專利名稱：一種多天線發(fā)射方法及多天線發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時(shí)分雙工(TDD， Time Division Duplex)的長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE， Long Term Evolution)無線通信系統(tǒng)，具體涉及該系統(tǒng)中的 一種多天線發(fā)射方 法及多天線發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
在LTE無線通信系統(tǒng)中，通常使用線性空域預(yù)編碼(Precoding)技術(shù)來 提高系統(tǒng)的性能。線性空域預(yù)編碼方法是指當(dāng)發(fā)射端存在多根發(fā)射天線時(shí)， 可以通過一個(gè)線性的預(yù)編碼操作將多個(gè)數(shù)據(jù)流映射到多根天線上。假設(shè)天線數(shù) 目為a,數(shù)據(jù)流個(gè)數(shù)為L(zhǎng)，當(dāng)數(shù)據(jù)流數(shù)目為1時(shí)，即將1個(gè)數(shù)據(jù)流映射到a根 天線上時(shí)，這種空域的線性預(yù)編碼又可以看作是傳統(tǒng)的波束賦形方法。其原理 主要在于通過預(yù)編碼使得發(fā)射信號(hào)處于信道矩陣的相應(yīng)正交基上，也就是使得 多個(gè)數(shù)據(jù)流分別在正交的空間子信道中傳輸，降低數(shù)據(jù)流間的相互千擾，從而 提高系統(tǒng)性能。
傳統(tǒng)的下行波束賦形是指基站(NodeB)側(cè)通常利用陣元間距較小的天線 陣列中不同陣元間的信道強(qiáng)相干特性以及電磁波的干涉原理，自適應(yīng)的調(diào)整各 個(gè)陣元的發(fā)射信號(hào)幅度相位等參數(shù)，使得混合發(fā)射信號(hào)在特定終端方向上形成 同相疊加的強(qiáng)波束，增加特定終端的接收信號(hào)功率，同時(shí)減少對(duì)其他用戶的干 擾。例如在現(xiàn)有的TD-SCDMA中所采用的智能天線系統(tǒng)。
預(yù)編碼方法與傳統(tǒng)的波束賦形算法的主要區(qū)別在于，傳統(tǒng)的波束賦形方法 是根據(jù)終端的方向進(jìn)行賦形，從而提高接收端的接收信號(hào)功率，同時(shí)達(dá)到對(duì)其 他接收端的干擾抑制；而預(yù)編碼矩陣一般不是根據(jù)終端的方向進(jìn)行賦形，而是 根據(jù)降低波束間干擾的需求生成，滿足在空間傳遞多個(gè)數(shù)據(jù)流的需求。
頻分雙工(FDD, Frequency Division Duplex)的LTE系統(tǒng)下行多輸入輸 出(MIMO， Mutiple-Input Mutiple-O牟t)方案中，用戶終端(UE )根據(jù)對(duì)下行空間信道特性的估計(jì)生成預(yù)編碼向量，并利用上行控制信道反饋給增強(qiáng)型
基站(eNodeB)側(cè)。只是由于考慮到反饋信息量的問題，LTE協(xié)議中規(guī)定了 2 端口和4端口模式下的反饋權(quán)值列表，為降低反饋的信息量，UE側(cè)實(shí)際反饋 的是對(duì)權(quán)值量化后的索引，eNodeB通過根據(jù)接收到的波束賦形權(quán)值索引在本 地保存的碼本中進(jìn)行映射，確定對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼向量。
在TDDLTE系統(tǒng)中可以沿用FDD模式下的方法，即由UE產(chǎn)生并反饋波 束賦形權(quán)值索引。但是，由于TDD系統(tǒng)的上下行之間是按照時(shí)間劃分的，下 行反饋時(shí)延必然會(huì)大于FDD系統(tǒng)，所以，如果權(quán)值索引是通過UE側(cè)計(jì)算權(quán) 值量化后再反饋到eNodeB側(cè)，則此過程中的量化誤差、反饋所需開銷和反饋 所需時(shí)延都將對(duì)系統(tǒng)的性能帶來不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多天線發(fā)射方法及多天線發(fā)射裝 置，在不需要UE反饋波束賦形權(quán)值索引的情況下，利用TDDLTE無線通信 系統(tǒng)中上、下行信道對(duì)稱性，通過低復(fù)雜度算法實(shí)現(xiàn)了下行多天線發(fā)射。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供方案如下
一種多天線發(fā)射方法，應(yīng)用在時(shí)分雙工的長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)中，包括以下步驟 A，增強(qiáng)型基站通過本基站的M個(gè)天線，接收UE在該UE的連續(xù)N個(gè)上 行時(shí)段內(nèi)采用該UE的N個(gè)天線輪流發(fā)射的上行參考信號(hào)；
B, 根據(jù)上行參考信號(hào)的預(yù)定值和接收到的上行參考信號(hào)，計(jì)算所述N個(gè) 上行時(shí)段各自對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)，并合并得到與所述M個(gè)天線和所述N個(gè)天線 對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣
C, 根據(jù)/Z的秩v確定下行端口的數(shù)目丄，并將所述M個(gè)天線平均分配到 各個(gè)下行端口；
D，從7/中選取與各下行端口所分配的天線有關(guān)的元素，構(gòu)造各下行端口 對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣/4，并計(jì)算各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值w,其中 / = 1，2，..、丄；
E，根據(jù)/4和w,，計(jì)算下行端口間的預(yù)編碼一又值矩陣V;
F，將待發(fā)射數(shù)據(jù)映射為v層的待發(fā)射數(shù)據(jù)，利用預(yù)編碼權(quán)值矩陣V對(duì)各層待發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，得到各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)，并利用各下行端 口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分別對(duì)各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，
得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)；
G,將各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)分天線進(jìn)行正交頻分復(fù)用OFDM調(diào) 制后發(fā)射出去。
上述方法中，所述步驟B中，所述N個(gè)上行時(shí)段各自對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)分 別為、/^,…,/^—/Z-hV.Ar。
上述方法中，所述步驟C中，所述根據(jù)//的秩v確定下行端口的數(shù)目丄 包括如果v-l或2，則Z^v;否則，￡ = 4。
上述方法中，所述步驟C中，進(jìn)一步根據(jù)天線類型和/或天線之間的相關(guān) 性，將所述M個(gè)天線平均分配到各個(gè)下行端口。
上述方法中，所述步驟D中，進(jìn)一步按照基于信噪比最大的賦形權(quán)值算 法，計(jì)算所述波束賦形權(quán)值w,。
上述方法中，所述步驟E具體包括
根據(jù)波束賦形權(quán)值w,和各下行端口對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣,重新構(gòu)造所
有端口的信道估計(jì)矩陣/Zpr—g ，其中，//Prec。ding =[i4.(m^ i/LK)"…《f(mO";
對(duì)H^。—進(jìn)行奇異值分解，將得到的右奇異矩陣作為到所述下行端口間的 預(yù)編碼權(quán)值矩陣V。
上述方法還包括利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分別對(duì)各下行端口 的下行參考信號(hào)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后的下行參考 信號(hào)；并將各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后的下行參考信號(hào)分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制 后發(fā)射出去。
上述方法中，所述步驟D中還包括判斷/7的秩v是否等于1:若是，則 利用下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值對(duì)待發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，將加權(quán)后數(shù) 據(jù)分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制后發(fā)射出去，并結(jié)束流程；否則，執(zhí)行步驟E。
一種多天線發(fā)射裝置，設(shè)置在時(shí)分雙工的長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)中的增強(qiáng)型基站 側(cè)，包括
上行信道估計(jì)單元，用于通過所述基站的M個(gè)天線，接收UE在該UE 的連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段內(nèi)采用該UE的N個(gè)天線輪流發(fā)射的上行參考信號(hào)，并根據(jù)上行參考信號(hào)的預(yù)定值和接收到的上行參考信號(hào)，計(jì)算所述N個(gè)上行時(shí) 段各自對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)，合并得到與所述M個(gè)天線和所述N個(gè)天線對(duì)應(yīng)的信 道估計(jì)矩陣/f;
端口天線映射單元，用于根據(jù)7/的秩v確定下行端口的數(shù)目丄，并將所述 M個(gè)天線平均分配到各個(gè)下行端口 ；
波束賦形計(jì)算單元，用于從H中選取與各下行端口所分配的天線有關(guān)的 元素，構(gòu)造各下行端口對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣/^，并計(jì)算各下行端口內(nèi)的波束 賦形權(quán)值w,，其中/二l,2，…,丄；
預(yù)編碼矩陣計(jì)算單元，用于根據(jù)/4和vv計(jì)算下行端口間的預(yù)編碼權(quán)值 矩陣V;
分層映射單元，用于將待發(fā)射數(shù)據(jù)映射為v層的待發(fā)射數(shù)據(jù)；
預(yù)編碼單元，用于利用預(yù)編碼權(quán)值矩陣V對(duì)各層待發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼， 得到各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)；
波束賦形單元，用于利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分別對(duì)各下行端 口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)；
OFDM調(diào)制單元，將各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)分天線進(jìn)行OFDM調(diào) 制后發(fā)射出去。
上述裝置中，所述端口天線映射單元，進(jìn)一步用于在v:l或2,設(shè)置下 行端口的數(shù)目L-v;在v為其它值時(shí)，設(shè)置下行端口的數(shù)目L = 4。
上述裝置中，所述預(yù)編碼矩陣計(jì)算單元，進(jìn)一步用于根據(jù)波束賦形權(quán)值w, 和各下行端口對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣/4 ，重新構(gòu)造所有端口的信道估計(jì)矩陣
Precothng;對(duì)/Z一d呵進(jìn)行奇異值
分解，將得到的右奇異矩陣作為到所述下行端口間的預(yù)編碼權(quán)值矩陣v。
上述裝置中，所述波束賦形單元，還用于利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán) 值，分別對(duì)各下行端口的下行參考信號(hào)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到各下行端口對(duì)
應(yīng)的加權(quán)后下行參考信號(hào)；
所述OFDM調(diào)制單元，還用于將各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后的下行參考信 號(hào)分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制后發(fā)射出去。
從以上所述可以看出，本發(fā)明提供的一種多天線發(fā)射方法及多天線發(fā)射裝置，利用TDD系統(tǒng)中上下行信道對(duì)稱性的特點(diǎn)，在保證系統(tǒng)性能的同時(shí)，避 免了利用下行反饋從而降低了系統(tǒng)負(fù)載，同時(shí)避免了碼本映射帶來的系統(tǒng)性能 的損失。并且，本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有UE采用單天線發(fā)射的情況，通過UE采用多 天線輪流發(fā)射的方式，在保證了上下行信道對(duì)稱性的同時(shí)，不增加UE設(shè)備復(fù) 雜度。本發(fā)明通過在TDDLTE系統(tǒng)中自適應(yīng)分配天線映射關(guān)系，利用預(yù)編碼 和波束賦形的優(yōu)點(diǎn)，有效提高下行接收功率，從而提高了系統(tǒng)性能。最后，本 發(fā)明在未增加參考信號(hào)數(shù)目的情況下實(shí)現(xiàn)了多天線下行MIMO方案，并且可 根據(jù)信道情況自適應(yīng)的調(diào)整端口和天線間的映射關(guān)系，同時(shí)應(yīng)用下行端口內(nèi)波 束賦形和下行端口間預(yù)編碼方案，非常利于工程實(shí)現(xiàn)。


圖1為L(zhǎng)TETDD的幀結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述實(shí)現(xiàn)下行多天線發(fā)射的方法的流程圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中一種下行端口和天線之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中另 一種下行端口和天線之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中又一種下行端口和天線之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中eNodeB側(cè)的多天線發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的核心思想在于利用TDD系統(tǒng)特性，在上、下行信道互易性存 在的情況下，eNodeB側(cè)完全可以利用對(duì)上行空間信道特性的估計(jì)值自適應(yīng)配 置天線和端口間的映射關(guān)系，直接生成端口間下行預(yù)編碼權(quán)值和端口內(nèi)的波束 賦形權(quán)值，從而能夠避免UE側(cè)計(jì)算權(quán)值量化后再反饋造成的系統(tǒng)時(shí)延、開銷 損失以及量化誤差對(duì)性能所帶來的影響，并引入波束賦形，從而提高系統(tǒng)的性 能。以下結(jié)合附圖通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
首先介紹LTE TDD的幀結(jié)構(gòu)。根據(jù)第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP )TS 36.211 V8丄0協(xié)議，TDD LTE系統(tǒng)中的幀結(jié)構(gòu)如圖1所示，在這種幀結(jié)構(gòu)中， 一個(gè) 10ms的無線幀被分成兩個(gè)半幀，每個(gè)半幀分成IO個(gè)長(zhǎng)度為0.5ms的時(shí)隙(編 碼從0到9 ),兩個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)長(zhǎng)度為lms的子幀， 一個(gè)半幀中包含5個(gè)子幀(編碼從0到4)。子幀1包括3個(gè)特殊時(shí)隙下行導(dǎo)頻時(shí)隙(DwPTS,Downlink Pilot Time Slot )、保護(hù)間P鬲(GP )和上行導(dǎo)頻時(shí)隙(UpPTS ， Uplink Pilot Time Slot)。在上述幀結(jié)構(gòu)的第一個(gè)半幀中，子幀O和DwPTS總是用于下行傳輸， 子幀2和UpPTS總是用于給上行傳輸，其它子幀可以根據(jù)具體環(huán)境配置為上、 下行傳輸。根據(jù)具體環(huán)境，上述幀結(jié)構(gòu)的第二個(gè)半幀可以與第一個(gè)子幀配置相 同，也可以將該第二個(gè)半幀的最后3個(gè)子幀都配置為用于下行傳輸。
本文中引入上行時(shí)段的概念。所述上行時(shí)段是根據(jù)3GPP協(xié)議定義的用于 上行傳輸?shù)臅r(shí)間周期，具體的可以是上述幀結(jié)構(gòu)中每一個(gè)用于上行傳輸?shù)淖?幀，還可以是上行導(dǎo)頻時(shí)隙UpPTS。在TDD系統(tǒng)中，UE在分配給自己的用 于上行傳輸?shù)淖訋约癠pPTS的時(shí)間段中發(fā)射信號(hào)。對(duì)于UE來說，該UE 的連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段是指在這N個(gè)上行時(shí)段之間不存在其它的用于該UE上 行傳輸?shù)淖訋约癠pPTS。這里，在這連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段之間可敘存在用于 下行傳輸?shù)淖訋駾wPTS。
請(qǐng)參照?qǐng)D2,本實(shí)施例所述的在TDD LTE無線通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)下行多天 線發(fā)射的方法，具體包括以下步驟
步驟21, UE在該UE的連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段內(nèi)采用該UE的N個(gè)天線輪流 發(fā)射上行參考信號(hào)?？紤]到UE的設(shè)備復(fù)雜度等問題，本實(shí)施例的LTE系統(tǒng)中 UE端在每一個(gè)上行時(shí)段內(nèi)選擇一根天線進(jìn)行發(fā)射，接收時(shí)采用所有天線同時(shí) 接收。為了能夠保證TDD系統(tǒng)中上下行信道的對(duì)稱性，因此，這里要求UE 在其連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段內(nèi)對(duì)其N根發(fā)射天線采取輪流發(fā)射的方法。
步驟22， LTE系統(tǒng)中的eNodeB通過本eNodeB的M個(gè)天線接收UE發(fā)射 的參考信號(hào)，根據(jù)已知參考信號(hào)的預(yù)定值和接收到的參考信號(hào)，計(jì)算當(dāng)前上行 時(shí)段對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)。這里，具體的信道估計(jì)算法可以利用現(xiàn)有技術(shù)中的各種 已有的信道估計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算，例如最小平方(LS， Least Square)和最小均 方誤差(MMSE， Minimum Mean Square Error)算法等。其中，以LS算法為 例，假設(shè)已知參考信號(hào)為^,,接收到的參考信號(hào)為&,則此時(shí)信道估計(jì)^可 由公式(1)得到
(1)步驟23，假設(shè)當(dāng)前為第N個(gè)上行時(shí)段，將當(dāng)前上行時(shí)段之前接收到的連 續(xù)(N-l)個(gè)上行時(shí)段各自對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)a, …，~—,與當(dāng)前上行時(shí)段的 信道估計(jì)~合并得到與所有天線對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣// = ^1/ 2...~]7'。這里，所
大小為7VxM。
步驟24,計(jì)算得到/f的秩，如下式所示
v = ra/ A:(//) ( 2 )
其中v即為信道估計(jì)矩陣Z/的秩，同時(shí)也表示發(fā)射數(shù)據(jù)的層數(shù)；根據(jù)t;的 大小選擇下行端口數(shù)目丄，有如下計(jì)算準(zhǔn)則
i， v = i
2， v = 2 ( 3 )
4， e/se
即如果v-l或2，則丄-v;否則，￡ = 4。
將所述M個(gè)天線平均分配到各個(gè)下行端口 ， 4艮據(jù)Z的數(shù)目，可以得到每 個(gè)下行端口內(nèi)的天線數(shù)目尺=竿。這里，具體將哪個(gè)天線配置到同一下行端口，
可以根據(jù)天線類型和/或天線之間的相關(guān)性進(jìn)行配置。
例如，以eNodeB側(cè)的天線數(shù)目M = 8為例，根據(jù)不同的信道秩有如圖3 ~ 圖5所示的三種天線與端口的具體配置方式。其中，圖3中，丄=1，《=8,所 有8個(gè)天線都配置到該下行端口 0;圖4中，丄=2，《=4,每4個(gè)天線配置到一 個(gè)下行端口；而圖5中，￡=4，《=2，每2個(gè)天線配置到一個(gè)下行端口。這里， 通常M都配置為4的整數(shù)倍。當(dāng)天線數(shù)目M為其他值時(shí)可依此類推得到。
步驟25，根據(jù)信道估計(jì)矩陣// = ^/^入]7,分別得到各個(gè)下行端口內(nèi)所 有天線對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)值，重新構(gòu)造成各下行端口對(duì)應(yīng)的矩陣為 //"，/ = 1,2, ,￡，其大小為7Vx《。具體的，從Z/中選取與各下行端口所分配的 天線有關(guān)的元素，構(gòu)造各下行端口對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣/4,。根據(jù)/4.，計(jì)算 得到各個(gè)下行端口對(duì)應(yīng)的信道相關(guān)矩陣為
分別對(duì)￡個(gè)信道相關(guān)矩陣i ',計(jì)算得到各下行端口內(nèi)所有天線的波束賦形 權(quán)值^,/ = 1,2，...,￡,基于信噪比最大的賦形權(quán)值計(jì)算準(zhǔn)則如下<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，表示vv,的共軛轉(zhuǎn)置，Rw表示噪聲的信道相關(guān)矩陣，波束賦形 斥又值w,的大小為《xl;
步驟26,當(dāng)信道估計(jì)矩陣/Z的秩vM時(shí)，需要計(jì)算下行端口間的預(yù)編碼
權(quán)值矩陣V。根據(jù)信道估計(jì)矩陣// = ^/^.入『，利用各個(gè)下行端口計(jì)算得到賦 形權(quán)值w,，hl,2，…,Z,分別與各個(gè)端口的信道估計(jì)值/4，,"l,2，…,Z相乘，重新 構(gòu)造端口的信道估計(jì)矩陣/^?！?=[/4(w,f /4,—2)"…/4(mOw]，其大小為
對(duì)Z/pree。一按照下式進(jìn)行奇異值分解，可得
4—=匿" (4) 其中，得到的右奇異矩陣酉陣V即為下行端口間的預(yù)編碼權(quán)值矩陣V， V 的大小為Zxv，然后進(jìn)入步驟27;
當(dāng)信道估計(jì)矩陣的秩"l時(shí)，則利用下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值對(duì)待發(fā)射 數(shù)據(jù)直接進(jìn)行波束賦形加權(quán)，然后，將加權(quán)后數(shù)據(jù)分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制后 發(fā)射出去，并結(jié)束流程。
步驟27,將待發(fā)射數(shù)據(jù)映射為v層的待發(fā)射數(shù)據(jù)，利用預(yù)編碼權(quán)值矩陣V 對(duì)各層待發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，得到各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)，再利用各下 行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分別對(duì)各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)進(jìn)行波束賦形加 權(quán)，得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)。
例如，假設(shè)某時(shí)刻物理下行鏈路共享信道(PDSCH， Physical Downlink Shared Channel)發(fā)射數(shù)據(jù)為《，大小為vxl， v為發(fā)射數(shù)據(jù)層數(shù)；其所對(duì)應(yīng)端 口間預(yù)編碼權(quán)值矩陣為R，大小為丄xv,其中^^1,2,.,.，S表示UE帶寬內(nèi)不同 的子載波序號(hào)，則預(yù)編碼后數(shù)據(jù)為
(7)
A的大小為丄xl,分別對(duì)應(yīng)Z個(gè)下行端口的發(fā)射數(shù)據(jù)。然后再分別將每個(gè) 下行端口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到每個(gè)下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù) 為
心(8);c;大小為Kxl。其中，w"表示第/個(gè)下行端口的子載波s的波束賦形權(quán)值， 其大小為尺xl; (，,^表示^,的共軛；&(/)表示第/個(gè)下行端口的子載波s上的
數(shù)據(jù)，其大小是ixi。則x^[x;x，…^]T表示經(jīng)過預(yù)編碼和波束賦形加權(quán)后各子
載波上所有天線的數(shù)據(jù)，大小為Mxl。
對(duì)于各下行端口的下行參考信號(hào)，也是利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值 進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到加權(quán)后的下行參考信號(hào)。
步驟28，將加權(quán)后數(shù)據(jù)分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制，即針對(duì)各個(gè)天線分別進(jìn)
行OFDM調(diào)制。其中第w個(gè)天線的發(fā)射端下行發(fā)射數(shù)據(jù)為
<formula>formula see original document page 13</formula>
最后，對(duì)該發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行加循環(huán)前綴(CP, Cyclic Prefix)等操作后進(jìn)行 下行發(fā)射。
對(duì)于下行參考信號(hào)，同樣的也是將經(jīng)波束賦形加權(quán)后的下行參考信號(hào)分天 線進(jìn)行OFDM調(diào)制后發(fā)射出去。具體的可以是，將加權(quán)后數(shù)據(jù)和加權(quán)后的下 行參考信號(hào)合并為一路信號(hào)，然后進(jìn)行串并轉(zhuǎn)化得到多路并行信號(hào)；對(duì)該多路
并行信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉反變換IFFT和加CP處理后，通過天線發(fā)射出去。 從以上所述可以看出，本實(shí)施例所述多天線發(fā)射方法，同已有FDDLTE
系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)下行MIMO的方法相比，本實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)
1 )根據(jù)現(xiàn)有UE采用單天線發(fā)射的情況，在未增加UE設(shè)備復(fù)雜度的基
礎(chǔ)上通過多天線輪流發(fā)射方式保證了上下行信道對(duì)稱性，利于工程實(shí)現(xiàn)；
2) 充分利用了 TDD系統(tǒng)本身的上下行信道對(duì)稱特性。在保證預(yù)編碼性能 的同時(shí)，避免了利用下行反饋，從而降低了系統(tǒng)反饋負(fù)荷，并且避免了碼本映 射帶來的系統(tǒng)性能的損失。
3) 實(shí)現(xiàn)了多天線情況下的下行發(fā)射方案。在TDDLTE系統(tǒng)中自適應(yīng)分配 天線映射關(guān)系，利用預(yù)編碼和波束賦形的優(yōu)點(diǎn)，有效提高下行接收功率，提高 了系統(tǒng)性能。
4 )本實(shí)施例在未增加參考信號(hào)數(shù)目的情況下實(shí)現(xiàn)了多天線下行MIMO方 案，并且可根據(jù)信道情況自適應(yīng)的調(diào)整端口和天線間的映射關(guān)系，同時(shí)應(yīng)用下 行端口內(nèi)波束賦形和下行端口間預(yù)編碼方案，非常利于工程實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)上述多天線發(fā)射方法，本實(shí)施例還提供了 一種在LTE TDD幀結(jié)構(gòu) 下實(shí)現(xiàn)MIMO方案的收發(fā)機(jī)系統(tǒng)。本實(shí)施例所述的收發(fā)機(jī)系統(tǒng)在UE側(cè)設(shè)置 有上行發(fā)射單元，用于在該UE的連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段內(nèi)采用該UE的N個(gè)天線 輪流發(fā)射的參考信號(hào)。本實(shí)施例所述的收發(fā)機(jī)系統(tǒng)在增強(qiáng)型基站eNodeB側(cè)設(shè) 置有多天線發(fā)射裝置，如圖6所示，該多天線發(fā)射裝置具體包括
上行信道估計(jì)單元，用于通過所述基站的M個(gè)天線，接收UE在該UE 的連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段內(nèi)采用該UE的N個(gè)天線輪流發(fā)射的參考信號(hào)，并根據(jù) 參考信號(hào)的預(yù)定值和接收到的參考信號(hào)，計(jì)算所述N個(gè)上行時(shí)段各自對(duì)應(yīng)的 信道估計(jì)，合并得到與所述M個(gè)天線和所述N個(gè)天線對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣//;
端口天線映射單元，用于根據(jù)7/的秩v確定下行端口的數(shù)目I,并將所述 M個(gè)天線平均分配到各個(gè)下行端口 ；
波束賦形計(jì)算單元，用于從//中選取與各下行端口所分配的天線有關(guān)的 元素，構(gòu)造各下行端口對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣/f^，并計(jì)算各下行端口內(nèi)的波束 賦形權(quán)值w,,其中"1，2，…,丄；
預(yù)編碼矩陣計(jì)算單元，用于根據(jù)/4和w,，計(jì)算下行端口間的預(yù)編碼權(quán)值 矩陣V;
分層映射單元，用于將待發(fā)射數(shù)據(jù)映射為v層的待發(fā)射數(shù)據(jù)；
預(yù)編碼單元，用于利用預(yù)編碼權(quán)值矩陣V對(duì)各層待發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼， 得到各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)；
波束賦形單元，用于利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分別對(duì)各下行端 口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)；
OFDM調(diào)制單元，將各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)分天線進(jìn)行OFDM調(diào) 制后發(fā)射出去。
這里，所述端口天線映射單元，還可以進(jìn)一步用于在v= 1或2，設(shè)置下 行端口的數(shù)目Z^v;在v為其它值時(shí)，設(shè)置下行端口的數(shù)目丄=4。
這里，所述預(yù)編碼矩陣計(jì)算單元，進(jìn)一步用于根據(jù)波束賦形權(quán)值w,和各下 行端口對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣/4.，還可以重新構(gòu)造所有端口的信道估計(jì)矩陣
^rec。d呵，其中，H—細(xì)[《(W,f …/^(WJ"];對(duì)^ec。麵進(jìn)行奇異值
分解，將得到的右奇異矩陣作為到所述下行端口間的預(yù)編碼權(quán)值矩陣v。這里，所述波束賦形單元，還用于利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分 別對(duì)各下行端口的下行參考信號(hào)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加
權(quán)后下行參考信號(hào)；所述OFDM調(diào)制單元，還可以進(jìn)一步用于將加權(quán)后的下 行參考信號(hào)分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制后發(fā)射出去。具體的，可以是通過MUX 單元將加權(quán)后數(shù)據(jù)和各下行端口的加權(quán)后的下行參考信號(hào)相加合并成一路信 號(hào)，然后進(jìn)行串并轉(zhuǎn)化得到多路并行信號(hào)；對(duì)該多路并行信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉 反變換IFFT和加CP處理后，通過天線發(fā)射出去。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述多天線發(fā)射方法及多天線發(fā)射裝置，利用 TDD LTE無線通信系統(tǒng)中上下行信道對(duì)稱性，不采取UE閉環(huán)反饋波束賦形 權(quán)值索引的情況下實(shí)現(xiàn)了多天線發(fā)射。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同 替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求 范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種多天線發(fā)射方法，應(yīng)用在時(shí)分雙工的長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)中，其特征在于，包括以下步驟A，增強(qiáng)型基站通過本基站的M個(gè)天線，接收UE在該UE的連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段內(nèi)采用該UE的N個(gè)天線輪流發(fā)射的上行參考信號(hào)；B，根據(jù)上行參考信號(hào)的預(yù)定值和各個(gè)上行時(shí)段接收到的上行參考信號(hào)，分別計(jì)算所述N個(gè)上行時(shí)段各自對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)，并合并得到與所述M個(gè)天線和所述N個(gè)天線對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣H；C，根據(jù)H的秩v確定下行端口的數(shù)目L，并將所述M個(gè)天線平均分配到各個(gè)下行端口；D，從H中選取與各下行端口所分配的天線有關(guān)的元素，構(gòu)造各下行端口對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣HBFl，并計(jì)算各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值wl，其中l(wèi)＝1，2，…，L；E，根據(jù)HBFl和wl，計(jì)算下行端口間的預(yù)編碼權(quán)值矩陣V；F，將待發(fā)射數(shù)據(jù)映射為v層的待發(fā)射數(shù)據(jù)，利用預(yù)編碼權(quán)值矩陣V對(duì)各層待發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，得到各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)，并利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分別對(duì)各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)；G，將各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)分天線進(jìn)行正交頻分復(fù)用OFDM調(diào)制后發(fā)射出去。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，在所述N個(gè) 上行時(shí)段各自對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)分別為V&,...，/^， 時(shí)，所述信道估計(jì)矩陣
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中，所述根據(jù)// 的秩v確定下行端口的數(shù)目丄包括如果v-l或2，則Z-v;否則，丄=4。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中，進(jìn)一步根據(jù) 天線類型和/或天線之間的相關(guān)性，將所述M個(gè)天線平均分配到各個(gè)下行端口 。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟D中，進(jìn)一步基于信噪比最大的賦形權(quán)值算法，計(jì)算所述波束賦形權(quán)值w,。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟E具體包括 根據(jù)波束賦形權(quán)值w,和各下行端口對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣/4.，重新構(gòu)造所有下行端口的信道估計(jì)矩陣//p_d,ng,其中，對(duì)H吣。^進(jìn)行奇異值分解，將得到的右奇異矩陣作為到所述下行端口間的 預(yù)編碼權(quán)值矩陣V。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分別對(duì)各下行端口的下行參考信號(hào)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后的下行參考信號(hào)；并將各下行 端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后的下行參考信號(hào)分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制后發(fā)射出去。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟D中還包括判斷 //的秩v是否等于l:若是，則利用下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值對(duì)待發(fā)射數(shù)據(jù) 進(jìn)行波束賦形加權(quán)，并將加權(quán)后數(shù)據(jù)分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制后發(fā)射出去，并 結(jié)束流程；否則，執(zhí)行步驟E。
9. 一種多天線發(fā)射裝置，設(shè)置在時(shí)分雙工的長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)中的增強(qiáng)型基 站側(cè)，其特征在于，包括上行信道估計(jì)單元，用于通過所述基站的M個(gè)天線，接收UE在該UE 的連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段內(nèi)采用該UE的N個(gè)天線輪流發(fā)射的上行參考信號(hào)，并 根據(jù)上行參考信號(hào)的預(yù)定值和各上行時(shí)段接收到的上行參考信號(hào)，分別計(jì)算所 述N個(gè)上行時(shí)段各自對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)，合并得到與所述M個(gè)天線和所述N個(gè) 天線對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣//;端口天線映射單元，用于根據(jù)/Z的秩v確定下行端口的數(shù)目Z,并將所述 M個(gè)天線平均分配到各個(gè)下行端口 ；波束賦形計(jì)算單元，用于從//中選取與各下行端口所分配的天線有關(guān)的 元素，構(gòu)造各下行端口對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣/4.,并計(jì)算各下行端口內(nèi)的波束 賦形權(quán)值w,，其中hl,2,…,丄；預(yù)編碼矩陣計(jì)算單元，用于根據(jù)/4和w,，計(jì)算下行端口間的預(yù)編碼權(quán)值 矩陣V;分層映射單元，用于將待發(fā)射數(shù)據(jù)映射為v層的待發(fā)射數(shù)據(jù)；得到各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)；波束賦形單元，用于利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分別對(duì)各下行端口的預(yù)編碼后數(shù)據(jù)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后數(shù)據(jù)；OFDM調(diào)制單元，將各下ff端口對(duì)應(yīng)的加一又后凄t據(jù)分天線進(jìn)行OFDM調(diào) 制后發(fā)射出去。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述端口天線映射單元，進(jìn)一步用于在v-l或2，設(shè)置下行端口的數(shù)目丄 =v;在v為其它值時(shí)，設(shè)置下行端口的數(shù)目丄=4。
11. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)編碼矩陣計(jì)算單元，進(jìn)一步用于根據(jù)波束賦形權(quán)值w,和各下行端口 對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣/4 ，重新構(gòu)造所有端口的信道估計(jì)矩陣//PreMdi。g ，其中， ^,一=[《,^)"《,(w2f…《K.f];對(duì)/^一進(jìn)行奇異值分解，將得到的右奇異矩陣作為到所述下行端口間的預(yù)編碼權(quán)值矩陣V。
12. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述波束賦形單元，還用于利用各下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，分別對(duì)各 下行端口的下行參考信號(hào)進(jìn)行波束賦形加權(quán)，得到各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后下行參考信號(hào)；所述OFDM調(diào)制單元，還用于將各下行端口對(duì)應(yīng)的加權(quán)后的下行參考信 號(hào)分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制后發(fā)射出去。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多天線發(fā)射方法及多天線發(fā)射裝置。所述方法包括通過增強(qiáng)型基站的M個(gè)天線，接收UE在該UE的連續(xù)N個(gè)上行時(shí)段內(nèi)采用該UE的N個(gè)天線輪流發(fā)射的上行參考信號(hào)；計(jì)算所述N個(gè)上行時(shí)段各自對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)，并合并得到與所述M個(gè)天線和所述N個(gè)天線對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)矩陣H；確定下行端口與天線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)下行端口間的預(yù)編碼權(quán)值矩陣和下行端口內(nèi)的波束賦形權(quán)值，對(duì)待發(fā)射各層數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，分天線進(jìn)行OFDM調(diào)制后發(fā)射出去。本發(fā)明所述方法及裝置，利用了TDD LTE無線通信系統(tǒng)中上、下行信道對(duì)稱性，在不需要UE反饋波束賦形權(quán)值索引的情況下，通過低復(fù)雜度算法實(shí)現(xiàn)了下行多天線發(fā)射。
文檔編號(hào)H04B7/06GK101615937SQ200810115789
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
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