CN101505182B - 一种多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法和基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法和基站，涉及移动通信领域。该方法包括步骤：将系统可用频率资源划分为多个子频段；对各个小区的多个子频段分别采用不同的波束赋形方案，获得针对子频段的分层的波束组；确定用户的主服务小区，判断用户是所述主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户；以及当用户为小区边缘用户时，选择多个波束用于用户的数据传输。本发明通过对小区边缘用户由多个波束联合为其服务，避免了现有技术中波束赋形带来的闪电效应，使得位于小区不同位置的用户都能得到覆盖，提高了小区边缘用户的性能。

Description

一种多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法和基站

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法和基站。

背景技术

随着移动通信系统的发展，用户对系统的性能和业务种类的要求越来越高。虽然正在全球逐步商用化的3G移动系统和2G系统相比在传输速率、业务种类、服务质量等方面有了较大的改善，但仍然无法满足用户对高速率、高质量的无线通信业务日益增加的需求，因此行业内对未来移动通信系统性能指标提出了更高的要求。3GPP LTE(LongTerm Evolution，长期演进)系统，作为3G系统向4G系统演进的3G增强型系统，旨在建立一个高数据率、低延迟、为分组业务优化的系统，实现更低的延迟、更高的用户数据率、更高的频谱效率、更大的系统容量、更大的覆盖和更低的成本。而由LTE进一步演进而来被视为4G技术的LTE-Advanced系统，则在LTE系统的基础上，对系统的各项性能指标提出了更高的需求。LTE与LTE-Advanced都要求在进一步提高小区中心用户的性能和小区平均吞吐量的同时，更加注重提高小区边缘用户的性能和吞吐量。

在LTE系统中，虽然平均吞吐量和频谱效率的提高可以通过采用高阶天线MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术和正交传输技术实现，但这些改进对小区边缘性能的提高作用并不明显，增加了小区边缘和小区中心的性能差异，加剧了中心用户和边缘用户间的不公平性。因此，对于增强小区边缘性能的技术的研究受到业内的广泛关注。对于采用OFDM技术且要求更高频谱利用率的LTE和LTE-Advanced系统，ICI(Inter-Cell Interference，小区间干扰)是限制小区边缘性能的主要因素。在LTE阶段，已经提出了一些ICI抑制技术，如小区间干扰随机化，小区间干扰删除，小区间干扰协调，软频率复用，基于路损的部分功率控制等技术，但抑制ICI的能力都有限。

为了满足LTE-Advanced对小区边缘性能的要求，3GPP提出了CoMP(Cooperative Multipoint transmission/reception，多点协作发送/接收)技术，该技术通过相邻小区共享用户信道信息或/和数据信息，采用协作调度或联合处理抑制小区间干扰，提高小区边缘用户性能。其中协作调度是指协作小区基于共享的信道信息对用户、无线资源、波束等进行协作调度进而减小小区间干扰；联合处理是指多个协作小区共享用户信道信息和数据信息并使用相同的资源联合给用户提供服务，从而提高小区边缘用户的性能。

同时，LTE-Advanced中波束赋形技术因其能提高系统的覆盖能力和小区边缘的频谱效率而成为了研究热点。然而波束赋形存在着所谓的闪电效应(flashlight effect)，即由于波束方向的时变性导致用户反馈的CQI(Channel Quality Information，信道质量信息)存在滞后性，影响了波束赋形的性能，同时波束赋形在提高小区边缘频谱效率时，可能会出现相邻小区边缘的波束冲撞问题，加大了小区间的干扰。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，能够提高小区边缘用户的性能。

本发明提供一种多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，包括：将系统可用频率资源划分为多个子频段；对各个小区的多个子频段分别采用不同的波束赋形方案，获得针对子频段的分层的波束组；确定用户的主服务小区，判断用户是主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户；以及，当用户为小区边缘用户时，选择多个波束用于用户的数据传输。

根据本发明的数据传输方法的一个实施例，用于用户的数据传输的多个波束来自主服务小区和协作小区。选择多个波束用于用户的数据传输的步骤包括：主服务小区获得各个相邻小区到用户的信道质量信息最优的波束的信道质量信息；主服务小区根据各相邻小区的信道质量信息确定协作小区；主服务小区将协作小区的最优波束号和信道质量信息返回该协作小区；通过协作小区的最优波束和主服务小区的主波束为用户提供联合数据传输。

根据本发明的数据传输方法的一个实施例，上述判断用户是主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户的步骤包括：用户将主服务波束的信道质量信息反馈给主服务小区；主服务小区判断主服务波束的信道质量信息是否大于预定门限值，当大于预定门限值时，该用户为小区中心用户，否则，该用户为小区边缘用户。

根据本发明的数据传输方法的一个实施例，该方法还包括：将多个子频段进一步划分为用于小区边缘用户的频段和用于小区中心用户的频段；当用户为小区边缘用户时，选择针对用于小区边缘用户的频段的波束用于用户的数据传输。

根据本发明的数据传输方法的一个实施例，确定用户的主服务小区的步骤包括：由所述用户基于测量来自各个小区的导频信息来选择主服务小区。

根据本发明的数据传输方法的一个实施例，判断用户是主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户的步骤包括：通过判断用户所属的地理位置来判断用户是所述主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户；或者，通过判断用户接收到的主服务小区的功率与干扰小区功率的比例是否大于标准值，来判断用户是主服务小区的小区中心用户还是小区边缘用户；或者，通过判断用户的路损信息是否大于标准值，来判断用户是主服务小区的小区中心用户还是小区边缘用户。

本发明提供的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，通过预规划各小区使用的波束赋形方案形成分层波束组，结合频率规划方案，将小区用户分为小区中心用户和小区边缘用户，对小区边缘用户由多个波束联合为其服务，避免了波束赋形的闪电效应，减小用户的时延，使位于小区不同位置的用户在任何时刻都能得到覆盖，提高了小区边缘用户性能。

本发明还提供一种多天线系统中的基站，包括：波束赋形模块，用于对由系统可用频率资源划分出的各个子频段分别采用不同的波束赋形方案，获得针对子频段的分层的波束组；用户判断模块，用于判断所述基站小区的用户是小区边缘用户还是小区中心用户；波束选择模块，用于接收来自所述用户判断模块的判断结果，当所述用户为小区边缘用户时，选择多个波束用于所述用户的数据传输。

进一步，该基站还包括协作小区选择模块，用于接收相邻小区到所述用户的信道质量信息，根据所述相邻小区的信道质量信息确定协作小区；当所述用户为小区边缘用户时，所述波束选择模块选择所述基站所在小区的波束和协作小区的波束用于所述用户的联合数据传输；当所述用户为小区中心用户时，所述波束选择模块选择所述基站所在小区的波束用于所述用户的数据传输。

进一步，用户判断模块用于接收所述用户的主服务波束的信道质量信息，判断所述主服务波束的信道质量信息是否大于预定门限值，当大于预定门限值时，所述用户为小区中心用户，否则，所述用户为小区边缘用户。

附图说明

图1示出根据本发明的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法的一个实施例的流程图；

图2示出根据本发明的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法的另一个实施例的流程图；

图3示出系统可用频率资源划分为两个子频段的图示；

图4示出了不同小区的同一子频带使用相同的波束赋形方案；

图5示出由用户终端确定其所在的主服务小区的示意图；

图6示出对子频段进一步划分的示意图；

图7示出采用3个波瓣的波束赋形示意图；

图8示出小区中心用户仅由主服务小区为其进行服务的示意图；

图9示出边缘用户由2个小区为其进行服务的示意图；

图10示出了小区边缘用户由3个小区为其进行服务的示意图；

图11示出不同小区的同一子频带使用不同的波束赋形方案；

图12示出本发明的由主服务小区和小区边缘用户共同选择波束的流程图；

图13示出本发明的多天线系统中基站的一个实施例的结构图；

图14示出本发明的多天线系统中基站的另一个实施例的结构图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

本发明的基本思想是，将小区用户分为小区中心用户和小区边缘用户，通过预规划各小区使用的波束赋形方案形成分层波束组，并结合频率规划方案，对小区边缘用户由多个波束联合为其服务，提高小区边缘用户性能。

图1示出本发明的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法的一个实施例的流程图。

如图1所示，在步骤102，将系统可用频率资源划分为多个子频段。子频段的划分可以由系统统一配置。划分的各个子频段可以相互正交，也可以不相互正交。在子频段相互正交情况下，由于不同层的波束组使用不同的频率资源，频率利用率相比与不相交的情况要低，但可以减小每层波束组间的干扰；在子频段不相交的情况下，干扰会增大，但是频率的利用率会提高。每个小区可以使用系统的部分或全部可用频率资源。

在步骤104，对于每个小区，将在步骤102中划分的多个子频段分别采用不同的波束赋形方案，获得针对子频段的分层的波束组。同一小区的不同子频段之间使用不同的波束赋形方案；对于不同小区的同一子频段，可以使用相同的波束赋形方案，也可以采用不同的波束赋形方案。现有技术中已经公开了多种波束赋形算法和实现，本领域的技术人员可以根据需要选择合适的波束赋形方案。

在步骤106，确定用户的主服务小区，判断用户是主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户。确定用户的主服务小区时，可以采用以用户为中心的方式，由用户基于自各小区的导频信息来选择他的主服务小区；也可以采用以小区为中心的方式，由各个小区根据用户反馈的信息协作选择属于它的用户；也可以采用上述两种方法的结合方案。其中主服务小区获得的用户信道信息，可以由用户上行反馈得到，在TDD系统中也可由基站根据信道互易性测量得到。

在步骤108，当用户为主服务小区的小区边缘用户时，选择多个波束用于用户的数据传输。对用于数据联合传输的多个波束，可以由用户选取，也可以由主服务小区选取，也可以由主服务小区与协作小区共同选取，也可以由主服务小区、协作小区和用户共同选取，或者由系统中的其他控制节点选取。当用户为主服务小区的小区中心用户时，从主服务区选择波束为该用户提供数据传输服务，也可以采用多波束的服务。

当通过多个波束为小区边缘用户提供服务时，接收端解调出各个波束发送的数据并对其进行合并，提高边缘用户的信号噪声干扰功率比，从而提高边缘用户的数据传输速率。

在将系统可用频率资源划分为子频段时，通过减少划分的子频段数目，可以减少实现的复杂度和额外开销。而通过增加划分的子频段的数目，可以减少小区内波束间的干扰，确保能为更多的用户进行服务，提高系统容量和频谱效率。因此划分子频段的数量应综合考虑频率效率、系统容量、实现复杂度、额外开销等因素。在系统实现允许的开销和复杂度范围内，可以通过划分尽可能多的子频段数来提高系统性能。基于本发明的教导，本领域的技术人员可以根据具体应用的需要，实现基于频率效率、系统容量、实现复杂度、额外开销等因素确定子频段的数量。

通过对系统的可用频率资源划分得到各个子频段，每个子频段所占全部可用频率资源的比例可以调整。各个子频段所占全部可用频率资源的比例可以基于用户的分布信息和/或用户的业务需求做静态、半静态或动态的调整。例如，当分布在某一频段波束组覆盖范围内的用户数变多或者业务需求变大时，该频段占全部可用频率资源的比例可以调整得大一些，反之，可以调小一些。每个子频段所占全部可用频率资源的比例预先设定，并保持不变，这种调整方式称为静态调整；也可以较长时间才调整一次，如以秒为数量级的调整，这种调整方式称为半静态调整；也可以很短时间，即每个传输时间间隔，就调整一次，将这种调整方式称为动态调整。

下面介绍一种主服务小区根据用户的信道质量信息(CQI)来判断用户为小区边缘用户还是小区中心用户的具体实现。

首先，用户i将其主服务波束的信道质量信息CQI_{(i，main_cell)}反馈给主服务小区的基站。其中i表示用户编号，main_cell表示主服务小区编号。

然后，主服务小区的基站将用户i的CQI_{(i，main_cell)}与预定门限值CQI_thre作比较，当CQI_{(i，main_cell)}≥CQI_thre时，将用户i分类为小区中心用户；当CQI_{(i，main_cell)}＜CQI_thre时，将用户i分类为小区边缘用户。其中，基于系统负载和用户分布选取CQI_thre。

对于小区中心用户和小区边缘用户的划分方法，可以以用户所属的地理位置来划分；或者以用户接收到的主服务小区的功率与干扰小区功率的比例作为标准，当该比例低于某个标准值时，则为小区边缘用户，反之为小区中心用户；或者，通过判断用户的路损信息是否大于标准值，来判断用户是主服务小区的小区中心用户还是小区边缘用户。

图2示出本发明的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法的另一个实施例的流程图。

如图2所示，在步骤202，对于每个小区，将系统可用频率资源F分为2个正交的子频段F₁和F₂(参见图3)。

在步骤204，为子频段F₁和F₂采用不同的波束赋形方案，在每个子频段上产生一层波束组，通过分层的波束组来覆盖整个小区范围。图4示出了不同小区的同一子频带使用相同的波束赋形方案。如图4所示，对于每个小区，子频段F₁均使用波束赋形方案B₁₁(参见图4a)，生成第1层波束组；子频段F₂均使用波束赋形方案B₁₂(参见图4b)，生成第2层波束组。子频段F₁和子频段F₂的波束赋形方案B₁₁和B₁₂不相同。两层波束组相叠覆盖整个小区范围(参见图4c)。在相邻小区，每一层波束组中波束方向相对的区域为出现波束冲撞的区域，反之则为非波束冲撞区域。

此外，也可以减少每个小区波瓣数目，以减小系统复杂度和开销。例如，如图7所示，子频段F₁使用波束赋形方案B₃₁，子频段F₂使用波束赋形方案B₃₂，将每一层波束组的波瓣数减少为3个，从而减少系统复杂度和开销。

在步骤206，用户确定其所在的主服务小区，主服务小区获得用户的信道信息。图5示出由用户终端确定其所在的主服务小区的示意图。如图5所示，在步骤502，用户终端51测量来自相邻小区52、53、…、5n的各个波束的RS信号；在步骤504，用户终端51根据测量的RS信号选择其主服务小区52；在步骤506，用户终端51测量来自各小区的信道信息并通过上行反馈给其主服务小区52。

在步骤208，主服务小区根据小区边缘用户和小区中心用户的分布情况将步骤202中所划分得到的子频段做进一步划分。图6示出对子频段进一步划分的示意图。如图6所示，主服务小区根据小区边缘用户和小区中心用户分布情况，将上述步骤202中划分的子频段F₁和子频段F₂分别进一步划分为F₁₁、F₁₂和F₂₁、F₂₂频段，其中F₁₁和F₂₁为用于小区边缘用户的频段，F₁₂和F₂₂为用于小区中心用户的频段。对子频段的划分的比例可根据用户分布变化、用户业务需求和系统负载进行调整。

在步骤210，主服务小区根据用户反馈的各小区信道信息，判断用户分是小区边缘用户还是小区中心用户。本实施例中采用用户的信干比作为用户分类标准，其包括步骤：用户i将其主服务小区RS(Reference Signal，参考信号)信号作为有用信号，其它小区RS信号作为干扰信号，测量并计算其信干比SINR_i；用户i反馈其SINR_i给主服务小区。基站将用户i的SINR_i与某一门限值SINR_thre作比较，当SINR_i＞SINR_thre时，将用户i分类为小区中心用户；当SINR_i＜SINR_thre时，将用户i分类为小区边缘用户。其中，SINR_thre的选取与系统负载和用户分布有关。可以预测，小区边缘用户大部分将处于上述波束冲撞区，如图4、图11的用户A与用户B，小区中心用户大部分将处于非波束冲撞区，如图4、图11中的用户C与用户D。

在步骤212，对小区中心用户，如图4、图11中的用户C与用户D，由其主服务小区选择适当的波束对其发送数据，如图8所示，主服务小区选择波束a与向用户a发送数据信息，主服务小区与其它小区之间没有用户a的数据信息交互，其它小区不对用户a进行服务。

在步骤214，对小区边缘用户，如图4、图11中的用户A与用户B，由其主服务小区与若干协作小区分别选择适当的波束使用相同的频率资源同时为其发送数据。图9示出由主服务小区和1个协作小区同时为一个小区边缘用户进行服务的示意图。如图9所示，主服务小区和协作小区1分别使用波束a和波束b为用户b发送数据，主服务小区和协作小区1分配给用户b的频率资源相同。主服务小区和协作小区1通过回程交互用户b的数据信息和信道信息。图10示出由主服务小区和2个协作小区同时为一个小区边缘用户进行服务的示意图。如图10所示，主服务小区、协作小区1和协作小区2分别使用波束a、波束b和波束c同时为用户c发送数据，主服务小区、协作小区1和协作小区2分配给用户c的频率资源相同。主服务小区、协作小区1和协作小区2通过回程交互用户c的数据信息和信道信息。

在步骤216，对小区边缘用户，由选择的多个波束对用户数据进行联合传输。

在上述实施例的步骤204中，不同小区的同一子频带使用相同的波束赋形方案。本发明提供了另一个实施例，该实施例和上述实施例的实施步骤基本相同，除了在步骤204中，不同小区的同一子频段使用不同的波束赋形方案。图11示出不同小区的同一子频带使用不同的波束赋形方案。如图11，对于各个不同的小区，子频段F₁使用波束赋形方案B₂₁(参见图11a)，生成第1层波束组；子频段F₂使用波束赋形方案B₁₂(参见图11b)，生成第2层波束组。对于每个小区，子频段F₁和子频段F₂的生成的两层波束组都不相同，且两层波束组相叠覆盖整个小区范围(参见图11c)。如图11c，在相邻小区，每一层波束组中波束方向相对的区域为出现波束冲撞的区域，反之则为非波束冲撞区域。

对于各个子频段划分的用于小区中心用户的频段与用于小区边缘用户的频段比例可以根据系统中用户分布或业务需求等情况进行静态、半静态或动态的调整。例如，如果小区中，中心用户数所占用户总数的比例增大，或中心用户的业务需求增高，则可以调整增加用户小区中心用户的频段，减少用于小区边缘用户的频段；反之亦然。

为各小区设计波束赋形方案时，可以根据用户分布和/或用户的业务需求做静态、半静态或动态的调整。每个子频段上，采用的波束赋形方案决定了每层波束组中每个波束的方向和覆盖范围。如果用户在小区的某些区域分布变多，或业务需求变大，可以通过调整波束赋形的方式，使得对用户多地区域有较多的波束，而用户少的区域有较少的波束。每层波束组的波束分布并不一定是如图4和图11表示的那样，是中心对称，固定不变的。而是可以根据用户的分布信息和业务需求进行调整。

下面介绍三种为小区边缘用户的联合数据传输的选择多个波束的实现方法。

方法一：由主服务小区和小区边缘用户共同选择用于该小区边缘用户的联合数据传输的多个波束的实现。

图12示出本发明的为小区边缘用户的联合数据传输选择多个波束的方法一由主服务小区和小区边缘用户共同选择波束的流程图。

如图12所示，在步骤1202，主服务小区获得小区边缘用户的各个相邻小区到该小区边缘用户的信道质量信息最好的波束信息。边缘用户将每个相邻小区中信道质量信息最好的波束号Beam_ID和该波束的信道质量信息CQI_{(i，Cell_ID)}，以及该小区的编号Cell_ID通过上行信道反馈给其主服务小区。

在步骤1204，主服务小区根据各相邻小区的信道质量信息确定协作小区。主服务小区将用户i反馈的每个CQI_{(i，Cell_ID)}，与主服务小区CQI_{(i，main_cell)}的相比较，若CQI_{(i，main_cell)}-CQI_{(i，Cell_ID)}≤ΔCQI，则选取该小区为用户i的协作小区，并将对应的Cell_ID存入协作小区集合，将Beam_ID存入对应的用于联合传输的波束集合。若CQI_{(i，main_cell)}-CQI_{(i，Cell_ID)}＞ΔCQI，则不选取小区Cell_ID为用户i的协作小区，其中ΔCQI为预设的门限值，可以根据系统负载，用户数量，频谱效率等因素做半静态调整。

在步骤1206，主服务小区将协作小区的最优波束号和信道质量信息传输给该协作小区。如果选取小区j为用户i的协作小区，主服务小区将该协作小区j使用的波束号Beam_ID和其对应的信道质量信息CQI_(i，j)传给小区j，并通过回程与小区j共享用户i的数据信息。

在步骤1208，通过各协作小区的最优波束和主服务小区的主波束为小区边缘用户提供联合数据传输。各协作小区使用各自接收到的Beam_ID对应的波束与主服务小区的主波束一起，使用相同的资源同时为用户i提供服务。

方法二：由小区边缘用户选择为自己进行联合数据传输的多个波束。包括步骤：

小区边缘用户测量每个相邻小区各波束的信道质量信息CQI_{(i，Cell_ID)}，并进行排序，选择其中信道质量信息最好的若干个波束为提供联合数据传输的多波束。小区边缘用户将所选各个波束的波束号Beam_ID和相应波束的信道质量信息CQI_{(i，Cell_ID)}，以及相应小区的编号Cell_ID通过上行信道反馈给其主服务小区。

主服务小区将上述选取的波束号和对应的信道质量信息传输给相应协作小区。如果选取小区j为用户i的协作小区，主服务小区将该协作小区j使用的波束号Beam_ID和其对应的信道质量信息CQI_(i，j)传给小区j，并通过回程与小区j共享用户i的数据信息。

通过用户选择的多个波束为小区边缘用户提供联合数据传输。各协作小区使用各自接收到的Beam_ID对应的波束与主服务小区的主波束一起，使用相同的资源同时为用户i提供服务。

方法三：由主服务小区为小区边缘用户选择进行联合数据传输的多个波束。包括步骤：

对与每个小区的每个波束，根据地理位置，预先规划好与该波束进行联合数据传输的其他协作波束。即每个小区都首先建立一张多波束选择表，该表的第i行对应该小区的第i号波束，每行的元素(Beam_ID，Cell_ID)代表第i号波束对应的协作波束号Beam_ID和该协作波束所在的小区号Cell_ID，每行元素的个数可以根据生成的每层波束组的情况而定。

当确定用户i所属的主波束后，主服务小区通过查表，获得该主波束将要选取的进行联合数据传输的各协作波束号和协作小区号。主服务小区将选取的协作波束号和协作小区号通知给该用户，并通知各协作小区要使用的波束号。各协作小区使用各自接收到的波束号对应的波束与主服务小区的主波束一起，使用相同的资源同时为用户i提供服务。

图13示出本发明的基站的一个实施例的结构图。如图13所示，该基站包括波束赋形模块1301、用户判断模块1302和波束选择模块1303。其中，波束赋形模块1301用于对由系统可用频率资源划分出的各个子频段分别采用不同的波束赋形方案，获得针对子频段的分层的波束组。分层的波束组构成对整个小区范围的覆盖。用户判断模块1302用于判断基站小区的用户是小区边缘用户还是小区中心用户。例如，用户判断模块1302接收用户的主服务波束的信道质量信息，判断主服务波束的信道质量信息是否大于预定门限值，当大于预定门限值时，确定用户为小区中心用户，否则，确定用户为小区边缘用户。波束选择模块1303用于接收来自用户判断模块的判断结果，当用户为小区边缘用户时，选择多个波束用于用户的数据传输。当用户为小区中心用户时，波束选择模块1303选择基站所在小区的波束用于用户的数据传输。

图14示出本发明的基站的另一个实施例的结构图。如图14所示，该基站包括波束赋形模块1301、用户判断模块1302、波束选择模块1403和协作小区选择模块1404。波束赋形模块1301和用户判断模块1302可以参见上图13的实施例的描述，为简洁起见，在此不再详细描述。其中，协作小区选择模块1404用于接收相邻小区到用户的具有最好信道质量的波束的信道质量信息，根据相邻小区的最好波束的信道质量信息确定协作小区。即当相邻小区的信道质量大于预定值时，则选择该相邻小区为协作小区，否则，不选择该相邻小区为协作小区。当用户为小区边缘用户时，波束选择模块1403选择基站所在小区的波束和协作小区的波束用于用户的联合数据传输。

本发明提供的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法和基站，通过预规划各小区使用的波束赋形方案形成分层波束组，结合频率规划方案，将小区用户分为小区中心用户和小区边缘用户，对小区边缘用户由多个波束联合为其服务。该方案避免了波束赋形的闪电效应，减小用户的时延，使位于小区不同位置的用户在任何时刻都能得到覆盖，提高了小区边缘用户性能。

上面描述了本发明的基于波束赋形的数据传输方案。该方案不仅可以应用到蜂窝系统，而且可以应用到其他无线接入系统。本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (14)

1.一种多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，包括：

将系统可用频率资源划分为多个子频段；

对所述多个子频段分别采用不同的波束赋形方案，获得针对子频段的分层的波束组；

确定用户的主服务小区，判断所述用户是所述主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户；以及

当所述用户为小区边缘用户时，选择多个波束用于所述用户的数据传输。

2.根据权利要求1所述的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，

用于所述用户的数据传输的多个波束来自所述主服务小区和协作小区。

3.根据权利要求2所述的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，选择多个波束用于所述用户的数据传输的步骤包括：

主服务小区获得各个相邻小区到所述用户的信道质量信息最优的波束的信道质量信息；

主服务小区根据所述各相邻小区的信道质量信息确定协作小区；

主服务小区将所述协作小区的最优波束号和信道质量信息返回所述协作小区；

通过所述协作小区的最优波束和主服务小区的主波束为所述用户提供联合数据传输。

4.根据权利要求2所述的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，选择多个波束用于所述用户的数据传输的步骤包括：

所述用户测量每个相邻小区各波束的信道质量信息，选择其中信道质量信息最好的多个波束；

所述用户将所选的多个波束的波束号和信道质量信息，以及相应小区的编号反馈给主服务小区；

主服务小区将所述波束号和信道质量信息传输给相应的小区；

通过所述用户选择的多个波束为所述用户提供联合数据传输。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，判断所述用户是所述主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户的步骤包括：

所述用户将主服务波束的信道质量信息反馈给主服务小区；

主服务小区判断所述主服务波束的信道质量信息是否大于预定门限值，当大于预定门限值时，所述用户为小区中心用户，否则，所述用户为小区边缘用户。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，还包括：

将所述多个子频段进一步划分为用于所述小区边缘用户的频段和用于所述小区中心用户的频段；

当所述用户为小区边缘用户时，选择针对用于所述小区边缘用户的频段的波束用于所述用户的数据传输。

7.根据权利要求1所述的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，还包括：

基于频率效率、系统容量、实现复杂度、额外开销确定划分的子频段的数量。

8.根据权利要求1所述的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，还包括：

根据系统中用户分布和/或用户的业务需求静态、半静态或者动态调整对小区的所述多个子频段分别采用的波束赋形方案。

9.根据权利要求1至4中任意一项所述的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，确定用户的主服务小区的步骤包括：

由所述用户基于测量来自各个小区的导频信息来选择主服务小区。

10.根据权利要求1所述的多天线系统中基于波束赋形的数据传输方法，其特征在于，判断所述用户是所述主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户的步骤包括：

通过判断所述用户所属的地理位置来判断所述用户是所述主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户；

或者，

通过判断所述用户接收到的主服务小区的功率与干扰小区功率的比例是否大于标准值，来判断所述用户是所述主服务小区的小区中心用户还是小区边缘用户；

或者，

通过判断所述用户的路损信息是否大于标准值，来判断所述用户是主服务小区的小区中心用户还是小区边缘用户。

11.一种多天线系统中的基站，其特征在于，包括：

波束赋形模块，用于对由系统可用频率资源划分出的各个子频段分别采用不同的波束赋形方案，获得针对子频段的分层的波束组；

用户判断模块，用于确定用户的主服务小区，判断所述用户是所述主服务小区的小区边缘用户还是小区中心用户；

波束选择模块，用于接收来自所述用户判断模块的判断结果，当所述用户为小区边缘用户时，选择多个波束用于所述用户的数据传输。

12.根据权利要求11所述的基站，其特征在于，还包括协作小区选择模块，用于接收相邻小区到所述用户的信道质量信息，根据所述相邻小区的信道质量信息确定协作小区；

当所述用户为小区边缘用户时，所述波束选择模块选择所述基站所在小区的波束和协作小区的波束用于所述用户的联合数据传输。

13.根据权利要求11或12所述的基站，其特征在于，当所述用户为小区中心用户时，所述波束选择模块选择所述基站所在小区的波束用于所述用户的数据传输。

14.根据权利要求11或12所述的基站，其特征在于，所述用户判断模块用于接收所述用户的主服务波束的信道质量信息，判断所述主服务波束的信道质量信息是否大于预定门限值，当大于预定门限值时，所述用户为小区中心用户，否则，所述用户为小区边缘用户。

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