一種下行波束賦形方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種下行波束賦形方法與裝置。該方法包括：獲取第一加權矢量和第二加權矢量，第一加權矢量根據(jù)終端發(fā)送的探測參考信號估計上行信道，利用上行信道與下行信道的互易性獲得第一加權矢量；獲取第二加權矢量包括：向終端發(fā)送信道狀態(tài)信息參考信號，以便終端反饋根據(jù)所述信道狀態(tài)參考信號確定的預編碼矩陣索引號；接收終端反饋的預編碼矩陣索引號，根據(jù)該索引號確定第二加權矢量，所述第二加權矢量為所述預編碼矩陣索引號對應的預編碼矩陣；依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展，以得到滿足多天線下行波束賦形的目標加權矢量。本發(fā)明通過對加權矢量的擴展，得到適用于多天線的下行波束賦行加權矢量。
【專利說明】一種下行波束賦形方法與裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信【技術領域】，特別是涉及一種下行波束賦形方法與裝置。
【背景技術】
[0002]空間中傳播的信號經(jīng)常會受到來自本小區(qū)或者其他相鄰小區(qū)的干擾，期望信號可能與干擾信號使用同一頻段，利用傳統(tǒng)的方法不能從接收的信號中分離出期望信號。智能天線可以利用期望信號與干擾的來波方向不同從空間中分離出有用信號，采用的是波束賦形技術，波束賦形技術的主要原理為利用空間信道的強相關性及波的干涉原理根據(jù)加權矢量產(chǎn)生強方向性輻射方向圖，即使得發(fā)送信號的方向自適應地指向用戶方向，同時，在其他方向上衰減該信號，使信號到達接收端時的功率最大。
[0003]對于下行波束賦形技術來說，如何確定加權矢量是波束賦形的核心內容，加權矢量中的權值直接作用于下行發(fā)送的信號上，使智能天線的方向圖的主瓣對準期望信號的方向，零點對準干擾方向，參考圖1所示，為智能天線對應的方向圖的示意圖，圖1僅用于理解波束賦形的原理，并不一定與實際方向圖完全相符。對于TDD系統(tǒng)來說,現(xiàn)有技術方案中，確定加權矢量一般采用如下方式:終端向基站發(fā)送探測參考信號，基站根據(jù)用戶發(fā)送的探測參考信號確定上行信道，然后，根據(jù)上下行信道的互易性直接生成下行波束賦形加權矢量，但是，現(xiàn)在TDD系統(tǒng)的終端芯片大多是固定單個天線發(fā)送上行SRS，這樣的話，對于多天線終端來說，基站只能收到和獲得單個天線的上行信道信息，進而確定的加權矢量也只是針對單個天線的，無法獲得針對多天線的下行波束賦形加權矢量。

【發(fā)明內容】

[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種下行波束賦形方法與裝置，以解決現(xiàn)有技術中通過信道互易性無法獲得下行兩天線的波束賦形權向量的技術問題。
[0005]本發(fā)明提供技術方案如下:
[0006]一種下行波束賦形方法，包括:
[0007]獲取第一加權矢量和第二加權矢量，其中，獲取所述第一加權矢量包括:根據(jù)終端發(fā)送的探測參考信號估計上行信道，利用上行信道與下行信道的互易性獲得第一加權矢量；獲取所述第二加權矢量包括:向終端發(fā)送信道狀態(tài)信息參考信號，以便終端反饋根據(jù)所述信道狀態(tài)參考信號確定的預編碼矩陣索引號；接收終端反饋的預編碼矩陣索引號，根據(jù)該索引號確定第二加權矢量，所述第二加權矢量為所述預編碼矩陣索引號對應的預編碼矩陣；
[0008]依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展，以得到滿足多天線下行波束賦形的目標加權矢量。
[0009]本發(fā)明還提供一種下行波束賦形裝置，包括:
[0010]獲取模塊，用于獲取第一加權矢量和第二加權矢量；所述獲取模塊包括:
[0011]第一確定子模塊，用于根據(jù)終端發(fā)送的探測參考信號估計上行信道，利用上行信道與下行信道的互易性獲得第一加權矢量；發(fā)送子模塊，用于向終端發(fā)送信道狀態(tài)信息參考信號，以便終端反饋根據(jù)所述信道狀態(tài)參考信號確定的預編碼矩陣索引號；接收子模塊，用于接收終端反饋的預編碼矩陣索引號；第二確定子模塊，用于根據(jù)該索引號確定第二加權矢量，所述第二加權矢量為所述預編碼矩陣索引號對應的預編碼矩陣；
[0012]擴展模塊，用于依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展，以得到滿足多天線下行波束賦形的目標加權矢量。
[0013]由以上本發(fā)明實施例提供的技術方案可見，基站接收終端發(fā)送的上行探測參考信號可以估計上行信道，進而可以根據(jù)上下行信道的互易性直接確定波束賦行的第一加權矢量；通過下行向終端發(fā)送信道狀態(tài)信息參考信號，由終端根據(jù)信道狀態(tài)信息參考信號反饋預編碼矩陣索引號的方式，最終基站確定第二加權矢量，最后依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展的方式得到可以用于多天線下行波束賦行的目標加權矢量，解決了現(xiàn)有技術中終端芯片固定單個天線發(fā)送上行SRS，基站只能收到和獲得單個天線的上行信道信息，確定針對單個天線的加權矢量，無法獲得針對多天線的下行波束賦形權向量的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本發(fā)明提供的智能天線對應的方向圖的示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明提供的一種下行波束賦形方法實施例1的流程圖；
[0017]圖3為本發(fā)明提供的一種下行波束賦形裝置實施例1的結構示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明提供的一種下行波束賦形裝置實施例2的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發(fā)明中的技術方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]下面首先對本發(fā)明提供的一種下行波束賦形方法，進行詳細介紹。
[0021]如圖2所示，為本發(fā)明提供的一種下行波束賦形方法實施例1的流程圖，本實施例具體可以包括如下步驟:
[0022]S201:獲取第一加權矢量和第二加權矢量。
[0023]所述第一加權矢量是由基站根據(jù)接收的上行探測參考信號，利用上行信道與下行信道的互易性獲得的，比如，利用上行探測參考信號可以對上行信道進行估計，得到上行信道后，對信道進行相關矩陣的計算，將得到的相關矩陣進行特征值分解，將最大的特征值對應的特征向量作為第一加權矢量即可。
[0024]第二加權矢量的獲取過程如下:基站首先向終端發(fā)送信道狀態(tài)信息參考信號，終端接收基站發(fā)送的信道狀態(tài)信息參考信號(CS1-RS)后，即可估計出信道狀態(tài)，具體估計方法可以參考現(xiàn)有實現(xiàn)方式，這里不再贅述。終端估計出信道狀態(tài)后，進行預編碼矩陣確定，在確定預編碼矩陣時，主要有兩種準則:根據(jù)性能指標來選擇，如總吞吐量，SINR (信號與干擾加噪聲比)，誤幀率等，可以根據(jù)信道狀態(tài)信息，分別計算碼本中的每一個預編碼矩陣的性能指標，以決定使用的預編碼矩陣；基于量化的選擇，可以通過對于信道矩陣進行奇異值分解，將奇異值分解得到的右奇異矩陣量化來獲得預編碼矩陣，在碼本中選擇與右奇異矩陣均方誤差最小的矩陣作為選擇的預編碼矩陣。
[0025]終端選擇號預編碼矩陣后，向基站反饋時，將得到的預編碼矩陣的索引值反饋給基站?；窘邮战K端反饋的預編碼矩陣索引號，根據(jù)該索引號即可確定預編碼矩陣。在終端與基站端均有一個預編碼矩陣的碼本，即可用預編碼矩陣的集合，基站根據(jù)預編碼矩陣的索引號，即可找到對應的預編碼矩陣。該確定的預編碼矩陣即為用于下行波束賦形的第二加權矢量。
[0026]在本實施例中，優(yōu)選的，選擇距離本次下行波束賦形時間最近的一次獲取到的第一加權矢量、第二加權矢量，這樣獲取到的加權矢量更具有實時性，更符合實際應用。
[0027]S202:依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展，以得到滿足多天線下行波束賦形的目標加權矢量。
[0028]在實際應用中，衡量向量相似度的標準有很多，這里不進行一一列舉，僅以向量距離或者向量夾角作為向量相似度的衡量標準對第一加權矢量進行擴展的過程進行詳細說明，下面以向量距離中的歐幾里得距離舉例示意說明:
[0029]由于現(xiàn)在使用的TDD (時分雙工，Time Division Duplexing)系統(tǒng)中的終端芯片大多是固定單個天線發(fā)送上行探測參考信號的，所以根據(jù)上行探測參考信號獲得的第一加權矢量是一個列向量，行數(shù)與基站側的天線數(shù)相同，而第二加權矢量一般是一個矩陣，行數(shù)與第一加權矢量相同，這里可以把第二加權矢量中的每一列看做一個向量，依次計算第一加權矢量與第二加權矢量中每一列組成向量之間的向量歐幾里得距離，確定依次得到的歐幾里得距離中最小值對應的第二加權矢量中的列向量，將該列向量替換為第一加權矢量，將替換后的第二加權矢量作為目標加權矢量用于下行波束賦形?；蛘?，可以這樣理解，即將第二加權矢量中出所述確定的列向量之外的向量插入到第一加權矢量中，在插入時，保持各向量之間的位置關系不變，只不過確定的向量換成了第一加權矢量擴展前的向量。
[0030]若使用向量夾角作為對第一加權矢量進行擴展的依據(jù)，過程如下:依次計算第一加權矢量與第二加權矢量中每一列組成向量之間的向量夾角，確定依次得到的向量夾角最小值對應的第二加權矢量中的列向量，將該列向量替換為第一加權矢量，將替換后的第二加權矢量作為目標加權矢量用于下行波束賦形。
[0031]本實施例的技術方案中，基站接收終端發(fā)送的上行探測參考信號可以估計上行信道，進而可以根據(jù)上下行信道的互易性直接確定波束賦行的第一加權矢量；通過下行向終端發(fā)送信道狀態(tài)信息參考信號，由終端根據(jù)信道狀態(tài)信息參考信號反饋預編碼矩陣索引號的方式，最終基站確定第二加權矢量，依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展的方式得到可以用于多天線下行波束賦行的目標加權矢量，解決了現(xiàn)有技術中終端芯片固定單個天線發(fā)送上行SRS，基站只能收到和獲得單個天線的上行信道信息，確定針對單個天線的加權矢量，無法獲得針對多天線的下行波束賦形權向量的問題。[0032]在實施例1的步驟S201中，第一加權矢量和第二加權矢量獲取到的時間沒有明確的先后順序，但是可以確定兩個加權矢量獲取到的時間間隔，優(yōu)選的，在實施例1的基礎上，可以為所述兩個加權矢量獲取到的時間差值設置一個閾值，因為在實際應用中，無線信道具有時變性，基站確定的用于下行波束賦形的加權矢量要具有實時性，所以，為了使得本發(fā)明的技術方案更適合在實際場景下應用，在實施例1的基礎上，還可以采用如下方式確定目標加權矢量:
[0033]首先設置一時間閾值，所述時間閾值用于限制獲取到第一加權矢量與第二加權矢量之間的時間間隔；然后判斷獲取第一加權矢量和第二加權矢量之間的時間間隔是否超出所述時間閾值，如果獲取第一加權矢量和第二加權矢量之間的時間間隔未超出所述時間閾值，則執(zhí)行所述步驟S202，反之，則將第二加權矢量作為下行波束賦形的目標加權矢量。
[0034]在上述內容基礎上，為了提高獲取目標加權矢量的準確性，還可以實施如下步驟:
[0035]對于采用向量相似度為依據(jù)對第一加權矢量擴展的方法中，還可以設置一向量距離閾值，然后確定得到的向量距離最小值是否大于所述向量距離閾值，如果大于，則返回執(zhí)行將向量距離最小值對應的第二加權矢量中的列向量替換為第一加權矢量，以完成第一加權矢量的擴展的步驟，如果不大于，則不進行向量的替換。
[0036]對于采用向量夾角為依據(jù)對第一加權矢量擴展的方法中，還可以設置一向量夾角閾值；然后確定得到的向量夾角最小值是否大于所述向量夾角閾值，如果大于，說明通過反饋確定的第二加權矢量的準確性較差，需要對其進行補償，返回執(zhí)行將向量夾角最小值對應的第二加權矢量中的列向量替換為第一加權矢量，以完成第一加權矢量的擴展的步驟，同時完成對第二加權矢量的補充，得到目標加權矢量的同時，也提高了加權矢量的準確性，如果不大于，則不進行向量的替換。
[0037]為了便于對本發(fā)明實施 例提供的技術方案的理解，下面以一種實際可能的應用場景為例，對本發(fā)明提供的技術方案進行詳細公開的描述，本發(fā)明實施例提供的技術方案不限于在本例提供的應用場景下使用。
[0038]假設LTE中采用8陣元的±45°交叉極化天線結構，將一個8天線系統(tǒng)分為兩個子陣列，-45°為一個子陣列，+45°為一個子陣列，UE (用戶設備)收端是2根天線，基站側的天線數(shù)為8。加權矢量的獲取流程主要包括:
[0039]1、根據(jù)上行參考信號SRS估計信道狀態(tài)，計算第一加權矢量的實現(xiàn)方式可以參考實施例1中步驟S201中的描述，還可以采用如下方法:
[0040]I)基站提取上行SRS信號，并從中解析出SRS的參數(shù)配置，并且利用這些參數(shù)生成本地信號。具體的，利用解析出的參數(shù)根據(jù)LTE協(xié)議中的規(guī)定來產(chǎn)生本地參考基序列，并進行一定的循環(huán)移位得到整個上行帶寬上的參考信號；
[0041]2)根據(jù)給定帶寬來獲取信道估計時帶寬擴展的長度，并用收到的信號除以本地信號得到去除噪聲的信道系數(shù)。具體的，假設SRS帶寬BandSKS=96RB(資源塊)，由于SRS是每兩
個子載波占一個所以實際帶寬為48RB，LTE協(xié)議要求上行信號必須滿足N= = Ia、- -5^，
其中α2，a3，Ci5為一組非負整數(shù)值。通過查表可得擴展的帶寬為50RB，則需要補零的子載波為(50-48) X 12=24個子載波。接收信號y=hs+n，利用y/s，可得帶有噪聲的信道系數(shù)為H=h+n/sο[0042]3)對擴展后的信道系數(shù)進行IFFT變化，并進行時域置零，降低噪聲的影響。具體的，擴展后的帶寬為600個子載波，進行IFFT變換后，對中間部分進行置零，只保留兩端，且兩端的長度必須相等。然后再進行FFT變換到頻域得到比較純凈的信道系數(shù)。
[0043]4)空間協(xié)方差陣計算。設第k個PRB (物理資源塊)上的信道系數(shù)可以表示為
K =，協(xié)方差矩陣計算公式為:Rhh = \.< ,其中(.)Η表示進行共軛轉置。
將每個子陣列的協(xié)方差矩陣分別累加并在整個PRB上進行平均，最后得到兩個4 X 4的協(xié)方差矩陣。對上述兩個協(xié)方差陣分別進行特征值分解，將最大特征值對應的特征向量合并即成為一個8*1的第一加權矢量。
[0044]2、根據(jù)下行參考信號CS1-RS估計信道狀態(tài)計算PMI (Precoding MatrixIndicator，預編碼矩陣指示)，將PMI索引反饋給基站；其中，根據(jù)下行參考信號CS1-RS估計信道狀態(tài)計算PMI的過程參考實施例1中的步驟S201，由于基站側是8個天線端口，UE側是2根天線，則第二加權矢量為8*2的矩陣。
[0045]上述1、2并不表示實際的先后順序，僅僅用來示意說明。
[0046]3、對第一加權矢量進行擴展
[0047]這里假設獲取到第一加權矢量和第二加權矢量之間的時間間隔未超出預設的閾值，然后對第一加權矢量進行擴展；設通過反饋得到的第二加權矢量為W= [Wl，W2] (W其維數(shù)是8*2的矩陣，W1, W2分別是兩個8*1的向量)，通過上行參考信號SRS估計信道矩陣計算出的第一加權矢量為m。
[0048]方案一:采用向量近似度的標準，計算兩個向量之間的歐幾里得距離。
[0049]歐幾里得距離的定義如下:未知模式向量X與第i個原象模式向量Si之間的歐幾
里得距離記作D (Si, X),定義為
【權利要求】
1.一種下行波束賦形方法，其特征在于，包括: 獲取第一加權矢量和第二加權矢量，其中，獲取所述第一加權矢量包括:根據(jù)終端發(fā)送的探測參考信號估計上行信道，利用上行信道與下行信道的互易性獲得第一加權矢量；獲取所述第二加權矢量包括:向終端發(fā)送信道狀態(tài)信息參考信號，以便終端反饋根據(jù)所述信道狀態(tài)參考信號確定的預編碼矩陣索引號；接收終端反饋的預編碼矩陣索引號，根據(jù)該索引號確定第二加權矢量，所述第二加權矢量為所述預編碼矩陣索引號對應的預編碼矩陣；依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展，以得到滿足多天線下行波束賦形的目標加權矢量。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一加權矢量與第二加權矢量采用距離本次進行下行波束賦形時間最近的一次獲取的加權矢量。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 設置一時間閾值； 判斷獲取第一加權矢量和第二加權矢量之間的時間間隔是否超出所述時間閾值； 若獲取第一加權矢量和第二加權矢量之間的時間間隔未超出所述時間閾值，則執(zhí)行所述依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展的步驟，以得到滿足多天線下行波束賦形的目標加權矢量； 若獲取第一加權矢量和第二加權矢量之間的時間間隔超出所述時間閾值，則將第二加權矢量作為下行波束賦形的目標加權矢量。
4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的方法,其特征在于,依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展，以得到滿足多天線下行波束賦形的目標加權矢量，包括:. 計算第一加權矢量與第二加權矢量中每一列組成向量之間的向量距離； 將向量距離最小值對應的第二加權矢量中的列向量替換為第一加權矢量，以完成第一加權矢量的擴展； 將替換后的第二加權矢量作為目標加權矢量。
5.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的方法,其特征在于,依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展，以得到滿足多天線下行波束賦形的目標加權矢量，包括: 計算第一加權矢量與第二加權矢量中每一列組成向量之間的向量夾角； 將向量夾角最小值對應的第二加權矢量中的列向量替換為第一加權矢量，以完成第一加權矢量的擴展； 將替換后的第二加權矢量作為目標加權矢量。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，還包括: 設置向量距離閾值； 判斷所述向量距離最小值是否大于所述向量距離閾值，若是，則執(zhí)行所述將向量距離最小值對應的第二加權矢量中的列向量替換為第一加權矢量的步驟。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，還包括: 設置向量夾角閾值； 判斷所述向量夾角最小值是否大于所述向量夾角閾值，若是，則執(zhí)行所述將向量夾角最小值對應的第二加權矢量中的列向量替換為第一加權矢量的步驟。
8.一種下行波束賦形裝置，其特征在于，包括: 獲取模塊，用于獲取第一加權矢量和第二加權矢量；所述獲取模塊包括: 第一確定子模塊，用于根據(jù)終端發(fā)送的探測參考信號估計上行信道，利用上行信道與下行信道的互易性獲得第一加權矢量；發(fā)送子模塊，用于向終端發(fā)送信道狀態(tài)信息參考信號，以便終端反饋根據(jù)所述信道狀態(tài)參考信號確定的預編碼矩陣索引號；接收子模塊，用于接收終端反饋的預編碼矩陣索引號；第二確定子模塊，用于根據(jù)該索引號確定第二加權矢量，所述第二加權矢量為所述預編碼矩陣索引號對應的預編碼矩陣； 擴展模塊，用于依據(jù)第二加權矢量與第一加權矢量的相似度對第一加權矢量進行擴展，以得到滿足多天線下行波束賦形的目標加權矢量。
9.根據(jù)權利要求8所述的基站，其特征在于，還包括: 第一設置模塊，用于設置一時間閾值； 判斷模塊，用于判斷所述獲取模塊獲取第一加權矢量和第二加權矢量之間的時間間隔是否超出所述時間閾值； 第一觸發(fā)模塊，用于所述獲取模塊獲取第一加權矢量和第二加權矢量之間的時間間隔未超出所述時間閾值時，觸發(fā)所述擴展模塊； 確定模塊，用于所述獲取模塊獲取第一加權矢量和第二加權矢量之間的時間間隔超出所述時間閾值時，將第二加權矢量作為下行波束賦形的目標加權矢量。
10.根據(jù)權利要求8-9任一項所述的基站，其特征在于，所述擴展模塊包括: 相似度計算子模塊，用于計算第一加權矢量與第二加權矢量中每一列組成向量之間的向量距離； 第一擴展子模塊，用于將向量距離最小值對應的第二加權矢量中的列向量替換為第一加權矢量，以完成第一加權矢量的擴展； 第三確定子模塊，用于將替換后的二加權矢量作為目標加權矢量。
11.根據(jù)權利要求8-9任一項所述的基站，其特征在于，所述擴展模塊包括: 夾角計算模子塊，用于計算第一加權矢量與第二加權矢量中每一列組成向量之間的向量夾角； 第二擴展子模塊，用于將向量夾角最小值對應的第二加權矢量中的列向量替換為第一加權矢量，以完成第一加權矢量的擴展； 第四確定子模塊，用于將替換后的第二加權矢量作為目標加權矢量。
12.根據(jù)權利要求9所述的基站，其特征在于，還包括: 第二設置模塊，用于設置向量距離閾值； 第二判斷模塊，用于判斷所述向量距離最小值是否大于所述向量距離閾值； 第二觸發(fā)模塊，用于第二判斷模塊的結果為大于時，觸發(fā)所述第一擴展子模塊。
13.根據(jù)權利要求10所述的基站，其特征在于，還包括: 第三設置模塊，用于設置向量夾角閾值； 第三判斷模塊，用于判斷所述向量夾角最小值是否大于所述向量夾角閾值； 第三觸發(fā)模塊，用于所述第三判斷模塊的結果為大于時，觸發(fā)所述第二擴展子模塊。
【文檔編號】H04B7/06GK103475401SQ201310429916
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】鄭璐瀅, 張元雨, 呂喆, 朱宇霞, 姜韜 申請人:北京北方烽火科技有限公司