專利名稱：具有快速自適應(yīng)波束形成的無線個(gè)域網(wǎng)通信系統(tǒng)、裝置和方法
具有快速自適應(yīng)波束形成的無線個(gè)域網(wǎng)通信系統(tǒng)、裝置和方法
背景技術(shù)：
人們期望在60 GH頻帶中操作的毫米波(mm Wave) WPAN通信系統(tǒng)， 以向大概10米的距離提供高達(dá)數(shù)Gbps的吞吐量，并且在幾年內(nèi)用于服務(wù) 中。目前，幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(IEEE 802.15.3c, WirelessHDSIQECMATG20) 考慮了不同概念的mm Wave WPAN系統(tǒng)，以定義最適合多Gbps WPAN應(yīng) 用的系統(tǒng)。
任意通信系統(tǒng)的本質(zhì)需求是改善吞吐量和可靠性。因此，強(qiáng)烈需要用 于改善mmWave無線個(gè)域網(wǎng)的技術(shù)。


在說明書的結(jié)尾部分特別指出并且明確要求了本發(fā)明的主題。然而， 可以參考以下詳細(xì)的描述并且結(jié)合附圖來最好地理解本發(fā)明的組織和操作
方法，及其目標(biāo)、特征和優(yōu)勢，其中
圖1示出了具有本發(fā)明的實(shí)施例的RF波束形成系統(tǒng)的TX和RX通信 設(shè)備的方框圖2示出了本發(fā)明的實(shí)施例的TX和RX天線系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型； 圖3示出了用于本發(fā)明的實(shí)施例中的天線系統(tǒng)的全訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)； 圖4根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了用于天線系統(tǒng)訓(xùn)練的單個(gè)訓(xùn)練塊 的結(jié)構(gòu)；
圖5根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了由多個(gè)塊(階段)構(gòu)成的訓(xùn)練的 結(jié)構(gòu)；以及
圖6根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了 RX站使用的用于波束形成過程 的單處理方案的方框圖。
要認(rèn)識到，為了使圖示簡單和清晰，沒必要按比例繪制圖形中示出的 元件。例如，將一些元件的尺寸相對于其它元件被放大。進(jìn)一步，在任意 合適的地方，在圖形中重復(fù)參考標(biāo)號以指示對應(yīng)的或類似的元件。
具體實(shí)施例方式
在以下詳細(xì)的描述中，闡述了許多具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的詳 盡理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，無需這些具體的細(xì)節(jié)也 可以實(shí)踐本發(fā)明。在其它示例中，沒有詳細(xì)描述公知的方法、程序、組件 和電路，以免模糊本發(fā)明。
在以下詳細(xì)的描述中，闡述了許多具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的詳 盡理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，可以不需要這些具體的 細(xì)節(jié)來實(shí)踐本發(fā)明。在其它示例中，沒有詳細(xì)描述公知的方法、程序、組 件、單元和/或電路，以免模糊本發(fā)明。
本發(fā)明的實(shí)施例可以用于各種應(yīng)用?？梢越Y(jié)合各種設(shè)備和系統(tǒng)，例如， 發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、收發(fā)器、發(fā)射機(jī)-接收機(jī)、無線通信站、無線通信設(shè)備、
無線接入點(diǎn)(AP)、調(diào)制解調(diào)器、無線調(diào)制解調(diào)器、個(gè)人電腦(PC)、臺式 電腦、移動電腦、膝上型電腦、筆記本電腦、平板電腦、服務(wù)器電腦、手 提電腦、手提設(shè)備、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)設(shè)備、手提PDA設(shè)備或者PAN 中的高清電視信號，來使用本發(fā)明的一些實(shí)施例。
利用例如"處理"、"計(jì)算"、"計(jì)算"、"判決"、"建立"、"分析"、"檢 查"等術(shù)語的討論可以涉及計(jì)算機(jī)、計(jì)算平臺、計(jì)算系統(tǒng)或其它電子計(jì)算 設(shè)備的操作和/或處理，其將計(jì)算機(jī)的寄存器和/或存儲器中表示為物理量 (例如，電子)的數(shù)據(jù)處理并且/或者轉(zhuǎn)換為其它數(shù)據(jù)，其中該其它數(shù)據(jù)在 計(jì)算機(jī)的寄存器和/或存儲器或者其它信息存儲介質(zhì)中被類似地表示為物 理量，其中其它信息存儲介質(zhì)可存儲指令以執(zhí)行操作和/或處理，但是本發(fā) 明的實(shí)施例不限于此。
本文使用的術(shù)語"多個(gè)"可以包括，例如，"多數(shù)個(gè)"或"兩個(gè)或更 多"。整個(gè)說明書可以使用術(shù)語"多個(gè)"來描述兩個(gè)或更多組件、設(shè)備、元 件、單元、參數(shù)等等。例如，"多個(gè)站"可以包括兩個(gè)或更多站，但是本發(fā) 明的實(shí)施例不限于此。
本發(fā)明的實(shí)施例向mmWave無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)通信系統(tǒng)提供自適 應(yīng)波束形成，自適應(yīng)波束形成采用用于可靠的低速率通信的低速率模式和 用于高速率通信的高速率模式，并且包括用于對高速率模式執(zhí)行天線波束形成的新型快速算法。本發(fā)明通過波束可控定向天線的支持，比所提出的
其它mmWave WPAN系統(tǒng)提供了許多的優(yōu)勢。逐塊地來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例的算法，這使得允許大部分實(shí)踐情況僅使用少數(shù)階段，但是也 能夠?qū)σ恍┖苌侔l(fā)生的具體情況具有全長訓(xùn)練。所以，所需要的訓(xùn)練時(shí)間 根據(jù)信道特性和所需要的訓(xùn)練質(zhì)量而變化，并且與總是采用窮舉搜索的算 法的訓(xùn)練時(shí)間相比，該時(shí)間可以短得多。
本發(fā)明可以獲得關(guān)于頻率選擇性信道矩陣的所有信息，并且不管傳播 信道的空-時(shí)特性，因?yàn)?，例如，它是用其它方法進(jìn)行的。全信道信息的估 計(jì)允許根據(jù)設(shè)備的復(fù)雜性，用不同的最佳和簡化的次最佳算法在RX端計(jì) 算天線權(quán)向量。
本發(fā)明的實(shí)施例允許定向天線的支持。因?yàn)?0 GHz的高頻允許微型高 增益天線的實(shí)現(xiàn)，并且需要高天線增益來維持足夠的鏈路預(yù)算以用于大信 號帶寬( 2 GHz)和有限的傳輸功率，所以定向天線的支持對mmWave WPAN系統(tǒng)是重要的。
mmWave WPAN系統(tǒng)可支持的天線系統(tǒng)的類型的實(shí)例包括，但是不限
于
1、 用于將去向天線元件的輸入和來自天線元件的輸出乘以權(quán)(相 位)向量以形成TX/RX波束的相控天線陣列。
2、 可以轉(zhuǎn)換到多個(gè)波束中的一個(gè)的扇形天線。
3、 可用于將去向天線元件的輸入和來自天線元件的輸出與一些 權(quán)的扇形天線。
4、 無轉(zhuǎn)換的定向或全定向天線。
需要在一個(gè)微微網(wǎng)(piconet)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支持具有任意類型天線配置的設(shè) 備之間的通信。具有波束可控天線的設(shè)備需要在數(shù)據(jù)傳輸開始之前最佳地 調(diào)整TX和RX天線系統(tǒng)(波束形成)。對于低速率和高速率模式，天線系 統(tǒng)調(diào)整的質(zhì)量的需要是不同的。由于粗略的天線調(diào)整就足以執(zhí)行大冗余(擴(kuò) 散)的低速率模式，而高速率模式需要精細(xì)的天線調(diào)整以便最大的性能(吞 吐量)。
低速率模式波束形成的目標(biāo)是為了在任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立可靠的低 速率鏈路，以允許MAC命令和低速率數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，但本發(fā)明不限于此。為了這個(gè)目的，可以將波束形成限制于無需相位向量的精確調(diào)整的最佳
TX-RX天線扇區(qū)選擇的情況(例如，在這種模式中，可以將相位天線陣列 配置為具有少數(shù)扇區(qū)/波束的扇形天線)。假設(shè)在高速率波束形成處理開始 之前進(jìn)行低速率模式中的波束形成。 高速率模式的波束形成
為了鏈路性能最大化(不僅僅是可靠的低速率鏈路的建立)的目的， 必須進(jìn)行高速率模式的波束形成。對于扇形天線，高速率模式波束形成如 同低速率模式那樣，還包括最佳TX和RX扇區(qū)/波束選擇。但是對于相位 天線陣列(以及可以將扇區(qū)與一些權(quán)組合的扇形天線)，必須在高速率模式 波束形成(不僅僅是最佳扇區(qū)的選擇)期間進(jìn)行權(quán)的精確調(diào)整以達(dá)到最大 性能。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在RF中實(shí)現(xiàn)了 60GHz通信系統(tǒng)的波束形成，以便能 夠有大量天線元件來提供高度定向的天線方向圖(pattem)。 TX和RX通信 設(shè)備的方框圖通常如圖1的100示意性地示出。TX可以包括TX基帶處理 105、數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換115和RF處理120。RX可以包括RF模擬組合器125、 RF處理130、 ADC 135和RX基帶處理145。 RF波束形成對整個(gè)頻率選擇 性信道使用單個(gè)權(quán)向量，這與將唯一的權(quán)向量用于每個(gè)或小型子載波集的 基帶波束形成(典型地用于Wi-Fi和WiMAX系統(tǒng))不同。
為了在通常情況中實(shí)現(xiàn)最佳RX波束形成，需要關(guān)于所有信道帶寬的 信道矩陣(TX-RX天線元件之間)的信息。如果可以獲得這些信息，那么 可以計(jì)算滿足某些標(biāo)準(zhǔn)的最佳權(quán)向量(例如，使整個(gè)帶寬上的整體處理后 容量最大化的權(quán)向量)。出于這個(gè)原因，需要使用用于信道探通的寬帶信號， 因?yàn)樗峁╆P(guān)于寬帶信道傳遞函數(shù)(信道矩陣)的完全隨時(shí)可用的信息。 如果信道矩陣估計(jì)是在時(shí)域中進(jìn)行的，那么這種寬帶信號可以是具有良好 自相關(guān)性質(zhì)(窄自相關(guān)函數(shù))的時(shí)域生成的信號。在其它情況中，如果信 道矩陣估計(jì)是在頻域中進(jìn)行的，那么這種信號可以是頻域生成的OFDM信 號。
天線系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
為了描述本發(fā)明的一些實(shí)施例中引入的波束形成過程，方便的做法是 引入所考慮的通常如圖2的200所示的系統(tǒng)的基帶信號的數(shù)學(xué)模型，其中并且230處示出了求和。需要估計(jì)所有TX和RX天線元件之間，或等效地， 如下定義的TX天線系統(tǒng)輸入di和RX天線系統(tǒng)輸出ej之間的信道傳遞函 數(shù)。TX天線系統(tǒng)輸入di通過TX波束形成矩陣F連接到TX天線元件，并 且RX天線元件輸出通過RX波束形成矩陣G連接到RX天線系統(tǒng)ej的輸 出。TX和RX天線權(quán)向量u和v分別應(yīng)用到TX的輸入和RX天線系統(tǒng)的 輸出。
所以，可以根據(jù)以下方程式，通過發(fā)送信號x表示接收信號y:
=v^G^HFujc
其中，H是頻率非選擇性信道傳遞矩陣。對于頻率選擇性信道，以上 方程式將對OFDM系統(tǒng)的每個(gè)子載波都是可用的，并且經(jīng)過一些修改后對 于SC系統(tǒng)也可用。矩陣？和0分別由向量1..^和81...^所組成，其中 可以將這些向量視為由單天線元件的天線方向圖所構(gòu)造的基元天線方向圖 或者波束(elementary antenna pattern or beams)的權(quán)向量。使用TX權(quán)向量 u和RX權(quán)向量v將這些基元天線方向圖組合成最終的TX和RX天線方向 圖。要注意到，RX可以不知道TX波束形成矩陣，并且TX可以不知道RX 波束形成矩陣就執(zhí)行訓(xùn)練。使用波束形成矩陣的普遍方法允許針對天線系 統(tǒng)訓(xùn)練的應(yīng)用任意波束形成基本原理(例如，Butler， Hadamard，單位矩陣 等等)。
可以將具有單扇區(qū)選擇的扇形天線系統(tǒng)和具有扇區(qū)組合的扇形天線系
統(tǒng)視為建議的數(shù)學(xué)模型的特別情況。對于這種情況，波束形成矩陣F和G 是單位矩陣，但是每個(gè)天線元件具有它自己的天線方向圖(波束)，其中可 以通過將其包含在H矩陣中來數(shù)學(xué)地考慮該天線方向圖(波束)。對于簡單 轉(zhuǎn)換的扇形天線，僅僅可以使用波束形成向量u和v，其中波束形成向量u 和v具有一個(gè)等于一的要素以及其它等于零的要素。 高速率模式波束形成訓(xùn)練結(jié)構(gòu)
假設(shè)在建議的訓(xùn)練過程期間， 一次僅使用一個(gè)TX天線系統(tǒng)輸入di和 一個(gè)RX天線系統(tǒng)輸出ej。所以，僅僅使用一個(gè)TX天線波束fi發(fā)送訓(xùn)練信 號并且僅僅使用一個(gè)RX天線波束gj接收訓(xùn)練信號。因此在訓(xùn)練期間TX 天線系統(tǒng)輸入di和RX天線系統(tǒng)輸出ej發(fā)生了改變，以掃描空間信道矩陣。在訓(xùn)練期間使用的信號可以是諸如OFDM符號、PN序列、唧聲信號 等等任意類型的寬帶信號。也可以將不同訓(xùn)練信號用于來自不同TX天線 系統(tǒng)輸入的傳輸，以便可以在接收端識別TX天線系統(tǒng)輸入索引dj?？梢?重復(fù)發(fā)送訓(xùn)練信號(例如，多次發(fā)送的相同的信號)，以便RX能夠針對初 始信號檢測和同步使用自相關(guān)方案。
為了獲得全信道知識，需要在TX天線系統(tǒng)輸入di和RX天線系統(tǒng)輸 出ej的所有配對之間執(zhí)行訓(xùn)練。例如，如果TX天線系統(tǒng)輸入和RX天線 系統(tǒng)輸出的數(shù)量等于64并且兩個(gè)64點(diǎn)OFDM符號用于每個(gè)配對之間的信 道測量(訓(xùn)練)，那么需要的樣本的數(shù)量將等于64x64x2x64 = 524288個(gè) 樣本(對于2GHz采樣速率大概為262 us)。在圖3的300處示意性地示出 了這個(gè)情況的訓(xùn)練信號的結(jié)構(gòu)，并且其包括64點(diǎn)OFDM符號330、 128個(gè) OFDM符號320、 TX天線波束340、 64個(gè)OFDM符號310和RX天線波束 350。
從給定的實(shí)例可以看出，執(zhí)行窮舉波束搜索所需要的時(shí)間可能相當(dāng)大。 對于許多實(shí)際的情況，可以在所有TX-RX配對之間不需要完全窮舉訓(xùn)練， 并且為了較少總的訓(xùn)練時(shí)間，可以利用從RX到TX的關(guān)于進(jìn)一步訓(xùn)練階段 (進(jìn)一步鏈路提高)的有用性的判決反饋，逐塊地執(zhí)行該訓(xùn)練。例如，對 于我們考慮的實(shí)例，可以如在圖4的400所示意性地示出的，發(fā)送16X40 個(gè)OFDM符號，并且此后RX做出繼續(xù)訓(xùn)練的判決。圖4描述了TX天線 波束410、 20個(gè)OFDM符號440、 64點(diǎn)OFDM符號450、 16個(gè)OFDM符 號430和RX天線波束420。 一個(gè)訓(xùn)練塊結(jié)束之后，RX在低速率模式中對 于進(jìn)一步行動進(jìn)行反饋。RX反饋給TX的反饋信息可以包括(但不限于):
1、 繼續(xù)訓(xùn)練或停止訓(xùn)練的判決(如果達(dá)到了需要的鏈路質(zhì)量)。
2、 如果判決繼續(xù)訓(xùn)練，則是用于下一階段的訓(xùn)練的TX天線系統(tǒng)輸 入(TX天線波束)的索引。RX可以要求使用先前的TX天線系 統(tǒng)輸入(TX天線波束)，以指示該TX天線系統(tǒng)輸入的索引用于 下一階段，或要求TX對于下一階段的訓(xùn)練選擇新的TX天線系 統(tǒng)輸入。
3 、 如果判決結(jié)束訓(xùn)練，則是在TX處應(yīng)用的最佳TX天線權(quán)向量u。p(。 圖5的500處示出了由多個(gè)階段(塊)所構(gòu)成的訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)，其中在520處示出了初始階段的訓(xùn)練并且在510處隨著發(fā)送更多具有相同的TX天 線波束的符號，繼續(xù)訓(xùn)練，并且在530處使用更多TX天線波束繼續(xù)訓(xùn)練。 訓(xùn)練階段的數(shù)量將依賴于算術(shù)收斂。對于大部分實(shí)際的情況，僅僅需要少 數(shù)階段，而對于一些很少發(fā)生的具體情況全長的訓(xùn)練也將是可能的。 對于波束形成的信號處理
在波束形成訓(xùn)練期間由RX站執(zhí)行的信號處理的方框圖通常如圖6的 600所示，并且其包括初始信號處理塊610、對于固定TX和RX波束配對 620的信道估計(jì)，以及最佳TX和RX權(quán)向量計(jì)算器。信號處理塊610可以 包括RX自適應(yīng)天線系統(tǒng)605、自適應(yīng)RX波束轉(zhuǎn)換器和AGC控制器640、 AGC615、能量檢測器670、閾值設(shè)備635和RX訓(xùn)練周期控制器625。針 對固定的TX和RX波束對的信道估計(jì)可以包括信號采集和TX波束識別 645，以及FD或TD信道估計(jì)650。最佳TX和RX權(quán)向量計(jì)算器可以包括 TX反饋信息655、 TXWV和RXWV計(jì)算器和最佳TX和RX波束對的選 擇，以及TD或FD空間矩陣?yán)奂悠?。?dāng)TX開始訓(xùn)練信號的傳輸?shù)臅r(shí)候， RX通過使用自相關(guān)(或其它簡單信號檢測算法)來開始發(fā)送信號的檢測。 如果檢測到的能量大于預(yù)定義閾值，那么RX站開始信道估計(jì)過程以便執(zhí) 行信道測量?？梢粤⒓撮_始信道估計(jì)過程，或者可以把它推遲到下個(gè)訓(xùn)練 塊(階段)。如果不針對給定的TX和RX天線波束的組合檢測能量，那么 RX站可以快速地轉(zhuǎn)換到其它RX天線波束(RX天線系統(tǒng)輸出)。
然后，RX站判決找到的TX和RX天線波束的成功的組合足以用于數(shù) 據(jù)傳輸并且不需要更多的訓(xùn)練階段(塊)，然后RX站計(jì)算最佳TX天線權(quán) 向量u。p,并且將其反饋回到TX站，以便應(yīng)用并且開始數(shù)據(jù)傳輸。
波束跟蹤
在數(shù)據(jù)傳輸期間波束形成的傳輸?shù)馁|(zhì)量可能由于環(huán)境不固定而變壞， 并且可以使用波束跟蹤過程來調(diào)整TX和RX天線權(quán)向量，而不需要開始上 文所述的整個(gè)初始波束形成過程。
如果RX請求波束跟蹤過程，那么通過在數(shù)據(jù)分組的結(jié)尾處發(fā)送訓(xùn)練 信號來進(jìn)行波束跟蹤。雖然TX波束的數(shù)量和針對每個(gè)TX波束發(fā)送的訓(xùn)練 信號的持續(xù)時(shí)間是不同的，但是波束跟蹤過程的結(jié)構(gòu)類似于初始波束形成 過程的一個(gè)塊的結(jié)構(gòu)。通過I^C (接近于先前使用的權(quán)向量)來選擇在波束跟蹤過程期間發(fā)送的TX波束，并且RX進(jìn)行的信號處理類似于初始波束形 成模式期間進(jìn)行的信號處理。計(jì)算出更新的天線權(quán)向量之后，將其在確認(rèn) 或獨(dú)立的分組中發(fā)送到TX。
盡管本文已經(jīng)示出并本描述了發(fā)明的某些特性，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 想到許多修改、替代、改變和等效物。因此，要理解到，附屬的權(quán)利要求 旨在將所有這種修改和改變包含在本發(fā)明的本質(zhì)精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種用于在無線個(gè)域網(wǎng)中通信的方法，包括使用自適應(yīng)波束形成，所述自適應(yīng)波束形成被配置為用于可靠的低速率通信的低速率模式和用于高速率通信的高速率模式；以及使用快速算法來執(zhí)行所述高速率模式的天線波束形成，其中所述快速算法包括利用從接收機(jī)(RX)到發(fā)射機(jī)(TX)的關(guān)于進(jìn)一步訓(xùn)練階段的有用性的判決反饋來逐塊地執(zhí)行的訓(xùn)練。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述訓(xùn)練包括用于天線波束形 成的訓(xùn)練信號，該訓(xùn)練信號為時(shí)域生成的信號，具有良好的自相關(guān)特性； 以及在所述時(shí)域中進(jìn)行的信道矩陣估計(jì)。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述訓(xùn)練包括用于天線波束形 成的訓(xùn)練信號，該訓(xùn)練信號為頻域生成的OFDM信號；以及在所述頻域中進(jìn)行的信道矩陣估計(jì)。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，使用TX和RX基元天線方向圖 (或波束)來執(zhí)行所述訓(xùn)練，其中所述方向圖是使用發(fā)送和接收波束形成矩陣組成的，其中所述矩陣可以是包括單位、Butler和Hadamard型矩陣的非奇異矩陣。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，在所述天線波束形成訓(xùn)練期間， 一次僅使用一個(gè)TX基元天線方向圖發(fā)送所述訓(xùn)練信號，但是完成最終的 波束形成之后，可以使用兩個(gè)或更多TX基元天線方向圖的加權(quán)組合來發(fā) 送數(shù)據(jù)幀。
6、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，將用于訓(xùn)練的所述o:基元天線方向圖的索引編碼到所述訓(xùn)練信號中，并且不同的訓(xùn)練信號可以用于不同 的TX基元天線方向圖，使得所述RX能夠確定用于具體時(shí)隙的所述TX基元天線方向圖的所述索引。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過所述RX反饋到所述TX的 反饋信息包括繼續(xù)訓(xùn)練或停止訓(xùn)練的判決；如果做出的所述判決是繼續(xù)訓(xùn)練時(shí)，要用于所述訓(xùn)練的下一階段的所 述TX基元天線方向圖的索引；或如果做出的所述判決是結(jié)束訓(xùn)練時(shí)，要在所述TX處應(yīng)用的最佳TX天 線權(quán)向量。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括所述RX請求使用先前的 TX基元天線方向圖，或請求對所述下一階段使用所述TX基元天線方向圖 的指定的(所述RX所給定的)索弓|，或請求TX對所述訓(xùn)練的所述下一階 段選擇新的TX基元天線方向圖。
9、 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括對所述自適應(yīng)波束形成使 用信號處理，包括-當(dāng)所述TX開始傳輸訓(xùn)練信號時(shí)，所述RX通過使用自相關(guān)來開始檢測 所傳輸?shù)男盘?，并且，如果檢測能量大于某個(gè)預(yù)定義閾值，那么所述RX 站開始信道估計(jì)以執(zhí)行信道測量。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述信道估計(jì)過程立即開始或 者推遲到下個(gè)訓(xùn)練塊，并且如果所述信號能量低于針對所述TX和RX天線 波束的給定組合的預(yù)定閾值，那么所述RX站可以快速地轉(zhuǎn)換到其它RX 天線波束，并且其中所述RX站隨后判決所找到的所述TX和RX天線波束 的成功組合足以用于數(shù)據(jù)傳輸并且不再需要更多的訓(xùn)練階段，然后所述RX 站計(jì)算最佳TX天線權(quán)向量并且將其反饋回到所述TX站，以便應(yīng)用并且開 始所述數(shù)據(jù)傳輸。
11、 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使用波束跟蹤過程調(diào)整TX和RX天線權(quán)向量，而不開始整個(gè)初始波束形成過程。
12、 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中，如果RX請求所述波束跟蹤過 程，則通過在數(shù)據(jù)分組的結(jié)尾處發(fā)送所述訓(xùn)練信號來進(jìn)行所述波束跟蹤， 并且其中所述波束跟蹤過程的結(jié)構(gòu)類似于所述初始波束形成過程的一個(gè)塊 的結(jié)構(gòu)，但是所述TX基元天線方向圖(TX波束)的數(shù)量以及針對每個(gè) TX波束而發(fā)送的所述訓(xùn)練信號的持續(xù)時(shí)間可以不同。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括所述TX選擇在所述波 束跟蹤過程期間發(fā)送的所述TX基元天線方向圖(TX波束)，并且所述RX 進(jìn)行與在所述初始波束形成模式中進(jìn)行的所述信號處理類似的信號處理， 并且其中在計(jì)算了更新的天線權(quán)向量之后，將該更新的天線權(quán)向量在確認(rèn) 或獨(dú)立的分組中發(fā)送到所述TX。
14、 一種裝置，包括發(fā)射機(jī)(TX)，其使用自適應(yīng)波束形成來在無線個(gè)域網(wǎng)中通信，所述 自適應(yīng)波束形成被配置為用于可靠的低速率通信的低速率模式和用于高速 率通信的高速率模式；以及其中，所述TX被配置為使用快速算法來執(zhí)行所述高速率模式的天線 波束形成，其中所述快速算法包括利用從接收機(jī)(RX)到所述發(fā)射機(jī)(TX) 的關(guān)于進(jìn)一步訓(xùn)練階段的有用性的判決反饋來逐塊地執(zhí)行的訓(xùn)練。
15、 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述訓(xùn)練包括用于天線波束 形成的訓(xùn)練信號，該訓(xùn)練信號為時(shí)域生成的信號，具有良好的自相關(guān)特性; 以及在所述時(shí)域中進(jìn)行的信道矩陣估計(jì)。
16、 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述訓(xùn)練包括用于天線波束 形成的訓(xùn)練信號，該訓(xùn)練信號為頻域生成的OFDM信號；以及在所述頻域 中進(jìn)行的信道矩陣估計(jì)。
17、 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，使用TX和RX基元天線方向 圖(或波束)來執(zhí)行所述訓(xùn)練，其中所述方向圖是使用發(fā)送和接收波束形 成矩陣組成的，其中所述矩陣可以是包括單位、Butler和Hadamard型矩陣的非奇異矩陣。
18、 如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，在所述天線波束形成訓(xùn)練期間， 一次僅使用一個(gè)TX基元天線方向圖發(fā)送所述訓(xùn)練信號，但是在完成最終 的波束形成之后，可以使用兩個(gè)或更多TX基元天線方向圖的加權(quán)組合來 發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
19、 如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，將用于訓(xùn)練的所述TX基元天 線方向圖的索引編碼到所述訓(xùn)練信號中，并且不同的訓(xùn)練信號可以用于不 同的TX基元天線方向圖，使得所述RX能夠確定用于具體時(shí)隙的所述TX 基元天線方向圖的所述索引。
20、 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，通過所述RX反饋回到所述TX 的所述反饋信息包括繼續(xù)訓(xùn)練或停止訓(xùn)練的判決；如果做出的所述判決是繼續(xù)訓(xùn)練時(shí)，要用于所述訓(xùn)練的下一階段的所 述TX天線系統(tǒng)輸入的索引；或如果做出的所述判決是結(jié)束訓(xùn)練時(shí)，要在所述TX處應(yīng)用的最佳TX天 線權(quán)向量。
21、 如權(quán)利要求20所述的裝置，進(jìn)一步包括所述RX被配置為請求 使用先前的TX天線系統(tǒng)輸入來指示要用于所述下一階段的所述TX天線系 統(tǒng)輸入的索引，或要求TX選擇用于所述訓(xùn)練的所述下一階段的新的TX天 線系統(tǒng)輸入。
22、 一種提供指令的機(jī)器可訪問介質(zhì)，當(dāng)所述介質(zhì)被訪問時(shí)導(dǎo)致機(jī)器 執(zhí)行以下操作，包括使用自適應(yīng)波束形成來在無線個(gè)域網(wǎng)中通信，所述自適應(yīng)波束形成被 配置為用于可靠的低速率通信的低速率模式和用于高速率通信的高速率模式；以及使用快速算法來執(zhí)行所述高速率模式的天線波束形成，其中所述快速 算法包括利用從接收機(jī)(RX)到發(fā)射機(jī)(TX)的關(guān)于進(jìn)一步訓(xùn)練階段的 有用性的判決反饋來逐塊地執(zhí)行的訓(xùn)練。
23、 如權(quán)利要求22所述的機(jī)器可訪問介質(zhì)，其中，所述訓(xùn)練包括用 于天線波束形成的訓(xùn)練信號，該訓(xùn)練信號為時(shí)域生成的信號，具有良好的自 相關(guān)特性；以及在所述時(shí)域中進(jìn)行的信道矩陣估計(jì)。
24、 如權(quán)利要求22所述的機(jī)器可訪問介質(zhì)，其中，所述訓(xùn)練包括用 于天線波束形成的訓(xùn)練信號，該訓(xùn)練信號為頻域生成的OFDM信號；以及 在所述頻域中進(jìn)行的信道矩陣估計(jì)。
25、 如權(quán)利要求22所述的機(jī)器可訪問介質(zhì)，其中，使用TX和RX基 元天線方向圖(或波束)來執(zhí)行所述訓(xùn)練，其中所述方向圖是使用發(fā)送和 接收波束形成矩陣組成的，其中所述矩陣可以是包括單位、Butler和 Hadamard型矩陣的非奇異矩陣。
26、 如權(quán)利要求25所述的機(jī)器可訪問介質(zhì)，其中，在所述天線波束形 成訓(xùn)練期間， 一次僅僅使用一個(gè)TX基元天線方向圖發(fā)送所述訓(xùn)練信號， 但是在完成最終的波束形成之后，可以使用兩個(gè)或更多TX基元天線方向 圖的加權(quán)組合來發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
27、 如權(quán)利要求25所述的機(jī)器可訪問介質(zhì)，其中，將用于訓(xùn)練的所述 TX基元天線方向圖的索引編碼到所述訓(xùn)練信號中，并且不同的訓(xùn)練信號可 以用于不同的TX基元天線方向圖，使得所述RX能夠確定用于具體時(shí)隙的 所述TX基元天線方向圖的所述索弓I 。
28、 如權(quán)利要求22所述的機(jī)器可訪問介質(zhì)，其中，通過所述RX反饋 回到所述TX的所述反饋信息包括繼續(xù)訓(xùn)練或停止訓(xùn)練的判決；如果做出的所述判決是繼續(xù)訓(xùn)練時(shí)，要用于所述訓(xùn)練的下一階段的所 述TX基元天線方向圖的索引；或如果做出的所述判決是結(jié)束訓(xùn)練時(shí)，要在所述TX處應(yīng)用的最佳TX天 線權(quán)向量。
29、 如權(quán)利要求28所述的機(jī)器可訪問介質(zhì)，進(jìn)一步包括所述指令導(dǎo)致 所述機(jī)器執(zhí)行的操作進(jìn)一步包括所述RX請求使用先前的TX基元天線方 向圖，或請求對所述下一階段使用所述TX基元天線方向圖的指定的(所 述RX所給定的)索引，或請求TX對所述訓(xùn)練的所述下一階段選擇新的 TX基元天線方向圖。
30、 如權(quán)利要求23所述的機(jī)器可訪問介質(zhì)，進(jìn)一步包括所述指令導(dǎo)致 所述機(jī)器執(zhí)行的操作進(jìn)一步包括對所述自適應(yīng)波束形成使用信號處理，包 括當(dāng)所述TX開始傳輸訓(xùn)練信號時(shí)，所述RX通過使用自相關(guān)來開始檢測 所傳輸?shù)男盘?，并且，如果檢測能量大于某個(gè)預(yù)定義閾值，那么所述RX 站開始信道估計(jì)以執(zhí)行信道測量。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于在無線個(gè)域網(wǎng)中通信的方法，包括使用自適應(yīng)波束形成，其中自適應(yīng)波束形成用于可靠的低速率通信的低速率模式和高速率通信的高速率模式；以及使用快速算法來執(zhí)行高速率模式的波束形成，其中快速算法包括使用從接收機(jī)(RX)到發(fā)射機(jī)(TX)的關(guān)于進(jìn)一步訓(xùn)練階段的有用性的判決反饋，逐塊地執(zhí)行訓(xùn)練。
文檔編號H04B7/06GK101442355SQ200810212859
公開日2009年5月27日 申請日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
發(fā)明者A·霍里亞夫, A·馬爾采夫, R·馬斯連尼科夫 申請人:英特爾公司