CN109417409A - 用于混合波束成形大型天线***的多用户mimo的设计 - Google Patents

Abstract

模拟RF波束成形和数字预编码的混合组合用于改善信噪比，并减轻RF基站与该基站的小区区域内多个无线接收器之间的干扰。通过使用以标识每个无线接收器的优选波束的索引，可以减少波束成形训练的反馈开销。可以基于标识RF波束中的非冲突波束，以及将这些非冲突波束分配给相应的能够在共享传输时隙中充分利用所分配的波束的无线接收器，对信道训练进行调度。

Description

用于混合波束成形大型天线***的多用户MIMO的设计

相关申请案交叉引用

本申请要求于2016年6月29日提交的、申请号为15/197,030、题为“用于混合波束成形大型天线***的多用户MIMO的设计”的美国非临时专利申请的优先权，所述申请通过引用并入本文，如同全文再现。

技术领域

本公开涉及无线通信***，尤其涉及具有MIMO能力的网络中、用于使用混合波束成形技术通信的基站和无线终端。

背景技术

如果服务于空间分布的无线终端(又称用户设备部分或UE)的基站(basestation，BS)采用选择性波束成形，则这些无线终端部分的信噪比(signal to noiseratio，SNR)和网络吞吐量可以得到改善。然而，选择性波束成形可能较复杂且昂贵，当基站(BS)和被服务的无线终端(UE)中需要使用大量RF链时更是如此。

发明内容

根据本公开的一种由基站执行的混合波束成形方法，包括：(a)在发送导频信号时，使用所述基站的模拟波束成形子***对RF输出波束图案的有限集合进行顺序索引；(b)接收来自一个或多个终端的无线反馈报告，所述无线反馈报告标识由相应的反馈提供终端接收的至少一个优选RF输出波束图案；(c)为一个可分配的传输时隙分配两个以上所述反馈提供终端，以同时用于前向链路传输；以及(d)分别为所述两个以上分配的终端选择不同的RF输出波束图案，以承载同时的数据传输，其中，为所述可分配的传输时隙分配所述两个以上终端以及所述选择不同的RF输出波束是基于所述基站接收的相应的无线反馈报告的。

根据本公开的一种混合波束成形***，包括：(a)基站，其具有数字预编码部分和模拟RF波束成形部分；以及(b)多个无线终端，每个所述无线终端具有相应的模拟RF波束调谐部分和/或对应的基带数字微调部分；其中所述基站用于：(c)使用具有预分配且可分配的传输时隙中的一个或两个的传输协议，建立与所述无线终端的无线通信；(d)使用所述基站的模拟波束成形部分对所述基站可形成的RF输出波束图案有限集合进行顺序索引；(e)接收来自一个或多个无线终端的无线反馈报告，所述无线反馈报告标识由相应的所述一个或多个无线终端接收的至少一个优选RF输出波束图案；(f)为至少一个可分配的传输时隙分配两个以上生成所述无线反馈报告的无线终端；以及(g)基于所述基站接收的相应的无线反馈报告，使用两个以上不同的RF输出波束图案，以在分配的至少一个可分配的传输时隙为所述两个以上分配的终端执行相应的数据传输。

本发明内容是为了以简化的形式介绍一些构思，在下面的具体实施方式中将对这些构思进行更详细的描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

本公开的各方面通过示例的方式示出，并且不受附图的限制，附图中相同的附图标记表示相同的元件。

图1A为示出了用于提供改善的SNR并减轻多个接收器之间的干扰的混合波束成形***的示意图。

图1B为更详细地示出了基站(BS)和其服务的无线终端(UE)之一的混合设计配置的示意图。

图1C为示出了差分波束成形可以如何改善SNR并减轻由相同基站(BS)服务的多个MIMO接收器之间的干扰的示意图。

图2为示出了可以如何在频域和/或时域使用差分RF波束成形、动态数字微调和多路复用的透视图。

图3为使用不同反馈选项和波束配置操作的多个接收器的总吞吐量(总速率)的结果图；

图4为描绘使用混合波束成形同时服务多个UE的过程的流程图。

图5为描绘响应于单个波束标识反馈而联合选择发射RF波束和用户终端的方法的流程图。

图6为描绘用于响应于利用信号强度和/或调度权重度量作出的单个波束标识反馈而联合选择发射RF波束和用户终端的方法的流程图，其中该选择是用于以更好的性能同时服务更多数量的多个用户。

图7为描绘用于响应于至少一些标识两个以上波束或波束图案的响应用户终端而联合选择发射RF波束和用户终端的方法的流程图。

具体实施方式

公开了一种混合波束成形方法，用于改善基站(BS)与其小区区域内服务的无线终端(UE)之间的信噪比(signal to noise ration ratio，SNR)和总吞吐量。在一个实施例中，所述BS仅通过RF模拟操作(manipulation)发送不同图案的波束成形的信号，该波束成形的信号是顺序地从所述BS可用的波束图案有限集合中选择的。每个检测一个或多个独一无二波束图案的相应部分的UE反馈报告，该报告标识对该UE最有效的一个或多个检测的波束图案(或标识发送波束图案的信号或时隙(slot)；例如，通过使用标识索引的项目)。所述UE可以在所述反馈报告中包括附加信息，所述附加信息还标识与所述报告中优选发射波束图案对应的一个或多个本地检测的RF波束图案的接收信号强度和质量度量中的至少一个。然后，所述BS调度多维传输协议规划，该传输协议规划包括在可行的情况下，由使用相同的时间和/或频率资源的一个或多个UE对一个或多个传输时隙的共享的同时使用。对于由相应的UE共享的资源，所述多维传输协议可以是采用频分多址和/或时分多址的多维传输协议。利用针对所使用的波束图案而优化的基带预编码，执行对短期动态信道条件改变的适应。

图1A为示出了具有多端口基站110(例如，具有多天线发射器的基站)和大量(仅示出了两个：120A和120B)多端口接收器120(例如，每个包括多天线MIMO接收器——多输入/多输出接收器)的示例性无线通信***100的框图。基站110设计为通过易受噪声和/或干扰影响的无线通信传输空间115耦合到接收器120。该设计可以应用于宽带传输块协议104，其中，常规来说，传输块时隙中每个可用的传输块时隙一次服务一个接收器。然而，随着基站110的小区区域中接收器120的数量增加，期望使用波束成形来改善信噪比(SNR)性能并减少***100的多用户干扰，以便能够服务大量的接收器120，即使在协议104的相同时频资源单元中的同时传输可能彼此干扰。

理想地，传输块协议104中的任何频率列时隙(frequency column slot)和/或时间行时隙(time row slot)(其中101是时间传输时隙(temporal transmission slot)的轴，102是约束带宽传输时隙的正交轴)应当可用于任何接收器(例如，120A、120B)，无论该接收器放置在BS110的相应小区区域内的哪个位置。然而，三维(three-dimensional，3D)空间信道环境可以为多个接收器中每个接收器呈现不同的多径(multipaths)、反射和噪声条件，使得每个接收器经历不同的基站(BS)到接收器的耦合条件。在该图中，通信信道的三维(3D)方面表示为3D位置的函数，例如在Xch，Ych，Zch空间参考帧中的位置。信道行为作为时间、温度、湿度和其他环境变量的函数，也可能存在变化。

理想地，在所示的传输块协议104中沿着轴103的任何波束图案时隙应该可用于任何接收器(例如，120A、120B)，不论该接收器放置在BS110的相应小区区域内的哪个位置。然而，三维(3D)空间信道环境(例如，115A-又称信道A，115B-又称信道B)可以为相应的UE的不同位置的多个波束图案中的每一个波束图案呈现不同的多径、反射和噪声条件，使得每个接收器(例如，移动终端)，在处于不同位置时，对在传输频时隙轴(transmissionfrequency slot axis)102的可用列中使用的不同波束图案有不同灵敏度的体验。理想地，基站(BS)110想要使用传输块协议104的每个可用时隙，通过使用差分波束成形向大量接收器进行同时发送(以及从其接收)。然而，实用性，包括每个频率列内的信号衰减，会使每时间/频率时隙中可以同时使用相同频率列时隙的接收器的数量减少至一个。(尽管未在图1A的理想化传输块协议104中示出，但是应当理解，预定义协议可以规定一些时隙(slot)承载控制信号，BS 110以此方式向其小区区域内的用户终端(UE：例如，120A、120B等)发送配置命令和其他指令。

从每个相应的MIMO接收器(例如，120A、120B)的角度来看，鉴于它们在3D信道环境内的放置，相应接收器和基站110′之间的电磁链接(electromagnetic linkage)可以视为相应的用户信道(例如，115A、115B)，这些用户信道具有其特有的衰落信道(例如，信道A、信道B的，等)，这些属性可以随时间快速、动态地改变。所述相应的MIMO接收器(例如，120A、120B)用于通过与基站110的无线耦合，随着时间提供反馈信息信号(116和118)，所述反馈信息信号涉及相应经历的用户信道(例如，115A、115B)的特性。然后，基站110可以相应地调整其内部工作(包括定义其时隙使用的调度规划)。

在示出的示例100中，基站110具有数字基带预编码部分110A以及模拟波束成形部分110B。模拟波束成形部分110B利用相应的相移(phased)发射信号X1、X2、...Xn驱动多个RF天线，以形成相应的RF输出能量波束。在相应放置的MIMO接收器(例如，120A、120B)处，由每个接收器的多个接收天线对这些能量波束进行接收，可选地，在接收之后对其进行相移和组合，以便为接收的波束提供相应的波束图案敏感度。所述相应放置的MIMO接收器(例如，120A、120B等)还分别无线地反馈信号118和116，以允许所述基站确定如何配置其模拟波束成形选择110B和基带预编码配置110A，以改善性能(包括尽可能多地调度可用时隙，以为可能的不止一个的接收器同时消耗提供多用户传输资源。相应的反馈信号116和118中的信息量(开销信息)分别表示为116oh和118oh。考虑到允许的开销量118oh以及如下所述的使用所述反馈信息的不同方式，可以使用不同的反馈格式(format)标识每个协议时隙的一个或多个优选的RF发射波束。

图1B更详细地示出了示例性实施例105。此处基站110’包括由从基带预编码部分110A′输出的数字信号所驱动的多个RF链模块111a、111b、.....111n(未全部示出)。RF链模块111a、111b、......111n中的每一个包括数模转换器(digital to analog converter，DAC)(未示出)，其用于将输入数字信号流转换成相应的输出RF信号流，随后将该输出RF信号流应用到模拟移相器。基带预编码部分110A′还输出命令信号，其用于控制相应的模拟移相器112a、112b、......112n(未全部示出)的模拟相移量。相应的发射天线的每一个具有相应的相移信号组合器113a、113b、......113n(未全部示出)，以组合来自相应的RF链模块111a、111b、....111n的相应的相移RF信号。所述多个天线的组合相移激励可用于生成输出RF能量的形成不同图案的波束或波束图案。

在所述接收器端，例如第j个用户设备模块UE_i的接收器端，另一组RF移相器122a、122b、...、122n(未全部示出)将接收信号相应的相移版本馈送到相应的RF链解调器121a、121b、...、121n(未全部示出)。所述RF链解调器包括模数转换器(analog to digitalconverter，ADC)(未示出)，其用于将解调的RF信号转换为基带数字信号。然后，所述接收器的基带滤波部分120A′执行数字编码调谐，以提取接收的RF波束的数字信号信息。每个接收器可以控制其相应的RF移相器122a、122b、...、122n和相应的RF链解调器121a、121b、...、121n，以便实现综合(omnibus)波束灵敏度或调谐到一个或多个特定波束或波束图案的灵敏度。基站(BS)110′可以使用传输块(例如，图1A的104)的控制时隙，指示其小区区域接收器中可单独寻址的接收器，以实现综合波束灵敏度或调谐到一个或多个特定波束或波束图案的灵敏度。

参考图1C，图中示出了一个实施例106，其中，当基站的小区区域中的用户设备模块UEl、UE2、...、UEn处于波束训练初始模式(对比于稍后描述的第二种模式——信道训练模式)时，基站110”对其相应的天线可产生的RF波束或RF波束图案Bm1、Bm2、...、Bmn中的独立的RF波束或波束图案进行顺序索引。每个UE将相应的反馈信号(例如，UE1_FdBack)无线地发送回所述基站，所述反馈信号以各种方式指示索引的RF波束或其波束图案(Bm1、Bm2、...、Bmn)的哪一个或哪几个是最佳信号或最强和/或最高SNR信号前N(例如，N＝1、2、3、...)之一，以及可选地，至少对所述接收器标识为最佳或较好的几个之一的接收的RF波束指示信道质量指示(channel quality indicator，CQI)、和/或标识特定波束图案，其中每个所述特定波束图案关联于相应的所述接收器检测的前N最好的发射RF波束或波束图案。在一个实施例中，如果不同UE中的每个UE将相应的不同RF波束或非重叠波束图案(未被其他UE中的任何一个报告为其最佳的波束图案)报告为最强或最佳，然后基站110”自动地分别将每个UE报告的最强和非重叠波束/波束图案映射到对应的UE。

参考图2，该图以三维透视图示出了基站可以如何将信号传输的调度分配给相应的UE，使得多个UE可以同时使用相同的频率/时隙，并通过使用不同波束图案(其标识沿轴203放置)避免过度干扰。在传输空间200的3D表示图中，轴201是时间行时隙轴，轴202是频率列时隙轴。如本领域技术人员可以理解的，由于包括多普勒频移和温度效应在内的各种影响，频率可能偏离协议的理想频率。因此，所述基站(BS)在传输块204a的多个时隙中***所谓的“导频”信号(在椭圆内以“P”表示)，并且所述接收器使用该导频信号来锁定所述BS输出的当前频率。尽管未在第一块204a中示出，但是一些其他时隙可以专用于支持控制信号，其中通常将示出的第二块204b的控制信号“C”206放置在该块的第一时间行时隙之一中，用于定义如何使用后续放置的时间行时隙和/或频率列时隙。还可以将该协议结构的另一些时隙用于向小区区域内的活跃UE中相应的UE发送相应的信号，并接收来自这些UE的信号。如果基站能够形成相应的时隙共享UE可以识别并区分为分别仅指向他们的两个以上波束图案，则单个这样的F/T时隙可以同时服务两个以上UE。所述基站(BS)将首先尝试创建配置，其中每个可用于BS到UE操作的信号传输的时隙将支持多个UE而不是仅支持一个UE。然而，如果不能这样做，所述BS可以缩减至每个可用时隙仅调度一个UE，这种配置提供最小的吞吐量能力，而非较大且更期望的吞吐量能力。(简要参见图3中的吞吐量轴302)。可以基于不同UE的差分RF波束成形以及不同UE的动态数字微调，使用共享时隙时间上的调度，以便改善SNR并减轻由同一基站(BS)服务的多个MIMO接收器之间的干扰。

这里描述的***使用两步训练处理。在第一训练处理步骤(RF波束训练模式)中，所述基站使用模拟形成的不同发射RF波束发送协议定义的或以其他方式指定的导频信号，然后所述UE的每一个返回反馈，所述反馈标识导频信号和/或者传输时隙(即相应的RF波束中的哪一个)中的至少一个被检测为最强，包含或者不包含关于如何接收导频信号和/或传输时隙的信息，。基于来自所有用户的报告，其中，这些报告可能是UE在不同的时机发送，所述基站响应地选择在相应的一个或多个F/T时隙中使用的一个或多个可模拟形成的RF波束，并选择将会使用这些选择的波束中相应波束的相应的用户终端。在一个实施例中，所述基站(BS)使用传输块(如204a、204b)的控制信令时隙206将该基站的决定通知给所选择的UE中的每个UE。

在第二训练处理步骤(预编码训练，也称信道训练)中，所述基站再次发送所述导频信号，在这次发送中使用所选择的最佳波束。作为响应，每个所选UE执行其本地信道估计的操作，并向所述基站(BS)返回进一步的反馈，以提供相应的信道特征信息。作为响应，基于在第二训练过程中提供的UE反馈，所述基站(BS)为每个UE配置数字预编码。然后，所述基站(BS)制定包括自适应预编码配置的调度计划，并通过其传输协议中包括的控制信令时隙(C 206)将该调度计划传送给在其小区区域内的UE。此后，所述基站(BS)可以使用模拟形成的和选择的波束图案以及数字配置的预编码开始操作信号传输。

如图2所示，如果在制定用于可能的同时的时隙共享的计划时，所述基站成功地将多个用户终端(例如UE 1和UE 2)分配给相同的F/T时隙，则这意味着当实施所制定的调度计划(默认计划是每个时隙仅分配一个UE，从而达到次最优的吞吐量)时，这些终端将同时共享分配的F/T时隙资源。为了实现可能的同时多用户传输，图2的子步骤22la指示了过程221的部分内容，以实施时域中RF波束的选择。另外，当选择将由所选用户终端(例如，UE1和UE2)使用的RF波束或波束图案时，所述基站控制器还选择将潜在地共享时隙的多个用户终端。在识别将用于特定时段(在波束训练之后)的相应波束图案之后，所述基站可以为用户终端的每一个分配相应的较短的更新间隔，其中，在所述较短的更新间隔中，所述基站将执行用于所述用户终端中的每一个的相应的数字预编码过程的动态微调(信道训练)，以便进一步减轻共同调度(co-scheduled)的用户终端的经由瞬时信道条件的信号之间的干扰。应当理解，那些并不是每一个都被调度以支持一个、两个以上用户终端的时隙，可以调度用于提供包括但不限于传输导频信号(P)或传输控制信号(C)的其他功能。

在所示的相应的传输块(204a、204b)的侧壁，指示了当响应于瞬时信道条件，数字预编码选择变化得更加频繁时，RF波束图案选择相对稳定。在操作传输之前，可能需要保护时间段和/或处理时间段以给基站时间随着条件发生变化(例如，当服务于不同的用户集合时)改变所述RF波束图案。由于RF波束图案是由组合的RF链形成的模拟形成的波束，所述RF波束图案在所述调度计划中每个时隙所使用的频率的使用范围内，将基本是固定的。然而，如果可以使所述保护时间段和/或处理时间段相对较短，则可以更频繁地改变模拟定义的RF波束图案。另一方面，随着相应的信道条件在频域变化(例如由于多普勒频移)，数字执行的预编码可以快速改变，，以在频域提供基带微调。可以使用各种不同的基站过程，每个过程，就所有选择的UE的总信号吞吐量(例如，图3的轴302)、所需的RF链的数量以及所需的反馈开销量而言，具有各自的优点和缺点。

参考图3的多曲线图300，其示出了总吞吐量(就比特每秒每Hz而言)与基站处的天线数量之间的多个计算机仿真结果。横轴301表示基站天线的数量N_BS。纵轴302表示总吞吐率。所使用的绘图符号的图例说明在305处示出。可以理解，曲线325代表了总吞吐率的最佳结果，其中曲线325包括每个活跃用户终端的反馈，该反馈指示前两个最佳的发射RF波束图案，同时为前两个选定波束图案中的每一个提供信道质量指示(CQI)，并且同时以相对固定的模拟波束成形和较快速的自适应数字预编码的混合模式操作，并为所选的两个最佳的波束图案提供信道质量信息(channel quality information，CQI)。曲线309提供了混合操作的参考曲线，但没有任何试图避免波束图案冲突的过程。曲线320描绘了每个用户终端识别从基站接收的两个最佳发射RF波束图案，但不提供相应的CQI反馈的结果。曲线310描绘了每个用户终端仅识别来自基站的一个最佳发射RF波束图案，且不提供相应的CQI反馈的结果。曲线315描绘了每个用户终端仅识别来自基站的一个最佳发射RF波束图案，且还为该识别的RF波束图案提供相应CQI信息的结果。应注意，性能较好的曲线325表示每个用户终端识别来自基站的两个最佳发射RF波束图案，且还为这两个最佳RF波束图案中的每一个提供相应的CQI信息的结果。

接下来参考图4，描绘的过程400用于使用混合波束成形同时服务多个UE，该过程可以从401处开始。

在步骤402，基站根据预定的或控制信号指定的协议向潜在地存在于其小区区域中的所有用户终端(UE)广播包括多个传输块的传输序列，所述预定的或控制信号指定的协议具有填充有导频信号的F/T时隙，其中所述导频信号是使用不同的RF波束图案(重复发送所述RF波束图案中的每一个，可选地，采用不同的离散信号强度发送)重复发送的，使得该小区区域中的所有活跃用户终端可以潜在地接收不同的，但是每一个都重复的，波束图案(可选地，以不同的离散信号强度输出)，并且可以评估其接收的每个RF波束的强度和其他可选参数(例如，CQI)，并且可以向基站上报，在信号强度和其他信号接收度量中的至少一个方面，检测到的哪个发射波束图案是检测的波束图案中的前N个较好的波束图案，其中N为预定的整数，例如1、2、3等。(信号接收度量可以包括统计导出的度量，例如时间和/或特定频率时隙上的最佳平均信号强度、和/或时间和/或特定频率时隙上的最佳平均信号质量(CQI)。)

在步骤403，所述基站的小区区域中的每个活跃用户终端(UE_j)被编程用于接收顺序发送的、具有不同波束图案(以及可选地不同的传输强度)的导频序列，并且测量那些发送的导频序列中检测到的与每个本地检测的传输的本地信号强度和/或的其他接收度量(例如，CQI)有关的导频序列。如下面更详细地解释的，由于高频带中的过度衰减、多径效应和/或反射，并非所有UE都一定会接收所有的发送的导频信号。

在步骤404，每个参与用户终端自动处理它检测到的导频信号，并根据接收侧的相对信号强度、接收侧的绝对信号强度和接收侧的信号质量(例如，CQI)中的至少一个对这些导频信号进行分类。

在步骤405，每个参与用户终端通过传输协议中预先安排的时隙(例如，控制信号传输时隙)上报其信号处理操作的结果。如上所述，向所述基站(BS)无线上报的反馈信息量将增加从用户终端发送到基站的反馈的信号开销。在极简操作中，每个UE仅上报标识了其接收的作为本地最强波束或波束图案的发射RF波束或波束图案的标识(例如，预先指定的数字索引)。如果采用更具信息的反馈操作，则每个UE可以上报更多的详细信息，例如对于F/T协议传输块中每个导频占用的时隙，哪个可标识的波束或波束图案构成所接收的前N个最强的波束或波束图案。如果实施另一更具信息的反馈操作，则每个UE还可以另外上报其他度量，例如每个接收信号的质量(例如，CQI)，或经由占用一些时频资源的反馈报告中的每个优选波束发送的每个导频信号的平均和/或求和结果。

在步骤406，取决于使用哪种反馈实施方式，所述基站(BS)处理所接收的响应的用户终端(UE)的反馈报告，并基于这些报告从所有反馈的波束中为其自身识别独一无二的(unique)波束或波束图案集合，该独一无二的波束或波束图案集合表示在该集合中至少从某种意义上说，没有两个波束是完全相同的，然后从识别的独一无二的波束的集合中选择波束的第一子集，所述第一子集将用于信道训练。当所述基站使用从所述识别的独一无二的波束集合中选择的波束或波束图案的第一子集时，所述基站(BS)还从所有响应的终端的集合中选择将会参与信道训练的用户终端(UE)的子集(第二子集)。

步骤407表示可以在所选择的用户终端的第二子集的信道训练期间发生的操作。通过使用上行链路探测(例如，在TDD***中)和UE反馈(例如，在FDD***中)中的至少一个，所述BS子集获取响应于来自接受训练的UE的第二的所选的训练RF波束图案的第一子集而生成的相应的下行链路信道信息。

在步骤408，利用相应的下行链路信道数据，当发送训练后的操作数据时，所述BS为所选的第一子集的训练RF波束图案生成相应的数字基带预编码，以与相应的第二子集的UE一起使用。在该步骤后的一个实施例中，所述BS可以进一步对为所述第一子集选取的RF波束向下选择(减少数量)和/或进一步对为所述第二子集选取的用户终端向下选择(减少数量)，从而减少第一和/或第二子集的成员数，从而仅保留训练RF波束图案的所述第一子集中更优的训练RF波束图案与相应的接受训练的UE的所述第二子集中更优的终端一起使用。然后，所述基站(BS)可以为相应的向下选择的UE的向下选择的RF波束图案生成相应的、甚至更微调的数字基带预编码。

在步骤409，在已经选择优化的RF波束图案及其相应优化的数字基带预编码之后，所述基站(BS)生成传输调度矩阵，所述传输调度矩阵定义：哪些UE将在正常的(操作、训练后)传输块操作中共享F/T时隙，哪些RF波束图案将以最小化信号冲突机会的方式用于该共享时隙的UE，哪些数字基带预编码，考虑到UE中的每一个经历的现有信道条件，将用于UE中的每一个以最优化信号质量。所述基站(BS)使用控制信号向已被选择同时共享使用一个或多个F/T时隙的UE指示时隙的标识和相应的UE将调入的相应波束或波束图案的标识，以及相应的UE将数字滤波的相应的预编码的标识(参考图1B的基带滤波部分120A’)。未被指示的其他UE可以继续像他们先前那样操作。

参考步骤411，由于并非所有UE都已经在步骤406-407中被训练并且相应地被指示，因此在步骤411中执行测试以确定是否存在更多的独一无二波束图案子集和/或更多需要训练的UE子集。如果是，则该过程返回到步骤406进行更多UE的信道训练。如果否，则该过程前进到步骤412以确定是否由于条件改变(例如，有新UE进入小区区域、旧UE已离开、已出现新的干扰源等)而需要重复整个过程(例如，重置，或向新到小区区域内的UE提供使用共享时隙的机会等)。如果是，则该过程返回到步骤402。如果否，则返回到步骤409，并维持当前调度矩阵。

参考图5，示出了描绘响应于单个波束标识反馈且未反馈施加在所述基站的信号强度或调度权重，用于选择发射RF波束选择和用户终端的方法500的流程图。更具体地，可以在步骤501进入该过程。在步骤502中，在所述基站已经指示其小区区域中的多个用户终端接收从所述基站发送的波束或波束图案序列之后(例如，使用由导频信号占用的F/T时隙)，并且在被指示的用户终端(UE)根据一个或多个度量(例如，每时间和/或每频率时隙的单独信号强度；每一个或多个时间和/或频率时隙的平均信号强度；信号强度方差；信噪比；信号质量(CQI)等等)分析所接收的那些波束或波束图案中的波束或波束图案之后，所述被指示的用户终端将一个或多个本地分析结果的指示作为反馈发回基站(BS)。在一个实施例中，为了最小化反馈开销，每个响应的基站返回标识RF波束选择的单个索引值，，其为由该用户终端(例如，UE_j)分析的度量，产生最佳接收结果(例如，最强信号)。

在步骤503中，基于来自UE的反馈报告，鉴于来自UE的一个反馈报告中的一个波束图案也可能出现在来自另一UE的反馈报告中，所述基站(BS)识别出独一无二的波束图案集合。对于该独一无二的波束图案集合中的每个波束图案，所述基站识别在其相应的反馈报告中标识出该波束图案的一个或多个用户。如果该独一无二的波束图案集合中的一个波束图案对于两个或更多用户是优选的，则将该波束图案称为冲突波束图案。

在步骤504，所述基站确定独一无二的RF波束或波束图案的数量是否大于可以由所述基站在任何时间产生的RF波束图案的数量。在一个实施例中，这是通过比较独一无二的发射RF波束的数量与基站在支持多用户共享F/T时隙中可用的可操作RF链(N_RF，BS)的数量来确定的。如果答案为否，则控制转到步骤505b，其中所述基站选择存在于所述独一无二的波束集合(集合V)中的所有波束。如果答案为是(意味着没有足够的可用RF链)，则控制转到步骤505a，其中所述基站随机选择存在于所述独一无二的波束集合(集合V)中的波束子集，其中所选择的子集中成员的数量匹配N_RF，BS(可用于支持多用户共享F/T时隙的可操作RF链的数量)。

在随后的步骤506中，对于独一无二的发射RF波束集合中的每一个，所述基站(BS)从用户终端或冲突的UE子集中选择相应的用户终端(例如，在随机选择的基础上)，该用户终端或冲突的UE反馈标识为它们的最佳波束或波束图案的波束标识。

在步骤507中，所述基站(BS)通过使用可用时隙来调度信道训练会话，以形成待传输的RF波束阵列，该RF波束阵列标识传输块时隙的相应的三元组(triplet)、待训练的波束图案和待训练的用户终端。所标识的传输块时隙可以是一个时间行或一个频率列或对时间范围和频率范围的更小标识(例如，单个F/T时隙)。在随后的步骤508中，将标识的可用时隙分别用于对标识的独一无二的波束或波束图案与相应的用户终端(例如，UE_i，i是1-U范围内的整数)对(pair)执行信道训练。在一个实施例中，所述基站(BS)在所述可用时隙中识别的可用时隙中发送具有相应的独一无二的波束或波束图案的相应的导频信号，用于执行发送侧信道训练。

尽管上述过程500仅为所选择的波束图案而选择用户子集，以使得不存在任何冲突，但是在本公开内容的考虑范围内，可以在顺序的基础上选择在第一轮选择中未被选中的其他用户终端和波束在其他时隙中使用。例如，在步骤505a中，代替随机选择波束子集，可选地，所述基站可以将所述独一无二的波束划分为若干具有重叠或不具有重叠的N_RF，BS个或是预定数量个RF波束的子集，并依次(例如，循环次序(round-robin turns))选择该子集中的一个，并因此选择相关的用户集合，用于根据其次序进行基带信道训练。类似地，在步骤506中，对于所选择的RF波束中的每个所选波束，替代在反馈该相同波束图案的用户中随机选择用于训练的用户终端，所述基站可以轮流为其中一个用户配置不同的时隙用于信道训练，或为信道训练配置所有用户，然后依赖于调度算法在基带信道训练之后选择适当的用户。

参考图6，示出了描绘响应于带有信号强度和/或调度权重度量的单个波束标识反馈，用于联合选择发射RF波束和用户终端的方法600的流程图。更具体地，步骤602表示RF波束训练会话的结束，在RF波束训练会话中，每个响应的用户终端已经反馈单个波束或单个波束图案的标识索引以及用于相应的CQI的实际值或令牌(token)，和/或所述基站已经提供了每个用户的调度权重，该调度权重表示该用户终端自上次接受服务以来已经等待了多长时间和/或该用户终端订阅了什么服务优先级。

在步骤603中，所述基站(BS)确定哪个反馈索引不是独一无二的(并且由此识别所述独一无二的波束集合中每个波束的冲突用户)。

在步骤604中，所述基站(BS)确定当前独一无二的波束选择的数量是否大于基站中的可用RF链或是是否大于用于基带信道训练的所选RF波束的预定最大数量。如果当前独一无二的波束图案集合的数量较大，则控制转到步骤605a，步骤605a中所述BS选择等于或小于当前可用RF链的数量的非冲突波束或波束图案的子集，或者选择等于或小于用于基带信道训练的所选RF波束的预定最大数量的非冲突波束或波束图案的子集。优选地，根据其他反馈的度量中的一个或多个对所述独一无二的波束的反馈信息进行分类，使得所述BS首先选择报告最有利的一个或多个度量值的独一无二的波束和相应的用户终端对，例如最强信号强度、最大加权信号强度、最佳实现传输速率、最大调度权重，最佳CQI等。或者，如果存在足够或更多的当前可用的RF链，则控制转到步骤605b，步骤605b中所述BS选择由其相应的配对的用户终端报告的所有独一无二的RF波束。

在步骤606中，对于每个所选发射RF波束是独一无二的RF波束的情况，所述基站(BS)将该发射RF波束或波束图案与其相应的用户终端配对。

在步骤607中，所述基站(BS)使用所选择的识别的波束和相应的用户终端对来定义其信道训练调度。然后在步骤608中，所述BS执行相应的信道训练。

参考图7，示出了描绘响应于至少一些响应的用户终端标识了两个或更多波束或波束图案但没有反馈相应的信号强度和调度权重，用于发射RF波束和用户终端选择的方法700的流程图。

更具体地，步骤702表示RF波束训练会话的结束，RF波束训练会话中每个响应的用户终端已经反馈了一个或多个波束或波束图案标识索引，但是没有反馈对应的CQI的相应值或令牌和/或一起反馈了调度权重以表示自上次接受服务以来该用户终端已经等待了多长时间和/或用户终端订阅了什么服务优先级。

在步骤703中，所述基站(BS)首先从所有反馈波束形成独一无二的RF波束集合。另外，在另一存储的集合中，所述BS跟踪尚未接收到信道训练并因此等待进行这种信道训练的候选用户终端。在步骤704中，对于候选RF波束集合中的每个RF波束，计数有多少候选用户终端反馈将该候选RF波束标识为其最强或最佳选择，即计数该RF波束的冲突数量。

然后在步骤705中，所述BS选择具有最少数量的候选用户终端竞争用该候选RF波束(或波束图案)进行信道训练的候选RF波束。然后在步骤706中，在已经选择了候选RF波束的情况下，所述BS随机选择标识出该候选RF波束的相关候选用户终端中的一个，或者选择不仅标识出该候选RF波束，而且对于用户的反馈报告中的所有波束，RF波束冲突数量也最少的相关候选用户终端中的一个。

在步骤707中，从分别存储在独一无二的RF波束集合和候选用户终端集合中移出所选择的独一无二的RF波束和候选用户终端对。相应地，该结果有必要在该过程的下一循环(注意回送路径710)中复制。在步骤708中，将选择步骤705中所选的同一RF波束作为他们的多个选择之一的所有其他候选用户终端从候选用户集合中移出。

测试步骤709确定所选波束的数量是否达到基站RF链的数量或是否达到预定的最大波束数量，或者是否没有候选用户终端等待分配以用相应的波束或波束图案训练。如果答案为否，则回送路径710将返回控制到步骤704。否则，在步骤711中基于所选择的波束和用户终端对执行信道训练。

现在将呈现更为详细的关于UE反馈和波束/用户选择的方法和装置的描述。在本节中，考虑多用户MIMO(multiuser MIMO，MU-MIMO)的设计用于采用混合波束成形的大规模MIMO(多输入/多输出终端)，其中使用相移天线阵列形成的模拟射频(radio frequency，RF)波束的组合与数字基带预编码相结合。公开了几种RF波束优化反馈的方法。不同的波束训练反馈方法对发射侧RF波束选择以及为使用相应的RF波束选择(例如，在随后的信道训练中以及之后操作性的通用目的的使用中)的用户终端选择有对应的算法。

更详细地，大规模天线***或所谓的大规模MIMO(多输入多输出)***可以为下一代(例如，5G)无线***提供期望的优点，从而允许增加的***容量。然而，在实践中，大量射频(RF)链的实施具有挑战性且成本高，特别是在高频带中且若是用宽带宽实施的情况下。为了克服这个问题，提出了混合波束成形，在性能/灵活性和成本之间提供良好的折衷。混合波束成形将基于相控阵(phase-array)天线的波束成形(RF波束成形)与数字基带信号处理相结合，以实现基带波束成形或预编码。与数字RF波束成形相比，利用模拟RF波束成形可以减少波束成形所需的RF链的数量。同时，模拟RF波束成形仍然可以实现某些波束成形增益，例如增加无线链路的有效信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)。利用基带数字预编码，可以进一步增加SNR，并且利用可以改善多用户MIMO(multiuser MIMIO，MU-MIMO)性能的预编码技术可以减少干扰。当实施混合波束成形时，即两级波束成形过程一个在模拟RF域中，另一个在数字基带域中，在实施基带处理之前，首先用RF波束训练过程选择在每个传输时隙中使用的RF波束。在选择特定RF波束之后，可以通过第二级信道训练过程，从基于时分双工(time-division duplexing，TDD)***的下行链路/上行链路互易性的上行链路测量中，或者从频分双工(frequency-division duplexing，FDD)***的用户信道反馈中，捕获相应的动态信道状态信息(channel state information，CSI)。

2.总***模型

考虑下行链路多用户MIMO***，其中在基站(BS)具有M_T个天线并在每个用户设备(user equipment，UE)或终端处具有M_R个天线。用户终端k接收的信号矢量表示为并可写为

在公式(1)中，大小为M_T×M_R的复矩阵H_k是基站(BS)和第k个用户终端之间的信道增益矩阵。此处，x为M_T×1，是发送信号矢量，是加性噪声向量，以及符号表示厄米特矩阵(matrix Hermitian)。利用多用户MIMO线性预编码，发送信号可以表示为：

x＝V s， (2)

在公式(2)中，s为发送数据符号矢量。

对于混合波束成形或混合预编码，可以采用两级波束成形，其包括模拟相控阵(phase-array)移位RF波束成形处理和基带数字预编码处理。如图1A所示，利用混合波束成形，所述MU-MIMO的发射预编码可以表示为x＝F_RF F_BB s， (3)

在公式(3)中，F_RF和F_BB分别表示RF波束成形矩阵和基带数字预编码矩阵。用符号B表示RF波束的数量，则RF波束成形可以表示为

在公式(4)中，为M_T×1，1≤b≤B为具有相控阵开关(switch)的配置的波束，其将通过具有RF链的数模转换器(DAC)从数字数据流转换为模拟信号。

对于相应的基带预编码，可以应用以下公式：

在公式(5)中，B×1的1≤u≤U为多至U的数据流中的第u个数据流的基带波束成形向量。假设总共存在N_RF，BS个RF链，则基于混合波束成形模型，可以存在以下BS侧的***设计约束：

B≤N_RF，BS， (6)

U≤B. (7)

更具体地，在接收器端，假设每个用户终端允许单个数据流并且存在K个用户终端，即U＝K，其中接收波束成形也可以是基于相控阵的RF波束成形，则基带的接收信号可以表示为：

在公式(8)中，w_k，RF为M_R×1，表示接收RF波束成形。公式(8)中的接收信号假定具有一个接收数据波束的单个RF链。如果每个接收器具有多个RF链，则接收RF波束成形之后的信号矢量可以由下式给出：

在公式(9)中，W_u，RF为M_R×A_k，是对应的接收RF波束成形矩阵，即A_k是使用中的第k个活跃用户的接收RF链，W_k，BB为A_k×S_k，是基带数字接收过滤，S_k是由所述基站服务的U个流中用户k的流的数量。因此，∑_kS_k＝U。对于接收侧数字波束成形，可以采用最大比合并(maximum ratio combining，MRC)和最小均方误差(minimum mean-square-error，MMSE)滤波中的至少一个。与发送侧类似，可以应用以下接收器侧波束成形的约束：

S_k≤A_k， (10)

A_k≤N_k，RF，UE， (11)

在公式(11)中，N_k，RF，UE是第k个UE处的RF链的数量。

利用发射侧和接收侧的RF波束成形，在接收器端的单个RF链和多个RF链的等效信道可以分别由下式给出：

如果所述基站的处理***在为每个用户终端应用发射RF波束成形和接收RF波束成形之后知道所述等效信道，则所述基站的处理***可以利用现有的MU-MIMO线性预编码方法，例如，迫零(zero forcing，ZF)方法、正规化ZF方法等，执行基带多用户MIMO预编码。

这里为了简单起见假设每个用户终端只有一个RF链。因此，对于每个用户终端，所述等效信道仅为一个列向量

3.具有混合波束成形的多用户MIMO

使用混合波束成形来执行多用户MIMO的过程已在公式(1)描述。这里重新概述如下。

{1}给定分别用于发射器和接收器的大小为的候选RF波束成形集合和大小为的候选RF波束成形集合第一步是执行第一级RF波束训练。每个用户终端标识产生最高信号功率的最佳发射和接收RF波束对，即

在一个实施例中，标识最佳发射RF波束的索引随后被反馈给所述基站，如图1A中118所示的例子。

{2}基于用户终端反馈(例如，118)，所述基站形成发射RF波束成形矩阵并进行第二级训练(信道训练)。每个用户终端估计相应的等效信道矩阵并反馈来自大小为的码本C_H的h_k的量化，其中

{3}给定所述基站可用的来自所有K个用户终端的等效信道H＝[h₁，…，h_K]，然后所述基站的数据处理部分执行基带预编码，例如ZF预编码在归一化之后，可以根据下式实现用户k的基带预编码：

以上描述的第一过程并非没有问题。首先，由于发射RF波束的量化可用性，不同的用户终端可能将相同的发射RF波束选为它们的最佳选择。这种量化是由于硬件限制，例如，天线尺寸和它们的数量/位置、成本等。在RF波束分辨率和第一级RF波束训练复杂性之间还存在折衷。如果由于相同的波束选择而在发射RF波束上发生冲突，则用相同的发射RF波束来形成基带预编码是不高效的，这是秩亏的。其次，由于有两级信道训练，第二级依赖于第一级RF波束选择，对于在第一级未被选择进行训练的用户终端，由于信道信息对它们不可用，无法在第二级对相同的用户终端执行用户调度。另一方面，如果在第一用户终端的最强发射波束与其他用户终端的第二最强发射波束之间存在冲突，则当形成BB预编码作为K个RF波束时，所述基站对UE的选择可能不能支持所有K个用户。

{4}针对具有混合波束成形的MU-MIMO提出的设计

在针对具有混合波束成形的MU-MIMO的下一级建模中，考虑的是接收器也配备有模拟RF波束成形的场景。高频带上的路径损耗可能非常高，期望有用于无线传输的非常高的频带上的发射侧的RF波束成形。在进行数字基带处理之前，接收侧的RF波束成形可以进一步将有效信号强度提升到一定水平。对于相对较低的频带，接收侧RF波束成形可能不是必需的，并且将其排除会简化训练过程。值得注意的是，由于接收侧RF波束成形对***施加了额外的约束，所以这里公开的方法和协议可以应用于没有这种约束的情况，即没有接收RF波束成形，或者可以轻易地扩展到这种情况。

{4.1}RF波束信号强度的反馈

在训练的第一级期间，对最佳发射RF波束的标识的反馈可能不足以选择非重叠的发射RF波束。使用户终端按以下方式将组合信号强度或信道质量也发回可能是有益的：

其中所选择的发射和接收RF波束的组合由{g_k，RF，v_k，RF}表示，反馈也提供最强的发射RF波束的索引。从公式(16)可以看出，对于宽带信号，可以测量第k个用户终端检测到的信号强度S_k。可以基于信号强度等级(如参考信号接收功率(reference signal receivedpower，RSRP))或基于信息速率(例如log₂(1+s_k(g_k，RF，v_k，RF)/σ²)，其中σ²是接收RF波束成形之后的接收噪声方差，类似于LTE***中的信道质量指示(CQI))量化信息s_k(g_k，RF，v_k，RF)。由于考虑到反馈开销，可以预定量化级别的数量。由于最佳接收器RF波束成形与发射RF波束成形相关联，因此可以在符号s_k中丢弃接收侧RF波束以简化符号，从而得到s_k(v_k，RF)。通过检测基站处来自每个用户终端k的可用的所选波束的返回信号强度，所述基站可以在报告相同发射RF波束的冲突用户终端中选择具有最强返回信号强度的用户终端，即

在一个实施例中，在LTE***或一般宽带OFDMA***中按两级实现用于共享资源(例如，时/频时隙)和资源分配(即，MAC层调度)的联合用户终端选择。在第一级，时域调度，基于用户分组的服务质量(quality-of-service，QoS)约束、宽带信道数量和过去传送的数据吞吐量或平均数据速率，从服务中的所有活跃用户终端中，确定候选用户集合。然后，利用基于第一级区分的缩减的用户集合，执行频域调度，以基于频域中子信道的信道质量，将频率资源分配给不同用户。对于混合波束成形，当在第一级执行波束传输和用户选择时，瞬时信道不可用。仅基于最强的发射RF波束索引，难以执行用户终端选择。但是，利用返回的信号强度或CQI反馈，以及同样提供的所述基站能够使用与当前LTE***的时域调度类似的度量来执行时域用户选择。例如，考虑用于用户k的具有权重α_k(其中α_k是用户k的优先级)的比例公平调度，可以基于平均用户吞吐量例如或者已经向用户k提供服务的数据量来确定，所述基站可以使用加权信号强度在传输块协议内调度用户终端，以为下一级的信道训练选择RF波束和相应的用户终端，依据例如：

如果存在大量用户终端，有限数量的可用于形成不同波束图案的RF链，则返回的信号强度也可以用于发射RF波束的选择。所述基站可以基于返回的信号强度的顺序(order)选择发射波束图案，这将在下文讨论。

在利用最终选择的发射侧和接收侧RF波束图案之前，高频带的信号强度可能非常低。在这种情况下，可以先发回反馈信息而不在用户终端处使用RF波束成形。在一个实施例中，用长扩展码调制反馈信号。这种向基站发送信号通知附加信息将增加反馈开销。可以对低移动性用户终端采用锐化(sharp)波束成形，其中由于低移动性用户终端与基站(BS)之间的信道变化不太快，为每个用户终端所选的RF波束图案不会变化太快。如果使用的RF波束相对较宽，则所选择的RF波束也不会频繁改变。因此，相比基带预编码和训练过程的结果，RF波束训练和反馈的结果被用在更大的时间尺度上。换句话说，RF波束图案选择维持在比瞬时信道采集更长的时间间隔中。在这个意义上，用于提供返回信号强度和/或质量的额外反馈开销并不大。

{4.2}多个RF波束的反馈

在城市地区，由于反射或衍射，通常情况下基站发出的信号和终端返回的信号通过多条路径传播。对于数十个千兆赫兹范围内的高频带上的传输，多径信道效应也很严重。然而，由于高频带中较大的路径损耗和穿透损耗，对高频带有用的传播路径的数量趋向于显著小于对低频带(即在低于6GHz的范围内)有用的传播路径的数量。因此，为了补偿某些频带或路径中过度的信号丢失的可能性和/或减轻可能的干扰，每个UE应该尝试向基站(BS)反馈标识多个相应的所接收的强发射RF波束的索引，而非仅反馈一个只标识其接收的发射RF波束中最强的一个RF波束的索引。

在一类实施例中，确定应该将哪个接收的发射RF波束作为最强的发射RF波束上报，包括定义信号阈值s_th。利用第一级RF波束训练，用户终端将大于该预定义阈值的发射波束的标识进行反馈，即，反馈发射波束v_RF，如果

S_k(v_RF，)≥s_th，v_RF∈F_RF. (19)

在另一类实施例中，定义了所识别的所有发射和接收RF波束对的最强接收信号强度之间的差异间隔中的阈值。例如，定义Δ_s，th。如果在最佳的接收RF波束成形之后的接收信号强度比最强信号强度高出偏移量Δ_s，th，则用户终端发送下一个最强发射RF波束的索引。相应地，条件为：

用户终端相应地向基站反馈满足不等式(20)的相应的发射RF波束v_RF的信息。

概括地说，在第一步，默认情况下可以将最佳(所接收的最强的)发射RF波束的标识从相应的UE反馈给基站(BS)。

但为了限制反馈开销，网络可以对要发送回的发射波束标识的最大数量进行配置或预定义。在接收到基站(BS)顺序地发射RF波束或波束图案集合之后，用户终端确定每个的强度，然后对满足信号阈值条件(满足公式(19){基于阈值}、或满足公式(20){基于间隔}或满足两者)的发射波束进行排序。

一旦确定了要提供反馈的发射波束的数量和标识，就可以对反馈信息的内容做出进一步的确定。

在一个实施例中，用户终端仅发送标识所选择的RF发射波束的索引，并且没有按任何预先特定的顺序发送。在这种情况下，基站不知道哪个标识的波束最强、最弱或介于两者之间，因此必须同等地对待它们。对于这样的反馈内容，可以按照索引的自然顺序，逐个发送发射波束索引。如果反馈的发射RF波束数量是固定的，例如M个波束，则可以用组合索引r对索引进行编码，如下所示

即，d_i和i的二项式系数的总和，其中在公式(21)中，d_i是第i个波束的有序索引，d₁＜d₂＜…＜d_M，i是报告中波束的索引，i＝1，...，M。上述编码方法可以与LTE***中用于M个最佳子带的CQI反馈的编码方法类似。可以使用以下过程执行反向索引。假设RF波束的总数是N。从接收的r开始，接着：

对于i＝M，…，1

*求得满足的最大d∈{i，i+1，...，N}

*更新

如果使用更有效的方法(例如，二分搜索而不是对每个索引从i到N的穷举搜索)，则可以降低反向索引方法的复杂性。

可选地，用户终端可以按其相应的接收器侧信号强度的顺序发送其所选择的最佳RF发射波束的索引。于是基站知道哪个是最强的、最弱的以及介于两者之间的波束。可以为每个发射波束或发射波束组指定RF波束的顺序。例如，对于在公式(19)和公式(20)中规定的条件，可以定义多个阈值，例如，s_th，g，Δ_s，th，g，g＝1，…，G，从而提供满足不同约束水平的多(G)组波束。在一个实施例中，可能希望不区分一个或多个组(在该示例中为G)，内的发射波束，对于每个这样的组，在不带顺序信息的情况下反馈索引。

在替换实施例中，用户终端(UE)可以反馈其所选择的RF发射波束的标识以及相应的和特定的信号强度信息，其中该特定信号强度信息可以是标识预定的强度范围或标准化的强度百分比的索引形式，或者该特定信号强度信息可以是以预定的精度表示信号强度(例如，以对数格式)的绝对值的形式。

应注意，上述方法通常用于可具有许多传播路径的发射信号。还值得注意的是，对于高频带中的无线传输，由于这些频带上信号随距离大幅衰减，因此通常将没有能够让一个或多个UE可以检测到发射信号的多条路径。因此，反馈将不包括与过度衰减的路径有关的过多信息，并且反馈信息的量将仅限于其通过的传播路径。对两个或三个发射RF波束的反馈信息可能足以让基站(BS)确定传输空间内的可能干扰并选择用于基带信道训练的最佳发射RF波束。

{4.3.1}单波束反馈

如果两个以上用户终端将相同的RF波束的标识反馈为它们相应的最佳波束，则定义为该发射RF波束的冲突。如果对不同用户终端(例如，在不同传输时隙中)的传输冲突的可能性不是问题或可以忽略，则基站(BS)可以基于单独的UE反馈来定义其RF波束成形矩阵，也就是说，即使从两个用户终端选择的发射RF波束索引(标识)相同，仍选择所有反馈标识的RF波束。另一方面，如果RF波束冲突的可能性是一个问题，即，当两个以上用户终端(UE)反馈相同的发射RF波束标识作为其最佳接收的发射RF波束标识时，则需要对基站的波束成形矩阵进行更为复杂的定义。

对于每个UE反馈单个发射RF波束的标识(例如，最佳索引)的情况，对发射RF波束的选择将描述如下。首先，基站(BS)找到所标识的发射RF波束中所有独一无二(非重复)的波束，以填充到发射RF波束成形矩阵中。因此，每个给定的时隙和/或频时隙的可选择发射波束的数量小于可能想要在该给定T/F时隙内接收传输的用户终端的总数量。接下来，基站(BS)确定选择哪些用户终端进行第二级训练(信道训练)。对于每个给定的发射RF波束，如果该波束仅由一个用户终端选择(标识为最佳)，则将该给定的发射RF波束(或波束图案)分配给该一个用户终端。另一方面，如果该给定的发射RF波束由两个或更多个活跃用户终端的反馈报告为最佳(发生冲突)，并且基站(BS)不具有相应的信号强度反馈，则BS随机地(或伪随机地)选择用户终端或基于时域调度度量(例如，权重α_k)选择用户终端。另一方面，如果基站(BS)知道所标识的发射RF波束对于每个将该波束作为最佳波束而产生冲突的用户终端的信号强度，则BS选择报告了最高接收信号强度的用户终端或最高加权信号强度的用户终端。

上述第一种方法假定基站(BS)中的RF链的数量等于或大于当前活跃的用户终端的数量，因此基站可以生成足够多的独一无二的波束图案。然而，如果当前活跃用户池的大小高于BS中可用RF链的数量，则必须设计修改的策略以在大量用户终端之间基于所有用户终端的反馈共同使用可选择的RF波束。对于单波束标识反馈，如果没有对信号强度的反馈，则该方法首先从来自所有用户终端反馈的所有反馈的发射RF波束标识中识别出独一无二的RF波束的子集，如果该子集的大小则该过程可以从子集的较大可选数量的波束中随机选择N_RF，Bs个发射RF波束。如果是另一种情况，则选择独一无二的子集中的所有RF波束标识。对于每个所选择的波束，该基站分配方法从反馈波束标识(例如，波束索引)的用户终端集合中随机选择用户终端。

在替换实施例的情况下，其中调度权重α_k或信号强度可用，波束到用户终端到F/T时隙分配的过程可以为α_k，或加权的同样，该过程首先识别反馈的发射RF波束标识中的独一无二波束对于该独一无二的波束集合中的每个波束，基站(BS)首先在反馈相同波束标识的所有用户终端中选择具有最大选择度量值的用户终端。相应的度量变为与所选用户终端相关联的波束的度量。如果则选择所有波束。然后选择与那些波束相关联的用户终端用于第二级训练。如果则该过程先根据波束的权重和/或信号强度度量对中的波束排序。然后先选择具有较大度量的N_RF，BS个发射RF波束，则与每个所选波束相关联的用户终端是具有最大对应度量的用户终端。

4.3.2多波束反馈

接下来，考虑反馈多个RF波束的情况，并提供相应的算法以相应地处理这种情况。可以构造该算法以选择B个波束和U个用户，其中B≤N_RF，BS且U≤B。在第一种情况，各个用户标识它们的优选RF发射波束的反馈中没有信号强度或顺序信息。将该算法的基础总结如下。

(步骤1)对于由候选用户集合中相应的用户终端反馈的每个波束，基站(BS)找到在候选用户集合中反馈相同波束标识的其他用户的数量或用户的总数，即因此找到该标识的波束的冲突次数。

(步骤2)接下来，基站(BS)选择具有最少冲突次数的发射波束。然后选择与所选波束相关联的用户终端(优选该波束的UE)。如果存在多于一个已选择该波束的用户终端，则该算法随机选择相关联的用户终端，或者选择其反馈标识的所有波束具有最少的冲突总次数的用户终端。

(步骤3)接下来，基站执行的算法从候选用户集合中移出那些与所选用户终端的任何波束存在波束冲突的用户终端。还从候选用户集合中移出所选用户终端。

随后，如果需要，该算法自动重复上述步骤(1)-(3)，直到所选波束的数量等于N_RF，BS或直到候选用户集合为空。注意，对于每次迭代，都会对候选用户集合中剩余的用户的波束的冲突次数进行更新，因为在先前的迭代中已经被移出的冲突用户可能与留在候选用户集合中的用户存在波束冲突。

用表示用户k反馈的发射RF波束集合。下面以算法1(在多波束反馈且不反馈信号强度的情况下，选择发射RF波束和相关用户终端)详细描述该算法：

算法1结束(用于不具有信号强度反馈的多波束反馈的发射RF波束和用户选择。)

可以修改上述算法1以包含调度权重α_k。同样，该调度权重是表示用户优先级的实值，并且可以通过平均用户速率确定。经修改的算法1的过程与算法1中的过程基本相同。但在步骤4中，不用冲突次数a_k，i作为波束选择的度量，而是被替换为加权的冲突次数，即，将冲突次数乘以权重标量，该权重标量是调度优先级α_k的倒置，表示为因此，步骤4中的波束选择可以替换为

类似地，在其步骤6中，选择关联的用户则表示为

接下来考虑的是反馈中信号强度度量s_k(v_k，i，RF)可用的场景。下面的算法2用于基于信号与干扰泄漏功率加噪声比(signal to interference leakage power plus noiseratio)来选择发射波束和相应的用户终端，该信号与干扰泄漏功率加噪声比是用户终端在其反馈报告中的发射RF波束的接收强度或接收质量与所有其他的在反馈中反馈该发射RF波束的用户终端的发射RF波束的接收强度或接收质量以及用可配置因子标定(scale)的噪声功率的总和的比率。第i个RF波束的信号与干扰泄漏功率加噪声比的数学定义为

其中β_k可由基站调整。算法2中描述了用于用户和波束选择的算法。

算法2结束(用于具有信号强度反馈的多波束反馈的发射RF波束和用户选择。)

注意，在(26)部分，该算法可以考虑用于接收RF组合后的单位噪声方差。如果假设只有一个RF链，即接收器处只有一个数字接收信号，则该算法也可以设定β_k＝1。当接收器具有多于一个RF链时，可以设定其他值。可以用一些可配置的值来规范度量γ_k，i。

下面考虑一些计算机仿真结果。仿真建立了二维平面天线阵列模型和类似于公式(1)的窄信道模型。预期高频带中的信道具有有限的散射。为了结合这种效果，对用户k采用L_k散射体的几何信道模型。假设每个散射体在BS和UE之间贡献单个传播路径。在该几何模型下，信道H_k可以表示为

其中h_k，l为第l条路径的复数增益，θ_k，l，UE和φ_k，l，UE分别是UE处的第l条路径的水平到达角和垂直到达角。θ_k，l，BS和φ_k，l，BS分别是BS处的第l路径的水平离开角和垂直离开角。在第n行中的第m个天线的分量a_m，n(θ，φ)由下式给出

在该仿真中，假设对于所有用户L_k＝3，并且信道增益h_k，l的方差相等，即E{|h_k，l|²}＝1。

仿真首先设置K＝4，N_RF，BS＝4，即RF链足以支持所有用户。对于基带预编码，考虑了迫零预编码的情况。在基站处，将RF波束量化设置为每水平或垂直维度3比特，即64个量化RF波束，并且在UE处，将RF波束量化设置为每维度2比特，即16个量化RF波束。

对于基站和用户终端两者，模拟波束成形和信道建模的水平角度范围是[-π/2，π/2]。垂直方向的角度范围，对于基站侧是[-π/2，0]，对于终端则是[0，π/2]。可以将所有用户之间的相等SNR的仿真结果表示为BS处的发射天线的数量的函数。BS处的天线数量可以从3×3、4×4到10×10变化。对于仿真的UE，假定4×4的天线阵列。该建模假设所有用户的平均接收SNR相同，都设定为0dB。考虑了以下性能比较的情况，即，作为基线的没有冲突控制的情况，具有和不具有信号强度(或CQI)的单个波束标识反馈的情况，具有和不具有信号强度反馈的两个波束标识的反馈的情况。对于不具有信号强度的两个波束的反馈，将算法1用于用户和波束选择。对于具有信号强度的两个波束的反馈，则采用算法2。图3示出了一组这样的仿真结果。

实际上，由于用户终端位置的不同，导致用户终端与基站的距离不同，小区区域内的用户终端通常具有不同的平均SNR。于是，自然会考虑具有不相等的平均SNR或不同几何形状的用户终端。一种建模方法对用户之间不相等的SNR使用简单模型。考虑三种不同的SNR值，即0dB、+6dB和-6dB。对于每个用户，随机选择三个SNR中的一个并将其分配给用户。所有其他的设置则与之前的其他仿真中的完全相同。然后，可以在类似于图3的图中体现所得到的混合波束成形的每个用户的平均速率和总速率。从仿真中发现，相比具有或不具有CQI反馈的单波束反馈，多波束的标识反馈改善了每个用户的平均速率和总速率性能。对于单波束反馈或双波束反馈，具有CQI反馈的波束反馈优于没有CQI反馈的波束反馈。特别地，对于双波束反馈来说，具有CQI反馈的双波束反馈比不具有CQI反馈的双波束反馈在每个用户的平均速率和总速率方面提供较大的增益。通常，对于平均SNR不相等的场景，双波束标识反馈方法相对于单波束反馈方法具有更大的增益。可以找到类似如图3所示的速率性能的趋势。

在本发明的一个实施例中，混合波束成形的基站包括索引装置，用于在发送导频信号时使用该基站的模拟波束成形子***顺序地索引RF输出波束图案的有限集合。基站还包括收发器装置，用于接收来自一个或多个终端的无线反馈报告，所述无线反馈报告标识由相应的反馈提供终端接收的至少一个优选RF输出波束图案。基站还包括传输时隙分配装置，用于为一个可分配的传输时隙分配两个以上反馈提供终端，以同时用于前向链路传输。另外，基站包括选择装置，用于选择不同的RF输出波束图案，分别为所述两个以上分配的终端承载同时的数据传输，其中，所述为所述可分配的传输时隙分配所述两个以上终端，以及所述选择不同的RF输出波束是基于所述基站接收的相应的无线反馈报告的。

尽管用结构特征和/或方法逻辑动作专用的语言描述了本主题，但应理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作仅作为实施权利要求的示例形式而公开。

Claims (23)

1.一种由基站执行的混合波束成形方法，包括：

在发送导频信号时，使用所述基站的模拟波束成形子***对RF输出波束图案的有限集合进行顺序索引；

接收来自一个或多个终端的无线反馈报告，所述无线反馈报告标识由相应的反馈提供终端接收的至少一个优选RF输出波束图案；

为一个可分配的传输时隙分配两个以上所述反馈提供终端，以同时用于前向链路传输；以及

分别为所述两个以上分配的终端选择不同的RF输出波束图案，以承载同时的数据传输，其中，所述为所述可分配的传输时隙分配所述两个以上终端，以及所述选择不同的RF输出波束是基于所述基站接收的相应的无线反馈报告的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基站具有多个可用RF链以及多个天线，所述天线可操作耦合到所述可用RF链，以形成所述RF输出波束图案集合。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，标识优选RF输出波束图案的所述相应的无线反馈报告包括至少标识所接收的RF输出波束图案中最强的或最佳质量的RF输出波束图案的那些无线反馈报告。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，为接收的信号提供反馈，所述接收的信号是占用传输块中预先分配的导频时隙的导频信号。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述标识至少一个优选RF输出波束图案使用了报告最小化技术，所述报告最小化技术选自包括下述的组：

所述相应的反馈提供终端的每一个提供索引值，所述索引值标识本地确定的至少一个优选RF输出波束图案；

所述相应的反馈提供终端的每一个，不以任何特定的顺序提供两个以上索引值，所述索引值标识一个或多个RF输出波束图案在本地接收的部分中本地确定的包括N个最强RF输出波束图案的集合，其中N为表示索引值的数量的整数；

所述相应的反馈提供终端的每一个以预定义的排序顺序提供两个以上索引值，所述索引值标识一个或多个RF输出波束图案在本地接收的部分中本地确定的包括N个最强RF输出波束图案的集合，其中N为表示索引值数量的整数；

所述相应的反馈提供终端的每一个提供一个或多个功能系数值，所述功能系数值标识一个或多个RF输出波束图案在本地接收的部分中的本地确定的N个最强RF输出波束图案的集合，其中N为整数，表示标识的RF输出波束图案的数量，其中，所述一个或多个功能系数值适用于预定义功能，使得对所述N个RF输出波束图案的标识可以从具有所提供的一个或多个功能系数值的预定义功能导出；

所述相应的反馈提供终端的每一个，不以任何特定的顺序提供两个以上索引值，所提供的索引值标识一个或多个RF输出波束图案在本地接收部分中的本地确定的N个最强RF输出波束图案的集合，其中N为表示索引值的数量的整数，并且所述相应的反馈提供终端的每一个还为所标识的N个最强RF输出波束图案中的每一个提供接收的信号强度或信道质量指示CQI；

所述相应的反馈提供终端的每一个以预定义的排序顺序提供两个以上索引值，所述索引值标识一个或多个RF输出波束图案本地接收部分中本地确定的N个最强RF输出波束图案，其中N为表示索引值的数量的整数，并且所述相应的反馈提供终端的每一个还为所标识的N个最强RF输出波束图案中的每一个提供接收的信号强度或信道质量指示CQI；以及

所述相应的反馈提供终端的每一个提供一个或多个功能系数值，所述功能系数值标识一个或多个RF输出波束图案本地接收部分中本地确定的N个最强RF输出波束图案，其中N为整数，表示标识的RF输出波束图案的数量，其中，所述一个或多个功能系数值适用于预定义功能，使得对所述N个RF输出波束图案的标识可以从具有所提供的一个或多个功能系数值的预定义功能导出，并且所述相应的反馈提供终端的每一个还为所标识的N个最强RF输出波束图案中的每一个提供接收的信号强度或通信质量指示CQI。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中每个基站BS具有基带预编码部分，可用于为所述相应的无线终端的可调基带滤波部分提供相应的基带预编码。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述报告最小化技术包括：

提供编码的两个以上相应的RF输出波束的标识为组合值，所述组合值是标识的输出波束的索引以及该波束在反馈报告中的索引的二项式系数之和。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中：

所述反馈提供终端的每一个在其反馈中标识的相应的RF输出波束图案的数量由网络提供的配置数据确定，或者基于预先指定的接收信号强度要求确定，和/或基于接收质量超过预定阈值的预先指定要求确定，和/或基于在分别为标识的所述基站发送的RF输出波束图案的最强接收信号强度之间测量的接收质量在预定强度间隔内。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述基站为一个可分配的传输时隙分配两个以上不同的RF输出波束图案，用于为所述两个以上分配的终端执行相应的数据传输之前：

所述基站指示所述一个或多个分配的终端期望在分配的至少一个可分配的传输时隙上使用相应的所述两个以上不同的RF输出波束图案进行相应传输。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述基站选择两个以上不同的RF输出波束图案，用于在所述分配的至少一个可分配的传输时隙为所述两个以上分配的终端执行相应的数据传输之前：

所述基站顺序执行：

(a)根据候选发射波束图案集合中发射RF波束图案的冲突的次数或加权冲突次数的升序，从候选发射波束图案集合中选择发射RF波束图案；

(b)从候选用户终端集合中选择终端，其中选择的终端是在其反馈报告中标识了选择的发射RF波束图案的终端，所述选择是随机执行的或者是选择其反馈报告中标识的所有发射RF波束的冲突次数或加权冲突次数的总和最小的一个候选用户终端；

(c)通过从所述候选波束图案集合中移除所述选择的RF波束图案，更新所述候选发射RF波束图案集合；

(d)通过移除在其相应的反馈报告中标识出所述选择的发射RF波束图案的所有用户终端，更新所述候选用户终端集合；以及

(e)重复上述步骤(a)-(d)，直到达到预定的允许的对RF波束图案的进行选择的次数的最大值，或最近一次更新的候选发射RF波束图案集合为空，或最近一次更新的所述候选用户终端集合为空。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，每个发射RF波束图案的冲突次数是在其相应的反馈报告中标识出所述发射RF波束图案的用户终端的数量。

12.根据权利要求1-11所述的方法，其中，每个发射RF波束图案的加权冲突次数是权重标量与在其相应的反馈报告中标识出所述发射RF波束的用户终端的数量之积。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中，所述权重标量是为所述用户优先级倒置的函数的用户特定的权重。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，所述基站分别使用一个或多个不同的RF输出波束图案，用于在所述分配的至少一个可分配的传输时隙为所述两个以上分配的终端执行相应的数据传输包括所述基站顺序地执行：

(a)根据计算的信号与泄漏干扰功率加噪声比或加权信号与泄漏功率加噪声比的升序，分别从候选发射波束RF波束图案集合与候选用户终端集合中联合选择发射RF波束图案与用户终端；

(b)通过从所述候选波束图案集合中移除所选择的RF波束图案，更新所述候选发射RF波束图案集合；

(c)通过移除在其相应的反馈报告中标识出所述选择的发射RF波束图案的所有用户终端，更新所述候选用户终端集合；以及

(d)重复上述步骤(a)-(c)，直到达到预定的允许的对RF波束图案进行选择的次数的最大值，或最近一次更新的候选发射RF波束图案集合为空，或最近一次更新的所述候选用户终端集合为空。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，计算的发射RF波束图案和用户终端的信号与泄漏干扰比或加权信号与泄漏功率加噪声比是所述用户终端在其反馈报告中指示的所述RF波束图案的接收强度或接收质量，与所有在其反馈报告中标识了所述选择的发射RF波束图案的其他用户终端的发射RF波束图案和用可配置因子标定的噪声功率的接收强度或接收质量的总和之比。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中，计算的可选择的发射RF波束图案和可选择的用户终端的加权信号与泄漏干扰比或加权信号与泄漏功率加噪声比是权重标量和所述用户终端在其反馈报告中指示的发射RF波束的接收强度或接收质量与所有在其反馈报告中标识了该选择发射RF波束图案的其他用户终端的相同发射RF波束图案和用可配置因子缩放的噪声功率的接收强度或接收质量的总和之比。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的方法，其中，所述权重标量还是为用户优先级的用户特定的权重。

18.一种混合波束成形***，包括：

基站，其具有数字预编码部分和模拟RF波束成形部分；以及

多个无线终端，每个所述无线终端具有相应的模拟RF波束调谐部分和/或相应的基带数字微调部分；

其中，所述基站用于：

使用具有预分配且可分配的传输时隙中的一个或两个的传输协议，建立与所述无线终端的无线通信；

使用所述基站的模拟波束成形部分对RF输出波束图案的有限集合进行顺序索引；

接收来自一个或多个所述无线终端的无线反馈报告，所述无线反馈报告标识由相应的所述一个或多个无线终端接收的至少一个优选RF输出波束图案；

为至少一个可分配的传输时隙分配两个以上生成所述无线反馈报告的无线终端；以及

使用两个以上不同的RF输出波束图案，基于所述基站接收的相应的无线反馈报告，在分配的至少一个可分配的传输时隙为所述两个以上分配的终端执行相应的数据传输。

19.根据权利要求18的***，其中，所述基站具有多个可用RF链，用于形成相应的不同的RF波束图案。

20.根据权利要求18-19中任一项所述的***，其中，所述相应的无线反馈报告中的每一个将至少一个优选的RF波束图案标识为由相应的终端接收的RF输出波束图案中的至少一个最强或最佳质量的RF输出波束图案。

21.根据权利要求18-20中任一项所述的***，其中，所述反馈提供终端中的每一个具有基带滤波部分，所述基带滤波部分可以通过信道训练的方式进行调谐，所述基站BS具有基带预编码部分，所述基带预编码部分可用于为相应的所述终端的可调基带滤波部分提供相应的基带预编码。

22.一种可用于混合波束成形***的移动终端，所述混合波束成形***，在使用具有预分配且可分配的传输时隙中的一个或两个的传输协议时，建立基站与所述移动终端之间的无线通信，所述移动终端包括：

模拟RF波束调谐部分和相应的基带数字微调部分；以及

其中，所述移动终端用于：

接收由所述基站形成的一个或多个顺序索引的不同的RF输出波束图案集合；以及

向所述基站反馈报告，所述报告标识接收的一个或多个RF输出波束图案中的至少一个最强或最佳质量的RF输出波束图案。

23.根据权利要求22所述的无线终端，其中，所述移动终端还用于：

在其反馈报告中，向所述基站提供对所述接收的RF输出波束中的两个以上最强或最佳质量RF输出波束的标识。