WO2010121473A1 - 一种适用于频分复用系统的单用户波束成形方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于频分复用系统的单用户波束成形方法， 包括：根据上行信号获取第一发射权值和第二发射权值；在待发射的第一数据流中添加层1的专用导频后使用第一发射权值进行加权，在待发射的第二数据流中添加层2的专用导频后使用第二发射权值进行加权；将加权后的第一数据流映射到天线，将加权后的第二数据流映射到天线，在天线端口进行叠加后发送。本发明还提供了一种适用于频分复用系统的单用户波束成形装置。本发明方案可以为一个用户同时发送两个数据流，增加了用户和系统的吞吐量。

Description

一种适用于频分复用系统的单用户波束成形方法和装置 技术领域

本发明涉及多输入多输出 （ Multiple Input and Multiple Output , MIMO ) 无线移动通信系统的智能天线波束赋形技术， 具体涉及一种适用于 FDD ( Frequency Division Duplex , 频分复用 ） 系统的单用户波束成形 ( beamforming )方法和装置。 背景技术

波束成形技术的特点在于控制波束方向， 其通过用户所在方位来区分 用户， 从而实现多个用户复用相同的时间、 频率资源。 小天线间距（0.5 ） 和空旷的郊区场景比较适合于应用波束成形技术。

波束成形技术利用天线阵列结构获得特征方向的波束， 因此可以获得 明显的波束能量增益， 该技术特征可用来完善小区覆盖、 减小系统干扰和 增加系统容量， 同时还可提高链路可靠性、 峰值速率以及有效的改善边沿 用户的性能。

由于 MIMO技术能够有效提高信道容量， 因此该技术成为 LTE ( Long Term Evolution , 长期演进）研究中一项倍受人们关注的技术。

在多用户 MIMO模式中， 可通过设计合适的发射天线和接收天线的权 值矢量来设计赋形波束的方向， 控制波束图的具体形状， 区分多用户的信 号， 去除用户间干扰。 而现有的单用户波束成形技术中， 只能利用一个波 束同时发送一个数据流， 用户和系统吞吐量较低。 发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于 FDD系统的单用户波束成 形方法和装置， 用于解决 FDD系统中应用单用户波束成形技术发送数据时 用户和系统吞吐量较低的技术问题。

为了解决上述问题， 本发明提供了一种适用于频分复用系统的单用户 波束成形方法， 该方法包括：

根据上行信号获取第一发射权值和第二发射权值；

在待发射的第一数据流中添加层 1 的专用导频后使用第一发射权值进 行加权， 在待发射的第二数据流中添加层 2 的专用导频后使用第二发射权 值进行力口权；

将加权后的第一数据流映射到天线， 将加权后的第二数据流映射到天 线， 在天线端口进行叠加后发送。

进一步地， 上述方法还可具有以下特点， 所述第一发射权值和第二发 射权值正交。

进一步地， 上述方法还可具有以下特点， 通过如下方法得到所述第一 发射权值和第二发射权值：

根据上行 sounding 参考信号得到上行信号功率最大的两个方向角 DOA1和 DOA2;根据 DOA1和 DOA2得到第一发射权值和第二发射权值。

进一步地， 上述方法还可具有以下特点， 根据 DOA1和 DOA2得到第 一发射权值和第二发射权值具体包括：

根据 DOA1和 DOA2得到发射权值 W1和发射权值 W2;

对发射权值 W1和发射权值 W2进行归一化处理，或者进行归一化处理 和正交化处理， 得到第一发射权值和第二发射权值。

进一步地， 上述方法还可具有以下特点， 接收端收到数据流后， 根据 专用导频进行信号解调 , 反馈秩指示信息和每个数据流的信道质量指示信 息， 不反馈预编码矩阵指示信息。

本发明还提出一种适用于频分复用系统的单用户波束成形装置， 包括： 发射权值获取单元， 用于根据上行信号获取第一发射权值和第二发射 权值；

数据处理单元，用于分别在第一数据流和第二数据流中添加层 1和层 2 的专用导频后分别使用第一发射权值和第二发射权值对第一数据流和第二 数据流进行加权；

映射单元， 用于将加权后的第一数据流映射到天线， 将加权后的第二 数据流映射到天线；

发射单元， 用于将加权后的第一数据流和加权后的第二数据流在天线 端口进行叠加后发送。

进一步地， 上述装置还可具有以下特点， 所述发射权值获取单元得到 的第一发射权值与第二发射权值正交。

进一步地， 上述装置还可具有以下特点， 所述发射权值获取单元进一 步包括：

方向角获取模块， 用于根据上行 sounding参考信号得到上行信号功率 最大的两个方向角 DOA1和 DOA2;

发射权值获取模块， 用于根据 DOA1和 DOA2得到第一发射权值和第 二发射权值。

进一步地， 上述装置还可具有以下特点， 所述发射权值获取模块进一 步包括：

第一处理模块， 用于根据 D0A1和 D0A2得到发射权值 W1和发射权 值 W2;

第二处理模块， 用于对发射权值 W1和发射权值 W2进行归一化处理， 或者进行归一化处理和正交化处理， 得到第一发射权值和第二发射权值。

所述数据处理单元进一步包括：

第一加权单元， 用于在待发射的第一数据流中添加层 1 的专用导频后 使用第一发射权值对第一数据流进行加权， 然后将加权后的第一数据流发 送给映射单元；

第二加权单元， 在待发射的第二数据流中添加层 2 的专用导频后使用 第二发射权值对第二数据流进行加权， 然后将加权后的第二数据流发送给 映射单元；

进一步地， 上述装置还可具有以下特点， 所述单用户波束成形装置位 于演进的基站上。

目前所使用的单用户波束成形技术是为一个用户发送一个数据流， 本 发明方案可以为一个用户同时发送两个数据流， 增加了用户和系统的吞吐 量。 附图说明

图 1是本发明 FDD系统的单用户波束成形方法原理示意图；

图 2是本发明 FDD系统的单用户波束成形方法流程图；

图 3为本发明 FDD系统的单用户波束成形装置的结构示意图。 具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细阐述。

对于 LTE-A系统来说， 可以将现有的单流波束成形技术扩展至多流波 束成形技术， 仍然使用于单用户， 从而提高用户的吞吐量。

图 1 所示为本发明单用户波束成形方法原理示意图。 其中， 数据流 1 和数据流 2 经信道编码与调制、 调度和加载专用参考信号 （Dedicate Reference Signal, DRS )后， 进行波束成形， 然后通过天线发射出去。

图 2所示为本发明提出的适用于 FDD系统的单用户波束成形方法， 包 括：

步骤 201 , eNB(演进的基站）根据上行 sounding RS ( sounding Reference Signal, SRS )导频估计用户的 DOA( Direction of Arrival,方向角或波达角）， 这里需要估计得到来自用户的上行信号功率最大的方向角， 并将这两个角 度记为 DOA1和 DOA2。

用户所处的空间信道是复杂的空间物理环境， 散射体会使得接收信号 由多个子径的信号组成， 需要估计出信号功率最大的两个子径方向。

步骤 202, 根据 DOA1和 DOA2分别得到两组发射权值 W1和 W2, W1 权值矢量对应的波束方向为 DOA1 , W2 权值矢量对应的波束方向为 DOA2。

步骤 203 , 对 W1和 W2进行正交化处理， 再进行归一化， 得到相互正 交且已归一化的发射权值 W1'和 W2 '。

进行正交化处理的优势在于 Wl，和 W2，相互正交， 减少了两个数据流 间的干 4尤。

也可以不进行正交化处理，在对 W1和 W2进行归一化处理后就作为后 续发射权值使用。

步骤 204, eNB在待发射的数据流 1中添加 layerl (层 1 )的专用导频， 数据流 2中添加 layer2 (层 2 ) 的专用导频， 这两个数据流将发送给一个用 户。

本发明中， 需要使用双层专用导频（ dual-layer DRS )。

步骤 205 , 数据流 1使用发射权值 W1'加权后映射至天线， 数据流 2 使用发射权值 W2，加权后映射至天线， 在天线端口二者进行叠加后发送。

数据流 1与 W1'相乘映射至天线， 数据流 2与 W2'相乘映射至天线， 在天线端口两组信号进行叠加。 通过天线进行发送叠加后的信号， 完成下 行波束赋形过程。

步骤 206, 接收端 （UE侧）收到数据流后， 根据专用导频进行信号解 终端利用接收的层 1的专用导频作为参考来解调数据流 1 ,而利用接收 的层 2的专用导频作为参考来解调数据流 2。

在本发明另一实施例中， 也可以使用其他方法得到发射权值 Wl，和 W2' , 不限于使用 SRS导频得到， 也不限于使用 DOA参数进行估计得到， 可以使用其他估计方法得到发射权值， 例如使用特征值分解法等， Wl，和 W2'可以是正交的， 也可以不是正交的。

使用本发明的单用户波束成形方法时， 反馈信息的发送可作改进， 反 馈 RI ( Rank Indicator, 秩指示）信息， 每个数据流的 CQI ( Channel Quality Indicator, 信道质量指示）信息， 不反馈 PMI ( Precoding Matrix Indicator, 预编码矩阵指示）信息， 具体对反馈信令的方法和格式改变如下：

在 FDD模式下， 本发明中不需要 PMI反馈， 在定义新的 DCI模式时 可以将节约的反馈空间用于其它信令的传输， 也可以取消 PMI反馈空间。

现有技术中仅反馈一个数据流的 CQI, 而本发明中需要对每个数据流 分别反馈， 用户之间的干扰受到配对情况和所使用的预编码矢量的影响很 大， 本发明在 FDD情况下的 CQI估计方法， 可以釆用基于对所有的公共导 频的 CQI进行估计， UE进行反馈的方法。 eNB可以根据数据流间的干扰情 况对于 UE所上报的 CQI进行调整并修改。

Rank (秩）估计方法： 现有技术中由于只有 1 个数据流（层）， Rank 为 1 , 而本发明中 Rank可以为 1或 2, 所以需要反馈， FDD情况下， 由于 CQI的估计使用了公共导频来获取信道信息， 所以 UE需要进行 RI估计， 并向 eNB进行反馈。

本发明适用于 LTE+ FDD系统。

图 3为本发明 FDD系统的单用户波束成形装置结构图， 该装置位于演 进的基站上， 包括：

发射权值获取单元， 用于根据上行信号获取第一发射权值和第二发射 权值； 其中， 第一发射权值和第二发射权值正交；

数据处理单元，用于分别在第一数据流和第二数据流中添加层 1和层 2 的专用导频后分别使用第一发射权值和第二发射权值对第一数据流和第二 数据流进行加权；

映射单元， 用于将加权后的第一数据流映射到天线， 将加权后的第二 数据流映射到天线；

发射单元， 用于将加权后的第一数据流和加权后的第二数据流在天线 端口进行叠加后发送。

所述发射权值获取单元进一步包括：

方向角获取模块， 用于根据上行 sounding参考信号得到上行信号功率 最大的两个方向角 DOA1和 DOA2;

发射权值获取模块， 根据 DOA1和 DOA2得到第一发射权值和第二发 射权值。

所述发射权值获取模块进一步包括：

第一处理模块， 用于根据 DOA1和 DOA2得到发射权值 W1和发射权 值 W2;

第二处理模块， 用于对发射权值 W1和发射权值 W2进行归一化处理， 或者进行归一化处理和正交化处理， 得到第一发射权值和第二发射权值。

所述数据处理单元进一步包括：

第一加权单元， 用于在待发射的第一数据流中添加层 1 的专用导频后 使用第一发射权值对第一数据流进行加权， 然后将加权后的第一数据流发 送给映射单元；

第二加权单元， 在待发射的第二数据流中添加层 2 的专用导频后使用 第二发射权值对第二数据流进行加权， 然后将加权后的第二数据流发送给 映射单元； 本发明所述方法， 实现了同时发送两个数据流给一个用户， 增加了用 户和系统的吞吐量。

以上所述， 仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保 护范围。

Claims

权利要求书

1、 一种适用于频分复用系统的单用户波束成形方法， 其特征在于， 根据上行信号获取第一发射权值和第二发射权值；

在待发射的第一数据流中添加层 1 的专用导频后， 使用第一发射权值 进行加权； 在待发射的第二数据流中添加层 2 的专用导频后， 使用第二发 射权值进行力 p权；

将加权后的第一数据流映射到天线， 将加权后的第二数据流映射到天 线， 在天线端口进行叠加后发送。

2、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述第一发射权值和第二 发射权值正交。

3、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述获取第一发射权值和 第二发射权值为：

根据上行 sounding 参考信号得到上行信号功率最大的两个方向角 DOA1和 DOA2; 根据所述 DOA1和 DOA2得到所述第一发射权值和第二 发射权值。

4、 如权利要求 3所述的方法， 其特征在于， 所述根据 DOA1和 DOA2 得到所述第一发射权值和第二发射权值具体包括：

根据所述 DOA1和 DOA2得到发射权值 W1和发射权值 W2;

对所述发射权值 W1和发射权值 W2进行归一化处理，或者进行归一化 处理和正交化处理， 得到所述第一发射权值和第二发射权值。

5、 如权利要求 1至 4任一项所述的方法， 其特征在于， 该方法进一步 包括： 接收端收到数据流后， 根据专用导频进行信号解调， 反馈秩指示信 息、 每个数据流的信道质量指示信息， 不反馈预编码矩阵指示信息。

6、 一种适用于频分复用系统的单用户波束成形装置， 其特征在于， 包 括： 发射权值获取单元， 用于根据上行信号获取第一发射权值和第二发射 权值；

数据处理单元， 用于在待发射的第一数据流中添加层 1的专用导频后， 使用第一发射权值进行加权； 在待发射的第二数据流中添加层 2 的专用导 频后， 使用第二发射权值进行加权；

映射单元， 用于将加权后的第一数据流映射到天线， 将加权后的第二 数据流映射到天线；

发射单元， 用于将加权后的第一数据流和加权后的第二数据流在天线 端口进行叠加后发送。

7、 如权利要求 6所述的装置， 其特征在于， 所述发射权值获取单元得 到的第一发射权值与第二发射权值正交。

8、 如权利要求 6所述的装置， 其特征在于， 所述发射权值获取单元进 一步包括：

方向角获取模块， 用于根据上行 sounding参考信号得到上行信号功率 最大的两个方向角 DOA1和 DOA2;

发射权值获取模块， 用于根据所述 DOA1和 DOA2得到第一发射权值 和第二发射权值。

9、 如权利要求 8所述的装置， 其特征在于， 所述发射权值获取模块进 一步包括：

第一处理模块， 用于根据所述 DOA1和 DOA2得到发射权值 W1和发 射权值 W2;

第二处理模块， 用于对发射权值 W1和发射权值 W2进行归一化处理， 或者进行归一化处理和正交化处理， 得到第一发射权值和第二发射权值。

10、 如权利要求 6所述的装置， 其特征在于， 所述单用户波束成形装 置位于演进的基站上。