CN109075840B - 用于mu-mimo无线通信网络的信道探测的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在包括接入点(1)和多个用户模块(2a‑2g)的多用户多输入多输出MU‑MIMO无线通信网络中，一种信道探测方法包括：通过将波束成形权重集应用于加权矩阵(12)来形成从接入点到用户模块的第一探测组的每个用户模块的相应MU‑MIMO波束，基于先前确定的信道估计来确定波束成形权重集。每个MU‑MIMO波束用于发送相应探测符号(24a，24b，24c)，每个相应探测符号与第一探测组的每个其他探测符号不同。在第一探测组的第一用户模块接收第一探测符号，并且基于确定的第一探测符号的接收干扰水平来确定是否向接入点发送响应于对第一探测符号的接收的响应消息。

Description

用于MU-MIMO无线通信网络的信道探测的方法和设备
技术领域
本发明总体上涉及包括接入点和多个用户模块的多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线通信网络中的信道探测，具体地但非排他地涉及一种使用信道探测符号的信道探测方法。
背景技术
现代无线通信网络通常在巨大需求之下而部署成在已分配的信号频谱的约束内提供高数据容量。在蜂窝无线通信网络中，通常根据预定的频率重用模式，通过在小区间重用频率可以增加容量。固定无线接入系统可以包括基站和安装在用户端的多个用户模块，基站可以称为接入点，通常安装在天线塔上。接入点的覆盖区域可划分为扇区，每个扇区用于对相应小区进行发送和接收。通过控制相应的波束朝向特定的用户设备(可以称为用户模块)，可以进一步增加小区内的容量，以允许接入点之间的通信，与覆盖扇区的波束相比，提高了增益和/或减少了干扰接收。接入点可以为每个扇区配备天线阵列和波束成形器，用于形成用于与每个相应用户模块通信的波束。通过采用多用户多输入多输出(MU-MIMO)波束成形，容量可以进一步增加，其中，相应波束可以同时指向为MU-MIMO组而选择的不同用户模块，每个波束携带不同的数据。为成为MU-MIMO组的成员而选择的用户模块具有足够的空间分离，使得每个波束可以指向该组的一个成员，同时向该组的其他成员控制空值，以避免组之间的干扰。
可以通过将波束成形权重集应用于加权矩阵来形成一组MU-MIMO波束。加权矩阵获取多个输入信号，并对每个输入信号应用适当的振幅和相位加权，用于从天线阵列的每个元件传输，以便形成相应的MU-MIMO波束，以将每个输入信号传输到相应的用户模块。可以基于信道估计来计算波束成形权重集，信道估计涉及通过每个传输链和接入点处的天线到每个用户单元的每个元件的射频传播路径的振幅和相位特性。可以基于具有预定相位和振幅特性的探测符号来计算信道估计，可以从接入点发送这些探测符号，以在用户模块处接收。然后，用户模块可以根据接收到的探测符号的相位和振幅特性来确定信道估计，并且将指示所确定的信道估计的响应消息发送回接入点。然而，发送探测符号并且通过发送信道估计进行响应的信令开销可能很大，并且可能限制有效载荷的可用容量。
本发明的目的是减轻现有技术的问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于包括接入点和多个用户模块的多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络的信道探测方法，包括：
通过将波束成形权重集应用于加权矩阵，来形成从接入点到用户模块的第一探测组的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，基于先前确定的信道估计来确定所述波束成形权重集；
使用每个MU-MIMO波束来传输相应的探测符号，每个相应的探测符号与第一探测组的每个其他探测符号不同；
在第一探测组的第一用户模块处接收第一探测符号；并且
基于确定的第一探测符号的接收干扰水平，确定是否响应于接收第一探测符号来向接入点发送响应消息。
这允许通过减少信令开销来实现有效的信道探测方法。单个时隙可用于通过使用相应的MU-MIMO波束向每个用户模块发送相应的探测符号来同时轮询探测组中的所有用户模块。用户模块能够基于接收的探测符号来决定先前确定的信道估计是否准确，并且仅在确定信道估计不准确时才会做出响应。如果接收到对探测符号的干扰，则用于确定MU-MIMO波束的加权矩阵可能被认为是基于不准确或过时的信道估计，因为如果加权矩阵是基于准确的信道估计，则可以预期不会在用户模块处接收或者以非常低的水平接收在MU-MIMO波束上传输到探测组的其他用户模块的探测符号。因为探测组的每个探测符号是不同的，所以不打算用于给定用户模块的探测符号的接收可以被检测为对预期探测符号的干扰。
在本发明的一个实施例中，每个探测符号具有相应的子载波分配集合，激励所述分配集合的子载波，并且抑制未分配的子载波；并且确定是否发送响应消息包括确定不在第一用户模块的分配集合中的至少一个子载波的水平。
这允许确定是否发送响应消息的有效方法。如果在未分配的子载波上接收到功率，则用于确定MU-MIMO波束的加权矩阵可以被认为是基于不准确或过时的信道估计，因为如果加权矩阵是基于准确的信道估计，则可以预期不会接收或者以非常低的水平接收在MU-MIMO波束上传输到探测组的其他用户模块的探测符号的子载波。
在本发明的实施例中，在探测符号的分配集合中分配的每个子载波不分配给第一探测组的另一探测符号的另一分配集合。
这允许每个探测符号与第一探测组的每个其他探测符号正交，从而允许有效检测探测符号之间的干扰。
在本发明的实施例中，所述确定是否发送响应消息包括确定是否在相对于所述分配集合中的子载波的接收水平的阈值之上接收不在第一用户模块的分配集合中的子载波。
这提供了一种确定未分配子载波的抑制程度的方便方法。
在本发明的一个实施例中，所述确定是否在阈值以上接收不在用户模块的分配集合内的子载波是基于不在分配集合内的子载波上的接收功率的平均误差。
这允许对未分配子载波上的接收功率水平进行可靠估计。
在本发明的实施例中，所述阈值在控制消息中从接入点发送到第一用户模块。
这允许接入点通过控制发送响应消息来控制信令业务量。
在本发明的实施例中，所述响应消息包括指示在不在第一用户模块的分配集合中的子载波上接收的信号的相位和/或振幅的至少一个度量。
这允许接入点评估用于生成波束成形权重集的信道估计的质量。
在本发明的实施例中，度量是误差向量。所述误差向量可以包括相对于分配集合中的子载波的相位和振幅的平均相对相位和振幅。
这提供了一种指示振幅和相位的方便方法。
在本发明的一个实施例中，所述响应消息包括每个分配集合的相应误差向量，其中，第一探测组中的每个用户模块具有每个极化的分配集合。
这可以允许接入点基于来自每个MU-MIMO波束的振幅和相位残余来更新信道估计。
在本发明的实施例中，每个分配集合包括30个子载波，第一探测组包括7个用户模块，每个极化具有分配集合。
这提供了一种方便的实现方式。
在本发明的实施例中，该方法包括基于角度分离选择用户模块，作为第一探测组的成员。
这允许选择适合用作MU-MIMO组的探测组。
在本发明的实施例中，所述第一探测组与用于传输有效载荷数据的MU-MIMO组不具有相同的成员。
这允许轮询可能没有数据要发送或接收的用户模块，这些数据可能不包括在MU-MIMO数据组中。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括接入点和多个用户模块的多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络，其被配置为执行所要求保护的方法。
根据本发明的第三方面，提供了一种操作用于包括接入点和多个用户模块的多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络的接入点的方法，所述方法包括：
通过将波束成形权重集应用于加权矩阵，来形成从接入点到用户模块的第一探测组的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，基于先前确定的信道估计来确定所述波束成形权重集；
使用每个MU-MIMO波束来传输相应的探测符号，每个相应的探测符号与第一探测组的每个探测符号不同；
由此使每个用户模块能够基于确定的第一探测符号的接收干扰水平，确定是否响应于接收相应探测符号来向接入点发送响应消息。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于包括接入点和多个用户模块的多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络中的接入点，所述接入点被配置为执行所要求保护的方法。
根据本发明的第五方面，提供了一种操作在包括接入点和多个用户模块的多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络中的用户模块的方法，所述方法包括：
在用户模块处接收第一探测符号，所述用户模块在用户模块的第一探测组中，已经在第一MU-MIMO波束中从接入点传输所述第一探测符号，已经使用加权矩阵形成第一MU-MIMO波束，加权矩阵用以形成从接入点到第一探测组的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，从而同时向每个用户模块传输每个波束的相应探测符号，每个相应的探测符号与第一探测组的每个其他探测符号不同，基于先前确定的信道估计来确定所述加权矩阵的波束成形权重集；并且
基于确定的第一探测符号的接收干扰水平，确定是否响应于接收第一探测符号来向接入点发送响应消息。
根据本发明的第六方面，提供了一种用于包括接入点和多个用户模块的多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络中的用户模块，所述用户模块被配置为执行所要求保护的方法。
从仅通过示例给出的本发明的优选实施例的以下描述中，本发明的其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出在本发明的实施例中从使用各个MU-MIMO波束的接入点向作为探测组的成员的用户模块传输相应探测符号的示意图；
图2是示出在本发明的实施例中的接入点的传输架构的示意图，该接入点具有波束成形加权矩阵，用于同时传输携带探测符号的多个MU-MIMO波束；
图3是示出在本发明的实施例中的波束的波束成形加权矩阵的示意图；
图4是示出传输链的示意图；
图5是示出在本发明的实施例中用于在相应MU-MIMO波束上传输的频域中的探测符号的示意图，示出了用于V极化和H极化上的第一用户模块和用于V极化上的第二用户模块的探测符号；
图6a是示出在第一用户模块处接收的频域中的探测符号的示意图，在本发明的实施例中，基于好的信道估计来确定接入点处的加权矩阵；
图6b是示出在第一用户模块处接收的频域中的探测符号的示意图，在本发明的实施例中，基于差的信道估计来确定接入点处的加权矩阵；
图7是示出在本发明的实施例中的在接入点和用户模块之间传送消息的示例的示意图；以及
图8是根据本发明的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
通过示例，现在将在固定无线接入系统的上下文中描述本发明的实施例，该固定无线接入系统在通常在5GHz和6GHz之间的载波频率下基于IEEE 802.11标准操作时分双工系统。然而，应当理解，这仅仅是通过示例，并且其他实施例可以涉及其他无线系统和频率，并且实施例不限于特定的操作频带或特定标准，并且可以涉及在许可或未许可频带中的操作。
图1是示出根据本发明的实施例的在包括接入点和用户模块2a-2g的多用户多输入多输出(MU-MIMO)点到多点的无线通信网络中的接入点1的示意图。在这个示例中，接入点安装在塔上，用户模块固定在建筑物上，例如，以提供数据服务，例如，到家庭和企业的互联网接入。接入点1具有天线元件阵列，每个元件被设置成传输在振幅和相位上适当加权的信号，以在本示例中形成MU-MIMO操作模式下的七个MU-MIMO波束3-9。在数据传输模式中，使用波束成形加权矩阵为多个数据流中的每一个形成相应的波束。因此，例如，不同的有效载荷数据可以同时传输到每个用户模块2a-2g。每个波束通常被设置成在其他波束的方向上形成空值，从而减少波束之间的干扰。每个波束的适当加权信号通过叠加在波束成形矩阵中而组合，以形成组合的加权信号，用于由每个天线元件传输。信号可以单独组合，以在每个极化形成波束。在图1中，为了清楚起见，仅示出了一个极化的波束，在这种情况下是垂直极化V，但是也可以在第二正交极化形成另一组波束，例如，水平极化H。此外，可以通过对不同极化的天线元件的信号进行适当加权来控制波束中的极化，使得波束可以形成在彼此正交的两个极化，而不仅仅是与天线元件的极化对应的极化。
图1中所示的用户模块2a-2g可以是基于以下内容为成为MU-MIMO组的成员而选择的用户模块：这些用户模块具有足够的空间分离，使得每个波束可以指向该组的一个成员，同时控制空值指向该组的其他成员，以避免组成员之间的干扰。
图2是示出用于在接入点传输MU-MIMO波束的传输架构的示意图。图2示出了在探测操作模式下使用MU-MIMO波束传输探测符号。类似的架构也用于在数据传输模式中使用MU-MIMO波束传输有效载荷数据，其中，有效载荷数据被映射到正交频分复用(OFDM)音调，以传递到波束成形加权矩阵12，用于形成MU-MIMO波束，而不是图2所示的探测符号。
对于每个MU-MIMO波束，可以创建两组OFDM音调值A和B。在数据传输模式中，如果使用极化分集传输方案，则A将是B的副本，从而可以在波束的两个极化上传输相同的数据。这提供了稳健的操作。如果采用极化多路复用方法，则将在OFDM音调值的流A和流B之间划分数据流，使得流A和流B对于每个波束是不同的，并且每个流携带数据流的一部分。这增加了数据容量。OFDM音调值是OFDM符号的音调(也称为子载波)的振幅和相位的表示。这通常可以是具有同相和正交值的向量。可以使用QAM(正交振幅调制)调制在音调值中编码数据。
在探测模式中，相应探测符号可以映射到A和B信道，用于探测每个相应MU-MIMO波束。
在数据传输和探测模式中，将每个MU-MIMO波束的音调值A和B的流馈送到波束成形加权矩阵12。探测符号通常不用于发送数据，并且每个激励的音调通常具有相同的振幅和预定的相位。探测符号可以具有由快速傅立叶逆变换(IFFT)以类似于用于数据传输的OFDM音调的方式生成的音调，并且在这个意义上，探测符号可以被描述为具有OFDM音调。
图2示出了输入到波束成形加权矩阵12以分别在垂直极化和水平极化的第一MU-MIMO波束上传输的信道1A和1B、输入到波束成形加权矩阵12以分别在垂直极化和水平极化的第二MU-MIMO波束上传输的信道2A和2B、以及用于分别在垂直极化和水平极化的第三MU-MIMO波束上传输的信道3A和3B。然而，信道A和B不需要只映射到垂直极化和水平极化上；例如，信道A可以映射到形成为垂直极化和水平极化的适当加权组合的极化，而信道B可以映射到垂直极化和水平极化的不同的(通常正交的)加权组合。
波束成形加权矩阵12将波束成形函数13生成的权重集应用于OFDM音调值的流。
图3示出了波束成形加权矩阵12的示例。如图3所示，OFDM音调值的输入1A加权，以给出加权的OFDM音调值，用于从每个相应的(在这个示例中)垂直极化天线元件中传输。为了在V(垂直)极化上形成波束，每个OFDM音调由元件1的V信道的相应加权值W11-W1n加权，其中，n是要在OFDM符号中加权的音调数量。同样。OFDM音调由元件2的V信道的相应的加权值W21-W2n加权，同样，每个OFDM音调由天线阵列的每个元件的一组加权值加权。OFDM音调也可以称为子载波。
可以为另外的波束提供类似的加权设置(未示出)。此外，每个输入可以单独加权，以在每个极化中传输。每个波束的加权音调可以通过叠加而组合在一起，用于传输到相应的传输链。
因此，每个OFDM音调值可以在振幅和相位上由每个天线元件的每个标称垂直极化(V)和水平极化(H)分量的相应加权值加权。通常使用复数I(同相)和Q(正交)分量来执行加权。对于不同的子载波，所应用的加权可能不同，即，加权可能是频率相关的。这允许波束成形考虑频率相关效应。权重集由波束成形函数计算，以在从天线阵列传输时形成适当的波束形状。如图2所示，将相应天线元件的相应V和H分量的加权后OFDM音调值馈送给相应的传输链14。
可以基于先前的信道估计来计算波束成形加权矩阵12的波束成形权重集，该信道估计涉及穿过每个传输链和接入点处的天线到每个用户单元的每个元件的射频传播路径的振幅和相位特性。可以基于具有预定相位和振幅特性的探测符号来计算信道估计，可以从接入点传输这些探测符号，以在用户模块处接收。然后，用户模块可以根据接收到的探测符号的相位和振幅特性来确定信道估计，并且将指示所确定的信道估计的响应消息发送回接入点。
图4是示出典型传输链(路)14的部件的方框图。将已经适当加权的OFDM音调值应用于IFFT块16，IFFT块16通过对符号子载波的一组OFDM音调值应用傅立叶逆变换来在时域中形成OFDM符号。时域样本的同相和正交流形成在IFFT块的输出处。注意，到IFFT块的输入通常也是同相(I)和正交(Q)形式，但是这在图4中用单箭头示出，以与图3的格式兼容，图3也使用单箭头表示同相和正交分量。在IFFT块的输出处，将循环前缀添加17a、17b到符号的时域样本的同相和正交流中的每一个。时间样本的每个流由DAC(数模转换器18a、18b)转换成模拟域。然后，每个模拟信号被上变频器19向上转换，上变频器19通常包括复杂(complex)的IQ调制器以及射频混频器和放大器，以使用射频信号源21在频率上向上转化典型的基带同相和正交信号。然后，调制信号通常由功率放大器20放大，并馈送到天线阵列元件(通常是贴片天线)或者由贴片阵列形成的单个天线元件(例如，垂直贴片阵列)的适当极化输入。
返回图2，射频模拟信号从相应的传输链输出，并连接到显示为15a-15g的天线阵列元件的相应天线元件，在这种情况下，7个元件的阵列，每个元件具有用于在两个正交极化中的每一个上传输的输入，在这种情况下，标称垂直V和水平H极化。来自每个天线元件的辐射组合，以形成适当形状的光束。应用于每个极化的权重集可以是独立的，使得可以在每个极化上独立形成波束。
对于数据传输模式，可能有多个数据流，多达要同时传输的MU-MIMO波束的数量。对于探测模式，可能有多个探测符号，多达要同时传输的MU-MIMO波束的数量。
本发明的实施例提供了一种用于包括接入点和多个用户模块的多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络的信道探测方法。这可用于确定信道估计，以用于确定在数据传输模式中使用的波束成形权重集，从而形成MU-MIMO波束。
在本发明的实施例中，通过将波束成形权重集应用于加权矩阵，来形成从接入点到探测组中的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，基于先前确定的信道估计来确定所述波束成形权重集。每个MU-MIMO波束用于传输相应的探测符号，每个相应的探测符号与探测组的每个其他探测符号不同。
在探测组中的用户模块处接收一个传输的探测符号，并且基于确定第一探测符号的接收干扰水平，确定是否响应于接收第一探测符号来向接入点发送响应消息。用户模块能够基于接收探测符号来决定先前确定的信道估计是否准确，并且仅在确定信道估计不准确时才可以做出响应。如果接收到对探测符号的干扰，则用于确定MU-MIMO波束的加权矩阵可能被认为是基于不准确或过时的信道估计，因为如果加权矩阵是基于准确的信道估计，则可以预期不会接收或者以非常低的水平接收在MU-MIMO波束上传输到探测组的其他用户模块的探测符号。因为探测组的每个探测符号是不同的，所以不打算用于给定用户模块的探测符号的接收可以被视为对预期探测符号的干扰。这种方法对于通过基于先前信道估计的信道来检测信道的变化可能特别敏感，因为其他用户单元的空值对信道特性的变化特别敏感。在一个实施例中，由于每个符号的激励子载波对应于探测组的其他成员的非激励子载波，所以灵敏度特别好。
单个时隙可用于通过使用每个用户模块的相应MU-MIMO波束向每个用户模块发送相应的探测符号来同时轮询探测组中的所有用户模块。
在替代系统中，所有探测符号可以是相同的，并且可以基于接收的符号是否与预定的预期符号不同来决定是否发送响应消息。然而，该替代系统对于检测信道中的变化可能不太敏感，因为来自其他符号的干扰类似于想要的符号，因此更难检测。因此，更难检测其他用户单元是否保持良好的空值。
探测组是探测符号可以同时发送到的一组用户模块。基于角度分离选择用户模块，作为探测组的成员。可以选择探测组，与在数据传输模式中使用的用户模块的MU-MIMO组相同，或者探测组可以与MU-MIMO组具有不同的成员。可以基于用户模块具有足够的空间分离来选择用户模块，作为探测组的成员，使得每个波束可以指向该组的一个成员，同时控制空值指向该组的其他成员，以避免组之间的干扰。可以应用类似的选择标准，来选择在数据传输模式中使用的MU-MIMO组的成员，但是在数据传输模式中，可以对具有要接收或发送的数据的用户模块应用额外标准。这个标准不一定适用于选择用户模块，作为探测组的成员。这允许轮询可能没有数据要发送或接收的用户模块，这些数据可能不包括在MU-MIMO数据组中。
图5示出了根据本发明的实施例的探测符号24a、24b、24c的示例。示意性地示出了波束1V、2V和3V中的每一个的所传输的探测符号。每个探测符号具有相应分配的子载波集合22，激励所述分配的子载波集合，并且抑制未分配的子载波23。
图6a和图6b示出了在用户模块2a处接收的接收探测符号，将波束1V传输到该用户模块2a，如图1所示，波束1V携带探测符号24a，如图5所示。图6a示出了在用于生成MU-MIMO波束的权重集是好的信道估计，例如基于最近的信道探测的情况下，在用户模块SM1处接收的探测符号25。
可以看出，以低于阈值27的低水平接收分配给其他波束的探测符号的子载波，例如，如图5所示，分配给波束2V和3V的子载波。
相比之下，图6b示出了当例如自先前的信道探测以来信道传播条件已经显著改变时，在用于生成MU-MIMO波束的权重集是差信道估计，例如，基于过时的信道探测的情况下，在用户模块SM1处接收的探测符号26。
可以看出，以高于阈值27的较高水平接收分配给其他波束的探测符号的子载波，例如，如图5所示，分配给波束2V和3V的子载波。
在本发明的实施例中，确定是否发送响应消息包括确定不在接收探测符号的用户模块的分配集合中的至少一个子载波的水平。因此，例如，可以确定一个或多个子载波23的水平，并且如果一个或多个子载波高于阈值27，则可以向接入点发送响应，该响应可以包括用于更新信道估计的测量。
这允许确定是否发送响应消息的有效方法。如果在未分配的子载波上接收到高于阈值的功率，则用于确定MU-MIMO波束的加权矩阵可以被认为是基于不准确或过时的信道估计，因为如果加权矩阵是基于准确的信道估计，则可以预期不会接收或者以非常低的水平接收在MU-MIMO波束上传输到探测组的其他用户模块的探测符号的子载波。
在本发明的实施例中，不将在探测符号的分配集合中分配的每个子载波分配给探测组的另一探测符号的另一分配集合。这允许每个探测符号与第一探测组的每个其他探测符号正交，从而允许有效检测探测符号之间的干扰。从图5可以看出，分配给波束1V的探测符号24a的子载波22未分配给分别针对波束2V和3V的探测符号24b和24c。尽管在图5中示出了规则间隔的分配的子载波，但是情况可能不一定如此。
在本发明的一个实施例中，可以通过一个过程来确定是否发送响应消息，该过程包括确定在相对于所述分配集合中的子载波的接收水平的阈值之上是否接收不在第一用户模块的分配集合中的子载波；该确定可以基于不在分配集合内的子载波上的接收功率的平均误差。这允许对未分配子载波上的接收功率水平进行可靠估计。
图7示出了在本发明的实施例中的接入点(AP)和用户模块(SM1)之间的消息交换。首先，从接入点向用户模块发送28探测符号。随后是从接入点发送到用户模块的包括阈值27的控制消息29。该消息29可以称为探测获取命令。如前所述，阈值27可以用于基于将未分配给用户模块的子载波水平与阈值进行比较来确定是否发送响应消息，该阈值可以相对于最大接收音调水平。发送阈值27允许接入点通过控制发送响应消息来控制信令业务量。
如果确定未分配给用户模块的子载波的接收功率的测量值高于阈值，则可以发送响应消息30，该消息可以称为探测获取响应。
响应消息可以包括至少一个度量，指示在不在第一用户模块的分配集合中的子载波上接收的信号的相位和/或振幅。这允许基于所指示的相位和振幅来更新信道估计。该消息还可以包括度量来指示在第一用户模块的分配集合中的子载波上接收的信号的相位和/或振幅。
在本发明的实施例中，度量是误差向量。所述误差向量可以包括相对于分配集合中的子载波的相位和振幅的平均相对相位和振幅，这提供了指示振幅和相位的方便方法。
响应消息可以包括每个子载波的分配集合的相应误差向量。探测组中的每个用户模块可以具有每个极化的分配集合，因此，这允许为每个分配集合单独更新信道估计。
在本发明的一个实施例中，每个分配集合可以包括30个子载波，并且探测组可以包括7个用户模块，每个极化都有一个分配集合。在此基础上，在探测符号中使用30×7×2个子载波，即，420个子载波。
在本发明的实施例中，响应消息包括探测符号的每个子载波的同相和正交数据。这提供了一种在子载波上发送平均值的替代方法，以牺牲信令开销为代价来提供更高的精度。
探测符号在结构上可能类似于OFDM符号，但通常不用于发送数据。每个激励子载波通常具有相同的振幅，但是在链路两端具有已知的音调特定的固定相位偏移。在估计误差向量之前，去除已知的相位偏移。
在接收的探测符号中测量的接收信号的水平通常可以相对于最大接收音调水平，并且可以相对于分配的子载波的相位和振幅来确定子载波的相位振幅。当确定接收相位时，可以去除子载波之间的共同延迟。
作为响应消息中反馈的一部分，可以为每个音调集返回少量度量。这可以是平均相对相位和平均相对振幅。因为误差通常很小，所以反馈给接入点的误差测量可以使用非均匀量化来减少反馈开销。
可以以探测模式发送探测符号，该探测模式可以作为时间帧序列的一部分周期性地执行，该时间帧序列包括用于传输有效载荷数据的时间帧。这允许校准传输信道随时间和/或温度的变化。
在时分双工系统中，以相同的频率传输从接入点传输的下行链路信号和从用户模块传输的上行链路信号。分配交替的固定持续时间周期，分别用于上行链路和下行链路传输。上行链路和下行链路帧可以形成时分双工帧，该时分双工帧通常分成时隙，每个时隙通常用于与用户模块通信，或者在MU-MIMO操作的情况下，用于与一组用户模块通信。接入点可以在时隙之间从一种操作模式切换到另一种操作模式，例如，从扇区模式切换到MU-MIMO模式。可以在时隙内执行探测符号的传输。
图8是在本发明的实施例中的信道探测方法的流程图，包括步骤S8.1至S8.4。
应当理解，本发明的实施例的方法可以通过包括一个或多个处理器的电子系统来实现，该电子系统可以包括保存在存储器中的程序代码，该程序代码被配置成促使处理器执行该方法。一个或多个处理器可以包括一个或多个数字信号处理器和/或可编程逻辑阵列。
返回图1，用户模块2a至2g可以具有天线，所述天线具有例如由反射器限定的孔径，并且每个天线元件可以包括用于从该孔径接收和/或向该孔径传输相应极化的探针。天线通常安装成使传输/接收辐射图的峰值在接入点1的方向对准，该接入点1通常安装在塔上。发送到每个用户模块的命令可以包括图，指示随时间变化的无线电资源的调度和/或用户模块的极化。该图(map)可以指示随时间变化的对几个用户单元，通常是接入点服务的所有用户单元的相应分配。该图可以指示例如用于传输和/或接收的时间、极化和/或频率分配。无线电资源的调度和极化可以周期性地更新，由调度器在接入点处确定更新之间的周期。
根据本发明的实施例的接入点的具体示例由具有七元件双极化自适应阵列智能天线和多用户MIMO(MU-MIMO)能力的点到多点(PMP)接入点(AP)给出。应当理解，本发明的实施例不限于这个示例。本示例中的接入点被设计为在PMP网络中用于户外部署，作为具有扇区覆盖的AP。可以部署多个单元，以从塔或屋顶提供360°的覆盖。接入点可以是使用上行链路和下行链路方向的时分双工(TDD)分离在5150MHz到5925MHz的频率范围内操作的完整无线电收发器。
接入点可以包括集成的双极化七元件自适应阵列智能天线。七个相同的双极化天线元件和14个相关联的收发器链可以包含在单个刚性组件中，使用印刷导体和无线通路连接来将每个天线元件直接连接到两个收发器链。部件的集成确保天线元件的间距和对准是已知的和恒定的。
每个天线元件可以由八个辐射贴片的垂直列和用于水平和垂直极化的独立无源馈电网络组成。单个元件可以在仰角方向上具有较窄的波束宽度(约8°)，在方位角方向上具有更宽的波束宽度(约80°)。每个天线元件的增益(即，每列的八个贴片)约为14dBi。整个天线组件可以在一个阵列中包含56个贴片，即，7个元件(7个贴片)宽、1个元件(8个贴片)高。
天线阵列可以在天线元件之间提供高隔离。天线元件之间的耦合损耗可以大于30dB；这使得该装置能够更精确地模拟智能天线操作。
该示例中的集成组件不使用天线元件和相关电子设备之间的任何连接器，也不提供可用于进行测量的任何测试点。
在这个示例中，对于每对双极化链，单个发射机链的最大输出功率大约是10dBm或者13dBm。
相关联的用户模块(SM)装置可以包含具有两个收发器链的定向双极化天线。SM可以使用极化分集或极化多路复用来支持单个数据流。在MU-MIMO操作中，AP可以支持几个(例如，七个)并行数据流，其中，每个数据流与不同的SM装置相关联。
该示例中的接入点支持智能天线模式，包括MU-MIMO数据传输模式和探测模式。接入点可以使用MU-MIMO模式在几个并行流中传输和接收数据，其中，每个流涉及不同的SM。MU-MIMO操作由波束成形和空值控制组成，波束成形用于使每个想要的SM的一个流中的上行和下行信号最大化，空值控制用于使与其他并行流相关联的SM的上行和下行信号最小化。得到的天线波束必须处于不同的方位角，使得天线波束基本上不重叠。
当已经识别出合适的正交SM组，并且在缓冲的数据排队，准备传输到这些SM或从这些SM接收的情况下，可以调用MU-MIMO数据传输模式。对于MU-MIMO数据传输模式，操作可以使用极化分集、使用循环延迟分集(CDD)；或极化多路复用。
在极化分集MIMO模式中，在相同的符号周期内，在两个极化中存在相同的数据，因此，这两个信道被认为是部分相关的。在极化多路复用MIMO模式中，在两个极化之间共享数据流，因此，这两个信道被认为是完全不相关的。
MU-MIMO操作所需的信道条件类似于极化多路复用所需的信道条件，并且极化分集和MU-MIMO操作的组合可能相对很少发生。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，每个A和B音调的坐标可以均乘以由波束成形函数生成的一组14个振幅和相位加权，以创建到下一级的七个H和七个V输入。在14个发射机链中的每一个中，将加权音调集传递到IFFT级，以生成OFDM符号的一系列同相和正交时域样本。然后，该单元将复数的循环前缀添加到时域信号中，并将I和Q信号转换成模拟波形。将模拟信号应用于上变频器，以提供调制的RF输出。然后，将14个调制的RF信号放大并成对地应用于7个双极化天线元件的H和V端口。
接入点中的应用固件可以计算发射机增益以及组合矩阵的振幅和相位加权，以提供所需的MU-MIMO波束模式。该操作可以基于智能天线操作的精确模型，其中，任意方位角的合成信号强度被确定为由单独天线元件辐射的信号的叠加。这个模型可以自动地并且本质上允许智能天线中的阵列增益。
在本发明的实施例中，多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络包括接入点和用户模块的第一探测组中的至少第一用户模块。
所述接入点包括处理器，所述处理器被配置为促使接入点通过将波束成形权重集应用于加权矩阵，来形成从接入点到用户模块的第一探测组的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，基于先前确定的信道估计来确定所述波束成形权重集，并且使用每个MU-MIMO波束来传输相应的探测符号，每个相应的探测符号与第一探测组的每个其他探测符号不同。
所述第一探测组的第一用户模块包括处理器，所述处理器被配置为促使所述第一用户模块接收在相应的MU-MIMO波束中传输给第一用户模块的第一探测符号，并且基于确定第一探测符号的接收干扰水平，确定是否响应于接收第一探测符号来向接入点发送响应消息。
在本发明的实施例中，一种用于多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络中的接入点包括处理器，所述处理器被配置为促使接入点：
通过将波束成形权重集应用于加权矩阵，来形成从接入点到用户模块的第一探测组的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，基于先前确定的信道估计来确定所述波束成形权重集；并且
使用每个MU-MIMO波束来传输相应的探测符号，每个相应的探测符号与第一探测组的每个其他探测符号不同；
其中，使每个用户模块能够基于确定第一探测符号的接收干扰水平，确定是否响应于接收相应探测符号来向接入点发送响应消息。
在本发明的实施例中，用户模块包括处理器，所述处理器被配置为促使用户模块：
在用户模块处接收第一探测符号，所述用户模块在用户模块的第一探测组中，已经在第一MU-MIMO波束中从接入点传输所述第一探测符号，已经使用加权矩阵形成第一MU-MIMO波束，以形成从接入点到第一探测组的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，从而同时向每个用户模块传输每个波束的相应探测符号，每个相应的探测符号与第一探测组的每个探测符号不同，基于先前确定的信道估计来确定所述加权矩阵的波束成形权重集；并且
基于确定第一探测符号的接收干扰水平，确定是否响应于接收第一探测符号来向接入点发送响应消息。
上述实施例应理解为本发明的说明性示例。应当理解，关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征结合使用，并且还可以与任何其他实施例的一个或多个特征结合使用，或者与任何其他实施例的任何组合结合使用。此外，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，也可以采用上面未描述的等同物和修改。

Claims (15)

1.一种用于多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络的信道探测的方法，所述MU-MIMO无线通信网络包括接入点和多个用户模块，所述方法包括：
通过将波束成形权重集应用于加权矩阵，来形成从所述接入点到用户模块的第一探测组中的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，所述波束成形权重集基于先前确定的信道估计来确定；
使用每个MU-MIMO波束来同时发送相应探测符号，每个相应探测符号与所述第一探测组的每个其他探测符号不同；
在所述第一探测组的第一用户模块接收第一探测符号；以及
基于对所述第一探测符号的接收干扰水平的确定来确定是否向所述接入点发送作为对所述第一探测符号的接收的响应的响应消息，
其中，每个探测符号具有各自的子载波的分配集合，所述分配集合的子载波被激励并且未分配的子载波被抑制；并且
被分配到针对一探测符号的分配集合中的每个子载波不再分配到针对所述第一探测组的另一探测符号的另一分配集合，
其中，所述确定是否发送响应消息包括确定不在针对所述第一用户模块的所述分配集合中的至少一个子载波的水平，
其中，所述确定是否发送所述响应消息包括：确定不在针对所述第一用户模块的所述分配集合中的子载波是否在相对于所述分配集合中的子载波的接收水平的阈值以上被接收。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定不在针对所述用户模块的所述分配集合中的子载波是否在所述阈值以上被接收是基于不在所述分配集合中的子载波的接收功率的平均误差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值在控制消息中从所述接入点发送到所述第一用户模块。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述响应消息包括：指示在不在针对所述第一用户模块的所述分配集合中的子载波上接收的信号的相位和/或振幅的至少一个度量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述度量是误差向量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述误差向量包括：相对于所述分配集合中的子载波的相位和振幅的平均相对相位和振幅。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述响应消息包括针对每个分配集合的相应误差向量，其中，所述第一探测组中的每个用户模块具有针对每个极化的分配集合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，每个分配集合包括30个子载波，并且所述第一探测组包括7个用户模块，每个极化具有分配集合。
9.根据权利要求1所述的方法，包括：基于角度分离将用户模块选成所述第一探测组的成员。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一探测组与用于发送有效载荷数据的MU-MIMO组不具有相同的成员。
11.一种多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络系统，包括接入点和用户模块的第一探测组中的至少第一用户模块，
所述接入点包括处理器，所述处理器被配置为使所述接入点通过将波束成形权重集应用于加权矩阵来形成从所述接入点到用户模块的所述第一探测组中的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，所述波束成形权重集基于先前确定的信道估计来确定，并且被配置为使用每个MU-MIMO波束来同时发送相应探测符号，每个相应探测符号与所述第一探测组的每个其他探测符号不同，并且
所述第一探测组的所述第一用户模块包括处理器，所述处理器被配置为使所述第一用户模块接收在相应MU-MIMO波束中发送给所述第一用户模块的第一探测符号，并且被配置为基于对所述第一探测符号的接收干扰水平的确定来确定是否向所述接入点发送作为对所述第一探测符号的接收的响应的响应消息，
其中，每个探测符号具有各自的子载波的分配集合，所述分配集合的子载波被激励并且未分配的子载波被抑制；并且
被分配到针对一探测符号的分配集合中的每个子载波不再分配到针对所述第一探测组的另一探测符号的另一分配集合，
其中，所述确定是否发送响应消息包括确定不在针对所述第一用户模块的所述分配集合中的至少一个子载波的水平，
其中，所述确定是否发送所述响应消息包括：确定不在针对所述第一用户模块的所述分配集合中的子载波是否在相对于所述分配集合中的子载波的接收水平的阈值以上被接收。
12.一种操作用于多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络的接入点的方法，所述MU-MIMO无线通信网络包括所述接入点和多个用户模块，所述方法包括：
通过将波束成形权重集应用于加权矩阵，来形成从所述接入点到用户模块的第一探测组中的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，所述波束成形权重集基于先前确定的信道估计来确定；
使用每个MU-MIMO波束来同时发送相应探测符号，每个相应探测符号与所述第一探测组的每个其他探测符号不同，并且每个探测符号具有各自的子载波的分配集合，所述分配集合的子载波被激励并且未分配的子载波被抑制；
其中，被分配到针对一探测符号的分配集合中的每个子载波不再分配到针对所述第一探测组的另一探测符号的另一分配集合，
由此使每个用户模块能够基于对第一探测符号的接收干扰水平的确定来确定是否向所述接入点发送作为对所述相应探测符号的接收的响应的响应消息，
其中，所述确定包括确定不在针对第一用户模块的所述分配集合中的至少一个子载波的水平，
其中，所述确定是否发送所述响应消息包括：确定不在针对所述第一用户模块的所述分配集合中的子载波是否在相对于所述分配集合中的子载波的接收水平的阈值以上被接收。
13.一种用于多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络的接入点，所述MU-MIMO无线通信网络包括所述接入点和多个用户模块，所述接入点包括处理器，所述处理器被配置为使所述接入点配置为：
通过将波束成形权重集应用于加权矩阵，来形成从所述接入点到用户模块的第一探测组中的每个用户模块的相应MU-MIMO波束，所述波束成形权重集基于先前确定的信道估计来确定；以及
使用每个MU-MIMO波束来同时发送相应探测符号，每个相应探测符号与所述第一探测组的每个其他探测符号不同，并且每个探测符号具有各自的子载波的分配集合，所述分配集合的子载波被激励并且未分配的子载波被抑制；并且
被分配到针对一探测符号的分配集合中的每个子载波不再分配到针对所述第一探测组的另一探测符号的另一分配集合，由此使每个用户模块能够基于对第一探测符号的接收干扰水平的确定来确定是否向所述接入点发送作为对所述相应探测符号的接收的响应的响应消息，
其中，所述确定包括确定不在针对第一用户模块的所述分配集合中的至少一个子载波的水平，
其中，所述确定是否发送所述响应消息包括：确定不在针对所述第一用户模块的所述分配集合中的子载波是否在相对于所述分配集合中的子载波的接收水平的阈值以上被接收。
14.一种操作多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络中的用户模块的方法，所述MU-MIMO无线通信网络包括接入点和多个用户模块，所述方法包括：
在所述用户模块接收第一探测符号，所述用户模块属于用户模块的第一探测组，所述第一探测符号在第一MU-MIMO波束中从所述接入点发出，所述第一MU-MIMO波束利用加权矩阵来形成，所述加权矩阵用来形成从所述接入点到所述第一探测组中的每个用户模块的相应MU-MIMO波束以向每个用户模块同时发送针对每个波束的相应探测符号，每个相应探测符号与所述第一探测组的每个其他探测符号不同，用于所述加权矩阵的波束成形权重集基于先前确定的信道估计来确定；以及
基于对所述第一探测符号的接收干扰水平的确定来确定是否向所述接入点发送作为对所述第一探测符号的接收的响应的响应消息，
其中，每个探测符号具有各自的子载波的分配集合，所述分配集合的子载波被激励并且未分配的子载波被抑制；并且
被分配到针对一探测符号的分配集合中的每个子载波不再分配到针对所述第一探测组的另一探测符号的另一分配集合，
其中，所述确定是否发送响应消息包括确定不在针对第一用户模块的所述分配集合中的至少一个子载波的水平，
其中，所述确定是否发送所述响应消息包括：确定不在针对所述第一用户模块的所述分配集合中的子载波是否在相对于所述分配集合中的子载波的接收水平的阈值以上被接收。
15.一种用于多用户多输入多输出MU-MIMO无线通信网络中的用户模块，所述MU-MIMO无线通信网络包括接入点和多个用户模块，所述用户模块包括处理器，所述处理器被配置为使所述用户模块配置为：
在所述用户模块接收第一探测符号，所述用户模块属于用户模块的第一探测组，所述第一探测符号在第一MU-MIMO波束中从所述接入点发出，所述第一MU-MIMO波束利用加权矩阵来形成，所述加权矩阵用来形成从所述接入点到所述第一探测组中的每个用户模块的相应MU-MIMO波束以向每个用户模块同时发送针对每个波束的相应探测符号，每个相应探测符号与所述第一探测组的每个其他探测符号不同，用于所述加权矩阵的波束成形权重集基于先前确定的信道估计来确定；以及
基于对所述第一探测符号的接收干扰水平的确定来确定是否向所述接入点发送作为对所述第一探测符号的接收的响应的响应消息，
其中，每个探测符号具有各自的子载波的分配集合，所述分配集合的子载波被激励并且未分配的子载波被抑制；其中，被分配到针对一探测符号的分配集合中的每个子载波不再分配到针对所述第一探测组的另一探测符号的另一分配集合，
其中，所述处理器被配置为确定是否通过处理发送响应消息包括确定不在针对第一用户模块的所述分配集合中的至少一个子载波的水平，
其中，所述确定是否发送所述响应消息包括：确定不在针对所述第一用户模块的所述分配集合中的子载波是否在相对于所述分配集合中的子载波的接收水平的阈值以上被接收。
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