利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站，其中所述方法包括：利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成N×M个预编码后的数据；所述三维波束码本矩阵的行数为N×M，所述三维波束码本矩阵的列数为L；通过天线阵列发送由所述N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括N×M个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N；L≤N×M，且所述L、M和N均为正整数。实施本发明专利技术实施例，可实现在三维空间中形成多个指向多个方向的波束。

【技术实现步骤摘要】
利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站
本专利技术涉及通信领域，尤其涉及利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站。
技术介绍
在无线通信系统的发展中，天线技术是当前无线通信系统中最活跃的研究领域之一。当前的主流的无线通信系统中都大量使用了多天线技术，蜂窝系统有LTE(LongTermEvolution长期演进)系统、WiMAX(WorldinteroperabilityforMicrowaveAccess全球微波接入互操作)系统等，短距离无线通信系统有各个版本的WiFi(WirelessFidelity无线高保真)系统。目前正在使用的上述无线通信系统中，多天线技术主要是使用发送机与接收机之间的多个发送天线和多个接收天线进行发送和接收处理，即MIMO(MultipleInputMultipleOutput多入多出)技术。这些系统中使用的MIMO技术，发送站通常是多根线状排列的天线，典型的数目有2根、4根，在LTE系统Rel-10(版本10)版本中引入了最多8根天线的配置。即使这样，在当前的民用通信系统中，最多也就是8根沿某一水平或垂直方向的线状排列的天线了。随着天线技术的发展和进步，更多可能的天线数目的阵列天线被引入到发送机上来，尤其是引入到体积相对较大的基站发送机身上来。更多的天线数的面状天线(多排，多列)，如8列4排的面状天线阵。阵列天线引入到发送机上后，发送机由于有更多的发送天线数目，因而具有了更多可用的空间自由度，从而可以实现发送机的主动波束赋形，即具有天线阵列的发送机可以在三维空域上辐射出多个大小范围可控的空间区域。从而为无线通信系统新更高的频谱效率方向的演进提供了可能。上述具有阵列天线的发送机要获得更多发送天线数带来的系统增益，其中必须解决三维空间的码本的设计问题。否则无法得到阵列天线在理论上提供的可能的性能增益。在现有技术中，LTER8中定义了最多4天线的发送码本的设计方案。这种方案为最多4个发送天线定义了1流，2流和4流的发送码本。这些码本的设计背景主要是SU-MIMO(SingleUser-MIMO单用户MIMO)，并且其天线结构是ULA(均匀线性阵列UniformLinearArray)阵的最多4个沿一条直线排列的天线。这种码本显然不能直接用于类似8列4行场景的天线阵列系统。尤其是，这些码本主要是用于水平方向上的预编码，不能够实现垂直方向上多仰角的指向，更不能实现三维空间的波束映射。另一种现有技术的方案中，LTER10中定义了8天线的基站发送码本。这种码本既适合于MU-MIMO(MultipleUser-MIMO多用户MIMO)，也适合于SU-MIMO，其支持的流数分别为：1至8之间的任意数目。同样的，这种码本是为按水平方向排列的最多8天线的基站系统设计的，其也不适合在垂直方向上多仰角的指向，也不能实现三维空间的波束映射，更不适合天线数大于8的基站系统。
技术实现思路
本专利技术实施例提供无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法、装置及基站，可在三维空间中形成能指向多个方向的波束。本专利技术第一方面提供一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法，可包括：利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成N×M个预编码后的数据，所述三维波束码本矩阵能够用于三维波束空间的预编码；所述三维波束码本矩阵的行数为N×M，所述三维波束码本矩阵的列数为L；通过天线阵列发送由所述N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括N×M个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N；L≤N×M，且所述L、M和N均为正整数。在第一种可能的实现方式中，L＝1，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为：其中，γk为第k个波束的第一向量，为指向第二阵列方向上的空间窄波束，为第k个波束的第二向量，为指向第一阵列方向上的一个空间波束，这里为长度为M的所述第二向量中的各个元素，k为正整数。在第二种可能的实现方式中，L＝M，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为：其中，γk为第k个波束的第一向量，为指向第二阵列方向的空间窄波束，为第k个波束的第i个第二向量，为指向第一阵列方向上的第i个空间波束，其中为长度为M的所述第二向量的各个元素，i的取值范围为大于等于1且小于等于M的整数，k为正整数。结合第一方面的第一种可能的实现方式，或第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述第k个波束服务于一个或多个终端。结合第一方面的第一种可能的实现方式，或第一方面的第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，其中，βk是第k个波束在第二阵列方向上使用的波束成形向量，其中βk，0，到βk，N-1为βk向量中的各个元素，j表示一虚数单位，j*j＝-1，d为所述第k个波束在第二阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的间隔，Ωk为所述第k个波束的主波瓣在第二阵列方向上的空间波束位置。结合第一方面的第一种可能的实现方式，或第一方面的第二种可能的实现方式，或第一方面的第三种可能的实现方式，或第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，其中，αk是第k个波束在第一阵列方向上使用的波束形成向量，其中αk，0，到αk，M-1为αk向量中的各个元素，b为所述第k个波束在第一阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的间隔，ψk为所述第k个波束的主波瓣在第一阵列方向上的空间波束位置。结合第一方面的第一种可能的实现方式，或第一方面的第二种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，其中，βk是第k个波束在第二阵列方向上使用的波束形成向量，其中βk，0，到βk，N-1为βk向量中的各个元素，j表示一虚数单位，j*j＝-1，dn(n＝0，...，N-1)为所述第k个波束在第二阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的位置，Ωk为所述第k个波束的在第二阵列方向上的主波瓣空间波束位置。结合第一方面的第一种可能的实现方式，或第一方面的第二种可能的实现方式，或第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，其中，αk是第k个波束在第一阵列方向上使用的波束形成向量，其中αk，0，到αk，M-1为αk向量中的各个元素，bn(n＝0，...，M-1)为所述第k个波束在第一阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的位置，ψk为所述第k个波束的在第一阵列方向上的主波瓣空间波束位置。结合第一方面的第四种可能的实现方式，或第一方面的第六种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，Ωk＝cos(θ)或者Ωk＝-cos(θ)，其中，所述θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角；或者，Ωk＝cos(φ)sin(θ)或者Ωk＝-cos(φ)sin(θ)或者Ωk＝sin(φ)sin(θ)或者Ωk＝-sin(φ)sin(θ)，其中，所述θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角，所述φ为天线阵列的第二阵列方向的波束角。结合第一方面的第五种可能的实现方式，或第一方面的第七种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，ψk＝cos(θ)或者ψk＝-cos(θ)，其中，所述θ为天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法，其特征在于，包括：利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成N×M个预编码后的数据，所述三维波束码本矩阵能够用于三维波束空间的预编码；所述三维波束码本矩阵的行数为N×M，所述三维波束码本矩阵的列数为L；通过天线阵列发送由所述N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括N×M个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N；L≤N×M，且所述L、M和N均为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法，其特征在于，包括：利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成N×M个预编码后的数据，所述三维波束码本矩阵能够用于三维波束空间的预编码；所述三维波束码本矩阵的行数为N×M，所述三维波束码本矩阵的列数为L；通过天线阵列发送由所述N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括N×M个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N；L≤N×M，且所述L、M和N均为正整数；其中，当L＝1，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为：其中，γk为第k个波束的第一向量，为指向第二阵列方向上的空间窄波束，为第k个波束的第二向量，为指向第一阵列方向上的一个空间波束，这里为长度为M的所述第二向量中的各个元素，k为正整数；或者，当L＝M，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为：其中，γk为第k个波束的第一向量，为指向第二阵列方向的空间窄波束，为第k个波束的第i个第二向量，为指向第一阵列方向上的第i个空间波束，其中为长度为M的所述第二向量的各个元素，i的取值范围为大于等于1且小于等于M的整数，k为正整数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第k个波束服务于一个或多个终端。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，βk是第k个波束在第二阵列方向上使用的波束成形向量，其中βk,0,到βk,N-1为βk向量中的各个元素，j表示一虚数单位，j*j＝-1，d为所述第k个波束在第二阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的间隔，Ωk为所述第k个波束的主波瓣在第二阵列方向上的空间波束位置。4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，其中，αk是第k个波束在第一阵列方向上使用的波束形成向量，其中αk，0,到αk,M-1为αk向量中的各个元素，b为所述第k个波束在第一阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的间隔，Ψk为所述第k个波束的主波瓣在第一阵列方向上的空间波束位置。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，βk是第k个波束在第二阵列方向上使用的波束形成向量，其中βk,0,到βk,N-1为βk向量中的各个元素，j表示一虚数单位，j*j＝-1，dn(n＝0,…,N-1)为所述第k个波束在第二阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的位置，Ωk为所述第k个波束的在第二阵列方向上的主波瓣空间波束位置。6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，其中，αk是第k个波束在第一阵列方向上使用的波束形成向量，其中αk，0,到αk,M-1为αk向量中的各个元素，bn(n＝0,…,M-1)为所述第k个波束在第一阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的位置，Ψk为所述第k个波束的在第一阵列方向上的主波瓣空间波束位置。7.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于，Ωk＝cos(θ)或者Ωk＝-cos(θ)，其中，所述θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角；或者，Ωk＝cos(φ)sin(θ)或者Ωk＝-cos(φ)sin(θ)或者Ωk＝sin(φ)sin(θ)或者Ωk＝-sin(φ)sin(θ)，其中，所述θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角，所述φ为天线阵列的第二阵列方向的波束角。8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，Ψk＝cos(θ)或者Ψk＝-cos(θ)，其中，所述θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角；或者，Ψk＝cos(φ)sin(θ)或者Ψk＝-cos(φ)sin(θ)或者Ψk＝sin(φ)sin(θ)或者Ψk＝-sin(φ)sin(θ)，其中，所述θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角，所述φ为天线阵列的第二阵列方向的波束角。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，Ψk＝cos(θ)或者Ψk＝-cos(θ)，其中，所述θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角；或者，Ψk＝cos(φ)sin(θ)或者Ψk＝-cos(φ)sin(θ)或者Ψk＝sin(φ)sin(θ)或者Ψk＝-sin(φ)sin(θ)，其中，所述θ为天线阵列的第一阵列方向的波束角，所述φ为天线阵列的第二阵列方向的波束角。10.如权利要求3或5中任一项所述的方法，其特征在于，Ωk＝kΩ0，其中，所述Ω0是第一个波束成形向量β0所对应的半波束宽度。11.如权利要求4所述的方法，其特征在于，Ψk＝kΨ0，其中，所述Ψ0是第一个波束成形向量α0所对应的半波束宽度。12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，Ψk＝kΨ0，其中，所述Ψ0是第一个波束成形向量α0所对应的半波束宽度。13.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，Ψk＝kΨ0，其中，所述Ψ0是第一个波束成形向量α0所对应的半波束宽度。14.如权利要求1至3、5、8和9中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一向量与第二向量中的至少一项为：长期演进系统LTE的第八版本中的4天线发送码本、或LTE的第十版本中的8天线发送码本。15.如权利要求1至3、5、8和9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述通过所述天线阵列发送由所述N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流的步骤之前，还包括：将所述由N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流按照先第一阵列方向后第二阵列方向的顺序映射到所述天线阵列上。16.一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的方法，其特征在于，包括：利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成N×M个预编码后的数据，所述三维波束码本矩阵能够用于三维波束空间的预编码；所述三维波束码本矩阵的行数为N×M，所述三维波束码本矩阵的列数为L；通过天线阵列发送由所述N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括N×M个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N；L≤N×M，且所述L、M和N均为正整数；其中，当L＝v，所述L个数据流形成K个波束，所述三维波束码本矩阵为：其中，K为正整数，为第n1个波束的波束码本矩阵中选出的具有v1列的波束码本，为第n2个波束的波束码本矩阵中选出的具有v2列的波束码本，为第K个波束的波束码本矩阵中选出的具有vk列的波束码本，n1和n2均为小于K的正整数,K为不大于N的正整数，vi为不大于M的正整数；或者，当L＝v，所述L个数据流形成K个波束，所述三维波束码本矩阵为：其中，K为正整数，ρx(x＝n1，n2，……，K)为波束的功率分配因子，为第n1个波束的波束码本矩阵中选出的具有v1列的波束码本，为第n2个波束的波束码本矩阵中选出的具有v2列的波束码本，为第K个波束的波束码本矩阵中选出的具有vk列的波束码本，n1和n2均为小于K的正整数，K为不大于N的正整数，vi为不大于M的正整数。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述K个波束分别服务于多个终端。18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述K个波束有相同或不同的功率。19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述K个波束有相同或不同的功率。20.如权利要求16-19中任一项所述的方法，其特征在于，在所述通过所述天线阵列发送由所述N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流的步骤之前，还包括：将所述由N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流按照先第一阵列方向后第二阵列方向的顺序映射到所述天线阵列上。21.一种无线通信系统中利用三维波束码本进行通信的装置，其特征在于，包括：预编码模块，用于利用三维波束码本矩阵对L个数据流进行预编码处理以生成N×M个预编码后的数据，所述三维波束码本矩阵能够用于三维波束空间的预编码；所述三维波束码本矩阵的行数为N×M，所述三维波束码本矩阵的列数为L；发送模块，与所述预编码模块连接，用于通过天线阵列发送由所述N×M个预编码后的数据形成的L个新数据流中至少一个数据流，所述天线阵列包括N×M个天线，在第一阵列方向上的天线端口数量为M，在第二阵列方向上的天线端口数量为N；L≤N×M，且所述L、M和N均为正整数；其中，当L＝1，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为：其中，γk为第k个波束的第一向量，为指向第二阵列方向上的空间窄波束，为第k个波束的第二向量，为指向第一阵列方向上的一个空间波束，这里为长度为M的所述第二向量中的各个元素，k为正整数；或者，当L＝M，且所述L个数据流形成第k个波束，所述三维波束码本矩阵为：其中，γk为第k个波束的第一向量，为指向第二阵列方向的空间窄波束，为第k个波束的第i个第二向量，为指向第一阵列方向上的第i个空间波束，其中为长度为M的所述第二向量的各个元素，i的取值范围为大于等于1且小于等于M的整数，k为正整数。22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述第k个波束服务于一个或多个终端。23.如权利要求21所述的装置，其特征在于，其中，βk是第k个波束在第二阵列方向上使用的波束形成向量，其中βk,0,到βk,N-1为βk向量中的各个元素，j表示一虚数单位，j*j＝-1，d为所述第k个波束在第二阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的间隔，Ωk为所述第k个波束的主波瓣在第二阵列方向上的空间波束位置。24.如权利要求21-22中任一项所述的装置，其特征在于，其中，，αk是第k个波束在第一阵列方向上使用的波束形成向量，其中αk，0,到αk,M-1为αk向量中的各个元素，b为所述第k个波束在第一阵列方向上的方向矢量所在方向上的对发送信号波长归一化的天线阵元间的间隔，Ψk为所述第k个波束的主波瓣在第一阵列方向上的空间波束位置。25.如权利要求21或22所...

【专利技术属性】
技术研发人员：武雨春，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44