CN110212952B - 确定用于视距mimo通信的参数和条件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及确定用于视距MIMO通信的参数和条件的方法和装置。一种确定用于视距MIMO通信的参数和条件的方法和装置。发射器可以从发射器的发射设备天线元件的集合的规则间隔的子集发射(510)参考符号，其中元件跨越一个或多个空间维度。发射器能够在每个维度中发信号通知(520)能够由发射器用于数据传输的发射天线元件间隔。

Description

确定用于视距MIMO通信的参数和条件的方法和装置
本申请是于2019年4月22日进入中国国家阶段的、PCT申请号为PCT/US2017/062440、国际申请日为2017年11月18日、中国申请号为201780065189.4、发明名称为“确定用于视距MIMO通信的参数和条件的方法和装置”的申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种确定用于视距多输入多输出(MIMO)通信的参数和条件的方法和装置。
背景技术
目前，无线通信设备使用无线信号与其他通信设备通信。诸如流式视频、视频会议、网络摄像头、流式音频、大型文件传输、和其他数据密集型通信的一些通信需要高数据速率，其使用标准无线通信技术通常难以实现。多输入多输出(MIMO)设备提供高数据速率而不增加功率和带宽。这些MIMO设备使用多个发射和接收天线来增加通信系统的容量并实现高数据速率。遗憾的是，在视距(line of sight)环境中MIMO设备不知道适当性能的所有必要参数和条件。
因此，需要一种确定用于视距MIMO通信的参数和条件的方法和装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种确定用于视距多输入多输出(MIMO)通信的参数和条件的方法，包括：在接收设备处从发射设备接收参考信号；基于所述参考信号来测量信道矩阵；基于所述信道矩阵提取第一视距信道参数、第二视距信道参数、和第三视距信道参数中的至少两个视距信道参数，其中，所述第一视距信道参数基于发射设备天线元件间隔，其中，所述第二视距信道参数基于所述发射设备天线元件间隔和接收设备天线元件间隔的乘积，并且其中，所述第三视距信道参数基于所述接收设备天线元件间隔；以及将所述至少两个视距信道参数发射到所述发射设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种确定用于视距多输入多输出通信的参数和条件的装置，包括：天线阵列，所述天线阵列包括多个天线元件；收发器，所述收发器耦合到天线阵列，所述收发器从发射设备接收参考信号；和控制器，用于基于所述参考信号来测量信道矩阵，以及基于所述信道矩阵提取第一视距信道参数、第二视距信道参数、和第三视距信道参数中的至少两个视距信道参数，其中所述第一视距信道参数基于发射设备天线元件间隔，其中所述第二视距信道参数基于所述发射设备天线元件间隔与所述天线阵列的天线元件间隔的乘积，并且所述第三视距信道参数基于所述天线阵列的所述天线元件间隔，其中所述收发器将所述至少两个视距信道参数发射到所述发射设备。
附图说明
为了描述其中能够获得本公开的优点和特征的方式，通过参考在附图中示出的本发明的特定实施例来呈现本公开的描述。这些附图仅描绘了本公开的示例实施例，因此不应被视为限制其范围。为清楚起见，附图已经被简化，并且不一定按比例绘制。
图1是根据可能的实施例的发射器和接收器处的天线配置的示例图示；
图2是示出具有四个元件的均匀线性天线阵列的尺寸的示例图；
图3是示出具有八个元件的均匀线性天线阵列的尺寸的示例图；
图4是图示根据可能的实施例的设备的操作的示例流程图；
图5是图示根据可能的实施例的设备的操作的示例流程图；
图6是图示根据可能的实施例的设备的操作的示例流程图；
图7是图示根据可能的实施例的设备的操作的示例流程图；
图8是图示根据可能的实施例的设备的操作的示例流程图；以及，
图9是根据可能的实施例的装置的示例框图。
具体实施方式
实施例提供了确定用于视距多输入多输出(MIMO)通信的参数和条件的方法和装置。根据可能的实施例，能够在接收设备处从发射设备接收参考信号。基于参考信号能够测量信道矩阵。基于信道矩阵能够提取第一视距信道参数、第二视距信道参数、和第三视距信道参数中的至少两个。第一视距信道参数能够基于发射设备天线元件间隔。第二视距信道参数能够基于发射设备天线元件间隔和接收设备天线元件间隔的乘积。第三视距信道参数能够基于接收设备天线元件间隔。能够将至少两个视距信道参数发射到发射设备。
根据另一个可能的实施例，发射器能够从发射器的发射设备天线元件的集合的规则间隔子集发射参考符号，其中元件跨越一个或多个空间维度。发射器能够发信号通知每个维度中的能够由发射器用于数据传输的发射天线元件间隔。
根据另一个可能的实施例，能够从发射设备接收参考信号。能够接收发射设备处的天线阵列的每个空间维度的元件间隔。能够基于参考信号测量信道矩阵。能够基于信道矩阵提取用于发射设备处的天线阵列的每个空间维度的每个元件间隔的视距信道参数。能够选择优化通信链路的容量的、每个空间维度中的天线阵列中的天线间隔。
根据另一个可能的实施例，可以接收参考信号。可以基于参考信号测量信道矩阵。可以确定表示测量的信道矩阵的相位角的参数的最小平方误差估计。可以基于最小平方误差估计来计算平方误差和。可以将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较。基于将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较，可以确定测量的信道矩阵被分类为视距多输入多输出信道。
根据另一个可能的实施例，能够接收指示信道矩阵被分类为秩一视距信道的标示。也能够从相位角的最小平方估计来估计秩。能够接收从两个不同发射器天线发射到单个接收天线的参考信号的相位差的标示。
图1是根据可能的实施例的发射器110和接收器120处的天线配置的示例图示100。发射器110和接收器120能够是能够发射和接收信号的任何设备。例如，发射器110和/或接收器120能够是用户设备(UE)、基站、增强型节点B(eNB)、无线终端、便携式无线通信设备、智能电话、蜂窝电话、翻盖电话、个人数字助理、具有用户识别模块的设备、个人计算机、选呼接收器、平板电脑、便携计算机、接入点、或能够在无线网络中发射和接收通信信号的任何其他设备。
能够假设发射器110位于坐标系的原点，且接收器120能够在x轴上并且平行于y轴。发射器110和接收器120之间的间隔——诸如链路范围——是R，且元件间间隔是d。为了推导用于视距MIMO的列正交条件，使y＝Hx+w，其中y是接收信号矢量，H是信道矩阵，hm，n是矩阵H的第m行和第i列中的元件，并且其表示从第n个发射元件到第m个接收元件的路径的复数增益，x是发射信号矢量，w是白噪声。在纯粹的视距(LOS)信道中，信道hm，n由下给出
Figure GDA0003109912810000041
其中，pm，n由下给出
Figure GDA0003109912810000051
其中，R是链路范围，dT和dR表示相邻接收天线和发射天线之间的距离，以及λ是波长。
通过该距离近似，我们得到了
Figure GDA0003109912810000052
使信道H的容量最大化的充分条件是使列成标准正交，诸如正交和标准化两者。应注意的是，在这种情况下，不需要预编码来实现信道容量，因为从发射天线到接收阵列的信道集合是正交的。该充分条件可能是或可能不是信道矩阵H具有满秩和相等幅度特征向量的必要条件。
能够通过取H的第k列和第l列的内积来确定用于成为标准正交的列的条件。这种内积能够表示为
Figure GDA0003109912810000061
根据估计
Figure GDA0003109912810000062
我们得到
Figure GDA0003109912810000063
其中，N是元件的发射阵列中的诸如天线的元件的数量。最后，我们得到
Figure GDA0003109912810000071
能够注意到，当标准正交条件适用时，乘法相位项不影响内积。
对于l＝k，我们得到
Figure GDA0003109912810000072
H的所有列为标准正交(在比例因子内)的条件是
Figure GDA0003109912810000073
图2是示出根据可能的实施例的，在dT＝dR的假设下，具有H的列为标准正交所需的四个元件的均匀线性天线阵列的尺寸作为发射器和接收器之间的距离(以米为单位)、载波频率(以GHz为单位)、和阵列中天线元件的数量的函数的示例图200。
图3是示出根据可能的实施例的，在dT＝dR的假设下，具有H的列为标准正交所需的八个元件的均匀线性天线阵列的尺寸作为发射器和接收器之间的距离(以米为单位)、载波频率(以GHz为单位)、和阵列中天线元件的数量的函数的示例图200。
作为第一观察，除下式之外，没有能够实现的自由度N的数量的基本限制
Figure GDA0003109912810000074
以及
Figure GDA0003109912810000075
作为第二观察，dT和dR不需要相等。特别地，如果区域在链路的一端——诸如在例如UE的接收设备处——比在发射设备——诸如在eNB处——更受约束，那么能够在UE处使用更小的间隔并且能够在eNB处使用更大的间隔。例如，如果eNB处的元件的间隔加倍，那么UE处的元件的间隔可以减半。
作为第三观察，当H的列是标准正交时，不需要预编码来实现信道容量，并且假设接收器处的噪声是独立且分布相同(i.i.d)，分配给从每个发射天线元件发射的符号的功率应当相等。
作为第四观察，如果对于整数k
Figure GDA0003109912810000081
那么H的列将是正交的。
作为第五观察，可替换地，如果对于整数k
Figure GDA0003109912810000082
那么相隔k的H的列将是正交的。在这种情况下，H的秩不低于[N/K]。
对于LOS-MIMO的信道矩阵的结构，在第k个天线处接收的信号由下式给出
Figure GDA0003109912810000083
使用先前的估计
Figure GDA0003109912810000084
我们得到
Figure GDA0003109912810000091
其中，
Figure GDA0003109912810000092
如果我们定义具有对角元件的对角矩阵B(z)由下式给出
Bi，i(z)＝exp(-jπi2z)
那么我们得到
Figure GDA0003109912810000093
对于0≤i j≤N-1，我们进一步定义矩阵F(z)使得
Fi，j(z)＝exp(j2πijz)
以及定义具有对角元素的对角矩阵A(z)由下式给出
Ai，i(z)＝exp(-jπi2z)
使用该符号，接收的矢量y＝[y0 y1 ... yN-1]T能够被表示为
Figure GDA0003109912810000094
其中，信道矩阵H由下式给出
Figure GDA0003109912810000095
应当注意的是，在下式的情况下
Figure GDA0003109912810000096
矩阵
Figure GDA0003109912810000097
变为长度为N的离散傅里叶逆变换(IDFT)矩阵。在这种情况下，尽管IDFT的输入和输出乘以具有单位幅度元素的对角矩阵，信道基本上执行发射数据的快速傅立叶逆变换(IFFT)。
能够示出的是，H的奇异值等于下式的奇异值
Figure GDA0003109912810000101
使得奇异值完全由dTdR/λR的值决定，并且不依赖于分离的
Figure GDA0003109912810000102
和
Figure GDA0003109912810000103
的值。矩阵
Figure GDA0003109912810000104
和
Figure GDA0003109912810000105
分别影响H的左和右奇异向量，但不影响奇异值。
LOS-MIMO起作用的根本原因在于，使用正确的范围和频率相关的天线间隔，来自发射阵列的每个元件的信号被看成从接收阵列处的不同方向到达。作为结果，对于发射阵列的每个元件，跨越接收阵列的相位进展是不同的。使用最佳间隔，这导致接收信号是发射信号的IDFT。相反，在极端远场中，发射阵列的每个元件被看成从相同方向到达，并且跨越接收阵列的相位进展对于每个发射元件是相同的。
作为第一观察，因为
Figure GDA0003109912810000106
因此，解调信号由下式给出
Figure GDA0003109912810000107
其中A-1和B-1是具有单位幅度元素的对角矩阵，并且当dTdR/λR＝(1/N)时，F-1是DFT矩阵。
作为第二观察，能够观察到在复数比例因子内，矩阵H完全地由三个参数
Figure GDA0003109912810000108
和
Figure GDA0003109912810000109
确定。虽然发射器和接收器可能知道它们的元件的间隔，但是在发射器和接收器处的线性阵列没有精确对准的一般情况下，重要的不是元件之间的距离，而是取决于发射器和接收器处的线性阵列的相对取向的该距离的投影。此外，发射器和接收器通常不会知道范围R。
作为第三观察，如果U和V分别表示F的左和右奇异向量，那么积的左和右奇异向量
Figure GDA0003109912810000111
由
Figure GDA0003109912810000112
和
Figure GDA0003109912810000113
的列给出，其中
Figure GDA0003109912810000114
以及
Figure GDA0003109912810000115
应注意的是，
Figure GDA0003109912810000116
的列是在前向链路上使用的最佳预编码器组，并且
Figure GDA0003109912810000117
的列是用于反向链路的最佳预编码器组。因此，能够计算形式F(dTdR/λR)的矩阵的奇异值分解(SVD)对于发射器是足够的，其中如果dTdR/λR＝(1/N)则该矩阵是IFFT矩阵，否则是范德蒙(Vandermonde)矩阵。通常，发射器仅需要知道如何执行范德蒙矩阵的SVD。
作为第四观察，前向链路的最佳预编码器和功率分配仅取决于参数
Figure GDA0003109912810000118
和
Figure GDA0003109912810000119
的认知，而反向链路的最佳预编码器和功率分配取决于参数
Figure GDA00031099128100001110
和
Figure GDA00031099128100001111
的认知。同样，虽然发射器可能知道元件dT的间隔和波长λ，但发射器可能不知道范围，并且此外可能不知道取决于发射器处和接收器的线性阵列的相对取向的该距离的所需投影。
它对能解决LOS-MIMO信道的参数能够是有用的有多种原因。它对能解决这些参数能够是有用的一个原因是当LOS-MIMO信道的奇异值相等时，能够使用任何正交的预编码器组来实现容量。然而，当奇异值不相等时，最佳预编码器和功率分配能够取决于上面确定的参数。通常，信道将很少具有相等奇异值所需的归一化元件间隔(通过波长和范围的乘积归一化)，因此它对解决来自测量的信道矩阵的参数
Figure GDA0003109912810000121
和
Figure GDA0003109912810000122
以便识别最佳预编码器组、应该使用的秩和功率分配能够是有用的。能够注意到，即使接收器知道发射器和接收器两者的元件间间隔，它通常将不知道范围R。而且，即使已知元件间间隔和范围R，这些距离在垂直于发射器和接收器之间的线的平面上的投影可能是未知的，此外，线性阵列在该平面上的投影的对准也可能是未知的。因此，在发射器和接收器处参数已知是不可能的，因此，从信道测量中提取参数能够是有用的。
它对能够解决LOS-MIMO信道的参数能够是有用的另一个原因是即使信道是LOS，在下式的情况下
Figure GDA0003109912810000123
信道矩阵的秩约为1，LOS-MIMO将不可能。因此，它对确定何时存在LOS-MIMO条件能够是有用的。
它对能够解决LOS-MIMO信道的参数能够是有用的另一个原因是对于频分双工(FDD)系统，由于正向和反向链路之间的频率差异，可能不会假设互易性。然而，对于MIMOLOS条件，接收器能够向发射器发信号通知LOS条件存在以及参数
Figure GDA0003109912810000124
和
Figure GDA0003109912810000125
替代地，如果接收链路上存在LOS-MIMO条件，能够假设它存在于发射链路上。此外，可以通过校正频率差来计算发射链路的参数。
它对能够解决LOS-MIMO信道的参数能够是有用的另一个原因是对于FDD系统，信道能够表征为(i)远场LOS、(ii)LOS-MIMO或(iii)衰落(既不是远场LOS也不是LOS-MIMO)。情况(i)和(ii)需要很少的信道反馈。用于远场LOS的最佳预编码器已经包含在3GPP标准中(或几乎如此)。对于LOS-MIMO信道，预编码器可以由下面参数值确定
Figure GDA0003109912810000131
和
Figure GDA0003109912810000132
注意，没有必要将信道矩阵或信道矩阵的特征向量发信号通知到发射器。相反，可能仅需要将上述参数从接收器发信号通知到发射器。此外，接收器能够从发信号通知到发射器的参数值确定发射器使用的预编码器。这些值可以以某种商定的方式量化。接收器能够向发射器发信号通知几个比特以指示信道是LOS-MIMO和参数
Figure GDA0003109912810000133
和
Figure GDA0003109912810000134
的量化值。可能仅需要发信号通知三个参数中的两个，因为可以使用下列关系根据另外两个参数确定第三参数
Figure GDA0003109912810000135
对于LOS信道参数的最小平方误差估计的最小值，如上所述，对于LOS-MIMO信道，信道矩阵由下式给出：
Figure GDA0003109912810000136
令K×L矩阵
Figure GDA0003109912810000137
表示使用参考符号测量的信道，其由下式给出
Figure GDA0003109912810000141
并且N是方差为σ2的i.i.d复高斯随机变量的K×L矩阵。令K×L矩阵
Figure GDA0003109912810000142
表示以弧度测量的
Figure GDA0003109912810000143
的元件的相位。令(K-1)×L矩阵
Figure GDA0003109912810000144
表示其第k行等于从
Figure GDA0003109912810000145
的第k+1行减去
Figure GDA0003109912810000146
的第k行的结果的矩阵。通过将
Figure GDA0003109912810000147
的第k+1行除以
Figure GDA0003109912810000148
的第k行并且取所得(K-1)×L矩阵的每个元素的相位也能够计算矩阵
Figure GDA0003109912810000149
矩阵
Figure GDA00031099128100001410
由下式给出
Figure GDA00031099128100001411
其中K-1×L矩阵NR表示行之间相位差的计算的噪声。
令
Figure GDA00031099128100001412
表示
Figure GDA00031099128100001413
的堆叠的列，并且令
Figure GDA00031099128100001414
表示N∠的堆叠的列。那么我们得到
Figure GDA00031099128100001415
其中(K-1)L×2矩阵WR从上式中隐式定义。
由于我们具有仅有两个未知数的(K-1)L方程，该方程系统高度过度确定。使用公式，参数
Figure GDA0003109912810000151
和
Figure GDA0003109912810000152
的最小平方误差估计由下式给出
Figure GDA0003109912810000153
最小平方估计的均方误差(MSE)和由下式给出
Figure GDA0003109912810000154
均方误差和的评估能够取决于可能难以估计的噪声矢量
Figure GDA0003109912810000155
的联合统计的认知。替代地，最小平方误差估计的平方误差和(Sum-Squared Error，SSE)能够直接计算为
Figure GDA0003109912810000156
其中，I(K-1)L表示维度(K-1)L的平方单位矩阵。应注意的是，由于矩阵WR不依赖于测量的信道，因此能够预先计算矩阵
Figure GDA0003109912810000157
能够将计算的平方误差和与阈值比较，以确定测量的信道
Figure GDA0003109912810000158
是否可以被适当地分类为LOS-MIMO信道。
用于联合估计参数
Figure GDA0003109912810000159
和
Figure GDA00031099128100001510
的过程与上述联合估算
Figure GDA0003109912810000161
和
Figure GDA0003109912810000162
的方法非常相似。
首先，令矩阵K×(L-1)矩阵
Figure GDA0003109912810000163
表示其第k行等于从
Figure GDA0003109912810000164
的第l+1列减去
Figure GDA0003109912810000165
的第l列的结果的矩阵。通过将
Figure GDA0003109912810000166
的第l+1列除以
Figure GDA0003109912810000167
的第l列并且取所得(K-1)×L矩阵的每个元素的相位也能够计算矩阵
Figure GDA0003109912810000168
矩阵
Figure GDA0003109912810000169
由下式给出
Figure GDA00031099128100001610
其中K-1×L矩阵NC表示列之间相位差的计算的噪声。
令
Figure GDA00031099128100001611
表示
Figure GDA00031099128100001612
的堆叠的列，并且令
Figure GDA00031099128100001613
表示NC的堆叠的列。那么我们得到
Figure GDA00031099128100001614
其中(K-1)L×2矩阵WC从上式中隐式定义。按照上面的分析，参数
Figure GDA0003109912810000171
和
Figure GDA0003109912810000172
的最小平方误差估计由下式给出
Figure GDA0003109912810000173
最小平方估计的均方误差(MSE)和由下式给出
Figure GDA0003109912810000174
均方误差和的评估能够取决于可能难以估计的噪声矢量
Figure GDA0003109912810000175
的联合统计的认知。替代地，最小平方误差估计的平方误差和(Sum-Squared Error，SSE)能够直接计算为
Figure GDA0003109912810000176
其中，I(K-1)L表示维度(K-1)L的平方单位矩阵。应注意的是，由于矩阵不依赖于测量的信道，因此能够预先计算矩阵
Figure GDA0003109912810000177
能够将计算的平方误差和与阈值比较，以确定测量的信道
Figure GDA0003109912810000178
是否可以被适当地分类为LOS-MIMO信道。
应当注意的是，对于两个估计器，我们现在得到对参数
Figure GDA0003109912810000179
的两个估计。
对于选择该参数的最佳估计存在若干可能性，并且这些可能性包括至少计算两个估计的平均和选择最小平方误差较小的估计。
在两个估计器之间进行迭代并且使用来自第一估计器的该参数的第一估计作为第二估计器的输入也是有益的，其中第二估计器被修改以在给出第一参数的认知下计算第二参数的最小平方估计。
根据可能的实施例，对于时分双工(TDD)系统，应当应用信道互易性，因此能够从反向信道上发射的参考符号学习前向信道。在这种情况下，发射器不需要明确地提取参数
Figure GDA0003109912810000181
和
Figure GDA0003109912810000182
因为它能够从反向链路的参考符号中测量HT，然后计算H的右奇异向量。对于FDD系统，如果前向链路的波长为λ1，而反向链路的波长为λ2，则发射器在反向链路上测量HT(λ2)并计算H(λ1)。
在没有噪声的情况下，参数
Figure GDA0003109912810000183
和
Figure GDA0003109912810000184
能够从HT(λ2)准确地确定。对于加性噪声，能够使用最小平方和/或迭代公式来求解这些参数。根据这些参数，H(λ1)的参数能够被计算为
Figure GDA0003109912810000185
Figure GDA0003109912810000186
Figure GDA0003109912810000187
根据另一可能的相关实施例，在FDD系统中，让接收器从使用参考符号测量的H(λ1)求解
Figure GDA0003109912810000191
和
Figure GDA0003109912810000192
并且将这两个实值参数发信号通知回发射器。这是发射器需要以便确定用于优化信道容量的奇异值和奇异向量两者的所有信息。
根据另一可能的相关实施例，发射器和/或接收器能够具有控制元件间隔的一些能力。一个这样的示例能够是作为整体能够旋转的线性阵列的情况。替代示例能够是较大阵列的情况，其中仅使用元件的子集。
接收器能够根据前向信道上发射的参考符号测量前向信道H。根据所测量的H，接收器可以求解
Figure GDA0003109912810000193
以及能够将该值发信号通知到发射器。替代地，发射器能够使用在反向链路上发射的参考符号求解
Figure GDA0003109912810000194
然后，发射器和/或接收器能够调整阵列的旋转，以改进相对于发射器和接收器的方向的元件的间隔。替代地，发射器和/或接收器能够改变用于发射和/或接收的(来自假定的较大阵列)天线元件子集。如果发射器和/或接收器中只有一个有能力来改变有效的元件间间隔，那么这能够在没有设备之间的协作的情况下完成。替代地，如果发射器和接收器两者都具有调整元件间间隔的能力，则发射器和接收器能够就每个如何调整其间隔以优化参数
Figure GDA0003109912810000195
达成一致。
根据另一可能的相关实施例，可以是小小区eNB或接入点(AP)具有K天线，而UE具有L天线，其中K>L。然后，UE能够确定L eNB或AP天线的子集，其产生最佳LOS容量并将此信号发射回eNB或AP。
根据另一个可能的相关实施例，eNB和UE能够在其操作的频率的选择上具有一定的灵活性。接收器能够使用参考符号测量信道H(λ1)。由此，接收器可以提取参数
Figure GDA0003109912810000201
给定附加的允许的频率集合λ2、λ3、......、λN，然后接收器能够以下面的方式评估该集合的参数
Figure GDA0003109912810000202
然后可以从该集合中选择产生具有最大容量的信道H(λ*)的波长λ*。该允许的频率集合能够被接收器已知，或者能够从发射器发信号通知。替代地，接收器能够将
Figure GDA0003109912810000203
发信号通知到发射器并让发射器执行频率优化。
根据另一个可能的相关实施例，发射器能够在其天线的规则间隔子集上发射参考符号。然后，接收器能够从该规则间隔的子集测量
Figure GDA0003109912810000204
发射器能够向接收器通知能够由发射器使用的附加发射元件间隔，其中该信息能够以与用于参考符号的间隔的比率的形式发信号通知。例如，发射器能够发信号通知发射元件间隔等于用于参考符号的间隔的一半和两倍是可能的。接收器能够针对间隔ki的每个允许的缩放计算
Figure GDA0003109912810000211
并且能够将信道容量最大化的间隔发信号通知回发射器。替代地，接收器能够将测量
Figure GDA0003109912810000212
发信号通知到发射器，并且发射器能够选择最大化信道容量的元件间隔的缩放ki。
例如，只要接收器从至少两个发射天线接收参考符号，用上面给出的最小平方误差方法能够计算参数
Figure GDA0003109912810000213
和
Figure GDA0003109912810000214
然后，对于所使用的元件的间隔，参数是已知的，并且能够根据这些测量确定发射器或接收器处的任何其他允许的元件间隔的参数。
根据另一个可能的相关实施例，在发射器具有跨越多个维度的均匀线性阵列的情况下，在每个维度中发射器能够从元件的规则间隔子集发射参考符号。发射器还能够向接收器通知在每个维度中能够使用的附加发射元件间隔，其中该信息能够以与用于参考符号的间隔的比率的形式发信号通知。然后，接收器能够为每个维度测量
Figure GDA0003109912810000215
然后，接收器能够为发射阵列的每个维度的每个允许的元件间隔计算该参数，并且能够为每个维度选择优化容量的间隔。替代地，在每个维度中接收器能够从元件的规则间隔子集发射的参考符号中测量
Figure GDA0003109912810000216
并且能够将这些测量发信号通知回发射器。然后，发射器能够在每个维度中选择最大化链路容量的元件间隔。
根据另一个可能的相关实施例，在协同多点传输(COMP)传输点或射频拉远头(remote radio-head)的情况下，能够选择参数
Figure GDA0003109912810000221
最接近等于1/N或1/N的整数倍的传输点，或更一般地，能够选择所得到的LOS信道容量最大化的传输点。对于这种情况，dT是传输点之间的距离，其可能投影到与传输点和接收器的中点之间的线正交的线上。
根据另一个可能的相关实施例，在
Figure GDA0003109912810000222
的情况下，信道H具有满秩，并且奇异值均相等。在这种情况下，可以使用满秩传输。此外，对预编码器没有限制，因为任何标准正交的预编码器组能够实现容量。在这种情况下，在传输之前通过反转信道和获取数据的DFT可能使能简化的接收器。DFT的输出能够具有与其输入相同的平均功率，但峰值功率可以能够显着更大。相反，对角线矩阵对峰值功率或平均功率没有影响，因为对角线元件都具有单位幅度。
如果对信道的输入是定义为
Figure GDA0003109912810000223
的x的变换x′，然后信道的输出由下式给出
Figure GDA0003109912810000224
使得信道的输出等于数据x乘以复数标量。
根据另一可能的相关实施例，基于使用参考符号的信道
Figure GDA0003109912810000231
的测量，能够将信道分类为信道类型，并且能够对应信道类型地发射信道参数。例如，如上所述，信道能够被分类为(i)秩一LOS、(ii)LOS-MIMO、或(iii)衰落(既不是(i)也不是(ii))。
如果接收器确定信道是秩一LOS，它能够将秩一LOS发信号通知给发射器。然后，当在单个接收天线处测量时，它能够测量从两个不同天线发射的参考符号的相位差。利用该信息，发射器能够对来自两个发射天线的信号进行同相以在接收器处同相到达。如上所述，只要来自用于发射参考符号的天线之一的每个附加天线元件的距离是已知的，仅需要两个参考符号来确定任何数量的发射天线的相位，尽管该距离能够通过用于发射两个参考符号的两个天线之间的距离来归一化。
如果接收器确定信道是LOS-MIMO，它可以将LOS-MIMO与系数
Figure GDA0003109912810000232
和
Figure GDA0003109912810000233
一起发信号通知回发射器。
如果接收确定信道既不是秩一LOS也不是LOS-MIMO，则接收器能够将此发信号通知回发射器。接收器还能够将信道测量和/或预编码器和秩发信号通知回以用于传输。为了将上述情况扩展到具有NxN天线的平面阵列，其中每个平面阵列共有N2个天线，如在均匀线性阵列情况下使用泰勒级数近似，我们得到
Figure GDA0003109912810000234
其中N是每个维度中的天线数，其中(m1，m2)是接收器阵列的坐标以及(n1，n2)是发射器阵列的坐标。该等式的一个限制能够是第一阵列的x和y轴与第二阵列的x和y轴平行(注意，基于该限制，包含阵列的平面是平行的)。
能够容易地看出，如果我们丢弃项λ/4πR和exp(-j2πR/λ)，因为这些项是标量并且对于矩阵的所有元素是相同的，那么用于平面情况的新矩阵H2d是对应于均匀线性阵列情况的矩阵的克罗内克积(Kronecker product)，即，
Figure GDA0003109912810000241
能够注意到，对于m1的每个值，如果
Figure GDA0003109912810000242
是基于参考符号的N2x N2信道的测量，则对于n1＝m1，N x N子矩阵
Figure GDA0003109912810000243
是
Figure GDA0003109912810000244
的测量。由于存在N这样的测量，能够对这些测量进行求平均以形成改进的平均值
Figure GDA0003109912810000245
相似地，对于m2的每个值，对于n2＝m2，子矩阵
Figure GDA0003109912810000246
也是
Figure GDA0003109912810000247
的测量。由于存在N这样的测量，能够对这些测量进行平均以形成改进的平均值
Figure GDA0003109912810000248
如先前在一维阵列的情况下所指示的，三个参数
Figure GDA0003109912810000249
和
Figure GDA00031099128100002410
能够根据
Figure GDA00031099128100002411
的测量来估计。最后，从这三个参数中的任何两个能够完全指定完整N2x N2信道H2d，因为任何两个参数能够用于生成第三个参数。因此，可能仅需要将两个参数发信号通知回发射器以完全指定信道。
H2d的奇异值是H的奇异值的所有可能的乘积对，并且左奇异向量是使用H的左奇异向量的克罗内克积获得的，并且右奇异向量是使用H的右奇异向量的克罗内克积获得的。因此能够看出，与均匀线性阵列相关的所有想法都能够容易地扩展到平面阵列。由于平面阵列的特征向量是线性阵列的特征向量的克罗内克积，平面阵列的一个优点是我们能够在更小的矩阵上执行奇异值分解。
对于
Figure GDA0003109912810000251
的情况，H的所有特征值具有单位幅度，因此H2d的所有特征值也具有单位幅度。矩阵H2d具有N2单位幅度特征值，而H仅具有N单位幅度特征值。
现在让我们将均匀线性阵列的维度与平面阵列进行比较，使得它们具有相同的容量(相同数量的单位幅度特征值)。系统应该被设计为给定距离R的最佳值。令LTu和LRu分别是均匀线性阵列(ULA)发射器和接收器的线性维度，并且LTp x LTp和LRp x LRp分别是平面阵列发射器和接收器的维度。对于相同容量，两个系统应具有相同数量的天线，因此ULA中存在N2个天线。使用dTu＝LTu/(N2-1)和dTp＝LTp/(N-1)能够表示：
Figure GDA0003109912810000252
因此，线性阵列的维度应该是平面阵列的线性维度的sqrt(N)倍。从天线阵列的中心到最远的天线的最大距离在线性阵列中比在平面阵列中大sqrt(N/2)倍。因此，线性阵列更可能不满足用于近似用于确定修正不同信号路径的相位的距离的约束
Figure GDA0003109912810000253
和
Figure GDA0003109912810000254
对于线性阵列的一般方向，对于适当定义的角θt、θr和φr，第一阵列的第m个元件与第二阵列的第n个元件之间的距离rm,n能够表示为
Figure GDA0003109912810000261
在所有这些角为零的特殊情况下，两个线性阵列是平行的并且也垂直于连接阵列端点的线，那么我们得到
Figure GDA0003109912810000262
并且信道矩阵能够表示为
Figure GDA0003109912810000263
例如，信道矩阵能够具有与上面A x F x B相同的形式，其中A和B能够是对角矩阵，并且F能够是可能过采样的IDFT矩阵。并且，可能仅需要三个参数，并且根据三个参数中的任何两个能够确定第三个参数。而且，如上，接收器能够从测量的信道矩阵H求解三个参数。
对于稍微更一般的情况，两个线性阵列位于垂直于连接阵列端点的线的平面中。在这种情况下，角θt和φr具有值θt＝0、φr＝±π/2，并且两个阵列的元件之间的距离由下式给出
Figure GDA0003109912810000271
在这种情况下，信道矩阵能够表示为
Figure GDA0003109912810000272
能够注意到，在这种情况下，信道矩阵能够从下列三个参数中，在复杂的多个常数中完全表征
Figure GDA0003109912810000273
和
Figure GDA0003109912810000274
不管信道矩阵的大小如何(即，不管天线的数量如何)。尽管在先前的情况下可能仅需要三个参数，其中一个参数能够稍微改变。作为结果，现在能够将三个参数解耦，可以不使用两个参数来计算第三个参数。然而，发射器可能仅需要知道三个参数中的两个，并且这能够如在先前情况中那样。此外，如先前的情况，接收器从测量的信道矩阵H能够求解三个参数。
对于完全一般的情况，第一阵列和第二阵列的元件之间的距离由下式给出
Figure GDA0003109912810000281
其中φr能够是接收器天线阵列的方位角。在这种情况下，信道矩阵能够表示为
Figure GDA0003109912810000282
对于这种情况，情况可能稍微更复杂。信道矩阵现在能够是C x A x F x B x D的形式。这里，C、A、B和D能够均是对角矩阵。如上，矩阵F能够是可能过采样的IDFT矩阵。对于最后一种情况，能够有五个参数，每个矩阵能够依赖于这些参数中的一个。发射器能够依赖于三个参数，而在先前的情况下，发射器可以仅依赖于两个参数。接收器从测量的信道矩阵能够求解五个参数。
如前所述，矩阵F是可能欠采样或过采样的方形IDFT矩阵。矩阵C是对角矩阵，其中所有非零元素具有单位幅度并且由下式给出
Ci，i(y)＝exp(-jπiy)。
相似地，D被定义为
Di，j(y)＝exp(-jπiy)。
能够观察到，在最一般的情况下，不管信道矩阵的大小(即，与天线的数量无关)，通过以下五个参数
Figure GDA0003109912810000283
和
Figure GDA0003109912810000284
在复数乘法常数内能够完全表征信道矩阵。还能够注意到，在极端远场中，我们具有以下限制行为
Figure GDA0003109912810000291
和
Figure GDA0003109912810000292
因此，在极端远场，只有以下术语非零，这些确定了极端远场视距信道
Figure GDA0003109912810000293
和
Figure GDA0003109912810000294
能够注意到，极端远场视距信道具有秩一，因此这里也称为秩一视距信道。
如上，令U和V分别表示F的左奇异向量和右奇异向量。在这种情况下，积的左奇异向量和右奇异向量
Figure GDA0003109912810000295
分别通过
Figure GDA0003109912810000296
和
Figure GDA0003109912810000297
的列给出，其中
Figure GDA0003109912810000298
以及
Figure GDA0003109912810000299
此外，积的奇异值
Figure GDA00031099128100002910
与
Figure GDA00031099128100002911
的奇异值相等，并且因此奇异值仅取决于单独的参数
Figure GDA00031099128100002912
如在先前考虑的更简单的情况中，尽管问题稍微更复杂，根据信道的测量可以估计完全确定LOS信道(在复数标量内)的五个参数。令K×L矩阵
Figure GDA0003109912810000301
表示使用参考符号测量的信道，其由下式给出
Figure GDA0003109912810000302
并且N是方差为σ2的i.i.d复高斯随机变量的K×L矩阵。令K×L矩阵
Figure GDA0003109912810000303
表示以弧度测量的
Figure GDA0003109912810000304
的元素的相位。令(K-1)×L矩阵
Figure GDA0003109912810000305
表示其第k行等于从
Figure GDA0003109912810000306
的第k+1行减去
Figure GDA0003109912810000307
的第k行的结果的矩阵。通过将
Figure GDA0003109912810000308
的第k+1行除以
Figure GDA0003109912810000309
的第k行并且取所得(K-1)×L矩阵的每个元素的相位也能够计算矩阵
Figure GDA00031099128100003010
矩阵
Figure GDA00031099128100003011
能够写为以下
Figure GDA00031099128100003012
其中K-1×L矩阵NR表示行之间相位差的计算的噪声，并且a、b和c表示参数
Figure GDA00031099128100003013
和
Figure GDA00031099128100003014
令
Figure GDA00031099128100003015
表示
Figure GDA00031099128100003016
的堆叠的列，并且令
Figure GDA00031099128100003017
表示N∠的堆叠的列。那么我们得到
Figure GDA0003109912810000311
其中(K-1)L×3矩阵WR从上述方程中隐式定义。
由于我们具有仅有三个未知数的(K-1)L方程，该方程系统高度过度确定。使用公式，最小平方误差估计由下式给出
Figure GDA0003109912810000312
相似地，为求解剩下的两个参数，令矩阵K×(L-1)矩阵
Figure GDA0003109912810000313
表示其第k行等于从
Figure GDA0003109912810000314
的第l+1列减去
Figure GDA0003109912810000315
的第l列的结果的矩阵。通过将
Figure GDA0003109912810000316
的第l+1列除以
Figure GDA0003109912810000317
的第l列并且取所得(K-1)×L矩阵的每个元素的相位也能够计算矩阵
Figure GDA0003109912810000318
矩阵
Figure GDA0003109912810000319
由下式给出
Figure GDA00031099128100003110
其中K-1×L矩阵Nc表示列之间相位差的计算的噪声，以及c、d和e表示参数
Figure GDA0003109912810000321
和
Figure GDA0003109912810000322
令
Figure GDA0003109912810000323
表示
Figure GDA0003109912810000324
的堆叠的列，并且令
Figure GDA0003109912810000325
表示Nc的堆叠的列。那么我们得到
Figure GDA0003109912810000326
其中(K-1)L×3矩阵WC从上述方程中隐式定义。由于我们具有仅有三个未知数的(K-1)L方程，该方程系统高度过度确定。使用公式，最小平方误差估计由下式给出
Figure GDA0003109912810000327
图4是示出根据可能实施例的诸如接收器120的设备的操作的示例流程图400。例如，该方法能够在UE、eNB、和/或能够接收参考信号并测量信道矩阵的任何其他设备处执行。在410，能够在接收设备处接收来自发射设备的参考信号。在420，能够基于参考信号测量信道矩阵H。
在430，能够基于信道矩阵提取第一视距信道参数、第二视距信道参数、和第三视距信道参数中的至少两个。第一视距信道参数能够基于发射设备天线元件间隔。第二视距信道参数能够基于发射设备天线元件间隔和接收设备天线元件间隔的乘积。第三视距信道参数能够基于接收设备天线元件间隔。能够基于信道矩阵H通过形成至少两个视距信道参数的最小平方误差估计提取参数。例如，利用加性噪声，能够使用最小平方和/或迭代公式来求解这些参数。
至少两个视距信道参数中的至少一个能够基于发射设备处的天线与接收设备处的天线之间的链路范围(R)、相邻发射天线之间的距离(dT)、相邻接收天线之间的距离(dR)、和参考信号的载波信号的波长(λ1)。例如，至少两个视距信道参数中的一个或两个能够基于链路范围、天线之间的距离、和当发射设备和接收设备处的天线阵列是平行的并且平面垂直于连接两个阵列的端点的线时的波长。
第一视距参数能够是基于水平方向上的发射设备天线元件间隔和垂直维度中的发射设备天线元件间隔的二维参数。第三视距参数能够是基于水平上的接收设备天线元件间隔和垂直维度中的接收设备天线元件间隔的二维参数。例如，发射天线能够是在两个维度上分开的，并且接收天线能够是在两个维度上分开的。
信道矩阵H能够等于复数乘以三个矩阵A、F和B，其中A和B能够是对角矩阵，并且其中F能够是离散傅立叶逆变换(IDFT)矩阵或过采样的IDFT矩阵。矩阵A的元件能够基于第一视距信道参数。矩阵F的元件能够基于第二视距信道参数。矩阵B的元件能够基于第三视距信道参数。
信道矩阵H也能够等于复数乘以五个矩阵C、A、F、B和D，其中C、A、B和D能够是对角矩阵，F能够是IDFT矩阵或过采样的IDFT矩阵。换句话说，信道矩阵H能够等于复数乘以三个矩阵A'、F和B'，其中A'能够是A x C，B'能够是B x D，并且所有被乘矩阵可以能够是对角矩阵。矩阵C和矩阵D每个能够具有与它们相关联的参数，该参数取决于几何形状。A的对角线元素都能够具有相等的幅度(通常为1)。类似地，B、C和D中的每一个的对角线元素都能够具有相等的幅度(通常为1)。
信道矩阵H还能够等于水平天线信道矩阵Hh和垂直天线信道矩阵Hv的克罗内克积。水平天线信道矩阵Hh能够等于复数乘以三个矩阵Ah、Fh和Bh，其中Ah和Bh能够是对角矩阵，Fh能够是IDFT矩阵或过采样IDFT矩阵。Ah的对角元素都能够具有相等的幅度(通常为1)，Bh的对角元素都能够具有相等的幅度。垂直天线信道矩阵Hv能够等于复数乘以三个矩阵Av，Fv和Bv，其中Av和Bv能够是对角矩阵，Fv能够是IDFT矩阵或过采样的IDFT矩阵。
在440，能够使用视距参数。例如，根据可能的实施方式，能够基于至少两个视距信道参数确定预编码器，并且能够将预编码器应用于天线阵列。接收设备能够将预编码器应用于信道以确定信道质量指示符(CQI)。接收设备还能够将预编码器应用于发射的信号。发射设备还能够基于至少两个视距信道参数来确定预编码器。
根据另一可能的相关实施方式，能够基于视距信道参数中的至少一个来调整接收设备处的天线阵列的旋转。例如，能够调整天线阵列的旋转以改进对应于发射器和接收器的方向的元件的间隔。在发射设备处也能够调整天线阵列的旋转。替代地，发射器和/或接收器能够改变用于发射和/或接收的(来自假定的较大阵列)天线元件子集。
根据另一可能的相关实施方式，在允许的波长集合上能够评估视距信道参数中的至少一个。能够从允许的波长集合中选择产生具有最大容量的信道矩阵H的波长。
根据另一可能的相关实施方式，基于视距信道参数能够选择反向信道传输模式，该视距信道参数近似等于发射设备的天线阵列中的天线数量的倒数。满秩传输能够是当传输秩或层数等于发射天线的数量时，其中传输秩能够是在相同频率资源上同时发射的传输流的数量。例如，满秩能够是发射天线的数量M和接收天线的数量N的最小值的层数，诸如，M和N的最小值。作为另一示例，通过首先将数据矢量乘以对角矩阵、取预乘数据矢量的DFT、以及最后将DFT的输出乘以另一个对角矩阵以在传输之前反转信道矩阵H，能够使能简化的接收器。在这种情况下，简化的接收器能够是MIMO接收器，其中通过简单地将接收天线阵列的矢量输出乘以复数标量能够形成数据估计。相反地，在典型的MIMO接收器中，通过将接收天线阵列的矢量输出乘以复数值矩阵能够形成数据估计。对于在发射器处进行数据传输的DFT，如果假设发射和接收天线阵列两者都具有M个天线，那么M数据符号的矢量能够呈现给发射器。发射器能够首先将数据矢量乘以对角矩阵、取预乘数据矢量的DFT、以及将DFT的输出乘以另一个对角矩阵。输出能够是M符号的另一个向量。然后，按顺序能够将这些M符号中的每一个映射到天线阵列的M元件。
根据另一可能的相关实施方式，至少两个视距信道参数能够通过参考信号的载波信号的波长(λ1)与发射波长的比率来缩放。根据另一可能的相关实施方式，基于至少两个视距信道参数中的至少一个能够跨发射设备天线集合确定产生改善的视距容量的发射设备天线的子集。例如，接收器UE能够确定产生最佳LOS容量的L个发射器eNB或接入点(AP)天线的子集，并将其发信号通知回eNB或AP。该天线子集可以规则地间隔开。
在450，能够将至少两个视距信道参数发射到发射设备。发射能够包括将缩放的至少两个视距信道参数发射到发射设备。并且，发射设备天线的子集能够发信号通知到发射设备。此外，能够将信道矩阵H的比例因子发信号通知到发射设备。例如，比例因子能够基于
Figure GDA0003109912810000361
并且发信号通知的比例因子能够是幅度：
Figure GDA0003109912810000362
比例因子能够用于优化通信链路容量的间隔，并且能够用于确定能够在发射设备处使用的编码率。
图5是示出根据可能实施例的诸如发射器110的设备的操作的示例流程图500。在510，能够从具有一个或多个空间维度中的位置的发射器的发射装置天线元件集合的规则间隔子集发射参考符号。通过来自水平维度天线阵列的天线元件的子集和来自垂直维度天线阵列的天线元件的子集的组合来产生发射设备天线元件的规则间隔子集。在520，每个维度中的发射天线元件间隔能够被发信号通知，其中发射器能够使用发射天线元件间隔用于数据传输。能够以与用于所发射的参考符号的发射设备天线元件的间隔成比率的形式发信号通知发射天线元件间隔。
在530，能够接收视距信道参数。视距信道参数能够是
Figure GDA0003109912810000363
其中，R能够是发射设备处的天线与接收设备处的天线之间的链路范围，dT能够是相邻发射天线之间的距离，dR能够是相邻接收天线之间的距离，并且λ1能够是载波信号的波长。
视距信道参数也能够是
Figure GDA0003109912810000364
其中θr能够是接收器天线阵列的偏向角的角度。例如，视距参数能够乘以几何相关的附加因子。
视距信道参数也能够是
Figure GDA0003109912810000371
其中θt能够是发射设备天线元件阵列的偏向角的角度。
还能够接收包括用于视距信道的比例因子的附加视距信道参数。比例因子能够缩放信道矩阵H以便确定能够在发射器处使用的编码率。
在540，能够基于视距信道参数在每个空间维度中选择最大化通信链路容量的发射天线元件间隔。这里的假设能够是用于发射的天线元件的总数相同，使得总功率也相同。
在550，能够基于所选择的发射天线元件间隔在每个维度上产生用于传输的天线元件的数量。每个维度中的天线元件的数量的乘积小于预定义的值。这能够确保总功率低于阈值。然后，能够使用天线元件的该数量进行传输。
图6是示出根据可能实施例的诸如接收器120的设备的操作的示例流程图600。在610，能够从发射设备接收参考信号。在620，能够接收元件间隔。元件间隔能够针对发射设备处的天线阵列的每个空间维度。元件间隔能够是允许的元件间隔。在630，能够测量基于参考信号的信道矩阵H(λ1)。在640，能够基于信道矩阵H(λ1)提取发射设备处的天线阵列的每个空间维度的每个元件间隔的视距信道参数。
在650，能够基于视距信道参数确定优化通信链路的容量的每个空间维度中的天线阵列中的天线的间隔。在660，能够选择优化通信链路的容量的每个空间维度中的天线阵列中的天线的间隔。在670，优化通信链路容量的间隔能够被发信号通知例如到发射设备。用于优化通信链路容量的间隔的矩阵H(λ1)的比例因子也能够被发信号通知。例如，比例因子能够基于
Figure GDA0003109912810000381
并且发信号通知的比例因子能够是幅度：
Figure GDA0003109912810000382
图7是示出根据可能实施例的诸如接收器120的设备的操作的示例流程图700。在710，能够接收参考信号。在720，能够基于参考信号测量信道矩阵H(λ1)。在730，能够确定测量的信道矩阵H(λ1)的最小平方误差估计。在740，能够基于最小平方误差估计计算平方误差和。在750，能够将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较。
在760，能够基于将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较来确定测量的信道矩阵H(λ1)被分类为LOS-MIMO信道。基于将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较，还能够确定测量的信道矩阵H(λ1)被分类为秩一LOS信道。发射秩能够是在相同频率资源上同时发射的发射流的数量。例如，基于将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较，能够确定测量的信道矩阵H(λ1)被分类为秩一LOS信道。然后，能够测量在单个接收天线处接收并从两个不同天线发射的参考信号的相位差。
在770，能够基于信道矩阵H(λ1)提取视距信道参数。能够通过基于信道矩阵的估计计算相位角来提取视距信道参数。还能够通过信道矩阵的估计的两个相邻元素的比率计算相位角来提取视距信道参数。还能够通过计算出的相位角的误差值的优化来提取视距信道参数。能够通过最小平方误差方法执行所计算的相位角的误差值的优化。
视距信道参数能够是
Figure GDA0003109912810000391
其中，R能够是发射设备处的天线与接收设备处的天线之间的链路范围，dT能够是相邻发射天线之间的距离，dR能够是相邻接收天线之间的距离，并且λ1能够是载波信号的波长。
视距信道参数也能够是
Figure GDA0003109912810000392
其中θr能够是接收器天线阵列的偏向角的角度。例如，视距参数能够乘以几何相关的附加因子。
视距信道参数也能够是
Figure GDA0003109912810000393
其中θt能够是发射设备天线元件阵列的偏向角的角度。
在780，能够基于将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较来将发射测量的信道矩阵H(λ1)分类为LOS-MIMO信道的标示。也能够发射视距参数。参考信号的所测量的相位差的标示能够附加地被发信号通知到发射设备。还能够针对发信号通知信道矩阵H(λ1)比例因子。例如，比例因子能够基于
Figure GDA0003109912810000394
并且发信号通知的比例因子能够是幅度：
Figure GDA0003109912810000395
比例因子能够用于确定可在发射设备处使用的编码率。
图8是示出根据可能实施例的诸如发射器110的设备的操作的示例流程图800。在810，能够从两个不同的发射器天线发射参考信号。在820，能够接收指示信道矩阵H(λ1)被分类为秩一LOS信道的标示。在830，能够接收从两个不同发射器天线发射到单个接收天线的参考信号的相位差的标示。
在840，能够接收视距信道参数。视距信道参数可以是
Figure GDA0003109912810000401
其中，R能够是发射设备处的天线与接收设备处的天线之间的链路范围，dT能够是相邻发射天线之间的距离，dR能够是相邻接收天线之间的距离，并且λ1能够是载波信号的波长。
视距信道参数也能够是
Figure GDA0003109912810000402
其中θr能够是接收器天线阵列的偏向角的角度。例如，视距参数能够乘以几何相关的附加因子。
视距信道参数也能够是
Figure GDA0003109912810000403
其中θt能够是发射设备天线元件阵列的偏向角的角度。
在850，能够基于视距信道参数在每个空间维度中选择最大化通信链路容量的发射天线元件间隔。在860，来自两个发射天线的信号可以通过所接收的指示的相位差来共相，使得它们在接收设备处同相到达。
应当理解的是，尽管在图中示出特定步骤，根据实施例能够执行各种附加或不同的步骤，并且根据实施例能够重新排列、重复或完全消除一个或多个特定步骤。并且，当执行其他步骤时，在持续或连续的基础上能够同时重复执行的一些步骤。此外，不同的步骤能够由所公开的实施例的不同的元件或在所公开的实施例的单个元件中执行。
图9是根据可能实施例的诸如发射器110或接收器120的装置900的示例性框图。装置900能够包括壳体910、壳体910内的控制器920、耦合到控制器920的音频输入和输出电路930、耦合到控制器920的显示器940、耦合到控制器920的收发器950、耦合到控制器920的用户接口960、耦合到控制器920的存储器970、以及耦合到控制器920的网络接口980。装置900还能够包括多个天线，诸如天线阵列，其至少包括耦合到收发器950的天线952和天线954。收发器950能够是一个或多个收发器。装置900能够执行所有实施例中描述的方法。
显示器940能够是取景器、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、等离子显示器、投影显示器、触摸屏、或显示信息的任何其他设备。收发器950能够包括发射器和/或接收器。音频输入和输出电路930能够包括麦克风、扬声器、换能器、或任何其他音频输入和输出电路。用户接口960能够包括小型键盘、键盘、按钮、触摸板、操纵杆、触摸屏显示器、另一附加显示器、或用于在用户和电子设备之间提供接口的任何其他设备。网络接口980能够是通用串行总线(USB)端口、以太网端口、红外发射器/接收器、IEEE 1394端口、WLAN收发器、或任何其他接口，其能够将装置连接到网络、设备或计算机以及能够发射和接收数据通信信号。存储器970能够包括随机存取存储器、只读存储器、光存储器、闪存、可移动存储器、硬盘驱动器、高速缓存、或可以耦合到装置的任何其他存储器。
装置900或控制器920可以实现任何操作系统，诸如Microsoft
Figure GDA0003109912810000411
或
Figure GDA0003109912810000412
AndroidTM、或任何其他操作系统。装置操作软件可以用任何编程语言编写，例如，诸如C、C++、Java或Visual Basic。装置软件还可以在诸如例如Java框架、.NET框架、或任何其他应用程序框架的应用程序框架上运行。软件和/或操作系统可以存储在存储器970中或设备900上的其他地方。装置900或控制器920还可以使用硬件来实现所公开的操作。例如，控制器920可以是任何可编程处理器。所公开的实施例还可以在通用或专用计算机、编程的微处理器或微处理器、外围集成电路元件、专用集成电路或其他集成电路、诸如分立元件电路的硬件/电子逻辑电路、诸如可编程逻辑阵列的可编程逻辑器件、现场可编程门阵列等上实现。通常，控制器920可以是能够操作装置并实现所公开的实施例的任何控制器或处理器设备。
根据可能的实施例，收发器950能够作为接收设备从发射设备接收参考信号。控制器920能够基于参考信号测量信道矩阵H(λ1)。信道矩阵H(λ1)能够等于复数乘以三个矩阵A、F和B，其中A和B能够是对角矩阵，并且F能够是离散傅立叶逆变换(IDFT)矩阵或过采样的IDFT矩阵。
控制器920能够基于信道矩阵H(λ1)提取第一视距信道参数、第二视距信道参数、和第三视距信道参数中的至少两个，其中第一视距信道参数能够基于发射装置天线元件间隔，其中第二视距信道参数能够基于发射装置天线元件间隔和天线阵列952和天线阵列954的天线元件间隔的乘积，并且其中第三视距信道参数能够基于天线阵列952和954的天线元件间隔。控制器920能够基于信道矩阵H(λ1)，通过形成至少两个视距信道参数的最小平方误差估计来执行提取。
根据可能的实施方式，控制器920能够基于至少两个视距信道参数确定预编码器，并将预编码器应用于天线阵列952和天线阵列954。根据另一相关可能的实施方式，控制器920能够基于视距信道参数中的至少一个来调整天线阵列952和天线阵列954的旋转。根据另一相关可能的实施方式，控制器920能够基于至少两个视距信道参数中的至少一个来确定在发射设备天线的集合中产生改进的视距容量的发射设备天线的子集，并且将发射设备天线的子集发信号通知到发射设备。根据另一相关可能的实施方式，控制器920能够评估允许的波长集合中的视距信道参数中的至少一个，并且能够从允许的波长集合中选择产生具有最大容量的信道矩阵H(λ1)的波长。根据另一相关可能的实施方式，控制器920能够基于视距信道参数选择反向信道传输模式，该视距信道参数近似等于发射设备的天线阵列中的天线数量的倒数。收发器950能够将至少两个视距信道参数发射到发射设备。
根据另一个可能的实施例，收发器950能够从具有一个或多个空间维度中的位置的天线元件的集合的规则间隔子集传输参考符号。通过来自水平维度天线阵列的天线元件的子集和来自垂直维度天线阵列的天线元件的子集的组合来产生传输设备天线元件的规则间隔子集。收发器950能够发信号通知能够被收发器950使用用于数据传输的在每个维度中的发射天线元件间隔。能够以与用于传输的参考符号的传输设备天线元件的间隔成比率的形式发信号通知发射天线元件间隔。
收发器950能够接收视距信道参数。控制器920能够基于视距信道参数在每个空间维度中选择最大化通信链路容量的发射天线元件间隔。收发器950还能够接收包括视距信道的比例因子的附加视距信道参数。控制器920能够基于发射天线元件间隔在每个维度中确定用于传输的天线元件的数量。每个维度中的天线元件的数量的乘积能够小于预定义的值。
根据另一个可能的实施例，收发器950能够从发射设备接收参考信号。收发器950能够接收发射设备处的天线阵列的每个空间维度的元件间隔。控制器920能够基于参考信号测量信道矩阵H(λ1)。基于信道矩阵H(λ1)，控制器920能够针对发射设备处的天线阵列的每个空间维度的每个元件间隔提取视距信道参数。控制器920能够在每个空间维度中为发射设备处的天线阵列中的天线选择优化通信链路的容量的间隔。收发器950能够发信号通知优化通信链路容量的间隔。
根据另一个可能的实施例，收发器950能够接收参考信号。控制器920能够基于参考信号测量信道矩阵H(λ1)。控制器920能够确定测量的信道矩阵H(λ1)的最小平方误差估计。控制器920能够基于最小平方误差估计来计算平方误差和。控制器920能够将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较。控制器920能够基于将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较，来确定测量的信道矩阵H(λ1)被分类为LOS-MIMO信道。收发器950能够基于将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较，来传输测量的信道矩阵H(λ1)被分类为LOS-MIMO信道的标示。控制器920能够基于信道矩阵H(λ1)提取视距信道参数，并且收发器950能够传输视距信道参数。
控制器920还能够基于将基于最小平方误差估计的平方误差和与阈值进行比较，来确定测量的信道矩阵H(λ1)被分类为秩一LOS信道。控制器920还能够额外测量在单个接收天线处接收并从两个不同天线发射的参考信号的相位差。收发器能够向发射设备发信号通知相位差的指示。
根据另一个可能的实施例，收发器950能够从多个天线中的两个传输参考信号。收发器950能够接收指示信道矩阵H(λ1)被分类为秩一LOS信道的标示。收发器950能够接收从多个天线中的两个不同天线发射到单个接收天线的参考信号的相位差的标示。收发器950能够接收视距信道参数。控制器920能够基于至少一个视距信道参数在每个空间维度中选择最大化信道链路容量的天线元件间隔。控制器920能够通过所接收的指示的相位差来对来自两个天线的信号进行同相，使得它们在接收设备处同相到达。
能够在编程的处理器上实现本公开的方法。然而，控制器、流程图、和模块也可以在通用或专用计算机、编程微处理器或微控制器和外围集成电路元件、集成电路、诸如分立元件电路的硬件电子或逻辑电路、可编程逻辑器件等上实现。通常，其上驻留有能够实现图中所示的流程图的有限状态机器的任何设备可用于实现本公开的处理器功能。
虽然已经用其具体实施方式描述了本公开，但显然许多替代、修改、和变化对于本领域技术人员而言是显而易见的。例如，在其他实施例中，实施例的各种组件可以互换、添加或替换。并且，每个图的所有元件对于所公开的实施例的操作不是必需的。例如，通过简单地采用独立权利要求的元素，所公开的实施例的本领域的一个普通技术人员将能够制造和使用本公开的教导。因此，如本文所述的本公开的实施方式旨在说明而非限制。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。
在本文中，诸如“第一”、“第二”等的关系术语可以仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。后跟随列表的短语“至少一个”或“从…的组中选择的至少一个”被定义为表示列表中的元素中的一个、一些或全部，但不一定是全部。术语“包括”、“包含”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性包含，使得包括元素列表的过程、方法、制品、或装置不仅包括那些元件，而且可以包括未明确列出的或者这种过程、方法、制品、或装置固有的其他元件。在没有更多约束的情况下，由“一”、“一个”等接着的元件不排除在包括该元件的过程、方法、制品、或装置中存在另外的相同元件。并且，术语“另一个”被定义为至少第二个或更多。这里使用的术语“包括(including)”、“具有”等被定义为“包括(comprising)”。此外，背景技术部分是作为在提交时发明人对一些实施例的背景的理解，并且包括发明人自己对现有技术和/或发明人自己工作中遇到的问题的任何问题的认识。

Claims (26)

1.一种确定用于视距MIMO通信的参数和条件的方法，包括：
在接收设备处从发射设备接收参考信号；
基于所述参考信号来测量信道矩阵；
基于所述信道矩阵提取第一视距信道参数、第二视距信道参数、和第三视距信道参数中的至少两个视距信道参数，
其中，所述第一视距信道参数基于发射设备天线元件间隔，
其中，所述第二视距信道参数基于所述发射设备天线元件间隔和接收设备天线元件间隔的乘积，并且
其中，所述第三视距信道参数基于所述接收设备天线元件间隔；以及
将所述至少两个视距信道参数发射到所述发射设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信道矩阵H等于复数乘以三个矩阵A、F和B，
其中，A和B是对角矩阵，并且
其中，F是离散傅里叶逆变换矩阵或过采样离散傅立叶逆变换矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述矩阵A的元素基于所述第一视距信道参数，
其中，所述矩阵F的元素基于所述第二视距信道参数，并且
其中，所述矩阵B的元素基于所述第三视距信道参数。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于所述至少两个视距信道参数来确定预编码器；并且
将所述预编码器应用于天线阵列。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，提取包括基于所述信道矩阵形成所述至少两个视距信道参数的最小平方估计。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少两个视距信道参数中的至少一个基于
发射设备处的天线与接收设备处的天线之间的链路范围，
相邻发射天线之间的距离，
相邻接收天线之间的距离，和
所述参考信号的载波信号的波长。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所述视距信道参数中的至少一个来调整所述接收设备处的天线阵列的旋转。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于至少两个视距信道参数中的至少一个，跨发射设备天线的集合确定产生改善的视距容量的发射设备天线的子集；和
将所述发射设备天线的子集发信号通知到所述发射设备。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在允许的波长集合上评估至少一个视距信道参数；以及
从所述允许的波长集合中选择产生具有最大容量的信道矩阵的波长。
10.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述方法进一步包括：通过所述参考信号的载波信号的波长与发射波长的比率来缩放所述至少两个视距信道参数，以及
其中，发射包括将所缩放的至少两个视距信道参数发射到所述发射设备。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一视距信道参数是基于水平方向上的发射设备天线元件间隔和垂直维度上的发射设备天线元件间隔的二维参数。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三视距信道参数是基于水平上的接收设备天线元件间隔和垂直维度上的接收设备天线元件间隔的二维参数。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信道矩阵等于水平天线信道矩阵和垂直天线信道矩阵的克罗内克积。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述水平天线信道矩阵等于复数乘以三个矩阵Ah，Fh和Bh，
其中Ah和Bh是对角矩阵，并且
其中Fh是离散傅里叶变换逆矩阵或过采样离散傅立叶逆变换矩阵。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述垂直天线信道矩阵等于复数乘以三个矩阵Av，Fv和Bv，
其中Av和Bv是对角矩阵，并且
其中Fv是离散傅里叶逆变换矩阵或过采样离散傅立叶逆变换矩阵。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所述视距信道参数选择反向信道传输模式，所述视距信道参数近似等于所述发射设备的天线阵列中的天线数量的倒数。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信道矩阵等于复数乘以五个矩阵C，A，F，B和D，
其中C、A、B和D是对角矩阵，并且
其中F是离散傅里叶逆变换矩阵或过采样离散傅立叶逆变换矩阵。
18.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：用信号通知所述信道矩阵的比例因子。
19.一种确定用于视距MIMO通信的参数和条件的装置，包括：
天线阵列，所述天线阵列包括多个天线元件；
收发器，所述收发器耦合到天线阵列，所述收发器从发射设备接收参考信号；和
控制器，用于
基于所述参考信号来测量信道矩阵，以及
基于所述信道矩阵提取第一视距信道参数、第二视距信道参数、和第三视距信道参数中的至少两个视距信道参数，其中所述第一视距信道参数基于发射设备天线元件间隔，其中所述第二视距信道参数基于所述发射设备天线元件间隔与所述天线阵列的天线元件间隔的乘积，并且所述第三视距信道参数基于所述天线阵列的所述天线元件间隔，
其中所述收发器将所述至少两个视距信道参数发射到所述发射设备。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述信道矩阵H等于复数乘以三个矩阵A、F和B，
其中，A和B是对角矩阵，并且
其中，F是离散傅里叶逆变换矩阵或过采样离散傅立叶逆变换矩阵。
21.根据权利要求19所述的装置，其中所述控制器
基于所述至少两个视距信道参数来确定预编码器；并且
将所述预编码器应用于天线阵列。
22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述控制器通过基于所述信道矩阵形成所述至少两个视距信道参数的最小平方估计来提取。
23.根据权利要求19所述的装置，其中，所述控制器基于所述视距信道参数中的至少一个来调整所述天线阵列的旋转。
24.根据权利要求19所述的装置，其中，所述控制器
基于至少两个视距信道参数中的至少一个，跨发射设备天线的集合确定产生改善的视距容量的发射设备天线的子集；和
将所述发射设备天线的子集发信号通知到所述发射设备。
25.根据权利要求19所述的装置，其中，所述控制器
在允许的波长集合上评估至少一个视距信道参数；以及
从所述允许的波长集合中选择产生具有最大容量的信道矩阵的波长。
26.根据权利要求19所述的装置，其中，基于所述视距信道参数选择反向信道传输模式，所述视距信道参数近似等于所述发射设备的天线阵列中的天线数量的倒数。
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