CN101808341B

CN101808341B - 无线网络中用于波束精化的布置

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Publication number: CN101808341B
Application number: CN200911000147.6A
Authority: CN
Inventors: Q·李; H·牛
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2009-12-26
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2029-12-26
Also published as: CN101808341A; JP2012514425A; US9155097B2; WO2010078193A3; WO2010078193A2; US20100164802A1; TW201041416A; BRPI0923877A2; US8594691B2; KR20110102493A; US20140018004A1; KR101259305B1; JP5350490B2; US20120040629A1; TWI434579B; US8068844B2; EP2377342A2; EP2377342A4

Abstract

本发明的名称为无线网络中用于波束精化的布置，在一些实施例中，公开了一种波束成形方法。该方法可以包括发射具有由最大比发射向量(MRT)定义的信道的波束以及从接收器接收第一响应，其中该第一响应具有诸如与该发射的波束相关的参数等的第一信息。利用这些参数和初始MRT，可以进行另一个定向发射。类似过程可以确定接收器的最大合并比。可以通过省略可通过其它方式(例如从存储器或通过计算)获取的来自传输的数据来缩减发射器和接收器之间的建立通信。也公开了其它实施例。

Description

无线网络中用于波束精化的布置

技术领域

本公开涉及无线通信领域，更准确地说，涉及网络控制器和设备之间的波束成形领域。

背景技术

在典型的无线网络中，很多设备可以进入无线控制器所服务的区域，可以在设备和控制器之间建立通信。在现有技术系统中，需要大开销的部件和功能来将设备连接到网络。为了便于多个可联网设备之间进行有效率的建立，必须有效地配置和管理通信。因此，典型的无线网络具有诸如接入点、微微网控制器(PNC)或者配置和管理网络通信的站点等通信协调器或者控制器。设备与控制器连接之后，设备可以通过控制器访问其它网络，例如因特网。通常可以将PNC定义为与一个或者多个设备(例如个人计算机(PC)或者个人数字助理(PDA))共享物理信道的控制器，在此PNC和设备之间的通信形成网络。

联邦通信委员会(FCC)限制网络设备能发射(transmit)或者发射出(emit)的功率量。由于网络数量、拥塞的空中通道、容纳更多设备的需求和低功率需求，一直在开发新的无线网络标准。此外，众所周知，以60GHz发射的系统的路径损耗非常高。互补型金属氧化物半导体(CMOS)由于其低成本和低电压需求而普遍用于制造网络元件，并且CMOS类功率放大器在此类频率下效率不高。通常，大多数低功率60千兆赫(GHz)通信系统需要定向波束成形的系统来实现可接受的信噪比(SNR)，并由此实现可接受的通信性能。

因此，已经有许多工作在进行以开发采用经由毫米波的定向通信的60GHz范围的低功率网络通信。全向发射或通信不同于定向发射，这是因为全向发射通常具有提供辐射点源的单个天线。点源具有除非被物体阻挡、否则信号能量以球形方式均匀传播的辐射图。相反，定向通信可以朝向目标聚集信号或者操纵信号，并且接收器可以朝向源聚集其灵敏度或者操纵其灵敏度。为了准确地沿适当的方向操纵、发射以及接收波束，可以在控制器和设备之间执行波束成形过程或者训练过程。为了实现定向通信，多种不同定向发射方法均可采用。一种此类方法利用扇区天线方法，其在多个预定的波束之间切换信号。这种方法可以利用相控天线阵列，其中发射和接收波束是通过改变每个天线单元的输入和输出信号的相位而形成的。另一种方法将发射功率分散到多个功率放大器，并根据功率放大器的增益，可以适应性地操纵波束。

波束成形对于新的、现有技术的高频率低功率网络的可靠运行很重要。可以理解的是传统全向发射/通信拓扑不能够在超过几米的距离提供可靠的低功率、高数据速率通信。通常，定向天线或者天线阵列可以提供比全向天线高得多的增益(几十分贝)。当发射器准确地朝期望的接收器的方向聚集信号能量，并且接收器朝发射源的方向聚集其接收灵敏度时，可以减少来自于其它方向的干扰，并且波束成形的系统将对其它系统产生较少的干扰。

由于设备之间信号强度被增加以及来自于从接收器较不敏感方向发射的设备的干扰被降低，定向发射系统可以提供比全向系统改进的性能。更高数据速率(约为每秒几千兆赫)在定向发射模式中是可能的，这是因为定向链路受益于更高的天线增益。然而，这些定向系统通常比传统全向发射系统更复杂、更慢建立且更昂贵。在关联和波束校准过程之后，可以在设备、控制器和例如因特网等其它网络之间进行有效的数据交换。

可以理解例如办公室、办公室大楼、机场等很多网络环境随着很多设备进入网络、退出网络和相对于网络控制器的移动而在网络频率上变得拥塞。在传统系统中建立定向通信以及跟踪设备的移动对于每个设备均需要相对较长且低效率的关联时间和建立时间。各个网络用户数量的这样持续增加，建立复杂性和开销的增加一直产生严重的问题。

发明内容

本发明的第一方面在于一种波束成形方法，包括：确定最大比合并(MRC)向量的至少一部分；确定第一最大比发射(MRT)向量的至少一部分；基于所述第一MRT向量发射探测向量(sounding vector)；利用所述MRC向量接收所述探测向量；确定所接收的探测向量的参数；将所述参数发回到源；基于所述参数和所述第一MRT向量执行定向发射；以及当满足预定条件时终止所述波束成形方法。

本发明的第二方面在于一种系统，包括：波束控制器，所述波束控制器在波束训练序列期间调节波束；传感器，所述传感器在所述波束训练序列期间感测至少一个信道参数并响应波束训练序列获取数据；用于控制多个波束训练序列的配置模块；以及用于配置将提供与发射权重和接收权重的收敛相关的信息的后续训练发射的配置模块，所述配置模块利用从多于一个的过去的训练发射获取的数据创建要测试的波束训练序列。

本发明的第三方面在于一种包括含有指令的计算机可读存储媒体的计算机程序产品，当计算机程序产品被处理器执行时使所述计算机执行如下操作：确定最大比合并(MRC)向量的至少一部分；确定第一最大比发射(MRT)向量的至少一部分；基于所述第一MRT向量发射探测向量；利用所述MRC向量接收所述探测向量；确定所接收的探测向量的参数；将所述参数发回到源；基于所述参数和所述第一MRT向量执行定向发射；以及当满足预定条件时终止所述波束成形方法。

附图说明

当阅读下面的详细说明和参考附图时，本发明的各方面将变得很显而易见，其中相同标号指示相似的单元：

图1是可以建立网络通信的网络的框图；

图2是可以波束成形的网络的框图；

图3是为配置控制器和设备之间的通信而在设备和控制器之间进行的信息交换的示意图；以及

图4是说明用于同步网络的一种布置的流程图。

具体实施方式

以下是附图中所示的公开内容的实施例的详细说明。这些实施例如此详细以便清楚地传达本发明公开。然而，提供的大量细节并不是想要限制实施例的可预期的变化。下面的说明是用于解释而不是限制的目的，提出了特定细节，例如特定的结构、架构、接口、技术等，以便提供对本发明的各个方面的透彻理解。然而，对受益于本发明公开的本领域技术人员显而易见的是本公开的各个方面可以以不同于这些特定细节的版本来实现。在某些示例中，省略了公知的设备、电路和方法的说明，以不致因非必要的细节妨碍对要求权利的实施例的说明。其意图是覆盖所有落入所附权利要求限定的本发明公开的的精神和范围的所有修改、等效物和替代。

在一些实施例中，期望在设备和网络控制器之间的定向传输数据之前形成波束。大部分波束训练利用迭代过程，其中基于如方向、距离障碍等影响信道的参数将波束定向到期望位置。迭代过程可以包括确定相对方向、发射符号、响应发射监视性能参数、计算权重和基于先前获取的数据选择性地进行附加的发射。监视选择性发射的发射参数可以对将来进行什么样的信道调整能得到改善的通信有所认识。

因此，通过监视多个连续发射的波束所获得的信道性质可以提供关于如何改善定向通信性能的信息。根据一些实施例，迭代发射可以得到简化以揭示期望的数据而不会浪费时间和能量来创建已知或者可以通过计算来确定的数据。例如省略非必要发射的过程可以更快且更有效率地收敛于可接受的链路。对于天线阵列的每个馈电路径，可以通过调节放大器增益设置和相位延迟来控制波束。

在具有多个不同路径、放大器和移相器的情况中，可以理解，基于好的测量来提供良好调节的码本或者算法可以快速地确定提供可接受的通信信道的控制。因此，需要对波束控制信号或者控制向量和权重进行更改，这些更改定制(tailored)成针对超出指定的界限的信道状况进行校正同时使其它参数降级不超过可接受的界限。这种控制特征使系统能够快速地收敛于可接受的波束成形设置。在训练过程期间，可以在公开的波束精化过程的多次迭代期间逐渐地精化权重。通过修改波束成形权重或者控制设置并测试这种设置来调整波束之后，可以确定何时已实现可接受的信道性能。在一些实施例中，当满足预定标准时，例如当发射向量和接收向量收敛或者“相互指向对方”的时候，可以视为已经实现可接受的信道，可以终止波束成形过程。确定了可接受的控制设置或者权重之后，可以存储权重并且在每次设备通信时使用权重。

可以理解如果连接的网络设备相对于控制器移动(例如，飞机上或者图书馆中某人移动到另一个座位时)，或者通信信道被丢掉，必须再次进行波束成形过程。典型的波束成形过程可能超过400微秒，网络通信可能中断不可接受的一段时间。可以理解对于繁忙的网络控制器，非常期望尽可能地减少波束成形训练开销。

根据公开的布置，每个波束成形训练迭代可以包括两个步骤，在例如第一步骤的先前步骤中获取的数据可以在例如第二步骤的后续步骤中使用。例如，可以从第一步骤得到向量或者信道数据，此类数据可以用来确定最大比合并(MRC)权重，并且得到的数据可以用于确定最大比发射(MRT)权重。最优的MRC权重可以定义“最优的”接收器灵敏度波束，且最优MRT权重可以定义“最优的”发射波束。

通常，为了找到MRC权重，可以进行“分集合并”，其中可以将来自于每个天线信道的信号电平加到一起，并且可以使每个信道的增益与均方根(RMS)信号电平成比例。另外，可以将每个信道的增益设为与该信道中的均方噪声水平成反比的值。对于每个信道可以采用不同的比例常量。如上所述，MRC确定可以指示使朝发射源方向的接收器灵敏度最大化的接收灵敏度向量。MRC还可以称为平方比合并(ratio-squaredcombining)和预检测合并。

求解MRT权重可以指示使朝接收器定向的信号功率“最大化”的发射波束成形向量。在MRT权重分析中，控制器可以调节控制传输路径属性的复权重，以补偿下行链路信道增益从而产生网络设备处的信号增强-分集。即使接收器可能只有一个天线，仍可以实现这种调节。为了使该方法适合，可以从上行链路中的瞬时复增益得到该复权重，然而，上行链路测量和下行链路传输之间的延时和频率偏移可能降低两个方向(发射和接收)上的增益之间的相关性。可以利用所公开的布置来将对增益去相关的最终结果、多个天线和多用户系统中的衰落效应的负面影响减至最小。因此，即使利用低的下行链路传输功率时也能实现高质量通信控制。

如上所述，连续迭代(计算)可以利用以前的结果(由以前的计算得到的结果)，并且连续迭代可以提供给出改进的MRT和MRC权重的改进值。当计算MRC和MRT权重时可以假设单个数据流。然而还可以对所公开的布置进行较小的修改来执行多个数据流的计算。所公开的布置可以减少完成为了实现可接受的通信信道所需要的繁重训练开销所需的时间量、能量、资源、开销等。目前，现有技术的60GHz无线系统中最有效率的波束精化方法是在草案规范中定义的功率迭代过程。所公开的布置通过来自之前迭代的数据、利用最少的额外硬件减少训练开销从而在功率迭代方面得到改善。

在一些实施例中，所公开的布置可以绕开传统定向系统所采用的训练过程的冗余部分或者无用部分。可以通过将迭代过程中的训练模式着重于要揭示用于逊于完美性能的信道区域或需要改进的区域的可能改进的模式来实现这样的绕开。所公开的布置可以基于发射信道质量和接收信道质量来配置不同的传输协议。更明确地，在例如扇区扫掠或者粗调的初始校准之后，可以将波束精化过程中发射的训练符号的数量(设备和控制器两者)从N_t减少到N_t-1。

在传统系统中，阵列中单个发射天线的训练对于每次迭代的每个发射天线产生权重。这个过程是“重复命中”的，因此是效率不高的。根据本发明布置，无需此类工作。而且，减少波束成形工作可以减少波束训练开销。接收器和发射器的可用波束成形权重可以由向量u和v来表示。在一个回合(pass)中，控制器可以是发射器而设备可以是接收器，在另一个回合中，控制器和设备可以换位，设备可以是发射器而控制器可以是接收器。

如上所暗示，公开了采用系统、装置、方法和计算机可读媒体形式的布置，其可以提供无线网络中网络通信控制器(NC)与一个或者多个设备之间有效的建立和通信。无线网络的通信建立和管理可以包括例如设立信标(beaconing)、设备发现、位置检测、探测、关联请求、关联确认、授权请求、授权确认、波束成形和其它开销功能的过程。

可以理解当设备进入控制器所服务的区域时，设备相对于控制器的相对位置是未知的。在繁忙的网络中，期望进行一种有效率的设备连接过程，该过程可快速地确定相对方向从而能够快速且精确地确定波束形成控制向量或参数。这样的建立过程可以包括“扇区扫掠”来确定设备和控制器之间的大致位置关系，然后才进行其中将波束准确地聚集的训练序列或者波束精化过程(训练)。所公开的布置通过基于先前阶段确定的或者在其中测量的信道质量来定制训练过程以提供快速且有效率的波束精化布置。

为了处理此类建立，包括IEEE 802.15.3c、ECMA TG20、WiHD、NGmS和802.11 VHT的多个标准化组织一直在校订和/或致力于为利用千兆字节每秒(Gbps)60GHz或者毫米波通信的网络建立网络通信的标准。通常60GHz范围中的传输路径损耗非常高，并且因此数据定向发射对于实现期望的10米覆盖是重要的。另外，来自发射和接收波束成形的阵列增益对于实现可靠的数据通信所期望的信噪比(SNR)也是重要的。

为了实现低功率千兆赫兹通信，具有相控天线阵列的设备和控制器能够获得参数，并能够学习什么定向的、波束成形的发射提供可接受的结果。在提供这样的定向发射之前，可以在迭代学习过程期间确定控制波束的控制向量。这个学习过程可以包括定向搜索和定向数据获取或者波束搜索和获取过程。当确定可以提供用于网络传输的可接受且通常最优的SNR的控制功能时，波束训练过程可以终止，数据通信可以开始。目前或者现有技术中由标准委员会为相控阵列天线开发或者精化的波束搜索和精化拓扑是基于综合迭代方法的，其中对于每个步骤的每种情形都执行综合过程而不考虑当前信道性能(即，即使信道是最佳情况或者最坏情况，过程都是相同的)。

这个在心理上“假设”最坏情况的传统过程不必要地消耗了大量的时间、能量和资源，甚至在只有一个全接收天线的系统中也是如此。标准化的波束搜索可以开始于扇区扫掠以确定设备和控制器之间的大致相对方向，然后，持续地执行解决最坏情况条件的波束精化步骤。可以理解在控制器和设备得到大致波束方向之后，通常信道条件是好的，并且根据本公开，可以定制波束精化过程以实现“良好”信道条件，由此减少完成信道建立的时间。

根据所公开的布置，如果控制器和设备都具有良好校准的相控阵列，则可以用标准或者传统精化过程的小子集来形成可接受的通信信道。从而，可以监视信道参数，并且波束精化过程的后续步骤可以要求最少的时间和能量，但仍然能够为信道条件提供重要知识或者改进。这种定制且缩减的建立过程可以显著地减少无线网络的开销。然而，在某些环境中，例如扇区扫掠测试了最小的扇区以及相控阵列或者前端没有校准的情况中，可能需要大量的波束训练或者精化。因此，本文公开了基于检测到的信道条件或者获得的信道参数来定制波束精化过程，从而获得高速网络通信。

公开了允许有效率地建立网络通信的多个实施例。在一个实施例中，波束成形方法可以包括在多个方向上执行顺序波束发射，并接收由接收顺序发射的设备所发射的对顺序波束发射的回复。回复发射可以包括由接收器确定的、诸如到达方向、信噪比(SNR)、信干加噪比(SINR)、信号强度等与初始发射相关的参数。利用先前过程获得的数据和反馈，发射器可以确定和存储沿适合方向控制波束的向量。发射器还可以基于反馈为下一个训练步骤确定定制的“测试序列”。然后，可以基于来自一个或者多个先前迭代的结果或者数据，可再次精化/调整或者校准控制向量。定制的训练步骤可以从具有以特定方向发射的最小符号集的传输得到参数，并且可以利用这些参数来改进波束控制，并因此改进信道条件。

在一些实施例中，发射器得到一个或者多个通信参数之后，可以将这些参数与存储的参数、度量(metrics)或者预定的参数界限进行比较，并且当一个或者多个得到的参数在特定范围之内，或者等于、大于或者小于这些预定的界限时，波束成形过程可以终止，并可以进行高速网络通信。这样利用现存参数数据和监视来确定何时终止可以改进现有的波束成形过程。

因此，如果监视指示存在小于期望的SNR，则可进行最大训练过程，然而如果监视指示期望的SNR或者SINR，则可以执行某一级别的缩减的训练过程。更明确地，如果监视指示特定方向上的波束可以提供可接受的通信信道，并具有校准的阵列，则可以显著地缩减波束训练过程。因此，检测到的参数可以指示实现了哪个定制的波束训练过程，因此显著地减少无线网络的开销。

本文公开了多个方案，其能够收集关于信道条件的信息，并可以基于这些信道条件，执行定制的波束成形计算来产生有用数据。在一些实施例中，可以估算信道的SNR和/或SINR，并可以基于此估算，显著地减少完成波束训练过程所需的开销。在一些实施例中，可以确定一个或者两个阵列是否被校准，并可相应地定制分析。在一些实施例中，可以基于先前确定的信息来选择完成波束成形建立的过程。在一些实施例中，可以由发射器显式地或者隐含地发送信道信息，而不用知道接收器数据。例如，发射器可显式地向接收器发送消息告知在发射器的发射天线阵列和/或接收天线阵列已被校准。

在另一个示例中，发射器可以发送不同的训练序列来隐含地指示校准条件：校准的发射天线阵列、校准的接收天线阵列、未校准的发射天线阵列和未校准的接收天线阵列。当其它设备估算一个设备的校准信息时，可以利用从扇区扫掠获得的SNR或者SINR来进行该估算。例如，如果一个扇区具有显著地高于其它扇区的SNR，则采用全向接收器的接收器可以认为发射天线阵列已校准。得到校准信息之后，可以相应地优化和选择在后续训练过程中使用的波束训练序列。

在一些实施例中，可以基于先前获得的系统信息来执行训练的第一回合，然后，在第一次交换期间可以获得相同或者附加的系统信息，并且可以利用这些信息来选择或者确定在下一回合期间要用的序列。这样的迭代过程可以快速地形成提供可接受的且可能优化的通信的波束。或者说，在选择和执行了第一训练过程之后，可以进行另外的传输，可以获取另外的参数，并且可以基于此第二迭代选择和执行另一个训练过程。即使进行更多的计算，仍可以减少或者省略一些传输，从而对于大部分无线网络减少了开销和建立时间。

参考图1，显示无线网络(WN)100的基本配置。WN 100可以包括第一网络控制器NC 104、设备A 106、设备B 108、设备C 132、设备D 134和期望加入网络的设备，设备E 109。每个设备可以具有由天线阵列112、113、114和115图示的可操纵天线系统。NC 104和设备E 109可以包括波束控制器116和124、前端或者收发器(TX/RX)118和126、比较/配置模块120和128以及传感器模块122和130。虽然示出NC 104和设备E109具有天线阵列(112和114)，但是可以利用例如更多或者更少天线或者单个高度定向天线的其它硬件。NC 104可以帮助在NC 104和例如设备A 106、B 108、C 132、D 134和E 109的设备之间的通信建立。可以假设NC 104位于例如设备E 109的设备附近(小于15米)，以及假设设备E 109可以检测NC 104的非定向建立发射，并且NC 104可以检测设备E109的非定向建立发射。

WN 100可以是无线局域网(WLAN)或者无线个域网(WPAN)或者符合一个或多个IEEE 802系列标准的其它网络。NC 104可以连接到例如因特网102的一个或者多个网络。在一些实施例中，WN 100可以是微微网，其定义一组设备且该组设备具有占据与这些设备共享的物理信道的微微网控制器。在一些实施例中，例如个人计算机的设备可以作为NC104建立，然后其余设备A 106、B 108、C 132、D 134和E 109可以通过可由NC 104有效率地管理的控制/管理功能(例如波束成形)“连接”到WN 100。

所公开的系统100可以基于信道条件调适波束成形训练序列。可以由控制器进行计算，当计算需要数据时，可以利用基于“秘诀(recipe)”的发射以外的方法来获得数据。与传统系统相比，所公开的系统可以极大地改进整个系统启动效率。在一些实施例中，前端收发器(TX/RX)118和126以及波束控制器116和124可以在扇区扫掠期间或者在序列传输期间作为迭代训练步骤的一部分执行全向和定向发射。

在一些实施例中，前端收发器118可以发射训练例程(trainingroutines)，并基于接收到什么，设备E 109可以发回指示测量的波束成形的信道增益的传输(即提供反馈)。在其它实施例中，对于给定的MRC向量，接收器可以量化(quantizes)MRT向量，并将MRT向量的值反馈给发射器。然后发射器可以计算反馈MRT向量中与先前的MRT向量正交的一个或者多个分量。通常，整个信道矩阵在系统中不是可观测的/可获得的，但是从迭代可得到关于信道矩阵的一些信息。所公开的布置期望将每次迭代的量和持续时间最小化，并且可以通过将发送可通过其它方式获得的数据的传输减到最少来实现这点。从而，将交叠的发射信息减到最少或者尽可能少地执行发射交叠的数据，以便可以将迭代中信息交换的总量最大化。

在训练发射期间，传感器122和130可以测量通信参数，并可以帮助确定最大比合并(MRC)权重和最大比发射(MRT)权重。传感器122和130得到的数据可以由配置/比较模块120和128利用，配置/比较模块120和128可以计算如何改进信道性能，并基于计算，配置/比较模块120和128可以确定MRC权重和MRT权重。可以基于估算的MRC和MRT权重来定做(customize)后续的序列发射，以显著地减少设备进入网络的建立时间和开销。使用传统系统丢弃的信息来计算权重常常可以将需要的发射减少到目前的波束成形训练系统所需的发射的子集。即使目前由委员会指定的现有技术的训练系统也不使用先前的迭代中得到的数据。因此，当在训练分析中利用过去的信道参数时，可以省略传统方法下为获得信道参数所进行的发射。

可以理解，NC 104可以支持使用大部分无线技术的通信建立和通信，这些无线技术包括利用WLAN、无线移动自组织网络(WMAN)、WPAN、微波接入全球互通(WiMAX)、手持式数字视频广播系统(DVB-H)、蓝牙、超宽带(UWB)、UWB论坛、Wibree、WiMedia联盟、无线高清(HD)、无线通用串行总线(USB)、Sun微系统小可编程对象技术或者SUN SPOT和ZigBee技术的无线手机(例如蜂窝设备、手持设备、膝上型或者桌上型计算设备)。WN 100还可以与单个天线、扇区天线和/或多天线系统(例如多输入多输出系统(MIMO))兼容。

操作中，设备E 109可以进入网络区域或者可以在该区域中加电(powered up)。设备E 109可以监听NC 104进行的周期信标发射。基于信标发射的接收，设备E 109可以向NC 104发射关联请求信号，同时波束训练过程可以开始。通常，NC 104和设备E 109可以监视和利用特定频率来发射信标，并且信标可以包含网络定时指配信息，该信息可用来将用于波束成形过程的发射同步。在一些实施例中，当设备E 109试图加入网络100时，确定链路预算和阵列校准质量之后，设备E 109和NC104可以在波束成形期间实现序列长度。

最初，配置/比较模块120可以控制前端模块118和波束控制器116来通过顺序发射在不同扇区中发射波束。这可以被称为扇区扫掠。扇区图(sector map)110已经将NC 104周围的相对方向分成八个扇区。可以对设备E 109分配时隙并且设备E 109可以存储扇区序列，利用这类信息可以得到每个扇区中的发射参数。扇区的数量和朝向不是限制性的特征，这是因为可以采用更多扇区或者更少扇区或者几乎任何朝向。在扇区扫掠期间，设备E 109的前端126可以接收扇区扫掠的信号，传感器130可以检测或者获得可能信道的参数。虽然没有要求，但是为了开始波束训练过程，配置模块120可以控制前端模块118和波束控制器116以通过顺序发射在不同扇区中发射波束。这可以称为扇区扫掠。扇区图110已经将NC 104周围的相对方向分成八个扇区。可以对设备E 109分配时隙并且设备E 109可以存储扇区序列，利用这些信息可以得到每个扇区中的发射参数。扇区的数量和方向不是限制性的特征，这是因为可以采用更多扇区或者更少扇区或者几乎任何朝向。在扇区扫掠期间，设备E109的前端126可以接收扇区扫掠的信号，传感器130可以检测或者获得可能的信道的参数。

可以理解，当NC 104在扇区1、2、7和8中发射时，设备E 109可能无法接收可懂信号(intelligible signal)，NC 104在这些扇区中进行的发射的SNR可以由传感器130估算或者确定为差的、不期望的或者不可接受的。在一些实施例中，传感器130可以向配置/比较模块128发送获得的扇区相关数据，配置/比较模块128可以将获得的数据与预定的度量比较，可对这些扇区评级，并确定哪个扇区具有最佳的通信参数。配置/比较模块128然后可以启动向NC 104的返回发射，指示哪个扇区看来能提供最佳通信性质。

在一个示例中，传感器130可以接收由NC 104在扇区5中发送的发射，配置/比较模块128可以确定NC 104在扇区5中进行的发射具有非常高或者期望的SNR比率。设备E 109可以向NC 104发送这个信息，并在扇区扫掠之后，可以开始进一步的波束精化过程。在其中确定非常低的SNR的扇区发射中，可以将这些扇区标记为非期望的扇区。

在类似过程中，基于确定的MRT和MRC，设备E 109的配置/比较模块128可以控制前端模块126和波束控制器124以通过顺序发射在不同扇区中发射或者接收波束。设备E 109可以利用设备扇区图111来组织扇区扫掠。扇区扫掠可以由NC 104和/或设备E 109通过控制该阵列来进行。NC 104可以存储扇区索引、训练序列和定时布置，并可以利用此类同步数据得到设备E 109在每个扇区中所进行发射的参数。在扇区扫掠期间，NC 104的前端118可以接收扇区扫掠的信号，传感器122和130可以检测或者得到可能可接受信道的参数，这些参数可被发送回设备E 109，设备E 109可以利用这些参数来改进波束，并因此改进通信信道。通常，扇区扫掠可以允许发射器确定目标接收器的相对方向，可以允许接收器确定从发射器的到达方向。这样的参数能够使发射和接收天线阵列的增益在发射源的相对方向上得以“优化”。配置/比较模块120和128可以通过操纵如下向量或者控制向量来操纵信号发射，即该向量或者控制向量可改变信号路径的相位长度并可以相干方式放大期望信号以在期望方向上产生波束。

参考图2，以框图形式图示可以实现波束操纵的系统200。系统200可以包括数字基带发射器(Tx)202、数字基带接收器(Rx)204、放大器206和207、移相器208和210以及天线212和214。可以理解，为了简化，将只说明一个发射路径216和一个接收路径218。然而，可以利用多个不同路径来实现期望的天线增益。通常，更多路径和天线利用了可以由发射或者接收系统实现的更多增益。

在(可能只基于得到的低SNR)为设备和控制器选择了“最佳的”扇区之后，可以开始波束精化过程。即使在具有很低SNR区域的扇区中也可以执行波束搜索或者波束精化。在这种区域中，为了使扩展增益(spreading gains)达到期望的水平，可能需要被称为“码片(chips)”的长伪噪声(PN)码符号序列。可以利用长PN序列来将工作SNR“拉”到正区域(positive region)，以使控制器和设备可以得到足够准确的信道估算结果。符号发生器220可以用PN码符号的连续串来以伪随机方式对正弦波进行相位调制，其中每个符号具有比信息位或者数据短得多的持续时间。也就是说，每个信息位由快得多的码片的序列来调制。因此，码片速率比信息信号位速率高得多。

因而，作为波束成形的一部分，发射器202可以采用其中由发射器202产生的码片序列已经预先被接收器204知道的信号结构。接收器204然后可以利用相同的PN序列来抵消PN序列对接收信号的影响以重构信息信号和确定信道的质量。参数估算模块222然后可以估算例如信道的信噪比的信道参数，并可以执行与MRC和MRT相关的矩阵运算/计算。

基于扇区扫掠、得到的参数和估算的MRC和MRT，参数估算模块222可以向发射器202请求定制的PN序列。这种定制的序列可以是传统符号发射的小子集。可以理解，可以将控制信号224发送到放大器(例如放大器206和移相器208)，以便可以由系统200的发射器部分202和系统200的接收部分产生可接受的波束。控制信号224可以被看作权重，其中可以对模拟元件(例如放大器和移相器)赋予不同权重。码本可以是基于计算来调整权重放大器设置和移相器设置的查询表，其中基于得到的参数和计算，这些调整改变波束的位置或者将波束移动到特定位置。码本控制收敛发射和接收波束的尝试，其中期望的权重和“最优”权重可以提供期望的波束结果。控制器和设备中均可能存在图示为发射器侧的元件，使得控制器和设备均可以实现用于它们的发射和接收过程的波束成形。

可能影响扇区扫掠阶段(也可能是精化阶段)中参数估算模块222确定的SNR的一个参数是发射器和/或接收器的天线阵列的校准质量。另一个可能影响SNR估算的因素是由发射器和/或接收器在扇区扫掠过程使用的“码本设计”或者算法的效率。例如，假设具有36个天线的未校准的相控阵列将要用于发射和接收，扇区扫掠之后的波束成形增益可以确定为大约6分贝(dB)。然而，如果相控阵列得到良好校准，且码本具有有效的算法或者码本具有好的设计，则初始扇区扫掠之后的增益可以超过20dB。因此，当参数估算模块222确定扇区扫掠之后的增益是20dB时，可控制发射器202，以使波束控制向量确定过程的均衡可以被省略或者大大减少，这是因为发射器202发射最少数量的符号即可完成发射器202的波束成形过程。

参考图3，图示用于波束精化的通信会话示意图300。如上所述，由于功率需求、数据速率、拥塞、干扰等，波束成形实质上是利用60GHz范围附近的频率来通信的网络所必需的。为了实现定向通信的期望波束，这种网络通常执行训练过程来确定将提供期望波束的控制命令。为了确定此类控制命令，网络系统通常利用波束成形训练序列。传统波束成形方法消耗大量开销和占用大量时间来完成。传统或者甚至现有技术波束成形训练协议不适合例如信道质量或者校准质量的条件。因此，目前的训练协议设计用于要使“最坏情况”场合或者差的信道质量适应没有校准的过程并执行该过程。

因此，每次设备进入网络时都执行最坏情况波束成形过程，对可用带宽是非常低效的用法，这是因为在大多数情况下信道质量和校准质量都比最坏情况好很多。图3示出了一种调适波束成形过程以便基于计算MRT和MRC权重来减少扩展长度(spreading length)(或者训练时间)的方式。

网络控制器NC 332图示为从右侧发射和接收，设备302图示为从左侧发射和接收。传输314可以是从NC 332到设备302的、作为扇区扫掠的一部分的定向发射，其中302可以采用全向模式接收。来自于设备302的传输316可以是定向发射形式的扇区扫掠传输，这种传输可以携带来自于扇区扫掠传输314的信息，例如获取的信道参数和定向信息。NC 332可以采用全向模式接收定向发射，NC 332可以执行传输318，其具有指示设备302要利用的“最佳”扇区和可能指示最佳扇区的SNR的数据。传输314、316和318可视为扇区搜索传输336。

如上所述，扇区扫掠通常是波束成形过程的初始部分，其中可以通过将接收波束向不同扇区操纵并确定哪个扇区接收到最高的期望信号来确定输入传输的相对方向。更准确地说，扇区扫掠可以被看作如下的过程，即在该过程中发射器和接收器顺序地尝试不同扇区(扫掠不同扇区)，并测量期望频率的信号强度。可以选择接收到期望频率的最高信号电平的扇区用于进一步的分析。可以利用波束成形向量(放大器和移相器的控制信号)来控制发射器和接收器，以使设备或者控制器可以利用最佳扇区。该配置可以是如量化表或者码本中所描述、定义和存储的配置。通常，量化码本可以将信道空间划分为多个要尝试和监视的扇区(判定区域)，因此命名扇区扫掠。设备可以利用从先前步骤获得的MRT和MRC及其结果和信道质量和校准信息来优化后续训练序列。例如，如果传输314中的接收SNR高，那么可以缩减316中的序列长度。

在扇区扫掠之后，可以尝试波束精化。可以在扇区搜索之后执行波束精化阶段，例如其中以迭代方式使发射器和接收器波束成形向量逼近最优向量的三阶段。每个波束精化阶段可以开始于接收向量训练步骤，然后是发射向量训练步骤。图2中示出波束搜索或者波束精化中包含的步骤。描述了每个步骤所采取的动作。

如上所述，对于在60GHz范围发射的系统，需要波束成形才能实现高质量通信性能。然而，目前的波束成形训练序列需要大量开销，这样的过程耗费相对较长的时间。越多设备进入和离开网络，就需要越多开销来运行系统。由于网络中常常存在大量设备，以及典型控制器的工作量的原因，所以为了实现更高的网络效率，期望减少波束搜索开销。

现有技术的无线网络系统中，波束成形训练协议均不适合信道或者校准质量，并作为为了最坏情况场合设计的受管制的(regimented)过程。因此，该波束成形训练对于信道和校准质量比最坏情况场合好得多的大多数情况不是有效率的。

在扇区扫掠336之后进行的训练传输可以称为波束精化迭代阶段/传输338，其中这种传输338包括PN符号传输。根据本公开，可以基于先前传输期间获得的MRT和MRC权重参数或者与之相称地，在时间和范围上缩减波束精化传输338。更准确地说，可以在波束精化迭代阶段/传输338期间持续地调适序列长度。这些精化阶段338可以是迭代过程。每次迭代可以基于得到的信道参数来定做，其中基于得到的参数，可以从码本中选择控制向量并执行这些控制向量。而且，可以在连续迭代中精化控制向量以提供对于每次迭代的更高的波束成形增益。随着迭代的次数增加，对于每次迭代，可以缩减序列长度。在传输304、306、308、310、312、328和330期间，可以传送符号，并且随着波束逼近可接受的或者“最优”范围，可以确定SNR测量。320、322、324、326指示的传输可以包括利用先前迭代期间已获得的数据通过计算而产生的选择性向量。

参考图4，图示流程图400，其图示波束成形方法。最初，系统可以执行扇区扫掠，如框401所示。虽然扇区扫掠能够使功率迭代系统比传统系统用更少的时间收敛于可接受的信道配置，但是扇区扫掠是可选特征。可以理解，所公开的布置可以利用任意向量作为初始开始点来开始功率迭代过程。如框402所述，接收器可以计算当前MRC向量。所公开的方法持续地计算信道数据以尝试将波束成形的信道的增益提高/调整到“最大”。这种计算可以利用以下等式：

(u, v) = \arg \max_{| | \hat{u} | | = | | \hat{v} | | = 1} |\begin{matrix} {\hat{u}}^{H} & H & \hat{v} \end{matrix}| - - - (1)

其中H是发射器和接收器之间的有效信道矩阵，是波束成形权重和的波束成形的标量信道(scalar channel)。

此外，波束成形权重u和v可分别是接收器和发射器处的归一化波束成形向量。有效信道矩阵可以结合无线信道中固有的发射/接收加权矩阵的作用，有效信道矩阵的乘积可以是发射加权矩阵B_t(例如Hadamar矩阵)、无线信道H_w以及接收加权矩阵B_r的乘积(即H＝B_rH_wB_t)。B_r的第i行上的权重项可以形成第i个有效接收天线，并且类似地，B_t的第i列的权重项可以形成第i个有效发射天线。

H的第i行和第j列上的项可以是第i个有效接收天线和第j个有效发射天线之间的信道响应。如果H是已知的，那么u和v可以利用H的奇异值分解计算出来。然而，对于60GHz无线系统，发射器和接收器常常均不知道H。可以理解扇区扫掠的结果可以提供“等同于”或者表示信道矩阵的一行和一列的信息。然而，扫掠不提供足够的数据来填充整个矩阵。功率迭代(如下面的等式2所示)可以提供有效率的方法来得到u和v，这是因为通过等式2得到结果不需要传统系统中那样传统方式下消耗的能量、不会造成传统系统中那样传统方式下造成的干扰或者不需要传统系统中那样传统方式下所需要的成本昂贵的训练开销即可确定H的值。

通常，可以利用功率迭代(计算)为每个信道确定可以实现期望的信道质量和期望的信号质量的向量。在一些实施例中，可以利用改变输出功率向量的迭代方法。每次迭代可以具有两个步骤：发射向量确定步骤和接收向量确定步骤。如上所述，利用下面的等式，一个步骤(步骤1)可以确定MRC权重(接收权重)，另一个步骤(步骤2)可以确定最大比发射(MRT)权重：

步骤1：u(i)＝norm(Hv(i))

步骤2：v(i+1)＝norm(H^Hu(i))) (2)

噪声项已经被省略，以简化过程和分析，然而，在某些情况下，可以在后续阶段来考虑噪声项。在第i次迭代，发射器可以利用发射波束成形向量v(i)，其已经由接收器确定并作为反馈发送回发射器以便分析MRT权重。如上所述以及如框402所示，在等式二(2)中，发射器可以使用v(i)向接收器发送训练符号以定义发射属性。接收器可以估算使发射向量v(i)的接收信号强度最大化的所接收波束成形权重(即MRC权重)。MRC向量可以定义为u(i)，来自于最大比合并的波束成形信息是u^H(i)Hv(i)，可以用于确定该向量。

如框402所示，为了计算MRC向量和MRC权重，接收器可以在接收器阵列中每个有效接收天线上测量对来自发射器的单个发射的响应。如上所述以及如框403所示，接收器可以合成存储的信道响应来得到发射器MRT向量的一部分。可以利用接收器处测量的响应来创建向量Hv(i)(描述发射源的相对方向的向量)。接收波束成形向量可以产生使从特定方向接收的信号功率“最大化”的定向灵敏度，(即MRC向量，可以定义为u(i)＝norm(Hv(i)))，其中

norm (x) = \frac{x}{| | x | |}

将波束成形向量的量级归一化(将向量转化为单位向量)。

参考框403，接收器可以合成存储的信道响应以获得部分的发射器MRT向量。参考等式2的步骤二，可以在后续计算中确定或者估算MRT权重。在一些实施例中，发射器可以通过每个有效发射天线发送训练符号(可能是精简的符号集)。作为响应，接收器可以估算使接收向量u(i)的接收信号强度“最大化”的发射波束成形权重。为了实现这个估算，接收器可以利用u(i)来定义接收向量，且可以测量用于来自H中每个发射天线的每个发射的波束成形的信道响应。而且，还可以利用测量的信道响应来形成向量u^H(i)H。如框404所示，发射器和接收器都可以计算与当前和先前MRT向量互补的所需探测向量(表示定向发射)。

使收到的信号最大化的发射波束成形向量(即MRT向量)可以通过解v^H(i+1)＝norm(u^H(i)H)或者v(i+1)＝norm(H^Hu(i))来确定。如框405所示，发射器可以基于探测向量进行发射。如框406所示，响应接收到该信号，接收器可以利用合成的结果和接收到的响应来计算发射器的MRT向量。如框408所示，接收器可以向发射器发送量化的MRT向量。因而，对于第(i+1)次迭代，可以将v(i+1)和MRT向量反馈给发射器(发射回发射器)。

如果码本或者算法是有效率的，在一定数量的迭代之后u(i)和v(i)的值将收敛于可接受的或者理想的值。因此，在该过程期间满足了预定的度量或者条件的任何时间，波束训练过程可以结束。这种步骤由判定框420图示。

可以理解，可以省略步骤2中的至少一个训练(其中功率迭代中未利用一个或者多个天线)而不会有最终校准和信道质量的损害。接收器可以进行N_r次测量，其中N_r是接收天线的数量，可以将测量的响应堆积(stacked)以提供向量Hv(i)。

例如，在v(i)＝[1，0，…，0]^T的情况下，那么

Hv (i) = {[h_{11}, \cdot \cdot \cdot h_{N_{r} 1}]}^{T} .

在本示例中，等式2的步骤2中的第一个测量的响应(即u^H(i)H的第一项)是

u^{H} (i) H {[1,0, . . ., 0]}^{T} = \frac{{(Hv (i))}^{H}}{| | Hv (i) | |} Hv (i) = \frac{{| | Hv (i) | |}^{2}}{| | Hv (i) | |} = | | Hv (i) | | - - - (3)

其中

u (i) = \frac{Hv (i)}{| | Hv (i) | |}

被用于第二步骤的等式中。因为Hv(i)在步骤1中被测量，‖Hv(i)‖在步骤二开始之前已经是已知的，因此，步骤2“所需要”的第一测量可以略去，这是因为它是冗余的。即，步骤1中计算的归一化因子‖Hv(i)‖实际上是步骤2中第一测量的结果。因此，可以跳过或者省略第一测量，这个省略可以减少完成波束成形所需的开销。

上述示例，即(v(i)＝[1，0，…，0]^T)可以推广到任何v(i)。可以理解在等式(2)的步骤2中，可以对相应的接收向量u(i)确定MRT向量H^Hu(i)，(即最优发射向量)v(i+1)。在传统功率迭代中，发射器可以顺序地激活每个有效发射天线，接收器可以测量其中每个发射的波束成形的信道响应。

在一些实施例中，对于与v(i)互补的子空间，发射器只需要发送N_t-1个训练符号而非N_t个训练符号，这是因为v(i)的波束成形的信道响应可以容易地在接收器处合成，如框404所示。发射器可以通过方形正交矩阵表示N_t个有效发射天线的完整N_t维空间，

F = [\begin{matrix} v (i) & {\tilde{v}}_{1} & \cdot \cdot \cdot & {\tilde{v}}_{N_{t} - 1} \end{matrix}] - - - (4)

如框406所示，其中v(i)，相互正交，并具有单位范数(unitnorm)。涵盖与v(i)互补的子空间。可以理解有很多方法来生成F。一个方法是计算Householder矩阵，如下所示；

以及

w = \hat{v} (i) - [\begin{matrix} 1 \\ 0 \\ . \\ . \\ . \\ 0 \end{matrix}],

其中

\hat{v} (i) = e^{- jθ} v (i),

θ是v(i)的第一项的相位。v(i)的合成结果计算如下

u^{H} (i) Hv (i) = \frac{{(Hv (i))}^{H}}{| | Hv (i) | |} Hv (i) = \frac{{| | Hv (i) | |}^{2}}{| | Hv (i) | |} = | | Hv (i) | | . - - - (5)

N_t-1个波束成形的信道响应(或者测量)可以表示为对于发射向量表示为：

[\begin{matrix} r_{1} & \cdot \cdot \cdot & r_{N_{t} - 1} \end{matrix}] = u^{H} (i) H [\begin{matrix} {\tilde{v}}_{1} & \cdot \cdot \cdot & {\tilde{v}}_{N_{t} - 1} \end{matrix}] . - - - (6)

组合(5)和(6)得到等式

[\begin{matrix} | | Hv (i) | | & r_{1} & \cdot \cdot \cdot & r_{N_{t} - 1} \end{matrix}]

= u^{H} (i) H [\begin{matrix} v (i) & {\tilde{v}}_{1} & \cdot \cdot \cdot & {\tilde{v}}_{N_{t} - 1} \end{matrix}] . - - - (7)

= u^{H} (i) HF

根据(7)，MRT向量可被计算如下：

以及

v (i + 1) = \frac{H^{H} u (i)}{| | H^{H} u (i) | |} = \frac{F {[| | Hv (i) | | r_{1} . . . r_{N_{t} - 1}]}^{H}}{| | F {[| | Hv (i) | | r_{1} . . . r_{N_{t} - 1}]}^{H} | |}, - - - (8)

其中可以利用F^HF＝I和F^H＝F^-1。在一些实施例中，接收器可以量化向量v(i+1)并向发射器反馈量化索引(新的MRT向量)，这是因为接收器可以得到v(i)并构造F。因此，发射器和接收器都可以得到F，并且接收器可以提供关于新的量化的MRT向量的数据作为反馈，如框408所示。在一些实施例中，接收器可以反馈数据，然后发射器可以使用等式(8)计算MRT向量v(i+1)，这是因为F对于发射器是可用的或者可以被发射器得到。如框410所示，发射器可以通过信道传输对通过反馈传输从接收器接收的MRT向量的响应。

在一些实施例中且对于一些系统，接收器可以向发射器提供反馈，其中反馈只包括量化的相位信息，这是因为可以从传输扣留(withheld)幅度信息。发射器可以对每个物理天线发射恒定功率，在这种情况下，可以简化F的生成。发射器可以利用其第一列是v(i)的正交矩阵F替换B_t。可以从常数矩阵F₀转换得到F。F₀可以是正交矩阵，其项具有恒定模数，且其第一列是[1，…，1]^T。可以理解，有很多其它方法来生成F₀。例如，F₀可以是如

[\begin{matrix} 1 & 1 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & - 1 & - 1 \\ 1 & - 1 & - 1 & 1 \\ 1 & - 1 & 1 & - 1 \end{matrix}]

的Hadamar矩阵。

在其它实施例中，可以是具有恒定项模数的正交矩阵，其中的第一列不是[1，…，1]^T。可以将转换成第一列是[1，…，1]^T的正交矩阵F₀。可以将的每一行的相位旋转，以使第一项具有零相位，如

F_{0} = diag (f_{1}^{H}) {\tilde{F}}_{0},

其中f₁是的第一列，diag(x)是以向量x的项作为对角项的对角矩阵。使用以[1，…，1]^T为第一列的F₀，发射器可以通过简单的相位旋转来按如下等式计算F：

其中diag(x)是以向量x的项为对角项的对角矩阵。因为v(i)含有具有恒定模数的项，所以它遵循diag(x)是正交矩阵。因此，F是正交矩阵，这是因为它是两个正交矩阵的乘积。而且，因为F₀的第一列是[1，…，1]^T，所以它也是F或者v(i)的第一列。即，F可以具有等式(4)的形式，发射器可以使用第2、…、N_t列通过信道传输，如框410所示。可以保存v(i)的训练结果，并在将来的计算中利用。接收器可以合成存储的信道参数以获得其新的MRC向量的一部分，如框412所示。可以理解保存/利用/再利用此类结果显然不同于传统功率迭代系统和原理，传统功率迭代系统和原理丢弃或者忽略此类参数。在发射器和接收器之间不发射由先前迭代已知的或者可通过其它方式获得的数据可以提供缩减的训练协议。如框414所示，接收器可以计算与当前和先前MRC向量互补的接收向量。

如上面所公开的，通过在接收器处计算MRC，在改进结果的情况下，节省了训练时间和能量。可以保存来自一次或者多次先前迭代的训练结果(MRC权重)并在后续迭代中利用这些训练结果以便提高每次迭代的精确性。对于每次迭代，训练信号或者反馈的发射器可以确定具有将提供所需信息的向量的选择性发射。此类发射可以是传统系统会发射的内容的子集。先前训练的结果可以包括接收器对信道参数的检测或者对波束成形的发射向量的响应(即MRC和MRT)。可以使用如下公式计算新的MRC向量

v(j)对于j＝1，…，k，即r(j)＝Hv(j)

类似地，也可以在先前的训练周期期间保存接收向量u(i)的波束成形的信道响应(对于i＝1、…、l，即γ(i)＝H^Hu(i))。甚至无需在接收器处合成结果，利用存储的先前训练结果即可提高估算精确性，这是因为测量的结果通常包含噪声数据或者噪声测量数据，并且组合这些结果或者利用该数据可以在信道计算中提供改进的精确性。可以理解，传统系统或者传统过程丢弃所有先前的结果或者噪声数据。

在框414处通过MRC权重估算提供的功率迭代中，接收器可以基于一些标准(例如最大波束成形增益)来计算下一训练周期的新向量v_k+1，接收器可以确定进一步迭代的波束成形信道响应向量Hv(k+1)。在这种确定中，v(k+1)＝v_s+v_⊥，其中v_s可以是v(k+1)的位于先前训练的向量v(j)，j＝1，…，k涵盖的子空间中的分量；v_⊥是v(k+1)的与先前训练的向量涵盖的子空间正交的分量。因为v_s位于该子空间中，所以可以将v_s书写为

v_{s} = \underset{j}{Σ} α_{j} v_{j} .

因此，对v_s的信道响应可以计算为

{Hv}_{s} = \underset{j}{Σ} α_{j} Hv (j) = \underset{j}{Σ} α_{j} r (j),

这种数据可作为先前训练的结果存在于接收器的存储器中。

因此，发射器只需要利用v_⊥而不是v_s发送训练符号以完成期望的计算。在一些实施例中，接收器只需要向发射器发送v_⊥的反馈，并可以在接收器处测量Hv_⊥。然后可以利用如下等式计算v(k+1)的信道响应：

Hv (k + 1) = H (v_{s} + v_{&perp;}) = \underset{j}{Σ} α_{j} r (j) + {Hv}_{&perp;} - - - (10)

应当注意接收器可以获取和存储发射器获取和存储的所有信息，这是因为发射器处的信息通常是接收器已反馈的信息，反之亦然。如果v_s和v_⊥的计算算法在发射器和接收器处都是已知的，则接收器就知道关于发射器的任何信息，反之亦然。因此，在一些实施例中，接收器可以计算MRT向量v(k+1)，将其量化，并将其反馈到发射器。

在传统功率迭代方法中，直接测量Hv(k+1)，且将发射功率分成两个方向v_s和v_⊥。可以理解v_s的一部分被浪费，这是因为在训练之前，在接收器处已知了该结果。既然v_s浪费一些功率，期望的方向v_⊥未包括全部发射功率。可以理解，训练时间可以与所利用的信号功率成比例。因此，在这种情况下，训练时间可能被延长，这是因为发射功率是受限的，且在v_⊥方向上的信噪比(SNR)应当高于预定门限值才能实现可靠的结果。传统功率迭代中的v(k+1)的v_s分量通常浪费大约30％的功率。相反，所公开的布置将所有功率放在需要的方向上，并因此显著减少训练时间。

可以对MRT功率迭代步骤应用类似修改。当接收器想知道用于进一步迭代(further iterations)的波束成形的信道响应向量H^Hu(l+1)时，接收器可以基于某一标准计算下次训练的新向量u(l+1)。假设u(l+1)＝u_s+u_⊥其中u_s是u(l+1)中位于先前训练的向量u(i)，i＝1，…，l.涵盖的子空间中的分量；u_⊥是u(l+1)中与先前训练的向量涵盖的子空间正交的分量。因为u_s位于该子空间中，所以可以将u_s书写为

u_{s} = \underset{i}{Σ} β_{i} u_{i} .

因此，可以按如下等式计算对u_s的波束成形的信道响应：

H^{H} u_{s} = \underset{i}{Σ} β_{i} H^{H} u (i) = \underset{i}{Σ} β_{i} γ (i)

且，

可以在接收器处基于先前训练确定期望值。因此，接收器可以只需要接收利用u_⊥而不是u_s的训练符号。然后可以按如下等式计算u(l+1)的信道响应：

H^{H} u (l + 1) = H^{H} (u_{s} + u_{&perp;}) = \underset{i}{Σ} β_{i} γ (i) + H^{H} u_{&perp;} - - - (11)

如框416所示，发射器可以基于估算的信道发射波束，接收器可以利用估算的接收器向量接收该信道传输。如框418所示，接收器可以利用合成的结果和接收的响应计算新的MRC向量。

在一些实施例中，接收器(或者发射器)都不移除v_s(和/或u_s)的测量。然而，所公开的方案可能需要发射器和接收器之间关于利用和再利用数据的某种协调。在一些实施例中，收发器可能遵循传统收发器采用的旧式功率迭代，并可能无法识别所公开的/改进的布置。在这种情况下，发射器(或接收器)仍然可以发送或者接收落入先前测量的子空间v_s(或u_s)的信号。即使在这种情况下存储先前的测量结果也是有帮助的。收发器可以如先前的情况那样不移除v_s(或u_s)中的测量，但是收发器可以增强对有噪声信道的v_s(或u_s)的先前测量的精确性。可以理解有很多方法来组合例如最大比合并或者等增益合并的相同v_s(或u_s)的信号。

如框420所示，可以确定是否满足一个或者多个预定的条件。如果满足了这些条件，则过程可以结束，而如果条件不满足，则过程可以迭代回到框403，其中接收器可以合成存储的信道响应，且过程可以迭代直到满足条件为止。在一些实施例中，预定的条件可以是迭代次数。因此，系统可以对迭代计数，并且在固定次数的迭代之后，波束精化过程可以终止而无论是否收敛。这个预定的度量可以是基于统计的次数，其中此次数的迭代几乎总是提供可接受的结果。在其它实施例中，可以监视信道的SNR，且一旦实现预定的SNR测量值，则波束精化过程可以终止。因此，可以利用一些预定的标准来终止波束精化过程，且当条件满足时会发生终止。

利用上述布置，假设最佳情况的定时，且没有天线相关性的情况下，得到非视线(non-line of sight，NLOS)信道的仿真结果。利用所公开的布置，可以比传统功率迭代布置更快地创建可接受的通信信道。通常，波束成形过程可以将接收信号的功率提高约30dB，这可能是高质量通信与极差通信之间的差距。对于没有校准收发器链的系统，波束成形通常对于实现定向通信更重要(通过扇区搜索和波束精化)。在现有技术系统中，功率迭代方法通常是最有效率的波束精化过程，且此类过程已经被例如WiHD的现有标准化协议所采用。

可以利用软件程序来实现本文公开的每个过程。本文所述的软件程序可以在例如个人计算机、服务器等任何类型的计算机上运行。任何程序可以被包含在多种信号承载媒体上。示意性的信号承载媒体包括但不局限于：(i)永久地存储在不可写存储媒体上的信息(例如计算机内的只读存储器设备，诸如CD-ROM驱动器可读取的CD-ROM盘)；(ii)存储在可写存储媒体上的可更改的信息(例如磁盘驱动器内的软盘或者硬盘驱动器)；以及(iii)通过包括无线通信的通信媒体(例如通过计算机或者电话网)传送到计算机的信息。后一个实施例明确地包括从因特网、内联网或者其它网络下载的信息。此类信号承载媒体在携带指引本发明公开的功能的计算机可读指令时表示本发明公开的实施例。

所公开的实施例可以采取完全是硬件的实施例、完全是软件的实施例或者包括硬件单元和软件单元的实施例的形式。在一些实施例中，所公开的方法可以利用软件来实现，其包括但不局限于固件、常驻软件、微代码等。而且，这些实施例可以采取可从计算机可用媒体或计算机可读媒体访问的计算机程序产品的形式，其提供被计算机或任何指令执行系统使用的程序代码或与其结合的程序代码。出于此描述的目的，该计算机可用或者计算机可读媒体可以是可包含、存储、传递、传播或传输被指令执行系统、装置或设备使用的程序或与其结合的程序。

系统组件可以从电子存储媒体中检索指令。该媒体可以是电子、磁、光、电磁、红外或者半导体系统(或装置或设备)或传播媒体。计算机可读媒体的示例包括半导体或者固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘(rigid magnetic disk)和光盘。目前光盘的示例包括压缩光盘-只读存储器(CD-ROM)、压缩光盘-读/写(CD-R/W)和数字多功能光盘(DVD)。适合于存储和/或执行程序代码的数据处理系统可以包括至少一个通过系统总线直接或者间接耦合到存储元件的处理器、逻辑或状态机。存储元件可以包括在程序代码的实际执行期间所用的本地存储器、大容量存储装置以及为了减少在执行期间必须从大容量存储装置检索代码的次数而提供对至少一些程序代码的临时存储的高速缓冲存储器。

输入/输出或I/O设备(包括但不局限于键盘、显示器、点击设备等)可以直接地或者通过中间I/O控制器耦合到系统。网络适配器也可以耦合到系统以使数据处理系统能够变成通过中间专用或者公共网络耦合到其它数据处理系统或者远程打印机或者存储设备(storage device)。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡正是一些目前可用的网络适配器的类型。

对于受益于本公开的本领域技术人员显而易见的是，本公开设想可提供上述特征的方法、系统和媒体。可以理解详细说明书和附图中所示的和所描述的实施例的形式仅仅是用来作为建立和利用所公开的原理的可能方式。所附权利要求理应广义地解释为涵盖所公开的示例实施例的所有变化。

Claims

1.一种波束成形方法，包括：

确定最大比合并MRC向量的至少一部分；

确定第一最大比发射MRT向量的至少一部分；

基于所述第一MRT向量发射探测向量；

利用所述MRC向量接收探测向量；

确定所接收的探测向量的参数；

将所述参数发回到源；

基于所述参数和所述第一MRT向量执行定向发射；以及

当满足预定条件时终止所述波束成形方法。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述参数是波束成形的信道增益。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述参数是基于所述第一MRT向量的量化的MRT向量。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述参数是计算的分量，所述计算的分量作为MRT向量中与所述第一MRT向量正交的部分被发回，以便能够减少发射器和接收器之间交换的信息。

5.如权利要求1所述的方法，其中利用所述MRC向量接收的探测向量与当前和先前MRT向量互补。

6.如权利要求1所述的方法，其中接收器计算第二MRT向量并将所述第二MRT向量发送到发射器。

7.如权利要求1所述的方法，其中接收器只发射合成的结果，而发射器基于所述合成的结果来计算MRT向量。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述定向发射包括从先前发射或者计算利用过的MRT或MRC向量的其中之一确定的向量。

9.如权利要求1所述的方法，还包括执行扇区扫掠。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述预定条件是发射权重向量和接收权重向量的收敛。

11.如权利要求1所述的方法，还包括在预定数量的步骤或者信噪比的其中之一之后终止所述方法。

12.一种系统，包括：

波束控制器，所述波束控制器在波束训练序列期间调节波束；

传感器，所述传感器在所述波束训练序列期间感测至少一个信道参数并响应波束训练序列获取数据；

用于控制多个波束训练序列的配置模块；

用于配置将提供与发射权重和接收权重的收敛相关的信息的后续训练发射的配置模块，所述配置模块利用从多于一个的过去的训练发射获取的数据创建要测试的波束训练序列；以及

耦合到所述波束控制器的收发器和天线阵列，其中所述收发器配置成执行如权利要求1所述的波束成形方法。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述传感器是信噪比传感器或者信干加噪比传感器。

14.如权利要求12所述的系统，其中所述波束训练序列包括定制成使所述发射和接收权重收敛的发送和接收向量。

15.一种波束成形装置，包括：

确定最大比合并MRC向量的至少一部分的部件；

确定第一最大比发射MRT向量的至少一部分的部件；

基于所述第一MRT向量发射探测向量的部件；

利用所述MRC向量接收探测向量的部件；

确定所接收的探测向量的参数的部件；

将所述参数发回到源的部件；

基于所述参数和所述第一MRT向量执行定向发射的部件；以及

当满足预定条件时终止所述波束成形方法的部件。

16.如权利要求15所述的波束成形装置，包括：计算所述参数的部件，所述参数作为MRT向量中与所述第一MRT向量正交的部分被发回，以便能够减少发射器和接收器之间交换的信息。

17.如权利要求15所述的波束成形装置，包括：执行扇区扫掠的部件。

18.如权利要求15所述的波束成形装置，包括：在接收器处合成用于获得MRT向量的一部分的信道响应和用于获得MRC向量的一部分的信道响应的部件。

19.如权利要求15所述的波束成形装置，包括：响应检测到预定义条件而终止所述方法的部件。