TW200935791A - Beamforming in MIMO systems - Google Patents

Description

200935791 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於無線通信系統，且更特定言之， 係關於毫米波無線通信系統中之波束形成。 【先前技術】 * 在相關技術之一個態樣中’支援單載波及OFDM調變之 . 雙模式超寬頻（UWB)實體層使用共同模式。該UWB實體層 可用於毫米波（例如’ 60 GHz)通信。該共同模式為由單載 〇 波器件及OFDM器件兩者用於發信標、網路控制信號傳輸 及基本速率資料通信的單載波模式。該共同模式對於不同 器件及不同網路之間的互用性而言通常係有必要的。 毫米波通信亦可使用ΜΙΜΟ(多輸入多輸出）波束形成來 提供空間分集與陣列增益兩者。習知波束形成（諸如本徵 波束形成）需要待返回至傳輸陣列之頻道狀態資訊矩陣或 波束形成矩陣。IEEE 802.11η MAC/PHY 規範 D0.04(2006 年 3月）規定了反饋資訊，反饋資訊包括反饋矩陣之列及行大 ® 小、副載波分組大小（或群集大小）、量化位元大小，以及 以最低副載波索引至最高副載波索引之次序開始的實際經 . 量化資料元素之陣列。對於使用預編碼矩陣之波束形成而 言，可藉由用預編碼矩陣碼薄之索引代替波束形成矩陣内 容來減少反饋資訊，諸如IEEE 802.16e MAC/PHY規範 D12(2005)中以及 D.J. Love、R.W. Heath Jr·及 T. Strohmer "Grassmannian Beamforming for Multiple-Input Multiple-Output Wireless Systems" (IEEE Trans. Information Theory > 137143.doc 200935791 2003年10月’第l〇期’第49卷，第2735至2747頁）中所描 述0 【發明内容】 本文中所揭示之實施例對使用UWB信號之系統有利。然 而’本發明不欲限於此等系統，因為其他無線系統可自類 • 似優點受益。 k 在本發明之一實施例中，微微網控制器使用訊框格式來 信號傳輸至一或多個無線用戶器件。該微微網控制器及該 ® 一或多個用戶器件中的每一者使用天線陣列《微微網控制 器以一訊框格式來傳輸包含複數個傳輸區段之信號，其中 該複數個傳輸區段中的每一者以來自預定波束形成碼薄之 一不同波束圖案傳輸。 訊框格式亦提供收聽週期，收聽週期允許微微網控制器 收聽來自一或多個用戶器件的反饋（例如確認）。微微網控 制器接收由每一用戶器件計算之較佳波束形成權重，並在 ❺其陣列中使用該等波束形成權重來與該一或多個用戶器件 通信《微微網控制器亦可接收每一用戶器件的所計算出之 組合權重。 • 在本發明之一實施例中，微微網控制器可執行前瞻性波 • 束形成，其中當微微網控制器為一或多個用戶器件之資料 源時’微微網控制器使用超訊框之信標部分。在另—實施 例中，微微網控制器可執行按需波束形成，按需波束形成 使用超訊框之頻道時間分配（CTA)部分。按需波束形成通 常在兩個器件之間（例如，微微網控制器與用戶器件之 137143.doc 200935791 間’或兩個用戶器件之間）執行。 信標部分包括準全向段及定 Π·#又準全向段可句含iljfe· 個相同的準全向(Q_全向)子 匕含複數 ^ 標），亦稱為傳輸區 段，其涵蓋微微網控制器周圍 成广以问(有可能重疊)的地 理區域。每-Q-全向S_信標係使用選叫全 同Q-全向波束形成圖案而傳輸。 耵於母一 Q-全向子信標傳 輸使用一Q-全向波束形成向量。 收聽週期亦包含複數個接收區段。舉例而言，可將競爭 存取週期（CAP)分成複數個子CAp。在第/個子cAp期間， 微微網控制器處於接收模式，且其使用與在第/詩全向 k標期間用於傳輸的Q_全向波束形成器向量相同之屮全向 波束MU向量β準全向傳輸輸送關於定向訓練段之結構 的資訊’且該等定向訓練段致能頻道狀態資訊（CM)獲取 及追蹤疋向段包含訓練序列之複數個重複（其亦可稱為 傳輸區段），其中每一重複由微微網控制器以來自正交（或 準正交）碼薄之-不同正交或準正交波束形成向量傳輸。 申請者認識到，關於與一或多個用戶器件通信之微微網 控制器而描述的訊框格式及方法亦可由與微微網控制器 及/或其他用戶器件通信之用戶器件使用。 在本發明之另一實施例中，位於微微網中之用戶器件經 組態以選擇波束形成及組合權重。用戶器件及微微網控制 器兩者均包含天線陣列。用戶器件接收由微微網控制器傳 輸之包含複數個傳輸區段的信號。該複數個傳輸區段中的 137143.doc 200935791 每一者以來自預定波束形成瑪薄之一不同波束圖案傳輸。 用户器件接收該複數個傳輸區段之至少一子集，並自其估 '十較佳波束形成向量。用戶器件亦估計較佳組合向量以處 理其接收到之内容。在收聽週期期間，至少將較佳波束形 成向量發送回至微微網控制器。 申S青者§忍識到’關於與微微網控制器通信之用戶器件而 描述之訊框格式及方法亦可由與一或多個用戶器件通信之 微微網控制器使用。 在本發明之又一實施例中，準全向獲取信號傳輸協定包 含第一收發器’其傳輸數目個準全向封包繼之以Ζ窗收聽 週期（ACK)，直至其在Z個收聽週期中之一者中（例如，在 第/個收聽週期）接收到ACK為止。第一收發器自q_全向碼 薄選擇第/個Q-全向傳輸方向。第二收發器記錄其最佳Q_ 全向接收方向’並將該方向用於任何未來Q_全向接收。 本發明之實施例亦可提供使用自第一收發器至第二收發 器之週期性傳輸的定向訓練之訊框格式。舉例而言，由第 一收發器傳輸之定向訓練序列之循環可對應於來自選定碼 簿之子集的所有《7個正交（準正交）波束形成向量。每一循環 之後為一收聽週期（ACK)以收聽來自第二收發器之任何反 饋。 第一收發器重複該週期，直至第二收發器獲取 CSI(Hi—2(«)，對於《=0,1，...，ΛΜ)或找到足夠的LQI為止。 在收聽（ACK)週期期間，第二收發器估計％及〇2，並至少 將％估計耦合至第一收發器。第一收發器使用％波束形成 137143.doc -8 - 200935791 估計且第二收發器使用C2組合估計用於下行鏈路（1—2)資 料通信。此等估計可在後續追蹤步驟期間更新。此外，可 針對上行鏈路（例如，2—1資料通信）執行此程序。 本發明之實施例可針對最小處理複雜性而最佳化（諸如） 以致能即時應用、快速更新、低功率消耗及/或低成本處 • 理組件之適用性。本發明之特定實施例可經組態以提供先 ‘ 前所述之特徵及優點，及/或替代特徵及優點。 儘管本文中描述了特定實施例，但此等實施例之許多變 © 化及變更屬於本發明之範疇及精神内。儘管提及較佳實施 例之些益處及優點，但不意欲將本發明之範疇限於特定 益處、用途或目標。相反，意欲本發明之實施例廣泛適用 於不同無線技術、系統組態、網路及傳輸協定，其中之一 些在諸圖中及在對較佳實施例之以下描述中借助於實例得 以說明。詳細描述及圖式僅對本發明進行說明而非限制， 本發明之範疇係由附加申請專利範圍及其等效物加以界 定。 ® 【實施方式】 參看以下諸圖理解根據本發明之實施例。 • 因此，儘管本揭不案之實施例可允許各種修改及替代形 式，但其特定例示性實施例借助於圖示中的實例被展示且 將在本文中得到詳細描述。然而，應瞭解，並不意欲 發明限制於所揭示之特定形式，而是相反地，本發明將涵 蓋屬於本發明之精神及範疇内的所有修改、等效物及替代 物。在對諸圖之整個描述中，類似數字可指代類似元件。 137143.doc -9- 200935791 亦應注意，在一些替代實施中，區塊中所注之功能/動 作可不以流程圖中所注之次序發生。舉例而言，實際上可 大體上同時執行連續展示之兩個區塊’或有時可視所涉及 之功能性及程序而以相反次序執行該等區塊。 針對傳輸及接收兩者使用相同天線之收發器被稱為對稱 天線系統（SAS)。針對傳輸使用一組天線且針對接收使用 另一組天線（諸如圖1中所示）的收發器被稱為不對稱天線系 統（AAS)。第一收發器101使用Μτ個傳輸天線及Mr個接收 天線。第二收發器1〇2使用％個傳輸天線及％個接收天 線。 頻道模型11〗—2用於表達收發器101將信號傳輸至收發器 102時的傳播環境《類似地，頻道模型表達收發器ι〇2 傳輸由收發器101接收之信號時的傳播環境。該等頻道模 型可用於表達先前技術中可使用之可能天線組態中的任一 者°此外’該等頻道模型可用於表達不同傳輸協定。在本 發明之一實施例中，具有循環首碼及W個副載波之FFT長 度的OFDM信號傳輸可與係具有一具有叢發長度#之循環 首碼的單載波（SC)之傳輸使用相同的頻道模型。在此等情 況下’典型的情況為假定該循環首碼長於在天線元件之任 一傳輸接收對之間的任何多路徑延遲擴展。 第一收發器101處所產生之OFDM符號流或SC叢發jc⑺由 下式來表達 137143.doc -10- 200935791 ^中c為樣本（或碼.片）持續時間且〜表示複數資料。符 號流在傳輸至通信頻道中之前藉由波束形成向量％中Μ，

W 1 2 T ’’·’·，W1’A/T]調變。MlM〇頻道可由頻域頻道狀態資訊 (CSI): 以頻率組數目„表達，諸如：

^2(«) hlf(n) • · 〇) hitin)

LaO)吣>)...〇) 其中項Λ,v(n)包括傳輸及接收濾波兩者以及第一收發器 之第/個傳輸天線與第二收發器之第ζ·個接收天線之間的頻 道回應。 用組合向量C2 = [C2丨，C2 2，…，C2 NR]r來處理第二收發器處 所接收到的信號以產生經組合的基頻信號，

>(r) = c 2 H ί (ί - Λ7； ) <8> Η ,_2 (i )w, + b(i)], 其中b(t)為第二收發器之接收天線上的加性白高斯雜訊向 量。 第一收發器之傳輸器與第二收發器之接收器之間的離散 頻道模型由單輸入單輸出（SISO)頻道表達， yr =C2/，ZH*-V-*W> +c2b/ =Σρ*·ν* +b： **〇 “0 其中外= C2i/H*Wl ’且ί表示OFDM樣本（或單載波叢發）内的 137143.doc -11- 200935791 樣本（或碼片）索引。SISO頻道具有在頻率組《 = 0, 1，…，AM 下由下式給出之頻率回應 P„ = c2HH1_2(n)W| ο 離散頻率接收信號模型為： Y» = PnS„+Bn, 其中[S〇，S〗，…，SN]為OFDM資料符號（或SC資料叢發之 FFT)，且[B〇, B!，…，BN]為加性白高斯雜訊向量。 $ 表達第二收發器之傳輸器與第一收發器之接收器之間的 頻道之頻道模型由下式給出 Q„ = c2HH2-i(n)w2 對於頻率組n = 0, 1, ..., AM。對於OFDM及SC兩者，第η個 副載波上之信雜比（SNR)由下式給出 _ ΕΜ ^.，ΚΗΜ2(.ν,|2 E,\QHf £„|crH^,(n)w2j2 ” 一 "。 " ~ % - Ν, $ 將有效SNR(ESNR)界定為自瞬時副載波SNR至考慮前向 誤差校正（FEC)之等效SNR之映射。存在許多可用於計算 ESNR之方法，包括（作為實例，而非限制）：計算SNR在不 同副載波上之均值；使用準靜態方法（諸如3GPP2及lxEV-DV/DO通信系統中通常所使用之方法）；使用容量有效 SINR映射（CESM)，其亦用於3GPP2及lxEV-DV/DO通信系 統中；使用基於凸量度的CESM技術（其可用於3GPP2及 lxEV-DV/DO中）；以及使用指數有效SINR映射（EESM)， 其可用於3GPP2中。 137143.doc -12· 200935791 可針對SC及OFDM使用不同的ESNR計算方法。舉例而 言，最小均方差（MMSE)SC均衡器通常具有可由SNR在不 同田1j載波上之平均值近似表示的ESNR。然而，〇fDM傾向 於具有可使用SNR在不同副載波上之幾何均值來最佳近似 表示的ESNR»各種ESNR計算方法可進一步經組態以考慮 額外參數，諸如FEC、接收器不完整性及/或位元錯誤率 (BER)。 本發明之實施例可提供一或多個波束形成演算法，其經 組態以選擇使至少一個信號品質參數（諸如ESNR)最大化的 波束形成向量（Wl&wz)及組合向量⑷及^)。在一般aAS情 況下’第一收發器1〇1可將已知資訊傳輸至第二收發器 102 ’第二收發器102接著導出表徵頻道狀態資訊的矩陣。 此使得能狗估計待計算之Wl& C2。第二收發器1〇2可將已 知資訊傳輸至第一收發器1〇1以提供頻道狀態資訊，頻道 狀態資訊允許估計待計算之^及Ci。本發明之一些實施例 可使用已知資料符號、導頻信號或待傳輸以用於獲取頻道 狀態資訊的其他訓練資訊。替代實施例可使用盲自適應處 理或利用未知經傳輸資料來導出頻道狀態資訊的其他技 術。 在AAS中’使用鏈路之兩個方向來估計向量Wi、W2、C2 及C!。對於SAS ’特定方向上之波束形成向量Wl&W2以及 組0向量以及〜應相等。因此，Wi=W2且C2 = Ci，且僅鍵路 之個方向可用於計算向量Wl、W2、C2及Ct。 圖2 A說明根據本發明之實施例之第一收發器與第二收發 137143.doc -13- 200935791 器之間的波束形成方法。舉例而言’ 一收發器可為微微網 控制器’且另一收發器可為微微網用戶器件。頻道狀態資 訊（CSI)獲取步驟2〇1使得第二收發器能夠獲取第一 ^^矩 陣’其用於估計第一收發器之最佳（或較佳）波束形成向量 及第二收發器之最佳（或較佳）組合向量。cSI獲取步驟 可包含組態第一收發器以傳輸波束形成碼薄之子集211。 此外’第二收發器可經組態以使用組合碼薄之子集212來 獲取第一 CSI矩陣。 估計步驟202包含產生最佳波束形成向量Wi及最佳組合 向量G。應瞭解，術語最佳波束形成向量及最佳組合向量 表示最佳值之估計，且此等估計之最佳性可相對於一或多 個處理約束而受限，包括（但不限於）資訊因量化之丟失， 犧牲一些準確性及/或精度以便降低計算複雜性的簡化假 定’以及受限的處理時間（其可限制迭代計算之數目）^可 應用其他約束。舉例而言，在一些實施例中，可將導致信 號品質量度高於預定臨限值之波束形成及/或組合向量視 為相對於可用向量之子集為最佳。因此，如本文所使用， 術語"較佳波束形成向量"等效於最佳波束形成向量。同樣 地，術語"較佳組合向量"等效於最佳波束形成向量。估計 202可使用各種最佳性準則中之任一者，諸如eesm或平均 SNR。 反饋步驟203提供將最佳波束形成向量％(以及，視情 況，最佳組合向量Ο)發送至第一收發器1〇1。對於aas系 統，重複步驟201至203，其中，，第一收發器”及"第二收發 137143.doc -14· 200935791 器"之名稱交換。因此，估計最佳波束形成向量W2及最佳 組合向量C j。 圖2B說明根據本發明之實施例之波束形成-追蹤方法。 追縱步驟204提供追縱波束形成與組合向量。追縱步驟204 類似於獲取步驟，除了第一收發器以低於在獲取2〇1期間 所使用之速率的速率來傳輸波束形成碼薄之子集之外。類 似地’對最佳波束形成向量研〗及最佳組合向量以進行較低 速率更新205，且將值^及ο反饋回（2〇6)至第一收發器 201。對於AAS系統，重複步驟2〇4至2〇6，其中••第一收發 器"及"第二收發器"之名稱交換。因此，更新最佳波束形 成向量％及最佳組合向量e ι的估計。 對於具有#個元件之均勻間隔的線性天線陣列，陣列因 子由下式界定： 其中d為陣列元件之間的間距，0表示與線性陣列之軸的 天 角，A為波長，且w”為第π個陣列元件之陣列元件權重 線陣列指向性由下式給出 m., sin[2ff(rf/AXw-m)] ~2n(d/X)(n^m) max 其中心 最大可能指向性為。 D： 出 二維陣列之陣列因子由下式給 Α(θ,φ)=艺 137143.doc -15 - 200935791 =表示沿x軸之陣列間距’从沿y轴之陣列間距A 自、二70件的數目，〜為沿y抽之元件的數目，且，為 =旋轉角。天線權重Wmn可表達為〜…其

W ^WxWy1'表達。 ^ _ 1且㈣％-1。因此，天線權重矩陣可由 xy· 表=成-維(一)陣紐之二維陣列的陣列因子 ❹ 4&.φ)= Α,(θ,φ)Αγ(θ,φ)

"«I 咖)=i；

“I 使用一維天線陣列之沿x軸的碼薄WxeC〜,及一維陣列之 沿y軸的碼薄Wy e cV1來表達2維碼薄e 。 在本發明之一實施例中，天線陣列權重對於每一天線元 件可包含〇。或180。。此被稱為二元實施例，其中波束形成 及/或組合權重選自，-1}。因此，每一天線元件經組態 以傳輸或接收Ι + Q (相位〇。）或_(I + Q)(相位18〇。）信號。 圖3 A展示具有元件間距;1/2及二元波束形成/組合權重之 ' 一7°件陣列的一對正交天線陣列圖案。用於此情況之碼薄 包含由以下權重矩陣W之行所給出之一對正交波束形成/組 合向量 M:; 。 第一波束圖案在〇。處具有其最大值，且第二波束圖案在 137143.doc 200935791 90°處最大。 圖3B展示具有元件間距i/2及二元波束形成/組合權重之 三元件線性陣列的天線陣列圖案。碼薄包含由以下權重矩 陣之行給出的三個波束形成/組合向量 ΤΙ ΤΙ τι -1+1+1 +1-1+1 在此情況下，第一波束圖案在0。處具有其最大值第二 波束圖案在60。及12〇。處最大，且第三圖案在9G。處最大。 在圖3C中，具有元件間距A/2及二元波束形成/組合權重 之四凡件線性陣列產生四個正交波束圖案。此等波束圖案 由以下權重矩陣之行所給出之向量的碼薄來表徵 W: + 1 +1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 + 1 -1 -1 +1 -1 +1 -I +1 圖3D展示五元件線性陣列之五個正交波束圖案，其 於由以下權重矩陣之行給出的正交碼薄向量 /、 '+1 + 1 + 1 + 1 + 1_ -1 一 1 + 1 + 1 +] + 1 -1 + 1 -1 + 1 + 1 + 1 •+1 + 1 + 1_ 圖3E展示具有元件間距A/2之六元件線性陣列的波束圖 案。正交碼薄向量由以下權重矩陣之行給出 137143.doc -17_ 200935791 w = 在替代實施例中’可使用以下權重矩陣 ❹ 圖3F展示具有間距;1/2之七元件線性陣列的正交波束圖 案。該等波束圖案對應於由以下權重矩陣之行給出的碼薄 向量 鲁 圖3G展示具有間距2/2之八元件線性陣列的 矩陣之行給出的 束圖案。該等波束圓案對應於由以下權重 個正交波 碼薄向 W + 1十1 十1 + 1+1 + 1 十1 + Γ ·— J _ 1 X 1 1 , 1 + 1 + 1 + 1 T 1 个1 + 1 + + 1 + 1 + 1 4.1 + 1 -1 —1 + 1 +1 4. 1 -1 +1 1 +1 4. 1 + 1 -1 + 1 - + 1 T | i 1 -1 +1 -1 + + | τ 1 + 1 在本發明之一些實施例中，天線陣列權重可包含來 白 137143.doc 200935791 0°、90°、180°及270。之集合的相位。因此，正交權重係選 自{+1，-1，+j，-j}。本發明之實施例可提供傳輸及/或接收 由 I (0。）、-I (180。）、Q (270。）及-Q (90。）表徵的信號。一組 等效信號包含I+Q、I-Q、-I+Q及-PQ。 圖4A展示具有元件間距A/2及正交波束形成/組合權重之 二元件陣列的四個天線陣列圖案。用於此情況之碼薄包含 由以下權重矩陣W之行給出的向量組

在此情況下，WWH=4I。 圖4B展示使用元件間距;^2及正交波束形成/組合權重之 三元件陣列的四個天線陣列圖案。碼薄包含由以下權重矩 陣之行給出的向量組 + 1 +1 +1 +1

.+ 1-1+1-1

在此情況下，同樣WWH=4I。 圖4C展示使用元件間距A/2及正交波束形成/組合權重之 四元件陣列的四個正交天線陣列囷案。碼薄包含由以下權 重矩陣之行給出的四個正交向量之組

圖4D展示對應於使用正交權重及元件間距“2之四元件 137143.doc •19- 200935791 陣列之替代碼薄的波束圖案。六個波束形成/組合向量由 以下權重矩陣之行給出 W： +1 +】+1+1 +1 +1 -1 -3 +1 +1 +/ -1 + 1 圖4E中展示對應於四元件陣列之經擴展碼薄的波束圖 案。該陣列包含間隔開A/2的元件及正交波束形成/組合權 重。該碼薄包含由以下權重矩陣之行給出的八個向量之組 ❹ ❹ + 1 +1 十 1 十 1 +1 +1 -1 -j -j -j +1 + j +i +y -l - j +i + j -1 +1 +7 -1 +1 -1 圖4F展示使用it件間距A/2及正交波束形成/組合權重之 五元件陣列的六個天線陣列圖案。碼薄包含由以下權重矩 陣之行給出的向量組 +1 +1 +1 +1 + 1 W： + 1 在圖4G中，可由使用元件間距A/2及正交波束形成/組合 權重之五元件陣列根據由以下權重矩陣之行表示之向量的 碼簿來產生八個天線陣列圖案 +ι -J -y + +| +y -i + ♦j 137143.doc -20· 200935791 圖4H展示使用元件間距;1/2及正交波束形成/組合權重之 六元件陣列的六個非正交天線陣列圖案。碼薄包含由以下 權重矩陣之行給出的六個向量之組

+1 +Γ +J +J +J -j -1 +1 ° -J "1 +1 -J. ❹ 圖41展示使用元件間距;t/2及正交波束形成/組合權重之 六元件陣列的八個天線陣列圖案。碼薄包含由以下權重矩 陣之行給出的八個向量之組

+1 +1 +1 十 1 +1 +1 +1 -J -j -j +y +7 +y +y —l - j +1 + j —i - j + 1 + j —1 +1 — 1 — y +1 —1 +1 — I +1 —1 + 丨—I +y ~j +7 ~j 其中 WWh=8I。

圖4J展示使用元件間距及正交波束形成/組合權重之 七元件陣列的八個天線陣列囷案。碼薄包含由以下權重矩 陣（其中’關係WWH=8I亦成立）之行給出的八個向量之

圖4K展示使用元件間距;l/2及正交波束形成/組合權重之 137143.doc -21 · 200935791 八元件陣列的A個正交天線陣列圖案。碼薄包含由以 重矩陣之行給出的八個正交向量之組

+ 1 十 1 +1 +1 + 一 -1 ~j ~j -j + +1 +y -1 _y + w= -1 +1 +j -} + + 1-1+1-1 + -1 +j -j +j + + 1 ~j -1 +j + .-1 -1 +j +1 +

圖4L展示使用元件間距A/2及正交波束形成/組合權重之 八疋件陣列的十二個天線陣列圖案。碼薄包含由以下權重 矩陣之行給出的八個向量之組 W：

-j +7 +1 + 1 + 丨 +1* + 7 +7' 一 1

+7 -j +1

圖4M展示使用元件間距λ/2及正交波束形成/組合權重之 八7G件陣列的十六個天線陣列圖案。碼薄包含由以下權重 矩陣之行給出的八個向量之組

其中 WWH=i6I。 137143.doc -22· 200935791 本發月之些實施例可&供使用具有兩個至八個天線元 件（#=2 ... 8)之天線陣列的二元波束形成/組合權重之準全 向及互補格雷碼簿。波束形成器權重為+1或-1«天線元件 上之+1權重意謂在彼天線元件上傳輸+1(正同相信號），而 -1權重意謂在彼天線元件上傳輸q(負同相信號）。每一碼 薄可含有用於準全向圖案的多個選項。視極性及方位天線 增益圖案而定，可使用一或多個準全向圖案。真實互補格 雷圖案僅針對ΛΓ=2、4及8而存在。視極性及方位天線增益 圖案而定’可使用一個或兩個互補圖案。 一元件陣列的準全向碼薄包含由以下權重矩陣之行給出 的兩個正交波束形成（或組合）向量

圖5Α中展示兩個互補格雷圖案gi(&幻及心队供）’其中 幻（θ，9〇 + &(^) = 2 »第一圖案在方向〇。上最大，且具有 120_5。之HPBW及3.0 dB之最大指向性。第二圖案在方向 9〇。上最大，其具有60_4。之hpbw及3.0 dB之最大指向性。 包含三個準正交波束形成/組合向量的三元件天線陣列 之準全向碼薄由權重矩陣W之行給出 +1+1+1 W= -1 +1 +1 〇 +1-1+1 圖5B中展示所得的準正交波束圖案。第一圖案在方向〇。 上最大’且具有93.4。之HPBW及4.77 dB之最大指向性。第 二圖案在方向60。及120。上最大，其具有40.4。之hpbw& 137143.doc -23- 200935791 2.2 dB之最大指向性。第三圖案在方向9〇。上最大，且具有 36.7°之HPBW及4.77 dB之最大指向性。 圖5C中展示一對格雷互補圖案发丨04)+发2(0，供）=177。兩 個正交波束形成/組合向量由四元件陣列之以下加權矩陣 的行給出 ·+ι +Γ • W= +1 + 1+1 0 +1—1 w

❹ 第一圖案在方向46。及134。上最大，具有123.0。之HPBW 及2.48 dB之最大指向性。第二圖案在方向72。及1〇8。上最 大，其具有62.9。之HPBW及2.48 dB之最大指向性。 圖5D展示對應於包含三個準正交波束形成向量之五元件 陣列之碼薄的三個準正交波束圖案。碼薄向量為以下加權 矩陣之行。 + 1 +1 +Γ -1 +1 +1 +1 +|

+1 +1 +1 十 1 +1 —1 第一圖案在方向〇。上最大，其具有1〇9 3。之HPBW及2 55 dB之最大指向性。第二圏案在方向54。及丨26。上最大，其 具有63.5之HPBW及3.25 dB之最大指向性。第三圓案在方 向79及1〇1。上最大，其具有43 8。之HpBw及3 仙之最 大指向性。 圖5E展不對應於六元件陣列之碼薄的三個準正交波束圖 案。碼薄包含三個準正交波束形成向量其為以下加權矩 137143.doc •24· 200935791 陣之行。 W= * 1 ΤΙ ο -1+1+1 +1+1+1 +1 +1 -l

在此情況下，第一圖案在方向23。及15 7。上最大，其具 有88.2。之HPBW及4.30 dB之最大指向性。第二圖案在方向 57。及123。上最大，其具有20.0。之HPBW及5.11 dB之最大 指向性。第三圖案在方向85°及95。上最大，其具有32.7。之 HPBW及4.30 dB之最大指向性。 圖5F展示對應於七元件陣列之碼薄的三個準正交波束圖 案。碼簿包含三個準正交波束形成向量，其為以下加權矩 陣之行。 W = -1 -1 +1 -1 -1 +1 0 十1十1十I +1-1+1 · 第一圖案具有133.3。之HPBW及2.77 dB之最大指向性。 第二圖案具有109.7。之HPBW及1.39 dB之最大指向性。第 二圖案具有53.8。之HPBW及2.77 dB之最大指向性。 八元件陣列之準全向碼薄包含由以下權重矩陣之行給出 的兩個正交波束形成（或組合）向量 137143.do< •25· 200935791 '+1 +Γ + 1-1

+ 1 +1 .-1+1 . ®5G中展*兩個互補格雷圈案幻⑽）=2。第一 圖f在方向〇上最大’且具有98 7。之HpBw&3 〇犯之最 大指向性。第二圖案在方向9〇。上最A，其具有4〇9。之 © HPBW&3.〇 dB之最大指向性。 使用正交權重之二元件陣列的準全向碼薄與使用二元權 重之情況相同。因此’碼薄包含由以下權重矩陣之行給出 的兩個正交波束形成（或組合）向量 圖6A中展示兩個互補格雷圖案幻0，幻及&(义幻，其中 幻(^，免）+容2(0，供）=2。第一圖案在方向〇。上最大，且具有 120.5之HPBW及3.0 dB之最大指向性。第二圖案在方向 9〇。上最大’其具有60.4。之HPBW及3.0 dB之最大指向性。 圖6B展示使用正交權重之三元件陣列的一對準全向波束 圖案。碼薄包含自以下權重矩陣中的行之對導出之正交向 量對 "+1 +Γ W= +; +1 。 + 1-1 一圖案具有123.6。之HPBW，且另一圖案具有80.0。之 137143.doc -26· 200935791 HPBW °兩個圓案均具有2 22 dB的最大指向性β 圖6C為由具有正交權重之四元件陣列產生的兩個格雷互 補圖案炉）及幻(0，幻之曲線圖，其中= 2。對於此情況之所得準全向碼薄由以下權重矩陣之行所 表示的向量給出

❹ 第一圖案在方向〇。上最大，且具有83.4。之HPBW及3.01 dB之最大指向性。第二圖案在方向9〇。上最大，其具有 29.4。之^^8评及3,01£16之最大指向性。 圖6D展示由使用權重向量w=[+l -1 +1 +1 +1](其對於此 情況為準全向碼薄）之五元件陣列產生的具有2 55 dB之最 大指向性的準全向囷案。 圖7A至圖7D展示對應於準全向碼薄之向量的六元件陣 列之準全向波束囷案，其中每一向量為以下權重矩陣之一 ® 行 + 1 + 1 + 1 + 1 -1 -1 + 1 + 1 w = +j ~j ~j +j -1 -1 -1 -1 +j -j + 1 + 1 + 7 -j -1 —1 圖7A及圖7B中所示之準全向波束圖案具有2 39犯之最 大指向性，且圖7C及圖7D中所示之準全向圖案具有2 86 dB之最大指向性。 137143.doc -27- 200935791 六元件陣列經組態以產生圖8八中所示的格雷互補圖案對 ㈣幻及成幻’其中祕心物卜1.93。一對相關的 正交波束形成/組合向量包含以下權重矩陣之行 + 1 +1 第圖案在方向31。及149。上最大，具有12〇 7。的HPBW ❹ 及2.86 dB的最大指向性。第二圖案在方向82。及98。上最 大，其具有61.2。之HPBW及2.86 dB之最大指向性。 圖8B展示來自具有正交加權向量之七元件陣列的三個準 全向波束圖案。該等向量為準全向碼薄之分量且包括以 下權重矩陣之行 w = ❹ +1+1+1 +J +1 -1 -1+1-1 +7 -1 +1 。 -1-1+1 +J +1 +1 +1-1+1 前兩個圖案之最大指向性為39 dB，且第三圖案之最大指 向性為2.77 dB。 八元件陣列可使用包含一對正交權重向量（由以下權重 矩陣之行表達）之碼薄來產生圖8C中所示的兩個互補波束 圖案。 137143.doc -28- 200935791

W + 1 + 1 + Γ -1 -1 + 1 + 1 十1 十1 «1 +1 十屢 + 1 兩個圖案均具有3.0 dB之最大指向性。—圖案在方向〇。上 最大，且具有98.7。之HPBW，且另一圖案在方向9〇0上最 大’且具有40.9。之HPBW。 ❿ 亦可針對使用以下權重矩陣之八元件陣列產生一對正交 波束形成/組合向量（圖8D及圖8E中所示） w =

本發明之一些實施例可使用經分區之天線陣列（seaa) 或經切換之天線陣列（SWAA) ^用於ΛΓ元件SEAA或SWAA之 碼薄可由單位矩陣表達： 1 0 ... 0' 0 1··: W= . . , · · ·· .. · 0 0 ··· 〇 1 每一波束形成向量僅具有一個非零條目，因為一次僅一個 天線元件在作用中。 本發明之一實施例提供統一訊息傳遞協定，其獨立於天 137143.doc -29· 200935791 線組態及用於波束形成（亦即，估計W及C)的估計演算法Q 訊息傳遞協定可經組態以支援用於傳輸及接收的多種天線 組態。此等組態可包括波束形成天線陣列，諸如相控陣 列。天線組態可包括經分區及經切換的天線陣列。天線組 態可由多種波束圖案界定，包括全向、準全向或定向單一 天線。訊息傳遞協定亦支援sAS及AAS組態，且其可經組 態以支援前瞻性及按需波束形成。在一實施例中，訊息傳 遞協定進一步經組態以支援多種鏈路模型，包括（但不限 © 於）微微網控制器與多個用戶器件之間的每封包波束形 成、微微網控制器與單一用戶器件之間的鏈路以及用戶器 件之間的同級間鏈路。 本發明之實施例可提供待實施之複數個波束形成協定， 包括前瞻性波束形成協定及按需波束形成協定。使用超訊 框之信標部分（諸如圖9中所示）來執行前瞻性波束形成，且 在微微網控制器為一或多個用戶器件之資料源時使用前瞻 @ 性波束形成。舉例而言，微微網控制器可為公共資訊查詢 站（K1〇sk)、STB或膝上型電腦，且微微網控制器經組態以 在複數個不同方向中之至少一者上將每一封包發送至目的 . 器件。 按需波束形成可用於兩個用戶器件之間或微微網控制器 與一個用戶器件之間的傳輸。按需波束形成使用分配給收 發器對之超訊框的頻道時間分配（CTA)部分（諸如圖9中所 示）。在兩種波束形成協定中，準全向傳輸輸送關於定向 DI練區&之結構的資訊，且定向韵丨練段致能⑶獲取及追 137143.doc 200935791 蹤0 微微網控制器信標包含至少一準全向（Q全向）段及至少 一定向段。在—實施例中’ Q·全向段具有z個相同的Q-全 向子信標（S-信標）’其涵蓋微微網控制器周圍的不同（且可 能重疊）之地理區域》Q_全向S•信標之總的涵蓋範圍涵蓋 微微網控制器周圍的目標空間。使用選全向碼薄之不 同Q-全向波束形成圖案來傳輸每一 Q_全向s信標。 在圖9所示之實施例中，定向段可包含訓練序列之w個重 複（亦即，複數個（#個）定向訓練區段），其中每一重複由微 微網控制器以來自正交（或準正交）碼薄之不同正交或準正 交波束形成向量傳輸。在此情況下，緊接地（除了 一小的 保護間隔外）發送定向訓練區段。然而，本發明之替代實 施例可提供使定向段内之Q-全向訓練區段交錯（或以其他 方式對其進行定位舉例而言，Q-全向訓練區段可具有 與定向訓練區段相同的格式’但其係以全向方式發送。在 一實施例中’每一定向訓練區段之後為一 Q_全向訓練區 段。用戶器件使用Q-全向訓練區段來幫助補償時序及頻率 漂移’因為此補償對於產生CSI之準確估計而言係必要 的。 將競爭存取週期（CAP)分成i：個相同的被稱為子CAp(s_ CAP)之週期。該Z個S-CAP對應於Ζ個Q-全向信標。在第z 個S-CAP期間，微微網控制器處於使用與其在第/個^全向 信標期間用於傳輸之Q_全向波束形成器向量相同的Q_全向 波束形成器向量之接收模式中。 137143.doc •31- 200935791 —圖10A展示用於0FDM<S_信標的封包結構且圖⑽展 不:於單載波（SC)信號傳輸之s、信標的封包結構。視全 向^標之天線增益而定，微微網控制器可調WYNC之長 度、標頭中之資料速率以及PSDU攔位。 Y減小Q-全向s-信標之數目Z，以便降低額外耗用。對 於單-天線而言，£ = ；!。對於SAA而言，z為扇區（或經切 換的）天線之數目。在波束形成或相控陣列組態卜I等於 1或2,但尤可為更大。在傳輸期間，微微網控制器使用來 自相應的準全向碼薄之1個準全向波束形成向量，且對於 每Q-全向子彳§標傳輸使用一 Q-全向波束形成向量。 在本發明之一實施例中，對於具有六個元件之傳輸相控 陣歹j而S，尤-1，該陣列使用一維向量w=[+l +jr來傳輸Q-全向子信標。在不同實施例中，對於二維相 控天線陣列（其中％ = 4且％ = 3)而言，L = 2。使用波束形成 矩陣〗來傳輸第一 Q_全向子信標，其中， ❹ wx’丨=[+i -j +j ^广且％，丨=[+1 +1 _1]Γ。使用波束形成矩陣

Wxy，2i=w,，2w'，丨來傳輸第二q全向子信標，其中+j +j +1]Γ且 Wyji+I +1 _1]Γ。 圖9中所示之訊框的定向段包含訓練序列的#個重複。圖 11Α說明短〇fDM訓練序列。圖11β展示長〇FDM訓練序 列。圖11C展示短單載波訓練序列。圖丨1D展示長單載波 訓練序列。2007年11月6日申請之臨時申請案第60/985,957 號中描述由向量uM2、v512及s512表示的序列，上述臨時申 請案之全文以引用之方式併入本文中。 137143.doc -32- 200935791 訓練序列包括同步序列S之π個重複（其中沁可為零）繼之 以CES欄位之(例如，一或二）個重複。微微網控制器所 傳輸之每一訓練序列使用選自正交（或準正交）碼薄的一不 同正交（或準正交）波束圓案。在〇1?1)1^及單載波使用短訓 練序列之情況下，兩個同步序列可用於自動增益控制 (AGC卜此外’可使用CES棚位來獲取csi。匹配濾、波器接 收器可對準並添加格雷匹配濾波器之輸出，格雷匹配濾波 器經組態以使接收到之信號與經修改之格雷序列u及v相 關，以產生理想的頻道估計。又，接收器可產生差信號， 其提供理想的雜訊估計。 在一實施例中’ 乂==4且％=2之波束形成天線陣列使用長 度為4之X軸碼薄： W*.2 W,.3 WI4] = + 1 + 1 +1 +1 -1 -j +1 +J + 1 -1 +1 -1 -1 + / +1 -j ❹ 相應的長度為2之y軸碼薄為

+ 1 + 1 其中正交波束形成矩陣之總數為，亦即^， 其中m=l，…，4且w=1，2 :

W .11 + 1 一 1

+1 + 1 一 1 + 1 + Γ '+1 -Γ 一】 4* 1 » …，Wj(y.42 - +j -J -1 +1 -1 rJ +J. 137143.doc -33 - 200935791 在此情況下，微微網控制器藉由傳輸J=8個訓練序列來 完成訓練循環，每一訓練序列在如由波束形成矩陣评从^ WXy,l2，…，WXy4,2指定之不同方向上發送。舉例而言，第 一訓練序列在對應於波束形成矩陣评叮山之方向上發送， . 第二訓練序列在對應於波束形成矩卩車WxyJ2之方向上發 送，等等。 在一些實施例中，微微網控制器可經組態以僅使用可用 波束形成矩陣之子集。舉例而言，微微網控制器可在受限 角度範圍（例如180。，而不是36〇。）上進行傳輸。微微網控 制器使用定向碼薄，該定向碼薄為微微網控制器可用來訓 練用戶器件之可能波束形成矩陣的子集。若定向碼薄之大 小為·/，則相應個方向上之j個訓練序列的傳輸被稱為一 循環。在一些實施例中，ζ個相同Q_全向s_信標可包括微 微網控制器所選擇之碼薄向量的索引。Q_全向S-信標亦可 輸送每超訊框之循環的數目及/或每循環之超訊框的數 • 目° 圓12A展示包含从個循環之超訊框，而圓12B展示每从個 超訊框發生的循環。用戶器件經組態以收聽來自微微網控 制器之Q-全向傳輸。在偵測後，用戶器件即對Q·全向8_信 払之内谷進行解碼，以獲得定向段之結構。用戶器件選擇 第碼薄向量以使其天線轉向第一方向。用戶器件選擇第 二碼薄向量以使其天線轉向第二方向，且其可針對每一碼 薄向量重複此程序。或者，用戶器件可自碼薄之子集選擇 薄向量用戶器件计算CSI矩陣H，其自該CSI矩陣H估 137143.doc • 34· 200935791 計用於微微網控制器之最佳波束形成權重及用於其自身的 最佳組合向量。在SAS情況下，用戶器件可收聽Q-全向傳 輸’直至其判定其認為提供足夠的鏈路品質之權重組合為 止。將所得之波束形成權重傳輸回至微微網控制器。 圖13 A展示包含訓練序列資訊、關於傳輸及接收天線之 天線陣列資訊、天線類型、Q-全向S-信標識別符以及Q-全 ' 向8-信標之數目的傳輸訊框之波束形成資訊元素。天線類

型可包括關於微微網控制器天線（例如，單一天線、波束 〇 形成陣列、相控陣列、SEAA、SWAA)之資訊、SAS或AAS 天線組態以及正交或二元權重是否用於傳輸及接收側。波 束形成資訊元素之欄位可適合於不同天線組態。舉例而 言’對於單一天線組態或經切換天線陣列而言，可省略訓 練序列資訊及天線陣列資訊。 圖1 3B展示波束形成資訊元素之天線陣列資訊部分。在 二維陣列之情況下’此資訊可包括沿X軸之天線的數目 ❿ A ’沿x轴使用之碼薄的ID、沿y軸之天線的數目％以及沿 y轴使用之碼薄的ID。一些實施例可包括待沿X轴使用之波 束形成向量之子集的大小Λ及ID，以及待沿y轴使用之波 束形成向量之子集的大小4及ID。 . 圖13 C展示波束形成資訊元素之訓練序列資訊部分，其 包括以32 xrc為單位的保護間隔持續時間（其中八為碼片或 取樣持續時間）、CES重複之數目％以及s YNC重複之數目 Μ及訓練序列重複之數目。 圖16Α說明用於執行前瞻性波束形成之方法。微微網控 137143,doc -35_ 200935791 制器傳輸（1601)每超訊框數目尤個}全向s_信標及數目#個 定向訓練序列。用戶器件收聽並解碼（16〇2)該等Q_全向s· 信標中之至少一者（用戶器件自其獲取與定向段有關之資 訊）。在本發明之一實施例中，用戶器件可收聽整組Q-全 向S-信標。用戶器件選擇（1603)正交（或準正交）碼薄之適 當子集’並使用選定組合向量開始掃描程序。 在一實施例中，當用戶器件使用來自碼薄之向量而轉向 特定方向並收聽所傳輸之循環時，該用戶器件可儲存鏈路 品質因子（LQF)。重複此過程，直至用戶器件找到高於預 定臨限值之第/個LQF為止，或直至用戶器件已完成收聽所 有碼薄向量並獲取CSI矩陣為止。 用戶器件估計（1604)其用於微微網控制器之最佳組合向 量〇2及最佳波束形成向量Wi。在第/個S-CAP期間，將所估 計之最佳波束形成向量评丨（以及視情況，最佳組合器向量 c2)反饋回（1605)至微微網控制器。 在S AS情況下，用戶器件在CTAP期間與微微網控制器交 換（1606)資料封包。用戶器件可藉由週期性地掃描信標而 追蹤（1607)波束形成及組合向量。用戶器件可週期性地反 饋回（1608)對w及c之任何更新。 在AAS情況下，繞過步驟1606至1608。替代地，可在分 配給通信鏈路之CTAP期間使用按需波束形成，以便完成 雙向波束形成。如圖16B中所示，微微網控制器獲取 (1616)上行鏈路CSI(H2一丨（η)，對於η = 0,1,...，ΛΜ)以估計其 最佳組合向量ci及用戶器件之最佳波束形成向量w2，並接 137143.doc -36- 200935791 著至少將波束形成權重向量W2輸送（1617)至用戶器件。一 旦獲取完成’用戶器件便可傳輸（1618)不頻繁之"定向獲取 週期（例如’每幾微秒一次），以允許微微網控制器追蹤並 更新wz&Cl。更新速率（追蹤速率）視系統可容許之最大多 蔔勒而定。對於60 GHz下3 m/s之步行速度而言，多蔔勒 頻率為Λ=600 Hz ’且相干時間近似為〇 3 ms，其允許每 0.3 ms或不到0.3 ms一次的更新速率。 按需波束形成（其在兩個用戶器件之間或在微微網控制 器與一用戶器件之間執行）使用圖14A中所示之超訊框的頻 道時間分配（CTA)部分。圖17A為根據本發明之一實施例 之用於SAS之按需波束形成方法的流程圖。在關聯期間交 換（1701)天線資訊，使得每一收發器知曉其他收發器之天 線陣列處理能力（例如，陣列元件之數目、天線元件權重 之範圍等）°當第一收發器將>全向s_信標傳輸至第二收 發器時執行準全向獲取（1702)。當第一收發器將定向訓練 序列傳輸至第二收發器時，執行定向獲取（1703)。一旦獲 取完成’系統便可在第一收發器將資料傳輸至第二收發器 時執行追蹤（1704)。 圖17B說明根據本發明之實施例之用於AAS之按需波束 形成方法的步驟。在關聯期間交換（1701)天線資訊。當第 一收發器將Q-全向S-信標傳輸至第二收發器時執行準全向 獲取（1702) ^當第一收發器將定向訓練序列傳輸至第二收 發器時’執行定向獲取（1703)。當第二收發器將Q-全向S-信標傳輸至第一收發器時執行準全向獲取（1712)。類似 137143.doc -37· 200935791 地，當第二收發器將定向訓練序列傳輸至第一收發器時執 行定向獲取（1713)。一旦兩個方向上之獲取均完成，系統 便可在第一收發器將資料傳輸至第二收發器及/或第二收 發器將資料傳輸至第一收發器時執行追縱（1714)。 圖14B說明根據本發明之實施例之準全向獲取信號傳輸 協定。在CTA訊框（圖14A中所示）中，第一收發器傳輸載 運波束形成資訊元素的數目L個準全向封包固傳輸中之 每一者之後為Z個收聽週期（ACK)。第一收發器繼續重複 此結構，直至其在該I個收聽週期中之一者中（例如，在第/ 個收聽週期）接收到ACK為止。自此之後，第一收發器自 Q-全向碼薄選擇第/個Q-全向傳輸方向（其亦為SAS情況下 之接收方向）。第一*收發器δ己錄其最佳Q_全向接收方向（其 亦為SAS情況下之最佳傳輸方向），並將其用於任何將來的 Q-全向接收。在AAS情況下，當第二收發器向第一收發器 傳輸時，重複該過程。 圖15說明使用自第一收發器至第二收發器之週期性傳輸 的定向訓練之訊框格式’且圖18A說明根據本發明之實施 例之使用該訊框格式的方法。定向獲取週期可包含可選q 全向封包繼之以收聽週期。第一收發器所傳輸之定向訓練 序列的一個循環對應於來自選定碼薄之子集的所有γ個正 交（準正交）波束形成向量。每一循環之後為一收聽週期 (ACK)，以收聽來自第二收發器之任何反馈。 第一收發器重複該週期（1801)，直至第二收發器獲取 CSI(H〗—2(«)，對於《 = 〇，1，..·，iV-Ι)或找到足夠的鏈路品質 137143.doc -38- 200935791 指示符（lqi)(1802)為止。第二收發器在收聽（ACK)週期期 間估計較佳％及4(1803)並至少將％估計耦合至第一收發 器（1804)。較佳波束形成向量Wi可為收發器之碼薄向量中 的一者’或其可為碼薄向量之線性組合，或其可與收發器 之碼薄向量無關。 在使用具有由以下權重矩陣表示之碼薄的四元件陣列之 一實施例中 ·+ι +1 +1 +ι_

w= _1 ~J +1 +j + 1—1+1 —] * +7 +1 ~j. 碼薄可包含向量[1-1 1 -1]、[1 _j _1 j]、[! j 1 1R[1』]_j；j 中之一或多者。若最佳波束形成/組合向量係選自碼薄向 量中之一者’則將該實施例稱為波束切換。 在一實施例中，最佳波束形成/組合向量係選自四元件 陣列之可能權重組合中的任一者。若使用正交權重（亦 即’權重±1及力·）’則存在44個可能組合，自該等組合選擇 向量。本發明之一實施例提供自包含任何相量之權重選擇 最佳波束形成/組合向量。另一實施例可使用包含一範圍 之振幅及相位的權重。 收發器在資料通信期間將使用^及估計用於波束形成 及組合。當第一收發器傳輸定向獲取週期時，任一戋兩個 收發器可更新（1805)估計Wl&C2。 對於AAS情況，執行圖18B中所示之額外步驟。第一收 發器將定向訓練序列傳輸（1811)至第一故發哭 ^ 式滞’且第一收 137143.doc •39- 200935791 發器獲取CSI(H2—〗）（或判定足夠的LQI)(1812)。第一收發 器估計^及Cl(1813)，並至少將Wz估計耦合（1814)至第二 收發器。在資料傳輸期間，將估計…及C2用作波束形成及 組合權重，且當第二收發器傳輸定向獲取週期時，可週期 性地更新（1815)此等估計Wl&C2。 本發明之範疇不應被解釋為限於本文中所說明之陣列處 理實施例。相反，申請者預期替代實施例可包含沿特定轴 具有多於八個元件的天線陣列及包含具有複數個極化之天 線的天線陣列’且此等天線陣列組態屬於本發明之範嘴及 精神内。在一實施例中’具有正交線性極化之兩個偶極天 線可一起使用以產生準全向圖案。 應瞭解’可使用多種硬體及軟體來實施本發明之裝置及 方法實施例。舉例而言，可使用專用硬體（諸如特殊應用 積體電路（ASIC)及可程式化邏輯器件，諸如閘陣列）及/或 在計算器件（諸如微處理器、微控制器或數位信號處理器 (DSP))上執行之軟體或韌體來實施根據本發明之實施例的 波束形成、組合及相關應用。亦將瞭解，儘管波束形成/ 組合權重計算及選擇之功能可整合於單一器件（諸如單一 ASIC)中’但其亦可分布於若干器件之間。 本發明不欲限於較佳實施例。此外，熟習此項技術者應 認識到’本文中所述之方法及裝置實施例可以多種方式實 施，包括在硬體、軟體、韌體或其各種組合中實施。此硬 體之實例可包括ASIC、場可程式化閘陣列、通用處理器、 DSP及/或其他電路。可經由程式化語言（包括java、c、 137143.doc -40· 200935791 C++、Matlab™、Verilog、VHDL及/或處理器特定機器及 組合語言）之任一組合來實施本發明之軟體及/或韌體實 施。 可使用各種數位電腦系統組態來執行本發明之方法實施 例，且至特定系統組態能夠執行本發明之方法實施例之程 度’其等效於本文中所揭示之本發明的代表性系統實施 例，且在本發明之範疇及精神内。 一旦數位電腦系統經程式化以依據來自實施本發明之方 法實施例之程式軟體的指令而執行特定功能，此等數位電 腦系統便實際上成為對於本發明之方法實施例為特定之專 用電腦。此程式化所必需之技術為熟習電腦系統技術者所 熟知。 本發明之各種實施例可包括系統組態以及執行方法之步 驟的次序上之變化。在許多情況下，多個步驟及/或多個 組件可合併。 本文中所描述之方法及系統實施例僅說明本發明之特定 實施例。應瞭解，熟習此項技術者將能夠設計各種配置， 儘管本文未明確描述或展示，但該等配置具體化本發明之 原理’且包括於本發明之精神及範疇内。此外，意欲本文 中所陳述之所有實例及條件語言僅用於教學目的，以幫助 閱讀者理解本發明之原理。本揭示案及其相關聯參考應被 解釋為不限於此等具體陳述之實例及條件。此外意欲本 文中陳述本發明之原理、態樣及實施例以及其具體實例的 所有語句均涵蓋其結構及功能等效物兩者。另外，意欲此 137143.doc -41· 200935791 等等效物包括當前已知之等效物以及將來開發之等效物兩 者’亦即’所開發之執行同—功能（不管結構如何）的任 元件。 熟習此項技術者應瞭解，本文中之方塊圖表示具體化本 I明之原理的說明性電路、演算法及功能步驟之概念圖。 類似地’應瞭解’任何流程表、流程圖、信號圖、系統 . @、代碼及類似物表示可實質上表示於電腦可讀媒體中且 目此由電腦或處理器（不管是否明確地展示了此電腦或處 ^ 理器）執行之各種過程。 圖中所示之包括標為"處理器"或"系統"之功能區塊之各 種元件的力肊可經由使用專用硬體以及能夠與適當軟體聯 合執行軟體之硬體而提供。當由處理器提供時，該等功能 可由單一專用處理器、由一共用處理器或者由複數個個別 處理器（其中之一些可共用）提供。此外，術語"處理器"或 "控制器:之明確使用不應解釋為專指能夠執行軟體之硬 ❹ 豸❿是可隱含地包括(但不限於)數位信號處理器(DSP)硬 體、用於儲存軟體之唯讀記憶體（ROM)、隨機存取記憶體 (RAM)及非揮發性儲存器^亦可包括其他習知的及/或定製 的硬體類似地’可經由程式邏輯之運算、經由專用邏 輯、經由程式控制與專用邏輯之互動或者甚至手動地執行 本文中所述之任何組件或器件的功能，隨著對上下文之更 具體理解，實施者可選擇特定的技術。 本文中表達為用於執行指定功能之構件的任-元件意欲 涵蓋執行彼功能之任何方式，包括（例如）執行彼功能之電 137143.doc 42- 200935791 路凡件的組合’或任何形式的軟體，因此包括韌體、微碼 或類似物（其與用於執行彼軟體之適當的電路組合以執行 該功能）。如本文中所描述之本發明的實施例基於以下事 實·由各種所述構件提供之功能性係以操作描述要求的方 式組合及聚集在一起^申請者將可提供彼等功能性之任何 構件視為等效於本文中所示之功能性。 【圖式簡單說明】 圖1為可根據本發明之實施例而使用之不對稱天線系統 ❹ 的方塊圖。 圖2 A說明根據本發明之實施例之第一收發器與第二收發 器之間的波束形成方法。 圖2B說明根據本發明之實施例之波束形成追蹤方法。 圖3A展示具有元件間距A/2及二元波束形成/組合權重之 二元件陣列的一對正交天線陣列圖案。 圖3B展示具有元件間距;t/2及二元波束形成/組合權重之 @ 三元件線性陣列的天線陣列圖案。 圖3C展示具有元件間距又/2及二元波束形成/組合權重之 四元件線性陣列所產生的四個正交波束圖案。 圖3D展示五元件線性陣列的五個正交波束圖案。 圖3E展示具有元件間距2/2之六元件線性陣列的波束圖 案。 圖3F展示具有間距A/2之七元件線性陣列的正交波束圖 案。 ’ 圓3G展示具有間距A/2之八元件線性陣列的八個正交波 I37143.doc •43- 200935791 束圖案。 圖4A展示具有元件間距Λ/2及正交波束形成/組合權重之 二元件陣列的四個天線陣列圖案。 圖4Β展示使用元件間距Λ/2及正交波束形成/組合權重之 二元件陣列的四個天線陣列圖案。 圖4C展示使用元件間距又/2及正交波束形成/組合權重之 四元件陣列的四個正交天線陣列圖案。 圖4D展示對應於使用正交權重及元件間距Λ/2之四元件 陣列之替代碼薄的波束圖案。 圖4Ε展示對應於四元件陣列之經擴展碼薄的波束圖案。 圖4F展示使用元件間距;L/2及正交波束形成/組合權重之 五元件陣列的六個天線陣列圖案。 圖4G展示可由使用元件間距;t/2及正交波束形成/組合權 重之五元件陣列產生的八個天線陣列圖案。 圖4H展示使用元件間距义/2及正交波束形成/組合權重之 六元件陣列的六個非正交天線陣列圖案。 圖41展示使用元件間距A/2及正交波束形成/組合權重之 六元件陣列的八個天線陣列圖案。 圖4 J展示使用元件間距;1/2及正交波束形成/組合權重之 七元件陣列的八個天線陣列圖案。 圖4K展示使用元件間距A/2及正交波束形成/組合權重之 八元件陣列的八個正交天線陣列圖案。 圖4L展示使用元件間距A/2及正交波束形成/組合權重之 八元件陣列的十二個天線陣列圖案。 137143.doc 200935791 圓4M展示使用元件間距的及正交波束形成/組合權重之 、元件陣列的十六個天線陣列圖案。 圖5A展示包含兩個正交波束形成（或組合）向量的二元件 陣列之兩個互補格雷圖案。 圖5B展示三元件天線陣列之三個準正交波束圖案。 . 圖％展示四元件陣列之-對格雷互補圖案。 圖D展不對應於包含三個準正交波束形成向量之五元件 陣列之碼薄的三個準正交波束圖案。 圖5E展示對應於六元件陣列之瑪薄的三個準正交波束圖 案。 圖5F展不對應於七元件陣列之碼簿的三個準正交波束圖 案。 圖G展不自八元件陣列之兩個互補格雷向量產生之一對 波束圖案。 圖6A展示二元件陣列之—對準全向波束圖案。 ❹圖6B展示使用正交權重之三元件陣列的一對準全向波束 圖案。 、圖6C為具有正交權重之四元件陣列所產生之兩個格雷互 補圖案的曲線圖。 圖6D展不五元件陣列所產生之具有2 55仙之最大指向 性的準全向圖案。 圖7A至圖7D展示對應於準全向碼簿之向量的六元件陣 列之準全向波束圖案。 圖8八展不六疋件陣列所產生之-對&雷互補圖案。 137143.doc •45· 200935791 圖8B展示具有正交加權向量之七元件陣列所產生之三個 準全向波束圖案》 圖8C展示具有正交加權向量之八元件陣列所產生之一對 互補波束圖案。 圖8D至圖8E展示具有八元件陣列產生一對正交波束形 成/組合向量之波束圖案。 圖9展示可根據本發明實施例而使用的超訊框。 圖10A展示OFDM之S-信標的封包結構。 圖10B展示用於單載波（SC)信號傳輸之s信標的封包結 構。 圖11A說明短OFDM訓練序列。 圏11B展示長OFDM訓練序列。 圖11C展示短單載波訓練序列。 圖11D展示長單載波訓練序列。 圖12A展示包含複數個（M個）循環之超訊框。 囷12B展示包含複數個（μ個）超訊框之循環。 圏13 A展示傳輸訊框之波束形成資訊元素。 圖13B展示波束形成資訊元素之天線陣列資訊部分。 圖13C展示波束形成資訊元素之訓練序列資訊部分。 囷14A展示可在本發明之實施例中使用的超訊框。 囷14B說明根據本發明之實施例之準全向獲取信號傳輸 協定。 圓15說明使用自第一收發器至第二收發器之週期性傳輸 的定向訓練之訊框格式。 137143.doc •46· 200935791 圖16A說明根據本發明之一 束形成的方法。 實施例之用於執行前瞻性波 圖16B說明根據本發明之實施例之用於執行按需波束形 成的方法。 圖17A為根據本發明之一實施例之用於sas之按需波束 形成方法的流程圖。 圖17B說明根據本發明之實施例之用於AAS之按需波束 形成方法的步驟。

圖18A說明根據本發明之實施例之使用圖15所示之訊框 格式的方法。 圖18B說明根據本發明之替代實施例的方法。 ❹ 137143.doc 47·

Claims (1)

1. 200935791 十、申請專利範圍： 1. 一種在一第一收發器與一第二收發器之間的波束形成方 法’該方法包含： 藉由使用一波束形成碼薄之至少一子集，將一信號自 該第一收發器傳輸至該第二收發器，且組態該第二收發 • 器以使用一組合碼薄之至少一子集獲取頻道狀態資訊 (CSI)，以獲取該CSI， 自該CSI估計一最佳波束形成向量及一最佳組合向 ❹ 量，以產生一經估計最佳波束形成向量及一經估計最佳 組合向量，及 將該經估計最佳波束形成向量及該經估計最佳組合向 量中之至少一者發送至該第一收發器。 2. 如请求項1之方法，其中估計使用一組最佳性準則中之 至少一最佳性準則，該組最佳性準則包含一有效信雜比 (SNR)及一平均 snr。 3. 如请求項1之方法，進一步包含在藉由以一低於獲取該 CSI之一速率的速率傳輸該波束形成碼薄之該子集而獲 取該CSI之後提供更新該CSI，及重複該估計步驟及該發 . 送步驟》 4. 如請求項1之方法，其中該波束形成碼薄及該組合碼薄 包含一組權重向量中之至少一者，該組權重向量包含至 少一二元權重向量、至少一正交權重向量。 5. 如請求項1之方法，其中該波束形成碼簿及該組合碼薄 包含一組碼薄中之至少一者，該組碼薄包含一準全向碼 137143.doc 200935791 薄及一互補格雷碼薄。 6. 一種經組態以執行如培炎 丁如清木項1之方法之微微網控制器。 一種在一微微網中^(爾$ τ之用戶器件’該用戶器件經組態以執 行如請求項1之方法。 8. 種用於使用-訊框格式在一第一收發器與至少一第二 收發器之間進行信號傳輸以選擇波束形成及組合權重之 方法，該方法包含： 。將一信號自該第一收發器傳輸至該第二收發器，該信 號包含複數個傳輸區段，其中該複數個傳輸區段中之每 者係以一不同於一預定波束形成碼薄之波束圖案傳 輸， 收聽來自該至少第二收發器之反饋，及 基於來自該至少第二收發器之反饋而選擇一組中之至 少一向量，該組包含波束形成權重及組合權重令之至少 一者0 9.如請求項8之方法，其中傳輸該信號包含傳輸一準全向 段及一定向段中之至少一者。 10·如請求項8之方法，進一步經組態以執行前瞻性波束形 成及按需波束形成中之至少一者。 11. 如請求項8之方法，其中該預定波束形成碼薄包含一準 全向喝薄及一互補格雷碼薄中之至少一者。 12. 如請求項8之方法，其中該預定波束形成碼薄包含一準 全向瑪薄及一互補格雷碼薄中之至少一者之一子集。 13. 如請求項8之方法，其中收聽包含使用複數個組合向量 137143.doc 200935791 來在複數個收聽區段上收聽，該複數個組合向量為該波 束开y成碼薄之向量，該複數個組合向量中之每一者對應 於該複數個傳輸區段中之每一者。 14. 如請求項8之方法，#中該信號包含一準全向子信標及 一定向訓練序列中之至少一者。 15. —種經組態以執行如請求項8之方法之微微網控制器。 16. —種用於為包含一天線陣列之至少一第一收發器選擇波 束形成及組合權重之方法，該第一收發器以通信方式耦 合至一包含一天線陣列之第二收發器，該方法包含： 在該第二收發器處接收由該第一無線收發器傳輸之一 信號，該信號包含複數個傳輸區段，其中該複數個傳輸 區段中之每一者以一不同於一預定波束形成碼薄之波束 圖案傳輸， 自該複數個傳輸區段之至少一子集估計該第一收發器 之一較佳波束形成向量， 估計該第二收發器之一較佳組合向量，及 在一收聽週期期間，將該較佳波束形成向量及該較佳 組合向量中之至少一者發送至談第一收發器。 17. 如請求項16之方法，其中估計該較佳波束形成向量及估 計該較佳組合向量中之至少一者包含獲取頻道狀態資訊 及計算鏈路品質指示符中之至少一者。 18. 如請求項16之方法，其中估計該較佳組合向量包含使該 信號與複數個格雷序列相關以產生複數個匹配濾波器輸 出，以及組合該等匹配濾波器輸出以產生一頻道估計。 137143.doc 200935791 19.如请求項16之方法’其中該收聽週期包含複數個收聽週 期區段，該複數個收聽週期區段中之每一者對應於該複 數個傳輸區段中之一者，其中發送進一步經組態以用於 選擇該複數個收聽週期區段中對應於該等傳輸區段中對 應於該經估計較佳波束形成向量之一特定一者的特定一 * 者。 . 2〇.如請求項16之方法，其經組態以用於執行前瞻性波束形 成及按需波束形成中之至少一者。 © 21.如請求項16之方法，其中該信號包含—準全向子信標及 一定向訓練序列中之至少一者。 22.如請求項16之方法，其中估計該較佳波束形成向量使用 對應於該第一收發器之一第一組約束，且估計該較佳組 合向量使用對應於該第二收發器之一第二組約束。 23·如請求項16之方法，其中該較佳波束形成向量及該較佳 組合向量包含複數個相位及複數個振幅中之至少一者。 ❹ 24.如請求項16之方法，其中該第一收發器之該天線陣列及 該第二收發器之該天線陣列中之至少一者包含複數個天 線，其中該複數個天線中之每一者具有一不同極化。 25. —種在一微微網中操作之用戶器件，該用戶器件經組態 以執行如請求項16之方法。 137143.doc -4-