CN105322994A - 一种进行3d波束成形的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在基站中进行3D波束成形的方法，其中，该方法包括以下步骤：a.根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵；b.根据所述上行信道矩阵，确定所述用户设备相对所述基站在垂直方向上的角度信息，其中，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度；c.根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向；d.根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。根据本发明的方法，可根据用户设备相对基站的角度信息进行水平方向加权和垂直方向加权之间的自适应切换，以更好的在下行共享数据信道中进行3D波束成形。

Description

一种进行3D波束成形的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种进行3D波束成形的方法、装置和系统。

背景技术

现有技术中基站通常采用无源天线阵列，且用户设备通常被认为是分布在水平平面，故基站仅考虑在水平平面上的波束成形的设计和实施。目前有源天线阵列系统的概念已提出，然而现有技术尚未提供适用于有源天线阵列系统的波束成形方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种进行3D波束成形的方法、装置和系统。

根据本发明的一个方面，提供一种在基站中进行3D波束成形的波束成形装置，其中，该波束成形装置包括以下装置：

估计装置，用于根据来自用户设备的上行发射信号信道相关信息估计该用户设备的上行信道矩阵；

第一确定装置，用于根据所述上行信道矩阵，确定所述用户设备相对所述基站在垂直方向上的角度信息，其中，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度；

第二确定装置，用于根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向；

第三确定装置，用于根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种在用户设备中向基站发送相位差的发送装置，其中，该发送装置包括以下装置：

观测装置，用于观测基站所使用的下行信道矩阵；

第二计算装置，用于根据所述观测到的下行信道矩阵，计算所述下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差；

提供装置，用于向基站提供所述各行或各列之间的相位差。

根据本发明的另一方面，还提供了一种在基站中进行3D波束成形的方法，其中，该方法包括以下步骤：

a.根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵；

b.根据所述上行信道矩阵，确定所述用户设备相对所述基站在垂直方向上的角度信息，其中，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度；

c.根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向；

d.根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

根据本发明的另一方面，还提供了一种在用户设备中向基站发送相位差的方法，其中，该方法包括以下步骤：

A.观测基站所使用的下行信道矩阵；

B.根据所述观测到的下行信道矩阵，计算所述下行信道矩阵中各相邻行或各列之间的相位差；

C.向基站发送提供所述各行或各列之间的相位差包括所述相位差的信道相关信息。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基站，包括本发明所述的波束成形装置。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用户设备，包括本发明所述的发送装置。

根据本发明的另一方面，还提供了一种系统，包括本发明所述的基站和用户设备。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1)基站根据其估计的上行信道矩阵来确定用户设备相对该基站在垂直方向上的角度信息，从而根据该角度信息来确定3D波束成形加权的方向，以在该方向上进行波束成形来向用户设备发射信号，并且，随着用户设备在垂直方向上的移动，3D波束成形加权的方向可在水平方向与垂直方向之间进行自适应切换；2)可根据3D波束成形加权的方向首先确定上行信道矩阵中的一行或一列所对应的天线的加权向量，从而根据所确定的一行或一列所对应的天线的加权向量来确定波束成形矩阵，以进行3D波束成形来向用户设备发射信号；3)不需要对上行信道矩阵中的所有行或列执行SVD或EBB等算法来进行全维度的加权，从而在基站的有源天线阵列为多行多列的情况下，能够很大程度地减小基站中的计算复杂度，且有源天线阵列的行越多，或列越多，基站中的计算复杂度的减小越明显；4)通过更新用户设备侧的CSI反馈机制，用户设备能够向基站提供其观测的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，基站可基于所述相位差，来确定波束成形矩阵，以进行3D波束成形来向用户设备发射信号；并且，由于本方案在用户设备侧计算所述相位差，故可减小基站侧的计算复杂度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；

图2为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；

图3为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；

图4为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；

图5为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；

图6为本发明一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；

图7为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；

图8为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；

图9为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；

图10为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；

图11为一个示例的有源天线阵列的几何分布示意图；

图12为另一个示例的有源天线阵列的几何分布示意图；

图13为一个示例的MIMO覆盖场景示意图；

图14为一个示例的在基站中进行参考符号CRS端口映射的示意图；

图15为一个示例的在基站中进行参考符号CSI-RS端口映射的示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1为本发明一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图。

其中，本实施例的方法主要通过基站和用户设备来实现；优选地，所述基站所在的网络为LTE或LTE-A或后续升级网络；更优选地，所述基站为LTE-A中的eNB(evolvedNodeB，演进型基站)或后续升级网络中的eNB。其中，所述用户设备包括但不限于PC机、平板电脑、智能手机、PDA、IPTV等。优选地，本发明适用于有源天线阵列(ActiveAntennaArray，AAA)系统。

需要说明的是，所述基站和用户设备仅为举例，其他现有的或今后可能出现的基站或用户设备如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

根据本实施例的方法包括步骤S100、步骤S101、步骤S102、步骤S103和步骤S104。

在步骤S100中，用户设备向基站发送上行发射信号。

其中，所述上行发射信号包括用户设备向基站发送的任何可用于进行上行信道估计的参考信号。优选地，所述上行发射信号包括但不限于：

1)上行探测参考信号(SoundingReferenceSignal，SRS)；

2)解调参考信号(DeModulationReferenceSignal，DMRS)；其中，该解调参考信号可在UE被调度时，随物理上行共享信道(PhysicalUplinkSharedChannel，PUSCH)被传输至基站；或者，该解调参考信号可在UE根据来自基站的下行发射信号向基站反馈下行链路信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)时，随物理上行控制信道(PhysicalUplinkControlChannel，PUCCH)被传输至基站。其中，所述下行链路信道状态信息包括但不限于CQI(ChannelQualityIndicator，信道质量指示)、PMI(PrecodingMatrixIndicator，预编码矩阵指示)、RI(RankIndication，秩指示)等。

在步骤S101中，基站根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵。

具体地，基站根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵的实现方式包括但不限于：

1)所述上行发射信号包括上行探测参考信号时，基站根据该上行探测参考信号进行信道估计来获得该用户设备的上行信道矩阵。

优选地，该实现方式更适合于TDD系统。

2)所述上行发射信号包括随PUSCH被传输的解调参考信号，基站根据所述随PUSCH或PUCCH被传输的解调参考信号，进行信道估计来获得该用户设备的上行信道矩阵。

优选地，该实现方式更适合于FDD系统；更优选地，该实现方式更适合于上行发射信号不包括上行探测参考信号，且用户设备被调度或用户设备向基站反馈下行链路信道状态信息的情况。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

在步骤S102中，基站根据所述上行信道矩阵，确定用户设备相对该基站在垂直方向上的角度信息。

其中，所述角度信息用于表示用户设备相对该基站在垂直方向上的角度；更准确地，所述角度信息用于表示用户设备相对该基站的有源天线阵列在垂直方向上的角度，例如，图11和图12中所示的角度θ。

优选地，基站的有源天线阵列采用L*K的天线排布；其中，L为有源天线阵列的行数，K为有源天线阵列的列数，且M＝L*K，M为基站侧的总天线数量。例如，图11为一个示例的有源天线阵列的几何分布示意图，该图所示为在X-Y-Z空间坐标系中的一个4*1的有源天线阵列(如图11中Z轴上的黑点所示)，该有源天线阵列为单列天线，其中，图11中的箭头表示来自用户设备的来波方向；图12为另一个示例的有源天线阵列的几何分布示意图，该图所示为在X-Y-Z空间坐标系中的一个具有多行多列的有源天线阵列(如图12中在YZ平面上的黑点所示)，其中，图12中的箭头表示来自用户设备的来波方向。

其中，有源天线阵列中的天线可以采用该天线在有源天线阵列中所在的行和列来标识，例如，天线11表示位于第一行第一列的天线，天线23表示位于第二行第三列的天线等。

需要说明是，本实施例的方案并不限制基站所采用的有源天线阵列的几何分布，也即本实施例的方案适用于任何的几何分布，如有源天线阵列的几何分布可为交叉极化阵列或均匀线性阵列等。

优选地，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度。例如，图13为一个示例的MIMO覆盖场景示意图，用户设备UE1相对基站在垂直方向上的角度信息可用于指示UE1与基站的有源天线阵列之间的相对高度。

具体地，基站根据所估计的用户设备的上行信道矩阵，确定用户设备相对该基站的有源天线阵列在垂直方向上的角度信息。

优选地，所述步骤S102进一步包括以下步骤：对于所述基站的每列天线，基站根据所述上行信道矩阵，计算所述用户设备相对该列天线在垂直方向上的角度；并且，基站根据用户设备相对所述基站的各列天线在垂直方向上的角度，确定用户设备相对所述基站在垂直方向上的角度信息。

例如，基站采用8*8的有源天线阵列，也即基站侧具有8列天线，则基站根据上行信道矩阵的第一列估计用户设备相对有源天线阵列中的第一列天线在垂直方向上的角度θ₁，且根据上行信道矩阵的第二列估计用户设备相对有源天线阵列中的第二列天线在垂直方向上的角度θ₂，依次类推，直至基站根据上行信道矩阵的第八列估计用户设备相对有源天线阵列中的第八列天线在垂直方向上的角度θ₈。接着，基站基于以下公式计算用户设备相对该基站的各列天线在垂直方向上的平均角度θ，并将θ作为用户设备相对该基站在垂直方向上的角度信息：

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_k$

其中，K为基站的有源天线阵列的列数，k＝1，…，K；在本例中，K＝8。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据上行信道矩阵，确定用户设备相对基站在垂直方向上的角度信息的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

在步骤S103中，基站根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向。

具体地，基站根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向的实现方式包括但不限于：

1)当所述角度信息指示的用户设备的相对高度大于高度阈值时，基站确定3D波束成形加权的方向为垂直方向；当所述角度信息指示的用户设备的相对高度不大于高度阈值时，基站确定3D波束成形加权的方向为水平方向。

例如，对于图13所示的MIMO覆盖场景，用户设备UE1和UE2位于大楼1中，用户设备UE3位于大楼2中，用户设备UE4位于地面附近；UE1和UE3相对基站在垂直方向上的角度信息所指示的相对高度均大于高度阈值，则基站确定用于UE1和UE3的3D波束成形加权的方向为垂直方向；UE2和UE4相对基站在垂直方向上的角度信息所指示的相对高度均小于高度阈值，则基站确定用于UE2和UE4的3D波束成形加权的方向为水平方向。

2)当所述角度信息所表示的角度大于角度阈值时，基站确定3D波束成形加权的方向为垂直方向；当所述角度信息所表示的角度不大于角度阈值时，基站确定3D波束成形加权的方向为水平方向。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

在步骤S104中，基站根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

其中，所述波束成形加权矩阵用于对基站的有源天线阵列进行加权，以使基站针对物理下行共享信道(PhysicalDownlinkSharedChannel，PDSCH)进行3D波束成形来向用户设备发射信号。

作为一个示例，对于用户设备i，假设用户设备i的接收天线数量为N，且假设在同一RE(ResourceElement，资源元素)上有到用户设备i的多达N(N＜＝M)层数据，也即N个数据流传输，其中，M为基站侧的总天线数量。则用户设备i在任意RE上接收到的、来自基站的根据波束成形加权矩阵进行3D波束成形并向用户设备发射的下行信号，可被表示为：

y_i＝H_iW_is_i+n_i

其中，y_i为接收信号矢量，其维度为N*1；H_i为向用户设备发射信号时使用的信道矩阵，或者，为用户设备i观测到的下行信道矩阵，其维度为N*M；W_i为波束成形加权矩阵，其维度为M*N；s_i为基站向用户设备i发射的传输符号，其维度为N*1；n_i为噪声矢量，其维度为N*1。

具体地，基站根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式将在后续实施例中予以详述，在此不予赘述。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

现有技术中，基站侧通常采用无源天线阵列，如均匀排布在一行的8个天线(例如，图12中沿Y轴的一行天线)，由于用户设备仅被认为是分布在水平平面，故基站侧仅在水平平面上进行波束成形。而实际上，不同的用户设备与基站之间的相对高度差别可能较大，如位于地面的用户设备与位于高楼的20层中的用户设备，两者与基站之间的相对高度差别很大，这使得位于不同高度的用户设备对基站干扰管理的能力要求不同。

并且，随着有源天线阵列概念的提出，可能在基站侧以二维阵列的形式引入多于8个(例如，16，32或64个)发射天线，由于每个天线都有自己的功率放大器，故能够对每个天线传输的信号的幅度和相位进行独立控制，从而来实现系统容量的显著改善。然而，现有仅进行水平平面上的波束成形的方案，会降低系统通过波束成形来进行干扰管理的能力，从而不利于系统容量的进一步提升。

根据本实施例的方案，基站根据其估计的上行信道矩阵来确定用户设备相对该基站在垂直方向上的角度信息，从而根据该角度信息来确定3D波束成形加权的方向，以在该方向上进行波束成形来向用户设备发射信号，并且，随着用户设备在垂直方向上的移动，3D波束成形加权的方向可在水平方向与垂直方向之间进行自适应切换。

图2为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图。本实施例的方法主要由基站和用户设备来实现，其中，参照图1所示实施例中对基站和用户设备所做的任何说明，均以引用的方式包含于此。

根据本实施例的方法包括步骤S100、步骤S101、步骤S102、步骤S103和步骤S104，其中，步骤S104进一步包括步骤S104-1和步骤S104-2。其中，所述步骤S100、步骤S101、步骤S102和步骤S103已在参照图1所示实施例中予以详述，在此不再赘述。

在步骤S104-1中，基站根据所述3D波束成形加权的方向，确定所述上行信道矩阵中的一行或一列所对应天线的加权向量。

具体地，当3D波束成形加权的方向为水平方向时，基站根据上行信道矩阵中的一行确定该行所对应天线的加权向量；当3D波束成形加权的方向为垂直方向时，基站根据上行信道矩阵中的一列确定该列所对应天线的加权向量。

例如，假设用户设备i仅第1个天线有到基站的SRS发射，在步骤S101中，基站估计的用户设备i的上行信道矩阵如下所示：

${\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\\ h_{21}& h_{22}& ...& h_{2K}\\ h_{31}& h_{32}& ...& h_{3K}\\ ...& & & \\ h_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]}_{L\×K}$

其中，h_xy，x＝1，…，L，y＝1，…，K为用户设备i与基站侧的天线xy之间的信道响应，例如，h₁₁表示用户设备i与有源天线阵列中的天线11之间的信道响应；在步骤S104-1中，当3D波束成形加权的方向为水平方向时，对应于用户设备i的第1个天线的信道响应为：

$H_i^1=[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right],\left[\begin{array}{cccc}{h}_{21}& h_{22}& ...& h_{2K}\end{array}\right],...,\left[\begin{array}{cccc}{h}_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]]={\left[\begin{array}{c}{\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right]}^T\\ {\left[\begin{array}{cccc}{h}_{21}& h_{22}& ...& h_{2K}\end{array}\right]}^T\\ {\left[\begin{array}{cccc}{h}_{31}& h_{32}& ...& h_{3K}\end{array}\right]}^T\\ ...\\ {\left[\begin{array}{cccc}{h}_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]}^T\end{array}\right]}_{1\×M}^T$

基站在水平方向上获取的第一行天线的信道响应如下：

$H_i^{1H1}=\left[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right]\right]=[{{\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right]}^T]}_{1\×K}^T$

其中，表示对于用户设备i，在水平方向上获取的维度为i*K的第1行信道响应，也即所述上行信道矩阵中的第一行；其中，上标“1H1”中位于H之前的“1”用于指示对应于用户设备i的第1个天线，“H1”用于指示水平方向上的第1行。其中，T表示矩阵的转置。

接着，基站对执行SVD或EBB算法，获得有源天线阵列中的第1行天线的加权向量其中，上标“1H1”的含义与前述中上标“1H1”的含义相同。

同理，当3D波束成形加权的方向为垂直方向时，基站在垂直方向上获取的维度为L*i的第1列信道响应如下：

$H_i^{1V1}=\left[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{21}& ...& h_{L1}\end{array}\right]\right]=[{{\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{21}& ...& h_{L1}\end{array}\right]}^T]}_{L\×1}^T$

且对执行SVD或EBB算法，获得有源天线阵列中的第1列天线的加权向量其中，和的上标“1V1”中位于V之前的“1”用于指示对应于用户设备i的第1个天线，“V1”用于指示垂直方向上的第1列。

需要说明的是，当用户设备端有N个天线时，在基站中可通过叠加对应于用户设备的每一个天线的维度为i*M的信道响应，来形成维度为N*M的信道矩阵H_i。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据3D波束成形加权的方向，确定所述上行信道矩阵中的一行或一列所对应天线的加权向量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

在步骤S104-2中，基站根据所述一行或一列所对应天线的加权向量，来确定波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

具体地，基站根据所述一行或一列所对应天线的加权向量，来确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式包括但不限于：

1)基站直接将所述一行或一列所对应天线的加权向量作为有源天线阵列中各行或各列所对应天线的加权向量，从而确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

例如，在步骤S104-1中，基站确定基站的有源天线阵列中的第一行天线的加权向量为则在步骤S104-2中，基站将作为有源天线阵列中每行天线的加权向量，从而确定波束成形加权矩阵如下：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1H1}\right)}^T& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

2)在步骤S104-2之前，基站根据上行信道矩阵，确定所述一行与其他各行之间或一列与其他各列之间的相位差；在步骤S104-2中，基站根据所述相位差和所述一行或一列所对应天线的加权向量，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵，进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

其中，所述一行与其他各行之间的相位差用于指示所述一行所对应的天线分别与其他各行所对应的天线之间的相位差；所述一列与其他各列之间的相位差用于指示所述一列所对应的天线分别与其他各列所对应的天线之间的相位差。

例如，基站采用L*K的有源天线阵列，在步骤S104-1中，基站根据所述3D波束成形加权的方向，确定上行信道矩阵中的第一行所对应天线的加权向量为且基站根据所述上行信道矩阵，分别确定所述第一行与其他各行之间的相位差Δ_p1，p＝2，…，L；其中，作为一个示例，基站可基于以下公式计算上行信道矩阵的第p行与第q行之间的相位差：

Δ_pq＝∠([h_p1h_p2…h_pK]*conj[h_q1h_q2…h_qK]^T)

其中，L≥p＞q；conj函数用于求复数的共轭；∠表示求取角度。则在步骤S104-2中，基站根据所述第一行与其他各行之间的相位差，以及所述第一行所对应天线的加权向量并基于以下公式来确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1H1}\right)}^T& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{21}}{w}_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{L1}}{w}_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

其中，e为自然对数，e的上标中的j表示虚数单位。

类似地，基站可基于以下公式计算上行信道矩阵的第m列和第n列之间的相位差：

Δ_mn＝∠([h_1mh_2m…h_Lm]*conj[h_1nh_2n…h_Ln]^T)

其中，m＜n≤K。则基站可根据第一列与其他各列之间的相位差，以及第一列所对应天线的加权向量并基于以下公式来确定波束成形矩阵，以根据波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1V1}\right)}^T& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{12}}{w}_i^{1V1}\right)}^T& ...& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{1K}}{w}_i^{1V1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所述一行或一列所对应天线的加权向量，来确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

需要说明的是，本实施例的方案更适用于在TDD系统中进行3D波束成形。

根据本实施例的方案，可根据3D波束成形加权的方向首先确定上行信道矩阵中的一行或一列所对应的天线的加权向量，从而根据所确定的一行或一列所对应的天线的加权向量来确定波束成形矩阵，以进行3D波束成形来向用户设备发射信号；本实施例的方案，不需要对上行信道矩阵中的所有行或列均执行SVD或EBB等算法来进行全维度的加权，从而在基站的有源天线阵列为多行多列的情况下，能够很大程度地减小基站中的计算复杂度，且有源天线阵列的行越多，或列越多，基站中的计算复杂度的减小越明显。

图3为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图，本实施例的方法主要由基站和用户设备来实现，其中，参照图1所示实施例中对基站和用户设备所做的任何说明，均以引用的方式包含于此。

根据本实施例的方法包括步骤S100、步骤S101、步骤S102、步骤S103、步骤S104、步骤S105、步骤S106和步骤S107，其中，步骤S104进一步包括步骤S104-1和步骤S104-2，所述步骤S104-2进一步包括步骤S104-3。其中，所述步骤S100、步骤S101、步骤S102、和步骤S103已在参照图1所示实施例中予以详述，在此不再赘述；所述步骤S104-1已在参照图2所示实施例中予以详述，在此不再赘述。事实上，参照图3所示实施例示出了参照图2所示实施例中步骤S104-2的一种具体实施例。

需要说明的是，在本实施例的方法执行之前，基站还执行以下操作：基站将参考信号CRS(Cell-specificReferenceSignal，小区特定参考信号)端口和参考信号CSI-RS(ChannelStateInformationReferenceSignal，信道状态信息参考信号)端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上，以使用户设备根据其在该等端口观测到的下行信道矩阵来向基站反馈下行链路信道状态信息。

以两个参考信号CRS端口为例，优选地，基站可基于以下方式将参考信号CRS端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上：基站沿水平方向或垂直方向将每个参考信号CRS端口映射至有源天线阵列的一半天线上。

例如，图14为一个示例的在基站中进行参考符号CRS端口映射的示意图，该示例中沿垂直方向进行2个参考信号CRS端口的映射，仅考虑有源天线阵列的一列天线，则基站将参考符号CRS端口p0通过加权系数映射至有源天线阵列的一列天线中的一半天线上，将参考符号CRS端口p1通过加权系数映射至该列天线中的另一半天线上，其中，该列天线采用交叉极化的几何分布。优选地，所述加权系数为静态矩阵，该静态矩阵中的元素可为实数或复数。更优选地，基站可对加权系数执行进一步的优化来适配天线之间的相位差，从而提高用户终端接收性能。

需要说明的是，尽管本实施例仅说明了参考信号CRS端口数量为2个时进行参考信号CRS端口映射的实现方式，但本领域技术人员应能理解，当参考信号CRS端口为其他数量(如4个参考信号CRS端口)时，基站可采用相同或相似的方式将参考信号CRS端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何将参考信号CRS端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

优选地，基站可采用以下方式将参考符号CSI-RS端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上：基站将每个参考信号CSI-RS端口映射到基站的有源天线阵列中一行或一列天线上。

例如，图15为在基站中进行参考符号CSI-RS端口映射的示意图，其中，port0-port7为8个参考信号CSI-RS端口，基站采用8*8的有源天线阵列，基站通过加权系数将port0映射到有源天线阵列中的第一列，将port1映射到有源天线阵列中的第二列，依次类推，将每个参考信号CSI-RS端口映射到有源天线阵列中的对应一列。其中，加权系数为一个8*1的列向量，有源天线阵列采用交叉极化的几何分布。

需要说明的是，尽管上述示例仅说明了参考信号CSI-RS端口数量为最多8个时进行参考信号CSI-RS端口映射的实现方式，但本领域技术人员应能理解，通信协议支持少于8个或8个以上的CSI-RS端口数量时，基站可采用相似的方式将参考信号CSI-RS端口映射到调整后的有源天线阵列中的相应天线上。

本实施例中，在基站执行步骤S104-3之前，用户设备执行步骤S105、步骤S106和步骤S107。

在步骤S105中，用户设备观测基站所使用的下行信道矩阵。

具体地，用户设备通过参考信号CRS端口或CSI-RS端口观测基站所使用的下行信道矩阵。

以下以示例方式说明用户设备通过参考信号CRS端口观测基站所使用的下行信道矩阵的实现方式。

作为一个示例，假设用户设备只有一个接收天线，基站采用8*8的有源天线阵列，且基站沿着水平方向进行2个参考信号CRS端口的映射，其使用的加权系数为 $\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}={\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ 1\\ 1\end{array}\right]}_{K/2\×1},$ K为有源天线阵列的列数。则用户设备观测到的下行信道矩阵可表示为：

$[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right],\left[\begin{array}{cccc}{h}_{21}& h_{22}& ...& h_{2K}\end{array}\right],...,\left[\begin{array}{cccc}{h}_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]]\×\left[\begin{array}{c}{\mathrm{BC}}_1\\ {\mathrm{BC}}_2\\ ...\\ {\mathrm{BC}}_L\end{array}\right]\⇒\stackrel{\‾}{H}$

等价为：

$\stackrel{\‾}{H}=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right]\×{\mathrm{BC}}_1+...+\left[\begin{array}{cccc}{h}_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]\×{\mathrm{BC}}_L$

其中， ${\mathrm{BC}}_1={\mathrm{BC}}_2=...={\mathrm{BC}}_L={\left[\begin{array}{cc}\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}& 0\\ 0& \mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}\end{array}\right]}_{K\×2};$ 为用户设备观测到的维度为1*2的下行信道矩阵。

作为另一个示例，假设用户设备只有一个接收天线，基站采用8*8的有源天线阵列，且基站沿着垂直方向进行2个参考信号CRS端口的映射，其使用的加权系数为 $\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}={\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ 1\\ 1\end{array}\right]}_{L/2\×1},$ L为有源天线阵列的行数。则用户设备观测到的下行信道矩阵可表示为：

$\left[\begin{array}{cccc}{\left[\begin{array}{c}{h}_{11}\\ h_{21}\\ ...\\ h_{L1}\end{array}\right]}^T& {\left[\begin{array}{c}{h}_{12}\\ h_{22}\\ ...\\ h_{L2}\end{array}\right]}^T& ...& {\left[\begin{array}{c}{h}_{1K}\\ h_{2K}\\ ...\\ h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]}^T\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{\mathrm{BC}}_1\\ {\mathrm{BC}}_2\\ ...\\ {\mathrm{BC}}_K\end{array}\right]\⇒\stackrel{\‾}{H}$

等价为：

$\stackrel{\‾}{H}={\left[\begin{array}{c}{h}_{11}\\ h_{21}\\ ...\\ h_{L1}\end{array}\right]}^T\×{\mathrm{BC}}_1+...+{\left[\begin{array}{c}{h}_{1K}\\ h_{2K}\\ ...\\ h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]}^T\×{\mathrm{BC}}_K$

其中， ${\mathrm{BC}}_1={\mathrm{BC}}_2=...={\mathrm{BC}}_K={\left[\begin{array}{cc}\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}& 0\\ 0& \mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}\end{array}\right]}_{L\×2};$ 为用户设备观测到的维度为1*2的下行信道矩阵。

需要说明的是，当用户设备有N个接收天线时，用户设备通过2个参考信号CRS端口观测到的基站所使用的下行信道矩阵的维度为N*2，其中，“N*2”中的2用于指示有2个参考信号CRS端口，当参考信号CRS端口的数量变化时，下行信道矩阵的列数随之变化。

类似地，用户设备通过参考信号CSI-RS端口观测基站所使用的下行信道矩阵的实现方式，与上述用户设备通过参考信号CRS端口观测基站所使用的下行信道矩阵的实现方式相同或者相似。例如，假设用户设备只有一个接收天线，若基站根据图15所示方式沿垂直方向进行参考符号CSI-RS端口映射，则用户设备通过参考信号CSI-RS端口观测到的下行信道矩阵可表示为：

$[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{21}& ...& h_{L1}\end{array}\right],\left[\begin{array}{cccc}{h}_{12}& h_{22}& ...& h_{L2}\end{array}\right],...,\left[\begin{array}{cccc}{h}_{1K}& h_{2K}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]]\×\left[\begin{array}{c}B{C_1}^{\′}\\ B{C_2}^{\′}\\ ...\\ B{C_K}^{\′}\end{array}\right]\⇒\stackrel{\‾}{H}$

其中，BC₁′＝BC₂′＝…＝BC_K′＝BC_weighting_CSI_RS，其中，BC_weighting_CSI_RS为图15中进行参考符号CSI-RS端口映射时所使用的维度为8*1的加权系数，为用户设备观测到的维度为1*8的下行信道矩阵。

需要说明的是，当用户设备有N个接收天线，且基站侧采用L*K的有源天线阵列时，用户设备通过参考信号CSI-RS端口观测到的基站所使用的下行信道矩阵的维度为N*pNum，其中，pNum用于指示参考信号CRS端口的数量。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何观测基站所使用的下行信道矩阵的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

在步骤S106中，用户设备根据所述观测到的下行信道矩阵，计算该下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差。

其中，所述相位差的计算方式与参照图2中基站根据上行信道矩阵，确定一行与其他各行之间或一列与其他各列之间的相位差的计算方式相同或者相似，在此不再赘述。

其中，用户设备可采用多种方式根据观测到的下行信道矩阵，计算下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差。

例如，用户设备以上行信道矩阵中的第一行为基准，计算其他各行与所述第一行之间的相位差。

又例如，用户设备以上行信道矩阵中的第一列为基准，计算其他各列与所述第一列之间的相位差。

优选地，用户设备根据所述观测到的下行信道矩阵，计算相邻各行或各列之间的相位差。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所述观测到的下行信道矩阵，计算所述下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

在步骤S107中，用户设备向基站提供所述各行或各列之间的相位差。

具体地，用户设备将所述各行或各列之间的相位差作为下行链路信道状态信息提供给基站；优选地，用户设备将所述各行或各列之间的相位差与其他信息，如CQI、PMI、RI等，一起作为下行链路信道状态信息提供给基站。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何向基站提供所述各行或各列之间的相位差的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

在步骤S104-3中，基站根据用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，以及步骤S104-1中确定的一行或一列所对应天线的加权向量，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

其中，基站根据用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，以及所述一行或一列所对应天线的加权向量，确定波束成形加权矩阵的实现方式与参照图2中所述步骤S104-2中基站根据其确定的相位差和所述一行或一列所对应天线的加权向量，确定所述波束成形加权矩阵的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。

根据本实施例的方案，通过更新用户设备侧的CSI反馈机制，用户设备能够向基站提供其观测的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，基站可根据所述相位差，以及上行信道矩阵中已确定的一行或一列所对应天线的加权向量，来确定波束成形矩阵，以进行3D波束成形来向用户设备发射信号；并且，由于本方案在用户设备侧计算所述相位差，故可减小基站侧的计算复杂度。

需要说明的是，作为另一种方案，当基站侧的天线数量多于8个(如天线数量为16、32、64个等)时，基站仍可采用现有技术中参考信号CSI-RS端口与天线之间一一映射的方式，来定义更多的参考信号CSI-RS端口(如基站的天线数量为64个时，则需要定义有64个CSI-RS端口)，并更新码本来实现参考信号CSI-RS端口的映射。该映射方式下，用户设备在该等CSI-RS端口观察到的下行信道矩阵是N*M的全矩阵，用户设备利用更新后的码本，可计算更高维度的预编码指示以及秩指示，并发送给基站；基站能够采用与本实施例相同或相似的方法根据所述预编码指示以及秩指示来确定波束成形矩阵。

此外，需要说明的是，图2和图3所示实施例的具体方案可相结合来被描述。例如，步骤S104-2可更进一步包括：根据上行信道矩阵中的一行或一列所对应的天线的加权向量，并结合该一行与其他各行之间的相位差或该一列与其他各列之间的相位差，确定波束成形加权矩阵，以根据波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向用户设备发射信号；其中，该一行与其他各行之间的相位差或该一列与其他各列之间的相位差，可由基站根据上行信道矩阵来确定，也可由基站从用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差中获得。

需要进一步说明的是，图2和图3所示实施例中，所采用的相位差均是计算得到的。但上述相位差也可为预先确定的(如技术人员根据经验预先人工设定的值)或随机的。

图4为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图，本实施例的方法主要由基站和用户设备来实现，其中，参照图1所示实施例中对基站和用户设备所做的任何说明，均以引用的方式包含于此。

根据本实施例的方法包括步骤S100、步骤S101、步骤S102、步骤S103、步骤S104、步骤S108和步骤S109，其中，步骤S104进一步包括步骤S104-4，其中，所述步骤S100、步骤S101、步骤S102、和步骤S103已在参照图1所示实施例中予以详述，在此不再赘述。

需要说明的是，步骤S108在步骤S109之前执行，且步骤S108与步骤S100、步骤S101、步骤S102和步骤S103之间并无严格的先后顺序；步骤S109在步骤S108之后且在步骤S104-4之前执行，且步骤S109与步骤S100、步骤S101、步骤S102和步骤S103之间并无严格的先后顺序。

在步骤S108中，用户设备向基站发送预编码矩阵指示和秩指示。

具体地，用户设备将所述预编码矩阵指示和秩指示作为下行链路信道状态信息提供给基站。

其中，所述预编码矩阵指示用于指示码本集合中的预编码矩阵。其中，用户设备可采用多种方式选取预编码矩阵指示；例如，用户设备可基于3GPP中定义的码本，采用MMSE算法遍历所有预编码矩阵指示，来选择一个最优的预编码矩阵指示。

其中，所述秩指示用于指示PDSCH中的有效数据层数。

在步骤S109中，基站根据来自用户设备的预编码矩阵指示和秩指示，确定预编码矩阵。

具体地，基站根据来自用户设备的预编码矩阵指示和秩指示，从基站所采用的码本中确定相应的预编码矩阵。

优选地，所述预编码矩阵的行数由用户设备观测到的下行信道矩阵的列数来决定，也即由参考符号CRS端口的数量或参考符号CSI-RS端口的数量来决定。

例如，基站将2个参考符号CRS端口映射至有源天线阵列中的相应天线上，假设用户设备有N个接收天线，则用户设备观测到的基站所使用的下行信道矩阵的维度为N*2，则与该下行信道矩阵对应的预编码矩阵指示所对应的预编码矩阵的行数为2。

又例如，基站将8个参考符号CSI-RS端口映射至有源天线阵列中的相应天线上，假设用户设备有N个接收天线，则用户设备观测到的基站所使用的下行信道矩阵的维度为N*8，则与该下行信道矩阵对应的预编码矩阵指示所对应的预编码矩阵的行数为8。

其中，所述秩指示决定了与预编码矩阵指示所对应的预编码矩阵的列数。所述秩指示的取值范围由用户设备观测到的下行信道矩阵的行数和列数来决定；优选地，所述秩指示的取值小于或等于所述下行信道矩阵的行数和列数中的较小值。

例如，当用户设备通过参考信号CRS端口观测到N*2(N≥2)的下行信道矩阵时，秩指示的取值范围为(1，2)。又例如，当用户设备通过参考信号CSI-RS端口观测到N*8(N≥8)的下行信道矩阵时，秩指示的取值范围为(1，2，…，8)。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据来自用户设备的预编码矩阵指示和秩指示，确定预编码矩阵的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

在步骤S104-4中，基站根据所确定的3D波束成形加权的方向以及预编码矩阵，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

具体地，基站根据所确定的3D波束成形加权的方向以及预编码矩阵，确定波束成形加权矩阵的实现方式包括但不限于：

1)基站根据所确定的3D波束成形加权的方向以及预编码矩阵，确定一行或一列天线的加权向量，并将该加权向量作为每行或每列天线的加权向量，从而确定波束成形加权矩阵。

例如，用户设备基于在参考符号CRS端口观测到的下行信道矩阵向基站发送预编码矩阵指示和秩指示，当所确定的3D波束成形加权的方向为水平方向时，基站根据预编码矩阵确定第一行天线所对应的加权向量

$w_i^{1H1}=P_i\⊗\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}$

其中，P_i为维度2*1的预编码矩阵，这里假定用户设备向基站上报的秩指示为1，BC_weighting_CRS为基站沿水平方向进行参考信号CRS端口映射时所使用的加权系数，维度为K/2×1，表示克罗内克积；其中，的维度为K*1，K为基站的有源天线阵列的列数。

接着，基站将该第一行天线的加权向量作为每行天线的加权向量，并基于以下公式来确定波束成形矩阵W_i：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1H1}\right)}^T& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

相似地，作为一个示例，当所确定的3D波束成形加权的方向为垂直方向时，基站根据预编码矩阵确定第一列天线所对应的加权向量

$w_i^{1V1}=P_i\⊗\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}$

其中，的维度为L*1，L为有源天线阵列的行数；BC_weighting_CRS为基站沿垂直方向进行参考信号CRS端口映射时所使用的加权系数，维度为L/2×1。基站将该第一列天线的加权向量作为每列天线的加权向量，基于以下公式来确定波束成形矩阵W_i：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1V1}\right)}^T& {\left(w_i^{1V1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1V1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

又例如，用户设备基于在参考符号CSI-RS端口观测到的下行信道矩阵向基站发送预编码矩阵指示和秩指示，当所确定的3D波束成形加权的方向为水平方向时，基站根据预编码矩阵确定第一行天线所对应的加权向量

$w_i^{1H1}=P_i^{1H1}$

其中，为维度K*1的预编码矩阵，这里假定用户设备向基站上报的秩指示为1。其中，的维度为K*1，K为基站的有源天线阵列的列数。

接着，基站将该第一行天线的加权向量作为每行天线的加权向量，基于以下公式来确定波束成形矩阵W_i：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1H1}\right)}^T& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

相似地，作为一个示例，当所确定的3D波束成形加权的方向为垂直方向时，基站根据预编码矩阵确定第一列天线所对应的加权向量

$w_i^{1V1}=P_i^{1V1}$

其中，均维度为L*1，L为基站的有源天线阵列的行数，表示预编码矩阵垂直方向上的第一列，这里假定用户设备向基站上报的秩指示为1。基站将该第一列天线的加权向量作为每列天线的加权向量，基于以下公式来确定波束成形矩阵W_i：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1V1}\right)}^T& {\left(w_i^{1V1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1V1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

2)在步骤S104-4之前，基站确定上行信道矩阵中各行或各列之间的相位差；在步骤S104-4中，基站根据所确定的3D波束成形加权方向、预编码矩阵以及所述相位差确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向用户设备发射信号。

其中，基站确定上行信道矩阵中各行或各列之间的相位差的实现方式，与参照图3中用户设备根据观测到的下行信道矩阵，计算该下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。

其中，基站根据所确定的3D波束成形加权方向、预编码矩阵以及所述相位差，确定波束成形加权矩阵的实现方式将在后续实施例中予以详述，在此不再赘述。

根据本实施例的方案，可根据3D波束成形加权的方向以及预编码矩阵来确定波束成形加权矩阵，且可在确定波束成形加权矩阵的过程中进行相位差补偿，从而提高用户终端接收性能。

图5为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图，本实施例的方法主要由基站和用户设备来实现，其中，参照图1所示实施例中对基站和用户设备所做的任何说明，均以引用的方式包含于此。

根据本实施例的方法包括步骤S100、步骤S101、步骤S102、步骤S103、步骤S104、步骤S105、步骤S106、步骤S107、步骤S108和步骤S109，其中，步骤S104进一步包括步骤S104-5，其中，所述步骤S100、步骤S101、步骤S102、和步骤S103已在参照图1所示实施例中予以详述，在此不再赘述；所述步骤S105、步骤S106和步骤S107已在参照图3中予以详述，在此不再赘述；所述步骤S108和步骤S109已在参照图4中予以详述，在此不再赘述。

需要说明的是，本实施例更适用于用户设备基于在参考符号CSI-RS端口观测到的下行信道矩阵向基站发送预编码矩阵指示和秩指示的情况。

在步骤S104-5中，基站根据所确定的3D波束成形加权的方向、所述预编码矩阵以及用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号

优选地，所述下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差为下行信道矩阵中相邻行之间的相位差，或者相邻列之间的相位差；则当所述所确定的3D波束成形加权的方向为水平方向时，基站根据所述预编码矩阵以及各相邻行之间的相位差，确定波束成形加权矩阵；当所确定的3D波束成形加权的方向为垂直方向时，基站根据所述预编码矩阵以及各相邻列之间的相位差，确定波束成形加权矩阵。

例如，当所述所确定的3D波束成形加权的方向为水平方向时，基站基于以下公式，根据预编码矩阵以及各相邻行之间的相位差来确定波束成形加权矩阵：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(P_i^{1H1}\right)}^T& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{21}}{P}_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{L1}}{P}_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

其中，j为虚数单位，为预编码矩阵在水平方向上的第一行。

又例如，当所确定的3D波束成形加权的方向为垂直方向时，基站基于以下公式，根据预编码矩阵以及各相邻列之间的相位差，确定波束成形加权矩阵：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(P_i^{1V1}\right)}^T& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{12}}{P}_i^{1V1}\right)}^T& ...& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{1K}}{P}_i^{1V1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

其中，为预编码矩阵在垂直方向上的第一列。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所确定的3D波束成形加权的方向、所述预编码矩阵以及用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

根据本实施例的方案，通过更新用户设备侧的CSI反馈机制，用户设备能够向基站提供其观测的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，基站可根据所确定的3D波束成形加权的方向、预编码矩阵以及所述相位差来确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号；并且，由于本方案在用户设备侧计算所述相位差，故可减小基站侧的计算复杂度。

图6为本发明一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图。该系统包括基站和用户设备，所述基站包括波束成形装置；其中，所述波束成形装置包括估计装置1、第一确定装置2、第二确定装置3和第三确定装置4。

用户设备向基站发送上行发射信号。

其中，所述上行发射信号包括用户设备向基站发送的任何可用于进行上行信道估计的参考信号。优选地，所述上行发射信号包括但不限于：

1)上行探测参考信号(SoundingReferenceSignal，SRS)；

2)解调参考信号(DeModulationReferenceSignal，DMRS)；其中，该解调参考信号可在UE被调度时，随物理上行共享信道(PhysicalUplinkSharedChannel，PUSCH)被传输至基站；或者，该解调参考信号可在UE根据来自基站的下行发射信号向基站反馈下行链路信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)时，随物理上行控制信道(PhysicalUplinkControlChannel，PUCCH)被传输至基站。其中，所述下行链路信道状态信息包括但不限于CQI(ChannelQualityIndicator，信道质量指示)、PMI(PrecodingMatrixIndicator，预编码矩阵指示)、RI(RankIndication，秩指示)等。

基站中的估计装置1根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵。

具体地，估计装置1根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵的实现方式包括但不限于：

1)所述上行发射信号包括上行探测参考信号时，估计装置1根据该上行探测参考信号进行信道估计来获得该用户设备的上行信道矩阵。

优选地，该实现方式更适合于TDD系统。

2)所述上行发射信号包括随PUSCH被传输的解调参考信号，估计装置1根据所述随PUSCH或PUCCH被传输的解调参考信号，进行信道估计来获得该用户设备的上行信道矩阵。

优选地，该实现方式更适合于FDD系统；更优选地，该实现方式更适合于上行发射信号不包括上行探测参考信号，且用户设备被调度或用户设备向基站反馈下行链路信道状态信息的情况。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

第一确定装置2根据所述上行信道矩阵，确定用户设备相对该基站在垂直方向上的角度信息。

其中，所述角度信息用于表示用户设备相对该基站在垂直方向上的角度；更准确地，所述角度信息用于表示用户设备相对该基站的有源天线阵列在垂直方向上的角度，例如，图11和图12中所示的角度θ。

优选地，基站的有源天线阵列采用L*K的天线排布；其中，L为有源天线阵列的行数，K为有源天线阵列的列数，且M＝L*K，M为基站侧的总天线数量。例如，图11为一个示例的有源天线阵列的几何分布示意图，该图所示为在X-Y-Z空间坐标系中的一个4*1的有源天线阵列(如图11中Z轴上的黑点所示)，该有源天线阵列为单列天线，其中，图11中的箭头表示来自用户设备的来波方向；图12为另一个示例的有源天线阵列的几何分布示意图，该图所示为在X-Y-Z空间坐标系中的一个具有多行多列的有源天线阵列(如图12中在YZ平面上的黑点所示)，其中，图12中的箭头表示来自用户设备的来波方向。

其中，有源天线阵列中的天线可以采用该天线在有源天线阵列中所在的行和列来标识，例如，天线11表示位于第一行第一列的天线，天线23表示位于第二行第三列的天线等。

需要说明是，本实施例的方案并不限制基站所采用的有源天线阵列的几何分布，也即本实施例的方案适用于任何的几何分布，如有源天线阵列的几何分布可为交叉极化阵列或均匀线性阵列等。

优选地，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度。例如，图13为一个示例的MIMO覆盖场景示意图，用户设备UE1相对基站在垂直方向上的角度信息可用于指示UE1与基站的有源天线阵列之间的相对高度。

具体地，第一确定装置2根据所估计的用户设备的上行信道矩阵，确定用户设备相对该基站的有源天线阵列在垂直方向上的角度信息。

优选地，第一确定装置2进一步包括第一计算装置(图未示)和第一子确定装置(图未示)。对于所述基站的每列天线，第一计算装置根据所述上行信道矩阵，计算所述用户设备相对该列天线在垂直方向上的角度；并且，第一子确定装置根据用户设备相对所述基站的各列天线在垂直方向上的角度，确定用户设备相对所述基站在垂直方向上的角度信息。

例如，基站采用8*8的有源天线阵列，也即基站侧具有8列天线，则第一计算装置根据上行信道矩阵的第一列估计用户设备相对有源天线阵列中的第一列天线在垂直方向上的角度θ₁，且根据上行信道矩阵的第二列估计用户设备相对有源天线阵列中的第二列天线在垂直方向上的角度θ₂，依次类推，直至第一计算装置根据上行信道矩阵的第八列估计用户设备相对有源天线阵列中的第八列天线在垂直方向上的角度θ₈。接着，第一子确定装置基于以下公式计算用户设备相对该基站的各列天线在垂直方向上的平均角度θ，并将θ作为用户设备相对该基站在垂直方向上的角度信息：

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_k$

其中，K为基站的有源天线阵列的列数，k＝1，…，K；在本例中，K＝8。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据上行信道矩阵，确定用户设备相对基站在垂直方向上的角度信息的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

第二确定装置3根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向。

具体地，第二确定装置3根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向的实现方式包括但不限于：

1)当所述角度信息指示的用户设备的相对高度大于高度阈值时，第二确定装置3确定3D波束成形加权的方向为垂直方向；当所述角度信息指示的用户设备的相对高度不大于高度阈值时，第二确定装置3确定3D波束成形加权的方向为水平方向。

例如，对于图13所示的MIMO覆盖场景，用户设备UE1和UE2位于大楼1中，用户设备UE3位于大楼2中，用户设备UE4位于地面附近；UE1和UE3相对基站在垂直方向上的角度信息所指示的相对高度均大于高度阈值，则第二确定装置3确定用于UE1和UE3的3D波束成形加权的方向为垂直方向；UE2和UE4相对基站在垂直方向上的角度信息所指示的相对高度均小于高度阈值，则第二确定装置3确定用于UE2和UE4的3D波束成形加权的方向为水平方向。

2)当所述角度信息所表示的角度大于角度阈值时，第二确定装置3确定3D波束成形加权的方向为垂直方向；当所述角度信息所表示的角度不大于角度阈值时，第二确定装置3确定3D波束成形加权的方向为水平方向。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

第三确定装置4根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

其中，所述波束成形加权矩阵用于对基站的有源天线阵列进行加权，以使基站针对物理下行共享信道(PhysicalDownlinkSharedChannel，PDSCH)进行3D波束成形来向用户设备发射信号。

作为一个示例，对于用户设备i，假设用户设备i的接收天线数量为N，且假设在同一RE(ResourceElement，资源元素)上有到用户设备i的多达N(N＜＝M)层数据，也即N个数据流传输，其中，M为基站侧的总天线数量。则用户设备i在任意RE上接收到的、来自基站的根据波束成形加权矩阵进行3D波束成形并向用户设备发射的下行信号，可被表示为：

y_i＝H_iW_is_i+n_i

其中，y_i为接收信号矢量，其维度为N*1；H_i为向用户设备发射信号时使用的信道矩阵，或者，为用户设备i观测到的下行信道矩阵，其维度为N*M；W_i为波束成形加权矩阵，其维度为M*N；s_i为基站向用户设备i发射的传输符号，其维度为N*1；n_i为噪声矢量，其维度为N*1。

具体地，第三确定装置4根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式将在后续实施例中予以详述，在此不予赘述。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

现有技术中，基站侧通常采用无源天线阵列，如均匀排布在一行的8个天线(例如，图12中沿Y轴的一行天线)，由于用户设备仅被认为是分布在水平平面，故基站侧仅在水平平面上进行波束成形。而实际上，不同的用户设备与基站之间的相对高度差别可能较大，如位于地面的用户设备与位于高楼的20层中的用户设备，两者与基站之间的相对高度差别很大，这使得位于不同高度的用户设备对基站干扰管理的能力要求不同。

并且，随着有源天线阵列概念的提出，可能在基站侧以二维阵列的形式引入多于8个(例如，16，32或64个)发射天线，由于每个天线都有自己的功率放大器，故能够对每个天线传输的信号的幅度和相位进行独立控制，从而来实现系统容量的显著改善。然而，现有仅进行水平平面上的波束成形的方案，会降低系统通过波束成形来进行干扰管理的能力，从而不利于系统容量的进一步提升。

根据本实施例的方案，基站根据其估计的上行信道矩阵来确定用户设备相对该基站在垂直方向上的角度信息，从而根据该角度信息来确定3D波束成形加权的方向，以在该方向上进行波束成形来向用户设备发射信号，并且，随着用户设备在垂直方向上的移动，3D波束成形加权的方向可在水平方向与垂直方向之间进行自适应切换。

图7为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图。该系统包括基站和用户设备，所述基站包括波束成形装置；其中，所述波束成形装置包括估计装置1、第一确定装置2、第二确定装置3和第三确定装置4，所述第三确定装置4进一步包括第二子确定装置41和第三子确定装置42。其中，所述估计装置1、第一确定装置2和第二确定装置3已在参照图6所示实施例中予以详述，在此不再赘述。

第二子确定装置41根据所述3D波束成形加权的方向，确定所述上行信道矩阵中的一行或一列所对应天线的加权向量。

具体地，当3D波束成形加权的方向为水平方向时，第二子确定装置41根据上行信道矩阵中的一行确定该行所对应天线的加权向量；当3D波束成形加权的方向为垂直方向时，第二子确定装置41根据上行信道矩阵中的一列确定该列所对应天线的加权向量。

例如，假设用户设备i仅第1个天线有到基站的SRS发射，估计装置1估计的用户设备i的上行信道矩阵如下所示：

${\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\\ h_{21}& h_{22}& ...& h_{2K}\\ h_{31}& h_{32}& ...& h_{3K}\\ ...& & & \\ h_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]}_{L\×K}$

其中，h_xy，x＝1，…，L，y＝1，…，K为用户设备i与基站侧的天线xy之间的信道响应，例如，h₁₁表示用户设备i与有源天线阵列中的天线11之间的信道响应；当3D波束成形加权的方向为水平方向时，对应于用户设备i的第1个天线的信道响应为：

$H_i^1=[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right],\left[\begin{array}{cccc}{h}_{21}& h_{22}& ...& h_{2K}\end{array}\right],...,\left[\begin{array}{cccc}{h}_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]]={\left[\begin{array}{c}{\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right]}^T\\ {\left[\begin{array}{cccc}{h}_{21}& h_{22}& ...& h_{2K}\end{array}\right]}^T\\ {\left[\begin{array}{cccc}{h}_{31}& h_{32}& ...& h_{3K}\end{array}\right]}^T\\ ...\\ {\left[\begin{array}{cccc}{h}_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]}^T\end{array}\right]}_{1\×M}^T$

第二子确定装置41在水平方向上获取的第一行天线的信道响应如下：

$H_i^{1H1}=\left[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right]\right]=[{{\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right]}^T]}_{1\×K}^T$

其中，表示对于用户设备i，在水平方向上获取的维度为1*K的第1行信道响应，也即所述上行信道矩阵中的第一行；其中，上标“1H1”中位于H之前的“1”用于指示对应于用户设备i的第1个天线，“H1”用于指示水平方向上的第1行。其中，T表示矩阵的转置。

接着，第二子确定装置41对执行SVD或EBB算法，获得有源天线阵列中的第1行天线的加权向量其中，上标“1H1”的含义与前述中上标“1H1”的含义相同。

同理，当3D波束成形加权的方向为垂直方向时，第二子确定装置41在垂直方向上获取的维度为L*1的第1列信道响应如下：

$H_i^{1V1}=\left[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{21}& ...& h_{L1}\end{array}\right]\right]=[{{\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{21}& ...& h_{L1}\end{array}\right]}^T]}_{L\×1}^T$

且对执行SVD或EBB算法，获得有源天线阵列中的第1列天线的加权向量其中，和的上标“1V1”中位于V之前的“1”用于指示对应于用户设备i的第1个天线，“V1”用于指示垂直方向上的第1列。

需要说明的是，当用户设备端有N个天线时，在基站中可通过叠加对应于用户设备的每一个天线的维度为1*M的信道响应，来形成维度为N*M的信道矩阵H_i。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据3D波束成形加权的方向，确定所述上行信道矩阵中的一行或一列所对应天线的加权向量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

第三子确定装置42根据所述一行或一列所对应天线的加权向量，来确定波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

具体地，第三子确定装置42根据所述一行或一列所对应天线的加权向量，来确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式包括但不限于：

1)第三子确定装置42直接将所述一行或一列所对应天线的加权向量作为有源天线阵列中各行或各列所对应天线的加权向量，从而确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

例如，第二子确定装置41确定基站的有源天线阵列中的第一行天线的加权向量为则第三子确定装置42将作为有源天线阵列中每行天线的加权向量，从而确定波束成形加权矩阵如下：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1H1}\right)}^T& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

2)所述波束成形装置还包括第四确定装置(图未示)，所述第三子确定装置42包括第四子确定装置(图未示)。在第四子确定装置执行操作之前，第四确定装置根据上行信道矩阵，确定所述一行与其他各行之间或一列与其他各列之间的相位差；第四子确定装置根据所述相位差和所述一行或一列所对应天线的加权向量，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵，进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

其中，所述一行与其他各行之间的相位差用于指示所述一行所对应的天线分别与其他各行所对应的天线之间的相位差；所述一列与其他各列之间的相位差用于指示所述一列所对应的天线分别与其他各列所对应的天线之间的相位差。

例如，基站采用L*K的有源天线阵列，第二子确定装置41根据所述3D波束成形加权的方向，确定上行信道矩阵中的第一行所对应天线的加权向量为且第四确定装置根据所述上行信道矩阵，分别确定所述第一行与其他各行之间的相位差Δ_p1，p＝2，…，L；其中，作为一个示例，第四确定装置可基于以下公式计算上行信道矩阵的第p行与第q行之间的相位差：

Δ_pq＝∠([h_p1h_p2…h_pK]*conj[h_q1h_q2…h_qK]^T)

其中，L≥p＞q；conj函数用于求复数的共轭；∠表示求取角度。则第四子确定装置根据所述第一行与其他各行之间的相位差，以及所述第一行所对应天线的加权向量并基于以下公式来确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1H1}\right)}^T& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{21}}{w}_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{L1}}{w}_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

其中，e为自然对数，e的上标中的j表示虚数单位。

类似地，第四确定装置可基于以下公式计算上行信道矩阵的第m列和第n列之间的相位差：

Δ_mn＝∠([h_1mh_2m…h_Lm]*conj[h_1nh_2n…h_Ln]^T)

其中，m＜n≤K。则第四子确定装置可根据第一列与其他各列之间的相位差，以及第一列所对应天线的加权向量并基于以下公式来确定波束成形矩阵，以根据波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1V1}\right)}^T& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{12}}{w}_i^{1V1}\right)}^T& ...& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{1K}}{w}_i^{1V1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所述一行或一列所对应天线的加权向量，来确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

需要说明的是，本实施例的方案更适用于在TDD系统中进行3D波束成形。

根据本实施例的方案，可根据3D波束成形加权的方向首先确定上行信道矩阵中的一行或一列所对应的天线的加权向量，从而根据所确定的一行或一列所对应的天线的加权向量来确定波束成形矩阵，以进行3D波束成形来向用户设备发射信号；本实施例的方案，不需要对上行信道矩阵中的所有行或列均执行SVD或EBB等算法来进行全维度的加权，从而在基站的有源天线阵列为多行多列的情况下，能够很大程度地减小基站中的计算复杂度，且有源天线阵列的行越多，或列越多，基站中的计算复杂度的减小越明显。

图8为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图。该系统包括基站和用户设备，所述基站包括波束成形装置；其中，所述波束成形装置包括估计装置1、第一确定装置2、第二确定装置3和第三确定装置4，所述第三确定装置4进一步包括第二子确定装置41和第三子确定装置42，所述第三子确定装置42进一步包括第五子确定装置43；其中，所述用户设备包括发送装置，所述发送装置包括观测装置5、第二计算装置6和提供装置7。其中，所述估计装置1、第一确定装置2和第二确定装置3已在参照图6所示实施例中予以详述，在此不再赘述；所述第二子确定装置41已在参照图7所示实施例中予以详述，在此不再赘述。事实上，参照图8所示实施例示出了参照图7所示实施例中第三子确定装置42的一种具体实施例。

需要说明的是，在本实施例的操作执行之前，基站还执行以下操作：基站将参考信号CRS(Cell-specificReferenceSignal，小区特定参考信号)端口和参考信号CSI-RS(ChannelStateInformationReferenceSignal，信道状态信息参考信号)端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上，以使用户设备根据其在该等端口观测到的下行信道矩阵来向基站反馈下行链路信道状态信息。

以两个参考信号CRS端口为例，优选地，基站可基于以下方式将参考信号CRS端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上：基站沿水平方向或垂直方向将每个参考信号CRS端口映射至有源天线阵列的一半天线上。

例如，图14为一个示例的在基站中进行参考符号CRS端口映射的示意图，该示例中沿垂直方向进行2个参考信号CRS端口的映射，仅考虑有源天线阵列的一列天线，则基站将参考符号CRS端口p0通过加权系数映射至有源天线阵列的一列天线中的一半天线上，将参考符号CRS端口p1通过加权系数映射至该列天线中的另一半天线上，其中，该列天线采用交叉极化的几何分布。优选地，所述加权系数为静态矩阵，该静态矩阵中的元素可为实数或复数。更优选地，基站可对加权系数执行进一步的优化来适配天线之间的相位差，从而提高用户终端接收性能。

需要说明的是，尽管本实施例仅说明了参考信号CRS端口数量为2个时进行参考信号CRS端口映射的实现方式，但本领域技术人员应能理解，当参考信号CRS端口为其他数量(如4个参考信号CRS端口)时，基站可采用相同或相似的方式将参考信号CRS端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何将参考信号CRS端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

优选地，基站可采用以下方式将参考符号CSI-RS端口映射到基站的有源天线阵列中的相应天线上：基站将每个参考信号CSI-RS端口映射到基站的有源天线阵列中一行或一列天线上。

例如，图15为在基站中进行参考符号CSI-RS端口映射的示意图，其中，port0-port7为8个参考信号CSI-RS端口，基站采用8*8的有源天线阵列，基站通过加权系数将porto映射到有源天线阵列中的第一列，将port1映射到有源天线阵列中的第二列，依次类推，将每个参考信号CSI-RS端口映射到有源天线阵列中的对应一列。其中，加权系数为一个8*1的列向量，有源天线阵列采用交叉极化的几何分布。

需要说明的是，尽管上述示例仅说明了参考信号CSI-RS端口数量为最多8个时进行参考信号CSI-RS端口映射的实现方式，但本领域技术人员应能理解，通信协议支持少于8个或8个以上的CSI-RS端口数量时，基站可采用相似的方式将参考信号CSI-RS端口映射到调整后的有源天线阵列中的相应天线上。

本实施例中，在基站的第五子确定装置43执行操作之前，用户设备的观测装置5、第二计算装置6和提供装置7执行操作。

观测装置5观测基站所使用的下行信道矩阵。

具体地，观测装置5通过参考信号CRS端口或CSI-RS端口观测基站所使用的下行信道矩阵。

以下以示例方式说明观测装置5通过参考信号CRS端口观测基站所使用的下行信道矩阵的实现方式。

作为一个示例，假设用户设备只有一个接收天线，基站采用8*8的有源天线阵列，且基站沿着水平方向进行2个参考信号CRS端口的映射，其使用的加权系数为 $\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}={\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ 1\\ 1\end{array}\right]}_{K/2\×1},$ K为有源天线阵列的列数。则观测装置5观测到的下行信道矩阵可表示为：

$[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right],\left[\begin{array}{cccc}{h}_{21}& h_{22}& ...& h_{2K}\end{array}\right],...,\left[\begin{array}{cccc}{h}_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]]\×\left[\begin{array}{c}{\mathrm{BC}}_1\\ {\mathrm{BC}}_2\\ ...\\ {\mathrm{BC}}_L\end{array}\right]\⇒\stackrel{\‾}{H}$

等价为：

$\stackrel{\‾}{H}=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1K}\end{array}\right]\×{\mathrm{BC}}_1+...+\left[\begin{array}{cccc}{h}_{L1}& h_{L2}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]\×{\mathrm{BC}}_L$

其中， ${\mathrm{BC}}_1={\mathrm{BC}}_2=...={\mathrm{BC}}_L={\left[\begin{array}{cc}\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}& 0\\ 0& \mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}\end{array}\right]}_{K\×2};$ 为用户设备观测到的维度为1*2的下行信道矩阵。

作为另一个示例，假设用户设备只有一个接收天线，基站采用8*8的有源天线阵列，且基站沿着垂直方向进行2个参考信号CRS端口的映射，其使用的加权系数为 $\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}={\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ 1\\ 1\end{array}\right]}_{L/2\×1},$ L为有源天线阵列的行数。则观测装置5观测到的下行信道矩阵可表示为：

$\left[\begin{array}{cccc}{\left[\begin{array}{c}{h}_{11}\\ h_{21}\\ ...\\ h_{L1}\end{array}\right]}^T& {\left[\begin{array}{c}{h}_{12}\\ h_{22}\\ ...\\ h_{L2}\end{array}\right]}^T& ...& {\left[\begin{array}{c}{h}_{1K}\\ h_{2K}\\ ...\\ h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]}^T\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{\mathrm{BC}}_1\\ {\mathrm{BC}}_2\\ ...\\ {\mathrm{BC}}_K\end{array}\right]\⇒\stackrel{\‾}{H}$

等价为：

$\stackrel{\‾}{H}={\left[\begin{array}{c}{h}_{11}\\ h_{21}\\ ...\\ h_{L1}\end{array}\right]}^T\×{\mathrm{BC}}_1+...+{\left[\begin{array}{c}{h}_{1K}\\ h_{2K}\\ ...\\ h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]}^T\×{\mathrm{BC}}_K$

其中， ${\mathrm{BC}}_1={\mathrm{BC}}_2=...={\mathrm{BC}}_K={\left[\begin{array}{cc}\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}& 0\\ 0& \mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}\end{array}\right]}_{L\×2};$ 为用户设备观测到的维度为1*2的下行信道矩阵。

需要说明的是，当用户设备有N个接收天线时，观测装置5通过2个参考信号CRS端口观测到的基站所使用的下行信道矩阵的维度为N*2，其中，“N*2”中的2用于指示有2个参考信号CRS端口，当参考信号CRS端口的数量变化时，下行信道矩阵的列数随之变化。

类似地，观测装置5通过参考信号CSI-RS端口观测基站所使用的下行信道矩阵的实现方式，与上述用户设备通过参考信号CRS端口观测基站所使用的下行信道矩阵的实现方式相同或者相似。例如，假设用户设备只有一个接收天线，若基站根据图15所示方式沿垂直方向进行参考符号CSI-RS端口映射，则观测装置5通过参考信号CSI-RS端口观测到的下行信道矩阵可表示为：

$[\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{21}& ...& h_{L1}\end{array}\right],\left[\begin{array}{cccc}{h}_{12}& h_{22}& ...& h_{L2}\end{array}\right],...,\left[\begin{array}{cccc}{h}_{1K}& h_{2K}& ...& h_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]]\×\left[\begin{array}{c}B{C_1}^{\′}\\ B{C_2}^{\′}\\ ...\\ B{C_K}^{\′}\end{array}\right]\⇒\stackrel{\‾}{H}$

其中，BC₁′＝BC₂′＝…＝BC_K′＝BC_weighting_CSI_RS，其中，BC_weighting_CSI_RS为图15中进行参考符号CSI-RS端口映射时所使用的维度为8*1的加权系数，为用户设备观测到的维度为1*8的下行信道矩阵。

需要说明的是，当用户设备有N个接收天线，且基站侧采用L*K的有源天线阵列时，观测装置5通过参考信号CSI-RS端口观测到的基站所使用的下行信道矩阵的维度为N*pNum，其中，pNum用于指示参考信号CRS端口的数量。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何观测基站所使用的下行信道矩阵的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

第二计算装置6根据所述观测到的下行信道矩阵，计算该下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差。

其中，所述相位差的计算方式与参照图7中第四确定装置根据上行信道矩阵，确定一行与其他各行之间或一列与其他各列之间的相位差的计算方式相同或者相似，在此不再赘述。

其中，第二计算装置6可采用多种方式根据观测到的下行信道矩阵，计算下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差。

例如，第二计算装置6以上行信道矩阵中的第一行为基准，计算其他各行与所述第一行之间的相位差。

又例如，第二计算装置6以上行信道矩阵中的第一列为基准，计算其他各列与所述第一列之间的相位差。

优选地，第二计算装置6根据所述观测到的下行信道矩阵，计算相邻各行或各列之间的相位差。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所述观测到的下行信道矩阵，计算所述下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

提供装置7向基站提供所述各行或各列之间的相位差。

具体地，提供装置7将所述各行或各列之间的相位差作为下行链路信道状态信息提供给基站；优选地，提供装置7将所述各行或各列之间的相位差与其他信息，如CQI、PMI、RI等，一起作为下行链路信道状态信息提供给基站。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何向基站提供所述各行或各列之间的相位差的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

第五子确定装置43根据用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，以及第二子确定装置41确定的一行或一列所对应天线的加权向量，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

其中，第五子确定装置43根据用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，以及所述一行或一列所对应天线的加权向量，确定波束成形加权矩阵的实现方式与参照图7中第三子确定装置42根据其确定的相位差和所述一行或一列所对应天线的加权向量，确定所述波束成形加权矩阵的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。

根据本实施例的方案，通过更新用户设备侧的CSI反馈机制，用户设备能够向基站提供其观测的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，基站可根据所述相位差，以及上行信道矩阵中已确定的一行或一列所对应天线的加权向量，来确定波束成形矩阵，以进行3D波束成形来向用户设备发射信号；并且，由于本方案在用户设备侧计算所述相位差，故可减小基站侧的计算复杂度。

需要说明的是，作为另一种方案，当基站侧的天线数量多于8个(如天线数量为16、32、64个等)时，基站仍可采用现有技术中参考信号CSI-RS端口与天线之间一一映射的方式，来定义更多的参考信号CSI-RS端口(如基站的天线数量为64个时，则需要定义有64个CSI-RS端口)，并更新码本来实现参考信号CSI-RS端口的映射。该映射方式下，用户设备在该等CSI-RS端口观察到的下行信道矩阵是N*M的全矩阵，用户设备利用更新后的码本，可计算更高维度的预编码指示以及秩指示，并发送给基站；基站能够采用与本实施例相同或相似的方法根据所述预编码指示以及秩指示来确定波束成形矩阵。

此外，需要说明的是，图7和图8所示实施例的具体方案可相结合来被描述。例如，第三子确定装置42执行的操作更进一步包括：根据上行信道矩阵中的一行或一列所对应的天线的加权向量，并结合该一行与其他各行之间的相位差或该一列与其他各列之间的相位差，确定波束成形加权矩阵，以根据波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向用户设备发射信号；其中，该一行与其他各行之间的相位差或该一列与其他各列之间的相位差，可由基站根据上行信道矩阵来确定，也可由基站从用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差中获得。

需要进一步说明的是，图7和图8所示实施例中，所采用的相位差均是计算得到的。但上述相位差也可为预先确定的(如技术人员根据经验预先人工设定的值)或随机的。

图9为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图。该系统包括基站和用户设备，所述基站包括波束成形装置；其中，所述波束成形装置包括估计装置1、第一确定装置2、第二确定装置3、第三确定装置4和第五确定装置8，所述第三确定装置4进一步包括第六子确定装置44。其中，所述估计装置1、第一确定装置2和第二确定装置3已在参照图6所示实施例中予以详述，在此不再赘述。

需要说明的是，在第五确定装置8执行之前，用户设备向基站发送预编码矩阵指示和秩指示，且用户设备向基站发送预编码矩阵指示和秩指示的操作与估计装置1、第一确定装置2和第二确定装置3执行的操作之间并无严格的先后顺序；第五确定装置8第六子确定装置44之前执行操作，且第五确定装置8执行的操作与估计装置1、第一确定装置2和第二确定装置3执行的操作之间并无严格的先后顺序。

用户设备向基站发送预编码矩阵指示和秩指示。

具体地，用户设备将所述预编码矩阵指示和秩指示作为下行链路信道状态信息提供给基站。

其中，所述预编码矩阵指示用于指示码本集合中的预编码矩阵。其中，用户设备可采用多种方式选取预编码矩阵指示；例如，用户设备可基于3GPP中定义的码本，采用MMSE算法遍历所有预编码矩阵指示，来选择一个最优的预编码矩阵指示。

其中，所述秩指示用于指示PDSCH中的有效数据层数。

第五确定装置8根据来自用户设备的预编码矩阵指示和秩指示，确定预编码矩阵。

具体地，第五确定装置8根据来自用户设备的预编码矩阵指示和秩指示，从基站所采用的码本中确定相应的预编码矩阵。

优选地，所述预编码矩阵的行数由用户设备观测到的下行信道矩阵的列数来决定，也即由参考符号CRS端口的数量或参考符号CSI-RS端口的数量来决定。

例如，基站将2个参考符号CRS端口映射至有源天线阵列中的相应天线上，假设用户设备有N个接收天线，则用户设备观测到的基站所使用的下行信道矩阵的维度为N*2，则与该下行信道矩阵对应的预编码矩阵指示所对应的预编码矩阵的行数为2。

又例如，基站将8个参考符号CSI-RS端口映射至有源天线阵列中的相应天线上，假设用户设备有N个接收天线，则用户设备观测到的基站所使用的下行信道矩阵的维度为N*8，则与该下行信道矩阵对应的预编码矩阵指示所对应的预编码矩阵的行数为8。

其中，所述秩指示决定了与预编码矩阵指示所对应的预编码矩阵的列数。所述秩指示的取值范围由用户设备观测到的下行信道矩阵的行数和列数来决定；优选地，所述秩指示的取值小于或等于所述下行信道矩阵的行数和列数中的较小值。

例如，当用户设备通过参考信号CRS端口观测到N*2(N≥2)的下行信道矩阵时，秩指示的取值范围为(1，2)。又例如，当用户设备通过参考信号CSI-RS端口观测到N*8(N≥8)的下行信道矩阵时，秩指示的取值范围为(1，2，…，8)。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据来自用户设备的预编码矩阵指示和秩指示，确定预编码矩阵的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

第六子确定装置44根据所确定的3D波束成形加权的方向以及预编码矩阵，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

具体地，第六子确定装置44根据所确定的3D波束成形加权的方向以及预编码矩阵，确定波束成形加权矩阵的实现方式包括但不限于：

1)第六子确定装置44根据所确定的3D波束成形加权的方向以及预编码矩阵，确定一行或一列天线的加权向量，并将该加权向量作为每行或每列天线的加权向量，从而确定波束成形加权矩阵。

例如，用户设备基于在参考符号CRS端口观测到的下行信道矩阵向基站发送预编码矩阵指示和秩指示，当所确定的3D波束成形加权的方向为水平方向时，第六子确定装置44根据预编码矩阵确定第一行天线所对应的加权向量

$w_i^{1H1}=P_i\⊗\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}$

其中，P_i为维度2*1的预编码矩阵，这里假定用户设备向基站上报的秩指示为1，BC_weighting_CRS为基站沿水平方向进行参考信号CRS端口映射时所使用的加权系数，维度为K/2×1，表示克罗内克积；其中，的维度为K*1，K为基站的有源天线阵列的列数。

接着，第六子确定装置44将该第一行天线的加权向量作为每行天线的加权向量，并基于以下公式来确定波束成形矩阵W_i：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1H1}\right)}^T& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

相似地，作为一个示例，当所确定的3D波束成形加权的方向为垂直方向时，第六子确定装置44根据预编码矩阵确定第一列天线所对应的加权向量

$w_i^{1V1}=P_i\⊗\mathrm{BC}\_\mathrm{weighting}\_\mathrm{CRS}$

其中，的维度为L*1，L为有源天线阵列的行数；BC_weighting_CRS为基站沿垂直方向进行参考信号CRS端口映射时所使用的加权系数，维度为L/2×1。第六子确定装置44将该第一列天线的加权向量作为每列天线的加权向量，基于以下公式来确定波束成形矩阵W_i：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1V1}\right)}^T& {\left(w_i^{1V1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1V1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

又例如，用户设备基于在参考符号CSI-RS端口观测到的下行信道矩阵向基站发送预编码矩阵指示和秩指示，当所确定的3D波束成形加权的方向为水平方向时，第六子确定装置44根据预编码矩阵确定第一行天线所对应的加权向量

$w_i^{1H1}=P_i^{1H1}$

其中，为维度K*1的预编码矩阵，这里假定用户设备向基站上报的秩指示为1。其中，的维度为K*1，K为基站的有源天线阵列的列数。

接着，第六子确定装置44将该第一行天线的加权向量作为每行天线的加权向量，基于以下公式来确定波束成形矩阵W_i：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1H1}\right)}^T& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

相似地，作为一个示例，当所确定的3D波束成形加权的方向为垂直方向时，第六子确定装置44根据预编码矩阵确定第一列天线所对应的加权向量

$w_i^{1V1}=P_i^{1V1}$

其中，的维度为L*1，L为基站的有源天线阵列的行数，表示预编码矩阵垂直方向上的第一列，这里假定用户设备向基站上报的秩指示为1。第六子确定装置44将该第一列天线的加权向量作为每列天线的加权向量，基于以下公式来确定波束成形矩阵W_i：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_i^{1V1}\right)}^T& {\left(w_i^{1V1}\right)}^T& ...& {\left(w_i^{1V1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

2)波束成形矩阵还包括第六确定装置(图未示)，第三确定装置4还包括第七子确定装置(图未示)。第六确定装置确定上行信道矩阵中各行或各列之间的相位差；第七子确定装置根据所确定的3D波束成形加权方向、预编码矩阵以及所述相位差确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向用户设备发射信号。

其中，第六确定装置确定上行信道矩阵中各行或各列之间的相位差的实现方式，与参照图8中第二计算装置6根据观测到的下行信道矩阵，计算该下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。

其中，第七子确定装置根据所确定的3D波束成形加权方向、预编码矩阵以及所述相位差，确定波束成形加权矩阵的实现方式将在后续实施例中予以详述，在此不再赘述。

根据本实施例的方案，可根据3D波束成形加权的方向以及预编码矩阵来确定波束成形加权矩阵，且可在确定波束成形加权矩阵的过程中进行相位差补偿，从而提高用户终端接收性能。

图10为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图。该系统包括基站和用户设备，所述基站包括波束成形装置；其中，所述波束成形装置包括估计装置1、第一确定装置2、第二确定装置3、第三确定装置4和第五确定装置8，所述第三确定装置4进一步包括第八子确定装置45；其中，所述用户设备包括发送装置，所述发送装置包括观测装置5、第二计算装置6和提供装置7。其中，所述估计装置1、第一确定装置2和第二确定装置3已在参照图6所示实施例中予以详述，在此不再赘述；所述观测装置5、第二计算装置6和提供装置7已在参照图8所示实施例中予以详述，在此不再赘述；所述第五确定装置8已在参照图9所示实施例中予以详述，在此不再赘述。

需要说明的是，本实施例更适用于用户设备基于在参考符号CSI-RS端口观测到的下行信道矩阵向基站发送预编码矩阵指示和秩指示的情况。

第八子确定装置45根据所确定的3D波束成形加权的方向、所述预编码矩阵以及用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号

优选地，所述下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差为下行信道矩阵中相邻行之间的相位差，或者相邻列之间的相位差；则当所述所确定的3D波束成形加权的方向为水平方向时，第八子确定装置45根据所述预编码矩阵以及各相邻行之间的相位差，确定波束成形加权矩阵；当所确定的3D波束成形加权的方向为垂直方向时，第八子确定装置45根据所述预编码矩阵以及各相邻列之间的相位差，确定波束成形加权矩阵。

例如，当所述所确定的3D波束成形加权的方向为水平方向时，第八子确定装置45基于以下公式，根据预编码矩阵以及各相邻行之间的相位差来确定波束成形加权矩阵：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(P_i^{1H1}\right)}^T& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{21}}{P}_i^{1H1}\right)}^T& ...& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{L1}}{P}_i^{1H1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

其中，j为虚数单位，为预编码矩阵在水平方向上的第一行。

又例如，当所确定的3D波束成形加权的方向为垂直方向时，第八子确定装置45基于以下公式，根据预编码矩阵以及各相邻列之间的相位差，确定波束成形加权矩阵：

$W_i={\left[\begin{array}{cccc}{\left(P_i^{1V1}\right)}^T& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{12}}{P}_i^{1V1}\right)}^T& ...& {\left(e^{j{\mathrm{\Δ}}_{1K}}{P}_i^{1V1}\right)}^T\end{array}\right]}^T$

其中，为预编码矩阵在垂直方向上的第一列。

需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所确定的3D波束成形加权的方向、所述预编码矩阵以及用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式，均应包含在本发明的范围内。

根据本实施例的方案，通过更新用户设备侧的CSI反馈机制，用户设备能够向基站提供其观测的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，基站可根据所确定的3D波束成形加权的方向、预编码矩阵以及所述相位差来确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号；并且，由于本方案在用户设备侧计算所述相位差，故可减小基站侧的计算复杂度。

需要注意的是，本发明可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，本发明的各个装置可采用专用集成电路(ASIC)或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (15)

1.一种在基站中进行3D波束成形的波束成形装置，其中，该波束成形装置包括以下装置：

估计装置，用于根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵；

第一确定装置，用于根据所述上行信道矩阵，确定所述用户设备相对所述基站在垂直方向上的角度信息，其中，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度；

第二确定装置，用于根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向；

第三确定装置，用于根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

2.根据权利要求1所述的波束成形装置，其中，所述第一确定装置包括以下装置：

第一计算装置，用于对于所述基站的每列天线，根据所述上行信道矩阵，计算所述用户设备相对该列天线在垂直方向上的角度；

第一子确定装置，用于根据用户设备相对所述基站的各列天线在垂直方向上的角度，确定用户设备相对所述基站在垂直方向上的角度信息。

3.根据权利要求1或2所述的波束成形装置，其中，所述第三确定装置包括以下装置：

第二子确定装置，用于根据所述3D波束成形加权的方向，确定所述上行信道矩阵中的一行或一列所对应天线的加权向量；

第三子确定装置，用于根据所述一行或一列所对应天线的加权向量，来确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

4.根据权利要求3所述的波束成形装置，其中，该波束成形装置还包括以下装置：

第四确定装置，用于根据所述上行信道矩阵，确定所述一行与其他各行之间或一列与其他各列之间的相位差；

其中，所述第三子确定装置包括以下装置：

第四子确定装置，用于根据所述相位差和所述一行或一列所对应天线的加权向量，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵，进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

5.根据权利要求3所述的波束成形装置，其中，所述第三子确定装置包括以下装置：

第五子确定装置，用于根据用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，以及所述一行或一列所对应天线的加权向量，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

6.根据权利要求1或2所述的波束成形装置，其中，该波束成形装置还包括在所述第三确定装置之前执行操作的以下装置：

第五确定装置，用于根据来自所述用户设备的预编码矩阵指示和秩指示，确定预编码矩阵；

其中，所述第三确定装置包括以下装置：

第六子确定装置，用于根据所确定的3D波束成形加权的方向以及所述预编码矩阵，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

7.根据权利要求6所述的波束成形装置，其中，该波束成形装置还包括以下装置：

第六确定装置，用于确定所述上行信道矩阵中各行或各列之间的相位差；

其中，所述第三确定装置包括以下装置：

第七子确定装置，用于根据所确定的3D波束成形加权的方向、所述预编码矩阵以及所述相位差确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来兴所述用户设备发射信号。

8.根据权利要求6所述的波束成形装置，其中，所述第三确定装置包括以下装置：

第八子确定装置，用于根据所确定的3D波束成形加权的方向、所述预编码矩阵以及用户设备提供的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，确定所述波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

9.一种在用户设备中向基站发送相位差的发送装置，其中，该发送装置包括以下装置：

观测装置，用于观测基站所使用的下行信道矩阵；

第二计算装置，用于根据所述观测到的下行信道矩阵，计算所述下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差；

提供装置，用于向基站提供所述各行或各列之间的相位差。

10.一种在基站中进行3D波束成形的方法，其中，该方法包括以下步骤：

a.根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵；

b.根据所述上行信道矩阵，确定所述用户设备相对所述基站在垂直方向上的角度信息，其中，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度；

c.根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向；

d.根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

11.根据权利要求12所述的方法，其中，所述步骤d包括以下步骤：

-根据所述3D波束成形加权的方向，确定所述上行信道矩阵中的一行或一列所对应天线的加权向量；

-根据所述一行或一列所对应天线的加权向量，来确定所述波束成形矩阵，以根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。

12.一种在用户设备中向基站发送相位差的方法，其中，该方法包括以下步骤：

A.观测基站所使用的下行信道矩阵；

B.根据所述观测到的下行信道矩阵，计算所述下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差；

C.向基站提供所述各行或各列之间的相位差。

13.一种基站，包括如权利要求1至8中任一项所述的波束成形装置。

14.一种用户设备，包括如权利要求9所述的发送装置。

15.一种系统，包括基站和如权利要求14所述的用户设备，所述基站包括如权利要求5或8所述的波束成形装置。