CN106105065B - 无线电频率波束成形基函数反馈 - Google Patents

无线电频率波束成形基函数反馈 Download PDF

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Abstract

提供了当使用无线电频率(RF)波束成形时用于获取每个发射器和每个接收器之间的全信道知识的方法、装置、系统和计算机程序产品。本文中描述的一种方法包括在具有Q个发射天线的发射器处获取信道知识用于在波束成形中使用的方法，其中发射器从由Q个发射天线所组成的发射阵列发射来自B个正交基函数的探测波形。响应于所发射的探测波形，发射器从接收器接收至少一个反馈消息。该反馈消息可以包括对于最佳MB个基函数的指示以及针对MB个基函数中的每个基函数的增益和相位值。

Description

无线电频率波束成形基函数反馈
技术领域
某些实施例可以一般涉及在毫米波(mmWave)波束成形发射器处的波束扫描。例如，一些实施例可以提供如何获取用于在毫米波波束成形发射器处的无线电频率(RF)波束成形的全信道知识。
背景技术
面向无线承载的全球带宽短缺已经激发将未充分使用的毫米波(mmWave)频谱用于将来的宽带蜂窝通信网络的考虑。毫米波(或极高频率)一般指在30到300千兆赫(GHz)之间的频率范围。这是在当今的实际使用中的最高无线电频带。该频带中的无线电波具有从10到1毫米的波长，给它取名为毫米频带或毫米波。
无线数据的数量在下一个十年可能增加一千倍。解决该挑战的必需要素包括获取更多频谱、具有更小的小区尺寸、并且使用支持更大bits/s/Hz的改进的技术。获取更多频谱的重要要素是移到6GHz以上的更高频率。针对第五代无线系统(5G)，已经提出用于利用毫米波无线电频谱的蜂窝无线电设备的部署的接入架构。除了将蜂窝服务扩展到毫米波频带，动态频谱接入是提高频谱利用率的重要技术。
发明内容
一个实施例涉及在具有Q个发射天线的发射器处获取信道知识用于在波束成形中使用的方法。该方法可包括由发射设备从由发射设备的Q个发射天线所组成的发射阵列发射来自B个正交基函数的探测波形。该方法也可以包括从接收机接收至少一个反馈消息，其中该至少一个反馈消息包括最佳MB个基函数的指示以及MB个基函数中的每个基函数的增益和相位值。
另一个实施例涉及包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器的装置。该至少一个存储器和计算机程序代码可以被配置成利用该至少一个处理器使得该装置至少：从该装置的Q个发射天线所组成的发射阵列发射来自B个正交基函数的探测波形，并且从接收器接收至少一个反馈消息，其中该至少一个反馈消息包括最佳MB基函数的指示以及MB基函数中的每个基函数的增益和相位值。
另一个实施例可以涉及被具体化在计算机可读介质上的计算机程序。该计算机程序可被配置成控制处理器执行方法，该方法可以包括由发射设备从由发射设备的Q个发射天线所组成的发射阵列发射来自B个正交基函数的探测波形。该方法也可以包括从接收机来接收至少一个反馈消息，其中该至少一个反馈消息包括最佳MB个基函数的指示以及MB个基函数中的每个基函数的增益和相位值。
另一个实施例涉及确定信道反馈的方法。该方法可以包括由接收设备从发射器接收探测波形，其中探测波形的每个波形包括被发送自B个正交基函数的波形，其中正交基函数包括B个Qx1正交发射波束。该方法还可以包括确定MB个最佳基函数、确定MB个基函数中的每个基函数的增益和相位，创建包括MB个最佳基函数的指示以及该MB个最佳基函数的对应的增益和相位的反馈消息，并且将反馈消息发射到发射器。
另一个实施例涉及包括至少一个处理器以及包括计算机程序代码的至少一个存储器的装置。该至少一个存储器和计算机程序代码可以被配置成利用该至少一个处理器使得该装置至少从发射器接收探测波形，其中探测波形的每个探测波形包括被发送自Q个正交基函数的波形，其中正交基函数包括B个Qx1正交发射波束。该至少一个存储器和计算机程序代码还可以被配置成利用该至少一个处理器使得该装置至少：确定MB个最佳发射基函数，确定MB个基函数中的每个基函数的增益和相位，创建包括MB个最佳基函数的指示以及该MB个最佳基函数的对应增益和相位的反馈消息，以及将该反馈消息发射到发射器。
另一个实施例可以涉及被具体化在计算机可读介质上的计算机程序。该计算机程序可以被配置成控制处理器执行如下方法，该方法可以包括由接收设备从发射器接收探测波形，其中探测波形的每个探测波形包括被发送自B个正交基函数的波形，其中正交基函数包括B个Qx1正交发射波束。该方法还可以包括：确定MB个最佳基函数，确定MB个基函数中的每个基函数的增益和相位，创建包括MB个最佳基函数的指示以及该MB最佳基函数的对应的增益和相位的反馈消息，以及将反馈消息发射到发射器。
附图说明
为了正确理解本发明，应该参考附图，其中：
图1图示了基带阵列处理的示例框图；
图2图示了利用单个RF波束成形器和单个基带路径的RF波束成形的示例框图；
图3图示了利用B个RF波束成形器和服务Q个天线的B个基带路径的RF波束成形的示例框图；
图4图示了根据实施例的基函数探测方法的示例框图；
图5图示了根据实施例的信令流程图；
图6a图示了针对AWGN LOS信道的单用户吞吐量结果的示例；
图6b图示了根据实施例的针对模拟的毫米波信道的单用户吞吐量结果的示例；
图7a图示了针对AWGN LOS信道的MU-MIMO总和吞吐量结果的示例；
图7b图示了根据实施例的针对模拟的毫米波信道的MU-MIMO总和吞吐量结果的示例；
图8a图示了根据一个实施例的装置的框图；
图8b图示了根据另一个实施例的装置的框图；
图9a图示了根据一个实施例的方法的流程图；
图9b图示了根据另一个实施例的方法的流程图；
图10a图示了根据一个实施例的装置的框图；以及
图10b图示了根据另一个实施例的装置的框图。
具体实施方式
将被容易地理解的是，在本文的图中所一般地描述和图示的本发明的组件可以被布置成并且被设计成多种多样的不同配置。因此，以下在附图中所表示的用于当在Tx或Rx或两者处使用RF波束成形时获取每个发射(Tx)天线和每个接收(Rx)天线之间的全信道知识的系统、方法、装置以及计算机程序产品的实施例的详细描述不旨在限制本发明的范围，而是仅代表本发明的所选择的实施例。
在整个说明书中所描述的本发明的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适形式被结合。例如，在整个说明书中的用语“某些实施例”、“一些实施例”或其它相似的语言指代这样的事实：结合实施例描述的特定的特征、结构或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中用语“在某些实施例中”、“在一些实施例中”、“在其它实施例中”或其它相似的语言不是必然都指代相同的实施例群组，并且所描述的特征、结构或特性可以被以任何合适的方式被结合到一个或多个实施例中。此外，如果期望，下文中所讨论的不同功能可以以不同的顺序和/或与彼此同时地被执行。此外，如果期望，一个或多个所描述的功能可以是可选的或可以被结合。同样地，以下描述应该被视为仅是对于本发明的原理、教导和实施例而言是说明性的，并且不是对本发明的原理、教导和实施例的限制。
由某些实施例所解决的一个问题是如何在无线电频率(RF)毫米(毫米波)波束成形发射器处获取全信道知识。在毫米波处利用基带阵列处理的困难在于：因为毫米波系统的大带宽(例如相对于传统蜂窝频率的20MHz，为1-2GHz的带宽)，模数(A-D)转换器和数模(D-A)转换器消耗不可接受的数量的功率。
D-A转换器和A-D转换器的大功率消耗意味着在毫米波中A-D转换器和D-A转换器的数量需要被最小化，并且作为结果，在基带处的传统阵列处理不再可行。图1图示了传统基带阵列处理(用于总共Q个天线的Q个基带单元)的示例。宽带波束成形被图示在图1中，但是通过在频域中应用每子载波权重，该波束成形也可以是具有频率选择性的。传统基带处理意味着在每个天线后具有全收发器(Tx/Rx链)。如所示，基带波束成形可以是宽带(即具有单个发射权重V1到VQ，以及单个接收权重W1到WQ)或者具有被应用在频域的基带处的频率选择性权重。在传统的蜂窝频率处，天线/基带收发器的数量通常少于或等于8，但是在毫米波处，需要更大数量的天线(例如大于或等于16)以克服在更高频率处的增加的路径损失。
然而，如上文所提到的，将全基带收发器放置在每个天线后是不实际的，所以替代地，单个或小数目的基带路径可用于针对图2(针对用于所有Q个元件的单个基带路径)和图3(针对在所有Q个元件之后的B个基带路径，其中B<<Q)所示的RF波束成形阵列的波束成形。特别地，图2图示了利用单个RF波束成形和单个基带路径(针对总共Q个天线的一个基带单元)的RF波束成形；而图3图示了利用B个RF波束成形器和服务Q个天线的B个基带路径(Q>>B)的RF波束成形。
信道估计的目标是得到每个发射(Tx)天线元件和每个接收(Rx)天线元件之间的信道的增益和相位。利用如图1所示的每个元件之后的分离的基带路径，可以获取发射器和接收器之间的全信道。在诸如长期演进(LTE)的传统蜂窝系统中，该问题以如下方式被解决：从每个Tx天线单独地发送导频，在每个Rx天线上同时接收它们的全部，并且然后使用信道估计器来得到全信道。在毫米波处的复杂性问题在于接收器将利用RF接收器波束成形器从发射器接收任何导频发射。结果是即使单个发射天线被探测，所接收的信号也将不是到单个接收天线，而是来自多个接收天线的聚合的信号。分离地探测每个Tx天线并且分离地在每个Rx天线上监听的方法是不实际的，因为将不存在波束成形增益以克服路径损失，因此将需要非常长的探测阶段以克服路径损失(即非常长的扩频码的使用)。
因此，本发明的实施例提供获取当使用Tx和Rx RF波束成形时全信道知识的部件。更具体地，一些实施例提供当在Tx或Rx或二者处使用RF波束成形时每个Tx天线和每个Rx天线之间的全信道知识的部件。
所考虑的一些Tx和Rx配置被图示在上文所讨论的图2和图3中，但是以下描述将集中于具有图2中所示出的利用单个Tx和Rx RF权重向量的Tx和Rx。将假设Tx阵列是M x M阵列(总共M2个天线)并且Rx阵列是N x N阵列(总共N 2个天线)，其中该两个阵列具有在每个维度中的一致间隔(例如0.5波长间隔)。然而，实施例不限于该配置并且该概念可以被容易地应用到一维阵列、针对Tx的尺寸是Mh x MV并且针对Rx的尺寸是Nh x NV的矩形阵列、圆阵列以及其它任意的阵列。
一个实施例可以包括使用Q＝M2个正交发射基函数来发送探测波形(其中基函数可以被视为发射权重向量或发射波束)，并且然后接收器发送针对占主导地位的MB个基函数的反馈。如下文所描述的，该反馈然后可以被用来确定在每个发射天线与接收器处的最佳波束之间的实际信道。然而需注意，通常Bf个发射基函数可以被使用，而不是Q＝M2个发射基函数。例如，如果没有Rx将被放置在与Tx阵列相关的某些方位和/或倾斜角度，则Bf<Q个基函数可以被使用，这将通过减少需要被探测的基函数的数目而减少系统开销。
针对在每个维度具有M个天线的二维阵列，基函数可以首先针对每个维度(即方位或倾斜)而被选择，并且然后整体基函数的集合可以被形成为针对方位和倾斜维度的基函数的克罗内克(Kronecker)组合。例如，在一个维度(即方位或倾斜)中的基函数可以从DFT矩阵V的采样中被选择，矩阵V的第(n，m)个元素由下式给出：
其中1≤n≤M并且1≤m≤M。再次参考图2(图中的Q等于M2)，针对基函数中的一个基函数的发射权重(v1到νQ)然后将是V的两列的克罗内克积(一列针对方位并且一列针对倾斜)。在等式形式中，使得zn指代V的第n列：
则M2基函数集合或发射权重向量(其中每个权重向量是M2x l)可以被下式定义(1≤n≤M并且<m≤M)：
以上等式即V的两个列的克罗内克积的含义。注意，这些基函数可以被称为具有DFT矩阵结构，因为它们是从V的列中生成的。更具体地，由于这些基函数是V的列的克罗内克积，它们可以被称为具有2D DFT矩阵结构。而且这些基函数可以被认为是从离散傅里叶变换(DFT)矩阵导出的Qx1发射波束。如果V的所有M列被如上文所描述的那样使用，则所创建的基函数将是正交的。然而，在一些实施例中不是所有的列都可以被使用。例如，阵列需要在其上进行操作的方位或倾斜角度的范围可能是受限的。在这种情况下，不是V的所有M列都可以被用来创建在维度(方位或倾斜)中的一个或二者中的基函数。
应该注意的是，为了能够如设计的那样引导波束，例如利用上文所给出的DFT矩阵结构，针对该集合中的每个Tx权重向量，发射器可以通过所得到的波束发射参考信号。假设发射器已经选择了它的最佳Rx波束，接收器则可以确定最佳MB个Tx波束，针对该最佳MB个Tx波束来发送反馈(例如选择在最高功率的情况下接收到的MB个Tx波束)。针对这些MB个Tx波束中的每个Tx波束，接收器可以从针对该Tx波束的探测波形来确定增益和相位值。Rx可以然后反馈对于MB个最佳Tx波束和它们对应的增益和相位值的指示。增益和相位可以在一些标准样式中被量化(例如0与1之间的相位的归一化取样和增益的归一化取样，其中增益被归一化到最强波束)。Tx可以确定从它的发射天线到从以下反馈所使用的Rx波束的M2xl个信道：
其中αn是第n个反馈波束的增益和相位，并且fn是第n个反馈波束的索引。
图4图示了根据实施例的探测所有基函数的示例方法。图5图示了根据一个实施例的Tx和Rx之间的示例信令流。针对每个发射正交基函数波束，接收器可以循环它的所有接收正交基函数波束以确定哪个是作为接收权重的权重总和的最佳接收权重。一旦接收器确定它的接收权重，它可以确定MB个最强Tx波束并且然后可以计算MB个最强Tx波束中的每个最强Tx波束的增益和相位。然后该接收器可以发送反馈到发射器，其中该反馈可以包括MB个最强Tx波束的索引以及它们的对应增益和相位值。注意，MB可以是预先确定的(例如MB＝8)或者是在每个反馈间隔由接收器所选择的(例如具有在最强波束的一些阈值以内的功率的MB个Tx波束)。
为了确定最佳接收权重，用户可以在它的N2个接收正交基函数波束的每个接收正交基函数波束上监听通过最佳MB个Tx波束或简单地仅最佳(即最强)Tx波束所发射的信号。然后接收器可以确定它的最强的NB个波束W1到WNB以及针对这些波束的每个波束的相应的增益和相位β1到βNB。注意，接收波束可以类似于发射波束V而被确定，上文等式中的M被N代替。然后实际接收权重将由下式给出：
其中gn是第n个接收波束的索引。
在另一个实施例中，为了减少反馈，MxM Tx阵列可以被分解成方位维度和倾斜维度并且然后基函数在每个维度分离地被探测，仅要求总共2M个探测波形被发送。相似的过程可以针对NxN Rx阵列来完成。
在又一个实施例中，为了获取全部M2xN2个信道(而不是对于单个Rx波束的M2xl个信道)，Rx可以将它的最佳NB个Rx波束的指示与相应的增益和相位值一起反馈。然后，全部MxN个信道可以在发射器处根据针对Tx和Rx阵列的反馈而被确定。诸如干扰校准的某些算法将需要全部的M2xN2个信道，并且不只是最佳M2x1个发射权重。例如，Rx可以反馈NB＝MB个最佳Rx和Tx波束对以及针对Rx和Tx波束对的共同增益和相位值(分别为M2x1vn和N2x1wn)。注意，wn与上文中的Vn类似地被定义，除了变量M被变量N所替代。针对Tx/Rx波束对的第n个增益和相位值an将被确定为当Tx利用Vn被发射时在波束wn上所接收的增益和相位。然后全部M2×N2个信道可以被确定成：
其中fn是第n个反馈波束对的索引。
在另一个实施例中，反馈可以是时域选择性的，支持Tx确定跨频率而改变的信道。针对频带的每个不同部分，即k＝1，…，K，其对应于频域中的不同离散音调，最佳MB个Tx波束v1(k)到vMB(k)，或最佳MB个Tx/Rx对{v1(k)，w1(k)}到{vMB(k)到wMB(k)}与相应的增益和相位值α1(k)到αMR(k)一起被确定，然后在音调k上的信道可以被确定成：
仅针对Tx波束反馈的或矩阵信道可以被确定成针对Tx/Rx波束对反馈的其中fn(k)是在子载波/音调k上的第n个反馈波束/波束对的索引。注意，在每个音调k上MB可以是相同的，或者在每个音调上可以使用且反馈不同的MB值。
在另一个实施例中，在不同抽头处的时域信道在Rx处被确定并且被反馈到Tx。例如，Rx可以首先确定它看到的NT个占主导地位的到达时间t1到tNT。然后，针对每个到达时间，确定最佳MB个Tx波束v1(t)到vMB(t)，或者最佳MB个Tx/Rx波束对{v1(t)，w1(t)}到{vMB(t)到wMB(t)}以及相应的增益和相位值α1(t)到αMB(t)，t＝(t1，t2，...，tNT}。注意，针对每个到达时间，MB可以是相同的，或者针对每个到达时间可以使用且反馈不同MB值。然后针对到达时间t的信道可以被确定成：仅针对Tx波束反馈的或者矩阵信道可以被确定成针对Tx/Rx波束对反馈的其中fn(t)是针对到达时间t的第n个反馈波束的索引。
在图6和图7中呈现仿真结果，其中将基函数方法与理想信道知识以及细波束网格进行了比较。考虑两种情况。第一种情况是针对如图2中的单个用户系统，其中仅单个波束将被对齐。第二种情况是四用户的多用户多输入多输出(MU-MIMO)系统，使用B＝4的图3的阵列。在所有情况中，Tx阵列是4x4RF阵列并且Rx阵列是2x2RF阵列。在这些仿真中，仅在Tx处的对齐被考虑并且假设Rx权重已经被对齐。两种信道类型被考虑，单个射线视线(LOS)加性白高斯噪声(AWGN)信道和毫米波测试信道来源于等人的“ExperimentalPropagation Channel Characterization of mm-Wave Radio Links in UrbanScenarios”，IEEE Antennas and Wireless Progpagation Letters，Vol.11，2012。针对基函数反馈，仅MB＝8个最佳波束被反馈到Tx。在所有情况中，波束成形之前的信噪比(SNR)是0dB，并且反馈被计算并且被无差错地发送回去。
图6图示了示出针对AWGN LOS信道的单用户吞吐量结果的图。图7图示了示出MU-MIMO总和吞吐量结果的图。特别地，图6a描绘了针对AWGN LOS信道的单用户吞吐量结果，并且图6b描绘了针对仿真毫米波信道的单用户吞吐量结果。图7a描绘了针对AWGN LOS信道的MU-MIMO总和吞吐量结果，并且图7b描绘了针对仿真毫米波信道的MU-MIMO总和吞吐量结果。
在图6和图7的图例中，“Sep.az+el”指代针对波束网格方法(不是本发明的替代实施例)的分离地探测方位维度和倾斜维度。理想权重是从理想信道知识所计算的理想频率平坦发射权重。在两种情况中，本发明的实施例(基函数)都达到了非常接近理想的性能并且相对于其它方法具有实质性增益，特别是在MU-MIMO的情况下。
图8a图示了根据实施例的装置10的示例。在实施例中，装置10可以是在通信网络中的或服务该网络的节点、主机或服务器。应该注意，本领域普通技术人员将理解，装置10可以包括未示出在图8a中的部件或特征。
如在图8a中所图示的，装置10可以包括处理器22，用于处理信息和执行指令或操作。处理器22可以是任何类型的通用或专用的处理器。尽管单个处理器22被示出在图8a中，但根据其它实施例也可以利用多个处理器。实际上，处理器22例如可以包括一个或多个通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)以及基于多核处理器架构的处理器。
装置10还可以包括或被耦合到存储器14(内部或外部)，存储器14可以被耦合到处理器22，用于存储可以被处理器22执行的指令和信息。存储器14可以是一个或多个存储器并且具有适于本地应用环境的任何类型，并且可以使用诸如基于半导体的存储设备、磁存储设备和系统、光存储设备和系统、固定存储器以及可移动存储器的任何合适的易失性或非易失性数据存储技术而被实现。例如，存储器14可以由随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、诸如磁盘或光盘的静态存储器、或任何其它类型的非易失性机器或计算机可读介质的任意组合组成。存储在存储器14中的指令可以包括当被处理器22执行时使得装置10执行本文所描述的任务的程序指令或计算机程序代码。
装置10也可以包括或被耦合到用于向装置10发射和/或从装置10接收信号和/或数据的一个或多个天线25。装置10还可以包括或被耦合到被配置成发射和接收信息的收发器28。该收发器可以是外部设备，诸如远程无线电头。比如，收发器28可以被配置成将信息调制到载波上用于由天线25发射并且解调经由天线25所接收的信息用于被装置10的其它元件进一步处理。在其它实施例中，收发器28可以能够直接地发射和接收信号或数据。
处理器22可以执行与装置10的操作相关联的功能，不加限制地包括天线增益/相位参数的预编码、形成通信消息的单个比特的编码和解码、信息的格式化、以及装置10的整体控制，包括与通信资源的管理相关的处理。
在实施例中，存储器14可以存储软件模块，当该软件模块被处理器22执行时提供功能性。该模块例如可以包括提供用于装置10的操作系统功能性。存储器也可以存储一个或多个功能模块，诸如应用或程序，以提供用于装置10的附加功能性。装置10的部件可以被实现在硬件中或实现为硬件和软件的任意合适组合。
如上文所提到的，根据一个实施例，装置10可以是在通信网络中或服务该网络的服务器、节点或主机或基站。在一个实施例中，装置10可以被存储器14和处理器22控制以在具有Q个发射天线的装置10处获取信道知识用于在波束成形中使用，在波束成形中发射器从它的发射阵列发射来自Q个正交基函数的探测波形。响应于所发射的探测波形，装置10可以被控制以从接收器接收反馈消息。在实施例中，反馈信息可以包括最佳MB个发射波束的指示以及针对MB个波束中的每个波束的增益和相位值。
在一些实施例中，装置10可以被控制以从所接收的反馈消息中获取信道估计。该反馈消息也可以包括最佳NB个接收波束的指示以及针对NB个接收波束的每个波束的增益和相位值。在一个实施例中，反馈消息也可以包括最佳波束的数目。根据实施例，Q个正交基函数可以来源于DFT矩阵。
图8b图示了根据实施例的装置20的示例。在实施例中，装置20可以是在通信网络中或服务该通信网络的节点、主机、服务器或基站。应该指出的是，本领域技术人员将理解到，装置20可以包括未示出在图8b中的部件或特征。
如在图8b中所图示的，装置20可以包括处理器32，用于处理信息和执行指令或操作。处理器32可以是任何类型的通用或专用的处理器。尽管单个处理器32被示出在图8b中，但根据其它实施例也可以利用多个处理器。实际上，处理器32例如可以包括一个或多个通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)以及基于多核处理器架构的处理器。
装置20还可以包括或被耦合到存储器34(内部或外部)，存储器34可以被耦合到处理器32，用于存储可以被处理器32执行的指令和信息。存储器34可以是一个或多个存储器并且具有适于本地应用环境的任何类型，并且可以使用诸如基于半导体的存储设备、磁存储设备和系统、光存储设备和系统、固定存储器、以及可移动存储器的任何合适的易失性或非易失性数据存储技术而被实现。例如，存储器34可以由随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、诸如磁盘或光盘的静态存储器、或任何其它类型的非易失性机器或计算机可读介质的任意组合组成。存储在存储器34中的指令可以包括当被处理器32执行时使得装置20执行本文所描述的任务的程序指令或计算机程序代码。
装置20也可以包括或被耦合到用于向装置20发射和/或从装置20接收信号和/或数据的一个或多个天线35。装置20还可以包括或被耦合到被配置成发射和接收信息的收发器38。该收发器可以是外部设备，诸如远程无线电头。比如，收发器38可以被配置成将信息调制到载波上用于由天线35发射并且解调经由天线35所接收的信息用于被装置20的其它元件进一步处理。在其它实施例中，收发器38可以能够直接地发射和接收信号或数据。
处理器32可以执行与装置20的操作相关联的功能，不加限制地包括天线增益/相位参数的预编码、形成通信消息的单个比特的编码和解码、信息的格式化、以及装置20的整体控制，包括与通信资源的管理相关的处理。
在实施例中，存储器34可以存储软件模块，当该软件模块被处理器32执行时提供功能性。模块例如可以包括提供用于装置20的操作系统功能性。存储器也可以存储一个或多个功能模块，诸如应用或程序，以提供用于装置20的系统功能性。装置20的部件可以被实现在硬件中或实现为硬件和软件的任意合适组合。
如上文所提到的，根据一个实施例，装置20可以是在通信网络中或服务该网络的服务器、节点或主机或基站。在一个实施例中，装置20可以被存储器34和处理器32控制以在具有Q个发射天线的装置20处获取信道知识用于在波束成形中使用，在波束成形中发射器从它的发射阵列发射来自Q个正交基函数的探测波形。响应于所发射的探测波形，装置20可以被控制以从接收器接收反馈消息。在实施例中，反馈信息可以包括最佳MB个发射波束的指示以及针对MB个波束中的每个波束的增益和相位值。
根据一个实施例，装置20还可以被存储器34和处理器32控制以从发射波束探测波形中确定它的最佳接收波束并且然后确定针对该最佳接收波束的最佳发射基函数反馈。在一个实施例中，最佳接收波束可以通过以下来确定：选择最佳NB个接收波束、针对NB波束中的每个波束的增益和相位，并且然后根据NB个最佳接收波束以及它们的相应的增益和相位值确定最佳接收波束。在一个示例中，反馈消息也可以包含最佳NB个接收波束的指示以及它们的对应的增益和相位值。根据一个实施例，装置20还可以被存储器34和处理器32控制以使用它的最佳波束来发射它的反馈消息。
图9a图示了用于在发射设备处获取信道知识的方法的示例流程图。在实施例中，发射器可以具有Q个发射天线。在一些实施例中，信道知识可被获取用于在波束成形中使用。如在图9a的示例实施例中所图示的，该方法可以包括在100处从发射器的发射阵列发射来自B个正交基函数的探测波形。在一些实施例中，B可以等于Q。该方法然后还可以包括：在110处，响应于所发射的探测波形，从接收器处接收反馈消息。根据实施例，反馈消息可以包括最佳MB个发射波束的指示以及针对MB波束的每个波束的增益和相位值。
图9b图示了用于在接收设备处确定信道反馈的方法的示例流程图。如在图9b的示例实施例中所图示的，该方法可以包括在120处从发射器接收探测波形。在实施例中，探测波形的每个探测波形可以包括发送自Q个正交基函数的波形。该方法可以然后包括在130处确定MB个最佳发射波束并且在140处确定针对MB个波束的每个波束的增益和相位。在一些实施例中，该方法还可以包括在150处创建反馈消息，该反馈消息可以包括MB个最佳波束的指示以及针对MB个最佳波束的每个最佳波束的增益和相位，并且在160处向发射器发射该反馈消息。
在一些实施例中，本文中所描述的方法的任何方法的功能性，诸如在上文中所描述的图5、9a或9b所图示的那些，可以通过被存储在存储器或其它计算机可读或有形介质上并且被处理器所执行的软件和/或计算机程序代码来实现。在其它实施例中，该功能性可以被硬件执行，例如通过使用专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其它的硬件和软件的组合。
图10a图示了根据另一个实施例的装置200的框图。在图10a的示例实施例中，装置200可以包括发射单元210和接收单元220。在该实施例中，发射单元210可以被配置成从装置200的发射阵列来发射来自Q个基函数的探测波形。根据该实施例，接收单元220可以被配置成用于从接收器接收反馈消息。反馈消息可以包括例如最佳MB个发射波束的指示以及针对MB波束的每个波束的增益和相位值。
图10b图示了根据另一个实施例的装置300的框图。在图10b的示例实施例中，装置300可以包括接收单元310、确定单元320、创建单元330以及发射单元340。在一个实施例中，接收单元310可以被配置成用于从发射器接收探测信号。在实施例中，探测信号的每个探测信号可以包括被发送自Q个正交基函数的波形。根据某些实施例，确定单元320可以被配置成用于确定MB个最佳发射波束和确定针对MB波束的每个波束的增益和相位。在实施例中，创建单元330可以被配置成用于创建反馈消息，该反馈消息可以包括MB个最佳波束的指示以及针对MB个最佳波束的对应的增益和相位。在一个实施例中，发射单元340可以被配置成用于将反馈消息发射到发射器。
鉴于上文，不同于仅单个最佳波束，实施例支持全信道知识对于波束控制算法是可用的。根据某些实施例的一些优点包括利用RF波束成形阵列来获取全信道知识，并且大大地改善性能(特别是对于MU-MIMO)。实施例要求非常少的探测时间，因为仅正交基需要被探测，而不是非常细的波束网格。例如，利用MxM阵列，细波束网格需要探测4M2个波束用于恰当的对齐，然而基函数仅需要扫描M2个波束。
本领域普通技术人员将容易地理解：上文所讨论的发明可以利用不同顺序的步骤而被实施，和/或利用不同于那些被公开的配置的硬件元件来实施。因此，尽管已经基于这些优选实施例描述了本发明，但对本领域技术人员来说将明显的是：在保持于本发明的精神和范围之内的同时，某些修改、变形以及替代构造将是明显的。为了确定本发明的公认范围，应参考所附权利要求。

Claims (22)

1.一种在具有Q个发射天线的发射器处获取信道知识用于在波束成形中使用的方法，所述方法包括：
由发射设备从所述发射设备的所述Q个发射天线所组成的发射阵列发射来自B个正交基函数的探测波形；以及
从接收器接收至少一个反馈消息，其中所述至少一个反馈消息包括占主导地位的MB个基函数的指示和所述MB个基函数中的每个基函数的增益和相位值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中信道估计从所述反馈被获取。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述B个正交基函数包括B个Qx1正交发射波束。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述B个正交基函数包括从离散傅里叶变换(DFT)矩阵导出的Qx1发射波束。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反馈消息还包括占主导地位的NB个接收基函数的指示。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反馈消息还包括占主导地位的基函数的数目。
7.一种用于通信的装置，包括：
至少一个处理器；以及
包括计算机程序代码的至少一个存储器，
其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置成与所述至少一个处理器一起使得所述装置至少
从所述装置的Q个发射天线所组成的发射阵列发射来自B个正交基函数的探测波形；以及
从接收器接收至少一个反馈消息，其中所述至少一个反馈消息包括占主导地位的MB个基函数的指示和所述MB个基函数中的每个基函数的增益和相位值。
8.根据权利要求7所述的装置，其中信道估计从所述反馈被获取。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中所述B个正交基函数为B个Qx1正交发射波束。
10.根据权利要求7或8所述的装置，其中所述B个正交基函数为从离散傅里叶变换(DFT)矩阵导出的Qx1发射波束。
11.根据权利要求7或8所述的装置，其中所述反馈消息还包括占主导地位的NB个接收基函数的指示。
12.根据权利要求7或8所述的装置，其中所述反馈消息还包括占主导地位的基函数的数目。
13.一种确定信道反馈的方法，所述方法包括：
由接收设备从发射器接收探测波形，其中所述探测波形中的每个探测波形包括从B个正交基函数被发送的波形，其中所述正交基函数包括B个Qx1正交发射波束；
确定MB个占主导地位的基函数；
确定所述MB个基函数中的每个基函数的增益和相位；
创建反馈消息，所述反馈消息包括所述MB个占主导地位的基函数的指示以及所述MB个占主导地位的基函数的对应的增益和相位；以及
向所述发射器发射所述反馈消息。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
由所述接收设备从所述发射波束探测波形确定所述接收设备的最强接收波束；以及
确定针对所述最强接收波束的占主导地位的发射基函数反馈。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述最强接收波束的所述确定包括：
选择所述占主导地位的NB个接收基函数以及所述NB个基函数中的每个基函数的增益和相位；以及
根据所述NB个占主导地位的接收基函数和它们各自的增益和相位值，确定所述最强接收波束。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述反馈消息还包括所述占主导地位的NB个接收基函数的指示。
17.根据权利要求13或14所述的方法，还包括由所述接收设备使用它的最强波束来发射它的反馈消息。
18.一种用于通信的装置，包括：
至少一个处理器；以及
包括计算机程序代码的至少一个存储器，
其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置成与所述至少一个处理器一起使得所述装置至少
从发射器接收探测波形，其中所述探测波形中的每个探测波形包括从Q个正交基函数被发送的波形，其中所述正交基函数包括B个Qx1正交发射波束；
确定MB个占主导地位的发射基函数；
确定所述MB个基函数中的每个基函数的增益和相位；
创建反馈消息，所述反馈消息包括所述MB个占主导地位的基函数的指示以及所述MB个占主导地位的基函数的对应的增益和相位；以及
向所述发射器发射所述反馈消息。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码还被配置成与所述至少一个处理器一起使得所述装置至少：
从所述发射波束探测波形确定所述装置的最强接收波束；以及
针对所述最强接收波束确定占主导地位的发射基函数反馈。
20.根据权利要求18或19所述的装置，其中所述最强接收波束的所述确定包括：
选择所述占主导地位的NB个接收基函数以及所述NB个基函数中的每个基函数的增益和相位；以及
根据所述NB个占主导地位的接收基函数和它们各自的增益和相位值，确定最强接收波束。
21.根据权利要求18或19所述的装置，其中所述反馈消息还包括所述占主导地位的NB个接收基函数的指示。
22.根据权利要求18或19所述的装置，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码还被配置成与所述至少一个处理器一起使得所述装置至少使用所述装置的最强波束来发射反馈消息。
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