CN103516410A - 一种利用有源天线***实现下行数据发射方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用有源天线***实现下行数据发射方法及装置，将用户在物理资源上的各波束中上行接收功率大于预设门限的波束组成此用户的下行激活波束集合；根据用户的下行激活波束集合内波束的数目在下行激活波束集合内采用开环分集发射所述用户的下行数据或直接发射所述用户的下行数据；在配对用户各自的下行激活波束集合间采用空分多址的方式发射下行数据，其中，下行激活波束集合不存在交集的用户构成配对用户。本方案通过利用多波束激活判定和开环分集发射相结合的方法以解决其垂直波束间或水平波束间的相关干扰的问题，避免LTE***中下行数据信道因为干扰导致的性能损失，提升数据流量和***性能。

Description

一种利用有源天线***实现下行数据发射方法及装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信***中利用有源天线***(AAS，ActiveAntenna System)下行数据发射的方法，尤其涉及长期演进(LTE，Long TermEvolution)或演进的长期演进(LTE-A，Long Term Evolution-Advanced)***实现下行数据发射方法及装置。

背景技术

随着第三代(3G)移动通信***的持续发展，LTE在3GPP中被提出，由于能获得更高的用户数据率、提高***容量和覆盖率、合理灵活的频谱资源分配等优势，使得LTE得到迅猛发展，目前有多家运营商计划或正在部署LTE***。LTE无线通信***是以正交频分复用技术(OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplexing)即技术为基础的新一代无线网络，其无线侧采用多入多出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Out-put)、高阶调制以及相应的频选调度、功率控制等技术相配合，以达到更高的***吞吐量和频谱效率。

在LTE***中，MIMO被认为是达到用户平均吞吐量和频谱效率要求的最佳技术。为了达到该目标，LTE***中规定了在不同的无线信道环境中可自适应的选择采用包括线性空域预编码、波束赋形以及发射分集等方案在内的多种MIMO技术。

传统的水平下行波束赋形是指节点B(NodeB)侧通常利用阵元间距较小的天线阵列中不同阵元间的信道强相干特性以及电磁波的干涉原理，自适应的调整水平方向上各个阵元的发射信号幅度相位等参数，使得混合发射信号在特定终端方向上形成同相叠加的强波束，增加特定终端的接收信号功率，同时减少对其他用户的干扰。

AAS有源天线是一种全新的产品定义，不仅仅是射频拉远单元(RRU，Radio Remote Unit)和天线的集成，更重要的是把原天线馈电网络变成有源的，实现波束的灵活控制能力。AAS可以通过上下行独立下倾角、动态垂直波束赋形、载波/***间独立下倾角、垂直多扇区等功能，显著提高***的容量。尤其是垂直多扇区功能，通过AAS的同时支持多个倾角的能力，把原来一个小区，切割成多个同频小区。

但是，在密集城区等复杂无线信道场景，上述的用来形成多个同频小区的AAS的多波束在垂直方向或水平方向上会产生较复杂的交叠区，交叠区内数据信道会产生较强的干扰，数据信道质量下降，使得数据信道容量增益有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用有源天线***实现下行数据发射方法及装置，解决AAS垂直或水平的多扇区之间的干扰问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用有源天线***实现下行数据发射方法，应用于长期演进***或演进的长期演进***，包括：将用户在物理资源上的各波束中上行接收功率大于预设门限的波束组成此用户的下行激活波束集合；根据用户的下行激活波束集合内波束的数目在下行激活波束集合内采用开环分集发射所述用户的下行数据或直接发射所述用户的下行数据；在配对用户各自的下行激活波束集合间采用空分多址的方式发射下行数据，其中，下行激活波束集合不存在交集的用户构成配对用户。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

用户的下行激活波束集合内波束的个数大于1时，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上进行开环分集发射，波束个数等于1时，采用直接发射，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上直接发射。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

用户的下行激活波束集合内未包含所有下行波束时，判定是否存在此用户的配对用户，如果存在则在配对用户的下行激活波束集合上以空分多址的方式发射此配对用户的下行数据，如果不存在，则在除此用户的下行激活波束集合内波束之外的波束上不发射数据；同一物理资源上的配对用户的数目大于或等于2。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

根据所述用户在所有波束中的上行最大接收功率计算所述预设门限，具体的，所述预设门限为所述最大接收功率与系数的乘积，所述系数为大于0并且小于或等于1的实数。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

采用开环分集发射是指：针对下行激活波束集合内不同激活波束在不同的时域时刻发送用户的下行时域数据；

或者，针对下行激活波束集合内不同激活波束对用户的下行频域数据进行不同相位值旋转后发送；

或者，只在所述下行激活波束集合内上行接收功率最大的激活波束上发送所述用户的下行数据。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

所述波束是指垂直波束或水平波束。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种利用有源天线***实现下行数据发射装置，所述装置包括波束确定模块和数据发射模块；

所述波束确定模块，用于将用户在物理资源上的各波束中上行接收功率大于预设门限的波束组成此用户的下行激活波束集合；

所述数据发射模块，用于根据用户的下行激活波束集合内波束的数目在下行激活波束集合内采用开环分集发射所述用户的下行数据或直接发射所述用户的下行数据；还用于在配对用户各自的下行激活波束集合间采用空分多址的方式发射下行数据，其中，下行激活波束集合不存在交集的用户构成配对用户。

进一步地，上述装置还可以具有以下特点：

所述数据发射模块，还用于在用户的下行激活波束集合内波束的个数大于1时，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上进行开环分集发射，波束个数等于1时，采用直接发射，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上直接发射。

进一步地，上述装置还可以具有以下特点：

所述数据发射模块，还用于在用户的下行激活波束集合内未包含所有下行波束时，判定是否存在此用户的配对用户，如果存在则在配对用户的下行激活波束集合上以空分多址的方式发射此配对用户的下行数据，如果不存在，则在除此用户的下行激活波束集合内波束之外的波束上不发射数据；同一物理资源上的配对用户的数目大于或等于2。

进一步地，上述装置还可以具有以下特点：

所述数据发射模块，还用于针对所述下行激活波束集合内不同激活波束在不同的时域时刻发送所述用户的下行时域数据；或者，针对所述下行激活波束集合内不同激活波束对所述用户的下行频域数据进行不同相位值旋转后发送；或者，只在所述下行激活波束集合内上行接收功率最大的激活波束上发送所述用户的下行数据。

本方案通过利用多波束激活判定和开环分集发射相结合的方法以解决其垂直波束间或水平波束间的相关干扰的问题，避免LTE***中下行数据信道因为干扰导致的性能损失，提升数据流量和***性能。

本方案将AAS多波束进行激活判定，对激活的多波束采用空间发射分集的方法实现了空间分集、空分多址和多波束技术的结合使用，使LTE/LTE-A通信***同时获得分集增益和复用容量增益，同时具有以下效果：

1.使***同时获得分集增益和复用容量增益；

2.在不明显增加运算复杂度的情况下，利用开环分集发射降低多波束间的干扰，利用空分复用接入(SDMA，Space Division Multiple Access)提升***容量；非常利于工程实现；

3.适应各种不同的信道环境。

附图说明

图1是利用有源天线***实现下行数据发射方法示意图；

图2是具体实施例中垂直多波束场景的示意图；

图3是具体实施例中UE的激活垂直波束集中只包括一个激活垂直波束时的发射方法示意图；

图4是具体实施例中UE的激活垂直波束集中包括大于1个激活垂直波束时各激活垂直波束间采用时域时间发射分集方法的示意图；

图5是具体实施例中UE的激活垂直波束集中包括大于1个激活垂直波束时各激活垂直波束间采用频域时间发射分集方法的示意图；

图6是具体实施例中UE的激活垂直波束集中包括大于1个激活垂直波束时各激活垂直波束间采用选择性发射分集方法的示意图；

图7是具体实施例中同时采用选择性发射分集及SDMA方法的示意图。

具体实施方式

如图1所示，应用于LTE或LTE-A***的利用有源天线***实现下行数据发射方法包括：

将用户在物理资源上的各波束中上行接收功率大于预设门限的波束组成此用户的下行激活波束集合；

根据用户的下行激活波束集合内波束的数目在下行激活波束集合内采用开环分集发射所述用户的下行数据或直接发射所述用户的下行数据；在配对用户各自的下行激活波束集合间采用空分多址的方式发射下行数据，其中，下行激活波束集合不存在交集的用户构成配对用户。

上述方法可针对垂直波束或者针对水平波束，例如分别对下行垂直激活波束和下行水平激活波束进行开环分集发射，可分别解决垂直波束间的相关干扰和水平波束间的相关干扰。

计算预设门限时，可以根据用户的波束上的最大接收功率计算预设门限，例如，所述预设门限为所述最大接收功率与系数的乘积，所述系数为大于0并且小于1的实数，例如系数的值可取0.7。

开环分集发射的方法可以是时间分集开环发射方法：

(1)时域实现：针对下行激活波束集合内不同激活波束在不同的时域时刻发送相应用户的下行时域数据；

(2)频域实现：针对下行激活波束集合内不同激活波束对用户的下行频域数据进行不同相位值旋转后发送。

开环分集发射的方法还可以是选择性开环发射方法：只在下行激活波束集合内上行接收功率最大的激活波束上发送用户的下行数据。

上述方法中，用户的下行激活波束集合内波束的个数大于1时，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上进行开环分集发射，波束个数等于1时，采用直接发射，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上直接发射。

用户的下行激活波束集合内未包含所有下行波束时，判定是否存在此用户的配对用户，如果存在则在配对用户的下行激活波束集合上以空分多址的方式发射此配对用户的下行数据，如果不存在，则在除此用户的下行激活波束集合内波束之外的波束上不发射数据；同一物理资源上的配对用户的数目大于或等于2。

与上述方法相应的利用有源天线***实现下行数据发射装置包括波束确定模块和数据发射模块。

所述波束确定模块，用于将用户在物理资源上的各波束中上行接收功率大于预设门限的波束组成此用户的下行激活波束集合；

所述数据发射模块，用于根据用户的下行激活波束集合内波束的数目在下行激活波束集合内采用开环分集发射所述用户的下行数据或直接发射所述用户的下行数据；还用于在配对用户各自的下行激活波束集合间采用空分多址的方式发射下行数据，其中，下行激活波束集合不存在交集的用户构成配对用户。

本装置可针对垂直波束或者针对水平波束进行处理，例如分别对下行垂直激活波束和下行水平激活波束进行开环分集发射，可分别解决垂直波束间的相关干扰和水平波束间的相关干扰。

波束确定模块计算预设门限的方法与上述方法中相同。

所述数据发射模块，用于在用户的下行激活波束集合内波束的个数大于1时，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上进行开环分集发射，波束个数等于1时，采用直接发射，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上直接发射。

所述数据发射模块，还用于在用户的下行激活波束集合内未包含所有下行波束时，判定是否存在此用户的配对用户，如果存在则在配对用户的下行激活波束集合上以空分多址的方式发射此配对用户的下行数据，如果不存在，则在除此用户的下行激活波束集合内波束之外的波束上不发射数据。同一物理资源上的配对用户的数目大于或等于2。

所述数据发射模块，还用于针对所述下行激活波束集合内不同激活波束在不同的时域时刻发送所述用户的下行时域数据；或者，针对所述下行激活波束集合内不同激活波束对所述用户的下行频域数据进行不同相位值旋转后发送；或者，只在所述下行激活波束集合内上行接收功率最大的激活波束上发送所述用户的下行数据。

下面通过具体实施例对垂直波束的情况进行说明，如图2所示，对水平波束的处理方式以及其它基于AAS***的多波束的处理方式与之同理，不再重复说明。

本具体实施例中利用AAS***中各波束的上行信道估计值进行各UE级的激活波束集合判定，根据波束集合获得下行发射过程中所有垂直波束中各UE的SDMA配对及联合分集发射情况，之后按照本方法的相关算法原则对各UE的下行数据的发射乘以相关权值进行下行数据发射。具体包括步骤1，2，3。

步骤1，获取各波束的上行接收功率。

具体包括如下两步：

a)针对LTE通信***，利用上行DMRS或SRS通过基站侧信道估计算法得到第k个用户的上行链路信道冲激响应估计矩阵表示为：

$h_k=\left[\begin{array}{cccc}{h}_k^1\left(1\right)& h_k^1\left(2\right)& \mathrm{\Λ}& h_k^1\left(L\right)\\ h_k^2\left(1\right)& h_k^2\left(2\right)& \mathrm{\Λ}& h_k^2\left(L\right)\\ M& M& O& M\\ h_k^{\mathrm{Ka}}\left(l\right)& h_k^{\mathrm{Ka}}\left(l\right)& \mathrm{\Λ}& h_k^{\mathrm{Ka}}\left(L\right)\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中K_a表示AAS中垂直波束数目，L表示LTE***带宽内资源块(RE)的数目。

b)根据式1计算各垂直波束的上行接收能量矩阵为：

$P_k=\left[\begin{array}{cccc}{P}_k^1\left(1\right)& P_k^1\left(2\right)& \mathrm{\Λ}& P_k^1\left(L\right)\\ P_k^2\left(1\right)& P_k^2\left(2\right)& \mathrm{\Λ}& P_k^2\left(L\right)\\ M& M& O& M\\ P_k^{\mathrm{Ka}}\left(l\right)& P_k^{\mathrm{Ka}}\left(l\right)& \mathrm{\Λ}& P_k^{\mathrm{Ka}}\left(L\right)\end{array}\right]---\left(2\right)$

式中P表示接收功率，且

步骤2，垂直波束激活检测。

针对用户k下行业务信道的所占用的物理资源l(l是一个集合，是LTE***带宽内所有RE的一个子集，即l∈L)，根据式2中计算其对应垂直波束的接收功率向量和如下式所示：

${\tilde{P}}_k=\left[\begin{array}{c}{P}_k^1\\ P_k^2\\ M\\ P_k^{\mathrm{Ka}}\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中

ka＝1，2，...，Ka，

从式(3)中选择所占物理资源l下各接收波束的最大值则可以得到下行分集发射波束激活门限为：

$P_k=\mathrm{\α}\·P_k^{\max }---\left(4\right)$

其中α为激活系数，其取值范围为[0，1]，其默认值可根据仿真或外场测试确定，实施例中默认大小为0.7。

遍历所有垂直波束的上行接收功率，其中大于激活门限的认为是下行分集发射激活波束，得到用户k在所占物理资源l的激活垂直波束集合M。

步骤3，下行链路数据发射。

对用户k在所占物理资源l的激活垂直波束集合M进行判定。

(1)集合M内激活垂直波束的数目等于1(即仅有单垂直波束被激活)

将用户k的下行数据仅在该激活垂直波束内发射，占用的物理资源范围为l。除用户k的激活垂直波束之外的其它垂直波束在物理资源范围l内可以采用SDMA的方式，发射与用户k配对其他配对用户{p，q，....}的下行数据，配对要求为互相配对的用户各自的激活垂直波束集合不存在交集。如没有适合的配对用户，则在除用户k的激活垂直波束之外的其它垂直波束上不发射数据以减少干扰。

如图3所示，UE1、UE2、UE3的激活垂直波束集分别为垂直波束3、2、1，此三个UE的垂直波束集合中均只存在1个激活垂直波束，可以在垂直波束3上直接发射UE1的下行数据，可以在垂直波束2上直接发射UE2的下行数据，可以在垂直波束1上直接发射UE3的下行数据，UE1、UE2、UE3的下行激活垂直波束集不存在交集，可以以空分多址的方式在同一时刻分别在各下行激活垂直波束集内发射相应UE的下行数据。

(2)集合M内激活垂直波束的数目大于1。

激活垂直波束集合中各垂直波束的下行链路***依然是相互独立的，但各波束之间需要进行联合开环分集发射，本实施例中的开环分集发射可以是但不限于时间开环分集方法及选择性发射方法。

①时间分集开环发射方法：

a)时域实现方法：

针对不同激活垂直波束在不同的时域时刻发送用户的下行数据，其中发射延时时间与各激活波束一一对应，即第m个激活波束的下行发射时域时延为t_m。相邻激活垂直波束上的发送延迟时间是相同的或者是不同的。

假设下行链路时域发射数据为d(t)，则第m个激活波束的下行时域发射数据为d(t-t_m)。

如图4所示，UE1的激活垂直波束集中包括激活垂直波束2和3，在UE1的相关下行物理资源中在激活垂直波束2和3内采用时域时间分集发射，其中在波束2发射UE1的下行时域数据d(t)，在波束3中也发射UE1的下行时域数据，但需要延迟t1时刻发射，即在波束3发射的UE1下行时域数据位d(t-t1)，此外波束1为UE1的非激活集，且没有合适的其他UE与UE1配对，则波束1上不发射数据。

b)频域实现方法：

针对不同激活波束对所述用户的下行数据进行不同相位值旋转后发送。不同激活垂直波束组发射相同的数据，但需要乘以不同的发射权值，其中发射权值与各激活波束一一对应，即第m个激活波束的下行发射时域时延为exp(jft_m)，其中f为子载波频率。

假设下行链路频域发射数据为d(f)，则第m个激活波束的下行时域发射数据为d(f)·exp(jft_m)；

如图5所示，UE1的激活垂直波束集中包括激活垂直波束2和3，则在UE1的相关下行物理资源中在波束激活垂直波束2和3内采用频域时间分集发射，其中在波束2发射UE1的下行频域数据d(f)，在波束3中也发射UE1的下行频域数据，但需要进行相位旋转，即波束3发射的UE1下行频域数据位d(f)·exp(jft₁)，此外波束1为UE1的非激活集，且没有合适的其他UE与UE1配对，则在波束1上不发射数据。

②选择性开环发射方法如下：

对于UE对应下行物理资源所在的激活垂直波束组中选择一个垂直波束进行发射，为了UE侧能够接收到更佳的数据，可以选择激活垂直波束组中上行接收能量最大的垂直波束进行发射，激活波束组中的其它波束在该UE的下行物理资源则不再发射数据。

如图6所示，UE1的激活垂直波束集中包括激活垂直波束2和3，且其中激活垂直波束2的上行接收功率最大，则在UE1的相关下行物理资源中在波束2发射UE1的下行数据，而波束3上不发射UE1的下行数据；此外波束1为UE1的非激活集，且没有合适的其他UE与UE1配对，则在波束1上不发射数据。

此外，上述基于组间开环分集发射及SDMA的方法可以根据UE的激活集合同时应用，如图7所示，UE1的激活垂直波束集中包括激活垂直波束2和3，UE2的激活波束集为激活垂直波束1，在相关下行物理资源中在波束2和3内采用时间分集发射UE1的下行数据，在波束1内直接发射UE2的下行数据。此外UE1和UE2两者的激活垂直波束集的交集为空，两者可以配对，则以空分多址的方式在波束2和波束3上发送UE1的下行数据并且在波束1上发送UE2的下行数据。

综上所述，本方案所提出的一种采用AAS的LTE/LTE-A***下行数据发射方法在不明显增加运算复杂度的情况下，可获得分集增益和赋形增益，并通过SDMA的方式复用物理资源以提升***性能，并适用于各种信道环境，非常利于工程实现。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (10)

1.一种利用有源天线***实现下行数据发射方法，应用于长期演进***或演进的长期演进***，其特征在于，

将用户在物理资源上的各波束中上行接收功率大于预设门限的波束组成此用户的下行激活波束集合；

根据用户的下行激活波束集合内波束的数目在下行激活波束集合内采用开环分集发射所述用户的下行数据或直接发射所述用户的下行数据；在配对用户各自的下行激活波束集合间采用空分多址的方式发射下行数据，其中，下行激活波束集合不存在交集的用户构成配对用户。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

用户的下行激活波束集合内波束的个数大于1时，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上进行开环分集发射，波束个数等于1时，采用直接发射，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上直接发射。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

用户的下行激活波束集合内未包含所有下行波束时，判定是否存在此用户的配对用户，如果存在则在配对用户的下行激活波束集合上以空分多址的方式发射此配对用户的下行数据，如果不存在，则在除此用户的下行激活波束集合内波束之外的波束上不发射数据；同一物理资源上的配对用户的数目大于或等于2。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据所述用户在所有波束中的上行最大接收功率计算所述预设门限，具体的，所述预设门限为所述最大接收功率与系数的乘积，所述系数为大于0并且小于或等于1的实数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

采用开环分集发射是指：针对下行激活波束集合内不同激活波束在不同的时域时刻发送用户的下行时域数据；

或者，针对下行激活波束集合内不同激活波束对用户的下行频域数据进行不同相位值旋转后发送；

或者，只在所述下行激活波束集合内上行接收功率最大的激活波束上发送所述用户的下行数据。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其特征在于，

所述波束是指垂直波束或水平波束。

7.一种利用有源天线***实现下行数据发射装置，其特征在于，

所述装置包括波束确定模块和数据发射模块；

所述波束确定模块，用于将用户在物理资源上的各波束中上行接收功率大于预设门限的波束组成此用户的下行激活波束集合；

所述数据发射模块，用于根据用户的下行激活波束集合内波束的数目在下行激活波束集合内采用开环分集发射所述用户的下行数据或直接发射所述用户的下行数据；还用于在配对用户各自的下行激活波束集合间采用空分多址的方式发射下行数据，其中，下行激活波束集合不存在交集的用户构成配对用户。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述数据发射模块，还用于在用户的下行激活波束集合内波束的个数大于1时，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上进行开环分集发射，波束个数等于1时，采用直接发射，将所述用户的下行数据在其下行激活波束集合内的波束上直接发射。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述数据发射模块，还用于在用户的下行激活波束集合内未包含所有下行波束时，判定是否存在此用户的配对用户，如果存在则在配对用户的下行激活波束集合上以空分多址的方式发射此配对用户的下行数据，如果不存在，则在除此用户的下行激活波束集合内波束之外的波束上不发射数据；同一物理资源上的配对用户的数目大于或等于2。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述数据发射模块，还用于针对所述下行激活波束集合内不同激活波束在不同的时域时刻发送所述用户的下行时域数据；或者，针对所述下行激活波束集合内不同激活波束对所述用户的下行频域数据进行不同相位值旋转后发送；或者，只在所述下行激活波束集合内上行接收功率最大的激活波束上发送所述用户的下行数据。

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