发明实施例提供的基站的一个实施例结构图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明实施例提供了一种波束分配方法，用于提高通信系统的可靠性和传输效 率。本发明实施例还提供了相关的装置，以下将分别进行描述。
[0025] 本发明实施例提供的方法以及装置适用于大规模多小区无线通信系统，其基本架 构请参阅图1。其中，每个小区中包括一个基站，基站侧的天线阵列由大量的天线组成。与现 阶段每个基站仅配置8根天线不同，本发明实施例中每个基站的天线数量可以为上百根或 上千根。基站所在的小区又可以分为多个扇区，相同编号的扇区内的用户可以复用相同的 时频资源。通过将天线阵列进行分组，可以使得每组天线为一个扇区内的用户服务。图1中 每个扇区覆盖120°范围，在实际应用中每个扇区也可以覆盖60°范围、180°范围或其他范 围，此处不做限定。大规模天线阵列可以采用圆阵列、板阵列或其它可以生成大规模波束覆 盖且方便安装的阵列结构，此处不做限定。各小区中的基站之间通过光纤或其他高速链路 相连，进而能够彼此交互用户信息以及其他信息。
[0026] 下面以天线的响应向量(response vectors)为例来论述本发明中采用大规模天 线阵列的原理。假设基站天线的响应向量为ν(θ)，θ为天线信号的到达角。对于与其间隔ΔΘ 的方向的天线的响应向量ν (Θ+ △ Θ )，若天线的响应向量的内积为〇，则认为该两根天线发射 的波束正交。正交的波束彼此不会造成干扰。理论上可以证明，天线的个数越多，和ν(θ)正 交的 ν(θ+Δ Θ)的△ Θ就可以取的越小。例如，若基站配置有4根天线，则△ Θ为30°的响应向量 彼此正交;若基站配置有8根天线，则ΔΘ为15°的响应向量彼此正交。当天线个数为无限多， 即Α Θ趋近于〇的时候，天线发射的所有波束之间会严格正交。在实际应用中无法为基站配 置无限根天线，但是能够通过配置尽可能多的天线来缩小Α Θ。本发明实施例中，基站天线 的个数N为102数量级或103数量级，甚至更高数量级。在这样大的天线数量的情况下，△ Θ的 值非常小，因此任意两根天线发射出的波束都可以近似看做正交。近似正交的天线波束之 间的干扰较小，在一般的场合中可以忽略。具体的，本发明实施例中将两根天线的响应向量 的内积控制在预置常数ε内，即ν(θ) Η· ν(θ+ΔθΗε，并认为该两根天线发射的波束是正交 的。其中ε为足够小的值，如0.2或0.1或更小的数值，具体数值可以根据实际应用中对精确 度的需要进行设定，此处不做限定。其中，可以通过配置基站的天线个数实现对ε的控制，例 如若实际应用对精确度的要求将较高，则可以为基站部署更多的天线，以减小ε，提高天线 波束之间的正交性。
[0027] 在上文中所描述的大规模多小区无线通信系统的基础上，本发明实施例提供了一 种波束分配方法，适用于该通信系统中的任一基站，此处仅以第一基站为例。其中假设第一 基站包括Ν条天线，其中Ν为正整数，且为10 2或103数量级，甚至为更高的数量级。第一基站的 Ν条天线共发射Ν个第一波束，由于Ν为102或103甚至更高数量级，因此该Ν个第一波束之间两 两近似正交，即任意两个第一波束的内积小于预置常数ε。本发明提供的波束分配方法的基 本流程请参阅图2,包括：
[0028] 201、在第一波束上接收第一用户发送的探测信号；
[0029] 第一基站在该Ν个第一波束上，接收一个或多个第一用户发送的探测信号。其中， 第一用户可以位于第一基站的本小区或相邻小区。其中，该探测信号用于第一基站进行长 时信道估计，该探测信号可以为较小的数据包或其它形式，此处不做限定。
[0030] 202、根据探测信号，确定第一用户到第一波束的第一长时信道信息；
[0031] 第一基站根据接收到的探测信号，计算每个发送探测信号的第一用户到第一基站 的长时信道信息（Statistical Channel State Information)。其中，长时信道信息用于表 示用户在基站各波束上的能量衰减特性，该第一长时信道信息用于表示每个发送探测信号 的第一用户在各第一波束上的能量衰减特性。
[0032] 203、从第二基站处获取第二长时信道信息；
[0033]本发明实施例中，不仅第一基站会确定本小区以及相邻小区中的第一用户到自身 的第一长时信道信息，其他基站也会确定本小区以及相邻小区中的用户到自身的长时信道 信息。由于基站之间通过高速链路交换数据，因此本发明实施例中，任何一个基站确定的长 时信道信息，都可以为大规模多小区无线通信系统中的其他基站所获知。本实施例中仅以 第二基站为例，第二基站确定一个或多个第二用户到第二基站第二长时信道信息，第二用 户可以为第二基站本小区内的用户，也可以为第二基站相邻小区内的用户，第二长时信道 信息用于表示各第二用户在第二基站的各第二波束上的能量衰减特性。
[0034]可以理解的，本申请中仅以第二基站为例。在实际应用中，第一基站除了从第二基 站处获取第二长时信道信息外，还可以从第三基站、第四基站或更多的基站处获取该基站 的长时信道信息，此处不做限定。
[0035] 204、根据第一长时信道信息以及第二长时信道信息，分配第一波束。
[0036]第一基站根据该第一长时信道信息以及该第二长时信道信息，将第一波束分配给 通信系统中的用户。其中，同一用户可以分配有零个、一个或多个波束，但每个波束至多被 分配给一个用户（与现有技术中第一基站只有8个波束不同，由于N为10 2或103甚至更高级， 因此第一基站的N个第一波束足以分配给系统中的用户）。第一基站将第一波束分配给用户 后，就可以在第一波束上传输对应用户的数据。上文中已经论述过，各第一波束之间近似正 交，因此即便第一基站将多个第一波束分配给同一个用户，该分配给同一个用户的多个第 一波束之间也不会造成较大干扰。
[0037] 其中，若第一基站还从第三基站、第四基站或更多的基站处获取了该基站的长时 信道信息，则步骤204中，第一基站还可以根据第三基站、第四基站或更多的基站的长时信 道信息，分配第一波束。
[0038] 现阶段的技术中基站的波束数量有限，因此没有针对用户进行波束的划分，需要 为不同的用户分配不同的时频资源来降低用户间干扰。而本实施例提供的波束分配方法 中，第一基站的波束为1〇 2或1〇3甚至更高数量级，因此第一基站能够为不同的用户分配专用 的波束。且由于第一基站任意两根天线所发射的波束近似正交，因此不同用户之间的干扰 较小，第一基站无需为不同用户分配不同的时频资源来降低用户间干扰，这样就提高了通 信系统的传输效率和可靠性。
[0039] 图2所示的实施例中提到，通信系统中的基站(包括第一基站以及第二基站)会计 算本小区以及相邻小区中的用户到自身的长时信道信息。长时信道信息有很多种形式，例 如可以为特征模式能量耦合矩阵，具体的：
[0040] 假设系统中第q个小区第u个用户的第η根天线在第k个子载波上发送的探测信号 为Xq,u,n,k，第q个小区第u个用户的第η根天线到第c个小区的波束域信道为-个 统计周期内有τ个时隙，则系统中第c个小区的基站接收到第q个小区第u个用户的第η根天 线在第t个时隙的第k个子载波上的信号为：
[_ ] +n，其中n是均值为0的加性白高斯噪声向量；
[0042]确定第q个小区第u个用户的第n根天线在第t个时隙的第k个子载波上到第c个小 区的信道参数为：
[0043]
[0044] 第q个小区第u个用户的N根天线的信道参数构成如下信道矩阵：
[0045]
[0046] 根据信道矩阵，计算各用户的发送相关阵为：
[0047]
其中上标Η表示共辄转置运算；
[0048] 将各用户的发送相关阵进行特征值分f 得到各用 户的发送特征矩阵Vc;,q,U;
[0049] 计算各用户的特征模式信道参数矩阵：
[0050]
[0051] 计算各用户上行信道的特征模式能量親合矩阵(Eigenmode Channel Coupling Matrix)：
[0052]
.，其中，Θ用于表示Hadamard乘积，上 标*表示共辄运算。
[0053] 其中，用户上行信道的特征模式能量耦合矩阵就可以作为第q个小区的第 u个用户到第c个小区的基站的长时信道信息。
[0054]可以理解的，利用上行链路和下行链路统计信道信息的互易性，还可以得到各用 户下行信道的特征模式能量耦合矩阵为：=丨f，并将上行信道的特征模式能量 耦合矩阵作为第q个小区的第u个用户到第c个小区的基站的长时信道信息。其中上标T表示 转置运算。
[0055]步骤204中提到，第一基站根据第一长时信道信息与第二长时信道信息来分配各 第一波束。可选的，第一基站可以通过如下步骤分配各第一波束：
[0056]步骤一、第一基站确定通信系统中当前待分配波束的剩余用户的集合，并确定通 信系统当前待分配给用户的剩余波束的集合。其中，剩余用户的集合中包括一个或多个剩 余用户，剩余波束的集合中包括一个或多个剩余波