[發(fā)明專利]LTE中的三維波束賦形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110379694.0
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102412885A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設計）人: 李曉輝;吳極;張金釗
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種LTE中的三維波束賦形方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，基站端采用陣列天線結構，并且垂直方向上的每一個天線接一個可用于波束賦形的端口，實現(xiàn)各天線陣元的賦形權值均可調(diào)，用矩陣W_n×m表示賦形權值矩陣，其中n表示天線陣列的行數(shù)，m表示天線陣列的列數(shù)，接收端采用k根接收天線；

步驟2，終端在接收到信號后，進行3D信道估計，得到3維3D信道矩陣H_n×m×k，其中H_n×m×k(i，j，l)，i∈1，2，...，n，j?∈1，2，...，m，l∈1，2，...，k表示第l個接收天線和天線陣列中第i行、第j列個天線之間的信道，H_n×m×k(:，:，l)，l∈1，2，...，k表示第l個接收天線和發(fā)射天線陣列之間的大小為n×m的信道矩陣；

根據(jù)3維3D信道矩陣H_n×m×k選擇水平維和垂直維預編碼矩陣，水平維和垂直維均使用DFT碼本，碼本形式分別如下列公式：

Codebook_H為水平預編碼碼本，Codebook_V為垂直維預編碼碼本，N表示DFT碼本的列數(shù)；預編碼矩陣的選擇方案分為采用天線分組和不采用天線分組兩種，天線不分組時，進行步驟2a)；天線分組時，進行步驟2b)；

步驟2a)，天線不分組時，在3維3D信道H_n×m×k中，取出每一根接收天線對應的大小為n×m的信道矩陣的第i行行向量H_n×m×k(i，:，l)，l∈1，2，...，k，其中i從1，2，...，n中隨機選取，構成大小為k×m的水平預編碼選擇矩陣H_h，即

Hh=Hn×m×k(i,:,1)Hn×m×k(i,:,2)...Hn×m×k(i,:,k)k×m]]>

取出每一根接收天線對應的大小為n×m的信道矩陣的第j列列向量H_n×m×k(:，j，l)，l∈1，2，...，k，其中j從1，2，...，m中隨機選取，構成大小為k×n的垂直預編碼選擇矩陣H_v，即

Hv=Hn×m×k(:,j,1)′Hn×m×k(:,j,2)′...Hn×m×k(:,j,k)′k×n]]>

在預編碼選取準則下，根據(jù)水平維預編碼選擇矩陣H_h選擇水平維預編碼矩陣，記為根據(jù)垂直維預編碼選擇矩陣H_v選擇垂直維預編碼矩陣，記為

步驟2b)，天線分組時，將天線陣列橫向分為p塊，縱向分為q塊，形成p×q個子陣列，其中p∈{1，2，...，n}，q∈{1，2，...，m}，同時將每一根接收天線對應的信道矩陣H_n×m×k(:，:，l)，l∈1，2，...，k劃分為和天線陣列劃分形式相同的p×q個子塊，對每個子塊的信道取平均值，并用平均值替代整個子塊，得到等效的3維3D信道矩陣

針對等效的3維3D信道矩陣修改水平和垂直維預編碼碼本大小，即將步驟2中Codebook_H矩陣中的m換為p，將Codebook_V矩陣中的n換為q，按照步驟2a)中天線不分組時的方法，分別形成等效的水平和垂直維預編碼選擇矩陣和再分別選擇對應的水平和垂直維預編碼矩陣和

步驟3，終端分別將步驟2中選擇出的水平和垂直維預編碼矩陣對應的序號反饋給基站，基站根據(jù)反饋序號恢復出對應的水平和垂直維預編碼矩陣，并根據(jù)下面的算法生成3維預編碼矩陣：

W~=WV*′WV*′...WV*′n×m·×WH*;WH*;...;WH*n×m]]>

如果步驟2中天線不分組，即為所得的3D預編碼矩陣W，如果分組，對應步驟2中的天線分組形式，將擴展為最終的矩陣W，即以天線分組的小塊為子塊，將矩陣中的每一個元素復制擴展到所在子塊的所有元素位置上，生成和天線數(shù)目相對應的矩陣W；

步驟4，基站根據(jù)步驟3中得到的預編碼矩陣對發(fā)送信號進行預編碼處理，進行3維的波束賦形，并將處理后的信號從天線發(fā)出，接收端接收到信號后，返回步驟2，如果信號發(fā)送完成，則通信結束。

2.根據(jù)權利要求1所述的LTE中的三維波束賦形方法，其特征在于，所述步驟2a)中根據(jù)水平維預編碼選擇矩陣H_h選擇水平維預編碼矩陣，根據(jù)垂直維預編碼選擇矩陣H_v選擇垂直維預編碼矩陣，具體步驟如下：

步驟2a1)，在預編碼選取準則下，以最大化信干噪比準則為例，根據(jù)水平維預編碼選擇矩陣H_h選擇最優(yōu)的水平維預編碼矩陣選擇的方法為：

WH*=argmaxc∈{CodebookH(:,j),j∈1,2,...,N}(trace(cTHhTHhc))]]>

其中c為目標函數(shù)trace(c^TH_h^TH_hc)的自變量，trace()表示求矩陣的跡，c∈{Codebook_H(:，j)，j∈(1，2，...，N)}表示變量c屬于水平維DFT碼本中的某一列，公式的物理意義為，在DFT碼本的所有列中，選擇使得目標函數(shù)值最大的一列作為最優(yōu)的預編碼矩陣

步驟2a2)，在預編碼選取準則下，以最大化信干噪比準則為例，根據(jù)水平維預編碼選擇矩陣H_v選擇最優(yōu)的垂直維預編碼矩陣選擇的方法為：

WV*=argmaxc∈{CodebookV(:,j),j∈1,2,...,N}(trace(cTHvTHvc))]]>

其中c為目標函數(shù)trace(c^TH_h^TH_hc)的自變量，trace?()表示求矩陣的跡，c∈{Codebook_V(:，j)，j∈(1，2，...，N)}表示變量c屬于垂直維DFT碼本中的某一列，公式的物理意義為，在DFT碼本的所有列中，選擇使得目標函數(shù)值最大的一列作為最優(yōu)的預編碼矩陣WV*.]]>