CN110024309A - 高维(HiDi)无线电环境特性和表示 - Google Patents

高维(HiDi)无线电环境特性和表示 Download PDF

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Abstract

装置包括存储由一个或更多个处理器执行以从蜂窝网络中的多个天线元件获得由用户设备发送的多个接收信号的指令的存储器。响应于多个接收信号，关于多个接收射线中的每个接收射线的水平到达角和竖直到达角计算角域中的多个复信道值。计算频率偏移估计并将其应用于多个复信道值。将多个偏移复信道值变换成时域中的多个信道值。计算时间偏移估计并将其应用于多个信道值。获得多个信道值的期望值以获得用户设备的地理位置的功率角度延迟分布。

Description

高维(HiDi)无线电环境特性和表示
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月16日提交的题为“High Dimensional(HiDi)RadioEnvironment Characterization and Representation”的美国非临时专利申请序列号15/382,325的优先权，此申请通过引用并入本文中，如同以其全部内容被再现一样。
技术领域
本公开内容涉及无线通信，并且具体地，涉及用于处理无线通信信号的系统和方法。
背景技术
了解蜂窝基站(base station，BS)周围的无线电环境可以帮助改进BS的性能。例如，可以通过了解无线电环境或从BS附近的各个位置接收的信号的信号特性来改进用户切换、无线电资源管理、链路自适应和信道估计。
一些BS可能位于具有通常平坦的地形的农村地区，在农村区域中从位于不同位置处的用户设备(user equipment，UE)接收的信号会具有类似的接收信号特性。其他BS可能位于具有各种形状和尺寸的建筑群连同诸如公园或水体的开放区域的城市区域中。在这种类型的无线电环境中，从各个位置处的UE接收的信号会具有非常不同的信号特性或信道表示。
可以利用路测来获得各个BS的无线电环境地图。然而，这些路测会成本很高。此外，无线电环境地图可以由一维标量例如关于特定位置的接收功率值或信噪比(signal-to-noise，SNR)值组成。这些一维地图表示可能不足以捕获特定位置处的无线电特性的独特性。
发明内容
在第一实施方式中，本技术涉及一种包括与存储指令的非暂态存储器通信的一个或更多个处理器的装置。一个或更多个处理器执行指令以：从蜂窝网络中的多个天线元件获得由用户设备发送的多个接收信号。响应于多个接收信号，关于多个接收射线中的每个接收射线的水平到达角和竖直到达角计算角域中的多个复信道值。对于多个复信道值计算频率偏移估计。将频率偏移估计应用于多个复信道值，以获得关于每个接收射线的水平到达角和竖直到达角的多个偏移复信道值。将关于每个接收射线的水平到达角和竖直到达角的多个偏移复信道值变换成关于每个接收射线的具有第一时间延迟的水平到达角和竖直到达角的时域中的多个信道值。对于时域中的多个信道值计算时间偏移估计。将时间偏移估计应用于时域中的多个信道值，以获得关于每个接收射线的具有第二时间延迟的水平到达角和竖直到达角的多个信道值。获得多个信道值的期望值，以获得关于每个接收射线的具有第二时间延迟的水平到达角和竖直到达角的功率值。
根据第一实施方式的第二实施方式，在第二实施方式中，多个接收信号包括多个正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)信号，以及多个天线元件包括在多输入多输出(multiple-input and multiple-output，MIMO)天线中。
根据第二实施方式的第三实施方式，在第三实施方式中，多个OFDM信号包括由用户设备发送的资源块的多个子载波信号中的多个探测参考信号。
根据第三实施方式的第四实施方式，在第四实施方式中，计算角域中的多个复信道值包括：获得基于角域的信道估计，并且将多个接收信号提供给基于角域的信道以获得多个复信道值。
根据第四实施方式的第五实施方式，在第五实施方式中，获得基于角域的信道估计包括使用阵列信号处理，阵列信号处理包括N点离散傅立叶变换(discrete fouriertransform，DFT)转向、最小方差无失真响应(minimum variance distortionlessresponse，MVDR)和多信号分类(multiple signal classification，MUSIC)中之一。
根据第一实施方式的第六实施方式，在第六实施方式中，一个或更多个处理器执行指令以：获得用户设备的地理位置，并且将关于该地理位置的每个接收射线的具有第二时间延迟的水平到达角和竖直到达角的功率值存储在另一非暂态存储器中。
根据第六实施方式的第七实施方式，在第七实施方式中，该装置包括在基站中，该基站具有用于与蜂窝网络中的用户设备进行通信的多个天线元件，其中，一个或更多个处理器执行指令以：检索关于该地理位置的每个接收射线的具有第二时间延迟的水平到达角和竖直到达角的功率值，以用于基站中的用户切换、无线电资源管理、链路自适应和信道估计中之一。
在另一个实施方式中，本技术涉及一种用于基站的计算机实现的方法，该基站具有与蜂窝网络中的用户设备进行通信的多个天线。该计算机实现的方法以多个时间间隔从多个天线接收由用户设备发送的OFDM信号中的多个子载波信号。响应于多个子载波信号在频域中计算信道，并且计算频率偏移估计。将频率偏移估计应用于频域中的信道，以获得频域中的频率偏移补偿信道。将频域中的频率偏移补偿信道变换成时域中的信道。计算时间偏移估计，并且将其应用于时域中的信道以获得时间偏移补偿信道。对时域中的时间偏移补偿信道进行矢量化，以获得时域中的时间偏移补偿信道的矢量。使矢量相关联，以获得空间时间相关性。
在又一个实施方式中，本技术涉及一种存储计算机指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机指令当由一个或更多个处理器执行时使一个或更多个处理器执行以下步骤。所述步骤包括：以多个时间间隔从蜂窝网络中的基站处的多个天线接收由用户设备发送的OFDM信号中的多个子载波信号。响应于多个子载波信号计算频域中的信道，并且计算频率偏移估计和时间偏移估计。将频率偏移估计和时间偏移估计应用于频域中的信道，以获得频域中的时间频率偏移补偿信道。对时域中的时间频率偏移补偿信道进行矢量化，以获得时域中的时间频率偏移补偿信道的矢量。使矢量相关联以获得空间频率相关性。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容和/或标题不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中提到的任何缺点或所有缺点的实现。
附图说明
图1示出了根据本技术的实施方式的具有多个小区的蜂窝网络。
图2示出了根据本技术的实施方式的功率角度延迟分布。
图3A是示出了根据本技术的实施方式的获得功率角度延迟分布的框图。
图3B示出了根据本技术的实施方式的时间偏移估计。
图3C示出了根据本技术的实施方式的频率偏移估计。
图3D至图3E示出了根据本技术的实施方式的功率角度延迟分布与频率相关性之间的关系。
图4A是示出了根据本技术的实施方式的获得空间时间相关性的框图。
图4B示出了根据本技术的实施方式的PADP与空间时间相关性之间的关系以及利用信道状态信息的空间时间相关性的无线电环境表示。
图4C至图4D示出了根据本技术的实施方式的使用不同子载波间隔的频率相关性。
图5A是示出了根据本技术的实施方式的获得空间频率相关性的框图。
图5B示出了根据本技术的实施方式的PADP与空间频率相关性之间的关系以及利用信道状态信息的空间频率相关性的无线电环境表示。
图5C示出了根据本技术的实施方式的使用不同天线元件的空间频率相关性。
图5D示出了根据本技术的实施方式的使用不同子载波间隔和宽带求平均的频率相关性。
图6是示出了根据本技术的实施方式的用于获得功率角度延迟分布的方法的流程图。
图7A至图7B是示出了根据本技术的实施方式的用于通过空间时间相关性获得功率估计的方法的流程图。
图8是示出了根据本技术的实施方式的使用空间频率相关性获得功率估计的方法的流程图。
图9是示出了根据本技术的实施方式的硬件架构的框图。
图10是示出了根据本技术的实施方式的软件架构的框图。
除非另有说明，否则不同附图中的相应数字和符号通常指代对应的部件。除非在附图和/或详细描述中另有明确说明，否则粗体和/或括号内的符号可以表示信息集合和/或信息矩阵。绘制附图以清楚地说明实施方式的相关方面，但附图不一定按比例绘制。
具体实施方式
本技术一般涉及在例如使用正交频分复用(orthogonal frequency-divisionmultiplexing，OFDM)信号的蜂窝网络中获得高维(high dimensional，HiDi)无线电环境(信道)表示。通过准确地了解无线电环境表示，可以改进基站性能。例如，诸如用户切换、无线电资源管理、链路自适应、滤波器和信道估计的基站应用可以使用地理位置特定的HiDi无线电环境表示来改进管理和通信性能。
特别地，可以获得蜂窝网络的小区中的特定地理位置的功率角度延迟分布(powerangle delay profile，PADP)并且将其存储在能够由基站应用访问的数据库中。类似地，信道脉冲响应的空间时间(spatial-time，ST)相关性和空间频率(spatial-frequency，SF)相关性可以用于获得位置特定的HiDi无线电环境表示。可以通过相关性来获得关于特定地理位置的功率值，并且将其存储在能够由基站应用访问的数据库中。HiDi无线电环境表示通过利用现实生活中的信道的复杂性来捕获空间域信道特性和时间域信道特性两者。
在一个实施方式中，当使用无线电环境的基于SF相关性的表示时，利用若干天线和频道信道样本，定位性能可以具有高于约90％的检测精度。
应当理解，本技术可以以许多不同形式来实现，而不应被解释为限于本文中阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了透彻且完整地理解本公开内容。实际上，本公开内容旨在覆盖包括在由所附权利要求限定的本公开内容的范围和精神内的这些实施方式的替代、修改和等同物。此外，在以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以提供对该技术的透彻理解。然而，明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践该技术。
图1示出了根据本技术的实施方式的包括蜂窝网络100的系统，该蜂窝网络100具有形成无线网络的多个小区120至123。图1还示出了小区120的扩展视图，小区120具有与小区120中的一个或更多个UE例如UE 114进行通信的基站130。在一个实施方式中，基站130可以包括天线111，该天线111耦接至计算装置112。在实施方式中，天线111可以包括多个定向天线或天线元件，并且可以耦接至天线塔或其他物理结构。天线111可以响应于来自计算装置112的电子信号和到计算装置112的电子信号向小区120中的UE发送信号以及从小区120中的UE接收信号例如OFDM信号。在一个实施方式中，天线111包括多输入和多输出(multi-input and multi-output，MIMO)天线。在实施方式中，基站130包括耦接至天线111以向小区120中的UE 114发送RF信号以及从小区120中的UE 114接收RF信号的一个或更多个收发器。在替代实施方式中，计算装置112可以电耦接至其他天线和/或其他小区例如小区121至123中的天线。
小区120可以覆盖与一个或更多个小区121至123非常不同的无线电环境。例如，小区120可以覆盖具有很多大且不规则间隔开的结构例如建筑物113的大城市区域；而一个或更多个小区121至123可以覆盖包括具有非常少的高大结构的相对平坦的地形的农村区域。由于小区120的相对复杂的无线电环境，由小区120中的UE 114发送的信号会在到达天线111时反射或形成多径。例如，由特定地理位置处的UE 114发送的信号可能产生以不同的时间和角度或射线到达天线111的多个信号。从UE 114发送的信号可以作为具有不同到达角和相对延迟的至少两个不同的信号115和116到达天线111。信号116可以作为从建筑物113反射和延迟的信号到达天线111。
根据本技术的实施方式，计算装置112至少连同如本文中详细描述的PADP 112a软件组件和上行链路估计112b软件组件获得小区120的HiDi无线电环境表示。在一个实施方式中，计算装置112执行上行链路估计112b以获得PADP和/或平均功率值并将其存储在PADP112a中。从小区120中的特定地理位置进行发送的UE的PADP和/或平均功率值可以通过上行链路估计112b被存储在数据库中。HiDi无线电环境表示还可以通过信道脉冲响应的如本文详细描述的可以包括或可以不包括功率值的空间时间相关性和空间频率相关性来获得。所存储的小区120的HiDi无线电环境表示可以由计算装置112执行的基站应用访问以改进基站130的性能。例如，基站130可以访问和使用关于小区120中的特定地理位置的所存储的HiDi无线电表示，以改进用户切换、无线电资源管理、链路自适应、滤波和信道估计。
在实施方式中，UE 114也被称为移动台(mobile station，MS)。在一个实施方式中，UE 114符合：SIMalliance，设备实施指南，2013年6月(SIMalliance)规范。在其他实施方式中，UE 1114不符合SIMalliance规范。
在实施方式中，基站130可以是第二代(second generation，2G)基站、第三代(third generation，3G)基站、第四代(fourth generation，4G)基站和/或第五代(fifthgeneration，5G)基站。在实施方式中，可以使用不同类型的蜂窝技术，例如全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)、码分多址(code divisionmultiple access，CDMA)、时分多址(Time division multiple access，TDMA)和高级移动电话系统(Advanced Mobile Phone System，AMPS)(模拟)。在实施方式中，可以使用不同类型的数字蜂窝技术，例如：GSM、通用分组无线服务(General Packet Radio Service，GPRS)、cdmaOne、CDMA2000、演进数据优化(Evolution-Data Optimized，EV-DO)、用于GSM演进的增强数据速率(Enhanced Data Rates for GSM Evolution，EDGE)、通用移动电信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)、数字增强无绳电信(DigitalEnhanced Cordless Telecommunication，DECT)、数字AMPS(IS-136/TDMA)和集成数字增强网络(Integrated Digital Enhanced Network，iDEN)。
在实施方式中，基站130可以是E-UTRAN Node B(eNodeB)、Node B和/或基站收发站(Node B and/or Base Transceiver Station，GBTS)BS。GBTS可以操作各种类型的无线技术，例如CDMA、GSM、全球微波接入互操作性(Worldwide Interoperability forMicrowave Access，WiMAX)或Wi-Fi。GBTS可以包括用于通信的加密和解密的设备、频谱过滤设备、天线和收发器。GBTS通常具有允许其服务于小区的很多不同频率和扇区的多个收发器。
图2示出了根据本技术的实施方式的PADP。如公式201所示，从小区中的UE可以进行发送的特定位置到基站的无线电信道由功率值、竖直到达角、水平到达角和延迟值表示。图2示出了天线204(或天线元件阵列)的取向200相对于来自UE 205的接收信号或射线206具有水平到达角Φ、竖直到达角θ和延迟值Ts。如公式202所示，延迟值可以相对于到达基站的第一信道抽头。在实施方式中，不同位置处的发送功率被归一化到单位1并且T1＝min Ts。在一个实施方式中，天线204和UE 205对应于图1中的天线111和UE 114。
图3A是示出了根据本技术的实施方式的获得小区中的特定地理位置的功率角度延迟分布的框图300。在一个实施方式中，多个接收信号{Y}被输入至基于角域(angledomain，DOA)的信道估计301。在一个实施方式中，一个或更多个天线(或天线元件)获得多个信号{Y}，一个或更多个天线(或天线元件)从一个或更多个UE接收OFDM信号。
在实施方式中，多个接收信号{Y}包括涉及多个时间实例的接收信号集{ymk}，其中ymk是在第m个天线、第k个子载波下的接收信号。在一个实施方式中，基于DOA的信道估计301输出关于多个接收射线中的每个射线的水平到达角和竖直到达角的复信道值{[Hk(θs，Φs)，θs，Φs]|s＝1，...Nrays}。在一个实施方式中，基于DOA的信道估计301输出频域中的估计信道状态。
在一个实施方式中，通过使用阵列信号处理方法来计算基于DOA的信道估计301，该阵列信号处理方法包括N点离散傅里叶变换(discrete fourier transform，DFT)转向、最小方差无失真响应(minimum variance distortionless response，MVDR)和多信号分类(multiple signal classification，MUSIC)中之一。在一个实施方式中，基于DOA的信道估计301在接收信号之前计算信道估计。
频率偏移补偿302将频率偏移补偿(或估计)应用于从基于DOA的信道估计301输入的复信道值。在一个实施方式中，如图3C中的频率偏移估计公式375所示，应用频率偏移补偿，并且具体地，使用公式380应用频率偏移估计。频率偏移补偿302将频率补偿复信道值{[H’k(θs，Φs)，θs，Φs]|s＝1，...Nrays}输出至快速傅里叶逆变换(inverse fast fouriertransform，IFFT)303。
IFFT 303对频率补偿复信道值{[H’k(θs，Φs)，θs，Φs]|s＝1，...Nrays}执行逆快速傅立叶变换以输出时域中的估计信道状态{[h’k(θs，Φs)，θs，Φs，T’s]|s＝1，...Nrays}，其被输入至时间偏移补偿304。
时间偏移补偿304对时域中的估计信道状态提供时间偏移补偿{[h’k(θs，Φs)，θs，Φs，T’s]|s＝1，..Nrays}。在一个实施方式中，如图3B中的时间偏移估计公式350所示，首先应用时间偏移估计，并且具体地，使用公式356应用时间偏移估计。时间偏移补偿304将时间偏移补偿信道值[h(θs，Φs)，θs，Φs，T’s-T’1]|s＝1，...Nrays}输出至每射线功率估计305。
每射线功率估计305获得时域中的期望值或平均时间补偿信道值h(θs，Φs)，以获得关于多个射线的水平到达角、竖直到达角和时间延迟的平均功率值Ps。然后，可以将发送UE的平均功率值Ps和相关联的地理位置存储在能够由基站应用访问的数据库中。
图3B示出了根据本技术的实施方式的时间偏移估计公式350。在实施方式中，图3A、图4A和图5A中示出的时间偏移补偿304、时间偏移补偿404和时间频率偏移补偿502执行图3B中示出的公式350的至少一部分。类似地，在软件组件实施方式中，时间偏移补偿901d和902d以及时间频率偏移补偿903b执行图3B的公式350的至少一部分。
在一个实施方式中，公式351示出了一个实施方式中的每个分量频率平坦的时域中的角度信道。
在一个实施方式中，公式352示出了频域信道。
在一个实施方式中，公式353示出了频率信道相关性。
在一个实施方式中，公式354示出了获得角度相位的时间偏移。
在一个实施方式中，公式355示出了估计的频域信道的平均相关性。
公式356示出了在实施方式中可以使用的时间偏移估计。
图3C示出了根据本技术的实施方式的频率偏移估计公式375。在实施方式中，图3A、图4A和图5A中示出的频率偏移补偿302、频率偏移补偿402和时间频率偏移补偿502执行图3C中示出的公式375的至少一部分。类似地，在软件组件实施方式中，频率偏移补偿901b和902b以及时间频率偏移补偿903b执行图3C中的公式375的至少一部分。
在一个实施方式中，公式376示出了具有频率偏移的频域信道。
在一个实施方式中，公式377示出了不同OFDM符号的频域信道相关性，并且假定信道不随时间变化(/’-/小)。
在一个实施方式中，公式378示出了获得角度相位的频率偏移。
在一个实施方式中，公式379示出了估计的频域信道的平均相关性。
公式380示出了在实施方式中可以使用的频率偏移估计。在一个实施方式中，假定频率偏移估计对于不同的射线相同。在一个实施方式中，可以对不同射线的频率偏移估计进行求平均以改进性能。在一个实施方式中，当频率偏移估计对于射线不同时，可以类似地执行每射线频率偏移估计。
图3D至图3E示出了根据本技术的实施方式的功率延迟分布与频率相关性之间的关系。具体地，图3D示出了扩展行人A(extended pedestrian A，EPA)模型、扩展车辆A(Extended Vehicle A，EVA)模型和扩展典型城市(Extended Typical Urban，ETU)模型的功率延迟分布。在每个模型中，在特定延迟值处绘制信号的功率值。
图3E示出了每个模型的OFDM信号中的频域相关性与子载波步长或间隔的关系曲线。在一个实施方式中，如在图5D的公式590中看到的，子载波间隔Δnf与子载波间隔Δk相同。在比较图3D和图3E时，频域相关性在一定程度上捕获功率延迟分布。
图4A是示出了根据本技术的实施方式的获得在小区中的特定地理位置处进行发送的UE的空间时间相关性的框图400。在一个实施方式中，多个接收信号被输入至频域信道估计401。在实施方式中，如本文中类似地描述的，多个接收信号{Y}包括涉及多个时间实例的接收信号集{ymk}，其中ymk是在第m个天线、第k个子载波下的接收信号。在一个实施方式中，频域信道估计401响应于接收信号{Y}将频域中的估计信道状态{H}输出至频率偏移补偿402。
频率偏移补偿402对频域中的估计信道状态{H}提供频率偏移估计，然后对估计的信道补偿频率偏移。在一个实施方式中，如图3C的频率偏移估计公式375中所示，应用频率偏移估计，并且具体地，使用公式380应用频率偏移估计。频率偏移补偿402响应于接收到频域中的估计信道状态{H}将频域中的频率偏移补偿的估计信道状态{H’}输出至IFFT403。
IFFT 403对所接收的频域中的频率偏移补偿的估计信道状态{H’}执行快速傅里叶逆变换，以输出时域中的估计信道状态{h’}，其然后被输入至时间偏移补偿404。
时间偏移补偿404向时域中的估计信道状态{h’}提供时间偏移估计。在一个实施方式中，如图3B的时间偏移估计公式350所示，应用时间偏移补偿，并且具体地，使用公式356应用时间偏移估计。时间偏移补偿404响应于接收到时域中的估计信道状态{h’}将时域中的时间偏移补偿信道状态{h}输出至空间时间矢量化902e。
空间时间矢量化406输出矢量{vec(h)}或者对所接收的时域中的时间偏移补偿信道状态{h}进行矢量化。在一个实施方式中，vec(h)＝[h11，...，h1NTs，h21，...，h2NTs，...，hmn，...，hM1，...，hMNTs]T，其中，NTs(或NTS)等于用于ST相关性估计的时域信道采样点的数量。在一个实施方式中，响应于接收到时域中的时间补偿信道状态{h’}，空间时间矢量化406将矢量{vec(h)}输出至空间时间信道脉冲响应(channel impulse response，CIR)相关性407。
空间时间CIR相关性407响应于接收到矢量{vec(h)}而输出空间时间相关性RST。在一个实施方式中，可以以RST＝E{vec(h)＊vech(h)H}估计空间时间相关性RST。在一个实施方式中，如图4B所示，可以通过空间时间相关性RST的特征分解来获得从特定地理位置进行发送的UE的平均功率值估计P。
图4B示出了根据本技术的实施方式的PADP与空间时间相关性之间的关系以及利用信道状态信息的空间时间相关性的无线电环境表示。具体地，图4B示出了表示空间时间相关性Rmn，n′n(或者RST)与PADP之间的关系的公式450。例如，公式部分450a表示系统的数据采样，公式部分450b表示与PADP的关系。公式部分450b示出了：相对于第一抽头的延迟值和角度被封装在最终结果中，最终结果被示为公式部分450c，其包括关于特定地理位置的一组功率值Ps(或P)。在一个实施方式中，每个射线分量的小规模衰落是独立的。由公式451示出了空间时间相关性RST的特征分解，在公式452中示出了无线电环境表示。可以对公式452中的一组P值求平均，以获得从特定地理位置进行发送的UE的平均功率值P。
图4C至图4D示出了根据本技术的实施方式的使用不同子载波间隔的频率相关性。具体地，图4C至图4D示出了具有多个资源元素的资源网格475，所述多个资源元素表示天线从UE例如UE-1接收的OFDM信号中的多个子载波信号的OFDM符号。在实施方式中，UE-1对应于图1中示出的UE 114，UE-2表示小区120中的与发送至天线111不同的UE。在一个实施方式中，资源网格475表示来自单个天线(m＝1)或天线元件例如图1中示出的天线111的资源元素。在替代实施方式中，资源网格可以表示来自多个天线或天线元件的多个资源元素。
例如，资源网格475包括多个矩形或资源元素，例如资源元素480，可以表示从OFDM信号采样或获得信号值的时间间隔(时隙或OFDM符号周期)(在一些实施方式中，可以不使用资源元素)。在一个实施方式中，多个资源元素可以被分组在一个块中以形成资源块。资源网格475的列可以表示特定时间间隔的多个资源元素，并且行可以表示具有由OFDM子载波频率空间(或间隔)分开的频率的子载波信号。例如，资源网格475的第一行可以表示OFDM信号中的具有频率的第一子载波信号的14个OFDM符号；而第二行表示OFDM信号中的具有频率f+Δf(或间隔)的第二子载波信号的14个OFDM符号。可以用索引(或数字)或子载波索引来标识多个子载波信号中的特定子载波信号。类似地，多个OFDM符号中的特定OFDM符号可以由另一索引(或另一数字)或OFDM符号索引来标识。
在实施方式中，资源元素可以包括可以表示数据和/或控制信号的OFDM符号。在其他实施方式中，资源元素可以不用于或可以用于参考信号。例如，在实施方式中，资源元素478a至478n包括宽带探测参考信号(sound reference signal，SRS)，并且资源元素476和477的列包括解调参考信号(demodulation reference signal，DMRS或DM-RS)。
如本文中详细描述的，图4D示出了通过使用不同的子载波信号间隔来获得特定地理位置的频域CIR相关性。具体地，公式490描述了使用图4D中示出的不同子载波频率间隔(第m个天线，第k个子载波)获得相关性。
如下所述，图5D和公式590还示出了基于不同的子载波间隔Δk来获得平均相关性。
图5A是示出了根据本技术的实施方式的获得在小区中的特定地理位置处进行发送的UE的空间时间相关性的框图500。在一个实施方式中，多个接收信号被输入至频域信道估计501。在实施方式中，如本文中类似地描述的，多个接收信号{Y}包括涉及多个时间实例的接收信号集{ymk}，其中{ymk}是第m个天线、第k个子载波下的接收信号。在一个实施方式中，频域信道估计501响应于接收信号{Y}将频域中的估计信道状态{H}输出至时间频率偏移补偿502。
时间频率偏移补偿502提供时间和频率偏移估计，并且将所估计的时间和频率偏移补偿到频域中的估计信道状态{H}。在一个实施方式中，如图3B至图3C中示出的时间偏移估计公式350和频率偏移估计公式375所示，应用时间频率偏移估计。在实施方式中，使用图3B至图3C中的公式356和380应用时间偏移估计和频率偏移估计。时间频率偏移补偿502将频域中的时间频率偏移补偿的估计信道状态{H’}输出至空间频率矢量化503。
空间频率矢量化503输出矢量{vec(H)}或者对所接收的频域中的时间频率偏移补偿信道状态{H}进行矢量化。在一个实施方式中，vec(H)＝[H’11，...，H’1NFs，H’21，...，H’2NFs，...，H’mk，...，HM1，...，hMNFs]T，其中，NFs(或NFS)等于SF相关性估计的频域信道采样点的数量。在一个实施方式中，空间频率矢量化503响应于接收到频域中的频率时间补偿信道状态{H’}将矢量{vec(H)}输出至空间频率CIR相关性504。
空间频率CIR相关性504响应于接收到矢量{vec(H)}而输出空间频率相关性RSF。在一个实施方式中，可以以RSF＝E{vec(H) vech(H)H}估计空间频率相关性RSF。在一个实施方式中，如图5B所示，可以通过空间频率相关性RSF的特征分解来获得从特定地理位置进行发送的UE的平均功率值估计P。
图5B示出了根据本技术的实施方式的PADP与空间频率相关性之间的关系以及利用信道状态信息的空间频率相关性的无线电环境表示。具体地，图5B示出了表示空间频率相关性Rmk，m’k’(或者RSF)与PADP之间的关系的公式550。例如，公式部分550a表示系统的数据采样，公式部分550b表示与PADP的关系。公式部分550b示出了：相对于第一抽头的延迟值和角度被封装在最终结果中，最终结果被示出为公式部分550c，其包括关于特定地理位置的一组功率值Ps(或P)。在一个实施方式中，如图5B所示，公式550c取决于Δk＝k-k’而不取决于任意子载波位置。由公式551示出了空间频率相关性RSF的特征分解，在公式552中示出了无线电环境表示。可以对公式552中的一组P值求平均，以获得关于特定地理位置的平均功率值。
图5C示出了根据本技术的实施方式的从不同天线接收的信号的空间频率相关性。具体地，图5C示出了在不同天线例如天线m＝1，m＝2...m＝MT处以不同资源元素或时间间隔的OFDM信号的不同接收子载波信号之间的空间频率CIR相关性575。在一个实施方式中，使用在多个天线处接收的多个子载波信号例如OFDM信号中的不同子载波间隔处的子载波信号中的探测参考信号(SRS)信号来执行空间频率相关性。在一个实施方式中，图5C示出了由图5A中示出的空间频率相关性504和/或图10中示出的相关性903d执行的空间频率相关性。
图5D示出了根据本技术的实施方式的针对特定天线使用不同子载波间隔的频率相关性。501示出了对于特定天线如m＝1具有2个子载波的间隔的子载波信号之间的频率相关性。592示出了对于特定天线如m＝1具有4个子载波的间隔的子载波信号之间的频率相关性。593示出了对于特定天线如m＝1具有6个子载波的间隔的子载波信号之间的频率相关性。公式590描述了通过对特定天线如m＝1的不同子载波间隔的相关性求平均来获得平均相关性。
图6、图7A至图7B和图8是示出了根据本技术的实施方式的方法的流程图。在实施方式中，图6、图7A至图7B和图8中的流程图是至少部分地由图1和图9至图10中示出且如本文中描述的硬件组件和软件组件执行的计算机实现的方法。在一个实施方式中，由一个或更多个处理器例如图9中示出的处理器910执行的图10中的软件组件执行这些方法的至少一部分。
图6是示出了根据本技术的实施方式的用于获得PADP的方法600的流程图。在图6中，在601处，从蜂窝网络中的多个天线元件获得由用户设备发送的多个接收信号。在一个实施方式中，如本文所述并且如图9所示，由处理器910执行的接收904执行该功能的至少一部分。
在602处，响应于多个接收信号，关于多个接收射线中的每个接收射线的水平到达角和竖直到达角计算角域中的多个复信道值。在一个实施方式中，如本文所述并且如图9至图10所示，由处理器910执行的UL估计901执行该功能的至少一部分。在一个实施方式中，由处理器910执行的UL估计901执行方法600中描述的以下功能的至少一部分。
在603处，计算多个复信道值的频率偏移估计。在一个实施方式中，使用如图10所示的UL估计901的频率偏移补偿901b。
在604处，应用多个复信道值的频率偏移估计，以获得每个接收射线的水平到达角和竖直到达角的多个偏移复信道值。在一个实施方式中，使用UL估计901的频率偏移补偿901b。
在605处，将每个接收射线的水平到达角和竖直到达角的多个偏移复信道值变换成每个接收射线的具有第一时间延迟的水平到达角和竖直到达角的时域中的多个信道值。在实施方式中，使用UL估计901的IFFT 901c。
在606处，对于时域中的多个信道值计算时间偏移估计。在一个实施方式中，使用UL估计901的时间偏移补偿901d。
在607处，将时间偏移估计应用于时域中的多个信道值，以获得每个接收射线的具有第二时间延迟的水平到达角和竖直到达角的多个信道值。在一个实施方式中，使用UL估计901的时间偏移补偿901d。
在608处，计算多个信道值的期望值，以获得每个接收射线的具有第二时间延迟的水平到达角和竖直到达角的功率值。在一个实施方式中，使用UL估计901的求期望901e。
图7A至图7B是示出了根据本技术的实施方式的用于获得空间时间相关性的方法700的流程图。在图7A中，在701处，以多个时间间隔从多个天线接收由用户设备发送的OFDM信号中的多个子载波信号。在一个实施方式中，如本文所述并且如图9所示，由处理器910执行的接收904执行该功能的至少一部分。
在702处，响应于多个子载波信号来计算频域中的信道。在一个实施方式中，如本文所述并且如图9所示，由处理器910执行的空间时间相关性902执行该功能的至少一部分。在一个实施方式中，由处理器910执行的空间时间相关性902执行方法700中描述的以下功能的至少一部分。
在703处，计算频率偏移估计。在一个实施方式中，使用如图10所示的空间时间相关性902的频率偏移补偿902b。
在704处，将频率偏移估计应用于频域中的信道，以获得频域中的频率偏移补偿信道。在一个实施方式中，使用空间时间相关性902的频率偏移补偿902b。
在705处，将频域中的频率偏移补偿信道变换成时域中的信道。在一个实施方式中，使用空间时间相关性902的IFFT 902c。
在706处，计算时间偏移估计。在一个实施方式中，使用空间时间相关性902的时间偏移补偿902d。
在707处，将时间偏移估计应用于时域中的信道，以获得时域中的时间偏移补偿信道。在一个实施方式中，使用空间时间相关性902的时间偏移补偿902d。
在708处，对时域中的时间偏移补偿信道进行矢量化，以获得时域中的时间偏移补偿信道的矢量。在一个实施方式中，使用空间时间相关性902的空间时间矢量化902e。
在709处，使矢量相关联以获得空间时间相关性。在一个实施方式中，使用空间时间信道脉冲响应相关性902f。
在图7B中，在710处，执行空间时间相关性的特征分解。在一个实施方式中，使用空间时间信道脉冲响应相关性902f。在一个实施方式中，使矢量相关联以获得空间时间相关性包括：使矢量相关联以获得具有或不具有平均功率值的空间时间相关性的特征分解。
在711处，对从空间时间相关性获得的多个功率值求平均以获得平均功率值。在一个实施方式中，在没有获得功率值或不对功率值求平均的情况下获得空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解。在一个实施方式中，使用空间时间信道脉冲响应相关性902f。
在712处，获得用户设备的地理位置。在一个实施方式中，如本文所述并且如图9所示，由处理器910执行的接收904执行该功能的至少一部分。
在713处，将具有或不具有与地理位置相关联的平均功率值的空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解存储在数据库中。在一个实施方式中，由处理器910执行的接收904将具有或不具有与地理位置相关联的功率值的空间时间相关性存储在存储器930中的空间时间相关性数据库906中。
在714处，检索具有或不具有与地理位置相关联的平均功率值的空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解。在一个实施方式中，存储在存储器930中的由处理器910执行的基站应用执行该功能的至少一部分。在一个实施方式中，存储在空间时间相关性数据库907中的具有或不具有平均功率值的空间时间相关性和相关联的地理位置可以由基站应用906访问。在实施方式中，当没有足够的天线或天线元件来获得准确的PADP时，具有或不具有平均功率值的空间时间相关性和空间频率相关性被认为是小区中特定位置的无线电信道表示。[注释：具有(或不具有)平均功率的空间时间相关性被认为是位置的无线电信道表示。为什么在此对功率值给予特别关注？此外，具有或不具有平均功率的空间时间相关性(或空间时间相关性的特征分解)是与PADP并行或与PADP独立的信道表示。当我们具有空间时间相关性时，我们不需要PADP来形成信道表示。实际上，我们将空间时间相关性和后来的空间频率相关性视为信道表示，原因是：对于当前系统或甚至在5G中，由于天线的数量不够大，因此我们可能不能获得良好的PADP信息。]
在715处，在基站应用中使用具有或不具有平均功率值的空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解。在一个实施方式中，由处理器910执行的基站应用906执行该功能的至少一部分。在实施方式中，基站应用906中的基站应用包括但不限于执行与蜂窝网络中的用户设备进行通信的基站的用户切换、无线电资源管理、链路自适应、滤波和信道估计中之一的功能。
图8是示出了根据本技术的实施方式的用于获得空间频率相关性的方法800的流程图。在图8中，在801处，以多个时间间隔从蜂窝网络中的基站处的多个天线接收OFDM信号中的由用户设备发送的多个子载波信号。在一个实施方式中，如本文所述并且如图9所示，由处理器910执行的接收904执行该功能的至少一部分。
在802处，响应于多个子载波信号计算频域中的信道。在一个实施方式中，如本文所述并且如图9所示，由处理器910执行的空间频率相关性903执行该功能的至少一部分。在一个实施方式中，由处理器910执行的空间频率相关性903执行方法800中描述的以下功能的至少一部分。
在803处，计算频率偏移估计和时间偏移估计。在一个实施方式中，使用如图10所示的空间频率相关性903的时间频率偏移补偿903b。
在804处，将频率偏移估计和时间偏移估计应用于频域中的信道，以获得频域中的时间频率偏移补偿信道。在一个实施方式中，使用空间频率相关性903的时间频率偏移补偿903b。
在805处，对时域中的时间频率偏移补偿信道进行矢量化，以获得时域中的时间频率偏移补偿信道的矢量。在一个实施方式中，使用空间频率相关性903的空间频率矢量化903c。
在806处，使矢量相关联以获得具有或不具有平均功率值的空间频率相关性。在一个实施方式中，获得具有或不具有平均功率值的空间频率相关性的特征分解。在一个实施方式中，使用空间频率相关性903的相关性903d。
图9示出了获得高维(high dimensional，HiDi)无线电环境表示的计算装置990的硬件架构900。在一个实施方式中，计算装置990包括在具有与蜂窝网络中的用户设备进行通信的天线的基站中。在实施方式中，计算装置990获得并存储蜂窝网络例如图1所示的蜂窝网络100中的特定地理位置的PADP。在一个实施方式中，计算装置990获得并存储蜂窝网络中的特定地理位置例如特定小区的如本文所述的具有或不具有平均功率值的空间时间相关性和/或空间频率相关性。可以将PADP存储在数据库例如存储器930中存储的PADP数据库905中。类似地，可以将具有或不具有平均功率值的空间时间相关性存储在数据库907中，以及可以将具有或不具有平均功率值的频率时间相关性存储在数据库908中。在一个实施方式中，基站应用906可以访问PADP数据库905、空间时间相关性数据库905和/或空间频率数据库908中的值，以改进与用户设备通信的管理和/或性能。
计算装置990可以包括由互连970耦接的处理器910、存储器920至930、用户接口960和网络接口950。互连970可以包括具有一种或更多种类型的架构的用于递送信号的总线，例如存储器总线、存储器控制器、外围总线等。
可以在各种实施方式中实现计算装置990。在实施方式中，计算装置可以利用所有所示的硬件组件和软件组件或者这些组件的子集。集成水平可以根据实施方式而变化。例如，存储器920可以包括更多的存储器。此外，计算装置990可以包含组件的多个实例，例如多个处理器(核)、存储器、数据库、发送器、接收器等。计算装置990可以包括配备有一个或更多个输入/输出装置例如网络接口、存储器接口等的处理器。
在一个实施方式中，计算装置990可以是访问数据库中存储的与蜂窝网络相关的大量数据的主机计算机。在替代实施方式中，计算装置990可以被实现为不同类型的计算装置。在一个实施方式中，计算装置的类型包括但不限于平板计算机、上网本、膝上型计算机、桌上型计算机、嵌入式计算机、服务器和/或超级(计算机)。
存储器920存储包括在各个计算机程序中实现的计算机指令的上行链路(uplink，UL)估计901、空间时间相关性902、空间频率(spatial-frequency，SF)相关性903和接收904。在实施方式中，其他计算机程序例如具有调度器、应用的操作系统被存储在存储器920中。
存储器930存储PADP数据库905、空间时间相关性数据库907、空间频率数据库908以及类似地包括以各个计算机程序实现的计算机指令的基站应用906。在一个实施方式中，如本文所述且如图2和图3A所示，PADP数据库905包括关于由天线针对特定地理位置接收的多个射线中的每个射线的时间延迟下的水平到达角和竖直到达角的PADP或功率值。类似地，空间时间相关性数据库907和空间频率数据库908包括具有或不具有关于蜂窝网络中的特定地理位置例如在通过本文中描述的空间时间相关性和频率时间相关性(如图4A和图5A所示)计算的GPS坐标的平均功率值的相关性，。
在一个实施方式中，基站应用906可以包括可以帮助管理基站以及改进与基站的蜂窝网络中的用户设备的通信的基站应用。在一个实施方式中，基站应用906可以包括但不限于用户切换应用、无线电资源管理应用、链路自适应应用、滤波应用和信道估计应用。
在一个实施方式中，处理器910可以包括具有一个或更多个核的一种或更多种类型的电子处理器。在一个实施方式中，处理器910是执行(或读取)可以包括在非暂态存储器上存储的代码和/或计算机程序中的计算机指令以提供本文中描述的功能中的至少一些功能的集成电路处理器。在一个实施方式中，处理器910是能够执行多个线程的多核处理器。在一个实施方式中，处理器910是数字信号处理器、基带电路、现场可编程门阵列、数字逻辑电路和/或等同物。
执行的线程(线程或超线程)是可以在一个实施方式中独立地管理的计算机指令的序列。可以包括在操作系统中的调度器也可以管理线程。线程可以是进程的分量，并发执行(一个进程在其他近程完成之前开始)并共享资源例如存储器的多个线程可以存在于一个进程内，而不同进程不共享这些资源。在一个实施方式中，进程的线程共享其指令(可执行代码)及其上下文(进程的变量在任何特定时间的值)。
在单核处理器中，多线程通常通过时间切片(如在多任务中)来实现，并且单核处理器在线程之间切换。这种上下文切换通常足够频繁地发生，以至于用户将线程或任务感知为同时运行。在多处理器或多核处理器中，多个线程可以并行执行(在同一时刻)，其中每个处理器或核至少部分地并发或同时执行单独的线程。
存储器920和930可以包括任何类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random accessmemory，DRAM)、同步DRAM(synchronous DRAM，SDRAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、其组合等。在一个实施方式中，存储器920可以包括供在启动时使用的ROM以及供在执行计算机指令时使用的用于程序和数据存储的DRAM。在实施方式中，存储器920和930是非暂态或非易失性集成电路存储器存储装置。
此外，存储器920和930可以包括被配置成以下的任何类型的存储器存储装置：存储数据，存储包括指令的计算机程序以及存储其他信息，并且使数据、计算机程序和其他信息能够经由互连970来访问。存储器920和930可以包括例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等中的一种或更多种。
计算装置990还包括一个或更多个网络接口950，所述网络接口950可以包括到接入网络980的有线链路如以太网电缆等和/或无线链路。网络接口950允许计算装置990与远程计算装置和/或其他蜂窝网络进行通信。例如，网络接口950可以经由一个或更多个发送器/发送天线以及一个或更多个接收器/接收天线来提供无线通信。
计算装置990通过网络980来传送或递送信息。在一个实施方式中，网络980包括蜂窝网络或地理区域中的多个基站以及相关联的电子互连。在一个实施方式中，网络980可以是有线的或无线的、单独的或组合的。在一个实施方式中，网络980可以是因特网、广域网(wide area network，WAN)或局域网(local area network，LAN)、单独的或组合的。
在一个实施方式中，网络980可以包括高速分组接入(High Speed PacketAccess，HSPA)网络或其他适当的无线系统，诸如例如无线局域网(Wireless Local AreaNetwork，WLAN)或Wi-Fi(电气和电子工程师协会(Institute of Electrical andElectronics Engineers'，IEEE)802.11x)。在一个实施方式中，计算装置990使用一个或更多个协议来递送信息或分组，例如传输控制协议/因特网协议(Transmission ControlProtocol/Internet Protocol，TCP/IP)分组。
在实施方式中，计算装置990包括输入/输出(input/output，I/O)计算机指令以及硬件部件，例如经由网络980从其他计算装置和/或BS接收信息并且向其他计算装置和/或BS输出信息的I/O电路。在一个实施方式中，I/O电路可以至少包括发送器和接收器电路。
在实施方式中，本文中描述的功能被分发至其他或更多计算装置。在实施方式中，计算装置990可以用作提供服务的服务器，而一个或更多个UE、计算装置和/或相关联的基站可以用作客户端。在一个实施方式中，计算装置990和另一个计算装置可以用作对等(peer-to-peer，P2P)关系中的对等事物。
在实施方式中，用户接口960可以包括计算机指令和硬件部件。用户接口960可以包括输入装置如触摸屏、麦克风、摄像机、键盘、鼠标、指向装置和/或位置传感器。类似地，用户接口960可以包括输出装置如显示器、振动器和/或扬声器，以输出图像、字符、振动、语音和/或视频作为输出。用户接口960还可以包括自然用户接口，其中用户可以讲话、触摸或作手势以提供输入。
图10示出了根据本技术的实施方式的软件架构1000。软件架构1000示出了具有用于获得HiDi无线电环境表示的计算机指令的软件组件。在实施方式中，软件架构1000中所示的软件组件存储在图9的存储器920中。在实施方式中，图9和图10所示的软件组件可以被实现为单独地或组合地存储在电子文件中的计算机程序、对象、函数、子例程、方法、软件实例、脚本、代码片段。为了清楚地描述本技术，将图10中所示的软件组件描述为单独的软件组件。在实施方式中，图10中所示的软件组件可以单独地或组合地存储(在单个或分布式计算机可读存储介质中)和/或由单个或分布式计算装置(处理器或多核处理器)架构执行。由本文中描述的各种软件组件执行的功能是示例性的。在其他实施方式中，本文中确定的软件组件可以执行更多或更少的功能。在实施方式中，可以对软件组件进行组合或进一步分离。
在实施方式中，软件架构1000包括UL估计901、ST相关性902和SF相关性903。
在实施方式中，UL估计901包括基于角域(angle domain，DOA)的信道估计901a、频率偏移补偿901b、快速傅里叶逆变换(inverse fast fourier transform，IFFT)901c、时间偏移补偿901d和求期望901e。
除了其他功能以外，基于DOA的信道估计901a负责响应于从天线接收多个OFDM信号而输出复信道值。在实施方式中，多个接收信号{Y}包括涉及多个时间实例的接收信号集{ymk}，其中ymk是在第m个天线、第k个子载波下的接收信号。在一个实施方式中，基于DOA的信道估计901a输出关于所接收的多个射线中的每个射线的水平到达角和竖直到达角的复信道值{[Hk(θs，Фs)，θs，Фs]|S＝1，...Nrays}。在一个实施方式中，基于DOA的信道估计901a输出频域中的估计信道状态。
在一个实施方式中，通过使用包括N点DFT转向、MVDR和MUSIC中之一的阵列信号处理方法来计算基于DOA的信道估计901a。在一个实施方式中，基于DOA的信道估计901a在接收信号之前计算信道估计。
除了其他功能以外，频率偏移补偿901b负责对从基于DOA的信道估计901a输出的复信道值提供频率偏移补偿。在一个实施方式中，如图3C的频率偏移公式375所示，应用频率偏移补偿，并且具体地，使用公式380应用频率偏移估计。频率偏移补偿901b将频率补偿复信道值{[H’k(θs，Фs)，θs，Фs]|s＝1，...Nrays}输出至IFFT 901c。
除了其他功能以外，IFFT 901c负责对频率补偿复信道值{[H’k(θs，Фs)，θs，Φs]|s＝1，...Nrays}执行逆快速傅立叶变换，以输出时域中的估计信道状态{[h’k(θs，Φs)，θs，Φs，T’s]|s＝1，...Nrays}，其被输入至时间偏移补偿901d。
除了其他功能以外，时间偏移补偿901d负责向时域中的估计信道状态{[h’k(θs，Φs)，θs，Фs，T’s]|s＝1，...Nrays}提供时间偏移补偿。在一个实施方式中，如图3B的时间偏移补偿估计公式350中所示，应用时间偏移补偿，并且具体地，使用公式356应用时间偏移估计。时间偏移补偿901d将具有时间补偿的时间补偿信道值{[h(θs，Фs)，θs，Φs，T’s-T’1]|s＝1，..Nrays}输出至求期望901e。
除了其他功能以外，求期望901e负责提供时域中的时间补偿信道值的期望值或平均值h(θs，Φs)，以获得关于所接收的多个射线中的每个射线的水平到达角、竖直到达角和时间延迟的平均功率值Ps。
在实施方式中，ST相关性902包括频域信道估计902a、频率偏移补偿902b、IFFT902c、时间偏移补偿902d、空间时间矢量化902e和空间时间信道脉冲响应相关性902f。
除了其他功能以外，频域信道估计902a负责获得频域信道估计。在一个实施方式中，频域信道估计902a的操作类似于基于DOA的信道估计901a。在实施方式中，多个接收信号{Y}包括涉及多个时间实例的接收信号集{ymk}，其中ymk是在第m个天线、第k个子载波下的接收信号。在一个实施方式中，频域信道估计902a输出频域中的估计信道状态{H}。
除了其他功能以外，频率偏移补偿902b负责向频域中的估计信道状态{H}提供频率偏移补偿。在一个实施方式中，如图3C的频率偏移公式375所示，应用频率偏移补偿，并且具体地，使用公式380应用频率偏移估计。频率偏移补偿902b将频域中的频率补偿的估计信道状态{H’}输出至IFFT 902c。
除了其他功能以外，IFFT 902c负责对频域中的频率补偿的估计信道状态{H’}执行逆快速傅立叶变换，以输出时域中的估计信道状态{h’}，其被输入至时间偏移补偿902d。
除了其他功能以外，时间偏移补偿902d负责向时域中的估计信道状态{h’}提供时间偏移补偿。在一个实施方式中，如图3B的时间偏移补偿估计公式350所示，应用时间偏移补偿，并且具体地，使用公式356应用时间偏移估计。时间偏移补偿902d将时域中的估计信道状态{h}输出至空间时间矢量化902e。
除了其他功能以外，空间时间矢量化902e负责形成{vec(h)}或者对时域中的估计信道状态{h}进行矢量化。
除了其他功能以外，空间时间信道脉冲响应(channel impulse response，CIR)相关性902f负责从矢量{vec(h)}获得空间时间相关性RST。在实施方式中，平均功率值P可以通过空间时间相关性RST的特征分解来获得。
在实施方式中，SF相关性903包括频域信道估计903a、时间频率偏移补偿903b、空间频率矢量化903c和相关性903d。
除了其他功能以外，频域信道估计903a负责响应于多个接收信号{Y}而获得频域信道估计{H}。在一个实施方式中，频域信道估计903a的功能类似于本文中描述的频域信道估计902a。
除了其他功能以外，时间频率偏移补偿903b负责向频域信道估计提供时间和频率偏移补偿，以输出时间和频率补偿的频域信道估计{H’}。在实施方式中，时间频率偏移补偿903b的功能类似于如本文中描述的频率偏移补偿902b和时间偏移补偿902d。
除了其他功能以外，空间频率矢量化903c负责形成{vec(H)}或者对时间和频率补偿的估计信道状态{H’}进行矢量化。在一个实施方式中，空间频率矢量化903c的功能类似于如本文中描述的空间时间矢量化902e。
除了其他功能以外，相关性903d负责从矢量{vec(H)}获得空间频率相关性RSF。在一个实施方式中，平均功率值P可以通过空间时间相关性RSF的特征分解来获得。在一个实施方式中，相关性903d的功能类似于如本文中描述的空间时间CIR相关性902f。
在实施方式中，除了其他功能以外，接收904负责从基站处的天线或多个天线元件获得多个接收信号值。在一个实施方式中，接收904还负责获得地理位置，例如用于发送至基站的UE的全球定位系统(global position system，GPS)坐标或其他位置指示。在一个实施方式中，接收904负责存储和/或检索具有或不具有与小区中的相应地理位置相关联的平均功率值的PADP和/或空间时间相关性和空间频率相关性。在其他实施方式中，接收904可以负责求平均，例如一组功率值的平均功率值。
本技术的优点可以包括但不限于具有HiDi无线电环境表示，与典型的无线电表示相比，该HiDi无线电环境表示对于特定位置具有相对更好的独特性。特别是当UE处于不存在视线(line-of-sight，LoS)信道路径的位置时，可以利用HiDi无线电环境表示来完成定位。
与一维无线电环境表示相比，本HiDi无线电环境表示技术可以为多天线系统提供改进的性能，例如改进的信道估计。利用HiDi无线电环境表示，可以应用适当的信道估计滤波器，以在检测到特定地理位置之后改进信道估计性能。
可以针对与具有线性预编码的多天线多输入多输出(multi-antenna multi-input and multi-output，MIMO)基站进行通信的特定UE来估计来自相邻基站的干扰；因此，在一个实施方式中，可以改进链路自适应。
即使当UE不与小区相关联时，蜂窝网络也可以检测UE的位置并且从不同小区检索UE的信道特性。于是，正在服务的基站可以为UE预先准备切换到适当的小区。
此外，本HiDi无线电环境表示技术可以在执行MU-MIMO配对和调度时实现具有小区UE的信道协方差的多用户(multi-user，MU)MIMO蜂窝网络的准确的信号与干扰加噪声比(signal-to-interference-plus-noise ratio，SINR)估计。在一个实施方式中，特别是对于大规模MIMO蜂窝网络，这可以实现更好的资源管理。
基于ST和SF相关性的HiDi无线电环境表示可能对具有有限数量的天线的蜂窝网络例如当前的长期演进(long-term evolution，LTE)系统有效。
在实施方式中，在封装有空间信道统计信息的情况下，HiDi无线电环境表示可以便利多小区MIMO协调和蜂窝网络优化。
附图中的流程图和框图示出了根据本公开内容的各个方面的装置、设备、系统、计算机可读介质和方法的可能的实现的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框(或箭头)可以表示用于实现指定的逻辑功能的系统组件、软件组件或硬件部件的操作。还应当注意，在一些替代实现中，框中提到的功能可以不按图中所示的顺序出现。例如，连续示出的两个块(或箭头)实际上可以基本上同时执行，或者块(或箭头)有时可以以相反的顺序被执行，这取决于所涉及的功能。还应当注意，框图和/或流程图图示的每个框(或箭头)以及框图和/或流程图图示中的框(或箭头)的组合可以由执行指定的功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
应当理解，流程图图示和/或框图的每个框(或箭头)以及流程图图示和/或框图中的框(或箭头)的组合可以由非暂态计算机指令来实现。这些计算机指令可以由通用计算机(或计算装置)、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器提供并执行(或读取)以产生机器，使得通过处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图中指定的功能/动作的机制。
如本文中描述的，本公开内容的各方面至少可以采用以下形式：系统、具有执行存储在非暂态存储器中的指令的一个或更多个处理器的装置、计算机实现的方法和/或存储计算机指令的非暂态计算机可读存储介质。
非暂态计算机可读介质包括所有类型的计算机可读介质，包括磁存储介质、光存储介质和固态存储介质，特别地，排除信号。应当理解，包括计算机指令的软件可以安装在具有计算机可读存储介质的计算装置中并与其一起出售。可替选地，可以获得软件并将其加载到计算装置中，包括经由盘介质或从任何方式的网络或分发系统——包括例如从软件创建者拥有的服务器或从软件创建者不拥有但由软件创建者使用的服务器——获得软件。例如，软件可以存储在服务器上，以通过因特网进行分发。
计算机可读介质的更具体示例包括以下：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(random access memory，RAM)、ROM、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、具有中继器的合适的光纤、便携式光盘只读存储器(compact disc read-only memory，CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或其任何合适的组合。
在本技术的实施方式中使用的非暂态计算机指令可以以一种或更多种编程语言的任何组合来编写。编程语言可以包括：诸如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、CII、VB.NET、Python、R等的面向对象编程语言，诸如“c”编程语言、VisualBasic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP的传统过程编程语言，诸如Python、Ruby和Groovy的动态编程语言或者其他编程语言。计算机指令可以完全在用户的计算机(或计算装置)上执行，作为独立的软件包部分地在用户的计算机上执行，部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接至用户的计算机，或者可以到外部计算机(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)或者在云计算环境中或被提供为服务如软件即服务(Software as a Service，SaaS)的连接。
本文通过以下条款来说明另外的实施方式。
条款1.一种包括存储指令的非暂态存储器和与所述非暂态存储器通信的一个或更多个处理器的装置。一个或更多个处理器执行所述指令以从蜂窝网络中的多个天线元件获得由用户设备发送的多个接收信号。响应于多个接收信号，关于多个接收射线中的每个接收射线的水平到达角和竖直到达角计算角域中的多个复信道值。对于多个复信道值计算频率偏移估计。将频率偏移估计应用于多个复信道值以获得关于每个接收射线的水平到达角和竖直到达角的多个偏移复信道值。将关于每个接收射线的水平到达角和竖直到达角的多个偏移复信道值变换成关于每个接收射线的具有第一时间延迟的水平到达角和竖直到达角的时域中的多个信道值。对于时域中的多个信道值计算时间偏移估计。应用时域中的多个信道值的时间偏移估计，以获得关于每个接收射线的具有第二时间延迟的水平到达角和竖直到达角的多个信道值。计算多个信道值的期望值，以获得关于每个接收射线的具有第二时间延迟的水平到达角和竖直到达角的功率值。
条款2.根据条款1所述的装置，其中，获得所述多个接收信号包括获得多个正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)信号，以及所述多个天线元件包括在多输入多输出(multiple-input and multiple-output，MIMO)天线中。
条款3.根据条款1至2中任一项所述的装置，其中，所述多个OFDM信号包括由用户设备发送的资源块的多个子载波信号中的多个探测参考信号。
条款4.根据条款1至3中任一项所述的装置，其中，计算角域中的多个复信道值包括：获得基于角域的信道估计，并且将多个接收信号提供给基于角域的信道以获得多个复信道值。
条款5.根据条款1至4中任一项所述的装置，其中，获得基于角域的信道估计包括使用阵列信号处理，阵列信号处理包括N点离散傅立叶变换(discrete fouriertransform，DFT)转向、最小方差无失真响应(minimum variance distortionlessresponse，MVDR)和多信号分类(multiple signal classification，MUSIC)中之一。
条款6.根据条款1至5中任一项所述的装置，其中，一个或更多个处理器执行所述指令以：获得用户设备的地理位置，并且将地理位置的每个接收射线的功率值、水平到达角、竖直到达角和第二时间延迟存储在另一非暂态存储器中。
条款7.根据条款1至6中任一项所述的装置，其中，所述装置包括在基站中，所述基站具有与蜂窝网络中的用户设备进行通信的多个天线元件，其中，一个或更多个处理器执行所述指令以：检索地理位置的每个接收射线的功率值、水平到达角、竖直到达角和第二时间延迟，以用于基站中的用户切换、无线电资源管理、链路自适应和信道估计中之一。
条款8.一种用于基站的计算机实现的方法，该基站具有与蜂窝网络中的用户设备进行通信的多个天线，包括以下步骤：以多个时间间隔从多个天线接收由用户设备发送的正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)信号中的多个子载波信号。响应于多个子载波信号，计算频域中的信道。计算频率偏移估计。将频率偏移估计应用于频域中的信道，以获得频域中的频率偏移补偿信道。将频域中的频率偏移补偿信道变换成时域中的信道。计算时间偏移估计。将时间偏移估计应用于时域中的信道，以获得时域中的时间偏移补偿信道。对时域中的时间偏移补偿信道进行矢量化，以获得时域中的时间偏移补偿信道的矢量。使矢量相关联，以获得空间时间相关性。
条款9.根据条款8所述的计算机实现的方法，其中，多个子载波信号包括由用户设备发送的资源块中的多个探测参考信号。
条款10.根据条款8至9中任一项所述的计算机实现的方法，其中，计算频率偏移估计包括：基于OFDM符号索引来计算频率偏移估计。
条款11.根据条款8至10中任一项所述的计算机实现的方法，其中，使矢量相关联以获得空间时间相关性包括：使矢量相关联以获得具有或不具有平均功率值的空间时间相关性的特征分解。
条款12.根据条款8至11中任一项所述的计算机实现的方法，还包括：获得用户设备的地理位置；将具有或不具有与地理位置相关联的平均功率值的空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解存储在非暂态存储器中存储的数据库中。
条款13.根据条款8至12中任一项所述的计算机实现的方法，还包括：检索具有或不具有与地理位置相关联的平均功率值的空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解；以及在基站应用中使用具有或不具有平均功率值的空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解，所述基站应用包括用户切换、无线电资源管理、链路自适应和信道估计中之一。
条款14.根据条款8至13中任一项所述的计算机实现的方法，其中，计算频率偏移估计基于OFDM符号周期，以及其中，计算时间偏移估计基于OFDM信号中的子载波间隔。
条款15.一种存储计算机指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机指令当由一个或更多个处理器执行时使一个或更多个处理器：以多个时间间隔从蜂窝网络中的基站处的多个天线接收由用户设备发送的正交频分复用(orthogonal frequency-divisionmultiplexing，OFDM)信号中的多个子载波信号。响应于多个子载波信号，计算频域中的信道。计算频率偏移估计。计算时间偏移估计。将频率偏移估计和时间偏移估计应用于频域中的信道，以获得频域中的时间频率偏移补偿信道。对时域中的时间频率偏移补偿信道进行矢量化，以获得时域中的时间频率偏移补偿信道的矢量。使矢量相关联以获得空间频率相关性。
条款16.根据条款15所述的非暂态计算机可读介质，其中，使矢量相关联以获得空间频率相关性包括：使矢量相关联以获得具有或不具有平均功率值的空间频率相关性的特征分解。
条款17.根据条款15至16中任一项所述的非暂态计算机可读介质，还包括使一个或更多个处理器进行以下操作的计算机指令：获得用户设备的地理位置；以及将具有或不具有与地理位置相关联的平均功率值的空间频率相关性或空间时间相关性的特征分解存储在非暂态存储器中存储的数据库中。
条款18.根据条款15至17中任一项所述的非暂态计算机可读介质，还包括使一个或更多个处理器进行以下操作的计算机指令：检索具有或不具有与地理位置相关联的平均功率值的空间频率相关性或空间时间相关性的特征分解；以及在基站应用中使用具有或不具有平均功率值的空间频率相关性或空间时间相关性的特征分解，所述基站应用包括用户切换、无线电资源管理、链路自适应和信道估计中之一。
条款19.根据条款15至18中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中，计算频率偏移估计基于OFDM符号周期，以及计算时间偏移估计基于OFDM子载波间隔。
条款20.根据条款15至19中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述矢量化基于多个频域信道采样点。
在本公开内容的一个实施方式中，具有与蜂窝网络中的用户设备进行通信的多个天线的基于计算机的通信系统包括接收装置，该接收装置用于以多个时间间隔从多个天线接收由用户设备发送的正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)信号中的多个子载波信号。该系统还包括计算装置，该计算装置用于响应于多个子载波信号计算频域中的信道并且计算频率偏移估计。该系统还包括应用装置和变换装置，该应用装置用于将频率偏移估计应用于频域中的信道以获得频域中的频率偏移补偿信道，该变换装置用于将频域中的频率偏移补偿信道变换成时域中的信道。计算装置还可以被配置用于计算时间偏移估计。应用装置还可以被配置用于将时间偏移估计应用于时域中的信道以获得时域中的时间偏移补偿信道。该系统还包括矢量化装置和关联装置，该矢量化装置用于对时域中的时间偏移补偿信道进行矢量化以获得时域中的时间偏移补偿信道的矢量，该关联装置用于使矢量相关联以获得空间时间相关性。
本文中使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不旨在限制本公开内容。如本文中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指明存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或者添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组。
应当理解，本主题可以以许多不同的形式来实现，而不应该被解释为限于本文中阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式以便使该主题透彻且完整，并且将本公开内容完全传达给本领域技术人员。实际上，本主题旨在覆盖这些实施方式的替代、修改和等同物，这些替代、修改和等同物包括在如由所附权利要求限定的主题的范围和精神内。此外，在本主题的详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本主题的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将清楚，可以在没有这些具体细节的情况下实践本主题。
尽管已经以特定于结构特征和/或方法步骤的语言描述了本主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题不一定限于上面描述的具体特征或步骤(动作)。而是，上面所描述的具体特征和步骤被公开为实现权利要求的示例形式。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
存储指令的非暂态存储器；以及
与所述非暂态存储器通信的一个或更多个处理器，其中，所述一个或更多个处理器执行所述指令以：
从蜂窝网络中的多个天线元件获得由用户设备发送的多个接收信号；
响应于所述多个接收信号，关于多个接收射线中的每个接收射线的水平到达角和竖直到达角计算角域中的多个复信道值；
计算所述多个复信道值的频率偏移估计；
将所述频率偏移估计应用于所述多个复信道值以获得关于每个所述接收射线的所述水平到达角和所述竖直到达角的多个偏移复信道值；
将关于每个所述接收射线的所述水平到达角和所述竖直到达角的所述多个偏移复信道值变换成关于每个所述接收射线的具有第一时间延迟的所述水平到达角和所述竖直到达角的时域中的多个信道值；
计算所述时域中的所述多个信道值的时间偏移估计；
将所述时间偏移估计应用于所述时域中的所述多个信道值以获得关于每个所述接收射线的具有第二时间延迟的所述水平到达角和所述竖直到达角的多个信道值；以及
计算所述多个信道值的期望值以获得关于每个所述接收射线的具有第二时间延迟的所述水平到达角和所述竖直到达角的功率值。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，获得所述多个接收信号包括获得多个正交频分复用(OFDM)信号，以及所述多个天线元件包括在多输入多输出(MIMO)天线中。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的装置，其中，所述多个OFDM信号包括由所述用户设备发送的资源块的多个子载波信号中的多个探测参考信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，计算所述角域中的多个复信道值包括：获得基于角域的信道估计，并且将所述多个接收信号提供给基于所述角域的信道以获得所述多个复信道值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，获得所述基于角域的信道估计包括使用阵列信号处理，所述阵列信号处理包括N点离散傅立叶变换(DFT)转向、最小方差无失真响应(MVDR)和多信号分类(MUSIC)中之一。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个处理器执行所述指令以：获得所述用户设备的地理位置，并且将所述地理位置的每个所述接收射线的所述功率值、所述水平到达角、所述竖直到达角和第二时间延迟存储在另一非暂态存储器中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述装置包括在基站中，所述基站具有用于与所述蜂窝网络中的所述用户设备进行通信的所述多个天线元件，其中，所述一个或更多个处理器执行所述指令以：检索所述地理位置的每个所述接收射线的所述功率值、所述水平到达角、所述竖直到达角和第二时间延迟，以用于所述基站中的用户切换、无线电资源管理、链路自适应和信道估计中之一。
8.一种用于基站的计算机实现的方法，所述基站具有与蜂窝网络中的用户设备进行通信的多个天线，所述方法包括以下步骤：
以多个时间间隔从所述多个天线接收由所述用户设备发送的正交频分复用(OFDM)信号中的多个子载波信号；
响应于所述多个子载波信号计算频域中的信道；
计算频率偏移估计；
将所述频率偏移估计应用于所述频域中的所述信道以获得所述频域中的频率偏移补偿信道；
将所述频域中的所述频率偏移补偿信道变换成时域中的信道；
计算时间偏移估计；
将所述时间偏移估计应用于所述时域中的所述信道以获得所述时域中的时间偏移补偿信道；
对所述时域中的所述时间偏移补偿信道进行矢量化以获得所述时域中的所述时间偏移补偿信道的矢量；以及
使所述矢量相关联以获得空间时间相关性。
9.根据权利要求8所述的计算机实现的方法，其中，所述多个子载波信号包括由所述用户设备发送的资源块中的多个探测参考信号。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的计算机实现的方法，其中，计算所述频率偏移估计包括：基于OFDM符号索引来计算所述频率偏移估计。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的计算机实现的方法，其中，使所述矢量相关联以获得空间时间相关性包括：使所述矢量相关联以获得具有或不具有平均功率值的所述空间时间相关性的特征分解。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的计算机实现的方法，还包括：
获得所述用户设备的地理位置；以及
将具有或不具有与所述地理位置相关联的平均功率值的所述空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解存储在非暂态存储器中存储的数据库中。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的计算机实现的方法，还包括：
检索具有或不具有与所述地理位置相关联的平均功率值的所述空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解；以及
在基站应用中使用具有或不具有所述平均功率值的所述空间时间相关性或空间时间相关性的特征分解，所述基站应用包括用户切换、无线电资源管理、链路自适应和信道估计中之一。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的计算机实现的方法，其中，计算所述频率偏移估计基于OFDM符号周期，以及其中，计算所述时间偏移估计基于OFDM信号中的子载波间隔。
15.一种存储计算机指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机指令当由一个或更多个处理器执行时使所述一个或更多个处理器：
以多个时间间隔从蜂窝网络中的基站处的多个天线接收由用户设备发送的正交频分复用(OFDM)信号中的多个子载波信号；
响应于所述多个子载波信号计算频域中的信道；
计算频率偏移估计；
计算时间偏移估计；
将所述频率偏移估计和所述时间偏移估计应用于所述频域中的所述信道以获得所述频域中的时间频率偏移补偿信道；
对时域中的所述时间频率偏移补偿信道进行矢量化以获得所述时域中的所述时间频率偏移补偿信道的矢量；以及
使所述矢量相关联以获得空间频率相关性。
16.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中，使所述矢量相关联以获得空间频率相关性包括：使所述矢量相关联以获得具有或不具有平均功率值的所述空间频率相关性的特征分解。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的非暂态计算机可读介质，还包括使一个或更多个处理器进行以下操作的计算机指令：
获得所述用户设备的地理位置；以及
将具有或不具有与所述地理位置相关联的所述平均功率值的所述空间频率相关性或所述空间时间相关性的特征分解存储在非暂态存储器中存储的数据库中。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的非暂态计算机可读介质，还包括使一个或更多个处理器进行以下操作的计算机指令：
检索具有或不具有与所述地理位置相关联的所述平均功率值的所述空间频率相关性或所述空间时间相关性的特征分解；以及
在基站应用中使用具有或不具有所述平均功率值的所述空间频率相关性或所述空间时间相关性的特征分解，所述基站应用包括用户切换、无线电资源管理、链路自适应和信道估计中之一。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中，计算所述频率偏移估计基于OFDM符号周期，以及计算所述时间偏移估计基于OFDM子载波间隔。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述矢量化基于多个频域信道采样点。
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