[发明专利]LTE中的三维波束赋形方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是一种LTE(Long Term Evolution，长期演进)中的三维波束赋形方法。

背景技术

波束赋形技术被广泛应用于无线通信系统中，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰，提高系统容量。现有的波束赋形技术仅能通过控制水平天线阵元的波束赋形权值来实现波束在水平方向上跟随目标用户移动，可以看成二维空间的跟踪。在垂直方向上的赋形权值是固定值，即垂直方向上波束固定，因此无法实现在垂直方向上跟踪用户。而在实际的系统中，不同位置用户在垂直方向上的信道信息是有差异的，在垂直方向上采用固定的赋形取值的方法会带来波束赋形增益的损失，因此有必要研究同时进行水平和垂直方向上的波束赋形方法，使得波束在三维空间上跟踪目标用户。

目前，LTE提案中提出了在垂直方向上采用固定下倾角的方案，即对小区内每一个用户在垂直方向上提供固定的波束。这种方案相当于固定垂直方向上的赋形权值，使得垂直方向上的波束变得细窄，在一定程度上可以减小对邻小区的干扰，提高系统吞吐量。

采用固定下倾角的方案，虽然在一定程度上可以提高小区的吞吐量，但由于此技术对小区内所有用户采用同样的下倾角，使得天线的辐射方向图主瓣只能对准小区内某一个方向的用户，而其他偏离主瓣的用户的接收功率会降低，从而使得这部分用户的业务体验受到影响。另外，垂直方向上提供固定波束的方法，使得相邻小区之间在垂直方向上很难实现波束调度和干扰协调，对进一步降低邻小区之间的干扰带来障碍。

缩略语和关键术语定义

2D  2dimensional2维

3D  3dimensional3维

LTE Long Term Evolution长期演进

DFT Discrete Fourier Transformation离散傅立叶变化

ISD Inter-Site Distance小区间距

CDF Cumulative Distribution Function累积分布函数

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有方法的不足，提出一种LTE中的三维(3D)波束赋形方法。

一种LTE中的三维波束赋形方法，包括以下步骤：

步骤1，基站端采用阵列天线结构，并且垂直方向上的每一个天线接一个可用于波束赋形的端口，实现各天线阵元的赋形权值均可调，用矩阵W_n×m表示赋形权值矩阵，其中n表示天线阵列的行数，m表示天线阵列的列数，接收端采用k根接收天线；

步骤2，终端在接收到信号后，进行3D信道估计，得到3维3D信道矩阵H_n×m×k，其中H_n×m×k(i，j，l)，i∈1，2，...，n，j∈1，2，...，m，l∈1，2，...，k表示第l个接收天线和天线阵列中第i行、第j列个天线之间的信道，H_n×m×k(:，:，l)，l∈1，2，...，k表示第l个接收天线和发射天线阵列之间的大小为n×m的信道矩阵；

根据3维3D信道矩阵H_n×m×k选择水平维和垂直维预编码矩阵，水平维和垂直维均使用DFT码本，码本形式分别如下列公式：

Codebook_H为水平预编码码本，Codebook_V为垂直维预编码码本，N表示DFT码本的列数；

预编码矩阵的选择方案分为采用天线分组和不采用天线分组两种，天线不分组时，进行步骤2a)；天线分组时，进行步骤2b)；

步骤2a)，天线不分组时，在3维3D信道H_n×m×k中，取出每一根接收天线对应的大小为n×m的信道矩阵的第i行行向量H_n×m×k(i，:，l)，l∈1，2，...，k，其中i从1，2，...，n中随机选取，构成大小为k×m的水平预编码选择矩阵H_h，即