CN114073018A - 动态无线广播系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种操作通信系统的方法包括通过耦合至基站的第一天线阵列向多个设备传送探测信号。该方法还包括，响应于探测信号，从多个设备中的每一个设备向基站传送响应信号；从响应信号确定设备数据，其中该数据包括设备位置、探测信号的信号强度和相位信息；基于所述设备数据将多个设备分组为第一组；为第一组生成第一发射波束成形权重以对第一波束成形权重向量的功率输出进行整形，从而将数据信号传送到第一组；并且使用第一发射波束成形权重和零陷通过来自第一天线阵列的无线信号将数据信号广播到第一组。

Description

动态无线广播系统及其操作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年5月21日提交的美国专利申请号16/880,867的优先权，并且还要求于2019年5月23日提交的美国临时申请号62/851,842的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及无线广播系统，更具体地说，涉及一种使用用户设备反馈来动态地控制向用户广播数据信号(包括内容)以有效地提高广播系统的整体性能的方法和系统。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且不构成现有技术。

在许多地区，关于所需的内容消费量，互联网服务表现不佳。也就是说，本国和世界各地的许多地区都没有足够的高速互联网接入。例如，无线、拨号、DSL或卫星服务是可能无法提供足够的速度或经济容量来支持以及时或经济的方式下载高质量视频内容或其他大型数据格式的服务。然而，在美国市场和全球范围内，过顶(OTT)视频服务变得越来越普遍，不仅迅速为传统有线电视捆绑计划提供具有吸引力的替代方案，而且开始完全取代“付费电视”。然而，美国各地和全球(无论是在城市地区还是在农村地区)的许多消费者，要么希望通过具有竞争力的有线电视捆绑计划服务来降低成本，要么希望获得附加功能(如无线服务带来的移动性和便携性)或增强其现有的较慢速度或较低容量的服务，以支持可行的过顶视频或数据密集型服务。启用这些速度较慢或容量较低的服务来支持高质量OTT视频和数据传输是可取的。

许多人正在放弃传统的有线电视服务，转而支持过顶服务。这增加了用于观看视频的数据量。目前，在美国大约1.25亿户家庭中，将近一半的家庭订阅了至少一种视频流服务。据估计，

Amazon Prime

和

等最受欢迎的视频服务的流量总共占美国所有互联网高峰期流量的40％以上。另外18％的流量来自于

超高清(UHD)内容也逐渐上市。因此，互联网流量预计会在短期内增长。对于

服务，建议对高清内容采用5Mbps的速度。但是，对于超高清内容，建议使用25Mbps连接。超高清流每小时最多可消耗7GB字节。

如今，据估计有2000万美国人无法获得10Mbps以上的服务，而全球大约有16亿家庭无法获得。可供选择是人们负担得起的卫星宽带和长回路DSL连接，或者在世界上许多其他甚至连卫星或DSL宽带都无法负担的地区，为人们的智能手机提供的唯一移动宽带解决方案。与此同时，越来越多的低收入家庭(尤其是喜欢掐线的年轻人群体)正在使用移动服务作为访问视频数据的首选方式，同时放弃更昂贵的固定有线宽带。

几十年来，提供越来越高速的无线数据连接一直是无线运营商基础设施发展的重点，并且随着消费者将视频流式传输到每个或任何设备(无论他们身处何处)的快速增长的需求而加速。用户希望以更低的每比特边际成本在互联网上消费更多带宽密集型视频内容，以及无线服务提供商希望满足更多用户在家的需求和对大屏幕设备(即电视、笔记本电脑)的需求，不断提高的无线性能对无线网络提出了要求，要求无线网络具有更高的容量，以处理无线网络上这种激增的视频数据流量需求。

如今，无线网络仍在使用传统手段进行视频分发，可以对其进行改进。在消费者希望使用视频数据流量的同时，视频数据流量通过无线网络进行传输。由于消费者在很大程度上是在社会结构驱动下消费数据，随着整个消费者群体在“黄金时段”在内同时产生大量消费，大量“高峰”消费的时间间隔是很平常的，并且无线网络通常没有足够的容量来处理峰值负载。此外，在任何给定时间点，消费者大多消费与其他消费者不同的内容，从而除了选择直播内容(即体育赛事、热门节目的定时发布)之外，无法有效地使用广播内容(由于相关性低)向用户进行实时消费。

在运营商的部署中，设计用于广播的3GPP标准eMBMS功能难以按其设计方式被采用。少数情况下，当同时向多个用户即时播放视频时，可以缓解实时流量需求。eMBMS还需要以无反馈的方式为最坏情况下的用户设计播放，否则他们将无法成功服务，这使得问题变得复杂化。使用单个宽方位天线波束方向图播放单个扇区载波，该方向图必须配置为低谱效率模式(以每秒比特/赫兹为单位，bps/Hz)，以确保向可能处于小区边缘或易受干扰位置的所有潜在接收者进行鲁棒传输。因此，与单播流量相比，除了当时对实时数据传输感兴趣的请求用户之外，几乎没有用户使用具有更差的性能速率和更低的每赫兹效率的播放流量，这使得无线广播成为一个利基应用类。

然而，消费者在更长的时间内消费与其他消费者大致相同的长片内容，即电影大片和热播电视剧，因此，如果实时要求被放宽到“超过3个月”或一些比实时时间范围更长的时间，则有可能更准确地“预测”消费者将消费什么。一种识别消费者通常所需内容的系统，该系统将在消费者消费之前预先通过网络播放该内容，可将内容储存在消费者本地，并且通过不受限制的媒体(即家庭WiFi网络)将内容提供给消费者；该系统能够将无线网络从大量视频数据内容和相应的拥塞中解放出来，因为同时向多个用户播放，即使是为了“预测”未来的消费，也比在用户请求内容时只向一个用户传输内容要高效得多。此外，如果该系统在无线网络具有“空闲容量”(实时流量不需要)时执行其广播分发，则该系统将能够进一步减轻无线网络的负担。

为了满足对无线容量密度日益增长的需求，运营商正在寻求5G和“大规模多输入多输出(MIMO)”类型的解决方案。在频率越来越高的基础上，许多5G解决方案需要越来越大的信道带宽。随着这些频率的增加，每个元件的相对天线尺寸与频率成反比。这有助于实现具有更多元件的更复杂的有源天线阵列系统，通过适当的计算处理，可创建“大规模MIMO”基站。这些基站可以产生许多更小、更集中的天线波束，允许在通常为120度方位角的扇区中多次在空间上重复使用相同的频率。

一些学术论文讨论了“大规模MIMO”环境中的广播概念，结论是单播波束解决方案的叠加可以提供一种广播波束的表现形式，但该波束的频谱效率并不比提供使用n个单播波束向n个用户提供所需的内容的n个副本更高，即，在这种环境中，并没有产生对单播的突破。

发明内容

本公开使无线基础设施的新用途能够通过使用支持广播的模型更有效地满足不断增长的视频内容需求。虽然该系统设想用于固定/住宅客户，但其他非固定位置设备、便携式和移动设备可以从本文的教导中受益。

在本公开的一个方面，一种操作通信系统的方法包括通过耦合至基站的第一天线阵列向多个设备传送探测信号。该方法还包括，响应于探测信号，从多个设备中的每一个设备向基站传送响应信号；从响应信号确定设备数据，其中该数据包括设备位置、探测信号的信号强度和相位信息；将多个设备分组为第一组；为第一组生成第一发射波束成形权重以对第一天线阵列的输出进行整形，从而将数据信号传送到第一组；并且使用第一发射波束成形权重和零陷通过来自第一天线阵列的无线信号将数据信号广播到第一组。

在本公开的另一方面，耦合至基站的处理单元包括与基站相关联的天线阵列，该天线阵列将探测信号传送至多个设备。优化电路从多个设备中的每一个设备接收响应信号，并且根据响应信号确定设备数据，其中该数据包括设备位置、探测信号的信号强度和相位信息。优化电路基于设备数据将多个设备分组为第一组。波束成形器为第一组生成第一发射波束成形权重以对第一天线阵列的输出进行整形，从而将数据信号传送到第一组。天线阵列使用第一发射波束成形权重和零陷通过无线信号将数据信号广播到第一组。

根据本文所提供的描述，另外的应用领域将变得显而易见。应当理解的是，具体实施方式和具体实例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

文中说明的附图仅用于说明目的，并不会以任何方式限制本公开的范围。

图1A是通信系统的第一实例的高级框图。

图1B是具有多个天线的小区系统的框图。

图1C是其间具有用户终端的一对小区系统的框图。

图2是图1的通信系统的更详细视图的框图。

图3是局域网中多个用户设备的框图。

图4是处理单元的高级框图。

图5是发起广播会话的方法的流程图。

图6是形成组并与其通信的方法的流程图。

图7是用于在小区边缘通过用户终端进行操作的方法的流程图。

图8是发射机和接收器的框图表示。

图9是使用内点问题计算权重的方法的流程图。

图10是通过解耦问题计算权重的方法的流程图。

图11是孔径增益与到达角(AOA)的流程图。

图12是基站天线相位与AOA的关系图。

图13是相对于一具有噪声基底和发射功率的范围的基站天线游戏图。

图14是远程天线相位与AOA的关系图。

图15是远程单元相对于蜂窝塔的位置图。

图16是广播各向同性波束方向图的实例。

图17是广播各向同性波束的接收信噪比直方图。

图18是剔除5％后每个远程单元的容量与远程单元的数量的关系图。

图19是每个远程单元的容量与远程单元数量的关系图。

图20是剔除5％后每个远程单元的容量与基站天线的数量的关系图。

图21是剔除5％后每个远程单元的容量与远程天线的数量的关系流程图。

图22是频谱效率与剔除的远程单元数量的关系图。

图23是频谱效率与扇形波束宽度的关系图。

具体实施方式

下面的描述在本质上仅仅是示例性的并且不旨在限制本公开、应用或用途。出于清楚的目的，在附图中使用相同的参考号以标识相似的元件。如本文所用，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路以及/或提供所述功能的其他合适的组件。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应被解释为表示使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法内的步骤可以在不改变本公开的原理的情况下以不同的顺序执行。本公开的教导可以在用于向终端用户或用户设备的电子传送内容的系统中实现。数据源和用户设备都可以通过使用具有用于输入和输出数据的存储器或其他数据存储的通用计算设备来形成。存储器可以包括但不限于硬盘驱动器、FLASH、RAM、PROM、EEPROM、ROM相变存储器或其他离散存储器组件。

每个通用计算设备可以在模拟电路、数字电路或其组合中以电子方式实现。进一步地，该计算设备可以包括微处理器或微控制器，其执行指令以进行由各种系统组件执行的步骤。还描述了内容或服务提供商。内容或服务提供商是向终端用户提供数据的提供商。例如，服务提供商可以在数据流或信号中提供与内容相对应的数据，例如元数据以及实际内容。内容或服务提供商可以包括通用计算设备、通信组件、网络接口和其他相关电路，以与系统中的各种其他设备进行通信。

进一步地，虽然以下公开内容是关于视频(例如，电视(TV)、电影、音乐视频等)的传送，但应当理解的是，本文公开的系统和方法也可用于传送任何媒体内容类型，例如音频、音乐、数据文件、网页、广告、软件、软件更新、物联网数据、天气、应用程序、应用程序数据、“最佳网站”内容、材料的电子传送等。此外，在本公开全文中，参考了数据、内容、信息、程序、电影预告片、电影、广告、资产、视频数据等；然而，对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，就在本公开的实例系统和/或方法而言，这些术语本上是等效的。

虽然以下公开内容是针对特定的广播服务和系统的，但应当理解的是，许多其他传送系统很容易适用于公开的系统和方法。这些系统包括无线地面分配系统、有线或电缆分配系统、有线电视分配系统、超高频(UHF)/特高频(VHF)射频系统或其他地面广播系统(例如，多频道多点分配系统(MMDS)、本地多点分配系统(LMDS)等)、基于互联网的分配系统或移动分配系统、电力线广播系统、任何点对点和/或多播互联网协议(IP)传输网络和光纤网络。进一步地，在不脱离本公开的预期范围的情况下，可以根据需要重新分配如下所述在服务提供商和中间设备之间共同分配的不同功能。

用户设备可以通过约束网络耦合至互联网，或者甚至根本不耦合至互联网。在约束网络中，速度或可用资源可能不足以提供高质量的服务。在本实例中，约束网络或第二受较少约束的网络的剩余容量可用于在中间设备处预先定位内容。然后，当用户设备需要实时消费时，可以直接或通过第二通信网络(即本地网络)从中间设备存储器提供预先定位的内容，而不必依赖于使用约束网络进行实时消费。

剩余容量是指在定期客户使用期间未被内容系统提供商用于传输数据或内容的一个或多个资源。主要客户对通信网络的定期使用可称为主要用途。剩余容量可以被称为二次使用，并且可以通过内容提供商和通信系统提供商之间的协议进行管理。内容提供商可能希望使用剩余容量向用户提供服务。用户可能不知道内容所经过的路径。剩余容量还可能包括较低优先级的资源，这些资源可以分配给其他用途。从最简单的意义上讲，剩余容量是指在网络使用的非高峰时段越来越多地未被利用的数据路径或带宽。相反，在网络使用高峰期，可用的剩余容量有限。在所有情况下，网络使用高峰时间的特征是指大部分由网络用户或直接客户使用网络提供服务的时间。非高峰时间是用户使用服务最少的时间。例如，在长期演进无线网络(LTE)系统中，剩余容量可以是未用于实时向用户所请求的语音或数据内容的带宽。在“频谱重用”的情况下，一些用户在高峰时段用于实时消费某些内容的容量可能同时留下剩余容量，如果该内容是通过广播重用传输，那么该容量要么不能被其他用户用于其他内容的实时消费，要么只能被其他用户用于相同内容的实时消费。在“网络重用”的情况下，一些用户在高峰时段用于实时消费内容的容量可能在其他时间段留下剩余容量，作为其他用户在这些时段不需要用于实时消费内容的容量，因为这些时段是非高峰时段并且用户在该时间段不想使用容量(用户使用的兴趣是网络中存在高峰时间的原因)。

剩余容量可以通过中间设备、通信系统提供商和内容服务提供商的相互通信以各种方式使用。在“频谱重用”的情况下，已经做出了许多努力来生成相同频谱的额外并行使用，以便多个用户使用相同频谱进行实时消费。然而，利用剩余容量，通过简单地对此内容进行广播而不是单播，并且让一些用户将其用于实时消费，可以产生几乎无限高(就受益的用户数量而言)的重用量；通过同时将相同内容存储在其他中间存储设备上，该重用量用于非实时消费的剩余容量，然后由其他用户在未来的不同时间直接或使用其他通信网络来访问该重用量，以用于非实时消费将同一内容同时存储在其他中间存储设备上，其也可以比本文描述的网络受到更少的约束。进一步地，在“网络重用”的情况下，如今这种剩余容量基本上没有得到利用，因为运营商在激励“用户行为变化”以在“非高峰”时段而不是他们希望的时段使用网络进行实时消费这一方面经历了一段艰难的时间——在高峰时段(而不是非高峰时段)使用网络进行实时消费为消费者带来的好处远远超过运营商可以提供给消费者以改变他们实时消费的任何激励或好处。然而，通过使用剩余容量对此内容进行单播或广播并将此内容存储在其他中间存储设备中，剩余容量可以完全用于非实时消费；然后由其他用户在未来的不同时间直接或使用其他通信网络来访问该剩余容量，其也可以比本文描述的网络受到更少的约束。

可以形成关于当前容量可用性和将来容量可用性的查询，包括实时消费和剩余容量，以便识别剩余容量的可用性。进一步地，可以使用增强型多媒体广播多播服务(eMBMS)质量类别标识符以及在任何无线或其他通信系统中使用的服务质量类别标识符(QCI)进行服务质量(QoS)优先级排序，从而为提供用于实时消费的流量提供较高的QCI等级，同时将用于非实时消费的流量保留在更低的QCI等级上，有效地使其仅使用剩余容量。

可以形成使用剩余容量传送的内容的优先级。使用剩余容量进行的内容传送可以是队列驱动的。可以将所有待传送的内容放入队列中，并为每个部分的内容指定优先级，然后根据剩余容量可用性从队列中自动提供服务，根据什么规则协调以什么顺序提供哪些内容。还可以使用剩余容量对内容进行重新传输。用户偏好(队列)、缺失内容(纠错)、部分用户最喜欢的内容(个性化)、大多数用户最喜欢的内容(流行度或短尾优化)，以及剩余的内容都可以用于在队列中排列优先级。

本系统提供大容量广播传送系统或定向单播传送系统。该系统可以通过将内容通信网络中的过剩容量或剩余容量的战略性使用与通过在本地内容存储库缓存和存储内容来将内容预定位在用户附近的方式相接合来预定位内容，以允许用户访问大量内容，例如过顶(OTT)内容、软件更新或其他高度密集的数据应用程序，而无需在需要内容时遍历内容通信网络。该系统可以通过以下方式在与实时消费完全相同的频谱上(在频谱重用的情况下)使用系统的剩余容量：通过将内容广播给用户(包括请求实时消费的用户)和其他使用剩余频谱容量进行预定位的用户，而不是仅将其单播给请求实时消费的用户，或者通过单播或广播预定位的内容将网络非高峰使用剩余的剩余容量用于实时消费。如下文将进一步描述的，该系统可以使用不同类型通信系统的剩余容量，包括但不限于移动或蜂窝系统，例如LTE系统、卫星系统或数字电视系统。内容(例如视频内容)可以被提供给在其中存储内容的中间设备。当用户请求用于实时消费的内容时，可以由存储或缓存的内容存储库提供该内容，而不是要求内容通信网络响应用户的请求来提供该内容，并使用户受到受约束的内容通信网络的低速影响或进一步加重内容通信网络的负担。可以基于用户偏好提供各种视频节目，包括电影、电视、节目、纪录片和新闻。此外，还可以向用户提供其他类型的视频节目，例如即时回放。该系统还可用于为耦合至中间设备的各种类型的用户提供软件和用户应用程序更新。该系统还可以用于防御目的或需要大量数据的目的，但是数据可以通过内容通信网络在本地内容存储库中预定位，而不需要在实况或实时的基础上从数据源传送数据。

该系统特别适合农村客户、具有低速、低容量网络的市场中的客户，或希望利用其低速网络提供相当于高速电缆或光纤网络产品的公司客户，以访问大型数据、过顶服务或其他大数据应用程序。具体而言，该系统还可以允许非农村或其他客户使用无线、卫星、TV或DSL或其他有线网络来有效满足他们的内容需求，而无需额外的高速电缆或光纤网络产品。因此，可以卸载大数据内容(包括过顶内容(OTT)视频、软件更新和其他大数据)以由本系统提供服务，而低速内容通信网络通过使用峰值或常规容量服务于量无法有效预定位用户的实时/实况语音和数据请求，因此可以消除对家庭内高速电缆或光纤网络产品的需求，从而可以降低费用。该系统还可以通过以下方式缓解高速电缆和光纤网络或任何前述网络上的拥塞：通过结合经预定位的内容递送和来自本地内容存储库的后续使用，以及通过在统一系统中将峰值或常规容量用于不能有效预定位的用户实时/实况语音和数据请求。进一步地，该系统还可以通过以下方式来增加宽带网络的有效容量：通过使用内容通信网络容量的更大部分或全部，以及通过使用用于内容预定位的剩余容量和来自本地内容存储库的后续使用的结合和用于用户实时/实况语音和数据请求的峰值或常规容量。如果可能下载给用户的内容预定位于本地内容存储库或中间设备，然后从中间设备提供，则减少了在实时/实况请求基础上使用内容通信网络的需要，尤其是在高峰时段。大数据的预定位(包括过顶视频和软件更新)释放了移动和固定宽带网络的容量，用于其他实时内容请求、实时双向通信或其他实况内容消费，尤其是在高峰时期。通过将预定位、剩余容量方法与实时语音和数据请求、峰值或常规容量方法相结合，低速宽带服务提供商可以与现有的电缆或光纤提供商进行正面竞争，而上述任何网络通过利用这种方法的组合来提高其性能。

还希望系统能够在以下情况下使用广播模式传输来服务于来自第一用户的用户实时消费请求，以便将与第一个用户请求中的内容相同的内容存储在中间存储器中，然后在将来访问此内容用于实时消费：不仅仅是当其他用户希望实时消费相同内容时(例如在eMBMS中所描述的模式下)，而且当有其他用户可能需要对此内容进行非实时消费时。当第一个用户请求访问内容时，系统可以改为使用广播传输为第一个用户的请求提供服务，而不是使用单播模式传输为第一个用户的请求提供服务，从而允许第一个用户和希望访问用于实时消费的内容的任何其他用户对该内容进行实时消费；同时，剩余的广播传输能够被可由广播传输寻址的任何和所有其他用户的设备接收，用于非实时消费，能够将内容存储在这些设备中，并且此类任何和所有其他用户可以直接从其设备访问该内容，以便稍后进行实时消费。

系统可以确定何时使用单播传输来服务给定的第一用户的请求是有利的，因为单播传输如今比广播传输具有更高的吞吐量和更高的频谱效率(大约为50-1000％)，以及何时改为使用广播传输来服务第一个用户的请求是有利的，其中即使广播传输的吞吐量和频谱效率可能比单播传输低50-1000％，但比第一个用户多50-1000％的用户将受益于通过他们的设备接收和存储该请求以供非实时消费，并在未来访问该请求进行实时消费。这可能不仅涉及对有多少用户可能受益进行的分析，还涉及基于对用户使用偏好的分析、请求中内容的受欢迎程度以及在未来使用单播传输为这些用户提供服务的成本高于当前使用广播模式传输的成本与使用单播模式传输的成本之比的可能性分析有多少用户可能受益。

进一步地，该系统还可以包括一种机制，用于确定任何指定的设备是否应该接收剩余容量广播并存储数据用于非实时消费，或者是否应该简单地让其通过。该确定可以基于其当前可用存储空间、已存储在该设备上用于非实时消费的内容以及计划传送到该设备用于非实时消费的内容，以及机会性广播数据的相对值以及接收和存储其的成本与已存储在该设备上或计划传送到该设备以供非实时消费的内容的价值之比。

例如，第一用户想观看电影#1(一部比较受欢迎的电影)，并要求将其传送以进行实时消费。该系统分析到，在第一个用户的同一区域中，只有10％的用户已经将电影#1存储在其设备上用于非实时消费，但在剩余90％的用户中，如果电影#1存储于其设备上用于非实时消费，那么90％或63％用户中的70％很可能在未来消费该电影。该系统使用广播传输而不是单播传输将电影#1提供给第一个用户，同时让该区域内的其他63％的用户作为第一用户接收剩余的广播传输并将电影#1存储以供这63％的用户进行非实时消费。将来，当其中一些将电影#1存储其设备用于非实时消费的用户请求在未来某个时间观看电影#1时，电影#1直接可直接从其设备提供，而不是使用网络。

该系统结合了多个增强功能，这些增强功能单独或组合起来提供了对已知广播系统的改进。例如，该系统可以使用1)来自所有数据用户终端的信道反馈机制，包括活动单播终端和活动和潜在广播终端，2)优化的多元件有源天线阵列生成的广播波束，以及3)在用户终端上大量存储广播数据，并在用户终端本地请求实时消费时提供数据。

随着信道反馈和有源天线阵列的出现，可以实现对传统eMBMS无线广播的实质性改进。通过具体优化给定设备的天线方向图，使得除了接收优化的波束传输的入射设备之外，大量处于相对类似位置的用户终端可以在残差基础上作为入射设备接收该传输，并且该传输的总频谱效率可能会大幅增加。该系统利用给定传输的额外性能的大规模MIMO/波束成形优势，以及在同一传输中接受信息的多个用户终端的广播优势。

此外，通过组合用于入射设备的两个或多个优化波束传输的残差乘积，处于相对类似位置的用户终端可以接收多个离散波束传输，将其在各自的无线电中合并，从而获得更加稳健的结果。残差乘积合并有机会是来自接收用户终端，也有可能是由网络预先规划的，以确保通过合并多个残差乘积，处于相对类似位置的用户终端接收足够高的SINR信号，以便正确解码调制后的传输。

当然，通过在用户终端处利用高容量数字存储，优化的广播通常可以以磁性或固态设备的形式在用户终端或中间设备处被收集，来自广播的内容可以被存储在那里；然后，该内容可以提供给相同用户终端的用户或在本地通过WiFi提供给其他用户终端的用户。这本质上允许在用户请求实时播放视频时以及在用户请求实时播放视频之前，向用户设备分发视频时(如果可用的话)，在广播的基础上使用无线容量，而实时播放视频又在本地寻址到用户，而不需要在那时穿越拥挤的无线网络。

现在参考图1A，对通信系统10的高级框图进行阐述。在该实例中，通信系统提供商12是与通信网络14通信并控制通信网络14的操作的系统。通信网络14与中间设备(如中间设备16)通信。通信系统提供商12用于控制通信网络14。通信网络14可以与通信提供商或互联网18直接连接。通信系统提供商12通过通信网络14控制内容的安排和放置。如下文将进一步描述的，通信系统提供商12可以从各种源接收内容。

通信网络14与互联网18通信。通信网络14可以是单个独立网络或者是网络的组合。

通信网络14可以包括设置在小区40内的蜂窝塔42或任何其他无线传输设备，其上具有天线阵列44(或多个天线)。天线阵列44可以代表蜂窝天线、Wi-Fi天线或蜂窝塔42的任何其他无线传输天线，并且可以通过天线阵列44将来自通信系统提供商12的内容以无线方式传送到中间设备16，还包括通过天线阵列44无线传送。

通信网络14还可包括其上具有天线48的电视塔46。电视塔46可以从通信系统提供商12向中间设备16传送内容。

如下文将进一步描述的，在通信系统的所有情况下，通信网络14可以使用剩余容量进行通信。剩余容量可能包括各种类型的资源，这些资源不用于服务用户的实时/实况语音和数据请求及其实时/实况语音和数据消费，并且更理想地用于将内容预定位于中间设备16。如上所述，通信网络14可以在非实时的基础上有效地向中间设备16分发(预定位)内容，以供用户直接从中间设备16而不是从通信网络14进行后续消费。一个或多个网络的剩余容量可以用于向中间设备16传送内容。通信网络14可以是无线的。

通信网络14可以与局域网310进行通信，局域网又将使用各种类型的接入系统将内容传送到中间设备16或直接传送到中间设备16，从而可向各种中间设备提供最大量的内容。例如，通信网络14可以使用频分多址、时分多址、空分多址、码分多址和正交频分多址。根据系统的要求和所提供的系统类型，可以使用不同类型的访问协议。

中间设备16还可以具有设置在其上的天线50。天线50可以与通信网络14的天线阵列44和天线48进行通信。通过使中间设备便携，天线50可以放置在高接收位置。中间设备16可以充当小型小区。

中间设备16还可包括内容存储器60。内容存储器60可以包括固态内容存储器、硬盘驱动器或两者的组合。可以将内容存储器60设计为保持数TB或更大数量级的大量数据。内容存储器60用于存储通过天线阵列44或天线50接收的预定位的内容。中间设备16还可以与回程网络64进行通信。回程网络64可以是通信网络的一部分，如图所示，其呈现为无线系统。回程网络64也可以是无线网络。

系统10也可以适用于使用有线网络66对内容进行预定位。也就是说，中间设备16也可以通过有线网络66耦合至互联网18。如下文所述，可以使用有线网络66的剩余容量对内容进行预定位。有线网络可以是DSL网络、电缆网络或光纤网络。

通信网络14还可以与交通工具70进行通信。交通工具70可以包括以与中间设备16相同的方式配置的中间设备16'。交通工具70可包括各种类型的车辆，包括汽车、轮船、公共汽车、火车、飞机等。中间装置16'耦合至可位于交通工具外部的一个或多个天线50'。当然，天线50'可以位于交通工具70内的中间设备16'处。用户设备80与中间设备16进行通信。为方便起见，在用户设备80和中间设备16之间呈现代表无线或有线连接的线。用户设备80从中间设备16请求内容，更具体地，从中间设备16的内容存储器60请求内容。场所81(如体育场、办公楼、旅馆或多用户居住单元)可具有中间装置16"，其具有与蜂窝塔42的天线阵列44和/或电视塔的天线48进行通信的外部天线51。

蜂窝塔42可以使用LTE技术或其他蜂窝技术。特别地，蜂窝塔42可以使用LTE-B技术来与中间设备16进行通信。有线连接82可以设置在通信网络14和互联网18和/或通信系统提供商12之间。如下文将描述的，中间设备16可以是蜂窝塔42的一部分，因此天线阵列44可以充当用于与用户设备进行通信的Wi-Fi或WiMAX天线。

通信网络14和互联网18或通信系统提供商12之间的连接也可以包括剩余容量。该剩余容量可以由系统以与前述剩余容量类似的方式进行使用，以将预定位的内容分发到通信网络14或互联网18，以便其使用剩余容量依次分发预先定位的内容，以最终到达中间设备16。

现在参考图1B，在各个小区40内示出了多个天线阵列44。天线阵列44可以具有三角形形状。但是，可以使用不同形状和配置的天线。图中示出了多个终端52。终端52可以被称为用户终端或用户设备，并且可以包括如图1A所示的中间设备16、用户设备80和场所81。终端52可以是固定终端，这意味着其在操作时通常不会移动，或者可以是移动终端，例如移动电话、笔记型电脑或车辆。如下文将进一步详细描述的，至少一个终端52A可设置在相邻小区的边界处或附近。如下文所述，可由一个以上天线阵列44为终端52A提供服务。

现在参考图1C，对相邻小区40(图1B中所示)中的一对蜂窝塔42进行阐述。天线44具有多个天线元件44A，每个天线元件具有多个天线元件44B。可以控制天线元件44B将波束指向期望的方向。元件44B可用于形成发射波束和接收波束。

图1C中示出了终端52的一个实例。终端52也可以具有多个天线部分53。天线部分53可以包括多个发射元件和多个接收元件。在该元件中，两个天线部分53可以是发射元件，而另外两个天线部分53可以是接收元件。每个蜂窝塔42可以与基站54相关联。基站54控制天线元件44A的发射和接收功能的操作。处理单元56也可以与每个基站54相关联。处理单元56可以相互通信，以允许对从蜂窝塔42及其天线44产生的波束进行协调控制。尽管一个处理单元56可以设置在每个基站54内，但是位于中心的处理单元56A可以为多个基站提供服务并执行其计算。

现在参考图2，通信系统提供商12显示为与内容服务提供商90进行通信。内容服务提供商90是用于向通信系统提供商12提供内容的系统。内容服务提供商90和通信系统提供商12可以是业务实体。内容服务提供商90可以购买通信系统提供商12的剩余容量。内容服务提供商90可以是用户设备80的用户订阅的服务提供商。然而，内容服务提供商90可以包括现有服务，例如移动电话服务提供商、电缆提供商等。内容服务提供商90向通信系统提供商12传送各种指令，以便例如通过使用通信系统提供商12的剩余容量来分发内容。下文将对这些系统之间相互通信的细节进行进一步详细描述。

内容服务提供商90可以各种源接收内容，包括广告源210、第一内容提供商212A、第二内容提供商212B(如内容所有者)、软件/设备/应用程序更新源214和体育重播源216。广告源210可以将广告传送给向内容服务提供商90。广告可以包括与其相关联的视频、音频和元数据。与广告相关联的元数据可以包括期望的目标或哪些用户会发现满足需要的内容和产品定义。

内容提供商212A和212B还可以提供视频和音频内容以及该内容的元数据。元数据可以包括内容标题、男演员或女演员，以及包括各种类别(如流派等)的各种其他识别数据。可从内容提供商处请求内容或可将内容指示为由内容提供者预定位在中间设备处。

软件/设备/应用程序更新源214可以通过内容服务提供商90和通信系统提供商12向中间设备16提供针对用户设备的新软件、软件更新、设备更新以及用户应用程序更新。更新可以是对用户设备中的固有软件的增量改变，而新软件可以是当前不存在于用户设备或中间设备16内的软件。软件和更新可以由设备请求进行非实时传送或不通过设备传送，并基于中间设备上固有的用户设备、软件或用户应用程序的身份预定位于中间设备。

体育重播源216可以向内容服务提供商90提供体育重播，以分发至中间设备16。体育重播内容可以是游戏或比赛的某些特殊或重要事件的短视频剪辑。体育重播可以是包含音频和视频内容的剪辑。体育重播还可以包括标识球队、所涉及的球员、体育项目、剪辑或重播显示标题等的元数据。剪辑显示标题是可以在用户界面中向用户显示的内容。

包含在上述各种类型内容中的元数据允许将内容按正确的时间表分发到适当的一个或多个中间设备，同时在通信系统提供商12的控制下使用通信网络的剩余容量来适应任何其他内容分发优先级。

中间设备16被示为具有内容存储器60和接收器220。接收器220可用于从无线通信网络14接收通信。发射器222可用于以无线或有线方式向和从无线通信网络14、有线网络64和/或有线网络66传输信息。

用户设备80被示为具有与中间设备16的直接或有线连接224。因此，中间设备16可以是软件狗或其他类型的直接连接到用户设备80的设备。有线连接224可以是HDMI或USB连接。

一个系统中可以配置有一个以上的中间设备。中间设备16还可以与第二中间设备16'进行通信。中间设备16'可以以与中间设备16相同的方式进行配置。中间设备16可以将天线50与中间设备16'的天线50'进行通信。中间设备16、16'可以形成的对等网络，其将在下文进行更详细的描述。当然，两个以上的中间设备可以形成一个对等网络。对等网络可以在其间传送各种类型的内容。也就是说，如果其中一个中间设备缺少了从无线通信网络14传输的内容的一部分，则可以查询另一个中间设备，以确定该中间设备是否包括缺少的内容。因此，缺少的内容可以在天线50和50'之间以对等方式进行传送。无线通信网络14还可以分发内容的各个部分，这些部分以有意的方式而不是“缺少的”方式被传送到各种其他中间设备。如果内容是一个中间设备的用户需要的，但在该中间设备上不可用，则用于有意请求的该中间设备可以从对等网络内的另一中间设备请求该内容。进一步地，可将一些中间设备16'配置为不具有从无线通信网络14接收内容的能力，并且只能与其他中间设备16和16'进行通信，以接收“有意的”或“缺少的”的内容。

中间设备16'可以与用户设备80'进行通信。用户设备80'可以通过天线50”与中间设备16'进行通信。可以以类似于在用户设备80'处阐述的方式来配置用户设备80'，但用户设备可以是无线设备，而不是关于用户设备80所示的有线连接。

现在参考图3，通信系统提供商12可以通过如上所述的通信网络14与局域网310进行通信。为简单起见，仅示出了通信网络14。图1和2未示出局域网310。局域网310可以具有用于与通信网络14进行通信的接口312。接口312可以是调制解调器。

局域网310还可以耦合至第二通信网络14'。第二网络14'可以是用户设备332-344到互联网的主要双向连接。第二网络14'可以代表拨号或数字用户线路。如在本文阐述的实例所述，系统10可用于在中间设备16中预定位内容。当用于向用户设备332-344提供常规互联网服务的第二通信网络14'比通信网络14的速度慢时，尽管不是必须的，内容的补充特别有用。除了通过通信系统接收的预定位内容之外，局域网310可能不具有至互联网的双向连接。

局域网310还可以包括路由器314。路由器314可以用于连接中间设备与局域网310内的用户设备。局域网可以提供有线网络316和无线网络318。各种设备可以利用每种通信方法。

如上所述，局域网310与一个或多个中间设备16进行通信。局域网310还可以包括中间设备16以及接口312和路由器314。局域网310还可以包括用户设备332以及中间设备16、接口312和路由器314。中间设备16包括如图1A-C和2中所示的内容存储器60和天线50。中间设备16'与局域网310进行通信，并且可以通过局域网310与中间设备16交换内容或其他信号。中间设备16"也可以位于用户设备330内。用户设备330或其中的中间设备16"可以包括用于与局域网310进行通信的天线50"。中间设备16"可以使用通信网络14的剩余容量来接收内容。用户设备330可以是以下多种类型的设备中的一种，包括电子游戏机、移动电话、机顶盒等。

用户设备330可以通过有线网络316或无线网络318耦合至局域网310。

用户设备332可以通过有线网络316耦合至局域网310。用户设备334可以通过无线网络318耦合至局域网310。如上所述，用户设备332、334可以是各种类型的用户设备，包括移动电话或智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电视等。

物联网(IoT)设备336可以通过无线或有线网络316、318耦合至局域网310。IoT设备336可能需要通过剩余容量适当地传送的软件和用户应用程序更新。

电视机338也可以通过有线网络316或无线网络318耦合至局域网310。电视338可以是用于直接耦合至有线网络316或无线网络318的智能电视。然而，电视338也可能需要用于与无线网络318进行通信的软件狗340。软件狗340可以在其中自带用户应用程序，其用于为电视338提供图形用户界面。软件狗340还可包括用于在其中存储内容的内容存储器。软件狗340还可以充当用于接收和存储内容的中间设备。

智能电话342还可以与有线网络316和无线网络318进行通信，从而可以获得对局域网310的访问。

机器344还可以通过有线网络316或无线网络318与局域网310进行通信。

所有用户设备330-344都可以使用包括蓝牙和Wi-Fi在内的多种不同类型的标准与无线网络318进行通信。用户设备330-344中的每一个可以通过局域网310从中间设备16、16'和16”中的至少一个接收内容。用于检索内容并向用户设备330-344提供内容的用户应用程序可以在设备330-344、中间设备16、局域网310、路由器314或接口312中。

内容的类型可以包括音频内容、视频内容、操作系统更新、其他软件更新、用户应用程序、天气信息、“最佳网站”内容和各种材料的电子传送。用户设备330-344的用户可以各自从中间设备16的内容存储器60获得各种类型的内容。该内容可以从内容存储器60单独或同时获得。如下文将描述的，用户设备330-344可以提供通过局域网310传送并最终返回到如图1和2所示的内容服务提供商90的通信系统提供商12的库存列表或期望内容列表。可以使用通信网络14或14'来进行回传。

现在参考图4，更详细地示出了上述处理单元56。稍后详述如何计算权重。处理单元56包括探测电路410，其用于生成探测信号，该探测信号被传送到在蜂窝塔和与其相关联的天线阵列44范围内的设备中。响应信号从天线的接收元件中接收。最终，反馈被传送到优化逻辑电路412。从终端到基站的响应信号可用于选择单播模式通信和广播模式通信。反馈机制本质上是通过让接收天线元件44A接收来自终端或设备的关于每个发射天线的准确RF信道状态(信号性能)的响应信号来“探测信道”。在大规模MIMO的情况下，在一个天线系统中使用多个天线元件，每个天线元件都经过极化、定相和定向以创建彼此之间某种程度的正交性，在这种情况下，在接收设备处为每个天线元件传输检测其信号性能，并且可以为每个传输流“探测信道”。

信道探测反馈响应信号包括信道状态信息或数据，即从每个发射器天线元件接收的信号强度(幅度)和相位信息，如每个接收器天线元件44A所见。本质上，这是表征每个发射器天线元件和每个接收器天线元件之间的信道状态的矩阵。

通过将该反馈发送回处理单元56A，在收集上述每个天线元件的每个传输流的所有反馈时，处理单元56识别每个天线元件的改进的信号放大和信号零陷，以使用每个接收设备的天线元件集合来产生优化传输流。在这种情况下，广播波束可以使用发射器的多个天线元件来优化传输，以最佳方式到达多个广播接收设备，进而到达其多个天线元件，给定其关于每个发射天线元件的相应RF信道状态。

广播波束可以由多个子波束或波瓣组成，每个子波束或波瓣都被配置为优化向需要接收所识别内容的一组设备或终端内的已识别设备集群或设备子组的进行的传输。集群或子组在地理上位于彼此的预定距离内。该系统使用一组天线元件44A，并向其施加适当的权重，以配置其对设备集群进行的传输。可以优化天线元件的另一个类似子集，以创建另一个波束并将另一个波束导向小区中别处的另一组设备。这个过程可以重复执行多次，直到耗尽可用的信道容量。

通过调整/调谐分配给不同空间路径的权重，反馈系统使得网络能够不断改进广播波束的形状。这对于移动设备尤其重要。随着底层设备的移动，波束可能会被不断地重塑和优化，以便在任何给定的点上识别设备的临界质量，并不断使用探测机制以最佳方式将能量传送至需要的地方。对于更多的固定设备，就达到一组稳定的使波束朝向设备集群成形的权重而言，反馈系统会导致收敛。在固定系统中，当添加固定设备时，波束方向图会根据来自新添加设备的反馈进行调整。除了信道状态之外，反馈系统还可以包括来自各个设备的关于接收质量的信息，例如出错率、接收吞吐量。网络可以将这些输入考虑到其算法中，以便：(a)改进其对形成广播组的候选设备的选择；以及(b)改进波束的形状以获得更好的结果。此外，网络将这些输入考虑到其算法中，以决定有多少波束/波瓣最适合以最高吞吐量为候选设备提供服务，同时实现可能的最大覆盖范围，其中一些将在下文进行进一步定义。由此产生了一个“呼吸”系统，该系统不断调整参数以优化结果。

此外，处理单元56确定有多少用户最适合使用广播波束服务，以便针对特定标准进行优化。例如，一个标准可以是优化给定覆盖区域中的总吞吐量，无论服务多少用户。例如，以更高(更优化)的调制和编码率(MCS)(其为替代速率的两倍但仅达到发射天线覆盖的总用户的20％)广播可能不如以替代(较低)MCS进行传输但达到了发射天线覆盖的用户的80％的方式，因为这相对于替代广播波束方法造成了2倍的劣势。这些因素是系统运营商用来平衡覆盖范围和吞吐量的设计标准，因此相应地包括或优于用户/用户设备。

此外，可以通过利用广播波束来实现地理空间重用。另一种情况是，即使只有1/5的用户可以由广播波束进行服务，但也有可能在同一覆盖区域内创建两个以上的广播波束(或第一个广播波束的波瓣)，以便每个广播波束以两倍于替代速率的速率对其用户提供服务。与替代速率相比，不可能创建更多波束来为所覆盖的80％的用户提供服务，即使每个波束仅覆盖替代速率传输所覆盖的用户的1/4，这实际上允许通过三个波束实现50％以上的吞吐量，其中每个波束以替代速率的两倍进行传输，即2x 3xij＝替代方案容量的1.5倍。本实例构建了多个窄聚焦波束，这些波束虽然覆盖设备群体的较小部分，但能够为这些设备组提供更高的数据速率。这里的方法包括：识别一组处于良好无线电条件下的设备，并根据无线电条件排除其他设备，将波束聚焦到这些设备以增强其链路(信号强度/SINR)，并使这些设备能够以更高的调制和编码率进行有效解调。无线电条件是关于但不限于设备位置、探测信号的信号强度和相位信息、调制和编码方案以及与相邻波束重叠的数据。

另一个标准可以是简单地优化给定区域中的覆盖范围，即最大化可以被广播波束覆盖的设备的数量。第三种方法可以是使用加权方案，以整体(加权方式)考虑容量和覆盖范围。

进一步地，系统可以使用反馈来使系统能够决定使用广播方法还是单播方法，在每种情况下按规定或顺序组合，以在给定与发射设备的每个天线元件相关的每个接收设备的信道状态/路径信息的情况下，提高整个覆盖区域的吞吐量。系统识别“有挑战的”终端(即其无线电条件受到挑战并且广播可能不能最好地为其服务的终端，这降低了广播的吞吐率以及每个其他更有优势的用户的吞吐率)，并且不会浪费宝贵的优化调制速率来“到达那些具有挑战性的用户”，而是旨在为使用广播更好定位的用户和使用单播的更具挑战性的用户提供服务。例如，系统还可以利用反馈创建一个或多个广播波束来服务80％的用户，并选择并行使用单播大规模MIMO波束来服务其他20％的用户，从而进一步优化覆盖区域吞吐量。

还可以对广播模式与单播模式的这一比例进行管理，以优化容量(系统吞吐量)或覆盖范围。这样的决定将确定广播/单播“截止”，即覆盖阈值(例如信号强度SINR)；当低于该阈值时，则认为设备的链路对于该设备来说太弱而不能被包括在广播组中。本质上，这变成了一个线性优化问题——相对于可应用于对设备组进行传输的调制和编码方案(MCS)，优化设备组中包含的设备数量的组合(MCS反过来直接影响数据速率)。将围绕以下情况做出该决定：与选择具有较低SNR/信号强度截止的较大广播组(能够接收较低的吞吐量)相比，是否选择具有更好无线电条件(支持更高吞吐量)的较小广播设备组，并将其他设备设置为单播。线性优化将试图达到产生最高吞吐量和频谱效率的正确组合。主要确定以下几点：

a.是否在高保真条件下(接收更高的MCS、更高的吞吐量)创建较小的广播设备组可以最大化系统吞吐量。更高的MCS使用意味着更高的频谱效率。并且使用大规模MIMO单播服务为更大的未被服务的设备组服务，没有广播的优势(即可以为多少用户提供相同的传输服务)，但是却获得广播的吞吐量有多高的优势，以及大规模MIMO在以相对较高的吞吐量服务于具有挑战性的用户方面有多高效。

b.较大的广播设备组(其中一些设备具有稍弱的无线电条件，即具有较低的截止频率)是否会产生更高的吞吐量产品。请记住，因为同一组无线电资源正用于为大量用户提供服务，所以广播提供了更高的整体频谱效率。在这里，将牺牲每个用户的更高吞吐量来为更多用户提供服务，并实现可能用于广播的更高播吞吐量。然而，即使该结果导致广播的总吞吐量低于较小的广播覆盖区域的总吞吐量，但允许单播更有效地为未被广播服务的用户提供服务，因为剩余的用户较少，该结果仍然可以导致给定的总无线覆盖区域中更高的总吞吐量。因此，更大的广播/单播拆分将提高频谱效率。

在无线系统中，无线电资源管理(RRM)和调度是协调宝贵无线电资源使用的关键组件。例如，在2G、3G、4G或5G系统中，这些组件在预定的时间段为设备分配无线电资源块，用于单播和广播服务。这些无线电资源分配为设备提供发送和接收机会，即发送和接收数据的时间帧和无线电带宽。广播波束形成组件需要与无线电资源管理和调度组件进行交互。作为广播波束形成的一部分而做出的关于广播组的设备选择/剔除的决定与MCS选择和无线电资源块的分配密切相关。例如，为了优化覆盖范围，广播波束可能包括其广播组中信号强度高于足够低阈值的设备。该信号强度/SNR截止映射到用于广播的较低MCS级别。反过来，所选择的较低MCS级别可以规定待分配给广播的无线电资源块的数量更大和频率更高(全面使用较低的MCS级别(每个符号使用更少的比特)意味着需要分配更多的无线电块来实现给定的数据速率)。

另一方面，如果决定对容量进行优化，则系统可以采用更高的信号强度/SNR截止，以让广播组包括具有更高无线电保真度的较小设备组。反过来，这又映射到对广播使用更高的MCS级别，这可以规定使用较少数量的无线电资源块来实现给定的数据速率。在这种情况下，显而易见的是，不仅是给定广播波束可以实现多少吞吐量与覆盖范围的权衡并且根据这一点整个广播和单播组成系统，而且是为广播波束分配以实现其预期的权衡的无线电资源量。在这种情况下，可以收缩多个广播波束以创建广播波束的底层和覆盖层，其中每层以不同的吞吐量(MCS)速率覆盖不同比例的覆盖人口，以便通过广播优化总吞吐量与覆盖区域。当然，这可以通过考虑单播服务的可用性来进一步优化，以满足给定区域中吞吐量与覆盖范围的所有要求。

类似的情况可以通过可用无线电资源的数量进行驱动。如果无线电网络的可用无线电资源块的数量有限，这可能会要求使用足够高的MCS(每个符号使用的比特)来实现所需的广播数据速率。反过来，这将触发使用更高的信号强度/SNR截止，因此，广播组中包含一较小设备组。

这样，涉及的关键系统参数(包括要包含在广播组中的设备数量(相应地，待剔除的设备数量和选择)、信号强度/SNR截止、MCS选择和无线电资源分配/调度)都彼此紧密相关。这些决定需要由调度器432来协调。因此，需要发展该技术的这些部分，以支持本文描述的波束形成系统。

4G系统中定义的广播功能包括多媒体广播单频网络(MBSFN)的概念。MBSFN是指使用同一无线电信道从多个时间同步的小区同时传输相同的广播流。同步的多小区传输由设备接收并组合，以实现更高的信噪比(SNR)，尤其对于可能听到来自多个小区的传输的小区边缘设备。因此，MBSFN将广播扩展到多小区传输模式，使更多的设备能够接收高质量的广播。

广播波束形成和MBSFN可以结合起来，为服务水平低下的设备提供比单独使用这两种技术可能更好的无线电条件。广播波束形成可以将设备考虑在内，不仅是形成波束的小区，还有相邻小区中的小区边缘设备。波束可以成形为包括相邻小区中的一些设备。在小区中，不包括在该小区发出的广播波束中的设备可得益于由相邻小区成形的波束。这可以改善较弱设备的无线电条件，这些设备现在可以安全地包含在高MCS广播中(即可以可靠地解调以高MCS传输的信号，即使设备从其归属小区的覆盖范围小于可靠解调信号所需的覆盖范围)。现在，可能必须从高MCS广播中剔除的设备可以包括在其中，因为该设备可以组合来自多个相邻小区的信号，和/或利用来自相邻小区的波束，以便能够可靠地解码信号。用这种方式，在不牺牲系统容量的情况下，广播中可以包括更多数量的设备(更大的覆盖范围)。

广播波束形成得益于大量基站天线单元的使用。更大数量的天线能够使得更多的空间路径被利用，并提高波束成形器434的整体性能。当更多路径可用时，从增加的信号分集到放大最佳路径并消除最差路径，每个发射器和接收器/接收器集群之间的增益都有所提高。有机会改善波束聚焦，以提高每个接收器的信号强度和SNR。设备天线数量的增加还提供了处理增益，使得SINR随天线数量线性增加。因此，以对数方式增加容量。总之，基站和/或设备天线的数量越多，每个接收器的波束形成性能越好且吞吐量越高，允许波束及其波瓣可以服务更大的设备集群和更多数量的设备集群，从而以给定的吞吐速率增加设备群服务，并且总体上形成更高的区域吞吐量和/或人口覆盖范围。

在图4中，处理单元56可以耦合至广播发起实体420。广播发起实体420用于发起广播会话。广播会话可以使用如上所述的常规调度通信资源或随机资源。本实例是针对各种无线技术而提供的，这些无线技术包括但不限于LTE 4G、5G、3G、Wi-Fi等。在LTE/4G系统中，广播发起实体可以是移动管理实体(MME)或多小区多播协调实体(MCE)。处理单元接收广播启动的启动或发起信号。业务逻辑实体422还为处理单元56提供信号通信的逻辑和策略要求。业务逻辑实体422可用于确定与广播相关联的逻辑或策略。该逻辑可以确定在广播组中包括多少和哪些设备，以及是否需要容量最大化或更高的吞吐量。对于各个处理单元，来自广播发起实体420和业务逻辑实体422的信号被信道容量电路使用，该电路确定将新内容传送到用户设备或终端的容量。信道容量电路430也可以考虑剩余容量的使用。

优化逻辑电路412最终根据业务逻辑和策略要求来确定广播组中包括多少和哪些设备。当覆盖最大化是预期目标时，处理单元56的优化逻辑电路412可以包括区域内的大部分或所有设备或终端。优化逻辑电路412可以从广播组中移除设备，以将其重新用于单播传送。最后，向调度器432提供设备数量、平均信号强度和待应用于广播的MCS。调度器432向广播波束分配无线电资源(如资源块)，并且基于来自波束形成器434的输入来调度广播和单播。波束成形器434具有波束整形器436和波瓣整形器438，波瓣成形器调整广播波束和与其相关联的旁波瓣的权重，以在广播中合并或涵盖该组设备。波束成形器434还用于修改广播波束的形状，以适应要广播到的各种设备集群或子组。波瓣成形器438用于使旁波瓣成形，以适应设备集群或终端集群的部分设备或终端。最终，权重用于调整发射天线阵列44的元件，使得广播波束被定向于预定方向。

现在参考图5，系统识别要提供给多个用户设备/终端的内容。当识别出多个用户的共同内容时，在步骤510中使用广播资源是有意义的。在步骤512中，可以识别系统的剩余容量。尽管可能希望将剩余容量用于系统，但是在步骤512中剩余容量的使用是可选的。如上所述的剩余容量512可以被传送到处理单元，从而可以调度被识别为待广播的内容。在步骤514中，开始广播会话。如上所述，广播会话可以通过处理单元56从外部系统接收对应于广播会话开始的信号来开始。广播发起实体420(例如移动管理实体或多播协调实体)可以提供这样的信号。

在步骤516中，建立优化策略并将其传送至处理单元56。例如，优化策略可以确定是需要容量优化还是覆盖范围优化。此步骤是对各种系统的设计依据。应当注意的是，优化策略可以根据考虑广播的时间段而改变。例如，高峰时段可能具有与其他时段(如在不同的日期或当日时间)不同的优化策略。周末或节假日也可以是选择优化策略的因素。如果需要在步骤516中使容量最大化，则以高质量调制和编码率(MCS)形成接收广播的组。返回参考步骤516，当需要最大化覆盖范围时，步骤520最大化设备组以接收内容，无论质量如何。组的最大化提现了某些用户可能重新请求内容的缺点。一旦在步骤518或520中确定了广播设备组，步骤522确定用于单播通信的设备。也就是说，并非所有需要内容的设备都可以包括在一个组中。一些不在组内的设备可以通过蜂窝塔生成的单播信号进行通信。在步骤524中，调度为广播建立MCS级别。在步骤526中，无线电资源由调度器在步骤526中分配。在步骤528中，确定设备组内的设备集群，以便可以调整权重以优化与群中设备的通信。主波束和侧向负荷都可以通过权重进行调整，以与终端和用户设备进行通信。

现在参考图6，系统在不同时间间隔的操作。在步骤610中，使用天线阵列的元件将探测请求信号传送到与小区相关联的设备。小区内的所有天线可以传送探测信号，以便从小区范围内的各种设备和终端获得所请求的数据。该探测信号也可以从小区边缘的设备获得。波束成形器434发出探测请求，该探测请求最终被用于识别小区内设备的位置、路径和集群。当然，提供的数据可能会因无线系统的类型(例如LTE、Wi-Fi或5G)而有所不同。在步骤612中，从蜂窝塔的处理电路处的设备接收响应信号。反馈可以包括信道数据并且可以包括以下数据，例如复信道增益、发射波束成形器434权重或孔径估计值等。在步骤614中，确定每个终端的信道状态。信道状态可以使用每个设备的信号强度、相位数据、接收质量、出错率和吞吐量。在步骤616中，根据来自步骤614的一条或多条数据对设备进行分组。在步骤618中，可以执行用于形成子波束和旁瓣的天线元件的权重。可以为不同的广播组以及广播组内的不同集群确定权重。如上所述，旁瓣也可并入广播组内，由此还可创建主波束和子波束(例如旁瓣)，以最佳方式传送内容。在步骤620中，如果需要第二广播波束，则为第一组生成广播波束。在步骤622中，还可以为不在第一组或第二组内的用户生成用于单播的权重。在步骤624中，将单播波束传送到不在第一组中的设备。在步骤626中，可以继续执行该过程。也就是说，特别是在使用移动设备的系统中，可以连续地执行来自不同用户设备或终端的探测。一个反馈元件可以代表设备的速度，因此可以预测设备的移动，并可以执行对天线输出的形状以及波束的更改。这对于高速移动(例如在高速公路上)的设备尤为重要。最终位置可迅速变化，因此可以调整波束以适应下一次通信的移动。

现在参考图7，对与位于小区边缘的设备进行通信的方法进行阐述。在步骤710中，确定设备的位置。如上所述，在步骤614中，可以使用探测反馈并从各种设备接收响应信号来执行各种设备的信道状态。小区内和相邻小区边缘附近的各种设备可接收质量较低的信号。可以在通信中确定相邻小区的处理单元，并且可以考虑整个系统中执行这个过程。也就是说，可以使用一个以上的小区与小区边缘的设备进行通信，以增加接收信号。在步骤712中，确定设备或终端的信号特征。在步骤714中，基于信号特征确定设备是否靠近小区边缘。在步骤716中，在具有第一天线阵列的第一基站处形成第一波束。在步骤718中，在具有来自相邻小区的第二天线阵列的第二基站处形成第二波束。在步骤720中，使用波束形成器提供的权重的来自基站的第一天线阵列的第一波束和使用波束形成器提供的权重的来自第二基站的第二天线阵列的第二波束被传送到一个设备(在两个相邻小区的边缘)。通过用于传送数据信号的第一波束成形权重向量来对功率输出进行整形。在步骤722中，在设备或终端处接收组合信号。这增加了接收到可用信号从而可以使用广播内容的可能性。

现在参考图8和9，通用广播信道考虑将单个源发射器(S)810发射到多个接收器812所带来的问题。如果可用，该源通常用多个发射器进行传输。这可能采用多种形式，包括在单个发射器或多个分布式发射器处的多个发射天线可能会重用已经具有可用广播数据的接收器。多个发射器810向多个预定接收器812发射广播信号。发射器810通过连接的回程或从先前的传输中共享相同的广播数据。此外，每个发射器810和接收器812可以部署多个天线用于接收和发射。

传输在N个多载波频率f_n上执行，以允许将多输入多输出(MIMO)信道视为每个频率的简单矩阵乘法，并且该传输与现代多载波通信波形一致。在下面的例子中，有Q个发射器，每个发射器有M_t个天线，K个接收器且每个接收器都有M_r个天线。

设H^q(f_n)为Mr_XM_t MIMO信道矩阵，表示在在频率f_n下发射器q和接收器k之间的信道。设s_qn是一个M_tx1符号向量，从发射器q以频率f_n发射。在方程式(1)中，来自发射器q,s_qn的发射符号向量与接收器k,y_k处的复接收数据向量相关。

其中e_kn是在第k个接收器处得到的接收器噪声加干扰向量。干扰可能包括小区外的合作或非合作的同信道蜂窝信号。

在步骤910中，所有基站单元都可以用于发射。因此，可以将该方程式简化为每个接收器k处的单个矩阵方程，其形式如下：

y_k＝H_ks+e_k, (2)

其中，聚合矩阵可以分解为

s_q≡[s_q1,s_q2,…,s_qN]^T

和

方程式(2)中的通用广播信道的容量区域还有待表征。然而，假设噪声和源统计数据为复高斯噪声。在这种情况下，交互信息写为以下形式：

需要根据一组容量目标来最小化发射功率，该组容量目标通过为每个接收器k提供的服务质量水平确定。该问题写成以下形式：

其中R_k是接收器k所需的最小目标比特率。

方程式(4)是最大化(未降级的)高斯广播信道的交互信息的问题的更高秩近似。它本身是对在发射器部署波束成形的约束问题的松弛算法。

可以通过在发射器和接收器上使用线性波束成形来实现高斯其他用户干扰信道的信道容量。可以采用一种新的度量，将交互信息解耦为单输入单输出(SISO)独立信道。

解耦容量度量可以由下式定义：

其中，

G≡[g¹,g²,…,g^L]。 (12)

数字L是广播频道的最大可用等级。注意，

L≤min(M_r,M_tQN)。

与解耦容量度量相关联的是解耦广播信道优化问题，如下所示：

解耦公式在基站和接收器处使用线性权重。请注意，基站发射权重将空间自由度和频率自由度线性地混合成一个权重向量中，这本质上是一种空间频率自适应处理的形式。假设可以对权重进行共同和连贯处理，那么这些权重也会在协作的发射终端之间混合。

解耦广播信道如图9所示。从数据处理不等式可以清楚地看出，方程式(13)的解是方程式(4)的解的上限。然而，不难看出，最优线性发射权重G和接收权重wk实际上也实现了方程式(4)的一般解。这可以通过使用接收器权重w_kl来表示，从矩阵的L原则特征向量导出：

R_e ^-HHGG^HH^HR_e。

对于某些示例，有必要学习方程式(4)和(13)用的信道矩阵。许多无线标准(例如LTE)都规定了信道探测，并有专用资源用于将信道信息发送回基站，或利用时分双工(TDD)系统中的信道互易性。

另一方面，如果可以利用互易性并使用广播信道的解耦度量公式，则根本不对信道进行估计，而仅估计发射权重g^l和接收权重w_kl。可以使用最小均方误差处理以直接方式对这些权重进行估计。

信道探测的性能部分取决于所涉及的训练序列的正交性。出于信道探测的目的，在时间t下，频率为fn的一组基站的传输采用以下形式表示：

用矩阵表示，可以写成以下形式：

用矩阵表示，可以写成以下形式：

Y_kn＝H_k(f_n)S_n+e_kn (15)

其中，

其中，

e_kn≡[e_kn(1),e_kn(2),…,e_kn(T)] (16)

并且T是训练块中时间样本的数量。步骤912中，每个接收器处的信道估计可以被表述为信道的最小均方估计(MMSE)，如下所示：

方程式(17)中的估计可以在没有严格正交性的情况下获得良好的结果，但如果S^H不是满秩的，则该估计会开始受到影响。

下面提供了在基站和接收器优化线性波束形成权重的选项。对于远程单元在基站具有单个天线和线性发射波束成形的情况，可以使用松弛技术和双重规划技术。在步骤914中，信道信号被传回基站。

该问题也可以通过直接使用内点法和对数障碍函数来处理约束来解决。因此，该问题现在是无约束优化问题，其形式如下：

该过程如图9所示。为了获得对不等式约束的更紧密的近似，在步骤918中增加t，并进一步优化无约束问题。

现在参考图10，获得发射和接收权重的一种可能更有效的方法是利用信道互易性并使用解耦容量公式。在该公式中，通过使用上行链路或虚拟上行链路训练序列来找到发射权重。该过程需要解决更复杂的NP难优化问题。

在步骤1010中，通过所有天线从所有基站发送探测信号，以找到远程接收器的最小均方误差(MMSE)权重。使用接收器k和MIMO指数l的上行链路训练机会。在步骤1012中，每个远程天线发送归一化的远程权重。因此，基站的接收器模型采用以下形式：

其中干扰归一化上行链路传输权重由下式给出：

干扰协方差矩阵可以通过多种方式估计，实际上也可以直接估计出数量w_kl ^HR_iiw_kl。如果权重w_kl是通过使用标准MMSE处理确定的，则可以使用以下近似法：

其中，γ_kl是应用w_kl后接收器k处的SINR，而R_yy是接收器k处得到的协方差。

接收机k到基站的孔径由下式定义：

在步骤1014中，可以通过如前所述的MMSE处理在基站孔径_t：

归一化接收器权重很容易揭示解耦容量约束的互易性，如下式：

我们的目标函数现在写为以下形式：

特别特殊的是使用单一模式的情况，即每个基站的单一发射向量。这种特殊情况几乎可以简化为凸规划问题。

首先请注意，通过仅改变权重w_kl的相位，可以在步骤1016中容易使g^lTH^Tw^～*kl成为实数。步骤1018中的问题变成了：

凸问题将处于迭代过程的中心，该迭代过程改变a_k的相位以使g^Ta_k成为实数。

在图10中，解耦问题需要对每个远程单元的权重和每个基站的权重进行迭代。然而，在每次迭代中必须解决的问题本质上更简单，具有更好的收敛特性。

假设掌握了从基站到远程单元的各个信道向量，下面比较了扇区化小区中广播信道的性能。将局部优化的波束成形解决方案与静态各向同性波束进行比较。

波束成形器是广播信道问题的解决方案。该问题出现在需要在多个收发器之间共享单个信息流的多播应用程序中。不幸的是，众所周知，这个问题是NP难问题。相比之下，各向同性波束情况代表广播事件理论上的直接实现，其中信号仅通过均匀的、空间各向同性的天线或天线波束进行广播。

虽然最佳广播波束需要二次规划问题的解，但在二次约束下，各向同性波束也很难设计。如果天线响应已知，则余弦锥形波束方向图通过最小二乘拟合进行匹配。这似乎取得了很好的结果，并且只需要了解天线阵列。

此外，将结果与从基站到单个用户的单播信道的性能进行比较。在广播模式下，使用普通蜂窝基础设施将相同的广播信息各自地传递给多个用户。

每个基站(enodeB)天线元件都有一个心形增益模式。该增益模式的峰值增益为12.0dB，前后比为25.0dB以及波束宽度为120.0度3dB。一个8天线元件阵列如图11所示。

基本相位响应如图12所示。作为距离函数的路径损耗，没有阴影效应，如图13所示。添加了单个LTE资源块的最大发射功率。假设该功率为29.01dBm。此外，该图还显示了假设温度为300.0开尔文和带宽为180.0kHz时的热杂讯层，对应于最小的LTE资源块。

阴影增益应用于各向同性的远程阵列天线，但是其相位响应如图14所示。模拟中使用了8dB的对数正态阴影偏差。

请注意，扇区的基础天线形成一个间距为0.7λ的线性阵列。在本实例中，总共有8个基站天线和两个远程单元天线。假设远程单元用户终端天线位于半径为8.0厘米的圆上。

对于该模拟，生成定义扇区中的远程单元。在图15中，100个用户终端被放置在半径为1500.0米的小区中的120度扇区中。在所有用户终端上找到以最小功率满足任意SINR目标的发射权重。

对于120度扇区，广播权重的性能通常比各向同性权重提高了6-10dB，这表明优化权重是非常值得的，前提是信道状态信息(CSI)很容易从基站获得。如果预计在LTE蜂窝网络中全面部署MU-MIMO，这并不是一个不合理的假设。

有趣的是，即使在尝试同时向单个扇区中的100个用户终端进行广播时，增益也是如此显着。比较了广播情况和各向同性情况下的最佳波束方向图，如图16所示。广播波束方向图试图增强性能较低的用户终端，因此与各向同性情况相比，其具有稍微不规则的形状。

然而，如图17中的SNR直方图所示，这种不规则的形状可提供显着的性能增益。广播波束的接收SNR接近一致地优于更简单的各向同性波束。

广播波束成形器、各向同性波束成形器和单播MU-MIMO链路的性能作为变化的参数的函数。性能通过频谱效率来衡量，单位是位/秒/Hz/用户单元。为方便起见，该ids通过计算减去L的编解码器损耗因子后的香农容量来计算，设置为4.5dB。可将其写成SINR函数：

该公式与报告的LTE纠错编解码器基本相符。

为了计算MU-MIMO容量结果，假设同信道远端的数量可在空间上独立，并且等于基站天线的数量除以4。基于相邻小区干扰和当前使用的信道探测技术，这是一个相当乐观的假设。

假设每条链路有2个独立的MIMO信道。假设每个MIMO信道的路径增益比主路径小5dB。因此，以下公式用于我们的MU-MIMO容量：

其中，C_MIMO是MIMO频谱效率，N_rems是远程单元的数量，M_base是基站天线的数量，γ是SINR，以及N_paths是每条链路的可用MIMO路径的数量。将MU-MIMO链路的目标SINR设置为21.0dB。

对于大多数数值测试，在使用各向同性波束形成器对其性能进行分类后，最坏情况下的远程单元被剔除或移除。这是为了减轻外围不良链接主导性能结果的问题。幸运的是，效果并不像最初假设的那么强烈。

图18显示了远程单元数量变化时的性能。此次运行剔除了5％的最差远程单元。虚线代表MU-MIMO性能，蓝线代表广播波束性能。广播波束始终比各向同性波束多达到2-3比特/秒/Hz，即使对于蜂窝扇区中的大量远程单元也是如此。在这种配置中，MU-MIMO单播方法在大约6个远程单元上被超越，只有2条可利用的多路径射线。

随着远程单元数量的增加，广播波束性能只会非常缓慢地下降，似乎达到了3比特/秒/Hz的渐近线。在图19中的长期运行中可以更清楚地看到该情况，最多有1000个远程单元。该结果是在没有进行任何远程单元剔除或排除的情况下获得的。

图20显示了效率是基站天线数量的函数。如果可以使用用于同信道通信的空间信道，则该函数是一个对MU-MIMO解决方案特别有用的参数。其还有助于广播信道，因为在增益和可能满足的远程单元约束的数量方面其提高了波束成形器的整体性能。

图21中示出了各种远程天线。这主要对广播波束成形器有利，但理论上也有助于消除小区外干扰，目前未在此处建模。远程单元天线提供使SINR随天线数量线性增加的处理增益，从而以对数方式增加容量。理论上，这也将有助于MU-MIMO的情况，可以增加可用的MIMO路径的数量。等距波束性能更嘈杂，这无疑是由于随着天线数量的增加保持等距波束的挑战。

在图22中，从具有100个远程单元的120度扇区中剔除的远程设备的数量是不同的。所有候选波束形成器的性能都得到了提高，最具挑战性的链路被移除，需要服务的远程单元也更少。

最后，在图23中，基站扇区的大小是变化的，同时将远程单元的总数保持在100。较小的扇区确实有助于广播波束成形器，但影响比预期的要小。鉴于在120度扇区上的性能改进为1比特/Hz，这似乎很难证明随着时间的推移重复使用5或10度扇区并通过增加扇区角度向小区扩展的想法是合理的。

因此，广播看起来比单播内容要好得多，除非用户数量是10或更少，否则通过单播观看的意义不大。有效地使用广播波束成形器需要信道探测和非线性优化问题共同解决二次约束最小化器。

本领域技术人员可以从前述描述中了解到，本公开的宽泛教授可以以不同方式实施。因此，尽管本公开包含特定示例，但是本公开的真实范围不应受此限制，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后，其它修改对于本领域技术人员将变得显而易见。

Claims (46)

1.一种方法，包括：

通过耦合至基站的第一天线阵列向多个设备传送探测信号；

响应于探测信号，从多个设备中的每一个设备向基站传送响应信号；从响应信号确定设备数据，其中该数据包括设备位置、探测信号的信号强度和相位信息；

基于设备数据将多个设备分组为第一组；

为第一组生成第一发射波束成形权重以对第一天线阵列的输出进行整形为较高功率区域和较低功率区域，从而将数据信号传送到第一组；并且

使用第一发射波束成形权重通过来自第一天线阵列的无线信号将数据信号广播到第一组。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括识别通信系统的剩余容量，其中广播包括在总系统容量的剩余容量内广播数据信号，所述总系统容量包括用于传送数据信号以供多个设备实时消费的广播传输的第一部分，以及与广播传输的第一部分分开用于非实时消费的剩余容量。

3.根据权利要求2所述的方法，其中使用剩余容量传送数据信号包括使用未使用或较少使用的资源传送数据信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其中总系统容量包括广播模式和单播模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其中在广播模式下对所述数据信号进行广播。

6.根据权利要求4所述的方法，还包括使用单播模式通过第一天线阵列将数据信号传送至第一组之外的第一设备。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括基于广播覆盖范围和吞吐量权衡来确定所述第一设备。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括基于广播覆盖范围和吞吐量权衡来确定所述第一设备。

9.根据权利要求6所述的方法，还包括基于第一调制和编码方案来确定所述第一设备。

10.根据权利要求6所述的方法，还包括基于对不同调制和编码方案的使用的比较来确定所述第一设备。

11.根据权利要求6所述的方法，还包括基于信号强度来确定所述第一设备。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括在第一时间期间使用地面蜂窝通信系统的总系统容量的第一部分向蜂窝用户传送数据信号，以供蜂窝用户实时消费，所述总系统容量包括第一部分和与第一部分分开的剩余容量，其中所述实时消费与用户请求消费所述数据信号同时发生，其中对数据信号进行广播包括使用剩余容量对数据信号进行广播。

13.根据权利要求1所述的方法，其中将数据信号广播到第一组设备包括将数据信号广播到中间数据存储设备并将数据信号存储在中间数据存储设备中。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括在存储所述数据信号之后，由用户应用程序在与对应于实时消费的第一时间不同的第二时间从所述中间数据存储设备请求所述数据信号。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括在存储所述第一数据之后，将所述第一数据从第一设备的中间数据存储设备传送到用户应用程序。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括在对所述数据信号进行广播之后，从所述中间存储设备接收所述数据信号并在在所述用户应用处实时消费所述数据信号。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述中间数据存储设备被布置在蜂窝塔，并且还包括通过经由源自所述蜂窝塔的无线网络传送所述数据信号来将所述数据信号从所述中间数据存储设备传送到第一设备。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述用户应用程序设置在蜂窝用户设备中。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个设备包括蜂窝用户设备。

20.根据权利要求1所述的方法，还包括在来自与所述第一天线阵列间隔开的第二天线阵列的所述数据信号的广播中至少包括第一用户应用程序。

21.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第一组内形成第一集群和第二集群，并且将所述第一天线阵列的波瓣引导至所述第一集群和所述第二集群。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述响应信号包括上行链路反馈。

23.根据权利要求1所述的方法，其中在对所述数据信号进行广播之后，确定接收质量；和

基于所述接收质量将多个设备分组为第二组。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述接收质量包括出错率。

25.根据权利要求23所述的方法，其中所述接收质量包括接收吞吐量。

26.根据权利要求23所述的方法，其中将所述多个设备分组为第二组包括基于所述接收质量和所述设备数据将所述多个设备分组为第二组。

27.根据权利要求23所述的方法，其中将所述多个设备分组为第二组包括基于所述接收质量和广播覆盖范围和吞吐量权衡将所述多个设备分组为第二组。

28.根据权利要求23所述的方法，其中将所述多个设备分组成第二组包括基于所述接收质量和对不同调制和编码方案的使用的比较将所述多个设备分组成第二组。

29.根据权利要求28所述的方法，其中将所述多个设备分组为第二组包括基于所述接收质量和信号强度将所述多个设备分组为第二组。

30.根据权利要求1所述的方法，其中对所述数据信号进行广播包括使用多个发射权重向具有多个天线的远程接收器发送所述数据信号。

31.根据权利要求1所述的方法，其中生成第一发射波束成形权重包括在多个基站上使用内点屏障函数生成第一发射波束形成权重。

32.根据权利要求1所述的方法，还包括通过多个基站或多个远程单元或两者同步地向所述多个设备进行传输。

33.根据权利要求32所述的方法，还包括通过使用来自第一基站的第一信号和来自第二基站的第二信号的第一设备同时传送第一数据，并且同时接收所述第一信号和所述第二信号以增加用于第一数据的调制和编码方案。

34.根据权利要求33所述的方法，还包括调整所述第一基站的第二发射波束成形权重和所述第二基站的第三发射波束成形权重，以同时从所述第一基站和所述第二基站发射所述第一数据。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述第二发射波束形成权重包括所述第一波束变换权重。

36.根据权利要求1所述的方法，其中生成第一发射波束成形权重包括使用最小均方误差处理来生成所述第一发射波束成形权重。

37.根据权利要求1所述的方法，其中生成第一发射波束成形权重包括使用简化的目标函数来生成所述第一发射波束成形权重。

38.根据权利要求1所述的方法，其中生成第一发射波束成形权重包括使用凸近似模型来生成所述第一发射波束成形权重。

39.根据权利要求1所述的方法，其中生成第一发射波束成形权重包括使用松弛技术和秩近似来生成所述第一发射波束成形权重。

40.根据权利要求1所述的方法，其中生成第一发射波束成形权重包括使用噪声协方差来生成归一化的第一发射波束成形权重。

41.根据权利要求1所述的方法，其中生成第一发射波束成形权重包括通过在线性权重优化函数中适当地设置容量约束，使用不同的质量水平来生成所述第一发射波束成形权重。

42.根据权利要求1所述的方法，其中将所述多个设备分组为第一组包括基于广播覆盖范围和吞吐量权衡将所述多个设备进行分组。

43.根据权利要求1所述的方法，其中将所述多个设备分组为第一组包括基于第一调制和编码方案将所述多个设备进行分组。

44.根据权利要求1所述的方法，其中将所述多个设备分组为第一组包括基于对不同调制和编码方案的使用的比较来将所述多个设备进行分组。

45.根据权利要求1所述的方法，其中分组包括基于信号强度排除所述多个设备中的至少一个。

46.一种耦合至基站的处理单元，包括：

与基站相关联的天线阵列，所述天线阵列将探测信号传送至多个设备；

优化电路，所述优化电路从所述多个设备中的每一个设备接收响应信号，并且根据所述响应信号确定设备数据，其中所述数据包括设备位置、所述探测信号的信号强度和相位信息；所述优化电路基于所述设备数据将所述多个设备分组为第一组；

波束成形器，所述波束成形器为所述第一组生成第一发射波束成形权重以对第一波束成形权重向量的功率输出进行整形，从而将数据信号传送到所述第一组；和

天线，所述天线使用所述第一发射波束成形权重通过无线信号向所述第一组广播所述数据信号。

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