CN107852206A - 波束成形设备 - Google Patents

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CN107852206A CN201680042110.1A CN201680042110A CN107852206A CN 107852206 A CN107852206 A CN 107852206A CN 201680042110 A CN201680042110 A CN 201680042110A CN 107852206 A CN107852206 A CN 107852206A
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Abstract

本公开涉及一种波束成形设备(200)，其包括：第一波束成形电路(201)，被配置为基于第一波束成形系数集合来生成第一波束(211)；第二波束成形电路(202)，被配置为基于第二波束成形系数集合来生成第二波束(212)；以及调度电路(203)，被配置为基于与目标调度度量相关的优化准则将第一频率资源集合、第二频率资源集合、第一波束成形系数集合、以及第二波束成形系数集合分配(204、206)给多个移动站(UE0、UE1、UE2)。

Description

波束成形设备
技术领域
本公开涉及波束成形设备以及用于将多个波束成形器分配给多个移动站的方法和设备。具体地，本公开涉及用于毫米波下行链路复用的波束频率调度技术。
背景技术
毫米波(mmW)通信已被认为是要针对现代通信标准(例如，未来的5G移动系统)开发的重要技术。为了减轻由于频率过高造成的严重路径损耗，波束成形技术成为实现合理链路预算的关键技术。可以设想，必须广泛使用波束宽度非常窄(例如，5至15度)并提供高波束成形增益的所谓的笔形波束。此外，由于这样一个事实：数字波束成形可能太昂贵或者需要太多功率来在实际的mmW系统中实现，所以通常使用由移相器网络和可能的可变衰减器或放大器组成的模拟波束成形器。要产生越多的波束，则需要越多的移相器、合成器、以及可能的衰减器，因此，提供与UE一样多的波束在商业上是不可行的。为了并行发射多个平行波束，mmW接入点(AP)可以配备多个波束成形器，其中每个波束成形器照射不同的波束方向。除了更高的吞吐量，现代通信标准(例如，未来的5G移动系统)也旨在获得更低的延迟和更好的频谱效率。
因此，需要就高波束成形增益、低延迟、和高频谱效率来改进波束成形。特别是对于UE比可用波束多的情况，降低延迟是关键问题。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解，并且附图被并入本说明书且构成本说明书的一部分。附图示出了实施例并且与说明书一起用于解释实施例的原理。其他实施例和实施例的许多预期优点将容易被理解，因为它们通过参考下面的详细描述变得更好理解。
图1是示出了波束成形系统100的示意图。
图2是示出了示例性波束成形设备200的框图。
图3是示出了调度比可用波束成形器更多的UE的示例性波束成形设备300的框图。
图4示意性地示出了用于将多个波束成形器分配给多个移动站的示例性方法400。
图5是分配多个波束成形器到多个移动站的示例性调度设备500的框图。
图6示意性地图示了波束频率调度器的示例性算法600。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考了形成其一部分的附图，并且其中通过示例的方式示出了可以实践本发明的具体方面。应理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它方面并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，以下详细描述不应被视为是限制性的，并且本发明的范围由所附权利要求限定。
应注意的是，本公开中的术语“波束”是指模拟波束方向而非由数字波束成形技术获得的“特征波束(eigenbeam)”。
本文将使用以下术语、缩写和符号：
3GPP：第三代合作伙伴计划，
LTE：长期演进，
LTE-A：高级LTE，版本10和更高版本的3GPP LTE，
RF：射频，
mmW：毫米波，
TTI：传输时间间隔，
UE：用户设备或移动站，
eNodeB：基站，
MIMO：多输入多输出，
AP：接入点，
MAC：媒体访问控制，
LOS(Line Of Sight)：瞄准线，
FDMA：频分多址，
SDMA：空分多址，
CQI：信道质量索引，
CSI：信道状态信息。
本文所描述的方法和设备可以基于诸如eNB、基站、中继站和移动站之类的网络节点中的波束成形器和波束成形电路。可以理解的是，结合所描述的方法进行的说明也可以适用于被配置为执行该方法的相应设备，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则相应的设备可以包括执行所描述的方法步骤的单元，即使这样的单元未在附图中明确地描述或示出。此外，应理解的是，除非另外特别指出，否则本文所描述的各种示例性方面的特征可以彼此相组合。
本文所描述的方法和设备可以在无线通信网络中实现，特别是基于移动通信标准(例如，LTE，尤其是5G)的通信网络。下面描述的方法和设备可以在网络节点和基站中实现。所描述的设备可以包括集成电路和/或无源器件，并且可以根据各种技术来制造。例如，电路可以被设计为逻辑集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路、光电路、存储器电路和/或集成无源器件。
本文所描述的方法和设备可以被配置为发送和/或接收无线电信号。无线电信号可以是或者可以包括由无线电发射设备(或无线电发射机或发送机)辐射的无线电频率信号，射频频率在约3Hz至300GHz的范围内。频率范围可以与用于产生和检测无线电波的交流电信号的频率相对应。
本文所描述的方法和设备可以被配置为发送和/或接收毫米波(mmW)信号。毫米波是在从约30GHz到约300GHz的电磁频谱中的无线电波。在这个频段中的无线电频率波长大约为从10毫米到1毫米，因此它的名称是毫米波段或毫米波。
下文描述的方法和设备可以根据移动通信标准(例如，长期演进(LTE)标准或其高级版本LTE-A)来设计。作为4G LTE和5G LTE销售的LTE(长期演进)是用于移动电话和数据终端的高速数据的无线通信的标准。
下文中所描述的方法和设备可以应用于OFDM系统。OFDM是用于对在多个载波频率上的数据进行编码的方案。可以使用大量紧密间隔的正交子载波信号来承载数据。由于这些子载波的正交性，子载波之间的串扰可以被抑制。
下文中所描述的方法和设备可以应用于MIMO系统和分集接收器。多输入多输出(MIMO)无线通信系统在发射机和/或接收机处使用多个天线来增加系统容量并实现更好的服务质量。在空间复用模式下，MIMO系统可以通过在同一频率资源中并行传输多个数据流来在不增加系统带宽的情况下达到更高的峰值数据速率。分集接收机使用两个或更多个天线来改进无线链路的质量和可靠性。
在下文中，参考附图来描述实施例，其中相同的参考数字通常用于始终指代相同的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对实施例的一个或多个方面的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言显而易见的是，这些实施例的一个或多个方面可以以较少程度的这些具体细节来实践。因此，下面的描述不应被认为是限制性的。
所总结的各个方面可以以各种形式来体现。以下描述通过说明示出了可以实践这些方面的各种组合和配置。应理解的是，所描述的方面和/或实施例仅是示例，可以使用其他方面和/或实施例并且可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和功能修改。
图1是图示波束成形系统100的示意图。波束成形系统100包括在eNodeB(例如，基站)中实现的波束成形设备eNB以及多个移动设备UE0、UE1、UE2(也被表示为移动站或用户设备)。波束成形设备eNB生成第一波束101和第二波束102。第一波束101被分配用于第一移动站UE0(分配d0)、第二移动站UE1(分配d1)、以及第三移动站UE2(分配d21)。第一波束101被壁111反射，从而生成被分配用于第三移动站UE2的第三波束103。第二波束102也被分配用于第三移动站UE2(分配d22)。
因此，图1示出了本公开中描述的基本原理，即，将波束成形器和频率资源联合地分配给UE，以充分利用可用的波束成形能力以及最大化目标调度度量。更具体地，根据本公开的波束成形技术挑选波束成形器并且使得它们服务尽可能多地吞吐量，还允许一个波束成形器在多个UE处于相同波束的覆盖内时服务不同子带中的两个或更多个UE。因此，利用多波束进行传输的单个UE和使用相同波束的多个UE的FDMA被同时支持，以最大化总体数据速率并减少延迟。
在当前的LTE系统中，根据诸如比例公平规则之类的某些调度准则和无线电承载的优先级，调度器操作通常被划分为两个步骤，即，时域调度器以及之后的频域调度器，并且它们之间可能有迭代。除了频率资源之外，mmW系统还考虑了物理模拟波束成形器对UE承载调度的限制。例如，在mmW AP处仅配备两个物理模拟波束成形器的情况下，向两个以上承载分配具有非常不同的优选波束方向是具有挑战性的甚至是不可能的。因此，媒体访问控制(MAC)层中的多个UE或承载调度器需要考虑关于频率资源和物理波束成形器两者的约束。为了实现波束成形系统100，存在如下所述的系统约束和先决条件。
系统约束是mmW AP配备有限数目的物理模拟波束成形器，即有限数目的并行波束可以在同一TTI上被发射。先决条件是每个mmW AP具有关于在每个资源对{f，b}处的每个附接UE的信道质量q的知识，其中f定义了频率子带索引，并且b指示波束扇区索引或者笔形波束索引。这种信道质量可以从UE反馈中获得。考虑到所支持的波束和UE的数目，这可能听起来像是过度的知识。然而，由于LOS或射线跟踪几何结构，针对每个UE仅有几个波束方向实际上是相关的，因此所需的反馈信息是可行的。
本公开提出了有效的实用调度方法来分配无线电承载或UE，以在受限于相关物理约束的总体加权速率和方面实现良好的性能。因此，系统100提供了物理层中的传输时间间隔(TTI)的减少、以及使用FDMA和/或SDMA对UE的TTI内共同调度两者。系统100允许联合使用FDMA和SDMA在同一TTI中对多个用户进行调度。
以下参照图6描述波束成形系统100的详细数学建模。
图2是示出了示例性波束成形设备200的框图。波束成形设备200包括第一波束成形电路201、第二波束成形电路202、以及调度电路203。
第一波束成形电路201基于第一波束成形系数集合(例如，模拟波束成形系数)来生成第一波束211。第二波束成形电路202基于第二波束成形系数集合(例如，模拟波束成形系数)来生成第二波束212。调度电路203基于与目标调度度量相关的优化准则将第一频率资源集合204、第二频率资源集合206、第一波束成形系数集合、以及第二波束成形系数集合分配给多个移动站UE0、UE1、UE2。
第一频率资源集合和第二频率资源集合可以至少部分重叠。调度电路203可以将第一和第二频率资源集合204、206以及第一和第二波束成形系数集合联合地分配给多个移动站UE0、UE1、UE2。
调度电路203可以在同一传输时间间隔期间将第一和第二频率资源集合以及第一和第二波束成形系数集合分配给多个移动站UE0、UE1、UE2。
调度电路203可以将第一频率资源集合和用于生成第一波束211的第一波束成形系数集合分配给第一组移动站UE1、UE2。具体地，第一和第二频率资源集合可以重叠，它们可以包含多个共同的频率。
调度电路203可以将第二频率资源集合和用于生成第二波束212的第二波束成形系数集合分配给第二组移动站UE2。具体地，两个独立的波束和频率可以用于两个UE，或者可选地，相同波束也可以用于其他UE。可以存在第一波束和第二波束的任何组合以及频率资源的任何组合来服务于一个或多个UE。
一个或多个相同的移动站可以被包括在第一组和第二组移动站两者中。第一波束成形电路和第二波束成形电路可以提供相同的波束，即在相同方向上分别指向至少一个移动站的第一波束或第二波束。
第一波束211和第二波束212的波长可以在毫米范围内。第一波束211和第二波束212的频率范围可以在约6GHz与约100GHz之间或在约10GHz与约100GHz之间。
调度电路203可以对这些频率资源集合和这些波束成形系数集合进行分配，使得第一波束211和第二波束212指向不同的优选波束方向。
目标调度度量可以基于从信道质量指示符中导出的加权目标数据速率。优化准则可以基于达到目标调度度量。
假设相同的方向将作用于所有频率，则以上描述的波束成形器可以基于模拟波束成形系数。然而，波束成形器可以通过基于相应频率资源集合提供相应波束或者通过控制调度算法来提供取决于频率的波束方向。第一和第二波束成形器不仅在相应的第一和第二频率资源上操作。第一和第二频率资源集合可以重叠或包含一些共同的频率。
图3是示出了调度比可用波束成形器更多的UE的示例性波束成形设备300的框图。波束成形装置300包括具有第一模拟波束成形系数集合313的第一波束成形电路311、具有第二模拟波束成形系数集合323的第二波束成形电路321、一组组合器331、以及调度电路(图3中未示出)。
第一波束成形电路311包括数模转换器(DAC)和射频部分(RF)，用于基于第一频率资源312提供多个第一波束成形信号314。第一模拟波束成形系数集合313被用于用相应权重w1[0]、w1[1]、...w1[n-1](被表示为第一模拟波束成形系数)来对多个第一波束成形信号314进行加权。这些权重可以通过可变移相器或可变衰减器或放大器或其组合来施加。
第二波束成形电路321包括数模转换器(DAC)和射频部分(RF)，用于基于第二频率资源322提供多个第二波束成形信号324。第二模拟波束成形系数集合323被用于用相应权重w2[0]、w2[1]、...w2[n-1](被表示为第二模拟波束成形系数)来对多个第二波束成形信号324进行加权。该组组合器331将相应的经加权的第一波束成形信号314与相应的经加权的第二波束成形信号324相组合以在多个天线端口333处产生多个波束。
在图3的示例中，第一频率资源集合或第一频率资源信号312包括第一频率带宽d0、第二频率带宽d1、以及第三频率带宽d21。第二频率资源集合或第二频率资源信号322包括第四频率带宽d22。波束成形设备300可以包括比可用天线端口更少数目的波束成形器。这意味着天线端口可以接收来自各个波束成形器的(例如，由组合器331组合的)信号组合。组合器331可以具有与图3所示不同的结构。例如，组合器331可以实现对来自波束成形器的信号的选择性组合。组合器331可以实现对输入信号的加法组合或者加权组合或者其他种类的组合(例如，乘法或者除法等)。在一些实施例中，一些或者全部天线可以仅从一个波束成形电路311、321接收信号，因此不需要组合器。
在波束成形设备300的示例性调度中，第一频率资源信号312的第一频率带宽d0可以被分配给第一移动站UE0，如以上关于图1所描述的；第一频率资源信号312的第二频率带宽d1可以被分配给第二移动站UE1；以及第一频率资源信号312的第三频率带宽d21和第二频率资源信号322的第四频率带宽d22都可以被分配给第三移动站UE2，如上面关于图1所描述的。
未在图3中示出的调度电路可以根据与目标调度度量相关的优化准则将第一频率资源集合312、第二频率资源集合322、第一波束成形系数集合313、以及第二波束成形系数集合323分配给多个移动站(例如，UE0、UE1、UE2)，如图1所示。
当在图1所示的波束成形系统100中使用波束成形设备300时，三个UE(即，UE0、UE1、以及UE2)由仅配备有两个RF波束成形器311、321的mmW AP服务。UE0和UE1处于相同波束101的覆盖范围内，并且UE2可以接收来自两个波束102、103的信号，该两个波束中的一者与用于UE0和UE1的波束相同，即，共享波束103。调度器的可能结果在图3中示出，在两个波束101、102被发射的情况下，其中一个是利用FDMA承载全部UE的数据的共享波束101、103，而另一个102专用于在该示例中具有最高数据速率需求的UE2。该示例示出波束成形设备300可以自动支持FDMA和SDMA。
调度电路可以实现如下关于图4所描述的方法400或者如下关于图6所描述的算法600。在一个示例中，调度电路可以与如下关于图5所描述的调度设备500相对应。在一个示例中，在波束成形设备300的调度电路中实现的块如下：
在第零块中，将所有波束成形器设定为未调度。
在第一块中，基于在未调度的波束成形器中的每个报告的波束方向的加权速率和来确定调度度量，其中每个频率子带的数据速率被分配给UE，使得总体目标调度度量可以被最大化。
在第二块中，选择具有最大调度度量的波束方向，并且根据在第一块中计算的UE分配的速率来分配频率资源。
在第三块中，从该组未调度的波束成形器中移除经分配的波束成形器。
在第四块中，通过移除来自块2中确定的被调度的波束成形器的贡献来重新计算目标调度度量。
在第五块中，执行返回到第一块，直到全部波束生成器被调度或达到目标调度度量。
以上示例性模块可以被组合或者进一步分成多个步骤，但是基本原理和过程被捕获。
图4示意性地示出了用于将多个波束成形器分配给多个移动站的示例性方法400。
方法400包括以下块：基于多个移动站关于报告的波束方向集合和频率资源集合的信道质量索引(CQI)报告来确定(401)目标调度度量；基于与该目标调度度量有关的优化准则，选择(402)报告的波束方向集合中的波束方向；将频率资源集合分配(403)到所选择的波束方向；以及基于目标调度度量的更新来迭代地重复(404)所述选择和分配，其中目标调度度量的更新是基于排除了所选择的波束方向的报告的波束方向而确定的。
方法400可以包括基于目标调度度量的更新迭代地重复(404)所述选择步骤和分配步骤，直到目标调度度量的更新等于预定值或者所有波束成形器被调度为止。
目标调度度量可以基于信道质量指示符或可以从信道质量指示符中导出的加权目标数据速率或数据速率，其中信道质量指示符可以从信道质量索引报告中导出。优化准则可以基于达到目标调度度量。
可以将相应的频率资源集合分配给每个波束成形器。
优化准则可能受到以下限制：在传输时间间隔中多个波束成形器中的任一者仅发射一个波束方向。
优化标准可能受到以下限制：基于达到目标调度度量或者基于更新的目标调度度量，可以迭代地选择相应频率资源集合中的频率资源并将其分配给一个相同或不同的移动站。
针对目标调度度量所选择的波束方向可以指向多个移动站中的一个或多个移动站。方法400可以包括：将频率资源集合中的一个频率资源和报告的波束方向集合中的一个波束方向分配给多个移动站中的一个移动站。可选地或附加地，方法400可以包括：经由不同的波束方向将频率资源集合中的一个频率资源分配给至少两个移动站。
针对目标调度度量选择的波束方向和针对更新的目标调度度量所选择的波束方向可以指向多个移动站中的不同移动站。
针对目标调度度量选择的波束方向可以指向多个移动站中的一个或多个移动站。针对目标调度度量选择的波束方向以及针对更新的目标调度度量选择的波束方向可以指向多个移动站中的一个或多个相同移动站。
方法400提供如下所述的两种波束成形方案的组合。第一种波束成形解决方案是仅使用TDMA来复用多个UE，其中在TTI中仅调度一个UE。另一种波束成形解决方案是在mmWAP中具有若干波束成形器，并将每个UE分配给专用波束成形器，从而实现SDMA。然而，这种方法将UE复用容量限制为在mmW AP处配备的物理波束成形器的数目。
图4中呈现的方法400的组合解决方案是将波束成形器和频率资源联合地分配给所有考虑的UE，将每个波束频率子带分配给UE，使得对总体目标调度度量的贡献可以最大化。这种组合解决方案在目标调度度量方面将最大化可用的频率波束成形器资源的利用效率。针对所有UE实现了波束可选调度增益和频率可选的调度增益两者，并且还支持UE的多流传输。
因此，方法400使得多个UE能够在针对基于OFDMA的下行链路mmW系统的同一TTI中被调度，这显著提高了系统的调度灵活性，提高了系统总体效率并且也减少了UE通信延迟。注意，一些UE可能不一定经由对其最优的波束来被服务，而是通过使用已针对其他UE被调度并允许这些UE被同时调度的波束，从而减少了这些UE的延迟，因为它们不必等到最优波束被调度。例如，可以经由波束103(即，波束101的反射)来服务UE2，即使可能波束102是最优波束。这允许在其他实施例中使用第二波束成形电路202来服务其他UE(未在图1或图2中示出)，从而减少该其他UE的延迟。
图5是将多个波束成形器分配给多个移动站的示例性调度设备500的框图。
调度设备500包括第一电路501、第二电路503、第三电路505、以及第四电路507。
第二电路503基于多个移动站关于报告的波束方向集合和频率资源集合的信道质量索引(CQI)报告502来确定目标调度度量。
第三电路505基于关于目标调度度量的优化准则来选择报告的波束方向集合中的波束方向。
第四电路507将该频率资源集合分配给所选择的波束方向。
第一电路501基于目标调度度量的更新来迭代地重复(504)所述选择和分配，该目标调度度量的更新是基于排除了所选择的波束方向的报告的波束方向而确定的。
第一电路501可以基于目标调度度量的更新来迭代地重复(504)所述选择和分配，直到目标调度度量的更新等于预定值或者全部波束成形器被调度。
第二电路503可以基于从信道质量指示符中导出的加权目标数据速率来确定目标调度度量，其中信道质量指示符可以从信道质量索引报告中导出。
调度设备500可以包括用于基于达到目标调度度量来确定优化准则的第五电路。
图6示意性地示出了波束频率调度器(例如，上文关于图2或图3描述的调度电路203、或者关于图5描述的调度设备500、或者关于图4描述的调度方法400的波束频率调度器)的示例性算法600。
在开始601之后，在第零块602中，将所有报告的波束成形器设置为未调度。在第一块603中，确定针对属于未调度波束成形器的每个报告的波束方向的调度度量。在第二块604中，根据第一块603的操作选择具有最大调度度量的波束方向并分配频率资源。在第三块605中，将用于在块2中选择的波束的波束成形器设置为被调度。在第四块606中，通过移除具有分配的数据速率的被调度的波束的贡献来重新计算目标调度度量。如果满足目标调度度量等于零的第一条件607，则算法600结束(609)，否则处理第二条件608。如果满足所有波束成形器都被调度的第二条件608，则算法600结束(609)，否则跳转到第一块603。
在下文中，描述了算法600的实施方式示例。
在第零块602中，波束频率调度器将所有波束成形器设置为未调度。根据以下描述的数学波束成形模型，定义pn＝(pn,1,...,pn,M)。还定义了由所有未调度的波束成形器引导的所有报告的波束方向的集合。可以被进一步分割成NPB个子集，即，其中的每一者包含由特定波束成形器引导的所有报告的波束方向。
在第一块603中，对于每个所报告的波束方向调度器确定每个频率子带到特定UE的数据速率分配，以便最大化对目标调度度量的贡献。假设波束方向已由K个UE用调度优先级变量以及目标调度速率报告，表1中列出了这些UE的子带CQI报告。
表1：来自K个UE的关于波束方向的子带CQI报告
可以使用以下过程来确定每个子带到UE的分配以最大化目标调度度量。
该过程可以被表示为用于将波束成形器子带集合分配给多个移动站的方法，其中该方法包括以下项目：提供未调度的波束成形器子带集合；将调度度量设置为初始值；从初始迭代索引到未调度的波束成形器子带集合的大小，重复以下指令：为未调度波束成形器子带集合中的每个子带选择多个移动站中调度度量最大的移动站并存储该调度度量；选择所存储的调度度量中的最大值，并将所存储的最大调度度量的子带分配给所选移动站；计算针对所分配的子带的数据速率；通过所分配的子带的贡献增大调度度量；从未调度的子带集合中移除所分配的子带；以及将所选移动站的目标数据速率减少针对所分配的子带计算出的数据速率。
该过程生成以下输出：a)子带-UE映射；b)分配给每个子带的UE数据速率；c)该映射的调度度量；以及d)每个被分配的UE的剩余目标数据速率。
在第二块604中，利用在第一块603中计算出的每个波束方向的输出来选择具有最大调度度量的波束方向。并且其子带到UE的分配、所选UE在相应子带中的数据速率分配、以及每个被分配的UE的剩余目标数据速率通过第一块603中的过程的结果来确定。
在第三块605中，将引导在第二块604中选择的波束方向的波束成形器标记为被调度的波束成形器，并且从未调度的波束方向集合中移除由该被调度的波束成形器专有地引导的所有报告的波束方向。进一步的步骤不考虑被调度的波束成形器有助于最大化分集。
在第四块606中，通过使用被分配的UE的剩余目标数据速率来更新总体目标调度度量。
在第五块607中，如果总体目标调度度量是0，或者全部波束成形器被调度，则调度器停止操作。否则，调度器返回到第一块603并继续，直到先前的停止条件被满足。
以上第三块605仅移除由被调度的波束成形器专有地引导的那些波束。如果所有的模拟波束成形器引导相同的波束空间，则仅从未调度的波束方向集合中移除在第二块604中选择的波束。
在以下部分中，描述了上文关于图1至6描述的波束成形技术的数学建模。
将N定义为在mmW小小区中正被服务的UE或承载的数目。第n个UE/承载的目标数据速率由rT,n定义，并且关联的调度优先级权重因子由wn表示。调度优先级权重因子决定了要在当前TTI中调度的UE的优先级，并且其保证了在系统服务的多个UE之间对无线电资源的公平共享。例如，可以通过诸如比例公平调度方法之类的某些规则来获得。
将NB定义为可由mmW小小区(可能的波束网格)覆盖的波束的数目，并且NPB是可由mmW AP同时发射的并行波束的数目。支持的波束索引的集合被定义为B＝(1,2，...，NB)，并且由第i个模拟波束成形器覆盖的波束空间被表示为Bi，1≤i≤NPB。例如，mmW AP配备有三个模拟波束成形器，其中的每个模拟波束成形器能够在120°的专用扇区内发射波束宽度为10°的笔形波束。这种设置使得限定NB＝36和NPB＝3。换言之，每个物理模拟波束成形器只能在其扇区内发射10个波束方向，并且在TTI处仅一个波束方向被照射。因此，在该设置中的波束空间集合是B＝(1,2,...,36)，并且Bi＝(12(i-1)+1,...,12i)，i＝1,2,3。
来自第n个UE的信道状态信息(CSI)反馈包括优选波束索引集合pn＝(pn,1,...,pn,M)，其中M定义由UE报告的优选波束索引的最大数目，并且在上述设置中的pn,j(其中1≤pn,j≤36)表示优选的波束索引。对于每个波束索引pn,j，UE还报告了信道质量索引(CQI)向量qn,j＝(qn,j,1,...,qn,j,Q)，其中Q指UE CQI反馈所报告的子带的数目，并且qn,j,i(其中1≤j≤M；1≤i≤Q)定义了第n个UE在系统带宽的第i个子带处关于第j个报告的波束索引的信道质量。CQI可以指在某目标块错误率处可实现的数据速率。来自第n个UE的报告的CQI矩阵还可以被定义为Qn＝(qn,1；...；qn,M)∈RM×Q。
波束频率调度器确定针对每个UE的波束-速率分配矩阵Rn，其可以表示如下：
其中，rn,j,i代表为用在第i个频率子带上的波束索引pn,j进行传输的第n个UE分配的数据速率。其范围如下：
0≤rn,j,i≤qn,j,i (A-2)
并且rn,j,i＝0表示在关联的波束方向和频率子带上没有分配给UE的数据。对于大多数波束而言通常都将是这种情况，即，Rn将是稀疏矩阵。每个UE被分配的速率总和被定义为并且它应满足以下约束：
rn≤rT,n (A-3)
最优波束频率调度解决方案是以下最优化问题或调度问题的解决方案：
(A-1)的可行解必须考虑来自波束和频域的物理约束：从特定波束方向发射的某个子带的频率资源可以被分配给单个UE，并且在一个TTI中至多可以发射NPB个并行波束。此外，可行的解决方案还必须考虑如下限制：在TTI中任何模拟波束成形器只能发射一个波束方向。将定义为针对第n个UE选择的波束方向，并且还定义了映射Pn[j]＝bn[i]，i＝1,2,...,|bn|，以及其反向映射j＝pn -1(bn[i])。利用这些定义，先前描述的约束可以被如下表述：
其中，|·|定义为该集合的大小。
对于任意两个UE(即，第l个UE和第m个UE)，公共分配的波束集合被表示为cl,m＝bl∩bm，共享波束方向上的任何频率子带只能被分配给一个UE的约束导致了以下表达式：
其中，j＝1,2,…,|cl,m|，i＝1,2,…,Q。
简而言之，波束频率调度器要解决受限于等式(A-2)、(A-3)、(A-5)、(A-6)和(A-7)中定义的约束的等式(A-4)中描述的优化问题。可以设想，由于由UE能力或控制信令开销引起的对速率分配的进一步限制，更多的约束可能被添加到调度问题。但是在本发明中，我们主要集中在当前的问题上，并且所提出的方法可以直接扩展到更多受约束的场景。
本文所描述的方法、系统和设备可以被实现为数字信号处理器(DSP)、微控制器、或任何其他侧处理器中的软件，或者被实现为芯片上的或专用集成电路(ASIC)内的硬件电路。
本公开中描述的实施例可以在数字电子电路、或计算机硬件、固件、软件、或其组合中实现(例如，在移动设备的可用硬件中或在专用于处理本文所描述的方法的新硬件中实现)。
本公开还支持包括计算机可执行代码或计算机可执行指令的计算机程序产品，该计算机可执行代码或计算机可执行指令在被执行时使得至少一个计算机执行本文所描述的执行框和计算块，特别是上文关于图4和6描述的方法400或算法600。这样的计算机程序产品可以包括在其上存储供处理器使用的程序代码的可读存储介质，该程序代码包括用于执行如上所述的方法400或算法600中的任一者的指令。
示例
以下示例涉及进一步的实施例。示例1是一种波束成形设备，包括：第一波束成形电路，被配置为基于第一波束成形系数集合来生成第一波束；第二波束成形电路，被配置为基于第二波束成形系数集合来生成第二波束；以及调度电路，被配置为基于与目标调度度量相关的优化准则将第一频率资源集合、第二频率资源集合、第一波束成形系数集合、以及第二波束成形系数集合分配给多个移动站。
在示例2中，示例1的主题可以可选地包括：其中，第一频率资源集合和第二频率资源集合至少部分重叠。
在示例3中，示例1或示例2的主题可以可选地包括：调度电路被配置为将第一频率资源集合和第二频率资源集合以及第一波束成形系数集合和第二波束成形系数集合联合地分配给多个移动站。
在示例4中，示例1-3中的任一项的主题可以可选地包括：调度电路被配置为在同一传输时间间隔期间将第一频率资源集合和第二频率资源集合以及第一波束成形系数集合和第二波束成形系数集合分配给多个移动站。
在示例5中，示例1-3中的任一项的主题可以可选地包括：调度电路被配置为将第一频率资源集合和用于生成第一波束的第一波束成形系数集合分配给第一组移动站；以及调度电路被配置为将第二频率资源集合和用于生成第二波束的第二波束成形系数集合分配给第二组移动站；以及第一组移动站和第二组移动站两者都包括一个或多个移动站。
在示例6中，示例1-4中的任一项的主题可以可选地包括：第一波束成形电路和第二波束成形电路被配置为生成到多个移动站中的至少一个移动站的一个波束。
在示例7中，示例1-6中的任一项的主题可以可选地包括：第一波束和第二波束的波长在毫米范围内，或者第一波束和第二波束的频率范围在约6GHz和约100GHz之间。
在示例8中，示例1-7中的任一项的主题可以可选地包括：调度电路被配置为对第一频率资源集合和第二频率资源集合以及第一波束成形系数集合和第二波束成形系数集合进行分配以使第一波束和第二波束指向不同的优选波束方向。
在示例9中，示例1-8中的任一项的主题可以可选地包括：目标调度度量基于从信道质量指示符中导出的加权目标数据速率。
在示例10中，示例1-9中的任一项的主题可以可选地包括：第一波束成形系数集合和第二波束成形系数集合是模拟波束成形系数。
示例11是一种用于将多个波束成形器分配给多个移动站的方法，该方法包括：基于多个移动站关于报告的波束方向集合和频率资源集合的信道质量索引(CQI)报告来确定目标调度度量；基于与目标调度度量相关的优化准则来选择报告的波束方向集合中的波束方向；将频率资源集合分配给所选择的波束方向；以及基于目标调度度量的更新来迭代地重复选择和分配，目标调度度量的更新是基于排除了所选择的波束方向的报告的波束方向而确定的。
在示例12中，示例11的主题可以可选地包括：基于目标调度度量的更新来迭代地重复选择和分配，直到目标调度度量的更新等于预定值或全部波束成形器被调度。
在示例13中，示例11-12中的任一项的主题可以可选地包括：目标调度度量基于从信道质量索引报告中导出的加权目标数据速率。
在示例14中，示例11-13中的任一项的主题可以可选地包括：优化准则基于达到目标调度度量。
在示例15中，示例11-14中的任一项的主题可以可选地包括：将相应的频率资源集合分配给每个波束成形器。
在示例16中，示例11-15中的任一项的主题可以可选地包括：优化准则受到如下限制：在传输时间间隔期间多个波束成形器中的任一者仅发射一个波束方向。
在示例17中，示例11-16中的任一项的主题可以可选地包括：优化准则受到如下限制：基于达到目标调度度量或经更新的目标调度度量，相应的频率资源集合中的频率资源被迭代地选择和分配给一个相同或不同的移动站。
在示例18中，示例11-17中的任一项的主题可以可选地包括：针对目标调度度量所选择的波束方向和针对经更新的目标调度度量所选择的波束方向指向多个移动站中的不同移动站。
在示例19中，示例11-18中的任一项的主题可以可选地包括：通过不同的波束方向将频率资源集合中的一个频率资源分配给至少两个移动站。
示例20是一种用于将波束成形器子带集合分配给多个移动站的方法，该方法包括：提供未调度的波束成形器子带集合；将调度度量设置为初始值；从初始迭代索引到未调度的波束成形器子带集合的大小地重复以下指令：针对未调度的波束成形器子带集合中的每个子带，选择多个移动站中调度度量最大的移动站，并存储所选择的移动站的调度度量；选择所存储的调度度量的最大值，并且将未调度的波束成形器子带集合中的子带分配给与所存储的调度度量的最大值相关联的移动站；计算所分配的子带的数据速率；将调度度量增加所分配的子带的贡献；从未调度的子带集合中移除所分配的子带；以及将所选择的移动站的目标数据速率减少针对所分配的子带计算的数据速率。
在示例21中，示例20的主题可以可选地包括：生成以下输出：所分配的子带到移动站的映射、映射的调度度量、分配给每个子带的移动站的数据速率、以及每个被分配的移动站的剩余目标数据速率。
示例22是一种用于将多个波束成形器分配给多个移动站的设备，该设备包括：被配置为基于多个移动站关于报告的波束方向集合和频率资源集合的信道质量索引(CQI)报告来确定目标调度度量的电路；被配置为基于关于目标调度度量的优化准则来选择报告的波束方向集合中的波束方向的电路；被配置为将频率资源集合分配给所选择的波束方向的电路；以及被配置为基于目标调度度量的更新来迭代地重复进行选择和分配的电路，其中目标调度度量的更新是基于排除了所选择的波束方向的报告的波束方向而确定的。
在示例23中，示例22的主题可以可选地包括：被配置为迭代地重复选择和分配的电路被配置为基于目标调度度量的更新来迭代地重复选择和分配，直到目标调度度量的更新等于预定值或全部波束成形器被调度为止。
在示例24中，示例22-23中的任一项的主题可以可选地包括：被配置为基于从信道质量索引报告导出的加权目标数据速率来确定目标调度度量的电路。
在示例25中，示例22-24中的任何一个的主题可以可选地包括：被配置为基于达到目标调度度量来确定优化准则的电路。
示例26是其上存储有计算机指令的计算机可读介质，当该计算机指令被计算机执行时使得计算机执行示例11至20中的一者的方法。
示例27是一种波束成形系统，包括：第一波束成形设备，被配置为基于第一组模拟波束成形系数来提供第一波束；第二波束成形设备，被配置为基于第二组模拟波束成形系数来提供第二波束；以及调度设备，被配置为根据关于目标调度度量的优化准则将第一频率资源集合、第二频率资源集合、第一波束成形系数集合、以及第二波束成形系数集合分配给多个移动站。
在示例28中，示例27的主题可以可选地包括：第一频率资源集合和第二频率资源集合至少部分重叠。
在示例29中，示例27或示例28的主题可以可选地包括：调度设备被配置为将频率资源集合和波束成形系数集合联合地分配给多个移动站。
在示例30中，示例27-29中的任一项的主题可以可选地包括：调度设备被配置为在同一传输时间间隔中向多个移动站分配频率资源集合和波束成形系数集合。
在示例31中，示例27-30中的任一项的主题可以可选地包括：调度设备被配置为将第一频率资源集合和用于提供第一波束的第一波束成形系数集合分配给第一组移动站；以及调度设备被配置为将第二频率资源集合和用于提供第二波束的第二波束成形系数集合分配给第二组移动站；以及一个或多个相同的移动站被包括在第一组移动站和第二组移动站两者中。
在示例32中，示例27-31中的任一项的主题可以可选地包括：第一波束成形设备和第二波束成形设备被配置为向多个移动站中的至少一个移动站提供相同的波束。
在示例33中，示例27-32中的任一项的主题可以可选地包括：波束成形系统被实现为片上系统。
示例34是用于将多个波束成形器分配给多个移动站的调度设备，该调度设备包括：用于基于多个移动站关于报告的波束方向集合和频率资源集合的CQI报告来确定目标调度度量的装置；用于基于关于目标调度度量的优化准则来选择报告的波束方向集合中的波束方向的装置；用于将频率资源集合分配给所选择的波束方向的装置；以及用于基于目标调度度量的更新来迭代地重复选择和分配的装置，其中目标调度度量的更新是基于排除了所选择的波束方向的报告的波束方向而确定的。
在示例35中，示例34的主题可以可选地包括：用于基于目标调度度量的更新迭代地重复选择和分配，直到目标调度度量的更新等于预定值或全部波束成形器被调度为止的装置。
在示例36中，示例34-35中的任一项的主题可以可选地包括用于基于信道质量指示符或基于从信道质量指示符导出的加权目标数据速率来提供目标调度度量的装置。
示例37是一种用于将多个波束成形器分配给多个移动站的调度系统，该调度系统包括：被配置为基于多个移动站关于报告的波束方向集合和频率资源集合的CQI报告来确定目标调度度量的设备；被配置为基于关于目标调度度量的优化准则来选择报告的波束方向集合中的波束方向的设备；被配置为将频率资源集合分配给所选择的波束方向的设备；以及被配置为基于目标调度度量的更新来迭代地重复选择和分配的设备，其中目标调度度量的更新是基于排除了所选择的波束方向的报告的波束方向而确定的。
在示例38中，示例37的主题可以可选地包括：被配置为迭代地重复选择和分配的设备被配置为基于目标调度度量的更新来迭代地重复选择和分配，直到目标调度度量的更新等于预定值或全部波束成形器被调度为止。
在示例39中，示例37-38中的任一项的主题可以可选地包括：被配置为基于从信道质量指示符导出的加权目标数据速率来确定目标调度度量的设备。
在示例40中，示例37-39中的任一项的主题可以可选地包括：该调度系统被实现为片上系统。
此外，虽然已针对若干实施方式中的仅一者公开了本公开的具体特征或方面，但是这样的特征或方面可以与其他实施方式的一个或多个其他特征或方面相组合，因为这针对任何给定或特定的应用而言可能是期望的和有利的。此外，就在详细描述或权利要求书中使用的术语“包含”、“具有”、“备有”或其他变形而言，这些术语旨在以类似于术语“包括”的方式被包含。此外，应理解的是，本公开的各方面可以在分立电路、部分集成电路、或全集成电路、或编程装置中实现。而且，术语“示例性”、“例如”、以及“比如”仅表示作为示例，而非最好的或最优的。
虽然已经在本文中示出和描述了具体方面，但是本领域普通技术人员应理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，各种替代和/或等同实施方式可以替代所示出和所描述的具体方面。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体方面的任何修改或变化。
虽然权利要求中的元素以具有相应标记的特定顺序被列举，但除非这些权利要求列举另外暗示用于实现这些元素中的一些或全部的特定顺序，否则这些元素不一定旨在被限制为以该特定顺序来实现。

Claims (25)

1.一种波束成形设备，包括：
第一波束成形电路，被配置为基于第一波束成形系数集合来生成第一波束；
第二波束成形电路，被配置为基于第二波束成形系数集合来生成第二波束；以及
调度电路，被配置为基于与目标调度度量相关的优化准则将第一频率资源集合、第二频率资源集合、所述第一波束成形系数集合、以及所述第二波束成形系数集合分配给多个移动站。
2.根据权利要求1所述的波束成形设备，
其中，所述第一频率资源集合和所述第二频率资源集合至少部分重叠。
3.根据权利要求1或2所述的波束成形设备，
其中，所述调度电路被配置为将所述第一频率资源集合和所述第二频率资源集合以及所述第一波束成形系数集合和所述第二波束成形系数集合联合地分配给所述多个移动站。
4.根据权利要求1或2所述的波束成形设备，
其中，所述调度电路被配置为在同一传输时间间隔期间将所述第一频率资源集合和所述第二频率资源集合以及所述第一波束成形系数集合和所述第二波束成形系数集合分配给所述多个移动站。
5.根据权利要求1或2所述的波束成形设备，
其中，所述调度电路被配置为将所述第一频率资源集合和用于生成所述第一波束的所述第一波束成形系数集合分配给第一组移动站；以及
其中，所述调度电路被配置为将所述第二频率资源集合和用于生成所述第二波束的所述第二波束成形系数集合分配给第二组移动站；以及
其中，所述第一组移动站和所述第二组移动站两者都包括一个或多个移动站。
6.根据权利要求1或2所述的波束成形设备，
其中，所述第一波束成形电路和所述第二波束成形电路被配置为生成到所述多个移动站中的至少一个移动站的一个波束。
7.根据权利要求1或2所述的波束成形设备，
其中，所述调度电路被配置为对所述第一频率资源集合和所述第二频率资源集合以及所述第一波束成形系数集合和所述第二波束成形系数集合进行分配以使所述第一波束和所述第二波束指向不同的优选波束方向。
8.根据权利要求1或2所述的波束成形设备，
其中，所述目标调度度量基于从信道质量指示符中导出的加权目标数据速率。
9.根据权利要求1或2所述的波束成形设备，
其中，所述第一波束成形系数集合和所述第二波束成形系数集合是模拟波束成形系数。
10.一种用于将多个波束成形器分配给多个移动站的方法，所述方法包括：
基于所述多个移动站关于报告的波束方向集合和频率资源集合的信道质量索引(CQI)报告来确定目标调度度量；
基于与所述目标调度度量相关的优化准则来选择所述报告的波束方向集合中的波束方向；
将所述频率资源集合分配给所选择的波束方向；以及
基于所述目标调度度量的更新来迭代地重复所述选择和所述分配，所述目标调度度量的更新是基于排除了所述所选择的波束方向的报告的波束方向而确定的。
11.根据权利要求10所述的方法，包括：
基于所述目标调度度量的更新来迭代地重复所述选择和所述分配，直到所述目标调度度量的更新等于预定值或全部波束成形器被调度为止。
12.根据权利要求10或11所述的方法，
其中，所述目标调度度量基于从所述信道质量索引报告中导出的加权目标数据速率。
13.根据权利要求10或11所述的方法，
其中所述优化准则基于达到所述目标调度度量。
14.根据权利要求10或11所述的方法，其中，将相应的频率资源集合分配给每个波束成形器。
15.根据权利要求10或11所述的方法，
其中，所述优化准则受到如下限制：在传输时间间隔期间所述多个波束成形器中的任一者仅发射一个波束方向。
16.根据权利要求10或11所述的方法，
其中，所述优化准则受到如下限制：基于达到所述目标调度度量或经更新的目标调度度量，相应的频率资源集合中的频率资源被迭代地选择和分配给一个或不同的移动站。
17.根据权利要求10或11所述的方法，
其中，针对所述目标调度度量所选择的波束方向和针对经更新的目标调度度量所选择的波束方向指向所述多个移动站中的不同移动站。
18.根据权利要求10或11所述的方法，包括：
通过不同的波束方向将所述频率资源集合中的一个频率资源分配给至少两个移动站。
19.一种用于将一组波束成形器子带分配给多个移动站的方法，所述方法包括：
提供未调度的波束成形器子带集合；
将调度度量设置为初始值；
从初始迭代索引到所述未调度的波束成形器子带集合的大小地重复以下指令：
针对所述未调度的波束成形器子带集合中的每个子带，选择所述多个移动站中调度度量最大的移动站，并存储所选择的移动站的所述调度度量；
选择所存储的调度度量中的最大值，并且将所述未调度的波束成形器子带集合中的子带分配给与所存储的调度度量的所述最大值相关联的移动站；
计算针对所分配的子带的数据速率；
将所述调度度量增加所分配的子带的贡献；
从所述未调度的子带集合中移除所述所分配的子带；以及
将所述所选择的移动站的目标数据速率减少针对所分配的子带计算的数据速率。
20.根据权利要求19所述的方法，包括：
生成以下输出：
所分配的子带到移动站的映射，
所述映射的调度度量，
分配给每个子带的移动站的数据速率，以及
每个被分配的移动站的剩余目标数据速率。
21.一种用于将多个波束成形器分配给多个移动站的系统，所述系统包括：
被配置为基于所述多个移动站关于报告的波束方向集合和频率资源集合的信道质量索引(CQI)报告来确定目标调度度量的电路；
被配置为基于关于所述目标调度度量的优化准则来选择所述报告的波束方向集合中的波束方向的电路；
被配置为将所述频率资源集合分配给所选择的波束方向的电路；以及
被配置为基于所述目标调度度量的更新来迭代地重复所述选择和所述分配的电路，其中所述目标调度度量的更新是基于排除了所述所选择的波束方向的报告的波束方向而确定的。
22.根据权利要求21所述的系统，
其中，被配置为迭代地重复所述选择和所述分配的所述电路被配置为基于所述目标调度度量的更新来迭代地重复所述选择和所述分配，直到所述目标调度度量的更新等于预定值或全部波束成形器被调度为止。
23.一种用于向多个移动站分配多个波束成形器的调度设备，所述调度设备包括：
用于基于所述多个移动站关于报告的波束方向集合和频率资源集合的信道质量索引(CQI)报告来确定目标调度度量的装置；
用于基于关于所述目标调度度量的优化准则来选择所述报告的波束方向集合的波束方向的装置；
用于将所述频率资源集合分配给所选择的波束方向的装置；以及
用于基于所述目标调度度量的更新来迭代地重复所述选择和所述分配的装置，其中所述目标调度度量的更新是基于排除了所述所选择的波束方向的报告的波束方向而确定的。
24.根据权利要求23所述的调度装置，包括：
用于基于所述目标调度度量的更新迭代地重复所述选择和所述分配，直到所述目标调度度量的更新等于预定值或全部波束成形器被调度为止的装置。
25.一种在其上存储有指令的计算机可读介质，所述指令在由计算机执行时使得计算机执行如权利要求10至20中任一项所述的方法。
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