一種波束成形裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術領域，尤其涉及一種波束成形裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 波束成形是一種將無線信號進行方向性傳輸?shù)臄?shù)字處理技術，其基本思想是將多 用戶信號進行線性預編碼，以使得每一個用戶的信號盡量只向該用戶的方向傳送而且避免 干擾其他用戶。
[0003] MU-MIMO(Multi_User Multiple-Input Multiple-Output，多用戶多入多出技術） 通信需要基站知道下行信道的CSI (channel state information,信道狀態(tài)信息）以對多用 戶信號進行波束成形。通常，CSI的獲取都是通過一個通信節(jié)點（基站或者用戶）發(fā)射導 頻信道，另一個通信節(jié)點進行信道估計而得到，此時，CSI受到噪聲誤差和時延誤差的影響， 導致CSI不準確。然而，波束成形的性能受到CSI準確性的限制，如果CSI不準確，那么基 站可能錯誤地把一用戶的有用信號傳輸?shù)狡x該用戶的方向，這樣既造成了該用戶有用信 號功率下降，而且增加了其他用戶受到的多用戶干擾，最終導致了系統(tǒng)容量的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實施例提供了一種波束成形裝置和方法，可獲取更為準確的CSI，以優(yōu)化波 束成形。
[0005] 本發(fā)明實施例的第一方面提供一種波束成形裝置，所述波束成形裝置預先建立有 基站與用戶之間的下行信道在第一時隙的信道估計值及對應信道估計誤差的協(xié)方差矩陣、 所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣以及所述用戶的下 行信道在第二時隙的CSI之間的對應關系，其中，所述第一時隙為所述第二時隙前的某一 時隙；所述波束成形裝置包括：
[0006] 第一獲取單元，用于對基站與某一用戶之間的下行信道進行信道估計，獲取所述 用戶的下行信道在當前時隙前的某一時隙的信道估計值及對應信道估計誤差的協(xié)方差矩 陣；
[0007] 第二獲取單元，用于獲取所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差 的協(xié)方差矩陣；
[0008] 確定單元，用于根據(jù)獲取的所述信道估計值、所述信道估計誤差的協(xié)方差矩陣以 及所述信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣以及建立的所述對應關系，確定所述用戶的下行信 道在當前時隙的CSI ;
[0009] 處理單元，用于根據(jù)所述CSI進行波束成形。
[0010] 結合本發(fā)明實施例的第一方面，在本發(fā)明實施例的第一方面的第一種實現(xiàn)方式 中，所述波束成形裝置還包括用于建立所述對應關系的建立單元；
[0011] 所述建立單元，具體用于基于公式
建立所述對應關系；
[0012] 其中，
Ak t的協(xié)方差矩陣 Θ k,t= ρ 2(τ) Ak t τ + Γ\ τ;
[0013] Hk,t為用戶k的下行信道在時隙t的CSI ; P (.)為所述下行信道的信道時間相關 函數(shù)；fch為用戶k的下行信道在時隙t_ τ的信道估計值；τ為用戶k的下行信道在 時隙t-τ的信道估計誤差的協(xié)方差矩陣；Γ\τ為用戶k的下行信道在任意時延τ內(nèi)的信 道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣。
[0014] 結合本發(fā)明實施例的第一方面，在本發(fā)明實施例的第一方面的第二種實現(xiàn)方式 中，所述第二獲取單元包括：
[0015] 獲取模塊，用于獲取所述用戶的下行信道在某一時延δ內(nèi)的信道時延變化誤差 的協(xié)方差矩陣；
[0016] 定義模塊，用于定義一個大于0的時延插值函數(shù)f(.)，且所述時延插值函數(shù)f(.) 滿足 f(o) = 0 ;
[0017] 計算模塊，用于根據(jù)所述時延δ內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣和所述時 延插值函數(shù)，計算所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣。
[0018] 結合本發(fā)明實施例的第一方面的第二種實現(xiàn)方式，在本發(fā)明實施例的第一方面的 第三種實現(xiàn)方式中，
[0019] 所述計算模塊，具體用于基于以下公式計算所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的 信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣：
[0020] rk T= f(x) Γ kiS/f(5)
[0021] 其中，Γ\τ為用戶k的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩 陣；f(.)為所述時延插值函數(shù)；Γ\ δ為用戶k的下行信道在所述時延δ內(nèi)的信道時延變 化誤差的協(xié)方差矩陣。
[0022] 結合本發(fā)明實施例的第一方面的第二種實現(xiàn)方式，在本發(fā)明實施例的第一方面的 第四種實現(xiàn)方式中，
[0023] 所述獲取模塊，具體用于在基站所在小區(qū)進行測量，得到離線統(tǒng)計的所述時延δ 內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣。
[0024] 結合本發(fā)明實施例的第一方面的第二種實現(xiàn)方式，在本發(fā)明實施例的第一方面的 第五種實現(xiàn)方式中，
[0025] 所述獲取模塊，具體用于通過估計信道估計的時延變化量獲取所述用戶的下行信 道在某一時延S內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣。
[0026] 結合本發(fā)明實施例的第一方面的第五種實現(xiàn)方式，在本發(fā)明實施例的第一方面的 第六種實現(xiàn)方式中，所述獲取模塊包括：
[0027] 獲取子模塊，用于根據(jù)用戶每隔δ個時隙發(fā)送的上行導頻信號對所述用戶的下 行信道進行信道估計，獲取所述用戶的下行信道在時隙η δ信道估計誤差的協(xié)方差矩陣， 其中，η=1，2，……，T+1，T為大于1的正整數(shù)；以及獲取對應的T個在時延δ內(nèi)的信道 估計值的時延變化的協(xié)方差矩陣；
[0028] 計算子模塊，用于基于以下公式計算所述時延δ內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方 差矩陣：
[0029]
[0030] 其中，Γ\ s為所述時延δ內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣；p (.)為所述下 行信道的信道時間相關函數(shù)為所述T個在時延δ內(nèi)的信道估計值的時延變化的協(xié)方 差矩陣的平均值；Atns為用戶k的下行信道在時隙η δ內(nèi)的信道估計誤差的協(xié)方差矩陣。
[0031] 結合本發(fā)明實施例的第一方面、本發(fā)明實施例的第一方面的第一種至第六種實 現(xiàn)方式中的任意一種，在本發(fā)明實施例的第一方面的第七種實現(xiàn)方式中，所述處理單元包 括：
[0032] 確定模塊，用于當所述用戶為線性接收機時，利用以下最優(yōu)化問題確定目標波束 成形矩陣；
[0035] 其中，所述數(shù)學模型的目標函數(shù)R表示系統(tǒng)容量，且
所述 表示用戶k的數(shù)據(jù)流4的優(yōu)先級，所述矣,,4表示用戶k的數(shù)據(jù)流dk的數(shù)據(jù)速率，且
為根據(jù)所述CSI獲取的所述用戶的數(shù)據(jù)流的信號與干擾 加噪聲比的表達式；所述數(shù)學模型的約束條件
表示系統(tǒng)總發(fā)射功率不大于 PT;vM表示波束成形矩陣；
[0036] 處理模塊，用于根據(jù)所述目標波束成形矩陣進行波束成形。
[0037] 結合本發(fā)明實施例的第一方面的第七種實現(xiàn)方式，在本發(fā)明實施例的第一方面的 第八種實現(xiàn)方式中，所述確定模塊包括：
[0038] 創(chuàng)建子模塊，用于創(chuàng)建所述最優(yōu)化問題；
[0039] 轉換模塊，用于引入并優(yōu)化中間變量，以便消除所述最優(yōu)化問題中目標函數(shù)的對 數(shù)及矩陣求逆操作，得到轉換后的最優(yōu)化問題；
[0040] 確定子模塊，用于利用轉換后的最優(yōu)化問題確定目標波束成形矩陣。
[0041 ] 結合本發(fā)明實施例的第一方面的第八種實現(xiàn)方式，在本發(fā)明實施例的第一方面的 第九種實現(xiàn)方式中，
[0042] 所述確定子模塊，具體用于初始化波束成形矩陣，對波束成形矩陣和中間變量進 行交替迭代更新，當滿足迭代次數(shù)達到預設值或者所述轉換后的最優(yōu)化問題的目標值增加 小于某個閾值時，確定目標波束成形矩陣。
[0043] 本發(fā)明實施例第二方面提供了一種波束成形方法，包括：
[0044] 預先建立有基站與用戶之間的下行信道在第一時隙的信道估計值及對應信道估 計誤差的協(xié)方差矩陣、所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩 陣以及所述用戶的下行信道在第二時隙的CSI之間的對應關系，其中，所述第一時隙為所 述第二時隙前的某一時隙；
[0045] 對基站與某一用戶之間的下行信道進行信道估計，獲取所述用戶的下行信道在當 前時隙前的某一時隙的信道估計值及對應信道估計誤差的協(xié)方差矩陣；
[0046] 獲取所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣；
[0047] 根據(jù)獲取的所述信道估計值、所述信道估計誤差的協(xié)方差矩陣以及所述信道時延 變化誤差的協(xié)方差矩陣以及建立的所述對應關系，確定所述用戶的下行信道在當前時隙的 CSI ；
[0048] 根據(jù)所述CSI進行波束成形。
[0049] 結合本發(fā)明實施例的第二方面，在本發(fā)明實施例的第二方面的第一種實現(xiàn)方式 中，所述方法還包括建立所述對應關系；
[0050] 所述建立所述對應關系包括：
[0051] 基于公式
建立所述對應關系；
[0052] 其中，
Akt的協(xié)方差矩陣
[0053] Hkit為用戶k的下行信道在時隙t的CSI ; P (.)為所述下行信道的信道時間相關 函數(shù)；為用戶k的下行信道在時隙t_ τ的信道估計值；Att τ為用戶k的下行信道 在時隙t-τ的信道估計誤差的協(xié)方差矩陣；Γ\τ為用戶k的下行信道在任意時延τ內(nèi)的 信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣。
[0054] 結合本發(fā)明實施例的第二方面，在本發(fā)明實施例的第二方面的第二種實現(xiàn)方式 中，所述獲取所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣包括：
[0055] 獲取所述用戶的下行信道在某一時延δ內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣；
[0056] 定義一個大于0的時延插值函數(shù)f (.)，且所述時延插值函數(shù)f (.)滿足f (0) = 0 ;
[0057] 根據(jù)所述時延δ內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣和所述時延插值函數(shù)，計 算所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣。
[0058] 結合本發(fā)明實施例的第二方面的第二種實現(xiàn)方式，本發(fā)明實施例的第二方面的 第三種實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述時延S內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣和所述時 延插值函數(shù)，計算所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差矩陣包 括：
[0059] 基于以下公式計算所述用戶的下行信道在任意時延內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié) 方差矩陣：
[0060] rk T= f(x) Γ kiS/f(5)
[0061] 其中，Γ\ τ為用戶k的下行信道在任意時延τ內(nèi)的信道時延變化誤差的協(xié)方差 矩陣；f(.)為所述時延插值函數(shù)；Γ\ δ為用戶k的下行信道在所述時延δ內(nèi)的信道時延 變化誤差的協(xié)方差矩陣。
[0062] 結合本發(fā)明實施例的第二方面的第二種實現(xiàn)方式，本發(fā)明實施例的第二方面的第 四種實現(xiàn)方式中，所述獲取所述用戶的下行信道在某一時延S內(nèi)的信道時延變化誤差的 協(xié)方差矩陣包括：
[0063] 在基站所在小區(qū)