CN109391299A - 大规模天线复用方法、发送端、接收端和大规模天线系统 - Google Patents

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武巍
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Abstract

本发明公开一种大规模天线复用方法、发送端、接收端和大规模天线系统。该大规模天线复用方法包括：发送端基于虚拟接收信道进行预编码操作，其中所述虚拟接收信道为发送端和接收端预先约定的矩阵；接收端通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量，其中所述虚拟信道向量为虚拟接收信道的行向量。本发明可以使基站侧在不知道UE信道状态信息的条件下进行复用发送。本发明上述实施例不限制预编码的实现方式，具有极大的灵活性、与现有MIMO预编码算法的兼容性好。

Description

大规模天线复用方法、发送端、接收端和大规模天线系统
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种大规模天线复用方法、发送端、接收端和大规模天线系统。
背景技术
在无线通信系统中，MassiveMIMO(大规模多输入多输出系统)技术可以极大提升系统吞吐量，并可利用线性预编码技术消除单播用户间的干扰实现多用户MIMO(MU-MIMO，多用户多输入多输出系统)进一步增加系统的灵活性和信道利用率。由于MassiveMIMO技术可使系统性能与频谱效率大幅提升，因此MassiveMIMO技术也被视为5G的核心技术之一而被广泛研究。
但是在现行的MassiveMIMO复用技术中，发送端必须知道信道的状态信息，用于预编码等操作。这些信息通常由接收端反馈给发送端，由于反馈的信息量有限，会导致反馈的信道信息不准确，由反馈引起的时延也会使发送端收到的信道信息过时而降低预编码的增益引入干扰。
发明内容
鉴于以上技术问题，本发明提供了一种大规模天线复用方法、发送端、接收端和大规模天线系统，无需发送端知道接收端信道信息。
根据本发明的一个方面，提供一种大规模天线复用方法，包括：
发送端基于虚拟接收信道进行预编码操作，其中所述虚拟接收信道为发送端和接收端预先约定的矩阵；
接收端通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量，其中所述虚拟信道向量为虚拟接收信道的行向量。
在本发明的一个实施例中，所述发送端包括基带处理单元、射频单元和发送端大规模天线阵列；
所述发送端基于虚拟接收信道进行预编码操作包括：
基带处理单元基于虚拟接收信道生成预编码矩阵，以生成调制信号；
射频单元将基带处理单元产生的基带信号调制为射频信号；
发送端大规模天线阵列将调制好的射频信号从对应端口中发送出去。
在本发明的一个实施例中，接收端配备有大规模天线阵列；
所述接收端通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量包括：
接收端生成参数向量；
接收端获取接收端信道矩阵；
接收端利用参数向量做系数对接收端信道矩阵的行向量做线形组合，合并出虚拟信道向量。
在本发明的一个实施例中，所述接收端信道矩阵的列数为发送端的发送天线数；
所述接收端信道矩阵的行数为接收端的接收天线数，其中所述接收天线数大于等于发送天线数。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：
小区中每个接收端形成的虚拟信道向量相结合构成所述虚拟接收信道。
在本发明的一个实施例中，所述虚拟接收信道的列数为发送端的发送天线数；
所述虚拟接收信道的行数为接收端数，其中所述接收端数小于等于发送天线数。
根据本发明的另一方面，提供一种发送端，所述发送端，用于基于虚拟接收信道进行预编码操作，其中所述虚拟接收信道为发送端和接收端预先约定的矩阵，以便接收端通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量，其中所述虚拟信道向量为虚拟接收信道的行向量。
在本发明的一个实施例中，所述发送端包括：
基带处理单元，用于基于虚拟接收信道生成预编码矩阵，以生成调制信号；
射频单元，用于将基带处理单元产生的基带信号调制为射频信号；
发送端大规模天线阵列，用于将调制好的射频信号从对应端口中发送出去。
在本发明的一个实施例中，所述虚拟接收信道的列数为发送端的发送天线数；
所述虚拟接收信道的行数为接收端数，其中所述接收端数小于等于发送天线数。
在本发明的一个实施例中，所述发送端为基站。
根据本发明的另一方面，提供一种接收端，所述接收端，用于通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量，其中，所述虚拟信道向量为虚拟接收信道的行向量，所述虚拟接收信道为发送端和接收端预先约定的矩阵；发送端基于所述虚拟接收信道进行预编码操作。
在本发明的一个实施例中，所述接收端包括：
接收端大规模天线阵列，用于接收发送端发送的射频信号；
参数向量生成模块，用于生成参数向量；
信道矩阵获取模块，用于获取接收端信道矩阵；
信道向量生成模块，用于利用参数向量做系数对接收端信道矩阵的行向量做线形组合，合并出虚拟信道向量。
在本发明的一个实施例中，所述虚拟接收信道的列数为发送端的发送天线数；所述虚拟接收信道的行数为接收端数，其中所述接收端数小于等于发送天线数；
所述接收端信道矩阵的列数为发送端的发送天线数；所述接收端信道矩阵的行数为接收端的接收天线数，其中所述接收天线数大于等于发送天线数。
在本发明的一个实施例中，小区中每个接收端形成的虚拟信道向量相结合构成所述虚拟接收信道。
在本发明的一个实施例中，所述接收端为用户终端。
根据本发明的另一方面，提供一种大规模天线系统，包括如上述任一实施例所述的发送端、以及如上述任一实施例所述的接收端。
本发明可以使基站侧在不知道UE信道状态信息的条件下进行复用发送。本发明上述实施例不限制预编码的实现方式，具有极大的灵活性、与现有MIMO预编码算法的兼容性好。
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为本发明大规模天线系统第一实施例的示意图。
图2为本发明发送端一个实施例的示意图。
图3为本发明接收端一个实施例的示意图。
图4为本发明大规模天线系统第二实施例的示意图。
图5为本发明一个实施例中接收端信道矩阵的示意图。
图6为本发明一个实施例中虚拟信道矩阵的示意图。
图7为本发明一个实施例中虚拟信道矩阵行向量的示意图。
图8为本发明一个实施例中处理虚拟信道矩阵行向量的示意图。
图9为本发明一个实施例中参数向量满足条件的示意图。
图10为本发明一个实施例中多个用户终端构成寻信道矩阵的示意图。
图11为本发明大规模天线复用方法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。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本发明大规模天线系统第一实施例的示意图。如图1所示，所述大规模天线系统包括发送端1和接收端2，其中：。
发送端1，用于基于虚拟接收信道进行预编码操作，其中所述虚拟接收信道为发送端1和接收端2预先约定的矩阵。
在本发明的一个实施例中，所述发送端1可以为基站。
在本发明的一个优选实施例中，所述发送端1可以为宏基站。
接收端2，用于通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量，其中所述虚拟信道向量为虚拟接收信道的行向量。
在本发明的一个实施例中，所述接收端2可以为用户终端。
基于本发明上述实施例提供的大规模天线系统，可以使基站侧在不知道UE信道状态信息的条件下进行复用发送。本发明上述实施例不限制预编码的实现方式，本发明上述实施例具有极大的灵活性、与现有MIMO预编码算法具有很好的兼容性。
下面通过具体实施例对本发明上述实施例中发送端1和接收端2的结构和功能进行说明。
图2为本发明发送端一个实施例的示意图。如图2所示，图1实施例中的发送端1可以包括基带处理单元11、射频单元12和发送端大规模天线阵列13，其中：
基带处理单元11，用于处理基带数据；保存有与用户约定的虚拟接收信道(虚拟信道矩阵)H；基于虚拟接收信道H生成预编码矩阵，以生成调制信号。
在本发明的一个实施例中，所述虚拟接收信道H的列数为发送端1的发送天线数；所述虚拟接收信道H的行数为接收端数，其中所述接收端数小于等于发送天线数。
射频单元12，用于将基带处理单元11产生的基带信号调制为射频信号。
发送端大规模天线阵列13，用于将调制好的射频信号从对应端口中发送出去。
在本发明的一个实施例中，发送端大规模天线阵列13中的天线数通常多余64根。
基于本发明上述实施例提供的发送端，可以使基站侧在不知道UE信道状态信息的条件下进行复用发送。本发明上述实施例不限制预编码的实现方式，本发明上述实施例具有极大的灵活性、与现有MIMO预编码算法具有很好的兼容性。
图3为本发明接收端一个实施例的示意图。如图3所示，图1实施例中的所述接收端2可以包括接收端大规模天线阵列21、参数向量生成模块22、信道矩阵获取模块23和信道向量生成模块24，其中：
接收端大规模天线阵列21，用于接收发送端1发送的射频信号；
参数向量生成模块22，用于生成参数向量Vk。
信道矩阵获取模块23，用于获取接收端信道矩阵Hk。
在本发明的一个实施例中，所述接收端信道矩阵Hk的列数为发送端1的发送天线数；所述接收端信道矩阵的行数为接收端2的接收天线数，其中所述接收天线数大于等于发送天线数。
信道向量生成模块24，用于利用参数向量Vk做系数对接收端信道矩阵Hk的行向量做线形组合，合并出虚拟信道向量，其中所述虚拟信道向量为虚拟接收信道的行向量hk。
基于本发明上述实施例提供的接收端，可以使基站侧在不知道UE信道状态信息的条件下进行复用发送。本发明上述实施例不限制预编码的实现方式，本发明上述实施例具有极大的灵活性、与现有MIMO预编码算法具有很好的兼容性。
在本发明的一个实施例中，小区中每个接收端2形成的虚拟信道向量相结合构成所述虚拟接收信道H。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。
图4为本发明大规模天线系统第二实施例的示意图。图2实施例中所述发送端1为宏基站。所述接收端2为用户终端。小区内有K个用户终端，其中K为大于1的自然数。
在图4实施例中，可以设定：
基站侧的发送天线数为N。
用户终端侧的接收天线数为M，M大于等于N。
小区中的服务用户数(用户终端数)为K(1，2，…，K-1，K)，K小于等于N。
图5为本发明一个实施例中接收端信道矩阵的示意图。小区中第k个用户终端的信道矩阵Hk如图5所示，其中，1≤k≤K。由于用户终端的信道矩阵Hk的秩为N(M>N)，所以该矩阵的行向量的线形组合可以生成任意一个1*N的向量。
图6为本发明一个实施例中虚拟信道矩阵的示意图。如图6所示，基站侧保存有一个虚拟信道矩阵H(K*N)，之所以称为虚拟信道矩阵是因为此信道矩阵并不真实存在，只有基站与用户终端间事先约定，只需满足H的秩为K(满秩)即可。例如：随机矩阵rand(K，N)+j*rand(K，N)。
图7为本发明一个实施例中虚拟信道矩阵行向量的示意图。如图7所示，虚拟信道矩阵H的行向量为hk。
图8为本发明一个实施例中处理虚拟信道矩阵行向量的示意图。通过图8可知，由于用户终端事先已知虚拟信道矩阵H及其行向量hk，及用户终端的信道矩阵Hk，
图9为本发明一个实施例中参数向量满足条件的示意图。用户终端将生成一个参数向量Vk并满足公式(1)和图9的条件。
VkHk＝hk (1)
由此可以通过公式(2)计算出参数向量Vk。
利用参数向量Vk做系数对Hk的行向量做线形组合，即可合并出虚拟信道向量hk。
图10为本发明一个实施例中多个用户终端构成寻信道矩阵的示意图。每一个用户终端UE进行相同操作，则如图10所示，K个用户可以合并出K个虚拟信道向量hk，从而构成虚拟信道矩阵H。
由此每个UE的虚拟信道向量即为矩阵H中的行向量hk，发送端只需基于H进行预编码发送，接收端通过参数向量Vk对M个接接收天线上的信号进行合并即可。
在本发明的一个实施例中，小区中每个接收端2形成的虚拟信道向量相结合构成所述虚拟接收信道H。
本发明上述实施例中，网络中节点间交换自身服务用户的信息，通过在接收端配置MassiveMIMO多天线来增减接收端的自由度，以实现在接收端通过不同信道向量的合并来构成一个虚拟接收信道；该虚拟接收信道由发送端与接收端事先约定，发送端基于此信道进行预编码操作，无需关心真正的信道状态矩阵，接收端通过调整自己多个信道向量的线形组合构成虚拟的接收信道，无需反馈任何信道信息。
本发明上述实施例可以使基站侧在不知道用户终端信道状态信息的条件细进行复用发送。本发明上述实施例不限制预编码的实现方式，具有极大的灵活性、与现有MIMO预编码算法的兼容性好。本发明上述实施例虚拟信道的配置灵活，只要满足是矩阵H满秩即可。
图11为本发明大规模天线复用方法一个实施例的示意图。优选的，本实施例可由大规模天线复用系统执行。如图11所示，所述方法可以包括：
步骤100，发送端1基于虚拟接收信道H进行预编码操作，其中所述虚拟接收信道H为发送端1和接收端2预先约定的矩阵。
在本发明的一个实施例中，所述虚拟接收信道H的列数为发送端1的发送天线数N；所述虚拟接收信道H的行数为接收端2的接收端数K，其中所述接收端数K小于等于发送天线数N。
在本发明的一个实施例中，所述虚拟接收信道H的秩为满秩(K)。
在本发明的一个实施例中，步骤100可以包括：
步骤110，基带处理单元11基于虚拟接收信道H生成预编码矩阵，以生成调制信号。
步骤120，射频单元12将基带处理单元11产生的基带信号调制为射频信号。
步骤130，发送端大规模天线阵列13将调制好的射频信号从对应端口中发送出去。
步骤200，接收端2通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量，其中所述虚拟信道向量为虚拟接收信道H的行向量。
在本发明的一个实施例中，接收端2配备有大规模天线阵列。
在本发明的一个实施例中，步骤200可以包括：
步骤210，接收端2生成参数向量。
步骤220，接收端2获取接收端信道矩阵hk。
在本发明的一个实施例中，所述接收端信道矩阵hk的列数为发送端1的发送天线数N；所述接收端信道矩阵hk的行数为接收端2的接收天线数M，其中所述接收天线数M大于等于发送天线数N。
在本发明的一个实施例中，所述接收端信道矩阵hk的秩为N(M>N)。
步骤230，接收端2利用参数向量做系数对接收端信道矩阵的行向量做线形组合，合并出虚拟信道向量。
在本发明的一个实施例中，所述方法还可以包括：小区中每个接收端2形成的虚拟信道向量相结合构成所述虚拟接收信道H。
基于本发明上述实施例提供的大规模天线复用，网络中节点间交换自身服务用户的信息，通过在接收端配置MassiveMIMO多天线来增减接收端的自由度，以实现在接收端通过不同信道向量的合并来构成一个虚拟接收信道；该虚拟接收信道由发送端与接收端事先约定，发送端基于此信道进行预编码操作，无需关心真正的信道状态矩阵，接收端通过调整自己多个信道向量的线形组合构成虚拟的接收信道，无需反馈任何信道信息。
本发明上述实施例可以使基站侧在不知道用户终端信道状态信息的条件细进行复用发送。本发明上述实施例不限制预编码的实现方式，具有极大的灵活性、与现有MIMO预编码算法的兼容性好。本发明上述实施例虚拟接收信道的配置灵活，只要满足是矩阵H满秩即可。
在上面所描述的基带处理单元11、射频单元12、参数向量生成模块22、信道矩阵获取模块23、信道向量生成模块24等功能单元可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
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 (16)

1.一种大规模天线复用方法，其特征在于，包括：
发送端基于虚拟接收信道进行预编码操作，其中所述虚拟接收信道为发送端和接收端预先约定的矩阵；
接收端通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量，其中所述虚拟信道向量为虚拟接收信道的行向量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送端包括基带处理单元、射频单元和发送端大规模天线阵列；
所述发送端基于虚拟接收信道进行预编码操作包括：
基带处理单元基于虚拟接收信道生成预编码矩阵，以生成调制信号；
射频单元将基带处理单元产生的基带信号调制为射频信号；
发送端大规模天线阵列将调制好的射频信号从对应端口中发送出去。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，接收端配备有大规模天线阵列；
所述接收端通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量包括：
接收端生成参数向量；
接收端获取接收端信道矩阵；
接收端利用参数向量做系数对接收端信道矩阵的行向量做线形组合，合并出虚拟信道向量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述接收端信道矩阵的列数为发送端的发送天线数；
所述接收端信道矩阵的行数为接收端的接收天线数，其中所述接收天线数大于等于发送天线数。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
小区中每个接收端形成的虚拟信道向量相结合构成所述虚拟接收信道。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述虚拟接收信道的列数为发送端的发送天线数；
所述虚拟接收信道的行数为接收端数，其中所述接收端数小于等于发送天线数。
7.一种发送端，其特征在于，
所述发送端，用于基于虚拟接收信道进行预编码操作，其中所述虚拟接收信道为发送端和接收端预先约定的矩阵，以便接收端通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量，其中所述虚拟信道向量为虚拟接收信道的行向量。
8.根据权利要求7所述的发送端，其特征在于，包括：
基带处理单元，用于基于虚拟接收信道生成预编码矩阵，以生成调制信号；
射频单元，用于将基带处理单元产生的基带信号调制为射频信号；
发送端大规模天线阵列，用于将调制好的射频信号从对应端口中发送出去。
9.根据权利要求7或8所述的发送端，其特征在于，
所述虚拟接收信道的列数为发送端的发送天线数；
所述虚拟接收信道的行数为接收端数，其中所述接收端数小于等于发送天线数。
10.根据权利要求7或8所述的发送端，其特征在于，
所述发送端为基站。
11.一种接收端，其特征在于，
所述接收端，用于通过调整接收端多个信道向量的线形组合构成虚拟信道向量，其中，所述虚拟信道向量为虚拟接收信道的行向量，所述虚拟接收信道为发送端和接收端预先约定的矩阵；发送端基于所述虚拟接收信道进行预编码操作。
12.根据权利要求11所述的接收端，其特征在于，包括：
接收端大规模天线阵列，用于接收发送端发送的射频信号；
参数向量生成模块，用于生成参数向量；
信道矩阵获取模块，用于获取接收端信道矩阵；
信道向量生成模块，用于利用参数向量做系数对接收端信道矩阵的行向量做线形组合，合并出虚拟信道向量。
13.根据权利要求12所述的接收端，其特征在于，
所述虚拟接收信道的列数为发送端的发送天线数；所述虚拟接收信道的行数为接收端数，其中所述接收端数小于等于发送天线数；
所述接收端信道矩阵的列数为发送端的发送天线数；所述接收端信道矩阵的行数为接收端的接收天线数，其中所述接收天线数大于等于发送天线数。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的接收端，其特征在于，
小区中每个接收端形成的虚拟信道向量相结合构成所述虚拟接收信道。
15.根据权利要求11-13中任一项所述的接收端，其特征在于，
所述接收端为用户终端。
16.一种大规模天线系统，其特征在于，包括如权利要求7-10中任一项所述的发送端、以及如权利要求11-15中任一项所述的接收端。
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