在此呈现的实施例涉及在波束子集上进行预编码，并且具体涉及用于在波束子集上进行预编码的方法、网络节点、无线设备、计算机程序和计算机程序产品。
背景技术：
在通信网络中，针对给定的通信协议、其参数和部署该通信网络的物理环境，获得良好性能和容量可能是一种挑战。
例如，发送(tx)波束成形或预编码是通过在空间集中发送能量来提高无线网络中的性能的机制。波束成形可以通过使用模拟或数字波束成形或其组合的阵列天线来实现。在视距(los)信道中，不同天线单元上的信号将相关。理想地，假设单个平面波阵面和窄带信号，m个天线单元可以被相位对准以将信号相干地组合到期望的方向，从而给出波束成形增益因子m。这对应于指向期望方向的锐锥形波束。
在许多信道中不会有任何los分量。因此信息传输依赖于多径传播。通常，多径传播将解相关不同天线单元上的信号，如果使用常规波束成形，这将减少波束成形增益。然而，如果信道状态信息(csi)在发射机处可用，则可以通过对每个天线单元进行适当的幅度和相位加权来相干地组合多径传播路径。这样，在多径传播条件下也可以实现全波束成形增益。更确切地说，可以实现这一点的波束成形权重由下式给出
w＝chh(1)
其中w是单位范数波束成形权重向量，c是标量归一化常数，h是在无线电接入网络节点处的天线阵列和由无线电接入网络节点服务的无线设备处的天线之间的信道响应向量，并且h表示复共轭转置。这里假定无线设备包括用于与无线电接入网络节点进行通信的单个天线单元。这种波束成形权重的特定选择通常被称为最大比率发送(mrt)或匹配滤波器(mf)预编码。
在具有单个平面波阵面的纯los信道中，并假设无线电接入网络节点处的均匀线性阵列(ula)，信道向量中的第m个元素由下式给出
hm＝exp(-j2πmdsinφ)
其中d是以波长为单位的天线单元间距，φ是到用户设备(ue)的离开角(aod)。因此，在sinφ空间中，信道向量就是离散傅里叶变换(dft)向量。使用dft权重向量的波束成形将被称为dft波束成形。
大规模波束成形被预见为用于下一代蜂窝通信系统(表示为5g)的候选组件。一般而言，大规模波束成形意味着无线电接入网络节点配备有具有大量天线单元的天线阵列，其数量级大于当前无线电接入网络节点中使用的天线单元的数量级。预计这将减轻在考虑用于所提出的所谓5g电信标准的新的更高频带中操作时增加的传播损耗。预计可以通过利用大型天线阵列获得的高波束成形增益来实现这种减轻。通常，如果存在los，则可以通过dft波束成形来实现高波束成形增益，或如果不存在los，则可以通过mrt来实现高波束成形增益。
如果无法假定发送(tx)/接收(rx)互易性，则csi需要通过来自无线设备的反馈来获得。由于tx和rx频段之间的频率差异，因此通常不能为频分双工(fdd)系统假设互易性。非互易性的另一个原因是tx和rx分支可能不具有相同的特性。
dft波束成形所需的csi涉及到无线设备的aod。这可以通过使无线电接入网络节点能够以多个假设的aod发送参考信号并且使无线设备能够报告给出无线设备的最大接收功率的估计方向来进行估计。这可以通过在无线电接入网络节点处具有固定的波束网格(gob)并且将网格中的每个波束与唯一的参考信号序列相关联来执行。网格中的每个波束可以是dft波束，并且波束网格可以跨越由无线电接入网络节点提供服务的区域来定义的小区的角度覆盖。然后，该无线设备被配置为测量每个波束的参考信号接收功率(rsrp)，并将其(针对多个波束或仅最佳波束，即具有最高rsrp的波束)报告回无线电接入网络节点。
获得csi的替代方法是无线设备改为访问关于gob中哪些波束可用的信息；这组波束通常被称为码本。通过无线电接入网络节点在每个天线端口上发送导频序列，无线设备将能够估计整个信道h，并且基于此，无线设备将进一步能够推荐gob内的一个或多个波束。该信息然后可以从无线设备反馈回无线电接入网络节点。
对于mrt全信道知识，即每个信道系数的幅度和相位在无线电接入网络节点处是需要的。对于非互易系统来说，这意味着无线设备需要将每个信道系数的幅度和相位报告回无线接入网络节点。
然而，大规模波束成形仍然存在一些问题，特别是对于在非los(nlos)信道中使用的大规模波束成形。作为第一示例，如上所述的dft波束成形在nlos信道中不产生全波束成形增益。如果无线电接入网络节点处的信道角度扩展大于gob中的dft波束的波束宽度，则会发生波束成形增益的显著损失。对于大型阵列，波束宽度非常小，这意味着即使小角度扩展也会导致波束成形增益的损失。作为第二示例，无论信道角度扩展如何，mrt都可以获得全波束成形增益，但是由于所需的csi导致的反馈开销对于大型阵列来说是过高的。
因此，仍然需要针对大规模波束成形的改进的预编码。
技术实现要素：
这里的实施例的目的是为大规模波束成形提供有效的预编码。
根据第一方面，提出了一种用于在波束子集上进行预编码的方法。该方法由能够交换针对发送波束的集合和天线端口的集合的参考信号信息的网络节点执行。该方法包括与无线设备交换针对发送波束的集合或天线端口的集合的参考信号信息。该方法包括基于参考信号信息获取关于来自该发送波束的集合的发送波束的哪个适当子集要用于与无线设备进行通信的信息。该方法包括基于参考信号信息确定发送波束的适当子集的预编码权重。
有利地，这为大规模波束成形提供了有效的预编码。
有利地，这实现了nlos信道中接近全波束成形增益，并具有可接受的反馈开销。
有利的是，与全维数字系统相比，这使得所需的基带资源和无线电资源能够减少。
根据第二方面，提出了一种用于在波束子集上进行预编码的网络节点。该网络节点包括能够交换针对发送波束的集合和天线端口的集合的参考信号信息的处理电路。处理电路被配置为使网络节点执行一组操作。处理电路被配置为使网络节点与无线设备交换针对发送波束的集合或天线端口的集合的参考信号信息。处理电路被配置为使得网络节点基于参考信号信息来获取关于来自该发送波束的集合的发送波束的哪个适当子集要用于与无线设备进行通信的信息。处理电路被配置为使网络节点基于参考信号信息来确定发送波束的适当子集的预编码权重。
根据第三方面，提出了一种用于在波束子集上进行预编码的计算机程序，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码在网络节点的处理电路上运行时，使网络节点执行根据第一方面的方法。
根据第四方面，提出了一种用于在波束子集上进行预编码的方法。该方法由无线设备执行。该方法包括与网络节点交换针对发送波束的集合或天线端口的集合的参考信号信息，所述网络节点能够交换针对发送波束的集合和天线端口的集合的参考信号信息。该方法包括在来自该发送波束的集合的发送波束的适当子集中接收来自网络节点的数据发送，所述发送波束的适当子集基于参考信号信息并且使用基于参考信号信息的预编码权重。
根据第五方面，提出了一种用于在波束子集上进行预编码的无线设备。无线设备包括处理电路。处理电路被配置为使无线设备执行一组操作。处理电路被配置为使无线设备与网络节点交换针对发送波束的集合或天线端口的集合的参考信号信息，所述网络节点能够交换针对发送波束的集合和天线端口的集合的参考信号信息。处理电路被配置为使无线设备在来自该发送波束的集合的发送波束的适当子集中接收来自网络节点的数据发送，该发送波束的适当子集基于参考信号信息并且使用基于参考信号信息的预编码权重。
根据第六方面，提供了一种用于在波束子集上进行预编码的计算机程序，所述计算机程序包括计算机程序代码，当在无线设备的处理电路上运行所述代码时，使得无线设备执行根据第四方面的方法。
根据第七方面，提出了一种计算机程序产品，包括根据第三方面和第六方面中的至少一个方面的计算机程序以及存储所述计算机程序的计算机可读装置。在一个实施例中，计算机可读装置是非暂时性计算机可读存储装置。
应当注意到：第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七方面中的任何特征可被应用于任何其他方面(只要在合适的情况下)。类似地，第一方面的任何优点可以被同样分别适用于第二、第三、第四、第五、第六和/或第七方面，且反之亦然。通过以下详细公开，所附从属权利要求以及附图，所包含的实施例的其他目标、特征和优点将是明显的。
一般地，除非本文另有明确说明，否则权利要求中使用的所有术语根据其技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则对“一/一个/所述元件、设备、组件、装置、步骤等”的所有引用应被开放地解释为指代元件、设备、组件、装置、步骤等中的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序来执行。
附图说明
现在通过举例的方式参考附图描述本发明的构思，其中：
图1a是示出了根据实施例的网络节点的功能单元的示意图；
图1b是示出了根据实施例的网络节点的功能模块的示意图；
图2a是示出根据实施例的无线设备的功能单元的示意图；
图2b是示出根据实施例的无线设备的功能模块的示意图；
图3示出了根据实施例的包括计算机可读装置在内的计算机程序产品的一个示例；
图4、图5、图6和图7是根据实施例的方法的流程图；
图8、图9、图10和图11是根据实施例的方法的信令图；
图12是根据实施例的网络节点的示意图；
图13是根据实施例的网络节点的示意图；以及
图14和图15显示了根据实施例的模拟结果。
具体实施方式
现在将在下文参考附图来更全面地描述发明构思，附图中示出了本发明构思的特定实施例。然而，本发明构思可以按多种不同形式来体现，并且不应当被解释为受到本文阐述的实施例的限制。相反，通过示例给出这些实施例，使得本公开将透彻和完整，并且向本领域技术人员充分地传达本发明构思的范围。在说明书全文中，相似的标记指代相似的要素。由虚线示出的任何步骤或特征应当被视为可选的。
如本文所定义的，天线单元的概念在其可以指发送到物理天线单元的信号的任何虚拟化(例如线性映射)的意义上是非限制性的。例如，物理天线单元组可以被馈送相同的信号，因此当在接收器处观察时，它们共享相同的虚拟天线端口。因此，接收器不能区分和测量一起虚拟化的单元组内的每个物理天线单元的信道。因此，在本公开中术语“天线单元”、“天线端口”、“虚拟天线端口”或简称“端口”可被认为是可互换的。
这里公开的实施例涉及用于在波束子集上进行预编码的机制。为了获得这种机制，提供了一种网络节点、由网络节点执行的方法、包括代码的计算机程序(该代码例如具有计算机程序产品的形式)，当在网络节点的处理电路上运行时，使得网络节点执行该方法。为了获得这样的机制，还提供了无线设备、由无线设备执行的方法以及包括代码的计算机程序(例如具有计算机程序产品的形式)，当在无线设备的处理电路上运行时，使得无线设备执行该方法。
图9以多个功能单元的方式示意性地示出了根据实施例的网络节点100的组件。使用能够执行计算机程序产品310a(如图3)(例如，具有存储介质130的形式)中存储的软件指令的合适的中央处理单元(cpu)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)等中的一种或多种的任意组合来提供处理电路110。
特别地，处理电路110被配置为使得网络节点100执行一组操作或步骤s102-s108。下面将公开这些操作或步骤s102-s108。例如，存储介质130可以存储该组操作，并且处理电路110可以被配置为从存储介质130获取该组操作，以使网络节点100执行该组操作。该组操作可以被提供为一组可执行指令。处理电路110由此被布置为执行本文公开的方法。
此外，网络节点100可以包括预编码器100a、波束选择器和波束成形网络100c。预编码器100a、波束选择器和波束成形网络100c可以由处理电路110来实现。预编码器100a、波束选择器和波束成形网络100c的操作将在下面参考图12和13进一步公开。
存储介质130还可以包括持久存储设备，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任意单独一个或组合。
网络节点100还可以包括用于与至少一个无线设备200以及其他网络节点100进行通信的通信接口120。由此，通信接口120可以包括一个或多个发射机和接收机，发射机和接收机包括模拟和数字组件、和用于无线通信的合适数量的天线端口和天线、以及用于有线通信的端口。
处理电路110例如通过向通信接口120和存储介质130发送数据和控制信号、通过从通信接口120接收数据和报告、以及通过从存储介质130中获取数据和指令来控制网络节点100的总体操作。省略网络节点100的其他元件以及有关功能以不使本文提出的概念模糊。
图1b以多个功能模块的方式示意性地示出了根据实施例的网络节点100的组件。图1b的网络节点100包括多个功能模块：被配置为执行以下步骤s102的交换模块110a；被配置为执行以下步骤s104的获取模块110b；以及被配置为执行以下步骤s106、s102h、s102k的确定模块110c。图1b的网络节点100还可以包括多个可选的功能模块，诸如以下任意模块：被配置为执行以下步骤s108的应用模块110d，被配置为执行以下步骤s102a、s102c、s102e的发送模块110e，以及被配置为执行以下步骤s102b、s102d、s102f、s102g、s102j和s102m的接收模块110f。以下将在可以使用功能模块110a-110f的上下文中进一步公开每个功能模块110a-110f的功能。一般来说，在一个实施例中，每个功能模块110a-110f可以仅在硬件中实现，或者在另一个实施例中借助于软件来实现，即，后一个实施例具有存储在存储介质130上的计算机程序指令，当所述指令在处理电路110上运行时使得网络节点100执行以上结合图1b描述的相应步骤。还应该提及的是，即使这些模块对应于计算机程序的多个部分，它们也不必是其中的单独模块，但它们在软件中实现的方式取决于所使用的编程语言。优选地，一个或多个或所有功能模块110a-110f可以由处理电路110可能与功能单元120和/或130协作来实现。因此，处理电路110可以被布置成从存储介质130获取由功能模块110a-110f提供的指令，并且执行这些指令，从而执行如本文所公开的网络节点100的任何步骤。
控制节点100可以被提供为独立设备或作为至少一个另外设备的一部分。例如，网络节点100可以被提供在无线电接入网络的节点中，诸如在无线电接入网络节点(无线电基站、基站收发器、节点b、演进节点b、接入点)中，或者在核心网络的节点。或者，网络节点100的功能可以分布在至少两个设备或节点之间。这些至少两个节点或设备可以是相同网络部分(例如无线电接入网络或核心网络)的一部分，或者可以扩展到至少两个这样的网络部分之间。一般而言，需要实时执行的指令可以在比不需要实时执行的指令更靠近小区的设备或节点中执行。在这方面，当在此公开的实施例被实时执行时，网络节点100的至少一部分可驻留在无线电接入网络中，诸如在无线电接入网络节点中。
因此，由网络节点100执行的指令的第一部分可以在第一设备中执行，而由网络节点100执行的指令的第二部分可以在第二设备中执行；本文公开的实施例不限于可以在其上执行由网络节点100执行的指令的任何特定数量的设备。因此，根据本文公开的实施例的方法适合于由驻留在云计算环境中的网络节点100执行。此外，尽管在图2a中示出了单个处理电路110，但处理电路110可以分布在多个设备或节点中。这同样适用于图1b的功能模块110a-110f和图3的计算机程序320a(见下文)。
图2a以多个功能单元的方式示意性地示出了根据实施例的无线设备200的组件。使用能够执行计算机程序产品310b(如图3)(例如，具有存储介质130的形式)中存储的软件指令的合适的中央处理单元(cpu)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)等中的一种或多种的任意组合来提供处理电路110。
特别地，处理电路210被配置为使无线设备200执行一组操作或步骤s202-s204。下面将公开这些操作或步骤s202-s204。例如，存储介质230可以存储该组操作，并且处理电路210可以被配置为从存储介质230获取该组操作，以使无线设备200执行该组操作。该组操作可以被提供为一组可执行指令。处理电路210由此被布置为执行本文公开的方法。
存储介质230还可以包括持久存储设备，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任意单独一个或组合。
无线设备200还可以包括用于与至少一个网络节点100通信的通信接口220。由此，通信接口220可以包括一个或多个发射机和接收机，所述发射机和接收机包括模拟和数字组件、用于无线通信的合适数量的天线端口和天线。
处理电路210例如通过向通信接口220和存储介质230发送数据和控制信号、通过从通信接口220接收数据和报告、以及通过从存储介质230获取数据和指令来控制无线设备200的总体操作。省略了无线设备200的其他组件以及有关功能以不使本文提出的概念模糊。
图2b中以多个功能模块的方式示意性地示出了根据实施例的无线设备200的组件。图2b中的无线设备200包括多个功能模块；被配置为执行以下步骤s202的交换模块210a；以及被配置为执行以下步骤s204、s202a、s202c和s202e的接收模块210b。图2b的无线设备200可以进一步包括多个可选的功能模块，诸如被配置为执行以下步骤s202b、s202d、s202f、s202g、s202j、s202m的提供模块210c。以下将在可以使用功能模块210a-210c的上下文中进一步公开每个功能模块210a-210c的功能。一般来说，在一个实施例中，每个功能模块210a-210c可以仅在硬件中实现，或者在另一个实施例中借助于软件来实现，即，后一个实施例具有存储在存储介质130上的计算机程序指令，当所述指令在处理电路110上运行时使得无线设备200执行以上结合图2b描述的相应步骤。还应该提及的是，即使这些模块对应于计算机程序的多个部分，它们也不必是其中的单独模块，但它们在软件中实现的方式取决于所使用的编程语言。优选地，一个或多个或所有功能模块210a-210c可以由处理电路210可能与功能单元220和/或230协作来实现。因此，处理电路210可以被布置成从存储介质130取回由功能模块210a-210c提供的指令，并且执行这些指令，从而执行如本文所公开的无线设备200的任何步骤。
无线设备200可以体现为移动台、移动电话、手机、无线本地环路电话、用户设备(ue)、智能电话、膝上型计算机、平板电脑、无线调制解调器或传感器。
图3示出了包括计算机可读装置330在内的计算机程序产品310a、310b的一个示例。在该计算机可读装置330上，可以存储计算机程序320a，该计算机程序320a可以使处理电路110和操作性地耦合到处理电路110的实体和设备(例如，通信接口120和存储介质130)执行根据本文描述的实施例的方法。因此，计算机程序320a和/或计算机程序产品310a可以提供用于执行本文公开的网络节点100的任何步骤的手段。在该计算机可读装置330上，可以存储计算机程序320b，该计算机程序320b可以使处理电路210和操作性地耦合到处理电路210的实体和设备(例如，通信接口220和存储介质230)执行根据本文描述的实施例的方法。因此，计算机程序320b和/或计算机程序产品310b可以提供用于执行本文公开的无线设备200的任何步骤的手段。
在图3的示例中，计算机程序产品310a、310b被示为光盘，例如cd(高密度盘)或dvd(数字多功能盘)或蓝光盘。计算机程序产品310a、310b还可以体现为存储器，例如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、或电子可擦除可编程只读存储器(eeprom)和更具体地作为外部存储器中的设备的非易失性存储介质，例如usb(通用串行总线)存储器，或者闪存，例如高密度闪存。因此，尽管计算机程序320a、320b这里示意性地示出为所描述的光盘上的轨道，计算机程序320a、320b可以用适于计算机程序产品310a、310b的任意方式进行存储。
图4和图5是图示由网络节点100执行的用于在波束子集上进行预编码的方法的实施例的流程图。图6和图7是示出了由无线设备200执行的用于在波束子集上进行预编码的方法的实施例的流程图。这些方法有利地被作为计算机程序320a、320b来提供。
现在参考图4，图4示出根据实施例的由网络节点100执行的用于在波束子集上进行预编码的方法。
网络节点100能够交换针对发送波束的集合1210和天线端口的集合的参考信号信息。在步骤s102中，网络节点100被配置为与无线设备200交换针对发送波束的集合1210或天线端口的集合的参考信号信息。在这方面，交换模块110a可以包括如下指令：所述指令当由网络节点100执行时，使得处理电路110经由通信接口120交换参考信号信息以便网络节点100执行步骤s102。下面将提供关于网络节点100如何与无线设备200交换该参考信号信息的不同实施例。
在步骤s104中，网络节点100被配置为基于参考信号信息获取关于来自该发送波束的集合的发送波束的哪个适当子集1220要用于与无线设备200进行通信的信息。在这方面，获取模块110b可以包括如下指令：所述指令当由网络节点100执行时使得处理电路110可能与通信接口120和/或存储介质130一起获取该信息以便网络节点100执行步骤s104。下面将提供关于网络节点100可以如何获取该信息的不同实施例。
在步骤s106中，网络节点100被配置为基于参考信号信息来确定发送波束的适当子集的预编码权重。在这方面，确定模块110c可以包括如下指令：所述指令在由网络节点100执行时，使得处理电路110可能与通信接口120和/或存储介质130一起确定预编码权重以便网络节点100执行步骤s106。下面将提供关于如何确定预编码权重的不同实施例。
在这方面，所有的天线端口也用于发送波束的适当子集；只有发送波束的数量可以减少。如下面将进一步公开的，发送波束的数量的减少可以通过在发送波束或天线端口上交换第一组参考信号来完成，但是天线端口的数量不会减少。
此外，由于在预编码中使用多个发送波束，所以所提出的在波束子集上预编码使得能够在具有高角度扩展的无线通信信道中实现高波束成形增益。
现在将公开与涉及在波束子集上进行预编码的更多细节相关的实施例。
可能有不同类型的预编码权重。例如，预编码权重可以是根据等式(1)的最大比率发送(mrt)权重、匹配滤波器(mf)权重；迫零(zf)权重、信号与泄漏和噪声比(slnr)权重，或最小均方误差(mmse)权重。
可能有不同的方式来选择将多少发送波束包括在发送波束的适当子集中。例如，可以基于由来自无线设备200的反馈信息所定义的信号质量报告来自适应地确定子集中的波束的数量。也就是说，可以基于交换的参考信号信息自适应地确定发送波束的适当子集中的发送波束的数量。子集中波束数量的自适应选择例如可以是选择子集中具有高于比子集中的最佳波束低xdb的rsrp或cqi的所有波束，其中x是一个设计参数。
例如，子集中的波束数量可以根据先验决定来确定。也就是说，可以基于可用无线电资源量、可用基带资源量、角度扩展(如在部署了网络节点100的特定传播环境中的角度扩展)或其任何组合来确定发送波束的适当子集中的发送波束的数量。
例如，可以根据系统参数确定子集中的波束数量。在ofdm系统中，波束选择可以是频率选择性的或宽带的。例如，这意味着子集中的最佳波束可以针对每个子载波、每个资源块或基于在某种平均意义上哪些波束在整个带宽上最佳来选择。也就是说，发送波束的适当子集中的发送波束的数量可以针对每个子载波、或每个资源块，以及每个无线设备来确定。此外，对于不同的无线设备，适当子集的波束中的波束数量可以不同。
现在参考图5，其图示了根据另外的实施例的由网络节点100执行的用于在波束子集上进行预编码的方法。
如步骤s106中，一旦确定了发送波束的适当子集的预编码权重，网络节点100就可以采取不同的方式操作。根据一个实施例，预编码权重被应用于数据发送。预编码权重被应用在所选择的适当子集的波束上以便进行数据发送。因此，根据该实施例，在步骤s108中，网络节点100被配置为在将数据发送到无线设备200期间，将预编码权重应用于发送波束的适当子集。例如，可以使用mrt权重或mf权重来组合发送波束的适当子集中的发送波束。上面已经公开了如何确定mrt权重和mf权重。
以下将公开由网络节点100执行的用于在波束子集上进行预编码的方法的其他实施例。
现在参考图6，图6示出根据实施例的由无线设备200执行的用于在波束子集上进行预编码的方法。
在步骤s202中，无线设备200被配置为与网络节点100交换针对发送波束的集合1210或天线端口的集合的参考信号信息。如上所述，网络节点100能够交换针对发送波束的集合1210和天线端口的集合的参考信号信息。下面将提供关于无线设备200可以如何与网络节点100交换该参考信号信息的不同实施例。在这方面，交换模块210a可以包括如下指令：所述指令当由无线设备200执行时，使得处理电路210经由通信接口220交换该参考信号信息以便无线设备200执行步骤s202。
网络节点100可使用所确定的发送波束的适当子集的预编码权重以便向无线设备200进行数据发送。因此，在步骤s204中，无线设备200进一步被配置为在来自发送波束的集合的发送波束的适当子集1220中接收来自网络节点100的数据发送，其中发送波束的适当子集基于参考信号信息，并且在数据发送期间使用基于参考信号信息的预编码权重。在这方面，接收模块210b可以包括如下指令：所述指令在由无线设备200执行时，使插入处理电路210经由通信接口220从网络节点100接收数据发送以便无线设备200执行步骤s204。
现在将公开在涉及网络节点100和无线设备200两者的波束子集上进行预编码的进一步细节相关的实施例。
假定无线设备200具有单个天线，则用于n个发送波束的波束空间中的复信道向量由下式给出：
hbs＝hw
其中hbs是波束空间中的1xn信道向量，w是mxn波束成形矩阵，并且h是在天线单元空间中的1xm信道向量。波束成形矩阵可以例如是dft矩阵。第一参考信号发送(即，第一组参考信号的发送)的一个目的可以是获得每个发送波束的信道向量的估计，即获得|(hbs)n|2，n＝1，...，n的估计值，以便如在步骤s102中，网络节点100能够选择发送波束的适当子集中的发送波束作为具有最高信道功率的发送波束。此外，第二参考信号发送(即，第二组参考信号的发送)的一个目的可以是获得复信道
其中wbs是nsx1波束空间预编码向量，
y＝hwnswbss
其中wns是通过拾取对应于所选择的波束子集的w的ns列而获得的mxns矩阵，s是发送的符号。
如上所述，在第一参考信号发送中，可以在每个天线端口上发送一个参考信号。通过将波束成形矩阵w指定为无线设备200已知的码本，无线设备200可以推导出每个发送波束的信号质量，并且将其报告给网络节点(针对所有发送波束或者发送波束的适当子集)。
波束空间预编码向量可以根据无线设备200已知的预定义码本来确定。在第二参考信号发送中发送的参考信号随后可以通过从第一参考信号发送估计的相应波束质量来加权，例如
y＝chwnsawcbs
其中a是nsxns对角线加权矩阵，用于强调信号质量较高的发送波束，并且c是根据可用功率放大器资源确定的标量归一化。此外，wcb表示基于从无线设备200接收的预编码矩阵指示符(pmi)报告从码本中选择的ns×1波束空间预编码向量。例如a中的对角元素可以由
备选地，发送波束的适当子集中的发送波束的选择可以基于上行链路测量(例如在下面的第三和第四实施例中)，例如通过探测参考信号(srs)。根据这样的测量，借助在步骤s102和s202中无线设备200在进行参考信号信息的交换期间发送参考信号，可以例如基于网络节点100测量网络节点100的不同接收波束(即，从无线设备200接收信令的波束)中的信号质量来选择发送波束，并且网络节点100测量不同接收波束中的接收信号质量。另一种选择是计算上行链路协方差矩阵，通过该上行链路协方差矩阵可以估计信道中的主导簇。然后可以选择所述发送波束的适当子集来覆盖这些主导簇。
对于时分双工(tdd)系统，如果对系统进行适当校准以保持上行链路与下行链路之间的互易性，则也可以基于上行链路参考信号(例如，第三实施例)来估计复波束空间信道
现在将公开如在步骤s102和s202中在网络节点和无线设备200之间交换用于发送波束或天线端口的集合的参考信号信息的四个实施例。
现在将参照图8的信令图详细公开用于交换参考信号信息的第一实施例。并行参考图5和图7的流程图。该实施例基于网络节点100在步骤s102中的参考信号交换期间发送两次参考信号(分别表示为第一组参考信号和第二组参考信号)，并且其中无线设备200在步骤s202中的交换参考信号期间通过向网络节点100提供反馈(分别表示为第一反馈信息和第二反馈信息)来响应参考信号。
具体地，根据该第一实施例，在步骤s102a中，网络节点100被配置为在该发送波束或天线端口的集合中发送第一组参考信号。
网络节点100可以有不同的方式在该发送波束的集合中发送第一组参考信号。例如，在该发送波束的集合中，发送波束可以在dftgob中发送。上面已经公开了如何形成dftgob。针对gob中的每个dft波束可以使用一个参考信号。这些参考信号中的每一个可以通过相应的dft向量来波束成形，使得数据和参考信号从波束成形角度来看是等同的。无线设备200可以以码本的形式知道dftgob，并且假定由无线设备200针对所接收的第一组参考信号进行信道估计，则无线设备200因此将能够评估码本内的不同波束。
gob不需要由dft发送波束的组成。用于发送第一组参考信号的发送波束的一个特性是它们应该具有指向特定方向的良好定义的主波束以及足够低的旁瓣水平。例如，可以使用某种逐渐变细处理来合成发送波束。波束指向方向不需要在sin(φ)空间中有规律地间隔，而是可以例如在φ空间中有规律地间隔，或不规律地间隔。gob的角度扩展应该覆盖网络节点100提供网络接入的小区扇区的期望角度覆盖范围。
此外，网络节点100可以有不同的方式在天线端口上发送第一组参考信号。例如，第一组参考信号中的一个参考信号可以在网络节点100的每个天线端口上发送。
此外，由于第一组参考信号将不被用于预编码、相干解调或链路自适应，而仅被用于波束或端口选择，所以第一组参考信号可以在时间和频率上相对稀疏地发送。
假定该第一组参考信号由无线设备200接收。因此，根据该第一实施例，在步骤s202a中，无线设备200被配置为在该发送波束或天线端口的集合中接收第一组参考信号。
无线设备200通过向网络节点100提供反馈来响应接收到的第一组参考信号。具体地，在步骤s202b中，无线设备200被配置为向网络节点100提供第一组参考信号的第一反馈信息。第一反馈信息定义在步骤s102和s202中交换的参考信号信息的第一部分。
存在可以由无线设备200提供的第一反馈信息的不同示例。第一反馈信息例如可以包括诸如参考信号接收功率(rsrp)值和/或信道质量指示符(cqi)值的信号质量估计。本领域技术人员将理解无线设备200如何能够通过对第一参考信号执行合适的测量来确定rsrp值和cqi值，以及rsrp值和cqi值如何能够被提供给网络节点100并由其解释。
无线设备200可以报告多个发送波束的第一反馈信息。它可以针对所有发送波束或天线端口、只针对最佳发送波束(信号质量最佳的发送波束)、或者针对最佳发送波束中的一些。因此可以针对发送波束的集合中的所有发送波束或天线端口的集合中的所有天线端口、或者仅针对这些发送波束的适当子集提供第一反馈信息。例如，可以针对发送波束的集合中的每个发送波束或天线端口的集合中的每个天线端口、或者仅针对这些发送波束的适当子集，提供相应的rsrp值和/或cqi值。当第一组参考信号在天线端口上发送时，无线设备200不报告天线端口的信号质量。它报告码本中的索引(例如pmi报告)。
假定该第一反馈信息由网络节点100接收。因此，在步骤s102b中，网络节点100被配置为从无线设备200接收第一组参考信号的第一反馈信息。第一反馈信息定义参考信号信息的第一部分。然后，网络节点100根据参考信号信息的该第一部分确定发送波束的适当子集。
如上所述，第一实施例基于网络节点100发送两次参考信号。因此，根据该第一实施例，在步骤s102c中，网络节点100被配置成在该发送波束的适当子集中发送第二组参考信号。使用所选择的发送波束的适当子集的第二组参考信号被发送以便网络节点100获得这些波束的更精确的信道信息，诸如csi。
网络节点100可以有不同的方式在该发送波束的适当子集中发送第二组参考信号。此外，可以根据第一反馈信息对第二组参考信号进行加权。仅当在网络节点100的天线端口上发送第一组参考信号时，可以根据第一反馈信息对第二组参考信号进行加权。
假定该第二组参考信号由无线设备200接收。因此，根据该第一实施例，在步骤s202c中，无线设备200被配置为在该发送波束的适当子集中接收第二组参考信号。
与第一组参考信号相比，第二组参考信号在时间和/或频率上比第一组参考信号被更密集地(由网络节点100)发送和(由无线设备200)接收，因为第二组参考信号将用于确定预编码权重。
无线设备200通过向网络节点100提供反馈来响应接收的第二组参考信号。具体地，在步骤s202d中，无线设备200被配置为向网络节点100提供第二组参考信号的第二反馈信息。第二反馈信息定义在步骤s102和s202中交换的参考信号信息的第二部分。
准确地说，该反馈信息被表示为第二反馈信息以将该反馈信息区别于第一反馈信息；第二反馈信息仅对接收的第二组参考信号有效。相对于第一反馈信息，第二反馈信息可以包括关于发送参考信号的发送信道的更完整的信息。例如，第二反馈信息可以包括与所接收的第二组参考信号有关的幅度值、相位值和/或相位差值，以便针对接收的第二组参考信号覆盖的发送信道提供更完整的信息。因此，无线设备200可以被配置为基于接收的第二组参考信号来估计和报告信道系数的幅度和相位(或相位差)。
此外，第一反馈信息和/或第二反馈信息可以包括基于所接收的第一和/或第二组参考信号和网络节点100和无线设备200已知的码本的预编码矩阵指示符(pmi)。
可以针对该发送波束的适当子集中的所有发送波束、或者仅针对这些发送波束的适当子集(即，针对所有发送波束的适当子集的适当子集)提供该第二反馈信息。
假定该第二反馈信息由网络节点100接收。因此，在步骤s102b中，网络节点100被配置为从无线设备200接收第二组参考信号的第二反馈信息。网络节点100然后基于包括在第二反馈信息中的来自无线设备200的报告来确定预编码权重。预编码权重由网络节点100根据参考信号信息的该第二部分确定。
这使得可以使用dft波束成形和mrt波束成形的组合来实现这两种机制的好处，但不会受到它们各自问题的阻碍。mrt波束成形可以应用于dftgob中的最佳发送波束(即，来自该发送波束的集合的发送波束的适当子集1220)。由于真实世界的nlos信道通常包括几个主导簇，因此只需要关于dftgob中的该波束的适当子集的信息来针对mrt提供足够的反馈。因此，无线设备200可以被配置为报告仅涉及少量波束的csi，而不是报告全信道知识。
与使用全信道知识的mrt相比，根据至少该第一实施例的所提出的在波束子集上进行预编码可以用低得多的反馈开销来实现，因为在步骤s102a和s102b中发送和接收的第一参考信号(以及在步骤s202b和s102b中提供和接收的反馈信息)可以在时间和频率上(与第二参考信号相比)稀疏，并且在步骤s202c和s102c中发送和接收的可以用于详细的csi获取的第二参考信号(以及在步骤s202d和s102d中提供和接收的反馈信息)可以仅在少量发送波束(或在少数天线端口上)发送，比用于第一参考信号的天线单元的数量少得多。
因此，在该实施例中，步骤s102包括步骤s102a、s102b、s102c和s102d；以及步骤s202包括步骤s202a、s202b、s202c和s202d。
现在将参照图9的信令图详细公开用于交换参考信号信息的第二实施例。并行参考图5和图7的流程图。该实施例基于网络节点100在步骤s102中交换参考信号期间发送一次参考信号(表示为第一组参考信号)，并且其中无线设备200在步骤s202中的交换参考信号期间通过向网络节点100提供反馈(表示为第三反馈信息)来响应参考信号。
具体地，根据该第二实施例，在步骤s102e中，网络节点100被配置为在发送波束或天线端口的集合中发送第一组参考信号。该步骤与以上公开的步骤s102a类似，并且参考步骤s102a公开的特性和特征也适用于步骤s102e。
因此，假设第一组参考信号由无线设备200接收。因此，在步骤s202e中，无线设备200被配置为在发送波束或天线端口的集合中接收第一组参考信号。
然而，与第一实施例相反，无线设备200仅提供一次反馈信息(以下表示为第三反馈信息)。具体地，在步骤s202f中，无线设备200被配置为向网络节点100提供第一组参考信号的第三反馈信息。
准确地说，该反馈信息被表示为第三反馈信息以将该反馈信息区别于第一反馈信息和第二反馈信息；第三反馈信息类似于第二反馈信息，但是基于第一组参考信号而不是第二组参考信号(如第二反馈信息)。例如，第三反馈信息可以包括幅度值、相位值和/或相位差值(基于所接收的第一组参考信号)。此外，第三反馈信息可以包括基于接收的第一组参考信号和网络节点100和无线设备200已知的码本的pmi。
假定该第三反馈信息由网络节点100接收。因此，在步骤s102f中，网络节点100被配置为从无线设备200接收第一组参考信号的第三反馈信息。该第三反馈信息定义参考信号信息。
因此，在该实施例中，步骤s102包括步骤s102e和s102f；以及步骤s202包括步骤s202e和s202f。
根据第三实施例和第四实施例，基于上行链路测量来确定波束的适当子集中的波束数量。
现在将参考图10的信令图详细公开用于交换参考信号信息的第三实施例。并行参考图5和图7的流程图。该实施例基于无线设备200在步骤s202中交换参考信号期间提供两次参考信号(分别表示为第三组参考信号和第四组参考信号)，并且其中网络节点100在步骤s102中交换参考信号期间根据这些参考信号确定发送波束的适当子集和预编码权重。
具体地，根据该第二实施例，在步骤s202g中，无线设备200被配置为在该发送波束或天线端口的集合中提供第三组参考信号。该第三组参考信号定义参考信号信息的第三部分。
第三组参考信号可以被视为与第一组参考信号用于相同的目的。但是确切地说，该组参考信号被表示为第三组参考信号，以将由无线设备200发送的这组参考信号与由网络节点100发送的第一组参考信号区分开。
假定该第三组参考信号由网络节点100接收。因此，根据该第三实施例，在步骤s102g中，网络节点100被配置为在发送波束或天线端口的集合中接收第三组参考信号。如上所述，该第三组参考信号定义参考信号信息的第三部分。在步骤s102h中，网络节点100还被配置为根据参考信号信息的第三部分确定发送波束的适当子集。
如上所述，第三实施例基于无线设备200提供两次参考信号。因此，根据此第三实施例，在步骤s202j中，无线设备200被配置为在发送波束的适当子集中提供第四组参考信号。第四组参考信号定义参考信号信息的第四部分。
第四组参考信号可以被认为与第二组参考信号用于相同的目的。但是确切地说，该组参考信号被表示为第四组参考信号，以将由无线设备200发送的这组参考信号与由网络节点100发送的第三组参考信号区分开。
可能存在由无线设备200发送的不同类型的参考信号。例如，第三组参考信号和/或第四组参考信号可以包括srs。本领域技术人员将理解无线设备200可以如何发送srs以及网络节点100可以如何接收并解释srs。
假定第四组参考信号由网络节点100接收。因此，在步骤s102j中，网络节点100被配置为在发送波束的适当子集中接收第四组参考信号。如上所述，第四组参考信号定义参考信号信息的第四部分。在步骤s102k中，网络节点100还被配置为根据该参考信号信息的第四部分确定预编码权重。
因此，在该实施例中，步骤s102包括步骤s102g、s102h、s102j和s102k；以及步骤s202包括步骤s202g和s202j。
现在将参照图11的信令图详细公开用于交换参考信号信息的第四实施例。并行参考图5和图7的流程图。该实施例基于无线设备100在步骤s202中交换参考信号期间提供一次参考信号(表示为第三组参考信号)，并且其中网络节点100在步骤s102中交换参考信号期间根据这些参考信号确定发送波束的适当子集和预编码权重。
具体地，根据该第四实施例，在步骤s202m中，无线设备200被配置为在发送波束或天线端口的集合中提供第三组参考信号。该第三组参考信号定义参考信号信息。可能存在由无线设备200发送的不同类型的参考信号。例如，第三组参考信号可以包括srs。
假定第三组参考信号由网络节点100接收。因此，在步骤s102m中，网络节点100被配置为在发送波束或天线端口的集合中接收第三组参考信号。如上所述，第三组参考信号定义参考信号信息，并且因此如在步骤s106中那样，网络节点100被配置为根据所接收的第三组参考信号确定发送波束的适当子集的预编码权重。
因此，在该实施例中，步骤s102包括步骤s102m；以及步骤s202包括步骤s202m。
图12中示出了包括预编码器100a的网络节点100的示意图。根据图12的图示，gob由大量发送波束1210组成。基于从无线设备100接收的反馈信息，选择要在预编码中使用的减少数量的发送波束1220(在此情况下为8)。
在图13中示出了包括预编码器100a、波束选择器100b和波束成形网络100c的网络节点100的示意图。天线单元连接到波束成形网络100c，波束成形网络100c产生多个波束端口，每个波束端口对应于gob中的发送波束。波束成形网络100c可以通过使用例如fft的数字波束成形或者通过使用例如butler矩阵的模拟波束成形来实现。如果波束端口的数量等于天线单元的数量，则由于fft是一对一映射，所以在波束成形中没有信息丢失。波束选择100b被配置为选择要在预编码100a中使用的几个最佳发送波束。这不可避免地会导致信息的丢失，但是如果发送信道可以由几个主导簇表示，则这种损失将很小。许多实际信道都是如此。
与实现全维数字系统的网络节点相比，本文公开的网络节点100具有一些实施优点。利用对所有天线单元进行mrt预编码，每个天线单元需要基带和无线电分支。利用所提出的在gob创建中使用数字波束成形的网络节点100，在预编码中仅需要几个基带分支。这不减少无线电分支的数量。
然而，在网络节点100中也可以减少无线电分支的数量。如果gob网络通过模拟波束成形来执行，则在所选择的发送波束的适当子集中，每个波束仅需要一个无线电支路。由于所选择的适当子集中的发送波束的数量低于天线单元的数量，所以可以显著减少无线电分支的数量。如果无线电分支的数量小于gob中的发送波束的数量，则用于发送波束选择的csi不能针对所有发送波束同时获得。然而，通过将可用无线电分支按时间依次切换到gob中的不同波束，可以获得所有发送波束的csi。因此波束选择不是频率选择性的。然而，预编码仍然可以是频率选择性的，因为预编码在数字域中执行。
图14显示了仿真结果。仿真结果表示具有64个天线单元的ula和具有64个发送波束的dftgob，其使用具有20mhz系统带宽的第三代合作伙伴计划(3gpp)空间信道模型(scm)。该曲线图示出了无线设备200处的下行链路信噪比(snr)作为所选择的发送波束的适当子集中的发送波束的数量的函数。snr已经在大量的信道实现上取平均。该仿真结果对于单个小区中的单个无线设备200是有效的，因此不存在干扰。此外，假设了完美的信道估计。发送功率已经被设置为使得无线设备200具有10db的snr和全波束成形增益。
10dbsnr处的虚线显示了mf预编码器的snr。这种预编码器可以按照预期提供全波束成形增益，但对反馈和硬件实现提出了非常高的要求。fb、wb和fb、fs虚线示出了固定波束(fb)系统的snr，该系统中，根据本文给出的用于在波束子集上进行预编码的实施例，仅选择最佳波束来进行数据发送。wb和fs分别指宽带和频率选择性波束选择。fb替代方案能够实现最简单的实现方式，但由于信道的角度扩展，snr约有6db的损失。这里提出的实施例的性能在表示为“混合”的曲线中示出，其中，wb和fs再次分别指的是宽带和频率选择性波束选择。如预期的那样，当在所选择的发送波束的适当子集中仅有一个波束时，这里提出的实施例的结果与fb方法一致，并且当使用全部64个波束时，这里提出的实施例具有与mf相同的性能。本文公开的实施例的一个益处在于性能接近于mf，而在所选择的发送波束的适当子集中仅有少量发送波束。例如，与使用全部64个天线单元的mf预编码器相比，使用64个发送波束中的7个产生仅1db的snr损失。与全维度mf替代方案相比，利用所提出的实施例，这可以通过大量减少反馈开销、计算和硬件复杂度来实现。与fb相比，这里提出的实施例产生大约5db高的snr，并且反馈开销、计算和硬件复杂度适度增加。对于具有较大角度扩展和/或使用较大天线阵列的信道，性能差异甚至会更大。
图15示出了mf和本文提出的实施例的角度谱，其被确定为
p(φ)＝|ah(φ)w|2
其中a(φ)是阵列导向向量，而w是预编码向量。使用64单元的ula，已经针对3gppscm信道模型的一个特定信道实现获得角度谱。全mf谱表示所有天线单元已经用于计算的意义上的“真实”角度谱。在被称为“混合”的图中已经在dftgob中的64个发送波束中的4个发送波束上使用mf预编码向量计算了针对在此提出的实施例的谱。该图显示在这种情况下角度谱可以准确地由4个波束表示。这是因为在这个信道实现中有四个主导簇。
以上已经参考一些实施例主要地描述了发明构思。然而，本领域技术人员容易理解的是：上述公开之外的在如由所附专利权利要求所限定的发明构思的范围之内的其它实施例同样是可能的。例如，所提出的在波束子集上进行预编码也可以推广到除dft网格上之外的其他gob以及除mrt之外的其他预编码器。