利用三維波束碼本進行通信的方法、裝置及基站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例公開了一種無線通信系統(tǒng)中利用三維波束碼本進行通信的方法、裝置及基站，其中所述方法包括：利用三維波束碼本矩陣對L個數(shù)據(jù)流進行預(yù)編碼處理以生成N×M個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)；所述三維波束碼本矩陣的行數(shù)為N×M，所述三維波束碼本矩陣的列數(shù)為L；通過天線陣列發(fā)送由所述N×M個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)形成的L個新數(shù)據(jù)流中至少一個數(shù)據(jù)流，所述天線陣列包括N×M個天線，在第一陣列方向上的天線端口數(shù)量為M，在第二陣列方向上的天線端口數(shù)量為N；L≤N×M，且所述L、M和N均為正整數(shù)。實施本發(fā)明實施例，可實現(xiàn)在三維空間中形成多個指向多個方向的波束。
【專利說明】利用三維波束碼本進行通信的方法、裝置及基站
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及利用三維波束碼本進行通信的方法、裝置及基站。【背景技術(shù)】
[0002]在無線通信系統(tǒng)的發(fā)展中，天線技術(shù)是當(dāng)前無線通信系統(tǒng)中最活躍的研究領(lǐng)域之一。當(dāng)前的主流的無線通信系統(tǒng)中都大量使用了多天線技術(shù)，蜂窩系統(tǒng)有LTE(Long TermEvolution長期演進)系統(tǒng)、WiMAX(World interoperability forMicrowave Access全球微波接入互操作)系統(tǒng)等，短距離無線通信系統(tǒng)有各個版本的WiFi (Wireless Fidelity無線高保真)系統(tǒng)。目前正在使用的上述無線通信系統(tǒng)中，多天線技術(shù)主要是使用發(fā)送機與接收機之間的多個發(fā)送天線和多個接收天線進行發(fā)送和接收處理，即MIM0(Multiple InputMultiple Output多入多出)技術(shù)。這些系統(tǒng)中使用的MMO技術(shù)，發(fā)送站通常是多根線狀排列的天線，典型的數(shù)目有2根、4根，在LTE系統(tǒng)Rel-1O (版本10)版本中引入了最多8根天線的配置。即使這樣，在當(dāng)前的民用通信系統(tǒng)中，最多也就是8根沿某一水平或垂直方向的線狀排列的天線了。
[0003]隨著天線技術(shù)的發(fā)展和進步，更多可能的天線數(shù)目的陣列天線被引入到發(fā)送機上來，尤其是引入到體積相對較大的基站發(fā)送機身上來。更多的天線數(shù)的面狀天線(多排，多列)，如8列4排的面狀天線陣。陣列天線引入到發(fā)送機上后，發(fā)送機由于有更多的發(fā)送天線數(shù)目，因而具有了更多可用的空間自由度，從而可以實現(xiàn)發(fā)送機的主動波束賦形，即具有天線陣列的發(fā)送機可以在三維空域上輻射出多個大小范圍可控的空間區(qū)域。從而為無線通信系統(tǒng)新更高的頻譜效率方向的演進提供了可能。
[0004]上述具有陣列天線的發(fā)送機要獲得更多發(fā)送天線數(shù)帶來的系統(tǒng)增益，其中必須解決三維空間的碼本的設(shè)計問題。否則無法得到陣列天線在理論上提供的可能的性能增益。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，LTE R8中定義了最多4天線的發(fā)送碼本的設(shè)計方案。這種方案為最多4個發(fā)送天線定義了 I流，2流和4流的發(fā)送碼本。這些碼本的設(shè)計背景主要是SU-MIMO (Single User-MIMO單用戶ΜΜ0)，并且其天線結(jié)構(gòu)是ULA (均勻線性陣列UniformLinear Array)陣的最多4個沿一條直線排列的天線。這種碼本顯然不能直接用于類似8列4行場景的天線陣列系統(tǒng)。尤其是，這些碼本主要是用于水平方向上的預(yù)編碼，不能夠?qū)崿F(xiàn)垂直方向上多仰角的指向，更不能實現(xiàn)三維空間的波束映射。
[0006]另一種現(xiàn)有技術(shù)的方案中，LTE RlO中定義了 8天線的基站發(fā)送碼本。這種碼本既適合于MU-MMO (Multiple User-MIMO多用戶ΜΜ0)，也適合于SU-MM0，其支持的流數(shù)分別為:1至8之間的任意數(shù)目。同樣的，這種碼本是為按水平方向排列的最多8天線的基站系統(tǒng)設(shè)計的，其也不適合在垂直方向上多仰角的指向，也不能實現(xiàn)三維空間的波束映射，更不適合天線數(shù)大于8的基站系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明實施例提供無線通信系統(tǒng)中利用三維波束碼本進行通信的方法、裝置及基站，可在三維空間中形成能指向多個方向的波束。
[0008]本發(fā)明第一方面提供一種無線通信系統(tǒng)中利用三維波束碼本進行通信的方法，可包括:
[0009]利用三維波束碼本矩陣對L個數(shù)據(jù)流進行預(yù)編碼處理以生成NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)，所述三維波束碼本矩陣能夠用于三維波束空間的預(yù)編碼；所述三維波束碼本矩陣的行數(shù)為NXM,所述三維波束碼本矩陣的列數(shù)為L ；
[0010]通過天線陣列發(fā)送由所述NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)形成的L個新數(shù)據(jù)流中至少一個數(shù)據(jù)流，所述天線陣列包括NXM個天線，在第一陣列方向上的天線端口數(shù)量為M，在第二陣列方向上的天線端口數(shù)量為N ;L ( NXM，且所述L、M和N均為正整數(shù)。
[0011 ] 在第一種可能的實現(xiàn)方式中，L=I,且所述L個數(shù)據(jù)流形成第k個波束，所述三維波束碼本矩陣為:
【權(quán)利要求】
1.一種無線通信系統(tǒng)中利用三維波束碼本進行通信的方法，其特征在于，包括: 利用三維波束碼本矩陣對L個數(shù)據(jù)流進行預(yù)編碼處理以生成NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)，所述三維波束碼本矩陣能夠用于三維波束空間的預(yù)編碼；所述三維波束碼本矩陣的行數(shù)為NXM，所述三維波束碼本矩陣的列數(shù)為L ； 通過天線陣列發(fā)送由所述NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)形成的L個新數(shù)據(jù)流中至少一個數(shù)據(jù)流，所述天線陣列包括NXM個天線，在第一陣列方向上的天線端口數(shù)量為M，在第二陣列方向上的天線端口數(shù)量為N ;L ( NXM，且所述L、M和N均為正整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，L=1，且所述L個數(shù)據(jù)流形成第k個波束，所述三維波束碼本矩陣為:

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，L= M，且所述L個數(shù)據(jù)流形成第k個波束，所述三維波束碼本矩陣為:
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第k個波束服務(wù)于一個或多個終端。
5.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，
6.如權(quán)利要求2-5中任一項所述的方法,其特征在于，
7.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，

8.如權(quán)利要求2或3或7所述的方法，其特征在于，
9.如權(quán)利要求5或7所述的方法，其特征在于， Qk = cos( Θ )或者Qk =-cos( Θ )，其中，所述Θ為天線陣列的第一陣列方向的波束角；
或者，Ω k = cos ( Φ) sin ( θ )或者 Ω k = -cos ( Φ) sin ( Θ )或者 Ω k = sin ( Φ) sin ( Θ )或者Qk =-sin(<i))sin( Θ )，其中，所述Θ為天線陣列的第一陣列方向的波束角,所述Φ為天線陣列的第二陣列方向的波束角。
10.如權(quán)利要求6或8所述的方法，其特征在于，
￥k = cos( Θ )或者Ijrk =-cos( Θ )，其中，所述Θ為天線陣列的第一陣列方向的波束角；
或者，Vk = cos(<i))sin( Θ )或者 Ijrk = _cos(<i))sin( Θ )或者 ij；k = sin(φ) sin( Θ )或者￥k = _sin(<i))sin( θ )，其中，所述Θ為天線陣列的第一陣列方向的波束角,所述Φ為天線陣列的第二陣列方向的波束角。
11.如權(quán)利要求5、7、9中任一項所述的方法，其特征在于，Qk= IcQtl，其中，所述Qtl是第一個波束成形向量βο所對應(yīng)的半波束寬度。
12.如權(quán)利要求6、8、10中任一項所述的方法，其特征在于，Ψ,= Ι?Ψ。，其中，所述Ψ。是第一個波束成形向量Citl所對應(yīng)的半波束寬度。
13.如權(quán)利要求2至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一向量與第二向量中的至少一項為:長期演進系統(tǒng)LTE的第八版本中的4天線發(fā)送碼本、或LTE的第十版本中的8天線發(fā)送碼本。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，L= V，所述L個數(shù)據(jù)流形成K個波束，所述三維波束碼本矩陣為:
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，L= V，所述L個數(shù)據(jù)流形成K個波束，所述三維波束碼本矩陣為: 其中，K為正整數(shù)，Px(x = nl，n2，......,K)為波束的功率分配因子，為第nl個波束的波束碼本矩陣中選出的具有V1列的波束碼本，》為第η2個波束的波束碼本矩陣中選出的具有V2列的波束碼本，1為第K個波束的波束碼本矩陣中選出的具有Vk列的波束碼本,nl和n2均為小于K的正整數(shù),K為不大于N的正整數(shù),V = T^ V.Vi為不大于M的正整數(shù)。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述K個波束分別服務(wù)于多個終端。
17.如權(quán)利要求14-16中任一項所述的方法,其特征在于,所述K個波束有相同或不同的功率。
18.如權(quán)利要求1-17中任一項所述的方法，其特征在于，在所述通過所述天線陣列發(fā)送由所述NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)形成的L個新數(shù)據(jù)流中至少一個數(shù)據(jù)流的步驟之前，還包括: 將所述由NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)形成的L個新數(shù)據(jù)流按照先第一陣列方向后第二陣列方向的順序映射到所述天線陣列上。
19.一種無線通信系統(tǒng)中利用三維波束碼本進行通信的裝置，其特征在于，包括: 預(yù)編碼模塊，用于利用三維波束碼本矩陣對L個數(shù)據(jù)流進行預(yù)編碼處理以生成NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)，所述三維波束碼本矩陣能夠用于三維波束空間的預(yù)編碼；所述三維波束碼本矩陣的行數(shù)為NXM，所述三維波束碼本矩陣的列數(shù)為L ； 發(fā)送模塊，與所述預(yù)編碼模塊連接，用于通過天線陣列發(fā)送由所述NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)形成的L個新數(shù)據(jù)流中至少一個數(shù)據(jù)流，所述天線陣列包括NXM個天線，在第一陣列方向上的天線端口數(shù)量為M，在第二陣列方向上的天線端口數(shù)量為N ;L SNXM，且所述L、M和N均為正整數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的的裝置，其特征在于，L=I，且所述L個數(shù)據(jù)流形成第k個波束，所述三維波束碼本`矩陣為:vO Ik Vil}.y ,.,(I) _ ι/ι wk -.*
,,{1}
y μ-\ fk _ 其中，Y k為第k個波束的第一向量，為指向第二陣列方向上的空間窄波束，V?…Al.為第k個波_第二向量，為指向第-陣列方向上的-個空間波束，這里v|' V1511,..., vfq為長度為M的所述第二向量中的各個元素，k為正整數(shù)。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，L= M，且所述L個數(shù)據(jù)流形成第k個波束，所述三維波束碼本矩陣為:
22.如權(quán)利要求20或21所述的裝置，其特征在于，所述第k個波束服務(wù)于一個或多個終端。
23.如權(quán)利要求20或21所述的裝置，其特征在于，
24.如權(quán)利要求20-22中任一項所述的裝置，其特征在于，


25.如權(quán)利要求20或21所述的裝置，其特征在于，
26.如權(quán)利要求20或21或25所述的裝置，其特征在于，
27.如權(quán)利要求23或25所述的裝置，其特征在于， Qk = cos( Θ )或者Qk =-cos( Θ )，其中，所述Θ為天線陣列的第一陣列方向的波束角；
或者，Ω k = cos ( Φ) sin ( θ )或者 Ω k = -cos ( Φ) sin ( Θ )或者 Ω k = sin ( Φ) sin ( Θ )或者Qk =-sin(<i))sin( Θ )，其中，所述Θ為天線陣列的第一陣列方向的波束角,所述Φ為天線陣列的第二陣列方向的波束角。
28.如權(quán)利要求24或26所述的裝置，其特征在于， ￥k = cos( Θ )或者Ijrk =-cos( Θ )，其中，所述Θ為天線陣列的第一陣列方向的波束角；
或者，Vk = cos(<i))sin( Θ )或者 Ijrk = _cos(<i))sin( Θ )或者 ij；k = sin(φ) sin( Θ )或者￥k = _sin(<i))sin( θ )，其中，所述Θ為天線陣列的第一陣列方向的波束角,所述Φ為天線陣列的第二陣列方向的波束角。
29.如權(quán)利要求23、25、27中任一項所述的裝置，其特征在于，Ωk = k Ω ^，其中，所述是第一個波束成形向量βο所對應(yīng)的半波束寬度。
30.如權(quán)利要求24、26、28中任一項所述的裝置，其特征在于，Ψ,= k Iirci，其中，所述是第一個波束成形向量a^所對應(yīng)的半波束寬度。
31.如權(quán)利要求20至30中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一向量與第二向量中的至少一項為:長期演進系統(tǒng)LTE的第八版本中的4天線發(fā)送碼本、或LTE的第十版本中的8天線發(fā)送碼本。
32.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，L= V，所述L個數(shù)據(jù)流形成K個波束，所述三維波束碼本矩陣為:

33.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，L= V，所述L個數(shù)據(jù)流形成K個波束，所述三維波束碼本矩陣為:
34.如權(quán)利要求32或33所述的裝置，其特征在于，所述K個波束分別服務(wù)于多個終端。
35.如權(quán)利要求32-34中任一項所述的裝置，其特征在于，所述K個波束有相同或不同的功率。
36.如權(quán)利要求19-35中任一項所述的裝置，其特征在于，還包括: 映射模塊，用于將NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)對應(yīng)的L個數(shù)據(jù)流按照先第一陣列方向后第二陣列方向的順序映射到所述天線陣列上。
37.一種基站，其特征在于，包括:無線調(diào)制解調(diào)器和與無線調(diào)制解調(diào)器耦合連接的天線陣列； 其中，所述天線陣列包括NXM個天線，在第一陣列方向上的天線端口數(shù)量為M，在第二陣列方向上的天線端口數(shù)量為N ;所述M和N均為正整數(shù)； 所述無線調(diào)制解調(diào)器，用于利用三維波束碼本矩陣對L個數(shù)據(jù)流進行預(yù)編碼處理以生成NXM個數(shù)據(jù)流，并將NXM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)形成的L個新數(shù)據(jù)流映射到天線陣列上；所述三維波束碼本矩陣能夠用于三維波束空間的預(yù)編碼，所述三維波束碼本矩陣的行數(shù)為NXM，所述三維波束碼本矩陣的列數(shù)為L，L < NXM且為正整數(shù)； 所述天線陣列，用于發(fā)送所述L個新數(shù)據(jù)流中的至少一個數(shù)據(jù)流。
38.如權(quán)利要求37所述的基站，其特征在于，所述無線調(diào)制解調(diào)器具體用于:利用三維波束碼本矩陣對L個信號進行預(yù)編碼處理以生成NXM個數(shù)據(jù)流，并按照先第一陣列方向后第二陣列方向的順序?qū)XM個預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)形成的L個新數(shù)據(jù)流映射到所述天線陣列上。
【文檔編號】H04B7/04GK103780291SQ201210411846
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月25日
【發(fā)明者】武雨春 申請人:華為技術(shù)有限公司