CN109560840A - 用于自适应波束形成的无线通信设备及操作其的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了根据信道的状态操作用于基站的自适应波束形成的无线通信设备的方法。该方法包括通过信道从基站接收探测分组；使用探测分组来获得关于信道的信道质量；基于信道质量从多个反馈模式中选择出反馈模式；基于所选择的反馈模式来生成作为自适应波束形成的基础的矩阵；以及将包括关于矩阵的信息的信道状态信息发送到基站。

Description

用于自适应波束形成的无线通信设备及操作其的方法
优先权要求
本申请要求于2017年9月25日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0123653号的优先权，其公开通过引用并入本文，如同阐述了其全部内容一样。
技术领域
本发明构思一般涉及无线通信设备，并且更具体地涉及用于支持基站的自适应波束形成的无线通信设备及操作其的方法。
背景技术
基于多天线的无线通信系统可以通过蜂窝通信环境中的发送和接收端之间的波束形成来增强数据传输速率。通常基于基站和无线通信设备之间的信道状态来执行波束形成，并且在操作波束形成的一般方法中，可以通过使用在无线通信设备(或接收端)中从参考信号估计的信道来生成波束形成矩阵或波束形成导向矩阵，并且可以将关于波束形成矩阵或波束形成导向矩阵(例如，码本)的信息反馈给基站(或发送端)。
已经进行了用于执行可以改善无线通信系统的性能的波束形成的无线通信设备的研究，并且还已经进行了用于减少无线通信设备的反馈操作所要求的计算处理量的研究。可以期望改善。
发明内容
本发明构思的一些实施例提供了一种无线通信设备以及一种操作该无线通信设备的方法，该无线通信设备能够生成执行波束形成所要求的反馈信息以用于改善具有减少的计算次数的无线通信系统的性能。
本发明构思的其它实施例提供了根据信道的状态操作用于基站的自适应波束形成的无线通信设备的方法，该方法包括：通过信道从基站接收探测分组；使用探测分组来获得关于信道的信道质量；基于信道质量从多个反馈模式中选择出反馈模式；基于所选择的反馈模式来生成将作为自适应波束形成的基础的矩阵；以及将包括关于矩阵的信息的信道状态信息发送到基站。
本发明构思的又一些实施例提供了根据信道的状态操作用于基站的自适应波束形成的无线通信设备的方法，该方法包括：通过对与信道相对应的信道矩阵执行奇异值分解来生成包括奇异值的对角矩阵和来自信道矩阵的波束形成矩阵；从存储在无线通信设备的存储器中的查找表读取与奇异值的比率相对应的三角函数值；通过对使用读取的三角函数值生成的旋转矩阵和波束形成矩阵进行乘法计算来生成波束形成导向矩阵；以及将包括关于波束形成导向矩阵的信息的信道状态信息发送到基站。
本发明构思的一些实施例提供了在包括基站和无线通信设备的无线通信系统中进行波束形成的方法，包括：由无线通信设备通过信道从基站接收探测分组；由无线通信设备将关于基于根据信道的信道质量选择的反馈模式而生成的关于矩阵的信息发送到基站；以及由无线通信设备根据来自基站的关于矩阵的信息通过信道接收基于波束形成处理的数据信号。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的实施例，其中：
图1是示出根据本发明构思的一些实施例的无线通信系统的框图。
图2是示出根据本发明构思的一些实施例的图1的无线通信设备的操作的流程图。
图3是示出根据本发明构思的一些实施例的链路适配器的框图。
图4A至图5B是示出根据本发明构思的一些实施例的用于选择反馈模式的图3的链路适配器的操作的示图。
图6是示出根据本发明构思的一些实施例的链接适配器的框图。
图7A至图8是示出根据本发明构思的一些实施例的图6的链路适配器在几何均值分解模式下的操作的示图。
图9是示出根据本发明构思的一些实施例的无线通信设备的框图。
图10和图11是示出根据本发明构思的一些实施例的用于生成信道质量指示符的图6的链路适配器的操作的示图。
图12是示出其中可以使用本发明构思的一些实施例的物联网(Internet ofThings，IoT)网络的概念图的示图。
具体实施方式
现在将参考其中示出了一些实施例的附图更全面地描述各种实施例。然而，本发明构思可以以不同形式实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整并且将本发明构思完全传达给本领域技术人员。
本文用来描述本发明实施例的术语并不意图限制本发明的范围。冠词“一”、“一个”和“该”是单数，因为它们具有单一指示物；然而，在本文件中使用单数形式不应排除存在多于一个的指示物。换句话说，除非上下文另外明确指示，以单数形式引用的本发明的元件可以编号为一个或多个。将进一步理解的是，术语“包括”、“包含”、“包括”和/或“包含”，当在本文中使用时，指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。
将理解的是，当元件或层被称为“在另一元件或层上”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，它可以直接在其它元件或层上、直接连接到或耦合到其它元件或层，或者可以存在插入其间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，不存在插入其间的元件或层。在下面的解释中，在整个说明书中相同的参考标号表示相同的部件。
这里可以使用空间相对术语，例如“在……之下(beneath)”，“下方(below)”，“下面(lower)”，“上方(above)”，“上面(upper)”等来描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系，如附图所示。应该理解的是，除了附图中描绘的朝向之外，这样的描述旨在涵盖使用或操作中的不同朝向。例如，如果设备被翻转，则被描述为在其它元件或件的“下方”或“之下”的元件将被定向为在其它元件或件“上方”。因此，根据整个设备的朝向，术语“在……下方”意图意味着上方和下方。
在整个说明书中，相同的标号指代相同的元件。因此，即使没有在相应的附图中具体描述，也可以参考其它附图来描述相同的参考标号和相似的参考标号。此外，当在附图中未标记标号时，可以参考其它附图来描述该标号。
首先参考图1，将讨论示出根据本发明构思的一些实施例的无线通信系统1的框图。如图1所示，无线通信系统1可以包括无线通信设备10和基站20，并且无线通信设备10可以通过信道30与基站20通信。无线通信系统1也可以是被称为多输入多输出(multi-inputmulti-output，MIMO)系统。作为非限制性示例，无线通信系统1可以是长期演进(long termevolution，LTE)系统、码分多址(code division multiple access，CDMA)系统、全球移动通信系统(global system for mobile communications，GSM)系统、无线局域网(wirelesslocal area network，WLAN)系统或其它任意无线通信系统。无线通信系统1可以包括数量为T的发送天线22和数量为R的接收天线110。
无线通信设备10可以被称为能够通过与基站20通信来发送和接收数据和/或控制信息的各种设备。例如，无线通信设备10可以被称为用户设备(user equipment，UE)、移动台(mobile station，MS)、移动终端(mobile terminal，MT)、用户终端(user terminal，UT)、用户站(subscriber station、SS)、便携式设备等。此外，基站20可以指与无线通信设备10和/或另一基站通信的固定站，并且可以通过与无线通信设备10和/或另一基站通信来发送或接收数据。例如，基站20可以被称为节点B、演进节点B(evolved-Node B，eNB)、基地收发器系统(base transceiver system，BTS)和接入点(access point，AP)。
无线通信设备10和基站20之间的无线通信网络可以共享可用网络资源，以便支持多个用户之间的通信。例如，在无线通信网络中，可以以各种方式提供信息，诸如码分多址(CDMA)、频分多址(frequency division multiple access，FDMA)、时分多址(timedivision multiple access，TDMA)，正交频分多址(orthogonal frequency divisionmultiple access，OFDMA)、单载波频分多址(single carrier frequency divisionmultiple access，SC-FDMA)等。
无线通信设备10可以包括多个接收天线110、射频(radio frequency，RF)电路120、基带处理器BP和存储器140。被包括在无线通信设备10中的每个组件可以是包括模拟电路和/或数字电路的硬件块，以及可以是包括由处理器等运行的多个指令的软件块。RF电路120可以经由多个接收天线110从基站20接收信号(例如，下行链路信号)。接收到的信号可以是具有高中心频率的RF信号。RF电路120可以包括模拟下变频混频器，以通过下变频接收到的信号的频率来生成基带信号。此外，RF电路120还可以包括模数转换器，以执行诸如将基带信号转换成数字信号的处理操作。基带处理器BP可以包括链路适配器100和解调器130。在下文中，链路适配器100和解调器130中的每一个被示出为被包括在基带处理器BP中的一个块，但是不限于此。基带处理器BP可以是能够执行链路适配器100和解调器130的一系列操作的集成逻辑块。解调器130可以包括信道估计器132和MIMO检测器134。信道估计器132可以使用被包括在从基站20接收到的信号中的参考信号来估计信道30的状态。在一些实施例中，用于信道估计的接收到的信号可以被称为探测分组或空数据分组。MIMO检测器134可以解调从包括多个发送天线22的基站20接收到的数据信号。链路适配器100可以从解调器130接收关于估计的信道的信息。链路适配器100可以基于关于估计的信道的信息来生成信道状态信息。信道状态信息可以包括以下中的至少一个：信道质量指示符CQI、预编码矩阵指示符PMI、和秩指示符RI。
在下文中，将讨论根据本发明构思的一些实施例的链路适配器100的操作，并且假定无线通信系统1是秩-2无线局域网系统，并且因此无线通信设备10和基站20可以分别使用两个发送天线22和两个接收天线110来执行无线通信。但是，为了方便起见，假定无线通信系统1是秩-2无线局域网系统，并且显然本发明构思不限于此。本发明构思可以被应用于各种秩和各种网络。
首先，当基站20通过发送天线22发送信号X1至X2时，无线通信设备10可以通过接收天线110接收信号Y1至Y2。接收到的信号Y1至Y2是信道的结果30，并且通过等式(1)描述所发送的信号X1至X2与接收到的信号Y1至Y2之间的关系。
Y＝H·X+N (1)
等式(1)的每个元素可以是矢量或矩阵。“N”可以意味着高斯白噪声，“Y”可以意味着接收到的信号Y1～Y2并且可以是2×1的矩阵。“X”可以意味着所发送的信号X1至X2并且可以是2×1的矩阵。“H”可以意味着信道矩阵并且可以是2×2的矩阵。
“H”可以表示基站20和无线通信设备10之间的频率响应。信道估计器132可以通过估计信道30来生成信道矩阵H。在一些实施例中，链路适配器100可以包括模式选择器102，并且该模式选择器102可以获得信道30的信道质量，并且可以基于信道质量来选择多个反馈模式中的任何一个。此外，模式选择器102可以参考存储在存储器140中的建模信息142，并且可以从建模信息142中读取与信道质量相对应的信息以选择反馈模式。信道质量可以是对应于各种因素的值。信道质量可以是信道30的信噪比(signal-to-noiseratio，SNR)或信号与干扰加噪声比(signal to interference plus noise ratio，SINR)，并且在一些实施例中可以是从基站20接收的信号功率。此外，根据一些实施例，假定基于空间复用的无线通信系统1。因此，信道30可以包括多个子信道，并且信道质量可以是指示多个子信道的总质量的值。然而，将理解，这仅作为示例提供，因此，本发明构思的实施例不限于此。在选择反馈模式时可以参考可以指示信道质量的各种指示符。
链路适配器100可以基于所选择的反馈模式来生成关于预编码矩阵指示符PMI的信息。就这一点而言，链路适配器100可以根据信道质量改变反馈模式以生成包括预编码矩阵指示符PMI的信道状态信息。因此，可以改善无线通信设备10的性能，并且也可以执行与基站20的信道30的状态相对应的波束形成，从而可以改善无线通信系统1的性能。下面将参考图3至图5B来描述模式选择器102的具体操作。在下文中，将描述根据反馈模式的操作。
反馈模式可以包括，例如，奇异值分解(singular value decomposition，SVD)模式和几何均值分解(geometric mean decomposition，GMD)模式。在下文中，反馈模式主要被描述为包括SVD模式和GMD模式。
首先，当链路适配器100以SVD模式操作时，它可以将信道矩阵H分解为奇异值，如公式(2)所示。
H＝U∑V* (2)
“U”和“V”可以是酉矩阵(unitary matrix)，“∑”可以是包括信道30的非负奇异值(例如，σ1和σ2)的对角矩阵。“V*”可以是“V”的共轭转置矩阵。此外，“U*”可以是“U”的共轭转置矩阵，并且基带处理器BP可以将“U*”应用于信道矩阵H。链路适配器100可以通过使用“V*”生成“V”，并且“V”可以意味着波束形成矩阵。链路适配器100可以基于波束形成矩阵V生成预编码矩阵指示符PMI。波束形成矩阵V可以被称为在基站20处的波束形成中使用的预编码矩阵。无线通信设备10可以向基站20发送包括预编码矩阵指示符PMI的信道状态信息，并且基站20可以基于预编码矩阵指示符PMI来执行自适应波束形成。等式(3)给出所发送的信号X1至X2与接收到的信号Y1至Y2之间的关系。
Y＝H·V·X+N (3)
如果将“U*”应用于等式(3)中的无线通信设备10的基带处理器BP中的“Y”，则可以导出以下等式(4)。
Y′＝U*Y＝U*(H·V·X+N)＝U*·(U∑V*·V·X+N)＝∑X+N′ (4)
因此，由于基站20的自适应波束形成，接收到的信号Y1至Y2被定义为将信道30的奇异值和噪声N'应用于所发送的信号X1至X2的结果。
当链路适配器100以GMD模式操作时，可以通过使用作为信道矩阵H的奇异值分解的结果而生成的波束形成矩阵V来生成波束形成导向矩阵VF，如以下等式(5)。
“F”可以是2×2的旋转矩阵，“F”的三角函数值可以基于对角矩阵Σ的奇异值(例如，σ1和σ2)被定义为等式(5)。根据本发明构思的一些实施例的链路适配器100可以减少生成旋转矩阵F所要求的计算量。在一些实施例中，链路适配器100可以参考以GMD模式存储在存储器140中的查找表LUT144，并且因此可以生成旋转矩阵F而没有不必要的计算。这可以降低基带处理器BP的硬件实施的复杂度，并且还可以减小包括基带处理器BP的用于无线通信的芯片组的大小。下面将参考图6至图8来讨论链路适配器100的这种具体操作。
现在参考图2，将讨论示出根据本发明构思的一些实施例的图1的无线通信设备10的操作的流程图。如图2所示，操作通过在无线通信设备10处通过信道30从基站20接收预定探测分组(或预定信号)(块S100)开始。无线通信设备10可以使用接收到的探测分组来获得信道质量(块S110)。在一些实施例中，当信道质量因子是SNR时，无线通信设备10可以通过使用探测分组测量无线通信设备10的SNR来获得信道质量。无线通信设备10可以基于信道质量来选择用于生成对于预编码矩阵指示符PMI的反馈信息的反馈模式(块S120)。无线通信设备10可以基于所选择的反馈模式来生成包括预编码矩阵指示符PMI的信道状态信息(块S130)。此外，无线通信设备10可基于所选择的反馈模式上的信息和信道质量来从多个调制和编码方案(modulation and coding schemes，MCS)中确定推荐MCS。无线通信设备10可以生成指示所确定的推荐MCS的信道质量指示符CQI，并且信道状态信息可以包括信道质量指示符CQI。无线通信设备10可以将信道状态信息发送到基站20(块S140)。然后，当基于信道状态信息的预编码矩阵指示符PMI将数据信号发送到无线通信设备10时，基站20可以执行波束形成。
图3是示出根据本发明构思的一些实施例的链路适配器200的框图。图4A至图5B示出了图3的链路适配器200如何选择反馈模式。首先参考图3，链路适配器200可以包括模式选择器210、分解电路220、旋转矩阵生成器230、矩阵乘法器240、复用器250和信道状态信息生成器260。在一些实施例中，模式选择器210可以接收信道质量CH_Q，并且可以在信道质量CH_Q的条件下预测与多个反馈模式中的每一个反馈模式相对应的无线通信设备的性能。无线通信设备的性能可以是对应于各种因素的值。无线通信设备的性能可以是无线通信设备可以向基站发送的信号的数据速率，并且在一些实施例中，可以是无线通信设备接收到的信号的分组错误率(packet error rate)。此外，无线通信设备的性能可以是无线通信设备的数据速率和分组错误率的组合。然而，将理解，这仅仅是示例，并且本发明构思不限于此。在选择反馈模式时可以参考可以指示无线通信设备的性能的各种指示符。此外，可以在无线通信设备和基站之间的无线通信开始之前定义由模式选择器210预测的无线通信设备的性能。
在一些实施例中，模式选择器210可以参考存储在无线通信设备的存储器MEM中的第一建模信息MI_1，以在信道质量CH_Q的条件下预测无线通信设备的性能。第一建模信息MI_1可以包括根据信道质量条件和反馈模式对无线通信设备的性能进行建模的信息。在下文中，假定信道质量CH_Q基于SNR，并且无线通信设备的性能基于数据速率。
参考图4A，第一建模信息MI_1可以包括SNR字段、反馈模式FB_MODE字段和数据速率DATA RATE字段。第一建模信息MI_1可以是其中根据SNR条件和反馈模式FB_MODE各自映射数据速率DATA RATE的信息。作为示例，当模式选择器210接收到作为信道质量CH_Q的“S1”的值时，模式选择器210可以参考第一建模信息MI_1以读取与“S1”相对应的信息。换句话说，模式选择器210可以从第一建模信息MI_1读取与SVD模式相对应的“R1_A”和与GMD模式相对应的“R1_B”。接下来，模式选择器210可以将“R1_A”的值与“R1_B”的值进行比较，以基于比较结果来选择反馈模式。例如，当“R1_B”的值大于“R1_A”的值时，模式选择器210可以选择GMD模式。
根据本公开的一些实施例，其中模式选择器210选择反馈模式的操作如下。参考图4B，在执行图1的S110之后，模式选择器210可以参考第一建模信息MI_1以从第一建模信息MI_1读取与作为信道质量CH_Q的SNR的值相对应的无线通信设备的数据速率DATA RATE的值(块S122A)。模式选择器210可以将与SVD模式相对应的数据速率DATA RATE的值与与GMD模式相对应的数据速率DATA RATE的值进行比较(块S124A)。模式选择器210可以基于比较结果选择反馈模式(块S126A)。然后，可以执行图2的操作S130。
此外，与图4A不同，第一建模信息MI_1可以包括定义根据SNR间隔选择的反馈模式的信息。进一步参考图5A，第一建模信息MI_1可以是指示SVD模式是当SNR值被包括在第一反馈模式选择间隔INTV1中时(例如，当SNR值被包括在“SA～SB”或“SC～SD”中时)所选择的反馈模式的信息。此外，第一建模信息MI_1可以是指示GMD模式是当SNR值被包括在第二反馈模式选择间隔INTV2中时(例如，当SNR值被包括在“SB～SC”或“SD～SE”中时)所选择的反馈模式的信息。模式选择器210可以参考第一建模信息MI_1来选择反馈模式。
根据本发明构思的一些实施例的模式选择器210如下选择反馈模式。参考图5B，在执行图1的操作S110之后，模式选择器210可以参考第一建模信息来检测与作为信道质量CH_Q的SNR值相对应的反馈模式选择间隔(块S122B)。模式选择器210可以基于检测结果选择反馈模式(块S124B)。然后，可以执行图2的操作S130。
参考图3，模式选择器210可以根据所选择的反馈模式生成反馈模式选择信号MSEL_S，从而将反馈模式选择信号MSEL_S提供给复用器250。复用器250可以接收波束形成矩阵V和波束形成导向矩阵VF。如上所述，可以通过分解电路220的奇异值分解来生成波束形成矩阵V，并且可以通过旋转矩阵F与波束形成矩阵V的矩阵相乘来生成波束形成导向矩阵VF。在一些实施例中，旋转矩阵生成器230可以基于分解电路220的奇异值分解生成旋转矩阵F，并且将参考图6至图7B提供其详细描述。
复用器250可以基于反馈模式选择信号MSEL_S选择波束形成矩阵V和波束形成导向矩阵VF中的一个，以将所选择的矩阵提供给信道状态信息生成器260。在一些实施例中，当选择SVD模式时，复用器250可以将波束形成矩阵V提供给信道状态信息生成器260，而当选择GMD模式时，可以将波束形成导向矩阵VF提供给信道状态信息生成器260。
信道状态信息生成器260可以通过使用从复用器250接收的波束形成矩阵V或波束形成导向矩阵VF来生成预编码矩阵指示符PMI。
如上所述，根据本发明构思的链路适配器200可以根据信道状态选择反馈模式，并且可以基于所选择的反馈模式生成信道状态信息以生成基站的精确波束形成，使得无线通信系统的性能被改善。
图6是示出根据本发明构思的一些实施例的链路适配器300的框图。图7A至图8是示出图3的链路适配器300如何以GMD模式操作的示图。首先参考图6，链路适配器300可以包括模式选择器310、分解电路320、旋转矩阵生成器330、矩阵乘法器340、复用器350和信道状态信息生成器360。在下文中，将主要描述分解电路320、旋转矩阵生成器330和矩阵乘法器340将，并且由于参考图3描述了其它组件，所以将省略对它们的描述。
分解电路320可以执行通过估计基站和无线通信设备之间的信道而生成的信道矩阵的奇异值分解。分解电路320可以通过奇异值分解生成奇异值σ1和σ2，以将它们提供给旋转矩阵生成器330。作为示例，奇异值σ1和σ2可以是被包括在等式(2)的对角矩阵∑中的值。此外，基站和无线通信设备之间的信道可以包括第一子信道和第二子信道，并且奇异值σ1可以是指示第一子信道的状态的值，奇异值σ2可以是指示第二子通道的状态。
旋转矩阵生成器330可以通过使用奇异值σ1和σ2以及存储在存储器MEM中的查找表LUT来生成旋转矩阵F。在一些实施例中，旋转矩阵生成器330可以计算奇异值σ1与奇异值σ2的比率。与奇异值σ1与奇异值σ2的比率相对应的“γ”可以被定义为以下等式(6)。
通过将等式(6)代入等式(5)，旋转矩阵F可以被表达为等式(7)。
如等式(7)，旋转矩阵生成器330可以通过使用奇异值的比率γ来生成旋转矩阵F。在一些实施例中，旋转矩阵生成器330可以参考存储在存储器MEM中的查找表LUT，使得生成旋转矩阵F所要求的计算量被最小化。换句话说，旋转矩阵生成器330可以直接从查找表LUT中读取所要求的值并且使用所读取的值生成旋转矩阵F，而不执行奇异值的比率γ的根计算或分数计算。奇异值的比率γ可以是“1”和“∞”之间的值，并且根据奇异值的比率γ的角度ψ可以具有在π/4(或45°)和π/2(或90°)。
参考图7A，查找表LUT_1可以包括指示在角度ψ的范围内具有恒定间隔的参考角度REF_DEGREE的字段、指示与每个参考角度REF_DEGREE相对应的三角函数值cos(ψ)和sin(ψ)的字段以及指示参考比率REF_RATIO的字段。在一些实施例中，查找表LUT_1可以包括关于具有从“45°”开始的恒定间隔“5°”的参考角度REF_DEGREE的信息。换句话说，查找表LUT_1可以包括通过将从奇异值的比率γ生成的角度ψ的范围划分为10个间隔而设置的参考角度REF_DEGREE的信息。
旋转矩阵生成器330可以计算奇异值的比率γ并参考查找表LUT_1以便检测对应于奇异值的比率γ的参考比率REF_RATIO。旋转矩阵生成器330可以从查找表LUT_1中读取与检测到的参考比率REF_RATIO相对应的三角函数值cos(ψ)和sin(ψ)。具体地，旋转矩阵生成器330可以检测等于或最接近奇异值的比率γ的参考比率REF_RATIO。旋转矩阵生成器330可以使用读取的三角函数值cos(ψ)和sin(ψ)来生成旋转矩阵F，由此使计算量最小化。
例如，旋转矩阵生成器330可以参考查找表LUT_1，并且当计算的奇异值的比率γ为“3”时，检测等于或最接近“3”的参考比率REF_RATIO。旋转矩阵生成器330可以读取分别为“0.5”和“0.866”的与参考比率REF_RATIO“3”相对应的三角函数值cos(60)和sin(60)。如等式(8)所示，旋转矩阵生成器330可以使用所读取的值容易地获得旋转矩阵F。
与图7A不同，图7B示出了查找表LUT_2，其中参考角度REF_DEGREE之间的间隔被设置为“10°”。换句话说，查找表LUT_2中的参考角度REF_DEGREE之间的间隔可以变化，并且查找表LUT_2可以包括与参考角度REF_DEGREE中的每一个相对应的三角函数值cos(ψ)和sin(ψ)以及参考比率REF_RATIO。然而，图7A和7B所示的示例是示例性的，但不是限制性的。参考角度REF_DEGREE之间的间隔可以变化，并且查找表LUT_1和LUT_2可以包括当旋转矩阵生成器330生成旋转矩阵F时可以立即被读取的各种类型的信息。
参考图6，在一些实施例中，可以基于基站和无线通信设备之间的通信环境来执行对查找表LUT的更新。更新目标可以是参考角度REF_DEGREE之间的间隔、与参考角REF_DEGREE中的每一个相对应的三角函数值cos(ψ)和sin(ψ)以及参考比REF_RATIO。作为示例，当要求更精确的波束形成时，可以执行更新以成为被设置为在参考角度REF_DEGREE之间具有小间隔的查找表LUT，而当需要大幅减少无线通信设备的负载时，可以执行更新以成为被设置为在参考角REF_DEGREE之间具有大间隔的查找表LUT。
根据本发明构思的一些实施例的旋转矩阵生成器330以以下方式生成旋转矩阵F。参考图8，旋转矩阵生成器330可以使用奇异值σ1和σ2来计算奇异值的比率γ(S200)。旋转矩阵生成器330可以参考存储器MEM的查找表LUT以选择与奇异值的比率γ相对应的三角函数值cos(ψ)和sin(ψ)(S220)。旋转矩阵生成器330可以使用所选择的三角函数值cos(ψ)和sin(ψ)生成旋转矩阵F(S240)。
图9是示出根据本发明构思的一些实施例的无线通信设备WCD的框图，图10和图11是示出如何生成图9的链路适配器400的信道质量指示符CQI的示图。
参考图9，无线通信设备WCD可以包括存储器MEM、链路适配器400和RF电路RF_CKT。信道状态信息生成器460可以接收波束形成矩阵V或波束形成导向矩阵VF，并且可以使用波束形成矩阵V或波束形成导向矩阵VF来生成预编码矩阵指示符PMI。在一些实施例中，信道状态信息生成器460可以接收信道质量CH_Q和关于所选择的反馈模式MSEL_I的信息。信道状态信息生成器460可以基于信道质量CH_Q和关于所选择的反馈模式MSEL_I的信息来从多个MCS中选择推荐MCS。
此外，当确定推荐MCS时，信道状态信息生成器460可以参考存储在存储器MEM中的第二建模信息MI_2。对于每个反馈模式，第二建模信息MI_2可以包括关于根据信道质量条件和MCS的无线通信设备的性能的建模信息。在下文中，假定信道质量CH_Q基于SNR，并且无线通信设备的性能基于数据速率。
参考图10，第二建模信息MI_2可以包括分别被区分为反馈模式SVD_MODE和GMD_MODE的第一信息MI_2A和第二信息MI_2B。第一和第二信息MI_2A和MI_2B中的每一个可以包括SNR字段、MCS字段和数据速率DATA RATE字段。第一信息MI_2A和第二信息MI_2B中的每一个可以是其中根据SNR条件和MCS映射每个数据速率DATA RATE的信息。
例如，当信道状态信息生成器460可以接收“S1”值作为信道质量CH_Q并且还可以接收关于其中选择SVD模式SVD_MODE的所选择的反馈模式MSEL_I的信息时，信道状态信息生成器460可以选择第二建模信息MI_2的第一信息MI_2A以读取对应于“S1”的信息。换句话说，信道状态信息生成器460可以从第一信息MI_2A中读取分别与对应于“S1”的多个MCS(MCS_1至MCS_M)相对应的无线通信设备WCD的数据速率R1_1A至R1_MA。信道状态信息生成器460可以将读取的数据速率R1_1A和R1_MA彼此相比较，并且可以基于比较结果来确定推荐MCS。例如，信道状态信息生成器460可以将与最大数据速率相对应的MCS确定为推荐MCS。
如下确定根据本发明构思的一些实施例的链路适配器400的推荐MCS。在执行图1的操作S120之后，链路适配器400可以基于所选择的反馈模式生成预编码矩阵指示符PMI(S132)。链接适配器400可以从存储器MEM的第二建模信息MI_2中选择出与所选择的反馈模式相对应的信息(S134)。链路适配器400可以参考所选择的信息来确定推荐MCS并且可以生成信道质量指示符CQI(S136)。然后，可以执行图1的操作S140。
参考图9，如上所述，信道状态信息生成器460可以基于关于所选择的反馈模式MSEL_I和信道质量CH_Q的信息来确定推荐MCS，并且生成包括关于所确定的推荐MCS的信息的信道质量指示符CQI。信道状态信息生成器460可以将包括如上所述生成的预编码矩阵指示符PMI和信道质量指示符CQI的信道状态信息CSI通过RF电路RF_CKT发送到基站BS。基站BS可以基于信道状态信息CSI执行诸如波束形成的操作，以执行与无线通信设备WCD的无线通信。
图12示出了应用本发明构思的实施例的物联网(IoT)网络系统1000。如图12所示，IoT网络系统1000可以包括多个IoT设备、接入点1200、网关1250、无线网络1300和服务器1400。IoT可以指使用有线/无线通信的对象之间的网络。
多个IoT设备可以根据IoT设备的每个特性来形成组。例如，多个IoT设备可以被分组为家用小工具(gadget)组1100、家用电器组1120、娱乐组1140和车辆1160。家用小工具组1100、家用电器组1120和娱乐组1140可以通过接入点1200连接到通信网络或其它IoT设备。接入点1200可以被嵌入到IoT设备中。网关1250可以改变协议以将接入点1200与外部无线网络连接。家庭小工具组1100、家用电器组1120和娱乐组1140可以通过网关1250连接到外部通信网络。无线网络1300可以包括互联网和/或公共网络。多个IoT设备可以通过无线网络1300连接到提供预定服务的服务器1400，并且用户可以通过多个IoT设备中的至少一个来使用服务。
根据本发明构思的实施例，多个IoT设备中的每一个可以包括基带处理器，并且每个基带处理器可以根据多个IoT设备与接入点1200或者无线网络1300之间的信道质量来选择反馈模式，并且基于所选择的反馈模式最小化计算量以生成预编码矩阵指示符PMI。此外，基带处理器可以基于关于所选择的反馈模式和信道质量的信息来确定推荐MCS，由此生成信道质量指示符CQI。每个基带处理器可以将包括预编码矩阵指示符PMI和信道质量指示符CQI的信道状态信息发送到接入点1200或无线网络1300，并且连接到接入点1200或无线网络1300的基站可以基于信道状态信息执行与诸如波束形成的无线通信相关的操作。
虽然已经参考示例实施例讨论了本发明构思，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。因此，应该理解，上述实施例不是限制性的，而是例示性的。因此，本发明构思的范围由以下权利要求及其等同物的最宽可允许的解释确定，并且不应被前述描述限制。

Claims (20)

1.一种根据信道的状态操作用于基站的自适应波束形成的无线通信设备的方法，所述方法包括：
通过所述信道从所述基站接收探测分组；
使用所述探测分组获得关于所述信道的信道质量信息；
基于所述信道质量信息从多个反馈模式中选择出反馈模式；
基于所选择的反馈模式生成作为所述自适应波束形成的基础的矩阵；以及
将包括关于所述矩阵的信息的信道状态信息发送到所述基站。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述信道质量信息是以下中的一个：所述探测分组的信号强度、所述信道的信噪比SNR、和所述信道的信号与干扰加噪声比SINR。
3.如权利要求1所述的方法，其中反馈模式的选择包括：
在所述信道质量信息的条件下预测与反馈模式中的每一个反馈模式相对应的无线通信设备的性能；
将所预测的无线通信设备的性能彼此进行比较以提供比较结果；以及
基于所述比较结果选择用于生成所述矩阵的反馈模式。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述无线通信设备的性能为所述无线通信设备的数据速率。
5.如权利要求3所述的方法，其中预测所述无线通信设备的性能包括：在所述信道质量的条件下从存储在所述无线通信设备的存储器中的第一建模信息读取与所述反馈模式中的每一个反馈模式相对应的无线通信设备的性能。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述矩阵的生成包括：当所选择的反馈模式是奇异值分解模式时，通过执行与所述信道相对应的信道矩阵的奇异值分解来从信道矩阵生成波束形成矩阵。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述矩阵的生成包括，当所选择的反馈模式是几何均值分解模式时：
通过执行与所述信道相对应的信道矩阵的奇异值分解从信道矩阵生成包括奇异值的对角矩阵和波束形成矩阵；
基于所述奇异值生成旋转矩阵；以及
通过所述旋转矩阵和所述波束形成矩阵的乘法计算来生成波束形成导向矩阵。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述旋转矩阵的生成包括：
计算所述奇异值的比率；
通过参考存储在所述无线通信设备的存储器中的查找表，从查找表读取与所述比率相对应的三角函数值；以及
通过使用所述三角函数值来生成旋转矩阵。
9.如权利要求1所述的方法，还包括基于所述信道质量信息和关于所选择的反馈模式的信息来确定多个调制和编码方案MCS中的推荐MCS，
其中，所述信道状态信息还包括关于所确定的推荐MCS的信息。
10.如权利要求9所述的方法，其中推荐MCS的确定包括：在所述信道质量的条件下，从与存储在所述无线通信设备的存储器中的第二建模信息中的关于所选择的反馈模式的信息相对应的信息读取分别与多个MCS相对应的无线通信设备的性能；以及
将所述无线通信设备的读取的性能彼此进行比较，以提供比较结果并基于所述比较结果确定推荐MCS。
11.一种根据信道的状态操作用于基站的自适应波束形成的无线通信设备的方法，所述方法包括：
通过执行与所述信道相对应的信道矩阵的奇异值分解来从信道矩阵生成包括奇异值的对角矩阵和波束形成矩阵；
从存储在所述无线通信设备的存储器中的查找表读取与所述奇异值的比率相对应的三角函数值；
通过对通过使用读取的三角函数值生成的旋转矩阵和所述波束形成矩阵进行乘法计算来生成波束形成导向矩阵；以及
将包括关于所述波束形成导向矩阵的信息的信道状态信息发送到所述基站。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：
从所述基站接收探测分组；以及
通过使用被包括在所述探测分组中的参考信号来估计信道而生成所述信道矩阵。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述查找表包括关于三角函数值和参考比率的信息，所述三角函数值和参考比率对应于在与所述奇异值的比率的范围相对应的角度的范围内具有恒定间隔的每个参考角度。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述参考角度的恒定间隔根据所述基站与所述无线通信设备之间的通信环境而变化。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述三角函数值的读取包括：
将奇异值的比率与所述查找表的参考比率进行比较；
检测等于或最接近所述奇异值的比率的参考比率；以及
从所述查找表读取与检测到的参考比率相对应的三角函数值。
16.如权利要求11所述的方法，还包括基于所述基站和所述无线通信设备之间的通信环境来更新所述查找表。
17.一种在包括基站和无线通信设备的无线通信系统中进行波束形成的方法，所述方法包括：
由所述无线通信设备通过信道从所述基站接收探测分组；
由无线通信设备将基于根据所述信道的信道质量选择的反馈模式而生成的关于矩阵的信息发送到所述基站；以及
由所述无线通信设备根据关于所述矩阵的信息通过所述信道从所述基站接收基于波束形成处理的数据信号。
18.如权利要求17所述的方法，其中选择反馈模式包括：
在所述信道质量的条件下预测分别与多个反馈模式相对应的无线通信设备的性能；
将所预测的无线通信设备的性能彼此进行比较以提供比较结果；以及
基于所述比较结果选择多个反馈模式中的一个反馈模式。
19.如权利要求17所述的方法，其中生成所述矩阵包括：
当所选择的反馈模式是几何均值分解GMD模式时，执行与所述信道相对应的信道矩阵的奇异值分解；
从所述信道矩阵生成包括奇异值的对角矩阵和波束形成矩阵；
基于所述奇异值生成旋转矩阵；以及
执行所述旋转矩阵和所述波束形成矩阵的乘法计算。
20.如权利要求19所述的方法，其中生成所述旋转矩阵包括：
使用与奇异值的比率相对应的三角函数值；以及
从存储在所述无线通信设备的存储器中的查找表中读取。
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