CN106253957A - 波束赋形方法、装置及基站 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种波束赋形方法、装置及基站，该方法，首先对三维天线中进行天线组的划分，且对于每一天线组确定一目标天线单元，将该天线组中其他天线单元的天线振子的相位经过波束赋形，设置成与目标天线单元的天线振子的相位相同，从而达到了使得天线组的发送的电磁波的波束能量集中的目的。

Description

波束赋形方法、装置及基站

技术领域

本申请涉及通信技术领域，更具体的涉及波束赋形方法、装置及基站。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

天线包括二维天线和三维天线，对于二维天线而言，其包括双极化天线阵列和同向天线阵列，如图1(a)所示，为现有技术中的双极化天线阵列的示意图，图1(b)为现有技术中的同向天线阵列的示意图，图1(c)为现有技术中的三维天线的示意图。图中的M表示天线阵列中天线单元的总行数，N表示天线阵列中天线单元的总列数。双极化天线阵列中每一天线单元是由相互垂直两个天线组成，且相互垂直的两个天线的仰角不能变化，同向天线阵列中的每一天线单元是由相互平行的两个天线组成，由于两个天线相互平行，所以在图1(b)中每一天线单元只能示出一个天线，三维天线中每一天线单元是由相互垂直的两个天线组成，且相互垂直的两个天线的仰角β可以发生变化。

为使得天线能够最大能量发射或接收电磁波，需要对天线发送或接收的电磁波进行波束赋形，波束赋形是指通过调整天线中各个天线单元的天线振子的加权系数，从而产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。

3GPP LTE组织在2012年R12发布的标准版本中，确定了FD-MIMO(Full DimensionMulti-input and Multi-output，全向多输入多输出系统)技术作为未来垂直维度波束赋形重要演进方向，为了评估FD-MIMO使用二维主动式天线的实际性能，3GPP需要确定了3D信道模型的基本结构。FD-MIMO的SI阶段的标准化过程从RAN1#72次会议开始，增设专题“Study on Elevation Beamforming/Full-Dimension(FD)MIMO for LTE”来讨论3D MIMO的建模细节，在RAN1#76次会议基本达成共识，到RP-63次全会中提交初稿，后经两次会议讨论，直至2014年9月的RP-65次全会中，综合各大公司意见，正式发布了Rel-12版本的信道模型标准化文档3GPP TR 36.873V12.0.0，该协议规定了垂直波束赋形需要的信道模型、信道系数生成方法、测量环境以及评估方案。同时，在2014年9月份的RP-65会议上，制定了下一步Rel-13阶段对于FD-MIMO技术研究目的和研究议题，研究目的在于验证对于二维天线阵列含有8个或者更多的发射单元的多端口性能优势，其中每个TXRU(Transceiver radiofrequency uni，发送射频单元)可以独立对幅度和相位进行操作。并在该次全会确定了Rel-13版本对FD-MIMO的研究方向，继续对SI阶段剩余问题展开讨论，重点在对3D信道模型下的性能进行评估、TXRU虚拟化模型、天线配置、潜在的增强机制等几个方面的内容，在2015年6月的RP-68次全会上正式通过了对天线校准方法、评估场景、三维天线配置等几个方面的形成的结论，修改和添加了3GPP TR36.873协议中的部分内容，在2015年6月的RAN1#81次会议和RAN#68次全会上完成了对3GPP TR36.897标准的修改，该协议规定了FD-MIMO的信道模型、TXRU虚拟化模型、天线配置问题、评估场景、潜在的增强方案对性能的影响以及部分问题的解决方案、并给出了不同厂家对FD-MIMO的综合仿真结果、不同场景下的仿真假设等诸多内容。至此标志着FD-MIMO技术SI阶段的研究工作基本结束，接下来将开始WI阶段的标准制定工作。

在2016年的6月份，正式发布了3GPP的R13版本协议，完成了对FD-MIMO在参考信号、反馈码本结构、CSI过程、CSI测量及干扰测量等诸多方面的标准化工作，对相关议题未进行标准化的细节在随后的3GPP R14中进行进一步的讨论。

针对3D MIMO的信道模型，协议TS36.873中确定了该模型支持的两维天线阵列分布，包括双极化(x-pol)和同向(co-pol)阵列天线。3D天线的表示方式为(M，N，P)，其中，M为3D天线阵列的行数，N为3D天线阵列的列数。对于双极化天线，总的天线阵列数目为P*M*N。

目前，各大研究机构在3D天线中常用的FD-MIMO波束赋形方法，仍是基于原先2DMIMO的多用户预编码方法，如MRT(maximum ratio transmission，最大比值合并)、BD(block diagonal，块对角化)、SLNR(signal leakage noise ratio，信漏噪比)等方法。但是，由于复用在3D天线上的用户较多，MRT方法只关注单个用户的波束方向，会对其他用户产生干扰，其性能不是最优；BD的方法需要基站获知有所用户的信道信息，并且要对高维矩阵(对FD-MIMO，天线数目至少8以上，目前R14讨论的天线端口数目最大为32)进行SVD(single value decomposition奇异阵分解)分解，而当前3D天线中的芯片的处理能力和运算速度都很难满足要求，如此高维的计算复杂度成为该技术在实际应用中的最大制约。SLNR方法，与BD方法类似，都需要对高维矩阵进行乘除运算，不易在目前产品中实现该技术。

因而，有必要探究一种波束赋形方法，能在现有技术环境中，支持FD-MIMO的技术方案，对多个UE进行天线分配，以支持新技术下高维天线下的波束赋形功能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种波束赋形方法、装置及基站，以克服现有技术中没有对三维天线发送或接收的电磁波进行波束赋形的方法的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种波束赋形方法，应用于基站，所述基站包括三维天线，所述三维天线被划分为一个或多个天线组，每一所述天线组包括一个或多个天线单元，每一所述天线单元包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线的极化方向相互垂直，对于每一所述天线组，所述波束赋形方法包括：

确定所述天线组中的目标天线单元，所述目标天线单元的天线振子的相位与其向目标用户发送的电磁波信号的相位相同；

确定所述天线组中相邻的两个天线单元的垂直距离d_v和水平距离d_H；

确定所述天线组中的天线单元向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和垂直夹角θ；

依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵，所述加权系数使得所述电磁波信号的相位与所述天线组中各个天线单元的天线振子的相位相同。

其中，所述依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵包括：

为Kronecker乘积；

$w_V=\frac{1}{\sqrt{N_V}}{\[1,\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_{Vi}-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\],\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_V-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T;$

其中，w为所述天线组的加权系数矩阵，1对应所述目标天线单元。

其中，将所述三维天线划分为多个天线组包括：

将所述三维天线中每第一预设数目个所述第一天线作为一所述天线组；

将所述三维天线中每所述第一预设数目个所述第二天线作为一所述天线组。

其中，将所述三维天线划分为多个天线组包括：

将每第二预设数目个所述天线单元作为一所述天线组。

优选地，还包括：

确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量；

当检测到各个所述天线组中的目的天线组服务的用户区域中的用户数量大于等于预设阈值时，将所述目的天线组与至少一个其他天线组进行合并，形成新的天线组，并将所述目的天线组与其合并的天线组对应的用户区域合并，以便所述新的天线组为合并的用户区域进行服务。

其中，所述确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量包括：

分别依据各个所述天线组的天线单元的信道状态信息、各个所述天线组中各个天线单元向所述用户发送的电磁波信号与自身的水平夹角和垂直夹角，确定各个用户所属的用户区域；

依据各个用户所属的用户区域，确定各个所述用户区域中用户的数量。

其中，对于每一用户，所述确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量包括：

依据各个所述天线组的加权系数矩阵、各个所述天线组的各个天线单元与所述用户之间的信道系数矩阵，计算所述用户在各个所述天线组的等效信道模值，并确定出所述等效信道模值的最大值；

将所述最大值对应的天线组，确定为所述用户所在的天线组，从而确定出各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量。

其中，所述依据各个所述天线组的加权系数矩阵、各个所述天线组的各个天线单元与所述用户之间的信道系数矩阵，计算所述用户在各个所述天线组的等效信道模值，并确定出所述等效信道模值的最大值包括：

其中Q为所述三维天线中天线组的总个数，H为共轭转置，W_i为第i个天线组的加权系数矩阵，h_i为第i个天线组中所述用户与第i个天线组中各个天线单元的信道系数矩阵。

一种波束赋形装置，应用于基站，所述基站包括三维天线，所述三维天线被划分为一个或多个天线组，每一所述天线组包括一个或多个天线单元，每一所述天线单元包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线的极化方向相互垂直，对于每一所述天线组，所述波束赋形装置包括：

第一确定模块，用于确定所述天线组中的目标天线单元，所述目标天线单元的天线振子的相位与向目标用户发送的电磁波信号的相位相同；

第二确定模块，用于确定所述天线组中相邻的两个天线单元的垂直距离d_v和水平距离d_H；

第三确定模块，用于确定所述天线组中的天线单元向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和垂直夹角θ；

获取模块，用于依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵，所述加权系数使得所述电磁波信号的相位与所述天线组中各个天线单元的天线振子的相位相同。

一种基站，包括：

三维天线，所述三维天线被划分为一个或多个天线组，每一所述天线组包括一个或多个天线单元，每一所述天线单元包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线的极化方向相互垂直；

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：对于每一所述天线组执行以下操作：

确定所述天线组中的目标天线单元，所述目标天线单元的天线振子的相位与向目标用户发送的电磁波信号的相位相同；

确定所述天线组中相邻的两个天线单元的垂直距离d_v和水平距离d_H；

确定所述天线组中的天线单元向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和垂直夹角θ；

依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵，所述加权系数使得所述电磁波信号的相位与所述天线组中各个天线单元的天线振子的相位相同。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例提供了一种波束赋形方法，对三维天线中进行天线组的划分，且对于每一天线组确定一目标天线单元，将该天线组中其他天线单元的天线振子经过加权系数后的相位，与目标天线单元的天线振子的相位相同，从而达到了使得天线组的发送的电磁波的波束能量集中的目的。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1(a)为现有技术中的双极化天线阵列的示意图；

图1(b)为现有技术中的同向天线阵列的示意图；

图1(c)为现有技术中的三维天线的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种波束赋形方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种三维天线的同向分组示意图；

图4为本申请实施例提供的一种三维天线的另一划分示意图；

图5为本申请实施例提供的一种波束赋形装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种基站的结构示意图。

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做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。

删掉的这段请放入背景里面叙述

请参阅图2，为本申请实施例提供的一种波束赋形方法的流程示意图，该方法可以应用于基站，基站包括三维天线，三维天线可以被划分为一个或多个天线组。每一所述天线组包括一个或多个天线单元，每一所述天线单元包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线的极化方向相互垂直。各个天线单元中的第一天线属于同向天线，各个天线单元中的第二天线属于同向天线。

如图3所示，为本申请实施例提供的一种三维天线的同向分组示意图。

图3中的三维天线面板中包括16个天线单元，以此为例进行说明，以每4个相邻的第一天线为一天线组，共4个天线组，以4个相邻的第二天线为一天线组，共4个天线组，所以将16个天线单元划分为A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1共8个天线组。

即在将所述三维天线划分为多个天线组时，可以将所述三维天线中每第一预设数目个所述第一天线作为一所述天线组；将所述三维天线中每所述第一预设数目个所述第二天线作为一所述天线组。

第一预设数目可以依据实际情况而定，例如上述的第一预设数目为4，当然各个天线组包含的天线单元或第一天线或第二天线数目可以不同，也可以相同，具体可以依据实际情况而定。

图3这种三维天线的同向分组方式可以适用于用户分布比较集中、信号方向单一、且稳定的应用场景，例如中型会议室。

如图4所示，为本申请实施例提供的一种三维天线的另一划分示意图。

图4仍以16个天线单元为例，将相邻的两个天线单元作为一个天线组，所以将16个天线单元划分为A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2、H2共8个天线组。

将所述三维天线划分为多个天线组包括：将每第二预设数目个所述天线单元作为一所述天线组。

第二预设数目可以依据具体情况而定，例如上述的第二预设数目为2。

图4中可以应用于大型密集应用场景，例如20层以上的高楼组成的社区，在这种情况下，用户分布密集，且有一定的流动性，信号方向不再单一，再采用图3所示的方式，并不合适。

图3中各个天线组中的第一天线和第二天线的数目都是一样的，图4中各个天线组中的天线单元的数目也是一样的，但是在实际应用中，各个天线组中的第一天线、第二天线或天线单元可以不同，也可以相同，具体可以依据各个天线组服务的用户数量有关，服务的用户数量越多，天线组包括的天线单元、第一天线或第二天线的数目越多。

对于上述两种三维天线的划分方式，波束赋形的方法相同。

步骤S201：确定所述天线组中的目标天线单元，所述目标天线单元的天线振子的相位与其向目标用户发送的电磁波信号的相位相同。

各个天线组服务于不同用户区域的用户，且各个天线组仅对其服务的用户区域内的用户进行波束赋形，波束赋形方法可以是上述提到的MRT、BD、SLNR中的任一种，但对于某一用户区域内用户较多的情况，BD、SLNR的计算复杂度也随之增加，此时可考虑使用改进后的MRT方法，尤其对图3所示的同向分组的方式，基于MRT的方法能更好的将能量集中在用户上。因为这种方法同时考虑了垂直维度和水平维度对三维天线的影响。本申请实施例就是对这种方法的详细介绍。

步骤S202：确定所述天线组中相邻的两个天线单元的垂直距离d_v和水平距离d_H。

当为图3所示的同向分组方式时，此时步骤S202具体为：确定所述天线组中相邻的两个第一天线的垂直距d_v和水平距离d_H(例如天线组A1、B1、C1、D1)；或确定所述天线组中相邻的两个第二天线的垂直距d_v和水平距离d_H(例如天线组E1、F1、G1、H1)。

当为图4所示的分组方式时，此时步骤S202具体为：确定所述天线组中相邻的两个第一天线的垂直距d_v和水平距离d_H；以及确定所述天线组中相邻的两个第二天线的垂直距d_v和水平距离d_H。

步骤S203：确定所述天线组中的天线单元向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和所述电磁波信号与所述天线单元的垂直夹角θ。

当为图3所示的同向分组方式时，此时步骤S203具体为：确定所述天线组中的第一天线向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述第一天线的水平夹角和垂直夹角θ(例如天线组A1、B1、C1、D1)；或确定所述天线组中的第二天线向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述第二天线的水平夹角和垂直夹角θ(例如天线组E1、F1、G1、H1)。

当为图4所示的分组方式时，此时步骤S203具体为：确定所述天线组中的第一天线向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述第一天线的水平夹角和垂直夹角θ；以及确定所述天线组中的第二天线向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述第二天线的水平夹角和垂直夹角θ。

步骤S204：依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵，所述加权系数使得所述电磁波信号的相位与所述天线组中各个天线单元的天线振子的相位相同。

其中，N_Hi表示天线单元在三维天线中的水平位置信息，N_vi表示天线单元在三维天线中的垂直位置信息，N_H0表示目标天线单元在三维天线中的水平位置信息，N_v0表示目标天线单元在三维天线中的垂直位置信息。

具体，可以通过以下公式获得天线组的加权系数矩阵：

为Kronecker乘积；

$w_V=\frac{1}{\sqrt{N_V}}{\[1,\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_{Vi}-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\],\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_V-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T;$

其中，w为所述天线组的加权系数矩阵，1对应所述目标天线单元。

每一个天线组都有一个W，以图3中的天线组D为例，假设天线组A中的各个第一天线在三维天线中的位置信息依次为(1,2)、(1,3)、(0,2)、(0,3)，假设(1,2)位置的第一天线为目标天线单元，此时，天线组D中的W中的W_H和W_V的公式如下：

$w_v=\frac{1}{\sqrt{2}}{\[1,\exp \[-j2{\mathrm{\πd}}_{H}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T$

通过本申请实施例提供的波束赋形方法，可以使得每个天线组都与该天线组中的目标天线单元的天线振子的相位相同，且利用波束赋形矩阵对其进行补偿，使整个波束方向对齐集中指向用户，进而增强性能，从而达到了使得各个天线组的发送的电磁波的波束能量集中的目的。

相比于传统的二维天线的波束赋形方法，本申请实施例提出的波束赋形方法实现复杂度低，且能够根据用户分布场景的不同(例如图3或图4应用的不同应用场景)，对三维天线进行分组，在天线组内进行波束赋形，解决高维信道下进行预编码处理时数字信号处理复杂度高的问题。

可以理解的是，用户可能会发生移动，即可能从天线组A服务的用户区域移动至天线组B服务的用户区域，当某一天线组服务的用户数量大于预设阈值时，可以将该天线组的天线数目扩大，例如与相邻天线组合并，组成新的天线组，该新的天线组对合并后的用户区域进行联合服务，增大合并的用户区域内的服务用户数目。

如图4所示，黑色虚线框部分为平均分配的天线资源，32根天线被平均分为8组，即天线组A2、天线组B2、天线组C2、天线组D2、天线组E2、天线组F2、天线组G2、天线组H2，每个天线组有两个双极化的天线单元组成。若某一用户区域临时举办大型活动，人流量瞬间增大，可将其中的几个天线组合并，来共同为热点地区服务，假设天线组A2服务的用户区域的人流量突然增大，如图中黑色实线框，将天线组A和天线组B框起来了，即将天线组A和天线组B进行合并。

基站可根据用户上报信息来自动调整天线组的分布，具体为：

确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量；当检测到各个所述天线组中的目的天线组服务的用户区域中的用户数量大于等于预设阈值时，将所述目的天线组与至少一个其他天线组进行合并，形成新的天线组，并将所述目的天线组与其合并的天线组对应的用户区域合并，以便所述新的天线组为合并的用户区域进行服务。

基站在确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量时，有三种实现方式，下面进行具体说明。

第一种实现方式：

分别依据各个所述天线组的天线单元的信道状态信息、各个所述天线组中各个天线单元向所述用户发送的电磁波信号与自身的水平夹角和垂直夹角，确定各个用户所属的用户区域；依据各个用户所属的用户区域，确定各个所述用户区域中用户的数量。

每一个天线单元中的第一天线和第二天线都有各自的CSI，CSI包括信道质量等级、接收信号的接收功率，在实际应用中，可以依据接收信号的接收功率可以大致的计算出用户和基站之间的距离，然后可以依据向所述用户发送的电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和垂直夹角，确定出用户的位置。

在上述基础上，还可以依据接收用户发送的电磁波信号与天线单元的水平夹角和垂直夹角，进一步确定所述用户的位置。

第二种实现方式：

对于每一用户，依据各个所述天线组的加权系数矩阵、各个所述天线组的各个天线单元与所述用户之间的信道系数矩阵，计算所述用户在各个所述天线组的等效信道模值，并确定出所述等效信道模值的最大值。将所述最大值对应的天线组，确定为所述用户所在的天线组，从而确定出各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量。

具体的，可以依据公式：其中Q为所述三维天线中天线组的总个数，H为共轭转置，W_i为第i个天线组的加权系数矩阵，h_i为第i个天线组中所述用户与第i个天线组中各个天线单元的信道系数矩阵。

第三种实现方式：

先依据第一种实现方式，大致确定出用户的位置，再依据第二种实现方式，具体确定出用户的位置，此时，第二种实现方式中，就不需要计算所有天线组的等效信道模值了，只需要计算第一种实现方式中，确定出可能的几个天线组的等效信道模值。

请参阅图5，为本申请实施例提供的一种波束赋形装置的结构示意图，该波束赋形装置应用于基站，所述基站包括三维天线，所述三维天线被划分为一个或多个天线组，每一所述天线组包括一个或多个天线单元，每一所述天线单元包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线的极化方向相互垂直，对于每一所述天线组。

如图3和图4所示为本申请实施例提供的三维天线的两种不同的分组方式，详细请参阅图3和图4，在此不再详细赘述。

所述加权系数获取装置包括：第一确定模块501、第二确定模块502、第三确定模块503，以及获取模块504，其中：

第一确定模块501，用于确定所述天线组中的目标天线单元，所述目标天线单元的天线振子的相位与向目标用户发送的电磁波信号的相位相同。

第二确定模块502，用于确定所述天线组中相邻的两个天线单元的垂直距离d_v和水平距离d_H。

第三确定模块503，用于确定所述天线组中的天线单元向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和垂直夹角θ。

获取模块504，用于依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵，所述加权系数使得所述电磁波信号的相位与所述天线组中各个天线单元的天线振子的相位相同。

获取模块504可以包括：获取单元，用于依据以下公式计算出所述天线组的加权系数矩阵：

为Kronecker乘积；

$w_V=\frac{1}{\sqrt{N_V}}{\[1,\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_{Vi}-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\],\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_V-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T;$

其中，w为所述天线组的加权系数矩阵，1对应所述目标天线单元。

可以理解的是，用户可能会发生移动，即可能从天线组A服务的用户区域移动至天线组B服务的区域，当某一天线组服务的用户数量大于预设阈值时，可以将该天线组的天线数目扩大，例如与相邻天线组合并，组成新的天线组，该新的天线组对合并后的用户区域进行联合服务，增大合并的用户区域内的服务用户数目。

如图4所示，黑色虚线框部分为平均分配的天线资源，32根天线被平均分为8组，即天线组A2、天线组B2、天线组C2、天线组D2、天线组E2、天线组F2、天线组G2、天线组H2，每个天线组有两个双极化的天线单元组成。若某一用户区域临时举办大型活动，人流量瞬间增大，可将其中的几个天线组合并，来共同为热点地区服务，假设天线组A2服务的用户区域的人流量突然增大，如图中黑色实线框，将天线组A和天线组B框起来了，即将天线组A和天线组B进行合并。

基站可根据用户上报信息来自动调整天线组的分布，具体的：

波束赋形装置还可以包括：第四确定模块，用于确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量；合并模块，用于当检测到各个所述天线组中的目的天线组服务的用户区域中的用户数量大于等于预设阈值时，将所述目的天线组与至少一个其他天线组进行合并，形成新的天线组，并将所述目的天线组与其合并的天线组对应的用户区域合并，以便所述新的天线组为合并的用户区域进行服务。

本申请实施例提供了三种第四确定模块结构，下面进行详细说明：

第一种实现方式：

第四确定模块包括：第一确定单元，用于分别依据各个所述天线组的天线单元的信道状态信息、各个所述天线组中各个天线单元向所述用户发送的电磁波信号与自身的水平夹角和垂直夹角，确定各个用户所属的用户区域；第二确定单元，用于依据各个用户所属的用户区域，确定各个所述用户区域中用户的数量。

第二种实现方式：

第四确定模块包括：计算单元，用于对于每一用户，依据各个所述天线组的加权系数矩阵、各个所述天线组的各个天线单元与所述用户之间的信道系数矩阵，计算所述用户在各个所述天线组的等效信道模值，并确定出所述等效信道模值的最大值。第三确定单元，用于将所述最大值对应的天线组，确定为所述用户所在的天线组，从而确定出各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量。

具体的，可以依据公式：其中Q为所述三维天线中天线组的总个数，H为共轭转置，W_i为第i个天线组的加权系数矩阵，h_i为第i个天线组中所述用户与第i个天线组中各个天线单元的信道系数矩阵。

第三种实现方式：

先依据第一种实现方式，大致确定出用户的位置，再依据第二种实现方式，具体确定出用户的位置，此时，第二种实现方式中，就不需要计算所有天线组的等效信道模值了，只需要计算第一种实现方式中，确定出可能的几个天线组的等效信道模值。

请参阅图6，为本申请实施例提供的一种基站的结构示意图，该基站包括：三维天线61、处理器62、存储器63，其中：

处理器62与存储器63之间通过通信总线64相连。

三维天线61，所述三维天线被划分为一个或多个天线组，每一所述天线组包括一个或多个天线单元，每一所述天线单元包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线的极化方向相互垂直。

存储器63，用于存储所述处理器可执行指令。

其中，所述处理器62被配置为：对于每一所述天线组执行以下操作：

确定所述天线组中的目标天线单元，所述目标天线单元的天线振子的相位与向目标用户发送的电磁波信号的相位相同。

确定所述天线组中相邻的两个天线单元的垂直距离d_v和水平距离d_H。

确定所述天线组中的天线单元向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和垂直夹角θ。

依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵，所述加权系数使得所述电磁波信号的相位与所述天线组中各个天线单元的天线振子的相位相同。

可选的，处理器在依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵时，具体用于：

为Kronecker乘积；

$w_V=\frac{1}{\sqrt{N_V}}{\[1,\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_{Vi}-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\],\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_V-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T;$

其中，w为所述天线组的加权系数矩阵。

可选的，处理器还可以用于：将所述三维天线中每第一预设数目个所述第一天线作为一所述天线组；将所述三维天线中每所述第一预设数目个所述第二天线作为一所述天线组。

可选的，处理器还可以用于：将每第二预设数目个所述天线单元作为一所述天线组。

可选的，处理器还可以用于：确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量；当检测到各个所述天线组中的目的天线组服务的用户区域中的用户数量大于等于预设阈值时，将所述目的天线组与至少一个其他天线组进行合并，形成新的天线组，并将所述目的天线组与其合并的天线组对应的用户区域合并，以便所述新的天线组为合并的用户区域进行服务。

可选的，处理器在确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量时，具体用于：分别依据各个所述天线组的天线单元的信道状态信息、各个所述天线组中各个天线单元向所述用户发送的电磁波信号与自身的水平夹角和垂直夹角，确定各个用户所属的用户区域；依据各个用户所属的用户区域，确定各个所述用户区域中用户的数量。

可选的，对于每一用户，处理器在确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量时，具体用于：依据各个所述天线组的加权系数矩阵、各个所述天线组的各个天线单元与所述用户之间的信道系数矩阵，计算所述用户在各个所述天线组的等效信道模值，并确定出所述等效信道模值的最大值；将所述最大值对应的天线组，确定为所述用户所在的天线组，从而确定出各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量。

可选的，处理器在依据各个所述天线组的加权系数矩阵、各个所述天线组的各个天线单元与所述用户之间的信道系数矩阵，计算所述用户在各个所述天线组的等效信道模值，并确定出所述等效信道模值的最大值时，具体用于：

其中Q为所述三维天线中天线组的总个数，H为共轭转置，W_i为第i个天线组的加权系数矩阵，h_i为第i个天线组中所述用户与第i个天线组中各个天线单元的信道系数矩阵。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种波束赋形方法，其特征在于，应用于基站，所述基站包括三维天线，所述三维天线被划分为一个或多个天线组，每一所述天线组包括一个或多个天线单元，每一所述天线单元包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线的极化方向相互垂直，对于每一所述天线组，所述波束赋形方法包括：

确定所述天线组中的目标天线单元，所述目标天线单元的天线振子的相位与其向目标用户发送的电磁波信号的相位相同；

确定所述天线组中相邻的两个天线单元的垂直距离d_v和水平距离d_H；

确定所述天线组中的天线单元向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和垂直夹角θ；

依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵，所述加权系数使得所述电磁波信号的相位与所述天线组中各个天线单元的天线振子的相位相同。

2.根据权利要求1所述波束赋形方法，其特征在于，所述依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵包括：

为Kronecker乘积；

$w_V=\frac{1}{\sqrt{N_V}}{\[1,\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}|N_{Vi}-N_{Vo}|d_V\cos \mathrm{\θ}\],\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}|N_V-N_{Vo}|d_V\cos \mathrm{\θ}\]\]}^T;$

其中，w为所述天线组的加权系数矩阵。

3.根据权利要求1所述波束赋形方法，其特征在于，将所述三维天线划分为多个天线组包括：

将所述三维天线中每第一预设数目个所述第一天线作为一所述天线组；

将所述三维天线中每所述第一预设数目个所述第二天线作为一所述天线组。

4.根据权利要求1所述波束赋形方法，其特征在于，将所述三维天线划分为多个天线组包括：

将每第二预设数目个所述天线单元作为一所述天线组。

5.根据权利要求3或4任一所述波束赋形方法，其特征在于，还包括：

确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量；

当检测到各个所述天线组中的目的天线组服务的用户区域中的用户数量大于等于预设阈值时，将所述目的天线组与至少一个其他天线组进行合并，形成新的天线组，并将所述目的天线组与其合并的天线组对应的用户区域合并，以便所述新的天线组为合并的用户区域进行服务。

6.根据权利要求5所述波束赋形方法，其特征在于，所述确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量包括：

分别依据各个所述天线组的天线单元的信道状态信息、各个所述天线组中各个天线单元向所述用户发送的电磁波信号与自身的水平夹角和垂直夹角，确定各个用户所属的用户区域；

依据各个用户所属的用户区域，确定各个所述用户区域中用户的数量。

7.根据权利要求5所述波束赋形方法，其特征在于，对于每一用户，所述确定各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量包括：

依据各个所述天线组的加权系数矩阵、各个所述天线组的各个天线单元与所述用户之间的信道系数矩阵，计算所述用户在各个所述天线组的等效信道模值，并确定出所述等效信道模值的最大值；

将所述最大值对应的天线组，确定为所述用户所在的天线组，从而确定出各个所述天线组服务的用户区域中的用户数量。

8.根据权利要求7所述波束赋形方法，其特征在于，所述依据各个所述天线组的加权系数矩阵、各个所述天线组的各个天线单元与所述用户之间的信道系数矩阵，计算所述用户在各个所述天线组的等效信道模值，并确定出所述等效信道模值的最大值包括：

其中Q为所述三维天线中天线组的总个数，H为共轭转置，W_i为第i个天线组的加权系数矩阵，h_i为第i个天线组中所述用户与第i个天线组中各个天线单元的信道系数矩阵。

9.一种波束赋形装置，其特征在于，应用于基站，所述基站包括三维天线，所述三维天线被划分为一个或多个天线组，每一所述天线组包括一个或多个天线单元，每一所述天线单元包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线的极化方向相互垂直，对于每一所述天线组，所述波束赋形装置包括：

第一确定模块，用于确定所述天线组中的目标天线单元，所述目标天线单元的天线振子的相位与向目标用户发送的电磁波信号的相位相同；

第二确定模块，用于确定所述天线组中相邻的两个天线单元的垂直距离d_v和水平距离d_H；

第三确定模块，用于确定所述天线组中的天线单元向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和垂直夹角θ；

获取模块，用于依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵，所述加权系数使得所述电磁波信号的相位与所述天线组中各个天线单元的天线振子的相位相同。

10.一种基站，其特征在于，包括：

三维天线，所述三维天线被划分为一个或多个天线组，每一所述天线组包括一个或多个天线单元，每一所述天线单元包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线的极化方向相互垂直；

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：对于每一所述天线组执行以下操作：

确定所述天线组中的目标天线单元，所述目标天线单元的天线振子的相位与向目标用户发送的电磁波信号的相位相同；

确定所述天线组中相邻的两个天线单元的垂直距离d_v和水平距离d_H；

确定所述天线组中的天线单元向所述目标用户发送电磁波信号时，所述电磁波信号与所述天线单元的水平夹角和垂直夹角θ；

依据所述天线组的天线单元的总列数N_v、所述天线组的天线单元的总行数N_H、所述天线单元在所述三维天线的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目标天线单元在所述三维天线的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距离d_v、所述水平距离d_H、所述水平夹角所述垂直夹角θ，获得所述天线组的加权系数矩阵，所述加权系数使得所述电磁波信号的相位与所述天线组中各个天线单元的天线振子的相位相同。