CN113271131B - 波束选择反馈方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种波束选择反馈方法及系统；所述方法包括：发送端对多套信道测量导频进行具有不同权值的预编码操作，并对多套信道测量导频进行组合，通过多个导频的联合测量结果来估计出信道对应的真实导向矢量，并获得更准确的信道信息，接收端在收到的信号中选择一个或多个包含有不同预编码后的信道测量导频的组合反馈给发送端，通过测量导频的组合测量，可以反映出来更好的方向性。使得接受端可以准确地选择较好的预编码信道测量导频，同时准确的让发送端获知接收端的方向性信息。

Description

波束选择反馈方法及系统

技术领域

本公开涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种波束选择反馈方法及系统。

背景技术

无线通信系统中，随着天线数目越来越多，使用波束赋形技术来增强各种信道信号的覆盖是一个趋势，尤其是在高频系统中，由于路损比较大，因此一般需要采用波束赋形技术才能保障各种信道的基本覆盖需求；参考图1，波束赋形包括基带预编码波束赋形和射频预编码波束赋形两部分，基带预编码主要是指作用在射频通路上的预编码，射频预编码主要是指作用在射频通路的阵子上的预编码，前者是在基带上完成的，后者在射频上完成；波束赋形技术的本质是利用信道信息来使得信号在通过发送端与接收端信道后有一个同向叠加效果，相当于将能量集中在某个方向(可理解为高维信道对应的高维空间中的某个方向，一般为特征空间中特征矢量的方向)，因此可以获得很好形成发送波束赋形效果，天线越多，波束越窄，效果越好。但这种技术的挑战性在于，选择一个正确的窄波束是非常重要的，如果选择的波束与实际的信道特征矢量不匹配，那么会出现只能收到很少甚至收不到有用信号的情况，大大地降低多天线波束赋形的性能。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的在于提出一种波束选择反馈方法及系统。

基于上述目的，本公开提供了一种波束选择反馈方法，包括：

发送端设置M套预编码权值，其中M为大于1的整数；

发送端根据所述M套预编码权值，对M套信道测量导频进行预编码；

发送端向接收端发送预编码后的M套信道测量导频；

发送端根据所述预编码后的M套信道测量导频，确定N组预编码后的信道测量导频组合；其中N为大于等于1的整数；

发送端将所述N组预编码后的信道测量导频组合的配置信息发送给接收端；

接收端对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并根据所述配置信息从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端，其中X为大于等于1小于等于N的整数。

基于同一发明构思，本说明书一个或多个实施例还提供了一种波束选择反馈系统，包括：发送端和接收端；

所述发送端被配置为设置M套预编码权值，其中M为大于1的整数；根据所述M套预编码权值，对M套信道测量导频进行预编码；根据所述预编码后的M套信道测量导频，发送端确定N组预编码后的信道测量导频组合；其中N为大于等于1的整数；向接收端发送预编码后的M套信道测量导频和所述N组预编码后的信道测量导频组合的配置信息；

所述接收端被配置为对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组反馈给发送端，其中X为大于等于1小于等于N的整数。

从上面所述可以看出，本公开提供的波束选择反馈方法及系统，基于波束赋形，通过在发送端对多套信道测量导频进行具有不同权值的预编码操作，并对多套信道测量导频进行组合，接收端在收到的信号中选择一个或多个包含有不同信道测量导频的组合反馈给发送端，使得接受端可以准确地选择较好的预编码信道测量导频，同时准确的让发送端获知接收端的方向性信息。

附图说明

为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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公开的实施例，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为本公开实施例的一个波束构造集合示意图；

图2为本公开实施例的另一个波束构造集合示意图；

图3为本公开实施例有多个较强方向分支的波束构造集合示意图；

图4为本公开实施例的波束选择反馈方法流程图；

图5为本公开实施例的均匀线阵示意图；

图6为本公开实施例的均匀面阵示意图；

图7为本公开实施例的4G LTE在一个子帧内的pattern图样示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

如背景技术部分所述，现有的波束选择反馈方案还难以满足需要。申请人在实现本公开的过程中发现，现有的波束选择反馈方案存在的主要问题在于：系统主要是通过以下的方式来进行波束训练及反馈，这种方式可以应用于下行也可以用于上行，以下行波束训练为例，通常包括：

配置信道测量波束导频的发送参数给接收端；

发送端发送N个用于信道测量的波束导频；

接收端接收测量波束导频配置参数，接收这些测量波束导频；通过这N个波束导频进行测量，获得信道质量信息；

接收端选择波束导频，并反馈对应的波束索引及质量信息；

可以看出，相关技术中是通过专有的一些信道测量波束导频的发送及对应的测量反馈让发送端获得最佳波束方向信息的。参考图1和图2，展示了多个波束构造的集合，在采用高精度的相位预编码后，每个导频可以形成一个不同方向的波束。这种方案虽然比较适合指向性很好的单个窄波束形式，但是对于一些比较特殊的情况，参考图3，同一个权值对应有多个较强方向分支的波束，相关方案就不再适用。这种情况一般出现在相位量化精度受限时。由于每个天线上的相位状态限制，不能产生方向单一的集束波束效果，每个预编码权值实际上包含多个方向的波束分量。这种情况往往是量化受限的原因或者其它发送端器件不理想因素造成。为了更加透明的标准设计，接收端在测量时只能测量出其收到的接收功率，并不知道发送波束的射出方向。如果发送端受限，只能发送上面不太理想类型的波束，此时接收端选择接收功率最大的发送方式并不一定能够准确地让接收端选择出最佳的发送预编码。当一个预编码权值对应的波束形状是上面的情况时，如果仍然采用传统的方法，可能会造成多个导频均有比较接近的接收功率，无法准确地让发送端获知终端的方向性信息。

有鉴于此，以下，通过具体的实施例来详细说明本说明书一个或多个实施例的技术方案。

参考图4，本说明书一个实施例的波束选择反馈方法，包括以下步骤：

步骤S401、发送端设置M套预编码权值，其中M为大于1的整数；

本步骤中，发送端根据天线拓扑对应的导向矢量设置预编码权值。参考图5，均匀线阵(Uniform Linear Array,ULA)是一种基础的天线拓扑结构，由多个天线阵元以相等的间隔按照直线形进行组阵。阵列由m个阵元构成，放置在x轴上，阵元间距为d(一般设为载波波长λ的一半)，辐射信号与阵列可假定在同一平面内，信号与y轴夹角可表示为θ_k(k＝1，…，K)，预编码导向矢量可以表示为：

a(θ_k)＝[1，e^jβ，…，e^j(m-1)β]^T

其中，a(θ_k)表示所述导向矢量，e为自然对数的底数，m表示天线阵列的阵元个数，β表示天线的角度，j为虚数符号。

一个导向矢量对应于一个波束方向，X的取值会影响波束的宽度。预编码权值可以对应一个导向矢量，也可以对应多个导向矢量的合并。

如果为均匀面阵(Uniform Planar Array,UPA)，参考图6，由m×n个天线单元均匀排列而成，x轴方向部署m根天线，y轴方向部署n根天线，每行/列等价于一个ULA。给定俯仰角θ和方位角φ时的UPA阵列导向矢量可表示为

其中，x轴方向的导向矢量表示为：

y轴方向的导向矢量表示为：

这里

表示Kronecker积，d表示相邻天线阵元的间距，λ为载波波长。一个导向矢量对应于一个波束方向，m的取值会影响波束的宽度。预编码权值可以对应一个导向矢量，也可以对应于多个导向矢量的合并。

其它天线拓扑根据波程差也可以获得其对应的导向矢量，M套导频对应的预编码生成的方式与此类似。一般来说，预编码中的波束成分需要覆盖预定的角度范围，典型的情况是0～360度。部分情况也可以为0～180度或其它指定范围。

步骤S402、根据所述M套预编码权值，发送端对M套信道测量导频进行预编码；

本步骤中，M套信道测量导频可以根据实际情况选定，可以为M个资源组对应的导频；所述资源组可以是测量导频端口资源、测量导频时域符号资源、或者测量导频序列资源、测量导频频域资源中一种类型构成或多种类型混合构成的资源组。

作为一个示例，基站将时域待发送测量导频信号的S子帧分为M个子帧组：子帧组1，子帧组2······子帧组M，其中，M小于等于S。每个子帧组可以包含1个或多个子帧。每个子帧组上的导频资源属于同一套信道测量导频，M个子帧组与M套信道测量导频对应。

作为一个示例，基站将待发送测量导频信号的D个端口分为M个端口组：端口组1，端口组2······端口组M，其中，M小于等于D。每个端口组可以包含1个或多个端口。每个端口组上的导频资源属于同一套信道测量导频，M个端口组与M套信道测量导频对应。

作为一个示例，基站将待发送测量导频信号的R个端口分为M个RB(resourceblock)组：RB组1，RB组2······RB组M，其中，M小于等于R。每个RB组可以包含1个或多个RB。每个RB组上的导频资源属于同一套信道测量导频，M个RB组与M套信道测量导频对应。

步骤S403、发送端向接收端发送预编码后的M套信道测量导频；

本步骤中，信道信息测量导频CSI-RS导频在时域上可以采用周期CSI-RS导频或者非周期CSI-RS发送，作为一个示例，参考图7，为4G LTE在一个子帧内的pattern图样。LTE系统中定义了一个PRB对(pair)内有40个RE可以被用做CSI-RS，被分为了5个pattern，每个pattern包含8个RE，如上图所示。CSI-RS导频平均每个Port在一个PRB pair内占用1个RE，属于一份CSI-RS资源(resource)的所有port需要限制在一个上图所示的图样#i内。目前一套CSI-RS支持的port数最大为8，因此在Port为8时，有5种位置候选，在Port数为4时，有10种位置可配置。Port数为2时，有20种配置。

在发送过程中，M套信道测量导频中的任一信道测量导频发送的波束方向至少为一个，M套信道测量导频中至少存在一套信道测量导频的方向由多个波束方向合成形成。

步骤S404、根据所述预编码后的M套信道测量导频，发送端确定N组预编码后的信道测量导频组合；其中N为大于等于1的整数；

本步骤中，发送端根据实际需求和预编码后的M套信道测量导频构造出N组信道测量导频组合，N组信道测量导频由M套信道测量导频中的至少一套组成，N组信道测量导频中至少存在一组信道测量导频，由M套信道测量导频中的不少于两套信道测量导频组成，以M＝8为例，如表1所示，可以基于8套信道测量导频，构造N＝4组信道测量导频组合：

表1

需要说明的是，上述分组的策略与预编码权值的设置应当对应。一般来说，同一组测量导频所对应的信号质量测量结果均比较好时，实际上可以对应一个可以容易获取并生成的预编码权值。这里的容易生成是指在加了一系列的约束条件，比如预编码相位集合约束下，仍然能够获得的。

例如，一套预编码权值，假设是一个矢量，如果约束该矢量的每个元素都只能从0和pi中选择其一，那么有可能意味着比较难生成一个指向性非常好的导向矢量。此时，我们通过多个导频的联合测量结果来估计出信道对应的真实导向矢量，并获得更准确的信道信息。这也就是上面表格中组合的意义。换句话说，单个的测量导频由于其量化受限，方向性已经失真。但是测量导频的组合测量，可以反映出来更好的方向性。

步骤S405、发送端将所述N组预编码后的信道测量导频组合的配置信息发送给接收端；

本步骤中，发送端可以通过物理层信令、MAC层信令、或者高层信令将所述信息发送给接收端。具体的，物理层信令一般是指在物理层控制信道上发送的信令，MAC层是媒体接入控制层，是物理层的上一层，MAC层之上统称高层。步骤S404中的N组信道测量导频组合的信息，发送端需要通过上述信令中一种或者多种来通知接收端。以便接收端能够进行分组约束下的测量反馈。

步骤S406、接收端对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端，其中X为大于等于1小于等于N的整数。

本步骤中，接收端可以测量信道测量导频的接收功率的总和，根据功率之和的大小，从所述N组来选择X组测量导频。

可见，在本实施例中，基于波束赋形，通过在发送端对多套信道测量导频进行具有不同权值的预编码操作，并对多套信道测量导频进行组合，通过多个导频的联合测量结果来估计出信道对应的真实导向矢量，并获得更准确的信道信息，接收端在收到的信号中选择一个或多个包含有不同预编码后的信道测量导频的组合反馈给发送端，通过测量导频的组合测量，可以反映出来更好的方向性。使得接受端可以准确地选择较好的预编码信道测量导频，同时准确的让发送端获知接收端的方向性信息。

作为一个可选的实施例，对于前述实施例中的步骤S406，其还可以包括：

接收端接收发送端配置的每套信道测量导频对应的加权因子，有多个信道测量导频则配置多个加权因子。接收端根据收到的加权因子，对接收功率进行加权平均后进行比较，根据加权平均值的大小，确定X组测量导频。作为一个示例，如表2、3所示：

表2

表3

加权系数也可以针对导频配置，对于各种组合都相同的情况，参考表4：

表4

作为一个可选的实施例，参考表5、表6、表7、表8、表9，对于前述实施例中的步骤S404，其信道测量导频组合还可以是：

以M＝4为例，可以基于8套测量导频，构造N＝8组信道测量导频组合：

表5

或者

表6

以M＝8为例，可以基于8套测量导频，构造N>8组信道测量导频组合：

表7

以M＝4为例，可以基于4套测量导频，构造N>4组信道测量导频组合：

表8

以M＝4为例，可以基于4套测量导频，构造N>4组信道测量导频组合，并且每一套组合内包含的导频套数不完全相同：

表9

需要说明的是，本公开实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本公开实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种波束选择反馈系统。

所述波束选择反馈系统，包括：发送端和接收端；

所述发送端被配置为设置M套预编码权值，其中M为大于1的整数；根据所述M套预编码权值，对M套信道测量导频进行预编码；根据所述预编码后的M套信道测量导频，发送端确定N组预编码后的信道测量导频组合；其中N为大于等于1的整数；向接收端发送预编码后的M套信道测量导频和所述N组预编码后的信道测量导频组合的配置信息；

所述接收端被配置为对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组反馈给发送端，其中X为大于等于1小于等于N的整数。

上述实施例的系统用于实现前述任一实施例中相应的波束选择反馈方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

需要说明的是，本公开的实施例还可以以下方式进一步描述：

一种波束选择反馈方法，包括：

发送端设置M套预编码权值，其中M为大于1的整数；

发送端根据所述M套预编码权值，对M套信道测量导频进行预编码；

发送端向接收端发送预编码后的M套信道测量导频；

发送端根据所述预编码后的M套信道测量导频，确定N组预编码后的信道测量导频组合；其中N为大于等于1的整数；

发送端将所述N组预编码后的信道测量导频组合的配置信息发送给接收端；

接收端对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并根据所述配置信息从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端，其中X为大于等于1小于等于N的整数。

可选的，所述M套信道测量导频为M个资源组对应的导频；所述资源组包括：测量导频端口资源、测量导频时域符号资源、测量导频序列资源和测量导频频域资源。

可选的，所述M套信道测量导频中的任一信道测量导频发送的波束方向至少为一个。

可选的，所述M套信道测量导频中至少存在一套信道测量导频发送的波束方向是由多个波束方向合成形成的。

可选的，任一所述N组预编码后的信道测量导频组合包括有所述预编码后的M套信道测量导频中的至少一套。

可选的，所述预编码权值根据天线拓扑对应的导向矢量设置，所述导向矢量表示为：

a(θ_k)＝[1，e^jβ，…，e^j(m-1)β]^T

其中，a(θ_k)表示所述导向矢量，e为自然对数的底数，m表示天线阵列的阵元个数，β表示天线的角度，j为虚数符号。

可选的，所述发送端将所述N组预编码后的信道测量导频组合的配置信息发送给接收端，包括：

所述发送端通过物理层信令、MAC层信令和高层信令中的至少一种方式将所述配置信息发送给接收端。

可选的，所述接收端对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端，包括：

所述接收端分别测量所述预编码后的M套信道测量导频的功率大小，根据测量结果从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频反馈给发送端。

可选的，所述接收端对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端，包括：

接收端接收发送端配置的每套信道测量导频对应的加权因子；

所述接收端分别测量所述预编码后的M套信道测量导频的功率大小，根据接收到的加权因子对测量结果进行加权平均，根据加权平均后的结果从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端。

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；在本公开的思路下，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公开实施例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。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种波束选择反馈方法，包括：

发送端设置M套预编码权值，其中M为大于1的整数；

发送端根据所述M套预编码权值，对M套信道测量导频进行预编码；

发送端向接收端发送预编码后的M套信道测量导频；

发送端根据所述预编码后的M套信道测量导频，确定N组预编码后的信道测量导频组合；其中N为大于等于1的整数；

发送端将所述N组预编码后的信道测量导频组合的配置信息发送给接收端；

接收端对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并根据所述配置信息从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端，其中X为大于等于1小于等于N的整数；

所述M套信道测量导频中至少存在一套信道测量导频发送的波束方向是由多个波束方向合成形成的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述M套信道测量导频为M个资源组对应的导频；所述资源组包括：测量导频端口资源、测量导频时域符号资源、测量导频序列资源和测量导频频域资源。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述M套信道测量导频中的任一信道测量导频发送的波束方向至少为一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，任一所述N组预编码后的信道测量导频组合包括有所述预编码后的M套信道测量导频中的至少一套。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预编码权值根据天线拓扑对应的导向矢量设置，所述导向矢量表示为：

a(θ_k)＝[1,e^jβ,…,e^j(m-1)β]^T

其中，a(θ_k)表示所述导向矢量，e为自然对数的底数，m表示天线阵列的阵元个数，β表示天线的角度，j为虚数符号。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发送端将所述N组预编码后的信道测量导频组合的配置信息发送给接收端，包括：

所述发送端通过物理层信令、MAC层信令和高层信令中的至少一种方式将所述配置信息发送给接收端。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收端对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端，包括：

所述接收端分别测量所述预编码后的M套信道测量导频的功率大小，根据测量结果从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频反馈给发送端。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收端对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端，包括：

接收端接收发送端配置的每套信道测量导频对应的加权因子；

所述接收端分别测量所述预编码后的M套信道测量导频的功率大小，根据接收到的加权因子对测量结果进行加权平均，根据加权平均后的结果从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组预编码后的信道测量导频组合反馈给发送端。

9.一种波束选择反馈系统，包括：发送端和接收端；

所述发送端被配置为设置M套预编码权值，其中M为大于1的整数；

根据所述M套预编码权值，对M套信道测量导频进行预编码；根据所述预编码后的M套信道测量导频，发送端确定N组预编码后的信道测量导频组合；其中N为大于等于1的整数；向接收端发送预编码后的M套信道测量导频和所述N组预编码后的信道测量导频组合的配置信息；

所述接收端被配置为对所述预编码后的M套信道测量导频进行测量，并从所述N组预编码后的信道测量导频组合中选择X组反馈给发送端，其中X为大于等于1小于等于N的整数；

所述M套信道测量导频中至少存在一套信道测量导频发送的波束方向是由多个波束方向合成形成的。

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