CN107852216A - 用于混合波束成形的波束训练的系统和方法 - Google Patents

用于混合波束成形的波束训练的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于混合波束成形的波束训练的系统和方法。在一些实施例中，一种接收器的操作的方法包含：标识供使用混合预编码从传送器的传送来使用的多个波束索引组。该方法还包含：向传送器传递供使用混合预编码的传送来使用的波束索引组，并从传送器接收使用所述波束索引组之一的传送。在一些实施例中，每个波束索引组针对不同的传送模式。以这种方式，可改变传送模式而无需执行典型是耗时过程的波束的再训练。

Description

用于混合波束成形的波束训练的系统和方法
相关申请
此申请要求2015年5月11日提交的临时专利申请序列号61/159,725的权益，该申请的公开特此通过引用以其整体被结合于本文中。
技术领域
本公开涉及无线通信中的混合波束成形。
背景技术
基于针对60千兆赫兹(GHz)毫米波(mmW)频带的电气与电子工程师协会(IEEE)802.11ad标准的装置正在被与在低于6GHz的频率中操作的IEEE 802.11装置连同部署，以提供改进的用户体验并扩大对于无线局域网(WLAN)的市场。尽管有由IEEE 802.11ad定向多千兆比特装置所提供的增强容量，但无线LAN用途持续增长并发现需求附加容量的新应用。例如，高度合乎需要的是，用无线接口来替换其速度能远超过10千兆比特每秒(Gbps)的有线接口(诸如以太网、高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)、和显示端口)。另外，存在其它用途，诸如蜂窝卸载、无线坞站(wireless docking)、无线显示、和室外/室内无线回程。因此，存在对实质地增加IEEE 802.11ad装置的可实现吞吐量和IEEE 802.11部署的总体容量的需要，其是新IEEE 802.11ay修正的主要目标。具体地说，多输入多输出(MIMO)传送被认为是用于改进IEEE 802.11ad的数据吞吐量的IEEE 802.11ay中的关键技术。
在一些实例中，mmW通信系统(例如，IEEE 802.11ad)正通过高数量的天线和非常有限数量的模拟射频(RF)链进行操作。使用大数量的天线来扩展通信范围以用于弥补高路径损耗，同时设计了较少的模拟RF链以降低传送、处理功率以及硬件复杂性。由于有限数量的RF链，在基带(BB)频率的数字信号处理器不能将单独的快改变预编码权重或天线权重应用于每个天线元件来实现在传送器用于MIMO传送的常规全数字预编码或在接收器的常规全数字相干组合。转而，仅能将慢改变相位移动应用于在RF前端的每个单独天线元件，以朝对于每个RF链的期望方向来导引(steer)波束。此类慢波束导引机制通常被称为模拟波束成形(BF)。另一方面，数字处理器能在BB将快改变预编码权重应用于每个RF链。每RF链的此类预编码权重的应用被称为基带预编码。模拟BF和基带预编码的组合通常被叫做混合波束成形。
在任何通信在两个装置之间开始之前，装置需要朝彼此对准它们的波束指向角。因此需要用于标识最佳波束角对(传送波束和接收波束)的高效搜索过程。这个过程被叫做波束训练，其典型地由于要对传送和接收波束方向的众多可能的不同组合进行粗略扫描而花费相当大量的时间来完成。由于单个流的传送，波束选择判据是清晰的，即，找到用于最大化接收信号功率的波束对。然而，在IEEE 802.11ay(IEEE 802.11ad的增强版本)中，将使用混合预编码来将若干数据流一起复用，从而改进吞吐量。因此，当前波束选择判据(即，最大化接收功率)不再是最优的。
因此，存在对于适合于混合预编码(特别是对于多个流或不同传送模式)的波束训练协议的需要。
发明内容
公开了用于混合波束成形的波束训练的系统和方法。在一些实施例中，接收器的操作的方法包含：标识供使用混合预编码从传送器的传送来使用的多个波束索引组。所述方法还包含：向传送器传递所述波束索引组以供使用混合预编码的传送来使用，并从所述传送器接收使用所述波束索引组之一的传送。在一些实施例中，每个波束索引组针对不同的传送模式。用这种方式，可改变传送模式而无需执行典型是耗时过程的波束的再训练。
在一些实施例中，对于每个传送模式来标识波束索引组包括：对于每个传送模式来标识最优化对于该传送模式的预先定义的性能度量的波束索引组。
在一些实施例中，所述接收器从所述传送器接收所述传送模式的指示。在一些实施例中，所述传送模式包括预先定义的传送模式。
在一些实施例中，所述传送模式包括多输入多输出(MIMO)传送模式。在一些实施例中，所述MIMO传送模式包括使用不同空间-时间-码以用于分集传送的一个或更多MIMO传送模式。在一些实施例中，所述MIMO传送模式包括使用用于进行空间复用的不同数量的流的一个或更多MIMO传送模式。
在一些实施例中，供使用混合预编码从所述传送器的所述传送来使用的所述波束索引组包括对于与所述传送器关联的天线的波束索引组。在一些实施例中，供使用混合预编码从所述传送器的传送来使用的所述波束索引组包括对于与所述接收器关联的所述天线的波束索引组。
在一些实施例中，标识所述波束索引组还包括标识与对于所述波束索引组中的每个波束索引组的所述预先定义的性能度量对应的值，以及向所述传送器传递所述波束索引组还包括向所述传送器传递与对于所述波束索引组中的一个或更多波束索引组的所述预先定义的性能度量对应的值。
在一些实施例中，所述预先定义的性能度量中的至少一个是对于所述传送模式的信号强度的指示。在一些实施例中，所述预先定义的性能度量中的至少一个是对于所述传送模式的数据吞吐量的指示。在一些实施例中，所述传送器和所述接收器使用毫米波技术进行操作。在一些实施例中，所述传送器和所述接收器根据IEEE 802.11ay标准进行操作。
在一些实施例中，一种传送器的操作的方法包括：获得供使用混合预编码向接收器的传送来使用的多个波束索引组；选择供使用混合预编码向所述接收器的传送来使用的所述波束索引组之一；以及向所述接收器传送使用所述波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
在一些实施例中，所述方法还包括：向所述接收器指示多个传送模式，其中获得所述波束索引组包括获得对于一个或更多传送模式的波束索引组。
在一些实施例中，对于每个传送模式的所述波束索引组最优化对于该传送模式的预先定义的性能度量。在一些实施例中，所述传送模式包括MIMO传送模式。在一些实施例中，所述MIMO传送模式包括使用不同空间-时间-码以用于分集传送的一个或更多MIMO传送模式。在一些实施例中，所述MIMO传送模式包括使用用于进行空间复用的不同数量的流的一个或更多MIMO传送模式。
在一些实施例中，供使用混合预编码从所述传送器的传送来使用的所述波束索引组包括对于与所述传送器关联的天线的波束索引组。在一些实施例中，供使用混合预编码从所述传送器的传送来使用的所述波束索引组包括对于与所述接收器关联的天线的波束索引组。
在一些实施例中，获得所述波束索引组还包括：获得与对于所述波束索引组中的一个或更多波束索引组的所述预先定义的性能度量对应的值。在一些实施例中，所述预先定义的性能度量是对于所述传送模式的信号强度的指示。在一些实施例中，所述预先定义的性能度量是对于所述传送模式的数据吞吐量的指示。
在一些实施例中，所述方法还包括确定改变用于到所述接收器的传送的传送模式。基于所述传送模式中的所述改变，所述方法包括选择供使用混合预编码向所述接收器的所述传送来使用的所述波束索引组中的不同一个波束索引组；以及向所述接收器传送使用所述波束索引组中那个不同的被选择波束索引组的传送。
在一些实施例中，所述方法还包括获得供使用混合预编码向第二接收器的传送来使用的第二波束索引组。所述方法还包括选择供使用混合预编码向所述第二接收器的传送来使用的所述第二波束索引组之一；以及在向所述接收器传送所述传送的同时，向所述第二接收器传送使用所述第二波束索引组中被选择的那个波束索引组的第二传送。
在一些实施例中，选择所述波束索引组中的一个波束索引组和选择所述第二波束索引组中的一个波束索引组包括：选择供到所述接收器的传送来使用的所述波束索引组中的所述一个波束索引组和选择供到所述第二接收器的传送来使用的所述第二波束索引组中的所述一个波束索引组，以便最优化到所述接收器和所述第二接收器的组合数据吞吐量。
在一些实施例中，所述传送器和所述接收器使用毫米波技术进行操作。在一些实施例中，所述传送器和所述接收器根据IEEE 802.11ay标准进行操作。
在一些实施例中，一种接收器包括多个天线和电路。所述电路配置成：标识供使用混合预编码从传送器的传送来使用的多个波束索引组；向所述传送器传递供使用混合预编码的传送来使用的所述波束索引组；以及从所述传送器接收使用所述波束索引组之一的传送。
在一些实施例中，一种传送器包括多个天线和电路。所述电路配置成：获得供使用混合预编码向接收器的传送来使用的多个波束索引组；选择供使用混合预编码向接收器的传送来使用的所述波束索引组之一；以及向所述接收器传送使用所述波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
在一些实施例中，一种接收器适应于：标识供使用混合预编码从传送器的传送来使用的多个波束索引组；向所述传送器传递供使用混合预编码的传送来使用的所述波束索引组；以及从所述传送器接收使用所述波束索引组之一的传送。在一些实施例中，所述接收器适应于执行前述实施例中任何实施例的方法。
在一些实施例中，一种计算机程序包括指令，所述指令当在至少一个处理器上执行时促使所述至少一个处理器实行前述实施例中任何实施例的方法。
在一些实施例中，一种载体包含计算机程序，其中所述载体是电子信号、光信号、无线电信号、或计算机可读存储介质之一。
在一些实施例中，一种传送器适应于：获得供使用混合预编码向接收器的传送来使用的多个波束索引组；选择供使用混合预编码向接收器的传送来使用的所述波束索引组之一；以及向所述接收器传送使用所述波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。在一些实施例中，所述接收器适应于执行前述实施例中任何实施例的方法。
在一些实施例中，一种计算机程序包括指令，所述指令当在至少一个处理器上执行时促使所述至少一个处理器实行根据前述实施例中任何实施例的方法。
在一些实施例中，一种载体包含计算机程序，其中所述载体是电子信号、光信号、无线电信号、或计算机可读存储介质之一。
在一些实施例中，一种接收器包括：波束索引标识调整模块，其可操作以标识供使用混合预编码从传送器的传送来使用的多个波束索引组；以及通信模块，其可操作以向所述传送器传递供使用混合预编码的传送来使用的所述波束索引组，并从所述传送器接收使用所述波束索引组之一的传送。
在一些实施例中，一种传送器包括：波束索引模块，其可操作以获得供使用混合预编码向接收器的传送来使用的多个波束索引组，并选择供使用混合预编码向所述接收器的传送来使用的所述波束索引组之一；以及通信模块，其可操作以向所述接收器传送使用所述波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
在一些实施例中，一种非暂态计算机可读介质存储软件指令，所述软件指令当由接收器的处理器来执行时促使所述接收器：标识供使用混合预编码从传送器的传送来使用的多个波束索引组；向所述传送器传递供使用混合预编码从所述传送器的传送来使用的所述波束索引组；以及从所述传送器接收使用所述波束索引组之一的传送。
在一些实施例中，一种非暂态计算机可读介质存储软件指令，所述软件指令当由传送器的处理器来执行时促使所述传送器：获得供使用混合预编码向接收器的传送来使用的多个波束索引组；选择供使用混合预编码向所述接收器的传送来使用的所述波束索引组之一；以及向所述接收器传送使用所述波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
本领域中那些技术人员在联系随附绘图来阅读实施例的如下详细描述之后，将领会到本公开的范畴并意识到其附加方面。
附图说明
合并到此说明书中并形成其一部分的随附绘图示出了本公开的若干方面，并与描述一起用来解释本公开的原理。
图1示出了根据本公开的一些实施例的带有多个无线装置和网络节点的无线通信网络；
图2是根据本公开的一些实施例的采用混合波束成形的传送器和接收器的示意图；
图3示出了根据本公开的一些实施例的用于对传送器与接收器之间的通信进行仿真的天线配置和室内环境；
图4示出了根据本公开的一些实施例的混合预编码的可实现数据速率；
图5示出了根据本公开的一些实施例的用于标识和传递供传送使用的波束索引组的过程；
图6示出了根据本公开的一些实施例的用于接收和使用供传送使用的波束索引组的过程；
图7示出了根据本公开的一些实施例的用于接收和使用对于不同多输入多输出(MIMO)传送模式的波束索引组的过程；
图8是根据本公开的一些实施例的传送器的简图；
图9是根据本公开的一些实施例的接收器的简图；
图10是根据本公开的一些实施例的包含模块的接收器的简图；以及
图11是根据本公开的一些实施例的包含模块的传送器的简图。
具体实施方式
下面阐述的实施例表示用于使得本领域中那些技术人员能够实践实施例的信息，并示出了实践实施例的最佳模式。在根据随附绘图阅读如下描述时，本领域中那些技术人员将理解本公开的概念，并将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应该理解的是，这些概念和应用落入本公开和随附权利要求的范畴内。
图1示出了根据本公开的一些实施例的带有传送器12和多个接收器14-1和14-2的无线通信网络10。在本文中的一些实施例中，接收器14-1和14-2(有时在本文中称为接收器14(receiver 14和receivers 14))是无线装置，并且传送器12是网络节点。虽然术语传送器和接收器可看起来像单向通信，但本公开不限于此。事实上，传送器12还可从接收器14接收通信。因此，本文中有关传送器12的任何讨论可同样地可应用于接收器14，并且反之亦然。
值得注意的是，本文中的多数讨论都集中在其中无线通信网络10是针对60千兆赫兹(GHz)毫米波(mmW)网络的电气与电子工程师协会(IEEE)802.11ay标准的实施例上。因此，本文中经常使用IEEE术语。然而，虽然本文中所描述的实施例集中在IEEE 802.11ay上，但本文中所公开的实施例和概念可被用在任何适合类型的现有或未来的无线通信网络(包含例如第三代(3G)网络(例如通用移动电信系统(UMTS))、第四代(4G)网络(全球微波接入互操作性(WiMAX)、长期演进(LTE)、长期演进高级(LTE-A))、第五代(5G)或其它未来的网络)中。
在图1中，示出传送器12服务第一接收器14-1和第二接收器14-2。在此示例中，接收器14-1在来自传送器12的传送边界上或在该传送边界的附近。因此，接收器14-1可能够通过使用波束成形与传送器12通信来获得更好的信号。
如上面所讨论的，在一些实例中，无线通信网络10(例如，IEEE802.11ad或IEEE802.11ay)正通过高数量的天线和非常有限数量的模拟射频(RF)链进行操作。使用大数量的天线来扩展通信范围以用于弥补高路径损耗，同时设计了较少的模拟RF链以降低传送、处理功率以及硬件复杂性。由于有限数量的RF链，在基带(BB)频率的数字信号处理器不能将单独的快改变预编码权重或天线权重应用于每个天线元件来实现在传送器用于MIMO传送的常规全数字预编码或在接收器的常规全数字相干组合。转而，仅能将慢改变相位移动应用于在RF前端的每个单独天线元件，以朝对于每个RF链的期望方向来导引波束。此类慢波束导引机制通常被称为模拟波束成形(BF)。另一方面，数字处理器能在BB将快改变预编码权重应用于每个RF链。每RF链的此类预编码权重的应用被称为基带预编码。模拟BF和基带预编码的组合通常被叫做混合波束成形。
图2是根据本公开的一些实施例的采用混合波束成形的传送器12和接收器14的示意图。如所示出的，传送器12包含BB处理模块16，BB处理模块16连接到多个RF链18-1到18-N。每个RF链18包含一个或更多天线20-1到20-N。接收器14类似地包含BB处理模块22，BB处理模块22连接到多个RF链24-1到24-N。每个RF链24包含一个或更多天线26-1到26-N。
如上面所讨论的，能将慢改变相位移动应用于在RF前端的每个单独天线元件20、26，以朝对于每个RF链18、24的期望方向来导引波束。潜在波束方向的示例被示出为拉长的椭圆形。加暗的椭圆形指示对于该具体RF链18、24的天线的当前波束方向。物理信道和模拟波束成形器的串接(concatenation)形成BB 16与BB 22之间的有效合成信道，如由H所标示的。
在任何通信在两个装置(诸如传送器12与接收器14)之间开始之前，装置需要朝彼此对准它们的波束指向角。因此需要用于标识最佳波束角对(传送波束和接收波束)的高效搜索过程。这个过程被叫做波束训练，其典型地由于要对传送和接收波束方向的众多可能的不同组合进行粗略扫描而花费相当大量的时间来完成。由于单个流的传送，波束选择判据对于IEEE 802.11ad是清晰的，即，找到用于最大化接收信号功率的波束对。然而，在IEEE802.11ay(IEEE 802.11ad的增强版本)中，使用混合预编码来将若干数据流一起复用，从而改进数据吞吐量。因此，当前波束选择判据(即，最大化接收功率)不再是最优的，并且存在对于适合于混合预编码(特别是对于多个流或不同传送模式)的波束训练协议的需要。
而且，在IEEE 802.11ay中，预期具有用来从其中进行选择的各种不同MIMO传送模式(诸如空间复用、空间-时间码，等等)。采用最大化接收器功率的相同判据来找到波束对可能不再是最优的。此外，最优波束对能根据MIMO模式(甚至只是对于在进行空间复用中不同数量的流)而不同。
作为上述情形的示例，图3示出了根据本公开的一些实施例的用于对传送器12与接收器14之间的通信进行仿真的天线配置和室内环境。在此示例中，示出了工作室公寓房间规划，其中传送器12示出为Tx，并且接收器14示出为Rx。如所示出的，传送器12和接收器14均包含能被指向在各种方向中以分别进行传送和接收的多个天线。
图3的左侧示出了对于传送器12的五个不同传送波束方向。图3的右侧示出了基于不同波束方向的到接收器14的可能路径。一些方向甚至不会导致信号在接收器14被接收。其它波束方向导致在被反射离开诸如墙壁的表面之后的接收。确定最佳波束方向能大大增加数据吞吐量。
图4示出了根据本公开的一些实施例的混合预编码的可实现数据速率。确切地说，图4示出了图3中所示出的室内环境中的mmW通信的一些仿真结果。如图4中所示出的，将对于2个流的空间复用所最优选择的波束用于1个流的传送引发了有效传送功率中的显著损耗并因此引发了信号与噪声比(SNR)中的显著损耗。因此，对于一种MIMO模式的最佳波束方向组能对于另一MIMO模式远不是最优的。由于波束训练典型地耗用许多时间和无线电资源来完成，因此每当改变MIMO模式便再训练波束方向能引起不期望的服务中断。
根据本文中所描述的一些实施例，在波束训练过程期间，能使用不同性能度量来标识对于模拟波束成形器的多个波束索引组，每组针对一种可能的MIMO传送模式。所述多个组然后被反馈到传送器12，使得传送器12能在不同传送模式(诸如不同数量的进行空间复用的数据流、不同的空间-时间编码方案、等等)之间切换，而不用执行通常是耗时过程的波束的再训练。
在一些实施例中，波束索引组是波束索引的有序元组。作为示例，相比指示(5，7)(即，“对于传送天线阵列号1使用波束号5，并对于传送天线阵列号2使用波束号7”)的波束索引组，指示(7，5)(即，“对于传送天线阵列号1使用波束号7，并对于传送天线阵列号2使用波束号5”)的波束索引组是不同的。而且，在一些实施例中，波束索引中的一个或更多波束索引可以是NULL波束索引，以指示特定传送天线阵列不应被使用。例如，指示(NULL，5)可意味着“不从天线阵列号1进行传送，仅从传送天线阵列号2进行传送，并且在该阵列上使用波束号5”。NULL波束索引可取决于实现以各种方式来被指示。
可能的MIMO传送模式的列表(对于其，接收器应标识对于模拟波束成形器的最优波束索引组)能在波束训练过程之前由传送器来显式传递、由设置用于波束训练的参数隐式暗示、或者在标准中预先定义。因此，图5示出了根据本公开的一些实施例的用于标识和传递供传送使用的波束索引组的过程。首先，接收器14标识供使用混合预编码的传送来使用的多个波束索引组(步骤100)。在一些实施例中，每个波束索引组针对不同传送模式，诸如MIMO传送模式。接收器14可从传送器接收可能的传送模式的指示，或可已经具有可能来自某一标准规范的一组预先定义传送模式。
在一些实施例中，标识所述多个组包含对于每个传送模式(或传送模式的某一子集)标识波束索引组，该波束索引组最优化对于该传送模式的预先定义的性能度量。该度量可包含SNR值、数据吞吐量、或某一其它适合度量。
接收器14然后向传送器12传递供使用混合预编码的传送来使用的波束索引组(步骤102)。在一些实施例中，此传递还可包含向传送器12传递与对于所述波束索引组中的一个或更多波束索引组的预先定义的性能度量对应的值。
如下面更详细描述的，传送器12可选择这些波束索引组之一来用于向接收器14进行传送。作为结果，接收器14从传送器12接收使用所述波束索引组之一的传送(步骤104)。
类似地，根据本文中所描述的其它实施例，传送器12可从两个或更多接收器14接收用于可能的MIMO传送模式的列表的多个波束索引组以及关联的性能度量。基于这些波束索引组，传送器12能使用相同无线电资源来同时执行到这些接收器14的多用户MIMO(MU-MIMO)传送。知道来自不同接收器14的多个波束索引组允许传送器为每个接收器选择最佳MIMO传送模式，以便最大化总数据吞吐量或谱效率。
因此，图6示出了根据本公开的一些实施例的用于接收和使用供传送使用的波束索引组的过程。传送器12从接收器14接收供使用混合预编码的传送来使用的多个波束索引组(步骤200)。在一些实施例中，波束索引组包含对于与传送器12关联的天线的波束索引、和/或对于与接收器14关联的天线的波束索引。
传送器12然后向接收器14传送使用选择的波束索引组的传送(步骤202)。该波束索引组能以若干方式来被选择。例如，传送器12可基于某一预先定义度量来选择最佳组。如果所述多个组对应于不同传送模式，则传送器12可选择针对为该传送选择的特定传送模式所指示的波束索引组。在一些实施例中，传送器12还可向接收器14指示其选择了哪种传送模式，使得接收器14立刻知道对于即将到来的实际传送它应在哪些波束上进行侦听。
而且，如果所述组包含了对于与波束索引组关联的预先定义的度量的值，则传送器12可能够做出更明智的决策。例如，图1的所述两个接收器14-1和14-2可报告对于不同MIMO传送模式的多个波束索引，所述不同MIMO传送模式使用用于进行空间复用的不同数量的流。在此情况中，对于所述两个接收器14-1和14-2的预先定义的度量的值可以是非常不同的。传送器可确定，使用单个流通过空间复用传送到接收器14-1和使用多个流通过空间复用传送到接收器14-2可最大化总体数据吞吐量。虽然这个示例仅使用两个接收器14，但当前公开不限于此。传送器12一般可对于多个接收器14做出类似决策。而且，虽然这个示例最大化总体数据吞吐量，但能使用任一其它度量。例如，传送器12可尝试最大化接收器之间的“公平性”，例如通过尝试最大化“最差接收器”的数据吞吐量，而不是尝试最大化总数据吞吐量。而且，度量可以是除了数据吞吐量外的某一度量，并能是此公开中在别处所提及的任何预先定义的度量或任何适合度量。
图6还示出传送器12可以可选地确定使用不同波束索引组来向接收器14进行传送(步骤204)；例如，如果确定将传送从一种传送模式改变到不同的传送模式的话。之前，此类改变将需要新一轮的波束训练来确定对于新传送模式的最佳波束方向。通过已经具有多个波束索引组，传送器12能够快速改变到最佳波束索引，从而节省时间并增加吞吐量。
例如，本文中所描述的一些实施例允许传送器12在不经历波束再训练的情况下切换带有最优模拟波束方向组的MIMO传送模式。例如，当接收器14检测到由于在其附近中的干扰等级的增加而引起的降级的信号与干扰加噪声比(SINR)时，它可向传送器12快速指示MIMO模式的优选改变(例如数据流的数量中的减少)，并且传送器12能然后根据新MIMO模式来切换到新的波束方向组。这允许传送器12与接收器14之间的通信被保持在可能的最高数据速率。
如上面所讨论的，确定对于给定的传送模式的最优波束索引组可比简单地最大化在接收器14的接收功率更复杂。考虑配备有LT个传送天线阵列的传送器12和配备有LR个天线阵列的接收器。对于i＝1，2，...，LT，令nT，i是第i个传送天线阵列中天线的数量，并对于j＝1，2，...，LR，令nR，j是第j个接收天线阵列中天线的数量。图2示出了其中LT＝LR＝2的特殊情况。令Gij标示从第j个传送天线阵列到第i个接收天线阵列的MIMO信道。令：
标示从所有传送阵列到所有接收阵列的乘全MIMO信道响应，其中nT和nR分别标示传送和接收天线的数量。
令和分别是对于第k个传送和第l个接收天线阵列的波束或波束方向的码本，其中BT，k和BR，l分别标示码本CT，k和CR，l中的波束(或波束方向)的数量。每个传送波束是nT，k乘1(列)的波束成形权重向量，并且每个接收波束是nR，l乘1(列)的波束成形权重向量。对于为第k个传送天线阵列所选择的CT，k中的波束的给定索引ik和为第l个接收天线阵列所选择的CR，l中的波束的给定索引jl，基带信号处理器看到由下式所给出的合成有效MIMO信道响应：
H(i，j)≡pR(j)HGpT(i)
其中并且并且其中
以及
分别是所有传送和接收天线阵列上的合成传送和接收波束。
对于MIMO模式特定波束选择，令是由传送器12所潜在使用的多个MIMO传送模式的集合，其被假定成被传送器12和接收器14两者通过在先通信或者通过预先定义的标准而得知。例如，这些MIMO模式可指示在进行空间复用中使用的不同最大数量的流或在分集传送中使用的不同空间-时间-码(或线性分散码)。对于每种MIMO模式m∈，令μm(i，j)标示适合于测量当MIMO模式m被与波束索引组(i，j)使用时的性能的对应度量。
本文中所描述的实施例提议使用接收器14来基于对应性能度量μm(i，j)根据下式在波束训练过程期间标识对于每个m∈的最优波束索引组
并然后向传送器12反馈最优传送波束索引组可选地，接收器14可还向传送器12反馈最优接收波束索引组连同还有所得的最优性能度量的值。基于此类反馈，传送器12能在中从一种MIMO模式快速切换到另一种MIMO模式而不用对波束进行再训练。
例如，假设表示用于进行空间复用的不同最大数量的MIMO数据流，并且令∈标示要由传送器在正交频分多址(OFDMA)系统中的Nf个频率副载波上进行发送的最大数量的MIMO数据流。性能度量μm可以是在所有传送天线阵列上的某一总功率约束下在Nf个频率上的最佳可实现的合计吞吐量，其被定义如下：
受制于：
且秩(Φf)≤ns，最大。
备选地，如果表示对于分集传送的不同最大数量的MIMO数据流，则性能度量μm可由下式给出：
μm(i，j)≡sup{C＞0：Pr(logdet(I+H(i，j)ΦfH(i，j)H)≤C)≤ε}
受制于：
且秩(Φf)≤ns，最大。
图7示出了根据本公开的一些实施例的用于接收和使用对于不同MIMO传送模式的波束索引组的过程。首先，传送器12可选地向接收器14指示可能MIMO模式的集合(步骤300)。接收器14标识对于使用预先定义的性能度量的每个MIMO模式的最佳波束索引组(步骤302)。虽然在此示例中，仅标识最佳波束索引组，但在一些实施例中，对于一种或更多种传送模式可标识多个波束索引组。例如，对于给定传送模式，接收器14可标识预先定义数量的波束索引组(例如，前三波束索引组)而不只是最佳组。或者，接收器14可标识满足某一阈值(诸如预先定义的度量的阈值)的波束索引组。在一些实施例中，当指示这些组时，接收器14能选择还包含这些组的排序、或与每个组关联的度量值、等等。
接收器14向传送器12反馈多个波束索引组(每个针对一个MIMO模式)(步骤304)。传送器12接收所述多个波束索引组，并根据其对MIMO传送模式的选择来确定要使用哪个组(步骤306)。
如上面所讨论的，传送器12可从传送器12正同时服务的两个或更多接收器14中的每个接收器来接收多个波束索引组和可能关联的和在此情况中，基于所接收的信息和传送器12能为每个接收器14确定最大化某一汇总性能度量(诸如所有接收器14上的合计吞吐量)的不同传送模式。
图8是根据本公开的一些实施例的传送器12的简图。在一些实施例中，传送器12可以是基站，诸如eNodeB。在其它实施例中，传送器12可以是无线局域网(WLAN)接入点(AP)。在一些实施例中，传送器12在使用混合预编码进行通信，并在使用mmW技术，诸如IEEE802.11ay标准。
在一些实施例中，传送器12包含含有指令的电路，所述指令当被执行时促使传送器12实现本文中所描述的方法和功能性。在一个示例中，电路能采用可包含含有指令的存储器和处理器的处理部件的形式。如所示出的，传送器12包含包含至少一个处理器30和存储器32的基带单元28。基带单元28还包含网络接口34。如所示出的，传送器12还包含带有一个或更多传送器38、一个或更多接收器40、和一个或更多天线42的至少一个无线电单元36。在一些实施例中，传送器12或相对于本文中所描述的实施例中的任何一个实施例所描述的传送器12的功能性在例如被存储在存储器32中并由处理器30来执行的软件中被实现。网络接口34可包含将传送器12连接到其它系统的一个或更多组件(例如，网络接口卡)。
在一些实施例中，提供了包含指令的计算机程序，所述指令当由所述至少一个处理器30来执行时促使所述至少一个处理器30实行根据本文中所描述的实施例中的任何一个实施例的传送器12的功能性。在一些实施例中，提供了含有上面所提及的计算机程序产品的载体。该载体是电子信号、光信号、无线电信号、或计算机可读存储介质(例如，非暂态计算机可读介质，诸如存储器32)之一。
图9是根据本公开的一些实施例的接收器14的简图。在一些实施例中，接收器14可以是无线装置，诸如用户装备(UE)。在其它实施例中，接收器14可以是WLAN站或客户端。在一些实施例中，接收器14在使用混合预编码进行通信，并在使用mmW技术，诸如IEEE802.11ay标准。
如所示出的，接收器14包含至少一个处理器48和存储器50。接收器14还包含带有一个或更多传送器54、一个或更多接收器56、和一个或更多天线58的收发器52。在一些实施例中，接收器14或相对于本文中所描述的实施例中的任何一个实施例所描述的接收器14的功能性在例如被存储在存储器50中并由处理器48来执行的软件中被实现。收发器52使用所述一个或更多天线58来传送和接收信号，并可包含将接收器14连接到其它系统的一个或更多组件。
在一些实施例中，提供了包含指令的计算机程序，所述指令当由所述至少一个处理器48来执行时促使所述至少一个处理器48实行根据本文中所描述的实施例中的任何一个实施例的接收器14的功能性。在一些实施例中，提供了含有上面所提及的计算机程序产品的载体。该载体是电子信号、光信号、无线电信号、或计算机可读存储介质(例如，非暂态计算机可读介质，诸如存储器50)之一。
图10是根据本公开的一些实施例的包含波束索引标识调整模块60和通信模块62的接收器14的简图。波束索引标识调整模块60和通信模块62在软件中被各自实现，所述软件当由接收器14的处理器来执行时促使接收器14根据本文中所描述的实施例中的一个实施例来操作。波束索引标识调整模块60操作以标识供使用混合预编码从传送器12的传送来使用的多个波束索引组，如上所述。通信模块62操作以向传送器12传递供使用混合预编码的传送来使用的波束索引组，并从传送器12接收使用所述波束索引组之一的传送，如上所述。
图11是根据本公开的一些实施例的包含波束索引模块64和通信模块66的传送器12的简图。波束索引模块64和通信模块66在软件中被各自实现，所述软件当由传送器12的处理器来执行时促使传送器12根据本文中所描述的实施例中的一个实施例来操作。波束索引模块64操作以获得供使用混合预编码向接收器14的传送来使用的多个波束索引组，并选择供使用混合预编码向接收器14的传送来使用的所述波束索引组之一，如上所述。通信模块66操作以向接收器14传送使用所述波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送，如上所述。
虽然图中的过程可示出由本发明的某些实施例所执行的操作的特定顺序，但应理解的是，此类顺序是示范性的(例如，备选实施例可以不同顺序来执行操作、组合某些操作、交叠某些操作、等等)。
虽然本发明已根据若干实施例被描述，但本领域中那些技术人员将认识到，当前公开不限于所描述的实施例，而是能通过在随附权利要求的精神和范畴内的修改和变更来被实践。描述因此要被视为是说明性的而不是限制性的。
此公开通篇中使用以下首字母缩略词。
·3G 第三代
·3GPP 第三代合作伙伴项目
·4G 第四代
·5G 第五代
·BB 基带
·BF 波束成形
·eNode B 增强节点B
·Gbps 千兆比特每秒
·GHz 千兆赫兹
·HDMI 高清晰度多媒体接口
·IEEE 电气与电子工程师协会
·LTE 长期演进
·LTE-A 长期演进-高级
·MIMO 多输入多输出
·mmW 毫米波
·MU-MIMO 多用户MIMO
·RF 射频
·SINR 信号与干扰加噪声比
·SNR 信号与噪声比
·UE 用户装备
·UMTS 通用移动电信系统
·USB 通用串行总线
·WiMAX 全球微波接入互操作性
·WLAN 无线局域网
本领域中那些技术人员将认识到对本公开的实施例的改进和修改。所有此类改进和修改都被认为在本文中所公开的概念和随附的权利要求的范畴内。

Claims (47)

1.一种接收器(14)的操作的方法，包括：
标识(100)供使用混合预编码从传送器(12)的传送来使用的多个波束索引组；
向所述传送器(12)传递(102)供使用混合预编码的传送来使用的所述多个波束索引组；以及
从所述传送器(12)接收(104)使用所述多个波束索引组之一的传送。
2.如权利要求1所述的方法，其中标识所述多个波束索引组包括：对于多个传送模式中的每个传送模式来标识波束索引组。
3.如权利要求2所述的方法，其中对于每个传送模式来标识波束索引组包括：对于每个传送模式来标识最优化对于该传送模式的预先定义的性能度量的波束索引组。
4.如权利要求2到3中任一项所述的方法，进一步包括：从所述传送器(12)接收所述多个传送模式的指示。
5.如权利要求2到3中任一项所述的方法，其中所述多个传送模式包括多个预先定义的传送模式。
6.如权利要求2到5中任一项所述的方法，其中所述多个传送模式包括多个多输入多输出MIMO传送模式。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述多个MIMO传送模式包括使用不同空间-时间-码以用于分集传送的一个或更多MIMO传送模式。
8.如权利要求6到7中任一项所述的方法，其中所述多个MIMO传送模式包括使用用于进行空间复用的不同数量的流的一个或更多MIMO传送模式。
9.如权利要求1到8中任一项所述的方法，其中供使用混合预编码从所述传送器(12)的所述传送来使用的所述多个波束索引组包括对于与所述传送器(12)关联的多个天线的多个波束索引组。
10.如权利要求1到9中任一项所述的方法，其中供使用混合预编码从所述传送器(12)的传送来使用的所述多个波束索引组包括对于与所述接收器(14)关联的所述多个天线(26)的多个波束索引组。
11.如权利要求1所述的方法，其中标识所述多个波束索引组包括：对于多个传送模式中的每个传送模式来标识一个或更多波束索引组。
12.如权利要求3到11中任一项所述的方法，其中：
标识所述多个波束索引组进一步包括：标识与对于所述多个波束索引组中的每个波束索引组的所述预先定义的性能度量对应的多个值；以及
向所述传送器(12)传递所述多个波束索引组进一步包括：向所述传送器(12)传递与对于所述多个波束索引组中的一个或更多波束索引组的所述预先定义的性能度量对应的值。
13.如权利要求3到11中任一项所述的方法，其中所述预先定义的性能度量中的至少一个是对于所述传送模式的信号强度的指示。
14.如权利要求3到13中任一项所述的方法，其中所述预先定义的性能度量中的至少一个是对于所述传送模式的数据吞吐量的指示。
15.如权利要求1到14中任一项所述的方法，其中所述传送器(12)和所述接收器(14)使用毫米波技术进行操作。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述传送器(12)和所述接收器(14)根据IEEE802.11ay标准进行操作。
17.一种传送器(12)的操作的方法，包括：
获得(200)供使用混合预编码向接收器(14)的传送来使用的多个波束索引组；
选择供使用混合预编码向所述接收器(14)的传送来使用的所述多个波束索引组之一；以及
向所述接收器(14)传送(202)使用所述多个波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：向所述接收器(14)指示多个传送模式，其中获得所述多个波束索引组包括：获得对于指示的所述多个传送模式中的一个或更多传送模式的波束索引组。
19.如权利要求18所述的方法，其中对于每个传送模式的所述波束索引组最优化对于该传送模式的预先定义的性能度量。
20.如权利要求18到19中任一项所述的方法，其中所述多个传送模式包括多个多输入多输出MIMO传送模式。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述多个MIMO传送模式包括使用不同空间-时间-码以用于分集传送的一个或更多MIMO传送模式。
22.如权利要求20到21中任一项所述的方法，其中所述多个MIMO传送模式包括使用用于进行空间复用的不同数量的流的一个或更多MIMO传送模式。
23.如权利要求17到22中任一项所述的方法，其中供使用混合预编码从所述传送器(12)的传送来使用的所述多个波束索引组包括对于与所述传送器(12)关联的多个天线(20)的多个波束索引组。
24.如权利要求17到23中任一项所述的方法，其中供使用混合预编码从所述传送器(12)的传送来使用的所述多个波束索引组包括对于与所述接收器(14)关联的多个天线(26)的多个波束索引组。
25.如权利要求17到24中任一项所述的方法，其中：
获得所述多个波束索引组进一步包括：获得与对于所述多个波束索引组中的一个或更多波束索引组的所述预先定义的性能度量对应的值。
26.如权利要求19到25中任一项所述的方法，其中所述预先定义的性能度量中的至少一个是对于所述传送模式的信号强度的指示。
27.如权利要求19到26中任一项所述的方法，其中所述预先定义的性能度量中的至少一个是对于所述传送模式的数据吞吐量的指示。
28.如权利要求17到27中任一项所述的方法，进一步包括：
确定(204)改变用于到所述接收器(14)的传送的传送模式：
基于所述传送模式中的所述改变，选择供使用混合预编码向所述接收器(14)的所述传送来使用的所述多个波束索引组中的不同一个波束索引组；以及
向所述接收器(14)传送使用所述多个波束索引组中那个不同的被选择波束索引组的传送。
29.如权利要求17到27中任一项所述的方法，进一步包括：
获得供使用混合预编码向第二接收器(14)的传送来使用的第二多个波束索引组；
选择供使用混合预编码向所述第二接收器(14)的传送来使用的所述第二多个波束索引组之一；以及
在向所述接收器(14)传送所述传送的同时，向所述第二接收器(14)传送使用所述第二多个波束索引组中被选择的那个波束索引组的第二传送。
30.如权利要求29所述的方法，其中选择所述多个波束索引组中的一个波束索引组和选择所述第二多个波束索引组中的一个波束索引组包括：
选择供到所述接收器(14)的传送来使用的所述多个波束索引组中的所述一个波束索引组和选择供到所述第二接收器(14)的传送来使用的所述第二多个波束索引组中的所述一个波束索引组，以便最优化到所述接收器(14)和所述第二接收器(14)的组合数据吞吐量。
31.如权利要求17到27中任一项所述的方法，其中所述传送器(12)和所述接收器(14)使用毫米波技术进行操作。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述传送器(12)和所述接收器(14)根据IEEE802.11ay标准进行操作。
33.一种使用混合预编码的传送器(12)和接收器(14)的操作的方法，包括：
由所述接收器(14)来标识供使用混合预编码从所述传送器(12)的传送来使用的多个波束索引组；
由所述接收器(14)向所述传送器(12)传递供使用混合预编码的传送来使用的所述多个波束索引组；
由所述传送器(12)来获得供使用混合预编码向所述接收器(14)的传送来使用的所述多个波束索引组；
由所述传送器(12)来选择供使用混合预编码向接收器(14)的传送来使用的所述多个波束索引组之一；
由所述传送器(12)向所述接收器(14)传送使用所述多个波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送；以及
由所述接收器(14)从所述传送器(12)接收使用所述多个波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
34.一种接收器(14)，包括：
多个天线(26)；以及
电路，所述电路配置成：
标识供使用混合预编码从传送器(12)的传送来使用的多个波束索引组；
向所述传送器(12)传递供使用混合预编码的传送来使用的所述多个波束索引组；以及
从所述传送器(12)接收使用所述多个波束索引组之一的传送。
35.一种传送器(12)，包括：
多个天线(20)；以及
电路，所述电路配置成：
获得供使用混合预编码向接收器(14)的传送来使用的多个波束索引组；
选择供使用混合预编码向接收器(14)的传送来使用的所述多个波束索引组之一；以及
向所述接收器(14)传送使用所述多个波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
36.一种接收器(14)，适应于：
标识供使用混合预编码从传送器(12)的传送来使用的多个波束索引组；
向所述传送器(12)传递供使用混合预编码的传送来使用的所述多个波束索引组；以及
从所述传送器(12)接收使用所述多个波束索引组之一的传送。
37.如权利要求36所述的接收器(14)，适应于执行如权利要求2到16中任一项所述的方法。
38.一种包括指令的计算机程序，所述指令当在至少一个处理器上执行时促使所述至少一个处理器实行根据权利要求1到16中任一权利要求所述的方法。
39.一种包含权利要求38的所述计算机程序的载体，其中所述载体是电子信号、光信号、无线电信号、或计算机可读存储介质之一。
40.一种传送器(12)，适应于：
获得供使用混合预编码向接收器(14)的传送来使用的多个波束索引组；
选择供使用混合预编码向接收器(14)的传送来使用的所述多个波束索引组之一；以及
向所述接收器(14)传送使用所述多个波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
41.如权利要求40所述的传送器(14)，适应于执行如权利要求18到32中任一项所述的方法。
42.一种包括指令的计算机程序，所述指令当在至少一个处理器上执行时促使所述至少一个处理器实行根据权利要求1到16中任一权利要求所述的方法。
43.一种包含权利要求42的所述计算机程序的载体，其中所述载体是电子信号、光信号、无线电信号、或计算机可读存储介质之一。
44.一种接收器(14)，包括：
波束索引标识调整模块(60)，其可操作以标识供使用混合预编码从传送器(12)的传送来使用的多个波束索引组；以及
通信模块(62)，其可操作以向所述传送器(12)传递供使用混合预编码的传送来使用的所述多个波束索引组，并从所述传送器(12)接收使用所述多个波束索引组之一的传送。
45.一种传送器(12)，包括：
波束索引模块(64)，其可操作以获得供使用混合预编码向接收器(14)的传送来使用的多个波束索引组，并选择供使用混合预编码向所述接收器(14)的传送来使用的所述多个波束索引组之一；以及
通信模块(66)，其可操作以向所述接收器(14)传送使用所述多个波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
46.一种存储软件指令的非暂态计算机可读介质，所述软件指令当由接收器(14)的处理器来执行时促使所述接收器(14)：
标识供使用混合预编码从传送器(12)的传送来使用的多个波束索引组；
向所述传送器(12)传递供使用混合预编码从所述传送器(12)的传送来使用的所述多个波束索引组；以及
从所述传送器(12)接收使用所述多个波束索引组之一的传送。
47.一种存储软件指令的非暂态计算机可读介质，所述软件指令当由传送器(12)的处理器来执行时促使所述传送器(12)：
获得供使用混合预编码向接收器(14)的传送来使用的多个波束索引组；
选择供使用混合预编码向所述接收器(14)的传送来使用的所述多个波束索引组之一；以及
向所述接收器(14)传送使用所述多个波束索引组中被选择的那个波束索引组的传送。
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