CN108566236A - 用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统 - Google Patents

用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统，所述方法包括：基站采用全向天线模式发送波束参考信号；每个用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，根据接收信号能量的极值点对应的码字确定本终端的模拟合并矩阵；基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，根据定向接收的信号能量极值点对应的码字，确定模拟预编码矩阵；基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端的信息传输。本发明的传输方案具有较高频谱效率且算法简单，适用于基站对多用户多流数据通信的场景。

Description

用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统。
背景技术
随着移动终端的日益普及和移动互联网业务的迅猛发展，人们对5G移动通信系统的容量和传输速率有了更高的期望和要求。在当前形势下，频率低于10GHz的频谱已经非常拥挤，因此具有高带宽、定向窄波束、安全保密性好等特点的毫米波高频通信受到业界的广泛的关注。
由于毫米波的波长较短，设备可以配备上百根天线单元构成大规模天线阵列(massive MIMO)，进而极大地提高频谱效率，因此毫米波大规模天线通信成为极有潜力的5G热门候选技术。然而，在实际运用中高频射频单元的工艺较为复杂。同时大规模信号的模拟数字转换会带来大量的能量消耗(特别是对于高频器件)，后续数字信号处理的复杂度也会随着射频链路数的增加而迅速上升。为了能够将该技术运用于实际部署，简单的硬件实现结构以及低耗能低复杂度的传输方案设计成为毫米波大规模天线研究中的核心问题。
传统的纯数字域波束成形需要为每根天线配备一条独立的射频链路。这样的好处是可以提供足够的自由度，从而大幅提高通信系统的性能。但随着天线数量的急剧上升，射频单元的能耗与处理的复杂度大大增加，其弊端也显而易见。传统的纯模拟域波束成形则恰恰相反，它将所有的天线单元分别经过移相器连接至同一条射频链路上。这样做的好处是结构简单易实现，同时也大大降低了设备的能耗。但是由于只存在一条射频链路，通信的自由度大大降低，导致系统性能大打折扣。考虑到上述问题，一种数字模拟混合的发射机/接收机结构成为学术界和工业界关注的焦点。大规模的射频天线单元通过全连接(自适应子阵结构，每条射频链路与所有天线单元相连)或部分连接(固定子阵结构，每条射频链路仅连接部分天线单元)的方式与少量射频链路相连，收发机内的整条信号通路可分为两个部分：模拟射频部分(大规模天线构成的模拟前端)以及数字基带处理部分(少量射频链路组成的数字后端)。模拟数字两者的结合保证系统只需要少量的数字模拟转换单元，从而数字域的转换能耗以及处理复杂度大大降低。同时，还可以通过模拟域的大规模天线阵进行有效的模拟波束成形来弥补信号传播过程中的路径损耗。因此，这种混合波束成形结构成为了得到业界一致认可的毫米波大规模天线通信系统解决方案。学术界目前对基于全连接的混合波束成形方式已有一些解决方案以及性能分析，但在多用户多数据流的场景下之前的许多算法并不适用，需要寻求新的解决方案。
例如，基于等效基带信道能量最大化的思想提出的，适用于单用户单数据流传输的方案中，只取等效基带信道能量最大时对应的码字作为合并/预编码向量；而该方案运用到多用户且一个用户多数据流的场景中，频谱效率不高，也就是说该方案并不能适用于多用户且一个用户多数据流的场景。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统，具有较高频谱效率且算法简单，适用于基站对多用户多流数据通信的场景。
基于上述目的本发明提供一种混合波束成形传输方法，包括：
基站采用全向天线模式发送波束参考信号；
每个用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；
所述基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；
每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵；
所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端的信息传输。
其中，所述根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵，具体包括：
所述用户终端对接收信号能量的极值点进行降序排序；
选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成本终端的模拟合并矩阵；
其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。
其中，所述根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵，具体包括：
所述用户终端对定向接收的信号能量的极值点进行降序排序；
选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成适用于本终端的模拟预编码矩阵；
其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。
其中，所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵，具体包括：
所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，向各用户终端发送导频信号；
各用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行信号接收，并根据接收到的导频信号进行信道估计，得到对应的等效基带信道信息；
所述基站根据各用户终端反馈的等效基带信道信息，确定所述数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵。
本发明还提供一种混合波束成形传输系统，包括：
基站和多个用户终端；其中，
所述基站用于在第一波束训练阶段采用全向天线模式发送波束参考信号；在第二波束训练阶段遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；
所述用户终端用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵；
所述基站还用于根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端之间的信息传输。
本发明还提供一种基站，包括：
波束训练模块，用于在第一波束训练阶段采用全向天线模式发送波束参考信号；在第二波束训练阶段遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；
基带矩阵确定模块，用于根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵；并将确定的数字合并矩阵反馈给对应的用户终端
信息传输模块，用于根据确定的模拟、数字预编码矩阵与各用户终端之间进行信息传输。
本发明还提供一种用户终端，包括：
波束训练模块，用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字接收基站发送的全向天线模式的波束参考信号，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段根据本终端的模拟合并矩阵定向接收所述基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字所发送的波束参考信号，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵并向所述基站反馈；
等效基带信道信息反馈模块，用于根据本终端的模拟合并矩阵接收所述基站根据各用户终端的模拟预编码矩阵发送的导频信号；并根据接收到的导频信号进行信道估计，得到对应的等效基带信道信息向所述基站反馈；
信息传输模块，用于根据本终端的模拟合并矩阵，以及所述基站反馈的本终端的数字合并矩阵，与所述基站进行信息传输。
本发明的技术方案中，在第一波束训练阶段基站采用全向天线模式发送波束参考信号，而用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；而每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵。事实证明，本发明技术方案以选取能量极值点对应的码字来确定模拟合并、预编码矩阵，相比于传统基于等效基带信道能量最大化的方法来确定模拟合并、预编码矩阵，可以更加有效地消除同一用户多数据流之间的干扰。原因在于，传统基于等效基带信道能量最大化的方法中，经常会出现若干个最大等效基带信道能量所对应的码字会集中在一个小范围内，从而导致基于这些码字确定出的模拟合并、预编码矩阵在通信时更容易造成用户内干扰(同一用户的数据流之间的干扰)；而本发明中，能量极值点分别为若干波峰的峰顶，相互之间有一定间隔，选取能量极值点对应的码字则不会集中在一个小范围内，而是相对比较分散，同时，由于是极值点又可以获得较强的接收信号能量，因此，本发明解决方案所确定的模拟合并、预编码矩阵，能够有助于在信息传输过程中，具有更高的频谱效率；同时，本发明的算法与传统基于等效基带信道能量最大化的码本解决方案中模拟阶段遍历搜索相比拥有极低的复杂度，具有算法简单，计算快速的优点。
附图说明
图1为本发明使用的混合波束成形传输系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种混合波束成形传输方法流程图；
图3为本发明实施例提供的用户终端接收信号能量的极值点示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基站内部结构框图；
图5为本发明实施例提供的一种用户终端内部结构框图；
图6为本发明实施例提供的混合波束成形传输方法与现有方法的频谱效率曲线对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。
如图1所示，为本发明使用的5G毫米波MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出技术)系统中混合波束成形系统结构示意图，其中，包括：基站和多个用户终端。
小区中单个基站配置具有NBS根天线的UPA(Uniform Planar Array：均匀面阵)和MBS(MBS＜NBS)条射频链路；小区中等待被服务的用户终端数为K并且均配置具有NMS根天线的UPA和MMS(MMS＜NMS)条射频链路，能够传输Ns(Ns≥1)路数据流。
为了降低硬件复杂度同时保证通信的有效性，基站和用户终端的射频链路数分别满足KNs≤MBS＜＜NBS和Ns≤MMS≤NMS。对于每个用户终端传输Ns条数据流的通信系统而言，基站和用户终端的最小射频链路数分别为MBS＝KNs和MMS＝Ns。本发明中令MBS＝KMMS。上述基站、用户终端结构适用于毫米波大规模天线下基站对多用户的多流数据通信。
基站端传输给K个用户终端且总功率限定为Pt的原始发送信号先经过一个对角功率分配矩阵进行功率分配(图中未标)，其中功率分配后的信号又依次经过发送端的数字预编码矩阵和发送端的模拟预编码矩阵经过两次预编码加权的信号通过模拟天线发送至无线信道中。因模拟预编码部分采用相移器只能改变发送信号相位，故FRF的每个元素都有相同的幅值，即为了满足整体发送功率的限制，FBB需要满足
第k个用户终端，其模拟天线端首先接收到来自基站的信号。接收到的信号依次经过接收端的模拟合并矩阵和接收端的数字合并矩阵经过两次合并加权后的信号通过解调得到发送给第k个用户终端的Ns条数据流。同样，因为相移器的原因，模拟合并矩阵的每个元素满足
综上，第k个用户终端合并加权后的解调信号可表示为：
其中k∈{1,…,K}，表示K个用户终端的总发送信号向量，表示发送给第k个用户终端的Ns条数据流且满足表示第k个用户终端的下行传输信道矩阵，则第k个用户终端的基带信道定义为表示第k个用户终端的加性高斯白噪声，其中nk的每一个元素都满足独立同分布的复高斯分布且均值为零，方差为σ2。系统中的发送信噪比定义为综上，解调后发给第k个用户的第i条数据流可以进一步表示为：
其中，ki＝(k-1)Ns+i，代表向量s的第ki个元素，代表分配给第k用户终端第i条数据流的功率。上式中不同行的连续四项分别代表了有用信号、用户内干扰、用户间干扰以及噪声。当传输高斯信号时，通信系统的传输和速率可以表示为：
其中，代表第k个用户第i条数据流的信干噪比，它可以通过计算表达式中右边第一项有用信号的能量和其余项中干扰和噪声的能量总和的比值得到，其具体表达式为：
其中k∈{1，…，K}，i∈{1，…，Ns}。在实际应用中，当系统每个用户传输多流即Ns＞1时，不仅不同用户的不同数据流间会产生干扰，而且相同用户的不同数据流间也将产生干扰。
混合波束成形系统中的混合波束成形器由上述发送端数字预编码矩阵FBB、发送端模拟预编码矩阵FRF，以及接收端模拟合并矩阵和接收端数字合并矩阵构成。在确定混合波束成形器后，基站与用户终端之间即可进行信息传输。
在混合波束成形传输系统中，本发明实施例提供的一种混合波束成形传输方法，流程如图2所示，包括如下步骤：
步骤S201：第一波束训练阶段中基站采用全向天线模式发送波束参考信号。
具体地，在第一波束训练阶段中，基站仅使用一条射频链路，采用全向天线模式发送波束参考信号(数字信号)至用户终端，即模拟预编码矩阵设为C表示复数集合。
步骤S202：第一波束训练阶段中每个用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收。
具体地，在第一波束训练阶段中，每个用户终端仅使用一条射频链路，即关闭除第一条射频链路外的所有射频链路，遍历模拟合并码本集合的所有码字接收基站发送的波束参考信号。
步骤S203：用户终端根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵。
本步骤中，在第一波束训练阶段中，用户终端对接收信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成本终端的模拟合并矩阵；其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。
具体地，第k个用户终端遍历模拟合并码本集合中的所有波束成形向量(即码字)进行信号接收的过程中，当采用第i个码字接收时，利用波束参考信号计算接收信号能量(假定噪声为零，该值近似为基带信道能量)Ek(i)，其中进一步地，第k个用户终端根据计算的每个码字对应的接收信号能量，确定接收信号能量的极值点集合其中极值点定义为在数值上比前一个点和后一个点都大的点。图3为接收信号能量的极值点示意图。
第k个用户终端对极值点集合按降序排列，并将第j个极值点对应的序号定义为j＝1，...，MMS；进而确定本终端的模拟合并矩阵为j＝1，...，MMS。其中k＝1,…,K。
步骤S204：第二波束训练阶段中基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号。
本步骤中，在第二波束训练阶段中基站遍历模拟预编码码本集合中的所有波束成形向量(即码字)发送波束参考信号。
步骤S205：第二波束训练阶段中每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收。
本步骤中，在第二波束训练阶段中每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收。
步骤S206：用户终端根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵，并反馈给基站。
本步骤中，在第二波束训练阶段中，用户终端对定向接收的信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成适用于本终端的模拟预编码矩阵；其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。
具体地，第k个用户终端接收到基站采用第i个码字发送的波束参考信号时，利用接收的波束参考信号计算接收信号能量(假定噪声为零，该值近似为基带信道能量)其中进一步地，第k个用户终端根据计算的每个码字对应的接收信号能量，确定定向接收的信号能量的极值点集合其中极值点定义为在数值上比前一个点和后一个点都大的点。
第k个用户终端对极值点集合按降序排列，并将第j个极值点对应的序号定义为j＝1，...，MMS；从而获得发送端的模拟预编码矩阵j＝1，...，MMS。第k个用户终端将获得的模拟预编码矩阵反馈给基站。其中k＝1,…,K。
如此，基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，组成发送端的模拟预编码矩阵FRF。
步骤S207：基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵。
本步骤中，基站可利用现有方法，根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵，具体过程包括如下子步骤：
子步骤S2071：基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，向各用户终端发送导频信号。
本步骤中，基站利用已经获得的模拟预编码矩阵FRF向所有用户终端发送导频信号。
子步骤S2072：各用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行信号接收。
子步骤S2073：用户终端根据接收到的导频信号进行信道估计，得到对应的等效基带信道信息，并向基站反馈。
具体地，第k个用户终端在根据接收到的导频完成信道估计后将对应的等效基带信道信息反馈给基站，其中k＝1,…,K。
子步骤S2074：基站根据各用户终端反馈的等效基带信道信息，确定所述数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵。
具体地，基站获得所有用户终端反馈的基带信道信息，并定义其中k＝1,…,K。
基站对进行SVD分解进而对第k个用户子信道进行SVD分解U为的左奇异向量(按照对应的奇异值降序排列)，取U的前Ns列，即得到从而基站获得接收端的数字合并矩阵基站向各用户终端反馈相应的数字合并矩阵。
基站根据V为的右奇异向量(按照对应的奇异值降序排列)，确定适用于第k个用户终端的数字预编码矩阵为 为V的前Ns列；从而基站获得发送端的数字预编码矩阵
步骤S208：基于确定的基站发送端的模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵，以及各用户终端的接收端的模拟合并矩阵和数字合并矩阵，基站与各用户终端可以实现信息传输。
基于上述的方法，本发明实施例提供的一种基站，其内部模块化的结构框图如图4所示，包括：波束训练模块402、基带矩阵确定模块403、以及信息传输模块404。
波束训练模块402用于在第一波束训练阶段采用全向天线模式发送波束参考信号；在第二波束训练阶段遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；
基带矩阵确定模块403用于根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵；并将确定的数字合并矩阵反馈给对应的用户终端。具体地，基带矩阵确定模块403根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，向各用户终端发送导频信号；并根据各用户终端反馈的等效基带信道信息，确定所述数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵。基带矩阵确定模块403向各用户终端反馈相应的数字合并矩阵。
信息传输模块404用于根据确定的模拟、数字预编码矩阵与各用户终端之间进行信息传输。
基于上述的方法，本发明实施例提供的一种用户终端，其内部模块化的结构框图如图5所示，包括：波束训练模块502、等效基带信道信息反馈模块503、信息传输模块504。
波束训练模块502用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字接收基站发送的全向天线模式的波束参考信号，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段根据本终端的模拟合并矩阵定向接收所述基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字所发送的波束参考信号，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵并向所述基站反馈；
等效基带信道信息反馈模块503用于根据本终端的模拟合并矩阵接收所述基站根据各用户终端的模拟预编码矩阵发送的导频信号；并根据接收到的导频信号进行信道估计，得到对应的等效基带信道信息向所述基站反馈；
信息传输模块504于根据本终端的模拟合并矩阵，以及所述基站反馈的本终端的数字合并矩阵，与所述基站进行信息传输。
上述波束训练模块502具体用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字接收基站发送的全向天线模式的波束参考信号，并对接收信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段对定向接收的信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成适用于本终端的模拟预编码矩阵；其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。
上述基站、用户终端中各模块的功能具体实现方法可参考上述图2所示流程各步骤中的详细方法，此处不再赘述。
图6为多用户多数据流场景下，运用本发明的传输方案、与理论最优解方案和传统基于等效基带信道能量最大化的码本解决方案(数字域处理与本发明方案相同，模拟域处理选用使接收信号能量最大的模拟合并/预编码码字)的频谱效率的比较仿真图。仿真中，一个用户终端传输的数据流数为2，发送端基站采用位的量化码本，配备256根天线、8条射频链路且同时服务4个用户终端；每个用户终端采用位量化码本，配备16根天线、2条射频链路。图中横坐标是信噪比，单位为分贝；纵坐标是频谱效率，单位比特每秒每赫兹。从图6中可以看出：首先，本发明方案在20dB信噪比的时候平均每个用户终端均达到了25bit/s/Hz的频谱效率，且与最佳理论解接近并高于传统码本解决方案；仿真验证了本发明方案在基于全连接子阵的混合波束成形结构下多用户多数据流传输的有效性。
此外，本发明的算法与传统基于等效基带信道能量最大化的码本解决方案中模拟阶段遍历搜索相比拥有极低的复杂度；以本仿真为例，传统基于等效基带信道能量最大化的码本解决方案的遍历算法一共需要完成次波束搜索过程，而本发明的方案中搜索算法仅需次。
综上，本发明的技术方案中，在第一波束训练阶段基站采用全向天线模式发送波束参考信号，而用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；而每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵。事实证明，本发明技术方案以选取能量极值点对应的码字来确定模拟合并、预编码矩阵，相比于传统基于等效基带信道能量最大化的方法来确定模拟合并、预编码矩阵，可以更加有效地消除同一用户多数据流之间的干扰。原因在于，传统基于等效基带信道能量最大化的方法中，经常会出现若干个最大等效基带信道能量所对应的码字会集中在一个小范围内，从而导致基于这些码字确定出的模拟合并、预编码矩阵在通信时更容易造成用户内干扰(同一用户的数据流之间的干扰)；而本发明中，能量极值点分别为若干波峰的峰顶，相互之间有一定间隔，选取能量极值点对应的码字则不会集中在一个小范围内，而是相对比较分散，同时，由于是极值点又可以获得较强的接收信号能量，因此，本发明解决方案所确定的模拟合并、预编码矩阵，能够有助于在信息传输过程中，具有更高的频谱效率；同时，本发明的算法与传统基于等效基带信道能量最大化的码本解决方案中模拟阶段遍历搜索相比拥有极低的复杂度，具有算法简单，计算快速的优点。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合波束成形传输方法，其特征在于，包括：
基站采用全向天线模式发送波束参考信号；
每个用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；
所述基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；
每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵；
所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端的信息传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵，具体包括：
所述用户终端对接收信号能量的极值点进行降序排序；
选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成本终端的模拟合并矩阵；
其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵，具体包括：
所述用户终端对定向接收的信号能量的极值点进行降序排序；
选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成适用于本终端的模拟预编码矩阵；
其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵，具体包括：
所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，向各用户终端发送导频信号；
各用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行信号接收，并根据接收到的导频信号进行信道估计，得到对应的等效基带信道信息；
所述基站根据各用户终端反馈的等效基带信道信息，确定所述数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵。
5.一种混合波束成形传输系统，其特征在于，包括：基站和多个用户终端；其中，
所述基站用于在第一波束训练阶段采用全向天线模式发送波束参考信号；在第二波束训练阶段遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；
所述用户终端用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵；
所述基站还用于根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端之间的信息传输。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述用户终端具体用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字接收基站发送的全向天线模式的波束参考信号，并对接收信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段对定向接收的信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成适用于本终端的模拟预编码矩阵；其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。
7.一种基站，其特征在于，包括：
波束训练模块，用于在第一波束训练阶段采用全向天线模式发送波束参考信号；在第二波束训练阶段遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；
基带矩阵确定模块，用于根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵；并将确定的数字合并矩阵反馈给对应的用户终端；
信息传输模块，用于根据确定的模拟、数字预编码矩阵与各用户终端之间进行信息传输。
8.根据权利要求7所述的基站，其特征在于，
所述基带矩阵确定模块具体用于根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，向各用户终端发送导频信号；并根据各用户终端反馈的等效基带信道信息，确定所述数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵。
9.一种用户终端，其特征在于，包括：
波束训练模块，用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字接收基站发送的全向天线模式的波束参考信号，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段根据本终端的模拟合并矩阵定向接收所述基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字所发送的波束参考信号，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵并向所述基站反馈；
等效基带信道信息反馈模块，用于根据本终端的模拟合并矩阵接收所述基站根据各用户终端的模拟预编码矩阵发送的导频信号；并根据接收到的导频信号进行信道估计，得到对应的等效基带信道信息向所述基站反馈；
信息传输模块，用于根据本终端的模拟合并矩阵，以及所述基站反馈的本终端的数字合并矩阵，与所述基站进行信息传输。
10.根据权利要求9所述的用户终端，其特征在于，
所述波束训练模块具体用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字接收基站发送的全向天线模式的波束参考信号，并对接收信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段对定向接收的信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成适用于本终端的模拟预编码矩阵；其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。
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