调整指向用户设备的垂直波束的下倾角的方法和装置

摘要

本发明提供了在MIMO系统中调整指向UE的垂直波束的下倾角的方案。具体地，基站以基准下倾角权重wn(θ)对待发送下行数据进行加权处理后发送至UE，以及通过多个垂直天线端口发送参考信号至该UE；UE接收到参考信号后，测量下行矩阵信道HR×(M×N)＝[h(1，1)，h（1,2)，...，h(M，1)，..h(M，N)]，并计算测量到的该信道的功率P；然后，UE以K个备选下倾角权重分别对信道HR×(M×N)进行加权处理，以分别获得K个等效信道HkR×(M×N)＝[hk(1，1)，hk(1，2)，…，hk(M，1)，…hk(M，N)]，并分别计算该K个等效信道的功率Pk；接着，UE比较测量到的信道的功率P以及该K个等效信道的功率Pk，并将其中最大功率所对应的用于指示下倾角调整量的下倾角调整索引反馈至基站；基站接收到下倾角调整索引后；基于该下倾角调整索引，从下倾角集合中获取更新后的基准下倾角。上述步骤循环执行直至预定条件得到满足。

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统，尤其涉及在多输入多输出(MIMO)系统 中调整指向用户设备的垂直波束的下倾角的方法和装置。

背景技术

LTERel-8的MIMO及随后Rel-10和Rel-11的MIMO增加被设 计为支持在基站侧仅在方位角维度上具有自适应能力的天线配置。 最近，通过使用具有2维天线结构(其提供在俯仰角维度和方位角 维度上的自适应控制)的天线系统来改进系统性能已引起广泛关注。 对于俯仰角维度的额外控制使得多种策略，例如垂直波束成形成为 可能。

垂直波束成形(VBF)期望能够增加由用户设备(UE)看到的 SINR统计，其通过把垂直方向天线图谱指向用户设备的方向同时减 少对相邻小区的干扰，由此将俯仰角方向的传输能量转向。3GPP RAN1已经决定在LTERel-13中继续VBF的研究，其旨在确定支持 多达8根发射天线端口的UE专用VBF方案。

发明内容

在LTE/LTE-A系统中，仅能够通过将天线阵列物理地向下倾斜 一个小角度来实现俯仰角维度的能量转向，从而将能量更多地集中 于服务小区并且减少对相邻小区的干扰。下倾角由小区中的基站的 高层来半静态地调整，从而适应整个覆盖范围需求的变化，如图1 中所示。

现有的小区专用下倾角的方案的显著缺陷在于波束不能以用户 专用的方式在俯仰角维度动态地被转向。这意味着基站无法针对每 个UE的瞬时信道状态在俯仰角维度转向能量，并且不得不在小区的 所有UE中进行折中，因此，系统潜在的性能无法完全被开发。

因此，有必要提供一种UE专用的VBF方案。

根据本发明的一个方面，在一个实施例中，提供了一种在多输 入多输出通信系统的基站中用于调整指向用户设备的垂直波束的下 倾角的方法，所述基站配置有2维平板天线阵列，所述2维平板天 线阵列包括多个垂直天线端口，所述方法包括以下步骤：

A.以基准下倾角权重w_n(θ)对待发送下行数据进行加权处理后 发送至用户设备，以及通过所述多个垂直天线端口发送参考信号至 所述用户设备，其中所述基准下倾角权重 n＝1，...，N，θ为基准下倾角，n为所述基站的 垂直天线单元的索引，N为所述基站的垂直天线单元的数目，d为所 述基站的垂直天线单元的间距，λ为波长；

B.接收来自所述用户设备的下倾角调整索引，所述下倾角调整 索引用于指示下倾角调整量；

C.基于所述下倾角调整索引，从下倾角集合中获取 更新后的基准下倾角，并循环执行步骤A-C直至预定条件得到满足， 其中为调整步长，为下倾角调整量，K+1为下 倾角调整量的数目；

其中所述步骤B之前还包括：

-发送所述基准下倾角θ至所述用户设备。

根据本发明的另一个方面，在一个实施例中，提供了一种在多 输入多输出通信系统的用户设备中用于辅助基站调整指向所述用户 设备的垂直波束的下倾角的方法，所述基站配置有2维平板天线阵 列，所述2维平板天线阵列包括多个垂直天线端口，所述方法包括 以下步骤：

a.接收来自基站的经由所述多个垂直天线端口发送的参考信 号；

b.基于接收到的所述参考信号，测量下行矩阵信道 H_R×(M×N)＝[h_(1，1)，h_(1，2)，...，h_(M，1)，..h_(M，N)]，并计算测量到的所述信道的功率P， 其中$h_{(m,n)}=\left(\begin{array}{c}{h}_{1,m\times n}\\ ·\\ ·\\ ·\\ h_{R,m\times n}\end{array}\right)$是每根用户设备天线看到的矢量信道；

c.以K个备选下倾角权重分别对所述信道H_R×(M×N)进行 加权处理，以分别获得K个等效信道 H^k_R×(M×N)＝[h^k_(1，1)，h^k_(1，2)，…，h^k_(M，1)，…h^k_(M，N)]，并分别计算所述K个等效道 的功率P_k；其中所述K个等效信道中的第k个等效信道的基本矢量 信道为θ为基准下倾角， n＝1，...，N，n为所述基站的垂直天线单元的索 引，N为所述基站的垂直天线单元的数目，d为所述基站的垂直天线 单元的间距，λ为波长，为调整步长，为下倾角调整量， K+1为下倾角调整量的数目，M为所述基站的水平天 线单元的数目，R为所述用户设备的天线数目；

d.比较测量到的所述信道的功率P以及所述K个等效信道的功 率P_k，并将其中最大功率所对应的下倾角调整索引反馈至所述基站， 并且循环执行步骤a-d直至预定条件得到满足，其中所述下倾角调整 索引用于指示下倾角调整量；

其中所述方法还包括以下步骤：

-接收来自所述基站的所述基准下倾角θ。

根据本发明的另一个方面，在一个实施例中，提供了一种在多 输入多输出通信系统的基站中用于调整指向用户设备的垂直波束的 下倾角的装置，所述基站配置有2维平板天线阵列，所述2维平板 天线阵列包括多个垂直天线端口，所述装置包括：

第一发送单元，用于以基准下倾角权重w_n(θ)对待发送下行数据 进行加权处理后发送至用户设备，以及通过所述多个垂直天线端口 发送参考信号至所述用户设备，其中所述基准下倾角权重 n＝1，...，N，θ为基准下倾角，n为所述基站的 垂直天线单元的索引，N为所述基站的垂直天线单元的数目，d为所 述基站的垂直天线单元的间距，λ为波长；

第一接收单元，用于接收来自所述用户设备的下倾角调整索引， 所述下倾角调整索引用于指示下倾角调整量；

更新单元，用于基于所述下倾角调整索引，从下倾角集合 中获取更新后的基准下倾角，其中为调整步长，为 下倾角调整量，K+1为下倾角调整量的数目；

所述第一发送单元，所述第一接收单元和所述更新单元循环执 行直至预定条件得到满足；

其中所述第一发送单元还用于：发送所述基准下倾角θ至所述 用户设备。

根据本发明的另一个方面，在一个实施例中，提供了一种在多 输入多输出通信系统的用户设备中用于辅助基站调整指向所述用户 设备的垂直波束的下倾角的装置，所述基站配置有2维平板天线阵 列，所述2维平板天线阵列包括多个垂直天线端口，所述装置包括：

第二接收单元，用于接收来自基站的经由所述多个垂直天线端 口发送的参考信号；

处理单元，用于基于接收到的所述参考信号，测量下行矩阵信 道H_R×(M×N)＝[h_(1，1)，h_(1，2)，...，h_(M，1)，..h_(M，N)]，并计算测量到的所述信道的功率 P，其中$h_{(m,n)}=\left(\begin{array}{c}{h}_{1,m\times n}\\ ·\\ ·\\ ·\\ h_{R,m\times n}\end{array}\right)$是每根用户设备天线看到的矢量信道；以及以 K个备选下倾角权重分别对所述信道H_R×(M×N)进行加权处 理，以分别获得K个等效信道H^k_R×(M×N)＝[h^k_(1，1)，h^k_(1，2)，…，h^k_(M，1)，…h^k_(M，N)]， 并分别计算所述K个等效信道的功率P_k；其中所述K个等效信道中 的第k个等效信道的基本矢量信道为θ为基准 下倾角，n＝1，...，N，n为所述基站的垂直天线 单元的索引，N为所述基站的垂直天线单元的数目，d为所述基站的 垂直天线单元的间距，λ为波长，为调整步长，为下倾角调整 量，K+1为下倾角调整量的数目，M为所述基站的水 平天线单元的数目，R为所述用户设备的天线数目；

比较单元，用于比较测量到的所述信道的功率P以及所述K个 等效信道的功率P_k；

第二发送单元，用于将比较结果中最大功率所对应的下倾角调 整索引反馈至所述基站，其中所述下倾角调整索引用于指示下倾角 调整量；

所述第二接收单元，所述处理单元，所述比较单元和所述第二 发送单元循环执行直至预定条件得到满足；

其中所述第二接收单元还用于：接收来自所述基站的所述基准 下倾角θ。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清 晰。

附图说明

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加明显：

图1示出了传统的水平波束成形方案的网络结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的垂直波束成形方案的网 络结构示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的调整指向用户设备的垂 直波束的下倾角的方法流程图。

在图中，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。

具体实施方式

下文中将对本发明的各实施例进行详细描述。

图2的MIMO通信系统示出了基站10，用户设备21，22和23。 基站10配置有2维平板天线阵列，用于区分方位角方向(也即水平 方向)的信号和俯仰角方向(也即垂直方向)的信号，从而使能垂 直波束成形。由此，每个用户设备21，22，23同时由水平波束(vBeam) 和垂直波束(hBeam)所服务。可以理解的是，图2示出的MIMO 通信系统仅是示例性的，而非限制性的。系统中还可以包括其他网 络设备，并且其中用户设备的个数不限于图示的数目。

以下将参照图3并结合图2对本发明的一个实施例的调整指向 用户设备的垂直波束的下倾角的方法进行描述。示例性的，以基站 10调整指向用户设备21的垂直波束的下倾角为例进行描述。该基站 10配置有的2维平板天线阵列包括多个垂直天线端口。

在步骤301中，基站10以基准下倾角权重w_n(θ)对待发送下行数 据进行加权处理后发送至用户设备21。此外，基站10还通过多个垂 直天线端口发送参考信号，例如CSI-RS至该用户设备21。需要注意 的是，参考信号的发送不需要以下倾角权重对其进行加权处理。

其中，基准下倾角权重n＝1，...，N，θ为基 准下倾角，n为基站10的垂直天线单元的索引，N为基站10的垂直 天线单元的数目，d为基站10的垂直天线单元的间距，λ为波长。

用户设备21接收到来自基站10的参考信号后，在步骤302中， 其基于接收到的该参考信号，测量下行矩阵信道(下文中称为“原 始信道”)H_R×(M×N)＝[h_(1，1)，h_(1，2)，...，h_(M，1)，..h_(M，N)]，并计算该原始信道的功率 P。

其中，$h_{(m,n)}=\left(\begin{array}{c}{h}_{1,m\times n}\\ ·\\ ·\\ ·\\ h_{R,m\times n}\end{array}\right)$是每根用户设备天线看到的矢量信道，M为 基站10的水平天线单元的数目，N为基站10的垂直天线单元的数 目，R为用户设备21的天线数目。

原始信道的功率(也即矩阵归一化)可以表示为

P＝||H_R×(M×N)||。

然后，在步骤303中，用户设备21以K个备选下倾角权重 分别对原始信道H_R×(M×N)进行加权处理，以分别获得K个等 效信道H^k_R×(M×N)＝[h^k_(1，1)，h^k_(1，2)，…，h^k_(M，1)，…h^k_(M，N)]，并分别计算该K个等效 信道的功率P_k。

其中K个等效信道中的第k个等效信道的基本矢量信道为 θ为基准下倾角，为调整步长，为下倾角 调整量，K+1为下倾角调整量的数目，

K个等效信道的功率(也即矩阵归一化)可以表示为

P_k＝||H^k_R×(M×N)||。

在一个例子中，假设K＝2，那么，第一等效信道 H⁺¹_R×(M×N)＝[h⁺¹_(1，1)，h⁺¹_(1，2)，…，h⁺¹_(M，1)，…h⁺¹_(M，N)]，其中其 功率P₊₁＝||H⁺¹_R×(M×N)||；第二等效信道 H^-1_R×(M×N)＝[h^-1_(1，1)，h^-1_(1，2)，…，h^-1_(M，1)，…h^-1_(M，N)]，其中其 功率P_-1＝||H^-1_R×(M×N)||。

可以理解的是，在用户设备21侧，由于需要获得K个备选下倾 角权重从而获得K个等效信道，因此，基站10需要将基准 下倾角θ发送至该用户设备21，例如，基站10可以通过RRC信令 将下倾角θ发送至用户设备21。此外，基站10还可以通过例如RRC 信令广播其垂直天线单元的间距d以及广播/单播调整步长基于 基准下倾角θ，垂直天线单元的间距d和调整步长等参数，用户设 备21根据公式即可计算得K个备选下倾 角权重从而获得K个等效信道。当然，如果在基站和各个用户设备 之间预先设定好垂直天线单元的间距d和调整步长那么，基站 10就无需再发送这两个参数至用户设备。

随后，在步骤304中，用户设备21比较原始信道的功率P以及 K个等效信道的功率P_k，并将其中最大功率所对应的下倾角调整索 引反馈至基站10。例如，用户设备21可以经由物理上行控制信道 (PUCCH)将下倾角调整索引反馈至基站10。该下倾角调整索引用 于指示下倾角调整量。

需要说明的是，用户设备21处所使用的下倾角调整索引的比特 数可以由基站和用户设备之间预先设定好，或者也可以由基站通过 例如RRC信令发送给用户设备。基于该下倾角调整索引的比特数， 用户设备21可以确定K的大小。例如，当下倾角调整索引的比特数 为3比特，其可以指示8个不同的对象，去除指示基准下倾角θ本身 (也即指示无需调整下倾角)之外，还能够指示至多7个对象，因 此可以将K取值为6，这样3比特的下倾角调整索引能够指示包括 准下倾角θ本身在内的所有7种下倾角调整量和

用户设备21接收到来自基站10的下倾角调整索引后，在步骤 305中，基于该下倾角调整索引，从下倾角集合中获取更 新后的基准下倾角。

例如，当K＝2时，下倾角集合为那么，用户设 备21比较原始信道的功率P，第一等效信道的功率P₊₁和第二等效信 道的功率P_-1的大小，并基于下式，确定并反馈下倾角调整索引b

$b=\left(\begin{array}{c}10,P_{\max }=P_{-1}\\ 00,P_{\max }=P\\ 01,P_{\max }=P_{+1}\end{array}\right);$

其中P_max是原始信道的功率P、第一等效信道的功率P₊₁和第二 等效信道的功率P_-1中的最大值。也就是说，当比较结果为第一等效 信道的功率P₊₁最大时，那么反馈的下倾角调整索引b为01，用于指 示下倾角调整量为当比较结果为第二等效信道的功率P_-1最大 时，那么反馈的下倾角调整索引b为10，用于指示下倾角调整量为 当比较结果为原始信道的功率P最大时，那么反馈的下倾角调 整索引b为00，用于指示下倾角调整量为0。可以理解的是，在该 例子中，下倾角调整索引b的比特数为2，其至多能指示4种调整量， 因此K＝2。

基站10根据反馈的下倾角调整索引b，基于下式，获取更新后 的基准下倾角θ′

其中θ_max和θ_min分别为预定最大可允许下倾角和预定最小可允许 下倾角。

假设用户设备21处的比较结果为第一等效信道的功率P₊₁最大， 那么用户设备21反馈下倾角调整索引01至基站10，用于指示下倾 角调整量为基站10根据该下倾角调整索引01，即可知晓更新 的基准下倾角θ′为θ+Δθ和θ_max中的较小值。

在基站10获取了更新的基准下倾角后，其以更新的基准下倾角 权重对待之后的待发送下行数据进行加权处理后进行发送。同时， 上述步骤301至305被继续循环执行直至预定条件得到满足。

该预定条件得到满足可以是例如基站10中的调度器决定停止循 环，在此情形下，基站10可以发送指示消息至用户设备21，用于指 示用户设备21停止循环。又例如，基站10和用户设备21中的计时 器同时进行计时，当预定时长到达时，则停止循环。

通过上述方法，可以逐渐逼近对应于该用户设备的基站垂直天 线的下倾角。

需要说明的是，本发明各实施例中基站10侧的垂直天线端口可 以重用已有的水平天线端口，也可以新定义垂直天线端口。例如， 当垂直天线端口的数目分别为1，2，4，8时，其可分别使用p＝23， p＝23，24，p＝23，…，26和p＝23，…，30。

可以理解的是，为了获取参考信号，对于每个用户设备，基站需 要配置两组天线端口，一组用于传统的水平参考信号，另一组用于垂 直参考信号。对于具有多线程信道测量能力的用户设备，例如TM10 用户设备，可以通过为每个用户设备配置两个并行的参考信号线程来 实现上述配置。例如，基站可以为水平参考信号测量分配多个逻辑端 口，同时为垂直参考信号测量分配另外多个逻辑端口。而对于不具备 多线程信道测量能力的用户设备，可以通过周期性地在水平参考信号 和垂直参考信号的传输之间进行切换来实现两种测量的配置。这种切 换对于用户设备而言是透明的。

在一个或多个示例性设计中，可以用硬件、软件、固件或它们的 任意组合来实现本申请所述的功能。如果用软件来实现，则可以将所 述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，或者作 为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来传输。计算机可读介 质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括有助于计算机 程序从一个地方传递到另一个地方的任意介质。存储介质可以是通用 或专用计算机可访问的任意可用介质。这种计算机可读介质可以包括， 例如但不限于，RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设 备、磁盘存储设备或其它磁存储设备，或者可用于以通用或专用计算 机或者通用或专用处理器可访问的指令或数据结构的形式来携带或存 储希望的程序代码模块的任意其它介质。并且，任意连接也可以被称 为是计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、 双绞线、数字用户线(DSL)或诸如红外线、无线电和微波之类的无 线技术来从网站、服务器或其它远程源传输的，那么同轴电缆、光纤 光缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术也 包括在介质的定义中。

可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路 (ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立 门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意 组合来实现或执行结合本公开所描述的各种示例性的逻辑块、模块和 电路。通用处理器可以是微处理器，或者，处理器也可以是任何常规 的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算 设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或 多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。

本领域普通技术人员还应当理解，结合本申请的实施例描述的各 种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计 算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种可互 换性，上文对各种示例性的部件、块、模块、电路和步骤均围绕其功 能进行了一般性描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件， 取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束条件。本领域技术 人员可以针对每种特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是， 这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。

本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或 使用本发明。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种修改都是 显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本发明的精 神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本发明并不限于本文 所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围 相一致。