[发明专利]LTE中的三维波束赋形方法

摘要

本发明公开了LTE中的三维波束赋形方法包括以下步骤：基站端采用阵列天线结构，且垂直方向上的每一根天线有可用于波束赋形的端口；终端在接收到信号后，进行信道估计，得到3D信道矩阵H，并根据H选择水平维和垂直维预编码矩阵；终端将步骤2中选择出的预编码矩阵对应的序号反馈给基站，基站根据反馈序号恢复出对应的水平和垂直维预编码矩阵，并生成3维预编码矩阵；基站根据步骤3中得到的预编码矩阵对发送信号进行预编码处理，进行3维波束赋形，并将处理后的信号从天线发出，终端接收到信号后，返回步骤2。本发明综合利用水平和垂直方向上的信道信息，同时进行水平和垂直维波束赋形，可获得更强的波束赋形增益，提高系统的整体性能。

主权项

1.一种LTE中的三维波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基站端采用阵列天线结构，并且垂直方向上的每一个天线接一个可用于波束赋形的端口，实现各天线阵元的赋形权值均可调，用矩阵W_n×m表示赋形权值矩阵，其中n表示天线阵列的行数，m表示天线阵列的列数，接收端采用k根接收天线；步骤2，终端在接收到信号后，进行3D信道估计，得到3维3D信道矩阵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个接收天线和天线阵列中第i行、第j列个天线之间的信道，H_n×m×k(:，:，l)，l∈1，2，...，k表示第l个接收天线和发射天线阵列之间的大小为n×m的信道矩阵；根据3维3D信道矩阵H_n×m×k选择水平维和垂直维预编码矩阵，水平维和垂直维均使用DFT码本，码本形式分别如下列公式：Codebook_H为水平预编码码本，Codebook_V为垂直维预编码码本，N表示DFT码本的列数；预编码矩阵的选择方案分为采用天线分组和不采用天线分组两种，天线不分组时，进行步骤2a)；天线分组时，进行步骤2b)；步骤2a)，天线不分组时，在3维3D信道H_n×m×k中，取出每一根接收天线对应的大小为n×m的信道矩阵的第i行行向量H_n×m×k(i，:，l)，l∈1，2，...，k，其中i从1，2，...，n中随机选取，构成大小为k×m的水平预编码选择矩阵H_h，即Hh=Hn×m×k(i,:,1)Hn×m×k(i,:,2)...Hn×m×k(i,:,k)k×m]]>取出每一根接收天线对应的大小为n×m的信道矩阵的第j列列向量H_n×m×k(:，j，l)，l∈1，2，...，k，其中j从1，2，...，m中随机选取，构成大小为k×n的垂直预编码选择矩阵H_v，即Hv=Hn×m×k(:,j,1)′Hn×m×k(:,j,2)′...Hn×m×k(:,j,k)′k×n]]>在预编码选取准则下，根据水平维预编码选择矩阵H_h选择水平维预编码矩阵，记为根据垂直维预编码选择矩阵H_v选择垂直维预编码矩阵，记为步骤2b)，天线分组时，将天线阵列横向分为p块，纵向分为q块，形成p×q个子阵列，其中p∈{1，2，...，n}，q∈{1，2，...，m}，同时将每一根接收天线对应的信道矩阵H_n×m×k(:，:，l)，l∈1，2，...，k划分为和天线阵列划分形式相同的p×q个子块，对每个子块的信道取平均值，并用平均值替代整个子块，得到等效的3维3D信道矩阵针对等效的3维3D信道矩阵修改水平和垂直维预编码码本大小，即将步骤2中Codebook_H矩阵中的m换为p，将Codebook_V矩阵中的n换为q，按照步骤2a)中天线不分组时的方法，分别形成等效的水平和垂直维预编码选择矩阵和再分别选择对应的水平和垂直维预编码矩阵和步骤3，终端分别将步骤2中选择出的水平和垂直维预编码矩阵对应的序号反馈给基站，基站根据反馈序号恢复出对应的水平和垂直维预编码矩阵，并根据下面的算法生成3维预编码矩阵：W~=WV*′WV*′...WV*′n×m·×WH*;WH*;...;WH*n×m]]>如果步骤2中天线不分组，即为所得的3D预编码矩阵W，如果分组，对应步骤2中的天线分组形式，将扩展为最终的矩阵W，即以天线分组的小块为子块，将矩阵中的每一个元素复制扩展到所在子块的所有元素位置上，生成和天线数目相对应的矩阵W；步骤4，基站根据步骤3中得到的预编码矩阵对发送信号进行预编码处理，进行3维的波束赋形，并将处理后的信号从天线发出，接收端接收到信号后，返回步骤2，如果信号发送完成，则通信结束。