[发明专利]确定波束赋形权重矢量的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及确定波束赋形权重矢量的方法及装置。

背景技术

大规模多输入多输出(Massive MIMO，Massive Multiple-Input Multiple-Output)技术可以在不增加系统带宽和能量的情况下提高系统的频谱效率，它利用成百上千根天线同时同频服务很多用户的通信终端。由于其波束极其窄，可以将能量集中对准用户的通信终端，进而成倍提高系统的频谱效率或能效。在发射信号之前，首先需要对信号进行波束赋形。波束赋形是一种基于天线阵列的信号预处理技术，波束赋形通过调整天线阵列中每个阵元的加权系数产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。

现有的波束赋形方法一般为如下两种：

方法一：基于信号泄露(SL，Signal Leakage)的波束赋形方法。该方法的主要思想是：对于每一个通信终端来说，寻找一个波束赋形矢量，使得进行波束赋形后，该通信终端的信号能量与该通信终端给其他通信终端带来信号泄露能量和噪声能量总和的比值最大。该方法的优点是在考虑对其他通信终端的干扰下，本通信终端的性能最优，然而在构造波束赋形矢量时需要获得每一个通信终端对应的信道的实时信道状态信息。

方法二：基于空间相关性(SC，Spatial Correlation)的波束赋形方法。该方法的主要思想是：利用基站的天线到移动终端的信道的空间相关信息，寻找一个波束赋形矢量，使得进行波束赋形后，基站到该通信终端的信号能量最大。该方法的优点是在构造波束赋形矢量时不需要获得每个通信终端对应的信道的实时信道状态信息，然而其性能较差。

在频分双工(FDD)通信系统中，由于缺乏信道的互易性，获取信道状态信息的方式是下行发送导频信号，通过通信终端进行信道状态信息估计，然后上行反馈信道状态信息。对于使用Massive MIMO技术的FDD通信系统，当天线规模很大时，下行导频和上行反馈的开销将难以承受。因此，方法一在使用Massive MIMO技术的FDD通信系统中应用将给该系统带来无法承受的系统开销。而方法二在使用Massive MIMO技术的FDD通信系统中应用，将使得该系统的性能处于比较低的水平。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种确定波束赋形权重矢量的方法及装置，以在不给使用Massive MIMO技术的FDD通信系统带来过多系统开销的基础上，使系统的性能处于比较高的水平。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种确定波束赋形权重矢量的方法，应用于使用大规模多输入多输出技术的频分双工FDD通信系统的基站中，所述基站通过N个天线与第一通信终端通信连接，所述方法包括：

计算基于空间相关矩阵的第一通信终端的波束赋形权重矢量

从所述N个天线中选取M个天线，M和N均为正整数且M<N，使用所述M个天线向所述第一通信终端发送未携带有所述的导频信号；使用所述N个天线向所述第一通信终端发送一个携带有所述的导频信号；

接收所述第一通信终端反馈的导频信号接收所述第一通信终端反馈的与所述M个天线对应的信道状态信息其中，所述是由所述第一通信终端根据接收的未携带有所述的导频信号进行信道估计得到的，所述导频信号为经过信道后的携带有所述的导频信号；

基于所述计算得到基于信号泄露的所述第一通信终端的波束赋形权重矢量

通过公式

计算相位参数ω，其中，为在所述M个天线中每一个天线相对应的权重分量组成的波束赋形权重矢量，且满足其中，i为中权重分量的序号，为所述M个天线所对应的序号的集合，为所述N个天线所对应的序号的集合；和分别为矢量和的第i个权重分量；和分别表示复数和的相位；

通过公式

计算得到基于空间相关矩阵和信号泄露的所述第一通信终端的波束赋形权重矢量为的集合；其中，和分别为所述和所述的二范数，e^jω为复相位。

可选的，所述计算基于空间相关矩阵的第一通信终端的波束赋形权重矢量包括：

通过公式

计算得到基于空间相关矩阵的第一通信终端的波束赋形权重矢量其中，表示矩阵R的最大特征值对应的特征矢量，矩阵R是所述第一通信终端的空间相关矩阵，矩阵R的权重分量的定义如下：