專利名稱：無線通信系統(tǒng)下行反饋多天線發(fā)射方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法及裝置。
3GPP Rel’99的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)確定了碼分多址(CDMA)系統(tǒng)基站(Node B)采用2天線發(fā)射分集技術(shù)，主要利用間距大于10個(gè)載波波長的不同天線發(fā)射的信號經(jīng)歷的衰落是互不相關(guān)的特性，對各個(gè)天線發(fā)射的信號采用最大比合并，增強(qiáng)系統(tǒng)抗多徑衰落的性能。
寬帶碼分多址(WCDMA)系統(tǒng)的寬帶特性使得其更適合有效地利用無線傳輸信道的多徑分集。增加Node B的發(fā)射天線可等效地看作增多傳播多徑數(shù)，使獲得更大的多徑分集增益成為可能。全球多家主要通信公司新近紛紛提出了各自不同的多天線發(fā)射分集技術(shù)。
陣列天線可以提供空間分集增益?；谏舷滦行诺赖目沼蚪y(tǒng)計(jì)特性相同，利用上行估計(jì)的到達(dá)角(DOA)形成下行陣列天線的波束形成技術(shù)也能夠提高無線通信系統(tǒng)的容量，但其獲得的分集增益有限。
多天線閉環(huán)分集陣需要天線單元之間的間距較大(一般大于10倍波長)，因此多天線閉環(huán)分集陣占用的空間較大；多天線閉環(huán)分集陣需要更高的反饋比特，若保持原有反饋速率不變，對于高速移動用戶，則天線的權(quán)更新速度跟不上信道的衰落，此時(shí)性能反而惡化。另外，多天線閉環(huán)分集陣雖然具有抗多徑快衰落效果，但不能提供天線增益和有效地抑制多址干擾信號。
多天線波束分集陣需要用戶設(shè)備(UE)在每個(gè)時(shí)隙中除了要計(jì)算短期快變的權(quán)向量，還需要計(jì)算長期慢變的波束權(quán)向量集，一方面勢必過多的增加了UE的復(fù)雜性，同時(shí)也需要更多的反饋比特用于反饋長期慢變的波束權(quán)向量集，盡管慢變的波束權(quán)向量集采用低的反饋速率。
陣列天線下行波束形成技術(shù)還不成熟。一種具代表性的下行方法是基于上下行信道的統(tǒng)計(jì)特性相同，將上行估計(jì)的DOA用于下行發(fā)射。在頻分雙工(FDD)模式中，上下行工作頻段差異導(dǎo)致需要適當(dāng)?shù)男Ｕ到y(tǒng)，更為重要的是上述方法雖然有空間分集增益，但抗多徑快衰落的效果較差。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特點(diǎn)是，包括基站部分和移動臺部分；基站部分包括下行專用物理信道單元，第二公共導(dǎo)頻信道單元，公共導(dǎo)頻信道的波束加權(quán)單元，復(fù)用求和單元，下行專用物理信道加權(quán)單元，專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻導(dǎo)頻復(fù)用單元，基站的陣列天線單元，多波束權(quán)向量集單元，上行專用物理信道的反饋比特信息單元；每個(gè)時(shí)隙，下行專用物理信道單元的信號輸出到下行專用物理信道加權(quán)單元中，同時(shí)多波束權(quán)向量集單元根據(jù)上行專用控制信道中的反饋比特信息單元的反饋比特確定出下行專用物理信道的發(fā)射權(quán)向量，多波束權(quán)向量集將確定的發(fā)射權(quán)向量輸出到下行專用物理信道加權(quán)單元，經(jīng)下行專用物理信道加權(quán)單元加權(quán)后輸出到專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻復(fù)用單元；每個(gè)相互正交的第二公共導(dǎo)頻信道單元的輸出信號用其相對應(yīng)的波束權(quán)向量加權(quán)；所有加權(quán)后的正交公共導(dǎo)頻信號輸出到復(fù)用求和單元中，復(fù)用求和單元相加合并已加權(quán)的第二公共導(dǎo)頻信號并將合并后的導(dǎo)頻信號輸出到專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻復(fù)用單元；加權(quán)后的專用信道的信號和加權(quán)后的第二公共導(dǎo)頻信道的信號經(jīng)專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻信道復(fù)用單元相加合并后輸出到基站的陣列天線單元進(jìn)行發(fā)射；移動臺部分包括天線單元，信道估計(jì)單元，波束選擇單元，波束量化單元；
移動臺的天線單元接收基站天線發(fā)出的信號，并將接受信號輸出到信道估計(jì)單元；信道估計(jì)單元將估計(jì)的信道響應(yīng)輸出到波束選擇單元；波束選擇單元根據(jù)估計(jì)的信道響應(yīng)選擇一個(gè)波束權(quán)向量；波束選擇單元將確定的權(quán)向量輸出到波束量化單元中；在每個(gè)時(shí)隙中，信道估計(jì)單元利用K個(gè)波束對應(yīng)的正交第二公共導(dǎo)頻和移動臺天線單元的接收信號分別相關(guān)估計(jì)出經(jīng)過每個(gè)波束加權(quán)后的復(fù)合信道響應(yīng)；波束選擇單元根據(jù)信道估計(jì)單元計(jì)算的信道響應(yīng)選擇對應(yīng)能量最大的一個(gè)“最佳”的波束；波束量化單元將波束選擇確定的最佳波束用一定數(shù)量的比特進(jìn)行量化，并通過上行專用控制信道中的反饋比特信息域反饋回基站；基站根據(jù)接收到的上行專用控制信道上的反饋比特從多波束權(quán)向量集中選出下一時(shí)隙下行專用信道的陣列加權(quán)向量，從而組成一個(gè)基站發(fā)射權(quán)向量的閉環(huán)反饋過程。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，所述的多波束權(quán)向量集單元可以為一級波束向量集。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，所述的多波束權(quán)向量集單元可以為兩級波束權(quán)向量集，此時(shí)兩級波束權(quán)向量集順序連接，第二級多波束權(quán)向量集單元的輸出與下行專用信道的陣列加權(quán)向量單元連接。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，所述移動臺的信道估計(jì)單元、波束選擇單元、以及波束量化單元各為一級。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，所述移動臺的信道估計(jì)單元、波束選擇單元、以及波束量化單元各為兩級。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，所述移動臺的信道估計(jì)單元包括一級信道估計(jì)單元、二級信道估計(jì)單元；波束選擇單元包括一級波束選擇單元、二級波束選擇單元；波束量化單元包括一級波束量化單元、二級波束量化單元；天線單元接收基站天線發(fā)出的信號同時(shí)輸出到一級信道估計(jì)單元和二級信道估計(jì)單元；一級波束選擇單元根據(jù)一級波束集對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻分別估計(jì)出每個(gè)一級波束中的復(fù)合信道響應(yīng)，并將所有一級復(fù)合信道響應(yīng)輸出到一級波束選擇單元；一級波束選擇單元利用前述一級復(fù)合信道響應(yīng)選擇出能量最大的一個(gè)一級波束，選出的一級波束分別輸出到二級信道估計(jì)單元和一級波束量化單元；一級波束量化單元將已確定的一級波束用一定數(shù)量的比特量化；二級信道估計(jì)單元根據(jù)已確定的一級波束包含的二級波束對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻分別估計(jì)出每個(gè)二級波束中的復(fù)合信道響應(yīng)，并將所有二級復(fù)合信道響應(yīng)輸出到二級波束選擇單元中；二級波束選擇單元在二級波束權(quán)向量集選擇能量最大的一個(gè)二級波束，選出的二級波束輸出到二級波束量化單元；二級波束量化單元用一定數(shù)量的比特量化確定的二級波束；一級波束量化比特和二級波束量化比特采用適當(dāng)?shù)姆答伕袷酵ㄟ^上行專用控制信道的反饋比特信息域從基站的天線發(fā)回基站。
一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特點(diǎn)是，采用一級波束反饋，包括以下步驟(一)通信的初始階段a、基站適當(dāng)確定K個(gè)波束權(quán)向量和K個(gè)相互正交的第二公共導(dǎo)頻，并且使它們之間滿足一一對應(yīng)關(guān)系；b、在鏈路建立初始階段，基站將選定的波束權(quán)向量集和每個(gè)波束相對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻等信息通過高層信令在廣播信道上對服務(wù)小區(qū)中的所有移動臺發(fā)射；(二)正常通信階段c、每個(gè)時(shí)隙中，基站將K個(gè)第二公共導(dǎo)頻分別用各自對應(yīng)的波束權(quán)向量加權(quán)，加權(quán)后的K個(gè)第二公共導(dǎo)頻用復(fù)用求和模塊合路，合路后的第二公共導(dǎo)頻再與波束加權(quán)后的專用信道的信號通過復(fù)用單元和路；合路后的信號通過基站的陣列天線單元發(fā)射；d、每個(gè)時(shí)隙中，移動臺的信道估計(jì)單元利用K個(gè)波束對應(yīng)的不同第二公共導(dǎo)頻從天線單元的接收信號中采用相關(guān)積累方法估計(jì)出經(jīng)過每個(gè)波束加權(quán)后的復(fù)合信道響應(yīng)；波束選擇單元根據(jù)信道估計(jì)單元得到的復(fù)合信道響應(yīng)選擇確定能量最大的一個(gè)波束，之后波束量化單元將選擇的波束用一定數(shù)量比特量化后通過上行專用物理控制信道的FBI域反饋給基站；e、基站根據(jù)接收到的反饋比特從多波束權(quán)向量集中選出對應(yīng)的波束作為下個(gè)時(shí)隙下行專用信道信號的加權(quán)發(fā)射向量，組成一個(gè)下行專用信道發(fā)射權(quán)閉環(huán)反饋環(huán)。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，每個(gè)波束中的第二公共導(dǎo)頻采用等功率發(fā)射，或采用不等功率發(fā)射。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，選定的K個(gè)波束向量能夠覆蓋整個(gè)小區(qū)，組成多波束權(quán)向量集。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，選定的K個(gè)正交的第二公共導(dǎo)頻，并和K個(gè)波束形成一一對應(yīng)。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，K個(gè)正交的第二公共導(dǎo)頻采用定向加權(quán)的發(fā)射方法。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，移動臺采用第二公共導(dǎo)頻信道作下行相位參考。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，波束權(quán)向量集和每個(gè)波束相對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻等信息由高層信令在鏈路建立初始階段通過廣播信道在整個(gè)小區(qū)內(nèi)發(fā)送。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，基站陣列單元的陣元間距根據(jù)基站的陣列占用空間大小而定。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，基站陣列單元的陣元間距為載波波長的一半。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，所述的步驟d中，波束選擇單元可以選擇能量最大的一個(gè)波束，也可以選擇能量較大的幾個(gè)波束進(jìn)行波束合并。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，所述的一級波束反饋方法需要 個(gè)反饋比特。
一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特點(diǎn)是，采用兩級波束反饋，包括以下步驟(一)通信的初始階段a、基站適當(dāng)確定K個(gè)波束權(quán)向量和K個(gè)相互正交的第二公共導(dǎo)頻，并且使它們之間滿足一一對應(yīng)關(guān)系；b、在鏈路建立初始階段，基站將選定的波束權(quán)向量集和每個(gè)波束相對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻等信息通過高層信令在廣播信道上對服務(wù)小區(qū)中的所有移動臺發(fā)射；(二)正常通信階段c、每個(gè)時(shí)隙中，基站將K個(gè)第二公共導(dǎo)頻分別用各自對應(yīng)的波束權(quán)向量加權(quán)，加權(quán)后的K個(gè)第二公共導(dǎo)頻用復(fù)用求和模塊合路，合路后的第二公共導(dǎo)頻再與波束加權(quán)后的專用信道的信號通過復(fù)用單元和路；合路后的信號通過基站的陣列天線單元發(fā)射；
d、每個(gè)時(shí)隙中，移動臺的一級信道估計(jì)單元用一級波束集中的第二公共導(dǎo)頻相關(guān)積累計(jì)算出J個(gè)一級波束的復(fù)合信道響應(yīng)；一級波束選擇單元根據(jù)估計(jì)的一級復(fù)合信道響應(yīng)選擇能量最大的一個(gè)一級波束，并用一定數(shù)量的比特量化；根據(jù)一級波束選擇單元確定的一級波束，二級波束選擇單元用已確定一級波束包含的二級波束所對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻相關(guān)積累計(jì)算出Q個(gè)二級波束符合信道響應(yīng)，然后二級波束選擇單元選擇一個(gè)二級波束，二級波束量化單元用一定數(shù)量的比特將確定的二級波束量化；一級波束量化比特和二級波束量化比特采用適當(dāng)?shù)膹?fù)用方式通過上行專用控制信道的反饋比特信息域反饋給基站；e、基站首先根據(jù)上行專用控制信道上接收到的一級反饋比特從一級多波束權(quán)向量集中找到對應(yīng)的一級波束和此一級波束包含的二級多波束權(quán)向量集，之后基站再根據(jù)接收到的二級反饋比特從前述二級波束集中找到對應(yīng)的一個(gè)二級波束作為下個(gè)時(shí)隙下行專用信道的發(fā)射權(quán)向量，組成下行專用信道發(fā)射權(quán)的閉環(huán)反饋過程。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，所述的二級波束選擇單元選擇的二級波束是能量最大的一個(gè)或是能量較大的幾個(gè)合并。
上述一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其中，所述的兩級多波束反饋方法需要 個(gè)一級反饋比特和 個(gè)二級反饋比特。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)1、預(yù)先設(shè)置覆蓋整個(gè)小區(qū)的多波束權(quán)向量集，每個(gè)時(shí)隙中UE只需根據(jù)估計(jì)的信道響應(yīng)作小計(jì)算量的波束選擇，因此降低了UE的計(jì)算復(fù)雜度，需要的反饋比特少；2、由于本發(fā)明的方法采用了波束形成技術(shù)，因此利用了信道的空間特性，能夠得到波束增益并能有效地抑制干擾，減小對其它移動臺的干擾；同時(shí)波束間的切換可以抑制快衰落產(chǎn)生分集作用；3、本發(fā)明采用的導(dǎo)頻輔助方法，因?yàn)楣矊?dǎo)頻也是定向發(fā)射，利用此定向發(fā)射的公共導(dǎo)頻估計(jì)的信道響應(yīng)更為精確，所以要比全向發(fā)射的導(dǎo)頻的性能好；4、此外，本發(fā)明中的基站發(fā)射天線占用空間小，便于實(shí)現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明采用第二公共導(dǎo)頻輔助的多波束反饋方法實(shí)現(xiàn)發(fā)射的實(shí)施例之一原理圖。
圖2是本發(fā)明采用第二公共導(dǎo)頻輔助的多波束反饋方法實(shí)現(xiàn)發(fā)射的實(shí)施例之二原理圖。
圖1是本發(fā)明的方法的結(jié)構(gòu)原理圖。
本發(fā)明一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，包括基站部分和移動臺部分；基站部分包括下行專用物理信道單元101，第二公共導(dǎo)頻信道單元102，公共導(dǎo)頻信道的波束加權(quán)單元103，復(fù)用求和單元104，下行專用物理信道加權(quán)單元105，專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻導(dǎo)頻復(fù)用單元106，基站的陣列天線單元107，多波束權(quán)向量集單元110，上行專用物力控制信道的反饋比特信息(DPCCH FB1)反饋單元109；下行專用物理信道單元101的輸出與下行專用物理信道加權(quán)單元105的輸入端連接，同時(shí)多波束權(quán)向量集單元110的輸出端也與下行專用物理信道加權(quán)單元105的輸入端連接，經(jīng)下行專用物理信道加權(quán)單元105加權(quán)后輸出到專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻導(dǎo)頻復(fù)用單元106；每個(gè)相互正交的第二公共導(dǎo)頻102輸出端與與其對應(yīng)的每個(gè)波束權(quán)向量103的輸入端連接，每個(gè)波束權(quán)向量103的輸出端與復(fù)用求和單元104連接，經(jīng)復(fù)用求和單元104求和后輸出到專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻導(dǎo)頻復(fù)用單元106；兩個(gè)信號經(jīng)專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻導(dǎo)頻復(fù)用單元106復(fù)用后輸出到基站的陣列天線單元107發(fā)射，同時(shí)該信號還輸出到上行DPCCH FB1反饋單元109，再由上行DPCCH FB1反饋單元109輸出到多波束權(quán)向量集單元110，多波束權(quán)向量集單元110輸出信號反饋到下行專用物理信道加權(quán)單元105加權(quán)，如此循環(huán)。
移動臺部分包括天線單元111，信道估計(jì)單元112，波束選擇單元113，波束量化單元114；天線單元111接收基站天線發(fā)出的信號輸出到信道估計(jì)單元112，信道估計(jì)單元112輸出估計(jì)的信號到波束選擇單元113后，再送到波束量化單元114；在每個(gè)時(shí)隙中，信道估計(jì)單元112利用K個(gè)波束對應(yīng)的不同第二公共導(dǎo)頻從天線單元111的接收信號中估計(jì)出經(jīng)過每個(gè)波束加權(quán)后的復(fù)合信道響應(yīng)；波束選擇單元113根據(jù)信道估計(jì)單元112計(jì)算的信道響應(yīng)選擇對應(yīng)能量最大的一個(gè)“最佳”的波束；波束量化單元114將波束選擇確定的最佳波束進(jìn)行量化，并通過上行DPCCH的FBI域反饋給基站(NodeB)；基站(UTRAN)根據(jù)接收到的上行DPCCH上的反饋比特從多波束權(quán)向量集中相應(yīng)地選出下一時(shí)隙下行專用信道的陣列加權(quán)向量105，從而組成一個(gè)發(fā)射權(quán)的閉環(huán)反饋過程。
本發(fā)明的發(fā)射方法是適當(dāng)確定K個(gè)波束權(quán)向量103和K個(gè)相互正交的第二公共導(dǎo)頻102，并且使它們之間滿足一一對應(yīng)關(guān)系，即一個(gè)波束中配置唯一的第二公共導(dǎo)頻。每個(gè)波束中的第二公共導(dǎo)頻可以采用等功率發(fā)射，也可以采用不等功率發(fā)射。選定的K個(gè)波束向量能夠覆蓋整個(gè)小區(qū)，組成多波束權(quán)向量集110 }。波束權(quán)向量集和每個(gè)波束相對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻等信息由高層信令在鏈路建立初始階段通過BCH在整個(gè)小區(qū)內(nèi)發(fā)送。正常通信的每個(gè)時(shí)隙中，K個(gè)第二公共導(dǎo)頻分別用各自對應(yīng)的波束權(quán)向量加權(quán)，經(jīng)過復(fù)用求和模塊104后再與波束加權(quán)后的專用信道通過復(fù)用單元106進(jìn)行復(fù)用，復(fù)用后的信號通過基站的陣列天線單元107發(fā)射。在服務(wù)小區(qū)范圍內(nèi)，基站陣列單元113的陣元間距可以根據(jù)具體情況而定，如選擇為載波中心頻率對應(yīng)波長的一半使得天線陣列占用空間小。UE在每個(gè)時(shí)隙中，信道估計(jì)單元112利用K個(gè)波束對應(yīng)的不同第二公共導(dǎo)頻從天線單元111的接收信號中估計(jì)出經(jīng)過每個(gè)波束加權(quán)后的復(fù)合信道響應(yīng) ，其中 ，L表示能量占優(yōu)的多徑數(shù)， 表示第j徑的陣列信道響應(yīng)，其中 ，j＝1，2，…L，N為基站的發(fā)射陣列107的陣元數(shù)。波束選擇單元112根據(jù)信道估計(jì)單元計(jì)算的信道響應(yīng)選擇對應(yīng)能量最大的一個(gè)“最佳”的波束(或幾個(gè)能量較大的波束，下面僅以一個(gè)最佳波束進(jìn)行說明)，即 波束量化單元114將波束選擇確定的最佳波束進(jìn)行量化，并通過上行DPCCH的FBI域反饋給Node B。選擇一個(gè)波束可以用 個(gè)比特表示。UTRAN根據(jù)接收到的上行DPCCH上的反饋比特從多波束權(quán)向量集 中相應(yīng)地選出下一時(shí)隙下行專用信道的陣列加權(quán)向量105，從而組成一個(gè)發(fā)射權(quán)的閉環(huán)反饋過程。
圖1所示的是第二公共導(dǎo)頻輔助的多波束反饋方法第一種實(shí)現(xiàn)方法，即為采用一據(jù)(1)式比較K個(gè)波束內(nèi)的信號能量。
在多波束權(quán)向量集中的波束數(shù)K很多時(shí)，UE的計(jì)算量大并且需要較多的反饋比特。為此，我們可以對圖1的結(jié)構(gòu)稍加修改，采用圖2所示的兩級波束選擇策略降低UE的計(jì)算量和需要反饋的比特，同時(shí)還能提高性能。選擇一級多波束權(quán)向量集210- 覆蓋整個(gè)服務(wù)范圍，一級波束稀疏分布。對一級波束集中的每個(gè)波束j，選擇密集的二級多波束權(quán)向量集210-2 覆蓋一級波束j。每個(gè)一級波束和二級波束中分配唯一的第二公共導(dǎo)頻，并通過BCH發(fā)送。
圖2中的裝置與圖1相似，基站部分包括下行專用物理信道單元201，第二公共導(dǎo)頻信道單元202，公共導(dǎo)頻信道的波束加權(quán)單元203，復(fù)用求和單元204，下行專用物理信道加權(quán)單元205，專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻導(dǎo)頻復(fù)用單元206，基站的陣列天線單元207，多波束權(quán)向量集單元210，上行DPCCH FB1反饋單元109；其中，所述的多波束權(quán)向量集單元110為兩級210-1、210-2，順序連接，第二級多波束權(quán)向量集單元210-2的輸出與下行專用信道的陣列加權(quán)向量單元205連接。
移動臺部分包括天線單元211，信道估計(jì)單元212，波束選擇單元213，波束量化單元214。該服務(wù)小區(qū)中的信道估計(jì)單元212、波束選擇單元113、以及波束量化單元114各為兩級。其中，服務(wù)小區(qū)中所述的信道估計(jì)單元包括一級信道估計(jì)單元212-1和二級信道估計(jì)單元212-2；波束選擇單元包括一級波束選擇單元213-1和二級波束選擇單元213-2；波束量化單元包括一級波束量化單元214-1和二級波束量化單元214-2。天線單元211接收基站天線發(fā)出的信號輸出到一級信道估計(jì)單元212-1，同時(shí)送到二級信道估計(jì)單元212-2；一級信道估計(jì)單元212-1輸出估計(jì)的信號到一級波束選擇單元213-1；一級波束選擇單元213-1將選擇的波束送到二級信道估計(jì)單元212-2，同時(shí)送到一級波束量化單元214-1；一級波束量化單元214-1將輸出的信號送到天線發(fā)出；二級信道估計(jì)單元212-2將再次估計(jì)的信號送到二級波束選擇單元213-2，二級波束選擇單元213-1輸出到二級波束量化單元214-2，再輸出到天線發(fā)射到基站。
按圖2所示，其發(fā)射方法為移動臺在每個(gè)時(shí)隙中，一級信道估計(jì)單元212-1利用一級波束集中第二公共導(dǎo)頻計(jì)算一級多波束權(quán)向量集中每個(gè)波束加權(quán)后的復(fù)合信道響應(yīng) ，j＝1，2，…，J。一級波束選擇單元212-1根據(jù)一級信道估計(jì)單元計(jì)算的復(fù)合信道響應(yīng)選擇“最好”的一個(gè)一級波束，即 一級波束量化單元214-1將選定的最佳一級波束進(jìn)行量化。根據(jù)一級波束選擇單元的結(jié)果，二級信道估計(jì)單元212-2僅利用最佳一級波束包含的二級波束集中的公共導(dǎo)頻計(jì)算對應(yīng)的每個(gè)二級波束的信道響應(yīng) ，q＝1，2，…，Q，然后二級波束選擇單元203-2在最佳一級波束包含的二級波束集中確定一個(gè)(或幾個(gè))“最佳”二級波束，即 之后，二級波束量化單元204-1將選定的最佳二級波束量化。最佳一級波束和最佳二級波束的量化比特通過上行的DPCCH FBI域以適當(dāng)?shù)母袷椒答伣oUTRAN。兩級多波束反饋方法需要 一級反饋比特和 個(gè)二級反饋比特。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于一級波束稀疏，可以看作是慢變的，因此可以采用低的反饋速率。UTRAN首先根據(jù)接收到的上行DPCCH上的一級反饋比特從一級多波束權(quán)向量集 中最佳的一級波束 ，然后再根據(jù)二級反饋比特從二級多波束權(quán)向量集 選出下一時(shí)隙下行專用信道的陣列加權(quán)向量 ，從而組成一個(gè)發(fā)射權(quán)的閉環(huán)反饋過程。
本發(fā)明采用第二公共導(dǎo)頻輔助的多波束反饋方法，其陣列發(fā)射機(jī)占用空間小，降低了UE和UTRAN的計(jì)算復(fù)雜性，既能提供天線增益和抑制多址干擾，又能獲得抗多徑快衰落的效果。
本發(fā)明中的多天線發(fā)射方法中的多波束權(quán)向量集可以取作根據(jù)上行接收的權(quán)向量集映射得到的下行權(quán)向量集，因此同樣適用于基于上行的下行發(fā)射方法。
權(quán)利要求
1.一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，包括基站部分和移動臺部分；基站部分包括下行專用物理信道單元，第二公共導(dǎo)頻信道單元，公共導(dǎo)頻信道的波束加權(quán)單元，復(fù)用求和單元，下行專用物理信道加權(quán)單元，專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻導(dǎo)頻復(fù)用單元，基站的陣列天線單元，多波束權(quán)向量集單元，上行專用物理信道的反饋比特信息單元；每個(gè)時(shí)隙，下行專用物理信道單元的信號輸出到下行專用物理信道加權(quán)單元中，同時(shí)多波束權(quán)向量集單元根據(jù)上行專用控制信道中的反饋比特信息單元的反饋比特確定出下行專用物理信道的發(fā)射權(quán)向量，多波束權(quán)向量集將確定的發(fā)射權(quán)向量輸出到下行專用物理信道加權(quán)單元，經(jīng)下行專用物理信道加權(quán)單元加權(quán)后輸出到專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻復(fù)用單元；每個(gè)相互正交的第二公共導(dǎo)頻信道單元的輸出信號用其相對應(yīng)的波束權(quán)向量加權(quán)；所有加權(quán)后的正交公共導(dǎo)頻信號輸出到復(fù)用求和單元中，復(fù)用求和單元相加合并已加權(quán)的第二公共導(dǎo)頻信號并將合并后的導(dǎo)頻信號輸出到專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻復(fù)用單元；加權(quán)后的專用信道的信號和加權(quán)后的第二公共導(dǎo)頻信道的信號經(jīng)專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻信道復(fù)用單元相加合并后輸出到基站的陣列天線單元進(jìn)行發(fā)射；移動臺部分包括天線單元，信道估計(jì)單元，波束選擇單元，波束量化單元；移動臺的天線單元接收基站天線發(fā)出的信號，并將接受信號輸出到信道估計(jì)單元；信道估計(jì)單元將估計(jì)的信道響應(yīng)輸出到波束選擇單元；波束選擇單元根據(jù)估計(jì)的信道響應(yīng)選擇一個(gè)波束權(quán)向量；波束選擇單元將確定的權(quán)向量輸出到波束量化單元中；在每個(gè)時(shí)隙中，信道估計(jì)單元利用K個(gè)波束對應(yīng)的正交第二公共導(dǎo)頻和移動臺天線單元的接收信號分別相關(guān)估計(jì)出經(jīng)過每個(gè)波束加權(quán)后的復(fù)合信道響應(yīng)；波束選擇單元根據(jù)信道估計(jì)單元計(jì)算的信道響應(yīng)選擇對應(yīng)能量最大的一個(gè)“最佳”的波束；波束量化單元將波束選擇確定的最佳波束用一定數(shù)量的比特進(jìn)行量化，并通過上行專用控制信道中的反饋比特信息域反饋回基站；基站根據(jù)接收到的上行專用控制信道上的反饋比特從多波束權(quán)向量集中選出下一時(shí)隙下行專用信道的陣列加權(quán)向量，從而組成一個(gè)基站發(fā)射權(quán)向量的閉環(huán)反饋過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，所述的多波束權(quán)向量集單元可以為一級波束向量集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方裝置，其特征在于，所述的多波束權(quán)向量集單元可以為兩級波束權(quán)向量集，此時(shí)兩級波束權(quán)向量集順序連接，第二級多波束權(quán)向量集單元的輸出與下行專用信道的陣列加權(quán)向量單元連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，所述移動臺的信道估計(jì)單元、波束選擇單元、以及波束量化單元各為一級。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，所述移動臺的信道估計(jì)單元、波束選擇單元、以及波束量化單元各為兩級。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的裝置，其特征在于，所述移動臺的信道估計(jì)單元包括一級信道估計(jì)單元、二級信道估計(jì)單元；波束選擇單元包括一級波束選擇單元、二級波束選擇單元；波束量化單元包括一級波束量化單元、二級波束量化單元；天線單元接收基站天線發(fā)出的信號同時(shí)輸出到一級信道估計(jì)單元和二級信道估計(jì)單元；一級波束選擇單元根據(jù)一級波束集對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻分別估計(jì)出每個(gè)一級波束中的復(fù)合信道響應(yīng)，并將所有一級復(fù)合信道響應(yīng)輸出到一級波束選擇單元；一級波束選擇單元利用前述一級復(fù)合信道響應(yīng)選擇出能量最大的一個(gè)一級波束，選出的一級波束分別輸出到二級信道估計(jì)單元和一級波束量化單元；一級波束量化單元將已確定的一級波束用一定數(shù)量的比特量化；二級信道估計(jì)單元根據(jù)已確定的一級波束包含的二級波束對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻分別估計(jì)出每個(gè)二級波束中的復(fù)合信道響應(yīng)，并將所有二級復(fù)合信道響應(yīng)輸出到二級波束選擇單元中；二級波束選擇單元在二級波束權(quán)向量集選擇能量最大的一個(gè)二級波束，選出的二級波束輸出到二級波束量化單元；二級波束量化單元用一定數(shù)量的比特量化確定的二級波束；一級波束量化比特和二級波束量化比特采用適當(dāng)?shù)姆答伕袷酵ㄟ^上行專用控制信道的反饋比特信息域從基站的天線發(fā)回基站。
7.一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，采用一級波束反饋的方法，包括以下步驟(一)通信的初始階段a、基站適當(dāng)確定K個(gè)波束權(quán)向量和K個(gè)相互正交的第二公共導(dǎo)頻，并且使它們之間滿足一一對應(yīng)關(guān)系；b、在鏈路建立初始階段，基站將選定的波束權(quán)向量集和每個(gè)波束相對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻等信息通過高層信令在廣播信道上對服務(wù)小區(qū)中的所有移動臺發(fā)射；(二)正常通信階段c、每個(gè)時(shí)隙中，基站將K個(gè)第二公共導(dǎo)頻分別用各自對應(yīng)的波束權(quán)向量加權(quán)，加權(quán)后的K個(gè)第二公共導(dǎo)頻用復(fù)用求和模塊合路，合路后的第二公共導(dǎo)頻再與波束加權(quán)后的專用信道的信號通過復(fù)用單元和路；合路后的信號通過基站的陣列天線單元發(fā)射；d、每個(gè)時(shí)隙中，移動臺的信道估計(jì)單元利用K個(gè)波束對應(yīng)的不同第二公共導(dǎo)頻從天線單元的接收信號中采用相關(guān)積累方法估計(jì)出經(jīng)過每個(gè)波束加權(quán)后的復(fù)合信道響應(yīng)；波束選擇單元根據(jù)信道估計(jì)單元得到的復(fù)合信道響應(yīng)選擇確定能量最大的一個(gè)波束，之后波束量化單元將選擇的波束用一定數(shù)量比特量化后通過上行專用物理控制信道的FBI域反饋給基站；e、基站根據(jù)接收到的反饋比特從多波束權(quán)向量集中選出對應(yīng)的波束作為下個(gè)時(shí)隙下行專用信道信號的加權(quán)發(fā)射向量，組成一個(gè)下行專用信道發(fā)射權(quán)閉環(huán)反饋環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，每個(gè)波束中的第二公共導(dǎo)頻采用等功率發(fā)射，或采用不等功率發(fā)射。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，選定的K個(gè)波束向量能夠覆蓋整個(gè)小區(qū)，組成多波束權(quán)向量集。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，選定的K個(gè)正交的第二公共導(dǎo)頻，并和K個(gè)波束形成一一對應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，K個(gè)正交的第二公共導(dǎo)頻采用定向加權(quán)的發(fā)射方法。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，移動臺采用第二公共導(dǎo)頻信道作下行相位參考。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，波束權(quán)向量集和每個(gè)波束相對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻等信息由高層信令在鏈路建立初始階段通過廣播信道在整個(gè)小區(qū)內(nèi)發(fā)送。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，基站陣列單元的陣元間距根據(jù)基站的陣列占用空間大小而定。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，基站陣列單元的陣元間距為載波波長的一半。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，所述的步驟d中，波束選擇單元可以選擇能量最大的一個(gè)波束，也可以選擇能量較大的幾個(gè)波束進(jìn)行波束合并。
17.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，所述的一級波束反饋方法需要「 」個(gè)反饋比特。
18.一種無線通信系統(tǒng)下行多天線發(fā)射的方法，其特征在于，采用兩級波束反饋，包括以下步驟(一)通信的初始階段a、基站適當(dāng)確定K個(gè)波束權(quán)向量和K個(gè)相互正交的第二公共導(dǎo)頻，并且使它們之間滿足一一對應(yīng)關(guān)系；b、在鏈路建立初始階段，基站將選定的波束權(quán)向量集和每個(gè)波束相對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻等信息通過高層信令在廣播信道上對服務(wù)小區(qū)中的所有移動臺發(fā)射；(二)正常通信階段c、每個(gè)時(shí)隙中，基站將K個(gè)第二公共導(dǎo)頻分別用各自對應(yīng)的波束權(quán)向量加權(quán)，加權(quán)后的K個(gè)第二公共導(dǎo)頻用復(fù)用求和模塊合路，合路后的第二公共導(dǎo)頻再與波束加權(quán)后的專用信道的信號通過復(fù)用單元和路；合路后的信號通過基站的陣列天線單元發(fā)射；d、每個(gè)時(shí)隙中，移動臺的一級信道估計(jì)單元用一級波束集中的第二公共導(dǎo)頻相關(guān)積累計(jì)算出J個(gè)一級波束的復(fù)合信道響應(yīng)；一級波束選擇單元根據(jù)估計(jì)的一級復(fù)合信道響應(yīng)選擇能量最大的一個(gè)一級波束，并用一定數(shù)量的比特量化；根據(jù)一級波束選擇單元確定的一級波束，二級波束選擇單元用已確定一級波束包含的二級波束所對應(yīng)的第二公共導(dǎo)頻相關(guān)積累計(jì)算出Q個(gè)二級波束符合信道響應(yīng)，然后二級波束選擇單元選擇一個(gè)二級波束，二級波束量化單元用一定數(shù)量的比特將確定的二級波束量化；一級波束量化比特和二級波束量化比特采用適當(dāng)?shù)膹?fù)用方式通過上行專用控制信道的反饋比特信息域反饋給基站；e、基站首先根據(jù)上行專用控制信道上接收到的一級反饋比特從一級多波束權(quán)向量集中找到對應(yīng)的一級波束和此一級波束包含的二級多波束權(quán)向量集，之后基站再根據(jù)接收到的二級反饋比特從前述二級波束集中找到對應(yīng)的一個(gè)二級波束作為下個(gè)時(shí)隙下行專用信道的發(fā)射權(quán)向量，組成下行專用信道發(fā)射權(quán)的閉環(huán)反饋過程。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述的二級波束選擇單元選擇的二級波束是能量最大的一個(gè)或是能量較大的幾個(gè)合并。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述的兩級多波束反饋方法需要「 」個(gè)一級反饋比特和「 」個(gè)二級反饋比特。
全文摘要
一種無線通信系統(tǒng)下行反饋多天線發(fā)射的方法和裝置，其特點(diǎn)是，基站部分包括下行專用物理信道單元，第二公共導(dǎo)頻信道單元，公共導(dǎo)頻信道的波束加權(quán)單元，復(fù)用求和單元，下行專用物理信道加權(quán)單元，專用物理信道和第二公共導(dǎo)頻導(dǎo)頻復(fù)用單元，基站的陣列天線單元，多波束權(quán)向量集單元，上行專用物理控制信道，反饋比特信息反饋單元；服務(wù)小區(qū)部分包括天線單元，信道估計(jì)單元，波束選擇單元，波束量化單元；合理利用了信道的空間特性，使波束增益并能有效地抑制干擾，操作簡單。
文檔編號H04B7/04GK1399425SQ0112630
公開日2003年2月26日 申請日期2001年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月20日
發(fā)明者吳和兵, 張勁林, 李江, 丁齊 申請人:華為技術(shù)有限公司