使用波束成形器的子阵列来进行前向链路中的传输

摘要

描述了用于使用天线阵列来跨越宽方位角进行发送的方法、系统和设备。在一个示例中，描述了一种包括从天线阵列中形成两个子阵列的方法。选择针对每个子阵列的波束成形权重，使得辐射模式在小区的所述方位角的范围内是互补的。可以根据递归关系来选择所述波束成形权重，所述递归关系是基于每个子阵列中的天线元素的数量的。信息可以被编码、被加扰并且被映射到调制符号。空频分组码(SFBC)(诸如阿拉莫提码)可以随后用于形成通过所述两个子阵列发送的两个信号。

说明书

交叉引用

本专利申请要求由Namgoong等人于2013年12月10日递交的名称为“Using SubarraysofaBeamformerforTransmissionsinaForwardLink”的美国专利申请 No.14/101,919的优先权，并且被转让给其受让人。

背景技术

以下内容总体上涉及无线通信，并且更具体地涉及使用波束成形器的子阵列来在 前向链路中从基站发送控制信道。无线通信系统被广泛地部署以提供诸如语音、视频、分组 数据、消息传送、广播等等各种类型的通信内容。这些系统可以是能够通过共享可用的系统 资源(例如，时间、频率以及功率)来支持与多个用户的通信的多址系统。这样的多址系统的 示例包括码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统以及正交频分 多址(OFDMA)系统。

通常，无线多址通信系统可以包括多个基站，每个基站同时支持针对多个移动设 备的通信。这些移动设备可以是基于地面的或位于空中交通工具(诸如飞机或直升机)中。 基站可以在前向链路和反向链路上与移动设备进行通信。每个基站具有覆盖范围，其可以 被称为小区的覆盖区域。

基站可以被装备具有天线元素的阵列，天线元素一起发送以形成瞄准单个移动设 备的窄波束。然而，在某些情况下，一个以上的移动设备将存在于单个小区中。当发生这种 情况时，基站可能期望同时向其覆盖区域中的每个移动设备传送共同信息。这可能要求在 宽角度范围(方位角)内进行传送。为了在宽角度内进行传送，基站可以使用单个天线元素 而不使用其天线元素中的所有天线元素来进行发送。然而，单个天线以高功率等级进行发 送以便到达小区的边缘，而这给出了对基站处的天线设计的约束。

发明内容

所描述的特征总体上涉及用于使用天线阵列来跨越宽方位角发送控制信道的至 少一种改进的方法和装置。在一个示例中，描述了一种包括从天线阵列中形成两个子阵列 的方法。选择针对每个子阵列的波束成形权重，使得辐射模式在小区的所述方位角的范围 内是互补的。可以根据递归关系来选择所述波束成形权重，所述递归关系是基于每个子阵 列中的天线元素的数量的。信息可以被编码、被加扰并且被映射到调制符号。空频分组码 (SFBC)(诸如阿拉莫提(Alamouti)码)可以随后用于形成通过所述两个子阵列发送的两个 信号。

在一个实施例中，描述的所述方法用于发送控制信道。在另一个实施例中，所述递 归关系包括可重复的算法，其用于使用具有初始数量个元素的两个波束成形权重集合来构 建具有所述初始数量个元素两倍的两个额外的波束成形权重集合。所述递归关系还可以至 少部分地基于至少一个设计参数。在这种情况下，可以基于传输条件来选择一个或多个设 计参数值，并且可以基于所述设计参数值的改变来动态地更新针对所述两个子阵列的波束 成形权重。

在一个示例中，第一子阵列的功率辐射模式与第二子阵列的功率辐射模式的总和 在所述小区的所述方位角的所述范围内是不变的。在另一个示例中，第一阵列元素集合和 第二阵列元素集合具有相同的元素模式。

所述第一子阵列或所述第二子阵列的至少一个单独的阵列元素在所述小区的所 述方位角的所述范围内可以是全方向的。在一个实施例中，所述阵列天线可以是均匀线性 阵列天线。

还描述了一种用于在无线通信系统中使用阵列天线来发送数据的装置，其包括： 用于从阵列天线的第一阵列元素集合中形成第一子阵列的单元，用于从所述阵列天线的第 二阵列元素集合中形成第二子阵列的单元，以及用于选择针对所述第一子阵列的第一波束 成形权重集合和针对所述第二子阵列的第二波束成形权重集合的单元，所选择的波束成形 权重使得所述第一子阵列的功率辐射模式与所述第二子阵列的功率辐射模式在小区的方 位角的范围内互补，其中，所述选择是至少部分地基于递归关系的，所述递归关系是至少部 分地基于所述第一子阵列和所述第二子阵列中的元素的数量的。

描述了一种用于在无线通信系统中使用阵列天线来发送数据的装置，其包括：处 理器、与所述处理器相电通信的存储器、以及存储在所述存储器中的指令，所述指令是可由 所述处理器执行的，以执行以下操作：从阵列天线的第一阵列元素集合中形成第一子阵列， 从所述阵列天线的第二阵列元素集合中形成第二子阵列，以及选择针对所述第一子阵列的 第一波束成形权重集合和针对所述第二子阵列的第二波束成形权重集合，所选择的波束成 形权重使得所述第一子阵列的功率辐射模式与所述第二子阵列的功率辐射模式在小区的 方位角的范围内互补，其中，所述选择是至少部分地基于递归关系的，所述递归关系是至少 部分地基于所述第一子阵列和所述第二子阵列中的元素的数量的。

还描述了一种用于在无线通信系统中使用阵列天线来发送数据的非暂时性计算 机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储可由处理器执行的指令，以执行以下操作： 从阵列天线的第一阵列元素集合中形成第一子阵列，从所述阵列天线的第二阵列元素集合 中形成第二子阵列，以及选择针对所述第一子阵列的第一波束成形权重集合和针对所述第 二子阵列的第二波束成形权重集合，所选择的波束成形权重使得所述第一子阵列的功率辐 射模式与所述第二子阵列的功率辐射模式在小区的方位角的范围内互补，其中，所述选择 是至少部分地基于递归关系的，所述递归关系是至少部分地基于所述第一子阵列和所述第 二子阵列中的元素的数量的。

根据下文的具体实施方式、权利要求书和附图，所描述的方法和装置的适用性的 进一步的范围将变得显而易见。具体实施方式和具体示例仅是通过说明的方式给出的，这 是因为在本描述的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。

附图说明

对本发明的性质和优势的进一步的理解可以参考以下附图来实现。在附图中，相 似的组件或特征可以具有相同的参考标记。此外，相同类型的各种组件可以通过在参考标 记后跟有破折号和第二标记进行区分，所述第二标记用于在相似组件之间进行区分。如果 在说明书中仅使用了第一参考标记，则描述内容可应用到具有相同的第一参考标记的相似 组件中的任何一个，而不考虑第二参考标记。

图1示出了无线通信系统的图；

图2示出了示例性基站的框图；

图3示出了描绘波束成形模块和发送模块的合成的基站的示例的框图；

图4示出了发送模块的示例的框图；

图5示出了实现额外功能的基站的示例的框图；

图6是两个16元素子阵列的阵列因子功率模式的示例的图；

图7是用于使用天线阵列的波束成形器来进行发送的方法的流程图；

图8是用于使用实现阿拉莫提码的天线阵列的波束成形器来进行发送的方法的流 程图；

图9是用于使用基于设计参数来更新的天线阵列的波束成形器来进行发送的方法 的流程图；以及

图10是根据某些实施例的用于使用天线阵列的波束成形器来进行发送的方法的 流程图。

具体实施方式

所描述的特征总体上涉及用于使用天线阵列来跨越宽方位角发送信息(诸如控制 信道)的至少一种改进的装置和方法。在一个示例中，描述了一种包括从天线阵列中形成两 个子阵列的方法。选择针对每个子阵列的波束成形权重，使得辐射模式在小区的方位角的 范围内是互补的。根据递归关系来选择波束成形权重，递归关系是基于每个子阵列中的天 线元素的数量的。信息可以被编码、被加扰并且被映射到调制符号。空频分组码(SFBC)(诸 如阿拉莫提码)可以随后用于形成通过两个子阵列发送的两个信号。

子阵列的组合功率辐射模式在小区的方位角的范围内可以是不变的或近似不变 的。使用SFBC来确保在该范围中的方位角处的移动设备可以可靠地接收调制符号，无论哪 个子阵列在该位置具有较高的发送功率。这允许基站使用其天线元素中的所有天线元素来 发送广播信息，这样避免了需要将基站设计为具有能够遍及小区的整个范围来进行发送的 单个元素。

因此，下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或配置 进行限制。可以在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，对论述的元素的功能和布置 做出改变。各种实施例可以酌情省略、替代或添加各种过程或组件。例如，所描述的方法可 以以与所描述的次序不同的次序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以 将关于某些实施例描述的特征组合到其它实施例中。

首先参照图1，图示出了无线通信系统100的示例。无线通信系统100包括多个基站 (或小区)105、通信设备115以及核心网130。基站105可以在基站控制器(未示出)的控制之 下与通信设备115进行通信，基站控制器可以是各种实施例中的核心网130或基站105的一 部分。基站105可以通过回程链路132与核心网130传送控制信息和/或用户数据。在某些实 施例中，基站105可以通过回程链路134直接地或间接地彼此进行通信，回程链路134可以是 有线的或无线的通信链路。无线通信系统100可以支持在多个载波(不同频率的波形信号) 上的操作。多载波发射机可以在多个载波上同时发送经调制的信号。例如，每个通信链路 125可以是根据各种无线技术来调制的多载波信号。每个经调制的信号可以在不同的载波 上被发送，并且可以携带控制信息(例如，参考信号、控制信道等)、开销信息、数据等。

基站105可以经由一个或多个基站天线与移动设备115无线地进行通信。基站105 站点中的每个基站105站点可以为相应的地理覆盖区域110提供通信覆盖。在某些实施例 中，基站105可以被称为基站收发机、无线基站、接入点、无线收发机、基本服务集(BSS)、扩 展服务集(ESS)、节点B、演进型节点B(eNB)、家庭节点B、家庭演进型节点B或某种其它适当 的术语。可以将针对基站105的地理覆盖区域110划分为扇区(未示出)，扇区仅构成覆盖区 域的一部分。无线通信系统100可以包括不同类型的基站105(例如，宏基站、微基站和/或微 微基站)。对于不同的技术，可能存在重叠的覆盖区域。

核心网130可以经由回程132(例如，S1等)与基站105进行通信。基站105还可以例 如经由回程链路134(例如，X2等)和/或经由回程链路132(例如，通过核心网130)直接地或 间接地彼此进行通信。无线通信系统100可以支持同步操作或异步操作。对于同步操作，基 站105可以具有相似的帧时序，并且来自不同基站105的传输可以在时间上近似对齐。对于 异步操作，基站105可以具有不同的帧时序，并且来自不同基站105的传输可以不在时间上 对齐。本文所描述的技术可以用于同步操作或异步操作。

移动设备115可以散布于整个无线通信系统100中，并且每个移动设备115可以是 静止的或移动的。移动设备115可以是基于地面的或位于空中交通工具(诸如飞机、直升机 或热气球)上。移动设备115还可以被称为移动站、用户站、移动单元、用户单元、无线单元、 远程单元、移动设备、无线设备、无线通信设备、远程设备、移动用户站、接入终端、移动终 端、无线终端、远程终端、手持设备、用户代理、移动客户端、客户端或某种其它适当的术语。 移动设备115可以是双向无线单元、无线蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、无线调制解调器、 无线通信设备、手持设备、平板型计算机、膝上型计算机、无绳电话、无线本地环路(WLL)站 等等。

在无线通信系统100中示出的通信链路125可以包括从移动设备115到基站105的 上行链路(UL)传输，和/或从基站105到移动设备115的下行链路(DL)传输。下行链路传输还 可以被称为前向链路传输，而上行链路传输还可以被称为反向链路传输。

接下来转向图2，框图200示出了根据各个实施例的用于使用阵列天线来发送数据 的基站105-a。基站105-a可以是参照图1描述的基站105的一个或多个方面的示例。基站 105-a还可以包括处理器。基站105-a可以包括信号生成模块205、波束成形模块210和/或发 送模块215。这些组件中的每个组件可以彼此相通信。

可以利用适合在硬件中执行可应用的功能中的某些或全部功能的一个或多个专 用集成电路(ASIC)来单独地或共同地实现基站105-a的这些组件。替代地，可以在一个或多 个集成电路上由一个或多个其它处理单元(或内核)来执行所述功能。在其它实施例中，可 以使用可以被以本领域已知的任何方式编程的其它类型的集成电路(例如，结构化的/平台 ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)和其它半定制IC)。还可以利用体现在存储器中的、被格式 化以由一个或多个通用或专用处理器执行的指令来全部地或部分地实现每个单元的功能。 所提及的模块中的每个模块可以是用于执行与基站105-a的操作有关的一个或多个功能的 单元。

信号生成模块205可以接收信息，诸如分组、用户数据和/或控制信息。所接收的信 息可以被编码、被速率匹配、被交织、被加扰和被映射到调制符号。根据SFBC(诸如阿拉莫提 码)从调制符号生成并行信号。信号可以被传递给发送模块215。

波束成形模块210可以从阵列天线中形成一个或多个子阵列，并且选择阵列元素 的波束成形权重。波束成形权重也可以被传递给发送模块215。

发送模块215可以根据波束成形模块210所选择的波束成形权重来发送从信号生 成模块205接收的一个或多个信号。发送模块可以包括，但不限于阵列天线，在某些实施例 中，阵列天线可以是均匀线性阵列天线。

接下来转向图3，框图300示出了根据各个实施例的用于使用阵列天线来发送数据 的基站105-b。基站105-b可以是参照图1或图2描述的基站105的一个或多个方面的示例。基 站105-b可以包括信号生成模块205、波束成形模块210-a和/或发送模块215-a。这些组件中 的每个组件可以彼此相通信。

可以利用适合在硬件中执行可应用的功能中的某些或全部功能的一个或多个专 用集成电路(ASIC)来单独地或共同地实现基站105-b的这些组件。替代地，可以在一个或多 个集成电路上由一个或多个其它处理单元(或内核)来执行所述功能。在其它实施例中，可 以使用可以被以本领域已知的任何方式编程的其它类型的集成电路(例如，结构化的/平台 ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)和其它半定制IC)。还可以利用体现在存储器中的、被格式 化以由一个或多个通用或专用处理器执行的指令来全部地或部分地实现每个单元的功能。 所提及的模块中的每个模块可以是用于执行与基站105-b的操作有关的一个或多个功能的 单元。

信号生成模块205可以接收信息，诸如分组、用户数据和/或控制信息。所接收的信 息可以被编码、被速率匹配、被交织、被加扰和被映射到调制符号。根据SFBC(诸如阿拉莫提 码)从调制符号生成并行信号。信号可以被传递给发送模块215。第一信号可以被传递给第 一子阵列315，以及第二信号可以被传递给第二子阵列320。

波束成形模块210可以从阵列天线中形成一个或多个子阵列，并且选择针对阵列 元素的波束成形权重。波束成形权重也可以被传递给发送模块215。波束成形模块210-a可 以包括子阵列形成模块305和/或波束成形权重选择模块310。

发送模块215可以根据波束成形模块210所选择的波束成形权重，来发送从信号生 成模块205接收的一个或多个信号。发送模块可以包括，但不限于阵列天线，在某些实施例 中，阵列天线可以是均匀线性阵列天线。

在一个实施例中，发送模块215-a使用第一子阵列315和第二子阵列320来发送控 制信道。因此，发送模块215-a可以是用于使用第一子阵列315和第二子阵列320来发送控制 信道的单元。

子阵列形成模块305可以从发送模块215-a中的阵列天线的第一阵列元素集合中 形成第一子阵列315，并且还可以从阵列天线的第二阵列元素集合中形成第二子阵列320。

波束成形权重选择模块310可以选择针对第一子阵列315的第一波束成形权重集 合和第二子阵列320的第二波束成形权重集合。所选择的波束成形权重可以使得第一子阵 列315的功率辐射模式与第二子阵列320的功率辐射模式在小区的方位角的范围内互补。可 以至少部分地基于递归关系来选择波束成形权重，递归关系可以是至少部分地基于第一子 阵列315和第二子阵列320中的元素的数量的。递归关系可以包括可重复的算法，其用于使 用具有初始数量个元素的第三波束成形权重集合和具有初始数量个元素的第四波束成形 权重集合来构建具有初始数量个元素两倍的第五波束成形权重集合和具有初始数量个元 素两倍的第六波束成形权重集合。

波束成形权重选择模块310可以选择针对第一子阵列315的波束成形权重 和针对第二子阵列320的波束成形权重其中n表示每个子阵列中的 元素的数量。可以指示将由第一子阵列315形成的阵列因子，所述第一子阵列315 可以包含n个元素{k,k+1,…,k+n-1}，其中k是子阵列中的第一个元素的索引：

$A_k^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)\stackrel{\Delta }{=}{e}^{j\pi k\Omega }{\Sigma }_{l=0}^{n-1}{a}_l^{\left(n\right)}{e}^{j\pi l\Omega }---\left(1\right)$

表达式可以指示将由第二子阵列320形成的阵列因子，所述第二子阵列320 也可以包含n个元素{k,k+1,…,k+n-1}，其中k是子阵列中的第一个元素的索引：

$B_k^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)\stackrel{\Delta }{=}{e}^{j\pi k\Omega }{\Sigma }_{l=0}^{n-1}{b}_l^{\left(n\right)}{e}^{j\pi l\Omega }---\left(2\right)$

根据来定义变量Ω，参数φ是针对移动设备115的侧射角。侧射角是通 过以下方式来与方位角(azimuthangle)和仰角(elevationangle)关联的：

sinφ＝sin(azimuthangle)·sin(elevationangle)(3)

如果第一子阵列被形成具有元素{k,k+1,…,k+n-1}，以及第二子阵列被形成具有 元素{k+n,k+n+1,…,k+2n-1}，那么由这两个子阵列形成的阵列因子可以由和 来表示。例如，每个子阵列可以包括16个元素，其中k＝0，并且阵列因子可以由 和来表示。相应的波束成形系数由和来给出。

两个n元素子阵列的阵列因子功率模式的总和可以由G⁽ⁿ⁾(Ω)来给出：

$G^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)\stackrel{\Delta }{=}{\left|A_k^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)\right|}^2+{\left|B_{k+n}^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)\right|}^2---\left(4\right)$

在以下内容中，介绍了用于构建针对第一子阵列的波束成形权重和针 对第二子阵列的波束成形权重的方法。

波束成形权重选择模块310根据递归关系来选择针对第一子阵列315和第二子阵 列320的波束成形权重：

以及：

变量和是设计参数，它们是任意地或至少部分地基于一个或多 个传输条件来选择的。波束成形权重选择模块310可以至少部分地基于对至少一个设计参 数值的更新来更新波束成形权重。因此，波束成形权重选择模块310可以是用于选择针对第 一子阵列315的第一波束成形权重集合和针对第二子阵列320的第二波束成形权重集合的 单元。

同样地，可以根据如下关系来选择波束成形权重：

以及

其中a^(m)和b^(m)是被定义为如下的向量：

${\underset{‾}{a}}^{\left(m\right)}=[a_0^{\left(m\right)},a_1^{\left(m\right)},...,a_{m-1}^{\left(m\right)}]---\left(9\right)$

以及

${\underset{‾}{b}}^{\left(m\right)}=[b_0^{\left(m\right)},b_1^{\left(m\right)},...,b_{m-1}^{\left(m\right)}]---\left(10\right)$

在一个示例中，波束成形权重选择模块310利用单位能量的单个元素子阵列来开 始递归计算：

$\left|a_0^{\left(1\right)}\right|=\left|b_0^{\left(1\right)}\right|=1,---\left(11\right)$

结果是以下各项的针对单个元素子阵列的阵列因子：

$A_k^{\left(1\right)}\left(\Omega \right)=a_0^{\left(1\right)}{e}^{j\pi k\Omega }---\left(12\right)$

$B_k^{\left(1\right)}\left(\Omega \right)=b_0^{\left(1\right)}{e}^{j\pi k\Omega }---\left(13\right)$

随后可以根据上文给出的递归关系来计算针对具有更多元素的子阵列的波束成 形权重。在其它示例中，波束成形权重选择模块310可以以具有一个以上的元素的子阵列的 权重(即，对于某个正整数m₀≥2为和)，它们被已知为形成了在小 区的方位角的范围内的阵列因子模式的常数总和开始递归关系。

可以通过波束成形权重选择模块310来选择波束成形权重，使得第一子阵列315的 功率辐射模式与第二子阵列320的功率辐射模式的总和在小区的方位角的范围内是不变 的。例如，如果阵列元素中的所有阵列元素具有相同的元素模式，则子阵列的辐射模式可以 由子阵列的阵列因子和元素模式的乘积来给出。因此，两个子阵列的功率辐射模式的总和 可以由阵列元素的功率辐射模式和阵列因子功率模式的总和G⁽ⁿ⁾(Ω)的乘积来给出。由于 单独的阵列元素在小区中的移动设备的方位角的可能范围内可以几乎是全方向的，所以两 个子阵列的功率辐射模式的总和可以近似为G⁽ⁿ⁾(Ω)。

因此，可以使用上文给出的方法来选择针对两个子阵列中的每个子阵列的波束成 形权重，使得阵列因子功率模式的总和G⁽ⁿ⁾(Ω)在小区中的移动设备的方位角的可能范围 内是不变的。

由于对于任何整数k₀，

$A_{k+k_0}^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)=e^{{\mathrm{j\pi k}}_0\Omega }{A}_k^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)---\left(14\right)$

$B_{k+k_0}^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)=e^{{\mathrm{j\pi k}}_0\Omega }{B}_k^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)---\left(15\right)$

所以可以根据如下公式来计算阵列因子功率模式的总和G⁽ⁿ⁾(Ω)：

$G^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)={\left|A_0^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)\right|}^2+{\left|B_0^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)\right|}^2---\left(16\right)$

在每个子阵列具有n个阵列元素，并且对于某些正整数m₀和q，n＝m₀×2^q的情况下， 其中可以通过使用上文给出的递归关系根据和来获得 和这可以被示出为：

$G^{\left(n\right)}\left(\Omega \right)=\frac{n}{m_0}{G}^{\left(m_0\right)}\left(\Omega \right)---\left(17\right)$

因此，只要可以随后选择针对第一子阵列315的波束成形权重和针 对第二子阵列320的波束成形权重使得对于所有Ω而言，是不变 的，那么与和对应的G⁽ⁿ⁾(Ω)在|Ω|＜1或的范围内就是不变 的。

作为一个示例，选择以及对于所有m，选择对 于两个元素的子阵列，该示例给出了波束成形权重：

a⁽²⁾＝[1,1](第一子阵列315)

b⁽²⁾＝[1,-1](第二子阵列320)

对于四个元素的子阵列，该示例给出：

a⁽⁴⁾＝[1,1,1,-1](第一子阵列315)

b⁽⁴⁾＝[1,1,-1,1](第二子阵列320)

对于八个元素的子阵列，该示例给出：

a⁽⁸⁾＝[1,1,1,-1,1,1,-1,1](第一子阵列315)

b⁽⁸⁾＝[1,1,1,-1,-1,-1,1,-1](第二子阵列320)

对于十六个元素的子阵列，该示例给出：

a⁽¹⁶⁾＝[1,1,1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,-1,-1,-1,1,-1](第一子阵列315)

b⁽¹⁶⁾＝[1,1,1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,1](第二子阵列320)

作为另一个示例，选择以及对于所有m，选择对 于两个元素的子阵列，该示例给出了波束成形权重：

a⁽²⁾＝[1,j](第一子阵列315)

b⁽²⁾＝[j,1](第二子阵列320)对于四个元素的子阵列，该示例给出：

a⁽⁴⁾＝[1,j,-1,j](第一子阵列315)

b⁽⁴⁾＝[j,-1,j,1](第二子阵列320)

对于八个元素的子阵列，该示例给出：

a⁽⁸⁾＝[1,j,-1,j,-1,-j,-1,j](第一子阵列315)

(第二子阵列320)

对于十六个元素的子阵列，该示例给出：

a⁽¹⁶⁾＝[1,j,-1,j,-1,-j,-1,j,-1,-j,1,-j,-1,-j,-1,j](第一子阵列315)

(第二子阵列320)

第一子阵列315和第二子阵列320可以根据空频分组码(SFBC)使用所选择的波束 成形权重来进行发送。SFBC可以是基于阿拉莫提码的。根据一种版本的阿拉莫提码，通过一 对子载波来发送两个调制符号。在第一子载波上，使用第一子阵列315来发送调制符号x₀。 使用第二子阵列320来发送调制符号在第二子载波(其可以是与第一子载波相邻的) 上，可以使用第一子阵列315来发送调制符号x₁，以及可以使用第二子阵列320来发送调制 符号

在移动设备115接收天线处接收的这对相邻子载波上的信号可以写为：

$r_0=H_0{x}_0-H_1{x}_1^{*}+n_0---\left(18\right)$

$r_1=H_0{x}_1+H_1{x}_0^{*}+n_1---\left(19\right)$

其中H₀是在这对子载波上的从第一子阵列315到移动设备115接收天线的信道增 益，H₁是在这对子载波上的从第二子阵列320到移动设备115接收天线的信道增益，并且n₀和 n₁分别表示在第一子载波和第二子载波上看见的噪音和干扰。

对调制符号x₀和x₁的估计可以通过如下来获得：

${\hat{x}}_0=H_0^{*}{r}_0+H_1{r}_1^{*}---\left(20\right)$

${\hat{x}}_1=H_0^{*}{r}_1-H_1{r}_0^{*}---\left(21\right)$

和的信号分量通过以下方式来给出：

$E\left[{\hat{x}}_0\right]={||H||}^2{x}_0---\left(22\right)$

$E\left[{\hat{x}}_1\right]={||H||}^2{x}_1---\left(23\right)$

其中E[·]指示系综平均值，以及

${||H||}^2\stackrel{\Delta }{=}{\left|H_0\right|}^2+{\left|H_1\right|}^2---\left(24\right)$

其中H₀和H₁分别为第一子阵列315和第二子阵列320的辐射模式的函数，并且||H| |²与两个子阵列的功率辐射模式的总和成比例。

由于选择了针对子阵列的波束成形权重，使得两个子阵列的功率辐射模式的总和 在小区中的移动设备115的方位角的可能范围内几乎是不变的，所以上文示出的所接收的 在解调处理之后获得的调制符号看起来像是通过处理从具有非常宽波束的单个天线发送 的信号来获得的。

接下来转向图4，框图400示出了根据各个实施例的用于发送数据的发送模块215- b(其可以包括阵列天线)。发送模块215-b可以是参照图2和/或图3描述的发送模块215的一 个或多个方面的示例。发送模块215-b可以包括第一子阵列315-a、第二子阵列320-a、多个 阵列元素410、以及至少一个在阵列元素之间的距离420。

可以利用适合在硬件中执行可应用的功能中的某些或全部功能的一个或多个专 用集成电路(ASIC)来单独地或共同地实现发送模块215-b的这些组件。替代地，可以在一个 或多个集成电路上由一个或多个其它处理单元(或内核)来执行所述功能。在其它实施例 中，可以使用可以被以本领域已知的任何方式编程的其它类型的集成电路(例如，结构化 的/平台ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)和其它半定制IC)。还可以利用体现在存储器中的、 被格式化以由一个或多个通用或专用处理器执行的指令来全部地或部分地实现每个单元 的功能。所提及的模块中的每个模块可以是用于执行与发送模块215-b的操作有关的一个 或多个功能的单元。

在一个实施例中，阵列元素之间的距离420可以是相同的，但是在其它实施例中， 其可以是不同的。在一个实施例中，发送模块215-b可以包括均匀线性阵列天线。在其它实 施例中，发送模块215-b可以包括是非均匀线性阵列天线的阵列天线。

在一个实施例中，一半阵列元素410可以包括在第一子阵列315-a中，以及另一半 阵列元素410可以包括在第二子阵列320-a中。然而，其它实施例是可能的，诸如可以在第一 子阵列315-a和第二子阵列320-a之间交替阵列元素410，或者将所有阵列元素410包括在第 一子阵列315-a中并且也包括在第二子阵列320-a中。

在一个实施例中，第一子阵列315和第二子阵列320的阵列元素410具有相同的元 素模式。在其它实施例中，不同的模式可以用于形成第一子阵列315和第二子阵列320。

接下来转向图5，框图示出了可以被配置用于使用阵列天线来发送数据的通信系 统500。该通信系统500可以是在图1中描绘的无线通信系统100的方面的示例。通信系统500 可以包括基站105-c，其可以是在图1-3中描绘的基站105的示例。基站105-c可以包括信号 生成模块205、波束成形模块210、发送模块215、存储器510、处理器模块520、SFBC模块525以 及设计参数更新模块530，它们均可以彼此直接地或间接地(例如，通过一个或多个总线)相 通信。发送模块215可以被配置为与一个或多个网络双向地进行通信。在某些情况下，基站 105-c可以通过网络通信模块505来与核心网130-a进行通信。通信系统500还可以包括非暂 时性计算机可读介质，非暂时性计算机可读介质存储可由可以包括在处理器模块520中的 处理器执行的指令。存储器510可以与处理器模块520相电通信。

基站105-c还可以与其它基站105(诸如基站105-d和基站105-e)进行通信。在某些 情况下，基站105-c可以利用基站通信模块540来与其它基站105进行通信。在某些实施例 中，基站通信模块540可以提供LTE无线通信技术内的X2接口，以提供在基站105中的某些基 站105之间的通信。在某些实施例中，基站105-c可以通过核心网130-a来与其它基站105进 行通信。

存储器510可以包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。存储器510还可以 存储计算机可读的、计算机可执行的软件代码515，软件代码515包含被配置为当被执行时 使得处理器模块520执行本文描述的各种功能(例如，呼叫处理、数据库管理、消息路由等) 的指令。替代地，软件代码515可能不是可由处理器模块520直接执行的，但是软件代码515 可以被配置为使得计算机(例如，当被编译和被执行时)执行本文描述的功能。

处理器模块520可以包括智能硬件设备，例如，中央处理单元(CPU)、微控制器、专 用集成电路(ASIC)等。

根据图5的架构，基站105-c还可以包括通信管理模块535。通信管理模块535可以 管理与其它基站105的通信。通过举例的方式，通信管理模块535可以是基站105-c的组件， 其可以经由总线与基站105-c的其它组件中的某些或全部其它组件相通信。替代地，通信管 理模块535的功能可以被实现作为发送模块215的组件、作为非暂时性计算机可读介质、和/ 或作为处理器模块520的一个或多个控制器元素。

基站105-c的组件可以被配置为实现上文论述的方面，并且为了简洁起见，这里可 以不做重复。例如，波束成形模块210可以包括与图2和/或图3的波束成形模块210类似的功 能。

在某些实施例中，发送模块215连同基站105-c的其它可能的组件可以使用子阵列 来发送数据，已经选择了子阵列的波束成形权重，以使得功率辐射模式的总和在小区的方 向角内是不变的。在某些实施例中，发送模块215连同基站105-c的其它可能的组件可以至 少部分地基于SFBC来在子阵列上进行发送，SFBC是至少部分地基于阿拉莫提码的。

接下来转向图6，示出了描绘具有两个16元素子阵列的阵列天线的示例阵列因子 功率模式的图600，阵列天线利用根据上文描述的递归关系来选择的波束成形权重来进行 发送。图600描绘了包括阵列元素0-15的16元素子阵列的第一阵列因子功率模式605，其可 以根据如下表达式来确定：

${\left|A_0^{\left(16\right)}\left(sin\right(\phi \left)\right)\right|}^2/32---\left(25\right)$

这可以是来自图3和图4的第一子阵列315的阵列因子功率模式的示例。图600还描 绘了包括阵列元素16-31的16元素子阵列的第二阵列因子功率模式610，其是根据如下表达 式来确定的：

${\left|B_{16}^{\left(16\right)}\left(sin\right(\phi \left)\right)\right|}^2/32---\left(26\right)$

这可以是来自图3-4的第二子阵列320的阵列因子功率模式的示例。图600还描绘 了阵列因子功率模式的总和615，其是根据如下表达式来确定的：

G⁽³²⁾(sin(φ))/32(27)

图600的水平轴表示角度φ(以度为单位)，而垂直轴表示功率(以分贝为单位)。阵 列因子功率模式的总和615在范围{-90°＜φ＜90°}内可以是不变的。

接下来转向图7，示出了根据本公开内容的各个方面的描绘用于在无线通信系统 中使用阵列天线来发送数据的方法700的流程图。为了清楚起见，下文参照图1-3和5的基站 105的方面描述了方法700。特别地，方法700可以由图2-3的波束成形模块210来执行。在某 些实施例中，基站105或其它装置可以执行一个或多个代码集，以控制下文描述的功能元 素。

在框705处，子阵列形成模块305可以从位于发送模块215中的阵列天线的第一元 素集合中形成第一子阵列315。第一子阵列315可以是从阵列天线的第一半元素中形成的， 其可以位于发送模块215中。第一子阵列315还可以是从阵列元素的其它配置(诸如每隔一 个元素或所有元素)中形成的。

在框710处，子阵列形成模块305可以从位于发送模块215中的阵列天线的第二元 素集合中形成第二子阵列320。第二子阵列320是可以在形成了第一子阵列315之后，从阵列 天线的剩余元素中形成的，或其可以包括某些或全部与第一子阵列315相同的元素。

在框715处，波束成形权重选择模块310可以选择针对第一子阵列315的第一波束 成形权重集合，并且可以选择针对第二子阵列320的第二波束成形权重集合，所选择的波束 成形权重使得第一子阵列315的功率辐射模式与第二子阵列320的功率辐射模式互补。在一 个实施例中，对权重的选择可以是至少部分地基于递归关系的。

因此，方法700可以提供在无线通信系统中使用阵列天线来进行对数据的传输。应 当注意的是，方法700仅是一种实现方式，并且可以重新安排或以其它方式修改方法700的 操作，使得其它实现方式是可能的。

接下来转向图8，示出了根据本公开内容的各个方面的描绘用于在无线通信系统 中使用阵列天线来发送数据的方法800的流程图。为了清楚起见，下文参照图1-3和5的基站 105的方面描述了方法800。在某些实施例中，基站105或其它装置可以执行一个或多个代码 集，以控制下文描述的功能元素。

在框805处，信号生成模块205可以将经编码的比特流映射到调制符号，诸如相移 键控(PSK)或正交振幅调制(QAM)符号。

在框810处，信号生成模块205可以根据SFBC从调制符号生成两个并行信号，所述 SFBC可以是部分地基于阿拉莫提码的。

在框815处，子阵列形成模块305可以从位于发送模块215中的阵列天线的第一元 素集合中形成第一子阵列315。第一子阵列315可以从子阵列天线的第一半元素中形成，其 可以位于发送模块215中。第一子阵列315还可以是从阵列元素的其它配置(诸如每隔一个 元素或所有元素)中形成的。

在框820处，子阵列形成模块305可以从位于发送模块215中的阵列天线的第二元 素集合中形成第二子阵列320。第二子阵列320可以是在形成了第一子阵列315之后，从阵列 天线的剩余元素中形成的，或其可以包括某些或全部与第一子阵列315相同的元素。

在框825处，波束成形权重选择模块310可以选择针对第一子阵列315的第一波束 成形权重集合，并且可以选择针对第二子阵列320的第二波束成形权重集合。所选择的波束 成形权重可以使得第一子阵列315的功率辐射模式与第二子阵列320的功率辐射模式互补。 可以至少部分地基于递归关系来选择权重。

在框830处，发送模块215可以利用波束成形权重来在两个子阵列上发送两个信 号。

因此，方法800可以提供在无线通信系统中使用阵列天线来进行对数据的传输。应 当注意的是，方法800仅是一种实现方式，并且可以重新安排或以其它方式修改方法800的 操作，使得其它实现方式是可能的。

接下来转向图9，示出了根据本公开内容的各个方面的描绘用于在无线通信系统 中使用阵列天线来发送数据的方法900的流程图。为了清楚起见，下文参照图1-3和5的基站 105的方面描述了方法900。在某些实施例中，基站105或其它装置可以执行一个或多个代码 集，以控制下文描述的功能元素。

在框905处，信号生成模块205可以将经编码的比特流映射到调制符号，诸如相移 键控(PSK)或正交振幅调制(QAM)符号。

在框910处，信号生成模块205可以根据SFBC从调制符号生成两个并行信号，SFBC 可以是部分地基于阿拉莫提码的。

在框915处，子阵列形成模块305可以从位于发送模块215中的阵列天线的第一元 素集合中形成第一子阵列315。第一子阵列315可以从阵列天线的第一半元素中形成，其可 以位于发送模块215中。第一子阵列315还可以是从阵列元素的其它配置(诸如每隔一个元 素或所有元素)中形成的。

在框920处，子阵列形成模块305可以从位于发送模块215中的阵列天线的第二元 素集合中形成第二子阵列320。第二子阵列320可以在形成了第一子阵列315之后，从阵列天 线的剩余元素中形成，或其可以包括某些或全部与第一子阵列315相同的元素。

在框925处，波束成形权重选择模块310可以选择针对第一子阵列315的第一波束 成形权重集合，并且可以选择针对第二子阵列320的第二波束成形权重集合。在一个示例 中，可以选择波束成形权重，以便使得第一子阵列315的功率辐射模式与第二子阵列320的 功率辐射模式互补。递归关系可以用于选择这些波束成形权重。

在框930处，发送模块215可以利用波束成形权重来在两个子阵列上发送两个信 号。

在框935处，设计参数更新模块530可以至少部分地基于一个或多个传输条件来更 新至少一个设计参数值。在更新了设计参数值之后，波束成形权重选择模块310可以至少部 分地基于所更新的设计参数值来更新波束成形权重。这是在方法900中通过从框935开始并 回到框925的箭头来描绘的。因此，设计参数更新模块530可以是用于更新针对第一子阵列 315的第一波束成形权重集合和针对第二子阵列的第二波束成形权重集合的单元。对权重 的更新可以是至少部分地基于对至少一个设计参数值的更新的。

因此，方法900可以提供在无线通信系统中使用阵列天线来进行对数据的传输。应 当注意的是，方法900仅是一种实现方式，并且可以重新安排或以其它方式修改方法900的 操作，使得其它实现方式是可能的。

接下来转向图10，示出了描绘方法1000的流程图，方法1000用于选择针对两个子 阵列的波束成形权重，使得阵列因子功率模式的总和在小区的方位角的范围内是不变的。 为了清楚起见，下文参照图1-3和图5的基站105的方面描述了方法1000。特别地，方法1000 的某些步骤可以由图2-3的波束成形模块210来执行。在某些实施例中，基站105或其它装置 可以执行一个或多个代码集，以控制下文描述的功能元素。

在框1005处，波束成形权重选择模块310可以选择期望的、波束成形权重的数量n， n等于两个子阵列中的每个子阵列中的天线元素410的数量。

在框1010处，波束成形权重选择模块310可以针对第一子阵列315来选择m₀个波束 成形权重的初始集合并且针对第二子阵列320来选择m₀个权重的另一集合使 得对于某个正整数q，n＝m₀×2^q。波束成形权重选择模块310将变量m初始化为m₀。初始权重 可以被设置为1，如在上文示例中描述的，或者它们可以是不同于1的。

在框1015处，波束成形权重选择模块310可以将针对第一子阵列315的波束成形权 重a^(m)与针对被同相旋转了第一设计参数的第二子阵列320的波束成形权重b^(m)连接， 这给出了2m个系数的新的集合：

在框1020处，波束成形权重选择模块310可以将作为结果的2m个系数旋转第二设 计参数以得到针对第一子阵列315的波束成形权重的下一集合：

在框1025处，波束成形权重选择模块310可以将针对第一子阵列315的波束成形权 重a^(m)与针对被同相旋转了π弧度以及第一设计参数的第二子阵列320的波束成形权 重b^(m)连接，这给出了2m个系数的另一集合：

在框1030处，波束成形权重选择模块310可以将该作为结果的2m个系数的集合旋 转第三设计参数以得到针对第二子阵列320的波束成形权重的下一集合：

在框1035处，波束成形权重选择模块310可以确定2m是否等于n，n是期望的、在第 一子阵列315中和在第二子阵列320中的阵列元素410的数量。

在框1040处，在2m仍然小于n的情况下，波束成形权重选择模块310将变量m加倍， 即，m←2×m。

在框1405处，在2m＝n的情况下，针对第一子阵列315的波束成形权重的数量和针 对第二子阵列320的波束成形权重的数量将等于期望的、各自的子阵列中的天线元素410的 数量。那么发送模块215可以随后使用针对第一子阵列315的第一波束成形权重集合a⁽ⁿ⁾的 第一集合来发送第一信号，以及使用针对第二子阵列320的第二波束成形权重集合b⁽ⁿ⁾的第 二来发送第二信号，使得作为结果的功率辐射模式的总和在小区的方位角的范围内是不变 的。

因此，方法1000可以提供对针对两个子阵列的波束成形权重的选择，使得它们的 阵列因子功率模式的总和在小区的方位角的范围内是不变的。应当注意的是，方法1000仅 是一种实现方式，并且可以重新安排或以其它方式修改方法1000的操作，使得其它实现方 式是可能的。

本文所描述的技术可以用于各种无线通信系统，诸如下一代空中-地面系统。所述 技术还可以用于CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、SC-FDMA以及其它系统。术语“系统”和“网络”经常 被互换使用。CDMA系统可以实现诸如CDMA2000、通用陆地无线接入(UTRA)等的无线技术。 CDMA2000覆盖IS-2000、IS-95和IS-856标准。IS-2000版本0和A通常被称作为CDMA2000 1X、1X等。IS-856(TIA-856)通常被称作为CDMA20001xEV-DO、高速分组数据(HRPD)等。UTRA 包括宽带CDMA(WCDMA)和CDMA的其它变形。TDMA系统可以实现诸如全球移动通信系统(GSM) 的无线技术。OFDMA系统可以实现诸如超移动宽带(UMB)、演进的UTRA(E-UTRA)、IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE802.16(WiMAX)、IEEE802.20、闪速OFDM等的无线技术。UTRA和E- UTRA是通用移动电信系统(UMTS)中的一部分。3GPP长期演进(LTE)和改进的LTE(LTE-A)是 使用E-UTRA的UMTS的新版本。在来自名称为“第三代合作伙伴计划”(3GPP)的组织的文档中 描述了UTRA、E-UTRA、UMTS、LTE、LTE-A和GSM。在来自名称为“第三代合作伙伴计划2” (3GPP2)的组织的文档中描述了CDMA2000和UMB。本文所描述的技术可以用于上文所提及 的系统和无线技术以及其它系统和无线技术。然而，出于举例的目的，上文的描述对LTE系 统进行了描述，以及在上文描述的大部分地方使用了LTE术语，尽管所述技术的适用范围超 出LTE应用。

上文结合附图阐述的具体实施方式描述了示例性的实施例，并且具体实施方式不 表示可以被实现或在本权利要求范围内的仅有实施例。遍及本描述所使用的术语“示例性 的”意味着“作为示例、实例或说明”，并且不是“优选的”或“比其它实施例有优势”。出于提 供对所描述的技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体 细节的情况下实施这些技术。在某些实例中，以框图的形式示出了公知的结构和设备，以便 避免模糊所描述的实施例的概念。

信息和信号可以是使用多种不同的工艺和技术中的任何一种来表示的。例如，遍 及以上描述所提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以由电压、电流、电 磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或其任意组合来表示。

结合本文公开内容描述的各种说明性的框和模块可以利用被设计为执行本文描 述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列 (FPGA)或其它可编程逻辑设备、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或其任意组合 来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在替代的方式中，处理器可以是任何常规 的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP 和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或任何其它这 样的配置。

本文所描述的功能可以在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任意组合中实现。 如果在由处理器执行的软件中实现，则所述功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计 算机可读介质上或通过其进行传输。其它示例和实现方式在本公开内容和所附的权利要求 的范围和精神内。例如，由于软件的特性，所以可以使用由处理器执行的软件、硬件、固件、 硬连线或这些中的任意项的组合来实现以上描述的功能。用于实现功能的特征还可以物理 地位于各个位置，包括被分布以使得在不同的物理位置来实现功能中的部分功能。此外，如 本文使用的，包括在权利要求书中，如在以“……中的至少一个”结束的项目列表中使用的 “或”指示包含性的列表，以使得例如，“A、B或C中的至少一个”的列表意指A或B或C或AB或AC 或BC或ABC(即，A和B和C)。

计算机可读介质包括非暂时性计算机存储介质和通信介质二者，所述通信介质包 括促进计算机程序从一个地方传送到另一个地方的任何介质。存储介质可以是可由通用或 专用计算机存取的任何可用的介质。通过举例而非限制性的方式，计算机可读介质可以包 括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或者可以用于以 指令或数据结构的形式携带或存储期望的程序代码单元以及可以由通用或专用计算机或 通用或专用处理器来存取的任何其它介质。此外，任何连接被适当地称为计算机可读介质。 例如，如果使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无 线电和微波)从网站、服务器或其它远程源发送软件，则同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或 无线技术(例如红外线、无线电和微波)包括在介质的定义中。如本文所使用的，磁盘和光盘 包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通 常磁性地复制数据，而光盘则利用激光来光学地复制数据。上述的组合也包括在计算机可 读介质的范围内。

提供本公开内容的先前描述，以使本领域中熟练的技术人员能够实现或使用本公 开内容。对本公开内容的各种修改对于本领域中熟练的技术人员将是显而易见的，以及在 不脱离本公开内容的精神或范围的情况下，本文所定义的通用原则可以应用到其它变形 中。遍及本公开内容，术语“示例”或“示例性的”指示示例或实例，并且不暗示或要求对所提 及的示例的任何偏好。因此，本公开内容不旨在受限于本文描述的示例和设计，而是符合与 本文所公开的原则和新颖性特征相一致的最宽的范围。