專利名稱：下行波束形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信領域，尤其涉及一種下行波束形成方法。
背景技術：
正交步貞分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple, 簡稱 OFDM)在頻域4巴頻i普分成若干個正交的子信道，各子信道的載波 相互重疊，提高了頻譜利用率。由于各子信道的帶寬相對較窄，因 此對整個發(fā)射帶寬信號來講頻率選擇性信道對于各個子信道信號來 講是平坦衰落的，均衡可對每個子載波分別進行，大大簡化了接收 才幾結構。由于OFDM具有頻i普利用率高、均tt簡單的優(yōu)點，非常適 合于高速的有線和無線傳豐lr，因此得到了廣泛研究。正交頻分多址 接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,簡稱OFDMA ) 則是基于OFDM纟支術的一種多址方式，在時間和頻率兩個維度上對 用戶數(shù)據(jù)進行分配是OFDMA系統(tǒng)的基本特征，OFDMA在無線資 源分配上有非常高的靈活性。
智能天線技術是一種陣列天線技術，它利用信號在傳輸方向對 于不同天線距離上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行 區(qū)分，動態(tài)改變信號的覆蓋方向，卩吏主波束對準用戶方向，旁瓣或 零陷對準干擾信號方向，并能夠自動跟蹤用戶和監(jiān)測環(huán)境變化，為 每位用戶提供優(yōu)質的上行鏈路和下行鏈路信號，從而達到抑制干擾、 準確提取有效信號的目的。智能天線技術和OFDMA系統(tǒng)有效結合，可以更好的提高OFDMA系統(tǒng)的覆蓋和抗干擾能力。上行和下行的 波束形成技術是智能天線系統(tǒng)的關鍵。

發(fā)明內容
鑒于以上所述的一個或多個問題，本發(fā)明提出了一種下行波束 形成方法，可以才艮據(jù)用戶位置的變化情況和空口資源情況動態(tài)的發(fā) 送信道幀聽序列和反^t用戶所處波束位置信息，以達到更好的波束 跟蹤和節(jié)省空口帶寬資源效果。
才艮據(jù)本發(fā)明的下4亍波束形成方法包括在需要進行下行波束形 成的情況下，基站(BS)主動或在移動臺的i青求下向移動臺發(fā)送下 行信道偵聽序列；移動臺利用接收到的下行信道偵聽序列對各個發(fā) 射天線進行波達方向估計以獲得估計值，并才艮據(jù)估計值得到對應發(fā) 射天線的權值，通過上行專用反饋信道將估計值和對應發(fā)射天線的 權值反饋給基站并保存；基站根據(jù)對應發(fā)射天線的權值進行下行波 束形成；以及重復執(zhí)行以上步驟以進行下行波束形成。
其中，在無線信道條件變化或移動臺進行移動的情況下，移動 臺要求基站再次發(fā)送下行信道偵聽序列。在通過當前接收到的下行 信道偵聽序列估計出的估計值與上 一 次估計出的估計值的差值大于 預定波達方向差門限的情況下，移動臺向請求基站發(fā)送下行信道偵 聽序列并根據(jù)接收到的下行信道偵聽序列對各個發(fā)射天線重新進行 波達方向估計。4艮據(jù)波束跟蹤效果和空中才妻口資源確定波達方向差 門限?；局芷谛缘匕l(fā)送下行信道偵聽序列到移動臺。對于基站， 波達方向為移動臺信道的到達方向。專用反々貴信道為物理專用信道 或對于物理層透明的高層解析的信道。方法用于正交頻分多址4妄入 系統(tǒng)。該下4亍波束形成方法用于WiMax系統(tǒng)。通過本發(fā)明，根據(jù)用戶位置的變化情況和空口資源情況動態(tài)的 發(fā)送信道幀聽序列和反饋用戶所處波束位置信息，達到了更好的波 束跟蹤和節(jié)省空口帶寬資源效果。


此處所i兌明的附圖用來纟是供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申 請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其i兌明用于解釋本發(fā)明，并
不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的下行波束形成方法的流程圖3是才艮據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的波束形成方法的流程以及
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的又一個實施例的波束形成方法的 流程圖。
具體實施例方式
下面參考附圖，詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的下行波束形成方法的流程圖。如 圖1所示，該方法包4舌以下步-驟
步驟S102,在需要進行下行波束形成的情況下，基站主動或在 移動臺的請求下向移動臺發(fā)送下行信道偵聽序列。
步驟S104,移動臺利用接收到的下行信道偵聽序列對各個發(fā)射 天線進行波達方向估計以獲得估計值，并才艮據(jù)估計值得到對應發(fā)射天線的權值，通過上行專用反饋信道將估計值和對應發(fā)射天線的權 值反饋給基站并保存。
步驟S106,基站一艮據(jù)對應發(fā)射天線的纟又值進行下行波束形成。
重復^丸行以上步驟以進4亍下4于波束形成。
其中，在無線信道條件變化或移動臺進行移動的情況下，移動 臺要求基站再次發(fā)送下行信道偵聽序列。在通過當前接收到的下行 信道偵聽序列估計出的估計值與上一次估計出的估計值的差值大于 預定波達方向差門限的情況下，移動臺向i青求基站發(fā)送下4亍信道偵 聽序列并根據(jù)接收到的下行信道偵聽序列對各個發(fā)射天線重新進行
波達方向估計。#4居波束^艮蹤步文果和空中^妄口資源確定波達方向差
門限?；局芷谛缘匕l(fā)送下行信道偵聽序列到移動臺。對于基站， 波達方向為移動臺信道的到達方向。專用反4t信道為物理專用信道 或對于物理層透明的高層解斗斤的4言道。方法用于正交頻分多址4妄入 系統(tǒng)。該下行波束形成方法用于全3求樣吏波4妻入互才喿作性系統(tǒng)
(Worldwide Interoperability for Microwave Access, 簡稱WiMax系統(tǒng))。
對于時分雙工方式，智能天線系統(tǒng)一4殳利用無線信道的互易性， 基站根據(jù)接收信號的差異進行波達方向估計，并將其作為下行波束 形成的權值，用于下行方向。另外一種4交為常用的方法是多波束法，
基站預先形成7V個波束，波達方向估計可以在移動臺里進4亍，移動
臺計算來自不同天線信號的差異，判斷目前所處波束位置并將波束 索引反饋給基站，基站則按照此索引值進行下行波束形成，這種方 法由于系統(tǒng)由于空口資源限制，一4殳只支持有限個波束，所以形成 的波束可能指向性并不好。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提出了一種自適 應波束形成方法和多波束方法相互結合的下4亍波束形成方法。系統(tǒng) 可以才艮據(jù)用戶位置的變化情況和空口資源情況動態(tài)的發(fā)送信道幀聽序列和反々貴用戶所處波束位置信息，以達到更好的波束^艮蹤和節(jié)省 空口帶寬資源效果。
具體的下4于波束形成方法可以包纟舌以下步-驟
步驟一，如果需要下行波束形成，移動臺首先通知基站進行下 行信道幀聽序列的發(fā)送。
步驟二，基站根據(jù)此需求在預備分配的時頻資源區(qū)域進行下行
偵聽序列的發(fā)送，每個天線的偵聽序列獨立發(fā)送，才各式如圖2所示。
步驟三，移動臺根據(jù)接收到的各發(fā)射天線信號進行波達方向估 計，沒估計^直為《，相應的其估計的天線相J直為[w,, wu .... WuJ, M為發(fā)射天線個凄t。
步驟四，移動臺通過上行專用反饋信道將估計的權值 ki ww ....氣」和波達方向《反4貴給基站，同時存入移動臺的內存 系統(tǒng)。
步驟五，基站根據(jù)反饋得到的天線權值進行下行波束形成，增 強信號強度，以達到智能天線效果。
步驟六，如果是移動臺發(fā)起下行幀聽序列發(fā)送，當無線信道條 件變化或者移動臺進行移動時，移動臺接收的信號強度有可能變弱， 這時移動臺可以要求基站再次發(fā)送下4于4言道幀聽序列。如果是基站 周期性發(fā)送下4于幀聽序列，則跳過此步。
步驟七，移動臺根據(jù)接收到的各發(fā)射天線信號進行波達方向估 計，假設估計值為^,相應的其估計的天線權值為h, w22 .... w2AJ，
M為發(fā)射天線個數(shù)。步驟八，移動臺計算《和《的差值"，如果cr〉n,則移動臺可
要求基站進4于下4于信道幀聽序列的發(fā)送。
步備聚九，移動臺估計新的波達方向和天線權值
h,iw22…'W2J，并循環(huán)沖丸;f亍步—驟三以后的各步一驟。
其中，在步驟一中，所述信道偵聽序列是由基站主動發(fā)送，或 者移動臺要求基站發(fā)送的約定的已知序列。移動臺通過此序列可以 進行信道估計，信道測量，噪聲測量等工作。
在步驟二中，所述波達方向對于基站來講是指移動臺信號的到 達方向，不同的方向來波可以造成的接收天線之間不同的相位差異。 在本專利中，波達方向可以由信道互易性由移動臺估計得出。
在步驟三中，所述專用反饋信道是指通信系統(tǒng)一般具有的專用 上行反饋信道，此信道可以是物理專用的，也可以是物理層透明， 由高層解析的。反饋信道的主要要求是高可靠的傳輸效果和盡可能 的低反饋時間延時。
在步驟六中，n是由系統(tǒng)設定的波達方向差門限，門限值小則 幀聽序列和權值反饋較為頻繁，波束^艮蹤效果好，占用4交多的空口 資源，反之則幀聽序列和權值反饋間隔時間長，波束跟蹤效果差， -f旦節(jié)省空口帶寬資源。系統(tǒng)需要平tf這兩方面的需求。
以4天線WiMax系統(tǒng)為例，首次對下行信道進4亍測量時，由于 還沒有數(shù)據(jù)發(fā)出，則一般利用基站發(fā)送的專用的中間導碼 (Midamble)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的下行幀聽序列的示意 圖。如圖2所示，這是本實施例設計的下行信道幀聽序列?？梢钥?到，由于要獨立估計下行4天線到CPE的獨立信道參數(shù)，所以多個 天線獨立發(fā)送信息。而且由于WiMax是一個寬帶系統(tǒng)，要求信道幀聽序列對于數(shù)據(jù)的信道一致要好，所以信道幀聽序列 一般要涵蓋數(shù) 據(jù)區(qū)所使用的整個頻率資源，在時間上可以考慮方文在凄史據(jù)區(qū)的中間， 前面和后面。
當CPE 4妄》|^言號質量變差，WiMax基站可以啟用下4亍波束形 成來增強下行信號強度，以提高通信質量。首先CPE通過管理消息 要求基站發(fā)送中間導碼，并協(xié)商中間導碼的發(fā)送方式，這主要包括 發(fā)送周期，發(fā)送長度，碼子產(chǎn)生方式。按照此要求，WiMax基站結 合當前的子載波分配情況，在此用戶突發(fā)(burst)的附近插入中間 導碼，并在下行幀信道分配消息(DL-MAP)中詳細描述中間導碼 占用載波情況。
CPE ( customer premises equipment, Wimax纟冬端)才艮才居沖妄4欠到 的中間導碼進4亍波達方向估計，假設估計的權值為 『=1^『u W」，由于基站射頻通道的不一致性，此權值里不
僅包含了 CPE和基站相對位置的信息，也有射頻通道的校正權值信
息，即『= W12*"2 W13*"3 W14 *fl4j,其中^是用戶4立置4言
息權值，5是通道校正權值。CPE通過上行快速反饋信道快速反饋 (Fast Feedback,簡稱FFB )，將W反々貴給BS，由于『已經(jīng)包含 了通道4交正信息，基站4安照此4又值進4亍波束形成就可以滿足多天線 信號在CPE側同相位疊加的效果。
圖3是才艮據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的波束形成方法的流程圖。 如圖3所示，如果CPE和基站協(xié)商的是周期發(fā)送中間導碼方式，則 CPE可以進4亍周期性的下4亍波達方向(Direction of Arrival,簡稱 DOA)估計。這種情況下，如果估計^直和上次反々貴的W所對應的 波達方向差值超過一定門限，則CPE對基站更新一次所需要的下行 斗又值，否則只估計，不反々貴，以節(jié)省上ft空口帶寬資源。
如圖3所示，該波束形成方法包4舌以下步-驟S302，基站周期發(fā)送下行幀聽序列。
步驟S304，移動臺根據(jù)發(fā)送的幀聽序列進行波達方向估計。
步驟S306，判斷是否是初始權值，如果是則進入步驟S312， 否則進入步驟S308。
步-驟S308，移動臺將對比估計出的波達方向和存J諸的波達方向 之間的差Y直。
步驟S310，移動臺將結果通過專用反饋信道反々責給基站，并存儲。
步驟S312,移動臺將結果通過專用反饋信道反々貴給基站，并存儲。
步驟S314，基站4艮據(jù)反々貴結果進4亍波束形成。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的又一個實施例的波束形成方法的 流程圖。如圖4所示，如果CPE和基站協(xié)商是CPE發(fā)起中間導碼 發(fā)送方式，則CPE可以根據(jù)接收信號強度來判斷是否需要進行波束 權值的更新。系統(tǒng)如果需要，則通過管理消息要求基站發(fā)送中間導 碼，CPE進行波達方向估計，布支設估計出的波達方向和上次反饋的 波達方向差值4交大則更新爿f又值。這種方式下也節(jié)省了下4亍發(fā)送中間 導碼的空口資源。
如圖4所示，該波束形成方法包4舌以下步-驟
步吝聚S402，基站周期發(fā)送下4亍幀聽序列。
步驟S404,移動臺根據(jù)發(fā)送的幀聽序列進行波達方向估計。步驟S406,移動臺將結果通過專用反饋信道反々貴給基站，并存儲。
步驟S408，移動臺判斷基站下行信號強度是否不符合要求，如 果是則進入步驟S410，否則進入步驟S412。
步驟S410，移動臺請求基站發(fā)送下行幀聽序列。
步驟S412,移動臺對比估計出的波達方向和存〗諸的波達方向之 間的差值。
步驟S414，判斷是否大于門限值，如果是則進入步驟S416, 否則進入步冬聚S418。
步驟S416，移動臺將結果通過專用反饋信道反々責給基站，并存儲。
步驟S418,基站根據(jù)更新的權值進行波束形成。
通過本發(fā)明，才艮據(jù)用戶位置的變化情況和空口資源情況動態(tài)的 發(fā)送信道幀聽序列和反饋用戶所處波束位置信息，達到了更好的波 束跟蹤和節(jié)省空口帶寬資源效果。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 對于本領域的才支術人員來il,本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何<奮改、等同—#換、改進等， 均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種下行波束形成方法，其特征在于，所述方法包括在需要進行下行波束形成的情況下，基站主動或在移動臺的請求下向所述移動臺發(fā)送下行信道偵聽序列；所述移動臺利用接收到的所述下行信道偵聽序列對各個發(fā)射天線進行波達方向估計以獲得估計值，并根據(jù)所述估計值得到對應發(fā)射天線的權值，通過上行專用反饋信道將所述估計值和所述對應發(fā)射天線的權值反饋給所述基站并保存；所述基站根據(jù)所述對應發(fā)射天線的權值進行下行波束形成；以及重復執(zhí)行以上步驟以進行下行波束形成。
2. 才艮據(jù)權利要求1所述的下4亍波束形成方法，其特征在于，在無 線信道條件變化或所述移動臺進行移動的情況下，所述移動臺 要求所述基站再次發(fā)送下行信道偵聽序列。
3. 才艮據(jù)權利要求2所述的下行波束形成方法，其特征在于，在通 過當前接收到的下行信道偵聽序列估計出的估計值與上一次 估計出的估計值的差值大于預定波達方向差門限的情況下，所 述移動臺向請求所述基站發(fā)送下行信道偵聽序列并才艮據(jù)接收 到的所述下行信道偵聽序列對所述各個發(fā)射天線重新進行波 達方向估計。
4. 根據(jù)權利要求3所述的下行波束形成方法，其特征在于，根據(jù) 所述波束^艮蹤效果和空中4妻口資源確定所述波達方向差門限。
5. 4艮據(jù)權利要求1所述的下行波束形成方法，其特征在于，所述 基站周期性地發(fā)送下行信道偵聽序列到所述移動臺。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的下行波束形成方法，其特征在于， 對于所述基站，所述波達方向為所述移動臺信道的到達方向。
7. 根據(jù)權利要求6所述的下行波束形成方法，其特征在于，所述 專用反々貴信道為物理專用信道或對于物理層透明的高層解析 的信道。
8. 根據(jù)權利要求7所述的下行波束形成方法，其特征在于，所述 方法用于正交頻分多址4妻入系統(tǒng)。
9. 4艮據(jù)權利要求7所述的下4亍波束形成方法，其特征在于，所述 方法用于WiMax系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種下行波束形成方法，該方法包括在需要進行下行波束形成的情況下，基站(BS)主動或在移動臺的請求下向移動臺發(fā)送下行信道偵聽序列；移動臺利用接收到的下行信道偵聽序列對各個發(fā)射天線進行波達方向估計以獲得估計值，并根據(jù)估計值得到對應發(fā)射天線的權值，通過上行專用反饋信道將估計值和對應發(fā)射天線的權值反饋給基站并保存；基站根據(jù)對應發(fā)射天線的權值進行下行波束形成；以及重復執(zhí)行以上步驟以進行下行波束形成。通過本發(fā)明，根據(jù)用戶位置的變化情況和空口資源情況動態(tài)的發(fā)送信道幀聽序列和反饋用戶所處波束位置信息，達到了更好的波束跟蹤和節(jié)省空口帶寬資源效果。
文檔編號H04B7/02GK101494484SQ20081000701
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權日2008年1月24日
發(fā)明者路 趙, 鄭新春, 陽 郭 申請人:中興通訊股份有限公司