用于波束形成训练的方法和系统以及使用该方法和系统的通信装置.pdf

本发明提供一种包括通信装置的通信系统。一通信装置作为一施训通信装置，产生并发送至少一个级联训练序列，且从其余多个通信装置中的至少一处接收一或多个响应消息，响应消息描述相应信道特性。其余多个通信装置中一或多个中的每一个作为受训通信装置，接收至少一个级联训练序列，根据所接收的至少一级联训练序列确定该施训通信装置与受训通信装置之间的信道特性，将该信道特性嵌入以产生至少一响应消息，并发送该响应消息。

1.  一种通信系统，其特征在于，所述通信系统包含：
多个通信装置，其中
一个通信装置作为一施训者，产生至少一个级联训练序列，并发送所述至少一个级联训练序列，且从所述多个通信装置的其余通信装置中的至少一处接收一或多个响应消息，所述一或多个响应消息描述相应信道特性；
所述多个通信装置的其余通信装置中的一或多个作为受训者，其中每一个接收所述至少一个级联训练序列，根据所接收的所述至少一个级联训练序列确定所述施训者与受训者之间的所述信道特性，将所述信道特性嵌入以产生所述至少一响应消息，并发送所述至少一响应消息。

2.  如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，作为所述施训者的所述通信装置进一步获得至少一个训练序列，调制所述训练序列，并级联已调制训练序列以获得所述至少一个级联训练序列，其中，所述通信装置依照预设规则用不同方案调制每个训练序列，以承载不同的信息。

3.  如权利要求2所述的通信系统，其特征在于，作为所述施训者的所述通信装置用正交矩阵的列向量调制所述训练序列，以缩放所述训练序列。

4.  如权利要求2所述的通信系统，其特征在于，作为所述施训者的所述通信装置将不同的天线加权向量应用至所述训练序列以调制所述训练序列，其中，每个天线加权向量与特定的发送波束型相关联。

5.  如权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述发送波束型是根据多个参数中的至少一个来确定，所述多个参数包含：所述多个通信装置其中之一的发送信号相位和强度、天线数目、天线的布置以及每一天线各自的发送波束型。

6.  如权利要求2所述的通信系统，其特征在于，作为所述施训者的所述通信装置根据不同的调制方案或使用不同的码率来调制所述训练序列。

7.  如权利要求2所述的通信系统，其特征在于，作为所述施训者的所述通信装置用逐渐增加的物理速率来调制所述训练序列。

8.  如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述信道特性包含最优天线配置，所述最优天线配置是根据所接收的所述级联训练序列撷取的。

9.  一种波束形成训练方法，用于通信系统中施训通信装置对一或多个受训通信装置进行波束形成训练，其特征在于，所述方法包含：
获得训练序列；
准备多个方案；
依照预设规则用所述多个方案调制所述训练序列，并产生多个已调制训练序列；
将所述多个已调制训练序列级联，以形成级联训练序列；以及
将所述级联训练序列至少发送一次至一或多个所述受训通信装置。

10.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：
从接收所述级联训练序列的一或多个所述受训通信装置处接收至少一响应消息，所述至少一响应消息承载相应信道信息。

11.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个已调制训练序列中的每一个承载关于相应信道特性的信息，所述信道特性是所述施训通信装置与一或多个所述受训通信装置之间的信道特性。

12.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，用正交矩阵调制所述训练序列。

13.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述调制的步骤更包含：
将所述正交矩阵的一个列向量个别应用至所述训练序列，以获得所述多个已调制训练序列之一。

14.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述正交矩阵是离散傅立叶矩阵或哈达马矩阵。

15.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个方案包含多个预设码，每个预设码与特定发送波束型相关联。

16.  如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：
在所述施训通信装置和一或多个所述受训通信装置之间共享所述多个预设码；其中，所述调制的步骤更包含：
将不同的预设码应用至所述训练序列，以获得所述多个已调制训练序列。

17.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调制的步骤更包含：
用不同的物理速率调制所述训练序列，以获得所述多个已调制训练序列。

18.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调制的步骤更包含：
用逐渐增加的物理速率调制所述训练序列，以获得所述多个已调制训练序列。

19.  一种波束形成训练方法，用于通信系统中对一或多个通信装置进行波束形成训练，其特征在于，所述方法包含：
接收至少一个级联训练序列，其中，所述至少一个级联训练序列是通过级联多个已调制训练序列来产生的，且所述多个已调制序列是根据预设规则用多个方案调制预设训练序列来产生的；
根据已接收的所述至少一个级联训练序列撷取信道特性，以获得一训练结果；
根据所述训练结果产生至少一个响应消息；以及
发送所述响应消息。

20.  如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述多个已调制训练序列是根据不同的天线配置来产生。

21.  如权利要求19所述的方法，其特征在于，将不同的天线加权向量应用至所述预设训练序列，以产生所述多个已调制训练序列，每一天线加权向量与特定发送波束型相关联。

22.  如权利要求19所述的方法，其特征在于，通过使用不同调制方案或不同码率以产生所述多个已调制训练序列。

23.  如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述信道特性包含最优天线配置，所述最优天线配置是根据已接收的所述级联训练序列撷取的。

用于波束形成训练的方法和系统以及使用该方法和系统的通信装置
相关申请案的交叉引用
本申请要求题为“Concatenated training sequence for beamforming”的美国临时申请案No.61/073,425(申请日为2008/06/18)的优先权。在此参考并结合该临时申请案的全部内容。
技术领域
本发明是关于一种波束形成训练(beamforming training)方法，用于在通信系统中同时对一或多个通信装置进行波束形成训练。
背景技术
通信系统可应用波束形成技术以提高通信性能，波束形成技术在通信发送端和接收端均使用多个天线。一般来说，在数据传输之前，为获得最优的发送端和/或接收端天线配置，需要训练采用多个天线的通信装置。在传统的波束形成训练步骤中，一个通信装置向一个同级(peer)通信装置发送一或多个预设波束形成训练位序列(bit-sequence)。接着，该同级通信装置接收至少一个预设波束形成训练位序列，并用所接收的位序列估计信道特性，然后将估计结果返回至发送该预设位序列的通信装置。然而，传统波束形成训练是一对一的训练步骤。特别是在例如毫米波通信系统的高频应用中，由于天线的定向性(directionality)，更希望在一个训练通信期(session)内只训练一个通信装置。
基于传统的波束形成训练方法，当通信系统有多于一个通信装置时，训练步骤将需要大量(相当于通信装置数目的平方个)通信期和消息，这严重降低了训练的效率。因此，急需一种波束形成训练的新方法，以解决上述的低效率问题。
发明内容
本发明提供通信系统和方法，在通信系统中用于施训通信装置对一或多个受训通信装置进行波束形成训练。通信系统的一个实施例包含多个通信装置。一个通信装置作为施训通信装置，产生并发送至少一个级联训练序列，且从其余多个通信装置中的至少一处接收一或多个响应消息，响应消息描述相应信道特性。其余多个通信装置中一或多个中的每一个作为受训通信装置，接收至少一个级联训练序列，根据所接收的至少一级联训练序列确定施训通信装置与受训通信装置之间的信道特性，将信道特性嵌入以产生至少一响应消息，并发送该响应消息。
在通信系统中用于施训通信装置对一或多个受训通信装置进行波束形成训练的方法的一个实施例包含：获得一训练序列；准备多个方案(scheme)；依照一预设规则用该多个方案调制该训练序列，并产生多个已调制训练序列；级联该多个已调制训练序列以形成一级联训练序列；以及至少一次将该级联训练序列发送至该一或多个受训通信装置。
在通信系统中用于波束形成训练一或多个通信装置的方法的另一实施例包含：接收至少一个级联训练序列，其中，该至少一个级联训练序列是通过级联多个已调制训练序列来产生的，且该多个已调制序列是根据一预设规则用多个方案调制一预设训练序列产生的；根据已接收的该至少一个级联训练序列撷取信道特性，以获得一训练结果；根据该训练结果产生至少一个响应消息；以及发送该多个响应消息。
后续将参考实施例和附图来详细描述本发明。
附图说明
通过阅读随后的细节描述和伴随参考附图的实施例可以更全面的理解本发明。
图1是根据本发明一个实施例的通信系统；
图2是根据本发明一个实施例，通信系统中施训通信装置对一或多个受训通信装置进行波束形成训练的方法流程图；
图3是根据本发明一个实施例的示范级联训练序列；以及
图4是根据本发明一个实施例，在受训通信装置端波束形成训练方法的另一流程图。
具体实施方式
以下描述是预期中执行本发明的最佳方式。这些描述的目的在于举例说明本发明的大体原则，且不应被视为对本发明的限制。本发明的范围应参考所附权利要求来做最佳确定。
图1是根据本发明一个实施例的通信系统的示意图。通信系统100包含多个通信装置，例如通信装置101～104。根据本发明的一个实施例，其中一个通信装置可侦测一或多个其它通信装置的存在。通信系统100中的任一个通信装置均可作为施训通信装置。发送信号可达的其它通信装置(包括施训通信装置计划训练的目标通信装置)可以是受训通信装置。根据本发明的一个实施例，可在一个训练通信期内实现一对多(one-to-many)的波束形成训练。换言之，在一个训练通信期内可同时训练一或多个受训通信装置。
图2是根据本发明一个实施例通信系统中施训通信装置对一或多个受训通信装置进行波束形成训练的方法流程图。施训通信装置获得训练序列并准备多个方案(步骤S201)。接着，施训通信装置依据预设规则，用多个方案调制训练序列并产生多个已调制训练序列(步骤S202)。最后，施训通信装置将多个已调制训练序列级联，以形成一或多个级联训练序列(步骤S203)，以及，施训通信装置将级联训练序列至少一次发送至一或多个受训通信装置(步骤S204)。
根据本发明的一个实施例，可根据预设规则用不同方案调制训练序列，以承载不同的信息。例如，多个已调制训练序列中的每一个可承载关于相应信道特性的信息，信道特性是指施训通信装置与一或多个受训通信装置之间的信道特性。信道特性可包含施训通信装置的天线配置。图3展示根据本发明一个实施例的示范级联训练序列。级联训练序列300可包含前导和多个已调制训练序列b-seq₁，b-seq₂，...b-seq_n。后文将描述用不同方案调制训练序列的方法细节。
根据本发明的一个实施例，施训通信装置(例如通信装置101)可使用不同的天线加权向量(Antenna Weighting Vector，AWV)调制训练序列，不同的AWV与不同的发送波束型(pattern)相关联。例如，施训通信装置可根据正交矩阵调制训练序列。正交矩阵可以是离散傅立叶矩阵、哈达马矩阵等等。离散傅立叶矩阵可由下式定义：
式1
其中n是施训通信装置的天线数目，且应当注意，此处介绍的离散傅立叶矩阵和哈达马矩阵仅为举例，本领域普通技术人员容易理解还有其它类型的正交矩阵，即本发明并不以此为限。
根据本发明的一个实施例，施训通信装置可以将正交矩阵的一个行(column)向量个别应用至训练序列，以获得多个已调制训练序列b-seq₁，b-seq₂，...b-seq_n之一。可用正交矩阵的列向量来缩放(scale)训练序列，以在发送训练序列之前调整训练序列的振幅和/或相位。应用不同的列向量可导致不同的发送波束型，例如图1所示的波束型P₁，P₂...P_n。
根据本发明另一实施例，施训通信装置也可用预设码本(code book)调制训练序列。预设码本可包含描述一或多个发送波束特性(例如天线方向或天线增益图案)的多个AWV。施训通信装置可通过将不同的AWV应用至训练序列来调制训练序列，以获得多个已调制训练序列，其中，每个AWV与一个特定的发送波束型相关联，例如图1所示的波束型P₁，P₂...P_n。根据本发明的一个实施例，根据多个参数中的至少一个可确定发送波束型，该多个参数包含：施训通信装置发送信号的相位和强度、天线数目、天线的布置以及每一天线组件各自的发送波束型。进一步，根据本发明的实施例，预设码可以是施训通信装置(例如通信装置101)和受训通信装置(例如通信装置102-104)所共享的信息。
根据本发明另一实施例，施训通信装置也可获得多个调制方案，并依照预设规则用不同调制方案调制训练序列。例如，施训通信装置可用不同的物理速率(physical rate)或码率来调制训练序列，以获得多个已调制训练序列。预设规则可指定第一物理速率以产生第一已调制训练序列b-seq₁，并可指定第二物理速率以产生余下的已调制训练序列b-seq₂至b-seq_n。又如，施训通信装置可以用逐渐增加的物理速率来调制训练序列，以获得多个已调制训练序列。
依据上述方法获得多个已调制训练序列之后，施训通信装置将多个已调制训练序列级联，以形成一或多个级联训练序列(例如图3所示的级联训练序列300)，然后施训通信装置至少一次将级联训练序列发送至一或多个受训通信装置。根据本发明的一个实施例，可用一方法执行一或多个级联训练序列的发送，该方法使得在发送信号可达范围之内的受训通信装置可接收到一或多个级联训练序列中的至少一个。例如，该方法可以是广播一个全向(omni-directional)级联训练序列，或者发送一或多个级联训练序列至相应的预设区域，其中每个区域的角度小于360°。
图4是根据本发明一个实施例，在受训通信装置端波束形成训练方法的另一流程图。施训通信装置发送至少一个级联训练序列后，一或多个受训通信装置(例如通信装置102-104)接收至少一级联训练序列用于波束形成训练(步骤S401)。接着，一或多个受训通信装置根据所接收的至少一级联训练序列，确定施训通信装置与一或多个受训通信装置之间的信道特性(步骤S402)。最后，一或多个受训通信装置嵌入信道特性信息以产生至少一响应消息，并发送该响应消息(步骤S403)。
根据本发明的一个实施例，根据所接收级联训练序列撷取的信道特性可包括以下参数的组合：天线方向、天线相位旋转向量、最优天线配置等等。例如，一或多个受训通信装置根据所接收的至少一级联训练序列，可计算出令信噪比(SNR)最大的加权向量作为训练结果，并回复该训练结果至施训通信装置。又如，一或多个受训通信装置根据所接收的至少一级联训练序列，可撷取最优天线码作为训练结果，并回复该训练结果至施训通信装置。
根据本发明的一个实施例，在施训通信装置从多个受训通信装置中的至少一处接收一或多个响应消息之后，波束形成训练通信期即可完成，其中，响应消息是描述相应信道特性。基于本发明实施例提出的波束形成训练方法，施训通信装置在一个训练通信期内可同时训练多个受训通信装置，由此实现了一对多的波束形成训练。
虽然本发明以示例的方式及依据较佳实施例描述如上，但应当理解本发明并不以此为限。任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明精神和范围内，当可做各种更动与润饰，因此本发明保护范围当视所附权利要求所界定者为准。