利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站，其中所述方法包括：利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成N×M个预编码后的数据；所述三维波束码本矩阵的行数为N×M，所述三维波束码本矩阵的列数为L；通过天线阵列发送由所述N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括N×M个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N；L≤N×M，且所述L、M和N均为正整数。实施本发明实施例，可实现在三维空间中形成多个指向多个方向的波束。
【专利说明】利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，尤其涉及利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站。【背景技术】
[0002]在无线通信系统的发展中，天线技术是当前无线通信系统中最活跃的研究领域之一。当前的主流的无线通信系统中都大量使用了多天线技术，蜂窝系统有LTE(Long TermEvolution长期演进)系统、WiMAX(World interoperability forMicrowave Access全球微波接入互操作)系统等，短距离无线通信系统有各个版本的WiFi (Wireless Fidelity无线高保真)系统。目前正在使用的上述无线通信系统中，多天线技术主要是使用发送机与接收机之间的多个发送天线和多个接收天线进行发送和接收处理，即MIM0(Multiple InputMultiple Output多入多出)技术。这些系统中使用的MMO技术，发送站通常是多根线状排列的天线，典型的数目有2根、4根，在LTE系统Rel-1O (版本10)版本中引入了最多8根天线的配置。即使这样，在当前的民用通信系统中，最多也就是8根沿某一水平或垂直方向的线状排列的天线了。
[0003]随着天线技术的发展和进步，更多可能的天线数目的阵列天线被引入到发送机上来，尤其是引入到体积相对较大的基站发送机身上来。更多的天线数的面状天线(多排，多列)，如8列4排的面状天线阵。阵列天线引入到发送机上后，发送机由于有更多的发送天线数目，因而具有了更多可用的空间自由度，从而可以实现发送机的主动波束赋形，即具有天线阵列的发送机可以在三维空域上辐射出多个大小范围可控的空间区域。从而为无线通信系统新更高的频谱效率方向的演进提供了可能。
[0004]上述具有阵列天线的发送机要获得更多发送天线数带来的系统增益，其中必须解决三维空间的码本的设计问题。否则无法得到阵列天线在理论上提供的可能的性能增益。
[0005]在现有技术中，LTE R8中定义了最多4天线的发送码本的设计方案。这种方案为最多4个发送天线定义了 I流，2流和4流的发送码本。这些码本的设计背景主要是SU-MIMO (Single User-MIMO单用户ΜΜ0)，并且其天线结构是ULA (均匀线性阵列UniformLinear Array)阵的最多4个沿一条直线排列的天线。这种码本显然不能直接用于类似8列4行场景的天线阵列系统。尤其是，这些码本主要是用于水平方向上的预编码，不能够实现垂直方向上多仰角的指向，更不能实现三维空间的波束映射。
[0006]另一种现有技术的方案中，LTE RlO中定义了 8天线的基站发送码本。这种码本既适合于MU-MMO (Multiple User-MIMO多用户ΜΜ0)，也适合于SU-MM0，其支持的流数分别为:1至8之间的任意数目。同样的，这种码本是为按水平方向排列的最多8天线的基站系统设计的，其也不适合在垂直方向上多仰角的指向，也不能实现三维空间的波束映射，更不适合天线数大于8的基站系统。
【发明内容】
[0007]本发明实施例提供无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站，可在三维空间中形成能指向多个方向的波束。
[0008]本发明第一方面提供一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法，可包括:
[0009]利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成NXM个预编码后的数据，所述三维波束码本矩阵能够用于三维波束空间的预编码；所述三维波束码本矩阵的行数为NXM,所述三维波束码本矩阵的列数为L ；
[0010]通过天线阵列发送由所述NXM个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括NXM个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N ;L ( NXM，且所述L、M和N均为正整数。
[0011 ] 在第一种可能的实现方式中，L=I,且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为:
【权利要求】
1.一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法，其特征在于，包括: 利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成NXM个预编码后的数据，所述三维波束码本矩阵能够用于三维波束空间的预编码；所述三维波束码本矩阵的行数为NXM，所述三维波束码本矩阵的列数为L ； 通过天线阵列发送由所述NXM个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括NXM个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N ;L ( NXM，且所述L、M和N均为正整数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，L=1，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为:
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，L= M，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为:
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第k个波束服务于一个或多个终端。
5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，
6.如权利要求2-5中任一项所述的方法,其特征在于，
7.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，
8.如权利要求2或3或7所述的方法，其特征在于，
9.如权利要求5或7所述的方法，其特征在于， Qk = cos( Θ )或者Qk =-cos( Θ )，其中，所述Θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角；
或者，Ω k = cos ( Φ) sin ( θ )或者 Ω k = -cos ( Φ) sin ( Θ )或者 Ω k = sin ( Φ) sin ( Θ )或者Qk =-sin(<i))sin( Θ )，其中，所述Θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角,所述Φ为天线阵列的第二阵列方向的波束角。
10.如权利要求6或8所述的方法，其特征在于，
￥k = cos( Θ )或者Ijrk =-cos( Θ )，其中，所述Θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角；
或者，Vk = cos(<i))sin( Θ )或者 Ijrk = _cos(<i))sin( Θ )或者 ij；k = sin(φ) sin( Θ )或者￥k = _sin(<i))sin( θ )，其中，所述Θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角,所述Φ为天线阵列的第二阵列方向的波束角。
11.如权利要求5、7、9中任一项所述的方法，其特征在于，Qk= IcQtl，其中，所述Qtl是第一个波束成形向量βο所对应的半波束宽度。
12.如权利要求6、8、10中任一项所述的方法，其特征在于，Ψ,= Ι?Ψ。，其中，所述Ψ。是第一个波束成形向量Citl所对应的半波束宽度。
13.如权利要求2至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一向量与第二向量中的至少一项为:长期演进系统LTE的第八版本中的4天线发送码本、或LTE的第十版本中的8天线发送码本。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，L= V，所述L个数据流形成K个波束，所述三维波束码本矩阵为:
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，L= V，所述L个数据流形成K个波束，所述三维波束码本矩阵为: 其中，K为正整数，Px(x = nl，n2，......,K)为波束的功率分配因子，为第nl个波束的波束码本矩阵中选出的具有V1列的波束码本，》为第η2个波束的波束码本矩阵中选出的具有V2列的波束码本，1为第K个波束的波束码本矩阵中选出的具有Vk列的波束码本,nl和n2均为小于K的正整数,K为不大于N的正整数,V = T^ V.Vi为不大于M的正整数。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述K个波束分别服务于多个终端。
17.如权利要求14-16中任一项所述的方法,其特征在于,所述K个波束有相同或不同的功率。
18.如权利要求1-17中任一项所述的方法，其特征在于，在所述通过所述天线阵列发送由所述NXM个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流的步骤之前，还包括: 将所述由NXM个预编码后的数据形成的L个新数据流按照先第一阵列方向后第二阵列方向的顺序映射到所述天线阵列上。
19.一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的装置，其特征在于，包括: 预编码模块，用于利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成NXM个预编码后的数据，所述三维波束码本矩阵能够用于三维波束空间的预编码；所述三维波束码本矩阵的行数为NXM，所述三维波束码本矩阵的列数为L ； 发送模块，与所述预编码模块连接，用于通过天线阵列发送由所述NXM个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括NXM个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N ;L SNXM，且所述L、M和N均为正整数。
20.如权利要求19所述的的装置，其特征在于，L=I，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本`矩阵为:vO Ik Vil}.y ,.,(I) _ ι/ι wk -.*
,,{1}
y μ-\ fk _ 其中，Y k为第k个波束的第一向量，为指向第二阵列方向上的空间窄波束，V?…Al.为第k个波_第二向量，为指向第-阵列方向上的-个空间波束，这里v|' V1511,..., vfq为长度为M的所述第二向量中的各个元素，k为正整数。
21.如权利要求19所述的装置，其特征在于，L= M，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为:
22.如权利要求20或21所述的装置，其特征在于，所述第k个波束服务于一个或多个终端。
23.如权利要求20或21所述的装置，其特征在于，
24.如权利要求20-22中任一项所述的装置，其特征在于，
25.如权利要求20或21所述的装置，其特征在于，
26.如权利要求20或21或25所述的装置，其特征在于，
27.如权利要求23或25所述的装置，其特征在于， Qk = cos( Θ )或者Qk =-cos( Θ )，其中，所述Θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角；
或者，Ω k = cos ( Φ) sin ( θ )或者 Ω k = -cos ( Φ) sin ( Θ )或者 Ω k = sin ( Φ) sin ( Θ )或者Qk =-sin(<i))sin( Θ )，其中，所述Θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角,所述Φ为天线阵列的第二阵列方向的波束角。
28.如权利要求24或26所述的装置，其特征在于， ￥k = cos( Θ )或者Ijrk =-cos( Θ )，其中，所述Θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角；
或者，Vk = cos(<i))sin( Θ )或者 Ijrk = _cos(<i))sin( Θ )或者 ij；k = sin(φ) sin( Θ )或者￥k = _sin(<i))sin( θ )，其中，所述Θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角,所述Φ为天线阵列的第二阵列方向的波束角。
29.如权利要求23、25、27中任一项所述的装置，其特征在于，Ωk = k Ω ^，其中，所述是第一个波束成形向量βο所对应的半波束宽度。
30.如权利要求24、26、28中任一项所述的装置，其特征在于，Ψ,= k Iirci，其中，所述是第一个波束成形向量a^所对应的半波束宽度。
31.如权利要求20至30中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一向量与第二向量中的至少一项为:长期演进系统LTE的第八版本中的4天线发送码本、或LTE的第十版本中的8天线发送码本。
32.如权利要求19所述的装置，其特征在于，L= V，所述L个数据流形成K个波束，所述三维波束码本矩阵为:
33.如权利要求19所述的装置，其特征在于，L= V，所述L个数据流形成K个波束，所述三维波束码本矩阵为:
34.如权利要求32或33所述的装置，其特征在于，所述K个波束分别服务于多个终端。
35.如权利要求32-34中任一项所述的装置，其特征在于，所述K个波束有相同或不同的功率。
36.如权利要求19-35中任一项所述的装置，其特征在于，还包括: 映射模块，用于将NXM个预编码后的数据对应的L个数据流按照先第一阵列方向后第二阵列方向的顺序映射到所述天线阵列上。
37.一种基站，其特征在于，包括:无线调制解调器和与无线调制解调器耦合连接的天线阵列； 其中，所述天线阵列包括NXM个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N ;所述M和N均为正整数； 所述无线调制解调器，用于利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成NXM个数据流，并将NXM个预编码后的数据形成的L个新数据流映射到天线阵列上；所述三维波束码本矩阵能够用于三维波束空间的预编码，所述三维波束码本矩阵的行数为NXM，所述三维波束码本矩阵的列数为L，L < NXM且为正整数； 所述天线阵列，用于发送所述L个新数据流中的至少一个数据流。
38.如权利要求37所述的基站，其特征在于，所述无线调制解调器具体用于:利用三维波束码本矩阵对L个信号进行预编码处理以生成NXM个数据流，并按照先第一阵列方向后第二阵列方向的顺序将NXM个预编码后的数据形成的L个新数据流映射到所述天线阵列上。
【文档编号】H04B7/04GK103780291SQ201210411846
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】武雨春 申请人:华为技术有限公司