专利名称：一种多用户波束成形的方法和基站的制作方法
技术领域：
本发明涉及多输入多输出(MIM0)无线移动通信系统，尤其涉及智能 天线波束成形技术，具体地说，涉及一种多用户波束成形的方法和基站。
背景技术：
多输入多输出(MIMO:Multiple Input and Multiple Output)系统由 于能够有效提高信道容量而成为LTE的研究中倍受人们关注的技术。在多用户MIM0模式中，可以通过设计合适的发射天线和接收天线的权值矢量来 设计赋形波束的方向，区分多用户的信号，去除用户间干扰。波束成形的方法通过用户所在方位来区分用户，从而可以实现多个用户复用相同 的时间、频率资源。对于小天线间距(0.5a)情况有利于控制波束指向，更加适合于应用波 束成形(beamforming)技术。波束成形技术主要是通过控制波束方向来进行工作的，比较适合用于空旷的郊区 场景。波束成形可以获得明显的波束能量增益，可以扩大小区的覆盖。在多用户MIM0模式中，可以通过设计合适的发射天线和接收天线的权值矢量来 设计赋形波束的方向，控制波束图的具体形状，可以在期望方向形成主瓣和干扰方向形成 零陷，从而区分多用户的信号，去除用户间干扰。波束赋形技术能够扩大小区覆盖范围，提高链路可靠性，提高峰值速率，增加系统 容量，MU-BF可以获得多用户复用增益，从而提高小区的吞吐量。发明内容本发明的主要目的在于提供一种多用户波束成形的方法和基站。本发明公开了一种多用户波束成形方法，基站根据用户设备所在方位控制发射机 天线的波束成形，包括所述基站估计每一个所述用户设备的上行接收权值，并根据所述上行接收权值转 换得到下行发送权值，再由下行发送权值计算得到用户所在的方位角；所述基站根据所述用户所在的方位角，把满足约束条件的用户配对组成用户组；根据零陷展宽算法，所述计算所述用户组内每个用户的生成波束权值；所述基站进行正交化计算，使得所述用户组内每个用户的生成波束权值互相正 交，得到最终的波束成型发射权值。上行接收权值与下行发送权值的转换过程包括估计上行权值=广2^'(' .其中，d为线性阵列阵元间距，c为波速，fu为 上行载波频率，e为波达方向角；计算下行波束相位角么」其中，fd为下行载波频率，cK.i是第i阵元上的
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权值对应的相位角；下行波束方向角误差补偿，对每个阵元的上行权值估计相位进行士2kJi修正；从 参考阵元一开始修正，k = 0 ；修正值的符号选取与阵元2的相位符号一致；每当&的符号从 修正值的符号跳变到相反的符号一次，k值加1 ；
形成下行权值
o每个用户的生成波束权值，在自己的发散角方向形成主瓣，在其它用户的发散角 方向生成宽零陷。本发明还公开了一种多用户波束成形基站，根据用户设备所在方位控制发射机天 线的波束成形，包括信号接收模块，信号发送模块和发射天线；还包括上行与下行权值转换模块，从所述信号接收模块估计获得每一个所述用户设备的 上行接收权值，并根据所述上行接收权值转换得到下行发送权值，计算得到用户所在的方 位角；权值计算模块，把满足约束条件的用户配对组成用户组；根据零陷展宽算法计算 所述用户组内每个用户的生成波束权值；再进行正交化计算，使得所述用户组内每个用户 的生成波束权值互相正交，得到最终的波束成型发射权值；所述信号发送模块每个用户的数据流与对应的所述最终的波束成型发射权值相 乘，并通过所述天线进行发送。所述上行与下行权值转换模块的转换过程包括估计上行权值=ei2^cfAi-X)smmd为线性阵列阵元间距，c为波速，fu为
，
上行载波频率，e为波达方向角；
f计算下行波束方向角么其中，fd为下行载波频率，是第i阵元上的 权值对应的相位角；下行波束方向角误差补偿，对每个阵元的上行权值估计相位进行士2kJi修正；从 参考阵元一开始修正，k = 0 ；修正值的符号选取与阵元2的相位符号一致；每当&的符号从 修正值的符号跳变到相反的符号一次，k值加1 ；形成下行权值乂」=
o本发明公开的一种多用户波束成形的方法和基站，利用多天线技术，根据上行接 收权值计算下行发射权值，使多用户同时同频复用系统资源。利用波束零陷展宽技术和权 值正交化技术，配合几种用户配对约束条件，使得多个用户可以利用相同的时、频、码资源。
图1是基于上下行权值转换和零陷展宽的多用户波束成形发射机原理框图。图2是基于上下行权值转换和零陷展宽的多用户波束成形方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。如图1所示是基于上下行权值转换和零陷展宽的多用户波束成形发射机原理框 图，用户1、用户2以及其他用户的数据流接收进入对应的信道编码器中，经过MOD调制后进 入调度模块；扩散角D0A、信道质量CQI和反馈RI (Rank Index)经过用户配对限制确定配 对的用户组，再使用零陷展宽方法得到每个用户的波束权值，对波束权值正交处理后，加入 调度模块，从调度模块输出再与对应的DRS1、DRS2...相加，经过波束成形天线发射出去。附图2是基于上下行权值转换和零陷展宽的多用户波束成形发射机流程框图，描述了具体实施步骤，包括第一步基站BS获得每一个用户设备UE的上行信道状态信息，得到上行接收权 值，根据上行接收权值，经过转换，得到下行发送权值，由下行发送权值得到用户所在的方 位角。上行与下行权值的转换过程的子步骤如下+第一子步，估计上行权值=.上行权值是通过上行的Sounding
Reference Signal (SRS导频)进行估计得到的，这个权值用来接收上行信号，加载在基站 侧的天线端。其中，d为线性阵列阵元间距，c为波速，fu为上行载波频率，e为波达方向 角；第二子步，计算下行波束相位角九，,ctui和分别是上行和下行权 今 人’ ，
值矢量的第i个元素(复数)所对应的相位角。也就是第i阵元上的权值元素(复数)对
应的相位角，其中，fd为下行载波频率，6&是第i阵元上的权值元素(复数)对应的相位
角；令第三子步，进行下行波束方向角误差分析。下行权值Wd, i的相位 L 土2与&有误差±2令^方向图的指向偏差随D0A越大而越大；
JuJuJuJ" ,令第四子步，下行波束相位角误差补偿，对每个阵元的上行权值估计相位进行 士2kJi修正；从参考阵元一开始修正，k = 0 ；修正值的符号选取与阵元2的相位符号一致； 每当i的符号从修正值的符号跳变到相反的符号一次，k值加1 ；+第五子步，形成下行权值= elhj。第二步进行用户配对，满足约束条件的用户确定配对的用户组。约束条件比如说 两个用户方位角之差需要大于30度才能进行配对，等。这里不做详细描述。第三步根据零陷展宽算法，组内每个用户生成波束权值；这里的波束权值与下 行权值是相同意思，不过这里产生的权值还不是最终所使用的。某用户的权值所对应的波 束具有如下性质在用户自己的发散角(D0A)方向形成主瓣，在组内其它用户D0A方向生成 宽零陷。以降低用户间干扰。第四步对组内多个用户的发射权值进行正交化，正交化以后得到的权值就是最 终所使用的发射权值了。用户间权值互相正交，得到最终的波束成型beamforming发射权值。第五步BS将分组中每个UE的数据流与相对应的波束赋形权值相乘，并通过天线 进行发送，完成下行赋形过程。
权利要求
一种多用户波束成形方法，基站根据用户设备所在方位控制发射机天线的波束成形，其特征在于，包括所述基站估计每一个所述用户设备的上行接收权值，并根据所述上行接收权值转换得到下行发送权值，再由下行发送权值计算得到用户所在的方位角；所述基站根据所述用户所在的方位角，把满足约束条件的用户配对组成用户组；根据零陷展宽算法，所述计算所述用户组内每个用户的生成波束权值；所述基站进行正交化计算，使得所述用户组内每个用户的生成波束权值互相正交，得到最终的波束成型发射权值。
2.如权1所述的多用户波束成形方法，其特征在于，上行接收权值与下行发送权值的 转换过程包括估计上行权值,=广2^^ \其中，d为线性阵列阵元间距，c为波速，fu为上行 载波频率，e为波达方向角；计算下行波束相位角=、也"其中，fd为下行载波频率，是第i阵元上的权值 对应的相位角；下行波束方向角误差补偿，对每个阵元的上行权值估计相位进行士2kJi修正；从参考 阵元一开始修正，k = 0 ；修正值的符号选取与阵元2的相位符号一致；每当&的符号从修正 值的符号跳变到相反的符号一次，k值加1 ；形成下行权值o
3.如权1所述的多用户波束成形方法，其特征在于，每个用户的生成波束权值，在自己 的发散角方向形成主瓣，在其它用户的发散角方向生成宽零陷。
4.一种多用户波束成形基站，根据用户设备所在方位控制发射机天线的波束成形，包 括信号接收模块，信号发送模块和发射天线；其特征在于，还包括上行与下行权值转换模块，从所述信号接收模块估计获得每一个所述用户设备的上 行接收权值，并根据所述上行接收权值转换得到下行发送权值，计算得到用户所在的方位 角；权值计算模块，把满足约束条件的用户配对组成用户组；根据零陷展宽算法计算所述 用户组内每个用户的生成波束权值；再进行正交化计算，使得所述用户组内每个用户的生 成波束权值互相正交，得到最终的波束成型发射权值；所述信号发送模块每个用户的数据流与对应的所述最终的波束成型发射权值相乘，并 通过所述天线进行发送。
5.如权4所述的多用户波束成形基站，其特征在于，所述上行与下行权值转换模块的 转换过程包括估计上行权值w“ 二广2+"(M)SmW.其中，d为线性阵列阵元间距，c为波速，fu为上行 载波频率，e为波达方向角；计算下行波束方向角么其中，fd为下行载波频率，^ua是第i阵元上的权值Ju ,对应的相位角；下行波束方向角误差补偿，对每个阵元的上行权值估计相位进行士2kJi修正；从参考 阵元一开始修正，k = 0 ；修正值的符号选取与阵元2的相位符号一致；每当&的符号从修正 值的符号跳变到相反的符号一次，k值加1 ；形成下行权值
全文摘要
本发明涉及多输入多输出无线移动通信系统，尤其一种多用户波束成形的方法和基站，包括基站共计获得每一个所述用户设备的上行接收权值，并根据所述上行接收权值转换得到下行发送权值，再由下行发送权值计算得到用户所在的方位角；再把满足约束条件的用户配对组成用户组；然后根据零陷展宽算法计算所述用户组内每个用户的生成波束权值；再通过正交化计算，使得每个用户的生成波束权值互相正交，得到最终的波束成型发射权值。基站根据用户设备所在方位控制发射机天线的波束成形。本发明利用多天线技术，使多用户同时同频复用系统资源。利用波束零陷展宽技术和权值正交化技术，配合几种用户配对约束条件，使得多个用户利用相同的时、频、码资源。
文档编号H04B7/06GK101924586SQ20091010805
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者郭阳 申请人:中兴通讯股份有限公司