CN105099533A - 低努力大规模mimo天线阵列及其用途 - Google Patents

低努力大规模mimo天线阵列及其用途 Download PDF

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Abstract

提供了低努力大规模MIMO天线阵列及其用途。一种装置包括被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第一天线的数个第一RF链以及被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第二天线的数个第二RF链。第一和第二天线不同。第一和第二RF链被配置为创建来自基带信号的RF信号。第一RF链具有某一功能性，并且第二RF链具有相对于第一RF链的所述某一功能性减小的功能性。该装置可以包括天线阵列。第一和第二天线可以具有相同或不同特性。基站可以包括该装置。用于第二RF链的天线的集合可以被用来在接收器处创建用于空中信号组合的信号。

Description

低努力大规模MIMO天线阵列及其用途
技术领域
本发明一般地涉及无线通信，并且更具体地涉及用于多输入、多输出（MIMO）通信的大天线阵列。
背景技术
该部分意在提供下文所公开的发明的背景或上下文。本文的描述可以包括可研究的概念，但是未必就是之前已经设想的、实现的或描述的那些。因此，除非在本文以其它方式明确指示，否则该部分所描述的内容不是该申请中的描述的现有技术并且不通过包括在该部分而承认成为现有技术。在该申请或图中使用的缩写词在下文权利要求之前给予限定。
作为概述，EU资助的项目METIS以及许多其它研究团体中的活动承诺针对部署大规模MIMO的系统的大潜在增益。METIS项目的主要目标是铺设5G、下一代移动和无线通信系统的基础设施。MIMO使用多个天线来与UE通信。用于5G的大规模MIMO当前处于100或更多个天线元件的假定之下，并且相比用于3GPP中的1个系统的4x2MIMO情形的大约3比特/s/Hz/小区（参见3GPPTR36.819V11.0.0（2011-09），表格7.2.1.2-5）而言，数十个比特/s/Hz/小区（例如，每赫兹每小区的一个或多个比特）的频谱效率在理想条件之下已经被报道。真实世界条件中可获得的增益有待进一步研究，但是明显的是，具有低成本大规模MIMO阵列将具有巨大益处。
更详细地，上述大性能增益是强多用户MIMO（MUMIMO）传输的结果，即例如与强射束成形增益组合的一个时间-频率资源块中同时的十个或更多个用户的空间复用。射束成形增益通过提供天线元件的过量供应而实现。在为所服务的用户的十倍多并且大于十个所服务的UE的天线的因子的情形中，天线元件的总数目将在100或更多的量级上。
今天的LTE系统具有作为基线的两个天线端口，其可扩展直至8x8MIMO，这很少被部署。因此，目前仅存在每扇区所需要的几个RF前端。这些RF前端当前是复杂且繁重的设备，其向eNB的总成本贡献很大部分。
基于每天线元件的一个RF前端的大阵列的直接实现将引起总系统的爆发成本、功耗和大小。参见例如有源天线的当前状态，其中每有源天线元件的RF前端目前为0.2x0.2x0.1m3的量级。
对于有源天线，当前存在正运行的将大小减为大约0.1x0.1x0.05m3的项目，其仍远不及未来大规模MIMO天线阵列的理想意图大小。例如，用于256个天线元件阵列的RF前端的空间将为[0.1x0.1m2]x256=2.45m2的量级，从而引起总体积为2.45x0.05m3=0.1225m3。以英尺为单位，这大约为14.1ft3。
用于未来大规模MIMO阵列的典型理想景象为例如放置在墙壁处的平坦面板，其具有16x16=256个天线的阵列和每天线元件的单个低成本有源设备或芯片，其包含具有功率放大器（PA）以及滤波器等的完整RF链。问题的一部分在于每RF链的相对大数目的复杂组件，诸如宽带高分辨率模拟数字转换器（ADC和DAC）、高度线性功率放大器再加用于以大头上空间线性化的其控制电路、具有强带外拟制的块状滤波器（例如陶瓷滤波器）等等。
将有益的是减小用于实现大规模MIMO阵列的成本，这是考虑到大量天线元件的实际挑战。
发明内容
该部分包含可能的实现的示例并且不意为限制性的。
在示例性实施例中，一种装置包括：被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第一天线的多个第一射频链；以及被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第二天线的多个第二射频链，其中第一和第二天线不同；其中第一和第二射频链被配置为创建来自基带信号的射频信号，其中第一射频链具有某一功能性，并且其中第二射频链具有相对于第一射频链的所述某一功能性减小的功能性。
在另一示例性实施例中，一种装置包括：基站，包括：被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第一天线的多个第一射频链；以及被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第二天线的多个第二射频链，其中第一和第二天线不同；其中第一和第二射频链被配置为创建来自基带信号的射频信号，其中第一射频链具有某一功能性，并且其中第二射频链具有相对于第一射频链的所述某一功能性减小的功能性。
附图说明
在所附各图中：
图1，包括图1A和1B，图示了示例性大规模MIMO天线概念，其中几个天线元件（AE）具有完整RF链并且大多数其它AE被限制为用于哑RF链的非常简单的开-关PA；
图2，包括图2A和2B，图示了包括建议组合可能非常细长的、低成本RF链的发射器，所述RF链避免ADC，具有由于例如半速率切换所致的恒定幅度PA和简单RF滤波器以及常规RF前端；
图3图示了来自至少两个天线的半速率切换信号与对应窄频谱的空中组合，从而允许低成本紧凑尺寸的RF滤波器；
图4图示了其中可以实践示例性实施例的系统；
图5是依照本文的示例实施例的用于使用低努力大规模MIMO天线阵列的示例性逻辑流程图的框图，并且其图示了示例性方法的操作，体现在计算机可读存储器上的计算机程序指令的执行的结果，和/或由在硬件中实现的逻辑执行的功能；
图6，包括图6A和6B，图示了以下内容：在图6A中，y轴是相对于Tx天线（x轴）的数目的abs（预编码权重的总和）（其中abs（）是绝对值）或者是根据abs（总权重）的PA的开-关切换；图6B是在具有/没有PA的开-关切换的情况下用于所有Tx天线的Tx信号的星座图；注意某些点全在圆上——或在零处——这是由于恒定信号强度，而其它可以采取该圆内的任何值；
图7，包括图7A和7B，图示了用于PA开-关切换的所有三个UE的Rx信号强度的CDF（图7A）和相位偏移（图7B）；
图8，包括图8A和8B，在图8A中图示了用于UE一到三的完美预编码的预编码功率的CDF和用于简单PA解决方案的每UE的预编码功率，并且在图8B中图示了包括利用常规4x3预编码（例如四个天线和三个UE）所要求的总Tx功率的曲线。
具体实施方式
如以上所指示的，将有益的是减小用于实现大规模MIMO阵列的成本，这是考虑到大量天线元件的实际挑战。已经提出不同方案以用于实现大规模MIMO阵列，但是甚至第一大规模MIMO证明者典型为繁重的、昂贵的和复杂的。对于测量而言，序列性测量的信号通常必须离线存储和组合以用于另外的分析。
已经发现若干方案用于设计大规模MIMO天线阵列，其中目的总是减小所要求的努力和成本同时保持射束成形增益和用于射束操纵的灵活性。例如，参见“MassiveMIMOForNextGenerationWirelessSystems”,ErikG.Larsson,OveEdfors,FredrikTufvesson,ThomasL.Marzetta,IEEECommunicationMagazion,52期，2卷，页码186-195,2014年2月。
在第一方案（方案1）中，使用仅N＜＜NAE数目的RE链。要指出的是，RF链在本文中还被称为RF前端。变量N被适配为同时服务的用户的最大数目，而NAE是天线元件的总数目。实际上，这意味着可能仅需要例如数目N=10个RF链而不是NAE=100个RF链。这例如引起混合型数字-模拟天线概念，其中每UE的数字信号由模拟相位偏离器来进行射束操纵。这将引起相对差的模拟分布网络，包括用于Tx信号的相对高的插入损失。
可替换地，人们可能将有源RF前端共享到若干天线元件，其显著影响所实现的射束图案并且提供形成和操纵射束方面的较少灵活性。
在第二方案（方案2）中，使用低成本RF前端。若干研究团体已经尝试并且仍在尝试使用每天线元件的低成本RF链。一个示例包括以上所提及的有源天线活动。其它团体尝试重新使用来自3GPP用户设备的已经完全优化的RF前端，其看起来以每RF前端大约30欧元的成本而可用。对于256天线元件阵列，这仍将招致高达8000欧元（大约11,000美元）的成本。
在第三方案（方案3）中，RF前端的功能性最小化。相比于所服务的用户的数目，大规模MIMO使得天线元件的过量供应成为必需。这可能通过适当地组合来自不同天线元件的许多不同Tx信号而允许Rx信号的某种形式的空中生成。
这打开了具有有限功能性的RF链的可能性，诸如低得多的Tx功率、PA的峰值与平均功率之比、具有仅几个比特的低分辨率ADC等，这将潜在地显著减小每RF前端的成本。
示例性实施例使用每RF链的最低功能性，即在一个情形中，可以使用PA的简单开-关切换连同RF信号的某种相位偏离一起。这可以被看作每PA的1比特ADC，但是通过从基带芯片的直接控制，任何另外的ADC组件可能变得多余（例如，基带芯片可以大概为1比特ADC输出）。
本文的一个主要方面将这些极端“哑”RF前端与具有高线性、高分辨率ADC、高质量RF滤波器、高补偿等的完整性能RF前端的有限集合组合。哑RF前端然后可以被看作用于高质量RF前端的增强器（booster）天线。
系统根据“脏纸”预编码概念工作，即哑天线元件通过空中组合生成射束成形和预编码信号，其尽可能地接近当前所服务的用户处的意图Rx信号。如所已知的，脏纸编码是用于通过经受发射器所已知的某种干扰的信道来高效传输数字信号的技术。该技术包括预编码数据以便取消由干扰所导致的效应。高质量RF前端在本文中被用来生成补偿信号，其生成UE侧处的最终意图Rx信号。对于大量增强器天线，“脏”信号将已经非常接近意图信号，使得用于补偿信号的功率可以非常小。也就是说，哑RF链提供接近要求的信号并且高质量RF链补偿由哑RF链提供的信号以生成所要求（或较为接近要求）的信号。
该示例性实施例包括由非常简单的有源天线元件（例如哑RF前端）执行的粗糙预编码与由高精确度RF前端执行的精细预编码的适当组合，最终提供精确的射束成形。
本文的第二方面涉及常规RF链中的繁重RF滤波器，需要其以避免带外寄生传输并且因此具有极其高的要求并妨碍意图的单芯片解决方案。为了克服该问题，建议将两个天线元件与半（或n分之一1/n）开-关切换速率组合。连同半时隙的延迟一起，两个Tx信号的空中组合将允许系统在接收器处形成完整速率信号。重要益处在于Tx频谱的一半尺寸，这意味着具有小得多的通带-抑制带陡度的滤波器可以被用于实现所要求的相邻信号泄露比（ACLR），其实现起来要容易得多并且也许可以在没有陶瓷滤波器的情况下实现。要指出的是，人们可能将该概念称为低于尼奎斯特的传输，与针对快于尼奎斯特的传输的已知调研相反。
由于与不同复杂化RF链相关联的天线元件的两个不同的集合（即哑的和完整的），所以建议具有针对这些中的每一个的两种不同类型的信道估计概念。例如，有限数目并且更重要的完整RF链可能依赖于精确的PMI反馈，而对于哑天线元件，可能使用简单的互惠方案（例如，要么来自TDDSRS，要么由FDD中的特定额外测量阶段实现，其中UE在DL频带中发射SRS）。
对于低到中等的负载条件并且取决于策略，要么仅完整RF前端要么仅哑RF前端可能是活动的。在第一情形中，以常规方式使用系统，而在仅哑RF前端的第二情形中，想法将是使用利用对应低调制和编码架构（MCS），但是具有非常高的功效的非精确预编码。
UE可能被告知关于不同的Tx技术，以例如允许适配信道估计以及报告，即UE可能接通或关断SRS和/或可能停止报告PMI反馈。
另外的相关方面是例如CPRI接口之上的前牵引。利用大量天线元件，CPRI数据速率将爆炸。此外，对于哑RF链，每天线元件的一到几个比特可能是充足的并且将具有相比于常规量化基带信号的不同意义（例如相位偏移+PA开-关）。出于该原因，可能建议CPRI接口的重新定义以用于瞬时大规模MIMO阵列。这也可以考虑到哑元件（例如哑RF链）使用一半速率而完整RF链仍以完整速率运行。
为了更好地理解示例性实施例，参见图1，包括图1A和1B。图1A示出了天线阵列110和两个可能的射束120-1和120-2，其可能由天线阵列110产生以将数据传输到两个UE。射束120-1和120-2将针对MU-MIMO同时使用。如图1B所图示的，存在64个天线元件（AE）115-1到115-64（即该示例中的天线的8x8阵列）。在本文中，天线元件115还被称为天线（例如每一个天线元件是天线），并且可以使用用于这样的天线元件115的任何天线配置。图1B还示出了四个完整高质量RF链130-1到130-4，其与大量（在该示例中为60个）哑RF增强器链170-1到170-60组合。高质量RF链130-1到130-4在该示例中连接到AE115-19,115-23,114-43和115-47。这些AE115-19,115-23,114-43和115-47中的每一个由完整RF链130操纵。哑RF增强器链170-1到170-60连接到所有其它天线元件（例如115-1到115-18,115-20到115-22,115-24到115-42,115-44到115-46以及115-48到115-64），每AE115一个哑RF增强器链170。基带（BB）单元160使用每AE140的信号PA开-关和每AE150的相位（φ）来控制哑RF增强器链170-1到170-60。也就是说，利用简单开-关PA和相位来控制这些AE。
转向图2，包括图2A和2B，该图图示了包括提议组合可能非常细长的、低成本RF链的发射器200，所述RF链避免ADC，具有由于例如半速率切换所致的恒定幅度PA和简单RF滤波器以及常规RF前端。在图2中，更详细地图示了示例性哑RF链170。哑RF链170包含相位偏离器220（其接收基带信号270并且将相位偏离应用到基带信号以创建经相位偏离的信号221）和可切换功率放大器（PA）230，其具有两个状态：引起PS230沉默（即没有功率输出）的一个状态，以及引起PS230以完整功率发射的另一状态。PA230的输入是来自相位偏离器220的经相位偏离的信号221，其使用来自本地振荡器（LO）的输入，并且针对其相位可以通过有限数目的整数步骤而偏离，可能地2-8比特的整数步骤（=4到64）。PA230后面是简单的RF滤波器240，其接受作为输入的经放大的信号并且产生经滤波的信号。控制信号（例如对于相位偏离器220、PA230）可能生成，例如直接来自基带芯片（BBIC260），并且针对PA230提供一个控制信号140以及潜在地针对相位偏离器220的总线信号150（在该示例中来自二到八比特）。在图2A的示例中，存在数个RF耦合器295-1,295-2和295-3，其允许经发射以耦合到天线115和天线阵列110（或从其去耦合）。LO250的输出经由分发网络251被分发到哑RF增强器链130和其它元件。
在图2A的示例中，哑RF增强器链170没有模数转换器（DAC），因为“模拟开/关=数字”信号由BBIC260产生。然而，如参考标记222所图示的，可以使用“简单”DAC（例如，诸如单比特或几个比特的DAC）。要指出的是，用于DAC的不同位置或配置是可能的。DAC可以替换相位偏离器，如用于正常RF链的情形那样，或者相位偏离器和DAC可以被配置成一起工作使得DAC限定幅度并且相位偏离器限定相位。
在该示例中，如果存在M个AE115和N个完整RF链130，则将存在M-N个哑RF链170，其中仅一个在图2中示出。示例可以是存在256个AE115。
要指出的是，在图2A中示出单个BBIC260。如果可能，则人们将尝试使用用于所有RF链130,170的一个单一BB芯片，但是可能使用不止一个BBIC260。还要指出的是，完整链130的数目涉及同时所服务的UE（或更准确地所服务的空间流）的数目。典型地，完整RF链130的数目应当是流的数目加一（或加不止一，因为不止一提供更好的多样性，但是一的多样性已经提供最重要的多样性增益）。
图2B图示了在图2A中示出的完整RF链130。图2B中的完整RF链130包括DAC265，其经由承载数字基带信号的总线270接受来自BBIC260的12到16比特，并且DAC是宽带DAC，这意味着DAC具有高带宽。DAC265输出模拟信号274到乘法器275，其还具有来自LO250的输入，并且其创建RF输出276。PA280接受输出276并且放大RF输出276以创建经放大的RF信号281。经放大的RF信号281被滤波器285滤波，并且产生的经滤波的信号286被配置为经由RF耦合器295耦合到天线155（并且在该示例中耦合到天线115）。PA280具有以下示例性特征：从30放大到46dBm的能力；二到三GHz的频率范围；高度线性的传递函数；大头上空间；以及经优化的PAE。滤波器285是具有诸如以下的卓越特征的滤波器：低插入损失；大抑制带衰减；陡峭的滤波器斜坡等。因而，完整RF链130提供某一功能性。
作为结果，完整RF链130提供卓越的RF性能，但是它们由于诸如高端组件之类的特征而是昂贵的，它们由于PA头上空间、线性度、宽带高比特ADC等特征而具有相对高的功耗，并且它们由于大量组件、机械滤波器的大小、控制电路等特征而是繁重的。完整RF链130的主要益处在于，该链允许以高RF质量传输任何期望的BB信号，其允许接近理论优化的不同RF链之上的优化预编码/射束成形。
同时，哑RF链170至少在一方面中具有相比完整RF链130减小的功能性，其大体将BB信号转移到具有最小到没有降级的RF带。特别地，哑RF链170放宽完整RF链130的至少一个特征。例如，哑RF链170放宽部件的质量，诸如替代地使用低成本部件或者甚至完全省略组件，例如没有ADC，具有低Tx功率（例如＜20dBm）的简单PA等。此外，可以放松PA头上空间、线性度、宽带高比特ADC的上述特征、或相对于完整RF链130所描述的任何其它特征、或并未描述但由完整RF链130实现的任何其它特征。“放松”特征意指针对该特征的要求未满足。例如，如果特征是Tx功率，则针对PA280的其特征对于完整RF链130是高达46dBm，经放松的特征将小于46dBm（例如小于20dBm）。哑RF链170的目标是每AE的单个芯片——或芯片上的系统。结果是相对于完整RF链130，针对哑RF链170减小的射束成形/预编码能力。
对于哑RF链170和完整RF链130，天线元件115可以相同。然而，哑RF链170可能还使用与完整RF链130所使用的不同类型的天线。例如，相比由完整RF链170所使用的天线，哑RF链170可能使用更窄带的天线。这将是从RF到天线的扩展。也就是说，由哑RF链170和完整RF链130使用的天线的特性可以不同，并且这样的不同特性包括窄带（例如用于哑RF链）对比宽带（例如用于完整RF链）。
如可以从图3看出的，图3图示了来自至少两个天线的半速率切换信号与对应窄频谱的空中组合，从而允许低成本紧凑尺寸的RF滤波器，用于PA230和相位偏离器220的控制信号以半速率运行。术语半速率意指利用基带信号的“完整速率”采样频率的速率的一半，例如对于LTE，0.5乘以1/33ns=15MHz为常规LTE的30.72MHz的速率的一半。在图3中，由半速率切换信号创建信号310-1和310-2，使得PA230可以以基带信号的采样频率的速率的一半被接通和关断，或者相位或幅度中的任何改变以半速率执行，并且因此信号310-1和310-2具有总带宽BW的一半或1/2BW。要指出的是，哑RF链170可以以小于完整速率简单地运行或以低于半速率运行。也就是说，半速率仅是一种选项。此外，允许仅RF前端对执行小于完整速率的操作是一种选项，但是可以使用多于两个RF前端。基本上，切换时刻被延迟，但是并非射频链本身。以半时隙延迟是基线概念。在与半速率不同的速率的情形中，该延迟将还必须被适配。信号310-1和310-2经由空中组合而组合以创建产生的信号320。要指出的是，存在用于确定信号310-1和310-2的两个半速率信号的时序之间的适当相位差异以便适当地相加两个信号310-1和310-2。想法是一个RF链在第一时刻并且第二RF链在适当的经时间偏离的时刻（完整速率信号的一个时隙）改变其信号。例如，在图3的示例中，第一时刻大约为时隙的一半（一个RF链在时隙开始时接通并且在时隙中的半途点关断，而第二RF链在时隙中的半途点接通并且在时隙结束时关断）。对于三个RF链，信号将在时隙的开始和时隙的三分之一及三分之二处改变。此外，半速率意指两个RF链具有带宽的一半的频谱，例如10MHz而不是20MHz，但是二者将待在RF带的中心处。在该示例中，产生的信号20可以在2和20GHz之间定中心。
代替接通和关断PA230，人们可能考虑在天线和哑电阻器元件之间切换以改进切换质量。例如，在图2A中，示出开关255，其将在一半时间将PA230的输出连接到滤波器240（并到天线115）并且在一半时间将PA230的输出连接到电阻器256（其具有到地的输出）。要指出的是，开关255可以替代地处于滤波器240的输出处。切换速率是以上所描述的半速率。由于非常高的PAE连同由于大规模MIMO所致的非常低的Tx功率一起，总功耗将保持为小的。一般地，这意味着此处提出用于信号生成的时域方案，其中Rx信号通过根据叠加的信号的空中信号生成而逐样本地生成。应当指出的是，完整RF链130也可以使用天线与哑电阻器元件之间的类似切换以便创建完整速率信号。
还要指出的是，“空中组合”意指来自大规模MIMO阵列的不同天线元件的所有单独的信号在UE接收器的天线处由于无线电信道的线性度而叠加。在具有许多单独的天线元件的大规模MIMO阵列的情形中，可以在单个天线元件处以非常有限的信号选项生成非常复杂的Rx信号（查看此的一种方式将是称此为分发DAC）。
在下文中，提及一些示例性且非限制性实现方面。
新颖信道估计概念可能是需要的以允许高质量的独立估计以及非常简单的哑天线元件。例如，对于频分复用（FDD），若干哑天线元件可能组合以用于传输公共虚拟CSI-RS。作为另一示例，FDD可能与来自UE的DL频带上的特定SRS的传输组合。这样，还可以运用信道互惠以用于FDD同时允许许多哑天线元件的CSI估计。
UE应当意识到它们正由组合哑和高质量RF链的大规模MIMO阵列所服务，并且因此它们可能通过显式精确地报告高质量天线元件和简化地报告哑天线元件而获益。这也是所需要的，因为哑天线元件将必须发送仅可由开-关PA生成的特定CSIRS。
可能存在不同类型的哑RF链。例如，RF频率的接电/断电可能是令人感兴趣的，因为这引起理想地同时具有非常简单的PA配置的3dB的非常高的功率放大器效率（PAE），这有助于最小化加热问题。作为扩展，可能考虑每PA的三状态控制信号，其然后具有三个状态，比如+1，-1和高阻抗（0）。这可能还使得能够实现用于Tx功率的三个值而不需要ADC转换器。针对完整射束成形灵活性的相位偏移所要求的状态的数目有待进一步的研究并且可能在固定相位、四个相位偏移之间或者由例如二到八比特来数字地控制。
对于射束成形，可能形成为天线元件的可替换分组，其中预限定的相位偏移（使得可以包括射束的网格、GoB、概念）同时被切换。这可能减小用于相位偏移控制所要求的比特的数目并且可能通过固定的延迟线较容易地实现。
PA230的开/关切换可能伴随有针对所有PA的每子帧公共缓慢的功率调节，其中目标是优化预编码准确度。
概念严重依赖于快速切换元件，并且幸运的是，具有3GHzRF带宽，ton，toff=10ns切换时间和0.3dB插入损失的在大约每片30美分的2x2mm2芯片上的低成本和高性能GaAsSPDT开关已经是可用的（例如AS179-92LF，其是具有0.02-3GHz的频率范围的由Skyworks公司制造的GaAsICSPDT开关）。
参照图4，其示出了其中可以实践示例性实施例的示例性系统的框图。在图4中，用户设备（UE）410经由无线链接411与网络400无线通信。用户设备410包括通过一个或多个总线427互连的一个或多个处理器420、一个或多个存储器425、以及一个或多个收发器430（每一个包括接收器Rx432和发射器Tx433）。一个或多个收发器430连接到一个或多个天线428。一个或多个存储器425包括计算机程序代码429。
作为向网络400提供通过UE410的无线访问的基站的eNB490包括通过一个或多个总线457互连的一个或多个处理器450、一个或多个存储器455、一个或多个网络接口（N/WI/F）461、以及一个或多个收发器460（每一个包括接收器Rx467和发射器Tx466）。发射器466可以是或实现图2A的发射器200。一个或多个收发器460连接到天线阵列110。一个或多个存储器455包括计算机程序代码453。在该示例中，存在大规模MIMO控制模块492，其是eNB490的一部分并且引起eNB490执行本文的操作中的一个或多个。在示例中，大规模MIMO控制模块（例如完全地或部分地）使用计算机程序代码453来形成。也就是说，一个或多个存储器455中的计算机程序代码453在示例中可以操作以控制eNB490，使得一个或多个存储器455和计算机程序代码453利用一个或多个处理器450配置成使eNB490执行本文所描述的技术中的一个或多个。在另一示例中，大规模MIMO控制模块492可以（例如完全地或部分地）在硬件元件中实现，硬件元件诸如专用集成电路或现场可编程门阵列。
一个或多个网络接口461通过诸如网络470和431的一个或多个网络通信。两个或更多eNB490使用例如网络470通信。网络470可以是有线或无线或二者并且可以实现例如X2接口。
无线网络400可以包括网络控制元件（NCE）440，其可以包括移动管理实体（MME）或服务网关（SGW）功能性，并且其提供与诸如电话网络和/或数据通信网络（例如因特网）的另外的网络的连接性。eNB490经由网络431耦合到NCE440。网络431可以实现为例如S1接口。NCE440包括通过一个或多个总线485互连的一个或多个处理器475、一个或多个存储器471和一个或多个网络接口（N/WI/F）480。一个或多个存储器471包括计算机程序代码473。
计算机可读存储器425,455和471可以是适于本地技术环境的任何类型并且可以使用任何适当的数据存储技术实现，诸如基于半导体的存储器设备、闪速存储器、磁性存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定的存储器和可移动的存储器。处理器420,450和475可以是适于本地技术环境的任何类型，并且可以包括作为非限制性示例的通用计算机、专用计算机、微型计算机、数字信号处理器（DSP）以及基于多核处理器架构的处理器中的一个或多个。
转向图5，示出了用于使用低努力大规模MIMO天线阵列的示例性逻辑流程图的框图。该图还图示了依照本文的示例性实施例的示例性方法的操作，体现在计算机可读存储器上的计算机程序指令的执行结果，和/或由硬件中实现的逻辑执行的功能。图5中的框可以由eNB490执行，例如在大规模MIMO控制模块492的控制之下。图5中的框也可以被视为用于执行框中的功能的互连的机构。
在框510中，eNB490确定将使用多少个射束来传输到多少个用户。在框515中，eNB490选择预编码以满足所选数目的多个射束和用户设备。在框517中，eNB490告知（例如经由（多个）消息）UE410CSIRS的某一集合用于完整RF链并且CSIRS的另一集合用于哑RF链。这样，UE可以选择适当的反馈，如以上所描述的。典型地，不同CSI参考信号将被用于哑和完整RF链并且还将存在不同的对应反馈。此外，告知UE关于特定天线结构的控制消息也可以被发送。
在框520中，eNB490执行天线阵列110的粗糙预编码以满足所选多个射束和用户（例如其中“用户”典型地意指用户设备410）。该预编码一般是厂商特定的，但是哑RF链130具有其预编码解决方案中的某些约束。因此，用于哑预编码器的计算的一种方式是假定完美RF链外加向最优预编码器信号应用任何约束（例如仅两个幅度值）。作为结果，UE410接收具有误差的信号，其由eNB490已知。框530和540是框520的一部分的示例。在框530中，eNB490选择用于哑增强器RF链170的多个天线110的集合。选择天线对在上文描述（例如参见图3），但是还可以选择集合中的多个天线。天线的数目限定自由度，但是射束的生成由所有天线元件同时执行。每一个UE获得例如由所有天线形成的一个射束。由于线性度的缘故，用于所有UE的所有射束然后可以仅仅叠加（要注意，这是标准MUMIMO传输）。在框540中，eNB490配置多个哑增强器RF链的集合以提供小于完整速率（例如半速率或更小）的切换信号的空中组合，例如在每UE/每射束的基础上（假定每UE一个射束）。应当指出的是，该空中组合可以针对所有天线一般化。要指出的是，用于半速率切换的哑RF链对的配置可以被看作基线方案，但是该概念可以一般化使得所有哑天线协作，但是每一个哑RF链具有正常速率的二分之一的最大切换速率（在示例性实施例中）。这样，用于信号生成的灵活性得以最大化。
在框550中，eNB490执行天线阵列110的精细预编码以满足所选多个射束和用户。利用精细预编码，仅增量信号必须被发送以获得意图的无误差信号。作为框550的一部分，eNB490配置正常RF链130（框560），例如以补偿哑增强器RF链170的粗糙预编码。对于完整RF链，不存在任何配置（除正常配置之外）。例如，尽管哑RF链被配置为协作，但是完整RF链是独立的。如以上所述，天线阵列110具有某一数目的完整RF链，其驱动某些天线元件并且限定大概多少独立射束可以以良好质量形成。示例性想法是比所计划的数目的射束多一个完整RF链，使得存在至少1（一）阶多样性并且完整RF链可以补偿用于所有UE的信号。如果实际上存在大量哑天线元件，则一个可能在某些情景中服务甚至多于完整RF链的数目的流（例如UE），可能地然后对于一些UE具有某种性能降级。在框570中，eNB490使用天线阵列110来执行射束成形，其中多个射束针对多个用户。
图6-8图示了用于所提议的示例性概念的一些仿真结果。在图6A中，线610指示用于服务典型的广域小区中的三个随机放置的UE的32元件均匀线性天线阵列（ULA）的Tx功率。仿真基于Quadriga（QUAsi确定性无线电信道生成器）信道模型，其本身基于优胜者和SCMe（3GPP空间信道模型扩展）信道模型。针对每一个天线元件的接电/断电决定在此处仅仅是由线620所指示的循环过程的结果。在图6B中，每天线元件的正确的且经循环的预编码值被绘制为星座图。参考标记630对应于线610，并且图6B中的其它点对应于线620。要指出的是，用于经循环和理想预编码的权重的颜色已经关于图6A中的图有所改变。经循环的权重630现在具有固定幅度和变化相位或者零功率，而理想权重（在图6B中未标示）在功率以及相位方面变化。
在图7中，针对三个所服务的用户绘制出UE710,720,720的接收器处的仿真信号幅度和相位的CDF。目标幅度和相位已经是一（1）和0°（零度）并且从CDF清楚的是大多数实现（此处100个随机UE放置和信道实现已经被分析）接近目标值。作为结果，用于由四个高质量RF前端针对三个UE生成的补偿信号的Tx功率非常低。四个RF前端被用来保持用于多样性的一个空间自由度，由此引起信道矩阵的较好条件以及相应地较低的预编码功率。图8中的线840是用于服务三个UE的总体总和功率，而线850是用于服务相同UE的而没有仅通过四个高质量RF链的任何增强器天线的情况。可以观察到用于平均Tx功率的大约15dB的明显功率节省，从而核实用于所提出的示例性概念的显著潜力。
示例性实施例具有以下非限制性益处和技术效果中的一个或多个：
提出非常低成本的增强器RF链实现，由此将RF链减小为单个每天线元件芯片解决方案。
与高质量RF链组合，具有完整射束成形灵活性的精确预编码是可能的。这允许运用来自大规模MIMO阵列的所有已知增益，诸如射束成形增益、引起减小的干扰的指向性增益、具有相符的较低要求预编码功率的信道矩阵的改进的条件等。MUMIMO的完美支持直至可用高质量RF链的数目是可能的，但更多用户可能被服务，如果对于这些附加用户而言某种降级是接受的话。
由于哑增强器天线，高质量RF前端可以以明显更低的Tx功率实现，这除关于例如线性度的高水平要求之外还使它们相对便宜。要指出的是，典型地用于RF前端的成本随着Tx功率要求的降低而以大于线性降低的方式降低。
通过低于尼奎斯特传输以及空中组合来自两个或更多相邻天线元件的两个低速率Tx信号，明显减小了针对RF滤波器的要求，从而允许小尺寸和低成本的实现。
本发明的实施例（或其部分）可以在软件（由一个或多个处理器执行）、硬件（例如专用集成电路）或软件和硬件的组合中实现。在示例实施例中，软件（例如应用逻辑、指令集）在各种常规计算机可读介质中的任一个上维持。在该文档的上下文中，“计算机可读介质”可以是可包含、存储、通信、传播或输运指令以用于由指令执行系统、装置或诸如计算机的设备使用或结合其使用的任何介质或机构，其中计算机的一个示例在例如图4中描述和描绘。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质（例如（多个）存储器425,455或其它设备），其可以是可包含或存储指令以用于由指令执行系统、装置或诸如计算机的设备使用或结合其使用的任何介质或机构。然而，计算机可读存储介质不涵盖传播信号。
如果期望，则本文所讨论的不同功能可以以不同顺序和/或彼此同时执行。此外，如果期望，则上述功能中的一个或多个可以是可选的或可以组合。
尽管在独立权利要求中阐明了本发明的各方面，但是本发明的其它方面包括来自所描述的实施例和/或具有独立权利要求的特征的从属权利要求的特征的其它组合，并且不仅仅为权利要求中显式阐明的组合。
在本文还应当指出的是，尽管上文描述了本发明的示例实施例，但是这些描述不应当以限制性意义来查看。而是，存在可以在不脱离如随附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下所做出的若干变型和修改。
该申请或附图中所使用的缩写如下限定。
3GPP第三代合作伙伴计划
5G第五代
ACLR相邻信道泄露比
ADC模数转换器
AE天线元件
BB基带
CDF累加分发功能
CPRI公共无线电接口
CSI-RS信道状态信息参考信号
DAC数模转换器
dBm毫瓦分贝
DL下行链路（从基站到UE）
eNB演进的节点B，LTE基站
EU欧盟
FDD频分双工
GHz千兆赫
IC集成电路
LTE长期演进
m3立方米
MCS调制和编码方案
METIS用于2020信息社会的移动和无线通信启用器
MHz兆赫兹
MIMO多输入，多输出
MU-MIMO多用户MIMO
PA功率放大器
PAE功率放大器效率
PMI预编码矩阵指示符
RF射频
Rx接收或接收器
SPDT单刀双掷
SRS探测参考信号
TDD时分双工
Tx发射或发射器
UE用户设备，例如无线设备
UL上行链路（从UE到基站）。

Claims (22)

1.一种装置，包括：
被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第一天线的多个第一射频链；以及
被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第二天线的多个第二射频链，其中第一和第二天线不同；
其中第一和第二射频链被配置为创建来自基带信号的射频信号，其中第一射频链具有某一功能性，并且其中第二射频链具有相对于第一射频链的所述某一功能性减小的功能性。
2.权利要求1的装置，其中第一射频链的所述某一功能性至少部分地基于多个特征，并且其中第二射频链具有减小的功能性，因为用于第二射频链的一个或多个特征相对于用于第一射频链的相同的一个或多个特征被放松。
3.权利要求1的装置，还包括天线阵列。
4.权利要求1的装置，其中第一天线具有与第二天线的特性不同的特性。
5.权利要求1的装置，其中至少一个第二射频链包括具有以下仅两个状态的功率放大器：其中功率放大器以完整功率传输的开状态；以及其中功率放大器沉默的关状态。
6.权利要求5的装置，其中至少一个第一射频链包括能够在功率范围之上放大信号的第二功率放大器。
7.权利要求6的装置，其中至少一个第一射频链运行第一速率，并且其中用于至少一个第二射频链的功率放大器以比第一速率小的速率在开状态和关状态之间切换。
8.权利要求7的装置，其中用于至少一个第二射频链的功率放大器以作为第一速率的一半或小于第一速率的一半的速率在开状态和关状态之间切换。
9.权利要求6的装置，其中至少一个第一射频链以第一速率运行，并且其中耦合到用于至少一个第二射频链的信号的功率放大器的输出的信号在朝向天线路由的输出和接地的电阻器之间切换，其中切换以比第一速率小的速率发生并且功率放大器保持在开状态中。
10.权利要求9的装置，其中在朝向天线路由的输出和接地的电阻器之间的针对至少一个第二射频链的切换以作为第一速率的一半或小于第一速率的一半的速率发生。
11.权利要求5的装置，其中至少一个第二射频链包括被配置为接收基带信息并将经偏离的信号输出到功率放大器的相位偏离器，并且包括对功率放大器的输出滤波并创建能够耦合到多个第二天线之一的经滤波的输出的滤波器。
12.权利要求11的装置，其中至少一个第一射频链包括接受数字基带信号并创建模拟基带信号的数模转换器、用本地振荡器信号乘以模拟基带信号以创建耦合到第二功率放大器的射频信号的乘法器、以及对来自第二功率放大器的经放大的信号滤波并创建能够耦合到多个第一天线之一的经滤波的输出的第二滤波器，其中第二滤波器实现有特征集合，并且至少一个第二射频链中的滤波器实现有相对于第二滤波器的所述特征集合被放松的特征。
13.权利要求12的装置，其中用于至少一个第一射频链的数模转换器在来自数字基带信号的多个比特上操作，并且其中至少一个第二射频链不具有模数转换器或具有单比特模数转换器。
14.权利要求12的装置，其中用于至少一个第一射频链的第二滤波器具有预定的特征集合，并且其中用于至少一个第二射频链的第一滤波器缺乏该特征集合中的一个或多个特征或具有相对于用于至少一个第一射频链的该特征集合中的特征被放松的一个或多个特征。
15.权利要求1的装置，其中多个第二射频链的一个或多个集合被配置为以比完整速率小的速率操作，第一射频链以完整速率操作，并且其中多个第二射频链的每一个集合中的不同集合以时隙的不同部分延迟，其中来自每一个集合的传输信号的空中组合将允许接收器形成完整速率信号。
16.权利要求15的装置，其中多个第二射频链的一个或多个集合中的每一个具有第二射频链对。
17.权利要求1的装置，还包括告知用户设备信道状态信息的某一集合用于多个第一射频链并且信道状态信息的另一集合用于第二射频链。
18.权利要求17的装置，其中所述某一集合的信道状态信息不同于所述另一集合的信道状态信息。
19.权利要求1的装置，还包括一个或多个处理器和包括计算机程序代码的一个或多个存储器，其中一个或多个存储器和计算机程序代码利用一个或多个处理器配置为使所述装置执行至少以下步骤：
选择预编码以满足所选数目的多个射束和对应用户设备；
选择多个天线的集合以用于第二射频链；
将对应于所选多个天线的第二射频链的集合配置为提供小于完整速率切换信号的空中组合。
20.权利要求1的装置，还包括一个或多个处理器和包括计算机程序代码的一个或多个存储器，其中一个或多个存储器和计算机程序代码利用一个或多个处理器配置为使所述装置执行至少以下步骤：
执行天线阵列的粗糙预编码以满足所选数目的多个射束和用户设备，粗糙预编码使用多个第二射频链；以及
执行天线阵列的精细预编码以满足所选数目的多个射束和用户设备，精细预编码使用多个第一射频链。
21.权利要求1的装置，还包括使用天线阵列以执行射束成形，其中多个射束针对多个用户设备。
22.一种装置，包括：
基站，包括：
被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第一天线的多个第一射频链；以及
被配置为能够耦合到来自天线阵列的多个第二天线的多个第二射频链，其中第一和第二射频链不同；
其中第一和第二射频链被配置为创建来自基带信号的射频信号，其中第一射频链具有某一功能性，并且其中第二射频链具有相对于第一射频链的所述某一功能性减小的功能性。
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