CN108075811B - 用于混合预编码的方法以及通信设备 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及用于混合预编码的方法以及通信设备。例如，在无线通信系统中的通信设备处，通过无线信道从另一通信设备的多个天线接收与导频相关联的多个信号。继而，基于这多个信号确定无线信道的角度域特性，并且基于所确定的角度域特性确定无线信道的空间相关特性。而且，因为在确定无线信道的空间相关特性时不再需要完备的信道状态信息，所以从发送端向接收端发送时间缩短的导频相关信号。还公开了能够实现上述方法的通信设备。

Description

用于混合预编码的方法以及通信设备

技术领域

本公开的实施例总体上涉及通信技术，更具体地，涉及用于混合预编码的方法以及相应的通信设备。

背景技术

在支持大规模多输入多输出(MIMO)的第五代(5G)无线通信系统中，为了克服基带信号的预编码处理受限于硬件的问题，已经提出了混合预编码技术。传统上，预编码在基带处在数字域中执行，其通常针对每个天线布置一个专门的射频(RF)链。然而，由于RF链以及诸如模数转换器(ADC)等相关器件成本过高，而且这些电子器件在5G系统中使用的毫米波频带处功耗过大，所以全数字预编码不再适用于5G系统。所提出的混合预编码处理是包括数字预编码和模拟预编码的两级预编码处理。除了在基带处执行数字预编码处理以实现RF链划分之外，还通过模拟预编码处理对各天线处的相位偏移进行调整，从而构建高指向性的天线方向图。这种技术可以将每个RF链与多个天线相链接，大大减少了RF链和天线元件的数目，从而摆脱了硬件限制。

然而，设计这种两级预编码处理的预编码参数是很具有挑战性的。在理想情况下，混合预编码参数可以基于无线信道的特性来设计。例如，可以基于完备的信道状态信息(CSI)的知识来确定空间相关矩阵。但是，在具有大量天线元件的大规模MIMO系统中很难获得准确的CSI。

发明内容

总体上，本公开的实施例提出用于混合预编码的方法以及相应的通信设备。

在第一方面，本公开的实施例提供一种在无线通信系统中的通信设备处实施的方法，包括：通过无线信道从无线通信系统中的另一通信设备的多个天线接收与导频相关联的多个信号；基于这多个信号，确定无线信道的角度域特性；以及基于所确定的角度域特性，确定无线信道的空间相关特性。

在第二方面，本公开的实施例提供一种在无线通信系统中的通信设备处实施的方法，无线通信系统的带宽包括第一组多个子载波，该通信设备包括多个天线。该方法包括：利用数字预编码处理，生成与多个射频链相对应的、与导频相关联的多个频域信号，该多个频域信号被映射到第二组多个子载波上，第一组多个子载波的第一数目大于第二组多个子载波的第三数目；利用频域-时域变换，基于多个频域信号生成多个时域信号，每个时域信号包含的时域采样的第二数目小于第一组多个子载波的第一数目；利用模拟预编码处理，将多个时域信号映射到多个天线；以及通过无线信道经由多个天线向无线通信系统中的另一通信设备发送多个时域信号。

在第三方面，本公开的实施例提供一种能够在无线通信系统中操作的通信设备。该通信设备包括：接收器，被配置为通过无线信道从无线通信系统中的另一通信设备的多个天线接收与导频相关联的多个信号；以及控制器，被配置为：基于这多个信号，确定无线信道的角度域特性；以及基于所确定的角度域特性，确定无线信道的空间相关特性。

在第四方面，本公开的实施例提供一种能够在无线通信系统中操作的通信设备，该无线通信系统的带宽包括第一组多个子载波。该通信设备包括：多个天线；以及发送器，包括：数字预编码器，被配置为生成与多个射频链相对应的、与导频相关联的多个频域信号，该多个频域信号被映射到第二组多个子载波上，第一组多个子载波的第一数目大于第二组多个子载波的第二数目；频域-时域变换器，被配置为基于多个频域信号生成多个时域信号，每个时域信号包含的时域采样的第二数目小于第一组多个子载波的第一数目；以及模拟预编码器，被配置为将多个时域信号映射到多个天线，其中多个天线被配置为通过无线信道向无线通信系统中的另一通信设备发送多个时域信号。

通过下文描述将会理解，根据本公开的实施例，基于无线信道的角度域特性代替信道状态信息来确定无线信道的空间相关特性。因为不再需要完备的信道状态信息，所以从发送端向接收端发送时间缩短的导频相关信号。以此方式，既降低了计算复杂度、提高了效率，又节省了输导频信息的时间资源、降低了系统开销。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其他特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本公开的实施例可以在其中实施的示例无线通信系统；

图2示出了根据本公开的某些实施例的通信设备的示例结构；

图3示出了根据本公开的某些实施例在通信设备处实施的方法的流程图；

图4示出了根据本公开的某些其他实施例在通信设备处实施的方法的流程图；

图5(a)和5(b)示出了根据本公开的某些实施例的生成缩短的正交频分复用(OFDM)符号的示例方式；

图6(a)和6(b)示出了根据本公开的某些其他实施例的生成缩短的OFDM符号的示例方式；

图7和图8示出了根据本公开的实施例的方式与传统方式的频谱效率对比示图；

图9示出了根据本公开的某些实施例的装置的框图；

图10示出了根据本公开的某些其他实施例的装置的框图；以及

图11示出了适合实现本公开的某些实施例的设备的框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在此使用的术语“通信设备”是指具有在无线通信网络中收发无线电信号能力的设备。通信设备的示例包括网络设备和终端设备。

在此使用的术语“网络设备”是指在基站或者通信网络中具有特定功能的其他实体或节点。“基站”(BS)可以表示节点B(NodeB或者NB)、演进节点B(eNodeB或者eNB)、远程无线电单元(RRU)、射频头(RH)、远程无线电头端(RRH)、中继器、或者诸如微微基站、毫微微基站等的低功率节点等等。

在此使用的术语“终端设备”或“用户设备“(UE)是指能够与基站之间或者彼此之间进行无线通信的任何终端设备。作为示例，终端设备可以包括移动终端(MT)、订户台(SS)、便携式订户台(PSS)、移动台(MS)或者接入终端(AT)，以及车载的上述设备。

在此使用的术语“无线信道的角度域特性”是指无线信道在不同的信号传播角度上的增益、衰落、延迟等特性。在此使用的术语“无线信道的空间相关特性”是指天线阵列的无线信道的自相关性。作为示例，可以用空间相关矩阵来表示该空间相关特性。

在此使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

如上所述，传统的混合预编码相关算法需要完备的瞬时CSI的知识。例如，在基站处执行混合预编码时，可以基于无线信道的空间相关矩阵确定混合预编码的相关参数。而空间相关矩阵通常基于与基站处用于发送信号的所有天线有关的瞬时信道矢量来计算。传统上，在计算空间相关矩阵时，首先利用CSI针对每个载波计算空间相关矩阵，继而在所有载波上求平均。

然而，由于5G系统中的基站使用了大量天线，所以在终端侧获得准确完备的信道信息非常复杂。特别是在毫米波频带处，由于终端设备处的接收信噪比(SNR)较低，所以CSI估计的难度更大。在诸如最小均方误差(MMSE)等传统的信道估计算法中，如果要提高的CSI的估计准确度，计算复杂度将显著增加。另外，估计瞬时CSI通常需要传输大量的导频信息，例如参考信号(RS)，这导致系统开销过大。发明人注意到，目前还没有能够独立于CSI估计空间相关矩阵的方法。

为了至少部分地解决至少这些以及其他潜在问题，本公开的实施例提出了在不使用完备的瞬时CSI的情况下快速估计无线信道的空间相关特性的方式，并且设计了一种高效的信号传输方法。

总体而言，根据本公开的实施例，在无线通信系统中的通信设备通过无线信道从另一通信设备的多个天线接收到与导频相关联的多个信号之后，基于所接收的多个信号确定无线信道的角度域特性，并且基于所确定的角度域特性确定无线信道的空间相关特性。由于基于无线信道的角度域特性而不是完备CSI来确定无线信道的空间相关特性，所以可以绕过复杂的信道估计相关计算。与基于完备的CSI确定空间相关矩阵的传统方式相比，计算复杂度显著降低，因而更高效。

由于基于无线信道的角度域特性来确定空间相关特性的方法不再需要所有载波上的信道信息，本公开的实施例还设计了一种与导频相关联的时域信号。根据本公开的实施例，在无线通信系统中的通信设备向另一通信设备发送导频相关信息时，首先利用数字预编码处理生成与多个RF链相对应的、与导频相关联的多个频域信号，这些频域信号被映射到多个子载波上。所映射的子载波的数目小于无线通信系统的带宽所包含的子载波的数目。继而，通信设备利用频域-时域变换基于多个频域信号生成多个相应的时域信号，每个时域信号中的时域采样的数目也小于系统的带宽所包含的子载波的数目。通信设备接下来利用模拟预编码处理将多个时域信号映射到多个天线，并且经由多个发送天线通过无线信道向另一通信设备发送这些时域信号。

采用根据本公开的实施例的在时域上缩短的导频相关信号，可以节省用于传输导频信息的时间资源，并且降低系统开销。虽然从发送侧向接收侧发送的导频相关信号在时域上被缩短，但是在接收侧的通信设备根据本公开的实施例确定无线信道的角度域特性以及空间相关特性时，并没有出现性能下降，后文将结合仿真结果对此进行具体说明。

下面将结合图1至图8详细说明本公开的原理和具体实现方式。首先参考图1，其示出了本公开的实施例可以在其中实施的示例无线通信系统100。如图所示，无线通信系统100包括通信设备110和120。通信设备110和120可以通过无线信道通信。应理解，图1所示的通信设备的数目仅仅是出于说明之目的而无意于限制。无线通信系统100可以包括任意适当数目的通信设备。

无线通信系统100中的通信可以根据任何适当的无线通信协议来实施，包括但不限于，第一代(1G)、第二代(2G)、第三代(3G)、第四代(4G)和第五代(5G)等蜂窝通信协议、诸如电气与电子工程师协会(IEEE)802.11等的无线局域网通信协议、和/或目前已知或者将来开发的任何其他协议。而且，该通信使用任意适当无线通信技术，包括但不限于，码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、频分双工(FDD)、时分双工(TDD)、多输入多输出(MIMO)、正交频分多址(OFDM)、和/或目前已知或者将来开发的任何其他技术。

相应地，无线通信系统100可以实现为能够支持上述各通信协议的任意适当系统。作为示例，无线通信系统100可以实施为OFDM系统。继而，通信设备110和120可以使用频率上正交的子载波来进行通信。

根据本公开的实施例，通信设备110通过多个天线向通信设备120发送与导频相关联的信号。图2示出了根据本公开的某些实施例的通信设备110的示例结构。如图所示，通信设备110包括多个天线205-1至205-N_t(统称为“天线”205)，并且通过这些天线205向通信设备120发送导频相关信号。

通信设备110还包括与天线205配合工作的发送器210。如图所示，发送器210包括两级预编码器，即数字预编码器215和模拟预编码器220，以及多个RF链225-1至225-N_RF(统称为“RF链”225)。数字预编码器215用于执行数字域的预编码处理，以生成与导频相关联的多个频域信号。这些频域信号被映射到多个子载波上，并且每个频域信号与一个RF链225相对应。在此示例中，数字预编码器215可以接收与导频相关联的数据流，并且输出相应的N_RF个频域信号。

数字预编码器215输出的频域信号通过多个RF链225传输到模拟预编码器220。RF链225上包括频域-时域变换器(未示出)，用于执行频域-时域变换处理，诸如快速傅里叶变换(IFFT)，以便将频域信号转换成时域信号。每个RF链225上还可以包括其他任意适当器件。作为示例，RF链225可以包括用于执行循环前缀(CP)插入操作的CP插入器。此方面的实施例将在后文结合图5(a)、5(b)、6(a)和6(b)进行详细说明。

模拟预编码器210用于执行模拟域的预编码处理，以便将通过RF链225生成的时域信号映射到多个天线205上。例如，模拟预编码器210可以针对各个天线205执行上/下变频、相位偏移、功率放大等处理，从而形成指向多个方向的波束。天线205可以使用这些波束将与导频相关联的时频信号发送出去。

应理解，图2中所示的通信设备110中包括的部件仅仅是示例而非限制。通信设备110还可以包括与通信相关的任意其他部件。例如，通信设备110可以包括用于对天线205和发送器210的操作进行控制的控制器。这方面的实施例将在后文参考图11详细描述。

如上所述，可以基于无线信道的空间相关特性来确定混合预编码的相关参数。例如，在模拟预编码处理过程中，在执行波束成形时，波束成形矢量的相关系数可以基于无线信道的空间相关矩阵来确定。在传统方式中，为了在接收端获得准确的空间相关矩阵，通常需要完备的CSI的知识。也就是说，通信设备110需要向通信设备120发送大量的导频信息，这会引起很大的系统开销。另外，在通信设备120基于数量庞大的导频信息来计算空间相关矩阵时，运算量巨大，因而效率很低。

根据本公开的实施例，通信设备120基于无线信道的角度域特性而不是CSI来确定无线信道的空间相关特性，从而大大减少了运算量，提高了效率。下面结合图3对通信设备120的具体操作进行详细说明。

图3示出了根据本公开的某些实施例在通信设备处实施的方法300的流程图。方法300可以在通信设备120处实施。为讨论方便，以下将结合图1和图2来描述方法300。

如图所示，在305，通信设备120通过无线信道从通信设备110的多个天线205接收与导频相关联的多个信号。在310，通信设备120基于接收到的多个信号，确定无线信道的角度域特性。

根据本公开的实施例，可以确定任意适当信号传播角度上的无线信道特性，诸如增益、衰落、延迟等等，以作为无线信道的角度域特性。作为示例，可以将接收到的多个信号从通信设备110的至少一个离开方向(Direction of Departure，DoD)作为信号传播角度，并且相应地确定无线信道在该角度上的增益。

信号的DoD可以任意适当方式来确定。在某些实施例中，通信设备110和120可以预定义多个正交的波束成形矢量，用于在通信设备110处对待发送信号执行波束成形。可以使用任意适当正交的矢量作为该波束成形矢量。作为示例，可以将具有正交性的离散傅里叶变换(DFT)矩阵的列矢量选作正交的波束成形矢量。备选地，还可以将具有正交性的码本作为该波束成形矢量。在预定义了多个正交的波束成形矢量的情况下，通信设备120可以将波束成形矢量所指示的方向确定为接收到的信号的DoD，并且确定无线信道在这些方向上的增益。

在确定了无线信道的角度域特性之后，在315，通信设备120基于所确定的角度域特性，确定无线信道的空间相关特性。可以任意适当形式来表示该空间相关特性。例如，可以通过无线信道的空间相关矩阵来表示其空间相关特性。根据本公开的实施例，基于角度域特性，可以采用任意适当算法来确定空间相关特性。下面描述一个具体示例。

如图2所示，通信设备110可以包括N_RF个RF链225，这些RF链225连接到N_t个天线205。在此示例中，N_t个天线组成均匀线性阵列(ULA)，并且天线元件之间相隔半个波长。另外，使用DFT矩阵W的列矢量作为波束成形矢量，用于表示不同的DoD。也就是说，在同一时间通过不同RF链225传输的信号使用DFT矩阵的不同列向量来波束成形。DFT矩阵的列矢量的数目等于天线205的数目N_t，行矢量的数目等于RF链225的数目N_RF。。

在此示例中，使用几何信道模型来表示无线信道。在几何信道模型中，信道增益表示为不同主传播路径上的增益的和。相应地，无线信道可以建模为如下等式：

其中

表示第l个信号传播路径在角度域的DoD，

表示第l个路径的阵列响应矢量，α_l表示复阵列增益，并且L表示传播路径的总数。

对于具有N_t个天线元件的ULA，阵列响应

可以表示如下：

其中，m＝2π/λ(λ为波长)，并且d是天线元件之间的距离(即d＝0.5λ)。

因为在此示例中将DFT矩阵W的列矢量作为波束成形矢量，所以将矩阵W的列矢量所指示的方向确定为与信号传播路径相对应的DoD。如果将矩阵W的第l个列矢量表示为w_l，则

如上所述，矩阵W的列矢量w_l的数目等于天线205的数目N_t，因此L＝N_t。

令

其中N＝N_t，则等式(1)可以改写为：

h＝W[β₁,β₂,...,β_N]^T (3)

相应地，通信设备120在第l个路径、在第k个载波上接收到的信号可以表示如下：

其中e表示加性高斯白噪声，并且s表示信号。继而，第l个路径上的有效复信道增益计算如下：

由此可见，在发送端利用与某个方向相对应的波束成形矢量来对信号进行波束成形的情况下，接收端基于该波束成形矢量可以很容易获得该方向上的复信道增益。在通信设备120从通信设备110的多个天线205接收到所有的信号之后，可以估计所有DoD上的复信道增益。继而，无线信道的空间相关特性可以通过所有DoD上的复信道增益来计算。

在此示例中，采用空间相关矩阵R来表示无线信道的空间相关特性，则空间相关矩阵R计算如下：

其中Ω表示同一波束成形矢量应用到的子载波集合，并且|Ω|表示该集合中子载波的数目。

此种方式不再需要完备CSI知识，从而可以避免复杂的信道估计过程，以较少的运算量获得比较准确的无线信道的空间相关特性。与例如使用MMSE算法估计CSI并且继而确定空间相关矩阵的传统方法相比，根据本公开的实施例的方法更加高效并且简单易行。

仍然参考图3，通信设备120在确定了无线信道的空间相关特性之后，可以在320向通信设备110发送该空间相关特性的指示，使得通信设备110可以根据该空间相关特性调整模拟预编码处理，例如调整波束成形矢量的权重，从而形成高指向性的天线方向图。通信设备110的具体操作将在后文结合图4、5(a)、5(b)、6(a)和6(b)进行详细说明。

由于基于无线信道的角度域特性来确定空间相关特性，所以不再需要所有载波上的信道信息。相应地，在某些实施例中，通信设备120从通信设备110接收到的信号所包括的时域采样的数目可以小于无线通信系统100的带宽所包括的子载波的数目。为讨论方便，以下将系统的带宽所包括的子载波称为“第一组多个子载波”，其数目称为“第一数目”，并且将通信设备120从通信设备110接收到的信号所包括的时域采样的数目称为“第二数目”。下面将结合图4、5(a)、5(b)、6(a)和6(b)描述这方面的具体实现方式。

图4示出了根据本公开的某些其他实施例在通信设备处实施的方法400的流程图。方法400可以在通信设备110处实施。为讨论方便，以下将结合图1和图2来描述方法400。

如图所示，在405，通信设备110利用数字预编码处理(例如通过数字预编码器215)生成与多个RF链225相对应的、与导频相关联的多个频域信号，这些频域信号被映射到多个子载波(称为“第二组多个子载波”)上。第二组多个载波的数目(称为“第三数目”)小于系统的带宽所包括的第一组多个子载波的第一数目。根据本公开的实施例，第三数目可以为小于第一数目的任意适当数目。

可以采用任意适当方式来实现数字预编码处理中的上述带宽缩短。作为示例，可以按照预定子载波间隔将与导频相关联的频域信号映射到子载波上。备选地，还可以将频域信号映射到第一组多个子载波中的一部分连续子载波上。这方面的具体示例将在后文结合图5(a)、5(b)、6(a)和6(b)进行详细说明。

在生成了与导频相关联的多个频域信号后，在410，通信设备110利用频域-时域变换(例如通过RF链225上的频域-时域变换器)，基于多个频域信号生成多个相应的时域信号。如上所述，每个时域信号中的时域采样的第二数目也小于第一组多个子载波的第一数目。同样，第二数目也可以为小于第一数目的任意适当数目。

在无线通信系统100实现为OFDM系统并且系统的带宽被划分为2048个子载波的实施例中，可以生成子载波数目少于2048的频域信号，以及采样数目少于2048的OFDM符号。作为示例，所生成的每个OFDM符号可以包括2048/δ个采样，其中δ＝2ⁿ，n为自然数。应理解，这仅仅是示例而非限制。其他子载波数目以及采样数目也是可行的。

在传统方式中，如上所述，为了获得完备的CSI，通常需要使用系统的带宽所包括的所有子载波来发送导频，继而发送包含与子载波数目相等的采样的信号。因此，采用如上所述的方式，系统开销可以减小为传统方式的1/δ。

图5(a)、5(b)、6(a)和6(b)示出了根据本公开的某些实施例生成带宽缩短的频域信号以及采样数目减少的时域信号的示例过程，其中图5(a)和5(b)示出了通过映射到的彼此间隔开的子载波而实现带宽的缩短，而图6(a)和6(b)示出了通过映射到一部分连续子载波而实现传输带宽的缩短。在此示例中，无线通信系统100实现为OFDM系统，并且系统带宽包括2048个子载波，而所占用的传输带宽缩短为系统带宽的一半。而且，通信设备110中包含的RF链225的数目N_RF＝8，天线205的数目N_t＝128。相应地，波束成形矢量的数目也为128。

如图5(a)所示，频域信号例如通过数字预编码器215被映射到2048个子载波中的第1个、第3个、……、第2047个子载波，而在其余的子载波上插零。接下来，在RF链225上执行2048点的IFFT处理，所得到的等效时域波形如图所示包括2个重复序列，每个序列包括1024个采样。在此示例中，将后1024个采样丢弃。随后，例如通过RF链225上的CP插入器插入缩短的CP序列(例如，长度为传统方式插入的CP序列长度的一半)，从而获得缩短的OFDM符号。来自8个RF链225的信号占用了如图5(b)所示的8个正交的子载波B1、B2、……、B8。

在图6(a)和6(b)所示的示例中，频域信号被映射到前1024个子载波，继而经过1024点的IFFT处理生成包含1024个采样的时域信号。随后，同样插入缩短的CP序列(例如，长度为传统CP序列长度的一半)，从而获得缩短的OFDM符号。来自8个RF链的信号占用如图6(B)所示的8个正交的子载波B1、B2、……、B8。

因为在此示例中通信设备110中包含的RF链225的数目为8，而且波束成形矢量的数目为128，所以为了用尽所有128个波束成形矢量，仅需要16个缩短的OFDM符号。这仅相当于8个传统的OFDM符号，因而用于传输导频的系统开销被大大减少。

下面讨论将传输带宽缩短为系统带宽四分之一的示例。在此示例中，无线通信系统100同样实现为带宽包括2048个子载波的OFDM系统。同样，可以通过映射到的间隔子载波或者映射到部分连续子载波来实现传输带宽的缩短。在映射到的间隔子载波的实施例中，可以将频域信号映射到2048个子载波中的第1个、第5个、……、第2045个子载波，并且在其余子载波上插零。在执行2048点的IFFT处理后，等效时域波形包括4个重复序列，每个序列包括512个采样。随后，将后1536个采样丢弃，并且插入例如长度为传统CP序列长度的四分之一的缩短的CP序列，以获得缩短的OFDM符号。

在映射到一部分连续子载波的实施例中，频域信号可以被映射到前512个子载波，继而经过512点的IFFT处理生成包含512个采样的时域信号。在插入缩短的CP序列后，获得缩短的OFDM符号。

仍然参考图4，在生成多个时域上缩短的信号之后，在415，通信设备110利用模拟预编码处理(例如通过模拟预编码器220)，将所生成的多个时域信号映射到多个天线205，继而在420通过无线信道经由多个天线205向通信设备120发送与导频相关联的缩短的时域信号。以此方式，可以显著减少用于传输导频信息的系统开销。如上所述，通信设备110可以任意适当方式执行模拟预编码处理。在某些实施例中，可以利用多个正交的波束成形矢量对这些时域信号执行波束成形。具体处理过程已在上文详述，故在此不再赘述。

此外，通信设备110还可以在425从通信设备120接收无线信道的空间相关特性的指示。继而，在430，通信设备110可以基于该空间相关特性调整模拟预编码处理，例如，调整波束成形矢量的权重。在使用无线信道的空间相关矩阵来表示空间相关特性的实施例中，通信设备110可以基于从通信设备120接收的空间相关矩阵来调整波束成形矢量。基于空间相关矩阵来调整波束成形矢量的过程是本领域已知的，故文本不对此进行讨论。

根据本公开的实施例，可以基于无线信道的角度域特性来确定空间相关特性，不再需要传统的瞬时CSI估计，从而可以传输时间上缩短的导频相关信号。所提出的方法既显著降低了计算复杂度，又显著减少了用于导频信息传输的系统开销，但是却没有引起性能损失。

图7和图8示出了采用本公开的实施例的方式与传统方式的频谱效率对比，其中图7示出了上面结合图5(a)、5(b)、6(a)和6(b)所讨论的将传输带宽缩短为系统带宽一半时的性能对比，而图8示出了上述将传输带宽缩短为系统带宽四分之一时的性能对比。如图所示，根据本公开的实施例的方法至少获得了与传统方式相当的性能，在某些情况下甚至获得了优于传统方式的性能。

图9示出了根据本公开的某些实施例的装置900的框图。可以理解，装置900可以实施在图1和图2所示的通信设备120处。如图所示，装置900(例如通信设备120)包括：接收模块905，被配置为通过无线信道从无线通信系统中的通信设备(例如通信设备110)的多个天线接收与导频相关联的多个信号；第一确定模块910，被配置为基于接收到的多个信号确定无线信道的角度域特性；以及第二确定模块915，被配置为基于所确定的角度域特性确定无线信道的空间相关特性。

在某些实施例中，第一确定模块910可以包括第三确定模块，被配置为确定无线信道在多个信号的至少一个离开方向上的增益。在某些实施例中，第三确定模块可以包括第四确定模块，被配置为确定多个正交的波束成形矢量所指示的方向作为离开方向，多个正交的波束成形矢量被装置900和另一通信设备预定用于另一通信设备处的待发送信号的波束成形；以及第五确定模块，被配置为确定无线信道在波束成形矢量所指示的方向上的增益。在某些实施例中，多个正交的波束成形矢量可以包括离散傅里叶矩阵的列矢量。

在某些实施例中，无线通信系统的带宽可以包括第一组多个子载波。第一组多个子载波的第一数目大于每个信号中包含的时域采样的第二数目。

在某些实施例中，装置900还可以包括发送模块920，被配置为向另一通信设备发送所确定的空间相关特性的指示。

图10示出了根据本公开的某些其他实施例的装置1000的框图。可以理解，装置1000可以实施在图1和图2所示的通信设备110处。如图所示，装置1000(例如通信设备110)包括：第一处理模块1005，被配置为利用数字预编码处理生成与导频相关联的频域信号，频域信号被映射到第二组多个子载波上，无线通信系统的带宽所包括的第一组多个子载波的第一数目大于第二组多个子载波的第三数目；变换模块1010，被配置为利用频域-时域变换，基于频域信号生成多个时域信号，每个时域信号包含的时域采样的第二数目小于第一组多个子载波的第一数目；第二处理模块1015，被配置为利用模拟预编码处理，将多个时域信号映射到多个天线；以及发送模块1020，被配置为通过无线信道经由多个天线向无线通信系统中的另一通信设备发送多个时域信号。

在某些实施例中，第二处理模块1015可以包括第三处理模块，被配置为利用多个正交的波束成形矢量对多个时域信号执行波束成形。

在某些实施例中，装置1000还可以包括接收模块1025，被配置为从另一通信设备接收无线信道的空间相关特性的指示。在此示例中，第二处理模块1015还可以包括第一调整模块，被配置为基于空间相关特性调整模拟预编码处理。在某些实施例中，第一调整模块可以包括第二调整模块，被配置为基于空间相关特性调整波束成形矢量的权重。

在某些实施例中，第一组多个子载波的第一数目可以在第二组多个子载波的第三数目的二倍以上。

应当理解，装置900和装置1000中记载的每个模块分别与参考图1至图8描述的方法300和400中的每个步骤相对应。因此，上文结合图1至图8描述的操作和特征同样适用于装置900和装置1000及其中包含的模块，并且具有同样的效果，具体细节不再赘述。

装置900和装置1000中所包括的模块可以利用各种方式来实现，包括软件、硬件、固件或其任意组合。在一个实施例中，一个或多个模块可以使用软件和/或固件来实现，例如存储在存储介质上的机器可执行指令。除了机器可执行指令之外或者作为替代，装置900和装置1000中的部分或者全部模块可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件来实现。作为示例而非限制，可以使用的示范类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)，等等。

图9和图10中所示的这些模块可以部分或者全部地实现为硬件模块、软件模块、固件模块或者其任意组合。特别地，在某些实施例中，上文描述的流程、方法或过程可以由通信设备中的硬件来实现。例如，通信设备可以利用其发送器、接收器、收发器和/或处理器或控制器来实现方法300和400。

图11示出了适合实现本公开的某些实施例的设备1100的框图。设备1100可以用来实现例如图1和图2中所示的通信设备110或者120。

如图所示，设备1100包括控制器1110。控制器1110控制设备1100的操作和功能。例如，在某些实施例中，控制器1110可以借助于与其耦合的存储器1120中所存储的指令1130来执行各种操作。存储器1120可以是适用于本地技术环境的任何合适的类型，并且可以利用任何合适的数据存储技术来实现，包括但不限于基于半导体的存储器件、磁存储器件和系统、光存储器件和系统。尽管图11中仅仅示出了一个存储器单元，但是在设备1100中可以有多个物理不同的存储器单元。

控制器1110可以是适用于本地技术环境的任何合适的类型，并且可以包括但不限于通用计算机、专用计算机、微控制器、数字信号控制器(DSP)以及基于控制器的多核控制器架构中的一个或多个。设备1100也可以包括多个控制器1110。控制器1110与通信模块1155耦合。通信模块1155包括接收器1140和发送器1160，可以借助于一个或多个天线1150和/或其他部件来实现信息的接收和发送。

当设备1100充当通信设备120时，控制器1110、接收器1140、发送器1160以及天线1150可以配合操作，以实现上文参考图3描述的方法300。当设备1100充当通信设备110时，发送器1160可以实施为图2所示的发送器205，并且天线1150可以实施为图2所示的多个天线205。相应地，控制器1210、发送器210、接收器1240以及多个天线205可以配合操作，以实现上文参考图4描述的方法400。上文参考图1至图8所描述的所有特征均适用于设备1100，在此不再赘述。

一般而言，本公开的各种示例实施例可以在硬件或专用电路、软件、逻辑，或其任何组合中实施。某些方面可以在硬件中实施，而其他方面可以在可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件中实施。当本公开的实施例的各方面被图示或描述为框图、流程图或使用某些其他图形表示时，将理解此处描述的方框、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性的示例在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备，或其某些组合中实施。

作为示例，本公开的实施例可以在机器可执行指令的上下文中被描述，机器可执行指令诸如包括在目标的真实或者虚拟处理器上的器件中执行的程序模块中。一般而言，程序模块包括例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等，其执行特定的任务或者实现特定的抽象数据结构。在各实施例中，程序模块的功能可以在所描述的程序模块之间合并或者分割。用于程序模块的机器可执行指令可以在本地或者分布式设备内执行。在分布式设备中，程序模块可以位于本地和远程存储介质二者中。

用于实现本公开的方法的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言编写。这些计算机程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程的数据处理装置的处理器，使得程序代码在被计算机或其他可编程的数据处理装置执行的时候，引起在流程图和/或框图中规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在计算机上、部分在计算机上、作为独立的软件包、部分在计算机上且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是包含或存储用于或有关于指令执行系统、装置或设备的程序的任何有形介质。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备，或其任意合适的组合。机器可读存储介质的更详细示例包括带有一根或多根导线的电气连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存储存取器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光存储设备、磁存储设备，或其任意合适的组合。

另外，尽管操作以特定顺序被描绘，但这并不应该理解为要求此类操作以示出的特定顺序或以相继顺序完成，或者执行所有图示的操作以获取期望结果。在某些情况下，多任务或并行处理会是有益的。同样地，尽管上述讨论包含了某些特定的实施细节，但这并不应解释为限制任何发明或权利要求的范围，而应解释为对可以针对特定发明的特定实施例的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以整合实施在单个实施例中。反之，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分离地在多个实施例或在任意合适的子组合中实施。

尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题并不限于上文描述的特定特征或动作。相反，上文描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而被公开的。

Claims (20)

1.一种在无线通信系统中的通信设备处实施的方法，包括：

通过无线信道从所述无线通信系统中的另一通信设备的多个天线接收与导频相关联的多个信号；

基于所述多个信号，确定所述无线信道的角度域特性；以及

基于所确定的角度域特性，确定所述无线信道的空间相关特性，

其中确定所述无线信道的所述角度域特性包括：

确定所述无线信道在所述多个信号的至少一个离开方向上的增益。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述无线信道在所述至少一个离开方向上的所述增益包括：

确定多个正交的波束成形矢量所指示的方向作为所述离开方向，所述多个正交的波束成形矢量被所述通信设备和所述另一通信设备预定用于所述另一通信设备处的待发送信号的波束成形；以及

确定所述无线信道在所述波束成形矢量所指示的方向上的所述增益。

3.根据权利要求2所述的方法，其中多个正交的波束成形矢量包括离散傅里叶矩阵的列矢量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线通信系统的带宽包括第一组多个子载波，并且

其中所述第一组多个子载波的第一数目大于每个所述信号中包含的时域采样的第二数目。

5.根据权利要求1到4中的任一项所述的方法，还包括：

向所述另一通信设备发送所确定的所述空间相关特性的指示。

6.一种在无线通信系统中的通信设备处实施的方法，所述无线通信系统的带宽包括第一组多个子载波，所述通信设备包括多个天线，所述方法包括：

利用数字预编码处理，生成与多个射频链相对应的、与导频相关联的多个频域信号，所述多个频域信号被映射到第二组多个子载波上，所述第一组多个子载波的第一数目大于所述第二组多个子载波的第三数目；

利用频域-时域变换并且基于所述多个频域信号而生成多个时域信号，每个所述时域信号包含的时域采样的第二数目小于所述第一组多个子载波的所述第一数目；

利用模拟预编码处理，将所述多个时域信号映射到所述多个天线；以及

通过无线信道经由所述多个天线向所述无线通信系统中的另一通信设备发送所述多个时域信号，以使另一通信设备能够基于接收的所述多个时域信号确定所述无线信道的角度域特性，从而基于所确定的角度域特性，确定所述无线信道的空间相关特性，

其中所述无线信道的角度域特性通过以下而被确定：确定所述无线信道在所述多个信号的至少一个离开方向上的增益。

7.根据权利要求6所述的方法，其中将所述多个时域信号映射到所述多个天线上包括：

利用多个正交的波束成形矢量对所述多个时域信号执行波束成形。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

从所述另一通信设备接收所述无线信道的空间相关特性的指示；以及

基于所述空间相关特性调整所述模拟预编码处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其中调整所述模拟预编码处理包括：

基于所述空间相关特性调整所述波束成形矢量的权重。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中所述第一组多个子载波的所述第一数目在所述第二组多个子载波的所述第三数目的二倍以上。

11.一种能够在无线通信系统中操作的通信设备，所述通信设备包括：

接收器，被配置为通过无线信道从所述无线通信系统中的另一通信设备的多个天线接收与导频相关联的多个信号；以及

控制器，被配置为：

基于所述多个信号，确定所述无线信道的角度域特性；以及

基于所确定的角度域特性，确定所述无线信道的空间相关特性，

其中所述控制器被配置为确定所述无线信道在所述多个信号的至少一个离开方向上的增益。

12.根据权利要求11所述的通信设备，其中所述控制器被配置为：

确定多个正交的波束成形矢量所指示的方向作为所述离开方向，所述多个正交的波束成形矢量被所述通信设备和所述另一通信设备预定用于所述另一通信设备处的待发送信号的波束成形；以及

确定所述无线信道在所述波束成形矢量所指示的方向上的所述增益。

13.根据权利要求12所述的通信设备，其中多个正交的波束成形矢量包括离散傅里叶矩阵的列矢量。

14.根据权利要求11所述的通信设备，其中所述无线通信系统的带宽包括第一组多个子载波，并且

其中所述第一组多个子载波的第一数目大于每个所述信号中包含的时域采样的第二数目。

15.根据权利要求11到14中的任一项所述的通信设备，还包括：

发送器，被配置为向所述另一通信设备发送所确定的所述空间相关特性的指示。

16.一种能够在无线通信系统中操作的通信设备，所述无线通信系统的带宽包括第一组多个子载波，所述通信设备包括：

多个天线；以及

发送器，包括：

数字预编码器，被配置为生成与多个射频链相对应的、与导频相关联的多个频域信号，所述多个频域信号被映射到第二组多个子载波上，所述第一组多个子载波的第一数目大于所述第二组多个子载波的第三数目；

频域-时域变换器，被配置为基于所述多个频域信号生成多个时域信号，每个所述时域信号包含的时域采样的第二数目小于所述第一组多个子载波的所述第一数目；以及

模拟预编码器，被配置为将所述多个时域信号映射到所述多个天线，

其中多个天线被配置为通过无线信道向所述无线通信系统中的另一通信设备发送所述多个时域信号，以使另一通信设备能够基于接收的所述多个时域信号确定所述无线信道的角度域特性，从而基于所确定的角度域特性，确定所述无线信道的空间相关特性，

其中所述无线信道的角度域特性通过以下而被确定：确定所述无线信道在所述多个信号的至少一个离开方向上的增益。

17.根据权利要求16所述的通信设备，其中所述模拟预编码器被配置为利用多个正交的波束成形矢量对所述多个时域信号执行波束成形。

18.根据权利要求17所述的通信设备，还包括：

接收器，被配置为从所述另一通信设备接收所述无线信道的空间相关特性的指示，

其中所述模拟预编码器还被配置为基于所述空间相关特性调整所述模拟预编码处理。

19.根据权利要求18所述的通信设备，其中所述模拟预编码器被配置为基于所述空间相关特性调整所述波束成形矢量的权重。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的通信设备，其中所述第一组多个子载波的所述第一数目在所述第二组多个子载波的所述第三数目的二倍以上。

Images