一種多用戶波束賦形方法及設備的製作方法

2023-05-26 15:20:06

專利名稱：一種多用戶波束賦形方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及移動通信領域，具體而言，本發明涉及一種多用戶波 束賦形方法及設備。
背景技術：
物理層的智能天線技術已經成為下 一 代無線通信系統的關鍵技術 之一，智能天線技術具有很多優點，比如利用數位訊號處理技術，產 生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向，使天線的旁 瓣或零陷對準幹擾信號到達方向，以達到充分高效利用移動用戶信號 並抑制幹擾信號的目的。利用智能天線可以使有用信號最大化而幹擾 信號最小化，從而極大地提高了系統的容量、擴大了系統的覆蓋。智 能天線的另 一個有效應用是SDMA ( Spatial Division Multiple Access, 空分復用)，即在波束賦形效果足夠好的信道條件下，可以為下行不 同方向上的用戶分配相同的資源，包括時隙、擴頻碼、頻率，而僅僅 利用空間的正交性進行多址接入，實現空分復用。
在SDMA技術中，基站給多用戶發送的數據信號不完全相同，但 導頻信號可以相同。此時基站對導頻的賦形是一種多用戶波束賦形， 即同時形成一個指向多個用戶的波束，不同於單用戶波束賦形，只形 成指向特定用戶的波束。此外，對於一些特定的具有群播特性的系統， 如果採用智能天線，且給各個用戶發送的信號也完全相同，此時也需 要形成一個同時指向多用用戶的波束。
對於上面提到的多用戶波束賦形，現有的方案是簡單的遵循單用 戶波束賦形方法。然而，對於多用戶波束賦形的，如果就按照通常的 單用戶賦形過程進行賦形，則各用戶之間的幹擾可能會很大，也就是， 某個用戶的賦形主瓣方向可能會被其他用戶的較強旁瓣幹擾，導致性 能增益下降，從而惡化系統容量和用戶吞吐量。

發明內容
本發明的目的在於提供一種多用戶波束賦形方法及設備，以實現 形成同時指向多個用戶的波束，並使得各個用戶接收信號功率最大， 解決了多用戶波束賦形中某個用戶的賦形主瓣方向可能會被其他用戶 的較強旁瓣幹擾的問題。
為了達到上述目的，本發明的實施例公開了一種多用戶波束賦形
方法，包括以下步驟
基站根據多用戶的信道估計計算多用戶的信道空間相關矩陣，根 據賦形算法計算每個用戶的賦形係數；所述基站將多用戶進行分組， 並計算每組用戶的賦形係數；所述基站利用每組用戶的賦形係數對組
內的每個用戶的數據進行賦形後發送給每個用戶。
根據本發明的實施例，所述計算多用戶的信道空間相關矩陣包括
所述基站接收多用戶的上行信號，根據所述多用戶的上行信號的 衝擊響應，確定上行信號的信道空間相關矩陣；
根據時分雙工系統的信道特性，所述基站根據上行信號的信道空 間相關矩陣得到下行信號的信道空間相關矩陣。
根據本發明的實施例，所述賦形算法包括基於特徵值的波束賦形 EBB算法。
根據本發明的實施例，所述賦形算法包括固定波束賦形GOB算法。
根據本發明的實施例，所述基站將多用戶分為兩個用戶一組，計 算出每組用戶的賦形係數。
根據本發明的實施例，所述基站利用每組用戶的賦形係數對組內 的每個用戶的數據進行賦形，對每組用戶數據依次延時相加後發送給 用戶。
根據本發明的實施例，所述每組用戶數據的延時時間依賴於實際 網路進行配置。
根據本發明的實施例，所述每組用戶數據的延時時間通過實驗仿真確定。
本發明還提供了一種基站側設備，包括
接收模塊，所述接收模塊用於接收多用戶發送的上行信號； 賦形模塊，所述賦形模塊用於根據所述接收模塊接收的上行信號， 對多用戶進行分組，並計算每組用戶的賦形係數，且利用每組用戶的
賦形係數對組內的每個用戶的數據進行賦形；
發送模塊，所述發送模塊用於將每個用戶的賦形數據發送給每個 用戶。
作為上述設備的實施例，所述賦形模塊包括分組配置模塊，所述 分組配置模塊用於對多用戶進行分組。
作為上述設備的實施例，所述賦形模塊包括延時加權模塊，所述 延時加權模塊用於對每組用戶的賦形數據延時相加，並將處理後的數 據傳輸給發送模塊。
利用本發明提供的技術方案，可以實現對各組用戶的加權係數的 相位調整，通過合理的相位調整，使得各個終端用戶接收信號功率達 到最大。利用本發明提供的技術方案，能夠有效地避免各用戶的主、 旁瓣之間的互相干擾，巧妙地利用各用戶之間的幹擾，使得各用戶的 性能都能夠得到提升，簡單、高效，有利於進一步提升系統性能。


圖1為本發明的多用戶波束賦形方法的實施例流程示意圖2為組數據處理示意圖3為E-HICH調度傳輸單用戶編碼流程；
圖4為E-HICH調度傳輸多用戶信號合併示意圖5為E-HICH非調度傳輸單用戶編碼流程；
圖6為E-HICH非調度傳輸多用戶信號合併示意圖7為本發明的基站設備。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述
本發明提供一種多用戶波束賦形方法及設備。本發明的技術方案 解決了多用戶波束賦形中某個用戶的賦形主瓣方向可能會被其他用戶 的較強旁瓣幹擾的問題。
本發明提供一種多用戶波束賦形方法，包括以下步驟基站根據 多用戶的信道估計計算多用戶的信道空間相關矩陣，根據賦形算法計 算每個用戶的賦形係數；所述基站將多用戶進行分組，並計算每組用 戶的賦形係數；所述基站利用每組用戶的賦形係數對組內的每個用戶 的數據進行賦形後發送給每個用戶。
如圖1所示，為本發明的實施例流程圖，下面結合實施例的流程 圖對本發明展開詳細闡述。
S101:基站根據各用戶的信道估計計算各用戶的信道空間相關矩陣。
在本實施例中，以蜂窩移動通信為例，支持智能天線技術的基站 向終端發送下行信號，並接收終端發送的上行信號。基站通過終端發 送的信息，了解其服務區下各個終端的信道條件。
基站可以通過多種方式獲取下行信道的相關信息，例如，在終端 上發的信息中，其中包含有終端對基站下行信號的測量信息。
此外，作為本發明的實施例，對於TDD (Time Division Duplex， 時分雙工)的通信系統TD誦SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access,時分同步的碼分多址接入)，可以通過以下 步驟獲取下行信道的相關信息基站接收多用戶的上行信號，根據所 述多用戶的上行信號的沖擊響應，確定上行信號的信道空間相關矩陣； 根據時分雙工系統的信道特性，基站根據上行信號的信道空間相關矩 陣得到下行信號的信道空間相關矩陣。對於時分雙工系統，在足夠短
的時間內，例如10ms或更短的時間內，才艮據時分雙工系統的信道特性， 可以認為上下行的信道特性維持不變，基站可以根據上行的所有時頻 資源上的信道信息得到下行的所有時頻資源上的信道信息。
基站確定多用戶的信道空間相關矩陣後，根據相應的賦形算法計算每個用戶的賦形係數。
作為本發明的實施例，賦形算法包括EBB ( Eigenvalue BasedBeamforming,基於特徵值的波束賦形)算法，利用EBB算法計算得到每個用戶的賦形係數。此外，賦形算法還包括GOB (Grid of Beams,固定波束賦形)算法。顯然，賦形算法不僅限於上述舉例的兩種，還可以是通過計算能獲得用戶的賦形係數的其他賦形算法。S102:將用戶進行分組，計算各組用戶的賦形係數。為了解決多用戶波束賦形中某個用戶的賦形主瓣方向可能會被其他用戶的較強旁瓣幹擾的問題，本發明通過對多個用戶進行分組，對每組用戶進行合理的相位調整，使得各個終端用戶接收信號功率達到最大。
作為本發明的實施例，基站將多用戶分為兩個用戶一組，計算出每組用戶的賦形係數，利用每組用戶的賦形係數對組內的每個用戶的數據進行賦形。
下面以兩個用戶為例說明每組內用戶的賦形加權係數的獲得過
程
假設通過步驟SlOl，對於基站服務區下的K個用戶通過賦形算法分別得到他們的賦形加權因子w、獲取^的方法可以是基於EBB算法、GOB算法或其他算法。
將服務區下的多個用戶進行分組，每兩個用戶一組。假設第一組
內兩個用戶根據他們的信道空間相關矩陣得到的賦形係數分別為Wl，w2,令x2,w^vKw，H。則所述第一組內每個用戶最後的賦形係數
就為
W—=||W|+x21w2||。
因此，對於其他組的用戶進行相同的處理，最終可以得到各組用
戶的I武形系悽t如下
formula see original document page 8
對於每個組，先將組內信號進行求和，例如，假設第一組的兩
厶用戶的發送信號分別為S、 ~，則第一組的最後賦形發送信號為
其他各組賦形信號以此類推，進行相同的操作，得到最終待發送的賦形信號。
顯然，本發明不僅限於分組為兩用戶一組的情況，同樣可以採取三用戶、四用戶或更多個用戶為一組的分組組合。
S103:對各組用戶數據進行賦形後發送出去。
作為本發明的實施例，基站利用每組用戶的賦形係數對組內的每個用戶的數據進行賦形，對每組用戶數據依次延時相加後發送給用戶。
如圖2所示，為組數據處理示意圖。每組用戶之間的延時可以設定為1個碼片chip的時間，每組用戶數據依次延時。顯然，為了達到更好的系統性能，每組用戶數據的延時時間依賴於實際網路環境，在具體實踐應用中，上述延時時間可以根據系統實際情況進行配置。
此外，每組用戶數據的延時時間通過實-驗仿真確定。
基於本發明的上述介紹，下面結合實際的系統，給出TD-SCDMA系統HSUPA版本中E一HICH信道的多用戶賦形過程。
TD-SCDMA系統HSUPA版本中E-HICH採用的擴頻碼為80階哈達馬矩陣。每個E-HICH信道可以承載多個用戶的信息。對於基於調度傳輸的E-HICH信道，它傳輸承載多用戶的ACK/NACK反饋，對於基於非調度傳輸的E-HICH信道，它傳輸承載多用戶的ACK/NACK和TPC/SS信息。多用戶信息符號同時復用到一個擴頻因子SF為16的碼道上。
對於調度傳輸，對於一個用戶的ACK/NACK消息，其編碼流程如下圖3所示。ACK/NACK消息a經過80長的正交碼擴頻為bn，對bn比特填充至88比特成為mn，對mn比特加護G後進行QPSK調製。
如果一條E-HICH上承載了多個用戶的反饋消息，則在擴頻前進行合併，如圖4所示，其中gi， i=l，...,M為對每路數據的幅度加權因子。疊加後的數據需要進行功率調整，保證疊加後的總功率不超過單碼道允許的最大發射功率。對於非調度傳輸，非調度傳輸單用戶的編碼流程如下圖5所示，其中f為表示TPC、 SS的碼字相對表示ACK碼字的幅度加權因子。
如果一條E-HICH承載的是多個用戶的消息，則在擴頻前進行合併，如圖6所示為E-HICH非調度傳輸多用戶信號合併示意圖，其中gi， i=l,...，M為對每路數據的幅度加權因子。疊加後的數據需要進行功率調整，保證疊加後的總功率不超過單碼道允許的最大發射功率。
基於本發明的提供的實現方案，其中訓練序列部分和數據部分採用相同的賦形因子，對於EJIICH信道的賦形傳輸，其實現的步驟如下
第一步基站根據各用戶的上行信道獲取他們的信道空間相關矩
陣
《=H("H(，, 表示第*個用戶的信道空間相關矩陣，""…，尺。
第二步將用戶進行分組處理，例如每兩個用戶一組，組間用戶發送數據間存在一個延時。
下面以其中 一個組為例來說明組內用戶加;K係數的獲取方法，
假設組內兩用戶計算得到的加權係數分別為w' ， w2 。令x21=wfWl/||wfWl|| ，那麼這個組的兩個用戶所使用的賦形係數就為
w,十；c，,w,w =-1-^——^~
(g，'||wl+x21w2||。若有多個用戶多個組，則可用類似的方法推導得
到每個組的賦形係數。
最後各組數據的發送可分別表示為^"'+g^)w。'^一 ，
(g3《+g4《)W。;, ，2等等，這裡g""U表示功率加權係數。訓練序列部
分則為mw("州，A^1…《，組間依次延時若干時間單位發射。這裡的時
間單位可以是lchip、 2chip等，實際系統中可以根據仿真和實際環境預先確定。
最後E—HICH的賦形過程，採用如圖2所示的流程圖來實現。如圖7所示，本發明還提供了一種基站設備700,包括接收模塊710，接收模塊710用於接收多用戶發送的上行信號；賦形模塊720,賦形模塊720用於根據接收模塊710接收的上行信號，對多用戶進行分組，並計算每組用戶的賦形係數，且利用每組用戶的賦形係數對組內的每個用戶的數據進行賦形；
發送模塊730,發送模塊730用於將每個用戶的賦形數據發送給每個用戶。
作為上述設備的實施例，賦形模塊720包括分組配置模塊721，分組配置模塊721用於對多用戶進行分組。
作為上述設備的實施例，賦形模塊720包括延時加權模塊722,延時加權模塊722用於對每組用戶的賦形數據延時相加，並將處理後的數據傳輸給發送模塊730。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
ii
權利要求
1、一種多用戶波束賦形方法，其特徵在於，包括以下步驟基站根據多用戶的信道估計計算多用戶的信道空間相關矩陣，根據賦形算法計算每個用戶的賦形係數；所述基站將多用戶進行分組，並計算每組用戶的賦形係數；所述基站利用每組用戶的賦形係數對組內的每個用戶的數據進行賦形後發送給每個用戶。
2、 如權利要求1所述的多用戶波束賦形方法，其特徵在於，所述 計算多用戶的信道空間相關矩陣包括所述基站接收多用戶的上行信號，根據所述多用戶的上行信號的 沖擊響應，確定上行信號的信道空間相關矩陣；根據時分雙工系統的信道特性，所述基站根據上行信號的信道空 間相關矩陣得到下行信號的信道空間相關矩陣。
3、 如權利要求2所述的多用戶波束賦形方法，其特徵在於，所述 賦形算法包括基於特徵值的波束賦形EBB算法。
4、 如權利要求2所述的多用戶波束賦形方法，其特徵在於，所述 賦形算法包括固定波束賦形GOB算法。
5、 如權利要求1所述的多用戶波束賦形方法，其特徵在於，所述 基站將多用戶分為兩個用戶 一組，計算出每組用戶的賦形係數。
6、 如權利要求5所述的多用戶波束賦形方法，其特徵在於，所述 基站利用每組用戶的賦形係數對組內的每個用戶的數據進行賦形，對 每組用戶數據依次延時相加後發送給用戶。
7、 如權利要求6所述的多用戶波束賦形方法，其特徵在於，所述 每組用戶數據的延時時間依賴於實際網路進行配置。
8、 如權利要求6所述的多用戶波束賦形方法，其特徵在於，所述 每組用戶數據的延時時間通過實驗仿真確定。
9、 一種基站側設備，其特徵在於，包括接收模塊，所述接收模塊用於接收多用戶發送的上行信號；賦形模塊，所述賦形模塊用於根據所述接收模塊接收的上行信號， 對多用戶進行分組，並計算每組用戶的賦形係數，且利用每組用戶的賦形係數對組內的每個用戶的數據進行賦形；發送模塊，所述發送模塊用於將每個用戶的賦形數據發送給每個 用戶。
10、 如權利要求9所述的基站側設備，其特徵在於，所述賦形模 塊包括分組配置模塊，所述分組配置模塊用於對多用戶進行分組。
11、 如權利要求IO所述的基站側設備，其特徵在於，所述賦形模 塊包括延時加權模塊，所述延時加權模塊用於對每組用戶的賦形數據 延時相加，並將處理後的數據傳輸給所述發送模塊。
全文摘要
本發明公開了一種多用戶波束賦形方法，包括以下步驟基站根據多用戶的信道估計計算多用戶的信道空間相關矩陣，根據賦形算法計算每個用戶的賦形係數；所述基站將多用戶進行分組，並計算每組用戶的賦形係數；所述基站利用每組用戶的賦形係數對組內的每個用戶的數據進行賦形後發送給每個用戶。利用本發明提供的技術方案，可以實現對各組用戶的加權係數的相位調整，通過合理的相位調整，使得各個終端用戶接收信號功率達到最大。
文檔編號H04B1/707GK101674120SQ20081022207
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月8日 優先權日2008年9月8日
發明者吳柯維, 徐紅豔, 譚鳳鳴 申請人:大唐移動通信設備有限公司