用于无线通信的装置和方法、通信终端与流程

本发明的实施例总体上涉及无线通信领域，具体地涉及用于降低无线信道的时变程度的装置和方法。
背景技术：
：当今宽带无线移动通信系统主要关注中低移动速度情况下的系统性能。但是，随着现代交通技术的发展，在一些特殊的场合比如高速铁路(目前时速可达350km/h)等应用中，要求在快速移动条件下实现数据的高速传输。此时现有的无线传输技术在高速移动环境下面临诸多问题，其中快速时变信道对系统性能影响较大，因此期望在接收时消除或减轻快速时变信道的影响，例如进行简单、准确的信道估计等。技术实现要素：在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。根据本申请的一个方面，提供了一种用于无线通信的装置，包括：空域滤波单元，被配置为针对接收天线阵列中的每一个天线所接收的信号进行空域滤波，合并滤波后的信号，其中，空域滤波所采用的各个系数被配置成使得合并后的信号的等效信道时变程度降低。根据本申请的另一个方面，还提供了一种用于无线通信的方法，包括：针对接收天线阵列中的每一个天线所接收的信号进行空域滤波并且合并滤波后的信号，其中，空域滤波所采用的各个系数被配置成使得合并后的信号的等效信道时变程度降低。根据本申请的另一个方面，还提供了一种通信终端，包括上述装置。根据本申请的另一个方面，还提供了一种用于无线通信的装置，包括：接收单元，被配置为从所述装置通信的设备接收该设备的接收天线配置信息；系数确定单元，被配置为确定对应于接收天线配置的空域滤波系数；以及发送单元，被配置为将空域滤波系数发送到上述设备。依据本发明的其它方面，还提供了用于无线通信的方法的计算机程序代码和计算机程序产品以及其上记录有该用于实现上述用于无线通信的方法的计算机程序代码的计算机可读存储介质。根据本申请的用于无线通信的装置和方法可以通过空域滤波来降低等效信道时变程度，从而提高系统性能。通过以下结合附图对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的上述以及其他优点将更加明显。附图说明为了进一步阐述本发明的以上和其它优点和特征，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。具有相同的功能和结构的元件用相同的参考标号表示。应当理解，这些附图仅描述本发明的典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。在附图中：图1是示出了根据本申请的一个实施例的用于无线通信的装置的结构框图；图2是示出了根据本申请的另一个实施例的用于无线通信的装置的结构框图；图3是示出了根据本申请的一个实施例的系数确定单元的结构框图；图4是示出了根据本申请的一个实施例的空域滤波的示例的过程的示意图；图5是示出了等距线性阵列对应的角度谱的示例的示意图；图6是示出了优化的数值计算结果的示例；图7是示出了根据本申请的另一个实施例的用于无线通信的装置的结构框图；图8是示出了根据本申请的另一个实施例的用于无线通信的装置的 结构框图；图9是示出了根据本申请的另一个实施例的用于无线通信的方法的流程图；图10是示出了图9中的步骤S12的子步骤的流程图；图11是示出了根据本申请的另一个实施例的用于无线通信的方法的流程图；以及图12是其中可以实现根据本发明的实施例的方法和/或装置和/或系统的通用个人计算机的示例性结构的框图。具体实施方式在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。<第一实施例>图1示出了根据本申请的一个实施例的用于无线通信的装置100的结构框图，装置100包括：空域滤波单元101，被配置为针对接收天线阵列中的每一个天线所接收的信号进行空域滤波，合并滤波后的信号，其中，空域滤波所采用的各个系数被配置成使得合并后的信号的等效信道时变程度降低。例如，装置100可以为用户设备，或位于用户设备中，用户设备例如是基站服务的移动终端(诸如智能电话、平板个人计算机(PC)、笔记本式PC、便携式游戏终端、便携式/加密狗型移动路由器和数字摄像装置)或者车载终端(诸如汽车导航设备)等，用户设备还可以被实现为执行机 器对机器(M2M)通信的终端(也称为机器类型通信(MTC)终端)。此外，用户设备可以为安装在上述终端中的每个终端上的无线通信模块(诸如包括单个晶片的集成电路模块)。此外，当其他通信设备比如中继基站或小基站等需要获知另一基站到本基站的信息时，这些通信设备也可以视为本文中的用户设备。如前所述，当装置100相对于基站处于高速移动状态时，其与基站之间的信道为快速时变信道。根据本申请的装置100通过空域滤波单元101对信号进行空域滤波，来降低等效信道时变程度，从而减轻对系统性能的影响。其中，等效信道时变程度与到达角的扩展程度相关。具体地，例如，在接收天线阵列包括nr个天线的情况下，针对每一个天线的接收信号使用一个空域滤波器进行滤波，并且将每一个空域滤波器的系数设置为使得合并滤波后的信号所获得的信号的等效信道时变程度降低。此外，如图1中的虚线框所示，该装置100还可以包括：信道估计单元102，被配置为将合并后的信号作为经过时不变信道得到的信号，并采用时不变信道估计算法来估计等效信道的参数。换言之，由于降低了等效信道时变程度，因此，经过空域滤波后的合并信号可以近似认为是通过时不变信道获得的信号，从而能够采用复杂度降低的时不变信道估计算法比如最小二乘估计算法来进行信道估计以获得等效信道参数。所获得的等效信道参数可以用于进行信道均衡、符号检测和解调等。应该理解，本申请的装置并不限于应用于蜂窝移动通信系统中，也不局限于现有的无线通信标准，而是可以应用于接收天线为阵列天线的任何通信系统。<第二实施例>图2示出了根据本申请的另一个实施例的用于无线通信的装置200的框图，除了空域滤波单元101之外，装置200还包括：系数确定单元201，被配置为基于空域滤波和合并后的信号的均方根波数扩展来确定空域滤波所采用的各个系数。虽然图2中未示出，但是装置200还可以包括信道估计单元102等。由于合并后的信号的均方根波数扩展反映了等效信道的时变程度，因此系数确定单元201可以基于该均方根波数扩展来确定空域滤波的系数。如图3所示，在一个示例中，系数确定单元201包括：波数谱确定模块2011，被配置为根据接收天线阵列的配置来确定相应的波数谱；计算模块2012，被配置为基于波数谱来计算其均方根波数扩展，并基于空域滤波后的各个信号在角度域上相互正交的原则来计算合并后的信号的均方根波数扩展；以及优化模块2013，被配置为通过使得合并后的信号的均方根波数扩展最小来获得最优的空域滤波的系数。其中，接收天线阵列的配置例如包括接收天线阵列的形状、天线数、工作波长等，并且不同的天线阵列配置对应于不同的波数谱。作为一个示例，波数谱确定模块2011根据下式(1)来确定波数谱。S(k)=ρ(θ)|dθdk|=1k02-k2ρ(θ)=1k0|sin(θ-θR)|ρ(θ)---(1)]]>其中，k为波数，θ为角度，S(k)为波数谱，ρ(θ)为角度谱，k0＝2π/λ，λ为工作波长，θR为移动终端运动方向角。计算模块2012基于该波数谱来计算空域滤波后的信号的均方根波数扩展，例如首先通过下式(2)计算相应的均方根波数扩展。σk2=∫-∞+∞(k-k-)2S(k)dk∫-∞+∞S(k)dk---(2)]]>其中，k-=E[k]=∫-∞+∞kS(k)dk∫-∞+∞S(k)dk.]]>然后，利用式(2)得到的均方根波数扩展，基于空域滤波后的各个信号在角度域上相互正交的原则，计算空域滤波后的合并信号的均方根波数扩展，并且优化模块2013针对空域滤波的系数对该均方根波数扩展进行优化，以使其最小。例如，优化模块2013可以使用多目标约束最优化方法来获得最优的空域滤波的系数。具体地，优化模块2013可以使用多目标约束最优化方法，基于使合并后信号的均方根波数扩展最小的原则来计算各个角度谱的参数，然后利用各个角度谱的参数使用相控阵模式合成方法来计算最优空域滤波系数。当然，优化模块2013也可以使用任何已有的多参数优化方法，并不限于此。此外，空域滤波单元101还可以在合并滤波后的信号之前对滤波后的 信号进行波数谱平移。图4示出了根据本申请的一个实施例的空域滤波的过程的示意图。其中，假设天线数为nr，图4中示出了nr个空域滤波器，bqn(q=1,2,...nr;n=1,2,...nr)]]>是第n个空域滤波器的第q级系数。k-n(n=1,2,...]]>nr)]]>是第n个空域滤波器对应的波数谱中心值，通过将滤波后的信号乘以的复单频信号实现了波数谱平移。下面以接收端阵列为等距线性阵列为例进行具体描述。等距线性阵列对应的角度谱如图5所示，可以表示为：其中，α是角度谱宽度，PR是接收信号功率，接收信号例如为到达角在0-2π之间均匀分布的信号，θ0是角度谱起始偏移角。由此，首先计算波数谱中心值k-=E[k]=∫-∞+∞kS(k)dk∫-∞+∞S(k)dk=k0α[sin(θ0+α)-sin(θ0)]---(4)]]>基于式(4)可计算均方根波数扩展如下：σk2=∫-∞+∞(k-k-)2Sh~(k)dk∫-∞+∞Sh~(k)dk=k02([12(1+1α(sin(α)cos(2θ0+α)))]-1α2[(sin(θ0)-sin(θ0+α))2])---(5)]]>可以看出，均方根波数扩展同角度谱宽度α和角度谱起始偏移角θ0有关。则计算合并后信号的均方根波数扩展σk,h~2=1πΣn=1nrαnσk,n2---(6)]]>其中，nr为接收天线个数，αn为第n个空域滤波器对应的角度谱宽度，为第n个空域滤波器对应的均方根波数扩展。θn为第n个空域滤波器对应的角度谱的起始偏移角。优化模块2013使得合并后信号的均方根波数扩展最小，由于αi＝θi+1-θi，则有：θ1optθ2opt...θnr-1opt=argmin0<θ1<...<θnr-1<π{σk,h~2}---(7)]]>其中，为第n个最优空域滤波器对应的角度谱的起始偏移角。可以采用多目标约束最优化方法计算得到图6示出了作为示例的采用信赖域反射算法获得的数值计算结果，该算法例如可以参见Byrd,R.H.等人于2000年在MathematicalProgramming的第89卷第1期第149-185页上发表的"ATrustRegionMethodBasedonInteriorPointTechniquesforNonlinearProgramming"。在获得起始偏移角后，可以通过常用的线性阵列波束图样合成方法来计算最优空域滤波器的系数。例如可以采用傅立叶级数方法来计算最优空域滤波系数，即：bqn=Δr∫-1/2Δr1/2ΔrUn(u)e-j2πuqΔrdu---(8)]]>其中，Un(u)是第n个最优空域滤波器对应的阵列波束图样，其可由和确定。如前所述，是第n个最优空域滤波器的第q级系数。如图4所示，在该示例中，接收机端首先利用对接收到的信号进行空域滤波，接着对空域滤波后的信号进行波数谱平移，即将滤波后的信号乘以exp(-jk0vθnopt-θn-1opt[sin(θnopt)-sin(θn-1opt)]),]]>其中j=-1,]]>并对波数谱平移后的信号进行合并。随后可以采用复杂度较低的信道估计算法(如最小二乘估计算法)来进行时不变信道估计，并根据需要进行符号检测和解调等。此外，在另一个示例中，系数确定单元201还可以被配置为基于合并后的信号的均方根角度扩展来确定空域滤波所采用的各个系数。仍以图5所示的等距线性阵列为例，与其角度谱对应的均方根角度扩展为：σAS2=1α∫θ0θ0+α[f(θ)]2dθ---(9)]]>其中，f(θ)=2π+(θ-μθ),(θ-μθ)<-π(θ-μθ),|θ-μθ|≤π2π-(θ-μθ),(θ-μθ)>π,---(10)]]>其中，μθ为：μθ=1α∫θ0θ0+αθdθ---(11)]]>合并后信号的均方根角度扩展计算如下：σAS,h~2=1πΣn=1nrαnσAS,n2---(12)]]>其中，为第n个空域滤波器对应的均方根角度扩展，其他与式(3)至(6)中相同的符号具有相同的定义。后续进行优化和合并的步骤可以与基于均方根波数扩展的计算步骤相同，在此不再重复。上述系数确定单元201可以被配置为执行离线操作，以事先确定空域滤波所采用的各个系数。由于空域滤波的系数仅取决于接收天线配置，而接收端的天线阵列通常是确定的，因此并不需要进行实时计算，从而大大降低了接收机的实现复杂度。系数确定单元201可以例如在上电时计算空域滤波的系数，随后仅在天线配置发生改变时重新计算。此外，装置200还可以包括存储装置，用于存储各个空域滤波的系数。该系数可以如上由系数确定单元201计算获得，也可以在出厂时进行预先设定。在后一种情况下，装置200可以不包括上述系数确定单元201。<第三实施例>图7示出了根据本申请的另一个实施例的用于无线通信的装置300的结构框图，除了空域滤波单元101之外，装置300还包括：确定单元 301，被配置为基于装置300相对于从其接收信号的设备的速度，来确定空域滤波单元101是否执行空域滤波处理。如前所述，当移动终端与基站之间的相对运动速度很快时，信道的时变特性对系统性能的影响较为显著。换言之，当相对运动速度较慢时，信道时变程度很低，对系统性能影响较小，因此，执行空域滤波所带来的系统性能的改善不大。确定单元301用于根据该相对速度来确定是否执行空域滤波处理，例如仅在相对速度高于一定阈值时执行空域滤波处理，以便尽可能地减小接收机的处理负荷。例如，上述速度可以基于所接收的参考信号来确定。可替选地或者作为补充地，装置300还可以包括接收单元302，被配置为接收来自从其接收信号的设备的触发信号，该触发信号触发空域滤波单元101执行空域滤波处理。即，由基站侧来触发空域滤波处理。在一个示例中，触发信号基于从其接收信号的设备与装置300之间的相对速度而产生。例如，相对速度由设备根据从装置300获取的或者从通信网络获取的装置300的速度确定。此外，虽然第二实施例中描述了在装置300侧计算或存储空域滤波器的系数的示例，但是也可以由装置300从其接收信号的设备侧(比如基站)来计算或存储这些系数。例如，接收单元302被配置为从所述设备接收与接收天线阵列对应的空域滤波系数。在这种情况下，装置300还包括发送单元，被配置为向所述设备发送接收天线阵列的配置的信息。应该理解，虽然图7中未示出，但是装置300也可以包括前述的信道估计单元102和/或系数确定单元201等。在对以上各个实施例的描述中，实际上还公开了一种通信终端，包括装置100至300中的任意一个。<第四实施例>图8示出了根据本申请的另一个实施例的用于无线通信的装置400的结构框图，该装置400包括：接收单元401，被配置为从与装置400通信的设备接收该设备的接收天线配置信息；系数确定单元402，被配置为基于接收天线配置确定空域滤波系数，以使得在针对接收天线阵列中的每一个天线所接收的信号进行空域滤波并合并滤波后的信号时，合并后的信 号的等效信道时变程度降低；以及发送单元403，被配置为将空域滤波系数发送到上述设备。其中，系数确定单元402可以具有如第二实施例中所述的系数确定单元201相同的结构和功能，在此不再重复。此外，装置400也可以预先存储有各种接收天线配置对应的空域滤波系数，并且系数确定单元402根据接收天线配置来进行查找。装置400例如可以位于基站侧。基站可以被实现为任何类型的演进型节点B(eNB)。代替地，基站可以被实现为任何其他类型的基站，诸如NodeB和基站收发台(BTS)。基站可以包括：被配置为控制无线通信的主体(也称为基站设备)；以及设置在与主体不同的地方的一个或多个远程无线头端(RRH)。另外，各种类型的终端设备均可以通过暂时地或半持久性地执行基站功能而作为基站工作。<第五实施例>在上文的实施方式中描述用于无线通信的装置的过程中，显然还公开了一些处理或方法。下文中，在不重复上文中已经讨论的一些细节的情况下给出这些方法的概要，但是应当注意，虽然这些方法在描述用于无线通信的装置的过程中公开，但是这些方法不一定采用所描述的那些部件或不一定由那些部件执行。例如，用于无线通信的装置的实施方式可以部分地或完全地使用硬件和/或固件来实现，而下面讨论的用于无线通信的方法可以完全由计算机可执行的程序来实现，尽管这些方法也可以采用用于无线通信的装置的硬件和/或固件。图9示出了根据本申请的一个实施例的用于无线通信的方法的流程图，该方法包括：针对接收天线阵列中的每一个天线所接收的信号进行空域滤波并且合并滤波后的信号，其中，空域滤波所采用的各个系数被配置成使得合并后的信号的等效信道时变程度降低(S13)。如图9中的虚线框所示，上述方法还可以包括步骤S11：确定是否执行空域滤波处理。在一个示例中，可以基于通信终端相对于从其接收信号的设备的速度来进行确定。该速度例如可以基于所接收的参考信号来确定。在另一个示例中，在步骤S11中可以基于来自从其接收信号的设备的触发信号来进行确定。其中，该触发信号基于通信终端与该设备之间的相 对速度产生，相对速度例如可以由该设备根据从通信终端获取的或从通信网络中获取的装置的速度确定。如图9中的另一个虚线框所示，上述方法还可以包括步骤S12：确定空域滤波所采用的各个系数。在一个示例中，可以基于空域滤波和合并后的信号的均方根波数扩展来进行确定。在这种情况下，在步骤S13中在合并滤波后的信号之前还对滤波后的信号进行波数谱平移。图10示出了基于合并后的信号的均方根波数扩展进行确定的一个具体示例的流程图。如图10所示，步骤S12包括：根据接收天线阵列的配置来确定相应的波数谱(S121)；基于波数谱来计算其均方根波数扩展，并基于空域滤波后的各个信号在角度域上相互正交的原则来计算合并后的信号的均方根波数扩展(S122)；以及通过使得合并后的信号的均方根波数扩展最小来获得最优的空域滤波的系数(S123)。例如，在步骤S123中可以使用多目标约束最优化方法来获得最优的空域滤波的系数。在另一个示例中，在步骤S12中可以基于合并后的信号的均方根角度扩展来确定空域滤波所采用的各个系数。其中，步骤S12可以离线执行，以事先确定空域滤波所采用的各个系数。可选地，在步骤S12中可以通过读取已经存储在存储装置中的空域滤波的各个系数来进行确定。此外，还可以通过从与通信终端通信的设备接收所述空域滤波的各个系数来执行步骤S12。在这种情况下，在步骤S12中还可以包括向所述设备发送接收天线配置信息的处理。如图9中的另一个虚线框所示，上述方法还可以包括步骤S14：将合并后的信号作为经过时不变信道得到的信号，并采用时不变信道估计算法来估计等效信道的参数。相应地，图11示出了根据本申请的另一个实施例的用于无线通信的方法的流程图，包括：从通信设备接收其接收天线配置信息(S21)；基于接收天线配置确定空域滤波系数，以使得在针对接收天线阵列中的每一个天线所接收的信号进行空域滤波并合并滤波后的信号时，合并后的信号的等效信道时变程度降低(S22)；以及为将空域滤波系数发送到通信设备(S23)。根据本申请的方法通过空域滤波降低了等效信道时变程度，从而提高了系统性能。注意，上述各个方法可以结合或单独使用，其细节在第一至第四实施例中已经进行了详细描述，在此不再重复。以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，对本领域的技术人员而言，能够理解本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或部件，可以在任何计算装置(包括处理器、存储介质等)或者计算装置的网络中，以硬件、固件、软件或者其组合的形式实现，这是本领域的技术人员在阅读了本发明的描述的情况下利用其基本电路设计知识或者基本编程技能就能实现的。而且，本发明还提出了一种存储有机器可读取的指令代码的程序产品。所述指令代码由机器读取并执行时，可执行上述根据本发明实施例的方法。相应地，用于承载上述存储有机器可读取的指令代码的程序产品的存储介质也包括在本发明的公开中。所述存储介质包括但不限于软盘、光盘、磁光盘、存储卡、存储棒等等。在通过软件或固件实现本发明的情况下，从存储介质或网络向具有专用硬件结构的计算机(例如图12所示的通用计算机1200)安装构成该软件的程序，该计算机在安装有各种程序时，能够执行各种功能等。在图12中，中央处理单元(CPU)1201根据只读存储器(ROM)1202中存储的程序或从存储部分1208加载到随机存取存储器(RAM)1203的程序执行各种处理。在RAM1203中，也根据需要存储当CPU1201执行各种处理等等时所需的数据。CPU1201、ROM1202和RAM1203经由总线1204彼此连接。输入/输出接口1205也连接到总线1204。下述部件连接到输入/输出接口1205：输入部分1206(包括键盘、鼠标等等)、输出部分1207(包括显示器，比如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等，和扬声器等)、存储部分1208(包括硬盘等)、通信部分1209(包括网络接口卡比如LAN卡、调制解调器等)。通信部分1209经由网络比如因特网执行通信处理。根据需要，驱动器1210也可连接到输入/输出接口1205。可移除介质1211比如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等根据需要被安装在驱动器1210上，使得从中读出的计算机程序根据需要被安装到存储部分1208中。在通过软件实现上述系列处理的情况下，从网络比如因特网或存储介质比如可移除介质1211安装构成软件的程序。本领域的技术人员应当理解，这种存储介质不局限于图12所示的其中存储有程序、与设备相分离地分发以向用户提供程序的可移除介质1211。可移除介质1211的例子包含磁盘(包含软盘(注册商标))、光盘(包含光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD))、磁光盘(包含迷你盘(MD)(注册商标))和半导体存储器。或者，存储介质可以是ROM1202、存储部分1208中包含的硬盘等等，其中存有程序，并且与包含它们的设备一起被分发给用户。还需要指出的是，在本发明的装置、方法和系统中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应该视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。当前第1页1 2 3