CN108702189A - 使用天线阵列进行波束成形 - Google Patents

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Abstract

提供了使用天线阵列进行波束成形的机制。方法由网络节点执行。该方法包括从无线设备获取将要用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符。该方法包括根据所接收的指示符从码本集中选择码本，其中所选择的码本定义预编码矩阵，并且其中所述码本集包括定义可变波束宽度以及对于所有波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本。该方法包括使用所选择的码本预编码从天线阵列到无线设备的信号传输。

Description

使用天线阵列进行波束成形
技术领域
在此给出的实施例涉及用于使用天线阵列进行波束成形的方法、网络节点、无线设备、计算机程序以及计算机程序产品。在此提出的实施例进一步涉及用于信号发送天线阵列的预编码矩阵指示符的方法、网络节点、无线设备、计算机程序以及计算机程序产品。
背景技术
在通信网络中，可能存在对于给定的通信协议、其参数和其中通信网络已部署的物理环境获取良好的性能和容量的挑战。
例如，多天线技术可以潜在地提高无线通信网络的数据速率和可靠性方面的性能。如果发送设备和接收设备二者都配备有多个天线，则可以特别地改善性能，这导致多输入多输出(MIMO)通信信道。这种网络和/或相关技术通常被称为MIMO。
长期演进(LTE)标准目前正在发展以支持MIMO，诸如MIMO天线部署和MIMO相关技术。当前，所谓的LTE-高级标准支持具有信道相关预编码的8个发射天线的8层空间复用模式。空间复用模式针对有利信道条件下的高数据速率。图2中提供了空间复用操作的图示。图2示意性地示出网络节点150，该网络节点150包括用于LTE中的预编码空间复用模式的示例传输结构。如图2中看到的，来自r个输入层(表示为层1，层2，...层r)的携带符号向量s的信息乘以r预编码器矩阵W的NT倍。该预编码器矩阵用于分配NT维向量空间(对应于NT天线端口)的子空间中的发送能量，其中因此预编码的符号向量在被提供到天线端口并且然后被提供到无线电接入网络节点的天线阵列之前被提供到逆快速傅里叶变换器。预编码器矩阵通常从可能的预编码器矩阵的码本中选择，并且通常借助于预编码器矩阵指示符(PMI)来指示。对于给定数量的符号流，PMI在码本中指定唯一的预编码器矩阵。s中的r个符号各自对应于层，并且r被称为传输等级。以该方式，实现了空间复用，因为可以在相同的时间/频率资源元素(TFRE)上同时发送多个符号。符号数r通常适于当前的信道属性。
在LTE标准中，在下行链路(即，用于从无线电接入网络节点到由网络服务的无线设备的传输)中使用正交频分复用(OFDM)，并且在上行链路(即，用于从由网络服务的无线设备向无线电接入网络节点的传输)中使用离散傅里叶变换(DFT)预编码OFDM，并且因此对于子载波n上的某个TFRE(或者可替代地，数据TFRE编号n)，接收的NR x 1向量yn由下式建模
yn＝HnWsn+nn 等式1
其中nn是作为随机过程的实现而获取的噪声/干扰向量。预编码器W可以是频率上恒定的宽带预编码器，或频率选择性预编码器。
可以选择预编码器矩阵W以匹配NR×NT维MIMO信道矩阵Hn的特性，产生所谓的信道相关预编码。这通常也被称为闭环预编码，并且基本上努力将发送能量聚焦到子空间中，该子空间在将大部分发送的能量传送到所服务的无线设备之一的意义上是强的。另外，还可以选择预编码器矩阵以努力使信道正交化，这意味着在所服务的无线设备处的适当线性均衡之后，减少了层间干扰。
然而，仍然需要用于灵活选择预编码器矩阵的改进机制。
发明内容
在此的实施例的目的是提供用于灵活选择预编码器矩阵的机制。
根据第一方面，提出了一种使用天线阵列进行波束成形的方法。该方法由网络节点执行。该方法包括从无线设备获取将要用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符。该方法包括根据所接收的指示符从码本集中选择码本，其中所选择的码本定义预编码矩阵，并且其中所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于所有波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本。该方法包括使用所选择的码本预编码从天线阵列到无线设备的信号传输。
根据第二方面，提出了一种用于使用天线阵列进行波束成形的网络节点。网络节点包括处理电路和存储介质。存储介质存储指令，该指令在由处理电路执行时使网络节点执行一组操作或步骤。该操作或步骤使网络节点从无线设备获取将要用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符。该操作或步骤使网络节点根据所接收的指示符从码本集中选择码本，其中所选择的码本定义预编码矩阵，并且其中所述码本集包括定义可变波束宽度并对于所有波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本。该操作或步骤使网络节点使用所选择的码本来预编码从天线阵列到无线设备的信号传输。
根据第三方面，提出了一种用于使用天线阵列进行波束成形的网络节点。该网络节点包括获取模块，该获取模块被配置为从无线设备获取将要用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符。该网络节点包括选择模块，该选择模块被配置为根据所接收的指示符从码本集中选择码本，其中所选择的码本定义预编码矩阵，并且其中所述码本集包括定义可变波束宽度并对于所有波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本。该网络节点包括预编码模块，该预编码模块被配置为使用所选择的码本预编码从天线阵列到无线设备的信号传输。
根据第四方面，提出了一种用于使用天线阵列进行波束成形的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码在网络节点的处理电路上运行时使网络节点执行根据第一方面的方法。
根据第五方面，提出了一种使用天线阵列实现波束成形的方法。该方法由无线设备执行。该方法包括获取从天线阵列接收的参考信号的信道测量值以形成信道估计。该方法包括使用信道估计从码本集中选择预编码矩阵指示符，其中所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于每个波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本。该方法包括向网络节点发送预编码矩阵指示符。该方法包括接收来自天线阵列的信号传输，该传输信号已经用所选择的码本预编码，其中所选择的码本定义预编码矩阵。
根据第六方面，提出了一种用于使用天线阵列实现波束成形的无线设备。无线设备包括处理电路和存储介质。存储介质存储指令，该指令在由处理电路执行时使无线设备执行一组操作或步骤。该操作或步骤使无线设备获取对从天线阵列接收的参考信号的信道测量，以形成信道估计。该操作或步骤使无线设备使用信道估计从码本集中选择预编码矩阵指示符，其中所述码本集包括定义可变波束宽度并对于每个波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本。该操作或步骤使无线设备向网络节点发送预编码矩阵指示符。该操作或步骤使无线设备接收来自天线阵列的信号传输，该传输信号已经用所选择的码本预编码，其中所选择的码本定义预编码矩阵。
根据第七方面，提出了一种用于使用天线阵列实现波束成形的无线设备。该无线设备包括信道测量模块，该信道测量模块被配置为获取对从天线阵列接收的参考信号的信道测量，以形成信道估计。该无线设备包括选择模块，该选择模块被配置为使用信道估计从码本集中选择预编码矩阵指示符，其中所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于每个波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本。该无线设备包括发送模块，该发送模块被配置为向网络节点发送预编码矩阵指示符。该无线设备包括接收模块，该接收模块被配置为接收来自天线阵列的信号传输，该传输信号已经用所选择的码本预编码，其中所选择的码本定义预编码矩阵。
根据第八方面，提出了一种用于使用天线阵列实现波束成形的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码在无线设备的处理电路上运行时使无线设备执行根据第五方面的方法。
有利地，这些方法、这些网络节点、这些无线设备和这些计算机程序实现将要由天线阵列使用的有效波束成形。反过来，这实现预编码器矩阵的灵活选择。
现在将公开这些方法、这些网络节点、这些无线设备和这些计算机程序的其它优点。
有利地，实现对信道条件的有效适应性，而不会显著增加从无线设备到网络节点的所需反馈信令量。现在将公开允许无线设备以闭环方式动态地改变用于下行链路传输的波束的波束宽度的具体优点。
实现了对时变信道的增强的鲁棒性。对于具有大角度扩展的信道的无线设备，与采用更宽波束的波束成形相比，采用窄波束的波束成形可能不会导致接收信号功率上的增加，因为信道能量在若干角度方向中分布。实际上，将信号能量聚焦在单个多径分量可能导致降低的鲁棒性，因为多径分量可能经历衰落下降。对于具有高多普勒或长CSI-RS周期的情况尤其如此。因此，采用宽波束的波束成形可以导致分集增益。
实现了针对信道估计误差的增强的鲁棒性。对于具有差的信号与干扰加噪声比(SINR)估计的无线设备，所得到的信道估计可能是低质量的。因此，基于这种信道估计选择预编码器可能容易出错。如果预编码器对应于窄波束，则选择不正确的预编码器可能导致无线设备未被波束覆盖，从而导致分组丢失。在这种情况下，替代选择更宽的波束可能是有益的。
实现了通信网络中手电筒干扰的减少。在使用采用窄波束的波束成形的通信网络中，小区间干扰级别可随时间推移快速变化。在CSI报告时由无线设备测量的干扰级别在数据传输时可能基本上不同。这可能导致链路自适应错误，这对系统性能有不利影响。通常被称为“手电筒效应”的该现象变得越糟，在通信网络中用于传输的波束越窄。因此，当缩窄波束宽度(来自增加的波束成形增益)时系统性能上的增益被手电筒干扰上的增加抵消。根据在此公开的实施例，允许在通信网络中使用宽波束和窄波束的混合，减少所谓的手电筒效应，并且从而导致改善的系统性能。由于从窄波束切换到更宽波束不会降低具有大角度扩展的信道的无线设备的接收功率，这将导致系统性能上的提高。
实现了针对多用户MIMO(表示为MU-MIMO)的改进的共同调度。在MU-MIMO中，数据被同时发送到两个或更多个无线设备。为了使MU-MIMO传输有益，共同调度的无线设备的信道应该在角度域中是正交的和非重叠的。无线电接入网络节点通常基于无线设备报告的预编码器做出共同调度决策。如果第一无线设备报告与窄波束对应但具有大角度扩展的信道的预编码器，则无线电接入网络节点可以做出非最优的共同调度决策并且将第一无线设备与第二无线设备共同调度，该第二无线设备与第一无线设备具有重叠信道。这将导致第一无线设备接收高级别的干扰。相反，如果第一无线设备报告了与更宽波束对应的预编码器，则将在预编码器选择中捕获角度扩展，并且可以进行更适当的共同调度决策。
有源天线元件(即，施加非零天线权重的天线元件)的数量保持恒定，导致天线阵列的良好功率利用，同时避免覆盖和接收功率损失的问题。
根据第九方面，提出了一种用于信号发送天线阵列的预编码矩阵指示符的方法。该方法由网络节点执行。该方法包括从无线设备获取将要用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符，其中预编码矩阵指示符独立地定义预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数。该方法包括根据所接收的指示符从码本集中选择码本。该方法包括使用所选择的码本预编码从天线阵列向无线设备的信号传输。
根据第十方面，提出了一种用于信号发送天线阵列的预编码矩阵指示符的网络节点。网络节点包括处理电路和存储介质。存储介质存储指令，当由处理电路执行时，该指令使网络节点执行一组操作或步骤。该操作或步骤使网络节点从无线设备获取将要用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符，其中预编码矩阵指示符独立地定义预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数。该操作或步骤使网络节点根据所接收的指示符从码本集中选择码本。该操作或步骤使网络节点使用所选择的码本预编码从天线阵列向无线设备的信号传输。
根据第十一方面，提出了一种用于信号发送天线阵列的预编码矩阵指示符的网络节点。该网络节点包括获取模块，该获取模块被配置为从无线设备获取用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符，其中预编码矩阵指示符独立地定义预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数。该网络节点包括选择模块，该选择模块被配置为根据所接收的指示符从码本集中选择码本。该网络节点包括预编码模块，该预编码模块被配置为使用所选择的码本预编码从天线阵列向无线设备的信号传输。
根据第十二方面，提出了一种用于信号发送天线阵列的预编码矩阵指示符的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，当该计算机程序代码在网络节点的处理电路上运行时使网络节点执行根据第九方面的方法。
根据第十三方面，提出了一种用于信号发送天线阵列的预编码矩阵指示符的方法。该方法由无线设备执行。该方法包括获取对从天线阵列接收的参考信号的信道测量以形成信道估计。该方法包括使用信道估计来选择将要用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符，其中预编码矩阵指示符独立地定义预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数。该方法包括向网络节点发送预编码矩阵指示符。该方法包括接收来自天线阵列的信号传输，该传输信号已经用所选择的码本预编码，根据预编码矩阵指示符选择所选择的码本。
根据第十四方面，提出了一种用于信号发送天线阵列的预编码矩阵指示符的无线设备。无线设备包括处理电路和存储介质。存储介质存储指令，当由处理电路执行时，该指令使无线设备执行一组操作或步骤。该操作或步骤使无线设备执行对从天线阵列接收的参考信号的信道测量以形成信道估计。该操作或步骤使无线设备使用信道估计来选择将要用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符，其中预编码矩阵指示符独立地定义预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数。该操作或步骤使无线设备向网络节点发送预编码矩阵指示符。该操作或步骤使无线设备接收来自天线阵列的信号传输，该传输信号已经用所选择的码本预编码，所选择的码本根据预编码矩阵指示符选择。
根据第十五方面，提出了一种用于信号发送天线阵列的预编码矩阵指示符的无线设备。该无线设备包括信道测量模块，该信道测量模块被配置为执行对从天线阵列接收的参考信号的信道测量以形成信道估计。该无线设备包括选择模块，该选择模块被配置为使用信道估计来选择将要用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符，其中预编码矩阵指示符独立地定义预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数。该无线设备包括发送模块，该发送模块被配置为向网络节点发送预编码矩阵指示符。该无线设备包括接收模块，该接收模块被配置为接收来自天线阵列的信号传输，该传输信号已经用所选择的码本预编码，所选择的码本根据预编码矩阵指示符选择。
根据第十六方面，提出了一种用于信号发送天线阵列的预编码矩阵指示符的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，当该计算机程序代码在无线设备的处理电路上运行时使无线设备执行根据第十三方面的方法。
根据第十七方面，提出了一种计算机程序产品，其包括根据第四方面、第八方面、第十二方面和第十六方面中的至少一个方面的计算机程序，以及计算机可读存储介质，计算机程序存储在该计算机可读存储介质上。计算机可读存储介质可以是非暂态计算机可读存储介质。
应注意，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四、第十五、第十六和第十七方面的任何特征可以应用于任何其它方面的任何适当位置。同样，第一方面的任何优点同样可以分别适用于第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四、第十五、第十六和/或第十七方面，反之亦然。从以下详细公开内容、所附从属权利要求以及附图，所附实施例的其它目的、特征和优点将显而易见。
通常，权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文另有明确定义。所有引用“一/一个/元素、装置、组件、部件、步骤等”除非另有明确说明，否则将被公开解释为指代元件、装置、组件、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则在此公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。
附图说明
现在参考附图通过示例描述本发明构思，在附图中：
图1是示出根据实施例的通信网络的示意图；
图2是示出网络节点中的预编码空间复用模式的传输结构的示意图；
图3示出传输波束的辐射模式；
图4、图5、图6和图7是根据实施例的方法的流程图；
图8是根据实施例的用于扩展码本的过程的示意图；
图9a是示出根据实施例的网络节点的功能单元的示意图；
图9b是示出根据实施例的网络节点的功能模块的示意图；
图10a是示出根据实施例的无线设备的功能单元的示意图；
图10b是示出根据实施例的无线设备的功能模块的示意图；以及
图11示出根据实施例的包括计算机可读部件的计算机程序产品的一个示例。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明构思，在附图中示出了本发明构思的某些实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的实施例；相反，这些实施例是作为示例提供的，使得本公开将是彻底和完整的，并且将本发明构思的范围完全传达给本领域技术人员。相同的数字在整个说明书中指代相同的元件。虚线所示的任何步骤或特征都应视为可选的。
图1是示出通信网络100的示意图，其中可以应用在此给出的实施例。通信网络100包括无线电接入网络110、核心网络130以及服务网络140。无线电接入网络110可操作地连接到核心网络130，该核心网络130进而可操作地连接到服务网络140。无线电接入网络110包括至少一个无线电接入网络节点120。每个无线电接入网络节点120包括天线阵列160。每个无线电接入网络节点120可以作为无线电基站、基站收发台、Node B、演进节点B或接入点提供。至少一个无线电接入网络节点120为至少一个无线设备180提供网络接入。每个无线设备180可以是便携式无线设备、移动台、移动电话、手机、无线本地环路电话、用户设备(UE)、智能电话、膝上型计算机、平板计算机、传感器设备或无线调制解调器。
通信网络100进一步包括至少一个网络节点150。至少一个网络节点150可以与无线电接入网络节点120共处一地。下面将公开网络节点150及其功能的进一步细节。
假设无线电接入网络节点120通过在至少两个传输波束170a、170b之一中发送信号来为无线设备180提供网络接入。假设每个这种传输波束170a、170b对应于预编码器矩阵。用于选择预编码器矩阵W的无线设备180一个示例方法是无线设备180在一组K个可用预编码器矩阵中选择预编码器矩阵Wk，其最大化假设等效信道的Frobenius范数：
这里，是信道估计，可能来自如下所述的信道状态信息参考信号(CSI-RS)；Wk是具有索引k的假设预编码器矩阵，并且是假设等效信道。
在根据LTE标准的下行链路中使用的闭环预编码中，无线设备180基于前向链路(下行链路)中的信道测量，向网络节点150发送将要使用的合适预编码器的推荐。网络节点150根据由无线设备180使用的传输模式配置无线设备180以提供反馈。网络节点150可以发送CSI-RS并将无线设备180配置为使用CSI-RS的测量来反馈所推荐的预编码矩阵，该预编码矩阵由无线设备180从码本中选择。应该覆盖大带宽(宽带预编码)的单个预编码器可以从无线设备180反馈到网络节点150。根据各方面，信道的频率变化被映射，而无线设备反馈频率选择性预编码报告，例如识别若干个预编码器，每个子带一个预编码器。这是信道状态信息(CSI)反馈的更一般情况的示例，其还包括反馈除推荐的预编码器之外的其它信息以在向无线设备180的后续传输中帮助网络节点150。这种其它信息可以包括信道质量指示符(CQI)以及传输秩指示符(RI)。
给定来自无线设备180的CSI反馈，网络节点150确定传输参数，诸如预编码矩阵、传输秩，以及调制和编码状态(MCS)，它将在向无线设备180的信号传输期间使用。这些传输参数可以与无线设备180所做的推荐不同。因此，可以在下行链路控制信息(DCI)中用信号通知秩指示符和MCS，并且可以在DCI中用信号通知预编码矩阵。可替代地，网络节点150可以发送解调参考信号，从该解调参考信号可以测量等效信道。传输秩以及由此空间复用层的数量反映在预编码器W的列数中。为了有效性能，可以选择与信道属性匹配的传输秩。
无线设备180可以被配置为通过测量从网络节点150发送的CSI-RS来估计CSI-RS正在遍历的有效信道，包括无线电传播信道和天线增益。这意味着如果发送了已知的CSI-RS信号x，则无线设备180可以估计在所发送的信号和所接收的信号之间的耦合，即有效信道H。因此，如果在传输中不执行虚拟化，则所接收的信号y可以表示为
y＝Hx+n等式3
从而无线设备180可以估计有效信道H。
LTE版本10中最多可配置8个CSI-RS端口。也就是说，UE可以从多达八个发射天线估计信道。
基于指定的CSI-RS资源并且基于干扰测量配置，无线设备180可以估计有效信道和噪声加干扰，并且因此还确定秩、预编码矩阵和MCS以推荐最优匹配特定信道。
在LTE版本10中，对于八个天线端口，使用用于预编码器W的分解预编码器结构；即W＝W1W2。表示为W1的第一预编码器是针对长期信道特性的宽带预编码器。表示为W2的第二预编码器是针对短期信道特性和/或极化差异的频率选择性预编码器。
用于两个预编码器中的每一个预编码器的预编码器矩阵指示符(PMI)由无线设备180从有限的一组可用预编码器(码本)中选择每个预编码器来提供。可以采用不同的频率粒度来配置两个预编码器中的每一个预编码器的PMI报告。
LTE标准实现了以下分解预编码器的变体。宽带预编码器 具有针对N个交叉极化天线(即，天线端口的数量NT＝2N)的均匀线性阵列(ULA)的块对角结构。采用该结构，相同的N×1预编码器X被应用于两个极化中的每一个。
预编码器X是基于离散傅里叶变换(DFT)的预编码器，实现波束网格码本，向无线设备180提供指向不同方向的波束，以在预编码器的其选择期间进行选择。基于DFT的码本具有条目其中Q是整数过采样因子，定义了波束的数量。
如上所述的基于DFT的预编码器将信号能量聚焦在单个角度方向。基于DFT的预编码器针对具有特定数量的天线端口的ULA而定制。然后可以指定用于所支持的天线端口NT的每个编号的单独码本。
用于秩1的频率选择性预编码器被定义为其中并且P＝4是极化之间的相移。
由此产生的预编码器变为
对于秩2，频率选择性预编码器可以类似地定义为为了让两个所发送的层正交，矩阵W1应该是正交矩阵，即矩阵乘积应该是缩放的单位矩阵。
使用DFT向量构造的码本实现朝向固定一组角度方向的波束成形。DFT波束就其性质而言，表征为固定辐射模式，其半功率波束宽度(HPBW)由天线阵列160的参数确定，诸如天线数量、天线元件间距以及天线元件的辐射模式的HPBW。例如，具有用DFT向量激励的带有0.8波长的最近邻居间距的八个等距全向天线的天线阵列160将产生具有8度HPBW的辐射模式。
通常，指向从具有N个天线的ULA发射的角度φ0的DFT波束的辐射图可以由如下的Dirichlet内核|G(θ)|描述：
如上由|G(θ)|的表达式如下，当ULA中的数量或天线N增加时，辐射模式变得越来越窄，并且在φ＝φ0时增加天线增益。实际上，当N→∞时，Dirichlet内核接近Diracdelta函数，具有无限小的波束宽度和无限的天线增益，φ＝φ0。图3示出根据作为DFT波束的角度θ的函数的|G(θ)|的辐射模式，其中N＝10,φ0＝5°。
如果无线信道主要由强的单个可解析路径(诸如强视线(LoS)路径)组成，则使用波束成形来聚焦辐射能量(定义发送的信号)在单个角度方向上是有益的。然而，无线信道通常包括许多多径分量，其中多径分量可以位于不同的角度方向。在许多情况下，无线设备180可以在物理上位于缺少强LoS路径的地方，从而导致非视线传播条件，并且许多多径分量可以同样强。在这种情况下，采用更窄波束的波束成形和单个方向上的能量聚焦可能不会导致任何性能增益，因为尽管在该方向上的天线增益增加，但是大部分信道能量被遗漏。
通常，可以根据每个多径分量的角度φi与平均信道角度φi的偏差的加权和来确定无线信道的角度扩展的度量，将该总和加权多径分量的功率pi，如下：
这里，ASRMS表示角度扩展的均方根。与采用更宽波束的波束成形相比，信道的角度扩展越大，通过窄波束进行波束成形所带来的附加益处越小。
因此，天线阵列160越宽，主波束越窄。因此，实现更宽辐射模式的一个实施例是仅使用天线阵列160的一部分而不是使用所有可用的天线元件。作为示例，天线阵列160可以迭代地分成两半。在每次划分之后，每个这种所获取的阵列的一半(表示为子阵列)将具有更宽的辐射模式。然后，可以为子阵列设计上述子码本，包含针对k∈{1,...,K}的矩阵W(l,k)，其具有与等式4中的结构类似的结构，即适当长度的DFT向量预编码器应用于给定的子阵列。
例如，对于具有N＝8个交叉极化天线元件的天线阵列160，在主码本中存在L+1＝log2(8)+1＝4个级别，其中子码本被设计用于长度n1＝1，n2＝2，n3＝4和n4＝8的子阵列。例如，这些子码本可以使用现有的LTE版本8和版本10的码本来构造。
不幸的是，直接利用该方法(即，激活子阵列，同时使其余天线静音)将导致天线阵列160的差功率利用率。由于每天线功率的限制，所使用的功率总量将减少，导致例如覆盖范围和接收功率上损失的问题。为了解决该问题，接下来将公开的实施例提出了一种利用双极化天线设计的码本，其能够实现双极化波束成形。
因此，在此公开的实施例一般涉及使用天线阵列160进行波束成形的机制。为了获取这种机制，提供了网络节点150，由网络节点150执行的方法，包括代码的例如以计算机程序的形式的计算机程序产品，当在网络节点150的处理电路上运行时，该代码使网络节点150执行该方法。为了使用天线阵列160实现波束成形，提供了无线设备180，由无线设备180执行的方法，以及包括代码的例如以计算机程序的形式的计算机程序产品，当在无线设备180的处理电路上运行时使无线设备180执行该方法。
一般而言，根据在此公开的至少一些实施例，提出了一种用于闭环CSI反馈的码本，其不仅针对指向方向而且针对波束的HPBW进行参数化。获取各种波束宽度，而不损失功率利用率。以该方式，传统的LTE码本可以在一维或二维中扩展，并且还在方位角和仰角域中并入HPBW。作为其结果，无线设备180能够选择表示不仅具有合适的指向方向而且还具有合适的波束宽度的波束的预编码器。
一般而言，在此公开的实施例中的至少一些实施例提供了一个过程，用于通过从与比用于数据传输的天线端口的数量更少数量的天线端口对应的DFT码本开始来构造与不同波束宽度对应的码本集，并通过应用固定的更新步骤迭代地增加预编码器的长度。
图4是示出由网络节点150执行的使用天线阵列160进行波束成形的方法的实施例的流程图。图5a和图5b是示出如由无线设备180执行的用于使用天线阵列160实现波束成形的方法的实施例的流程图。这些方法有利地作为计算机程序1120a、1120b、1120c、1120d提供。
现在参考图4，其示出根据实施例的如由网络节点150执行的使用天线阵列160进行波束成形的方法。
出于说明性目的，可以假设无线设备180已经对如由无线电接入网络节点120的天线阵列160发送的参考信号执行信道测量，以便无线设备180形成信道估计，并且无线设备180使用信道估计选择了预编码矩阵指示符。因此，网络节点150被配置为如步骤S102中那样获取预编码矩阵指示符：
S102：网络节点150从无线设备180获取预编码矩阵指示符。预编码矩阵将要用于从网络节点150(借助于无线电接入网络节点120)向无线设备180的传输。
然后，网络节点150基于所接收的指示符来选择码本。因此，网络节点150被配置为执行步骤S104：
S104：网络节点150根据所接收到的指示符从码本集中选择码本。所选择的码本定义预编码矩阵。所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于所有波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本。这里，非零将被解释为非零幅度；天线权重的相位可以为零。在该方面，这不需要实际激励每个和所有天线元件；信号有时可能为零，但对应的天线元件不会被停用。下面将公开如何形成这种码本集的细节。在该方面，代替定义码本集，每个波束宽度一个码本，可以相应地定义包括具有不同波束宽度的预编码器矩阵的单个码本。然而，为了保持符号简单，以下将假定定义了码本集。一般而言，天线阵列160中使用天线权重以便控制天线阵列160的传输行为，即从天线阵列160发射的波束成形(诸如波束宽度、波束方向、波束功率)。
一旦选择了码本，网络节点150就可以将其用于预编码。因此，网络节点150被配置为执行步骤S106：
S106：网络节点150使用所选择的码本预编码从天线阵列160向无线设备180的信号传输。
现在将公开涉及如由网络节点150执行的使用天线阵列160的波束成形的进一步细节的实施例。
可能有不同的方式来形成码本集。现在将依次描述与其相关的不同实施例。
根据实施例，所述码本集包括扩展码本。然后，可以从相应的初始码本导出所有扩展码本。
下面将公开初始码本、扩展码本以及扩展码本如何可以从初始码本导出的示例。
例如，假设初始码本的预编码器向量具有相应的空间频率响应模式。根据一些方面，然后可以从相应的初始码本导出所有扩展码本，使得每个扩展码本的预编码器向量保存相应的空间频率响应模式。
根据实施例，每个扩展码本可以从相应的初始码本迭代地导出。为了从相应的初始码本迭代地导出每个扩展码本，将以下操作中的至少一些操作应用于初始码本。例如，可以复制相应码本的元素；被复制的相应码本的元素中的至少一些元素可以按顺序反转；被复制的相应码本的元素中的至少一些元素可以(复数)共轭，并且被复制的相应码本的元素中的至少一些元素的权重可以被否定。此外，在任选地被反转和/或共轭和/或否定之后，复制元素可以被添加到先前迭代的对应元素。在该方面，使权重被否定的那些元素被相移180度，使得在向相关联的元素提供天线阵列160的相反极化的任何两个分量之间存在180度的相移。在该方面，可以执行保存所需属性的许多操作，诸如每极化权重向量的反转，极化之间权重向量的互换，任何每极化向量的共轭反转，应用于任何每极化向量权重的恒定相移，应用于单独权重的增量相移(对于两个极化相同)，填充零到任何每极化向量(这会破坏功率利用效率，但保持波束宽)，应用于权重的小相位扰动(这会破坏所需的空间平坦功率谱特性，但仍然可以产生几乎宽的波束)。就几乎宽的波束而言，所得到的波束几乎与单个子元件(如果这是目标)的波束一样宽，并且可替代地，波束可以具有与要保存的基础子阵列(如果这是目标)的模式几乎相同的辐射模式。例如，如果目标是具有8×1天线元件的天线阵列160以保存具有4×1天线元件的天线阵列160的DFT波束形状，则这些扰动将产生接近4×1天线阵列160的波束形状的波束形状。虽然有一些波纹/失真，但这实际上是可以接受的。这些操作中的至少一些操作也可以应用于从中导出总权重向量的权重。
假设存在L个扩展码本，W＝{W(0),...,W(L)}。然后，根据实施例，L＝log2N表示可用扩展码本的数量，其中N＞1并且N是表示天线阵列160中每个极化的天线端口数量的整数。在该方面，存在L个扩展码本和N个天线端口的码本(可以看作扩展0次的扩展码本)。因此，L+1＝log2N+1是可用级别的数量，每个可用HPBW一个可用级别。因此，对于当前的LTE码本，码本可以被设计用于双极化天线阵列160，这意味着天线端口的总数量是2N。
可以通过迭代地扩展初始码本来生成每个扩展码本，直到扩展码本在大小上对应于每个极化的N个天线端口。更详细地，根据实施例，每个扩展码本包括预编码器向量，其中预编码器向量被索引为W(l)＝{W(l,1),...,W(l,Kl)}，其中l∈{0,1,...,L}并且l表示扩展码本，并且其中Kl是扩展码本l的预编码器向量的数量。每个这种每级子码本提供具有从该组可用HPBW中选择的某些HPBW的辐射模式。然后，对于k∈{0,1,...,Kl}，扩展码本l由下式给出
其中
以及对于t＝1,...,l。
可替代地
其中
对于t＝1,...,l。
这可以保存波束模式。进一步可替代地，
其中
这可以保存波束模式并且可以另外产生两个正交端口。
在上面的等式中，表示大小nt＝2t-1的方形交换矩阵，其给定为
就初始码本而言，对于天线阵列160中的每个极化的N/2l个天线端口设计相应的初始码本。
此外，根据实施例，相应的初始码本包括向量集合，从该向量集合中可以选择跨越要由要从所述天线阵列160发送到无线设备180的信号覆盖的角度范围的至少一个向量。向量的每个元素可以具有单位模数。
在选择相应的初始码本方面，每个相应的初始码本可以包括基于离散傅里叶变换DFT的预编码器。例如，预编码器的每个极化部分最初可以被设置为来自每个极化的天线端口的码本的长度向量。在实施例中，可以使用普通DFT码本，其中：
其中nl＝N/2l并且Ql是码本中级别l的过采样因子。
所述码本集中的每个码本W可以是宽带预编码器W1和频率选择性预编码器W2的组合，使得W＝W1W2，其中W1W2表示W1和W2之间的矩阵乘法。宽带预编码器W1表示来自扩展码本之一的预编码器向量。因此，对于一对相互正交的偏振A和B，来自级别l子码本的第k个矩阵由下式给出：
或
或
其中和是上面给出的DFT向量。预编码器向量XA(l,k)和XB(l,k)以及保证保存由施加到所需(较小)大小的子阵列的和给出的初始DFT波束的模式。因此，以该方式，可以构造具有与所有可能的子阵列(半阵列)对应的HPBW的波束。
用于扩展码本的上述过程的图示在图8中示出。各个天线权重由具有适当索引的w表示。对于具有N＝8个双极化天线的阵列(由图8中的X描绘，其中线的类型(实线或空心)用于在极化之间区分)，通过将使用的天线数量减少到N中的nl，可以获取L＝4层。在最低级别，所获取的辐射模式将是与单元件辐射模式对应的最低分辨率(宽)。随着增加级别指数l，所得的辐射模式将变得更窄，并且当l＝L＝4时获取最高分辨率(窄)波束，并且因此nl＝N＝8。在图8中描绘了等式6中的阵列扩展过程的中间步骤的图示。即，具有n2＝2个天线元件的给定2级子阵列被扩展为具有n3＝4的新的3级子阵列。这是通过用给定子阵列(在该示例中为2级)的一组修改的权重激励(到目前为止)未使用的天线元件来实现的。通过翻转、共轭和否定与给定子阵列(在该示例中为2级)的极化状态B对应的权重向量获取与极化状态A(在某种意义上：给定方向或横向方向)对应的新子阵列(在该示例中为3级)的新激活部分的天线权重。通过翻转和共轭与给定子阵列(在该示例中为2级)的极化状态A对应的权重向量获取与极化状态B对应的新子阵列(在该示例中为3级)的新激活部分的天线权重。尽管在其配置上有源天线的数量不同，但两个子阵列(2级和3级)的辐射模式完全相同。因此，通过若干次迭代地应用相同的原理(直到针对整个阵列激活所有N个天线)，对于给定的子阵列(在该示例中为2级)，可以针对整个天线阵列160实现相同的辐射模式。此外，通过选择初始化上述过程的子阵列/级别，可以选择将针对整个N天线阵列160产生的HPBW。
现在参考图5a，其示出了根据实施例的如由无线设备180执行的使用天线阵列160实现波束成形的方法。
出于说明性目的，可以假设网络节点180借助于无线电接入网络节点120从天线阵列160发送参考信号。然后无线设备180对参考信号执行测量，如在步骤S202中：
S202：无线设备180获取对从天线阵列160接收的参考信号的信道测量，以形成信道估计。信道测量可以由无线设备180本身执行或者从另一个无线设备180获取。
这些信道估计由无线设备180用于选择预编码矩阵指示符。因此，无线设备180被配置为执行步骤S204：
S204：无线设备180使用信道估计从码本集中选择预编码矩阵指示符。如上所述，所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于每个波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本。
然后，由无线设备180将所选择的指示符传输到网络节点150，如在步骤S206中：
S206：无线设备180向网络节点150发送预编码矩阵指示符。
以上已经参考图4公开了与网络节点150如何使用预编码矩阵指示符来选择码本有关的实施例。为了说明的目的，可以假设网络节点150使用所选择的码本预编码从天线阵列160到无线设备180的信号传输。因此，假设由无线设备180接收该信号传输，如在步骤S208中：
S208：无线设备180接收来自天线阵列160的信号传输。传输信号已经用所选择的码本预编码。所选择的码本定义预编码矩阵。
现在将公开涉及使用天线阵列160实现波束成形的进一步细节的实施例。
原则上，与如参考网络节点150公开的所述码本集有关的实施例也适用于无线设备180，并且因此为简洁起见，这里不再重复这些实施例。
现在参考图5b，其示出了根据进一步实施例的如由无线设备180执行的使用天线阵列160实现波束成形的方法。假设如上面参考图5a所公开的那样执行步骤S202-S208。
无线设备180可以有不同的方式来选择预编码矩阵指示符。根据实施例，所述码本集中的每个码本对应于波束宽度。然后，无线设备180可以被配置为通过顺序搜索所述码本集来选择预编码矩阵指示符，如在步骤S204a中：
S204a：无线设备180在所述码本集中顺序地搜索该码本集中最大化信道估计的接收功率的码本。无线设备180在码本集中与最宽的波束宽度对应的码本处开始。
可以执行步骤S204a作为上面公开的步骤S204的一部分。
在该方面，无线设备180仅要求仅形成一个信道估计H。然后，无线设备180例如通过将码本中每个预编码器i的所接收的功率计算为||H·W(l,i)||2搜索码本级别l(其由一组预编码器{W(l,1),...,W(l,Kl)}定义)。
可以有不同的方式使无线设备180确定多久顺序搜索所述码本集。在基本码本搜索中，无线设备180可以搜索码本中的所有预编码器(针对所有码本级别)并且对于每个预编码器假设计算吞吐量的估计(其是SINR的函数，该SINR是所接收的功率的函数)。然后将选择导致最大吞吐量的预编码器。然而，根据实施例，仅顺序搜索所述码本集，直到具有相邻波束宽度的所述码本集中的两个码本之间的吞吐量和功率中的至少一个的增益小于阈值。对于每个级别l，无线设备180然后将选择最优预编码器并且已经计算出对应的吞吐量估计γl。以便确定无线设备180是否将继续搜索下一个码本级别l+1(对应于更窄的波束)，无线设备180可以将级别l-1处的吞吐量估计与级别l的吞吐量估计进行比较。如果增加码本级别的吞吐量的增益不超过某个阈值δ，则无线设备180保持在级别l-1。即，这里搜索下一个码本级别的标准是γl-γl-1＞δ。可替代地，用于搜索下一个码本级别的标准可以基于所接收的功率，即，如果Pl-Pl-1＞δ，则无线设备180搜索下一个码本级别。
当向上移动码本级别时，最大天线增益增加3dB，并且因此如果信道是视线，则所接收的功率将随3dB增加，但如果信道中存在角度扩展，则所接收的功率将增加较少或根本不增加。因此，根据实施例，δ的值为0.5-1dB。此外，δ的值可以是预定义的，由网络节点150用信号通知无线设备180，或者它可以取决于例如无线设备180处的噪声水平。如果无线设备180具有大的噪声水平，则无线设备180可以增加δ的值以利于优于更窄波束的更宽波束。对于每个码本级别，δ的值可以是不同的。例如，可以将δ的值设置为随着码本级别的增加而增加，例如随着常数k:δl＝k·l而线性地增加。因此，对于所述码本集中的每个码本，阈值可以是相同的或唯一的。
在此公开的实施例进一步涉及用于信号发送天线阵列160的预编码矩阵指示符的机制。为了获取这种机制，提供了网络节点150，由网络节点150执行的方法，包括代码的例如以计算机程序的形式的计算机程序产品，当在网络节点150的处理电路上运行时，该代码使网络节点150执行该方法。为了获取这种机制，进一步提供了无线设备180，由无线设备180执行的方法，以及包括代码的例如以计算机程序的形式的计算机程序产品，当在无线设备180的处理电路上运行时，该代码使无线设备180执行该方法。
图6是示出如由网络节点150执行的用于信号发送天线阵列160的预编码矩阵指示符的方法的实施例的流程图。图7是示出如由无线设备180执行的用于信号发送天线阵列160的预编码矩阵指示符的方法的实施例的流程图。该方法有利地作为计算机程序1120c、1120d提供。
现在参考图6，其示出了根据实施例的如由网络节点150执行的用于信号发送天线阵列160的预编码矩阵指示符的方法。
出于说明性目的，可以假设无线设备180已经执行对由无线电接入网络节点120的天线阵列160发送的参考信号的信道测量，以便无线设备180形成信道估计，并且无线设备180使用信道估计选择了预编码矩阵指示符。因此，网络节点150被配置为获取预编码矩阵指示符，如在步骤S302中：
S302：网络节点150从无线设备180获取预编码矩阵的预编码矩阵指示符。预编码矩阵将要用于从网络节点150(借助于无线电接入网络节点120)向无线设备180的传输。预编码矩阵指示符独立地定义预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数。
在该方面，预编码矩阵指示符允许彼此独立地信号发送的方向和波束宽度。除了可以仅具有一个方向的最简单级别的码本(即，与单个宽波束对应的码本)之外，这可以适用。然后，网络节点150基于所接收的指示符来选择码本。因此，网络节点150被配置为执行步骤S304：
S304：网络节点150根据接收到的指示符从码本集中选择码本。
一旦选择了码本，网络节点150就可以将其用于预编码。因此，网络节点150被配置为执行步骤S306：
S306：网络节点150使用所选择的码本预编码从天线阵列160到无线设备180的信号传输。
现在参考图7，其示出了根据实施例的如由无线设备180执行的用于信号发送天线阵列160的预编码矩阵指示符的方法。
为了说明的目的，可以假设网络节点180借助于无线电接入网络节点120从天线阵列160发送参考信号。然后无线设备180执行对参考信号的测量，如在步骤S402中：
S402：无线设备180执行对从天线阵列160接收的参考信号的信道测量，以形成信道估计。
这些信道估计由无线设备180用于选择预编码矩阵指示符。因此，无线设备180被配置为执行步骤S404：
S404：无线设备180使用信道估计来选择用于传输到无线设备的预编码矩阵指示符。如上所述，预编码矩阵指示符独立地定义预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数。
然后，无线设备180将所选择的指示符传输到网络节点150，如在步骤S406中：
S406：无线设备180向网络节点150发送预编码矩阵指示符。
出于说明性目的，可以假设网络节点150使用所选择的码本预编码从天线阵列160向无线设备180的信号传输。因此，假设无线设备180接收该信号传输，如在步骤S408中：
S408：无线设备180接收来自天线阵列160的信号传输。传输信号已经用所选择的码本预编码。根据预编码矩阵指示符(由网络节点150)已经选择所选择的码本。
因此，参考上述用于使用天线阵列160的波束成形并且用于使用天线阵列160实现波束成形的实施例，无线设备180可以选择两个索引l∈{0,...,L}和k∈{1,...,K}，该两个索引将表征将用于信号传输的所得波束(分别根据HPBW和空间方向)。等效地，无线设备180可以选择联合索引，该联合索引是两个索引k，l的可逆函数。示例包括αk+l，其中|α|≥L+l；以及k+βl，其中|β|≥K。
图9a示意性地示出在多个功能单元方面根据实施例的网络节点150的组件。使用能够执行在计算机程序产品1110a(如在图11中)中存储的软件指令(例如以存储介质153的形式)的适当的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)等中的一个或多个的任何组合来提供处理电路151。处理电路151可以进一步被提供为至少一个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。
特别地，处理电路151被配置为使网络节点150执行一组操作或步骤S102-S106、S302-S306，如上所述。例如，存储介质153可以存储该组操作，并且处理电路151可以被配置为从存储介质153检索该组操作以使网络节点150执行该组操作。该组操作可以作为一组可执行指令提供。因此，处理电路151由此被布置为执行如在此所公开的方法。
存储介质153还可以包括永久存储器，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何单个存储器或组合。
网络节点150可以进一步包括通信接口152，用于例如经由无线电接入网络节点120至少与无线设备150通信。因此，通信接口152可以包括一个或多个发射机和接收机，包括模拟和数字组件以及用于无线通信的适当数量的天线和用于有线通信的端口。
处理电路151例如通过向通信接口152和存储介质153发送数据和控制信号，通过从通信接口152接收数据和报告，以及通过从存储介质153检索数据和指令，来控制网络节点150的一般操作。省略了网络节点150的其它组件以及相关功能，以免模糊在此提出的概念。
图9b示意性地示出在多个功能模块方面根据实施例的网络节点150的组件。图9b的网络节点150包括多个功能模块。根据实施例，网络节点150至少包括：获取模块151a，其被配置为执行步骤S102；选择模块151b，其被配置为执行步骤S104；以及预编码模块151c，其被配置为执行步骤S106。根据实施例。网络节点150至少包括：获取模块151d，其被配置为执行步骤S302；选择模块151e，其被配置为执行步骤S304；以及预编码模块151f，被配置为执行步骤S306。
一般而言，每个功能模块151a-151f可以以硬件或软件实现。优选地，一个或多个或所有功能模块151a-151f可以由处理电路151可能与功能单元220和/或230协作实现。处理电路151因此可以被布置为从存储介质153取出如由功能模块151a-151f提供的指令，并且执行这些指令，从而执行将在下文中公开的任何步骤。
网络节点150可以作为独立设备提供或者作为至少一个其它设备的一部分提供。例如，网络节点150可以在无线电接入网络110的节点中或在核心网络130的节点中提供。可替代地，网络节点150的功能可以分布在至少两个设备或节点之间。这些至少两个节点或设备可以是相同网络部分(诸如无线电接入网络110或核心网络130)的一部分，或者可以在至少两个这种网络部分之间扩展。一般而言，需要实时执行的指令可以在设备或节点中执行，该设备或节点可操作地比不需要实时执行的指令更靠近无线电接入网络110。在该方面，对于在此公开的实施例是实时执行的情况，网络节点150的至少一部分可以驻留在无线电接入网络110中，诸如与无线电接入网络节点120共处一地。
因此，由网络节点150执行的指令的第一部分可以在第一设备中执行，并且由网络节点150执行的指令的第二部分可以在第二设备中执行；在此公开的实施例不限于可以在其上执行由网络节点150执行的指令的任何特定数量的设备。因此，根据在此公开的实施例的方法适于驻留在云计算环境中的网络节点150执行。因此，尽管图9a中所示的单个处理电路151s和处理电路151可以分布在多个设备或节点之间。这同样适用于图9b的功能模块151a-151f和图11的计算机程序1120a、1120c(见下文)。
图10a示意性地示出在多个功能单元方面根据实施例的无线设备180的组件。使用能够执行在计算机程序产品1110b(如在图11中)中存储的软件指令(例如以存储介质183的形式)的适当的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)等中的一个或多个的任何组合来提供处理电路181。处理电路181可以进一步被提供为至少一个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。
特别地，如上面所公开的，处理电路181被配置为使无线设备180执行一组操作或步骤S202-S208、S402-S408。例如，存储介质183可以存储该组操作，并且处理电路181可以被配置为从存储介质183检索该组操作以使无线设备180执行该组操作。该组操作可以作为一组可执行指令提供。因此，处理电路181由此被布置为执行如在此所公开的方法。
存储介质183还可以包括永久存储器，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何单个存储器或组合。
无线设备180可以进一步包括通信接口182，用于例如经由无线电接入网络节点120至少与网络节点150通信。因此，通信接口182可以包括一个或多个发射机和接收机，包括模拟和数字组件以及用于无线通信的适当数量的天线和用于有线通信的端口。
处理电路181例如通过向通信接口182和存储介质183发送数据和控制信号，通过从通信接口182接收数据和报告，以及通过从存储介质183检索数据和指令，来控制无线设备180的一般操作。省略了无线设备180的其它组件以及相关功能，以免模糊在此提出的概念。
图10b示意性地示出在多个功能模块方面根据实施例的无线设备180的组件。根据实施例，无线设备180至少包括：获取模块181a，其被配置为执行步骤S202；选择模块181b，其被配置为执行步骤S204；发送模块181c，其被配置为执行步骤S206；以及接收模块181d，其被配置为执行步骤S208。根据该实施例，无线设备180可选地进一步包括搜索模块181j，其被配置为执行步骤204a。根据实施例，无线设备180至少包括：获取模块181e，其被配置为执行步骤S402；选择模块181f，其被配置为执行步骤S404；发送模块18lg，其被配置为执行步骤S406；以及接收模块181g，其被配置为执行步骤S408。
一般而言，每个功能模块181a-181j可以以硬件或软件实现。优选地，一个或多个或所有功能模块181a-181j可以由处理电路181可能与功能单元320和/或330协作实现。处理电路181因此可以被布置为从存储介质183取出由功能模块181a-181j提供的指令并执行这些指令，从而执行将在下文中公开的任何步骤。
图11示出包括计算机可读部件1130的计算机程序产品1110a、1110b、1110c、1110d的一个示例。在该计算机可读部件1130上，可以存储计算机程序1120a，该计算机程序1120a可以使处理电路151以及可操作地耦合到其的实体和设备(例如通信接口152和存储介质153)执行根据如在此所述的步骤S102-S106的方法。在该计算机可读部件1130上，可以存储计算机程序1120b，该计算机程序1120b可以使处理电路181以及可操作地耦合到其的实体和设备(诸如通信接口182和存储介质183)执行根据如在此所述的步骤S202-S208的方法。在该计算机可读部件1130上，可以存储计算机程序1120c，该计算机程序1120c可以使处理电路151以及可操作地耦合到其的实体和设备(诸如通信接口152和存储介质153)执行根据如在此所述的步骤S302-S106的方法。在该计算机可读部件1130上，可以存储计算机程序1120d，该计算机程序1120d可以使处理电路181以及可操作地耦合到其的实体和设备(诸如通信接口182和存储介质183)执行根据如在此所述的步骤S402-S408的方法。
在图11的示例中，计算机程序产品1110a、1110b、1110c、1110d被示为光盘，诸如CD(压缩盘)或DVD(数字多功能盘)或蓝光盘。计算机程序产品1110a、1110b、1110c、1110d也可以体现为存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，并且更具体地，体现为外部存储器(诸如USB(通用串行总线)存储器)或闪存(诸如紧凑型闪存)中的设备的非易失性存储介质。因此，虽然计算机程序1120a、1120b、1120c、1120d在此示意性地示出为所描绘的光盘上的轨道，但计算机程序1120a、1120b、1120c、1120d可以以适用于计算机程序产品1110a、1110b、1110c、1110d的任何方式存储。
总之，通过使用能够为无线电接入网络节点的天线阵列160处的辐射模式提供各种波束宽度的多级码本，在此公开的实施例能够改善对信道条件的传输适应性。以上主要参考几个实施例描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了以上公开的实施例之外的其它实施例在由所附权利要求限定的本发明构思的范围内同样是可能的。

Claims (33)

1.一种用于使用天线阵列(160)进行波束成形的方法，所述方法由网络节点(150)执行并包括：
从无线设备(180)获取(S102)将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符；
根据所接收的指示符从码本集中选择(S104)码本，其中所选择的码本定义所述预编码矩阵，并且其中所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于所有波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本；以及
使用所选择的码本预编码(S106)从所述天线阵列(160)到所述无线设备(180)的信号传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码本集包括扩展码本，并且其中所有扩展码本能够从相应的初始码本中导出。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述初始码本的预编码器向量具有相应的空间频率响应模式，并且其中所有扩展码本能够从相应的初始码本中导出，以使得每个扩展码本的预编码器向量保存相应的空间频率响应模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，每个扩展码本能够通过复制相应的码本的元素而从相应的初始码本中迭代地导出，其中，被复制的相应的码本的元素中的至少一些元素按顺序反转，其中，被复制的相应的码本的元素中的至少一些元素是共轭的，并且其中，被复制的相应的码本的元素中的至少一些元素的权重被否定。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，权重被否定的那些元素被相移180度，以使得在向相关联的元素提供所述天线阵列(160)的相反极化的任何两个分量之间存在180度的相移。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，存在L个扩展码本W＝{W(0),...,W(L)}，其中L＝log2 N表示可用扩展码本的数量，其中N>1是表示天线阵列(160)中每个极化的天线端口的数量的整数。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述天线阵列(160)具有每个极化N个天线端口，其中N>1是整数，并且其中每个扩展码本通过迭代地扩展所述初始码本直到所述扩展码本在大小上对应于所述每个极化N个天线端口来生成。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，每个扩展码本包括预编码器向量，其中所述预编码器向量被索引为W(l)＝{W(l,1),....,W(l,Kl)}，其中l∈{0,1,...,L}表示扩展码本l，并且其中Kl是扩展码本l的预编码器向量的数量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述天线阵列(160)具有每个极化N个天线端口，其中N>1是整数，并且对于k∈{0,1,...,Kl}，所述扩展码本l由下式给出
其中以及对于t＝1,...,l，其中nt＝2t–1以及
10.根据权利要求8所述的方法，其中，对于所述天线阵列(160)中每个极化的N/2l个天线端口设计相应的初始码本。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述天线阵列(160)具有每个极化N个天线端口，其中N>1是整数，并且对于k∈{0,1,...,Kl}，所述扩展码本l由下式给出：
其中
对于t＝1,…,l，其中nt＝2t–1，并且
12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述相应的初始码本包括向量集合，从所述向量集合中能够选择跨越由将要从所述天线阵列(160)发送到所述无线设备(180)的信号所覆盖的角度范围的至少一个向量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述向量的每个元素具有单位模数。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述相应的初始码本包括基于离散傅里叶变换DFT的预编码器。
15.根据权利要求2所述的方法，其中，所述码本集中的每个码本W是宽带预编码器W1和频率选择预编码器W2的组合，以使得W＝W1W2，其中W1W2表示W1和W2之间的矩阵乘法，以及其中所述宽带预编码器W1表示来自所述扩展码本之一的预编码器向量。
16.一种用于使用天线阵列(160)实现波束成形的方法，所述方法由无线设备(180)执行并包括：
获取(S202)对从所述天线阵列(160)接收的参考信号的信道测量，以形成信道估计；
使用所述信道估计从码本集选择(S204)预编码矩阵指示符，其中所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于每个波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本；
向网络节点(150)发送(S206)所述预编码矩阵指示符；以及
接收(S208)来自所述天线阵列(160)的信号传输，所述传输信号已经用所选择的码本预编码，其中所选择的码本定义所述预编码矩阵。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述码本集中的每个码本与波束宽度对应，并且其中选择所述预编码矩阵指示符包括：
从所述码本集中与最宽的波束宽度对应的码本开始，在所述码本集中顺序地搜索所述码本集中最大化所述信道估计的接收功率的码本。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在所述码本集中顺序地搜索，直到所述码本集中具有相邻的波束宽度的两个码本之间的吞吐量和功率中的至少一个的增益小于阈值为止。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述阈值对于所述码本集中的每个码本是唯一的。
20.一种用于信号发送天线阵列(160)的预编码矩阵指示符的方法，所述方法由网络节点(150)执行并包括：
从无线设备(180)获取(S302)将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符，其中所述预编码矩阵指示符独立地定义所述预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数；
根据所接收的指示符从码本集中选择(S304)码本；以及
使用所选择的码本预编码(S306)从所述天线阵列(160)到所述无线设备(180)的信号传输。
21.一种用于信号发送天线阵列(160)的预编码矩阵指示符的方法，所述方法由无线设备(180)执行并包括：
获取(S402)对从所述天线阵列(160)接收的参考信号的信道测量，以形成信道估计；
使用所述信道估计选择(S404)将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符，其中所述预编码矩阵指示符独立地定义所述预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数；
向网络节点(150)发送(S406)所述预编码矩阵指示符；以及
接收(S408)来自所述天线阵列(160)的信号传输，所述传输信号已经用所选择的码本预编码，所选择的码本根据所述预编码矩阵指示符选择。
22.一种用于使用天线阵列(160)进行波束成形的网络节点(150)，所述网络节点(150)包括：
处理电路(151)；以及
存储指令的存储介质(153)，所述指令在由所述处理电路(151)执行时使所述网络节点(150)：
从无线设备(180)获取将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符；
根据所接收的指示符从码本集中选择码本，其中所选择的码本定义所述预编码矩阵，并且其中所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于所有波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本；以及
使用所选择的码本预编码从所述天线阵列(160)到所述无线设备(180)的信号传输。
23.一种用于使用天线阵列(160)进行波束成形的网络节点(150)，所述网络节点(150)包括：
获取模块，其被配置为从无线设备(180)获取将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符；
选择模块，其被配置为根据所接收的指示符从码本集中选择码本，其中所选择的码本定义所述预编码矩阵，并且其中所述码本集包括定义可变波束宽度并对于所有波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本；以及
预编码模块，其被配置为使用所选择的码本预编码从所述天线阵列(160)到所述无线设备(180)的信号传输。
24.一种用于使用天线阵列(160)实现波束成形的无线设备(180)，所述无线设备(180)包括：
处理电路(181)；以及
存储指令的存储介质(183)，所述指令在由所述处理电路(181)执行时使所述无线设备(180)：
执行对从所述天线阵列(160)接收的参考信号的信道测量以形成信道估计；
使用所述信道估计从码本集中选择预编码矩阵指示符，其中所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于每个波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本；
向网络节点(150)发送所述预编码矩阵指示符；以及
接收来自所述天线阵列(160)的信号传输，所述传输信号已经用所选择的码本预编码，其中所选择的码本定义所述预编码矩阵。
25.一种用于使用天线阵列(160)实现波束成形的无线设备(180)，所述无线设备(180)包括：
获取模块，其被配置为获取对从所述天线阵列(160)接收的参考信号的信道测量以形成信道估计；
选择模块，其被配置为使用所述信道估计从码本集中选择预编码矩阵指示符，其中所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于每个波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本；
发送模块，其被配置为向网络节点(150)发送所述预编码矩阵指示符；以及
接收模块，其被配置为接收来自所述天线阵列(160)的信号传输，所述传输信号已经用所选择的码本预编码，其中所选择的码本定义所述预编码矩阵。
26.一种用于使用天线阵列(160)进行波束成形的计算机程序(1120a)，所述计算机程序包括计算机代码，所述计算机代码在网络节点(150)的处理电路(151)上运行时使所述网络节点(150)：
从无线设备(180)获取(S102)用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符；
根据所接收的指示符从码本集中选择(S104)码本，其中所选择的码本定义所述预编码矩阵，并且其中所述码本集包括定义可变波束宽度并对于所有波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本；以及
使用所选择的码本预编码(S106)从所述天线阵列(160)到所述无线设备(180)的信号传输。
27.一种用于使用天线阵列(160)实现波束成形的计算机程序(1120b)，所述计算机程序包括计算机代码，所述计算机代码在无线设备(180)的处理电路(181)上运行时使所述无线设备(180)：
获取(S202)对从所述天线阵列(160)接收的参考信号的信道测量，以形成信道估计；
使用所述信道估计从码本集中选择(S204)预编码矩阵指示符，其中所述码本集包括定义可变波束宽度并且对于每个波束宽度具有相同数量的非零天线权重的码本；
向网络节点(150)发送(S206)所述预编码矩阵指示符；以及
接收(S208)来自所述天线阵列(160)的信号传输，所述传输信号已经用所选择的码本预编码，其中所选择的码本定义所述预编码矩阵。
28.一种用于信号发送天线阵列(160)的预编码矩阵指示符的网络节点(150)，所述网络节点(150)包括：
处理电路(151)；以及
存储指令的存储介质(153)，所述指令在由所述处理电路(151)执行时使所述网络节点(150)：
从无线设备(180)获取将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符，其中所述预编码矩阵指示符独立地定义所述预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数；
根据所接收的指示符从码本集中选择码本；以及
使用所选择的码本预编码从所述天线阵列(160)到所述无线设备(180)的信号传输。
29.一种用于信号发送天线阵列(160)的预编码矩阵指示符的网络节点(150)，所述网络节点(150)包括：
获取模块，其被配置为从无线设备(180)获取将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符，其中所述预编码矩阵指示符独立地定义所述预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数；
选择模块，其被配置为根据所接收的指示符从码本集中选择码本；以及
预编码模块，其被配置为使用所选择的码本预编码从所述天线阵列(160)到所述无线设备(180)的信号传输。
30.一种用于信号发送天线阵列(160)的预编码矩阵指示符的无线设备(180)，所述无线设备(180)包括：
处理电路(181)；以及
存储指令的存储介质(183)，所述指令在由所述处理电路(181)执行时使所述无线设备(180)：
执行对从所述天线阵列(160)接收的参考信号的信道测量以形成信道估计；
使用所述信道估计选择将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符，其中所述预编码矩阵指示符独立地定义所述预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数；
向网络节点(150)发送所述预编码矩阵指示符；以及
接收来自所述天线阵列(160)的信号传输，所述传输信号已经用所选择的码本预编码，所选择的码本根据所述预编码矩阵指示符选择。
31.一种用于信号发送天线阵列(160)的预编码矩阵指示符的无线设备(180)，所述无线设备(180)包括：
获取模块，其被配置为获取对从所述天线阵列(160)接收的参考信号的信道测量，以形成信道估计；
选择模块，其被配置为使用所述信道估计选择将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符，其中所述预编码矩阵指示符独立地定义所述预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数；
发送模块，其被配置为向网络节点(150)发送所述预编码矩阵指示符；以及
接收模块，其被配置为接收来自所述天线阵列(160)的信号传输，所述传输信号已经用所选择的码本预编码，所选择的码本根据所述预编码矩阵指示符选择。
32.一种用于信号发送天线阵列(160)的预编码矩阵指示符的计算机程序(1120c)，所述计算机程序包括计算机代码，所述计算机代码在网络节点(150)的处理电路(151)上运行时使所述网络节点(150)：
从无线设备(180)获取(S302)将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符，其中所述预编码矩阵指示符独立地定义所述预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数；
根据所接收的指示符从码本集中选择(S304)码本；以及
使用所选择的码本预编码(S306)从所述天线阵列(160)到所述无线设备(180)的信号传输。
33.一种用于信号发送天线阵列(160)的预编码矩阵指示符的计算机程序(1120d)，所述计算机程序包括计算机代码，所述计算机代码在无线设备(180)的处理电路(181)上运行时使所述无线设备(180)：
获取(S402)对从所述天线阵列(160)接收的参考信号的信道测量，以形成信道估计；
使用所述信道估计选择(S404)将要用于传输到所述无线设备(180)的预编码矩阵指示符，其中所述预编码矩阵指示符独立地定义所述预编码矩阵的方向参数和波束宽度参数；
向网络节点(150)发送(S406)所述预编码矩阵指示符；以及
接收(S408)来自所述天线阵列(160)的信号传输，所述传输信号已经用所选择的码本预编码，所选择的码本根据所述预编码矩阵指示符选择。
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