確定波束賦形權重矢量的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信技術領域，特別是涉及確定波束賦形權重矢量的方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 大規模多輸入多輸出（Massive MIMO, Massive Multiple-Input Multiple-Output) 技術可以在不增加系統帶寬和能量的情況下提高系統的頻譜效率，它利用成百上千根天線同 時同頻服務很多用戶的通信終端。由于其波束極其窄，可以將能量集中對準用戶的通信終端， 進而成倍提高系統的頻譜效率或能效。在發射信號之前，首先需要對信號進行波束賦形。波 束賦形是一種基于天線陣列的信號預處理技術，波束賦形通過調整天線陣列中每個陣元的加 權系數產生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益。
[0003] 現有的波束賦形方法一般為如下兩種：
[0004] 方法一：基于信號泄露（SL，Signal Leakage)的波束賦形方法。該方法的主要思 想是：對于每一個通信終端來說，尋找一個波束賦形矢量，使得進行波束賦形后，該通信終 端的信號能量與該通信終端給其他通信終端帶來信號泄露能量和噪聲能量總和的比值最 大。該方法的優點是在考慮對其他通信終端的干擾下，本通信終端的性能最優，然而在構造 波束賦形矢量時需要獲得每一個通信終端對應的信道的實時信道狀態信息。
[0005] 方法二：基于空間相關性（SC，Spatial Correlation)的波束賦形方法。該方法的 主要思想是：利用基站的天線到移動終端的信道的空間相關信息，尋找一個波束賦形矢量， 使得進行波束賦形后，基站到該通信終端的信號能量最大。該方法的優點是在構造波束賦 形矢量時不需要獲得每個通信終端對應的信道的實時信道狀態信息，然而其性能較差。
[0006] 在頻分雙工（FDD)通信系統中，由于缺乏信道的互易性，獲取信道狀態信息的方 式是下行發送導頻信號，通過通信終端進行信道狀態信息估計，然后上行反饋信道狀態信 息。對于使用Massive MIM0技術的FDD通信系統，當天線規模很大時，下行導頻和上行反 饋的開銷將難以承受。因此，方法一在使用Massive MHTO技術的FDD通信系統中應用將給 該系統帶來無法承受的系統開銷。而方法二在使用Massive MHTO技術的FDD通信系統中 應用，將使得該系統的性能處于比較低的水平。
【發明內容】
[0007] 本發明實施例的目的在于提供一種確定波束賦形權重矢量的方法及裝置，以在不 給使用Massive MHTO技術的FDD通信系統帶來過多系統開銷的基礎上，使系統的性能處于 比較高的水平。
[0008] 為達到上述目的，本發明實施例公開了一種確定波束賦形權重矢量的方法，應用 于使用大規模多輸入多輸出技術的頻分雙工FDD通信系統的基站中，所述基站通過N個天 線與第一通信終端通信連接，所述方法包括：
[0009] 計算基于空間相關矩陣的第一通信終端的波束賦形權重矢量荈se;
[0010] 從所述N個天線中選取M個天線，M和N均為正整數且M〈N，使用所述M個天線向 所述第一通信終端發送未攜帶有所述孩se的導頻信號；使用所述N個天線向所述第一通信 終端發送一個攜帶有所述應se的導頻信號；
[0011] 接收所述第一通信終端反饋的導頻信號/7Wse，接收所述第一通信終端反饋的與 所述M個天線對應的信道狀態信息/；，其中，所述|是由所述第一通信終端根據接收的未攜 帶有所述該se的導頻信號進行信道估計得到的，所述導頻信號:&se為經過信道后的攜帶 有所述的導頻信號；
[0012] 基于所述|，計算得到基于信號泄露的所述第一通信終端的波束賦形權重矢量 諒SL;
[0013] 通過公式
[0014]
[0015] 計算相位參數《，其中，孩為在所述M個天線中每一個天線相對應的權重分 量組成的波束賦形權重矢量，且滿足
，其中，i為你@中權重分 量的序號，M為所述M個天線所對應的序號的集合，鬚為所述N個天線所對應的序號的集 合；和分別為矢量懷和放5^的第i個權重分量；Z(細:一:..^0和 分別表示復數()^se _If)和gWsij的相位；
[0016] 通過公式
[0017]
[0018] 計算得到基于空間相關矩陣和信號泄露的所述第一通信終端的波束賦形權重矢 量％C:SL.，WSCSL為[應s.esiJi的集合；其中，和II辦SlJ2:分別為所述琢和所述_#%的 二范數，eju為復相位。
[0019] 可選的，所述計算基于空間相關矩陣的第一通信終端的波束賦形權重矢量灰％， 包括：
[0020] 通過公式
[0021] WSc - VArnax(R)
[0022] 計算得到基于空間相關矩陣的第一通信終端的波束賦形權重矢量諒se，其中， Vhiax (R)表示矩陣R的最大特征值對應的特征矢量，矩陣R是所述第一通信終端的空間相 關矩陣，矩陣R的權重分量的定義如下：
[0023]
[0024] [R]pq為所述矩陣R的第p行第q列的權重分量，[&分別為所述N個天線 對應的信道的信道狀態信息|的第P個權重分量和第q個權重分量，表示的共輒 轉置，表示間q的共輒轉置，符號:E{X}表示隨機變量x的期望值。
[0025] 可選的，所述使用所述N個天線向所述第一通信終端發送一個攜帶有所述應se的 導頻信號，包括：
[0026] 將一個攜帶有所述Wse的導頻信號拆分為N個子信號，使用所述N個天線發送所 述N個子信號，其中，每一個天線均發送一個所述子信號且各天線發送的子信號不同。
[0027] 可選的，所述基于所述計算得到基于信號泄露的所述第一通信終端的波束賦形 權重矢量諒包括：
[0028] 通過公式
[0029]
[0030] 計算得到基于信號泄露的所述第一通信終端的波束賦形權重矢量鑄％，其中，為 所述第一通信終端的編號，K為與所述基站通信連接的通信終端的數量，ieK，&為編號為i的通信終端對應的信道的信道狀態信息，&為所述第一通信終端對應的信道的信道狀態 信息，1；^為5的共輒轉置，的共輒轉置，〇 2為噪聲的能量，I維度為N*N的單 位矩陣。
[0031] 可選的，還包括：
[0032] 根據所述$8<：：^進行波束賦形。
[0033] -種確定波束賦形權重矢量的裝置，應用于使用大規模多輸入多輸出技術的頻分 雙工FDD通信系統的基站中，所述基站通過N個天線與第一通信終端通信連接，所述裝置包 括：第一權重計算單元、導頻信號發送單元、信號接收單元、第二權重計算單元、相位參數計 算單元和第三權重計算單元，
[0034] 所述第一權重計算單元，用于計算基于空間相關矩陣的第一通信終端的波束賦形 權重矢量漢
[0035] 所述導頻信號發送單元，用于從所述N個天線中選取M個天線，M和N均為正整數 且M〈N，使用所述M個天線向所述第一通信終端發送未攜帶有所述孩se的導頻信號；使用所 述N個天線向所述第一通信終端發送一個攜帶有所述Wse的導頻信號；
[0036] 所述信號接收單元，用于接收所述第一通信終端反饋的導頻信號接收所 述第一通信終端反饋的與所述M個天線對應的信道狀態信息|，其中，所述|是由所述第 一通信終端根據接收的未攜帶有所述Wse的導頻信號進行信道估計得到的，所述導頻信號 為經過信道后的攜帶有所述Wse的導頻信號；
[0037] 所述第二權重計算單元，用于基于所述|，計算得到基于信號泄露的所述第一通 信終端的波束賦形權重矢量運
[0038] 所述相位參數計算單元，用于通過公式
[0039]
[0040] 計算相位參數《，其中，胃為拓&￡;在所述M個天線中每一個天線相對應的權重分 量組成的波束賦形權重矢量，且滿足
，其中，i為應％中權重分 量的序號，腿為所述M個天線所對應的序號的集合，為所述N個天線所對應的序號的集 合；[舊^和分別為矢量瘃和％￡的第i個權重分量j 和乙(IfSL) 分別表示復數-廠 和的相位；
[0041] 所述第三權重計算單元，用于通過公式
[0042]
[0043] 計算得到基于空間相關矩陣和信號泄露的所述第一通信終端的波束賦形權重矢 量該為I琢&e亂集合；其中，11_2和11焉:1|2分別為所述壺和所述的 二范數，eiu為復相位。
[0044] 可選的，所述第一權重計算單元，具體用于：
[0045] 通過公式
[0046] Wsc = vw(R)
[0047] 計算得到基于空間相關矩陣的第一通信終端的波束賦形權重矢量，其中， VA1I)ax(R)表示矩陣R的最大特征值對應的特征矢量，矩陣R是所述第一通信終端的空間相 關矩陣，矩陣R的權重分量的定義如下：
[0048]