专利名称：在无线通信系统中基于doa进行波束赋形的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及OFDMA的无线通信，尤其涉及在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的方法与设备。
背景技术：
LTE系统的下行采用波束赋形来获取天线阵列增益。目前波束赋形算法主要基于信道衰落矩阵分解，又叫基于特征值的波束赋形(EBB)，以下将对EBB方案予以详细说明。考虑一个下行单用户MIMO系统，由一个ητ根天线的基站(BS)和一个ηκ根天线的用户设备构成，基站和用户设备之间的频域上的信道衰落矩阵表示为He C—，WeC^代表预编码矩阵，其中ν是未进行预编码的数据向量的维数，则用户设备的接收信号表示为y = HWs+z,其中ζ是噪声向量。EBB方案是单用户MIMO系统中最优的波束赋形算法。它根据最大SNR准则设计发送端的波束赋形向量。为了最大化接收端的SNR，预编码向量需要满足以下条件W0 =argmax{trace[(HW)*(HW)]}= arg max{trace[(H*W*HW)]}其中(.广表示共轭转置。预编码向量可通过奇异值分解(SVD)获得H = USV*,取ν的前ν列即构成W，它由HtH最大的V个特征值对应的特征向量组成。然而，在实际系统中，预编码操作不是在每个子载波上进行的，而是基于一个或多个资源块(RB)上进行的。预编码单元的中心子载波的预编码矩阵利用EBB算法来生成，这个预编码矩阵用于该预编码单元的的所有子载波。考虑到在一些RB上信道衰落不是平坦的，当预编码单元不止一个RB时，EBB的性能迅速恶化。
发明内容
本发明的目的是提供一种在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的方法与设备。根据本发明的一个方面，提供一种在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的方法，其中，该方法包括以下步骤a获取所述无线通信系统中基站与用户设备之间的频域信道衰落矩阵；b根据所述频域信道衰落矩阵来估算DOA ；c根据所估算的DOA来生成波束赋形向量。根据本发明的另一个方面，还提供了一种在基于OFDMA的无线通信系统中基于 DOA来进行波束赋形的设备，其中，该方法包括以下步骤获取装置，用于获取所述无线通信系统中基站与用户设备之间的频域信道衰落矩阵；
估算装置，用于根据所述频域信道衰落矩阵来估算DOA ；生成装置，用于根据所估算的DOA来生成波束赋形向量。与现有技术相比，本发明具有以下优点1)相对于现有技术，本发明利用OFDM系统中的频域信道矩阵进行DOA估计，不仅符合标准(例如LTE的标准)，而且方便了系统在不同环境下，不同的预编码技术的切换。2)相对于信道衰落信息，DOA信息在频域上随着子载波的变化相对缓慢，因此本发明的基于DOA的波束成形技术使得在几乎不影响性能的情况下，以多个子载波为一簇进行预编码操作矢量计算成为可能。
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显图1为本发明OFDMA无线通信系统的拓扑图；图2为本发明一个方面的在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形进行波束赋形的方法的流程图；图3为本发明另一个方面的在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的方法的流程图；图4为基站和用户设备1的天线间的信号传播路径示意图；图5为本发明一个方面的在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的设备示意图；图6为本发明另一个方面的在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的设备示意图；图7为郊区宏蜂窝场景下EBB和本发明在不同预编码单元粒度下的BER性能比较示意图；图8为城区宏蜂窝场景下EBB和本发明在不同预编码单元粒度下的BER性能比较示意图；附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。图1示出了本发明OFDMA无线通信系统的拓扑图。用户设备11、用户设备
12.......用户设备IK可以是任何一种能以无线方式和基站通信的电子设备，包括但不限
于手机、PDA等。而且，用户设备11、用户设备12.......用户设备1K、以及基站各自包含
多根天线，例如，用户设备11包含N1根天线，用户设备12包含N2根天线，......用户设
备IK包含Nk根天线，基站2包含&根天线。用户设备11、用户设备12.......用户设备
IK各自可根据接收到的发射信号估计出各自与基站之间的信道信息，例如，用户设备11估计出自身与基站2之间的信道信息为H1，用户设备12估计出自身与基站2之间的信道信息
为H2,......用户设备IK估计出自身与基站2之间的信道信息为Hk，由于本领域技术人员
对于用户设备如何根据接收到的信息估计出信道信息的技术已经知悉，故在此不再详述。
图2示出了本发明一个方面在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的方
法的流程图。其中，用户设备1可以是用户设备11、用户设备12.......用户设备IK中的
任何一者，设备2包括但不限于基站或Node-B，或网络控制器等。具体的，在步骤Sl中，用户设备1接收来自基站的发射信号。接着，在步骤S2中，用户设备1根据接收的发射信号估计自身与基站之间的信道信息，例如为H。接着，在步骤S3中，用户设备1将所估计的信道信息发送给设备2。接着，在步骤S4中，设备2接收来自用户设备1的信道信息。接着，在步骤S5中，设备2由接收的信道信息中获取基站与用户设备1之间的频域信道衰落矩阵H。例如，当接收的信道信息为时时域信道信息时，设备2将其进行频域变换即可获得频域信道衰落矩阵H。接着，在步骤S6中，设备2根据所述频域信道衰落矩阵来估算波达方向(DOA)。最后，在步骤S7中，设备2根据所估算的DOA来生成波束赋形向量。本领域技术人员应该理解，设备2获取用户设备1与基站之间的频域信道衰落矩阵的方式并非以上所述为限，事实上，还可以由基站处或者网络控制器处获取等，在此不再详述。图3示出了本发明另一个方面在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的方法的流程图。具体的，步骤Sl至S5已在图2所示的实施例中予以详述，在此以引用的方式包含，不再重述。接着，在步骤S6’中，设备2通过在(-90°，90° )的范围内对下列公式计算极大值来估算所述D0A:m^ax {Q( θ )}subject to θ e (-90°，90° )，其中，^ = We*y(0>(We*v<0))* \νθ = (\,e~J"sim
ν 对应于信号的零空间，Nt为基站的天线数量。作为一种优选方式，设备2先对用户设备1与基站之间的频域信道衰落矩阵H进行奇异值分解(SVD)为H = US (Va) V(0)) *，由此可获得最大特征矢量ν(°)，其中，νω对应于信号空间，而最大特征矢量ν 则对应于信号的零空间。本领域技术人员应该理解，对频域信道衰落矩阵的分解以获得ν(°)并非以SVD分解为限。随后，设备2基于上述公式，计算θ在(-90°，90° )范围内取不同值时所对应的Q，从中选取最大的Q，其所对应的θ即为最佳的D0A。例如，设备2估算出最佳的DOA为 30° 。以下将对= 予以简单说明请参见图4，考虑线性天线阵列，用d表示天线阵列元素之间的距离，载波波长为
5λ，角频率为ω，天线η"和反射体S之间的距离比天线Iii和反射体S之间的距离大As， 相应用户设备1接收到来自天线Iv1发射的信号的时延比来自天线Hi发射的信号的时延也长了 At，用户设备1接收到来自天线Ill的发射信号的时延比来自天线Ili的发射信号的时延长(i-l)At。因此，为了使用户设备1接收的信号有一定时延，故可可以预先为天线 Iii的信号引入额外的时延(i_l) At0假设天线Ii1的发射信号为u (t)，则天线Iii的信号为 u(t-(i-l) Δ t)。本领域技术人员应理解，由于本发明适用于TDD模式下的LTE系统，即上下行信道为同频，具有互易性，因此可采用上行信号的DOA作为下行发送的D0A。信号之间的关系在时间频率域为
权利要求
1.一种在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的方法，其中，该方法包括以下步骤a获取所述无线通信系统中基站与用户设备之间的频域信道衰落矩阵； b根据所述频域信道衰落矩阵来估算DOA ； c根据所估算的DOA来生成波束赋形向量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤b还包括-通过在(-90°，90° )的范围内对下列公式计算极大值来估算所述
3.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，还包括-基于所计算的波束赋形向量来对待传输信号执行频域的波束赋形操作，以生成波束赋形后的待传输信号；-对所述波束赋形后的待传输信号执行IDFT变换。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤b还包括 对频域信道衰落矩阵的SVD分解以获得最大特征矢量。
5.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述无线通信系统包括基于OFDM 的MIMO无线通信系统。
6.一种在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的设备，其中，该设备包括 获取装置，用于获取所述无线通信系统中基站与用户设备之间的频域信道衰落矩阵； 估算装置，用于根据所述频域信道衰落矩阵来估算DOA ；生成装置，用于根据所估算的DOA来生成波束赋形向量。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述估算装置还用于，通过在(-90°，90°)的范围内对下列公式计算极大值来估算所述D0A，
8.根据权利要求6至7中任一项所述的设备，其中，还包括波束赋形装置，用于基于所计算的波束赋形向量来对待传输信号执行频域的波束赋形操作，以生成波束赋形后的待传输信号；IDFT变换装置，用于对所述波束赋形后的待传输信号执行IDFT变换。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述估算装置还用于，对频域信道衰落矩阵的 SVD分解以获得最大特征矢量。
10.根据权利要求6至7中任一项所述的设备，其中，所述无线通信系统包括基于OFDM 的MIMO无线通信系统，所述设备包括所述用户设备所属基站或Node-B，或网络控制器。
全文摘要
本发明涉及一种在OFDMA无线通信系统中基于DOA进行波束赋形的方法与设备。其中，设备先获取无线通信系统中基站与用户设备之间的频域信道衰落矩阵；随后，再根据所述频域信道衰落矩阵来估算DOA；最后根据所估算的DOA来生成波束赋形向量。本发明的优点包括1)方便系统在不同环境下，进行不同的预编码技术的切换；2)相对于信道衰落信息，DOA信息在频域上随着子载波的变化相对缓慢，因此本发明的基于DOA的波束成形技术使得在几乎不影响性能的情况下，以多个子载波为一簇进行预编码操作矢量计算成为可能。
文档编号H04B7/08GK102545981SQ20101060090
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者凌赟, 刘宏轩, 刘江韦, 周智勋, 成先涛, 林凌峰, 王莹 申请人:上海贝尔股份有限公司, 电子科技大学