CN105830358A - 用于收发机的波束成形装置、方法和计算机程序 - Google Patents

用于收发机的波束成形装置、方法和计算机程序 Download PDF

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CN105830358A CN201480068807.7A CN201480068807A CN105830358A CN 105830358 A CN105830358 A CN 105830358A CN 201480068807 A CN201480068807 A CN 201480068807A CN 105830358 A CN105830358 A CN 105830358A
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Abstract

实施例提供了用于移动通信系统的收发机的装置、方法和计算机程序。装置(10)可在移动通信系统的第一收发机(100)中进行操作。装置(10)包括收发机模块(12)，包括对多个发射天线(15)的接口。收发机模块(12)可操作为使用该接口来以多个子组细分多个发射天线(15)，并且使用子组的一个或多个发射天线来形成第一波束图案(16)的集合。装置(10)进一步包括控制模块(14)，可操作为确定与在第一收发机(100)和第二收发机(200)之间的无线电链路的质量相关的信息。控制模块(14)进一步可操作为使用来自第一波束图案(16)的集合的两个或更多个波束图案来确定用于与第二收发机(200)进行通信的第二波束图案(18)。用于确定第二波束图案(18)的第一波束图案的数目基于与在第一收发机(100)和第二收发机(200)之间的无线电链路的质量相关的信息。控制模块(14)进一步可操作为使用第二波束图案(18)和收发机模块(12)来与第二收发机(200)进行通信。

Description

用于收发机的波束成形装置、方法和计算机程序
技术领域
实施例涉及用于移动通信系统的收发机的波束成形装置、方法和计算机程序，更具体地但不排他地，涉及移动通信系统中的有效波束成形。
背景技术
该部分介绍了可能有助于促进更好地理解本发明的各方面。因此，该部分的陈述要在这个角度进行阅读并且不应当被理解为承认在现有技术中有什么或者在现有技术中没有什么。
随着对数据服务的增加的需求，无线系统趋向于使用越来越多的带宽和更高的载波频率。例如，可以预期第五代(5G)无线接入包含毫米波频率以，通常在毫微微、微微或城域小区类型的部署中，提供多个Gbps的数据速率。在较高频率处，自由空间传播或路径损耗增加，并且可以通过利用天线方向性来补偿。这可以使用高增益自适应波束成形(BF)解决方案来实现。自适应波束转向可以通过模拟移相器完全数字地实现，例如通过使每个天线配备有完全数字发射/接收路径，或者例如通过经由模拟移相器将每个数字发射/接收路径连接到天线集合来被实现为混合数字/模拟解决方案。基站天线阵列可以包括例如8、16、32、64或更多个天线元件，例如微型喇叭天线元件。
文献US2013/0301454A1描述了用于混合模拟和数字波束成形的概念。文献EP2124351A1公开了用于空间子信道选择和预编码的概念。文献US2004/0152415A1描述了用于对抗无线通信系统中的深衰落的波束成形概念。文献US2013/0272263A1公开了用于获得层级信道状态信息的概念。
发明内容
在下面的总结中可能进行一些简化，这意在突出和介绍各种示例性实施例的一些方面，但是这样的简化不旨在限制本发明的范围。在之后部分中将进行优选示例性实施例的具体描述，该优选示例性实施例的具体描述足够允许本领域技术人员制造和使用本发明概念。
各种实施例提供了一种用于可以对应于基站收发机或移动收发机的移动通信系统的收发机的装置、方法和计算机程序。实施例可以通过考虑用于BF的无线电链路质量信息来提供用于移动通信系统中的BF的有效概念。换言之，例如通过适配用于服务用户的天线元件的数目，BF增益可以被适应于用户或收发机的无线电链路质量。
实施例提供了一种可在移动通信系统的第一收发机中操作的装置。第一收发机可以对应于基站收发机或移动收发机。收发机装置包括收发机模块，其包括对多个发射天线的接口。收发机模块可操作为使用接口来以多个子组细分多个发射天线。收发机模块可操作为使用子组的一个或多个发射天线来形成第一波束图案的集合。装置进一步包括控制模块，其可操作为确定与第一收发机和第二收发机之间的无线电链路的质量相关的信息。控制模块进一步可操作为使用来自第一波束图案的集合的两个或更多个波束图案来确定用于与第二收发机进行通信的第二波束图案。用于确定第二波束图案的第一波束图案的数目基于与在第一收发机和第二收发机之间的无线电链路的质量相关的信息。控制模块可操作为使用第二波束图案和收发机模块来与第二收发机进行通信。实施例可以使得将BF增益与无线电链路的质量相关的信息进行适配。
在一些实施例中，控制模块可操作为确定与第一收发机和至少第三收发机之间的无线电链路的质量相关的信息。控制模块进一步可操作为使用来自第一波束图案的集合的一个或多个波束图案来确定用于与至少一个第三收发机通信的至少第三波束图案。用于确定第三波束图案的第一波束图案的数目基于第二波束图案并且基于与第一收发机和第三收发机之间的无线电链路的质量相关的信息。控制模块进一步可操作为使用第三波束图案与第三收发机并且使用第二波束图案与第二收发机同时通信。实施例可以基于其无线电链路质量来使得能够进行第二收发机和第三收发机的空间复用。
控制模块可操作为使用相同或不同数目的第一波束图案来确定第二和第三波束图案。实施例可以使用多个预先成形的波束图案来支持多个收发机的空间复用。在一些实施例中，第三波束图案可以被适应于第二波束图案，使得第二和第三波束图案的主瓣指向不同方向，或者第二和第三波束图案基本上正交。实施例可以基于第一波束图案的集合来支持空分多址。
当在第一收发机和第二收发机之间的无线链路的质量指示第一较低质量时，控制模块可以操作为确定具有第一较高BF增益的第二波束图案。当在第一收发机和第二收发机之间的无线链路的质量指示第二较高质量时，控制模块可以操作为确定具有第二较低BF增益的第二波束图案。实施例可以支持BF增益的适配，并且由此实现用于服务具有给定无线电链路质量的收发机的多个天线的适配。
在一些实施例中，第一收发机可以操作为使用模拟BF来形成第一波束图案的集合。控制模块可以操作为使用数字BF来确定第二波束图案。实施例可以提供有效的混合模拟/数字BF概念。控制模块可操作为确定与在第一收发机和第二收发机之间的无线电链路的两个或更多个空间上不同的路径的质量相关的信息。第二波束图案可以基于来自无线电链路的两个或更多个路径中的路径的质量，并且第二波束图案可以用于使用无线电链路的两个或更多个路径中的该来与第二收发机进行通信。控制模块可以进一步操作为确定用于使用两个或更多个路径中的另一个来与第二收发机进行通信的另一波束图案。用于确定该另一波束图案的第一波束图案的数目基于第二波束图案并且基于与在第一收发机和第二收发机之间的无线电链路的两个或更多个路径的中的该另一路径的质量相关的信息。然后，控制模块可操作为使用第二波束图案和另一波束图案沿着无线电链路的该两个或更多个路径来与第二收发机进行通信。
实施例可以使得能够使用BF对相同收发机进行空间复用的数据流的传送。控制模块可以操作为使用第二波束图案和另一波束图案来将不同数据同时传送到第二收发机。在一些实施例中，控制模块可操作为使用第二波束图案和另一波束图案来将空间-时间编码的数据同时传送到第二收发机。在一些实施例中，可以沿着多个路径来传送相同的数据。实施例可以使用多路径传播的空间利用来支持在收发机的无线电链路上的分集增益。
另一波束图案可以被适应于第二波束图案，使得另一波束图案和第二波束图案的主瓣点指向不同方向，或者第二波束图案和第三博湖图案基本上正交。可以使用无线电链路的相应路径的空间正交化来利用多路径分集或复用。
在一些实施例中，当在第一收发机和第二收发机之间的无线电链路的质量指示较慢移动的第一或第二收发机时，控制模块可以操作为确定具有第一较高BF增益的第二波束图案。当在第一收发机和第二收发机之间的无线电链路的质量指示较快移动的第一或第二收发机时，控制模块可以操作为确定具有第二较低BF增益的第二波束图案。实施例可以使得BF增益适应于收发机的速度或多普勒频移，例如，具有较低BF增益的较宽波束可以用于快速移动的收发机，这可以提高对相应收发机的通信链路的稳健性。
在一些实施例中，发射天线可以使用覆盖第一收发机的扇区的独立波束图案，并且第一波束图案的集合可以对应于扇区的子扇区集合。实施例可以实现扇区的子扇区中的自适应BF。控制模块可操作为通过从第一波束图案的集合中选择一个波束图案来确定第二波束图案。实施例可以支持高效的固定波束切换。控制模块可操作为通过以时间复用的方式使用第一波束图案的集合中的一个或多个波束图案的不同组合来确定第二波束图案。实施例可以使用用于第一波束图案的集合中的波束图案的时分复用方案来实现高效波束选择。
实施例进一步提供了一种用于移动通信系统的第一收发机的方法。该方法包括以多个子组细分多个发射天线，并且使用子组的一个或多个发射天线来形成第一波束图案的集合。该方法进一步包括确定与第一收发机和第二收发机之间的无线链路的质量相关的信息。该方法进一步包括使用第一波束图案中的一个或多个波束图案来确定用于与移动收发机进行通信的第二波束图案。用于确定第二波束图案的第一波束图案的数目基于与第一收发机和第二收发机之间的无线电链路的质量相关的信息。该方法进一步包括使用第二波束图案来与第二收发机进行通信。
实施例进一步提供了一种具有程序代码的计算机程序，在计算机、处理器或可编程硬件组件上执行该计算机程序时，该程序代码用于执行上述方法中的一个或多个。另一实施例是一种存储指令的计算机可读存储介质，在由计算机、处理器或可编程硬件组件执行时，该指令使得计算机实现本文描述的方法中的一个。
附图说明
仅通过示例的方式并且参考附图，将使用装置或方法或计算机程序或计算机程序产品的以下非限制性实施例来描述一些其他特征或方面，在附图中
图1图示了用于收发机的装置的实施例的框图；
图2示出了使用混合模拟和数字BF的实施例；
图3示出了使用模拟和数字混合BF以及两个收发机的空间复用的实施例；
图4示出了使用混合的模拟和数字BF以及两个收发机的空间复用的实施例中的波束图案；
图5图示了使用混合模拟和数字BF以及两个收发机的空间复用的实施例中的另一波束图案；以及
图6图示了用于收发机的方法的实施例的流程图的框图。
具体实施方式
现在将参考附图来更全面地描述各种示例性实施例，在附图中，图示了一些示例性实施例。在附图中，线、层或区域的厚度可能为了清楚而被放大。
因此，尽管示例实施例能够具有各种修改和替代形式，但是其实施例通过示例的方式在附图中示出，并且在本文中将具体描述。然而，应当理解，不旨在将示例性实施例限制为所公开的具体形式，而是相反，示例性实施例要涵盖落在本发明的范围内的所有修改、等同物和替代物。贯穿附图的描述，相同的附图标记指代相同或类似地元件。
如本文使用的术语“或”是指非排他性的或，除非另有说明(例如，“否则”或“或在替代方案中”)。此外，如本文使用的，用于描述元件之间的关系的词语应当被广义地解释为包括直接的关系或中间元件的存在，除非另有说明。例如，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，该元件可以被直接连接或耦合到另一元件，或者中间元件可以存在。相反，当元件被称为被“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。类似地，诸如“之间”、“相邻”等的词语应当类似的方式被解释。
本文使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，而不是意在限制示例性实施例。如本文使用的单数形式“一”、“一个”和“该”意在还包括复数形式，除非上下文清楚地另外指明。将进一步理解，术语“包括”、“包含”在本文中使用时指定所陈述的特征、整件、步骤、操作、元件或组件的存在，而不排除存在或添加一个或多个其他特征、整件、步骤、操作、元件、组件或其群组。
除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括科技术语)具有与示例性实施例所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解，例如那些在常用字典中定义的术语应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的含义来解释，除非本文中明确这样定义。
在下述中，将描述用于移动通信系统的收发机的装置、方法和计算机程序的一些实施例。图1图示了可在移动通信系统的第一收发机100中操作的装置10的实施例的框图。换言之，装置10可以被适配为或者可在收发机100中操作，可以通过收发机100来操作或者被包括在其中。实施例还可以提供包括装置10的收发机100。这样的收发机100可以对应于移动通信系统的基站收发机或移动收发机。
移动通信系统可以例如对应于第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化的移动通信网络中的一个，其中，术语移动通信系统被同义地用于移动通信网络。移动或无线通信系统可以对应于例如长期演进(LTE)、LTE-高级(LTE-A)、高速分组接入(HSPA)、通用移动电信系统(UMTS)或UMTS地面无线电接入网络(UTRAN)、演进的UTRAN(E-UTRAN)、全球移动通信系统(GSM)或用于GSM演进的增强数据速率(EDGE)网络、GSM/EDGE无线电接入网络(GERAN)或具有不同标准的移动通信网络，例如，全球微波接入互操作性(WiMAX)网络IEEE802.16或无线局域网(WLAN)IEEE802.11，通常是正交频分多址(OFDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、码分多址(CDMA)网络、宽带CDMA(WCDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、空分多址(SDMA)网络等。
基站收发机可以操作为与一个或多个活动移动收发机进行通信，并且基站收发机可以位于另一基站收发机的覆盖区域中或在其附近，另一基站收发机例如宏小区基站收发机或小小区基站收发机。因此，实施例可以提供一种移动通信系统，包括一个或多个移动收发机和一个或多个基站收发机，其中基站收发机可以建立宏小区或小小区，例如微微、城域或毫微微小区。移动收发机可以对应于智能电话、小区电话、用户装备、膝上型计算机、笔记本、个人计算机、个人数字助理(PDA)、通用串行总线(USB)-棒、汽车等。移动收发机也可以与3GPP术语一致地被称为用户设备(UE)或移动装置。
基站收发机可以位于网络或系统的固定或静止部分中。基站收发机可以对应于远程无线电头端、传输点、接入点、宏小区、小小区、微小区、毫微微小区、城域小区等。基站收发机可以是有线网络的无线接口，这支持无线电信号对UE或移动收发机的传输。这样的无线电信号可以与例如有3GPP标准化的无线电信号一致，或者符合以上列出的系统中的一个或多个。因此，基站收发机可以对应于节点B、eNodeB、基站收发信台(BTS)、接入点、远程无线电头端、传输点等，其可以进一步以远程单元和中央单元进一步细分。
移动收发机可以与基站收发机或小区相关联。术语小区是指由基站收发机提供的无线电服务的覆盖区域，例如节点B(NB、eNodeB(eNB)、远程无线电头端、传输点等。基站收发机可以在一个或多个频率层上操作一个或多个小区，在一些实施例中，小区可以对应于扇区。例如，扇区可以使用扇区天线来实现，其提供了用于覆盖远程单元或基站收发机周围的角形扇区的特征。在一些实施例中，基站收发机可以例如分别操作覆盖120°(在3个小区的情况下)、60°(在6个小区的情况下)扇区的3个或6个小区。基站收发机可以操作多个扇区化天线。在以下中，小区可以表示生成小区的相应基站收发机，或者类似地，基站收发机可以表示基站收发机生成的小区。
换言之，在实施例中，移动通信系统可以对应于HetNet，其利用不同的小区类型，即封闭订户组(CSG)小区和开放小区以及不同大小小区，如例如宏小区和小小区，其中小小区的覆盖区域小于宏小区的覆盖面积。小小区可以对应于城域小区、微小区、微微小区、毫微微小区等。这样的小区通过基站收发机来建立，其自己的覆盖区域由其传输功率和干扰状况来确定。在一些实施例中，小小区的覆盖区域可以至少部分地由另一基站收发机所建立的宏小区的覆盖区域所包围。小小区可以被布置为扩展网络的容量。因此，城域小区可以用于覆盖比宏小区更小的区域，例如城域小区可以覆盖大城区域中的街道或一部分。对于宏小区，覆盖区域可以具有一个或多个公里量级的直径，对于微小区，覆盖区域可以具有低于1公里的直径，并且对于微微小区，覆盖区域可具有低于100m的直径。毫微微小区可以是最小的小区，并且其可以用于覆盖家庭或在机场处的登机口部分，即，其覆盖区域可以具有低于50m的直径。因此，基站收发机还可以被称为小区。
图1进一步示出了包括装置10的收发机100的实施例(虚线)。装置10包括收发机模块12。收发机模块12包括对多个发射天线15的接口。收发机模块12可以被实现为一个的或多个收发机设备、一个或多个收发机单元、一个或多个收发机模块、用于收发，即用于发射和/或接收的任何部件。收发机模块12可以对应于用于接收和发射的任何部件。收发机模块12可以包括典型的收发机组件，诸如一个或多个低噪声放大器(LNA)、一个或多个功率放大器(PA)、一个或多个双工器、一个或多个共用器、一个或多个滤波器或滤波电路、一个或多个转换器、一个或多个混合器、相应适配的射频组件等。发射天线可以对应于任何发射和/或接收天线，诸如喇叭天线、偶极天线、贴片天线等。多个天线15可以以定义的几何设置来布置，诸如统一线性阵列、圆形阵列、三角形阵列、均匀场、场阵列等。
在图1中所描绘的实施例中，收发机模块12进一步可操作为使用接口以多个子组来细分多个发射天线15。收发机模块12进一步可操作为使用子组的一个或多个发射天线来形成第一波束图案16的集合(以实线示出)。在图1中，第一波束图案16的集合是由两个实线波束16来指示，其中，这样的波束的长度可以定性地指示波束的BF增益，并且波束的宽度可以定性地指示波束的开口角。如图1所示，收发机模块12被耦合到控制模块14。控制模块可以被实现为或对应于一个或多个控制单元、一个或多个控制模块、一个或多个控制设备、用于控制的任何部件等。在一些实施例中，控制模块可被实现为可编程硬件组件，诸如处理器、数字信号处理器(DSP)、通用处理器或任何其他可编程硬件。在一些实施例中，控制模块14因此可以至少部分地对应于软件，其被适配为在相应适配的可编程硬件组件上被执行。
控制模块14可操作为确定与第一收发机100和第二收发机200之间的无线电链路质量相关的信息。控制模块14还可操作为使用来自第一波束图案16的集合中的两个或更多个波束图案来确定用于与第二收发机200进行通信的第二波束图案18(虚线)。用于确定第二波束图案18的第一波束图案的数目基于与第一收发机100和第二收发机200之间的无线电链路的质量相关的信息。控制模块14可操作为使用第二波束图案18和收发机模块12来与第二收发机200进行通信。
如参考本文描述的实施例的BF利用在相应发射/接收天线15处的发射或接收的信号的受控叠加。也就是说，多个发射/接收天线15的定义的几何配置可以与引入到相应发射或接收信号的相移一起使用，以便于实现信号关于其相对于多个发射/接收天线15的方向的定义的叠加。换言之，在一些实施例中，可以使用这些信号的建设性或破坏性叠加。如图1中所示，第一波束图案16的集合更宽，并且具有比第二波束图案18更低的BF增益。收发机装置10使用在两个步骤中使用BF，其中第一步骤由收发机模块12根据第一波束图案16的集合来执行，并且第二步骤由控制模块14根据第二波束图案18来执行。
在一些实施例中，控制模块14可操作为确定与第一收发机100和至少第三收发机300之间的无线电链路的质量相关的信息，这也在图1中示出。控制模块14还可操作为使用第一波束图案16的集合中的一个或多个波束图案来确定用于与至少一个第三收发机300进行通信的至少第三波束图案19(虚线)。用于确定第三波束图案19的第一波束图案的数目基于第二波束图案18和与第一收发机100和第三收发机300之间的无线电链路的质量相关的信息。控制模块14还可操作为使用第三波束图案19来与第三收发机300、并且使用第二波束图案18来与第二收发机200同时进行通信。在一些实施例中，同时通信指同时使用相同的无线电资源来与第二和第三收发机200和300通信。这些无线电资源可以分别对应于频率和时间资源、代码资源。如图1所示，第二波束图案18和第三波束图案19二者均具有比第一波束图案16的集合的波束更高的BF增益。
在一些实施例中，控制模块14可操作为使用相同数目的第一波束图案以确定第二和第三波束图案18和19。换言之，在一些实施例中，控制模块使用第一波束图案16的集合来分别生成第二波束图案18、第三波束图案19。第三波束图案19可以被适应于第二波束图案18，使得第二和第三波束图案18和19的主瓣指向不同方向。第二和第三波束图案18和19可以是基本上正交的。这就是说，在第三波束图案19的主瓣的方向上，第二波束图案18可以具有基本上0的BF增益或天线增益，反之亦然。这样基本上正交的波束图案18和19可以允许使用相同的无线电资源来服务不同的收发机200、300。这就是说，第二收发机200与第三收发机300可以在相同的无线电资源上被同时服务，因为第二波束图案18和第三波束图案19使用BF减少或甚至防止相互干扰。替代地，这样的基本上正交的波束图案18和19可以允许分别服务单个收发机200的空间上不同的路径，如后续描述的。
在实施例中，BF增益可以被适应于第一收发机100和其他相关收发机之间的相应无线电链路的质量，其他相关收发机例如第二收发机200和/或第三收发机300。与相应无线电链路的质量相关的信息可以对应于信噪比(SNR)、信号与干扰比(SIR)、信号与干扰和噪声比(SINR)、路径损耗、衰减、接收信号码功率(RSCP)、接收信号强度指示符(RSSI)、多普勒频移或扩展等。换言之，BF增益被调整到无线电链路，使得总的链路预算允许相应通信。在一些实施例中，控制模块14可以操作为，当在第一收发机100和第二收发机200之间的无线链路的质量指示第一较低质量时，确定具有第一较高BF增益的第二波束图案18。控制模块14可以操作为，当在第一收发机100和第二收发机200之间的无线链路的质量指示第二较高质量时，确定具有第二较低BF增益的第二波束图案18。在实施例中，BF增益可以利用用于无线电链路的较低质量的较高BF增益来被适应于质量，反之亦然，以便于分别平衡或补偿在不同用户之间、用户的不同路径之间的无线电链路质量差异。
在一些实施例中，第一收发机100可以操作为使用模拟BF来形成波束图案16的第一集合，并且控制模块14可以操作为使用数字BF来确定第二波束图案18。混合数字/模拟BF可以被认为是有吸引力的，因为其可能具有比完全数字实现降低的复杂性。模拟BF部分可以在时域中执行，并且此时这样的组件可以仅使用一个模拟波束。混合数字/模拟BF方法可以缓解该限制。图2图示了收发机装置10的另一实施例的框图。在图2中描绘的实施例使用具有K个数字路径的混合模拟/数字BF。这些K个数字路径在控制模块14内示出，该控制模块14具有K个数字加权滤波器wd1..wdK，其后是相应数字到模拟(D/A)转换器。收发机模块12包括模拟移相器，其中在K个路径中的每一个路径中存在L个移相器。模拟移相器在图2中用权重wa11..wa1L到waK1..waKL来指示。还可以用作接收天线的多个发射天线15以天线元件的场阵列来布置。
假定多个天线元件15中的每一个天线元件被连接到收发机模块12的一个模拟移相器。模拟移相器的单独的相移可以被数字地提供，如由对图2的收发机模块12的“K乘以m个比特”所指示的。应当注意，在其他实施例中，代替模拟移相器，可以使用具有预设相位关系和BF图案的巴特勒矩阵。在图2中，每个数字路径被连接到(不相交的)L个天线元件的子阵列。独立的模拟BF可以在每个子阵列内应用，以用于发射和接收。在下文中，假定收发机100由基站收发机应用。在其他实施例中，类似的收发机100可以在移动收发机中使用。在以下实施例中，假定K＝4，L＝16，每个天线元件具有7dBi的增益，产生了7dBi扇区增益，并且因此，25dBi笔形波束可以通过涉及所有可用天线元件的混合模拟/数字BF来实现。
换言之，每个单独的天线元件可以具有如图2中的图案17所指示的天线图案。这样的天线图案可以覆盖由基站收发机100服务的多个扇区或小区中的扇区或小区。此外，假设波束图案16的第一集合由收发机模块12使用模拟BF来生成。例如，可以假定所示天线元件15照亮相同扇区，例如，90°扇区。进一步子扇区化可以由数字BF来实现，同时模拟BF使用预先定义的扇区权重，例如此时K个正交子扇区，如图2所指示的。如在图2中进一步示出，在该实施例中对应于波束图案16的第一集合的每个子扇区可以利用其自身的导频信号pilot1..pilotK。然后，也在图2中示出的第二波束图案18可以用于将净荷数据从基站收发机100发射到移动收发机。
例如WCDMA或LTE的一些移动通信系统可以使用完全数字地实现的BF。空分多址(SDMA)可以通过涉及用于每个用户的所有天线元件、并且由此使用用于每个用户的最大BF增益来被应用。实施例可以缓解引入混合A/DBF的问题和限制。诸如基于IEEE802.11的一些现有系统可能不支持SDMA。如图2所示，当使用具有25dBi笔形波束的混合A/DBF时，每时隙可以调度仅一个单个用户。当可以支持经由SDMA的多个用户的调度时，实施例可以提高这样的系统的灵活性。
实施例可以将BF增益适应于，例如，用户或移动收发机的SNR，其可以通过适配用于服务用户的天线元件的数目来实现。然后，小区边缘的用户或移动收发机可以用由64个天线元件15支持的25dBi笔形波束18来服务。具有更好的信道状况的用户可以由更宽波束来服务，例如由16个天线元件支持的19dBi波束。这样的19dBi波束可以使用子阵列集合或者波束图案16的第一集合中的单个子阵列完全地通过模拟BF来获得。然后，可以通过使用具有共享发射功率的SDMA来用19dBi波束来同时支持多达K个用户，其中SDMA可以使用不同的模拟BF权重。BF增益可以进一步通过经由1，2，...，K个子阵列发射信号来被适配，允许19dBi、22dBi、23.77dBi或25dBi的BF增益。
在一些实施例中，更宽波束的使用可以具有下述优点：传输相对于用户的移动或者当一些传输路径被物体阻挡时变得更稳健。这可能也有动机减少用于移动用户的BF增益。换言之，控制模块14可以操作为，当第一收发机100和第二收发机200之间的无线电链路的质量指示较慢移动的第一或第二收发机100、200时，确定具有第一较高BF增益的第二波束图案18。控制模块14可以操作为，当第一收发机100和第二收发机200之间的无线电链路的质量指示较快移动的第一或第二收发机100、200时，确定具有第二较低BF增益的第二波束图案18。换言之，实施例可以使用较宽波束用于较快移动的用户，以便于保证稳健通信。
图3图示了再次被假设为位于基站收发机处的收发机装置10的另一实施例。图3示出了与图2类似的组件，但是图示了两个不同的第二波束图案18a和18b。使用第二波束图案18a来服务被实现为移动收发机的第二收发机200，并且使用第二波束图案18b来服务被实现为另一移动收发机的第三收发机300。图3的实施例图示了可以经由具有19dBiBF增益的单个子阵列来服务第二收发机200，以及可以经由具有23.77dBi增益的三个子阵列来同时服务第三收发机300。
在另外的实施例中，代替用减少的BF增益同时服务多达K个用户，单个用户或收发机可以利用多达K个传输路径来服务，每个路径使用不同的BF。这可以通过使用在最强路径、次强路径等上的多个流来增加用户的数据速率。替代地，这可以提供由于路径分集而产生的更好的稳定性，这可以通过数据流的空间-时间编码并且通过最强路径、次强路径等发射数据流来实现。换言之，在一些实施例中，控制模块14可以操作为，确定与第一收发机100和第二收发机200之间的无线链路的两个或更多个空间上不同的路径的质量相关的信息。第二波束图案18a可以基于来自无线电链路中的两个或更多个路径的质量，例如最强路径的质量。然后，第二波束图案18a可以用于使用无线电链路的两个或更多个路径中的该路径(例如，最强路径)来与第二收发机200进行通信。控制模块14可以进一步操作为确定用于使用两个或更多个路径中的另一路径来与第二收发机200进行通信的另一波束图案18b。用于确定另一波束图案18b的第一波束图案的数目可以基于第二波束图案18a以及与第一收发机100和第二收发机200之间的无线电链路中的两个或更多个路径中的另一路径的质量相关的信息。控制模块14可以进一步操作为使用第二波束图案18a和另一波束图案18b沿着无线电链路的两个或更多个路径来与第二收发机200进行通信。
这样的实施例在图3中通过从多个发射天线15到第二用户200的实线来图示。这两个实线可以表示在基站收发机100和第二收发机200之间的两个路径。然后，两个波束图案18a和18b可以用于服务这两个路径。还可以假设沿着波束图案18a指向的路径具有比沿着波束18b的反射路径更低的路径损耗。路径损耗的差异可以通过使用不同的BF增益来补偿，例如通过使用单个子阵列来形成第二波束图案18a并且使用三个子阵列来形成波束图案18b，也就是说，实现用于波束图案18a的19dBiBF增益和用于波束图案18b的23.77dBi。
在该实施例中，控制模块14可以操作为使用第二波束图案18a和另一波束图案18b来向第二收发机200同时传送不同的数据或数据流。在另一实施例中，控制模块14可以操作为使用第二波束图案18a和另一波束图案18b来向第二收发机200同时传送空间-时间编码的数据，实现分集增益和更稳健的传输而不是更高的数据速率。还如图3所示，根据上述内容，另一波束图案18b被适应于波束18a，使得另一和第二波束图案18a和18b的主瓣指向不同方向，或者第二波束图案18a和另一波束图案18b基本上正交。
图3还图示了多个发射天线15中的发射天线可以使用覆盖第一收发机的扇区的独立波束图案17。第一波束图案16的集合可以对应于扇区的子扇区的集合。在一些实施例中，控制模块14可以操作为通过从第一波束图案16的集合中选择一个波束图案来确定第二波束图案18。换言之，可以引入模拟子扇区，该模拟子扇区可以并行地被使用或者一次使用一个。这可能增加可以同时使用的高增益波束的数目，如以下进一步描述的。图4图示了实施例中的不同波束图案。图4示出了天线场阵列15的前视图，其中四个子扇区图示为波束图案16的第一集合。在每个子扇区内，可提供四个模拟波束，其中一个用附图标记19来指示。在每个子扇区内，这四个模拟波束可以用于另一BF，例如数字BF。根据上述实施例，两个用户或收发机200和300可以被同时服务，一个使用第二波束图案18a，另一使用第二波束图案18b。如图4中所示，第二波束图案18b更窄，并且具有更高波束成形增益，23.77dBi，而另一第二波束图案18a更宽，并且具有更低的波束成形增益，19dBi。
图5进一步通过图示天线场阵列15的前视图来示出实施例，假定混合A/D收发机100具有64个天线元件，每个子阵列K＝16个数字路径和L＝4个元件。假定L＝4个模拟子扇区经由模拟BF来被预先定义并且在图5中被图示为波束图案16的第一集合，包括四个子扇区16。例如，波束图案16的第一集合可以对应于4个不同的模拟波束图案的16个等同组以用于从中选择，例如对应于16个巴特勒矩阵(分别地移相器)，每一个提供用于四个波束16的四个输入，如图5中所示，并且16个巴特勒矩阵中的每一个连接到4个天线。换言之，在16个巴特勒矩阵中的每一个上，一个输入可以用于16个数字路径中的一个。如图5中所示，使用16个巴特勒矩阵中的一个巴特勒矩阵的一个输入生成四个波束图案16中的一个。
混合A/DBF收发机100采用64个天线，具有K＝16个数字路径，每一个都连接到具有L＝4个元素的子阵列；进一步假定7dBi元件增益、7dBi扇区增益、13dBi纯模拟BF增益、19dBi纯数字BF增益和25dBi笔形波束增益。在该实施例中，K＝16个用户/路径可以同时被服务，其中19dBi数字波束上的下行链路发射功率P减少12dB，或者单个用户可以用25dBi笔形波束上的下行链路发射功率P来服务，其中P表示最大下行链路发射功率P。图5图示了作为第二波束图案18的微调笔形波束，其可以通过相干地组合来自16个巴特勒矩阵的信号来形成。在实施例中，应用预定义的模拟BF可能导致四个正交的模拟子扇区16。
可以并行地形成这样的模拟子扇区16，其可以取决于相应巴特勒矩阵分组和这样的组内的输入选择。例如，模拟子扇区16可以由四个子阵列(巴特勒矩阵)的组来使用，每一个都使用4个天线，即，一共16个天线，并且四个子扇区可以同时被服务。模拟权重可以按照这样的组来被调整(在组内的巴特勒矩阵上选择的相同输入，在不同组的巴特勒矩阵上分别选择的不同输入)。通过在这样的四个子阵列的组上应用数字BF，四个用户/路径可以在每个模拟子扇区16中的19dBiA/D波束19上用P-12dBi下行链路发射功率来被同时服务(少6dB的天线增益，因为代替64个来仅使用16个天线，对于4个子扇区16中的每一个少6dB发射功率，并且针对每模拟子扇区16的四个用户中的每一个用户再少6dB发射功率)。应当注意，这样的分组还将允许在四个不同的模拟子扇区16中同时服务4个用户，如图5中所示，其中，P-6dB发射功率用于四个用户中的每一个。根据所使用的数字BF，4个用户还可以在模拟子扇区16中的一个、两个或三个内被同时服务。如图5中的波束图案19所指示的，可以在一个模拟子扇区16中形成四个这样的波束图案。使用16个路径中的数字BF通常可以允许每模拟子扇区16形成4个数字子扇区19，产生图5中所示的16个“混合”波束图案19。
替代地，每个这样的组或子扇区16，可以在19dBiA/D波束上使用P-6dBi的下行链路功率来服务单个用户。在另一实施例中，模拟子扇区16可以以时分复用的方式使用。然后，模拟子扇区可以替代地由16个子阵列的组一共64个天线来服务，一次一个子扇区16。利用这样的模拟子扇区，多达K＝16个同时的正交波束可以通过数字预编码来形成，其中之一在图5中用笔形波束18来描绘。这可以允许在模拟子扇区16内在25dBi笔形波束18上用P-12dBi的下行链路发射功率来同时服务多达16个用户/路径。以时分复用服务子扇区16可以增加可以用完全25dBiBF增益同时服务的数字路径的数目。在其他实施例中，其他组合是可想到的，例如使用子阵列16的任何其他分组，例如每一个具有32个天线的两个组，具有48和16个天线的两个组，具有16、16和32个天线的三个组；具有4、4、56个天线的三个组，一个模拟波束成形器内的天线元件的数目的量化水平的任何其他组合。分组可以进一步以时间复用方式来改变。
换言之，在一些实施例中，控制模块14可以操作为，通过以时间复用方式使用第一波束图案16的集合中的一个或多个波束图案的不同组合来确定第二波束图案18。时分复用方案可以被应用于顺序使用波束图案16的第一集合中的波束图案，用于不同数字/混合BF，例如对于图5中的每个模拟子扇区16，同时服务多达16个用户，其中随后服务四个模拟子扇区16。其他实施例可以使用任何其他顺序或组合。换言之，时间复用方案可以是通过不同第二波束图案的集合18的序列，该第二波束图案是基于应用于来自波束图案16的第一集合中的一个或多个波束图案的不同组合或不同BF形成的。模拟波束转向可以独立地被实现用于每个子阵列或子扇区16或子阵列的组，例如四个子阵列，可以使用相同的权重。因此，实施例可以提供具有改善的灵活性、提高的数据速率和毫米波接入系统的稳健性的BF概念。
图6图示了用于移动通信系统的第一收发机100的方法的实施例的框图。该方法包括以多个子组细分30多个发射天线15。该方法进一步包括使用子组的一个或多个发射天线来形成32第一波束图案16的集合，并且确定32与第一收发机100和第二收发机200之间的无线电链路的质量相关的信息。该方法进一步包括使用第一波束图案16中的一个或多个来确定36用于与移动收发机200进行通信的第二波束图案18。用于确定第二波束图案18的第一波束图案的数目基于与第一收发机100和第二收发机200之间的无线电链路的质量相关的信息。该方法进一步包括使用第二波束图案18来与第二收发机200进行通信38。
另一实施例是一种存储指令的计算机可读存储介质，其在由计算机执行时，使得计算机实现本文描述的方法中的一个。其他实施例是具有程序代码的计算机程序或计算机程序产品，在计算机、处理器或可编程硬件上执行该计算机程序或计算机程序产品时，该程序代码用于执行上述方法中的一个或多个。
本领域技术人员将容易地认识到，各种上述方法的步骤可以通过编程计算机来执行。在此，一些实施例还旨在涵盖程序存储设备，例如，数字数据存储介质，其是机器或计算机可读的并且编码机器可执行或计算机可执行的指令程序，其中所述指令执行本文描述的方法的步骤中的一些或全部。程序存储设备可以是，例如，数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。实施例还旨在涵盖编程为执行本文描述的方法的所述步骤或(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F)PGA)，被编程以执行上述方法的所述步骤。
说明书和附图仅仅说明本发明的原理。因此，将理解，本领域技术人员将能够设计虽然没有明确地描述或示出但是实现本发明的原理并且被包括在其精神和范围内的各种布置。此外，本文记载的所有示例主要明确旨在仅用于教学目的，以帮助读者理解本发明的原理和本发明人对促进现有技术所贡献的原理，并且应当被解释为不限于这些具体叙述的示例和条件。此外，本文阐述本发明的原理、方面和本发明的实施例及其特定示例的陈述意在包括其等价物。
表示为“用于...的装置”(执行特定功能)的功能块应当被理解为包括分别适配用于执行或适配为执行特定功能的电路的功能块。因此，“用于什么的装置”还可以被理解为“适配用于或适用于什么的装置”。因此，适配用于执行特定功能的装置没有暗示这样的装置一定执行所述功能(在给定时刻)。
附图中示出的各种元件的功能，包括标记为“装置”、“用于收发的装置”、“用于控制/处理的装置”等的任何功能框等可以通过使用专用硬件来提供，诸如“收发机”、“控制器/处理器”等，以及能够结合适当软件来执行软件的硬件。此外，本文描述为“装置”的任何实体可以对应于或者被实现为“一个或多个模块”、“一个或多个设备”、“一个或更多个单元”等。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或由多个独立处理器来提供，其中一些可以是共享的。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被解释为专指能够执行软件的硬件，并且可以暗示地包括但不限于，数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储。还可以包括其他常规或定制的硬件。其功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互或甚至手动地来执行，具体技术可由实现者选择，如可从上下文更具体理解的。
本领域技术人员应当理解，本文的任何框图表示体现本发明的原理的说明性电路的原理图。类似地，应当理解，任何流程表、流程图、状态转换图、伪代码等表示可以以计算机可读介质实质性表示并且因此由计算机或处理器执行的各种处理，无论这样的计算机的各种处理或处理器是否被明确示出。
此外，以下权利要求由此被包含到具体实施方式中，其中每个权利要求可以自己独立作为单独实施例。尽管每个权利要求可以自己独立作为单独实施例中，但是应当注意，虽然从属权利要求可以在权利要求中指与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他实施例还可以包括从属权利要求与每个其他从属权利要求的主题的组合。在本文中提出了这样的组合，除非已经阐述了不期望特定组合。此外，期望还将权利要求的特征包括到任何其他独立权利要求中，即使该权利要求并未直接从属于该独立权利要求。
还应当注意，在说明书或权利要求中公开的方法可以通过具有用于执行这些方法的相应步骤中的每一个步骤的装置的设备来实现。

Claims (14)

1.一种在移动通信系统的第一收发机(100)中可操作的装置(10)，所述装置(10)包括：
收发机模块(12)，包括对多个发射天线(15)的接口，并且可操作为：
使用所述接口来以多个子组细分所述多个发射天线(15)，使用子组的一个或多个发射天线来形成第一波束图案(16)的集合；以及
控制模块(14)，可操作为：
确定与所述第一收发机(100)和第二收发机(200)之间的无线电链路的质量相关的信息；
使用来自第一波束图案(16)的所述集合的两个或更多个波束图案来确定用于与所述第二收发机(200)进行通信的第二波束图案(18)，用于确定所述第二波束图案(18)的第一波束图案的数目基于与所述第一收发机(100)和所述第二收发机(200)之间的所述无线电链路的所述质量相关的所述信息；
使用所述第二波束图案(18)和所述收发机模块(12)来与所述第二收发机(200)通信，其中所述控制模块(14)可操作为：
确定与所述第一收发机(100)和至少第三收发机(300)之间的无线电链路的质量相关的信息，
使用来自波束图案(16)的第一集合的一个或多个波束图案来确定用于与所述至少一个第三收发机(300)通信的至少第三波束图案(19)，用于确定所述第三波束图案(19)的第一波束图案的数目基于所述第二波束图案(18)并且基于与所述第一收发机(100)和所述第三收发机(300)之间的所述无线电链路的质量相关的所述信息，
使用所述第三波束图案(19)与所述第三收发机(300)以及使用所述第二波束图案(18)与所述第二收发机(200)同时地通信。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其中所述控制模块(14)可操作为使用相同数目的第一波束图案来确定所述第二波束图案和所述第三波束图案(18；19)。
3.根据权利要求1所述的装置(10)，其中所述第三波束图案(19)被适应于所述第二波束图案(18)，使得所述第二波束图案和所述第三波束图案(18；19)的主瓣指向不同方向，或者其中所述第二波束图案和所述第三波束图案(18；19)基本上正交。
4.根据权利要求1所述的装置，其中当所述第一收发机(100)和所述第二收发机(200)之间的所述无线链路的所述质量指示第一较低质量时，所述控制模块(14)可操作为确定具有第一较高波束成形增益的第二波束图案(18)，并且其中当所述第一收发机(100)和所述第二收发机(200)之间的所述无线链路的所述质量指示第二较高质量时，所述控制模块(14)可操作为确定具有第二较低波束成形增益的第二波束图案(18)。
5.根据权利要求1所述的装置(10)，其中所述第一收发机(100)可操作为使用模拟波束成形来形成波束图案(16)的第一集合，并且其中所述控制模块(14)可操作为使用数字波束成形来确定所述第二波束图案(18)。
6.根据权利要求1所述的装置(10)，其中所述控制模块(14)可操作为：
确定与所述第一收发机(100)和所述第二收发机(200)之间的所述无线电链路的两个或更多个空间上不同的路径的质量相关的信息，其中所述第二波束图案(18a)基于来自所述无线电链路的所述两个或更多个路径中的路径的所述质量，并且其中所述第二波束图案(18a)被用于使用所述无线电链路的所述两个或更多个路径中的所述路径来与所述第二收发机(200)通信，
确定用于使用所述两个或更多个路径中的另一个路径来与所述第二收发机(200)通信的另一波束图案(18b)，用于确定所述另一波束图案(18b)的第一波束图案的数目基于所述第二波束图案(18b)并且基于与所述第一收发机(100)和所述第二收发机(200)之间的所述无线电链路的所述两个或更多个路径的所述另一路径的所述质量相关的信息，并且
使用所述第二波束图案(18a)和所述另一波束图案(18b)沿着所述无线电链路的所述两个或更多个路径来与所述第二收发机(200)通信。
7.根据权利要求6所述的装置(10)，其中所述控制模块(14)可操作为使用所述第二波束图案(18a)和所述另一波束图案(18b)来将不同数据同时传送给所述第二收发机(200)。
8.根据权利要求6所述的装置(10)，其中所述控制模块(14)可操作为使用所述第二波束图案(18a)和所述另一波束图案(18b)来将空间-时间编码的数据同时传送给所述第二收发机(200)。
9.根据权利要求6所述的装置(10)，其中所述另一波束图案(18b)被适应于所述第二波束图案(18a)，使得所述另一波束图案和所述第二波束图案(18b；18a)的主瓣指向不同方向，或者其中所述第二波束图案(18a)和所述另一波束图案(18b)基本上正交。
10.根据权利要求1所述的装置(10)，其中当所述第一收发机(100)和所述第二收发机(200)之间的所述无线电链路的所述质量指示较慢移动的第一收发机或第二收发机(100；200)时，所述控制模块(14)可操作为确定具有第一较高波束成形增益的所述第二波束图案(18)，并且其中当所述第一收发机(100)和所述第二收发机(200)之间的所述无线电链路的所述质量指示更快移动的第一收发机或第二收发机(100；200)时，所述控制模块(14)可操作为确定具有第二较低波束成形增益的第二波束图案(18)。
11.根据权利要求1所述的装置(10)，其中发射天线使用覆盖所述第一收发机(100)的扇区的独立波束图案，其中第一波束图案(16)的所述集合对应于所述扇区的子扇区的集合。
12.根据权利要求1所述的装置(10)，其中所述控制模块(14)可操作为通过从第一波束图案(16)的所述集合中选择一个波束图案来确定所述第二波束图案(18)，并且/或者其中所述控制模块(14)可操作为通过以时间复用的方式使用第一波束图案(16)的所述集合中的一个或多个波束图案的不同组合来确定所述第二波束图案(18)。
13.一种用于移动通信系统的第一收发机(100)的方法，所述方法包括：
以多个子组细分(30)多个发射天线(15)；
使用子组的一个或多个发射天线来形成(32)第一波束图案(16)的集合；
确定(34)与所述一收发机(100)和第二收发机(200)之间的无线链路的质量相关的信息；
使用所述第一波束图案(16)中的一个或多个波束图案来确定(36)用于与所述移动收发机(200)通信的第二波束图案(18)，用于确定所述第二波束图案(18)的第一波束图案的数目基于与所述第一收发机(100)和所述第二收发机(200)之间的所述无线电链路的所述质量相关的所述信息；
使用所述第二波束图案(18)来与所述第二收发机(200)通信(38)；
确定与所述第一收发机(100)和至少一个第三收发机(300)之间的无线电链路的质量相关的信息，
使用来自波束图案(16)的所述第一集合的一个或多个波束图案来确定用于与所述至少一个第三收发机(300)通信的至少第三波束图案(19)，用于确定所述第三波束图案(19)的多个第一波束图案的数目基于所述第二波束图案(18)并且基于与所述第一收发机(100)和所述第三收发机(300)之间的所述无线电链路的所述质量相关的所述信息，
使用所述第三波束图案(19)与所述第三收发机(300)以及使用所述第二波束图案(18)与所述第二收发机(200)同时地通信。
14.一种具有程序代码的计算机程序，在所述计算机程序于计算机、处理器或可编程硬件组件上执行时，用于执行根据权利要求13所述的方法。
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