【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发射机、接收机、无线通信网络及其操作方法
本专利技术涉及发射机设备、接收机、包括所述发射机和所述接收机的无线通信网络及其操作方法。本专利技术还涉及用于三维天线阵列的码本。
技术介绍
在[1]和[2]中描述的全维度多输入多输出(FD-MIMO)中，在发射机处使用基于数字傅里叶变换(DFT)的码本，以使用一维(1D)均匀线性阵列(ULA)或二维(2D)均匀平面阵列(UPA)来进行信号预编码/波束成形。这种阵列的响应类似于DFT矢量。具有全向且相同的天线元件(其由几何结构所规定的那样理想地放置)的UPA或ULA的理想响应在天线元件上具有信号相位的线性变化，这也是在DFT矢量中观察到的特征。在其他阵列几何结构(例如三维(3D)阵列天线)中，可能不会观察到这种线性相位变化。因此，基于DFT的码本主要用于二维阵列几何结构。在FD-MIMO中讨论的阵列天线(例如，LTE版本13/14，参见[1]或[2])基于2D阵列配置。由于这种阵列的天线元件的方向性视图模式和前后歧义性，这样的阵列不能提供完整的方位角(360°)覆盖。因此，通常...
【技术保护点】
1.一种发射机，包括：/n3D天线阵列(150；150a-j)，包括多个天线元件(152；152
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种发射机，包括：
3D天线阵列(150；150a-j)，包括多个天线元件(152；152N)，每个天线元件(152；152N)具有辐射图案，其中，辐射图案彼此重叠，其中，所述多个天线元件(152；152N)适用于无线通信系统中的相干无线通信；
其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括横跨二维天线平面(162；162N)的第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件(152；152N)，并且包括被布置在所述二维天线平面(162；162N)外部的第四天线元件(152；152N)；或者
其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括被配置为将发射信号引导到第一方向的第一天线元件(152；152N)，并且包括被配置为将发射信号引导到第二方向而不引导到所述第一方向的第二天线元件(152；152N)；
所述发射机还包括连接到所述3D天线阵列(150；150a-j)的预编码器(112)，所述预编码器(112)被配置为向所述3D天线阵列(150；150a-j)应用波束成形权重集合，以利用所述3D天线阵列(150；150a-j)形成一个或多个发射波束(154)和/或接收波束，所述波束(154)指向感兴趣方向(156)；
其中，所述预编码器(112)包括基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)以及包括功率值的功率分配矩阵(FP)的预编码器矩阵(F)，所述功率值指示要分配给所述3D天线阵列(150；150a-j)的所述天线元件(152；152N)的功率，所述功率分配矩阵(FP)适用于选择性地调整所述天线元件(152；152N)的天线增益。
2.根据权利要求1所述的发射机，其中，所述波束集矩阵(F1)基于与所述3D天线阵列(150；150a-j)中的天线元件的不同段相关联的分量波束集矩阵(XV，XH)的组合，每个段包含至少一个天线元件(152；152N)。
3.根据权利要求1或2所述的发射机，其中，所述波束集矩阵(F1)还基于元件选择矩阵(Td)，所述元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件(152；152N)，以保持不用于波束成形到与所述波束集矩阵(F1)的使用的导向矢量相关联的方向；
其中，所述发射机被配置为从包括对应于多个感兴趣方向(156)的多个阵列导向矢量的码本矩阵(Ω)中选择所述预编码器(112)中的所述波束集矩阵(F1)的列，所述3D天线阵列(150；150a-j)被配置为沿着所述多个感兴趣方向形成一个或多个发射波束(154)和/或接收波束。
4.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，所述功率分配矩阵(FP)包括增益值，用于确定要馈送给所述3D天线阵列(150；150a-j)的每个天线元件(152；152N)的功率。
5.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，包含多个预编码器矩阵的码本针对每个传输秩包括至少一个功率分配矩阵(FP)。
6.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，每个波束成形权重集合形成所述3D天线阵列(150；150a-j)的导向矢量，其中，所述波束集矩阵(F1)包括多个导向矢量，其中，对于每个导向矢量，相关联的元件选择矩阵(Td)被包含在所述波束集矩阵(F1)中，包括所述3D天线阵列(150；150a-j)的每个天线元件(152；152N)的信息，所述信息指示所述天线元件(152；150N)是用于还是不用于相关联的导向矢量或多个导向矢量。
7.根据权利要求6所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括天线元件(152；152N)的多个子集(422)，其中，所述元件选择矩阵(Td)按子集指示使用还是不使用天线元件(152；152N)的特定子集(422)来进行特定方向上的波束成形。
8.根据权利要求7所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)中的天线元件(152；152N)的所述多个子集(422)中的第一子集和第二子集(422)不相交或包含共同的天线元件(152；152N)。
9.根据权利要求7或8所述的发射机，其中，所述多个子集(422)中的天线元件(152；152N)的每个子集(422)被配置为将波束(154)形成到沿着从所述3D天线阵列(150；150a-j)角度来看的仰角(Θ)方向和/或方位角(Φ)方向的特定方向(424)上，其中，所述元件选择矩阵(Td)适用于使用与所述特定方向(4241-3)相关联的天线元件(152；152N)的子集(422)来形成波束(154)，而不使用与至少一个其他方向(4241-3)相关联的天线元件(152；152N)的子集(422)来形成波束(154)。
10.根据权利要求7至9之一所述的发射机，其中，元件选择矩阵(Td)的值包括至少三个值中的一个值，所述至少三个值包括最小值、最大值和在其间的至少一个值，所述元件选择矩阵的值指示提供给所述天线元件(152)的功率量。
11.根据权利要求10所述的发射机，其中，至少第一元件选择矩阵(T1)和第二元件选择矩阵(T2)与波束导向矢量相关联，所述第一元件选择矩阵(T1)和第二元件选择矩阵(T2)包括指示要提供给所述天线元件(152；152N)的不同功率量的不同值，其中，所述发射机被配置为选择所述第一元件选择矩阵(T1)或选择所述第二元件选择矩阵(T2)来与所述相关联的导向矢量进行组合。
12.根据权利要求11所述的发射机，其中，所述发射机被配置为基于衰落信道条件来时变地适配所述元件选择矩阵(Td)。
13.根据权利要求11或12所述的发射机，其中，所述发射机被配置为响应于从接收机(500)接收到的反馈信号(508)来时变地适配所述元件选择矩阵(Td)，所述反馈信号(508)包含与信道状态信息有关的信息，所述信道状态信息与所述发射机和所述接收机之间的信道相关联。
14.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，所述发射机被配置为：
通过在所述3D天线阵列(150；150a-j)的响应矢量函数的复指数的指数中包含的多个方位角(Φ)和仰角(Θ)的值处对所述响应矢量函数进行采样，来选择针对感兴趣方向(156)的导向矢量；或者
通过在所述3D天线阵列(150；150a-j)的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的三角函数的各个值处对所述响应矢量函数进行采样，来选择针对感兴趣方向(156)的导向矢量。
15.根据权利要求14所述的发射机，其中，所述感兴趣方向(156)与码本矩阵(Ω)中的所述导向矢量相关联，并且在2D散点图中形成网格图案，所述网格图案具有平行的行(402)和平行的列(404)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)至少包括旋转对称性，其中，所述波束集矩阵(F1)基于分量波束集矩阵(XV、XH)的组合，其中第一分量波束集矩阵(XV、XH)与所述3D天线阵列(150；150a-j)的第一段相关联，其中第二分量波束集矩阵(XV、XH)与所述3D天线阵列(150；150a-j)的第二段相关联，其中，所述波束集矩阵(F1)包括所述组合的Kronecker乘积结构，其中，所述第一分量波束集矩阵(XV、XH)与所述3D天线阵列(150；150a-j)的第一维度有关，并且所述第二分量波束集矩阵(XV、XH)与所述3D天线阵列(150；150a-j)的第二维度有关。
17.根据前述权利要求中任一项所述的发射机，其中，所述波束集矩阵(F1)基于分量波束集矩阵(XV、XH)的组合，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括平行于第一方向和第二方向(x，y)布置的多个平面天线配置(162)，所述多个平面天线配置(162)沿着垂直于所述第一方向和所述第二方向(x，y)的第三方向(z)根据线性天线配置进行堆叠；
其中，所述预编码器矩阵(F)基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)的组合，所述波束集矩阵(F1)包括针对所述3D天线阵列(150；150a-j)的导向矢量，所述选择矩阵用于从所述波束集矩阵(F1)中选择要应用于所述3D天线阵列(150；150a-j)的至少一个导向矢量，
其中，所述Kronecker乘积结构基于所述导向矢量中与所述平面天线配置(162)有关的第一分量和与所述3D天线阵列(150；150a-j)的所述线性天线配置有关的第二分量，其中所述第一分量和所述第二分量彼此解耦。
18.根据权利要求16或17所述的发射机，其中，所述发射机被配置为通过改变定义所述波束集矩阵(F1)的所述第一分量波束集矩阵(XH)或所述第二分量波束集矩阵(XV)来适配所述波束成形权重。
19.根据前述权利要求中任一项所述的发射机，其中，所述发射机被配置为响应于接收到的反馈信号(508)来适配所述波束成形权重，其中，所述反馈信号(508)包括与任一分量波束集矩阵(XV)或分量波束集矩阵(XH)或两个分量波束集矩阵有关的信息。
20.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，所述发射机包括多个码本，其中，每个码本与天线元件(152；152N)的特定子集(422)相关联，每个码本包含用于所述3D天线阵列(150；150a-j)的导向矢量的集合。
21.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，所述预编码器(112)包括以下中的至少两个元素：
所述预编码器(112)包括基于所述波束集矩阵(F1)和所述选择矩阵(F2)以及所述分配矩阵(FP)的所述预编码器矩阵(F)，所述功率分配矩阵适用于选择性地调整所述天线元件(152；152N)的天线增益；以及
所述预编码器(112)包括基于所述波束集矩阵(F1)和所述选择矩阵(F2)的预编码器矩阵(F)，其中，所述波束集矩阵(F1)基于与所述3D天线阵列(150；150a-j)的天线元件的不同段相关联的分量波束集矩阵(XV、XH)的组合；以及
所述预编码器(112)包括基于所述波束集矩阵(F1)和所述选择矩阵(F2)的预编码器矩阵(F)，其中，所述波束集矩阵(F1)基于所述元件选择矩阵(Td)，所述元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件(152；152N)，以保持不用于波束成形到与所述波束集矩阵(F1)的使用的导向矢量相关联的方向。
22.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括以下至少之一：
■柱形3D天线阵列(150；150a-j)；
■锥形3D天线阵列(150；150a-j)；
■平面天线阵列(UPA/UCA)和柱形3D天线阵列(150；150a-j)的组合；
■平面天线阵列(UPA/UCA)和锥形3D天线阵列(150；150a-j)的组合；以及
■平面天线阵列(UPA/UCA)、柱形3D天线阵列(150；150a-j)和锥形3D天线阵列(150；150a-j)的组合。
23.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)的所述天线元件(152；152N)根据至少第一极化和第二极化布置，其中，所述波束集矩阵(F1)是块对角矩阵，所述块对角矩阵包括作为与所述第一极化相关联的第一子矩阵的第一块(X1)，并且包括作为与所述第二极化相关联的第二子矩阵的第二块(X2)。
24.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括平行于第一方向和第二方向(x，y)布置的多个平面天线配置(162)，所述多个平面天线配置(162)沿着垂直于所述第一方向和所述第二方向(x，y)的第三方向(z)根据线性天线配置进行堆叠。
25.根据前述权利要求之一所述的发射机，其中，所述发射机被配置为向接收机发送指示所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局的信号(506)。
26.一种发射机，包括：
3D天线阵列(150...
【专利技术属性】
技术研发人员：素他顺·瓦拉他拉贾恩，马库斯·格罗斯曼，马库斯·兰德曼，拉尔斯·蒂勒，马丁·库拉斯，托马斯·赫斯腾，托马斯·沃思，莱塞克·拉斯基科夫斯基，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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