混合波束赋形方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例提供了在基站中进行混合波束赋形的方法和装置以及在移动终端中用于混合波束赋形的方法和装置。在基站中进行混合波束赋形的方法包括：基于对物理信道的长时估计，计算宽带模拟波束赋形矩阵；对所述宽带模拟波束赋形矩阵进行量化，以获得经量化的宽带模拟波束赋形矩阵；向所述物理信道应用所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，以获得所述物理信道的等价信道；基于对所述等价信道的短时估计，计算子带数字波束赋形矩阵；以及利用所述子带数字波束赋形矩阵和所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，对下行链路信号进行混合波束赋形。根据本发明专利技术实施例的混合波束赋形方案，使得大规模MIMO系统的部署更加实用和成本有效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例一般地涉及无线通信技术，更具体地，涉及混合波束赋形方法和装置。
技术介绍
大规模多输入多输出(MIMO)或大型天线系统由于在能效、频谱效率、鲁棒性和可靠性方面的巨大优势，已经被广泛认为是5G通信系统的关键实现技术。大规模MIMO的基本前提是基站天线的数目远大于单天线终端的数目。理论上，具有全数字波束赋形(BF)的大规模MIMO系统可以产生最优性能。然而，付出的代价是硬件复杂度和成本(射频通道的数目)、以及信号处理的复杂度和能耗的迅速增加。因此，当天线数目非常大时，实施相同数目的射频通道可能是不可行的。因此，如何实现具有有限数目射频通道的大规模MIMO是关键的技术问题。为了减少所需射频通道的数目，动态天线切换技术不失为一种选择，但由于未能充分利用额外天线的优势，这种方案提供了有限的阵列增益，并且在相关信道中性能很差。为了解决这一问题，可以考虑利用有源天线的模拟波束赋形。总体而言，模拟波束赋形通过模拟移相器的网络来控制每个天线上的信号相位。由于振幅和相位控制方面的硬件限制，模拟波束赋形的性能通常是次优的。为了实现具有更大波束赋形增益的多数据流预编码，最近提出了混合的模拟和数字波束赋形(以下简称混合波束赋形)策略。然而，目前，例如在灵活的用户调度、训练信号设计、以及针对FDD(频分双工)系统或者具有或不具有精确天线校准的TDD系统的信道信息获取等方面，混合波束赋形算法仍远不成熟。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种在基站中进行混合波束赋形的方法和装置以及在移动终端中用于混合波束赋形的方法和装置，以解决或者至少部分地缓解现有技术中存在的上述问题。在第一方面中，本专利技术的实施例提供了一种在基站中进行混合波束赋形的方法。该方法包括：基于对物理信道的长时估计，计算宽带模拟波束赋形矩阵；对所述宽带模拟波束赋形矩阵进行量化，以获得经量化的宽带模拟波束赋形矩阵；向所述物理信道应用所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，以获得所述物理信道的等价信道；基于对所述等价信道的短时估计，计算子带数字波束赋形矩阵；以及利用所述子带数字波束赋形矩阵和所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，对下行链路信号进行混合波束赋形。在一个实施例中，对所述宽带模拟波束赋形矩阵进行量化包括：将所述宽带模拟波束赋形矩阵中的每个非零元素的幅度进行归一化；以及针对所述每个非零元素，在预定的相位集合中逐元素地执行相位搜索，以选择使得所述等价信道的容量最大化的相位。在一个实施例中，该方法进一步包括：基于对所述等价信道的短时估计，执行子带用户调度。在一个实施例中，该方法进一步包括：分别通过所述基站的水平线性阵列和垂直线性阵列向所述移动终端发送第一训练信号和第二训练信号，以便所述移动终端分别基于所述第一训练信号和所述第二训练信号来估计与所述水平线性阵列相关联的水平子信道协方差矩阵以及与所述垂直线性阵列相关联的垂直子信道协方差矩阵；分别从所述移动终端接收对所述水平子信道协方差矩阵的估计的反馈、以及对所述垂直子信道协方差矩阵的估计的反馈；以及基于所述反馈来构建所述水平子信道协方差矩阵与所述垂直子信道协方差矩阵的克罗内克积，以作为所述物理信道的宽带信道协方差矩阵。在第二方面中，本专利技术的实施例提供了一种在基站中进行混合波束赋形的方法。该方法包括：基于对物理信道的长时估计，计算宽带模拟波束赋形矩阵；向所述物理信道应用所述宽带模拟波束赋形矩阵，以获得所述物理信道的等价信道；基于对所述等价信道的短时估计，计算子带数字波束赋形矩阵并且执行子带用户调度；以及利用所述宽带模拟波束赋形矩阵和所述子带数字波束赋形矩阵，对用于被调度用户的下行链路信号进行混合波束赋形。在一个实施例中，该方法进一步包括：分别通过所述基站的水平线性阵列和垂直线性阵列向移动终端发送第一训练信号和第二训练信号，以便所述移动终端分别基于所述第一训练信号和所述第二训练信号来估计与所述水平线性阵列相关联的水平子信道协方差矩阵以及与所述垂直线性阵列相关联的垂直子信道协方差矩阵；分别从所述移动终端接收对所述水平子信道协方差矩阵的估计的反馈、以及对所述垂直子信道协方差矩阵的估计的反馈；以及基于所述反馈来构建所述水平子信道协方差矩阵与所述垂直子信道协方差矩阵的克罗内克积，以作为所述物理信道的宽带信道协方差矩阵。在第三方面中，本专利技术的实施例提供了一种在移动终端中用于混合波束赋形的方法。该方法包括：基于从基站的天线的水平线性阵列接收到的第一训练信号，估计与所述水平线性阵列相关联的水平子信道协方差矩阵；基于从所述基站的天线的垂直线性阵列接收到的第二训练信号，估计与所述垂直线性阵列相关联的垂直子信道协方差矩阵；以及向基站反馈对所述水平子信道协方差矩阵的估计、以及对所述垂直子信道协方差矩阵的估计。在一个实施例中，该方法进一步包括：将所述水平子信道协方差矩阵与第一传输相关系数相关联，以及将所述垂直子信道协方差矩阵与第二传输相关系数相关联；并且其中向基站反馈对所述水平子信道协方差矩阵的估计、以及对所述垂直子信道协方差矩阵的估计包括：向所述基站反馈所述第一传输相关系数的幅度和相位以及所述第二传输相关系数的幅度和相位。在一个实施例中，该方法进一步包括：基于从所述基站接收到的第三训练信号，估计等价信道；以及向所述基站反馈对所述等价信道的估计。在第四方面中，本专利技术的实施例提供了一种在基站中进行混合波束赋形的装置。该装置包括：长时估计单元，被配置为基于对物理信道的长时估计，计算宽带模拟波束赋形矩阵；量化单元，被配置为对所述宽带模拟波束赋形矩阵进行量化，以获得经量化的宽带模拟波束赋形矩阵；等价信道获取单元，被配置为向所述物理信道应用所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，以获得所述物理信道的等价信道；短时估计单元，被配置为基于对所述等价信道的短时估计，计算子带数字波束赋形矩阵；以及混合波束赋形单元，被配置为利用所述子带数字波束赋形矩阵和所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，对下行链路信号进行混合波束赋形。在第五方面中，本专利技术的实施例提供了一种在基站中进行混合波束赋形的装置。该装置包括：长时估计单元，被配置为基于对物理信道的长时估计，计算宽带模拟波束赋形矩阵；等价信道获取单元，被配置为向所述物理信道应用所述宽带模拟波束赋形矩阵，以获得所述物理信道的等价信道；短时估计单元，被配置为基于对所述等价信道的短时估计，计算子带数字波束赋形矩阵并且执行子带用户调度；以及混合波束赋形单元，被配置为利用所述宽带模拟波束赋形矩阵和所述子带数字波束赋形矩阵，对用于被调度用户的下行链路信号进行混合波束赋形。在第六方面中，本专利技术的实施例提供了一种在移动终端中用于混合波束赋形的装置。该装置包括：第一估计单元，被配置为基于从基站的天线的水平线性阵列接收到的第一训练信号，估计与所述水平线性阵列相关联的水平子信道协方差矩阵；第二估计单元，被配置为基于从所述基站的天线的垂直线性阵列接收到的第二训练信号，估计与所述垂直线性阵列相关联的垂直子信道协方差矩阵；以及反馈单元，被配置为向基站反馈对所述水平子信道协方差矩阵的估计、以及对所述垂直子信道协方差矩阵的估计。在一个实施例中，该装置进一步包括：关联单元，被配置为将所述水平子信道协方差矩阵与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基站中进行混合波束赋形的方法，包括：基于对物理信道的长时估计，计算宽带模拟波束赋形矩阵；对所述宽带模拟波束赋形矩阵进行量化，以获得经量化的宽带模拟波束赋形矩阵；向所述物理信道应用所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，以获得所述物理信道的等价信道；基于对所述等价信道的短时估计，计算子带数字波束赋形矩阵；以及利用所述子带数字波束赋形矩阵和所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，对下行链路信号进行混合波束赋形。

【技术特征摘要】
1.一种在基站中进行混合波束赋形的方法，包括：基于对物理信道的长时估计，计算宽带模拟波束赋形矩阵；对所述宽带模拟波束赋形矩阵进行量化，以获得经量化的宽带模拟波束赋形矩阵；向所述物理信道应用所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，以获得所述物理信道的等价信道；基于对所述等价信道的短时估计，计算子带数字波束赋形矩阵；以及利用所述子带数字波束赋形矩阵和所述经量化的宽带模拟波束赋形矩阵，对下行链路信号进行混合波束赋形。2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述宽带模拟波束赋形矩阵进行量化包括：将所述宽带模拟波束赋形矩阵中的每个非零元素的幅度进行归一化；以及针对所述每个非零元素，在预定的相位集合中逐元素地执行相位搜索，以选择使得所述等价信道的容量最大化的相位。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于对所述等价信道的短时估计，执行子带用户调度。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：分别通过所述基站的水平线性阵列和垂直线性阵列向所述移动终端发送第一训练信号和第二训练信号，以便所述移动终端分别基于所述第一训练信号和所述第二训练信号来估计与所述水平线性阵列相关联的水平子信道协方差矩阵以及与所述垂直线性阵列相关联的垂直子信道协方差矩阵；分别从所述移动终端接收对所述水平子信道协方差矩阵的估计的反馈、以及对所述垂直子信道协方差矩阵的估计的反馈；以及基于所述反馈来构建所述水平子信道协方差矩阵与所述垂直子
\t信道协方差矩阵的克罗内克积，以作为所述物理信道的宽带信道协方差矩阵。5.一种在基站中进行混合波束赋形的方法，包括：基于对物理信道的长时估计，计算宽带模拟波束赋形矩阵；向所述物理信道应用所述宽带模拟波束赋形矩阵，以获得所述物理信道的等价信道；基于对所述等价信道的短时估计，计算子带数字波束赋形矩阵并且执行子带用户调度；以及利用所述宽带模拟波束赋形矩阵和所述子带数字波束赋形矩阵，对用于被调度用户的下行链路信号进行混合波束赋形。6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：分别通过所述基站的水平线性阵列和垂直线性阵列向移动终端发送第一训练信号和第二训练信号，以便所述移动终端分别基于所述第一训练信号和所述第二训练信号来估计与所述水平线性阵列相关联的水平子信道协方差矩阵以及与所述垂直线性阵列相关联的垂直子信道协方差矩阵；分别从所述移动终端接收对所述水平子信道协方差矩阵的估计的反馈、以及对所述垂直子信道协方差矩阵的估计的反馈；以及基于所述反馈来构建所述水平子信道协方差矩阵与所述垂直子信道协方差矩阵的克罗内克积，以作为所述物理信道的宽带信道协方差矩阵。7.一种在移动终端中用于混合波束赋形的方法，包括：基于从基站的天线的水平线性阵列接收到的第一训练信号，估计与所述水平线性阵列相关联的水平子信道协方差矩阵；基于从所述基站的天线的垂直线性阵列接收到的第二训练信号，估计与所述垂直线性阵列相关联的垂直子信道协方差矩阵；以及向基站反馈对所述水平子信道协方差矩阵的估计、以及对所述垂直子信道协方差矩阵的估计。8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：将所述水平子信道协方差矩阵与第一传输相关系数相关联，以及将所述垂直子信道协方差矩阵与第二传输相关系数相关联；并且其中向基站反馈对所述水平子信道协方差矩阵的估计、以及对所述垂直子信道协方差矩阵的估计包括：向所述基站反馈所述第一传输相关系数的幅度和相位以及所述第二传输相关系数的幅度和相位。9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：基于从所述基站接收到的第三训练信号，估计等价信道；以及向所述基站反馈对所述等价信道的估计。10.一种在基站中进行混合波束赋形的装置，包括：长时估计单元，被配置为基于对物理信道的长时估计，计算宽带模拟波束赋形矩阵；量化单元，被配置为对所述宽带模拟波束赋形矩阵进行量化，以获得经量化的宽带模拟波束赋形矩阵；等价信道获取单元，被配置为向所述物理信...

【专利技术属性】
技术研发人员：武露，吴克颖，
申请(专利权)人：上海贝尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31