WO2011091588A1

WO2011091588A1 - 双流多输入多输出波束赋形权值获取方法和装置，双流多输入多输出波束赋形数据发送方法和装置

Info

Publication number: WO2011091588A1
Application number: PCT/CN2010/070379
Authority: WO
Inventors: 肖华华; 朱登魁; 鲁照华; 刘锟; 张万帅
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-08-04

Description

双流多输入多输出波束赋形权値获取方法和装置，双流多输入多输出波束赋形数据发送方法和装置技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种双流 MIMO ( Multiple Input Multiple Output , 多输入多输出）波束赋形权值获取方法和装置，以及数据发送方法和装置。

背景技术

波束赋形 (Beamforming, BF)是基于自适应天线原理，利用天线阵列通过先进的信号处理算法分别对各天线单元加权处理，使阵列实时对准有用信号方向，而在干扰方向形成零点以抑制干扰信号。从而提高信噪比，提升系统性能，增加系统的覆盖范围。如图 1所示。

MIMO是在发送端和接收端分别安置多根天线的通信系统。它主要分成两类。当发送端或接收端有多根天线时，且每根发送天线发送的数据集是相同的，接收端对获得多个分支的信号进行合并，从而提高链路的可靠性，我们将这一类 MIMO技术叫做空间分集。对于发送端和接收端都是两根天线时 , 其中的一种分集编码方式如图 2 ( a )所示，天线 1在两个相邻时刻（或子载波）分别发送符号和 - ，天线 2在两个相邻时刻（或子载波）分别发送符号和。另外，当发送端和接收端同时存在多根天线时，由于 MIMO信道等效成多个并行的信道，从而可以同时并行发送多个数据流，提高了数据的传输速率，这就是空间复用。对于发送端和接收端都是两根天线时，其中的一种空间复用编码方式如图 2 ( b )所示，天线 1和天线 2在同时频资源上分别发送符号和。

MIMO和波束赋形相结合，形成一种同时具有两种技术优点的新技术，叫 MIMO波束赋形。它既能像波束赋形那样抑制干扰信号，又能像 MIMO那样提高链路的可靠性或传输速率。其中的一种发送端配置为双极化天线的两个流的 MIMO波束赋形的结构如图 3 ( a )所示。同一极化方向的第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列分别各形成一个波束，每个波束相当于一根虚拟天线。两根虚拟天线之间构成一个两个流的 MIMO系统。另外一种结构是基于线性阵列的，如图 3 ( b )所示，整个线性天线阵列被分成两组，每组形成一个波束，每个波束相当于一个虚拟天线，两个虚拟天线之间构成一个两个流的 MIMO系统。我们把这两种方案叫双流 MIMO波束赋形。当波束赋形与空间分集相结合时，我们叫它空间分集波束赋形；当波束赋形与空间复用相结合时，我们叫它空间复用波束赋形。

双流 MIMO波束 U武形权值 W的获取，是双流 MIMO波束 U武形的关键技术之一。权值 W的准确性和及时性很大程度上影响着双流 MIMO波束赋形的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双流 MIMO波束赋形权值获取方法和装置、以及数据发送方法和装置，可实现 MIMO和波束赋形两种技术的有效结合，最大限度地提高系统的性能和覆盖范围。

为了解决上述问题，本发明提供了一种双流多输入多输出波束赋形的权值获取方法，应用于包括发送端和接收端的无线通信系统，发送端的天线阵列包括各形成一个波束的 2个天线子阵列，其中，按如下方式获取各天线子阵列的波束赋形的权值：

对任一天线子阵列，获取该天线子阵列的发送天线到接收端的接收天线的信道信息，根据该信道信息确定该天线子阵列的波束赋形的权值；所述天线子阵列包括第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列。

其中，所述对任一天线子阵列，获取该天线子阵列的发送天线到接收端的接收天线的信道信息，根据该信道信息确定该天线子阵列的波束赋形的权值包括：

根据所述信道信息获取各天线子阵列的统计信道相关矩阵；

根据所述统计信道相关矩阵确定各天线子阵列的波束赋形的权值。

其中，所述获取各天线子阵列的统计信道相关矩阵包括：

初始化步骤：初始化各天线子阵列的统计信道相关矩阵；确定用于计算各天线子阵列的统计信道相关矩阵的若干个符号；第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵为

更新步骤，选择符号，计算接收端到第 i个天线子阵列当前选择的符号上特定载波集合上的信道相关性矩阵 =| (H ))^ff *H ); 更新第 i个天

1

线子阵列的统计信道相关矩阵 R .=_A.R +(1-_A.) ，其中， H'w是第 i个天线子阵列的发送天线到接收端天线上特定载波集合中第 A个子载波的信道系数矩阵， N表示特定载波集合上包含载波的数目，《为常数，表示第 i个天线子阵列的第 A个子载波相关矩阵的权重，为常量，且 0≤ ?,.≤1；上标 H是对矩阵求共轭转置；

控制步骤，重复所述更新步骤，直到选择完用于计算各天线子阵列的统计信道相关矩阵的所述若干个符号。

其中，所述更新步骤中，才艮据如下方式获取所述 H'(t):

发送端测量接收端的天线到第 i个天线子阵列的上行信道的信道系数矩阵，根据信道互易性，由测量的信道系数矩阵得到 R 行 ·列的所述 H'(t);

或者，接收端测量发送端的第 i个天线子阵列到接收端的接收天线的信道系数矩阵并反馈给发送端，发送端根据接收端反馈的所述信道系数矩阵得到 Rx行 Txi列的所述 H'' (k)；

其中， ·为第 i个天线子阵列的发送天线数目， R 是接收端的接收天线数。

其中，所述根据统计信道相关矩阵确定各天线子阵列的波束赋形的权值包括：

在预设的向量集合 ^.,_/· = 1,2,.··,Μ中，选择使得 det«R_rffli ）最大的向量作为第 i个天线子阵列的波束赋形的权值， det表示求矩阵的行列式值；

或者，对第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rffl 进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量作为第 i个天线子阵列的波束赋形的权值，其中， ^是 Γχ χΐ的向量， ·为第 i个天线子阵列的发送天线数目；

或者，对第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rffl 进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量^做恒模处理后得到的向量 ^ = 作为第 i 个天线子阵列的波束赋形的权值，其中， ^ 是 Γχ χΐ的向量，是对向量^进行恒模操作。本发明还提高一种双流多输入多输出波束赋形数据发送方法，其中，包括：

MIMO编码步骤，对数据流进行多输入多输出 ( MIMO )编码，得到编码后的数据流；

权值估计步骤，根据本发明所述方法确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值；

波束赋形步骤，使用所述第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值对所述编码后的数据流进行加权，将所述加权后的数据流在相应的天线子阵列发送出去。

其中，所述 MIMO编码步骤中，所述对数据流进行 MIMO编码是指对数据流进行空间分集编码或者空间复用编码。

其中，所述权值估计步骤中，确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值之前，还判断是否需要更新权值，如果需要更新，则根据本发明所述方法确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值；否则，使用系统预先配置的权值或者上一次确定的权值作为第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束 ϋ武形的权值。

其中，所述 MIMO编码步骤中，对所述数据流进行空间分集编码；所述权值估计步骤中，得到第 1个天线子阵列的权值为^ = ^... ₁ , 第 2个天线子阵列的权值为 ^ =(w₂₁...w_27¾2)^T , Γχ1,Γχ2分别是第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列发送天线数；

所述波束赋形步骤中，在第一个时刻或子载波，第 1个天线子阵列第根天线上发送的数据为 ,, 第 2 个天线子阵列在第 ·根天线上发送的数据为 w₂ s₂；在第二个时刻或子载波，第 1个天线子阵列第根天线上发送的数据为 -w_{x 2} , 第 2个天线子阵列第 _/·根天线上发送的数据为；

或者，同一个时刻或子载波，第 1个天线子阵列的第根天线上发送的数据为 , 第 2个天线子阵列第 ·根天线上发送的数据为；

其中， / =1,···,Γχ1,7=1,···,Γχ2 , 和为待发送的数据流。

其中，所述 MIMO编码步骤中，对所述数据流进行空间复用编码；所述权值估计步骤中，得到第 1个天线子阵列的权值为^ = ^... ₁ , 第 2个天线子阵列的权值为 ^ = (w_{2 1}...w_27¾2)^T , Γχ1,Γχ2分别是第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列发送天线数，

所述波束赋形步骤中，同一个时刻或子载波，第 1个天线子阵列第根天线上发送的数据为 ,第 2 个线子阵列在第 _/·根天线上发送的数据为；其中， ,· = 1, .. ·, Γχ1, 7 = 1, · · ·, Γχ2 , 和为待发送的数据流。

本发明还提供一种双流多输入多输出波束赋形的权值获取装置，应用于包括发送端和接收端的无线通信系统，发送端包括各形成一个波束的 2个天线子阵列，其中，该权值获取装置用于获取各天线子阵列的发送天线到接收端的接收天线的信道信息，根据信道信息确定各天线子阵列的波束赋形的权值。

其中，所述装置包括统计信道相关矩阵获取模块和权值获取模块：所述统计信道相关矩阵获取模块，用于根据所述信道信息获取各天线子阵列的统计信道相关矩阵；

所述权值获取模块，用于根据所述统计信道相关矩阵确定各天线子阵列的波束赋形的权值。

其中，所述统计信道相关矩阵获取模块包括初始化单元、更新单元和控制单元：

所述初始化单元，初始化各天线子阵列的统计信道相关矩阵；确定用于计算各天线子阵列的统计信道相关矩阵的若干个符号；第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵为 R_rffl ;

所述更新单元，用于选择符号，计算接收端到第 i个天线子阵列当前选择的符号上特定载波集合上的信道相关性矩阵 =| ^(/ ^) *H ) ; 更新

1

第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rffl =_AJU(l-_A.) ，其中， H'W是第 i个天线子阵列的发送天线到接收端天线上特定载波集合中第 A个子载波的信道系数矩阵， N表示特定载波集合上包含载波的数目，《为常数，表示第 i个天线子阵列的第 A个子载波相关矩阵的权重，为常量，且 0≤ ?,.≤1；上标 H是对矩阵求共轭转置；所述控制单元，用于控制所述更新单元重复更新所述统计信道相关矩阵，直到选择完用于计算各天线子阵列的统计信道相关矩阵的所述若干个符号。

其中，所述权值获取模块，用于按如下方式获取各天线子阵列的权值：在预设的向量集合 ^.,_/· = 1,2,.··,Μ中，选择使得 det«R_rffli ）最大的向量作为第 i个天线子阵列的波束赋形的权值， det表示求矩阵的行列式值；

或者，对第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rffl 进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量作为第 i个天线子阵列的波束赋形的权值，其中，是 Γχ χΐ的向量， ·为第 i个天线子阵列的发送天线数目；

或者，对第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rffl 进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量^做恒模处理后得到的向量 ^ = Μ)作为第 i 个天线子阵列的波束赋形的权值，其中， ^ 是 Γχ χΐ的向量，是对向量^进行恒模操作。

本发明还提供一种双流多输入多输出波束赋形数据发送装置，包括： ΜΙΜΟ编码模块，用于对数据流进行 ΜΙΜΟ编码，得到编码后的数据流；权值估计模块，用于根据本发明所述方法确定第 1个天线子阵列和第 2 个天线子阵列的波束赋形的权值；

波束赋形模块，用于使用所述第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值对所述编码后的数据流进行加权，将所述加权后的数据流在相应的天线子阵列发送出去。

釆用本发明所述的方法和装置，可以得到双流 ΜΙΜΟ波束赋形的权值，并且实现 ΜΙΜΟ与波束赋形的合理结合，从而最大限度地提高系统的性能。

附图概述

图 1是本发明所述的基于线性天线阵列的 BF系统示意图；

图 2是本发明所述的 ΜΙΜΟ系统及其一种空间分集和空间复用编码方式的示意图；

图 3是本发明所述的双流 MIMO波束赋形混合系统示意图；

图 4是本发明所述的基于双极化天线的双流 MIMO 波束赋形装置示意图；

图 5是本发明所述的基于线性天线阵列的双流 MIMO波束赋形装置示意图；

图 6发送端每根物理天线在同一个时频资源上的发送数据示意图。本发明的较佳实施方式

本发明用到的一些术语定义如下：

发送端：用来发送数据或者信息的设备，比如宏基站，微基站等。

接收端：用来接收数据或者信息的设备，如终端，移动台，手持设备，数据卡等。

本发明提供了一种双流 MIMO波束赋形的数据发送方法，应用于包括发送端和接收端的无线通信系统，包括：

将数据流进行 MIMO编码，得到编码后的数据流；

确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值；使用所述第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值对所述编码后的数据流进行加权，将所述加权后的数据流在相应的天线子阵列发送出去。

其中所述 MIMO编码是指将一个或者多个数据流进行变换处理之后形成多个数据流。

进一步地，所述 MIMO编码包括空间分集和空间复用。其中所述空间分集是指：将输入的每个数据流变换成多份拷贝和 /或者拷贝的共轭和 /或拷贝的负共轭。其中所述空间复用是指：将输入的一个或者多个数据流直接输出。

进一步地，确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值前，判断是否需要更新权值，如果需要更新，则根据当前信道信息获取第

1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束 ϋ武形的权值，否则，将系统预先配置的权值或者上一次根据信道信息获取的权值作为第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值。

所述根据信道信息获取权值的过程包括：对任一天线子阵列，获取该天线子阵列的发送天线到接收端的接收天线的信道信息，根据该信道信息确定该天线子阵列的波束赋形的权值；所述天线子阵列包括第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列，进一步包括：

步骤 101 , 根据信道信息获取各天线子阵列的统计信道相关矩阵 Rstat Rstat,2 ，

步骤 102, 根据统计信道相关矩阵获取各天线子阵列的波束赋形的权值。其中，步骤 101具体包括：

初始化步骤：初始化各天线子阵列的统计信道相关矩阵；确定用于计算各天线子阵列的统计信道相关矩阵的若干个符号；第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵为 R_rffl ;

更新步骤，选择符号，计算接收端到第 i个天线子阵列当前选择的符号上特定载波集合上的信道相关性矩阵 =| (H ))^ff *H'(t); 更新第 i个天

二 1

线子阵列的统计信道相关矩阵 R . =_A.R +(1-_A.) ，其中， H'w是第 i个天线子阵列的发送天线到接收端天线上特定载波集合中第 A个子载波的信道系数矩阵， N表示特定载波集合上包含载波的数目，《为常数，表示第 i个天线子阵列的第 A个子载波相关矩阵的权重，为常量，且 0≤ ?,.≤1；上标 H是对矩阵求共轭转置；

其中，更新步骤中，根据如下方式获取所述 H'(t):

发送端测量接收端的天线到第 i个天线子阵列的上行信道的信道系数矩阵，根据信道互易性，由测量的信道系数矩阵得到 R 行 ·列的所述 H'(t); 或者，接收端测量发送端的第 i个天线子阵列到接收端的接收天线的信道系数矩阵并反馈给发送端，发送端根据接收端反馈的所述信道系数矩阵得到 Rx 行 ·列的所述 H'(t); 其中， ·为第 i个天线子阵列的发送天线数目， R 是接收端的接收天线数。

根据信道信息获取统计信道相关矩阵的一种具体的算法为：

( 1 )初始化第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的统计信道相关矩阵

R_stat Ata , 选取用于统计信道相关矩阵的符号索引。

( 2 )分别计算该接收端到每个天线子阵列当前符号索引对应符号上特定载波集合上的信道相关性矩阵：

* _Jxl(k) 和

*H_R ² _xJx2(k) , 其中， N表示特定载波集合上包含载波的数目，《_u,«_2t分别表示第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列第 A个子载波相关矩阵的权重，且为常数。 H ™ ( 分别是第 1个天线子阵列和第 2 个天线子阵列里的发送天线到接收端天线上特定载波集合中第 A个子载波的信道系数矩阵；

( 3 )分别将两个天线子阵列的统计信道相关矩阵更新为 R_staO=fU 和 R_stat f₂U /₂代表函数，优选地为

2(^₂ ) = ^₂+(1- )^' Α,Α为常量且 0≤Α,Α≤1，当前符号索引加 1。

(4)重复（2) ~ (3)直到选择完用于获取统计信道相关矩阵的符号，比如，使用一帧的符号获取统计信道相关矩阵，则重复（2) - (3)直到该帧结束。

其中，步骤 102中，可以釆用固定权值方法、特征向量权值方法或恒模以由发送端获取统计信道相关矩阵后，根据统计信道相关矩阵得到权值；也可以由接收端获取统计信道相关矩阵后，向发送端反馈统计信道相关矩阵，发送端根据该统计信道相关矩阵获取波束赋形的权值；或者，由接收端获取统计信道相关矩阵后，根据统计信道相关矩阵获取波束 J武形的权值或权值索引，反馈给发送端，发送端根据接收端反馈的权值或权值索引得到波束娬形的权值。 ( 1 ) 固定权值方法

在预先设定的向量集合^, = 1,2,..·,Μ中按照权值选择原则根据两个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rfflil， ^选取向量作为各天线子阵列的 MIMO 波束赋形的权值，其中， ^, = 1,2,..·,Μ是一个复数列向量。

优选地，权值选择原则可以基于两个子阵列的统计信道相关矩阵 , ,₂来获取相应的权值；

优选地，第 1个天线子阵列可以基于公式 _Pi= max det(^ R_rfflil ）来获得相应的权值，即选择使得 det(^ R_rfflil )最大的向量作为第 1个天线子阵列的权值，第 2个天线子阵列可以基于公式。_pi= max d_et(^ R_rffli2 ）来获得相应的权值，即选择使得 d_et(^ R ₂ )最大得向量作为第 2个天线子阵列的权值，其中， det表示求矩阵的行列式值， ^和 ^为最终的统计信道相关矩阵。

(2)特征向量权值方法

特征向量权值方法的步骤包括：

(21 )对最终的统计信道相关矩阵 R_rfflil进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量作为第 1个天线子阵列的权值，其中，是 Γχΐχΐ的向量， Γχΐ为第 1个天线子阵列发送天线数目；

(22)对最终的统计信道相关矩阵 R_rffli2进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量 ^作为第 2个天线子阵列的权值，其中， ^是 Γχ2χ1的向量， Γχ2为第 2个天线子阵列发送天线数目。

(3) 恒模特征向量方法

恒模特征向量方法的步骤包括：

(31 )对最终的统计信道相关矩阵 R_rfflil进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量^做恒模处理 =/( ）后的向量作为第 1个天线子阵列的权值，其中，是 Γχΐχΐ的向量， Γχΐ为第 1个天线子阵列发送天线数目， /是一种恒模操作，它使得操作后的向量每个元素的绝对值相等。

(32)对最终的统计信道相关矩阵 R_rffli2进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量 ₂做恒模处理 ₂=/( ₂)后的向量^₂作为第 2 个天线子阵列的权值，其中， ₂, ₂是 Γχ2χ1的向量， Γχ2为第 2个天线子阵列发送天线数目， /是一种恒模操作，它使得操作后的向量里每个元素的绝对值相等。本发明还提供一种双流多输入多输出波束赋形的权值获取装置，应用于包括发送端和接收端的无线通信系统，发送端包括各形成一个波束的 2个天线子阵列，其中，该权值获取装置用于获取各天线子阵列的发送天线到接收端的接收天线的信道信息，根据信道信息确定各天线子阵列的波束赋形的权值。

1

第个天线子阵列的统计信道相关矩阵^ ^ +^ ^. , 其中， H' W是第 i个天线子阵列的发送天线到接收端天线上特定载波集合中第 A个子载波的信道系数矩阵， N表示特定载波集合上包含载波的数目，《为常数，表示第 i个天线子阵列的第 A个子载波相关矩阵的权重，为常量，且 ο≤ ?,.≤ι ; 上标 H是对矩阵求共轭转置；

所述控制单元，用于控制所述更新单元重复更新所述统计信道相关矩阵，直到选择完用于计算各天线子阵列的统计信道相关矩阵的所述若干个符号。

其中，所述更新单元，用于按如下方式获取所述 H' ( t) :

所述更新单元测量接收端的天线到第 i个天线子阵列的上行信道的信道系数矩阵，根据信道互易性，由测量的信道系数矩阵得到 R 行 7¾列的所述 H k) ; 或者，接收端测量发送端的第 i个天线子阵列到接收端的接收天线的信道系数矩阵并反馈给更新单元，所述更新单元根据接收端反馈的所述信道系数矩阵得到 R 行: ·列的所述 H' ( t)；

其中，所述权值获取模块，用于按如下方式获取各天线子阵列的权值：在预设的向量集合 ^.,_/· = 1, 2, . · ·,Μ中，选择使得 det«R_rffli ）最大的向量作为第 i个天线子阵列的波束赋形的权值， det表示求矩阵的行列式值；

或者，对第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rffl 进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量^做恒模处理后得到的向量 ^ = 作为第 i 个天线子阵列的波束赋形的权值，其中， ^ 是 Γχ χΐ的向量，是对向量进行恒模操作。

本发明还提供一种双流 ΜΙΜΟ波束赋形数据发送装置，如示意图 4和 5 所示，包括：

ΜΙΜΟ编码模块：将数据流进行 ΜΙΜΟ编码，得到编码后的数据流，包括，进行空间分集编码或者空间复用编码；

权值估计模块：用于确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值；还用于在确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值前，判断是否需要更新权值，如果需要，则根据本发明方法实施例中提到的方法确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值；否则，使用先前保留的权值作为第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的权值；其中，确定第 1个天线子阵列的权值为^^ ...^ , 第 2个天线子阵列的权值为 ^ = (w_{2 1}...w_{2 7¾2})^T , Γχΐ, Γχ2分别是第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列发送天线数；波束赋形模块：用于使用所述第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值对所述编码后的数据流进行加权，将所述加权后的数据流在相应的天线子阵列发送出去。

在 MIMO编码模块对所述数据流进行空间分集编码时，所述波束赋形模块，用于在第一个时刻或子载波，在第 1个天线子阵列第根天线上发送数据 w _A , 在第 2 个天线子阵列在第 _/·根天线上发送数据在第二个时刻或子载波，在第 1个天线子阵列第根天线上发送数据第 2个天线子阵列在第 _/·根天线上发送数据^ ；或者，同一个时刻或子载波，在第 1 个天线子阵列的第 i根天线上发送数据 w_lA , 第 2个天线子阵列的第 j根天线上发送数据 w₂ ;；其中， = 1,..·,Γχ1,_/· = 1 .·,Γχ2, 和为待发送的数据流。

ΜΙΜΟ编码模块对所述数据流进行空间复用编码时，所述波束赋形模块，用于在同一个时刻或子载波，在第 1个天线子阵列第根天线上发送数据 , 第 2个天线子阵列第 ·根天线上发送数据 w_{2 2},其中， = 1,..·,Γχ1, 7 = 1,···, Γχ2, s_x和为待发送的数据流。

实施例 1

本发明天线配置部分关于双极化天线的实施例。

如图 3 (a)所示，发送端或者接收端安装了多对天线，每对天线处于同一平面的同一直线上。每对天线是向两个方向极化的一对双极化天线，如，这对双极化天线中的一根极化天线为 +45°极化，另外一根是 -45°极化。其中，处于同一极化方向的天线形成一个波束，每根波束相当于一根虚拟天线。

实施例 2

本发明天线配置部分关于线性天线分组的实施例。

如图 3 (b)所示，发送端或者接收端安装了多根天线，每根天线处于同一平面的同一直线上。每根天线可以是向所有方向发送电磁波的全向天线，或者是向某一角度范围发送电磁波的方向天线，或者是向某一方向极化的单极化天线。将天线分成两组，第 1个天线子阵列有 Γχΐ根天线，第 2个天线子阵列有 Γχ2根天线。每个天线子阵列形成一个波束，每个波束相当于一根虚拟天线。

实施例 3

本发明信道系数获取部分关于利用信道互易性得到信道系数矩阵的实施例。

发送端和接收端分别安装了 Γχ和 R根天线，天线配置可以是图 3中的线性阵列天线或者双极化天线。接收端用部分或者全部安装的天线向发送端发送数据流，这个数据流可以是接收端向发送端反馈的信息，或者导频，或者 Sounding序列或者业务数据。其中，接收端发送数据流的天线数目为 Rt , 且 Rt<Rx。第 1 个天线子阵列对上行信道进行估计，估计出来的信道系数为表示接收端用来发送数据的天线 ·到第 1个天线子阵列的第根天线之间的 t时刻第子载波上的信道系数，其中， i = \,'-、mj = \,''、Rt , t = - s, k = \,---,N, 7¾和 N表示用来估计权值的资源块在时域上的符号个数和频域上的子载波个数。表示成矩阵

同样地，估计出第 2个天线子阵列的信道系数矩阵

... h,² _Rt(t,k) x2,\ ， x2 ， ) J 那么，利用信道的互易性，第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列到接收端的下行信道矩阵为

, r表示矩阵或者向量的转置。发送端的权值估计模块根据 (H ))^T、（H ( ))^T获得权值。

实施例 4

本发明信道系数矩阵获取部分关于下行反馈得到信道系数矩阵的实施例。

发送端和接收端分别安装了 Γχ和 R根天线，天线配置可以是图 3中的线性阵列天线或者双极化天线。接收端估计第 1个天线子阵列到接收端的下行链路的信道系数 .(^),表示第 1个天线子阵列的天线 ·到接收端第根天线之间的 t时刻第 A子载波上的信道系数，其中， ' = 1,.. = 1, t = \,---,Ts, k = \,---,N, 7¾和 N表示用来估计权值的资源块在时域上的符号个数和频域上的子载波个数。表示成矩阵形式为

同样地，估计出 2个天线子阵列的信道系数矩阵

接收端要么利用 H (a)和 H (a)获得波束赋形的权值，或者权值的索引，或者获得统计信道相关矩阵，然后反馈给发送端；要么将 H ( )和 H_D ² _L(t,k) , 或者量化的 ^( )和 ^(^)反馈发送端，发送端利用 H ( )和 H_D ² _L{t,k) , 或者量化的 ii t,k、和 d^k)获取波束赋形的权值。

实施例 5

本发明 MIMO编码部分关于空间分集方案一编码的实施例。

发送端的发送物理天线被分成两组，每个天线子阵列被虚拟成一个波束, 每个波束是一根虚拟天线。发送的数据流是和波束赋形权值为：

空间分集时，虚拟天线 1在两个相邻时刻（或子载波）分别发送数据流 ^ 和虚拟天线 2在两个相邻时刻（或子载波）分别发送数据流和。即, 第一个时刻（或子载波），映射到物理天线的情况如图 6 (a)所示，第 1个天线子阵列第根天线上发送数据和第 2个天线子阵列在第 ·根天线上发送数据第二个时刻（或子载波），映射到物理天线的情况如图 6 (c) 所示，第 1个天线子阵列第根天线上发送数据- ；和第 2个天线子阵列在第 _/·根天线上发送数据 w_2;. ，其中， = 1,..·,Γχ1,_/· = 1,···,Γχ2。

实施例 6

本发明 ΜΙΜΟ编码部分关于空间分集方案二编码的实施例。

发送端的发送物理天线被分成两组，每个天线子阵列被虚拟成一个波束, 每个波束是一根虚拟天线。发送的数据流是波束赋形权值为：

空间分集时，虚拟天线 1和虚拟天线 2在同一时刻（或子载波）分别发送数据流和，即，同一个时刻（或子载波），映射到物理天线的情况如图 6 (b)所示，第 1个天线子阵列第根天线上发送数据和第 2个天线子阵列在第 _ /根天线上发送数据 w_2;. , 其中， = 1,···,Γχ1, j = \ '、Tx2。

实施例 7

本发明 MIMO编码部分关于空间复用编码的实施例。

发送端的发送物理天线被分成两组，每个天线子阵列被虚拟成一个波束，每个波束是一根虚拟天线。发送的数据流是和波束赋形权值为：

空间复用时，虚拟天线 1和虚拟天线 2在同一时刻（或子载波）分别发送数据流和 , 即，同一个时刻（或子载波），映射到物理天线的情况如图 6 (a)所示，第 1个天线子阵列第根天线上发送数据和第 2个天线子阵列在第 _/·根天线上分别发送数据 w_2;. , 其中， = 1 .·,Γχ1, j = \,''-,Tx2。

实施例 8

本发明权值获取部分关于固定权值方法获取权值的实施例。

发送端预先设定的向量集合 ^, = 1,2, 其中， ^, = l,2,...,N复数向量，其中 Γχ为发送天线数目。

发送端的权值获取模块，判决是否需要更新权值，如果不需要更新权值，那么使用系统预先配置好的权值或者上一次保留下来的权值。如果需要更新权值，那么利用固定权值方法获取权值，其步骤包括，

( 1 )初始化每个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rfflil,R_rffli2 , 选取用于统计信道相关矩阵的符号索引；

( 2 )分别计算该接收端到每个天线子阵列当前符号索引对应符号上特定和

目， H ™ ( 分别是第 1个天线子阵列和第 ²个天线子阵列里的到接收端天线上特定载波集合中第 A个子载波的信道系数矩阵；

( 3 )分别将两个子阵列的统计信道相关矩阵更新为 R_rffl =

和 ^ = ,₂+(l-A) ， Α,Α为常量且 0≤A,A≤1，当前符号索引加 1。

(4)重复（2) ~ (3)直到本帧结束。

(5)第 1个天线子阵列可以基于公式^ max det(^ R_rfflil ）来获得相应的权值，第 2个天线子阵列可以基于公式。_pi= max d_et(^ R_rffli2 ）来获得相应的权值，其中， det表示求矩阵的行列式值。

实施例 9

本发明权值获取部分关于特征向量权值方法获取权值的实施例。

发送端的值获取模块，判决是否需要更新权值，如果不需要更新权值，那么使用系统预先配置好的权值或者上一次保留下来的权值。如果需要更新权值，那么利用固定权值方法获取权值，其步骤包括，

( 1 )初始化每个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rfflil,R_rffli2 , 选取用于统计信道相关矩阵的符号索引

载波数目，分别是第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列里的发送天线到接收端天线上特定载波集合中第 A个子载波的信道系数矩阵。

( 3 )分别将两个子阵列的统计信道相关矩阵更新为 R_rffl =

和 R^₂= ^₂+(l- Α：^， Α,Α为常量且 0≤A,A≤1，当前符号索引加 1。

(4)重复（2) ~ (3 )直到本帧结束。

( 5 )对统计信道相关矩阵 R_rfflil进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量作为第 1 个天线子阵列的权值，其中，是 Γχΐχΐ的向量， Γχΐ为第 1个天线子阵列发送天线数目。

(6)对统计信道相关矩阵 R_rffli2进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量 ^作为第 2个天线子阵列的权值，其中， ^是 Γχ2χ1的向量， Γχ2为第 2个天线子阵列发送天线数目。

实施例 10

本发明权值获取部分关于恒模特征向量方法获取权值的实施例。

( 1 )初始化每个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rfflil,R_rffli2 , 选取用于统计信道相关矩阵的符号索引。

( 2 )分别计算该接收端每个天线子阵列当前符号索引对应符号上特定载波集合上的信道相关性矩阵：

和 R2

*H_R ² _xTx2{k) , 其中， N表示特定载波集合上包含的载波数目，分别是第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列到接收端天线上特定载波集合中第个子载波的信道系数矩阵。

( 3 )分别将两个子阵列的统计信道相关矩阵更新为 R_rffl =

(4)重复（2) ~ (3)直到本帧结束。

( 5 )对统计信道相关矩阵 R_rfflil进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量^做恒模处理 =/( ）后的向量作为第 1个天线子阵列的权值，其中， ^，是 Γχΐχΐ的向量， Γχΐ为第 1 个天线子阵列发送天线数目， /是一种恒模操作 , 它使得操作后的向量每个元素的绝对值相等。

( 6 )对统计信道相关矩阵 R_rffli2进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量 ₂做恒模处理 W₂ = /( ₂)后的向量 ₂作为第 2个天线子阵列的权值，其中， ₂, ₂是 Γχ2χ1的向量， Γχ2为第 2个天线子阵列发送天线数目， /是一种恒模操作，它使得操作后的向量里每个元素的绝对值相等。

实施例 11 本发明整个方案的一个具体实施例。

发送端为基站，它有 2Γχ根天线，天线排列在一个线性阵列上的全向天线，被分成两个组，每个组 Γχ根天线。基站预先设定的向量集合 , = 1,2, 其中， ^, = l,2,...,N是 Γχχΐ维的复数向量，其中 Γχ为发送天线数目。

该基站下面有 Μ个用户，每个用户有两根天线。基站对每个用户进行如下操作 , 以实现双流 ΜΙΜΟ波束 U武形。

将基站发送给用户的数据流输入 ΜΙΜΟ编码模块， ΜΙΜΟ编码模块将数据流分成两两一组，记为 , 对其进行空间分集编码 = 1 ,… , / 2 , N为数据流的长度。在权值估计模块中计算两个天线子阵列的权值和 ^ , W_x和 ^是 Γχχΐ的向量。权值估计模块判决是是否需要更新权值，如果不需要更新权值，那么使用系统预先配置好的或者上一次保留下来的权值。如果需要更新权值，那么利用固定权值方法获取权值，其步骤包括，

载波数目，分别是第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列到接收端天线上特定载波集合中第个子载波的信道系数矩阵。

( 3 )分别将两个子阵列的统计信道相关矩阵更新为 R_rffl =

(4)重复（2) ~ (3)直到本帧结束。

(5)第 1个天线子阵列可以基于公式^ max det(^ R_rfflil ）来获得相应的权值，第 2个天线子阵列可以基于公式^ max det(^ R^₂^)来获得相应的权值其中， det表示求矩阵的行列式值。得到权值后，用权值对数据流进行加权，加权后，在时间对的第一个符号时间上，第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列第 ·根天线上分别发送数据 w_w 和 _A2。在第二个符号时间上，第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列第 _/根天线上分别发送数据 -^ ₂和^ ，其中， j = l,''、Tx, i = \,'--,N_s/2。

实施例 12

本发明整个方案的另一个具体实施例。

发送端为基站，它有 Γχ对双极化天线，天线排列在一个线性阵列上。该基站下面有 Μ个用户，每个用户有两根天线。基站对每个用户进行如下操作，以实现双流 ΜΙΜΟ波束赋形。

将基站发送给用户的数据流输入 ΜΙΜΟ编码模块， ΜΙΜΟ编码模块将数据流分成两两一组，记为 , ,对其进行空间分集编码「^¾ /=1 ---,N /2,N 为数据流的长度。

在权值估计模块中计算两个天线子阵列的权值和 ^ , 和 w₂是一个

Γχχΐ的向量。权值估计模块判决是是否需要更新权值，如果不需要更新权值，那么使用系统预先配置好的或者上一次保留下来的权值。如果需要更新权值，利用特征向量方法获取权值，其步骤包括，

和

其中， N表示特定载波集合上包含的载波数目，分别是第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列到接收端天线上特定载波集合中第个子载波的信道系数矩阵。

( 3 )分别将两个子阵列的统计信道相关矩阵更新为 R_rffl =

(4)重复（2) ~ (3)直到本帧结束。

( 6 )对统计信道相关矩阵 R_rffli2进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量 ^作为第 2个天线子阵列的权值，其中， ^是 Γχ2χ1的向量， Γχ2为第 2个天线子阵列发送天线数目。

得到权值后，用权值对数据流进行加权。加权后，第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列第 j根天线在同第一符号时间上分别发送^ ._¾, _2Α2, 其中， = 1,···, Γχ, i = \,"',N_sl2。

实施例 13 本发明整个方案的一个般化的实施例。发送端为基站，它有 2Γχ根天线，天线是线性阵列天线，或者双极化天线。该基站下面有 Μ个用户，每个用户有 R根天线。基站对每个用户进行如下操作，以实现双流 ΜΙΜΟ波束赋形。

基站将发送给用户的数据流输入 ΜΙΜΟ编码模块。 ΜΙΜΟ编码后的数据流为^=( ,_¾) 其中， i = \,"',N_sl2 , ^为数据流的总长度。

用权值估计模块获取第 1 个天线子阵列和第 2 个天线子阵列的权值 W_x^{W_u,---,W_Txl)^T ,W₂^{W_l2,---,W_Tx2 , ,f ₂是 Γχχΐ的矩阵。

得到权值后，用权值对数据流进行加权，加权后，第 1个天线子阵列和第 2 个天线子阵列的第 j 根天线在同第一符号时间上分别发送发送^ ₁ 和 W_j2x_in , 其中， = 1,···, Γχ, i = \,"',N_sl2。

工业实用性

釆用本发明所述的方法和装置，可以得到双流 MIMO波束赋形的权值, 并且实现 MIMO与波束赋形的合理结合，从而最大限度地提高系统的性能。

Claims

权利要求书

1、一种双流多输入多输出波束赋形的权值获取方法，应用于包括发送端和接收端的无线通信系统，发送端的天线阵列包括各形成一个波束的 2个天线子阵列，其中，按如下方式获取各天线子阵列的波束赋形的权值：

2、如权利要求 1所述的方法，其中，所述对任一天线子阵列，获取该天线子阵列的发送天线到接收端的接收天线的信道信息，根据该信道信息确定该天线子阵列的波束赋形的权值包括：

根据所述信道信息获取各天线子阵列的统计信道相关矩阵；

3、如权利要求 2所述的方法，其中，所述获取各天线子阵列的统计信道相关矩阵包括：

更新步骤，选择符号，计算接收端到第 i个天线子阵列当前选择的符号上特定载波集合上的信道相关性矩阵 =| (H ))^ff *H ) ; 更新第 i个天

二 1

线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rffl = _A.R . +(l-_A.) ，其中， H'W是第 i个天线子阵列的发送天线到接收端天线上特定载波集合中第 A个子载波的信道系数矩阵， N表示特定载波集合上包含载波的数目，《为常数，表示第 i个天线子阵列的第 A个子载波相关矩阵的权重，为常量，且 0≤ ?,.≤1；上标 H是对矩阵求共轭转置；

4、如权利要求 3所述的方法，其中，所述更新步骤中，根据如下方式获取所述 H'(t) : 发送端测量接收端的天线到第 i个天线子阵列的上行信道的信道系数矩阵，根据信道互易性，由测量的信道系数矩阵得到 R 行 ·列的所述 H' ( t) ;

5、如权利要求 2所述的方法，其中，所述根据统计信道相关矩阵确定各天线子阵列的波束赋形的权值包括：

或者，对第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rffl 进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量 ^做恒模处理后得到的向量 ^ = f_c )作为第 i 个天线子阵列的波束赋形的权值，其中， ^ 是 Γχ χΐ的向量，是对向量^进行恒模操作。

6、一种双流多输入多输出波束赋形数据发送方法，其中，包括： ΜΙΜΟ编码步骤，对数据流进行多输入多输出 ( ΜΙΜΟ )编码，得到编码后的数据流；

权值估计步骤，根据权利要求 1至 5任一所述方法确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值；

7、如权利要求 6所述的方法，其中，

所述 ΜΙΜΟ编码步骤中 ,所述对数据流进行 ΜΙΜΟ编码是指对数据流进行空间分集编码或者空间复用编码。

8、如权利要求 6所述的方法，其中，

所述权值估计步骤中，确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值之前，还判断是否需要更新权值，如果需要更新，则根据权利要求 1至 5任一所述方法确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值；否则，使用系统预先配置的权值或者上一次确定的权值作为第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束 ϋ武形的权值。

9、如权利要求 6所述的方法，其中，

所述 ΜΙΜΟ编码步骤中，对所述数据流进行空间分集编码；

所述权值估计步骤中，得到第 1个天线子阵列的权值为^ = ^... ₁ , 第 2个天线子阵列的权值为 ^ =(w₂₁...w_27¾2)^T , Γχ1,Γχ2分别是第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列发送天线数；

所述波束赋形步骤中，在第一个时刻或子载波，第 1个天线子阵列第根天线上发送的数据为 ,, 第 2 个天线子阵列在第 ·根天线上发送的数据为 w₂ s₂；在第二个时刻或子载波，第 1个天线子阵列第根天线上发送的数据为 -w ₂ , 第 2个天线子阵列第 _/·根天线上发送的数据为；

其中， /

, 和为待发送的数据流。

10、如权利要求 6所述的方法，其中：

所述 ΜΙΜΟ编码步骤中，对所述数据流进行空间复用编码；

所述权值估计步骤中，得到第 1个天线子阵列的权值为^ = ^... ₁ , 第 2个天线子阵列的权值为 ^ =(w₂₁...w_27¾2)^T , Γχ1,Γχ2分别是第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列发送天线数，

所述波束赋形步骤中，同一个时刻或子载波，第 1个天线子阵列第根天线上发送的数据为 ,第 2 个线子阵列在第 _/·根天线上发送的数据为 ₂^₂；其中， ,· = 1,..·,Γχ1, 7 = 1,···, Γχ2 , 和为待发送的数据流。

11、一种双流多输入多输出波束赋形的权值获取装置，应用于包括发送端和接收端的无线通信系统，发送端包括各形成一个波束的 2个天线子阵列，其中，该权值获取装置用于获取各天线子阵列的发送天线到接收端的接收天线的信道信息，根据信道信息确定各天线子阵列的波束赋形的权值。

12、如权利要求 11所述的装置，其中，所述装置包括统计信道相关矩阵获取模块和权值获取模块：

所述统计信道相关矩阵获取模块，用于根据所述信道信息获取各天线子阵列的统计信道相关矩阵；

13、如权利要求 12所述的装置，其中，所述统计信道相关矩阵获取模块包括初始化单元、更新单元和控制单元：

所述初始化单元，初始化各天线子阵列的统计信道相关矩阵；确定用于计算各天线子阵列的统计信道相关矩阵的若干个符号；第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵为 R

二 1

14、如权利要求 12所述的装置，其中，所述权值获取模块，用于按如下方式获取各天线子阵列的权值：

在预设的向量集合 ^.,_/· = 1,2,. · ·,Μ中，选择使得 det«R_rffli ）最大的向量作为第 i个天线子阵列的波束赋形的权值， det表示求矩阵的行列式值；

或者，对第 i个天线子阵列的统计信道相关矩阵 R_rffl 进行特征值分解，且将最大特征值对应的特征向量^做恒模处理后得到的向量 = /„„( )作为第 i 个天线子阵列的波束赋形的权值，其中， ^ 是 Γχ χΐ的向量，是对向量^进行恒模操作。

15、一种双流多输入多输出波束赋形数据发送装置，包括：

ΜΙΜΟ编码模块，用于对数据流进行 ΜΙΜΟ编码，得到编码后的数据流；权值估计模块，用于根据权利要求 1至 5任一所述方法确定第 1个天线子阵列和第 2个天线子阵列的波束赋形的权值；