专利名称：Td-lte系统中时频域联合处理的波束形成方法
技术领域：
本发明涉及一种用于TD-LTE (长期演进计划协议的时分双工模式)系统中基站端 配置多天线，用户端配置单天线的下行波束形成方法。主要用于由于噪声和干扰等因素存 在使得连续导频估计的信道不够准确，同时上下行反馈以及数据处理造成的时延，或用户 端移动速度过快，导致的信道估计不能实时反映下行信道，从而不适于计算波束形成的权 矢量的情况下，通过信道的时频域联合处理来提高波束形成的精确程度，从而改善系统的 性能。
背景技术：
波束形成方法主要用于无线通信中信息的预处理，它的复杂度低、性能好、易于实 现。波束形成包括发射波束形成和接收波束形成。发射波束形成是指在发射端已知信道状 态信息的情况下，基于一定的优化准则构造波束形成权矢量，对用户的发射信号进行加权， 加权后的信号从每个天线上发送，经过空间的传播，使得在期望方向上聚集波束而在干扰 方向上形成零陷，从而构成对期望信号的增强以及干扰信号的抑制。这样做既能够使发送 出去的功率被有效利用，又能够尽量减小对其余小区的干扰。接收波束形成指在接收端对 期望的用户或方向，由于基站已知其信道信息，我们可以设计权系数使其信号无失真的通 过，而对于其他信号分量则进行抑制。在目前的一些波束形成方法中，如Zer0-f0rCing(迫零，ZF)波束形成方法、 Minimum Variance Distortionless Response (最小方差无失真，MVDR)波束形成方法、 Minimum Mean Square Error (最小均方误差，MMSE)、以及 Eigen Beamforming (特征波束 形成，EBF)方法等等，都需要利用原始信道信息来实现波束形成。TD-LTE系统中用当前时刻上行传输过来的数据估计得到的信道去进行下一时刻 下行的波束形成是基于反馈是零延时的假设，当信道的变化很慢的时候，这种做法是可行 的，但是实际中接收端要进行信道估计等各种信号处理，同时信道信息从接收端反馈到发 送端存在延时，此时用当前时刻估计的信道信息来决定下一次发送的波束形成加权矩阵就 会因为信道的变化而产生误差。所以我们认为用当前时刻上行传输过来的数据估计得到的 信道去进行下一时刻下行的波束形成不是非常合理的，由于移动台的移动或者其他原因会 导致信道的变化，这种情况下，用这样的信道信息进行下行波束形成就会造成一定程度的 误差，导致用户接收端的误码率提高，通信质量难以很好地保证。LTE协议为多天线系统提供了专门用于信道估计的导频结构，我们可以在有导频 辅助的信道估计过程中完成对空间特征的估计。TD-LTE中PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) ^ DMRS(Demodulation Reference Signal) K^t UE(User Equipment) #^ 据所在的频带上发送，因此导频序列的长度受到限制，例如在极端情况下，当UE只在一个 RB(Resource Block)上发送PUSCH时，如果DMRS采用块状导频图样，则导频序列长度是12， 否则如果采用梳妆或其他导频图样，则导频序列长度将不足12，由于导频序列的长度决定 了可用导频的数目，一定长度导频序列的数目不能太少，因此上行采用块状导频图样(导频插入方案)。 在实现本发明的过程中，发明人发现这样的一种导频插入方案使得虽然每个子 载波上的信道都被估计出来了，但是我们认为这样的一种导频插入方式并不好。由于噪声 和干扰的存在，这种导频插入方式使得我们失去了信道在频域是慢变的特性。在某些情况 下，子载波之间的关联性变弱了，这样的估计信道做波束形成会影响系统的性能。
发明内容
针对TD-LTE系统中，由于上下行传输存在时间差异，使得上下行传输时的信道信 息并不完全相同，此时用当前时刻估计的信道信息来决定下一次发送的波束形成加权矩阵 就会导致信道的变化而产生误差这一缺陷，本发明提供了一种时间上进行预测方案；此外， 上行采用块状导频插入方式每个子载波上的信道都可以直接估计出来，虽然这样估计出来 的信道信息在每个子载波上都是很准确的，但是由于噪声和干扰的存在，原本有关联的子 载波间的慢变性变弱了，使得相邻的子载波间的信道信息变得相对独立，连续的块状导频 估计出来的信道缺失了的正是空间信道慢变的特性，所以本发明提出在时间上进行预测 后，对这样一个估计信道进行频域的平滑处理，从而提高系统的性能。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种TD-LTE系统中时频域联合处理的波束形成方法，其特征在于，包括下述步 骤(1)首先利用上行导频插入方案得到准确的估计信道的信息，这个估计信道的信 息就是频域信道的信息；(2)对频域信道信息进行时间上的预测，用于补偿由于系统处理时延或移动台移 动导致的信道的变化，具体采用线性预测，对于第k个子载波，按照下式预测下一子帧的信 道信息
权利要求
1.一种TD-LTE系统中时频域联合处理的波束形成方法，其特征在于，包括下述步骤(1)首先利用上行导频插入方案得到准确的估计信道的信息，这个估计信道的信息就 是频域信道的信息；(2)对频域信道信息进行时间上的预测，用于补偿由于系统处理时延或移动台移动导 致的信道的变化，具体采用线性预测，对于第k个子载波，按照下式预测下一子帧的信道信 息
2.如权利要求1所述的TD-LTE系统中时频域联合处理的波束形成方法，其特征在于， 所述的用平滑处理后的信道信息进行下行波束形成加权矩阵计算包括迫零波束形成算法 ZF、最小均方误差波束形成算法MMSE、最小方差无失真算法MVDR之一。
全文摘要
本发明公开了一种TD-LTE系统中时频域联合处理的波束形成方法，包括下述步骤首先利用上行导频插入方案得到准确的估计信道的信息，对估计频域信道信息进行时间上的预测，用于补偿由于系统处理时延或移动台移动导致的信道的变化，具体采用线性预测，然后对预测得到的信道信息进行频域平滑处理，用以避免相邻子载波的估计信道在幅度和相位上的跳变，减小噪声和干扰对波束形成的影响；最后对平滑处理后的信道信息进行下行波束形成加权矩阵的计算，实现系统性能的改善。
文档编号H04B7/06GK102142876SQ201110051758
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者刘峰, 孙蕊娟, 殷勤业, 王文杰, 邓科 申请人:西安交通大学