混合天线架构的分级波束成形和秩自适应的系统和方法

摘要

一种用于波束相关信息和信道状态信息反馈的实施方式方法，该实施方式方法包括：接收第一模拟波束成形参考信号；发送示出选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩的第一报告，选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩联合地使用于由发送第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化；接收根据选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩而最大化的第二模拟波束成形参考信号；以及根据第二模拟波束成形参考信号来发送示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，信道质量指示和预编码矩阵指示使用于由发送第一模拟波束成形参考信号和第二模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化。

权利要求

1.一种用于波束相关信息和信道状态信息反馈的方法，所述方法包括：接收第一模拟波束成形参考信号；

发送示出多个传输秩的值和每个传输秩的优选的模拟波束集的第一报告，所述每个传输秩的优选的模拟波束集为使用于由发送所述第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化的模拟波束集；

接收根据所述发送器从所述多个传输秩中选择的传输秩以及所述选择的传输秩的优选的模拟波束集而生成的第二模拟波束成形参考信号；以及根据所述第二模拟波束成形参考信号来发送示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，所述信道质量指示和所述预编码矩阵指示使用于由发送所述第一模拟波束成形参考信号和所述第二模拟波束成形参考信号的所述发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一性能标准是以下中的至少一个：来自所述发送器的模拟波束的容量；

来自所述发送器的模拟波束的信噪比；或者

来自所述发送器的模拟波束的信干噪比。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二性能标准是来自数字预编码码本的使来自所述发送器的数据速率最大化的码字。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述数据速率根据以下中的至少一个来计算：频谱效率；或者

最小均方误差组合之后的总和速率。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，所述第二报告还包括所述选择的传输秩。

6.一种用于波束相关信息和信道状态信息反馈的设备，包括：包括指令的非暂态存储装置；以及

与所述存储装置通信的一个或更多个处理器，其中，所述一个或更多个处理器执行所述指令以：接收第一模拟波束成形参考信号；

发送示出多个传输秩的值和每个传输秩的优选的模拟波束集的第一报告，所述每个传输秩的优选的模拟波束集为使用于由发送所述第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化的模拟波束集；

接收根据发送器从所述多个传输秩中选择的传输秩以及所述选择的传输秩的优选的模拟波束集而生成的第二模拟波束成形参考信号；以及根据所述第二模拟波束成形参考信号来发送示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，所述信道质量指示和所述预编码矩阵指示使用于由发送所述第一模拟波束成形参考信号和所述第二模拟波束成形参考信号的所述发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第一性能标准是以下中的至少一个：来自所述发送器的模拟波束的容量；

来自所述发送器的模拟波束的信噪比；或者

来自所述发送器的模拟波束的信干噪比。

8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第二性能标准是来自数字预编码码本的使来自所述发送器的数据速率最大化的码字。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述数据速率根据以下中的至少一个来计算：频谱效率；或者

最小均方误差组合之后的总和速率。

10.根据权利要求6至9中任意一项所述的设备，其中，所述第二报告还包括所述选择的传输秩。

11.一种用于波束相关信息和信道状态信息反馈的方法，所述方法包括：发送第一模拟波束成形参考信号；

接收示出多个传输秩的值和每个传输秩的优选的模拟波束集的第一报告，所述每个传输秩的优选的模拟波束集为使用于由发送所述第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化的模拟波束集；

发送根据所述发送器从所述多个传输秩中选择的传输秩以及所述选择的传输秩的优选的模拟波束集而生成的第二模拟波束成形参考信号；

接收示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，所述信道质量指示和所述预编码矩阵指示使用于由发送所述第一模拟波束成形参考信号和所述第二模拟波束成形参考信号的所述发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化；以及根据所述信道质量指示和所述预编码矩阵指示来发送。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一性能标准是以下中的至少一个：来自所述发送器的模拟波束的容量；

来自所述发送器的模拟波束的信噪比；或者

来自所述发送器的模拟波束的信干噪比。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述第二性能标准是使来自所述发送器的数据速率最大化的码字。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述第二报告还包括所述选择的传输秩。

15.一种用于波束相关信息和信道状态信息反馈的设备，包括：包括指令的非暂态存储装置；以及

与所述存储装置通信的一个或更多个处理器，其中，所述一个或更多个处理器执行所述指令以：发送第一模拟波束成形参考信号；

接收示出多个传输秩的值和每个传输秩的优选的模拟波束集的第一报告，所述每个传输秩的优选的模拟波束集为使用于由发送所述第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化的模拟波束集；

发送根据所述发送器从所述多个传输秩中选择的传输秩以及所述选择的传输秩的优选的模拟波束集而生成的第二模拟波束成形参考信号；

接收示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，所述信道质量指示和所述预编码矩阵指示使用于由发送所述第一模拟波束成形参考信号和所述第二模拟波束成形参考信号的所述发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化；以及根据所述信道质量指示和所述预编码矩阵指示来发送。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述第一性能标准是以下中的至少一个：来自所述发送器的模拟波束的容量；

来自所述发送器的模拟波束的信噪比；或者

来自所述发送器的模拟波束的信干噪比。

17.根据权利要求15或16所述的设备，其中，所述第二性能标准是使来自所述发送器的数据速率最大化的码字。

18.根据权利要求15或16所述的设备，其中所述第二报告还包括所述选择的传输秩。

说明书

混合天线架构的分级波束成形和秩自适应的系统和方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2016年11月3日提交的题为“SYSTEM  AND METHOD  FOR HIERARCHICAL BEAMFORMING AND RANK ADAPTATION FOR HYBRID ANTENNA ARCHITECTURE(用于混合天线架构的分级波束成形和秩自适应的系统和方法)”的美国临时申请第62/
417,187号和于2017年11月1日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR HIERARCHICAL BEAMFORMING AND RANK ADAPTATION FOR HYBRID ANTENNA ARCHITECTURE(用于混合天线架构的分级波束成形和秩自适应的系统和方法)”的美国专利申请第15/800,739号的权益，这二者在此通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本公开内容基本上涉及用于无线通信的系统和方法，并且在具体实施方式中涉及用于混合天线架构的分级波束成形和秩自适应的系统和方法。

背景技术

[0004] 毫米波(Millimeter-wave，mmWave)通信可以使用定向天线，其提供增加的天线增益以应对在高mmWave频率下经受的增加的路径损耗。可以通过使用大量发送和接收天线元件补偿较高的路径损耗来实现高波束成形增益。然而，对于每个天线元件，具有大量射频(radio frequency，RF)链施加了高成本。因此，利用少量RF链和大量天线将模拟和数字波束成形二者组合的技术即混合波束成形技术对于mmWave无线通信是有价值的技术。模拟预编码通常利用移相器在RF处实现，而数字预编码器在基带处实现。利用mmWave信道的稀疏散射性质，混合预编码可以在提供较低复杂性收发器架构的同时实现改进的性能。

发明内容

[0005] 根据本公开内容的实施方式，一种用于波束相关信息和信道状态信息反馈的方法包括：接收第一模拟波束成形参考信号；发送示出选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩的第一报告，选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩联合地使用于由发送第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化；接收根据选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩而最大化的第二模拟波束成形参考信号；以及根据第二模拟波束成形参考信号来发送示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，信道质量指示和预编码矩阵指示使用于由发送第一模拟波束成形参考信号和第二模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化。

[0006] 在先前实施方式中，第一性能标准可以是以下中的至少一个：来自发送器的模拟波束的容量；来自发送器的模拟波束的信噪比；或者来自发送器的模拟波束的信干噪比。在先前实施方式中的任意实施方式中，第二性能标准可以是来自数字预编码码本的使来自发送器的数据速率最大化的码字。在先前实施方式中的任意实施方式中，可以根据频谱效率或者最小均方误差组合之后的总和速率中的至少一个来计算数据速率。

[0007] 根据本公开内容的另一实施方式，一种设备包括：包括指令的非暂态存储装置；以及与存储装置通信的一个或更多个处理器。一个或更多个处理器执行指令以：接收第一模拟波束成形参考信号；发送示出选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩的第一报告，选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩联合地使用于由发送第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化；接收根据选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩而最大化的第二模拟波束成形参考信号；以及根据第二模拟波束成形参考信号来发送示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，信道质量指示和预编码矩阵指示使用于由发送第一模拟波束成形参考信号和第二模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化。

[0008] 在先前的实施方式中，第一性能标准可以是以下中的至少一个：来自发送器的模拟波束的容量；来自发送器的模拟波束的信噪比；或者来自发送器的模拟波束的信干噪比。在先前实施方式中的任意实施方式中，第二性能标准可以是来自数字预编码码本的使来自发送器的数据速率最大化的码字。在先前实施方式中的任意实施方式中，可以根据频谱效率或者最小均方误差组合之后的总和速率中的至少一个来计算数据速率。

[0009] 根据本公开内容的另一实施方式，一种用于波束相关信息和信道状态信息反馈的方法包括：发送第一模拟波束成形参考信号；接收示出至少一个传输秩和至少一个模拟波束成形参考信号的第一报告，至少一个传输秩和至少一个模拟波束成形参考信号使用于由发送第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化；发送根据至少一个传输秩和至少一个模拟波束成形参考信号而最大化的第二模拟波束成形参考信号；接收示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，信道质量指示和预编码矩阵指示使用于由发送第一模拟波束成形参考信号和第二模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化；以及根据信道质量指示和预编码矩阵指示来发送。

[0010] 在先前的实施方式中，第一性能标准可以是以下中的至少一个：来自发送器的模拟波束的容量；来自发送器的模拟波束的信噪比；或者来自发送器的模拟波束的信干噪比。在先前实施方式中的任意实施方式中，第二性能标准可以是使来自发送器的数据速率最大化的码字。在先前实施方式中的任意实施方式中，第一报告可以包括使第一性能标准最大化的多个传输秩和多个模拟波束成形参考信号，并且发送器可以选择多个传输秩中的一个和多个模拟波束成形参考信号中的一个用于在发送第二模拟波束成形参考信号中使用。

[0011] 根据本公开内容的另一实施方式，一种设备包括：包括指令的非暂态存储装置；以及与存储装置通信的一个或更多个处理器。一个或更多个处理器执行指令以：发送第一模拟波束成形参考信号；接收示出至少一个传输秩和至少一个模拟波束成形参考信号的第一报告，至少一个传输秩和至少一个模拟波束成形参考信号使用于由发送第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化；发送根据至少一个传输秩和至少一个模拟波束成形参考信号而最大化的第二模拟波束成形参考信号；接收示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，信道质量指示和预编码矩阵指示使用于由发送第一模拟波束成形参考信号和第二模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化；以及根据信道质量指示和预编码矩阵指示来发送。

[0012] 在先前的实施方式中，第一性能标准可以是以下中的至少一个：来自发送器的模拟波束的容量；来自发送器的模拟波束的信噪比；或者来自发送器的模拟波束的信干噪比。在先前实施方式中的任意实施方式中，第二性能标准可以是使来自发送器的数据速率最大化的码字。在先前实施方式中的任意实施方式中，第一报告可以包括使第一性能标准最大化的多个传输秩和多个模拟波束成形参考信号，并且发送器可以选择多个传输秩中的一个和多个模拟波束成形参考信号中的一个用于在发送第二模拟波束成形参考信号中使用。

[0013] 根据本公开内容的另一实施方式，一种用于波束相关信息和信道状态信息反馈的方法包括：接收第一模拟波束成形参考信号；发送示出选择的模拟波束成形参考信号集的第一报告，选择的模拟波束成形参考信号集使用于由发送第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化；接收根据选择的模拟波束成形参考信号集而最大化的第二模拟波束成形参考信号；以及根据第二模拟波束成形参考信号来发送示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，信道质量指示和预编码矩阵指示使用于由发送第一模拟波束成形参考信号和第二模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化，其中，与至少一个选择的模拟波束成形参考信号相关联的传输秩被包括在以下中的一个中：仅第一报告、仅第二报告或者第一报告和第二报告二者。

[0014] 在先前的实施方式中，第一性能标准可以是以下中的至少一个：来自发送器的模拟波束的容量；来自发送器的模拟波束的参考信号接收功率；来自发送器的模拟波束的信噪比；或者来自发送器的模拟波束的信干噪比。在先前实施方式中的任意实施方式中，第二性能标准可以是来自数字预编码码本的使来自发送器的数据速率最大化的码字。在先前实施方式中的任意实施方式中，可以根据频谱效率或者最小均方误差组合之后的总和速率中的至少一个来计算数据速率。

[0015] 以上实施方式的优点在于，与现有的技术相比，反馈信息可以以较小的计算复杂度得到并且被更有效地发送。

附图说明

[0016] 为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，在附图中：

[0017] 图1是示出具有混合波束成形架构的发送器和接收器的图；

[0018] 图2是期望的覆盖区域和θn,k的范围的图示；

[0019] 图3是关于N＝8天线元件的θn,k的值的图示；

[0020] 图4是不同三角分量的实施方式波形的图示；

[0021] 图5是关于不同α值的实施方式波束模式的图示；

[0022] 图6是将联合数字和模拟秩自适应与实施方式单独数字和模拟秩自适应在吞吐量和块错误率方面进行比较的图示；

[0023] 图7是实施方式信道状态信息获取算法的流程图；

[0024] 图8是示出用于执行本文描述的方法的实施方式处理系统的框图；以及

[0025] 图9是示出适于通过电信网络发送和接收信令的收发器的框图。

具体实施方式

[0026] 以下详细讨论了目前优选实施方式的结构、制造和使用。然而，应当理解，本公开内容提供了可以在多种具体背景下实施的许多适用发明构思。讨论的具体实施方式仅仅说明用于实施和使用实施方式的具体方式，而不限制本公开内容的范围。

[0027] 图1示出了均具有混合波束成形架构的发送器和接收器。图的左侧上的部件有时可以用作发送器，并且图的右侧上的部件有时可以用作接收器，以及图的左侧上的部件有时可以用作接收器，并且图的右侧上的部件有时可以用作发送器。出于以下讨论的目的，图的左侧上的部件将被假定为发送器，并且图的右侧上的部件将被假定为接收器。此外，出于以下讨论的目的，接收器将被假定为用户设备(user equipment，UE)120或类似的用户设备，并且发送器将被假定为UE 120能够通过其获得对电信网络的接入的eNodeB(eNodeB，eNB)110或类似的部件。当在本文中使用术语“UE”和“eNB”时，应当理解，正在引用具有与UE或eNB类似的能力的任何部件。

[0028] 可以在eNB 110和UE 120中的任一者或二者中在基带部件130中执行用于数字波束成形的预编码。可以在eNB 110和UE 120中的任一者或二者中通过移相器在一个或更多个RF部件140中执行用于模拟波束成形的预编码。由于数字波束成形和模拟波束成形二者均在eNB 110和UE 120处执行，因此eNB 110和UE 120可以被认为成具有混合波束成形架构。预编码的数字信号和模拟信号可以由eNB 110和UE 120中的任一者或二者上的天线阵列150发送。eNB 110和UE 120中的任一者或二者上的天线阵列150可以发送一个或更多个混合波束成形波束160。

[0029] 可以以不同的方式执行模拟波束成形和组合。离散傅里叶变换(Discrete Fourier transform，DFT)码本是可以用于建立模拟波束的一种类型的码本。利用这样的码本，eNB或UE可以搜索以找到使诸如吞吐量的性能度量最大化的码字，并且可以在移相器处应用码字。当在本文中使用诸如“最大化”、“最优化”、“最佳”、“最大”、“最高”、“最强”等的术语时，这些术语可以指在给定情况下超过关于特定质量的定义阈值的特征，并且可能不一定是指关于该质量的绝对最大值。

[0030] 遍及码本搜索的一种方法是遍及所有可能的码本执行穷举搜索。然而，这样的搜索可能增加时延并且对于延迟敏感的应用是有问题的。为了减少在采用遍及DFT码本的穷举搜索时施加的波束扫描时间，可以使用多级码本，其中，不同阶段处、不同级别中的码本具有不同的波束宽度，并且其中，在每个阶段处，基于来自接收器(eNB或UE)的反馈信号来减小由发送器(UE或eNB)覆盖的波束成形搜索空间，该反馈信号告知发送器要遍及哪个波束分支进行搜索。

[0031] 在实施方式中，提供了一种用于对诸如均匀线性阵列或均匀平面阵列的天线阵列内的天线元件进行细调的机制。该机制能够创建在波束成形的不同级别下具有不同波束宽度的波束。在实施方式中，提供了一种用于支持该多级波束成形的协议。

[0032] 如上所述，利用多级波束成形，减小了遍及模拟波束的搜索复杂度。通常，在第一阶段或级别处，创建具有较小天线增益和较少数目的波束的较宽波束，并且发送器对那些波束进行扫描。接收器向发送器发送关于最佳波束的反馈，从而将发送器引导到在其上继续搜索的分支。在第二阶段或级别处，发送器在第一阶段中选择的波束内创建具有较高天线增益的较窄波束。该算法可以持续直到训练的最后阶段。

[0033] 现有的多级码本设计可以通过将天线元件的阵列划分成较少数目元件的子阵列并且将子阵列的波束定向到邻近方向以重建宽波束来实现模拟波束的自适应控制。然而，该技术可能创建不期望的波束，因为每个子阵列的旁瓣可能叠加在连续子阵列的主瓣上并且从而导致功率降低。

[0034] 在实施方式中，提供了一种用于创建在码本的不同级别处具有变化的波束宽度的波束模式的方法。特别地，在实施方式中，阵列不被划分成较小的子阵列。为了演示该方法如何操作，在具有N个元件和d的天线间间距的均匀线性阵列(Uniform Linear Array，ULA)上演示该机制。该机制可以扩展到均匀平面阵列(Uniform Planar Array，UPA)，在该情况下，码字变为两个ULA码字的克罗内克积。

[0035] 讨论集中在在射频(Radio Frequency，RF)模拟预编码器处应用的基于DFT的码本上。在这样的情况下，波束矢量由以下矩阵的列矢量给出

[0036]

[0037] 其中，n＝0、1、……、N–1是天线元件的索引，以及k＝0、1、……、K–1是模拟DFT码本内的码字的索引，该模拟DFT码本具有等于K的码字的总数目(可能的波束的总数目)，并且其中， 对应于[-1,+1]之间的值。

[0038] 在用于创建多级波束的技术中，可以考虑以下权重矢量

[0039]

[0040] 其中，θn,k的实际表达式将在下面导出。θn,k是索引n和k的函数，并且因此，对于大小为K的码本内的特定波束k，不同的天线元件将指向不同的方向而不是所有天线元件指向相同的方向vk。

[0041] θn,k的值可以被假定成在称为[vk–t,vk+t]的范围内，其中 并且 如果t＝0，则得到的权重对应于DFT码本，其中，对于所有n而言θn,k＝vk。

[0042] 现在将导出θn,k的实际表达式。这样做，可能需要确认t是什么。对于给定的天线数目(N)和码本的大小(K)，可以知道对于第k波束，该波束应当覆盖 的范围，因为存在从[-1,+1]覆盖的K个波束。因此每个波束覆盖2/K的范围。由于第k波束的中心为vk，因此该范围是 因此，波束宽度2/K的波束是目标波束宽度或期望的波束宽度。t
可能需要被选择成使得得到的波束将近似具有从 到 的波束宽度。

[0043] 可以通过引入参数α(阿尔法)来定义t与1/K之间的关系，参数α可以替换t并且可以稍后用于控制波束宽度。α可以定义为 所以 可以注意到，α是波束的期望的覆盖范围与θn,k的值取自的范围之间的比率。这些参数在图2中示出，在图2中，第k波束的期望的覆盖范围210是 以及θn,k变化的范围220是[vk–t,vk+t]。

[0044] 因此，对于第k码字，θn,k在 内均匀地变化。因此，两个连续的θn,k与θn+1，k之间的变化粒度等于 所以θn,k可以定义为

[0045]

[0046] 其中，n＝0、1、……、N–1。图3示出了θn,k的各种值310。

[0047] 可以通过绘制天线响应来示出α的不同值以产生具有不同波束宽度的波束。不失一般性，可以假定天线间间距是波长的一半(d＝λ/2)。

[0048] 对于ULA阵列，在应用第k码字之后的天线响应是

[0049]

[0050] 不失一般性，分析可以集中在第一波束上，即k＝0。因此，等式(4)可以简化为[0051]

[0052] 在一些简化之后，等式(5)变为

[0053]

[0054] 根据等式(6)，可以看出天线响应是(N-1)个三角函数的总和。在图4中，示出了N＝8的示例波形410。存在7个波形，并且总天线响应示出为虚曲线。

[0055] 通常，波束模式由α控制。图5示出了波束模式510如何随不同的α变化。如果α增大，例如对于α＝5，则得到的波束的波束模式较窄(较高的天线增益)。如果α减小，例如对于α＝1，则波束变宽，并且旁瓣的大小也增大。

[0056] 用于控制波束模式的以上技术可以称为连续偏斜。公开的连续偏斜技术的使用比现有的方法更简单且更有效，因为需要仅一个参数α来建立波束。因此，从接收器到发送器的反馈需要仅一个参数，以便发信号通知期望的波束宽度和天线增益。可以示出，波束的一些特性诸如最大波束成形增益、波束宽度和旁瓣强度随着α单调地变化。基于不同的设计度量，可以使用简单的分半搜索来对α进行优化。通过比较，现有的子组方法除了每个子组的角度之外还需要首先决定子组的数目以重建宽波束。此外，在现有的方法中，出现了对主瓣的破坏性旁瓣问题。

[0057] 公开的连续偏斜技术还更有效，因为在连续偏斜的情况下不存在对天线元件的去激活。获得宽波束的简单方法是去激活一个或更多个天线。通过关闭一些天线，可以利用简单的DFT型码本来实现宽波束。然而，该方法的缺点在于可能丢失天线增益，并且因此波束成形增益可能较低。对于mmWave通信，较小的波束成形增益使信号更容易受到传输衰减、噪声和干扰的影响，这降低了波束扫描的准确度。另一方面，连续偏斜可以使用所有天线并且可以因此实现较高的波束成形增益。

[0058] 为了支持公开的分级波束机制，eNB和UE可能需要决定具体的α。这样做，eNB可以使用不同的α值来生成不同的模拟码本。eNB可能需要知道在eNB已经使用的波束内取决于具体的UE的覆盖范围哪个α最适合UE。存在以下情况：UE可能不会被窄波束覆盖，并且因此UE不会报告由eNB使用的最大可能的α。为此，UE可以测量接收信号强度并且找到给出最强接收信号的α值。然后，UE可以将量化参数α(或索引)反馈给eNB。

[0059] 特别地，eNB可以通过改变α参数来创建不同的模拟码本，并且可以发送用于UE测量的参考信号。在UE接收到时，UE可以首先测量接收信号强度。然后可以将最优α的索引反馈给eNB。可替选地，可以将最优α的量化版本反馈给eNB。

[0060] 现在将考虑关于如何在采用模拟波束成形、数字波束成形、或者模拟波束成形和数字波束成形的混合的系统中执行信道状态信息(Channel State Information，CSI)和波束相关信息反馈协议的技术。在典型的反馈场景中，发送器发送由接收器接收的参考信号。接收器分析参考信号，根据分析结果得到CSI，并且将CSI反馈给发送器。在第三代合作伙伴计划(Third Generation Partnership Project，3GPP)长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统中，CSI反馈包含信道质量指示(Channel Quality Indicator，CQI)、预编码矩阵指示(Precoding Matrix Indicator，PMI)和秩指示(Rank Indicator，RI)的反馈。发送器使用CQI来选择15个调制字母表和编码率组合中的一个用于传输。RI向发送器通知用于当前多输入多输出(multiple-input and multiple-output，MIMO)信道的有用传输层的数目。PMI发信号通知优选数字预编码矩阵的码本索引。

[0061] 当使用模拟和数字波束成形二者的混合波束成形被采用时，除了CSI反馈(CQI、PMI、RI)之外，一个或更多个优选波束的指示也可能需要从接收器反馈给发送器。也就是说，发送器可以发送一系列参考信号，该系列参考信号中的每一个已经由数字预编码码本内的不同的数字码字来编码。接收参考信号的接收器可以基于各种性能标准来确定接收的参考信号之中的一个或更多个优选参考信号。然后，接收器可以将一个或更多个优选或最优参考信号的指示反馈给发送器。在下面的讨论中，参考信号可以被当做由eNB发送，以及根据参考信号生成的反馈可以被当做由UE发送，但应当理解，其他部件可以发送参考信号和反馈。

[0062] 在用于混合架构的可以被称为联合方法的现有的反馈方法中，联合确定了最优模拟波束、RI、PMI和CQI。eNB尝试不同的传输秩/层，并且对于每个传输秩/层数，eNB和UE搜索不同的波束对。对于每个波束对，UE在模拟波束成形之后估计有效信道。然后，UE尝试码本内的不同的数字码字以试图使一些性能标准诸如数据速率最大化。UE找到模拟波束对、RI、PMI和CQI的组合，该组合给出最高数据速率或一些其他性能标准的最大化。然后，UE在单个传输中反馈RI、PMI、CQI和关于优选模拟波束参考信号的索引。用于联合发现RI、PMI、CQI和优选波束的这样的详尽机制在计算上是复杂的并且施加延迟，尤其是当待搜索的模拟波束的数目以及面板或阵列的数目较大时。也就是说，找到对波束相关信息加之CSI值的联合地最优解决方案可能由于反馈延迟约束而不是切实可行的，尤其是当阵列/面板的数目以及波束的数目较大时。还可以期望降低计算复杂度。

[0063] 在实施方式中，提供了以下协议：可以通过将优化问题分为多个阶段来支持波束相关和CSI参数的反馈，使得在性能与复杂性之间具有良好的折衷。特别地，公开的协议允许与秩相关的波束选择和报告，其中，与PMI和CQI的选择和报告分开地选择和报告秩(即层数)及其相关联的/优选的波束集。与现有的联合选择方法相比，将模拟波束和秩选择与CQI和PMI选择分开会导致可忽略的性能损失。

[0064] 不同的传输秩(由不同的RI示出)通常对应于不同的优选波束集。也就是说，特定秩通常与一个或更多个特定波束相关联。例如，秩1传输可以与第一波束和第四波束相关联，而秩2传输可以与第五波束和第七波束相关联。

[0065] 在实施方式中，CSI的报告分两步进行，以便降低UE复杂性和网络开销。在第一步中，联合地确定和报告优选的参考信号集和相应的RI(要被发送的层数)。在第二步中，遍及波束成形参考信号确定PMI和CQI并且报告PMI和CQI。顺序地反馈自适应参数并在第一步中将传输秩与优选的波束集一起联合地反馈的两步CSI报告可以减少延迟并且提供良好性能。

[0066] 更具体地，在阶段1中，UE找到在发送器和接收器处的优选的波束集、以及要被发送的传输秩或层数。eNB尝试不同的传输秩。对于每个传输秩，eNB和UE搜索不同的波束对以试图找到优选集。优选的波束集可以是使诸如来自eNB的模拟波束的容量或在UE处的参考信号接收功率(reference signal received power，RSRP)的性能标准最大化的集。这样的选择标准可能对于MEMO传输是重要的。然后，UE报告优选秩及其相关联的波束集。

[0067] 在另一实施方式中，多个秩值(即不同的层数)及对于每个秩的相关联的和/或优选的波束集可以由UE选择和报告用于秩自适应及相关联的波束调节。然后，发送器可以从多个报告的秩和波束中选择秩和优选的波束。

[0068] 在阶段2中，在阶段1中获得的波束和传输秩用于生成第二参考信号集。波束和传输秩已经可以由UE选择和报告或者已经可以由eNB从由UE报告的多个秩值及相关联的/优选的波束集中选择。eNB根据报告的或选择的秩和波束来生成波束成形参考信号。UE接收波束成形参考信号并且使用波束成形参考信号来确定和报告其余CSI参数。也就是说，UE找到eNB处的数字PMI和适当的CQI以使用于自eNB的后续传输的数据速率或一些其他性能标准最大化。

[0069] 为了决定PMI，UE估计波束成形之后的有效信道。接下来，UE尝试数字预编码码本中的不同码字以确定使自eNB的传输的数据速率或一些其他性能标准最大化的码字。UE可以使用频谱效率、最小均方误差(minimum mean-square error，MMSE)组合之后的总和速率或一些其他性能标准来计算数据速率。然后，UE在报告的第二阶段中反馈最佳数字码字的PMI以及CQI。

[0070] 在另一实施方式中，在UE在报告的第一阶段中报告优选的波束集和传输秩之后，UE在报告的第二阶段中再次报告传输秩连同PMI和CQI。重传的传输秩可以帮助eNB选择要在后续传输中使用的PMI。

[0071] 在另一实施方式中，UE在报告的第一阶段中报告仅优选波束而不报告传输秩。然后，eNB仅基于优选的参考波束来形成用于参考信号资源的有效MIMO信道。然后，UE在报告的第二阶段中反馈传输秩连同CQI和PMI。

[0072] 在另一实施方式中，传输秩不必与由UE报告的秩类似。

[0073] 阶段1和阶段2报告的周期可以分别为长期和短期。利用长期报告，在具有可以由网络配置的周期的长期中估计和报告秩指示和优选波束。CQI和PMI的报告可以是具有由网络配置的周期的较短期。也就是说，关于RI和优选波束的值可能相对不那么频繁地得到和报告，而关于CQI和PMI的值可能相对更频繁地得到和报告。

[0074] 在图6中，在具有链路自适应的UE和eNB二者处，对于具有混合天线架构的mmWave系统，将现有的穷举搜索算法与公开的两阶段反馈机制在吞吐量610和块错误率(Block Error Rate，BLER)620方面进行了比较。在联合方法中，联合地决定最优模拟波束、PMI、最优调制和编码方案以及传输秩。在公开的方法中，在初始阶段中决定最优模拟波束和传输秩。根据数值模拟，可以示出，两种技术提供类似的性能。因此，与联合选择方法相比，将模拟波束和秩选择与CQI和数字PMI选择分开会导致可忽略的性能损失。配置可以通过无线电资源控制(radio resource control，RRC)信令由较高层完成。

[0075] 在实施方式中，执行秩自适应的UE提供两个CSI反馈报告。在第一CSI报告中，响应于UE从eNB接收第一模拟波束成形参考信号，UE示出联合地使如下性能标准最大化的一个或更多个优选模拟波束和传输秩：诸如来自eNB的模拟波束的容量、来自eNB的模拟波束的RSRP、来自eNB的模拟波束的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)或来自eNB的模拟波束的信干噪比(signal-to-interference-plus-noise ratio，SINR)。响应于接收到第一CSI报告，eNB使用报告的模拟波束和传输秩来在有效信道上生成和发送第二模拟波束成形参考信号。然后，UE决定使性能最大化的数字预编码器并且向eNB发送示出CQI和数字预编码器的PMI的第二CSI报告。使性能最大化的数字预编码器可以是使自eNB的传输的数据速率或一些其他性能标准最大化的码字。UE可以使用频谱效率、MMSE组合之后的总和速率或一些其他性能标准来计算数据速率。

[0076] 图7是用于eNB 710与UE 720之间的通信的公开的协议的流程图700。在事件730处，eNB 710向UE 720发送模拟波束扫描参考信号。在事件740处，UE 720选择单个秩值或多个秩值及相关联的波束集。在事件750处，UE 720发送包含选择的RI和模拟波束的反馈的第一CSI报告。在事件760处，eNB 710将由UE 720报告的模拟波束用于附加参考信号的传输或调节。在事件770处，eNB 710向UE 720发送附加参考信号。在事件780处，UE 720向eNB 710报告根据附加参考信号确定的最佳PMI和CQI。

[0077] 公开的CSI获取算法可以在具有数字和/或模拟波束的任何系统中实现，并且不限于混合天线架构系统。

[0078] 图8是示出用于执行本文描述的方法的实施方式处理系统800的框图，该实施方式处理系统800可以安装在主机设备中。如图所示，处理系统800包括处理器804、存储器806以及接口810至814，这可以(或者可以不)如图中示出的那样布置。处理器804可以是适于执行计算和/或其他处理相关任务的任何部件或部件集合，而存储器806可以是适于存储用于由处理器804执行的程序和/或指令的任何部件或部件集合。在实施方式中，存储器806包括非暂态计算机可读介质。接口810、812、814可以是使得处理系统800能够与其他设备/部件和/或用户进行通信的任何部件或部件集合。例如，接口810、812、814中的一个或更多个接口可以适于将数据、控制或管理信息从处理器804传送到安装在主机设备和/或远程设备上的应用。作为另一示例，接口810、812、814中的一个或更多个接口可以适于使得用户或用户设备(例如，个人计算机(personal computer，PC)等)能够与处理系统800交互/通信。处理系统800可以包括图中未描绘的诸如长期存储(例如，非易失性存储器等)的附加部件。

[0079] 在一些实施方式中，处理系统800被包括在正在接入电信网络的或另外是电信网络的一部分的网络设备中。在一个示例中，处理系统800位于无线或有线电信网络中的如下网络侧设备中，诸如基站、中继站、调度器、控制器、网关、路由器、应用服务器或电信网络中的任何其他设备。在其他实施方式中，处理系统800位于接入无线或有线电信网络的如下用户侧设备中，诸如移动台、用户设备(user equipment，UE)、个人计算机(personal computer，PC)、平板电脑、可穿戴通信设备(例如，智能手表等)或适于接入电信网络的任何其他设备。

[0080] 在一些实施方式中，接口810、812、814中的一个或更多个接口将处理系统800连接至适于通过电信网络发送和接收信令的收发器。图9是示出适于通过电信网络发送和接收信令的收发器900的框图。收发器900可以安装在主机设备中。如图所示，收发器900包括网络侧接口902、耦合器904、发送器906、接收器908、信号处理器910以及设备侧接口912。网络侧接口902可以包括适于通过无线或有线电信网络发送或接收信令的任何部件或部件集合。耦合器904可以包括适于通过网络侧接口902便利于双向通信的任何部件或部件集合。发送器906可以包括适于将基带信号转换为适于通过网络侧接口902传输的调制载波信号的任何部件或部件集合(例如，上变频器、功率放大器等)。接收器908可以包括适于将通过网络侧接口902接收的载波信号转换为基带信号的任何部件或部件集合(例如，下变频器、低噪声放大器等)。信号处理器910可以包括适于将基带信号转换为适于通过设备侧接口
912传送的数据信号或者将适于通过设备侧接口912传送的数据信号转换为基带信号的任何部件或部件集合。设备侧接口912可以包括适于在信号处理器910与主机设备内的部件(例如处理系统800、局域网(local area network，LAN)端口等)之间传送数据信号的任何部件或部件集合。

[0081] 收发器900可以通过任何类型的通信介质来发送和接收信令。在一些实施方式中，收发器900通过无线介质来发送和接收信令。例如，收发器900可以是适于根据无线电信协议诸如蜂窝协议(例如，长期演进(long-term evolution，LTE)等)、无线局域网(wireless local area network，WLAN)协议(例如，Wi-Fi等)或任何其他类型的无线协议(例如，蓝牙、近场通信(near field communication，NFC)等)进行通信的无线收发器。在这样的实施方式中，网络侧接口902包括一个或更多个天线/辐射元件。例如，网络侧接口902可以包括单个天线、多个分离的天线、或者被配置成用于多层通信例如单输入多输出(single input multiple output，SIMO)、多输入单输出(multiple input single output，MISO)、多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)等的多天线阵列。在其他实施方式中，收发器900通过有线介质例如双绞线电缆、同轴电缆、光纤等来发送和接收信令。具体的处理系统和/或收发器可以利用所示的部件中的所有、或仅部件的子集，并且集成级别可以从设备到设备变化。

[0082] 在一个实施方式中，公开了一种设备，该设备包括：包括指令的非暂态存储装置；以及与存储装置通信的一个或更多个处理器装置。一个或更多个处理器装置执行指令以：
接收第一模拟波束成形参考信号；发送示出选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩的第一报告，选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩联合地使用于由发送第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化；接收根据选择的模拟波束成形参考信号集和传输秩而最大化的第二模拟波束成形参考信号；以及根据第二模拟波束成形参考信号来发送示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，信道质量指示和预编码矩阵指示使用于由发送第一模拟波束成形参考信号和第二模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化。

[0083] 在另一实施方式中，公开了一种用于波束相关信息和信道状态信息反馈的方法，该方法包括：发送第一模拟波束成形参考信号；接收示出至少一个传输秩和至少一个模拟波束成形参考信号的第一报告，至少一个传输秩和至少一个模拟波束成形参考信号使用于由发送第一模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第一性能标准最大化；发送根据至少一个传输秩和至少一个模拟波束成形参考信号而最大化的第二模拟波束成形参考信号；接收示出信道质量指示和预编码矩阵指示的第二报告，信道质量指示和预编码矩阵指示使用于由发送第一模拟波束成形参考信号和第二模拟波束成形参考信号的发送器进行的后续传输的第二性能标准最大化；以及根据信道质量指示和预编码矩阵指示来发送。

[0084] 应当理解，本文提供的本实施方式方法的一个或更多个步骤可以由相应的单元或模块来执行。例如，信号可以由发送单元或发送模块来发送。信号可以由接收单元或接收模块来接收。信号可以由处理单元或处理模块来处理。相应的单元/模块可以是硬件、软件或其组合。例如，单元/模块中的一个或更多个可以是诸如现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)的集成电路。

[0085] 虽然已经参照说明性实施方式描述了本公开内容，但本描述并不旨在以限制意义来解释。说明性实施方式以及其他实施方式的各种修改和组合在参考该描述后对于本领域技术人员将是明显的。因此，所附权利要求书旨在涵盖任何这样的修改或实施方式。