5G终端的波束码本生成方法与流程
本申请总体上涉及波束管理。更具体地，本公开涉及为高级通信系统生成波束码本。
背景技术：
为了满足自部署4g通信系统以来对无线数据业务增加的需求，已努力开发改进的5g或准5g通信系统。因此，5g或pre-5g通信系统也称为“超4g网络”或“后lte系统”。5g通信系统被认为是在更高的频率(mmwave(毫米波))频带(例如，60ghz频带)中实现的，以实现更高的数据速率。为了减少无线电波的传播损耗并增加传输距离，在5g通信系统中已经讨论了波束成形、大规模多输入多输出(mimo)、全维mimo(fd-mimo)、阵列天线、模拟波束成形和大型天线技术。此外，在5g通信系统中，基于高级小小区、云无线接入网(ran)、超密集网络、设备到设备(d2d)通信、无线回程、移动网络、协作通信、协作多点(comp)、接收端干扰消除等的系统网络改进开发正在进行中。在5g系统中，已经开发了作为高级编码调制(acm)的混合频移键控(fsk)和正交幅度调制(qam)调制(fqam)及滑动窗口叠加编码(swsc)，以及作为高级接入技术的滤波器组多载波(fbmc)、非正交多址(noma)和稀疏码多址(scma)等。
互联网正在从以人为中心的连接网络(人类通过该网络生成并消费信息)演变为物联网(iot)网络，在该物联网中，分布式实体(诸如物体)在无需人工干预的情况下即可交换和处理信息。已经出现了通过与云服务器的连接将大数据处理技术等与iot技术相结合的万物互联(ioe)。作为技术要素，需要诸如“感测技术”、“有线/无线通信和网络基础设施”、“服务接口技术”和“安全技术”来实现iot，最近，已经研究了诸如传感器网络、机器到机器(m2m)通信、机器类型通信(mtc)等。此iot环境可以提供一种智能互联网技术服务，该智能互联网技术服务通过收集和分析在所连接的物体之间生成的数据来为人类生活创造新的价值。通过将现有信息技术(it)与各种行业融合和结合，iot可以应用于各种领域，包括智能家居、智能建筑、智能城市、智能汽车或联网汽车、智能电网、医疗保健、智能家电和高级医疗服务。
与此相似，已经进行了各种尝试以将5g通信系统应用于iot网络。例如，可以通过诸如波束成形、mimo和阵列天线来实现诸如传感器网络、机器类型通信(mtc)、机器到机器(m2m)通信的技术。作为上述大数据处理技术的云无线接入网络(ran)的应用也可以被认为是5g技术与iot技术融合的示例。
技术实现要素：
技术问题
在无线通信网络中，网络接入和无线资源管理(rrm)通过物理层同步信号和更高的(mac)层过程被使能。特别地，用户设备(ue)尝试检测同步信号的存在以及用于初始接入的至少一个小区标识(id)。一旦ue在网络中并且与服务小区相关联，则ue就通过尝试检测它们的同步信号和/或测量相关联的小区特定参考信号(rs)来监视几个相邻小区。对于下一代蜂窝系统，诸如第三代合作伙伴关系-新空口接入或接口(3gpp-nr)，期望高效统一的无线资源获取或跟踪机制，其适用于各种用例，诸如增强型移动宽带(embb)、超可靠低延迟(urllc)、大规模机器类型通信(mmtc)，每个都对应于不同的覆盖需求和具有不同传播损耗的频带。
技术方案
在一个实施例中，提供了一种无线通信系统中的用户设备(ue)。所述ue包括天线和可操作地连接到天线的处理器。所述处理器被配置为：识别所述ue的每个所述天线的要用于发送和接收数据的电场(e场)数据；基于所述电场数据，生成包括第一上限和第二上限的码字集合，所述码字集合对应于每个所述天线的候选波束；基于性能标准从所述码字集合中选择至少一个码字；通过将所述至少一个码字添加到码本中来配置要用于每个所述天线的所述码本；确定包括所述至少一个码字的所述码本是否满足停止向所述码本添加另一个码字的条件；以及基于所述条件是否被满足，将所配置的码本应用于在每个所述天线上发送或接收所述数据。
在另一个实施例中，提供了一种在无线通信系统中的用户设备(ue)的方法。所述方法包括：识别所述ue的每个天线的要用于发送和接收数据的电场数据；基于所述电场数据，生成包括第一上限和第二上限的码字集合，所述码字集合对应于每个天线的候选波束；基于性能标准从所述码字集合中选择至少一个码字；通过将所述至少一个码字添加到码本中来配置要用于每个天线的所述码本；确定包括所述至少一个码字的所述码本是否满足停止向所述码本添加另一个码字的条件；以及基于所述条件是否被满足，将所配置的码本应用于在每个天线上发送或接收所述数据。
在又一个实施例中，提供了一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，该指令在由至少一个处理器执行时执行一种方法。所述方法包括：识别ue的每个天线的要用于发送和接收数据的电场数据；基于所述电场数据，生成包括第一上限和第二上限的码字集合，所述码字集合对应于每个天线的候选波束；基于性能标准从所述码字集合中选择至少一个码字；通过将所述至少一个码字添加到码本中来配置要用于每个天线的所述码本；确定包括所述至少一个码字的所述码本是否满足停止向所述码本添加另一个码字的条件；以及基于所述条件是否被满足，将所配置的码本应用于在每个天线上发送或接收所述数据。
根据以下附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
在进行下面的具体实施方式之前，阐明整个专利文件中使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦合”及其派生词是指两个或更多个元素之间的任何直接或间接通信，无论这些元素是否彼此物理接触。术语“发送”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信二者。术语“包括”和“包含”及其派生词是指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意指和/或。短语“与...关联”及其派生词意指包括、被包括在其中、与之互连、包含、被包含在其中、连接到或与之连接、耦合到与之耦合、与之通信、与之合作、交错、并置、与之接近、与之绑定或结合、具有、具有…的属性、与之有关系等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。此控制器可以以硬件或硬件和软件和/或固件的组合来实现。与任何特定控制器相关联的功能可以是本地或远程的集中式或分布式。短语“至少一个”当与项目列表一起使用时，意指可以使用一个或更多个所列项目的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“a、b和c中的至少一个”包括以下组合中的任何一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；以及a和b和c。
此外，以下描述的各种功能可以由一个或更多个计算机程序实现或支持，每个计算机程序由计算机可读程序代码形成并实施在计算机可读介质中。术语“应用”和“程序”是指适于以合适的计算机可读程序代码实现的一个或更多个计算机程序、软件组件、指令集、过程、功能、对象、类、实例、相关数据或其一部分。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，其包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够由计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、硬盘驱动器、光盘(cd)、数字视频光盘(dvd)或任何其他类型的存储器。“非暂时性”计算机可读介质不包括传输暂时性电或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂时性计算机可读介质包括可永久存储数据的介质以及可存储数据并随后覆盖数据的介质，诸如可重写光盘或可擦除存储器设备。
贯穿本专利文件提供了其他某些单词和短语的定义。本领域普通技术人员应该理解，在很多实例，即使不是大多数实例，此种定义也适用于此种定义的字和短语的先前以及未来使用。
有益效果
本公开的实施例提供了为高级通信系统生成波束码本。
附图说明
为了更全面地理解本公开及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中相同的附图标记表示相同的部件：
图1示出了根据本公开的实施例的示例无线网络；
图2示出了根据本公开的实施例的示例gnb；
图3示出了根据本公开的实施例的示例ue；
图4a示出了根据本公开的实施例的正交频分多址发送路径的高层图；
图4b示出了根据本公开的实施例的正交频分多址接收路径的高层图；
图5示出了根据本公开的实施例的子帧中的pdsch的发射器框图；
图6示出了根据本公开的实施例的子帧中的pdsch的接收器框图；
图7示出了根据本公开的实施例的子帧中的pusch的发射器框图；
图8示出了根据本公开的实施例的子帧中的pusch的接收器框图；
图9示出了根据本公开的实施例的示例天线块；
图10示出了根据本公开的实施例的示例用户设备；
图11示出了根据本公开实施例的单阵列和多阵列的示例上限；
图12示出了根据本公开的实施例的示例自动码本生成；
图13示出了根据本公开的实施例的启发式方案的流程图；
图14示出了根据本公开的实施例的示例坐标系；
图15示出了根据本公开的实施例的示例eirpcdf和一些关键度量；
图16示出了根据本公开的实施例的码本的球形覆盖区域的示例二维热图；
图17示出了根据本公开的实施例的上限辐射与码本辐射之间的示例差异；
图18示出了根据本公开的实施例的组合图案的示例eirpcdf；
图19示出了根据本公开的实施例的将方向集合划分为子集的示例；
图20示出了根据本公开的实施例的确定波束宽度的α的示例定义；
图21示出了根据本公开的实施例的确定覆盖区域的θsec的示例定义；
图22示出了根据本公开的实施例的在整个球体上具有363个点的示例斐波那契网格；
图23示出了根据本公开的实施例的lcd对ueeirp模式的示例影响；
图24示出了根据本公开的实施例的基于设备操作的示例性天线模块激活；
图25示出了根据本公开的实施例的示例波束码本设计方法；
图26示出了根据本公开的实施例的示例多波束码本管理系统；
图27示出了根据本公开的实施例的示例波束码本随时间的适配；
图28示出了根据本公开的实施例的基于数据分析的示例ue波束码本学习；
图29示出了根据本公开的实施例的终端上的示例ue波束数据分析模块；
图30示出了根据本公开的实施例的终端上的另一示例ue波束数据分析模块；
图31示出了根据本公开的实施例的终端上的具有其他波束管理块的示例ue波束数据分析电路；
图32示出了根据本公开的实施例的使用ue波束数据分析模块的示例过程；
图33示出了根据本公开的实施例的示例ue波束数据分析电路；和
图34示出了根据本公开的实施例的用于ue波束数据分析模块的方法的流程图。
具体实施方式
下面讨论的图1至图34以及用于描述本专利文件中的本公开的原理的各种实施例仅是示例性的，并且不应以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，可以在任何适当布置的系统或设备中实现本公开的原理。
为了满足自部署4g通信系统以来对无线数据业务增加的需求，已努力开发改进的5g或准5g通信系统。因此，5g或pre-5g通信系统也称为“超4g网络”或“后lte系统”。
5g通信系统被认为是在更高的频率(mmwave(毫米波))频带(例如，28ghz、39ghz、60ghz频带)中实现的，以实现更高的数据速率。为了减少无线电波的传播损耗并增加传输覆盖区域，在5g通信系统中已经讨论了波束成形、大规模多输入多输出(mimo)、全维mimo(fd-mimo)、阵列天线、模拟波束成形和大型天线技术等。
此外，在5g通信系统中，基于高级小小区、云无线接入网(ran)、超密集网络、设备到设备(d2d)通信、无线回程通信、移动网络、协作通信、协作多点(comp)发送和接收、干扰缓解和消除等的系统网络改进开发正在进行中。
在5g系统中，已经开发了作为自适应调制和编码(amc)技术的混合频移键控(fsk)和正交幅度调制(qam)调制(fqam)及滑动窗口叠加编码(swsc)，以及作为高级接入技术的滤波器组多载波(fbmc)、非正交多址(noma)和稀疏码多址(scma)等。
下面的图1-图4b描述了在无线通信系统中并且利用正交频分复用(ofdm)或正交频分多址(ofdma)通信技术实现的各种实施例。图1-图3的描述并不意味着暗示对可以实现不同实施例的方式的物理或架构限制。本公开的不同实施例可以在任何适当布置的通信系统中实现。
图1示出了根据本公开的实施例的示例无线网络。图1所示的无线网络的实施例仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用无线网络100的其他实施例。
如图1所示，无线网络包括gnb101、gnb102和gnb103。gnb101与gnb102和gnb103通信。gnb101还与至少一个网络130通信，诸如因特网、专有因特网协议(ip)网络或其他数据网络。
gnb102为gnb102的覆盖区域120内的第一多个ue提供接入网络130的无线宽带。第一多个ue包括：ue111，其可以位于小型企业(sb)中；ue112，其可以位于企业(e)中；ue113，其可以位于wifi热点(hs)中；ue114，其可以位于第一住宅(r)中；ue115，其可以位于第二住宅(r)中；ue116，其可以是移动设备(m)，诸如蜂窝电话、无线膝上型计算机、无线pda等。gnb103为gnb103的覆盖区域125内的第二多个ue提供接入网络130的无线宽带。第二多个ue包括ue115和ue116。在一些实施例中，一个或更多个gnb101-103可以使用5g、lte、lte-a、wimax、wifi或其他无线通信技术彼此通信并且与ue111-116通信。
根据网络类型，术语“基站”或“bs”可以指配置为提供对网络的无线接入的任何组件(或组件集合)，诸如发送点(tp)、发送-接收点(trp)、增强型基站(enodeb或enb或gnb)、5g基站(gnb)、宏小区、毫微微小区、wifi接入点(ap)或其他无线使能的设备。基站可以根据一种或更多种无线通信协议(例如，5g3gpp新空口接口/接入(nr)、长期演进(lte)、高级lte(lte-a)、高速分组接入(hspa)、wi-fi802.11a/b/g/n/ac等)提供无线接入。为了方便起见，术语“bs”和“trp”在本专利文件中可互换使用，以指代提供对远程终端的无线接入的网络基础设施组件。此外，根据网络类型，术语“用户设备”或“ue”可以指代任何组件，诸如“移动站”、“用户站”、“远程终端”、“无线终端”、“接收点”或“用户设备”。为了方便起见，在本专利文档中使用术语“用户设备”和“ue”来指代无线接入bs的远程无线设备，无论ue是移动设备(诸如，移动电话或智能手机)还是通常被视为固定设备(诸如，台式计算机或自动售货机)。
虚线表示覆盖区域120和125的大致范围，仅出于例示和说明的目的将其显示为大致圆形。应当清楚地理解，根据gnb的配置以及与自然和人为障碍相关联的无线环境的变化，与gnb相关联的覆盖区域(诸如，覆盖区域120和125)可以具有其他形状，包括不规则形状。
如下面更详细描述的，ue111-116中的一个或更多个包括用于5g终端的有效波束码本生成的电路、程序或其组合。在某些实施例中，一个或更多个gnb101-103包括用于为5g终端生成有效波束码本的电路、编程或其组合。
尽管图1示出了无线网络的一个示例，但可以对图1进行各种更改。例如，无线网络可以包括任何合适布置的任意数量的gnb和任意数量的ue。此外，gnb101可以直接与任何数量的ue通信，并为这些ue提供接入网络130的无线宽带。类似地，每个gnb102-103可以与网络130直接通信，并为ue提供接入网络130的直接无线宽带。此外，gnb101、gnb102和/或gnb103可以提供对其他或另外的外部网络(诸如，外部电话网络或其他类型的数据网络)的接入。
图2示出了根据本公开的实施例的示例gnb102。图2所示的gnb102的实施例仅用于说明，并且图1的gnb101和103可以具有相同或相似的配置。然而，gnb具有多种配置，并且图2并不将本公开的范围限于gnb的任何特定实现。
如图2所示，gnb102包括多个天线205a-205n、多个rf收发器210a-210n、发送(tx)处理电路215和接收(rx)处理电路220。gnb102还包括控制器/处理器225、存储器230以及回程或网络接口235。
rf收发器210a-210n从天线205a-205n接收输入的rf信号，诸如网络100中的ue发送的信号。rf收发器210a-210n将输入的rf信号下变频以生成if或基带信号。if或基带信号被发送到rx处理电路220，其通过对基带或if信号进行滤波、解码和/或数字化来生成处理后的基带信号。rx处理电路220将处理后的基带信号发送到控制器/处理器225以进行进一步处理。
tx处理电路215从控制器/处理器225接收模拟或数字数据(诸如，语音数据、网络(web)数据、电子邮件或交互式视频游戏数据)。tx处理电路215对输出基带数据进行编码、复用和/或数字化，以生成处理后的基带或if信号。rf收发器210a-210n从tx处理电路215接收输出的处理后的基带或if信号，并将基带或if信号上变频为经由天线205a-205n发送的rf信号。
控制器/处理器225可以包括控制gnb102的整体操作的一个或更多个处理器或其他处理设备。例如，根据众所周知的原理，控制器/处理器225可以控制rf收发器210a-210n、rx处理电路220和tx处理电路215的前向信道信号的接收和反向信道信号的发送。控制器/处理器225也可以支持附加功能，诸如更高级的无线通信功能。例如，控制器/处理器225可以支持波束成形或定向路由操作，其中对来自/去往多个天线205a-205n的输出/输入信号进行不同地加权，以有效地将输出信号导向所需的方向。控制器/处理器225可以在gnb102中支持多种其他功能中的任何一种。
控制器/处理器225还能够执行驻留在存储器230中的程序和其他处理，诸如os。控制器/处理器225可以根据执行过程的需要将数据移入或移出存储器230。
控制器/处理器225也耦合到回程或网络接口235。回程或网络接口235允许gnb102通过回程连接或通过网络与其他设备或系统通信。接口235可以支持通过任何适当的有线或无线连接的通信。例如，当将gnb102实施为蜂窝通信系统(诸如，支持5g、lte或lte-a的蜂窝通信系统)的一部分时，接口235可以允许gnb102通过有线或无线回程与其他gnb通信连接。当将gnb102实施为接入点时，接口235可以允许gnb102通过有线或无线局域网或通过有线或无线连接与较大的网络(诸如，因特网)通信。接口235包括支持通过有线或无线连接的通信的任何合适的结构，诸如以太网或rf收发器。
存储器230耦合到控制器/处理器225。存储器230的一部分可以包括ram，并且存储器230的另一部分可以包括闪存或其他rom。
尽管图2示出了gnb102的一个示例，但可以对图2进行各种更改。例如，gnb102可以包括任意数量的图2中所示的每个组件。作为特定示例，接入点可以包括多个接口235，并且控制器/处理器225可以支持路由功能以在不同的网络地址之间路由数据。作为另一特定示例，尽管被示为包括tx处理电路215的单个实例和rx处理电路220的单个实例，但是gnb102可以包括每个的多个实例(诸如，每个rf收发器一个)。而且，图2中的各种组件可以被组合、进一步细分或省略，并且可以根据特定需要添加附加组件。
图3示出了根据本公开的实施例的示例ue116。图3所示的ue116的实施例仅用于说明，并且图1的ue111-115可以具有相同或相似的配置。然而，ue具有各种各样的配置，并且图3不将本公开的范围限于ue的任何特定实现。
如图3所示，ue116包括天线305、射频(rf)收发器310、tx处理电路315、麦克风320和接收(rx)处理电路325。ue116还包括扬声器330、处理器340、输入/输出(i/o)接口(if)345、触摸屏350、显示器355和存储器360。存储器360包括操作系统(os)361和一个或更多个应用362。
rf收发器310从天线305接收由网络100的gnb发送的输入rf信号。rf收发器310下变频输入的rf信号以生成中频(if)或基带信号。if或基带信号被发送到rx处理电路325，其通过对基带或if信号进行滤波、解码和/或数字化来生成处理后的基带信号。rx处理电路325将处理后的基带信号发送到扬声器330(诸如，用于语音数据)或处理器340以进行进一步处理(诸如，用于网页浏览数据)。
tx处理电路315从麦克风320接收模拟或数字语音数据，或者从处理器340接收其他输出基带数据(诸如，网络数据、电子邮件或交互式视频游戏数据)。tx处理电路315对输出基带数据进行编码、复用和/或数字化，以生成处理后的基带或if信号。rf收发器310从tx处理电路315接收输出的处理后的基带或if信号，并且将基带或if信号上变频为经由天线305发送的rf信号。
处理器340可以包括一个或更多个处理器或其他处理设备，并且执行存储在存储器360中的os361，以便控制ue116的整体操作。例如，处理器340可以根据众所周知的原理来控制rf收发器310、rx处理电路325和tx处理电路315的前向信道信号的接收和反向信道信号的发送。在一些实施例中，处理器340包括至少一个微处理器或微控制器。
处理器340还能够执行驻留在存储器360中的其他过程和程序，诸如用于在pucch上进行csi报告的过程。处理器340可以根据执行过程的需要将数据移入或移出存储器360。在一些实施例中，处理器340被配置为基于os361或响应于从gnb或运营商接收的信号来执行应用362。处理器340还耦合到i/o接口345，其向ue116提供连接到其他设备的能力，诸如膝上型计算机和手持式计算机。i/o接口345是这些附件与处理器340之间的通信路径。
处理器340还耦合到触摸屏350和显示器355。ue116的操作者可以使用触摸屏350将数据输入到ue116。显示器355可以是液晶显示器、发光二极管显示器或其他能够渲染诸如来自网站的文本和/或至少有限图形的显示器。
存储器360耦合到处理器340。存储器360的一部分可以包括随机存取存储器(ram)，并且存储器360的另一部分可以包括闪存或其他只读存储器(rom)。
尽管图3示出了ue116的一个示例，但是可以对图3进行各种改变。例如，图3中的各种组件可以被组合、进一步细分或省略，并且可以根据特定需要添加附加组件。作为特定示例，处理器340可以被划分为多个处理器，诸如一个或更多个中央处理单元(cpu)和一个或更多个图形处理单元(gpu)。而且，尽管图3示出了被配置为移动电话或智能电话的ue116，但是ue可以被配置为作为其他类型的移动或固定设备进行操作。
图4a是发送路径电路的高层图。例如，发送路径电路可以用于正交频分多址(ofdma)通信。图4b是接收路径电路的高层图。例如，接收路径电路可以用于正交频分多址(ofdma)通信。在图4a和图4b中，对于下行链路通信，发送路径电路可以被实现在基站(enb或gnb)102或中继站中，并且接收路径电路可以被实现在用户设备(例如，图1的用户设备116)中。在其他示例中，对于上行链路通信，接收路径电路450可以被实现在基站(例如，图1的gnb102)或中继站中，并且发送路径电路可以被实现在用户设备(例如，用户设备116)中。
发送路径电路包括信道编码和调制块405、串行并行(s-to-p)块410、大小为n的傅立叶逆变换(ifft)块415、并行串行(p-to-s)块420、添加循环前缀块425以及上变频器(uc)430。接收路径电路450包括下变频器(dc)455、去除循环前缀块460、串行并行(s-p)块465、大小为n的快速傅立叶变换(fft)块470、并行串行(p-to-s)块475以及信道解码和解调块480。
图4a的400和图4b的450中的至少一些组件可以以软件实现，而其他组件可以通过可配置硬件或软件和可配置硬件的混合来实现。特别地，注意，在本公开文件中描述的fft块和ifft块可以被实现为可配置的软件算法，其中大小为n的值可以根据实现来修改。
此外，尽管本公开针对实现快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换的实施例，但这仅是示例性的，并且可能不被解释为限制本公开的范围。可以理解，在本公开的替代实施例中，快速傅里叶变换函数和快速傅里叶逆变换函数可以容易地分别由离散傅里叶变换(dft)函数和离散傅立叶逆变换(idft)函数代替。可以理解，对于dft和idft函数，n变量的值可以是任何整数(即1、2、3、4等)，而对于fft和ifft函数，n变量的值可以是2的幂的任何整数(即1、2、4、8、16等)。
在发送路径电路400中，信道编码和调制块405接收一组信息比特，应用编码(例如，ldpc编码)并调制(例如，正交相移键控(qpsk)或正交幅度调制(qam))输入比特以产生一系列频域调制符号。串行并行块410将串行调制的符号转换(即，解复用)为并行数据以产生n个并行符号流，其中，n是bs102和ue116中使用的ifft/fft大小。然后，大小为n的ifft块415对n个并行符号流执行ifft操作以产生时域输出信号。并行串行块420转换(即，多路复用)来自大小为n的ifft块415的并行时域输出符号，以产生串行时域信号。然后，添加循环前缀块425将循环前缀插入到时域信号。最终，上变频器430将添加循环前缀块425的输出调制(即，上变频)为rf频率，以经由无线信道进行传输。在转换为rf频率之前，还可以在基带对信号进行滤波。
发送的rf信号在经过无线信道之后到达ue116，并且执行与gnb102处的操作相反的操作。下变频器455将接收到的信号下变频到基带频率，并且去除循环前缀块460去除循环前缀以产生串行时域基带信号。串行并行块465将时域基带信号转换为并行时域信号。大小为n的fft块470然后执行fft算法以产生n个并行频域信号。并行串行块475将并行频域信号转换为一系列调制数据符号。信道解码和解调块480解调然后解码调制符号以恢复原始输入数据流。
gnb101-103中的每个可以实现类似于在下行链路中向用户设备111-116进行发送的发送路径，并且可以实现类似于在上行链路中从用户设备111-116进行接收的接收路径。类似地，用户设备111-116中的每个可以实现与用于在上行链路中向gnb101-103进行发送的架构相对应的发送路径，并且可以实现与用于在下行链路中从gnb101-103进行接收的架构相对应的接收路径。
已经识别并描述了5g通信系统用例。这些用例可以大致分为三个不同的组。在一个示例中，增强型移动宽带(embb)被确定为具有高比特/秒(bits/sec)要求，以及不严格的延迟和可靠性要求。在另一个示例中，超可靠和低延迟(urll)被确定具有不严格的比特/秒要求。在又一个示例中，大型机器类型通信(mmtc)被确定为每平方千米的设备数量可以多达100,000至100万，但是可靠性/吞吐量/延迟要求可以不严格。该方案还可能涉及功率效率要求，因为电池消耗应该被尽可能地最小化。
通信系统包括：下行链路(dl)，其从诸如基站(bs)或nodeb的发送点向用户设备(ue)传送信号；以及上行链路(ul)，其从ue向诸如nodeb的接收点传送信号。ue，通常也称为终端或移动站，可以是固定的或移动的，并且可以是蜂窝电话、个人计算机设备或自动化设备。enodeb，其一般是固定站，也可以被称为接入点或其他等效术语。对于lte系统，nodeb通常称为enodeb(enb)。对于5g系统，nodeb称为gnodeb。本公开不限制enb或gnb在无线通信系统的类型中的使用。
在诸如lte系统的通信系统中，dl信号可以包括传送信息内容的数据信号、传送dl控制信息(dci)的控制信号以及参考信号(rs)，该参考信号也被称为导频信号。enodeb通过物理dl共享信道(pdsch)发送数据信息。enodeb通过物理dl控制信道(pdcch)或增强型pdcch(epdcch)发送dci。
enodeb响应于ue在物理混合arq指示信道(phich)中传输的数据传输块(tb)来发送确认信息。enodeb发送包括ue公共rs(crs)、信道状态信息rs(csi-rs)或解调rs(dmrs)的多种类型的rs中的一种或多种。crs在dl系统带宽(bw)上传输，并且可由ue使用来获取信道估计以解调数据或控制信息或执行测量。为了减少crs开销，enodeb可以在时域和/或频域中以比crs小的密度发送csi-rs。dmrs可以仅在相应的pdsch或epdcch的bw中发送，并且ue可以使用dmrs来分别解调pdsch或epdcch中的数据或控制信息。dl信道的传输时间间隔被称为子帧，并且可以具有例如1毫秒的持续时间。
dl信号还包括承载系统控制信息的逻辑信道的传输。当bcch传送主信息块(mib)时，bcch被映射到称为广播信道(bch)的传输信道，或者当bcch传送系统信息块(sib)时，bcch被映射到dl共享信道(dl-sch)。大多数系统信息被包括在使用dl-sch发送的不同sib中。子帧中的dl-sch上存在系统信息可以通过传送码字的相应pdcch的传输来指示，该码字具有使用用特殊系统信息rnti(si-rnti)加扰的循环冗余校验(crc)。替代地，可以在较早的sib中提供用于sib传输的调度信息，并且可以由mib提供用于第一sib(sib-1)的调度信息。
dl资源分配以子帧和一组物理资源块(prb)为单位执行。传输bw包括被称为资源块(rb)的频率资源单元。每个rb包括nscrb个子载波或资源元素(re)，诸如12个re。在一个子帧上的一个rb的单位被称为prb。ue可以针对总的mscpdsch＝mpdsch·nscrb个re被分配了m_{pdsch}个rb，以用于pdsch传输bw。
ul信号可以包括传送数据信息的数据信号、传送ul控制信息(uci)的控制信号和ulrs。ulrs包括dmrs和探测rs(srs)。ue仅在相应的pusch或pucch的bw中发送dmrs。enodeb可以使用dmrs解调数据信号或uci信号。ue发送srs以向enodeb提供ulcsi。ue通过相应的物理ul共享信道(pusch)或物理ul控制信道(pucch)发送数据信息或uci。如果ue需要在相同的ul子帧中发送数据信息和uci，则ue可以在pusch中对两者进行复用。uci包括：混合自动重传请求确认(harq-ack)信息，其指示pdsch中数据tb的正确(ack)或不正确(nack)检测)或缺少pdcch检测(dtx)；调度请求(sr)，其指示ue在ue的缓冲区是否具有数据；秩指示符(ri)；以及信道状态信息(csi)，其使能enodeb执行链路自适应以用于向ue的pdsch传输。ue还响应于检测到指示释放了半持久调度的pdsch的pdcch/epdcch而发送harq-ack信息。
ul子帧包括两个时隙。每个时隙包括用于发送数据信息、uci、dmrs或srs的nsymbul个符号。ul系统bw的频率资源单位是rb。ue针对总的nrb·nscrb个re被分配了nrb个rb用于传输bw。对于pucch，nrb＝1，最后一个子帧符号可以用于多路复用来自一个或更多个ue的srs传输。可用于数据/uci/dmrs传输的子帧符号的数量是nsymb＝2(nsymbul-1)-nsrs，其中，如果最后一个子帧符号用于发送srs，则nsrs＝1；否则，nsrs＝o。
图5示出了根据本公开的实施例的用于子帧中的pdsch的发射器框图500。图5所示的发射器框图500的实施例仅用于说明。图5不将本公开的范围限制为发射器框图500的任何特定实现。
如图5所示，信息比特510由编码器520，诸如信道编码器(例如，用于lte的turbo编码器和/或用于nr的ldpc编码器)编码，并由调制器530调制，例如，使用正交相移键控(qpsk)调制。串行并行(s/p)转换器540生成m个调制符号，其随后被提供给映射器550，以被映射到由传输bw选择单元555选择的re，以用于分配的pdsch传输bw，单元560应用快速傅里叶逆变换(ifft)，然后输出由并行串行(p/s)转换器570串行化以创建时域信号，由滤波器580进行滤波，并发送590信号。诸如数据加扰、循环前缀插入、时间窗口、交错等其他功能在本领域中是众所周知的，为简洁起见未示出。
图6示出了根据本公开的实施例的用于子帧中的pdsch的接收器框图600。图6所示的图600的实施例仅用于说明。图6不将本公开的范围限于图600的任何特定实现。
如图6所示，接收的信号610由滤波器620滤波，用于分配接收bw的re630通过bw选择器635选择，单元640应用快速傅里叶变换(fft)，输出由并行串行转换器650串行化。随后，解调器660通过应用从dmrs或crs(未示出)获得的信道估计来对数据符号进行相干解调，并且解码器670(诸如turbo解码器)对解调后的数据进行解码以提供信息数据比特680的估计。为简洁起见，未显示其他功能，例如时间窗口、循环前缀去除、解扰、信道估计和解交错。
图7示出了根据本公开的实施例的用于子帧中的pusch的发射器框图700。图7所示的框图700的实施例仅用于说明。图7不将本公开的范围限制为框图700的任何特定实现。
如图7所示，信息数据比特710通过编码器720(诸如turbo编码器)编码，并通过调制器730调制。离散傅里叶变换(dft)单元740在调制后的数据比特上应用dft，与分配的pusch传输bw对应的re750通过传输bw选择单元755选择，单元760应用ifft，并且在循环前缀插入之后(未示出)，通过滤波器770应用滤波并发送780信号。
图8示出了根据本公开的实施例的用于子帧中的pusch的接收器框图800。图8所示的框图800的实施例仅用于说明。图8不将本公开的范围限制为框图800的任何特定实现。
如图8所示，接收的信号810被滤波器820滤波。随后，在循环前缀(未示出)被去除之后，单元830应用fft，与分配的pusch接收bw相对应的re840通过接收bw选择器845选择，单元850应用逆dft(idft)，解调器860通过应用从dmrs(未示出)获得的信道估计来对数据符号进行相干解调，解码器870，诸如信道解码器(例如，用于lte的turbo解码器和/或用于nr的ldpc解码器)解码解调后的数据以提供信息数据比特880的估计。
为了使5g网络支持具有不同服务质量(qos)的此类多样化服务，已经在lte规范中确定了一个实施例，称为网络切片。为了有效地利用phy资源并在dl-sch中复用各种切片(使用不同的资源分配方案、数字和调度策略)，利用了灵活且自成体系的帧或子帧设计。
图9示出了根据本公开的实施例的示例天线块900。图9所示的天线块900的实施例仅用于说明。图9不将本公开的范围限于天线块900的任何特定实现。
对于毫米波(mmwave)频带，尽管对于给定的形状因数，天线元件的数量可能较大，但由于硬件限制(在毫米波频率上安装大量adc/dac的可行性)，csi-rs端口的数量(其可以对应于数字预编码端口的数量)易于受到限制，如图10所示。在这种情况下，一个csi-rs端口被映射到大量天线元件上，这些天线元件可以由一组模拟移相器控制。一个csi-rs端口然后可以对应于一个子阵列，该子阵列通过模拟波束形成生成窄的模拟波束。通过改变跨符号或子帧的移相器组，可以将该模拟波束配置为扫过更大的角度范围。子阵列的数量(等于rf链的数量)与csi-rs端口ncsi-port的数量相同。数字波束成形单元跨ncsi-port模拟波束执行线性组合，以进一步增加预编码增益。尽管模拟波束是宽带的(因此不是频率选择性的)，但数字预编码可以跨子频带或资源块变化。
在lte中，对于周期性的(基于pucch的)和非周期性的(基于pusch的)csi报告二者，存在多种csi报告模式。每种csi报告模式均取决于(与之耦合)许多其他参数(例如，码本选择、传输模式、emimo类型、rs类型、crs或csi-rs端口数量)。可以感知到至少两个缺点。第一，存在复杂的“嵌套循环”(if…else…)和耦合/链接网。这使测试工作变得复杂。第二，前向兼容性受到限制，尤其是在引入新特征时。
尽管上述缺点适用于dlcsi测量，同样适用于ulcsi测量。在lte中，ulcsi测量框架以原始形式存在，并且不像dl副本那样演进。随着用于下一代系统的tdd或基于互易的系统的出现，以及针对ul可能突出的ofdma或基于ofdma的多路接入，适用于dl和ul二者的相同(或至少相似)的csi测量和报告框架是有利。
为了协助ue确定ue的rx和/或tx波束，采用了波束扫描过程，包括gnb发送一组发射波束以扫描小区区域，以及ue使用ue的接收波束测量不同波束的信号质量。为了促进候选波束识别、波束测量和波束质量报告，gnb为ue配置与一组tx波束相对应的一个或更多个rs资源(例如，ss块、周期性/非周期性/半永久性csi-rs资源或cri)。rs资源是指在一个或更多个时间(ofdm符号)/频率(资源元素)/空间(天线端口)域位置的组合上的参考信号传输。对于每个rx波束，ue报告使用该rx波束接收的不同tx波束，并按信号强度(rsrp)和可选csi(cqi/pmi/ri)的顺序进行排序。基于ue的测量报告反馈，gnb为ue配置一组tx波束用于接收pdcch和/或pdsch。
图10示出了根据本公开的实施例的示例用户设备1000。图10所示的用户设备1000的实施例仅用于说明。图10不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
如图10所示，ue包括2g/3g/4g通信模块和5g毫米波(mmwave)通信模块。每个通信模块包括一个或更多个天线、一个射频(rf)收发器、发送(tx)和接收(rx)处理电路。ue还包括扬声器、处理器、输入/输出(i/o)接口(if)、一个或更多个传感器(触摸传感器、接近传感器、陀螺仪等)、触摸屏、显示器和存储器。该存储器包括固件、操作系统(os)和一个或更多个应用。
rf收发器从天线接收由网络的enb/gnb发送的输入rf信号。rf收发器对输入的rf信号进行下变频以生成中频(if)或基带信号。if或基带信号被发送到rx处理电路，rx处理电路通过对基带或if信号进行滤波、解码和/或数字化来生成处理后的基带信号。rx处理电路将处理后的基带信号发送到处理器，以进行进一步处理(诸如，用于语音或网络浏览数据)。
tx处理电路从处理器接收输出基带数据(诸如，语音、网络数据、电子邮件或交互式视频游戏数据)。tx处理电路对输出基带数据进行编码、复用和/或数字化，以生成处理后的基带或if信号。rf收发器从tx处理电路接收输出的处理后的基带或if信号，并将基带或if信号上变频为通过天线发送的rf信号。
处理器可以包括一个或更多个处理器，并执行存储在存储器中的基本os程序，以便控制ue的整体操作。在一个此种操作中，主处理器根据众所周知的原理来控制rf收发器、rx处理电路和tx处理电路的前向信道信号的接收和反向信道信号的发送。主处理器还可包括被配置为分配一个或更多个资源的处理电路。
例如，处理器可以包括：分配器处理电路，其被配置为分配唯一载波指示符；和检测器处理电路，其被配置为检测物理下行链路共享信道(pdcch)调度物理下行链路共享信道(pdsch)接收的在一个载波中的物理上行链路共享信道(pdsch)传输。下行链路控制信息(dci)用于多种目的，并通过dci格式在相应的pdcch中传送。例如，dci格式可以对应于用于pdsch接收的下行链路分配或用于pusch发送的上行链路许可。在一些实施例中，处理器包括至少一个微处理器或微控制器。
处理器还能够执行驻留在存储器中的其他过程和程序，诸如用于enb/gnb之间协调方案的操作，以支持enb/gnb之间的载波聚合。应当理解，enb/gnb之间的载波聚合也可以称为双连接。处理器可以根据执行过程的需要将数据移入或移出存储器。在一些实施例中，处理器被配置为执行多个应用，诸如用于mu-mimo通信的应用，包括获得pdcch的控制信道元素。
处理器可以基于os程序或响应于从enb/gnb接收的信号来操作多个应用。主处理器还耦合到i/o接口，该接口使ue能够连接到其他设备，诸如膝上型计算机和手持式计算机。i/o接口是这些附件和主控制器之间的通信路径。
处理器还耦合到触摸屏和显示器。ue的操作者可以使用触摸屏将数据输入到ue中。显示器可以是液晶显示器、发光二极管显示器或其他能够渲染诸如来自网站的文本和/或至少有限图形的显示器。
存储器耦合到处理器。存储器的一部分可以包括随机存取存储器(ram)，并且存储器的另一部分可以包括闪存或其他只读存储器(rom)。
尽管图10示出了ue的一个示例，但是可以对图10进行各种改变。例如，图10中的各种组件可以被组合、进一步细分或省略，并且可以根据特定需要添加附加组件。作为特定示例，处理器可以被划分为多个处理器，诸如一个或更多个中央处理单元(cpu)和一个或更多个图形处理单元(gpu)。而且，尽管图10示出了被配置为移动电话或智能电话的ue，但是ue可以被配置为作为其他类型的移动或固定设备进行操作。
5g终端或ue可以配备多个天线元件。当ue尝试与bs站建立连接时，波束成形是重要因素。为了补偿毫米波中较窄的模拟波束宽度，可以采用模拟波束扫描来支持ue更宽的信号接收或发送覆盖区域。波束码本包括码字集合，其中码字是应用于天线元件以形成模拟波束的模拟相移值集合或振幅加相移值集合。本公开描述了波束码本生成过程以及生成波束码本以满足给定的一组要求和性能标准的算法。
码本设计的目的之一是为ue提供最佳覆盖区域。具有由天线元件电场辐射数据确定的球形覆盖区域的上限。上限为评估码本设计方案提供了良好的参考。例如，可以评估组合图案接近上限所需的波束数量。
在一个实施例中，上限是跨整个球体计算的。作为示例，整个球体由沿方位角(360个样本)和仰角域(180个样本)的180×360个样本组成。每个样本对应一个方向。对于球面上的每个方向，通过最大化波束成形权重来计算增益。两个上限被考虑。对于第一上限，波束成形权重受到总功率约束；而对于第二上限，波束成形权重受到每元素功率约束。
假设有l个天线元件。让
通过
增益的上限b是通过最佳w推导的，使得g(w)最大化：
因此，b1由m，b1＝max{λ(m)}的最大本征值给出，其中λ(·)表示本征值计算，表示为
每个天线元件的功率约束上限可以归结为：
在步骤1的一个示例中，为所有l's顺序地更新施加在每个天线元件
在步骤2的一个示例中，计算迭代停止条件变量γk，
在步骤3的一个示例中，如果γk小于预定义阈值ε，则迭代停止条件被满足，并且最佳权重
否则，如果γk大于ε，则转到步骤1。如果在迭代了预定的最大次数之后，停止条件仍不被满足，则在可容许的最大迭代次数内不会实现收敛，并且算法被终止。如果有多个天线模块，则仍然可以如上所述获得单个的上限。可以基于各个上限来定义整体上限，例如，在各个上限上最大化。
图11示出了根据本公开的实施例的用于单阵列和多阵列的示例上限1100。图11所示的上限1100的实施例仅用于说明。图11不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
图11中绘制了示例天线模块的单个阵列和多个阵列的eirpcdf中的上限的比较。表1示出了，与仅贴片相比，贴片+偶极分别为50％拼贴(tile)和20％拼贴(tile)提供了35.59％和33.47％的增益。
表1：上限1的贴片和贴片+偶极的比较
良好的波束码本设计取决于许多因素，包括：天线元件的类型和增益(例如，各向同性、偶极、微带贴片)；阵列大小和布局(例如，线性、矩形、圆形)；码本的要求(例如，码本大小)；和/或关于壳体和显示器的设置级别的考虑。
通常，很难找到一种生成码本的分析方案。因此，提供了一种启发式方案，该方案可用于所有可能的元件电场数据和阵列布局。整个过程如图12所示。
图12示出了根据本公开的实施例的示例自动码本生成1200。图12所示的自动码本生成1200的实施例仅用于说明。图12不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
如图12所示，在步骤1202中，将设置级别em数据的模块、频带或移相器比特的数量中的至少一个被发送到步骤1208中的自动码本生成算法。在步骤1202中，包括码本大小或球形覆盖要求中的至少一个的码本设计要求被发送到步骤1208中的自动码本生成算法。类似地，在步骤1206中，包括ue取向或历史知识中的至少一个的其他先验知识被发送到步骤1208中的自动码本生成算法。在步骤1208中，自动生成算法输出在步骤1210中输出满足要求并提供性能结果的码本。
图13示出了根据本公开的实施例的启发式方案1300的流程图。图13所示的启发式方案1300的实施例仅用于说明。图13不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
启发式方案的主要步骤如下并且如图13所示。在步骤0的一个示例中，从测量或模拟中导入模块级天线设计的电场数据。在步骤1的一个示例中，根据配置的码本类型生成候选波束码字。在此种示例中，适用的码本类型取决于波束码本生成算法。在步骤2的一个示例中，根据某种性能标准从候选集合中选择波束。在此种示例中，性能标准取决于详细的波束码本生成算法设计。在步骤3的一个示例中，如果某个停止条件被满足，则停止；否则，重复步骤2，停止条件取决于用户对码本设计要求(码本大小或球形覆盖要求)的输入。
如图13所示，在步骤1302，导入每个天线的电场数据。在步骤1304，基于电场数据生成候选波束集合。在步骤1306，将当前码本设置为空集。在步骤1308，从候选集合中选择波束(或一批波束)，并将该波束(多个波束)添加到当前码本中。在步骤1310，确定当前码本是否满足停止条件。如果当前码本满足条件，则在步骤1312将当前码本导出作为最终码本。在步骤1310，当前代码不满足停止条件，执行步骤1308。
候选码字集合被设计得足够大，以覆盖整个球体(或某个所需的覆盖区域)，以避免覆盖漏洞。所考虑的候选集合的选项如下但不限于此。在选项1的一个示例中，基于本征的候选集合具有总功率约束或每个天线元件功率约束。在此选项中，候选集合取自最大化辐射增益的本征向量。在选项2的一个示例中，m×ndft候选集合(m，n)通过移相器的数量、天线尺寸来确定。在选项3的一个示例中，在球体上均匀分布波束，即指向球体上的一组均匀分布方向的波束。在选项4的一个示例中，在第i个元件具有随机相位的波束被定义为
提供的码本设计方案适用于硬件实现。为了实现设计的码本，所考虑的硬件要求被如下列出，但不限于以下各项：模块级别或设置级别；对于设置级别，天线模块的数量、它们在设备中的位置和取向；移相器的比特数(例如3、4、5)；支持的频带，例如28ghz、39ghz或二者；支持的带宽(低/宽/高)；mimo能力：分集/复用；增益控制能力；以及rf校准和壳体/组件尺寸偏差中的残留误差。
下面列出了可能的波束码本要求：码本大小，例如，16个波束；球形覆盖cdf要求，诸如x％拼贴cdf处的最大eirp的-ydb，方位角和仰角范围内的空间覆盖区域，方位角范围可配置为从0°至360°，且仰角范围可配置为从0°到180°。默认是整个球体；旁瓣电平；以及波束宽度，例如3-db波束宽度或半功率波束宽度(hpbw)。
图14示出了根据本公开的实施例的示例坐标系1400。图14所示的坐标系1400的实施例仅用于说明。图14不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
需要定义优化标准，以便确定码字(波束)选择标准和/或算法停止条件。相同或不同的度量可以用于性能优化标准和停止条件标准。
性能优化标准定义了算法试图最大化/最小化的度量或目标函数。对于eirp最大化贪婪算法，它是最大化在给定的空间覆盖区域(默认为整个球体)上采样的x％拼贴cdf处的eirp值。这被描述为从x％拼贴cdf处的峰值eirp下降ydb(x和y二者都被配置在码本设计中)。其他可能的目标函数可以是最大化平均eirp，即给定空间覆盖范围内的平均eirp。
对于均匀波束覆盖算法，其最小化覆盖目标空间区域所需的波束数量，从而确保在某个增益水平(例如，低于最大增益3db)的相邻波束位置处的波束图案重叠。
停止条件标准定义了用于终止算法的度量。度量取自码本设计要求。码本大小是该标准的一个实施例。x％拼贴cdf处的eirp值是该标准的另一实施例，即在x％拼贴cdf处的eirp值达到后，该算法停止。又一个标准是空间覆盖区域，其适用于均匀波束覆盖算法，即在所需的空间区域已经被波束覆盖之后，该算法停止。
如上一节所述，将所生成的码本的性能与上限进行比较，尤其是与上限进行下面比较：球形覆盖区域或eirpcdf；所生成码本的辐射图案的二维热图，以及与最佳球形覆盖区域的热图相比的差异；所生成波束的旁瓣电平；以及波束宽度，例如，所生成波束的3db波束宽度或半功率波束宽度(hpbw)。
在球形覆盖区域或eirpcdf上，下面度量被包括作为码本设计的标准：eirp峰值；峰值下降50％：第50个百分位的eirp与峰值eirp之差；与第50个百分位的上限之间的差距：码本的eirp与第50个百分位的上限之间的差；与第100个百分位的上限的差距：码本的eirp与第100个百分位的上限之间的差。
上述度量在图15中示出。图15示出了根据本公开的实施例的示例eirpcdf和一些关键度量1500。图15中所示的eirpcdf和一些关键度量1500的实施例仅用于说明。图15不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
如图15所示，eirpcdf包括上限1和上限2。图15示出了(1)处的eirp峰值；(2)处的峰值下降50％；(3)处的上限分布为50％，(4)处的上限分布为100％。
图16示出了根据本公开的实施例的码本的球形覆盖区域的示例二维热图1600。图16所示的二维热图1600的实施例仅用于说明。图16不将本公开的范围限于任何特定实施方式。图15给出了码本辐射图案的示例二维热图。
图17示出了根据本公开的实施例的上限辐射与码本辐射1700之间的示例差异。图17所示的上限辐射与码本辐射1700之间的差异的实施例仅用于说明。图17不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
上限辐射和码本辐射之间的差异也可以生成为二维热图，如图17所示。
在此算法中，选择会以贪婪方式最大化与eirp相关的度量(例如，平均eirp值或eirpcdf的x％拼贴)。
如果选择标准是x％拼贴eirp值，则贪心算法首先从候选集合中选择波束，其cdf具有最大的x％拼贴eirp值。然后，在每个步骤中，选择使复合波束的x拼贴eirp值最大化的波束。如果指定了对空间覆盖区域的要求，则基于指定的空间覆盖区域内的采样来构建用于波束选择的cdf。
图18示出了根据本公开的实施例的组合图案的示例eirpcdf1800。图18中所示的eirpcdf1800的实施例仅用于说明。图18不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
在图18中示出了贪婪算法的示例结果。黑色虚线表示随着每个波束添加到码本，eirpcdf的改进。蓝色曲线是最终码本的eirpcdf。
贪婪算法支持性能标准。在选项1的一个示例中，在指定的空间覆盖区域(方位角和仰角范围)上，x％拼贴cdf处的eirp峰值下降了ydb。
在选项2的一个示例中，在指定的空间覆盖区域(方位角和仰角范围)上配置的百分点的加权平均。从数学上讲，这意味着加权总和w1f(20)+w2f(50)+w3f(80)被最大化，其中f(x)是x％拼贴增益，并且wi是权重。由于这三个点在我们的假设中同等重要，因此选择w1＝w2＝w3＝1。选项1是一种特殊情况，将除一个百分点以外的所有百分点都设置为零权重。
在选项3的一个示例中，线性域中的平均eirp(即，对于每次迭代，选择在线性域中的平均eipr中提供最大增益的波束)。
贪婪算法支持的停止条件包括：码本大小；以及满足根据上述选项1、2或3的性能标准。
稍后描述构造用于由贪婪算法选择的波束或码字的候选集合的方案。
该算法的思想类似于用于量化的lloydmax算法。给定k波束的初始集合w1，w2，...，wk和感兴趣方向的集合d＝{d1,d2,d3,…,dn}，该算法通过在两个步骤之间交替进行。
图19示出了根据本公开的实施例的将方向集合1900划分为子集的示例。图19所示的划分方向集合1900的实施例仅用于说明。图19不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
在分配步骤的一个实施例中，将每个方向分配给具有最大增益的波束。从数学上讲，这意味着将方向集合d划分为k个子集，被表示为s1,s2,…sk。每个子集由波束服务。例如，图19示出了一种可能的实现。每个圆均代表方向。具有相同颜色的圆属于同一子集。
图20示出了根据本公开的实施例的确定波束宽度的α2000的示例定义。图20所示的α2000的定义的实施例仅用于说明。图20不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
在更新步骤的一个实施例中，优化新的波束以服务于每个子集中的所有方向。这是通过解决以下问题来完成的。它类似于第二上限的计算，唯一的不同是，仅针对每个子集sk的一个点通过将子集sk中的所有点的
当所有sk的平均增益收敛或分配到sk的波束不再变化时，算法终止。对于码本{w1，w2，...，wk}的初始化，可能的选项包括：初始码本由贪婪算法生成。换句话说，这两种算法是串联的。贪婪算法首先运行，然后将贪婪算法的输出作为lloyd-max算法的初始点；并且通过从候选码字池中选择k个码字来生成初始码本。候选码字池可以是基于本征的码本、基于迭代本征的码本、dft码本、统一网格码本、随机相位码本等。选择可以随机进行，也可以遵循某一度量。
注意，这里的对角
该算法的输入参数包括：α确定允许的最小天线增益水平；以及θsec确定限制球面扇形的仰角，并且必须在[0:90°]的范围内。
可以包括配置码本设计中的α的值的方法。在方案1的一个示例中，α被直接配置。在方案2的一个示例中，α根据xdb波束宽度配置计算。可以直接配置“x”的值。然后，计算波束宽度，在该波束宽度内辐射功率低于最大值不超过xdb。然后，将计算的波束宽度作为α。基于xdb波束宽度的α计算遵循下面四个步骤。
在此示例中：(步骤1)找到在其上辐射功率达到最大pm的方向
图21示出了根据本公开的实施例的确定覆盖区域的θsec2100的示例定义。图21所示的θsec2100的定义的实施例仅用于说明。图21不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
生成波束成形方向的一种选项是使它们均匀地分布在球体上。有几种不同的方案来做到这一点。每个点均对应方向，该方向从原点指向球体上的点。图22是斐波那契网格上363个点的示例。
图22示出了根据本公开的实施例的在整个球体上具有363个点的示例斐波那契网格2200。图22所示的具有363个点的斐波那契网格2200的实施例仅用于说明。图22不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
覆盖目标空间区域所需的最小数量的波束，使得确保在某个增益水平(例如，低于最大增益3db)的相邻波束位置处的波束图案重叠。
贪婪算法支持的停止条件：码本大小；以及达到目标空间区域(定义为方位角和仰角范围)。该算法被视为基准算法。该算法要求的强假设(即阐述了波束宽度与方向无关)通常不适用于天线阵列。
对于基于本征的码本，候选码字是与在目标空间覆盖区域(例如，整个球体、半球体)上采样的
在该码本设计方案中，波束成形权重可以固定为1(或常数)，仅本征向量的相位用于构建码本。
对于基于本征的迭代码本，候选码字是与在目标空间覆盖区域(例如整个球体、半球体)上采样的
对于dft码本，候选码字池取自dft矩阵。来自k×l天线阵列的m×ndft矩阵的候选码字由
对于统一网格码本，候选码字池是从在球体上均匀分布的波束获得的(参见图示了通过斐波那契网格生成候选集合的方案的图22)。
对于随机相位码本，根据b比特移相器的
需要在毫米波(mmwave)无线通信系统中开发tx和/或rxrf波束码本系统。tx/rxrf波束码本是应用于rf模块上各个天线元件的复值权重集合。复值权重确定应用于天线阵列的波束成形矩阵的幅度和相位。在某种设计中，幅度是固定的，只有波束成形矩阵的相位可以改变。
波束码本可以被应用于基站和用户设备的rf天线阵列，并且典型地，基站和用户设备的码本将是不同的。对于本公开的其余部分，可以聚焦在用户设备处的rf波束码本系统设计。然而，应理解，下文描述的方案可以扩展到基站处的rf波束码本系统设计。
可以考虑下面因素来优化毫米波(mmwave)tx/rxrf波束码本设计：设备设计(例如材料、形状因子、天线模块设计等)；用户对设备的操作(手柄、取向、身体/物体堵塞等)；以及网络部署环境(室内办公室、密集城区、城市宏小区、农村地区等)。
图23示出了根据本公开的实施例的lcd2300对ueeirp模式的示例影响。图23所示的lcd2300的影响的实施例仅用于说明。图23不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
图23示出了在ue的一侧上具有完整的lcd显示覆盖对ue的rx/txeirp图案的影响的示例。如果ue配备了多个天线模块，例如多个天线模块位于矩形ue的四个角(或子集)上，则可以被开启以接收或发送信号的天线模块集合可以高度依赖于用户如何操作设备。图24中示出了一些示例。
图24示出了根据本公开的实施例的基于设备操作的示例天线模块激活2400。图24所示的天线模块激活2400的实施例仅用于说明。图24不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
有多种设计tx/rx波束码本的方法。一种方案是启发式方法，其中无线电测量数据是从真实部署场景或充分模仿真实环境的实验室设置中收集的。然后对测量数据进行后处理，以根据预定的目标函数搜索最佳的tx/rx波束码本，例如通过梯度下降或机器学习技术。
可以针对设备所经历的不同环境(诸如，取向和移动)手动执行测量数据收集，也可以使用机器人设置自动进行。该过程的一个示例在图25中进行了描述，其中假定使用机器人设置执行设备各个位置的测量。
图25示出了根据本公开的实施例的示例波束码本设计方法2500。图25所示的波束码本设计方法2500的实施例仅用于说明。图25不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
参考图25，机器人设置是一种机械测试夹具，其能够通过3d空间定向测试设备，并针对h和v极化在幅度/相位上进行测量。对于3d空间中的给定位置，获得每个天线链的原始测量。对于最终波束码本设计可能要覆盖的所有位置均获得测量。基于针对所有位置收集的测量数据，可以执行基于预定义性能标准的波束码本搜索。最后，可以在现场测试波束码本的设计，以评估波束码本的有效性。
波束码本设计方法的另一个示例是最大功率穷举搜索波束成形算法。该算法使用球面扇区覆盖方案，该方案将所需的空间扇区和天线波束宽度作为输入参数，识别天线转向方向的角位置以完全覆盖给定的球面扇区，同时将相邻天线波束之间的重叠和所需天线位置的数量最小化。在识别了天线转向方向的集合之后，波束成形算法在该集合的发射天线转向方向和接收天线转向方向的所有组合上迭代，并找到提供最大接收功率的发射天线位置和接收天线位置的组合。
由于最佳的tx/rx波束码本高度依赖于其设计的场景，因此使能波束码本适应变化的场景的系统将比仅单一的一个尺寸适合所有的波束码本表现地更好。本公开提供了随着时间为用户设备适配波束码本的方案。
该系统包括一个或更多个下面模块。
在一个示例中，包括波束码本(cb)集合，其包括存储在设备的内部存储器中的包括多个波束码本。在一个示例中，一种模块，其执行从外部输入(诸如，设备的传感器和基带测量)推断出的场景(或上下文)检测或确定。可以将场景或上下文定义为包括以下中的一项或更多项：设备取向、用户手柄、身体阻塞、网络部署场景、ue速度。示例设备取向包括纵向取向和横向取向。基带测量可以是基于基站发送的信号，包括ss块、csi-rs、跟踪参考信号(trs)。
在一个示例中，一种模块，其至少基于场景检测模块的输出来执行码本选择。为设备上的每个rf天线模块选择的码本可以是不同的。模块的输出是为每个rf天线模块选择的波束成形码本。在特殊情况下，将所选的码本应用于所有rf天线模块。
图26示出了根据本公开的实施例的示例多波束码本管理系统2600。图26所示的多波束码本管理系统2600的实施例仅用于说明。图26不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
图27示出了根据本公开的实施例的随时间的示例波束码本适配2700。图27所示的波束码本适配2700的实施例仅用于说明。图27不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
多波束码本系统如图26所示。波束码本随时间适配的示例如图27所示。
在一个实施例中，如果确定ue波束码本选择功能不能满足诸如性能要求(例如，rsrp、sinr等)的要求，则ue可以触发替代连接技术，例如2g、3g、4g或wi-fi无线技术。这为ue提供了回退连接。触发回退连接的其他方案也是可能的，诸如场景检测功能确定检测到的场景需要回退连接。
在一个实施例中，改进的波束码本可以经由在线波束码本学习框架基于真实用户数据来学习。ue测量数据或ue波束数据分析可以从活跃的用户设备(在后台)收集，并上传(例如，经由隧道技术)到云控制中心或ue波束码本学习单元，在其中新改进的波束码本可以被学习、重新设计或微调。然后，将新的ue波束码本推回用户设备，以提高波束成形性能。
图28示出了根据本公开的实施例的基于数据分析的示例ue波束码本学习2800。图28所示的ue波束码本学习2800的实施例仅用于说明。图28不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
该框架如图28所示。ue波束学习单元也可以位于边缘(无线网络基站)。在一个选项中，原始ue波束数据(即，在给定时间选择的波束标识)被发送到ue波束码本学习单元以进行进一步处理。在另一选项中，首先在终端上处理ue波束数据以提取某些特征或统计，然后通常以比原始数据大小显著小的数据大小将其发送到ue波束码本学习单元以进行进一步处理。
在终端的处理数据的示例是ue波束使用率的统计，即，ue波束被用于无线连接的时间百分比。ue波束可以被索引以指示波束的标识。在一个示例中，ue波束索引是在ue的所有波束上执行的。在另一个示例中，ue波束索引是针对每个天线模块执行的，在这种情况下，可能需要天线模块索引来唯一地识别波束。波束标识和相应的波束使用率可以被发送到ue波束码本学习单元。其他示例是波束搜索延迟和波束未对准事件的发生率。这些波束数据中的一个或更多个可以被收集并发送到ue波束码本学习单元。
图29示出了根据本公开的实施例的终端上的示例ue波束数据分析模块2900。图29所示的ue波束数据分析模块2900的实施例仅用于说明。图29不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
图30示出了根据本公开的实施例的终端上的另一示例ue波束数据分析模块3000。图30所示的ue波束数据分析模块3000的实施例仅用于说明。图30不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
为了理解由ue发送的数据的上下文，可以包括附加的上下文信息。上下文信息的示例包括ue位置信息(例如，从gps模块获得)、终端上的传感器数据(例如，陀螺仪、加速度计、惯性测量单元(imu))、设备模型和软件版本。
ue波束数据分析模块的一些示例如图29和图30所示。在图30中，场景检测模块可以与图26中的场景检测模块相同。
基于ue数据分析，ue波束学习单元可以为ue生成修订的波束码本或修订的码本集合。可以以针对每个单独的ue的专用方式修订码本。对于适合相同上下文简档的一组ue，码本也可以是通用的(或具有强相关性)，例如，对于相同硬件模型的所有ue，码本是通用的(或具有强相关性)，或对于同一地理区域的所有ue，码本是通用的(或具有强相关性)。
一旦在终端处从ue波束学习单元接收到修订后的波束码本，则ue波束数据分析模块可以将新波束码本的真实性能与原始波束码本的真实性能进行比较。可以比较一个或更多个性能度量，例如波束使用率、波束搜索延迟和波束失败事件的发生率。如果在一个或更多个度量中性能比原始波束码本差，则模块可以恢复到原始码本，并将新的性能信息提供给ue波束学习单元。该功能还可以由与ue波束数据分析模块不同的模块执行。
图31示出了根据本公开的实施例的终端上的具有其他波束管理块的示例ue波束数据分析电路3100。图31所示的ue波束数据分析模块3100的实施例仅用于说明。图31不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
如图31所示，ue波束数据分析电路3100包括cb集合块3102、场景检测块3104、cb选择块3106和ue波束数据分析块3108。cb集合块3102连接到cb选择块3106，并从ue波束分析块3108接收新的码本。场景检测块3104连接到cb选择块3106。cb选择块3106生成所选择的cb，所选择的cb被发送到ue波束数据分析模块3108。ue波束数据分析块3108接收其他上下文信息、来自调制解调器和/或rf电路的其他波束相关信息、以及新的码本。ue波束数据分析块3108生成到ue波束学习电路的数据分析。
图32示出了根据本公开的实施例的使用ue波束数据分析模块3200的示例过程。图32所示的使用ue波束数据分析模块3200的过程的实施例仅用于说明。图32不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
如图32所示，在一个实施例中，在步骤3202，ue波束数据分析模块从波束码本选择模块传感器接收信息。在步骤3204，基于接收到的信息，ue波束数据分析模块生成ue数据分析信息并将其发送到ue波束学习单元。
如图32所示，在另一实施例中，在步骤3206，ue波束数据分析模块从ue波束学习单元接收信息。在步骤3208，基于接收到的信息，ue波束数据分析模块将码本信息发送到终端码本数据库。
图31示出了用于多码本波束管理系统的ue波束数据分析模块和其他功能模块的图示。由ue波束数据分析模块执行的示例过程在图32中给出。
图33示出了根据本公开的实施例的示例ue波束数据分析电路3300。图33所示的ue波束数据分析模块3300的实施例仅用于说明。图33不将本公开的范围限制为任何特定实施方式。
如图33所示，ue波束数据分析电路3300包括cb集合块3302、场景检测块3304、cb选择块3306和ue波束数据分析块3308。cb集合块3302连接到cb选择块3306，并从ue波束分析块3308接收新的码本。场景检测块3304连接到cb选择块3306。cb选择块3306生成所选择的cb，所选择的cb被发送到ue波束数据分析模块3308。ue波束数据分析块3308接收其他上下文信息和来自调制解调器和/或rf电路的其他波束相关信息。
图34示出了根据本公开的实施例的用于ue波束数据分析模块的方法3400的流程图。图34所示的方法3400的实施例仅用于说明。图34不将本公开的范围限于任何特定实施方式。
在另一个实施例中，波束学习单元还位于终端上的ue波束数据分析模块中。图33给出了图示。除了在ue波束数据分析模块内也生成新码本之外，针对先前实施例提及的方面也适用于该情况。图34给出了示例过程。
为了使能用户选择波束学习和更新，可以在移动终端的用户界面上提供用户同意的选项。可以在终端的“连接”设置中提供用户同意的选项，以用于“5g毫米波波束学习和更新”。不排除其他位置。如果打开了“5g毫米波波束学习和更新”选项，则收集用户的波束数据分析并执行波束码本更新，否则不收集用户的波束数据分析并且不执行波束码本更新。
尽管已经利用示例性实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的这种改变和修改。
本申请中的任何描述均不应理解为暗示任何特定元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要元件。专利主题的范围仅由权利要求书限定。此外，所有权利要求均无意援引35u.s.c.§112(f)，除非确切的词语“用于…的装置”后面是分词。
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