CN111758225A - 多用户系统中的波束形成技术 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及多用户系统中的波束形成技术。本公开具体地涉及一种用于与多个用户终端进行通信的基站，所述基站包括：数字预编码器和模拟预编码器，所述数字预编码器和所述模拟预编码器被配置为对第一训练信号进行预编码；无线电收发器，所述无线电收发器被配置为传输所预编码的第一训练信号，并且在传输所预编码的第一训练信号之后接收预编码的第二训练信号；和控制器，所述控制器被配置为基于相对于归一化标准对所述第二训练信号的处理来调节所述数字预编码器的预编码，并且基于相对于多用户波束形成标准对所述第二训练信号的处理来调节所述模拟预编码器的预编码。

Description

多用户系统中的波束形成技术
技术领域
本公开涉及多用户系统中的波束形成技术。本公开具体地涉及一种用于服务于多个用户终端的基站、一种对应用户终端和一种多用户预编码方法。本公开还涉及一种用于具有混合数字-模拟天线阵列的多用户MIMO系统的乒乓波束训练方法。
背景技术
MIMO(多输入多输出)无线收发器之间的波束形成实现了与所用天线数量成比例的单流传输的SNR(信噪比)增益。基本原理是以使得所发射的信号可在接收天线阵列处相干地组合的方式，对所发射的信号进行线性预编码。在多终端或多用户系统中，当接入点利用发射器和接收器两处存在多根天线而提供的空间自由度与多个终端同时通信时，频谱效率通常得到优化。多终端收发器的设计(尤其是在下行链路方向)通常需要一整套多终端信道系数，这是一项代价较高的操作，可能导致通信出现不可持续的延迟。本公开提出了用于在多终端或多用户波束形成系统中进行高效通信的技术。
附图说明
本公开包括附图以便进一步理解实施方案，附图并入本说明书并且构成本说明书的一部分。附图示出了实施方案并且与实施方式一起用于解释实施方案的原理。其它实施方案和实施方案的许多预期优点将易于理解，因为通过参考以下具体实施方式可更好地理解它们。
图1是示出了多终端波束形成系统100的示例性示意图。
图2是示出了根据本公开的示例性多用户波束形成系统200的框图。
图3是示出了多用户系统中根据本公开的乒乓波束训练方法300的示意图。
图4是示出了根据本公开的多用户波束形成401、402与具有完美信道状态信息403的系统的示例性性能的性能图400。
图5是示出了根据本公开的服务于多个用户终端的示例性基站500的框图。
图6是示出了根据本公开的示例性用户终端600的框图。
图7是示出了根据本公开的示例性多用户预编码方法700的示意图。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，将引用形成其一部分的附图，并且在附图中以举例方式示出了可以实践本发明的具体方面。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可使用其它方面并且可进行结构性或逻辑性改变。因此，以下具体实施方式将不具有限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求书进行限定。
本文将使用以下术语、缩写和符号：
BF：波束形成
MIMO：多输入多输出
MU-MIMO：多用户MIMO
CSI：信道状态信息
SNR：信噪比
SVD：奇异值分解
BS：基站
ZF：迫零
RF：射频
BB：基带
应当理解，与所述方法有关的评论也适用于被配置为执行该方法的对应设备，反之亦然。例如，如果描述了具体方法步骤，则对应设备可包括用于执行所述方法步骤的单元，即使在图中未明确描述或示出此类单元。此外，应当理解，本文所述的各种示例性方面的特征可彼此组合，除非另外特别指明。
本文所述的技术可在无线通信网络中实现，具体地讲是基于移动通信标准诸如LTE(具体地讲是LTE-A)和/或OFDM及后继标准诸如5G的通信网络。这些方法也适用于根据WiFi联盟的802.11族(例如，802.1lad及后继标准)高速通信标准。下文所述的方法和设备可在电子设备诸如接入点和基站或蜂窝手机以及移动设备或无线设备中实现。所述设备可包括集成电路和/或无源器件，并且可根据各种技术制造。例如，可将电路设计为逻辑集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路、光学电路、存储器电路和/或集成无源器件。
在下文中，参考附图描述实施方案，其中在全文中一般利用类似的附图标号表示类似的元件。在以下具体实施方式中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对实施方案的一个或多个方面的彻底理解。然而，对本领域的技术人员显而易见的是，可以这些具体细节的较小范围来实践实施方案的一个或多个方面。因此，以下具体实施方式将不具有限制意义。
所概括的各个方面可以各种形式来体现。以下具体实施方式以举例的方式示出了可实践各方面的各种组合和配置。应当理解，所述的方面和/或实施方案仅为示例，并且可利用其它方面和/或实施方案，并且可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构性和功能性修改。
图1是示出了多终端波束形成系统100的示意图。波束形成系统100包括无线小区，其中基站或接入点110向多个终端121、122提供波束形成通信111。
(如图1所示的基站或接入点110和用户终端121、122的)MIMO无线收发器之间的波束形成实现了与所用天线数量成比例的单流传输的SNR增益。简而言之，基本原理是以使得所发射的信号可在接收天线阵列处相干地组合的方式，对所发射的信号进行线性预编码。当基于与其最大奇异值相关联的MIMO信道矩阵的奇异向量来计算预编码器和组合器时，使以此方式获得的SNR增益最大化。因此，最佳波束形成需要完整的信道状态信息(CSI)和计算要求的信道矩阵的奇异值分解(SVD)。为了避免需要获取CSI和后续SVD，可应用乒乓波束训练方法，其中MIMO收发器执行训练数据的交替传输，同时经由简单的共轭操作和归一化操作来设置它们的预编码器。由于无线信道互易性，此策略隐式地实现功率迭代方法，该功率迭代方法导致两个收发器处的预编码器会聚成信道的左右奇异向量，因而接近最佳波束形成增益。
天线阵列的成本和功耗随元件数量以及系统的带宽和载波频率而增大，使得数控天线阵列对于毫米波(mmWave)频率系统而言不可行。其中阵列使用模拟移相器和仅几个数字调制射频链进行导向的混合数字-模拟天线阵列可降低该成本。然而，模拟移相器的存在阻止了基于SVD的波束形成解决方案的使用，因为完整CSI获取变得不可行并且直接适用于乒乓波束训练方法。相反，无论在获取或不获取部分CSI的情况下，例如多路径分量的到达/离开角度，可应用多种基于对分层码本的搜索来选择预编码器的方法。
在如例如图1所示的多终端系统中，当接入点110利用发射器和接收器两处存在多根天线而提供的空间自由度与多个终端121、122同时通信时，频谱效率通常得到优化。多终端收发器的设计(尤其是在下行链路方向)通常需要一整套多终端信道系数，这是一项代价较高的操作，可能导致通信出现不可持续的延迟。相反，更为有效的是，估计在训练过程中每个终端121、122的左右奇异向量并且构建基于此有限CSI的多终端收发器。一个特异性是接入点110处的模拟波束形成器对所有终端121、122而言是共用的，因此必须对多终端训练过程进行联合设计。
本公开解决了在多终端系统中估计左右奇异向量的问题，例如如图1所示，其中所有设备110、121、122都配备有混合数字-模拟天线阵列。具体地讲，本公开介绍了多用户系统100，例如如图1所示，其中基站110和多个用户121、122都配备有混合数字-模拟天线阵列。本公开具体地解决了基站110与多个用户(即，用户终端121、122)的下行链路通信的问题，通过在空间维度上多路复用的同一信道资源(即，多用户MIMO(MU-MIMO)系统)为多个用户提供服务。所公开的方法得到针对MU-MIMO系统的近乎完美的混合(模拟和数字)预编码器。多个用户可共享同一模拟波束。该过程依赖于乒乓传输，并且下文具体地参照图2和图3描述了用以更新模拟波束和数字波束两者的方法。
本公开提出了一种多终端系统中的新型乒乓波束训练方法，该方法避免了由于天线阵列的混合结构而造成的限制。所提出的方法基于接入点110与全部具有混合天线阵列的多个终端121、122之间的训练数据的交替传输。
该方法区分上行链路传输和下行链路传输。基于上行链路训练，接入点110使用以下两步骤过程来更新将随后用于传输下行链路训练的数字预编码器和模拟预编码器：1)在共轭操作和归一化操作之后，设定用于传输给每个终端121、122的数字预编码器，如下文参照图2和图3更详细地描述；2)通过根据多用户标准选择分层码本的元素来计算模拟预编码器。由于模拟波束形成器对所有终端而言是共用的，因此所得的多终端波束导向在不同终端的信道最重要多路径分量的离开方向之间找到折衷方案。
基于下行链路训练，一个给定终端(例如图1所示的终端121)使用以下两步骤过程来更新将随后用于传输上行链路训练的数字预编码器和模拟预编码器：1)在共轭操作和归一化操作之后，设定用于从每个终端121、122传输的数字预编码器，如下文参照图2和图3更详细地描述；2)通过选择分层码本中将所传输的信号朝信道最重要多路径分量的离开方向进行导向的元素来计算模拟预编码器。
所得的方案具有非常低的复杂性，因为它不需要获取完整CSI并且仅通过若干次来回传输即会聚。在性能方面，所公开的波束训练方法获得比在低SNR范围内针对数字阵列所设计的初始方案高的波束形成增益，同时在如下文参照图4所示的高SNR方案下具有非常接近基于SVD的最佳波束形成器的性能。
与其它接收器操作相比以及与另选的波束形成方法相比，该方法的计算复杂度可忽略不计。数字波束形成器/组合器的计算方式如下：将在之前传输中接收的数字信号进行共轭，并且将所得的向量归一化，以实现功率约束。模拟预编码器/组合器选自离线设计的预定义码本。通过简单地按数量级对接收的信号向量的归一化版本的条目进行降序排序来执行码本中的搜索。
在配备有混合天线阵列的系统中，例如运行于6GHz的5G系统，对于此类系统，3GPP授权使用协同波束管理过程，该方法可用于提高终端和小区两者的吞吐量。
图2是示出了根据本公开的多用户波束形成系统200的框图。图2的左侧框表示基站210，而图2的右侧框表示示例性描绘了用户k的终端的多用户终端220。
在基站210中，传输信号201可在通过MIMO信道Hk由天线阵列214传输之前，穿过基带预编码器211，多个RF链212a、212b和RF预编码器213。每个RF链耦接到相应RF预编码器组213a、213b，该预编码器组可与组合逻辑213c、213d、213e一起执行发射信号201的相应波束形成。
在用户终端220中，传输信号可经由天线阵列224接收，该天线阵列耦接到RF组合器223，以组合天线阵列224所接收的RF信号。RF组合器223划分为多组RF波束形成器223a、223b，其中相应组合器223c、223d用于生成相应多个RF链222a、222b的RF信号。RF链222a、222b的数字输出信号可由基带组合器221在基带中组合，以对发射信号201进行估计202。
图2示例性地描绘了具有一个BS 210和配备有均匀线性阵列214、224的多个终端220的系统，其中终端k 220处的NBS和Nk元件隔开距离d＝λ/2，每个元件具有
Figure BDA0002524119640000061
和
Figure BDA0002524119640000062
RF链212a、212b、222a、222b，并且其中λ表示波长。
该方法基于BS 210与终端220、330之间的训练序列的交替传输顺序，如图3所示。可基于导频序列针对每个接入点终端链路执行训练过程。假设导频序列是相互正交的，使得每个终端的训练信号可易于分隔(基于与适当导频序列的相关性)。
在下行链路方向上，BS 210可使用正交训练序列执行对所有K个用户220的同时传输。在与导频序列相关之后，在第k个终端220处接收的信号读取
Figure BDA0002524119640000063
此信号经共轭和归一化，以用作用户k(wk)进行上行链路传输的基带预编码器。在下行链路传输之后，BS 210更新其RF预编码器213，如下文进一步所示。在接收到下行链路训练序列之后，所有K个用户220可使用其更新的基带预编码器同时传输其正交训练序列。在此上行链路传输之后，用户220可更新其RF预编码器，如下文进一步所示。
为了对终端k 220执行训练过程，在BS 210处接收的信号通过终端k220的导频序列进行相关操作。在适当缩放之后，接收的信号为
Figure BDA0002524119640000071
在共轭和归一化之后，其用于更新用户k(wBS,k)的BS 210所用的基带预编码器213。
在上述公式中，FBS和wBS,k表示BS 210处的RF预编码器213(所有终端220共用)和BS210处的基带(BB)预编码器211。Fk和wk表示终端k220处的RF预编码器223和基带(BB)预编码器221，其中nBS,k和nk代表BS210和终端k 220处的AWGN向量(它是归一化相关之后的等效噪声)。尽管BB预编码器211、221在复域
Figure BDA0002524119640000072
中可取任意值，但FBS和Fk的输入只能取具有单位量值或零的复值，因为它们实现相移操作。此外，有效预编码器被强制满足归一化约束
Figure BDA0002524119640000073
图3是示出了多用户系统中根据本公开的乒乓波束训练方法300的示意图。
图3示出了如上文参照图2所述的基站210与示例性数量的两个用户终端之间的方法，例如，如上文参照图2所述的用户终端k 220和另一个终端k'330。在该方法中，基站210与用户终端220、330之间的多次传输以乒乓方式执行。在每次传输之后，基站210和用户终端220、330更新其BB预编码器211、221和RF预编码器213、223。例如，在基站210与用户终端k220之间，示例性传输322、323、324、325、326、327以乒乓方式执行。例如，在基站210与用户终端k'330之间，示例性传输332、333、334、335、336、337以乒乓方式执行。
如图3所详述，将BS 210和所有用户220的RF预编码器213、223初始化至其扫描所有方向的状态，并且将用以传输的第一设备(图中的BS 210)的BB预编码器211随机地初始化。在此之后，开始训练序列的交替传输。在每次接收并通过终端k 220的导频序列进行归一化相关操作之后，收发器执行所得的信号的复共轭。在归一化之后，将所得的向量设定为将立即用于将新导频传输至另一个设备的新BB预编码器。紧接着，设备使用在最近接收时获得的信息来更新其RF预编码器，使得更新的RF预编码器可用于即将到来的接收。
此过程的特征是更新多终端通信中的RF预编码器，其特异性在于不存在与一个给定终端通信的不同RF预编码器，而是存在共用的RF预编码器。RF预编码器FBS和Fk的列仅限于属于分层定向码本。在下文中，用示例性码本描述了该方法的具体实施的示例。需注意，也可使用遵循类似结构的其它码本。
在具体实施的示例中，示出了针对收发器BS的码本定义，并且针对终端k的收发器使用了类似的码本。考虑码本CBS，其由
Figure BDA0002524119640000081
层构成。对于第j层，子码本
Figure BDA0002524119640000082
被定义为包括
Figure BDA0002524119640000083
列向量，j＝1,2,…,LA。子码本的每个元素都定义为
Figure BDA0002524119640000084
其中
Figure BDA0002524119640000085
为第j层的第i个向量的方向余弦，并且0N是零输入的N维列向量。基本上，
Figure BDA0002524119640000086
在波瓣宽度
Figure BDA0002524119640000087
随着码本层j而减小的方向上对阵列进行导向(更多阵列元素用于更高层码本元素，从而形成更定向性模式)。
通过上文所定义的码本，所公开的方法的特定实例可在下面所示的算法1中进行描述。
Figure BDA0002524119640000091
两个设备的RF预编码器通过使用码本的最低层(j＝1)中的元素进行初始化，并且为BS处的每个K个用户选择随机BB预编码器(在不丧失一般性的同时，在BS处初始化训练过程)。然后，开始交替导频传输序列。BB预编码器通过共轭操作和归一化操作(算法1中的行5至6、14至15和22至23)进行更新，同时在每次调用下文所示算法2中的例程时更新RF预编码器的两列。BS处的RF预编码器根据不同于用于更新终端侧处的RF预编码器的标准的标准来更新。
Figure BDA0002524119640000101
BS RF预编码器的更新描述于例程UPD中。算法2中的“BS ANALOG PRECODER”需要进一步解释。首先，根据特定排序标准对RF预编码器的列进行排序。之后选择两列：根据排序标准，nmax表示最佳列，并且nmin表示最差列。这两列均从码本中移除，并且替换为码本中属于比列nmax高一层并且指向nmax所指的两个方向的元素。此操作在根据设计标准确定的方向上导向阵列。在BS处，波束选择发现根据多终端设计标准通过共用波束来服务于多个终端的折衷方案。对于下文中在图4中呈现的结果，评估了两个不同标准。其中一个(BF增益之和)仅遵循从所有K个用户收到的信号能量之和对预编码器的列进行排序。另一个标准(ZF总速率)评估每个预编码器列对BS使用迫零(ZF)BB预编码器时系统将获得的可实现的总速率的贡献；然后按照对系统的估计总速率的贡献的降序对这些列进行排序。需注意，也可使用用于选择BS RF预编码器列的其它标准，这取决于BS的传输策略。
由于每个终端都具有其自身的RF预编码器，因此在用户侧，可根据算法2中的例程“UPD.UE ANALOG PRECODER”中所述的简单接收信号能量标准来选择波束。一般来讲，波束沿着大部分信号由波束接收的方向被导向，这些波束随着方法迭代的进行而具有增强的方向性。
所提出的方法的特征在于将RF预编码器更新包括在BS与多个终端之间的通信中的交替传输序列中。RF预编码器的所述更新实现了将该方法与混合数字-模拟天线阵列一起用于多终端通信系统中。
以上描述以最简单的形式提出了该方法。以此方式，它可用于在收发器开始交换数据之前获取波束形成器。尽管此处仅考虑导频传输，但该方法也可用于其它情况下。基本要求仅仅是保持信道的大致互易性等，并且信道矩阵变化不过快。
该方法的其它可能具体实施包括：
·将数据传输包括在导频传输之间的方案。
·在最初几次迭代之后(一旦接收处的有效SNR大到足以成功地检测数据符号)采用数据辅助方式的具体实施也是可能的。
·对于改变缓慢的信道，该方法可用于跟踪随时间推移的信道变化。
·对于变化较快的信道，在信号能量降低时启用向低电平RF预编码器提供回退选项的具体实施可提供防止阻塞、深度衰减等的保护。
图4是示出了根据本公开的多用户波束形成401、402与具有完美信道状态信息403的系统的示例性性能的性能图400。
所公开的方法(多终端混合PPBT)的性能可通过评估训练过程的每个迭代处的多终端总速率来示出。迭代包括接入点210或多个终端220、330的一次传输/接收。根据使用具有完美CSI 403的ZF收发器以及使用全数字阵列的全数字天线阵列在系统中获得的总速率来提供基准。
考虑具有一个BS(索引为BS)和K个终端(按k索引)的系统。所有设备均配备有均匀线性阵列，其中NBS和Nk元件隔开距离d＝λ/2，每个元件具有
Figure BDA0002524119640000111
和
Figure BDA0002524119640000112
RF链，并且其中λ表示波长。
每个终端的MIMO信道矩阵的随机实现根据以下模型进行绘制，
Figure BDA0002524119640000121
其中Hk是从接入点至终端k的下行链路信道，P是多路径分量的数量(作为简化，此数量假设对于所有终端均相同)，αkp是终端k的第p个分量的复增益，
Figure BDA0002524119640000122
是BS处的导向向量(类似地，对于ak(Ωk，p))，ΩBS，k，p＝2πdCosθBS，k，p/λ是BS阵列处的第p个分量的方向余弦)，并且θBS,k,p是终端k在BS阵列处的第p个分量的入射方向(类似的定义适用于ak(Ωk,p)、Ωk,p和θk,p)。复增益αk,p取自标准的循环对称复高斯分布，而入射角θBS,k,p和θk,p均匀分布于范围[0,2π]中。
图4描绘了两种不同系统大小和若干SNR的性能。曲线401示出了基于BF总增益的公开方法。曲线402示出了基于迫零总速率的公开方法。曲线403示出了具有完美CSI和数字ZF的参考系统。
图5是示出了根据本公开的服务于多个用户终端的基站500的框图。基站500是上文参照图2和图3所述的基站210或接入点或者上文参照图1所述的基站或接入点110的示例性表示。
基站500可服务于多个用户终端(即，与之通信)，例如如下文参照图6所述的用户终端600。基站500包括数字预编码器501和模拟预编码器502，该数字预编码器和该模拟预编码器被配置为对第一训练信号510进行预编码。数字预编码器501可对应于上文参照图2所述的基带预编码器211。模拟预编码器502可对应于上文参照图2所述的RF预编码器213。基站500还包括无线电收发器503，该无线电收发器被配置为传输预编码的第一训练信号512，并且在传输预编码的第一训练信号512之后接收预编码的第二训练信号622。可从如下文参照图6所述的用户终端600接收预编码的第二训练信号622。无线电收发器503可对应于上文参照图2所述的天线阵列214或天线阵列214的天线端口。
基站500还包括控制器504，该控制器被配置为基于相对于归一化标准对第二训练信号622的处理来调节506数字预编码器501的预编码，例如上文参照图2和图3所述。控制器504还被配置为基于相对于多用户波束形成标准507对第二训练信号622的处理来调节505模拟预编码器502的预编码，例如上文参照图2和图3所述。
控制器504可基于根据多用户波束形成标准的码本选择来调节505模拟预编码器502的预编码，例如上文参照图2和图3所述。控制器504可基于根据多用户波束形成标准的波束导向来调节505模拟预编码器502的预编码。波束导向可基于收发器所传输的最重要多路径分量的离开方向，例如上文参照图2和图3所述。波束导向可基于根据信号能量标准来选择波束。
多用户波束形成标准507可包括例如波束形成增益之和和/或迫零(ZF)总速率，或其它标准。
多用户波束形成标准507可基于由无线电收发器503传输至多个用户终端的多个模拟波束。
控制器504可基于相对于无线电收发器503的传输和接收的乒乓过程来调节506数字预编码器501的预编码，例如上文参照图2和图3所述。无线电收发器503可基于数字预编码器501相对于前次接收的调节来传输相应传输，例如上文参照图3所述。
控制器504可基于第二训练信号的共轭和归一化来调节506数字预编码器501的预编码，例如上文参照图2和图3所述。归一化可包括与已知导频信号的相关性。
控制器504可将模拟预编码器502初始化至使模拟预编码器502扫描所有方向的状态，例如上文参照图2和图3所述。控制器504可例如随机地初始化数字预编码器501。
第二训练信号622可包括来自多个用户终端的相应传输。这些相应传输可包括相互正交的导频序列，例如上文参照图2和图3所述。
图6是示出了根据本公开的用户终端600的框图。用户终端600是上文参照图2和图3所述的用户终端220、330或者上文参照图1所述的用户终端121、122的示例性表示。
用户终端600包括数字预编码器601和模拟预编码器602，该数字预编码器和该模拟预编码器被配置为对第二训练信号620进行预编码。数字预编码器601可对应于上文参照图2所述的基带组合器221或基带预编码器。模拟预编码器602可对应于上文参照图2所述的RF组合器223或RF预编码器。
用户终端600包括无线电收发器603，该无线电收发器被配置为传输预编码的第二训练信号622，并且响应于预编码的第二训练信号622的传输而接收预编码的第一训练信号512。可从上文参照图5所述的基站500接收预编码的第一训练信号512。无线电收发器603可对应于上文参照图2所述的天线阵列224或天线阵列224的天线端口。
用户终端600还包括控制器607，该控制器被配置为基于相对于归一化标准对第一训练信号512的处理来调节606数字预编码器601的预编码，例如上文参照图2和图3所述。控制器607被配置为基于相对于波束形成标准607对第一训练信号512的处理来调节605模拟预编码器602的预编码，例如上文参照图2和图3所述。
控制器604可基于根据波束形成标准的码本选择来调节605模拟预编码器602的预编码，例如上文参照图2和图3所述。控制器604可基于第一训练信号512的波束导向来调节605模拟预编码器602的预编码。波束导向可基于收发器603所传输的最重要多路径分量的离开方向，例如上文参照图2和图3所述。波束导向可基于根据信号能量标准来选择波束。
控制器604可基于相对于无线电收发器603的传输和接收的乒乓过程来调节606数字预编码器601的预编码，例如上文参照图2和图3所述。无线电收发器603可基于数字预编码器601相对于前次接收的调节606来传输相应传输，例如上文参照图3所述。
控制器604可基于第一训练信号512的共轭和归一化来调节606数字预编码器601的预编码，例如上文参照图2和图3所述。归一化可包括与已知导频信号的相关性，例如上文参照图2和图3所述。
控制器604可将模拟预编码器602初始化至使模拟预编码器602扫描所有方向的状态，例如上文参照图2和图3所述。例如，控制器604可随机地初始化数字预编码器601。
图7是示出了根据本公开的多用户预编码方法700的示意图。
方法700包括由数字预编码器和模拟预编码器(例如，如上文参照图5所述的数字预编码器501和模拟预编码器502)对第一训练信号进行预编码701。
方法700包括由无线电收发器(例如，上文参照图5所述的无线电收发器503)传输702预编码的第一训练信号。
方法700包括在传输预编码的第一训练信号之后由无线电收发器接收703预编码的第二训练信号，例如上文参照图2、图3和图5所述。
方法700还包括基于相对于归一化标准对第二训练信号的处理来调节704数字预编码器的预编码，并且基于相对于多用户波束形成标准对第二训练信号的处理来调节模拟预编码器的预编码，例如上文参照图2、图3和图5所述。
方法700还可包括基于根据多用户波束形成标准的码本选择来调节模拟预编码器的预编码，例如上文参照图2、图3和图5所述。方法700还可包括基于根据多用户波束形成标准的波束导向来调节模拟预编码器的预编码。波束导向可基于收发器所传输的最重要多路径分量的离开方向。波束导向可基于根据信号能量标准来选择波束。多用户波束形成标准可包括以下项中的一项：波束形成增益之和；或迫零(ZF)总速率。多用户波束形成标准可基于由无线电收发器传输至多个用户终端的多个模拟波束，例如上文参照图2、图3和图5所述。
方法700还可包括基于相对于无线电收发器的传输和接收的乒乓过程来调节数字预编码器的预编码。方法700还可包括由无线电接收器基于数字预编码器相对于前次接收的调节来传输相应传输。方法700还可包括基于第二训练信号的共轭和归一化来调节数字预编码器的预编码，例如上文参照图2、图3和图5所述。
归一化可包括与已知导频信号的相关性。方法700还可包括将模拟预编码器初始化至使模拟预编码器能够扫描所有方向的状态。方法700还可包括随机地初始化数字预编码器。第二训练信号可包括来自多个用户终端的相应传输。相应传输可包括相互正交的导频序列，例如上文参照图2、图3和图5所述。
本公开中描述的设备和系统可实现为芯片或专用集成电路(ASIC)上的数字信号处理器(DSP)、微控制器或任何其它副处理器或硬件电路。
本公开中描述的实施方案可实现于数字电子电路中或者计算机硬件、固件、软件或它们的组合中，例如移动设备的可用硬件中或专用于处理本文所述方法的新硬件中。
本公开也支持包括计算机可执行代码或计算机可执行指令的计算机程序产品，该计算机可执行代码或计算机可执行指令在执行时，致使至少一台计算机执行本文所述的执行和计算框，具体地讲是上文参照图3和图7所述的方法300和700以及上文参照图2、图5和图6所述的计算框。此类计算机程序产品可包括其上存储有程序代码以供处理器使用的非暂态可读存储介质，该程序代码包括用于执行如上所述的方法或计算框的指令。
实施例
以下实施例涉及另外的实施方案。实施例1是一种用于与多个用户终端进行通信的基站，该基站包括：数字预编码器和模拟预编码器，该数字预编码器和该模拟预编码器被配置为对第一训练信号进行预编码；无线电收发器，该无线电收发器被配置为传输所预编码的第一训练信号，并且在传输所预编码的第一训练信号之后接收预编码的第二训练信号；和控制器，该控制器被配置为基于相对于归一化标准对第二训练信号的处理来调节数字预编码器的预编码，并且基于相对于多用户波束形成标准对第二训练信号的处理来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例2中，根据实施例1所述的主题可任选地包括控制器被配置为基于根据多用户波束形成标准的码本选择来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例3中，根据实施例1至2中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为基于根据多用户波束形成标准的波束导向来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例4中，根据实施例3所述的主题可任选地包括波束导向基于收发器所传输的最重要多路径分量的离开方向。
在实施例5中，根据实施例4所述的主题可任选地包括波束导向基于根据信号能量标准来选择波束。
在实施例6中，根据实施例1至5中任一项所述的主题可任选地包括多用户波束形成标准包括以下项中的一项：波束形成增益之和；或迫零(ZF)总速率。
在实施例7中，根据实施例1至6中任一项所述的主题可任选地包括多用户波束形成标准基于由无线电收发器传输至多个用户终端的多个模拟波束。
在实施例8中，根据实施例1至7中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为基于相对于无线电收发器的传输和接收的乒乓过程来调节数字预编码器的预编码。
在实施例9中，根据实施例8所述的主题可任选地包括无线电收发器被配置为基于数字预编码器相对于前次接收的调节来传输相应传输。
在实施例10中，根据实施例1至9中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为基于第二训练信号的共轭和归一化来调节数字预编码器的预编码。
在实施例11中，根据实施例10所述的主题可任选地包括归一化包括与已知导频信号的相关性。
在实施例12中，根据实施例1至11中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为将模拟预编码器初始化至使模拟预编码器能够扫描所有方向的状态。
在实施例13中，根据实施例1至12中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为随机地初始化数字预编码器。
在实施例14中，根据实施例1至13中任一项所述的主题可任选地包括第二训练信号包括来自多个用户终端的相应传输。
在实施例15中，根据实施例14所述的主题可任选地包括相应传输包括相互正交的导频序列。
实施例16是一种用户终端，包括：数字预编码器和模拟预编码器，该数字预编码器和该模拟预编码器被配置为对第二训练信号进行预编码；无线电收发器，该无线电收发器被配置为传输所预编码的第二训练信号，并且响应于所预编码的第二训练信号的传输而接收预编码的第一训练信号；和控制器，该控制器被配置为基于相对于归一化标准对第一训练信号的处理来调节数字预编码器的预编码，并且基于相对于波束形成标准对第一训练信号的处理来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例17中，根据实施例16所述的主题可任选地包括控制器被配置为基于根据波束形成标准的码本选择来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例18中，根据实施例16和17中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为基于第一训练信号的波束导向来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例19中，根据实施例18所述的主题可任选地包括波束导向基于收发器所传输的最重要多路径分量的离开方向。
在实施例20中，根据实施例19所述的主题可任选地包括波束导向基于根据信号能量标准来选择波束。
在实施例21中，根据实施例16至20中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为基于相对于无线电收发器的传输和接收的乒乓过程来调节数字预编码器的预编码。
在实施例22中，根据实施例20所述的主题可任选地包括无线电收发器被配置为基于数字预编码器相对于前次接收的调节来传输相应传输。
在实施例23中，根据实施例16至22中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为基于第一训练信号的共轭和归一化来调节数字预编码器的预编码。
在实施例24中，根据实施例23所述的主题可任选地包括归一化包括与已知导频信号的相关性。
在实施例25中，根据实施例16至24中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为将模拟预编码器初始化至使模拟预编码器能够扫描所有方向的状态。
在实施例26中，根据实施例16至25中任一项所述的主题可任选地包括控制器被配置为随机地初始化数字预编码器。
实施例27是一种多用户MIMO系统，包括：根据实施例1至15中的一项所述的基站；和根据实施例16至26中的一项所述的多个用户终端。
实施例28是一种多用户预编码方法，包括：由数字预编码器和模拟预编码器对第一训练信号进行预编码；由无线电收发器传输所预编码的第一训练信号；在传输所预编码的第一训练信号之后，由无线电收发器接收预编码的第二训练信号；以及基于相对于归一化标准对第二训练信号的处理来调节数字预编码器的预编码，并且基于相对于多用户波束形成标准对第二训练信号的处理来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例29中，根据实施例28所述的主题可任选地包括基于根据多用户波束形成标准的码本选择来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例30中，根据实施例28和29中任一项所述的主题可任选地包括基于根据多用户波束形成标准的波束导向来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例31中，根据实施例30所述的主题可任选地包括波束导向基于收发器所传输的最重要多路径分量的离开方向。
在实施例32中，根据实施例30和31中任一项所述的主题可任选地包括波束导向基于根据信号能量标准来选择波束。
在实施例33中，根据实施例28至32中任一项所述的主题可任选地包括多用户波束形成标准包括以下项中的一项：波束形成增益之和；或迫零(ZF)总速率。
在实施例34中，根据实施例28至33中任一项所述的主题可任选地包括多用户波束形成标准基于由无线电收发器传输至多个用户终端的多个模拟波束。
在实施例35中，根据实施例28至34中任一项所述的主题可任选地包括基于相对于无线电收发器的传输和接收的乒乓过程来调节数字预编码器的预编码。
在实施例36中，根据实施例35所述的主题可任选地包括无线电接收器基于数字预编码器相对于前次接收的调节来传输相应传输。
在实施例37中，根据实施例28至36中任一项所述的主题可任选地包括基于第二训练信号的共轭和归一化来调节数字预编码器的预编码。
在实施例38中，根据实施例37所述的主题可任选地包括归一化包括与已知导频信号的相关性。
在实施例39中，根据实施例28至38中任一项所述的主题可任选地包括将模拟预编码器初始化至使模拟预编码器能够扫描所有方向的状态。
在实施例40中，根据实施例28至39中任一项所述的主题可任选地包括随机地初始化数字预编码器。
在实施例41中，根据实施例28至40中任一项所述的主题可任选地包括第二训练信号包括来自多个用户终端的相应传输。
在实施例42中，根据实施例41所述的主题可任选地包括相应传输包括相互正交的导频序列。
实施例43是一种预编码方法，包括：由数字预编码器和模拟预编码器对第二训练信号进行预编码；由无线电收发器传输所预编码的第二训练信号；在传输所预编码的第二训练信号之后，由无线电收发器接收预编码的第一训练信号；以及基于相对于归一化标准对第一训练信号的处理来调节数字预编码器的预编码，并且基于相对于波束形成标准对第一训练信号的处理来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例44中，根据实施例43所述的主题可任选地包括基于根据波束形成标准的码本选择来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例45中，根据实施例43和44中任一项所述的主题可任选地包括基于第一训练信号的波束导向来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例46中，根据实施例45所述的主题可任选地包括波束导向基于收发器所传输的最重要多路径分量的离开方向。
在实施例47中，根据实施例46所述的主题可任选地包括波束导向基于根据信号能量标准来选择波束。
在实施例48中，根据实施例43至47中任一项所述的主题可任选地包括基于相对于无线电收发器的传输和接收的乒乓过程来调节数字预编码器的预编码。
在实施例49中，根据实施例46所述的主题可任选地包括无线电收发器基于数字预编码器相对于前次接收的调节来传输相应传输。
在实施例50中，根据实施例43至49中任一项所述的主题可任选地包括基于第一训练信号的共轭和归一化来调节数字预编码器的预编码。
在实施例51中，根据实施例50所述的主题可任选地包括归一化包括第一训练信号与已知导频信号的相关性。
在实施例52中，根据实施例43至51中任一项所述的主题可任选地包括将模拟预编码器初始化至使模拟预编码器能够扫描所有方向的状态。
在实施例53中，根据实施例43至52中任一项所述的主题可任选地包括随机地初始化数字预编码器。
实施方案54是一种多用户预编码设备，包括：用于由数字预编码器和模拟预编码器对第一训练信号进行预编码的装置；用于由无线电收发器传输所预编码的第一训练信号的装置；用于在传输所预编码的第一训练信号之后由无线电收发器接收预编码的第二训练信号的装置；和用于基于相对于归一化标准对第二训练信号的处理来调节数字预编码器的预编码并且基于相对于多用户波束形成标准对第二训练信号的处理来调节模拟预编码器的预编码的装置。
在实施例55中，根据实施例54所述的主题可任选地包括用于基于根据多用户波束形成标准的码本选择来调节模拟预编码器的预编码的装置。
实施方案56是一种用于服务于多个用户终端的预编码系统，该预编码系统包括：数字预编码器部件和模拟预编码器部件，该数字预编码器部件和该模拟预编码器部件被配置为对第一训练信号进行预编码；无线电收发器部件，该无线电收发器部件被配置为传输所预编码的第一训练信号，并且在传输所预编码的第一训练信号之后接收预编码的第二训练信号；和控制器部件，该控制器部件被配置为基于相对于归一化标准对第二训练信号的处理来调节数字预编码器的预编码，并且基于相对于多用户波束形成标准对第二训练信号的处理来调节模拟预编码器的预编码。
在实施例57中，根据实施例56所述的主题可任选地包括控制器部件被配置为基于根据多用户波束形成标准的码本选择来调节模拟预编码器的预编码。
实施方案58是一种计算机可读非暂态介质，该计算机可读非暂态介质上存储计算机指令，该计算机指令在由计算机执行时，致使计算机执行根据实施例28至53中任一项所述的方法。
另外，尽管已经参照若干具体实施中的仅一个公开了本公开的特定特征或方面，但是对于任何给定或特定应用，此类特征或方面可与其它具体实施的一个或多个其它特征或方面进行组合，因为这可能是期望的和有利的。此外，就术语“包括”、“具有”、“带有”或其变体在具体实施方式和权利要求中的使用程度而言，此类术语旨在以类似于术语“包含”的方式包括在内。此外，应当理解，本公开的方面可实现于分立电路、部分集成电路或者完全集成电路或编程装置中。另外，术语“示例性的”、“例如”和“如”仅仅表示举例，而不是最佳的或最优的。
尽管本文举例说明和描述了具体方面，但本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以用多种另选形式和/或等同形式的具体实施替代所示和所述的具体方面。本专利申请旨在涵盖本文讨论的具体方面的任何修改形式或变型形式。
尽管以下权利要求中的要素是以具有对应标记的特定顺序列举的，但除非权利要求的列举内容原本暗示了用于实施那些要素中的一些或全部要素的具体顺序，否则这些要素不一定旨在限于以该特定顺序来实现。

Claims (25)

1.一种用于与多个用户终端进行通信的基站，所述基站包括：
数字预编码器和模拟预编码器，所述数字预编码器和所述模拟预编码器被配置为对第一训练信号进行预编码；
无线电收发器，所述无线电收发器被配置为传输所预编码的第一训练信号，并且在传输所预编码的第一训练信号之后接收预编码的第二训练信号；和
控制器，所述控制器被配置为基于相对于归一化标准对所述第二训练信号的处理来调节所述数字预编码器的预编码，并且基于相对于多用户波束形成标准对所述第二训练信号的处理来调节所述模拟预编码器的预编码。
2.根据权利要求1所述的基站，
其中所述控制器被配置为基于根据所述多用户波束形成标准的码本选择来调节所述模拟预编码器的所述预编码。
3.根据权利要求1或2所述的基站，
其中所述控制器被配置为基于根据所述多用户波束形成标准的波束导向来调节所述模拟预编码器的所述预编码。
4.根据权利要求3所述的基站，
其中所述波束导向基于所述收发器所传输的最重要多路径分量的离开方向。
5.根据权利要求4所述的基站，
其中所述波束导向基于根据信号能量标准来选择波束。
6.根据权利要求1或2所述的基站，
其中所述多用户波束形成标准包括以下项中的一项：波束形成增益之和；或迫零(ZF)总速率。
7.根据权利要求1或2所述的基站，
其中所述多用户波束形成标准基于由所述无线电收发器传输至所述多个用户终端的多个模拟波束。
8.根据权利要求1或2所述的基站，
其中所述控制器被配置为基于相对于所述无线电收发器的传输和接收的乒乓过程来调节所述数字预编码器的所述预编码。
9.根据权利要求8所述的基站，
其中所述无线电收发器被配置为基于所述数字预编码器相对于前次接收的调节来传输相应传输。
10.根据权利要求1或2所述的基站，
其中所述控制器被配置为基于所述第二训练信号的共轭和归一化来调节所述数字预编码器的所述预编码。
11.根据权利要求10所述的基站，
其中所述归一化包括与已知导频信号的相关性。
12.根据权利要求1或2所述的基站，
其中所述控制器被配置为将所述模拟预编码器初始化至使所述模拟预编码器能够扫描所有方向的状态。
13.根据权利要求1或2所述的基站，
其中所述控制器被配置为随机地初始化所述数字预编码器。
14.一种用户终端，包括：
数字预编码器和模拟预编码器，所述数字预编码器和所述模拟预编码器被配置为对第二训练信号进行预编码；
无线电收发器，所述无线电收发器被配置为传输所预编码的第二训练信号，并且响应于所预编码的第二训练信号的传输而接收预编码的第一训练信号；和
控制器，所述控制器被配置为基于相对于归一化标准对所述第一训练信号的处理来调节所述数字预编码器的预编码，并且基于相对于波束形成标准对所述第一训练信号的处理来调节所述模拟预编码器的预编码。
15.根据权利要求14所述的用户终端，
其中所述控制器被配置为基于根据所述波束形成标准的码本选择来调节所述模拟预编码器的所述预编码。
16.一种多用户MIMO系统，包括：
根据权利要求1或2所述的基站；和
根据权利要求14或15所述的多个用户终端。
17.一种多用户预编码方法，包括：
由数字预编码器和模拟预编码器对第一训练信号进行预编码；
由无线电收发器传输所预编码的第一训练信号；
在传输所预编码的第一训练信号之后，由所述无线电收发器接收预编码的第二训练信号；以及
基于相对于归一化标准对所述第二训练信号的处理来调节所述数字预编码器的预编码，并且基于相对于多用户波束形成标准对所述第二训练信号的处理来调节所述模拟预编码器的预编码。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：
基于根据所述多用户波束形成标准的码本选择来调节所述模拟预编码器的所述预编码。
19.一种预编码方法，包括：
由数字预编码器和模拟预编码器对第二训练信号进行预编码；
由无线电收发器传输所预编码的第二训练信号；
在传输所预编码的第二训练信号之后，由所述无线电收发器接收预编码的第一训练信号；以及
基于相对于归一化标准对所述第一训练信号的处理来调节所述数字预编码器的预编码，并且基于相对于波束形成标准对所述第一训练信号的处理来调节所述模拟预编码器的预编码。
20.根据权利要求19所述的方法，包括：
基于根据所述波束形成标准的码本选择来调节所述模拟预编码器的所述预编码。
21.一种多用户预编码设备，包括：
用于由数字预编码器和模拟预编码器对第一训练信号进行预编码的装置；
用于由无线电收发器传输所预编码的第一训练信号的装置；
用于在传输所预编码的第一训练信号之后由所述无线电收发器接收预编码的第二训练信号的装置；和
用于基于相对于归一化标准对所述第二训练信号的处理来调节所述数字预编码器的预编码并且基于相对于多用户波束形成标准对所述第二训练信号的处理来调节所述模拟预编码器的预编码的装置。
22.根据权利要求21所述的多用户预编码设备，包括：
用于基于根据所述多用户波束形成标准的码本选择来调节所述模拟预编码器的所述预编码的装置。
23.一种用于服务于多个用户终端的预编码系统，所述预编码系统包括：
数字预编码器部件和模拟预编码器部件，所述数字预编码器部件和所述模拟预编码器部件被配置为对第一训练信号进行预编码；
无线电收发器部件，所述无线电收发器部件被配置为传输所预编码的第一训练信号，并且在传输所预编码的第一训练信号之后接收预编码的第二训练信号；和
控制器部件，所述控制器部件被配置为基于相对于归一化标准对所述第二训练信号的处理来调节所述数字预编码器的预编码，并且基于相对于多用户波束形成标准对所述第二训练信号的处理来调节所述模拟预编码器的预编码。
24.根据权利要求23所述的预编码系统，
其中所述控制器部件被配置为基于根据所述多用户波束形成标准的码本选择来调节所述模拟预编码器的所述预编码。
25.一种计算机可读非暂态介质，所述计算机可读非暂态介质上存储计算机指令，所述计算机指令在由计算机执行时，致使所述计算机执行权利要求17至20中任一项所述的方法。
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