CN110114982A - 基于逐波束信号同步的无线通信系统及方法 - Google Patents

基于逐波束信号同步的无线通信系统及方法 Download PDF

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Abstract

本公开的信号发射/接收电子设备或终端被配置为在与信号接收/发射设备或基站进行大规模MIMO通信时进行逐波束信号同步。在大规模MIMO通信中，设备或终端被配置为通过波束组向(从)信号接收(发射)设备或基站发射(接收)信号。对于多个波束中每个波束的波束域信号，设备或终端被配置为基于由多径效应引起的波束域信号时移确定目标时间调整，并基于由多普勒效应引起的波束域信号频率偏置确定目标频率调整；通过时间调整参数来调整波束域信号的和时间不相关的变量；以及通过频率调整参数来调整波束域信号的和频率不相关的变量。此外，公开了一种基于逐波束同步的BDMA大规模MIMO传输方法，其提供了一种高移动性高载频场景下有效可靠的无线通信解决方案。

Description

基于逐波束信号同步的无线通信系统及方法
技术领域
本发明涉及一种使用多天线的大规模多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)无线传输方法，尤其涉及一种适用于无线通信的逐波束同步方法。
背景技术
移动通信系统可以被设计通过多址技术在有限的时频资源内实现较高的通信效率。当前，多址技术在实际通信系统中被广泛使用。一些典型的多址技术包括：频分多址(Frequency Division Multiple Access,FDMA)，时分多址(Time Division MultipleAccess,TDMA)，码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)以及正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)等。
具体而言，FDMA通过给不同的用户终端分配不同的频率资源以实现多址接入。TDMA通过给不同的用户终端分配不同的时间资源以实现多址接入。CDMA 通过给不同的用户分配相互正交的码字以消除用户间干扰，实现多址接入。 OFDMA通过给不同的用户终端分配相互正交的频率资源以实现多址接入。OFDM 是一种适用于高速宽带无线传输的多载波调制技术。
大规模MIMO传输系统中，基站侧配备较大规模数目的天线同时服务多个用户终端。由于大规模MIMO在频谱效率和功率效率等具有潜在的巨大性能增益，其被认为是未来无线通信系统可能采用的一项关键技术。由于OFDM对信道频率选择性较为鲁棒且其实现相对高效，因此OFDM与大规模MIMO技术的组合可能被应用于宽带大规模MIMO传输。
由于当前蜂窝频段(6GHz以下频段)频谱资源严重短缺以及日益增长的无线业务需求，业界逐渐趋向于在高频段，例如毫米波和太赫兹频段，实施未来无线通信系统。从实用的角度来看，大规模MIMO和毫米波/太赫兹技术的组合被认为在实用中很具有前景。由于毫米波/太赫兹频段上波长相对较短，大规模天线阵列能够被同时装配到基站与用户终端处。此外，大规模MIMO所能提供的较高波束赋形增益能够补偿毫米波/太赫兹信道上相对较高的传播路径损耗。因此，毫米波/太赫兹大规模MIMO被认为是未来无线通信系统一项具有前景的技术。
传输信号的时频同步在无线通信系统中起重要作用。在MIMO-OFDM系统中，接收信号的时频同步通常在天线域实施，不同天线上信号所采用的时频同步参数相同。对于高移动性或者高载频(例如毫米波/太赫兹频段)通信场景，无线信道的多普勒扩展可能显著提升，而信道的时延扩展可能不会明显变化。对于采用OFDM调制的通信系统，循环前缀长度通常需要被设置为略大于信道的时延扩展以缓解信道时间弥散，而同时OFDM符号长度通常需要被设置为远小于信道多普勒扩展的倒数以缓解信道频率弥散，这可能导致无线传输系统瓶颈。
基站侧与用户侧的波束赋形能够对无线信道在空间域实施有效划分，从而缓解波束域信道元素包络起伏。基于这一性质，本发明公开了一种适用于无线传输的逐波束时频同步方法。
发明内容
根据本公开的方面，一种信号接收电子设备可包括存储媒介和与所述存储媒介进行通信的处理器。所述存储媒介可包括用于在大规模MIMO无线系统或基于波束分多址(Beam Division Multiple Access,BDMA)的大规模MIMO 无线系统中进行信号同步的指令集合。所述处理器在执行所述指令集合时可被引导与信号发射设备进行大规模MIMO通信。在所述大规模MIMO通信期间，所述处理器可被引导：通过多个波束从所述信号发射设备接收所述信号；对于所述多个波束中的每个单独波束的波束域信号：基于在所述波束域信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的时移确定目标时间调整参数；基于在所述波束域信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的频率偏置确定目标频率调整参数；通过所述时间调整参数来调整所述波束域信号的和时间不相关的变量；以及通过所述频率调整参数来调整所述波束域信号的和频率不相关的变量。
根据本公开的另一个方面，用于在大规模MIMO或基于BDMA的大规模MIMO 中进行信号同步的方法可包括：在信号发射设备与信号接收设备之间进行大规模 MIMO通信期间，由所述信号接收设备在多个波束中接收所述信号发射设备发送的信号；对于所述多个波束中的每个单独波束的波束域信号，由所述信号接收设备基于在所述波束域信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的时移确定目标时间调整参数；由所述信号接收设备基于在所述波束域信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的频率偏置确定目标频率调整参数；由所述信号接收设备通过所述时间调整参数来调整所述波束域信号的和时间不相关的变量；以及由所述信号接收设备通过所述频率调整参数来调整所述波束域信号的和频率不相关的变量。
根据本公开的另一个方面，一种信号发射电子设备可包括存储媒介和与所述存储媒介进行通信的处理器。所述存储媒介可包括用于在大规模MIMO或基于 BDMA的大规模MIMO中进行信号同步的指令集合。所述处理器在执行所述指令集合时可被引导与信号发射设备进行大规模MIMO通信。在所述大规模MIMO通信期间，所述处理器可被引导：确定用于向所述信号接收设备发射所述信号的多个波束；对于所述多个波束中的每个单独波束的波束域信号：基于在所述波束域信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的时移确定目标时间调整参数；基于在所述波束域信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的频率偏置确定目标频率调整参数；通过所述时间调整参数来调整所述波束域信号的和时间不相关的变量；通过所述频率调整参数来调整所述波束域信号的和频率不相关的变量；以及向所述信号接收设备发送所述波束域信号。
根据本公开的另一个方面，用于在大规模MIMO或基于BDMA的大规模MIMO 中进行信号同步的方法可包括：在信号发射设备与信号接收设备之间进行大规模 MIMO通信期间，由所述信号发射设备确定用于向所述信号接收设备发射信号的多个波束；对于所述多个波束中的每个单独波束的波束域信号，由所述信号发射设备基于在所述波束域信号发射到所述信号接收设备时将引发的所述波束域信号的时移确定目标时间调整；由所述信号发射设备基于在所述波束域信号发射到所述信号接收设备时将引发的所述波束域信号的频率偏置确定目标频率调整；由所述信号发射设备通过所述时间调整参数来调整所述波束域信号的和时间不相关的变量；由所述信号发射设备通过所述频率调整参数来调整所述波束域信号的和频率不相关的变量；以及由所述信号发射设备向所述信号接收设备发送所述波束域信号。
根据本公开的又一个方面，一种用于具有逐波束同步的基于BDMA的大规模 MIMO传输的方法可包括：将所述基站和所述用户终端都配备大型天线阵列；在用户终端的波束组中的每个波束上单独进行BDMA中的信号同步；基站基于所述波束域信道统计特性进行波束和用户调度，以选择通过相同的时间/频率资源与所述基站通信的所述用户终端以及每个用户终端的所述对应的发射和接收波束；分配给不同的经调度的用户终端的所述基站波束组是相互不重叠的；在下行链路 BDMA传输中，基站通过每个经调度的用户终端的分配到的波束发射所述导频信号和数据信号；每个经调度的用户终端将逐波束同步应用于所述接收波束上的所述接收到的信号；不同用户终端的导频信号不需要是正交的，并且可跨不同用户终端进行再利用；在上行链路BDMA传输中，所述经调度的用户终端将逐波束时间和频率同步应用于所述发射波束上的所述发射导频和数据信号；基站处理所述分配的接收波束上的所述信号；从不同用户终端发送的导频信号不需要是正交的，并且可跨不同用户终端进行再利用；当所述基站与所述用户终端之间的所述信道的所述统计特性发生变化时，可以动态调整所述BDMA大规模MIMO无线传输。
附图说明
参考以下附图和描述可更好地理解所描述的系统和方法。参考以下附图描述了非限制性且不完全的实施方案。附图中的部件未必按比例绘制，而是强调示出本发明的原理。在附图中，相同的元件符号可指定对应的部分。
图1为本发明在单输入单输出系统的实施例示意图。
图2为本发明在多输入多输出系统的实施例示意图。
图3为本发明在BDMA传输中的实施例示意图。
图4为本发明的用户终端侧实施例简化功能框图。
图5为本发明的下行信号同步方法实施例流程图。
图6为本发明的上行信号同步方法实施例流程图。
图7为本发明的下行逐波束时频同步实施例简化功能框图。
图8为本发明的上行逐波束时频同步实施例简化功能框图。
具体的实施方式
以下描述被呈现来使本领域的技术人员能够制造和使用本发明，并且是在具体应用和其要求的上下文中提供的。本领域的技术人员将容易明白对所公开的实施方案的各种修改，并且本文定义的一般原理可在不背离本公开的精神和范围的情况下应用于其他实施方案和应用。因此，本公开不限于所示出的实施方案，而是根据与权利要求书一致的最宽广范围。
应理解，当一个模块或单元称为在另一模块或单元“上”、“连接到”另一模块或单元或“联接到”另一模块或单元时，它可以直接在另一个模块或单元上、连接或联接到另一个模块或单元，或者可以存在居间模块或单元。相比之下，当一个模块或单元称为直接在另一模块或单元“上”、“直接连接到”另一模块或单元或者“直接联接到”另一模块或单元时，不可存在居间模块或单元。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
本文所用的术语仅仅是出于描述具体示例性实施方案的目的而并不意图进行限制。如本文所用，除非上下文明确地另外指出，否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述”可意图同样包括复数形式。将进一步理解，术语“包括 (comprises)”和/或“包括(comprising)”在用于本说明书中时，规定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。
由于当前蜂窝频段可用频谱资源的严重短缺以及日益增长的无线传输业务需求，业界逐渐趋向于将高频段，例如毫米波和太赫兹频段，应用于未来无线通信系统。大规模MIMO无线传输在基站侧配备较多数目的天线以服务多个用户终端，因而能够显著提升系统频谱效率。大规模MIMO和毫米波/太赫兹技术的组合被认为在实用中很具有前景。由于毫米波/太赫兹频段上波长相对较短，大规模天线阵列能够被同时装配到基站与用户处。此外，大规模MIMO所能提供的较高波束赋形增益能够补偿毫米波/太赫兹信道上相对较高的传播路径损耗。因此，毫米波/太赫兹大规模MIMO被认为是未来无线通信系统一项具有前景的技术。
在毫米波及太赫兹频段实现无线传输的挑战之一是如何在无线信道，尤其是无直达径的信道上支持用户终端的高移动性。以采用OFDM调制的毫米波/太赫兹宽带传输为例，假定传输信号能够在天线域实施精确的时频同步，那么OFDM 循环前缀长度通常需要设置为略大于信道的时延扩展以缓解信道时间弥散。与此同时，OFDM符号长度通常需要设置为远小于信道多普勒扩展的倒数以缓解信道频率弥散。在同样的移动速度下，毫米波/太赫兹信道的多普勒频率扩展将远大于传统频段上无线信道的多普勒频率扩展，因此毫米波/太赫兹传输中OFDM符号长度将会大幅减小。因此，对于相同的信道时延扩展，将会需要消耗更高的 OFDM循环前缀开销。
针对这一问题，本公开提供了一种逐波束同步方法，其中信号同步过程在用户终端侧的每个波束上分别实施。与传统同步方法相比，所公开的逐波束同步方法能够同时缩减宽带大规模MIMO信道的等效时延扩展和多普勒频率扩展，且缩减因子近似等于用户终端配备的天线数目，进而显著缓解毫米波及太赫兹系统的显著多普勒效应，并且显著降低循环前缀开销。为此，本公开可以通过采用大规模MIMO支持毫米波/太赫兹信道上用户终端的高移动性。例如，本公开中的实施例可以将逐波束同步应用于BDMA毫米波/太赫兹大规模MIMO-OFDM传输。
对于上行或者下行信号传输，基站或者用户终端可能需要对传输信号实施时频同步。时间同步的需要可能是由时延或时延扩展导致的。传输信号的时延对应于基站与用户终端之间信号传播时间。频率同步的需要可能是由用户终端的移动引起的。当用户终端在移动时，可能会引入多普勒频偏或者多普勒扩展。
图1为一个采用单输入单输出网络100的无线通信系统功能框图。单输入单输出网络100可以包括一个基站/发射器102以及一个接收机/用户终端 112。基站/发射器102可以配备单根天线104，接收机/用户终端112可以配备单根天线114。通过天线104和114，基站/发射器102和接收机/用户终端 112可以建立单输入单输出通信链路122和124。通信过程没有分集度，也没有额外的处理开销。当用户终端112接收到来自基站102的发射信号时，可能需要通过同步来补偿路径122和124的传播时延。这种单输入单输出传输方案的不足之处在于吞吐率受限于信道带宽和信噪比。
针对当前蜂窝频段可用频谱资源的严重短缺以及日益增长的无线传输业务需求，业界逐渐趋向于将高频段，例如毫米波和太赫兹频段，应用于未来无线通信系统。与此同时，由于毫米波/太赫兹频段上波长相对较短，大规模天线阵列能够被同时装配到基站与用户处。
图2为一个MIMO通信系统200的实施例示意图。MIMO通信系统200可以包含一个或多个基站202以及一个或多个用户终端212。
仅为说明起见，图2仅展示了一个基站202和一个用户终端212。基站202 可以配备一个包含数个或数十个天线单元的天线阵列。所配备的天线阵列可以是线阵，圆阵或者面阵等。例如，基站202可以包含M个天线单元X1,X2,…,XM。天线单元可以为全向或者定向天线。当天线阵列分别采用全向天线，120度定向天线或者60度定向天线时，相应的天线单元间距可以为1/2波长，波长，或者1个波长。天线单元可以为单极化或者多极化天线。
天线阵列中的每个天线单元可以通过收/发射频模块，数模/模数变换模块，数字光模块以及光纤传输通道(图中未展示)连接到一个或多个数字基带模块。相应的，基站可以利用一个或多个数字或模拟或混合波束赋形网络生成大量波束来实现小区覆盖。每个波束收发端口可以通过收/发射频模块，数模/模数变换模块，数字光模块以及光纤传输通道连接到一个或多个数字基带模块。
基站202可以与一个或多个用户终端212进行无线通信。令与基站202进行通信的用户终端212的数目为U，并把用户终端集合记作U＝＝{0,1,…,U-1}。每一个用户终端212可以配备一个天线阵列。在图2中，天线阵列包含K个天线单元Y1,Y2,…,YK。天线单元可以为全向或者定向天线。当天线阵列分别采用全向天线，120度定向天线或者60度定向天线时，相应的天线单元间距可以为 1/2波长，波长，或者1个波长。天线单元可以为单极化或者多极化天线。本实施例中采用基于循环前缀的OFDM宽带调制方式。
图2中的天线可以表示发射天线或者接收天线或同时表示收发天线。例如，在无线通信实施过程中，基站202的天线可以作为发射天线而用户212的天线可以作为接收天线，反之亦可。当M和/或K较大时，发射天线与接收天线之间可进行大规模MIMO传输，其中hij(i＝1,2,…,K；j＝1,2,…,M)表示第j个发射天线和第i个接收天线之间的信道参数。
以单小区大规模MIMO系统为例，其中基站侧配备M根天线同时多个用户终端，每个用户终端配备K根天线。用户终端集合记作U＝＝{0,1,…,U-1}，其中 u∈U表示用户编号。如图2所示，一个配备K个天线单元Y1,Y2,…,YK的移动用户终端212可以同一个基站202通过大规模MIMO信道进行通信。在信号从基站202侧天线X1,X2,…,XM中的任意一个天线单元到用户终端212侧某一天线单元Y1的传输过程中，信号在无线信道中可能经历不同的起伏，到达角，发射角，时延，多普勒频偏或其任意组合。时延及多普勒的多样性可以被称作时延扩展或者多普勒扩展。时延扩展可以作为通信信道多径特性的度量。时延扩展通常可以被定义为最早到达的有效多径分量(通常为直达径分量)和最晚到达的有效多径分量的到达时间差。通过不同传播路径的信号可能经历不同的多普勒频偏，即频率和相位上不同的变化率。不同的多普勒频偏可能是由于信号通过不同的传播路径到达用户终端侧的天线。
图3为一个采用BDMA技术的通信系统实施例示意图。该系统中包含至少一个基站302和至少一个用户终端UT1～UT4。基站302和用户终端UT1～UT4均可以配备多个或者大量的天线，天线数目可以为数个、数十个或者更多。基站 302和用户终端UT1～UT4配备的天线的间隔不小于半波长。所配备的天线可以为单极化或者多极化天线。
基站302和用户终端UT1～UT4之间的通信过程可以通过波束赋形在波束域实施；基站302侧与用户终端UT1～UT4侧的波束赋形能够对无线信道在空间域实施有效划分。基站302与用户终端UT1～UT4可以通过模拟波束赋形网络或者数字波束赋形网络或者混合波束赋形网络实施波束赋形，从而对无线信道在空间域实施有效划分，缓解波束域信道元素的包络起伏。进一步的，基站302以及用户终端UT1～UT4所生成的波束数目可以从数个到数十个或者更多。
基站302可以通过不同的波束组来发射信号以同时服务多个用户终端。在一些实施例中，基站302可以在相同的时频资源上通过不同的波束组来发射信号以同时服务多个用户终端。类似的，用户终端UT1～UT4可以通过不同的波束组向基站302发射信号。用户终端UT1～UT4可以在相同的时频资源上通过不同的波束组向基站302发射信号。在一些实施例中，一个用户终端可以专有地使用一个波束组。例如，用户终端UT1可以通过基站302的波束组1和用户终端 UT 1的波束组1’与基站302进行通信，用户终端UT4可以通过基站302的波束组4和用户终端UT 4的波束组4’与基站302进行通信。在一些实施例中，多个用户终端可以在不同的时频资源上使用相同的波束与基站302进行通信。
基站302利用波束域信道统计特性实施波束及用户调度，在UT1～UT4中选取和基站302在相同的时频资源上进行通信的用户终端以及相应的每个用户终端的收发波束组。例如，基站302可以利用波束域信道统计特性实施波束及用户调度。波束域信道统计特性可以通过上行信道探测获取。在上行信道探测过程中，每一个用户终端周期性发送上行探测信号。基站302依据接收到的上行探测信号估计波束域信道统计特性，并利用其实施用户及波束调度。在BDMA通信中，分配给不同用户终端的基站侧波束组相互不重叠。用户及波束调度过程可以通过贪婪算法实现。
应当注意到，关于上述实现过程的描述仅仅是为了说明的目的而提供，而不是为了限制本公开的范围。对于本领域普通技术人员，可以在本公开的指引下进行多种变化和修改。例如，用户终端数目可以大于4。在一些实施例中，用户终端数目可以为数十个或者数百个。但是，这些变化和修改并不脱离本公开的范围。
在下行BDMA传输过程中，基站302可以在波束域发送同步信号。下行传输包含导频训练以及数据传输。基站302可以在相同的时频资源块上使用调度所得波束向一个或多个调度用户同时发送导频信号。不同用户终端的导频信号不需要相互正交，不同用户终端可以复用导频。同一用户终端在不同发送波束上的导频信号可以相互正交。每一个用户终端可以通过在调度所得波束上接收到的导频信号和数据信号估计瞬时信道信息和干扰协方差矩阵，进而利用其对下行数据信号实施相干检测。每一用户终端可以利用其每一接收波束上的时频调整参数估计值对每一波束上的接收信号分别实施时频同步。
在上行BDMA传输过程中，每一用户终端可以同时在相同的时频资源块上使用调度所得波束发射信号。上行传输过程包含导频训练以及数据传输。用户终端在调度所得波束上发送导频信号，不同用户终端的导频信号不需要相互正交，不同用户终端可以复用导频。同一用户终端在不同发送波束上的导频信号可以相互正交。基站302可以通过在每一用户终端调度所得接收波束上接收到的导频信号和数据信号估计瞬时信道信息和干扰协方差矩阵，进而利用其对上行数据信号实施相干检测。每一用户终端可以利用其每一发送波束上的时频调整参数估计值对每一波束上的发射信号分别实施时频同步。基站302可以在分配所得接收波束上对信号进行处理。
上述基于BDMA的大规模MIMO无线传输过程可以随着基站302与用户终端间信道统计特性的变化而动态调整。
本发明公开的BDMA技术通过分配可用的波束资源使得多用户实现多址接入，因此能够显著提升系统容量。
BDMA可以通过采用相控阵天线实现波束赋形来生成波束。共享相同波束资源的不同用户终端可以通过采用TDMA，CDMA，或者OFDMA等其他多址技术实现多址接入。
图4为根据本公开的一些实施例的一个用户终端400的功图框图。用户终端400可以为图3所示系统中的一个用户终端。例如，用户终端400可以是一个移动电话，一台平板电脑，安装在移动车辆上的一个无线通信站，或者本发明申请时市场上可见的任意电子用户设备。用户设备可以包含一个处理器400以及一个或多个暂时和非暂时的存储媒介460，如RAM和ROM等。存储媒介460 可以包含指令集合462以实现本发明介绍的方法。处理器440可以同存储媒介 460进行通信并执行指令集合462以运行实现的方法。
客户端设备400可以在功能或特性等方面有所不同。声明的主题旨在涵盖广泛的可能变化。例如，客户端设备400可以包含一个键盘450。客户端设备 400也可以包含一个电源420，也可以包含一个显示器470，例如液晶显示器，或者一个多功能显示器，例如触摸感性彩色2D或3D显示器。然而相比之下，作为另一例子，启用网络的客户端设备400可以包含一个或多个物理或虚拟键盘。
客户端设备400还可以包含或者执行各种操作系统，包括WindowsTM和 LinuxTM在内的操作系统或者包括iOSTM,AndroidTM或者Windows MobileTM在内的移动操作系统。客户端设备400还可以包含或者执行各种应用程序。一种应用(未标示)可以实现经由网络与其他设备进行通信，例如经由天线阵列430与另一计算机或者基站实施通信。
天线阵列430可以被配置为通过一个或多个波束发射信号。天线阵列430 也可以被配置为通过一个或多个波束接收来自基站或者其他用户终端的信号。处理器440可以进一步被配置为执行用于处理天线阵列430接收到的信号的指令。
仅为说明起见，在下面的实施例中，用户终端仅有一个处理器用于执行操作和方法步骤。然而应当注意到，本公开中的用户终端还可以包括多个处理器，因此由本公开中描述的一个处理器执行的操作和方法步骤也可以由多个处理器联合或者单独执行。例如，当在本公开中用户终端的处理器执行步骤A和步骤B 时，应当理解为步骤A和步骤B也可以由用户终端中两个不同的处理器联合或单独执行(例如，第一处理器执行步骤A，第二处理器执行步骤B，或者第一和第二处理器同时执行步骤A和步骤B)。
图5为根据本公开的一些实施例的一个信号同步方法500的流程图。方法 500可以在电子设备，例如下行传输过程中作为信号接收设备的用户终端400，中实现。例如，信号接收设备可以包含一个处理器和一个存储媒介，例如RAM， ROM或硬盘。存储媒介可以包含用于无线通信信号同步的一系列指令操作或者应用程序。处理器可以通过和存储媒介进行通信执行一系列的指令操作或应用程序。处理器在执行指令时可以被引导和诸如基站或另一电子设备的信号发射设备进行大规模MIMO通信。
在步骤502中，经由波束组中的波束接收从信号发射设备发射的信号。
在大规模MIMO场景中，信号发射和接收设备可以同时配备多天线。例如，信号接收设备可以为一个诸如移动电话之类的用户终端，其可以包含8,64, 128或256个天线单元。信号发送设备可以为一个包含64,128或256个天线单元的基站，或者同当前用户终端通过诸如蜂窝网，Wi-Fi或者热点连接等无线网络连接进行通信的其他用户终端。基站与用户终端均可以配备天线阵列，所配备的天线单元数目为数个到数十个或者更多。所配备的天线可以为单极化或者多极化天线，天线间距不小于半波长。
为了接收到从信号发送设备发送的信号，信号接收设备可以首先与信号发送设备建立无线通信，通信过程可以通过波束赋形在波束域实施。通信过程可以通过一个或多个通信信道进行。信号发送设备和信号接收设备处实施的波束赋形能够对无线信道在空间域实施有效划分，从而缓解波束域信道元素包络起伏。信号发送设备和信号接收设备可以通过模拟波束赋形网络或者数字波束赋形网络或者混合波束赋形网络实施波束赋形，从而对无线信道在空间域实施有效划分，缓解波束域信道元素包络起伏。
为了实现大规模MIMO通信，信号发送设备可以从如图2所示的多天线处在一个载频上向信号接收设备发射信号。波束组上的波束域信号可以被信号接收设备接收到。如上所述，对于5G移动通信，预订的载频可以位于毫米波及太赫兹频段。信号发送设备和信号接收设备所形成的波束数目可以为数个到数十个或者更多。
在一些实施例中，与从信号发送设备发出的波束域信号相比，接收信号可能经历时间和频率扩展。例如，当信号发送设备和信号接收设备之间有相对运动时，多普勒效应可能对信号发送设备发出的波束域信号有影响。结果，接收信号可能会相对于信号发送设备发出的信号呈现时间和频率扩展。时间和频率扩展可能取决于传播环境以及信号发送设备和信号接收设备之间的相对速度。
为了抵消多普勒效应对每一波束上信号的影响，信号接收设备可以分别对波束组中每一波束上的信号进行同步。例如，在下行BDMA传输过程中，每一用户终端可以利用接收到的基站侧发送的同步信号估计每一波束上传输信号的时频调整参数，进而利用每一接收波束上的时频调整参数对每一波束上的接收信号分别实施时频同步。为此，信号接收设备的处理器可以执行存储在其存储媒介中的一组指令，以执行以下步骤。
在步骤504中，对于波束组中每一个波束上的波束域信号，确定其时间调整参数和频率调整参数。
信号接收设备可以计算或确定波束组中每一波束上信号的多径效应和多普勒效应。例如，信号接收设备可以根据多径效应和多普勒效应对每一波束上信号的影响计算或确定时间和频率扩展，进而基于时间和频率扩展确定为了缓解多径效应和多普勒效应所需的每一波束上信号的时间调整参数和频率调整参数。
例如，在无线通信过程中，信息可以以多个信号包的形式从信号发送设备发送到信号接收设备。类似的，信号接收设备在波束域接收到的信号也可以包含多个传输块。信号接收设备可以针对每一传输块确定其信号时移。然后，信号接收设备可以选择最小时移和最大时移之间的一个参考值，并以此作为目标时间调整参数。例如，在本公开的一些实施例中，信号接收设备可以选择最小时移作为目标时间调整参数。
对于每一传输块，信号接收设备可以确定由多普勒效应等引起的频率扩展，然后确定其最小频率偏置和最大频率偏置，接着将两个频率偏置分别设置为最小候选频率调整参数和最大候选频率调整参数。进而，信号接收设备可以将所有传输块中的两个候选频率调整参数放置到一起，并从中分别确定上界和下界的数值。最后，信号接收设备可以从确定的上界和下界数值之间选取某一数值作为目标频率调整参数。例如，目标频率调整参数可以选取上界和下界值的中间值，或者上界值，或者下界值，或者上界和下界值之间的任意一个数值。
在步骤506中，对于波束组中每一个波束上的波束域信号，分别实施时间同步。
在步骤508中，对于波束组中每一个波束上的波束域信号，分别实施频率同步。
为了校准每一接收波束上波束域信号的时移，信号接收设备可以对其在时间上应用目标时间调整。类似的，为了校准每一接收波束上波束域信号的频率偏置，信号接收设备可以对其在频率上应用目标频率调整。信号接收设备可以对波束组中每一波束上的波束域信号分别进行时频同步。调整过后的波束域信号的多径和多普勒效应得到有效缓解，从而更接近于信号发送设备发送的原始波束域信号。
在一些实施例中，随着基站与用户终端间信道统计特性的变化，信号接收设备可以动态调整上述大规模MIMO无线传输过程。
图6为基于BDMA的大规模MIMO或者其他大规模MIMO通信系统中信号同步方法600流程图。方法600可以在诸如上行传输中作为信号发送设备的用户终端400中之类的电子设备中实现。例如，信号发送设备可以包含一个处理器和一个存储媒介，例如RAM，ROM或硬盘。存储媒介可以包含用于BDMA传输信号同步的一系列指令操作或者应用程序。处理器可以通过和存储媒介进行通信执行一系列的指令操作或应用程序。处理器在执行指令时可以被引导和诸如基站或另一电子设备的信号接收设备进行大规模MIMO通信。
在步骤602中，经由波束组中的一些波束向信号接收设备发射信号。
在大规模MIMO场景中，信号发送设备和信号接收设备均可以配备半波长天线间隔的阵列。例如，上行通信过程中，信号发送设备可以为一个诸如移动电话的用户终端，其可以包括8,64,128或256个天线单元。信号接收设备可以为一个包含64,128或256个天线单元的基站，或者同当前用户终端通过诸如蜂窝网，Wi-Fi或者热点连接等无线网络连接进行通信的其他用户终端。基站与用户终端均可以配备天线阵列，所配备的天线单元数目为数个到数十个或者更多。所配备的天线可以为单极化或者多极化天线，天线间距不小于半波长。
为了向信号接收设备发射信号，信号发送设备可以首先与信号接收设备建立无线通信，通信过程可以通过波束赋形在波束域实施。通信过程可以通过一个或多个通信信道进行。信号发送设备和信号接收设备处实施的波束赋形能够对无线信道在空间域实施有效划分，从而缓解波束域信道元素包络起伏。信号发送设备和信号接收设备可以通过模拟波束赋形网络或者数字波束赋形网络或者混合波束赋形网络实施波束赋形，从而对无线信道在空间域实施有效划分，缓解波束域信道元素包络起伏。
为了实现大规模MIMO通信，信号发送设备可以从如图2所示的多天线处在相同的时频资源上通过多波束向信号接收设备发射信号。波束组上的波束域信号可以被信号接收设备接收到。如上所述，对于5G移动通信，预订的载频可以位于毫米波及太赫兹频段。信号发送设备和信号接收设备所形成的波束数目可以为数个到数十个或者更多。
在上行通信场景中，由于信号接收设备(即基站)可以同多个位于不用位置移动速度不同的信号发送设备(即用户终端)进行通信，因而在信号发送设备处确定由多径和多普勒效应引起的上行波束域信号的时频偏置可能更为方便。
此外，波束域信号可以经由不同的路径和/或路由被发送到信号接收设备。因此，信号接收设备在不同波束上的波束域信号的时频扩展可以是不同的。进而，信号发送设备可以在每个波束上分别确定相应的多径效应和多普勒效应。
在步骤604中，对于波束组中每一波束上的波束域信号，当其被发送给信号接收设备时，依据由多径效应引起的波束域信号时移确定目标时间调整参数。
在步骤606中，对于波束组中每一波束上的波束域信号，当其被发送给信号接收设备时，依据由多普勒效应引起的波束域信号频率偏置确定目标频率调整参数。
如上所述，每一波束上的波束域信号可以包含多个传输块。当信号发送设备和信号接收设备之间的相对速度和位置已知的情形下，信号接收设备可以估计或确定多径效应和多普勒效应的程度。例如，信号发送设备可以对每一传输块的信号计算或确定由多径效应和多普勒效应引起的时移和频率扩展，然后据此确定目标时间调整参数和目标频率调整参数。
例如，信号发送设备可以确定和收集每一传输块信号的时移(最大值和最小值)，然后确定多个传输块信号的最小时移和最大时移。信号发送设备可以在最小时移和最大时移之间选择一个作为参考值并把这个参考值设置为目标时间调整参数。例如，在本公开的一些实施例中，信号发送设备可以选择最小时移作为目标时间调整参数。另外，信号发送设备也可以选择最大时移或者最小时移和最大时移的中间值作为目标时间调整参数。
对于每一传输块中的每个波束上的波束域信号，信号发送设备可以估计确定由多普勒效应引起的频率扩展，然后确定其最小频率偏置和最大频率偏置，接着将两个频率偏置分别设置为最小候选频率调整参数和最大候选频率调整参数。进而，信号发送设备可以将所有传输块中的两个候选频率调整参数放置到一起，并从中分别确定上界和下界的数值。最后，信号发送设备可以从确定的上界和下界数值之间选取某一数值作为目标频率调整参数。例如，目标频率调整参数可以选取上界和下界值的中间值，或者上界值，或者下界值，或者上界和下界值之间的任意一个数值。
在步骤608中，对于波束组中每一个波束上的波束域信号，依据目标时间调整参数和目标频率调整参数分别实施时间同步和频率同步。
为了校准待发送波束域信号的时移和频率偏置，信号发送设备可以分别对其实施时频同步。调整过后所得到的波束域信号的多径和多普勒效应得到有效缓解，从而更接近于信号发送设备发送的原始波束域信号。
在步骤610中，信号发送设备通过波束组中的波束向信号接收设备发射信号。
在一些实施例中，采用逐波束时频同步的基于BDMA的大规模MIMO传输实现过程如下：
a.基站与用户终端均配备大规模天线阵列，天线单元数目为数个到数十个或更多。
b.基于BDMA的无线传输可以在波束域实施，基站和用户终端处实施的波束赋形能够对无线信道在空间域实施有效划分，从而缓解波束域信道元素包络起伏，基站和用户终端处生成的波束数目可以为数个到数十个或更多。
c.BDMA传输中的信号同步在用户终端波束组中每一波束上分别进行，每一用户终端根据接收到的基站发送的同步信号在每一波束上分别估计波束域信号时频调整参数。
d.在下行BDMA传输中，用户终端可以利用其每一接收波束上的时频调整参数估计值对每一波束上的接收信号分别实施时频同步。
e.在上行BDMA传输中，用户终端可以利用其每一发送波束上的时频调整参数估计值对每一波束上的发射信号分别实施时频同步。
f.基站侧利用波束域信道统计特性实施波束及用户调度，以选取和基站侧在相同的时频资源上进行通信的用户终端集合以及相应的和每个用户终端的收发波束组；分配给不同用户终端的基站侧波束组相互不重叠。
g.在下行BDMA传输中，基站在每个用户终端分配到的波束组上分别发送导频信号和数据信号；每个用户终端在每个接收波束上对接收到的信号实施逐波束同步；不同用户终端的导频信号不需要相互正交，不同用户终端可以复用导频。
h.在上行BDMA传输中，被调度用户在各自的发送波束上对待发送的导频信号和数据信号实施逐波束时频同步；基站侧在分配的接收波束上处理上行发射信号；不同用户终端的导频信号不需要相互正交，不同用户终端可以复用导频。
i.随着基站与用户终端间信道统计特性的变化，上述基于BDMA的大规模 MIMO无线传输过程也将随之动态变化。
应当注意到，关于上述实现过程的描述仅仅是为了说明的目的而提供，而不是为了限制本公开的范围。对于本领域普通技术人员，可以在本公开的指引下进行多种变化和修改。例如，任意一个或多个步骤可以被省略，或者任意一个或多个步骤可以互相交换。在一些实施例中，用户终端数目可以为数十个或者数百个。但是，这些变化和修改并不脱离本公开的范围。
在一些实施例中，随着基站与用户终端间信道统计特性的变化，信号发送设备可以动态调整上述基于BDMA的大规模MIMO无线传输过程。
本发明公开的上述逐波束时频同步方法具有如下优点：
a.所提出的方法利用大规模MIMO波束域信道特征来实施逐波束时频同步。所提出的方法可以缓解无线传输的多径效应和多普勒效应，提升无线传输性能，为高频段高移动性场景中无线传输提供支持。
b.在所提出的方法中，传输信号的同步在波束域实施。用户终端可以利用接收到的基站侧发送的同步信号估计每一波束上传输信号的时频调整参数，进而利用其对上下行传输信号分别实施逐波束时频同步。
c.所提出的方法利用大规模MIMO波束域信道统计特征来实施BDMA传输。不同用户终端通过互不重叠的基站波束组与基站实施通信。不同用户终端的信道估计和数据传输可以在相应的波束资源上实施，从而可以显著降低传输复杂度。不同用户终端可以复用导频，从而显著降低导频开销。
d.通过调整不同用户终端的可使用收发波束数目，所需要的射频链路数目可以显著降低，从而可以降低系统能耗和实现成本。
为了进一步展示上述优点，以下是关于上述大规模MIMO无线传输方法的一个实施例。
1.系统配置
以一个无线通信系统为例，其中基站配备一个包含数个或数十个天线单元的天线阵列。所配备的天线阵列可以是线阵，圆阵或者面阵等。基站包含M个天线单元，其中M为正整数。天线单元可以为全向或者定向天线。当天线阵列分别采用全向天线，120度定向天线或者60度定向天线时，相应的天线单元间距可以为1/2波长，波长，或者1个波长。天线单元可以为单极化或者多极化天线。
天线阵列中的每个天线单元可以通过收/发射频模块，数模/模数变换模块，数字光模块以及光纤传输通道连接到数字基带模块。基站可以利用模拟或者数字或者混合波束赋形网络生成大量波束来实现小区覆盖。每个波束收发端口可以通过各自的收/发射频模块，数模/模数变换模块，数字光模块以及光纤传输通道连接到数字基带模块。
用户终端数目记为U，用户终端集合记作U＝＝{0,1,…,U-1}。每一个用户终端可以配备K个天线单元。天线单元可以为全向或者定向天线。当天线阵列分别采用全向天线，120度定向天线或者60度定向天线时，相应的天线单元间距可以为1/2波长，波长，或者1个波长。天线单元可以为单极化或者多极化天线。本实施例中采用基于循环前缀的OFDM宽带调制方式。
2.大规模MIMO波束域信道特征
记为基站与用户终端u在时间t和频率f处的复基带下行天线域信道响应矩阵。相应的波束域信道响应矩阵可以表示为其中U可以为取决于基站侧阵列配置的确定矩阵，Vu可以为用户终端u侧阵列配置的确定矩阵。注意到U和Vu分别可以被称为基站波束赋形矩阵和用户终端波束赋形矩阵。
对于基站与用户终端侧均配备多天线的大规模MIMO系统，其波束域信道可能显现出新特性。不同的波束域信道元素可能与不同发送接收方向上的信道增益相关。由于这些传播方向在基站与用户终端侧均配备大规模天线阵列时可以被分辨出来，因而不同的波束域信道元素可能趋向于显现如下统计不相关特性：
其中E{·}表示求期望运算，(·)*表示共轭运算，[·]k,m表述矩阵第k行第m列的元素。与此同时，由于大规模天线阵列可以对信道在空间域具有精细的分辨率，因而波束域信道元素包络随时间和频率的起伏趋于消失，这表明波束域信道元素与天线域信道元素相比具有更小的时延扩展和多普勒扩展。
3.逐波束时频同步
在MIMO-OFDM系统中，接收信号的时频同步通常在天线域实施，不同天线上接收信号所采用的时频同步参数相同。当采用类似的同步方法时，等效的信道多普勒扩展可能随着载频线性增长，构成系统瓶颈。利用上述大规模MIMO 波束域信道特征，本发明提出将天线域信号变换到波束域，进而在每个波束上对波束域信号分别实施同步，从而缓解信道多径效应和多普勒效应。
对于图7所示的下行逐波束时频同步方法，基站侧周期性地发送同步信号，用户终端根据接收到的同步信号估计波束域同步参数。每一用户终端可以首先利用波束赋形模块701将接收到的天线域信号变换到波束域，然后基于接收到的同步信号利用逐波束时频偏置估计模块702对每一波束上的时频同步参数分别进行估计，接着利用其在下行逐波束时频偏置校准模块703中对每个接收波束上的信号分别实施时频校准。同步完成的波束域信号进而可以被传递到OFDM 模块704。同步信号的发送周期取决于传输场景，其典型值为传输帧长的数倍到数十倍，相应的时频同步参数的估计可以在更大的时间尺度上进行。分别记和为用户终端u在波束k上的时间同步参数和频率同步参数。记为用户终端u在波束k上的接收信号，当对施加时间调整和频率调整调整后的信号可以表示为
其中
对于图8所示的上行传输，用户终端可以利用下行逐波束时频同步过程中获取的所有波束上的时频偏置参数估计值来实施上行逐波束时频同步。波束域信号可以被输出到OFDM模块801。每一用户终端利用逐波束时频偏置估计模块802 获得的时频偏置参数估计值在上行逐波束时频偏置校准模块803中对波束域信号分别实施时频校准。最后，可以利用波束赋形模块804将同步完成的波束域信号变换到天线域。分别记和为用户终端u在波束k上的时间同步参数和频率同步参数。记为用户终端u在波束k上的待发射信号，当对施加时间调整和频率调整调整后的信号可以表示为
4.采用逐波束时频同步的BDMA大规模MIMO无线传输
逐波束同步可以缓解无线传输的多径效应和多普勒效应，进而提升无线传输性能。逐波束同步可以被应用于所有的大规模MIMO传输方案中。本公开的实施例提出了一种采用逐波束同步的基于BDMA的大规模MIMO无线传输方法，如图3所示。
在基于BDMA的无线传输中，不同用户终端通过互不重叠的基站波束组与基站进行通信，其关键传输步骤如下：
1)基站可以获取本小区所有用户终端的波束域信道统计特性。不同用户终端可以利用逐波束时频同步发送上行探测信号。基站根据接收到的不同用户终端发送的探测信号可以估计波束域信道功率矩阵Ωu。由于信道统计特性相比瞬时信道信息变化更为缓慢，估计信道统计特性相比估计瞬时信道信息所需的开销显著下降。
2)基站利用波束域信道统计量的估计值依据给定的设计准则和实现约束来实施用户及波束调度，以确定和基站在相同的资源块上进行通信的用户终端以及相应的波束资源。
3)以下行BDMA传输为例。记Pdl为基站侧频域调制符号的发送功率；不同发送波束的功率可以相等。接收端的噪声方差记为σdl，下行信噪比记为ρdl＝Pdl/σdl。令和分别表示基站与用户终端分配得到的波束组，则可达和速率可以近似表征为
其中|B|表示集合B中元素个数。下行BDMA用户及波束调度可以表征为如下问题：
其中和分别表示下行传输中用户终端u的最大允许发送和接收波束数目；Bdl,bs表示下行传输中基站侧最大允许波束数目总和。最大允许波束数目Bdl ,bs可以动态调整，以控制所需射频链路数目和收发模块数目，降低实现成本。
式(5)中的用户及波束调度问题可以利用贪婪算法求解。在允许波束数目以及不同用户使用互不重叠波束组的约束下，所有的用户终端以及可用波束可以被迭代搜索。在每次迭代过程中，能够最大化可达和速率的用户终端以及相应的波束被调度进来。如果可达和速率开始下降或者所有的用户终端均被搜索过，那么算法结束运行并输出结果。算法的详细描述如下：
4)用户及波束调度完成后，基站可以在相同的时频资源块上利用互不重叠的基站侧波束组同调度用户终端进行通信以实现BDMA传输。在下行BDMA传输中，基站可以利用发送波束组和接收波束组同用户终端u进行通信。下行传输过程包含导频训练以及数据传输，导频和数据信号可以利用逐波束同步进行同步。下行训练阶段中，基站侧可以向不同用户终端在各自调度波束组上发送导频和数据信号。不同用户终端的导频序列可以不需要相互正交，不同用户终端可以复用导频序列。同一用户终端在不同发送波束上的导频序列可以相互正交。每一个用户终端可以通过在调度所得波束上接收到的导频信号和数据信号估计下行信道状态信息和干扰协方差矩阵，进而利用其对下行数据信号实施相干检测。
5)在上行BDMA传输中，所有调度用户终端可以在相同的时频资源块上利用各自分配得到的上行发送波束组发射信号，基站在各用户终端分配得到的上行接收波束上分别处理各自的信号。上行传输过程包含导频训练以及数据传输，导频和数据信号可以利用逐波束同步进行同步。上行训练阶段中，所有用户终端可以在各自分配得到的上行发送波束组发送导频信号。不同用户终端的上行导频序列可以不需要相互正交，不同用户终端可以复用导频序列。同一用户终端在不同发送波束上的导频序列可以相互正交。基站可以通过在各用户终端分配得到的接收波束上接收到的导频信号和数据信号估计上行信道状态信息和干扰协方差矩阵，进而利用其对上行数据信号实施相干检测。
5.基于逐波束时频同步的BDMA传输的动态调整
当用户终端移动时，波束域信道统计量Ωu也可能变化。基站可以利用更新后的信道统计量动态实施上述用户及波束调度，形成更新后的波束调度模式，进而实施基于逐波束时频同步的BDMA大规模MIMO无线传输。信道统计量的变化尺度取决于传输场景，其典型值为传输帧长的数倍到数十倍，相应的信道统计量的估计可以在相对大的时间尺度上进行。
如上所述，本公开提供了一种基于逐波束时频同步的BDMA大规模MIMO 无线传输系统和方法。在物理启发的波束信道模型中，当基站与用户终端侧的天线数目均趋于无穷大时，波束域信道衰落在时间和频率上趋于渐进消失。利用这一特性，本公开提供了一种逐波束同步方法，其中用户终端在不同波束上对信号分别实施同步。与传统同步方法相比，逐波束同步方法能够同时缩减宽带大规模 MIMO信道的等效时延扩展和多普勒频率扩展，且在大维阵列场景下缩减因子近似等于用户终端配备的天线数目，进而显著缓解高频段(毫米波及太赫兹)通信系统的显著多普勒效应，并且显著降低循环前缀开销。本公开进而将逐波束同步应用于BDMA传输。本公开同时研究了上行及下行BDMA波束调度，并提供了一种(次优)贪婪波束调度算法。
描述完上述基本概念之后，本领域技术人员可以显然易见的是，在详细阅读上述公开内容后，上述详细的公开内容仅用于示例，而不是限制性的。尽管没有明确说明，本领域技术人员可以进行各种改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开实施例的精神和范围内。
此外，一些特点术语已经被用于描述本公开的实施例。例如，术语“一个实施例”以及“一些实施例”表明结合实施例所描述的特定特征，结果或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。因此，应当强调和理解的是对本说明书各部分中对“一个实施例”以及“一些实施例”的两个或多个应用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结果或特性可以在本公开的一个或多个实施例中合适地组合。
此外，本领域技术人员将理解，本公开的各方面可以在许多专利类别或上下文中的任何一个中进行说明和描述，包括任何新的和有用的过程，机器，制造或组成物质，或其任何新的和有用的改进。因此，本公开的各方面可以被以完全硬件，完全软件(包括固件，常驻软件，微代码等)或软硬件组合的方式实现，这些实现在本文中通常可以被称为“块”，“模块”，“引擎”，“单位”，“组件”或“系统”。此外，本公开的各方面可以采用体现在一个或多个计算机可读媒介中的计算机程序产品的形式，该计算机可读媒介具有在其上实现的计算机可读程序代码。
计算机可读信号媒介可以包括其中包含计算机可读程序代码的传播数据信号，例如在基带或作为载波的一部分。这种传播信号可以采取多种形式，包括电磁，光学等，或其任意合适的组合。计算机可读信号媒介可以是任意不是计算机可读存储媒介的计算机可读存储媒介，并且可以通信，传播或传送程序以供由指令执行系统，设备或设备使用或结合使用。包含在计算机可读信号媒介上的程序代码可以使用包括无线，有线，光纤电缆，射频等的任意适当的媒介或前述的任意合适的组合来发送。
用于执行本公开各方面的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任意组合来编写，这些编程语言可以包括诸如Java，Scala，Smalltalk，Eiffel， JADE，Emerald，C++，C#，VB.NET，Python或类似的面向对象语言，诸如"C"编程语言，VisualBasic，Fortran 2003，Perl，COBOL 2002，PHP，ABAP 等的传统程序化编程语言，诸如Python，Ruby和Groovy等的动态编程语言，或者其他编程语言。程序代码可以完全在操作员的计算机上，以独立软件包的形式部分地在操作员的计算机上，部分地在操作员的计算机上部分地在远程计算机上，或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包括局域网(LAN)或广域网(WAN)等任何类型的网络连接到操作员的计算机，或者可以连接到外部计算机(例如，通过互联网使用互联网服务提供商)，或在云计算环境中，或作为服务提供，如软件即服务(SaaS)。
此外，所列出的处理元素或序列的顺序，或数字，字母或其他指定物的使用并不旨在将所要求保护的处理过程和方法限制为除权利要求中可指定的任何命令。虽然上述公开内容通过各种示例讨论了目前被认为是本公开的各种有用的实施例，但是应当理解，这样的细节仅仅是为了该目的，并且所附权利要求不限于所公开的实施例，恰相反，所附权利要求旨在覆盖在所公开的实施例的精神和范围内的修改和等效配置。例如，虽然上述各种组件的实现可以体现在硬件设备中，但是它也可以被实现为仅用软件解决，例如，现有服务器或移动设备上的一种安装。
类似地，应当理解，在前面对本公开的实施例的描述中，为了简化本公开的目的，各种特征有时被分组在单个实施例，附图或其描述中，这样有助于理解一个或多个发明实施例。然而，这种公开的方法不应被理解为具有所要求保护的主题比每个权利要求中明确叙述的特征更多的意图。相反，创造性实施例在于少于单个前述公开的实施例的所有特征。
在一些实施例中，用于描述和声明本申请的某些实施例的成分数量，诸如分子量，反应条件等性质的数量在某些情况下将被理解为用“约”，“近似”或“本质上”等术语修改。例如，除非另有说明，否则“约”，“近似”或“本质上”可以表示其描述的值的±20％的变化。因此，在一些实施例中，在书面描述和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，其可以根据由特定实施例寻求获取的期望性质而变化。在一些实施例中，数值参数应根据所报告的有效数字的数目和通过应用普通舍入技术来构造。尽管阐述本申请的一些实施例的广泛范围的数值取值范围和参数是近似值，但是在具体实施例中所阐述的数值应当尽可能的精确。
为了所有目的，本文引用的每个专利，专利申请，专利申请出版物以及其它材料(例如文章，书籍，规范，出版物，文献，物品等)的全部内容通过本参考文献整体并入本文，除了与本文件相关的任何与本文件不一致或与之冲突的任意起诉档案历史，或对与本文件相关的最广范围的权利要求可能具有限制性的任意起诉档案历史。举例来说，如果描述，定义和/或与任何所引用的材料相关联的术语与本文档相关联的术语之间存在任何不一致或冲突，则以本文件中的术语为准。
最后，应当理解，本文公开的应用的实施例是本申请实施例的原理说明。可以使用的其它修改可以在本申请的范围内。因此，作为示例而非限制，可以根据本文的教导来利用本申请实施例的替代配置。因此，本申请的实施例不限于精确地如图所示和描述的那样。

Claims (42)

1.一种信号接收电子设备，其包括：
至少一个存储媒介，其包括用于逐波束信号同步的指令集合；以及
至少一个处理器，其与所述至少一个存储媒介通信，其中所述处理器在执行所述指令集合时被引导通过波束赋形与信号发射设备进行无线通信，在所述无线通信期间，所述至少一个处理器被引导：
通过波束组中的波束接收所述信号发射设备发射的信号；以及
单独地同步所述波束组的每个波束中接收到的波束域信号。
2.如权利要求1所述的设备，其中为了单独地同步所述波束域信号，所述至少一个处理器还被引导：对于所述波束组的每个单独波束的波束域信号，
基于在所述信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的时移确定目标时间调整参数；以及
通过所述时间调整参数来调整所述波束域信号的和时间不相关的变量。
3.如权利要求2所述的设备，其中每个波束的所述波束域信号包括多个传输块；并且
其中为了确定所述目标时间调整参数，所述处理器还被引导：
对于所述多个传输块中的每一个传输块，确定所述波束域信号的最小时移作为候选时间调整参数；
确定所述多个候选时间调整参数的最小值作为所述目标时间调整参数。
4.如权利要求1所述的设备，其中为了单独地同步所述波束域信号，所述至少一个处理器还被引导：对于所述波束组的每个单独波束的波束域信号，
基于在所述信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的频率偏置确定目标频率调整参数；以及
通过所述频率调整参数来调整所述波束域信号的和频率不相关的变量。
5.如权利要求4所述的设备，其中每个波束的所述波束域信号包括多个传输块；并且
其中为了确定所述目标频率调整参数，所述处理器还被引导：
对于所述多个传输块中的每一个，
确定所述波束域信号的最小频率偏置作为候选最小频率调整参数；
确定所述波束域信号的最大频率偏置作为候选最大频率调整参数；
确定所述多个候选最小频率调整参数的最小值作为所述频率调整参数下界；
确定所述多个候选最大频率调整参数的最大值作为所述频率调整参数上界；以及
在所述下界值与所述上界值之间选择所述目标频率调整参数的值。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述波束组中的每个波束是采用相同频率的毫米波或者太赫兹波束。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述多个波束包括一组相互不重叠的波束。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述无线通信包括大规模多输入多输出传输。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述多个波束中的每个波束的所述无线传输包括数据传输和导频训练，并且从所述信号发射设备发射到不同信号接收设备的所述导频信号不是相互正交的。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述波束域无线传输包括数据传输和导频训练，
所述多个波束中的第一波束的所述第一导频信号与所述多个波束中的第二波束的所述第一导频信号是相互正交的。
11.一种用于逐波束信号同步的方法，其包括：在信号发射设备与信号接收设备之间进行无线传输期间，
由所述信号接收设备通过波束组中的波束接收所述信号发射设备发射的信号；以及
由所述信号接收设备单独地同步所述波束组的每个波束中的所述接收到的波束域信号。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述单独地同步所述波束域信号还包括：对于所述多个波束中的每个单独波束的波束域信号，
基于在所述信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的时移确定目标时间调整参数；以及
通过所述时间调整参数来调整所述波束域信号的和时间不相关的变量。
13.如权利要求12所述的方法，其中每个波束的所述波束域信号包括多个传输块；并且
其中所述目标时间调整参数的所述确定包括：
对于所述多个传输块中的每一个传输块，确定所述波束域信号的最小时移作为候选时间调整参数；
确定所述多个候选时间调整参数的最小值作为所述目标时间调整参数。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述单独地同步所述波束域信号还包括：对于所述多个波束中的每个单独波束的波束域信号，
基于在所述信号发射到所述信号接收设备时发生的所述波束域信号的频率偏置确定目标频率调整参数；
通过所述频率调整参数来调整所述波束域信号的和频率不相关的变量。
15.如权利要求14所述的方法，其中每个波束的所述波束域信号包括多个传输块；并且
其中所述目标频率调整的所述确定还包括：
对于所述多个传输块中的每一个，
确定所述波束域信号的最小频率偏置作为候选最小频率调整参数；
确定所述波束域信号的最大频率偏置作为候选最大频率调整参数；
确定所述多个候选最小频率调整参数的最小值作为所述频率调整参数下界；
确定所述多个候选最大频率调整参数的最大值作为所述频率调整参数上界；以及
在所述下界值与所述上界值之间选择所述目标频率调整参数的值。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述多个波束中的每个波束是采用相同频率的毫米波或者太赫兹波束。
17.如权利要求11所述的方法，其中所述多个波束包括一组相互不重叠的波束。
18.如权利要求11所述的方法，其中所述无线通信包括大规模多输入多输出传输。
19.如权利要求11所述的方法，其中所述多个波束中的每个波束的所述无线传输包括数据传输和导频训练的第一导频信号，并且
所述第一导频信号与从所述信号发射设备发射到另一个信号接收设备的第二导频信号不是相互正交的。
20.如权利要求11所述的方法，其中所述多个波束中的每个波束的所述无线传输包括数据传输和导频训练的第一导频信号，
所述多个波束中的第一波束的所述第一导频信号与所述多个波束中的第二波束的所述第一导频信号是相互正交的。
21.一种信号发射电子设备，其包括：
至少一个存储媒介，其包括用于逐波束信号同步的指令集合；以及
至少一个处理器，其与所述至少一个存储媒介通信，其中所述处理器在执行所述指令集合时被引导通过波束赋形与信号接收设备进行无线通信，在所述无线通信期间，所述至少一个处理器被引导：
确定用于向所述信号接收设备发送波束域信号的波束组；
对于所述多个波束中的每个单独波束的波束域信号，
单独地同步所述波束组的每个波束中的所述波束域信号；以及
向所述信号接收设备发送所述波束域信号。
22.如权利要求21所述的设备，其中为了单独地同步所述多个波束中的每一个波束中的所述波束域信号，所述至少一个处理器还被引导：
基于在所述信号发射到所述信号接收设备时将引发的所述波束域信号的时移确定目标时间调整参数；以及
通过所述时间调整参数来调整所述波束域信号的和时间不相关的变量。
23.如权利要求22所述的设备，其中每个波束的所述波束域信号包括多个传输块；并且
其中为了确定所述目标时间调整参数，所述处理器还被引导：
对于所述多个传输块中的每一个传输块，确定所述波束域信号的最小时移作为候选时间调整参数；
确定所述多个候选时间调整参数的最小值作为所述目标时间调整参数。
24.如权利要求21所述的设备，其中为了单独地同步所述多个波束中的每一个波束中的所述波束域信号，所述至少一个处理器还被引导：
基于在所述信号发射到所述信号接收设备时将引发的所述波束域信号的频率偏置确定目标频率调整参数；以及
通过所述频率调整参数来调整所述波束域信号的和频率不相关的变量。
25.如权利要求24所述的设备，其中每个波束的所述波束域信号包括多个传输块；并且
其中为了确定所述目标频率调整参数，所述处理器还被引导：
对于所述多个传输块中的每一个，
确定所述波束域信号的最小频率偏置作为候选最小频率调整参数；
确定所述波束域信号的最大频率偏置作为候选最大频率调整参数；
确定所述多个候选最小频率调整参数的最小值作为所述频率调整参数下界；
确定所述多个候选最大频率调整参数的最大值作为所述频率调整参数上界；以及
在所述下界值与所述上界值之间选择所述目标频率调整参数的值。
26.如权利要求21所述的设备，其中所述多个波束中的每个波束是采用相同预设频率的毫米波或者太赫兹波束。
27.如权利要求21所述的设备，其中所述多个波束包括一组相互不重叠的波束。
28.如权利要求21所述的设备，其中所述无线通信包括大规模多输入多输出传输。
29.如权利要求21所述的设备，其中所述多个波束中的每个波束的所述无线传输包括数据传输和导频训练的第一导频信号，并且
所述第一导频信号与从所述信号发射设备发射到另一个信号接收设备的第二导频信号不是相互正交的。
30.如权利要求21所述的设备，其中所述多个波束中的每个波束的所述无线传输包括数据传输和导频训练的第一导频信号，
所述多个波束中的第一波束的所述第一导频信号与所述多个波束中的第二波束的所述第一导频信号是相互正交的。
31.一种用于逐波束信号同步的方法，其包括：在信号发射设备与信号接收设备之间进行无线传输期间，
由所述信号发射设备确定用于向所述信号接收设备发送波束域信号的波束组；
对于所述波束组的每个单独波束的波束域信号，
由所述信号发射设备单独地同步所述波束组的每个波束中的所述波束域信号；以及
由所述信号发射设备向所述信号接收设备发送所述波束域信号。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述单独地同步所述多个波束中的每一个波束中的所述波束域信号还包括：
基于在所述信号发射到所述信号接收设备时将引发的所述波束域信号的时移确定目标时间调整参数；以及
通过所述时间调整参数来调整所述波束域信号的和时间不相关的变量。
33.如权利要求32所述的方法，其中每个波束的所述波束域信号包括多个传输块；并且
其中所述目标时间调整参数的所述确定还包括：
对于所述多个传输块中的每一个传输块，确定所述波束域信号的最小时移作为候选时间调整参数；
确定所述多个候选时间调整参数的最小值作为所述目标时间调整参数。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述单独地同步所述多个波束中的每一个波束中的所述波束域信号还包括：
基于在所述信号发射到所述信号接收设备时将引发的所述波束域信号的频率偏置确定目标频率调整参数；以及
通过所述频率调整参数来调整所述波束域信号的和频率不相关的变量。
35.如权利要求34所述的方法，其中每个波束的所述波束域信号包括多个传输块；并且
其中所述确定所述目标频率调整参数，所述处理器还被引导：
对于所述多个传输块中的每一个，
确定所述波束域信号的最小频率偏置作为候选最小频率调整参数；
确定所述波束域信号的最大频率偏置作为候选最大频率调整参数；
确定所述多个候选最小频率调整参数的最小值作为所述频率调整参数下界；
确定所述多个候选最大频率调整参数的最大值作为所述频率调整参数上界；以及
在所述下界值与所述上界值之间选择所述目标频率调整参数的值。
36.如权利要求31所述的方法，其中所述多个波束中的每个波束是采用相同预设频率的毫米波或者太赫兹波束。
37.如权利要求31所述的方法，其中所述多个波束包括一组相互不重叠的波束。
38.如权利要求31所述的方法，其中所述无线通信包括大规模多输入多输出传输。
39.如权利要求31所述的方法，其中所述波束域无线传输包括数据传输和导频训练的第一导频信号，并且
所述第一导频信号与从所述信号发射设备发射到另一个信号接收设备的第二导频信号不是相互正交的。
40.如权利要求31所述的方法，其中所述波束域无线传输包括数据传输和导频训练的第一导频信号，
所述多个波束中的第一波束的所述第一导频信号与所述多个波束中的第二波束的所述第一导频信号是相互正交的。
41.一种基于逐波束时间/频率同步的基于波束分多址BDMA的大规模多输入多输出MIMO下行链路传输方法，其包括：
a.基站和用户终端都配备大型天线阵列，其中天线单元数量是数个或数十个，
b.在波束域中进行基于BDMA的无线通信；在所述基站和所述用户终端处进行的波束赋形在空间域划分信道；在所述基站和所述用户终端处形成的波束数量是数个或数十个，
c.在用户终端的波束组中的每个波束上单独进行BDMA传输中的信号同步；每个用户终端基于接收到的从所述基站发送的同步信号单独估计每个波束上的所述信号的所述时间/频率调整参数，
d.用户终端单独基于每个接收波束上的所述时间/频率调整参数估计值将时间/频率同步应用于接收到的信号，
e.基站基于所述波束域信道统计特性或部分信息进行波束和用户调度，以选择通过相同的时间/频率资源与所述基站通信的用户终端集合以及每个用户终端的对应的发射波束组；分配给不同的经调度的用户终端的所述基站波束组是相互不重叠的，
f.基站通过每个经调度的用户终端的分配到的波束发射导频信号和数据信号；每个经调度的用户终端将逐波束时间/频率同步应用于所述接收波束上的接收到的信号；不同用户终端的导频信号不需要是相互正交的，
g.当所述基站与所述用户终端之间的信道的所述统计特性或部分信息发生变化时，上述基于BDMA的大规模MIMO下行链路无线传输过程也将随之动态变化。
42.一种基于逐波束时间/频率同步的基于波束分多址BDMA的大规模多输入多输出MIMO上行链路传输方法，其包括：
a.基站和用户终端都配备大型天线阵列，其中天线单元数量是数个或数十个，
b.在所述波束域中进行基于BDMA的无线通信；在所述基站和所述用户终端处进行的波束赋形在空间域划分信道；在所述基站和所述用户终端处形成的波束数量是数个或数十个，
c.在用户终端的波束组中的每个波束上单独进行BDMA传输中的信号同步；每个用户终端基于接收到的从所述基站发送的同步信号单独估计每个波束上的所述信号的时间/频率调整参数，
d.用户终端单独基于每个发射波束上的时间/频率调整参数估计值将时间/频率同步应用于发射信号，
e.基站基于波束域信道统计特性或部分信息进行波束和用户调度，以选择通过相同的时间/频率资源与所述基站通信的用户终端以及每个用户终端的对应的接收波束，
f.经调度的用户终端将逐波束时间/频率同步应用于所述发射波束上的发射导频和数据信号；基站处理所述分配的接收波束上的信号；从不同用户终端发送的导频信号不需要是相互正交的，
g.当所述基站与所述用户终端之间的信道的统计特性或部分信息发生变化时，上述基于BDMA的大规模MIMO上行链路无线传输过程也将随之动态变化。
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