确定用于MIMO系统的分集模式的制作方法

背景技术：

天线分集是指使用两个或更多个天线来提高基站(“bs”)与用户设备(“ue”)之间的无线链路的质量。当多输入多输出(“mimo”)系统的阶(即，天线的数量)增大时，在多个天线中选择使用哪个天线来优化ue与bs之间的无线链路或连接会不容易。本发明致力于使得能够进行这种选择。

技术实现要素：

本发明的实施方式致力于用于确定网络中的装置的操作模式的系统、方法以及计算机程序产品。一种用于确定用于网络中的装置的操作模式的方法包括以下步骤：确定装置具有第一天线和第二天线；确定针对第一天线的多径分量的第一数量和关联的功率电平；确定针对第二天线的多径分量的第二数量和关联的功率电平；基于第一数量及其关联的功率电平和第二数量及其关联的功率电平，确定用于装置的操作模式。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：确定第一天线的至少一个多径分量的第一到达角(“aoa”)；确定第二天线的至少一个多径分量的第二aoa；以及基于第一aoa和第二aoa确定是否实施操作模式。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：基于确定在与装置通信的基站相关联的小区或扇区上的负载，确定是否实施用于装置的操作模式。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：基于装置的偏好确定是否实施用于装置的操作模式。

在一些实施方式中，偏好基于装置的功率电平。

在一些实施方式中，第一数量和第二数量在单个基站处确定。

在一些实施方式中，第一数量和第二数量在多个基站处确定。

在一些实施方式中，网络包括大规模多输入多输出(“mimo”)系统。

在一些实施方式中，网络包括相干mimo系统。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：基于第一数量和第二数量确定使用第一天线还是第二天线。

在一些实施方式中，第一数量和第二数量基于与第一天线和第二天线关联的特征值(eigenvalue)。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：确定使用第一天线和第二天线来发送相同导频信号还是不同导频信号。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：确定第一数量是大于、大致等于还是小于第二数量。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：确定操作模式由装置来执行。

在一些实施方式中，确定操作模式由与装置通信的基站来执行。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：基于第一数量和第二数量对第一天线和第二天线评级。

在一些实施方式中，操作模式由基站动态确定。

在一些实施方式中，装置包括超过两个天线。

在一些实施方式中，提供了一种用于确定用于网络中的装置的操作模式的设备。设备包括存储器；处理器；以及存储在存储器中的模块，该模块由处理器执行，并且被配置为：确定装置具有第一天线和第二天线；确定针对第一天线的多径分量的第一数量和关联的功率电平；确定针对第二天线的多径分量的第二数量和关联的功率电平；基于第一数量及其关联的功率电平和第二数量及其关联的功率电平，确定用于装置的操作模式。

在一些实施方式中，提供了一种用于确定网络中的装置的操作模式的计算机程序产品。计算机程序产品包括：非暂时计算机可读介质，该非暂时计算机可读介质包括代码组，该代码组用于使得计算机：确定装置具有第一天线和第二天线；确定针对第一天线的多径分量的第一数量和关联的功率电平；确定针对第二天线的多径分量的第二数量和关联的功率电平；基于第一数量及其关联的功率电平和第二数量及其关联的功率电平来确定装置的操作模式。

附图说明

由此，已经概括地描述了本发明的实施方式，将参照附图，附图中：

图1示出了根据本发明的实施方式的示例性天线模式图；

图2是根据本发明的实施方式的示例性网络环境；

图3是根据本发明的实施方式的示例性网络环境；以及

图4是根据本发明的实施方式的示例性方法。

具体实施方式

现在可以在下文中参照附图更充分地描述本发明的实施方式，其中，示出了本发明的一些但并非所有实施方式。实际上，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于这里所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式，使得本公开可以满足适用的法律要求。同样的附图标记自始至终指代同样的元件。

大规模mimo系统是未来3gpp(第三代合作伙伴项目)版本的流行候选。“大规模”mimo是指在mimo系统中使用多个天线(例如，等于或大于阈值数量个天线)。与mimi系统关联的阶是指与mimo系统关联的天线的数量。mimo系统包括至少一个用户设备(“ue”)和至少一个基站(“bs”)。在mimo系统的领域中存在大量研究，但忽略了ue天线行为。

近来，mumimo(“多用户mimo”)系统的实况测试执行的比期望差。已经看到，从无线电信道(还被称为从ue开始的无线链路)到不同基站存在大于期望的相关性。这可以由用户与天线的交互是天线性能的主导贡献者的概念来说明。提高性能的一种方式是借助分集。天线分集是指使用两个或更多个天线来提高bs与ue之间的无线链路的质量。

在comimo(“相干mimo”)、mumimo以及大规模mimo中，在多个天线中选择使用哪个天线来建立ue与bs之间的无线链路或连接可能不容易。因此，网络性能不仅由到各ue的信号强度来确定，还由作为mimo的基本原理的信道丰富性来确定。如这里所用的，网络性能或具有一个或更多个bs和一个或更多个ue的小区或小区群集的性能是指bs性能和/或ue性能中的至少一个。信道丰富性是指在bs与ue之间的无线链路上(例如，每单位时间)可以承载的信息量。信息量可以由多径分量的数量和关联的功率电平来表示。各mpc(多径分量)与功率电平关联。较大的mpc可以与较高的功率电平关联。

本发明提供用于ue的多个模式。本发明还包含动态天线或天线模式选择，使得模式可以基于bs与ue之间的交互来动态改变。在一些实施方式中，ue包括超过两个天线，并且这使得能够在天线模式中分配较高的级别。级别的数量小于或等于ue处天线的数量。例如，如果存在n个天线，则bs基于各天线的性能和与该bs关联的小区上的负载决定使用在1至n之间的级别。

本发明使得能够使用多个天线，并且使得能够使用多个天线的组合。例如，如果使用四个天线，则它们可以作为两对天线操作。例如，第一对天线中的各天线可以发送相同导频信号，而第二对天线中的各天线可以发送不同的导频信号。基于这里描述的评级方案，这将用四个天线来提供第二级别操作(下面描述)。如这里所述的组合ue定期发送用于各天线的独立导频，其使得该bs能够表征到ue的信道的状况。

对于具有两个天线主要存在ue的四个模式，并且bs可以确定要使用哪一个模式。选择可以基于试错方法或基于一个模式不执行到阈值水平的性能且然后bs决定尝试不同模式来确定。bs在该语境中可以为多个bs(在comimo中)、大规模mimobs或代表comimo和大规模mimo的组合的至少一个bs。如这里所用的，训练序列还被称为导频信号。如这里所述的，ue包括第一天线和第二天线。

在第一模式下，第一天线用于与bs通信。提供单个射频(“rf”)信道使得从bs向到达(与第一级别关联的)ue的多个多径分量(“mpc”)发送信息信号。信号相干地到达ue。如果ue的第一天线从信道丰富性和/或第一天线的效率方面优于第二天线，则选择该模式。在第二模式下，使用第二天线(不是第一天线)与bs通信。第二模式除了使用第二天线而不是使用第一天线之外进行与第一模式类似的操作。

在第三模式下，在ue中实施双天线分集操作。在该模式下，第一天线和第二天线这两者同时发送相同训练序列(使得bs将这两个天线视为一个天线)或独立发送相同训练序列(使得bs可以区分第一天线和第二天线)。该特征可以被实施为使得模式根据方案而交替。在该模式下，ue的两个天线利用与两个天线关联的mpc(或组合rf信道)来提高的信道丰富性。通常，该模式优于单个天线模式，并且bs优选该模式，除非与该bs关联的小区具有低负载(少于阈值数量的ue与该bs通信e)，在这种情况下，bs让ue使用单个天线模式来节省功率。bs针对来自天线的独立训练序列定期询问ue，以确定天线的性能。这些训练序列可以由天线同时发送。

在第四模式下，在ue中实施双天线mimo操作。该模式与第二级别关联。不同rf信号(承载不同信息)到达ue的第一天线和第二天线。该模式提供最高的数据速率，并且例如当与bs关联的小区上的负载少于阈值负载时可以由bs来选择。ue的两个天线连续发送训练序列，使得bs能够确定与天线关联的单独信道。

ue发送来自各天线的训练序列。例如，如果仅存在用于发送训练序列的单个无线电信道，则ue从第一天线发送训练序列，随后从第二天线发送训练序列。bs接收训练序列并分析训练序列，以确定多少mpc存在及其相应的aoa和功率电平。如这里所用的，mpc还可以称为信号分量或信号反射。当bs随后向ue发回信号时，bs沿mpc的方向发送信号束。bs(以单独延迟)调整信号的相位，使得信号束同时或相干地到达ue。对于每一个数据帧重复该过程。对于如前描述的第二级别操作，各天线被当作它为不同的ue对待，并且天线除了在训练序列从ue发送的时候之外使用相同的时间和频率资源。

对于comimo，bs被同步以使得来自所有bs的信号大致同时(即，相干地)到达ue。然后，将信号彼此相加。comimo系统可以被看作是具有分布式天线的大规模mimo系统而不是天线靠近彼此的单个天线阵列。因此，本发明还使得能够组合comimo与大规模mimo，使得各bs向ue发送多个mfc。

现在参照图1，图1指示天线的模式图。模式图110是指用于在自由空间中的天线的模式图。模式图120是指用手加载的天线的模式图。天线的方向性在被加载时经常提高。这导致ue不对所有方向上的信号具有响应性，从而降低了bs与ue之间的无线电信道的丰富性。如模式图120中指示的，大部分辐射130位于球体扇形中。

这里描述的过程是闭环(“cl”)过程，其中，bs评估ue的天线并选择具有和在bs与ue之间的信道关联的最佳信道丰富性的天线。本发明提供了用于优化高阶mimo系统中的性能的闭环交换分集过程。闭环过程是一个或更多个反馈环路存在于系统的输出(例如，bs或ue)与输入(例如，ue或bs)之间的过程。

本发明使得bs和/或ue能够以受控方式测试ue的至少两个天线，以确定哪个天线提供更佳的性能。如这里所用的，天线的性能是指在特定时间间隔中可以经由天线(由bs和/或ue或在bs和/或ue处)发送或接收多少数据。

在大规模mimo情况下，bs可以评估与ue的各天线关联的特征值。特征值是在ue与bs之间的无线电信道(或无线链路)中存在多少mpc的测度。ue天线具有方向性的越高，从ue到达bs的mpc越少。mpc是指信号分量或信号反射。如这里所用的，mimo系统是指bs或ue中的至少一方。

现在参照图2，图2呈现了示例性网络环境。ue201具有两个天线210和220。图2中的bs202是大规模mimo系统。图2示出了以下情况：全向天线210产生5个mpc，而定向天线220产生2个mpc。另外，图2呈现了多个散射体251、252、253和254，其用于使无线电信号(或mpc)从ue201转向到bs202。在图2中所示的情况下，因为与天线220相比天线210发出与更多数量的mpc关联的无线电信号，所以天线210与天线220相比展示优秀的性能。天线210的总射频(rf)等级可以大致类似于天线220的总rf等级，并且bs202能够确定哪个天线展示优秀的性能。另外，ue201可能不能确定哪个天线展示优秀性能。然而，在另选实施方式中，ue201还能够确定哪个天线展示优秀性能。如这里所用的，天线的性能是指在特定时间间隔中可以经由天线(由或在bs202和/或ue201)发送或接收多少数据。

对于具有多个bs的comimo，网络需要评估到达各bs的信号电平。如这里所用的，信号电平与多径分量的数量及其功率电平关联。在这种系统中，系统需要选择其信号能够由最大数量的bs检测到的天线。ue301包括全向天线310和定向天线320。如图3中指示的，来自全向天线310的信号可以由bs1351、bs2352以及bs3353检测到。来自定向天线320的信号可以由bs2352和bs3353检测到，但没有被由其他bs检测到。因为天线310与天线320相比可以被较多的bs检测到，所以天线310与天线320相比产生优秀的性能。

本发明还使得mimo系统能够基于与ue的天线关联的特征值来选择用于ue的操作模式。操作模式可以与级别关联。例如，级别(例如，第一级别)可以基于是否天线或天线的组合用于分集过程中(即，天线或天线组合用于大致同时地发送相同导频信号)。级别(例如，第二级别)还可以基于ue处的独立天线是否(例如，向bs)单独发送唯一的导频信号。级别还可以基于各天线上的负载。负载可以是指每单位时间由天线发送和/或接收的数据量。另选或另外地，如本规范中描述的术语“负载”还是指天线性能由于与用户手的物理交互而劣化的场景。较高的级别需要较多的系统资源(例如，在ue处的较大的存储量和/或处理功率)。例如，第二级别场景与第一级别场景相比需要较大量的用于发送和/或接收数据的系统资源。

作为示例，ue的第一天线具有大于阈值负载的负载，并且ue的第二天线具有小于阈值负载的负载。在这种示例中，ue和/或bs中的至少一方确定第二天线将提供较高等级的性能，因此选择第二天线来发送和/或接收数据。

作为另一个示例，ue的第一天线和第二天线指示大致相等的性能，但网络具有大于阈值用户数量的用户。在这种示例中，ue和/或bs中的至少一方确定需要双天线分集操作，这意味着大致同时从第一天线和第二天线发送相同的导频。

作为另一个示例，bs可以由于网络环境具有超过阈值ue数量的数量的ue而不能分开第一ue与第二ue(例如，识别第一ue与第二ue或从第一ue和第二ue接收信号或向第一ue和第二ue发送信号)。在这种示例中，网络环境中的ue和/或bs中的至少一方确定对于ue需要双天线分集操作，因为这会提高ue的性能(例如，天线的性能)并使得可以使bs分开第一ue与第二ue。

作为另一个示例，ue的两个天线具有小于阈值负载的负载。另外，两个天线产生大致相等的性能。在这种示例中，ue和/或bs中的至少一方确定ue的天线需要(例如，向bs)单独发送唯一的导频信号。在一些实施方式中，如果ue上的天线的数量大于阈值天线数量，那么ue和/或bs确定：不是ue的天线单独发送唯一的导频信号，而是对ue天线执行分集操作，使得天线大致同时地发送相同导频信号。在这里描述的一些示例中，天线的性能根据与天线关联的特征值来确定。

本发明基于各天线的方向性选择ue的天线配置并对于性能来对ue的天线评级。在具有单个bs的大规模mimo情况下(图2)，评级基于与各天线关联的特征值。天线的特征值与天线方向性和/或天线性能间接成比例。在comimo情况下(图3)，天线的方向性基于由多个bs检测到的来自天线的信号的信号电平。

现在参照图4，图4呈现了根据本发明的实施方式的示例性方法。在块410处，方法包括以下步骤：确定装置具有第一天线和第二天线。在块420处，方法包括以下步骤：确定针对第一天线的多径分量的第一数量和关联的功率电平。在块430处，方法包括以下步骤：确定针对第二天线的多径分量的第二数量和关联的功率电平。在块440处，方法包括以下步骤：基于第一数量及其关联的功率电平和第二数量及其关联的功率电平来确定用于装置的操作模式(例如，天线配置)。例如，方法包括以下步骤：确定关联的功率电平是否大于阈值功率电平。阈值功率电平可以对于两个天线不同。在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：确定第一天线的至少一个多径分量的第一到达角(aoa)；确定第二天线的至少一个多径分量的第二aoa；以及基于第一aoa和第二aoa确定操作模式。在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：基于第一数量和第二数量确定是使用第一天线还是第二天线。在一些实施方式中，多径分量可以由等效参数来代替，诸如如这里描述的特征量。

在一些实施方式中，第一数量和第二数量在单个基站处确定。在一些实施方式中，第一数量和第二数量在多个基站处确定。在一些实施方式中，第一天线是全向天线。在一些实施方式中，第二天线是定向天线。在一些实施方式中，网络包括大规模多输入多输出(mimo)系统。在一些实施方式中，网络包括相干mimo系统。

在一些实施方式中，第一数量和第二数量基于在单个基站处检测到的多径分量来确定。在一些实施方式中，第一数量和第二数量基于在多个基站处检测到的多径分量来确定。在一些实施方式中，第一数量和第二数量基于与第一天线和第二天线关联的特征值。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：确定指示第一天线和第二天线发送相同导频信号还是发送不同导频信号。在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：确定第一天线上的第一负载和第二天线上的第二负载；以及基于第一负载和第二负载确定是否实施用于装置的操作模式。在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：基于确定在与装置通信的基站关联的小区上的负载(例如，确定负载大致等于、小于还是大于阈值负载)来确定是否实施用于装置的操作模式。在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：确定第一数量大于、大致等于还是小于第二数量。在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：基于装置的偏好(例如，功率电平)确定是否实施装置的操作模式。

在一些实施方式中，确定操作模式由装置来执行。在一些实施方式中，确定操作模式由与装置通信的基站来执行。在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：基于第一数量和第二数量对第一天线和第二天线评级。

本发明不限于任何特定类型的、用于ue和/或bs的装置。装置的示例包括移动电话或其他移动计算装置、移动电视、膝上型计算机、智能屏幕、平板计算机或平板电脑、便携式台式计算机、电子阅读器、扫描仪、便携式媒体装置、游戏装置、照相机或其他图像拍摄装置、头饰、护目镜、手表、带状物(例如，腕带)或其他可穿戴装置、或其他便携式计算或非计算装置。

各ue和/或bs包括通信接口、处理器、存储器以及被存储在存储器中的模块，该模块由处理器执行，且被配置为执行这里描述的各种处理。这里描述的各通信接口使得能够与其他系统通信。例如，通信接口包括至少一个天线。

这里所述的各处理器通常包括用于实施音频功能、视觉功能和/或逻辑功能的电路。例如，处理器可以包括数字信号处理器装置、微处理器装置以及各种模数转换器、数模转换器以及其他支撑电路。处理器驻留的系统的控制和信号处理功能可以根据这些装置各自的能力分配在它们之间。处理器还可以包括至少部分基于可以存储在例如存储器中的一个或更多个软件程序的计算机可执行程序代码部分来操作一个或更多个软件程序的功能。

各存储器可以包括任意计算机可读介质。例如，存储器可以包括具有用于临时存储数据的缓存区域的易失性存储器(诸如易失性随机存取存储器(ram))。存储器还可以包括可以嵌入和/或可移除的非易失性存储器。非易失性存储器可以另外或另选地包括eeprom、闪存等。存储器可以存储系统所用的任意一个或更多个信息和数据，该信息和数据驻留在系统内部，以实施该系统的功能。

关于这里所述的任意实施方式描述的各种特征可应用于这里所述的其他实施方式中的任意一个。如这里所用的，术语数据和信息可互换地使用。虽然上面已经描述了本发明的许多实施方式，但本发明可以以许多不同的形式来具体实施，并且不应被解释为限于这里所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式，使得本公开将满足适用的法律要求。同样地，将理解的是，在可能的情况下，这里所描述和/或考虑的本发明的任意实施方式的任意优点、特征、功能、装置和/或操作方面可以包括在这里所描述和/或考虑的本发明的任意其他实施方式中，反之亦然。另外，在可能的情况下，在这里以单数形式表达的任意术语打算还包括复数形式，反之亦然，除非另外明确叙述。如这里所用的，“至少一个”应当指“一个或更多个”，并且这些短语旨在可互换。因此，虽然这里也使用短语“一个或更多个”或“至少一个”，但术语“一个”应当指“至少一个”或“一个或更多个”。类似的附图标记自始至终是指类似的元件。同样的附图标记自始至终是指同样的元件。

如本领域一个普通技术人员鉴于本公开将理解的，本发明可以包括和/或被具体实施为设备(包括，例如，系统、机器、装置、计算机程序产品等)、实施为方法(包括，例如，商业方法、计算机实施处理等)或实施为上述的任意组合。因此，本发明的实施方式可以采取完全商业法实施方式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码、所存储的程序等)、完全硬件实施方式或组合在这里可以总体称为“系统”的商业方法、软件以及硬件方面的实施方式的形式。此外，本发明的实施方式可以采取包括内部存储有一个或更多个计算机可执行程序代码部分的计算机可读存储介质的计算机程序产品的形式。如这里所用的，可以包括一个或更多个处理器的处理器可以“被配置为”以各种方式执行特定功能(包括，例如，通过使一个或更多个通用电路通过执行计算机可读介质中具体实施的一个或更多个计算机可执行程序代码部分来执行功能，和/或通过使一个或更多个专用电路执行功能)。

将理解，可以使用任意适当的计算机可读介质。计算机可读介质可以包括但不限于非暂时计算机可读介质(诸如有形电子、磁、光学、电磁、红外和/或半导体系统、装置和/或其他设备)。例如，在一些实施方式中，非暂时计算机可读介质包括有形介质(诸如便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦可编程只读存储器(eprom或闪存)、光盘只读存储器(cd-rom)和/或一些其他有形光学和/或磁存储装置)。然而，在本发明的其他实施方式中，计算机可读介质可以为暂时的(诸如，例如，包括内部所实施的计算机可执行程序代码部分的传播信号)。

用于进行本发明的操作的一个或更多个计算机可执行程序代码部分可以包括面向对象的、脚本化的和/或非脚本化的编程语言(诸如，例如，java、perl、smalltalk、c++、sas、sql、python、objectivec、javascript等)。在一些实施方式中，用于进行本发明的实施方式的操作的一个或更多个计算机可执行程序代码部分以常规程化编程语言(诸如“c”编程语言和/或类似的编程语言)来书写。另选地或另外地，计算机程序代码可以以一个或更多个多范式编程语言(诸如，例如，f#)来书写。

这里参照设备和/或方法的流程图例示和/或框图描述了本发明的一些实施方式。将理解，流程图例示和/或框图中所包括的各块和/或流程图例示和/或框图中所包括的块的组合可以由一个或更多个计算机可执行程序代码部分来实施。为了产生特定机器，这些一个或更多个计算机可执行程序代码部分可以设置为通用计算机、专用计算机和/或某一其他可编程数据处理设备的处理器，使得经由计算机和/或其他可编程数据处理设备的处理器执行的一个或更多个计算机可执行程序代码部分创建用于实施由流程图和/或框图块表示的步骤和/或功能的机制。

一个或更多个计算机可执行程序代码部分可以存储在暂时和/或非暂时计算机可读介质(例如，存储器等)中，该暂时和/或非暂时计算机可读介质可以引导、指示和/或使计算机和/或其他可编程数据处理设备以特定方式起作用，使得计算机可读介质中所存储的计算机可执行程序代码部分产生包括实施流程图和/或框图块中所指定的步骤和/或功能的指令机制的制品。

一个或更多个计算机可执行程序代码部分还可以加载到计算机和/或其他可编程数据处理设备，以使一系列操作步骤在计算机和/或其他可编程设备上执行。在一些实施方式中，这产生计算机实施的处理，使得在计算机和/或其他可编程设备上执行的一个或更多个计算机可执行程序代码部分提供实施流程图中所指定的步骤和/或框图块中所指定的功能的操作步骤。另选地，为了实施本发明的实施方式，计算机实施的步骤可以与操作员和/或人员实施的步骤组合和/或可以用操作员和/或人员实施的步骤来替换。

虽然附图中已经描述并示出了特定的示例性实施方式，但要理解，这种实施方式仅是广泛发明的例示且不对广泛发明进行限制，并且因为除了上面段落中所阐述的内容之外，各种其他变化、组合、省略、修改以及代替是可以的，所以本发明不限于所示出且描述的特定构造和结构。本领域技术人员将理解，可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下构造刚刚描述的实施方式的各种改编、修改以及组合。因此，要理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以被实践为与这里所具体描述的不同。