CN106533517A - 一种用于进行波束成形的方法、装置和基站 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在高铁移动通信系统中进行波束成形的方法，该方法包括：a.根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，估计与所述多个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道系数；b.根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵；c.根据所述通用加权矩阵进行波束成形，以向所述每个用户设备发射信号。本发明还提供一种在高铁移动通信系统中进行PRACH检测的方案。根据本发明的方案，能够采用通用加权矩阵对一个高铁列车上的所有用户设备来进行波束成形，而无需分别确定与每个用户设备对应的加权矩阵；此外，能够在PRACH检测之前，采用在线用户设备的上行发射信息，来校正发起PRACH的用户设备的频率偏移。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的方法、装置和基站。
背景技术
多输入多输出(Multiple-input-multiple-output，MIMO)是3gpp长期演进(Long Term Evolution，LTE)中的关键物理层技术，而波束成形技术是通信系统物理层的主要技术之一，尤其是对于时分双工(TimeDivision Duplex，简称为TDD)系统。
目前，对于连接至基站的每个用户设备，基站根据上行训练信号来估计该用户设备的上行信道系数(如假设eNodeB有NB个天线，且UE有NU个，上行信道系数其中，HUL是NB×NU的矩阵)，并通过相应算法，如奇异值分解(Singular ValueDecomposition，SVD)、基于特征值的波束成形(Eigenvalue BasedBeamforming，EBB)、迫零(Zero Forcing，ZF)、到达方向(Directionof Arrival，DOA)等，来确定该用户设备对应的波束成形权重，从而根据所确定的波束成形权重来对该用户设备进行波束成形，以向该用户设备发射信号。
作为现有技术的一个示例，eNodeB有一个天线阵列，eNodeB的天线元素之间的距离为d，用户设备UE仅具有一个天线(假设UE距离eNodeB足够远，UE所接收和传送的波形可被视为平行波)，eNodeB的第n个天线和UE之间的信道系数可表示为：
其中，表示该UE的DOA，λ表示无线电载波频率(RadioFrequency，RF)载波的波长，d为基站的天线阵列中的天线元素之间的距离；基站可通过以下公式计算
之后，基站可确定与该UE对应的波束成形权重为：
现有技术中，基站对连接至该基站的每个用户设备，均执行上述操作来确定与该用户设备对应的波束成形权重；也即，每个用户设备的波束成形权重均是单独被确定的，这使得计算复杂度较大。
此外，LTE中，用户设备仅在上行连输传输定时同步的情况下才能被调度，而LTE PRACH(Physical Random Access Channel，物理随机接入信道)仅在下行链路同步的UE与基站之间起着作为接口的关键作用。在LTE系统中，PRACH被UE用于传送PRACH前导序列，来向服务基站通知UE接入的物理信道，PRACH中的前导序列可由Zadoff－Chu(ZC)序列经过循环移位来生成；每个小区中有64个可用前导码序列，基站配置允许UE使用的前导序列，并通过SIB(System Information Block，系统信息块)来广播第一个ZC根序列，对根序列按一定的规则循环移位，生成相应的PRACH前导序列。ZC序列被定义为：
其中，NZC是ZC序列的长度，u是根。对于第u个根序列，零相关区域的随机接入码的长度NCS-1由循环移位根据以下来定义：
xu,v(n)＝xu((n+Cv)mod NZC)
其中，循环移位由以下公式导出：
基站决定是否使用限制集或非限制集。UE可以随机从集合中选择一个前导序列，所以基站需要检测通过循环移位单独的根序列所获得的所有的正交序列。每个前导序列的功率延迟分布(Power DelayProfile，PDP)可被计算如下：
此外，由于共同的根序列的循环移位能够产生不同的PRACH特征，因此，基站应计算每个根序列的PDP。在此之后，通常按照以下步骤掳来实现PRACH检测：
1.根据目标虚警概率pfa(Tdet)，设置检测阈值Tdet。
2.寻找大于Tdet的循环移位的PDP峰值，接着，确定携带该循环移位的前导码。
3.若有不只一个UE使用相同的前导码，基站应该进行碰撞检测。
4.最后的PRACH检测处理输出所检测的前导码的签名和计算的上行时间偏移TAi。
上述解决方案具有循环移位限制，这限制了具有相同的根的ZC序列的个数。另一方面，在掩码窗口的PDP中也有振幅失真，这可能引入一些性能损失，而对于高速小区，多普勒频移对PDP引入的失真，较易导致峰值的误报警。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的方法、装置和基站。
根据本发明的一个方面，提供一种用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的方法，其中，该方法包括以下步骤：
a.根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，估计与所述多个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道系数；
b.根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵；
c.根据所述通用加权矩阵进行波束成形，以向所述每个用户设备发射信号。
优选地，本发明的方法还包括用于进行PRACH检测的以下步骤：
d.根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移；
e.根据所述平均频率偏移，对所述多个用户设备中发起PRACH的的每个用户设备的频率偏移进行校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的装置，其中，该装置包括以下装置：
第一估计装置，用于根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，估计与所述多个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道系数；
第一确定装置，用于根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵；
波束成形装置，用于根据所述通用加权矩阵进行波束成形，以向所述每个用户设备发射信号。
优选地，本发明的装置还包括用于进行PRACH检测的以下装置：
第三估计装置，用于根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移；
校正装置，用于根据所述平均频率偏移，对所述多个用户设备中发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测。
根据本发明的另一方面，还提供了一种基站，所述基站包括本发明所述的用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的装置。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1)在高铁通信系统中，能够对根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，确定与该多个用户设备对应的通用加权矩阵，以根据该通用加权矩阵对该多个用户设备进行波束成形，以向该多个用户设备发射信号，该确定通用加权矩阵的方案提高了计算精度，且使得能够采用通用加权矩阵对一个高铁列车上的所有用户设备来进行波束成形，而无需分别确定与每个用户设备对应的加权矩阵，从而大大减少了基站中处理的复杂度，增加了基站的处理性能，且明显减少了基站的功率消耗；2)能够根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，估计多个用户设备的通用DOA，进而确定与多个用户设备对应的通用加权矩阵，该通用DOA可适用于该多个用户设备中的每个用户设备，从而提高了计算精度，且波达方向能够根据高铁列车的运行方向发生变化；3)能够根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移，并根据该平均频率偏移来校正发起PRACH的用户设备的频率偏移，以基于校正后得到的信号进行PRACH检测，也即能够实现在针对发起PRACH的用户设备进行PRACH检测之前，采用在线用户设备的上行发射信息，来校正该发起PRACH的用户设备的频率偏移，从而使得校正后的信号的PDP将只有一个窗口，而不存在两个掩码窗口，也即，无需结合三个窗口中的PDP，便能维持对非常高速的用户设备的高检测性能；4)能够根据连接至基站的全部用户设备中的每个用户设备的基站跟踪信息，确定在所述全部用户设备中的与正方向相对应的多个用户设备，或者，与反方向相对应的多个用户设备，从而实现对接入基站的用户设备的分组，并针对每个分组中的多个用户设备来执行本发明的用于波束成形的方案和/或用于进行PRACH检测的方案。
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用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的方法的流程示意图；
图2为图1所示实施例的一个优选方案的用于在高铁移动通信系统中进行PRACH检测的方法的流程示意图；
图3为本发明一个实施例的用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的装置的结构意图；
图4为图3所示实施例的一个优选方案的用于在高铁移动通信系统中进行PRACH检测的装置的结构意图；
图5为本发明一个示例的基站与高铁列车的位置示意图；
图6为本发明一个示例的校正频率偏移之后的PDP窗口的示意图；
图7为本发明的一个示例的高铁通信系统的场景图。
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用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的方法的流程示意图。
其中，本实施例的方法主要由高铁移动通信系统中的基站来实现。其中，所述高铁移动通信系统为应用与高速铁路上的通信系统；优选地，所述高铁移动通信系统为LTE系统；更优选地，所述高铁移动通信系统为LTE TDD系统。
需要说明的是，所述基站和高铁通信系统仅为举例，其他现有的或今后可能出现的基站和高铁通信系统如可适用于本发明，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S1、步骤S2和步骤S3。
在步骤S1中，基站根据来自连接至该基站的多个用户设备的上行训练序列，估计与所述多个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道系数。
其中，所述用户设备包括任何能够接入至基站的用户设备；优选地，所述用户设备包括但不限于：PC机、平板电脑、智能手机、PDA等。其中，所述多个用户设备可为连接至该基站的全部或部分用户设备；优选地，所述多个用户设备为一个高铁列车上的所有用户设备。
其中，所述上行训练序列指的是在上行链路上用户设备在发送数据之前或发送数据的同时向基站发送的一串已知的数据，所述上行训练序列可用于同步和信道估计。
其中，与一个用户设备相对应的联合信道系数根据多个用户设备的通过各自上行训练序列获得的信道系数，经过一定运算获得。
作为一个示例，基站具有NB根天线，有N个用户设备连接至该基站，该N个用户设备已分别发射SRS(Sounding Reference Signal，上行探测参考信号)训练序列到基站；在步骤S1中，首先，基站基于最小二乘(Lease Square，LS)准则对每个用户设备进行信道估计，具体公式如下：
其中，表示在基站的第nB个天线上对第k个用户设备进行信道估计得到的频域上的估计信道系数，YP(k)表示基站接收到的来自第k个用户设备的SRS频域信号，SP(k)表示已知的在第k个用户设备端的SRS频域信号；之后，基站基于以下公式采用IDFT(InverseDiscrete Fourier Transform，离散傅里叶逆变换)进行频域到时域的转换：
其中，表示与第n个用户设备对应的转换到时域后的信道系数；之后，基站基于以下公式过滤并降低噪声：
其中，表示降低噪声后与第n个用户设备对应的信道系数，σ2表示噪声功率；之后，基站基于以下公式采用DFT进行时域到频域的转换：
其中，H(k,nB)表示在基站的第nB个天线上对第k个用户设备进行信道估计得到的、转换回频域后的联合信道系数；则基站可估计得到与每个用户设备对应的联合信道系数：
其中，表示与第k个用户设备对应的联合信道系数。
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，任何根据来自连接至该基站的多个用户设备的上行训练序列，估计与所述多个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道系数的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
在步骤S2中，基站根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵。
其中，所述通用加权矩阵用于表示通用于所述多个用户设备的加权矩阵，也即，对于所述每个用户设备，基站均采用所确定的通用加权矩阵针对该用户设备执行波束成形操作。
需要说明的是，在高铁移动通信系统中，由于高铁列车的长度以及高铁列车与基站之间的距离通常都是可大致确定的(如高铁列车的长度约为200m，高铁列车与基站之间的距离约为1000m)，因此，基站可采用一个波束来覆盖一个高铁列车上的所有用户设备，从而使得该高铁列车上的所有用户设备可通用一个相同的加权矩阵，也即相当于，基站可采用一个通用加权矩阵来针对接入该基站的多个用户设备进行波束成形。例如，图5为本发明一个示例的基站与高铁列车的位置示意图，该高铁列车的长度为200m，高铁列车与基站之间的距离为1000m(1km)，则基站可采用角度为11°的波束来覆盖在该高铁列车上的所有用户设备，也即，基站可采用一个通用加权矩阵来针对该高铁列车上的所有用户设备进行波束成形。
作为步骤S2的一种优选方案，所述步骤S2进一步包括步骤S21和步骤S22。
在步骤S21中，基站根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，估计与所述多个用户设备对应的通用DOA。
其中，所述通用DOA用于表示通用于所述多个用户设备的DOA，也即，所述多个用户设备中的每个用户设备均对应相同的通用DOA。
具体地，基站根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，估计与所述多个用户设备对应的通用DOA的实现方式包括但不限于：
1)基站根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，计算所述多个用户设备的总相关系数；接着，基站根据所述总相关系数，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
其中，基站根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，计算与所述每个用户设备对应的信道相关系数；之后通过对计算得到的信道相关系数执行求和操作，来确定所述多个用户设备的总相关系数。
作为本实现方式的一个示例，高铁列车上的N个用户设备均连接至基站，该基站具有NB根天线；在步骤S1中，基站估计得到与该N个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道联系，其中，第k个用户设备对应的联合信道系数表示如下：
在步骤S21中，基站基于以下公式根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，来计算与所述每个用户设备对应的信道相关系数：
其中，Ck用于表示与第k个用户设备对应的信道相关系数，其中，符号“*”表示伴随矩阵；接着，基站基于以下公式计算该N个用户设备的总相关系数：
其中，表示总相关系数；接着，基站基于以下公式，来根据所述总相关系数，确定与该N个用户设备对应的通用DOA：
其中，表示与该N个用户设备对应的通用DOA，λ表示无线电频率(Radio Frequency，RF)载波的波长，d为基站的天线阵列中的天线元素之间的距离，arg函数用于计算相位。
2)对于每个用户设备，基站根据与该用户设备对应的联合信道系数，计算与该用户设备对应的估计DOA；接着，基站根据所获得的与每个用户设备对应的估计DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
其中，基站可采用多种方式根据所获得的与每个用户设备对应的估计DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。例如，基站对所获得的与每个用户设备对应的估计DOA进行算数平均或均一化处理，来确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
作为本实现方式的一个示例，高铁列车上的N个用户设备均连接至基站，该基站具有NB根天线；在步骤S1中，基站估计得到于该N个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道联系，其中，第k个用户设备对应的联合信道系数表示如下：
其中，在步骤S21中，对于每个用户设备，基站基于以下公式，根据与该用户设备对应的联合信道系数，来计算与该用户设备对应的估计DOA：
其中，表示与第k个用户设备对应的估计DOA；之后，基站基于以下公式，根据所获得的与每个用户设备对应的估计DOA，确定与该N个用户设备对应的通用DOA：
其中，表示与该N个用户设备对应的通用DOA。
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，任何根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，估计与所述多个用户设备对应的通用DOA的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
在步骤S22中，基站根据所述通用DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵。
作为一个示例，在步骤S21中，基站估计得到与N个用户设备对应的通用DOA为在步骤S22中，基站基于以下公式，根据该通用DOA来确定与该N个用户设备对应的通用加权矩阵W：
其中，符号“T”表示转置矩阵。
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，任何根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵的实现方式，均应包含在本发明的范围内。例如，基站采用奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)、基于特征值的波束成形(Eigenvalue Based Beamforming，EBB)、迫零(Zero Forcing，ZF)等算法中的任一种算法，来计算与多个用户设备中的每个用户设备相对应的波束成形加权矩阵；接着，基站对计算得到的多个波束成形加权矩阵进行归一化处理，来获得与该多个用户设备对应的通用加权矩阵。
在步骤S3中，基站根据所述通用加权矩阵进行波束成形，以向所述每个用户设备发射信号。
作为一个示例，在步骤S2中，基站确定与高铁列车上的N个用户设备对应的通用加权矩阵为W；在步骤S3中，基站基于以下公式，根据所述通用加权矩阵对向该N个用户设备中的每个用户设备发射的传输符号进行波束成形，以向每个用户设备发射信号：
Yk＝WSk
其中，Sk表示基站向第k个用户设备发射的传输符号，W表示通用加权矩阵，Yk表示第k个用户设备接收到的信号矢量。
作为本实施例的一种优选方案，本实施例的方法还包括步骤S4和步骤S5，如图2所示。该优选方案用于在高铁移动通信系统中进行PRACH检测。
在步骤S4中，基站根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移。
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：上行探测参考信号(SRS)、解调参考信号(DeModulationReference Signal，DMRS)。需要说明的是，所述上行发射信号中包括用户数据。
其中，所述平均频率偏移能够用于对多个用户设备中发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正。需要说明的是，所述多个用户设备中可包括在线设备、发起PRACH的用户设备，以及未在线也未发起PRACH的其他用户设备。需要说明的是，在高铁移动通信系统中，由于高铁列车的运动速度远远大于该高铁列车上的用户设备相对该高铁列车的运动速度，则用户设备在高铁列车上的运动可忽略，因此，高铁列车上的所有用户设备可视为具有相同的多普列频率，从而使得基站能够采用在线用户设备的平均频率偏移，来对发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正。
优选地，所述步骤S4进一步包括步骤S41和步骤S42。
在步骤S41中，对于所述多个在线用户设备中的每个在线用户设备，基站根据来自该在线用户设备的上行发射信息，计算该在线用户设备的估计频率偏移。
作为一个示例，连接至基站的N个用户设备中，具有L(L<N)个在线用户设备；在步骤S41中，对于该L个在线用户设备的每个在线用户设备，基站均执行以下操作来确定该在线用户设备的估计频率偏移：首先，基站根据来自该在线用户设备的上行发射信息，估计该在线用户设备在时刻m在第n个频域样本上的信道因子，以及该在线用户设备在m的下一时刻在第n个频域样本上的信道因子，其中，基站根据上行发射信号(如SRS信号或DMRS信号)来估计所述信道因子的实现方式与现有技术相同，在此不再进行详细说明；之后，基站基于以下公式，计算该在线用户设备在时刻m的平均相位差：
其中，l＝0,1,…,L-1，n表示频域样本的相对位置且表示第l个在线用户设备在时刻m的平均相位差，表示hm,l(n)的伴随矩阵，hm,l(n)表示第l个在线用户设备在时刻m在第n个频域样本上的信道因子，hm+1,l(n)表示第l个在线用户设备在时刻m的下一时刻在第n个频域样本上的信道因子；之后，基站基于以下公式来计算在线用户设备的估计频率偏移：
其中，ΔT表示时刻m与时刻m的下一时刻之间的时间间隔(如，当上行发射信号为SRS信号时，该时间间隔为SRS周期，该时间间隔由基站配置；当上行发射板信号为DMRS信号时，DMRS在一个子帧内按照协议出现两次，时间间隔固定)，表示第l个在线用户设备的估计频率偏移，arg函数用于计算相位。
在步骤S42中，基站通过对步骤S41中计算得到的每个在线用户设备的估计频率偏移进行算数平均或归一化处理，来计算所述多个在线用户设备的平均频率偏移。
作为一个示例，在步骤S41中，基站计算得到L个在线用户设备中的每个在线用户设备的估计频率偏移；在步骤S42中，基站基于以下公式，通过对该L个在线用户设备的估计频率偏移进行算数平均处理，来计算该L个在线用户设备的平均频率偏移：
其中，表示第l个在线用户设备的估计频率偏移，表示该L个在线用户设备的平均频率偏移。
作为另一个示例，在步骤S41中，基站计算得到L个在线用户设备的估计频率偏移；在步骤S42中，基站基于以下公式，通过对该L个在线用户设备的估计频率偏移进行归一化处理，来计算该L个在线用户设备的平均频率偏移：
其中，表示第l个在线用户设备的估计频率偏移，表示该L个在线用户设备的平均频率偏移，αl表示第l个在线用户设备的SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比)。
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，任何根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
在步骤S5中，基站根据所述平均频率偏移对所述多个用户设备中发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测。
作为一个示例，连接至基站的多个用户设备中，具有L个在线用户设备；在步骤S5中，基站基于以下公式，来根据该L个在线用户设备的平均频率偏移对该多个用户设备中发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正：
其中，Nc表示同时检测到的PRACH信道数目，y(nc)表示校正前的第nc个PRACH信号，y'(nc)表示校正后的第nc个PRACH信号，之后，基站基于校正后得到的信号y'(nc)进行PRACH检测，来检测前导序列，Ts表示采样时间。
需要说明的是，基站对发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正后，即可针对校正后得到的信号发起PRACH检测，来检测前导序列。
根据本优选方案，在PRACH检测前，能够基于来自在线用户设备的上行发射信号，来对发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正；此外，根据本优选方案，在完成对发起PRACH的用户设备的频率偏移的校正之后，PDP将只有一个窗口，而不存在两个“掩码(masking)”窗口，也即，无需结合三个窗口中的PDP，便能维持对非常高速的用户设备的高检测性能，从而使得PRACH检测的复杂将降低，系统性能将得到改善，图6为本发明一个示例的校正频率偏移之后的PDP窗口的示意图，其中，NCS表示随机接入码的长度，sig(nc)为对第nc个PRACH信号的频率偏移进行校正后得到的信号，nc＝0,1,…,Nc-1，Nc表示同时检测到的PRACH信道数目，C0为理论PRACH频率点，C-1为逆向多普勒偏移造成的PRACH频率点，C1为逆向多普勒偏移造成的PRACH频率点，du为多普勒偏移造成的频率偏移的幅度；从该图中明显可看出校正后检测sig(nc)时仅存在一个PDP窗口，而不存在两个掩码窗口。
作为本实施例的一种优选方案，本实施例的方法还包括在步骤S1之前执行的步骤S0。
在步骤S0中，基站根据连接至基站的全部用户设备中的每个用户设备的基站跟踪信息，确定在所述全部用户设备中的与正方向相对应的多个用户设备，或者，与反方向相对应的多个用户设备。
其中，所述基站跟踪信息包括任何用于指示用户设备历史经过的基站序列的信息。优选地，所述基站跟踪信息包括但不限于：最近一段时间内列车历史经过的所有基站的顺序、列车最近经过的两个基站的顺序、列车在接入该基站之前所接入的基站等。例如，基站跟踪信息指示用户设备在接入当前基站之前所接入的基站为eNB2。
其中，基站可采用多种方式确定正方向和反方向。例如，基站中可预先存储有正方向上的基站序列以及反方向上的基站序列，则基站直接确定正方向和反方向。又例如，基站随机将一个基站序列方向作为正方向，且将相反的基站序列作为反方向(如基站将基站序列eNB1-eNB2-eNB3的方向作为正方向，且将与上述基站序列的相反的基站序列eNB3-eNB2-eNB1作为反方向)。
作为步骤S0的一个示例，图7为本发明的一个示例的高铁通信系统的场景图，该图示出了铁路的正方向和反方向，基站中预先存储正方向上的基站序列eNB1-eNB2-eNB3，以及反方向上的基站序列eNB3-eNB2-eNB1；用户设备UE1和UE2当前均接入eNB2，UE1的基站跟踪信息指示UE1最近一次历史接入的基站为eNB1，UE2的基站跟踪信息指示UE2最近一次历史接入的基站为eNB3，则eNB2确定UE1为正方向上的用户设备，且UE2为反方向上的用户设备。
需要说明的是，在确定正方向上的多个用户设备，和/或反方向上的用户设备之后，基站可采用本实施例的上述方案来对该多个用户设备进行波束成形和PRACH检测。
作为一个示例，基于图7所示的场景，高铁列车Train1沿图示正方向行驶，高铁列车Train2沿图示反方向行驶，当Train1和Train2相遇且两辆列车上的所有用户设备均接入eNB2时，eNB2根据该两辆列车上的每个用户设备的基站跟踪信息，确定Train1上的全部用户设备为与正方向相对应的多个用户设备(以下将Train1上的全部用户设备简称为“Group1”)，且Train2上的全部用户设备为与反方向相对应的多个用户设备(以下将Train2上的全部用户设备简称为“Group2”)。之后，针对Group1，eNB2执行步骤S1、步骤S2、步骤S3确定与Group1对应的通用加权矩阵w1，并基于w1来进行波束成形；针对Group2，eNB2执行步骤S1、步骤S2、步骤S3确定与Group2对应的通用加权矩阵w2，并基于w2来进行波束成形。
作为另一个示例，基于图7所示的场景，高铁列车Train1沿图示正方向行驶，高铁列车Train2沿图示反方向行驶，当Train1和Train2相遇且两辆列车上的所有用户设备均接入eNB2时，eNB2根据该两辆列车上的每个用户设备的基站跟踪信息，确定Train1上的全部用户设备为与正方向相对应的多个用户设备(以下将Train1上的全部用户设备简称为“Group1”)，且Train2上的全部用户设备为与反方向相对应的多个用户设备(以下将Train2上的全部用户设备简称为“Group2”)。之后，针对Group1，eNB2执行步骤S4估计得到与Group1对应的平均频率偏移并执行步骤S5来根据对Group1进行频率偏移的校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测；针对Group2，eNB2执行步骤S4估计得到与Group2对应的平均频率偏移并执行步骤S5来根据对Group2进行频率偏移的校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测。
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，任何根据连接至基站的全部用户设备中的每个用户设备的基站跟踪信息，确定在所述全部用户设备中的与正方向相对应的多个用户设备，或者，与反方向相对应的多个用户设备的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
根据本实施例的方案，在高铁通信系统中，能够对根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，确定与该多个用户设备对应的通用加权矩阵，以根据该通用加权矩阵对该多个用户设备进行波束成形，以向该多个用户设备发射信号，该确定通用加权矩阵的方案提高了计算精度，且使得能够采用通用加权矩阵对一个高铁列车上的所有用户设备来进行波束成形，而无需分别确定与每个用户设备对应的加权矩阵，从而大大减少了基站中处理的复杂度，增加了基站的处理性能，且明显减少了基站的功率消耗；能够根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，估计多个用户设备的通用DOA，进而确定与多个用户设备对应的通用加权矩阵，该通用DOA可适用于该多个用户设备中的每个用户设备，从而提高了计算精度，且波达方向能够根据高铁列车的运行方向发生变化。
此外，能够根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移，并根据该平均频率偏移来校正发起PRACH的用户设备的频率偏移，以基于校正后得到的信号进行PRACH检测，也即能够实现在针对发起PRACH的用户设备进行PRACH检测之前，采用在线用户设备的上行发射信息，来校正该发起PRACH的用户设备的频率偏移，从而使得校正后的信号的PDP将只有一个窗口，而不存在两个掩码窗口，也即，无需结合三个窗口中的PDP，便能维持对非常高速的用户设备的高检测性能。
此外，能够根据连接至基站的全部用户设备中的每个用户设备的基站跟踪信息，确定在所述全部用户设备中的与正方向相对应的多个用户设备，或者，与反方向相对应的多个用户设备，从而实现对接入基站的用户设备的分组，并针对每个分组中的多个用户设备来执行本发明的用于波束成形的方案和/或用于进行PRACH检测的方案。
图3为本发明一个实施例的用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的装置的结构示意图。本实施例主要由基站来实现，该基站包括用于进行波束成形的装置(以下简称为“波束成形装置”)，该波束成形装置包括第一估计装置1、第一确定装置2和加权装置3。
基站的第一估计装置1根据来自连接至该基站的多个用户设备的上行训练序列，估计与所述多个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道系数。
其中，所述用户设备包括任何能够介入至基站的用户设备；优选地，所述用户设备包括但不限于：PC机、平板电脑、智能手机、PDA等。其中，所述多个用户设备可为连接至该基站的全部或部分用户设备；优选地，所述多个用户设备为一个高铁列车上的所有用户设备。
其中，所述上行训练序列指的是在上行链路上用户设备在发送数据之前或发送数据的同时向基站发送的一串已知的数据，所述上行训练序列可用于同步和信道估计。
其中，与一个用户设备相对应的联合信道系数根据多个用户设备的通过各自上行训练序列获得的信道系数，经过一定运算获得。
作为一个示例，基站具有NB根天线，有N个用户设备连接至该基站，该N个用户设备已分别发射SRS(Sounding Reference Signal，上行探测参考信号)训练序列到基站；首先，第一估计装置1基于最小二乘(Lease Square，LS)准则对每个用户设备进行信道估计，具体公式如下：
其中，表示在基站的第nB个天线上对第k个用户设备进行信道估计得到的频域上的估计信道系数，YP(k)表示基站接收到的来自第k个用户设备的SRS频域信号，SP(k)表示已知的在第k个用户设备端的SRS频域信号；之后，第一估计装置1基于以下公式采用IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform，离散傅里叶逆变换)进行频域到时域的转换：
其中，表示与第n个用户设备对应的转换到时域后的信道系数；之后，第一估计装置1基于以下公式过滤并降低噪声：
其中，表示降低噪声后与第n个用户设备对应的信道系数，σ2表示噪声功率；之后，第一估计装置1基于以下公式采用DFT进行时域到频域的转换：
其中，H(k,nB)表示在基站的第nB个天线上对第k个用户设备进行信道估计得到的、转换回频域后的联合信道系数；则第一估计装置1可估计得到与每个用户设备对应的联合信道系数：
其中，表示与第k个用户设备对应的联合信道系数。
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，任何根据来自连接至该基站的多个用户设备的上行训练序列，估计与所述多个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道系数的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
第一确定装置2根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵。
其中，所述通用加权矩阵用于表示通用于所述多个用户设备的加权矩阵，也即，对于所述每个用户设备，基站均采用所确定的通用加权矩阵针对该用户设备执行波束成形操作。
需要说明的是，在高铁移动通信系统中，由于高铁列车的长度以及高铁列车与基站之间的距离通常都是可大致确定的(如高铁列车的长度约为200m，高铁列车与基站之间的距离约为1000m)，因此，基站可采用一个波束来覆盖一个高铁列车上的所有用户设备，从而使得该高铁列车上的所有用户设备可通用一个相同的加权矩阵，也即相当于，基站可采用一个通用加权矩阵来针对接入该基站的多个用户设备进行波束成形。例如，图5为本发明一个示例的基站与高铁列车的位置示意图，该高铁列车的长度为200m，高铁列车与基站之间的距离为1000m，则基站可采用角度为11°的波束来覆盖在该高铁列车上的所有用户设备，也即，基站可采用一个通用加权矩阵来针对该高铁列车上的所有用户设备进行波束成形。
作为第一确定装置2的一种优选方案，所述第一确定装置2进一步包括第二估计装置(图未示)和第一子确定装置(图未示)。
第二估计装置根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，估计与所述多个用户设备对应的通用DOA。
其中，所述通用DOA用于表示通用于所述多个用户设备的DOA，也即，所述多个用户设备中的每个用户设备均对应相同的通用DOA。
具体地，第二估计装置根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，估计与所述多个用户设备对应的通用DOA的实现方式包括但不限于：
1)第二估计装置进一步包括第一计算装置(图未示)和第二子确定装置(图未示)。第一计算装置根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，计算所述多个用户设备的总相关系数；接着，二子确定装置根据所述总相关系数，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
其中，第一计算装置根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，计算与所述每个用户设备对应的信道相关系数；之后通过对计算得到的信道相关系数执行求和操作，来确定所述多个用户设备的总相关系数。
作为本实现方式的一个示例，高铁列车上的N个用户设备均连接至基站，该基站具有NB根天线；第一估计装置1估计得到与该N个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道联系，其中，第k个用户设备对应的联合信道系数表示如下：
第一计算装置基于以下公式根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，来计算与所述每个用户设备对应的信道相关系数：
其中，Ck用于表示与第k个用户设备对应的信道相关系数，其中，符号“*”表示伴随矩阵；接着，第一计算装置基于以下公式计算该N个用户设备的总相关系数：
其中，表示总相关系数；接着，第二子确定装置基于以下公式，来根据所述总相关系数，确定与该N个用户设备对应的通用DOA：
其中，表示与该N个用户设备对应的通用DOA，λ表示无线电频率(Radio Frequency，RF)载波的波长，d为基站的天线阵列中的天线元素之间的距离，arg函数用于计算相位。
2)第二估计装置进一步包括第二计算装置(图未示)和第三子确定装置(图未示)。对于每个用户设备，第二计算装置根据与该用户设备对应的联合信道系数，计算与该用户设备对应的估计DOA；接着，第三子确定装置根据所获得的与每个用户设备对应的估计DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
其中，第三子确定装置可采用多种方式根据所获得的与每个用户设备对应的估计DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。例如，第三子确定装置对所获得的与每个用户设备对应的估计DOA进行算数平均或均一化处理，来确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
作为本实现方式的一个示例，高铁列车上的N个用户设备均连接至基站，该基站具有NB根天线；第一估计装置1估计得到于该N个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道联系，其中，第k个用户设备对应的联合信道系数表示如下：
其中，对于每个用户设备，第二计算装置基于以下公式，根据与该用户设备对应的联合信道系数，来计算与该用户设备对应的估计DOA：
其中，表示与第k个用户设备对应的估计DOA；之后，第三子确定装置基于以下公式，根据所获得的与每个用户设备对应的估计DOA，确定与该N个用户设备对应的通用DOA：
其中，表示与该N个用户设备对应的通用DOA。
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，任何根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，估计与所述多个用户设备对应的通用DOA的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
第一子确定装置根据所述通用DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵。
作为一个示例，第二估计装置估计得到与N个用户设备对应的通用DOA为第一子确定装置基于以下公式，根据该通用DOA来确定与该N个用户设备对应的通用加权矩阵W：
其中，符号“T”表示转置矩阵。
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，任何根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵的实现方式，均应包含在本发明的范围内。例如，基站采用奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)、基于特征值的波束成形(Eigenvalue Based Beamforming，EBB)、迫零(Zero Forcing，ZF)等算法中的任一种算法，来计算与多个用户设备中的每个用户设备相对应的波束成形加权矩阵；接着，基站对计算得到的多个波束成形加权矩阵进行归一化处理，来获得与该多个用户设备对应的通用加权矩阵。
加权装置3根据所述通用加权矩阵进行波束成形，以向所述每个用户设备发射信号。
作为一个示例，第一确定装置2确定与高铁列车上的N个用户设备对应的通用加权矩阵为W；加权装置3基于以下公式，根据所述通用加权矩阵对向该N个用户设备中的每个用户设备发射的传输符号进行波束成形，以向每个用户设备发射信号：
Yk＝WSk
其中，Sk表示基站向第k个用户设备发射的传输符号，W表示通用加权矩阵，Yk表示第k个用户设备接收到的信号矢量。
作为本实施例的一种优选方案，本实施例的波束成形装置还包括第三估计装置4和校正装置5，如图4所示。该优选方案用于在高铁移动通信系统中进行PRACH检测。
第三估计装置4根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移。
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：上行探测参考信号(SRS)、解调参考信号(DeModulationReference Signal，DMRS)。需要说明的是，所述上行发射信号中包括用户数据。
其中，所述平均频率偏移能够用于对多个用户设备中发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正。需要说明的是，所述多个用户设备中可包括在线设备、发起PRACH的用户设备，以及未在线也未发起PRACH的其他用户设备。需要说明的是，在高铁移动通信系统中，由于高铁列车的运动速度远远大于该高铁列车上的用户设备相对该高铁列车的运动速度，则用户设备在高铁列车上的运动可忽略，因此，高铁列车上的所有用户设备可视为具有相同的多普列频率，从而使得基站能够采用在线用户设备的平均频率偏移，来对发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正。
优选地，所述第三估计装置4进一步包括第三计算装置(图未示)和第四计算装置(图未示)。
对于所述多个在线用户设备中的每个在线用户设备，第三计算装置根据来自该在线用户设备的上行发射信息，计算该在线用户设备的估计频率偏移。
作为一个示例，连接至基站的N个用户设备中，具有L(L<N)个在线用户设备；对于该L个在线用户设备的每个在线用户设备，第三计算装置均执行以下操作来确定该在线用户设备的估计频率偏移：首先，第三计算装置根据来自该在线用户设备的上行发射信息，估计该在线用户设备在时刻m在第n个频域样本上的信道因子，以及该在线用户设备在m的下一时刻在第n个频域样本上的信道因子，其中，第三计算装置根据上行发射信号(如SRS信号或DMRS信号)来估计所述信道因子的实现方式与现有技术相同，在此不再进行详细说明；之后，第三计算装置基于以下公式，计算该在线用户设备在时刻m的平均相位差：
其中，l＝0,1,…,L-1，n表示频域样本的相对位置且表示第l个在线用户设备在时刻m的平均相位差，表示hm,l(n)的伴随矩阵，hm,l(n)表示第l个在线用户设备在时刻m在第n个频域样本上的信道因子，hm+1,l(n)表示第l个在线用户设备在时刻m的下一时刻在第n个频域样本上的信道因子；之后，第三计算装置基于以下公式来计算在线用户设备的估计频率偏移：
其中，ΔT表示时刻m与时刻m的下一时刻之间的时间间隔(如，当上行发射信号为SRS信号时，该时间间隔为SRS周期，该时间间隔由基站配置；当上行发射板信号为DMRS信号时，DMRS在一个子帧内按照协议出现两次，时间间隔固定)，表示第l个在线用户设备的估计频率偏移，arg函数用于计算相位。
第四计算装置通过对第三计算装置计算得到的每个在线用户设备的估计频率偏移进行算数平均或归一化处理，来计算所述多个在线用户设备的平均频率偏移。
作为一个示例，第三计算装置计算得到L个在线用户设备中的每个在线用户设备的估计频率偏移；第四计算装置基于以下公式，通过对该L个在线用户设备的估计频率偏移进行算数平均处理，来计算该L个在线用户设备的平均频率偏移：
其中，表示第l个在线用户设备的估计频率偏移，表示该L个在线用户设备的平均频率偏移。
作为另一个示例，第三计算装置计算得到L个在线用户设备的估计频率偏移；第四计算装置基于以下公式，通过对该L个在线用户设备的估计频率偏移进行归一化处理，来计算该L个在线用户设备的平均频率偏移：
其中，表示第l个在线用户设备的估计频率偏移，表示该L个在线用户设备的平均频率偏移，αl表示第l个在线用户设备的SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比)。
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，任何根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
校正装置5根据所述平均频率偏移对所述多个用户设备中发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测。
作为一个示例，连接至基站的多个用户设备中，具有L个在线用户设备；校正装置5基于以下公式，来根据该L个在线用户设备的平均频率偏移对该多个用户设备中发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正：
其中，Nc表示同时检测到的PRACH信道数目，y(nc)表示校正前的第nc个PRACH信号，y'(nc)表示校正后的第nc个PRACH信号，之后，校正装置5基于校正后得到的信号y'(nc)进行PRACH检测，来检测前导序列，Ts表示采样时间。
根据本优选方案，在PRACH检测前，能够基于来自在线用户设备的上行发射信号，来对发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正；此外，根据本优选方案，在完成对发起PRACH的用户设备的频率偏移的校正之后，PDP将只有一个窗口，而不存在两个“掩码(masking)”窗口，也即，无需结合三个窗口中的PDP，便能维持对非常高速的用户设备的高检测性能，从而使得PRACH检测的复杂将降低，系统性能将得到改善，图6为本发明一个示例的校正频率偏移之后的PDP窗口的示意图，其中，NCS表示随机接入码的长度，sig(nc)为对第nc个PRACH信号的频率偏移进行校正后得到的信号，nc＝0,1,…,Nc-1，Nc表示同时检测到的PRACH信道数目，C0为理论PRACH频率，C-1为逆向多普勒偏移造成的PRACH频率，C1为逆向多普勒偏移造成的PRACH频率，du为多普勒偏移造成的频率变化的幅度；从该图中明显可看出校正后检测sig(nc)时仅存在一个PDP窗口，而不存在两个掩码窗口。
作为本实施例的一种优选方案，本实施例的波束成形装置还包括在在第一估计装置1之前执行操作的第二确定装置(图未示)。
第二确定装置根据连接至基站的全部用户设备中的每个用户设备的基站跟踪信息，确定在所述全部用户设备中的与正方向相对应的多个用户设备，或者，与反方向相对应的多个用户设备。
其中，所述基站跟踪信息包括任何用于指示用户设备历史经过的基站序列的信息。优选地，所述基站跟踪信息包括但不限于：最近一段时间内列车历史经过的所有基站的顺序、列车最近经过的两个基站的顺序、列车在接入该基站之前所接入的基站等。例如，基站跟踪信息指示用户设备在接入当前基站之前所接入的基站为eNB2。
其中，第二确定装置可采用多种方式确定正方向和反方向。例如，基站中可预先存储有正方向上的基站序列以及反方向上的基站序列，则第二确定装置直接确定正方向和反方向。又例如，第二确定装置随机将一个基站序列方向作为正方向，且将相反的基站序列作为反方向(如第二确定装置将基站序列eNB1-eNB2-eNB3的方向作为正方向，且将与上述基站序列的相反的基站序列eNB3-eNB2-eNB1作为反方向)。
作为一个示例，图7为本发明的一个示例的高铁通信系统的场景图，该图示出了铁路的正方向和反方向，基站中预先存储正方向上的基站序列eNB1-eNB2-eNB3，以及反方向上的基站序列eNB3-eNB2-eNB1；用户设备UE1和UE2当前均接入eNB2，UE1的基站跟踪信息指示UE1最近一次历史接入的基站为eNB1，UE2的基站跟踪信息指示UE2最近一次历史接入的基站为eNB3，则eNB2的第二确定装置确定UE1为正方向上的用户设备，且UE2为反方向上的用户设备。
需要说明的是，在确定正方向上的多个用户设备，和/或反方向上的用户设备之后，基站可采用本实施例的上述方案来对该多个用户设备进行波束成形和PRACH检测。
作为一个示例，基于图7所示的场景，高铁列车Train1沿图示正方向行驶，高铁列车Train2沿图示反方向行驶，当Train1和Train2相遇且两辆列车上的所有用户设备均接入eNB2时，eNB2的第二确定装置根据该两辆列车上的每个用户设备的基站跟踪信息，确定Train1上的全部用户设备为与正方向相对应的多个用户设备(以下将Train1上的全部用户设备简称为“Group1”)，且Train2上的全部用户设备为与反方向相对应的多个用户设备(以下将Train2上的全部用户设备简称为“Group2”)。之后，针对Group1，eNB2的第一估计装置1、第一确定装置2和加权装置3执行操作来确定与Group1对应的通用加权矩阵w1，并基于w1来进行波束成形；针对Group2，eNB2的第一估计装置1、第一确定装置2和加权装置3执行操作确定与Group2对应的通用加权矩阵w2，并基于w2来进行波束成形。
作为另一个示例，基于图7所示的场景，高铁列车Train1沿图示正方向行驶，高铁列车Train2沿图示反方向行驶，当Train1和Train2相遇且两辆列车上的所有用户设备均接入eNB2时，eNB2的第二确定装置根据该两辆列车上的每个用户设备的基站跟踪信息，确定Train1上的全部用户设备为与正方向相对应的多个用户设备(以下将Train1上的全部用户设备简称为“Group1”)，且Train2上的全部用户设备为与反方向相对应的多个用户设备(以下将Train2上的全部用户设备简称为“Group2”)。之后，针对Group1，eNB2的第三估计装置执行操作来估计得到与Group1对应的平均频率偏移且校正装置执行操作来根据对Group1进行频率偏移的校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测；针对Group2，eNB2的第三估计装置执行操作来估计得到与Group2对应的平均频率偏移且校正装置执行操作来根据对Group2进行频率偏移的校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测。
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，任何根据连接至基站的全部用户设备中的每个用户设备的基站跟踪信息，确定在所述全部用户设备中的与正方向相对应的多个用户设备，或者，与反方向相对应的多个用户设备的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
根据本实施例的方案，在高铁通信系统中，能够对根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，确定与该多个用户设备对应的通用加权矩阵，以根据该通用加权矩阵对该多个用户设备进行波束成形，以向该多个用户设备发射信号，该确定通用加权矩阵的方案提高了计算精度，且使得能够采用通用加权矩阵对一个高铁列车上的所有用户设备来进行波束成形，而无需分别确定与每个用户设备对应的加权矩阵，从而大大减少了基站中处理的复杂度，增加了基站的处理性能，且明显减少了基站的功率消耗；能够根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，估计多个用户设备的通用DOA，进而确定与多个用户设备对应的通用加权矩阵，该通用DOA可适用于该多个用户设备中的每个用户设备，从而提高了计算精度，且波达方向能够根据高铁列车的运行方向发生变化。
此外，能够根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移，并根据该平均频率偏移来校正发起PRACH的用户设备的频率偏移，以基于校正后得到的信号进行PRACH检测，也即能够实现在针对发起PRACH的用户设备进行PRACH检测之前，采用在线用户设备的上行发射信息，来校正该发起PRACH的用户设备的频率偏移，从而使得校正后的信号的PDP将只有一个窗口，而不存在两个掩码窗口，也即，无需结合三个窗口中的PDP，便能维持对非常高速的用户设备的高检测性能。
此外，能够根据连接至基站的全部用户设备中的每个用户设备的基站跟踪信息，确定在所述全部用户设备中的与正方向相对应的多个用户设备，或者，与反方向相对应的多个用户设备，从而实现对接入基站的用户设备的分组，并针对每个分组中的多个用户设备来执行本发明的用于波束成形的方案和/或用于进行PRACH检测的方案。
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)
1.一种用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的方法，其中，该方法包括以下步骤：
a.根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，估计与所述多个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道系数；
b.根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵；
c.根据所述通用加权矩阵进行波束成形，以向所述每个用户设备发射信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤b包括：
b1根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，估计与所述多个用户设备对应的通用DOA；
b2根据所述通用DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤b1包括：
根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，计算所述多个用户设备的总相关系数；
根据所述总相关系数，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤b1包括：
对于每个用户设备，根据与该用户设备对应的联合信道系数，计算与该用户设备对应的估计DOA；
根据所获得的与每个用户设备对应的估计DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，该方法还包括：
d.根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移；
e.根据所述平均频率偏移，对所述多个用户设备中发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤d包括：
对于所述多个在线用户设备中的每个在线用户设备，根据来自该在线用户设备的上行发射信号，计算该在线用户设备的估计频率偏移；
通过对所述每个在线用户设备的估计频率偏移进行算数平均或归一化处理，来计算所述多个在线用户设备的平均频率偏移。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，该方法还包括在步骤a之前的以下步骤：
根据连接至基站的全部用户设备中的每个用户设备的基站跟踪信息，确定在所述全部用户设备中的与正方向相对应的多个用户设备，或者，与反方向相对应的多个用户设备。
8.一种用于在高铁移动通信系统中进行波束成形的装置，其中，该装置包括以下装置：
第一估计装置，用于根据来自连接至基站的多个用户设备的上行训练序列，估计与所述多个用户设备中的每个用户设备对应的联合信道系数；
第一确定装置，用于根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵；
加权装置，用于根据所述通用加权矩阵进行波束成形，以向所述每个用户设备发射信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第一确定装置包括：
第二估计装置，用于根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，估计与所述多个用户设备对应的通用DOA；
第一子确定装置，用于根据所述通用DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用加权矩阵。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第二估计装置包括：
第一计算装置，用于根据与所述每个用户设备对应的联合信道系数，计算所述多个用户设备的总相关系数；
第二子确定装置，用于根据所述总相关系数，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第二估计装置包括：
第二计算装置，用于对于每个用户设备，根据与该用户设备对应的联合信道系数，计算与该用户设备对应的估计DOA；
第三子确定装置，用于根据所获得的与每个用户设备对应的估计DOA，确定与所述多个用户设备对应的通用DOA。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置，其中，该装置还包括：
第三估计装置，用于根据来自所述多个用户设备中的多个在线用户设备的上行发射信号，估计所述多个在线用户设备的平均频率偏移；
校正装置，用于根据所述平均频率偏移，对所述多个用户设备中发起PRACH的用户设备的频率偏移进行校正，并基于校正后得到的信号进行PRACH检测。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第三估计装置包括：
第三计算装置，用于对于所述多个在线用户设备中的每个在线用户设备，根据来自该在线用户设备的上行发射信号，计算该在线用户设备的估计频率偏移；
第四计算装置，用于通过对所述每个在线用户设备的估计频率偏移进行算数平均或归一化处理，来计算所述多个在线用户设备的平均频率偏移。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的装置，其中，该装置包括在第一估计装置之前执行操作的以下装置：
第二确定装置，用于根据连接至基站的全部用户设备中的每个用户设备的基站跟踪信息，确定在所述全部用户设备中与正方向相对应的多个用户设备，或者，与反方向相对应的多个用户设备。
15.一种基站，包括如权利要求8至14中任一项所述的装置。
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| CN201510586086.5A CN106533517A (zh) | 2015-09-15 | 2015-09-15 | 一种用于进行波束成形的方法、装置和基站 |
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