本申請(qǐng)要求于2014年10月30日遞交的、名稱為“PING PONG BEAMFORMING(乒乓波束成形)”的丹麥專利申請(qǐng)No.PA201470666的優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過(guò)引用整體結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

實(shí)施例涉及無(wú)線通信，并且具體地，涉及至少一個(gè)第一設(shè)備和至少一個(gè)第二設(shè)備之間的乒乓波束成形，這兩個(gè)設(shè)備都具有多個(gè)天線元件。

背景技術(shù)：

在無(wú)線通信中獲取信道狀態(tài)信息(CSI)是昂貴的。它通常要求從數(shù)據(jù)傳輸中取出資源的訓(xùn)練。由于涉及具有非常大量天線元件的陣列的通信(對(duì)于這種通信CSI獲取是主要的研究焦點(diǎn))的出現(xiàn)，訓(xùn)練已更為廣受關(guān)注。在大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中，配備有大規(guī)模陣列的基站與少量的用戶進(jìn)行通信。下行鏈路信道訓(xùn)練使用與大規(guī)模陣列中的天線數(shù)目成正比的訓(xùn)練長(zhǎng)度，并且變得不切實(shí)際。

現(xiàn)有途徑在沒有信道的知識(shí)的情況下使用簡(jiǎn)單的迭代算法來(lái)提取互易信道中的兩個(gè)通信陣列可實(shí)現(xiàn)的最大波束成形增益。以在陣列中的一個(gè)陣列處傳輸?shù)搅硪魂嚵械娜我鈾?quán)重因子開始，通過(guò)共軛和正規(guī)化來(lái)創(chuàng)建新的權(quán)重因子。然后重復(fù)該過(guò)程直到收斂。波束成形權(quán)重收斂到信道矩陣的最大(左和右)特征向量。這就像兩個(gè)設(shè)備之間的乒乓游戲，其中，在每次迭代時(shí)，設(shè)備僅返回它剛剛接收到的信號(hào)的共軛。該途徑的優(yōu)點(diǎn)在于估計(jì)信道矩陣的最大特征向量的極度簡(jiǎn)單性。

在現(xiàn)有途徑中，雙向訓(xùn)練過(guò)程被用于直接估計(jì)對(duì)MIMO干擾信道的最大信號(hào)對(duì)干擾加噪聲比(SINR)算法進(jìn)行優(yōu)化的波束成形向量。盡管這對(duì)于少量天線是高效的過(guò)程，但當(dāng)涉及大規(guī)模陣列時(shí)它變得計(jì)算量繁重。

附圖說(shuō)明

結(jié)合附圖通過(guò)以下具體實(shí)施方式將容易地理解實(shí)施例。在附圖的圖示中，通過(guò)示例的方式而非限制的方式示出了實(shí)施例。

圖1示出了根據(jù)一些實(shí)施例的單用戶情形的系統(tǒng)模型，在該系統(tǒng)模型中，具有M個(gè)天線的設(shè)備A與具有N個(gè)天線的設(shè)備B進(jìn)行通信。

圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖1中所介紹的設(shè)備A和設(shè)備B處的迭代處理。

圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例的通過(guò)模擬濾波實(shí)現(xiàn)的訓(xùn)練。

圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施例的接收器結(jié)構(gòu)。

圖5示出了根據(jù)一些實(shí)施例的支持PPB的兩個(gè)傳輸協(xié)議。

圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的在有噪聲情形下設(shè)備處的迭代處理。

圖6B更詳細(xì)地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖6中所介紹的迭代處理。

圖7是根據(jù)一些實(shí)施例的將波束成形示出為迭代的函數(shù)的圖表。

圖8是根據(jù)一些實(shí)施例的針對(duì)一個(gè)給定信道實(shí)現(xiàn)的2米每秒(m/s)的速度將波束成形增益示出為時(shí)間的函數(shù)的圖表。

圖9是根據(jù)一些實(shí)施的例針對(duì)對(duì)許多信道實(shí)現(xiàn)平均的不同速度將波束成形增益示出為時(shí)間的函數(shù)的圖表。

圖10是示出根據(jù)一些實(shí)施例的針對(duì)兩個(gè)用戶的匹配濾波和迫零濾波之后的后處理信噪比(SNR)的比較的圖表。

圖11是示出根據(jù)一些實(shí)施例的針對(duì)兩個(gè)用戶的第一迫零濾波和第二迫零濾波的比較的圖表。

圖12是示出根據(jù)一些另外的實(shí)施例的針對(duì)兩個(gè)用戶的第一迫零濾波和第二迫零濾波的比較的圖表。

圖13是示出根據(jù)一些另外的實(shí)施例的針對(duì)兩個(gè)用戶的第一迫零濾波和第二迫零濾波的比較的圖表。

圖14是根據(jù)一些實(shí)施例的設(shè)備。

圖15是根據(jù)一些實(shí)施例的計(jì)算裝置。

具體實(shí)施方式

本公開的實(shí)施例提供了估計(jì)處于時(shí)分雙工模式的MIMO信道的最大特征向量的有效訓(xùn)練過(guò)程。假設(shè)信道互易性，我們描述了依賴于兩個(gè)天線陣列之間的乒乓傳輸?shù)牡^(guò)程，其中，在每次迭代時(shí)，設(shè)備僅返回它剛剛被供應(yīng)的信號(hào)的共軛。乒乓波束成形(Ping-Pong Beamforming，PPB)收斂到每個(gè)通信端的最優(yōu)波束成形權(quán)重，例如，信道矩陣的最大(左和右)特征向量。PPB要求數(shù)十次迭代并且對(duì)于接收器端的加性噪聲是穩(wěn)健的。PPB顯著地減輕了兩個(gè)陣列都配備有非常大量的天線時(shí)的訓(xùn)練要求，因此在預(yù)期有這樣的大規(guī)模陣列的毫米波通信中有明顯的好處。PPB被擴(kuò)展到多用戶MIMO通信設(shè)置，其中每個(gè)用戶發(fā)送單個(gè)流。設(shè)計(jì)了跟蹤每個(gè)用戶的信道的特征向量的訓(xùn)練過(guò)程。我們展示了當(dāng)通信鏈路的兩端均涉及大規(guī)模天線陣列時(shí)，可以根據(jù)信道的最大特征向量來(lái)構(gòu)建最優(yōu)收發(fā)器。

現(xiàn)在將更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。盡管本發(fā)明可能有各種修改和替代形式，但已經(jīng)以示例的方式公開了具體實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是，本發(fā)明不旨在被限制于所公開的特定形式。而是，本發(fā)明將覆蓋落入由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物、以及替代物。

此外，各種操作將以繼而最有助于理解說(shuō)明性實(shí)施例的方式被描述為多個(gè)離散的操作；然而，描述的順序不應(yīng)當(dāng)被解釋為暗示這些操作必須依賴于順序。具體來(lái)說(shuō)，這些操作不需要按呈現(xiàn)的順序來(lái)執(zhí)行。

短語(yǔ)“在一些實(shí)施例中”被重復(fù)地使用。該短語(yǔ)通常不指代相同的實(shí)施例；然而，它可以指代相同的實(shí)施例。術(shù)語(yǔ)“包含”、“具有”、以及“包括”是同義詞，除非上下文另有規(guī)定。

短語(yǔ)“A或B”、“A/B”、以及“A和/或B”表示(A)、(B)、或(A和B)。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“電路”指代或包括如下硬件組件、或者是這些硬件組件的一部分，所述硬件組件例如為被配置為提供所描述的功能的專用集成電路(ASIC)、電子電路、邏輯電路、(共享的、專用的、或者群組的)處理器和/或(共享的、專用的、或者群組的)存儲(chǔ)器。在一些實(shí)施例中，電路可執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序來(lái)提供所描述的操作中的至少一些操作。電路可以在一個(gè)或多個(gè)軟件或固件模塊中實(shí)現(xiàn)，或者與電路相關(guān)聯(lián)的操作可以由一個(gè)或多個(gè)軟件或固件模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，電路可以包括至少部分地可在硬件中操作的邏輯來(lái)執(zhí)行所描述的操作。

將大規(guī)模MIMO操作限制于時(shí)分雙工(TDD)顯著地減輕了訓(xùn)練要求。由于可以利用信道互易性(這意味著下行鏈路和上行鏈路信道是相等的)，所以CSI是基于上行鏈路訓(xùn)練獲取的。益處是訓(xùn)練長(zhǎng)度可以與用戶數(shù)目成比例。

毫米波(mmWave)頻率(例如，在30到60GHz的范圍內(nèi))可被用于兩端均涉及具有數(shù)百個(gè)天線的大規(guī)模陣列的通信中。毫米波頻率量級(jí)的大傳播損耗已被標(biāo)識(shí)為主要的障礙。因此，優(yōu)先考慮的是通信設(shè)備之間的非常高的波束成形增益?？赏ㄟ^(guò)形成匹配的發(fā)送波束成形和接收波束成形來(lái)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。訓(xùn)練要求可能變得嚴(yán)格。與大規(guī)模MIMO系統(tǒng)不同，現(xiàn)在可平衡通信的兩端處的天線的數(shù)目，以使得估計(jì)所有信道系數(shù)可能需要與大量天線成比例的訓(xùn)練序列長(zhǎng)度。

實(shí)施例適配于具體的通信框架，其中，提出了通信協(xié)議以支持具有損傷(噪聲或干擾)的環(huán)境中以及單用戶和多用戶情境中的乒乓波束成形(PPB)。描述了不同的訓(xùn)練協(xié)議以估計(jì)每次迭代的波束成形權(quán)重以及自適應(yīng)調(diào)制和編碼。對(duì)于具有少量天線的MIMO通信，PPB的應(yīng)用表現(xiàn)為合理的低復(fù)雜度替代以尋找信道特征向量，而不是直接信道估計(jì)然后進(jìn)行奇異值分解。然而，PPB在應(yīng)用于如在毫米波頻率所預(yù)期的兩端均涉及大規(guī)模陣列的通信時(shí)發(fā)揮其全部潛力。首先，可以大大減少訓(xùn)練需求。若兩個(gè)設(shè)備都具有M個(gè)天線，則用于直接信道估計(jì)的最小訓(xùn)練長(zhǎng)度可以等于M：它可以是將信道從每個(gè)發(fā)送天線分離所需的長(zhǎng)度，并且通?？杀辉龃鬄镸×L以抑制加性噪聲。此外，能夠在毫米波通信中跟蹤最大特征向量無(wú)疑是利用這種簡(jiǎn)單性尚未被實(shí)現(xiàn)的非常有價(jià)值的資產(chǎn)。

在PPB的每次迭代中，可以在接收器處估計(jì)當(dāng)前發(fā)送權(quán)重和信道的級(jí)聯(lián)。訓(xùn)練時(shí)段可被劃分為交替地專用于正向和反向傳輸?shù)?不一定是后續(xù)的)時(shí)隙。在單用戶情形下，訓(xùn)練可完全專用于噪聲或干擾抑制，在多用戶情形下，還用于用戶分離。僅數(shù)十次迭代可能就足以收斂。因此，與直接信道估計(jì)相比訓(xùn)練要求可以更加寬松。PPB可能以適當(dāng)?shù)挠?xùn)練協(xié)議為代價(jià)，本文中將對(duì)此進(jìn)行討論。此外，PPB可經(jīng)得起在毫米波頻率特別關(guān)鍵的低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)方式的檢驗(yàn)。可以在模擬域中執(zhí)行波束成形，從而減少RF鏈的數(shù)目，具體地，功率放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)目。

本說(shuō)明的第一部分描述了單用戶設(shè)置。它詳細(xì)描述了當(dāng)訓(xùn)練階段期間所估計(jì)的權(quán)重向量被用于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)在數(shù)據(jù)模式中的訓(xùn)練過(guò)程和性能。它分析了在接收器處存在加性噪聲或干擾的情況下PPB的行為。在毫米波頻率處，當(dāng)執(zhí)行波束成形以達(dá)到擴(kuò)展時(shí)可以把非常低的SNR作為目標(biāo)。因此，除非訓(xùn)練序列非常長(zhǎng)，否則在每次迭代時(shí)對(duì)波束成形權(quán)重的估計(jì)可能是有噪聲的。由于發(fā)送波束成形向量中存在噪聲，因此在乒乓過(guò)程中存在噪聲放大的風(fēng)險(xiǎn)。PPB的非常顯著的性質(zhì)是可以在迭代過(guò)程中吸收噪聲。就像PPB將隨機(jī)向量轉(zhuǎn)換為最大特征向量一樣，PPB也可將噪聲向量轉(zhuǎn)換為最大特征向量。間歇性噪聲在足夠次數(shù)的迭代之后消失。持續(xù)出現(xiàn)的噪聲意味著波束成形增益的損耗，但重要的是PPB仍然收斂。

然后，本說(shuō)明將PPB擴(kuò)展到多用戶設(shè)置。在單用戶情形下，可首先估計(jì)最大特征向量，然后是基于最大本征模的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。在多用戶設(shè)置中，原則上，保持這樣的基于最大本征模的收發(fā)器留下用戶間干擾并且更先進(jìn)的收發(fā)器能夠抑制用戶間干擾。可以利用通信的兩端的大規(guī)模陣列來(lái)從最大特征向量構(gòu)建期望的收發(fā)器。因此，訓(xùn)練過(guò)程可致力于使用正交訓(xùn)練序列來(lái)跟蹤每個(gè)用戶的特征向量。因此，實(shí)施例可繼續(xù)受益于PPB訓(xùn)練的有利性質(zhì)：收斂、對(duì)大噪聲水平的穩(wěn)健性、以及非常低的計(jì)算復(fù)雜度。

一般而言，所描述的實(shí)施例從通常的信道估計(jì)偏移，其中，信道估計(jì)提供針對(duì)數(shù)據(jù)模式構(gòu)建收發(fā)器的基礎(chǔ)。替代地，權(quán)重向量可被估計(jì)。由于許多權(quán)重向量可被估計(jì)為要發(fā)送的流的數(shù)目，這繞開了當(dāng)涉及大規(guī)模陣列時(shí)對(duì)估計(jì)許多信道系數(shù)的需求。在單用戶設(shè)置中權(quán)重向量被直接用在數(shù)據(jù)模式中，而在多用戶設(shè)置中它們一般要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的變換以確保用戶分離。

我們使用下列符號(hào)：上標(biāo)(.)^(k)表示迭代數(shù)k處的量，而下標(biāo)(.)_A、(.)_B表示設(shè)備A和B。(.)^*、(.)T、(.)^H表示矩陣的共軛、轉(zhuǎn)置以及厄密共軛(Hermitian)轉(zhuǎn)置。||.||是向量的范數(shù)。表示正規(guī)化向量。

圖1示出了根據(jù)一些實(shí)施例的設(shè)備A和B的收發(fā)器電路。具體地，圖1示出了設(shè)備A的發(fā)送器結(jié)構(gòu)，其包括與相應(yīng)的波束成形器108(1)和108(2)相耦合的多個(gè)天線元件104(1)和104(2)。波束成形器108可被提供以如將在本文描述的相應(yīng)波束成形權(quán)重向量

圖1還示出了設(shè)備B的接收器結(jié)構(gòu)，其包括與相應(yīng)的組合器116(1)和116(2)以及波束成形器120(1)和120(2)相耦合的多個(gè)天線元件112(1)和112(2)。組合器116可表示在接收器處添加噪聲信號(hào)n_B，并且波束成形器120可被提供以如將在本文描述的相應(yīng)波束成形權(quán)重向量

盡管圖1中未示出，但設(shè)備A還可包括與針對(duì)設(shè)備B所示的相類似的接收器結(jié)構(gòu)，并且設(shè)備B還可包括與針對(duì)設(shè)備A所示的相類似的發(fā)送器結(jié)構(gòu)。

該系統(tǒng)模型是針對(duì)單個(gè)用戶設(shè)置進(jìn)行描述的。后面描述針對(duì)多用戶設(shè)置的系統(tǒng)模型。

如圖1所示，設(shè)備A配備有與設(shè)備B進(jìn)行通信的M個(gè)天線元件的陣列，該設(shè)備B配備有N個(gè)天線元件的陣列。系統(tǒng)在TDD模式中操作，以保持信道互易性。H表示從A到B的窄帶信道矩陣，則互易性意味著從B到A的信道矩陣等于H^T。設(shè)備緩慢移動(dòng)，并且除非另有說(shuō)明，可假設(shè)信道相干時(shí)間大于算法的收斂時(shí)間。

可分別使用長(zhǎng)度為M和N的正規(guī)化波束成形權(quán)重向量和來(lái)在A和B之間交換單個(gè)數(shù)據(jù)流。總發(fā)送功率P_T在A和B處均被設(shè)置為1。在接收器處，可添加跨天線不相關(guān)的、具有方差的獨(dú)立同分布(i.i.d.)高斯噪聲。當(dāng)A或B用作接收器時(shí)，噪聲向量可被表示為n_A和n_B。SNR被定義為其中，假設(shè)信道跨天線是固定的，則E|h|²表示每個(gè)獨(dú)立鏈路的平均能量。該工作通常以低SNR范圍為目標(biāo)并且多個(gè)天線的作用是增加對(duì)于通信可用的有效SNR。

它可能依賴于信道矩陣H的奇異值分解(SVD)：

U_i和V_i分別為矩陣U和V的列。奇異特征值λ_i被排序?yàn)棣?sub>1≥λ₂≥…≥λ_min(M，N)。Λ是第i個(gè)對(duì)角線元素等于λ_i的對(duì)角矩陣。為了展示的清楚性，可選地將最大特征值及相關(guān)聯(lián)的特征向量表示為λ_max、U_max、以及V_max。

在本部分中，對(duì)乒乓波束成形的無(wú)噪聲情形進(jìn)行解釋，以理解PPB背后的直覺知識(shí)，在圖2中給出的迭代的更正式描述之前，呈現(xiàn)了無(wú)噪聲情形下的交替最大化問題。在無(wú)噪聲情形下，可在每個(gè)傳輸周期發(fā)送單個(gè)訓(xùn)練符號(hào)s＝1。

在一些實(shí)施例中，PPM可以以如下方式被用作交替優(yōu)化。

在設(shè)備A處以任意正規(guī)化權(quán)重向量開始。在訓(xùn)練模式中，在B處接收的信號(hào)可以是該量可被視為包括權(quán)重向量和傳播信道的復(fù)合信道。與該復(fù)合信道相匹配的最優(yōu)正規(guī)化接收器可等于其中，是的范數(shù)。它可進(jìn)而被應(yīng)用為從設(shè)備B到設(shè)備A的傳輸?shù)臋?quán)重向量。

在設(shè)備A處，接收信號(hào)可以是其最優(yōu)接收器可以是注意的是，僅意味著可能不是信道的最優(yōu)接收器。

如本文使用的，“最優(yōu)”可指代對(duì)具體情況而言的期望參數(shù)。它不要求該參數(shù)對(duì)于所有情況都是最優(yōu)的。

可以在如下優(yōu)化框架中重新表述先前所描述的處理，其中，目標(biāo)是為了使下式最大化：

解是H^HH的最大特征向量并且若信道矩陣是已知的則可以直接進(jìn)行計(jì)算。

所提出的算法通過(guò)進(jìn)行到相當(dāng)于使用交替優(yōu)化求解(2)的乒乓傳輸來(lái)在沒有關(guān)于信道的明確知識(shí)的情況下尋找最大特征向量。從初始化開始，求解優(yōu)化問題給出解然后，可以形成新的優(yōu)化問題該過(guò)程的重復(fù)與算法的迭代相對(duì)應(yīng)。成本函數(shù)可以在每此迭代中增大并且可以是有上限的，因此它可收斂于穩(wěn)定點(diǎn)。該穩(wěn)定點(diǎn)可以是H^HH的特征向量。

若初始權(quán)重向量不與最大特征向量V_max正交，則可以示出迭代沿著V_max保持非零分量。因此，算法收斂于全局最優(yōu)的，例如，最大特征向量。盡管上面的討論集中于在設(shè)備A處的迭代。在設(shè)備B處可以發(fā)生相同類型的迭代。

可以如下解釋PPB迭代，其中，設(shè)備A和設(shè)備B在乒乓波束成形的不同迭代處的發(fā)送權(quán)重向量的表達(dá)式在圖2中被描述。N_A/B是正規(guī)化因子。

存在兩個(gè)并行迭代集：一個(gè)集針對(duì)設(shè)備A并基于復(fù)合信道H^HH，另一集針對(duì)設(shè)備B并基于復(fù)合信道H^*H^T。每個(gè)集與獨(dú)立的功率迭代算法相對(duì)應(yīng)：一個(gè)計(jì)算H^HH的最大特征向量并且另一個(gè)計(jì)算H^*H^T的最大特征向量。

下面簡(jiǎn)要描述了功率算法的收斂性的證明以更好地掌握算法的收斂性質(zhì)。再次關(guān)注設(shè)備A處的迭代，在迭代k，非正規(guī)化權(quán)重向量可被如下給出：

由于H^HH＝VAV^H并將分解為特征向量V_i所形成的正交基，如我們得到因此，我們得到：

除以

由于(λ_i/λ_max)^k對(duì)于i＞1趨于零，假設(shè)λ_i嚴(yán)格小于最大特征值λ_max。收斂的速度可由第二大奇異值和最大奇異值之間的比率來(lái)確定。即使最大特征值具有大于1的重?cái)?shù)，算法仍可產(chǎn)生最大的波束成形增益。收斂的唯一條件可以是α₁≠0，這意味著初始化可能不與最大特征向量正交。

現(xiàn)在可以關(guān)于各個(gè)實(shí)施例來(lái)描述PPB的實(shí)現(xiàn)方式。

PPB的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是它是有效的實(shí)現(xiàn)方式。圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施例的接收器400。接收器400可包括分別與相應(yīng)的模擬波束成形組件408(1)、408(2)、以及408(3)相耦合的多個(gè)天線404(1)、404(2)、以及404(3)。盡管示出了三個(gè)天線和模擬波束成形組件，但其他實(shí)施例可包括其他數(shù)目的元件。模擬波束成形組件408各自可包括分別與可變?cè)鲆娣糯笃?16(1)、416(2)、以及416(3)相耦合的可變移相器412(1)、412(2)、412(3)。模擬波束成形組件408可由在訓(xùn)練期間獲取的模擬權(quán)重來(lái)控制并且可以將相應(yīng)的信號(hào)饋送到RF鏈424的組合器420中。RF鏈424還可包括如所示出的彼此相耦合的模擬處理器428、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)432、以及數(shù)字處理器436。

盡管附圖(包括圖4)可以示出一定數(shù)目的元件，但其他實(shí)施例不受限于所示出的元件的數(shù)目。

如所示出的，可以在模擬域中執(zhí)行波束成形并且僅需要一個(gè)RF鏈424。

可以使用圖3中所描繪的根據(jù)一些實(shí)施例的抽取延遲模擬濾波器300來(lái)實(shí)現(xiàn)先前的章節(jié)中所描述的訓(xùn)練過(guò)程。抽取延遲模擬濾波器300可包括具有多個(gè)延遲元件308(1)、308(2)、以及308(3)的延遲線304以接收信號(hào)y(n)。可以利用與組合器316(1)相耦合的放大器312(1)和312(2)來(lái)多次抽取延遲線304；放大器312(3)和312(4)與組合器316(2)相耦合；以及

PPB原理可類似于逆向陣列。例如，可基于范阿塔(van Atta)陣列來(lái)獲得共軛運(yùn)算。逆向陣列是被動(dòng)的并且它們的結(jié)構(gòu)需要被增強(qiáng)以允許數(shù)據(jù)傳輸。

一些實(shí)施例包括用于估計(jì)波束成形權(quán)重向量的“乒乓波束訓(xùn)練”方法，這些波束成形權(quán)重向量用于時(shí)分雙工系統(tǒng)中的第一設(shè)備(例如，設(shè)備A)和第二設(shè)備(例如，設(shè)備B)之間的單個(gè)數(shù)據(jù)流的發(fā)送和接收。設(shè)備A和B均可具有多個(gè)天線元件。從設(shè)備A到設(shè)備B的信道矩陣被表示為(H_A)。從設(shè)備B到設(shè)備A的信道矩陣表示為(H_B)。方法包括在下面根據(jù)一些實(shí)施例所描述的迭代操作。盡管可以在有序列表中描述該方法和其他方法，但一些實(shí)施例可包括以不同順序執(zhí)行的操作中的一些或全部操作。

a)起始步驟可包括由隨機(jī)選擇的值或通過(guò)使用之前的方法實(shí)例所給定的權(quán)重來(lái)初始化權(quán)重。所選擇的值應(yīng)使得通信系統(tǒng)的發(fā)送功率約束被滿足。

b)在迭代(k)，權(quán)重向量可被用于將訓(xùn)練序列從設(shè)備A發(fā)送到設(shè)備B。

c)設(shè)備B可使用基于訓(xùn)練的方法來(lái)從所接收的包含訓(xùn)練序列的符號(hào)的信號(hào)來(lái)估計(jì)波束成形向量和信道(H_A)的乘積的估計(jì)被表示為其中，(.)^*為共軛運(yùn)算。當(dāng)信道跨所接收的包含訓(xùn)練序列的信號(hào)為時(shí)變的時(shí)，假設(shè)信道為時(shí)不變的則可遵循相同的過(guò)程。該描述是針對(duì)跨所接收的包含訓(xùn)練序列的信號(hào)為時(shí)不變的信道(H_A)給出的。當(dāng)信道(H_A)為時(shí)變的時(shí)，可執(zhí)行相同的過(guò)程。

d)設(shè)備B可以取的復(fù)共軛以獲得

e)設(shè)備B可以正規(guī)化以使得當(dāng)?shù)恼?guī)化版本被用作發(fā)送波束成形權(quán)重時(shí)滿足通信系統(tǒng)的發(fā)送功率約束。所得的權(quán)重被表示為

f)權(quán)重向量可被用于將訓(xùn)練序列從設(shè)備B發(fā)送到設(shè)備A。

g)設(shè)備A可使用基于訓(xùn)練的方法來(lái)從所接收的包含訓(xùn)練序列的信號(hào)估計(jì)波束成形向量和信道(H_B)的乘積的估計(jì)被表示為其中，(.)*是共軛運(yùn)算。該描述是針對(duì)跨所接收的包含訓(xùn)練序列的信號(hào)為時(shí)不變的信道(H_B)給出的。當(dāng)信道(H_B)為時(shí)變的時(shí)，可執(zhí)行相同的過(guò)程。

h)設(shè)備A可以取的復(fù)共軛并獲得

i)設(shè)備A可正規(guī)化以使得當(dāng)?shù)恼?guī)化版本被用作發(fā)送波束成形權(quán)重時(shí)滿足通信系統(tǒng)的發(fā)送功率約束。所得的權(quán)重被表示為其中，重復(fù)運(yùn)算b.-i.直到滿足標(biāo)準(zhǔn)。在迭代(k)和設(shè)備A，一個(gè)可能的收斂標(biāo)準(zhǔn)可以是的范數(shù)小于預(yù)定義閾值。在迭代(k)和設(shè)備B，一個(gè)可能的收斂標(biāo)準(zhǔn)可以是的范數(shù)小于預(yù)定義閾值。

對(duì)于的互易信道，上述方法在設(shè)備A處可收斂于信道矩陣(H)的Hermitian轉(zhuǎn)置乘以信道矩陣(H)(即，(H^HH))的最大特征向量的近似值。該方法在設(shè)備(B)處可收斂于信道矩陣(H)的共軛乘以信道矩陣(H)的轉(zhuǎn)置(即，(H^*H^T))的近似值。在一些實(shí)施例中，上述運(yùn)算(d)可由“設(shè)備B可以取的復(fù)共軛，將的每個(gè)元素替代為它的相位并獲得”替代，并且運(yùn)算(h)可由“設(shè)備A可以取的復(fù)共軛，將的每個(gè)元素替代為它的相位并獲得”替代。

現(xiàn)在可以描述與PPB訓(xùn)練和PPB數(shù)據(jù)模式相關(guān)的實(shí)施例。

傳輸協(xié)議可以符合以下描述。

在組織支持PPB的訓(xùn)練和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞缴洗嬖谠S多可能性。圖5示出了根據(jù)一些實(shí)施例的兩個(gè)不同協(xié)議。在協(xié)議1中，一個(gè)時(shí)隙可包含訓(xùn)練時(shí)段，然后是上行鏈路和下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸。在每個(gè)時(shí)隙的開始，訓(xùn)練時(shí)段可被劃分為交替地專用于正向和反向傳輸?shù)拈g隙。這樣的訓(xùn)練時(shí)段在連接初始化時(shí)可能是適當(dāng)?shù)?。然而，若在每個(gè)傳輸間隙被重復(fù)，則由于在UL和DL傳輸之間存在保護(hù)時(shí)間間隔而導(dǎo)致該過(guò)程可能變?yōu)榈托У?。協(xié)議2通過(guò)具有專用于一個(gè)給定傳輸方向(包括訓(xùn)練序列)的一個(gè)時(shí)隙來(lái)避免該問題。當(dāng)前的訓(xùn)練間隙使用之前的時(shí)隙期間所獲取的權(quán)重作為初始化值。該協(xié)議可適用于緩慢變化的信道。實(shí)際上，所采用的協(xié)議可以是兩個(gè)模型之間的折衷，取決于用戶的移動(dòng)性、數(shù)據(jù)流量等而包括每個(gè)時(shí)隙中的訓(xùn)練子隙的數(shù)目或數(shù)據(jù)間隙的長(zhǎng)度，這。

在采用協(xié)議2的實(shí)施例中，一個(gè)時(shí)隙可專用于兩個(gè)傳輸方向。

在本描述的剩余部分中，協(xié)議2被用于各個(gè)實(shí)施例，這些實(shí)施例示出了當(dāng)PPB收斂時(shí)數(shù)據(jù)模式中的性能。然而，實(shí)施例不受限于對(duì)協(xié)議2的使用。

可如下描述使用其中訓(xùn)練方法與數(shù)據(jù)通信相關(guān)聯(lián)的協(xié)議(例如，協(xié)議2)的實(shí)施例。該協(xié)議可包括多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙連續(xù)地包括訓(xùn)練時(shí)段和數(shù)據(jù)模式。訓(xùn)練時(shí)段可如所描述的那樣被初始化，或由在先前的時(shí)隙期間獲取的權(quán)重向量來(lái)初始化。若訓(xùn)練時(shí)段以從設(shè)備A到設(shè)備B的傳輸開始，則初始化可由最后更新的權(quán)重向量來(lái)提供，其中，(k)是所描述的訓(xùn)練方法在之前的時(shí)隙期間的最后迭代數(shù)。若訓(xùn)練時(shí)段以從設(shè)備B到設(shè)備A的傳輸開始，則初始化可由最后更新的權(quán)重向量來(lái)提供。

可以在訓(xùn)練時(shí)段期間執(zhí)行訓(xùn)練過(guò)程，然后在與訓(xùn)練時(shí)段期間的最后傳輸相同的方向上執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。

可以如下執(zhí)行PPB訓(xùn)練。

考慮設(shè)備A處所接收的信號(hào)?？梢栽谙喾吹姆较蛞灶愃频姆绞皆谠O(shè)備B處執(zhí)行訓(xùn)練?？梢詠G棄迭代索引k并且設(shè)備A和B處所采用的權(quán)重可分別被一般地表示為和

在實(shí)施例中，為抑制噪聲，設(shè)備B發(fā)送長(zhǎng)度為L(zhǎng)的訓(xùn)練序列s(n)，s＝[s(1)，s(2)，...，s(L)]^T，驗(yàn)證s^Hs＝L。在時(shí)間n被發(fā)送的向量信號(hào)為對(duì)應(yīng)于發(fā)送L個(gè)訓(xùn)練符號(hào)，設(shè)備A接收被集合在M×L矩陣由的L個(gè)向量信號(hào)：

其中，集合了L個(gè)加性噪聲向量。

非正規(guī)化權(quán)重向量w_A是如下獲得的的估計(jì)：

w_A的每個(gè)元素上的誤差的方差為取決于訓(xùn)練序列的長(zhǎng)度，殘留噪聲可能對(duì)算法的收斂有影響，特別是在以非常低的SNR范圍為目標(biāo)的情況下。

在一些實(shí)施例中可以使用以下等價(jià)簡(jiǎn)化模型?？梢约僭O(shè)發(fā)送等于1的單個(gè)訓(xùn)練符號(hào)。

其中，且

在一些實(shí)施例中，使用訓(xùn)練過(guò)程來(lái)估計(jì)如上所述在運(yùn)算(c)中在設(shè)備B處的波束成形向量和信道(H_A)的乘積，或如上所述在運(yùn)算(g)中在設(shè)備A處的波束成形向量和信道(H_B)的乘積，該訓(xùn)練過(guò)程是使用圖3的模擬線性濾波器300來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中，模擬濾波器的系數(shù)是基于訓(xùn)練序列中的符號(hào)的值的。濾波器被描述為(s^*(L)+s^*(L-1)z^-1+…s^*(1)z^-(L-1))，其中，(z^-d)表示將操作延遲d個(gè)時(shí)間樣本。訓(xùn)練序列是符號(hào)的序列(s(1)，s(2)，...，s(L-1)，s(L))，其中，(L)是從發(fā)送設(shè)備發(fā)送的訓(xùn)練序列長(zhǎng)度。濾波器的輸入是包含訓(xùn)練序列的符號(hào)的L個(gè)所接收的信號(hào)。在迭代(k)并且在接收設(shè)備處，包含來(lái)自訓(xùn)練序列的符號(hào)的(L)個(gè)所接收的向量信號(hào)為{y(i)，i＝1，2，...，L-1，L}。在迭代k，發(fā)送波束成形向量以及從發(fā)送器到接收器的信道的估計(jì)是濾波器的第L個(gè)輸出。

現(xiàn)在可以描述PPB數(shù)據(jù)模式和性能度量。

在PPB數(shù)據(jù)模式中，設(shè)備B可使用訓(xùn)練序列期間所估計(jì)的權(quán)重向量來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)x。我們可以假設(shè)E|x|²＝1。設(shè)備A處接收到的信號(hào)為：

如等式(8)中在訓(xùn)練序列期間所估計(jì)的正規(guī)化匹配濾波器可被用于恢復(fù)所發(fā)送的符號(hào)，如：

由于噪聲項(xiàng)的方差保持不變并且等于則度量可以是信號(hào)部分的方差：

使用信道互易性，可如下來(lái)在設(shè)備B處預(yù)測(cè)調(diào)制和等級(jí)編碼。接收器A處的SNR為其可以使用非正規(guī)化向量w_B被預(yù)測(cè)為可以假設(shè)噪聲方差被完美地估計(jì)。通常，該SNR預(yù)測(cè)可能低估實(shí)際的SNR。

接著，當(dāng)M是漸進(jìn)大的以在波束成形權(quán)重估計(jì)中隔離噪聲的影響時(shí)可檢查度量。想到使用下列兩個(gè)結(jié)果：

●

●

性能度量可被改寫為：

作為簡(jiǎn)單示例，我們考慮設(shè)備A包括大量天線而設(shè)備B包括單一天線的情形，從而并且H是行向量。根據(jù)大數(shù)定律，H^*H^H/M趨于E|h|²(我們想到E|h|²表示每個(gè)單獨(dú)信道的平均能量)。因此，得到下式：

當(dāng)信道向量H為已知時(shí)，與單個(gè)天線接收有關(guān)的波束成形增益為M。在我們的情形下，波束成形增益可以衰減并且可以等于當(dāng)每鏈路平均為0dB時(shí)，歸因于噪聲轉(zhuǎn)發(fā)的衰減為3dB。在高SNR處，波束成形增益趨于最大增益。若隨著趨于0在每個(gè)傳輸間隙期間發(fā)送足夠長(zhǎng)的訓(xùn)練序列，則可以抑制該衰減。

當(dāng)接收器處出現(xiàn)加性噪聲或干擾信號(hào)時(shí)，該加性噪聲或干擾信號(hào)可被嵌入到權(quán)重向量中。由于在每次迭代時(shí)添加新的噪聲，風(fēng)險(xiǎn)是將淹沒要確定的波束成形權(quán)重的噪聲放大?？梢苑治鲈肼暤挠绊懸允境鏊绾伪坏幚韺?shí)際吸收。

由于在每次迭代時(shí)添加噪聲，迭代處理變得相當(dāng)復(fù)雜。標(biāo)識(shí)處理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)并隔離噪聲貢獻(xiàn)是有用的。從這個(gè)角度，如在圖6中根據(jù)一些實(shí)施例分解了該迭代處理。

每行描述設(shè)備A處的波束成形權(quán)重的結(jié)構(gòu)。為簡(jiǎn)化起見，這些權(quán)重未被正規(guī)化。在迭代k，總權(quán)重因子被分解為無(wú)噪聲項(xiàng)和噪聲項(xiàng)：

●正規(guī)化將在沒有噪聲的情況下發(fā)生的非正規(guī)化處理。并且

●第j次噪聲處理在迭代j處開始并且被初始化為迭代k處的通項(xiàng)為

上面的描述清楚地指示噪聲處理遵循與無(wú)噪聲處理w_A相同類型的迭代過(guò)程。每個(gè)噪聲處理自身收斂于H^HH的最大特征向量。在迭代k，第j次處理已執(zhí)行了k-j次迭代。它的收斂狀態(tài)不如基本處理w_A那樣前進(jìn)：例如，在第k次迭代，第k次噪聲處理剛被發(fā)起。在迭代k處已經(jīng)收斂的噪聲處理對(duì)波束成形向量的估計(jì)誤差沒有影響。在迭代k處尚未收斂的噪聲處理可以影響估計(jì)誤差。在迭代k處被發(fā)起的噪聲處理可能是影響最大的噪聲處理。對(duì)噪聲處理的觀察建議低SNR處的訓(xùn)練過(guò)程，其中，訓(xùn)練長(zhǎng)度隨著迭代增加而增加，從而在收斂點(diǎn)附近獲得較強(qiáng)的噪聲平均。

基本處理w_A收斂之后的解的通式可如下所示：

其中，0＜β＜1并且V包括與U_max正交的零均值噪聲項(xiàng)。存在兩個(gè)擾動(dòng)因子：偏差和噪聲。

通過(guò)仿真觀察到整個(gè)處理收斂于平均值，其中，平均值針對(duì)噪聲。

在一些實(shí)施例中，可在多用戶MIMO設(shè)置中建立乒乓波束訓(xùn)練，其中，設(shè)備A是基站并且至少一個(gè)第二設(shè)備(例如，設(shè)備B)是至少一個(gè)用戶。

考慮一個(gè)基站同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶的多用戶MIMO設(shè)置。單個(gè)數(shù)據(jù)流被發(fā)送到給定用戶或在給定用戶處被接收。焦點(diǎn)仍是以毫米波通信為目標(biāo)的基站和用戶設(shè)備均配備有非常大量天線的場(chǎng)景。

期望跟蹤大MIMO信道的最大特征向量的能力，并且該能力是PPB到多用戶設(shè)置的擴(kuò)展中預(yù)留的特征。類似于單用戶情形，可如下區(qū)分訓(xùn)練模式和數(shù)據(jù)模式。

在訓(xùn)練模式中，可執(zhí)行對(duì)每個(gè)用戶信道的最大特征向量的并行跟蹤。這可通過(guò)使用每用戶的一個(gè)正交訓(xùn)練序列來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在數(shù)據(jù)模式中，可基于最大特征向量的估計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)基站和用戶設(shè)備處的發(fā)射和接收波束成形以解釋設(shè)備處的用戶間干擾。

所采用的時(shí)隙對(duì)應(yīng)于圖5所示的協(xié)議2。

如將在一些實(shí)施例中描述的，上面的討論可被擴(kuò)展到多用戶情形。設(shè)備A可以指代基站并且B_p可以指代不同的用戶，其中，p為用戶索引。我們假設(shè)用戶的數(shù)目P遠(yuǎn)小于基站處的天線的數(shù)目。H_P為從基站到用戶p的信道?；ヒ仔诺罏樾诺赖南禂?shù)可被假設(shè)為是i.i.d的?？杀患僭O(shè)為對(duì)于每個(gè)用戶是相同的，其中，P_T為總發(fā)送功率，E|h|²為每單個(gè)信道的方差以及為每個(gè)接收天線處的噪聲的方差。M是基站處的天線的數(shù)目，并且為簡(jiǎn)化起見，所有用戶可具有被表示為N的相同的天線的數(shù)目。

訓(xùn)練階段期間所估計(jì)的權(quán)重和數(shù)據(jù)模式中所應(yīng)用的權(quán)重可能不同?？梢匀缦聛?lái)標(biāo)記這些權(quán)重之間的區(qū)別。

在訓(xùn)練模式中，為在基站處估計(jì)的與用戶p相對(duì)應(yīng)的波束成形向量；為在用戶p處估計(jì)的與用戶p相對(duì)應(yīng)的波束成形向量；并且和收斂于H_p的右最大特征向量和左最大特征向量。

在數(shù)據(jù)模式中，為在基站處用于將信號(hào)發(fā)送到用戶p或從用戶p接收信號(hào)的波束成形向量；以及為在用戶p處用于將信號(hào)發(fā)送到AP或從AP接收信號(hào)的波束成形向量。

當(dāng)指代給定迭代時(shí)可丟棄迭代索引k。

基站處的發(fā)送功率可被限制于1并且可假設(shè)相等的功率分配，從而在用戶處，發(fā)送功率可被限制于1/P，這意味著從而下行鏈路和上行鏈路中的總發(fā)送功率是相同的。這可提供UL和DL之間的性能的對(duì)偶性。相同的正規(guī)化可被應(yīng)用于和

在訓(xùn)練模式中，可如下執(zhí)行特征向量的跟蹤。

為估計(jì)波束成形向量和可以采用每用戶一個(gè)正交序列，其被表示為長(zhǎng)度為L(zhǎng)的s_p＝[s_p(1)，s_p(2)，...，s_p(L)]^T，并且具有以及p≠q的性質(zhì)。

在下行鏈路(DL)中，在時(shí)間n被發(fā)送的向量信號(hào)為在用戶p處，所接收的L個(gè)向量信號(hào)可被集合在N×L矩陣中：

乘以以隔離來(lái)自用戶p的影響并抑制噪聲。非正規(guī)化波束成形向量為的估計(jì)，并等于：

在上行鏈路(UL)中，用戶p在時(shí)間n發(fā)送從而在基站處所接收的信號(hào)的矩陣為：

類似于DL，用戶影響可由于訓(xùn)練序列正交性而被分離，得到的下述表達(dá)式：

在無(wú)噪聲情形下，在足夠數(shù)目的乒乓傳輸之后，PPB在基站處收斂于并且在用戶p處收斂于

本公開的第二方面可包括用于估計(jì)在時(shí)分雙工系統(tǒng)中的一個(gè)第一設(shè)備(例如，設(shè)備A)和若干設(shè)備(例如，設(shè)備B_p)之間發(fā)送和接收若干數(shù)據(jù)流所使用的波束成形權(quán)重向量的方法。一個(gè)數(shù)據(jù)流可以在設(shè)備A和一個(gè)給定設(shè)備B_p之間被傳輸。所有設(shè)備(A和B_p)可具有多個(gè)天線元件。從設(shè)備A到設(shè)備B_p的信道矩陣被表示為從設(shè)備B_p到設(shè)備A的信道矩陣被表示為該方法包括如下所述的根據(jù)一些實(shí)施例的迭代運(yùn)算。

a)一個(gè)訓(xùn)練序列(s_p)可被分配用于估計(jì)設(shè)備A和給定設(shè)備B_p之間的通信所使用的波束成形權(quán)重向量。在一個(gè)可能的設(shè)計(jì)中，所有訓(xùn)練序列({s_p，p＝1，...，P})可以是相互正交的，其中，P是用戶的數(shù)目。

b)權(quán)重向量可由隨機(jī)選擇的值或通過(guò)使用該方法的先前的實(shí)例所給定的權(quán)重來(lái)初始化。所選擇的值應(yīng)該使得通信系統(tǒng)的發(fā)送功率約束得以滿足。

c)在迭代(k)，權(quán)重向量可被用于將訓(xùn)練序列(s_p)從設(shè)備(A)發(fā)送到設(shè)備(B_p)。

d)設(shè)備B_p可使用基于訓(xùn)練的估計(jì)方法來(lái)根據(jù)所接收的包含訓(xùn)練序列的符號(hào)的信號(hào)估計(jì)波束成形向量和信道的乘積的估計(jì)被表示為其中，(.)^*為共軛運(yùn)算。該描述是針對(duì)跨所接收的包含訓(xùn)練序列的信號(hào)為時(shí)不變的信道給出的。當(dāng)信道為時(shí)變的時(shí)，可執(zhí)行相同的過(guò)程。

e)在一個(gè)例式中，設(shè)備B_p可使用基于訓(xùn)練的估計(jì)方法來(lái)根據(jù)所接收的包含訓(xùn)練序列的符號(hào)的信號(hào)估計(jì)波束成形向量和信道的所有乘積

f)設(shè)備B_p可以取的復(fù)共軛并獲得

g)設(shè)備B_p可正規(guī)化以使得當(dāng)?shù)恼?guī)化版本被用作發(fā)送波束成形權(quán)重向量時(shí)滿足通信系統(tǒng)的發(fā)送功率約束。所得的權(quán)重被表示為

h)權(quán)重向量可被用于將訓(xùn)練序列從設(shè)備B_p發(fā)送到設(shè)備A。

i)設(shè)備A可使用基于訓(xùn)練估計(jì)的方法來(lái)根據(jù)所接收的包含訓(xùn)練序列的符號(hào)的信號(hào)來(lái)估計(jì)波束成形向量和信道的所有級(jí)聯(lián)，即所有的估計(jì)被表示為其中，(.)^*為共軛運(yùn)算。該描述是針對(duì)跨所接收的包含訓(xùn)練序列的信號(hào)為時(shí)不變的信道給出的。當(dāng)信道為時(shí)變的時(shí)，可執(zhí)行相同的過(guò)程。

j)設(shè)備A可以取所有的復(fù)共軛并獲得

k)設(shè)備A可正規(guī)化所有p＝1，...，P，以使得當(dāng)正規(guī)化版本的所有p＝1，...，P被用作發(fā)送波束成形權(quán)重向量時(shí)滿足通信系統(tǒng)的發(fā)送功率約束。所得的權(quán)重被表示為

可以重復(fù)運(yùn)算(a)到(i)直到滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)。在迭代(k)以及設(shè)備A處，一個(gè)可能的收斂標(biāo)準(zhǔn)為所有的范數(shù)小于預(yù)定義閾值。在迭代(k)以及設(shè)備B處，一個(gè)可能的收斂標(biāo)準(zhǔn)是的范數(shù)小于預(yù)定義閾值。

對(duì)于互易信道，并且該方法在設(shè)備A處可收斂于信道矩陣(H_p)的Hermitian轉(zhuǎn)置乘以信道矩陣H_p(即，)的最大特征向量的近似值。該方法在設(shè)備B_p處可收斂于信道矩陣(H_p)的共軛乘以信道矩陣(H_p)的轉(zhuǎn)置(即，)的近似值。

在實(shí)施例中采用先前提到的協(xié)議。

在第二方面的實(shí)施例中，在被分配給所有用戶的訓(xùn)練序列相互正交的情形下，可使用圖3中所描繪的模擬線性濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)在設(shè)備B_p處估計(jì)波束成形向量和的乘積以及在設(shè)備A處估計(jì)波束成形向量和的乘積的訓(xùn)練過(guò)程。模擬濾波器的系數(shù)可以基于被分配給用戶p的訓(xùn)練序列s_p中的符號(hào)的值。濾波器可被描述為其中，z^-d表示d個(gè)時(shí)間樣本的延遲運(yùn)算。訓(xùn)練序列為符號(hào)的序列(s_p(1)，s_p(2)，...s_p(L-1)，s_p(L))，其中，(L)是被分配給設(shè)備A和設(shè)備B_p之間的通信的訓(xùn)練序列長(zhǎng)度。濾波器的輸入是包含訓(xùn)練序列的符號(hào)的L個(gè)所接收的信號(hào)。在迭代k以及接收設(shè)備處，包含來(lái)自訓(xùn)練序列的符號(hào)的L個(gè)所接收的向量信號(hào)為{y(i)，i＝1，2，...，L-1，L}。在迭代k，對(duì)從發(fā)送器到接收器的信道和發(fā)送波束成形向量的估計(jì)是濾波器的第L個(gè)輸出。

在第二方面的實(shí)施例中，訓(xùn)練階段期間所估計(jì)的權(quán)重在數(shù)據(jù)階段中可被用作以下選項(xiàng)中的任一選項(xiàng)，其中，和表示訓(xùn)練階段期間所獲得的權(quán)重。

在第一選項(xiàng)中，當(dāng)設(shè)備A是發(fā)送器并且設(shè)備B_p是接收器時(shí)，是用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備B_p的波束成形向量，從而來(lái)自被寫作向量的所有發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)為其中，x_p是從設(shè)備A發(fā)送到設(shè)備B_p的符號(hào)并且是向量和x_p的乘積。波束成形向量被應(yīng)用于所接收的信號(hào)向量以恢復(fù)供設(shè)備B_p使用的數(shù)據(jù)：表示為包含來(lái)自設(shè)備B_p的N_P個(gè)天線處的N_P個(gè)所接收信號(hào)的信號(hào)的向量Y＝[y(1)...y(N_P)]^T，符號(hào)x_p的解碼是基于的。

在第一選項(xiàng)中，當(dāng)設(shè)備B_p是發(fā)送器并且設(shè)備A是接收器時(shí)，是用于將數(shù)據(jù)從設(shè)備B_p發(fā)送到設(shè)備A的波束成形向量，從而來(lái)自被寫作向量的所有發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)為其中，x_p是從設(shè)備B_p發(fā)送到設(shè)備A的符號(hào)并且是向量和x_p的乘積。波束成形向量被應(yīng)用于所接收的信號(hào)向量以恢復(fù)從設(shè)備B_p發(fā)送的數(shù)據(jù)：表示為包含來(lái)自設(shè)備A的M個(gè)天線處的M個(gè)所接收信號(hào)的信號(hào)的向量Y＝[y(1)，..y(M)]^T，符號(hào)x_p的解碼是基于的。

在第二選項(xiàng)中，當(dāng)設(shè)備A是發(fā)送器并且設(shè)備B_p是接收器時(shí)，如第一選項(xiàng)所述，是用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備B_p的波束成形向量。如權(quán)利要求0所述，波束成形向量被應(yīng)用于所接收的信號(hào)向量以恢復(fù)供設(shè)備B_p使用的數(shù)據(jù)。是根據(jù)集合建立的迫零波束成形向量，驗(yàn)證p≠q。

在第二選項(xiàng)中，當(dāng)設(shè)備B_p是發(fā)送器并且設(shè)備A是接收器時(shí)，如權(quán)利要求0所述，是用于從設(shè)備B_p發(fā)送數(shù)據(jù)的波束成形向量。如權(quán)利要求0中所述，波束成形向量被應(yīng)用于所接收的信號(hào)向量以恢復(fù)從設(shè)備B_p發(fā)送的數(shù)據(jù)。是根據(jù)集合建立的迫零波束成形向量，驗(yàn)證p≠q。

第二選項(xiàng)中所描述的過(guò)程可依賴于設(shè)備B_p處的所有的估計(jì)。

在第三選項(xiàng)中，當(dāng)設(shè)備A是發(fā)送器并且設(shè)備B_p是接收器時(shí)，如權(quán)利要求0所述，是用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備B_p的波束成形向量。是根據(jù)集合建立的迫零波束成形向量，驗(yàn)證p≠q。如第一選項(xiàng)所述，波束成形向量被應(yīng)用于所接收的信號(hào)向量以恢復(fù)供設(shè)備B_p使用的數(shù)據(jù)。是根據(jù)集合建立的迫零波束成形向量，驗(yàn)證p≠q。是通過(guò)訓(xùn)練獲得的的估計(jì)。

在第三選項(xiàng)中，當(dāng)設(shè)備B_p是發(fā)送器并且設(shè)備A是接收器時(shí)，如權(quán)利要求0所述，是用于從設(shè)備B_p發(fā)送數(shù)據(jù)的波束成形向量。如權(quán)利要求0中所述，是用于從設(shè)備B_p發(fā)送數(shù)據(jù)的波束成形向量。如權(quán)利要求0所述，波束成形向量被應(yīng)用于所接收的信號(hào)向量以恢復(fù)從設(shè)備B_p發(fā)送的數(shù)據(jù)。是根據(jù)集合建立的迫零波束成形向量，驗(yàn)證p≠q。

第三選項(xiàng)所述的過(guò)程可依賴于使用額外的訓(xùn)練序列的所有的估計(jì)。

第四選項(xiàng)可包括類似于第二選項(xiàng)和第三選項(xiàng)的收發(fā)器，其中，遵循迫零設(shè)計(jì)的波束成形權(quán)重向量替代地遵循最小均方誤差設(shè)計(jì)。

一些實(shí)施例可以包括具有關(guān)于信道的知識(shí)的收發(fā)器結(jié)構(gòu)。

為調(diào)整數(shù)據(jù)模式中的發(fā)射和接收波束成形器的設(shè)計(jì)，應(yīng)在假設(shè)信道矩陣已知的情況下對(duì)三個(gè)收發(fā)器結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行評(píng)估。第一收發(fā)器結(jié)構(gòu)可以是基于最大本征模傳輸?shù)氖瞻l(fā)器結(jié)構(gòu)，其可被稱作匹配濾波(MF)。第二收發(fā)器結(jié)構(gòu)可以是基于發(fā)送器處的迫零(ZF)濾波的收發(fā)器結(jié)構(gòu)。第三收發(fā)器結(jié)構(gòu)可以是基于接收器處的迫零濾波的收發(fā)器結(jié)構(gòu)。由于信道矩陣是已知的，因此被表示為和的H_p的左最大特征向量和右最大特征向量也是已知的。

可以在不同的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)每個(gè)收發(fā)器結(jié)構(gòu)。

首先，例如通過(guò)第一收發(fā)器結(jié)構(gòu)，考慮DL方向中的最大本征模傳輸?？梢栽诨咎幉捎冒l(fā)送濾波器來(lái)將數(shù)據(jù)運(yùn)載到用戶p，并且可以采用接收濾波器以在用戶p處恢復(fù)數(shù)據(jù)。那些濾波器在單用戶情形下將是最優(yōu)濾波器。本部分所討論的結(jié)果在UL方向是類似的。所發(fā)送的信號(hào)為：其中，x_q是被發(fā)送到用戶p的符號(hào)。假設(shè)E|x_q|²＝1并且到不同用戶的符號(hào)是不相關(guān)的。將感興趣的信號(hào)和用戶間干擾隔離，則在用戶p處接收到的信號(hào)為：

在由接收匹配的濾波之后，我們得到：

考慮漸進(jìn)的天線數(shù)目M和N，其中，M和N是同階的。的尺度大小(scale)為借助中心極限定理，的尺度大小為因此的尺度大小為O(1)。的尺度大小為

首先觀察到的是，用戶間干擾和噪聲項(xiàng)遠(yuǎn)小于信號(hào)部分。當(dāng)N很小時(shí)，除了在高SNR處，干擾項(xiàng)相對(duì)于噪聲項(xiàng)變得可忽略不計(jì)。性能被噪聲限制。針對(duì)用戶p所得的后處理SNR為：

SNR的尺度大小為在高SNRρ，性能明顯收到用戶間干擾的限制。在低SNRρ(本工作的最感興趣的SNR范圍)，用戶間干擾與噪聲方差是同階的。用戶間干擾的存在可能導(dǎo)致SNR衰減若干dB。因此，期望實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的收發(fā)器結(jié)構(gòu)以能夠抑制下一部分中所呈現(xiàn)的用戶間干擾。

接下來(lái)，例如通過(guò)第二收發(fā)器結(jié)構(gòu)，考慮DL方向的迫零濾波傳輸。檢查在基站處應(yīng)用ZF濾波而在接收用戶處應(yīng)用匹配濾波的DL的解：

其中，是具有生成集合的列的M×(P-1)矩陣，該集合例如是除之外的所有最大特征向量的集合。是到與矩陣X的列正交的空間的正交投影。用戶間干擾得到消除并且在匹配濾波之后用戶p處接收到的信號(hào)為：

針對(duì)用戶p的后處理SNR為：

當(dāng)基站處的天線數(shù)目漸近地大時(shí)，從我們獲得每用戶最大SNR的意義上來(lái)說(shuō)該結(jié)構(gòu)可能是期望的。該結(jié)構(gòu)可被稱為ZF1。

在可替代的收發(fā)器結(jié)構(gòu)(被稱為ZF2，例如，第三收發(fā)器結(jié)構(gòu))中，濾波器的角色被切換：在發(fā)送器處應(yīng)用匹配的濾波器并且在用戶處應(yīng)用ZF：

后處理SNR可被寫為：

其中，R_p是信道矩陣H_p的秩。為簡(jiǎn)化起見，假設(shè)M＝N并且R_p＝M。的尺度大小為O(1)。因此，等式27中的分子的階為O(1)而分母的階為O(M)。因此，后處理SNR趨于并且該結(jié)構(gòu)也可以是期望的。注意的是，當(dāng)僅M漸進(jìn)地大并且N較小時(shí)，等式27中的括號(hào)內(nèi)的分?jǐn)?shù)的階為O(1)。ZF2可能不再是期望的，而ZF1仍是期望的。

在UL方向，在用戶p處應(yīng)用以發(fā)送其數(shù)據(jù)，而在AP處應(yīng)用ZF接收器。期望的接收器可能是得出期望的后處理SNR。

可如下來(lái)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)模式中的性能。

就像在單用戶情形下，可以假設(shè)圖5的第二時(shí)隙模型來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)模式中的性能?？梢曰诤偷漠?dāng)前值來(lái)測(cè)試三個(gè)收發(fā)器結(jié)構(gòu)MF、ZF1以及ZF2。對(duì)于ZF1，盡管PPB尚未收斂，但用戶處的接收匹配濾波器是次優(yōu)的，因此采用ZF接收器。在DL方向上，用戶接收發(fā)送迫零濾波器和信道的級(jí)聯(lián)。必須估計(jì)該量。因此，可能需要額外的訓(xùn)練序列。這是ZF1的主要缺點(diǎn)。與ZF1和ZF2相比，MF的優(yōu)點(diǎn)是訓(xùn)練階段期間所獲取的濾波器可被直接用于數(shù)據(jù)模式，而ZF1和ZF2使用迫零濾波器的計(jì)算。在表1中，總結(jié)了上行鏈路和下行鏈路中所采用的權(quán)重向量。

表1：數(shù)據(jù)模式中用于MF、ZF1以及ZF2收發(fā)器的波束成形權(quán)重。表示根據(jù)權(quán)重向量的集合建立的ZF濾波器。

在DL中的ZF濾波之后針對(duì)用戶p處的ZF1和ZF2給出后處理SNR的表達(dá)式。可以以相同的方式處理DL中的接收。在訓(xùn)練階段期間，可以執(zhí)行對(duì)q∈[1...P]的估計(jì)。第q次估計(jì)被表示為并且可以等于ZF2的是用于恢復(fù)用戶p的數(shù)據(jù)的ZF接收器，其中，是具有生成的列的N×(P-1)矩陣。接收信號(hào)被表示為：

其中，是從所有發(fā)送波束成形權(quán)重得出的M×P矩陣。經(jīng)后處理的數(shù)據(jù)為：

借此，后處理SNR可被表示為：

對(duì)于單用戶情形，可以在互易原理所使用的給定收發(fā)器處決定自適應(yīng)調(diào)制和編碼等級(jí)。

現(xiàn)在可以關(guān)于一些實(shí)施例來(lái)討論決策方向模式。

期望通過(guò)進(jìn)一步平均噪聲來(lái)改善通過(guò)訓(xùn)練獲得的權(quán)重向量的估計(jì)。該過(guò)程的主要價(jià)值是它的極度簡(jiǎn)單性。

對(duì)于單用戶情形，考慮接收器A處的操作(當(dāng)B為接收器時(shí)可以執(zhí)行相同的過(guò)程)。索引n表示數(shù)據(jù)塊內(nèi)的時(shí)間索引。

在數(shù)據(jù)模式期間，在時(shí)間n所接收的信號(hào)為：

H是時(shí)不變的。是在設(shè)備B處執(zhí)行訓(xùn)練和決策引導(dǎo)的估計(jì)之后設(shè)備B處的波束成形權(quán)重的估計(jì)。x_B(n)是從設(shè)備B發(fā)送的符號(hào)并且是所接收的噪聲。

w_A(n-1)表示在時(shí)間n-1獲取的的估計(jì)。在訓(xùn)練時(shí)段之后在接收器A處獲得第一估計(jì)(參見圖5)。W_A由初始化。

對(duì)于數(shù)據(jù)解碼，如下來(lái)執(zhí)行匹配的濾波器：

x_B(n)然后被解碼并且除以x_B。

新的w_A的估計(jì)為：

其中，0≤α≤1取決于訓(xùn)練長(zhǎng)度和迭代次數(shù)n。當(dāng)信道為時(shí)變的時(shí)，可以執(zhí)行自適應(yīng)估計(jì)過(guò)程：例如，α可被選為遺忘因子。

為描述多用戶情形，出于展示的清楚性，將考慮兩個(gè)用戶的情況。

首先考慮設(shè)備A。在數(shù)據(jù)模式期間，在時(shí)間n接收的信號(hào)為：

H是時(shí)不變的。是在設(shè)備B_i處執(zhí)行訓(xùn)練和決策引導(dǎo)的估計(jì)之后設(shè)備B_i處的波束成形權(quán)重的估計(jì)。是從設(shè)備B_i發(fā)送的符號(hào)并且是所接收的噪聲。

表示在時(shí)間n-1獲取的的估計(jì)?？梢栽谟?xùn)練時(shí)段之后在接收器A處獲得第一估計(jì)(參見圖5)。由初始化。

在和的數(shù)據(jù)解碼之后，從減去向量

然后，新的的估計(jì)被形成為：

可以針對(duì)執(zhí)行類似的過(guò)程。

在下行鏈路中，可以執(zhí)行相同的過(guò)程。設(shè)備B₁可依賴于對(duì)的估計(jì)，可以使用的可用訓(xùn)練和解碼來(lái)完成對(duì)該的估計(jì)。隨著算法收斂，通常變小，因此對(duì)進(jìn)行解碼可能變得困難。在這種情形下，可以不進(jìn)行上面執(zhí)行的減法，并且如下完成的更新：

現(xiàn)在可以根據(jù)一些實(shí)施例針對(duì)時(shí)間擴(kuò)展信道來(lái)描述PPB。

可期望基于本征模的預(yù)處理和后處理來(lái)減少信道擴(kuò)展并然后均衡矩陣的信道。

假設(shè)從設(shè)備A到設(shè)備B的因果信道，其被寫為如下多項(xiàng)式：

其中，H_i是為N×M矩陣并且I是信道的長(zhǎng)度。

首先描述跟蹤每個(gè)H_i的最大特征向量的訓(xùn)練過(guò)程，然后描述均衡操作。為展示的簡(jiǎn)單起見，假設(shè)I＝2。

可以如下描述訓(xùn)練過(guò)程。

操作0.1可包括從設(shè)備A到設(shè)備B的初始傳輸。

設(shè)備A可發(fā)送I個(gè)向量的序列：向量前面有I-1個(gè)等于0(無(wú)傳輸)的向量。設(shè)備B處所接收的信號(hào)可被寫為：

發(fā)送L個(gè)這樣的序列。每個(gè)序列嵌入來(lái)自被表示為s的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的訓(xùn)練序列的一個(gè)符號(hào)，從而所接收的信號(hào)的級(jí)聯(lián)為：

在延遲0和延遲1的信號(hào)可以乘以s^T以獲得對(duì)和的估計(jì)，表示為：和

操作0.2可包括從設(shè)備B到設(shè)備A的初始傳輸。

設(shè)有表示為s_i的I個(gè)正交訓(xùn)練序列以單獨(dú)地跟蹤每個(gè)信道系數(shù)的特征向量，設(shè)備B發(fā)送I個(gè)向量的向量序列：向量前面有I-1個(gè)等于0(無(wú)傳輸)的向量。

設(shè)備B可以發(fā)送L個(gè)這樣的序列，每個(gè)序列包含不同的訓(xùn)練符號(hào)。設(shè)備A處相應(yīng)的接收的信號(hào)可被寫為：

在延遲0和延遲1的信號(hào)可以乘以和以獲得和的估計(jì)和

操作k+1可包括從設(shè)備A到設(shè)備B的傳輸。

假設(shè)設(shè)備A已經(jīng)估計(jì)了和設(shè)備A可以發(fā)送I個(gè)向量的向量序列：向量前面有I-1個(gè)等于0(無(wú)傳輸)的向量。設(shè)備A可以發(fā)送L個(gè)這樣的序列，每個(gè)序列包含不同的訓(xùn)練符號(hào)。在設(shè)備B處相應(yīng)的接收的信號(hào)可被寫為：

在延遲0和延遲1的信號(hào)可乘以和以獲得和的估計(jì)和

在數(shù)據(jù)模式中的收斂處，波束成形向量可被表示為i＝0，...2，并且在發(fā)送器或接收器處對(duì)H_i的最大特征值的估計(jì)可被表示為λ_i。

一種預(yù)處理和后處理如下所示：

需要指出的是i≠j，i≠j。

因此：

符號(hào)間干擾被抑制并且所得的信道保留了總能量。

在針對(duì)單用戶情形的準(zhǔn)盲(quasi-blind)PPB中，僅在第一往返期間使用訓(xùn)練的PPB的實(shí)現(xiàn)方式是可取的。

為提高歸因于盲傳輸?shù)哪：?此處為相位模糊性)，一個(gè)具有訓(xùn)練的初始傳輸可能是必要的?？赡苄枰硪粋鬏攣?lái)改善數(shù)據(jù)解碼性能。

可以使用如前所述的決策引導(dǎo)模式來(lái)改善對(duì)權(quán)重向量的估計(jì)。

現(xiàn)在可以關(guān)于各個(gè)實(shí)施例來(lái)評(píng)價(jià)數(shù)值結(jié)果。

假設(shè)富散射環(huán)境，每個(gè)信道系數(shù)可被建模為中心、單位方差高斯隨機(jī)變量(圓對(duì)稱復(fù)數(shù))并且跨天線不相關(guān)。每鏈路平均SNR被定義為想到發(fā)送功率P_T被設(shè)置為1?？紤]-5dB、0dB、5dB以及10dB的低到中范圍SNRρ，除非另有說(shuō)明，兩端的大規(guī)模陣列具有M＝N＝200個(gè)天線。所示出的度量是信道和噪聲二者的蒙特卡羅(Monte-Carlo)運(yùn)行的平均的結(jié)果。訓(xùn)練序列的長(zhǎng)度被設(shè)置為等于4。

首先可以考慮單用戶性能。

在圖7中，所示出的度量是根據(jù)一些實(shí)施例的波束成形增益相對(duì)于迭代次數(shù)。圖7繪出了針對(duì)下列情形的以及中的性能：(a)最大波束成形增益等于(被標(biāo)注為“最優(yōu)”)并且當(dāng)信道在發(fā)送器和接收器處均為已知時(shí)被獲得；(b)無(wú)噪聲情形；以及(c)有噪聲情形。

從平均意義上來(lái)看，即使是在有噪聲的情況下，該過(guò)程也是收斂的。在數(shù)十次迭代之后達(dá)到收斂。針對(duì)選定參數(shù)，十次迭代對(duì)于合理的性能可能是足夠的。注意到最大波束成形增益接近4M。在那些仿真中，信道在發(fā)送器和接收器處均為高斯且不相關(guān)的。對(duì)于相關(guān)信道，波束成形增益更大(由于能量集中在最大奇異值中)并且我們預(yù)期收斂速度更快。

這些示例示出了當(dāng)信道是時(shí)變的時(shí)PPB的行為。信道是塊衰落的(block fading)：根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域所示的克拉克(Clarke)模型，它在一個(gè)時(shí)隙(包括一個(gè)訓(xùn)練時(shí)段和數(shù)據(jù)傳輸)期間保持不變，并隨時(shí)隙改變。不存在加性噪聲(在每次迭代完美地估計(jì)BF權(quán)重)，從而僅考慮信道時(shí)間變化的影響。在時(shí)間n從天線i到天線j的每個(gè)信道系數(shù)被寫為：

其中，N_s為散射體的數(shù)目并且等于20，f_d為最大多普勒頻移，α_q和φ_q分別為來(lái)自第q個(gè)散射體的波的到達(dá)角度和初始相位。α_q和φ_q二者在區(qū)間[-π，π)內(nèi)為i.i.d的并且其中，v為UE的速度，c為光速，并且f_c為載波頻率。f_c被設(shè)置為60GHz并且訓(xùn)練間時(shí)間為t_s＝0.01ms。

在圖8中，根據(jù)一些實(shí)施例，在1s的時(shí)間跨度上、針對(duì)一個(gè)給定信道實(shí)現(xiàn)的1m/s的速度將波束成形增益繪制為時(shí)間的函數(shù)。為評(píng)估PPB的跟蹤能力，我們還繪制了的瞬時(shí)值。觀察到來(lái)自PPB的非常好的跟蹤。

為進(jìn)一步分析跟蹤背后的機(jī)制，圖9示出了根據(jù)一些實(shí)施例的隨著速度增長(zhǎng)在許多信道實(shí)現(xiàn)上進(jìn)行平均的波束成形增益。該過(guò)程平均收斂，但是存在隨著速度增長(zhǎng)而增加的損耗。此外，隨著速度增長(zhǎng)更快地達(dá)到穩(wěn)態(tài)。在時(shí)不變信道中，PPB建立包含關(guān)于信道的當(dāng)前狀態(tài)的信息的過(guò)去采樣的存儲(chǔ)器。當(dāng)信道是時(shí)變的時(shí)，可用信息的數(shù)量減少并且不足以達(dá)到時(shí)不變信道的穩(wěn)態(tài)。

現(xiàn)在將評(píng)估多用戶性能。

在整個(gè)部分中，我們將用戶數(shù)目限制為P＝2。在圖10中，根據(jù)一些實(shí)施例，如先前的部分所述的，將多用戶MF解與針對(duì)0dB的SNRρ的ZF2進(jìn)行比較。假設(shè)權(quán)重估計(jì)是完美的，因此僅測(cè)量MF和ZF2之間的性能的差異。示出了后處理SNR，其中，MF中的殘留用戶間干擾被視為噪聲。如較早所預(yù)測(cè)的，觀察到MF相比于ZF2的降低。接著，僅關(guān)注ZF1和ZF2。

針對(duì)不同的SNRρ值比較ZF1和ZF2，導(dǎo)致波束成形權(quán)重上不同等級(jí)的估計(jì)誤差。為了具有與噪聲等級(jí)無(wú)關(guān)的性能度量，示出了乘積在圖11中，根據(jù)一些實(shí)施例顯示了當(dāng)M和N較大時(shí)的性能。當(dāng)在沒有估計(jì)誤差或ρ＝10dB的情況下比較ZF1和ZF2時(shí)，對(duì)于ZF2用戶處的性能稍差。然而，在較小的SNR，對(duì)于ZF1在用戶側(cè)看到強(qiáng)性能下降，而ZF2表現(xiàn)出對(duì)于噪聲的存在更加穩(wěn)健。原因在于基站處的預(yù)處理涉及ZF1的ZF濾波器，與ZF2中所執(zhí)行的MF相比，ZF濾波器對(duì)于估計(jì)誤差更為敏感。

在圖11中，根據(jù)一些實(shí)施例顯示了當(dāng)M較大但N較小時(shí)的性能。如所預(yù)測(cè)的，在高SNR處，在用戶側(cè)ZF1的性能優(yōu)于ZF2。然而，在較低的SNR處，ZF2仍對(duì)于噪聲更穩(wěn)健。

最后，圖13根據(jù)一些實(shí)施例示出了兩端都有少量天線時(shí)的性能。盡管不是最優(yōu)的，但收發(fā)器表現(xiàn)出可接受的增益并可被用在實(shí)踐中。觀察到ZF2在UL和DL完美訓(xùn)練性能之間的較大間隔。

總之，對(duì)于M和N均較大的主要情況ZF1表現(xiàn)為最佳收發(fā)器。ZF1還是對(duì)于估計(jì)誤差最穩(wěn)健的收發(fā)器。當(dāng)M較大但N較小時(shí)，ZF2在估計(jì)誤差等級(jí)較低時(shí)表現(xiàn)得更好。

在兩端處都涉及大規(guī)模天線陣列的通信中，估計(jì)所有信道系數(shù)是非常低效率的過(guò)程，特別是當(dāng)發(fā)送針對(duì)每用戶的單個(gè)數(shù)據(jù)流時(shí)。較好的選擇是如本文所描述的估計(jì)運(yùn)載數(shù)據(jù)的權(quán)重向量。該描述將乒乓波束成形的原理示出為在假設(shè)信道互易性的情況下估計(jì)單用戶設(shè)置和多用戶設(shè)置中的MIMO信道的最大特征向量的有效方法。當(dāng)設(shè)備配備有非常大量的天線時(shí)，PPB在毫米波頻率顯示出較大益處。與直接信道估計(jì)相比，顯著降低了訓(xùn)練要求，并且由于其自適應(yīng)性質(zhì)，PPB適于跟隨無(wú)線信道的變化。此外，PPB可通過(guò)最小化模擬前端的數(shù)目來(lái)減輕成本和功耗。當(dāng)通信的兩端均涉及非常大量的天線時(shí)，PPB可被應(yīng)用于具有根據(jù)信道的最大特征向量建立的期望的收發(fā)器的多用戶設(shè)置。

因此，如所示出的，本公開的實(shí)施例涉及估計(jì)處于時(shí)分雙工模式的MIMO信道的最大特征向量的有效訓(xùn)練過(guò)程。假設(shè)信道互易性，我們描述了依賴于兩個(gè)天線陣列之間的乒乓傳輸?shù)牡^(guò)程，其中，在每次迭代時(shí)，設(shè)備僅返回它剛剛被供應(yīng)的信號(hào)的共軛。乒乓波束成形(PPB)收斂于每個(gè)通信端的最優(yōu)波束成形權(quán)重，例如，信道矩陣的最大(左和右)特征向量。PPB可能僅需要數(shù)十次迭代并且對(duì)于接收器端的加性噪聲可能是穩(wěn)健的。PPB可顯著減輕兩個(gè)陣列均配備有非常大量的天線時(shí)的訓(xùn)練要求，因此在期望有這樣的大規(guī)模陣列的毫米波通信中有明顯的好處。PPB可被擴(kuò)展到多用戶MIMO通信設(shè)置，其中每用戶被發(fā)送單個(gè)流。設(shè)計(jì)了跟蹤每個(gè)用戶的信道的特征向量的訓(xùn)練過(guò)程。當(dāng)通信鏈路的兩端均涉及大規(guī)模天線陣列時(shí)，可以根據(jù)信道的最大特征向量來(lái)構(gòu)建最優(yōu)收發(fā)器。

圖14示出了根據(jù)一些實(shí)施例的設(shè)備1400。設(shè)備1400可以是上面討論的設(shè)備A或設(shè)備B。

設(shè)備1400可包括與控制電路1408相耦合的收發(fā)器電路1404。

收發(fā)器電路1404可被配置為使用適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議經(jīng)由各種接口與其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)體進(jìn)行通信。例如，在一些實(shí)施例中，收發(fā)器電路1404可被配置為使用大天線陣列經(jīng)由無(wú)線電接口利用例如毫米波信號(hào)進(jìn)行通信。收發(fā)器電路1404可包括與上面關(guān)于圖1、圖3和圖4所描述的那些組件類似的組件。

收發(fā)器電路1404可提供經(jīng)由無(wú)線電接口從另一設(shè)備接收的信息/信號(hào)，并將該信息/信號(hào)提供給控制電路1408以供進(jìn)一步的更高層處理。收發(fā)器電路1404還可從控制電路1408接收將經(jīng)由無(wú)線電接口被發(fā)送的信息并發(fā)送這些信號(hào)。

控制電路1408可通過(guò)以下方式來(lái)驅(qū)動(dòng)PPB處理：被配置為確定適當(dāng)?shù)臋?quán)重向量，并使用所確定的權(quán)重向量來(lái)在訓(xùn)練信號(hào)(和數(shù)據(jù))的發(fā)送和接收過(guò)程中控制收發(fā)器電路。例如，參考圖4，控制電路1408可通過(guò)例如將訓(xùn)練期間所獲取的模擬權(quán)重提供給可變移相器412或可變?cè)鲆娣糯笃?16(或通過(guò)將放大器權(quán)重提供給組合器120并將權(quán)重向量提供給圖1的波束成形器120)來(lái)控制收發(fā)器電路的模擬組件。作為另一示例，控制電路1408可通過(guò)將適當(dāng)?shù)臋?quán)重向量提供給圖1所示的波束成形元件108來(lái)控制信號(hào)的傳輸。

可以使用任意適當(dāng)配置的硬件和/或軟件來(lái)將本文描述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)為系統(tǒng)。針對(duì)一個(gè)實(shí)施例，圖15示出了計(jì)算裝置1500的示例組件，該計(jì)算裝置1500可以包括上述設(shè)備A或B或可以是上述設(shè)備A或B的一部分。

計(jì)算裝置1500可包括與一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)1508相耦合的一個(gè)或多個(gè)處理器1504。處理器1504可包括一個(gè)或多個(gè)單核或多核處理器。處理器可包括通用處理器和專用處理器(例如，包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、中央處理單元(CPU)、微處理器、存儲(chǔ)器控制器(集成的或離散的)等)的任意組合。

存儲(chǔ)介質(zhì)1508可用于加載和存儲(chǔ)用于處理器1504所執(zhí)行的操作的數(shù)據(jù)或指令(統(tǒng)稱為“邏輯1512”)。存儲(chǔ)介質(zhì)1508可包括適當(dāng)?shù)囊资源鎯?chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器的任意組合。存儲(chǔ)介質(zhì)1508可包括各個(gè)等級(jí)的存儲(chǔ)器/存儲(chǔ)裝置的任意組合，存儲(chǔ)器/存儲(chǔ)裝置包括但不限于：具有嵌入式軟件指令(例如，固件)的只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(例如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM))、緩存、緩沖器等。存儲(chǔ)介質(zhì)1508可以在各個(gè)處理器間共享或?qū)Ｓ糜谔囟ㄌ幚砥鳌?/p>

在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)處理器1504可以與一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)1508結(jié)合，并且在一些實(shí)施例中，可能與單個(gè)芯片、單個(gè)芯片集中的或布置在同一電路板上的其它電路結(jié)合。

計(jì)算裝置1500可以執(zhí)行上面關(guān)于控制電路1408或關(guān)于收發(fā)器電路1404所描述的操作中的一個(gè)或多個(gè)操作。

如技術(shù)人員將清楚的，可以擴(kuò)展或更改本文給出的任何范圍或設(shè)備值而不失去所尋求的效果。

將理解的是，上述益處和優(yōu)點(diǎn)可涉及一個(gè)實(shí)施例或可涉及若干實(shí)施例。還將理解的是，對(duì)“一”項(xiàng)的提及指那些項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。

將理解的是，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的上述描述僅以示例的方式被給出并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出各種修改。上述說(shuō)明、示例以及數(shù)據(jù)提供了本發(fā)明的示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)及使用的完整描述。盡管已經(jīng)以一定的詳細(xì)程度參考一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的實(shí)施例在上面描述了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下對(duì)所公開的實(shí)施例做出許多更改。

下面提供一些非限制性示例。

示例1包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，具有指令，這些指令當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，使得第一設(shè)備執(zhí)行以下操作：使用第一權(quán)重向量將第一訓(xùn)練信號(hào)發(fā)送到第二設(shè)備；從第二設(shè)備接收使用第二權(quán)重向量發(fā)送的第二訓(xùn)練信號(hào)；基于第二訓(xùn)練信號(hào)估計(jì)第一經(jīng)索引信號(hào)，該第一經(jīng)索引信號(hào)是第二權(quán)重向量和第二信道的乘積；基于估計(jì)的復(fù)共軛確定第三權(quán)重向量；以及正規(guī)化第三權(quán)重向量。

示例2包括示例1的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述發(fā)送、接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化包括乒乓波束成形處理的第一迭代，并且指令當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，使得第一設(shè)備：執(zhí)行乒乓波束成形處理的另外的迭代直到確定滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)。

示例3包括示例2的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，收斂標(biāo)準(zhǔn)基于第四權(quán)重向量的范數(shù)與預(yù)定閾值的比較。

示例4包括示例2的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，第一權(quán)重向量是隨機(jī)選擇的值，或由在第一迭代之前的乒乓波束成形處理的第二迭代所確定的值。

示例5包括示例1-4中的任一項(xiàng)的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，指令當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，還使得設(shè)備：取估計(jì)的復(fù)共軛。

示例6包括示例1-5中的任一項(xiàng)的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述發(fā)送、接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化包括乒乓波束成形處理的第一迭代，并且指令當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，使得第一設(shè)備：使用第一傳輸協(xié)議執(zhí)行乒乓波束成形處理以便與第二設(shè)備交換消息，該第一傳輸協(xié)議包括多個(gè)時(shí)隙，其中單獨(dú)的時(shí)隙專用于一個(gè)傳輸方向并且具有跟隨有數(shù)據(jù)時(shí)段的訓(xùn)練時(shí)段。

示例7包括示例6的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，指令當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，還使得設(shè)備：執(zhí)行初始化過(guò)程以在第一時(shí)隙中獲取第一權(quán)重向量；以及在跟隨第一時(shí)隙的第二時(shí)隙中發(fā)送第一訓(xùn)練信號(hào)。

示例8包括示例1-7中的任一項(xiàng)的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，指令當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，還使得第一設(shè)備執(zhí)行以下操作：接收包括第一權(quán)重向量部分和第一噪聲部分的訓(xùn)練信號(hào)矩陣；基于矩陣估計(jì)正規(guī)化匹配濾波器；以及基于所估計(jì)的正規(guī)化匹配濾波器執(zhí)行噪聲抑制。

示例9包括示例1-8中的任一項(xiàng)的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，第一設(shè)備是基站，第二設(shè)備是用戶設(shè)備，并且指令當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，還使得基站：在多用戶多輸入多輸出(MIMO)過(guò)程中執(zhí)行包括所述發(fā)送、接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化的乒乓波束成形處理。

示例10包括一種裝置，該裝置包括：收發(fā)器電路；以及控制電路，該控制電路與收發(fā)器電路相耦合，控制電路從設(shè)備接收使用第一權(quán)重向量發(fā)送的第一訓(xùn)練信號(hào)；基于第一訓(xùn)練信號(hào)估計(jì)第一經(jīng)索引信號(hào)，該第一經(jīng)索引信號(hào)是第一權(quán)重向量和第一信道的乘積；基于估計(jì)的復(fù)共軛確定第二權(quán)重向量；以及正規(guī)化第二權(quán)重向量。

示例11包括示例10的裝置，其中，該裝置是基站并且控制電路使用第二權(quán)重向量經(jīng)由收發(fā)器電路將第二訓(xùn)練信號(hào)發(fā)送到設(shè)備，其中，第二訓(xùn)練信號(hào)將在第一訓(xùn)練信號(hào)的接收之前被發(fā)送到設(shè)備。

示例12包括示例10的裝置，其中，所述接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化包括乒乓波束成形處理的第一迭代，并且控制電路還：執(zhí)行乒乓波束成形處理的另外的迭代直到確定滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)。

示例13包括示例12的裝置，其中，收斂標(biāo)準(zhǔn)基于第三權(quán)重向量的范數(shù)與預(yù)定閾值的比較。

示例14包括示例10-13中的任一項(xiàng)的裝置，其中，控制電路取估計(jì)的復(fù)共軛。

示例15包括示例10-14中的任一項(xiàng)的裝置，其中，所述發(fā)送、接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化包括乒乓波束成形處理的第一迭代，并且控制電路：使用第一傳輸協(xié)議執(zhí)行乒乓波束成形處理以與設(shè)備交換消息，該第一傳輸協(xié)議包括多個(gè)時(shí)隙，其中單獨(dú)的時(shí)隙專用于一個(gè)傳輸方向并且具有跟隨有數(shù)據(jù)時(shí)段的訓(xùn)練時(shí)段。

示例16包括示例15的裝置，控制電路：執(zhí)行初始化過(guò)程以在第一時(shí)隙中獲取第一權(quán)重向量；以及在跟隨第一時(shí)隙的第二時(shí)隙中發(fā)送第一訓(xùn)練信號(hào)。

示例17包括示例10-16中的任一項(xiàng)的裝置，其中，控制電路執(zhí)行以下操作：使用經(jīng)正規(guī)化的第二權(quán)重向量經(jīng)由收發(fā)器電路發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)；經(jīng)由收發(fā)器電路從設(shè)備接收數(shù)據(jù)信號(hào)；以及將經(jīng)正規(guī)化的第三權(quán)重向量應(yīng)用于數(shù)據(jù)信號(hào)以恢復(fù)數(shù)據(jù)符號(hào)。

示例18包括示例10-17中的任一項(xiàng)的裝置，其中，收發(fā)器電路執(zhí)行匹配的濾波。

示例19包括示例10-17中的任一項(xiàng)的裝置，其中，收發(fā)器電路基于第一權(quán)重向量和第二權(quán)重向量執(zhí)行迫零濾波。

示例20包括示例19的裝置，其中，收發(fā)器電路在發(fā)送器處執(zhí)行迫零濾波。

示例21包括示例19的裝置，其中，收發(fā)器電路在接收器處執(zhí)行迫零濾波。

示例22包括示例10-21中的任一項(xiàng)的裝置，其中，收發(fā)器電路包括多個(gè)天線并提供毫米波通信。

示例23包括一種對(duì)第一設(shè)備進(jìn)行操作的方法，包括：使用第一權(quán)重向量將第一訓(xùn)練信號(hào)發(fā)送到第二設(shè)備；從第二設(shè)備接收使用第二權(quán)重向量發(fā)送的第二訓(xùn)練信號(hào)；基于第二訓(xùn)練信號(hào)估計(jì)第一經(jīng)索引信號(hào)，該第一經(jīng)索引信號(hào)是第二權(quán)重向量和第二信道的乘積；基于估計(jì)的復(fù)共軛確定第三權(quán)重向量；以及正規(guī)化第三權(quán)重向量。

示例24包括示例23的方法，其中，所述發(fā)送、接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化包括乒乓波束成形處理的第一迭代，并且方法還包括：執(zhí)行乒乓波束成形處理的另外的迭代直到確定滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)。

示例25包括示例24的方法，其中，收斂標(biāo)準(zhǔn)基于第四權(quán)重向量的范數(shù)與預(yù)定閾值的比較。

示例26包括示例24的方法，其中，第一權(quán)重向量是隨機(jī)選擇的值，或由在第一迭代之前的乒乓波束成形處理的第二迭代所確定的值。

示例27包括示例23的方法，還包括：取估計(jì)的復(fù)共軛。

示例28包括示例23的方法，其中，所述發(fā)送、接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化包括乒乓波束成形處理的第一迭代，并且方法還包括：使用第一傳輸協(xié)議執(zhí)行乒乓波束成形處理以便與第二設(shè)備交換消息，該第一傳輸協(xié)議包括多個(gè)時(shí)隙，其中單獨(dú)的時(shí)隙專用于一個(gè)傳輸方向并且具有跟隨有數(shù)據(jù)時(shí)段的訓(xùn)練時(shí)段。

示例29包括示例28的方法，其中，指令還包括：執(zhí)行初始化過(guò)程以在第一時(shí)隙中獲取第一權(quán)重向量；以及在跟隨第一時(shí)隙的第二時(shí)隙中發(fā)送第一訓(xùn)練信號(hào)。

示例30包括示例23的方法，還包括：接收包括第一權(quán)重向量部分和第一噪聲部分的訓(xùn)練信號(hào)矩陣；基于矩陣估計(jì)正規(guī)化匹配濾波器；以及基于所估計(jì)的正規(guī)化匹配濾波器執(zhí)行噪聲抑制。

示例31包括示例23-30中的任一項(xiàng)的方法，其中，第一設(shè)備是基站，第二設(shè)備是用戶設(shè)備，并且該方法還包括：在多用戶多輸入多輸出(MIMO)過(guò)程中執(zhí)行包括所述發(fā)送、接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化的乒乓波束成形處理。

示例32包括一種對(duì)裝置進(jìn)行操作的方法，包括：從設(shè)備接收使用第一權(quán)重向量發(fā)送的第一訓(xùn)練信號(hào)；基于第一訓(xùn)練信號(hào)估計(jì)第一經(jīng)索引信號(hào)，該第一經(jīng)索引信號(hào)是第一權(quán)重向量和第一信道的乘積；基于估計(jì)的復(fù)共軛確定第二權(quán)重向量；以及正規(guī)化第二權(quán)重向量。

示例33包括示例32的方法，其中，裝置為基站，并且方法還包括使用第二權(quán)重向量發(fā)送第二訓(xùn)練信號(hào)，其中，第二訓(xùn)練信號(hào)將在第一訓(xùn)練信號(hào)的接收之前被發(fā)送到設(shè)備。

示例34包括示例32的方法，其中，所述接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化包括乒乓波束成形處理的第一迭代，并且該方法還包括：執(zhí)行乒乓波束成形處理的另外的迭代直到確定滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)。

示例35包括示例34的方法，其中，收斂標(biāo)準(zhǔn)基于第三權(quán)重向量的范數(shù)與預(yù)定閾值的比較。

示例36包括示例32-35中的任一項(xiàng)的方法，還包括：取估計(jì)的復(fù)共軛。

示例37包括示例32-36中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述接收、估計(jì)、確定、以及正規(guī)化包括乒乓波束成形處理的第一迭代，并且方法還包括：使用第一傳輸協(xié)議執(zhí)行乒乓波束成形處理以與設(shè)備交換消息，該第一傳輸協(xié)議包括多個(gè)時(shí)隙，其中單獨(dú)的時(shí)隙專用于一個(gè)傳輸方向并且具有跟隨有數(shù)據(jù)時(shí)段的訓(xùn)練時(shí)段。

示例38包括示例37的方法，還包括：執(zhí)行初始化過(guò)程以在第一時(shí)隙中獲取第一權(quán)重向量；以及在跟隨第一時(shí)隙的第二時(shí)隙中發(fā)送第一訓(xùn)練信號(hào)。

示例39包括示例32-38中的任一項(xiàng)的方法，還包括：使用經(jīng)正規(guī)化的第二權(quán)重向量發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)；從設(shè)備接收數(shù)據(jù)信號(hào)；以及將經(jīng)正規(guī)化的第三權(quán)重向量應(yīng)用于數(shù)據(jù)信號(hào)以恢復(fù)數(shù)據(jù)符號(hào)。

示例40包括一種設(shè)備，該設(shè)備包括執(zhí)行根據(jù)示例23-39中的任一項(xiàng)的方法的裝置。