WO2008113281A1

WO2008113281A1 - Method and apparatus for realizing space division multiplexing

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Publication number: WO2008113281A1
Application number: PCT/CN2008/070442
Authority: WO
Inventors: Changguo Sun; Yingmin Wang; Shiqiang Suo; Shaohui Sun
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2009-09-16
Also published as: KR20100025505A; CN101267235A; US8259642B2; JP2010521842A; EP2129004B1; JP5269815B2; US20100142390A1; EP2129004A1; KR101233298B1; CN101267235B; EP2129004A4

Description

一种实现空分复用的方法及装置技术领域

本发明涉及移动通信系统中的复用技术，特别是指一种实现空分复用的方法及装置。背景技术

随着移动通信系统用户数量的不断增加，如何更充分、更好地利用无线频谱资源成为重点解决的问题，目前最常用的方式就是资源复用。在已有的移动通信系统中，基本的无线频谱资源一般包括频率资源、时间资源和码资源，基于这些基本频谱资源，相应的，可以进行频分复用（FDM )、时分复用（TDM )、码分复用（CDM )、或几种复用方式的组合。

自 90年代以来，波束赋形技术被广泛应用于移动通信系统中，波束赋形技术有两个重要的应用：一个是直接通过波束赋形提高期望用户的信干比，借以提高系统的性能或频谱利用率；另一个是通过波束赋形对有限的频谱资源进行复用。釆用波束赋形技术的阵列天线一般被称为智能天线，智能天线通过波束赋形，将主波束对准期望用户进行收发，提高了接收端功率。智能天线也可以根据干扰信号的空间特征，通过对各天线单元加权系数的调整将阵列天线方向图的零陷对准干扰用户，这样就可以降低来自 (射向）干扰用户的信号功率。

基于波束赋形和智能天线技术，关于资源复用又提出了空分复用 ( SDM )的概念，所谓空分复用是指在频分、时分和码分复用方式基础上, 利用智能天线的波束赋形技术，对基本无线频谱资源单位进行复用的形式，比如：不同波束在不同空间层面上复用。空分复用的基本思路就是：通过使复用同一无线资源的两个用户的信道正交化，使得基站接收时接收两个用户信号之间的干扰最小，或者使得基站发射时两个用户中任意一个用户接收到的信号中包含的另外一个用户信号最小。

但是，现有实现方案中，只给出了通过波束赋形对复用同一资源的两个用户之间进行干扰抑制的方法，其中，干扰抑制主要根据期望用户和干扰用户的空间信息，通过波束赋形将主波束对准期望用户，将零陷对准干扰用户的方式来实现。然而，这两个用户之间干扰抑制的性能效果实际上是不能保证的，完全依赖于波束赋形算法，尤其是下行波束赋形还要受到赋形延迟引入的误差的影响。显然，现有技术中并没有明确给出如何实现空分复用的方法，更没有提出如何能保证空分复用的效果和准确度。发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现空分复用的方法及装置，能够合理、准确地实现用户间的空分复用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种实现空分复用的方法，该方法包括：

A、获取用户的空间信息，根据获得的空间信息计算用户间的空分隔离度；

B、根据步骤 A计算出的用户间的空分隔离度生成空分复用用户组集合；

C、进行空分复用时，从步骤 B生成的空分复用用户组集合中选择用户组，为选定的用户组中的两个用户分配相同的物理资源。

其中，所述用户为两个用户；所述空间信息为空间协方差矩阵；所述空分隔离度包括上行空分隔离度和下行空分隔离度；

步骤 A中所述计算用户间的空分隔离度为根据干扰抑制能力计算用户间的空分隔离度，具体包括：

All , 计算用户抑制用户《的波束赋形权系数 w_m„；分别通过计算上行、

下行空分隔离度；其中，表示基站赋形接收用户的信号时所接收到的用户《的信号功率， _m表示基站赋形接收到的用户自身的信号功率； _{m n} 表示用户所持的终端接收的信号中基站发送给用户"的信号功率，用 _m 表示用户所持的终端接收到的自身的信号功率；

步骤 B所述生成空分复用用户组集合为：计得到，其中， V表示所有满足

条件的元素， T Ϋ , Τ« , 分别表示用户对用户"的上行空分隔离度、用户《对用户的上行空分隔离度、用户对用户《的下行空分隔离度、用户《对用户的下行空分隔离度。、 E⁽¹⁾分别为上行空分隔离度门限值、下行空分隔离度门限值。

所述用户为两个用户；步骤 A中所述计算用户间的空分隔离度为根据用户空间功率谱计算用户间的空分隔离度，具体包括：

A21、估计每个用户的功率谱； p_m (φ) - ρ„ (φ\ if p_m (φ)≥ ^ & A (φ)≥

A22、根据两个用户 ρ„(φ), 的功率谱差，其中，是功率谱差计算门限；

A23、根据

计算用户间的空分隔离度；

步骤 Β 所述生成空分复用用户组集合恨据

到，其中， ϊ^_η、 i ,分别表示用户 m对用户 "或用户"对用户 ^的上行空分隔离度、用户对用户《或用户 w对用户的下行空分隔离度。

所述用户为两个用户；步骤 A中所述计算用户间的空分隔离度为根据用户的来波方向计算用户间的空分隔离度，具体包括：

A31、估计每个用户的功率谱；

A32、确定功率谱最大值所在的方向为用户来波方向；

A33、计算两个用户的来波角度差作为用户间的空分隔离度；

步骤 B 所述生成空分复用用户组集合为：根据统计得

所述用户为多个用户；步骤 A所述计算用户间的空分隔离度为根据干扰抑制能力计算用户间的空分隔离度，具体包括：

A41、分别计算每个用户抑制其它用户的波束赋形权系数；

A42、根据步骤 A41计算的波束赋形权系数以及得到的信道冲激响应，分别计算上行空分隔离度或下行空分隔离度。

上述方案中，步骤 A中所述空间信息为空间协方差矩阵；所述空间协方差矩阵包括上行空间协方差矩阵 «和下行空间协方差矩阵 «，分别根据¾^ =£{5⁽"5⁽ }和¾^ =£{3 ⁽ }计算，其中， £{·}表示取随机变量的均值，（.f表示对矩阵的共轭转置运算。

上述方案中，步骤 A中所述空间信息为空间协方差矩阵；所述空间方差矩阵包括上行空间协方差矩阵 ^和下行空间协方差矩阵 ^; 所述上行空间协方差矩阵根据 ¾^ = E{&^k ^^H }计算得到；

所述下行空间协方差矩阵根据 ^)=£{g^wg^}/ 或计算得到，其中，为用户 Α的自动增益控制系数，

为用户的上行发射功率，为用户的下行发射功率。

上述方案中，步骤 B中所述生成空分复用用户组集合为：遍历当前基站覆盖范围内的所有用户，计算两两用户间的空分隔离度，根据所计算的空分隔离度与预设空分隔离度门限值的比较，确定所有能进行空分复用的用户组，构成空分复用用户组集合；或为：通过事件触发，从任意用户开始遍历当前基站覆盖范围内的部分用户，计算用户间的空分隔离度，根据所计算的空分隔离度与预设空分隔离度门限值的比较，确定能进行空分复用的用户组，构成空分复用用户组集合；

该方法进一步包括：实时或周期性地更新所述空分复用用户组集合。上述方案中，该方法进一步包括：预先设置上行、下行空分隔离度门限值 = 1,2,3和 ^ = 1,2,3, 其中 /7为所选择的空分隔离度计算方法序号；所述空分隔离度门限值为功率比值、或绝对功率值、或来波角度。

上述方案中，该方法进一步包括：为不同终端设置不同的上、下行空分隔离度门限值 ) =1,2,3 = 1,..., 和 Γ^ ,ρ = 1,2,3 = 1...... Κ,其中， ρ为所选择的空分隔离度计算方法序号，为用户序号；所述空分隔离度门限值为功率比值、或绝对功率值、或来波角度。

其中，步骤 B 中所述生成空分复用用户组集合为：根据 ί

〈， 1，2，3生成 '

一种实现空分复用的装置，包括天线单元、信道估计单元、空间信息获取单元、空分隔离度计算单元、空分复用用户组生成单元、资源分配单元，其中，

天线单元，用于接收无线信号；信道估计单元，根据接收的信号计算相应用户上行或下行的信道冲激响应，并将计算结果送入空间信息获取单元；空间信息获取单元，根据收到的信道冲激响应计算用户上行或下行的空间协方差矩阵；空分隔离度计算单元，根据获得的空间协方差矩阵计算用户间的空分隔离度；空分复用用户组生成单元，根据空分隔离度计算单元计算的用户间的空分隔离度以及预设的空分隔离度门限值，确定能进行空分复用的用户组，构造空分复用用户组集合；资源分配单元，用于从空分复用用户组生成单元中选取用户组，给所选取的用户分配共享无线资源。

上述方案中，所述空分隔离度计算单元进一步包括波束赋形系数计算单元、上行空分隔离度计算单元、下行空分隔离度计算单元；其中，波束赋形系数计算单元，用于计算一个用户抑制另一用户的波束赋形权系数，并将计算出的波束赋形权系数分别送至上行空分隔离度计算单元、下行空分隔离度计算单元；上行空分隔离度计算单元，根据得到的波束赋形权系数和信道冲激响应计算用户间的上行空分隔离度；下行空分隔离度计算单元，根据得到的波束赋形权系数和信道冲激响应计算用户间的下行空分隔离度。

或者，所述空分隔离度计算单元进一步包括功率谱估计单元、功率谱差计算单元、空分隔离度计算模块；其中，功率谱估计单元，用于完成功率谱估计；功率谱差计算单元，根据估计出的每个用户的功率谱，计算两个用户之间功率谱差；空分隔离度计算模块，根据计算的功率谱差计算两用户间的空分隔离度。

或者，所述空分隔离度计算单元进一步包括功率谱估计单元、来波方向确定单元、来波角度差计算单元；其中，功率谱估计单元，用于完成功率谱估计；来波方向确定单元，根据功率谱估计结果确定功率谱最大值所在的方向为相应用户的来波方向；来波角度差计算单元，用于计算两个用户的来波角度差，并将计算结果作为这两个用户的空分隔离度。

上述方案中，所述天线单元为基站的天线，或为移动终端的接收单元。所述空间信息获取单元进一步包括上行空间协方差矩阵计算单元和下行空间协方差矩阵计算单元，分别用于计算上行和下行的空间协方差矩阵。

上述方案中，所述空分复用用户组生成单元进一步包括空分隔离度比较单元和空分复用用户组存储单元；其中，空分隔离度比较单元，用于接收所述空分隔离度计算单元计算出的用户间的空分隔离度，同时接收或读取空分隔离度门限值，比较两个值并将大于等于门限值的用户组送入空分复用用户组存储单元中保存；空分复用用户组存储单元，用于保存所有经过比较大于等于空分隔离度门限值的用户组，形成空分复用用户组集合。

该装置还包括空分复用用户组更新单元，用于根据需要实时或周期性的更新空分复用用户组集合。

本发明所提供的实现空分复用的方法及装置，通过计算两个或两个以上用户的空分隔离度，构造空分复用用户组集合，并在进行空分复用时从构造的集合中选取合适的用户组，为选取的用户分配共享的无线资源，如此，即可实现用户间合理、准确地空分复用。

本发明在计算用户间空分隔离度时，可以釆用多种不同的方式实现，具体来说，提供了三种基于信道估计进行空分复用预分组的方法，适用范围更广，计算方式更灵活、全面。其中，根据干扰抑制能力计算空分隔离度的方案给出了一个任意波束赋形情况下的空分隔离度计算方法，即使在不做干扰抑制波束赋形的情况下，进行空分复用仍然是存在可能的。该方法直接与波束赋形算法相结合，表征了接收 /发送波束赋形可以实现的干扰抑制，为空分复用提供了最直接的参考。而且，对于计算用户间空分隔离度，本发明还考虑到很多不同因度、不同条件下计算方式的不同，比如：对于功率控制系统和没有功率控制的系统、对于两用户和多用户，分别给出了明确、具体的计算方式，使得空分复用的实现更完善、更准确、更合理。

本发明在构造空分复用用户组列表时，可以釆用遍历所有用户、计算所有用户间空分隔离度的方式，得到完备的空分复用用户组列表；也可以在有事件触发时根据需要选择部分用户，计算所选择用户间空分隔离度，获得非完备空分复用用户组列表，操作更方便、灵活。附图说明

图 1为本发明空分复用方法的实现流程示意图；

图 2为本发明空分复用装置的组成结构示意图。具体实施方式

本发明的核心思想是：对某一基站覆盖范围内的所有用户进行干扰抑制能力的估计，并根据估计结果选择某两个或两个以上用户共用同一基本无线资源。具体来说就是，在对用户进行信道估计的基础上，通过计算两个或两个以上用户的空分隔离度，构造空分复用用户组集合，并在进行空分复用时从构造的集合中选取合适的用户组，为所选取的用户分配共享的无线资源。其中，所述基本无线资源包括频点、时隙、码道等。

为描述本发明的基本流程，以下假设基站所覆盖区域内所有用户的信道信息是已知的，此假设对于目前的移动通信系统来说是可以实现的。

本发明实现空分复用的方法如图 1所示，包括以下步骤：

步骤 101 : 获取用户的空间信息。

本发明中，所述空间信息的最基本特征量是用户的空间协方差矩阵，因此，获取用户的空间信息就是计算用户的空间协方差矩阵。

假设任意基站 Α覆盖范围内共有 f个用户，估计每个用户的多天线上行、下行信道冲激响应分别为： ii^w = i, ... , 和 g^w = i,… ，其中， k为用户序号。根据用户的信道冲激响应可以获得用户的上行、下行空间协方差矩阵分别为： ) =£{5 }和 ^) =£{g^wg } , 其中， £{·}表示取随机变量的均值，（.f表示对矩阵的共轭转置运算，这对本领域技术人员来说是公知的。

一般来说，对于时分双工（TDD ) 系统，因为上行、下行使用的频率相同，所以认为上行、下行的空间协方差矩阵是相同的，即 = ^。那么，可以通过基站接收的用户信号直接估计用户的信道冲激响应；对于频分双工（FDD ) 系统，上行可以直接用基站侧的多天线信道估计直接获得，下行可以通过用户终端的反馈获得用户的多天线信道冲激响应、或者是利用上行信道估计结果的某些变换形式近似，至于具体如何获得或计算属于公知技术，在此不再赘述。

步骤 102: 根据获得的空间协方差矩阵计算用户间的空分隔离度。

本发明中，所述空分隔离度是指两个用户在空间的分辨程度，其具体的定义和实现方式可以因系统实现的不同而不同。

通常，可以根据干扰抑制能力进行空分隔离度的定义和计算，也可以根据用户空间功率谱进行空分隔离度的定义和计算，还可以根据用户的来波方向进行空分隔离度的定义和计算等等。而且，在计算时仅考虑两个用户和考虑多个用户的情况也有不同。具体釆用每种方式如何定义和计算得到空分隔离度，将在下文中详细说明。

在计算空分隔离度时，根据应用环境的不同，釆用的定义和计算方式也会有所不同，比如：在没有功率控制的系统中和功率控制系统中，空分隔离度的计算方式就不同。具体在不同系统中如何定义和计算得到空分隔离度，也将在下文中详细说明。

步骤 103: 根据计算出的用户间的空分隔离度生成空分复用用户组集合。

具体来说，本步骤是将步骤 102计算出来的用户间的空分隔离度与预先设置的空分隔离度门限值进行比较，如果大于等于空分隔离度门限值，则两个用户可以共用同一物理资源，那么，这两个用户就构成一个空分复用用户组；否则，就不能共用同一物理资源。

其中，空分隔离度门限值包括上行空分隔离度门限值和下行空分隔离度门限值，那么，对于两个用户可以复用上行物理资源还是下行物理资源，就需要分别与上行空分隔离度门限值和下行空分隔离度门限值进行比较，哪个符合条件就可以复用哪个物理资源。

本发明中，由于空分复用系统中两个或两个以上用户复用完全相同的物理资源，因此要求两个用户在空间上必须达到一定的隔离度才能进行相应物理资源的空间复用。一般，预先根据经验、仿真或者实际测试确定进行复用的上行、下行空分隔离度门限值 = 1,2,3和^ = 1,2,3 ,其中 /7为所选择的空分隔离度计算方法序号。因为共用同一物理资源的两个用户之间的干扰是相互的，所以当两个用户之间的上行隔离度都大于等于上行空分隔离度门限时，则这两个用户可以共用同一个上行物理资源，即进行上行空分复用，那么，这两个用户就组成一个上行空分复用用户组；同样, 当两个用户之间的下行隔离度都大于等于下行空分隔离度门限 I ^时，则这两个用户可以共用同一个下行物理资源，即进行下行空分复用，那么，这两个用户就组成一个下行空分复用用户组。对于釆用不同空分隔离度计算方法的情况，其门限的物理意义和设置是不同的，要分别通过分析、仿真、经验或者实际测试确定相应门限。具体釆用不同空分隔离度的计算方式时如何生成空分复用用户组，将在下文结合空分隔离的不同计算方式一起详细描述。

本发明中，对当前基站 A覆盖范围内的所有用户分别计算空分隔离度, 再将计算出的所有空分隔离度一一与空分隔离度门限值进行比较，就可以确定所有能够进行空分复用的用户组，所有空分复用用户组就构成空分复用用户组集合，该集合可以是上行空分复用用户组集合或下行空分复用用户组集合。该集合可以釆用列表形式表示，表一、表二均为符合条件的用户组有 N个时的空分复用用户组列表，其中，表一中每个用户组考虑两个用户进行空分复用，表二中每个用户组考虑多个用户进行空分复用。

对于空分复用用户组列表可以实时计算实时更新，也可以根据用户空间特性稳定程度选择周期性更新，比如每帧或一定时间间隔内更新一次列表。

步骤 104: 在进行空分复用时，从步骤 103生成的空分复用用户组集合中选择用户组进行空分复用，即：为选定的用户组中的两个用户分配相同的物理资源。

本发明中，根据干扰抑制或其它依赖赋形权系数计算的空分隔离度构成空分复用用户组列表时，进行空分复用的波束赋形系数要与计算空分隔离度的波束赋形系数相同。

本步骤中，选择用户组可以有很多种方式实现，比如：任意选择；或者优先选择空分隔离度大的用户组，这种情况下，需要在空分复用用户组列表中同时存储该用户组的空分隔离度；或者优先选择针对某种条件复用效果相对好的。

经过步骤 101~104 的处理，即可实现用户间的空分复用。在上述四个步骤中，步骤 102和步骤 103在具体实现时，有很多种不同的实现方式，且步骤 103 中空分复用用户组的构造与步骤 102中空分隔离度的计算是密切相关的，因此下面详细说明空分隔离度的不同计算方式、以及不同计算方式下构造空分复用用户组的方法，每种计算方式作为一个具体实施例。针对下述各个不同的实施例，本发明方法中步骤 101和步骤 104的处理是一样的，故此不再重复叙述。实施例一：

本实施例中，根据干扰抑制能力进行空分隔离度的定义和计算；用户仅考虑两用户；当前所处移动通信系统不含功率控制；所设置的空分隔离度门限值为功率比值。

对于当前基站范围内的所有用户或部分用户，计算两两之间的空分隔离度。这里，所述两个用户的空分隔离度是指在某种波束赋形算法情况下，针对某一用户赋形对另一用户《的干扰信号进行抑制的效果。在上行，用户对用户《的空分隔离度是指某一赋形算法情况下，接收的期望用户的信号与干扰用户《的信号的功率比值；在下行，用户对用户《的空分隔离度定义为用户的接收信号中期望信号（基站发送给用户的信号）和用户 «的干扰信号（基站发送给用户"的信号）的功率比。

用符号表示基站赋形接收用户 m的信号时所接收到的用户《的信号功率， _m表示基站赋形接收到的用户 ^自身的信号功率，其中，上横线表示用户终端发射基站接收；同样，用 „表示用户所持的终端接收的信号中基站发送给用户"的信号功率，用表示用户所持的终端接收到的自身的信号功率，其中，下横线表示基站发射用户终端接收。那么，用户对用户《的上行空分隔离度可以表示为：

用户对用户《的下行空分隔离度为：

干扰抑制的波束赋形有很多实现方式，例如特征值分解方法、施密特正交化法等，这些方法对于本领域内的技术人员是公知的，获得用户的信道冲激响应估计结果之后，可以通过这些干扰抑制波束赋形方法，获得某一用户抑制另一用户《的波束赋形权系数 w_m，„。

在 TDD系统中，基站可以准确的估计用户的上行、下行多天线信道，说明：

表达式（1 ) 的含义是使括号内的表达式取最大值的 w就是该赋形方法的解，其中， R 、分别为步骤 101 中计算出的用用户《的空间协方差矩阵。表达式（1 )是一个广义特征值问题，其解为矩阵组 (R , R^ ) 的最大广义特征值对应的特征向量，这一点对于本领域的技术人员也是公知的。另外，表达式（1 )对上行、下行是通用的，下行的含义是使基站发射的、给用户的信号中，被用户自己接收的该信号功率与被用户《接收的该信号功率的比值最大。

估计上行、下行空分隔离度，根据所计算的波束赋形系数和估计的信道冲激响应，可以分别估计上行的空分隔离度为：

下行的空分隔离度为:

(、

W K w

E w— -' R^w'

这样，就给出了基于干扰抑制能力的空分隔离度的计算方法。需要说明的是，用于空分隔离度计算的波束赋形权系数可以通过任何方法计算，隔离度的计算中并不限制其方法，比如：基于来波方向（DOA ) 的赋形和基于功率最大准则的波束赋形等。对于考虑了干扰抑制的波束赋形方法来说，针对干扰不同用户的波束赋形系数是不同的，因此计算空分隔离度时是成对计算的。因此对于只考虑本用户而不考虑对其他用户抑制的波束赋形方法来说，赋形系数只由用户本身的信道信息相关而与干扰用户无关，数可以表示为：

w⁽™ ") = w^(m)

η = \ · · · Κ

w( "） = _w ^(m)

相应的，上行的空分隔离度为:

下行的空分隔离度为:

w(_m)ff _R(_m)_w(»_!)

γθ) _ Ρ" 通过干扰抑制计算得到的空分隔离度为功率比，可以换算成 dB值，该值越大表明波束赋形抑制共用同一物理资源的两个用户之间的干扰能力越本实施例中，对应的空分复用用户组集合通过公式（2 ) 统计得至 1、

其中， V表示所有满足条件的元素， T 、 Ϋ , Τ« , 分别表示用户对用户《的上行空分隔离度、用户《对用户的上行空分隔离度、用户对用户《的下行空分隔离度、用户《对用户的下行空分隔离度。、 E⁽¹⁾分别为上行空分隔离度门限值、下行空分隔离度门限值。实施例二：

本实施例中，根据用户空间功率谱进行空分隔离度的定义和计算；用户仅考虑两用户；当前所处移动通信系统不含功率控制；所设置的空分隔离度门限值为绝对功率值。

用户空间功率谱的估计方法很多，简单的例子是 Bartlett谱，该谱估计的方法简单方便。当然，本发明根据用户空间功率谱定义和计算用户空分隔离度的方法并不限于 Bartlett谱估计，其它例如 Capon谱估计、 Music谱估计等都可以应用。这里仅以 Bartlett谱为例进行描述。

Bartlett归一化功率谱估计为：

其中，包括用户可能分布的区间，例如全向基站可以是 0~360度，扇区基站可以是 120度的范围。空分隔离度可以根据两个用户的空间功率谱的相似程度来定义。这里给出一个例子，由于下行空分隔离度的计算与上行空分隔离度的计算是完全类似的，所以在此仅以上行空分隔离度的计算首先计算两个用户的功率谱差:

( 3 )

ρ„(φ),

ο,

其中，是功率谱差计算门限，即：只有超过该门限的功率谱才参与计算两个用户功率谱的相似程度，公式（3 )将功率谱的相似程度量化了。基于计算的功率谱差，两个用户的空分隔离度可以定义为：

下行的功率谱差和空分隔离度的定义与上行完全相似。这样，可以通过用户的空间谱估计定义两个用户的空分隔离度，该隔离度的意义是两个用户空间功率谱的近似程度，该值越大，表示两个用户的空间谱越不一致。

本实施例中，对应的空分复用用户组集合通过公式（4 ) 统计得到：

其中， v表示所有满足条件的元素， ²⁾„、 ²⁾„分别表示用户对用户《或用户《对用户的上行空分隔离度、用户对用户《或用户《对用户的下行空分隔离度。本实施例中，用户和用户《之间的空分隔离度是相对的，也就是说，用户对用户《的空分隔离度与用户《对用户的空分隔离度是一致的。 f⁽²⁾、 [⁽²⁾分别为上行空分隔离度门限值、下行空分隔离度门限值。实施例三：

本实施例中，根据用户的来波方向进行空分隔离度的定义和计算；用户仅考虑两用户；当前所处移动通信系统不含功率控制；所设置的空分隔离度门限值为来波角度。

用户空间来波角度是根据用户的空间功率谱的估计得到的，实施例二中描述了用户的空间谱估计方法很多并给出了 Bartlett谱估计的例子，用户空间来波方向可以定义为用户空间功率谱的最大值所在的方向：

Ψ_η = argmax (^_m (^)) 上式的含义是：是使最大的^ 这就是用户的来波方向。根据用户的来波方向定义的用户空分隔离度可以是两个用户的来波角度差：

根据用户来波角度定义的用户空分隔离度物理意义是：两个用户在空间分布之差，单位是角度的单位度 /弧度，该值越大，表示两个用户在空间的角度隔离越大。

本实施例中，对应的空分复用用户组集合通过公式（5 ) 统计得到：

其中， V表示所有满足条件的元素， Ϋ 、 ³⁾„分别表示用户对用户 Μ或用户《对用户的上行空分隔离度、用户对用户《或用户《对用户的下行空分隔离度。本实施例中，用户和用户《之间的空分隔离度是相对的，也就是说，用户对用户《的空分隔离度与用户《对用户的空分隔离度是一致的。 f(³⁾、 E⁽³⁾分别为上行空分隔离度门限值、下行空分隔离度门限值。实施例四：

本实施例中，根据干扰抑制能力进行空分隔离度的定义和计算；用户考虑多个用户；当前所处移动通信系统不含功率控制；所设置的空分隔离度门限值为功率比值。

如果每个空分复用用户组中包含两个以上的用户，那么，相应的空分隔离度的计算和空分复用用户组的构成也要进行相应的变化，下面仅以上本实施例中，空分隔离度的计 ί：不限于波束赋形方法，以多用户之间：任意三个用户之间的波束赋形系数，本实施例以特征波束赋形算法为例，对于波束赋形算法的具体形式并无限制，只要能得到波束赋形系数即可。 w^(mwi) =argmax

w ^(w) + ' (') w w^M)表示对用户接收抑制用户《和用户 / , w^M)和可以用同样方法得到，和分别表示对用户《接收抑制用户和用户 /、对用户 /接收抑制用户和用户《 , 下行也可以用同样方法计算。

相应的，上行的空分隔离度可以计算为：

对于只考虑本用户而不考虑对其它用户抑制的波束赋形方法来说，赋形系数只与用户本身的信道信息相关而与干扰用户无关，可以通过公式（6 )计算得到：

w =argmax(w R^. w) \ Ό )

w

某个用户对于另一个用户的上行 /下行空分隔离度，仍可釆用实施例一中计算空分隔离度的公式计算，同样可以得到 ϊ^、 Τ¾ , Ύ . ^和下行空分隔离度可以以同样方法计算。

相应的，多用户空分复用用户组集合通过公式（7 ) 统计得到：

下行可用类似方法得到实施例五：本实施例中，根据用户空间功率谱进行空分隔离度的定义和计算；用户考虑多用户；当前所处移动通信系统不含功率控制；所设置的空分隔离度门限值为绝对功率值。

本实施例中，用户空间功率谱的估计与两用户之间的空分隔离度计算方法一样。只是在计算多用户空分复用用户组时，要统计三个用户两两之间的空分隔离度： ■

下行可用类似方法得至 1、实施例六：

本实施例中，根据用户的来波方向进行空分隔离度的定义和计算；用户考虑多用户；当前所处移动通信系统不含功率控制；所设置的空分隔离度门限值为来波角度。

本实施例中，用户空间来波方向估计与两用户之间的空分隔离度计算方法一样。只是在计算多用户空分复用用户组时，要统计三个用户两两之间的空分隔离度：

实施例七：

本实施例中，根据干扰抑制能力进行空分隔离度的定义和计算；用户仅考虑两用户；当前所处移动通信系统为有功率控制的系统；所设置的空分隔离度门限值为功率比值。这里，所谓功率控制包括针对不同终端的初始化功率配置。

本实施例中，其上行接收的空分隔离度计算方法仍然可以用实施例一中所描述的方法。对于以终端反馈方式进行空间协方差矩阵估计的系统，反馈的用户空间协方差矩阵、或信道冲激响应结果中，需要去掉终端自动增益控制系数。假设用户的自动增益控制系数为 G_k , 则反馈的用户空间协方差矩阵为：在 TDD系统中，以基站上行方向估计的空间协方差矩阵代替下行的空间协方差矩阵，此时，实施例一中下行空分隔离度计算方法需要去处上行发射功率的影响，并考虑下行发射功率的影响。假设用户的上行发射功率为下行发射功率为 , 这些值被基站获得，则用户空间协方差矩阵为：

空分隔离度的计算以及空分复用用户组的统计与实施例一中完全相同。实施例八：

本实施例中，根据用户空间功率谱进行空分隔离度的定义和计算；用户仅考虑两用户；当前所处移动通信系统为有功率控制的系统；所设置的空分隔离度门限值为绝对功率值。这里，所谓功率控制包括针对不同终端的初始化功率配置。

本实施例中，由于计算空间功率谱时无法考虑发射功率，因此本实施例提出在建立空分复用用户组中考虑不同用户上行、下行发射功率的影响。本实施例中，上行、下行空分隔离度的计算方法与实施例二一样。只是空分复用用户组的统计釆用下述方式：

实施例九:

本实施例中，根据用户的来波方向进行空分隔离度的定义和计算；用户仅考虑两用户；当前所处移动通信系统为有功率控制的系统；所设置的空分隔离度门限值为来波角度。这里所谓功率控制包括针对不同终端的初始化功率配置。

本实施例中，由于计算用户来波角度时无法考虑发射功率，因此本实施例提出在建立空分复用用户组中考虑不同用户上、下行发射功率的影响。本实施例中，上行、下行空分隔离度的计算方法与实施例三一样。只是空分复用用户组的统计釆用下述方式：

其中，和表示两用户上 /下行功率差的门限，只有当两个用户功率差小于一定值时才可以应用空分复用算法，否则认为其相互干扰超过可允许值，不能进行空分复用。

在图 1 的步骤 103 中，给出了完备的空分复用用户组集合的建立，所谓完备的空分复用用户组集合是指该集合是遍历了所有可能的情况之后得出的。也就是说，遍历当前基站覆盖范围内的所有用户，计算两两用户间的空分隔离度，根据所计算的空分隔离度与预设空分隔离度门限值的比较, 确定所有能进行空分复用的用户组，构成空分复用用户组集合。完备的空分复用用户组集合可以实时更新也可以周期性更新，但是，完备空分复用用户组集合的构成需要进行大量的计算。为了简化计算量、降低复杂度，本发明也可以建立非完备的空分复用用户组集合，所谓非完备空分复用用户组集合是指无需遍历所有用户情况就可以获得的空分复用用户组集合。这里，所述集合都可以以列表形式表示。

非完备的空分复用用户组列表的建立可以以事件触发的形式进行，所述事件可以是新用户接入、切换用户、业务更新等等，包括各种要使用户资源增加的事件。非完备的空分复用用户组列表的建立可以釆用以下步骤实现：

a. 从任意用户开始，根据步骤 102的方法计算任意其它用户与该用户的空分隔离度，并根据步骤 103的方法判断是否可以构成空分复用用户组，如果可以构成，则列入空分复用用户组列表；否则直接执行步骤 b;

b. 完成一个用户的搜索后进行其他用户的搜索。这里，搜索的用户个数可以根据需要任意确定。

对于列表的更新，可以实时更新，也可以周期性更新。周期性更新列表时，先检查列表中已有的用户组是否仍满足步骤 103 的条件，然后再从不在列表中的用户中随机选择一个用户进行搜索，根据计算、比较结果更新空分复用用户组列表。

对于现在和未来的移动通信系统来说，不同的终端所具有的能力和需求都可能不同，例如：终端是否釆用多天线、终端的均衡算法如何、终端处于的业务状态等等，都可能造成不同终端当时的解调能力和性能需求不同。针对这种状态，可以对不同终端设置不同的空分隔离度门限。

对于任意一个终端，可分别设置上行、下行空分隔离度门限为 Τ^{(ρ )} , p = \, 2, 3;k = \, - - - , K ^ Γ^(ρ^ , p = 2, 3; k = \…… K , 其中， /7为？， Α为用户序号，该门限表示不同用户之间的空分隔离度只有达到该门限时，两个用户才能进行空分复用。相应的，步骤 103 中空分复用用户组的统计方法如公式（8 )所示，针对不同空分隔离度的计算方法是一样的。

为了实现本发明的上述方法，本发明还提出了一种实现空分复用的装置，如图 2所示，该装置包括：天线单元 20、信道估计单元 21、空间信息获取单元 22、空分隔离度计算单元 23、空分复用用户组生成单元 24、资源分配单元 25。

其中，天线单元 20, 为基站的天线，用于接收无线信号；每个信道估计单元 21 ,用于根据接收的信号计算相应用户上行或下行的信道冲激响应，并将计算结果送入空间信息获取单元 22。空间信息获取单元 22根据收到的信道冲激响应计算用户上行或下行的空间协方差矩阵；空分隔离度计算单元 23 , 根据获得的空间协方差矩阵计算用户间的空分隔离度；空分复用用户组生成单元 24根据空分隔离度计算单元 23计算的用户间的空分隔离度以及预设的空分隔离度门限值，确定可以进行空分复用的用户组，构造空分复用用户组集合；资源分配单元 25 , 根据空分复用的需求，从空分复用用户组生成单元 24中选取用户组，给所选取的用户分配共享无线资源。

空间信息获取单元 22进一步包括上行空间协方差矩阵计算单元和下行空间协方差矩阵计算单元，分别计算上行和下行的空间协方差矩阵。该单元在没有功率控制的系统和有功率控制的系统中，釆用不同的方式计算空间协方差矩阵，具体计算分别按步骤 101和实施例七中给出的公式进行。

本发明中，主要给出了三种空分隔离度的计算方法，那么，针对不同的空分隔离度计算方法，空分隔离度计算单元 23可以有三种组成结构：对于根据干扰抑制能力计算空分隔离度的方式，空分隔离度计算单元 23进一步包括波束赋形系数计算单元、上行空分隔离度计算单元、下行空分隔离度计算单元，其中，波束赋形系数计算单元用于计算一个用户抑制另一用户的波束赋形权系数，并将计算出的波束赋形权系数分别送至上行空分隔离度计算单元、下行空分隔离度计算单元；上行空分隔离度计算单元、下行空分隔离度计算单元根据得到的波束赋形权系数和信道冲激响应，分别计算用户间的上行空分隔离度、下行空分隔离度。

对于根据用户空间功率谱计算空分隔离度的方式，空分隔离度计算单元 23进一步包括功率谱估计单元、功率谱差计算单元以及空分隔离度计算模块，其中，功率谱估计单元进行功率谱估计，可釆用各种谱估计算法，如 Bartlett谱估计、 Capon谱估计、 Music谱估计等等；功率谱差计算单元根据估计出的每个用户的功率谱，计算两个用户之间功率谱差；空分隔离度计算模块根据计算的功率谱差计算两用户间的空分隔离度。

对于根据用户来波方向计算空分隔离度的方式，空分隔离度计算单元 23进一步包括功率谱估计单元、来波方向确定单元、来波角度差计算单元，其中，功率谱估计单元进行功率谱估计，可釆用各种谱估计算法，如 Bartlett 谱估计、 Capon谱估计、 Music谱估计等等；来波方向确定单元根据功率谱估计结果，确定功率谱最大值所在的方向为相应用户的来波方向；来波角度差计算单元用于计算两个用户的来波角度差，并将计算结果作为这两个用户的空分隔离度。

本发明的装置中，空分复用用户组生成单元 24可以进一步包括空分隔离度比较单元和空分复用用户组存储单元，其中，空分隔离度比较单元接收空分隔离度计算单元 23计算出的用户间的空分隔离度，同时接收或读取空分隔离度门限值，将两个值进行比较，并将大于等于门限值的用户组送入空分复用用户组存储单元中保存；空分复用用户组存储单元保存所有经过比较大于等于空分隔离度门限值的用户组，形成空分复用用户组集合，此集合可以釆用列表保存。

本发明的装置还可以进一步包括空分复用用户组更新单元，用于根据需要实时或周期性的更新空分复用用户组集合或列表，确定是否需要删除已有的用户组、增加新的用户组。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

权利要求书

1、一种实现空分复用的方法，其特征在于，该方法包括：

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述用户为两个用户；所述空间信息为空间协方差矩阵；所述空分隔离度包括上行空分隔离度和下行空分隔离度；

All , 计算用户抑制用户《的波束赋形权系数 w_m，„；

A12、根据步骤 All计算的波束赋形权系数以及估计的信道冲激响应，另 I i甬^ = = W Κ„ W Pm,m ₌ W W 朴笪卜^干 « l _m,„ - - 、丄；》,« 开丄 N 、， ^¥，

条件的元素， ϊϊ„、 Τ« , ϊ 、分别表示用户对用户"的上行空分隔离度、用户/ ί对用户的上行空分隔离度、用户对用户 "的下行空分隔离度、用户《对用户的下行空分隔离度。 P)、 E⁽¹⁾分别为上行空分隔离度门限值、下行空分隔离度门限值。

3、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述用户为两个用户；步骤 A中所述计算用户间的空分隔离度为根据用户空间功率谱计算用户间的空分隔离度，具体包括：

A21、估计每个用户的功率谱；

Α22、根据 _ 」 _ 计算两个用尸 ρ„(

ο,

的功率谱差，其中，是功率谱差计算门限；

A23、根据 =

计算用户间的空分隔离度；

步骤 Β 所述生成空分复用用户组集合为：根据

到，其中， τ „、 1 ²⁾„分别表示用户对用户 "或用户"对用户的上行空分隔离度、用户对用户 "或用户"对用户的下行空分隔离度。

4、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述用户为两个用户；步骤 A中所述计算用户间的空分隔离度为根据用户的来波方向计算用户间的空分隔离度，具体包括：

A31、估计每个用户的功率谱；

A32、确定功率谱最大值所在的方向为用户来波方向；

A33、计算两个用户的来波角度差作为用户间的空分隔离度；骤 B 所述生工用用户组集合为：根据

5、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述用户为多个用户；步骤 A所述计算用户间的空分隔离度为根据干扰抑制能力计算用户间的空分隔离度，具体包括：

A41、分别计算每个用户抑制其它用户的波束赋形权系数；

6、根据权利要求 1至 5任一项所述的方法，其特征在于，步骤 A中所述空间信息为空间协方差矩阵；所述空间协方差矩阵包括上行空间协方差矩阵和下行空间协方差矩阵 ^) , 分别根据 = 和 ^^ ^gwg^}计算，其中， £{·}表示取随机变量的均值，（.f表示对矩阵的共轭转置运算。

7、根据权利要求 1至 5任一项所述的方法，其特征在于，步骤 A中所述空间信息为空间协方差矩阵；所述空间协方差矩阵包括上行空间协方差矩阵 ^和下行空间协方差矩阵 ^；

所述上行空间协方差矩阵根据 = E {&^{k k}'^H }计算得到；

所述下行空间协方差矩阵根据 ^) =£{g^wg^}/ 或〕_{= δ}«_δ ⁽ μ十算得到，其中，为用户 A的自动增益控制系数， Ά

为用户的上行发射功率，为用户的下行发射功率。

8、根据权利要求 1至 5任一项所述的方法，其特征在于，步骤 B中所述生成空分复用用户组集合为：遍历当前基站覆盖范围内的所有用户，计算两两用户间的空分隔离度，根据所计算的空分隔离度与预设空分隔离度门限值的比较，确定所有能进行空分复用的用户组，构成空分复用用户组集合；

或为：通过事件触发，从任意用户开始遍历当前基站覆盖范围内的部分用户，计算用户间的空分隔离度，根据所计算的空分隔离度与预设空分隔离度门限值的比较，确定能进行空分复用的用户组，构成空分复用用户组集合。

9、根据权利要求 1至 5任一项所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：实时或周期性地更新所述空分复用用户组集合。

10、根据权利要求 1 至 5任一项所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：预先设置上行、下行空分隔离度门限值 )^ = 1,2,3和 1^,^ = 1,2,3,其中 /7为所选择的空分隔离度计算方法序号；所述空分隔离度门限值为功率比值、或绝对功率值、或来波角度。

11、根据权利要求 1 至 5任一项所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：为不同终端设置不同的上、下行空分隔离度门限值 Τ^{(ρ )} ,p = \,2, k = \,---,K^ Τ^{(ρ )} ,p = W,k = \ ...... K ,其中， /7为所选择的空分隔离度计算方法序号，为用户序号；所述空分隔离度门限值为功率比值、或绝对功率值、或来波角度。

12、根据权利要求 11所述的方法，其特征在于，步骤 B中所述生成空分复用用户组集合为：根据 p = 1,2,3

生成

13、一种实现空分复用的装置，其特征在于，该装置包括：天线单元、信道估计单元、空间信息获取单元、空分隔离度计算单元、空分复用用户组生成单元、资源分配单元；其中，

天线单元，用于接收无线信号；

信道估计单元，根据接收的信号计算相应用户上行或下行的信道冲激响应，并将计算结果送入空间信息获取单元；

空间信息获取单元，根据收到的信道冲激响应计算用户上行或下行的空间协方差矩阵；

空分隔离度计算单元，根据获得的空间协方差矩阵计算用户间的空分隔离度；

空分复用用户组生成单元，根据空分隔离度计算单元计算的用户间的空分隔离度以及预设的空分隔离度门限值，确定能进行空分复用的用户组，构造空分复用用户组集合；

资源分配单元，用于从空分复用用户组生成单元中选取用户组，给所选取的用户分配共享无线资源。

14、根据权利要求 13所述的装置，其特征在于，所述空分隔离度计算单元进一步包括波束赋形系数计算单元、上行空分隔离度计算单元、下行空分隔离度计算单元；其中，

波束赋形系数计算单元，用于计算一个用户抑制另一用户的波束赋形权系数，并将计算出的波束赋形权系数分别送至上行空分隔离度计算单元、下行空分隔离度计算单元；

上行空分隔离度计算单元，根据得到的波束赋形权系数和信道冲激响应计算用户间的上行空分隔离度；

下行空分隔离度计算单元，根据得到的波束赋形权系数和信道冲激响应计算用户间的下行空分隔离度。

15、根据权利要求 13所述的装置，其特征在于，所述空分隔离度计算单元进一步包括功率谱估计单元、功率谱差计算单元、空分隔离度计算模块；其中，

功率谱估计单元，用于完成功率谱估计；

功率谱差计算单元，根据估计出的每个用户的功率谱，计算两个用户之间功率谱差；

空分隔离度计算模块，根据计算的功率谱差计算两用户间的空分隔离度。

16、根据权利要求 13所述的装置，其特征在于，所述空分隔离度计算单元进一步包括功率谱估计单元、来波方向确定单元、来波角度差计算单元；其中，

功率谱估计单元，用于完成功率谱估计；

来波方向确定单元，根据功率谱估计结果确定功率谱最大值所在的方向为相应用户的来波方向；

来波角度差计算单元，用于计算两个用户的来波角度差，并将计算结果作为这两个用户的空分隔离度。

17、根据权利要求 13至 16任一项所述的装置，其特征在于，所述天线单元为基站的天线，或为移动终端的接收单元。

18、根据权利要求 13至 16任一项所述的装置，其特征在于，所述空间信息获取单元进一步包括上行空间协方差矩阵计算单元和下行空间协方差矩阵计算单元，分别用于计算上行和下行的空间协方差矩阵。

19、根据权利要求 13至 16任一项所述的装置，其特征在于，所述空分复用用户组生成单元进一步包括空分隔离度比较单元和空分复用用户组存储单元；其中，

空分隔离度比较单元，用于接收所述空分隔离度计算单元计算出的用户间的空分隔离度，同时接收或读取空分隔离度门限值，比较两个值并将于等于门限值的用户组送入空分复用用户组存储单元中保存；空分复用用户组存储单元，用于保存所有经过比较大于等于空分隔门限值的用户组，形成空分复用用户组集合。

20、根据权利要求 13至 16任一项所述的装置，其特征在于，该装包括空分复用用户组更新单元，用于根据需要实时或周期性的更新空用用户组集合。