一种波束赋型方法及基站的制作方法_3

文档序号:9930883阅读:来源:国知局
提供了一种基站,如图4所示,所述基站包括:
[0099] 预编码单元41,用于获取到信道信息,根据所述信道信息生成预编码矩阵;
[0100] 计算单元42,用于利用所述预编码矩阵以及原基带处理矩阵,计算得到基带处理 矩阵以及射频处理矩阵;其中,所述射频处理矩阵由调整相位的射频系数组成,或者所述射 频处理矩阵由调整相位及功放幅度的射频系数组成;
[0101] 控制单元43,用于生成第一指令,所述第一指令用于控制所述基站根据所述基带 处理矩阵进行基带数字域的波束调整,控制所述基站根据所述射频处理矩阵中的射频系数 进行相位调整、或者进行相位调整以及功放幅度调整,实现波束赋型。
[0102] 所述计算单元42,具体用于获取基站到用户终端的信道信息,利用所述信道信息 计算得到N个特征向量,取出N个特征向量中的M个特征向量,利用所述M个特征向量生成 预编码矩阵;或者,获取基站到用户终端的信道信息,利用所述信道信息确定K个子载波, 利用K个子载波生成预编码矩阵。
[0103] 优选地,所述计算单元,具体用于假设基站到用户的信道为H,对HhH进行特征值分 解得到N个特征向量,按照特征值由大到小的顺序对所述N个特征向量进行排序;获取到传 输数据流的数量,当所述传输数据流数量为队时,设置M等于N s,相应的,所述取出N个特征 向量中的M个特征向量,为取出前Ns个特征向量;利用前N/h特征向量生成预编码矩阵。
[0104] 其中,所述预编码矩阵可以为:
Ul表示第i个 特征向量;A表示功率分配的对角矩阵,其取值可以通过灌水方法或等功率分配方法来得 至丨J,也可通过ZF、MMSE等算法产生。对于多用户MM0传输,可以通过ZF-BD的方式产生出 目标预编码矩阵。
[0105] 所述计算单元,具体用于针对图5所示基站结构,可以利用产生针对在第i个子载 波上生成预编码矩阵Q1;将所有的1排成一行组成目标联合预编码矩阵Q2… Qk],其中K表不子载波个数。
[0106] 所述计算单元,还用于利用所述基带处理矩阵以及射频处理矩阵计算得到第一误 差值;相应的,所述控制单元,还用于判断所述第一误差值是否小于第一门限值,当所述第 一误差值小于所述第一门限值时,生成第一指令。
[0107] 所述控制单元,还用于当所述第一误差值不小于所述第一门限值时,将所述基带 处理矩阵作为原基带处理矩阵;控制计算单元重新计算;再次判断所述第一误差值是否小 于第一门限值;相应的,所述计算单元,还用于重新利用所述预编码矩阵以及原基带处理矩 阵,计算得到基带处理矩阵以及射频处理矩阵;利用所述基带处理矩阵以及射频处理矩阵 计算得到第一误差值。
[0108] 其中,所述初始基带处理矩阵为根据实际情况预设的矩阵。
[0109] 所述计算得到调整相位和/或幅度的射频系数,可以使用以下两种公式计算得 到:
[0110] 公式一、当只调整相位时,计算公式为
[0111] 公式二、当幅度相位都能够调整时,计算公式为
[0112] 其中,wnl表示第n个射频链路和第1个天线的射频系数,由于每个天线都和单独 一个移相器和功率放大器相连,因此w nl可以只通过调整移相器的相位产生一个幅度恒定 的数值,也可以通过移相器调整相位和功放调整幅度产生一个幅度和相位都可调的数值。
[0113] 上述公式中的tnl为预编码矩阵的共辄转置矩阵的第列;1^表示与第i 个射频链路相连的天线个数;
[0114] vn为原基带处理矩阵V的共辄转置矩阵的第n列。比如,当针对图4所示基站结 构,在第i个子载波上的基带预编码矩阵为夂,则此时的预处理矩阵父=[免兔…驚], \为V的共辄转置矩阵的第n列。
[0115] 所述利用所述调整相位和/或幅度的射频系数组成射频处理矩阵可以采用以下 wx 0 0 公式:W= t T t 0 其中,\表示第n个射频链路中全部天线的射频系数。 0 0 ... L -*5
[0116] 优选地,上述计算得到基带处理矩阵,可以采用以下公式:

.5:
[0118] 其中,A为常数,其取值如下 Pt为基站发射总功率, Tr{}表示矩阵求迹操作,(x)+代表当x为正数时取值为x,当x为负值时取值为0 ;w为射 频处理矩阵;9_为预编码矩阵。
[0119] 上述计算所述混合预编码矩阵与所述预编码矩阵之间的最小二乘误差,可以采用 以下公式 :作{(9_-1¥)%_-1¥)};其中,〇_为预编码矩阵、¥为射频处理矩阵、¥基带处 理矩阵。
[0120] 进一步的,所述计算单元,还用于当所述第一误差值不小于所述第一门限值时,将 所述基带处理矩阵作为原基带处理矩阵;重新利用所述预编码矩阵以及原基带处理矩阵, 计算得到基带处理矩阵以及射频处理矩阵;利用所述基带处理矩阵以及射频处理矩阵计算 得到第一误差值;再次判断所述第一误差值是否小于第一门限值。
[0121] 进一步的,所述控制单元,还用于设置操作次数值;当重新利用所述预编码矩阵以 及原基带处理矩阵,计算得到基带处理矩阵以及射频处理矩阵时,将操作次数值加一;判断 所述操作次数值是否大于第二门限值,当大于时,生成第一指令。
[0122] 如此,就能够在尽量获取到最优的基带处理矩阵调整基带处理单元并且根据所述 射频处理矩阵调整射频单元进行波束赋型的同时,还考虑到了计算资源不会无休止的被使 用,提升了操作效率。
[0123] 图5及图6为本发明实施例的基站的实现架构示意图;其中,预编码单元从基带处 理单元(BBU)获取S1至SN等多个信道信息;控制单元与BBU相连,将第一指令发送给BBU, 使得BBU根据基带处理矩阵调整数字域波束;并且控制单元与射频部分的移相器以及功率 放大器(PA)相连,生成第一指令之后,根据射频处理矩阵调整移相器的相位,或者同时调 整移相器的相位以及功放调整幅度,进而实现模拟域的波束赋型。
[0124] 下面结合现有技术与本实施例提供的基站,分别进行分析:
[0125] 技术方案一、目前3GPP LTE采用的是射频和基带独立的波束赋型方案。射频端根 据期望的下倾角(下倾角和水平角)设置射频波束方向。例如对一列N个天线阵子进行射 频模拟波束赋型,其波束赋型向量为
(1 )
[0127] 其中,0 &lt为期望垂直下倾角方向,dv为天线间距,X为信号波长。对一个面阵 进行射频模拟波束赋型的向量为
[0129] 其中死为期望水平扫描角方向,山和1分别代表垂直天线间距和水平天线间 距,^和^^表示垂直方向天线个数和水平方向天线个数。在进行基带处理时,射频波束赋 型部分和无线信道被视作合成等效信道,然后采用MIM0基带方案进行数字波束赋型。
[0130] 技术方案二、基站架构如图7所示,每个射频链路的输出信号可以馈到每个天线 上发射到无线信道环境。在射频端,模拟域波束形成通过调整移相器的相位来实现,基站将 信号空间来波水平、垂直角度分别设置为公式(2)中的和0&lt,从而作为候选的模 拟波束向量,然后根据一定准则(如来波方向信号强度)进行选择。在基带,采用最小二乘 准则进行优化设计,射频处理和基带处理需要进行射频链路个数次迭代。
[0131] 技术方案三、针对如图8、9所示的基站结构进行了模拟波束和数字波束进行了设 计;包括基于模拟和数字波束成形的预编码器选择方法,FDD系统中基于用户反馈的波束 选择流程图,TDD中基于探测信号的波束选择流程。
[0132] 图10及图11,为通过采用本实施例提供的基站进行波束赋型,提升系统容量的效 果图,其中图10给出了当射频链路数为4,天线总数为16时,本实施例提供的基站和现有方 法的性能比较,可以看到所提的同时调整射频相位幅度的预编码方法具有最好性能,只调 整相位方法与最好性能很接近,远好于现有方法,有将近40% -50%的性能增益
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