专利名称：一种无线通信系统中实现下行波束赋形的方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体涉及一种无线通信系统中实现下行波束赋 形的方法。
背景技术：
在LTE ( Long Term Evolution, 长期5寅进)FDD ( Frequency Division Duplex,频分双工)系统下行多输入多输出(MIMO: Multiple Input Multiple Output)方案中，用户设备(UE)根据对下行空间信道特性的估计生成预 编码向量，并利用上行控制信道反馈给eNodeB侧，只是由于考虑到反馈信 息量化的问题，LTE协议中规定了 2天线和4天线模式下的反馈权值列表， UE端实际反4贵的预编码矩阵指示PMI (precoding matrix indicator)是权值 的索引，因此，LTE中Precoding的单流情况可以理解为一种量化权值后的 特殊的下行波束赋形方法。
传统的下行波束赋形是指基站NodeB侧通常利用阵元间距较小的天线 阵列中不同阵元间的信道强相干特性以及电^f兹波的干涉原理，自适应的调 整各个阵元的发射信号幅度相位等参数，使得混合发射信号在特定终端方 向上形成同相叠加的强波束，增加特定终端的接收信号功率，同时减少对 其他用户的干^^，例如在现有的TD-SCDMA中所采用的智能天线系统。
在LTE TDD (时分双工)系统中可以沿用FDD才莫式下的方法，即由 UE产生并反馈波束赋形权值索引，但下行UE侧计算权值量化后再反馈会 造成系统时延、开销的损失以及量化误差对赋形性能带来不利的影响，同 时会产生对其他用户的干扰，从而降低了系统的性能。所以对目前下行波束赋形的方法所采取的4晉施需加以改进。
发明内容
本发明的目的是，针对上述现有技术存在的缺陷提出了一种无线通信
系统中实现下行波束赋形的方法，即在LTETDD系统中利用上下行信道的 互易性直接生成下行波束赋形权值，通过获得与下行对称的上行信道估计， 解决了下行UE側计算权值量化后再反馈所造成系统时延等问题。 本发明的技术方案如下
一种无线通信系统中实现下行波束赋形的方法，其中，包括如下步骤
A、 UE端多个发射天线连续N个上行时刻依次向基站轮流发射， N为发射天线数目；
B、 合并所述N个上行时刻信道估计，获得与下行对称的上行信道 估计矩阵，根据其信道相关矩阵计算得到下行波束赋形权值；；
C、 对下行发射数据进行加权，调制后发射，所述UE完成下行发 射数据的解调。
所述的方法，其中，所述步骤A进一步包括
Al、上行接收端基站通过天线接收信号，根据已知上行参考信号估算 当前时刻信道估计/^。
所述的方法，其中，所述步骤B进一步包括
B1 、所述信道估计矩阵是将之前接收到的N-l个上行时刻的信道估 计^.，.，/^与所述当前信道估计/^合并得到信道估计矩阵
&…&]，计算得到信道相关矩阵R, N为发射天线数目； B2、对所述信道相关矩阵R进行特征值分解，计算得到信道相关矩阵 R的最大特征值所对应的特征向量。
所述的方法，其中，所述信道相关矩阵R的表达式为
<formula>formula see original document page 5</formula>其中，矩阵R的大小为MxiV， M为基站端天线数目。
所述的方法，其中，所述对应的特征向量的共轭是下行波束赋形权值
所迷的方法，其中，所述下行波束赋形权值w的表达式为
其中，vv的大小为A/xl， ^为特征向量矩阵，第q个特征值为最大特 征值，(&(:,《)f表示的共轭。
所述的方法，其中，所述步骤C进一步包括
Cl、各子载波的数据根据其所述对应的下行赋形权值进行加权，映射 在各自的物理资源上，之后进行正交频分复用调制后发射；
C2、所述UE下行接收端对所接收的信号进行正交频分复用下行解调， 利用下行信道估计对所述各子载波上的数据进行下行解调，得到对发射数 据的估计。
所述的方法，其中，所述对下行发射数据的加权包括下行数据和参考 符号，其中所述参考符号采用所述UE的专用参考信号。
本发明所提供的一种无线通信系统中实现下行波束赋形的方法，包括 UE上行发射、基站eNodeB上行接收下行发射以及UE下行解调，由于本 发明所设计下行波束赋形方案利用TDD系统中上下行信道对称性的特点直 接生成下行波束赋形权值，在保证赋形增益的同时，充分利用了TDD系统 本身的特性，不需要下行l正侧计算权值量化后再反馈，在未增加UE设备 复杂度的基础上利用轮流发射的方案保证了上下行信道对称性，利于工程实 现；采用非码本反馈的方式同时还可以避免码本映射所带来的性能损失。
图1为本发明的无线通信系统中实现下行波束赋形的实施流程图； 图2为本发明无线通信系统中实现下4f波束赋形方法中eNodeB端的处理模块框图。
具体实施例方式
本发明提供了 一种无线通信系统中实现下行波束赋形的方法，为使本 发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例 对本发明进一步详细说明。
为了解决如何在TDD LTE无线通信系统中利用上下行信道的互易性 进行下行波束赋形所出现的问题，本发明采用了 一种应用在TDD LTE无线 通信系统中实现下^f亍波束赋形的方法，即提供一种在TDD LTE通信系统中 包括UE上行发射方法、基站eNodeB权值计算以及UE下行接收的方案， 从而使得TDD LTE无线通信系统能够利用上下行信道对称性，即不采取 UE闭环反馈的情况下通过该低复杂度算法实现下行波束赋形，它包括如下 方法UE端上行采用轮流发射，在上行接收下行发射eNodeB基站的上行 接收端获得当前时刻信道估计，构造包括所有发射天线的信道估计矩阵， 计算信道相关矩阵，利用特征值分解获得下行赋形权值；对发射数据加权 映射后进行正交频分复用 OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing)调制并发射，所述UE下行接收端OFDM解调后利用信道估 计完成对发射数据的下行解调。
所述的方法应用在TDD LTE无线通信系统中，它提供了一种在LTE TDD帧结构下实现智能天线的收发机系统，该系统分别通过在UE端上行 发射时采用N个发射天线连续N个上行时刻依次向基站eNodeB轮流发 射，在基站eNodeB上行接收端获得当前时刻信道估计、构造包括所有发 射天线的信道估计矩阵、计算信道相关矩阵、利用特征值分解获得下行赋 形权值、对发射数据加权映射后进行正交频分复用OFDM调制后发射，通
发射数据的估计。才艮据上述所描述，本发明采用了如图1所示的用于无线通信系统中实 现下行波束赋形的方法，下面参见附图对此进行详细的描述，主要包括以
下步骤
步骤1) 、 UE上行轮流发射:
在UE上行发射端，假设UE的天线数目为N，则在上行传输数据时连 续N个上行时刻对于发射天线采用轮流发射的方法，在TDD系统中保证了 实现上下行信道的对称性；解决了现有技术中，LTE系统中UE端在上行 单天线发射，多天线同时接收所存在的上下行信道的对称性的问题。 步骤2)、上行信道估计
上行接收端基站eNodeB通过天线接收信号，根据已知参考信号估算当 前时刻信道估计^;有多种信道估计方法可供选择，本发明选择以LS算法 为例，假设已知参考信号为&，接收到的参考信号为&，则此时信道估计/^ 可由下式得到
(1)
/
步骤3)、计算相关矩阵
将之前接收到的N-l个上行时刻的信道估计/11，...,~_1与当前时刻的信道 估计合并得到与所有天线有关的信道估计矩阵^-[A ~…然后计算 得到信道相关矩阵R如下
R-[(町 (2) 其中矩阵《的大小为MxiV， M为基站eNodeB端天线数目。 步骤4)、计算波束权值
对上述的R进行特征值分解，如下式所示 = ￡, (3) 其中&、 ^分别为特征值矩阵以及特征向量矩阵，其中&矩阵的对角 线元素即为相关R的特征值序列A = cfeg(i D)，其中第q个特征值为最大特征值，满足
义，=max(;i)，则最大特征值所对应的特征向量的共辄，即所求波束赋形 权值为
w-(仏《))" (4) 其中w的大小为Mxl, (&(:,9))"表示4(:,《)的共轭。 步骤5 )、下行数据加权发射
各个子载波的数据根据其所对应的下行赋形权值进行加权，然后映射 在各自的物理资源上，之后进行OFDM调制后发射；具体过程如下式所示 假设PDSCH发射数据为c/("，对应赋形权值为w(;t)，其中* = 1,2,...,〖表 示不同的子载波序号，则发射端下行发射数据为
& = )…w(r)母)]) (5)
步骤6)、下行数据接收解调
所述用户终端UE下行解调部分对来自于基站eNodeB下行数据发射的 接收信号进行OFDM解调后，根据下行参考信号获得下行信道估计，并利 用下行信道估计对各个子载波上的数据进行下行解调，得到对发射数据的 估计；有多种下行接收解调方法可供选择，本发明选择以ZF算法为例，假 设UE端下行得到的信道估计为《W ,则得到对发射数据的估计如下式所示
= (( ))' 1 ( ))* K" ( 6)
其中r :i^T(&K + ")为下行UE端进行OFDM解调后接收数据，
"i,2,…,A:表示不同的子载》;^号。
根据上面的所述，结合附图2对本发明做进一步的描述，图2与图1 所示流程图互为补充，主要描述了基站eNodeB端在本发明所述方法中的处 理模块框图，其工作过程如下首先上行接收下行发射的eNodeB基站利用 上行接收数据获得当前上行时刻的信道估计，通过构造包括所有发射天线 的信道估计矩阵、计算得到下行赋形权值；利用得到的下行赋形权值对下行数据流和下行专用参考信号进行波束赋形加权，将加权后的数据 xm，W = l,2，...,M (M为天线数目)和参考信号共同进行物理资源映射，并将每 个天线的数据进行OFDM调制；其中包括S/P(串并转换)、IFFT(逆傅立 叶变换)以及加循环前缀(CP)，将OFDM符号数据V"，m-l，2，…，M通过 基站eNodeB的发射天线发射出去，发送给所述UE进行下行解调，得到对 发射数据的估计。
综上所述，本发明所公开的一种应用在TDD LTE无线通信系统中实现 下行波束赋形方法，暨一种在LTE TDD帧结构下实现智能天线的收发机系 统，由于本发明充分利用了 TDD系统本身的上下行信道对称特性，在保证 赋形增益的同时，不需要下行UE侧计算权值量化后再反馈，避免了码本映 射带来的系统性能的损失，并且降低系统反馈负荷，将波束赋形应用在TDD LTE系统中，有效提高下行接收功率，降低千扰水平，同已有FDD系统中 实现下行MIMO的方法来比，本发明在TDDLTE无线通信系统中实现下 行波束赋形方法在不增加设备复杂度的同时，有效提高系统性能，算法实 现筒单，非常利于工程实现。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽 管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当 理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明 技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1、一种无线通信系统中实现下行波束赋形的方法，其特征在于，包括如下步骤A、UE端多个发射天线连续N个上行时刻依次向基站轮流发射，N为发射天线数目；B、合并所述N个上行时刻信道估计，获得与下行对称的上行信道估计矩阵，根据其信道相关矩阵计算得到下行波束赋形权值；C、对下行发射数据进行加权，调制后发射，所述UE完成下行发射数据的解调。
2、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括 Al、上行接收端基站通过天线接收信号，根据已知上行参考信号估算当前时刻信道估计/^。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括 B1 、所述信道估计矩阵是将之前接收到的N-l个上行时刻的信道估计/^，...，~_1与所述当前信道估计~合并得到信道估计矩阵 A…计算得到信道相关矩阵R; B2、对所述信道相关矩阵R进行特征值分解，计算得到信道相关矩阵 R的最大特征值所对应的特征向量。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述信道相关矩阵R的 表达式为二其中，矩阵R的大小为MxW, M为基站端天线数目。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对应的特征向量的共轭是下行波束赋形权值w 。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述下行波束赋形权值 w的表达式为其中，w的大小为Mxl， A为特征向量矩阵，第q个特征值为最大特 征值，(A(:，《),表示^(:，9)的共轭。
7、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括 Cl、各子载波的数据根据其所述对应的下行赋形权值进行加权，映射在各自的物理资源上，之后进行正交频分复用调制后发射；C2、所述UE下行接收端对所接收的信号进行正交频分复用下行解调， 利用下行信道估计对所述各子载波上的数据进行下行解调，得到对发射数 据的估计。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对下行发射数据的 加权包括下行数据和参考符号，其中所述参考符号采用所述UE专用参考信 号。
全文摘要
本发明所提供的一种无线通信系统中实现下行波束赋形的方法，包括UE上行发射、基站eNodeB上行接收下行发射以及UE下行解调，由于本发明所设计下行波束赋形方案利用TDD系统中上下行信道对称性的特点直接生成下行波束赋形权值，在保证赋形增益的同时，充分利用了TDD系统本身的特性，不需要UE侧计算权值量化后再反馈，在未增加UE设备复杂度的基础上利用用户终端N个发射天线连续N个上行时刻依次向基站eNodeB轮流发射的方案保证了上下行信道对称性，利于工程实现；采用非码本反馈的方式同时还可以避免码本映射所带来的性能损失。
文档编号H04B7/04GK101626265SQ20081006848
公开日2010年1月13日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者斌 李 申请人:中兴通讯股份有限公司