CN111512567B - 利用旋转波束管理进行无线通信的设备和方法 - Google Patents

利用旋转波束管理进行无线通信的设备和方法 Download PDF

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Abstract

公开了利用旋转波束管理进行无线通信的设备、方法和计算机程序。因为用于波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本，所以来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段。

Description

利用旋转波束管理进行无线通信的设备和方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更特别地涉及网络节点设备、客户端设备及相关方法和计算机程序。
背景技术
在一些无线***例如所谓的新无线电(New Radio，NR)***中，可以利用波束管理过程。通常，网络发送例如用于波束管理的给定参考信号，然后用户设备检测信号，对信号执行测量并且基于测量结果将反馈发送至网络。
目前，NR***支持例如两阶段波束管理过程。第一阶段包括过程P1，过程P1涉及使用宽的(wide)或宽(broad)或粗(coarse)波束。过程P1允许在网络节点设备波束与客户端设备波束之间进行搜索，使得可以识别强波束对链路(例如，能够实现最高信道质量指标的波束对)。
第二阶段可以包括过程P2和过程P3，过程P2和过程P3涉及使用窄波束或细波束。换句话说，过程P2和P3在网络节点设备侧和客户端设备侧，分别具有波束细化机会。通过利用来自P1结果的波束报告以及比P1中使用的波束窄的波束来执行P2/P3中的波束细化以利用更高波束成形增益。
然而，在当前波束管理过程中，在每个时间间隔中以忽略所有过去信息的方式来重复波束跟踪阶段。由于未考虑可能在时间上相关的链路变化，因此该方法可能导致较低的链路传输速率。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些构思，这些构思将在下面的详细描述中进一步描述。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，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
本发明的目的是提供无线通信中的改进的波束管理。前述目的和其他目的通过独立权利要求的特征实现。根据从属权利要求、说明书和附图，另外的实现形式是明显的。
根据第一方面，提供了一种网络节点设备。该网络节点设备包括收发器，该收发器被配置成发送用于波束扫描过程的当前波束配置。当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息。收发器还被配置成从客户端设备接收与当前波束配置有关的反馈信息。该网络节点设备还包括处理器，该处理器被配置成基于所接收的反馈信息来确定当前角度布置中的该组波束中的优选波束。处理器还被配置成确定用于波束扫描过程的后续波束配置。后续波束配置包括关于后续角度布置中的一个或更多个波束的信息。后续角度布置的平均方向对应于所确定的优选波束的方向。收发器还被配置成发送后续波束配置。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持无线链路以支持给定的服务质量(例如，具有特定信噪比的链路)。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第一方面的实现形式中，当前波束配置包括初始波束配置，初始波束配置包括初始角度布置中的一组波束。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
在第一方面的另一实现形式中，后续波束配置比当前波束配置具有更高的角分辨率。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
在第一方面的另一实现形式中，后续波束配置比当前波束配置具有更窄的角度范围。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
在第一方面的另一实现形式中，所接收的反馈信息包括以下指示中的至少一个：针对至少一个波束的接收功率的指示、针对至少一个波束的信道质量的指示、针对至少一个波束的信噪比的指示、针对至少一个波束的信号与干扰加噪声比的指示或针对至少一个波束的误块率的指示。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量(例如，信噪比)。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第一方面的另一实现形式中，当前波束配置中的所确定的优选波束的方向对应于当前波束配置中的所确定的优选波束的纵向中心轴的方向。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第一方面的另一实现形式中，每个波束配置由其相应的波束管理码本定义。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第一方面的另一实现形式中，处理器还被配置成利用线性变换：
Figure GDA0003181794730000031
通过将矩阵R与当前波束管理码本W当前相乘来确定后续波束管理码本W后续，其中，矩阵R是通过经由所接收的反馈信息获得的仰角θi和方位角
Figure GDA0003181794730000032
而确定的。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第一方面的另一实现形式中，收发器还被配置成发送用于初始波束配置的特定于小区的参考信号，并且收发器还被配置成发送用于后续波束配置的特定于客户端设备的参考信号。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第一方面的另一实现形式中，初始波束配置用于初始波束管理过程，并且后续波束配置用于后续波束管理过程，并且初始波束配置比任何后续波束配置包括更宽的波束。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
在第一方面的另一实现形式中，在初始波束管理过程中，参考信号包括同步信号。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第一方面的另一实现形式中，处理器还被配置成基于与当前波束配置有关的反馈信息或链路阻塞概率来调整同步信号的周期。由于波束成形的信号是高度定向的，因此它们可能易于受到物理对象的阻挡。因此，周期性地重复对粗波束的获取使得能够改进对链路阻塞的避免。
在第一方面的另一实现形式中，响应于收发器从客户端设备接收到开始初始波束管理过程的第一指示，处理器还被配置成开始初始波束管理过程。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
在第一方面的另一实现形式中，响应于收发器从客户端设备接收到使用后续波束管理过程的第二指示，处理器还被配置成开始后续波束管理过程。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
根据第二方面，提供了一种方法。该方法包括：通过网络节点设备发送用于波束扫描过程的当前波束配置。当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息。该方法还包括：通过网络节点设备从客户端设备接收与当前波束配置有关的反馈信息。该方法还包括：通过网络节点设备基于所接收的反馈信息来确定当前角度布置中的该组波束中的优选波束。该方法还包括：通过网络节点设备确定用于波束扫描过程的后续波束配置。后续波束配置包括关于后续角度布置中的一个或更多个波束的信息，其中，后续角度布置的平均方向对应于所确定的优选波束的方向。该方法还包括：通过网络节点设备发送后续波束配置。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。这实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持无线链路以支持给定的服务质量(例如，具有特定信噪比的链路)。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第二方面的实现形式中，当前波束配置包括初始波束配置，初始波束配置包括初始角度布置中的一组波束。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
在第二方面的另一实现形式中，后续波束配置比当前波束配置具有更高的角分辨率。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
在第二方面的另一实现形式中，后续波束配置比当前波束配置具有更窄的角度范围。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
在第二方面的另一实现形式中，所接收的反馈信息包括以下指示中的至少一个：针对至少一个波束的接收功率的指示、针对至少一个波束的信道质量的指示、针对至少一个波束的信噪比的指示、针对至少一个波束的信号与干扰加噪声比的指示或针对至少一个波束的误块率的指示。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第二方面的另一实现形式中，当前波束配置中的所确定的优选波束的方向对应于当前波束配置中的所确定的优选波束的纵向中心轴的方向。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第二方面的另一实现形式中，每个波束配置由其相应的波束管理码本定义。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第二方面的另一实现形式中，该方法还包括由处理器利用线性变换：
Figure GDA0003181794730000051
通过将矩阵R与当前波束管理码本W当前相乘来确定后续波束管理码本W后续，其中，矩阵R是通过经由所接收的反馈信息获得的仰角θi和方位角
Figure GDA0003181794730000052
而确定的。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第二方面的另一实现形式中，该方法还包括：通过收发器发送用于初始波束配置的特定于小区的参考信号，以及通过收发器发送用于后续波束配置的特定于客户端设备的参考信号。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第二方面的另一实现形式中，初始波束配置用于初始波束管理过程，并且后续波束配置用于后续波束管理过程，并且初始波束配置比任何后续波束配置包括更宽的波束。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
在第二方面的另一实现形式中，在初始波束管理过程中，参考信号包括同步信号。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。本发明实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持有效的信道质量度量，例如信噪比。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
在第二方面的另一实现形式中，该方法还包括：通过处理器基于与当前波束配置有关的反馈信息或链路阻塞概率来调整同步信号的周期。由于波束成形的信号是高度定向的，因此它们可能易于受到物理对象的阻挡。因此，周期性地重复对粗波束的获取使得能够改进对链路阻塞的避免。
在第二方面的另一实现形式中，该方法还包括：响应于通过收发器从客户端设备接收到开始初始波束管理过程的第一指示，通过处理器开始初始波束管理过程。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
在第二方面的另一实现形式中，该方法还包括：响应于通过收发器从客户端设备接收到使用后续波束管理过程的第二指示，通过处理器开始后续波束管理过程。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
根据第三方面，提供了一种计算机程序。该计算机程序包括程序代码，该程序代码被配置成在计算机程序在计算机上执行时执行根据第二方面的方法。来自过去的波束跟踪阶段的信息可以用于下一波束跟踪阶段，这是因为用于链路跟踪或波束扫描的下一波束码本取决于较早的波束码本。这实现更高速率的链路传输，这是因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现低导频开销和反馈开销，同时仍保持无线链路以支持给定的服务质量(例如，具有特定信噪比的链路)。根据本发明的后续波束配置的使用使得能够在相继波束扫描会话中增强链路跟踪，从而提供更高的波束成形增益以提高传输的频谱效率，这又实现改进的链路预算。
根据第四方面，提供了一种客户端设备。客户端设备包括收发器，该收发器被配置成接收用于波束扫描过程的当前波束配置。当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息。客户端设备还包括处理器，该处理器被配置成确定要对所接收的当前波束配置的当前角度布置中的该组波束执行的至少一个链路质量测量。处理器还被配置成基于所测量的链路质量超过或者降至低于预定质量阈值来确定指示初始波束管理过程的第一指示或指示后续波束管理过程的第二指示。收发器还被配置成发送所确定的第一指示或第二指示。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
在第四方面的实现形式中，收发器还被配置成：响应于所测量的链路质量低于预定质量阈值，发送第一指示以开始初始波束管理过程。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
在第四方面的另一实现形式中，收发器还被配置成：响应于所测量的链路质量超过预定质量阈值，发送第二指示以开始后续波束管理过程。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
在第四方面的另一实现形式中，初始波束配置用于初始波束管理过程，并且后续波束配置用于后续波束管理过程，并且初始波束配置比任何后续波束配置包括更宽的波束。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
根据第五方面，提供了一种方法。该方法包括：在客户端设备处接收用于波束扫描过程的当前波束配置。当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息。该方法还包括：通过客户端设备确定要对所接收的当前波束配置的当前角度布置中的该组波束执行的至少一个链路质量测量。该方法还包括：基于所测量的链路质量超过或者降至低于预定质量阈值来确定指示初始波束管理过程的第一指示或指示后续波束管理过程的第二指示。该方法还包括通过客户端设备发送所确定的第一指示或第二指示。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
在第五方面的实现形式中，该方法还包括：响应于所测量的链路质量低于预定质量阈值，通过收发器发送第一指示以开始初始波束管理过程。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
在第五方面的另一实现形式中，该方法还包括：响应于所测量的链路质量超过预定质量阈值，通过收发器发送第二指示以开始后续波束管理过程。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
在第五方面的另一实现形式中，初始波束配置用于初始波束管理过程，并且后续波束配置用于后续波束管理过程，并且初始波束配置比任何后续波束配置包括更宽的波束。最初仅使用粗波束配置使得能够减少开销，从而提高传输的频谱效率。同时，在后续阶段中使用有限数目的波束减少了导频开销和反馈开销二者。导频开销减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
根据第六方面，提供了一种计算机程序。该计算机程序包括程序代码，该程序代码被配置成在计算机程序在计算机上执行时执行根据第五方面的方法。本发明实现动态方式来避免阻塞，使得基于较早的反馈通过旋转来更新细化码本，直至客户端设备处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于某个阈值。
将更容易理解许多伴随特征，因为通过参考结合附图考虑的以下详细描述，这些伴随特征变得更好理解。
附图说明
在下文中，参考附图更详细地描述了示例实施方式，在附图中：
图1A是示出网络节点设备的框图；
图1B是示出客户端设备的框图；
图2A是示出单阶段链路跟踪的图；
图2B是示出两阶段链路跟踪的图；
图3是示出方法的流程图；
图4是示出传输帧的图；
图5A是示出信令操作的图；
图5B是示出信令操作的另一图；
图6是示出波束码本自适应的图；
图7是示出用于三维天线阵列的波束码本自适应的图；
图8是示出方法的另一流程图；
图9是示出阻塞避免的图；
图10是示出方法的另一流程图；
图11是示出方法的信令图；
图12是示出辐射图案的图；
图13是示出所跟踪的波束方向的图；
图14A是示出利用无噪声导频传输的可实现速率的图；
图14B是示出利用噪声导频传输的可实现速率的另一图；
图15是示出传输帧的另一图；以及
图16是示出信令操作的另一图。
在下文中，相同的附图标记指代相同或者至少功能上等同的特征。
具体实施方式
在以下描述中，参考了形成本公开内容的一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了本发明可以被置于的特定方面。应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用其他方面并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，以下详细描述不应以限制的意义进行理解，因为本发明的范围由所附权利要求书限定。
例如，应当理解，与所描述的方法有关的公开内容还可以适用于被配置成执行该方法的相应设备或***，反之亦然。例如，如果描述了特定方法步骤，则相应设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使在图中未明确描述或示出这样的单元。另一方面，例如，如果基于功能单元描述了特定装置，则相应的方法可以包括执行所描述的功能的步骤，即使在图中未明确描述或示出这样的步骤。此外，应当理解，除非另有特别说明，否则本文描述的各种示例方面的特征可以彼此组合。
波束扫描(也称为链路跟踪)是指这样的技术，在该技术中，通过在发射天线处改变波束成形权重将例如一组参考符号或导频信号映射至某些波束图案，使得所生成的信号以期望方向(即波束图案)辐射，以然后经由反馈获得期望的发射方向。可以将一组波束成形权重称为波束码本，利用该波束码本可以通过对参考信号进行波束成形来生成一组波束。
在下文中，基于图2A和图2B提供了对链路跟踪的总体描述。图2A示出了单阶段链路跟踪的示例，图2B示出了两阶段链路跟踪的示例。
可以利用同步信号(synchronization signal，SS)来执行对宽波束或粗波束的获取。图 2A的图210示出了利用固定粗波束码本的单阶段链路跟踪，其中，周期性同步信号211至 214用于链路获取。通常，目的是均匀地划分角度范围并且构造波束，该波束的主瓣在给定范围内以均匀选择的角度定位。通常，还期望优化主瓣的宽度，使得该组波束覆盖一系列角度以避免中断(outage)。假定通道的响应是高度定向的，其中，离开角(angle ofdeparture， AoD)的范围从φ最小至φ最大(换句话说，任何超出此范围的传输都被认为太过衰减而不能被接收器检测到)，该范围被分成多个角度子范围。在某些情况下，例如，在每个扇区中仅覆盖某些角度的扇区化蜂窝***中，也可以先验地决定参数φ最小和φ最大。否则，在没有任何先验信息的情况下，可以例如将参数设定为使得φ最小＝0、φ最大＝π以避免传输中的中断事件。图2A的图210示出了利用四个波束的示例，这些波束可以使用例如时分多路复用(time-division multiplexing，TDM)、频分多路复用(frequency-divisionmultiplexing， FDM)或码分多路复用(code-division multiplexing，CDM)来发送。对于CDM，也可以使用相互正交覆盖码(orthogonal covering code，OCC)。
宽波束具有小的波束成形增益，因为波束被设计成覆盖更宽的角度范围。缓解小波束成形增益的一种方法是利用两分辨率(也称为两阶段)波束码本来改善链路，使得在第一阶段中确定较粗和较宽的角度方向，并且在第二阶段中找到更精细的窄波束方向。图2B的图220示出了两阶段链路跟踪，其中，第一阶段221使用四个宽波束，第二阶段222针对每个宽波束来使用四个窄波束(即总共十六个窄波束)。在第二阶段222中，基于在第一阶段221之后来自接收器的反馈，发送器在所选择的宽波束的方向上发送四个波束，通过这样的方式完成了对窄波束的最终选择。
然而，图2A至图2B的方法存在问题。例如，在图2A所示的方法中，由于波束数量有限，所以波束被设计得尽可能宽以避免中断事件(即，以覆盖宽角度范围)。这降低了链路的有效信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，降低了功率效率，继而降低了频谱效率。此外，由于在每个时间间隔中简单地重复波束跟踪阶段，因而忽略了所有过去的信息。这样的方法不是最佳的，因为链路中的变化可能在时间上相关。
图2B中所示的方法在第二阶段222中使用更精细或更窄的波束。然而，这实际上意味着使用更多数量的波束，这增加了导频开销和反馈开销。另外，由于仍每隔一个时间间隔重复波束跟踪阶段，因此同样忽略了所有过去的信息。同样，这样的方法不是最佳的，因为链路中的变化可能在时间上相关。
本发明实现波束管理以用于例如在毫米波(millimeter wave，mmW)无线电信道中进行波束扫描的目的，使得过去的波束扫描阶段的信息可以用于下一波束扫描阶段。换句话说，在所有波束扫描时刻中，在发送器处针对波束扫描而使用的下一波束码本取决于较早波束码本。这提供了更高的链路传输速率，因为始终考虑链路的时间变化，并且使用较少的训练开销。此外，本发明实现了低的导频开销和反馈开销以及有效SNR。
在下文中，基于图1A和图1B来描述网络节点设备100和客户端设备110的示例实施方式。所描述的设备的一些特征是可选特征，这些可选特征提供了进一步的优点。此外，稍后将在以下图3至图16的描述中更详细地描述根据本发明的实施方式的网络节点设备 100和客户端设备110的功能。
图1A是示出网络节点设备100的框图。网络节点设备100可以包括例如基站，诸如宏eNodeB、微微eNodeB、家庭eNodeB、第五代基站(gNB)或者为客户端设备(包括例如图1B的客户端设备110)提供空中接口以经由无线传输连接至无线网络的任何此类设备。
根据一方面，网络节点设备100包括收发器101和耦接至收发器101的处理器或处理单元102，其可以用于实现稍后更详细描述的功能。
处理器102可以包括例如以下处理设备中的一个或更多个：各种处理设备，诸如协处理器、微处理器、控制器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、具有或不具有伴随DSP的处理电路，或者包括集成电路的各种其他处理设备，例如专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，FPGA)、微控制器单元(microcontroller unit，MCU)、硬件加速器、专用计算机芯片等。
网络节点设备100还可以包括被配置成存储例如计算机程序等的存储器(图1A中未示出)。存储器可以包括一个或更多个易失性存储器设备、一个或更多个非易失性存储器设备和/或一个或更多个易失性存储器设备与非易失性存储器设备的组合。例如，存储器可以被实施为磁存储设备(诸如硬盘驱动器、软盘、磁带等)、光学磁存储设备和半导体存储器(诸如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、 RAM(随机存取存储器)等)。
收发器101被配置成发送用于波束扫描过程的当前波束配置。本文中，“初始”波束配置是指在没有任何先验信息的情况下在波束扫描过程中首先或最初使用的波束配置，或者是指在链路阻塞之后通过请求在波束扫描过程中首先或最初使用的波束配置。“当前”波束配置是指在波束扫描过程中当前使用的波束配置，“后续”波束配置是指在波束扫描过程中后续(即，在“当前”之后)使用的波束配置。因此，如果初始波束配置是当前正在使用的波束配置，则当前波束配置也可以是初始波束配置。初始波束配置可以仅使用粗波束。
此外，每个波束配置包括关于相应角度布置中的一组波束的信息。因此，初始波束配置包括关于初始角度布置中的一组波束的信息，当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息，并且后续波束配置包括关于后续角度布置中的一组波束的信息。
角度布置可以包括例如各组波束的角度范围和/或各组波束的角分辨率。角分辨率指示在给定角度范围内波束的分辨率，因此取决于使用多少波束来覆盖给定的角度范围。在示例中，后续波束配置可以比当前波束配置具有更窄的角度范围。例如，当前波束配置可以具有180度的角度范围，而后续波束配置可以具有45度的角度范围。在另一示例中，后续波束配置可以比当前波束配置具有更高的角分辨率。例如，当前波束配置可以利用两个宽波束来覆盖45度的角度范围，而后续波束配置可以利用四个窄波束来覆盖相同的45度的角度范围。
在示例中，初始波束配置可以用于初始波束管理过程例如新无线电(NR)***的波束管理过程P1中。后续波束配置可以用于后续波束管理过程例如NR***的波束管理过程P2或P3中。此外，初始波束配置可以比任何后续波束配置包括更宽或更粗的波束。
在示例中，收发器101还可以被配置成发送用于初始波束配置的特定于小区的参考信号(reference signal，RS)，以及用于任何后续波束配置的特定于客户端设备的参考信号。此外，在初始波束管理过程中，参考信号可以包括同步信号(SS)。
收发器101还被配置成从客户端设备例如图1B的客户端设备110接收与当前波束配置有关的反馈信息。在示例中，所接收的反馈信息可以包括：针对至少一个波束的接收功率的指示、针对至少一个波束的信道质量的指示、针对至少一个波束的信噪比(SNR)的指示、针对至少一个波束的信号与干扰加噪声比(signal-to-interference-plus-noiseratio，SINR) 的指示和/或针对至少一个波束的误块率(block error ratio，BLER)的指示。
处理器102被配置成基于所接收的反馈信息来确定当前角度布置中的该组波束中的优选波束。优选波束可以包括例如：如由从客户端设备接收的反馈信息指示的具有最高接收功率的波束。在示例中，反馈信息可以包括波束状态信息(beam state information，BSI)，并且BSI又可以包括优选波束的波束索引(beam index，BI)。
处理器102还被配置成确定用于波束扫描过程的后续波束配置，使得后续角度布置的平均方向对应于所确定的优选波束的方向(例如，位于所选择的波束的主瓣中心的轴)。可以例如经由平均计算或者经由任何其他合适的计算来获得优选波束的平均方向。在示例中，当前波束配置中的优选波束的方向与当前波束配置中的所确定优选波束的纵向中心轴的方向对应或一致。
在示例中，每个波束配置由其相应的波束管理码本定义。换句话说，当前波束配置可以由当前波束管理码本定义，并且后续波束配置可以由后续波束管理码本定义。在本文中，码本指示被表示为波束成形权重的一组波束。
在示例中，处理器102还被配置成利用线性变换：
Figure GDA0003181794730000121
通过将矩阵R与当前波束管理码本W当前相乘来确定后续波束管理码本W后续，其中，通过经由所接收的反馈信息获得的仰角θi和方位角
Figure GDA0003181794730000122
来确定矩阵R。
收发器101还被配置成发送后续波束配置。此外，收发器101可以被配置成将后续波束配置发送至客户端设备例如图1B的客户端设备110。
在示例中，处理器102被配置成基于与当前波束配置有关的反馈信息或链路阻塞概率来调整同步信号的周期。下面结合图1B的客户端设备110来进一步描述对同步信号的周期的调整及其使用的示例。
在示例中，响应于收发器101从客户端设备(例如图1B的客户端设备110)接收到开始初始波束管理过程的第一指示，处理器102还被配置成开始初始波束管理过程。在另一示例中，响应于收发器101从客户端设备(例如图1B的客户端设备110)接收到使用后续波束管理过程的第二指示，处理器102还被配置成开始后续波束管理过程。下面结合图 1B的客户端设备110来进一步描述第一指示和第二指示及其使用的示例。
换句话说，本发明使得能够构造波束码本(例如可以被表示为波束成形权重的一组波束)以用于来自服务小区的链路跟踪或波束扫描。这通过图3的流程图300来说明。波束扫描包括初始步骤和后续步骤。在第一初始步骤中，执行利用覆盖宽角度范围的波束的粗波束扫描。然后执行后续步骤以通过使用覆盖较窄角度范围的细化码本来改善波束跟踪。为了实现链路跟踪，接收器可以在每个步骤处向发送器报告波束状态信息(BSI)，步骤310。在示例中，BSI可以包含具有最高接收器功率的波束的波束索引(BI)。可以在离开角(AoD)域中旋转每个步骤处的细化码本，使得新的细化码本具有这样的辐射图案，该辐射图案以从接收器反馈回的最新波束的主方向为中心，以在下一扫描会话中实现增强的跟踪，步骤320。然后，经旋转的细化波束码本还在后续链路跟踪会话中用于链路跟踪。基于经由反馈链路从接收器获得的上一BSI，可以针对下一波束扫描会话类似地更新波束码本的旋转，步骤330。
图4还示出了利用初始波束码本和后续旋转波束细化码本的传输帧的示例。也就是说，第一步骤410使用初始粗波束码本，并且其余的后续步骤420采用旋转波束细化码本。在图4的示例中，初始粗波束仅被使用一次，这减少了开销，从而提高了传输的频谱效率。此外，在图4的示例中，被称为旋转波束码本的机制用于在相继扫描会话中实现增强的链路跟踪，以提供更高的波束成形增益，以提高传输的频谱效率。此外，在图4的示例中，后续步骤使用有限数目的波束。这减少了导频开销和反馈开销二者。导频减少提高了前向链路(例如，下行链路)的频谱效率，并且反馈开销减少提高了反向链路(例如，上行链路)的频谱效率。
图5A和图5B进一步示出了具有三个波束扫描会话的信令操作。图5A的图510示出了总体情况，图5B的图520示出了三个波束扫描会话中的示例波束码本的情况。图6的图600进一步示出了这些示例。步骤511对应于步骤521，步骤512对应于步骤522，步骤513 对应于步骤523，步骤514对应于步骤524，步骤515对应于步骤525，步骤516对应于步骤526，并且步骤517对应于步骤527。
在步骤511和步骤521处，网络节点设备100处的收发器101的发送器Tx采用初始波束码本(以及步骤611中的上一波束码本)进行波束扫描。波束扫描意味着通过在发射天线处改变波束成形权重将一些参考符号或导频信号映射至某些波束图案，使得所生成的信号以期望的方向(即，波束图案)辐射。网络节点设备100可以是例如接入节点或基站。在没有任何先验角度信息的情况下，初始波束码本在角度域中可以是均匀的，以覆盖所有角度，以使中断性能最小化。使由于发送器Tx处的参考信号和来自接收器Rx的反馈开销导致的扫描开销最小化的一种方法是在步骤511和步骤521处让网络节点设备100使用粗波束码本。这减少了发射所需的波束数目，从而减少了训练开销。网络节点设备100可以在时域、频域或码域中或者在其组合中通过波束发送参考符号(即，导频信号)。
图5B的步骤521使用具有覆盖近180度的四个波束的初始波束码本。也就是说，每个波束基本上覆盖45度。需要至少四个时频码资源来发射波束，这可以利用例如时分多路复用(TDM)、频分多路复用(FDM)或码分多路复用(CDM)来完成。对于CDM，也可以使用相互正交覆盖码(OCC)。
在步骤512、步骤522和步骤612处，接收器Rx(例如，客户端设备110的收发器 111)经由反馈链路发送回可以指示针对波束子集的信道质量的度量的波束状态信息(BSI)。在示例中，BSI报告最合适的波束的索引，最合适的波束例如具有最高接收功率、最高信道质量指标(Channel Quality Index，CQI)、SNR、SINR或最低BLER的波束。在图5B 的示例中，从接收器Rx到网络节点设备100的两比特反馈用于向网络节点设备100的发送器Tx通知关于用于从网络节点设备100到客户端设备110的接收器Rx的后续数据传输的最合适的波束的索引，步骤522。波束选择可以基于例如最高接收功率、最高信道质量指标(CQI)、SNR、SINR或最低BLER。另一方法是使用压缩方法，基于例如差分报告 (differential reporting)以减少开销或对波束的重新组合。
从步骤514、步骤524和步骤615开始，将使用波束细化码本来进一步提高波束扫描质量，以为链路提供更高的波束成形增益，以支持更高速率的传输。图5B使用具有一起覆盖近45度的四个波束的波束细化码本的示例。可以通过将粗波束码本的单个波束的角度范围划分为多个波束来构造波束细化码本。可以基于链路跟踪中的期望质量和用于训练开销的可用资源来配置波束的数目。
下面的示例提供了在步骤513、步骤523和步骤613至步骤614中在AoD域中将具有给定辐射图案的码本变换为具有旋转辐射图案的新码本的方法。这使得能够在每个波束扫描会话中基于从接收器Rx到发送器Tx的上一BSI反馈来更新波束码本，以更好地利用和适应网络中的时间相关性，这最终提高了链路预算和网络容量。
会话i中的波束扫描是利用波束码本Wi执行的。这里，以时间间隔i使用的波束细化码本被表示为：
Figure GDA0003181794730000131
其中，ki表示在波束扫描会话i(即，其间完成波束扫描会话的时间间隔)中使用的波束的数目，矢量wij，其中1≤j≤ki，表示用于在波束扫描会话i中生成波束j的波束成形权重。接收器Rx以波束状态信息(BSI)来发送反馈。在该示例中，BSI包含具有最高接收器功率(即，波束参考信号接收功率(Beam Reference Signal Received Power，BRSRP) 的波束的波束索引(BI)。在时间间隔i中具有最高BRSRP的波束的索引被表示为li，其中，1≤li≤ki。发送器Tx使用所接收的关于最高BRSRP的波束索引，找到波束
Figure GDA0003181794730000141
的被表示为
Figure GDA0003181794730000142
的仰角范围的中心，并且旋转码本i以将新的波束码本形成为：
Wi+1＝f(Wi,θi)； (2)
使得Wi+1中的新波束的并集的角度范围的中心变为θi。该映射通常是多维非线性变换。在下文中，描述了该非线性映射的线性近似的示例。
下面的线性变换可以近似(2)中的一般非线性变换以对具有较低复杂度和实现负担的波束码本进行旋转。首先，描述在角度方向θ处具有单位增益响应的一维(1D)阵列，其被表示为a(θ)。还将描述向任何任意三维(3D)阵列的扩展。参数a(θ)有时也被称为波束导向矢量，并且它可以被提供用于各种阵列设计和配置。例如，均匀线性阵列(uniformlinear array，ULA)的阵列响应为：
Figure GDA0003181794730000143
其中，d是阵列中的相邻天线元件之间的内部距离，λ是载波频率的波长。a(θ)的长度等于ULA中的天线的数目，即nt。接下来，AoD的支集(support)的量化被表示为
Figure GDA0003181794730000144
其中，参数J表示AoD的支集中的采样角度的数目。接下来，使用阵列在集合
Figure GDA0003181794730000145
中的量化角度处的导向矢量来形成矩阵
Figure GDA0003181794730000146
Figure GDA0003181794730000147
集合
Figure GDA00031817947300001414
可以预先固定，并且其可以独立于码本。其可能足够大以比波束细化码本覆盖更宽的角度范围。在示例中，该范围被设置成覆盖初始波束码本的完整支集，即θq,1＝θ最小和θq,J＝θ最大。量化角度的数目(即，J)影响码本旋转的精度。在示例中，该数量可以大约是天线数目，以实现良好的性能。
目标是旋转波束码本Wi，使得Wi+1中的新波束的并集的角度范围的中心变为θi。在任何辐射图案的AoD域中旋转θi意指，量化阵列响应的矩阵
Figure GDA0003181794730000148
将被映射至以下矩阵：
Figure GDA0003181794730000149
因此，搜索这样的线性变换R，其将
Figure GDA00031817947300001410
中的阵列响应映射至
Figure GDA00031817947300001411
中的阵列响应。这导致线性变换R满足：
Figure GDA00031817947300001412
上式(6)的最小二乘解由下式给出：
Figure GDA00031817947300001413
矩阵R(θi)仅取决于新的期望角度方向θi。因此，码本的线性变换可以被执行为：
Figure GDA0003181794730000151
然后将Wi+1的列归一化，以确保发送器Tx处的功率约束。
上面方法的变化涉及通过其最接近的酉矩阵(unitary matrix)(在Frobenius范数意义上)来近似R(θi)，其由下式给出：
Figure GDA0003181794730000152
其中，U和V由R(θi)＝USVH的SVD给出。将码本类似地变换为
Figure GDA0003181794730000153
这样可以自动满足功率归一化。
在该示例中，对于时间间隔i+1，使用波束码本Wi+1进行波束扫描。时间间隔i+1的数据通过波束码本Wi的波束
Figure GDA0003181794730000154
来发送。
在图5B的示例中，在粗波束扫描会话中将波束索引2发送至发送器Tx(步骤522)，因此网络节点设备100将细化波束码本旋转至与波束索引2相关联的波束的中心，该中心处于22.5度的角度处，步骤523。然后，将旋转的波束细化码本用于在下一波束扫描会话中进行链路跟踪，步骤524。网络节点设备100可以在时域、频域或码域中通过细化的波束发送参考符号。图5B示出了旋转波束码本的示例，其中，接收器Rx借助于2比特反馈来确定哪个波束最适合于数据传输。在该示例中，具有波束索引4的BSI在后续细化的波束扫描会话中被反馈回至网络节点设备100，步骤525。对于步骤527的下一波束跟踪，朝向用索引4标记的波束的中心旋转波束细化码本，步骤526。以这种方式，可以始终基于上一反馈来更新波束码本，这确保了支持高数据速率传输的更好的链路质量。
为了简单起见，上述示例涉及1D阵列。下面将描述向任何任意三维(3D)阵列的扩展。图7的图700示出了利用针对3D天线阵列情况的所提出的线性映射进行的旋转。任意3D阵列的阵列响应矢量可以表示为：
Figure GDA0003181794730000155
其中，θ和
Figure GDA0003181794730000156
为仰角和方位角，
Figure GDA0003181794730000157
是天线元件i在方向
Figure GDA0003181794730000158
上的增益，
Figure GDA0003181794730000159
ri＝[xi yi zi]是3D阵列中的天线元件i的三维坐标，λ是载波频率的波长。角度
Figure GDA00031817947300001510
是笛卡尔x-y-z坐标中的极角。针对任何3D天线阵列的线性旋转现在可以被表示为：
Figure GDA00031817947300001511
其中，
Figure GDA00031817947300001512
是与具有上一波束扫描会话中从接收器Rx报告的索引li的反馈波束相对应的仰角和方位角，并且矩阵
Figure GDA00031817947300001513
可以被计算为：
Figure GDA00031817947300001514
其中，矩阵
Figure GDA0003181794730000161
和矩阵
Figure GDA0003181794730000162
通过下式给出：
Figure GDA0003181794730000163
Figure GDA0003181794730000164
并且，参数J是天线阵列的偏离的仰角和方位角的支集中的量化角对
Figure GDA0003181794730000165
的数目。参数q是固定的数目。因此，通过更新上一次使用的波束码本，使用上一反馈，可以在每个波束扫描会话中迭代地使用(11)中的映射。如果
Figure GDA0003181794730000166
设置
Figure GDA0003181794730000167
并且x轴上的所有元件都被放置成具有坐标ri＝[(i-1)d 0 0]，则总体情况简化为均匀线性阵列(ULA)，并且(12)中给出的一般映射也减少为(7)中的针对ULA的一般映射。
图1B是示出客户端设备110的框图。客户端设备110可以是由终端用户实体直接使用并且能够在无线网络中进行通信的各种类型的设备中的任一种，例如用户设备(userequipment，UE)。这样的设备包括但不限于：智能电话、平板计算机、智能手表、膝上型计算机、物联网(Internet-of-Things，IoT)设备等。虽然可以从客户端设备的角度来描述实施方式，但是这作为示例并且绝非限制。
根据一方面，客户端设备110包括收发器111和耦接至收发器111的处理器或处理单元112，其可以用于实现下面更详细地描述的功能。
处理器112可以包括例如以下处理设备中的一个或更多个：各种处理设备，诸如协处理器、微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、具有或不具有伴随DSP的处理电路，或者包括集成电路的各种其他处理设备，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器单元(MCU)、硬件加速器、专用计算机芯片等。
客户端设备110还可以包括被配置成存储例如计算机程序等的存储器(图1B中未示出)。存储器可以包括一个或更多个易失性存储器设备、一个或更多个非易失性存储器设备和/或一个或更多个易失性存储器设备与非易失性存储器设备的组合。例如，存储器可以被实施为磁存储设备(诸如硬盘驱动器、软盘、磁带等)、光学磁存储设备和半导体存储器(诸如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、 RAM(随机存取存储器)等)。
应当注意，客户端设备110使用的各种参数和数据块(包括但不限于波束配置、角度布置、波束管理过程、“初始”、“当前”以及“后续”)与网络节点设备100使用的各种参数和数据块是相同的或者至少在功能上等同，因此这里不再赘述它们的描述。
收发器111被配置成接收用于波束扫描过程的当前波束配置。如上所述，当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息。
处理器112被配置成确定要对所接收的当前波束配置的当前角度布置中的该组波束执行的一个或更多个链路质量测量。这些链路质量测量可以与例如针对至少一个波束的接收功率、针对至少一个波束的信道质量、针对至少一个波束的信噪比(SNR)、针对至少一个波束的信号与干扰加噪声比(SINR)和/或针对至少一个波束的误块率(BLER)有关。
基于所测量的链路质量超过或降至低于预定质量阈值，处理器112还被配置成确定指示初始波束管理过程的第一指示或指示后续波束管理过程的第二指示。在示例中，收发器 112被配置成响应于所测量的链路质量低于预定质量阈值，发送第一指示以开始初始波束管理过程。在另一示例中，收发器112被配置成响应于所测量的链路质量超过预定质量阈值，发送第二指示以开始后续波束管理过程。
收发器111还被配置成发送所确定的第一指示或第二指示。此外，收发器111可以被配置成将所确定的第一指示或第二指示发送至网络节点设备例如图1A的网络节点设备100。
换句话说，由于波束成形的信号是高度定向的，因此它可能易于受到物理对象的阻挡。为了避免阻塞，可以周期性地重复宽波束或粗波束获取以进行链路恢复。这样做的一种方法是使用粗波束的规则稀疏传输，然后使用如上所讨论的通过旋转管理精细链路跟踪的细化波束。可以使用同步信号发送粗波束，并且细化波束同样可以使用特定于客户端设备或特定于UE的参考信号，如图9的图900中进一步示出的。
如果使用同步信号执行粗波束管理，则另一潜在影响是对同步信号的周期性的调整。例如，NR支持用于同步信号的周期性的多个值，因此用于平衡阻塞概率与波束管理开销的一个示例方法涉及调整同步信号的周期并且在其间使用旋转细化波束码本。换句话说，基于移动性，较长的同步信号周期可以与更频繁旋转的细化波束一起使用。
另一方法(由图10的图1000示出)涉及：网络节点设备100以动态方式执行下面描述的机制以避免阻塞，使得基于较早的反馈(步骤1010)通过旋转来更新(步骤 1020、1040)细化码本，直至客户端设备110处的与波束相关联的链路质量测量结果下降为低于(步骤1030)给定阈值。在链路质量测量结果降至低于阈值的情况下，客户端设备110可以发送用于使用粗波束(波束更宽)触发P1的信号以避免中断事件。链路质量测量可以包括例如参考信号接收功率(Reference Signal Received Power， RSRP)、误块率(BLER)或者可以量化链路质量的类似度量(包括SNR、SINR)。
图8示出了根据实施方式的示例方法的图800。
方法800包括：通过网络节点设备发送用于波束扫描过程的当前波束配置，步骤810。当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息。
方法800还包括：在网络节点设备处从客户端设备接收与当前波束配置有关的反馈信息，步骤820。
方法800还包括：通过网络节点设备基于所接收的反馈信息来确定当前角度布置中的该组波束中的优选波束，并且确定用于波束扫描过程的后续波束配置，步骤830。后续波束配置包括关于后续角度布置中的一个或更多个波束的信息，并且后续角度布置的平均方向对应于所确定的优选波束的方向。
方法800还包括：通过网络节点设备发送后续波束配置，步骤840。
方法800还包括：再次从客户端设备接收与当前波束配置有关的反馈信息，步骤850。在可选步骤860处，可以利用最新波束配置来发送数据。
方法800还包括：基于所接收的反馈信息再次确定当前角度布置中的一组波束中的优选波束，并且再次确定用于波束扫描过程的后续波束配置，步骤870。
方法800还包括：再次发送后续波束配置，步骤880。
方法800可以通过网络节点设备100执行。方法800的另外的特征直接源自网络节点设备100的功能。方法800可以通过计算机程序执行。
图11示出了根据实施方式的方法的另一示例的图1100。
方法1100包括：执行如上面更详细地讨论的P2过程，步骤1110。
方法1100还包括：在客户端设备110处接收用于波束扫描过程的当前波束配置，步骤1120。当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息。
方法1100还包括：通过客户端设备110确定要对所接收的当前波束配置的当前角度布置中的该组波束执行的至少一个链路质量测量，步骤1130。
方法1100还包括：将所测量的链路质量与预定质量阈值进行比较，步骤1140。
方法1100还包括：基于所测量的链路质量超过或降至低于预定质量阈值来确定指示初始波束管理过程的第一指示或指示后续波束管理过程的第二指示，步骤1150。第一指示(图11中的信号A)用于响应于所测量的链路质量低于预定质量阈值而开始初始波束管理过程，并且第二指示(图11中的信号B)用于响应于所测量的链路质量超过预定质量阈值而开始后续波束管理过程。
方法1100还包括：通过客户端设备110发送所确定的第一指示或第二指示，步骤1160。
方法1100还包括步骤1170，在步骤1170中，如果链路质量测量(例如，BLER/ RSRP/SNR/SINR)降至低于阈值，则网络节点设备100在接收到信号A后选择利用粗波束的P1，在步骤1180处执行所选择的P1过程，并且在步骤1190处发送相关联的波束。否则，客户端设备110在步骤1160处发送信号B，并且网络节点设备100在步骤1170处在接收到该信号后选择利用旋转细化波束的P2，在步骤1180处执行所选择的P2过程，并且在步骤1190处将相关联的旋转细化波束发送至客户端设备110。
方法1100可以通过网络节点设备100和客户端设备110来执行。方法1100的另外的特征直接源自网络节点设备100和客户端设备110的功能。方法1100可以通过一个或更多个计算机程序来执行。
以下将使用本发明可实现的传输速率与现有技术的传输速率进行比较。图14A和图14B绘制了使用本发明可实现的传输速率。将配备有具有nt＝64个天线元件和半波长天线间隔的均匀线性天线阵列的网络节点设备100用作示例。客户端设备110配备有单个天线元件。作为比较的基准，考虑两阶段码本。第一阶段使用具有覆盖120°的扇区的八个波束的粗码本。第二阶段包括细化码本，该细化码本具有每个粗波束八个精细波束，即总共64个窄波束。图12示出了用于两阶段链路跟踪的波束码本的辐射图案。图1210和图1220分别示出了第一阶段粗波束码本和第二阶段精细波束码本的辐射图案。
传播信道被建模为瑞利衰落的单径信道hi＝αia(φi)，其中，衰减
Figure GDA0003181794730000181
遵循正态分布，并且a(φi)是如(3)中给出的ULA天线响应。使用块衰落信道模型，其中，衰减αi和AoDφi在单个传输时隙i期间是恒定的，但是在不同时隙上独立变化。假定信道的AoD在时间上相关并且通过φi+1＝φi+ωi给出，其中，ωi为零均值随机变量，其均匀地分布在支集
Figure GDA0003181794730000182
上，其中，ω范围＝7.5°，即图1210中的粗波束的范围的一半。在该模型中，如果新角度超出边界，则将其截断，使得其保持在角度支集中。
在传输时隙i中，发送器首先通过在正交资源上发送不同的波束成形的导频信号来执行波束扫描过程。接收器收集所发送的导频(以k为索引)：
Figure GDA0003181794730000191
其中，xp是具有能量Ep的导频符号，并且
Figure GDA0003181794730000192
是具有方差N0的接收器噪声，并且wik是用于在时隙i中生成第k个波束的波束成形向量。假定接收器根据扫描过程将最佳波束选择为：
Figure GDA0003181794730000193
然后将最佳波束的索引反馈回至发送器并且用于数据传输。在传输时隙i期间，发送一系列数据符号，其被接收为：
Figure GDA0003181794730000194
其中，xd被假定为单位能量数据符号并且
Figure GDA0003181794730000195
利用高斯信令的相应最大可实现速率为：
Figure GDA0003181794730000196
其中，Ns为每个时隙的资源总量，Np为用于导频传输的资源的数目。可实现的速率受到对数因子前面的导频资源的数目以及扫描过程中所选择的波束
Figure GDA0003181794730000197
的质量的限制。所选择的波束还取决于具有操作SNR的导频传输的质量。这里使用与LTE数字学(numerology)中类似的资源分配，其中，资源块(即，时隙)由利用12个子载波的七个正交频分多路复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)符号——即，每个传输时隙Ns＝84个资源元素——构成。
附图中示出了以下四种方案：
a)本发明：根据图4的示例设置传输帧。使用(7)中的旋转映射根据(8)中的迭代等式来旋转和更新码本。对于第一初始步骤，将波束的数目设置为8，并且对于后续步骤，将细化波束的数目也设置为8。假定每个时隙中Np＝8以用于波束扫描；
b)利用一阶段扫描的基准方案：仅使用一个阶段，并且根据图2A设置传输帧。该基准使用图1210的粗码本。同样，假定每个传输时隙中Np＝8以用于波束扫描；
c)利用两阶段扫描的基准方案：使用两阶段，并且根据图2B设置传输帧。如图12所示在每个阶段使用八个波束。假定在每个传输时隙中Np＝16以用于波束扫描，其中，8个资源用于粗波束的传输，8个资源用于精细波束的传输；以及
d)上限：考虑无限数目的波束。这类似于关于最佳波束成形的完美信道状态信息(channel state information，CSI)。这代表了任何训练和反馈方案的上限。它用不同方法中的最小开销即Np＝8来说明。
首先，利用图13的图1300示出了信道波动和波束跟踪过程，图13显示了每个传输时隙处信道的AoD以及所选择波束的主方向。这里针对SNRp＞＞1来假定波束选择，以仅查看旋转波束设计的效果。为了进一步说明本发明，还针对传输时隙65和95显示了旋转码本。可以看出，旋转码本能够进行信道跟踪。
对于1000个连续时隙，图14A的图1410示出了利用无噪声导频传输的可实现的和速率。在这种情况下，本发明使用与图2A中的一阶段基准相同量的反馈，以及使用图2B 中的两阶段基准的反馈的一半。除了反馈开销减少以外，可以观察到本发明比两个基准执行得更好，因为它同时消耗与一阶段基准相同数目的导频信令。在10bps/Hz处相比于两阶段基准而言使用本发明的增益接近3dB。
接下来，考虑关于噪声导频传输的情况。对于1000个连续时隙，图14B示出了利用噪声导频传输的可实现的和速率。在该示例中，导频的功率和数据相等。对于本发明，图14B中的曲线可以通过在20个初始化例程中另外对性能进行平均来获得。在这种情况下，本发明提供了最佳性能，其中，SNR的范围从-10dB至30dB。在10bps/Hz处相比于两阶段基准而言使用本发明的增益超出4dB。此外，所公开的旋转码本方法具有两阶段波束成形的反馈开销的一半。因此，本发明提供了下行链路传输的频谱效率以及反馈开销二者的增益。
图15的图1500示出了用于P1和P2的传输帧的示例，其中，基于P1更新第一个P2 并且基于较早的P2来更新随后的P2。这在图16的图1600的示例中进一步示出，其中，通过基于最新波束报告对波束的旋转来执行更新。步骤1601至步骤1607总体上对应于图 5B的步骤521至步骤527，因此这里不再重复它们的细节。
可以至少部分地通过一个或更多个计算机程序产品组件例如软件组件来执行本文所描述的功能。根据实施方式，客户端设备110和/或网络节点设备100包括通过以下程序代码配置的处理器：在被执行时程序代码执行所描述的操作和功能的实施方式。可替选地，或另外地，可以至少部分地通过一个或更多个硬件逻辑部件来执行本文所描述的功能。例如但不限于，可以使用的说明性类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、程序专用集成电路(ASIC)、程序专用标准产品(ASSP)、片上******(System-on-a-chip，SOC)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)和图形处理单元(Graphics Processing Unit，GPU)。
可以在不丧失所寻求的效果的情况下，扩展或改变本文给出的任何范围或设备值。另外，除非明确禁止，否则任何实施方式可以与另一实施方式组合。
尽管以特定于结构特征和/或动作的语言描述了本主题，但是应当理解，所附权利要求书中限定的主题不一定受限于上面描述的具体特征或动作。确切地说，上面描述的具体特征和动作是作为实现权利要求的示例而公开的，并且其他等同特征和动作旨在落入权利要求的范围内。
将理解的是，上面描述的益处和优点可以涉及一个实施方式，或者可以涉及多个实施方式。实施方式不限于解决任何或所有所述问题的实施方式或者具有任何或所有所述益处和优点的实施方式。还将理解，对“一个”项的提及可以涉及这些项中的一个或更多个。
本文所描述的方法的步骤可以以任何合适的顺序进行，或者在适当的情况下同时进行。另外，在不偏离本文所描述的主题的精神和范围的情况下，可以从任何方法中删除各个块。可以在不丧失所寻求的效果的情况下，将上面描述的任何实施方式的各方面与所描述的任何其他实施方式的各方面进行组合以形成另外的实施方式。
术语“包括”在本文中用于表示包括所标识的方法、块或元件，但是这样的块或元件不包括排他列表，并且方法或装置可以包含另外的块或元件。
需要理解的是，上面的描述仅通过示例的方式给出，并且本领域技术人员可以进行各种修改。上面的说明书、示例和数据提供了示例性实施方式的结构和使用的完整描述。尽管上面已经以一定程度的特殊性或者参考一个或更多个单独的实施方式描述了各种实施方式，但是本领域技术人员可以在不偏离本说明书的精神或范围的情况下对所公开的实施方式进行多种改变。

Claims (19)

1.一种网络节点设备(100)，包括：
收发器(101)，其被配置成：
发送用于波束扫描过程的当前波束配置，所述当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息；以及
从客户端设备(110)接收与所述当前波束配置有关的反馈信息；以及
处理器(102)，其被配置成：
基于所接收的反馈信息来确定所述当前角度布置中的该组波束中的优选波束；以及
确定用于所述波束扫描过程的后续波束配置，所述后续波束配置包括关于后续角度布置中的一个或更多个波束的信息，其中，所述后续角度布置的平均方向对应于所确定的优选波束的方向，并且
其中，所述收发器(101)还被配置成发送所述后续波束配置,
其中，每个波束配置由其相应的波束管理码本定义,
所述处理器(102)还被配置成利用线性变换：
Figure FDA0003208569900000011
通过将矩阵R与当前波束管理码本W当前相乘来确定后续波束管理码本W后续，其中，所述矩阵R是通过经由所接收的反馈信息获得的仰角θi和方位角
Figure FDA0003208569900000012
而确定的。
2.根据权利要求1所述的网络节点设备(100)，其中，所述当前波束配置包括初始波束配置，所述初始波束配置包括初始角度布置中的一组波束。
3.根据权利要求1所述的网络节点设备(100)，其中，所述后续波束配置比所述当前波束配置具有更高的角分辨率。
4.根据权利要求1所述的网络节点设备(100)，其中，所述后续波束配置比所述当前波束配置具有更窄的角度范围。
5.根据权利要求1所述的网络节点设备(100)，其中，所接收的反馈信息包括以下指示中的至少一个：针对至少一个波束的接收功率的指示、针对至少一个波束的信道质量的指示、针对至少一个波束的信噪比的指示、针对至少一个波束的信号与干扰加噪声比的指示或者针对至少一个波束的误块率的指示。
6.根据权利要求1所述的网络节点设备(100)，其中，所述当前波束配置中的所确定的优选波束的方向对应于所述当前波束配置中的所确定的优选波束的纵向中心轴的方向。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的网络节点设备(100)，其中，所述收发器(101)还被配置成发送用于初始波束配置的特定于小区的参考信号，并且所述收发器(101)还被配置成发送用于所述后续波束配置的特定于客户端设备的参考信号。
8.根据权利要求2所述的网络节点设备(100)，其中，所述初始波束配置用于初始波束管理过程，并且后续波束配置用于后续波束管理过程，并且其中，所述初始波束配置比任何后续波束配置包括更宽的波束。
9.根据权利要求7所述的网络节点设备(100)，其中，在初始波束管理过程中，所述参考信号包括同步信号。
10.根据权利要求9所述的网络节点设备(100)，其中，所述处理器(102)还被配置成基于与所述当前波束配置有关的反馈信息或链路阻塞概率来调整所述同步信号的周期。
11.根据权利要求8所述的网络节点设备(100)，其中，响应于所述收发器(101)从所述客户端设备(110)接收到开始所述初始波束管理过程的第一指示，所述处理器(102)还被配置成开始所述初始波束管理过程。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的网络节点设备(100)，其中，响应于所述收发器(101)从所述客户端设备(110)接收到使用后续波束管理过程的第二指示，所述处理器(102)还被配置成开始所述后续波束管理过程。
13.一种利用旋转波束管理进行无线通信的方法(800)，包括：
网络节点设备发送(810)用于波束扫描过程的当前波束配置，所述当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息；
所述网络节点设备从客户端设备接收(820)与所述当前波束配置有关的反馈信息；
所述网络节点设备基于所接收的反馈信息，确定(830)所述当前角度布置中的该组波束中的优选波束；
所述网络节点设备确定(830)用于所述波束扫描过程的后续波束配置，所述后续波束配置包括关于后续角度布置中的一个或更多个波束的信息，其中，所述后续角度布置的平均方向对应于所确定的优选波束的方向；以及
所述网络节点设备发送(840)所述后续波束配置，
其中，每个波束配置由其相应的波束管理码本定义,
所述方法还包括利用线性变换：
Figure FDA0003208569900000021
通过将矩阵R与当前波束管理码本W当前相乘来确定后续波束管理码本W后续，其中，所述矩阵R是通过经由所接收的反馈信息获得的仰角θi和方位角
Figure FDA0003208569900000022
而确定的。
14.根据权利要求13所述的方法(1100)，还包括：
客户端设备接收(1120)用于波束扫描过程的当前波束配置，所述当前波束配置包括关于当前角度布置中的一组波束的信息；
所述客户端设备确定(1130)要对所接收的当前波束配置的所述当前角度布置中的该组波束执行的至少一个链路质量测量；以及
基于所测量的链路质量超过或降至低于预定质量阈值来确定(1150)指示初始波束管理过程的第一指示或指示后续波束管理过程的第二指示，以及
所述客户端设备发送(1160)所确定的第一指示或第二指示。
15.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在计算机上执行时，根据权利要求13或14所述的方法被执行。
16.一种包括客户端设备(110)和根据权利要求1-12中任一项所述的网络节点设备的***，所述客户端设备(110)包括：
收发器(111)，其被配置成接收用于波束扫描过程的当前波束配置；以及
处理器(112)，其被配置成：
确定要对所接收的当前波束配置的当前角度布置中的一组波束，执行至少一个链路质量测量；以及
基于所测量的链路质量超过或低于预定质量阈值，来确定指示初始波束管理过程的第一指示或指示后续波束管理过程的第二指示，
其中，所述收发器(111)还被配置成发送所确定的第一指示或所述第二指示。
17.根据权利要求16所述的***，其中，所述收发器(111)还被配置成：响应于所测量的链路质量低于所述预定质量阈值，发送所述第一指示以开始所述初始波束管理过程。
18.根据权利要求16所述的***，其中，所述收发器(111)还被配置成：响应于所测量的链路质量超过所述预定质量阈值，发送所述第二指示以开始所述后续波束管理过程。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的***，其中，初始波束配置用于所述初始波束管理过程，并且后续波束配置用于所述后续波束管理过程，并且其中，所述初始波束配置比任何后续波束配置包括更宽的波束。
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