CN102405554A - 异构天线系统的用于使用固定时间窗口的自适应波束形成训练的系统和方法 - Google Patents

异构天线系统的用于使用固定时间窗口的自适应波束形成训练的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于在无线网络中的异构无线装置之间执行波束形成训练的系统和方法。固定时间周期中的多个时隙被分配用于发射和/或接收扇区训练。被分配用于发射和/或接收扇区训练的时隙的数量是基于无线站的天线配置。

Description

异构天线系统的用于使用固定时间窗口的自适应波束形成训练的系统和方法
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体地，涉及使用高效波束形成协议以基于毫米波技术支持异构天线系统。
背景技术
毫米波(mm-wave)千兆比特每秒(Gbps)通信的主要难题之一是差的链路预算，这是由于在毫米波频带中传播的无线电信号经历明显的路径损耗、反射损耗及其他恶化。已知的在毫米波带宽无线电信号的有损特性以及有限的CMOS性能，Gbps通信变得非常困难。为了改善链路质量，通常优选定向传输。
由于极其短的波长，从而有可能并有利于将大量(例如，10和64之间)的天线元件集成到天线包。因此，以高波束形成增益和电子操控为特色的基于天线的波束形成成为有吸引力的解决方案。可通过在波束形成无线系统中周期性地执行天线训练来获得信噪(S/N)比的改善。
在一些通信系统(例如，使用毫米波频带的无线通信系统)中，站可使用包括单个天线、固定扇区天线、转换波束天线和相位天线阵列的异构天线类型。通常，在这些网络中所需的初始步骤在于执行站和网络协调器站之间的波束形成(寻找最优的发射和接收的定向天线)，以能够在稍后阶段进行高吞吐量的数据传输。因此，存在于具有固定波束形成周期的高效波束形成协议中的要求是可向异构天线提供较少的协议开销。
发明内容
技术问题
在一实施例中，存在一种在无线网络中的异构无线装置之间执行波束形成的方法。
最优模式
本发明的系统、方法和装置各具有若干方面，其中的单个不单独负责本发明期望的属性。在不限制由权利要求表示的本发明的范围的情况下，现将简要讨论本发明的更为显著的特征。
在一实施例中，提供了一种在无线网络中的异构无线装置之间执行波束形成训练的方法。所述方法包括确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期，所述固定时间周期包括发起基础训练窗口和应答基础训练窗口。所述方法还包括基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描的时隙的第一数量。所述方法还包括基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第二数量。所述方法还包括将第一数量的时隙分配给发起基础训练窗口。所述方法还包括将第二数量的时隙分配给应答基础训练窗口。所述方法还包括在第一数量的时隙在多个发射扇区中将第一多个训练包发送到无线装置，该无线装置接收第一多个训练包并估计最佳发射扇区，其中，所述最佳发射扇区包括与第一多个训练包中的以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区。所述方法还包括从所述无线装置接收指示最佳发射扇区的数据。所述方法还包括在第二数量的时隙中的至少一个在多个接收扇区中从无线装置接收第二多个训练包。所述方法还包括估计最佳接收扇区，从而完成波束形成训练，其中，所述最佳接收扇区包括与第二多个训练包中的以最高链路质量接收的第二训练包相关联的扇区。
在另一实施例中，提供了存在一种在无线网络中的异构无线装置之间执行波束形成训练的方法。所述方法包括基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定在超帧中的固定时间周期的用于发射扇区扫描的时隙的第一数量。所述方法还包括在第一数量的时隙在至少一个发射扇区中将至少第一训练包发送到无线装置，该无线装置被配置为接收第一训练包并估计最佳发射扇区，其中，所述最佳发射扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区。所述方法还包括从所述无线装置接收指示最佳发射扇区的数据。
仍在另一实施例中，提供了一种在无线网络中的异构无线装置之间执行波束形成训练的方法。所述方法包括基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定在超帧中的固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第一数量。所述方法还包括在第一数量的时隙的至少一个在至少一个接收扇区中从无线装置接收至少第一训练包。所述方法还包括估计最佳接收扇区，其中，所述最佳接收扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区。
在另一实施例中，提供了存在一种在无线网络中的装置之间执行波束发现的方法。所述方法包括确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期。所述方法还包括至少基于天线配置来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描和接收扇区扫描中的至少一个的时隙的第一数量。所述方法还包括至少基于天线配置来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描和接收扇区扫描中的至少一个的时隙的第二数量。所述方法还包括将第一数量的时隙和第二数量的时隙映射到在固定时间周期内可用的全部数量的时隙。
仍在另一实施例中，提供了一种无线网路协调器。所述无线网路协调器包括天线。所述无线网路协调器还包括处理器，该处理器用于确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期，所述固定时间周期包括发起基础训练窗口和应答基础训练窗口；用于基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描的时隙的第一数量；用于基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第二数量；用于将第一数量的时隙分配给发起基础训练窗口；用于将第二数量的时隙分配给应答基础训练窗口；用于在第一数量的时隙在至少一个发射扇区中将至少第一训练包发送到无线装置，该无线装置被配置为接收训练包并估计最佳发射扇区，其中，所述最佳发射扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区；用于从无线装置接收指示最佳发射扇区的数据；用于在第二数量的时隙中的至少一个在至少一个接收扇区中从无线装置接收至少第二训练包；用于估计最佳接收扇区，其中，所述最佳接收扇区包括与以最高链路质量接收的第二训练包相关联的扇区。
在另一实施例中，提供了一种无线站。所述无线站包括天线。所述无线站还包括处理器，该处理器用于基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定在超帧中的固定时间周期的用于发射扇区扫描的时隙的第一数量；用于在第一数量的时隙在至少一个发射扇区中将至少第一训练包发送到无线装置，该无线装置被配置为接收训练包并估计最佳发射扇区，其中，所述最佳发射扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区；用于从无线装置接收指示最佳发射扇区的数据。
仍在另一实施例中，提供了一种无线站。所述无线站包括天线。所述无线站还包括处理器，该处理器用于基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定在超帧中的固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第一数量；用于在第一数量的时隙中的至少一个在至少一个接收扇区中从无线装置接收至少第一训练包；用于估计最佳接收扇区，其中，所述最佳接收扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区。
在另一实施例中，提供了一种无线网络协调器。所述无线网路协调器包括天线。所述无线网路协调器还包括处理器，该处理器用于确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期；用于至少基于天线配置来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描和接收扇区扫描中的至少一个的时隙的第一数量；用于至少基于天线配置来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描和接收扇区扫描中的至少一个的时隙的第二数量；用于将第一数量的时隙和第二数量的时隙映射到在固定时间周期内可用的全部数量的时隙。
有益效果
本发明的实施例可允许较快的波束形成(BF)训练，无须执行穷尽搜索。
附图说明
图1是示出具有用于在第一站和第二站之间波束形成训练的固定时间波束形成周期的超帧的一实施例的示图。
图2A示出具有总计16个发射扇区和接收扇区的协调器的示例的示图，其中，固定时间波束形成周期包括总计16个时隙。
图2B示出具有总计16个发射扇区和接收扇区的协调器的另一示例的示图，其中，固定时间波束形成周期包括总计16个时隙。
图3A示出具有8个发射扇区和2个接收扇区的协调器的示例的示图，其中，固定时间波束形成周期包括总计16个时隙。
图3B示出具有4个发射扇区和4个接收扇区的协调器的示例的示图，其中，固定时间波束形成周期包括总计16个时隙。
图4是示出第二示例超帧的示图。
图5是示出部分或全部使用固定时间波束形成周期的用于在初始扇区训练(IST)期间时隙分配的过程的示例的流程图。
图6是示出在初始扇区训练(IST)阶段期间波束形成协议的示例的示图。
图7是示出最终扇区训练的示例的示图。
图8是示出波束细分的示例的示图。
图9是示出具有反向链路波束细分的部分波束细分的示例的示图。
图10是示出具有前向链路波束细分的部分波束细分的示例的示图。
图11是示出根据特定实施例的示例收发器结构的功能框图，可表示在无线系统中的包含高效波束形成协议的通信装置。
图12和图13是包括被配置为在使用训练的天线发射数据之前执行天线训练会话的两个波束形成通信装置(即，发送器和接收器)的示例波束形成无线系统的功能框图。
图14A、14B和14C是示出可被合并到诸如在图12和图13中示出的发射装置或接收装置中的不同类型的定向天线的示例的示图。
具体实施方式
特定实施例提供一种异构天线系统(诸如单个天线、固定扇区扇面天线、转换波束天线和相位天线阵列)的用于使用固定时间窗口的自适应波束形成训练的方法和系统。在一些实施例中，通过以下描述的自适应波束形成协议，通过属于发射装置和接收装置的天线的波束形成不同类型来提高无线网络的吞吐量。
以下的详细描述是针对本发明的特定示例实施例。然而，本发明可以以如权利要求所限定和覆盖的多个不同方式被实施。在此描述中，参照附图，其中，相同的部件始终被指定为相同的标号。
这里描述的针对异构定向天线的波束形成协议的各种实施例可被应用于关于毫米波通信网络的包括无线千兆联盟(WiGig)标准、IEEE 802.15.3c标准和ECMA TC48标准的各种无线标准，并且能够支持可使用具有不同数量的天线元件的不同天线类型的发射-接收装置。另外，通过使用用于波束形成的固定时间窗口来使训练开销最小化。
这里描述的波束形成协议可支持不同天线配置(包括开关(扇区)阵列天线、相位阵列天线和单个天线元件)之间的定向传输。针对包括在发射装置和接收装置两处的相同类型的天线(例如，相位阵列天线)的异构天线配置的天线训练协议已被公开在于2007年7月30日提交的名称为“在无线通信系统中的用于模拟波束形成的方法和系统(Method and System For AnalogBeamforming In Wireless Communication System)”的第11/881,978号美国专利申请中，通过引用全部包含于此。以下将描述针对异构天线配置的波束形成协议。可在无线通信网络的第一相关站(STA 1)和第二相关站(STA 2)之间执行波束形成协议。在一些实施例中，多个站中的一个(例如，STA 1)可包括网络协调器站(协调器)。
经天线(用这里描述的波束形成协议的特定实施例进行训练)在装置之间无线传输的数据可包括运动视频、静止图像或多媒体数据的其他任何适当类型中的一个或多个。
概述
无线通信网络的每个相关站(STA)可被配置为在特定地理区域发送通信和接收通信。例如，如图2和图3所示，所述地理区域可由围绕STA的圆表示。另外，STA支持在地理区域内的通信的定向发送和接收。因此所述地理区域可被划分为多个发射扇区和多个接收扇区，其中，扇区对应于STA的定向性能。每个发射扇区是STA可定向发送数据的不同的地理方向。每个接收扇区是STA可接收数据的不同的地理方向。STA的发射扇区和接收扇区的数量取决于STA的天线配置。在一实施例中，STA的发射扇区和接收扇区的数量是相同的。在另一实施例中，STA的发射扇区和接收扇区的数量是不同的。另外，在一实施例中，STA的发射扇区和接收扇区的数量可以是固定的。在另一实施例中，STA的发射扇区和接收扇区的数量可以是动态的并且随时间变化。
对于在两个STA(STA 1和STA 2)之间的通信，确定针对每个STA的最佳发射扇区和最佳接收扇区会是有利的。每个STA可在给定时刻在前向链路(FL)和/或反向链路(RL)上与一个或多个STA通信。从STA 1的参考点起的用于在STA 1和STA 2之间的通信的前向链路和反向链路可按以下所述。例如，用于与STA 2通信的STA 1的前向链路是从STA 1到STA 2的数据的发送。用于与STA 2通信的STA 1的反向链路是在STA 1处从STA 2的数据的接收。STA 1和STA 2可各自执行针对发射扇区和接收扇区两者的前向链路和反向链路两者。STA可执行发射扇区扫描(TXSS)和接收扇区扫描(RXSS)两者，其中，在发射扇区扫描中，STA对STA的一个或多个发射扇区测试在该发射扇区中的通信质量，在接收扇区扫描中，STA对一个或多个其接收扇区测试在该接收扇区中的通信质量。STA 1和STA 2可执行用于确定STA 1的最佳发射扇区的前向链路TXSS(F-TXSS)。STA 1和STA 2可执行用于确定STA 1的最佳接收扇区的反向链路(R-RXSS)。STA 1和STA 2可执行用于确定STA 2的最佳发射扇区的反向链路TXSS(R-TXSS)。STA 1和STA 2可执行用于确定STA 2的最佳接收扇区的前向链路RXSS(F-RXSS)。因此，可对扇区的四个不同的组执行波束形成。
在一实施例中，无线通信系统包括一个或多个STA(例如，STA 1和STA2)。STA可使用用于数据传送的超帧结构。所述超帧可对应于用于STA之间数据通信的随时间重复的时间间隔。所述超帧可被划分为时隙。可针对STA之间通信的一个或多个类型预留每个时隙。例如，如下面所讨论的，可在超帧中针对不同扇区的扫描预留不同的时隙。
无线通信网络的STA中的一个可以是网络协调器站(协调器)。协调器可被配置为在超帧中保留时隙以用于波束形成训练。协调器可将关于保留的时隙的信息和在不同的STA之间的其他前向和/或反向链路训练设置信息发送到其他STA。例如，在一实施例中，协调器可在超帧中保留用于在它和另一STA之间的波束形成训练的时隙。在这个实施例中，协调器可以是STA 1，其他STA可以是STA 2。协调器STA 1可将关于用于训练设置的保留的时隙的信息发送到STA 2。在另一实施例中，协调器可在超帧中保留用于在两个其他STA之间的波束形成训练的时隙。在这个实施例中，协调器可将关于用于训练设置的保留的时隙的信息发送到STA 1和STA 2。
在一些实施例中，协调器在超帧中规定用于初始扇区训练(IST)的固定时间BF周期(FBP)。在FBP期间，协调器与SAT执行IST，其中，在该IST中，协调器可自适应地执行TXSS和RXSS。在一实施例中，协调器可在时隙中的固定时间BF窗口内提供全部的协调器TXSS和协调器RXSS。在另一实施例中，协调器可留下未使用的一些时隙。仍在另一实施例中，协调器可通过按均匀或者不均匀的方式覆盖全部方向来执行RXSS的多个循环。对于TXSS和RXSS的实际使用的时隙可取决于协调器STA性能及其服务的环境。
在一实施例中，对于每个超帧，FBP可以是不同的。在一些实施例中，在FBP内，前向链路TXSS和反向链路TXSS可在协调器和STA处分别被执行。在另一实施例中，前向RXSS和反向RXSS可在STA和协调器处分别被执行。仍在另一实施例中，前向TXSS和反向RXSS可在协调器处被执行。仍在另一实施例中，前向RXSS和反向TXSS可在STA处被执行。
在一些实施例中，在FBP内使用TX/RX扫描的通用映射来执行针对异构天线类型(单个元件、扇区天线、相位阵列天线等)的同时的波束形成训练。
在一些实施例中，在IST之后，关联和剩余训练(RT)可按任何次序发生，以能够根据比CTRL PHY(也被认为是普通模式的控制PHY)充分高的调制和编码方案(MCS)进行关联，促成更短的训练时间。
与一个超帧中的单个STA关联不同，一些实施例允许在固定时间窗口对多个STA进行关联。
上面描述的实施例可允许更快的BF训练，而不需要执行穷尽搜索。它们还可允许在关联之前或之后进行波束形成。另外，实施例可允许训练的自适应以支持低电力装置，并且基于通信系统的使用而自适应地调整BF时间窗口。上面的实施例还可满足异构天线配置，而不需要诸如(例如)全向接收(RX Omni)的具体实施。
用于初始扇区训练的固定时间波束形成周期(FBP)
图1示出具有用于在STA 1和STA 2之间波束形成训练的固定时间波束形成周期的示例超帧。在一些实施例中，在网络系统中关联的站STA 1在超帧100中确保用于其他潜在的站的固定时间周期102以与站STA 1执行波束形成训练的。在这种实施例中，STA 1是协调器。在一实施例中，STA 2可尝试执行与STA 1的波束形成训练。在一些实施例中，STA 1不具有与STA 2的先前通信，并且可能不知道STA 2的存在。在这种实施例中，STA 1在确保FBP时可能不知道STA 2的天线性能。在其他实施例中，STA 1可具有与STA 2的先前通信，并且可知道STA 2的天线性能。
在一些实施例中，STA 1确保的FBP 102包括第一训练窗口104和第二训练窗口106。第一训练窗口104可被用于针对上述的扇区的四个不同的组中的一个的波束形成训练，第二训练窗口可被用于针对下面描述的扇区的四个不同的组中的另一个的波束形成训练。例如，训练窗口中的一个或多个可对应于发起基础训练窗口。发起基础训练窗口可被用于F-TXSS或R-RXSS。另外，训练窗口中的一个或多个可被称为应答基础训练窗口。应答基础训练窗口可被用于R-TXSS或F-RXSS。用于执行F-TXSS或F-RXSS的训练窗口可被称为前向链路训练窗口。用于执行R-TXSS或R-RXSS的训练窗口可被称为反向链路训练窗口。
第一训练窗口104可包括M个第一训练时隙108。第二训练窗口106可包括N个第二训练时隙114。可由波束形成帧间间隔(BIFS)时间间隔110分隔M个第一训练时隙108中的每个。另外，可由BIFS时间间隔110分隔N个第二训练时隙114中的每个。可由短帧间间隔(SIFS)时间间隔112分隔第一训练窗口104和第二训练窗口106。
在一实施例中，第一训练窗口104和第二训练窗口106可均包括发起基础训练窗口。另外，第一训练窗口104可包括前向链路训练窗口，第二训练窗口106可包括反向链路训练窗口。因此，第一训练窗口104可被用于寻找STA 1的最佳发射扇区，第二训练窗口106可被用于寻找STA 1的最佳接收扇区。在第一训练窗口104期间，STA 1可在M个第一训练时隙108中发送其训练序列多达M次，以执行F-TXSS。相似地，在第二训练窗口106期间，STA 2可在N个第二训练时隙114中发送训练序列多达N次，以执行R-RXSS。
在一些实施例中，前向链路传输可携带关于反向链路训练设置的附加信息和其他管理信息(例如，在STA 1是协调器时的信标信息)。因此，在这种实施例中，前向训练时隙(例如，第一训练时隙108)的持续时间可等于或大于反向训练时隙(例如，第二训练时隙114)的持续时间。
在一些实施例中，在STA 1是协调器，并已确保用于执行IST的FBP 102的情况下，由STA 1执行的IST包括将第一训练窗口104用作用于执行F-TXSS的前向链路训练窗口。由STA 1执行的IST还包括将第二训练窗口106用作用于执行R-RXSS的反向链路训练窗口。在这种实施例中，FBP 102的总长DFBP是第一训练窗口104和第二训练窗口106的持续时间之和。长度可以是固定的，并计算为：
DFBP＝M×DTXSSBIFSTime+SIFSTime+N×DRXSS＝常数，(1)
其中，DTXSS、DRXSS分别表示用于TXSS的一个第一训练时隙108的持续时间和用于RXSS的一个第二训练时隙114的持续时间；BIFSTime和SIFSTime分别表示BIFS 110的持续时间和SIFS 112的持续时间；M和N表示用于TXSS和RXSS的可用扇区的数量。(注意，DTXSS和DRXSS符号已分别包括每个训练时隙M和N的BIFS时间(BIFSTime)。)
在一些实施例中，在网络中出现的协调器和全部的STA已预先知道DFBP。一个这种实施例是相同的固定的FBP 102被用于每个超帧。在另一实施例中，DFBP可在每个超帧100中被不同赋值。在一这种实施例中，可由网络中的STA通过对从协调器接收的训练包(例如，帧)进行解码来确定DFBP。
在一些实施例中，在FBP窗口102期间执行在异构天线类型装置之中的波束形成训练。在波束形成训练期间，协调器可自适应地执行TXSS和RXSS。协调器可使数量M和N最佳地配合在FBP窗口102内。M和N的选择可取决于实际协调器天线性能及其服务的环境。在一些实施例中，TXSS和/或RXSS配置是普遍地映射到FBP 102，这可以不需要之前的天线性能交换而使在任何异构天线类型装置之间的训练最优化。
在IST期间，协调器可将FBP的用于F-TXSS(前向TXSS)的NTXSS(NTXSS＝M)个时隙和用于R-RXSS(反向RXSS)的NRXSS(NRXSS＝N)个时隙分配给全部的M+N个可用的时隙(第一时隙108和第二时隙114)。(注意，NTXSS和NRXSS可分别表示由协调器在TXSS和RXSS中使用的实际时隙。)
在一些实施例中，协调器STA 1可在其预期的空间覆盖范围发送NTXSS个F-TXSS包，其中，在每个时隙每个方向发送一个F-TXSS包。STA 2可按在STA 2的整个覆盖空间中监听的准全向(Q-Omni)配置监听F-TXSS包。在对F-TXSS包进行检测和解码时，在一些实施例中，STA 2可获得以下信息：
将被执行的TXSS的数量，STA 2可使用该数量来确定在转换到发送模式之前哪段时间保持在接收模式；
将由STA 2支持的RXSS的数量(即，发送训练包的次数)和STA 1支持的)RXSS的数量(扫描接收扇区的次数)；
IST处理的时序；以及
与协调器STA 1TX扇区中的每个相关联的链路质量标识符(LQI)。
在其他实施例中，上面信息可被携带在信标中，其中，BF信息要素(IE)可具有对于TXSS和RXSS的这些信息。
在F-TXSS完成时，STA 2可从接收模式转换到发送模式。STA 2可按在STA 2的整个覆盖空间中发送的Q-Omni模式发送NTXSS个R-RXSS包，同时，协调器STA 1通过扫描N个接收扇区来监听，每个时隙每个R-RXSS包监听一次。
图2A和图2B示出FBP 102包括用于TXSS和RXSS的总计16个时隙(即，第一训练时隙108和第二训练时隙114之和)的情况的两个示例(即，M+N＝16)。在图2A的实施例中，协调器基于其天线性能决定16个时隙映射。在这个示例中，协调器映射用于执行8-扇区TXSS和8-扇区RXSS的时隙。映射对应于(M，N)＝(NTXSS，NRXSS)＝(8，8)的配置。
相似地，在图2B的实施例中，协调器设置(M，N)＝(NTXSS，NRXSS)＝(12，4)的配置。在这个示例中，协调器对12个TXSS和4个RXSS映射其天线配置，以覆盖感兴趣的空间区域。在这个示例中，感兴趣的空间区域为360°。在图2A和图2B两者中，协调器用完FBP 102(例如，NTXSS＝M，NRXSS＝N)。这种类型的穷尽映射是指全部FBP 102的使用。在其他实施例中，协调器诸如下面针对描述的关于图3A和图3B描述地不用尽FBP 102(例如，NTXSS＜M和/或NRXSS＜N)。
在其他实施例中，在第二训练窗口106中执行STA 2R-TXSS训练，而不是协调器R-RXSS。在一些这种实施例中，STA 2选择对于反向训练的最优TXSS配置，以使用由协调器确保的N个时隙。仍在另一实施例中，在第一训练窗口104中进行STA 2F-RXSS训练，而不是协调器F-TXSS。在一些这种实施例中，在FBP 102之前，由STA 1将M和时序的值传达给STA 2。
在一些实施例中，NTXSS和NRXSS之和小于在FBP 102中可用的时隙的总数，例如，(NTXSS＝M和NRXSS＜N)或(NTXSS＜M和NRXSS＝N)从而NTXSS+NRXSS＜M+N。下面描述一些这种实施例：
在一实施例中，协调器处的天线配置是不对称的，从而协调器在RXSS中覆盖整个360°所需的不相交的波束的数量少于在TXSS中所需的数量。例如，在图3A中，协调器分别使用8个NTXSS和2个NRXSS，以在F-TXSS和R-RXSS中覆盖整个360°。因此，在FBP 102中的6个时隙被留下而未使用(假设在FBP 102中M+N＝16)。
在另一实施例中，协调器处的天线配置如下，使协调器在执行TXSS和RXSS的同时能够扫描的不相交的波束的数量少于在FBP 102中时隙的固定数量之和，即，M+N。例如，在图3B中，协调器被配置为使用最多4个NTXSS和4个NRXSS，以分别在F-TXSS和R-RXSS中覆盖整个360°。因此，在FBP102中的8个时隙被留下而未使用(假设在FBP 102中M+N＝16)。
仍在另一实施例中，协调器装备有自适应天线阵列，从而它有意针对TXSS和RXSS使用不对称的天线样式(或波束)。因此，在FBP 102中的多个时隙被留下而未使用。
本领域的普通技术人员将认识到存在促成部分使用FBP 102的其他示例。在一些实施例中，这些未使用的时隙不被使用。在其他实施例中，这些未使用的时隙被使用。下面描述用于有效使用这些在FBP 102中未使用的时隙的方法的实施例。
多个发送和/或接收机会
在一些实施例中，协调器通过执行多个TXSS或RXSS循环来提供多个发送和/或多接收机会。例如，针对STA 1或STA 2的任何给定扇区，如在图1和图4中所示，多个训练时隙108、114可被用于扫描在RXSS或者TXSS中的那个扇区。例如，当协调器在一接收扇区中监听时，位于与协调器的所述接收扇区对应的波束或扇区内的STA 2可(在R个RXSS循环中)具有R个发送机会以发送到协调器。一个RXSS循环被定义为STA(例如，协调器)用于覆盖360°空间而需要监听的扇区的数量。例如，配置有如在图3A中示出的天线样式的协调器执行四个RXSS循环(R＝4)，从而每个循环使用两个第二训练时隙114(NRXSS＝2)：SRXSS(1)和SRXSS(2)。未关联的STA 2可选择四个循环中的一个来将关联请求帧(例如，包)发送到协调器，或者换句话说，它具有四次机会来发送这样的请求。通常，未关联的站STA 2可从R个机会中随机选择RXSS循环。因此，R是可在一个FBP 102期间与协调器进行关联的未关联站的最大数量。图4示出了这种示例。当以反向链路(RL)发送将关联请求发送到协调器时，未关联站STA 2可包括用于将由站STA 2选择的RXSS循环通知给协调器的标识符。在一实施例中，未关联站STA 2可将介质访问控制(MAC)地址包括在关联请求帧中以识别请求站STA 2。在另一实施例中，协调器可当发送前向链路(FL)响应帧(例如，包)时使用RXSS循环标识符，以对站之间进行区分。关联请求与RXSS循环标识符一起可被包括在物理(PHY)层头、包括在MAC层头等。
在一些实施例中，训练时隙108、114的数量可能不是STA的发射扇区和/或接收扇区的数量的整数倍。例如，参照图4，第二训练时隙114被用于R-RXSS的情况下，存在N＝8个第二训练时隙114，协调器具有3个接收扇区NRXSS＝3，多个RXSS循环可能不是完全占用全部的第二训练时隙114。换句话说，N/NRXSS不是整数。在一些这种实施例中，协调器可执行多个完整的RXSS循环，未使用的任何时隙被留下不使用。在其他实施例中，最后的RXSS循环可部分覆盖一些方向或扇区。在部分RXSS循环情况中，协调器可决定覆盖哪个方向以及略过哪个方向。
图5示出部分或全部使用在图1中示出的FBP 102的用于在IST期间时隙分配的过程的示例。在图5的实施例中，在FBP 102期间执行跟随有R-RXSS的F-TXSS。第一步骤501中，STA 1(协调器)可保留具有用于F-TXSS的M个第一训练时隙108和用于R-RXSS的N个第二训练时隙114的FBP 102。下一步骤503中，STA 1可在M个第一训练时隙108在STA 1发射扇区中将训练序列以训练包发送到STA 2，同时在STA 2以RX-Omni模式监听。
在步骤505中，STA 2可对STA 1在M个第一训练时隙108发送的训练包中的每个进行解码。训练包可包括针对STA 1的每个发射扇区的每个训练包的链路质量标识符(LQI)。STA 2和/或STA 1可使用LQI确定哪个发射扇区具有最高链路质量。例如，STA 2可测量信噪比(SNR)作为在STA 1的每个发射扇区上发送的每个训练包的链路质量。在特定实施例中，与具有最高SNR(或平均SNR/链路质量)的STA 1发射扇区相关联的训练包可对应于STA 1的最佳发射扇区。
在步骤507中继续，STA 2从RX-Omni模式转换到TX-Omni模式。另外，在决定步骤509中，STA 1确定是否执行多个RXSS循环。如果STA 1确定执行多个RXSS循环，则过程500继续到步骤511。如果STA 1确定不执行多个RXSS循环，则过程500继续到步骤519。
步骤511中，用于执行RXSS的循环的数量R被设置为M/NRXSS。在步骤513中继续，STA 2以TX-Omni模式通过R个循环按训练包发送训练序列。训练包的一个或多个可包括STA 1的发射扇区的LQI。步骤515中，STA 1将每个其接收扇区扫描R次，并接收由STA 2在步骤513中发送的训练包。在步骤517中继续，STA 1可确定针对STA 1的接收扇区中的每个的训练包中的每个的链路质量。具有最高链路质量(或平均链路质量)的接收扇区可以是STA 1的最佳接收扇区。过程500随后结束。
步骤519中，如果未执行多个RXSS循环，则STA 2以TX-Omni模式以训练包发送训练序列。训练包中的一个或多个可包括STA 1的发射扇区的LQI。步骤521中，STA 1扫描每个其接收扇区，并接收由STA 2在步骤519中发送的训练包。在步骤523中继续，STA 1可确定针对STA 1的每个接收扇区的每个训练包的链路质量。具有最高链路质量(或平均链路质量)的接收扇区可以是STA 1的最佳接收扇区。过程500随后结束。
在其他实施例中应注意：可相似地执行F-TXSS、F-RXSS、R-TXSS和R-RXSS的各种组合。例如，还可执行跟随有R-TXSS的F-TXSS。另外，各种多个TXSS循环和RXSS循环可按任何组合被执行。此外，FBP全部使用或FBP部分使用的任何实施例还可按任何组合被执行。
不均匀的RXSS
在一些实施例中，协调器可决定使用未用的时隙(例如，在FBP 102中的时隙108、114)，从而它在其TXSS或RXSS期间不均匀地覆盖全部方向。例如，协调器可在RXSS循环中覆盖一些方向/扇区的次数多于剩下的方向。在另一实施例中，用于覆盖RXSS的扇区的波束宽度可以是不均匀的，从而在RXSS循环中，需要覆盖扇区的一些波束的宽度窄于其他波束(意味着扇区可以是不同大小)。在一些实施例中，协调器基于一些预先信息来决定是否执行不均匀RXSS，所述预先信息例如请求连续波束细分的关联的STA的数量及针对协调器的角度位置、指示信道是否忙碌的空闲信道评估(CCA)触发器和/或由于与其他STA的干涉引起的接收包(例如，训练包)的不成功的包解码(指示在时域部分重叠的发送包之间的竞争)。在一实施例中，关于图3A，协调器执行两个RXSS循环，从而每个循环包括四个RXSS扇区扫描(RXSS(1)、……RXSS(4))。例如，第一扇区扫描RXSS(1)的波束宽度可以是180°，其他三个RXSS可每个具有60°的波束宽度。因此，两个RXSS循环完全占用全部可用的N＝8个第二训练时隙114(例如，SRXSS)，其中，SRXSS是在FBP 102的RXSS周期内的时隙。在另一实施例中，一些RXSS扇区被扫描的次数可多于其他RXSS扇区。例如，协调器可执行三个RXSS循环，从而首先的两个循环每个包括三个RXSS扇区扫描(RXSS(1)、RXSS(2)、RXSS(3))，同时，第三循环仅包括所述三个RXSS扇区扫描中的两个。每个RXSS扇区扫描的波束宽度可以是120°。因此，经N＝8个第二训练时隙114，一个RXSS扇区比其他两个RXSS扇区被少扫描一次。其他组合也是可能的，从而在执行不均匀RXSS的同时没有SRXSS被留下未使用。
在一些实施例中，与上面描述的多个RXSS循环相似，协调器可执行多个TXSS循环。由协调器执行的这种多个TXSS循环可促使第一训练时隙108的部分或全部使用。在另一实施例中，在第二训练窗口106中，协调器保持在Omni(或伪全向(Pseudo-Omni))RX模式，STA 2执行TXSS。在这种情况下，第二训练时隙114可被用作R-TXSS时隙，并且可能不被STA 2完全使用。在一些这种实施例中，类似于上面讨论的方法，STA可执行多个全部使用TXSS或部分使用TXSS的循环。在执行多个TXSS循环的同时，STA可包括用于在不同的TXSS循环之间进行区分的标识符。
在一些实施例中，协调器尝试对TXSS和RXSS进行匹配，使得TXSS和RXSS映射到在FBP 102中的M个时隙和N个时隙。在一些实施例中，在协调器需要比可用的(M+N)更多的时隙以覆盖TXSS和RXSS的情况下，协调器可完全略过一些方向或者可在跨过一个或多个超帧100的多个FBP102中覆盖全部方向。
上述波束形成协议的应用
在超帧中的FBP的使用
在一实施例中，STA 1是协调器，并将其在超帧100中的信标时间用作前向链路训练窗口。STA 1可在信标之后分配反向链路训练窗口。在一些实施例中，两种类型的STA 2可执行这里的训练：
以高于控制PHY的速度进行关联的未关联的STA，；
失去其与协调器的波束/扇区并打算重新训练的未关联的STA。
在一些实施例中，关联请求的字段被包括在STA 2反向训练发送中，以指示关联的意图。在一些实施例中，在反向训练窗口之后，协调器可开始与未关联STA2的关联过程，或者将新的训练结果反馈给关联的STA 2。
在另一实施例中，STA 1不是协调器，并使用用于不是协调器STA之间的训练的FBP 102。在这个情况下的STA 1向协调器请求保留FBP 102。在超帧100中的FBP 102的位置可以是在服务周期(SP)中的任何一处。
下述实施例表示STA 1是协调器的情况。然而，应注意的是：本领域的普通技术人员将认识到类似的方法可被用于STA 1不是协调器的情况。
在一实施例中，在FBP 102期间，在IST训练之后，未关联的STA 2可请求：
与协调器关联，并结束；
直接执行波束细分，并随后关联；或者
首先与协调器关联，并随后执行波束细分。(在稍后部分中描述波束细分过程。)
FBP的长度
在一些实施例中，由协调器确保FBP 102的持续时间。FBP的长度可能是应用及使用场合驱动。在一实施例中，协调器可以是单个天线手持装置。这种协调器为了将服务提供给其他手持装置而可能不进行大量的训练。例如，可分配短FBP 102，该短FBP 102仅允许少数训练时隙108、114。在另一实施例中，协调器可以是具有先进相位阵列的数字电视(DTV)，它可设置用于训练64个扇区的长的窗口。仍在另一实施例中，系统可能是高度延迟敏感，协调器可能希望限制用于执行训练的时间。
基于天线性能的波束形成训练
在一实施例中，描述的方法允许基于天线性能的BF训练，所述方法可包括两个阶段：扇区训练和波束细分。扇区训练还可被划分为IST和最终扇区训练(FST)。在一实施例中，可在规定的FBP 102内执行IST，其中，如上所述，协调器执行跟随有R-RXSS的F-TXSS。在另一实施例中，在规定的FBP 102内执行IST，其中，协调器执行跟随有R-TXSS的F-TXSS。
下面的描述涉及包括在单个循环中全部利用FBP 102的波束形成训练实施例。可针对未在单个循环中使用全部的FBP的实施例执行用于波束形成训练的类似方法。
扇区训练
图6示出在IST阶段期间的BF协议的示例。在这个实施例中，协调器STA 1可自行对具有总计M+N个时隙的FBP 102分配用于F-TXSS的M(例如，在这种情况中的NTXSS)个第一训练时隙108和用于R-RXSS的N(例如，在这种情况中的NRXSS)个第二训练时隙114。在这个实施例中，协调器可在其预期的覆盖范围发送M个F-TXSS帧(例如，训练包)，其中，每个时隙108每个方向发送一个，同时STA 2以Q-Omni配置监听。
在一些实施例中，在对F-TXSS包检测并解码时，STA 2可估计与协调器TX扇区中的每个相关联的LQI，也确定波束形成的时序。在F-TXSS完成时，STA 2可从Q-Omni接收模式转换到Q-Omni发送模式。STA 2可按Q-Omni模式发送N个R-RXSS包，同时，协调器通过在其预期的空间上的覆盖范围扫描N个接收扇区进行监听，其中，每个时隙114每一方向每个R-RXSS包监听一次。
在其他实施例中，在F-TXSS之后可执行R-TXSS，其中，STA 2从Q-Omni接收模式转换到发射扇区模式。STA 2可在其预期的空间上的覆盖范围在其N个发射扇区中发送N个R-TXSS包(其中，每个时隙114每一方向发送每个R-TXSS包一次)，同时，协调器以Q-Omni配置进行监听。R-TXSS包包括在F-TXSS中的估计的STA 1的扇区的LQI。
在一些实施例中，在IST之后，未关联的STA 2可首先执行关联，并继续进行剩余的波束形成训练(AFRT)或者可在关联之前执行剩余的波束形成训练(RTBA)。在AFRT过程的一实施例中，关联请求可在IST的R-RXSS期间由STA 2发送到协调器。协调器可通过将关联响应发送到STA 2来对关联进行响应。所述响应可包括诸如装置性能、时序等的信息交换。关联响应可在IST中使用的比最强大的MCS(例如，控制PHY)更高的MCS中被发送。在一些实施例中，为了在关联过程和训练过程之间进行区分，可向PHY头分配比特以指示当前正在执行关联请求还是训练。
图7示出最终扇区训练的示例。在AFRT或者RTBA的一些实施例中，剩余的波束形成训练可包括FST和波束细分。可如在图7中所示发生FST，其中，协调器利用对STA 2的天线性能的了解而保留用于R-TXSS和F-RXSS的时间。假设在一些实施例中，STA 2分别具有J个发射扇区和K个接收扇区，STA 2可首先发送J个R-TXSS帧(例如，训练包)，协调器使用其在IST阶段期间确定的最佳接收扇区来接收所述J个R-TXSS帧。在对R-TXSS包进行检测并解码时，协调器可估计与STA 2TX扇区中的每个相关联的LQI。在R-TXSS完成时，协调器可随后从接收模式转换到发送模式。协调器可随后使用在IST阶段期间确定的最佳发射扇区来发送K个F-RXSS包，同时，STA 2通过扫描K个接收扇区(每个F-RXSS包一次)来进行监听。
在一些实施例中，在FST阶段之后，协调器和STA 2两者可知道它们的最佳发射扇区和最佳接收扇区，并且进一步的波束细分可被执行。应注意：在一些这种实施例中，协调器在IST阶段之后获得其最佳发射扇区和最佳接收扇区，同时，STA 2在FST阶段之后获得其最佳发射扇区和最佳接收扇区。
波束细分
在一些实施例中，根据应用和/或天线性能，还可执行波束细分(BR)。在一些实施例中，还可基于请求执行BR。在一些实施例中，对于通过两侧的天线系统(其中，该天线系统支持发送功能和接收功能二者)使用双向业务流的应用(例如，无线以太网)，具有前向链路(FL)BR和反向链路(RL)BR两者的完整BR可被使用。
图8示出波束细分的示例。图8的实施例可包括如示出的阶段E、F、G和/或H。在基于请求的BR的一些实施例中，STA 2可首先将BR请求发送到协调器。下面是可能涉及完整BR的阶段。
在阶段E中，STA 2可首先通过在FST阶段期间定义的空间区域发送BR帧(例如，训练包)来执行重复的TX训练，同时，协调器经在IST阶段期间获得的以前的最佳接收扇区来进行监听。在阶段E之后，协调器可估计STA2的最佳TX自适应权向量(AWV)。
在阶段F中，协调器可发送嵌入有关于STA 2的最佳TXAWV的反馈信息的BR帧，以训练STA 2RX AWV。在阶段E和F完成时，STA 2可获得其最佳TX AWV和最佳RX AWV，其中，该最佳TX AWV和最佳RX AWV可随后分别在阶段H和G中被使用。
在阶段G中，协调器可通过在IST阶段期间限定的空间区域发送BR帧来执行重复的TX训练，同时，STA 2通过之前的RX AWV训练期间获得的以前的最佳AWV来进行监听。在阶段G之后，STA 2可估计协调器的最佳TX AWV。
在阶段H中，STA 2可发送嵌入有关于协调器的最佳TX AWV的反馈信息的BR帧，以训练协调器RX AWV。
在阶段G和H完成时，协调器可获得分别在阶段F和E中随后使用的其最佳TX AWV和最佳RX AWV。这个过程可经多次迭代进行重复，以对协调器和STA 2两者收敛到固定的TX AWV和RX AWV。
在一些实施例中，应用(例如，未压缩的视频流)可通过两端处的天线系统(其中，所述天线系统至少支持发送功能和接收功能)使用单向业务流。一些这种实施例可使用部分BR，其中，在所述部分BR中，根据业务流的方向和/或天线性能来执行前向链路波束细分(FLBR)或者反向链路波束细分(RLBR)。部分BR可包括如图9和图10所示的分别针对RLBR和FLBR的阶段E、F和/或G。在基于请求的BR的一些实施例中，在RLBR的情况下，STA 2可首先将BR请求发送到协调器或STA 1。在一些实施例中，在FLBR的情况下，协调器可首先将BR请求发送到STA 2。下面是诸如图9中所示的可被包括在RLBR中的阶段的示例。
在阶段E中，STA 2可首先通过在FST阶段期间限定的空间区域发送BR帧来执行重复的TX训练，同时，协调器通过在IST阶段期间获得的以前的最佳接收扇区来进行监听。在阶段E之后，协调器可估计STA 2的最佳TXAWV。
在阶段F中，协调器可通过在IST阶段期间获得的协调器的最佳发射扇区来发送关于STA 2的最佳TX AWV的反馈信息，同时，STA 2通过在FST阶段期间获得的STA 2的最佳接收扇区来进行监听。可在CTRL PHY或者比期望使用的应用的MCS稍微高的MCS中执行阶段F。在阶段E和F完成时，STA 2可获得其最佳TX AWV，其中，所述最佳TX AWV可随后在阶段G中被使用以训练协调器的RX AWV。
在阶段G中，协调器可通过经在阶段E中获得的其最佳发送AWV来发送BR帧而执行重复的RX训练。
在阶段G完成时，协调器可获得其最佳RX AWV，其中，该最佳RX AWV可随后在阶段E中被使用。这个过程可经多次迭代进行重复，以在STA处收敛到固定的TX AWV并在协调器处收敛到固定的RX AWV。
下面是诸如图10中所示的可被包括在FLBR中的阶段的示例。
在阶段E中，协调器可通过在IST阶段期间获得的其最佳发射扇区发送BR帧来执行对于STA 2的重复的RX训练，同时，STA 2可经在FST阶段期间限定的空间区域而改变其天线样式。在阶段E之后，STA 2可估计最佳RXAWV以在阶段F中使用。
在阶段F中，协调器可通过在IST阶段期间限定的空间区域发送BR帧来执行重复的TX，同时，STA 2使用在阶段E中获得的最佳RX AWV来进行监听。在阶段F完成之后，STA 2可估计协调器的最佳TX AWV。
在阶段G中，STA 2可通过在FST阶段期间获得的STA 2的最佳发射扇区来发送关于协调器的最佳TX AWV的反馈信息，同时，协调器通过在IST阶段期间获得的其最佳接收扇区来进行监听。可在CTRL PHY或者比期望使用的应用的MCS稍微高的MCS中执行阶段G。
在阶段G完成时，协调器可获得其最佳TX AWV，其中，所述最佳TXAWV可随后在阶段E中被使用。这个过程可经多次迭代进行重复，以在协调器处收敛到固定的TX AWV并在STA 2处收敛到固定的RX AWV。
图11是示出可发送和接收数据的通信装置(例如，STA)的示例收发器结构1100的结构框图。所述收发器结构1100包括数据源1111、发送(TX)数据处理器1113、TX射频(RF)链1115、接收(RX)RF链1125、RX数据处理器1123、数据接收器1121和RF/天线模块1101。
现描述在发送模式下的收发器结构1100的操作。在特定实施例中，数据源1111包括用于存储将被发送的数据的一个或多个存储器。TX数据处理器1113从数据源1111接收数据，并对接收的数据进行处理。数据处理可包括例如在数字域中执行的逆快速傅里叶变换(FFT)、数据压缩或安全编码。TX RF链1115接收处理的数字数据，并将其转换为模拟数据波形。RF/天线模块1101包括发射天线和TX RF电子设备(未示出)。RF/天线模块1101接收模拟数据波形，并在TX RF电子设备对模拟数据波形执行额外的模拟信号处理(例如，基带混合和放大)之后，发射天线无线发送模拟数据波形。
现描述在接收模式下的收发器结构1100的操作。RF/天线模块1111包括接收天线和RX RF电子设备(未示出)。接收天线接收模拟数据波形，RX RF电子设备执行额外的信号处理(例如，放大和基带分开)。RX RF链1125从RF/天线模块1111接收模拟数据波形，并将其转换为数字数据。RX数据处理器1123从RX RF链1125接收数字数据，并对接收的数据进行处理。数据处理包括在数字域中执行的FFT、数据解压缩或安全解码。随后，处理后的数据被存储在数据接收器1121中。
在特定实施例中，一对通信装置(例如，具有能够进行数据通信的定向天线的发送装置和接收装置)执行天线训练过程，以通过如上讨论的波束形成来提高信噪比。图12和图13是包括两个波束形成通信装置(即，发送器1211(例如，协调器)和接收器1212(例如，STA-2))的示例波束形成无线系统1200的功能框图，其中，所述两个波束形成通信装置被配置为在通过波束形成发送数据(例如，音频和/或视频(A/V)数据)之前执行天线训练会话。发送器1211和接收器1212分别包括发射天线1213a和接收天线1213b。在示出的示例中，波束形成无形系统1200是在模拟域中执行波束形成(天线权重)操作的模拟波束形成无线系统。然而，应理解：系统1200可以是数字波束形成无线系统。在一些实施例中，发送器和接收器中的每个包括具有多个天线元件的定向天线。
图14A、14B和14C示出可被合并到诸如在图12和图13中示出的发射装置或接收装置中的不同类型的定向天线。在一些实施例中，定向天线包括由图14A表示的相位阵列天线1310。在其他实施例中，定向天线包括由图14B表示的开关阵列天线1320。仍在其他实施例中，定向天线包括由图14C表示的单个元件定向天线1330。这里描述的用于异构定向天线的波束形成协议的各种实施例在发送器和接收器处使用不同类型的定向天线。例如，在特定实施例中，在发送器1211处的发射天线1213a(图12)可以是相位阵列天线1310，在接收器1212处的接收天线1213b可以是开关阵列天线1320。在其他实施例中，在发送器1211处的发射天线1213a可以是开关阵列天线1320，在接收器1212处的接收天线1213b可以是相位阵列天线1310。仍在其他实施例中，在发送器1211处的发射天线1213a可以是相位阵列天线1310或者开关阵列天线1320，在接收器1212处的接收天线1213b可以是单个元件定向天线1330。仍在其他实施例中，在发送器1211处的发射天线1213a可以是单个元件定向天线1330，在接收器1212处的接收天线1213b可以是相位阵列天线1310或者开关阵列天线1320。
参照回图12，发送器1211的发送(TX)功能包括信号处理模块1214。该信号处理模块1214接收已经历了早期的基带处理的基带信号，并执行例如将信号从频域变换到时域数字信号的快速傅里叶逆变换(IFFT)。在特定实施例中，信号处理模块1214可包括用于执行IFFT和其他信号处理功能的处理器(未示出)，例如，微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程门阵列(PGA)等。数字信号随后通过RF链1215的数模(D/A)功能被转换为模拟波形，然后，在通过模拟TX BF功能模块1216的模拟波束形成(BF)之后，经发射天线1213a发送到接收器1212。发送器1211还可包括在天线训练会话期间使用的训练控制模块1221。在天线训练会话期间，从数字处理模块1214输出的数字信号旁通(bypass)到至少部分天线波束形成算法被应用的训练控制模块1221。在天线训练会话期间，训练控制模块1221产生一个或多个训练序列。如上所述，训练序列随后流入到RF链1215并被发送到接收器1212，其中，训练序列在所述RF链1215被转换为模拟波形。
接收器1212的接收(RX)功能包括模拟RX BF功能模块1217，其中，该模拟RX BF功能模块1217与模拟TX BF功能1216合作提供模拟波束形成。从发送器1211发送的信号通过接收天线1213b被接收器1212接收。接收的信号流入模拟RX BF功能1217。来自模拟RX BF功能1217的模拟输出信号在RF链1218中被转换为数字信号，并随后被信号处理模块1219内部的例如FFT模块转换为频域基带信号。随后，频域基带信号被输出以用于进一步的基带处理。接收器1212还可包括在天线训练会话期间使用的其自身的训练控制模块1222。在天线训练会话期间，从发送器1211接收的表示训练序列的数字信号旁通到至少部分天线波束形成算法被应用的训练控制模块1222。
由训练控制模块1221、1222执行的天线训练算法可取决于天线配置。例如，假设发射天线1213a是相位阵列天线1310(图14A)，接收天线1213b是开关阵列天线1320。随后，由在发送器1211处的训练控制模块1221执行的天线波束形成算法的部分可包括通过相位阵列天线发射配置有不同估计的波束形成系数的训练序列，同时，由训练控制模块1222执行的天线波束形成算法的部分可包括：扫描开关阵列天线的不同天线扇区以接收由发送器1211发送的训练序列，并计算或估计与接收的训练序列相关联的链路质量标识符(LQI)。LQI的各种测量可被使用。基于LQI的一些实施例采用与接收的训练序列相关联的信噪比(SNR)。SNR实施例中的一个采用最大似然(ML)SNR估计技术。基于LQI的其他实施例采用接收信号强度标识符(RSSI)。基于LQI的其他实施例采用信号噪声干扰比(SNIR)。
上面描述的以上提到的示例实施例可以以许多方式被实现，诸如用于通过处理器运行的程序指令、逻辑电路、专用集成电路、固件等。例如，实施例可被实施为用于在一个或多个处理器(例如，CPU、微控制器)中或在无线站中的其他计算装置中运行的一个或多个软件或固件应用、计算机实施的方法、存储在计算机可用介质中的程序产品。
尽管上面的详细说明已示出、描述并指出了应用于各种实施例的本发明的基本新型特征，但是，本领域的技术人员应理解：在不脱离本发明的意图的情况下，可进行示出的系统的形式和细节上的各种省略、替代和改变。

Claims (60)

1.一种在无线网络中的异构无线装置之间执行波束形成训练的方法，所述方法包括：
确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期，所述固定时间周期包括发起基础训练窗口和应答基础训练窗口；
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描的时隙的第一数量；
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第二数量；
将第一数量的时隙分配给发起基础训练窗口；
将第二数量的时隙分配给应答基础训练窗口；
在多个第一数量的时隙在多个发射扇区中将第一多个训练包发送到无线装置，该无线装置接收所述第一多个训练包并估计最佳发射扇区，其中，所述最佳发射扇区包括与第一多个训练包中的以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区；
从所述无线装置接收指示最佳发射扇区的数据；
在第二数量的时隙中的至少一个在多个接收扇区中从所述无线装置接收第二多个训练包；以及
估计最佳接收扇区，从而完成波束形成训练，其中，所述最佳接收扇区包括与第二多个训练包中的以最高链路质量接收的的第二训练包相关联的扇区。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述发起基础训练窗口包括前向链路训练窗口；其中，发射扇区包括前向链路发射扇区；其中，所述应答基础训练窗口包括反向链路训练窗口；其中，接收扇区包括反向链路接收扇区；其中，所述第一数量的时隙包括前向链路时隙；其中，所述第二数量的时隙包括反向链路时隙。
3.如权利要求1所述的方法，其中，以最高链路质量接收的第一训练包包括以最高信噪比接收的第一训练包。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述异构无线装置未被关联。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述固定时间周期针对每个超帧进行自适应调整。
6.一种在无线网络中的异构装置之间执行波束形成训练的方法，所述方法包括：
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定在超帧中的固定时间周期的用于发射扇区扫描的时隙的第一数量；
在第一数量的时隙在至少一个发射扇区中将至少第一训练包发送到无线装置，该无线装置被配置为接收第一训练包并估计最佳发射扇区，其中，所述最佳发射扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区；以及
从所述无线装置接收指示最佳发射扇区的数据。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：
确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期，所述固定时间周期包括发起基础训练窗口；以及
将第一数量的时隙分配给发起基础训练窗口。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述发起基础训练窗口包括前向链路训练窗口；其中，发射扇区包括前向链路发射扇区；其中，所述第一数量的时隙包括发起扇区时隙。
9.如权利要求6所述的方法，还包括：将第一数量的时隙分配给在超帧中的固定时间周期的响应基础训练窗口。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述响应基础训练窗口包括反向链路训练窗口；其中，所述发射扇区包括反向链路发射扇区；其中，第一数量的时隙包括响应扇区时隙。
11.如权利要求6所述的方法，其中，所述无线装置包括通信站、网络协调器站或移动终端中的至少一个。
12.如权利要求6所述的方法，其中，所述天线配置包括单个天线、固定扇区天线或相位天线阵列中的至少一个。
13.如权利要求6所述的方法，还包括：
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第二数量；
在第二数量的时隙中的至少一个在至少一个接收扇区中从无线装置接收至少第二训练包；以及
估计最佳接收扇区，其中，所述最佳接收扇区包括与以最高链路质量接收的第二训练包相关联的扇区。
14.一种在无线网络中的异构装置之间执行波束形成训练的方法，所述方法包括：
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定在超帧中的固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第一数量；
在第一数量的时隙的至少一个在至少一个接收扇区中从无线装置接收至少第一训练包；以及
估计最佳接收扇区，其中，所述最佳接收扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期，所述固定时间周期包括发起基础训练窗口；以及
将第一数量的时隙分配给发起基础训练窗口。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述发起基础训练窗口包括反向链路训练窗口；其中，接收扇区包括反向链路接收扇区；其中，第一数量的时隙包括发起扇区时隙。
17.如权利要求14所述的方法，其中，所述天线配置包括单个天线、固定扇区天线或相位天线阵列中的至少一个。
18.一种在无线网络中的装置之间执行波束发现的方法，所述方法包括：
确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期；
至少基于天线配置来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描和接收扇区扫描中的至少一个的时隙的第一数量；
至少基于天线配置来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描和接收扇区扫描中的至少一个的时隙的第二数量；以及
将第一数量的时隙和第二数量的时隙映射到在固定时间周期内可用的全部数量的时隙。
19.如权利要求18所述的方法，其中，映射第一数量的时隙和第二数量的时隙步骤包括：将第一数量的时隙和第二数量的时隙分配给全部数量的时隙。
20.如权利要求18所述的方法，其中，时隙的第一数量和时隙的第二数量之和等于时隙的总数。
21.如权利要求18所述的方法，其中，时隙的第一数量和时隙的第二数量之和小于时隙的总数。
22.如权利要求18所述的方法，其中，基于发射扇区的数量确定时隙的第一数量。
23.如权利要求22所述的方法，其中，第一数量的时隙中的多于一个的时隙被分配用于扫描多个发射扇区中的第一发射扇区。
24.如权利要求23所述的方法，其中，第一数量的时隙中的被分配用于扫描第一发射扇区的时隙的数量多于被分配用于扫描多个发射扇区中的第二发射扇区的时隙的数量。
25.如权利要求22所述的方法，其中，发射扇区中的至少两个具有不均匀的波束带宽。
26.如权利要求18所述的方法，其中，基于接收扇区的数量确定时隙的第二数量。
27.如权利要求26所述的方法，其中，第二数量的时隙中的多于一个的时隙被分配用于扫描多个接收扇区中的第一接收扇区。
28.如权利要求27所述的方法，其中，第二数量的时隙中的被分配用于扫描第一接收扇区的时隙的数量多于被分配用于扫描多个接收扇区中的第二接收扇区的时隙的数量。
29.如权利要求26所述的方法，其中，接收扇区中的至少两个是具有不均匀的波束带宽。
30.如权利要求18所述的方法，其中，基于发射扇区的数量和接收扇区的数量确定时隙的第一数量和时隙的第二数量。
31.一种无线网络协调器，包括：
天线；
处理器，用于：
确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期，所述固定时间周期包括发起基础训练窗口和应答基础训练窗口；
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描的时隙的第一数量；
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第二数量；
将第一数量的时隙分配给发起基础训练窗口；
将第二数量的时隙分配给应答基础训练窗口；
在第一数量的时隙在至少一个发射扇区中将至少第一训练包发送到无线装置，该无线装置被配置为接收训练包并估计最佳发射扇区，其中，所述最佳发射扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区；
从所述无线装置接收指示最佳发射扇区的数据；
在第二数量的时隙中的至少一个在至少一个接收扇区中从无线装置接收至少第二训练包；以及
估计最佳接收扇区，其中，所述最佳接收扇区包括与以最高链路质量接收的第二训练包相关联的扇区。
32.如权利要求31所述的协调器，其中，所述发起基础训练窗口包括前向链路训练窗口；其中，发射扇区包括前向链路发射扇区；其中，所述应答基础训练窗口包括反向链路训练窗口；其中，接收扇区包括反向链路接收扇区；其中，所述第一数量的时隙包括前向链路时隙；其中，所述第二数量的时隙包括反向链路时隙。
33.一种无线站，包括：
天线；
处理器，用于：
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定在超帧中的固定时间周期的用于发射扇区扫描的时隙的第一数量；
在第一数量的时隙在至少一个发射扇区中将至少第一训练包发送到无线装置，该无线装置被配置为接收第一训练包并估计最佳发射扇区，其中，所述最佳发射扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区；以及
从所述无线装置接收指示最佳发射扇区的数据。
34.如权利要求33所述的无线站，其中，所述处理器还被配置为：
确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期，所述固定时间周期包括发起基础训练窗口；以及
将第一数量的时隙分配给发起基础训练窗口。
35.如权利要求34所述的无线站，其中，所述发起基础训练窗口包括前向链路训练窗口；其中，发射扇区包括前向链路发射扇区；其中，所述第一数量的时隙包括发起扇区时隙。
36.如权利要求33所述的无线站，其中，所述处理器还被配置为将第一数量的时隙分配给在超帧中的固定时间周期的响应基础训练窗口。
37.如权利要求36所述的无线站，其中，所述响应基础训练窗口包括反向链路训练窗口；其中，发射扇区包括反向链路发射扇区；其中，所述第一数量的时隙包括响应扇区时隙。
38.如权利要求33所述的无线站，其中，所述无线装置包括通信站、网络协调器站或移动终端中的至少一个。
39.如权利要求33所述的无线站，其中，所述天线配置包括单个天线、固定扇区天线或相位天线阵列中的至少一个。
40.如权利要求33所述的无线站，其中，所述处理器还被配置为：
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定所述固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第二数量；
在第二数量的时隙中的至少一个在至少一个接收扇区中从无线装置接收至少第二训练包；以及
估计最佳接收扇区，其中，所述最佳接收扇区包括与以最高链路质量接收的第二训练包相关联的扇区。
41.一种无线站，包括：
天线；
处理器，用于：
基于天线配置的发射扇区的数量和天线配置的接收扇区的数量中的至少一个来确定在超帧中的固定时间周期的用于接收扇区扫描的时隙的第一数量；
在第一数量的时隙的至少一个在至少一个接收扇区中从无线装置接收至少第一训练包；以及
估计最佳接收扇区，其中，所述最佳接收扇区包括与以最高链路质量接收的第一训练包相关联的扇区。
42.如权利要求41所述的无线站，其中，所述处理器还被配置为：
确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期，所述固定时间周期包括发起基础训练窗口；以及
将第一数量的时隙分配给发起基础训练窗口。
43.如权利要求37所述的无线站，其中，所述发起基础训练窗口包括反向链路训练窗口；其中，接收扇区包括反向链路接收扇区；其中，所述第一数量的时隙包括发起扇区时隙。
44.如权利要求41所述的无线站，其中，所述处理器还被配置为将所述第一数量的时隙分配给在超帧中的固定时间周期的响应基础训练窗口。
45.如权利要求44所述的无线站，其中，所述响应基础训练窗口包括前向链路训练窗口；其中，接收扇区包括前向链路接收扇区；其中，所述第一数量的时隙包括响应扇区时隙。
46.如权利要求41所述的无线站，其中，所述无线装置包括通信站、网络协调器站或移动终端中的至少一个。
47.如权利要求41所述的无线站，其中，所述天线配置包括单个天线、固定扇区天线或相位天线阵列中的至少一个。
48.一种无线网络协调器，包括：
天线；
处理器，用于：
确保在超帧中的用于执行波束形成训练的固定时间周期；
至少基于天线配置来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描和接收扇区扫描中的至少一个的时隙的第一数量；
至少基于天线配置来确定所述固定时间周期的用于发射扇区扫描和接收扇区扫描中的至少一个的时隙的第二数量；以及
将第一数量的时隙和第二数量的时隙映射到在固定时间周期内可用的全部数量的时隙。
49.如权利要求48所述的协调器，其中，所述处理器还被配置为：通过将第一数量的时隙和第二数量的时隙分配给全部数量的时隙来映射第一数量的时隙和第二数量的时隙。
50.如权利要求48所述的协调器，其中，时隙的第一数量和时隙的第二数量之和等于时隙的总数。
51.如权利要求48所述的协调器，其中，时隙的第一数量和时隙的第二数量之和小于时隙的总数。
52.如权利要求48所述的协调器，其中，基于发射扇区的数量确定时隙的第一数量。
53.如权利要求52所述的协调器，其中，第一数量的时隙中的多于一个的时隙被分配用于扫描多个发射扇区中的第一发射扇区。
54.如权利要求53所述的协调器，其中，第一数量的时隙中的被分配用于扫描第一发射扇区的时隙的数量多于被分配用于扫描多个发射扇区中的第二发射扇区的时隙的数量。
55.如权利要求52所述的协调器，其中，所述发射扇区中的至少两个具有不均匀的波束带宽。
56.如权利要求48所述的协调器，其中，基于接收扇区的数量确定时隙的第二数量。
57.如权利要求56所述的协调器，其中，所述第二数量的时隙中的多于一个的时隙被分配用于扫描多个接收扇区中的第一接收扇区。
58.如权利要求57所述的协调器，其中，第二数量的时隙中的被分配用于扫描第一接收扇区的时隙的数量多于被分配用于扫描多个接收扇区的第二接收扇区的时隙的数量。
59.如权利要求56所述的协调器，其中，所述接收扇区中的至少两个具有不均匀的波束带宽。
60.如权利要求48所述的协调器，其中，基于发射扇区的数量和接收扇区的数量确定时隙的第一数量和时隙的第二数量。
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