本申請(qǐng)涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及波束賦形方法、裝置及基站。

背景技術(shù)：

天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒介(通常是自由空間)中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。天線是在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。

天線包括二維天線和三維天線，對(duì)于二維天線而言，其包括雙極化天線陣列和同向天線陣列，如圖1(a)所示，為現(xiàn)有技術(shù)中的雙極化天線陣列的示意圖，圖1(b)為現(xiàn)有技術(shù)中的同向天線陣列的示意圖，圖1(c)為現(xiàn)有技術(shù)中的三維天線的示意圖。圖中的M表示天線陣列中天線單元的總行數(shù)，N表示天線陣列中天線單元的總列數(shù)。雙極化天線陣列中每一天線單元是由相互垂直兩個(gè)天線組成，且相互垂直的兩個(gè)天線的仰角不能變化，同向天線陣列中的每一天線單元是由相互平行的兩個(gè)天線組成，由于兩個(gè)天線相互平行，所以在圖1(b)中每一天線單元只能示出一個(gè)天線，三維天線中每一天線單元是由相互垂直的兩個(gè)天線組成，且相互垂直的兩個(gè)天線的仰角β可以發(fā)生變化。

為使得天線能夠最大能量發(fā)射或接收電磁波，需要對(duì)天線發(fā)送或接收的電磁波進(jìn)行波束賦形，波束賦形是指通過調(diào)整天線中各個(gè)天線單元的天線振子的加權(quán)系數(shù)，從而產(chǎn)生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益。

3GPP LTE組織在2012年R12發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)版本中，確定了FD-MIMO(Full Dimension Multi-input and Multi-output，全向多輸入多輸出系統(tǒng))技術(shù)作為未來垂直維度波束賦形重要演進(jìn)方向，為了評(píng)估FD-MIMO使用二維主動(dòng)式天線的實(shí)際性能，3GPP需要確定了3D信道模型的基本結(jié)構(gòu)。FD-MIMO的SI階段的標(biāo)準(zhǔn)化過程從RAN1#72次會(huì)議開始，增設(shè)專題“Study on Elevation Beamforming/Full-Dimension(FD)MIMO for LTE”來討論3D MIMO的建模細(xì)節(jié)，在RAN1#76次會(huì)議基本達(dá)成共識(shí)，到RP-63次全會(huì)中提交初稿，后經(jīng)兩次會(huì)議討論，直至2014年9月的RP-65次全會(huì)中，綜合各大公司意見，正式發(fā)布了Rel-12版本的信道模型標(biāo)準(zhǔn)化文檔3GPP TR 36.873V12.0.0，該協(xié)議規(guī)定了垂直波束賦形需要的信道模型、信道系數(shù)生成方法、測(cè)量環(huán)境以及評(píng)估方案。同時(shí)，在2014年9月份的RP-65會(huì)議上，制定了下一步Rel-13階段對(duì)于FD-MIMO技術(shù)研究目的和研究議題，研究目的在于驗(yàn)證對(duì)于二維天線陣列含有8個(gè)或者更多的發(fā)射單元的多端口性能優(yōu)勢(shì)，其中每個(gè)TXRU(Transceiver radio frequency uni，發(fā)送射頻單元)可以獨(dú)立對(duì)幅度和相位進(jìn)行操作。并在該次全會(huì)確定了Rel-13版本對(duì)FD-MIMO的研究方向，繼續(xù)對(duì)SI階段剩余問題展開討論，重點(diǎn)在對(duì)3D信道模型下的性能進(jìn)行評(píng)估、TXRU虛擬化模型、天線配置、潛在的增強(qiáng)機(jī)制等幾個(gè)方面的內(nèi)容，在2015年6月的RP-68次全會(huì)上正式通過了對(duì)天線校準(zhǔn)方法、評(píng)估場(chǎng)景、三維天線配置等幾個(gè)方面的形成的結(jié)論，修改和添加了3GPP TR36.873協(xié)議中的部分內(nèi)容，在2015年6月的RAN1#81次會(huì)議和RAN#68次全會(huì)上完成了對(duì)3GPP TR36.897標(biāo)準(zhǔn)的修改，該協(xié)議規(guī)定了FD-MIMO的信道模型、TXRU虛擬化模型、天線配置問題、評(píng)估場(chǎng)景、潛在的增強(qiáng)方案對(duì)性能的影響以及部分問題的解決方案、并給出了不同廠家對(duì)FD-MIMO的綜合仿真結(jié)果、不同場(chǎng)景下的仿真假設(shè)等諸多內(nèi)容。至此標(biāo)志著FD-MIMO技術(shù)SI階段的研究工作基本結(jié)束，接下來將開始WI階段的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。

在2016年的6月份，正式發(fā)布了3GPP的R13版本協(xié)議，完成了對(duì)FD-MIMO在參考信號(hào)、反饋碼本結(jié)構(gòu)、CSI過程、CSI測(cè)量及干擾測(cè)量等諸多方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作，對(duì)相關(guān)議題未進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的細(xì)節(jié)在隨后的3GPP R14中進(jìn)行進(jìn)一步的討論。

針對(duì)3D MIMO的信道模型，協(xié)議TS36.873中確定了該模型支持的兩維天線陣列分布，包括雙極化(x-pol)和同向(co-pol)陣列天線。3D天線的表示方式為(M，N，P)，其中，M為3D天線陣列的行數(shù)，N為3D天線陣列的列數(shù)。對(duì)于雙極化天線，總的天線陣列數(shù)目為P*M*N。

目前，各大研究機(jī)構(gòu)在3D天線中常用的FD-MIMO波束賦形方法，仍是基于原先2D MIMO的多用戶預(yù)編碼方法，如MRT(maximum ratio transmission，最大比值合并)、BD(block diagonal，塊對(duì)角化)、SLNR(signal leakage noise ratio，信漏噪比)等方法。但是，由于復(fù)用在3D天線上的用戶較多，MRT方法只關(guān)注單個(gè)用戶的波束方向，會(huì)對(duì)其他用戶產(chǎn)生干擾，其性能不是最優(yōu)；BD的方法需要基站獲知有所用戶的信道信息，并且要對(duì)高維矩陣(對(duì)FD-MIMO，天線數(shù)目至少8以上，目前R14討論的天線端口數(shù)目最大為32)進(jìn)行SVD(single value decomposition奇異陣分解)分解，而當(dāng)前3D天線中的芯片的處理能力和運(yùn)算速度都很難滿足要求，如此高維的計(jì)算復(fù)雜度成為該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的最大制約。SLNR方法，與BD方法類似，都需要對(duì)高維矩陣進(jìn)行乘除運(yùn)算，不易在目前產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)該技術(shù)。

因而，有必要探究一種波束賦形方法，能在現(xiàn)有技術(shù)環(huán)境中，支持FD-MIMO的技術(shù)方案，對(duì)多個(gè)UE進(jìn)行天線分配，以支持新技術(shù)下高維天線下的波束賦形功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種波束賦形方法、裝置及基站，以克服現(xiàn)有技術(shù)中沒有對(duì)三維天線發(fā)送或接收的電磁波進(jìn)行波束賦形的方法的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種波束賦形方法，應(yīng)用于基站，所述基站包括三維天線，所述三維天線被劃分為一個(gè)或多個(gè)天線組，每一所述天線組包括一個(gè)或多個(gè)天線單元，每一所述天線單元包括第一天線和第二天線，所述第一天線和所述第二天線的極化方向相互垂直，對(duì)于每一所述天線組，所述波束賦形方法包括：

確定所述天線組中的目標(biāo)天線單元，所述目標(biāo)天線單元的天線振子的相位與其向目標(biāo)用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)的相位相同；

確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)天線單元的垂直距離d_v和水平距離d_H；

確定所述天線組中的天線單元向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述天線單元的水平夾角和垂直夾角θ；

依據(jù)所述天線組的天線單元的總列數(shù)N_v、所述天線組的天線單元的總行數(shù)N_H、所述天線單元在所述三維天線的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目標(biāo)天線單元在所述三維天線的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距離d_v、所述水平距離d_H、所述水平夾角所述垂直夾角θ，獲得所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，所述加權(quán)系數(shù)使得所述電磁波信號(hào)的相位與所述天線組中各個(gè)天線單元的天線振子的相位相同。

其中，所述依據(jù)所述天線組的天線單元的總列數(shù)N_v、所述天線組的天線單元的總行數(shù)N_H、所述天線單元在所述三維天線的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目標(biāo)天線單元在所述三維天線的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距離d_v、所述水平距離d_H、所述水平夾角所述垂直夾角θ，獲得所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣包括：

為Kronecker乘積；

$w_V=\frac{1}{\sqrt{N_V}}{\[1,\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_{Vi}-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\],\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_V-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T;$

其中，w為所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，1對(duì)應(yīng)所述目標(biāo)天線單元。

其中，將所述三維天線劃分為多個(gè)天線組包括：

將所述三維天線中每第一預(yù)設(shè)數(shù)目個(gè)所述第一天線作為一所述天線組；

將所述三維天線中每所述第一預(yù)設(shè)數(shù)目個(gè)所述第二天線作為一所述天線組。

其中，將所述三維天線劃分為多個(gè)天線組包括：

將每第二預(yù)設(shè)數(shù)目個(gè)所述天線單元作為一所述天線組。

優(yōu)選地，還包括：

確定各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量；

當(dāng)檢測(cè)到各個(gè)所述天線組中的目的天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量大于等于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將所述目的天線組與至少一個(gè)其他天線組進(jìn)行合并，形成新的天線組，并將所述目的天線組與其合并的天線組對(duì)應(yīng)的用戶區(qū)域合并，以便所述新的天線組為合并的用戶區(qū)域進(jìn)行服務(wù)。

其中，所述確定各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量包括：

分別依據(jù)各個(gè)所述天線組的天線單元的信道狀態(tài)信息、各個(gè)所述天線組中各個(gè)天線單元向所述用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)與自身的水平夾角和垂直夾角，確定各個(gè)用戶所屬的用戶區(qū)域；

依據(jù)各個(gè)用戶所屬的用戶區(qū)域，確定各個(gè)所述用戶區(qū)域中用戶的數(shù)量。

其中，對(duì)于每一用戶，所述確定各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量包括：

依據(jù)各個(gè)所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣、各個(gè)所述天線組的各個(gè)天線單元與所述用戶之間的信道系數(shù)矩陣，計(jì)算所述用戶在各個(gè)所述天線組的等效信道模值，并確定出所述等效信道模值的最大值；

將所述最大值對(duì)應(yīng)的天線組，確定為所述用戶所在的天線組，從而確定出各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量。

其中，所述依據(jù)各個(gè)所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣、各個(gè)所述天線組的各個(gè)天線單元與所述用戶之間的信道系數(shù)矩陣，計(jì)算所述用戶在各個(gè)所述天線組的等效信道模值，并確定出所述等效信道模值的最大值包括：

其中Q為所述三維天線中天線組的總個(gè)數(shù)，H為共軛轉(zhuǎn)置，W_i為第i個(gè)天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，h_i為第i個(gè)天線組中所述用戶與第i個(gè)天線組中各個(gè)天線單元的信道系數(shù)矩陣。

一種波束賦形裝置，應(yīng)用于基站，所述基站包括三維天線，所述三維天線被劃分為一個(gè)或多個(gè)天線組，每一所述天線組包括一個(gè)或多個(gè)天線單元，每一所述天線單元包括第一天線和第二天線，所述第一天線和所述第二天線的極化方向相互垂直，對(duì)于每一所述天線組，所述波束賦形裝置包括：

第一確定模塊，用于確定所述天線組中的目標(biāo)天線單元，所述目標(biāo)天線單元的天線振子的相位與向目標(biāo)用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)的相位相同；

第二確定模塊，用于確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)天線單元的垂直距離d_v和水平距離d_H；

第三確定模塊，用于確定所述天線組中的天線單元向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述天線單元的水平夾角和垂直夾角θ；

獲取模塊，用于依據(jù)所述天線組的天線單元的總列數(shù)N_v、所述天線組的天線單元的總行數(shù)N_H、所述天線單元在所述三維天線的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目標(biāo)天線單元在所述三維天線的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距離d_v、所述水平距離d_H、所述水平夾角所述垂直夾角θ，獲得所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，所述加權(quán)系數(shù)使得所述電磁波信號(hào)的相位與所述天線組中各個(gè)天線單元的天線振子的相位相同。

一種基站，包括：

三維天線，所述三維天線被劃分為一個(gè)或多個(gè)天線組，每一所述天線組包括一個(gè)或多個(gè)天線單元，每一所述天線單元包括第一天線和第二天線，所述第一天線和所述第二天線的極化方向相互垂直；

處理器；

用于存儲(chǔ)所述處理器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器；

其中，所述處理器被配置為：對(duì)于每一所述天線組執(zhí)行以下操作：

確定所述天線組中的目標(biāo)天線單元，所述目標(biāo)天線單元的天線振子的相位與向目標(biāo)用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)的相位相同；

確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)天線單元的垂直距離d_v和水平距離d_H；

確定所述天線組中的天線單元向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述天線單元的水平夾角和垂直夾角θ；

依據(jù)所述天線組的天線單元的總列數(shù)N_v、所述天線組的天線單元的總行數(shù)N_H、所述天線單元在所述三維天線的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目標(biāo)天線單元在所述三維天線的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距離d_v、所述水平距離d_H、所述水平夾角所述垂直夾角θ，獲得所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，所述加權(quán)系數(shù)使得所述電磁波信號(hào)的相位與所述天線組中各個(gè)天線單元的天線振子的相位相同。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種波束賦形方法，對(duì)三維天線中進(jìn)行天線組的劃分，且對(duì)于每一天線組確定一目標(biāo)天線單元，將該天線組中其他天線單元的天線振子經(jīng)過加權(quán)系數(shù)后的相位，與目標(biāo)天線單元的天線振子的相位相同，從而達(dá)到了使得天線組的發(fā)送的電磁波的波束能量集中的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1(a)為現(xiàn)有技術(shù)中的雙極化天線陣列的示意圖；

圖1(b)為現(xiàn)有技術(shù)中的同向天線陣列的示意圖；

圖1(c)為現(xiàn)有技術(shù)中的三維天線的示意圖；

圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種波束賦形方法的流程示意圖；

圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種三維天線的同向分組示意圖；

圖4為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種三維天線的另一劃分示意圖；

圖5為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種波束賦形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種基站的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

刪掉的這段請(qǐng)放入背景里面敘述

請(qǐng)參閱圖2，為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種波束賦形方法的流程示意圖，該方法可以應(yīng)用于基站，基站包括三維天線，三維天線可以被劃分為一個(gè)或多個(gè)天線組。每一所述天線組包括一個(gè)或多個(gè)天線單元，每一所述天線單元包括第一天線和第二天線，所述第一天線和所述第二天線的極化方向相互垂直。各個(gè)天線單元中的第一天線屬于同向天線，各個(gè)天線單元中的第二天線屬于同向天線。

如圖3所示，為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種三維天線的同向分組示意圖。

圖3中的三維天線面板中包括16個(gè)天線單元，以此為例進(jìn)行說明，以每4個(gè)相鄰的第一天線為一天線組，共4個(gè)天線組，以4個(gè)相鄰的第二天線為一天線組，共4個(gè)天線組，所以將16個(gè)天線單元?jiǎng)澐譃锳1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1共8個(gè)天線組。

即在將所述三維天線劃分為多個(gè)天線組時(shí)，可以將所述三維天線中每第一預(yù)設(shè)數(shù)目個(gè)所述第一天線作為一所述天線組；將所述三維天線中每所述第一預(yù)設(shè)數(shù)目個(gè)所述第二天線作為一所述天線組。

第一預(yù)設(shè)數(shù)目可以依據(jù)實(shí)際情況而定，例如上述的第一預(yù)設(shè)數(shù)目為4，當(dāng)然各個(gè)天線組包含的天線單元或第一天線或第二天線數(shù)目可以不同，也可以相同，具體可以依據(jù)實(shí)際情況而定。

圖3這種三維天線的同向分組方式可以適用于用戶分布比較集中、信號(hào)方向單一、且穩(wěn)定的應(yīng)用場(chǎng)景，例如中型會(huì)議室。

如圖4所示，為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種三維天線的另一劃分示意圖。

圖4仍以16個(gè)天線單元為例，將相鄰的兩個(gè)天線單元作為一個(gè)天線組，所以將16個(gè)天線單元?jiǎng)澐譃锳2、B2、C2、D2、E2、F2、G2、H2共8個(gè)天線組。

將所述三維天線劃分為多個(gè)天線組包括：將每第二預(yù)設(shè)數(shù)目個(gè)所述天線單元作為一所述天線組。

第二預(yù)設(shè)數(shù)目可以依據(jù)具體情況而定，例如上述的第二預(yù)設(shè)數(shù)目為2。

圖4中可以應(yīng)用于大型密集應(yīng)用場(chǎng)景，例如20層以上的高樓組成的社區(qū)，在這種情況下，用戶分布密集，且有一定的流動(dòng)性，信號(hào)方向不再單一，再采用圖3所示的方式，并不合適。

圖3中各個(gè)天線組中的第一天線和第二天線的數(shù)目都是一樣的，圖4中各個(gè)天線組中的天線單元的數(shù)目也是一樣的，但是在實(shí)際應(yīng)用中，各個(gè)天線組中的第一天線、第二天線或天線單元可以不同，也可以相同，具體可以依據(jù)各個(gè)天線組服務(wù)的用戶數(shù)量有關(guān)，服務(wù)的用戶數(shù)量越多，天線組包括的天線單元、第一天線或第二天線的數(shù)目越多。

對(duì)于上述兩種三維天線的劃分方式，波束賦形的方法相同。

步驟S201：確定所述天線組中的目標(biāo)天線單元，所述目標(biāo)天線單元的天線振子的相位與其向目標(biāo)用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)的相位相同。

各個(gè)天線組服務(wù)于不同用戶區(qū)域的用戶，且各個(gè)天線組僅對(duì)其服務(wù)的用戶區(qū)域內(nèi)的用戶進(jìn)行波束賦形，波束賦形方法可以是上述提到的MRT、BD、SLNR中的任一種，但對(duì)于某一用戶區(qū)域內(nèi)用戶較多的情況，BD、SLNR的計(jì)算復(fù)雜度也隨之增加，此時(shí)可考慮使用改進(jìn)后的MRT方法，尤其對(duì)圖3所示的同向分組的方式，基于MRT的方法能更好的將能量集中在用戶上。因?yàn)檫@種方法同時(shí)考慮了垂直維度和水平維度對(duì)三維天線的影響。本申請(qǐng)實(shí)施例就是對(duì)這種方法的詳細(xì)介紹。

步驟S202：確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)天線單元的垂直距離d_v和水平距離d_H。

當(dāng)為圖3所示的同向分組方式時(shí)，此時(shí)步驟S202具體為：確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)第一天線的垂直距d_v和水平距離d_H(例如天線組A1、B1、C1、D1)；或確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)第二天線的垂直距d_v和水平距離d_H(例如天線組E1、F1、G1、H1)。

當(dāng)為圖4所示的分組方式時(shí)，此時(shí)步驟S202具體為：確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)第一天線的垂直距d_v和水平距離d_H；以及確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)第二天線的垂直距d_v和水平距離d_H。

步驟S203：確定所述天線組中的天線單元向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述天線單元的水平夾角和所述電磁波信號(hào)與所述天線單元的垂直夾角θ。

當(dāng)為圖3所示的同向分組方式時(shí)，此時(shí)步驟S203具體為：確定所述天線組中的第一天線向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述第一天線的水平夾角和垂直夾角θ(例如天線組A1、B1、C1、D1)；或確定所述天線組中的第二天線向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述第二天線的水平夾角和垂直夾角θ(例如天線組E1、F1、G1、H1)。

當(dāng)為圖4所示的分組方式時(shí)，此時(shí)步驟S203具體為：確定所述天線組中的第一天線向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述第一天線的水平夾角和垂直夾角θ；以及確定所述天線組中的第二天線向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述第二天線的水平夾角和垂直夾角θ。

步驟S204：依據(jù)所述天線組的天線單元的總列數(shù)N_v、所述天線組的天線單元的總行數(shù)N_H、所述天線單元在所述三維天線的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目標(biāo)天線單元在所述三維天線的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距離d_v、所述水平距離d_H、所述水平夾角所述垂直夾角θ，獲得所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，所述加權(quán)系數(shù)使得所述電磁波信號(hào)的相位與所述天線組中各個(gè)天線單元的天線振子的相位相同。

其中，N_Hi表示天線單元在三維天線中的水平位置信息，N_vi表示天線單元在三維天線中的垂直位置信息，N_H0表示目標(biāo)天線單元在三維天線中的水平位置信息，N_v0表示目標(biāo)天線單元在三維天線中的垂直位置信息。

具體，可以通過以下公式獲得天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣：

為Kronecker乘積；

$w_V=\frac{1}{\sqrt{N_V}}{\[1,\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_{Vi}-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\],\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_V-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T;$

其中，w為所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，1對(duì)應(yīng)所述目標(biāo)天線單元。

每一個(gè)天線組都有一個(gè)W，以圖3中的天線組D為例，假設(shè)天線組A中的各個(gè)第一天線在三維天線中的位置信息依次為(1,2)、(1,3)、(0,2)、(0,3)，假設(shè)(1,2)位置的第一天線為目標(biāo)天線單元，此時(shí)，天線組D中的W中的W_H和W_V的公式如下：

$w_v=\frac{1}{\sqrt{2}}{\[1,\exp \[-j2{\mathrm{\πd}}_{H}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T$

通過本申請(qǐng)實(shí)施例提供的波束賦形方法，可以使得每個(gè)天線組都與該天線組中的目標(biāo)天線單元的天線振子的相位相同，且利用波束賦形矩陣對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，使整個(gè)波束方向?qū)R集中指向用戶，進(jìn)而增強(qiáng)性能，從而達(dá)到了使得各個(gè)天線組的發(fā)送的電磁波的波束能量集中的目的。

相比于傳統(tǒng)的二維天線的波束賦形方法，本申請(qǐng)實(shí)施例提出的波束賦形方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，且能夠根據(jù)用戶分布場(chǎng)景的不同(例如圖3或圖4應(yīng)用的不同應(yīng)用場(chǎng)景)，對(duì)三維天線進(jìn)行分組，在天線組內(nèi)進(jìn)行波束賦形，解決高維信道下進(jìn)行預(yù)編碼處理時(shí)數(shù)字信號(hào)處理復(fù)雜度高的問題。

可以理解的是，用戶可能會(huì)發(fā)生移動(dòng)，即可能從天線組A服務(wù)的用戶區(qū)域移動(dòng)至天線組B服務(wù)的用戶區(qū)域，當(dāng)某一天線組服務(wù)的用戶數(shù)量大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，可以將該天線組的天線數(shù)目擴(kuò)大，例如與相鄰天線組合并，組成新的天線組，該新的天線組對(duì)合并后的用戶區(qū)域進(jìn)行聯(lián)合服務(wù)，增大合并的用戶區(qū)域內(nèi)的服務(wù)用戶數(shù)目。

如圖4所示，黑色虛線框部分為平均分配的天線資源，32根天線被平均分為8組，即天線組A2、天線組B2、天線組C2、天線組D2、天線組E2、天線組F2、天線組G2、天線組H2，每個(gè)天線組有兩個(gè)雙極化的天線單元組成。若某一用戶區(qū)域臨時(shí)舉辦大型活動(dòng)，人流量瞬間增大，可將其中的幾個(gè)天線組合并，來共同為熱點(diǎn)地區(qū)服務(wù)，假設(shè)天線組A2服務(wù)的用戶區(qū)域的人流量突然增大，如圖中黑色實(shí)線框，將天線組A和天線組B框起來了，即將天線組A和天線組B進(jìn)行合并。

基站可根據(jù)用戶上報(bào)信息來自動(dòng)調(diào)整天線組的分布，具體為：

確定各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量；當(dāng)檢測(cè)到各個(gè)所述天線組中的目的天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量大于等于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將所述目的天線組與至少一個(gè)其他天線組進(jìn)行合并，形成新的天線組，并將所述目的天線組與其合并的天線組對(duì)應(yīng)的用戶區(qū)域合并，以便所述新的天線組為合并的用戶區(qū)域進(jìn)行服務(wù)。

基站在確定各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量時(shí)，有三種實(shí)現(xiàn)方式，下面進(jìn)行具體說明。

第一種實(shí)現(xiàn)方式：

分別依據(jù)各個(gè)所述天線組的天線單元的信道狀態(tài)信息、各個(gè)所述天線組中各個(gè)天線單元向所述用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)與自身的水平夾角和垂直夾角，確定各個(gè)用戶所屬的用戶區(qū)域；依據(jù)各個(gè)用戶所屬的用戶區(qū)域，確定各個(gè)所述用戶區(qū)域中用戶的數(shù)量。

每一個(gè)天線單元中的第一天線和第二天線都有各自的CSI，CSI包括信道質(zhì)量等級(jí)、接收信號(hào)的接收功率，在實(shí)際應(yīng)用中，可以依據(jù)接收信號(hào)的接收功率可以大致的計(jì)算出用戶和基站之間的距離，然后可以依據(jù)向所述用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)與所述天線單元的水平夾角和垂直夾角，確定出用戶的位置。

在上述基礎(chǔ)上，還可以依據(jù)接收用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)與天線單元的水平夾角和垂直夾角，進(jìn)一步確定所述用戶的位置。

第二種實(shí)現(xiàn)方式：

對(duì)于每一用戶，依據(jù)各個(gè)所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣、各個(gè)所述天線組的各個(gè)天線單元與所述用戶之間的信道系數(shù)矩陣，計(jì)算所述用戶在各個(gè)所述天線組的等效信道模值，并確定出所述等效信道模值的最大值。將所述最大值對(duì)應(yīng)的天線組，確定為所述用戶所在的天線組，從而確定出各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量。

具體的，可以依據(jù)公式：其中Q為所述三維天線中天線組的總個(gè)數(shù)，H為共軛轉(zhuǎn)置，W_i為第i個(gè)天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，h_i為第i個(gè)天線組中所述用戶與第i個(gè)天線組中各個(gè)天線單元的信道系數(shù)矩陣。

第三種實(shí)現(xiàn)方式：

先依據(jù)第一種實(shí)現(xiàn)方式，大致確定出用戶的位置，再依據(jù)第二種實(shí)現(xiàn)方式，具體確定出用戶的位置，此時(shí)，第二種實(shí)現(xiàn)方式中，就不需要計(jì)算所有天線組的等效信道模值了，只需要計(jì)算第一種實(shí)現(xiàn)方式中，確定出可能的幾個(gè)天線組的等效信道模值。

請(qǐng)參閱圖5，為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種波束賦形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該波束賦形裝置應(yīng)用于基站，所述基站包括三維天線，所述三維天線被劃分為一個(gè)或多個(gè)天線組，每一所述天線組包括一個(gè)或多個(gè)天線單元，每一所述天線單元包括第一天線和第二天線，所述第一天線和所述第二天線的極化方向相互垂直，對(duì)于每一所述天線組。

如圖3和圖4所示為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的三維天線的兩種不同的分組方式，詳細(xì)請(qǐng)參閱圖3和圖4，在此不再詳細(xì)贅述。

所述加權(quán)系數(shù)獲取裝置包括：第一確定模塊501、第二確定模塊502、第三確定模塊503，以及獲取模塊504，其中：

第一確定模塊501，用于確定所述天線組中的目標(biāo)天線單元，所述目標(biāo)天線單元的天線振子的相位與向目標(biāo)用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)的相位相同。

第二確定模塊502，用于確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)天線單元的垂直距離d_v和水平距離d_H。

第三確定模塊503，用于確定所述天線組中的天線單元向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述天線單元的水平夾角和垂直夾角θ。

獲取模塊504，用于依據(jù)所述天線組的天線單元的總列數(shù)N_v、所述天線組的天線單元的總行數(shù)N_H、所述天線單元在所述三維天線的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目標(biāo)天線單元在所述三維天線的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距離d_v、所述水平距離d_H、所述水平夾角所述垂直夾角θ，獲得所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，所述加權(quán)系數(shù)使得所述電磁波信號(hào)的相位與所述天線組中各個(gè)天線單元的天線振子的相位相同。

獲取模塊504可以包括：獲取單元，用于依據(jù)以下公式計(jì)算出所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣：

為Kronecker乘積；

$w_V=\frac{1}{\sqrt{N_V}}{\[1,\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_{Vi}-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\],\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_V-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T;$

其中，w為所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，1對(duì)應(yīng)所述目標(biāo)天線單元。

可以理解的是，用戶可能會(huì)發(fā)生移動(dòng)，即可能從天線組A服務(wù)的用戶區(qū)域移動(dòng)至天線組B服務(wù)的區(qū)域，當(dāng)某一天線組服務(wù)的用戶數(shù)量大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，可以將該天線組的天線數(shù)目擴(kuò)大，例如與相鄰天線組合并，組成新的天線組，該新的天線組對(duì)合并后的用戶區(qū)域進(jìn)行聯(lián)合服務(wù)，增大合并的用戶區(qū)域內(nèi)的服務(wù)用戶數(shù)目。

如圖4所示，黑色虛線框部分為平均分配的天線資源，32根天線被平均分為8組，即天線組A2、天線組B2、天線組C2、天線組D2、天線組E2、天線組F2、天線組G2、天線組H2，每個(gè)天線組有兩個(gè)雙極化的天線單元組成。若某一用戶區(qū)域臨時(shí)舉辦大型活動(dòng)，人流量瞬間增大，可將其中的幾個(gè)天線組合并，來共同為熱點(diǎn)地區(qū)服務(wù)，假設(shè)天線組A2服務(wù)的用戶區(qū)域的人流量突然增大，如圖中黑色實(shí)線框，將天線組A和天線組B框起來了，即將天線組A和天線組B進(jìn)行合并。

基站可根據(jù)用戶上報(bào)信息來自動(dòng)調(diào)整天線組的分布，具體的：

波束賦形裝置還可以包括：第四確定模塊，用于確定各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量；合并模塊，用于當(dāng)檢測(cè)到各個(gè)所述天線組中的目的天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量大于等于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將所述目的天線組與至少一個(gè)其他天線組進(jìn)行合并，形成新的天線組，并將所述目的天線組與其合并的天線組對(duì)應(yīng)的用戶區(qū)域合并，以便所述新的天線組為合并的用戶區(qū)域進(jìn)行服務(wù)。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供了三種第四確定模塊結(jié)構(gòu)，下面進(jìn)行詳細(xì)說明：

第一種實(shí)現(xiàn)方式：

第四確定模塊包括：第一確定單元，用于分別依據(jù)各個(gè)所述天線組的天線單元的信道狀態(tài)信息、各個(gè)所述天線組中各個(gè)天線單元向所述用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)與自身的水平夾角和垂直夾角，確定各個(gè)用戶所屬的用戶區(qū)域；第二確定單元，用于依據(jù)各個(gè)用戶所屬的用戶區(qū)域，確定各個(gè)所述用戶區(qū)域中用戶的數(shù)量。

第二種實(shí)現(xiàn)方式：

第四確定模塊包括：計(jì)算單元，用于對(duì)于每一用戶，依據(jù)各個(gè)所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣、各個(gè)所述天線組的各個(gè)天線單元與所述用戶之間的信道系數(shù)矩陣，計(jì)算所述用戶在各個(gè)所述天線組的等效信道模值，并確定出所述等效信道模值的最大值。第三確定單元，用于將所述最大值對(duì)應(yīng)的天線組，確定為所述用戶所在的天線組，從而確定出各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量。

具體的，可以依據(jù)公式：其中Q為所述三維天線中天線組的總個(gè)數(shù)，H為共軛轉(zhuǎn)置，W_i為第i個(gè)天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，h_i為第i個(gè)天線組中所述用戶與第i個(gè)天線組中各個(gè)天線單元的信道系數(shù)矩陣。

第三種實(shí)現(xiàn)方式：

先依據(jù)第一種實(shí)現(xiàn)方式，大致確定出用戶的位置，再依據(jù)第二種實(shí)現(xiàn)方式，具體確定出用戶的位置，此時(shí)，第二種實(shí)現(xiàn)方式中，就不需要計(jì)算所有天線組的等效信道模值了，只需要計(jì)算第一種實(shí)現(xiàn)方式中，確定出可能的幾個(gè)天線組的等效信道模值。

請(qǐng)參閱圖6，為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種基站的結(jié)構(gòu)示意圖，該基站包括：三維天線61、處理器62、存儲(chǔ)器63，其中：

處理器62與存儲(chǔ)器63之間通過通信總線64相連。

三維天線61，所述三維天線被劃分為一個(gè)或多個(gè)天線組，每一所述天線組包括一個(gè)或多個(gè)天線單元，每一所述天線單元包括第一天線和第二天線，所述第一天線和所述第二天線的極化方向相互垂直。

存儲(chǔ)器63，用于存儲(chǔ)所述處理器可執(zhí)行指令。

其中，所述處理器62被配置為：對(duì)于每一所述天線組執(zhí)行以下操作：

確定所述天線組中的目標(biāo)天線單元，所述目標(biāo)天線單元的天線振子的相位與向目標(biāo)用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)的相位相同。

確定所述天線組中相鄰的兩個(gè)天線單元的垂直距離d_v和水平距離d_H。

確定所述天線組中的天線單元向所述目標(biāo)用戶發(fā)送電磁波信號(hào)時(shí)，所述電磁波信號(hào)與所述天線單元的水平夾角和垂直夾角θ。

依據(jù)所述天線組的天線單元的總列數(shù)N_v、所述天線組的天線單元的總行數(shù)N_H、所述天線單元在所述三維天線的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目標(biāo)天線單元在所述三維天線的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距離d_v、所述水平距離d_H、所述水平夾角所述垂直夾角θ，獲得所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，所述加權(quán)系數(shù)使得所述電磁波信號(hào)的相位與所述天線組中各個(gè)天線單元的天線振子的相位相同。

可選的，處理器在依據(jù)所述天線組的天線單元的總列數(shù)N_v、所述天線組的天線單元的總行數(shù)N_H、所述天線單元在所述三維天線的位置信息(N_Hi,N_vi)、所述目標(biāo)天線單元在所述三維天線的位置信息(N_H0,N_v0)、所述垂直距離d_v、所述水平距離d_H、所述水平夾角所述垂直夾角θ，獲得所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣時(shí)，具體用于：

為Kronecker乘積；

$w_V=\frac{1}{\sqrt{N_V}}{\[1,\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_{Vi}-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\],\mathrm{...},\exp \[-j2\mathrm{\π}\left|N_V-N_{Vo}\right|d_{V}cos\mathrm{\θ}\]\]}^T;$

其中，w為所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣。

可選的，處理器還可以用于：將所述三維天線中每第一預(yù)設(shè)數(shù)目個(gè)所述第一天線作為一所述天線組；將所述三維天線中每所述第一預(yù)設(shè)數(shù)目個(gè)所述第二天線作為一所述天線組。

可選的，處理器還可以用于：將每第二預(yù)設(shè)數(shù)目個(gè)所述天線單元作為一所述天線組。

可選的，處理器還可以用于：確定各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量；當(dāng)檢測(cè)到各個(gè)所述天線組中的目的天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量大于等于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將所述目的天線組與至少一個(gè)其他天線組進(jìn)行合并，形成新的天線組，并將所述目的天線組與其合并的天線組對(duì)應(yīng)的用戶區(qū)域合并，以便所述新的天線組為合并的用戶區(qū)域進(jìn)行服務(wù)。

可選的，處理器在確定各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量時(shí)，具體用于：分別依據(jù)各個(gè)所述天線組的天線單元的信道狀態(tài)信息、各個(gè)所述天線組中各個(gè)天線單元向所述用戶發(fā)送的電磁波信號(hào)與自身的水平夾角和垂直夾角，確定各個(gè)用戶所屬的用戶區(qū)域；依據(jù)各個(gè)用戶所屬的用戶區(qū)域，確定各個(gè)所述用戶區(qū)域中用戶的數(shù)量。

可選的，對(duì)于每一用戶，處理器在確定各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量時(shí)，具體用于：依據(jù)各個(gè)所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣、各個(gè)所述天線組的各個(gè)天線單元與所述用戶之間的信道系數(shù)矩陣，計(jì)算所述用戶在各個(gè)所述天線組的等效信道模值，并確定出所述等效信道模值的最大值；將所述最大值對(duì)應(yīng)的天線組，確定為所述用戶所在的天線組，從而確定出各個(gè)所述天線組服務(wù)的用戶區(qū)域中的用戶數(shù)量。

可選的，處理器在依據(jù)各個(gè)所述天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣、各個(gè)所述天線組的各個(gè)天線單元與所述用戶之間的信道系數(shù)矩陣，計(jì)算所述用戶在各個(gè)所述天線組的等效信道模值，并確定出所述等效信道模值的最大值時(shí)，具體用于：

其中Q為所述三維天線中天線組的總個(gè)數(shù)，H為共軛轉(zhuǎn)置，W_i為第i個(gè)天線組的加權(quán)系數(shù)矩陣，h_i為第i個(gè)天線組中所述用戶與第i個(gè)天線組中各個(gè)天線單元的信道系數(shù)矩陣。

需要說明的是，本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。