CN107852225B - 用于空对地(atg)上行链路子带波束成形的方法、设备和介质 - Google Patents

用于空对地(atg)上行链路子带波束成形的方法、设备和介质 Download PDF

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Abstract

本公开的诸方面一般涉及可在空对地(ATG)系统中通过将子带波束成形器用于处理在地面基站处从飞行器接收的上行链路信号来帮助改进极大地减小了地面站的实现复杂度以及改进地面基站用户容量的技术和装备。本文中给出的技术可允许用多用户波束成形和子带组合来向不同机载设备进行动态子带分配。

Description

用于空对地(ATG)上行链路子带波束成形的方法、设备和介质
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月13日提交的题为“Air-to-Ground(ATG)Uplink SubbandBeamformer with Combinable Subbands(具有可组合的子带的空对地(ATG)上行链路子带波束成形器)”的美国临时专利申请S/N.62/191,761以及于2016年6月17日提交的美国专利申请No.15/186,407的权益，这些申请被转让给本申请受让人，并且其全部内容藉此通过援引纳入于此。
背景
公开领域
本公开的诸方面一般涉及通过在传输之前对一个或多个子波束执行波束成形以及使用一个或多个经波束成形的子波束与已连接的UE(例如，飞行器)通信来在空对地无线应用(例如，其中基站向一个或多个机载设备提供服务)中进行波束成形。
相关技术描述
无线通信系统被广泛部署以提供诸如语音、数据等等各种类型的通信内容。这些系统可以是能够通过共享可用系统资源(例如，带宽和发射功率)来支持与多个用户的通信的多址系统。此类多址系统的示例包括码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、第三代伙伴项目(3GPP)长期演进(LTE)系统、高级长期演进(LTE-A)系统、以及正交频分多址(OFDMA)系统。
一般而言，无线多址通信系统能同时支持多个无线终端的通信。每个终端经由前向和反向链路上的传输与一个或多个基站通信。前向链路(或即下行链路)是指从基站到终端的通信链路，而反向链路(或即上行链路)是指从终端到基站的通信链路。这种通信链路可经由单输入单输出、多输入单输出或多输入多输出(MIMO)系统来建立。
在用于向飞机提供因特网接入的空对地(ATG)系统中，当飞机在陆地上方飞行时，飞机一般被认为是无线终端(或者用户装备)并且与陆地地面基站(GBS)进行通信。在美国本土上操作的当前使用的ATG系统使用800MHz频带中的4MHz频谱。尽管这一系统可变得商业上可行，但是有限的频谱可能不足以容适对于因特网服务(诸如将因特网内容流送至飞行器或者其他带宽密集的操作)的日益增长的需求。
相应地，将容适对于因特网服务的日益增长的需求的ATG系统方面的改进是合乎期望的。
概述
本公开的系统、方法和设备各自具有若干方面，其中并非仅靠任何单一方面来负责其期望属性。在不限定如所附权利要求所表述的本公开的范围的情况下，现在将简要地讨论一些特征。在考虑本讨论后，并且尤其是在阅读题为“详细描述”的章节之后，将理解本公开的特征是如何提供包括无线网络中的接入点与站之间的改进通信在内的优点的。
本公开的某些方面提供了一种用于由执行接收自飞行器UE的信号的上行链路波束成形的装备(例如，波束成形器)执行的无线通信方法。该方法一般包括：确定地面站与多个机载设备之间的相对角度；基于该相对角度，对经由地面站天线阵列的数个天线元件从机载设备接收到的上行链路信号执行波束成形处理，以生成经组合的经波束成形信号；以及将经组合的经波束成形信号馈送至基站的数个端口，其中该基站的端口的数目小于天线元件的数目。
本公开的某些方面提供了一种用于波束成形的装备(波束成形器)。该波束成形器一般包括：可操作地连接至至少一个天线元件的至少一个载波分离器，其中所述载波分离器被配置成将载波聚集信号拆分成多个载波信号；至少一个子带分离器，其配置成将所述载波信号中的至少一个载波信号划分成单元子带信号；以及可操作地连接至至少一个子带分离器的子带组合器，该子带组合器配置成组合来自所述天线元件的所述单元子带信号以产生至少一个子带组合器(SBC)输出信号。
本公开的某些方面提供了一种用于波束成形的装备。该波束成形器一般包括：用于确定地面站与多个机载设备之间的相对角度的装置；用于基于该相对角度，对经由地面站天线阵列的数个天线元件从机载设备接收到的上行链路信号执行波束成形处理以生成经组合的经波束成形信号的装置；以及用于将经组合的经波束成形信号馈送至基站的数个端口的装置，其中该基站的端口的数目小于天线元件的数目。
为能达成前述及相关目的，这一个或多个方面包括在下文中充分描述并在所附权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了这一个或多个方面的某些解说性特征。但是，这些特征仅仅是指示了可采用各种方面的原理的各种方式中的若干种，并且本描述旨在涵盖所有此类方面及其等效方案。
附图简要说明
为了能详细理解本公开的以上陈述的特征所用的方式，可参照各方面来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中解说。然而应该注意，附图仅解说了本公开的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为本描述可允许有其他等同有效的方面。
图1是解说根据本公开的某些方面的空对地(ATG)系统的框图。
图2解说了根据本公开的某些方面的基站和用户装备的框图。
图3是概念地解说电信系统中的帧结构的示例的框图。
图4解说了根据本公开的诸方面的示例子帧资源元素映射。
图5解说了根据本公开的某些方面的服务多个飞行器的示例地面站。
图6和7解说了示例波束成形设计以及用于多个UE的对应信号。
图8解说了根据本公开的诸方面的用于执行上行链路波束成形的示例操作。
图9解说了根据本公开的诸方面的示例波束成形设计。
图10解说了根据本公开的诸方面的示例子带组合器输出信号。
图11解说了根据本公开的诸方面的波束成形操作的复杂度方面的示例节省。
图12和13解说了根据本公开的诸方面的对于波束成形的示例冲激响应。
图14解说了根据本公开的诸方面的向具有轻话务负载的许多UE进行的示例资源分配。
图15解说了根据本公开的诸方面的向具有重话务负载的少数UE进行的示例资源分配。
图16解说了根据本公开的诸方面的用于上行链路波束成形的示例结构。
图17解说了用于图16中示出的示例架构的示例子带组合器输出信号。
图18解说了根据本公开的诸方面的示例子带分离。
图19解说了根据本公开的诸方面的示例子带组合。
图20解说了根据本公开的诸方面的示例子带分隔。
图21解说了根据本公开的诸方面的示例可组合的子带单元和示例经组合的子带。
图22是根据本公开的诸方面的用于上行链路子带波束成形的示例操作的流程图。
图23解说了根据本公开的诸方面的用于上行链路子带波束成形以生成“胖(fat)”的上行链路子带的示例操作。
详细描述
本公开的诸方面提供了在空对地(ATG)无线通信系统(诸如图5中示出的ATG无线通信系统)中，可通过利用子带波束成形器来处理接收自飞行器的上行链路信号的方式帮助改进地面基站用户容量的技术。本文中给出的技术可允许用多用户波束成形和子带组合来向不同UE(例如，飞行器)进行动态子带分配。
以下参照附图更全面地描述本公开的各种方面。然而，本公开可用许多不同形式来实施并且不应解释为被限定于本公开通篇给出的任何具体结构或功能。相反，提供这些方面是为了使得本公开将是透彻和完整的，并且其将向本领域技术人员完全传达本公开的范围。基于本文中的教导，本领域技术人员应领会，本公开的范围旨在覆盖本文中所披露的本公开的任何方面，不论其是与本公开的任何其他方面相独立地实现还是组合地实现的。例如，可使用本文所阐述的任何数目的方面来实现装置或实践方法。另外，本公开的范围旨在覆盖使用作为本文中所阐述的本公开的各种方面的补充或者另外的其他结构、功能性、或者结构及功能性来实践的此类装置或方法。应当理解，本文中所披露的本公开的任何方面可由权利要求的一个或多个元素来实施。
措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例、或解说”。本文中描述为“示例性”的任何方面不必被解释为优于或胜过其他方面。
尽管本文描述了特定方面，但这些方面的众多变体和置换落在本公开的范围之内。尽管提到了优选方面的一些益处和优点，但本公开的范围并非旨在被限定于特定益处、用途或目标。确切而言，本公开的各方面旨在宽泛地适用于不同的无线技术、系统配置、网络、和传输协议，其中一些藉由示例在附图和以下对优选方面的描述中解说。详细描述和附图仅仅解说本公开而非限定本公开，本公开的范围由所附权利要求及其等效技术方案来定义。
本文中描述的技术可被用于各种无线通信网络，诸如码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交FDMA(OFDMA)网络、单载波FDMA(SC-FDMA)网络等。术语“网络”和“系统”常被可互换地使用。CDMA网络可实现诸如通用地面无线电接入(UTRA)、CDMA2000等无线电技术。UTRA包括宽带-CDMA(W-CDMA)和低码片率(LCR)。CDMA2000涵盖IS-2000、IS-95和IS-856标准。TDMA网络可实现诸如全球移动通信系统(GSM)之类的无线电技术。OFDMA网络可以实现诸如演进UTRA(E-UTRA)、IEEE 802.11、IEEE 802.16、IEEE802.20、
Figure GDA0002733557400000041
等的无线电技术。UTRA、E-UTRA和GSM是通用移动电信系统(UMTS)的一部分。长期演进(LTE)是即将到来的使用E-UTRA的UMTS版本。UTRA、E-UTRA、GSM、UMTS以及LTE在来自名为“第三代伙伴项目”(3GPP)的组织的文献中描述。CDMA2000在来自名为“第三代伙伴项目2”(3GPP2)的组织的文献中描述。
单载波频分多址(SC-FDMA)是在发射机侧利用单载波调制且在接收机侧利用频域均衡的传输技术。SC-FDMA技术具有与OFDMA系统相近的性能以及本质上相同的总体复杂度。然而，SC-FDMA信号因其固有的单载波结构而具有较低的峰均功率比(PAPR)。SC-FDMA技术已引起极大的注意，在较低PAPR在发射功率效率的意义上极大地裨益移动终端的上行链路通信中尤其如此。SC-FDMA的使用目前是用于3GPP LTE和演进UTRA中的上行链路多址方案的工作设想。
接入点(“AP”)可包括、被实现为、或被称为：B节点、无线电网络控制器(“RNC”)、演进型B节点、基站控制器(“BSC”)、基收发机站(“BTS”)、基站(“BS”)、地面基站(“GBS”)、收发机功能(“TF”)、无线电路由器、无线电收发机、基本服务集(“BSS”)、扩展服务集(“ESS”)、无线电基站(“RBS”)或其它某个术语。
接入终端(“AT”)可包括、被实现为、或被称为：接入终端、订户站、订户单元、移动站、远程站、远程终端、用户终端、用户代理、用户设备、用户装备、用户站、或其他某个术语。在一些实现中，接入终端可包括蜂窝电话、无绳电话、会话发起协议(“SIP”)电话、无线本地环路(“WLL”)站、个人数字助理(“PDA”)、具有无线连接能力的手持式设备、站(“STA”)、飞行器、位于飞行器上的飞行器收发机、或连接到无线调制解调器的其他某种合适的处理设备。因此，本文中所教导的一个或多个方面可被纳入到电话(例如，蜂窝电话或智能电话)、计算机(例如，膝上型计算机)、便携式通信设备、便携式计算设备(例如，个人数据助理)、娱乐设备(例如，音乐或视频设备、或卫星无线电)、全球定位系统设备、或配置成经由无线或有线介质通信的任何其他合适的设备中。在一些方面，节点是无线节点。此类无线节点可例如经由有线或无线通信链路来为网络(例如，广域网(诸如因特网)或蜂窝网络)提供连通性或提供至该网络的连通性。
示例无线通信系统
图1解说了可以在其中利用本公开的诸方面的示例空对地(ATG)系统100。在一个方面，ATG系统包括使用前向链路(FL)112和反向链路(RL)114来在卫星上行链路频带(例如，在具有12GHz与18GHz之间的频率的Ku频带，或者具有26GHz与40GHz之间的频率的Ka频带上)上传送和接收信号的一个或多个地面基站110。可被认为是用户装备(UE)的与地面基站(GBS)110处于通信的飞行器收发机(AT)120也可以使用前向链路112和反向链路114在卫星上行链路频带上传送和接收信号。在一个方面，飞行器收发机120可包括多波束可切换阵列天线。
在一个方面，飞行器收发机120可利用包括允许以任何方位角/仰角来与GBS 110通信的多波束可切换阵列的飞行器天线。飞行器天线可被安装在飞行器上的任何合适位置(例如，在机身下方)中，并且具有小的突起和空气动力外形以减小或最小化风阻。在某些情形中，天线仰角覆盖的范围可在地平线下方大致3度到10度之间。
图2解说了图1中解说的GBS/eNB 110和AT/UE 120的示例组件，其中可使用基于LTE的通信来实现ATG系统。
图2解说了多输入多输出(MIMO)系统中的基站(例如，GBS/eNB 110)和用户装备120(例如，飞行器收发机)的一个示例的框图。根据某些方面，发射机系统210和接收机系统250可以是本公开的各示例。
在GBS 110处，发射处理器220可从数据源212接收给一个或多个UE的数据，基于从每个UE接收到的信道质量指示符(CQI)来选择针对该UE的一种或多种调制及编码方案(MCS)，基于为每个UE选择的MCS来处理(例如，编码和调制)给该UE的数据，并提供针对所有UE的数据码元。发射处理器220还可处理系统信息(例如，针对半静态资源划分信息(SRPI)等)和控制信息(例如，CQI请求、准予、上层信令等)，并提供开销码元和控制码元。处理器220还可生成用于参考信号(例如，共用参考信号(CRS))和同步信号(例如，主同步信号(PSS)和副同步信息(SSS))的参考码元。发射(TX)多输入多输出(MIMO)处理器230可在适用的情况下对数据码元、控制码元、开销码元、和/或参考码元执行空间处理(例如，预编码)，并且可将T个输出码元流提供给T个调制器(MOD)232a到232t。每个MOD 232可处理各自的输出码元流(例如，针对OFDM等)以获得输出采样流。每个MOD 232可进一步处理(例如，转换至模拟、放大、滤波、及上变频)该输出采样流以获得下行链路信号。来自调制器232a到232t的T个下行链路信号可分别经由T个天线234a到234t来传送。
在UE 120处，天线252a到252r可接收来自GBS 110和/或其他GBS的下行链路信号并且可分别向解调器(DEMOD)254a到254r提供收到信号。每个DEMOD 254可调理(例如，滤波、放大、下变频、及数字化)其收到信号以获得输入采样。每个DEMOD 254可进一步处理输入采样(例如，针对OFDM等)以获得收到码元。MIMO检测器256可获得来自所有R个解调器254a到254r的收到码元，在适用的情况下对这些收到码元执行MIMO检测，并且提供检出码元。接收(RX)处理器258可以处理(例如，解调和解码)这些检出码元，将经解码的给UE 120的数据提供给数据阱260，并且将经解码的控制信息和系统信息提供给控制器/处理器280。温度传感器(例如，热电偶)可感测温度(例如，环境温度或UE的温度)，并且向控制器/处理器、接收处理器、和/或发射处理器提供关于温度的信息。控制器/处理器可在存储器282中存储关于该温度下的晶体振荡器(例如，解调器中的晶体振荡器)的操作的信息。在接收信号时，控制器/处理器和/或接收处理器可在确定晶体振荡器的精度时使用关于晶体振荡器的操作以及温度的信息。信道处理器可确定参考信号收到功率(RSRP)、收到信号强度指示符(RSSI)、参考信号收到质量(RSRQ)、CQI等。
在上行链路上，在UE 120处，发射处理器264可接收和处理来自数据源262的数据和来自控制器/处理器280的控制信息(例如，针对包括RSRP、RSSI、RSRQ、CQI等的报告)。处理器264还可生成一个或多个参考信号的参考码元。来自发射处理器264的码元可在适用的场合由TX MIMO处理器266预编码，进一步由MOD 254a到254r处理(例如，用于SC-FDM、OFDM等)，并且传送给BS 110。在BS 110处，来自UE 120以及其他UE的上行链路信号可由天线234接收，由DEMOD 232处理，在适用的情况下由MIMO检测器236检测，并由接收处理器238进一步处理以获得经解码的由UE 120发送的数据和控制信息。处理器238可将经解码的数据提供给数据阱239并将经解码的控制信息提供给控制器/处理器240。BS 110可包括通信单元244并且经由通信单元244与网络控制器130通信。网络控制器130可包括通信单元294、控制器/处理器290、以及存储器292。
控制器/处理器240和280可分别指导GBS 110和UE 120处的操作。存储器242和282可分别存储供GBS 110和UE 120用的数据和程序代码。调度器246可调度UE以进行下行链路和/或上行链路上的数据传输。
图3示出了用于LTE中的FDD的示例性帧结构300。下行链路和上行链路的每一者的传输时间线可被划分成以无线电帧为单位。每个无线电帧可具有预定历时(例如，10ms)，并且可被划分成具有索引0至9的10个子帧。每个子帧可包括两个时隙。每个无线电帧可由此包括具有索引0至19的20个时隙。每个时隙可包括L个码元周期，例如，对于正常循环前缀(如图3中所示)为7个码元周期，或者对于扩展循环前缀为6个码元周期。每个子帧中的这2L个码元周期可被指派索引0到2L–1。
在LTE中，eNB可在下行链路上在用于该eNB所支持的每个蜂窝小区的系统带宽的中心1.08MHz中传送主同步信号(PSS)和副同步信号(SSS)。PSS和SSS可在具有正常循环前缀的每个无线电帧的子帧0和5中分别在码元周期6和5中传送，如图3中所示。PSS和SSS可被UE用于蜂窝小区搜索和捕获。例如，PSS可向UE提供关于LTE蜂窝小区的物理层身份(例如，0到2)的信息。LTE蜂窝小区属于三群物理层蜂窝小区身份中的一群，并且该物理层身份可指示是哪个群。PSS还可由UE用于码元定时检测、频率偏移检测等。SSS可向UE提供与物理层蜂窝小区身份群号(例如，0到167)有关的信息，并且该信息可由UE用于无线电帧定时检测、循环前缀长度检测、时分双工(TDD)/频分双工(FDD)检测等。
通过物理层身份(例如，来自PSS)和物理层蜂窝小区身份群号(例如，来自SSS)，UE可确定给定蜂窝小区的物理层蜂窝小区身份(PCI)。如以下所描述的，一旦UE知道给定蜂窝小区的PCI，UE就可以知道从该蜂窝小区传送的参考信号的位置，并且可以能够接收并解码从该蜂窝小区传送的系统信息(例如，用于捕获该蜂窝小区)。
eNB可跨用于该eNB所支持的每个蜂窝小区的系统带宽来传送因蜂窝小区而异的参考信号(CRS)。CRS可在每个子帧的某些码元周期中传送，并且可被UE用于执行信道估计、信道质量测量、和/或其他功能。eNB还可在某些无线电帧的时隙1中的码元周期0到3中传送物理广播信道(PBCH)。
PBCH可携带一些系统信息(例如，主信息块(MIB))，一般而言，这些系统信息可由UE用于初始接入蜂窝小区、及类似动作。例如，PBCH可携带关于系统带宽、发射天线数目、系统帧号等的信息。eNB还可在某些子帧中传送其他系统信息，诸如物理下行链路共享信道(PDSCH)上的系统信息块(SIB)。eNB可在子帧的头B个码元周期中在物理下行链路控制信道(PDCCH)上传送控制信息/数据，其中B可以是可针对每个子帧配置的。eNB可在每个子帧的其余码元周期中在PDSCH上传送话务数据和/或其他数据。
LTE中的PSS、SSS、CRS和PBCH在公众可获取的题为“Evolved UniversalTerrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical Channels and Modulation(演进型通用地面无线电接入(E-UTRA)；物理信道和调制)”的3GPP TS 36.211中作了描述。
图4示出了具有正常循环前缀的用于下行链路的两个示例子帧格式410和420。用于下行链路的可用时频资源可被划分成资源块。每个资源块可覆盖一个时隙中的12个副载波并且可包括数个资源元素。每个资源元素可以覆盖一个码元周期中的一个副载波，并且可被用于发送一个可以是实数值或复数值的调制码元。
子帧格式410可供装备有两个天线的eNB使用。CRS可在码元周期0、4、7和11中从天线0和1被发射。参考信号是发射机和接收机先验已知的信号，并且也可被称为导频。CRS是因蜂窝小区而异的参考信号，例如是基于蜂窝小区身份(ID)生成的。在图4中，对于具有标记Ra的给定资源元素，可在该资源元素上从天线a发射调制码元，并且在该资源元素上可以不从其他天线发射调制码元。子帧格式420可供装备有四个天线的eNB使用。CRS可在码元周期0、4、7和11中从天线0和1被发射以及在码元周期1和8中从天线2和3被发射。对于子帧格式410和420两者，CRS可在均匀间隔的副载波上被传送，这些副载波可以是基于蜂窝小区ID来确定的。取决于不同eNB的蜂窝小区ID，这些eNB可在相同或不同副载波上传送它们的CRS。对于子帧格式410和420两者，未被用于CRS的资源元素可被用于传送数据(例如，话务数据、控制数据、和/或其他数据)。
对于LTE中的FDD，交织结构可用于下行链路和上行链路中的每一者。例如，可定义具有索引0到Q-1的Q股交织，其中Q可等于4、6、8、10或其他某个值。每股交织可包括间隔开Q个帧的子帧。具体而言，交织q可包括子帧q、q+Q、q+2Q等，其中q∈{0,...,Q-1}。
无线网络可支持用于下行链路和上行链路上的数据传输的混合自动重传请求(HARQ)。对于HARQ，发射机(例如，eNB)可发送分组的一个或多个传输直至该分组被接收机(例如，UE)正确解码或是遭遇到某个其他终止条件。对于同步HARQ，该分组的所有传输可在单股交织的各子帧中被发送。对于异步HARQ，该分组的每个传输可在任何子帧中被发送。
UE可能位于多个eNB的覆盖内。可选择这些eNB之一来服务该UE。服务eNB可基于各种准则(诸如，收到信号强度、收到信号质量、路径损耗等)来选择。收到信号质量可由信噪干扰比(SINR)、或参考信号收到质量(RSRQ)或其他某个度量来量化。UE可能在强势干扰情景中工作，在此类强势干扰情景中UE可能会观察到来自一个或多个干扰eNB的严重干扰。
具有可组合的单元子带的示例空对地(ATG)上行链路子带波束成形器
如以上描述的，LTE通信可在某些ATG系统中使用。例如，LTE通信可被用于此类系统的上行链路接收机(以处理从飞行器接收到的上行链路信号)。例如，此类系统可在14.0-14.5GHz的Ku频带上操作，并且与主卫星通信共存。本公开的诸方面可允许此类基于LTE的ATG上行链路系统在对商用LTE模块(例如，具有19.6MHz带宽载波和19.6MHz UE卡的多端口演进型B节点)进行相对较微小的修改的情况下递送每秒多千兆比特(Gbps)的数据率。
图5解说了包括GBS/eNB 510和多个UE(飞行器)520的ATG系统500的示例。在一些情形中，ATG系统500可被设计成使用250MHz带宽来支持每秒多千兆比特(Gbps)的数据率。在ATG系统500中，UE(飞行器)可经历辐射功率限制，因为高辐射功率可生成可影响卫星通信的主要使用的干扰。
如图6中解说的，在地面基站(演进型B节点)600处的具有以各方位角/仰角来指向不同UE的多个波束的均匀线性天线阵列(ULA)可以能够利用空间分集来改进链路预算以及增大用户数据率。在一个示例中，可使用具有72个天线元件的波束成形天线。
地面基站可能需要服务数百个飞行器。为此，具有若干天线元件的电可编程的ULA可被用于提供足够的链路预算。在一些情形中，可经由通过形成用于相同频率资源的多个波束的空分多址(SDMA)以及通过向分开的UE指派不同的资源块(RB)的频分多址(FDMA)来达成多千兆比特吞吐量。
在一些情形中，ATG无线通信系统中的每秒多千兆比特的吞吐量可使用具有与每个天线元件处的载波的带宽成比例的大小的FFT并且针对每个频调执行多用户波束成形来实现，如图6中所解说的。如图7中所解说的，对于多个UE(飞行器)，具有与每个天线元件处的载波带宽成比例的大小的FFT可容适SDMA和FDMA两者。系统带宽700可被划分成用于服务一个或多个UE的多个子波束。然而，如果地面基站(演进型B节点)具有大量天线元件，则这一办法可能(在成本、装备复杂度、和/或计算上昂贵方面)过分地昂贵，相应地，具有从FFT到相应的波束成形器(BF)的个体频调的复杂路由。
本公开的诸方面可通过利用子带波束成形器结构、用增大的数据率来帮助高效地服务许多UE(飞行器)。子带波束成形器结构可利用子带滤波器来提供足够的子带分隔，以使得可在相应的子带信号上执行子带波束成形。在没有此类子带分隔的情况下，可能出现相同子带中的UE之间的波束间干扰(IBI)，例如，如果毗邻的子带(或诸子带)被用于服务具有类似方位角/仰角的UE。
为了改进基站用户容量，本公开的诸方面可将LTE上行链路的每个(19.6MHz)载波划分成若干子带，并且向不同的UE动态地分配一个或多个单元子带，从而允许高效地服务若干活跃的UE。如将在以下更详细地描述的，多用户波束成形可在每个子带上执行(例如，针对不同方位角/仰角下的多个飞行器UE)。如本文中所使用的，术语“单元子带”一般指代分配给任何UE的最小带宽的资源。载波内的单元子带可被定义成使得在毗邻的单元子带之间一般存在保护频带。波束成形器可被简单地设计成用于特定的单元子带大小。然而，如果分配给UE的子带大小大于所选择的单元子带大小，则此类波束成形器设计将提供次优的性能。替换地，可以实现同时操作的若干个波束成形器，每个波束成形器被优化以用于针对每个UE的子带大小的不同组合。然而，在这一情形中，虽然达成了最优性能，但是具有过分地复杂以及计算上昂贵的实现。
本文中提供的技术还提供：在没有性能降级或在实现和/或计算复杂度上的较大增长的情况下向UE进行单元子带的动态分配。如本文中进一步详细讨论的，每个UE可被动态分配大于不止一个单元子带的子带，例如，在仅存在具有重数据话务的少数活跃UE时。因此，当采用所提出的技术时，每个UE的吞吐量并不由被选择用于具有大量活跃UE的最坏情形的单个单元子带的带宽来封顶。因为常规的LTE上行链路受限于连贯频调上的传输，所以分配给UE的子带可由连贯的单元子带组成，其中由UE使用在那些单元子带之间的保护频带来传送其自己的子带信号。来自对应于构成该子带的单元子带的子带滤波器的输出被组合以获得UE的子带信号。子带滤波器可被设计成使得在组合了子带滤波器输出之后，UE的子带信号经历最小的畸变。因此，本文中给出的波束成形技术可利用良好的子带分隔和子带组合性。
图8解说了根据本公开的各方面的可由例如上行链路波束成形器执行的示例操作800。此类波束成形器可以是将LTE eNB用于处理来自UE飞行器的上行链路信号的地面基站的一部分。在802处，操作800通过确定地面站与多个机载设备(例如，具有飞行器收发机的机载设备)之间的相对角度来开始。在804处，波束成形器基于该相对角度来对经由地面站天线阵列的数个天线元件从机载设备接收到的上行链路信号执行波束成形处理，以生成经组合的经波束成形信号。在806处，波束成形器向基站的数个端口馈送经组合的经波束成形信号，其中基站的端口的数目小于天线元件的数目。
图9解说了根据本公开的诸方面的示例子带波束成形器900。如解说的，子带波束成形器900一般包括配置成将一个或多个信号馈送到地面基站/演进型B节点920中的UL波束成形器910。本文中描述的波束成形设计可例如使用可支持具有多用户波束成形和子带组合的动态子带分配的高效的DFT滤波器组子带波束成形器来实现。在天线元件的数目较大时，本文中描述的波束成形设计可比使用具有与每个天线元件处的载波带宽成比例的大小的FFT并且之后执行每频调的波束成形更加高效。
本文中描述的子带波束成形器900还可以允许向UE指派多个连贯的单元子带以用于UE信号传输。UE可在位于这些单元子带之间的保护频带中传送实际信号。子带波束成形器可例如实现迭代滤波器设计算法，其中连贯子带滤波器的组合具有平坦的通带频率响应，并且其中通过利用保护频带，每个子带滤波器具有与其他子带滤波器的良好分隔。
在某些情形中，本文中描述的子带波束成形器900可允许使用较大的(Nel个)天线元件的阵列来改进链路预算，同时使用具有远小于天线元件的数目的端口数目(Np)的(例如，Np<<Nel)相对较低复杂度的基站元件(演进型B节点)。由此，每个地面基站/演进型B节点920可以仅需要Np×2048个FFT(例如，其中Np＝8)。本文中描述的由上行链路波束成形器使用的技术可高效地组合来自Nel个天线元件的高维度子带信号，以获得比常规设计更小数目的要馈送至eNB的Np个端口中的信号。
这一办法可通过向每个波束动态地指派带宽以匹配空间和频率变化需求来最大化具有空间和频率动态分配的网络容量，其中SDMA将相同的频率资源空间复用到不同的飞行器UE，并且FDMA将不同的毗连RB块分配给不同的飞行器UE。如将在以下更详细地描述的，飞机跟踪系统(或“精灵(genie)”)可提供飞行器UE的实时方位角/仰角。如图9中解说的，地面基站/演进型B节点920可将专用端口(例如，在所解说的示例中的端口7)用于处理(全方向发送的)全向控制信号(诸如PRACH和PUCCH信号)。全方向PRACH和PUCCH信号由进入图9的eNB的端口7中的单元子带(SB)来标示。如解说的，其他端口(例如，端口0-6)可处理经波束成形信号(诸如PUSCH)，以及一些全方向信号(例如，全方向PUCCH)。调度器可例如基于由精灵跟踪系统提供的UE的话务负载和方位角/仰角来执行空间和频率动态分配。
一般而言，具有Nc个毗连载波的载波聚集(CA)的TD-LTE系统可被用于支持NcBwMHz带宽(例如，载波间隔为Bw的250MHz带宽)。作为解说性示例，Bw可被假定为是19.8MHz，而Nc是12。在每个天线元件处，载波分离器将Nc BwMHz输入信号拆分成Nc个19.8MHz载波信号，即，250MHz/12＝19.8MHz。与每个天线元件相关联的子带分离器将19.8MHz载波信号划分成Nsb个单元子带(或频带)。例如，每个19.8MHz载波信号可由子带分离器划分成Nsb×13.75资源块(RB)单元子带(例如，其中Nsb＝8)，并且单元子带信号可通过因子Nsb来下采样(例如，其中单元子带大小13.75个RB以及子带数目Nsb表示一个示例)。通过将19.8MHz信号除以Nsb，该19.8MHz信号可以用较低的采样率来处理。
单元子带划分允许经由FDMA向不同的飞行器分配不同的频率资源。此外，可经由分开的波束来在(空间上分开的)飞行器之中复用相同的单元子带。将子带信号下采样到较低的采样率降低了稍后阶段处的子带波束成形的复杂度。波束成形被应用于每个子带。子带组合器中的子带滤波器可提供足够良好的子带分隔以避免波束间干扰(IBI)。
在所解说的示例中，来自Nel个天线元件中的每一者的每个载波的8个子带信号由子带波束成形器来相干地组合成8个经波束成形的单元子带信号。组合来自Nel个天线元件中的每一者的子带信号可导致生成19.8MHz LTE信号，其中每个子带具有由子带组合器增大的波束成形增益。如以上讨论的，专用飞行器跟踪系统(或即“精灵”)可向调度器提供每个飞行器的方位角/仰角。该调度器进而可向波束成形器提供每个单元数据子带的角度，并且波束成形器可相应地计算以及应用权重。
图10解说了根据本公开的诸方面的子带组合器输出信号1000(例如，对应于图9的第i个子带组合器)的示例。如所解说的，第i个子带组合器(SBC)可形成用于数据单元子带(SB)的波束并且将经波束成形的单元子带信号组合成被输入到eNB的诸端口之一的SBC输出信号i。数据单元子带被示为图10的中间6个单元子带1002。这一办法可导致针对每个单元子带的高定向阵列增益。通过使用经波束成形的单元子带以及将经波束成形的单元子带信号组合成子带组合器输出信号，基站可在具有可电子地操控的波束的情况下提供10log10Nel的天线增益，而无需完全重新设计的LTE演进型B节点。同时，演进型B节点调度器不丢失其在不同的场景中最大化网络容量的能力。如图10中示出的，在八个SBC输出内，7个SBC输出是定向数据波束并且1个SBC输出是全向控制波束。SDMA允许用7个数据波束将相同的数据单元子带复用到7个广泛分开的飞行器。FDMA允许调度器向不同的飞行器指派不同的单元数据子带。每个载波将UL数据链路提供给每载波至多达42个广泛分开的飞行器。将Np个SBC输出传送至演进型B节点的Np个端口，并且通过Np×2048个点的FFT来独立地解码。
子带分离器(SBS)和子带组合器(SBC)的子带滤波器一般被设计成具有良好的频谱分隔和子带组合性。子带滤波器的良好的子带分隔以及单元数据子带之间的保护频带防止了IBI。子带可组合性支持动态确定子带大小以最大化网络吞吐量。子带可组合性一般允许调度器以较小的通带纹波将毗连的单元子带与在这些单元子带之间的保护频带进行组合，以最小化数据率丢失(例如，小于0.3dB的通带纹波)。例如，如果服务UE所需要的子带大小大于单元子带大小，则调度器一般通过将相同的角度θk，i指派给毗连的数据单元子带来组合各单元子带以形成“胖”子带。在一个示例中，波束成形器可形成2个单元的子带。在另一个示例中，波束成形器可形成3个单元的子带。在动态确定子带大小的情况下，一个波束成形器可被用于形成包括任何数目的单元子带的子带(例如，包括至多达6个单元子带的子带)。不同的飞行器可使用不同的子带大小(例如，基于由飞行器上的设备所生成的话务量)。
图11解说了根据本公开的诸方面的波束成形操作的复杂度方面的示例节省1100。在一些情形中，本文中描述的技术相对于“每载波”设计的复杂度优点是显著的。例如，如所解说的，对于144个天线元件的系统，所描述的设计可仅具有每载波设计的复杂度的5％。
图12和13解说了根据本公开的诸方面的对于具有恒定子带分离(SBS)和子带组合(SBC)的波束成形的示例冲激响应。在图12和13中，实线绿色标绘示出其中组合了6个子带的冲激响应。图12解说了本文中描述的子波束波束成形技术的冲激响应1200，且图13解说了现有技术解决方案的冲激响应1300。如所解说的，本文中描述的单元子带波束成形技术的冲激响应1200的时间扩展可以比冲激响应1300更短。在一些情形中，不管由UE占据的带宽如何，eNB可预期看到相同的传播延迟。如所解说的，本文中描述的单元子带波束成形技术在子带被组合时可导致恒定延迟，而组合单元子带可导致更短的冲激响应。在一些情形中，在没有所描述的波束成形技术的情况下，在组合单元子带时，时间扩展可能不会显著地减小(例如，如由图13中的冲激响应1300所解说的)。由冲激响应1300所解说的时间扩展可在eNB处导致质量糟糕的信道估计，这进而使UL吞吐量降级。
可参照图14中所解说的针对大量UE(例如，具有轻话务量的飞行器)的“小管道(pipe)分配”以及参照图15所解说的针对少量UE(例如，具有重话务量的飞行器)的“胖管道分配”来解说基于活跃UE的数目的针对子带波束成形器的动态分配。如由图14中的“小管道分配”1400所解说的，19.6MHz载波可被均匀地分成8个子带。中间的6个子带可被指派为数据子带，其中每个数据子带具有9或10个资源块(RB)的大小。“小管道分配”1400可服务大量UE(飞行器)，但是可能需要以相对较低的数据率来进行传输。例如，每个数据子带k可用ULA(例如，波束成形器)中的波束成形权重向量wk,0、wk,1、wk,2、以及wk,3来服务不同方位角/仰角下的四个UE。保护频带可存在于经波束成形的数据子带之间。在一些情形中，保护频带可促成子带分离器和子带组合器中的子带滤波器的设计以防止波束间干扰(IBI)。控制子带(由“R”标示的PUCCH、PRACH、和MSG3)可形成全向波束，因此跨类似的方位角/仰角看到类似的增益。如图14中所解说的，针对“小管道分配”1400的子带分配可用9或10个RB的数据带宽来服务24个UE。
图15解说了可服务具有重话务负载的8个UE(飞行器)的示例“大管道分配”1500。关于具有轻话务负载的大量UE(飞行器)，良好的子带分隔允许调度器在没有IBI的情况下将每个单元数据子带独立地分配给不同的UE集合(飞行器)，如在“小管道分配”中1400示出的。当存在具有重话务负载的少量UE(飞行器)时，本文中描述的子带分离器和子带组合器的可组合的子带性质允许调度器将任意数目的毗连单元数据子带以及构成的单元子带之间的保护频带组合成单个较大的数据管道。通过将跨越所指派的带宽的数个毗连单元子带组合成单个较大的数据管道，UE(飞行器)的UL带宽可以不由单元子带大小封顶(例如，由以上参照“小管道分配”1400描述的9或10个RB子带提供的带宽封顶)。在这一示例中，图14的六个数据子带(总共72个RB)被连贯地组合成具有36个RB的带宽的两个数据子带。在组合了三个单元子带的“大管道分配”1500中解说的每个子带可被指派给具有重话务的UE(飞行器)。每个36RB数据子带可用ULA中的不同的波束成形向量来服务不同方位角/仰角下的七个UE。使用例如图15中所解说的两个36RB子带的“大管道分配”1500可允许每个UE(飞行器)支持比图14中示出的分配更高的数据率。
图16解说了根据本公开的诸方面的上行链路子带波束成形器1600。图17解说了用于图16中所解说的示例上行链路子带波束成形器1600的示例子带组合器输出信号1700。
如以上提及的，图16中所解说的上行链路子带波束成形器1600可帮助达成多Gbps的上行链路带宽并且基于由演进型B节点1610服务的UE的数目来容适动态子带分配。如解说的，上行链路子带波束成形器1600可装备有Nel个天线元件1602以及(包括LNA、ADC等的)RF前端。每个天线元件1602的输入信号可以按316.8MHz来取样。上行链路子带波束成形器1600还包括Nel个载波分离器1604。每个天线元件1602可耦合至一载波分离器1604。载波分离器1604提取在前端上接收到的每个19.8MHz载波的信号，并且将该信号以39.6MHz来下采样。对于250MHz系统带宽，载波分离器可提取至多达12个19.8MHz载波的信号。
为了容适如以上参照图14和15描述的向不同UE的动态子带分配，图18中示出的子带分离器1606以及图19中示出的子带组合器1608可被用于将每个19.6MHz载波均匀地划分成Nsb个单元子带。将每个载波划分成Nsb个单元子带可使得能够将FDMA用于服务多个UE(飞行器)。每载波存在Nel个子带分离器1606且每载波存在至多达8个子带组合器1608。对于每载波的每个天线元件，可存在子带分离器1606。子带分离器和子带组合器两者都是DFT滤波器，从而SB滤波器Hk(z)和Fk(z)是实际低通原型滤波器H(z)和F(z)的频率转换版本。
Figure GDA0002733557400000151
如所解说的，上行链路子带波束成形器1600附加地包括每载波8端口演进型B节点1610以及调度器/精灵跟踪系统1612。
如图17中所解说的，为了容适SDMA，在SBC0 16081–SBC6 16087中包括7组子带波束成形器以使得每个数据单元子带可在空间上复用至多达7个广泛分开的UE(飞行器)。数据单元子带可以由7个子带组合器组合成7个19.8MHz数据子流并且传送至演进型B节点1610的7个指定数据端口以供向多个UE(飞行器)进行传输。每个子带组合器1608一般地在每个子带中向UE(飞行器)进行波束成形，并且将各单元子带合成为19.8MHz子带组合器输出信号，该子带组合器输出信号被提供给演进型B节点1610处的端口。图19中的用于演进型B节点1610的端口i(SBCi)的子带组合器1608从来自Nel个天线元件中的每一者的Nsb个单元子带中获取信号b0～bNsb-1，其中bk是来自Nel个天线元件的第k个子带的Nel×1信号向量。子带组合器1608通过将行波束成形向量
Figure GDA0002733557400000153
与相应的子带信号向量bk相乘来在每个单元子带中执行针对第i个UE的波束成形。经波束成形的子带信号随后在被组合之前由相应的子带滤波器Fk(z)滤波。概念性地，图19中的第k个子带用波束成形向量wk,i来形成至第i个用户的波束，其中wk,i∈CNel×1，并且wk,i是例如可以是波束成形向量的列向量。
为了计算针对数据子带(PUSCH)的波束成形向量wk，i，波束成形权重是UE角度的函数：
Figure GDA0002733557400000152
其中d是ULA中的天线元件之间的间隔，λ是波长，且θk,i是子带k中的第i个用户的方位角和仰角的函数。精灵跟踪系统一般地向调度器提供每个UE(飞行器)的角度，并且调度器一般地确定θk，i并且将θk，i提供给波束成形器。
对于控制子带，在wk,i中可存在具有Nel-1个零和1个1的单个琐碎波束，其可允许形成具有为1000的权重的全向波束(或非经波束成形的波束)。为了组合第k个到第k+1个毗连单元子带，调度器1612可对所有的i指派θk，i＝…＝θk+l，i，其中i表示每个UE。对于全向波束，角度θk,i可相同。子带组合器1608针对每个瘦(thin)/胖子带形成到UE的波束，并且合成演进型B节点1610可以解码的经频率复用的20MHz LTE信号。图16中，SBC0-SBC6一般地针对每个数据子带形成到7个个体用户的波束，并且将经波束成形的信号分别传递至演进型B节点1610的端口0-端口6。SBC7可仅形成针对控制子带的特定波束(例如，全向波束)并且将经组合的信号传递至端口7。
图20解说了根据本公开的诸方面的示例子带分隔2000。如以上提及的，子带组合器1608和子带分离器1606中的子带滤波器的目的是为了避免或缓解相同子带中的波束间干扰(IBI)并且提供良好的子带分隔。子带分离器1606中的子带滤波器Hk(z)和子带组合器1608中的子带滤波器Fk(z)被一般地设计成使得所有的个体单元子带2002通过利用保护频带2004来具有非常良好的频谱隔离，如图20中示出的。子带分离器1606和子带组合器1608中的滤波器可具有良好的带外衰减(例如，至少70dB)。子带组合器1608中良好的子带分隔避免了毗邻SB波束成形器的干扰，减小了IBI并且允许计算上密集的波束成形加权wH，以按较低的时钟速率(例如，39.6/NsbMHz)来操作。
图21解说了根据本公开的诸方面的示例可组合的子带单元2100。为了支持动态可组合的子带，子带分离器1606和子带组合器1608被一般地设计成使得经组合的子带频率响应对于任意数目L个连贯的子带的组合而言一般是平坦的。子带分离器1606和子带组合器1608中的滤波器一般地具有良好的频率响应。对于任意数目L个毗连的滤波器的组合而言，包括经组合的子带之间的保护频带在内的经组合的“胖”子带的频率信息可以基本上是平坦的，即使在保护频带区域中亦是如此。经组合的“胖”子带的频率响应可以由下式定义：
Figure GDA0002733557400000161
对于
Figure GDA0002733557400000162
经组合的胖子带的通带纹波小于0.3dB，使得几乎不存在信道容量的丢失。平坦的经组合的频率响应可允许调度器1612将“胖”子带指派给具有重话务的UE(飞行器)。
可通过考虑分别处于角度θ1,0、θ2,0、以及θ2,1的三个UE(UE 0-2)的示例来描述调度。演进型B节点调度器将子带1(SB 1)指派给UE 0，将SB 2指派给UE 1以及UE 2。通过将UE1和UE 2指派给相同的子带，演进型B节点可能需要检查UE 1和UE 2是否被广泛地分隔(例如，达某个阈值Δθ)。
图22是根据本公开的诸方面的用于上行链路子带波束成形的示例操作2200的流程图。
如所解说的，在2202处，精灵跟踪系统可向调度器提供由地面基站服务的诸UE的方位角和仰角。对于每个载波，在2204处，调度器确定用于每个子带的毗连单元子带的数目、将诸UE指派给波束(端口)和子带、并且将波束角度(θk,i)提供给每个单元数据子带。为了组合单元子带k到k+L(作为“胖”子带)，在2206和2208处，调度器向目标单元子带设置相同角度(例如，θk,i＝θk+1,i＝…θk+L,i)。在2210处，每个天线处的每个载波分离器1604可随后将信号拆分成多个载波(例如，将250MHz信号拆分成12个19.8MHz载波)。在2212处，子带分离器1606可随后将载波拆分成Nsb个单元子带。在2214处，第i(i＝0～6)个子带组合器1608中的子带波束成形器一般地查找对应于θk,i的波束成形权重并且组合来自Nel个天线元件的每个PUSCH子带信号。对于控制子带，在2216处，子带波束成形器可仅从专用的天线元件获取子带信号。第0个到第6个子带组合器1608可将PUCCH和PUSCH子带合成为19.8MHz信号并且将所合成的PUCCH和PUSCH子带输入到端口0-6，在2218处。在2220处，SBC7可将控制信道信号(例如，PUCCH/PRACH/MSG3)合成为19.8MHz信号，并且将所合成的控制信道信号输入到GBS/演进型B节点的专用端口(例如，端口7)(例如，以用于作为全方向信号来向由GBS/演进型B节点服务的所有已连接的UE(飞行器)进行传输)。
图23是根据本公开的诸方面的用于上行链路子带波束成形的示例操作2300的流程图。
如所解说的，操作2300在2302处开始，其中精灵跟踪系统向调度器提供由地面基站服务的诸UE的方位角和仰角。在2304处，对于每个载波，调度器确定用于每个子带的毗连单元子带的数目、将诸UE指派给波束(端口)和子带、并且将波束角度θk,i提供给每个单元数据子带。在2306处，为了将单元子带k到k+L组合成胖子带，调度器向目标单元子带设置相同角度(θk,i＝θk+1,i＝…θk+L,i)。在2308处，每个天线处的每个载波分离器1604将250MHz信号拆分成12个19.8MHz载波。在2310处，子带分离器1606将载波拆分成Nsb个单元子带。在2312处，第i(i＝0～6)个子带组合器1608中的子带波束成形器一般地查找对应于θk,i的波束成形权重并且组合来自Nel个天线元件的PUSCH子带信号。在2314处，对于控制子带，(例如，SBC7中的)子带波束成形器可仅从专用的天线元件获取子带信号。在2316处，第0个到第6个子带组合器1608将PUCCH和PUSCH子带合成为19.8MHz信号，并且将所合成的PUCCH和PUSCH子带分别输入到演进型B节点1610的端口0到6。在2318处，第7个子带组合器1608将PUCCH、PRACH、MSG3子带合成为19.8MHz信号，并且将所合成的PUCCH、PRACH、MSG3子带提供给演进型B节点1610的端口7(例如，以用于作为全方向信号来向由演进型B节点服务的诸UE(飞行器)进行传输)。
本公开的诸方面提供了可支持具有多用户波束成形和子带组合的动态子带分配的高效DFT滤波器组子带波束成形器。对于大量天线元件，本文中描述的子带波束成形器结构比在每个天线处实现LTE接收机并且执行每频调的波束成形更加高效。本文中描述的技术提供了用于LTE空对地基站的可缩放的低复杂度结构。本文中描述的ATG基站设计可通过利用商用的8端口演进型B节点来随着天线元件的数目以及载波的数目而缩放。在一个示例中，演进型B节点可知晓天线阵列的大小。给波束成形器的诸UE的方位角/仰角可由专用飞行器跟踪系统以及调度器来提供。本文中描述的技术一般地提供调度灵活性，这可进而最大化网络容量。本文中描述的技术支持具有动态子带大小的FDMA和SDMA。本文中描述的用于具有动态子带大小的多子带波束成形的技术使用了现有技术中找到的技术的复杂度的5％，并且保持了类似的灵活性水平。
本文中描述的上行链路子带波束成形器设计可允许组合包括在诸连贯子带中的每一者之间的保护频带的多个连贯的子带，以及将其指派给UE(飞行器)，这可允许基于每个UE的带宽需求来向UE进行动态带宽分配。可以利用用于该设计的迭代滤波器设计算法，其中连贯子带滤波器的组合一般地具有平坦的通带频率响应，并且其中通过利用保护频带每个子带滤波器一般地与其他子带滤波器具有良好的分隔。
本文所公开的方法包括用于达成所描述的方法的一个或多个步骤或动作。这些方法步骤和/或动作可以彼此互换而不会脱离权利要求的范围。换言之，除非指定了步骤或动作的特定次序，否则具体步骤和/或动作的次序和/或使用可以改动而不会脱离权利要求的范围。
如本文中所使用的，引述一列项目中的“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一者”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c、和a-b-c，以及具有多个相同元素的任何组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c、和c-c-c，或者a、b和c的任何其他排序)。
如本文所使用的，术语“确定”涵盖各种各样的动作。例如，“确定”可包括演算、计算、处理、推导、研究、查找(例如，在表、数据库或其他数据结构中查找)、探知及诸如此类。而且，“确定”可包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)及诸如此类。而且，“确定”还可包括解析、选择、选取、确立及类似动作。
提供先前描述是为了使本领域任何技术人员均能够实践本文中所述的各个方面。对这些方面的各种修改将容易为本领域技术人员所明白，并且在本文中所定义的普适原理可被应用于其他方面。因此，权利要求并非旨在被限定于本文中所示的方面，而是应被授予与语言上的权利要求相一致的全部范围，其中对要素的单数形式的引述除非特别声明，否则并非旨在表示“有且仅有一个”，而是“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些”指的是一个或多个。本公开通篇描述的各个方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文中所公开的任何内容都并非旨在贡献给公众，无论这样的公开是否在权利要求书中被显式地叙述。权利要求的任何要素都不应当在35U.S.C.§112第六款的规定下来解释，除非该要素是使用措辞“用于......的装置”来明确叙述的或者在方法权利要求情形中该要素是使用措辞“用于......的步骤”来叙述的。
以上所描述的方法的各种操作可由能够执行相应功能的任何合适的装置来执行。这些装置可包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于电路、专用集成电路(ASIC)、或处理器。
根据某些方面，此类装置可由配置成通过实现上述各种算法(例如，以硬件或通过执行软件指令)来执行相应功能的处理系统来实现。例如，用于从BS接收关于一个或多个数据承载的RAN聚集以及WLAN卸载的卸载规则的配置信息的算法、用于至少部分地基于接收到的配置信息来确定使用RAN聚集和卸载规则进行通信的优先级的算法、以及用于基于所确定的优先级来执行RAN聚集或根据卸载规则执行WLAN卸载的算法。
结合本公开所描述的各种解说性逻辑块、模块、以及电路可用设计成执行本文描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件(PLD)、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，处理器可以是任何市售的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器、或任何其它此类配置。
如果以硬件实现，则示例硬件配置可包括无线节点中的处理系统。处理系统可以用总线架构来实现。取决于处理系统的具体应用和整体设计约束，总线可包括任何数目的互连总线和桥接器。总线可将包括处理器、机器可读介质、以及总线接口的各种电路链接在一起。总线接口可被用于将网络适配器等经由总线连接至处理系统。网络适配器可被用于实现PHY层的信号处理功能。在用户终端的情形中，用户接口(例如，按键板、显示器、鼠标、操纵杆，等等)也可以被连接到总线。总线还可以链接各种其他电路，诸如定时源、外围设备、稳压器、功率管理电路以及类似电路，它们在本领域中是众所周知的，因此将不再进一步描述。处理器可用一个或多个通用和/或专用处理器来实现。示例包括微处理器、微控制器、DSP处理器、以及其他能执行软件的电路系统。取决于具体应用和加诸于整体系统上的总设计约束，本领域技术人员将认识到如何最佳地实现关于处理系统所描述的功能性。
如果以软件实现，则各功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。软件应当被宽泛地解释成意指指令、数据、或其任何组合，无论是被称作软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、或其他。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，这些介质包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。处理器可负责管理总线和一般处理，包括执行存储在机器可读存储介质上的软件模块。计算机可读存储介质可被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。作为示例，机器可读介质可包括传输线、由数据调制的载波、和/或与无线节点分开的其上存储有指令的计算机可读存储介质，其全部可由处理器通过总线接口来访问。替换地或补充地，机器可读介质或其任何部分可被集成到处理器中，诸如高速缓存和/或通用寄存器文件可能就是这种情形。作为示例，机器可读存储介质的示例可包括RAM(随机存取存储器)、闪存、ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦式可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦式可编程只读存储器)、寄存器、磁盘、光盘、硬驱动器、或者任何其他合适的存储介质、或其任何组合。机器可读介质可被实施在计算机程序产品中。
软件模块可包括单条指令、或许多条指令，且可分布在若干不同的代码段上，分布在不同的程序间以及跨多个存储介质分布。计算机可读介质可包括数个软件模块。这些软件模块包括当由装置(诸如处理器)执行时使处理系统执行各种功能的指令。这些软件模块可包括传送模块和接收模块。每个软件模块可以驻留在单个存储设备中或者跨多个存储设备分布。作为示例，当触发事件发生时，可以从硬驱动器中将软件模块加载到RAM中。在软件模块执行期间，处理器可以将一些指令加载到高速缓存中以提高访问速度。随后可将一个或多个高速缓存行加载到通用寄存器文件中以供处理器执行。在以下述及软件模块的功能性时，将理解此类功能性是在处理器执行来自该软件模块的指令时由该处理器来实现的。
任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或无线技术(诸如红外(IR)、无线电、以及微波)从web网站、服务器、或其他远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(诸如红外、无线电、以及微波)就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘、和蓝光
Figure GDA0002733557400000201
碟，其中盘(disk)常常磁性地再现数据，而碟(disc)用激光来光学地再现数据。因此，在一些方面，计算机可读介质可包括非瞬态计算机可读介质(例如，有形介质)。另外，对于其他方面，计算机可读介质可包括瞬态计算机可读介质(例如，信号)。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
因此，某些方面可包括用于执行本文中给出的操作的计算机程序产品。例如，此类计算机程序产品可包括其上存储(和/或编码)有指令的计算机可读介质，这些指令能由一个或多个处理器执行以执行本文中描述的操作。
此外，应当领会，用于执行本文中描述的方法和技术的模块和/或其它恰适装置能由用户终端和/或基站在适用的场合下载和/或以其他方式获得。例如，此类设备能被耦合至服务器以促成用于执行本文中描述的方法的装置的转移。替换地，本文所述的各种方法能经由存储装置(例如，RAM、ROM、诸如压缩碟(CD)或软盘等物理存储介质等)来提供，以使得一旦将该存储装置耦合至或提供给用户终端和/或基站，该设备就能获得各种方法。此外，可利用适于向设备提供本文所描述的方法和技术的任何其他合适的技术。
将理解，权利要求并不被限定于以上所解说的精确配置和组件。可在以上所描述的方法和装置的布局、操作和细节上作出各种改动、更换和变形而不会脱离权利要求的范围。

Claims (29)

1.一种用于无线通信的方法，包括：
确定地面站与多个机载设备之间的相对角度；
基于所述相对角度，对经由所述地面站处的天线阵列中的数个天线元件从所述机载设备接收到的上行链路信号执行波束成形处理，以生成经组合的经波束成形信号，其中所述波束成形处理包括：
将系统带宽上的经由所述地面站天线阵列的所述天线元件接收到的所述上行链路信号分隔成关于所述地面站处的所述天线阵列中的每个天线元件的多个载波信号；
将来自每个天线元件的所述载波信号中的每一者划分成关于每个天线元件的多个单元子带信号；
通过使用基于所述相对角度所选择的天线权重来跨所述天线元件组合来自所述天线元件的占据载波内的相同子带频率的单元子带信号的方式对那些单元子带信号执行波束成形；以及
组合载波的所述经波束成形的单元子带信号，以生成所述载波的经组合的经波束成形信号；以及
将所述经组合的经波束成形信号馈送至所述地面站的数个端口，其中所述地面站的端口的数目小于所述地面站处的所述天线阵列中的天线元件的数目。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：将包括上行链路控制信令的至少一个非经波束成形的子带信号馈送至所述地面站的专用于非经波束成形的子带信号的端口。
3.如权利要求1所述的方法，其中，将系统带宽上的经由所述天线元件接收到的所述上行链路信号分隔成关于每个天线元件的多个载波信号包括：将载波聚集信号拆分成关于每个天线元件的多个载波信号；
其中使用基于所述相对角度所选择的天线权重对来自所述天线元件的所述单元子带信号执行波束成形包括将所述载波信号中的至少一个载波信号划分成单元子带信号；
其中组合载波的所述经波束成形的单元子带信号以生成所述载波的所述经组合的经波束成形信号包括：组合所述载波的所述经波束成形的单元子带信号以产生所述载波的至少一个子带组合器(SBC)输出信号，所述经波束成形的单元子带信号是从所述天线元件中的至少一个天线元件获得的且对应于所述载波内的不同子带频率，以产生所述载波的至少一个子带组合器(SBC)输出信号；以及
其中将所述经组合的经波束成形信号馈送至所述地面站的数个端口包括：将所述SBC输出信号中的至少一个SBC输出信号传送至所述地面站的所述数个端口中的至少一个端口。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个子带组合器(SBC)输出信号包括多个毗连单元子带；并且其中所述方法进一步包括：将至少一个机载设备指派给至少一个单元子带，以及向所述至少一个单元子带提供角度。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：
如果子带大小大于所述单元子带，则将所述角度指派给毗连单元子带，其中所述角度是所述机载设备关于所述地面站处的所述天线阵列的方位角和仰角的函数。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述方位角和仰角由飞机跟踪精灵系统提供。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：将所述单元子带中的至少一个中间单元子带指派为数据子带。
8.如权利要求1所述的方法，其中，保护频带位于分配给不同机载设备的数据单元子带之间。
9.如权利要求3所述的方法，进一步包括：在所述地面站处使用Np×2048点FFT来独立地解调所述子带组合器(SBC)输出信号中的至少一个SBC输出信号，其中Np表示所述地面站的端口的数目。
10.如权利要求1所述的方法，其中，从所述载波中的至少一个载波划分出的所述多个单元子带信号包括：用于包括上行链路控制信令的非经波束成形子带信号的一个或多个单元子带信号。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述非经波束成形子带信号是从专用天线元件获得的。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
向所述多个机载设备分配波束和单元子带。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述分配包括以下各项中的至少一者：
将相同的频率资源分配给不同的机载设备；或者
将不同的资源块分配给不同的机载设备。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述分配包括：基于所述多个机载设备的相对上行链路话务负载来向所述多个机载设备中的每一者动态地分配波束和单元子带。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述动态分配包括选择至少一个或任何数目个毗连单元子带。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述分配包括将大于单个单元子带的带宽指派给机载设备。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述指派包括将相同的角度指派给跨越所指派的带宽的所有所选择的毗连单元子带。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述指派包括利用一个或多个滤波器以使得在用于那些所述单元子带的单元子带滤波器的频率响应被组合时，经组合的频率响应的通带纹波是可忽略的。
19.如权利要求1所述的方法，进一步包括：组合来自专用天线元件的信号以合成控制子带组合器输出信号。
20.如权利要求1所述的方法，进一步包括：组合单元数据子带信号以合成数据子带组合器输出信号。
21.一种波束成形装备，包括：
可操作地连接至至少一个天线元件的至少一个载波分离器，其中所述载波分离器被配置成将载波聚集信号拆分成多个载波信号；
配置成将所述载波信号中的至少一个载波信号划分成针对多个用户装备(UE)的单元子带信号的至少一个子带分离器；以及
可操作地连接至至少一个子带分离器的子带组合器，所述子带组合器配置成组合来自所述至少一个天线元件的所述单元子带信号以产生至少一个子带组合器(SBC)输出信号，所述至少一个SBC输出信号包括针对所述多个UE的经波束成形单元子带信号，其中每个子带具有10log10Nel的波束成形增益，其中Nel表示所述至少一个天线元件的数目。
22.如权利要求21所述的波束成形装备，其中，所述单元子带信号被相干地组合。
23.如权利要求21所述的波束成形装备，其中，所述至少一个子带分离器包括至少一个子带滤波器Hk(z)，其中所述至少一个频率子带滤波器Hk(z)包括具有频率响应
Figure FDA0002733557390000041
的原型滤波器H(z)的频率转换版本，其中Nsb表示单元子带的数目。
24.如权利要求21所述的波束成形装备，其中，所述至少一个子带组合器包括至少一个子带滤波器Fk(z)，其中所述至少一个子带滤波器Fk(z)包括具有频率响应
Figure FDA0002733557390000042
的原型滤波器F(z)的频率转换版本，其中Nsb表示单元子带的数目。
25.如权利要求21所述的波束成形装备，进一步包括：
可操作地连接至所述子带组合器的跟踪系统，所述跟踪系统配置成提供服务方机载设备的方位角和仰角，其中如果子带大小大于单元子带，则将相同的角度提供给毗连单元子带，其中所述角度是所述方位角和仰角的函数。
26.如权利要求21所述的波束成形装备，其中，所述至少一个子带组合器组合来自专用天线元件的信号以合成控制子带组合器输出信号。
27.如权利要求21所述的波束成形装备，其中，所述至少一个子带组合器组合单元数据子带信号以合成数据子带组合器输出信号。
28.一种用于无线通信的装备，包括：
用于确定地面站与多个机载设备之间的相对角度的装置；
用于基于所述相对角度对经由所述地面站天线阵列的数个天线元件从所述机载设备接收到的上行链路信号执行波束成形处理以生成经组合的经波束成形信号的装置，其中用于执行波束成形处理的装置包括：
用于将系统带宽上的经由所述地面站天线阵列的所述天线元件接收到的所述上行链路信号分隔成关于所述地面站处的所述天线阵列中的每个天线元件的多个载波信号的装置；
用于将来自每个天线元件的所述载波信号中的每一者划分成关于每个天线元件的多个单元子带信号的装置；
用于通过使用基于所述相对角度所选择的天线权重来跨所述天线元件组合来自所述天线元件的占据载波内的相同子带频率的单元子带信号的方式对那些单元子带信号执行波束成形的装置；以及
用于组合载波的所述经波束成形的单元子带信号，以生成所述载波的经组合的经波束成形信号的装置；以及用于将所述经组合的经波束成形信号馈送至所述地面站的数个端口的装置，其中所述地面站的端口的数目小于天线元件的数目。
29.一种包括指令的计算机可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时执行操作，所述操作包括：
确定地面站与多个机载设备之间的相对角度；
基于所述相对角度，对经由所述地面站天线阵列的数个天线元件从所述机载设备接收到的上行链路信号执行波束成形处理，以生成经组合的经波束成形信号，其中所述波束成形处理包括：
将系统带宽上的经由所述地面站天线阵列的所述天线元件接收到的所述上行链路信号分隔成关于所述地面站处的所述天线阵列中的每个天线元件的多个载波信号；
将来自每个天线元件的所述载波信号中的每一者划分成关于每个天线元件的多个单元子带信号；
通过使用基于所述相对角度所选择的天线权重来跨所述天线元件组合来自所述天线元件的占据载波内的相同子带频率的单元子带信号的方式对那些单元子带信号执行波束成形；以及
组合载波的所述经波束成形的单元子带信号，以生成所述载波的经组合的经波束成形信号；以及
将所述经组合的经波束成形信号馈送至所述地面站的数个端口，其中所述地面站的端口的数目小于天线元件的数目。
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