DE112016007294T5

DE112016007294T5 - Strahlformung für Hybridantennenarrays

Info

Publication number: DE112016007294T5
Application number: DE112016007294.5T
Authority: DE
Inventors: Carles Navarro-Manchon; Elisabeth de Carvalho; Xavier CARRENO BAUTISTA DE LISBONA; Tommasso Balercia
Original assignee: Intel IP Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2019-07-18
Also published as: WO2018063401A1; US20190222276A1; US10797767B2

Abstract

Eine drahtlose Vorrichtung, umfassend: eine hybride Antennenarray, konfiguriert zum Empfangen eines Signals, das durch eine andere drahtlose Vorrichtung über einen drahtlosen Kanal übertragen wird; und einen Transceiver, konfiguriert, analoge Funkfrequenz-Vorcodierer eines hierarchischen Codebuchs basierend auf Größen der Multipfad-Komponenten des drahtlosen Kanals zu aktualisieren.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine Strahlformung für Hybridantennenarrays in denen analoge Funkfrequenzvorcodierer eines hierarchischen Codebooks auf Grundlage von Größen der Multipfad-Komponenten eines Drahtloskanals gewählt und aktualisiert werden.
Allgemeiner Stand der Technik
Die Strahlformung zwischen Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) drahtlosen Transceivern ermöglicht eine Rauschabstands- (SNR) Zuwachse für Single-Stream-Übertragungen, die proportional zu einer Anzahl von Antennen einer Antennenarray sind. Um ein Signal, das an einer Antennenarray, empfangen wurde, vor der Übertragung kohärent zu kombinieren, wird das Signal linear vorcodiert. Der SNR-Zuwachs ist am Größten, wenn ein Vorcodierer und Kombinierer basierend auf Einzelvektoren der MIMO-Kanalmatrix berechnet wird, die mit dem größten Einzelwert assoziiert ist. Daher verlangt die optimale Strahlformung Wissen über volle Kanalzustandsinformationen (CSI) und rechnerisches Verlangen des Einzelwertaufbruchs (SVD) der Kanalmatrix.
Digitale Ping-Pong-Strahlformungsverfahren vermeiden die Notwendigkeit des Abrufens der CSI und des nachfolgenden SVD. Diese Verfahren beteiligen die Durchführung abwechselnder Übertragungen bekannter Symbole durch die MIMO-Transceiver, während sie ihre Vorcodierer unter Verwendung einfacher Konjugations- und Normalisierungsfunktionen aktualisieren. Durch die Gegenseitigkeit des drahtlosen Kanals setzen diese Verfahren implizit ein Leistungsweitergabeverfahren um, das dazu führt, dass die Vorcodierer an beiden Transceivern sich auf die linken und rechten Einzelvektoren zubewegen, die mit dem größten Einzelwert der Kanalmatrix assoziiert ist, was zu einer Annäherung an den optimalen Strahlformungsgewinn führt. Die Kosten und der leistungsverbrauch von Antennenarrays steigt mit der Anzahl der Antennen und der Bandbreite und Trägerfrequenz des Systems an, was digital gesteuerte Antennenarrays für Millimeterwellensystem nicht praktikabel macht.
Hybride Digital-Analog-Antennenarrays, in denen die Antennenarray unter Verwendung analoger Phasenverschieber und digital modulierter und vorcodierter Funkfrequenzketten gesteuert wird, kann die Kosten verringern. Die analogen Phasenverschieber verhindern jedoch die Verwendung einer SVD-basierten Strahlformung, da der volle CSI-Abruf impraktikabel wird, und außerdem direkte Anwendbarkeit von Ping-Pong-Strahlformungsverfahren verhindert. Einige Verfahren beinhalten die Auswahl der Vorcodierer basierend auf einer Suche über ein hierarchisches Codebuch mit oder ohne teilweisen CSI-Abruf.
Figurenliste

1 illustriert ein schematisches Diagramm eines drahtlosen Kommunikationssystems nach einem Aspekt der Offenbarung.
2 und 3 illustrieren ein Strahlformungsverfahren nach einem Aspekt der Offenbarung.
4 illustriert ein drahtloses Kommunikationssystem nach einem Aspekt der Offenbarung.
5 illustriert ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens nach einem Aspekt der Offenbarung.

Beschreibung der Aspekte
Die vorliegende Offenbarung ist auf Strahlformung basierend auf abwechselnden Übertragungen von Signalen mit Schulungssymbolen, die zwischen zwei drahtlosen Vorrichtungen, die Transceiver enthalten, über Hybridantennenarrays übertragen werden. After nach jeder Übertragung aktualisieren die aktiven Transceiver ihre digitalen und analogen Vorcodierer unter Verwendung eines Zweischrittverfahrens. Der digitale Vorcodierer wird unter Verwendung von Konjugations- und Normlaisierungsoperationen in einem Ping-Pong-Verfahren aktualisiert. Die analogen Vorcodierer werden durch Auswahl von Vorcodierern aus einem hierarchischen Codebuch ausgewählt, die gesendete Signale in Richtungen des Abgangs der wichtigsten Multipfad-Komponenten des Kanals lenken.
1 illustriert ein schematisches Diagramm eines drahtlosen Kommunikationssystems 100 nach einem Aspekt der Offenbarung.
Das drahtlose Kommunikationssystem 100 umfasst einen ersten Transceiver A 110, a ersten Antennenarray 120, einen zweiten Transceiver B 130, und eine zweite Antennenarray 140. Der erste Transceiver A 110 und die erste Antennenarray 120 sind in einer ersten drahtlosen Kommunikationsvorrichtung enthalten. Der zweite Transceiver B 130 und die zweite Antennenarray 140 sind in einer zweiten drahtlosen Kommunikationsvorrichtung enthalten. Die ersten und zweiten drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen kommunizieren miteinander über einen drahtlosen Kanal H.
Die erste Antennenarray 120 ist konfiguriert, ein Signal zu empfangen, das über den drahtlosen Kanal H übermittelt wird. Die erste Antennenarray 120 ist ebenfalls konfiguriert, ein Signal von der ersten drahtlosen Vorrichtung A 110 auf Grundlage einer hybriden Struktur mit einem digitalen Baseband-Vorcodierer 112 und analogen Funkfrequenz-Vorcodierern 116, wie nachfolgend ausführlich erklärt, zu übertragen.
Der erste Transceiver A 110 umfasst einen digitalen Baseband-Vorcodierer/Kombinierer 112 (Vorcodierer für Signale, die gesendet werden sollen, und einen Kombinierer für empfangene Signale), Funkfrequenzketten 114, analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 116, und Addierer 118.
Der digitale Baseband-Vorcodierer 112 ist konfiguriert, den digitalen Vorcodierer durch Konjugieren eines empfangenen Signals zu aktualisieren, und einen entstehenden Vektor zu normalisieren, um eine Leistungseinschränkung zu erfüllen. Das nächste Signal, das durch den ersten Transceiver A 110 übermittelt wird, basiert auf dem aktualisierten digitalen Baseband-Vorcodierer 112. Der digitale Baseband-Vorcodierer 112 kann zufällig initialisiert werden, und dann durch mehrere Schritte aktualisiert werden, bis die Konvergenz erreicht ist. Alternativ ist es, wenn Informationen zu dem drahtlosen Kanal H bekannt sind, nicht notwendig, mit einem zufälligen digitalen Baseband-Vorcodierer 112 zu beginnen, sondern es kann auch mit einem digitalen Baseband-Vorcodierer 112 begonnen werden, der näher an am Optimum ist, um dadurch eine Anzahl von Schritten zu verringern und die anfängliche Leistung des Systems zu erhöhen.
Die Funkfrequenzketten 114 sind, wie bekannt, Ketten aus Funkfrequenzvorrichtungen wie Verstärkern, Dämpfern, Messinstrumenten, Lasten usw. Der Transceiver 110 ist mit $N_{A}^{R F}$
Funkfrequenzketten 114 ausgestattet, die mit N_A Antennen der Antennenarray 120 verbunden sind.
Jeder der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 umfasst variable Phasenverschieber, und verbinden eine jeweilige Funkfrequenzkette 114 mit der Antennenarray 120. Von jeder Funkfrequenzkette 114 kann auf eine Untergruppe oder auf alle Antennen der ersten Hybrid-Antennenarray 120 zugegriffen werden. Die variablen Phasenverschieber sind angepasst, um zu einem spezifischen Antennenmuster zu führen.
Die variablen Phasenverschieber sind konfiguriert, die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 eines hierarchischen Codebuchs zu aktualisieren (nicht dargestellt), indem die jeweiligen Phasen basierend auf Größen der Mehrpfadkomponenten des Kanals angepasst werden. Wenn beispielsweise zwei Funkfrequenzketten 114 vorhanden sind, werden für jede Übertragung zwei analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 116 aus dem Codebuch gewählt. Jeder Übertragungsschritt beinhaltet so zwei Funkfrequenzstahlen, die aus dem Codebuch aktiv sind, und sich auf einer oder mehreren jeweiligen hierarchischen Ebenen befinden.
Die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 werden als Phasenverschieber umfassend beschrieben. Alternativ können die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 auch Dämpfer enthalten, die, wenn sie mit einem geeigneten hierarchischen Codebuch gepaart sind, in einer ähnlichen Weise verwendet werden können.
Genauer gibt es ein Codebuch für den ersten Transceiver A 110, und ein analoges Codebuch für den zweiten Transceiver B 130. Ein Beispielcodebuch C_A besteht aus $L_{A} = {log}_{2} \frac{N_{A}}{N_{A}^{R F}} + 1$
Ebenen. Für die k. Ebene ist ein Unter-Codebuch definiert als $C_{A}^{(k)} = {φ_{A, i}^{(k)}, i = 0,1, \dots, M_{A}^{(k)} - 1}$
Säulenvektoren, k = 1,2,...,L_A, aufweisend $M_{A}^{(k)} = N_{A}^{R F} 2^{k - 1} .$
Jedes der Element des Unter-Codebuchs ist definiert als $φ_{A, i}^{(k)} = {[1, e - j ψ_{A, i}^{(k)},_{e} - j 2 ψ_{A, i}^{(k)}, \dots,_{e} - j (N_{A}^{(k)} - 1) ψ_{A, i}^{(k)}_{{,0}_{N_{A} - M_{_{A}^{(k)}}}^{T}}]}^{T}$
wobei $ψ_{A, i}^{(k)} = π - π (2 i + 1) / M_{A}^{(k)}$
der Richtungskosinus des i. Vektors auf k. Ebene ist, und 0_N ein N-dimensionaler Säulenvektor mit Null Einträgen ist. Im Grund steuert $φ_{A, i}^{(k)}$
die Array in die Richtung $θ_{A, i}^{(k)} = {cos}^{- 1} ψ_{A, i}^{(k)},$
mit einem Lappen, dessen Breite mit der Codebuch-Ebene k abnimmt (mehr Antennen werden für ein Codebuch p höherer Ebene verwendet, was zu weiteren Richtungsmustern führt).
Das hierarchische Codebuch wird hierin als richtungsgebunden beschrieben. Die Hierarchieebenen des Codebuchs beziehen sich auf verschiedene Einstellungen des Phasenverschiebers, die zu unterschiedlichen Strahlbreiten führen. Auf der untersten Ebene ist die Strahlbreite relativ breit. Es gibt eine Grenze dafür, wie schmal eine Strahlbreite und der entsprechende Zuwachs für eine bestimmte Anzahl von Antennen sein können. Das Codebuch wird aktualisiert, bis eine maximal mögliche Ebene des Codebuchs erreicht wird. Die Offenbarung ist nicht beschränkt auf richtungsgebundene Codebücher; Es kann jedes Codebuch verwendet werden, sofern das Codebuch hierarchisch ist.
Wie nachfolgend ausführlicher erklärt, sind die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 auf eine Ebene in dem hierarchischen Codebuch initialisiert, die am niedrigsten ist. Die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 sind werden dann schrittweise durch Auswahl eines ersten analogen Funkfrequenz-Vorcodierers 116 aktualisiert, der eine Multipfad-Komponente enthält die eine maximale Größe aufweist, durch Auswahl eines zweiten analogen Funkfrequenz-Vorcodierers 116, der eine Multipfad-Komponente empfängt, die eine minimale Größe aufweist, und durch Ersetzen jedes der ersten und zweiten analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 durch einen Funkfrequenz-Vorcodierer 116, der eine Ebene in dem hierarchischen Codebuch höher ist als die des (maximalen) Funkfrequenz-Vorcodierers 116. Die Schritte werden fortgesetzt, bis die Strahlformung eine maximal mögliche hierarchische Codebuchebene erreicht. Die Hierarchietiefe des Codebuchs ist durch die Anzahl der Antennen in dem Antennenarray 120 eingeschränkt, das die maximale Strahlbreite einschränkt, die die Antennenarray 120 erzeugen kann. Wenn Informationen zu dem drahtlosen Kanal H bekannt sind, können die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer auf unterschiedliche Vorcodierer des Codebuchs mit verschiedenen Hierarchieebenen initialisiert werden, um damit die Anzahl der Schritte zu verringern und die anfängliche Leistung zu erhöhen.
Die Addierer 118 sind konfiguriert, eine Ausgabe von variablen Phasenverschiebern zu addieren, die mit mehreren Funkfrequenz-Vorcodierern 116 verbunden sind, und die Summe über die jeweilige Antenne der Antennenarray 120.
Der zweite Transceiver B 130 umfasst einen digitalen Baseband-Vorcodierer/Kombinierer 132. Der Baseband-Kombinierer 132 ist konfiguriert, empfangene Multipfad-Replikate eines Signals zu kombinieren, die durch den ersten Transceiver A 110 über den drahtlosen Kanal H übertragen werden.
Der zweite Transceiver B 130 umfasst ähnliche Elemente wie der erste Transceiver A 110. Zum Zweck der Kürze werden ihre Beschreibungen nicht wiederholt.
In dem drahtlosen Kommunikationssystem 100 sind der erste Transceiver A 110 und der zweite Transceiver B 130 mit Antennenarrays 120, 140 mit N_A und N_B -Antennen ausgestattet. Ein Beispielssystem hat einheitliche lineare Antennenarrays 120, 140 mit Antennentrennung $d = \frac{λ}{2} .$
Jede der Antennenarrays 120, 140 weist $N_{A}^{R F}$
und $N_{B}^{R F}$
jeweilige Funkfrequenzketten 114, 134 auf und A bezeichnet die Wellenlänge.
2 und 3 illustrieren ein Strahlformungsverfahren 200, 300 nach einem Aspekt der Offenbarung. Die Integer-Labels, die in 2 enthalten sind, entsprechen den Zeilennummern des Algorithmus, der in 3 illustriert ist.
In Zeile 1 sind die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 für den ersten Transceiver A 110 und den zweiten Transceiver B 130 auf eine unterste Ebene (k = 1) in ihren jeweiligen hierarchischen Codebüchern initialisiert. Als Ergebnis werden die Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 in einen Zustand initialisiert, in dem sie in alle Richtungen scannen.
Außerdem wird in Zeile 1, ein zufälliger digitaler Baseband-Vorcodierer 112 für Transceiver A 110 gewählt. Alternativ ist es, wenn Informationen zu der drahtlosen Kanalmatrix H bekannt sind, nicht notwendig, mit einem zufälligen digitalen Baseband-Vorcodierer 112 zu beginnen, sondern es kann auch mit einem digitalen Baseband-Vorcodierer 112 begonnen werden, der näher an am Optimum ist, um dadurch eine Anzahl von Schritten zu verringern.
In Zeile 2 beginnt eine Sequenz abwechselnder Pilotsymbolübertragungen zwischen dem ersten Transceiver A 110 und dem zweiten Transceiver B 130. Der erste Transceiver A 110 überträgt ein Signal X_A und der zweite Transceiver B 130 empfängt ein Signal y_B $y_{B} = F_{B}^{H} H F_{A} w_{A} x_{A} + F_{B}^{H} n_{B}$
Analog und durch die Gegenseitigkeit des Kanals ist das Signal, das am ersten Transceiver A 110 empfangen wird, wenn der zweite Transceiver B 130 die Pilotsymbole x_B überträgt, $y_{A} = F_{A}^{H} H^{T} F_{B} w_{B} x_{B} + F_{A}^{H} n_{A}$
In den obigen Gleichungen bezeichnen F_A und w_A (F_B und w_B ) die Funkfrequenz-Vorcodierer 116 (136) und Baseband-Vorcodierer 112 (132) am ersten Transceiver A 110 (B 130), wobei n_B und n_A Rauschvektoren darstellen. Während die Baseband-Vorcodierer 112 (132) beliebige Werte in der Komplexdomäne $(w_{A} \in C^{N_{A}^{R F}}, w_{B} \in C^{N_{B}^{R F}})$
nutzen können, können die Einträge F_A und F_B nur komplexe Werte mit einer Einheitengröße oder Null annehmen, da sie Phasenverschiebungsoperationen umsetzen. Weiterhin werden die effektiven Vorcodierer gezwungen, die Normalisierungseinschränkung zu erfüllen ||F_Aw_A||² = ||F_Bw_B||² = 1.
Zeilen 5 bis 17 umfassen eine Schleife der Aktualisierung der digitalen Baseband-Vorcodierer 112, 132 und der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136. Diese Schleife wird ausführlich in den folgenden Absätzen erklärt.
In den Zeilen 6 bis 7 werden die digitalen Baseband-Vorcodierer 132 des zweiten Transceivers B 130 durch eine Konjugationsoperation (Zeile 6) und eine Normalisierungsoperation (Zeile 7) aktualisiert. In Zeile 8 überträgt der zweite Transceiver B 130 dann ein Signal x_B basierend auf dem aktualisierten digitalen Baseband-Vorcodierer 132 und in Zeile 9 empfängt der erste Transceiver A 110 das Signal y_A .
Zeile 10 ruft eine Funktion auf (Zeilen 18 bis 28), um zwei analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 136 des zweiten Transceivers B 130 zu aktualisieren, wie weiter unten ausführlicher erklärt wird.
In den Zeilen 11 bis 12 werden die digitalen Baseband-Vorcodierer 112 des weiten Transceivers A 110 durch eine Konjugationsoperation (Zeile 11) und eine Normalisierungsoperation (Zeile 7) aktualisiert. In Zeile 13 überträgt der erste Transceiver A 110 dann ein Signal x_A basierend auf dem aktualisierten digitalen Baseband-Vorcodierer 112 und in Zeile 14 empfängt der zweite Transceiver B 130 das Signal y_B .
Zeile 15 ruft erneut eine Funktion auf (Zeilen 18 bis 28), um zwei analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 136, aber dieses Mal des ersten Transceivers A 110 zu aktualisieren, wie unten ausführlicher erklärt wird.
Zur Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 (136) in Zeilen 18 bis 28 werden zuerst in Zeile 19 zwei Sequenzen Werte erzeugt. Die Werte k_n , n = 1,..., N^RF bezeichnen die hierarchische Ebene des Codebuchs, zu der die n. Spalte des aktuellen analogen Funkfrequenz-Vorcodierers 116 (136) gehört, während i_n,n = 1,...,N^RF das spezielle Codebuchelement innerhalb der ki. Ebene indiziert.
Basierend auf diesen Werten werden zwei Spalte des analogen Funkfrequenz-Vorcodierers 116 (136) gewählt. In Zeile 21 bezeichnet n_max den analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 (136), über dessen Richtung die meiste Signalenergie empfangen wurde, und in Zeile 22, bezeichnet n_min den analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116 (136), über den die wenigste Energie empfangen wird. Beide analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 116 (136) werden aus dem Codebuch (Zeile 24) entfernt und durch analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 116 (136) des Codebuchs ersetze, die zu einer höheren Ebene als der analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 116 (136) gehört, der n_max (Zeile 25) entspricht, und weisen in zwei Richtungen, um die der analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 116 (136), der n_max entspricht, gezeigt hat. Diese Operation neigt dazu, die Antennenarray 120 (140) in die Richtungen zu steuern, über die das meiste Signal mit Stahlen empfangen wird, die eine steigende Richtungsgebundenheit aufweisen, wenn die Schritte des Verfahrens voranschreiten.
Die obige Beschreibung ist die Strahlformung der Offenbarung in ihrer einfachsten Form, das heißt die Strahlformung, die erreicht wird, bevor der erste Transceiver A 110 und der zweite Transceiver B 130 beginnen, Daten auszutauschen. In diesem Fall bleibt die ungefähre Gegenseitigkeit des drahtlosen Kanals H erhalten und der drahtlose Kanal H variiert nicht zu schnell.
Ein weiterer Aspekt ist, dass statt der Übertragung von Pilotsymbolen vor Daten, Datenübertragungen zwischen den Pilotsymbolübertragungen eingefügt werden können. Die Pilotsymbole sind die Schulungssymbole zum Ausführen der Strahlformung. Wenn eine anfängliche Schätzung der analogen oder digitalen Strahlformung vorliegt, kann diese Information statt der Pilot-/Schulungssymbole verwendet werden, um Daten zu senden, und während die Daten gesendet werden, verbessert das Vorcodieren der Daten die Qualität der Strahlformung. Daten können übertragen werden, wenn ein SNR des empfangenen Signals größer ist als eine vorgegebene Grenze, was es möglich macht, die Datensymbole erfolgreich zu erkennen.
In einem Fall, in dem ein drahtloser Kanal H langsam variiert, kann das drahtlose Kommunikationssystem 100 sich an die Variationen des drahtlosen Kanals anpassen. Die Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 können nicht nur auf Grundlage eines Vektors maximaler Breite gewählt werden (d.h. einem stärksten Pfad), sondern alternativ auch auf einer niedrigeren Ebene in dem hierarchischen Codebuch, um in eine andere Richtung zu wechseln.
Für einen drahtlosen Kanal H mit schnelleren Variationen können, wenn eine Verringerung der Größe der mehreren Vektoren des empfangenen Signals erkannt werden, die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 aktualisiert werden, indem die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 durch eine Ebene in dem hierarchischen Codebuch ersetzt werden, die niedriger ist. Dieser Aspekt der Offenbarung bietet Schutz vor plötzlichen Änderungen des drahtlosen Kanals H durch Blockade, Deep Fades usw.
Ferner können die Funkfrequenzdecoder 116, 136 und der digitale Vorcodierer 112, 132 initialisiert und/oder unter Verwendung anderer Verfahren, wie etwa einem Verfahren, das auf strahlgeformten CSI-Piloten basiert, periodisch aktualisiert werden, um damit die Konvergenzzeit zu verringern und das Tracking eines sich relativ schnell entwickelnden drahtlosen Kanals H zu ermöglichen.
Und ferner müssen analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 nicht für jeden Übertragungsschritt aktualisiert werden, beispielsweise kann ein Übertragungsschritt ein Update des digitalen Baseband-Vorcodierers 112, 132 enthalten, und ein nächster Schritt kann eine Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 enthalten. Alternativ kann ein Übertragungsschritt vorliegen, der ein Update der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136, enthält, und ein nächster Schritte, der ein Update der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 und des digitalen Baseband-Vorcodierers 112, 132 enthält.
Der analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 aktualisiert ermöglicht die Verwendung des Strahlformungsverfahrens für hybride digital-analoge Antennenarrays 120, 140 ohne spezifische Kanalzustandsinformationen (CSI) oder komplexe Nachverarbeitung zum Schätzen der Funkfrequenz-Vorcodierer- 116, 136 Updates. Die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer 116, 136 werden als zu einem hierarchischen, richtungsgebundenen Codebuch gehörend beschrieben. Die Offenbarung beschränkt sich jedoch nicht auf richtungsgebundene Codebücher. Jedes Codebuch kann verwendet werden, sofern das Codebuch hierarchisch ist.
4 illustriert ein drahtloses Kommunikationssystem 400 nach einem Aspekt der Offenbarung.
Das drahtlose Kommunikationssystem umfasst eine erste drahtlose Vorrichtung A 410 und eine zweite drahtlose Vorrichtung B 420, die über einen drahtlosen Kanal H kommunizieren. Die erste drahtlose Vorrichtung umfasst eine Antennenarray A 412 und einen Transceiver A 414. Ähnlich umfasst die zweite drahtlose Vorrichtung B 420 eine Antennenarray B 422 und einen Transceiver B 424.
5 illustriert ein Ablaufdiagramm 500 eines Strahlformungsverfahrens nach einem Aspekt der Offenbarung.
In Schritt 510 wird ein Signal, das durch eine zweite drahtlose Vorrichtung B über einen drahtlosen Kanal H empfangen wird, durch eine Antennenarray 120 einer ersten drahtlosen Vorrichtung A empfangen.
In Schritt 520 aktualisiert der Transceiver 110 den digitalen Baseband-Vorcodierer 112 durch Konjugieren des empfangenen Signals und Normalisieren eines entstehenden Vektors, um eine Leistungseinschränkung zu befriedigen.
In Schritt 530 aktualisiert der Transceiver 110 der ersten drahtlosen Vorrichtung A analoge Funkfrequenz-Vorcodierer 116 eines hierarchischen Codebuchs basierend auf Größen von Multipfadkomponenten des drahtlosen Kanals.
Diese Offenbarung gilt außerdem für Frequency-Division Duplexing. In einer FDD-Anwendung gibt es eine Vollduplex-Kommunikationsverbindung, die zwei verschiedene Funkfrequenzen für Sender- und Empfängeroperationen verwendet, und die Senderichtungs- und Empfangsrichtungsfrequenzen sind durch einen definierten Frequenzabstand getrennt.
Die hierin offenbarte Strahlformung ist vorteilhaft, indem sie eine Notwendigkeit vermeidet, CSI abzurufen, und mit nur wenigen abwechselnden Übertragungen zusammenläuft. Auf die Leistung bezogen, erreicht diese Strahlformung einen höheren Strahlformungszuwachs als die vorherigen Pläne, die für digitale Arrays bei niedrigen SNR-Bereichen vorgesehen sind, während sie nahe der optimalen SVD-basierten Strahlformer in dem hohen SNR-Plan funktionieren.
Ferner ist die Berechnungskomplexität vernachlässigbar im Vergleich mit anderen Transceiveroperationen und im Vergleich mit alternativen Strahlformungsverfahren. Die digitalen Strahlformer/Kombinierer werden durch Konjugation eines digitalen Signals berechnet, das in einer vorherigen Übertragung empfangen wird, und durch Normalisieren des entstehenden Vektors zur Erfüllung der Leistungseinschränkung. Die analogen Vorcodierer/Kombinierer werden aus einem vordefinierten hierarchischen Codebuch gewählt, das bei Wunsch offline designend werden kann. Die Suche in dem hierarchischen Codebuch erfolgt durch einfache Sortierung der Einträge einer normalisierten Version des empfangenen Signalvektors nach absteigender Größe.
Die folgenden Beispiele beziehen sich auf weitere Aspekte.
Beispiel 1 ist eine drahtlose Vorrichtung, umfassend: eine hybride Antennenarray, konfiguriert zum Empfangen eines Signals, das durch eine andere drahtlose Vorrichtung über einen drahtlosen Kanal übertragen wird; und einen Transceiver, konfiguriert, analoge Funkfrequenz-Vorcodierer eines hierarchischen Codebuchs basierend auf Größen der Multipfad-Komponenten des drahtlosen Kanals zu aktualisieren.
In Beispiel 2 der Inhalt von Beispiel 1, wobei der Transceiver ferner konfiguriert ist, die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer zu aktualisieren durch: Auswahl eines ersten Funkfrequenz-Vorcodierers, der eine Multipfad-Komponente empfängt, die eine maximale Größe aufweist; Auswahl eines zweiten Funkfrequenz-Vorcodierers, der eine Multipfad-Komponente empfängt, die eine minimale Größe aufweist; und Ersetzen jedes der ersten und zweiten Funkfrequenz-Vorcodierer mit einem Funkfrequenz-Vorcodierer, der eine Ebene höher in dem hierarchischen Codebuch ist als der des ersten Funkfrequenz-Vorcodierers.
In Beispiel 3, der Inhalt von Beispiel 2, wobei der Transceiver umfasst: Funkfrequenzketten; und variable Phasenverschieber oder Dämpfer, die die Funkfrequenzketten mit den jeweiligen Antennen der Hybrid-Antennenarray verbinden, und konfiguriert sind, die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer zu aktualisieren.
In Beispiel 4, der Inhalt von Beispiel 1, wobei der Transceiver ferner konfiguriert ist, einen digitalen Baseband-Vorcodierer durch Konjugieren des empfangenen Signals zu aktualisieren und Normalisieren eines entstehenden Vektors, um eine Leistungseinschränkung zu erfüllen.
In Beispiel 5, der Inhalt von Beispiel 4, wobei der Transceiver ferner konfiguriert ist, ein Sendesignal basierend auf dem aktualisierten digitalen Baseband-Vorcodierer zu übertragen.
In Beispiel 6, der Inhalt von Beispiel 5, wobei, wenn ein Rauschabstand des empfangenen Signals größer ist als eine vorgegebene Grenze, das Übertragungssignal Daten oder Piloten umfassend übertragen wird.
In Beispiel 7, der Inhalt von Beispiel 1, wobei das empfangene Signal Pilotsymbole umfasst.
In Beispiel 8, der Inhalt von Beispiel 1, wobei der Transceiver ferner konfiguriert ist, die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer periodisch zu aktualisieren, um sich an einen variierenden drahtlosen Kanalzustand anzupassen.
In Beispiel 9, der Inhalt von Beispiel 1, wobei der Transceiver ferner konfiguriert ist um: eine Verringerung der Größen der mehreren Multipfadkomponenten des drahtlosen Kanals zu erkennen; und die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer durch Ersetzen der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer auf einer Ebene in der hierarchischen Codebuchebene, die niedriger ist, zu aktualisieren.
Beispiel 10 ist ein Verfahren der Strahlformung, umfassend: Empfang eines Signals, das durch eine zweite drahtlose Vorrichtung über einen drahtlosen Kanal übertragen wird, durch eine Hybrid-Antennenarray einer ersten drahtlosen Vorrichtung; und Aktualisierung von analogen Funkfrequenz-Vorcodierern eines hierarchischen Codebuchs durch einen Transceiver der ersten drahtlosen Vorrichtung, basierend auf Größen von Multipfadkomponenten des drahtlosen Kanals.
In Beispiel 11 der Inhalt von Beispiel 10, wobei das Aktualisieren des analogen Funkfrequenz-Vorcodierers umfasst: Auswahl eins ersten Funkfrequenz-Vorcodierers, der eine Multipfad-Komponente empfängt, die eine maximale Größe aufweist; Auswahl eines zweiten Funkfrequenz-Vorcodierers, der eine Multipfad-Komponente empfängt, die eine minimale Größe aufweist; und Ersetzen jedes der ersten und zweiten Funkfrequenz-Vorcodierer mit einem Funkfrequenz-Vorcodierer, der eine Ebene höher in dem hierarchischen Codebuch ist als der des ersten Funkfrequenz-Vorcodierers.
In Beispiel 12, der Inhalt von Beispiel 10, wobei die Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierern umfasst: Anpassung von Werten der variablen Phasenverschieber oder Dämpfer, die Funkfrequenzketten mit jeweiligen Antennen der hybriden Antennenarray verbinden.
In Beispiel 13, der Inhalt von Beispiel 10, ferner umfassend: Initialisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer auf einer Ebene in dem hierarchischen Codebuch, die am niedrigsten ist.
In Beispiel 14, der Inhalt von Beispiel 10, wobei das hierarchische Codebuch ein richtungsgebundenes hierarchisches Codebuch ist.
In Beispiel 15, der Inhalt von Beispiel 10, ferner umfassend: Aktualisierung, durch den Transceiver, eines digitalen Baseband-Vorcodierers durch Konjugieren des empfangenen Signals, und Normalisierung eines entstehenden Vektors zum Erfüllen einer Leistungseinschränkung.
In Beispiel 16, der Inhalt von Beispiel 15, ferner umfassend: zufällige Initialisierung des digitalen Baseband-Vorcodierers.
In Beispiel 17, der Inhalt von Beispiel 15, ferner umfassend: Initialisierung des analogen Funkfrequenz-Vorcodierers oder digitale Baseband-Vorcodierers basierend auf Kanalzustandsinformationen (CSI); und Übertragung eines Übertragungssignals, das Pilotsymbole und Daten umfasst, die auf den initialisierten Analogen Funkfrequenz-Vorcodierern oder dem initialisierten digitalen Baseband-Vorcodierer basieren.
In Beispiel 18, der Inhalt von Beispiel 15, wobei die analogen Funkfrequenzdecoder oder der digitale Vorcodierer durch ein weiteres Strahlformungsverfahren initialisiert oder periodisch aktualisiert wird.
In Beispiel 19, der Inhalt von Beispiel 15, ferner umfassend: die Übertragung ein Sendesignal basierend auf dem aktualisierten digitalen Baseband-Vorcodierer durch die erste drahtlose Vorrichtung.
In Beispiel 20, der Inhalt von Beispiel 19, ferner umfassend: Wiederholung des Empfangsschritts, des Schritts der Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer, des Schritts der Aktualisierung des digitalen Baseband-Vorcodierers, und des Übertragungsschritts durch die zweite drahtlosen Vorrichtung.
In Beispiel 21, der Inhalt von Beispiel 20, wobei der Schritt der Aktualisierung analoger Funkfrequenz-Vorcodierer oder der Schritt der Aktualisierung des digitalen Baseband-Vorcodierers nicht für jeden wiederholten Schritt ausgeführt wird.
In Beispiel 22, der Inhalt von Beispiel 19, wobei, wenn ein Rauschabstand des empfangenen Signals größer ist als eine vorgegebene Grenze, das Übertragungssignal Daten umfassend übertragen wird.
In Beispiel 23, der Inhalt von Beispiel 10, wobei das empfangene Signal Pilotsymbole umfasst.
In Beispiel 24, der Inhalt von Beispiel 10, wobei die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer periodisch aktualisiert werden, um sich an einen variierenden drahtlosen Kanalzustand anzupassen.
In Beispiel 25, der Inhalt von Beispiel 24, ferner umfassend: Erkennung einer Verringerung der Größen der mehreren Multipfadkomponenten des drahtlosen Kanals; und Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer durch Ersetzen der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer auf einer Ebene in dem hierarchischen Codebuch, die niedriger ist.
Beispiel 26 ist eine drahtlose Vorrichtung, umfassend: eine hybride Antennenarray, konfiguriert zum Empfangen eines Signals, das durch eine andere drahtlose Vorrichtung über einen drahtlosen Kanal übertragen wird; und ein Transceivermittel zum Aktualisierung analoger Funkfrequenz-Vorcodierer eines hierarchischen Codebuchs basierend auf Größen der Multipfad-Komponenten des drahtlosen Kanals.
In Beispiel 27 der Inhalt von Beispiel 26, wobei das Transceivermittel ferner dem Aktualisieren der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer dient, durch: Auswahl eins ersten Funkfrequenz-Vorcodierers, der eine Multipfad-Komponente empfängt, die eine maximale Größe aufweist; Auswahl eines zweiten Funkfrequenz-Vorcodierers, der eine Multipfad-Komponente empfängt, die eine minimale Größe aufweist; und Ersetzen jedes der ersten und zweiten Funkfrequenz-Vorcodierer mit einem Funkfrequenz-Vorcodierer, der eine Ebene höher in dem hierarchischen Codebuch ist als der des ersten Funkfrequenz-Vorcodierers.
In Beispiel 28, der Inhalt von Beispiel 27, wobei das Transceivermittel umfasst: Funkfrequenzketten; und variable Phasenverschiebemittel oder Dämpfermittel zum Verbinden der Funkfrequenzketten mit den jeweiligen Antennen der Hybrid-Antennenarray, und zum Aktualisieren der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer.
In Beispiel 29, der Inhalt von Beispiel 26, wobei das Transceivermittel ferner der Aktualisierung eines digitalen Baseband-Vorcodierers durch Konjugieren des empfangenen Signals und Normalisieren eines entstehenden Vektors, um eine Leistungseinschränkung zu erfüllen, dient.
In Beispiel 30, der Inhalt von Beispiel 29, wobei das Transceivermittel ferner dem Übertragen eines Sendesignals basierend auf dem aktualisierten digitalen Baseband-Vorcodierer dient.
In Beispiel 31, der Inhalt von Beispiel 30, wobei, wenn ein Rauschabstand des empfangenen Signals größer ist als eine vorgegebene Grenze, das Übertragungssignal Daten oder Piloten umfassend übertragen wird.
In Beispiel 32, der Inhalt eines der Beispiele 26 bis 31, wobei das empfangene Signal Pilotsymbole umfasst.
In Beispiel 33, der Inhalt eines der Beispiele 26 bis 31, wobei das Transceivermittel ferner dem periodischen Aktualisieren der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer zur Anpassung an einen variierenden drahtlosen Kanalzustand dient.
In Beispiel 34, der Inhalt von einem der Beispiele 26 bis 31, wobei das Transceivermittel ferner konfiguriert ist um: eine Verringerung der Größen der mehreren Multipfadkomponenten des drahtlosen Kanals zu erkennen; und die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer durch Ersetzen der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer auf einer Ebene in der hierarchischen Codebuchebene, die niedriger ist, zu aktualisieren.
Beispiel 35 ist eine Vorrichtung, im Wesentlichen wie dargestellt und beschrieben.
Beispiel 36 ist eine Vorrichtung, im Wesentlichen wie dargestellt und beschrieben.
Während das obige in Zusammenhang mit Beispielsaspekt beschrieben wurde, versteht es sich, dass der Begriff „beispielhaft“ nur als Beispiel dienen soll, und nicht als Nestes oder Optimum. Dementsprechend ist es unter der Offenbarung vorgesehen, Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, die in dem Umfang der Offenbarung enthalten sein können.
Wenn auch spezifische Aspekte hierin illustriert und beschrieben wurden, ist durch gewöhnliche Fachleute zu versehen, dass die spezifischen Aspekte, die gezeigt und beschrieben sind, durch eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Umsetzungen ersetzt werden können, ohne vom Geist der vorliegenden Anwendung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen oder Variationen der spezifischen Aspekte abdecken, die hierin beschrieben werden.

Claims

Drahtlose Vorrichtung, umfassend: eine hybride Antennenarray zum Empfangen eines Signals, das durch eine andere drahtlose Vorrichtung über einen drahtlosen Kanal übertragen wird; und ein Transceivermittel zum Aktualisieren analoger Funkfrequenz-Vorcodierer eines hierarchischen Codebuchs basierend auf Größen von Multipfadkomponenten des drahtlosen Kanals.
Drahtlose Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Transceivermittel ferner der Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer dient, durch: Auswahl eines ersten Funkfrequenz-Vorcodierers zum Empfang einer Multipfad-Komponente, die eine maximale Größe aufweist; Auswahl eines zweiten Funkfrequenz-Vorcodierers zum Empfang einer Multipfad-Komponente, die eine minimale Größe aufweist; und Austausch jedes der ersten und zweiten Funkfrequenz-Vorcodierer durch einen Funkfrequenz-Vorcodierer, der eine Ebene höher in dem hierarchischen Codebuch steht als der erste Funkfrequenz-Vorcodierer.
Drahtlose Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Transceivermittel umfasst: Funkfrequenzketten; und ein variables Phasenverschiebungsmittel oder Dämpfungsmittel zur Verbindung der Funkfrequenzketten mit den jeweiligen Antennen der hybriden Antennenarray, und zum Aktualisieren der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer.
Drahtlose Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Transceivermittel ferner der Aktualisierung eines digitalen Baseband-Vorcodierers durch Konjugieren des empfangenen Signals und Normalisieren eines entstehenden Vektors, um eine Leistungseinschränkung zu erfüllen, dient.
Drahtlose Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Transceivermittel ferner dem Übertragen eines Sendesignals basierend auf dem aktualisierten digitalen Baseband-Vorcodierer dient.
Drahtlose Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei, wenn ein Rauschabstand des empfangenen Signals größer ist als eine vorgegebene Grenze, das Übertragungssignal Daten oder Piloten umfassend übertragen wird.
Drahtlose Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das empfangene Signal Pilotsymbole umfasst.
Drahtlose Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Transceivermittel ferner dem periodischen Aktualisieren der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer zur Anpassung an einen variierenden drahtlosen Kanalzustand dient.
Drahtlose Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Transceivermittel ferner dient zum: Erkennen einer Verringerung der Größen der mehreren Multipfadkomponenten des drahtlosen Kanals; und Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer durch Ersetzen der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer auf einer Ebene in der hierarchischen Codebuchebene, die niedriger ist.
Verfahren zur Strahlformung, umfassend: Empfang eines Signals, das durch eine zweite drahtlose Vorrichtung über einen drahtlosen Kanal übertragen wird, durch eine Hybridantennenarray einer ersten drahtlosen Vorrichtung; und Aktualisierung von analogen Funkfrequenz-Vorcodierern eines hierarchischen Codebuchs basierend auf Größen von Multipfadkomponenten des drahtlosen Kanals durch einen Transceiver der ersten drahtlosen Vorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer umfasst: Auswahl eines ersten Funkfrequenz-Vorcodierers zum Empfang einer Multipfad-Komponente, die eine maximale Größe aufweist; Auswahl eines zweiten Funkfrequenz-Vorcodierers zum Empfang einer Multipfad-Komponente, die eine minimale Größe aufweist; und Austausch jedes der ersten und zweiten Funkfrequenz-Vorcodierer durch einen Funkfrequenz-Vorcodierer, der eine Ebene höher in dem hierarchischen Codebuch steht als der erste Funkfrequenz-Vorcodierer.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer umfasst: Anpassung der Werte der variablen Phasenverschieber oder Dämpfer, die Funkfrequenzketten mit jeweiligen Antennen der hybriden Antennenarray verbinden.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Initialisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer auf einer Ebene in dem hierarchischen Codebuch, die am niedrigsten ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das hierarchische Codebuch ein richtungsgebundenes hierarchisches Codebuch ist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Aktualisierung eines digitalen Baseband-Vorcodierers durch den Transceiver durch Konjugieren des empfangenen Signals und Normalisieren eines entstehenden Vektors, um eine Leistungseinschränkung zu befriedigen.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: zufällige Initialisierung des digitalen Baseband-Vorcodierers.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Initialisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer oder des digitalen Baseband-Vorcodierers basierend auf Kanalzustandsinformationen (CSI); und Übertragung eines Übertragungssignals, das Pilotsymbole und Daten basierend auf den initialisierten analogen Funkfrequenz-Vorcodierern oder den initialisierten digitalen Baseband-Vorcodierern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die analogen Funkfrequenzdecoder oder der digitale Vorcodierer durch ein weiteres Strahlformungsverfahren initialisiert oder periodisch aktualisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Übertragung eines Übertragungssignals durch die erste drahtlose Vorrichtung, basierend auf dem aktualisierten digitalen Baseband-Vorcodierer.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend: Wiederholung des Empfangsschritts, des Schritts der Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer, des Schritts der Aktualisierung des digitalen Baseband-Vorcodierers, und des Übertragungsschritts durch die zweite drahtlosen Vorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt der Aktualisierung analoger Funkfrequenz-Vorcodierer oder der Schritt der Aktualisierung des digitalen Baseband-Vorcodierers nicht für jeden wiederholten Schritt ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei, wenn ein Rauschabstand des empfangenen Signals größer ist als eine vorgegebene Grenze, das Übertragungssignal Daten umfassend übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das empfangene Signal Pilotsymbole umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die analogen Funkfrequenz-Vorcodierer periodisch aktualisiert werden, um sich an einen variierenden drahtlosen Kanalzustand anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 24, ferner umfassend: Erkennen einer Verringerung der Größen der mehreren Multipfadkomponenten des drahtlosen Kanals; und Aktualisierung der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer durch Ersetzen der analogen Funkfrequenz-Vorcodierer auf einer Ebene im hierarchischen Codebuch, die am niedrigsten ist.