TWI831877B - 配置以執行波束掃描操作的無線通訊設備及其操作方法 - Google Patents

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TWI831877B TW108143078A TW108143078A TWI831877B TW I831877 B TWI831877 B TW I831877B TW 108143078 A TW108143078 A TW 108143078A TW 108143078 A TW108143078 A TW 108143078A TW I831877 B TWI831877 B TW I831877B
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Abstract

一種操作無線通訊設備的方法，無線通訊設備包括天線陣列，天線陣列包括多個子陣列，所述方法包括：掃描在所述子陣列中的每一者中形成的接收波束以使得接收波束在相應的多個掃描位置處具有多個接收波束圖案，並在所述掃描位置中的每一者處經由天線陣列接收訊號；基於訊號，為所述子陣列中的每一者產生基本通道矩陣資訊，基本通道矩陣資訊包括與接收波束圖案對應的通道矩陣；對至少一個群組組合執行數位掃描操作，並產生補充通道矩陣資訊，所述至少一個組合群組是使用基本通道矩陣資訊確定的；以及使用基本通道矩陣資訊及補充通道矩陣資訊選擇天線陣列的接收波束圖案。

Description

配置以執行波束掃描操作的無線通訊設備及其操作方法 [相關申請案的交叉參考]
本申請案主張分別於2018年11月28日及2019年4月19日在韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2018-0150084號及韓國專利申請案第10-2019-0046084號的權益，所述韓國專利申請案的揭露內容全文併入本申請案供參考。
本揭露大體而言是有關於一種無線通訊設備，且更具體而言是有關於一種為改善通訊效能而執行波束掃描操作的無線通訊設備。
最近提出的第五代(fifth-generation，5G)通訊系統(5G無線電存取技術(radio access technology))旨在藉由使用100百萬赫茲(MHz)或大於100百萬赫茲的超寬頻頻寬提供每秒幾十億位元(Gbps)的超高速資料服務來改善商業上廣泛使用的長期演進(long-term evolution，LTE)及進階長期演進(LTE advanced， LTE-A)的效能。慮及在LTE及LTE-A中所使用的幾百百萬赫茲或幾十億赫茲(GHz)的頻帶上達成超寬頻通訊的技術挑戰，在5G通訊系統中可考慮6十億赫茲或大於6十億赫茲的頻率。舉例而言，可為5G考慮使用毫米(millimeter，mm)波頻帶來增大傳輸速率的技術，毫米波頻帶具有包括28十億赫茲頻帶(26.5-29.5十億赫茲)及60十億赫茲頻帶(57-71十億赫茲)的潛在頻帶。然而，由於無線電波的路徑損耗與頻率成比例，因此在毫米波情況下出現的相對高的路徑損耗可減小給定基地台的通訊服務區域。
為防止此種服務區域的減小，已針對5G提出了波束成形技術(beamforming technique)，所述波束成形技術藉由使用多個天線產生定向波束來增大無線電波的範圍。波束成形技術可應用於發射裝置(例如，基地台)及接收裝置(例如，終端)中的每一者。波束成形技術不僅可擴大服務區域，且亦可減少由於物理波束朝目標聚焦而產生的干擾。
在5G通訊系統中，發射裝置的發射波束的指向方向應對準接收裝置的接收波束的指向方向，以使波束成形技術的有益效果最佳化。因此，對形成此種最佳化指向波束的波束成形技術進行了研究。
本發明概念的實施例提供一種無線通訊設備以及操作無線通訊設備的方法，所述無線通訊設備可在5G無線通訊系統中 選擇與基地台的多個發射波束中的任一者最佳化地對準的接收波束的圖案。
根據本發明概念的態樣，提供一種操作無線通訊設備的方法，所述無線通訊設備包括天線陣列，所述天線陣列包括多個子陣列。所述方法包括：掃描在所述子陣列中的每一者中形成的接收波束以使得所述接收波束在相應的多個掃描位置處具有多個接收波束圖案，並在所述掃描位置中的每一者處經由所述天線陣列接收訊號；基於所述訊號，為所述子陣列中的每一者產生基本通道矩陣資訊，所述基本通道矩陣資訊包括與所述接收波束圖案對應的通道矩陣；對至少一個子陣列群組執行數位掃描操作，並產生補充通道矩陣資訊，所述至少一個子陣列群組是使用所述通道矩陣資訊確定的所述子陣列的群組組合；以及使用所述基本通道矩陣資訊及所述補充通道矩陣資訊選擇所述天線陣列的接收波束圖案。
根據本發明概念的另一態樣，提供一種操作無線通訊設備的方法，所述無線通訊設備包括多個天線陣列。所述方法包括：使用包括所述天線陣列中的多個子陣列的第一天線陣列執行波束掃描操作。所述使用所述第一天線陣列執行所述波束掃描操作包括：控制所述第一天線陣列的所述子陣列中的每一者的相位及振幅中的至少一者，使得在所述第一天線陣列中形成的接收波束在相應的多個波束掃描位置處具有多個接收波束圖案；基於經由所述第一天線陣列接收的訊號，為所述子陣列中的每一者產生第一 通道矩陣資訊，所述第一通道矩陣資訊包括與所述接收波束圖案對應的通道矩陣；以及對所述子陣列中的所選擇的子陣列的至少一個群組組合執行數位波束掃描操作，並產生第一附加通道矩陣資訊，其中所述群組組合是使用所述第一通道矩陣資訊來確定。
根據本發明概念的另一態樣，提供一種無線通訊設備，所述無線通訊設備包括：多個天線陣列，所述多個天線陣列中的每一者包括多個子陣列；多個射頻(radio-frequency，RF)鏈，分別連接至所述多個天線陣列；以及控制器，被配置成處理自所述天線陣列接收的訊號。所述控制器基於波束成形矩陣控制所述子陣列中的每一者的天線元件的相位及振幅中的至少一者，並實行類比波束掃描操作。所述控制器慮及能夠由包括所述天線陣列的所述子陣列的群組組合形成的接收波束圖案而使用在所述類比波束掃描操作中接收的訊號執行數位波束掃描操作。
1:無線通訊系統
10:基地台
20:無線裝置/無線通訊設備
100、200、300、400:無線裝置
110_1:第一天線陣列/天線陣列
110_p:第p天線陣列/天線陣列
112_1:子陣列/第一子陣列
112_k:第k子陣列/子陣列
114、SMk:降頻轉換混頻器
120_1、220、320:射頻(RF)鏈
120_p:射頻鏈/第p射頻鏈120_p
121:類比-數位轉換器(ADC)
122:串列-並列轉換器
123:快速傅立葉變換器
130、230、330:控制器
132、462:接收(RX)波束選擇模組
210:天線陣列
210_1、310_1:第一子陣列
210_2:第二子陣列
231、331:通道估測器
232、332:相對權重值訓練器
233、333:波束成形控制器
234、334:緩衝器
235、335:選擇器
236:提取器
310:第p天線陣列
310_2:第二子陣列
310_n:第n子陣列
310_z:第z子陣列
310_(z-n+1):第z-n+1子陣列
310_(z-n+2):第z-n+2子陣列
410:第一天線模組
411:天線陣列
412:前端射頻積體電路(RFIC)
420:第二天線模組
430:第三天線模組
440:第四天線模組
450:後端射頻積體電路(RFIC)
460:資料處理器
1000:電子裝置
1010:記憶體
1011:程式儲存單元
1012:資料儲存單元
1013:應用程式
1014:接收波束圖案選擇程式
1020:處理器單元
1021:記憶體介面
1022:處理器
1023:周邊裝置介面
1040:輸入/輸出(I/O)控制器
1050:顯示單元
1060:輸入裝置
1090:通訊處理器
ATE_1、ATE_m:天線元件
BMTI1、BMTID:波束成形矩陣資訊
CH_CG:通道候選群組
CH_MT_C1:第一通道矩陣組合
CH_MT_Cy:第y通道矩陣組合
CH_MT_Cy':第y'通道矩陣組合
CH_MTI:基本通道矩陣資訊/通道矩陣資訊
CH_MTI':通道矩陣資訊
CH_MTI_EX、CH_MTI_EX':補充通道矩陣資訊
CH_MTI1:第一通道矩陣資訊/通道矩陣資訊
CH_MTIp:第p通道矩陣資訊
CH_MTp1:第一通道矩陣
CH_MTp2:第二通道矩陣
CH_MTph:第h通道矩陣
CH_MTI_EXp:第p補充通道矩陣資訊
CS1:第一控制訊號/控制訊號
CSp:第p控制訊號/控制訊號
CSp1:第一控制訊號/控制訊號
CSp2:第二控制訊號
CSph、CSpkx:控制訊號
DT_rp、DT_rp':數位接收訊號
DT_S1:第一數位訊號
DT_S2:第二數位訊號
DT_Sh:第h數位訊號
G1、GD、G(h-1)_p:子陣列群組
G1_p:子陣列群組/第一子陣列群組
G2_p:第二子陣列群組
Gh_p:子陣列群組/第h子陣列群組
IF:中頻
LNA1、LNAm:低雜訊放大器
PS1、PSm:移相器
r1、rp、rp':接收訊號
RX_B11、RX_B12、RX_B13、RX_B21、RX_B22、RX_B23:圖案
RX_B31、RX_B31、RX_B33:圖案/接收波束圖案
SR:選擇結果
FEC:前端電路
Sp1:第一訊號
Sp2:第二訊號
TD:預定訊號接收週期
tsw:時間點
WA1、WAE:相對權重值
X、Y:軸
結合附圖閱讀以下詳細說明，將更清楚地理解本發明概念的實施例，在附圖中，相同的參考編號指示相同的元件或特徵，在附圖中：圖1是根據示例性實施例的無線通訊系統的方塊圖。
圖2是根據示例性實施例的無線通訊設備的詳細方塊圖。
圖3是用於闡釋第k子陣列的配置的圖。
圖4是用於闡釋根據示例性實施例的在無線通訊設備中選擇接收波束圖案的操作的圖。
圖5A是根據示例性實施例的無線通訊設備的方塊圖；圖5B是用於闡釋在圖5A所示無線通訊設備的子陣列之間接收訊號的時間點的圖。
圖6A是根據示例性實施例的無線通訊設備的方塊圖；圖6B是用於闡釋在圖6A所示無線通訊設備的子陣列之間接收訊號的時間點的圖。
圖7是用於闡釋根據示例性實施例的由包括多個天線陣列的無線通訊設備的選擇器選擇接收波束圖案的方法的圖。
圖8是示出根據示例性實施例的無線通訊設備的波束掃描操作的圖。
圖9是根據示例性實施例的無線通訊設備的方塊圖。
圖10是示出根據示例性實施例的由包括多個天線陣列的無線通訊設備的選擇器選擇接收波束圖案的方法的圖。
圖11是根據示例性實施例的無線通訊設備的方塊圖。
圖12是根據示例性實施例的電子裝置的方塊圖。
在下文中，將參照附圖詳細闡述本發明概念的示範性實施例。
在本文中，用語「基地台(base station，BS)」是指與無線通訊設備進行通訊且向所述無線通訊設備指派通訊網絡資源的電子設備。基地台的一些實例包括「節點B(NodeB，NB)」、「演進節點B(evolved-node B，eNB)」、下一代無線電存取網路 (next-generation radio access network，NG RAN)、存取點(access point，AP)、無線通訊單元、基地台控制器以及網路上的節點(node on a network)。在下文中，用語「小區(cell)」將與「基地台」互換使用。
無線通訊設備可與基地台或另一無線通訊設備進行通訊。無線通訊設備可指節點、使用者裝備(user equipment，UE)、下一代(NG)UE、行動台(mobile station，MS)、行動裝備(mobile equipment，ME)、裝置或終端。
無線通訊設備的其他實例包括智慧型電話、平板個人電腦(personal computer，PC)、行動電話、視訊電話、電子書(electronic book，e-book)閱讀器、桌上型PC、膝上型PC、上網本電腦(netbook computer)、個人數位助理(personal digital assistant，PDA)、可攜式多媒體播放機(portable multimedia player，PMP)、動態影像專家組壓縮標準音訊層3(Moving Picture Experts Group-1 audio layer 3，MP3)播放機、醫療裝備、照相機及可穿戴裝置(wearable device)。另一些實例包括電視(television，TV)、數位視訊光碟(digital video disk，DVD)播放機、音訊播放機、冰箱(refrigerator)、空氣調節器(air conditioner)、真空吸塵器(vacuum cleaner)、烘箱(oven)、微波烘箱、洗衣機(washing machine)、空氣淨化器(air purifier)、機上盒(set top box)、家庭自動化控制面板(home automation control panel)、安全控制面板、媒體盒(例如，三星HomeSyncTM、蘋果TVTM或穀歌TVTM)、遊戲控制台(例如，XboxTM 及PlayStationTM)、電子詞典、電子鑰匙(electronic key)、攝錄影機(camcorder)或電子相框(electronic frame)。又一些實例包括：各種醫療裝備(例如，各種可攜式醫療量測裝備(例如，血糖計、心率計、血壓計、體溫計等)、磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、電腦斷層攝影(computed tomography，CT)、照相機、超音波裝置等)、導航裝置、全球導航衛星系統(global navigation satellite system，GNSS)、事件資料記錄器(event data recorder，EDR)、飛行資料記錄器(flight data recorder，FDR)、汽車資訊娛樂裝置、海軍電子裝備(例如，海軍導航系統、陀螺羅盤(gyro compass)等)、航空電子裝置、安全裝置、車輛的加熱單元(heat unit)、工業機器人或家用機器人、無人機、金融機構的自動櫃員機(automated teller machine，ATM)、商店的銷售點(point of sales，POS)、或物聯網(Internet of things，IoT)裝置(例如，燈泡(light bulb)、感測器、灑水器(sprinkler)、火警警報器(fire alarm)、恆溫器(thermostat)、路燈、烤麵包機(toaster)、運動裝備、熱水箱、加熱器、鍋爐等)。另外，無線通訊設備可為能夠執行通訊功能的各種類型的多媒體系統。在下文中，無線通訊設備可被互換地稱為「無線裝置」。
圖1是根據示例性實施例的無線通訊系統1的方塊圖。無線通訊系統1可包括基地台10及無線裝置20。儘管圖1示出單個基地台10及單個無線裝置20，但無線通訊系統1可包括各種數 目的基地台及無線裝置。基地台10可經由無線通道以通訊方式連接至無線通訊設備20並提供各種通訊服務。基地台10可經由共享通道伺服於所有或一些使用者訊務(traffic)並對無線裝置20的狀態資訊(例如，緩衝器狀態、可用發射功率狀態及通道狀態)進行收集及排程。無線通訊系統1可藉由使用例如正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)作為無線電存取技術來支援波束成形技術。另外，無線通訊系統1可支援自適應調變及編碼(adaptive modulation & coding，AMC)方案，以根據無線裝置20的通道狀態來確定調變方案及通道編碼率。
此外，無線通訊系統1可使用涵蓋6十億赫茲或高於6十億赫茲的頻帶內的寬頻子頻帶來發射及接收訊號。舉例而言，在無線通訊系統1中，可使用例如28十億赫茲頻帶(26.5-29.5十億赫茲)或60十億赫茲頻帶(57-71十億赫茲)等毫米波頻帶來增大資料傳輸速率。在此種情形中，由於毫米波頻帶相對於距離具有相對高的訊號衰減(signal attenuation)，因此為確保覆蓋(coverage)，無線通訊系統1可基於使用多重天線技術(multiple antenna technique)產生的定向波束來支援收發操作。無線通訊系統1可為被配置成支援多輸入多輸出(multiple-input and multiple-output，MIMO)的系統，其中基地台10及無線裝置20各自支援波束成形技術。波束成形技術可被分為數位波束成形技術(digital beamforming technique)、類比波束成形技術(analog beamforming technique)及混合波束成形技術(hybrid beamforming technique)。在下文中，將主要闡述無線通訊系統1支援混合波束成形技術的實施例。然而，應理解，本發明概念亦可應用於其他波束成形技術。
根據示例性實施例的無線裝置20可對接收波束執行波束掃描操作，以能夠達成基於定向波束的收發操作。在本文中，波束掃描操作可指由基地台10及無線裝置20中的每一者依序或隨機掃描具有預定圖案的定向波束的過程。在波束掃描期間或波束掃描之後，可選擇指向方向被確定為彼此對準的發射波束圖案與接收波束圖案來進行射頻訊號的後續通訊。在本文中，可使用用語「波束圖案」來指代筆形波束天線圖案(pencil beam antenna pattern)中的主波束的形狀，或者在一些情形中，指代超出主波束的空間區上的天線圖案(例如，當在陣列孔徑上施加反向相位梯度時，可能具有多個主波束的區)。在下面的論述中，為簡明起見，除非上下文另外指明，否則用語「波束」將指筆形波束天線圖案的主波束，且「波束圖案」將指主波束的形狀。因此，「波束圖案」可為由波束的寬度及波束的指向方向確定的波束的形狀。波束的寬度可被定義為峰值的相對兩側上的零位(null)之間的角度寬度，或者被定義為峰值的相對兩側上的預定功率位準之間的角度寬度(例如，「3dB波束寬度」)。可選擇指向方向彼此對準的發射波束圖案與接收波束圖案作為一對收發波束圖案。亦即，當基地台10經由具有所選擇圖案的發射波束發射資料時，無線通訊設備20可經由具有所選擇圖案的接收波束接收資料。在下文中， 將闡述根據一或多個實施例的由無線裝置20選擇接收波束圖案的操作。
首先，當基地台10經由多個天線元件或多個天線陣列發射訊號X時，無線裝置20可經由至少一個天線元件或陣列接收訊號Y。接收的訊號Y可為藉由使訊號X通過預定通道H而獲得的結果。發射的訊號X與接收的訊號Y之間的關係可在方程式1中示出：Y=H．X+N 方程式(1)
其中N是雜訊(例如白高斯雜訊(white Gaussian noise))，Y、X及N可各自為向量，且H可為矩陣。無線裝置20可使用具有由於類比波束掃描操作而形成的各種圖案的接收波束來接收接收訊號Y。在此種情形中，通道H可根據接收波束的圖案而變化，且可基於通道H的狀態(例如，通道容量)來選擇無線裝置20的接收波束的圖案。
根據示例性實施例的無線裝置20可包括多個天線陣列。無線裝置20可調整天線陣列中所包括的「天線元件的相位及振幅」中的至少一者並執行掃描操作，以使得使用天線陣列而產生的接收波束在不同的相應的掃描位置處具有多個圖案。在本文中，調整「天線元件的相位及振幅」可指直接(物理地)或虛擬地(數位地)對天線元件應用或指派相位及振幅。舉例而言，考慮由N個元件形成的發射側天線陣列。若「發射訊號」應用於天線陣列的輸入路徑，且輸入路徑被分成具有相等損耗的N條相等長度的 訊號路徑，每一路徑通向所述N個天線元件中的一者，則可認為天線元件中的每一者具有相同的相位及振幅，其中「振幅」是訊號功率的量度。該些相位及振幅可用於計算或產生發射波束圖案(「發射」波束圖案)。同樣，在此種情景中，在接收側上，天線元件中的每一者可被認為具有相同的相位及振幅，以計算或實際上接收「接收波束」。若在通向所述N個天線元件中的一者的每一訊號路徑中插入移相器及振幅調整器(放大器或衰減器)，則可動態調整與每一路徑相關聯的相位及振幅，以操縱由天線陣列形成的所得波束。在此種情形中，天線元件本身的相位/振幅可被認為是經過調整的。所述N個天線元件可藉由調整所連接路徑中的移相器/振幅調整器的相位/振幅而具有不同的相位/振幅。因此，可藉由依序調整天線元件之間的相位/振幅(例如，在各元件之間產生相位梯度)來計算並掃描由所述N個天線元件形成的集合波束。在接收側上，可藉由首先量測由所述N個天線元件中的每一者接收的訊號功率(振幅)及相對相位來進行數位波束成形。接著可將量測出的振幅及相位應用於虛擬路徑，虛擬路徑各自具有虛擬移相器及虛擬振幅調整器。接著可在所述各種虛擬路徑中進行移相及振幅調整，以虛擬地操縱接收波束。藉由此種方式，可計算接收波束圖案，且可選擇例如達成最大接收訊號功率的接收波束圖案。可對由子陣列輸出的訊號應用相同的虛擬波束操縱原理。
在下文中，直接調整天線元件的相位及/或振幅以及對在無線裝置20中的天線陣列中形成的接收波束的圖案進行實際掃描 的操作將被稱為類比波束掃描操作。在下文中，例如「控制天線陣列、子陣列或子陣列群組的相位或振幅」等片語可被解釋為控制天線陣列、子陣列及子陣列群組中的每一者中所包括的天線元件的相位/振幅。
無線裝置20可基於由於類比波束掃描操作而自基地台10接收的訊號來產生與天線陣列的相應的波束圖案對應的通道矩陣。該些通道矩陣在本文中可被互換地稱為「基本」通道矩陣或「初始」通道矩陣(不同於在以下論述的「補充」通道矩陣)。在實例中，無線裝置20可使用由於類比波束掃描操作而接收到的訊號中所包括的參考訊號來對與相應的波束圖案對應的基本通道矩陣執行操作。在本文中，用語「波束成形矩陣資訊」可包括至少一個波束成形矩陣。波束成形矩陣可為區塊對角線矩陣，其對角線元素可包括天線陣列中的每一者的波束成形向量。另外，波束成形矩陣資訊可以碼簿(codebook)格式預先儲存於無線裝置20中。波束成形矩陣資訊可包括當無線裝置20改變(或掃描)接收波束圖案時可參考的資訊。
無線裝置20可使用所產生的基本通道矩陣來產生分別與接收波束圖案對應的「補充」通道矩陣，接收波束圖案可形成於由天線陣列或由天線陣列的預定群組形成的波束圖案之間，在本文中「補充」通道矩陣可被互換地稱為「附加」或「組合」通道矩陣。在下文中，在無線裝置20中，慮及可潛在形成的接收波束圖案而對所產生的通道矩陣中的一些通道矩陣依序或隨機應用 相對權重值並虛擬地掃描可在天線陣列中形成的接收波束圖案的操作可被稱為數位波束掃描操作。無線裝置20可執行數位波束掃描操作並產生分別與可形成於由天線陣列或天線陣列的預定群組形成的波束圖案之間的接收波束圖案對應的補充通道矩陣。
在示例性實施例中，類比波束掃描操作可被認為是在「類比域」中執行，而數位波束掃描操作可被認為是在「數位域」中執行。
無線裝置20可擴大可由藉由類比波束掃描操作及數位波束掃描操作而選擇的接收波束圖案所涵蓋的覆蓋範圍及擴大對所述接收波束圖案的選擇。另外，無線裝置20可自各種接收波束圖案中選擇可自基地台10最佳化地接收資料訊號的接收波束圖案。因此，無線裝置20的通訊效能可得到改善。
在示例性實施例中，在無線裝置20以上述方式選擇出最佳化接收波束圖案之後，無線裝置20可使用所選擇的接收波束圖案來選擇用於向基地台10或另一無線裝置發射訊號的發射波束圖案。在實例中，當波束對應得到保證時，無線裝置20可選擇與發射波束圖案相同的所選擇接收波束圖案並經由具有所選擇發射波束圖案的發射波束向基地台10或另一無線裝置發射訊號。因此，無線裝置20可相對容易地選擇最佳化發射波束圖案並改善發射效能。
圖2是根據示例性實施例的無線裝置100的詳細方塊圖。圖3是用於闡釋第k子陣列112_k的配置的圖。
參照圖2，無線裝置100可包括前端電路FEC及控制器130。前端電路FEC可包括多個天線陣列(即，第一天線陣列110_1至第p天線陣列110_p)及多個射頻(RF)鏈120_1至120_p。第一天線陣列110_1至第p天線陣列110_p的輸出端子可分別連接至射頻鏈120_1至120_p。第p天線陣列110_p可包括多個子陣列112_1至112_k及降頻轉換混頻器(down-conversion mixer)114。降頻轉換混頻器114可將子陣列112_1至112_k的經組合射頻訊號與中頻(intermediate frequency，IF)訊號(例如，本地振盪器訊號)混合成基頻訊號或較低的中頻頻率，以用於後續的類比/數位轉換。子陣列112_1至112_k可包括多個天線元件，且可單獨控制天線元件的相位及/或振幅，以能夠達成類比波束掃描操作。連接至第p天線陣列110_p的第p射頻鏈120_p可包括類比-數位轉換器(analog-to-digital converter，ADC)121、串列-並列轉換器(serial-to-parallel converter)122及快速傅立葉變換器(快速傅立葉變換(fast fourier transform，FFT)處理電路)123。第p天線陣列110_p的配置可應用於剩餘的天線陣列(例如，天線陣列110_1至110_p-1)。第p射頻鏈120_p的配置可應用於剩餘的射頻鏈(即，射頻鏈120_1至120_p-1)。
根據示例性實施例的控制器130可包括接收(receiving，RX)波束選擇模組(電路)132。控制器130及接收波束選擇模組中的每一者可為被實施成由邏輯合成設計而成的專用硬體區塊的電路系統或可為被實施成包括至少一個處理器的通用處理電路的 電路系統，所述至少一個處理器執行自記憶體(例如，控制器130的內部記憶體(未示出))讀取的軟體指令，或者控制器130及接收波束選擇模組中的每一者可被實施成專用硬體區塊與通用處理電路的組合。本文中所述的控制器130可被定義為包括用於尋找最佳化接收波束圖案的功能的裝置。
根據實施例的接收波束選擇模組132可將第一控制訊號CS1至第p控制訊號CSp分別提供至第一天線陣列110_1至第p天線陣列110_p，以進而執行類比波束掃描操作。在實例中，接收波束選擇模組132可將第p控制訊號CSp提供至第p天線陣列110_p，以控制在第p天線陣列110_p中形成的接收波束圖案。在下文中，為簡潔起見，將首先闡述圖3中所示的第k子陣列112_k的配置。
參照圖3，第k子陣列112_k可包括多個天線元件ATE_1至ATE_m、多個低雜訊放大器LNA1至LNAm、多個移相器PS1至PSm以及降頻轉換混頻器SMk。第p控制訊號CSp可包括對第k子陣列112_k的相位及/或振幅進行控制的控制訊號CSpkx。
控制訊號CSpkx可包括對與子陣列112_k中的每一者連接的低雜訊放大器LNA1至LNAm的增益及/或與子陣列112_k中的每一者連接的移相器PS1至PSm的相位進行控制的訊號。對LNA的增益控制會達成訊號路徑振幅調整，且進而生成上述天線元件振幅調整。在第k子陣列112_k中形成的接收波束的圖案可由於控制訊號CSpkx而改變。第k子陣列112_k的配置可應用於其他子陣列(即，第p天線陣列110_p的子陣列112_1至112_k-1)。此 外，第k子陣列112_k的配置可應用於其他天線陣列(即，天線陣列110_1至110_p-1)中的每一者中所包括的子陣列(未示出)。
為達成類比波束掃描操作，接收波束選擇模組132可將控制訊號CS1至CSp提供至天線陣列110_1至110_p，並改變由天線陣列110_1至110_p形成的接收波束圖案。在實施例中，接收波束選擇模組132可對每一預定子陣列群組執行類比波束掃描操作。在一些實例中，子陣列群組是兩個或更多個子陣列。然而，在其他實例中，子陣列群組可僅具有一個子陣列。因此，子陣列群組可被理解為對天線陣列110_1至110_p中所包括的子陣列進行劃分的單位，且可被定義為包括至少一個子陣列。舉例而言，一個天線陣列可包括至少一個子陣列群組。作為另外一種選擇，一個子陣列群組可由分別包括於不同天線陣列中的子陣列構成。舉例而言，波束成形矩陣資訊可被實施成以子陣列群組為單位執行類比波束掃描操作。亦即，可僅慮及特定子陣列群組中所包括的天線元件的可變相位及/或振幅的所有可控情形中會導致接收波束圖案出現大的變形的一些情形來設定波束成形矩陣資訊，以控制對特定子陣列群組的波束掃描操作。子陣列群組包括一個子陣列的示例性實施例將在以下參照圖5A進行闡述，且子陣列群組包括多個子陣列的示例性實施例將在以下參照圖9進行闡述。
接收波束選擇模組132可執行類比波束掃描操作，以自天線陣列110_1至110_p接收接收訊號r1至rp，並基於接收訊號r1至rp產生包括與每一子陣列群組的接收波束圖案對應的通道矩 陣的通道矩陣資訊。舉例而言，當天線陣列110_1至110_p各自在邏輯上被劃分成兩個子陣列群組時，接收波束選擇模組132可產生分別與所述兩個子陣列群組對應的通道矩陣。亦即，通道矩陣資訊可包括根據在第一子陣列群組中形成的接收波束圖案而指示可變通道狀態的第一通道矩陣以及根據在第二子陣列群組中形成的接收波束圖案而指示可變通道狀態的第二通道矩陣。
接收波束選擇模組132可使用通道矩陣資訊對自子陣列群組確定的至少一個群組組合執行數位波束掃描操作，並產生補充通道矩陣資訊。補充通道矩陣資訊可包括根據使用所述至少一個群組組合中所包括的子陣列群組而虛擬地形成的接收波束圖案來指示可變通道狀態的補充通道矩陣。舉例而言，當天線陣列110_1至110_p在邏輯上被劃分成三個子陣列群組時，第一群組組合可被設定成包括第一子陣列群組及第二子陣列群組，且第二群組組合可被設定成包括第一子陣列群組及第三子陣列群組。因此，接收波束選擇模組132可對第一群組組合執行數位波束掃描操作，對第二群組組合執行數位波束掃描操作，並產生補充通道矩陣資訊。
在實例中，在對第一群組組合進行數位波束掃描操作期間，接收波束選擇模組132可使用與第一子陣列群組對應的通道矩陣及相對權重值資訊來產生經改變通道矩陣。相對權重值資訊可包括相對權重值，所述相對權重值是慮及特定群組組合中的至少一個子陣列群組中所包括的天線元件的相位及/或振幅的虛擬變 化而確定。隨後，接收波束選擇模組132可產生與可由第一子陣列群組及第二子陣列群組使用與第二子陣列群組對應的通道矩陣及經改變通道矩陣形成的接收波束圖案對應的補充通道矩陣。
根據實施例的接收波束選擇模組132可使用基本通道矩陣資訊及補充通道矩陣資訊來選擇在天線陣列110_1至110_p中形成的接收波束圖案。接收波束選擇模組132可基於基本通道矩陣資訊及補充通道矩陣資訊來偵測具有最佳特性的通道(最佳化通道)，並控制天線陣列110_1至110_p形成具有與最佳化通道對應的圖案的接收波束。為達成此目的，接收波束選擇模組132可使用數位波束掃描操作的結果來更新波束成形矩陣資訊，並參照已更新的波束成形矩陣資訊將與所選擇的接收波束圖案對應的控制訊號提供至天線陣列110_1至110_p。控制器130可更包括緩衝器(未示出)，所述緩衝器可儲存波束成形矩陣資訊及相對權重值資訊。接收波束選擇模組132可參照儲存於緩衝器中的波束成形矩陣資訊及相對權重值資訊來執行根據實施例的波束掃描操作。
根據示例性實施例的無線裝置100不僅可慮及由子陣列群組基於有限波束成形矩陣資訊而單獨形成的接收波束圖案，且亦可慮及可由於數位波束掃描操作而由子陣列群組的組合形成的接收波束圖案。因此，由於可拓寬對可選擇接收波束圖案的選擇及由可選擇接收波束圖案所涵蓋的覆蓋範圍，因此根據示例性實施例的無線裝置100可選擇能夠確保可接受的或優異的接收效能的接收波束圖案。另外，當無線裝置100的波束對應得到保證時， 無線裝置100可選擇接收波束圖案作為其發射波束圖案並提高發射效能。
圖4是用於闡釋根據示例性實施例在無線裝置中選擇接收波束圖案的操作的圖。
參照圖4，無線裝置可包括D個子陣列群組G1至GD，且基於分別與子陣列群組G1至GD對應的波束成形矩陣資訊BMTI1至BMTID而對所述D個子陣列群組G1至GD執行類比波束掃描操作。波束成形矩陣資訊BMTI1至BMTID可相同或分別不同。由於類比波束掃描操作，無線裝置可經由在子陣列群組G1至GD中的每一者中形成的接收波束來接收訊號。上述類比波束掃描操作可在類比域中執行。
此後，無線裝置可基於自子陣列群組G1至GD接收的訊號中所包括的參考訊號而在數位域中執行通道估測操作多次，並產生根據在子陣列群組G1至GD中形成的接收波束的圖案而指示通道狀態的通道矩陣資訊。無線裝置可在數位域中自子陣列群組G1至GD確定群組組合，使用分別與群組組合對應的基本通道矩陣及相對權重值WA1至WAE來執行數位波束掃描操作，並產生補充通道矩陣資訊。
無線裝置可使用通道矩陣資訊及補充通道矩陣資訊來選擇與具有最佳特性的通道對應的接收波束圖案。
圖5A是根據示例性實施例的無線裝置200的方塊圖。圖5B是用於闡釋在無線裝置200的子陣列之間接收訊號的時間點 的圖。圖5A示出無線裝置200包括一個天線陣列210的實施例，天線陣列210包括兩個子陣列，即第一子陣列210_1及第二子陣列210_2。在其他實施例中，如圖2中所示，無線裝置200包括兩個或更多個天線陣列，且天線陣列中的每一者可包括三個或更多個子陣列。因此，應理解，亦可對其他天線陣列應用參照圖5A闡述的實施例的原理。此外，在圖5A中假設子陣列群組僅由一個子陣列組成。因此，一個子陣列可表示一個子陣列群組，但顯而易見，亦可對包括多個子陣列的子陣列群組應用參照圖5A至圖6B闡述的實施例。
如圖5A中所示，無線裝置200可包括天線陣列210、射頻鏈220及控制器230。天線陣列210可包括第一子陣列210_1及第二子陣列210_2。控制器230可包括通道估測器231、相對權重值訓練器232、波束成形控制器233、緩衝器234及選擇器235。應注意，通道估測器231、相對權重值訓練器232、波束成形控制器233及選擇器235可共同形成圖2所示接收波束選擇模組132的示例性配置。在波束掃描操作期間，波束成形控制器233可參照儲存於緩衝器234中的波束成形矩陣資訊而將第一控制訊號CSp1及第二控制訊號CSp2分別提供至第一子陣列210_1及第二子陣列210_2，且單獨控制第一子陣列210_1與第二子陣列210_2的相位及/或振幅。
參照圖5B，波束成形控制器233可將經由第一子陣列210_1接收的第一訊號Sp1的接收週期設定成不同於經由第二子陣 列210_2接收的第二訊號Sp2的接收週期。舉例而言，在預定訊號接收週期TD中，波束成形控制器233可在時間點「tsw」之前對第一子陣列210_1進行賦能並對第二子陣列210_2進行去能以僅接收第一訊號Sp1，而在時間點「tsw」之後，波束成形控制器233可對第一子陣列210_1進行去能並對第二子陣列210_2進行賦能以僅接收第二訊號Sp2。舉例而言，可藉由停用天線陣列210中的訊號路徑中的LNA、有效地反映或終止由天線元件接收的訊號能量來對天線陣列210進行去能。可藉由對LNA施加偏壓以提供正常放大來對天線陣列210進行賦能。
射頻鏈220可使用與圖5B中相同的方法接收在類比波束成形操作期間輸出的接收訊號rp，並將接收訊號rp轉換成具有可由控制器230處理的格式的數位接收訊號DT_rp。通道估測器231可使用第一數位訊號DT_S1中所包括的參考訊號來執行通道估測操作並產生分別與由第一子陣列210_1形成的接收波束圖案對應的第一通道矩陣。另外，通道估測器231可使用第二數位訊號DT_S2中所包括的參考訊號來執行通道估測操作並產生分別與由第二子陣列210_2形成的接收波束圖案對應的第二通道矩陣。
通道估測器231可將包括第一通道矩陣及第二通道矩陣的基本通道矩陣資訊CH_MTI提供至相對權重值訓練器232。相對權重值訓練器232可產生分別與可使用包括第一子陣列210_1及第二子陣列210_2的群組組合形成的接收波束圖案對應的補充通道矩陣。亦即，相對權重值訓練器232可慮及第一子陣列210_1 與第二子陣列220_2的相位及/或振幅變化之間的關係來產生補充通道矩陣。舉例而言，相對權重值訓練器232可依序將預先設定的K個相對權重值(此處，K是等於或大於1的整數)應用於與使用第一子陣列210_1形成的第N接收波束圖案(此處，N是等於或大於1的整數)對應的第N通道矩陣，並產生第K個第N經改變通道矩陣。可慮及第一子陣列210_1的相位及/或振幅相較於第二子陣列210_2的相位及/或振幅的變化來預先設定相對權重值。此後，相對權重值訓練器232可依序選擇第N經改變通道矩陣中的任一者，對所選擇的第N經改變通道矩陣與對應於使用第二子陣列210_2形成的第M接收波束圖案(此處，M是等於或大於1的整數)的第M通道矩陣進行線性組合，並產生第M補充通道矩陣。藉由上述方式，相對權重值訓練器232可藉由基於在第二子陣列210_2中形成的接收波束圖案中的每一者將相對權重值應用於與第一子陣列210_1對應的通道矩陣來執行數位波束掃描操作。最後，相對權重值訓練器232可產生補充通道矩陣資訊CH_MTI_EX，補充通道矩陣資訊CH_MTI_EX包括分別與可使用第一子陣列210_1及第二子陣列220_2形成的接收波束圖案對應的補充通道矩陣。
如上所述，緩衝器234可儲存由波束成形控制器233參考的波束成形矩陣資訊及由相對權重值訓練器232參考的相對權重值資訊。
選擇器235可自通道估測器231接收通道矩陣資訊 CH_MTI，且自相對權重值訓練器232接收補充通道矩陣資訊CH_MIT_EX。
在實施例中，當無線裝置200包括天線陣列210時，選擇器235可使用通道矩陣資訊CH_MTI及補充通道矩陣資訊CH_MIT_EX來選擇具有最佳化效能的接收波束圖案。亦即，選擇器235可自以下接收波束圖案中選擇具有最佳通道特性的接收波束圖案：分別使用由於類比波束掃描操作而單獨受到控制的第一子陣列210_1及第二子陣列210_2形成的接收波束圖案、以及可使用由於數位波束掃描操作而作為一個群組組合受到控制的第一子陣列210_1及第二子陣列210_2形成的接收波束圖案。
選擇器235可將接收波束圖案的選擇結果SR提供至波束成形控制器233。波束成形控制器233可基於選擇結果SR來控制第一子陣列210_1及第二子陣列210_2的相位及/或振幅。亦即，波束成形控制器233可控制第一子陣列210_1及第二子陣列210_2形成具有所選擇圖案的接收波束。此外，波束成形控制器233可使用補充通道矩陣資訊CH_MT_EX來更新儲存於緩衝器234中的波束成形矩陣資訊。另外，波束成形控制器233可使用已更新的波束成形矩陣資訊來控制第一子陣列210_1及第二子陣列210_2的相位及/或振幅。
在另一實施例中，當無線裝置200更包括其他天線陣列時，通道估測器231及相對權重值訓練器232可更為所述其他天線陣列中所包括的子陣列(或子陣列群組)產生通道矩陣，且為 組合群組產生補充通道矩陣。在此種情形中，選擇器235可接收分別與多個天線陣列對應的通道矩陣及補充通道矩陣，並使用通道矩陣及補充通道矩陣選擇接收波束圖案。當無線裝置200包括所述多個天線陣列時選擇器235的具體操作將在以下參照圖7進行闡述。
圖6A是根據示例性實施例的無線裝置200的方塊圖。圖6B是用於闡釋在圖6A所示無線裝置200的子陣列之間接收訊號的時間點的圖。在下文中，將不再對與圖5A中相同的說明予以贅述。
參照圖6A，無線裝置200可包括天線陣列210、射頻鏈220及控制器230。天線陣列210可包括第一子陣列210_1及第二子陣列210_2。控制器230可包括通道估測器231、相對權重值訓練器232、波束成形控制器233、緩衝器234、選擇器235及提取器236。在波束掃描操作期間，波束成形控制器233可參照儲存於緩衝器234中的波束成形矩陣資訊而分別將第一控制訊號CSp1及第二控制訊號CSp2提供至第一子陣列210_1及第二子陣列210_2，且單獨控制第一子陣列210_1與第二子陣列210_2的相位及/或振幅。
進一步參照圖6B，波束成形控制器233可將經由第一子陣列210_1接收的第一訊號Sp1的接收週期設定成與經由第二子陣列210_2接收的第二訊號Sp2的接收週期相同。舉例而言，在預定訊號接收週期TD中，波束成形控制器233可同時地對第一子陣 列210_1與第二子陣列210_2進行賦能，以同時接收第一訊號Sp1與第二訊號Sp2。如上所述，在波束掃描操作期間，可將對第一子陣列210_1及第二子陣列210_2進行的賦能/去能切換操作最小化，以將在賦能/去能切換操作期間產生的雜訊最小化。作為另外一種選擇，當第一子陣列210_1及第二子陣列210_2中僅有一者被賦能時，可在波束掃描操作期間降低功耗。
控制器230的提取器236可對數位接收訊號DT_rp中所包括的第一數位訊號DT_S1與第二數位訊號DT_S2進行提取(或分離)。舉例而言，提取器236可對數位接收訊號DT_rp應用慮及第一訊號Sp1與第二訊號Sp2之間的正交特性而確定的預定矩陣，並對第一數位訊號DT_S1與第二數位訊號DT_S2進行提取(或分離)。
在下文中，由於控制器230的操作與以上參照圖5A闡述的操作相同，因此將不再對其予以贅述。
圖7是用於闡釋根據示例性實施例的由包括多個天線陣列的無線裝置的選擇器(例如，圖5A或圖6A所示選擇器235)選擇接收波束圖案的方法的圖。將參照圖2闡述圖7，且為便於闡釋，假設無線裝置100包括p個天線陣列(即，第一天線陣列110_1至第p天線陣列110_p)，第一天線陣列110_1至第p天線陣列110_p中的每一者包括兩個子陣列，且子陣列群組包括一個子陣列。
參照圖2及圖7，由於根據實施例的類比波束掃描操作 及數位波束掃描操作，接收波束選擇模組132可產生分別與第一天線陣列110_1至第p天線陣列110_p對應的第一通道矩陣資訊CH_MTI1至第p通道矩陣資訊CH_MTIp。第p通道矩陣資訊CH_MTIp可包括第一通道矩陣CH_MTp1、第二通道矩陣CH_MTp2及第p補充通道矩陣資訊CH_MTI_EXp，第一通道矩陣CH_MTp1根據由於類比波束掃描操作而在第一子陣列112_1中形成的接收波束圖案來指示通道狀態，第二通道矩陣CH_MTp2根據由於類比波束掃描操作而在第二子陣列112_2中形成的接收波束圖案來指示通道狀態，第p補充通道矩陣資訊CH_MTI_EXp包括根據可由於數位波束掃描操作而使用第一子陣列112_1及第二子陣列112_2形成的接收波束圖案來指示通道狀態的補充通道矩陣。第p通道矩陣資訊CH_MTIp的配置可應用於剩餘的通道矩陣資訊CH_MTI1至CH_MTp-1。第一通道矩陣資訊CH_MTI1至第p通道矩陣資訊CH_MTIp可指通道候選群組CH_CG。
接收波束選擇模組132可自第一通道矩陣資訊CH_MTI1至第p通道矩陣資訊CH_MTIp選擇預定數目個通道矩陣資訊。在實例中，可根據控制器130的輸入埠的數目來確定所述預定數目。舉例而言，當控制器130的輸入埠的數目為q時，接收波束選擇模組132可自第一通道矩陣資訊CH_MTI1至第p通道矩陣資訊CH_MTIp選擇q個通道矩陣資訊，並自所選擇的通道矩陣資訊中的每一者選擇並組合一個通道矩陣。因此，接收波束選擇模組132可包括第一通道矩陣組合CH_MT_C1至第y通道矩 陣組合CH_MT_Cy，第一通道矩陣組合CH_MT_C1至第y通道矩陣組合CH_MT_Cy中的每一者包括q個通道矩陣。
接收波束選擇模組132可計算第一通道矩陣組合CH_MT_C1至第y通道矩陣組合CH_MT_Cy中的每一者的MIMO通道容量，並基於計算結果偵測與具有最佳特性的通道對應的通道矩陣組合。然而，由於MIMO通道容量的計算僅是為確定通道矩陣組合的每一通道特性而執行的計算方法的實例，因此本發明概念並非僅限於此，且可使用各種量度來獲得指示通道矩陣組合的每一通道特性的值。接收波束選擇模組132可選擇與偵測到的通道矩陣組合對應的接收波束圖案，且控制第一天線陣列110_1至第p天線陣列110_p形成接收波束圖案。
圖8是示出根據示例性實施例的無線裝置的波束掃描操作的圖。在此實例中，無線裝置可包括第一子陣列(子陣列_1)及第二子陣列(子陣列_2)。藉由類比波束掃描操作，無線裝置可控制第一子陣列形成依序具有圖案RX_B11、RX_B12及RX_B13的接收波束，圖案RX_B11、RX_B12及RX_B13中的每一者以相對於Y軸方向呈銳角指向的主波束進行「輻射」(即，在接收方向上接收射頻訊號)。在類比波束掃描操作中，無線裝置亦可控制第二子陣列形成依序具有圖案RX_B21、RX_B22及RX_B23的接收波束，圖案RX_B21、RX_B22及RX_B23中的每一者在第二子陣列中以相對於正交的X軸方向呈銳角的主波束進行輻射。另外，無線裝置可對分別與圖案RX_B11至RX_B13及圖案RX_B21至 RX_B23對應的通道矩陣應用相對權重值，且使用由第一子陣列及第二子陣列進行的接收訊號量測來虛擬地(或在「數位域」中)形成依序具有圖案RX_B31、RX_B31及RX_B33的接收波束。接收波束圖案RX_B31至RX_B33可各自指向圖案RX_B11至RXB13與RX_B21至RXB23之間的方向。因此，無線裝置可將可由於波束掃描操作而選擇的接收波束圖案的範圍自6個圖案RX_B11至RX_B13及RX_B21至RX_B23擴大成9個圖案RX_B11至RX_B13、RX_21至RX_23及RX_31至RX_33。圖8所示實例僅是例示性的；其他實施例可生成多於或少於剛剛闡述的三個附加接收波束圖案。
如上所述，在波束掃描操作期間，無線裝置可擴大對可選擇接收波束圖案的選擇及由可選擇接收波束圖案涵蓋的覆蓋範圍，進而增大選擇出具有優異或必要通道特性的接收波束圖案的可能性。
圖9是根據示例性實施例的無線裝置300的方塊圖。圖10是示出根據示例性實施例選擇接收波束圖案的方法的圖，所述選擇是由包括多個天線陣列的無線裝置300的選擇器335執行。儘管圖9示出無線裝置300包括一個天線陣列(即，第p天線陣列310)的實例，但無線裝置300可包括兩個或更多個天線陣列，如以下參照圖10所述。在下文中，將不再對與圖5A中相同的說明予以贅述。
參照圖9，無線裝置300可包括第p天線陣列310、射 頻鏈320及控制器330。第p天線陣列310可包括第一子陣列310_1至第z子陣列310_z。第p天線陣列310的第一子陣列310_1至第z子陣列310_z可在邏輯上劃分成h個子陣列群組G1_p至Gh_p。在實例中，第一子陣列群組G1_p可包括第一子陣列310_1至第n子陣列310_n。第h子陣列群組Gh_p可包括第z-n+1子陣列310_(z-n+1)至第z子陣列310_z。剩餘的子陣列群組G2_p至G(h-1)_p亦可包括多個子陣列(未示出)。另外，相應的子陣列群組G1_p至Gh_p中所包括的子陣列的數目可相同或不同。
波束成形控制器333可將用於類比波束掃描操作的控制訊號CSp1至CSph分別提供至子陣列群組G1_p至Gh_p，並對子陣列群組G1_p至Gh_p中的每一者執行類比波束掃描操作。在實例中，波束成形控制器333可參照儲存於緩衝器334中的波束成形矩陣資訊來控制類比波束掃描操作，且波束成形矩陣資訊可被預先設定以改變子陣列群組G1_p至Gh_p中的每一者的接收波束圖案。
另外，當波束成形控制器333經由子陣列群組G1_p至Gh_p接收接收訊號rp'時，可對此種情形應用圖5B或圖6B所示實施例。亦即，如圖5B中所示，可使自各個相應的子陣列群組G1_p至Gh_p接收的接收訊號的接收週期不相同。作為另外一種選擇，如圖6B中所示，可使自各個相應的子陣列群組G1_p至Gh_p接收的接收訊號的接收週期相同。由於以上參照圖5B及圖6B闡述了接收訊號的接收週期，因此將不再對其予以贅述。
射頻鏈320可將接收訊號rp'轉換成具有可由控制器330處理的格式的數位接收訊號DT_rp'。數位接收訊號DT_rp'可包括第一數位訊號DT_S1至第h數位訊號DT_Sh，且通道估測器331可使用第一數位訊號DT_S1至第h數位訊號DT_Sh中的每一者中所包括的參考訊號來執行通道估測操作，並產生包括分別與子陣列群組G1_p至Gh_p對應的通道矩陣的通道矩陣資訊CH_MTI'。
通道估測器331可將通道矩陣資訊CH_MTI'提供至相對權重值訓練器332。相對權重值訓練器332可對由子陣列群組G1_p至Gh_p確定的群組組合執行數位波束掃描操作，並產生補充通道矩陣資訊CH_MTI_EX'。舉例而言，當群組組合包括包括第一子陣列群組G1_p及第二子陣列群組G2_p的第一群組組合以及包括第三子陣列群組G3_p及第四子陣列群組G4_p的第二群組組合時，相對權重值訓練器332可產生分別與可由第一群組組合形成的接收波束圖案對應的第一補充通道矩陣以及與可由第二群組組合形成的接收波束圖案對應的第二補充通道矩陣。補充通道矩陣資訊CH_MTI_EX'可包括第一補充通道矩陣及第二補充通道矩陣。可由子陣列群組G1_p至Gh_p來確定各種群組組合，且可慮及可為每一群組組合形成的各種接收波束圖案來設定相對權重值訓練器332在數位波束掃描操作期間所參考的相對權重值資訊。
進一步參照圖10，根據實施例，由於類比波束掃描操作及數位波束掃描操作，通道估測器331及相對權重值訓練器332可產生分別與第一天線陣列至第p天線陣列對應的第一通道矩陣 資訊CH_MTI1至第p通道矩陣資訊CH_MTIp。第p通道矩陣資訊CH_MTIp可包括第一通道矩陣CH_MTp1至第h通道矩陣CH_MTph及第p補充通道矩陣資訊CH_MTI_EXp。第一通道矩陣CH_MTp1可根據由於類比波束掃描操作而在第一子陣列群組G1_p中形成的接收波束圖案來指示通道狀態，且第h通道矩陣CH_MTph可根據由於類比波束掃描操作而在第h子陣列群組Gh_p中形成的接收波束圖案來指示通道狀態。第p補充通道矩陣資訊CH_MTI_EXp可包括補充通道矩陣，補充通道矩陣根據由於數位波束掃描操作而可由預定群組組合形成的接收波束圖案來指示通道狀態。第p通道矩陣資訊CH_MTIp的配置亦可應用於剩餘的通道矩陣資訊CH_MTI1至CH_MTp-1。第一通道矩陣資訊CH_MTI1至第p通道矩陣資訊CH_MTIp可指通道候選群組CH_CG。
選擇器335可自第一通道矩陣資訊CH_MTI1至第p通道矩陣資訊CH_MTIp選擇預定數目個通道矩陣資訊。在實例中，可根據控制器330的輸入部分的數目來確定預定數目。舉例而言，當控制器330的輸入埠的數目為q時，選擇器335可自第一通道矩陣資訊CH_MTI1至第p通道矩陣資訊CH_MTIp中選擇q個通道矩陣資訊，並自所選擇的通道矩陣資訊中的每一者選擇並組合一個通道矩陣。因此，選擇器335可包括第一通道矩陣組合CH_MT_C1至第y'通道矩陣組合CH_MT_Cy'，第一通道矩陣組合CH_MT_C1至第y'通道矩陣組合CH_MT_Cy'中的每一者包括q個通道矩陣。
選擇器335可計算第一通道矩陣組合CH_MT_C1至第y'通道矩陣組合CH_MT_Cy'中的每一者的MIMO通道容量，並基於計算結果偵測與具有最佳特性的通道對應的通道矩陣組合。然而，MIMO通道容量的計算僅是為確定通道矩陣組合的每一通道特性而執行的計算方法的實例。在其他實施例中，可使用各種其他量度來計算對通道矩陣組合的每一通道特性進行指示的值。選擇器335可選擇與偵測到的通道矩陣組合對應的接收波束圖案，並控制第一天線陣列至第p天線陣列形成所選擇的接收波束圖案。
在實施例中，為減少選擇接收波束圖案的操作的計算量，控制器330可減少通道矩陣中所慮及的子載波的數目或者減少相對權重值資訊的大小，以減少數位波束掃描操作中所慮及的接收波束圖案的數目或者增大子陣列群組中所包括的子陣列的數目。相反，為選擇最佳化接收波束圖案並進一步改善通訊效能，控制器330可增大通道矩陣中所慮及的子載波的數目或增大相對權重值資訊的大小，以增大數位波束掃描操作中所慮及的接收波束圖案的數目或減少子陣列群組中所包括的子陣列的數目。
圖11是根據示例性實施例的無線裝置400的方塊圖。如圖所示，無線裝置400可包括多個天線模組(例如，第一天線模組410、第二天線模組420、第三天線模組430及第四天線模組440)、後端射頻積體電路(radio-frequency integrated circuit，RFIC)450及資料處理器460。第一天線模組410、第二天線模組420、 第三天線模組430及第四天線模組440可與後端RFIC 450進行通訊，且後端RFIC 450可與資料處理器460進行通訊。如圖11中所示，無線裝置400中所包括的第一天線模組410、第二天線模組420、第三天線模組430及第四天線模組440可被定位成彼此間隔開。
第一天線模組410、第二天線模組420、第三天線模組430及第四天線模組440中的每一者可包括前端RFIC。舉例而言，第一天線模組410可包括前端RFIC 412，且前端RFIC 412可連接至天線陣列411。
後端RFIC 450可處理或產生基頻訊號。舉例而言，後端RFIC 450可自資料處理器460接收基頻訊號，並將藉由處理所述基頻訊號產生的訊號提供至第一天線模組410、第二天線模組420、第三天線模組430及第四天線模組440中的至少一者。另外，後端RFIC 450可處理自第一天線模組410、第二天線模組420、第三天線模組430及第四天線模組440中的至少一者接收的訊號，產生基頻訊號，並將基頻訊號提供至資料處理器460。
資料處理器460可包括接收波束選擇模組462且使用接收波束選擇模組462來選擇無線裝置400的接收波束圖案。首先，資料處理器460可自第一天線模組410、第二天線模組420、第三天線模組430及第四天線模組440中選擇至少一個天線模組來用於選擇最佳化接收波束圖案。在此種情形中，資料處理器460可執行在第一天線模組410、第二天線模組420、第三天線模組430 及第四天線模組440中的每一者中形成有限數目個接收波束圖案的類比波束掃描操作，並執行檢查可由天線模組的組合形成的有限數目個接收波束圖案的數位波束掃描操作。由於上述類比波束掃描操作及數位波束掃描操作，資料處理器460可獲得指示第一天線模組410、第二天線模組420、第三天線模組430及第四天線模組440中的每一者的通道狀態的資訊，並基於所獲得的資訊選擇至少一個天線模組來用於選擇最佳化接收波束圖案。
此外，資料處理器460可如在上述示例性實施例中一樣對所選擇的天線模組中所包括的天線陣列執行類比波束掃描操作及數位波束掃描操作，並選擇最佳化接收波束圖案。
圖12是根據示例性實施例的電子裝置1000的方塊圖。電子裝置1000可包括記憶體1010、處理器單元1020、輸入/輸出(input/output，I/O)控制器1040、顯示單元1050、輸入裝置1060及通訊處理器1090。此處，電子裝置1000可包括多個記憶體1010。現將闡述電子裝置1000的每一組件。
記憶體1010可包括程式儲存單元1011及資料儲存單元1012，程式儲存單元1011被配置成儲存對電子裝置1000的操作進行控制的程式，資料儲存單元1012被配置成儲存在程式執行期間產生的資料。資料儲存單元1012可儲存應用程式1013的操作及接收波束圖案選擇程式1014的操作所需的資料。程式儲存單元1011可包括應用程式1013及接收波束圖案選擇程式1014。此處，程式儲存單元1011中所包括的程式可被表達為指令集，即指令的 集合。
應用程式1013可包括在電子裝置1000中操作的應用程式。亦即，應用程式1013可包括由處理器1022驅動的應用的指令。根據實施例，接收波束圖案選擇程式1014可對每一子陣列群組執行類比波束掃描操作，且使用每一子陣列群組的通道矩陣執行數位波束掃描操作。因此，可擴大由接收波束圖案選擇程式1014選擇的接收波束圖案所涵蓋的覆蓋範圍以及對可選擇波束圖案的選擇。因此，提高了選擇最佳化接收波束圖案的機率。
周邊裝置介面1023可控制基地台的輸入/輸出周邊裝置與處理器1022及記憶體介面1021的連接。處理器1022可使用至少一個軟體程式來控制基地台提供與軟體程式對應的服務。在此種情形中，處理器1022可執行儲存於記憶體1010中的至少一個程式，並提供與所執行的程式對應的服務。
輸入/輸出控制器1040可在輸入/輸出裝置(例如顯示單元1050及輸入裝置1060)與周邊裝置介面1023之間進行介面。顯示單元1050可顯示狀態資訊、輸入字元、運動畫面及靜止畫面。舉例而言，顯示單元1050可顯示由處理器1022驅動的應用程式的資訊。
輸入裝置1060可經由輸入/輸出控制器1040將由電子裝置1000的選擇產生的輸入資料提供至處理器單元1020。在此種情形中，輸入裝置1060可包括小鍵盤(keypad)，所述小鍵盤包括至少一個硬體按鈕及被配置成感測觸控資訊的觸控板(touch pad)。 舉例而言，輸入裝置1060可經由輸入/輸出控制器1040將由觸控板感測出的觸控資訊(例如，觸控、觸控移動及觸控釋放)提供至處理器1022。電子裝置1000可包括執行語音通訊及資料通訊的通訊功能的通訊處理器1090。
儘管已參照本發明概念的實施例具體示出並闡述了本發明概念，然而應理解，在不背離以下申請專利範圍的精神及範圍的條件下，可對本文作出形式及細節上的各種改變。
1:無線通訊系統
10:基地台
20:無線裝置/無線通訊設備

Claims (25)

  1. 一種操作無線通訊設備的方法，所述無線通訊設備包括天線陣列，所述天線陣列包括多個子陣列，所述方法包括：掃描在所述多個子陣列中的每一者中形成的接收波束以使得所述接收波束在相應的多個掃描位置處具有多個接收波束圖案，並在所述多個掃描位置中的每一者處經由所述天線陣列接收訊號；基於所述訊號，為所述多個子陣列中的每一者產生基本通道矩陣資訊，所述基本通道矩陣資訊包括與所述多個接收波束圖案對應的通道矩陣；對至少一個子陣列群組執行數位波束掃描操作，並基於所述數位波束掃描操作產生補充通道矩陣資訊，所述至少一個子陣列群組中的每一者是使用所述基本通道矩陣資訊確定的所述多個子陣列的群組組合；以及使用所述基本通道矩陣資訊及所述補充通道矩陣資訊選擇所述天線陣列的接收波束圖案。
  2. 如請求項1所述的方法，其中所述至少一個子陣列群組中的每一者包括所述天線陣列中所包括的天線元件且包括所述多個子陣列中的至少一者。
  3. 如請求項1所述的方法，其中經由所述天線陣列接收所述訊號包括：基於波束成形矩陣資訊來調整所述天線陣列中所包括的天線元件的相位及振幅中的至少一者。
  4. 如請求項1所述的方法，其中經由所述天線陣列接收所述訊號包括在所述接收波束的掃描週期期間依序地對所述至少一個子陣列群組進行賦能，並經由被賦能的所述子陣列群組接收所述訊號。
  5. 如請求項1所述的方法，其中經由所述天線陣列接收所述訊號包括在所述接收波束的掃描週期期間同時地對所述至少一個子陣列群組進行賦能，並經由被賦能的所述子陣列群組接收所述訊號。
  6. 如請求項5所述的方法，其中產生所述補充通道矩陣資訊包括自所接收的所述訊號提取每一子陣列群組的訊號。
  7. 如請求項1所述的方法，其中產生所述補充通道矩陣資訊包括：使用與所述群組組合中所包括的至少一個第一子陣列對應的基本通道矩陣以及相對權重值資訊來產生經改變通道矩陣；以及使用與所述群組組合中所包括的第二子陣列對應的基本通道矩陣及所述經改變通道矩陣來產生補充通道矩陣。
  8. 如請求項7所述的方法，其中所述相對權重值資訊包括相對權重值，所述相對權重值是慮及所述至少一個第一子陣列的天線元件的相位及振幅中的至少一者的虛擬變化來確定。
  9. 如請求項7所述的方法，其中產生所述經改變通道矩陣包括：對與藉由使用所述至少一個第一子陣列形成的第N接收波束圖案對應的第N通道矩陣依序應用所述相對權重值資訊中所 包括的K個相對權重值，以產生K個第N經改變通道矩陣，其中產生所述補充通道矩陣包括依序選擇所述第N經改變通道矩陣中的一者、對所述第N經改變通道矩陣中的所選擇的所述一者與和藉由使用所述第二子陣列形成的第M接收波束圖案對應的第M通道矩陣進行線性組合，並產生第M補充通道矩陣，其中M是等於或大於1的整數。
  10. 如請求項7所述的方法，其中所述補充通道矩陣對應於虛擬上由所述至少一個子陣列群組形成的接收波束圖案。
  11. 如請求項1所述的方法，更包括：使用所述數位波束掃描操作的結果更新波束成形矩陣資訊；以及參照已更新的所述波束成形矩陣資訊，將與所選擇的所述接收波束圖案對應的控制訊號提供至所述天線陣列。
  12. 一種操作無線通訊設備的方法，所述無線通訊設備包括多個天線陣列，所述方法包括：使用包括所述多個天線陣列中的多個子陣列的第一天線陣列執行波束掃描操作，其中使用所述第一天線陣列執行所述波束掃描操作包括：控制所述第一天線陣列的所述多個子陣列中的每一者的相位及振幅中的至少一者，使得在所述第一天線陣列中形成的接收波束在相應的多個波束掃描位置處具有多個接收波束圖案； 基於經由所述第一天線陣列接收的訊號，為所述多個子陣列中的每一者產生第一通道矩陣資訊，所述第一通道矩陣資訊包括與所述多個接收波束圖案對應的通道矩陣；以及對所述多個子陣列中的所選擇的子陣列的至少一個群組組合執行數位波束掃描操作，並產生第一補充通道矩陣資訊，所述至少一個群組組合是使用所述第一通道矩陣資訊來確定。
  13. 如請求項12所述的方法，更包括：使用包括所述天線陣列中的多個子陣列的第二天線陣列執行波束掃描操作，並產生與所述第二天線陣列對應的第二通道矩陣資訊及第二補充通道矩陣資訊；以及使用所述第一通道矩陣資訊、所述第一補充通道矩陣資訊、所述第二通道矩陣資訊及所述第二補充通道矩陣資訊選擇所述無線通訊設備的接收波束圖案。
  14. 如請求項13所述的方法，其中選擇所述無線通訊設備的所述接收波束圖案包括：自所述第一通道矩陣資訊、所述第一補充通道矩陣資訊、所述第二通道矩陣資訊及所述第二補充通道矩陣資訊中選擇預定數目個通道矩陣，並產生多個通道矩陣組合；計算所述多個通道矩陣組合中的每一者的多輸入多輸出(MIMO)通道容量；以及基於計算結果來選擇與所述多個通道矩陣組合中的一者對應 的所述接收波束圖案。
  15. 如請求項13所述的方法，更包括：基於對所述第一天線陣列及所述第二天線陣列進行的所述數位波束掃描操作的結果來更新波束成形矩陣資訊；以及參照已更新的所述波束成形矩陣資訊，將與所選擇的所述接收波束圖案對應的控制訊號分別提供至所述第一天線陣列及所述第二天線陣列。
  16. 如請求項15所述的方法，其中所述至少一個群組組合中的群組組合是用於對所述第一天線陣列中所包括的多個子陣列進行劃分的單位且包括所述多個子陣列中的至少一者。
  17. 如請求項16所述的方法，其中子陣列群組的大小是可變的。
  18. 如請求項12所述的方法，其中控制所述第一天線陣列的所述多個子陣列中的每一者的所述相位及所述振幅中的所述至少一者是在類比域中執行的，且所述數位波束掃描操作是在數位域中執行的。
  19. 如請求項12所述的方法，其中產生所述第一補充通道矩陣資訊包括：基於所述第一通道矩陣資訊，獲得分別與所述至少一個群組組合中所包括的第一子陣列群組及第二子陣列群組對應的第一通道矩陣及第二通道矩陣；對所述第二通道矩陣分別應用相對權重值，並產生經改變第 二通道矩陣；以及產生與能夠由所述第一子陣列群組及所述第二子陣列群組使用所述第一通道矩陣及所述經改變第二通道矩陣形成的接收波束圖案對應的補充通道矩陣。
  20. 一種無線通訊設備，包括：多個天線陣列，所述多個天線陣列中的每一者包括多個子陣列；多個射頻(RF)鏈，分別連接至所述多個天線陣列；以及控制器，被配置成處理自所述多個天線陣列接收的訊號，其中所述控制器基於波束成形矩陣控制所述多個子陣列中的每一者的天線元件的相位及振幅中的至少一者，並執行類比波束掃描操作，且所述控制器更慮及能夠由子陣列群組形成的接收波束圖案而使用在所述類比波束掃描操作中接收的訊號執行數位波束掃描操作，所述子陣列群組是所述多個子陣列中的所選擇的子陣列的群組組合。
  21. 如請求項20所述的無線通訊設備，其中所述子陣列群組包括同一天線陣列中所包括的子陣列。
  22. 如請求項20所述的無線通訊設備，其中所述子陣列群組包括不同天線陣列中所包括的子陣列。
  23. 如請求項20所述的無線通訊設備，其中所述能夠由所述群組組合形成的所述接收波束圖案包括由於所述類比波束掃 描操作而不在所述多個天線陣列中形成的接收波束圖案。
  24. 如請求項20所述的無線通訊設備，其中所述控制器產生多個通道矩陣資訊，所述多個通道矩陣資訊指示與由於所述類比波束掃描操作而接收到的所述訊號對應的通道的估測值，且所述控制器對所述多個通道矩陣資訊選擇性地應用由於所述數位波束掃描操作而獲得的相對權重值並產生多個補充通道矩陣資訊。
  25. 如請求項24所述的無線通訊設備，其中所述控制器使用所述多個通道矩陣資訊及所述多個補充通道矩陣資訊選擇所述多個天線陣列的接收波束圖案。
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