基于定位似然性的波束形成器优化制造技术

根据一个方面，提供了一种波束形成处理装置，用于包括天线阵列的无线电发送器或接收器。该波束形成处理装置包括用于在数据库中维护关于天线阵列的辐射属性和针对目标设备位置的概率密度函数的信息的部件。天线阵列的辐射属性包括波束参数和与波束参数相关的波束增益函数。波束形成处理装置还包括用于基于概率密度函数和波束增益函数来计算波束增益的累积分布函数，并且基于该累计分布函数通过最大化第一优化参数来计算波束参数的一个或多个最优值的部件，该第一优化参数基于受第二优化参数的最小值影响的所述一个或多个累积分布函数被定义。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于定位似然性的波束形成器优化
各种示例实施例涉及无线通信。
技术介绍
由于可以利用那些频率上可用的较大频谱信道，因此使用毫米波载波频率具有巨大的潜力，以满足许多5G新无线电(NR)用例及其不同应用领域中所设想的非常高的数据速率要求。在毫米波通信中，可以在通信链路的发送器(TX)和接收器(RX)端都采用包括大量天线元件的天线阵列。大型天线阵列能够提供所需的高天线增益，以补偿在使用毫米波载波频率时增加的路径损耗。而且，大规模MIMO(多输入多输出)部署允许空间复用多个数据流以占用相同的时间和频率资源，使能提高无线电通信系统的频谱效率。然而，大型毫米波天线阵列通常提供具有非常窄的波束宽度的波束，这意味着发送器和接收器侧天线阵列需要被仔细地定向为彼此面对，以便从高天线增益中受益。这在设计毫米波通信系统时存在重大挑战。
技术实现思路
根据一个方面，提供了独立权利要求的主题。实施例是在从属权利要求中限定的。实现的一个或多个示例在下面的附图和具体实施方式中更详细地被陈述。其他特征将通过描述和附图以及权利要求而明显。附图说明在下文中，示例实施例将参照所附附图被更详细地描述，其中图1图示了例示的无线通信系统；图2和3图示了例示的波束形成发送器/接收器架构；图4、图5A、图5B、图6A、图6B、图7和图8图示了根据实施例的示例性过程；以及图9和图10图示了根据实施例的使用示例性过程的示例性波束形成优化结果；图11A和11B图示了根据实施例的示例性过程；以及图12图示了根据实施例的装置。具体实施方式以下实施例仅被呈现为示例。尽管说明书可能在文本的多个位置中引用“一”、“一个”或“一些”(多个)实施例和/或(多个)示例，但这并不一定意味着每个引用是对相同的(多个)实施例或(多个)示例进行的，或者特定特征仅适用于单个实施例和/或示例。不同实施例和/或示例的单个特征还可以被组合以提供其他实施例和/或示例。在下文中，作为实施例可以被应用的接入架构的示例，不同的例证实施例将使用基于高级长期演进(高级LTE，LTE-A)或新无线电(NR，5G)的无线电接入架构来描述，然而，不将实施例限于这种架构。对于本领域技术人员显而易见的是，通过适当地调整参数和程序，实施例也可以被应用于具有合适部件的其他种类的通信网络。用于合适系统的其他选项的一些示例是通用移动电信系统(UMTS)无线电接入网络(UTRAN或E-UTRAN)、长期演进(LTE，与E-UTRA相同)、无线局域网(WLAN或WiFi)、全球微波接入互操作性(WiMAX)、个人通信服务(PCS)、宽带码分多址(WCDMA)、使用超宽带(UWB)技术的系统、传感器网络、移动自组织网络(MANET)和互联网协议多媒体子系统(IMS)或其任何组合。图1描绘了简化的系统架构的示例，其仅示出了一些元件和功能实体，全部是逻辑单元，其实施方式可能与所示出的不同。图1所示的连接是逻辑连接；实际的物理连接可能有所不同。对于本领域技术人员显而易见的是，该系统通常还包括除了图1所示的功能和结构以外的其他功能和结构。然而，实施例不被限于作为示例给出的系统，但是本领域技术人员可以将解决方案应用于设置有必要属性的其他通信系统。图1的示例示出了例示无线电接入网络的一部分。图1示出了被配置为处于小区中的一个或多个通信信道上的无线连接中的用户设备100和102，其中接入节点(诸如(e/g)NodeB)104提供该小区。从用户设备到(e/g)NodeB的物理链路被称为上行链路或反向链路，并且从(e/g)NodeB到用户设备的物理链路被称为下行链路或前向链路。应该了解的是，(e/g)NodeB或其功能性可以通过使用适合于这种用法的任何节点、主机、服务器或接入点等实体来实施。通信系统通常包括多于一个(e/g)NodeB，在这种情况下，(e/g)NodeB也可以被配置为通过为该目的设计的有线或无线链路相互通信。这些链路可以被用于信令目的。(e/g)NodeB是被配置为控制与其耦合的通信系统的无线电资源的计算设备。该NodeB也可以被称为基站、接入点或包括能够在无线环境中操作的中继站的任何其他类型的接口设备。(e/g)NodeB包括或被耦合至收发器。连接从(e/g)NodeB的收发器被提供给天线单元，该连接建立到用户设备的双向无线电链路。天线单元可以包括多个天线或天线元件。(e/g)NodeB还被连接至核心网络110(CN或下一代核心NGC)。取决于系统，CN侧的对方可以是服务网关(S-GW，路由和转发用户数据分组)、用于提供用户设备(UE)与外部分组数据网络的连接性的分组数据网络网关(P-GW)或移动管理实体(MME)等。用户设备(也称为UE、用户设备、用户终端、终端设备等)图示了空中接口上的资源被分配和指派的一种类型的装置，因此本文用用户设备描述的任何特征可以用诸如中继节点等对应装置来实施。这种中继节点的示例是指向基站的第3层中继(自回传中继)。用户设备通常是指包括在具有或没有订户标识模块(SIM)的情况下操作的无线移动通信设备的便携式计算设备，包括但不限于以下类型的设备：移动站(移动电话)、智能手机、个人数字助理(PDA)、手机、使用无线调制解调器的设备(警报或测量设备等)、膝上型和/或触摸屏计算机、平板计算机、游戏机、笔记本计算机和多媒体设备。应该了解的是，用户设备也可以是几乎独有的仅上行设备，其示例是将图像或视频剪辑加载到网络的相机或摄影机。用户设备还可以是具有在物联网(IoT)网络中操作的能力的设备，该IoT网络是物体被设置有通过网络转移数据的能力而无需人与人或人与计算机交互的场景。用户设备(或在一些实施例中，第3层中继节点)被配置为执行用户设备功能性中的一个或多个。仅提及几个名称或装置，用户设备也可以被称为订户单元、移动站、远程终端、接入终端、用户终端或用户设备(UE)。本文描述的各种技术也可以被应用于信息物理系统(CPS)(协作控制物理实体的计算元件的系统)。CPS可以实现在不同位置处的物理物体中嵌入的大量互连ICT设备(传感器、致动器、处理器、微控制器等)的实施和开发。所讨论的物理系统具有固有的移动性的移动信息物理系统是信息物理系统的子类别。移动物理系统的示例包括移动机器人以及由人或动物运输的电子产品。应该理解的是，在图1中，仅为了清楚起见，用户设备被描绘为包括2个天线。接收和/或发送天线的数量自然可以根据当前实施方式而变化。附加地，尽管装置已经被描绘为单个实体，但是不同的单元、处理器和/或存储器单元(未在图1中全部示出)可以被实施。5G使得能够使用多输入多输出(MIMO)天线，比LTE(所谓的小小区概念)多得多的基站或节点，包括与较小站协作操作并取决于服务需求、用例和/或可用频谱采用多种无线电技术的宏站点。5G移动通信支持广泛的用例和相关应用，包括视频流、增强现实、数据共享的不同方式以及各种形式的机器类应用，包括车辆安全性、不同的传感器和实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波束形成处理装置，用于包括天线阵列的无线电发送器或无线电接收器，所述波束形成处理装置包括：/n至少一个处理器；以及/n至少一个存储器，包括计算机程序代码；/n所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使所述波束形成处理装置至少执行：/n在数据库中维护关于所述天线阵列的辐射属性的信息、以及关于针对一个或多个目标设备的一个或多个定位中的每个定位的概率密度函数的信息，其中所述天线阵列的所述辐射属性包括一个或多个波束参数的值的集合以及二维或三维波束增益函数，所述一个或多个波束参数的值的集合定义由所述天线阵列可产生的每个波束的形状，所述二维或三维波束增益函数被定义为取决于所述一个或多个波束参数；/n针对所述一个或多个波束参数的值的每个集合，基于所述一个或多个概率密度函数和所述波束增益函数来计算波束增益的一个或多个累积分布函数；以及/n通过最大化第一优化参数来计算所述一个或多个波束参数的定义最优波束的一个或多个最优值，所述第一优化参数基于受第二优化参数的预定义最小值影响的所述一个或多个累积分布函数而被定义。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种波束形成处理装置，用于包括天线阵列的无线电发送器或无线电接收器，所述波束形成处理装置包括：
至少一个处理器；以及
至少一个存储器，包括计算机程序代码；
所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使所述波束形成处理装置至少执行：
在数据库中维护关于所述天线阵列的辐射属性的信息、以及关于针对一个或多个目标设备的一个或多个定位中的每个定位的概率密度函数的信息，其中所述天线阵列的所述辐射属性包括一个或多个波束参数的值的集合以及二维或三维波束增益函数，所述一个或多个波束参数的值的集合定义由所述天线阵列可产生的每个波束的形状，所述二维或三维波束增益函数被定义为取决于所述一个或多个波束参数；
针对所述一个或多个波束参数的值的每个集合，基于所述一个或多个概率密度函数和所述波束增益函数来计算波束增益的一个或多个累积分布函数；以及
通过最大化第一优化参数来计算所述一个或多个波束参数的定义最优波束的一个或多个最优值，所述第一优化参数基于受第二优化参数的预定义最小值影响的所述一个或多个累积分布函数而被定义。


2.根据权利要求1所述的波束形成处理装置，其中所述第一优化参数与至少一个目标设备的服务概率相关并且所述第二优化参数与所述至少一个目标设备的波束增益相关，或者所述第一优化参数与至少一个目标设备的波束增益相关并且所述第二优化参数与所述至少一个目标设备的服务概率相关。


3.根据权利要求1或2所述的波束形成处理装置，其中所述服务概率被定义为针对至少实现对于目标设备的波束增益的预定义值的概率。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的波束形成处理装置，其中如果所述波束形成处理装置用于所述无线电发送器，则所述一个或多个目标设备中的每个目标设备是目标接收器，或者如果所述波束形成处理装置用于所述无线电接收器，则所述一个或多个目标设备中的每个目标设备是目标发送器。


5.根据任一项前述权利要求所述的波束形成处理装置，其中如果所述波束形成处理装置用于所述无线电发送器，则所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使所述波束形成处理装置执行：
引起在发送时使用所述最优波束经由所述天线阵列向所述至少一个目标接收器发送至少一个信号。


6.根据任一项前述权利要求所述的波束形成处理装置，其中如果所述波束形成处理装置用于所述无线电发送器，则所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使所述波束形成处理装置执行：
响应于所述最优波束是使用所述天线阵列的多个所述天线元件的仅一部分被生成的，引起使用以下波束经由所述天线阵列向至少一个次级目标接收器发送信号，所述波束是使用所述多个天线元件中的未使用的天线元件而被生成的。


7.根据任一项前述权利要求所述的波束形成处理装置，其中如果所述波束形成处理装置用于所述无线电接收器，则所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使所述波束形成处理装置执行：
在接收时使用所述最优波束经由所述天线阵列从所述至少一个目标发送器接收至少一个信号。


8.根据任一项前述权利要求所述的波束形成处理装置，其中如果所述波束形成处理装置用于所述无线电接收器，则所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使所述波束形成处理装置执行：
响应于所述最优波束是使用所述天线阵列的多个所述天线元件的仅一部分被生成的，使用以下波束经由所述天线阵列从至少一个次级目标发送器接收信号，所述波束是使用所述多个天线元件中的未使用的天线元件而被生成的。


9.根据任一项前述权利要求所述的波束形成处理装置，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与至少一个处理器一起使所述波束形成处理装置：根据以下等式来执行针对目标设备的位置的所述波束增益的每个累积分布函数的所述计算
F(γ，θ)＝∫Ωpx(x)dx1...dxD，
其中F(γ，θ)是取决于所述波束增益γ和向量的累积分布函数，所述向量表示所述一个或多个波束参数θ的值的集合，px(x)是针对所述目标设备的所述定位x的概率密度函数，Ω被定义为并且D是所述波束增益函数的维度的数目，g(x，θ)是所述波束增益函数。


10.所述波束形成处理装置，其中所述第一优化参数和所述第二优化参数根据以下一项被定义：
所述第一优化参数是针对所述一个或多个目标设备中的目标设备的服务概率，并且所述第二优化参数是针对所述目标设备的波束增益，
所述第一优化参数是针对所述目标设备的所述波束增益，并且所述第二优化参数是针对所述目标设备的所述服务概率，
所述第一优化参数是针对一个或多个目标设备的组合服务概率，并且所述第二优化参数是针对所述一个或多个目标设备的所述波束增益，以及
所述第一优化参数是针对一个或多个目标设备的组合波束增益，并且所述第二优化参数是针对所述一个或多个目标设备的所述服务概率。


11.根据权利要求10所述的波束形成处理装置，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为，与所述至少一个处理器一起使所述波束形成处理装置通过以下操作来执行所述一个或多个波束参数的定义所述最优波束的所述一个或多个最优值的所述计算：
如果所述第一优化参数被定义为针对所述目标设备的所述波束增益，并且所述第二优化参数被定义为针对所述目标设备的所述服务概率，则使用以下等式来计算所述一个或多个最优值



其中F-1(1-ηth，θ)是与要被最大化的所述波束增益γmax相对应的累积分布函数的逆函数，ηth是所述服务概率的所述预定义最小值，并且θ对应于所述一个或多个波束参数的值；并且/或者
如果所述第一优化参数被定义为针对所述目标设备的所述服务概率并且所述第二优化参数被定义为针对所述目标设备的所述波束增益，则使用以下等式来计算所述一个或多个最优值



其中F(γth，θ)是累积分布函数，1-F(γth，θ)与要被最大化的所述服务概率ηmax相对应，γth是所述波束增益的所述预定义最小值，并且θ与所述一个或多个波束参数的值相对应。


12.根据权利要求10或11所述的波束形成处理装置，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为，与所述至少一个处理器一起使所述波束形成处理装置通过以下操作来执行所述一个或多个波束参数的定义所述最优波束的所述一个或多个最优值的所述计算：
如果所述第一优化参数被定义为针对所述目标设备的所述组合波束增益并且所述第二优化参数被定义为针对所述目标设备的所述服务概率，则使用以下等式来计算所述一个或多个最优值



其中K是所述一个或多个目标设备的数目，是与针对第n个目标设备要被最大化的所述波束增益γmax相对应的累积分布函数的逆函数，ηth，n是针对所述第n个目标设备的所述服务概率的所述预定义最小值，θ对应于所述一个或多个波束参数的值，并且Ψ是被定义为其自变量的线性组合的补充目标函数，n是具有值n＝1、...、K的正整数；并且/或者
如果所述第一优化参数被定义为针对一个或多个目标设备的所述组合服务概率，并且所述第二优化参数被定义为针对所述一个或多个目标设备的所述波束增益，则使用以下等式来计算所述一个或多个最优值



其中K是所述一个或多个目标设备的所述数目，Ftg，n(1-ηth，n，θ)是针对所述第n个目标设备的累积分布函数，1-F(γth，n，θ)对应于针对所述第n个目标设备要被最大化的所述服务概率...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·J·伊阿莱南，T·勒瓦南，J·O·塔尔维蒂耶，
申请(专利权)人：诺基亚通信公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI