CN104303428B - 用于控制无线通信系统中的自适应波束成形增益的装置和方法 - Google Patents

用于控制无线通信系统中的自适应波束成形增益的装置和方法 Download PDF

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Abstract

提供了用于控制无线通信系统中的波束成形增益的装置和方法。该方法包括：确定是否控制波束成形增益；如果确定控制波束成形增益，则经由波束宽度的改变来控制波束成形增益；以及根据所控制的波束成形增益来发射或接收信号。

Description

用于控制无线通信系统中的自适应波束成形增益的装置和 方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统中的波束成形。
背景技术
无线通信系统的发射端可以生成并使用天线来发射电信号，并且无线通信系统的接收端可以接收由发射端经由无线电信道发射的电信号。作为可以在发射/接收天线处经由波束成形增益而获取的在接收端的接收信号的增益的模型，可以使用Friis公式。
图1图示出根据相关技术的无线通信系统的发射端和接收端。
参考图1，示出了相关技术无线通信系统的发射端110和接收端120。在具有波束成形增益Gt的发射天线和具有波束成形增益Gr的接收天线分开距离d的情况下，通过公式1给出Friis公式。
………………………………………………..公式1
在公式1中，Pr是接收信号的功率、Pt是发射信号Gt的功率，Gt是发射机的天线增益，Gr是接收机的天线增益，λ是波长的长度，并且d是发射机和接收机之间的距离。发射机的天线增益可以被称为发射波束成形增益，并且接收机的天线增益可以被称为接收波束成形增益。
公式1可以适用于自由空间。因此，当其被应用于真实系统时，可以根据无线电信道的特性对公式1给出一些改变。公式1示出在接收机中接收的功率与发射机和接收机的天线的增益值成比例。当经由Friss公式提高发射波束成形和接收波束成形的发射功率和增益值时，可以提高在接收端的接收信号的质量。
图2图示出根据相关技术的无线通信系统中的波束训练。
参考图2，通过GBS来表示在基站(BS)210的波束成形增益值，并且通过GMS来表示在移动站(MS)220的波束成形增益值。这里，MS可以被称作用户设备(UE)并且可以是可以访问无线通信系统的任何便携式电子终端。为了提高BS 210和MS 220之间的发射信号和接收信号的效率，需要用于将具有特定方向的BS 210的信号的方向与MS 220的信号的方向匹配的处理。通常，用于匹配信号的方向的处理被称为波束训练。波束训练是通过将发射信号的方向与接收信号的方向精确地匹配来最大化参考图1描述的Friss公式中的接收信号的功率值的过程。
以下参考图2来描述在下行链路的波束训练过程。具有作为固定波束成形增益的GBS的BS 210以单向传送单一序列。单一序列按照1:1被映射到波束索引，并且MS 220可以区分出从哪个方向接收最好的波束。MS 220可以经由具有相对于BS 210的一个波束索引为固定波束成形增益的GMS的多个方向来接收波束，并且然后可以确定可以从哪个方向接收具有最高功率的信号。以上过程同样地可以适用于上行链路。在该情况下，发射端变为MS 220，并且接收端变为BS 210。例如，如图2所图示的，在BS 210具有五个波束索引——波束1211、波束2 212、波束3 213、波束4 214和波束5 215——并且MS 220具有三个波束索引——波束1 221、波束2 222和波束3 223——的情况下，因为BS 210的波束3213和MS 220的波束2 222彼此相对，所以BS 210的波束3213和MS 220的波束2 222的组合可以最大化在接收端的接收功率。
通过以上波束训练，可以确定在发射端的最佳的波束索引和在接收端的最佳的波束索引，以便可以最大化在接收端的接收功率。可以周期性地执行以上波束训练过程，或者以上波束训练过程可以是事件驱动的。通常，在MS具有移动性的情况下，周期性地执行波束训练过程，并且在该情况下，当以短周期执行波束训练过程时，开销可能非常大。因此，当可以在波束训练期间更有效地实现功率的最大化时，可以降低波束训练过程的开销。
因此，需要用于控制无线通信系统中的自适应波束成形增益的系统和方法。
仅仅为了帮助理解本公开而呈现以上信息作为背景信息。对于以上中的任何一项是否可以被适用于关于本发明的现有技术没有做出任何判定，也没有做出任何断言。
发明内容
本发明的方面将至少解决以上提及的问题和/或缺点并且至少提供以下描述的优点。因此，本发明的方面将提供一种用于在无线通信系统中执有效波束成形的装置和方法。
本发明的另一个方面将提供一种用于降低无线通信系统中的波束训练过程的开销的装置和方法。
本发明的又一个方面将提供一种用于控制无线通信系统中的波束增益的装置和方法。
根据本发明的一方面，提供一种用于操作无线通信系统中的通信节点的方法。该方法包括：确定是否控制波束成形增益；如果确定控制波束成形增益，则经由波束宽度的改变来控制波束成形增益；以及根据所控制的波束成形增益来发射或接收信号。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于操作无线通信系统中的通信节点的方法。该方法包括：确定是否控制对应方节点的波束成形增益；以及，如果确定控制波束成形增益，则向对应方节点发射指示波束成形增益控制的消息。
根据本发明的又一个方面，提供一种无线通信系统中的通信节点装置。该装置包括：控制器，用于确定是否控制波束成形增益，并且如果确定控制波束成形增益则经由波束宽度的改变来控制波束成形增益；以及通信单元，用于根据所控制的波束成形增益来发射或接收信号。
根据本发明的又一个方面，提供一种无线通信系统中的通信节点装置。该装置包括：控制器，用于确定是否控制对应方节点的波束成形增益；以及，通信单元，如果确定控制对应方节点的波束成形增益，则向对应方节点发射指示波束成形增益控制的消息。
根据结合附图所采用的用于公开本发明的示例性实施例的以下详细描述，本发明的其他方面、优点和显著的特征将对于本领域技术人员变得明显。
附图说明
根据结合附图所采取的以下描述，本发明的某些示例性实施例的上述及其他方面、特征和优点将变得更明显，在附图中：
图1图示出根据相关技术的无线通信系统的发射端和接收端；
图2图示出根据相关技术的无线通信系统中的波束训练。
图3图示出根据本发明的示例性实施例的、无线通信系统中的波束宽度和波束成形增益之间的关系；
图4图示出根据本发明的示例性实施例的、在无线通信系统中用于提供波束成形相关能力信息的信号交换；
图5图示出根据本发明的示例性实施例的、无线通信系统中的上行链路发射波束成形增益控制；
图6图示出根据本发明的示例性实施例的、无线通信系统中的下行链路接收波束成形增益控制；
图7图示出根据本发明的示例性实施例的、用于在无线通信系统中控制移动站(MS)的发射波束成形增益的基站(BS)的操作过程；
图8图示出根据本发明的示例性实施例的、用于在无线通信系统中控制MS的发射波束成形增益的MS的操作过程；
图9图示出根据本发明的示例性实施例的、用于在无线通信系统中控制MS的接收波束成形增益的BS的操作过程；
图10图示出根据本发明的示例性实施例的、用于在无线通信系统中控制MS的接收波束成形增益的MS的操作过程；
图11图示出根据本发明的示例性实施例的无线通信系统中的BS；
图12图示出根据本发明的示例性实施例的无线通信系统中的MS；
图13A至图13C图示出根据本发明的示例性实施例的、在无线通信系统中的根据波束成形方法的波束成形装置；以及
图14图示出根据本发明的示例性实施例的、无线通信系统中的通信节点的操作过程。
贯穿附图，相同附图标记将被理解为指的是相同部分、组件和结构。
具体实施方式
提供参考附图的以下描述以帮助全面理解如权利要求和它们的等同物所限定的本发明的示例性实施例。其包括各个特定细节以帮助该理解，但是这些各个特定细节将被认为仅仅是示例性的。因此，那些本领域普通技术人员将认识到，能够在没有背离本发明的范围和精神的情况下做出对在本文描述的实施例的各种改变和修改。另外，为了清楚和简明而省略对众所周知的功能和构造的描述。
在以下描述和权利要求中使用的术语和措词不局限于书目意义，而是仅仅由发明人使用来实现本发明的明确的且一致的理解。因此，应当对本领域技术人员显而易见的是，提供本发明的示例性实施例的以下描述仅仅为了说明目的，并非为了限制如所附权利要求和它们的等同物所限定的本发明。
应当理解，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非该上下文清楚地指示并非如此。因此，例如，对“一个组件表面”的指代包括对一个或多个这样的表面的指代。
本发明涉及用于控制无线通信系统中的自适应波束成形增益的装置和方法。本发明的示例性实施例提供用于在无线通信系统中更有效地执行波束成形的技术。在下文中，使用正交频分多路复用(OFDM)和/或正交频分多址(OFDMA)无线通信系统作为示例来描述目前的示例性实施例。然而，本发明不限于此，并且示例性实施例可以被应用于使用波束成形的任何适当的和/或类似的无线通信系统。
根据本发明的示例性实施例，当经由波束训练过程确定波束的索引时，发射端和接收端中的至少一个可以在不改变波束的方向的情况下控制波束成形增益。为了控制波束成形增益，发射端或接收端可以通过控制波束宽度来增加波束成形增益。
图3图示出根据本发明的示例性实施例的、无线通信系统中的波束宽度和波束成形增益之间的关系。
参考图3，在基站(BS)310中，与波束宽度WBS1相对应的波束成形增益值可以由GBS1来表示，并且与波束宽度WBS2相对应的波束成形增益值可以由GBS2来表示。同样，在移动站(MS)320中，与波束宽度WMS1相对应的波束成形增益值可以由GMS1来表示，与波束宽度WMS2相对应的波束成形增益值可以由GMS2来表示，并且与波束宽度WMS3相对应的波束成形增益值可以由GMS3来表示。在这一点上，满足“WBS1>WBS2”和“GBS1<GBS2”的关系，并且满足“WMS1>WMS2>WMS3”和“GMS1<GMS2<GMS3”的关系。也就是说，波束宽度和波束成形增益与彼此成反比。
在目前的示例性实施例中，假定在BS 310被应用于波束训练的固定波束成形增益值是GBS1并且在MS 320的固定波束成形的增益值是GMS1。BS 310和MS 320可以确定在波束成形增益GBS1和GMS1的状态的波束索引。在确定波束索引之后，BS 310和MS 320可以通过控制波束宽度来增加波束成形增益值。例如，当BS 310使用WBS2来控制波束宽度时，则波束成形增益增加到GBS2。同样，当MS 320使用WMS3来控制波束宽度时，则波束成形增益增加到GMS3。当波束成形增益增加时，在接收端的接收功率值甚至提高更多。因此，根据目前的示例性实施例，提供了通过控制波束宽度来自适应地控制波束成形的增益值的技术。
如图3所图示的，BS 310和MS 320可以通过控制波束宽度来控制波束成形增益。因为目前的示例性实施例的波束成形通过改变每个天线的相位来形成波束，所以也可以通过改变每个天线的相位来执行波束宽度的控制。因此，为了控制波束宽度，MS 320可以拥有多个相位组合的集合。在数字波束成形的情况下，可以通过预编码矩阵来表示相位组合。
相位组合的集合可以提前被存储在MS 320中。然而，本发明不限于此，并且可以从BS 310将相位组合的集合作为系统信息来提供，或可以以任何类似的和/或适当的方式来提供相位组合的集合。而且，根据本发明的另一个示例性实施例，可以在BS的控制下改变相位组合的集合。
图4图示出根据本发明的示例性实施例的、在无线通信系统中用于提供波束成形相关能力信息的信号交换。
参考图4，用于提供关于波束成形相关能力的信息的过程包括三个步骤401、403和405。在三个步骤之中，可以省略步骤401和步骤405中的一个，但是BS应当经由步骤403的过程来获取MS 420的波束成形相关能力。可以将图4中图示的用于提供关于波束成形相关能力的信息的过程作为网络进入过程的一部分来执行。具体地，可以将图4中图示的用于提供关于波束成形相关能力的信息的过程作为网络进入过程的能力协商的一部分来执行。以下具体地描述图4中图示的每个步骤。
在步骤401中，BS 410可以请求MS 420发射关于波束成形相关能力的信息。也就是说，基站410向MS 420发射能力消息请求。能力消息请求指示所请求的项。例如，能力消息请求可以包括在表1中表示的字段。
表1
字段 描述
波束成形能力信息 关于MS可以支持的波束成形的信息
对于另一个示例，能力消息请求可以包括在表2中表示的至少一个字段。
表2
在步骤403中，MS 420可以向基站410发射关于波束成形相关能力的信息。换句话说，MS 420向基站410发射能力消息响应。能力消息响应可以包括关于波束成形增益的控制范围的信息。例如，能力消息响应可以包括在表3、表4或表5中表示的至少一个字段。
表3
表4
表5
字段 描述
波束的数量 对于关于MS可以支持的波束成形方向的数量
的信息的请求
波束成形预编码矩阵 MS可以支持的预编码矩阵集合
在步骤405中，基站410向MS 420通知波束成形相关索引信息。换句话说，基站410向MS 420发射能力消息确认。例如，能力消息确认可以包括在表6中和表7表示的至少一个字段。
表6
表7
如在图4中图示的过程中那样，基站410可以通过获取可用波束的数量、波束成形增益值的数量和MS 420的增益值或者通过获取关于用于波束成形的预编码矩阵的信息来自适应地控制MS 420的波束成形的增益值。
图5图示出根据本发明的示例性实施例的、用于无线通信系统中的上行链路发射波束成形增益控制的信号交换。
当完成基站510和MS 520之间的波束训练时，可以确定在MS 520的波束索引、波束成形方向和波束成形增益值中的至少一个。波束索引可以表示在基站510和MS 520之间规定的波束成形方向和波束成形增益值。当MS 520向基站510发射信号时，可以应用经由波束训练过程确定的波束方向和波束成形增益值。直到执行随后的波束训练过程之前，波束索引不可以改变。
当发射上行链路数据时，MS 520使用特定波束方向、特定波束成形增益值GMS_T和特定功率值PMS来发射信号。因为在MS 520的波束成形增益可以是取决于波束成形的种类的固定值，所以MS 520可以通过控制发射功率值来提高在基站510的接收信号质量。然而，根据本发明的示例性实施例，在MS 520具有定向天线的情况下，MS 520可以自适应地控制波束成形增益值以及功率值。
参考图5，在步骤501中，MS 520向基站510发射信号。在这一点上，信号的发射波束成形增益是GMS_T。接下来，在步骤503中，基站510计算接收信号质量。接收信号质量可以是接收信号强度(RSS)、信噪比(SNR)、信号干扰比(SIR)、信号干扰噪声比(SINR)、误码率(BER)、误包率(PER)的值或任何其他类似的和/或适当的值，或者可以是表示RSS、SNR、SIR、SINR、BER、PER的改变的平均量的偏差或均方差或是任何其他类似的和/或适当的值。然而，本发明不限于此，并且接收信号质量可以是表示MS的移动性的值并且可以是MS的移动速度或MS的位置的改变值。
接下来，在步骤505中，基站510向MS 520发射波束成形增益控制消息以便增加或减小发射波束成形增益。例如，在已经从MS 520接收射频(RF)信号的基站510确定接收信号质量小于预定阈值并且可以提高接收信号质量的情况下，基站510可以向MS 520发射波束成形增益控制消息以便将发射波束成形增益增加特定值+βt。相反地，当确定接收信号质量大于预定阈值时，基站510可以向MS 520发射消息以便不改变波束成形增益或以便将波束成形增益减小特定值-βt。βt具有实值。在增益没有改变的情况下，βt可以被设置为“0”。在增加或降低发射波束成形增益的情况下，可以使用分贝(dB)单位来表示发射波束成形增益的增加或降低量。
而且，波束成形增益控制消息可以包括波束成形增益控制(Beamforming GainControl，BGC)信息。根据本发明的示例性实施例，BGC信息可以包括一个或多个比特。例如，在BGC信息包括1个比特的情况下，“0”可以被定义为降低发射波束成形增益的命令，并且“1”可以被定义为增加波束成形增益的命令。对于另一个示例，在BGC信息包括2个比特的情况下，“00”可以被定义为降低发射波束成形增益的命令，“11”可以被定义为增加发射波束成形增益的命令，并且“01”和“10”可以被定义为维持发射波束成形增益的命令。对于又一个示例，在BGC信息包括多个比特的情况下，波束成形增益的绝对值可以被分配给多个比特组合。例如，在BGC信息包括3个比特的情况下，“000”可以被定义为指示0dB，“001”指示+1dB，“010”指示+2dB，“011”指示+3dB，“100”指示-1dB，“101”指示-2dB，并且“110”指示-3dB。对于另一个示例，在使用在表6中表示的“波束成形增益索引的数量”字段的情况下，特定波束成形增益值可以被分配给特定比特流。例如，“00”可以被分配0dB，“01”可以被分配5db，“10”可以被分配10dB，并且“11”可以被分配20dB。
而且，在使用βt控制波束成形增益的情况下，因为由MS 520发射的信号的方向可能改变，所以可以发射用于更精确地控制最初在波束训练中确定的波束方向的用于波束方向控制的精细方向控制参数αt、以及波束成形增益。精细方向控制参数αt可以是表示方向和角度中的至少一个的信息，或者可以是在基站510和MS 520之间规定的表示方向和角度中的至少一个的索引值。αt的特定值可以被确定为由于αt的应用而在不大大地改变在波束训练处理期间确定的波束的方向的情况下控制由于通过βt进行的波束成形增益控制所生成的波束方向的误差值的程度的值。
而且，因为发射功率值PMS可以根据βt和αt而改变，所以关于功率值的改变量ΔP的信息也可以被包括在波束成形增益控制信号中。在这一点上，基站510可以不直接地发射βt、αt和ΔP，而是可以使用其他类型的值。例如，为了控制βt、αt和ΔP，基站510可以使用映射到波束成形增益以及在基站510和MS 520之间规定的方向的索引，或者基站510可以使用预编码矩阵的索引。换句话说，基站510可以发射索引，而不是直接地发射βt、αt和ΔP。预编码矩阵可以由能够控制在数字端的数字信号的幅度和相位的值形成，或可以由控制正好在天线之前的端部的模拟信号的幅度和相位的值形成。
在步骤507中，MS 520可以使用根据基站510的指示所控制的发射波束成形增益来发射信号。换句话说，在步骤507中，MS 520可以发射反映波束成形增益的信号。也就是说，发射波束成形增益可以是GMS_T-βt或GMS_T+βt。例如，在增加发射波束成形增益的情况下，MS520可以减小发射波束的宽度。在减小发射波束成形增益的情况下，MS 520可以增加发射波束的宽度。换句话说，MS 520可以根据改变后的波束宽度来形成发射波束。
在参考图5所描述的目前的示例性实施例中，基站510可以增加MS 520的发射波束成形增益以便提高接收信号质量。然而，取决于通信环境，减小发射波束成形增益，即，加宽波束宽度可以提高接收信号质量。换句话说，可以取决于通信环境来改变信号质量和阈值的比较结果与发射波束成形增益提高或降低之间的相关性。
例如，相关性可以取决于基站510和MS 520的无线电信道处于视线(LOS)环境中还是处于非LOS(NLOS)环境中而改变。具体地，在基站510和MS 520的无线电信道处于LOS环境中的情况下，提高发射波束成形增益，即，使波束宽度变窄可以提高接收强度。相反地，在无线电信道处于NLOS环境中的情况下，在预先确定的范围内降低发射波束成形增益，即，加宽波束宽度可以提高接收强度，这是因为当波束宽度加宽时多路径的数量可以增加。可以使用信道的改变量来确定无线电信道是处于LOS环境中还是处于NLOS环境中。因此，尽管在图5中未示出，基站510可以通过将信道的改变量与特定阈值相比较来确定无线电信道处于LOS环境中还是处于NLOS环境中，并且基站510可以根据与确定结果相对应的相关性来增加或减小发射波束成形增益。
对于另一个示例，相关性可以根据MS 520的移动速度而改变。具体地，在MS 520的移动速度小于特定阈值的情况下，提高发射波束成形增益，即，使波束宽度变窄，可以提高接收强度。相反地，在MS 520的移动速度大于特定阈值的情况下，在预先确定的范围内减小发射波束成形增益，即，加宽波束宽度，可以提高接收强度。基站510可以根据由MS 520测量或报告的位置信息或根据信道的改变量来确定MS 520的移动速度。因此，尽管在图5中未示出，但是基站510可以估计MS 520的移动速度并且可以将移动速度与特定阈值相比较，并且然后可以根据与比较结果相对应的相关性来增加或降低发射波束成形增益。
图6图示出根据本发明的示例性实施例的、用于无线通信系统中的下行链路接收波束成形增益控制的信号交换。
参考图6，当发射下行链路数据时，基站610发射信号，并且MS 620使用特定波束方向和特定接收波束成形增益值GMS_R来接收信号。在这一点上，在MS 620使用定向波束成形的情况下，MS 620可以控制接收波束成形增益值。
在步骤601中，基站610可以向MS 620发射RF信号。在这一点上，信号的接收波束成形增益是GMS_R。另外，在步骤603中，已经从基站610接收RF信号的MS 620可以测量接收信号质量，并且然后，在步骤605中，MS 620可以向基站610报告信号质量。接收信号质量可以是RSS、SNR、SIR、SINR、BER、PER的值或任何其他类似的和/或适当的值，或者可以是表示RSS、SNR、SIR、SINR、BER、PER的改变的平均量的偏差或均方差以及任何其他类似的和/或适当的值。替换地，根据本发明的示例性实施例，接收信号质量可以是表示MS 620的移动性的值并且可以是MS 620的移动速度或MS 620的位置的改变值。
在步骤607中，已经接收到接收信号质量的基站610可以发射波束成形增益控制消息，以便增加或减小接收波束成形增益。例如，在基站610确定所报告的接收信号质量小于预定阈值并且确定应当提高接收信号质量的情况下，则基站610可以向MS 620发射波束成形增益控制消息，以便将接收波束成形增益增加特定值+βr。相反地，在基站610确定所报告的接收信号质量大于预定阈值的情况下，基站610可以向MS 620发射波束成形增益控制消息，以便将接收波束成形增益减小特定值-βr。βr具有实数值。在不控制增益的情况下，或换句话说，在不改变增益的情况下，βr可以被设置为“0”。
而且，在使用βr控制波束成形增益的情况下，因为由MS 620发射的信号的方向可能改变，所以可以发射用于能够更精确地控制在最初波束训练中确定的波束方向的用于波束方向控制的精细方向控制参数αr、以及波束成形增益。精细方向控制参数αr可以是表示方向和角度中的至少一个的信息，或者可以是表示在基站610和MS 620之间规定的方向和角度中的至少一个的索引值。αr的特定值可以被确定为由于αr的应用而在不大大地改变在波束训练处理期间所确定的波束的方向情况下控制由于通过βr进行的波束成形增益控制所生成的波束方向的误差值的程度的值。
在这一点上，基站610可以不直接地发射βr和αr，而是可以使用其他类型的值。例如，为了控制βr和αr，基站610可以使用映射到波束成形增益以及在基站610和MS 620之间规定的方向的索引，或者可以使用预编码矩阵的索引。换句话说，基站610可以发射索引，而不是直接地发射βr和αr。预编码矩阵可以由用于控制在数字端的数字信号的幅度和相位的值形成，或可以由控制正好在天线之前布置的端部或位置的模拟信号的幅度和相位的值形成。
接下来，在步骤607中，MS 620可以使用根据基站610的指示所控制的接收波束成形增益来发射信号。也就是说，接收波束成形增益是GMS_R-βr或GMS_R+βr。例如，在增加接收波束成形增益的情况下，MS 620可以减小接收波束的宽度。在减小接收波束成形增益的情况下，MS 620可以增加接收波束的宽度。换句话说，MS 620可以根据改变后的波束宽度来形成接收波束。
在参考图6所描述的目前的示例性实施例中，基站610可以增加MS 620的接收波束成形增益以便提高接收信号质量。然而，取决于通信环境，减小接收波束成形增益，即，加宽波束宽度，可以提高接收信号质量。换句话说，可以根据通信环境来改变信号质量和阈值的比较结果与接收波束成形增益提高或降低之间的相关性。
例如，在存在被称为基站610的多于一个基站610以便提供多路径通信的情况下，可以根据基站610和MS 620的无线电信道处于视线(LOS)环境中还是处于非LOS(NLOS)环境中来改变相关性。具体地，在基站610和MS 620的无线电信道处于LOS环境中的情况下，提高接收波束成形增益，即，使波束宽度变窄，可以提高接收强度。相反地，在无线电信道处于NLOS环境中的情况下，在预先确定的范围内降低接收波束成形增益，即，加宽波束宽度，可以提高接收强度，这是因为当波束宽度加宽时多路径的数量可以增加。可以使用信道的改变量来确定无线电信道是处于LOS环境中还是处于NLOS环境中。因此，尽管在图9中未示出，但是基站610可以通过将信道的改变量与特定阈值相比较来确定无线电信道处于LOS环境中还是处于NLOS环境中，并且基站610可以根据与确定结果相对应的相关性来增加或减小接收波束成形增益。
对于另一个示例，相关性可以根据MS 620的移动速度而改变。具体地，在MS 620的移动速度小于特定阈值的情况下，提高接收波束成形增益，即，使波束宽度变窄，可以提高接收强度。相反地，在MS 620的移动速度大于特定阈值的情况下，在预先确定的范围内减小接收波束成形增益，即，加宽波束宽度，可以提高接收强度。基站610可以根据由MS 620测量或报告的位置信息或根据信道的改变量来确定MS 620的移动速度。因此，尽管在图9中未示出，但是基站610可以估计MS 620的移动速度并且可以将移动速度与特定阈值相比较，并且然后，基站610可以根据与比较结果相对应的相关性来增加和/或降低接收波束成形增益。
在参考图5和图6所描述的本发明的示例性实施例中，直接地以dB为单位来表示波束成形增益的增加或降低量以及波束成形增益值。然而，本发明不限于此，并且可以使用波束宽度来表示波束成形增益的增加或降低量以及波束成形增益值。
而且，在参考图5和图6所描述的本发明的示例性实施例中，基站510/610可以确定是否控制波束成形增益。然而，本发明不限于此，并且MS 520/620可以确定是否控制波束成形增益。在这种情况下，MS 520/620可以将接收信号质量与阈值相比较，并且可以根据比较结果来确定是否控制波束成形增益。在确定波束成形增益控制的情况下，MS 520/620可以控制MS 520/620的波束成形增益或可以请求基站510/610以便控制基站510/610的波束成形增益。
而且，在参考图5和图6所描述的本发明的示例性实施例中，基站510/610可以请求MS 520/620控制波束成形增益。然而，根据本发明的另一个示例性实施例，基站510/610可以不请求MS控制波束成形增益，而是相反，控制基站510/610的波束成形增益。
而且，在参考图5和图6所描述的本发明的示例性实施例中，基站510/610可以使用信号质量来确定是否控制波束成形增益。然而，根据本发明的另一个示例性实施例，基站510/610可以估计MS 520/620的移动性，并且可以依靠根据MS 520/620的移动性来确定是否控制波束成形增益。例如，可以经由信号质量的改变程度来估计移动性，或者可以经由MS520/620的位置估计来估计移动性。例如，可以经由全球定位系统(GPS)来确定位置估计。也就是说，在移动性较大的情况下，在该情况下可能是波束宽度减小的波束成形增益控制可能阻碍接收功率提高。因此，在移动性较大的情况下，基站510/610可以确定不控制波束成形增益。
图7图示出根据本发明的示例性实施例的、用于在无线通信系统中控制MS的发射波束成形增益的基站的操作过程。
参考图7，在步骤701中，基站经由无线电信道从MS接收诸如RF信号的信号。这里，MS经由波束成形发射具有定向性的信号。当从MS接收信号时，基站可以执行接收波束成形。
在接收信号之后，基站继续到步骤703，以便测量由MS发送的信号的信号质量。例如，信号可以是用于数据传递的业务信号、用于控制信息传递的控制信号、用于信道估计的探测信号和导频信号中的一个，或者可以是从MS传送到BS的任何其他类似的和/或适当的信号。信号质量可以是参考图5和图6所讨论的信号质量值中的任何一个。
随后，基站进行到步骤705并且可以将所测量的信号质量与阈值相比较。这里，阈值可以是一个值或多个值并且表示客观的或预定的接收信号质量。在执行比较之后，基站进行到步骤707以便根据与至少一个阈值的比较的结果来发射用于MS的发射波束成形增益的控制信号。换句话说，基站可以发射指示发射波束成形增益的增加或降低的控制消息。可以根据使用中的信号质量值或其他的类似的因素来改变比较结果与发射波束成形增益的增加或降低之间的相关性。
根据本发明的示例性实施例，在所测量的信号质量小于阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便将MS的发射波束成形增益增加特定值+βt。相反地，所测量的信号质量可能等于或大于阈值，并且基站可以发射控制消息以便将MS的发射波束成形增益减小特定值-βt，或可以发射控制消息以便维持MS的发射波束成形增益。例如，在所测量的信号质量大于一阈值并且大于另一个阈值的情况下，则基站可以发射控制消息以便减小发射波束成形增益。在所测量的信号质量大于一阈值但是小于另一个阈值的情况下，则基站可以发射控制消息以便维持发射波束成形增益。
根据本发明的另一个示例性实施例，在所测量的信号质量小于阈值的情况下，则基站可以发射控制消息以便将MS的发射波束成形增益减小特定值-βt。另外，在所测量的信号质量等于或大于阈值的情况下，则基站可以发射控制消息以便将MS的发射波束成形增益增加特定值+βt或以便维持发射波束成形增益。例如，在所测量的信号质量大于一阈值并且大于另一个阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便增加发射波束成形增益。在所测量的信号质量大于一阈值但是小于另一个阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便维持发射波束成形增益。
如上所述，可以改变信号质量和阈值的比较结果与发射波束成形增益增加或降低之间的相关性。因此，为了根据相关性来确定是否控制发射波束成形增益，基站可以进一步确定与MS的无线电信道是否处于LOS环境中或MS的移动速度是否超过特定阈值。
在以上示例性实施例中，在发射波束成形增益的增加、降低和维持或不改变的情况下，发射控制消息。然而，根据本发明的另一个示例性实施例，基站可以仅仅在增加发射波束成形增益的情况下发射控制消息，而不考虑发射波束成形增益的减小或维持。也就是说，可以仅仅执行MS的发射波束成形增益控制，以便增加增益。而且，除指示增益的增加或降低的参数之外，控制消息可以另外包括用于控制波束方向的精细方向控制参数αt和发射功率值的改变量ΔP中的至少一个。
图8图示出根据本发明的示例性实施例的、用于在无线通信系统中控制MS的发射波束成形增益的MS的操作过程。
参考图8，在步骤801中，MS可以经由无线电信道向基站发射诸如RF信号的信号。例如，信号可以是用于数据传递的业务信号、用于控制信息传递的控制信号、用于信道估计的探测信号和导频信号中的一个以及可以从MS发送到BS的任何其他类似的和/或适当的信号。
在那之后，MS进行到步骤803以便从基站接收指示发射波束成形增益控制的控制消息。控制消息可以指示发射波束成形增益的增加、降低或维持。在指示发射波束成形增益的增加或降低的情况下，控制消息可以包括增加量、降低量和增加或降低之后的增益值中的至少一个。在指示发射波束成形增益的维持的情况下，控制消息可以包括以下中的至少一个：被设置为“0”的增加或降低量，以及指示不存在对发射波束成形增益的改变的信息。根据本发明的另一个示例性实施例，在指示发射波束成形增益的维持的情况下，可以不接收控制消息。
随后，MS进行到步骤805以便根据控制消息的指示来控制发射波束成形增益。例如，在控制消息包括用于将MS的发射波束成形增益增加特定值+βt的控制信息的情况下，MS可以使用通过向当前发射波束成形增益添加+βt所获取的值来控制发射波束成形的增益。相反地，在控制消息包括用于将MS的发射波束成形增益减小特定值-βt的控制信息的情况下，MS可以使用通过从MS的当前发射波束成形增益减去βt所获取的值来控制发射波束成形的增益。而且，在没有接收到控制消息或指示维持当前发射波束成形增益的情况下，MS可以继续维持MS的当前发射波束成形增益。
除指示发射波束成形增益的增加或降低的参数之外，控制消息可以另外包括用于控制波束方向的精细方向控制参数αt和发射功率值的改变量ΔP中的至少一个。在该情况下，MS可以进一步控制波束方向和功率值。
图9图示出根据本发明的示例性实施例的、用于在无线通信系统中控制MS的接收波束成形增益的基站的操作过程。
参考图9，在步骤901中，基站可以经由无线电信道向MS发射诸如RF信号的信号。例如，信号可以是用于数据传递的业务信号、用于控制信息传递的控制信号、用于信道估计的探测信号和用于获取同步的同步信号中的一个以及可以从基站传送到MS的任何其他信号。
在那之后，基站进行到步骤903，以便接收由MS关于信号而测量的信号质量的报告。例如，可以经由通过基站分配的反馈信道来接收信号质量报告，任何信号质量可以包括RSS、SNR、SIR、SINR、BER和PER中的至少一个，或者可以包括表示RSS、SNR、SIR、SINR、BER和PER的改变的平均量的偏差或均方差中的至少一个。替换地，根据本发明的另一个示例性实施例，接收信号质量可以是表示MS的移动性的值并且可以是MS的移动速度或MS的位置的改变值。
接下来，基站进行到步骤905以便将所报告的信号质量与阈值相比较。这里，阈值可以是一个值或多个值。阈值表示客观接收信号质量。
在于905步骤中执行比较之后，基站进行到步骤907以便根据信号质量与至少一个阈值的比较的结果来发射用于MS的接收波束成形增益的控制信号。换句话说，基站可以发射指示接收波束成形增益的增加或降低的控制消息。比较结果和接收波束成形增益的增加或降低之间的相关性可以根据特定示例性实施例而改变。例如，相关性可以取决于正在使用什么类型的信号质量测量。
根据本发明的示例性实施例，在所测量的信号质量小于阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便将MS的接收波束成形增益增加特定值+βr。相反地，在所测量的信号质量等于或大于阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便将MS的接收波束成形增益减小特定值-βr或可以发射控制消息以便维持(即，不改变)MS的接收波束成形增益。例如，在所测量的信号质量大于一阈值并且大于另一个阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便减小接收波束成形增益。在所测量的信号质量大于一阈值但是小于另一个阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便维持接收波束成形增益。
根据本发明的另一个示例性实施例，在所测量的信号质量小于阈值的情况下，则基站可以发射控制消息以便将MS的接收波束成形增益减小特定值-βr。另外，在所测量的信号质量等于或大于阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便将MS的接收波束成形增益增加特定值+βr或以便维持MS的接收波束成形增益。例如，在所测量的信号质量大于一阈值并且大于另一个阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便增加接收波束成形增益。在所测量的信号质量大于一阈值但是小于另一个阈值的情况下，基站可以发射控制消息以便维持接收波束成形增益。
如上所述，可以改变信号质量和阈值的比较结果与接收波束成形增益增加或降低之间的相关性。因此，为了根据相关性来确定是否控制接收波束成形增益，基站可以进一步确定与MS的无线电信道是否处于LOS环境中或MS的移动速度是否超过特定阈值。
在以上示例性实施例中，在接收波束成形增益的增加、降低和维持的情况下，发射控制消息。然而，根据本发明的另一个示例性实施例，基站可以仅仅在增加接收波束成形增益的情况下发射控制消息，而不考虑接收波束成形增益的降低或维持。也就是说，根据示例性实施例，可以仅仅执行MS的接收波束成形增益控制，以便增加增益。而且，除指示接收波束成形增益的增加或降低的参数之外，控制消息可以另外包括用于控制波束方向的精细方向控制参数αr中的至少一个。
图10图示出根据本发明的示例性实施例的、用于在无线通信系统中控制MS的接收波束成形增益的MS的操作过程。
参考图10，MS可以经由无线电信道从基站接收诸如RF信号的信号并且可以在步骤1001中测量接收信号的信号质量。例如，信号可以是用于数据传递的业务信号、用于控制信息传递的控制信号、用于信道估计的探测信号和导频信号中的一个以及可以从基站传送到MS的任何其他类似的和/或适当的信号。
随后，MS进行到步骤1003以便向基站发射所测量的信号质量的报告。例如，可以经由通过基站分配的反馈信道来发射信号质量的报告，并且，信号质量可以包括RSS、SNR、SIR、SINR、BER和PER中的至少一个，或者可以包括表示RSS、SNR、SIR、SINR、BER和PER的改变的平均量的偏差或均方差中的至少一个。替换地，根据本发明的另一个示例性实施例，接收信号质量可以是表示MS的移动性的值并且可以是MS的移动速度或MS的位置的改变值。
在那之后，MS进行到步骤1005以便从基站接收用于控制接收波束成形增益的控制消息。控制消息可以指示接收波束成形增益的增加、降低或维持。在控制消息指示接收波束成形增益的增加或降低的情况下，控制消息可以包括增加量、降低量和增加或降低之后的增益值中的至少一个。在控制消息指示接收波束成形增益的维持的情况下，控制消息可以包括被设置为“0”的增加量或降低量以及指示接收波束成形增益的维持的信息中的至少一个。根据本发明的另一个示例性实施例，在控制消息指示接收波束成形增益的维持的情况下，可以不发射控制消息和/或不接收控制消息。
接下来，MS进行到步骤1007以便根据控制消息的指示来控制接收波束成形增益。例如，在控制消息包括用于将MS的接收波束成形增益增加特定值+βt的控制信息的情况下，则MS可以使用通过向当前接收波束成形增益添加+βt所获取的值来控制接收波束成形的增益。相反地，在控制消息包括用于将MS的接收波束成形增益减小特定值-βt的控制信息的情况下，则MS可以使用通过从MS的当前接收波束成形增益减去βt所获取的值来控制接收波束成形的增益。而且，在没有接收到控制消息或指示维持当前接收波束成形增益的情况下，然后MS可以继续维持MS的当前接收波束成形增益。
除指示接收波束成形增益的增加或降低的参数之外，控制消息可以另外包括用于控制波束方向的精细方向控制参数αt。在该情况下，MS可以进一步控制波束方向。
图11是图示出根据本发明的示例性实施例的无线通信系统中的基站的框图。
参考图11，基站可以包括通信单元1110、存储单元1220和控制器1130。通信单元1110可以经由无线电信道发射和/或接收诸如RF信号的信号。例如，通信单元1110可以包括数字块(未示出)和RF块(未示出)。数字块可以包括编码器、解码器、数模转换(DAC)和用于信号通信的其他类似的和/或适当的元件。RF块可以包括放大器、混频器、振荡器和用于信号通信的其他类似的和/或适当的元件。同样，根据本发明的示例性实施例，通信单元1110可以包括用于发射波束成形的元件和用于接收波束成形的元件。参考图13A至13C来详细描述用于波束成形的元件。存储单元1120可以存储用于操作基站的至少一个程序以及设置信息，和为了基站的操作而存储的其他类似的和/或适当的信息。
控制器1130可以控制基站的总体功能。例如，控制器1130可以执行波束训练过程。而且，控制器1130可以控制通信单元1110以便根据经由波束训练过程确定的波束索引来执行波束成形。具体地，根据本发明的示例性实施例，控制器1130可以执行波束成形增益控制过程，并且可以控制通信单元1110以便根据经由波束成形增益控制过程确定的增益值来控制波束成形增益。为了进行波束成形增益控制过程，控制器1130可以包括：信号质量测量单元1132；用于测量上行线路信号的信号质量；波束成形增益确定单元1134，用于确定是否控制波束成形增益以及波束成形增益的改变量；以及控制消息处理器1136，用于生成通知所确定的改变量的控制消息。以下详细地描述控制器1130用于波束成形增益控制过程的操作。
在上行链路波束成形增益控制的情况下，控制器1130可以测量经由无线电信道从MS接收到的上行线路信号的信号质量，并且可以将所测量的信号质量与阈值相比较。同样，在下行链路波束成形增益控制的情况下，控制器1130可以经由通信单元1110使用无线电信道向MS发射信号，并且然后可以接收关于由MS关于信号而测量的信号质量的报告。随后，控制器1130可以将所报告的信号质量与阈值相比较。另外，控制器1130可以根据信号质量和阈值的比较结果来确定MS的发射波束成形增益的增加或降低，并且可以经由通信单元1110来发射指示发射波束成形增益的增加或降低的控制消息。
比较结果与发射和/或接收波束成形增益的增加或降低之间的相关性可以根据特定示例性实施例而改变。根据本发明的示例性实施例，在所测量的信号质量小于阈值的情况下，控制器1130可以确定将MS的发射和/或接收波束成形增益增加特定值+βt。另外，在所测量的信号质量等于或大于阈值的情况下，控制器1130确定将MS的发射和/或接收波束成形增益减小特定值-βt，或可以确定维持MS的发射和/或接收波束成形增益。根据本发明的示例性实施例，在所测量的信号质量小于阈值的情况下，控制器1130可以确定将MS的发射和/或接收波束成形增益减小特定值-βt。在所测量的信号质量等于或大于阈值的情况下，控制器1130可以确定将MS的发射和/或接收波束成形增益增加特定值+βt，或可以确定维持MS的发射和/或接收波束成形增益。
而且，为了根据相关性来确定是否控制发射和/或接收波束成形增益，控制器1130可以进一步确定与MS的无线电信道是否处于LOS环境中或MS的移动速度是否超过特定阈值。
在以上示例性实施例中，在发射和/或接收波束成形增益的增加、降低和维持的情况下，发射控制消息。然而，根据本发明的另一个示例性实施例，控制器1130可以仅仅在增加发射波束成形增益的情况下发射控制消息，而不考虑发射波束成形增益的减小或维持。换句话说，在所报告的信号质量等于或大于阈值的情况下，控制器1130可以不发射控制消息。
图12是图示出根据本发明的示例性实施例的无线通信系统中的MS的框图。
参考图12，MS包括通信单元1210、存储单元1220和控制器1230。通信单元1210可以经由无线电信道来发射和/或接收信号。例如，通信单元1210可以包括数字块(未示出)和RF块(未示出)。数字块可以包括编码器、解码器、DAC和用于信号通信的其他类似的和/或适当的元件。RF块可以包括放大器、混频器、振荡器和用于信号通信的其他类似的和/或适当的元件。同样，根据本发明的示例性实施例，通信单元1210可以包括用于发射波束成形的元件和用于接收波束成形的元件。参考图13A至13C来详细描述用于波束成形的元件。存储单元1220可以存储用于操作MS的至少一个程序以及设置信息，和用于操作MS的任何其他类似的和/或适当的信息。
控制器1230可以控制MS的总体功能。例如，控制器1230可以执行波束训练过程。而且，控制器1230可以控制通信单元1210以便根据经由波束训练过程确定的波束索引来执行波束成形。具体地，根据本发明的示例性实施例，控制器1230可以执行波束成形增益控制过程，并且可以控制通信单元1210以便根据经由波束成形增益控制过程确定的增益值来控制波束成形增益。此外，控制器1230可以包括：信号质量测量单元1232，用于测量下行链路信号的信号质量；以及控制消息处理器1234，用于通过分析从基站接收到的控制消息来确定波束成形增益是否改变或波束成形增益的改变量。以下详细地描述控制器1230的用于波束成形增益控制过程的操作。
在上行链路波束成形增益控制的情况下，控制器1230可以经由通信单元1210使用无线电信道向基站发射信号，并且然后可以从基站接收用于控制发射波束成形增益的控制消息。随后，控制器1230可以根据控制消息的指示来控制发射波束成形增益。例如，在控制消息包括用于将MS的发射波束成形增益增加+βt的控制信息的情况下，控制器1230可以使用通过向当前发射波束成形增益添加+βt所获取的值来控制发射波束成形的增益。相反地，在控制消息包括用于将MS的发射波束成形增益减小特定值-βt的控制信息的情况下，控制器1230可以使用通过从MS的当前发射波束成形增益减去βt所获取的值来控制发射波束成形的增益。而且，在没有接收到控制消息或指示维持当前发射波束成形增益的情况下，控制器1230可以继续维持MS的当前发射波束成形增益。
在下行链路波束成形增益控制的情况下，控制器1230可以经由无线电信道从基站接收信号、可以测量所接收的信号的信号质量，并且然后可以经由通信单元1210向基站发射所测量的信号质量的报告。在那之后，控制器1230可以从基站接收用于控制接收波束成形的控制消息。另外，控制器1230可以根据控制消息的指示来控制接收波束成形增益。例如，在控制消息包括用于将MS的接收波束成形增益增加+βt的控制信息的情况下，控制器1230可以使用通过向当前接收波束成形增益添加+βt所获取的值来控制接收波束成形的增益。相反地，在控制消息包括用于将MS的接收波束成形增益减小特定值-βt的控制信息的情况下，控制器1230可以使用通过从MS的当前接收波束成形增益减去βt所获取的值来控制接收波束成形的增益。而且，在没有接收到控制消息或指示维持当前接收波束成形增益的情况下，控制器1230可以继续维持MS的当前接收波束成形增益。
在MS使用波束成形技术以便控制发射和接收波束成形的增益的情况下，参考图13A至图13C来详细描述用于RF信号和波束成形的收发信机的构造。
图13A至图13C是图示出根据本发明的示例性实施例的、在无线通信系统中的根据波束成形方法的波束成形装置的框图。
根据执行波束成形的点，可以将波束成形分类为数字波束成形和模拟波束成形。数字波束成形和模拟波束成形根据在数模转换器(DAC)之前还是在DAC之后确定用于确定波束方向的波束成形参数而不同。在数字波束成形的情况下，波束成形参数可以在DAC之前乘以比特流。相反地，在模拟波束成形的情况下，波束成形参数在DAC之后控制将经由每个天线发射的每个信号的幅度和相位。而且，在执行数字波束成形和模拟波束成形两者的情况下，混合的波束成形也是可能的。
图13A图示出用于执行数字波束成形的装置的框图。参考图13A，信息比特流可以经由编码器1311和调制器1312被转换为复码元流。比特流可以是具有“0”或“1”的值的连续的信息值，并且比特流可以是输入到每个独立路径的一个或多个比特流。在对于每个天线发射独立的比特流的情况下，复码元可以被复用并且被提供给每个路径。在从所有天线发射相同的比特流的情况下，相同的复码元可以被提供给所有路径。复码元可以通过每个路径的预编码器1313-1至1313-N被乘以波束成形参数Wd1,…,WdN，并且然后经由快速傅里叶逆变换(IFFT)算子1314-1至1314-N、并串(P/S)转换器1315-1至1315-N和循环前缀(CP)插入单元1316-1至1316-N被转换为正交频分多路复用(OFDM)码元。在那之后，作为数字信号的OFDM码元可以通过DAC 1317-1至1317-N被转换为模拟信号。在那之后，各个路径的模拟信号可以通过混频器1319-1至1319-N被转换为RF信号，并且经由功率放大器(PA)1320-1至1320-N被放大，并且然后经由N个天线中相应的天线被发射。如上所述，在数字波束成形的情况下，为每个天线提供DAC 1319，并且在DAC 1319之前波束成形参数被乘以复码元。因此，在天线的数量是N的情况下，数字波束成形的波束成形参数变为Wd1,…,WdN，并且参数的每个因子也是复数。而且，在多个天线群组形成一个天线的情况下，可以应用多输入多输出(MIMO)技术。在该情况下，对于每个天线群组定义波束成形参数Wd1,…,WdN，并且波束成形参数的每个因子变为由复数形成的矩阵或矢量值。在应用MIMO技术的情况下，除用于波束成形的预编码器1313-1至1313-N之外，用于MIMO技术的预编码器块可以相对于波束成形预编码块1313-1至1313-N独立地存在。
图13B图示出用于执行模拟波束成形的装置的框图。参考图13B，信息比特流可以经由编码器1321和调制器1322被转换为复码元。比特流可以是具有“0”或“1”的值的连续的信息值。复码元可以经由IFFT算子1323、P/S转换器1324和CP插入单元1325被转换为OFDM码元。在那之后，作为数字信号的OFDM码元可以通过DAC 1326被转换为模拟信号，并且经由混频器1327被转换为RF信号。RF信号可以被输入到每个天线的路径，然后通过相位/幅度转换器1328-1至1328-N来改变RF信号的幅度和相位，接下来RF信号经由PA 1329-1至1329-N被放大，并且然后经由N个天线中的每一个被发射。如上所述，模拟波束成形可以通过对信息比特流进行信道编码、调制和模拟转换并且然后在天线处发射信号之前改变模拟信号的幅度或相位来确定将在每个天线发射的波束的方向。例如，在用于每个天线的波束成形参数是Wa1,…,WaN的情况下，波束成形参数的每个因子包括用于每个天线的信号的幅度值和相位值中的至少一个。模拟波束成形可以同时改变幅度值和相位值，或仅仅控制相位值。而且，在多个天线群组形成一个天线的情况下，可以应用MIMO技术。在该情况下，对于每个天线群组定义波束成形参数Wd1,…,WdN，并且波束成形参数的每个因子变为由用于每个天线群组的信号的幅度或相位值中的至少一个形成的矩阵或矢量值。
图13C图示出用于执行混合波束成形的装置的框图。参考图13C，信息比特流可以经由编码器1331和调制器1332被转换为复码元。比特流可以是具有“0”或“1”的值的连续的信息值，并且比特流可以是输入到每个独立路径的一个或多个比特流。类似于图13A，复码元可以通过每个路径的预编码器1333-1至1333-N被乘以波束成形参数Wd1,…,WdN，并且然后经由IFFT算子1334-1至1334-N、P/S转换器1335-1至1335-N和CP插入单元1336-1至1336-N被转换为OFDM码元。在那之后，作为数字信号的OFDM码元可以通过DAC 1337-1至1337-N被转换为模拟信号，并且然后模拟信号通过混频器1338-1至1338-N被转换为RF信号。在那之后，类似于图13B，可以通过各相应的天线路径的相位/幅度转换器1341-11至1341-N,…,和1341-N1至1341-NN来改变每个路径的数字波束成形的信号的幅度和相位，并且通过求和单元1342-1至1342-N来将经由相同的天线发射的信号求和。求和后的信号可以经由各个天线路径的功率放大器1343-1至1343-N被放大，并且然后经由N个天线中的每一个被发射。如上所述，混合波束成形包括数字波束成形和模拟波束成形两者。在该情况下，波束成形参数包括用于数字波束成形的Wd1,…,WdN和用于模拟波束成形的Wa1,…,WaN。两个种类的波束成形参数独立地控制波束成形或使用特定关系公式。
图13A至13C图示出用于发射波束成形的框图。在接收波束成形的情况下，DAC由模数转换器(ADC)来代替，预编码器由后置编码器来代替，编码器由解码器来代替，调制由解调来代替，并且放大器的方向和信号的移动方向被改变为处于相反的方向中。在非OFDM系统的情况下，可以省略上述块中的FFT算子、P/S转换器和CP插入单元。
图14图示出根据本发明的示例性实施例的、无线通信系统中的通信节点的操作过程。
参考图14，在步骤1401中，通信节点可以经由波束训练过程确定波束方向。也就是说，通信节点可以执行与对应方节点的通信，并且可以确定与对应方节点进行通信的波束方向，以便有效地执行信号的发射和/或接收。在这里，波束方向包括发射波束方向和接收波束方向中的至少一个。例如，在确定接收波束方向的情况下，通信节点可以使用多个候选波束方向来接收信号，并且可以使用每个波束方向的接收信号强度来选择最佳的波束方向。同样，在确定发射波束方向的情况下，通信节点可以使用多个候选波束方向来发射信号，并且可以使用由对应方节点测量的每个波束方向的接收信号强度来选择最佳的波束方向。
在确定波束方向之后，通信节点可以进行到步骤1403，以便确定是否将使用波束成形增益控制。可以由通信节点或对应方节点来确定波束成形增益控制。例如，在由通信节点确定接收波束成形增益的控制的情况下，通信节点可以测量接收信号的信号质量，将信号质量与阈值相比较，并且然后取决于比较结果来确定是否控制接收波束成形增益。同样，在由通信节点确定发射波束成形增益的控制的情况下，通信节点可以接收由对应方节点测量的信号质量，将信号质量与阈值相比较，并且取决于比较结果来确定是否控制发射波束成形增益。此外，在由对应方节点确定波束成形增益的控制的情况下，通信节点可以经由从对应方节点接收到的消息来是否控制发射波束成形增益或接收波束成形增益。
当将使用波束成形增益控制时，则通信节点进行到步骤1405，以便通过改变波束宽度来控制发射波束成形增益。例如，在波束成形增益增加的情况下，通信节点可以减小波束宽度。在波束成形增益减小的情况下，通信节点可以增加波束宽度。换句话说，在波束成形增益增加的情况下，通信节点形成相对窄的波束，并且在波束成形增益减小的情况下，通信节点形成相对宽的波束。
本发明的示例性实施例提供用于经由基站和MS之间的信令来控制MS的发射和/或接收波束成形增益的技术。根据本发明的另一个示例性实施例，以上描述的发射和/或接收波束成形增益过程也可应用在MS和MS之间。换句话说，本发明的示例性实施例适用于设备到设备(D2D)通信。在该情况下，在以上过程中，一侧的MS操作为基站并且另一侧的MS操作为以上过程的MS。根据本发明的示例性实施例，因为在无线通信系统中自适应地控制波束成形的增益，所以通过波束成形的性能提高被最大化。
能够以硬件、软件或硬件和软件的组合的形式来实现根据权利要求和在说明书中的描述的本发明的实施例。
这样的软件可以被存储在计算机可读存储媒介中。计算机可读存储媒介存储一个或多个程序(软件模块)，该一个或多个程序包括指令，当其被电子设备中的一个或多个处理器执行时，使电子设备执行本发明的方法。
可以以诸如像存储器设备(像只读存储器(ROM))——无论是否是可擦除的或可重写的易失性的或非易失性存储器的形式，或者以诸如像随机存取存储器(RAM)、存储器芯片的存储器、设备或集成电路的形式，或在诸如像光盘(CD)、数字视频盘(DVD)、磁盘或磁带等等的光学上或磁性地可读的媒介来存储任何这样的软件。将理解的是，存储器设备和存储介质是适合于存储将当被执行时实施本发明的实施例的指令包括在内的程序的机器可读的存储器的实施例。实施例提供将用于实施本说明书的权利要求中的任何一项所主张的装置或方法的代码包括在内的程序以及存储这样的程序的机器可读的存储器。更进一步，可以经由诸如通过有线或无线连接承载的通信信号之类的任何媒介来电子地传达这样的程序，并且实施例适当地包括其。
尽管已经参考其某些示例性实施例示出和描述了本发明，但那些本领域技术人员应当理解，在不背离如所附权利要求和它们的等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节方面的各种改变。因此，本发明的范围不应当被限制到以上描述的示例性实施例，而是应当通过不只所附权利要求而且其等同物来确定。

Claims (38)

1.一种操作无线通信系统中的终端的方法，该方法包括：
接收具有基于波束训练过程确定的波束方向的波束成形后的信号；
接收用于指示对与终端的天线相关的波束成形增益进行控制的消息；
基于消息来控制波束成形增益；以及
利用控制后的波束成形增益来接收信号，
其中，控制波束成形增益而不改变波束方向。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
确定用于终端和基站之间的通信的波束方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，消息指示波束成形增益的增加、波束成形增益的降低和波束成形增益的维持中的一个。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，消息包括波束成形增益的增加量、波束成形增益的降低量、在波束成形增益增加之后的增益值以及在波束成形增益减小之后的增益值中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，消息包括发射功率的改变量和用于控制波束方向的参数中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，
向基站发射关于终端的波束成形能力的信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，关于波束成形能力的信息包括以下中的至少一个：最大波束成形增益值、最小波束成形增益值、最大波束成形增益值和最小波束成形增益值之间的部分的数量、可控制的波束成形增益值、波束成形预编码矩阵集合以及可支持的波束成形预编码矩阵集合的索引。
8.一种操作无线通信系统中的基站的方法，该方法包括：
发射具有基于波束训练过程确定的波束方向的波束成形后的信号；
生成用于控制与终端的天线相关的波束成形增益的消息；以及
向终端发射指示对波束成形增益进行控制的消息，
其中，控制波束成形增益而不改变波束方向。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
确定用于终端和基站之间的通信的波束方向。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，消息指示波束成形增益的增加、波束成形增益的降低和波束成形增益的维持中的一个。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，消息包括波束成形增益的增加量、波束成形增益的降低量、在波束成形增益增加之后的增益值以及在波束成形增益减小之后的增益值中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，消息包括发射功率的改变量和用于控制波束方向的参数中的至少一个。
13.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
如果接收信号质量小于阈值，则确定增加波束成形增益。
14.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
如果接收信号质量大于阈值，则确定减小波束成形增益。
15.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
确定波束成形增益的增加或降低的发射与接收信号质量和阈值的比较结果之间的相关性，以及
基于相关性来确定是否增加波束成形增益。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，相关性是：
基于终端和基站之间的信道是否处于视线(LOS)环境中而确定的。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，相关性是：
基于终端的移动速度而确定的。
18.根据权利要求8所述的方法，进一步包括，
从终端接收关于终端的波束成形能力的信息。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，关于波束成形能力的信息包括以下中的至少一个：最大波束成形增益值、最小波束成形增益值、最大波束成形增益值和最小波束成形增益值之间的部分的数量、可控制的波束成形增益值、波束成形预编码矩阵集合以及可支持的波束成形预编码矩阵集合的索引。
20.一种用于无线通信系统中的终端的装置，该装置包括：
通信单元，用以接收具有基于波束训练过程确定的波束方向的波束成形后的信号，并接收用于指示对与终端的天线相关的波束成形增益进行控制的消息；以及
控制器，用以基于所述消息来控制波束成形增益，
其中，通信单元利用控制后的波束成形增益来发射或接收信号，
其中，控制波束成形增益而不改变波束方向。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，控制器确定用于终端和基站之间的通信的波束方向。
22.根据权利要求20所述的装置，其中，消息指示波束成形增益的增加、波束成形增益的降低和波束成形增益的维持中的一个。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，消息包括波束成形增益的增加量、波束成形增益的降低量、在波束成形增益增加之后的增益值以及在波束成形增益减小之后的增益值中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，消息包括发射功率的改变量和用于控制波束方向的参数中的至少一个。
25.根据权利要求20所述的装置，其中，通信单元向基站发射关于终端的波束成形能力的信息。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，关于波束成形能力的信息包括以下中的至少一个：最大波束成形增益值、最小波束成形增益值、最大波束成形增益值和最小波束成形增益值之间的部分的数量、可控制的波束成形增益值、波束成形预编码矩阵集合以及可支持的波束成形预编码矩阵集合的索引。
27.一种用于无线通信系统中的基站的装置，该装置包括：
通信单元，用以发射具有基于波束训练过程确定的波束方向的波束成形后的信号；
控制器，用以生成用于控制与终端的天线相关的波束成形增益的消息；以及
其中，通信单元向终端发射指示对波束成形增益进行控制的消息，
其中，控制波束成形增益而不改变波束方向。
28.根据权利要求27所述的装置，其中，控制器确定用于终端和基站之间的通信的波束方向。
29.根据权利要求27所述的装置，其中，消息指示波束成形增益的增加、波束成形增益的降低和波束成形增益的维持中的一个。
30.根据权利要求29所述的装置，其中，消息包括波束成形增益的增加量、波束成形增益的降低量、在波束成形增益增加之后的增益值以及在波束成形增益减小之后的增益值中的至少一个。
31.根据权利要求30所述的装置，其中，消息包括发射功率的改变量和用于控制波束方向的参数中的至少一个。
32.根据权利要求27所述的装置，其中，如果接收信号质量小于阈值，则控制器确定增加波束成形增益。
33.根据权利要求27所述的装置，其中，如果接收信号质量大于阈值，则控制器确定减小波束成形增益。
34.根据权利要求27所述的装置，其中，控制器确定波束成形增益的增加或降低的发送与接收信号质量和阈值的比较结果之间的相关性，并且基于相关性来确定是否增加波束成形增益。
35.根据权利要求34所述的装置，其中，相关性是：
基于终端和基站之间的信道是否处于视线(LOS)环境中而确定的。
36.根据权利要求34所述的装置，其中，相关性是：基于终端的移动速度而确定的。
37.根据权利要求27所述的装置，其中，通信单元从终端接收关于终端的波束成形能力的信息。
38.根据权利要求37所述的装置，其中，关于波束成形能力的信息包括以下中的至少一个：最大波束成形增益值、最小波束成形增益值、最大波束成形增益值和最小波束成形增益值之间的部分的数量、可控制的波束成形增益值、波束成形预编码矩阵集合以及可支持的波束成形预编码矩阵集合的索引。
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