TW202139617A - 更新波束成形碼簿的方法及無線通信裝置 - Google Patents

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唐艷茹
宋基逢
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南韓商三星電子股份有限公司
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Abstract

一種無線通信裝置，包含：處理電路，經組態以：在先前時段期間自天線陣列接收第一定向電磁信號，第一定向電磁信號包含先前波束掃描時段的波束掃描參考符號；運算估計的組合通道；基於估計的組合通道及包含對應於不同到達角（AoA）的兩個或大於兩個波束成形向量的先前波束成形碼簿來估計第一定向電磁信號的主要AoA；基於估計的主要AoA及與估計的主要AoA間隔開的一或多個剩餘AoA來建構更新後的波束成形碼簿；在當前時段期間在天線陣列處接收包含資料符號的第二定向電磁信號；基於更新後的波束成形碼簿來判定用於第二定向電磁信號的資料接收的波束成形向量；以及基於判定的波束成形向量來偵測所述第二定向電磁信號中的資料符號。

Description

更新波束成形碼簿的方法及無線通信裝置
本揭露的實施例的態樣是關於用於在無線通信中使用壓縮感測來更新用於到達角估計的波束成形碼簿的系統及方法。 [相關申請案的交叉引用]
本申請案主張2020年4月6日在美國專利及商標局申請的美國臨時專利申請案第63/005,850號的優先權及權益，所述申請案的全部揭露內容以引用的方式併入本文中。
在波束成形無線通信系統中，發射器可控制或操縱電磁波的發射方向，且可將此等電磁波塑形或形成為相對窄的波束。可使用天線陣列來形成此等波束，其中向陣列的不同天線提供信號的時移或相移版本，且相長干涉及相消干涉的組合使得信號集中在特定方向上。波束成形能夠實現電磁波中的空間分集（例如，與實質上全向傳輸相比)，且亦允許隨著到接收器的相對方向隨著時間推移改變而操縱波束。舉例而言，波束成形允許同時操作更多的通信通道—例如，相對於發射器位於不同方向上的接收器可以相同載波頻率或重疊頻帶自相同收發器接收不同信號。波束成形可特別適用於毫米波（millimeter wave；mmWave）通信且適用於大規模多輸入多輸出（multiple input multiple output；MIMO）系統。
在混合式波束成形系統中，可藉由判定發射器與接收器之間的最佳傳輸方向或向量來時段性地執行波束掃描以對抗不良鏈路預算，其中最佳傳輸向量是選自波束成形碼簿或波束碼簿。波束成形碼簿包含用於對接收到的定向電磁信號（例如，無線信號或無線電信號）進行解碼的權重，其中不同權重對應於不同的可能波束成形向量（例如，自不同方向接收到的電磁信號)。
混合式波束成形系統藉由將接收到的信號與波束成形碼簿的權重組合且選擇主要方向（例如，權重及具有最高功率或信雜比的信號的組合)來對在天線陣列處接收的定向電磁信號進行解碼。波束成形無線傳輸系統的效能取決於波束成形碼簿的品質，諸如碼簿的方向（方向中的至少一個）與電磁信號到達接收器天線陣列的實際方向對準的接近程度。
本揭露的實施例的態樣是關於用於使用壓縮感測技術且基於相對於給定發射器的到達角方向的歷史根據傳輸條件的改變來更新波束成形碼簿的系統及方法。
根據本揭露的一個實施例，更新波束成形碼簿的方法包含：在先前時段期間在無線通信裝置的天線陣列處接收第一定向電磁信號，所述第一定向電磁信號包含先前波束掃描時段的波束掃描參考符號；藉由無線通信裝置的處理電路，基於接收到的第一定向電磁信號來運算估計的組合通道；藉由處理電路，基於估計的組合通道及包含對應於不同到達角的兩個或大於兩個波束成形向量的先前波束成形碼簿來估計第一定向電磁信號的主要到達角（angle-of-arrival；AoA）；以及藉由處理電路，運算與估計的主要到達角間隔開的一或多個剩餘到達角；藉由處理電路，基於估計的主要到達角及一或多個剩餘到達角來建構更新後的波束成形碼簿；在當前時段期間在天線陣列處接收包含資料符號的第二定向電磁信號；基於更新後的波束成形碼簿來判定用於第二定向電磁信號的資料接收的波束成形向量；以及藉由處理電路，基於判定的波束成形向量來偵測第二定向電磁信號中的資料符號。
更新後的波束成形碼簿可由兩個波束成形向量組成，其中估計第一定向電磁信號的主要AoA
Figure 02_image007
包含運算：
Figure 02_image009
其中
Figure 02_image011
且
Figure 02_image013
Figure 02_image015
為估計的組合通道，且
Figure 02_image017
及
Figure 02_image019
為對應於天線陣列的兩個天線元件的估計的類比通道，其中一或多個剩餘到達角由一個波束成形向量組成，其中天線陣列具有偶數個天線元件，且其中根據
Figure 02_image021
來運算一或多個剩餘到達角
Figure 02_image023
，且其中根據以下等式來運算更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image025
：
Figure 02_image027
。
更新後的波束成形碼簿可包含三個或大於三個波束成形向量。
估計第一定向電磁信號的主要AoA
Figure 02_image007
可包含運算：
Figure 02_image029
Figure 02_image031
Figure 02_image033
其中，
Figure 02_image015
為估計的組合通道，且
Figure 02_image035
為圍繞所選擇的搜索角
Figure 02_image037
的鄰域中的角的集合。
可根據以下等式來選擇所選擇的搜索角
Figure 02_image039
：
Figure 02_image041
其中
Figure 02_image043
可根據在先前波束掃描時段中接收到的第三定向電磁信號的估計的主要到達角來選擇所選擇的搜索角
Figure 02_image039
。
可藉由以下等式運算圍繞所選擇的搜索角
Figure 02_image039
的鄰域
Figure 02_image045
中的角的集合：
Figure 02_image047
其中，
Figure 02_image049
控制
Figure 02_image035
至
Figure 02_image051
中的角的數目，且其中
Figure 02_image053
為
Figure 02_image035
中的角的角解析度。
天線陣列中的天線元件的數目
Figure 02_image055
可為更新後的波束成形碼簿中的波束成形向量的數目
Figure 02_image057
的整數倍，且可根據以下等式來運算一或多個剩餘到達角
Figure 02_image059
：
Figure 02_image061
其中，
Figure 02_image063
為第一定向電磁信號的估計的主要到達角。
天線陣列中的天線元件的數目
Figure 02_image055
可以不是更新後的波束成形碼簿中的波束成形向量的數目
Figure 02_image057
的整數倍，且其中一或多個剩餘到達角是選自角的約束集合
Figure 02_image065
，其中
Figure 02_image067
。
判定用於第二定向電磁信號的資料接收的波束成形向量可包含：在不進行通道估計的情況下自更新後的波束成形碼簿中選擇用於資料接收的波束成形向量。
判定用於第二定向電磁信號的資料接收的波束成形向量可包含：基於對第二定向電磁信號的通道估計且基於更新後的波束成形碼簿來顯式地計算波束成形向量。
根據本揭露的一個實施例，無線通信裝置經組態以更新波束成形碼簿，無線通信裝置包含：天線陣列；處理電路，經組態以自天線陣列接收信號且經組態以：在先前時段期間在天線陣列處接收第一定向電磁信號，所述第一定向電磁信號包含先前波束掃描時段的波束掃描參考符號；基於接收到的第一定向電磁信號來運算估計的組合通道；基於估計的組合通道及包含對應於不同到達角的兩個或大於兩個波束成形向量的先前波束成形碼簿來估計第一定向電磁信號的主要到達角（AoA）；運算與估計的主要到達角間隔開的一或多個剩餘到達角；基於估計的主要到達角及一或多個剩餘到達角來建構更新後的波束成形碼簿；在當前時段期間在天線陣列處接收包含資料符號的第二定向電磁信號；基於更新後的波束成形碼簿來判定用於第二定向電磁信號的資料接收的波束成形向量；以及藉由處理電路，基於判定的波束成形向量來偵測第二定向電磁信號中的資料符號。
更新後的波束成形碼簿可由兩個波束成形向量組成，其中處理電路經組態以藉由運算以下等式來估計第一定向電磁信號的主要AoA
Figure 02_image007
：
Figure 02_image009
其中
Figure 02_image011
且
Figure 02_image013
Figure 02_image015
為估計的組合通道，且
Figure 02_image017
及
Figure 02_image019
為對應於天線陣列的兩個天線元件的估計的類比通道，其中一或多個剩餘到達角由一個波束成形向量組成，其中天線陣列具有偶數個天線元件，且其中根據
Figure 02_image021
來運算一或多個剩餘到達角
Figure 02_image023
，且其中根據以下等式來運算更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image025
：
Figure 02_image027
。
更新後的波束成形碼簿可包含三個或大於三個波束成形向量。
處理電路可經組態以藉由運算以下等式來估計第一定向電磁信號的主要AoA
Figure 02_image007
：
Figure 02_image029
Figure 02_image031
Figure 02_image033
其中，
Figure 02_image015
為估計的組合通道，且
Figure 02_image035
為圍繞所選擇的搜索角
Figure 02_image037
的鄰域中的角的集合。
處理電路可經組態以根據以下等式來選擇所選擇的搜索角
Figure 02_image039
：
Figure 02_image041
其中
Figure 02_image043
處理電路可經組態以根據在先前波束掃描時段中接收到的第三定向電磁信號的估計的主要到達角來選擇所選擇的搜索角
Figure 02_image039
。
處理電路可經組態以藉由以下等式運算圍繞所選擇的搜索角
Figure 02_image039
的鄰域
Figure 02_image045
中的角的集合：
Figure 02_image047
其中，
Figure 02_image049
控制
Figure 02_image035
至
Figure 02_image051
中的角的數目，且其中
Figure 02_image053
為
Figure 02_image035
中的角的角解析度。
天線陣列中的天線元件的數目
Figure 02_image055
可為更新後的波束成形碼簿中的波束成形向量的數目
Figure 02_image057
的整數倍，且其中可根據以下等式來運算一或多個剩餘到達角
Figure 02_image059
：
Figure 02_image061
其中，
Figure 02_image063
為第一定向電磁信號的估計的主要到達角。
天線陣列中的天線元件的數目
Figure 02_image055
可以不是更新後的波束成形碼簿中的波束成形向量的數目
Figure 02_image057
的整數倍，且其中一或多個剩餘到達角是選自角的約束集合
Figure 02_image065
，其中
Figure 02_image067
。
處理電路可經組態以藉由在不執行通道估計的情況下自更新後的波束成形碼簿選擇用於資料接收的波束成形向量來判定用於第二定向電磁信號的資料接收的波束成形向量。
判定用於第二定向電磁信號的資料接收的波束成形向量可包含：基於對第二定向電磁信號的通道估計且基於更新後的波束成形碼簿來顯式地計算波束成形向量。
在以下詳細描述中，藉助於說明僅繪示且描述本發明的某些例示性實施例。如所屬技術領域中具有通常知識者將認識到，本發明可以許多不同形式體現且不應將其理解為限於本文中所闡述的實施例。
在混合式波束成形無線通信系統中，移動電台（mobile station；MS）（亦稱為使用者設備（user equipment；UE））或基地台（base station；BS）時段性地執行波束掃描以對抗不良鏈路預算，以便改良效能（例如，信雜比）。將在UE處的波束掃描的上下文中描述本揭露的實施例的態樣，UE將被認為是接收器（Rx）。然而，本揭露的實施例不限於此，且亦可應用於基地台。當執行波束掃描量測時，UE自波束成形碼簿
Figure 02_image069
中選擇不同的波束成形向量，其中波束成形向量用於組合來自附接至UE的不同天線（例如，天線陣列的不同天線元件）的信號。基於波束掃描量測，UE判定用於資料接收的波束成形向量。用於判定波束成形向量的方法包含：在不執行通道估計的情況下自預定義波束成形碼簿中選擇用於資料接收的波束成形向量；以及基於通道估計來顯式地計算用於資料接收的波束成形向量。在此等兩種方法中，波束成形碼簿
Figure 02_image069
的品質為判定的波束成形向量的品質中的重要因素。因此，本揭露的實施例的態樣是關於用於基於波束掃描量測來更新波束成形碼簿
Figure 02_image069
以改良系統效能的系統及方法。
圖1為根據本揭露的一個實施例的波束成形無線通信系統的方塊圖。在圖1中所繪示的實施例中，移動電台（MS）或使用者設備（UE）100與基地台（BS）200通信，其中基地台200將定向信號30（例如，定向電磁信號）發射至移動電台100。移動電台100包含天線陣列120，所述天線陣列120包含多個天線元件。同樣，基地台200包含天線陣列220，所述天線陣列220亦包含多個元件。在圖1中所繪示的實施例中，移動電台100的天線陣列120及基地台200的天線陣列220為線性陣列，但本揭露的實施例不限於此，且亦可應用於不同形狀的天線陣列，諸如平面陣列。基地台200可藉由控制向天線陣列的不同元件提供信號之間的相移或時間延遲來操縱天線陣列220發射定向信號30的方向。同樣，移動電台100可操縱其天線陣列120接收信號的方向。
在圖1中所繪示的配置中，定向信號30以相對於天線陣列120的角
Figure 02_image071
到達移動電台100。出於論述起見，垂直於天線陣列的方向將被假定為在零（0）的角度處，且天線陣列120能夠在360°（或
Figure 02_image073
弧度）內接收信號，因此角
Figure 02_image075
可介於例如−180°至+180°或介於
Figure 02_image077
弧度的範圍內。等效地，可將到達角
Figure 02_image071
表示為在
Figure 02_image079
至
Figure 02_image081
或
Figure 02_image083
弧度至
Figure 02_image073
弧度的範圍內。
如圖1中所繪示，移動電台100包含無線電收發器10，所述無線電收發器10包含用於恢復在接收到的定向信號30中編碼的資料的各種組件。（無線電收發器10亦可包含用於發射無線電信號的組件。儘管本文中的論述集中在無線電收發器10的接收側上，但本揭露的實施例不限於無線電接收器。舉例而言，當在經組態以發射資料的基地台處執行波束掃描時，可應用本揭露的實施例的態樣來更新波束成形碼簿。）可將接收到的定向信號30提供至接收濾波器12（例如，帶通濾波器），且可將濾波後的信號提供至偵測器14及通道估計器16。通道估計器16可產生用於控制偵測器14以及無線電收發器10的其他組件的通道狀態資訊（channel state information；CSI），以適應環境中的變化條件。環境中此等變化條件可包含在移動電台100的天線陣列120處接收到的定向信號30的到達角（AoA）
Figure 02_image085
。自通道估計器16提供至偵測器14的參數中的一些包含基於接收到的定向信號30的當前估計的到達角（AoA）的參數。通道估計器16可基於波束成形碼簿
Figure 02_image087
提供此等參數。根據本揭露的一些實施例，通道估計器16與波束成形碼簿更新器140通信或包含波束成形碼簿更新器140，所述波束成形碼簿更新器140經組態以在波束掃描時段之間更新波束成形碼簿
Figure 02_image087
，如下文更詳細地論述。
將通道估計器16的輸出提供至使用通道狀態資訊來執行符號偵測的偵測器14。解碼器18可組態以自偵測器14接收偵測到的符號，且將偵測到的符號解碼為待提供以用於由無線電收發器10中的應用程式（諸如語音通話、資料封包以及類似物）消耗的資料（諸如數位位元流）。在本揭露的各種實施例中，無線電收發器10的組件（諸如濾波器12、偵測器14、通道估計器16、碼簿更新器140以及解碼器18）可實施於數位無線電的一或多個處理電路（例如，無線電基頻處理器（radio baseband processor；BP或BPP）、中央處理單元（central processing unit；CPU）、微控制器、數位信號處理器（digital signal processor；DSP）、場可程式化閘陣列（field programmable gate array；FPGA）或特殊應用積體電路（application specific integrated circuit；ASIC））中，其中不同區塊的不同部分可實施於相同電路中（例如，相同晶粒上或相同封裝中）或實施於不同電路中（例如，藉由通信匯流排連接的不同晶粒上或不同封裝中）。
如上文所指出，在混合式波束成形系統中，無線電接收器或無線電收發器可包含可操縱以在可能操縱角度的範圍內自任何方向接收定向信號的天線陣列（例如，天線陣列120）。在一些情況下，使用例如天線陣列的天線元件（或接收天線）之間的相移或時間延遲來電子地操縱天線陣列。可將對應於給定方向的特定參數表示為波束成形向量
Figure 02_image089
。波束成形碼簿
Figure 02_image087
可包含兩個或大於兩個不同波束成形向量
Figure 02_image089
。舉例而言，可將具有
Figure 02_image091
個不同波束成形向量的碼簿
Figure 02_image087
表示為：
 
Figure 02_image093
 （1）
其中，
Figure 02_image095
表示每個射頻（radio frequency；RF）鏈的天線元件（或接收天線）的數目，且假定
Figure 02_image097
。
圖2A、圖2B以及圖2C為判定信號的到達角的示意性描繪。在圖2A、圖2B以及圖2C中所繪示的實施例中，將天線陣列120的天線元件配置為線性陣列，且天線元件以距離
Figure 02_image099
均勻地間隔開。如圖2A中所繪示，定向信號30到達相對於垂直於天線陣列120的方向量測的角
Figure 02_image071
。如上文所指出，將天線陣列120假定為能夠接收以自
Figure 02_image101
至
Figure 02_image103
的角度接收的信號。圖2A示出其中碼簿
Figure 02_image087
具有兩個波束成形向量
Figure 02_image105
（
Figure 02_image107
）的配置。將範圍
Figure 02_image101
至
Figure 02_image103
劃分為對應於範圍
Figure 02_image109
中的到達角的第一扇區201及對應於範圍
Figure 02_image111
中的到達角的第二扇區202。第一扇區201對應於沿角
Figure 02_image113
的第一波束成形向量211，且第二扇區202對應於沿角
Figure 02_image115
的第二波束成形向量212。
可將在
Figure 02_image117
個不同子載波處的實際通道
Figure 02_image119
表示為：
 
Figure 02_image121
 （2）
可將組合信號
Figure 02_image123
模型化為：
 
Figure 02_image125
 （3）
其中
Figure 02_image127
表示在當前（第
Figure 02_image129
個）波束掃描時段期間發射的定向信號30中的波束掃描參考符號，且
Figure 02_image131
表示通道雜訊。
基於組合信號
Figure 02_image123
的此模型，通道估計器16估計用於第
Figure 02_image129
波束掃描時段的組合通道
Figure 02_image133
，其中將
Figure 02_image135
表示為在第
Figure 02_image129
波束掃描時段期間
Figure 02_image137
的估計，且其中將
Figure 02_image139
模型化為：
 
Figure 02_image141
 （4）
其中
Figure 02_image143
為用於第
Figure 02_image129
波束掃描時段的當前波束成形碼簿，
Figure 02_image145
為未知的通道，且
Figure 02_image147
表示在第
Figure 02_image129
波束掃描時段期間組合通道的估計誤差，且表示為：
 
Figure 02_image149
 （5）
在執行波束掃描之後，可在掃描波束成形向量
Figure 02_image089
當中選擇最佳波束成形向量以改良類比波束成形增益（例如，改良偵測器14偵測接收到的定向信號30中的符號的能力）。在圖2A中所繪示實例中，通道估計器可在第一波束成形向量211與第二波束成形向量212之間選擇。由於定向信號30的到達角
Figure 02_image071
在第二扇區202中，且第二波束成形向量212更接近定向信號30的實際到達角
Figure 02_image071
，因此通道估計器可選擇第二波束成形向量212作為最佳波束成形向量。替代地，給定自波束掃描製程獲得的量測，可估計類比通道，使得可導出用於資料接收（例如，在波束掃描時段之間的資料接收時段或資料傳輸時段期間）的波束成形向量
Figure 02_image089
以進一步改良系統效能。 在兩種情況下，波束成形碼簿
Figure 02_image087
的選擇為無線電接收器系統的效能中的主要因素。
圖2B提供其中碼簿
Figure 02_image087
包含三個波束成形向量（
Figure 02_image151
）的另一實例。更詳細地，第一扇區221可對應於自
Figure 02_image101
至
Figure 02_image153
的到達角且對應於角度為
Figure 02_image155
的第一波束成形向量231，第二扇區222可對應於自
Figure 02_image153
至
Figure 02_image157
的到達角且對應於角度為0（或瞄準線）的第二波束成形向量232，且第三扇區223可對應於自
Figure 02_image157
至
Figure 02_image159
的到達角且對應於角度為
Figure 02_image161
的第三波束成形向量233。
在圖2B中所繪示的配置中，通道估計器16可判定第二波束成形向量232為最佳波束成形向量，且將第三波束成形向量233的參數提供至偵測器14以用於對接收到的定向信號30進行解碼。然而，如在圖2B中所見，第二波束成形向量232未與接收到的定向信號30的到達角
Figure 02_image071
完全對準，且若所選擇的波束成形向量與接收到的信號30的到達角
Figure 02_image071
更緊密地匹配，則將改良無線電收發器10在解碼信號時的效能。
因此，本揭露的實施例的態樣是關於藉由基於組合通道
Figure 02_image135
且基於用於當前（
Figure 02_image129
）波束掃描時段的波束成形碼簿
Figure 02_image163
運算用於下一（
Figure 02_image165
）波束掃描時段的更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image167
來改良混合式波束成形增益。（此可等效地表示為在先前波束掃描時段
Figure 02_image169
期間更新先前波束成形碼簿
Figure 02_image171
以運算用於當前時段
Figure 02_image129
的更新後的波束成形碼簿（或當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
）。）
圖2C示出更新波束成形碼簿的情況。如圖2C中所繪示，在更新波束成形碼簿之後，更新後的波束成形向量231′、更新後的波束成形向量232′以及更新後的波束成形向量233′的方向不同於圖2B中所繪示的波束成形向量231、波束成形向量232以及波束成形向量233的方向。更詳細地，更新後的第一波束成形向量231′的方向與定向信號30的到達角
Figure 02_image071
對準，且對應第三扇區221′的端點同樣被更新。更新後的第二波束成形向量232′及更新後的第三波束成形向量233′亦更新為指向新的方向。下文更詳細地描述根據本揭露的實施例的用於運算更新後的波束成形碼簿的系統及方法。
圖3為根據本揭露的一個實施例的波束成形碼簿更新器140的方塊圖。如圖3中所繪示，在一個實施例中，碼簿更新器140包含主要到達角（AoA）估計器142，剩餘到達角（AoA）計算器144以及碼簿建構器146。圖4為描繪根據本揭露的一個實施例的用於更新波束成形碼簿的方法400的流程圖。
參考圖3及圖4，根據本揭露的一個實施例，通道估計器16將估計的組合通道
Figure 02_image139
提供至碼簿更新器140。碼簿更新器140亦可接收用於當前波束掃描時段
Figure 02_image129
的波束成形碼簿
Figure 02_image025
作為輸入，或碼簿更新器140可使波束成形碼簿
Figure 02_image025
已儲存於記憶體中（例如，自先前計算或基於碼簿更新器140的初始化）。
本揭露的實施例的態樣是關於在通道在角域中稀疏的假設下用於碼簿更新的基於壓縮感測（compressive sensing；CS或壓縮感知）的方法。如上文所指出，給定
Figure 02_image071
作為定向信號30的到達角（AoA），且
Figure 02_image099
作為均勻線性陣列的天線元件的天線間距或間隔，可將天線響應向量寫成：
 
Figure 02_image173
 （6）
其中
Figure 02_image175
表示波長，
Figure 02_image177
指示轉置操作，且在不損失一般性的情況下，假定
Figure 02_image179
及
Figure 02_image181
。將
Figure 02_image183
表示為到達角（AoA）的量化值的集合，其中：
 
Figure 02_image185
 （7）
在本揭露的一些實施例中，初始波束成形碼簿（例如，當系統首次啟動時，在對波束成形碼簿執行任何更新之前）為均勻離散傅立葉變換（discrete Fourier transform；DFT）碼簿。在一些實施例中，初始波束成形碼簿為局部識別碼簿。在一些實施例中，初始波束成形碼簿為以下給出的碼簿：
 
Figure 02_image187
 （8）
對於一些單一矩陣
Figure 02_image189
。當
Figure 02_image189
為全形DFT矩陣時，碼簿更新器140可自
Figure 02_image189
提取
Figure 02_image091
個角以用於估計主要AoA，如下文更詳細地描述。
在操作410中，基於給定的估計的組合通道
Figure 02_image015
及當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
，碼簿更新器140的主要AoA估計器142估計主要AoA
Figure 02_image063
。
在估計主要AoA
Figure 02_image191
之後，在操作450中，碼簿更新器140的剩餘AoA計算器144運算更新後的碼簿的剩餘(
Figure 02_image193
)個AoA
Figure 02_image195
，且在操作490中，碼簿更新器140的碼簿建構器146基於運算出的主要AoA
Figure 02_image063
及剩餘(
Figure 02_image193
)個AoA
Figure 02_image195
來建構更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image167
。
在操作410中由主要AoA估計器142運算主要AoA
Figure 02_image191
及在操作450中由剩餘AoA計算器144運算剩餘
Figure 02_image193
個AoA
Figure 02_image195
的細節將在下文相對於兩個不同的條件更詳細地描述：波束成形碼簿
Figure 02_image087
恰好包含兩個波束成形向量
Figure 02_image107
的情況（例如，如圖2A中所示出）；及波束成形碼簿
Figure 02_image087
包含超過兩個波束成形向量
Figure 02_image197
的情況（等效地，三個或大於三個波束成形向量
Figure 02_image199
，例如
Figure 02_image151
的情況，如圖2B及圖2C中所示出）。
在波束成形碼簿
Figure 02_image087
恰好包含兩個波束成形向量（
Figure 02_image107
）且接收天線陣列120中的天線元件的數目
Figure 02_image095
為偶數的情況下，若可將波束成形碼簿
Figure 02_image087
寫成：
 
Figure 02_image201
 （9）
 
Figure 02_image203
 （10）
對於一些常數
Figure 02_image205
，則隨後主要AoA估計器142根據以下給出的閉合形式解答在操作410中估計主要AoA
Figure 02_image063
。
Figure 02_image207
 （11）
Figure 02_image209
 （12）
Figure 02_image211
 （13）
其中
Figure 02_image213
及
Figure 02_image215
為對應於前兩個天線元件（例如，天線陣列的兩個天線元件)的估計類比通道。
在此實施例中，剩餘AoA計算器144在操作450中根據
Figure 02_image021
將唯一的其他AoA
Figure 02_image023
（由於
Figure 02_image107
，且因此
Figure 02_image217
）運算為指向與主要AoA相反的方向。
因此，在操作490中，碼簿建構器146將更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image167
建構為
 
Figure 02_image219
 （14）
更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image167
為均勻離散傅立葉變換（DFT）碼簿。若
Figure 02_image095
為偶數，則隨後
Figure 02_image167
滿足以上等式（9）及等式(10)的條件。因此，在
Figure 02_image107
的情況下，在每一波束掃描時段期間，根據等式(11)、等式（12）以及等式（13）的閉合形式解答可用於導出更新後的波束成形碼簿的主要AoA
Figure 02_image063
及剩餘AoA（其他AoA
Figure 02_image023
）。
在波束成形碼簿包含超過兩個波束成形向量（
Figure 02_image197
）的情況下，本揭露的實施例的態樣是關於藉由僅在特定角的集合當中進行搜索來降低主要AoA估計器142在操作410中搜索主要AoA的複雜度。圖5為根據本揭露的一個實施例的用於運算主要到達角（AoA）的方法的流程圖。
假定波束成形碼簿
Figure 02_image087
中的每一波束成形向量
Figure 02_image089
為離散傅立葉變換（DFT）向量，對應於角
Figure 02_image221
，隨後可將波束成形碼簿
Figure 02_image087
表示為：
 
Figure 02_image223
 （15）
換言之，主要AoA估計器藉由選擇具有最大接收信號功率（例如，使運算式最大化）的角而自當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
的角
Figure 02_image221
當中選擇主要AoA
Figure 02_image037
：
 
Figure 02_image225
 （16）
表示為公式，通道的主要AoA
Figure 02_image063
根據以下等式估計：
 
Figure 02_image227
 （17）
其中
Figure 02_image229
指示共軛轉置，且其中
Figure 02_image035
為圍繞所選擇的搜索角
Figure 02_image037
的鄰域中的角的集合。
在本揭露的一些實施例中，
Figure 02_image035
是指在
Figure 02_image231
至
Figure 02_image103
之間（例如，可能的值的全範圍）均勻取樣的
Figure 02_image049
個量化值。當不存在關於接收到的定向信號30的可能到達角的先前知識時，此方法可為有益的。
在一些實施例中，代替在
Figure 02_image231
至
Figure 02_image103
之間均勻取樣的
Figure 02_image049
個量化值當中進行搜索，本揭露的實施例的態樣是關於主要AoA估計器142，其自圍繞搜索角
Figure 02_image037
取樣的潛在角的鄰域運算主要AoA
Figure 02_image063
，所述搜索角
Figure 02_image037
選自
Figure 02_image221
，引起最大接收信號功率。根據一些實施例，在操作412中，主要AoA估計器142自
Figure 02_image221
選擇搜索角
Figure 02_image037
。在一些實施例中，根據以下等式計算
Figure 02_image233
：
 
Figure 02_image235
 （18）
 
Figure 02_image237
 （19）
給定所選擇的搜索角
Figure 02_image037
，根據本揭露的一些實施例，在操作414中，主要AoA估計器142隨後運算所選擇的搜索角
Figure 02_image037
的鄰域中的可能搜索角
Figure 02_image035
的集合，所述可能搜索角
Figure 02_image035
由以下等式給出：
 
Figure 02_image239
 （20）
在上述運算式中，以
Figure 02_image241
的角度解析度運算九個可能的搜索角。然而，本揭露的實施例不限於此，且可包含其他數目的取樣點，諸如以
Figure 02_image243
的角度解析度取樣的17個點或以
Figure 02_image245
的角度解析度取樣的13個點。
更一般而言，對於
Figure 02_image197
的主要AoA估計，給定所選擇的角
Figure 02_image037
，當估計主要AoA
Figure 02_image063
時，可運算鄰域中的可能搜索角
Figure 02_image035
的不同選擇。更具體而言，根據碼簿更新器140的硬體約束可承受的複雜度及所選擇的角
Figure 02_image037
的置信度，主要AoA估計器142可藉由為角解析度
Figure 02_image053
及集合
Figure 02_image051
中的角數目挑選適當值來動態調整可能搜索角
Figure 02_image035
的集合：
 
Figure 02_image247
 （21）
舉例而言，若複雜度不是問題（例如，碼簿更新器具有足夠的處理能力以在分配的時間窗口內（例如，在下一（
Figure 02_image165
）波束掃描時段之前）執行運算），則主要AoA估計器142可使用較大的
Figure 02_image049
值及較小的
Figure 02_image053
值。若所選擇的角
Figure 02_image037
的置信度較高（例如，所選擇的角
Figure 02_image249
接近實際到達角的較高置信度），則給定複雜度水平，吾人可選擇較小的
Figure 02_image053
值以具有更精細角解析度（例如，可能引起更接近接收到的定向信號30的實際AoA的估計的主要AoA）。
在操作416中，主要AoA估計器142隨後根據以下等式自所選擇的搜索角
Figure 02_image037
的鄰域
Figure 02_image035
中的角當中識別主要AoA
Figure 02_image063
：
 
Figure 02_image251
 （22）
換言之，主要AoA估計器142運算圍繞所選擇的搜索角
Figure 02_image037
的點
Figure 02_image035
（例如，上述運算式中的9個點）取樣處的相關性，且選擇具有最大相關性的角作為估計的主要AoA
Figure 02_image063
。在一些實施例中，在波束成形碼簿
Figure 02_image087
中的每一列不是DFT向量的情況下，在少數AoA處計算相關性，且基於在彼等少數AoA當中的最高相關性AoA來選擇
Figure 02_image037
。
此外，在本揭露的一些實施例中，若實際通道的主要AoA
Figure 02_image063
在兩個波束掃描時段之間緩慢改變（例如，由於移動電台相對靜止或處於靜止），則在第
Figure 02_image129
波束掃描時段中，所選擇的搜索角
Figure 02_image037
將等於或接近來自先前波束掃描時段（
Figure 02_image169
）的估計的主要AoA
Figure 02_image253
。因此，在本揭露的一些實施例中，對於
Figure 02_image255
，代替計算
Figure 02_image257
，在操作412中，將來自先前波束掃描時段的主要AoA
Figure 02_image259
用作所選擇的搜索角
Figure 02_image257
，在所選擇的搜索角
Figure 02_image257
的鄰域中，在當前波束掃描時段期間搜索主要AoA。然而，對於第一波束掃描時段（
Figure 02_image261
），由於在通道主要AoA上沒有可用資訊，因此主要AoA估計器142可計算所選擇的搜索角
Figure 02_image263
。（應注意，上文所論述的近似值對波束成形向量的數目
Figure 02_image091
及接收天線的數目
Figure 02_image095
的任何值起作用。）
在本揭露的一些實施例中，對於初始時段（
Figure 02_image255
）之後的時段，進一步簡化主要AoA
Figure 02_image191
的估計。特定言之，表示：
 
Figure 02_image265
 （23）
以及
 
Figure 02_image267
 （24）
 
Figure 02_image269
 （25）
隨後，在一些實施例中，根據以下等式計算當前波束掃描時段
Figure 02_image129
的主要AoA
Figure 02_image271
：
 
Figure 02_image273
 （26）
換言之，在本揭露的一些實施例中，主要AoA估計器142在估計
Figure 02_image271
時僅考慮前兩個波束掃描量測
Figure 02_image275
及
Figure 02_image277
。（然而，當使用偵測器14恢復通道時，考慮當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
中的所有波束向量。）
返回參考圖3及圖4，在操作450中，對於
Figure 02_image197
的情況，剩餘AoA計算器144計算更新後的碼簿
Figure 02_image087
的剩餘
Figure 02_image279
個AoA（或波束成形向量）。
在天線陣列120中的天線元件的數目
Figure 02_image095
是波束成形碼簿
Figure 02_image087
中的波束成形向量的數目
Figure 02_image091
的整數倍的實施例中，剩餘AoA計算器在操作450中根據以下等式來計算剩餘AoA：
 
Figure 02_image281
 （27）
在天線陣列120中的天線元件的數目
Figure 02_image095
不是波束成形碼簿
Figure 02_image087
中的波束成形向量的數目
Figure 02_image091
的整數倍的實施例中，剩餘AoA計算器在操作450中根據圍繞可能的AoA的360°或
Figure 02_image073
範圍間隔的角的約束集合
Figure 02_image283
來計算剩餘AoA，其中：
 
Figure 02_image285
 （28）
更詳細地，在一些實施例中，藉由諸如同時正交匹配追蹤（simultaneous orthogonal matching pursuit；SOMP）的迭代過程自
Figure 02_image283
計算剩餘AoA。
在一些實施例中，諸如在剩餘AoA計算器144在運算上受到約束（例如，在系統的時間及/或能量預算內使用迭代算法可能是不切實際的）的情況下，剩餘AoA計算器144以引起正交更新碼簿
Figure 02_image087
的方式自
Figure 02_image283
中選擇剩餘AoA，如下文更詳細地描述。
作為一個實例，在
Figure 02_image151
的情況下，根據一個實施例，給定估計的主要AoA
Figure 02_image063
，藉由選擇以下等式來執行剩餘AoA的選擇：
 
Figure 02_image287
 （29）
 
Figure 02_image289
 （30）
在
Figure 02_image091
不是3的情況下，可自集合
Figure 02_image283
中任意選擇剩餘AoA以形成正交波束成形碼簿。
根據本揭露的另一實施例，在接收天線陣列120中存在偶數個天線元件
Figure 02_image095
的情況下，給定估計的主要AoA
Figure 02_image063
，藉由選擇以下等式來執行剩餘AoA的任意選擇：
 
Figure 02_image021
 （31）
 
Figure 02_image289
 （32）
在
Figure 02_image091
不是3的情況下，可自集合
Figure 02_image283
中任意選擇剩餘AoA以形成正交波束成形碼簿。
給定如上文所論述的由主要AoA估計器142及剩餘AoA計算器144估計的波束成形向量或AoA，碼簿建構器146根據以下等式來建構更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image167
：
 
Figure 02_image291
 （33）
圖6為根據本揭露的一個實施例的用於更新碼簿及接收信號的方法600的流程圖。在圖6中所繪示的實施例中，用於在第
Figure 02_image293
時段或先前時段期間接收波束掃描信號，運算下一時段（例如，第
Figure 02_image129
時段或「當前時段」）的更新後的碼簿，以及將更新後的碼簿用於判定接收當前時段（第
Figure 02_image129
時段）的資料信號的波束成形向量的操作。
如圖6中所繪示，在操作601中，在第
Figure 02_image293
時段期間，無線電收發器（例如，移動電台100的無線電收發器10）在波束掃描時段（例如，第
Figure 02_image293
時段的第
Figure 02_image293
波束掃描時段）期間在天線陣列（例如，天線陣列120）處接收第
Figure 02_image293
定向電磁波束掃描信號，且（例如，使用通道估計器16）自接收到的波束掃描信號運算估計的組合通道
Figure 02_image295
。在操作603中，無線電收發器使用上文所描述的系統及方法（諸如在圖4及圖5中示出的實施例中）基於第
Figure 02_image293
時段的估計的組合通道
Figure 02_image295
及波束成形碼簿
Figure 02_image171
來運算更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image025
。以類似於操作603的方式，可隨後在操作613中使用用於當前時段
Figure 02_image129
的更新後的當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
來計算用於下一時段
Figure 02_image297
的下一波束成形碼簿
Figure 02_image299
，如下文更詳細地描述。
如圖6中所繪示，在操作605中，在第
Figure 02_image293
資料接收時段期間，無線電收發器可基於在較早時段（例如，第
Figure 02_image301
時段）中運算的波束成形碼簿
Figure 02_image171
來判定在相同天線陣列（例如，天線陣列120）處接收到的定向電磁資料信號的波束成形向量
Figure 02_image303
。下文將相對於操作615更詳細地描述用於判定波束成形向量的方法。在操作607中，使用判定的波束成形向量（例如，作為通道狀態資訊參數），偵測器14偵測接收到的定向電磁資料信號中的資料符號，且解碼器18可對接收到的資料符號中的資料進行解碼。
在圖6中所繪示的實施例中，運算先前估計的組合通道601，運算更新後的當前碼簿603，判定先前波束成形向量605，以及偵測先前資料符號607均在先前時段或第
Figure 02_image305
時段（或第一時段）期間執行。圖6進一步描繪在先前時段（例如，緊接著第
Figure 02_image293
時段）之後的當前時段或第
Figure 02_image129
時段（或第二時段）期間執行的操作611、操作613、操作615以及操作617。
參考圖6，在操作611中，在第
Figure 02_image129
時段或當前時段期間，無線電收發器在另一波束掃描時段（例如，第
Figure 02_image129
時段的第
Figure 02_image129
波束掃描時段）期間在天線陣列（例如，在第
Figure 02_image293
時段期間使用的相同天線陣列120）處接收第
Figure 02_image129
定向電磁波束掃描信號，且（例如，使用通道估計器16）自接收到的波束掃描信號運算用於當前時段的估計的組合通道
Figure 02_image139
。在操作613中，無線電收發器使用上文所描述的系統及方法（諸如在圖4及圖5中示出的實施例中）基於第
Figure 02_image129
時段的估計的組合通道
Figure 02_image139
及當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
來運算下一時段（例如，第
Figure 02_image307
時段）的更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image167
。在圖6中所繪示的實施例中，在操作613及操作615中使用的當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
為在操作603中的先前第
Figure 02_image293
時段期間運算的碼簿。
在操作615中，在第
Figure 02_image129
資料接收時段期間，無線電收發器可基於在較早時段中運算的當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
（例如，在先前時段或第
Figure 02_image293
時段期間運算的碼簿）來判定在相同天線陣列（例如，天線陣列120）處接收到的定向電磁資料信號（第
Figure 02_image129
資料信號）的波束成形向量
Figure 02_image309
。
用於判定接收到的定向電磁資料信號的波束成形向量的方法包含：在不執行通道估計的情況下，自用於當前時段
Figure 02_image129
的當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
中選擇用於資料接收的波束成形向量；及基於定向電磁資料信號的恢復類比通道顯式地計算用於資料接收的波束成形向量，其中可基於用於當前時段
Figure 02_image129
的當前波束成形碼簿
Figure 02_image025
及當前組合通道
Figure 02_image139
的估計來恢復類比通道。在基於當前時段
Figure 02_image129
的恢復類比通道來顯式地計算波束成形向量的實施例中，更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image025
可與各種通道恢復技術（諸如基於最小平方及/或壓縮感測的演算法）一起使用。
在操作617中，使用當前時段
Figure 02_image129
的判定的波束成形向量（例如，作為通道狀態資訊參數），偵測器14偵測接收到的第
Figure 02_image129
定向電磁資料信號中的資料符號，且解碼器18可對接收到的資料符號中的資料進行解碼。
藉由基於來自當前波束掃描時段（例如，緊接著先前波束掃描時段）的波束成形信號來更新波束成形碼簿，本揭露的實施例的態樣藉由改良接收到的定向電磁資料信號的接收及解碼的品質（例如，信雜比）來對抗不良鏈路預算，無論是藉由在不執行通道估計的情況下自波束成形碼簿
Figure 02_image167
選擇用於資料接收的波束成形向量，還是藉由基於通道估計及波束成形碼簿
Figure 02_image167
來顯式地計算用於資料接收的波束成形向量。
出於清楚起見，儘管每一時段將通常包含波束掃描時段及資料接收時段兩者，但本揭露的實施例不限於此。舉例而言，在圖6中所繪示的實施例中，先前時段或第
Figure 02_image305
時段可包含波束掃描時段但可排除資料接收時段，且當前時段或第
Figure 02_image129
時段可包含資料接收時段且可排除波束掃描時段。因此，圖6繪示使用虛線來指示其為視情況選用的操作605、操作607、操作611以及操作613。另外，儘管圖6繪示在判定當前時段的資料信號的波束成形向量之前運算下一時段的更新後的碼簿，但本揭露的實施例不限於此。舉例而言，在一些實施例中，在判定當前時段的資料信號的波束成形向量之後運算下一時段的更新後的碼簿。
因此，本揭露的實施例的態樣是關於用於更新波束成形碼簿以藉由將波束成形碼簿的波束成形向量與接收到的信號的估計的主要到達角對準來改良類比波束成形增益的系統及方法。本揭露的實施例的一些態樣是關於用於運算估計的主要到達角的系統及方法。 本揭露的實施例的一些態樣是關於基於估計的主要到達角來運算碼簿的剩餘波束成形向量的剩餘到達角。
儘管上文相對於線性天線陣列描述本揭露的實施例的態樣，但本揭露的實施例不限於此，且可適於具有不同形狀的天線陣列。舉例而言，在平面天線陣列的情況下，天線元件可沿兩個維度間隔開。在此類實施例中，接收到的定向信號可被認為具有到達角（AoA）及到達天頂角（zenith angle-of-arrival；ZoA）。同樣，碼簿的波束成形向量中的每一者亦可具有AoA及ZoA。在圖2A、圖2B以及圖2C中所繪示的實施例中，每一波束成形向量與扇區或角的範圍相關聯。以類似方式，在平面陣列的情況下，每一波束成形向量可與AoA及ZoA的潛在組合的立體角相關聯。如所屬技術領域中具有通常知識者將理解，可對用於計算估計的主要AoA及ZoA以及碼簿的方法進行調適以應用於平面陣列。舉例而言，假設平面陣列具有配置在具有
Figure 02_image311
列及
Figure 02_image313
行的矩形柵格中的天線元件，且在假定天線元件以載波波長的一半的距離間隔開的情況下，則隨後可將天線響應向量
Figure 02_image315
寫成：
 
Figure 02_image317
 （34）
其中
Figure 02_image319
表示克洛涅克積（Kronecker product），且
 
Figure 02_image321
 （35）
其中更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image069
的運算可以與上文所描述的方式實質上類似的方式進行，但是使用用於平面陣列的天線響應向量
Figure 02_image315
，而不是使用用於非線性陣列的天線響應向量
Figure 02_image323
。
術語「處理電路」在本文中用於意謂用於處理資料或數位信號的硬體、韌體以及軟體的任何組合。處理電路硬體可包含例如無線電基頻處理器（BP或BBP）、特殊應用積體電路（ASIC）、通用或專用中央處理單元（CPU）、數位信號處理器（DSP）、圖形處理單元（graphics processing unit；GPU）以及可程式化邏輯裝置，諸如場可程式化閘陣列（FPGA）。在處理電路中，如本文中所使用，藉由組態（亦即，硬連線）以執行函數的硬體或藉由經組態以執行儲存於非暫時性儲存媒體中的指令的更通用硬體（諸如CPU）來執行每一函數。處理電路可經製造於單個印刷電路板（printed circuit board；PCB）上或分佈於若干互連PCB上方。處理電路可含有其他處理電路；例如，處理電路可包含在PCB上互連的兩個處理電路，FPGA及CPU。
將理解，儘管本文中可使用術語「第一」、「第二」、「第三」等來描述各種元件、組件、區、層以及/或區段，但此等元件、組件、區、層以及/或區段不應受此等術語限制。此等術語僅用於將一個元件、組件、區、層或區段與另一元件、組件、區、層或區段區分開。因此，在不脫離本揭露的精神及範疇的情況下，本文中論述的第一元件、組件、區、層或區段可稱為第二元件、組件、區、層或區段。
本文中使用的術語僅出於描述特定實施例的目的，且並不意欲限制本發明。如本文中所使用，術語「實質上」、「約」以及類似術語用作表示近似的術語且不用作表示程度的術語，且意欲考慮所屬技術領域中具有通常知識者將辨識到的量測值或計算值中的固有偏差。
如本文中所使用，除非上下文另外明確地指示，否則單數形式「一（a/an）」意欲亦包含複數形式。應進一步理解，術語「包括（comprises/comprising）」在用於本說明書中時指定所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件以及/或組件的存在，但不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件以及/或其群組的存在或添加。如本文中所用，術語「及/或」包含相關聯列舉項目中的一或多者的任何組合及所有組合。諸如「……中的至少一者」的表述在位於元件清單之前時修飾元件的整個清單，而並不修飾清單的個別元件。此外，當描述本揭露的實施例時，「可」的使用指代「本揭露的一或多個實施例」。此外，術語「例示性」意欲指代實例或說明。如本文中所使用，可認為術語「使用（use/using/used）」分別與術語「利用（utilize/utilizing/utilized）」同義。
應理解，當稱元件或層在另一元件或層「上」、「連接至」另一元件或層、「耦接至」另一元件或層或「鄰近於」另一元件或層時，其可直接在所述另一元件或層上、連接至所述另一元件或層、耦接至所述另一元件或層或鄰近於所述另一元件或層，或可存在一或多個介入元件或層。相比而言，當元件或層被稱為「直接在」另一元件或層「上」、「直接連接至」另一元件或層、「直接耦接至」另一元件或層或「緊鄰於」另一元件或層時，不存在介入元件或介入層。
本文中所列舉的任何數值範圍均意欲包含所列舉的範圍內所歸入的具有相同數值精確度的所有子範圍。舉例而言，「1.0至10.0」的範圍意欲包含所列舉的最小值1.0與所列舉的最大值10.0之間（且包含所列舉的最小值1.0及所列舉的最大值10.0）的所有子範圍，亦即，具有等於或大於1.0的最小值及等於或小於10.0的最大值，諸如，2.4至7.6。本文中所列舉的任何最大數值限制意欲包含經包含於其中的所有較低數值限制，且在本說明書中所列舉的任何最小數值限制意欲包含經包含於其中的所有較高數值限制。
儘管已結合某些例示性實施例描述本發明，但應理解本發明並不限於所揭露的實施例，但相反地，本發明意欲涵蓋包含於所附申請專利範圍及其等效物的精神及範疇內的各種修改及等效配置。
10:無線電收發器 12:接收濾波器 14:偵測器 16:通道估計器 18:解碼器 30:定向信號 100:移動電台（MS）或使用者設備（UE）/移動電台 120、220:天線陣列 140:波束成形碼簿更新器 142:主要到達角估計器 144:剩餘到達角計算器 146:碼簿建構器 200:基地台（BS） 201、221:第一扇區 202、222:第二扇區 211、231:第一波束成形向量 212、232:第二波束成形向量 223、221′:第三扇區 231′:更新後的波束成形向量/更新後的第一波束成形向量 232′:更新後的波束成形向量/更新後的第二波束成形向量 233:第三波束成形向量 233′:更新後的波束成形向量/更新後的第三波束成形向量 400、600:方法 410、412、414、416、450、490、601、603、605、607、611、613、615、617:操作 d:距離
Figure 02_image325
:先前波束成形碼簿
Figure 02_image327
:當前波束成形碼簿
Figure 02_image329
:更新後的波束成形碼簿
Figure 02_image007
:主要AoA
Figure 02_image331
、
Figure 02_image333
:組合通道 θ:角/到達角
隨附圖式連同本說明書一起示出本發明的例示性實施例，且連同描述一起用以解釋本發明的原理。 圖1為根據本揭露的一個實施例的波束成形無線通信系統的方塊圖。 圖2A、圖2B以及圖2C為判定電磁信號的到達角的示意性描繪。 圖3為根據本揭露的一個實施例的波束成形碼簿更新器的方塊圖。 圖4為描繪根據本揭露的一個實施例的用於更新用於下一波束掃描的波束成形碼簿的方法400的流程圖。 圖5為根據本揭露的一個實施例的用於運算主要到達角（AoA）的方法的流程圖。 圖6為根據本揭露的一個實施例的用於更新碼簿及接收信號的方法的流程圖。
10:無線電收發器
12:接收濾波器
14:偵測器
16:通道估計器
18:解碼器
30:定向信號
100、MS:移動電台或使用者設備
120、220:天線陣列
140:波束成形碼簿更新器
200、BS:基地台
W t :當前波束成形碼簿
W t +1 :先前波束成形碼簿
Y t :組合通道
θ:到達角

Claims (22)

  1. 一種更新波束成形碼簿的方法，包括： 在先前時段期間在無線通信裝置的天線陣列處接收第一定向電磁信號，所述第一定向電磁信號包括先前波束掃描時段的波束掃描參考符號； 藉由所述無線通信裝置的處理電路，基於接收到的所述第一定向電磁信號來運算估計的組合通道； 藉由所述處理電路，基於所述估計的組合通道及包括對應於不同到達角的兩個或大於兩個波束成形向量的先前波束成形碼簿來估計所述第一定向電磁信號的主要到達角； 藉由所述處理電路，運算與估計的所述主要到達角間隔開的一或多個剩餘到達角； 藉由所述處理電路，基於估計的所述主要到達角及所述一或多個剩餘到達角來建構更新後的波束成形碼簿； 在當前時段期間在所述天線陣列處接收包括資料符號的第二定向電磁信號； 基於所述更新後的波束成形碼簿來判定用於所述第二定向電磁信號的資料接收的波束成形向量；以及 藉由所述處理電路，基於判定的所述波束成形向量來偵測所述第二定向電磁信號中的所述資料符號。
  2. 如請求項1所述的方法，其中所述更新後的波束成形碼簿由兩個波束成形向量組成， 其中估計所述第一定向電磁信號的所述主要到達角
    Figure 03_image007
    包括運算：
    Figure 03_image009
    其中
    Figure 03_image011
    且
    Figure 03_image335
    其中
    Figure 03_image337
    為所述估計的組合通道，且
    Figure 03_image017
    及
    Figure 03_image019
    為對應於所述天線陣列的兩個天線元件的估計的類比通道， 其中所述一或多個剩餘到達角由一個波束成形向量組成，其中所述天線陣列具有偶數個天線元件，且其中根據
    Figure 03_image339
    來運算所述一或多個剩餘到達角
    Figure 03_image341
    ，且 其中根據以下等式來運算所述更新後的波束成形碼簿
    Figure 03_image327
    ：
    Figure 03_image027
    。
  3. 如請求項1所述的方法，其中所述更新後的波束成形碼簿包括三個或大於三個波束成形向量。
  4. 如請求項3所述的方法，其中估計所述第一定向電磁信號的所述主要到達角
    Figure 03_image343
    包括運算：
    Figure 03_image029
    Figure 03_image031
    Figure 03_image033
    其中
    Figure 03_image337
    為所述估計的組合通道，且
    Figure 03_image045
    為圍繞所選擇的搜索角
    Figure 03_image039
    的鄰域中的角的集合。
  5. 如請求項4所述的方法，其中根據以下等式來選擇所述所選擇的搜索角
    Figure 03_image345
    ：
    Figure 03_image041
    其中
    Figure 03_image043
  6. 如請求項4所述的方法，其中根據在先前波束掃描時段中接收到的第三定向電磁信號的估計的主要到達角來選擇所述所選擇的搜索角
    Figure 03_image345
    。
  7. 如請求項4所述的方法，其中藉由以下等式運算圍繞所述所選擇的搜索角
    Figure 03_image345
    的所述鄰域
    Figure 03_image347
    中的所述角的集合：
    Figure 03_image349
    其中
    Figure 03_image351
    控制
    Figure 03_image045
    至
    Figure 03_image353
    中的角的數目，且其中
    Figure 03_image355
    為
    Figure 03_image045
    中的所述角的角解析度。
  8. 如請求項3所述的方法，其中所述天線陣列中的天線元件的數目
    Figure 03_image357
    是所述更新後的波束成形碼簿中的波束成形向量的數目
    Figure 03_image359
    的整數倍，且 其中根據以下等式來運算所述一或多個剩餘到達角
    Figure 03_image059
    ：
    Figure 03_image061
    其中
    Figure 03_image007
    為所述第一定向電磁信號的估計的所述主要到達角。
  9. 如請求項3所述的方法，其中所述天線陣列中的天線元件的數目
    Figure 03_image357
    不是所述更新後的波束成形碼簿中的波束成形向量的數目
    Figure 03_image359
    的整數倍，且 其中所述一或多個剩餘到達角是選自角的約束集合
    Figure 03_image065
    ，其中
    Figure 03_image361
    。
  10. 如請求項1所述的方法，其中判定用於所述第二定向電磁信號的資料接收的所述波束成形向量包括：在不進行通道估計的情況下自所述更新後的波束成形碼簿中選擇用於資料接收的所述波束成形向量。
  11. 如請求項1所述的方法，其中判定用於所述第二定向電磁信號的資料接收的所述波束成形向量包括：基於對所述第二定向電磁信號的通道估計且基於所述更新後的波束成形碼簿來顯式地運算所述波束成形向量。
  12. 一種經組態以更新波束成形碼簿的無線通信裝置，所述無線通信裝置包括： 天線陣列；以及 處理電路，經組態以自所述天線陣列接收信號且經組態以： 在先前時段期間在所述天線陣列處接收第一定向電磁信號，所述第一定向電磁信號包括先前波束掃描時段的波束掃描參考符號； 基於接收到的所述第一定向電磁信號來運算估計的組合通道； 基於所述估計的組合通道及包括對應於不同到達角的兩個或大於兩個波束成形向量的先前波束成形碼簿來估計所述第一定向電磁信號的主要到達角； 運算與估計的所述主要到達角間隔開的一或多個剩餘到達角； 基於估計的所述主要到達角及所述一或多個剩餘到達角來建構更新後的波束成形碼簿； 在當前時段期間在所述天線陣列處接收包括資料符號的第二定向電磁信號； 基於所述更新後的波束成形碼簿來判定用於所述第二定向電磁信號的資料接收的波束成形向量；以及 基於判定的所述波束成形向量來偵測所述第二定向電磁信號中的所述資料符號。
  13. 如請求項12所述的無線通信裝置，其中所述更新後的波束成形碼簿由兩個波束成形向量組成， 其中所述處理電路經組態以藉由運算以下等式來估計所述第一定向電磁信號的所述主要到達角
    Figure 03_image007
    ：
    Figure 03_image009
    其中
    Figure 03_image011
    且
    Figure 03_image335
    其中
    Figure 03_image337
    為所述估計的組合通道，且
    Figure 03_image017
    及
    Figure 03_image019
    為對應於所述天線陣列的兩個天線元件的估計的類比通道， 其中所述一或多個剩餘到達角由一個波束成形向量組成，其中所述天線陣列具有偶數個天線元件，且其中根據
    Figure 03_image339
    來運算所述一或多個剩餘到達角
    Figure 03_image341
    ，且 其中根據以下等式來運算所述更新後的波束成形碼簿
    Figure 03_image327
    ：
    Figure 03_image027
    。
  14. 如請求項12所述的無線通信裝置，其中所述更新後的波束成形碼簿包括三個或大於三個波束成形向量。
  15. 如請求項14所述的無線通信裝置，其中所述處理電路經組態以藉由運算以下等式來估計所述第一定向電磁信號的所述主要到達角
    Figure 03_image343
    ：
    Figure 03_image029
    Figure 03_image031
    Figure 03_image033
    其中
    Figure 03_image337
    為所述估計的組合通道，且
    Figure 03_image045
    為圍繞所選擇的搜索角
    Figure 03_image039
    的鄰域中的角的集合。
  16. 如請求項15所述的無線通信裝置，其中所述處理電路經組態以根據以下等式來選擇所述所選擇的搜索角
    Figure 03_image345
    ：
    Figure 03_image041
    其中
    Figure 03_image043
  17. 如請求項15所述的無線通信裝置，其中所述處理電路經組態以根據在先前波束掃描時段中接收到的第三定向電磁信號的估計的主要到達角來選擇所述所選擇的搜索角
    Figure 03_image345
    。
  18. 如請求項15所述的無線通信裝置，其中所述處理電路經組態以藉由以下等式運算圍繞所述所選擇的搜索角
    Figure 03_image345
    的所述鄰域
    Figure 03_image347
    中的所述角的集合：
    Figure 03_image349
    其中
    Figure 03_image351
    控制
    Figure 03_image045
    至
    Figure 03_image353
    中的角的數目，且其中
    Figure 03_image355
    為
    Figure 03_image045
    中的所述角的角解析度。
  19. 如請求項14所述的無線通信裝置，其中所述天線陣列中的天線元件的數目
    Figure 03_image357
    是所述更新後的波束成形碼簿中的波束成形向量的數目
    Figure 03_image359
    的整數倍，且 其中根據以下等式來運算所述一或多個剩餘到達角
    Figure 03_image059
    ：
    Figure 03_image061
    其中
    Figure 03_image059
    為所述第一定向電磁信號的估計的所述主要到達角。
  20. 如請求項14所述的無線通信裝置，其中所述天線陣列中的天線元件的數目
    Figure 03_image357
    不是所述更新後的波束成形碼簿中的波束成形向量的數目
    Figure 03_image359
    的整數倍，且 其中所述一或多個剩餘到達角是選自角的約束集合
    Figure 03_image065
    ，其中
    Figure 03_image361
    。
  21. 如請求項12所述的無線通信裝置，其中所述處理電路經組態以藉由在不執行通道估計的情況下自所述更新後的波束成形碼簿選擇用於資料接收的所述波束成形向量來判定用於所述第二定向電磁信號的資料接收的所述波束成形向量。
  22. 如請求項12所述的無線通信裝置，其中判定用於所述第二定向電磁信號的資料接收的所述波束成形向量包括：基於對所述第二定向電磁信號的通道估計且基於所述更新後的波束成形碼簿來顯式地計算所述波束成形向量。
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