CN111130608A - 生成用于模拟波束形成的码本的***和方法 - Google Patents

生成用于模拟波束形成的码本的***和方法 Download PDF

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Abstract

一种设计用于模拟波束形成的码本的方法。在一些实施例中，该方法包括：基于预定分布生成多个训练点，每个训练点是信道矢量；为多个码字中的每一个生成相应的初始值；在第一分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，期望码字在码字上最大化训练点的波束形成增益的度量函数；在第一更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字；以及确定是否达到收敛；并且响应于确定达到收敛，确定最终码本。

Description

生成用于模拟波束形成的码本的***和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年10月30日提交的标题为“CODEBOOK DESIGN FOR ANALOGBEAMFORMING”的美国临时申请第62/752,666号和2019年3月14日提交的标题为“SYSTEMAND METHOD FOR GENERATING CODEBOOK FOR ANALOG BEAMFORMING”的美国申请第16/354,024号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
根据本公开的实施例的一个或多个方面涉及无线通信***，并且更具体地，涉及用于生成用于模拟波束形成的码本的***和方法。
背景技术
在具有用于频分复用通信的天线阵列的射频(Radio Frequency，RF)接收或发送***中，当只有一个RF链路可用时，信道的入口元素(entry-wise element)可能不可访问。相反，在每个时间或频率资源中，可以获得元素的线性组合。例如，在毫米波(mm-wave)通信***中可能是这种情况，其中混合信号分量的高功耗和RF链路的高成本可能使得实现数字基带波束形成的成本很高，这种数字基带波束形成可以用在低频多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)***中。在这种毫米波通信***中，可以改为使用模拟波束形成；(阵列的)所有天线可以共享单个RF链路，并且具有相同幅度的权重，即恒定幅度约束可以应用于它们的权重。
可以使用可以被称为波束形成码字的移相器矢量来获得线性组合；这样的矢量(要形成的每个波束一个矢量)的集合可以被称为波束形成码本。码本可以表示为阵列，阵列的每一列是对应于相应的波束形成码字的码字。
发明内容
在本公开的一些实施例中，提供了一种设计用于模拟波束形成的码本的方法，该方法包括：生成多个训练点，每个训练点是信道矢量；为多个码字中的每一个生成相应的初始值；在第一分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，期望码字在码字上最大化训练点的波束形成增益的度量函数；以及在第一更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字，更新包括执行梯度下降更新规则的多次迭代。
在一些实施例中，多个训练点的生成包括基于预定分布生成多个训练点。
在一些实施例中，该方法还包括确定是否达到收敛。
在一些实施例中，该方法还包括，响应于确定达到收敛，确定包含更新的码字的码本。
在一些实施例中，该方法还包括：响应于在第一更新操作之后确定没有达到收敛，在第二分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，期望码字在码字上最大化训练点的波束形成增益的度量函数；以及在第二更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字。
在一些实施例中，确定是否达到收敛包括从以下各项的组合中确定一个：迭代次数是否等于设定次数；度量是否大于设定值；两次连续迭代之间度量的变化是否小于设定阈值；以及两次迭代之间多个码字的变化是否小于设定阈值。
在一些实施例中，为多个码字中的每一个生成相应的初始值包括执行离散傅立叶变换。
在一些实施例中，度量函数返回从包括平均波束形成增益的测量、容量的测量、倒数比特误码率的测量、覆盖范围的测量及其组合的组中选择的测量。
在一些实施例中，训练点包括从以下各项的组合中选择的一个：经验点；在球体上均匀分布的点；基于均匀球形分布而生成的伪随机点；在水平角度范围内均匀分布以及在向下倾斜角度范围内均匀分布的点；以及基于在水平角度范围内均匀以及在向下倾斜角度范围内均匀的分布而生成的伪随机点。
在一些实施例中，多个码字中的码字的更新包括将码字的值更新为：
Figure BDA0002238627180000021
其中：
Figure BDA0002238627180000022
并且Ωk是分配给码字的训练点集。
在本公开的一些实施例中，提供了一种用于通信的***，包括：处理电路；以及天线***，包括多个天线和对应的多个移相器，处理电路被配置为：基于预定分布生成多个训练点，每个训练点是信道矢量；为多个码字中的每一个生成相应的初始值；在第一分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，期望码字在码字上最大化训练点的波束形成增益的度量函数；以及在第一更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字。
在一些实施例中，多个训练点的生成包括基于预定分布生成多个训练点。
在一些实施例中，处理电路还被配置成确定是否达到收敛。
在一些实施例中，处理电路还被配置成响应于确定达到收敛，确定包含更新的码字的码本。
在一些实施例中，处理电路还被配置为：响应于在第一更新操作之后确定没有达到收敛，在第二分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，期望码字在码字上最大化训练点的波束形成增益的度量函数；以及在第二更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字。
在一些实施例中，确定是否达到收敛包括从以下各项的组合中确定一个：迭代次数是否等于设定次数；度量是否大于设定值；两次连续迭代之间度量的变化是否小于设定阈值；以及两次迭代之间多个码字的变化是否小于设定阈值。
在一些实施例中，为多个码字的每一个生成相应的初始值包括执行离散傅立叶变换。
在一些实施例中，度量函数返回从以下各项的组合中选择的一个或多个测量：平均波束形成增益的测量、容量的测量、倒数比特误码率的测量和覆盖范围的测量。
在一些实施例中，训练点包括从以下各项的组合中选择的一个：经验点；在球体上均匀分布的点；基于均匀球形分布而生成的伪随机点；在水平角度范围内均匀分布以及在向下倾斜角度范围内均匀分布的点；以及基于在水平角度范围内均匀以及在向下倾斜角度范围内均匀的分布而生成的伪随机点。
在一些实施例中，多个码字的码字的更新包括将码字的值更新为：
Figure BDA0002238627180000031
其中：
Figure BDA0002238627180000032
并且Ωk是分配给码字的训练点集。
附图说明
参考说明书、权利要求书和附图，将领会和理解本公开的这些和其他特征和优点，其中：
图1是根据本公开的实施例的用于生成码本的方法的流程图；
图2是根据本公开的实施例的用于生成码本的另一种方法的流程图；和
图3是根据本公开的实施例的用于接收或发送通信信号的***的框图。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述意图作为根据本公开提供的用于生成用于模拟波束形成的码本的***和方法的示例性实施例的描述，而不意图代表可以构建或利用本公开的唯一形式。该描述结合所示实施例阐述了本公开的特征。然而，应当理解，相同或等同的功能和结构可以通过不同的实施例来实现，这些实施例也意图涵盖在本公开的范围内。如本文别处所示，相似的元素标号意图表示相似的元素或特征。
为了形成用于模拟波束形成的码本，如果有足够的时间和/或频率资源可用于扫描足够数量的波束，则有可能估计信道矩阵的元素并将波束方向指向信道矩阵的(近似的)显著特征矢量。然而，对于大尺寸的天线阵列，并且如果可用的扫描资源有限，获取信道状态信息矩阵可能具有挑战性。
在可以被称为“基于选择的”波束形成的替代方法中，设计码字的集合，即移相器矢量的集合，并在波束扫描阶段中使用。在评估预先设计的码本的码字之后，选择一个最优化性能度量的码本，并在连续发送中使用。
不失一般性地，可以考虑具有N个元素的天线阵列的接收器侧；相同的码本可以用于发送波束形成。应当理解，尽管本文在单个天线阵列和单个RF链路的背景下描述了一些实施例，但是本文描述的码本设计方法可以容易地扩展到多个天线阵列和多个RF链路。天线阵列可以具有任何形状，例如，它可以是均匀线性阵列(Uniform Linear Array，ULA)或均匀平面阵列(Uniform Planar Array，UPA)。
接收信号可以写成：
Figure BDA0002238627180000041
其中s表示具有单位功率的发送符号，wR是N×1接收波束形成矢量，h是N×1信道矢量，并且n是具有功率N0的高斯噪声矢量，即E(nnH)＝N0IN。
因此，从发送器辐射的总功率等于Ptot并且总发送信噪比(signal to noise ratio，SNR)可以被定义为
Figure BDA0002238627180000042
如此以来，接收器处的接收SNR可以被定义为
Figure BDA0002238627180000051
其中由于发送器和接收器处的波束形成引起的总波束形成功率增益可以被表示为：
Figure BDA0002238627180000052
符号
Figure BDA0002238627180000053
可以用来表示具有N个条目的矢量的集合，使得：
Figure BDA0002238627180000054
其中
Figure BDA0002238627180000055
是归一化因子，使得所有矢量都具有单位功率。因此，
Figure BDA0002238627180000056
这个可行集的非凸性可能是使模拟波束形成具有挑战性的一个因素。可行集的子集可以被选择作为码本；可以执行该选择，使得通过波束扫描和波束选择获得的总体性能度量足够好。
用于二维均匀平面阵列的码本的一个示例(其可以被称为“线性渐进式”码本)具有天线(mh,mv)应用以下移相器旋转的特性：
Figure BDA0002238627180000057
mh＝1，…，nhmv＝1，…，nv
其中nh和nv分别是水平和垂直方向上的天线元素数量，θetilt是电向下倾斜转向角度，并且φescan是电水平转向角度。如本文所使用的，“向下倾斜”角度是(从水平方向测量的)倾斜角(或俯角)，即它与相同方向的仰角相反。如本文所使用的，“水平”角度是从天线的轴测量的(例如，对于平面天线阵列，从垂直于天线平面的轴测量的)方位角。在各向同性天线元素的情况下，波束图案的峰值方向可以在θpeak＝θetilt、φpeak＝φescan处。
如果mh＝1，则二维阵列将减少为具有nv个天线元素的均匀线性阵列，并且线性渐进式码本简化为可以被称为离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)码本的码本：
Figure BDA0002238627180000058
mv＝1，…，nv
其中θetilt是波束图案的峰值方向。具有线性渐进式或DFT码字的码本设计可以由(例如，包括)寻找波束图案的峰值点θetilt、φescan使得码本满足一些标准来组成。
在一些实施例中，生成码本，而不对波束矢量及其图案强加任何特定结构，使得码本最大化以下度量：
Figure BDA0002238627180000061
Figure BDA0002238627180000062
其中在码字上最大化，并且平均是相对于信道矢量的。
代替设计具有特定波束图案的码字，在一些实施例中，使用基于学习的方法来基于选择的训练点设计码本。在一些实施例中，该方法如下进行，如图1所示。本***(在110处)生成L个训练点hl,l＝1,…,L。本***(在120处)为相应的多个码字生成多个初始值wk,k＝1,…,K。本***使用分配规则
Figure BDA0002238627180000063
l＝1,…,L，将每个训练点分配(在130处)给相应的“期望”码字。本***(在140处)为每个分配的训练点集更新码字。如果达到收敛，则本***(在150处)输出最终码本{wk},k＝1,…,K，如果没有达到收敛，则本***返回到(在130处)将每个训练点分配给相应的“期望”码字的步骤。
在一些实施例中，执行本方法产生的码本最大化以下度量：
Figure BDA0002238627180000064
Figure BDA0002238627180000065
其中在码字上最大化，并且平均是相对于信道矢量的。
训练点可以是通过测量获得的经验点，或者是基于***的特性从一些分布中提取的经验点。例如，可以通过对于移动设备的大量位置，从移动设备的移动天线发送信号(或通过移动天线接收信号)，以及在每个位置处测量信道矢量来执行测量；然后，(在相应的移动设备位置处执行的)每个这样的测量可以对应于训练点之一。在其他实施例中，可以使用基于均匀覆盖范围(例如，在球体上均匀分布，或者在向下倾斜角度(在向下倾斜角度范围内)和在水平角度(在水平角度范围内)均匀分布)的训练点集。均匀分布的训练点可以是均匀间隔的或者从均匀分布中随机选择的(例如，每个训练点可以是基于均匀分布(例如，均匀的球形分布或者在水平角度范围内均匀以及在向下倾斜角度范围内均匀的分布)生成的伪随机点)。
初始值的生成(在120处)可以通过例如使用DFT码本、或者通过其他方法设计的码本来执行，诸如在“Xiao,Z.,He,T.,Xia,P.and Xia,X.G.,2016.Hierarchical codebookdesign for beamforming training in millimeter-wave communication.IEEETransactions on Wireless Communications,15(5),pp.3380-3392”中描述的方法，其通过引用并入本文。在一些实施例中，算法随机开始，运行多次，并且从由运行产生的各个码本当中选择最佳码本。
训练点的分配(在130处)可以如下执行。在每次迭代中，训练点hl可以被分配给码字wk，其中
Figure BDA0002238627180000071
在一些实施例中，训练点的数量可以超过(例如，可以大大超过1000倍或更多)码字的数量，使得每个码字可以已经给其分配(在130处)多个(例如，大量)训练点。
码字的更新(在140处)可以如下执行。在每次迭代中，第k个码字被更新为：
Figure BDA0002238627180000072
其中
Figure BDA0002238627180000073
并且
Figure BDA0002238627180000074
Figure BDA0002238627180000075
(例如，Ωk是(在130处)分配给码字的训练点集)。度量函数f(.)可以是任何函数，包括，例如，f(x)＝x(平均波束形成增益的测量)，f(x)＝log(x)(容量的测量)，f(x)＝Q(x)(“倒数比特误码率”的测量，即比特误码率(bit error rate，BER)的倒数的测量)和f(x)＝sign(x＞γ)(覆盖范围的测量)。寻找
Figure BDA0002238627180000076
所涉及的最大化可以如下执行。这种最大化可以涉及寻找使
Figure BDA0002238627180000077
Figure BDA0002238627180000078
n＝1,…,N最大化的码字。其中f(.)可以是任何合适的度量函数(上面提到了其示例)。梯度下降法可以用于在每次迭代中更新码字。这种梯度下降法可以用于任何可微分的函数。Jk相对于矢量θk的导数可以表示为：
Figure BDA0002238627180000079
该表达式
Figure BDA00022386271800000710
可以被计算为：
Figure BDA00022386271800000711
其中Θk是对角矩阵，其第n个对角元素等于
Figure BDA00022386271800000712
然后，可以使用如
Figure BDA00022386271800000713
的梯度下降算法迭代地(例如，Niter＝100)更新对应的码字，其中∈是步长大小，其可以被调整以例如平衡收敛速度和稳定性。在一些实施例中，使用另一种迭代方法(例如，随机梯度下降算法)来代替上述梯度下降法。
如此以来，(在140处)为每个分配的训练点集Ωk,k＝1,…,K更新码字可以包括重复梯度下降更新规则，即对于Niter次迭代的
Figure BDA0002238627180000081
图2示出了该过程，在一些实施例中，本***(在210处)生成L个训练点hl,l＝1,…,L。本***(在220处)为相应的多个码字生成多个初始值wk,k＝1,…,K。本***(在235处)测试是否达到或“满足”收敛，并重复步骤230、255、270、260和265，直到达到收敛为止。在步骤230中，本***使用分配规则
Figure BDA0002238627180000082
l＝1,…,L，将每个训练点分配给相应的“期望”码字。在步骤255、260和265中使用循环计数器来对内循环迭代设定次数(Niter)。在270处，内循环的每次迭代执行一次梯度下降更新规则，即
Figure BDA0002238627180000083
如果达到收敛，则本***停止(在250处)，输出最终码本{wk},k＝1,…,K；如果没有达到收敛，则本***返回到(在230处)将每个训练点分配给相应的“期望”码字的步骤。
确定是否达到(或“满足”)(在图1中的150处，或在图2中的235处)收敛可以以不同的方式实施，包括：(i)确定(例如，图1中的步骤130至150的)迭代次数是否等于预定次数，(ii)确定要优化的度量(即值
Figure BDA0002238627180000084
Figure BDA0002238627180000085
是否大于预定值，(iii)确定在两次连续迭代之间该度量的变化是否小于预定阈值，以及(iv)确定在两次连续迭代之间码本的变化是否小于预定阈值。
例如，最大化覆盖范围的码本可以如下设计。覆盖范围的最大化可以定义为：
Figure BDA0002238627180000086
Figure BDA0002238627180000087
其中γ是***要求所规定的性能阈值(当
Figure BDA0002238627180000088
时，J和1-J分别被称为xdB覆盖范围和x dB中断(outage))。为了能够使所提出的算法适应对应于覆盖范围的目标函数，它可以重写如下：
Figure BDA0002238627180000089
其中
Figure BDA00022386271800000810
函数不可微分；因此，它可以由定义为
Figure BDA00022386271800000811
的sigmoid函数来近似，其中α是调整曲线陡度的度量。因此，该算法可以通过替换f(x)＝sigmoid(x-γ)来应用。
实际上，移相器可能只能获得量化值。例如，如果每个移相器的值由B比特指定，则码本矢量只能从2NB个可行量化矢量中选择。换句话说，如果每个移相器的值由B比特指定，并且有N个移相器，则具有无限数量的条目的可行集
Figure BDA0002238627180000091
被减少为具有2NB个条目的量化集。如此以来，用于设计具有K个码字的期望码本的一个解决方案是对可行矢量的所有
Figure BDA0002238627180000092
个组合进行穷举搜索，以选择优化度量的最佳组合。然而，这种穷举方法的复杂性阻碍了这种方法的实用性。因此，为了设计码本，投影近似可以与步骤110-150(图1)的方法相结合。具体地，在每次迭代结束时，可以将找到的码字投影到量化矢量的可行集中最接近的矢量。另外，为了避免发散(divergence)，码字只能在新的可行选项优于先前的可行选项时更新。
一些实施例可以提供一种用于在不对波束矢量及其图案强加(不同于一些替代码本设计方法)任何特定结构的情况下生成码本的方法，并且该方法(不同于一些替代码本设计方法)根据以下度量优化性能：
Figure BDA0002238627180000093
Figure BDA0002238627180000094
n＝1,…,N。在一些实施例中，本文所述的方法可以用于生成接收和发送码本两者，从而改善(用于接收或发送的)一个或多个性能特性，例如，平均波束形成增益、容量、比特误码率或覆盖范围。
如图3所示，在本公开的一些实施例中，提供了一种用于通信的***，包括：天线***320，包括多个天线(天线阵列330)和对应的多个移相器；以及处理电路310，其电耦合到天线***320，处理电路310被配置为：基于预定分布生成多个训练点，每个训练点是信道矢量；为多个码字中的每一个生成相应的初始值；在第一分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，期望码字在码字上最大化训练点的波束形成增益的度量函数；以及在第一更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字。
在一些实施例中，多个训练点的生成包括基于预定分布生成多个训练点。
在一些实施例中，处理电路310还被配置成确定是否达到收敛。
在一些实施例中，处理电路310还被配置成响应于确定达到收敛，确定包含更新的码字的码本。
在一些实施例中，处理电路310还被配置为：响应于在第一更新操作之后确定没有达到收敛，在第二分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，期望码字在码字上最大化训练点的波束形成增益的度量函数；以及在第二更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字。
在一些实施例中，确定是否达到收敛包括从以下各项的组合中确定一个：迭代次数是否等于设定次数；度量是否大于设定值；两次连续迭代之间度量的变化是否小于设定阈值；以及两次迭代之间多个码字的变化是否小于设定阈值。
在一些实施例中，为多个码字的每一个生成相应的初始值包括执行离散傅立叶变换。
在一些实施例中，度量函数返回从以下各项的组合中选择的一个或多个测量：平均波束形成增益的测量、容量的测量、倒数比特误码率的测量和覆盖范围的测量。
在一些实施例中，训练点包括从以下各项的组合中选择的一个：经验点；在球体上均匀分布的点；基于均匀球形分布而生成的伪随机点；在水平角度范围内均匀分布以及在向下倾斜角度范围内均匀分布的点；以及基于在水平角度范围内均匀以及在向下倾斜角度范围内均匀的分布而生成的伪随机点。
在一些实施例中，多个码字的码字的更新包括将码字的值更新为：
Figure BDA0002238627180000101
其中：
Figure BDA0002238627180000102
并且Ωk是分配给码字的训练点集。
术语“处理电路”在本文中用来表示用于处理数据或数字信号的硬件、固件和软件的任意组合。处理电路硬件可以包括例如专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、通用或专用中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、图形处理单元(Graphics ProcessingUnit，GPU)以及诸如现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的可编程逻辑器件。在本文使用的处理电路中，每个功能由被配置(即被硬连线)为执行该功能的硬件执行，或者由被配置为执行存储在非暂时性存储介质中的指令的更通用的硬件(诸如CPU)执行。处理电路可以制造在单个印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)上，或者分布在几个互连的PCB上。处理电路可以包含其他处理电路；例如，处理电路可以包括互连在PCB上的两个处理电路，即FPGA和CPU。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文用来描述各种元素、组件、区域、层和/或部分，这些元素、组件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素、组件、区域、层或部分与另一元素、组件、区域、层或部分。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文讨论的第一元素、组件、区域、层或部分可以被称为第二元素、组件、区域、层或部分。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图限制本公开。如本文所使用的，术语“基本上”、“大约”和类似术语被用作近似术语，而不是程度术语，并且意图说明本领域普通技术人员将认识到的测量值或计算值中的固有偏差。如本文所使用的，术语“主要组分”是指组合物、聚合物或产品中存在的量大于该组合物或产品中任何其它单一组分的量的组分。相反，术语“基本组分”是指占组合物、聚合物或产品至少50％或更多重量的组分。如本文所使用的，术语“主要部分”，当应用于多个项时，是指至少一半的项。
如本文所使用的，单数形式“一”和“一个”也意图包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项的任何和所有组合。当在元素列表之前时，诸如“至少一个”的表达式修饰整个元素列表，而不是修饰列表的单个元素。此外，当描述本公开的实施例时，“可以”的使用是指“本公开的一个或多个实施例”。并且，术语“示例性”意图指代示例或说明。如本文所使用的，术语“使用(use)”、“使用(using)”和“使用了(used)”可以被认为分别与术语“利用(utilize)”、“利用(utilizing)”和“利用了(utilized)”同义。
应当理解，当元素或层被称为“在……上”、“连接到”、“耦合到”或“邻近”另一元素或层时，它可以直接在另一元素或层上、连接到、耦合到、或邻近另一元素或层，或者可以存在一个或多个中间元素或层。相反，当元素或层被称为“直接在……上”、“直接连接到”、“直接耦合到”或“紧邻”另一元素或层时，不存在中间元素或层。
本文所述的任何数值范围意图包括包含在所述范围内的相同数值精度的所有子范围。例如，“1.0至10.0”的范围意图包括所述最小值1.0和所述最大值10.0之间的所有子范围，即具有等于或大于1.0的最小值和等于或小于10.0的最大值(例如，2.4至7.6)的子范围。本文所述的任何最大数值限制意图包括其中包含的所有更低的数值限制，并且本说明书中所述的任何最小数值限制意图包括其中包含的所有更高的数值限制。
尽管本文已经具体描述和示出了生成用于模拟波束形成的码本的***和方法的示例性实施例，但是许多修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，应当理解，根据本公开的原理构建的生成用于模拟波束形成的码本的***和方法可以不同于本文具体描述的来实施。本公开也在以下权利要求及其等同物中定义。

Claims (20)

1.一种设计用于模拟波束形成的码本的方法，所述方法包括：
生成多个训练点，每个训练点是信道矢量；
为多个码字中的每一个码字生成相应的初始值；
在第一分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，所述期望码字在所述码字上最大化所述训练点的波束形成增益的度量函数；以及
在第一更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字，所述更新包括执行梯度下降更新规则的多次迭代。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，多个训练点的生成包括基于预定分布生成多个训练点。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括确定是否达到收敛。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：响应于确定达到收敛，确定包含更新的码字的码本。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括，
响应于在所述第一更新操作之后确定没有达到收敛，
在第二分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，所述期望码字在所述码字上最大化所述训练点的波束形成增益的度量函数；以及
在第二更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述确定是否达到收敛包括从以下各项的组合中确定一个：
迭代次数是否等于设定次数；
度量是否大于设定值；
两次连续迭代之间度量的变化是否小于设定阈值；以及
两次迭代之间多个码字的变化是否小于设定阈值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，为所述多个码字的每一个码字生成相应的初始值包括执行离散傅立叶变换。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述度量函数返回从以下各项的组合中选择的一个或多个测量：平均波束形成增益的测量、容量的测量、倒数比特误码率的测量和覆盖范围的测量。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述训练点包括从以下各项的组合中选择的一个：
经验点；
在球体上均匀分布的点；
基于均匀球形分布而生成的伪随机点；
在水平角度范围内均匀分布以及在向下倾斜角度范围内均匀分布的点；以及
基于在水平角度范围内均匀以及在向下倾斜角度范围内均匀的分布而生成的伪随机点。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个码字中的码字的更新包括将所述码字的值更新为：
Figure FDA0002238627170000021
其中：
Figure FDA0002238627170000022
并且
Ωk是分配给所述码字的训练点集。
11.一种用于通信的***，包括：
天线***，包括多个天线和对应的多个移相器，
处理电路，其电耦合到所述天线***，其中所述处理电路被配置为：
基于预定分布生成多个训练点，每个训练点是信道矢量；
为多个码字中的每一个码字生成相应的初始值；
在第一分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，所述期望码字在所述码字上最大化所述训练点的波束形成增益的度量函数；并且
在第一更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字。
12.根据权利要求11所述的***，其中，多个训练点的生成包括基于预定分布生成多个训练点。
13.根据权利要求11所述的***，其中，所述处理电路还被配置为确定是否达到收敛。
14.根据权利要求13所述的***，其中，所述处理电路还被配置为响应于确定达到收敛，确定包含更新的码字的码本。
15.根据权利要求14所述的***，其中，所述处理电路还被配置为：
响应于在所述第一更新操作之后确定没有达到收敛，
在第二分配操作中，将每个训练点分配给相应的期望码字，所述期望码字在所述码字上最大化所述训练点的波束形成增益的度量函数；并且
在第二更新操作中，根据分配给每个码字的训练点更新每个码字。
16.根据权利要求13所述的***，其中，所述确定是否达到收敛包括从以下各项的组合中确定一个：
迭代次数是否等于设定次数；
度量是否大于设定值；
两次连续迭代之间度量的变化是否小于设定阈值；以及
两次迭代之间多个码字的变化是否小于设定阈值。
17.根据权利要求11所述的***，其中，为所述多个码字的每一个码字生成相应的初始值包括执行离散傅立叶变换。
18.根据权利要求11所述的***，其中，所述度量函数返回从以下各项的组合中选择的一个或多个测量：平均波束形成增益的测量、容量的测量、倒数比特误码率的测量和覆盖范围的测量。
19.根据权利要求11所述的***，其中，所述训练点包括从以下各项的组合中选择的一个：
经验点；
在球体上均匀分布的点；
基于均匀球形分布而生成的伪随机点；
在水平角度范围内均匀分布以及在向下倾斜角度范围内均匀分布的点；以及
基于在水平角度范围内均匀以及在向下倾斜角度范围内均匀的分布而生成的伪随机点。
20.根据权利要求11所述的***，其中，所述多个码字中的码字的更新包括将所述码字的值更新为：
Figure FDA0002238627170000031
其中：
Figure FDA0002238627170000032
并且
Ωk是分配给所述码字的训练点集。
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