CN105515623A - 一种波束分配方法以及基站 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种波束分配方法，用于提高通信系统的可靠性和传输效率。本发明提供的波束分配方法包括：在第一波束上接收第一用户发送的探测信号；根据探测信号，确定第一用户到第一波束的第一长时信道信息；从第二基站处获取第二长时信道信息；根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，分配第一波束。本发明实施例还提供了相关的装置。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种波束分配方法以及相关基站。
背景技术
多入多出(MIMO，Multiple-InputMultiple-Output)技术是现代通信的基础技术之一。通过在发射端和接收端分别设置多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多根天线进行传送和接收，能够提高频谱利用率和功率效率，从而改善通信质量。
空分复用是一种基于MIMO的通信技术，该技术通过不同的天线尽可能多的在空间信道上传输相互独立的数据，以充分利用空间传播中的多径分量，从而使得信道容量随着天线数量的增加而线性增加，进而提升整个系统的容量。
在长期演进(LTE，LongTermEvolution)release10版本中，基站一般配有8根天线以实现MIMO。但是随着频谱资源的日益紧缺，基站的传输效率和可靠性已渐渐不能满足通信的需求。
发明内容
本发明提供了一种波束分配方法，还提供了相关的基站。
本发明的第一方面提供了一种波束分配方法，该方法应用于多小区无线通信系统中的第一基站。其中，该第一基站配置包括N条天线，该N条天线用于发射N个第一波束。其中N为不小于100的正整数，且由于N较大，因此该N个第一波束中任意两条波束可以看做近似正交。第一基站在其N个第一波束上接收通信系统中一个或多个第一用户到第一基站的长时信道信息，该长时信道信息用于表示该一个或多个第一用户在各第一波束上的能量衰减特性。第一基站还从第二基站处获取第二长时信道信息，与第一基站类似的，第二基站用于发射多个第二波束，第二长时信道信息用于表示一个或多个第二用户在第二基站的多个第二波束上的能量衰减特性。第一基站根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，将该N个第一波束分配给通信系统中的用户。其中，每个第一波束最多分配给一个用户，但是每个用户可以分配0个、1个或多个波束。本发明提供的波束分配方法中，第一基站的波束为102或更高数量级，因此第一基站有足够的波束以为不同的用户分配专用的波束。且由于第一基站任意两根天线所发射的波束近似正交，因此不同用户之间的干扰较小，第一基站无需为不同用户分配不同的时频资源来降低用户间干扰，用户可以使用整个波束的时频资源。这样就提高了通信系统的可靠性和传输效率。
可选的，长时信道信息可以为能量耦合矩阵的形式。第一基站可以将各第一用户到第一基站的能量耦合矩阵确定为第一长时信道信息，第二长时信道信息也可以为各第二用户到第二基站的能量耦合矩阵。
可选的，第一基站可以通过如下步骤分配各第一波束：确定通信系统中当前待分配波束的剩余用户的集合，并确定通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合。其中，剩余用户的集合中包括一个或多个剩余用户，剩余波束的集合中包括一个或多个剩余波束。可以理解的，该剩余波束的集合可以包括该N个第一波束中当前待分配给用户的波束。根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，在剩余波束的集合中分别确定每个剩余用户对应的最大增益波束，以及每个剩余用户在其对应的最大增益波束上的信道增益，其中，最大增益波束用于表示使得剩余用户与基站达到的增益最大的波束。确定对应的信道增益最大的最大增益用户，并判断在将最大增益用户对应的最大增益波束分配给该最大增益用户后，通信系统达到的和速率是否能够大于当前的和速率，若是，则将该最大增益用户对应的最大增益波束分配给该最大增益用户，并再次触发剩余用户的集合与剩余波束的集合的步骤。
可选的，剩余用户的集合可以包括第一用户和第二用户中待分配波束的用户，且还可以包括通信系统中除了第一用户和第二用户之外的其它用户。余波束的集合应包括该N个第一波束以及第二波束，且还可以包括除第一基站与第二基站外其它基站的波束。
可选的，剩余用户的集合为当前待分配波束的用户中，到第一基站的信道增益大于到其它基站的信道增益的用户的集合，剩余波束的集合为第一波束中当前待分配给用户的波束的集合。
可选的，第一基站可以在各第一波束上接收对应用户发送的导频信号，并根据该导频信号对各第一波束进行上行的瞬时信道估计。瞬时信道估计的结果可以包括瞬时信道信息和干扰相关矩阵。第一基站在完成了对第一波束的瞬时信道估计后，若后续在第一波束上接收到由对应用户发送的上行数据信号，则可以根据瞬时信道估计的结果对该数据信号进行相干检测。
可选的，此外，第一基站还可以在第一波束上向对应用户发送导频信号，使得该对应用户在接收到该导频信号后，可以根据该导频信号完成下行的瞬时信道估计。第一基站在发送导频信号后，在第一波束上发送对应用户的数据信号。对应用户可以根据下行的瞬时信道估计结果，对接收到的数据信号进行相干检测。
本发明的第二方面提供了一种基站，用于在多小区无线通信系统中作为第一基站。该第一基站配置包括N条天线，该N条天线用于发射N个第一波束。其中N为不小于100的正整数，且由于N较大，因此该N个第一波束中任意两条波束可以看做近似正交。该第一基站包括：信号接收模块，用于在该N个第一波束上接收一个或多个第一用户发送的探测信号。信息计算模块，用于根据信号接收模块接收的探测信号，确定该一个或多个第一用户到第一基站的第一长时信道信息。其中，第一长时信道信息用于表示该一个或多个第一用户在该N个第一波束上的能量衰减特性；信息获取模块，用于从第二基站处获取第二长时信道信息。其中，第二基站用于发射多个第二波束，第二长时信道信息用于表示：一个或多个第二用户在第二基站的多个第二波束上的能量衰减特性。波束分配模块，用于根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，在通信系统的用户中分配该N个第一波束。其中，每个第一波束至多被分配给一个用户。本发明提供的第一基站的波束为102或103甚至更高数量级，因此第一基站能够为不同的用户分配专用的波束。且由于第一基站任意两根天线所发射的波束近似正交，因此不同用户之间的干扰较小，第一基站无需为不同用户分配不同的时频资源来降低用户间干扰，用户可以使用整个波束的时频资源。这样就提高了通信系统的可靠性和传输效率。
可选的，信息计算模块具体用于：将发送探测信号的该一个或多个第一用户到第一基站的特征模式能量耦合矩阵，确定为该一个或多个第一用户到第一基站的第一长时信道信息。
可选的，波束分配模块具体用于：确定通信系统当前待被分配波束的剩余用户的集合，并确定通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合。其中，剩余波束的集合包括该N个第一波束中当前待分配给用户的波束，剩余用户的集合中包括多个剩余用户；根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，在剩余波束的集合中分别确定每个剩余用户对应的最大增益波束，以及每个剩余用户在对应的最大增益波束上的信道增益，其中，剩余用户在对应的最大增益波束上得到的信道增益最大；在剩余用户的集合中，确定对应的信道增益最大的最大增益用户；判断在将最大增益用户对应的最大增益波束分配给该最大增益用户后，通信系统的和速率是否增加，若是，则将该最大增益用户对应的最大增益波束分配给该最大增益用户，并再次触发确定通信系统当前待分配波束的剩余用户的集合，以及确定通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合的步骤。
可选的，剩余用户的集合可以包括第一用户以及第二用户中待分配波束的用户；剩余波束的集合还包括该多个第二波束中当前未被分配给用户的波束。
可选的，波束分配模块还用于：对于待分配波束的目标用户，根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息分别计算该目标用户到通信系统中不少于一个基站的信道增益，其中，该不少于一个基站包括第一基站和第二基站；若在该不少于一个基站中，目标用户到第一基站的信道增益最大，则确定剩余用户的集合包括该目标用户。
可选的，信号接收模块还用于：在第一波束上接收该第一波束被分配给的对应用户发送的导频信号；信息计算模块还用于：根据接收到的导频信号，对第一波束进行瞬时信道估计，得到的瞬时信道估计的结果包括第一波束的瞬时信道信息和干扰相关矩阵；信号接收模块还用于：在第一波束上接收第一波束被分配给的对应用户发送的数据信号；信息计算模块还用于：根据瞬时信道估计的结果，对接收到的数据信号进行相干检测。
可选的，本发明提供的基站还包括可选模块：信号发送模块，用于在第一波束上向第一波束被分配给的对应用户发送导频信号，并在发送了该导频信号后，在第一波束上向该对应用户发送该对应用户的数据信号。
附图说明
图1为本发明实施例中大规模多小区无线通信系统结构示意图；
图2为本发明实施例波束分配方法一个实施例流程图；
图3为本发明实施例提供的基站的一个实施例结构图；
图4为本发明实施例提供的基站的一个实施例结构图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种波束分配方法，用于提高通信系统的可靠性和传输效率。本发明实施例还提供了相关的装置，以下将分别进行描述。
本发明实施例提供的方法以及装置适用于大规模多小区无线通信系统，其基本架构请参阅图1。其中，每个小区中包括一个基站，基站侧的天线阵列由大量的天线组成。与现阶段每个基站仅配置8根天线不同，本发明实施例中每个基站的天线数量可以为上百根或上千根。基站所在的小区又可以分为多个扇区，相同编号的扇区内的用户可以复用相同的时频资源。通过将天线阵列进行分组，可以使得每组天线为一个扇区内的用户服务。图1中每个扇区覆盖120°范围，在实际应用中每个扇区也可以覆盖60°范围、180°范围或其他范围，此处不做限定。大规模天线阵列可以采用圆阵列、板阵列或其它可以生成大规模波束覆盖且方便安装的阵列结构，此处不做限定。各小区中的基站之间通过光纤或其他高速链路相连，进而能够彼此交互用户信息以及其他信息。
下面以天线的响应向量(responsevectors)为例来论述本发明中采用大规模天线阵列的原理。假设基站天线的响应向量为v(θ)，θ为天线信号的到达角。对于与其间隔Δθ的方向的天线的响应向量v(θ+Δθ)，若天线的响应向量的内积为0，则认为该两根天线发射的波束正交。正交的波束彼此不会造成干扰。理论上可以证明，天线的个数越多，和v(θ)正交的v(θ+Δθ)的Δθ就可以取的越小。例如，若基站配置有4根天线，则Δθ为30°的响应向量彼此正交；若基站配置有8根天线，则Δθ为15°的响应向量彼此正交。当天线个数为无限多，即Δθ趋近于0的时候，天线发射的所有波束之间会严格正交。在实际应用中无法为基站配置无限根天线，但是能够通过配置尽可能多的天线来缩小Δθ。本发明实施例中，基站天线的个数N为102数量级或103数量级，甚至更高数量级。在这样大的天线数量的情况下，Δθ的值非常小，因此任意两根天线发射出的波束都可以近似看做正交。近似正交的天线波束之间的干扰较小，在一般的场合中可以忽略。具体的，本发明实施例中将两根天线的响应向量的内积控制在预置常数ε内，即v(θ)H·v(θ+Δθ)≤ε，并认为该两根天线发射的波束是正交的。其中ε为足够小的值，如0.2或0.1或更小的数值，具体数值可以根据实际应用中对精确度的需要进行设定，此处不做限定。其中，可以通过配置基站的天线个数实现对ε的控制，例如若实际应用对精确度的要求将较高，则可以为基站部署更多的天线，以减小ε，提高天线波束之间的正交性。
在上文中所描述的大规模多小区无线通信系统的基础上，本发明实施例提供了一种波束分配方法，适用于该通信系统中的任一基站，此处仅以第一基站为例。其中假设第一基站包括N条天线，其中N为正整数，且为102或103数量级，甚至为更高的数量级。第一基站的N条天线共发射N个第一波束，由于N为102或103甚至更高数量级，因此该N个第一波束之间两两近似正交，即任意两个第一波束的内积小于预置常数ε。本发明提供的波束分配方法的基本流程请参阅图2，包括：
201、在第一波束上接收第一用户发送的探测信号；
第一基站在该N个第一波束上，接收一个或多个第一用户发送的探测信号。其中，第一用户可以位于第一基站的本小区或相邻小区。其中，该探测信号用于第一基站进行长时信道估计，该探测信号可以为较小的数据包或其它形式，此处不做限定。
202、根据探测信号，确定第一用户到第一波束的第一长时信道信息；
第一基站根据接收到的探测信号，计算每个发送探测信号的第一用户到第一基站的长时信道信息(StatisticalChannelStateInformation)。其中，长时信道信息用于表示用户在基站各波束上的能量衰减特性，该第一长时信道信息用于表示每个发送探测信号的第一用户在各第一波束上的能量衰减特性。
203、从第二基站处获取第二长时信道信息；
本发明实施例中，不仅第一基站会确定本小区以及相邻小区中的第一用户到自身的第一长时信道信息，其他基站也会确定本小区以及相邻小区中的用户到自身的长时信道信息。由于基站之间通过高速链路交换数据，因此本发明实施例中，任何一个基站确定的长时信道信息，都可以为大规模多小区无线通信系统中的其他基站所获知。本实施例中仅以第二基站为例，第二基站确定一个或多个第二用户到第二基站第二长时信道信息，第二用户可以为第二基站本小区内的用户，也可以为第二基站相邻小区内的用户，第二长时信道信息用于表示各第二用户在第二基站的各第二波束上的能量衰减特性。
可以理解的，本申请中仅以第二基站为例。在实际应用中，第一基站除了从第二基站处获取第二长时信道信息外，还可以从第三基站、第四基站或更多的基站处获取该基站的长时信道信息，此处不做限定。
204、根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，分配第一波束。
第一基站根据该第一长时信道信息以及该第二长时信道信息，将第一波束分配给通信系统中的用户。其中，同一用户可以分配有零个、一个或多个波束，但每个波束至多被分配给一个用户(与现有技术中第一基站只有8个波束不同，由于N为102或103甚至更高级，因此第一基站的N个第一波束足以分配给系统中的用户)。第一基站将第一波束分配给用户后，就可以在第一波束上传输对应用户的数据。上文中已经论述过，各第一波束之间近似正交，因此即便第一基站将多个第一波束分配给同一个用户，该分配给同一个用户的多个第一波束之间也不会造成较大干扰。
其中，若第一基站还从第三基站、第四基站或更多的基站处获取了该基站的长时信道信息，则步骤204中，第一基站还可以根据第三基站、第四基站或更多的基站的长时信道信息，分配第一波束。
现阶段的技术中基站的波束数量有限，因此没有针对用户进行波束的划分，需要为不同的用户分配不同的时频资源来降低用户间干扰。而本实施例提供的波束分配方法中，第一基站的波束为102或103甚至更高数量级，因此第一基站能够为不同的用户分配专用的波束。且由于第一基站任意两根天线所发射的波束近似正交，因此不同用户之间的干扰较小，第一基站无需为不同用户分配不同的时频资源来降低用户间干扰，这样就提高了通信系统的传输效率和可靠性。
图2所示的实施例中提到，通信系统中的基站(包括第一基站以及第二基站)会计算本小区以及相邻小区中的用户到自身的长时信道信息。长时信道信息有很多种形式，例如可以为特征模式能量耦合矩阵，具体的：
假设系统中第q个小区第u个用户的第n根天线在第k个子载波上发送的探测信号为xq,u,n,k，第q个小区第u个用户的第n根天线到第c个小区的波束域信道为一个统计周期内有τ个时隙，则系统中第c个小区的基站接收到第q个小区第u个用户的第n根天线在第t个时隙的第k个子载波上的信号为：
其中n是均值为0的加性白高斯噪声向量；
确定第q个小区第u个用户的第n根天线在第t个时隙的第k个子载波上到第c个小区的信道参数为：
第q个小区第u个用户的N根天线的信道参数构成如下信道矩阵：
根据信道矩阵，计算各用户的发送相关阵为：
其中上标H表示共轭转置运算；
将各用户的发送相关阵进行特征值分解得到各用户的发送特征矩阵Vc,q,u；
计算各用户的特征模式信道参数矩阵：
计算各用户上行信道的特征模式能量耦合矩阵(EigenmodeChannelCouplingMatrix)：
其中，Θ用于表示Hadamard乘积，上标*表示共轭运算。
其中，用户上行信道的特征模式能量耦合矩阵就可以作为第q个小区的第u个用户到第c个小区的基站的长时信道信息。
可以理解的，利用上行链路和下行链路统计信道信息的互易性，还可以得到各用户下行信道的特征模式能量耦合矩阵为：并将上行信道的特征模式能量耦合矩阵作为第q个小区的第u个用户到第c个小区的基站的长时信道信息。其中上标T表示转置运算。
步骤204中提到，第一基站根据第一长时信道信息与第二长时信道信息来分配各第一波束。可选的，第一基站可以通过如下步骤分配各第一波束：
步骤一、第一基站确定通信系统中当前待分配波束的剩余用户的集合，并确定通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合。其中，剩余用户的集合中包括一个或多个剩余用户，剩余波束的集合中包括一个或多个剩余波束。可以理解的，该剩余波束的集合可以包括该N个第一波束中当前待分配给用户的波束。其中，由于一个用户可以被分配多个波束，因此当前的剩余用户有可能已被分配有一个或多个波束。但由于一个波束只能分配给一个用户，因此剩余波束一定是没有分配给用户的波束。
步骤二、根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，在剩余波束的集合中分别确定每个剩余用户对应的最大增益波束，以及每个剩余用户在其对应的最大增益波束上的信道增益(为了行文方便，下文中用λmax表示剩余用户在其对应的最大增益波束上的信道增益)。其中，最大增益波束用于表示使得剩余用户与基站达到的增益最大的波束，即，在剩余用户的集合中，剩余用户在其对应的最大增益波束上能够得到最大的信道增益(为了行文方便，下文中用Bmax表示最大增益波束)。其中，若第一基站还获取了除第一基站与第二基站外其它基站确定的长时信道信息，则在确定剩余用户对应的Bmax的时候，还应该参考该其它基站确定的长时信道信息。
步骤三、在得到了每个剩余用户在其对应的最大增益波束上的信道增益λmax后，确定其中最大的λmax对应的剩余用户(为了行文方便，下文称其为最大增益用户)。
步骤四、判断将最大增益用户对应的Bmax分配给该最大增益用户时，系统的和速率(sum-rate)是否增加。即，确定将最大增益用户对应的Bmax分配给该最大增益用户时系统的和速率Rmax，以及当前通信系统的和速率R。若Rmax大于R，则将最大增益用户对应的Bmax分配给该最大增益用户，并再次触发步骤一。可以理解的，再次触发步骤一后，剩余用户的集合与剩余波束的集合都可以发生变化，确定的剩余波束的集合应不再包括Bmax。
第一基站在使用步骤一至步骤四来分配波束时，可以采用全局调度的方式或局部调度的方式。
其中，全局调度的方式用于第一基站在大范围内调度多个基站的波束。若采用全局调度的方式，则步骤一中确定的剩余用户的集合应包括第一用户和第二用户中待分配波束的用户，且还可以包括通信系统中更多的用户(如剩余用户的集合可以为整个通信系统中待分配波束的用户的集合)。剩余波束的集合应包括该N个第一波束以及第二波束，且还可以包括除第一基站与第二基站外其它基站的波束(如剩余波束的集合可以为整个通信系统中待分配给用户的波束的集合)。第一基站通过步骤一至步骤四中的方法，将通信系统中的剩余波束在剩余用户间进行分配，并通过基站间的高速链路将分配的结果告知通信系统中的其它基站。
与全局调度的方式不同，局部调度的方式用于第一基站仅分配自身的第一波束。若第一基站若采用局部调度的方式，则步骤一中，对于通信系统中待分配波束的目标用户，第一基站可以计算目标用户到第一基站、第二基站和/或其它基站的信道增益。若计算得到目标用户到第一基站的信道增益最大，则确定剩余用户的集合包括该目标用户。第一基站通过上述方法，就能够确定剩余用户的集合。此外，第一基站将自身发射的第一波束中当前待分配给用户的波束的集合确定为剩余波束的集合。然后第一基站通过步骤一至步骤四中的方法，将通信系统中的剩余波束在剩余用户间进行分配。
值得指出的是，无论是通过全局调度的方式还是局部调度的方式，第一基站都不需要将其所有波束都分配给用户，也不需要为所有用户都分配波束。第一基站可以仅将部分波束分配给通信系统中的部分用户，并为其它用户分配其它形式的时频资源。
第一基站在将第一波束分配给了用户后，就可以使用第一波束与用户进行通信。可选的，第一基站可以在各第一波束上接收对应用户(即第一波束被分配给的用户)发送的导频信号，并根据该导频信号对各第一波束进行上行的瞬时信道估计。瞬时信道估计的结果可以包括瞬时信道信息和干扰相关矩阵，也可以包括其它形式，此处不做限定。第一基站在完成了对第一波束的瞬时信道估计后，若后续在第一波束上接收到由对应用户发送的上行数据信号，则可以根据瞬时信道估计的结果对该数据信号进行相干检测。
此外，第一基站还可以在第一波束上向对应用户发送导频信号，该对应用户在接收到该导频信号后，可以根据该导频信号完成下行的瞬时信道估计。与上行瞬时信道估计类似的，下行的瞬时信道估计可以包括瞬时信道信息和干扰相关矩阵。第一基站在发送导频信号后，在第一波束上发送对应用户的数据信号。对应用户可以根据下行的瞬时信道估计结果，对接收到的数据信号进行相干检测。其中，由于同一个用户可以分配有多个第一波束，因此第一基站可能会在多个第一波束上向同一个用户发送导频信号。可以理解的，同一个用户从不同的第一波束上接收到的导频信号之间彼此正交。
值得指出的是，在FDD通信系统中，上行链路和下行链路使用不同的频率，因而其瞬时信道信息不同，需要单独进行上行和下行瞬时信道估计。但在TDD系统中，上行链路和下行链路可以单独进行信道估计，也可以利用上行链路和下行链路的互易性，仅在上行链路或下行链路发送导频信号，即可获得上下行链路的瞬时信道信息。但是，由于上行链路和下行链路的干扰不同，因此上行和下行链路需要单独进行干扰相关矩阵的估计。
为了便于理解上述实施例，下面将以上述实施例的一个具体的应用场景为例进行描述。在下面的应用场景中，通信系统中包括多个基站，每个基站为一个小区内的用户提供服务。其中，每个基站都配置有500根天线，每根天线发射的波束之间近似正交。
1、通信系统运行后，通信系统中的基站A在其500根天线上接收本小区以及相邻小区的400用户发送的探测信号，并根据接收到的探测信号，计算该400个用户到基站A的上行链路的能量耦合矩阵。
2、基站A的6个相邻小区的基站B、基站C、基站D、基站E、基站F、基站G也各自计算了本小区的用户到自身的上行链路的能量耦合矩阵，并通过基站间的光纤链路告知基站A。基站A接收基站B～G计算的能量耦合矩阵。
3、基站A根据基站A～基站G计算得到的能量耦合矩阵，计算基站A的本小区以及相邻小区中的400个用户到基站A～G的信道增益。基站A将该400个用户中，到基站A的信道增益大于到基站B～G的信道增益的用户确认为剩余用户。基站A还确定其500根天线发射的500个波束为剩余波束。
4、对于每个剩余用户，基站A却定该剩余用户在哪个波束上的信道增益最大，并确定其中信道增益最大的波束Bmax，以及该剩余用户在波束Bmax上的信道增益λmax。
5、在对每个剩余用户都执行了步骤4后，基站A确定每个用户对应的λmax中，最大的λmax对应的用户Umax，并确定将用户Umax对应的波束Bmax分配给用户Umax后通信系统能够达到的和速率Rmax。
6、若Rmax大于通信系统当前的和速率，则基站A确定将用户Umax对应的波束Bmax分配给用户Umax，并更新剩余波束为原剩余波束中除去该用户Umax对应的波束Bmax的波束，更新剩余用户为当前待分配波束的用户，然后再次触发步骤4，直至剩余用户或剩余波束为空集。
7、基站A在循环执行步骤5和6，最终将基站A的500个波束中的400个波束分配给了该400个用户中的300个用户。其中有的用户分配有1个波束，有的用户分配有多个波束。基站A在该400个波束上接收该400个波束被分配给的用户发送的导频信号。
8、基站A根据接收到的导频信号，对其500个波束进行信道估计，得到该500个波束的瞬时信道信息以及干扰相关矩阵。
9、基站A在其500个波束上接收该500个波束被分配给的用户发送的数据信号，并根据步骤7中计算得到的瞬时信道信息以及干扰相关矩阵，对接收到的数据信号进行相干检测。
上面的实施例介绍了本发明提供的波束分配方法，下面将介绍相关的基站，用于实现上述方法。本发明实施例提供的基站的基本结构请参阅图3，包括：
N条天线301，用于发射N个第一波束，其中N为正整数，且为102或103甚至更高数量级。该N个第一波束中任意两个波束的内积小于预置常数。
信号接收模块302，用于在该N个第一波束上接收一个或多个第一用户发送的探测信号；
信息计算模块303，用于根据信号接收模块302接收的探测信号，确定该一个或多个第一用户到第一基站的第一长时信道信息。其中，第一长时信道信息用于表示该一个或多个第一用户在该N个第一波束上的能量衰减特性；
信息获取模块304，用于从第二基站处获取第二长时信道信息。其中，第二基站用于发射多个第二波束，第二长时信道信息用于表示：一个或多个第二用户在第二基站的多个第二波束上的能量衰减特性。
波束分配模块305，用于根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，在通信系统的用户中分配该N个第一波束。其中，每个第一波束至多被分配给一个用户。
模块301～305所执行的步骤的详细描述可参阅图2所示的波束分配方法，此处不做赘述。
本发明提供了一种基站，用于将波束分配给各个用户。与现阶段的技术不同，本实施例提供的基站的波束为102或103甚至更高数量级，因此可以为不同的用户分配不同的波束。且由于第一基站任意两根天线所发射的波束近似正交，因此不同用户之间的干扰较小，第一基站无需为不同用户分配不同的时频资源来降低用户间干扰，使得通信系统的传输效率和可靠性较高。
可选的，信息计算模块303具体用于：将发送探测信号的该一个或多个第一用户到第一基站的特征模式能量耦合矩阵，确定为该一个或多个第一用户到第一基站的第一长时信道信息。
可选的，波束分配模块305具体用于：确定通信系统当前待被分配波束的剩余用户的集合，并确定通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合。其中，剩余波束的集合包括该N个第一波束中当前待分配给用户的波束，剩余用户的集合中包括多个剩余用户；根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，在剩余波束的集合中分别确定每个剩余用户对应的最大增益波束，以及每个剩余用户在对应的最大增益波束上的信道增益，其中，剩余用户在对应的最大增益波束上得到的信道增益最大；在剩余用户的集合中，确定对应的信道增益最大的最大增益用户；判断在将最大增益用户对应的最大增益波束分配给该最大增益用户后，通信系统的和速率是否增加，若是，则将该最大增益用户对应的最大增益波束分配给该最大增益用户，并再次触发确定通信系统当前待分配波束的剩余用户的集合，以及确定通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合的步骤。
可选的，剩余用户的集合可以包括第一用户以及第二用户中待分配波束的用户；剩余波束的集合还包括该多个第二波束中当前未被分配给用户的波束。
可选的，波束分配模块305还用于：对于待分配波束的目标用户，根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息分别计算该目标用户到通信系统中不少于一个基站的信道增益，其中，该不少于一个基站包括第一基站和第二基站；若在该不少于一个基站中，目标用户到第一基站的信道增益最大，则确定剩余用户的集合包括该目标用户。
可选的，信号接收模块302还用于：在第一波束上接收该第一波束被分配给的对应用户发送的导频信号；信息计算模块303还用于：根据接收到的导频信号，对第一波束进行瞬时信道估计，得到的瞬时信道估计的结果包括第一波束的瞬时信道信息和干扰相关矩阵；信号接收模块302还用于：在第一波束上接收第一波束被分配给的对应用户发送的数据信号；信息计算模块303还用于：根据瞬时信道估计的结果，对接收到的数据信号进行相干检测。
可选的，本发明提供的基站还包括可选模块：信号发送模块306，用于在第一波束上向第一波束被分配给的对应用户发送导频信号，并在发送了该导频信号后，在第一波束上向该对应用户发送该对应用户的数据信号。
上面从单元化功能实体的角度对本发明实施例中的基站进行了描述，下面从硬件处理的角度对本发明实施例中的基站进行描述，请参阅图4，本发明实施例中的基站400另一实施例包括：
输入输出装置401、处理器402和存储器403(其中基站400中的处理器402的数量可以一个或多个，图4中以一个处理器402为例)。在本发明的一些实施例中，输入输出装置401、处理器402和存储器403可通过总线或其它方式连接，其中，图4中以通过总线连接为例。
其中，输入输出装置401包括N条天线，所述N条天线用于发射N个第一波束，所述N为102以上数量级的正整数，且所述N个第一波束中任意两个波束的内积小于预置常数。
通过调用存储器403存储的操作指令，处理器402用于执行如下步骤：
在所述N个第一波束上接收一个或多个第一用户发送的探测信号；
根据所述探测信号，确定所述一个或多个第一用户到所述第一基站的第一长时信道信息，所述第一长时信道信息用于表示所述一个或多个第一用户在所述N个第一波束上的能量衰减特性；
从第二基站处获取第二长时信道信息，所述第二基站用于发射多个第二波束，所述第二长时信道信息用于表示：一个或多个第二用户在所述第二基站的多个第二波束上的能量衰减特性。
根据所述第一长时信道信息以及所述第二长时信道信息，在所述通信系统的用户中分配所述N个第一波束，其中，每个所述第一波束至多被分配给一个用户。
本发明的一些实施例中，处理器402还用于执行如下步骤：
将所述一个或多个第一用户到所述第一基站的特征模式能量耦合矩阵，确定为所述一个或多个第一用户到所述第一基站的第一长时信道信息。
本发明的一些实施例中，处理器402还用于执行如下步骤：
确定所述通信系统当前待分配波束的剩余用户的集合，以及确定所述通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合，所述剩余波束的集合包括所述N个第一波束中当前待分配给用户的波束，剩余用户的集合中包括多个剩余用户；
根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，在剩余波束的集合中分别确定每个剩余用户对应的最大增益波束，以及每个剩余用户在对应的最大增益波束上的信道增益，其中，剩余用户在对应的最大增益波束上得到的信道增益最大；
在剩余用户的集合中，确定对应的信道增益最大的最大增益用户；判断在将最大增益用户对应的最大增益波束分配给该最大增益用户后，通信系统的和速率是否增加，若是，则将该最大增益用户对应的最大增益波束分配给该最大增益用户，并再次触发所述确定所述通信系统当前待分配波束的剩余用户的集合，以及确定所述通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合的步骤。
本发明的一些实施例中，所述剩余用户的集合包括所述第一用户以及所述第二用户中待分配波束的用户；
所述剩余波束的集合还包括所述多个第二波束中当前未被分配给用户的波束。
本发明的一些实施例中，处理器402还用于执行如下步骤：
对于待分配波束的目标用户，根据所述第一长时信道信息以及所述第二长时信道信息分别计算所述目标用户到所述通信系统中不少于一个基站的信道增益，所述不少于一个基站包括所述第一基站以及所述第二基站；
若在所述不少于一个基站中，所述目标用户到所述第一基站的信道增益最大，则确定所述剩余用户的集合包括所述目标用户。
本发明的一些实施例中，处理器402还用于执行如下步骤：
在所述第一波束上接收对应用户发送的导频信号；
根据接收到的导频信号，对所述第一波束进行瞬时信道估计，所述瞬时信道估计的结果包括瞬时信道信息和干扰相关矩阵；
在所述第一波束上接收第一波束的对应用户发送的数据信号，并根据所述瞬时信道估计的结果，对接收到的所述数据信号进行相干检测。
本发明的一些实施例中，处理器402还用于执行如下步骤：
在所述第一波束上向所述第一波束的对应用户发送导频信号；
在发送所述导频信号后，在所述第一波束上发送所述第一波束的对应用户的数据信号。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (14)
1.一种波束分配方法，应用于多小区无线通信系统中的第一基站，所述第一基站配置包括N条天线，所述N条天线用于发射N个第一波束，所述N为不小于100的正整数，所述方法包括：
在所述N个第一波束上接收一个或多个第一用户发送的探测信号；
根据所述探测信号，确定所述一个或多个第一用户到所述第一基站的第一长时信道信息，所述第一长时信道信息用于表示所述一个或多个第一用户在所述N个第一波束上的能量衰减特性；
从第二基站处获取第二长时信道信息，所述第二基站用于发射多个第二波束，所述第二长时信道信息用于表示：一个或多个第二用户在所述第二基站的多个第二波束上的能量衰减特性。
根据所述第一长时信道信息以及所述第二长时信道信息，在所述通信系统的用户中分配所述N个第一波束，其中，每个所述第一波束至多被分配给一个用户。
2.根据权利要求1所述的波束分配方法，其特征在于，所述根据所述探测信号，确定所述一个或多个第一用户到所述第一基站的第一长时信道信息包括：
将所述一个或多个第一用户到所述第一基站的特征模式能量耦合矩阵，确定为所述一个或多个第一用户到所述第一基站的第一长时信道信息。
3.根据权利要求1或2所述的波束分配方法，其特征在于，所述根据所述第一长时信道信息以及所述第二长时信道信息，在所述一个或多个第一用户中分配所述N个第一波束包括：
确定所述通信系统当前待分配波束的剩余用户的集合，以及确定所述通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合，所述剩余波束的集合包括所述N个第一波束中当前待分配给用户的波束，所述剩余用户的集合中包括一个或多个剩余用户；
根据所述第一长时信道信息以及所述第二长时信道信息，在所述剩余波束的集合中分别确定每个所述剩余用户对应的最大增益波束，以及每个所述剩余用户在对应的最大增益波束上的信道增益，其中，所述剩余用户在对应的最大增益波束上得到的信道增益最大；
在所述剩余用户的集合中，确定对应的信道增益最大的最大增益用户；
判断在将所述最大增益用户对应的最大增益波束分配给所述最大增益用户时，所述通信系统的和速率是否增加，若是，则将所述最大增益用户对应的最大增益波束分配给所述最大增益用户，并再次触发所述确定所述通信系统当前待分配波束的剩余用户的集合，以及确定所述通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合的步骤。
4.根据权利要求3所述的波束分配方法，其特征在于：
所述剩余用户的集合包括所述第一用户以及所述第二用户中待分配波束的用户；
所述剩余波束的集合还包括所述多个第二波束中当前未被分配给用户的波束。
5.根据权利要求3所述的波束分配方法，其特征在于，所述确定所述通信系统当前待分配波束的剩余用户的集合包括：
对于待分配波束的目标用户，根据所述第一长时信道信息以及所述第二长时信道信息分别计算所述目标用户到所述通信系统中不少于一个基站的信道增益，所述不少于一个基站包括所述第一基站以及所述第二基站；
若在所述不少于一个基站中，所述目标用户到所述第一基站的信道增益最大，则确定所述剩余用户的集合包括所述目标用户。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的波束分配方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第一波束上接收对应用户发送的导频信号；
根据接收到的导频信号，对所述第一波束进行瞬时信道估计，所述瞬时信道估计的结果包括瞬时信道信息和干扰相关矩阵；
在所述第一波束上接收第一波束的对应用户发送的数据信号，并根据所述瞬时信道估计的结果，对接收到的所述数据信号进行相干检测。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的波束分配方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第一波束上向所述第一波束的对应用户发送导频信号；
在发送所述导频信号后，在所述第一波束上发送所述第一波束的对应用户的数据信号。
8.一种基站，作为多小区无线通信系统中的第一基站，所述第一基站配置包括N条天线，所述N条天线用于发射N个第一波束，所述N为不小于100的正整数，所述基站包括：
信号接收模块，用于在所述N个第一波束上接收一个或多个第一用户发送的探测信号；
信息计算模块，用于根据所述探测信号，确定所述一个或多个第一用户到所述第一基站的第一长时信道信息，所述第一长时信道信息用于表示所述一个或多个第一用户在所述N个第一波束上的能量衰减特性；
信息获取模块，用于从第二基站处获取第二长时信道信息，所述第二基站用于发射多个第二波束，所述第二长时信道信息用于表示：一个或多个第二用户在所述第二基站的多个第二波束上的能量衰减特性。
波束分配模块，用于根据所述第一长时信道信息以及所述第二长时信道信息，在所述通信系统的用户中分配所述N个第一波束，其中，每个所述第一波束至多被分配给一个用户。
9.根据权利要求8所述的基站，其特征在于，所述信息计算模块具体用于：
将所述一个或多个第一用户到所述第一基站的特征模式能量耦合矩阵，确定为所述一个或多个第一用户到所述第一基站的第一长时信道信息。
10.根据权利要求8或9所述的基站，其特征在于，所述波束分配模块具体用于：
确定所述通信系统当前待分配波束的剩余用户的集合，以及确定所述通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合，所述剩余波束的集合包括所述N个第一波束中当前待分配给用户的波束，所述剩余用户的集合中包括多个剩余用户；
根据所述第一长时信道信息以及所述第二长时信道信息，在所述剩余波束的集合中分别确定每个所述剩余用户对应的最大增益波束，以及每个所述剩余用户在对应的最大增益波束上的信道增益，其中，所述剩余用户在对应的最大增益波束上得到的信道增益最大；
在所述剩余用户的集合中，确定对应的信道增益最大的最大增益用户；
判断在将所述最大增益用户对应的最大增益波束分配给所述最大增益用户时，所述通信系统的和速率是否增加，若是，则将所述最大增益用户对应的最大增益波束分配给所述最大增益用户，并再次触发所述确定所述通信系统当前待分配波束的剩余用户的集合，以及确定所述通信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合的步骤。
11.根据权利要求10所述的基站，其特征在于：
所述剩余用户的集合包括所述第一用户以及所述第二用户中待分配波束的用户；
所述剩余波束的集合还包括所述多个第二波束中当前未被分配给用户的波束。
12.根据权利要求10所述的基站，其特征在于，所述波束分配模块还用于：
对于待分配波束的目标用户，根据所述第一长时信道信息以及所述第二长时信道信息分别计算所述目标用户到所述通信系统中不少于一个基站的信道增益，所述不少于一个基站包括所述第一基站以及所述第二基站；
若在所述不少于一个基站中，所述目标用户到所述第一基站的信道增益最大，则确定所述剩余用户的集合包括所述目标用户。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的基站，其特征在于，所述信号接收模块还用于：在所述第一波束上接收对应用户发送的导频信号；
所述信息计算模块，还用于根据接收到的导频信号，对所述第一波束进行瞬时信道估计，所述瞬时信道估计的结果包括瞬时信道信息和干扰相关矩阵；
所述信号接收模块还用于在所述第一波束上接收第一波束的对应用户发送的数据信号；
所述信息计算模块还用于根据所述瞬时信道估计的结果，对接收到的所述数据信号进行相干检测。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：
信号发送模块，用于在所述第一波束上向所述第一波束的对应用户发送导频信号；
所述信号发送模块，还用于在发送所述导频信号后，在所述第一波束上发送所述第一波束的对应用户的数据信号。
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