CN105324944A - 波束形成通信系统中发送和接收反馈信息的装置和方法 - Google Patents

波束形成通信系统中发送和接收反馈信息的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于操作移动通信系统中的移动站的方法。该方法包括：从基站接收多个发送(Tx)波束信号；生成指示信息，该指示信息用于指示从接收到的Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达时间差；以及向基站发送包括该指示信息的反馈信息。

Description

波束形成通信系统中发送和接收反馈信息的装置和方法
技术领域
本公开一般而言涉及基于波束形成的移动通信系统，并且具体来说，涉及用于发送和接收反馈信息的方法和装置。
背景技术
近来，对于波束形成技术的研究被密集地进行，该波束形成技术被作为一种移动通信系统中的通过降低传播路径中的损耗并获得高信号与干扰噪声比(SINR)来提高信号质量的重要技术。
在使用波束形成技术的移动通信系统(下文中，称为“波束形成系统”)中，发送(Tx)波束形成或/和接收(Rx)波束形成被使用。Tx波束形成一般而言是一种使用多个天线将从每个天线发送的信号集中在特定方向上的技术。该多个天线的组合被称为阵列天线，并且阵列天线中包括的每个天线被称为天线元素。信号的传播距离由于使用Tx波束形成而增大，并且因为在除了相关方向以外的其它方向上几乎接收不到信号，所以对其他用户的干扰显著降低。Rx波束形成是一种在接收器中通过使用接收天线阵列将对无线电波的接收集中在特定方向上的技术。在相关方向上进入的信号的信号灵敏度由于使用Rx波束形成而增大，但在除了相关方向以外的方向上进入的信号被从接收信号中除去，从而阻止了干扰信号。在这种波束形成系统中，信号被集中在特定方向上，因此，波束的传输路径根据波束被发送的方向而改变。随着波束的传输路径被改变，接收器中出现信号接收的差异。
因此，需要考虑到可由不同波束传输路径引起的信号之间的到达时间差来发送和接收数据。
发明内容
为解决以上论述的不足，主要目标是提供在波束形成系统中考虑到可由波束传输路径之间的差异引起的到达信号的差来发送和接收数据的方法和装置。
本公开的另一目标是提供用于执行指示可由波束传输路径之间的差异引起的接收信号之间的到达时间差的信息的反馈的方法和装置。
根据本公开的一方面，一种用于操作移动通信系统中的移动站的方法包括：从基站接收多个发送(Tx)波束信号；生成指示信息，该指示信息用于指示从接收到的Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达时间差；以及向基站发送包括该指示信息的反馈信息。
根据本公开的另一方面，一种用于操作移动通信系统中的基站的方法包括：发送多个发送(Tx)波束信号；以及从移动站接收反馈信息，该反馈信息包括指示从Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达移动站的时间差的指示信息。
根据本公开的另一方面，一种用于移动通信系统中的移动站的装置包括：接收器，用于从基站接收多个发送(Tx)波束信号；控制器，用于生成指示信息，该指示信息指示从接收到的Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达时间差；以及发送器，用于向基站发送包括该指示信息的反馈信息。
根据本公开的另一方面，一种用于移动通信系统中的基站的装置包括：发送器，用于发送多个发送(Tx)波束信号；以及接收器，用于从移动站接收反馈信息，该反馈信息包括指示从Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达移动站的时间差的指示信息。
在进行下面的具体实施方式之前，对贯穿本专利文档使用的某些词汇和短语的定义进行阐明会是有利的：术语“包括”和“包含”以及其派生词意味着非限制的包括；术语“或”是包含性的，意味着和/或；短语“与…相关联”和“与其相关联”以及其派生词可意味着包括、被包括在内、与…互连、包含、被包含在内、连接到或与…连接、耦接到或与…耦接、可与…通信、与…合作、交织、并列、接近于、绑定到或与…绑定、具有、具有…的属性等；并且术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何设备、系统或其的一部分，这种设备可以以硬件、固件或软件、或者它们中的至少两者的某种组合来实现。应当注意，与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或者分布式的，在本地或者在远程。贯穿本专利文档提供了某些词汇和短语的定义，本领域普通技术人员应当理解，即使不是在大多数情况下，那么在很多情况下，这些定义适用于对这样定义的词汇和短语的在前的以及未来的使用。
附图说明
为了更加全面地理解本公开及其优点，现在参考以下结合附图的描述，在附图中同样的参考标记表示同样的部分：
图1A和1B图示了基于波束形成的移动通信系统中的波束传输路径之间的信号到达时间差；
图2A和2B图示了在混合波束形成期间可由波束传输路径之间的信号到达时间差引起的问题；
图3A至3C图示了在波束切换期间可由波束传输路径之间的信号到达时间差引起的问题；
图4图示了根据本公开的实施例的在基站与移动站之间发送和接收的信号的流程；
图5A和5B图示了根据本公开的实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作；
图6A和6B图示了根据本公开的另一实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作；
图7图示了本公开的又一实施例的原理；
图8A和8B图示了根据本公开的实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作；
图9A至9D图示了根据本公开的实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作的另一示例；
图10A至10H图示了根据本公开的实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作的另一示例；
图11A至11P图示了根据本公开的实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作的另一示例；
图12图示了根据本公开的又一实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作；
图13A至13F图示了根据本公开的实施例的在波束切换之时当使用指示Tx波束之间的到达时间差的信息时被避免出现的符号间干扰(inter-symbolinterference，ISI)。
图14是图示用于根据本公开的实施例的操作的基站的过程的流程图；
图15是图示用于根据本公开的实施例的操作的移动站的过程的流程图；
图16是图示用于根据本公开的实施例的操作的基站的框图；以及
图17是图示用于根据本公开的实施例的操作的移动站的框图。
具体实施方式
图1A到图17以及本专利文档中用于描述本公开原理的各种实施例仅是说明性的，并且不应以任何限制公开范围的方式进行解释。本领域技术人员将会理解，本公开的原理可在任何适当布置的基于波束形成的移动通信系统中实现。
下面将描述的本公开的实施例在基于波束形成的移动通信系统(下文中称为“波束形成系统”)中考虑到接收到的信号的到达时间差来发送和接收数据，所述到达时间差是由于波束传输路径彼此不同而引起的。因为波束形成系统的发送器装置(例如，基站(BS))所发送的波束的传输路径彼此不同，所以可引起接收器装置(例如，移动站)所接收到的信号之间的到达时间差。接收器装置将指示接收到的信号之间的到达时间差的信息反馈给接收器装置。之后，发送器装置考虑到反馈信息针对数据发送和接收执行对混合波束形成、波束切换等等的指派。虽然为了描述方便起见，将描述发送器装置是基站并且接收器装置是移动站的情况，但要注意，本公开的实施例可适用于发送器装置是移动站并且接收器装置是基站的情况。
在波束形成系统中，信号被集中在特定方向上，因此，波束的传输路径根据波束被发送的方向而改变。因为需要的时间与无线电波或信号的传播距离成比例，所以信号被延迟，然后被接收器接收到。因此，波束之间的信号接收延迟时间差(信号的到达时间差)取决于不同传输路径之间的距离差。
图1A和1B图示了波束形成系统中的波束传输路径之间的信号到达时间差。
图1A是示意地示出通过下行链路信号的两个不同的下行链路发送(Tx)波束路径#1和#7被MS1接收到的概念图。如图1A中所示，Tx波束路径#1具有相对短的传输距离，因此，通过Tx波束路径#1的信号在更早的时间点到达(发送波束与接收波束之间的延迟时间短)。此外，Tx波束路径#7具有相对长的传输距离，因此，通过Tx波束路径#7的信号在更迟的时间点到达(发送波束与接收波束之间的延迟时间长)。
图1B在假定同时发送两个信号的情况下一起图示了信号#1的到达时间点和相对于MS1早先接收到的信号#1的到达时间点的信号#7的到达时间点，由此图示了由不同的两个波束路径引起的波束之间的延迟时间差(波束之间的到达时间差)，其目的在于找出取决于不同路径的信号延迟时间差。
在被认为是下一代移动通信系统的5G蜂窝式移动通信系统中，预计采用高频率作为传输频率。在这种情况下，可预计符号的持续时间比现有4G蜂窝式系统中符号的持续时间更短。因此，由于通过波束传输路径的波束的延迟，可出现信号质量退化。
因此，下面将描述由于波束形成系统中的发送信号之间的延迟时间差，即到达接收器的信号之间的接收时间点的差而可能出现的问题，并且将提出解决方案。
在波束形成系统中，在混合波束形成或者波束切换期间可能由于波束路径之间的接收延迟时间的时间差而使性能退化。
图2A和2B图示了在混合波束形成期间可由通过波束传输路径的信号之间的到达时间差引起的问题。
在一个或多个波束被使用像混合波束形成那样的数字预编码同时发送到一个移动站的情况下(见图2A)，当其中信号接收延迟时间差大于或等于时间阈值‘Tthreshold’的两个波束被选择时，可出现在接收器中不将这两个波束的信号彼此组合的错误。具体来说，当波束之间的信号接收延迟时间的时间差比用于正交频分多路复用(OFDM)通信系统中的OFDM符号的循环前缀(cyclicprefix，CP)的长度更长时，可出现波束组合性能急剧降低的现象。
混合波束形成方案指的是一种多天线系统中的用于获得高天线增益的模拟波束形成和用于实现高数据传输速率的数字预编码被组合到其中的波束形成技术。混合波束形成技术通过模拟波束形成来形成波束，并且当一个或多个模拟波束已被形成时，在基带中以与相对于现有多天线所应用的方式类似地执行数字预编码，从而接收高可靠性信号或者预计有高系统能力。
当接收器(例如，移动站)通过组合经由不同信号传输路径发送的一个或多个模拟波束而接收信号时，信号之间的到达时间差可由于通过其分别发送模拟波束的传输路径之间的差异而增大。当信号到达时间的差超过阈值(例如，用于OFDM通信系统的CP的长度)时，要与早先接收到的波束#1组合的信号包括任何干扰分量和波束#7的信号。因此，使用波束组合的混合波束形成技术的性能显著降低。
图3A至3C是描述在波束切换期间由于通过波束传输路径发送的信号之间的到达时间差而可能出现的问题的示图。
在发送器装置(例如，基站)执行发送特定Tx波束以及连续发送另一特定Tx波束的波束切换操作的情况下，当一Tx波束信号在到达之前被延迟时，该Tx波束信号被叠加在后继的Tx波束信号上，从而使接收信号质量退化。当延迟时间小于时间阈值(Tthreshold)(例如，用于OFDM符号的循环前缀(CP)的长度)时，延迟时间无关紧要。与之相反，当延迟时间大于或者等于时间阈值时，延迟时间可引起信号质量的退化。
发送器装置(例如，基站(BS))通过波束#7服务MS2，并且通过波束#1连续地服务MS1(见图3A和3B)。波束#7的信号被发送以服务MS2，但同时被递送给MS1。波束#7的信号在递送到MS1之前延迟了某一时间(τ#7)。当相关延迟时间(τ#7)大于或等于阈值(例如，大于或等于OFDM通信系统中的OFDM符号的CP时段)时，可引起在通过波束#1发送到MS1的信号与受到延迟的前一帧中通过波束#7发送到MS2的信号之间的符号间干扰(ISI)。这种ISI引起MS1中接收信号质量的退化。
根据本公开的实施例，当选择来自发送器装置(例如，基站)的有效Tx波束时，接收器装置(例如，移动站)预先向发送器装置发送关于波束路径之间的差异的信息，从而弄清信号接收延迟时间差所引起的问题并指派波束从而避免该问题，所述信号接收延迟时间差取决于波束路径之间的差异。
图4图示了根据本公开的实施例的在基站与移动站之间发送和接收的信号的流程。虽然信号被图示为在一个基站与一个移动站之间发送和接收，但其是为了说明本公开的一个示例的目的。本公开可应用在一个基站与多个移动站之间。
在步骤401中，基站针对各个移动站发送与波束之间的延迟相关联的阈值信息(例如，关于‘Tthreshold’的信息)。阈值信息可通过广播信道或者单独的控制信道来发送，或者可以是预先预布置在基站与移动站之间的值。具体来说，因为该阈值可与OFDM系统中的循环前缀(CP)的长度(Tcp)相关联，所以即使在不执行单独的通知时，CP的长度也可以是阈值信息。
在步骤402中，基站发送下行链路参考信道信号，移动站可参考该信号来测量针对基站的每个Tx波束的信道质量信息。每个移动站在测量下行链路参考信道信号的同时测量波束之间的信号延迟时间的时间差。具体地，移动站针对基站所发送的每个Tx波束测量参考信号。之后，移动站将参考时间点(时间点0)设定为移动站接收到特定Tx波束(具有最优良(最佳)信号质量的波束或者在最早时间点接收到的波束)的时间点，并且针对除了该特定Tx波束以外的有效Tx波束测量相应的信号接收时间点以计算并数字化相应的延迟值。
在步骤403中，移动站向基站发送针对每个有效Tx波束测量的信道信道质量指数(chanelqualityindex，CQI)作为反馈信息。也就是说，当移动站将关于有效基站发送波束的信息与关于波束之间的延迟时间差的信息一起发送时，基站接收这两条信息，并且在混合波束形成和波束切换期间可仅选择发送波束之间的延迟时间差小于时间阈值的波束。
在步骤404中，基站在混合波束形成或者波束切换期间使用从移动站接收到的反馈信息。也就是说，当终端将关于有效基站Tx波束的信息与关于波束之间的延迟时间差的信息一起发送时，基站接收这两条信息，并且在混合波束形成和波束切换期间可仅选择发送波束之间的延迟时间差小于时间阈值的波束。
再者，参考步骤403，生成和发送指示Tx波束之间到达移动站的时间差的信息的操作可根据如下所述的各种实施例实现。
图5A和5B图示了根据本公开的实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作。根据这个实施例，移动站针对显著延迟的Tx波束不执行反馈操作。
图5A图示了在公共时间轴上有效基站Tx波束之间的延迟时间的时间差。在于接收器装置中测量了来自发送器装置的Tx波束的接收信号强度之后，针对具有最优良信号质量或者在较早时间点到达的信号测量有效基站Tx波束之间的延迟时间的时间差。在图5A中，具有最优良信号质量的波束#1到达的时间点与波束#7到达的时间点之间的差是时间T。当信号之间的到达时间差大于或等于阈值‘Tthreshold’或Tcp时，已接收到信号的移动站不通过与信道信息相关联的反馈信息向发送基站发送关于波束#7的信息(图5B)，虽然波束#7的信号足够优良。在这种情况下，满足如下条件：基站不执行针对相关移动站的同时使用波束#1和#7的混合波束形成的指派。
图6A和6B图示了根据本公开的另一实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作。
根据这个实施例，可对作为移动站的测量结果被确定为优良的来自发送器装置的Tx波束当中的如下波束进行分组：这些波束可彼此组合以用于混合波束形成或者不会由于延迟引起波束切换相关的问题。例如，可以将顺序布置的有效Tx波束信号当中的、相邻Tx波束信号之间的到达时间差小于预设阈值的有效Tx波束信号进行分组。指示相关波束是否被分组的1比特信息(在图6A和6B中的标志＝0)可作为反馈信息与CQI一起被发送。在这种情况下，通过针对未被包括在其相关分组中的Tx波束使用1比特信息(在图6A和6B中的标志＝1)来执行指示。因此，当接收到反馈信息时，发送器装置可在调度之时避免使用延迟的波束的混合波束形成或者排除可在波束切换之时引起问题的Tx波束。
在图6A和6B中，为了方便，移动站按#1、#2、#3、…的顺序来顺序地布置有效Tx波束的索引。相应布置的有效Tx波束的信道质量信息是Q1、Q2、Q3、…。根据本公开的实施例，指示Tx波束之间的到达时间差的信息可以是位于作为反馈信息的CQI信息中的最右位置或最左位置(在图6A和6B中，在最右位置)的1比特。
例如，在图6A中，Tx波束#1、#2和#3被分组成一个组，并且Tx波束#4未被分组。针对Tx波束#1的反馈信息(CQI1)包括关于该Tx波束的信息(TxB#1)11、信道质量信息(Q1)12和指示相关波束是否被分组的信息(标志0)13。针对Tx波束#2的反馈信息(CQI2)包括关于该Tx波束的信息(TxB#2)21、信道质量信息(Q2)22和指示相关波束是否被分组的信息(标志0)23。针对Tx波束#3的反馈信息(CQI3)包括关于该Tx波束的信息(TxB#3)31、信道质量信息(Q3)32和指示相关波束是否被分组的信息(标志0)33。针对Tx波束#4的反馈信息(CQI4)包括关于该Tx波束的信息(TxB#4)41、信道质量信息(Q4)42和指示相关波束是否被分组的信息(标志1)43。
例如，在图6B中，Tx波束#1未被分组，并且Tx波束#2、#3和#4被分组成一个组。针对Tx波束#1的反馈信息(CQI1)包括关于该Tx波束的信息(TxB#1)11、信道质量信息(Q1)12和指示相关波束是否被分组的信息(标志1)13。针对Tx波束#2的反馈信息(CQI2)包括关于该Tx波束的信息(TxB#2)21、信道质量信息(Q2)22和指示相关波束是否被分组的信息(标志0)23。针对Tx波束#3的反馈信息(CQI3)包括关于该Tx波束的信息(TxB#3)31、信道质量信息(Q3)32和指示相关波束是否被分组的信息(标志0)33。针对Tx波束#4的反馈信息(CQI4)包括关于该Tx波束的信息(TxB#4)41、信道质量信息(Q4)42和指示相关波束是否被分组的信息(标志0)43。
根据这个实施例，基站对于混合波束形成、波束切换等等可使用属于一个组的Tx波束。
虽然上述实施例解决了由于多个Tx波束信号之间的到达时间差而引起的信号质量退化和符号间干扰，但Tx波束之间的相对延迟未被指示。例如，当作为移动站中对接收信号的测量结果Tx波束#2和#3被确定为有效Tx波束时，可能没有问题，因为Tx波束#1与#2之间的延迟时间的差值小于Tthreshold或Tcp，并且Tx波束#2与#3之间的延迟时间的差值小于Tthreshold或Tcp。然而，在Tx波束#1与#3之间的延迟时间的差值超过Tthreshold或Tcp的情况下，实施例可确定Tx波束#1、#2和#3是有效Tx波束，并且波束与在先波束(波束#2相对于波束#1和波束#3相对于波束#2)之间的延迟时间的差值小于阈值Tthreshold或Tcp，并且对波束#1、#2和#3的信息进行分组以执行对分组信息的反馈。因此，当基站没有识别出这种情形并且通过使用Tx波束#1和#3的混合波束形成发送信号时，可引起信号质量退化。结果，需要执行对波束之间的关系的反馈的方法。下面将描述的额外的实施例将执行对Tx波束之间的关系的信息反馈。
在下面描述实施例之前，意图将波束之间的延迟时间的差值的范围进行限制。首先，相对于不同波束假定波束全部都具有有效信号质量，并且不同波束经过不同路径。根据该假定，在图7的示例中图示了路径彼此极端不同的示例。
图7图示了本公开的又一实施例的原理。图7图示了当站间距(inter-sitedistance，ISD)是200米(m)时到特定移动站的路径1的传播距离是到该特定移动站的路径2的传播距离的三倍的示例。在图7中，移动站与BS1之间的直线距离是115.47m，其对应于具有200m的ISD的小区的半径。假定路径1是视线(lineofsight，LOS)路径，通过该视线路径，信号被直接发送而没有任何反射，并且路径2是如下路径：通过该路径，信号由于衍射和反射经过是路径1三倍长的距离而被发送到移动站。在图7中所图示的示例中，使用ITU-RM.2135的信号衰减建模以便按照以下的式(1)来计算取决于传播距离的信号衰减量：
UMi信道，LoS：PL＝22.0log10(d)+28.0+20log10(fc)
UMi信道，NLoS：PL＝36.7log10(d)+22.7+26log10(fc).....(1)
其中d是信号传播距离(m)，并且fc是信号的传输频率(Hz)。
根据式(1)，当传播距离增大为三倍时，在LoS环境中引起额外的10.5dB的路径衰减，并且在NLoS环境中引起额外的17.5dB的路径衰减。也就是说，路径1与路径2上的信号之间的信号强度差的范围为10dB到18dB，这可被认为是在假定两个波束在传播强度方面都有效的情况下的最大范围。在给出路径1的传播距离是路径2的传播距离的三倍的假定的情况下，当假定波束之间的信号延迟时间差是最大时间差时，波束之间的延迟时间的差值可被计算。当无线电波的行进速度(光速)是3×108m/s时，信号通过路径1的117.47m的距离到达花费385纳秒(nsec)的时间段，并且信号通过路径1距离的三倍的路径3的346.41m的距离到达花费1155nsec的时间段。因此，两个波束之间的时间差为770nsec。
当假定在5G通信系统中CP的大小范围为从400nsec到500nsec时，作为假定的结果，延迟时间不超过CP的两倍，尽管在极端环境下也如此。在本实施例中，当假定最大延迟时间是CP的两倍时，与有效发送波束之间的延迟时间差相关联的所有情况的数量取决于需要被从移动站向基站反馈的有效发送波束的数量。也就是说，有效Tx波束的数量可以是二、三、四或五。这个实施例的相应情况在图8A至图11P中图示。
图8A和8B图示了根据本公开的实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作。在这个示例中，图示了当移动站执行对两个有效Tx波束的反馈时，Tx波束之间可引起的所有情况以及表示这些情况所需的总比特数。
如图8A和8B中所图示的，移动站所测量的两个有效波束之间可引起的情况的数量是二。情况1是第一有效Tx波束#1与第二有效Tx波束#2之间的延迟时间的时间差不超过阈值(Tthreshold或Tcp)的情况(见图8A)。与之相反，情况2是第一有效Tx波束#1与第二有效Tx波束#2之间的延迟时间的时间差超过阈值的情况(见图8B)。在情况1和情况2中，波束索引#1中标记的符号“○”代表相关波束是要与后继波束比较的比较目标波束。在比较目标波束#1后继的波束#2的表达中，当后继波束#2像比较目标波束#1中那样具有白色背景时，该波束是这样的波束：该波束与比较目标波束之间的延迟时间的时间差小于阈值。与之相反，当后继波束#2在情况2中具有由符号标记的背景而与比较目标波束#1不同时，该波束是这样的波束：该波束与比较目标波束之间的延迟时间的时间差大于或等于阈值。
因为在图8A和8B中所图示的情况下所有情况的数量是二，所以与Tx波束之间的信号延迟时间的时间差相关联的情况可通过使用1比特的反馈信号来表示。
图9A至9D图示了根据本公开的实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作的另一示例。在这个实施例中，相对于有效Tx波束的数量是三的情形图示了所有情况。图中图示的波束之间的关系可按照以下表1来定义。
表1
参考图9A，在情况1的行1中，由符号“○”标记的比较目标波束#1和后继的波束#2和#3全部都具有白色背景，这意味着#1与#2之间的延迟时间的时间差以及#1与#3之间的延迟时间的时间差都不大于或等于阈值。在情况1的行2中，由符号“○”标记的波束#2是比较目标波束，并且后继的波束#3具有白色背景，这意味着#2与#3之间的延迟时间的时间差不大于或等于阈值。在情况1的行3中，没有后续的波束，因此，没有情况。
参考图9B，在情况2的行1中，在与比较目标波束#1比较之时，波束#2具有白色背景，并且波束#3由标记，这意味着#1与#2之间的延迟时间的时间差不大于或等于阈值，并且#1与#3之间的延迟时间的时间差大于或等于阈值。在情况2的行2中，比较目标波束#2和#3分别具有白色背景，这意味着#1与#2之间的延迟时间的时间差不大于或等于阈值。
参考图9C，情况3的行1示出了#1与#2之间的延迟时间的时间差小于阈值，并且#1与#3之间的延迟时间的时间差大于或等于阈值，像情况2的行1那样。情况3的行2示出了#2与#3之间的延迟时间的时间差大于或等于阈值。
参考图9D，在情况4的行1中，在与波束#1比较之时，波束#2和#3两者都由标记，这意味着#1与#2之间的延迟时间的时间差大于或等于阈值，因此，#1与#3之间的延迟时间的时间差大于或等于阈值。
因为#1与#2之间的延迟时间差大于或等于阈值并且假定最大延迟时间差超过阈值(Tthreshold或Tcp)的两倍，所以#2与#3之间的延迟时间差不大于或等于阈值。也就是说，当在特定比较目标波束之前延迟时间差已经大于或等于阈值时，后继的波束之间的延迟时间差小于阈值。在这种情况下，全部波束都由符号标记，如情况4的行2中那样，并且与后继波束相关联的情况不被考虑。
在三个有效Tx波束需要被反馈的情况下，可出现总共四种情况。当假定存在表示这样的关系的两个比特的反馈信息时，关于有效Tx波束之间的延迟时间差的信息可被显示。
图10A至10H图示了根据本公开的实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作的另一示例。在这个示例中，提供了在需要执行对四个有效Tx波束的反馈的情况下可生成的所有情况。
图10A至10H图示了当使用三个有效Tx波束时的情况。因为3比特的信息可表示与Tx波束的延迟相关联的所有情况，所以当假定3比特的反馈信息时可指示所有四个有效Tx波束之间的延迟信息。
参考图10A，在情况1的行1中，当与波束#1比较之时，相对于所有后继的波束#2、#3和#4，延迟时间的时间差都小于阈值。在情况1的行2中，当与波束#2比较之时，相对于所有后继的波束#3和#4，延迟时间的时间差都小于阈值。在情况1的行3中，当与波束#3比较之时，相对于后继的波束#4，延迟时间的时间差小于阈值。
参考图10B，在情况2的行1中，当与波束#1比较之时，相对于后继的波束#2和#3，延迟时间的时间差小于阈值，但相对于#4，延迟时间的时间差大于阈值。在情况2的行2中，当与波束#2比较之时，相对于所有后继的波束#3和#4，延迟时间的时间差都小于阈值。在情况2的行3中，当与波束#3比较之时，相对于后继的波束#4，延迟时间的时间差小于或等于阈值。
参考图10C，在情况3的行1中，当与波束#1比较之时，相对于后继的波束#2和#3，延迟时间的时间差小于阈值，但相对于波束#4，延迟时间的时间差大于或等于阈值。在情况3的行2中，当与波束#2比较之时，相对于后继的波束#3，延迟时间的时间差小于阈值，但相对于波束#4，延迟时间的时间差大于或等于阈值。在情况3的行3中，当与波束#3比较之时，相对于后继的波束#4，延迟时间的时间差小于阈值。
参考图10D，在情况4的行1中，当与波束#1比较之时，相对于后继的波束#2和#3，延迟时间的时间差小于阈值，但相对于波束#4，延迟时间的时间差大于或等于阈值。在情况4的行2中，当与波束#2比较之时，相对于后继的波束#3，延迟时间的时间差小于阈值，但相对于波束#4，延迟时间的时间差大于或等于阈值。在情况4的行3中，当与波束#3比较之时，相对于后继的波束#4，延迟时间的时间差大于或等于阈值。
参考图10E，在情况5的行1中，当与波束#1比较之时，相对于后继的波束#2，延迟时间的时间差小于阈值，但相对于波束#3和#4，延迟时间的时间差大于或等于阈值。在情况5的行2中，当与波束#2比较之时，相对于所有后继的波束#3和#4，延迟时间的时间差都小于阈值。因为在情况5的行3中，当与波束#3比较之时，波束#1与波束#3之间的延迟时间的时间差已经大于或等于阈值，所以波束#3与#4之间的延迟时间的时间差不可能大于阈值。
参考图10F，在情况6的行1中，当与波束#1比较之时，相对于后继的波束#2，延迟时间的时间差小于阈值，但相对于波束#3和#4，延迟时间的时间差大于阈值。在情况6的行2中，当与波束#2比较之时，相对于后继的波束#3，延迟时间的时间差小于阈值，但相对于波束#4，延迟时间的时间差大于或等于阈值。因为在情况6的行3中，当与波束#3比较之时，波束#1与波束#3之间的延迟时间的时间差已经大于或等于阈值，所以波束#3与#4之间的延迟时间的时间差不可能大于阈值。
参考图10G，情况7的行1示出了当与波束#1比较之时，相对于后继的波束#2，延迟时间的时间差小于阈值，但相对于波束#3和#4，延迟时间的时间差大于或等于阈值。在情况7的行2中，当与波束#2比较之时，相对于所有后继的波束#3和#4，延迟时间的时间差都大于或等于阈值。因为在情况7的行3中，当与波束#3比较之时，波束#1与波束#3之间的延迟时间的时间差已经大于或等于阈值，所以波束#3与#4之间的延迟时间的时间差不可能大于或等于阈值。
参考图10H，情况8的行1示出了当与波束#1比较之时，相对于所有后继的波束#2、#3和#4，延迟时间的时间差都大于或等于阈值。在情况8的行2中，当与波束#2比较之时，波束#1与波束#2之间的延迟时间的时间差已经大于或等于阈值，因此，波束#3后续的波束之间的延迟时间的时间差不大于或等于阈值。在情况8的行3中，当与波束#3比较之时，波束#1与波束#3之间的延迟时间的时间差已经大于或等于阈值，因此，波束#3与#4之间的延迟时间的时间差不大于或等于阈值。
如参考图8A至10H的以上描述中所示，与发送(Tx)波束之间的延迟时间差相关联的情况的数量可根据有效Tx波束的数量来预计。当有效Tx波束的数量是二时，与Tx波束之间的延迟时间差相关联的情况的数量是二，这可通过使用1比特的延迟时间差信息来表示。当有效Tx波束的数量是三时，与Tx波束之间的延迟时间差相关联的情况的数量是四，这可通过使用2比特的延迟时间差信息来表示。当有效Tx波束的数量是四时，与Tx波束之间的延迟时间差相关联的情况的数量是八，这可通过使用3比特的延迟时间差信息来表示。结果，当有效Tx波束的数量是N时，所有情况的数量可由2N-1来表示，因此，有效Tx波束之间的所有延迟信息可通过使用(N-1)比特的反馈信息来表示。
为了确认结果，在有效Tx波束的数量是五的情况下，所有情况的数量是25-1，并且有效Tx波束之间的所有延迟信息可通过使用4(＝5-1)比特的信息来表示。针对五个有效Tx波束的所有情况的数量预计为25-1，如图11A至11P中所图示的，并且可通过4比特的信息来表示。
总之，在这个发送Tx波束之间的延迟信息的实施例中，假定Tx波束之间的时间差至多是阈值的两倍。因此，可通过使用表示除了实际上不可能出现的情况以外的波束之间的时间差或延迟的情况的数量的最少比特的信息来向基站发送有效Tx波束之间的时间差信息。
图12图示了根据本公开的又一实施例的发送指示Tx波束之间的到达时间差的信息的操作。这个实施例提供了如下方法：该方法在用于基站的反馈信息中发送移动站直接测量的相对延迟值并发送反馈信息。相对于有效Tx波束#1的相对延迟信息值被包括在与Tx波束#2、#3和#4相关联的反馈信息中。参考有效Tx波束#1可以是具有最优良信号质量的Tx波束或者首先接收到的Tx波束。
例如，与波束#1相关联的反馈信息包括关于Tx波束的信息11和信道质量信息12。与波束#2相关联的反馈信息包括关于Tx波束的信息21、信道质量信息22和相对于波束#1的相对延迟信息值(D2)24。与波束#3相关联的反馈信息包括关于Tx波束的信息31、信道质量信息32和相对于波束#1的相对延迟信息值(D3)34。与波束#4相关联的反馈信息包括关于Tx波束的信息41、信道质量信息42和相对于波束#1的相对延迟信息值(D4)44。
如在上述实施例中那样，当移动站在图4的步骤403中发送关于有效基站Tx波束的信息和包括相应波束之间的延迟信息的反馈信息时，基站考虑到接收到的反馈信息来执行混合波束形成或者波束切换操作。
当执行混合波束形成操作时，基站对波束进行分类，基站将有效基站Tx波束之间的延迟时间差不超过时间阈值的波束分类为步骤403中的有效基站Tx波束当中的用于波束形成的波束。当对于相关移动站应用混合波束形成以用于发送方法时，基站执行确定以选择Tx波束之间的延迟时间差小于时间阈值的波束。
当波束切换被执行时，在移动站的有效基站Tx波束当中存在有效基站Tx波束之间的延迟时间差超过时间阈值的波束的情况下，基站在指派可被相关移动站接收到的信号信道(例如，广播信道、控制信道、用于相关移动站的上行链路反馈信道和用于相关移动站的下行链路数据信道)之时需要执行特定指派操作以避免参考图3A和图3B描述的与波束切换相关联的问题。具体地，基站可通过不连续指派其中到特定移动站的Tx波束之间的延迟时间差超过时间阈值的波束的组合来避免引起ISI的波束切换。此外，当需要连续指派其中用于特定移动站的Tx波束之间的延迟时间差超过时间阈值的波束时，基站可通过稍后指派具有相对大的延迟值的Tx波束来避免ISI。
图13A至13F图示了根据本公开的实施例的在波束切换之时当使用指示Tx波束之间的到达时间差的信息时被避免出现的符号间干扰(ISI)。
波束#1和波束#7两者都干扰MS1，相对于MS1波束#7具有比波束#1更大的延迟时间。当波束#1与#7之间的信号延迟时间差是τ#7时，具有相对大延迟时间的波束#7首先被指派，并且之后，波束#1被指派，可由于波束切换而引起ISI的问题，如图13E中所图示的。为了避免以上问题，具有相对大延迟时间的波束#7稍后被指派，并且具有相对小延迟时间的波束#1被首先指派，如图13D中所图示的，从而如图13F中那样避免ISI的出现。
在这种移动站发送关于波束之间的延迟时间的时间差的信息的情况下，基站可基于该信息执行指派以避免混合波束形成或者波束切换期间信号质量的退化。
图14是图示用于根据本公开的实施例的操作的基站的过程的流程图。
在步骤1410中，基站通过广播信道发送用于Tx波束的延迟时间的阈值信息Tthreshold。阈值信息可以是预先预布置在基站与移动站之间的值。可替换地，阈值信息可用CP的长度Tcp代替，从而不需传输。
在步骤1420中，基站发送用于每个波束的参考信道，由此使在移动站中对波束延迟进行测量成为可能。一般而言，在波束形成系统中通过发送用于每个波束的参考信道来布置下行链路波束。基站向移动站发送相关参考信道，从而使得移动站能够在测量波束延迟之时使用所述信道。
在步骤1430中，基站从每个移动站接收每个移动站中的关于有效Tx波束之间的延迟时间差的信息(指示到达时间差)。因为在一般的系统中每个移动站通过上行链路周期性地发送信道质量，所以移动站可在发送关于有效Tx波束及其信号质量的信息时一起发送关于有效Tx波束之间的延迟时间差的信息。在这种情况下，可根据上述实施例的四种方法之一来发送延迟信息。
在步骤1440中，基站在执行混合波束形成或者波束切换时通过使用从每个移动站接收到的每个移动站上的关于有效Tx波束之间的延迟时间差的信息来执行波束指派，从而避免每个移动站中的信号质量的退化。
图15是图示用于根据本公开的实施例的操作的移动站的过程的流程图。
在步骤1510中，移动站通过广播信道从基站接收关于延迟阈值的信息。该信息可用基站与移动站之间预布置的值或者CP的长度Tcp代替。
在步骤1520中，移动站接收基站所发送的用于每个波束的参考信道，并且测量每个波束的延迟时间以计算并存储关于波束之间的延迟时间的时间差的信息。
在步骤1530中，移动站生成指示关于波束之间的延迟时间的时间差的信息的多个比特的指示信息。在这种情况下，可根据上述实施例的四种方法之一应用生成比特信息的方法。
在步骤1540中，移动站向基站发送指示关于波束之间的延迟时间的时间差的信息的指示信息作为反馈信息。在这种情况下，关于有效波束的信息和有效波束的信号质量信息可被包括在反馈信息中，然后被发送。
图16是图示用于根据本公开的实施例的操作的基站的框图。基站包括控制器1610、发送器1620、天线1630和接收器1640。控制器1610包括调度器1612。
发送器1620发送多个Tx波束信号。接收器1640从移动站接收包括指示信息的反馈信息，所述指示信息指示从Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达移动站的时间差。
反馈信息还可包括关于有效Tx波束信号的信息和相对于有效Tx波束信号的信道质量信息。多个Tx波束信号可以是参考信道信号。有效Tx波束信号可以是Tx波束信号当中的预定数量的具有优良的接收信号质量的被选Tx波束信号。
根据一实施例，指示信息可包括指示被选有效Tx波束信号是否分别被包括在被分组的有效Tx波束信号中的信息。被分组的有效Tx波束信号可以是顺序布置的有效Tx波束信号当中的其中相邻Tx波束信号之间的到达时间差小于预设阈值的有效Tx波束信号。阈值可以是基于循环前缀(CP)的长度确定的值。
根据另一实施例，指示信息可以是基于被选有效Tx波束信号之间的到达时间差的关系而生成的信息。所述关系可指示被选有效Tx波束信号之间的到达时间差是否大于或小于预设阈值。所述阈值可以是基于循环前缀(CP)的长度确定的值。指示信息可以是比特信息，比特的数量小于被选有效Tx波束信号的数量。
根据另一实施例，指示信息可以是指示被选有效Tx波束信号当中的一个参考有效Tx波束信号与其它有效Tx波束信号中的每一个之间的到达时间差的信息。参考有效Tx波束信号可以是被选有效Tx波束信号中的具有最优良接收信号质量的有效Tx波束信号。参考有效Tx波束信号可以是被选有效Tx波束信号中的在最早时间点接收到的有效Tx波束信号。
控制器1610的调度器1612通过使用从移动站接收到的反馈信息执行调度操作，诸如混合波束形成或者波束切换。
图17是图示用于根据本公开的实施例的操作的移动站的框图。移动站包括控制器1710、接收器1720、天线1730和发送器1740。控制器1710包括计算单元1712以及信息生成单元1714。
接收器1720从基站接收多个Tx波束信号。控制器1710生成指示信息，该指示信息指示从接收到的Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达时间差。发送器1740向基站发送包括指示信息的反馈信息。
反馈信息还可包括关于有效Tx波束信号的信息和与有效Tx波束信号相关联的信道质量信息。多个Tx波束信号可以是参考信道信号。有效Tx波束信号可以是接收到的Tx波束信号当中的预定数量的具有高接收信号质量的被选Tx波束信号。
根据一实施例，控制器1710顺序地布置被选有效Tx波束信号，对顺序布置的有效Tx波束信号当中的其中相邻Tx波束信号之间的到达时间差小于预设阈值的有效Tx波束信号进行分组，并且生成指示信息，该指示信息指示被选有效Tx波束信号中的每一个是否被包括在被分组的有效Tx波束信号中。所述阈值可以是基于循环前缀(CP)的长度确定的值。
根据另一实施例，控制器1710的计算单元1712计算被选有效Tx波束信号之间的到达时间差的关系。所述关系可指示被选有效Tx波束信号之间的到达时间差大于还是小于预设阈值。信息生成单元1714基于所计算的关系来生成指示信息。所述阈值可以是基于循环前缀(CP)的长度确定的值。指示信息可以是比特信息，比特的数量等于小于被选有效Tx波束信号的数量的数。
根据另一实施例，控制器1710的计算单元1712确定被选有效Tx波束信号的一个参考有效发送信号，并且计算该参考有效Tx波束信号与其它有效Tx波束信号中的每一个之间的到达时间差。信息生成单元1714生成指示信息，该指示信息指示相对于其它有效Tx波束信号中的每一个计算的到达时间差。参考有效Tx波束信号可以是被选有效Tx波束信号中的具有最优良接收信号质量的有效Tx波束信号。参考有效Tx波束信号可以是被选有效Tx波束信号中的在最早时间点接收到的有效Tx波束信号。
根据本公开的实施例，接收器装置(移动站)向发送器装置(基站)提供关于取决于波束路径的接收延迟时间之间的时间差的信息作为反馈信息。与使用Tx波束的情况不同，已接收到反馈信息的发送器装置在调度操作(诸如混合波束形成和波束切换)期间可知道其中通过不同路径的信号之间的延迟时间的时间差大的Tx波束，并且除去其中通过不同路径的信号之间的延迟时间的时间差大的Tx波束，从而提高混合波束形成和波束切换期间的性能。
尽管已经参考公开的特定示例性实施例示出和描述了本公开，但本领域技术人员将会理解，可对其进行形式和细节上的各种改变而不脱离权利要求所定义的公开的精神和范围。用于执行根据本公开的实施例的各种计算机所实现的操作的程序命令可被记录在计算机可读记录介质中。计算机可读记录介质可单一地或者组合地包括程序命令、数据文件和数据结构。程序命令可以是为了本公开专门设计和配置的程序命令，或者可以是本领域技术人员公开知道且可获得的程序命令。计算机可读记录介质的示例包括磁记录介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光记录介质，诸如CD-ROM和DVD；磁光记录介质，诸如软式盘(flopticaldisk)；以及专门配置为存储和运行程序命令的硬件设备，诸如ROM、RAM和快闪存储器。程序命令的示例包括由编译器创建的机器语言代码，以及可由计算机通过使用解释器运行的高级语言代码。当本公开中描述的基站或中继器中的全部或一些由计算机程序实现时，存储计算机程序的计算机可读记录介质也被包括在本公开中。因此，公开的范围不是通过对公开的详细描述来定义的，而是通过权利要求来定义的，并且在该范围内的所有差异都将被解释为包括在本公开之中。
尽管已经参考公开的特定优选实施例示出和描述了公开，但本领域技术人员将会理解，可对其进行形式和细节上的各种改变而不脱离权利要求所定义的公开的精神和范围。因此，公开的范围不是通过对公开的详细描述来定义的，而是通过权利要求来定义的，并且在该范围内的所有差异都将被解释为包括在本公开之中。

Claims (13)

1.一种用于操作移动通信系统中的移动站的方法，该方法包括：
从基站接收多个发送(Tx)波束信号；
生成指示信息，该指示信息用于指示从接收到的Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达时间差；以及
向基站发送包括所述指示信息的反馈信息。
2.一种用于操作移动通信系统中的基站的方法，该方法包括：
发送多个发送(Tx)波束信号；以及
从移动站接收反馈信息，该反馈信息包括指示从所述Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达移动站的时间差的指示信息。
3.一种用于移动通信系统中的移动站的装置，该装置包括：
接收器，被配置为从基站接收多个发送(Tx)波束信号；
控制器，被配置为生成指示信息，该指示信息指示从接收到的Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达时间差；以及
发送器，被配置为向基站发送包括所述指示信息的反馈信息。
4.一种用于移动通信系统中的基站的装置，该装置包括：
发送器，被配置为发送多个发送(Tx)波束信号；以及
接收器，被配置为从移动站接收反馈信息，该反馈信息包括指示从所述Tx波束信号中选择的有效Tx波束信号之间的到达移动站的时间差的指示信息。
5.如权利要求1或权利要求2所述的方法或者如权利要求3或权利要求4所述的装置，其中，所述反馈信息还包括用于所述有效Tx波束信号的信道质量信息。
6.如权利要求1或权利要求2所述的方法或者如权利要求3或权利要求4所述的装置，其中，所述多个Tx波束信号包括参考信道信号。
7.如权利要求1或权利要求2所述的方法或者如权利要求3或权利要求4所述的装置，其中，所述有效Tx波束信号包括所述Tx波束信号当中的预定数量的相对于移动站具有一接收信号质量的被选Tx波束信号。
8.如权利要求1或权利要求2所述的方法或者如权利要求3或权利要求4所述的装置，其中：
所述指示信息包括指示被选有效Tx波束信号中的每一个是否被包括在被分组的有效Tx波束信号中的信息，并且
被分组的有效Tx波束信号是顺序布置的有效Tx波束信号当中的其中相邻Tx波束信号之间的到达时间差小于预设阈值的有效Tx波束信号。
9.如权利要求1或权利要求2所述的方法或者如权利要求3或权利要求4所述的装置，其中，所述指示信息包括基于被选有效Tx波束信号之间的到达时间差的关系而生成的信息。
10.如权利要求9所述的方法或装置，其中，所述关系指示被选有效Tx波束信号之间的到达时间差是大于还是小于预设阈值。
11.如权利要求9所述的方法或装置，其中，所述指示信息包括比特信息，所述比特的数量小于被选有效Tx波束信号的数量。
12.如权利要求1或权利要求2所述的方法，或者如权利要求3或权利要求4所述的装置，其中，所述指示信息包括指示被选有效Tx波束信号当中的一个参考有效Tx波束信号与其它有效Tx波束信号中的每一个之间的到达时间差的信息。
13.如权利要求12所述的方法或装置，其中，所述一个参考有效Tx波束信号包括被选有效Tx波束信号当中的具有最佳接收信号质量的有效Tx波束信号和在最早时间点接收到的有效Tx波束信号之一。
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