使用多个发射天线和接收天线以最大化无线链路预算并减少延迟扩展的自适应波束控制方法

专利名称：使用多个发射天线和接收天线以最大化无线链路预算并减少延迟扩展的自适应波束控制方法
使用多个发射天线和接收天线以最大化无线链路预算并减少延迟扩展
的自适应波束控制方法
技术领域：
本发明要求于2006年2月14日提交的申请号为60/773,508的名为 "Adaptive Beam-Steering Methods to Maximize Wireless Link Budge and Reduce Delay-Spread Using Multiple Transmit and Receive Antennas"的美国临
时申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
背景技术：
在大多数无线通信系统中，空中链路由一个发射天线与一个接收天线之 间的传播信道组成。然而已经确定，在发射机和接收机处使用多个天线会显 著地增加链路预算并因此增加链路容量。这种方法的缺点是系统复杂度也可 能被显著地增加。具有多个发射天线和接收天线的系统被称为无线MIMO
(多输入多输出)系统。
对于MIMO系统，链路预算或链路容量的增加经由以下途径之一实现 增加分集、多路复用以及波束成形。当使用增加分集的方法时，信号的类似 副本由多个天线发射并接收。这些多路传输通过使用清楚的延迟被时间分离
(使之无关联)，或者通过使用清楚的频率偏移被频率分离，或者通过使用 特定的置换和/或编码在代码空间中被分离。使用最佳最大比合并(MRC) 接收机，多个接收被合并。这种方法不需要知道发射机侧的信道传输函数。 然而，在某些方法中，需要对于每个天线都将被复制的发射和接收数据路径
(模拟和数字前端)的重要部分。
当前大多数MIMO系统遵循上述的第一 (分集)方法。通过这种方法 产生的链路预算大致比由波束成形产生的链路预算小N倍，其中，N是天线 的数量。此外，在大多数情况下，现有实施需要复杂的系统，其中，数据路径的整个模拟和数字前端部分在每个天线都被复制。在多路复用方案中，对 信道传输函数的准确认知用以将整体传输到接收的传输函数整形到分离的 (正交)传输链路中，这些链路上的数据通过使用恰当的编码和基于灌水原 理(更强链路上更大功率更多数据)的功率分布被多路复用。如所提及，这 种方法需要对发射机侧的信道传输函数有一些认识。此外，它还需要对于每 个天线都将被复制的发射和接收数据路径(模拟和数字)的重要部分。然而， 如果被最佳地设计，则它可以提供最大容量。
虽然存在着基于多路复用方法的实施，但是除非MIMO系统的维度、 即天线数量被限制，否则它们的复杂度相反地对于消费者和移动无线应用起 抑制作用，天线数量的限制也限制了最大可达到的链路预算增加。在波束成 形方法中，对信道传输函数的准确认识用以集中整个发射到接收信道的最强 子空间上的传输，被称为本征矢量。然后，信号在那个子空间上被发射。这 通过信号相位的恰当调整来实现，并且可能地分别对每个发射天线和接收天 线得到增益。无疑地，这种方案需要对发射机侧的信道传输函数有一些认识。 然而，它可以理论上通过只复制模拟数据路径的子集来实施，并且因此可能 需要简单得多的实施，和/或允许使用大量的天线。此外，它还比上述的增加 分集方法提供了更好的链路预算，并且对于高度相关的信道来说可以解决上 述多路复用方法的容量问题。这种方法需要传输带宽是载波频率的一小部 分。要注意的是，多路复用可以经由沿发射到接收信道的各种本征矢量的并 行波朿成形来实现。
波束成形的实施几乎都可以在雷达应用中找到，其中，发射机和接收机 单元首先是相同的，其次波束成形的目标与链路预算或链路容量最大化完全 不同。另一个波束成形建议使用会产生不适合消费者和移动无线应用的很复
杂实施的直接奇异值分解技术，并且因此对MIMO系统的维度、即天线数
量造成限制，并且从而增加了最大可达到的链路预算。

发明内容
一种用于自适应波束控制的方法和设备被公开。在一种实施方式中，该 方法包括使用多个发射天线和接收天线来执行自适应波束控制，包括反复执 行一对训练序列，其中所述一对训练序列包括估计发射机天线阵列加权矢量 和接收机天线阵列加权矢量。


本发明将通过下文的详细说明以及本发明各种实施方式的附图而被更 完全地理解，然而，附图不应当理解为将本发明限制到特定的实施方式，而 只是用于解释和理解。
图1是通信系统的一种实施方式的框图。
图2是集成装置的一种实施方式的框图。
图3 A和3B说明了各种波束搜索步骤。 图4说明了波束控制状态机的一种实施方式。 图5说明了波束搜索处理的一种实施方式的各阶段。 图6说明了由图5的波束搜索处理产生的特定的波束成形。 图7分别说明了在源/发射机和目标/接收机处的波束搜索和跟踪图的一 种实施方式。
图8是哈达玛(Hadamard)矩阵的实例。 图9是波束跟踪过程的一种实施方式的流程图。 图IO说明了波束搜索过程的替换实施方式。 图11说明了群集传播信道的概念。
具体实施例方式
一种有效且自适应的技术，用于对随时间变化的传播信道执行波束成形，具有减少的，并潜在地具有最小的复杂度，并且具有增加的，并潜在地 具有最大的增益。与现有的解决方案相对比，执行波束成形无需直接执行实 施起来很复杂的奇异值分解(SVD)。作为替代地，最佳信道本征矢量或子 空间经由自适应迭代方案而获得。波束成形的副效应是作为结果的波束成形 信道通常具有较短的延迟扩展，意指符号间干扰(ISI)窗口也较短。
在以下说明中，阐述了大量细节以提供对本发明更彻底的解释。然而， 本领域技术人员显然可以在没有这些细节的情况下实践本发明。在另一种情 况下，众所周知的结构和装置用框图的形式简单示出以避免模糊本发明。
随后的一部分详细说明示出了对计算机存储器或等效电子计算装置内 的数据比特的操作的算法和符号表示。这些算法的说明和表示是擅长数据处 理领域的技术人员所用的方法，该方法用于最有效地将他们的工作实质传达 给本领域中的其它技术人员。在此，算法通常被表达为一种产生期望结果的 自洽的步骤序列。这些步骤需要物理量的物理操作。尽管不一定，然而这些 数值通常都采用电或磁信号的形式，它们能够被存储、传输、结合、比较或 者操作。主要出于对公共用途的考虑，已经多次证实了便于将这些信号称为 比特、值、元素、符号、字符、项、数量等等。
然而，应当考虑到，所有这些及其类似的术语都将与适当的物理量相关
联并且仅仅方便于标记这些数值。除非特别指出，否则从以下详述中显而易 见地，应当理解在说明书使用诸如"处理"或"计算"或"演算"或"确定" "显示"等等之类的术语的详述指的是计算机系统或类似电子计算装置的动 作和处理，它们将被表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子) 数值的数据操作并变换成类似地被表示为计算机系统存储器或寄存器或其 它这类信息存储、传输或显示装置内的物理量的另一种数据。
本发明还涉及用于执行此处所述操作的设备。该设备可以通过使用数字 部件而被特别地构造以用于所需目的，或者该设备可以包括由计算机中存储的计算机程序有选择地激活或重新配置的通用计算机。这类计算机程序可以 存储在计算机可读存储介质中，非限制性地比如任何类型的磁盘，包括软
盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、 EPROM、 EEPROM、磁或光卡、或者适用于存储电子指令并且都耦合到计 算机系统总线的任何类型的介质。
此处给出的算法和显示不是固有地与任何特定的计算机或其它设备相 关。根据此处的教学，各种通用系统可以与程序一起使用，或者可以证实便 于构造更多专用设备以执行所需的方法步骤。所述各种系统所需的结构将从 下文说明中变得明显。另外，本发明不是参考任何特定的程序设计语言来说 明的。应当理解，各种程序设计、或数字设计、语言都可以用于实施此处所 述的本发明的教学。
机器可读媒介包括用于存储或传输机器(例如，计算机)可读形式的信 息的任何机制。例如，机器可读媒介包括只读存储器("ROM");随机存取 存储器("RAM");磁盘存储介质；光存储介质；闪存装置；电、光、声或 其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等等)等。
通信系统的示例
图1是通信系统的一种实施方式的框图。
参考图1，该系统包括介质接收机100、介质接收机接口 102、发射装置 140、接收装置141、媒体播放器接口113、媒体播放器114和显示器115。
媒体接收机100从源(未示出)接收内容。在一种实施方式中，媒体接 收机100包括机顶盒。该内容可能包括基带数字视频，非限制性地比如，遵 循HDMI或DVI标准的内容。在这种情况下，媒体接收机100可以包括发 射机(例如，HDMI发射机)以转发接收到的内容。
媒体接收机101经由媒体接收机接口 102将内容101发送到发射机装置 140。在一种实施方式中，媒体接收机接口 102包括将内容101转换成HDMI内容的逻辑。在这种情况下，媒体接收机接口 102可以包括HDMT插口并 且内容101经由有线连接被发送；然而，传输也可以通过无线连接发生。在 另一种实施方式中，内容101包括DVI内容。
在一种实施方式中，内容101在媒体接收机接口 102与发射机装置140 之间的传输发生在有线连接上；然而，传输也可以通过无线连接发生。
发射机装置140使用两个无线连接将信息无线地传输到接收机装置 141。其中一个无线连接是通过具有自适应波束成形的相位阵天线。另一个 无线连接是经由无线通信信道107，在此被称为返回信道。在一种实施方式 中，无线通信信道107是单向的。在一个替换实施方式中，无线通信信道107 是双向的。在一种实施方式中，返回信道可以将相同天线的一部分或全部用 作正向波束成形信道(105的一部分)。在另一种实施方式中，两组天线是不 相交的。
接收机装置141经由诸如媒体播放器接口 113之类的接口将从发射机装 置140接收的内容传输到媒体播放器114。在一种实施方式中，内容在接收 机装置141与媒体播放器接口 113之间的传输通过有线连接发生；然而，传 输也可以通过无线连接发生。在一种实施方式中，媒体播放器接口 113包括 HDMI插口。类似地，内容在媒体播放器接口 113与媒体播放器114之间的 传输通过有线连接发生；然而，该传输也可以通过无线连接发生。该传输还 可以通过不是媒体播放器接口的有线或无线数据接口发生。
媒体播放器114使得内容在显示器115上被播放。在一种实施方式中， 该内容是HDMI内容，并且媒体播放器114经由有线连接将媒体内容传输到 显示器；然而，该传输也可以通过无线连接发生。显示器115可以包括等离 子显示器、LCD、 CRT等等。
要注意的是，图1中的系统可以变更为包括DVD播放器/录像机，在 DVD播放器/录像机的位置中来接收并播放和/或记录该内容。相同的技术也可以被用于非媒体数据应用。
在一种实施方式中，发射机140和媒体接收机接口 102是媒体接收机100 的一部分。类似地，在一种实施方式中，接收机140、媒体播放器接口 113 和媒体播放器114是同一装置的所有部分。在一个替换实施方式中，接收机 140、媒体播放器接口 113、媒体播放器114和显示器115是该显示器的所有 部分。这类装置的示例在图2中被示出。
在一种实施方式中，发射机装置140包括处理器103、可选基带处理元 件104、相位阵天线105和无线通信信道接口 106。相位阵天线105包括具 有数控相位阵天线的无线电频率(RF)发射机，该数控相位阵天线被耦合到 处理器103并由处理器103控制以使用自适应波束成形将内容传输到接收机 装置141。
在一种实施方式中，接收机装置141包括处理器112、可选基带处理元 件111、相位阵天线110和无线通信信道接口 109。相位阵天线110包括具 有数控相位阵天线的无线电频率(RF)发射机，该数控相位阵天线被耦合到 处理器112并由处理器112控制以使用自适应波束成形从发射机装置140接
收内容。
在一种实施方式中，处理器103生成基带信号，该基带信号在由相位阵 天线105无线发射之前经过了基带信号处理104的处理。在这种情况下，接 收机装置141包括基带信号处理，基带信号处理用于将由相位阵天线110接 收的模拟信号转换成基带信号以用于由处理器112进行处理。在一种实施方 式中，该基带信号是正交频分复用(OFDM)信号。
在一种实施方式中，发射机装置140和/或接收机装置141是分离的收 发信机的一部分。
发射机装置140和接收机装置141使用具有允许波束控制的自适应波束 成形的相位阵天线来执行无线通信。波束成形在该技术领域中是公知的。在--种实施方式中，处理器103向相位阵天线105发送数控信息以指示移动相
位阵天线105中的一个或多个移相器的移动量，以控制在以本技术领域公知 的方法形成的波束。处理器112也使用数控信息来控制相位阵天线110。数 控信息使用发射机装置140中的控制信道121和接收机装置141中的控制信 道122来发送。在一种实施方式中，该数控信息包括一组系数。在一种实施 方式中，处理器103和112分别包括数字信号处理器。
无线通信链路接口 106被耦合到处理器103并且提供无线通信链路107 与处理器103之间的接口以传递与相位阵天线的使用有关的天线信息以及传 递用于促进在另一位置处播放内容的信息。在一种实施方式中，在发射机装 置140与接收机装置141之间传送以促进内容播放的信息包括从处理器103 发送到接收机装置141的处理器112的加密密钥以及从接收机装置141的处 理器112发送到发射机装置140的处理器103的一个或多个确认。
无线通信链路107还在发射机装置14与接收机装置141之间传输天线 信息。在相位阵天线105和IIO的调谐初始化期间，无线通信链路107传输 信息以使处理器103能为相位阵天线105选择方向。在一种实施方式中，该 信息非限制性地包括天线位置信息和对应于该天线位置的性能信息，比如包 括相位阵天线110的位置和用于所述天线位置的信道的信号强度的一对或多 对数据。在另一种实施方式中，所述信息非限制性地包括由处理器112发送 到处理器103以使处理器103能够确定使用相位阵天线105的哪些部分来传 输内容的信息。
当相位阵天线105和IIO在它们可以传输内容(例如，HDMI内容)的 模式下工作时，无线通信链路107传输来自接收机装置Ml的处理器112的 通信路径的状态指示。该通信状态指示包括来自处理器U2的指示，处理器 112提示处理器103以将波束控制在另一个方向(例如，到另一个信道)。 这类提示可以响应于内容的一部分的传输干扰而发生。所述信息可以指定处理器103可以使用的一个或多个备用信道。
在一种实施方式中，所述天线信息包括由处理器112发送以指定接收机 装置141将相位阵天线110对准的位置的信息。这在当发射机装置140告诉 接收机装置141在何处放置其天线的初始化期间可能是有用的，由此可以进
行信号质量测量来识别最好的信道。所指定的位置可能是精确位置，或者可
能是相对位置，例如在预定位置顺序中的下一个位置之后是发射机装置140 和接收机装置141。
在一种实施方式中，无线通信链路107将信息从接收机装置141传输到 发射机装置140以规定相位阵天线110的天线特性，反之亦然。在一种实施 方式中，通信链路107将可用于控制相位阵天线105的信息从接收机装置141 传输到发射机装置140。
收发信机结构的实例
收发信机的一种实施方式在下面被描述。收发信机包括分别用于发射机 和接收机的发射和接收路径。在一种实施方式中，用于与接收机通信的发射 机包括处理器和相控阵列波束成形天线。通过反复执行一组训练操作，该处 理器控制天线以使用多个发射天线并结合接收机的接收天线来执行自适应 波束控制。其中一个训练操作包括处理器使得相控阵列波束成形天线在接收 机的接收天线阵列加权矢量被设置并且发射机天线阵列加权矢量在具有一 组加权矢量的加权矢量之间切换的同时传输第一训练序列。另一个训练操作 包括处理器使得相控阵列列波束成形天线在发射机天线阵列加权矢量被设 置为处理的一部分以计算接收天线阵列加权矢量的同时传输第二训练序列。
在一种实施方式中，用于与发射机通信的接收机包括处理器和相控阵列 波束成形天线。通过反复执行一组训练操作，该处理器控制天线使用多个接 收天线并结合发射机的发射天线来执行自适应波束控制。其中一个训练操作 包括处理器在用于估计发射天线阵列加权矢量的过程期间通过使发射机在接收天线阵列加权矢量被设置的同时发射第一训练序列来设置接收天线阵 列加权矢量。另一个训练操作包括处理器在发射机天线阵列加权矢量被设 置的同时在发射机发射第二训练序列时计算接收天线阵列加权矢量。
图3 A和3B分别是发射机装置和接收机装置的一种实施方式的框图，
它们是图1中的自适应波束成形多个天线无线电系统的一部分。收发信机
300包括多个独立的发射链和接收链并且使用相控阵列来执行相控阵列波束 成形，所述相控阵列采用一致的RF信号并且为阵列中的一个或多个天线单 元移动相位以实现波束控制。
参考图3A，数字基带处理模块(例如，数字信号处理器(DSP)) 301 格式化内容并且生成实时基带信号。数字基带处理模块301可以提供调制、 FEC编码、分组组装、交织和自动增益控制。
然后，数字基带处理模块301转发将在发射机的RF部分上被调制并发 出的基带信号。在一种实施方式中，该内容以本领域技术人员公知的方法被 调制成OFDM信号。
数模转换器(DAC) 302接收输出自数字基带处理模块301的数字信 号并将它们转换成模拟信号。在一种实施方式中，输出自DAC 302的信号 在0-1.7 GHz之间。模拟前端303接收所述模拟信号并且用适当的低通图像 抑制滤波器对其进行滤波从而将其放大。IF模块304接收模拟前端303的输 出并且将该输出上转换成IF频率。在一种实施方式中，该IF频率在2-15 GHz之间。
RF混频器305接收输出自IF放大器304的信号，并且以本领域技术人 员公知的方法将所述信号与来自本地振荡器(LO)(未示出)的信号相结合。 输出自混频器305的信号处于中间频率。在一种实施方式中，该中间频率在 2-15 GHz之间。
复用器306被耦合以接收来自混频器305的输出以控制哪个移相器307^接收所述信号。在一种实施方式中，移相器307^是量化移相器。在 一个替换实施方式中，移相器307^可以由具有可控增益和相位的IF或RF 放大器代替。在一种实施方式中，以本领域技术人员公知的方法，数字基带 处理模块201还经由控制信道360控制相位阵天线中每个天线元件中的电流 的相位和幅度以产生期望的波束图形。换言之，数字基带处理模块201控制 相位阵天线的移相器307^来产生期望的图形。
每个移相器307,-K产生输出，该输出被发送到其中功率放大器308^中 的一个，所述功率放大器用于放大所述信号。所述放大后的信号被发送到具 有多个天线元件309,—w的天线阵。在一种实施方式中，从天线309^发射的 信号是在56-64 GHz之间的无线电频率信号。因此，多个波束被从相控阵列 天线输出。
关于接收机，天线310^从天线309,.NK接收无线传输，并且经由低噪 声放大器311^将它们分别提供给移相器312,—N。如上所述，在一种实施方 式中，移相器312^包括量化移相器。可替换地，移相器312^可以由复合 乘法器代替。移相器312^从天线310^接收信号，所述信号通过RF合并 器313被结合以形成单线馈给输出。在一种实施方式中，复用器用于结合来 自不同元件的信号并且输出单馈线(single feed line)。 RF合并器313的输出 被输入到RF混频器314中。
以本领域技术人员公知的方法，混频器314接收RF合并器313的输出 并且将该输出与来自LO (未示出)的信号结合。在一种实施方式中，混频 器314的输出是具有为2-15 GHz的IF载波频率的信号。然后，IF模块将该 IF信号下转换成基带频率。在一种实施方式中，存在0-1.7 GHz之间的I和 Q信号。
模数转换器(ADC) 316接收IF 315的输出并将该输出转换成数字形 式。来自ADC316的数字输出被数字基带处理模块(例如，DSP) 318接收。数字基带处理模块318恢复该信号的振幅和相位。数字基带处理模块318 可以提供解调、分组分解、去交织和自动增益。
在一种实施方式中，每个收发信机都包括控制微处理器，所述控制微处
理器建立用于数字基带处理模块(例如，DSP)的控制信息。所述控制微处 理器可以与数字基带处理模块(例如，DSP)同在一块芯片上。 受，微游应淑淑成形
在一种实施方式中，DSP实施了一种在硬件中实施波束成形加权的自适 应算法。即，发射机和接收机使用数控模拟移相器一起在RF频率中执行波 束成形；然而，在一种替换实施方式中，波束成形是在IF中执行的。移相 器307,、N和312,_N以本领域技术人员公知的方法经由控制信道360和控制信 道370，分别地(respectfully),经由控制信道360和控制信道370各自的 DSP被控制。例如，数字基带处理模块(例如，DSP) 301控制移相器307,.N 以使发射机执行自适应波束成形以控制波束，而数字基带处理模块(例如， DSP) 318控制移相器312^指挥天线元件接收来自天线元件的无线传输并 且结合来自不同元件的信号以形成单线馈给输出。在一种实施方式中，复用 器用于结合来自不同元件的信号并且输出单馈线。要注意的是，如在图1的 发射机和接收机中所示，控制数字基带处理模块的处理器(例如，DSP)可 以被分别耦合到控制信道360和370，可用于控制移相器307,-n以及312-N。
数字基带处理模块(例如，DSP) 301通过脉冲发生或激励被连接至每 个天线元件的适当的移相器来执行波束控制。数字基带处理模块(例如， DSP) 301下的脉冲发生算法控制每个元件的相位和增益。执行受DSP控 制的相控阵列波束成形为本领域技术人员所公知。
自适应波束成形天线用于避免干扰阻塞。通过适配波束成形以及控制波 束，通信可以避免可能阻止或干扰发射机与接收机之间的无线传输的阻塞。
在一种实施方式中，自适应波束成形天线具有三个操作相位。这三个操作相位是训练相位、搜索相位以及跟踪相位。训练相位和搜索相位在初始化 期间发生。训练相位以预定的空间图形{ A: }和{ }的序列来确定信道包络 (profile)。搜索相位计算候选空间图形{^}, {坊}的列表并且选择主要候选 {」5，55}以用于一个收发信机的发射机与另一个收发信机的接收机之间的数 据传输。跟踪相位保持跟踪候选列表的强度。当主要候选不通时，下一对空 间图形被选择使用。
在一种实施方式中，在训练相位期间，发射机发出空间图形序列{^}。 对于每个空间图形{^}，接收机将接收到的信号投影到另一个图形序列{5 } 上。作为投影的结果，信道包络在对{^},{《}上被获得。
在一种实施方式中，穷举(exhaustive)训练在发射机与接收机之间执 行，其中，接收机的天线被置于所有位置并且发射机发送多个空间图形。穷 举训练是本领域技术人员公知的。在这种情况下，M个发射空间图形被发射 机发射，而N个接收到的空间图形由接收机接收以形成NxM的信道矩阵。
因此，发射机通过发射部分模式并且接收机搜索以发现对于那个传输最 强的信号。然后，发射机移动到下一部分。在穷举搜索过程结束时，发射机 和接收机的所有位置排序以及那些位置处的信道的信号强度已经被获得。信 息被保存为位置对，其中所述位置是天线被指向的位置以及信道的信号强 度。该列表可用于在干扰的情况下控制天线波束。
在一个替换实施方式中使用了子空间训练，其中，该空间被划分成连续 的窄部分，正交天线图形被发送以获得信道包络。
假定数字基带处理模块301 (DSP)处于稳定状态并且天线应当指向的 方向已经被确定。在额定状态中，DSP将具有它发送给移相器的一组系数。 所述系数指示移相器对于其对应的天线将信号移动的相位量。例如，数字基 带处理模块301 (DSP)向移相器发送一组数控信息，所述数控信息指示不 同的移相器将移动不同的量，例如移动30度，移动45度，移动90度，移动180度等等。因此，去往那个天线元件的信号将被移动特定度数的相位。
在阵列中相移不同量的最后结果，例如16、 32、 36、 64元件，使得天线能 够被控制在一个方向中，该方向对于接收天线来说提供了最敏感的接收位: 置。即，整个天线阵列上的移动复合组提供了激起(stir)天线的最敏感点在 半球上指向的位置的能力。
要注意的是，在一种实施方式中，发射机与接收机之间的适当连接可能 不是从发射机到接收机的直接路径。例如，最适当的路径可能是从顶部反射
在一种实施方式中，无线通信系统包括用于在无线通信装置(例如，发 射机和接收机、 一对收发信机等等)之间传输信息的返回信道320，或链路。 所述信息涉及波束成形天线并且使得两个无线通信装置或其中一个能适配 天线阵元件阵列以便更好地将发射机的天线元件与接收装置的天线元件对 准到一起。所述信息还包括促进内容的使用的信息，所述内容在发射机与接 收机的天线元件之间无线传输。
在图3A和3B中，返回信道320在数字基带处理模块(DSP) 318与 数字基带处理模块(DSP) 301之间耦合以使数字基带处理模块(DSP) 318 能向数字基带处理模块(DSP) 301发送跟踪和控制信息。在一种实施方式 中，返回信道320起到了高速下行链路和确认信道的作用。
在一种实施方式中，返回信道还用于传输对应于发生无线通信的应用 (例如，无线视频)的信息。这类信息包括内容保护信息。例如，在一种实 施方式中，当收发信机传输HDMI数据时，返回信道用于传输加密信息(例 如，加密密钥和加密密钥的确认)。在这种情况下，返回信道被用于内容保 护通信。
更具体地说，在HDMI中，加密用于验证数据接收器是被允许的装置(例如，被允许的显示器)。存在新加密密钥的连续流，该连续流在传输HDMI
数据流以验证所述被允许的装置未改变的同时被传输。用于HD TV数据的 帧块以不同的密钥进行加密，然后所述密钥必须在返回信道320上被确认回 以便验证所述播放器。返回信道220将加密密钥正向传输到接收机，并且以 返回方向传输来自接收机的密钥接收的确认。因此，加密后的信息以双向发 送。
将返回信道用于内容保护通信是有利的，因为它避免了在这类通信与内 容一起发送时所必须完成冗长的再训练过程。例如，如果来自发射机的密钥 在流经原始链路内容旁边被发送并且那个原始链路中断，则对于典型的 HDMI/HDCP系统来说，将强制2-3秒的冗长的再训练。在一种实施方式中， 这分离了比给出了其全部定向方向的原始定向链路具有更高可靠性的双向 链路。通过将这个返回信道用于HDCP密钥的通信并且使用从接收装置发回 的适当确认，耗时的再训练甚至可以在发生最有力阻塞的情况下被避免。
在主动模式中，当波束成形天线正在传输内容时，返回信道用于让接收 机通知发射机信道状态。例如，当波束成形天线之间的信道有足够好的质量 时，接收机在返回信道上发送信息以指示该信道是可接受的。返回信道还可 以被接收机用于发送发射机可以计量的信息，该信息用于指示被使用的信道 的质量。如果将信道质量降低到可接受程度以下或者完全阻止波束成形天线 之间的传输的某种形式的干扰(例如，阻塞)发生，则接收机可以指示该信 道不再可接受和/或可以通过返回信道请求信道改变。接收机可以在预定信道 组中请求改变下一信道，或者可以为发射机指定专用信道以使用。
在一种实施方式中，返回信道是双向的。在这种情况下，在一种实施方 式中，发射机使用返回信道向接收机发送信息。这类信息可以包括指示接收 机将其天线元件放置在不同的固定位置处的信息，发射机将在初始化期间扫 描这些位置。发射机可以通过特别地指定位置或者通过指示接收机应当进行到在预定顺序或列表中被指定的下一位置来指定这个，发射机和接收机通过 预定顺序或列表得以继续。
在一种实施方式中，发射机和接收机两者或其中一个使用返回信道通知 另一个特定的天线表征信息。例如，天线表征信息可以指定该天线能够分辨
下至6度的半径并且该天线具有特定数量的元件(例如，32元件、64元件
等等)。
在一种实施方式中，返回信道上的通信通过使用接口单元来被无线地执 行。可以使用任何形式的无线通信。在一种实施方式中，OFDM被用于通过 返回信道传输信息。在另一种实施方式中，CPM被用于通过返回信道传输信息。
趁束成形撒述
在一种实施方式中，通信系统采用以下要素来实施波束成形波束搜索 过程；波束跟踪过程；以及波束控制状态机。波束搜索和波束跟踪被用于补 偿无线信道的时变和可能的窄波束阻塞。当被调用时，波束搜索过程找到最 大化链路预算的波束方向。被获得的波束方向接着被用于波束成形。在波束 搜索过程已经产生最佳波束成形之后，波束跟踪过程跟踪信道传输函数中的 波束比小时变。波束控制状态机使用任意的坏链路检测机制(其可以基于净 荷或波束跟踪结果)来检测当前链路的信噪比是否低于期望阈值。为了此处 的目的，坏链路意指当前波束方向不通，并且新的波束搜索随后被计划以找 到下一个最好的波束方向。
图4说明了波束控制状态机的一种实施方式。参考图4，状态机400包 括捕获(初始/空闲)状态401、波束搜索状态402、稳态或数据传送状态403。 波束控制过程从捕获状态401开始。在一种实施方式中，只要链路一建立， 就进入捕获状态401 。在初始捕获之后，状态机400变换到波束搜索状态402 以执行波束搜索。 一旦源(例如，发射机)或目标(例如，接收机)(基于一个或多个量度)确定信道被认为是坏的(例如，波束被阻塞)，就进入波 束搜索状态402。要注意的是，在一种实施方式中，波束搜索在数据传送状
态403期间被有规律地计划(例如，每0.5-2秒)。这在波束被阻挡的基础上 可能是有用的。
在波束搜索成功之后，状态机400变换到稳态403中，数据传送操作在 稳态403执行。在一种实施方式中，这包括以预确定间隔(例如，每l-2毫 秒)进行波束跟踪。在一种实施方式中，波束跟踪是波束搜索过程的一个縮 短版本。这可以被预定或基于请求。
如果当波束控制状态机400处于波束搜索状态402或数据传送状态403 时发生链路故障，则波束控制状态机400变换到截获状态401 。
在一种实施方式中，在发射机处的波束成形通过为每个RF功率放大器 和发射天线组分别旋转RF调制信号的相位而被执行，其中，相位旋转通过 下列方程式说明
雄)cos(2《"(;o01)) ~>尊)cos(2《乂 + p(0 + e)
旋转e
并且旋转角^被量化成2-4比特。这可以通过使用量化移相器来实现。
类似地，在一种实施方式中，在每个接收天线和低噪声放大器(LNA) 组之后，在接收机处的波束成形通过旋转接收到的RF调制信号的相位来执 行，然后结合被旋转相位后的信号。
应当指出，在一种实施方式中，接收天线被耦合到一个或多个数字化路 径，并且数字化路径的数量少于接收天线的数量。此外，在一种实施方式中， 发射天线被耦合到一个或多个发射信号生成路径，并且发射信号生成路径的 数量少于发射天线的数量。
波束搜索过程的实例
在一种实施方式中，波束搜索过程由两个阶段组成定时恢复和迭代波 束搜索。在定时恢复阶段中，具有最大增益的波束/射线的到达时间(延迟)被估计。在一种实施方式中，通过在空中发射己知符号序列并且经由匹配滤 波器在接收机处匹配所述序列来执行延迟估计。为了将信噪比最大化，将发 射天线相位设置为等于NxN哈达玛矩阵H的列，每次一列，其中，H具有 下列性质
1,1}, //m腳
其中，//7'是H的转置矩阵(transpose),而INxN是NxN单位矩阵。发 射天线相位被扫描经过H的N列(被设置等于一次一个)P (例如，3)次， 其中每次使用不同的接收天线相位图形。选择接收天线相位图形使得对应的 波束覆盖整个空间。与接收机匹配的滤波器将接收到的信号r (k)与被发射 的序列x (k)相关，如下列方程式所述，其中所述图形长为L个符号
W) = I>("'')X(Z')
'=0
导致最大匹配的滤波器输出能量的时间延迟在在所有发射和接收天线 相位图形上求和之后被选择作为最大增益波束/射线的时间延迟。另外，在所 有发射天线相位图形上经过求和之后，以选定时间延迟的匹配的滤波器输出 具有最大能量的接收天线相位图形也被选择。
在下一个阶段，使用波束搜索迭代过程，在一种实施方式中，该过程针 对总共数量为2M (偶数)(例如4、 6、 8或10)的阶段交替地改变发射和 接收相位图形。在几乎所有的情况中，发射和接收相位图形会聚到对应于最 大增益波束方向的最佳值。在某些孤立的情况中，发射和接收相位图形可以 在对应于相似波束成形增益的不同相位图形之间波动。
对于第一次迭代，接收相位图形被设置为P个相位图形中的一个，其在 上次定时恢复阶段结束的时候被选择。换言之，接收机相移被设置为第i个 初始值(对于i-l、 2、 3等等)。在一种实施方式中，由天线阵列加权矢量 (AWV)的设定值来设置接收相移。另一方面，发射图形被设置为等于哈达玛矩阵H的N列， 一次一个。在图8中给出了 36 x 36哈达玛矩阵的实例。 要注意的是，对于某个数量的天线，可以使用另一个单位矩阵。此外，要注 意的是，在一种实施方式中，接收机和发射机的天线阵列加权矢量(AWV) 是可以具有量度和/或相位信息的复合加权矢量。在一种实施方式中，加权矢 量是量化的相移矢量。
发射机在空中发射己知符号序列，所述符号序列被用于估计从在N个发 射天线相位旋转之前的RF调制信号到N个接收天线相位旋转之后的复合信 号所产生的单输入单输出(SISO)信道传递函数。在此阶段期间，发射机相 位阵天线在从矩阵H的列中被导出的相位矢量之间切换，跨越整个空间。在 --种实施方式中，发射机天线阵加权矢量(AWV)包括36个加权矢量。对 于每个发射相位图形，接收到的信号以所选择的最佳时间延迟与被发射的符
号序列相关。复值的相关器输出/;"^接着被用作对应的信道传递函数的估
计。因此，对应于接收机相移的每个延迟的N-Tx乘l-Rx信道增益被顺序地 测量，并且为最好的初始值而选择最大能量延迟(例如，群)。
接下来，N个复值的信道估计的矢量被复共轭并乘以矩阵H。接着，此 矢量的复值元素的角度被量化成为2-4比特，形成量化的相位的矢量。此矢 量在此被称作基于MRC的发射机量化的相移(QPS)矢量(即，发射机AWV) 并且经由诸如上述返回信道之类的反向无线信道被发送回发射机，其中该矢 量被用作第一迭代的下一个部分的固定发射相位图形。在一种实施方式中， 在接收机处产生最强信号的发射机AWV的索引经由反向信道也被发送回发 射机。
对于第一迭代的下一个部分，发射相位图形被设置为等于在上一次迭代 结束的时候计算出的量化的相位矢量。即，发射机相移被设置为在用于调谐 发射机AWV的迭代的第一部分中计算出的值。另一方面，接收相位图形被 设置为等于H的N歹i」， 一次一个。发射相同的符号序列并且使用相同的相关性过程，对于每个接收相位图形估计SISO信道传递函数。换言之，对于
等效lxM信道的最大能量延迟和估计，l-Tx乘N-Rx信道增益在接收机处 被顺序地测量。
类似地，N个复值的信道估计的矢量被复共轭并乘以矩阵H。接着，此 矢量的复值元素的角度被量化成2-4比特，形成量化的相位的矢量。此矢量 被称为基于MRC的接收机量化的相移(QPS)矢量(即，接收机AWV)。 此AWV矢量在接收机中被用作下一个迭代的固定的接收相位图形。即，接 收机相移(加权)被设置为这些计算出的值。
因此，同样的步骤被重复若干(例如，3、 4等等)次，其中，可替换地， 发射或接收相位图形被设置为等于来自之前迭代的计算出的量化的相位矢 量，同时用于相反操作的图形，即接收或发射图形，被设置等于H的N列， 一次一个。
在迭代结束的时候，计算出的发射与接收相位矢量被用于在最佳方向上 形成波束。
在一种实施方式中，波束搜索(和波束跟踪)信号是以Fs/2采样频率 的OQPSK信号，其中F,是OFDM采样率。
在一种实施方式中，等于三的不同初始接收机QPS矢量被用于改善最 优采样次数估计的性能。此外，在一种实施方式中，通过将发射机(和接收 机)加权矢量设置为矩阵H的N列(一次一个)并且顺序地测量N个对应 的标量信道估计来执行连续的信道估计。每个信道估计阶段由N个估计间隔 组成，由此如果V是作为结果的lxN (Nxl)估计矢量，则信道估计是VH * (H*V)。
接收到的信号在每个定时恢复或迭代步骤期间既不应当饱和(saturated) 又不应当过稀薄，其中，发射或接收相位图形被扫描经过H的列。因此，在 每个此类步骤之前执行自动增益控制(AGC)进程。在一种实施方式中，在该AGC进程中，在空中发射覆盖相同带宽的任意符号序列，同时用与接着 发生的步骤相同的方式改变发射与接收相位图形。接收到的信号能量被测 量，并且接收机增益因此被设置为一个值，使得接收到的信号对于所有发身寸 与接收相位图形来说既不饱和又不过稀薄。如果必要的话，此进程将被重复 若干次(等于3次)直到找到适合的增益为止。
图5说明了上述波束搜索过程的一种实施方式的若干阶段。参见图5， 阶段501-503表示定时恢复阶段。在这些阶段期间，初始接收机相移矢量和 最佳延迟被选择。在一种实施方式中，在阶段501和502期间，发射能量被固定。
在阶段503之后， 一系列迭代被执行。每个迭代由三个块组成，阶段 504-506表示一个迭代的实例。阶段504是使用固定的接收相位图形的发射 信道估计阶段，该该阶段中，给出最好能量的的接收机矢量被选择并用于估 计信道。如所示，阶段504包括与一个块一起的自动增益控制504,，其中接 收机使用接收到的矢量产生Nxl个信道估计并在子阶段5042中计算发射相 移矢量。子阶段5042的操作以块的形式被描述，被示为子阶段5202的扩展 版本(因为所有的块都是相同的)。最初，发射相移矢量被改变为H1 (子阶 段550,)，保护间隔(子阶段5502)被插入以补偿相移延迟。对于发射加权 矢量中的改变，保护间隔大于总延迟扩展减去发射滤波器延迟扩展。接着， 第一信道(Chl)被测量(块5503)。在测量该信道之后，发射相移矢量被改 变为H2 (子阶段5504)，具有保护间隔(子阶段5505)。然后第二信道(Ch2) 被测量(子阶段5506)。此操作继续直到最后一个信道ChN被测量。在所有 发射相移矢量已经被发射并且信道被估计之后，发射相移矢量被计算并被改 变(为估计接收机信道作准备)。在一种实施方式中，在接收机处产生最强 接收到的信号的发射机天线加权矢量在此阶段期间被重复不止一次以便允 许接收机补偿发射机和接收机模拟电路固有的各种相位不精确性。在计算发射相移矢量之后，在阶段505,接收机将该发射相移矢量发送 回发射机。在一种实施方式中，接收机还发送回产生在下一个迭代期间使用 的最强接收到的信号的发射机加权矢量的索引。该操作可以使用返回信道来 执行。
接下来，使用固定的发射相移矢量来执行接收信道估计阶段506。接收 信道估计阶段(阶段506)以及其它接收信道估计阶段的每一个，都包括自 动增益控制子阶段(子阶段506,)和lxN信道估计与接收相移矢量计算阶 段(子阶段5062)。 AGC块506!被描述为三个AGC块531，编号1-3，其全 部相同。其中的一个被比较详细地示出并且可作为其余的示范。首先，接收 相移矢量被改变为Hl (子阶段531,)并且在该相移矢量上执行AGC (块 5312)。然后该接收相移矢量被改变为H2 (子阶段5313)并且在该相移矢量 上执行AGC (子阶段53U)。对于所有N个接收相移矢量继续此操作。
在AGC子阶段506,之后，在子阶段5062处发生信道估计和接收相移矢 量计算。子阶段5062的操作以块的形式被描述并且对于图5中所有这类的块 是相同的。最初，接收相移矢量被改变为H1 (子阶段560。，保护间隔(子 阶段5612)被插入以补偿相移延迟。对于接收加权矢量中的改变，保护间隔 大于总延迟扩展减去接收滤波器延迟扩展。然后第一信道(Chl)被测量(子 阶段5603)。在测量该信道之后，接收相移矢量被改变为H2 (子阶段5604)， 具有保护间隔(子阶段5605)。然后第二信道(Ch2)被测量(子阶段5606)。 此操作继续直到最后一个信道ChN被测量。在所有接收相移矢量已被发射 并且信道被估计之后，接收相移矢量被计算并改变。在一种实施方式中，具 有四个迭代，存在十四个阶段。
自动增益控制
在AGC调谐间隔期间发送的信号使用相同的调制但是不携带信息。 AGC增益在每个信道估计阶段期间应当恒定。在每个阶段期间，发射加权矢量或接收加权矢量被改变(扫描经过N列)，导致了 RSSI波动。在
这种情况下，对所有N个可能的加权矢量运行AGC， AGC级别被固定为获 得的最小值，然后执行N个信道估计。
图6说明了由图5的波束搜索过程引起的特定波束成形。 图7说明了在源/发射机处的波束搜索和跟踪图的一种实施方式。参见 图7， BPSK波束搜索图形701是在FW的频率处使用过采样离心(coal)整 形滤波器702被滤波，或者向频率&产生波束搜索图形。此图形然后被发送 到OQPSK映射703，该OQPSK映射703将BPSK符号-1和1分别映射到 复合QPSK符号-1 -j和1 +j，并且相对于I分量将Q分量延迟半个采样。OQPSK 映射703的输出使用数模转换器(dack) 704被转换成模拟的，然后在发射 之前使用模拟滤波器705被滤波。 波束跟踪算法的实例
在一种实施方式中，波束跟踪算法由迭代波束搜索过程的两个迭代，例 如如上所述的二次和三次迭代组成。图9是波束跟踪过程的一种实施方式的 流程图。参见图9，在第一次迭代(示为块901)中，发射相位图形被设置 为等于对应于当前波束的发射相位矢量(即，发射相移被设置为当前估计)， 同时接收相位图形对于当前延迟被扫描经过H的N歹U。从此操作来看，基 于MRC的接收量化的相移矢量被计算。计算出的量化的相位矢量然后被用 作针对二次迭代(示为块902)的固定接收相位图形，同时发射相位图形被 扫描经过H的N列并且基于MRC的发射量化的相移矢量被计算。在一种实 施方式中，在接收机处产生最强接收到的信号的发射机相位图形在此阶段期 间被重复不止一次以允许接收机补偿发射机和接收机模拟电路固有的各种 相位不精确性。在每个迭代中，对于在波束搜索过程的定时恢复阶段中导出 的相同时间延迟估计信道传递函数。在这些迭代中计算出的发射机量化的相 位矢量然后被反馈(903)以被用作发射相位图形。在一种实施方式中，产生最强接收到的信号的加权矢量的索引还被反馈以在下一个波束跟踪实例
期间被使用。要注意的是，以与上图5相同的方式更详细地描述块901和902。 在每个迭代之前执行与上述在波束搜索过程中所述相同的AGC过程以 保证接收到的信号在接着发生的操作期间既不饱和又不过稀薄。这些在图9 中示出，与其余AGC相同的针对一个信道调谐的示例AGC被详细示出。 波束搜索算法的替换实施方式
波束搜索过程的第二替换实施方式在图IO中示出。参见图IO，首先， 用于估计信道的已知符号序列在空中被发射。接下来，发射相位图形被设置 为等于H的N歹i」， 一次一个。对于每个此类发射相位图形，接收相位图形 则被设置为等于H的N列， 一次一个，导致NxN个不同的发射与接收相位
图形组合。
然后，通过将接收到的信号与在最佳时间延迟处给定的符号序列进行匹 配来估计N x N个对应的SISO信道传递函数(定时恢复进程除了应当使用 的发射与接收天线方向图形的所有组合之外类似于波束搜索过程的第一实 施方式)。NxN个估计被用于形成NxN矩阵，r。 r然后如下面公式中那样 乘以H和H的转置
g = i/n^
其中，G是MIMO信道传递函数估计。
然后对于k^1、...， M执行下列迭代
(Gv^), ^ Wp口 w2，■..,□、])
其中，u。是任意初始接收相位图形。
上述估计相位放在与上述AGC过程类似的AGC过程之前。此AGC 过程测量针对所有发射和相位图形组合的接收信号能量，并且可以根据需要 重复多次，保证了接收信号在估计期间既不饱和又不过稀薄。应用
在一种实施方式中，上述波束成形方案被应用于操作在57到64 GHZ 无执照频带中的系统。与诸如24 GHz和5 GHz之类的其它较低频率无执照 频带相比，60 GHz频带允许使用具有类似天线增益的更小天线。理论上， 60 GHz天线能比具有相同增益的5GHz天线小12倍。这意味着能够使用更 大数量的天线而基本上没有增加无线系统的维度以及由此导致的成本。
另外，测量示出60 GHz频带传播信道比2.4和5 GHz频带更群集。这 相当于说对于此频带，传播路径能够集合成明晰的群集。图11示范了群集 传播信道的概念。上述波束成形过程则理论上相当于在具有最大增益的群集 内集中繁殖。它可以针对这类群集的信道被示出，根据此处所述的波束成形 方案的信道容量往往非常接近于最大MIMO信道容量(可经由如背景技术 部分中提及的多路复用实现)。另外，在群集内的集中传播意指传播延迟扩 展将等于群集延迟扩展，其可以大大地低于总信道延迟扩展。
因此，建议的波束成形方法很适于60GHz频带中的无线应用。
尽管在阅读了在前的描述之后对本领域普通技术人员来说，本发明的许 多改变和修改无疑将变得显而易见，但是应当理解，通过说明所示出和描述 的任何特定实施方式决不意欲被认为是限制。因此，对各种实施方式的细节 的参考不意欲限制权利要求的范围，权利要求本身只是叙述了被认为是对本 发明必要的那些特征。
权利要求
1. 一种方法，该方法包括使用多个发射天线和接收天线来执行自适应波束控制，所述自适应波束控制包括反复执行一对训练序列，其中所述一对训练序列包括估计发射机天线阵列加权矢量和接收机天线阵列加权矢量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述接收天线被耦合至一个或多 个数字化路径，并且其中所述一个或多个数字化路径在数量上比接收天线的 数量少。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述发射天线被耦合至一个或多 个发射信号产生路径，并且其中所述一个或多个发射信号产生路径在数量上 比发射天线的数量少。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中执行自适应波束控制包括执行自适应波束成形，所述自适应波束成形包括用以识别波束方向的波 束搜索进程；以及执行波束跟踪进程以在数据传送阶段期间跟踪波束。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中应来自所述发射机或所述接收机 的请求或者以规律的预定的间隔来执行所述波束搜索和波束跟踪进程。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中执行波束跟踪进程包括执行所述 一对训练序列的单一迭代。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述一对训练序列出现在相同的
8. 根据权利要求1所述的方法，其中估计发射机天线阵列加权矢量和 接收机天线阵列加权矢量是在所述接收机处执行的。
9. 根据权利要求8所述的方法，该方法还包括将所估计的发射机天线阵列加权矢量反馈给所述发射机。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述天线阵列加权矢量中的加权仅局限于相移以及所述天线的激活和去激活。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中在估计发射机天线阵列加权矢量 的同时设置接收加权矢量，并且在估计接收机天线阵列加权矢量的同时设置 发射加权矢量。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中使用多个发射天线和接收天线来执行自适应波束控制包括反复执行一组操作，所述一组操作包括(a) 基于初始加权或相移矢量来设置用于接收天线的接收加权矢量；(b) 顺序地测量对应于每个相位的信道增益以形成第一组信道增益；(c) 基于所述第一组信道增益来计算第二加权矢量；(d) 基于所述第二加权矢量来设置发射天线的发射相移；(e) 在接收机处顺序地测量对应于每个r相位的信道增益以形成第二 组信道增益；以及(f) 基于第二组测量到的信道增益来计算第三加权矢量。
13. 根据权利要求12所述的方法，该方法还包括 从所述第一组信道增益中估计第一信道，其中计算第二相移矢量是以所述第一信道的估计为基础的；以及从所述第二组信道增益中估计第二信道，其中计算第三相移矢量是以所 述第二信道的估计为基础的。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中估计所述第一信道包括一次一 个地估计信道矢量元素，其中序列估计时隙的数量被设置为一个数目。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中估计所述第一信道包括将单位 矩阵用作转移矩阵，由此发射天线加权矢量被设置为所述单位矩阵的列。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中估计所述第一信道包括将哈达 玛类型矩阵用作转移矩阵，由此发射天线加权矢量被设置为所述哈达玛类型 矩阵的列。
17. 根据权利要求14所述的方法，其中序列估计的数量以及不同发射 天线加权矢量的数量是相等的。
18. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述数目是36。
19. 根据权利要求14所述的方法，其中序列估计的数量大于不同发射 天线加权矢量的数量，并且在接收机处产生最强接收到的信号的发射机天线 加权矢量被重复不止一次。
20. 根据权利要求14所述的方法，其中序列估计的数量是36，并且在 接收机处产生最强接收到的信号的发射机天线加权矢量被重复10次。
21. 根据权利要求12所述的方法，其中操作序列还包括将已知的训练序列传送至接收机。
22. 根据权利要求12所述的方法，其中所述一组操作还包括当为下一 个迭代设置用于所述接收天线的接收相移时，使用所述第三相移矢量来代替 所述第--相移矢量，并且接着重复操作(a)到(f)。
23. 根据权利要求12所述的方法，其中所述第一、第二和第三相移矢 量是天线阵列加权矢量。
24. 根据权利要求12所述的方法，该方法还包括使用反向信道来将所 述第二相移矢量从接收机发送到发射机。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中所述信道的传送速率比由波束 成形所产生的信道的传送速率低。
26. 根据权利要求12所述的方法，该方法还包括在所述第一信道的序 列估计期间发送在所述接收机处产生最强接收到的信号的发射机相位矢量 的索引。
27. 根据权利要求12所述的方法，其中如果发射机和接收机处于空闲 模式或者如果所述发射机与所述接收机之间所形成的波束变得被阻塞，则发 生一组操作的反复执行。
28. 根据权利要求12所述的方法，其中所述一组操作的反复执行被完 成，由此所述一组操作被执行四次。
29. 根据权利要求12所述的方法，该方法还包括在反复执行所述一组操作之前执行定时恢复。
30. 根据权利要求12所述的方法，该方法还包括在反复执行所述-一组 操作之前执行延迟估计以确定具有最大增益的波束的到达时间。
31. 根据权利要求30所述的方法，其中执行延迟估计包括 使用发射天线在空中发射已知符号序列；以及 在接收机处经由匹配的滤波器来匹配己知的符号序列。
32. —种设备，该设备包括收发信机，该收发信机具有耦合至第一相控阵天线的第一数字基带处理 单元；以及接收机，该接收机具有耦合至第二相控阵天线的第二数字基带处理单 元，其中所述第一和第二数字基带处理单元使用多个发射天线和接收天线通 过反复执行一对训练来协作执行自适应波束控制，其中所述一对训练包括估 计发射机天线阵列加权矢量和接收机天线阵列加权矢量。
33. 根据权利要求32所述的设备，其中所述接收天线被耦合至一个或 多个数字化路径，并且其中所述数字化路径的数量在数量上比所述接收天线 的数量少。
34. 根据权利要求32所述的方法，其中所述发射天线被耦合至一个或 多个发射信号产生路径，并且其中所述发射信号产生路径的数量在数量上比 所述发射天线的数量少。
35. 根据权利要求32所述的设备，其中所述第一和第二数字基带处理单元通过以下操作来协作执行自适应波束控制执行包括用以识别波束方向的波束搜索进程的自适应波束成形；以及 执行波束跟踪进程以在数据传送阶段期间跟踪波束。
36. 根据权利要求35所述的设备，其中所述波束跟踪进程包括执行所述一对训练的单一迭代。
37. 根据权利要求32所述的设备，其中估计发射机天线阵列加权矢量 和接收机天线阵列加权矢量是在接收机处执行的。
38. 根据权利要求32所述的设备，该设备还包括用以将所估计的发射 机天线阵列加权矢量反馈给发射机的反馈信道。
39. 根据权利要求32所述的设备，其中接收加权矢量是在估计所述发 射机天线阵列加权矢量的同时被设置的，而发射加权矢量是在估计所述接收 机天线阵列加权矢量的同时被设置的。
40. 根据权利要求32所述的设备，其中所述第一和第二数字基带处理 单元通过使用被反复执行的一组操作来协作执行自适应波束控制，所述一组 操作包括.-(a) 所述第二数字基带处理单元基于第一加权矢量来设置用于第二相 位阵天线的接收天线的接收相移；(b) 所述第二数字基带处理单元引起对应于将被顺序测量的每个相位 的信道增益并且形成第一组信道增益；(c) 所述第二数字基带处理单元基于所述第一组信道增益来计算第二加权矢量；(d) 所述第一数字基带处理单元基于所述第二加权矢量来设置用于第 -相位阵天线的发射天线的发射相移；(e) 所述第二数字基带处理单元引起对应于将在接收机处被测量的每 个相位的信道增益并且形成第二组信道增益；以及(f) 所述第二数字基带处理单元基于第二组测量到的信道增益来计算 第三加权矢量。
41. 根据权利要求40所述的设备，其中所述第二数字基带处理单元从 所述第一组信道增益中估计第一信道并且基于对所述第一信道的估计来计 算第二加权矢量，并且进一步地，其中所述第一数字基带处理单元从所述第 二组信道增益中估计第二信道并且基于对所述第二信道的估计来计算第三 加权矢量。
42. 根据权利要求41所述的设备，其中所述第二数字基带处理单元通 过一次一个地估计信道矢量元素来估计所述第一信道，其中序列估计时隙的 数量被设置为一个数目。
43. 根据权利要求41所述的设备，其中所述第二数字基带处理单元通 过将单位矩阵用作转移矩阵来估计所述第一信道，由此发射天线加权矢量被 设置为所述单位矩阵的列。
44. 根据权利要求41所述的设备，其中，所述第二数字基带处理单元 通过将哈达玛类型矩阵用作转移矩阵来估计所述第一信道，由此发射天线加 权矢量被设置为所述哈达玛类型矩阵的列。
45. 根据权利要求41所述的设备，其中，在接收机处产生最强接收到的信号的发射机天线加权矢量被重复不止一次。
46. 根据权利要求40所述的设备，其中所述一组操作还包括当为下一 个迭代设置用于接收天线的接收相移时，所述第二数字基带处理单元使用所 述第三加权矢量来代替所述第一加权矢量，并且接着重复操作(a)到(f)。
47. 根据权利要求40所述的设备，该设备还包括返回信道，其中所述 第二数字基带处理单元使用所述返回信道来将所述第二加权矢量从接收机 发送到发射机。
48. 根据权利要求47所述的设备，其中所述第二数字基带处理单元使 用所述返回信道在所述第一信道的序列估计期间将在所述接收机处产生最 强接收到的信号的发射相移矢量的索引从所述接收机发送到所述发射机。
49. 根据权利要求32所述的设备，其中所述返回信道的传送速率比由 波束成形所产生的波束成形信道的传送速率低。
50. 根据权利要求40所述的设备，其中如果发射机和接收机处于空闲 模式或者如果所述发射机与所述接收机之间形成的波束变得被阻塞，则所述 一组操作被反复执行。
51. 根据权利要求50所述的设备，其中所述一组操作被被执行四次迭代。
52. 根据权利要求40的设备，其中所述第一和第二数字基带处理单元在反复执行所述一组操作之前协作执行定时恢复。
53. 根据权利要求40所述的设备，其中所述第一和第二数字基带处理 单元在反复执行所述一组操作之前协作执行延迟估计以确定具有最大增益 的波束的到达时间。
54. 根据权利要求37所述的设备，其中所述第一和第二数字基带处理 单元通过以下操作来协作执行延迟估计所述第一数字基带处理单元使得第一相位阵天线在空中发射已知的符 号序列；以及所述第二数字基带处理单元使得所述己知的符号序列经由匹配的滤波 器在接收机处被匹配。
55. —种方法，该方法包括执行自适应波束成形，所述执行自适应波束成形包括执行用以识别波束 方向的波束搜索进程以及在数据传送状态期间执行波束跟踪进程以跟踪波 束。
56. 根据权利要求55所述的方法，其中执行所述波束跟踪进程包括执 行对一对训练的单一迭代，其中所述一对训练包括估计发射机天线阵列加权 矢量以及接收机天线阵列加权矢量。
57. —种用于与接收机通信的发射机，该发射机包括 处理器；以及相控阵列波束成形天线，其中所述处理器控制所述天线以使用多个发射 天线结合所述接收机的接收天线通过反复执行一组训练操作来执行自适应波束控制，其中训练操作中的一个包括所述处理器使得所述相控阵列波束成 形天线在所述接收机的接收天线阵列加权矢量被设置并且发射机天线阵列 加权矢量在具有一组加权矢量的加权矢量之间切换的同时发射第一训练序 列，并且进一步地，其中训练操作中的另一个包括所述处理器使得所述相控 阵列波束成形天线在发射机天线阵列加权矢量被作为进程的一部分设置以 计算所述接收天线阵列加权矢量的同时发射第二训练序列。
58. —种用于与发射机通信的接收机，该接收机包括 处理器；以及相控阵列波束成形天线，其中所述处理器控制所述天线以使用多个接收 天线结合所述发射机的发射天线通过反复执行一组训练操作来执行自适应 波束控制，其中训练操作中的一个包括所述处理器在用于估计发射天线阵列 加权矢量的进程期间通过使所述发射机在接收天线阵列加权矢量被设置的 同时发射第一训练序列来设置接收天线阵列加权矢量，并且进一步地，其中 训练操作中的另一个包括所述处理器在所述发射机天线阵列加权矢量被设 置的同时在所述发射机发射第二训练序列时计算所述接收天线阵列加权矢
全文摘要
一种用于自适应波束控制的方法和设备被公开。在一种实施方式中，所述方法包括使用多个发射天线和接收天线来执行自适应波束控制，包括反复执行一对训练序列，其中所述一对训练序列包括估计发射机天线阵列加权矢量和接收机天线阵列加权矢量。
文档编号H04B7/08GK101416416SQ200780011353
公开日2009年4月22日 申请日期2007年2月14日 优先权日2006年2月14日
发明者C·S·宋, D·M·切尔尼亚夫斯基, J·M·吉尔伯特, K·纳西尔-图希 申请人:赛伊公司