CN114598367A - 用于执行波束成形的通信装置及该通信装置的操作方法 - Google Patents

用于执行波束成形的通信装置及该通信装置的操作方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于向多个终端提供经波束成形的传输信号的通信装置的操作方法和一种通信装置。该操作方法可以包括：基于针对多个终端中的每一个的区域限制条件来确定目标传输向量；基于目标传输向量和波束选择条件来生成用于选择多个天线中的一些天线的波束选择矩阵；基于目标传输向量和波束选择矩阵来生成预编码矩阵；以及基于波束选择矩阵和预编码矩阵来生成传输信号。

Description

用于执行波束成形的通信装置及该通信装置的操作方法
相关申请的交叉引用
本申请基于分别于2020年12月3日以及2021年2月1日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2020-0167664和No.10-2021-0014399且要求上述申请的优先权，上述申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明构思涉及一种用于执行波束成形的通信装置及其操作方法。
背景技术
包括多个天线的通信装置可以执行波束成形操作以向多个终端发送传输信号。波束成形可以指通过多个天线发送定向信号的方法。例如，基站可以经由波束成形方法向执行无线通信的终端设备发送下行链路信号。考虑到基站和终端之间的上行链路和下行链路之间的信道互易性，基站可以基于根据从终端接收的上行链路信号估计的下行链路向终端发送基于波束成形的下行链路信号。然而，在发送到目标终端的传输信号中可能由于要被发送到另一终端的传输信号而出现干扰，并且当通过相移键控(PSK)方法生成传输信号时，传输信号的相位可能由于干扰而失真。
发明内容
本发明构思的至少一个技术思想要解决的至少一个问题在于提供一种通过将由传输信号中的与另一终端相对应的传输分量所引起的干扰生成为对目标终端的相长干扰来增强传输信号的强度的通信装置。
根据本发明构思的一方面，提供了一种用于向多个终端提供经波束成形的传输信号的通信装置的操作方法，该操作方法包括：基于针对多个终端中的每一个的区域限制条件来确定目标传输向量；基于目标传输向量和波束选择条件来生成用于选择多个天线中的一些天线的波束选择矩阵；基于目标传输向量和波束选择矩阵来生成预编码矩阵；以及基于波束选择矩阵和预编码矩阵来生成传输信号。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种用于向多个终端提供经波束成形的传输信号的通信装置的操作方法，该操作方法包括：通过基于预编码矩阵对与多个终端中的每一个对应的传输数据进行预编码来生成预编码信号；以及基于用于从多个天线中选择一些天线的波束选择矩阵来生成与一些天线中的每一个对应的传输信号，并且与每个目标终端对应的传输信号具有通过传输信号分量中的与另一终端对应的干扰向量放大的强度。
根据本发明构思的又一方面，提供了一种通信装置，其包括：多个天线，每个天线被配置为向多个终端输出经波束成形的传输信号；射频(RF)链，其以比多个天线的数量更少的数量布置；以及处理器，被配置为基于针对多个终端中的每一个的区域限制条件和波束选择条件来确定波束选择矩阵和预编码矩阵，并且由波束选择矩阵和预编码矩阵生成的传输信号具有由与另一终端对应的干扰向量放大的强度。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本发明构思的示例实施例，在附图中：
图1是根据本发明构思的示例实施例的通信系统的框图；
图2是根据本发明构思的示例实施例的通信装置通过执行波束成形操作来向多个终端提供传输信号的示例的示图；
图3是根据本发明构思的示例实施例的通过所生成的矩阵生成传输信号的方法的示图；
图4是根据本发明构思的示例实施例的区域限制条件的示图；
图5是根据本发明构思的示例实施例的根据区域限制条件确定目标传输向量和目标波束选择向量的方法的流程图；
图6是根据图5的示例实施例的确定循环传输向量和循环波束选择向量的方法的流程图；
图7A是针对迭代次数的根据图5生成的循环传输向量和循环波束选择向量之间的差的曲线图；
图7B是根据图5和图6生成的传输向量和波束选择向量的强度的曲线图；
图8是根据本发明构思的示例实施例的通信装置生成传输信号的方法的流程图；
图9是根据本发明构思的示例实施例的通过生成预编码信号和射频(RF)信号来生成传输信号的方法的示图；
图10A是根据本发明构思的示例实施例的通过正交相移键控(QPSK)方法生成的传输信号的相位的复平面；以及
图10B是针对终端的区域限制条件和所生成的传输信号的相位的复平面。
具体实施方式
在下文中，将通过参照附图详细描述本发明构思的示例实施例。
图1是根据本发明构思的示例实施例的通信系统的框图。
无线通信系统10可以指包括通信装置100和无线通信终端200的任意系统。例如，无线通信系统10可以是新无线电(NR)系统、第5代(5G)无线系统、长期演进(LTE)系统、高级LTE系统、码分多址(CDMA)系统、全球移动通信系统(GSM)、无线局域网(WLAN)系统等中的一个。此外，CDMA系统可以以各种CDMA版本(诸如宽带CDMA(WCDMA)、时分同步CDMA(TD-SCDMA)、CDMA2000等)实现。在下文中，将主要参照5G系统或LTE系统来描述无线通信系统10，但是将理解，本发明构思的示例实施例不限于此。
无线通信系统10的无线通信网络可以通过共享可用的网络资源来支持多个用户进行通信。例如，在无线通信网络中，可以经由各种多址方法(诸如CDMA、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、正交频分多址(OFDMA)、单载波频分多址(SC-FDMA)、OFDM-FDMA、OFDM-TDMA、OFDM-CDMA等)来发送信息。
在一些示例实施例中，无线通信系统10可以包括通信装置，并且该通信装置可以是基站(BS)。BS通常可以指与用户设备(UE)和/或另一BS通信的固定站，并且可以通过与UE和/或另一小区的通信来交换数据和控制信息。例如，BS可以被称为小区、节点B、演进节点B(eNB)、下一代节点B(gNB)、扇区、站点、基站收发器系统(BTS)、接入点(AP)、中继节点、远程无线电头(RRH)、无线电单元(RU)、小小区等。在本说明书中，BS可以被解释为指示由CDMA中的基站控制器(BSC)、WCDMA中的节点B、LTE中的eNB、NR中的扇区(站点)或gNB等覆盖的一些区域或功能的综合含义，并且可以涵盖各种覆盖区域(诸如巨型小区、宏小区、微小区、微微小区、毫微微小区、中继节点、RRH、RU和小小区通信范围)的全部。
在一些示例实施例中，无线通信终端200可以是无线通信系统10中的UE。UE可以指各种设备，这些设备可以是固定的或移动的，并且能够通过与BS的通信来发送和接收数据和/或控制数据。例如，UE可以被称为终端设备、移动站(MS)、移动终端(MT)、用户终端(UT)、订户站(SS)、无线设备、手持设备等。
参照图1，无线通信系统10可以包括通信装置100和多个无线通信终端200。然而，这仅仅是示例，并且不限于此。无线通信系统10可以包括多个小区和多个网络实体。通信装置100可以通过与无线通信终端200或另一小区的通信装置的通信来发送和接收数据信号或控制信息。
通信装置100可以包括处理器110、多个RF链电路120a至120n、离散透镜阵列(DLA)140和/或多个天线130a至130m。处理器110可以包括预编码处理器111、波束选择处理器112和/或波束成形处理器113，并且可以基于与预编码处理器111、波束选择处理器112和/或波束成形处理器113中的每一个对应的矩阵来生成与每个终端对应的数据作为传输信号。例如，预编码处理器111可以基于预编码矩阵将数据变换为预编码信号。稍后将参照图8和图9描述处理器110对每个信号的生成。
另外，处理器110可基于关于每个无线通信终端200的信息生成预编码矩阵、波束选择矩阵和波束成形矩阵。例如，处理器110可以获得关于每个终端的信道信息，并且基于信道信息、区域限制条件和波束选择条件来生成预编码矩阵和波束选择矩阵。稍后将参照图3至图7描述由处理器110进行的矩阵的生成。
RF链电路120a至120n是被配置为对由处理器110生成的信号进行放大或降噪的电路，并且可以包括例如带通滤波器、低噪声放大器和下变频器。根据本发明构思的示例实施例，预编码信号包括与RF链电路120a至120n的数量对应的预编码信号向量的组合，并且RF链电路120a至120n可以被配置为放大和输出预编码信号向量中的每一个。
此外，RF链电路120a至120n的数量可以小于天线130a至130m的数量。当RF链电路120a至120n的数量小于天线130a至130m的数量时，通信装置100可以基于波束选择矩阵来选择与RF链电路120a至120n的数量对应的天线，并且通过对应的天线向DLA 140发送信号。
DLA 140可以通过使从天线130a至130m输出的信号折射来生成波束成形信号。DLA140对信号的折射程度可以根据天线130a至130m中的每一个的位置而变化，因此，通信装置100可以将传输信号波束成形到无线通信终端200的位置。
每个无线通信终端200可通过至少一个天线接收从通信装置100发送的信号，且根据本发明构思的无线通信终端200通过一个天线接收信号，使得通信系统10可为通过多用户多输入单输出(MU-MISO)方法执行通信的系统，但不限于此。通信系统10还可以是通过多用户多输入多输出(MU-MIMO)方法执行通信的系统。
图2是根据本发明构思的示例实施例的通信装置100通过执行波束成形操作向多个终端提供传输信号的示例的示图。
参照图2，可以朝向多个无线通信终端200a至200d对传输信号进行波束成形，并将传输信号分别提供给无线通信终端200a至200d。在一些示例实施例中，在分别与无线通信终端200a至200d对应的传输信号中，由于传输信号中的与其它无线通信终端对应的传输分量，可能发生干扰，而这可以被称为用户间干扰。
通信系统10可以通过具有较低RF链和较低复杂度的DLA来克服由毫米(mm)波引起的信道传播损耗，且因此可以获得较高的频谱增益。例如，当通过MU-MISO方法执行通信时，可以通过有利地利用由多个波束提供的空间自由度来提高系统容量。也就是说，无线通信终端200a至200d可以被调度为同时共享传输信号。在一些示例实施例中，通信系统10的性能可以被改进为与正交波束的数量一样多，且可能重要的是，选择尽可能多的正交波束。然而，随着无线通信终端200a至200d的数量增加，正交波束的数量可能由于用户间干扰而迅速减少。
在根据本发明构思的通信装置100中，可以设计传输信号，使得针对无线通信终端200a至200d中的每一个的用户间干扰被相长干扰。例如，通信装置100可以将基于PSK调制处理中的用户间干扰而生成的传输信号进一步移动到与无线通信终端200a至200d中的每一个对应的受限区域。在一些示例实施例中，可以基于以码元(symbol)为单位的数据和信道状态信息来获得与无线通信终端200a至200d中的每一个对应的受限区域。
图3是根据本发明构思的示例实施例的通过所生成的矩阵生成传输信号的方法的示图。
参照图3，根据本发明构思的通信装置100可以确定满足区域限制条件和波束选择条件的目标传输向量，并且可以基于目标传输向量确定波束选择矩阵和预编码矩阵。通信装置100可基于波束成形矩阵、信道矩阵、波束选择矩阵和/或预编码矩阵生成与每个无线通信终端对应的数据作为传输信号。
在操作S10，通信装置100可获得关于每个无线通信装置的终端信道信息。终端信道信息可以包括用于通信装置100执行无线通信的无线通信装置的数量，并且可以包括信道状态信息。通信装置100可以获得信道状态信息作为与每个无线通信装置对应的信噪比(SNR)。
在操作S20，通信装置100可基于针对每个无线通信装置获得的终端信道信息生成信道矩阵。另外，通信装置100可以生成与DLA对应的波束成形矩阵。例如，通信装置100可以生成具有以下方程式1的行和列的矩阵作为信道矩阵，并且可以生成具有方程式2的行和列的矩阵作为波束成形矩阵。
[方程式1]
Figure BDA0003389577060000071
[方程式2]
Figure BDA0003389577060000072
其中K(K是自然数)可以是无线通信装置的数量，且M(M是自然数)可以是通信装置100的天线的数量。
通信装置100可以通过方程式3获得与每个无线通信装置对应的信道向量hk。
[方程式3]
Figure BDA0003389577060000073
在方程式3中，L是–π/2至π/2的
Figure BDA0003389577060000075
中的多重路径的数量，且βk，l可以是第k无线通信装置的路径增益。导向矢量
Figure BDA0003389577060000076
可以通过以下方程式4获得。
[方程式4]
Figure BDA0003389577060000074
在方程式4中，d可以是相邻天线之间的距离，且λ可以是载波波长。
已经获得与每个无线通信终端对应的信道向量hk的通信装置100可以通过以下方程式5获得针对每个无线通信终端的信道协方差矩阵Rk。
[方程式5]
Figure BDA0003389577060000081
通信装置100可以通过以下方程式6生成信道协方差矩阵Rk的特征值。
[方程式6]
Rk＝VΛkVH
其中Λk可以是根据信道协方差矩阵的特征值生成的对角矩阵，且V可以是与信道协方差矩阵的特征值对应的列。
考虑到以半波长天线间隔形成的均匀线性阵列(ULA)，V可以形成为单位离散傅立叶变换矩阵FM。在一些示例实施例中，对于足够大的M，单位离散傅立叶变换矩阵的(n，m)元素可以由以下方程式7表示。通信装置100可以将单位离散傅立叶变换矩阵确定为波束成形矩阵。
[方程式7]
Figure BDA0003389577060000082
在操作S30，通信装置100可基于区域限制条件和波束选择条件确定目标传输向量。根据本发明构思的示例实施例，通信装置100可以基于区域限制条件来确定传输向量，基于波束选择条件来确定波束选择向量，并且通过迭代地生成传输向量和波束选择向量来获得目标传输向量。稍后将参照图4至图7B描述通信装置100获得目标传输向量的示例实施例。
在操作S40，通信装置100可基于由目标传输向量生成的目标波束选择向量来确定波束选择矩阵。例如，通信装置100可将满足波束选择条件的候选波束选择向量中的任一个确定为与每个无线通信装置对应的目标波束选择向量，并且获得与多个无线通信装置对应的目标波束选择向量作为波束选择矩阵。
在操作S50，通信装置100可基于目标传输向量和波束选择矩阵来确定预编码矩阵。例如，可以通过使用由波束选择矩阵和预编码矩阵的矩阵乘法运算生成的目标传输向量，将目标传输向量乘以波束选择矩阵的逆矩阵，来获得预编码矩阵。
在操作S60，通信装置100可获得以码元为单位的与每个无线通信装置对应的数据，并且可通过对以码元为单位的数据执行预编码矩阵和波束选择矩阵的矩阵乘法运算来生成选择信号。所生成的选择信号可以通过DLA和信道矩阵而被生成为传输信号。
图4是根据本发明构思的示例实施例的区域限制条件的示图。
参照图4，在根据本发明构思的通信装置100中，目标无线通信终端可以接收由于因其它无线通信终端引起的相长干扰而具有放大强度的传输信号。尽管为了便于描述，根据图4的示例实施例示出了目标无线通信装置经由QPSK方法接收信号，但是本发明构思的示例实施例不限于此，并且可以包括经由所有类型的PSK和正交调幅(QAM)方法接收信号。
目标无线通信装置的数据星座点可以由以下方程式8表示。
[方程式8]
Figure BDA0003389577060000097
在一些示例实施例中，针对目标无线通信装置的区域限制条件的边界可由以下方程式9定义。
[方程式9]
Figure BDA0003389577060000091
其中，可以满足θ k＝φk-θΩ，
Figure BDA0003389577060000092
且θΩ＝π/Ω。为了使目标无线通信装置准确地解码数据，传输信号的相位可能需要位于θ k与
Figure BDA0003389577060000093
之间。也就是说，传输信号当中的包含由其它无线通信终端引起的干扰的传输信号的相位可能需要被包括在区域限制条件的边界内。也就是说，信道矩阵中的对应于目标无线通信装置的信道向量
Figure BDA0003389577060000094
的传输信号的相位可能需要位于θ k与
Figure BDA0003389577060000095
之间，这可以由以下方程式10表示。k'可以指除了目标无线通信装置之外的其它无线通信装置。
[方程式10]
Figure BDA0003389577060000096
根据本发明构思的通信装置100可生成这样的传输向量，其不仅满足根据方程式10的干扰分量的相位条件，而且满足用于生成因干扰而具有更大强度的传输信号的区域限制条件。
参照图4，排除干扰分量的用于目标无线通信终端的传输信号的星座点被指定为A，对于区域限制条件，不仅需要满足方程式10的相位条件，而且包括干扰分量的传输信号的星座点B的大小也需要大于星座点A的大小。因此，包括干扰分量的传输信号的星座点可以由以下方程式11表示，并且在一些示例实施例中满足区域限制条件的星座点的向量条件可以由以下方程式11表示。
[方程式11]
Figure BDA0003389577060000101
Figure BDA0003389577060000102
参照图4，为了满足方程式10，每个星座点向量可由以下方程式12至方程式14表示。
[方程式12]
Figure BDA0003389577060000103
[方程式13]
Figure BDA0003389577060000104
[方程式14]
Figure BDA0003389577060000105
参照方程式12至方程式14，方程式11中的区域限制条件可以由以下方程式15表示，并且平行于图4中的Re轴的区域的边界和平行于Im轴的区域的边界可以分别表示为方程式16中的c1和c2。
[方程式15]
Figure BDA0003389577060000106
[方程式16]
Figure BDA0003389577060000107
c1＝tanθΩ+j,c2＝tanθΩ-j
因此，目标无线通信装置的区域限制条件可参照方程式16由以下方程式17表示。
[方程式17]
Figure BDA0003389577060000115
根据本发明构思的通信装置100可通过以上在图3中描述的方法获得信道矩阵和波束成形矩阵，并且可基于信道矩阵中的与目标无线通信装置对应的信道向量获得满足根据方程式16的区域限制条件的传输向量。以下，将参照图5至图8描述通信装置100通过获得传输向量来生成波束选择矩阵和预编码矩阵的方法。
图5是根据本发明构思的示例实施例的根据区域限制条件确定目标传输向量和目标波束选择向量的方法的流程图。
参照图5，通信装置100可以设置惩罚权重，并且根据所设置的惩罚权重连续地更新传输向量和波束选择向量，使得当更新的次数达到特定次数或更多时，可以确定目标传输向量和目标波束选择向量。
参照图4，通信装置100要获得的目标传输向量可以是相对于与目标无线通信装置对应的区域中的目标星座点具有最小差的传输向量。通信装置100可以将满足以下方程式18的传输向量确定为用于所有无线通信装置的目标传输向量，并且在某些示例实施例中，
Figure BDA0003389577060000113
可以是所有无线通信装置的目标星座点。
[方程式18]
Figure BDA0003389577060000114
由于方程式18的最小化函数不是凸的且不平滑，因此用于求解方程式18的最小均方差(MMSE)方法可能是个难题。因此，根据本发明构思的通信装置100可以确定满足以下方程式19的目标传输向量和目标波束选择向量。
[方程式19]
Figure BDA0003389577060000111
其中x可以是满足根据图4的区域限制条件的候选传输向量中的任何一个，y可以是满足波束选择条件的候选波束选择向量中的任何一个，并且ρ可以是惩罚权重。此外，
Figure BDA0003389577060000112
可以是目标星座点的大小，且φ可以是关于目标星座点的相位的对角矩阵。
根据方程式19的最小化问题可以由以下方程式20表示，且qρ(x，y)可以是方程式19的目标函数。
[方程式20]
Figure BDA0003389577060000121
Figure BDA0003389577060000122
根据本发明构思的通信装置100可以在方程式19和方程式20中迭代地设置惩罚权重，并且可以通过针对每次迭代更新循环传输向量和循环波束选择向量来确定目标传输向量和目标波束选择向量。
参照图5，在操作S310中，已经获得信道矩阵和波束成形矩阵的通信装置100可设置方程式19的惩罚权重。根据本发明构思的示例实施例，通信装置100可以随着迭代次数的增加而设置更高的惩罚权重。因此，在方程式19的目标函数中，可以将给予传输向量和波束选择向量之间的差的权重设置得更高。
在操作S320，通信装置100可基于所设置的惩罚权重计算向量评估值。向量评估值可以是方程式20的惩罚权重的偏微分值，并且在一些示例实施例中，传输向量和波束选择向量可以是通过图6的示例实施例确定的传输向量和波束选择向量。
在操作S330，通信装置100可以通过将向量评估值与目标值进行比较来确定循环传输向量和循环波束选择向量。通信装置100可以基于根据先前确定的循环传输向量和循环波束选择向量的新设置的惩罚权重，更新循环传输向量和循环波束选择向量。将参照图6详细描述本发明构思的通信装置100对循环传输向量和循环波束选择向量的确定。
在操作S340，当通过执行预定的或者可选的期望次数或更多次数的迭代来更新循环传输向量和循环波束选择向量时，通信装置100可以将循环传输向量和循环波束选择向量分别确定为目标传输向量和目标波束选择向量。参照图7A，通信装置100可更新循环传输向量和循环波束选择向量，使得通过增加迭代次数来减小传输向量和波束选择向量之间的差。
已经确定了与每个无线通信终端对应的目标传输向量和目标波束选择向量的通信装置100可以基于针对多个无线通信终端的目标波束选择向量来生成波束选择矩阵，并且可以基于目标传输向量和波束选择矩阵来确定预编码矩阵。
图6是根据图5的示例实施例的确定循环传输向量和循环波束选择向量的方法的流程图。
参照图6，根据本发明构思的通信装置100可以基于传输向量和波束选择向量来生成传输权重和波束选择权重，将候选传输向量当中的相对于传输权重具有最小差的传输向量确定为下一传输向量，并且将候选波束选择向量当中的相对于波束选择权重具有最小差的波束选择向量确定为下一波束选择向量。
在操作S331，通信装置100可基于第m(m是自然数)传输向量和第m波束选择向量计算第m传输权重。例如，可以根据方程式20和以下方程式21来计算第m传输权重。
[方程式21]
Figure BDA0003389577060000131
根据方程式21，可以基于通过针对x对第m传输向量和第m波束选择向量的目标函数进行偏微分而获得的值来确定第m传输权重。在一些示例实施例中，通过针对x执行偏微分而获得的值可以根据以下方程式22表示。
[方程式22]
Figure BDA0003389577060000132
在操作S332中，通信装置100可基于第m传输权重确定第(m+1)传输向量。例如，通信装置100可以将候选传输向量当中的相对于第m传输权重具有最小差的传输向量确定为第(m+1)传输向量，如以下方程式23所示。
[方程式23]
Figure BDA0003389577060000133
通信装置100可以设计如以下方程式24所示的拉格朗日函数，以获得与方程式23对应的第(m+1)传输向量。
[方程式24]
Figure BDA0003389577060000141
其中，λi是拉格朗日乘数并且可以表示为[λi，1，...，λi，K]T的向量，且η可以表示为
Figure BDA0003389577060000142
的向量。为了求解方程式23，通信装置100可以基于满足以下方程式25的λ1、λ2获得传输向量。
[方程式25]
Figure BDA0003389577060000143
λ1，k≥0，f1，k(x)≤0，并且，
Figure BDA0003389577060000144
λ2，k≥0，f2，k(x)≤0，并且，
Figure BDA0003389577060000145
通信装置100可以基于方程式25根据以下方程式26获得传输向量。
[方程式26]
Figure BDA0003389577060000146
其中，λ1、λ2可以允许无线通信终端中的所有信号被包括在相长干扰区域中。在一些示例实施例中，如方程式27所示，根据其中传输向量被替换的方程式16的函数值，多个无线通信终端可被划分为三个集合。
[方程式27]
Figure BDA0003389577060000147
Figure BDA0003389577060000148
Figure BDA0003389577060000149
Figure BDA00033895770600001410
是相对于最优拉格朗日乘数
Figure BDA00033895770600001411
发生用户之间的相消干扰的条件，其可以是空集。包括在
Figure BDA00033895770600001412
中的所有无线通信终端可以满足以下方程式28的条件。
[方程式28]
Figure BDA00033895770600001413
Figure BDA00033895770600001414
因此，对于包括在
Figure BDA00033895770600001415
中的所有无线通信终端，可以将方程式26的传输向量代入方程式28，从而可以获得如以下方程式29所示的条件。
[方程式29]
Figure BDA0003389577060000151
另外，为了满足方程式25，由于拉格朗日乘数对于
Figure BDA0003389577060000152
中包括的所有无线通信终端需要具有0值，因此可以获得如以下方程式30所示的条件。
[方程式30]
Figure BDA0003389577060000153
为了使所有无线通信终端都包括在
Figure BDA0003389577060000154
和
Figure BDA0003389577060000155
内，拉格朗日乘数可以根据方程式29和方程式30具有如以下方程式31所示的关系。
[方程式31]
Figure BDA0003389577060000156
通信装置100可基于上述条件，将多个传输向量当中的相对于第m传输权重具有最小差的传输向量确定为第(m+1)传输向量。
在操作S333，通信装置100可基于第(m+1)传输向量和第m波束选择向量来计算第m波束选择权重。例如，可以根据方程式20和以下方程式32来计算第m波束选择权重。
[方程式32]
Figure BDA0003389577060000157
根据方程式32，可以基于通过针对y对第(m+1)传输向量和第m波束选择向量的目标函数进行偏微分而获得的值来确定第m波束选择权重。在一些示例实施例中，通过针对y执行偏微分而获得的值可以根据以下方程式33表示。
[方程式33]
Figure BDA0003389577060000161
在操作S334，通信装置100可以将候选波束选择向量当中的相对于第m波束选择权重具有最小差的波束选择向量确定为第(m+1)波束选择向量。例如，通信装置100可将候选波束选择向量当中的相对于第m波束选择权重具有最小差的波束选择向量确定为第(m+1)波束选择向量，如以下方程式34所示。
[方程式34]
Figure BDA0003389577060000162
其中，波束选择向量当中的与波束选择索引对应的分量可以具有第一值，并且波束选择向量当中的与波束选择索引不对应的分量可以具有第二值。例如，第二值可以等于0，并且第一值可以根据以下方程式35来确定。
[方程式35]
Figure BDA0003389577060000163
此外，通信装置100可以在根据以下方程式36的各值当中以降序将与RF链电路的数量对应的索引确定为波束选择索引。
[方程式36]
Figure BDA0003389577060000164
在操作S335，通信装置100可基于第(m+1)传输向量和第(m+1)波束选择向量生成向量评估值，并且可将向量评估值与目标值进行比较。根据本发明构思的示例实施例，可以根据以下方程式37来比较向量评估值和目标值。
[方程式37]
Figure BDA0003389577060000165
其中，n可以是在图5的示例实施例中迭代的循环次数。
根据一些示例实施例，可以根据方程式38来比较向量评估值和目标值。
[方程式38]
Figure BDA0003389577060000171
当向量评估值等于或小于目标值时，在操作S336，通信装置100可将循环传输向量和循环波束选择向量分别确定为第(m+1)传输向量和第(m+1)波束选择向量。
参照图5和图6，为了确定目标传输向量和目标波束选择向量，根据本发明构思的通信装置100可以将循环传输向量和循环波束选择向量更新指定次数或更多次。为了将循环传输向量和循环波束选择向量更新指定次数或更多次，通信装置100可能需要确定多个传输向量和多个波束选择向量。也就是说，通信装置100可执行两种迭代运算，根据图5的迭代运算可被称为外循环迭代运算，而根据图6的迭代运算可被称为内循环迭代运算。例如，当通信装置100执行n次外循环迭代运算以生成目标传输向量和目标波束选择向量时，以及当执行m次内循环迭代运算时，通信装置100需要执行总共n×m次迭代运算。
根据一些示例实施例，根据本发明构思的通信装置100可以不限于执行根据图5的示例实施例的指定次数的外循环迭代运算，而是可以执行外循环迭代运算直到满足以下方程式39。
[方程式39]
Figure BDA0003389577060000172
图7A是针对迭代次数的根据图5生成的循环传输向量和循环波束选择向量之间的差的曲线图，且图7B是根据图5和图6生成的传输向量和波束选择向量的强度的曲线图。
参照图7A，通信装置100可以更新循环传输向量和循环波束选择向量，使得循环传输向量和循环波束选择向量之间的差随着根据图5的外循环迭代的次数的增加而逐渐减小。例如，通信装置100可以在公式19中每次增加外循环迭代的次数时增加惩罚权重，使得公式19中与循环传输向量和循环波束选择向量之间的差相对应的部分的比率可以增加。
参照图7B，通信装置100可以通过根据图5和图6在整个外循环和内循环上执行迭代运算来确定目标传输向量和目标波束选择向量。可以验证的是，随着迭代运算的进行，目标传输向量和目标波束选择向量之间的差逐渐减小。
图8是根据本发明构思的示例实施例的通信装置100生成传输信号的方法的流程图，且图9是根据本发明构思的示例实施例的通过生成预编码信号和RF信号来生成传输信号的方法的示图。
根据本发明构思的通信装置100可以通过执行图4至图6的操作来获得目标传输向量和目标波束选择向量，并且可以基于目标波束选择向量来确定波束选择矩阵S。已经确定了波束选择矩阵S的通信装置100可以通过根据以下方程式40从目标传输向量执行逆计算来生成预编码矩阵W。
[方程式40]
W＝STxdH，其中x＝SWd
参照图8，这样生成的预编码矩阵W可以是包括NRF行和K列的矩阵。在一些示例实施例中，NRF可以是RF链电路的数量，且K可以是多个无线通信终端的数量。在操作S610，通信装置100可在包括K行和一列的矩阵中接收与多个无线通信终端对应的多条数据D1至DK，并且可通过与预编码矩阵W执行矩阵乘法运算来生成包括NRF行和一列的预编码信号PC1至PCK。
在操作S620，通信装置100的NRF个RF链电路可接收预编码信号PC1至PCK，并输出放大的RF信号RF1至RFn。通信装置100的波束选择矩阵S可以包括M行和NRF列，并且可以通过矩阵乘法运算输出包括NRF行的RF信号RF1至RFn作为具有M行和一列的选择信号X1至XM。在一些示例实施例中，输出的选择信号X1至XM可以是从M个天线中选择与RF信号RF1至RFn相对应的NRF个天线的信号。
在操作S630，与DLA对应的波束成形矩阵U可以是包括M行和M列的矩阵，且信道矩阵H可以是包括K行和M列的矩阵。因此，通信装置100可输出与K个无线通信终端对应的传输信号。当通信装置100接收数据时生成的传输信号可以由以下方程式41表示。
[方程式41]
y＝HUSWd+n
其中，由每个无线通信终端接收的传输信号可以由
Figure BDA0003389577060000191
表示。
图10A是根据本发明构思的示例实施例的通过QPSK方法生成的传输信号的相位的复平面，且图10B是针对终端的区域限制条件和所生成的传输信号的相位的复平面。
本发明构思的通信装置100可以向四个无线通信终端输出传输信号，并且参照图10A，每个传输信号可以满足复平面上的区域限制条件。与每个无线通信终端对应的传输信号可以基于第一目标点1110的相位被形成在特定的相位范围内，并且由于由其它无线通信终端引起的相长干扰，传输信号的幅度可以大于第一目标点1110的幅度。在一些示例实施例中，第一目标点1110可以是由与每个无线通信终端对应的信道向量生成的传输信号的一部分的点，并且整个传输信号可以是通过将与每个无线通信终端对应的信道向量乘以与另一无线通信终端对应的选择信号而发生干扰的传输信号。
通信装置100可对每个无线通信终端执行参照图4至图6描述的外循环迭代运算和内循环迭代运算，使得由波束成形矩阵和信道矩阵生成的与每个无线通信终端对应的每个传输信号可被包括在区域限制条件中。因此，通过QPSK方法执行通信操作的通信装置100可确定波束选择矩阵和预编码矩阵，使得传输信号可被包括在与每个无线通信终端对应的复平面上的区域中。此外，参照图10B，包括干扰分量的传输信号的幅度可以大于第一目标点1110的幅度，并且包括干扰分量的传输信号的大小和相位可以接近于第二目标点1120的大小和相位。第二目标点1120可以是其中通信装置100将生成包括干扰分量的传输信号的复平面上的位置。
以上公开的元件中的一个或多个可以包括一个或多个处理器或在一个或多个处理器中实现，所述处理器诸如包括逻辑电路的硬件；硬件/软件组合，诸如执行软件的处理器；或其组合。例如，处理器更具体地可以包括但不限于中央处理单元(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。
尽管已经参照本发明构思的示例实施例具体示出和描述了本发明构思，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上对其进行各种改变。

Claims (20)

1.一种用于向多个终端提供经波束成形的传输信号的通信装置的操作方法，所述操作方法包括步骤：
基于区域限制条件来确定目标传输向量，相对于所述多个终端中的每一个从其它终端根据所述区域限制条件生成的干扰是相长干扰；
基于所述目标传输向量和波束选择条件来生成用于选择多个天线中的一些天线的波束选择矩阵；
基于所述目标传输向量和所述波束选择矩阵来生成预编码矩阵；以及
基于所述波束选择矩阵和所述预编码矩阵来生成所述经波束成形的传输信号。
2.如权利要求1所述的操作方法，还包括步骤：
获得关于所述多个终端的终端信道信息；以及
基于所述终端信道信息来确定波束成形矩阵和信道矩阵。
3.如权利要求1所述的操作方法，其中，确定所述目标传输向量的步骤包括：将具有基于根据所述区域限制条件的各个候选传输向量当中的候选传输向量生成的传输信号在复平面上的位置和与所述多个终端中的每一个对应的目标点在复平面上的位置之间的最小差的候选传输向量确定为所述目标传输向量。
4.如权利要求1所述的操作方法，其中，确定所述目标传输向量的步骤包括：
基于根据所述区域限制条件的候选传输向量当中的第一候选传输向量以及根据所述波束选择条件的候选波束选择向量当中的第一候选波束选择向量，计算第一传输权重；以及
将所述候选传输向量当中的相对于所述第一传输权重具有最小差的候选传输向量确定为第二候选传输向量。
5.如权利要求4所述的操作方法，其中，确定所述目标传输向量的步骤还包括：
基于所述第二候选传输向量和所述第一候选波束选择向量来计算第一波束选择权重；以及
将所述候选波束选择向量当中的相对于所述第一波束选择权重具有最小差的候选波束选择向量确定为第二候选波束选择向量。
6.如权利要求5所述的操作方法，其中，确定所述目标传输向量的步骤还包括：当基于所述第二候选传输向量和所述第二候选波束选择向量生成的向量评估值小于或等于阈值时，将所述第二候选传输向量确定为循环传输向量，并且将所述第二候选波束选择向量确定为循环波束选择向量。
7.如权利要求6所述的操作方法，其中，基于权重参数以及所述循环传输向量与所述循环波束选择向量之间的差来计算所述向量评估值。
8.如权利要求7所述的操作方法，其中，确定所述目标传输向量的步骤还包括：通过增大所述权重参数并生成所述向量评估值，基于所述循环传输向量和所述循环波束选择向量生成所述目标传输向量和目标波束选择向量。
9.如权利要求1所述的操作方法，其中，所述波束选择矩阵是用于从所述多个天线当中选择由射频链电路激活的天线作为所述多个天线中的所述一些天线的矩阵。
10.如权利要求9所述的操作方法，其中，生成所述波束选择矩阵的步骤包括：基于波束选择权重来确定与所述射频链电路对应的矩阵的行中的元素。
11.如权利要求10所述的操作方法，其中，在所述波束选择矩阵中，与所述射频链电路对应的每个行中的元素的总和等于第一值，且其余行中的元素的总和等于第二值。
12.如权利要求11所述的操作方法，其中，与所述射频链电路对应的行的元素具有相对于所述波束选择权重具有最小差的值。
13.如权利要求1所述的操作方法，其中，基于所述波束选择矩阵和所述预编码矩阵，以所述通信装置的数据码元为单位生成所述传输信号。
14.一种用于向多个终端提供经波束成形的传输信号的通信装置的操作方法，所述操作方法包括步骤：
通过基于预编码矩阵对与所述多个终端中的每一个对应的传输数据进行预编码来生成预编码信号；以及
根据用于从多个天线当中选择一些天线的波束选择矩阵，生成与所述一些天线中的每一个对应的传输信号，
其中，与每个目标终端对应的所述传输信号被传输信号分量中的与另一终端对应的干扰向量相长干扰，并且具有放大的强度。
15.如权利要求14所述的操作方法，其中，所述预编码信号包括与激活的射频链的数量对应的向量的集合。
16.如权利要求14所述的操作方法，其中，生成所述传输信号的步骤包括：基于所述波束选择矩阵将与所述一些天线对应的传输信号分配至所述预编码信号。
17.如权利要求14所述的操作方法，其中，所述传输信号包括作为与所述目标终端对应的传输信号分量的目标终端向量以及所述干扰向量，并且所述目标终端向量的信号被所述干扰向量相长干扰。
18.如权利要求14所述的操作方法，其中，生成所述传输信号的步骤包括：
基于所述波束选择矩阵来选择与所述一些天线对应的选择信号；以及
基于所述选择信号、波束成形矩阵和根据每个终端的信道状态的信道矩阵来生成所述传输信号。
19.一种通信装置，包括：
多个天线，所述多个天线中的每一个被配置为向多个终端输出经波束成形的传输信号；
射频链，其以比所述多个天线的数量更少的数量布置；以及
处理器，其被配置为基于针对所述多个终端中的每一个的区域限制条件和波束选择条件来确定波束选择矩阵和预编码矩阵，在所述区域限制条件中，相对于所述多个终端中的每一个从另一终端生成的干扰是相长干扰，
其中，由所述波束选择矩阵和所述预编码矩阵生成的传输信号具有由与另一终端相对应的干扰向量放大的强度。
20.如权利要求19所述的通信装置，其中，所述多个天线各自被配置为获得关于所述多个终端的终端信道信息，以及
所述处理器还被配置为基于所述终端信道信息来确定波束成形矩阵和信道矩阵。
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