一种进行3d波束成形的方法、装置和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种进行3D波束成形的方法、装置和系统。
【背景技术】
[0002] 现有技术中基站通常采用无源天线阵列，且用户设备通常被认为是分布在水平平 面，故基站仅考虑在水平平面上的波束成形的设计和实施。目前有源天线阵列系统的概念 已提出，然而现有技术尚未提供适用于有源天线阵列系统的波束成形方案。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种进行3D波束成形的方法、装置和系统。
[0004] 根据本发明的一个方面，提供一种在基站中进行3D波束成形的波束成形装置，其 中，该波束成形装置包括W下装置：
[0005] 估计装置，用于根据来自用户设备的上行发射信号信道相关信息估计该用户设备 的上行信道矩阵；
[0006] 第一确定装置，用于根据所述上行信道矩阵，确定所述用户设备相对所述基站在 垂直方向上的角度信息，其中，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度；
[0007] 第二确定装置，用于根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向；
[0008] 第H确定装置，用于根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩 阵，W根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。
[0009] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种在用户设备中向基站发送相位差的发送 装置，其中，该发送装置包括W下装置：
[0010] 观测装置，用于观测基站所使用的下行信道矩阵；
[0011] 第二计算装置，用于根据所述观测到的下行信道矩阵，计算所述下行信道矩阵中 各行或各列之间的相位差；
[0012] 提供装置，用于向基站提供所述各行或各列之间的相位差。
[0013] 根据本发明的另一方面，还提供了一种在基站中进行3D波束成形的方法，其中， 该方法包括W下步骤：
[0014]a.根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵；
[0015] b.根据所述上行信道矩阵，确定所述用户设备相对所述基站在垂直方向上的角度 信息，其中，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度；
[0016]C.根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向；
[0017] d.根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，W根据所述波 束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。
[0018] 根据本发明的另一方面，还提供了一种在用户设备中向基站发送相位差的方法， 其中，该方法包括W下步骤：
[0019] A.观测基站所使用的下行信道矩阵；
[0020] B.根据所述观测到的下行信道矩阵，计算所述下行信道矩阵中各相邻行或各列之 间的相位差；
[0021] C.向基站发送提供所述各行或各列之间的相位差包括所述相位差的信道相关信 息、。
[0022] 根据本发明的另一方面，还提供了一种基站，包括本发明所述的波束成形装置。
[0023] 根据本发明的另一方面，还提供了一种用户设备，包括本发明所述的发送装置。
[0024] 根据本发明的另一方面，还提供了一种系统，包括本发明所述的基站和用户设备。 [00巧]与现有技术相比，本发明具有W下优点；1)基站根据其估计的上行信道矩阵来确 定用户设备相对该基站在垂直方向上的角度信息，从而根据该角度信息来确定3D波束成 形加权的方向，W在该方向上进行波束成形来向用户设备发射信号，并且，随着用户设备在 垂直方向上的移动，3D波束成形加权的方向可在水平方向与垂直方向之间进行自适应切 换；2)可根据3D波束成形加权的方向首先确定上行信道矩阵中的一行或一列所对应的天 线的加权向量，从而根据所确定的一行或一列所对应的天线的加权向量来确定波束成形矩 阵，W进行3D波束成形来向用户设备发射信号；3)不需要对上行信道矩阵中的所有行或列 执行SVD或邸B等算法来进行全维度的加权，从而在基站的有源天线阵列为多行多列的情 况下，能够很大程度地减小基站中的计算复杂度，且有源天线阵列的行越多，或列越多，基 站中的计算复杂度的减小越明显；4)通过更新用户设备侧的CSI反馈机制，用户设备能够 向基站提供其观测的下行信道矩阵中各行或各列之间的相位差，基站可基于所述相位差， 来确定波束成形矩阵，W进行3D波束成形来向用户设备发射信号；并且，由于本方案在用 户设备侧计算所述相位差，故可减小基站侧的计算复杂度。
【附图说明】
[0026] 通过阅读参照W下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它 特征、目的和优点将会变得更明显：
[0027] 图1为本发明一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；
[0028] 图2为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；
[0029] 图3为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；
[0030] 图4为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；
[0031] 图5为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图；
[0032] 图6为本发明一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；
[0033] 图7为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；
[0034] 图8为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；
[0035] 图9为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；
[0036] 图10为本发明另一个实施例的进行3D波束成形的系统结构示意图；
[0037] 图11为一个示例的有源天线阵列的几何分布示意图；
[0038] 图12为另一个示例的有源天线阵列的几何分布示意图；
[0039] 图13为一个示例的MIMO覆盖场景示意图；
[0040] 图14为一个示例的在基站中进行参考符号CRS端口映射的示意图；
[0041] 图15为一个示例的在基站中进行参考符号CSI-RS端口映射的示意图。
[0042] 附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0044] 图1为本发明一个实施例的进行3D波束成形的方法的流程示意图。
[0045] 其中，本实施例的方法主要通过基站和用户设备来实现；优选地，所述基站所在的 网络为LTE或LTE-A或后续升级网络；更优选地，所述基站为LTE-A中的eNB(evolvedNode B，演进型基站）或后续升级网络中的eNB。其中，所述用户设备包括但不限于PC机、平板电 脑、智能手机、PDA、IPTV等。优选地，本发明适用于有源天线阵列（ActiveAntennaArray, AAA)系统。
[0046] 需要说明的是，所述基站和用户设备仅为举例，其他现有的或今后可能出现的基 站或用户设备如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围W内，并W引用方式包含于 此。
[0047] 根据本实施例的方法包括步骤S100、步骤S101、步骤S102、步骤S103和步骤 S104。
[0048] 在步骤SlOO中，用户设备向基站发送上行发射信号。
[0049] 其中，所述上行发射信号包括用户设备向基站发送的任何可用于进行上行信道估 计的参考信号。优选地，所述上行发射信号包括但不限于：
[0050] 1)上行探测参考信号（SoundingReferenceSi即al,SRS);
[0051] 2)解调参考信号值eModulationReferenceSi即al，DMR巧；其中，该解调参考信 号可在肥被调度时，随物理上行共享信道（Physical化link化ared化annel，PUSCH)被 传输至基站；或者，该解调参考信号可在肥根据来自基站的下行发射信号向基站反馈下行 链路信道状态信息（化annelS化teIn化;rmation，CSI)时，随物理上行控制信道（Physical 化linkControl化annel，PUCCH)被传输至基站。其中，所述下行链路信道状态信息包 括但不限于CQI(Qiannel如alityIndicator,信道质量指不）、PMI(PrecodingMatrix Indicator,预编码矩阵指示）、RI(RankIndication,秩指示）等。
[0052] 在步骤SlOl中，基站根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行 信道矩阵。
[0053] 具体地，基站根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的上行信道矩阵 的实现方式包括但不限于：
[0054] 1)所述上行发射信号包括上行探测参考信号时，基站根据该上行探测参考信号进 行信道估计来获得该用户设备的上行信道矩阵。
[00巧]优选地，该实现方式更适合于T孤系统。
[0056] 2)所述上行发射信号包括随PUSCH被传输的解调参考信号，基站根据所述随 PUSCH或PUCCH被传输的解调参考信号，进行信道估计来获得该用户设备的上行信道矩阵。
[0057] 优选地，该实现方式更适合于F孤系统；更优选地，该实现方式更适合于上行发射 信号不包括上行探测参考信号，且用户设备被调度或用户设备向基站反馈下行链路信道状 态信息的情况。
[0058] 需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限 巧||，本领域技术人员应该理解，任何根据来自用户设备的上行发射信号估计该用户设备的 上行信道矩阵的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
[0059] 在步骤S102中，基站根据所述上行信道矩阵，确定用户设备相对该基站在垂直方 向上的角度信息。
[0060] 其中，所述角度信息用于表示用户设备相对该基站在垂直方向上的角度；更准确 地，所述角度信息用于表示用户设备相对该基站的有源天线阵列在垂直方向上的角度，例 女口，图11和图12中所示的角度0。
[0061] 优选地，基站的有源天线阵列采用L*K的天线排布；其中，L为有源天线阵列的行 数，K为有源天线阵列的列数，且M=L*K，M为基站侧的总天线数量。例如，图11为一个示 例的有源天线阵列的几何分布示意图，该图所示为在X-Y-Z空间坐标系中的一个4*1的有 源天线阵列（如图11中Z轴上的黑点所示），该有源天线阵列为单列天线，其中，图11中的 箭头表示来自用户设备的来波方向；图12为另一个示例的有源天线阵列的几何分布示意 图，该图所示为在X-Y-Z空间坐标系中的一个具有多行多列的有源天线阵列（如图12中在 YZ平面上的黑点所示），其中，图12中的箭头表示来自用户设备的来波方向。
[0062] 其中，有源天线阵列中的天线可W采用该天线在有源天线阵列中所在的行和列来 标识，例如，天线11表示位于第一行第一列的天线，天线23表示位于第二行第H列的天线 等。
[0063] 需要说明是，本实施例的方案并不限制基站所采用的有源天线阵列的几何分布， 也即本实施例的方案适用于任何的几何分布，如有源天线阵列的几何分布可为交叉极化阵 列或均匀线性阵列等。
[0064] 优选地，所述角度信息用于指示用户设备的相对高度。例如，图13为一个示例的 MIMO覆盖场景示意图，用户设备肥1相对基站在垂直方向上的角度信息可用于指示肥1与 基站的有源天线阵列之间的相对高度。
[0065] 具体地，基站根据所估计的用户设备的上行信道矩阵，确定用户设备相对该基站 的有源天线阵列在垂直方向上的角度信息。
[0066] 优选地，所述步骤S102进一步包括W下步骤；对于所述基站的每列天线，基站根 据所述上行信道矩阵，计算所述用户设备相对该列天线在垂直方向上的角度；并且，基站根 据用户设备相对所述基站的各列天线在垂直方向上的角度，确定用户设备相对所述基站在 垂直方向上的角度信息。
[0067] 例如，基站采用8*8的有源天线阵列，也即基站侧具有8列天线，则基站根据上行 信道矩阵的第一列估计用户设备相对有源天线阵列中的第一列天线在垂直方向上的角度 01，且根据上行信道矩阵的第二列估计用户设备相对有源天线阵列中的第二列天线在垂 直方向上的角度02,依次类推，直至基站根据上行信道矩阵的第八列估计用户设备相对有 源天线阵列中的第八列天线在垂直方向上的角度08。接着，基站基于W下公式计算用户设 备相对该基站的各列天线在垂直方向上的平均角度9,并将0作为用户设备相对该基站 在垂直方向上的角度信息：
[006引其中，K为基站的有源天线阵列的列数，k=1，…，K;在本例中，K=8。
[0070] 需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限 巧||，本领域技术人员应该理解，任何根据上行信道矩阵，确定用户设备相对基站在垂直方向 上的角度信息的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
[0071] 在步骤S103中，基站根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向。
[0072] 具体地，基站根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向的实现方式包括但 不限于：
[0073] 1)当所述角度信息指示的用户设备的相对高度大于高度阔值时，基站确定3D波 束成形加权的方向为垂直方向；当所述角度信息指示的用户设备的相对高度不大于高度阔 值时，基站确定3D波束成形加权的方向为水平方向。
[0074] 例如，对于图13所示的MIMO覆盖场景，用户设备肥1和肥2位于大楼1中，用户 设备肥3位于大楼2中，用户设备肥4位于地面附近；肥1和肥3相对基站在垂直方向上的 角度信息所指示的相对高度均大于高度阔值，则基站确定用于UEl和UE3的3D波束成形加 权的方向为垂直方向；UE2和UE4相对基站在垂直方向上的角度信息所指示的相对高度均 小于高度阔值，则基站确定用于UE2和UE4的3D波束成形加权的方向为水平方向。
[0075] 2)当所述角度信息所表示的角度大于角度阔值时，基站确定3D波束成形加权的 方向为垂直方向；当所述角度信息所表示的角度不大于角度阔值时，基站确定3D波束成形 加权的方向为水平方向。
[0076] 需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限 巧||，本领域技术人员应该理解，任何根据所述角度信息，确定3D波束成形加权的方向的实 现方式，均应包含在本发明的范围内。
[0077] 在步骤S104中，基站根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩 阵，W根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号。
[0078] 其中，所述波束成形加权矩阵用于对基站的有源天线阵列进行加权，W使基站针 对物理下行共享信道（PhysicalDownlink化aredQiannel，PDSCH)进行3D波束成形来向 用户设备发射信号。
[0079] 作为一个示例，对于用户设备i，假设用户设备i的接收天线数量为N，且假设在同 一RE巧esource Element,资源元素）上有到用户设备i的多达N(N<=M)层数据，也即N 个数据流传输，其中，M为基站侧的总天线数量。则用户设备i在任意RE上接收到的、来自 基站的根据波束成形加权矩阵进行3D波束成形并向用户设备发射的下行信号，可被表示 为：
[0080] Yi=HiWiSi+rii
[0081] 其中，为接收信号矢量，其维度为N*1;Hi为向用户设备发射信号时使用的信道 矩阵，或者，为用户设备i观测到的下行信道矩阵，其维度为N*M;Wi为波束成形加权矩阵， 其维度为M*NA为基站向用户设备i发射的传输符号，其维度为N*1耻为噪声矢量，其维 度为N*l。
[0082] 具体地，基站根据所确定的3D波束成形加权的方向，确定波束成形加权矩阵，W 根据所述波束成形加权矩阵进行3D波束成形来向所述用户设备发射信号的实现方式将在 后续实施例中予W详述，在此不予赏述。
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