无线通信系统中用于选择发送和接收波束的设备和方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及无线通信系统中的波束成形。
【背景技术】
[0002] 现今，无线通信网络的数据使用量呈几何级增长。据此，超四代（4G)移动通信技 术不得不甚至是在户外环境中也要支持千兆字节级通信。用于此的最突出的候选技术是毫 米（mm)波段的波束成形技术。与现有的低频波段相比，毫米波段具有能够使用宽带的优 点。但是，毫米波段还具有信道衰减高的缺点。波束成形是通过使用多个天线能够增强特 定方向的信号的强度的技术。过去，在波束成形方面做出了许多研究。这样，由于波束的长 度在高频波段处减小，波束成形可以将多个天线集成在小区域中。相应地，波束成形技术作 为能够克服毫米波段的信道衰减的有效技术而再次吸引了人们的注意。
[0003] 波束成形可以实施于数字终端中，即基带，在数模（D/A)转换之后，或者在射频 (RF)端中的任意位置。当波束成形在数字终端中实施时，很容易调节波束成形系数（即，信 号的强度和相位）。但是，这种情况下在成本和实施方面存在困难，因为要为每个天线提供 加入基带的RF链-D/A - RF。相反，当波束成形在RF端中实施时，其会导致低价，但是在精 密地调节信号的强度和相位方面有困难。
[0004] 混合式波束成形是一种通过数字预编码器发送多个数据和通过RF波束成形器获 得波束成形增益的方法，该方法通过仅仅由几个RF链构成基带并在每个RF链再次耦合RF 波束成形器来实施。相应地，与上述的数字波束成形和模拟波束成形技术相比，混合式波束 成形能够实现适当的取舍。
[0005] 混合式波束成形可以与正交频分复用（OFDM)系统相结合，并且可以实施为不同 的结构。例如，多个RF链的RF波束成形器可以通过加法器连接到单个物理阵列天线。这 种情况下，与每个RF链的RF波束成形器相连的阵列天线是相同的。相应地，基带基础的有 效信道的相关性可以根据每个RF波束成形器的波束系数而显著增大。换言之，用于波束成 形的波束之间的相关性是根据波束系数而变的。波束之间的相关性的变化可以根据所用的 多输入多输出（M頂0)模式而使性功能变得更差或更好。因此，混合式波束成形结构不得不 提出一种替代方案，用于在考虑了波束之间的相关性后适当地选择将被实际用于数据发送 /接收的波束。
【发明内容】
[0006] 问题的解决方案
[0007] -种用于操作无线通信系统中的接收端的方法，该方法包括：从发送端接收关于 发送端的模拟波束的子集信息，和基于子集信息确定将用于向接收端进行数据信号传输的 发送波束的组合，其中，子集信息指示模拟波束被归类成的至少一个子集，并且至少一个子 集的每个模拟波束彼此之间的相关性等于或小于阈值。
[0008] 在一些实施例中，发送波束的组合属于同一个子集，并且被空间复用。
[0009] 在一些实施例中，确定发送波束的组合包括：识别在每个子集中提供最佳信道质 量的一定数目的模拟波束，其中该模拟波束的数目与复用阶数相对应；计算在每个子集中 识别的所述数目的模拟波束的信道质量和，并且将在每个子集中具有最大信道质量和的模 拟波束指定为所述发送波束的组合。
[0010] 在一些实施例中，发送波束的组合包括在所有发送波束当中提供最大信道质量值 的一定数目的发送波束，作为用于空间复用的波束组合，每个发送波束具有小于阈值的相 关性，其中所述发送波束的数目等于复用阶数。
[0011] 在一些实施例中，确定发送波束的组合包括：在发送端的所有模拟波束当中选择 具有最大信道质量的第一波束，将第一波束按照较高信道质量的顺序与剩余波束中的每一 个波束相比较，如果第一波束与所述剩余波束中的一个波束之间的相关性等于或大于阈 值，则将所述一个波束排除到发送波束的组合以外，并且如果相关性小于阈值，则将所述一 个波束包括在发送波束的组合中。
[0012] 在一些实施例中，确定发送波束的组合，其中每个发送波束属于用于分集的不同 子集。
[0013] 在一些实施例中，确定发送波束的组合包括：在发送端的所有模拟波束当中选择 具有最大信道质量的第一波束，将第一波束按照较高信道质量的顺序与剩余模拟波束中的 每一个波束相比较，如果一个剩余模拟波束属于与第一波束相同的子集，则将所述一个剩 余模拟波束排除到发送波束的组合以外，并且如果一个剩余模拟波束不属于与所述第一波 束相同的子集，则将所述一个模拟波束包括在发送波束的组合中。
[0014] 在一些实施例中，作为用于分集的发送波束组合，发送波束的组合包括一个子集 的发送波束或者在所有发送波束当中具有最大信道质量值的一定数目的发送波束，其中所 述发送波束的数目等于分集阶数。
[0015] 在一些实施例中，子集信息包括以下中的至少一项：构成发送端的模拟波束系数 的幅度和相位值向量的集合、代表发送端的模拟波束系数的转向角值的集合和代表发送端 被归类的子集根据多输入多输出（ΜΙΜΟ)模式的位图。
[0016] 在一些实施例中，所述方法进一步包括：通过发送端确定对发送波束进行归类的 子集，使得所述子集的所有对两个发送波束的相关性等于或小于阈值。
[0017] 在一些实施例中，所述至少一个子集是根据多输入多输出（ΜΙΜΟ)模式来区别性 地确定的。
[0018] 在一些实施例中，所述子集信息是作为周期性广播的系统信息接收的，或者是在 初始访问进程期间接收的，或者是在所述初始访问进程之后接收的，或者是作为在切换进 程期间交换的系统信息接收的。
[0019] 在一些实施例中，所述方法进一步包括：使用所述发送端发送的至少一个参考信 号，通过发送波束测量信道质量。
[0020] 在一些实施例中，所述方法进一步包括：根据发送波束的组合确定有效信道，基于 有效信道选择用于数字波束成形的预编码矩阵，向发送端发送发送波束的组合和选择的预 编码矩阵，和接收通过预编码矩阵进行数字波束成形的和通过发送端中的发送波束的组合 进行模拟波束成形的数字信号。
[0021] -种用于操作无线通信系统中的发送端的方法，该方法包括：发送关于发送端的 模拟波束的子集信息，从接收端接收基于子集信息确定的发送波束的组合，和通过使用发 送波束的组合，针对向接收端进行的数据信号发送执行模拟波束成形，其中子集信息指示 所述模拟波束被归类成的至少一个子集，并且至少一个子集的每个模拟波束彼此之间的相 关性等于或小于阈值。
[0022] 在一些实施例中，发送波束的组合属于同一个子集并且被空间复用。
[0023] 在一些实施例中，发送波束的组合属于用于分集的不同子集。
[0024] 在一些实施例中，子集信息包括以下中的至少一项：构成发送端的模拟波束系数 的幅度和相位值向量的集合、代表发送端的模拟波束系数的转向角值的集合和代表发送端 的归类子集根据MIMO模式的位图。
[0025] 在一些实施例中，子集信息包括依照MMO模式的不同子集。
[0026] 在一些实施例中，子集信息是作为周期性广播的系统信息接收的，或者是在初始 访问进程期间接收的，或者是在所述初始访问进程之后接收的，或者是作为在切换进程期 间交换的系统信息接收的。
[0027] -种用于无线通信系统中的接收端的设备，该设备包括：配置成从发送端接收关 于发送端的模拟波束的子集信息的通信单元，和配置成基于子集信息确定将用于向接收端 进行数据信号传输的发送波束的组合的控制器，其中，子集信息包括模拟波束被归类成的 至少一个子集，并且每个模拟波束彼此之间的相关性等于或小于阈值。
[0028] 在一些实施例中，控制器配置成：识别提供最佳信道质量的模拟波束的子集，计算 每个子集的模拟波束的信道质量和，并且将具有最大信道质量和的子集确定为发送波束的 组合。
[0029] 在一些实施例中，控制器配置成：在发送端的所有模拟波束当中选择具有最大信 道质量的第一波束，将第一波束按照高信道质量的顺序与剩余波束中的每一个波束相比 较，如果第一波束与剩余模拟波束中的一个波束之间的相关性等于或大于阈值，则将所述 剩余模拟波束中的所述一个波束排除到发送波束的组合以外，并且如果相关性小于阈值， 则将所述剩余模拟波束中的所述一个波束包括在发送波束的组合中。
[0030] 在一些实施例中，控制器配置成：在发送端的所有模拟波束当中选择具有最大信 道质量的第一波束，将第一波束按照高信道质量的顺序与剩余模拟波束中的每一个波束相 比较，如果一个剩余模拟波束属于与第一波束相同的子集，则将所述一个剩余模拟波束排 除到发送波束的组合以外，并且如果一个剩余波束不属于与所述第一波束相同的子集，则 将所述一个模拟波束包括在发送波束的组合中。
[0031] 在一些实施例中，控制器配置成：确定发送波束的组合，其中当波束组合用于分集 时，每个发送波束属于特定子集，或者发送波束的数目与分集阶数相同以便获得最大信道 质量。
[0032] 在一些实施例中，控制器配置成：通过发送端确定对发送波束进行归类的子集，使 得子集中的所有对两个发送波束的相关性均等于或小于阈值。
[0033] 在一些实施例中，控制器配置成：使用由发送端发送的至少一个参考信号，通过发 送波束测量信道质量。
[0034] 在一些实施例中，控制器配置成：根据发送波束的组合计算有效信道，和基于有效 信道选择用于数字波束成形的预编码矩阵，并且其中通信单元配置成：向发送端发送所述 发送波束的组合和选择的预编码矩阵，和接收通过所述预编码矩阵进行数字波束成形的和 通过所述发送端中的发送波束的组合进行模拟波束成形的数据信号。
[0035] -种用于无线通信系统中的发送端的设备，该设备包括：配置成发送关于发送端 的模拟波束的子集信息和从接收端接收基于子集信息确定的发送波束的组合的通信单元， 和配置成通过使用发送波束的组合对向接收端的数据信号传输执行模拟波束成形的控制 器，其中子集信息指示模拟波束被归类成的至少一个子集，并且至少一个子集的每个模拟 波束彼此之间的相关性等于或小于阈值。
[0036] 在进行以下的【具体实施方式】以前，阐明对本专利文档的通篇所用的某些词语和短 语的定义是有利的：术语"包括"和"包含"以及其派生词，表示内含物而没有限制意义；术 语"或"是包含性的，意味着和/或者；短语"与……相关联"和"与之相关联"以及其派生 词可以旨在包括、被包括在内、互连、包含、被包含在内、连接至或相连、耦接至或相耦接、 可与……通信、与……配合、交错、并置、邻近、密切关系到或有密切关系、具有、具