CN110235421A - 用于mimo系统中的接收波束控制的方法和控制器以及无线电单元和基站 - Google Patents

用于mimo系统中的接收波束控制的方法和控制器以及无线电单元和基站 Download PDF

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Abstract

公开了用于MIMO系统中的接收波束控制的方法和控制器。根据一实施例，从功率计获得信号的测量功率。所述信号由波束成形组合器通过组合来自天线阵列的多个输入来生成，并且表示具有第一增益和第一指向方向的第一接收波束。基于所获得的功率判断是否要施加波束增益控制。响应于肯定的判断结果，确定目标增益。将目标增益转换为目标波束成形参数。将目标波束成形参数提供给波束成形组合器，使得第一接收波束被具有目标增益和第一指向方向的第二接收波束替换。还公开了包括该控制器的无线电单元和包括该无线电单元的基站。

Description

用于MIMO系统中的接收波束控制的方法和控制器以及无线电 单元和基站
技术领域
本公开的实施例一般涉及无线通信，并且更具体地涉及用于多输入多输出(MIMO)系统中的接收波束控制的方法和控制器以及无线电单元和基站。
背景技术
天线阵列已经被广泛用在基站中。天线阵列通常包括一组各个单独的天线元件。与MIMO技术相结合，无线信道的容量可以在不增加带宽和发射功率的情况下得到增加。最近，大规模MIMO(也被称为大型天线系统、非常大的MIMO或超大MIMO)已经得到发展。它利用完全相干且自适应地操作的大量(例如，数百或数千)服务天线。由此，可以将信号能量的发射和接收聚焦到愈来愈小的空间区域。这可以带来吞吐量和能量效率的巨大改善，特别是当与大量(例如，数十或数百)用户终端的同时调度相组合时。大规模MIMO的其它益处包括便宜的低功率组件的广泛使用、延迟降低、媒体访问控制(MAC)层的简化、以及对干扰和有意扰乱的鲁棒性。
波束成形是通常在MIMO系统的天线阵列中用于定向信号发射或接收的信号处理技术。这可以通过以这样的方式将相控阵列中的天线元件组合来实现：特定角度的信号经历相长干涉，而其它信号经历相消干涉。可以在发射端和接收端处使用波束成形，以便实现空间选择性。
模拟波束成形实现方案通常依赖于可以被选择来发射/接收数据流的预定义波束(或码本)的列表。可以设置波束以形成扇区、热点或一些空间分离以允许用户多路复用。跨越两个维度的天线阵列可以执行垂直和水平波束整形。通常合乎期望的是具有一组波束，其可以跨越天线阵列的整个期望覆盖区域以避免例如覆盖盲区。
在接收机侧，模拟波束成形是将权重(通常是相移)施加于来自天线元件的信号并将它们组合以便增加来自给定方向的天线增益的方法。这种组合是在模拟域中(即在将信号转换成数字流之前)进行的。这样的组合的结果被数字前端和基带处理单元视为数字流。
图1是示出具有模拟波束成形组合器的接收机的示意性架构图。如图所示，接收机100可以包括用于接收射频(RF)信号的多个天线元件102。这里，示出四个天线元件作为示例性示例。可以由相应的RF处理单元104处理RF信号，使得经处理的信号被提供给波束成形组合器106。波束成形组合器106可以通过多个移相器108将相移施加于经处理的信号，并将相移之后的信号组合，其中移相器的系数是波束成形权重。组合的信号可以由模数转换器(ADC)110转换为数字信号，并且可以由数字前端112进一步处理。
图1所示的架构通常被用在波束扫描中。图2是波束扫描的示意图。如图所示，波束扫描是采用对应方向上的波束扫描期望的覆盖区域的方法。当未正确地知道用户的位置时，诸如在随机接入过程期间，这是需要的。为了确保很好地覆盖期望的覆盖区域，发射机尝试所有可用的波束方向。例如，出于说明的目的，图2示出具有不同波束索引(例如，波束索引1、波束索引2和波束索引3)的三个波束。为了实现最大覆盖，用于覆盖相应方向的波束通常被配置有最大增益。
在波束扫描期间，从天线阵列接收的信号的功率电平和相位可能会快速改变，并且因此在接收机中执行接收波束控制。然而，当用于接收波束控制的现有解决方案被用于大规模MIMO时，会出现新的问题，导致接收机的性能降低或成本非常高。因此，合乎期望的是，提供用于接收波束控制的有效且低成本的解决方案。
发明内容
本概要被提供以便以简化的形式介绍下面在详细描述中进一步描述的概念的选集。本概要并非旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
本公开的目的之一是提供用于接收波束控制的有效且低成本的解决方案。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于多输入多输出(MIMO)系统中的接收波束控制的方法。该方法包括从功率计获得信号的测量功率，其中所述信号由波束成形组合器通过组合来自天线阵列的多个输入来生成，并且表示具有第一增益和第一指向方向的第一接收波束。所述方法还包括基于所获得的功率判断是否要施加波束增益控制。所述方法还包括响应于肯定的判断结果，确定目标增益。所述方法还包括将所述目标增益转换为目标波束成形参数。所述方法还包括将所述目标波束成形参数提供给所述波束成形组合器，使得所述第一接收波束被具有所述目标增益和所述第一指向方向的第二接收波束替换。
可选地，所述判断步骤包括判断所获得的功率是否大于或等于第一阈值。所述确定步骤包括：当所获得的功率大于或等于所述第一阈值时，确定小于所述第一增益的目标增益。
可选地，所述判断步骤包括判断所获得的功率是否持续预定时间长度小于第二阈值。所述确定步骤包括：当所获得的功率持续所述预定时间长度小于所述第二阈值时，确定大于所述第一增益的目标增益。
可选地，所述目标波束成形参数由下述表示：包括两级索引的波束索引，其中第一级索引对应于接收波束的指向方向，并且第二级索引对应于所述接收波束的增益；或者一组码本中的一个，所述一组码本包含权重向量，所述权重向量被施加于所述多个输入以用于生成具有多个指向方向和每个指向方向上的多个增益的接收波束。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于多输入多输出(MIMO)系统中的接收波束控制的控制器。该控制器包括处理器和存储器。所述存储器包含能够由所述处理器执行的指令，由此所述控制器可操作以从功率计获得信号的测量功率，其中所述信号由波束成形组合器通过组合来自天线阵列的多个输入来生成，并且表示具有第一增益和第一指向方向的第一接收波束。所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器还可操作以基于所获得的功率判断是否要施加波束增益控制。所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器还可操作以响应于肯定的判断结果，确定目标增益。所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器还可操作以将所述目标增益转换为目标波束成形参数。所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器还可操作以将所述目标波束成形参数提供给所述波束成形组合器，使得所述第一接收波束被具有所述目标增益和所述第一指向方向的第二接收波束替换。
可选地，所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器还可操作以将所述波束成形参数报告给基带处理单元。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于基站(BS)的无线电单元(RU)。该无线电单元(RU)包括天线阵列，耦接到所述天线阵列的波束成形组合器，耦接到所述波束成形组合器的功率计，以及根据上述方面的控制器。
可选地，所述波束成形组合器直接连接到所述天线阵列，或者经由射频(RF)处理单元连接到所述天线阵列。
可选地，所述功率计直接连接到所述波束成形组合器，或者经由模数转换器连接到所述波束成形组合器。
可选地，所述波束成形组合器具有幅度调整能力。
根据本公开的另一方面，提供了一种基站(BS)。该BS包括根据上述方面的无线电单元(RU)。
根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序。该计算机程序包含指令，所述指令在由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行根据上述方面所述的方法。
根据本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质包含指令，所述指令在由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行根据上述方面所述的方法。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于多输入多输出(MIMO)系统中的接收波束控制的控制器。该控制器包括获得模块，用于从功率计获得信号的测量功率，其中所述信号由波束成形组合器通过组合来自天线阵列的多个输入来生成，并且表示具有第一增益和第一指向方向的第一接收波束。所述控制器还包括判断模块，用于基于所获得的功率判断是否要施加波束增益控制。所述控制器还包括确定模块，用于响应于肯定的判断结果，确定目标增益。所述控制器还包括转换模块，用于将所述目标增益转换为目标波束成形参数。所述控制器还包括提供模块，用于将所述目标波束成形参数提供给所述波束成形组合器，使得所述第一接收波束被具有所述目标增益和所述第一指向方向的第二接收波束替换。
根据将结合附图阅读的本公开的说明性实施例的下面的详细描述，本公开的这些和其它目的、特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是示出具有模拟波束成形组合器的接收机的示意性架构图；
图2是波束扫描的示意图；
图3是AGC功能的示意性架构图；
图4示出接收机中的现有AGC部署；
图5示出接收机中的另一现有AGC部署；
图6示出现有AGC部署中的毛刺现象；
图7示出可以应用本公开的原理的系统；
图8是示出根据本公开的实施例的用于接收波束控制的方法的流程图；
图9A和9B是用于解释图8的方法的流程图；
图10是示出根据本公开的实施例的增益设置配置的示意图；
图11示出根据本公开的实施例的波束索引；
图12A和12B是根据本公开的实施例的波束扫描的示意图；
图13是示出根据本公开的另一实施例的用于接收波束控制的方法的流程图；
图14是示出根据本公开的实施例的控制器和无线电单元的框图；
图15是示出根据本公开的另一实施例的无线电单元的示意性架构图；
图16A和16B示出本公开与现有AGC之间的比较；以及
图17是示出根据本公开的另一实施例的控制器的框图。
具体实施方式
为了说明的目的，在下面的描述中阐述了一些细节以便提供所公开的实施例的彻底理解。然而，对于本领域技术人员来说明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者利用等效配置来实现所述实施例。
如上所述，在波束扫描期间，从天线阵列接收的信号的功率电平和相位可能会快速改变，并且因此在接收机中执行接收波束控制。一般来说，通常在接收机中使用自动增益控制(AGC)功能以确保接收机接收的信号以适合的功率电平(也被称为信号功率)得到处理。例如，AGC功能可以用于响应于高功率电平来调整接收的信号的增益。图3是AGC功能的示意性架构图。如图所示，RF前端包括低噪声放大器(LNA)304、第一滤波器306、第一衰减器308、混频器310、第二滤波器312、第二衰减器308’和ADC 318。数字前端包括数字功率计320和数字补偿单元324。虚线圆圈中的器件示出‘AGC环路’，其可以包括用于测量接收的功率电平的数字功率计320、用于触发模拟衰减的至少一个触发器、至少一个衰减器(例如，308和308’)、以及用于保持均匀的接收机增益的数字补偿单元324。
当前，在模拟波束成形接收机中存在三种现有的AGC部署。图4示出模拟波束成形接收机中的第一种AGC部署，在本文中可以将其称为多分支AGC。如图所示，四个AGC(例如，衰减器408)在模拟波束成形组合器414之前，分别部署在相应的接收机分支中。每个接收机分支包括天线元件402、LNA 404、第一滤波器406、衰减器408、混频器410和第二滤波器412。模拟波束成形组合器414包括四个移相器416，每个移相器416用于对来自接收机分支的信号进行相位调整。存在四个功率计418，每个功率计418用于测量来自接收机分支的信号的功率电平。测量的功率电平可以用于触发对应的衰减器408的操作。ADC 420用于将来自模拟波束成形组合器414的组合的信号转换为数字信号。
图5示出模拟波束成形接收机中的第二种AGC部署，在本文中可以将其称为公共路径AGC。如图所示，一个衰减器522在模拟波束成形组合器514之后，被分配在公共路径中。其它器件类似于图4所示的器件。第三种AGC部署是多分支AGC和公共路径AGC的混合组合。
然而，上述AGC部署存在固有的缺点。具体地，信号功率电平和相位的快速改变将在穿过接收机中的不同增益/衰减路径期间产生毛刺(glitch)，如图6所示。由于切换(toggling)被修整为在每次状态改变之间给出ms级的一段时间间隔，这意味着AGC至少需要ms级的一段时间间隔以在干扰命中接收机之后重新稳定接收机增益。毛刺可以以负面的方式影响基带中的信号处理。在时间上分布大量毛刺可以引起接收机效率快速下降并严重影响吞吐量。在最坏的情况下，接收过程将被暂时中断或甚至可能崩溃。在现有信号处理中实现的毛刺抑制方法仅仅是插入零数据而不是受毛刺影响的样本，但是毛刺抑制也意味着更复杂的定时对准以捕获毛刺。
对于图4所示的多分支AGC，缺点是波束成形组合器之后的DFE中的功率计不能识别哪个单独的分支被干扰阻断。因此，应为每个分支保留一个功率计。对于数百个分支，这意味着必须维持大量的硬件成本和占用的印刷电路板(PCB)尺寸以用于AGC功能。因此，它几乎不可能在大规模MIMO中实现。
对于公共路径AGC，与单分支AGC相比，AGC的动态范围将是巨大的。基于10*log(N)的原理，AGC的动态范围随着天线分支的数量而增大，其中N是天线分支的数量。
此外，AGC是被基带波束成形(BBBF)物理层处理排除的无线电独立操作。对于紧张的大规模MIMO BBBF层处理，应考虑任何可能的优化。因此，需要用于接收波束控制的有效且低成本的解决方案。
本公开提出了用于接收波束控制的解决方案。它可以克服上述缺点中的至少一个，或者它可以不克服上述缺点中的任一个。在下文中，将参考图7至17详细描述该解决方案。
图7示出可应用本公开的原理的系统。如图所示，该系统是无线通信系统，并且可以包括支持覆盖区域(也被称为小区)中的通信相关服务的基站(BS)702。BS 702还能够与覆盖区域内的多个UE(即，UE 704-1至704-N)通信。BS 702与UE 704-1至704-N之间的通信可以采用任何无线通信标准，诸如CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、SC-FDMA等。
BS 702包括天线阵列。基于下面给出的描述，本领域技术人员将理解的是，本公开的原理可以应用于具有天线阵列的任何BS。作为示例，BS 702可以符合3G标准，并且包括NodeB和无线电网络控制器(RNC)。NodeB可以包括远程无线电单元(RRU)和室内基带单元(BBU)。作为另一示例，BS 702可以是符合长期演进(LTE)标准的演进节点B(eNodeB)。eNodeB可以包括RRU和BBU。作为另一示例，BS 702可以是新无线电(NR)系统中的gNB。
UE 704-1至704-N可以被称为例如设备、移动台、移动单元、用户站、无线终端、终端等。它们中的每一个可以是移动的或固定的，并且可以是例如无线手持设备(诸如无线电话)、具有与网络的无线连接的计算机、无线插入式配件等。
图8是示出根据本公开的实施例的用于接收波束控制的方法的流程图。该方法可以由例如无线电单元(例如，如上所述的RRU)的处理器和存储器或者无线电单元中的单独控制器来执行。在步骤802，从功率计获得信号的测量功率，其中信号由波束成形组合器通过组合来自天线阵列的多个输入生成，并且表示具有第一增益和第一指向方向的第一接收波束。
天线阵列可以包括用于从例如UE接收RF传输的至少一组天线元件。每组天线元件可以对应于一接收波束，其具有指向方向和该指向方向上的增益。例如，可以使用三组天线元件来生成彼此间隔开120度的三个接收波束。例如，在波束扫描的一个周期期间，每个天线元件组可以顺次地生成具有不同指向方向的一系列接收波束，使得每个天线元件组可以扫描小区的三分之一。
来自天线阵列的多个输入可以直接地或经由RF处理单元间接地来自一组天线元件。波束成形组合器可以将波束成形权重向量(或码本)施加于所述多个输入并将它们组合以生成所述信号。波束成形组合器可以包括例如多个移相器，用于将对应于波束成形权重向量的相移施加于多个输入。可选地，波束成形组合器还可以包括幅度调整能力。为此，它可以包括例如衰减器。
由于每个权重向量可以唯一地识别一波束，因此所生成的信号表示具有第一增益和第一指向方向的接收波束。例如，在波束扫描中，可以例如根据网络运营商的配置或通信标准来预定义最初用于第一指向方向的第一增益。如上文中所述，为了实现最大覆盖，可以将最初使用的第一增益设置为最大增益。例如，在波束扫描的周期期间，通过改变施加于多个输入的权重向量，可以顺次地生成具有不同指向方向的其它接收波束以扫描小区。
由波束成形组合器生成的信号是模拟信号。它可以直接从波束成形组合器到达功率计。在这种情况下，功率计是模拟功率计。可替代地，信号可以从波束成形组合器经由ADC到达功率计，所述ADC将该信号转换为数字信号。在这种情况下，功率计是数字功率计。
在步骤804，基于所获得的功率判断是否要施加波束增益控制。例如，可以根据网络运营商的配置或通信标准预定义至少一个功率阈值，并且可以通过将所获得的功率与至少一个功率阈值比较来进行判断。
如果在步骤804判断将不施加波束增益控制，则过程可以进行到步骤802，使得可以监测信号的功率。另一方面，如果在步骤804判断将要施加波束增益控制，则在步骤806确定目标增益。取决于所获得的功率，目标增益可以大于或小于第一增益。
作为第一示例，可以将步骤804和806实现为图9A的步骤904和906。在步骤904，判断所获得的功率是否大于或等于第一阈值。第一阈值可以是预定义值或在通信标准中定义的值。在不同的无线通信系统中或者对于不同的服务小区或波束方向，第一阈值可以不同。如果在步骤904的判断结果是否定的(例如，所获得的功率小于第一阈值)，则过程可以进行到步骤802。另一方面，如果在步骤904的判断结果是肯定的(例如，所获得的功率大于或等于第一阈值)，则在步骤906确定小于第一增益的目标增益。以这种方式，当出现高功率信号(例如，干扰)时，可以避免接收机的饱和。
作为第二示例，可以将步骤804和806实现为图9B的步骤904’和906’。在步骤904’，判断所获得的功率是否持续预定时间长度小于第二阈值。类似于第一阈值，第二阈值可以是预定义值或通信标准中定义的值。在不同的无线通信系统中或者对于不同的服务小区或波束方向，第二阈值可以不同。预定时间长度可以由网络运营商预定义或者在通信标准中定义。在不同的无线通信系统中或者对于不同的服务小区或波束方向，预定时间长度可以不同。如果在步骤904’的判断结果是否定的(例如，所获得的功率持续预定时间长度不小于第二阈值)，则过程可以进行到步骤802。另一方面，如果在步骤904’的判断结果是肯定的(例如，所获得的功率持续预定时间长度小于第二阈值)，则在步骤906’确定大于第一增益的目标增益。以这种方式，在一段时间内具有太小增益的接收波束可以被恢复为具有较高增益的接收波束。
作为第三示例，可以将步骤804和806实现为图9A和9B的步骤的组合。首先，执行步骤904。如果在步骤904的判断结果是肯定的，则执行步骤906，然后过程进行到步骤808。另一方面，如果在步骤904的判断结果是否定的，则执行步骤904’。
如果在步骤904’的判断结果是肯定的，则执行步骤906’，然后过程进行到步骤808。另一方面，如果在步骤904’的判断结果是否定的，则过程可以进行到步骤802。
供步骤806使用的适合的增益设置配置在图10中示出。如图所示，采用四种增益控制(GC)状态作为示例性示例。在上述波束扫描示例中，最初的增益可以对应于GC状态0。如果所获得的功率例如大于阈值2(在这种情况下，第一阈值是阈值2)，则可以将目标增益确定为GC状态3。之后，如果所获得的功率例如持续预定时间长度在(阈值0，阈值1)的范围内(在这种情况下，第二阈值是阈值1)，则可以将目标增益确定为GC状态1。从图10中可以明显看出，第一阈值或第二阈值的数量可以多于一个，并且第一阈值可以与第二阈值相同或不同。图10所示的增益设置仅用于说明目的，并且在其它实施例中可以存在其它适合的增益设置。
在步骤808，将目标增益转换为目标波束成形参数。目标波束成形参数可以由波束成形组合器使用以生成具有目标增益和第一指向方向的第二接收波束。可以通过使用任何现有的预编码技术来实现步骤808。在上述图10的示例中，对于例如波束扫描中的多个指向方向中的每一个，存在可以被转换为四个码本的四个波束增益。由此，可以预先生成总数等于指向方向的数量乘以4的码本。因此，可以将目标增益与第一指向方向一起映射到对应的码本。在这种情况下，目标波束成形参数由一组码本中的一个表示，其中该组码本包含权重向量，这些权重向量被施加于多个输入以用于生成具有多个指向方向和每个指向方向上的多个增益的接收波束。以这种方式，现有的预编码架构可以用于执行接收机增益控制而不是AGC。
应该注意的是，本公开不限于以上示例。取决于波束成形组合器的具体实现方案，目标波束成形参数可以是任何适合的参数。作为另一示例，目标波束成形参数可以由包括两级索引的波束索引来表示，其中第一级索引对应于接收波束的指向方向，并且第二级索引对应于接收波束的增益。在这种情况下，可以在波束成形组合器中设置用于将波束索引映射到码本的表。这样的波束索引的示例性示例在图11中示出。在该示例中，波束索引“2.1”、“2.2”、“2.3”和“2.4”各自具有两级索引，其中第一级索引“2”对应于指向方向，并且第二级索引“1”、“2”、“3”或“4”对应于波束增益。
在步骤810，将目标波束成形参数提供给波束成形组合器，使得第一接收波束被具有目标增益和第一指向方向的第二接收波束替换。波束成形组合器可以使用目标波束成形参数(例如，码本、波束索引等)来生成第二接收波束。以这种方式，模拟波束成形架构/过程可以适应各种动态阻断情形。例如，当出现强信号(例如，干扰)时，具有较低波束成形增益和类似指向方向的波束可以替换高波束成形增益波束，使得接收的信号功率较低。由此，可以容易进行或者可以替换AGC处理，并且因此可以避免或减少对用于传统AGC的硬件的需求。此外，以上解决方案非常适用于具有低成本和小处理时间延迟的模拟波束成形。应该注意的是，尽管以上通过以波束扫描情形为例描述了图8的方法，但是图8的方法还可以应用于利用模拟波束成形的任何其它适合的情形。
图12A和12B是示出根据本公开的实施例的波束扫描的示意图。在波束扫描过程期间，系统扫描一系列预定义的波束以覆盖一区域。当对接收的信号施加波束增益控制时，用于覆盖该区域的波束将被具有另一增益的波束替换。如图所示，BS 1210顺次地生成具有不同指向方向的三个波束以扫描小区。假设上述第一接收波束在波束扫描中用于朝向波束索引2指示的第一方向进行侦听。在波束索引2指示的方向上，在BS 1210和UE1204之间存在干扰源。因此，当朝向波束索引2指示的方向进行侦听时，干扰源可以使BS 1210接收的信号功率大于或等于第一阈值，并且然后小于第一增益的目标增益被施加。结果，在相同方向上具有目标增益的新波束替换了原始波束。图11的波束索引可以应用于图12A和12B所示的情形。
如图12A所示，在接收机中使用不具有幅度修改(即，仅具有移相器)的波束成形组合器的情况下，与原始波束相比，新波束是较宽波束(空间波束宽度增加)。当类似于接收波束改变发射波束时，新的较宽发射波束可以影响其它相邻基站的操作。因此，可以将较宽发射波束的使用报告给其它相邻基站，并且较宽发射波束的使用也可以对于这些相邻基站的用户是透明的。
如图12B所示，在接收机中使用具有幅度调整能力的波束成形组合器的情况下，通过适当的相位/幅度调整，可以在不改变天线波束图案比率的情况下缩放波束增益。也就是说，新波束仍然是与原始波束类似的窄波束。当类似于接收波束改变发射波束时，新的窄发射波束不对其它相邻基站的操作施加影响。因此，不必将新发射波束的使用报告给这些相邻基站。
图13是示出根据本公开的另一实施例的用于接收波束控制的方法的流程图。在该实施例中，第一接收波束在波束扫描中用于朝向第一指向方向进行侦听。该方法包括图8的步骤802-808和步骤1302-1306。上面已经描述了步骤802-808的细节，并且因此在这里予以省略。
在步骤1302，检查第二接收波束是否可以在用于朝向第一指向方向进行侦听的当前持续时间内替换第一接收波束。如果在步骤1302的检查结果是肯定的(例如，用于朝向第一指向方向进行侦听的当前剩余持续时间长于波束切换时间)，则在步骤1304，在当前持续时间内将目标波束成形参数提供给波束成形组合器。
另一方面，如果在步骤1302的检查结果是否定的(例如，用于朝向第一指向方向进行侦听的当前剩余持续时间太短，或者硬件不能支持这样的即时转变)，则在步骤1306，将目标波束成形参数提供给波束成形组合器，使得它作为初始波束成形参数用于朝向第一指向方向进行侦听的下一个持续时间。也就是说，当开始下一次朝向第一指向方向进行侦听时，通过施加目标波束成形参数来生成最初使用的第一接收波束。然后，执行步骤802以获得表示最初使用的第一接收波束的信号的测量功率。然后，执行步骤804以判断是否要施加波束增益控制。如果不需要波束增益控制，则过程可以进行到步骤802。另一方面，如果需要波束增益控制，则执行步骤806-810。例如，可以维护下面的表格以用于指示将要用于下一次扫描迭代的波束的列表。其示出波束#2需要施加控制增益的示例性情况。然而，也可能的是，通过施加与用于先前侦听持续时间的波束成形参数相同的波束成形参数来生成最初使用的第一接收波束。在这种情况下，执行步骤802-810可以确保施加适合的波束增益。
在上述各种实施例中，可以将波束成形参数报告给基带处理单元，使得基带处理单元可以知道哪个波束或波束增益实际上已经被用于接收，并且因此可以正确地处理接收的信号。例如，具有这样的信息的消息然后可以从波束成形组合器、单独的控制器或数字前端传送到基带处理单元。
图14是示出根据本公开的实施例的控制器和无线电单元(RU)的框图。如图所示，控制器1410包括处理器1412和存储器1414。存储器1414包含可以由处理器1412执行以使控制器1410执行上面参考图8至13描述的方法步骤的指令。
RU 1400包括天线阵列1402、波束成形组合器1404、功率计1406和控制器1410。如上所述，天线阵列1402可以包括用于接收RF传输的至少一组天线元件。波束成形组合器1404耦接到天线阵列1402。波束成形组合器1404可以将波束成形权重向量(或码本)施加于来自天线阵列1402的多个输入，并将它们组合以生成可以表示具有第一增益和第一指向方向的第一接收波束的信号。功率计1406耦接到波束成形组合器1404，并且可以测量信号的功率。
图15是示出根据本公开的另一实施例的无线电单元的示意性架构图。如图所示，RU 1500包括天线阵列1502、多个RF处理单元1504、波束成形组合器1506、ADC 1508、功率计1510、控制器1512和数字补偿单元1514，每个RF处理单元1504连接到天线阵列1502的天线元件。除了该实施例还包括RF处理单元1504、ADC 1508和数字补偿单元1514之外，该实施例类似于图14的实施例。RF处理单元1504连接在天线阵列1502和波束成形组合器1506之间，并且可以执行RF到基带处理。可以类似于现有的RF处理单元(诸如图4和5所示)来实现RF处理单元1504。ADC1508连接在波束成形组合器1506和功率计1510之间，并且布置在DFE中。ADC 1508可以将来自波束成形组合器1506的信号转换为数字信号。数字补偿单元1514可以提供相对数字功率补偿以保持均匀的接收机增益，并且可以类似于任何现有的AGC来实现。
应该注意的是，本公开不限于图15的示例。作为另一示例，RF处理单元可以连接在波束成形组合器和ADC之间。作为另一示例，RF处理单元可以连接在功率计之后。作为另一示例，功率计可以连接在波束成形组合器和ADC之间，并且因此是模拟功率计。
图16A和16B示出本公开与现有的AGC之间的比较。它们展示了波束索引和接收机增益/动态范围之间的简化映射，其中图16A对应于现有的AGC，并且图16B对应于本公开的波束增益控制。在图16A和16B中，以波束#2为例进行说明，其中Gbeam#2表示波束#2的增益，Gbeam#2.4表示波束#2.4的增益，并且Greceiver表示接收机的增益。
对于整体上行链路(UL)增益，Gbeam和Greceiver的总和为数字和基带处理带来足够的UL信噪比(SNR)。对于现有的AGC，(Gbeam+具有AGC的Greceiver)的总和在图16A中示出。可以看出，Gbeam#2是固定的，而Greceiver是动态变化的。对于本公开，(不同的Gbeam+Greceiver)的总和在图16B中示出。可以看出，利用良好定义的波束增益控制，Gbeam从Gbeam#2动态地改变为Gbeam#2.4以完全或部分地减小图16A所示的Greceiver动态范围。以这种方式，可以完全避免由传统AGC调整引起的毛刺问题，以支持在模拟波束成形中的可能的快速波束成形增益调整，而不增加成本和复杂性。
图17是示出根据本公开的另一实施例的控制器的框图。如图所示，控制器1700包括获得模块1702、判断模块1704、确定模块1706、转换模块1708和提供模块1710。获得模块1702可以配置成执行步骤802。判断模块1704可以配置成执行步骤804、904或904’。确定模块1706可以配置成执行步骤806、906或906’。转换模块1708可以配置成执行步骤808。提供模块1710可以配置成执行步骤810或步骤1302-1306。可选地，控制器1700还可以包括配置成将波束成形参数报告给基带处理单元的报告模块。
一般来说，各种示例性实施例可以在硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合中实现。例如，一些方面可以在硬件中实现，而其它方面可以在可由控制器、微处理器或其它计算设备执行的固件或软件中实现，尽管本公开并不限于此。尽管本公开的示例性实施例的各个方面可以被示出和描述为框图、流程图，或者使用一些其它图形表示，但是应当很好理解的是，作为非限制性示例，可以在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器、或其它计算设备、或其一些组合中实现本文中描述的这些框、装置、系统、技术或方法。
如此，应当理解的是，本公开的示例性实施例的至少一些方面可以在各种部件诸如集成电路芯片和模块中实践。因此，应当理解的是，本公开的示例性实施例可以在体现为集成电路的装置中实现，其中集成电路可以包括用于体现可配置成根据本公开的示例性实施例进行操作的数据处理器、数字信号处理器、基带电路和射频电路中的至少一个或多个的电路(以及可能地，固件)。
应当理解的是，本公开的示例性实施例中的至少一些方面可以被体现在由一个或多个计算机或其它设备执行的计算机可执行指令中，诸如体现在一个或多个程序模块中。一般地，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，其在被计算机或其它设备中的处理器执行时执行特定任务或实现特定抽象数据类型。计算机可执行指令可以被存储在计算机可读介质上，诸如硬盘、光盘、可移动存储介质、固态存储器、RAM等。本领域技术人员将理解的是，在各种实施例中程序模块的功能可以根据需要被组合或分布。另外，所述功能可以整体地或部分地体现在固件或硬件等价物(诸如集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等)中。
本公开包括本文中明确地或者以其任何一般化形式公开的任何新颖特征或特征组合。当结合附图阅读时，鉴于上述描述，对本公开的上述示例性实施例的各种修改和适配对于相关领域中的技术人员来说会变得明显。然而，任何和所有修改仍将落入本公开的非限制性和示例性实施例的范围内。

Claims (16)

1.一种用于多输入多输出(MIMO)系统中的接收波束控制的方法，包括：
从功率计获得信号的测量功率，其中所述信号由波束成形组合器通过组合来自天线阵列的多个输入来生成，并且表示具有第一增益和第一指向方向的第一接收波束；
基于所获得的功率判断是否要施加波束增益控制；
响应于肯定的判断结果，确定目标增益；
将所述目标增益转换为目标波束成形参数；以及
将所述目标波束成形参数提供给所述波束成形组合器，使得所述第一接收波束被具有所述目标增益和所述第一指向方向的第二接收波束替换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述判断步骤包括判断所获得的功率是否大于或等于第一阈值；以及
其中所述确定步骤包括：当所获得的功率大于或等于所述第一阈值时，确定小于所述第一增益的目标增益。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述判断步骤包括判断所获得的功率是否持续预定时间长度小于第二阈值；以及
其中所述确定步骤包括：当所获得的功率持续所述预定时间长度小于所述第二阈值时，确定大于所述第一增益的目标增益。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述目标波束成形参数由下述表示：
包括两级索引的波束索引，其中第一级索引对应于接收波束的指向方向，并且第二级索引对应于所述接收波束的增益；或者
一组码本中的一个，所述一组码本包含权重向量，所述权重向量被施加于所述多个输入以用于生成具有多个指向方向和每个指向方向上的多个增益的接收波束。
5.一种用于多输入多输出(MIMO)系统中的接收波束控制的控制器，包括：
处理器；和
存储器，所述存储器包含能够由所述处理器执行的指令，由此所述控制器可操作以：
从功率计获得信号的测量功率，其中所述信号由波束成形组合器通过组合来自天线阵列的多个输入来生成，并且表示具有第一增益和第一指向方向的第一接收波束；
基于所获得的功率判断是否要施加波束增益控制；
响应于肯定的判断结果，确定目标增益；
将所述目标增益转换为目标波束成形参数；以及
将所述目标波束成形参数提供给所述波束成形组合器，使得所述第一接收波束被具有所述目标增益和所述第一指向方向的第二接收波束替换。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器可操作以通过以下操作来判断是否要施加波束增益控制：判断所获得的功率是否大于或等于第一阈值；以及
其中所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器可操作以通过以下操作来确定目标增益：当所获得的功率大于或等于所述第一阈值时，确定小于所述第一增益的目标增益。
7.根据权利要求5或6所述的控制器，其中所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器可操作以通过以下操作来判断是否要施加波束增益控制：判断所获得的功率是否持续预定时间长度小于第二阈值；以及
其中所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器可操作以通过以下操作来确定目标增益：当所获得的功率持续所述预定时间长度小于所述第二阈值时，确定大于所述第一增益的目标增益。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的控制器，其中所述目标波束成形参数由下述表示：
包括两级索引的波束索引，其中第一级索引对应于接收波束的指向方向，并且第二级索引对应于所述接收波束的增益；或者
一组码本中的一个，所述一组码本包含权重向量，所述权重向量被施加于所述多个输入以用于生成具有多个指向方向和每个指向方向上的多个增益的接收波束。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的控制器，其中所述指令能够由所述处理器执行，由此所述控制器还可操作以：
将所述波束成形参数报告给基带处理单元。
10.一种用于基站(BS)的无线电单元(RU)，包括：
天线阵列；
耦接到所述天线阵列的波束成形组合器；
耦接到所述波束成形组合器的功率计；以及
根据权利要求7至12中任一项所述的控制器。
11.根据权利要求10所述的RU，其中所述波束成形组合器直接连接到所述天线阵列，或者经由射频(RF)处理单元连接到所述天线阵列。
12.根据权利要求10或11所述的RU，其中所述功率计直接连接到所述波束成形组合器，或者经由模数转换器连接到所述波束成形组合器。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的RU，其中所述波束成形组合器具有幅度调整能力。
14.一种基站(BS)，包括根据权利要求10至13中任一项所述的无线电单元(RU)。
15.一种包括指令的计算机程序，所述指令在由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
16.一种包括指令的计算机可读存储介质，所述指令在由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
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