CN111800174B

CN111800174B - 用于控制多输入多输出天线系统的方法和装置

Info

Publication number: CN111800174B
Application number: CN202010261276.0A
Authority: CN
Inventors: K·乌帕德亚; M·A·乌西塔洛
Original assignee: Nokia Technologies Oy
Current assignee: Nokia Technologies Oy
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: EP3719927A1; CN111800174A; US20200322009A1; EP3719927B1; US10897288B2

Abstract

提供了一种在网络节点中用于控制多输入多输出天线系统的方法，该方法包括：获得将被传输的多个时域符号，多个时域符号包括将经由多输入多输出天线系统被广播的时域符号；确定多个时域符号与和多输入多输出天线系统的相应天线元件相关联的控制单元的参数之间的映射，每个控制单元包括移相器，其中参数控制移相器的值，并且其中所映射是基于用于最小化接收用户设备处的失真和/或误比特率的算法来而被执行的；引起在控制单元处应用参数；以及引起经由多输入多输出天线系统来传输多个时域符号。

Description

用于控制多输入多输出天线系统的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信。

背景技术

在通信网络中，多输入多输出(MIMO)天线系统可以被用于将信息传输给多个接收器。这种系统可以利用波束形成，并且因此可以利用一个或多个天线波束来执行(多个)传输。随着在这种系统中所利用的天线元件的数目的增加，越来越需要找到能够以更有效的方式执行传输的解决方案。例如，找到新的具有成本效益的方式来控制与天线元件有关的参数可能是有益的。

发明内容

根据一个方面，提供了独立权利要求的主题。在从属权利要求中定义了一些实施例。

在下面的附图和说明书中更详细地陈述了实现的一个或多个示例。从说明书和附图以及权利要求，其他特征将变得明显。

附图说明

在下文中，将参照附图描述一些实施例，其中

图1图示了可以应用本发明的实施例的无线通信系统的示例；

图2图示了根据实施例的流程图；

图3图示了实施例；

图4和5图示了利用所描述的解决方案获得的益处；

图6图示了实施例；

图7图示了利用描述的解决方案所获得的益处；

图8示出了根据实施例的装置；以及

图9图示了实施例。

具体实施方式

以下实施例是示例性的。尽管说明书可以在文本的若干位置中引用“一(an)”、“一个(one)”或“一些(some)”(多个) 实施例，但是这并不一定意味着对(多个)相同的实施例进行每个引用或者特定特征仅适用于单个实施例。不同实施例的单个特征还可以被组合以提供其他实施例。

在下文中，将使用基于高级长期演进(高级LTE，LTE-A)或新无线电(NR、5G)的无线电接入架构作为可以应用实施例的接入架构的示例来描述不同的示例性实施例，然而，不将实施例限于这种架构。对于本领域技术人员明显的是，通过适当地调整参数和程序，实施例也可以应用于具有合适装置的其他种类的通信网络。用于合适系统的其他选项的一些示例是通用移动电信系统(UMTS)无线电接入网(UTRAN或E-UTRAN)、长期演进(LTE，与E-UTRA相同)、无线局域网(WLAN或WiFi)、全球微波接入互操作性 (WiMAX)、

个人通信服务(PCS)、

宽带码分多址(WCDMA)、使用超宽带(UWB)技术的系统、传感器网络、移动自组织网络(MANET)和互联网协议多媒体子系统(IMS) 或其任何组合。

图1描绘了简化系统架构的示例，其仅示出了一些元件和功能实体，全部是逻辑单元，其实现可能与所示出的不同。图1所示的连接是逻辑连接；实际的物理连接可能是不同的。对于本领域技术人员明显的是，该系统通常还包括除了图1所示的功能和结构以外的其他功能和结构。

然而，实施例不限于作为示例给出的系统，但是本领域技术人员可以将解决方案应用于设置有必要属性的其他通信系统。

图1的示例示出了示例性无线电接入网的一部分。

图1示出了被配置为处于小区中的一个或多个通信信道上的无线连接中的用户设备100和102，其中接入节点104(诸如，(e/g) NodeB)提供该小区。从用户设备到(e/g)NodeB的物理链路被称为上行链路或反向链路，并且从(e/g)NodeB到用户设备的物理链路被称为下行链路或前向链路。应该了解的是，可以通过使用适合于这种用法的任何节点、主机、服务器或接入点等实体来实现(e/g) NodeB或其功能性。

通信系统通常包括多于一个的(e/g)NodeB，在这种情况下，(e/g)NodeB也可以被配置为通过专为该目的设计的有线或无线链路彼此通信。这些链路可以被用于信令目的。(e/g)NodeB是被配置为控制与其耦合的通信系统的无线电资源的计算设备。该NodeB 也可以被称为基站、接入点或包括能够在无线环境中操作的中继站的任何其他类型的接口设备。(e/g)NodeB包括或被耦合到收发器。从(e/g)NodeB的收发器向天线单元提供连接，该连接建立到用户设备的双向无线电链路。天线单元可以包括多个天线或天线元件。 (e/g)NodeB进一步连接至核心网110(CN或下一代核心NGC)。根据系统，CN侧的对方可以是服务网关(S-GW，路由和转发用户数据分组)、用于提供用户设备(UE)与外部分组数据网络的连接的分组数据网络网关(P-GW)或移动管理实体(MME)等。

用户设备(也称为UE、用户设备、用户终端、终端设备等)图示了被分配和指派了空中接口上的资源的一种类型的装置，因此本文用用户设备描述的任何特征可以用诸如中继节点等对应装置来实施。这种中继节点的示例是朝向基站的第3层中继(自回程中继)。

用户设备通常是指包括在具有或不具有用户识别模块(SIM)的情况下进行操作的无线移动通信设备的便携式计算设备，包括但不限于以下类型的设备：移动站(移动电话)、智能手机、个人数字助理(PDA)、手机、使用无线调制解调器的设备(警报或测量设备等)、膝上型和/或触摸屏计算机、平板计算机、游戏机、笔记本计算机和多媒体设备。应该了解的是，用户设备也可以是几乎独有的仅上行设备，其示例是将图像或视频剪辑加载到网络的相机或摄影机。用户设备还可以是具有在物联网(IoT)网络中操作的能力的设备，该IoT网络是物体被提供有通过网络传输数据的能力而无需人与人或人与计算机交互的场景。用户设备(或在一些实施例中，第3层中继节点)被配置为执行用户设备功能性中的一个或多个。仅提及几个名称或装置，用户设备也可以被称为用户单元、移动站、远程终端、接入终端、用户终端或用户设备(UE)。

本文描述的各种技术也可以被应用于信息物理系统(CPS)(协作控制物理实体的计算元素的系统)。CPS可以实现在不同位置处的物理对象中嵌入的大量互连ICT设备(传感器、致动器、处理器、微控制器等)的实现和开发。所讨论的物理系统具有固有的移动性的移动信息物理系统是信息物理系统的子类别。移动物理系统的示例包括移动机器人以及由人或动物运输的电子产品。

应该理解，在图1中，仅为了清楚起见，将用户设备描绘为包括2个天线。接收和/或传输天线的数目自然可以根据当前实现而变化。

附加地，尽管将装置描绘为单个实体，但是可以实现不同的单元、处理器和/或存储器单元(未在图1中全部示出)。

5G支持使用多输入多输出(MIMO)天线，比LTE(所谓的小小区概念)多得多的基站或节点，包括与小基站协作操作并取决于服务需求、用例和/或可用频谱采用多种无线电技术的宏站点。5G移动通信支持广泛的用例和相关应用，包括视频流、增强现实、数据共享的不同方式以及各种形式的机器类应用，包括车辆安全性、不同的传感器和实时控制。预计5G具有多个无线电接口，即，低于 6GHz、cmWave和mmWave，并且还可与现有的传统无线电接入技术(诸如，LTE)集成在一起。至少在早期阶段，可以实施与LTE 的集成，作为由LTE提供宏覆盖范围的系统，并且通过聚合到LTE， 5G无线电接口接入来自小小区。换言之，5G计划支持RAT间可操作性(诸如，LTE-5G)和RI间可操作性(无线电接口间可操作性，诸如，低于6GHz-cmWave、低于6GHz-cmWave-mmWave)。被认为在5G网络中使用的概念之一是网络切片，其中，可以在同一基础设施内创建多个独立且专用的虚拟子网(网络实例)，以运行对延迟、可靠性、吞吐量和移动性有不同要求的服务。

LTE网络中的当前架构完全分布在无线电中并且完全集中在核心网中。5G中的低延时应用和服务要求内容靠近无线电，从而导致本地突围和多接入边缘计算(MEC)。5G支持分析和知识生成在数据源处进行。这种方法需要利用可能无法连续连接到网络的资源，诸如，膝上型计算机、智能手机、平板计算机和传感器。MEC为应用和服务托管提供了分布式计算环境。它还具有在蜂窝用户附近存储和处理内容的能力，以加快响应时间。边缘计算覆盖了广泛的技术，诸如，无线传感器网络、移动数据采集、移动签名分析、协作分布式对等自组织网络和处理，也可分类为本地云/雾计算和网格/ 网式计算、露水计算、移动边缘计算、微云、分布式数据存储和检索、自主自我修复网络、远程云服务、增强和虚拟现实、数据缓存、物联网(大规模连接和/或延迟关键)、关键通信(自主车辆、交通安全、实时分析、对时间要求严格的控制和医疗保健应用)。

通信系统还能够与诸如公共交换电话网络或互联网112等其他网络通信，或者利用它们提供的服务。通信网络也可能能够支持云服务的使用，例如，核心网操作的至少一部分可以作为云服务来执行(这在图1中由“云”114描绘)。该通信系统还可以包括中央控制实体等，其为不同运营商的网络提供设施以例如在频谱共享中进行协作。

边缘云可以通过利用网络功能虚拟化(NVF)和软件定义网络 (SDN)进入无线电接入网(RAN)。使用边缘云可能意味着将至少部分地在可操作地耦合至包括无线电部分的远程无线电头或基站的服务器、主机或节点中执行接入节点操作。还可能的是，节点操作将分布在多个服务器、节点或主机之间。cloudRAN架构的应用使得能够在RAN侧(在分布式单元DU 104中)执行RAN实时功能，并且以集中式(在集中式单元CU 108中)执行非实时功能。

还应该理解的是，核心网操作与基站操作之间的劳动分配可以不同于LTE，甚或不存在。可能使用的一些其他技术进步是大数据和全IP，它们可能会改变网络的构建和管理方式。5G(或新无线电 NR)网络被设计为支持多个层次结构，其中，MEC服务器可以放置在核心与基站或nodeB(gNB)之间。应该了解的是，MEC也可以应用于4G网络。

5G还可以例如通过提供回程来利用卫星通信以增强或补充5G 服务的覆盖范围。可能的用例是为机器对机器(M2M)或物联网(IoT) 设备或车载乘客提供服务连续性，或确保关键通信以及未来的铁路/ 海事/航空通信的服务可用性。卫星通信可以利用对地静止地球轨道 (GEO)卫星系统，也可以利用低地球轨道(LEO)卫星系统，特别是巨型星座(部署了数百个(纳米)卫星的系统)。巨型星座中的每个卫星106可以覆盖创建地面小区的几个启用卫星的网络实体。地面小区可以通过地面中继节点104或由位于地面上或卫星中的 gNB创建。

对于本领域技术人员明显的是，所描绘的系统只是无线电接入系统的一部分的示例，并且在实践中，该系统可以包括多个(e/g) NodeB，用户设备可以接入多个无线电小区，并且该系统还可以包括至少一个(e/g)NodeB的其他装置，诸如，物理层中继节点或其他网络元件等，或可以是家庭(e/g)NodeB。附加地，在无线电通信系统的地理区域中，可以提供多个不同种类的无线电小区以及多个无线电小区。无线电小区可以是宏小区(或伞形小区)，它们是通常具有长达数十公里的直径的大小区，或者是诸如微小区、毫微微小区或微微小区等小小区。图1的(e/g)NodeB可以提供任何种类的这些小区。蜂窝无线电系统可以被实施为包括几种小区的多层网络。通常，在多层网络中，一个接入节点提供一种或多种小区，因此需要多个(e/g)NodeB来提供这种网络结构。

为了满足改善通信系统的部署和性能的需要，引入了“即插即用”(e/g)NodeB的概念。通常，能够使用“即插即用”(e/g)Node 的网络除了家庭(e/g)Node(H(e/g)Node)外还包括家庭节点B 网关或HNB-GW(未在图1中示出)。通常安装在运营商网络内的 HNB网关(HNB-GW)可能会将业务从大量HNB聚合回核心网。

当前的4G基站和网络节点每个扇区最多可以支持8个天线。基站成本(即，资本和操作成本)可以与天线元件的数量成线性比例。预计未来的基站和网络节点将使用更多数量级的天线，因此降低每天线元件的成本以降低总体成本可能是有益的。每元件成本的一个组成部分可以归因于射频(RF)功率放大器和数模转换器(DAC)。传统的RF功率放大器在功率效率较低的线性区域中操作，以保持信号完整性，而典型的传输链则采用昂贵且耗电的高分辨率DAC，其成本和功耗与分辨率成指数关系。

一种方法可能是通过用更便宜和更节能的组件更换每个天线处的高分辨率DAC，从根本上改变发射器架构，即，有限分辨率(也支持低分辨率)RF/基带移相器和/或开关。移相器或者修改或输出恒定包络信号的任何等效组件(例如，硬件组件)可以用于改变所传输信号的相位，并且开关或任何等效组件可以用于启用或禁用天线元件。在没有开关的情况下，使用移相器可以实现恒定包络预编码，其中，输入到功率放大器的波形仅可以进行相位调制，因此可以具有恒定的包络。这种架构可能具有放松对功率放大器的线性要求的潜力，从而降低了其成本，并允许其在可能功率效率更高的饱和区域中操作。

可以通过非线性符号级预编码来实现对具有有限分辨率的移相器/开关的UE的波束形成，这可能涉及将每个信息符号映射到每个天线元件处的移相器/开关的状态。针对具有在发射器处可用的信道状态信息(CSI)的(多个)UE(即，CSIT)，已经提出了几种低复杂度的非线性符号级预编码算法。大规模多用户多输入多输出 (MU-MIMO)BS或网络节点中的另一挑战是在没有CSIT的情况下向UE传输信息。当对应于UE的CSI在BS处不可用时，例如在初始接入期间(多次)这种传输可能是必要的。

因此，提出一种解决方案以解决制造具有充足或足够好的性能的低成本MIMO解决方案的问题。该解决方案提出了一种在没有 CSIT的情况下向(多个)UE传输信息的方法。在使用有限分辨率移相器和/或用于在每个天线元件处进行波束形成的开关时，可以在同一时频资源上对具有CSIT的(多个)UE或在部分或完全不重叠的时频资源上对具有CSIT的(多个)UE执行该传输。

图2图示了根据实施例的流程图。参照图2，示出了用于控制多输入多输出(MIMO)天线系统的网络节点中的方法，其中该方法包括：获得(210)将被传输的多个时域符号，该多个时域符号包括将经由多输入多输出天线系统被广播的时域符号；确定(220)多个时域符号与关联于多输入多输出天线系统的相应天线元件的控制单元的参数之间的映射，每个控制单元包括移相器和/或开关，其中该参数控制移相器和/或开关的值；引起在控制单元处应用(230)该参数；以及经由多输入多输出天线系统传输(240)多个时域符号。

映射(即，框220的映射)可以基于最小化性能度量的算法而被执行/确定，诸如，接收用户设备处的失真和/或误比特率(BER)。接收用户设备可以指代一个或多个用户设备。

接收用户设备处的BER可以指例如接收UE的BER。

在一些示例中，接收用户设备处的失真可以表示接收用户设备处的失真的函数。

在实施例中，使失真最小化是指使接收用户设备处的平均失真最小化。

在下面的示例中给出了利用算法的至少两个不同示例。还要注意，作为失真和/或BER的补充或备选，可能可以使用一些其他性能度量。

执行该方法的网络节点可以是或被包括在例如AP/DU/中继器 104中。MIMO天线系统可以被包括在相同的网络节点中或被包括在一些其他网络节点中。因此，网络节点可以控制内部或外部MIMO 天线系统。此外，网络节点可以指代一个物理实体或彼此协作的实体的网络。例如，网络节点可以是在物理资源上运行的虚拟网络功能(VNF)。

让我们看一下图3，其图示了利用时域符号到单播和广播UE的传输的实施例。即，网络节点可以使MIMO天线系统在相同的时频资源上或者在部分或完全不重叠的时频资源上传输到单播和广播 UE。单播UE可以指网络节点使MIMO天线系统向其传输单播传输的UE。相应地，广播UE可以是指网络节点使MIMO天线系统向其传输广播传输的UE。要注意的是，在广播传输的情况下，传输可以不必像单播传输那样具有目标。因此，广播传输可以是针对网络节点可能具有或可能不具有信息的一个或多个UE的通用广播传输。例如，单播传输可以针对网络节点已经获得信道状态信息(CSI)的 UE。UE上的CSI可以被称为发射器处的CSI(CSIT)，其指示关于 UE的CSI。另一方面，广播传输可以针对网络节点不具有CSI的(多个)UE。因此，从本质上讲，向UE的单播传输可以称为具有CSIT 的传输，标签广播传输可以称为不具有CSIT的传输。因此，例如可以对没有CSI的UE执行时域符号的广播。而且，例如可以对具有 CSI的UE执行时域符号的单播。

在实施例中，通过相同的时频资源向单播和广播UE的传输被称为联合传输。

参照图3，在单播和广播传输的联合传输(即，单播传输和广播传输；单播传输和广播传输；单播传输和广播传输；或单播传输和广播传输)的情况下，广播信息可以利用位于在上行链路中估计的 CSI的零空间(null-space)中的向量而被预编码，以防止广播传输干扰单播传输。这可能是可行的，因为在MIMO天线系统中，天线元件的数量可能明显大于单播UE的数量，从而允许在网络节点处使用多余的自由度，以用于在单播传输的同时传输广播信息。可以观察到，基于评估单播和广播UE的频谱效率，针对目标频谱效率的联合传输所需的总传输功率可能低于在非重叠时频资源块上传输单播和广播传输时所需的总传输功率。然而，迄今为止，还没有解决方案在实现这种联合传输协议中利用有限分辨率的(多个)移相器和/ 或(多个)开关，即，可以使用非线性组件(例如，移相器和开关) 代替线性组件，诸如，高分辨率的数模转换器(DAC)和线性功率放大器，它们昂贵且耗电。要注意，本段中提到的解决方案可以包含单播和广播传输是在部分重叠或不重叠的时频资源上进行的场景。

因此，现在参照图3，给出了如何执行联合传输的一个示例。可以在N个子载波上(例如，用单播线性预编码器310)对与K个不同用户(即，u₁[n]、…、u_K[n]，

…、N)相对应的单播信息符号或流进行预编码。预编码可以是使用例如预编码方案P_u(诸如，迫零(ZF)或最小均方误差(MMSE))执行的。可以在基带中执行预编码。

可以基于预编码的单播信息符号或流来生成/获得时域符号 (s_u[t])。例如，可以通过对预编码的符号或流执行快速傅里叶逆变换312(IFFT)来获得s_u[t]。可以在本领域中已知的过程中进一步使用并行到串行(P/S)转换器314。

在实施例中，对时域符号s_u[t]进行幅度和相位调制。例如，时域符号可以是正交频分复用(OFDM)符号。

在实施例中，对时域符号s_b[t]进行幅度和相位调制。例如，时域符号可以是正交频分复用(OFDM)符号。在实施例中，对时域符号 s_b[t]进行相位调制，而不进行幅度调制。

在实施例中，对时域符号进行幅度和/或相位调制或者OFDM调制。

要注意的是，即使在具有承载仅相位调制信号的子载波的OFDM 的情况下，实际传输的信号也可以进行幅度和相位调制。

仍然参照图3，可以使用矩阵P_b对N个子载波上的广播信息符号或流(即，u_B[1]，、…、u_B[N])进行预编码(例如，参见框320)。在子载波n∈[1，N]还承载单播信息符号或流(即，在相同的时频资源上传输单播和广播信息符号)的情况下，预编码矩阵P_b进一步通过投影矩阵

而被投影到子载波n上的单播信道矩阵的零空间上，即，H_n，其中，(·)^T、(·)^*和(·)^-1分别表示矩阵转置、复共轭和矩阵求逆。信道矩阵H_n是第n个子载波上M根基站天线与K个用户之间的信道系数的集合。可以基于预编码的广播信息符号或流来生成/获得时域符号(s_B[t])。例如，s_B[t]可以通过对预编码的符号或流执行快速傅里叶逆变换323(IFFT)来获得。可以在本领域中已知的过程中进一步使用并行到串行(P/S)转换器325。

可以将所得的广播符号s_b[t]添加324到s_u[t]，并且可以将组合的符号

输入到非线性符号级预编码器330。组合的符号可以指代从单播和广播符号或流获得的时域符号组合。使用所描述的架构可以获得一个或多个组合符号。

在实施例中，对单播时域符号和广播时域符号两者进行幅度和相位调制。因此，例如，单播时域符号可以被OFDM调制，而广播时域符号被正交幅度调制(QAM)调制。

非线性符号级预编码器330可以在M(其中，M为正整数并指示 MIMO天线系统中天线元的数量)个天线元件342、344、346、348 中的每一个处将组合s[t]转换为(b+1)个比特。要注意，在图3中用参考符号示出了仅一个天线元件348和关联的控制单元(例如，包括元件342、344)。然而，在所使用的MIMO天线系统中，每个天线元件可以有一个以上的天线元件(也如附图所图示的)和关联的控制单元。比特b+1可以用于控制移相器344的状态和/或开关342的状态。因此，通常，每个天线元件342-348可以包括将信号共振到空中接口中的天线元件348。进一步地，每个天线元件348可以与至少包括移相器344的控制单元相关联。控制单元可以进一步包括开关 342。在一些示例中，控制单元可以还包括放大器(PA)346。因此，控制单元可以包括移相器344(其相移值可以经由参数来控制)、开关342(其状态可以经由参数来控制)和/或PA 346。在一些示例中，开关342可以包括在PA 346中。

因此，在每个天线元件M处，比特b+1可以被用于控制相应移相器344和/或开关342的状态。例如，b个比特可以被用于控制移相器344的状态或值(即，相移值)，并且剩余的一个比特可以被用于控制开关的状态(即，打开或闭合)。移相器344可以是例如低分辨率射频(RF)/基带(BB)移相器。与相应的天线元件相关联的每个控制单元可以包括例如一个移相器344和一个开关。移相器和开关的组合可以设置载波信号的幅度和相位，此后幅度和相位可以采取值的有限集合，如图9的示例所描绘的。还可以通过b+1比特的数模转换器902来模拟该功能性。类似地，可以将其他类似的放大器346与转换器902一起使用，与移相器-开关组合一样。因此，在一些实施例中，可以将开关342和移相器344更换为DAC(例如， b+1比特DAC)902。在图9中，示出了用于获得信号星座图900的两个不同选项。因此，不需要两者都是。以技术人员已知的形式描绘信号星座图900(即，正交和同相载波作为轴，并且信号通过正交和同相载波轴上的位置表示)。例如，通过选择不同的开关和相移值，可以获得不同的信号星座图值。因此，经由开关和相移值的信号星座图的所选值可以表示使接收器处的失真和/或BER最小化的信号星座图。

利用所描述的方法，可以利用MIMO天线系统来生成所需的无线电波束。因此，预编码器330可以生成组合的时域符号与控制单元参数值(例如，b+1个比特)之间的映射。在这种情况下，在第m 个天线处生成的映射可以被称为x_m[t](即，预编码器330的输出)，其可以控制每个天线元件处的单元参数值。因此，x_m[t]可以经由 MIMO天线系统的每个天线元件的相应参数来指示开关状态和相移值。实际上，第m个天线处的非线性预编码器的输出(被表示为x_m[t]) 可以采取来自基数为|χ|＝2^b+1的字母表

的值。

因此，根据参照图3的实施例，图2的方法还包括：基于单播时域符号和广播时域符号获得时域符号组合；以及确定时域符号组合与控制单元的参数(即，控制相应天线元件处的相移值和开关状态的参数)之间的映射(即，框220)。如上面所讨论的，可以将所确定的控制单元的参数应用于控制单元(例如，开关和移相器)，并且根据参数值(即，相移值和开关状态)经由天线元件来相应地传输数据(即，单播和广播传输)。

如上文所讨论的，可以通过使用用于使接收用户设备处的失真和/或BER最小化的算法来确定参数与时域符号之间的映射。在一个示例中，这可能意味着接收用户设备处的失真和/或BER包括单播和广播UE处的失真和/或BER。这种算法可以是例如迭代低复杂度算法，其调整每个天线元件348处的移相器344和开关342状态。该算法可以使时域符号(例如，进行幅度和相位调制的)能传输到具有和不具有CSIT的UE。为了使在单播和广播UE处接收到的信息符号的失真和/或BER最小化，可以执行在每个天线元件处的传输信息符号与移相器值和开关状态之间的映射。该算法可以在预编码器 330处被实现，并且所得的输出(即，x_m[t]，其中，m指示天线元件索引，例如，x₅[t]可以指示与索引5相关联的天线元件(例如，第5 个天线元件)处的相移值和开关状态)可以是指示每个天线元件处的相移值和开关状态(即，打开或闭合)的映射。

在实施例中，该算法至少基于关于一个或多个单播用户设备的干扰信息和关于一个或多个广播用户设备的干扰信息。

在实施例中，用于最小化接收用户设备处的失真和/或BER的算还基于一个或多个单播用户设备和一个或多个广播用户设备处的加性噪声信息。

下文给出了将s[t]映射到M维向量x[t]的算法的一个示例。可以使用预编码器330最小化单播和广播UE处的总MSE来实现算法(1)：

其中，第一项(即，H^T(ax[t]-s[t])||²)对应于单播UE所见的干扰，第二项(即，

)对应于广播UE所见的干扰，并且最后两项对应于UE终端处的加性噪声的影响。K表示单播UE 的数量。该参数α用于在加性噪声与干扰之间进行权衡，并且矩阵g是广播UE与网络节点之间的信道向量。参数

和

分别表示单播和广播UE的噪声方差。等式(1)中出现的非凸问题可以使用例如以下算法来解决，其通过以下伪代码来图示：

其中

为了计算等式(1)中的期望，可以假定广播UE具有预定义角度扩展与波束的宽度相对应的信道，该信道又定义了其空间协方差矩阵R。给出了一个这样的协方差矩阵，其生成在仰角和方位角对 (θ₁，φ₁)和(θ₂，φ₂)之间的波束，如下：

其中，θ和φ分别是仰角和方位角，a(θ，φ)是与这些角度相对应的基站处的二维天线阵列的导引向量，并且p(θ，φ)是信道路径的概率密度函数。要注意，在均匀线性阵列的情况下，R不再是θ的函数，而是计算为：

通常使用R来计算广播预编码矩阵P_b。如果BS被配备有均匀线性阵列，则P_b可以被定义为P_b＝U_azc，其中U_az包含对应于D个最大特征值的R_az的D个特征向量，并且

是具有单位模量元素的任意向量。针对2D平面阵列，P_b同样可以被写为：

P_b＝U_elcq'

其中U_el由仰角协方差矩阵R_el的D个最大特征向量组成，其依次定义为：

并且q是任何恒定幅度的零自相关序列。实际上，针对低分辨率移相器，例如，q可以是理想的二进制或四进制阵列或量化的 Zadoff-Chu序列。

也可以修改等式1中的代价函数，以合并所传输的信息符号的预失真以减小总失真。通常，由于每个天线元件处的星座图χ中的符号数量很少，因此可能无法充分消除等式(1)中单播和广播UE所见的干扰。因此，计算x_opt时的进一步增强可能是有益的。一种这样的方法是使信息符号u₁[n]、…、u_K[n]和b[t]预失真，以便最小化单播和广播UE处的失真和/或误比特率。

根据实施例，关于述一个或多个单播用户设备的信道状态信息 (CSI)332是可用的，并且其中关于一个或多个广播用户设备的信道状态信息是不可用的。在图3中示出了示例，其中预编码器330 可以获得关于一个或多个单播用户设备的CSI。基于CSI(或者在这种情况下为CSIT)，网络节点可以对网络节点具有CSIT的(多个) UE执行单播传输。如本领域已知的，CSI可以由(多个)UE报告给网络节点。因此，例如，网络节点可以通过利用图3的架构来执行幅度和/或相位调制的信息符号到具有CSIT的UE的联合传输和相位调制的信息符号到不具有CSIT的UE的联合传输。

图4和5图示了例如通过利用关于图3和4描述的架构和方法所获得的益处。在附图中，BER代表误比特率；DL代表下行链路； MAGIQ代表多天线、贪婪、迭代和量化(即，MAGIQ算法)；ZF 代表迫零；以及dBm代表相对于1毫瓦的分贝。所提出的具有联合单播和广播传输的解决方案可能需要比已知正交对应项更低的传输功率。正交对应项可以指单播和广播传输发生在单独的时频资源上的情况。而且，非线性设备可能比需要使用DAC和线性功率放大器的线性设备更具成本效益。

在图4和5中利用M＝64、K＝4以及宽度为11.25°的广播信道的波束证明了所提出算法的性能。图4可以图示物理下行链路控制信道 (PDSCH)上的传输效率，并且图5可以图示物理广播信道(PBCH) 上的传输效率。然而，可以使用不同的值，并且这些值应被理解为示例。在示例中，网络节点可以通过具有从16正交幅度调制(QAM) 星座图绘制的符号的256个子载波与单播UE通信。广播信息符号可以用从QPSK星座图绘制的符号进行单载波调制。单播和广播信道中的传输比特可以分别以1/2和2/3的码率进行低密度奇偶校验 (LDPC)编码。在图4和5中，我们看到，低成本硬件可能需要大约1.5-2dB的额外传输功率才能实现与其理想对等端相同的BER (即，ZF：无限分辨率)。然而，要注意，通过使用更便宜并且更省电的组件能减少功耗并节省成本。

图6图示了实施例。参照图6，用参考符号630图示非线性符号级预编码器。在该示例中，将被传输的时域符号可以是将被广播的时域符号。进一步地，在该示例中，将被广播的时域符号可以被幅度和相位两者调制。在实施例中，在图6的示例实施例中，时域符号仅包括将被广播的时域符号。因此，可能不存在将被单播的时域符号。因此，图6的示例架构可以被用于在一个或多个广播信道中向没有CSIT的UE传输幅度和/或相位调制的信息符号。

预编码器630可以利用基于查找表634的算法，该算法可以将广播信息符号或流(即，u₁[n]、…、u_K[n]，

…、N)映射到每个天线元件处的移相器344的值以及开关342的状态，以最小化/减小广播UE处的平均失真和/或BER。因此，可以确定与广播信息符号或流相对应的移相器344的值和开关342的状态，其中映射可以指示对应关系。

在实施例中，图2的方法还包括：生成时域符号与控制单元的参数之间的映射；将映射存储在查找表634中；以及在确定(即，在框220中)多个时域符号与控制单元342、344(即，与每个天线元件348相关联的控制单元)的参数之间的映射时，利用查找表634。因此，在框220中确定映射之前，可以确定时域符号与移相器的值和开关的状态之间的映射，并将其存储到查找表634。因此，可以离线预计算该映射并将其存储在查找表中。

在实施例中，针对多个不同的天线波束方向，时域符号与控制单元的参数之间的映射被生成和存储。波束选择640在图6中示出并且可以例如受到接收UE的方向或位置的影响。针对不同的波束方向，查找表634可以指示在时域符号与控制移相器和开关的参数之间的映射。因此，当网络节点获得将被广播的某些(多个)时域符号时，网络节点可以基于查找表634的值和要广播的时域符号来确定参数(即，相移值和开关状态)。例如，针对给定的天线波束方向并且针对某个时域符号，查找表634可以指示在每个天线元件348 处的移相器344和开关342的相移值和开关状态。因此，这些参数可以应用于对应的移相器344和开关342，使得可以相应地传输所需的时域符号。

仍然参照图6，可以通过利用预编码器601来对将在N个子载波 u[1]、…、u[N]上被广播的信息符号进行预编码，并且可以通过利用 IFFT 602和P/S 604将其调制为时域符号(例如，OFDM符号)。

在实施例中，利用量化器632对时域符号进行量化。量化器可以是高分辨率量化器。然后，量化值连同波束方向的选择(即，波束选择640)可以被用于从如上所述的查找表634中获取对应的向量 x[t]，即，与量化的时域符号s[t]相对应的向量x[t]可以从查找表634 中获取。如上面提到的，向量x[t]可以指示MIMO天线系统的每个天线元件348处的移相器344的值和开关342的状态。然后可以将这些值和状态(有时称为控制单元的参数或简称为参数)应用于对应的移相器344和开关342。

根据一个示例实施例，基于解决以下优化问题(2)来确定Q(s[t]) (即，参考量化的时域符号s[t])和向量x[t]之间的映射，该优化问题使传输和接收的时域符号之间的失真和/或BER最小化。

其中，∈＞0是正则化常数，U包含对应于R的D个最大特征值的特征向量，并且

是具有单位模量元素的优化变量。要注意，类似于关于图3的上文，符号u[1]、...、u[N]可以进行预失真以最小化UE 处的BER和/或失真。还要注意，关于以上等式(1)定义了等式(2) 的一些参数。

等式(2)中的矩阵R如先前在本说明书所定义的。如果网络节点使用均匀线性阵列，则可以使用R_az代替R。另一方面，如果网络节点使用2D平面阵列，则R_el可以用于获得仰角方向

上的向量。然后可以通过以下方式获得平面阵列的预编码向量：

其中，q是先前定义的。

因此，根据实施例，所提出的方法可以仅需要从查找表634中获取与正在传输的时域样本相对应的向量x[t]。因此，该方法的运行时间复杂度可以忽略不计。这可以允许用复杂的、非实时的MIMO 检测算法(诸如，球面解码)解决优化问题。

在实施例中，多个时域符号(即，框210)仅包括将被广播的时域符号，并且其中多个时域符号经由多输入多输出天线系统被广播。例如，广播的时域符号可以被幅度和相位两者调制。

在实施例中，要广播的时域符号针对其信道状态信息不可用 (即，CSIT不可用)的一个或多个用户设备。因此，可以利用查找表634执行幅度和相位调制信息符号到不具有CSIT的UE的传输，而无需在广播的(多个)时域符号所针对的UE上具有CSI。因此，由于变化的CSI可能不会影响时域符号与控制单元的参数之间的映射，还可以利用非动态的查找表634(例如，离线计算的)。这可能与关于图3所讨论的情况不同，其中在(多次)单播传输所针对的UE上可以存在CSI。

图7图示了与利用线性架构相比通过使用图6的非线性架构所获得的至少一些益处。在图7中，BER可以指代误比特率；SNR可以指代信噪比，并且MVDR可以指代最小方差无失真响应。

波束宽度在仰角方向上是22.5°并且在方位角方向上是180°。线性网络节点的波束是使用MVDR算法获得的。针对这两种方法(即， MVDR和现在提出的非线性方法)，在该示例中，网络节点均具有以8x8平面阵列排列的M＝64根天线。可以用从QPSK星座图绘制的每个子载波中的符号来对传输的信息符号进行OFDM调制。所传输的信息符号也进行预失真以使失真最小化。可以以1/2的码率对所传输的比特进行LDPC编码。从图7中我们看到，为了实现1e-3的BER，与使用理想线性硬件的网络节点相比，所提出的方法可能需要大约3 dB的额外传输功率。然而，所提出的解决方案的简单性和代价效益优于已知的线性解决方案。

根据实施例，在非线性时域符号级预编码器330、630处确定多个时域符号与控制单元的参数之间的映射。所述预编码器330、630 可以包括在上面讨论的网络节点中。

在实施例中，执行上面指示的方法(例如，图2)的网络节点包括预编码器330、630。进一步地，网络节点可以包括图3和/或6指示的任何(多个)元件。例如，网络节点可以包括MIMO天线系统 (例如，天线元件348、开关342、移相器344和/或放大器346)。

图8提供了装置800，其包括控制电路系统(CTRL)810(诸如，至少一个处理器)以及至少一个存储器830，其包括计算机程序代码 (软件)832，其中至少一个存储器和计算机程序代码(软件)832 被配置为与至少一个处理器一起使相应装置800执行图1至图7和图9的实施例中的任何一个或其操作。

参照图8，可以使用任何合适的数据存储技术来实施存储器830，诸如，基于半导体的存储器设备、闪速存储器、磁性存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定存储器和可移动存储器。存储器830可以包括用于存储数据的数据库834。例如，查找表634可以存储在存储器830和/或数据库834中。

装置800可以进一步包括通信接口(TRX)820，该通信接口包括用于根据一个或多个通信协议来实现通信连接的硬件和/或软件。 TRX可以向装置提供例如接入无线电接入网的通信能力。TRX可以包括标准的已知组件，诸如，放大器、滤波器、变频器、(解调) 调制器以及编码器/解码器电路系统和一个或多个天线。根据上面给出的任何示例，TRX可以提供执行联合单播-广播传输或仅广播传输的装置能力。

装置800可以包括用户界面840，其包括例如至少一个键盘、麦克风、触摸显示器、显示器、扬声器等。用户界面840可以由装置 800的用户使用来控制相应装置。

在实施例中，装置800可以是或包括在网络节点中，例如，该网络节点执行参照图2描述的方法和/或上述的任何其他步骤。例如，装置800可以是或包括在接入节点/DU/中继104中。

根据实施例，参照图8，控制电路系统810包括：符号获得电路系统812，其被配置为使装置800至少执行框210的操作；映射电路系统814，其被配置为使装置800至少执行框220的操作；参数电路系统816，其被配置为使装置800至少执行框230的操作；以及传输电路系统818，其被配置为使装置800至少执行框240的操作。

在实施例中，预编码器330、630至少包括映射电路系统814。进一步地，预编码器330、630还可以执行参数电路系统816的功能，并因此将参数应用于控制单元。如上所述，预编码器330、630的输出可以是基于以所存储的(多个)映射(例如，如关于图6所描述的)为基础确定映射、或基于确定关于图3所描述的映射(即，在进行中并取决于单播UE的CSI)而被确定的参数。在两种情况下，广播UE的CSI对于预编码器330、630可能不可用。

在实施例中，可以在形成一个操作实体的两个物理上分离的设备之间共享装置800的至少一些功能性。因此，可以将装置800视为描绘了包括一个或多个物理上分离的设备以执行所描述的过程中的至少一些的操作实体。作为示例，该装置可以包括图3和6的架构示例中描述的一个或多个元件。

根据一个方面，提供了一种系统，该系统包括一个或多个装置 800和多个UE 100、102。UE 100、102可以包括一个或多个单播UE 和一个或多个广播UE，或者仅包括广播UE。

如在本申请中所使用的，术语‘电路系统’指代以下中的所有： (a)仅硬件电路实现，诸如，仅模拟和/或数字电路系统中的实现，以及(b)电路和软件(和/或固件)的组合，诸如(如果适用的话)： (i)(多个)处理器的组合，或者(ii)(多个)处理器/软件的一部分，包括一起工作以使装置执行各种功能的(多个)数字信号处理器、软件和(多个)存储器，以及(c)即使软件或固件不是物理存在的也需要软件或固件进行操作的电路，诸如，(多个)微处理器或(多个)微处理器的一部分。‘电路系统’的这种定义适用于本申请中该术语的所有使用。作为又一示例，如在本申请中所使用的，术语‘电路系统’也将覆盖仅处理器(或多个处理器)或处理器的一部分及其(或它们的)伴随的软件和/或固件的实施方式。例如并且如果适用于特定元件的话，则术语‘电路系统’还将覆盖用于服务器、蜂窝网络设备或另一网络设备中的移动电话或类似的集成电路的基带集成电路或应用处理器集成电路。

在实施例中，结合图1至7和9描述的至少一些过程可以由装置执行，该装置包括用于执行所描述的至少一些过程的对应装置。用于执行过程的一些示例装置可以包括以下中的至少一个：检测器、处理器(包括双核和多核处理器)、数字信号处理器、控制器、接收器、发射器、编码器、解码器、存储器、RAM、ROM、软件、固件、显示器、用户界面、显示电路系统、用户界面电路系统、用户界面软件、显示软件、电路、天线、天线电路系统以及电路系统。在实施例中，至少一个处理器、存储器和计算机程序代码形成处理装置，或者包括一个或多个计算机程序代码部分以根据图1至7和9 的任一实施例或其操作来执行一个或多个操作。

根据再一实施例，执行实施例的装置包括电路系统，其包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器。当启动时，电路系统使装置执行根据图1至7和9的实施例中的任何一个或其操作的至少一些功能性。

本文描述的技术和方法可以由各种装置来实现。例如，这些技术可以被实现在硬件(一个或多个设备)、固件(一个或多个设备)、软件(一个或多个模块)或其组合中。针对硬件实施方式，实施例的(多个)装置可以实施在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行本文描述的功能的其他电子单元或其组合内。针对固件或软件，实施方式可以通过执行本文描述的功能的至少一个芯片集(例如，程序、功能等)的模块来执行。软件代码可以存储在存储器单元中并且由处理器执行。存储器单元可以实施在处理器内或者处理器外。在后一种情况下，它可以经由本领域中已知的各种装置通信地耦合至处理器。附加地，本文描述的系统的组件可以由附加组件重新布置和/或设想，以便促进相对于其描述的各种方面的实现等，并且它们不限于在给定附图中陈述的精确配置，如本领域技术人员将了解的。

所描述的实施例还可以以由计算机程序或其部分定义的计算机过程的形式执行。结合图1至图7和图9描述的方法的实施例可以通过执行包括对应指令的计算机程序的至少一部分来执行。计算机程序可以是源代码形式、目标代码形式或者某种中间形式，并且它可以被存储在某种载体(可以是能够携带程序的任何实体或设备) 中。例如，计算机程序可以存储在可由计算机或处理器读取的计算机程序分发介质上。例如，计算机程序介质可以是例如但不限于记录介质、计算机存储器、只读存储器、电载波信号、电信信号和软件发布包。例如，计算机程序介质可以是非瞬态介质。在本领域普通技术人员的范围内很好地示出和描述了用于执行实施例的软件的编码。在实施例中，计算机可读介质包括所述计算机程序。

即使上面已经根据附图参照示例描述了本发明，但是显而易见的是，本发明并不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以多种方式进行修改。因此，应该广泛地解释所有单词和表达，并且它们旨在说明而非限制实施例。对于本领域技术人员将显而易见的是，当技术进步时，本发明概念可以以各种方式实施。进一步地，对于本领域技术人员来说显而易见的是，所描述的实施例可以但不要求以各种方式与其他实施例组合。

Claims

1.一种在网络节点中用于控制多输入多输出天线系统的方法，所述方法包括：

获得(210)将被传输的多个时域符号，所述多个时域符号包括要经由所述多输入多输出天线系统被广播给一个或多个广播用户设备的时域符号，以及要经由所述多输入多输出天线系统、在相同的非重叠或部分重叠的所述时频资源上被单播给一个或多个单播用户设备的时域符号；

广播针对所述网络节点不具有信道状态信息的一个或多个用户设备，并且单播针对所述网络节点具有信道状态信息的一个或多个用户设备；

确定(220)所述多个时域符号与和所述多输入多输出天线系统的相应天线元件相关联的控制单元的参数之间的映射，每个控制单元包括移相器，其中所述参数控制所述移相器的值以创建将被传输的信号星座图，并且其中所述映射基于用于最小化在接收广播和单播的所述用户设备处的失真和/或误比特率的算法而被执行；

引起(230)在所述控制单元处应用所述参数；以及

引起(240)经由所述多输入多输出天线系统的所述多个时域符号的传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中每个控制单元还包括开关，其中所述参数还控制所述开关的状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其中用于最小化所述接收用户设备处的所述失真和/或误比特率的所述算法至少基于：关于一个或多个单播用户设备的干扰信息以及关于一个或多个广播用户设备的干扰信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其中用于最小化所述接收用户设备处的所述失真和/或所述误比特率的所述算法还基于：所述一个或多个单播用户设备和一个或多个广播用户设备处的加性噪声信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其中将被广播的所述时域符号是经幅度和相位两者调制的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述单播时域符号是经幅度和相位两者调制的。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

生成时域符号与所述控制单元的参数之间的映射；

将所述映射存储在查找表中；以及

在确定所述多个时域符号与所述控制单元的所述参数之间的所述映射时利用所述查找表。

8.根据权利要求7所述的方法，其中针对多个不同的天线波束方向，时域符号与所述控制单元的参数之间的映射被生成和存储。

9.根据权利要求7所述的方法，其中将被广播的所述时域符号以其信道状态信息为不可用的一个或多个用户设备为目标。

10.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述多个时域符号与所述控制单元的所述参数之间的所述映射在非线性时域符号级预编码器处被确定。

11.一种通信装置，包括用于以下的部件：使用于控制多输入多输出天线系统的网络节点至少执行根据任一项前述权利要求1至10的方法的所有步骤。

12.根据权利要求11所述的通信装置，其中所述部件包括：

至少一个处理器，以及

至少一个存储器，所述至少一个存储器包括计算机程序代码，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起引起所述通信装置的所述执行。

13.一种计算机可读介质，包括在其上存储的程序指令，所述程序指令用于使用于控制多输入多输出天线系统的网络节点设备至少执行根据任一项前述权利要求1至10的方法的所有步骤。