无线通信网络中用于信号传输和接收的方法和装置
技术领域
本发明涉及无线通信网络，并且具体地涉及波束成形的无线传输。
背景技术
多天线传输和接收方案(包括大规模多输入多输出(MIMO)方案)的使用代表了使新无线电(NR)接口能预期用于第五代(5G)通信网络的关键方面，并且可以部署为在IEEE标准化下的无线局域网(WLAN)中使用。在其几个优点中，通过形成针对在网络的地理覆盖区域内运行的特定无线设备的定向波束，大规模MIMO提供几乎不引起波束间干扰并扩展覆盖范围的窄的传输波束的形成。
然而，在大规模MIMO系统中传输广播信号提出了许多挑战。广播信号已经在蜂窝技术中使用了很长时间，并且也有望成为用于支持物联网(IoT)设备部署的重要特征。例如，广播信号可用于触发多个低功率、在地理上分散的IoT设备。
发明内容
基于在定向传输的零空间中传输广播信号，广播信号传输与特定于设备的定向传输同时发生，但是基本上不干扰定向传输。具体地，广播信号的传输依赖从用于信道估计矩阵的零空间的一个或多个正交基向量形成的波束成形预编码器值，信道估计矩阵表示在多元件天线阵列和被作为特定于设备的传输的目标的无线设备之间的信道。该方法将每个子载波的大部分广播信号能量集中在单个天线元件上以实现良好的广播信号覆盖，同时仍然产生一种波束成形解决方案，其基本上避免了对被作为定向传输的目标的设备处的广播信号干扰。
在一个实施例中，在无线通信网络中的节点处的操作方法包括，估计在天线阵列的元件和一个或多个第一无线通信设备之间的信道，该一个或多个第一无线通信设备被作为在子载波集合中的子载波上的对应的特定于设备的信号的定向传输的目标。该方法还包括，对于子载波集合中的每个子载波，生成第一波束成形预编码器值，用于将特定于设备的信号的信号能量分布在天线阵列的元件上，从而用于特定于设备的信号的定向传输，第一波束成形预编码器值由表示估计信道的信道估计矩阵生成。更进一步，该方法包括生成第二波束成形预编码器值，用于将未被针对任何特定无线通信设备的广播信号的信号能量集中在包括天线阵列的元件中的所分配的一个元件上，第二波束成形预编码器值从用于信道估计矩阵的零空间的一个或多个正交基向量确定，用于在对应于特定于设备的信号的定向传输的方向上衰减广播信号。该方法还包括形成组合信号，作为第一波束成形预编码器值与特定于设备的信号的乘积和第二波束成形预编码器值与广播信号的乘积的组合，用于从天线阵列传输，并且从天线阵列传输用于子载波集合中的对应的子载波的形成的组合信号。
在另一个示例实施例中，被配置为在无线通信网络中操作的节点包括，被配置为从天线阵列传输的通信电路以及与通信电路可操作地相关联的处理电路。处理电路被配置为，估计天线阵列的元件与一个或多个第一无线通信设备之间的信道，该一个或多个第一无线通信设备被作为在子载波集合中的子载波上的对应的特定于设备的信号的定向传输的目标。此外，处理电路被配置为，对于子载波集合中的每个子载波，生成第一波束成形预编码器值，用于将特定于设备的信号的信号能量分布在天线阵列的元件上，从而用于特定于设备的信号的定向传输，第一波束成形预编码器值从表示估计信道的信道估计矩阵生成。此外，处理电路被配置为，对于每个子载波，生成第二波束成形预编码器值，用于将未被针对任何特定无线通信设备的广播信号的信号能量集中在包括天线阵列的元件中的所分配的一个元件上，第二波束成形预编码器从用于信道估计矩阵的零空间的一个或多个正交基向量确定，用于在对应于特定于设备的信号的定向传输的方向上衰减广播信号。更进一步，处理电路被配置为形成组合信号，作为第一波束成形预编码器值与特定于设备的信号的乘积和第二波束成形预编码器值与广播信号的乘积的组合，用于从天线阵列(14)传输，并且从天线阵列传输用于子载波集合中的对应子载波的所形成的组合信号。
在另一个示例实施例中，被配置为在无线通信网络中操作的节点包括信道估计模块，信道估计模块被配置为估计天线阵列的元件与一个或多个第一无线通信设备之间的信道，该一个或多个第一无线通信设备被作为在子载波集合中的子载波上的对应的特定于设备的信号的定向传输的目标。节点中的其他模块包括第一预编码器生成模块，该模块被配置为：对于子载波集合中的每个子载波，生成第一波束成形预编码器值，用于将特定于设备的信号的信号能量分布在天线阵列的元件上，从而用于特定于设备的信号的定向传输，第一波束成形预编码器值从表示估计信道的信道估计矩阵生成。该节点还包括第二预编码器生成模块，该模块被配置为：对于子载波集合中的每个子载波，生成第二波束成形预编码器值，用于将未被针对任何特定无线通信设备的广播信号的信号能量集中在包括天线阵列的元件中的所分配的一个元件上，第二波束成形预编码器从用于信道估计矩阵的零空间的一个或多个正交基向量确定，用于在对应于特定于设备的信号的定向传输的方向上衰减广播信号。更进一步，该节点包括形成模块，形成模块被配置为形成组合信号，作为第一波束成形预编码器值与特定于设备的信号的乘积和第二波束成形预编码器值与广播信号的乘积的组合，用于从天线阵列传输；以及包括传输模块，其被配置为从天线阵列(14)传输用于子载波集合中的对应子载波的所形成的组合信号。
在另一个示例实施例中，一种计算机程序产品包括程序指令，当程序指令由被配置为在无线通信网络中操作的节点的一个或多个处理器执行时，程序指令将该节点配置为，估计在天线阵列的元件与一个或多个第一无线通信设备之间的信道，该一个或多个第一无线通信设备被作为在子载波集合中的子载波上的对应的特定于设备的信号的定向传输的目标。该节点被配置为，对于子载波集合中的每个子载波，生成第一波束成形预编码器值，用于将特定于设备的信号的信号能量分布在天线阵列的元件上，从而用于特定于设备的信号的定向传输，第一波束成形预编码器值从表示估计信道的信道估计矩阵生成，以及生成第二波束成形预编码器值，用于将未被针对于任何特定无线通信设备的广播信号的信号能量集中在包含天线阵列的元件中的所分配的一个元件上。第二波束成形预编码器值从用于信道估计矩阵的零空间的一个或多个正交基向量确定，用于在对应于特定于设备的信号的定向传输的方向上衰减广播信号，并且计算机程序产品还包括程序指令，该程序指令将节点配置为形成组合信号，作为第一波束成形预编码器值与特定于设备的信号的乘积和第二波束成形预编码器值与广播信号的乘积的组合，用于从天线阵列传输，并且从天线阵列传输用于子载波集合中的对应子载波的所形成的组合信号。
当然，本发明不限于上述特征和优点。实际上，本领域技术人员在阅读以下详细描述并在查看附图时将认识到其他特征和优点。
附图说明
图1是无线通信网络的一个实施例的框图，包括被配置为用于波束成形无线传输的节点。
图2是根据图1中引入的节点的一个或多个实施例的示例细节的框图。
图3是根据图1中引入的节点的一个或多个其他实施例的示例细节的框图。
图4是节点(例如图1中引入的节点)的操作方法的一个实施例的逻辑流程图。
图5是分配表的一个实施例的简图，该分配表用于将子载波分配给天线元件，用于广播信号传输。
图6是节点(例如图1中引入的节点)的操作方法的另一个实施例的逻辑流程图。
具体实施方式
图1示出了包括节点12的无线通信网络10的示例实施例，节点12被配置为从包括多个天线元件16的天线阵列14进行传输。天线阵列14包括可能的大量元件16，并且通过非限制性示例，天线阵列14可以包括半波长间隔的元件的均匀线性阵列，或者可以包括使用非等距元件间隔的另一布置。
网络10包括在图中被表示为CN18的核心网络18，核心网络18通信地耦接到一个或多个外部网络20(诸如因特网)。在至少一个示例实施例中，网络10使用大规模MIMO或其他波束成形技术以便传输定向的、特定于设备的信号22(也称为定向波束)，就被特定的无线通信设备24作为接收的目标这一意义而言，每个特定于设备的信号22是特定于设备的，其中图中的“WCD”表示无线通信设备。仅作为示例，图1示出了三个这样的“第一”无线通信设备24-1、24-2和24-3，以及三个相应的定向的、特定于设备的信号22-1、22-2和22-3。
有利地，节点12被配置为以这种方式进行操作，以允许它在传输特定于设备的信号22的同时传输广播信号26，并且不会在被特定于设备的信号22作为目标的第一无线通信设备24处造成实质性的广播信号干扰。在某种意义上，节点12使用“正好足够”的波束成形进行广播信号传输，以在与特定于设备的信号22对应的方向上使广播信号26为零。这样的布置允许不同地位于节点12的广播信号范围内的其他无线通信设备28接收广播信号。为了方便标记，可以将这些其他无线通信设备28称为“第二”无线通信设备28，以将它们与第一无线通信设备24区别开，图1提供了多个第二无线通信设备28-1、28-2至28-R的示例场景。
值得领会的一点是，虽然图1在图的一侧绘示了第二无线通信设备28，而在图的另一侧绘示了第一无线通信设备24，但通过本文详细描述的波束成形传输控制，直接包容第一无线通信设备24和第二无线通信设备28的更加复杂且更有挑战性的空间布置。即使在一个或多个第二无线设备28落在与一个或多个特定于设备的信号22相关联的垂直的或成方位角的特定于设备的波束方向内的情况下，广播信号26可在位于特定于设备的波束方向之外的其他第二无线设备28处接收。
图2绘示了用于节点12的示例实施方式细节，节点12例如包括无线电基站，例如长期演进(LTE)环境下的eNB或5G新无线电(NR)环境下的gNB。本领域技术人员将认识到所绘示的示例是非限制性的，因为可以使用其他物理和功能电路布置实现感兴趣的功能。考虑到这些资格，示例节点12包括通信电路30，通信电路30在一个或多个实施例中包括射频接收器电路32和射频发射器电路34，其中至少发射器电路34包括用于从天线阵列(例如图1中看到的示例阵列)进行波束形成的波束形成电路。
示例节点12还包括处理电路36，处理电路36可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)38以及支持的存储器40。存储器40包括一种或多种类型的计算机可读介质，诸如一种或多种类型的长期存储器和一种或多种类型的动态存储器或工作存储器的组合。在示例实施方式中，存储器40包括一种或多种类型的非易失性存储器(诸如固态硬盘、硬盘、闪存等)，以及一种或多种类型的易失性存储器(诸如静态RAM、动态RAM等)。
广义地，处理电路36应被理解为包括固定的专用电路或以编程方式配置的电路，或固定电路和以编程方式配置的电路的某种组合。在一个或多个实施例中，例如，处理电路36包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他数字处理电路，其基于它们对计算机程序指令(该计算机程序指令包括存储在存储器40中的一个或多个计算机程序)的执行被特别地修改——配置——以如本文所描述地操作。作为这种布置的示例，图2将存储器40绘示为存储一个或多个计算机程序(在图中表示为CP 42)以及配置数据44，配置数据44可以包括预配置信息、动态配置信息或其混合。
在第一详细示例实施例中，节点12的通信电路30被配置为从天线阵列14进行传输，并且处理电路36与通信电路30可操作地相关联并且处理电路36被配置为估计在天线阵列14的元件16和一个或多个第一无线通信设备24之间的信道，该一个或多个第一无线通信设备24被作为在子载波集合中的子载波上的对应的特定于设备的信号的定向传输的目标。例如，处理电路36估计复合K×M下行链路信道，这是基于其对从K个第一无线通信设备24(其作为定向的特定于设备的信号传输的目标)中的各自的第一无线通信设备所接收的K个上行链路信号的评估，其中天线阵列14中的M个天线元件16可用在波束成形中。
可以对每个子载波j进行这种估计，其中j∈{1,2,…,N}，其中N与子载波的总数相等。在示例情况下，子载波集合包括1024个子载波，而天线阵列14包括100个元件16。但是，示例情况并不隐含或意图限制。
对于子载波集合中的每个子载波，处理电路36被配置为生成第一波束成形预编码器值，用于将特定于设备的信号的信号能量分布在天线阵列14的元件16上，从而用于特定于设备的信号的定向传输。第一波束成形预编码器值从信道估计矩阵生成，该信道估计矩阵表示到被特定于设备的信号22作为目标的第一无线通信设备24的估计信道。在这里，将理解的是，“波束形成预编码器值”包括诸如定义幅度值和相位值的复系数，其控制来自天线阵列14的各个元件16的信号能量的传输。因此，对于将被定向传输到K个第一无线通信设备24中的第k个第一无线通信设备24的数据信号，处理电路36计算用于每个子载波j的第一波束成形预编码器值，以控制数据信号能量在M个天线元件中的分布，以实现期望的定向波束传输。
此外，对于子载波集合中的每个子载波，处理电路36被配置为生成第二波束成形预编码器值，用于将未被针对任何特定无线通信设备24或28的广播信号26的信号能量集中在包括天线阵列14的元件16中的所分配的一个上。第二波束成形预编码器从用于信道估计矩阵(表示到第一无线通信设备24的复合信道)的零空间的一个或多个正交基向量确定，用于在对应于特定于设备的信号22的定向传输的方向上衰减广播信号26。
第二波束成形预编码器值的生成反映了有利的认识，即，从单个天线元件16传输用于第j个子载波的广播信号26的所有信号能量会实现广播信号的最宽辐射图，但是无法避免在第一无线通信设备24的各自处对特定于设备的信号22的接收的干扰。在某种意义上，第二波束成形预编码器值会折衷，通过将用于第j个子载波的大部分但不是全部的广播信号能量置于所分配的天线元件16上，同时使用剩余的信号能量用于从一个或多个剩余的天线元件16进行传输，以在用于特定于设备的信号22的波束方向上使广播信号26为零。可达到的集中程度取决于几个变量或因素，包括节点12的波束成形能力、当前通过特定于设备的信号22服务的第一无线通信设备24的数量，以及那些设备24在节点12的覆盖区域内的空间布置和分布。因此，该技术应被理解为有目的的尝试，其使用上述正交基向量来生成第二波束成形预编码器值，以将尽可能多的广播信号能量集中在所分配的天线元件16上。
处理电路36还被配置为形成组合信号，以作为第一波束成形预编码器值与特定于设备的信号22的乘积和第二波束成形预编码器值与广播信号26的乘积的组合，从天线阵列14传输。这样的操作将被理解为形成用于每个子载波j的组合信号，即用于第j个子载波的特定于设备的信号22的加权值和用于第j个子载波的广播信号26的加权值。相应地，处理电路36被配置为从天线阵列14传输用于子载波集合中的对应的子载波的所形成的组合信号。
在示例实施例中，或在示例情况下，处理电路36被配置为通过从用于信道估计矩阵的零空间的正交基向量集合中选择相应的正交基向量来生成第二波束成形预编码器值。也就是说，对于每一个子载波j，存在表示在每个天线元件16和每个第一无线通信设备24之间的复合信道的K×M信道估计矩阵，第一无线通信设备24被定向传输的特定于设备的信号22中的相应的一个作为目标，以及正交基向量的集合表示信道估计矩阵的零空间。正交基向量集合中的每一列表示宽波束，宽波束将用于第j个子载波的广播信号能量集中在天线阵列中的元件16中的一个上，同时仍然将用于第j个子载波的剩余的广播信号能量分布在一个或多个其他天线元件16上，以使在与特定于设备的信号22相关联的波束方向上的广播信号传输为零。
到存在有子载波比存在有天线元件16多的程度，将有两个或更多子载波被分配给天线元件16中的至少一个，其中“被分配”在这里是指天线元件16，其上被集中了用于第j个子载波的广播信号能量。在管理这样的分配的示例中，在一个或多个实施例中，处理电路36被配置为，在子载波的集合上，相对于正交基向量集合以循环的方式依次选择相应的正交基向量。例如，处理电路36将子载波中的“第一”子载波分配给天线元件16中的“第一”天线元件，并且将子载波中的“第二”子载波分配给天线元件16中的“第二”天线元件，其中分配逐步进行至“最后”的天线元件16，在此处处理电路36返回至第一天线元件16。
在以上情况下，有助的是，要理解，至少对于具有大量天线元件16的天线阵列14，每个正交基向量特征地具有主向量元素(dominant vector element)。因为包括每个向量元素的复系数对应于天线阵列中的天线元件16中的特定一个，所以主向量元素固有地表示信号能量在对应天线元件上的集中。因此，为了集中用于第j个子载波的广播信号能量，处理电路36可以被配置为选择正交基向量，该正交基向量对应的向量元素是主向量元素。然而，在至少一些实施例中，或在至少一些操作情况下，处理电路36被配置为“改进”第二波束成形预编码器值的生成过程。
在一个这样的示例中，处理电路36被配置为：通过对于子载波集合中的每个子载波，从用于信道估计矩阵的零空间的正交基向量集合计算正交基向量的线性组合，来生成第二波束成形预编码器值以用于将广播信号26的信号能量集中在天线阵列14中的元件16中的所分配的的一个元件上。有关参考，请参阅Coleman,T.F.&Sorensen,D.C.,A note onthe computation of an orthonormal basis for the null space of a matrix,Mathematical Programming(1984)29:234，或者Foster,L.,Rank and null spacecalculations using matrix decomposition without column interchanges,LinearAlgebra and its Applications,Volume 74,February 1986,pp.47-71。计算线性组合，以便最大化广播信号能量在所分配的元件16上的集中，而不会超出适用于每个子载波的传输功率限制。例如，处理电路(36)被配置为基于确定以下项来识别正交基向量的线性组合：
需满足
作为在一个或多个实施例或操作情况下实现的进一步改进，处理电路36被配置为确定“最佳”子载波到天线元件的分配。也就是说，处理电路36可以配置为以相对于限定的成本或度量标准被优化的方式确定分配，而不是将第j个子载波分配到第m个天线元件16，然后确定在所分配的天线元件16上产生最大广播信号能量集中的正交基向量的线性组合。
在一个这样的实施例或操作情况下，对于每个子载波，处理电路36被配置为通过以下方式确定子载波到天线元件的分配：对于每个子载波，将子载波暂时分配给天线阵列14的每个元件16，并且对于每个暂时分配的元件16，从用于信道估计矩阵的零空间的正交基向量集合确定正交基向量的线性组合，该线性组合最大化广播信号能量在暂时分配的元件16上的集中。处理电路36通过适用于每个子载波的传输功率限制来约束最大化。
处理电路36还被配置为通过以最大化为暂时分配所确定的广播信号能量集中的总和的方式将子载波分配给元件16，来完成暂时分配。换句话说，处理电路36进行分配，其最大化广播信号能量的集中。例如，基于通过应用组合优化算法解决子载波到元件的分配问题，处理电路36确定分配，该分配最大化广播信号能量在元件16上的集中的总和。处理电路36可以进一步被配置为以这样的方式应用组合优化算法，使得产生分配给在天线阵列14中的每个元件16的基本相同数量的子载波，从而每个元件16相对于广播信号26辐射基本相同的平均功率。
至于其操作的其他感兴趣的方面，在一个或多个实施例中，对于每个子载波j，处理电路36被配置为形成对应的组合信号为
xj＝Fjdj+wjbj
其中Fj表示用于子载波集合中的第j个子载波的第一波束成形预编码器值，dj表示特定于设备的符号的向量，用于在第j个子载波上传输到一个或多个第一无线通信设备24，wj表示用于第j个子载波的第二个波束成形预编码器值，以及bj表示用于在第j个子载波上传输的广播符号。此外，处理电路36被配置为通过基于复合信道矩阵
图3描述了节点12的另一个实施例。在所描述的示例中，节点12包括信道估计模块50，信道估计模块50被配置为估计在天线阵列14的元件16和一个或多个第一无线通信设备24中的每一个之间的信道，该一个或多个第一无线通信设备24被作为在子载波集合中的子载波上的对应的特定于设备的信号的定向传输的目标。节点12还包括第一预编码器生成模块52，该模块被配置为：对于子载波集合中的每个子载波，生成第一波束成形预编码器值，用于将特定于设备的信号的信号能量分布在天线阵列14的元件16上，从而用于特定于设备的信号的定向传输，第一波束成形预编码器值由表示估计信道的信道估计矩阵生成。
该节点12还包括第二预编码器生成模块54，该模块被配置为：对于子载波集合中的每个子载波，生成第二波束成形预编码器值，用于将未被针对任何特定无线通信设备24、28的广播信号的信号能量集中在天线阵列14中的元件16中的所分配的一个元件上，第二波束成形预编码器由用于信道估计矩阵的零空间的一个或多个正交基向量确定，用于在对应于特定于设备的信号22的定向传输的方向上衰减广播信号。更进一步，节点12包括形成模块56，形成模块56被配置为形成组合信号，以作为第一波束成形预编码器值与特定于设备的信号的乘积和第二波束成形预编码器值与广播信号的乘积的组合，从天线阵列14传输；以及包括传输模块58，其被配置为从天线阵列14传输用于子载波集合中的对应子载波的所形成的组合信号。
另一个实施例涉及一种计算机程序产品，例如，非暂时性地存储在存储器40中或存储在另一种计算机可读介质中的一个或多个计算机程序42。该计算机程序产品包括程序指令，当程序指令由配置为在无线通信网络10中运行的节点12的一个或多个CPU 38或其他处理器执行时，程序指令将节点12配置为估计在天线阵列14中的元件16和一个或多个第一无线通信设备24之间的信道，该一个或多个第一无线通信设备24被作为在子载波集合中的子载波上的对应的特定于设备的信号22定向传输的目标。对于子载波集合中的每个子载波，该计算机程序产品还配置节点12以生成第一波束成形预编码器值，用于将特定于设备的信号22的信号能量分布在天线阵列14的元件16上，从而用于特定于设备的信号的定向传输，第一波束成形预编码器值由表示估计信道的信道估计矩阵生成。更进一步，该计算机程序产品将节点12配置为，对于子载波集合中的每个子载波，生成第二波束成形预编码器值，以用于将未被针对任何特定无线通信设备24、28的广播信号26的信号能量集中在包括天线阵列14的元件16中的所分配的一个元件上，第二波束成形预编码器由用于信道估计矩阵的零空间的一个或多个正交基向量确定，用于在对应于特定于设备的信号22的定向传输的方向上衰减广播信号26。此外，计算机程序产品将节点12配置为形成用于每个子载波的组合信号，以作为第一波束成形预编码器值与特定于设备的信号22的乘积和第二波束成形预编码器值与广播信号26的乘积的组合，从天线阵列14传输，并从天线阵列14传输用于子载波集合中的对应子载波的所形成的组合信号。
图4示出了一种在无线通信网络10中的节点12处的操作方法400。该方法包括估计(框402)天线阵列14的元件16和一个或多个第一无线通信设备24之间的信道，该一个或多个第一无线通信设备24被作为在子载波集合中的子载波上的对应的特定于设备的信号22的定向传输的目标。例如，信道估计是针对每个子载波进行的，并且基于节点12从第一无线通信设备24接收上行链路信号传输。
对于子载波集合中的每个子载波，方法400还包括生成(框404)第一波束成形预编码器值，用于将特定于设备的信号22的信号能量分布在天线阵列14的元件16上，从而用于特定于设备的信号22的定向传输。第一波束成形预编码器值由表示估计信道的信道估计矩阵生成。
此外，对于每个子载波，方法400包括生成(框406)第二波束成形预编码器值，用于将未被针对任何特定无线通信设备24、28的广播信号26的信号能量集中在天线阵列14中的元件16中的所分配的一个元件上。第二波束成形预编码器值由用于信道估计矩阵的零空间的一个或多个正交基向量确定，用于在对应于特定于设备的信号的定向传输的方向上衰减广播信号。
方法400还包括对于每个子载波，形成(框408)组合信号，以作为第一波束成形预编码器值与特定于设备的信号22的乘积和第二波束成形预编码器值与广播信号26乘积的组合，从天线阵列14传输。相应地，方法400包括从天线阵列14传输(框410)用于子载波集合中的对应子载波的形成的组合信号。
生成(框406)第二波束成形预编码器值包括，例如对于子载波集合中的每个子载波，从正交基向量集合中选择相应的正交基向量。例如，方法400包括以循环的方式从集合中依次选择相应的正交基向量。
在另一个示例中，生成(框406)第二波束成形预编码器值包括：对于子载波集合中的每个子载波，从用于信道估计矩阵的零空间的正交基向量集合中计算正交基向量的线性组合，该线性组合最大化广播信号能量在所分配的元件16上的集中，而不会超出适用于每个子载波的传输功率限制。可以将这种方法理解为找到正交基向量的线性组合，该线性组合在所分配的天线元件16上产生用于子载波的广播信号能量最高的集中，而不违反适用的传输功率限制。该线性组合的确定可以如本文前面对于节点12所描述的那样执行。
在又一个示例中，生成(框406)第二波束成形预编码器值包括：对于每个子载波，将子载波暂时分配给天线阵列14的每个元件16。对于每个暂时分配的元件16，方法400的这种变化包括从用于信道估计矩阵的零空间的正交基向量集合确定正交基向量的线性组合，该线性组合最大化广播信号能量在分配的元件16上的集中，而不会超出适用于每个子载波的传输功率限制。一旦对所有可能的子载波到天线元件的分配完成了这种处理，通过以最大化为暂时分配所确定的广播信号能量集中的总和的方式将子载波分配给元件16来完成暂时分配。这样的完成方式包括，例如通过应用组合优化算法来解决子载波到元件的分配问题，其可以以这样的方式应用，使得产生分配到天线阵列14中的每个元件16的基本相同数量的子载波。该方法导致每个元件16相对于广播信号26辐射基本相同的平均功率。
对于更详细的示例，考虑下述场景，该场景涉及在来自节点12的下行链路(DL)上的正交频分复用，并使用有N个子载波的多用户(MU)MIMO，同时传输到K个D-UE和L个B-UE。在此，术语“D-UE”表示“数据UE”或“数据用户设备”，并且其可以通过示例的方式理解为是指图1中引入的第一无线通信设备24，即被向其定向传输的特定于设备的信号22作为目标的第一无线通信设备24。在这方面，“D”注释也可以理解为表示“特定于设备”。相应地，术语“B-UE”表示“广播UE”或“广播用户设备”，并且其可以通过示例的方式理解为是指图1中引入的第二无线通信设备28，即未被特定于设备的信号22作为目标的无线通信设备28。
节点12，也称为“基站”或“BS”，包括天线阵列14中的M个天线元件16，或更广泛地说，可以理解为具有用于MU-MIMO传输的M个天线。在此示例场景中，M是大的，这在此意味着至少有32个天线，并且每个UE都配备有一个单独天线，尽管应该理解，这些教导直接概括为具有多于一个天线的UE。目标是将数据传输到K个D-UE，同时将特定的广播信号传输到L个B-UE。在图1的情况中，特定于设备的信号22可以理解为数据传输，并且广播信号26可以理解为期望的广播传输。
可以假设BS对来自每个D-UE的K个上行链路(UL)信道进行估计，这是在大规模MIMO系统的情况下的常规且重要的假设，因为UL信道估计用于在下行链路(DL)中创建准确的波束。例如，假设DL和UL在相同频率上的时分双工(Time Division Duplex)(TDD)操作，则DL信道和UL信道是互易的，并且DL波束成形可以基于由从D-UE在BS处接收UL信号而确定的信道估计。尤其是，因为不期望从BS接收定向的、特定于设备的信号，所以对于BS来说不需要知道到B-UE的信道。
通过
用向量b＝[b1,…,bN]表示子载波域中的广播信号，BS从BS天线阵列传输用于子载波j的以下向量xj(组合信号)：
xj＝Fjdj+wjbj,
其中Fj表示应用于D-UE的预编码器(其列为波束)，并且dj是包含用于D-UE的数据符号的向量，wj表示应用于广播信号26的预编码器(宽波束)，并且bj表示子载波j上的广播信号符号。参照之前的术语，则Fj是第一波束成形预编码器值的示例，其用于到被相应的特定于设备的信号dj作为目的的K个第一无线通信设备的24的波束成形，并且wj是用于传输广播信号符号bj的第二波束成形预编码器值的示例。
BS被配置为以满足以下要求的方式进行操作：(1)
因为BS有估计
现在，为了找到满足上述要求(2)-(4)的用于子载波j的wj，BS的一个或多个实施例被配置为解决以下优化问题。
让
根据上面的要求(2)，
需满足yjHyj≤P.
优化的解决方案是yj与行向量
那么，对于BS而言，剩下的就是决定应该在哪个天线单元m上集中子载波j的能量(即，对于每个子载波j，选择上述优化中的向量em)。在一个实施例中，BS简单地将子载波分配给天线元件16(例如按顺序)，并且选择将最多的广播信号能量集中在所分配的天线元件16上的正交基向量。在另一个实施例中，BS也进行了子载波到天线元件16的有序分配，但是它找到了正交基向量的线性组合，该线性组合最大化在所分配的天线元件16上的广播信号能量(例如根据上述优化)。在又一个实施例中，如下所述，BS以这样的方式优化子载波到天线元件的分配，使得最大化对于整个天线元件16的集合或对于其子集的广播信号能量集中的总和。
如前所述，每个天线元件16应承载基本上相同数量的子载波，即，在以上集中广播信号能量的情况下，应将基本上相同数量的子载波分配给每个天线元件16，从而所有天线元件16都辐射基本相同的平均功率。在示例情况下，假设在整个子载波集合中的子载波的数量N是天线元件16的数量M的倍数，即N＝Mc(c是某个常数)，因此每个天线元件16应该具有c个子载波集中在其上。
解决问题的最佳方法是通过数次应用“匈牙利”算法。可参阅例如，Kuhn,H.W.(1955),The Hungarian method for the assignment problem,Naval ResearchLogistics,2:83–97,以及Jonker,R.,Volgenat,T.,Improving the Hungarianassignment problem,Operations Research Letters,Vol.5,Issue 4,pp.171-175(Oct.1986)。匈牙利算法是组合优化算法，从将子载波分配到天线的意义而言，匈牙利算法的使用以最大化在不同天线元件上的广播信号能量集中的总和的方式来产生子载波到天线元件的“最佳”分配。
也就是说，如果通过em将第j个子载波分配给第m个天线元件16，则上述优化问题会生成第二波束成形预编码器值wj，其将用于第j个子载波的广播信号能量集中在第m个天线元件上。可以将产生的优化的能量集中表示为qm,j。为了提出M个天线元件16和N个子载波的分配问题，BS针对于每个第j个子载波、每个天线元件m＝1到M解决上述详细的优化问题。也就是说，对于每个子载波j，BS将每个天线元件m考虑为用于集中第j个子载波的广播信号能量的候选并且它将第j个子载波“暂时”分配到每个第m个天线元件，并解决上述优化问题，以确定通过暂时分配获得的最大化的广播信号能量集中qm,j。
在这里，应该理解的是，qm,j对应于用于暂时分配所计算的在wj中的第m个天线权重值。也将理解的是，对于相对于每个天线元件m＝1到M的每个子载波j＝1到N解出wj产生了，对于相对于每个天线元件m的每个子载波j的优化或最大化的广播信号能量集中qm,j，其可以用表格或其他此类数据结构(如图5所示的示例数据结构)表示。利用来自暂时分配的最大化广播信号能量集中的完整集合，BS可以选择“最佳”分配，例如，选择与最高广播信号能量集中相关联的暂时分配。在至少一个这样的实施例中，BS被配置为选择最大化广播信号能量集中qm,j的总和的暂时分配。
更详细地，在图5所示的示例表中，q1,1表示如果将子载波“1”集中在天线元件“1”上可实现的广播信号能量集中，q2,1表示如果将子载波“1”集中在天线元件“2”上可实现的广播信号能量集中，等等。这里，对于M个天线元件和N个子载波，m的范围从1到M，以及j的范围从1到N。
假设N个子载波，M个天线元件16，以及c＝N/M，BS以最大化在图5的表中的所分配的值qm,j的总和的方式来使用匈牙利算法以便将N/M＝c个子载波分配到天线阵列14中的每个天线元件16。为了更好地理解该办法，考虑到BS的一些实施例将相应的子载波有序地分配给相应的天线元件16，然后，对于每个子载波，确定正交基向量的线性组合，该线性组合最大化对于那个子载波的广播信号能量在所分配的天线元件16上的集中。通过使用匈牙利算法，BS确定了每个子载波相对于每个天线元件16可实现的广播信号能量集中，然后基于确定哪些分配最大化了广播信号能量集中的总和，确定要实际使用的“最佳”的子载波到天线元件的分配。
通过将匈牙利算法c次应用到图5所示的表中，BS完成了这种优化。BS每次应用匈牙利算法时，删除匈牙利算法返回(分配)的列(子载波)，其对应于用于c个子载波的返回子集的子载波到天线单元16的最佳分配。重复该程序，直到所有子载波都被分配给天线元件16。本领域技术人员将理解，即使在子载波的数量不是天线元件16的数量的整数倍的情况下，也可以应用预期的最佳分配算法，并且即使在不可能为每个天线元件16分配完全相同数量的子载波的情况下，整个过程和相应的目标成立。
图6示出了方法600，该方法通过应用组合分配算法概括了优化子载波到天线元件分配的上述示例方法。根据图6，方法600包括：对于每个子载波，将子载波暂时地分配(框602)给每个天线单元16，并确定正交基向量的线性组合，该线性组合最大化广播信号能量在所暂时分配的天线单元上的集中。方法600还通过迭代地识别子载波的最优分配来完成暂时分配，即找到对于第一个或下一个子集的最优分配(框604)，完成(框606)那些最优分配，从等待分配的子载波的剩余集合中去除那些所分配的子载波，以及对于子载波的剩余集合，再次解决的最佳分配问题(框604和框606)。
特别地，得益于前述说明书和相关附图中的教导，本领域技术人员将想到所公开的发明的修改和其他实施例。因此，应当理解的是，本发明不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在本公开的范围内。尽管本文可以采用特定术语，但是它们仅在一般和描述意义上使用，而不是出于限制的目的。
