一种波束赋形方法

摘要

本发明提供了一种波束赋形方法，包括：UE在每个上行数据子帧发送DMRS并周期性进行SRS的发送；eNodeB按照所述SRS的发送周期接收SRS信号进行信道估计，并利用该信道估计结果计算并保存最新的自相关矩阵Rxx；eNodeB在每个上行子帧接收UE的DMRS信号进行信道估计，并利用该信道估计结果采用GOB算法计算并保存最新的瞬时波束赋形矢量w；在进行下行波束赋形时，利用所述最新的自相关矩阵Rxx和所述最新的瞬时波束赋形矢量w计算下行波束赋形权系数WBF＝Rxx*w，并按照该下行波束赋形权系数对下行调度的数据进行波束赋形。

权利要求

1.一种波束赋形方法，其特征在于，该方法包括：

UE在每个上行数据子帧发送DMRS，并周期性进行SRS的发送；

eNodeB按照所述SRS的发送周期接收SRS信号进行信道估计，并利用该信道估计结果计算并保存最新的自相关矩阵Rxx；

eNodeB在每个上行数据子帧接收UE的DMRS信号进行信道估计，并利用该信道估计结果计算并保存最新的瞬时波束赋形矢量w；

在进行下行波束赋形时，利用所述最新的自相关矩阵Rxx和所述最新的瞬时波束赋形矢量w计算下行波束赋形权系数WBF＝Rxx*w，并按照该下行波束赋形权系数对下行调度的数据进行波束赋形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算并保存最新的瞬时波束赋形矢量w为：采用GOB算法计算所述最新的瞬时波束赋形矢量w。

说明书

一种波束赋形方法

技术领域

[0001] 本发明涉及通信系统中的数据发送技术，特别涉及一种波束赋形方法。

背景技术

[0002] LTE TDD系统中的波束赋形传输方案利用了TDD系统上下行链路的互易性，通过对上行SRS的信道估计计算下行传输时的赋形向量。这样一来，波束赋形性能就直接受到信道互易性好坏的影响。

[0003] 影响上下行链路互易性的因素主要包括：

[0004] 1.SRS周期较长，上行信道的估计无法快速适应下行信道的变化

[0005] 3GPP协议规定的SRS发送周期可以为{2，5，10，20，40，80，160，320}ms，但是考虑到信道的时变性和UE移动速度等因素，SRS周期太长会严重破坏上下行信道的互易性，从而造成波束赋形性能的恶化，具体仿真结果如图1所示。

[0006] 2.SRS侦听带宽与下行资源分配不对称

[0007] 根据3GPP协议的规定，SRS侦听带宽可以是宽带的也可以是窄带的，如表1针对20MHz(100RB)系统带宽时，最大SRS侦听带宽为96RB，最小为4RB。在资源有限的情况下，小区内的UE不可能都发送宽带的SRS。这样就很容易出现SRS侦听频带和下行资源分配的频段的不对称性。

[0008]

[0009] 表1

[0010] 对于上面提出的两个问题，如果采用波束赋形传输方案，必须采用上下行信道互易性的增强技术。

[0011] 在现有的解决方案中，专利CN200710175220.8提出来瞬时信道和长期统计信道的概念，其具体操作方法为：根据导频信号估计出上行信道信息，计算瞬时信道状态Hf及根据长期信道统计特性估计的下行信道信息He，并确定He、Hf之间的权重系数α，从而确定下行信道为Hd＝(1-α)He+αHf。该方法增强了上下行信道的互易性，但是其应用的导频为SRS，且需要满足SRS侦听频带和下行资源分配保持一致的前提条件。

[0012] 专利CN200510009643.3通过引入频率校准矩阵解决FDD系统上下行链路的频偏问题。利用频率校准矩阵处理上行信道协方差矩阵从而得到下行信道的协方差矩阵，可以直接技术波束赋形系数。该发明可以用来解决SRS侦听频带和下行资源分配不对称造成的频偏问题，但是没有考虑SRS周期较长造成的上下行信道互易性的恶化问题。

发明内容

[0013] 本发明提供了一种波束赋形方法，能够解决SRS周期较长造成的上下行信道互易性恶化的问题。

[0014] 为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

[0015] 一种波束赋形方法，包括：

[0016] UE在每个上行数据子帧发送DMRS，并周期性进行SRS的发送；

[0017] eNodeB按照所述SRS的发送周期接收SRS信号进行信道估计，并利用该信道估计结果计算并保存最新的自相关矩阵Rxx；

[0018] eNodeB在每个上行数据子帧接收UE的DMRS信号进行信道估计，并利用该信道估计结果计算并保存最新的瞬时波束赋形矢量w；

[0019] 在进行下行波束赋形时，利用所述最新的自相关矩阵Rxx和所述最新的瞬时波束赋形矢量w计算下行波束赋形权系数，并按照该下行波束赋形权系数对下行调度的数据进行波束赋形。

[0020] 较佳地，所述计算并保存最新的瞬时波束赋形矢量w为：采用GOB算法计算所述最新的瞬时波束赋形矢量w。

[0021] 较佳地，所述计算下行波束赋形系数为：WBF＝Rxx*w。

[0022] 由上述技术方案可见，本发明中，一方面，eNodeB利用周期性接收的SRS信号进行信道估计，计算并保存信道的自相关矩阵，作为long-term CSI；另一方面，eNodeB利用周期性接收的DMRS信号进行信道估计，将估计结果作为short-term CSI，并利用该short-term CSI计算并保存瞬时波束赋形矢量；再结合上述long-term CSI和short-term CSI，计算下行波束赋形权系数WBF＝Rxx*w，利用该下行波束赋形权系数进行下行调度数据的波束赋形。这样，利用long-term CSI和short-term CSI相结合的方式计算下行波束赋形权系数，能够解决SRS周期较长造成的上下行信道互易性恶化的问题。进一步地，在计算瞬时波束赋形矢量时可以采用GOB算法，从而解决上下行资源不对称造成的频偏问题。

附图说明

[0023] 图1为现有波束赋形方法中不同SRS发送周期对应波束赋形性能比较示意图；

[0024] 图2为本发明中波束赋形方法的具体流程图；

[0025] 图3为不同上下行频差下仅采用GOB算法进行波束赋形后信噪比与误码率的关系示意图；

[0026] 图4为不同上下行频差下采用本发明的波束赋形方法进行波束赋形后信噪比与误码率的关系示意图；

[0027] 图5为现有的波束赋形方法与本发明的波束赋形方法的性能比较示意图一；

[0028] 图6为现有的波束赋形方法与本发明的波束赋形方法的性能比较示意图二；

[0029] 图7为现有的波束赋形方法与本发明的波束赋形方法的性能比较示意图三；

[0030] 图8为现有的波束赋形方法与本发明的波束赋形方法的性能比较示意图四。

具体实施方式

[0031] 为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

[0032] 本发明的基本思想是：针对SRS发送周期较长的问题，利用DMRS估计short-term的上行信道，用SRS信道估计的结果，作为long-term CSI，再在进行波束赋形时，结合short-term的上行信道和long-term CSI来确定当前的波束赋形权系数，从而解决SRS周期较长造成的上下行信道互易性恶化的问题；进一步地，针对上下行资源不对称造成的频偏问题，利用GOB算法根据short-term的上行信道计算瞬时赋形矢量w。

[0033] 下面通过具体实施例说明本发明的具体实现。

[0034] 图2为本发明中波束赋形方法的具体流程图，如图所示，该方法包括：

[0035] 步骤201，UE在每个上行数据子帧发送DMRS，并周期性进行SRS的发送。

[0036] 其中，SRS和DMRS均为现有的信号。DMRS在UE每次上行调度时都发送，因此，当SRS发送周期较长时，在SRS周期的间隔内，UE会相对频繁地发送DMRS，因此可以利用该DMRS更新上行信道。

[0037] 步骤202，eNodeB按照SRS的发送周期接收SRS信号进行信道估计，并利用该信道估计结果计算并保存最新的自相关矩阵Rxx。

[0038] 本步骤中，在每次SRS的发送周期到来时刻，eNodeB接收SRS信号收并进行上行信道估计，利用该信道估计结果计算该信道的自相关矩阵，并始终保存当前最新的自相关矩阵。该自相关矩阵反应了长期的上行信道统计特性，即long-term CSI。

[0039] 具体本步骤中的具体处理方式与现有技术相同，这里就不再赘述。

[0040] 步骤203，eNodeB在每个上行数据子帧接收UE的DMRS信号进行信道估计，并利用该信道估计结果计算并保存最新的瞬时波束赋形矢量w。

[0041] 本步骤中，UE在每次上行子帧都发送DMRS，eNodeB接收DMRS信号收并进行上行信道估计。由于DMRS的发送较频繁，因此由该信号估计得到的信道反应的是上行信道的瞬时特性，即short-term CSI。

[0042] 对于short-term CSI的DMRS，其发送频带可能和下行资源分配不一致，优选地，本实施例采用GOB算法解决这一问题。相对于CN200510009643.3给出的频率校准算法而言，两者利用的基本原理都是无线传播路径在一定频带内保持DOA不变的特性。具体地，通过采用Wirless Insite软件仿真不同频率的无线传输路径及DOA，可以得到表2所示的结果。

[0043]

[0044] 表2

[0045] 由表2的数据可以看出，频率对无线传播路径没有影响，不同频点的DOA是一样的。虽然不同频点的各径传播功率不同，但是主径在仿真的100MHz带宽内保持不变。因此，可以利用上行信道的DOA信息进行下行信道的波束赋形，即使上下行信道频率有偏移。

[0046] 基于上述分析，本步骤中，优选地，在每次根据DMRS信号得到上行信道估计结果后，根据GOB算法利用上行信道估计结果计算瞬时波束赋形矢量w，并始终保存当前最新的瞬时波束赋形矢量。其中，根据接收的DMRS进行信道估计、根据GOB算法计算波束赋形矢量的具体方式与现有方式相同，这里就不再赘述。

[0047] 另外，由于DMRS和SRS的发送周期不同，因此上述步骤202和203并非固定的执行顺序，而是可能穿插进行的。通常地，DMRS发送较频繁，因此，在SRS的周期内，可能需要多次进行DMRS信号的接收、信道估计和瞬时波束赋形矢量的计算和更新。一般地，在UE的每个上行数据子帧都需要进行本步骤的处理，这样在下行赋形时就利用了最近一次上行信道的瞬时赋形系数。

[0048] 步骤204，在进行下行波束赋形时，利用最新的自相关矩阵Rxx和最新的瞬时波束赋形矢量w计算下行波束赋形权系数WBF＝Rxx*w。

[0049] 通过前两个步骤的处理，得到上行信道的long-term CSI和short-term CSI，本步骤中，在进行下行波束赋形时，根据该两项内容计算当前的下行波束赋形权系数。具体地，下行波束赋形权系数为：WBF＝Rxx*w。其中，Rxx为eNodeB保存的当前最新的自相关矩阵，w为eNodeB保存的当前最新的瞬时波束赋形矢量。

[0050] 在计算下行波束赋形权系数的过程中，相对于CN200510009643.3，本发明不需要修正信道自相关矩阵后再进行特征值分解等运算，因此实现复杂度大大降低。

[0051] 步骤205，按照步骤204计算得到的下行波束赋形权系数对下行调度的数据进行波束赋形。

[0052] 由于在前述处理过程中，一方面通过GOB算法进行了频偏校准，另一方面通过long-term CSI+short-term CSI克服了SRS长周期造成的信道互易性恶化，因此，利用该下行波束赋形权系数进行下行波束赋形时，既可以解决SRS周期较长的问题，也可以解决上下行频带不对称的问题。

[0053] 本步骤的具体处理与现有方式相同，这里就不再赘述。

[0054] 至此，本发明中的波束赋形方法流程结束。本发明的上述方法不仅适用于SRS周期较长的场景下，也同样适用于传统的应用场景。即当SRS周期小于信道相关时间时，如果UE发送了窄带的SRS，同样可以采用上述本发明的方法进行上下行信道互易性的增强，从而获得性能增益。

[0055] 下面，给出本发明的波束赋形方法与现有波束赋形方法间的性能仿真比较。其中仿真参数如表3所示。

[0056]参数名称 取值
天线配置 8x2
UE天线间距 0.5λ
eNB天线间距 0.5λ
天线极化方式 BS cross polarization，UE co-polarization
载波频率 2.6GHz
系统带宽 20MHz
CP类型 Normal CP
调制方式 QPSK
下行信道估计 LS
SRS信道估计 LS
均衡算法 MMSE
编码方式 Turbo
信道模型 SCME
通信场景 Urban Micro
UE移动速度 3km/h

[0057] 表3

[0058] 在仿真中我们设置了两个参数SFoffset和Tsrs，其中SFoffset代表上下行子帧的偏移，仿真时设置为5ms，也就是说DMRS的更新周期为10ms；Tsrs为SRS周期，该周期大于DMRS的周期。

[0059] 首先，通过仿真结果说明上下行频差对于波束赋形性能的影响。图3为不同上下行频差下仅采用GOB算法进行波束赋形后信噪比与误码率的关系示意图。其中，上下行频差为上行DMRS的频带资源和下行调度频带间的频差。仿真中固定下行资源分配的PRB索引为50，而仿真结果中的不同曲线代表上行DMRS对应的不同PRB索引。由图3可见，上下行频差会对波束赋形性能造成不小的影响。

[0060] 接下来，采用本发明的波束赋形方法再进行一次仿真，仿真结果如图4所示。可以看出，通过利用SRS相关矩阵Rxx对DMRS计算的w进行修正后，不仅波束赋形性能显著提高，而且减小了由于频差造成的性能差异。

[0061] 最后，通过仿真不同SFoffset和Tsrs参数时波束赋形不同处理方法的性能，来验证本发明的有效性。具体仿真结果如图5、6、7、8所示。其中，传统方法表示只利用SRS的信道估计进行波束赋形；DMRS-GOB表示只利用基于DMRS的GOB算法进行波束赋形。由图5、6、7、8所示的仿真结果可以看出，在SRS发送周期较长的情况下，利用本发明的算法，可-1
以较传统算法获得2～3dB的性能增益(BLER＝10 )。

[0062] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。