專利名稱：一種多用戶波束成形的方法和基站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸入多輸出(MIM0)無線移動通信系統(tǒng)，尤其涉及智能 天線波束成形技術(shù)，具體地說，涉及一種多用戶波束成形的方法和基站。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(MIMO:Multiple Input and Multiple Output)系統(tǒng)由 于能夠有效提高信道容量而成為LTE的研究中倍受人們關(guān)注的技術(shù)。在多用戶MIM0模式中，可以通過設(shè)計合適的發(fā)射天線和接收天線的權(quán)值矢量來 設(shè)計賦形波束的方向，區(qū)分多用戶的信號，去除用戶間干擾。波束成形的方法通過用戶所在方位來區(qū)分用戶，從而可以實現(xiàn)多個用戶復(fù)用相同 的時間、頻率資源。對于小天線間距(0.5a)情況有利于控制波束指向，更加適合于應(yīng)用波 束成形(beamforming)技術(shù)。波束成形技術(shù)主要是通過控制波束方向來進(jìn)行工作的，比較適合用于空曠的郊區(qū) 場景。波束成形可以獲得明顯的波束能量增益，可以擴(kuò)大小區(qū)的覆蓋。在多用戶MIM0模式中，可以通過設(shè)計合適的發(fā)射天線和接收天線的權(quán)值矢量來 設(shè)計賦形波束的方向，控制波束圖的具體形狀，可以在期望方向形成主瓣和干擾方向形成 零陷，從而區(qū)分多用戶的信號，去除用戶間干擾。波束賦形技術(shù)能夠擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍，提高鏈路可靠性，提高峰值速率，增加系統(tǒng) 容量，MU-BF可以獲得多用戶復(fù)用增益，從而提高小區(qū)的吞吐量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種多用戶波束成形的方法和基站。本發(fā)明公開了一種多用戶波束成形方法，基站根據(jù)用戶設(shè)備所在方位控制發(fā)射機(jī) 天線的波束成形，包括所述基站估計每一個所述用戶設(shè)備的上行接收權(quán)值，并根據(jù)所述上行接收權(quán)值轉(zhuǎn) 換得到下行發(fā)送權(quán)值，再由下行發(fā)送權(quán)值計算得到用戶所在的方位角；所述基站根據(jù)所述用戶所在的方位角，把滿足約束條件的用戶配對組成用戶組；根據(jù)零陷展寬算法，所述計算所述用戶組內(nèi)每個用戶的生成波束權(quán)值；所述基站進(jìn)行正交化計算，使得所述用戶組內(nèi)每個用戶的生成波束權(quán)值互相正 交，得到最終的波束成型發(fā)射權(quán)值。上行接收權(quán)值與下行發(fā)送權(quán)值的轉(zhuǎn)換過程包括估計上行權(quán)值=廣2^'(' .其中，d為線性陣列陣元間距，c為波速，fu為 上行載波頻率，e為波達(dá)方向角；計算下行波束相位角么」其中，fd為下行載波頻率，cK.i是第i陣元上的
J “ ,
權(quán)值對應(yīng)的相位角；下行波束方向角誤差補(bǔ)償，對每個陣元的上行權(quán)值估計相位進(jìn)行士2kJi修正；從 參考陣元一開始修正，k = 0 ；修正值的符號選取與陣元2的相位符號一致；每當(dāng)&的符號從 修正值的符號跳變到相反的符號一次，k值加1 ；
形成下行權(quán)值
o每個用戶的生成波束權(quán)值，在自己的發(fā)散角方向形成主瓣，在其它用戶的發(fā)散角 方向生成寬零陷。本發(fā)明還公開了一種多用戶波束成形基站，根據(jù)用戶設(shè)備所在方位控制發(fā)射機(jī)天 線的波束成形，包括信號接收模塊，信號發(fā)送模塊和發(fā)射天線；還包括上行與下行權(quán)值轉(zhuǎn)換模塊，從所述信號接收模塊估計獲得每一個所述用戶設(shè)備的 上行接收權(quán)值，并根據(jù)所述上行接收權(quán)值轉(zhuǎn)換得到下行發(fā)送權(quán)值，計算得到用戶所在的方 位角；權(quán)值計算模塊，把滿足約束條件的用戶配對組成用戶組；根據(jù)零陷展寬算法計算 所述用戶組內(nèi)每個用戶的生成波束權(quán)值；再進(jìn)行正交化計算，使得所述用戶組內(nèi)每個用戶 的生成波束權(quán)值互相正交，得到最終的波束成型發(fā)射權(quán)值；所述信號發(fā)送模塊每個用戶的數(shù)據(jù)流與對應(yīng)的所述最終的波束成型發(fā)射權(quán)值相 乘，并通過所述天線進(jìn)行發(fā)送。所述上行與下行權(quán)值轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換過程包括估計上行權(quán)值=ei2^cfAi-X)smmd為線性陣列陣元間距，c為波速，fu為
，
上行載波頻率，e為波達(dá)方向角；
f計算下行波束方向角么其中，fd為下行載波頻率，是第i陣元上的 權(quán)值對應(yīng)的相位角；下行波束方向角誤差補(bǔ)償，對每個陣元的上行權(quán)值估計相位進(jìn)行士2kJi修正；從 參考陣元一開始修正，k = 0 ；修正值的符號選取與陣元2的相位符號一致；每當(dāng)&的符號從 修正值的符號跳變到相反的符號一次，k值加1 ；形成下行權(quán)值乂」=
o本發(fā)明公開的一種多用戶波束成形的方法和基站，利用多天線技術(shù)，根據(jù)上行接 收權(quán)值計算下行發(fā)射權(quán)值，使多用戶同時同頻復(fù)用系統(tǒng)資源。利用波束零陷展寬技術(shù)和權(quán) 值正交化技術(shù)，配合幾種用戶配對約束條件，使得多個用戶可以利用相同的時、頻、碼資源。


圖1是基于上下行權(quán)值轉(zhuǎn)換和零陷展寬的多用戶波束成形發(fā)射機(jī)原理框圖。圖2是基于上下行權(quán)值轉(zhuǎn)換和零陷展寬的多用戶波束成形方法流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示是基于上下行權(quán)值轉(zhuǎn)換和零陷展寬的多用戶波束成形發(fā)射機(jī)原理框 圖，用戶1、用戶2以及其他用戶的數(shù)據(jù)流接收進(jìn)入對應(yīng)的信道編碼器中，經(jīng)過MOD調(diào)制后進(jìn) 入調(diào)度模塊；擴(kuò)散角D0A、信道質(zhì)量CQI和反饋RI (Rank Index)經(jīng)過用戶配對限制確定配 對的用戶組，再使用零陷展寬方法得到每個用戶的波束權(quán)值，對波束權(quán)值正交處理后，加入 調(diào)度模塊，從調(diào)度模塊輸出再與對應(yīng)的DRS1、DRS2...相加，經(jīng)過波束成形天線發(fā)射出去。附圖2是基于上下行權(quán)值轉(zhuǎn)換和零陷展寬的多用戶波束成形發(fā)射機(jī)流程框圖，描述了具體實施步驟，包括第一步基站BS獲得每一個用戶設(shè)備UE的上行信道狀態(tài)信息，得到上行接收權(quán) 值，根據(jù)上行接收權(quán)值，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，得到下行發(fā)送權(quán)值，由下行發(fā)送權(quán)值得到用戶所在的方 位角。上行與下行權(quán)值的轉(zhuǎn)換過程的子步驟如下+第一子步，估計上行權(quán)值=.上行權(quán)值是通過上行的Sounding
Reference Signal (SRS導(dǎo)頻)進(jìn)行估計得到的，這個權(quán)值用來接收上行信號，加載在基站 側(cè)的天線端。其中，d為線性陣列陣元間距，c為波速，fu為上行載波頻率，e為波達(dá)方向 角；第二子步，計算下行波束相位角九，,ctui和分別是上行和下行權(quán) 今 人’ ，
值矢量的第i個元素(復(fù)數(shù))所對應(yīng)的相位角。也就是第i陣元上的權(quán)值元素(復(fù)數(shù))對
應(yīng)的相位角，其中，fd為下行載波頻率，6&是第i陣元上的權(quán)值元素(復(fù)數(shù))對應(yīng)的相位
角；令第三子步，進(jìn)行下行波束方向角誤差分析。下行權(quán)值Wd, i的相位 L 土2與&有誤差±2令^方向圖的指向偏差隨D0A越大而越大；
JuJuJuJ" ,令第四子步，下行波束相位角誤差補(bǔ)償，對每個陣元的上行權(quán)值估計相位進(jìn)行 士2kJi修正；從參考陣元一開始修正，k = 0 ；修正值的符號選取與陣元2的相位符號一致； 每當(dāng)i的符號從修正值的符號跳變到相反的符號一次，k值加1 ；+第五子步，形成下行權(quán)值= elhj。第二步進(jìn)行用戶配對，滿足約束條件的用戶確定配對的用戶組。約束條件比如說 兩個用戶方位角之差需要大于30度才能進(jìn)行配對，等。這里不做詳細(xì)描述。第三步根據(jù)零陷展寬算法，組內(nèi)每個用戶生成波束權(quán)值；這里的波束權(quán)值與下 行權(quán)值是相同意思，不過這里產(chǎn)生的權(quán)值還不是最終所使用的。某用戶的權(quán)值所對應(yīng)的波 束具有如下性質(zhì)在用戶自己的發(fā)散角(D0A)方向形成主瓣，在組內(nèi)其它用戶D0A方向生成 寬零陷。以降低用戶間干擾。第四步對組內(nèi)多個用戶的發(fā)射權(quán)值進(jìn)行正交化，正交化以后得到的權(quán)值就是最 終所使用的發(fā)射權(quán)值了。用戶間權(quán)值互相正交，得到最終的波束成型beamforming發(fā)射權(quán)值。第五步BS將分組中每個UE的數(shù)據(jù)流與相對應(yīng)的波束賦形權(quán)值相乘，并通過天線 進(jìn)行發(fā)送，完成下行賦形過程。
權(quán)利要求
一種多用戶波束成形方法，基站根據(jù)用戶設(shè)備所在方位控制發(fā)射機(jī)天線的波束成形，其特征在于，包括所述基站估計每一個所述用戶設(shè)備的上行接收權(quán)值，并根據(jù)所述上行接收權(quán)值轉(zhuǎn)換得到下行發(fā)送權(quán)值，再由下行發(fā)送權(quán)值計算得到用戶所在的方位角；所述基站根據(jù)所述用戶所在的方位角，把滿足約束條件的用戶配對組成用戶組；根據(jù)零陷展寬算法，所述計算所述用戶組內(nèi)每個用戶的生成波束權(quán)值；所述基站進(jìn)行正交化計算，使得所述用戶組內(nèi)每個用戶的生成波束權(quán)值互相正交，得到最終的波束成型發(fā)射權(quán)值。
2.如權(quán)1所述的多用戶波束成形方法，其特征在于，上行接收權(quán)值與下行發(fā)送權(quán)值的 轉(zhuǎn)換過程包括估計上行權(quán)值,=廣2^^ \其中，d為線性陣列陣元間距，c為波速，fu為上行 載波頻率，e為波達(dá)方向角；計算下行波束相位角=、也"其中，fd為下行載波頻率，是第i陣元上的權(quán)值 對應(yīng)的相位角；下行波束方向角誤差補(bǔ)償，對每個陣元的上行權(quán)值估計相位進(jìn)行士2kJi修正；從參考 陣元一開始修正，k = 0 ；修正值的符號選取與陣元2的相位符號一致；每當(dāng)&的符號從修正 值的符號跳變到相反的符號一次，k值加1 ；形成下行權(quán)值o
3.如權(quán)1所述的多用戶波束成形方法，其特征在于，每個用戶的生成波束權(quán)值，在自己 的發(fā)散角方向形成主瓣，在其它用戶的發(fā)散角方向生成寬零陷。
4.一種多用戶波束成形基站，根據(jù)用戶設(shè)備所在方位控制發(fā)射機(jī)天線的波束成形，包 括信號接收模塊，信號發(fā)送模塊和發(fā)射天線；其特征在于，還包括上行與下行權(quán)值轉(zhuǎn)換模塊，從所述信號接收模塊估計獲得每一個所述用戶設(shè)備的上 行接收權(quán)值，并根據(jù)所述上行接收權(quán)值轉(zhuǎn)換得到下行發(fā)送權(quán)值，計算得到用戶所在的方位 角；權(quán)值計算模塊，把滿足約束條件的用戶配對組成用戶組；根據(jù)零陷展寬算法計算所述 用戶組內(nèi)每個用戶的生成波束權(quán)值；再進(jìn)行正交化計算，使得所述用戶組內(nèi)每個用戶的生 成波束權(quán)值互相正交，得到最終的波束成型發(fā)射權(quán)值；所述信號發(fā)送模塊每個用戶的數(shù)據(jù)流與對應(yīng)的所述最終的波束成型發(fā)射權(quán)值相乘，并 通過所述天線進(jìn)行發(fā)送。
5.如權(quán)4所述的多用戶波束成形基站，其特征在于，所述上行與下行權(quán)值轉(zhuǎn)換模塊的 轉(zhuǎn)換過程包括估計上行權(quán)值w“ 二廣2+"(M)SmW.其中，d為線性陣列陣元間距，c為波速，fu為上行 載波頻率，e為波達(dá)方向角；計算下行波束方向角么其中，fd為下行載波頻率，^ua是第i陣元上的權(quán)值Ju ,對應(yīng)的相位角；下行波束方向角誤差補(bǔ)償，對每個陣元的上行權(quán)值估計相位進(jìn)行士2kJi修正；從參考 陣元一開始修正，k = 0 ；修正值的符號選取與陣元2的相位符號一致；每當(dāng)&的符號從修正 值的符號跳變到相反的符號一次，k值加1 ；形成下行權(quán)值
全文摘要
本發(fā)明涉及多輸入多輸出無線移動通信系統(tǒng)，尤其一種多用戶波束成形的方法和基站，包括基站共計獲得每一個所述用戶設(shè)備的上行接收權(quán)值，并根據(jù)所述上行接收權(quán)值轉(zhuǎn)換得到下行發(fā)送權(quán)值，再由下行發(fā)送權(quán)值計算得到用戶所在的方位角；再把滿足約束條件的用戶配對組成用戶組；然后根據(jù)零陷展寬算法計算所述用戶組內(nèi)每個用戶的生成波束權(quán)值；再通過正交化計算，使得每個用戶的生成波束權(quán)值互相正交，得到最終的波束成型發(fā)射權(quán)值?；靖鶕?jù)用戶設(shè)備所在方位控制發(fā)射機(jī)天線的波束成形。本發(fā)明利用多天線技術(shù)，使多用戶同時同頻復(fù)用系統(tǒng)資源。利用波束零陷展寬技術(shù)和權(quán)值正交化技術(shù)，配合幾種用戶配對約束條件，使得多個用戶利用相同的時、頻、碼資源。
文檔編號H04B7/06GK101924586SQ20091010805
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者郭陽 申請人:中興通訊股份有限公司