WO2018109562A1 - 多入多出系统中的波束成型 - Google Patents

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WO2018109562A1
WO2018109562A1 PCT/IB2017/001690 IB2017001690W WO2018109562A1 WO 2018109562 A1 WO2018109562 A1 WO 2018109562A1 IB 2017001690 W IB2017001690 W IB 2017001690W WO 2018109562 A1 WO2018109562 A1 WO 2018109562A1
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beamforming
baseband
data stream
antenna port
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PCT/IB2017/001690
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赵昆
蔡振浩
王磊
张勋勇
徐洋
郭伟
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阿尔卡特朗讯
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    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
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    • H04B7/0868—Hybrid systems, i.e. switching and combining
    • H04B7/088—Hybrid systems, i.e. switching and combining using beam selection

Definitions

  • the present invention relates to beamforming in wireless networks, and more particularly to methods, apparatus and systems for beamforming in large-scale MIMO systems. Background technique
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • M-MIMO large-scale MIMO
  • MU-MIMO multi-user MIMO
  • Other advantages of M-MIMO include the widespread use of inexpensive low-power components, reduced latency, simplified media access control (MAC) layers, and robustness of intentional interference.
  • V5G massive MIMO
  • M-MIMO radio frequency
  • a MIMO communication method in a transmitter comprising: baseband beamforming a lateral data stream to obtain a longitudinal data stream; and, for the vertical The data stream is RF beamformed.
  • the weight of the baseband beamforming and the weight of the radio frequency beamforming are designed to be close to full baseband beamforming weights.
  • the horizontal data stream comprises N layer 1 data streams
  • the step of performing baseband beamforming on the horizontal data stream to obtain a vertical data stream comprises: performing baseband precoding on the N layer 1 data streams Obtaining M sets of antenna port data; transmitting the M sets of antenna port data from the baseband layer 1 to the radio frequency to form M sets of longitudinal data streams; and the step of performing radio frequency beamforming on the vertical data streams includes: The longitudinal data stream is RF beamformed to form antenna data.
  • the M group antenna port data includes a first subgroup and a second subgroup, wherein the antenna port data in the first subgroup carries data of a user falling in the first beam, and the second sub The antenna port data in the group carries the data of the user falling into the second beam.
  • a transmitter for multiple input and multiple output communication comprising: a first device configured to perform baseband beamforming on a horizontal data stream to obtain a vertical data stream; and A second device configured to perform radio frequency beamforming on the longitudinal data stream.
  • the weight of the baseband beamforming and the weight of the radio frequency beamforming are designed to be close to full baseband beamforming weights.
  • the horizontal data stream includes N layer 1 data streams
  • the first device includes: a first unit, configured to perform baseband precoding on the N layer 1 data streams to obtain M group antenna ports.
  • the second unit is configured to transmit the M group antenna port data from the baseband layer 1 to the radio frequency to form an M group of longitudinal data streams; the second device is configured to: perform the M group longitudinal data stream into the radio frequency beam Formed to form antenna data.
  • the M group antenna port data includes a first subgroup and a second subgroup.
  • the antenna port data in the first subgroup carries data of the user falling in the first beam
  • the antenna port data in the second subgroup carries data of the user falling in the second beam.
  • a base station comprising the aforementioned transmitter.
  • a multiple input multiple output communication network which includes the aforementioned base station.
  • the method, device or system according to an embodiment of the invention has the following advantages: 1. By combining baseband (digital) beamforming with radio frequency (analog) beamforming, the advantages of both are obtained; Maximize compatibility with existing V5G specifications; 3. Provide a viable M-MIMO solution for sub-6GHz. DRAWINGS
  • FIG. 1 shows a typical communication system to which the method and apparatus in accordance with an embodiment of the present invention are applied;
  • FIG. 2 is a schematic flow chart of a communication method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of a transmitter according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a system for beamforming in a multi-user MIMO system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an antenna pattern in a large-scale multiple input multiple output system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a transmitter having a beamforming function according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS 8a-8b are schematic diagrams of simulation results of beamforming in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the same or similar reference numerals in the drawings denote the same or similar components.
  • Computer device refers to an intelligent electronic device that can perform predetermined processing procedures such as numerical calculations and/or logical calculations by running predetermined programs or instructions, which may include a processor.
  • the processor executes a pre-stored instruction stored in the memory to execute a predetermined process, or performs a predetermined process by hardware such as an ASIC, an FPGA, a DSP, or the like, or a combination of the two.
  • Computer devices include, but are not limited to, servers, personal computers, laptops, tablets, smartphones, and the like.
  • the computer device includes a user device and a network device.
  • the user equipment includes, but is not limited to, a computer, a smart phone, a PDA, etc.
  • the network device includes but is not limited to a single network server, a server group composed of multiple network servers, or a cloud computing system based on a large number of computers. Or a cloud composed of a network server, wherein cloud computing is a kind of distributed computing, a super virtual computer composed of a group of loosely coupled computers.
  • the computer device can be separately operated to implement the present invention, and can also access the network and implement a domain network, a metropolitan area network, a local area network, a VPN network, etc. through interaction with other computer devices in the network.
  • the user equipment, the network equipment, the network, and the like are only examples, and other existing or future computer equipment or networks may be included in the scope of the present invention, and It is included here by reference.
  • the methods discussed later can generally be by hardware, software, firmware, middleware, microcode, hardware description language, or any of them. Combined to implement.
  • the program code or code segments to carry out the necessary tasks can be stored in a machine or computer readable medium, such as a storage medium.
  • the processor(s) can perform the necessary tasks.
  • RF beamforming uses a LENs antenna or a phased array antenna to form a beam in the antenna sub-module.
  • the number of radio transceivers (TRX) is much smaller than the total number of antennas.
  • sub-6 GHz since the antenna size for the low frequency band is large, the number of antennas is much smaller than that of the nanometer wave. Therefore, baseband (BB) beamforming uses improved signal processing algorithms.
  • baseband beamforming is chosen for 8 antennas and 20MHz bandwidth, but in 5G, there will be 64 or more antennas, and up to 100MHz bandwidth, Fronthaul will not be supported in the product.
  • Example embodiments of the present disclosure i.e., communication systems that use a large antenna array and M-MIMO operation to support beamforming gain, are described below in a specific context.
  • the present disclosure can be applied to standard compatible communication systems such as communication systems compatible with 3rd Generation Partnership Project (3G P P), IEEE 802.i, etc., and non-standard compatible communication systems supporting M-MIMO operation.
  • 3G P P 3rd Generation Partnership Project
  • IEEE 802.i etc.
  • non-standard compatible communication systems supporting M-MIMO operation such as communication systems compatible with 3rd Generation Partnership Project (3G P P), IEEE 802.i, etc.
  • FIG. 1 illustrates an example communication system 100.
  • Communication system 100 can be used to communicate data.
  • the communication system 100 can include an evolved NodeB (eNB) 110 having a coverage area 101, a plurality of user equipments (UEs) 120, and a backhaul network 130.
  • the eNB 110 may include any component capable of providing wireless access by establishing an uplink (dashed line) and/or downlink (solid line) connection with the UE 120, such as a base station, a NodeB (NB), an access point (AP). , home base stations, micro-cells, relay nodes, and other wireless-enabled devices.
  • NB evolved NodeB
  • AP access point
  • UE 120 may include any component capable of establishing a wireless connection with eNB 110, such as a subscriber, handset, mobile station (STA), terminal, user, or other wireless enabled device.
  • Backhaul network 130 may be any component or collection of components that allow for data exchange between eNB 110 and a remote end (not shown).
  • communication system 100 can include various other wireless devices, such as relay points, low power nodes. It should be understood that although the communication system may employ multiple eNBs capable of communicating with a large number of UEs, for simplicity, only one eNB and two UEs are shown here. As shown in FIG. 1, eNB 110 may communicate with UE 120 using M-MIMO.
  • the number of transmit antennas used by the eNB will exceed the number of simultaneously served UEs, thereby achieving UE isolation by beamforming gain. And data coverage.
  • the eNB can be considered to be using MMIMO.
  • communication links such as M-MIMO, multi-user MIMO (MU-MIMO), etc.
  • MU-MIMO multi-user MIMO
  • a higher ratio of transmit antennas to simultaneously served UEs can achieve wider coverage, while a lower ratio of transmit antennas to simultaneously served UEs can achieve greater throughput.
  • the communication system can receive the number of simultaneous UEs transmitted simultaneously through the adjustment plan, in exchange for coverage at the expense of throughput (and vice versa).
  • system information such as control information, scheduling information, etc.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • UEs that do not perform the initial random access procedure the network does not need to know their location; therefore, the large coverage of the broadcast channel can simplify the initial random access procedure described above.
  • a broadcast channel propagates transmissions over all or substantially all of the coverage of a cell.
  • a unicast signal can achieve a performance advantage of beamforming gain by virtue of spatial selectivity, such as by obtaining a higher SNR at the expected receiver position at the expense of a lower signal to noise ratio (SNR) at other locations.
  • the unicast signal is sent to a particular UE, or sent to a group of UEs that signal it, or in other cases, the signal is sent to a subset of all possible recipients.
  • Embodiments of the present invention provide a composite beamforming solution that combines RF beamforming (analog) with baseband beamforming (digital) under the constraints of fronthaul.
  • RF beamforming differs from 4G because in 4G, only baseband beamforming is used, which not only saves the FH capacity and the number of transceivers.
  • step 220 the transmitter of base station 120 processes the horizontal layer 1 data stream with baseband (digital) beamforming to obtain a vertical data stream, and then And performing radio frequency beamforming on the obtained vertical data stream in step S240.
  • baseband digital
  • step S240 radio frequency beamforming on the obtained vertical data stream.
  • CPRI should send no less than twice the number of data streams in layer 1 to achieve better performance in the composite system. Therefore, in the embodiment, consider that the CPRI I/Q number is equal to the number of layer 1 data streams. 2 times.
  • the weighting of the baseband beamforming and the weight of the radio frequency beamforming described above are designed to be close to the full baseband beamforming weights to compare the overall performance of the full baseband beamforming.
  • the horizontal data stream includes N layer 1 data streams
  • the step of performing baseband beamforming on the horizontal data stream in step 220 to obtain the vertical data stream comprises: performing baseband precoding on the N layer 1 data streams to obtain the M group antenna Port (AP) data; M group antenna port data is transmitted from the baseband layer 1 to the radio frequency to form a group M longitudinal data stream.
  • AP M group antenna Port
  • performing radio frequency beamforming on the vertical data stream in step S240 comprises: performing radio frequency beamforming on the M group of longitudinal data streams to form antenna data.
  • the M group antenna port (AP) data includes a first subgroup and a second subgroup, wherein the antenna port data in the first subgroup carries data of a user falling in the first beam, and the second subgroup The antenna port data in the data carries data of the user falling into the second beam.
  • Figure 4 illustrates a composite beamforming system for MU-MIMO in accordance with an embodiment of the present invention.
  • baseband beamforming is generally considered to have the same meaning as digital beamforming in a real-world environment
  • RF beamforming has the same meaning as analog beamforming in a real-world environment.
  • the number of data streams, the forward capacity, the number of radio transceivers, and the number of antennas can be defined normally, and there are still many design choices that can be designed to be close to optimal and complex. system.
  • CSI-RS 16 interfaces of CSI-RS are defined for beamforming of the baseband layer 1 signal. Also in the V5G specification, beam RS (BRS) is defined for radio frequency (analog) beamforming.
  • BRS beam RS
  • ⁇ C and CMCC currently assume that base stations use 128 antennas and 64 transceivers in a massive MIMO system, so 16 data streams (layers) are needed to obtain Peak throughput is required.
  • Such an antenna pattern is shown in FIG.
  • 32 antenna ports are used for preamble, that is, 32 I/Q data are from layer 1 to radio frequency, which is half of the all digital scheme.
  • 6 is a schematic diagram of a transmitter with beamforming function, wherein the composite beamforming means mentioned above has 16 horizontal/layer 1 data streams (0-15), according to an embodiment of the invention.
  • the baseband precoding/beamforming weights can be obtained by PMI/ZF based CSI-RS or by the UL SRS reciprocity based EBB/ZF algorithm.
  • the 32 sets of antenna port data are then transmitted from the baseband layer 1 to the radio frequency.
  • 32 sets of AP data are subjected to simulated beamforming (ABF) to obtain 8 channels of antenna data, ADO-AD7.
  • ABSF simulated beamforming
  • the beam weights representing the beam identification are pre-stored in the ABF as an alternative beam. Thanks to the BRS, each antenna interface knows the preferred beam identification of the UE.
  • antenna ports 0-15 need only carry data of users falling in beam identification A, and correspondingly, antenna ports 16-31 only need to carry data of users falling in beam identification B. .
  • the data of beam identification A is added to the data of beam identification B, which makes each beam identification consist of all vertical antennas, making the beam design more flexible.
  • beam identification A and beam identification B are designed to be orthogonal to each other.
  • the UE in the beam identification A is not subject to the UE in the beam identification B, and vice versa.
  • the UEs in the same beam identification implement spatial multiplexing by means of MU-MIMO.
  • Fig. 8a The simulation results based on the 3D beam pattern are shown in Fig. 8a, and Fig. 8b shows the simulation results of the beam identification A and the beam identification B. It should be noted that further algorithm optimization and beam design can lead to further changes in the above results.
  • a transmitter 3 for MIMO communication comprising: a first device 32 configured to baseband beamforming a lateral data stream to obtain a longitudinal data stream; and a second device 34 configured to Radio frequency beamforming for vertical data streams.
  • the weight of the baseband beamforming and the weight of the radio frequency beamforming are designed to be close to the full baseband beamforming weight.
  • the horizontal data stream includes N (for example, the foregoing 16, stream 0-15) layer 1 data streams
  • the first device 32 includes: a first unit 322 configured to baseband pre-N layer 1 data streams Encoding, obtaining M group (for example, the foregoing 32, AP0-31) antenna port data; the second unit 324 is configured to transmit M group antenna port data from the baseband layer 1 to the radio frequency to form a group M longitudinal data stream; The second device 34 is configured to perform RF beamforming on the M sets of longitudinal data streams to form antenna data.
  • the M group antenna port data includes a first subgroup and a second subgroup, wherein the antenna port data in the first subgroup carries data of a user falling in the first beam, and antenna port data in the second subgroup. The data of the user falling into the second beam is carried.
  • the present invention can be implemented in software and/or a combination of software and hardware.
  • the various devices of the present invention can be implemented using an application specific integrated circuit (ASIC) or any other similar hardware device.
  • the software program of the present invention may be executed by a processor to implement the steps or functions described above.
  • the software program (including related data structures) of the present invention can be stored in a computer readable recording medium such as a RAM memory, a magnetic or optical drive or a floppy disk and the like.
  • some of the steps or functions of the present invention may be implemented in hardware, for example, as a circuit that cooperates with a processor to perform various steps or functions.
  • a plurality of units or devices recited in the system claims can also be implemented by a unit or device by software or hardware.
  • the first and second terms are used to denote names and do not denote any particular order. While the invention has been particularly shown and described, it will be understood that The protection sought herein is set forth in the appended claims.

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Abstract

本发明提供了一种在发送器中的多入多出通信方法，包括：对横向数据流进行基带波束成形以获得纵向数据流；和对所述纵向数据流进行射频波束成形。此外，本发明还提供了相应的发送器，基站等。

Description

多入多出系统中的波束成型 技术领域
本发明涉及无线网络中的波束成形， 尤其涉及在大规模多入多出 系统中的关于波束成形的方法、 装置及系统。 背景技术
多输入多输出（多入多出， MIMO)通信系统在无线网络的发送机 与接收机处均使用多天线，从而通过利用空间分集，提高信号性能 (例 如， 频谱效率、 链路可靠性等）。 更具体地， 在不需要额外带宽或增 大发送功率的前提下， MIMO 显著增加了数据吞吐量以及链路范围。 使用 MIMO 技术的大型天线系统通常被称为大规模 MIMO(M- MIMO) 系统， 它们通常拥有比其服务的激活终端数目更多的服务天线。 这些 额外的天线可以将能量集中在更小的空间区域， 有助于改善吞吐量以 及辐射能源效率。 M- MIMO是多用户 MIMO(MU- MIMO)的一种特殊 情况， 其具有可以同时为多个用户提供服务的窄传输束。 M- MIMO的 其他优势还包括， 廉价低功率组件的广泛 使用、 缩短延迟、 简化介 质访问控制 (MAC)层、 故意千扰的鲁棒性等。
Verizon公司在美国组织了技术论坛，专门讨论研究 3GPP之前的 5G规范（也称 V5G )， 例如关于物理层的 V5G.211- 213。 V5G的大规 模多入多出 （Massive MIMO， 或 M- MIMO ) 适用射频 （ RF ) 波束成 形， 来针对 6GHz以上的亳米波（mmWave ) 频段的布局和实现。
在中国， 工业和信息化部 （ΜΠΤ ) 和中国最大的移动运营商-中 国移动（ CMCC )都希望首先在 6GHz以下 （ sub- 6GHz )例如 3.5GHz 频段上进行 5G测试。 然而， 目前缺少针对 3.5GHz的 M- MIMO解决 方案， 因为现有的波束成形方法并不适用于 3.5GHz。 尽管学术界和企业界对 M- MIMO不断进行研究， 但距离优化的 系统设计还比较遥远， 仍有很多实际的问题需要解决。 发明内容
根据本发明公开的第一方面的实施例， 提供了一种在发送器中的多 入多出通信方法， 包括： 对横向数据流进行基带波束成形以获得纵向数 据流； 和， 对所述纵向数据流进行射频波束成形。
根据一个实施例， 所述基带波束成形的权重与所述射频波束成形的 权重被设计为接近全基带波束成形权重。
根据一个实施例， 所述横向数据流包括 N个层 1数据流， 所述对横 向数据流进行基带波束成形以获得纵向数据流的步骤包括：对所述 N个 层 1数据流进行基带预编码， 获得 M组天线端口数据； 将所述 M组天 线端口数据从基带层 1传送到射频， 形成 M组纵向数据流； 所述对纵向 数据流进行射频波束成形的步骤包括：将所述 M组纵向数据流进行射频 波束成形， 形成天线数据。
才艮据一个实施例，所述 M组天线端口数据包括第一子组和第二子组， 其中， 第一子组中的天线端口数据承载落入第一波束的用户的数据， 第 二子组中的天线端口数据承载落入第二波束的用户的数据。
根据本发明公开的第二方面的实施例， 提供了一种用于多入多出通 信的发送器， 包括： 第一装置， 配置为对横向数据流进行基带波束成形 以获得纵向数据流； 和第二装置， 配置为对所述纵向数据流进行射频波 束成形。
根据一个实施例， 所述基带波束成形的权重与所述射频波束成形的 权重被设计为接近全基带波束成形权重。
根据一个实施例， 所述横向数据流包括 N个层 1数据流， 所述第一 装置包括： 第一单元， 配置为对所述 N个层 1数据流进行基带预编码， 获得 M组天线端口数据； 第二单元， 配置为将所述 M组天线端口数据 从基带层 1传送到射频， 形成 M组纵向数据流； 所述第二装置配置为， 将所述 M组纵向数据流进行射频波束成形， 形成天线数据。
才艮据一个实施例，所述 M组天线端口数据包括第一子组和第二子组， 其中， 第一子组中的天线端口数据承载落入第一波束的用户的数据， 第 二子组中的天线端口数据承载落入第二波束的用户的数据。
根据本发明公开的第三方面， 提供了一种基站， 其中， 包括前述发 送器。
根据本发明公开的第四方面，提供了一种多入多出通信网络，其中， 包括前述的基站。
与现有技术相比， 根据本发明实施例的方法、 装置或系统具有以 下优点： 1.通过将基带 （数字） 波束成形与射频 （模拟） 波束成形结 合， 兼有了二者的优势； 2. 最大程度上兼容、 利用了已有的 V5G规 范； 3. 为 sub- 6GHz提供了可行的 M- MIMO解决方案。 附图说明
通过阅读以下参照附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述， 本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
图 1 示出了根据本发明实施例的方法和装置所适用的一个典型 的通信系统；
图 2为根据本发明实施例的一种通信方法的流程简图；
图 3为根据本发明实施例的一种发送器的示意性的模块框图； 图 4 为才 据本发明实施例的多用户多入多出系统中的波束成形 的系统示意图；
图 5 为根据本发明实施例的大规模多入多出系统中的一种天线 图案；
图 6 为根据本发明实施例的一种具有波束成形功能的发送器的 示意图；
图 7为根据本发明实施例的一种天线模块的示意图；
图 8a- 8b为根据本发明实施例的波束成形的仿真结果示意图。 附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。 具体实施方式
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是， 一些示例性 实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。 虽然流程图将各项操 作描述成顺序的处理， 但是其中的许多操作可以被并行地、 被并发地 或者同时被实施。 此外， 各项操作的顺序可以被重新安排。 当其操作 完成时， 所述处理可以被终止， 但是还可以具有未包括在附图中的附 加步骤。 另外， 所述处理可以对应于方法、 函数、 规程、 子例程、 子 程序等等。
在上下文中所称"计算机设备"， 也可以称为"电脑"， 是指可以通 过运行预定程序或指令来执行数值计算和 /或逻辑计算等预定处理过 程的智能电子设备， 其可以包括处理器与存储器， 由处理器执行在存 储器中预存的存续指令来执行预定处理过程， 或是由 ASIC、 FPGA、 DSP等硬件执行预定处理过程， 或是由上述二者组合来实现。 计算机 设备包括但不限于服务器、 个人电脑、 笔记本电脑、 平板电脑、 智能 手机等。
所述计算机设备包括用户设备与网络设备。 其中， 所述用户设备 包括但不限于电脑、 智能手机、 PDA等； 所述网络设备包括但不限于 单个网络服务器、 多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算 ( Cloud Computing ) 的由大量计算机或网络服务器构成的云， 其中， 云计算是分布式计算的一种， 由一群松散耦合的计算机集组成的一个 超级虚拟计算机。 其中， 所述计算机设备可单独运行来实现本发明， 也可接入网络并通过与网络中的其他计算机设备的交互操作来实现 域网、 城域网、 局域网、 VPN网络等。
需要说明的是， 所述用户设备、 网络设备和网络等仅为举例， 其 他现有的或今后可能出现的计算机设备或网络如可适用于本发明， 也 应包含在本发明保护范围以内， 并以引用方式包含于此。
后面所讨论的方法 （其中的一些是通过流程图示出的） 通常可以 通过硬件、 软件、 固件、 中间件、 微代码、 硬件描述语言或者其任意 组合来实施。 当用软件、 固件、 中间件或微代码来实施时， 用以实施 必要任务的程序代码或代码段可以被存储在机器或者计算机可读介 质（比如存储介质）中。 （一个或多个）处理器可以实施必要的任务。
这里所公开的具体结构以及功能细节仅仅是代表性的， 并且是用 于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换 形式来具体实现， 并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施 例。
应当理解的是， 虽然在这里可能使用了术语 "第一"、 "第二 "等等 来描述各个单元， 但是这些单元不应当受这些术语限制。 使用这些术 语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。 举例来说， 在不背 离示例性实施例的范围的情况下， 第一单元可以被称为第二单元， 并 且类似地第二单元可以被称为第一单元。 这里所使用的术语"和 /或，， 包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。
应当理解的是， 当一个单元被称为"连接"或者"耦合"到另一个单 元时， 其可以直接连接或者耦合到所述另一单元， 或者可以存在一中 间单元。 与此相对， 当一个单元被称为"直接连接"或"直接耦合"到另 一单元时， 则不存在一中间单元。 应当按照类似的方式来解释被用于 描述单元之间的关系的其他类似词语（例如"处于…之间 "相比于 "直接 处于…之间"， "与…邻近"相比于 "与…直接邻近"等等） 。
这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示 例性实施例。 除非上下文明确地另有所指， 否则， 这里所使用的单数 形式"一个"、 "一项 "还意图包括复数。 还应当理解的是， 这里所使用 的术语 "包括 "和 /或"包含"规定所陈述的特征、 整数、 步骤、 操作、 单 元和 /或组件的存在， 而不排除存在或添加一个或者更多其他特征、整 数、 步骤、 操作、 单元、 组件和 /或其组合。
还应当提到的是， 在一些替换实现方式中， 所提到的功能 /动作可 以按照不同于附图中标示的顺序发生。 举例来说， 取决于所涉及的功 能 /动作，相继示出的两幅图实际上可以基本上同时执行或者有时可以 按照相反的顺序来执行。 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
在亳米波段， 射频波束成形用 LENs天线或相位阵列天线来在天 线子模块 （sub- module ) 中形成波束。 射频收发信机 （ TRX ) 的数量 远小于总的天线数。但是，在 6GHz以下频段（下文中也称 sub- 6GHz )， 由于低频段用的天线尺寸较大， 天线数比亳米波的天线数少很多。 因 此， 基带 （BB ) 波束成形要使用改进的信号处理算法。
4G中选择基带波束成形用于 8天线和 20MHz带宽，但是到了 5G 中， 将会有 64根甚至更多的天线， 和多达 100MHz的带宽， 在产品 中前传 （Fronthaul ) 将无法提供支持。
下面将在具体上下文中， 描述本公开的示例实施例， 即， 使用大 天线阵列和 M- MIMO 操作来支持波束成形增益的通信系统。 本公开 可以应用于标准兼容通信系统， 如与第三代合作伙伴计划（ 3 G P P )、 IEEE 802.i l等、 技术标准兼容的通信系统， 以及支持 M- MIMO操作 的非标准兼容通信系统。
图 1示出了示例通信系统 100。 通信系统 100可用于通信数据。 通信系统 100可以包括具有覆盖区域 101的演进型 NodeB(eNB)110、 多个用户设备 (UE)120以及回程网络 130。 eNB 110可以包括能通过与 UE 120 建立上行链路 (虚线）和 /或下行链路（实线）连接而提供无线接 入的任意组件， 比如基站、 NodeB(NB)、 接入点（AP)、 家庭基站、 微 小区、 中继节点以及其他启用无线的设备。 UE 120 可以包括能与 eNB 110 建立无线连接的任意组件， 比如签约用户、 手机、 移动台 (STA)、 终端、 用户或其他启用无线的设备。 回程网络 130可以为允 许在 eNB 110 与远端（未示出）之间进行数据交换的任意组件或组件 集合。在一些实施例中，通信系统 100 可以包括各种其他的无线设备， 比如中继点、 低功率节点。 应当理解的是， 尽管通信系统可以采用能 够与大量 UE通信的多个 eNB， 为了简化起见， 这里仅示出一个 eNB 和两个 UE。 如图 1所示， eNB 110可以利用 M- MIMO与 UE 120通 信。 在使用 M- MIMO的通信系统中， eNB使用的发送天线的数量将 超过同时被服务的 UE的数量， 从而通过波束成形增益实现 UE 隔离 及数据覆盖。 典型地， 当 eNB使用的发送天线的数量超过 8时， 可 以认为该 eNB在使用 MMIMO。 通常， 随着 eNB的发送天线的数量 增加， 通信链路 (如 M- MIMO、 多用户 MIMO ( MU-MIMO ) 等）以及 与 UE的通信会变得更加容易建立。 发送天线与同时被服务的 UE的 高比率可以实现更广的覆盖， 而发送天线与同时被服务的 UE的低比 率可以获得更大的吞吐量。 因此， 通信系统可以通过调整计划接收同 时传输的激活 UE的数量， 以吞吐量为代价换取覆盖 (反之亦然）。 特 别地， 系统信息 (如控制信息、 调度信息等)通常被广播至在不同空间 位置的许 多 UE， 因此， 特别需要对多个广播信道保持统一的波辐射 模式， 从而在小区的全部覆盖范围 内能够保持可接受的信噪比 (SNR)。 并且， 对于没有进行初始随机接入过程的 UE， 网络无需 知 晓它们的位置； 因此， 广播信道的大覆盖范围可以简化上述初始随机 接入过程。 总的来 说， 广播信道是在小区的全部或大体上全部的覆 盖范围内传播传输。 相反， 单播信号可以借助空间选择性， 如通过以 其他位置的较低信噪比（SNR ) 为代价， 在预期的接收机的位置获得 更高的 SNR， 从而获得波束成形增益的性能优势。 换句话说， 单播 信号是向特定 UE发送的， 或者是向其标记信号的一组 UE发送的， 或者在其他情形下， 信号向所有可能的接收者的子集发送的。
本发明的实施例提供的是一种复合的波束成形解决方案， 在前传 ( fronthaul )的限制下将射频波束成形（模拟）与基带波束成形 (数字） 结合。 使用射频波束成形区别于 4G， 因为在 4G中， 只使用基带波束 成形， 不仅如此， 还节约了前传容量 (FH capacity)和收发信机的数量。 根据 Foad Sohrabi 与 Wei Yu 所著 "Hybrid Digital and Analog Beamforming Design for Large-Scale Antenna Arrays" 并发表于 2016 年 4月的 IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing第 3号第 10卷一文中的理论， 本发明公开的发明人有创见地发现， 如果 I/Q数 量或者射频发射天线数使用多于层 1 ( L1 ) (横向）数据流数量的两 倍， 系统设计将能够保证这种符合的波束成形方案实现与全基带波束 成形相似的性能。 根据本发明的实施例，如图 2中的方法 2的流程所示，在步骤 220 中， 基站 120的发送器用基带（数字）波束成形处理横向的层 1数据 流， 以获得纵向数据流， 接着， 在步骤 S240 中， 对获得的纵向数据 流进行射频波束成形。 如此， 为基带算法的选择和射频波束的设计提 供了较好的设计灵活度。 理论上， CPRI应发送不少于层 1 的数据流 数量两倍的数据来在复合系统中实现较好的性能，因此，在实施例中， 考虑 CPRI I/Q数等于层 1数据流数量的 2倍。
优选地， 上述的基带波束成形的权重与射频波束成形的权重被设 计为接近全基带波束成形权重， 以比拟全基带波束成形的整体性能。
优选地， 横向数据流包括 N个层 1数据流， 步骤 220中对横向数 据流进行基带波束成形以获得纵向数据流的步骤包括： 对 N 个层 1 数据流进行基带预编码， 获得 M组天线端口 （AP )数据； 将 M组天 线端口数据从基带层 1传送到射频， 形成 M组纵向数据流。
优选地， 步骤 S240 中对纵向数据流进行射频波束成形包括： 将 M组纵向数据流进行射频波束成形， 形成天线数据。
优选地， 上述的 M组天线端口 （AP ) 数据包括第一子组和第二 子组， 其中， 第一子组中的天线端口数据承载落入第一波束的用户的 数据， 第二子组中的天线端口数据承载落入第二波束的用户的数据。
图 4示出了才 据本发明实施例的用于 MU- MIMO的复合的波束成 形系统。 在实际产品中， 一般将基带波束成形认为与实脸环境中的数 字波束成形的含义相同， 而射频波束成形与实脸环境中的模拟波束成 形的含义相同。 在图 4的示意图中， 数据流的数量、 前传容量、 射频 收发信机的数量和天线数量可以正常定义， 而仍留有很多的设计上的 选择， 可以设计出性能接近最佳而复杂度适宜的系统。
在 V5G的规范中， 为基带的层 1信号的波束成形定义了 16个接 口的 CSI- RS。 还是在 V5G的规范中， 为射频 (模拟）波束成形定义了 波束 RS(BRS)。
在中国， 目前 ΜΠΤ和 CMCC假定大规模 MIMO系统中基站使用 128根天线和 64个收发信机， 于是， 需要 16个数据流（层） 来获得 峰值的吞吐量需要。 这样的天线图案如图 5所示。
才艮据本发明的一个实施例， 前传使用 32 个天线端口， 也即， 32 路 I/Q数据从层 1到射频， 为全数字方案的一半。 图 6为根据本发明 实施例的一种具有波束成形功能的发送器的示意图， 其中， 应用了前 文提及的复合的波束成形手段， 有 16个横向 /层 1数据流 (0-15)， 经 过 MU- MIMO 模块中的基带波束成形， 得到 32 组的天线端口数据 ( AP0-AP31 )。其中，基带预编码 /波束成形的权重可以由基于 PMI/ZF 的 CSI- RS获得， 或者由基于 UL SRS相互性 (reciprocity)的 EBB/ZF 算法获得。 32组的天线端口数据随后从基带层 1传送到射频。在射频 模块， 将 32组的 AP数据经过模拟的波束成形（ ABF ) ， 获得 8路天 线数据， ADO- AD7。
代表波束标识的波束权重预先存储在 ABF， 作为备选波束。 得益 于 BRS， 每个天线接口都知道 UE优选的波束标识。
见图 Ί中所示的一种天线模块，天线端口 0-15只需要承载落入波 束标识 A的用户的数据， 相应地， 天线端口 16- 31只需要承载落入波 束标识 B的用户的数据。 经过 ABF， 波束标识 A的数据会与波束标 识 B的数据相加， 这使得每个波束标识都由所有纵向天线构成， 让波 束设计更加灵活。 这也成为全连接模拟波束成形。 参看图 7， 例如， ， AP O x W— ABF0..7 + AP16 x W— ABF64..71 = AD 0..7，对 API和 AP17 等也同样。
在空间域， 波束标识 A和波束标识 B被设计为相互正交。 波束标 识 A中的 UE不会受波束标识 B中的 UE的千 4尤， 反之亦然。 在同一 波束标识中的 UE通过 MU- MIMO手段实现空间复用。
基于 3D波束图案的仿真结果如图 8a所示， 图 8b则示出了波束 标识 A和波束标识 B的仿真结果。 应注意， 进一步的算法优化和波 束设计可以带来上述结果的进一步改变。
图 3示出了一种用于多入多出通信的发送器 3， 包括： 第一装置 32 , 配置为对横向数据流进行基带波束成形以获得纵向数据流； 和第 二装置 34， 配置为对纵向数据流进行射频波束成形。 优选地， 基带波束成形的权重与射频波束成形的权重被设计为接 近全基带波束成形权重。
优选地， 横向数据流包括 N个 （例如， 前述的 16个， 流 0-15 ) 层 1数据流， 第一装置 32包括： 第一单元 322， 配置为对 N个层 1 数据流进行基带预编码， 获得 M组 （例如， 前述的 32个， AP0- 31 ) 天线端口数据； 第二单元 324， 配置为将 M组天线端口数据从基带层 1传送到射频， 形成 M组纵向数据流； 第二装置 34配置为， 将所述 M组纵向数据流进行射频波束成形， 形成天线数据。
优选地， M组天线端口数据包括第一子组和第二子组， 其中， 第 一子组中的天线端口数据承载落入第一波束的用户的数据， 第二子组 中的天线端口数据承载落入第二波束的用户的数据。
需要注意的是，本发明可以在软件和 /或者软件与硬件的组合体中 被实施， 例如， 本发明的各个装置可采用专用集成电路（ASIC )或者 任何其他类似硬件设备来实现。 在一个实施例中， 本发明的软件程序 可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。 同样地， 本发明的 软件程序（包括相关的数据结构）可以被存储到计算机可读记录介质 中， 例如， RAM 存储器、 磁或者光驱动器或软磁盘及类似设备。 另 外， 本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现， 例如， 作为与处理 器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
对于本领域技术人员而言， 显然， 本发明不限于上述示范性实施 例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下， 能够以 其他的具体形式实现本发明。 因此， 无论从哪一方面来看， 均应该将 实施例看作是示范性的， 而且是非限制性的， 本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明来限定， 因此， 旨在将落在权利要求的等同要 件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。 不应该将权利要求中 的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 此外， 显然"包括"一词 不排除其他单元或步骤， 单数不排除复数。 系统权利要求中陈述的多 个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。 第 一以及第二等词语用来表示名称， 而并不表示任何特定的顺序。 虽然前面特别示出并且描述了示例性实施例， 但是本领域技术人 员将会理解的是， 在不背离权利要求书的精神和范围的情况下， 在其 形式和细节方面可以有所变化。 这里所寻求的保护在所附权利要求书 中做了阐述。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种在发送器中的多入多出通信方法， 包括：
对横向数据流进行基带波束成形以获得纵向数据流； 和
对所述纵向数据流进行射频波束成形。
2.根据权利要求 1所述的方法， 其中， 所述基带波束成形的权重与所述 射频波束成形的权重被设计为接近全基带波束成形权重。
3.根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述横向数据流包括 N个层 1 数据流， 所述对横向数据流进行基带波束成形以获得纵向数据流的步 骤包括：
对所述 N个层 1数据流进行基带预编码，获得 M组天线端口数据； 将所述 M组天线端口数据从基带层 1传送到射频， 形成 M组纵 向数据流；
所述对纵向数据流进行射频波束成形的步骤包括：
将所述 M组纵向数据流进行射频波束成形， 形成天线数据。
4.根据权利要求 3所述的方法， 其中， 所述 M组天线端口数据包括第 一子组和第二子组， 其中， 第一子组中的天线端口数据承载落入第一 波束的用户的数据， 第二子组中的天线端口数据承载落入第二波束的 用户的数据。
5.—种用于多入多出通信的发送器， 包括：
第一装置， 配置为对横向数据流进行基带波束成形以获得纵向数据流; 和
第二装置， 配置为对所述纵向数据流进行射频波束成形。
6.根据权利要求 5所述的发送器， 其中， 所述基带波束成形的权重与所 述射频波束成形的权重被设计为接近全基带波束成形权重。 根据权利要求 5所述的发送器， 其中， 所述横向数据流包括 N个层 1 数据流， 所述第一装置包括：
第一单元， 配置为对所述 N个层 1数据流进行基带预编码， 获得 M组天线端口数据；
第二单元， 配置为将所述 M组天线端口数据从基带层 1传送到射 频， 形成 M组纵向数据流；
所述第二装置配置为， 将所述 M组纵向数据流进行射频波束成形， 形成天线数据。 根据权利要求 7所述的发送器， 其中， 所述 M组天线端口数据包括 第一子组和第二子组， 其中， 第一子组中的天线端口数据承载落入第 一波束的用户的数据， 第二子组中的天线端口数据承载落入第二波束 的用户的数据。 一种基站， 其中， 包括如权利要求 5至 8中任一项所述的发送器。 —种多入多出的通信系统， 其中， 包括如权利要求 9所述的基站。
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