CN104303477B - 使用模拟和数字混合波束成形的通信方法和装置 - Google Patents

使用模拟和数字混合波束成形的通信方法和装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种使用模拟和数字混合波束成形的通信方法和装置。该方法包括从基站(BS)接收包括用于混合波束成形的测量和选择条件的第一消息，测量多个BS传输波束的信道，基于信道测量选择至少一个BS传输波束，发送关于所选的至少一个BS传输波束的报告信息至BS，从BS接收第二消息，根据所述测量和报告条件估计用于所选的最终BS传输波束的有效信道矩阵，基于有效信道矩阵确定用于BS的数字波束成形的反馈信息，发送所确定的反馈信息至BS，并且根据基于所述反馈信息调度的多输入多输出(MIMO)模式和/或配置接收来自BS的数据脉冲。

Description

使用模拟和数字混合波束成形的通信方法和装置
技术领域
本发明涉及基于波束成形的无线移动通信系统。更具体地说，本发明涉及使用模拟和数字混合波束成形的通信方法和装置。
背景技术
无线通信系统的发展趋势是朝着更高数据速率以满足日益增长的对于无线数据通信量的需求。例如，正在基于诸如正交频分多址(OFDMA)、多输入多输出(MIMO)等等的通信方案，朝着提高的频谱效率开发无线通信系统以提高数据速率。
随着因对智能手机和平板个人电脑(PC)的需求及其导致的需要大量通信量的应用的快速增长，所以对通信量的需求已加速增长，很难简单地通过提高频谱效率来满足猛增的对于无线数据的需求。
为了避免这个问题，近期的兴趣集中在毫米波无线通信系统。当无线通信在毫米波频段提供时，从毫米波频段的频谱特性角度来看，诸如路径损耗和反射损耗的传播损耗增加，并且所导致的缩短的传播距离减小服务覆盖。因此，毫米波无线通信系统可以通过使用波束成形减轻波的路径损耗来扩展服务覆盖，从而增加波的传播距离。
两种类型的波束成形方案是数字波束成形(或发送(Tx)快速傅里叶逆变换前(pre-IFFT)波束成形/接收(Rx)快速傅里叶变换后(post-FFT)波束成形)和模拟波束成形(或Tx post-IFFT波束成形/Rx pre-FFT波束成形)。数字波束成形在数字域基于多输入多输出(MIMO)和数字预编码器或码本使用多个射频(RF)路径，而模拟波束成形使用多个模拟/RF设备(例如移相器、功率放大器(PA)和可变增益放大器(VGA))和天线配置。数字波束成形需要昂贵的数模转换器(DAC)或模数转换器(ADC)并增加了实施复杂度以提高波束成形增益，而模拟波束成形在有效率地使用频率资源或波束成形性能最大化上有局限性。
由于在毫米波段中的波长缩短了，所以使用具有许多排列在小空间中的天线元件的天线阵列(诸如均匀线性阵列(ULA)或均匀平面阵列(UPA))的模拟波束成形是恰当的。但是如前面所述，模拟波束成形在以下方面有局限性：有效率地使用资源方面的有效性，通过诸如单用户MIMO(SU-MIMO)、多用户MIMO(MU-MIMO)的MIMO方案或空间复用来增加用户或系统吞吐量，通过分集或额外的数字波束成形以增加信噪比(SNR)或可靠性。
因此，为了有效率的MIMO/波束成形，存在对支持作为模拟波束成形和数字波束成形的组合的混合波束成形的需要。
以上信息被呈现为仅为帮助理解本公开的背景信息。至于以上任何信息是否可能适用为关于本发明的现有技术，尚未进行确定，也没有进行声明。
发明内容
技术问题
本发明的各方面为解决至少上述的问题和/或缺点，并提供至少如下描述的优点。相应地，本发明一方面是为提供一种在通信系统中发送和接收信号的方法和装置。
本发明的另一方面是提供一种在毫米波通信系统中通过波束成形发送和接收信号的方法和装置。
本发明的另一方面是提供一种用在移动站(MS)和基站(BS)间的信号传输和接收中的通过组合模拟波束成形和数字波束成形的混合波束成形结构。
本发明的另一方面是提供一种方法和装置，通过在MS和BS间的上行链路/下行链路上具有方向性的一个或多个模拟波束集合中选择一个或多个最佳波束，并基于所选的波束使用波束对来有效率地操作数字多输入多输出(MIMO)/波束成形，来有效率地执行混合波束成形。
解决方案
根据本发明的一个方面，提供了使用模拟和数字混合波束成形的通信方法。该通信方法包括：接收来自BS的包括用于混合波束成形的测量和选择条件的第一消息，根据测量和选择条件测量多个BS传输波束的信道，根据测量和选择条件基于信道测量选择至少一个BS传输波束，把关于所选的至少一个BS传输波束的报告信息发送给BS，从BS接收包括用于由BS选择的最终BS传输波束的数字波束成形的测量和报告条件的第二消息，根据测量和报告条件估计用于所选的最终BS传输波束估计有效信道矩阵，基于有效信道矩阵确定用于BS的数字波束成形的反馈信息，把所确定的反馈信息发送给BS，并根据基于反馈信息调度的MIMO模式和/或配置接收来自BS的数据脉冲。
根据本发明的另一方面，提供了使用模拟和数字混合波束成形的通信方法。该通信方法包括：把包括用于多个BS传输波束的混合波束成形的测量和选择条件的第一消息发送给MS，从MS接收关于由MS根据测量和选择条件选择的至少一个BS传输波束的报告信息，基于报告信息选择用于MS的最终BS传输波束，把包含用于最终BS传输波束的数字波束成形的测量和报告条件的第二消息发送给MS，从MS接收用于BS的数字波束成形的反馈信息，基于反馈信息执行用于MS的混合波束成形调度，并且根据所调度的MIMO模式和/或配置发送数据脉冲至MS。
根据本发明的另一方面，提供了使用模拟和数字混合波束成形执行通信的MS。该MS包括数字波束成形器，模拟波束成形器和被配置为控制数字波束成形器和模拟波束成形器的的控制器。控制器被配置为从BS接收包含用于混合波束成形的测量和选择条件的第一消息，根据测量和选择条件来测量多个BS传输波束的信道，根据测量和选择条件基于信道测量选择至少一个BS传输波束，把关于已选的至少一个BS传输波束的报告信息发送至BS，从BS接收包括用于由BS选择的最终BS传输波束的数字波束成形的测量和报告条件的第二消息，根据测量和报告条件估计用于所选的最终BS传输波束的有效信道矩阵，基于有效信道矩阵确定用于BS的数字波束成形的反馈信息，把所确定的反馈信息发送至BS，并且根据基于反馈信息所调度的MIMO模式和/或配置接收来自BS的数据脉冲。
根据本发明的另一方面，提供了使用模拟和数字混合波束成形执行通信的BS。BS包括数字波束成形器，模拟波束成形器和被配置为控制数字波束成形器和模拟波束成形器的控制器。控制器被配置为发送包括用于多个BS传输波束的混合波束成形的测量和选择条件的第一消息至MS，从MS接收关于由MS根据测量和选择条件选择的至少一个BS传输波束的报告信息，基于报告信息选择用于MS的最终BS传输波束，发送包括用于最终BS传输波束的数字波束成形的测量和报告条件的第二消息至MS，从MS接收用于BS的数字波束成形的反馈信息，基于反馈信息为MS执行混合波束成形调度，并且根据所调度的MIMO模式和/或配置发送数据脉冲至MS。
本发明的其他方面、优点和显著特征将从以下结合附图而公开本发明的示例性实施例的详细描述中对本领域技术人员变得显而易见。
附图说明
本发明的某些示例性实施例的上述和其他方面、特性和优点将从下面结合附图的描述中变得更加显而易见，附图中：
图1是根据本发明的示例性实施例的支持波束成形的基站(BS)发射器的物理层的框图；
图2是根据本发明的示例性实施例的支持波束成形的BS发射器的物理层的框图；
图3A和3B是根据本发明的示例性实施例的混合传输(Tx)和接收(Rx)波束成形结构的框图；
图4示出根据本发明的示例性实施例的BS和移动站(MS)间的通信；
图5示出根据本发明的示例性实施例的波束空间内为了覆盖特定小区/扇区区域在不同方向上形成的示例性模拟波束；
图6示出根据本发明的示例性实施例的模拟和数字混合波束成形进程；
图7A和7B是根据本发明的示例性实施例的混合Tx和Rx波束成形结构的框图；
图8是示出根据本发明的示例性实施例的用于混合多输入多输出/波束成形(MIMO/BF)的调度过程的流程图；以及
图9是示出根据本发明的示例性实施例的用于混合MIMO/BF的测量和反馈过程的流程图。
遍及附图，相似的参考数字应当被理解为指的是相似的部分，组件和结构。
具体实施方式
提供下面参照附图的描述来帮助对如权利要求及其等价物所定义的本发明的示例性实施例的全面理解。它包括各种帮助理解的特定细节但这些应被视为只是示例性的。相应地，本领域普通技术人员应认识到在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以对此处描述的实施例做出各种改变和修改。另外，为了清楚和简明，众所周知的功能和结构的描述可以被省略。
下面的描述和权利要求中使用的术语和词汇不限于书面意思，而是仅被发明人用来使对本发明的理解能够清楚和一致。相应地，对于本领域技术人员来说应该显然的是，提供本发明的示例性实施例的以下描述仅用于说明目的，而不是为了限制由所附权利要求及其等价物所定义的本发明的目的。
除非上下文另外明确地说明，否则应当理解单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代。因此，例如提到“一个组件表面”包括提到一个或多个这样的表面。
术语“大体上”意思是所述特征、参数或值不需要确切地达到，而是偏差或变化(包括例如公差，测量错误，测量精度限制和本领域技术人员知道的其他因素)可能以不排除预期提供的特征的效果的量发生。
将提供本发明的示例性实施例来解决本发明的上述技术方面。在示例性实施中，所定义的实体可能有相同的名称，对此本发明没有被限制。因此本发明的示例性实施例可以在有相似技术背景的系统中以相同或准备好的修改被实施。
发送(Tx)波束成形通过多个天线把信号波集中到特定方向来增加方向性。一个天线集叫做天线阵列，并且天线阵列中的单独的天线叫做天线元件。天线阵列可以采用各种形式，包括线性阵列、平面阵列等。Tx波束成形可以通过增加信号方向性来增加传播距离。由于信号很少在除了特定方向外的其他方向上发送，所以Tx波束成形还可以显著地降低与预期的用户之外的用户的信号干扰。
接收器也可以使用接收(Rx)天线阵列来执行Rx波束成形。由于Rx波束成形通过把信号接收集中到特定方向，排除来自其它方向上的信号，而增加对来自特定方向的信号的接收敏感度，所以Rx波束成形可以阻挡引起干扰的信号。
毫米波无线移动通信系统采用波束成形来减轻毫米波频段的高传播路径损耗。另外，但凡要减少数据和控制信号之间的不平衡的情况中都需要波束成形。由例如电子与电气工程师协会(IEEE)802.11ad标准建议的波束成形过程包括两个阶段：扇区级别扫描(Sector Level Sweep，SLS)和波束改进协议(Beam Refinement Protocol，BRP)。
IEEE802.11ad是在60-GHz毫米波段提供10到20米的半径的非常小的服务区域的无线局域网(WLAN)标准。为了克服波毫米波段遇到的波传播问题，使用波束成形。
在SLS阶段期间，将执行波束成形的站(STA)在不同方向上重复发送相同的扇区帧，并且对等STA通过准全向天线接收扇区帧，并关于有最高敏感度的方向发送反馈。因此，STA可以通过从对等STA获取关于有最高敏感度的方向的信息来执行波束成形。
在BRP阶段期间，在SLS阶段后精细地调整两个STA之间的Tx和Rx波束方向以便增加Tx和Rx波束成形增益。通常，两个STA在SLS阶段期间检测到最佳的Tx波束之后，它们在BRP阶段期间搜索匹配于最佳的Tx波束的最佳的Rx波束。另外，可以通过重复SLS和BRP阶段进一步精细地调整TX-RX波束对。
和毫米波无线通信系统相比，现有的第2代(2G)到第4代(4G)蜂窝通信系统被设计成以同向性或全方向性的方式在子-1GHz或1到3GHz频段上发送和接收控制信道和数据。然而，通过数字波束成形将一些资源选择性地分配给满足特定信道条件的用户。
在现有的蜂窝系统中，已经进行研究通过利用具有基于多个传输和接收天线(诸如多输入多输出(MIMO))的Tx/Rx分集的信道的多径传播特征来实现额外的性能增益。
同时，由于前面描述的信道特性和在像毫米波段的极高频频段中Tx/Rx波束成形的使用，减轻了信道的多径传播。因此，可以实现波束成形增益，但很难支持Tx/Rx分集。相应地，先前的研究限于确定通过在波束成形期间最大化波束成形增益来最优化诸如信噪比(SNR)的性能指数的波束成形权重系数。
基本上在一条RF路径或RF链中，基于通过多个射频(RF)/天线元件的模拟阵列的波束成形来实施不支持MIMO的无线吉比特(WiGig)。关于波束成形，发射器在多个方向上扫描特定波束图案的波束，并且接收器选择信号强度最大的波束并把有关所选波束的反馈发送至发射器。这种技术一般适用于在几米的小范围中有视线(LoS)信道路径而没有移动性的室内环境。在以每小时几十公里的移动性为特征的室外无线移动通信环境中，快速的终端切换，由障碍物招致的非LoS(NLoS)路径特征，或由信道衰落导致的快速变化的信道状态，形成具有方向性的窄波束从而最大化特定方向上的波束增益的波束成形仅可能增加由于归因于用户环境的性能退化而导致的敏感度。
另一个MIMO/BF技术是在第3代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)和全球微波接入互操作性(WiMAX)中使用的数字波束成形。尽管该数字波束成形方案基于数字预编码支持少于八个流的MIMO/BF，但因为硬件复杂性和在支持多条RF路径中的大信号开销，很难把数字波束成形应用于毫米波段。另外，由于使用单波束而不支持波束扫描和MIMO，WiGig模拟波束成形方案性能有限，并且在多径信道环境下遭受性能退化。
根据本发明的示例性实施例的可适用于蜂窝通信系统的混合波束成形把在RF端通过高增益波束成形克服路径损耗的模拟波束成形和通过MIMO最大化容量的数字波束成形组合起来。
由于毫米波段的信道传播特性所固有的大传播损耗，大穿透损耗和低多径传播以及源于波束成形的强方向性，基于波束成形的毫米波无线移动通信系统变得对信道衰落和障碍物敏感。
用于基站(BS)和用户设备(UE)间的传输和接收的模拟和数字混合波束成形结构从在下行链路和上行链路上有方向性的一个或多个模拟波束集中选择一个或多个最佳波束，并组合使用所选的波束来有效率地执行数字MIMO/BF。因此毫米波段中的大传播损耗被减轻，并且通过额外使用MIMO/BF方案最大化诸如信道容量或分集的性能。
为了这个目的，本发明的示例性实施例中选择混合波束成形模式。BS在覆盖波束空间的多方向波束上发送参考信号并向MS指示波束空间模拟波束选择模式。模式选择可以基于处于连接模式的MS的状态。MS通过波束空间扫描和测量选择一个或多个模拟波束(即，BS Tx波束)，并向BS报告有关所选的一个和多个模拟波束的信息。
在示例性实施中，BS向MS指示所选的Tx模拟波束，并且MS估计由用于所选的模拟波束的波束成形系数组成的波束空间信道矩阵(或有效信道矩阵)。随后，BS和/或MS基于波束空间信道矩阵选择MIMO模式和预编码器。MS可以使用给定的码本选择预编码器或者BS可以基于由MS报告的波束空间信道矩阵确定预编码矩阵。
图1是根据本发明的示例性实施例的支持波束成形的BS发射器的物理层的框图。举例来说，物理层被配置成同时使用模拟波束成形和数字波束成形的混合结构。
参照图1，对应于L个层的L个数字信号通过编码器(ENC)110-1到110-L和调制器(MOD)115-1到115-L被提供给MIMO编码器120。预编码器125把从MIMO编码器120接收到的Mt个流转换为与Nf条RF路径相对应的Nf个预编码信号。预编码信号被提供给RF路径中的模拟波束成形器150，RF路径包括快速傅里叶逆变换(IFFT)130-1到130-Nf、并行到串行(P/S)转换器135-1到135-Nf、循环前缀(CP)插入器140-1到140-Nf和数模转换器(DAC)145-1到145-Nf。
在DAC145-1到145-Nf后端处的模拟波束成形器150包括与各自的RF路径相对应的多个频率转换器或混合器、多个移相器和多个功率放大器(PA)或可变增益放大器(VGA)，并通过控制输入到RF路径上的多个天线元件的信号的相位和幅度形成要在特定方向上发送的波束。波束通过组合多个天线元件来增加波束成形增益而形成的天线阵列155发送。
通过包括在DAC145-1到145-Nf之前的IFFT130-1到130-Nf、MIMO编码器120和预编码器125的RF路径的数字波束成形使能实现额外的波束成形增益、多单元MIMO(MU-MIMO)、频率选择性分布和多波束成形。当然，应该理解，可以通过修改和/或组合多个框，以各种方式修改图1中所示的混合波束成形结构。
根据参考信号、数据信道和/或控制信道的信道特征，MS、上行链路/下行链路或传输/接收的移动性和信道特征，可以按照不同的方式使用从混合波束成形结构中产生的拥有不同波束宽度和波束增益的一个或多个波束。通过控制模拟或数字端的波束成形系数来形成所选的波束，使得该波束在特定方向上有特定的波束宽度和波束增益。如果为天线元件设定相同的输入功率，则通过设定更宽的波束宽度，波束的指引方向上的最大波束增益变得更小。
图2是根据本发明的示例性实施例的支持波束成形的BS发射器的物理层的框图。
参照图2，对应于L个层的L个数字信号通过编码器(ENC)210-1到210-L和调制器(MOD)215-1到215-L被提供给MIMO编码器220。预编码器225把从MIMO编码器220接收到的Mt个流转换为与Nf个RF路径相对应的Nf个预编码信号。预编码信号被提供给RF路径上的模拟波束成形器250，RF路径包括IFFT230-1到230-Nf、P/S转换器235-1到235-Nf、CP插入器240-1到240-Nf和DAC245-1到245-Nf。
模拟波束成形器250通过多个移相器和多个PA或VGA形成要在特定方向上发送的波束。波束通过Nt个天线阵列组255-1到255-Nt发送。在图2中所示的混合波束成形结构中，Nf个RF路径对应于Nt个天线阵列组。
图3A和3B是根据本发明的示例性实施例的混合Tx和Rx波束成形结构的框图。
参照图3A和3B，发射器300包括数字波束成形器310和模拟波束成形器330。数字波束成形器310通过包括IFFT320、P/S转换器325和DAC327的多条RF路径被连接到模拟波束成形器330。
数字波束成形器310包括MIMO编码器312和基带(BB)预编码器314。模拟波束成形器330包括在各自的RF路径中的频率转换器332、移相器/PA334和天线阵列336。模拟波束在映射到各条RF路径(即，RF链)的天线阵列336中形成。虽然没有显示，但是发射器300可以进一步包括控制器，用于控制数字波束成形器310和模拟波束成形器330，获取混合波束成形需要的信息，与接收器交换该信息，并且确定控制数字波束成形器310和模拟波束成形器330需要的信息，例如波束成形系数矩阵。
由发射器300形成的波束在发射器和接收器之间的多条信道之间的MIMO信道(H)上建立的波束空间有效信道上被发送给接收器305。类似于发射器300，接收器305包括模拟波束成形器350和数字波束成形器370。模拟波束成形器350通过包模数转换器(ADC)360、串行到并行(S/P)转换器362和快速傅里叶变换(FFT)364的多条RF路径被连接到数字波束成形器370。模拟波束成形器350包括各条RF路径中的天线阵列352、低噪放大器(LNA)/移相器354和频率转换器356。数字波束成形器370包括BB组合器372和MIMO解码器374。
虽然没有显示，但是接收器305可以进一步包括控制器，用于控制数字波束成形器370和模拟波束成形器350，获取混合波束成形需要的信息，与发射器300交换信息，并确定控制数字波束成形器370和模拟波束成形器350所需要的信息，例如波束成形系数矩阵。控制器通过对从映射到各条RF路径(即，RF链)的天线阵列352接收到的模拟波束执行信道估计来确定最佳模拟波束。
发射器300通过模拟波束成形形成在不同的方向上有方向性的模拟波束，并在从通过额外的数字MIMO/BF处理的模拟Tx和Rx波束中选择的模拟Tx-Rx波束对上以改善的性能发送和接收数据。
图4示出根据本发明的示例性实施例的BS和MS间的通信。
参照图4，BS400管理作为其服务覆盖区域的被划分成一个或多个扇区的小区，并且使用前面描述的数字和模拟混合波束成形结构形成多个Tx/Rx波束412。如参考数字410所指示，BS400通过同时或相继地扫描它们发送多个波束成形信号。
位于BS400的小区内的MS420可以被配置为全方向性地接收信号而不支持Rx波束成形、支持通过每次使用一种波束成形图案的Rx波束成形的同时接收信号、或支持通过同时在不同方向上使用多个波束成形图案的Rx波束成形的同时接收信号。
如果MS420不支持Rx波束成形，则MS420测量每个传输波束中的参考信号的信道质量并报告所述测量至BS400。BS400从多个Tx波束里选择用于MS420的最佳波束。如果MS420被配置为支持Rx波束成形，则MS420为每个接收波束图案测量从BS400接收到的多个Tx波束422的信道质量，并报告全部Tx-Rx波束对中的全部或一些排名高的测量至BS400。BS400可以分配合适的Tx波束给MS420。如果MS420能从BS400接收多个Tx波束或者支持多个BSTx-MSRx波束对，则BS400可以考虑通过重复的传输或同时的传输的分集传输来选择波束。
图5示出根据本发明的示例性实施例的波束空间中为了覆盖特定小区/扇区区域而在不同方向上形成的示例性模拟波束。在图的5所示情况中，通过使用单个天线阵列形成波束图案。
参照图5，相对于参考方向(位于0度的方位角或仰角)上的波束500，多个有预定带宽和预定波束增益的波束可以被形成。
图6示出根据本发明的示例性实施例的模拟和数字混合波束成形过程。虽然被划分为同步/广播信道区的时分双工(TDD)帧、下行链路(DL)子帧和上行链路(UL)子帧在图6中作为例子显示，但是应当理解混合波束成形过程可以以相同的方式或类似的方式适用于频分双工(FDD)帧或其他帧结构。
参照图6，BS600在步骤612中在小区/扇区内的不同方向上的每个RF链或天线阵列形成一个或多个模拟波束，并在每个模拟波束中发送诸如训练序列或信道状态信息参考信号(CSI-RS)的参考信号，以便MS可以测量在每个方向中指引的模拟波束的信道质量(例如，载波干扰噪声比(CINR)、接收信号强度指示符(RSSI)等)。参考信号可以在DL子帧中的预定时间区域的NTx个子时间区域中发送。
NTx是通过每个RF链或天线阵列从BS发送的模拟波束的数量。更具体地说，BS将要在一个模拟Tx波束中发送的不同RF链的参考信号分配到一个子时间区域(例如，符号持续时间)中的不同频率资源。因此，对于每个RF链，参考信号在跨越NTx个子时间区域的不同方向上形成的模拟Tx波束中发送。
在步骤614中，MS605为每个BS RF链从参考信号测量各个模拟波束的信道，并基于从所述测量中获得的信道质量(如CINR，RSSI等)选择满足特定阈值或适合于BS和MS间的数据传输和接收的条件的一个或多个BSRF链或天线阵列，或每个BS RF链或天线阵列上的一个或多个模拟波束。例如，根据给定的M值，MS605可以选择最多M个BS模拟波束或每个BS RF链或天线阵列最多M个模拟波束。
如果MS605也支持混合波束成形，则MS605可以在扫描一个或多个MS Rx波束的同时测量BS Tx-MS Rx模拟波束对的信道质量，并基于所述测量选择一个或多个BS Tx模拟波束或一个或多个BS Tx-MS Rx模拟波束对。选择Tx/Rx模拟波束所基于的标准或条件可以基于由MS605设定的阈值或特定的波束选择度量和/或由BS600向小区内全部MS或每个单独的MS指示的阈值来确定。
波束选择度量可以以各种形式表示。例如，波束选择度量可以包括用于通过一个或多个RF链携载的一个或多个模拟波束的有效信道，和通过测量以有效信道作为项(entry)的信道矩阵计算出的各个MIMO流的平均、最高或最低SNR。在另一个例子中，波束选择度量可以是通过信道容量公式计算出的信道容量。
在步骤616中，MS605向BS报告指示基于所有可能的BS Tx-MS Rx模拟波束对的信道质量的测量已经选择的一个或多个BS RF链或天线阵列的信息，和指示一个或多个模拟Tx波束或每个RF链或天线阵列上的一个或多个BS Tx-MS Rx模拟波束对的模拟波束索引信息。例如，所报告的信息可以在UL子帧的预定报告区域中发送。在步骤618中，考虑到调度，BS600可以基于模拟波束索引信息向下选择(downselect)最终的BS Tx模拟波束。BS600通过DL子帧中的DL控制消息向MS605发送有关所选的最终的BSRF链或天线阵列的信息和有关每个RF链或天线阵列上所选的最终的模拟Tx波束的信息。
在步骤620中，MS605估计有关所选的最终的BS Tx模拟波束和映射到BS Tx模拟波束的最佳MS Rx模拟波束的波束空间的有效信道矩阵。有效信道矩阵可以通过在天线空间中对BS600的Tx天线与MS605的Rx天线间的信道矩阵施加BS Tx模拟波束成形和MS Rx模拟波束成形而获得。例如，有效信道矩阵可以被表示为公式(1)。
….公式(1)
在公式(1)中，H代表理想信道矩阵，代表估计的有效信道矩阵，s代表发送信号，y代表接收信号，且n代表噪声。WBB代表数字波束成形器中使用的波束成形系数矩阵，并且WRF代表模拟波束成形器中使用的波束成形系数矩阵。下标MS和BS代表MS和BS中分别使用的波束成形系数矩阵。NRF,MS和NRF,BS分别代表MS和BS中的RF路径的数量。
在步骤620中，MS605使用所估计的有效信道矩阵估计或预测用于BS600的数字波束成形的最优MIMO秩(或者最优MIMO流的数量)、最优MIMO预编码器(或码本)、有效CINR(或信道质量指示(CQI))和最优调制和编码方案(MCS)级别中的至少一个。
在替代示例性实施例中，MS605可以基于由一个或多个BS RF链或天线阵列、关于每个BS RF链或天线阵列的模拟波束、一个或多个MS RF链或天线阵列以及关于每个MS RF链或天线阵列的模拟波束组成的有效信道矩阵，来确定所支持的MIMO秩或所支持的MIMO流的数量。另外，MS605可以基于在每个特定的Tx预编码器、预定的码本或预编码矩阵索引(PMI)上估计的信道容量或MIMO流的平均、最高或最低SNR，来选择最大化前面描述的波束选择度量的预编码器或码本用于发射器中的预编码。有效CINR是基于所选的预编码器或码本来估计。
所支持的MIMO秩或所支持的MIMO流的数量受限于BS任意地分配给MS的RF链的最大数量，或者另外受限于由BS或MS选择的RF链或天线阵列的数量。在另一个示例性实施例中，BS或MS预设所支持的MIMO秩或所支持的MIMO流的数量。MS可以选择在MIMO秩或MIMO流的数量内最优化传输性能的码本或PMI，估计与所选的码本或PMI相对应的有效CINR，并把估计的有效CINR反馈给BS。
在步骤622中，MS605把估计或预测的信息反馈给BS600。在步骤624中，BS600基于反馈信息为MS605执行混合波束成形调度并根据调度的MIMO模式和/或MCS级别发送DL数据脉冲至MS605。
在本发明的另一个示例性实施例中，在步骤622中，MS605可以把有关估计的有效信道矩阵的信息反馈到BS600。在步骤624中，BS600可以直接通过执行有效信道矩阵的奇异值分解(SVD)来选择合适的MIMO预编码器(或码本)，或者基于反馈信息选择不同的MIMO/BF方案，并且可以执行调度和数据传输。在此，反馈有效信道矩阵的技术将被称为有效信道矩阵的模拟反馈。
在本发明的另一个示例性实施例中，MS605可以同时执行步骤614到620，而不是顺序地执行步骤614到620中的选择BS RF链或天线阵列和每个RF链或天线阵列的模拟波束，或选择BS RF链或天线阵列的组合、每个BS RF链或天线阵列的Tx模拟波束、MS RF链或天线阵列和每个MS RF链或天线阵列的Rx模拟波束的操作；考虑所选的RF链或天线阵列和所选的Tx和/或Rx模拟波束的数字MOMO预编码来选择MIMO秩或MIMO流的数量和预编码器、码本或PMI的操作；和估计有效CINR或CQI的操作。更具体地说，为了用于MIMO流的数量或MIMO码本的选择，MS605可以在BS Tx RF链或天线阵列、BS Tx RF链或天线阵列的Tx模拟波束、MSTxRF链或天线阵列和MS Rx RF链或天线阵列的Rx模拟波束的每一个可能的组合上执行计算。MS605可以基本上同时选择诸如BS和MS的RF链或天线阵列、每个RF链或天线阵列的模拟波束、MIMO流的数量和数字预编码器或码本的信息。所选的信息作为模拟反馈被报告给BS600。
虽然MS和BS的操作和过程已经在上面DL混合波束成形的上下文中描述，但是为于UL混合波束成形，通过在DL混合波束成形中交换MS和BS的角色，MS和BS可以以相似的方式操作。
图7A和7B是根据本发明的另一个示例性实施例的混合Tx和Rx波束成形结构的框图。在基于图1中所示的混合波束成形结构配置的Tx和Rx混合波束成形结构中，有方向性的Tx和Rx模拟波束通过MS和BS间的模拟波束成形而在不同方向上形成，并且从Tx和Rx模拟波束中选择的Tx-Rx模拟波束对经受额外的数字MIMO/BF处理。因此，以改善的性能执行数据传输和接收。
参照图7A，发射器700包括数字波束成形器710和模拟波束成形器730。数字波束成形器710通过包括IFFT720、P/S转换器725和DAC727的多条RF路径被连接到模拟波束成形器730。数字波束成形器710包括MIMO编码器712和BB预编码器714。模拟波束成形器730包括用于各条RF路径的频率转换器732和移相器/PA734。来自移相器/PA734的信号在天线元件的基础上求和并被提供给天线阵列736的天线元件。模拟波束由多条RF路径(即，RF链)共享的单个天线阵列736形成。
虽然没有显示，但是发射器700可以进一步包括控制器，用于控制数字波束成形器710和模拟波束成形器730，获取混合波束成形所需的信息，与接收器交换信息并确定控制数字波束成形器710和模拟波束成形器730所需的信息，如波束成形系数矩阵。
通过发射器700形成的波束在发射器700和接收器705的多个信道间的MIMO信道H740上建立的波束空间有效信道上被发送到接收器705。
参照图7B，类似于发射器700，接收器705包括模拟波束成形器750和数字波束成形器770。模拟波束成形器750通过包括ADC760、S/P转换器762和FFT764的多条RF路径被连接到数字波束成形器770。模拟波束成形器750包括具有与RF路径相对应的天线元件的天线阵列752，以及与各条RF路径对应的LNA/移相器754和频率转换器756。数字波束成形器770包括BB组合器772和MIMO解码器774。
虽然没有显示，但是接收器705可以进一步包括控制器，用于控制数字波束成形器770和模拟波束成形器750，获取混合波束成形所需信息，与发射器700交换信息，并确定控制数字波束成形器770和模拟波束成形器750所需的信息，例如波束成形系数矩阵。控制器对从共享单个天线阵列的多条RF路径(RF链)输出的模拟波束执行信道估计，并由此基于信道估计确定最佳模拟波束。
发射器700通过模拟波束成形形成在不同的方向上有方向性的模拟波束，并且通过额外的数字MIMO/BF处理在从Tx和Rx模拟波束中选择的Rx-Tx模拟波束对中以改善的性能发送和接收数据。
在本发明的另一个示例性实施例中，可以使用图3A的发射器和图7B的接收器，或者可以使用图7A的发射器和图3B的接收器。在本发明的另一个示例性实施例中，发射器和接收器可以通过修改图1或图2的混合波束成形结构来配置。
现在将给出当实施混合波束成形时MS选择模拟波束(即BS Tx波束)和估计并选择用于额外的数字MIMO/BF处理的数字预编码器或码本的示例性操作，和与MS的操作相对应的BS的示例性操作的描述。虽然给出BS发送信号并且MS接收信号的DL操作的以下描述，但是本质上相同的事情可适用于UL操作。
BS和MS同时或顺序地执行选择用于混合波束成形的一个或多个模拟波束(即BSTx波束)或一个或多个BS Tx-MS Rx波束对的操作，以及为所选的一个或多个模拟波束或BSTx-MS Rx波束对调度数字MIMO/BF的操作。
图8是示出根据本发明的示例性实施例的混合MOMO/BF的调度过程的流程图。
参照图8，在步骤802中，BS广播或单播关于由BS支持的波束成形的信息至MS。波束成形信息包括模拟波束成形信息。例如，模拟波束成形信息指定BS RF链或天线阵列的数量、在不同方向上形成的每个BS RF链或天线阵列的BS Tx波束的数量、每个BS Tx波束的阵列增益、BS同时支持的波束数量、同时支持用于一个MS或一个脉冲的波束数量和每个BS Tx波束的参考信号的配置中的至少一个。波束成形信息可以进一步包括用于混合波束成形的数字波束成形信息。在本发明的示例性实施例中，如果基于量化的码本根据数字预编码方案使用数字波束成形，则数字波束成形信息包括有关对MS设定可用的码本的信息。在本发明的另一个示例性实施例中，模拟波束成形信息可以被广播或单播到小区内的每一个MS，并且数字波束成形信息可以被单播到已经选择模拟波束对的MS。
在步骤804中，BS向已经执行或正在执行网络进入的MS发送请求消息，请求用于混合波束成形(尤其是模拟波束成形)的反馈消息。请求信息可以包括为混合波束成形选择RF链或天线阵列、模拟波束、数字MIMO预编码方案等等所基于的测量/选择条件。
例如，测量/选择条件包括BS Tx RF链或天线阵列的数量、每个BS Tx RF链或天线阵列要报告的BS Tx波束的(最大)数量、要报告的波束对的(最大)数量、每个MS Rx波束要报告的BS Tx波束的(最大)数量和要报告的BS Rx波束的(最大)数量中的至少一个。在另一个例子中，测量/选择条件包括MIMO流的(最大)数量、用来选择BS Tx波束或者BS Tx-MS Rx波束对的信道质量条件和要关于其发送反馈信息的特定MIMO模式中的至少一个。
例如，用来波束选择的信道质量条件可以包括，信号强度阈值(如CINR、RSSI等阈值)、CINRTh/RSSITh、相对阈值ΔCINRTh/ΔRSSITh、标准差阈值ρTh/ρRSSI、相关性阈值ρTh、用于所选的多个波束对的组合CINR/RSSI阈值、以及用于所选的多个波束对的CINR/RSSI和预定参考(例如，所选的多个波束对的最大CINR/RSSI)之间的差的阈值。特定的MIMO模式可以是多输入多输出-空间复用(MIMO-SM)、多输入多输出-空时码(MIMO-STC)和MIMO/BF中的至少一个。测量/选择条件可以进一步包括由BS设定的所支持的MIMO秩或所支持的MIMO流的数量。
在步骤806中，MS向BS反馈报告消息，该报告消息包括有关基于测量/选择条件选择的一个或多个BS RF链或天线阵列和一个或多个波束对(或BS Tx波束)的信息，以及波束对(或BS Tx波束)的信道状态信息(CSI)(例如，RSSI、CINR等)。在步骤808中，BS基于关于所选的波束对(或BS Tx波束)的信息和关于该波束对(或BS Tx波束)的CSI、考虑其调度标准，向下选择一个或多个BS RF链或天线阵列和每个BS RF链或天线阵列的一个或多个波束对。
在步骤810中，BS为了数字波束成形向MS发送请求有关所选的一个或多个波束对的反馈信息的请求消息。请求消息包括有关由BS选择的一个或多个BS RF链或天线阵列和为每个BS RF链或天线阵列选择的一个或多个波束对的信息。该请求消息可以进一步包括数字波束成形信息。数字波束成形信息包括有关用于所选波束对的信道测量和反馈报告条件的信息。例如，信道测量和反馈报告条件指定如分配给MS的BS RF路径的最大数量、MIMO流的最大数量和模拟/数字/混合MIMO/BF所需的反馈信息。
在本发明的示例性实施例中，如果基于量化的码本根据数字预编码器方案使用数字波束成形，则数字波束成形信息包括有关对MS设定可用的码本的信息。在本发明的另一个示例性实施例中，BS和MS可以共同预存储有关根据预定规则所预设或预定义的码本的信息。
在本发明的替代示例性实施例中，数字波束成形信息可以包括指示基于模拟反馈或码本是否要执行数字波束成形的信息。在本发明的另一个替代示例性实施例中，数字波束成形信息可以指示要接收的反馈。例如，数字波束成形信息可以指定由MS估计的最优MIMO模式、代表最优数字预编码器的优选PMI。最优码本、MIMO流的数量、估计的CSI、估计的MCS级别、信道矩阵的元素和信道矩阵或其等价物中的至少一个。
取决于波束成形是基于码本还是模拟反馈执行的而执行步骤812或步骤814。要使用的数字波束成形的类型可以按各种方式确定，包括BS和MS间的协商、来自BS的指示、来自MS的请求、BS和MS的能力、系统标准等等。
在步骤812中，BS从MS接收用于基于码本的数字波束成形的反馈信息。反馈信息包括基于由MS所选的波束对来估计的最优MIMO模式、代表最优数字预编码器的优选PMI、最优码本、MIMO流的数量、CSI和MCS级别中的至少一个。在步骤814中，BS从MS接收用于基于模拟反馈的数字波束成形的反馈信息。反馈信息是重配置信道矩阵的元素、信道矩阵或信道矩阵的等价物所需要的信息。例如，反馈信息可以包括规范化信道矩阵、分解的信道矩阵或信道协方差矩阵。
在步骤816中，BS最终通过组合在步骤812或814中接收的用于数字波束成形的反馈信息和在步骤806中接收的用于模拟波束成形的反馈信息来执行用于混合波束成形的调度。因此，BS确定MIMO模式和它的相关配置，例如，所选的波束对、MIMO流、代表所选的数字预编码器的PMI和MCS级别。在步骤818中，BS根据所选的/调度的配置分配数据脉冲并发送所分配的数据脉冲至MS。
例如，如果BS从MS接收用于基于模拟反馈的数字波束成形的关于信道矩阵的反馈信息，则在步骤816中，BS估计在所选的波束对上具有不同的数字MIMO预编码器(码本)的不同MIMO模式的信道容量，选择有最大信道容量(或满足给定条件)的至少一个MIMO模式，选择用于所选波束对的数字波束成形的优选PMI(预编码器或码本),并且估计CSI(CSI,CQI,CINR,RSSI或MCS级别)，因此确定数字波束成形所需要的配置。
在替代示例性实施例中，在步骤806中接收到反馈信息后，BS可以不需要请求用于额外的波束选择和数字波束成形的反馈信息，而直接进行到步骤816。在这种情况下，MS完成用于模拟波束成形的波束选择及用于数字波束成形的估计和配置选择。
在另一个示例性实施例中，BS可以在步骤804中请求用于模拟波束成形和用于数字预编码的反馈信息；可以在步骤806中接收反馈信息，诸如RF链或天线阵列、一个或多个所选RF链或天线阵列的每个的模拟波束、用于数字预编码的码本/PMI与MIMO秩，在传输之前通过数字预编码组合一个或多个所选的Tx模拟波束；并且可以直接进行到步骤816。
图9是示出根据本发明的示例性实施例的用于混合MIMO/BF的测量和反馈过程的流程图。
参照图9，在步骤902中，MS在广播信道或单播信道上接收来自BS的波束成形信息。波束成形信息包括模拟波束成形信息和数字波束成形信息中至少一个。例如，模拟波束成形信息指定BS RF链的数量、BS天线阵列的数量、每个BS RF链或天线阵列的BS Tx波束数量和每个BS Tx波束的参考信号的配置。
MS在步骤904中从BS接收对于混合波束成形(尤其是模拟波束成形)的反馈请求，并且在步骤906中检测反馈请求中包括的测量/选择条件。测量/选择条件可以包括可用的BS RF链或天线阵列的(最大)数量、可用的BSTx波束的(最大)数量、可用的波束对的(最大)数量、每个MS Rx波束的BS Tx波束的(最大)数量、MS Rx波束的(最大)数量、MIMO流的(最大)数量、选择BS Tx波束或BS Tx-MS Rx波束对的信道质量条件和用于特定MIMO模式的标准。
MS在步骤908中根据由BS设定的测量/选择条件测量BS Tx-MS Rx波束对(或BS Tx波束)的信道质量，并且在步骤910中基于所述测量选择一个或多个波束对(或BS Tx波束)。
现在将给出在MS中选择波束对的示例性实施例的描述。
公式(2)表示在步骤908中由MS测量的信道矩阵。
.....公式(2)
在公式(2)中，代表所估计的与NT个BS Tx波束和NR个MS Rx波束相对应的NT×NR信道矩阵，νi *代表用于第i个MS Rx波束的波束权重，ωj代表用于第j个BS Tx波束的波束权重，并且H代表BS Tx天线和MS Rx天线间的信道值。
具有满足公式(3)或公式(4)的条件的信道元素的第i个MS Rx波束和第j个BS Tx波束对在步骤910中被选择。
.....公式(3)
.....公式(4)
在公式(3)和(4)中，代表在第i个MS Rx波束和第j个BS Tx波束间的信道值，σ2代表加性高斯白噪声(AWGN)方差，CINRij和RSSIij代表由第j个BS Tx波束发送并由第i个MS Rx波束接收的参考信号的所述CINR和RSSI测量，CINRmax和RSSImax表示多个波束对的CINR和RSSI的最大值maxi,j(RSSIij)/maxi,j(RSSIij)，并且CINRTh和RSSITh表示在步骤904中由BS的测量/选择条件给出的阈值。在另一个示例性实施例中，可以使用预定的参考值CINRref或RSSIref代替CINRmax或RSSImax。
在本发明的上述示例性实施例中，MS选择CNIR或RSSI等于或大于预定阈值的BSTx波束或波束对，或者CINR或RSSI比多个波束对的CINR或RSSI的测量的最大值差预定阈值或更少的BS Tx波束或波束对。
在另一个示例性实施例中，MS选择标准CINR(或RSSI)偏差等于或小于预定阈值的BS Tx波束或者波束对。
.....公式(5)
在另一个示例性实施例中，MS计算波束对间的相关性，并选择相关性等于或小于由BS设定的相关性阈值的波束对。
.....公式(6)
根据公式(6)，MS可以选择第i个MS Rx波束和第j个BS Tx波束以及第n个MS Rx波束和第n个BS Tx波束对。
在另一个示例性实施例中，波束选择条件可以由BS给出或由MS设定。
在步骤912中，MS反馈有关所选的一个或多个波束对的信息和波束对的CSI(如RSSI、CINR等)至BS。在步骤914中，MS从BS接收请求消息，请求用于所选的一个或多个波束对的数字波束成形的反馈信息。请求消息可以包括有关由BS选择的一个或多个波束对的信息。请求消息可以进一步包括数字波束成形信息。在此，数字波束成形信息包括用于所选的波束对的信道测量和反馈报告条件。例如，信道测量和反馈报告条件指定如分配给MS的BSRF路径的最大数量、MIMO流的最大数量和模拟/数字/混合MIMO/BF所需要的反馈信息。
在步骤916中，MS从请求消息中确定由BS选择的波束对，并检测用于所选波束对的信道测量和反馈报告条件。在步骤918中，MS根据信道测量和反馈报告条件来测量所选波束对的信道。下面的公式(7)表示由MS为所选的BS Tx-MS Rx波束对测量的有效信道矩阵。
.....公式(7)
在公式(7)中，M和N分别代表通信中使用的MS Rx波束的数量和BS Tx波束的数量，和分别代表用于所选的第i个MS Rx波束的权重和用于所选的第j个BS Tx波束的权重。
随后，取决于波束成形是基于码本还是模拟反馈来执行，而在BS和MS之间执行步骤920或步骤922。要使用的数字波束成形的类型可以按照各种方式来确定，包括BS和MS间的协商、来自BS的指示、来自MS的请求、BS和MS的能力和系统标准。
在步骤920中，MS发送代表所测量的有效信道矩阵的反馈信息至BS。例如，反馈信息包括有效信道矩阵、规范化有效信道矩阵、分解的有效信道矩阵、有效信道矩阵的协方差矩阵有效信道矩阵的元素和重配置有效信道矩阵所需的信息中的一个。
在步骤922中，MS基于有效信道矩阵估计所选波束对的混合波束成形MIMO/BF信道容量，并且确定必要的数字波束成形配置。更具体地说，MS选择MIMO模式、MIMO流的数量和优选PMI，并且估计CQI。MIMO模式可以是MIMO Tx分集、MIMO-BF、MIMO-SM和MIMO-STC中的一个。估计的CQI可以是CINR、RSSI、有效CINR和MCS级别中至少一个。在步骤924中，MS向BS发送反馈信息，包括所确定的数字波束成形信息，如最优MIMO模式、代表最优数字预编码器的优选PMI、最优码本、MIMO流的数量、估计的CQI和估计的MCS级别中至少一个。
在步骤922中，MS估计在所选的波束对上具有不同的数字MIMO预编码器(码本)的不同MIMO模式的信道容量，选择有最大信道容量(或满足给定条件)的至少一个MIMO模式，选择用于所选波束对的数字波束成形的优选PMI(预编码器或码本)，并且估计CSI(CQI、CINR、RSSI、或MCS级别)，因此产生数字波束成形信息。
在步骤926中，MS使用由基于步骤920或924中报告的反馈信息的BS的调度分配的配置来从BS接收数据脉冲。
在替代示例性实施例中，在步骤910中选择波束对之后，MS可以直接进行到步骤918并因此可以在步骤918中测量由MS选择的波束对的信道。在这种情况下，MS完成用于模拟波束成形的波束选择。
在另一个示例性实施例中，MS可以应BS的请求或自动地选择BS RF链或天线阵列和要通过BS RF链或天线阵列发送的BS Tx模拟波束或Tx-Rx模拟波束对，并且MS同时可以选择用在通过多个波束的数字MOMO预编码/波束成形中的MIMO秩和MIMO预编码器/码本。
在上述混合Tx/Rx波束成形方案中，在信道测量和模拟波束的选择中要考虑的Tx/Rx波束或Tx-Rx波束对的数量取决于BS和MS的混合波束成形结构而改变，并且在数字预编码期间能同时使用的多个模拟波束的最大数量受BS和MS的混合波束成形结构限制。因此，MS和BS分享有关它们的混合波束成形结构或包括模拟波束成形和数字波束成形的能力的它们的混合波束成形能力的信息。
表1列出根据混合波束成形结构的示例性混合波束成形能力字段。能力字段包括指示支持或不支持模拟波束成形用于传输和接收的字段、指示支持或不支持数字MIMO/BF的字段、指示在不同方向上的模拟Tx/Rx波束的数量的字段和指示同时支持的模拟Tx/Rx波束的数量(或Tx/Rx RF路径的数量)的字段。
表1
混合波束成形能力字段可以通过在网络进入、切换、从空闲状态唤醒或网络重进入期间交换用于能力协商的消息而在BS和MS间共享。在另一个示例性实施例中，BS可以在携载公共系统信息的广播消息上向小区内的MS发送混合波束成形能力字段，或在针对单独的UE的单播消息上发送混合波束成形能力字段。在另一个示例性实施例中，BS可以在发送给单独的MS的请求CSI、CQI或MIMO反馈的请求消息中包含混合波束成形能力字段。
如根据上述描述显而易见的是，本发明的示例性实施例通过执行有效率的混合波束成形方案可以减轻毫米波段中的大传播损耗并通过额外使用MIMO/BF最大化效率和分集，在所述混合波束成形方案中从一个或多个在上行链路/下行链路上有方向性的模拟波束的集合中选择一个或多个最佳波束，并且在模拟和数字混合波束成形结构中的MS和BS间的传输和接收期间在所选的波束中执行数字MIMO/BF。
在这点应该注意到如上面描述的本公开的示例性实施例通常在某种程度上涉及输入数据的处理和输出数据的产生。此输入数据处理和输出数据产生可以在硬件中或与硬件组合的软件中实施。例如，为了实现与如上所述的本发明的示例性实施例有关的功能，可以在移动设备或类似的或相关的电路中采用特定的电子组件。或者，根据所存储的指令操作的一个或多个处理器可以实施与如上面描述的本发明的示例性实施例有关的功能。如果是这种情况，则这样的指令可以存储在一个或多个处理器可读介质上在本公开的范围内。处理器可读介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储设备。处理器可读介质也可以分布在网络耦接的计算机系统上，使得指令以分布的方式被存储和运行。另外，用于完成本发明的功能性计算机程序、指令和指令段可以由本发明所属领域的技术程序员容易地解释。
尽管本发明已经参照其某些示例性实施例而显示和描述，但是本领域技术人员应当理解在不脱离由所附权利要求及其等价物所定义的本发明的精神和范围的情况下可以在此进行各种形式和细节上的改变。

Claims (20)

1.一种使用模拟和数字混合波束成形的接收机的通信方法，该方法包括：
从发射器接收包括与波束成形的测量有关的信息的第一消息；
基于所述第一消息向所述发射器发送关于从多个传输波束中选择的至少一个传输波束的报告信息；
从所述发射器接收包括关于由所述发射器基于所述报告信息选择的至少一个传输波束的信息的第二消息；
估计由发射器选择的至少一个传输波束的信道；
基于对由所述发射器选择的至少一个传输波束的信道估计结果来确定用于数字波束成形的反馈信息；
发送所述反馈信息至所述发射器；以及
根据基于所述反馈信息所确定的多输入多输出(MIMO)模式从所述发射器接收基于所述反馈信息调度的数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中每个传输波束由从所述发射器的多个射频(RF)链或天线阵列中选择的至少一个RF链或天线阵列形成。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述报告信息包括指示至少一个所选传输RF链或天线阵列的第一信息和指示被选择用于所述至少一个所选传输RF链或天线阵列的每个的至少一个传输波束的第二信息。
4.如权利要求1所述的方法，其中用于数字波束成形的反馈信息包括有关一个或多个传输RF链、一个或多个传输天线阵列、MIMO模式、MIMO秩、MIMO流的数量、MIMO预编码器、MIMO码本、信道质量信息和调制和编码方案(MCS)级别中的至少一个的信息。
5.如权利要求1所述的方法，其中数字波束成形的反馈信息包括有关通过所述信道估计结果估计的有效信道矩阵、规范化有效信道矩阵、分解的有效信道矩阵、有效信道阵列的协方差矩阵、有效信道矩阵的元素中至少一个的信息，和重配置有效信道矩阵所需的信息。
6.如权利要求1所述的方法，其中第一消息包括要报告的传输RF链的数量、要报告的传输天线阵列的数量、要报告的每个传输RF链或传输天线阵列的传输波束的数量、要报告的传输波束的数量、要报告的波束对的数量、要报告的每个接收波束的传输波束的数量、要报告的接收波束的数量、MIMO流的数量、用来选择传输波束或传输波束-接收波束对的信道质量条件、要反馈的MIMO模式、所支持的MIMO秩和所支持的MIMO流的数量中至少一个。
7.如权利要求6所述的方法，其中用在选择传输波束中的信道质量条件包括信号干扰噪声比(SINR)或信号强度阈值、相对阈值、标准差阈值和相关性阈值中至少一个。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包含确定至少一个传输波束和与至少一个传输波束对应的至少一个接收波束的至少一对。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
从所述多个传输波束中选择信号干扰噪声比(SINR)或信号强度等于或大于阈值的传输波束；
从所述多个传输波束中选择SINR或信号强度与预定参考值相差给定相对阈值的传输波束；
从所述多个传输波束中选择SINR标准差或信号强度标准差等于或大于阈值的传输波束；以及
从所述多个传输波束中选择相关性等于或大于阈值的传输波束对。
10.如权利要求1所述的方法，其中确定用于数字波束成形的反馈信息的步骤包括：
基于所选的传输RF链或天线阵列和与所选的传输RF链或天线阵列对应的的传输波束确定有效信道矩阵；
选择最大化相对于所支持的MIMO秩或所支持的MIMO流的数量来估计的信道容量或每个MIMO流的信噪比(SNR)的预编码器或码本；
根据所选的预编码器或码本估计有效载波干扰噪声比(CINR)；以及
使用有关所选的预编码器或码本中至少一个和有效CINR的信息来产生所述反馈信息。
11.一种使用模拟和数字混合波束成形的发射器的通信方法，该方法包含：
向接收器发送包括与用于多个传输波束的波束成形的测量相关的信息的第一消息；
从所述接收器接收有关基于第一消息选择的至少一个传输波束的报告信息；
基于所述报告信息选择用于接收器的至少一个传输波束；
向接收器发送包括关于用于接收器的至少一个所选择的传输波束的信息的第二消息；
从接收器接收用于数字波束成形的反馈信息，所述反馈信息是基于对用于接收器的至少一个所选择的传输波束的信道估计结果确定的；以及
根据基于反馈信息确定的多输入多输出(MIMO)模式向接收器发送基于所述反馈信息调度的数据。
12.如权利要求11所述的方法，其中每个传输波束由从发射器的多个射频RF链或天线阵列中选择的至少一个RF链或天线阵列形成。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述报告信息包括指示至少一个所选的传输RF链或天线阵列的第一信息和指示被选择用于所述至少一个所选的传输RF链或天线阵列的每个的至少一个传输波束的第二信息。
14.如权利要求11所述的方法，其中用于数字波束成形的反馈信息包括有关一个或多个传输RF链、一个或多个传输天线阵列、MIMO模式、MIMO秩、MIMO流的数量、MIMO预编码器、MIMO码本、信道质量信息和调制和编码方案(MCS)级别中的至少一个的信息。
15.如权利要求11所述的方法，其中用于数字波束成形的反馈信息包括有关通过信道估计结果估计的有效信道矩阵、规范化有效信道矩阵、分解的有效信道矩阵、有效信道矩阵的协方差矩阵、有效信道矩阵的元素中至少一个的信息和重配置有效信道矩阵所需的信息。
16.如权利要求11所述的方法，其中第一消息包括要报告的传输RF链的数量、要报告的传输天线阵列的数量、要报告的每个传输RF链或传输天线阵列的传输波束的数量、要报告的传输波束的数量、要报告的波束对的数量、要报告的每个接收波束的传输波束的数量、要报告的接收波束的数量、MIMO流的数量、用来选择BS传输波束或传输波束接收波束对的信道质量条件、要反馈的MIMO模式、所支持的MIMO秩和所支持的MIMO流的数量中至少一个。
17.如权利要求16所述的方法，其中用在选择传输波束中的信道质量条件包括信号干扰噪声比(SINR)或信号强度阈值、相对阈值、标准差阈值和相关性阈值中的至少一个。
18.如权利要求11所述的方法，进一步包含确定至少一个传输波束和与所述至少一个传输波束对应的至少一个接收波束的至少一对。
19.一种使用模拟和数字混合波束成形来执行通信的移动站(MS)，该MS包括：
收发器；和
至少一个处理器，被配置为控制所述收发器的数字波束成形和模拟波束成形，
其中至少一个处理器被配置为：
从发射器接收包括与用于波束成形的测量有关的信息的第一消息，
基于所述第一消息向所述发射器发送关于从多个传输波束中选择的至少一个传输波束的报告信息；
从所述发射器接收包括关于由所述发射器基于所述报告信息选择的至少一个传输波束的信息的第二消息；
估计由发射器所选的至少一个传输波束的信道；
基于对由发射器选择的至少一个传输波束的信道估计结果确定用于数字波束成形的反馈信息，
向发射器发送反馈信息，并且
根据基于所述反馈信息所确定的多输入多输出(MIMO)模式从发射器接收基于所述反馈信息所调度的数据。
20.一种使用模拟和数字混合波束成形来执行通信的基站(BS)，该BS包括：
收发器；和
至少一个处理器，被配置为控制收发器的数字波束成形和模拟波束成形，
其中至少一个处理器被配置为：
向接收器发送包括与用于多个传输波束的波束成形的测量有关的信息的第一消息，
从接收器接收有关基于第一消息选择的至少一个传输波束的报告信息，
基于所述报告信息选择用于接收器的至少一个传输波束，
向接收器发送包括关于至少一个选择的传输波束的信息的第二消息，
从接收器接收用于数字波束成形的反馈信息，所述反馈信息是基于对所述至少一个选择的传输波束的信道估计结果确定的，并且
根据基于所述反馈信息确定的多输入多输出(MIMO)模式发送基于所述反馈信息调度的数据。
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