波束参考信号的发送方法、波束选择方法、基站及用户终端与流程

本发明涉及无线通信技术，特别涉及波束参考信号(Beamformed Reference Signal，BRS)的发送方法、波束选择方法、基站以及用户终端(User Equipment，UE)。

背景技术：

当前，随着第四代移动通信(4G)进入规模商用阶段，未来的第五代移动通信(5G)已成为全球研发的热点。

大规模多输入多输出(Massive MIMO)技术已经成为5G的关键技术以及研究热点之一。目前，MIMO技术已经广泛应用于长期演进系统(LTE)、无线保真(Wireless-Fidelity，WIFI)等各个领域。理论上，天线越多，系统的频谱效率和传输可靠性就越高。大规模MIMO技术可以由一些并不昂贵的低功耗的天线组件来实现，为在高频段上进行移动通信提供了广阔的前景，它可以成倍提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源。此外，有源天线系统(AAS)的引入一方面使基站能在三维空间中控制信号的空间分布特性，另一方面将支持天线阵列向二维方向发展，推动大规模MIMO技术的发展，大幅提升系统性能。在实际应用中，特别是在高频频段，结合AAS和大规模MIMO技术的基站在波束赋形时可以产生更多且宽度更窄的波束，从而可以大幅提高目标UE处的信号干扰噪声比(SINR)以及数据吞吐量。

如此，在使用大规模MIMO以及AAS技术的情况下，UE如何从众多候选波束中选择质量较好的波束已经成为实现波束赋形需要解决的关键问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的实施例提供了波束参考信号(BRS)的发送方法以及波束选择方法。

本发明实施例所述的BRS发送方法包括：预先存储BRS信息和波束索引的对应关系；针对每个候选波束，根据所述候选波束的波束信息以及与所述候选波束的波束索引对应的BRS信息生成与所述候选波束对应的BRS信号；以及分别将与各个候选波束对应的BRS信号发送给UE。

其中，BRS信息包括：基序列构造和传输BRS信息的时频资源的位置；所述波束信息为波束索引与波束赋形参数的对应关系。

其中，生成与所述候选波束对应的BRS信号包括：确定所述候选波束的波束信息；根据预先存储的BRS信息和波束索引的对应关系，确定与所述候选波束对应的BRS信息；根据确定的BRS信息中的基序列构造生成基序列，作为与该候选波束对应的参考信号；根据确定的波束信息中的波束赋形参数对所述参考信号进行波束赋形，得到与候选波束对应的BRS序列；以及根据确定的BRS信息中的传输BRS信号的时频资源的位置将得到的BRS序列进行资源映射，得到对应所述候选波束的BRS信号。

上述BRS信息进一步包括：基序列的循环移位(CS)值。

在此情况下，上述生成与所述候选波束对应的BRS信号进一步包括：通过下行的信令通知UE BRS信息中包括CS操作以及CS操作的参数；以及在进行波束赋形之前，根据BRS信息中的CS值对生成的基序列进行相位旋转得到与所述候选波束对应的参考信号。

本发明实施例所述的波束选择方法包括：在系统配置的基站发送BRS的时频资源位置，从接收的信号序列中提取各个候选波束对应的BRS信号；对提取的各个候选波束对应的BRS信号进行处理，得到各个候选波束所对应BRS信号的质量参数；根据各个候选波束所对应BRS信号的质量参数从所提取的BRS信号序列中选择N个BRS信号，其中，N为自然数；确定所选择 的N个BRS信号对应的BRS信息；根据预先配置的BRS信息与波束索引之间的关系，确定上述所选择的N个BRS信号对应的N个波束索引；以及将确定的N个波束索引反馈给基站。

上述BRS信号的质量参数为BRS信号的信道质量信息(CSI)；上述对提取的各个候选波束对应的BRS信号进行处理包括：将提取的BRS信号进行信道估计，得到BRS信号的CSI；以及所述从所提取的BRS信号序列中选择N个BRS信号包括：从所提取的BRS信号序列中选择幅度最大的N个BRS信号。

上述BRS信号的质量参数为BRS信号的参考信号接收功率(RSRP)；上述对提取的各个候选波束对应的BRS信号进行处理包括：将提取的BRS信号进行功率测量，得到BRS信号的RSRP；以及所述从所提取的BRS信号序列中选择N个BRS信号包括：从所提取的BRS信号序列中选择功率最大的N个BRS信号。

上述将确定的N个波束索引反馈给基站包括：对N个波束索引进行编码，得到一个二进制序列，再通过波束位图的方式将所述二进制序列反馈给基站。

本发明实施例所述的基站包括：

配置单元，预先存储各个候选波束的波束信息以及BRS信息和波束索引的对应关系；

BRS信号生成单元，针对每个候选波束，用于根据与该候选波束的波束信息以及与该候选波束的波束索引对应的BRS信息生成与该候选波束对应的BRS信号；以及

发送单元，分别将与各个候选波束对应的BRS信号发送给用户终端UE。

上述BRS信号生成单元包括：

信息确定模块，用于确定该候选波束的波束信息以及根据预先存储的BRS信息和波束索引的对应关系，确定与该候选波束对应的BRS信息；

基序列生成模块，用于根据确定的BRS信息中的基序列构造生成基序列，作为参考信号；

波束赋形模块，用于根据确定的波束信息中的波束赋形参数对参考信号进行波束赋形，得到该候选波束对应的BRS序列；

资源映射模块，用于根据确定的BRS信息中的传输BRS信号的时频资源的位置将生成的BRS序列进行资源映射，得到对应该候选波束的BRS信号。

上述基站进一步包括：通知单元，用于通过下行的信令通知UE BRS信息中包括CS操作以及CS操作的参数；

上述BRS信号生成单元进一步包括：连接在基序列生成模块以及波束赋形模块之间的循环移位模块，用于根据BRS信息中的CS值对基序列进行相位旋转，得到与该候选波束对应的参考信号。

本发明实施例所述的UE包括：

接收单元，用于在系统配置的基站发送BRS信号的时频资源位置，从接收的信号序列中提取各个候选波束对应的BRS信号；

信号质量检测单元，用于对提取的各个候选波束对应的BRS信号进行处理，得到各个候选波束所对应BRS信号的质量参数；

波束选择单元，用于根据各个候选波束所对应BRS信号的质量参数从所提取的BRS信号序列中选择N个BRS信号，确定所选择的N个BRS信号对应的BRS信息，并根据预先配置的BRS信息与波束索引之间的关系，确定上述所选择的N个BRS信号对应的N个波束索引；以及

反馈单元，用于将确定的N个波束索引反馈给基站。

通过上述基站侧的波束参考信号的发送过程以及UE侧的波束的选择过程，基站可以将用于承载各个候选波束的索引的波束参考信号发送给UE。随后，UE可以根据各个候选波束的质量进行选择，并将所选择波束的波束索引反馈给基站。从而基站可以根据UE的选择，实现有效的波束赋形，充分利用AAS以及大规模MIMO技术所带来的数量多且方向性好的波束，大幅提高UE处的SINR以及数据吞吐量。

附图说明

图1为本发明实施例所述的波束参考信号的发送方法流程图；

图2为本发明实施例所述的生成与每个候选波束对应的BRS信号的方法流程图；

图3为本发明实施例所述的波束选择方法流程图；

图4为本发明实施例所述的基站的内部结构示意图；

图5为本发明实施例所述的BRS信号生成单元的内部结构示意图；以及

图6为本发明实施例所述的UE的内部结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如前所述，通过结合AAS以及大规模MIMO技术，基站在波束赋形时可以产生数量更多、宽度更窄的波束。由于这些波束方向性更好，可以大大提高UE处的SINR，从而提高UE的数据吞吐量。而为了帮助UE从众多候选波束中选择质量较好的波束，完成有效的波束赋形，基站首先需要发送承载各个波束相关信息的波束参考信号给UE，供UE进行波束选择。为此，本发明的实施例提供了波束参考信号的发送方法。

首先，本领域的技术人员可以理解，为了标识各个候选波束，系统为每个候选波束设置了一个索引，称为波束索引(Beam Index)。其中，波束索引和候选波束是一一对应的。本领域的技术人员还可以理解，一组波束赋形参数可以唯一确定一个波束，因此，每个候选波束还和一组波束赋形参数是一一对应的。基于上述理解，在本发明的实施例中，将一个候选波束的波束索引与该候选波束的波束赋形参数之间的对应关系称为该候选波束的波束信息。为了完成波束赋形，每个基站都应该预先存储有每个候选波束的波束信息。例如，可以在系统初始配置时预先在基站侧配置候选波束的波束信息。

此外，如前所述，为了帮助UE进行波束选择，基站需要通过每个候选波束发一些信号给UE供其进行测量和选择。为了实现这一目标，在本发明的实施例中，每个候选波束的波束索引具体是通过与每个候选波束对应的波束参考信号(Beamformed Reference Signal，BRS)信息来承载并发送给UE的。具体而言，上述BRS信息是指与BRS自身承载的内容以及发送方式有关的信息，至少包括BRS自身承载的基序列的构造以及在发送该BRS信号时所占用的时频资源的位置等等。更进一步，为了扩展BRS信息可以承载的波束索引的数量，上述BRS信息还可以包括自身所承载基序列的循环移位(Cyclic Shift，CS)值。

为了承载每个候选波束的波束索引，需要预先定义BRS信息与波束索引之间的一一对应关系，即保证每种BRS信息唯一对应一个波束索引。为了进行波束选择，基站侧和UE侧都应当预先存储上述BRS信息与波束索引的对应关系。对于基站侧，可以在系统初始配置时进行相关配置。对于UE侧，也可以在系统初始配置时进行相关配置，或者还可以在系统启动运行后，由基站通过准静态的信令将BRS信息与波束索引的对应关系发送给UE。UE在收到BRS信息与波束索引的对应关系后存储这一对应关系。

下面将通过举例详细说明在不同情况下BRS信息与波束索引的对应关系。

如前所述，BRS信息可以包括自身承载的基序列的构造、对该基序列进行CS操作的CS值以及在发送该BRS时所占用的时频资源的位置。如此，在建立BRS信息与波束索引的对应关系时，不同的基序列、不同CS值以及不同时频资源位置的组合将分别对应于不同的波束索引。例如，假设当前使用的基序列有2个，CS值有4个，可用于传输BRS的不同的时频资源有8个，则可共有2×4×8＝64个BRS信息。这64个BRS信息将分别一一对应于64个候选波束的波束索引。假设当前使用的基序列只有1个，但CS值有4个，可用于传输BRS的不同的时频资源有8个，则可共有4×8＝32个BRS信息。这32个BRS信息将分别一一对应于32个候选波束的波束索引。

若BRS信息仅包括基序列的构造以及在发送该BRS时所占用的时频资源，而不包括对基序列进行CS操作的CS值，也即不对基序列进行CS操作。则在建立BRS信息与波束信息的对应关系时，不同的基序列以及不同时频资源的组合将分别对应于不同的波束索引。例如，假设当前使用的基序列有2个，而且没有循环移位，可以用于传输BRS的时频资源有8个。则在这种情况下只有2×8＝16个BRS信息，仅可以分别一一对应于16个候选波束的波束索引。

从上述对应关系可以看出，为了承载不同候选波束的波束索引，对应不同候选波束的BRS信息是不同的。也即，如果BRS信息中基序列构造相同且不对基序列进行CS操作，则不同候选波束对应的BRS序列应当被映射到不同的时频资源(即正交的时频资源)上。例如，在这种情况下，如果需要承载64个波束索引，则共需要64个正交的时频资源。在这种情况下，BRS的开销就与候选波束的数量成正比。而在本发明的实施例中，由于BRS信息中还包括基序列的不同构造和/或对基序列的CS值等参数，因此在本发明的实施例中，除了正交的时频资源外还可以使用不同的基序列或针对相同基序列采用不同循环移位来发送BRS序列。在这种情况下，不同的BRS序列可以占用相同的时频资源，从而可以达到减少BRS开销的目的。例如，在这种情况下，如果共有8个基序列可以选择，且供选择的CS值也有8个，则可以只用1个时频资源就可以同时承载这64个候选波束对应的BRS序列，BRS开销将大大减少。同时，在UE侧还可以实现BRS序列的并行接收，有效减少波束选择的时间，减少时延。

基于上述配置，本发明的实施例给出了一种基站发送波束参考信号的方法，具体实现流程如图1所示，主要包括如下步骤：

步骤101，预先存储BRS信息和波束索引的对应关系。

步骤102，针对每个候选波束，根据与该候选波束的波束信息以及与该候选波束的波束索引对应的BRS信息生成与该候选波束对应的BRS信号。

步骤103，分别将与各个候选波束对应的BRS信号发送给UE。

下面将进一步结合附图详细说明上述步骤102的实现方法。图2显示了根据本发明实施例的生成与每个候选波束对应的BRS信号的方法。针对每个候选波束，基站都将执行如图2所示的操作。如图2所示，该方法主要包括：

步骤1021，确定该候选波束的波束信息。

如前所述，波束信息具体为波束索引与波束赋形参数的对应关系。

步骤1022，根据预先存储的BRS信息和波束索引的对应关系，确定与该候选波束对应的BRS信息。

如前所述BRS信息包括：BRS自身承载的基序列的构造以及在发送该BRS时所占用的时频资源的位置。BRS信息还可以包括对基序列进行CS操作的CS值。

若上述BRS信息中包括对基序列进行CS操作的CS值，则基站还需要通过下行的信令通知UE BRS信息中包括CS操作，即通知UE在波束选择过程中需要进一步检测基序列的CS操作。同时，基站还需要通过下行信令通知UE CS操作的参数，例如最大的CS数量或实际的CS数量，以便UE进行CS检测。

步骤1023，根据确定的BRS信息中的基序列构造生成基序列。

具体而言，在本步骤中，若对应各个候选波束的BRS中的基序列都相同，则基站针对各个候选波束生成的基序列都是相同的；若对应各个候选波束的BRS中的基序列都不相同，则基站针对各个候选波束生成的基序列都是不同的；若对应各个候选波束的BRS中的基序列有相同的也有不同的，则基站针对各个候选波束生成的基序列则是部分相同而部分不同。

步骤1024，若确定的BRS信息中包含CS值，则根据该CS值对基序列进行相位旋转得到与该候选波束对应的参考信号。若确定的BRS信息中不包含CS值，则将不用执行该步骤，在步骤1023直接将基序列作为与该候选波束对应的参考信号。

具体而言，在本步骤中，如果确定的BRS信息包含CS值，则根据该CS值对生成的基序列进行相位旋转。具体的操作方式可以参考如下公式(1)：

其中，x_k代表某个候选波束的基序列的第k个样值；n_s代表CS操作的CS值，即循环移位的样值数；N代表OFDM调制的FFT大小。

步骤1025，根据确定的波束信息中的波束赋形参数对参考信号进行波束赋形，得到该候选波束对应的BRS序列。

具体而言，在本步骤中，基站可以通过模拟波束赋形、数字波束赋形以及混合波束赋形等波束赋形方式对参考信号进行波束赋形。

步骤1026，根据确定的BRS信息中传输BRS信号的时频资源的位置将生成的BRS序列进行资源映射，得到对应该候选波束的BRS信号。

由此可以看出，通过上述波束参考信号发送方法，基站即可将承载波束索引的波束参考信号通过各个波束发送到UE，供UE进行波束选择。

在本发明的实施例中，在进行BRS序列的资源映射时，基站可以采用块状映射方式(连续BRS)或梳状映射方式(Comb-type BRS)。在采用梳状映射方式时，基站还需要通过下行信令通知UE梳状间隔(Comb Interval)以及频率偏置(Frequency Offset)，供UE进行BRS信号的检测。

接下来再结合图3，详细说明UE侧进行波束选择的方法。

图3显示了本发明实施例所述的UE进行波束选择的方法。如图3所示，该方法主要包括：

步骤301，UE在系统配置的基站发送BRS信号的时频资源位置，从接收的信号序列中提取各个候选波束对应的BRS信号。

由于系统在初始配置时将预先确定基站发送BRS信号的时频资源的位置，且基站和UE会配置上述信息。也即，基站预先知道在哪些时频资源上发送各个候选波束的BRS信号，UE也预先知道基站会在哪些时频资源上发送各个候选波束的BRS信号。因此，在本步骤中，UE可以从接收的信号序列中提取各个候选波束对应的BRS信号。

步骤302，UE对提取的各个候选波束对应的BRS信号进行处理，得到 各个候选波束所对应BRS信号的质量参数。

在本步骤中，上述BRS信号的质量参数可以是BRS信号的信道状态信息(Channel State Information，CSI)或BRS信号的参考接收功率(Reference Signal Receiving Power，RSRP)。

具体而言，若BRS信号的质量参数是BRS信号的CSI，则在本步骤中，UE将根据提取的BRS信号进行信道估计，从而得到BRS信号的CSI；若BRS信号的质量参数是BRS信号的RSRP，则在本步骤中，UE将进行接收功率测量，从而得到BRS的RSRP。

在UE从接收信号中提取出BRS序列后，由于UE预先知道基站可用的基序列的集合，因此，可以先通过检测确定该BRS序列中承载的实际的基序列。接下来，UE可以将提取出的BRS序列先乘以已确定的基序列的共轭，然后使用快速傅里叶反变换(IFFT)将处理后的BRS序列变换到时域，此时具有不同CS的BRS序列的时域信道冲激响应是彼此分开的，因而，UE可以一次并行获得多个BRS序列的CSI或RSRP。由上述BRS序列的检测过程可以看出，在本发明的实施例中，基站侧通过对基序列引入CS操作，可以在UE侧实现并行的波束选择，从而达到减小BRS开销以及降低波束选择时延的目的。

步骤303，UE根据各个候选波束所对应BRS信号的质量参数从所提取的BRS信号序列中选择N个BRS信号。

在本步骤中，上述N为自然数，是预先配置的UE可以选择的候选波束的数量。在实际应用中，N的具体数值可以根据经验设定。

具体而言，具体而言，若BRS信号的质量参数是BRS信号的CSI，则在本步骤中，UE将从中选择幅度最大的N个BRS信号；若BRS信号的质量参数是BRS信号的RSRP，则在本步骤中，UE将从中选择功率最大的N个BRS信号。

步骤304，UE确定所选择的N个BRS信号对应的BRS信息。

UE在选择N个BRS信号后通过对上述步骤中对信号进行处理的过程至 少可以得到如下信息：BRS信号承载的基序列、对该基序列进行CS操作的CS值以及发送该BRS信号的时频资源等。如前所述，上述信息为BRS信号对应的BRS信息。

具体而言，如前所述，UE会预先知道基站会在哪些时频资源上发送各个候选波束的BRS信号，因此，对应各个候选波束的BRS信息中的时频资源信息，对UE来讲是可以确定的。此外，如前所述，UE预先知道基站可用的基序列的集合以及CS值的集合，因此，UE可以通过检测接收的BRS信号可以确定该BRS信号实际对应的基序列以及CS值，从而分别确定每个BRS信号对应的BRS信息。

步骤305，UE根据预先配置的BRS信息与波束索引之间的关系，确定上述所选择的N个BRS信号对应的N个波束索引。

如前所述，UE预先存储有BRS信息与波束索引的对应关系，因此UE在选择了N个BRS信号并确定这N个BRS信号对应的BRS信息后，可以进一步通过自身存储的BRS信息与波束索引的对应关系确定与这N个BRS信息对应的波束索引。

步骤306，UE将确定的N个波束索引反馈给基站。

在本步骤中，UE可以直接将确定的N个波束索引通过上行信令反馈给基站。UE也可以先对N个波束索引进行编码，得到一个二进制序列，再通过波束位图(bitmap)的方式将这个二进制序列反馈给基站。通过bitmap的方式反馈波束索引方式的好处在于，信令的开销小。特别是在N较大的情况下，采用bitmap的方式的信令开销会减少很多。

在UE将所选择的波束索引反馈给基站后，基站就可以根据UE所反馈的波束索引确定UE所选择波束的波束赋形参数。然后，在向该UE发送数据时，就可以根据UE所选择波束的波束赋形参数对待发送给该UE的数据进行波束赋形，形成UE所选择的信号质量较好的波束，从而进行有效的数据传输。

对应上述发送波束参考信号的方法，本发明的实施例还提供了一种基 站，其内部结构如图4所示，主要包括：

配置单元401，预先存储各个候选波束的波束信息以及BRS信息和波束索引的对应关系；

BRS信号生成单元402，针对每个候选波束，用于根据与该候选波束的波束信息以及与该候选波束的波束索引对应的BRS信息生成与该候选波束对应的BRS信号；以及

发送单元403，分别将与各个候选波束对应的BRS信号发送给UE。

其中，BRS信号生成单元402的内部结构如图5所示，主要包括：

信息确定模块4021，用于确定该候选波束的波束信息以及根据预先存储的BRS信息和波束索引的对应关系，确定与该候选波束对应的BRS信息；

基序列生成模块4022，用于根据确定的BRS信息中的基序列构造生成基序列，作为参考信号；

波束赋形模块4023，用于根据确定的波束信息中的波束赋形参数对参考信号进行波束赋形，得到该候选波束对应的BRS序列；

资源映射模块4024，用于根据确定的BRS信息中的传输BRS信号的时频资源的位置将生成的BRS序列进行资源映射，得到对应该候选波束的BRS信号。

若BRS信息中包括对基序列进行CS操作的CS值，则上述基站还将包括通知单元，用于通过下行的信令通知BRS信息中包括CS操作以及CS操作的参数，例如最大的CS数量或实际的CS数量等，以便UE进行CS检测。

并且上述BRS信号生成单元402还将进一步包括连接在基序列生成模块4022以及波束赋形模块4023之间的循环移位模块4025，用于根据BRS信息中的CS值对基序列进行相位旋转，得到与该候选波束对应的参考信号。

对应上述波束选择的方法，本发明的实施例还提供了执行上述方法的UE，其内部结构如图6所示，主要包括：

接收单元601，用于在系统配置的基站发送BRS信号的时频资源位置，从接收的信号序列中提取各个候选波束对应的BRS信号。

信号质量检测单元602，用于对提取的各个候选波束对应的BRS信号进行处理，得到各个候选波束所对应BRS信号的质量参数。

上述信号质量检测单元602的具体实现方法可以参考上述步骤302的具体操作，在此不再赘述。

波束选择单元603，用于根据各个候选波束所对应BRS信号的质量参数从所提取的BRS信号序列中选择N个BRS信号，确定所选择的N个BRS信号对应的BRS信息，并根据预先配置的BRS信息与波束索引之间的关系，确定上述所选择的N个BRS信号对应的N个波束索引。

上述波束选择单元603的具体实现方法请参考上述步骤303～305的具体操作，在此不再赘述。

反馈单元604，用于将确定的N个波束索引反馈给基站。

上述反馈单元的具体实现方法请参考上述步骤306，在此不再赘述。

在UE将所选择的波束索引反馈给基站后，基站就可以根据UE所反馈的波束索引确定UE所选择波束的波束赋形参数。然后，在向该UE发送数据时，就可以根据UE所选择波束的波束赋形参数对待发送给该UE的数据进行波束赋形，形成UE所选择的信号质量较好的波束，从而进行有效的数据传输。

由上述方案可以看出，通过上述基站侧的波束参考信号的发送过程以及UE侧的波束的选择过程，基站可以实现有效的波束赋形，充分利用AAS以及大规模MIMO技术所带来的数量多且方向性好的波束，从而大幅提高目标UE处的SINR以及数据吞吐量。同时，本发明的实施例通过使用不同的基序列、不同CS值以及不同时频资源位置等组合来扩展可以承载的波束索引的数量，与单纯通过正交时频资源来传输BRS信号的方式相比，可以大大降低BRS的开销，同时减少波束选择的时延，实现快速的波束赋形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。