CN101164244A - 波束形成系统及方法 - Google Patents

Abstract

公开了收敛波束形成的系统和方法。其中，一种方法的实施例包括从至少N+1个天线(205－205D)接收N个数据流(315A、315B)，其中N为大于1的整数；确定每个接收的数据流(315A、315B)的信号特征(310A、310B)；以及基于所接收的N个数据流的确定的信号特征(310A、310B)，来调节将要被发射的N个数据流的信号特征。通过所接收的多路径信道向量(310A、310B)的正交化，可获得收敛波束形成。相应于由站点(130)接收的信号的信道特征，来调节来自站点(130)的传输信号。

Description

波束形成系统及方法

发明人：马克·韦伯斯特

黛尼兹·瑞德

丹·希拉

相关申请的交叉参考

本申请要求2005年4月25日提交的具有序列号60/674,838的共同待审未决的美国临时申请的优先权，其在这里通过引用被全部并入。

技术领域

本公开一般涉及数字通信，更具体地涉及用于自动收敛多输入多输出(MIMO)波束形成(beamforming)的方法和系统。

背景技术

通信网络以各种形式出现。显著的网络包括有线的和无线的。尤其地，有线网络包括局域网(LAN)、数字用户线路(DSL)网络和电缆(cable)网络。尤其地，无线网络包括蜂窝电话网络、传统的地面移动无线电网络和卫星传输网络。这些无线网络一般表现为广域网的特征。较最近地，提出了无线局域网和无线家用网络，并提出标准如蓝牙(Bluetooth)和IEEE802.1以控制这样的局部化网络的无线装置的发展。

无线局域网(WLAN)一般使用红外(IR)或射频(RF)通信信道来在便携式或移动计算机终端和静止的接入点或基站之间进行通信。这些接入点被有线或无线通信信道依次连接到网络基础设施，网络基础设施将接入点的组连接在一起，以形成可选地包括一个或更多主机计算机系统的LAN。

无线协议，如蓝牙和IEEE 802.11，支持具有与主机计算机的各种类型通信能力的这样的便携式漫游终端的逻辑互连。逻辑互连以基础设施为基础，其中当被定位在预定范围内时，至少一些终端能够与至少两个接入点通信，每个终端通常与单个接入点联系并与其进行通信。基于网络的总的空间布局、响应时间和负载要求，设计了不同的联网方案和通信协议以便更有效地调节通信。

IEEE标准802.11(“802.11”)在“无线LAN媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)规范”中被陈述，并可从Piscataway，N.J.的IEEE标准部门得到。IEEE 802.11允许以1Mbp、2Mbp以及更高数据率的IR或RF通信、类似于载波侦听多路接入/冲突避免(CSMA/CA)的媒体接入技术、对电池操作的移动站的功率节省模式、全蜂窝网络中的无缝漫游、高吞吐量操作、设计成消除“盲点”的各种天线系统、以及现有网络基础设施的简单接口。

802.11a标准在5GHz的频带中定义6、12、18、24、36和54Mbps的数据率。对较高数据率的要求可导致对可按较高速率彼此通信但是在同一WLAN环境或区域中共存而相互没有明显的干涉或中断的设备的需要，不管较高数据率设备是否可与802.11a设备通信。可进一步期望能够例如以任何标准802.11a速率与802.11a设备通信的高数据率设备。

设计无线传输系统中的一个难题涉及使用天线阵列来发射波束形成。波束形成(beamforming)是将信号以它们在接收器上合并从而产生较强信号的方式向着接收器聚集。如果信号离开多个天线被发射，并向着指定接收器聚集而不是以全向方式发射，则发射的复合相位和幅度确定波束形成的效率。调节发射天线之间的相位和幅度关系以在预期的接收器聚集此能量。调节波束形成发射器的一种方法是在无线电设备上合并附加的电路。该电路用于计算并共享由接收器观察到的情况。发射器然后执行复数的计算以调节波束形成的天线阵列。然而，这种解决方案可能很昂贵。

增加有效的信号强度和/或接收器灵敏度实现了更有效的通信。所增加的信号强度可使服务提供商能够更有效地使用其装置。消费者也可实现成本节约。

发明内容

本公开的实施例提供了用于波束形成的系统和方法。

本公开的一个实施例可被认为提供用于自动收敛(autoconvergence)波束形成的方法。在这个方面，可通过下列步骤大致概括出这种方法的多个实施例中的一个：从至少N+1个天线接收N个数据流，其中N为大于1的整数；确定每个所接收的数据流的信号特征；以及基于接收的N个数据流的所确定的信号特征，来调节将要被发射的N个数据流的信号特征。

当研究下列附图和详细说明时，本公开的其它系统、方法、特征和优点对本领域技术人员来说将是或变成明显的。意味着所有这种其他的系统、方法、特征和优点包括在本说明书中，在本公开的范围内，并由被附随的权利要求来保护。

附图说明

参考附图可更好地理解本公开的很多方面。附图中的组件不必按比例绘制，而是着重于清楚地说明本公开的原理。而且，在附图中，相同的参考数字在全部几个视图中表示相应的部件。

图1是数据传输的开放系统互连(OSI)层状模型的结构图。

图2是使用图1的OSI模型的两个站点的系统图。

图3是在图2的站点上多输入多输出(MIMO)传输的结构图。

图4是图2的站点的往返(reciprocating)配置的结构图。

图5是一个数据流的“往复式(ping-pong)”传输的示意图，其中一个站点精确地有一个天线。

图6是多个数据流的多个往复式传输的示意图。

图7A-7D是由MIMO发射器发射的数据流的信号特征的向量图。

图8是用于收敛波束形成的方法的流程图。

具体实施方式

这里所公开的是波束形成系统和方法的各种实施例。这样的实施例调节要被发射的信号的特征。一个系统实施例包括通过多路径传输信道来确定所传输的信号的幅度和相位的处理器。信号特征的调节可在任何类型的处理器例如PHY层处理器中进行，然而不限于PHY层处理器，尤其包括但不限于数字信号处理器(DSP)、微处理器(MCU)、通用处理器和专用集成电路(ASIC)。

提出了称为802.11n(802.11n建议)的新标准，802.11n是在5千兆(GHz)的802.11a标准和在2.4GHz的802.11g的高数据率扩展。这两个标准都使用正交频分复用(OFDM)，OFDM是使用多并行频率来传送信息的信令机制。这些频率通常称为副载波。注意，目前802.11n建议仅仅是一个建议，还不是完全定义的标准。其它可应用的标准包括蓝牙、xDSL、802.11的其它部分等等。为了增加数据率，802.11n考虑使用多输入多输出(MIMO)功能，其使用多个发射和接收天线。

IEEE 802.11将注意力集中于无线LAN，尤其是详细说明MAC和PHY层。这些层被规定为严密地符合基于OSI的ISO基本参考模型的系统的两个最低层，即，数据链路层和物理层。图1示出由国际标准化组织(ISO)制定的开放系统互连(OSI)分层模型100的图形表示，以描述通信网络中的层之间的信息交换。OSI分层模型100对区分每层的技术功能特别有用，因而便于给定层的更改或更新，而没有不利地影响相邻层的功能。

在最低层，OSI模型具有物理层或PHY层102，其负责将数据编码或解码成横跨特定的媒介传输的信号。在PHY层的上面，数据链路层104被定义，以在网络上提供可靠的数据传输，同时与PHY层102和网络层106进行适当的界面连接。网络层106负责在网络中的节点之间按特定的路线发送数据，并负责发起、维持和终止在连接到节点的用户之间的通信链接。传输层108负责在服务质量的特定水平内执行数据传输。会话层110通常在用户能发送和接收数据时参与控制。表示层112负责翻译、转换、压缩和解压缩横跨媒介传输的数据。最后，应用层114给用户提供用于访问和连接到网络的适当接口。

该OSI模型100对例如在图2所示的两个站点120、130之间的传输可以是有用的。站点120、130可包括数字通信系统，其可包括用于在站点120、130之间发送和接收数据流的收发器。站点120、130可包括多个用于接收和/或发射的天线。站点120、130不必具有相同数量的天线。站点120、130可使用时分多址(TDMA)协议来传输。

在PHY信号处理器中，可处理用于收发器的波束形成方法的示例性实施例。PHY信号处理器配置成执行优选实施例的功能。数字通信系统可包括这样的单独的或与其它逻辑或组件结合的处理器。通信系统可进一步体现在无线电设备或其它通信设备中。这样的通信设备可包括很多无线通信设备，包括计算机(桌上型电脑、便携式电脑、膝上型电脑等)、计算机电子设备(例如多媒体播放器)、兼容的电信设备、个人数字助理(PDA)或任何其它类型的网络设备，例如打印机、传真机、扫描仪、网络集线器(hub)、交换机、路由器、机顶盒、具有通信能力的电视机等等。媒体接入控制(MAC)协议实现了站点之间的信道信息的交换。站点120、130可调节传输信号的幅度和相位以得到正交的数据信号。一般而言，传输信道引入相位误差和幅度衰减。为了在下述波束形成系统中对相位误差和幅度衰减进行调节，利用往复式技术，其中第一站点120基于从第二站点130接收的信号的信号特征，来调节打算供第二站点130使用的传输信号的信号特征。

有很多使用多个发射天线来在两个站点120、130之间发送数据的方法。在一个方法中，发射能量在所有的方向被盲目地发送。在另一方法中，发射天线的能量被聚集，以使一个信号在接收器被最大化。这称为“波束形成”。这种波束形成方法用于在下文中描述的“往复式”方法(“ping-pong”method)。此外，第一站点120可波束形成多个数据流，以便对于每个信号，第二站点130接收的功率最大化。在这里，代替从多个天线发射一个信号，多个信号可从多个天线被同时发射。通过多路径信道，多个信号可在相同站点的相同频谱中被同时或实质上同时发送，以利用多路径的特性。例如，如果两个站点120、130有足够数量的天线，则可在一个站点同时接收两个分离的信号。当发射多个信号时，所发射的一部分能量可从物体反射，且站点接收具有不同幅度和相位或不同信号特征的那些信号。

使用多个接收器天线将接收信号接收在立体声类型的接收器中。因为信号沿着不同的路线传递，它们以不同的幅度和相位到达多个接收天线。站点执行可称为“信号分离”的功能。因为两个信号被同时发送，它们在接收天线相互干扰。然而，因为在特定的天线上一个信号进来得比另一信号稍微弱，且以稍微不同的相移被接收，接收站点可使用数据包的段首标记(preamble)区分那些信号。当站点能测量信号特征例如尤其从每个发射天线发送的信号的幅度和相位时，信号的信号特征可包括在根据协议如IEEE802.11配置的数据流的数据包的段首标记中。使用包含在段首标记中的信息，接收器可确定传输信道的数学特性。信道的数学特性可以用矩阵作模拟。通过使矩阵反转并将其应用于所接收的信号，可确定所接收信号的正交分量。这被称为在多个数据信号的接收器的信号分离。对于OFDM，该过程为每个副载波重复。

例如在使用一个信号的波束形成中，如果当所发射的信号到达每个发射天线的接收器时，通知发射器所发射的信号具有的信号特征，则那些发射的信号的相位和幅度可被调节，使得当它们到达接收天线时，它们相干地合并。如果有多个发射天线可利用，多个数据流或多个信号可从那些多个天线被发射。如果N个信号被发射，至少N+1个天线用于聚集N个信号的能量。来自站点120、130中的一个的每个发射天线的信号以特定的幅度传播到站点120、130中的另一个的每个接收天线，这可由复数系数表示。所有发射天线和接收天线的完整的系数组可由称为信道矩阵的一个矩阵表示。接收天线传输信道的每个发射天线包含描述那些信道特征的复数系数。作为非限制性的例子，如果有四个发射天线和两个接收天线，来自特定发射天线的每个发射信号到达两个接收天线，且对从发射天线到接收天线的传输信道有相应的复数系数。对于OFDM，每个副载波具有相应的信道矩阵。

在四个发射天线和两个接收天线的这个非限制性例子中的信道矩阵可被写为具有二乘四的维数的矩阵。该矩阵可在数学上被分解，以确定如何调节向量来最大化在接收器接收的发射能量。一种可用于确定矩阵的方法是站点120发射探测数据包(sounding packet)，这允许站点130测量信道。一旦信道被测量，信息以数据包的形式被发射回站点120。这称为显式(explicit)波束形成，因为信道被站点130显式计算并传输到站点120的发射波束形成器。站点120然后可以矩阵的形式对信息执行数学算法，以分解所述矩阵来确定如何波束形成每个要被发射到站点130的单独的信号。

在一个波束方法实施例中，两个信号在两个站点之间被来回(往复式)发送以确定信道特征。通过对这些信号执行数学算法，可导出类似的解，表现得就像站点130显式测量相移并将其发送回站点120一样。示例性实施例合并往返的波束形成。使用往返(reciprocal)波束形成，相同的频率用在两个方向中(从站点120发射到站点130，以及从站点130到站点120的往返传输)，且同一天线用于发射和接收功能。示例性实施例还可合并MIMO天线阵列，以发射和接收共享相同频率频带(OFDM副载波频率)的两个或更多实质上同时发生的信号。

与往复式方法不同，由于显式MIMO波束形成，站点使用一个完整多路径信道估计来将所发射的信号聚集到另一站点。该信道估计的矩阵表示描述信道特征，例如从每个发射天线到每个接收天线的路径的幅度和相移。可使用探测数据包，以便站点可从每个天线确定多路径信道的信号特征。从站点120到站点130的信道信息的此额外的探测数据包和显式延迟是低效率的。此外，由于站点120或站点130或两者的移动，通常信道在时间上变化。每次信道充分地变化时，探测数据包过程被重复，且关于多路径信道的信息被发射回到站点120、130之间，以便补偿幅度和相位变化。一旦信道信息在站点120、130被接收，复数的数学算法即矩阵分解被运行，以理解信道的数学特性来实现到接收器的准确的波束形成。

该探测数据包在优选实施例中不是必须的。通过经由信道往复或来回地发射信号，可对通过信道发射的信号进行波束形成调节。因为信道可动态地变化，利用在站点120、130之间来回进行的自然发射，来跟踪信道动态，从而在过程中提供信道特征的不变信息。对于显式波束形成，涉及探测数据包处理的信道的数学分解被称为矩阵的“奇异值分解”(SVD)。如果矩阵不是正方形，则SVD是矩阵的分解。例如如果站点120具有四个天线而站点130具有两个天线，则信道的分解矩阵为二乘四的。如果矩阵为正方形，可对矩阵执行本征值分解。如下面详细公开的，因为探测数据包没有用在往复式方法(ping-pong method)中，不需要SVD，然而收敛的结果是相同的。如果信道特征动态地变化，每次往复式发射出现时，信道特征显示在过程中。每个信号可由发射的一个空间流表示。如果可以利用多个天线，则多于一个的信号可通过多路径发送，支持多于一个的空间流。

可如下描述往复式方法的第一特性。在多个天线上同时发射多个信号时，站点120横跨发射天线用发射向量映射一个信号。站点120然后横跨发射天线使用第二向量映射第二信号。如果站点120使用SVD发射波束形成解(往)来开始，则站点130看到的每个发射信号的信道向量等于当发射回(复)时站点130应使用的最佳SVD发射向量的共轭。因此往复式方法可使用N信号的接收向量来确定N个发射波束形成向量。接收向量通常称为MRC(最大比合并)向量。这些发射波束形成向量为站点130的发射器的最佳SVD解。往复式方法不需要显式计算SVD解。更确切地，通过利用下述第二特性，往复式方法使用正交性限制，当被往复时其给SVD解提供自动收敛。

通过往复式的来回，站点120、130收敛，以通过占优势的多路径在两个方向发送信号，从而使这些信号得以波束形成。当信道变化时，信道自然地过滤信号，使得只有最强的多路径被接收。通过往复式的来回，站点120、130自动跟踪这些信道变化。站点120、130然后可使用根据接收数据包(MRC向量)确定的信道特征，并使用那些相应的特征(波束向量)转向并发射。在收敛之后，站点120的接收器在接收信号上观察与信道相关联的最佳向量。如果站点120采用所观察的接收幅度和相移多路径向量并使其共轭，则作为结果的向量可用于发射回站点130。站点130不需要知道它是否收敛；它仅连续地使用相同的算法。

可如下描述第二特性。在多个天线上同时发射多个信号时，发射器横跨发射天线用发射向量映射一个信号。然后它横跨发射天线使用第二向量映射第二信号。如果发射器使用SVD发射波束形成解，则当信号到达接收器时，它们正交地到达，且接收MRC向量是正交的。对于往复式方法，站点使用共轭的接收向量(MRC向量)来形成发射波束形成向量，只有站点迫使发射向量正交。这可称为正交性限制。往复式方法使用两个步骤来提供自动收敛。首先，接收向量用于确定发射向量。其次，第二信号(下一个最强的接收信号)的第二发射向量与第一信号(最强的接收信号)的第一发射向量正交。

现在参考图3，当多个信号通过多路径信道实质上被同时发射时，信道特征可由复数系数表示。通过执行多路径信道的SVD分解以在站点120从接收信号提取向量，来显示该数学过程。站点120然后使用所提取的向量来调节第一信号200A并将其按特定的路线发送到站点120的所有发射天线205A-205D。在发送到站点120的每个天线205A-205D之前，来自站点120的每个发射信号将使其幅度和相移被调节。同样，来自SVD分解的第二向量用于映射被发射到站点120的四个天线205A-205D中的每一个的第二信号200B。当向量加权的信号通过多路径信道时，它们到达站点130的多个接收天线210A-210D。站点130的接收器然后执行接收矩阵的分解以确定向量215A、215B。站点130然后将那些向量的共轭应用到从站点130被发射的信号。在将向量的共轭应用到要被发射的信号之后，要被发射的信号彼此正交。通过自动化该补偿过程，波束形成方法的效率可被极大地提高。使用这种往复式行为，即使发射以不正确的信道特征开始，它将收敛为正确的信道特征。

参考图4，所调节的向量300A、300B应用于站点130中的数据流300A、300B。每个所调节的数据流然后被发送到站点130的每个发射天线210A、210B，以通过多路径信道被发射。信号在站点120的天线205A-205D上被接收，在其上信号被分离成接收信号315A、315B。MRC向量310A、310B通过分解被确定并为准备返回发射而被正交化。

参考图5，为了展示自动收敛特性，在站点120的单个天线400上发射单个信号。站点120发射数据包，其在所有方向传播。一些能量410通过多路径405A被传送并有方向性地到达站点130的接收天线425A-425D。接收能量410来自于特定的方向。该接收能量410的方向是这种情况的最佳解。接收能量410被立即收敛；不需要往复式来回。如果接收能量410从信道中的结构被反射的方向到达站点130，例如，它可将来自天线425A-425D的相同能量440发射回到只有一个天线400的站点120的最佳方式是，使用它在接收时看到的相同的路径405B来发射能量440。信道的这种行为称为“可逆”。接收能量的方向相应于信号的幅度和相移。所以，当站点120用单个天线400接收能量460时，能量460以特定的幅度和特定的相移到达。当站点130使用多个发射天线425A-425D将能量440发射回到具有一个接收天线的站点120时，相应于接收矩阵的共轭，站点130应产生相同的幅度和相反的相移。到达站点130的能量460将在功率上被最大化。元件420和423将多路径能量的到达角(AOA)表示为用于往(ping)的方位角的函数。元件424和450表示用于复(pong)的所发射的波束形成能量(往返)的离开角(AOD)。元件470表示用于复(pong)的AOA。如果AOA420、423和AOD425、450对于一个站点是相同的，则所发射的波束形成就会收敛。

图6提供了具有多于一个天线的、同时一次发送一个信号的两个站点120、130的非限制性例子。在最初的发射期间，发射站点120没有方向信息。能量从站点120的天线500A-500D全向分散。然而，信号到达站点130，其被多路径信道505A的特征过滤；能量510从特定的方向到达站点130的接收天线525A-525D。当站点130通过天线525A-525D复回时，它在相同的方向将能量530发送回，所以它在与它接收能量520的相同方向回送。当能量530通过多路径信道505B时，信道505B甚至过滤得更多，使得站点120在天线500A-500D上从特定的方向接收能量535。站点120然后转向并通过多路径信道505C在站点120看到能量进来的相同方向回送。如果站点120、130像这样往复来回，则当使用往复式方法时，被发射和接收的向量收敛为相应于多路径信道的最佳SVD向量。

往返信道作为空间滤波器。在弱传播方向发射的能量微弱地到达接收器。在强传播方向发射的能量强劲地到达接收器。因为信道是往返的，被最强地接收的能量的方向也是发射的最佳方向。因此，接收MAC向量确定发射波束形成向量。通过往复，使用一个波束形成方法的实施例，发射波束形成向量收敛为SVD解。如果两个或更多MIMO信号是往复式的，每个站点120、130迫使第二波束形成向量与第一波束形成向量正交，第三波束形成向量与第一和第二波束形成向量都正交，等等。正交性是SVD波束形成的特性。

用于调节信号特征的方法的一个非限制性例子称为“Gram-Schmidt正交化”，其为允许由非正交集合创建一组正交向量的系统化数学技术。例如当数据流在站点130被接收时，对应于信道特征的向量被确定。如果向量是正交的，它们已经在最佳状态中且在站点120、130之间的来回发射可继续。如果向量不是正交的，则它们不是最佳化的。如果向量没有被最佳化，则可执行Gram-Schmidt正交化来使向量正交化。可使用其它机制来提供正交化。术语“第一向量”、“第二向量”等等可用于表示信号的信道特征。站点用相等的功率发送每个数据信号(空间流)。第一向量对应于所接收的最强的信号，第二向量对应于所接收的下一个最强的信号，等等。通过多路径信道接收的第一信号是最强的信号。当接收到第二信号时，被确定为第二信号的向量与第一信号正交。如果第三信号被接收到，它被正交化为与前两个信号正交。该过程与在传输中所接收的信号一样多地被重复。

在一个非限制性例子中，为了确定哪个信号是第一、第二或第三，IEEE802.11标准定义一组位图(bitmap)，以使恰好第一位图专供第一信号使用，第二位图专用于第二信号，等等。当信号被站点接收之后，该站点发射回，其中，第一信号在最强的空间信道上，第二信号在第二最强的空间信道上，第三信号在第三最强的空间信道上，等等。当站点往复式来回时，每个站点使用正确的映射，以使空间流正确地收敛。

在图7A-7D中，为了往复式方法示出通过多路径信道的在两个站点之间发送的两个信号的向量图。站点130相应于图7A和图7B。站点120相应于图7C和图7D。在图7A中，站点130使用两个天线来接收具有向量600、605的两个信号。向量600、605相应于两个MRC向量。第一信号600、空间流1在具有相等功率的第一天线和第二天线上出现。第一轴610相应于第一天线；第二轴620相应于第二天线。第二信号605在第一天线上具有相对较少的功率，且在第二天线上具有较多的功率。如果站点120的发射器使用最佳发射波束形成向量，则两个信号600、605正交地到达接收器。然而，最初站点120可能盲目地发射两个信号，站点130接收两个信号，但它们不是正交的。

在图7B中，向量600、605’是站点120的发射波束形成向量。第二向量605’与第一向量600正交。如图7C所示，在响应中，站点130从向站点130提供接收MRC向量640、650的站点120接收发射。然后站点130使用在图6D中提供的向量640、650’来发射波束形成，其中向量650’与向量640正交。发射向量与接收向量相等，除了正交性。在每个往复式重复之后，当接近收敛时，接收向量变得更接近于正交。典型的收敛可只需要往复式方法的很少的重复。

参考图8，在自动收敛波束形成700的方法的示例性实施例中，在块710中，两个或更多信号的第一发射从站点120被盲目发送，这可称为初始化相位。初始化相位可包括盲目发送出的空数据包，或初始化相位可包括盲目或全向地发送第一信息包。可选地，在站点之间的最初发射之前，用于初始化的信号可被正交化。然后，一旦站点130在块720中接收到第一发射，在块730中，站点130确定所接收信号的信号特征。在块740中，站点130迫使相应于较弱信道的多个信号的第二信号与第一信道正交。然后该信号被传送回站点120。此往复式操作继续，且信号收敛为最佳解，其为正交的。该过程可被外推到多个信号，例如三个或四个信号。可使用正交化的任何方法。

上述往复式技术可直接应用于其中包括OFDM的方法。它可应用于有线和无线系统。OFDM使用副载波(多频率)。IEEE 802.11a/g OFDM使用52个副载波。每个OFDM副载波经历多路径。在到达接收天线之前，该多路径改变副载波的幅度和相位。对每个OFDM副载波有多路径信道矩阵(例如2×4)。利用对SVD解的自动收敛，往复式技术在两个方向使用N个MIMO信号的往返传输。为了获得收敛，在示例性实施例中，一个站点具有至少N+1个天线。然而，另一站点可具有较少数量的天线，如N个；两个无线电设备不需要N+1个天线来获得收敛。

本公开的示例性实施例可用硬件、软件、固件或其中的组合来实现。在优选实施例中，波束形成方法用储存在存储器中的软件或固件来实现，并被适当的指令执行系统执行。如在可选的实施例中的，如果用硬件实现，则该方法可用任何下列技术或其组合来实现，这些技术在本领域中都是公知的：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门的离散逻辑电路、具有适当组合的逻辑门的专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)等等。

流程图中的任何过程描述或块可被理解为表示包括一个或更多用于实现过程中的特定逻辑功能或步骤的模块、段落、或代码部分，且备用的实现包括在本公开的优选实施例的范围内，其中功能可以违背所示或所讨论的次序而被执行，包括实质上并行或以相反的次序，取决于所涉及的功能，如被本公开的领域中有相当技术的人员所理解的。

包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序清单的波束形成方法可包含在任何计算机可读媒介中，以被指令执行系统、装置、或设备例如基于计算机的系统、包含处理器的系统或可从指令执行系统、装置或设备中读取指令并执行指令的其它系统使用或与其结合使用。在本文档的上下文中，“计算机可读媒介”可以是能包含、储存、传送、传播或输送被指令执行系统、装置、或设备使用或与其结合使用的程序的任何工具。例如计算机可读媒介可为但不限于电子、磁、光、电磁、红外、或半导体系统、装置、设备或传播媒介。计算机可读媒介的更具体的例子(非详尽的列表)包括下列项：具有一个或更多电线的电连接(电子)、便携式计算机磁盘(磁)、随机存取存储器(RAM)(电子)、只读存储器(ROM)(电子)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)(电子)、光纤(光)、以及便携式只读光盘(CDROM)(光)。注意，计算机可读媒介甚至可为纸或印有程序的另外的适当媒介，因为程序可通过例如纸或其它媒介的光学扫描而被电子拍摄，然后被编译、解释或否则如果必要以适当的方式被处理，接着被储存在计算机存储器中。此外，本公开的范围包括，以包括在硬件或软件配置的媒介中的逻辑来体现本公开的优选实施例的功能。

波束形成方法的示例性实施例包括：

A.一种波束形成方法，包括：

从至少N+1个天线接收N个数据流，其中N为大于1的整数；

确定每个接收的数据流的信号特征；以及

基于所述接收的N个数据流的所述确定的信号特征来调节要被发射的N个数据流的所述信号特征。

B.如权利要求A所述的方法，其中所述信号特征包括所述数据流的幅度和相位。

C.如权利要求B所述的方法，其中所述信号特征至少由相应于所述N个数据流的第一数据流和第二数据流的第一向量和第二向量表示。

D.如权利要求C所述的方法，其中调节所述N个数据流的所述信号特征的所述步骤，包括至少调节所述第二向量以与所述第一向量正交。

E.如权利要求D所述的方法，其中至少调节所述第二向量以与所述第一向量正交的所述步骤，包括实现Gram-Schmidt正交化。

F.如权利要求C所述的方法，其中所述第一向量具有所述至少第一向量和第二向量的最大幅度。

G.如权利要求C所述的方法，其中所述至少第一和第二向量的每一个在被发射之前都与相应于其它数据流的向量正交。

H.如权利要求C所述的方法，其中重复权利要求1的所述步骤，使得所述至少第一和第二向量收敛为正交。

I.如权利要求A所述的方法，其中接收N个数据流的所述步骤包括接收N个时分复用的数据流。

J.如权利要求A所述的方法，其中要被发射的所述N个数据流是时分复用的数据流。

K.如权利要求A所述的方法，其中所述接收的步骤包括在第一站点从第二站点接收。

L.如权利要求K所述的方法，其中所述第一站点具有与所述第二站点不同数量的天线。

M.如权利要求K所述的方法，其中所述接收的步骤，进一步包括在所述第一站点从所述第二站点接收，所述第二站点以与所述第一站点实质上类似的频率操作。

N.如权利要求A所述的方法，其中所述至少N+1个天线也用于往返传输。

O.如权利要求A所述的方法，进一步包括在所述至少N+1个天线上发射要被发射的所述N个数据流。

P.如权利要求O所述的方法，其中发射的所述步骤包括以相等的功率发射要被发射的每个数据流。

Q.如权利要求A所述的方法，进一步包括实现初始化相位的步骤，所述步骤包括：

在接收所述N个数据流之前接收单个初始化数据流；

确定所述接收的初始化数据流的所述信号特征，以及

调节要被发射的初始化响应数据流的所述信号特征，以补偿所述接收的初始化数据流的所述确定的信号特征。

R.如权利要求A所述的方法，其中接收的所述步骤包括接收使用无线协议来发射的所述N个接收的数据流，所述无线协议从包括IEEE 802.11和蓝牙至少之一的列表中选择。

S.一种系统，包括：

用于在至少N+1个天线上接收N个数据流的装置，其中N＞1；

用于确定每个接收的数据流的所述信号特征的装置；以及

用于调节要被发射的N个数据流的所述信号特征以补偿所述接收的N个数据流的所述确定的信号特征的装置。

T.如权利要求S所述的方法，进一步包括：

用于在接收所述N个数据流之前接收单个初始化数据流的装置；

用于确定所述接收的初始化数据流的所述信号特征的装置；以及

用于调节要被发射的初始化响应数据流的所述信号特征以补偿所述接收的初始化数据流的所述确定的信号特征的装置。

U.如权利要求S所述的方法，其中所述系统包括列表中的一项，所述列表包含无线的无线电设备、膝上型电脑、桌上型电脑、个人数字助理和网络设备中的至少一个。

应强调，本公开的上述实施例，特别是任何“优选”实施例，仅仅是实现的可能的例子，仅仅为了清楚地理解本公开的原理而阐明。对本发明的上述实施例可进行很多变化和更改，而实质上不偏离本发明的实质和原理。所有这样的更改和变化意味着在这里被包括在本公开的范围内并被下列的权利要求保护。

Claims (10)

1.一种波束形成方法，包括：

从第一站点的至少N+1个天线接收N个时分复用的数据流，其中N为大于1的整数；

确定每个接收的数据流的信号特征；以及

调节将要被发射到第二站点的N个时分复用的数据流的所述信号特征，所述第二站点以实质上与所述第一站点类似的频率操作，所述调节基于所接收的N个时分复用的数据流的所确定的信号特征。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述信号特征包括所述数据流的幅度和相位。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述信号特征由至少第一向量和第二向量表示，所述第一向量和第二向量对应于所述N个数据流中的第一数据流和第二数据流。

4.如权利要求3所述的方法，其中调节所述N个数据流的所述信号特征包括：至少调节所述第二向量以与所述第一向量正交。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述至少第一向量和第二向量中的每一个在其被发射之前，都与对应于其它数据流的向量正交。

6.如权利要求3所述的方法，其中重复权利要求1的所述步骤，使得所述至少第一向量和第二向量收敛成正交。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述至少N+1个天线也用于往返传输。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括实现初始化相位，包括：

在接收所述N个数据流之前接收单个初始化数据流；

确定所接收的初始化数据流的信号特征；以及

调节将要被发射的初始化响应数据流的信号特征，以补偿所接收的初始化数据流的所确定的信号特征。

9.一种系统，包括：

用于接收单个初始化数据流的装置；

用于确定所述接收的初始化数据流的信号特征的装置；

用于调节将要被发射的初始化响应数据流的信号特征以补偿所接收的初始化数据流的所确定的信号特征的装置；

用于在至少N+1个天线上接收N个数据流的装置，其中N为大于1的整数；

用于确定每个所接收的数据流的信号特征的装置；以及

用于调节将要被发射的N个数据流的信号特征以补偿所接收的N个数据流的所确定的信号特征的装置。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述系统包括以下列表中的一项，所述列表包含无线的无线电设备、膝上型电脑、桌上型电脑、个人数字助理和网络设备中的至少一个。

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