CN106330281A - 波束赋形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波束赋形方法及装置，属于无线通信领域。该方法包括：确定第一参考信号的信道矩阵；将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵；将波束赋形权值的模型矩阵和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵；根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵；根据波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。本发明解决了发射端的天线增益较小问题，实现了获得更窄波束，能量更集中，提高发射端的天线增益的效果，用于MIMO系统。

Description

波束赋形方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种波束赋形方法及装置。

背景技术

多输入多输出(英文：Multiple-Input Multiple-Output；简称：MIMO)技术通过在发射端和接收端分别使用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个天线传送和接收，从而改善通信质量。图1示出了2*2(即2输入2输出)的MIMO系统的结构示意图，其中，P0和P1为发射端口，Trx0和Trx1为接收端口，矩阵 $\left[\begin{array}{cc}{\tilde{H}}_0^0& {\tilde{H}}_1^0\\ {\tilde{H}}_0^1& {\tilde{H}}_1^1\end{array}\right]$ 为参考信号的信道矩阵(也称信道传输矩阵)，参考信号的信道矩阵用于描述信道的属性。发射端的数据信号与参考信号的信道矩阵相乘，即可得到接收端的数据信号。

波束赋形技术是一种基于多天线的信号预处理技术，当发射端的天线数大于小区特定的参考信号端口数时，波束赋形技术能够将发射端工作在同一频率的多根天线映射到一个发射端口，使多根天线指向同一方向，产生空间定向波束，增强信号强度。

对于MIMO系统，波束赋形技术需要通过虚拟天线映射(英文：VirtualAntenna Mapping；简称：VAM)技术将发射端多根天线映射到一个发射端口，如图2所示。图2示出了一种波束赋形技术的应用场景图，图2中假设发射端的天线数为8，小区特定的参考信号端口数为2，该2个发射端口分别为P0和P1，则需要应用波束赋形技术将发射端的8根天线分为两组，每4根天线映射为1个发射端口，然后通过接收端口Trx0和Trx1接收经过波束赋形技术处理后的发射端口P0和P1发送的数据信号。矩阵 $\left[\begin{array}{cc}{\tilde{H}}_0^0& {\tilde{H}}_1^0\\ {\tilde{H}}_0^1& {\tilde{H}}_1^1\end{array}\right]$ 为参考信号的信道矩阵，且该参考信号的信道矩阵为波束赋形权值系数矩阵W_VAM和探测参考信号(英文：Sounding Reference Signal；简称：SRS)系数矩阵H_SRS的乘积。发射端的数据信号与参考信号的信道矩阵相乘，即可得到接收端的数据信号。其中，发射端通常为基站，接收端通常为终端。

由于引入波束赋形权值系数矩阵W_VAM，使得发射端发射的波束为广播波束，该广播波束的波束较宽，能量比较分散，导致发射端的天线增益较小。

发明内容

为了解决发射端的天线增益较小的问题，本发明提供了一种波束赋形方法及装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种波束赋形方法，用于基站，所述方法包括：

确定第一参考信号的信道矩阵，所述第一参考信号的信道矩阵为第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积；

将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵，所述定向波束加权系数矩阵为终端的各个物理通道对于所述基站发射的各个参考信号的定向波束加权系数的集合；

将所述波束赋形权值的模型矩阵和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵；

根据所述第一参考信号的信道矩阵、所述数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足所述约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，所述约束关系用于指示所述第一参考信号的信道矩阵与所述数据信号的信道矩阵同一维度的向量的幅度和相位相等；

根据所述波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。

结合第一方面，在第一种可实现方式中，所述将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵，包括：

将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵ω的乘积作为所述波束赋形权值的模型矩阵W_r；

所述

所述定向波束加权系数矩阵

其中，所述k为所述基站发射的参考信号总数，所述n为所述终端的物理通道数，所述n大于或等于1，所述为所述终端第n个物理通道数对于所述基站发射的第k个参考信号的定向波束加权系数。

结合第一方面的第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，所述将所述波束赋形权值的模型矩阵和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵，包括：

将所述波束赋形权值的模型矩阵W_r和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵P；

所述

结合第一方面的第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，所述第一参考信号的信道矩阵

所述根据所述第一参考信号的信道矩阵、所述数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足所述约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，包括：

将所述第一参考信号的信道矩阵P_V和所述数据信号的信道矩阵P同一维度的向量的比值满足所述约束关系时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵；

所述约束关系包括： $\frac{P_{11}}{{\mathrm{Pv}}_{11}}=\mathrm{...}=\frac{P_{xy}}{{\mathrm{Pv}}_{xy}}=\mathrm{...}=\frac{P_{kn}}{{\mathrm{Pv}}_{kn}},$ 且的角度等于0；

其中，1≤x≤k，1≤y≤n。

结合第一方面的第二种可实现方式，在第四种可实现方式中，所述根据所述第一参考信号的信道矩阵、所述数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足所述约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，包括：

将所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵。

结合第一方面的第四种可实现方式，在第五种可实现方式中，所述将所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′，包括：

确定所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解；

将所述定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

结合第一方面的第三或第四种可实现方式，在第六种可实现方式中，所述将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵，包括：

将所述预设定向波束权值向量矩阵和所述目标定向波束加权系数矩阵ω′进行加权处理，得到加权处理后的波束赋形权值矩阵；

将所述加权处理后的波束赋形权值矩阵进行功率归一化处理，得到所述波束赋形权值矩阵。

第二方面，提供了一种波束赋形装置，用于基站，所述装置包括：

第一确定单元，用于确定第一参考信号的信道矩阵，所述第一参考信号的信道矩阵为第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积；

第一处理单元，用于将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵，所述定向波束加权系数矩阵为终端的各个物理通道对于所述基站发射的各个参考信号的定向波束加权系数的集合；

第二处理单元，用于将所述波束赋形权值的模型矩阵和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵；

第二确定单元，用于根据所述第一参考信号的信道矩阵、所述数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足所述约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，所述约束关系用于指示所述第一参考信号的信道矩阵与所述数据信号的信道矩阵同一维度的向量的幅度和相位相等；

赋形处理单元，用于根据所述波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。

结合第二方面，在第一种可实现方式中，所述第一处理单元，包括：

第一处理模块，用于将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵ω的乘积作为所述波束赋形权值的模型矩阵W_r；

所述

所述定向波束加权系数矩阵

其中，所述k为所述基站发射的参考信号总数，所述n为所述终端的物理通道数，所述n大于或等于1，所述为所述终端第n个物理通道数对于所述基站发射的第k个参考信号的定向波束加权系数。

结合第二方面的第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，所述第二处理单元，包括：

第二处理模块，用于将所述波束赋形权值的模型矩阵W_r和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵P；

所述

结合第二方面的第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，所述第一参考信号的信道矩阵

所述第二确定单元，包括：

第三处理模块，用于将所述第一参考信号的信道矩阵P_V和所述数据信号的信道矩阵P同一维度的向量的比值满足所述约束关系时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

第四处理模块，用于将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵；

所述约束关系包括： $\frac{P_{11}}{{\mathrm{Pv}}_{11}}=...=\frac{P_{xy}}{{\mathrm{Pv}}_{xy}}=...=\frac{P_{kn}}{{\mathrm{Pv}}_{kn}},$ 且的角度等于0；

其中，1≤x≤k，1≤y≤n。

结合第二方面的第二种可实现方式，在第四种可实现方式中，所述第二确定单元，包括：

第五处理模块，用于将所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

第四处理模块，用于将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵。

结合第二方面的第四种可实现方式，在第五种可实现方式中，所述第五处理模块，包括：

第一确定子模块，用于确定所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解；

第一处理子模块，用于将所述定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

结合第二方面的第三或第四种可实现方式，在第六种可实现方式中，所述第四处理模块，用于：

将所述预设定向波束权值向量矩阵和所述目标定向波束加权系数矩阵ω′进行加权处理，得到加权处理后的波束赋形权值矩阵；

将所述加权处理后的波束赋形权值矩阵进行功率归一化处理，得到所述波束赋形权值矩阵。

本发明提供了一种波束赋形方法及装置，能够根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，确定波束赋形权值矩阵，根据确定的波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是MIMO系统的结构示意图；

图2是MIMO系统中多天线映射的结构示意图；

图3是本发明实施例的网络架构示意图；

图4是本发明实施例的波束赋形方法的示意性流程图；

图5是本发明另一实施例的波束赋形方法的示意性流程图；

图6是本发明实施例的确定基站的探测参考信号系数矩阵方法的示意性流程图；

图7是本发明实施例的一种确定波束赋形权值矩阵方法的示意性流程图；

图8是本发明实施例的另一种确定波束赋形权值矩阵方法的示意性流程图；

图9是本发明实施例的确定目标定向波束加权系数矩阵方法的示意性流程图；

图10是本发明实施例的8天线映射为2个发射端口的示意图；

图11是本发明实施例的波束赋形方法的QPSK解调星座图；

图12是本发明实施例的波束赋形装置的示意性框图；

图13是本发明实施例的第一处理单元的示意性框图；

图14是本发明实施例的第二处理单元的示意性框图；

图15是本发明实施例的一种第二确定单元的示意性框图；

图16是本发明实施例的另一种第二确定单元的示意性框图；

图17是本发明实施例的第五处理模块的示意性框图；

图18是本发明另一实施例的波束赋形装置的示意性框图。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

应理解，本发明实施例的技术方案可以应用于各种通信系统，例如：宽带码分多址(英文：Wideband Code Division Multiple Access，简称：WCDMA)系统、码分多址(英文：Code Division Multiple Access 2000；简称：CDMA2000)系统、时分同步码分多址(英文：Time Division-Synchronous Code DivisionMultiple Access；简称：TD-SCDMA)系统、长期演进(英文：Long Term Evolution：简称：LTE)系统、LTE频分双工(英文：Frequency Division Duplex：简称：FDD)系统、LTE时分双工(英文：Time Division Duplex；简称：TDD)系统、通用移动通信系统(英文：Universal Mobile Telecommunication System；简称：UMTS)、全球互联微波接入(英文：Worldwide Interoperability for Microwave Access；简称：WiMAX)系统等，该技术方案可以适用于各种3G，4G及5G通信系统，本发明对此并不限制。

图3示出了本发明实施例基于的网络架构示意图。应理解，本发明实施例还可以基于其他的网络架构，本发明实施例对此不作限定。

如图3所示，在由无线网络控制器(英文：Radio Network Controller；简称：RNC)001、基带处理单元(英文：Building Base band Unite；简称：BBU)002、射频拉远模块(英文：Radio Remote Unit；简称：RRU)003、天线004和终端005(即接收端)组成的波束赋形系统架构中，RNC001作为无线网络的核心设备，负责移动性管理、呼叫处理、链路管理和移交机制，RNC001通过逻辑接口与BBU002连接。逻辑接口完成RNC001和分布式基站0021之间的数据信号传输；BBU002和RRU003组成分布式基站0021，BBU002和RRU003之间通过光纤0022连接，BBU002可以根据参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定波束赋形权值矩阵，再根据波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，然后将处理后的数据信号与参考信号进行组帧处理，形成基带数据；RRU003可以将BBU002形成的基带数据进行变频滤波处理；天线004可以为智能天线，天线004可以将处理后的基带数据发送至终端005。天线004通过电缆0041与RRU003连接。

图4示出了本发明实施例的用于波束赋形的方法的示意性流程图，该方法可以由任何合适的装置执行，例如，由基站执行，但本发明实施例不限于此。如图4所示，该方法包括：

步骤401、确定第一参考信号的信道矩阵，该第一参考信号的信道矩阵为第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积。

步骤402、将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵，该定向波束加权系数矩阵为终端的各个物理通道对于基站发射的各个参考信号的定向波束加权系数的集合。

步骤403、将波束赋形权值的模型矩阵和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵。

步骤404、根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，该约束关系用于指示第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵同一维度的向量的幅度和相位相等。

步骤405、根据波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。

由于相关技术中的波束赋形方法引入了波束赋形权值系数矩阵W_VAM，使得发射端发射的波束为广播波束，该广播波束的波束较宽，能量比较分散，导致发射端的天线增益较小。其中，天线增益用于衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力。

本发明实施例中，为了能够获得更窄的波束，使能量更加集中，提高发射端的天线增益，最终改善通信质量，本发明实施例先建立一个波束赋形权值的模型，该波束赋形权值的模型包含有与探测参考信号系数相干性较大的权值向量即预设定向波束权值向量和与该预设定向波束权值向量相关的定向波束加权系数，其中，预设定向波束权值向量可以通过相关技术获取得到，是已知的，而定向波束加权系数是未知的；本发明实施例再以预设的第一参考信号的信道与数据信号的信道的约束关系为依据，通过多次调整定向波束加权系数使波束赋形权值的模型满足该约束关系，得到仿真效果图，达到实验要求，最终发现，在该约束关系用于指示第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵同一维度的向量的幅度和相位相等时，天线增益较好，发射端形成的波束较窄。因此，本发明实施例通过确定定向波束加权系数，获取一个新的波束赋形权值，修改后的波束赋形权值能够使发射端获得更窄的波束，由于波束较窄，能量更集中，天线增益更大。

综上所述，本发明实施例提供的波束赋形方法，能够根据参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，确定波束赋形权值矩阵，根据确定的波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

可选的，步骤402包括：

将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵ω的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵W_r：

该定向波束加权系数矩阵

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1，为终端第n个物理通道数对于基站发射的第k个参考信号的定向波束加权系数。

步骤403包括：将波束赋形权值的模型矩阵W_r和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵P：

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为接收端的物理通道数，n大于或等于1。

第一参考信号的信道矩阵

一方面，步骤404包括：

将第一参考信号的信道矩阵P_V和数据信号的信道矩阵P同一维度的向量的比值满足约束关系时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；将预设定向波束权值向量矩阵与目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为波束赋形权值矩阵。

该约束关系包括： $\frac{P_{11}}{{\mathrm{Pv}}_{11}}=...=\frac{P_{xy}}{{\mathrm{Pv}}_{xy}}=...=\frac{P_{kn}}{{\mathrm{Pv}}_{kn}},$ 且的角度等于0；其中，k为基站发射的参考信号总数，n为接收端的物理通道数，n大于或等于1。1≤x≤k，1≤y≤n。

另一方面，步骤404包括：将第一参考信号的信道矩阵P_V等于数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；将预设定向波束权值向量矩阵与目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为波束赋形权值矩阵。

可选的，将第一参考信号的信道矩阵P_V等于数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′，包括：

确定第一参考信号的信道矩阵P_V等于数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解；将定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

可选的，将预设定向波束权值向量矩阵与目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为波束赋形权值矩阵，包括：

将预设定向波束权值向量矩阵和目标定向波束加权系数矩阵ω′进行加权处理，得到加权处理后的波束赋形权值矩阵；

将加权处理后的波束赋形权值矩阵进行功率归一化处理，得到波束赋形权值矩阵。

综上所述，本发明实施例提供的波束赋形方法，能够根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，确定波束赋形权值矩阵，根据确定的波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

图5示出了本发明另一实施例的用于波束赋形的方法的示意性流程图，该方法可以由基站执行，该基站可以如图1所示，包括BBU和RRU。如图5所示，该方法包括：

步骤501、BBU确定第一波束赋形权值系数矩阵。

确定第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM：

其中，k为基站发射的参考信号总数，为第S路参考信号的VAM权值向量，且1≤S≤k。[*]^T表示求括号内矩阵的转置矩阵，如 $A=\left[\begin{array}{cc}1& 2\\ 4& 9\end{array}\right],$ 则A的转置矩阵 ${\left[\begin{array}{cc}1& 2\\ 4& 9\end{array}\right]}^T=\left[\begin{array}{cc}1& 4\\ 2& 9\end{array}\right].$ 需要说明的是，也可以表示第S个端口的VAM权值向量，VAM权值向量为1×m的列向量。

需要说明的是，上述参考信号指的是用于解调(解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程)的参考信号。第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM满足功率归一化条件。

步骤502、BBU确定基站的探测参考信号系数矩阵。

探测参考信号用于确定信道质量，从而在上行链路中进行频率选择性调度。同时，探测参考信号用于对当前还未调度到的终端的功能进行各种初始化，如功率控制初始化、定时估计初始化等。在通信业务中，频谱资源和功率资源都是有限的，但是终端数量和业务数量是不同的，通信系统不能只考虑一部分终端，它要对资源进行合理的分配，以使通信系统中的终端得以正常良好的通信，这种分配的过程，即为调度。

如图6所示，步骤502可以包括：

步骤5021、获取基站的物理通道与终端的物理通道之间的反向探测参考信号信道的至少一个信道估计系数。

反向探测参考信号信道指的是终端到基站方向的探测参考信号信道，包括接入信道和业务信道等。其中，接入信道用于终端发起同基站的通信，以及终端响应基站发来的寻呼信道消息。业务信道用于在呼叫建立期间传输终端信息和信令信息。

步骤5022、根据至少一个信道估计系数，确定探测参考信号系数矩阵H_SRS。

该H_SRS为：

其中，n为终端的物理通道数，n大于或等于1，m为基站的物理通道数，m大于或等于1，h_mn为基站的第m条物理通道与终端的第n条物理通道的反向探测参考信号信道估计系数。

步骤503、BBU确定第一参考信号的信道矩阵。

参考信号也称“导频”信号，是用于信道估计或信道探测的一种已知信号。第一参考信号的信道矩阵是一个关于信道估计或信道探测的矩阵。

第一参考信号的信道矩阵为第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积。

根据公式(1)确定的第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM和公式(2)确定的探测参考信号系数矩阵H_SRS确定第一参考信号的信道矩阵P_V：

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1。W_VAM为k×m(即k行m列)的矩阵，H_SRS为m×n(即m行n列)的矩阵。P_V为k×n的矩阵。

步骤504、BBU将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵。

该定向波束加权系数矩阵为终端的各个物理通道对于基站发射的各个参考信号的定向波束加权系数的集合。预设定向波束权值向量矩阵是一个和探测参考信号系数相干性较大权值向量的矩阵。

步骤504具体可以包括：将预设定向波束权值向量矩阵和定向波束加权系数矩阵ω的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵W_r，该波束赋形权值的模型矩阵W_r为：

其中，定向波束加权系数矩阵预设定向波束权值向量矩阵为预设定向波束权值向量的集合，1≤i≤n，1≤p≤k，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1。为终端第n个物理通道对于基站发射的第k个参考信号的定向波束加权系数。

需要说明的是，预设定向波束权值向量的获取方式有多种，具体可以参考相关技术，在此不再赘述。

步骤505、BBU将波束赋形权值的模型矩阵和探测参考信号系数矩阵的乘积作为数据信号的信道矩阵。

数据信号的信道是数据信号传输过程中通过的物理媒介。

步骤505具体可以包括：将公式(4)的波束赋形权值的模型矩阵W_r和公式(2)探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵P：

其中，n为终端的物理通道数，n大于或等于1，k为基站发射的参考信号总数。

步骤506、BBU根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵。

该约束关系用于指示第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵同一维度的向量的幅度和相位相等。

一方面，如图7所示，步骤506具体可以包括：

步骤5061a、将第一参考信号的信道矩阵P_V和数据信号的信道矩阵P同一维度的向量的比值满足约束关系时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

该约束关系可以包括： $\frac{P_{11}}{{\mathrm{Pv}}_{11}}=...=\frac{P_{xy}}{{\mathrm{Pv}}_{xy}}=...=\frac{P_{kn}}{{\mathrm{Pv}}_{kn}},$ 且的角度等于0。其中，1≤x≤k，1≤y≤n，的角度等于0，用函数表示为angle＝0。angle(*)表示求括号内矢量的角度。n为终端的物理通道数，n大于或等于1，k为基站发射的参考信号总数。

由于公式(5)中的数据信号的信道矩阵P包含波束赋形权值的模型矩阵W_r，波束赋形权值的模型矩阵W_r的表达式如公式(4)所示，波束赋形权值的模型矩阵W_r中包含定向波束加权系数矩阵ω这一未知矩阵，而第一参考信号的信道矩阵P_V已知，因此，可以根据上述第一参考信号的信道矩阵P_V和数据信号的信道矩阵P之间的约束关系得到未知矩阵ω，将得到的ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

步骤5061b、将预设定向波束权值向量矩阵与目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为波束赋形权值矩阵。

将步骤5061a得到的目标定向波束加权系数矩阵ω′代入公式(4)中，即可得到波束赋形权值的模型矩阵W_r。

本发明实施例提供的预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，包括第一参考信号的信道与数据信号的信道的所有维度的对应向量的相位一致，及参考信号的信道与数据信号的信道的所有维度的对应向量的幅度比一致。严格的信道约束关系，提高了波束赋形权值的精确度。

另一方面，如图8所示，步骤506具体可以包括：

步骤5062a、将第一参考信号的信道矩阵P_V等于数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

根据公式(3)和公式(5)，令P＝P_V：

即： $W_{VAM}*H_{SRS}=W_r*H_{SRS}---\left(6\right)$

再将公式(4)代入公式(6)中，得到：

其中，n为终端的物理通道数，n大于或等于1，k为基站发射的参考信号总数。

将波束赋形权值系数矩阵W_VAM、探测参考信号系数矩阵H_SRS、预设定向波束权值向量矩阵代入公式(7)中，即可得到目标定向波束加权系数矩阵ω′，其中，目标定向波束加权系数矩阵ω′的形式如定向波束加权系数矩阵ω所示。

步骤5062b、将预设定向波束权值向量矩阵与目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为波束赋形权值矩阵。

将步骤5062a得到的目标定向波束加权系数矩阵ω′代入公式(4)中，即可得到波束赋形权值的模型矩阵W_r。

进一步的，如图9所示，步骤5062a可以包括：

步骤50621、确定第一参考信号的信道矩阵P_V等于数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解。

求解定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解的过程可以为：

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1。(*)^-1表示求括号内矩阵的逆矩阵，关于逆矩阵的求解过程可以参考相关技术，在此不再赘述。

步骤50622、将定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

将公式(8)确定的定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解作为目标定向波束加权系数矩阵ω′，将目标定向波束加权系数矩阵ω′代入公式(4)即可得到波束赋形权值矩阵。

可选的，求解波束赋形权值矩阵的过程为：

令则公式(4)确定的波束赋形权值矩阵 $W_{r1}=W_{VAM}*H_{SRS}*{(H_{SRS}^H*H_{SRS})}^{-1}*H_{SRS}^H.$

其中，conj(*)表示求括号内的复数的共轭复数。示例的，z＝3+4i，conj(z)＝3-4i。(*)^H表示求括号内的矩阵的转置共轭矩阵。

需要补充说明的是，为了方便系统性能的比较，可以将目标定向波束加权系数矩阵ω′和预设定向波束权值向量矩阵加权后进行功率归一化处理。具体过程可以为：将预设定向波束权值向量矩阵和目标定向波束加权系数矩阵ω′进行加权处理，得到加权处理后的波束赋形权值矩阵W_r2；将加权处理后的波束赋形权值矩阵W_r2进行功率归一化处理，得到波束赋形权值矩阵W_r1。示例的，对W_r2进行功率归一化处理时添加的功率归一化因子可以对W_r2的模，按照通道最大功率或者小区最大功率来确定。其中，通道最大功率指的是布网时预设的基站小区的每个RRU通道的最大工作功率；小区最大功率指的是布网时预设的基站小区的最大工作功率。如8天线MIMO系统，小区最大功率为1瓦特(W)，通道最大功率为0.125W，预算波束赋形权值矩阵W_r2的模分别为P0～P7，则功率归一化因子可以等于0.125/max(P0～P7)或者等于1/sum(P0～P7)。其中，max(P0～P7)表示P0～P7中的最大值，sum(P0～P7)表示P0～P7八个值的总和。示例的，P0～P7分别为2.3，3.5，5，6，4，7.6，9，12，则max(P0～P7)＝P7＝12；sum(P0～P7)＝2.3+3.5+5+6+4+7.6+9+12＝49.4。

步骤507、BBU根据波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。

利用步骤506确定的波束赋形权值矩阵，进行相应数据信号的波束赋形处理，完成多天线加权的过程。具体的，将确定的波束赋形权值矩阵与探测参考信号系数矩阵相乘，得到参考信号的信道矩阵，再将基站的数据信号与该参考信号的信道矩阵相乘，即可得到终端的数据信号。具体过程可以参考相关技术。

步骤508、BBU将第一参考信号和进行波束赋形处理后的数据信号进行组帧处理，形成基带数据。

当数据链路层将网络层的分组(即第一参考信号和进行波束赋形处理后的数据信号)连续送至物理层进行传输时，需要通过组帧技术决定什么时刻是一帧开始，什么时刻是一帧结束，及哪一段是差错校验的比特等。组帧主要包括面向字符的组帧，面向比特的组帧，采用长度计数的组帧，具体过程可以参考相关技术，在此不再赘述。

步骤509、RRU对基带数据进行变频滤波处理，得到处理后的基带数据。

步骤510、RRU将处理后的基带数据通过天线发送至终端。

通过RRU将处理后的基带数据通过天线辐射至空口(即基站和终端之间的接口)，从而将基带信号发送至终端。

图10示出了基于该波束赋形方法的8天线映射为2个发射端口的MIMO系统的结构示意图，通过该波束赋形方法能够将发射端的每根天线两次映射为同一个发射端口(NP0或NP1)，然后通过接收端口Trx0和Trx1接收经过波束赋形方法处理后的发射端口NP0和NP1发送的数据信号。矩阵 $\left[\begin{array}{cc}{\tilde{H}}_0^0& {\tilde{H}}_1^0\\ {\tilde{H}}_0^1& {\tilde{H}}_1^1\end{array}\right]$ 为参考信号的信道矩阵，且该参考信号的信道矩阵为波束赋形权值矩阵W_r1和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积。相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

在无线通信领域中，为了保证通信效果，克服远距离信号传输中的问题，需要通过调制技术将信号频谱搬移到高频信道中进行传输。将要发送的信号加载到高频信号的过程叫作调制。而本发明实施例提供的波束赋形方法可以应用于多种调制方法，如正交相移键控(英文：Quadrature Phase Shift Keyin；简称：QPSK)，QPSK是一种依赖于相位的调制方法，基于本发明实施例提供的波束赋形方法的QPSK调制，可以提高数据信号经过信道后的幅度，提高数据信号的信噪比。通过对外场信道进行信道采集，数据信号的信噪比为可以达到3dB(分贝)，在信道条件好的场景下可以达到5dB。

综上所述，本发明实施例提供的波束赋形方法，能够根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，确定波束赋形权值矩阵，根据确定的波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

本发明实施例提供了一种基于QPSK调制MIMO传输模式的波束赋形方法的具体实施方式，针对分时长期演进(英文：Time Division Long Term Evolution；简称：TD-LTE)基站，设基站的天线个数为8，小区特定的参考信号(英文：Cell Reference Signal；简称：CRS)端口数为2，终端的天线数为2。即基站的物理通道数m＝8，基站发射的参考信号总数k＝2，终端的物理通道数n＝2。

则根据步骤501，BBU确定波束赋形权值系数矩阵W_VAM：

$W_{VAM}={\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_{00}& 0\\ {\mathrm{\α}}_{10}& 0\\ {\mathrm{\α}}_{20}& 0\\ {\mathrm{\α}}_{30}& 0\\ 0& {\mathrm{\α}}_{00}\\ 0& {\mathrm{\α}}_{10}\\ 0& {\mathrm{\α}}_{20}\\ 0& {\mathrm{\α}}_{30}\end{array}\right]}^H;$

根据步骤502，BBU确定探测参考信号系数矩阵H_SRS：

$H_{SRS}=\left[\begin{array}{cc}{H}_{00}& H_{01}\\ H_{10}& H_{11}\\ H_{20}& H_{21}\\ H_{30}& H_{31}\\ H_{40}& H_{41}\\ H_{50}& H_{51}\\ H_{60}& H_{61}\\ H_{70}& H_{71}\end{array}\right];$

根据步骤503，BBU确定小区特定的参考信号CRS的信道矩阵P_V。

该P_V为：

$P_V=W_{VAM}*H_{SRS}=\left[\begin{array}{cc}A& B\\ C& D\end{array}\right];$

其中，P_V为2×2的矩阵，A，B，C和D分别表示2×8的矩阵W_VAM和8×2的矩阵H_SRS对应元素相乘得到的结果。

令

则存在：

最后，可选的，将得到的加权处理后的波束赋形权值矩阵W_r2进行功率归一化处理，得到波束赋形权值矩阵W_r1。

图11示出了使用该波束赋形方法的QPSK解调星座图，其中，空心圆(ori)表示未使用该波束赋形方法的QPSK解调效果，星号(ne)表示使用该波束赋形方法的QPSK解调效果。由图11可知，通过在BBU上进行本发明实施例提供的波束赋形方法，数据信号在接收端进行解调，解调后的数据信号的功率被提高，解调的信噪比被提高，提升了MIMO的覆盖效果。在MIMO系统中，处于无线覆盖区域内的终端可以正常接收数据信号。MIMO的覆盖效果好，说明无线覆盖区域更大，可以正常接收数据信号的终端更多。图11表示的是解调信号对应的每一个复数的实部和虚部的几何关系，横坐标表示实部，纵坐标表示虚部。

本发明实施例提供了另一种基于QPSK调制MIMO传输模式的波束赋形方法的具体实施方式，同样针对TD-LTE基站，设基站的天线个数为8，小区特定的参考信号CRS端口数为2，终端的天线数为2。即基站的物理通道数m＝8，基站发射的参考信号总数k＝2，终端的物理通道数n＝2。

则根据步骤501，BBU确定波束赋形权值系数矩阵W_VAM：

$W_{VAM}={\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_{00}& 0\\ {\mathrm{\α}}_{10}& 0\\ {\mathrm{\α}}_{20}& 0\\ {\mathrm{\α}}_{30}& 0\\ 0& {\mathrm{\α}}_{00}\\ 0& {\mathrm{\α}}_{10}\\ 0& {\mathrm{\α}}_{20}\\ 0& {\mathrm{\α}}_{30}\end{array}\right]}^H;$

根据步骤502，BBU确定探测参考信号系数矩阵H_SRS：

$H_{SRS}=\left[\begin{array}{cc}{H}_{00}& H_{01}\\ H_{10}& H_{11}\\ H_{20}& H_{21}\\ H_{30}& H_{31}\\ H_{40}& H_{41}\\ H_{50}& H_{51}\\ H_{60}& H_{61}\\ H_{70}& H_{71}\end{array}\right];$

根据步骤503，BBU确定小区特定的参考信号CRS的信道矩阵P_V：

$P_V=W_{VAM}*H_{SRS}=\left[\begin{array}{cc}A& B\\ C& D\end{array}\right];$

其中，P_V为2×2的矩阵，A，B，C和D分别表示2×8的矩阵W_VAM和8×2的矩阵H_SRS对应元素相乘得到的结果。

令

令

则存在：

最后，可选的，将得到的加权处理后的波束赋形权值矩阵W_r2进行功率归一化处理，得到波束赋形权值矩阵W_r1。

使用该波束赋形方法的QPSK解调星座图如图11所示。由图11可知，通过在BBU上进行本发明实施例提供的波束赋形方法，数据信号在接收端进行解调，解调后的数据信号的功率被提高，解调的信噪比被提高，提升了MIMO的覆盖效果。需要说明的是，该具体实施方式与上一具体实施方式的不同之处在于预设定向波束权值向量的获取方式不同，可以根据实际应用的需求对进行获取。

综上所述，本发明实施例提供的波束赋形方法，能够根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，确定波束赋形权值矩阵，根据确定的波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

上文中结合图4至图9，详细描述了根据本发明实施例的波束赋形方法，下面将结合图12至图18，描述根据本发明实施例的波束赋形装置。

图12示出了根据本发明实施例的波束赋形装置1100的示意性框图，该波束赋形装置1100可以为基站，但本发明实施例不限定于此，如图12所示，该波束赋形装置1100包括：

第一确定单元1101，用于确定第一参考信号的信道矩阵，该第一参考信号的信道矩阵为第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积。

第一处理单元1102，用于将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵，该定向波束加权系数矩阵为终端的各个物理通道对于基站发射的各个参考信号的定向波束加权系数的集合。

第二处理单元1103，用于将波束赋形权值的模型矩阵和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵。

第二确定单元1104，用于根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，该约束关系用于指示第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵同一维度的向量的幅度和相位相等。

赋形处理单元1105，用于根据波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。

综上所述，本发明实施例提供的波束赋形装置，能够根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，确定波束赋形权值矩阵，根据确定的波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

可选的，如图13所示，第一处理单元1102，包括：

第一处理模块11021，用于将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵ω的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵W_r：

定向波束加权系数矩阵

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1，为终端第n个物理通道数对于基站发射的第k个参考信号的定向波束加权系数。

可选的，如图14所示，第二处理单元1103，包括：

第二处理模块11031，用于将波束赋形权值的模型矩阵W_r和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵P：

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1。

可选的，第一参考信号的信道矩阵：

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1。

如图15所示，第二确定单元1104，包括：

第三处理模块11041，用于将第一参考信号的信道矩阵P_V和数据信号的信道矩阵P同一维度的向量的比值满足约束关系时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

第四处理模块11042，用于将预设定向波束权值向量矩阵与目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为波束赋形权值矩阵。

该约束关系包括： $\frac{P_{11}}{{\mathrm{Pv}}_{11}}=...=\frac{P_{xy}}{{\mathrm{Pv}}_{xy}}=...=\frac{P_{kn}}{{\mathrm{Pv}}_{kn}},$ 且的角度等于0。

其中，1≤x≤k，1≤y≤n。n为终端的物理通道数，n大于或等于1，k为基站发射的参考信号总数。

具体的，第四处理模块11042，用于：

将预设定向波束权值向量矩阵和目标定向波束加权系数矩阵ω′进行加权处理，得到加权处理后的波束赋形权值矩阵；

将加权处理后的波束赋形权值矩阵进行功率归一化处理，得到波束赋形权值矩阵。

如图16所示，第二确定单元1104，也包括：

第五处理模块11043，用于将第一参考信号的信道矩阵P_V等于数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

第四处理模块11044，用于将预设定向波束权值向量矩阵与目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为波束赋形权值矩阵。

具体的，第四处理模块11044，用于：

将预设定向波束权值向量矩阵和目标定向波束加权系数矩阵ω′进行加权处理，得到加权处理后的波束赋形权值矩阵；

将加权处理后的波束赋形权值矩阵进行功率归一化处理，得到波束赋形权值矩阵。

进一步的，如图17所示，第五处理模块11043，包括：

第一确定子模块11043a，用于确定第一参考信号的信道矩阵P_V等于数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解。

第一处理子模块11043b，用于将定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

根据本发明实施例的波束赋形装置可对应于根据本发明实施例的波束赋形方法中的基站，具体的，可以对应于基站的BBU，并且波束赋形装置1100中的各个单元的上述和其他操作和/或功能可以参考前述方法实施例中的对应过程，为了简洁，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的波束赋形装置，能够根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，确定波束赋形权值矩阵，根据确定的波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

图18示出了根据本发明另一实施例的波束赋形装置210，该波束赋形装置210可以为基站，但本发明实施例不限于此。如图18所示，该波束赋形装置210包括：

处理器2101，用于确定第一参考信号的信道矩阵，该第一参考信号的信道矩阵为第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积。

处理器2101，还用于：

将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵，该定向波束加权系数矩阵为终端的各个物理通道对于基站发射的各个参考信号的定向波束加权系数的集合；

将波束赋形权值的模型矩阵和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵；

根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵。该约束关系用于指示第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵同一维度的向量的幅度和相位相等；

根据波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。

综上所述，本发明实施例提供的波束赋形装置，能够根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，确定波束赋形权值矩阵，根据确定的波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

应理解，在本发明实施例中，该处理器2101可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit；简称：CPU)，该处理器2101还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processing；简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit；简称：ASIC)、现成可编程门阵列(英文：Field-Programmable Gate Array；简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

在实现过程中，上述各步骤可以通过处理器2101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器2101读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

进一步的，处理器2101具体用于：

将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵ω的乘积作为所述波束赋形权值的模型矩阵W_r：

定向波束加权系数矩阵

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1，为终端第n个物理通道数对于基站发射的第k个参考信号的定向波束加权系数。

处理器2101具体用于：

将波束赋形权值的模型矩阵W_r和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵P：

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1。

可选的，第一参考信号的信道矩阵

其中，k为基站发射的参考信号总数，n为终端的物理通道数，n大于或等于1。

可选的，处理器2101具体用于：

将第一参考信号的信道矩阵P_V和数据信号的信道矩阵P同一维度的向量的比值满足约束关系时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

将预设定向波束权值向量矩阵与目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为波束赋形权值矩阵；

该约束关系包括： $\frac{P_{11}}{{\mathrm{Pv}}_{11}}=...=\frac{P_{xy}}{{\mathrm{Pv}}_{xy}}=...=\frac{P_{kn}}{{\mathrm{Pv}}_{kn}},$ 且的角度等于0；

其中，1≤x≤k，1≤y≤n。n为终端的物理通道数，n大于或等于1，k为基站发射的参考信号总数。

可选的，处理器2101具体用于：

将第一参考信号的信道矩阵P_V等于数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

将预设定向波束权值向量矩阵与目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为波束赋形权值矩阵。

相应的，处理器2101具体用于：

确定第一参考信号的信道矩阵P_V等于数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解；

将定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

进一步的，处理器2101用于：

将预设定向波束权值向量矩阵和目标定向波束加权系数矩阵ω′进行加权处理，得到加权处理后的波束赋形权值矩阵；

将加权处理后的波束赋形权值矩阵进行功率归一化处理，得到波束赋形权值矩阵。

综上所述，本发明实施例提供的波束赋形装置，能够根据第一参考信号的信道矩阵、数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，确定波束赋形权值矩阵，根据确定的波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理，相较于相关技术中的波束赋形技术，能够获得更窄的波束，能量更集中，提高了发射端的天线增益。

应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例中描述的各方法步骤和单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各实施例的步骤及组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域普通技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，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。另外，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，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

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发明实施例方案的目的。

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，也可以是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(英文：Read-Only Memory；简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory：简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种波束赋形方法，其特征在于，用于基站，所述方法包括：

确定第一参考信号的信道矩阵，所述第一参考信号的信道矩阵为第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积；

将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵，所述定向波束加权系数矩阵为终端的各个物理通道对于所述基站发射的各个参考信号的定向波束加权系数的集合；

将所述波束赋形权值的模型矩阵和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵；

根据所述第一参考信号的信道矩阵、所述数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足所述约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，所述约束关系用于指示所述第一参考信号的信道矩阵与所述数据信号的信道矩阵同一维度的向量的幅度和相位相等；

根据所述波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵，包括：

将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵ω的乘积作为所述波束赋形权值的模型矩阵W_r；

所述

所述定向波束加权系数矩阵

其中，所述k为所述基站发射的参考信号总数，所述n为所述终端的物理通道数，所述n大于或等于1，所述为所述终端第n个物理通道数对于所述基站发射的第k个参考信号的定向波束加权系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述波束赋形权值的模型矩阵和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵，包括：

将所述波束赋形权值的模型矩阵W_r和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵P；

所述

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一参考信号的信道矩阵

所述根据所述第一参考信号的信道矩阵、所述数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足所述约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，包括：

将所述第一参考信号的信道矩阵P_V和所述数据信号的信道矩阵P同一维度的向量的比值满足所述约束关系时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵；

所述约束关系包括： $\frac{P_{11}}{{\mathrm{Pv}}_{11}}=...=\frac{P_{xy}}{{\mathrm{Pv}}_{xy}}=...=\frac{P_{kn}}{{\mathrm{Pv}}_{kn}},$ 且的角度等于0；

其中，1≤x≤k，1≤y≤n。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一参考信号的信道矩阵、所述数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足所述约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，包括：

将所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′，包括：

确定所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解；

将所述定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵，包括：

将所述预设定向波束权值向量矩阵和所述目标定向波束加权系数矩阵ω′进行加权处理，得到加权处理后的波束赋形权值矩阵；

将所述加权处理后的波束赋形权值矩阵进行功率归一化处理，得到所述波束赋形权值矩阵。

8.一种波束赋形装置，其特征在于，用于基站，所述装置包括：

第一确定单元，用于确定第一参考信号的信道矩阵，所述第一参考信号的信道矩阵为第一波束赋形权值系数矩阵W_VAM和探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积；

第一处理单元，用于将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵的乘积作为波束赋形权值的模型矩阵，所述定向波束加权系数矩阵为终端的各个物理通道对于所述基站发射的各个参考信号的定向波束加权系数的集合，

第二处理单元，用于将所述波束赋形权值的模型矩阵和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵；

第二确定单元，用于根据所述第一参考信号的信道矩阵、所述数据信号的信道矩阵，以及预设的第一参考信号的信道矩阵与数据信号的信道矩阵的约束关系，将满足所述约束关系的波束赋形权值的模型矩阵确定为波束赋形权值矩阵，所述约束关系用于指示所述第一参考信号的信道矩阵与所述数据信号的信道矩阵同一维度的向量的幅度和相位相等；

赋形处理单元，用于根据所述波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元，包括：

第一处理模块，用于将预设定向波束权值向量矩阵与定向波束加权系数矩阵ω的乘积作为所述波束赋形权值的模型矩阵W_r；

所述

所述定向波束加权系数矩阵

其中，所述k为所述基站发射的参考信号总数，所述n为所述终端的物理通道数，所述n大于或等于1，所述为所述终端第n个物理通道数对于所述基站发射的第k个参考信号的定向波束加权系数。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二处理单元，包括：

第二处理模块，用于将所述波束赋形权值的模型矩阵W_r和所述探测参考信号系数矩阵H_SRS的乘积作为数据信号的信道矩阵P；

所述

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一参考信号的信道矩阵

所述第二确定单元，包括：

第三处理模块，用于将所述第一参考信号的信道矩阵P_V和所述数据信号的信道矩阵P同一维度的向量的比值满足所述约束关系时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

第四处理模块，用于将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵；

所述约束关系包括： $\frac{P_{11}}{{\mathrm{Pv}}_{11}}=...=\frac{P_{xy}}{{\mathrm{Pv}}_{xy}}=...=\frac{P_{kn}}{{\mathrm{Pv}}_{kn}},$ 且的角度等于0；

其中，1≤x≤k，1≤y≤n。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元，包括：

第五处理模块，用于将所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω作为目标定向波束加权系数矩阵ω′；

第四处理模块，用于将所述预设定向波束权值向量矩阵与所述目标定向波束加权系数矩阵ω′的乘积作为所述波束赋形权值矩阵。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第五处理模块，包括：

第一确定子模块，用于确定所述第一参考信号的信道矩阵P_V等于所述数据信号的信道矩阵P时的定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解；

第一处理子模块，用于将所述定向波束加权系数矩阵ω对应的最小范数解作为目标定向波束加权系数矩阵ω′。

14.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述第四处理模块，用于：

将所述预设定向波束权值向量矩阵和所述目标定向波束加权系数矩阵ω′进行加权处理，得到加权处理后的波束赋形权值矩阵；

将所述加权处理后的波束赋形权值矩阵进行功率归一化处理，得到所述波束赋形权值矩阵。