CN112491452A - 低延迟波束搜索和动态波束形成 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及低延迟波束搜索和动态波束形成。本文公开了用于执行离线波束搜索的方法和设备。所述方法包括：接收包括参考信号的射频信号，其中所述射频信号对应于发射器波束；将所述射频信号投影在正交信号子空间上并存储所投影的信号；以及使用所投影的信号执行波束搜索以识别针对所述发射器波束的接收器波束，其中所述波束搜索是离线执行的。

Description

低延迟波束搜索和动态波束形成
背景技术
用户装备(UE)可建立与多个不同网络或网络类型中至少一者的连接。在一些网络中，UE与网络的基站之间的信令可在毫米波(mmWave)频谱上发生。mmWave频谱上的信令可通过波束形成来实现，该波束形成是用于发射或接收定向信号的天线技术。在发射侧，波束形成可包括传播定向信号。波束形成信号可被称为发射器波束。在接收侧，波束形成可包括将接收器配置为在感兴趣的方向上收听。当在感兴趣的方向上收听时，接收器所包围的空间区域可被称为接收器波束。
通过mmWave频谱在UE与网络之间建立和/或维护通信链路可包括称为波束管理的过程。波束管理可指在网络侧和UE侧两者上执行的旨在对准发射器波束和接收器波束的各种操作。当对准时，发射器波束和接收器波束形成可用于数据传输的波束对。
对于下行链路通信，UE侧上的波束管理可包括选择与特定发射器波束充分对准的接收器波束。该选择可基于由UE收集的测量数据。例如，一些常规的波束管理技术可包括网络频繁地传输参考信号，并且UE基于对应于参考信号的测量数据来调整其接收器波束。然而，这增加了信令开销并且增加了在波束管理期间由UE执行的操作的数量。因此，这增加了与波束管理相关的功率成本，并且限制了可用于下行链路数据传输的时间。
其他常规的波束管理机制可利用指定的测量机会。然而，测量机会仅被配置用于有限的持续时间。因此，仅潜在接收器波束的子集可被评估并且被考虑用于选择。此外，为了补偿时间有限的测量机会，常规的波束管理机制利用更宽的接收器波束。然而，较宽的接收器波束提供了悲观的测量数据，并导致通信链路的性能下降。因此，用于接收器波束选择的常规波束管理机制是低效的并且/或者不提供最佳性能。
发明内容
一些示例性实施方案涉及由用户装备(UE)执行的方法。该方法包括：接收包括参考信号的射频信号，其中该射频信号对应于发射器波束；将该射频信号投影在正交信号子空间上并存储所投影的信号；以及使用所投影的信号执行波束搜索以识别针对发射器波束的接收器波束，其中该波束搜索是离线执行的。
另外的示例性实施方案涉及用户装备(UE)，该用户装备包括多根天线和多条接收链，该多根天线被配置为接收包括参考信号并与发射器波束对应的射频信号，其中接收链的数量小于天线的数量。UE还包括被配置为执行操作的基带处理器。这些操作包括：接收射频信号；将该射频信号投影在正交信号子空间上并存储所投影的信号；以及使用所投影的信号执行波束搜索以识别针对发射器波束的接收器波束，其中该波束搜索是离线执行的。
其他示例性实施方案涉及被配置为执行操作的基带处理器。这些操作包括：接收包括参考信号的射频信号，其中该射频信号对应于发射器波束，将该射频信号投影在正交信号子空间上并存储所投影的信号；以及使用所投影的信号执行波束搜索以识别针对发射器波束的接收器波束，其中该波束搜索是离线执行的。
附图说明
图1A示出了三个天线模块及其对应的辐射图案的示例。
图1B示出了天线模块可传播发射器波束的方向的示例。
图1C示出了各种接收器波束配置的示例。
图1D示出了可包括在示例性码本中的接收器波束的子集的示例。
图2示出了根据各种示例性实施方案的示例性网络布置。
图3示出了根据各种示例性实施方案的示例性UE。
图4示出了根据各种示例性实施方案的示例性接收器波束选择方法。
图5示出了根据各种示例性实施方案的发射设备和接收设备的示例性布置。
图6示出了基于码本选择的接收器波束的AoA的配置的示例和动态接收器波束的到达角(AoA)的配置的示例。
具体实施方式
参考以下描述及相关附图可进一步理解示例性实施方案，其中类似的元件具有相同的附图标号。示例性实施方案描述了通过实现用于低延迟接收器波束搜索和动态波束形成的机制来改善接收设备处的波束管理的设备、***和方法。
波束形成是用于发射或接收定向信号的天线技术。从发射设备的角度来看，波束形成可指传播定向信号。在整个说明书中，波束形成信号可被称为发射器波束。可通过使多根天线元件辐射相同的信号来生成发射器波束。增加辐射信号的天线元件的数量减小辐射图案的宽度并增加增益。如将在下文参考图1A和图1B所述，发射器波束可在宽度上变化并且可在多个方向中的任一个方向上传播。
从接收设备的角度来看，波束形成可指调谐接收器以收听感兴趣的方向。在整个说明书中，在感兴趣的方向上收听的接收器所包围的空间区域可被称为接收器波束。接收器波束可通过将接收器天线阵列上的空间滤波器的参数配置为在感兴趣的方向上收听并滤除感兴趣的方向之外的任何噪声来生成。如将在下文参考图1C所述，接收器波束也可在宽度上变化并且可在感兴趣的多个不同方向中的任一个方向上被引导。
参考作为用户装备(UE)的接收设备来描述示例性实施方案。然而，UE的使用出于说明的目的提供。示例性实施方案可与被配置有硬件、软件和/或固件以执行波束形成的任何电子部件一起使用。因此，本文所述的UE用于代表能够波束形成的任何电子部件。
还参考作为5G新无线电(NR)网络的下一代Node B(gNB)的发射设备来描述示例性实施方案。UE和5G NR网络可通过毫米波(mmWave)频谱上的gNB进行通信。mmWave频谱由各自具有1-10毫米波长的频带构成。mmWave频带可位于大约10千兆赫(GHz)和300GHz之间。然而，出于说明的目的，提供了gNB、5G NR网络和mmWave频谱的使用。示例性实施方案可应用于被配置为发射发射器波束和/或使用接收器波束来接收发射器波束的任何设备。
通过mmWave频谱建立和/或维护通信链路可包括称为波束管理的过程。执行波束管理以使发射器波束和接收器波束对准，以形成可用于数据传输的波束对。波束对的性能可与发射器波束和接收器波束之间的对准精度相关。对于多种不同因素中的任一种，波束对都可能变得不对准。因此，通信链路的性能可能会下降。
术语波束管理可涵盖可在UE侧和网络侧两者上执行的各种机制和操作。波束管理机制可用于各种类型的场景，包括但不限于建立波束对、从第一基站到第二基站的切换、工作状态之间的转换(例如，空闲到连接模式)、退出与连接的非连续接收(C-DRX)周期一起使用的睡眠模式、基于测量数据相对于发射器波束调整接收器波束等。由于波束管理涉及对准发射器波束和接收器波束，因此如果UE或网络确定波束对将用于数据传输或者响应于当前配置的波束对的性能不足的指示，则可利用波束管理机制。然而，对发射器波束、接收器波束或波束管理的任何参考都是出于说明的目的。不同的网络和/或实体可以通过不同的名称来指代类似的概念。
对于下行链路通信，UE侧上的波束管理可包括为特定发射器波束选择足够的接收器波束。该选择可部分地基于码本。在整个说明书中，码本通常是指预先确定的一组接收器波束。包括在码本中的每个接收器波束可对应于感兴趣的不同方向。在操作期间，当选择旨在与特定发射器波束对准的接收器波束时，UE可参考码本。下文将参考图1D描述码本的一部分的示例。然而，对码本的引用是出于说明的目的。不同的网络和/或实体可以通过不同的名称来指代类似的概念。
将参照离线执行操作来描述示例性实施方案。在整个说明书中，离线是指基于一个或多个投影的所接收信号来执行波束搜索或来自波束测量的波束形成，而UE不针对码本中的每个波束实时调谐其波束形成器。在离线波束搜索或波束形成期间，UE可执行所有正常过程，包括数据接收、调谐到不同频带、断开RF部件、进入省电模式等。为了提供示例，当UE未收听到特定发射器波束被接收的频率时，在评估码本以便为特定发射器波束选择足够的接收器波束时，针对特定发射器波束和载波频率的离线接收器波束搜索可发生。因此，如下文将进一步详细说明的，离线接收器波束搜索使得UE能够在各种不同类型的场景期间评估潜在接收器波束，包括但不限于在数据传输期间、在空闲状态下操作时、在利用C-DRX周期的睡眠模式时等。然而，提供该示例是出于说明的目的，并非旨在将术语离线限制于任何特定操作或场景。
示例性实施方案涉及通过实现低延迟接收器波束搜索过程来改善接收器波束选择。在第一方面，示例性实施方案涉及使用最小量的测量来执行接收器波束搜索。例如，UE可在预先确定的正交信号空间上投影所接收的信号，然后存储所投影的信号以用于后续操作。在第二方面，示例性实施方案涉及利用所存储的投影信号对一个或多个码本执行离线接收器波束搜索。与常规波束管理机制相比，离线接收器波束搜索允许UE在不中断下行链路数据传输的情况下充分评估码本。在第三方面，示例性实施方案涉及UE基于所投影的信号来执行动态波束形成。动态波束形成可建立更精确对准的波束对，从而提高通信链路的性能。该示例性低延迟接收器波束搜索过程的每个方面可与其他当前实现的波束管理机制、波束管理机制的未来实现结合使用，或者独立于其他波束管理机制使用。
图1A示出了三个天线模块5、10、15及其对应的辐射图案7、13、20的示例。如上所述，增加辐射信号的天线元件的数量减小辐射图案的宽度并增加增益。天线模块5包括单个天线元件6并生成示例性辐射图案7。天线模块10包括两个天线元件11、12并生成示例性辐射图案13。天线模块15包括四个天线元件16-19并生成示例性辐射图案20。对辐射图案7、13、20的比较示出了天线元件的数量对辐射图案的几何结构产生的影响。例如，在该示例中，天线模块5具有最宽的波束，因为天线模块5具有最少量的天线元件(例如，一个)。相比之下，天线模块15能够生成最窄的辐射图案并提供最大的增益，因为其配备有比天线模块5、10更多的天线元件。上述示例假设每个天线元件以相同的相位和量值传播。
发射器波束可在多个不同方向中的任一个方向上传播。传播发射器波束的方向可基于提供给天线模块的每个天线元件的信号的相位和/或量值。因此，通过针对每个发射器波束适当地加权提供给每个天线元件的信号的相位和/或量值，天线模块能够利用多个发射器波束来覆盖特定区域，所述多个发射器波束各自在不同的方向上传播。
图1B示出了天线模块25可传播发射器波束的方向的示例。天线模块25位于球形坐标系30的中心并表示发射点。球形坐标系30上的点26、27、28各自表示不同的接收点。在第一时间，天线模块30在接收点26的方向上传播发射器波束41。在第二时间，天线模块30在接收点27的方向上传播发射器波束42。在第三时间，天线模块30在接收点28的方向上传播发射器波束43。因此，天线模块30可将发射器波束41、42、43从相同的发射点传送至接收点26、27、28，尽管接收点26、27、28各自相对于天线元件30位于不同的水平和垂直方向上。提供以上示例仅是出于示意性说明的目的。天线模块可包含任何适当数量的天线元件，并且发射器波束可在任何方向上传播。
图1C示出了各种接收器波束配置的示例。如上所述，接收器波束可通过将接收器天线阵列上的空间滤波器的参数配置为收听来自感兴趣的方向的输入信号来生成。像发射器波束一样，接收器波束可在宽度上变化并且指向任何方向。
图1C中描绘了两种场景50、60。场景50示出了接收点55和三个接收器波束56、57、58。接收器波束56、57、58中的每一个接收器波束在不同的时间发生。例如，在第一时间，接收点55可调谐其接收器以生成接收器波束56。接收器波束56的宽度和角度可基于空间滤波器的参数。利用接收器波束56，接收点55可接收从感兴趣的该第一方向输入的信号。随后，在第二时间，接收点55可调谐其接收器以生成接收器波束57。虽然场景50示出了接收器波束56和57为大致相同的宽度，但接收器波束57的角度不同于接收器波束56的角度。因此，利用接收器波束57，接收点55将接收从该感兴趣的第二方向输入的信号。在第三时间，接收点55可调谐其接收器以生成接收器波束58。虽然场景50示出了接收器波束56、57、58为大致相同的宽度，但接收器波束58的角度不同于接收器波束56和接收器波束57的角度。因此，利用接收器波束58，接收点55将接收从该感兴趣的第三方向输入的信号。
波束对(例如，发射器波束和接收器波束)的链路预算可与波束对的对准和宽度相关。在接收点55，波束管理可包括利用不同宽度的多个接收器波束。例如，最初可使用接收器波束56、57、58。基于测量数据，可选择接收器波束56、57、58中的一者。随后，接收点55可在接收器波束56、57、58中选定的一个接收器波束的总体角度方向上利用多个较窄的接收器波束。因此，接收点55最初可利用较宽的波束来搜索来自传输点(未图示)的输入信号。当识别到对传输点的方向的指示时，接收点55然后可利用多个较窄的波束来建立与传输点的更精确的对准。
为了提供示例，场景60示出了在基于测量数据选择场景50中描绘的接收器波束56之后利用三个接收器波束61、62、63的接收点55。类似于场景50中所描绘的接收器波束56、57、58，场景60中所描绘的接收器波束61、62、63中的每一者发生在不同的时间。例如，在第四时间，接收点55可调谐其接收器以生成接收器波束61。在第五时间，接收点55可调谐其接收器以生成接收器波束62。在第六时间，接收点55可调谐其接收器以生成接收器波束63。随后，接收点55可选择接收器波束61、62、63中的一者以经由传输波束接收信号。
图1D示出了可包括在示例性码本中的接收器波束的子集的示例。如上所述，接收器波束可在宽度上变化并且指向多个方向中的任一个方向。该示例描绘了九个接收器波束80-88。每个单独的接收器波束具有大致相同的宽度并且相对于接收点指向感兴趣的不同方向。
当接收器波束80-88与码本中的剩余接收器波束(未图示)组合时，接收器波束的累积集合通常将覆盖围绕接收点的球形空间。为了展示该配置，在图上描绘了九个接收器波束80-88，其中y轴72描绘了相对于接收点的仰角，并且x轴74描绘了相对于接收点的方位角(AoA)。在该示例中，接收器波束80-88覆盖相对于接收点大约-40度至20度的仰角，并且覆盖相对于接收点大约-150度至-90度的AoA。因此，接收器波束80-88中的每一者被描绘为具有大约22.5度的宽度。然而，将码本的该部分描绘为图仅出于说明的目的。从UE的角度来看，码本可以任何格式存储为数据集，该数据集包括可为UE提供基础以生成码本中的接收器波束80-88和其他剩余接收器波束(未图示)中的每一者的参数。
为了使用码本提供接收器波束选择的示例，考虑以下示例性场景。最初，UE和当前预占的基站参与信令交换。基于信令交换，可选择发射器波束。因此，UE可意识到发射器波束从感兴趣的近似方向入射。因此，UE可搜索码本并识别可与发射器波束对准的接收器波束的预先确定的参数。然后，UE可生成所选择的接收器波束并收集测量数据。UE可通过基于覆盖特定空间区域的码本执行波束扫描来针对多个接收器波束重复该过程。然后，UE可基于所收集的测量数据来评估接收器波束，并且从码本中选择与发射器波束充分对准的接收器波束。出于说明的目的提供该示例性场景，UE可参考码本以在任何适当的场景中生成接收器波束。
UE可配备有一个或多个码本。例如，第一码本可具有第一组接收器波束，该第一组接收器波束具有第一宽度，第二码本可具有第二组接收器波束，该第二组接收器波束具有第二宽度等。为了提供示例，第一码本可包括图1C的场景50中所示的接收器波束56-58，并且第二码本可包括图1C的场景60中所示的接收器波束61-63。此外，如图1D所示，在一些示例性配置中，包括在码本中的接收器波束可不重叠。在其他示例性配置中，包括在码本中的接收器波束可重叠。示例性实施方案不限于包括具有任何特定特征的接收器波束的码本。由于接收器波束的宽度可变化并且可指向任何方向，因此码本可以任何适当配置包含任何适当数量的接收器波束。因此，示例性实施方案适用于包含基于任何适当参数集的接收器波束的码本。
图1A至图1D并非旨在将示例性实施方案限于任何特定的波束形成技术。相反，提供图1A至图1D来证明波束形成可包括可在任何方向上传播的各种宽度的发射器波束和可指向任何方向的各种宽度的接收器波束。该示例性实施方案可适用于以任何适当方式生成的发射器波束和接收器波束。
图2示出了根据各种示例性实施方案的示例性网络布置100。示例性网络布置100包括UE 110。本领域的技术人员将理解，UE 110可为被配置为经由网络通信的任何类型的电子部件，例如，移动电话、平板电脑、台式计算机、智能电话、平板手机、嵌入式设备、可穿戴设备、物联网(IoT)设备等。还应当理解，实际网络布置可包括由任意数量的用户使用的任意数量的UE。因此，出于说明的目的，只提供了具有单个UE 110的示例。
UE 110可被配置为与一个或多个网络通信。在网络配置100的示例中，UE 110可与之无线通信的网络是5G新无线电(NR)无线电接入网络(5G NR-RAN)120、LTE无线电接入网络(LTE-RAN)122和无线局域网(WLAN)124。然而，应当理解，UE 110还可与其他类型的网络通信，并且UE 110还可通过有线连接来与网络通信。因此，UE 110可包括与5G NR-RAN 120通信的5G NR芯片组、与LTE-RAN 122通信的LTE芯片组以及与WLAN 124通信的ISM芯片组。
5G NR-RAN 120和LTE-RAN 122可为可由蜂窝提供商(例如，Verizon、AT&T、T-Mobile等)部署的蜂窝网络的部分。这些网络120、122可包括例如被配置为从配备有适当蜂窝芯片组的UE发送和接收流量的小区或基站(NodeB、eNodeB、HeNB、eNBS、gNB、gNodeB、宏蜂窝基站、微蜂窝基站、小蜂窝基站、毫微微蜂窝基站等)。WLAN 124可包括任何类型的无线局域网(WiFi、热点、IEEE 802.11x网络等)。
UE 110可经由gNB 120A连接至5G NR-RAN。如上所述，示例性实施方案涉及mmWave功能。因此，gNB 120A可被配置有必要的硬件(例如，天线阵列)、软件和/或固件以执行大规模多输入多输出(MIMO)功能。大规模MIMO可指被配置为针对多个UE生成多个发射器波束和多个接收器波束的基站。在操作期间，UE 110可在多个gNB的范围内。因此，同时地或另选地，UE 110还可经由gNB 120B连接至5G NR-RAN。对两个gNB 120A、120B的参考仅是出于示意性说明的目的。示例性实施方案可应用于任何适当数量的gNB。另外，UE 110可与LTE-RAN122的eNB 122A通信以发射和接收用于相对于5G NR-RAN 120连接的下行链路和/或上行链路同步的控制信息。
本领域的技术人员将理解，可执行任何相关过程用于UE 110连接至5G NR-RAN120。例如，如上所述，可使5G NR-RAN 120与特定的蜂窝提供商相关联，在提供商处，UE 110和/或其用户具有协议和凭据信息(例如，存储在SIM卡上)。在检测到5G NR-RAN 120的存在时，UE 110可传输对应的凭据信息，以便与5G NR-RAN 120相关联。更具体地讲，UE 110可与特定基站(例如，5G NR-RAN 120的gNB 120A)相关联。
除网络120、122和124之外，网络布置100还包括蜂窝核心网130、互联网140、IP多媒体子***(IMS)150和网络服务主干160。蜂窝核心网130可被视为管理蜂窝网络的操作和流量的部件的互连集合。蜂窝核心网130还管理在蜂窝网络与互联网140之间流动的流量。IMS 150通常可被描述为用于使用IP协议将多媒体服务递送至UE 110的架构。IMS 150可与蜂窝核心网130和互联网140通信以将多媒体服务提供至UE 110。网络服务主干160与互联网140和蜂窝核心网130直接或间接通信。网络服务主干160可通常被描述为一组部件(例如，服务器、网络存储布置等)，其实施一套可用于扩展UE 110与各种网络通信的功能的服务。
图3示出了根据各种示例性实施方案的示例性UE 110。将参照图2的网络布置100对UE 110进行描述。UE 110可表示任何电子设备，并且可包括处理器205、存储器布置210、显示设备215、输入/输出(I/O)设备220、收发器225、天线面板230以及其他部件235。其他部件235可包括例如音频输入设备、音频输出设备、提供有限功率源的电池、数据采集设备、用于将UE 110电连接到其他电子设备的端口等。
处理器205可被配置为执行UE 110的多个引擎。例如，引擎可包括信号投影引擎235、离线波束搜索引擎240和动态波束形成引擎245。信号投影引擎235可在预先确定的正交信号空间上投影所接收的信号，然后存储所投影的信号以用于后续操作。离线波束搜索引擎240可基于所投影的信号来执行码本的离线搜索。动态波束形成引擎245可基于所投影的信号来动态地选择不包括在码本中的接收器波束。
上述引擎各自作为由处理器205执行的应用程序(例如，程序)仅是示例性的。与引擎相关联的功能也可被表示为UE 110的独立的结合部件，或者可为耦接到UE 110的模块化部件，例如，具有或不具有固件的集成电路。例如，集成电路可包括用于接收信号的输入电路和用于处理信号和其他信息的处理电路。引擎也可被体现为一个应用程序或分开的多个应用程序。此外，在一些UE中，针对处理器205描述的功能性在两个或更多个处理器诸如基带处理器和应用处理器之间分担。可以按照UE的这些或其他配置中的任何配置实施示例性实施方案。
存储器210可以是被配置为存储与由UE 110执行的操作相关的数据的硬件组件。显示设备215可以是被配置为向用户显示数据的硬件组件，而I/O设备220可以是使得用户能够进行输入的硬件组件。显示设备215和I/O设备220可以是独立的部件或者可被集成在一起(诸如触摸屏)。收发器225可以是被配置为与5G NR-RAN 120、LTE-RAN 122、WLAN 124等建立连接的硬件组件。因此，收发器225可在多个不同的频率或信道(例如，连续频率集)上操作。
UE 110可被配置为处于多个不同操作状态中的一者。一种操作状态可被表征为RRC空闲状态，另一操作状态可被表征为RRC非活动状态，并且另一操作状态可被表征为RRC连接状态。RRC是指无线电资源控制(RRC)协议。本领域的技术人员将理解，当UE 110处于RRC连接状态时，UE 110和5G NR-RAN 120可被配置为交换信息和/或数据。信息和/或数据的交换可允许UE 110执行经由网络连接可用的功能性。此外，本领域的技术人员将理解，当UE 110连接到5G NR-RAN 120并且处于RRC空闲状态时，UE 110一般不会与网络交换数据，并且在网络内无线电资源未被分配给UE 110。在RRC非活动状态下，UE 110保持RRC连接，同时使信令和功率消耗最小化。然而，当UE 110处于RRC空闲状态或RRC非活动状态时，UE 110可监测由网络传输的信息和/或数据。在整个说明书中，这些术语通常用于描述当连接至任何网络时UE 110可处于的状态以及表现出RRC空闲状态、RRC连接状态和RRC非活动状态的上述特性时的状态。
UE 110可被配置为在任何RRC操作状态下发起波束管理操作。例如，当UE 110以RRC空闲状态或RRC非活动状态预占在对应网络的基站上时，UE 110可能无法从网络接收数据。为了在下行链路方向上接收波束成形的通信，UE 110可转变至RRC连接状态。这可包括在UE 110与当前预占的基站之间建立波束对。
UE 110还可被配置为在配置有连接的非连续接收(C-DRX)周期的同时发起波束管理操作。例如，如果在预先确定的时间量内没有接收到数据，则UE 110和gNB 120A可配置C-DRX周期以节省UE 110处的功率。在C-DRX周期的非活动的睡眠模式期间，波束对中的细化发射器波束和细化接收器波束很可能变得不对准。因此，可发起波束管理。因此，可在这些类型的场景中实现示例性波束管理机制。然而，提供上述场景仅出于说明的目的，并且示例性实施方案不限于任何特定场景。示例性实施方案可与其他当前实现的波束管理机制、波束管理机制的未来实现结合使用，或者独立于其他波束管理机制使用。
图4示出了根据各种示例性实施方案的示例性接收器波束选择方法400。将参照图2的网络布置100和图3的UE 110来描述示例性方法400。
在405中，发起接收器波束选择。接收器波束选择是波束管理的一部分，并且如上所述，波束管理可在多种不同的场景中执行。接收器波束选择不需要所选择的接收器波束用于数据传输。在一些场景中，可在预期可能的事件(例如，到特定相邻小区的切换、小区选择、小区重选等)的情况下选择接收器波束，但是出于多种不同原因中的任一种，该事件实际上没有发生。因此，所选择的接收器波束可能不会用于后续数据传输。示例性方法400可应用于在任何上下文中执行的接收器波束选择，并且不限于任何特定场景。
在410中，UE 110接收要用于评估接收器波束的信号。如将在下文描述的，信号将被投影到预先确定的信号空间上，并被存储用于进一步的离线处理。参照包括同步信号块(SSB)或信道状态信息资源信号(CSI-RS)的信号来描述示例性实施方案。然而，对SSB或CSI-RS的引用是出于说明的目的。不同的网络和/或实体可以通过不同的名称来指代类似的概念。因此，示例性实施方案可应用于包括任何类型的同步信号(例如，主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)等)、参考信号(例如，解调参考信号(DMRS)、相位跟踪参考信号(PTRS)、探测参考信号(SRS)等)、符号、音调、位、它们的组合等的信号，这些信号可被处理并投影到预先确定的信号空间上。
410中的信号可在多个不同场景的任一场景中传输。例如，在一些示例性实施方案中，信号可由当前预占的基站(例如，gNB 120A)发射。在一些示例性场景中，这可能发生，因为UE 110要从RRC空闲状态转变至RRC连接状态以接收下行链路数据。因此，出于波束管理的目的，可触发当前预占的基站在410中发射信号。在另一示例性场景中，UE 110可配置有C-DRX周期。C-DRX周期可包括指定的测量机会，其中信号被调度为出于波束管理目的而被传输。因此，可在预定的测量机会期间触发当前预占的基站以在410中发射信号。
在其他示例性实施方案中，信号可由相邻基站(例如，gNB 120B)发射。在一个示例性场景中，相邻基站可被配置为周期性地广播在410中接收的信号。在操作期间，UE 110可利用测量间隙来扫描由相邻小区广播的信号并在410中接收信号。在另一示例性场景中，UE110可在包括在C-DRX周期中的测量机会期间扫描由相邻小区广播的信号。
以上引用的示例性场景并非旨在将示例性实施方案限制于在410中接收的出于任何特定原因而由任何特定基站发射的信号。在操作期间，UE110可被触发以扫描可用于基于各种因素来评估接收器波束的信号，这些因素包括但不限于预定的测量机会、预定的测量间隙、即将发生切换的指示、与服务基站的波束对的性能正在下降的指示、预先确定的条件的发生、定时器等。示例性实施方案可应用在任何适当的上下文中执行的接收器波束选择。
在415中，将所接收的信号投影在信号子空间上并存储以用于进一步的离线处理。例如，信号投影引擎235可以数字格式接收信号，然后以时间分布的方式将信号投影在预先确定的正交信号空间上。这允许重建模拟RF信号以用于离线波束搜索。为了提供可如何将所接收的信号投影在信号子空间上的示例，下文描述了示例性布置500和示例性射频(RF)信道。
图5示出了根据各种示例性实施方案的发射设备505和接收设备550的示例性布置500。如将在下文描述的，发射设备505和接收设备550之间的RF信道包括在设备505、550的天线元件之间通过空气交换的模拟信号。在接收设备550侧，在每个天线元件处接收的信号被转换为数字信号并由多个接收器(RX)链提供给基带处理器。然而，当RX链的数量小于接收设备550处的天线元件的数量时，基带处理器只能估计较低维度的RX链信道。为了离线执行接收器波束搜索，可使用来自天线元件的模拟信号。因此，通过将由基带处理器接收的数字信号投影到预先确定的正交信号空间上，可重建较高维的模拟信号。
发射设备505包括第一条发射器(TX)链507至第Nt条TX链509。TX链507至509向模拟发射波束形成模块511(例如，波束形成器)提供信号，该模拟发射波束形成模块耦接到第一个天线元件513至第Mt个天线元件515。因此，发射设备505和接收设备550之间的RF信道包括由Mt个天线元件发射的信号。
接收设备550包括第一个天线元件552和第Mr个天线元件554。每个天线元件552、554耦接到各种模拟信号处理部件。在该示例中，天线元件552耦接到第一相移器556和第二相移器558。第Mr个天线元件耦接到第三相移器560和第四相移器562。第一相移器556和第三相移器560的输出在第一混频器564处组合，第二相移器558的输出与第四相移器562的输出在第二混频器566处组合。第一混频器564的输出被提供给第一条接收器(RX)链570，并且第二混频器566的输出被提供给第N条RX链572。第一条RX链570和第N条Rx链572可执行各种信号处理操作，诸如离散傅立叶变换(DFT)，然后将所接收的信号输出到基带处理器580。
在接收设备550的该示例中，天线元件(Mr)的数量大于在该示例中表示为570至572的RX链(Nr)的数量。由于天线元件的数量大于RX链的数量，因此当所接收的RF信号被提供给RX链570、572时，所接收的RF信号的维度下降。由于模数信号处理的性质，无法存储来自天线元件的模拟信号，并且基带处理器580可仅估计RX链信道。因此，由基带处理器580处理的信息可能无法准确地表示较高维的RF信道。示例性实施方案涉及存储投影在Mr正交子空间上的信号，使得可重建RF信号以用于离线接收器波束搜索。码本中波束的数量远大于天线元件的数量Mr。因此，扫描和测量码本中所有波束的常规方法需要比示例性实施方案的Mr个信号投影更多的测量。
示例性实施方案可应用于任何RF信道模式。在本说明书中，以
Figure BDA0002676976810000148
来表示时域RF信道。根据群集延迟信道(CDL)模型，时域RF可由以下公式表示：
Figure BDA0002676976810000141
这里，信号从发射设备505处的Mt个发射器天线元件通过多条(L)路径传播，并且信号由Mr个接收器天线元件在接收设备550处接收。此外，C表示多路径集群的数量，其中集群是指一组具有接近的传播延迟的多路径，L表示每个集群的多路径的数量，其中路径是指信号传播通过的路线，gc，l表示第c集群的第L路径的信道增益，ar表示接收阵列响应，(θc，l)表示到达角，
Figure BDA0002676976810000142
表示发射阵列响应，并且
Figure BDA0002676976810000147
表示发射角。
在接收设备550的天线元件处针对携带同步信号/参考信号(例如，SSB、CSI-RS等)的发射器波束j接收的RF信号可由以下公式表示：
Figure BDA0002676976810000143
这里，Ppower表示发射的信号功率，
Figure BDA0002676976810000144
是上面参考的RF信道，
Figure BDA0002676976810000145
表示发射器波束的特征，sm，n表示在接收器处已知的发射参考符号，wm，n表示噪声和干扰，m表示OFDM符号，并且n表示OFDM符号持续时间内的时域样本索引。
用于探测信号空间的标准正交矢量等于接收设备550处的接收器天线元件的数量Mr，并且可由以下公式中所示的矩阵列表示：
Figure BDA0002676976810000146
标准正交矢量可基于包括在码本中的接收器波束。然而，不包括在码本中的标准正交矢量也是可用的。
返回415，在信号子空间上投影所接收的信号可包括以时间分布的方式在Mr个符号上投影所接收的信号，该时间分布的方式可由以下公式表示：
时域(TD)：
Figure BDA0002676976810000151
其中i＝1，2，...，Mr
符号投影和DFT之后的频域(FD)符号缓冲区：
Figure BDA0002676976810000152
其中
Figure BDA0002676976810000153
为RF信号的频域表示。
随后，移除发射的参考信号(例如，PSS、SSS、DMRS、CSI-RS等)的签名，并且通过以下公式生成信号空间投影矢量：
Figure BDA0002676976810000154
这里，Sm，k＝DFT[Sm，k]，其为以上提到的发射频域同步信号/参考信号。
Figure BDA0002676976810000155
为信道频率响应。
Figure BDA0002676976810000156
是频域中的k个观测值进行平均以抑制噪声和干扰，这可由以下公式表示：
Figure BDA0002676976810000157
该投影的信号矢量存储在存储器中以用于后续处理。为了减少子空间投影的时间，可利用两条RX链上的两个标准正交矢量。这使得能够在一半的测量时间内实现相同数量的投影信号。例如，可在两个OFDM符号中生成四个标准正交投影。
在420中，基于所存储的投影信号重建RF信号
Figure BDA0002676976810000161
并且将其存储在存储器中，其中
Figure BDA0002676976810000162
这里，逆埃尔米特矩阵V-H是确定的、预先计算的并且提前存储在存储器中。
在425中，离线确定码本中每个接收器波束的波束质量度量。例如，考虑以下示例性场景，UE 110配备有4个天线元件(例如，Mr＝4)，待搜索的码本包括42个接收器波束，并且波束质量度量是参考信号接收功率(RSRP)。然而，参考42个接收器波束和RSRP出于说明的目的，本领域的普通技术人员将理解，可使用其他数量的波束和度量诸如信噪比(SNR)。码本中每个接收器波束的波束质量度量可通过以下公式确定：
Figure BDA0002676976810000163
这里，
Figure BDA0002676976810000164
表示第j个发射波束的第r个接收波束(r＝1，2，...，42)的RSRP。AH表示矩阵A的埃尔米特矩阵。矩阵
Figure BDA0002676976810000165
包含42个接收波束，并且优选的(例如，最佳的)接收器波束索引(iopt)由
Figure BDA0002676976810000166
的行索引确定，该接收器波束索引由以下公式表示：
Figure BDA0002676976810000167
因此，在该示例中，上述公式包括42个矢量乘法。
在430中，从与发射波束j对准的码本中选择接收器波束。将被选择用于发射波束j的接收器波束由码本矩阵W42x4的第
Figure BDA0002676976810000168
行表示。一旦确定针对每个发射波束j的接收器波束，接收器的发射波束就被确定为
Figure BDA0002676976810000169
因此，通过利用包括在信号子空间上投影参考信号并存储投影以供将来使用的方法400，可通过离线执行处理来从码本中选择接收器波束。该离线处理导致可用于下行链路数据传输的有限时间不被中断以执行用于波束管理目的的测量。
在上述示例中，码本是静态的，并且将接收器波束选择限制为预先确定数量的接收器波束。在一些示例性实施方案中，使用420中的重建信号，UE 110可利用动态波束形成，其中可选择未包括在码本中的接收器波束。动态波束形成可依赖于发射波束j的动态接收器波束系数。示例性动态接收器波束系数可由以下公式表示：
Figure BDA0002676976810000171
跨接收的SSB或CSI-RS的优选(例如，最佳)发射波束可由以下公式表示：
Figure BDA0002676976810000172
全局动态波束对可由以下公式表示：
Figure BDA0002676976810000173
无论是基于搜索动态码本还是执行动态波束形成来选择接收器波束，离线处理都能够评估大量的潜在接收器波束。例如，当利用码本时，可执行对整个码本的穷举搜索。类似地，关于动态波束形成，可执行波束的穷举搜索，这可包括在最低层级处扫描较窄的波束(与码本中的波束相比)。为了提供示例，可评估多个基本上重叠的波束以实现精确对准。
接收器波束可被配置为具有可用于干扰抑制的旁瓣。因此，一些接收器波束可指向相同的感兴趣方向，但是可配置有不同的旁瓣方向。因此，这些类型的接收器波束的波束扫描可使用动态波束形成离线执行，以选择可提供干扰抑制的接收器波束。例如，可基于信号干扰加噪声比(SINR)或参考信号接收器质量(RSRQ)来选择接收器波束。
与利用静态码本相比，动态波束形成可提供更好的性能，因为动态波束形成允许接收器波束的AoA以发射器波束为中心。
图6示出了基于码本选择的接收器波束的AoA的配置的示例和动态接收器波束的AoA的配置的示例。在第一场景610中，基于码本选择接收器波束615。提供相邻的接收器波束616、617、618、619、620以描绘码本的一部分。由于码本是静态的并且将接收器波束选择限制为预先确定的接收器波束，因此AoA可在接收器波束615内的任何地方。为了提供示例，三个点625、626、627示出了三个可能的AoA。
相比之下，第二场景650涉及动态波束形成。在该示例中，描绘了三个重叠的接收器波束652、654、656。由于动态波束形成不限于码本，因此与使用码本执行的波束扫描相比，波束扫描可涵盖更小的空间区域。因此，接收器波束652可围绕其AoA 653居中，接收器波束654可围绕其AoA 655居中，并且接收器波束656可围绕其AoA 657居中。提供相邻的接收器波束616、617、618、619、620以描绘与码本的比较。因此，可选择与发射器波束的到达角对准的接收器波束。这提供了相对于静态码本选择的增益增加，并且允许基于信道变化对接收器波束进行微调。
如果有足够的测量数据可用，则基于静态码本和动态波束形成的接收器波束选择均能够在没有传感器输入的情况下跟踪相对于发射点的旋转。然而，如果没有足够的测量数据可用，则仅动态波束形成可基于传感器输入来跟踪相对于发射点的旋转。
本领域的技术人员将理解，可以任何合适的软件配置或硬件配置或它们的组合来实现上文所述的示例性实施方案。用于实现示例性实施方案的示例性硬件平台可包括例如具有兼容操作***的基于Intel x86的平台、Windows OS、Mac平台和MAC OS、具有操作***诸如iOS、Android等的移动设备。在其他示例中，上述方法的示例性实施方案可被体现为包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的代码行的程序，在进行编译时，该程序可在处理器或微处理器上执行。
尽管本专利申请描述了各自具有不同特征的各种实施方案的各种组合，本领域的技术人员将会理解，一个实施方案的任何特征均可以任何未被公开否定的方式与其他实施方案的特征或者在功能上或逻辑上不与本发明所公开的实施方案的设备的操作或所述功能不一致的特征相组合。
众所周知，使用个人可识别信息应遵循公认为满足或超过维护用户隐私的行业或政府要求的隐私政策和做法。具体地，应管理和处理个人可识别信息数据，以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化，并应当向用户明确说明授权使用的性质。
对本领域的技术人员而言将显而易见的是，可在不脱离本公开的实质或范围的前提下对本公开进行各种修改。因此，本公开旨在涵盖本公开的修改形式和变型形式，但前提是这些修改形式和变型形式在所附权利要求及其等同形式的范围内。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
在用户装备(UE)处：
接收包括参考信号的射频信号，其中所述射频信号对应于发射器波束；
将所述射频信号投影在正交信号子空间上并存储所投影的信号；以及
使用所投影的信号执行波束搜索以识别针对所述发射器波束的接收器波束，其中所述波束搜索是离线执行的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述波束搜索基于包括在码本中的多个接收器波束。
3.根据权利要求2所述的方法，其中执行所述波束搜索包括为所述码本中的每个接收器波束选择波束质量度量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述接收器波束至少基于所述波束质量度量来识别。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述波束搜索基于存储在码本中的多个接收器波束和不包括在所述码本中的另外多个接收器波束。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述另外多个接收器波束基于相对于天线阵列的到达角(AoA)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述波束搜索包括从所存储的投影信号中重建射频信号。
8.一种用户装备(UE)，包括：
多根天线，所述多根天线被配置为接收包括参考信号并与发射器波束对应的射频信号；
多条接收链，其中接收链的数量小于天线的数量；以及
基带处理器，所述基带处理器被配置为执行操作，所述操作包括：
接收所述射频信号；
将所述射频信号投影在正交信号子空间上并存储所投影的信号；以及
使用所投影的信号执行波束搜索以识别针对所述发射器波束的接收器波束，其中所述波束搜索是离线执行的。
9.根据权利要求8所述的UE，其中所述波束搜索基于包括在码本中的多个接收器波束。
10.根据权利要求9所述的UE，其中执行所述波束搜索包括为所述码本中的每个接收器波束选择波束质量度量。
11.根据权利要求10所述的UE，其中所述接收器波束至少基于所述波束质量度量来识别。
12.根据权利要求8所述的UE，其中所述波束搜索基于存储在码本中的多个接收器波束和不包括在所述码本中的另外多个接收器波束。
13.根据权利要求12所述的UE，其中所述另外多个接收器波束基于相对于包括所述多根天线的一部分的天线阵列的到达角(AoA)。
14.根据权利要求8所述的UE，其中执行所述波束搜索包括从所存储的投影信号中重建射频信道。
15.一种基带处理器，所述基带处理器被配置为执行操作，所述操作包括：
接收包括参考信号的射频信号，其中所述射频信号对应于发射器波束；
将所述射频信号投影在正交信号子空间上并存储所投影的信号；以及
使用所投影的信号执行波束搜索以识别针对所述发射器波束的接收器波束，其中所述波束搜索是离线执行的。
16.根据权利要求15所述的基带处理器，其中所述波束搜索基于包括在码本中的多个接收器波束。
17.根据权利要求16所述的基带处理器，其中执行所述波束搜索包括为所述码本中的每个接收器波束选择波束质量度量。
18.根据权利要求17所述的基带处理器，其中所述接收器波束至少基于所述波束质量度量来识别。
19.根据权利要求15所述的基带处理器，其中所述波束搜索基于存储在码本中的多个接收器波束和不包括在所述码本中的另外多个接收器波束。
20.根据权利要求19所述的基带处理器，其中所述另外多个接收器波束基于相对于天线阵列的到达角(AoA)。
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