能。此外，还可以通过调整获得的信道信息的比例来平衡系统的性能和开销。

图3为本发明实施例提供的一种基站的结构示意图，其中，该基站为频分双工大规模天线系统中的基站，可以包括：确定模块201、发送模块202、第一计算模块203、第二计算模块204、第三计算模块205和波束赋形模块206，其中，

确定模块201，用于确定用于发送第一导频符号的天线，其中，所确定的天线的根数M小于所述基站的所有天线的根数N；

具体的，在实际应用中，所确定的天线根数M还可以不大于现有技术中FDD大规模天线系统所能承受的下行信道发送导频信号和上行信道反馈信道信息的开销对应的天线数量的最大值。

发送模块202，用于在所确定的M根天线上发送所述第一导频符号给接收端，并在所有的N根天线上发送第二导频符号给接收端，以使接收端根据接收到的所述第一导频符号，确定所述M根天线对应的信道状态信息将经过信道后的第二导频符号和所述信道状态信息反馈给基站，其中，所述第一导频符号为未携带w_SC的导频符号，所述第二导频符号为携带有w_SC的导频符号，所述w_SC为基于空间相关性的接收端的波束赋形权重矢量，所述经过信道后的第二导频符号为携带有w_SC的导频信号hw_SC；

$w_{SC}=\arg \underset{\left|\right|w|{|}_2=1}{max}\left|\right|R^{\frac{1}{2}}w|{|}_2=v_{{\mathrm{\&lambda;}}_{max}}\left(R\right),$ 其中，

R是接收端的空间相关矩阵，表示R的最大特征值对应的特征矢量，矩阵R的权重分量的定义如下：

${\&lsqb;R\&rsqb;}_{pq}=\frac{E\{{\&lsqb;h\&rsqb;}_p^H\&times;{\&lsqb;h\&rsqb;}_q\}}{\sqrt{E\{{\&lsqb;h\&rsqb;}_p^H\&times;{\&lsqb;h\&rsqb;}_p\}E\{{\&lsqb;h\&rsqb;}_q^H\&times;{\&lsqb;h\&rsqb;}_q\}}},$

[R]_pq为矩阵R的第p行第q列的分量，[h]_p和[h]_q分别为所述N根天线对应的信道的信道状态信息h的第p个和第q个分量，表示[h]_p的共轭转置，符号E{x}表示随机变量x的期望值。

第一计算模块203，用于根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量

本发明所示实施例的第一计算模块203，具体可以用于：

根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量 ${\stackrel{\&OverBar;}{W}}_{ZF}={\stackrel{\&OverBar;}{h}}^H{\left(\stackrel{\&OverBar;}{h}{\stackrel{\&OverBar;}{h}}^H\right)}^{-1},$ 其中，为的共轭转置。

第二计算模块204，用于根据第一计算模块203计算得到的所述以及接收到的所述导频符号hw_SC，按照预设的第一算法，计算相位参数ω；

本发明所示实施例的第二计算模块204，具体可以用于：

根据第一计算模块203计算得到的接收端的波束赋形权重向量以及接收到的所述导频符号hw_SC，计算相位参数其中，

是w_SC在所确定的M根天线中每一根天线相对应的权重分量组成的波束赋形权重矢量，且满足其中，i为w_SC中权重分量的序号，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合，和[w_SC]_i分别为矢量和w_SC的第i个权重分量；和分别表示复数和的相位。

第三计算模块205，用于根据第二计算模块204计算得到的相位参数ω，按照预设的第二算法，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量w_SCIS；

本发明所示实施例的第三计算模块205，具体可以用于：

根据第二计算模块204计算得到的相位参数ω，计算N根天线中每一根天线的波束赋形权重矢量因子[w_SCIS]_i，i为N根天线中每一根天线所对应的序号，且

其中，和分别为所述和所述的二范数，e^jω为复相位，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合，w_SCIS为[w_SCIS]_i的集合。

波束赋形模块206，用于根据所述第三计算模块计算得到的w_SCIS进行波束赋形。

应用本发明图3所示实施例，基于干扰抑制的波束赋形方法可以被应用到频分双工大规模天线系统中，并且基站获取部分信道信息，在利用空间相关性的波束赋形方法上，利用获取的部分信道信息对波束进行赋形，提高了频分双工大规模天线系统的性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种波束赋形方法，其特征在于，应用于频分双工大规模天线系统中的基站，所述频分双工大规模天线系统还包括接收端，方法包括：

确定用于发送第一导频符号的天线，其中，所确定的天线的根数M小于所述基站的所有天线的根数N；

在所确定的M根天线上发送所述第一导频符号给接收端，并在所有的N根天线上发送第二导频符号给接收端，以使接收端根据接收到的所述第一导频符号，确定所述M根天线对应的信道状态信息将经过信道后的第二导频符号和所述信道状态信息反馈给基站，其中，所述第一导频符号为未携带w_SC的导频符号，所述第二导频符号为携带有w_SC的导频符号，所述w_SC为基于空间相关性的接收端的波束赋形权重矢量，所述经过信道后的第二导频符号为携带有w_SC的导频符号hw_SC；

根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量

根据计算得到的所述以及接收到的所述导频符号hw_SC，按照预设的第一算法，计算相位参数ω；

根据计算得到的相位参数ω，按照预设的第二算法，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量w_SCIS；

根据所述w_SCIS进行波束赋形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

$w_{\mathrm{SC}}=\arg \underset{{\left|\right|w\left|\right|}_2=1}{\max }{\left|\right|R^{\frac{1}{2}}w\left|\right|}_2=v_{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }}\left(R\right),$ 其中，

R是接收端的空间相关矩阵，表示R的最大特征值对应的特征矢量，矩阵R的权重分量的定义如下：

${\&lsqb;R\&rsqb;}_{pq}=\frac{E\{{\&lsqb;h\&rsqb;}_p^H\&times;{\&lsqb;h\&rsqb;}_q\}}{\sqrt{E\{{\&lsqb;h\&rsqb;}_p^H\&times;{\&lsqb;h\&rsqb;}_p\}E\{{\&lsqb;h\&rsqb;}_q^H\&times;{\&lsqb;h\&rsqb;}_q\}}},$

[R]_pq为矩阵R的第p行第q列的分量，[h]_p和[h]_q分别为所述N根天线对应的信道状态信息h的第p个和第q个分量，表示[h]_p的共轭转置，符号E{x}表示随机变量x的期望值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量包括：

根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量其中，为的共轭转置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据计算得到的所述以及接收到的所述导频符号hw_SC，按照预设的第一算法，计算相位参数ω，包括：

相位参数 $\mathrm{\&omega;}=\&angle;({\mathrm{hw}}_{SC}-\stackrel{\&OverBar;}{h}\stackrel{\&OverBar;}{w})-\&angle;\left(\stackrel{\&OverBar;}{h}{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_{ZF}\right),$ 其中，

是w_SC在所确定的M根天线中每一根天线相对应的权重分量组成的波束赋形权重矢量，且满足其中，i为w_SC中权重分量的序号，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合，和[w_SC]_i分别为矢量和w_SC的第i个权重分量；和分别表示复数和的相位。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据计算得到的相位参数ω，按照预设的第二算法，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量w_SCIS，包括：

w_SCIS为[w_SCIS]_i的集合，其中，[w_SCIS]_i为N根天线中每一根天线的波束赋形权重矢量因子，i为N根天线中每一根天线所对应的序号，且

其中，和分别为所述和所述的二范数，e^jω为复相位，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合。

6.一种基站，其特征在于，所述基站为频分双工大规模天线系统中的基站，包括：确定模块、发送模块、第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和波束赋形模块，其中，

所述确定模块，用于确定用于发送第一导频符号的天线，其中，所确定的天线的根数M小于所述基站的所有天线的根数N；

所述发送模块，用于在所确定的M根天线上发送所述第一导频符号给接收端，并在所有的N根天线上发送第二导频符号给接收端，以使接收端根据接收到的所述第一导频符号，确定所述M根天线对应的信道状态信息将经过信道后的第二导频符号和所述信道状态信息反馈给基站，其中，所述第一导频符号为未携带w_SC的导频符号，所述第二导频符号为携带有w_SC的导频符号，所述w_SC为基于空间相关性的接收端的波束赋形权重矢量，所述经过信道后的第二导频符号为携带有w_SC的导频信号hw_SC；

所述第一计算模块，用于根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量

所述第二计算模块，用于根据所述第一计算模块计算得到的所述以及接收到的所述导频符号hw_SC，按照预设的第一算法，计算相位参数ω；

所述第三计算模块，用于根据所述第二计算模块计算得到的相位参数ω，按照预设的第二算法，计算基于空间相关性和干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量w_SCIS；

所述波束赋形模块，用于根据所述第三计算模块计算得到的w_SCIS进行波束赋形。

7.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，

$w_{\mathrm{SC}}=\arg \underset{{\left|\right|w\left|\right|}_2=1}{\max }{\left|\right|R^{\frac{1}{2}}w\left|\right|}_2=v_{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }}\left(R\right),$ 其中，

R是接收端的空间相关矩阵，表示R的最大特征值对应的特征矢量，矩阵R的权重分量的定义如下：

${\&lsqb;R\&rsqb;}_{pq}=\frac{E\{{\&lsqb;h\&rsqb;}_p^H\&times;{\&lsqb;h\&rsqb;}_q\}}{\sqrt{E\{{\&lsqb;h\&rsqb;}_p^H\&times;{\&lsqb;h\&rsqb;}_p\}E\{{\&lsqb;h\&rsqb;}_q^H\&times;{\&lsqb;h\&rsqb;}_q\}}},$

[R]_pq为矩阵R的第p行第q列的分量，[h]_p和[h]_q分别为所述N根天线对应的信道状态信息h的第p个和第q个分量，表示[h]_p的共轭转置，符号E{x}表示随机变量x的期望值。

8.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，所述第一计算模块，具体用于：

根据接收端反馈的所述信道状态信息计算基于干扰抑制的接收端的波束赋形权重矢量其中，为的共轭转置。

9.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，所述第二计算模块，具体用于：

根据所述第一计算模块计算得到的接收端的波束赋形权重向量以及接收到的所述导频符号hw_SC，计算相位参数其中，

是w_SC在所确定的M根天线中每一根天线相对应的权重分量组成的波束赋形权重矢量，且满足其中，i为w_SC中权重分量的序号，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合，和[w_SC]_i分别为矢量和w_SC的第i个权重分量；和分别表示复数和的相位。

10.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，所述第三计算模块，具体用于：

根据所述第二计算模块计算得到的相位参数ω，计算N根天线中每一根天线的波束赋形权重矢量因子[w_SCIS]_i，i为N根天线中每一根天线所对应的序号，且

其中，和分别为所述和所述的二范数，e^jω为复相位，为所述M根天线所对应的序号的集合，为所述N根天线所对应的序号的集合，w_SCIS为[w_SCIS]_i的集合。