專利名稱：波束成形方法和使用該方法的多天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠減少訓(xùn)練序列的發(fā)送頻率的波束成形方法和使用該方法的多天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來(lái)，正在尋求一種電信頻率資源缺乏的解決方案。這些方案中的一個(gè)方案是毫米波段通信，由于其使用寬帶來(lái)獲得高傳輸速率的優(yōu)點(diǎn)而引起極大的關(guān)注。另外，因?yàn)橛捎诙滩ㄩL(zhǎng)而能夠?qū)崿F(xiàn)RF設(shè)備的小型化和輕質(zhì)化，所以已經(jīng)開發(fā)了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)和無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)。在毫米波段通信中，廣泛采取使用多天線的波束成形技術(shù)，具體地，在毫米波段通信中，由于毫米波段信道的高空間相關(guān)性而使用其中正交頻分復(fù)用(OFDM)與多輸入多輸出(MMO)方案結(jié)合的MMO-OFDM系統(tǒng)。作為用在MMO-OFDM系統(tǒng)中的波束成形技術(shù)，提供了一種基于碼本的符號(hào)波束成形技術(shù)。在該情況下，用于智能天線的多個(gè)方案之一的波束成形是一種其中波束僅從天線指向至特定相應(yīng)的終端的技術(shù)。為了提高其效率，可使用多天線來(lái)實(shí)現(xiàn)智能天線。其中多個(gè)天線安裝在發(fā)射器和接收器中的智能天線方案被稱為多輸入多輸出(MMO)?；诖a本的符號(hào)波束成形技術(shù)是一種其中在不估計(jì)信道信息的前提下通過(guò)訓(xùn)練序列的傳輸選擇能夠優(yōu)化成本函數(shù)的權(quán)重向量的發(fā)射和接收。也就是說(shuō)，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，用于選擇權(quán)重向量的發(fā)送和接收的訓(xùn)練序列傳輸步驟是很重要的。然而，執(zhí)行訓(xùn)練序列傳輸步驟時(shí)，增加了訓(xùn)練序列的發(fā)送頻率，從而消耗了過(guò)量的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面提供一種能夠降低訓(xùn)練序列的發(fā)送頻率的波束成形方法和使用該方法的多天線系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，提供一種通過(guò)發(fā)射器和接收器之間的訓(xùn)練序列傳輸來(lái)形成最佳波束方向圖的多天線系統(tǒng)，其中發(fā)射器和接收器都包括多個(gè)天線，該多天線系統(tǒng)包括發(fā)射器，根據(jù)用于形成最佳波束方向圖的逐步增加的等級(jí)選擇要激活的預(yù)定天線，并通過(guò)所選天線向接收器發(fā)送訓(xùn)練序列；以及接收器，根據(jù)等級(jí)選擇要激活的預(yù)定天線，并基于從發(fā)射器發(fā)送的訓(xùn)練序列向發(fā)射器發(fā)送極大地降低成本函數(shù)的最佳發(fā)送權(quán)重向量的指數(shù)，其中，發(fā)射器通過(guò)使由在第q等級(jí)(q:等級(jí)指數(shù))選擇的天線形成的波束方向圖包括由在第q+Ι等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖的方式選擇天線。發(fā)射器可以通過(guò)使由在第q等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖的任何一個(gè)等于由在第q+1等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖中的兩個(gè)波束方向圖的和的方式選擇天線。發(fā)射器和接收器的多個(gè)天線可以分別包括等間距線性天線陣列。發(fā)射器可以在每一等級(jí)選擇2q個(gè)天線，并在每一等級(jí)選擇的天線之間的距離D取決于下式D = 2n_(q+1) λ式其中，q表示等級(jí)指數(shù)，η表示等級(jí)總數(shù)以及λ表示載波波長(zhǎng)。 發(fā)射器可以在每一等級(jí)向兩個(gè)方向發(fā)射訓(xùn)練序列，兩個(gè)方向中的每一個(gè)都在各自的方向上向接收器發(fā)送相同訓(xùn)練序列兩次。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，提供一種通過(guò)在發(fā)射器和接收器之間傳輸訓(xùn)練序列形成最佳波束方向圖的波束成形方法，其中發(fā)射器和接收器均包括多個(gè)天線，該波束成形方法包括(a)根據(jù)用于形成最佳波束方向圖的逐步增加的等級(jí)選擇發(fā)射器和接收器的要激活的預(yù)定天線；(b)通過(guò)所選擇的天線從發(fā)射器向接收器發(fā)送訓(xùn)練序列；以及(C)基于在接收器中接收到的訓(xùn)練序列向發(fā)射器發(fā)送極大地減少成本函數(shù)的最佳發(fā)送權(quán)重向量的指數(shù)，其中，操作(a)包括通過(guò)使由在第q等級(jí)(q:等級(jí)指數(shù))選擇的天線形成的波束方向圖包括由在第q+Ι等級(jí)選擇天線形成的波束方向圖的方式選擇天線。操作(a)可以包括通過(guò)使由在第q等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖中的任何一個(gè)等于由在第q+Ι等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖中的兩個(gè)波束方向圖的和的方式選擇天線。發(fā)射器和接收器的多個(gè)天線可以分別包括等間距線性天線陣列。操作(a)可包括在每一等級(jí)選擇2q個(gè)天線，并在每一等級(jí)選擇的天線之間的距離D取決于下式D = 2n_(q+1) λ式其中，q表示等級(jí)指數(shù)，η表示等級(jí)總數(shù)以及λ表示載波波長(zhǎng)。在操作(b)中，發(fā)射器可以在每一等級(jí)向兩個(gè)方向發(fā)射訓(xùn)練序列，兩個(gè)方向中的每一個(gè)都在各自的方向上向接收器發(fā)送相同訓(xùn)練序列兩次。


通過(guò)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，將會(huì)更清楚地理解本發(fā)明的上述的以及其它方面、特征及其他優(yōu)點(diǎn)。圖I是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的多天線系統(tǒng)的配置圖；圖2是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的波束成形方法的流程圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的天線數(shù)量為8時(shí)形成的波束方向圖的圖示；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的天線數(shù)量為8時(shí)根據(jù)等級(jí)來(lái)選擇天線的方法的圖示；圖5是將根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的訓(xùn)練序列的發(fā)送頻率和相關(guān)技術(shù)的訓(xùn)練序列的發(fā)送頻率比較的圖表；圖6是將根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的有效信噪比增益和相關(guān)技術(shù)的有效信噪比增益比較的曲線圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。然而，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的精神不局限于本文所闡述的實(shí)施方式，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明通過(guò)在相同精神范圍內(nèi)進(jìn)行元件的添加、更改以及去除能夠容易地實(shí)現(xiàn)逆向的發(fā)明和包含在本發(fā)明精神范圍內(nèi)的其他實(shí)施方式，但是那些都被解釋為包含在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)。此外，在所有附圖中，相同或相似的參考標(biāo)號(hào)將用于表示在相似思想范圍內(nèi)具有相同功能的元件。圖I是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的多天線系統(tǒng)的配置圖。該多天線系統(tǒng)可以包括發(fā)射器100和接收器200。 詳細(xì)地，發(fā)射器100的快速傅里葉逆變換器(IFFT) 101可對(duì)待發(fā)送的信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉逆變換，并將結(jié)果發(fā)送至D/A和混頻器102。同時(shí)，發(fā)射器100的D/A和混頻器102可將快速傅里葉逆變換后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)混頻?；祛l信號(hào)被發(fā)送至波束成形單元103。發(fā)射器100的波束成形單元103可將從D/A和混頻器102發(fā)送的混頻信號(hào)乘以發(fā)送權(quán)重向量W1,……，WM，然后，將該信號(hào)發(fā)送至天線陣列104。發(fā)送至天線陣列104的信號(hào)通過(guò)信道H發(fā)送至接收器200。如所示，天線陣列可包括多個(gè)天線。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式，天線陣列104可包括多個(gè)等間距線性天線。具體地，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式，波束成形單元103可在發(fā)送數(shù)據(jù)之前執(zhí)行用于最佳波束成形的訓(xùn)練序列的發(fā)送步驟。為此目的，波束成形單元103可根據(jù)等級(jí)選擇要激活的天線。之后，波束成形單元103將訓(xùn)練序列乘以發(fā)送權(quán)重向量W1,……，WM，然后通過(guò)所選的天線發(fā)送訓(xùn)練序列。用于形成波束方向圖的多個(gè)發(fā)送權(quán)重向量預(yù)先存儲(chǔ)在碼本中，并且特定發(fā)送權(quán)重向量被乘以訓(xùn)練序列并被發(fā)送，從而在特定方向上形成波束方向圖。同時(shí)，天線間的距離D可由下式I確定D = 2n_(q+1) λ式 I在此，q表示等級(jí)指數(shù)，η表示等級(jí)總數(shù)，λ表示載波波長(zhǎng)。以下將參照?qǐng)D2描述上述式I的含義。同時(shí)，接收器200的天線陣列201可通過(guò)信道H接收從發(fā)射器100發(fā)送的信號(hào)，并將所接收的信號(hào)發(fā)送至波束成形單元202。如圖I所示，接收器200的天線陣列也可包括多個(gè)等間距的線性天線。接收器200的天線陣列201間的距離也可由上述式I確定。接收器200的波束成形單元202可將從天線陣列201發(fā)送的信號(hào)乘以接收權(quán)重向量C1,……，Cm，然后將該信號(hào)發(fā)送至混頻器和A/D轉(zhuǎn)換器203。詳細(xì)地，由包含在天線陣列201中的每個(gè)天線接收的每個(gè)信號(hào)被乘以接收權(quán)重向量C1,……，CM，這些信號(hào)又被發(fā)送至混頻器和A/D轉(zhuǎn)換器203。具體地，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式，波束成形單元202根據(jù)等級(jí)選擇要激活的天線，并通過(guò)所選天線接收從發(fā)射器100發(fā)送的信號(hào)。接收器200的混頻器和A/D轉(zhuǎn)換器203可將從天線陣列201發(fā)送的信號(hào)混頻，然后將混頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)換信號(hào)被發(fā)送至快速傅里葉變換器(FFT) 204。接收器200的快速傅里葉變換器(FFT) 204對(duì)從混頻器和A/D轉(zhuǎn)換器203發(fā)送的信號(hào)執(zhí)行快速傅里葉變換，然后將快速傅里葉變換后的信號(hào)輸出。
同時(shí)，接收器200的權(quán)重向量選擇器205可接收來(lái)自混頻器和A/D轉(zhuǎn)換器203的混頻信號(hào)，以選擇極大地減少成本函數(shù)的最佳發(fā)送權(quán)重向量。所選最佳發(fā)送權(quán)重向量的指數(shù)通過(guò)反饋信道206發(fā)送至發(fā)射器100的波束成形單元103。同時(shí)，圖2是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的波束成形方法的流程圖，圖3是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的天線數(shù)量為8時(shí)形成的波束方向圖的圖示，圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的天線數(shù)量為8時(shí)根據(jù)等級(jí)來(lái)選擇天線的方法的圖示。下文中，將參照?qǐng)DI至圖4描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。參照?qǐng)DI至圖4，在操作200中，發(fā)射器100的波束成形單元103和接收器200的波束成形單元202可首先將等級(jí)指數(shù)q初始化至I。在操作201中，發(fā)射器100的波束成形單元103可根據(jù)等級(jí)指數(shù)q在包含在天線陣列104中的多個(gè)天線中選擇要激活的天線。類似地，接收器200的波束形成單元202可根據(jù)等級(jí)指數(shù)q在包含在天線陣列201中的多個(gè)天線中選擇要激活的天線。下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)每一等級(jí)選擇的天線。在描述本發(fā)明示例性實(shí)施方式的過(guò)程中，可假設(shè)發(fā)射器100的天線數(shù)量與接收器200的天線數(shù)量相同，諸如以包含在發(fā)射器100的天線陣列104中的天線數(shù)量M為8并且包含在接收器200的天線陣列201中的天線數(shù)量M為8為例。在該情況下，總等級(jí)η可根據(jù)下式2進(jìn)行確定W= 2η,,等式 2此處，M是包含在天線陣列中的天線數(shù)量并且在發(fā)射器100和接收器200中的天線數(shù)量都是8，而η則是等級(jí)總數(shù)。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式，在每一等級(jí)可選擇2^個(gè)天線。因此，選擇的天線數(shù)量可根據(jù)等級(jí)指數(shù)q的增加而增加，而天線間的距離D則可減小。在該情況下，所選天線可保持為相同距離。每一等級(jí)的天線距離可由下表I表示。表I
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)發(fā)射器和接收器之間的訓(xùn)練序列傳輸來(lái)形成最佳波束方向圖的多天線系統(tǒng)，其中發(fā)射器和接收器都包括多個(gè)天線，所述多天線系統(tǒng)包括 發(fā)射器，根據(jù)用于形成所述最佳波束方向圖的逐步增加的等級(jí)選擇要激活的預(yù)定天線，并通過(guò)所選天線向接收器發(fā)送所述訓(xùn)練序列；以及 接收器，根據(jù)等級(jí)選擇要激活的預(yù)定天線，并基于從所述發(fā)射器發(fā)送的所述訓(xùn)練序列向所述發(fā)射器發(fā)送極大地降低成本函數(shù)的最佳發(fā)送權(quán)重向量的指數(shù)， 其中，所述發(fā)射器通過(guò)使由在第q等級(jí)(q:等級(jí)指數(shù))選擇的天線形成的波束方向圖包括由在第q+Ι等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖的方式選擇天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多天線系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器通過(guò)使由在第q等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖的任何一個(gè)等于由在第q+Ι等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖中的兩個(gè)波束方向圖的和的方式選擇天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多天線系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器和所述接收器的所述多個(gè)天線分別包括等間距線性天線陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多天線系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器在每一等級(jí)選擇2^個(gè)天線，以及 在每一等級(jí)選擇的天線之間的距離D取決于下式 D = 2n_(q+1) λ 其中，q表示等級(jí)指數(shù)，η表示等級(jí)總數(shù)以及λ表示載波波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多天線系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器在每一等級(jí)向兩個(gè)方向發(fā)送所述訓(xùn)練序列，兩個(gè)方向中的每一個(gè)在各自的方向上向所述接收器發(fā)送相同訓(xùn)練序列兩次。
6.一種通過(guò)在發(fā)射器和接收器之間傳輸訓(xùn)練序列形成最佳波束方向圖的波束成形方法，其中所述發(fā)射器和所述接收器均包括多個(gè)天線，所述波束成形方法包括 (a)根據(jù)用于形成所述最佳波束方向圖的逐步增加的等級(jí)選擇所述發(fā)射器和所述接收器的要激活的預(yù)定天線； (b)通過(guò)所選擇的天線從所述發(fā)射器向所述接收器發(fā)送所述訓(xùn)練序列；以及 (c)基于在所述接收器中接收到的所述訓(xùn)練序列向所述發(fā)射器發(fā)送極大地減少成本函數(shù)的最佳發(fā)送權(quán)重向量的指數(shù)， 其中，操作(a)包括通過(guò)使由在第q等級(jí)(q:等級(jí)指數(shù))選擇的天線形成的波束方向圖包括由在第q+Ι等級(jí)選擇天線形成的波束方向圖的方式選擇天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波束成形方法，其中，操作(a)包括通過(guò)使由在第q等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖中的任何一個(gè)等于由在第q+Ι等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖中的兩個(gè)波束方向圖的和的方式選擇天線。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波束成形方法，其中，所述發(fā)射器和所述接收器的多個(gè)天線分別包括等間距線性天線陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波束成形方法，其中，操作(a)包括在每一等級(jí)選擇個(gè)天線，以及 在每一等級(jí)選擇的天線之間的距離D取決于下式 D = 2n_(q+1) λ其中，q表示等級(jí)指數(shù)，η表示等級(jí)總數(shù)以及λ表示載波波長(zhǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波束成形方法，其中，在操作(b)中，所述發(fā)射器在每一等級(jí)向兩個(gè)方向發(fā)射所述訓(xùn)練序列，兩個(gè)方向中的每一個(gè)都在各自的方向上向所述接收器發(fā)送相同訓(xùn)練序列兩次。
全文摘要
本發(fā)明公開一種波束成形方法和使用該方法的多天線系統(tǒng)。提供一種通過(guò)發(fā)射器和接收器之間的訓(xùn)練序列的傳輸形成最佳波束方向圖的多天線系統(tǒng)，其中發(fā)射器和接收器均包括多個(gè)天線，多天線系統(tǒng)包括發(fā)射器，根據(jù)等級(jí)選擇要激活的預(yù)定天線，并通過(guò)所選天線向接收器發(fā)送訓(xùn)練序列；以及接收器，根據(jù)等級(jí)選擇要激活的天線，并基于從發(fā)射器發(fā)送的訓(xùn)練序列向發(fā)射器發(fā)送極大地降低成本函數(shù)的最佳發(fā)送權(quán)重向量的指數(shù)，其中，發(fā)射器這樣選擇天線使得由在第q等級(jí)(q等級(jí)指數(shù))選擇的天線形成的波束方向圖包括由在第q+1等級(jí)選擇的天線形成的波束方向圖。因此，可降低訓(xùn)練序列的發(fā)送頻率。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102629883SQ20111018265
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月8日
發(fā)明者樸俊燮, 樸哲均, 李賢鎬, 高榮采 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社, 高麗大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)