确定波束赋形权重矢量的方法及装置的制造方法

文档序号:9352589阅读:725来源:国知局
确定波束赋形权重矢量的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域,特别是涉及确定波束赋形权重矢量的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 大规模多输入多输出(Massive MIMO, Massive Multiple-Input Multiple-Output) 技术可以在不增加系统带宽和能量的情况下提高系统的频谱效率,它利用成百上千根天线同 时同频服务很多用户的通信终端。由于其波束极其窄,可以将能量集中对准用户的通信终端, 进而成倍提高系统的频谱效率或能效。在发射信号之前,首先需要对信号进行波束赋形。波 束赋形是一种基于天线阵列的信号预处理技术,波束赋形通过调整天线阵列中每个阵元的加 权系数产生具有指向性的波束,从而能够获得明显的阵列增益。
[0003] 现有的波束赋形方法一般为如下两种:
[0004] 方法一:基于信号泄露(SL,Signal Leakage)的波束赋形方法。该方法的主要思 想是:对于每一个通信终端来说,寻找一个波束赋形矢量,使得进行波束赋形后,该通信终 端的信号能量与该通信终端给其他通信终端带来信号泄露能量和噪声能量总和的比值最 大。该方法的优点是在考虑对其他通信终端的干扰下,本通信终端的性能最优,然而在构造 波束赋形矢量时需要获得每一个通信终端对应的信道的实时信道状态信息。
[0005] 方法二:基于空间相关性(SC,Spatial Correlation)的波束赋形方法。该方法的 主要思想是:利用基站的天线到移动终端的信道的空间相关信息,寻找一个波束赋形矢量, 使得进行波束赋形后,基站到该通信终端的信号能量最大。该方法的优点是在构造波束赋 形矢量时不需要获得每个通信终端对应的信道的实时信道状态信息,然而其性能较差。
[0006] 在频分双工(FDD)通信系统中,由于缺乏信道的互易性,获取信道状态信息的方 式是下行发送导频信号,通过通信终端进行信道状态信息估计,然后上行反馈信道状态信 息。对于使用Massive MIM0技术的FDD通信系统,当天线规模很大时,下行导频和上行反 馈的开销将难以承受。因此,方法一在使用Massive MHTO技术的FDD通信系统中应用将给 该系统带来无法承受的系统开销。而方法二在使用Massive MHTO技术的FDD通信系统中 应用,将使得该系统的性能处于比较低的水平。

【发明内容】

[0007] 本发明实施例的目的在于提供一种确定波束赋形权重矢量的方法及装置,以在不 给使用Massive MHTO技术的FDD通信系统带来过多系统开销的基础上,使系统的性能处于 比较高的水平。
[0008] 为达到上述目的,本发明实施例公开了一种确定波束赋形权重矢量的方法,应用 于使用大规模多输入多输出技术的频分双工FDD通信系统的基站中,所述基站通过N个天 线与第一通信终端通信连接,所述方法包括:
[0009] 计算基于空间相关矩阵的第一通信终端的波束赋形权重矢量荈se;
[0010] 从所述N个天线中选取M个天线,M和N均为正整数且M〈N,使用所述M个天线向 所述第一通信终端发送未携带有所述孩se的导频信号;使用所述N个天线向所述第一通信 终端发送一个携带有所述应se的导频信号;
[0011] 接收所述第一通信终端反馈的导频信号/7Wse,接收所述第一通信终端反馈的与 所述M个天线对应的信道状态信息/;,其中,所述|是由所述第一通信终端根据接收的未携 带有所述该se的导频信号进行信道估计得到的,所述导频信号:&se为经过信道后的携带 有所述的导频信号;
[0012] 基于所述|,计算得到基于信号泄露的所述第一通信终端的波束赋形权重矢量 谅SL;
[0013] 通过公式
[0014]
[0015] 计算相位参数《,其中,孩为在所述M个天线中每一个天线相对应的权重分 量组成的波束赋形权重矢量,且满足
,其中,i为你@中权重分 量的序号,M为所述M个天线所对应的序号的集合,鬚为所述N个天线所对应的序号的集 合;和分别为矢量懷和放5^的第i个权重分量;Z(細:一:..^0和 分别表示复数()^se _If)和gWsij的相位;
[0016] 通过公式
[0017]
[0018] 计算得到基于空间相关矩阵和信号泄露的所述第一通信终端的波束赋形权重矢 量%C:SL.,WSCSL为[应s.esiJi的集合;其中,和II辦SlJ2:分别为所述琢和所述_#%的 二范数,eju为复相位。
[0019] 可选的,所述计算基于空间相关矩阵的第一通信终端的波束赋形权重矢量灰%, 包括:
[0020] 通过公式
[0021] WSc - VArnax(R)
[0022] 计算得到基于空间相关矩阵的第一通信终端的波束赋形权重矢量谅se,其中, Vhiax (R)表示矩阵R的最大特征值对应的特征矢量,矩阵R是所述第一通信终端的空间相 关矩阵,矩阵R的权重分量的定义如下:
[0023]
[0024] [R]pq为所述矩阵R的第p行第q列的权重分量,[&分别为所述N个天线 对应的信道的信道状态信息|的第P个权重分量和第q个权重分量,表示的共辄 转置,表示间q的共辄转置,符号:E{X}表示随机变量x的期望值。
[0025] 可选的,所述使用所述N个天线向所述第一通信终端发送一个携带有所述应se的 导频信号,包括:
[0026] 将一个携带有所述Wse的导频信号拆分为N个子信号,使用所述N个天线发送所 述N个子信号,其中,每一个天线均发送一个所述子信号且各天线发送的子信号不同。
[0027] 可选的,所述基于所述计算得到基于信号泄露的所述第一通信终端的波束赋形 权重矢量谅包括:
[0028] 通过公式
[0029]
[0030] 计算得到基于信号泄露的所述第一通信终端的波束赋形权重矢量铸%,其中,为 所述第一通信终端的编号,K为与所述基站通信连接的通信终端的数量,ieK,&为编号为i的通信终端对应的信道的信道状态信息,&为所述第一通信终端对应的信道的信道状态 信息,1;^为5的共辄转置,的共辄转置,〇 2为噪声的能量,I维度为N*N的单 位矩阵。
[0031] 可选的,还包括:
[0032] 根据所述$8<::^进行波束赋形。
[0033] -种确定波束赋形权重矢量的装置,应用于使用大规模多输入多输出技术的频分 双工FDD通信系统的基站中,所述基站通过N个天线与第一通信终端通信连接,所述装置包 括:第一权重计算单元、导频信号发送单元、信号接收单元、第二权重计算单元、相位参数计 算单元和第三权重计算单元,
[0034] 所述第一权重计算单元,用于计算基于空间相关矩阵的第一通信终端的波束赋形 权重矢量汉
[0035] 所述导频信号发送单元,用于从所述N个天线中选取M个天线,M和N均为正整数 且M〈N,使用所述M个天线向所述第一通信终端发送未携带有所述孩se的导频信号;使用所 述N个天线向所述第一通信终端发送一个携带有所述Wse的导频信号;
[0036] 所述信号接收单元,用于接收所述第一通信终端反馈的导频信号接收所 述第一通信终端反馈的与所述M个天线对应的信道状态信息|,其中,所述|是由所述第 一通信终端根据接收的未携带有所述Wse的导频信号进行信道估计得到的,所述导频信号 为经过信道后的携带有所述Wse的导频信号;
[0037] 所述第二权重计算单元,用于基于所述|,计算得到基于信号泄露的所述第一通 信终端的波束赋形权重矢量运
[0038] 所述相位参数计算单元,用于通过公式
[0039]
[0040] 计算相位参数《,其中,胃为拓&£;在所述M个天线中每一个天线相对应的权重分 量组成的波束赋形权重矢量,且满足
,其中,i为应%中权重分 量的序号,腿为所述M个天线所对应的序号的集合,为所述N个天线所对应的序号的集 合;[舊^和分别为矢量瘃和%£的第i个权重分量j 和乙(IfSL) 分别表示复数-厂 和的相位;
[0041] 所述第三权重计算单元,用于通过公式
[0042]
[0043] 计算得到基于空间相关矩阵和信号泄露的所述第一通信终端的波束赋形权重矢 量该为I琢&e乱集合;其中,11_2和11焉:1|2分别为所述壶和所述的 二范数,eiu为复相位。
[0044] 可选的,所述第一权重计算单元,具体用于:
[0045] 通过公式
[0046] Wsc = vw(R)
[0047] 计算得到基于空间相关矩阵的第一通信终端的波束赋形权重矢量,其中, VA1I)ax(R)表示矩阵R的最大特征值对应的特征矢量,矩阵R是所述第一通信终端的空间相 关矩阵,矩阵R的权重分量的定义如下:
[0048]
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