用于波束选择的方法与流程
本公开总体上涉及无线通信领域。更具体地，本公开涉及用于与在无线通信中应用的波束形成相关的波束选择的方法。
背景技术：
在依赖于波束成形的无线通信标准(例如，第五代(5g)、新无线电(nr)、ieee802.11ay等)中，针对基站(bs)的一个重要过程是找到指向其所服务的每个用户设备(ue)的最好(或至少足够好)的波束。这通常是通过某种类型的训练传输(也称为波束训练或波束扫描)来实现的。
一种实现这种过程的简单方法(例如，在ieee802.11ac中使用)是让bs发送正交波束，并让ue基于所述发送来估计下行链路(dl)信道和/或接收信噪比(snr)。然后，ue可以向bs发送报告，该报告指示估计和/或基于估计确定的期望波束选择。
在这样的实现中必须发送的正交波束的数量等于bs处的天线(或天线元件)的数量。因此，当天线元件数量少或适中时，该方法可能是有用的。然而，对于具有大量天线元件的情形(例如，大规模多输入多输出(mimo))，需要发送的波束数量变得同样大，这使得该方法变得麻烦。例如，可能需要针对训练传输分配大量的时间，并且训练传输产生了大量的开销信令，这两者都可能损害系统容量。
在这种情形中，作为替代，bs可以发送比上述实现中更少数量的波束。然而，即使以这样的方法，训练传输的时间量和/或信令开销也可能很大。
因此，需要用于波束选择的更有效的方法。优选地，这种方法需要比其他方法更少的时间分配和/或更少的信令开销。同样优选的是，这种方法实现关于最佳波束选择(例如，所选波束的接收snr)的相同或改进的结果。如果方法实现了关于最佳波束选择的恶化的结果，则优选的是使这种恶化最小或至少不严重。
技术实现要素：
应当强调的是，当在本说明书中使用时，术语“包括/包含”用来指定所述特征、要件、步骤或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、要件、步骤、组件或其组群。除非上下文明确地给出相反的指示，否则如在本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在还包括复数形式。
一些实施例的目的在于解决或减轻、缓解或消除上述或其他缺点中的至少一些。
根据第一方面，这通过一种用于发射机装置的方法来实现，该发射机装置被配置为使用从多个可用波束中选择的波束，来向接收机装置发送信号，其中，多个可用波束的集合用于由接收机装置进行波束选择测量。
该方法包括：确定集合中的波束的线性组合的集(collection)，其中，集的基数低于集合的基数；以及发送波束的线性组合中的每一个，以用于由接收机装置进行波束选择测量。
在一些实施例中，该方法还包括：从接收机装置接收波束选择测量报告；以及根据接收到的波束选择测量报告从多个可用波束中选择波束。
在一些实施例中，线性组合中的至少一个线性组合是集合中的至少两个波束的线性组合。
在一些实施例中，线性组合中的每一个是集合中的所有波束的唯一线性组合。
在一些实施例中，线性组合的集由近似最优的格拉斯曼(grassmannian)编码矩阵定义。
在一些实施例中，多个可用波束的集合包括张成(span)多个可用波束的空间的最小数量的波束。
在一些实施例中，多个可用波束的集合包括离散傅立叶变换(dft)波束，其中，集合中的任何波束的波束方向都对应于谐波频率。
在一些实施例中，发送包括：在相应的传输时间资源中发送波束的线性组合中的每一个线性组合，各个时间资源是不同的。
第二方面是一种用于接收机装置的方法，该接收机装置被配置为经由从多个可用波束中选择的波束来从发射机装置接收信号。
该方法包括：从发射机装置接收用于波束选择测量的多个测量信号，其中，多个测量信号与多个可用波束的集合中的波束的线性组合的集相对应，其中，集的基数低于集合的基数；以及对多个测量信号执行波束选择测量，以用于从多个可用波束中选择波束。
在一些实施例中，该方法还包括：向发射机装置发送波束选择测量报告，以用于从多个可用波束中选择波束。
在一些实施例中，执行波束选择测量包括：基于波束选择测量来确定集合中的每个波束的质量度量。
在一些实施例中，执行波束选择测量包括：基于线性组合的集对多个接收到的测量信号进行匹配滤波。
第三方面是一种包括非暂时性计算机可读介质的计算机程序产品，该非暂时性计算机可读介质上具有计算机程序，该计算机程序包括程序指令。该计算机程序能够被加载到数据处理单元中，并被配置为：当计算机程序被数据处理单元运行时，使得执行根据第一方面和第二方面中的任一方面的方法。
第四方面是一种发射机装置，该发射机装置被配置为使用从多个可用波束中选择的波束，来向接收机装置发送信号，其中，多个可用波束的集合用于由接收机装置进行波束选择测量。
该装置包括控制电路，该控制电路被配置为使得：确定集合中的波束的线性组合的集，其中，集的基数低于集合的基数；以及发送波束的线性组合中的每一个线性组合，以用于由接收机装置进行波束选择测量。
第五方面是一种接收机装置，该接收机装置被配置为经由从多个可用波束中选择的波束来从发射机装置接收信号。
该装置包括控制电路，该控制电路被配置为使得：从发射机装置接收用于波束选择测量的多个测量信号，其中，多个测量信号与多个可用波束的集合中的波束的线性组合的集相对应，其中，集的基数低于集合的基数；以及对多个测量信号执行波束选择测量，以用于从多个可用波束中选择波束。
第六方面是一种网络节点，该网络节点包括第四方面的发射机装置和/或第五方面的接收机装置。
第七方面是一种无线通信设备，该无线通信设备包括第四方面的发射机装置和/或第五方面的接收机装置。
在一些实施例中，上述任一方面可以另外具有与上文针对任一其他方面所述的多种特征中的任一特征相同或相对应的特征。
一些实施例的优点在于提供了用于波束选择的替代方法。
在一些实施例中，该替代方法可以比用于波束选择的其他方法更有效。
在一些实施例中，替代方法可以需要比用于波束选择的其他方法更少的时间分配和/或更少的信令开销。
在一些实施例中，替代方法可以实现关于最佳波束选择(例如，所选波束的接收snr)的结果，与用于波束选择的其他方法相比，该结果没有严重恶化。
附图说明
根据以下参考附图做出的对实施例的详细描述，其他目的、特征和优点将显而易见。附图不一定按比例绘制，而是侧重于说明示例实施例。
图1是示出了根据一些实施例的示例方法步骤和信令的组合流程图和信令图；
图2是示出了根据一些实施例的示例装置的示意框图；
图3是示出了根据一些实施例的示例装置的示意框图；以及
图4是示出了根据一些实施例的示例计算机可读介质的示意图。
具体实施方式
如上文已经提及的，应当强调的是，当在本说明书中使用时，术语“包括/包含”用来指定所提到的特征、要件、步骤或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、要件、步骤、组件或其组群。除非上下文明确地给出相反的指示，否则如在本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在还包括复数形式。
以下将参照附图更全面地描述和举例说明本公开的实施例。然而，本文公开的方案可以按许多不同的形式来实现，并且不应当被理解为限于本文阐述的实施例。
在下文中，将描述其中提供用于波束选择的替代方法的实施例。
图1是示出了根据一些实施例的示例方法100和150以及示例信令的组合流程图和信令图。示例方法100用于发射机装置，该发射机装置被配置为使用从多个可用波束中选择的波束，来向接收机装置发送信号，并且方法150用于接收机装置，该接收机装置被配置为经由从多个可用波束中选择的波束来从发射机装置接收信号。通常，多个可用波束可以包括用于从发射机装置发送的所有可能的波束。
该多个可用波束的集合用于由接收机装置进行波束选择测量。因此，该集合是用于波束训练的波束集合。该集合可以包括多个可用波束中的所有波束或多个可用波束的子集。在一些实施例中，该集合中的波束是正交的，但是并非对于所有实施例都必需如此。在一些实施例中，该集合中的波束张成多个可用波束中的所有波束所驻留的空间。通常，波束的集合包括张成多个可用波束的空间(即，多个可用波束中的所有波束所驻留的空间)的最小数量的波束。
该多个可用波束的集合可以例如包括离散傅立叶变换(dft)波束，其中，该集合中的任何波束的波束方向都对应于谐波频率。dft波束可以被构建为张成整个天线空间(例如，通过选择dft的谐波频率作为波束的角度)，并且它们在每个天线上具有恒定的幅度(从功率放大器(pa)的角度来看这是期望的)。
此外，信道本身通常可以被表示为具有不同角度的dft波束的加权组合。由于这种信道分解属性，预期一些dft波束与该信道很好地对准，这使得从本文的角度来看它们具有吸引力。
为了训练目的，发送多个可用波束中的所有波束或集合中的波束可以对应于背景技术部分中提到的方法。在下文中，将举例说明用于减少出于训练目的而发送的波束的数量而不会明显损害所选波束的性能的技术。
在步骤101中，确定波束集合中的波束的线性组合的集。集的基数低于集合的基数。集的基数还大于1。
线性组合中的至少一个线性组合是集合中的至少两个波束的线性组合。因此，线性组合不是恒等函数。
在典型的实施例中，线性组合中的每一个线性组合都是唯一的线性组合。
同样典型地，在一些实施例中，线性组合中的每一个线性组合都是集合中的所有波束的线性组合。
线性组合的集可以例如由近似最优的格拉斯曼编码矩阵定义。因此，线性组合的集可以由n×k矩阵定义，该矩阵的列等于来自n维的复杂格拉斯曼行装箱问题(grassmannianlinepackingproblem)的k个向量；每个列对应于近似最优的格拉斯曼框架(grassmannianframe)。
通常，可以使用任何其他合适的编码矩阵来定义线性组合的集。
在步骤102中，波束的线性组合中的每一个线性组合被发送，以用于由接收机装置进行波束选择测量，如信令192所示。在典型的实施例中，波束的线性组合中的每一个线性组合在相应的传输时间资源中被发送，各个时间资源是(彼此)不同的，即，一次发送波束的一个线性组合。
在示例方法150的步骤152中，接收测量信号192，其对应于波束的线性组合(例如，由信道实现的所发送的线性组合)。
因此，在步骤152中，从发射机装置接收用于波束选择测量的多个测量信号，其中，该多个测量信号与多个可用波束的集合中的波束的线性组合的集相对应，其中，集的基数低于集合的基数。
在步骤153中，对多个测量信号执行波束选择测量，以用于从多个可用波束中选择波束。这样的测量可以根据任何合适的方法进行。例如，执行波束选择测量可以包括基于波束选择测量来确定集合中的每个波束的质量度量(例如，信号强度、snr等)。替代地或附加地，执行波束选择测量可以包括基于线性组合的集，对多个接收到的测量信号进行匹配滤波或最小均方误差(mmse)处理。
可选地，在步骤154中，向发射机装置发送波束选择测量报告，以用于从多个可用波束中选择波束，并在步骤104中接收波束选择测量报告。该报告可以指示最好波束、多个最好波束或所有波束的选择测量结果(例如，质量度量)；或指示由接收机装置基于选择测量结果确定的一个或多个优选波束(例如，通过指示每个优选波束的索引)，或指示二者。
在可选步骤105中，发射机装置根据接收到的波束选择测量报告，从多个可用波束中选择波束(以用于向接收机装置的发送)。该选择可以使用任何合适的方法来执行。例如，根据一些实施例，该选择可以基于选择测量结果。在另一个示例中，该选择仅包括接受选择测量报告中指示的优选波束。
一旦被选择，该波束就在可选步骤106中被用于向接收装置发送信号196，该信号在可选步骤156中被接收。
图2示意性地示出了根据一些实施例的示例发射机装置210。发射机装置被配置为使用从多个可用波束中选择的波束，来向接收机装置发送信号，其中，多个可用波束的集合用于由接收机装置进行波束选择测量。例如，发射机装置可以被配置为执行(或使得执行)结合图1的方法100描述的一个或多个步骤。例如，图2的发射机装置可以被包括在网络节点和/或无线通信设备中。
该装置包括控制电路(例如，控制器cntr)200，该控制电路200被配置为使得：确定集合中的波束的线性组合的集，其中，集的基数低于集合的基数；以及发送波束的线性组合中的每一个线性组合，以用于由接收机装置进行波束选择测量。控制电路可以被配置为使得：在相应的传输时间资源中发送波束的线性组合中的每一个线性组合，各个时间资源是不同的。
控制电路还可以被配置为使得：从接收机装置接收波束选择测量报告，并根据接收到的波束选择测量报告从多个可用波束中选择波束。
为此，控制电路可以包括以下电路中的一个或多个或以其他方式与以下电路中的一个或多个相关联：确定电路(例如，确定器det)201、选择电路(例如，选择器sel)202、接收电路(例如，接收机rx)230和发送电路(例如，发射机tx)230。
确定器201可以被配置为确定集合中的波束的线性组合的集。发射机230可以被配置为发送波束的线性组合中的每一个线性组合，以用于由接收机装置进行波束选择测量。接收机230可以被配置为接收波束选择测量报告。选择器202可以被配置为根据接收到的波束选择测量报告，来从多个可用波束中选择波束。
图3示意性地示出了根据一些实施例的示例接收机装置310。接收机装置被配置为经由从多个可用波束中选择的波束，来从发射机装置接收信号。例如，接收机装置可以被配置为执行(或使得执行)结合图1的方法150描述的一个或多个步骤。例如，图3的接收机装置可以被包括在网络节点和/或无线通信设备中。
该装置包括控制电路(例如，控制器cntr)300，该控制电路被配置为使得：从发射机装置接收用于波束选择测量的多个测量信号，其中，多个测量信号与多个可用波束的集合中的波束的线性组合的集相对应，其中，集的基数低于集合的基数。
控制电路还被配置为使得：对多个测量信号执行波束选择测量，以用于从多个可用波束中选择波束。例如，控制电路可以被配置为使得：通过使得基于波束选择测量确定集合中的每个波束的质量度量，来执行波束选择测量。替代地或附加地，控制电路可以被配置为使得：通过使得基于线性组合的集对多个接收到的测量信号进行匹配滤波或最小均方误差(mmse)处理，来执行波束选择测量。
控制电路还可以进一步被配置为使得：向发射机装置发送波束选择测量报告，以用于从多个可用波束中选择波束。
为此，控制电路可以可以包括以下电路中的一个或多个或以其他方式与以下电路中的一个或多个相关联：测量电路(例如，测量器meas)301、接收电路(例如，接收机rx)330和发送电路(例如，发射机tx)330。
接收机330可以被配置为从发射机装置接收用于波束选择测量的多个测量信号。测量器301可以被配置为执行波束选择测量。发射机可以被配置为发送波束选择测量报告。
因此，根据一些实施例，提供了用于减少波束训练的开销的波束编码。对原始波束(集合中的波束)的编码进行公式化，使得编码波束的数量(显著)小于原始波束的数量，其中，编码波束对应于波束的线性组合。当bs发送编码波束时，总发送时间变得显著低于发送原始波束时的总发送时间。ue接收编码波束，并(在典型方法中)执行简单的操作(匹配滤波(与最大似然解相对应)、mmse处理或类似操作)，以估计哪个原始波束最好，并且可以向bs回馈该原始波束的索引。
现在将提供一个示例来说明图1-3的总体描述。在该示例中，假设bs具有m个天线并且ue具有单个接收天线。在许多场景中，例如对于根据ieee802.11ay标准的波束训练，这是有效的假设。在802.11ay中，发射机(bs)发送不同的波束，而ue一次选择一个接收波束(假设接收机处的单个射频(rf)链)，ue将接收到的信号投射到该接收波束上。后一过程使单个接收天线的假设对于训练过程有效，即使是在接收机具有若干天线元件的情况下。
考虑bs想要针对某个ue训练的波束(上文的措辞中的波束集合)的码本f＝[f1,…,fk]。如上所述，这些波束可以是dft波束，其中每个元素都具有恒定的幅度。训练过程的目标例如可以是使bs知道波束f1,…,fk中的哪个在ue处提供最高的接收snr。
该信息可以通过来自ue的反馈(选择测量报告)来获得，该反馈与k个波束中的哪个是以最高snr接收的有关。在一种简单的方法中，bs可以一次仅发送一个波束，让ue估计每个波束的接收snr，并反馈产生最大接收snr的波束的索引。
如果xi表示在时刻i从bs发送的向量，并且x＝[x1,…,xj]表示从时刻1到j的所有传输(矩阵x的大小为m×j)，一次发送一个波束(即xi＝fi)等效于x＝fi，其中i是k×k单位矩阵(即，在这种情况下j＝k)。
通过用大小为n×k的另一个矩阵b(定义线性组合的集的编码矩阵)替换上述表达式中的单位矩阵，获得要被发送的波束的另一个集(其中，要发送的每个波束是原始波束集合中的波束的线性组合)为x＝fbt，其中(·)t表示转置。
这些波束是编码波束(线性组合的集)，而b用作f中原始波束集合上的代码。在每个时刻，都发送f中的波束的线性组合。结果，如果b没有零值元素，则所有波束都在每个时刻被发送。
在编码波束的情况下，j＝n，并且b应优选地被选择使得n变得显著小于k(以减少传输次数)，同时仍能够(在通过信道传输之后)识别出f中的哪个波束在ue处提供最高的接收snr。
如果ht表示从bs到ue的dl信道，则在时刻i在ue处的接收到的符号可以表示为yi＝htf(bi,:)t+ni，其中ni表示在时刻i密度为n0的加性高斯白噪声(awgn)，并且bi,:表示b中的第i行。将
ue的任务是确定c中的哪个元素具有最高的幅度，其对应于f中的如下波束：在用于数据传输时在ue处提供最高的接收snr。将在ue处用于该模型的合适的解码规则应输出整数
可以如下提供一种这样的解码规则。可以示出，在一些场景中，一个后面是定位具有最大幅度的元素的简单的匹配滤波器(与矩阵b匹配)就可以实现针对上述ue优化问题的最大似然(ml)解码规则；
因此，通过应用以上原理，由于与n＝k的现有技术方法相对的编码方法，可以在来自bs的n个传输中训练k个波束，其中1<n<k。一个可能的n×k代码矩阵b可以通过选择b中的列作为来自n维的格拉斯曼行装箱问题的k个矢量来实现。
通常，当在本文中提及布置时，应将其理解为物理产品；例如，装置。物理产品可以包括一个或多个部分，例如具有一个或多个控制器、一个或多个处理器等形式的控制电路。
描述的实施例及其等同替代可以通过软件或硬件或者其结合来实现。实施例可以由通用电路执行。通用电路的示例包括数字信号处理器(dsp)、中央处理器(cpu)、协处理器单元、现场可编程门阵列(fpga)和其他可编程硬件。替代地或附加地，可以由专用电路(例如专用集成电路(asic))来执行实施例。通用电路和/或专用电路可以例如与诸如无线通信设备或网络节点之类的装置相关联或被包括在此类装置中。
实施例可以存在于电子装置(例如，无线通信设备或网络节点)中，该电子装置包括根据本文描述的任意实施例的布置、电路和/或逻辑。替代地或附加地，电子装置(例如，无线通信设备或网络节点)可以被配置为执行根据本文描述的任意实施例的方法。
根据一些实施例，计算机程序产品包括计算机可读介质，例如，通用串行总线(usb)存储器、插入式卡、嵌入式驱动器或只读存储器(rom)。图4示出了具有紧凑盘(cd)rom400的形式的示例计算机可读介质。计算机可读介质上存储有包括程序指令的计算机程序。计算机程序能够被加载到数据处理器(proc)420中，该数据处理器可以例如被包括在无线通信设备或网络节点410中。当被加载到数据处理单元时，计算机程序可以被存储在与数据处理单元相关联或被包括在数据处理单元中的存储器(mem)430中。根据一些实施例，当计算机程序被加载到数据处理单元中并由数据处理单元运行时，该计算机程序可以使得执行根据例如图1所示或本文另外描述的任何方法的方法步骤。
通常，除非明确给出和/或从使用的上下文中暗示不同的含义，否则本文中使用的所有术语将根据其在相关技术领域中的普通含义来解释。
已经在本文中参照了各种实施例。然而，本领域技术人员将会认识到，对描述的实施例的多种变化仍然会落入权利要求的范围。
例如，本文描述的方法实施例通过以特定顺序执行的步骤公开了示例方法。然而，应当认识到，在不偏离权利要求的范围的情况下，这些事件顺序可以以另一顺序发生。此外，尽管一些方法步骤已经被描述为顺序执行，但它们可以并行执行。因此，除非必须明确地将一个步骤描述为在另一个步骤之后或之前和/或隐含地一个步骤必须在另一个步骤之后或之前，否则本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。
通过相同的方式，应当注意的是，在实施例的描述中，将功能块划分为特定单元绝不意味着倾向于是限制性的。相反，这些划分仅是示例。本文描述为一个单元的功能框可以划分为两个或更多个单元。而且，本文描述为被实现为两个或更多个单元的功能框可以合并成更少的(例如，单个)单元。
在适当的情况下，本文公开的任何实施例的任何特征可以应用于任何其他实施例。同样地，任何实施例的任何优点可以适用于任何其他实施例，反之亦然。
因此，应当理解的是，描述的实施例的细节仅仅是出于说明的目的而提出的示例。
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