CN101374001B - 一种自适应调整波束形成权值更新粒度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应调整波束形成权值更新粒度的方法，旨在解决采用一个更新粒度无法满足UE高速移动要求的问题，主要是根据用户设备的速度设定波束形成权值更新粒度的初始值，之后根据信道的变化速度自适应调整波束形成权值更新粒度。本发明应用在移动通信系统中，可以根据信道变化速度，自适应地调整波束形成的权值更新粒度。

Description

一种自适应调整波束形成权值更新粒度的方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统，尤其涉及一种自适应波束形成调整权值更新粒度的设计方法。

背景技术

波束形成可以增加小区覆盖，改善小区边缘用户的链路性能，并且可实现空间的干扰消除，增大系统容量。波束形成根据信道状态生成波束赋形的权值，时频资源块所对应的波束形成的权值是否能反映信道的特征，将会大大影响波束形成的性能。

目前的波束形成采用同一个时频资源粒度进行处理，但由于第三代以后的移动通信(B3G)和第四代移动通信(4G)支持的最大移动速度大于350km/h，在这种情况下，采用一个权值更新粒度，使得波束形成权值不具备对信道变化的跟踪能力，因此也就无法满足用户设备(User Equipment，简称UE)高速移动的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种自适应调整波束形成权值更新粒度的设计方法，来解决采用一个更新粒度无法满足UE高速移动要求的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自适应调整波束形成权值更新粒度的方法，根据用户设备的速度设定波束形成权值更新粒度的初始值，之后根据信道的变化速度自适应调整波束形成权值更新粒度。

上述方法中，所述根据用户设备的速度设定波束形成权值更新粒度的初始值，可以首先将所述用户设备的速度划分为若干个等级，然后再根据所述用户设备的速度等级设定波束形成权值更新粒度的等级，最后再设定所述波束形成权值更新粒度的初始值。

进一步地，所述根据用户设备的速度设定波束形成权值更新粒度的初始值，可以包括如下步骤：

(1)将所述用户设备的速度划分为若干个等级；

(2)根据所述用户设备的速度等级确定相干时间，并根据所述用户设备的速度等级选择均方时延，确定相干带宽；

(3)根据所述相干时间和所述相干带宽，设定波束形成权值更新粒度的等级，包括时频资源块的时间宽度和频率宽度。

(4)根据所述用户设备的速度，设定所述波束形成权值更新粒度的初始值。

更进一步地，步骤(2)中所述确定相干时间的步骤，可以包括首先根据所述用户设备当前的速度等级确定最大多普勒频移，然后根据所述最大多普勒频移确定所述相干时间；步骤(3)中所述时频资源块的时间宽度可以小于所述相干时间，所述时频资源块的频率宽度可以小于所述相干带宽；所述步骤(3)包括可以根据所述波束形成权值更新粒度，生成所对应波束形成资源块的波束形成权值。

上述方法中，所述根据信道的变化速度自适应调整波束形成权值更新粒度，可以包括所述信道的变化速度低于设定的自适应调制门限时，调整调制方案；所述信道的变化速度低于设定的权值更新门限时，可以重新计算波束形成的权值。

进一步地，所述调整调制方案，可以包括将数据流的调制星座数减小；所述信道的变化速度可以通过信道状态指示表征。更进一步地，所述自适应调整波束形成权值更新粒度的最小单位可以等于物理层的最小时频资源粒度。

上述方法中，根据所述信道的变化速度自适应调整波束形成权值，可以包括：

(a)如果所述用户设备反馈的信道的变化速度低于设定的权值更新门限，则执行步骤(c)，否则执行步骤(b)；

(b)原波束形成权值继续在所对应的波束形成时频资源块使用，到下一个波束形成资源块更新波束形成权值，结束；

(c)根据信道信息计算并更新资源块的波束形成权值，并在资源块余下的部分使用更新的权值，结束。

上述方法可以进一步包括，在所述波束形成权值更新粒度对应的资源块中插入固定数量的导频。

本发明可以根据信道变化速度，自适应地调整波束形成的权值更新粒度，可以在不降低波束形成性能的基础上保证系统性能。而且，本发明还可与波束形成导频设计相互关联，进一步使得资源块的信道信息和真实的信道信息保持统一，确保稳健可靠的系统性能。

附图说明

图1是本发明所述方法对应的自适应波束形成资源块的系统结构示意图；

图2是本发明方法一个具体实施例的步骤示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

为保证波束形成的性能，波束形成权值应具备对信道变化的跟踪能力，尤其当信道快速变化即信道快变时，应采用小的权值更新粒度，比如在正交频分复用(OFDM)系统中，资源块的OFDM符号个数和子载波数变小，这样波束形成的权值更新很快，不会因为信道的快变，降低波束形成的性能；当信道慢变时，应采用大的权值更新粒度，可以在降低反馈开销和处理复杂度的同时保证系统性能。

信道变化的快慢和UE的运动速度密切相关，因此本发明的思路是将UE的运动速度作为信道变化快慢的初始判断门限，通过计算给定速度下的相干时间和相干带宽，设计波束形成权值更新粒度。然后，根据当前具体的信道变化速度自适应地调整波束形成资源块的大小。

在信道的变化速度中，UE速度是一个影响因素，但还有其他的影响因素，如UE周围散射物的快速变化，外界的干扰信号，BS或UE天线的失效等也会造成信道的变化。这些因素很难用一个具体的物理参数来表征，因此在本发明中，采用信道状态指示(Channel Quality Indicator，简称CQI)作为波束形成权值的评价标准。当某个数据流的CQI低于设定的自适应调制门限，以下简称为门限1，就将该数据流的调制星座数减小，在CQI低于设定的权值更新门限，以下简称为门限2(所设定的门限2大于所设定的门限1)，就重新计算波束形成的权值，并更新资源块，从而使波束形成的权值始终和信道特性保持一致，保证了系统的稳健性能。由于CQI的反馈粒度往往小于波束形成资源块的粒度，实现了低于设定的门限2时，波束形成权值更新的自适应调整，调整的最小单位等于物理层的最小时频资源粒度。

图1示出了本发明自适应波束形成资源块的系统结构，根据用户设备101的速度和用户设备101反馈的CQI来调整波束形成权值更新粒度的原理示意图。其中，根据用户设备101的速度来初始设定波束形成权值更新的粒度，根据用户设备101反馈的CQI来自适应调整波束形成权值对应的资源块大小。

参照图1，首先，基站的波束形成权值更新判决模块105根据用户设备101的速度计算出相干时间，并选取均方时延，计算出相干带宽，再根据相干时间和相干带宽，设定权值更新时频资源块的时间宽度和频率宽度，这样就获得了波束形成权值更新粒度的初始值。获得波束形成权值更新粒度后，通过波束形成功率控制模块103和波束形成权值产生模块104，产生波束形成权值，最后通过OFDM调制模块106调制并发射。当用户设备101反馈的CQI低于设定的门限1时，自适应调制模块102调整资源块的调制方案，当用户设备101反馈的CQI低于设定的门限2时，波束形成权值更新判决模块105要求波束形成权值产生模块104重新计算波束形成的权值。

根据用户设备101的通信质量要求，可以将用户设备101的速度划分为若干个等级。如果用户设备101的通信质量要求较高，则将用户设备101速度分的等级越多，即权值调整的粒度等级越多，这样越有利于通信质量的保证，但是波束形成的处理开销也相对增加。

然后，根据用户设备101的运动速度，载波频率，计算出相干时间；根据对应场景下的均方时延，计算出相干带宽。其中，均方时延的取值与用户所在的场景密切相关，不同场景下的均方时延不同。可以根据用户设备101移动速度的代表性场景选取均方时延，计算相干带宽。

最后，根据相干时间和相干带宽，设定权值更新的时间宽度和频率宽度，使该时频资源块的信道特性基本保持不变。这样就获得了波束形成权值更新粒度的初始值。

根据信道变化速度进行自适应调整部分中，当信道的变化速度低于设定的门限1时，将该数据流的调制星座数减小，在信道的变化速度低于设定的门限2时，重新计算波束形成的权值，并更新资源块，从而使波束形成权值的更新始终和保持信道特性保持一致，保证了系统的稳健性能。

根据用户设备101的速度等级反馈设定权值更新粒度，用户设备101接入时进行速度等级的初始反馈，确定波束形成的资源块大小；用户设备101和基站接通过程中，用户设备101周期性地判断自己的速度是否越出初始的速度等级，如果越出，则向基站反馈新的速度等级，基站据此调整波束形成的资源块大小。

以下结合图2，具体说明如何对UE速度进行分级，以及如何计算相关时间和相关带宽来获取波束形成权值更新粒度的初始值，并以CQI来表征信道的变化速度，来更详细地说明本发明。

步骤201，对UE速度进行分级，可以根据通信质量要求，将UE的移动速度分为若干等级。假定将UE的速度分成三个等级：代表步行和静止用户情况的0～5km/h，代表低俗车载情况的5～70km/h，以及代表高速车载情况的70～350km/h。当然，这个等级划分只是一个示例，在本发明的其他实施例当中，也可以采用其他标准进行划分。

步骤202，计算相干时间T_c，首先根据UE当前的移动速度等级计算最大多普勒频移，如式(1)所示：

        f_m＝vf_c/c                式(1)

其中：

f_m为最大多普勒频移，单位为Hz；

v为UE的运动速度；

f_c为载波频率；

c为光速。

在得到f_m后，可按照如下式(2)计算相干时间T_c，在此定义相干带宽为包络相关系数为0.5，即ρ(0，T_c，0)＝0.5

$T_c=\frac{9}{16\mathrm{\π}{f}_m}$ 式(2)

步骤203，计算相干带宽B_c，相干带宽的计算如下面的式(3)所示，在此定义相干带宽为包络相关系数为0.5，即ρ(B_c，0，0)＝0.5

$B_c=\frac{1}{2{\mathrm{\π\σ}}_{\mathrm{\τ}}}$ 式(2)

其中：

σ_τ为均方时延。

步骤204，设定波束形成的权值更新粒度的等级，使时频资源块的时间宽度小于获得的相干时间，频率宽度小于获得的相干带宽，从而使该时频资源块的信道特性基本保持不变。波束形成权值更新粒度的等级如表1所示：

表1 波束形成权值更新粒度的等级

UE速度V	V≤5km/h	5km/h＜V≤70km/h	70km/h＜V≤350km/h
				相干时间Tc	15.4ms	1.1ms	0.21ms
相干带宽Bc	2.2MHz	1.345MHz	0.936MHz
				确定的预编码密度	更新间隔：5ms频域粒度：120个子载波	更新间隔：1ms频域粒度：80个子载波	更新间隔：0.25ms频域粒度：60个子载波

步骤205，生成该资源块的波束形成权值，根据当前的UE速度，设定权值更新粒度的初始值，生成该资源块波束形成权值，应用于该时频资源块。

步骤206，根据UE反馈的CQI判断是否要更新权值，根据UE反馈的CQI，当其低于设定的门限1时，调整其调制方案，当CQI低于设定的门限2时，执行步骤208，否则执行步骤207。

步骤207，判断对应的资源块是否已完成波束形成，原波束形成权值继续在所对应的波束形成时频资源块使用，到下一个波束形成资源块更新波束形成权值，结束。

步骤208，根据信道信息计算并更新资源块的波束形成权值，并更新资源块的信息，在资源块余下的部分使用更新的权值，资源块大小依据UE接入时的设定值或后续过程中的调整值，结束。

本发明所述的自适应调整波束形成权值更新粒度，还可以与波束形成导频设计相互关联，即对应更新粒度的资源块中插入固定数量的导频，插入的方法也固定，这样不同波束形成更新粒度的资源块包含不同比例的导频。在信道慢变时，采用低密度的导频就能保证信道估计的质量；在信道快变时，采用高密度的导频保证信道估计的质量，进一步使得资源块的信道信息和真实的信道信息保持统一，确保稳健可靠的系统性能。

Claims (8)

1.一种自适应调整波束形成权值更新粒度的方法，其特征在于，根据用户设备的速度设定波束形成权值更新粒度的初始值，之后根据信道的变化速度自适应调整波束形成权值更新粒度；所述根据用户设备的速度设定波束形成权值更新粒度的初始值，包括：

(1)将所述用户设备的速度划分为若干个等级；

(2)根据所述用户设备的速度等级确定相干时间，并根据所述用户设备的速度等级选择均方时延，确定相干带宽；

(3)根据所述相干时间和所述相干带宽，设定波束形成权值更新粒度的等级，包括时频资源块的时间宽度和频率宽度；

(4)根据所述用户设备的速度，设定所述波束形成权值更新粒度的初始值；根据所述波束形成权值更新粒度的初始值，生成所对应波束形成资源块的波束形成权值；

所述根据信道的变化速度自适应调整波束形成权值更新粒度，包括所述信道的变化速度低于设定的自适应调制门限时，调整资源块的调制方案；所述信道的变化速度低于设定的权值更新门限时，根据信道信息计算并更新资源块的波束形成权值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述确定相干时间的步骤，包括首先根据所述用户设备当前的速度等级确定最大多普勒频移，然后根据所述最大多普勒频移确定所述相干时间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述时频资源块的时间宽度小于所述相干时间，所述时频资源块的频率宽度小于所述相干带宽。

4.如权利要求1所示的方法，其特征在于，所述调整调制方案，包括将数据流的调制星座数减小。

5.如权利要求1所示的方法，其特征在于，所述信道的变化速度通过信道状态指示表征。

6.如权利要求5所示的方法，其特征在于，所述自适应调整波束形成权值更新粒度的最小单位等于物理层的最小时频资源粒度。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据信道的变化速度自适应调整波束形成权值，包括：

(a)如果所述用户设备反馈的信道的变化速度低于设定的权值更新门限，则执行步骤(c)，否则执行步骤(b)；

(b)原波束形成权值继续在所对应的波束形成时频资源块使用，到下一个波束形成资源块更新波束形成权值，结束；

(c)根据信道信息计算并更新资源块的波束形成权值，并在资源块余下的部分使用更新的权值，结束。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括，在所述波束形成权值更新粒度对应的资源块中插入固定数量的导频。

Images