基于多个波束空间基进行波束空间处理的方法和装置与流程

1.本发明的实施例涉及无线通信领域；并且更具体地涉及基于多个波束空间基的波束空间处理。


背景技术：

2.无线通信网络的传输点越来越多地配备有先进的天线系统(aas)。这些天线系统通过添加天线阵列来提高现有无线系统的容量和/或覆盖范围。这使得能够实现在基站和用户之间的并行数据流的同时传输，即所谓的多输入多输出(mimo)传输。在一些情况下，主要的预期效果是通过利用新aas系统的高波束成形增益来增强覆盖范围。
3.大规模多输入多输出(mimo)是一种用于高级天线系统以提高数据传输容量的技术。大规模mimo系统使得能够使用相同的时间和频率资源传输多个数据流，其中每个数据流都可以是波束成形的。支持大规模mimo的基站可以经由更高的波束成形增益提供增强的功率效率，经由更高的空间复用增益提供增强的频谱效率，并通过利用窄波束的高度定向通信提供减小的小区间干扰。然而，由于空间信号空间的高维度，大规模mimo技术显著增加了基站的无线收发机的复杂度。例如，在多用户系统中，发射机(例如，基站)的复杂性也是一个问题，因为必须经常使用高级编码方案向多于一个用户同时发送信息，同时保持受控的用户间干扰水平。
4.大规模mimo信道是将大规模mimo系统的天线阵列与用户设备(ue)耦合的无线通信信道。信号从天线阵列的多个单元到用户设备的天线单元的传播可以基于以大规模mimo信道矩阵(h)表示的数学模型进行建模，该大规模mimo信道矩阵在本文中可被称为信道矩阵、无线电信道矩阵、无线信道估计矩阵，或备选地称为信道矩阵。通常，信道矩阵是在天线空间中确定的。通常，信道矩阵是在基站处根据从ue接收到的上行链路传输来估计的。上行链路传输可以由来自一个或所有发射天线的已知序列和/或关于信道信息的ue反馈的组合组成。这里实际信道矩阵和估计信道矩阵可互换地称为信道矩阵。
5.因为通信发生在高维空间信号空间的低维子空间中，因此期望大规模mimo信道矩阵具有低秩。已经提出波束空间变换(其中正交空间函数或波束的集合被用于近似大规模mimo信道协方差矩阵的特征向量)，以利用信号子空间的低秩。结果，波束空间信道矩阵由信道矩阵的空间变换产生。信道矩阵到波束空间信道矩阵的变换减少了信道向量的显著元素的数量。因此，与在天线空间中表示的信道矩阵的非零信道向量的数量相比，波束空间信道矩阵包括数量少得多的非零信道向量。信道向量的这种较少数量的显著元素能够在后续信号处理操作中利用波束空间信道矩阵的低秩，并显著降低基站发射机中的这些操作的复杂性。
6.若干波束空间变换方法使用二维空间离散傅立叶变换(2d
‑
s
‑
dft)基来变换包括均匀间隔的二维(2d)极化天线阵列的通信信道的信道矩阵，因为2d
‑
s
‑
dft基与传播平面波的空间特征相匹配。然而，经由s
‑
dft的标准波束空间变换方法并不总是提供足够的降维。例如，在多径传播的情况下，多个传播分量将不会与用于对用于信号传输的多个有源波束
做出贡献的波束空间变换的波束空间基对齐。这个问题在低频段和中频段(其中，天线阵列的单元元件之间的间距可能大于载波信号波长的一半)甚至更加明显。


技术实现要素：

7.所提出的实施例描述了一种用于在波束空间中有效处理无线电信道估计的方法和系统。实施例提出了使用基于多个空间正交基函数集定义的多个波束空间变换。
8.一方面，提出了一种用于在无线通信网络的无线电接入节点中进行波束空间处理的方法。无线电接入节点与包括多个天线单元的天线阵列耦合。该方法包括：使用多个不同的空间正交基函数集来对表征天线单元和用户设备之间针对给定时间和给定频率的无线电信道的信道估计进行变换，以获得多个变换信道估计，其中，不同的空间正交基函数集中的每一个定义多个波束空间中的相应波束空间；针对多个变换信道估计确定相应的波束空间变换质量的度量；基于波束空间变换质量的度量，从多个不同的空间正交基函数集中的至少一个中选择空间正交基函数集以满足无线电信道的波束空间缩减标准。该方法还包括：基于所选的变换信道估计，将一个或多个数据流编码为编码数据流，其中，所选的变换信道估计是通过至少基于所选的空间正交基函数集对信道估计进行变换来获得的；以及通过天线单元发送编码数据流。
9.一方面，提出了一种用于波束空间处理的无线电接入节点。所述无线电接入节点包括：阵列天线，包括多个天线单元；一个或多个处理器；以及计算机可读存储介质，存储计算机可读指令集，该指令集当由一个或多个处理器执行时，使无线电接入节点：使用多个不同的空间正交基函数集来对表征天线单元和用户设备之间针对给定时间和给定频率的无线电信道的信道估计进行变换，以获得多个变换信道估计，其中，不同的空间正交基函数集中的每一个定义多个波束空间变换中的相应波束空间变换；针对多个变换信道估计确定相应的波束空间变换质量的度量；基于波束空间变换质量的度量，从多个不同的空间正交基函数集中的至少一个中选择空间正交基函数集以满足无线电信道的波束空间缩减标准；基于所选的变换信道估计，将一个或多个数据流编码为编码数据流，其中，所选的变换信道估计是通过至少基于所选的一个空间正交基函数集对信道估计进行变换来获得的；以及通过天线单元发送(210)编码数据流。
附图说明
10.通过参考以下用于说明本发明实施例的描述和附图，可以最佳地理解本发明。在附图中：
11.图1示出了根据一些实施例的用于基于多个波束空间基进行波束空间处理的示例性系统的框图。
12.图2示出了根据一些实施例的可以被执行以用于波束空间处理的示例性操作的流程图。
13.图3示出了根据一些实施例的可以被执行以用于从多个波束空间中选择波束空间的示例性操作的流程图。
14.图4示出了根据一些实施例的可以被执行以用于针对每个波束空间选择待激活的波束子集的示例性操作的流程图。
15.图5示出了根据一些实施例的通过用于示例性移位dft基的天线阵列发射的示例性波束图的框图。
16.图6示出了根据一些实施例的表示有源波束中的功率度对有源波束的数量的示例性曲线图的图。
17.图7示出了根据一些实施例的表示信干噪比(sinr)对有源波束的数量的示例性曲线图的图。
18.图8示出了根据本发明的一些实施例的示例性网络设备(nd)的框图。
具体实施方式
19.以下说明描述了用于有效处理波束空间中的无线电信道估计的方法和系统。在以下描述中，阐述了大量的具体细节，例如逻辑实现、操作码(opcode)、用于指定运算数的手段、资源分区/共享/复制实现、系统组件的类型和相互关系、以及逻辑分区/整合选择，以提供对本发明的更全面的理解。然而，本领域技术人员将意识到，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他实例中，并未详细示出控制结构、门级别电路和全软件指令序列，以不使本发明模糊。利用所包括的描述，本领域普通技术人员将能够在无需进行过度试验的情况下实现恰当的功能。
20.说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指代同一实施例。此外，当结合实施例描述具体特征、结构或特性时，应认为结合其他实施例(不管是否被显式描述)来实现这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识内的。
21.在本文中，括号中的文本和具有虚线边界(例如，长划点虚线、短划线虚线、点虚线、以及点)的框可以用于示出向本发明实施例添加附加特征的可选操作。然而，这种标注不应当被视为意味着：在本发明的某些实施例中，它们是仅有的选项或可选操作，和/或具有实线边界的框不是可选的。
22.在以下描述和权利要求中，可以使用术语“耦合”和“连接”以及它们的派生词。应当理解，这些术语不旨在作为彼此的同义词。“耦合”用于指示两个或更多个单元可以彼此直接或可以不彼此直接物理或电学接触、彼此协作或交互。“连接”用于指示在彼此耦接的两个或更多个单元之间建立通信。
23.总体概述：
24.所提出的实施例描述了一种用于在波束空间中有效处理无线电信道估计的方法和系统。本发明的实施例允许对信道估计的处理能够提高波束空间变换的信道估计中的捕获功率和/或经由波束缩减提高其稀疏性。实施例提出使用基于不同的空间正交基函数集定义的多个波束空间变换。然后基于信道估计矩阵在变换时需要满足的一个或多个标准，从波束空间变换集中选择单个波束空间变换(例如，空间正交基函数集)。提出了用于基于多个波束空间变换质量的度量从波束空间变换集中选择波束空间变换的若干机制。
25.与标准的波束空间变换技术相比，本文描述的机制具有几个优点。所描述的机制能够提高在缩减的信道估计中包含的功率，从而得到更准确的信道表示和在波束空间中执行的预编码操作的改进的性能。此外，本文描述的机制提高了缩减的信道估计的稀疏性，这
显著降低了预编码计算的复杂性以及在无线接入网络设备的不同单元之间传输预编码操作期间计算的权重的成本。另外，这些机制减少了由接收信号添加的噪声，因为通过波束空间缩减一些权重被无效。
26.在一个实施例中，提出了一种用于在无线通信网络的无线电接入节点中进行波束空间处理的方法和装置。无线电接入节点与包括多个天线单元的天线阵列耦合。在所公开的实施例中，使用多个不同的空间正交基函数集对表征天线单元和用户设备之间针对给定时间和给定频率的无线电信道的信道估计进行变换，以获得多个变换信道估计。不同的空间正交基函数集中的每一个定义多个波束空间变换中的相应的波束空间变换。针对变换信道估计，确定相应的波束空间变换质量的度量。基于波束空间变换质量的度量，从多个不同的空间正交基函数集中的至少一个中选择空间正交基函数集以满足无线电信道的波束空间缩减标准。基于所选的变换信道估计，将数据流编码为编码数据流，其中，所选的变换信道估计是通过至少基于所选的空间正交基函数集对信道估计进行变换来获得的。然后通过天线阵列的天线单元发送编码数据流。
27.示例性系统：
28.图1示出了根据一些实施例的通信网络100的框图。网络100可以至少部分地基于无线电接入技术，作为示例，例如，3gpp长期演进(lte)、高级lte、演进型通用地面无线电接入网络(e
‑
utran)、通用移动电信服务(umts)、全球移动系统(gsm)/gsm演进增强数据速率(gsm/edge))、宽带码分多址(wcdma)、全球微波接入互操作性(wimax)或超移动宽带(umb)、演进型通用地面无线电接入(e
‑
utra)、通用地面无线电接入(utra)、gsm edge无线电接入网(geran)、3gpp2 cdma技术(例如，cdma2000 1
×
rtt)和高速分组数据(hrpd)。网络100可以适合于提供满足由下一代移动网络联盟针对第五代移动电信标准建立的一个或多个准则的无线电通信。因此，在一个实施例中，通信网络100可以是无线蜂窝网络。
29.网络100包括无线电接入网节点101。在所示的实施例中，示出了单个无线电接入节点101，但是本领域技术人员将理解，可以提供任意数量的无线电接入节点。
30.取决于例如所使用的无线电接入技术和术语，无线电接入节点101可以被称为例如基站、nodeb、演进nodeb(enb或enodeb)、gnodeb、基础收发机站点、接入点基站、基站路由器、无线电基站(rbs)、宏基站、微基站、微微基站、毫微微基站、家庭enodeb、中继器和/或转发器、信标设备、或者被配置为通过无线接口与无线设备通信的任何其他网络节点。
31.无线电接入节点101的功能可以分布在一个或多个物理节点上。例如，每个无线电接入节点在逻辑上可以被划分为多于一个单元，包括以下一个或多个：集中单元(cu)、分布单元(du)和无线电单元(ru)、远端无线电头(rrh)或传输点(tp)。
32.无线电接入节点101可以服务于网络100的一个或多个小区。在每个小区内，无线设备与相应的无线电接入节点通信以向设备的用户提供服务，如本领域技术人员所熟悉的那样。无线电接入节点101还经由回程网络(未示出)与核心网络通信，以协调和控制网络100并提供对网络100的其他部分(例如，其他小区中的设备，未示出)的接入。
33.在图1中，两个无线设备116a、116b(统称为116)被示为与无线电接入节点101通信。无线设备116也可以被称为用户设备(ue)、移动设备、移动终端设备、无线终端设备等。虽然若干ue 116可以与基站通信并且以下描述可以适用于多个ue中的任何一个，但是将参考ue 116a描述实施例以简化以下描述，并且本领域普通技术人员将理解，以下机制适用于
多个ue。
34.本领域技术人员将理解，使用天线阵列102在无线电接入节点101和无线设备116之间传输无线信号。所示天线阵列102包括二维极化阵列，其中，m
v
和m
h
分别表示二维天线阵列的行数和列数，并且天线单元的总数为2m
v
m
h
。虽然所示的天线阵列102是二维极化阵列，但在其他实施例中，天线阵列可以包括单极化天线单元。尽管将参考双极化天线单元来描述以下机制，但本领域的普通技术人员将理解，相同机制可适用于其他类型的天线阵列(例如，单极化天线阵列)。
35.无线电接入节点101包括信道估计优化器110、预编码器120和天线空间变换器130。信道估计优化器110可操作用于确定优化的信道估计，其也被称为无线电接入节点101和ue 116a之间的信道的缩减信道估计。信道估计优化器110包括可选的信道估计器112、波束空间变换器114、波束空间选择器118和波束空间缩减单元120。
36.预编码器120可操作用于基于缩减的信道估计执行预编码操作，以计算用于每个下行链路数据流的适当的预编码权重，将一个或多个数据流编码为编码数据流。预编码是对下行链路数据的空间传输进行波束成形或整形的概括，其使无线接入网络能够支持多天线无线通信中的多流(或多层)传输。多层传输的预编码被决定为使得每一层的下行链路接收信噪比(snr)最大化并且层间干扰最小化，或者换言之，每一层的信干噪比(sinr)最大化。在点对点系统中，预编码意味着多个数据流以适当的权重从发射天线发射，使得在接收机输出端链路吞吐量最大化。在多用户mimo中，数据流针对不同的用户，并且总吞吐量的某个度量被最大化。
37.天线空间变换器130可操作用于通过天线单元发送(210)编码数据流。编码数据流的发送将编码数据流从所选的波束空间变换到天线空间，为用于向ue 116a发送信号的天线的每个单元提供系数/权重。
38.信道估计器112可操作用于确定天线阵列的天线单元和ue之间的信道的信道估计。确定信道估计包括确定表征天线阵列102和ue116a之间的无线信道的信道估计矩阵。
39.在以下描述中，我们将参考表征在时刻t和频率f处天线阵列102和ue 116a之间的无线信道的信道估计矩阵h
i
(t，f)。维度为m
v
×
m
h
×
2的矩阵h
i
(t，f)被定义为使得h
i
(t，f)的(m，n，p)元素是在时间t和频率f处ue 116a与第m行、第n列和极化p中的天线单元a(m，n，p)之间的信道的系数，其中，m＝1，...，m
v
，n＝1，...，m
h
，并且p＝0，1。
40.此外，与ue 116a相关联的2m
v
m
h
×
1全信道向量可以定义为：
[0041][0042]
在所公开的说明中，(.)
t
表示向量转置算子，并且(.)
h
表示厄米特(hermitian)转置算子，并且是m
v
m
h
×
1向量，其包含与具有极化p的天线相关联的信道的系数，并且可以通过将向量化算子(其将二维矩阵的列堆叠在彼此的顶部)应用于与极化p相关联的h
i
(f，t)的二维子矩阵来获得
[0043]
在一些实施例中，信道估计可以由信道估计器112在无线电接入节点101处确定。在其他实施例中，信道估计可以在另一网络设备中(例如，在ue 116a或与无线电接入节点101耦合的任何其他网络设备处)确定。
[0044]
波束空间变换：
[0045]
波束空间变换器114可操作用于使用多个不同的空间正交基函数集对信道估计(例如，h
i
(f，t))进行变换，以获得多个变换信道估计。在以下描述中，空间正交基函数可以互换地称为基函数或空间正交基函数。基函数中的每一个表示n个波束空间变换集116中的波束空间中的变换，并定义多个波束空间中的相应的波束空间。因此，变换信道估计中的每一个是信道估计在不同波束空间中的表示，其中，波束空间是以空间正交基函数集定义的。
[0046]
在一个实施例中，不同的空间正交基函数集是移位二维空间离散傅立叶变换(2d
‑
s
‑
dft)集。空间正交函数集包括移位2d
‑
s
‑
dft集。例如，每个基函数集都是使用在竖直和水平方向上的移位2d
‑
sd ft波束空间变换构建的。虽然将参考2d
‑
s
‑
dft描述一些实施例，但是其他实施例可以在不脱离本公开的范围的情况下使用其他类型的空间正交基函数，这些其他类型的空间正交基函数定义n个相应波束空间中的变换，而无需基于移位2d
‑
s
‑
dft定义这些变换。
[0047]
在使用移位2d
‑
s
‑
dft，并且s
h
和s
v
分别表示水平和竖直方向上的移位的实施例中，包含与(s
h
，s
v
)相关联的2d
‑
sdft波束空间变换基的2m
v
m
h
×
2m
v
m
h
矩阵由下式给出：
[0048][0049]
其中，d
h
(s
h
)和d
v
(s
v
)是m
h
×
m
h
和m
v
×
m
v
移位dft矩阵，并且d
x
(s
x
)的(m，k)元素由给出，
[0050]
其中，m，k＝0，...，m
x
‑
1，s
x
＝0，...，o
x
‑
1，且o
x
是在x方向上的过采样率。
[0051]
图5示出了根据一些实施例的通过用于示例性移位dft基的天线阵列发射的示例性波束图的框图。图5示出了针对包括使用在m
x
＝4和o
x
＝2的情况下的移位s
‑
dft基构造的两个分量的波束空间变换集的波束方向图，其中，第一曲线对应于s
x
＝0，而第二曲线对应于s
x
＝1。在所示的图中，所提出的波束空间变换集具有针对子空间提供过采样基的效果，该子空间能够提供对所捕获的信道功率的改进的聚焦。
[0052]
波束空间变换器114根据基函数集将信道估计h
i
变换为n个变换信道估计。每个变换信道是对应波束空间中的信道估计h
i
的表示。
[0053]
当基函数由矩阵b(j)表示时，第i个ue(116a)在时刻t和频率f处的变换信道估计被确定为：
[0054][0055]
波束空间选择器118可操作用于：针对变换信道估计中的每一个，确定相应的波束空间变换质量的度量。
[0056]
在一些实施例中，波束空间变换质量的度量是针对n个变换信道估计中的每一个确定的第i个ue 116a的每波束功率的度量。可以使用多种机制来确定变换信道估计的每波束功率的度量。下面将描述一些实施例，然而，本领域普通技术人员可以理解，可以使用其他机制来针对n个变换信道估计中的每一个确定每波束功率的度量。下面的实施例将针对变换信道估计中的每一个描述不同的每波束功率的度量。本领域普通技术人员将理解，针对n个变换信道估计执行以下操作。
[0057]
在第一实施例中，每波束功率的度量可以通过将针对变换信道估计测量的功率在多个频率上求平均来计算。当2m
v
m
h
×
1向量表示第i个ue的瞬时每波束功率向量和给定的变换信道估计时，向量的第b个分量可以如下通过在频率上求平均来计算：
[0058][0059]
其中，表示向量的第b个分量，并且n
f
是可用频率数。
[0060]
在第二实施例中，每波束功率的度量度可以通过将针对变换信道估计测量的功率在极化上求平均来计算。在该实施例中，当表示在两个极化上平均的每波束功率向量，其中，的维度等于m
v
m
h
×
1，，向量可以通过将两个极化的每波束功率相加而获得，即，
[0061][0062]
其中，表示克罗内克(kronecker)积运算符。
[0063]
在第三实施例中，可以对所计算的每个变换信道估计的每波束功率应用时间滤波，以平滑当可用频率数较小时可能发生的时间变化。对于每个波束空间基矩阵b(s
h
，s
v
)，给定在时刻t处的每波束瞬时功率滤波后的每波束功率被更新为
[0064][0065]
其中，t0是滤波后的每波束功率的最后更新时间，并且w
t
是有效存储长度，其可以基于ue的移动性来选择以匹配信道估计协方差的变化率。
[0066]
在一个实施例中，波束空间变换和波束缩减机制的复杂性可以通过计算每个变换信道估计的可用波束的子集的每波束功率的度量而显著降低。在一些实施例中，这可以在ue 116a具有低移动性的情况下执行。有源波束提供有关ue和天线之间的信道的主要传播路径方向的信息，并随着移动性缓慢变化。例如，可以计算有源波束及其直接相邻波束的每波束功率，即，用于确定每波束功率的度量的第i个ue在时刻t和频率f处的变换信道估计被表示为
[0067][0068]
其中，s
p，i
是对角波束选择矩阵，其仅选择最后时刻的有源波束及其直接相邻的波束用于每波束功率计算。在这些实施例中，可以基于等式(3)、(4)或(5)中的任何一个并使用如等式(6)中所定义的来执行每波束功率的度量。
[0069]
在一些实施例中，每个变换信道估计的波束空间变换质量的度量可以是波束空间变换预编码器的估计的信干噪比。在该实施例中，针对变换信道估计的每个波束，计算信干噪比(sinr)。
[0070][0071]
其中，η(j，f，t)表示在时间t和频率f处在波束(j)上估计或测量的平均的干扰和噪声功率。可以根据信道估计误差统计来估计η。在一些实施例中，η也可以基于ue报告的每个波束上的干扰和噪声测量来估计。ue报告的测量可以是基于所接收到的csi
‑
rs nzp或zp信号的。
[0072]
波束空间选择
[0073]
在基于多个基函数集对信道估计进行波束空间变换并且针对变换估计信道中的每一个确定质量度量之后，空间选择器118可操作以：基于波束空间变换质量的度量来选择空间正交基函数集，以满足无线电信道的波束空间缩减标准。对基函数集的选择可以被称为波束空间选择。所选的空间正交基函数集可以被选择为将信道估计变换为单个波束空间的空间正交基函数之一。备选地，所选的空间正交基函数集可以选自多个空间正交基函数集，例如，所选的基函数中的第一个从空间正交基函数集中的第一空间正交基函数集提供，并且所选的基函数中的第二个从空间正交基函数集中的与第一空间正交基函数集不同的第二空间正交基函数集提供。
[0074]
在本文描述的实施例中，变换信道估计中的每一个包括相应的波束集。可以使用多种机制来选择空间正交基函数集。
[0075]
在一些实施例中，波束空间选择器118针对n个波束空间中的每一个从对应的变换信道估计的波束集中选择相应的待激活的波束子集。所述波束子集是基于波束空间缩减标准选择的。波束空间选择器118还可操作以：基于针对波束空间待激活的波束子集，选择产生相应的待激活波束子集的具有的波束数量小于相应的波束子集中的其他波束子集的波束数量的波束空间。对波束空间的选择包括选择空间正交基函数集。
[0076]
针对n个变换信道估计中的每一个选择待激活的波束子集以及选择波束空间可以根据多个实施例来执行。
[0077]
在第一实施例中，波束空间选择器118可操作以：针对波束空间中的每一个，基于每波束功率的度量，选择在给定时间产生波束空间中变换信道估计的最大功率度量的相应的波束子集，在该给定时间所述相应的子集中的波束数量是预定的波束数量。
[0078]
因此，在该实施例中，在波束空间选择器118中预先确定待激活波束的固定数量r
f
，并且对于每个基函数矩阵b(j)，产生变换信道估计的最大功率度量的r
f
个波束：
[0079][0080]
其中，a
i
(s
h
，s
v
，t)表示在时间t处针对基函数矩阵b(s
h
，s
v
)所选的待激活的波束集，并且集合a
i
(s
h
，s
v
，t)的元素数等于r
f
，即，|a
i
(s
h
，s
v
，t)|＝r
f
。之后，选择产生的最大值的基函数(波束空间)。
[0081]
在第二实施例中，波束空间选择器118可操作以：针对波束空间中的每一个，基于波束空间中的每一个的每波束功率的度量来选择待激活的波束的子集，在给定时间相应的波束子集的积累功率度量大于波束空间中变换信道估计的所有波束的总功率度量的预定分数。
[0082]
因此，在该实施例中，对待激活的波束的选择基于在有源波束中收集的功率。选择
总功率大于所有波束的总功率的分数α的最小波束数。在一些实施例中，针对变换信道估计中的每一个，待激活的波束集是以下优化问题的解：
[0083][0084]
在该实施例中，对于变换信道估计中的每一个，确定所述有源波束的数量|a
i
(s
h
，s
v
，t)|以及在有源波束中捕获的功率
[0085][0086]
然后选择产生最少的有源波束数量的基函数(波束空间)。
[0087]
在第三实施例中，波束空间选择器118可操作以：针对波束空间中的每一个，基于波束空间中的每一个的每波束功率的度量来选择待激活的波束子集，其中，在给定时间所述波束子集中的每个波束的相应功率度量大于波束空间中变换信道估计的所有波束的总功率度量的预定阈值。
[0088]
因此，在该实施例中，对待激活的波束的选择基于功率的阈值度量。选择功率度量大于总波束的功率阈值γ的波束。在一些实施例中，所选的有源波束集由以下等式给出
[0089][0090]
确定有源波束的数量|a
i
(s
h
，s
v
，t)|和在有源波束中捕获的功率
[0091]
选择产生最少的有源波束数量的基函数(波束空间)。
[0092]
在一些实施例中，至少两个波束空间可以具有相同数量的波束，该数量比波束空间中的任何其他波束空间具有的波束数量少。在这些实施例中，波束空间选择器118可以确定是否有任何波束空间具有相同数量的波束(例如，两个或更多个波束空间可能得到相同的最少数量的波束被激活)。响应于确定至少有两个波束空间具有相同数量的波束且该数量小于相应的波束子集中的其他波束子集的波束数量，波束空间选择器118从所述至少两个波束空间确定波束空间，该波束空间的相应的待激活的波束子集的累积功率度量大于所述至少两个波束空间中的其他波束空间的相应的波束子集的累积功率度量。
[0093]
波束空间缩减：
[0094]
在一些实施例中，一旦选择了基函数集，波束空间选择器118就基于所选的基函数集对信道估计进行变换，以获得变换信道估计。在一些实施例中，在波束空间缩减单元119处进一步执行缩减操作，以获得缩减信道估计。
[0095]
应用降维来产生稀疏信道向量
[0096][0097]
其中，如果对应的波束包括在有源波束集a
i
(j，t)中，矩阵的第b个对角线项s
i
等于1。
[0098]
在基函数是移位sfdt，且分别表示所选基函数的水平和竖直移位的实施例中，等式(12)变为以下：
[0099]
[0100]
在计算每波束功率时执行针对极化求平均的实施例中，则
[0101]
s
i
[b，b]＝s
i
(b+m
v
m
h
，b+m
v
m
h
)
ꢀꢀ
(14)
[0102]
即，两个极化上的波束被同时激活或被同时停用。
[0103]
mu
‑
mimo波束空间缩减
[0104]
在一些实施例中，l个用户设备可以与天线阵列102配对。例如，ue0，ue1，...，uel
‑
1是多用户(mu)
‑
mimo配对的，即，在l个ue之间共享相同的时频资源。在该示例中，在所有ue的组合mu
‑
mimo信道上执行波束空间缩减减少了由波束缩减引起的过多的ue间干扰。在时间t处针对子带f的没经波束缩减的2m
v
m
h
×
lmu
‑
mimo下行链路波束空间信道由以下等式给出
[0105][0106]
因此，通过考虑所有ue的信道，针对组合mu
‑
mimo计算每波束瞬时功率。因此，每波束功率可以如下通过针对频率和ue信道求平均来计算
[0107][0108]
然后可以使用上面关于波束空间选择和波束空间缩减部分描述的技术，使用组合mu
‑
mimo信道估计的每波束收集功率来应用波束缩减和波束空间选择。
[0109]
与标准的波束空间变换技术相比，本文描述的机制具有几个优点。所描述的机制能够提高在缩减的信道估计中包含的功率，从而得到更准确的信道表示和在波束空间中执行的预编码操作的改进的性能。此外，本文描述的机制提高了缩减的信道估计的稀疏性，这显著降低了预编码计算的复杂性以及在无线接入网络设备的不同单元之间传输预编码操作期间计算的权重的成本。另外，这些机制减少了由接收信号添加的噪声，因为通过波束空间缩减一些权重被无效。
[0110]
在一些实施例中，还提出：在频率、时间和极化上对波束空间变换质量度量求平均以提高质量度量的稳定性。此外，在mu
‑
mimo预编码的一些实施例中，可以在针对所有ue选择公共的有源波束集之前针对所有配对的ue执行所述求平均。
[0111]
将参照图1的示例性实施例来描述流程图中的操作。然而，应当理解，流程图中的操作可以由本发明中除了参照图1描述的那些实施例之外的实施例来执行，并且本发明的参照图1讨论的实施例可以执行与参照流程图来讨论的那些实施例不同的操作。
[0112]
图2示出了根据一些实施例的可以被执行以用于波束空间处理的示例性操作的流程图。信道估计表征在给定时间和给定频率处天线单元102和用户设备(例如，ue 116a)之间的无线电信道。如上所述，信道估计可以以信道估计矩阵h
i
(t，f)来表示/建模，其中，t是时间参数，并且f是频率参数.在一些实施例中，信道估计可以由信道估计器112在无线电接入节点101处确定。在其他实施例中，信道估计可以在另一网络设备中(例如，在ue 116a或与无线电接入节点101耦合的任何其他网络设备处)确定。
[0113]
在操作202处，波束空间变换器114使用多个不同的空间正交基函数集来对信道估计进行变换以获得变换信道估计集。空间正交基函数中的每一个是(来自n个波束空间变换构成的集合116的)波束空间变换，并且定义来自多个波束空间中的相应的波束空间。因此，变换信道估计中的每一个是信道估计在不同波束空间中的表示，其中，波束空间是以空间
正交基函数集定义的。
[0114]
在一些实施例中，不同的空间正交基函数集是移位二维空间离散傅立叶变换(2d
‑
s
‑
dft)集。空间正交函数集包括移位2d
‑
s
‑
dft集。例如，每个基函数集都是使用在竖直和水平方向上的移位2d
‑
sd ft波束空间变换构建的。虽然参考2d
‑
s
‑
dft描述了一些实施例，但是其他实施例可以在不脱离本公开的范围的情况下使用其他类型的空间正交基函数，这些函数定义n个相应波束空间中的变换，而无需基于移位2d
‑
s
‑
dft定义这些变换。
[0115]
在操作204处，波束空间选择器118针对变换信道估计中的每一个确定相应的波束空间变换质量的度量。质量的度量可以是每波束功率的度量或如关于上述若干实施例所描述的sinr。
[0116]
在操作206处，波束空间选择器118基于波束空间变换质量的度量，从不同的空间正交基函数集中的至少一个中选择空间正交基函数集，以满足无线电信道的波束空间缩减标准。所选的空间正交基函数集可以被选择为将信道估计变换为单个波束空间的空间正交基函数之一。备选地，所选的空间正交基函数集可以从多个空间正交基函数集提供，例如，所选的基函数中的第一个从空间正交基函数集的第一空间正交基函数集提供，并且所选的基函数中的第二个从空间正交基函数集中的与第一空间正交基函数集不同的第二空间正交基函数集提供。
[0117]
在操作208处，预编码器120基于所选的变换信道估计将数据流编码为编码数据流。所选的变换信道估计是通过根据所选的空间正交基函数集对信道估计进行变换来获得的。在一些实施例中，所选的变换信道估计还通过在操作212处基于所选的待激活的波束子集缩减变换信道估计的维度来获得获得。
[0118]
在操作210处，通过天线单元发送编码数据流。
[0119]
在操作206处，对空间正交基函数集的选择是基于针对基函数集中的每一个确定的波束空间变换质量的度量来执行的。在本文描述的实施例中，变换信道估计中的每一个包括相应的波束集。图3示出了根据一些实施例的可以被执行以用于从多个波束空间中选择波束空间的示例性操作的流程图。
[0120]
在一些实施例中，对波束空间的选择包括操作302和304。在操作302处，针对n个波束空间中的每一个，波束空间选择器118从对应变换信道估计的波束集中选择相应的待激活的波束子集。基于波束空间缩减标准选择波束子集。
[0121]
图4示出了根据一些实施例的可以被执行以用于针对每个波束空间选择待激活的波束子集的示例性操作的流程图
[0122]
在第一实施例中，针对波束空间中的每一个选择待激活的波束子集包括：基于每波束功率的度量，选择(操作402)在给定时间产生波束空间中变换信道估计的最大功率度量的相应的波束子集，在该给定时间所述相应的子集中的波束数量是预定的波束数量。
[0123]
在第二实施例中，针对波束空间中的每一个选择待激活的波束子集包括：基于波束空间中的每一个的每波束功率的度量，选择(操作404)相应的波束子集，在给定时间该相应的波束子集的积累功率度量大于波束空间中变换信道估计的所有波束的总功率度量的预定分数。
[0124]
在第三实施例中，针对波束空间中的每一个选择待激活的波束子集包括：基于波束空间中的每一个的每波束功率的度量，选择(操作406)相应的波束子集，其中，在给定时
间该波束子集中的每个波束的相应的功率度量大于波束空间中变换信道估计的所有波束的总功率度量的预定阈值。
[0125]
返回参考图3，操作流程从操作302移动到操作304。在操作304处，基于针对波束空间的多个待激活的波束子集，波束空间选择器118选择产生相应的待激活的波束子集具有的波束数量小于相应的波束子集中的其他波束子集的波束数量的波束空间。
[0126]
在一些实施例中，至少两个波束空间可能具有相同数量的波束，该数量比波束空间中的任何其他波束空间的波束数量少。在这些实施例中，波束空间选择器118可以确定是否有任何波束空间具有相同数量的波束(例如，两个或更多个波束空间可能得到相同的最少数量的波束被激活)。响应于确定(在操作306处)至少有两个波束空间具有相同数量的波束且该数量小于相应的波束子集中的其他波束子集的波束数量，波束空间选择器118从所述至少两个波束空间确定波束空间，该波束空间的相应的待激活的波束子集的累积功率度量大于所述至少两个波束空间中的其他波束空间的相应的波束子集的累积功率度量。
[0127]
图6示出了根据一些实施例的表示有源波束中的功率度量对有源波束的数量的示例性曲线图的图。图6示出了波束缩减后缩减信道估计中的功率分数对存在的有源波束数量的关系。本领域普通技术人员可以确定，与基于单个确定的波束空间(传统波束空间)对信道进行变换的标准的波束空间处理相比，所提出的波束空间处理机制在基于波束选择和缩减机制对信道估计进行变换后显著提高了信道估计中的捕获功率。
[0128]
图7示出了根据一些实施例的表示信干噪比(sinr)对有源波束的数量的示例性曲线图的图。图7示出了基于不同的信道估计在ue处接收到的信号的平均信干噪比(sinr)。与利用基于单个确定的波束空间(传统波束空间)进行变换的标准信道估计的接收sinr相比，利用在波束选择/缩减后确定的信道估计的接收sinr有明显的改进。例如，当有源波束的数量等于8时，所提出的波束空间处理所带来的sinr改进等于0.5db。
[0129]
与标准波束空间变换技术相比，本文描述的机制具有几个优点。所描述的机制能够提高在缩减的信道估计中包含的功率，从而得到更准确的信道表示和在波束空间中执行的预编码操作的改进的性能。此外，本文描述的机制提高了缩减的信道估计的稀疏性，这显著降低了预编码计算的复杂性以及在无线接入网络设备的不同单元之间传输预编码操作期间计算的权重的成本。另外，这些机制减少了由接收信号添加的噪声，因为通过波束空间缩减一些权重被无效。
[0130]
在一些实施例中，还提出：在频率、时间和极化上对波束空间变换质量度量求平均以提高质量度量的稳定性。此外，在mu
‑
mimo预编码的一些实施例中，可以在针对所有ue选择公共的有源波束集之前基于所有配对的ue执行所述求平均。
[0131]
架构
[0132]
电子设备使用机器可读介质(也被称为计算机可读介质)来存储和(内部和/或在网络上与其他电子设备)传输代码(其由软件指令构成，且有时被称为计算机程序代码或计算机程序)和/或数据，机器可读介质是例如机器可读存储介质(例如，磁盘、光盘、固态驱动器、只读存储器(rom)、闪存设备、相变存储器)和机器可读传输介质(也被称为载体)(例如，电、光、无线电、声或其他形式的传播信号
‑
例如载波、红外信号)。因此，电子设备(例如，计算机)包括硬件和软件，例如，一个或多个处理器的集合(例如，其中处理器是微处理器、控制器、微控制器、中央处理单元、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、其他
电子电路、前述一项或多项的组合)，其耦接到一个或多个机器可读存储介质以存储用于在该处理器集合上执行的代码和/或以存储数据。例如，电子设备可以包括包含代码在内的非易失性存储器，因为即使在电子设备关闭(当掉电时)时非易失性存储器也可以保持代码/数据，以及在打开电子设备时，通常将要由该电子设备的处理器执行的该部分代码从较慢的非易失性存储器中拷贝到该电子设备的易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram))中。通常的电子设备还包括用于与其他电子设备建立网络连接(以使用传播信号来发射和/或接收代码和/或数据)的一个或多个物理网络接口的集合。例如，物理ni的集合(或物理ni的集合与执行代码的处理器集合的组合)可以执行任何格式化、编码或转换，以允许电子设备(通过有线和/或无线连接)发送和接收数据。在一些实施例中，物理ni可以包括能够通过无线连接从其他电子设备接收数据和/或经由无线连接将数据送出到其他设备的无线电电路。该无线电电路可以包括适合于射频通信的发射机、接收机和/或收发机。无线电电路可以将数字数据转换为具有适当参数(例如，频率、定时、信道、带宽等)的无线电信号。然后，无线电信号可以经由天线发射给适当的接收者。在一些实施例中，物理ni的集合可以包括网络接口控制器(nic)，也称为网络接口卡、网络适配器或局域网(lan)适配器。通过将电缆插入连接到nic的物理端口，nic可以便于将电子设备连接到其他电子设备，从而允许它们进行有线通信。本发明实施例的一个或多个部分可以使用软件、固件、和/或硬件的不同组合来实现。
[0133]
网络设备(nd)是将网络上其它电子设备(例如，其它网络设备、端用户设备)加以通信互联的电子设备。一些网络设备是为多个联网功能(例如，路由、桥接、交换、层2聚合、会话边界控制、服务质量、和/或订户管理)提供支持、和/或为多应用服务(例如，数据、语音、和视频)提供支持的“多服务网络设备”。
[0134]
如本文所使用的，用户设备(ue)指的是能够、被配置为、被布置为和/或可操作以与网络节点和/或其他无线设备无线通信的设备。除非另有说明，否则术语ue在本文中可与无线设备(wd)互换使用。无线传送可以包括使用电磁波、无线电波、红外波和/或适于通过空气传送信息的其他类型的信号来发送和/或接收无线信号。在一些实施例中，ue可以被配置为在没有直接人类交互的情况下发送和/或接收信息。例如，ue可以被设计为当由内部或外部事件触发时，或者响应于来自网络的请求，以预定的调度向网络发送信息。ue的示例包括但不限于智能电话、移动电话、蜂窝电话、ip语音(voi p)电话、无线本地环路电话、台式计算机、个人数字助理(pda)、无线摄像头、游戏控制台或设备、音乐存储设备、回放设备、可穿戴终端设备、无线端点、移动台、平板计算机、便携式计算机、便携式嵌入式设备(lee)、便携式安装设备(lme)、智能设备、无线客户驻地设备(cpe)、车载无线终端设备等。ue可以例如通过实现用于副链路通信的3gpp标准来支持设备到设备(d2d)通信，并且在这种情况下可以被称为d2d通信设备。作为又一特定示例，在物联网(iot)场景中，ue可以表示执行监视和/或测量并将这种监测和/或测量的结果发送给另一ue和/或网络节点的机器或其他设备。在这种情况下，ue可以是机器到机器(m2m)设备，在3gpp上下文中它可以被称为机器类型通信(mtc)设备。作为一个具体示例，ue可以是实现3gpp窄带物联网(nb
‑
iot)标准的ue。这种机器或设备的具体示例是传感器、计量设备(例如，电表)、工业机器、或者家用或个人设备(例如，冰箱、电视等)、个人可穿戴设备(例如，手表、健身追踪器等)。在其他场景中，ue可以表示能够监视和/或报告其操作状态或与其操作相关联的其他功能的车辆或其他设
备。如上所述的ue可以表示无线连接的端点，在这种情况下，该设备可以被称为无线终端。此外，如上所述的ue可以是移动的，在这种情况下，它也可以称为移动设备或移动终端。
[0135]
图8示出了可以在一些实施例中使用的网络设备的框图。在一些实施例中，根据一个实施例的框，网络设备包括硬件805。硬件805包括与计算机可读存储介质812和天线阵列850耦合的网络通信接口860。计算机可读存储介质812可以包括信道估计器代码812、波束空间变换器代码814、波束空间选择器代码818和波束空间缩减代码819。信道估计器代码812、波束空间变换器代码814、波束空间选择器代码818和波束空间缩减代码819当在一个或多个处理器814上执行时，使得所述网络设备执行参考图1
‑
7中的一个或多个所描述的操作。
[0136]
处理器814可以包括下述中的一个或多个的组合：微处理器、控制器、微控制器、中央处理单元、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、或者任何其它合适的计算设备、资源、或硬件、软件和/或编码逻辑的组合，其可操作为单独地或与其他网络设备组件(例如，设备可读介质)相结合来提供网络节点功能。例如，处理器可以执行存储在设备可读介质中的指令。这样的功能可以包括提供本文讨论的各种无线特征、功能或益处中的任何一个。在一些实施例中，处理器814可以包括片上系统(soc)。
[0137]
在某些实施例中，本文描述为由网络节点、基站、enb或其他这样的网络设备提供的一些或所有功能可由处理器814执行，处理器814执行存储在设备可读介质812上的指令。在备选实施例中，功能中的一些或全部可以例如以硬连线方式由处理器814提供，而无需执行存储在单独的或分立的设备可读介质上的指令。在任何这些实施例中，无论是否执行存储在设备可读存储介质上的指令，处理器814都可以被配置为执行所描述的功能。
[0138]
虽然一个实施例不实现虚拟化，但是备选实施例可以使用不同形式的虚拟化。例如，一个这样的备选实施例中，虚拟化层820表示操作系统的内核(或在基础操作系统上执行的简化版)，其允许建立多个被称为软件容器的多个实例，每个软件容器可以用于执行应用程序的集合中的一个(或多个)应用程序；其中多个软件容器(也被称为虚拟化引擎、虚拟专用服务器或监狱(jail))是用户空间(通常是虚拟内存空间)，它们彼此分离并与其中运行操作系统内核的空间分开；以及其中，除非明确允许，否则在给定用户空间中运行的应用程序集合不能访问其他进程的内存。在另一个这种备选实施例中，虚拟化层820表示监管程序(有时称为虚拟机监视器(vmm))或在主机操作系统之上执行的监管程序，并且应用的集合中的每一个运行在实例840内的客户操作系统之上，其称为运行在监管程序之上的虚拟机(在一些情况下，可以将其视为紧密隔离的软件容器形式)
‑
客户操作系统和应用可能不知道它们在虚拟机上运行而不是在“裸机”主机电子设备上运行，或者通过半虚拟化，操作系统和/或应用可以意识到存在虚拟化以用于优化目的。在其他备选实施例中，一个、一些或所有应用程序被实现为单内核，其可以通过直接与应用程序仅编译有限的、提供应用程序所需的特定os服务的一组库(例如，来自库操作系统(libos)，包括os服务的驱动程序/库)来生成。由于单内核可以实现为直接在硬件805上、直接在监管程序上(在这种情况下，单内核有时被描述为在libos虚拟机内运行)、或者在软件容器中运行，实施例可以完全由如下的单内核来实现：直接运行在由虚拟化层820表示的监管程序上的单内核、运行在由实例表示的软件容器内的单内核、或者单内核和上述技术的组合(例如，单内核和虚拟机都直接运行在监管程序之上，单内核和在不同软件容器内运行的应用程序的集合)。
[0139]
一个或多个应用的一个或多个集合的实例化以及虚拟化(如果实现的话)统称为软件实例。每个应用集合、相应的虚拟化构造(如果实现)以及执行它们的硬件的部分(其是专用于该执行的硬件和/或在时间上共享的硬件的时间片)形成单独的虚拟网络元件。然而，更一般地，网络节点可以表示如下的任何合适的设备(或设备组)：该设备(或设备组)能够、被配置、被布置和/或可操作以实现和/或向无线设备提供对无线网络的接入，或向已接入无线网络的无线设备提供某种服务。
[0140]
尽管图中的流程图示出了本发明的某些实施例执行的特定操作顺序，但是应当理解，这种顺序是示例性的(例如，备选实施例可以以不同的顺序执行操作、组合某些操作、重叠某些操作等)。
[0141]
虽然在若干实施例的意义上描述了本发明，本领域技术人员将会认识到：本发明不限于所描述的实施例，而是可利用在所附权利要求的精神和范围内的修改和改变来实现。本描述因此被视为是说明性的，而非限制性的。