CN106160776B - 收发单元与天线阵元映射方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了收发单元与天线阵元映射方法及装置，该方法包括：以矩阵运算的方式将的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到收发单元上，其中，二维平面矩形阵列中每列包括M个阵元，共N行，每个阵元的加权幅度和相位能够独立的设置和调节；每个收发单元对应一个阵元或者MxN的陈列最多对应2MxN个收发单元，解决了现有技术未考虑更为复杂的二维平面阵列结构而导致的问题，给出了相应的映射规则能够提高系统容量。

Description

收发单元与天线阵元映射方法及装置

技术领域

本发明涉及通讯领域，具体而言，涉及收发单元与天线阵元映射方法及装置。

背景技术

在第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，简称为3GPP)LTE65次会议中已经针对全维度多输入多输出技术(Full-Dimension Multiple-InputMultiple-Output，简称为FD-MIMO)立项，用于研究支持垂直面与水平面的波束成形。为了FD-MIMO技术的实施，3GPP在TR37.840中定义了有源天线阵列系统(Active Antenna ArraySystem)。基站采用具有二维阵列结构的有源天线，可以有效的支持FD-MIMO的实施。而且理论分析也表明，当基站端天线数增加时可以有效的提高系统容量。因此在未来的多天线系统中，采用大规模的天线阵列是必然趋势。

图1是根据现有技术的AAS无线架构协议的示意图，如图1所示，AAS由3个主要功能模块构成：收发器单元阵列(TXRUA)、无线分布网络(RDN)和天线阵列(AA)。收发机单元阵列包含多个发射单元(TXU)和接收单元(RXU)。发射单元和接收单元可以复用也可以分开，当复用的时候称为收发器单元(TXRU)。实际传输中TXRU个数可以代表基站支持的最大传输数据流数，或最高数据层数。本发明就是提供了一种从TXRU到天线阵列中多个阵元的几种映射方法。对应为如图1中所示的无线分布网络算法。

前面已经指出，会在未来无线通信系统中采用二维天线阵列结构，基站处理单元通过RDN将多个TXRU数据流映射或分配到天线阵列的振子上。

发明内容

本发明提供了收发单元与天线阵元映射方法及装置，以至少解决现有技术中未考虑更为复杂的二维平面阵列结构所导致的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种收发单元与天线阵元映射方法，包括：以矩阵运算的方式将MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到收发单元上，其中，所述二维平面矩形阵列中每列包括M个阵元，共N列，所述每个阵元的加权幅度和相位能够独立的设置和调节；每个收发单元对应一个阵元或者MxN的阵列最多对应2MxN个收发单元。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种收发单元与天线阵元映射装置，包括：映射模块，用于以矩阵运算的方式将MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到收发单元上，其中，所述二维平面矩形阵列中每列包括M个阵元，共N列，所述每个阵元的加权幅度和相位能够独立的设置和调节；每个收发单元对应一个阵元或者MxN的阵列最多对应2MxN个收发单元。

通过本发明，采用以矩阵运算的方式将的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到收发单元上，其中，二维平面矩形阵列中每列包括M个阵元，共N列，每个阵元的加权幅度和相位能够独立的设置和调节；每个收发单元对应一个阵元或者MxN的阵列最多对应2MxN个收发单元，解决了现有技术未考虑更为复杂的二维平面阵列结构而导致的问题，给出了相应的映射规则能够提高系统容量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的AAS无线架构协议的示意图；

图2是本发明实施例的TXRU与天线阵元对应关系模型1的示意图；

图3是本发明实施例的TXRU与天线阵元对应关系模型2的示意图；

图4是本发明实施例的TXRU与天线阵元对应关系模型3的示意图一；

图5是本发明实施例的TXRU与天线阵元对应关系模型3的示意图二；

图6是本发明实施例的TXRU与天线阵元对应关系模型4的示意图一；

图7是本发明实施例的TXRU与天线阵元对应关系模型4的示意图二；

图8是本发明实施例的TXRU与天线阵元对应关系模型5的示意图；

图9是本发明实施例的TXRU与天线阵元对应关系模型6的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。

在本实施例中，提供了一种收发单元与天线阵元映射方法，该方法包括：以矩阵运算的方式将的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到收发单元上，其中，二维平面矩形阵列中每列包括M个阵元，共N列，每个阵元的加权幅度和相位能够独立的设置和调节；每个收发单元对应一个阵元或者MxN的阵列最多对应2MxN个收发单元。

在本实施例中还提供了一种收发单元与天线阵元映射装置，包括：映射模块，用于以矩阵运算的方式将的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到收发单元上，其中，二维平面矩形阵列中每列包括M个阵元，共N列，每个阵元的加权幅度和相位能够独立的设置和调节；每个收发单元对应一个阵元或者MxN的阵列最多对应2MxN个收发单元。

通过本实施例解决了现有技术未考虑更为复杂的二维平面阵列结构而导致的问题，给出的相应的映射规则解决了无线收发单元与天线阵元之间的映射与信号分配问题。

在本实施例中，假设基站采用M×N的二维平面矩形阵列，阵列中每列包含M个阵元，共N行，总共包含M×N个阵元。由于采用有源天线之后，阵列中每个阵元的加权幅度和相位都可以独立的设置和调节，因此最简单的情况下每个TXRU单元可以对应一个阵元，如果在考虑双极化因素，M×N的阵列最多可以对应2MN个TXRU单元，从而极大的提高系统容量。

而本方案则主要是针对TXRU个数少于MN的情况。下面就以4×4的阵列来对几种方案进行说明，该方案可以很容易的扩展到4×8和8×8以及更高阶的的二维阵列中。

方案一，可以应用于图2示出的模型。

该方案按照下面的方式进行定义：

1)

2)对于水平加权分量，每一列采用相同的TXRU虚拟化加权向量。而对于垂直加权分量，每一行采用相同的TXRU虚拟化加权向量。

3)

其中，θ_etilt和分别为不同应用场景下设置的目标下倾角和方位角，d_H和d_V分别为水平和垂直阵元间距，λ为载波波长。比如垂直小区扇区化和水平小区扇区化。

方案二，可以应用于图3示出的模型

该方案对应的模型如下所示：

1)

·为点乘，定义为两个相同维度矩阵对应元素相乘的运算。

2)

for n＝1,2,…,N；m＝1,2,…,M

方案三

当传输层数比较少的时候，可以仅仅采用水平或者垂直端口进行数据传输，如图4，图5所示，图中每一列或每一行的加权向量可以相同(指向相同的方向)也可以不同(指向不同的方向)。或者也可以采用图6所示的交叉对应形式。

该方案按照下面的方式进行定义：

1)

或

2)每一列或每一行采用相同的TXRU虚拟化加权向量。

3)对于图4:

对于图5:

其中，θ_n,etilt和分别为不同列对应的下倾角和不同行对应的方位角，可以分别支持垂直小区裂化和水平小区裂化。

方案四

当传输层数比较少的时候，也可以采用图6，图7所示的交叉对应形式。

图6中每个TXRU数据对应的数据向量可以相同，也可以针对不同的场景进行独立设计，当采用的加权向量相同时，系统模型如下：

方案五

当传输层数比较少的时候，也可以采用图8所示的叠加形式。

该方案按照下面的方式进行定义：

1)

2)对于水平加权分量，每一列采用相同的TXRU虚拟化加权向量。而对于垂直加权分量，每一行采用相同的TXRU虚拟化加权向量。

3)

其中，θ_etilt和分别为不同应用场景下设置的下倾角和方位角。比如垂直小区扇区化和水平小区扇区化。

方案六

当传输层数比较少的时候，也可以采用图9所示的全连接形式。该方案对应的模型如下所示：

1)

·为点乘，定义为两个相同维度矩阵对应元素相乘的运算。

2)

for n＝1,2,…,N；m＝1,2,…,M

本实施例中各方案的关键点是如何合理建立TXRU端口和天线阵元之间的对应关系。要求要充分利用和发挥二维天线阵列的优势，比如如何从分利用二维阵列结构本身的阵列增益和分集增益。同时要考虑FD-MIMO可能的预编码结构。而且要考虑不同方案和结构下加权向量或者加权矩阵的构造。

本实施例的主要优势在于不仅考虑了技术的前向兼容性，同时也考虑了在FD-MIMO实际应用中可能采用的编码形式：水平方向和垂直方向上分别采用不同的码本，此时就可以采用方案一、方案二、方案五和方案六。x^H和x^V分别表示经过水平编码和垂直编码的数据符号。四种方案都可以将x^H和x^V映射到相应的天线阵元上，主要的区别在于，方案一(或方案五)仅仅需要分别构造垂直和水平加权向量，而方案二(或方案六)则需要构造完整的加权矩阵，相应的自由度会更高，赋形增益或阵列增益也会更高。

方案三和方案四则可以利用二维平面阵列结构来实施传统MIMO的方案，用以兼容传统的2D MIMO传输。采用方案四中的结构，每个元素会遍历垂直和水平的每个维度，因此具有较高的频率和空间分集增益。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：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 (10)

1.一种收发单元与天线阵元映射方法，其特征在于包括：

以矩阵运算的方式将MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到收发单元上，其中，所述二维平面矩形阵列中每列包括M个阵元，共N列，所述每个阵元的加权幅度和相位能够独立的设置和调节；每个收发单元对应一个阵元或者MxN的阵列最多对应2MxN个收发单元。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式将所述的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到所述收发单元上：

对于水平加权分量，每一列采用相同的TXRU虚拟化加权向量；对于垂直加权分量，每一行采用相同的TXRU虚拟化加权向量；其中，s为所述天线阵元的信号，x^H和x^V分别表示经过水平编码和垂直编码的数据符号；

其中，θ_etilt和分别为不同应用场景下设置的目标下倾角和方位角，d_H和d_V分别为水平和垂直阵元间距，λ为载波波长。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式将所述的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到所述收发单元上：

其中，·为点乘，定义为两个相同维度矩阵对应元素相乘的运算，s为所述天线阵元的信号，x^H和x^V分别表示经过水平编码和垂直编码的数据符号，W为加权矩阵；

for n＝1,2,…,N；m＝1,2,…,M

其中，w_n,m为加权矩阵中的元素，d_H和d_V分别为水平和垂直阵元间距，θ_etilt和分别为不同应用场景下设置的目标下倾角和方位角，λ为载波波长。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式将所述的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到所述收发单元上：

或

每一列或每一行采用相同的TXRU虚拟化加权向量；其中，s为所述天线阵元的信号，x表示经过编码的数据符号；

仅采用水平端口进行数据传输的情况下：

仅采用垂直端口进行数据传输的情况下：

其中，θ_etilt为不同应用场景下设置的目标下倾角，d_H和d_V分别为水平和垂直阵元间距，λ为载波波长，θ_n,etilt和分别为不同列的目标下倾角和不同行的目标方位角。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式将所述的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到所述收发单元上：

for m＝1,2,…,M

其中，s为所述天线阵元的信号，x表示经过编码的数据符号，d_H和d_V分别为水平和垂直阵元间距，λ为载波波长，θ_etilt和分别为不同应用场景下设置的下倾角和方位角。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式将所述的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到所述收发单元上：

对于水平加权分量，每一列采用相同的TXRU虚拟化加权向量，对于垂直加权分量，每一行采用相同的TXRU虚拟化加权向量；

其中，s为所述天线阵元的信号，x^H和x^V分别表示经过水平编码和垂直编码的数据符号，d_H和d_V分别为水平和垂直阵元间距，λ为载波波长，θ_etilt和分别为不同应用场景下设置的下倾角和方位角。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式将所述的MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到所述收发单元上：

其中，·为点乘，定义为两个相同维度矩阵对应元素相乘的运算，

for n＝1,2,…,N；m＝1,2,…,M

其中，s为所述天线阵元的信号，x^H和x^V分别表示经过水平编码和垂直编码的数据符号，W为加权矩阵，w_n,m为加权矩阵中的元素，d_H和d_V分别为水平和垂直阵元间距，λ为载波波长，θ_etilt和分别为不同应用场景下设置的下倾角和方位角。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法应用于基站中。

9.一种收发单元与天线阵元映射装置，其特征在于包括：

映射模块，用于以矩阵运算的方式将MxN二维平面矩形阵列中的天线阵元映射到收发单元上，其中，所述二维平面矩形阵列中每列包括M个阵元，共N列，所述每个阵元的加权幅度和相位能够独立的设置和调节；每个收发单元对应一个阵元或者MxN的阵列最多对应2MxN个收发单元。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置应用于基站中。