一種進行3d波束成形的方法、裝置和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術領域，尤其涉及一種進行3D波束成形的方法、裝置和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有技術中基站通常采用無源天線陣列，且用戶設備通常被認為是分布在水平平 面，故基站僅考慮在水平平面上的波束成形的設計和實施。目前有源天線陣列系統(tǒng)的概念 已提出，然而現(xiàn)有技術尚未提供適用于有源天線陣列系統(tǒng)的波束成形方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種進行3D波束成形的方法、裝置和系統(tǒng)。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種在基站中進行3D波束成形的波束成形裝置，其 中，該波束成形裝置包括W下裝置：
[0005] 估計裝置，用于根據(jù)來自用戶設備的上行發(fā)射信號信道相關信息估計該用戶設備 的上行信道矩陣；
[0006] 第一確定裝置，用于根據(jù)所述上行信道矩陣，確定所述用戶設備相對所述基站在 垂直方向上的角度信息，其中，所述角度信息用于指示用戶設備的相對高度；
[0007] 第二確定裝置，用于根據(jù)所述角度信息，確定3D波束成形加權的方向；
[0008] 第H確定裝置，用于根據(jù)所確定的3D波束成形加權的方向，確定波束成形加權矩 陣，W根據(jù)所述波束成形加權矩陣進行3D波束成形來向所述用戶設備發(fā)射信號。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種在用戶設備中向基站發(fā)送相位差的發(fā)送 裝置，其中，該發(fā)送裝置包括W下裝置：
[0010] 觀測裝置，用于觀測基站所使用的下行信道矩陣；
[0011] 第二計算裝置，用于根據(jù)所述觀測到的下行信道矩陣，計算所述下行信道矩陣中 各行或各列之間的相位差；
[0012] 提供裝置，用于向基站提供所述各行或各列之間的相位差。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種在基站中進行3D波束成形的方法，其中， 該方法包括W下步驟：
[0014]a.根據(jù)來自用戶設備的上行發(fā)射信號估計該用戶設備的上行信道矩陣；
[0015] b.根據(jù)所述上行信道矩陣，確定所述用戶設備相對所述基站在垂直方向上的角度 信息，其中，所述角度信息用于指示用戶設備的相對高度；
[0016]C.根據(jù)所述角度信息，確定3D波束成形加權的方向；
[0017] d.根據(jù)所確定的3D波束成形加權的方向，確定波束成形加權矩陣，W根據(jù)所述波 束成形加權矩陣進行3D波束成形來向所述用戶設備發(fā)射信號。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種在用戶設備中向基站發(fā)送相位差的方法， 其中，該方法包括W下步驟：
[0019] A.觀測基站所使用的下行信道矩陣；
[0020] B.根據(jù)所述觀測到的下行信道矩陣，計算所述下行信道矩陣中各相鄰行或各列之 間的相位差；
[0021] C.向基站發(fā)送提供所述各行或各列之間的相位差包括所述相位差的信道相關信 息、。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基站，包括本發(fā)明所述的波束成形裝置。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種用戶設備，包括本發(fā)明所述的發(fā)送裝置。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種系統(tǒng)，包括本發(fā)明所述的基站和用戶設備。 [00巧]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點；1)基站根據(jù)其估計的上行信道矩陣來確 定用戶設備相對該基站在垂直方向上的角度信息，從而根據(jù)該角度信息來確定3D波束成 形加權的方向，W在該方向上進行波束成形來向用戶設備發(fā)射信號，并且，隨著用戶設備在 垂直方向上的移動，3D波束成形加權的方向可在水平方向與垂直方向之間進行自適應切 換；2)可根據(jù)3D波束成形加權的方向首先確定上行信道矩陣中的一行或一列所對應的天 線的加權向量，從而根據(jù)所確定的一行或一列所對應的天線的加權向量來確定波束成形矩 陣，W進行3D波束成形來向用戶設備發(fā)射信號；3)不需要對上行信道矩陣中的所有行或列 執(zhí)行SVD或邸B等算法來進行全維度的加權，從而在基站的有源天線陣列為多行多列的情 況下，能夠很大程度地減小基站中的計算復雜度，且有源天線陣列的行越多，或列越多，基 站中的計算復雜度的減小越明顯；4)通過更新用戶設備側的CSI反饋機制，用戶設備能夠 向基站提供其觀測的下行信道矩陣中各行或各列之間的相位差，基站可基于所述相位差， 來確定波束成形矩陣，W進行3D波束成形來向用戶設備發(fā)射信號；并且，由于本方案在用 戶設備側計算所述相位差，故可減小基站側的計算復雜度。
【附圖說明】
[0026] 通過閱讀參照W下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0027] 圖1為本發(fā)明一個實施例的進行3D波束成形的方法的流程示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明另一個實施例的進行3D波束成形的方法的流程示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明另一個實施例的進行3D波束成形的方法的流程示意圖；
[0030] 圖4為本發(fā)明另一個實施例的進行3D波束成形的方法的流程示意圖；
[0031] 圖5為本發(fā)明另一個實施例的進行3D波束成形的方法的流程示意圖；
[0032] 圖6為本發(fā)明一個實施例的進行3D波束成形的系統(tǒng)結構示意圖；
[0033] 圖7為本發(fā)明另一個實施例的進行3D波束成形的系統(tǒng)結構示意圖；
[0034] 圖8為本發(fā)明另一個實施例的進行3D波束成形的系統(tǒng)結構示意圖；
[0035] 圖9為本發(fā)明另一個實施例的進行3D波束成形的系統(tǒng)結構示意圖；
[0036] 圖10為本發(fā)明另一個實施例的進行3D波束成形的系統(tǒng)結構示意圖；
[0037] 圖11為一個示例的有源天線陣列的幾何分布示意圖；
[0038] 圖12為另一個示例的有源天線陣列的幾何分布示意圖；
[0039] 圖13為一個示例的MIMO覆蓋場景示意圖；
[0040] 圖14為一個示例的在基站中進行參考符號CRS端口映射的示意圖；
[0041] 圖15為一個示例的在基站中進行參考符號CSI-RS端口映射的示意圖。
[0042] 附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0044] 圖1為本發(fā)明一個實施例的進行3D波束成形的方法的流程示意圖。
[0045] 其中，本實施例的方法主要通過基站和用戶設備來實現(xiàn)；優(yōu)選地，所述基站所在的 網(wǎng)絡為LTE或LTE-A或后續(xù)升級網(wǎng)絡；更優(yōu)選地，所述基站為LTE-A中的eNB(evolvedNode B，演進型基站）或后續(xù)升級網(wǎng)絡中的eNB。其中，所述用戶設備包括但不限于PC機、平板電 腦、智能手機、PDA、IPTV等。優(yōu)選地，本發(fā)明適用于有源天線陣列（ActiveAntennaArray, AAA)系統(tǒng)。
[0046] 需要說明的是，所述基站和用戶設備僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的基 站或用戶設備如可適用于本發(fā)明，也應包含在本發(fā)明保護范圍W內(nèi)，并W引用方式包含于 此。
[0047] 根據(jù)本實施例的方法包括步驟S100、步驟S101、步驟S102、步驟S103和步驟 S104。
[0048] 在步驟SlOO中，用戶設備向基站發(fā)送上行發(fā)射信號。
[0049] 其中，所述上行發(fā)射信號包括用戶設備向基站發(fā)送的任何可用于進行上行信道估 計的參考信號。優(yōu)選地，所述上行發(fā)射信號包括但不限于：
[0050] 1)上行探測參考信號（SoundingReferenceSi即al,SRS);
[0051] 2)解調(diào)參考信號值eModulationReferenceSi即al，DMR巧；其中，該解調(diào)參考信 號可在肥被調(diào)度時，隨物理上行共享信道（Physical化link化ared化annel，PUSCH)被 傳輸至基站；或者，該解調(diào)參考信號可在肥根據(jù)來自基站的下行發(fā)射信號向基站反饋下行 鏈路信道狀態(tài)信息（化annelS化teIn化;rmation，CSI)時，隨物理上行控制信道（Physical 化linkControl化annel，PUCCH)被傳輸至基站。其中，所述下行鏈路信道狀態(tài)信息包 括但不限于CQI(Qiannel如alityIndicator,信道質量指不）、PMI(PrecodingMatrix Indicator,預編碼矩陣指示）、RI(RankIndication,秩指示）等。
[0052] 在步驟SlOl中，基站根據(jù)來自用戶設備的上行發(fā)射信號估計該用戶設備的上行 信道矩陣。
[0053] 具體地，基站根據(jù)來自用戶設備的上行發(fā)射信號估計該用戶設備的上行信道矩陣 的實現(xiàn)方式包括但不限于：
[0054] 1)所述上行發(fā)射信號包括上行探測參考信號時，基站根據(jù)該上行探測參考信號進 行信道估計來獲得該用戶設備的上行信道矩陣。
[00巧]優(yōu)選地，該實現(xiàn)方式更適合于T孤系統(tǒng)。
[0056] 2)所述上行發(fā)射信號包括隨PUSCH被傳輸?shù)慕庹{(diào)參考信號，基站根據(jù)所述隨 PUSCH或PUCCH被傳輸?shù)慕庹{(diào)參考信號，進行信道估計來獲得該用戶設備的上行信道矩陣。
[0057] 優(yōu)選地，該實現(xiàn)方式更適合于F孤系統(tǒng)；更優(yōu)選地，該實現(xiàn)方式更適合于上行發(fā)射 信號不包括上行探測參考信號，且用戶設備被調(diào)度或用戶設備向基站反饋下行鏈路信道狀 態(tài)信息的情況。
[0058] 需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明的限 巧||，本領域技術人員應該理解，任何根據(jù)來自用戶設備的上行發(fā)射信號估計該用戶設備的 上行信道矩陣的實現(xiàn)方式，均應包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0059] 在步驟S102中，基站根據(jù)所述上行信道矩陣，確定用戶設備相對該基站在垂直方 向上的角度信息。
[0060] 其中，所述角度信息用于表示用戶設備相對該基站在垂直方向上的角度；更準確 地，所述角度信息用于表示用戶設備相對該基站的有源天線陣列在垂直方向上的角度，例 女口，圖11和圖12中所示的角度0。
[0061] 優(yōu)選地，基站的有源天線陣列采用L*K的天線排布；其中，L為有源天線陣列的行 數(shù)，K為有源天線陣列的列數(shù)，且M=L*K，M為基站側的總天線數(shù)量。例如，圖11為一個示 例的有源天線陣列的幾何分布示意圖，該圖所示為在X-Y-Z空間坐標系中的一個4*1的有 源天線陣列（如圖11中Z軸上的黑點所示），該有源天線陣列為單列天線，其中，圖11中的 箭頭表示來自用戶設備的來波方向；圖12為另一個示例的有源天線陣列的幾何分布示意 圖，該圖所示為在X-Y-Z空間坐標系中的一個具有多行多列的有源天線陣列（如圖12中在 YZ平面上的黑點所示），其中，圖12中的箭頭表示來自用戶設備的來波方向。
[0062] 其中，有源天線陣列中的天線可W采用該天線在有源天線陣列中所在的行和列來 標識，例如，天線11表示位于第一行第一列的天線，天線23表示位于第二行第H列的天線 等。
[0063] 需要說明是，本實施例的方案并不限制基站所采用的有源天線陣列的幾何分布， 也即本實施例的方案適用于任何的幾何分布，如有源天線陣列的幾何分布可為交叉極化陣 列或均勻線性陣列等。
[0064] 優(yōu)選地，所述角度信息用于指示用戶設備的相對高度。例如，圖13為一個示例的 MIMO覆蓋場景示意圖，用戶設備肥1相對基站在垂直方向上的角度信息可用于指示肥1與 基站的有源天線陣列之間的相對高度。
[0065] 具體地，基站根據(jù)所估計的用戶設備的上行信道矩陣，確定用戶設備相對該基站 的有源天線陣列在垂直方向上的角度信息。
[0066] 優(yōu)選地，所述步驟S102進一步包括W下步驟；對于所述基站的每列天線，基站根 據(jù)所述上行信道矩陣，計算所述用戶設備相對該列天線在垂直方向上的角度；并且，基站根 據(jù)用戶設備相對所述基站的各列天線在垂直方向上的角度，確定用戶設備相對所述基站在 垂直方向上的角度信息。
[0067] 例如，基站采用8*8的有源天線陣列，也即基站側具有8列天線，則基站根據(jù)上行 信道矩陣的第一列估計用戶設備相對有源天線陣列中的第一列天線在垂直方向上的角度 01，且根據(jù)上行信道矩陣的第二列估計用戶設備相對有源天線陣列中的第二列天線在垂 直方向上的角度02,依次類推，直至基站根據(jù)上行信道矩陣的第八列估計用戶設備相對有 源天線陣列中的第八列天線在垂直方向上的角度08。接著，基站基于W下公式計算用戶設 備相對該基站的各列天線在垂直方向上的平均角度9,并將0作為用戶設備相對該基站 在垂直方向上的角度信息：
[006引其中，K為基站的有源天線陣列的列數(shù)，k=1，…，K;在本例中，K=8。
[0070] 需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明的限 巧||，本領域技術人員應該理解，任何根據(jù)上行信道矩陣，確定用戶設備相對基站在垂直方向 上的角度信息的實現(xiàn)方式，均應包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0071] 在步驟S103中，基站根據(jù)所述角度信息，確定3D波束成形加權的方向。
[0072] 具體地，基站根據(jù)所述角度信息，確定3D波束成形加權的方向的實現(xiàn)方式包括但 不限于：
[0073] 1)當所述角度信息指示的用戶設備的相對高度大于高度闊值時，基站確定3D波 束成形加權的方向為垂直方向；當所述角度信息指示的用戶設備的相對高度不大于高度闊 值時，基站確定3D波束成形加權的方向為水平方向。
[0074] 例如，對于圖13所示的MIMO覆蓋場景，用戶設備肥1和肥2位于大樓1中，用戶 設備肥3位于大樓2中，用戶設備肥4位于地面附近；肥1和肥3相對基站在垂直方向上的 角度信息所指示的相對高度均大于高度闊值，則基站確定用于UEl和UE3的3D波束成形加 權的方向為垂直方向；UE2和UE4相對基站在垂直方向上的角度信息所指示的相對高度均 小于高度闊值，則基站確定用于UE2和UE4的3D波束成形加權的方向為水平方向。
[0075] 2)當所述角度信息所表示的角度大于角度闊值時，基站確定3D波束成形加權的 方向為垂直方向；當所述角度信息所表示的角度不大于角度闊值時，基站確定3D波束成形 加權的方向為水平方向。
[0076] 需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明的限 巧||，本領域技術人員應該理解，任何根據(jù)所述角度信息，確定3D波束成形加權的方向的實 現(xiàn)方式，均應包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0077] 在步驟S104中，基站根據(jù)所確定的3D波束成形加權的方向，確定波束成形加權矩 陣，W根據(jù)所述波束成形加權矩陣進行3D波束成形來向所述用戶設備發(fā)射信號。
[0078] 其中，所述波束成形加權矩陣用于對基站的有源天線陣列進行加權，W使基站針 對物理下行共享信道（PhysicalDownlink化aredQiannel，PDSCH)進行3D波束成形來向 用戶設備發(fā)射信號。
[0079] 作為一個示例，對于用戶設備i，假設用戶設備i的接收天線數(shù)量為N，且假設在同 一RE巧esource Element,資源元素）上有到用戶設備i的多達N(N<=M)層數(shù)據(jù)，也即N 個數(shù)據(jù)流傳輸，其中，M為基站側的總天線數(shù)量。則用戶設備i在任意RE上接收到的、來自 基站的根據(jù)波束成形加權矩陣進行3D波束成形并向用戶設備發(fā)射的下行信號，可被表示 為：
[0080] Yi=HiWiSi+rii
[0081] 其中，為接收信號矢量，其維度為N*1;Hi為向用戶設備發(fā)射信號時使用的信道 矩陣，或者，為用戶設備i觀測到的下行信道矩陣，其維度為N*M;Wi為波束成形加權矩陣， 其維度為M*NA為基站向用戶設備i發(fā)射的傳輸符號，其維度為N*1恥為噪聲矢量，其維 度為N*l。
[0082] 具體地，基站根據(jù)所確定的3D波束成形加權的方向，確定波束成形加權矩陣，W 根據(jù)所述波束成形加權矩陣進行3D波束成形來向所述用戶設備發(fā)射信號的實現(xiàn)方式將在 后續(xù)實施例中予W詳述，在此不予賞述。
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