CN106559118B - 用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法和装置 - Google Patents

用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法和装置，其中方法包括：接收用户终端发送的上行SRS信息；根据上行SRS信息估计用户终端上行估计方位角θs；接收用户终端发送的PMI；根据PMI码本索引和方位角对应关系，得到用户终端下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw；根据下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw对上行估计方位角θs调整，得到用户终端估计方位角θUE。本发明利用上行信道估计对上行终端方位角进行估计，然后利用终端反馈的PMI码本指示对上行估计方位角结果进行修正，从而可以提高终端方位角估计精度和大规模天线系统性能。

Description

用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法和装置
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种用于用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法和装置。
背景技术
大规模天线技术(Massive Multiple-Input Multiple-Output)通过多天线阵列形成空间窄波束赋形，充分利用空间维度获得多用户复用增益，可以有效提升小区频谱效率和容量。大规模天线技术是未来通信系统研究的关键技术之一，目前已经在3GPP(3rdGeneration Partnership Project，第三代合作伙伴计划)标准组织中开始相关研究工作。
在大规模天线技术中，终端方位角估计是非常重要的一项技术，终端方位角估计是大规模天线扇区化方案、大规模天线下行信道准确赋形以及终端定位等技术的关键参数。例如，在扇区化的大规模天线方案中，精确的终端方位角估计可以使基站准确定位终端所在的扇区，从而实现不同扇区的MU-MIMO准确配对，进而提高大规模天线复用增益，提升系统性能。
在现有LTE(Long Term Evolution，长期演进技术)系统中，终端方位角估计主要通过利用终端上行导频进行频域信道估计，获得不同天线的平均信道估计，然后利用天线矢量与平均信道估计计算不同角度的功率值，选择最大输出功率为终端方位角。该方法存在的问题在于依赖信道互易性，仅利用上行信号进行终端方位角估计。如果信道互易性由于基站收发的射频器件差异以及上下行干扰差异等因素难以完全一致时，仅通过上行信号估计终端方位角用于下行扇区选择会导致出现较大误差，从而降低系统性能，特别对于FDD(Frequency Division Duplexing，频分双工)系统，由于系统上下行频点差异较大，互易性无法保证，仅利用上行信号估计终端方位角可靠性较低。因此，需要新的方案来提高终端方位角估计的准确度。
发明内容
本发明提供了一种用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法和装置，利用上行信道估计对上行终端方位角进行估计，然后利用终端反馈的PMI码本指示对上行估计方位角结果进行修正，从而可以提高终端方位角估计精度和大规模天线系统性能。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法，包括：
接收用户终端发送的上行SRS信息；
根据上行SRS信息估计用户终端上行估计方位角θs；
接收用户终端发送的PMI；
根据PMI码本索引和方位角对应关系，得到用户终端下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw；
根据下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw对上行估计方位角θs调整，得到用户终端估计方位角θUE。
在一个实施例中，根据以下公式对θs调整，T为迭代上限，且T>1，其中：
当1<t≤T时，
若
Figure BDA0000809931340000021
则有：
Figure BDA0000809931340000022
Figure BDA0000809931340000023
e＝e
若
Figure BDA0000809931340000024
且e<E，则有：
Figure BDA0000809931340000025
Figure BDA0000809931340000031
e＝e+1
若e≥E，则退出迭代；
其中，e为迭代误差，E为估计误差上限，α为收敛因子，且α>1；上标t表示第t次迭代时根据上行SRS信息估计的上行估计方位角
Figure BDA00008099313400000313
PMI码本索引和方位角对应关系得到的下行估计方位角
Figure BDA00008099313400000314
和下行方位角范围
Figure BDA00008099313400000315
下标t表示第t次迭代后的调整值；
若t＝T，且e<E，则θUE＝θs,t，e＝0；
若e≥E，则θUE＝θp,t，e＝0。
在一个实施例中，当t＝1时，
若
Figure BDA0000809931340000032
则有：
Figure BDA0000809931340000033
Figure BDA0000809931340000034
e＝0
若
Figure BDA0000809931340000035
则有：
Figure BDA0000809931340000036
Figure BDA0000809931340000037
e＝1。
在一个实施例中，根据上行SRS信息估计用户终端上行估计方位角θs的步骤包括：
对上行SRS信息进行频域信道估计
Figure BDA0000809931340000038
计算上行相关矩阵
Figure BDA0000809931340000039
对RUL进行特征值分解，选择最大特征值对应的特征向量Vm作为用户终端的DOA信道估计矢量；
将天线方向矢量集
Figure BDA00008099313400000310
中矢量
Figure BDA00008099313400000311
依次与Vm相乘，得到
Figure BDA00008099313400000312
其中，将扇区方向等分为N份，1≤i≤N；
选择最大Di值对应的θi作为用户终端上行估计方位角θs。
在一个实施例中，
Figure BDA0000809931340000041
其中，Kr为接收天线数。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法，包括：
上行方位角估计单元，用于接收用户终端发送的上行SRS信息；根据上行SRS信息估计用户终端上行估计方位角θs；
下行方位角估计单元，用于接收用户终端发送的PMI；根据PMI码本索引和方位角对应关系，得到用户终端下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw；
DOA迭代调整单元，用于根据下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw对上行估计方位角θs调整，得到用户终端估计方位角θUE。
在一个实施例中，DOA迭代调整单元具体用于根据以下公式对调整，T为迭代上限，且T>1，其中：
当1<t≤T时，
若
Figure BDA0000809931340000042
则有：
Figure BDA0000809931340000043
Figure BDA0000809931340000044
e＝e
若
Figure BDA0000809931340000045
且e<E，则有：
Figure BDA0000809931340000046
Figure BDA0000809931340000047
e＝e+1
若e≥E，则退出迭代；
其中，e为迭代误差，E为估计误差上限，α为收敛因子，且α>1；上标t表示第t次迭代时根据上行SRS信息估计的上行估计方位角
Figure BDA0000809931340000051
PMI码本索引和方位角对应关系得到的下行估计方位角
Figure BDA0000809931340000052
和下行方位角范围
Figure BDA0000809931340000053
下标t表示第t次迭代后的调整值；
若t＝T，且e<E，则θUE＝θs,t，e＝0；
若e≥E，则θUE＝θp,t，e＝0。
在一个实施例中，DOA迭代调整单元具体用于根据以下公式对θs调整，当t＝1时，
若
Figure BDA0000809931340000054
则有：
Figure BDA0000809931340000055
Figure BDA0000809931340000056
e＝0
若
Figure BDA0000809931340000057
则有：
Figure BDA0000809931340000058
Figure BDA0000809931340000059
e＝1。
在一个实施例中，上行方位角估计单元，具体用于对上行SRS信息进行频域信道估计
Figure BDA00008099313400000510
计算上行相关矩阵
Figure BDA00008099313400000511
对RUL进行特征值分解，选择最大特征值对应的特征向量Vm作为用户终端的DOA信道估计矢量；
将天线方向矢量集
Figure BDA00008099313400000512
中矢量
Figure BDA00008099313400000513
依次与Vm相乘，得到
Figure BDA00008099313400000514
其中，将扇区方向等分为N份，1≤i≤N；
选择最大Di值对应的θi作为用户终端上行估计方位角θs。
在一个实施例中，
Figure BDA00008099313400000515
其中，Kr为接收天线数。
本发明的用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法和装置，利用上行信道估计对上行终端方位角进行估计，然后利用终端反馈的PMI码本指示对上行估计方位角结果进行修正，从而可以提高终端方位角估计精度和大规模天线系统性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法一个实施例的示意图。
图2为本发明用于大规模天线下用户终端方位角估计的装置一个实施例的示意图。
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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
图1为本发明用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法的一个实施例的示意图。优选的，本实施例的方法由本发明的装置执行。如图1所示，本实施例的方法步骤如下：
步骤101，接收用户终端发送的上行SRS(Sounding Reference Signal，信道探测参考信号)信息。
步骤102，根据上行SRS信息估计用户终端上行估计方位角θs。
在一个实施例中，根据上行SRS信息估计用户终端上行估计方位角θs的步骤包括：
对上行SRS信息进行频域信道估计
Figure BDA0000809931340000071
计算上行相关矩阵
Figure BDA0000809931340000072
对RUL进行特征值分解，选择最大特征值对应的特征向量Vm作为用户终端的DOA信道估计矢量。
将天线方向矢量集
Figure BDA0000809931340000073
中矢量
Figure BDA0000809931340000074
依次与Vm相乘，得到
Figure BDA0000809931340000075
其中，将扇区方向等分为N份，1≤i≤N。例如，将120度扇区方向等分为N份。
选择最大Di值对应的θi作为用户终端上行估计方位角θs。优选的，
Figure BDA0000809931340000076
其中，Kr为接收天线数。
步骤103，接收用户终端发送的PMI。
步骤104，根据PMI码本索引和方位角对应关系，得到用户终端下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw。
例如，发明人经多次仿真实验及测试，对不同的码本索引选择下行信号最强的方向为下行估计方位角，选取信号强度衰减3dB的范围为下行方位角范围。
优选的，对3GPP R8的4天线版本，PMI码本索引和方位角对应关系如表1所示：
Figure BDA0000809931340000077
Figure BDA0000809931340000081
表1
优选的，对3GPP R12的4天线版本，PMI码本索引和方位角对应关系如表2所示：
Figure BDA0000809931340000082
Figure BDA0000809931340000091
表2
优选的，对3GPP R12的8天线版本，PMI码本索引和方位角对应关系如表3所示：
Figure BDA0000809931340000092
表3
针对不同的天线版本，查找表1至表3的相关表，即可得到下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw。
步骤105，根据下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw对上行估计方位角θs调整，得到用户终端估计方位角θUE。
在一个实施例中，根据以下公式对θs调整，T为迭代上限，且T>1，其中：
当t＝1时，
若
Figure BDA0000809931340000101
则有：
Figure BDA0000809931340000102
Figure BDA0000809931340000103
e＝0
若
Figure BDA0000809931340000104
则有：
Figure BDA0000809931340000105
Figure BDA0000809931340000106
e＝1。
其中，e为估计误差，α为收敛因子，且α>1；上标t表示第t次迭代时根据上行SRS信息估计的上行估计方位角
Figure BDA0000809931340000107
PMI码本索引和方位角对应关系得到的下行估计方位角
Figure BDA0000809931340000108
和下行方位角范围
Figure BDA0000809931340000109
下标t表示第t次迭代后的调整值。在第一次迭代时，首先判断得到的上行估计方位角
Figure BDA00008099313400001010
与下行估计方位角
Figure BDA00008099313400001011
是否一致。若
Figure BDA00008099313400001012
则一致，对上行估计方位角增加权重迭代，α>1。若
Figure BDA00008099313400001013
则不一致，对上行估计方位角减小权重迭代。
当1<t≤T时，
若
Figure BDA00008099313400001014
则有：
Figure BDA00008099313400001015
Figure BDA00008099313400001016
e＝e
若
Figure BDA00008099313400001017
且e<E，则有：
Figure BDA0000809931340000111
Figure BDA0000809931340000112
e＝e+1
迭代期间，若e≥E，则退出迭代，其中，E为估计误差上限。
在迭代过程中，每次迭代时，判断得到的上行估计方位角
Figure BDA0000809931340000113
与下行估计方位角
Figure BDA0000809931340000114
是否一致。若
Figure BDA0000809931340000115
则一致，对上行估计方位角增加权重迭代，α>1。若
Figure BDA0000809931340000116
则不一致，对上行估计方位角减小权重迭代。当一致时，估计误差e保持不变，当不一致时，估计误差e加1，当估计误差e达到估计误差上限E时，退出迭代，否则继续迭代，直至T次。
迭代T次后，且e<E，则θUE＝θs,t并将e归零以便下次迭代。
若e≥E，则θUE＝θp,t，并将e归零，以便下次迭代。
本发明的用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法，利用上行信道估计对上行终端方位角进行估计，然后利用终端反馈的PMI码本指示对上行估计方位角结果进行修正，从而准确的确定用户终端方位角位置，提升下行虚拟扇区选择和用户终端定位精度，提升整个大规模天线系统性能。
图2为本发明用于大规模天线下用户终端方位角估计的装置的一个实施例的示意图。如图2所示，包括上行方位角估计单元201、下行方位角估计单元202和DOA(DirectionOf Arrival，波达方向)迭代调整单元203，其中，
上行方位角估计单元201用于接收用户终端发送的上行SRS信息；根据上行SRS信息估计用户终端上行估计方位角θs。
下行方位角估计单元202用于接收用户终端发送的PMI；根据PMI码本索引和方位角对应关系，得到用户终端下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw。
DOA迭代调整单元203用于根据下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw对上行估计方位角θs调整，得到用户终端估计方位角θUE。
本发明的用于大规模天线下用户终端方位角估计的装置，利用上行信道估计对上行终端方位角进行估计，然后利用终端反馈的PMI码本指示对上行估计方位角结果进行修正，从而可以提高终端方位角估计精度和大规模天线系统性能。
在一个实施例中，DOA迭代调整单元203具体用于根据以下公式对θs调整，
当t＝1时，
若
Figure BDA0000809931340000121
则有：
Figure BDA0000809931340000122
Figure BDA0000809931340000123
e＝0
若
Figure BDA0000809931340000124
则有：
Figure BDA0000809931340000125
Figure BDA0000809931340000126
e＝1。
当1<t≤T时，
若
Figure BDA0000809931340000127
则有：
Figure BDA0000809931340000128
Figure BDA0000809931340000129
e＝e
若
Figure BDA00008099313400001210
且e<E，则有：
Figure BDA00008099313400001211
Figure BDA00008099313400001212
e＝e+1
若e≥E，则退出迭代；
其中，T为迭代上限，且T>1，e为迭代误差，E为估计误差上限，α为收敛因子，且α>1；上标t表示第t次迭代时根据上行SRS信息估计的上行估计方位角
Figure BDA0000809931340000131
PMI码本索引和方位角对应关系得到的下行估计方位角
Figure BDA0000809931340000132
和下行方位角范围
Figure BDA0000809931340000133
下标t表示第t次迭代后的调整值；
若t＝T，且e<E，则θUE＝θs,t，e＝0；
若e≥E，则θUE＝θp,t，e＝0。
本实施例的具体实现方法详见对附图1本发明方法的描述，这里不再赘述。
在一个实施例中，上行方位角估计单元201具体用于对上行SRS信息进行频域信道估计
Figure BDA0000809931340000134
计算上行相关矩阵
Figure BDA0000809931340000135
对RUL进行特征值分解，选择最大特征值对应的特征向量Vm作为用户终端的DOA信道估计矢量；
将天线方向矢量集
Figure BDA0000809931340000136
中矢量
Figure BDA0000809931340000137
依次与Vm相乘，得到
Figure BDA0000809931340000138
其中，将扇区方向等分为N份，1≤i≤N；
选择最大Di值对应的θi作为用户终端上行估计方位角θs。优选的，
Figure BDA0000809931340000139
其中，Kr为接收天线数。
本实施例的具体实现方法详见对附图1本发明方法的描述，这里不再赘述。
本发明的用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法和装置，利用上行信道估计对上行终端方位角进行估计，然后利用终端反馈的PMI码本指示对上行估计方位角结果进行修正，从而准确的确定用户终端方位角位置，提升下行虚拟扇区选择和用户终端定位精度，提升整个大规模天线系统性能。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (6)

1.一种用于大规模天线下用户终端方位角估计的方法，其特征在于，包括：
接收用户终端发送的上行SRS信息；
根据所述上行SRS信息估计所述用户终端上行估计方位角θs；
接收所述用户终端发送的PMI；
根据PMI码本索引和方位角对应关系，得到用户终端下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw；
利用所述下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw，并根据以下公式对所述上行估计方位角θs调整，得到用户终端估计方位角θUE，T为迭代上限，且T>1，其中：
当t＝1时，
若
Figure FDA0002230501680000011
则有：
Figure FDA0002230501680000012
Figure FDA0002230501680000013
e＝0
若
Figure FDA0002230501680000014
则有：
Figure FDA0002230501680000015
Figure FDA0002230501680000016
e＝1；
当1<t≤T时，
若
Figure FDA0002230501680000017
则有：
Figure FDA0002230501680000018
Figure FDA0002230501680000019
e＝e
若
Figure FDA00022305016800000110
且e<E，则有：
Figure FDA0002230501680000021
Figure FDA0002230501680000022
e＝e+1
若e≥E，则退出迭代；
其中，e为迭代误差，E为估计误差上限，α为收敛因子，且α>1；上标t表示第t次迭代时根据上行SRS信息估计的上行估计方位角
Figure FDA0002230501680000023
PMI码本索引和方位角对应关系得到的下行估计方位角
Figure FDA0002230501680000024
和下行方位角范围
Figure FDA0002230501680000025
下标t表示第t次迭代后的调整值；
若t＝T，且e<E，则θUE＝θs,t，e＝0；
若e≥E，则θUE＝θp,t，e＝0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述上行SRS信息估计所述用户终端上行估计方位角θs的步骤包括：
对所述上行SRS信息进行频域信道估计
Figure FDA0002230501680000026
计算上行相关矩阵
Figure FDA0002230501680000027
对RUL进行特征值分解，选择最大特征值对应的特征向量Vm作为用户终端的DOA信道估计矢量；
将天线方向矢量集
Figure FDA0002230501680000028
中矢量
Figure FDA0002230501680000029
依次与Vm相乘，得到
Figure FDA00022305016800000210
其中，将扇区方向等分为N份，1≤i≤N；
选择最大Di值对应的θi作为所述用户终端上行估计方位角θs。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中：
Figure FDA00022305016800000211
其中，Kr为接收天线数。
4.一种用于大规模天线下用户终端方位角估计的装置，其特征在于，包括：
上行方位角估计单元，用于接收用户终端发送的上行SRS信息；根据所述上行SRS信息估计所述用户终端上行估计方位角θs；
下行方位角估计单元，用于接收所述用户终端发送的PMI；根据PMI码本索引和方位角对应关系，得到用户终端下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw；
DOA迭代调整单元，用于利用所述下行估计方位角θp和下行方位角范围2θw，并根据以下公式对所述上行估计方位角θs调整，得到用户终端估计方位角θUE，T为迭代上限，且T>1，其中：
当t＝1时，
若
Figure FDA0002230501680000031
则有：
Figure FDA0002230501680000032
Figure FDA0002230501680000033
e＝0
若
Figure FDA0002230501680000034
则有：
Figure FDA0002230501680000035
Figure FDA0002230501680000036
e＝1；
当1<t≤T时，
若
Figure FDA0002230501680000037
则有：
Figure FDA0002230501680000038
Figure FDA0002230501680000039
e＝e
若
Figure FDA00022305016800000310
且e<E，则有：
Figure FDA00022305016800000311
Figure FDA00022305016800000312
e＝e+1
若e≥E，则退出迭代；
其中，e为迭代误差，E为估计误差上限，α为收敛因子，且α>1；上标t表示第t次迭代时根据上行SRS信息估计的上行估计方位角
Figure FDA0002230501680000041
PMI码本索引和方位角对应关系得到的下行估计方位角
Figure FDA0002230501680000042
和下行方位角范围
Figure FDA0002230501680000043
下标t表示第t次迭代后的调整值；
若t＝T，且e<E，则θUE＝θs,t，e＝0；
若e≥E，则θUE＝θp,t，e＝0。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述上行方位角估计单元，具体用于对所述上行SRS信息进行频域信道估计
Figure FDA0002230501680000044
计算上行相关矩阵
Figure FDA0002230501680000045
对RUL进行特征值分解，选择最大特征值对应的特征向量Vm作为用户终端的DOA信道估计矢量；
将天线方向矢量集
Figure FDA0002230501680000046
中矢量
Figure FDA0002230501680000047
依次与Vm相乘，得到
Figure FDA0002230501680000048
其中，将扇区方向等分为N份，1≤i≤N；
选择最大Di值对应的θi作为所述用户终端上行估计方位角θs。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，其中：
Figure FDA0002230501680000049
其中，Kr为接收天线数。
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