CN107769831B - 基站及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

基站及其操作方法。例如被配置用于大规模MIMO的基站，其包括信道接收器，每个信道接收器连接至多个天线中相应的天线，以无线地接收由通信装置CD生成的RF传输信号。每个信道接收器包括信道前端模块，该模块具有第一带宽，并且被配置成将RF传输信号转换为一个或更多个第一模拟基带信号。信道接收器基于与CD相关联的信道状态信息可共同操作，以在CD处限定空间波束聚焦。基站还包括导频信号接收器，每个导频信号接收器连接至多个天线中相应的天线，以无线地接收由CD或另一CD生成的RF导频信号。每个导频信号接收器都包括导频信号前端模块，该导频信号前端模块具有小于第一带宽的第二带宽，并且被配置成将RF导频信号转换为一个或更多个第二模拟基带信号。

Description

基站及其操作方法
技术领域
本公开总体上涉及用于无线通信、特别是大规模多输入多输出(MIMO)通信的系统。
背景技术
MIMO技术依靠多个天线在无线通信系统中同时发送多个数据流。例如，MIMO 被并入到新近且不断演进的无线宽带标准(诸如4G LTE和LTE-A)中，并允许基站与数个移动终端进行通信。最现代的标准(LTE-A)在基站处允许多达8个天线端口。
大规模MIMO是一种新兴技术，其通常将MIMO扩大多个数量级。大规模MIMO 有时缩写为MaMi，也称为“大规模天线系统”、“超大MIMO”、“超MIMO”、“全尺寸MIMO”以及“ARGOS”。大规模MIMO是被提出用于无线通信的基站的多用户 MIMO技术，其中每个基站都配备有M个有源天线元件的阵列(所谓的服务天线)，并且在同一时间和频带上，利用这些有源天线元件与K个(单天线或多天线)终端进行通信。服务天线的数量M可以至少为10个，但通常要大得多，诸如至少20、100 或250个。通过对阵列上的信号的相干处理，可以在下行链路中使用所谓的发送预编码，以将每个信号在其希望的终端处进行空间聚焦，并且可以在上行链路中使用所谓的接收组合来区分从不同终端发送的信号。在基站处使用的天线越多，可以实现对终端的空间聚焦就越精细。空间聚焦使得能够在基站和终端处都使用较低的RF传输功率，而不损害信噪比(SNR)。大规模MIMO例如在
Figure GDA0003518286940000011
等人于2016年2月发表在IEEECommunications Magazine,vol.54,no.2,pp.114-123的文章“Massive MIMO:Ten Mythsand One Critical Question”和Larsson等人于2014年2月发表在IEEE CommunicationsMagazine,vol.52,no.2,pp.186-195的文章“Massive MIMO for next generationwireless systems”中进行了描述。
由大规模MIMO基站执行的预编码和组合依赖于去往和来自终端中的每一个的估计信道响应(表示为信道状态信息(CSI))，并将有效SNR提高表示为阵列增益的因子，该因子与数量M和CSI的质量成比例。一般来说，CSI在基站(上行链路CSI) 和相应终端(下行链路CSI)中可能不同。基站可以通过接收和分析由相应终端发送的上行链路导频来获得上行链路CSI。如果通信系统被设计用于TDD(时分双工)操作(其中，将相同频带用于上行链路和下行链路)，则下行链路CSI将等于或至少近似于上行链路CSI，表示为“信道互易性”的一种现象。因此，基站可以依赖于该信道互易性而将上行链路CSI用于下行链路预编码目的，可选地，在应用例如考虑到链路两端的收发器射频(RF)链中的非互易性的校准系数之后进行。如果通信系统被设计用于FDD(频分双工)操作(其中，将不同的频带用于上行链路和下行链路)，则下行链路CSI可以由相应终端例如基于由基站发送并被发送回至基站的训练信号来确定。
在TDD和FDD两者中，基站被配置成在具有预定义带宽的一个或更多个信道上与终端进行通信。因此，基站包括用于每个天线的专用RF接收器，其中，RF接收器被配置成选择要转换为数字基带的希望信道。
从上述内容可以理解，仅当基站已经基于由相应终端发送的上行链路导频确定了上行链路CSI时才实现所希望的阵列增益。因此，基站需要能够在不使用阵列增益的情况下接收由终端发送的上行链路导频。这可以由终端使用用于上行链路导频的增加的传输功率来实现。然而，生成上行链路导频的这种方法具有增加终端处的功耗并向终端HW添加需求的缺点。
尽管上述讨论集中于诸如移动手机的终端，但其同样适用于可以是移动的或者固定的其它通信装置。针对大规模MIMO基站的一个特定应用环境可以是物联网(IoT)，其中，所有类型的装置都与互联网集成。具有无线通信能力的这种IoT装置包括各种类型的传感器和控制器。这些IoT装置中的许多装置都是低复杂度装置，例如，具有有限CPU、存储器以及功率资源的嵌入式装置。意识到，确保上行链路导频到达基站的上述方法通常不适用于具有有限功率资源的IoT装置。
发明内容
本发明的一目的是，至少部分地克服现有技术的一个或更多个局限性。
另一目的是，改进用于无线大规模MIMO通信的系统。
进一步的目的是，改进基站在较低导频功率电平下连接到通信装置的能力。
更进一步的目的是，使得能够在用于无线大规模MIMO通信的系统中实现通信装置的功耗降低。
本发明的第一方面是一种基站，该基站可以但不必被配置用于大规模MIMO通信。所述基站包括多个天线和多个信道接收器。每个信道接收器都连接至所述多个天线中的相应天线，以无线地接收由通信装置生成的RF传输信号，并且每个信道接收器都包括信道前端模块，该信道前端模块具有第一带宽，并且被配置成将所述RF传输信号转换为一个或更多个第一模拟基带信号，其中，基于与所述通信装置相关联的信道状态信息，所述信道接收器可共同操作以在所述通信装置处限定空间波束聚焦。所述基站还包括多个导频信号接收器，其中，每个导频信号接收器都连接至所述多个天线中的相应天线，以无线地接收由所述通信装置或另一通信装置生成的RF导频信号。每个导频信号接收器都包括导频信号前端模块，该导频信号前端模块具有小于所述第一带宽的第二带宽，并且其被配置成将所述RF导频信号转换为一个或更多个第二模拟基带信号。
因此，根据第一方面，所述基站设置有用于接收和处理所述导频信号的专用硬件(多个导频信号接收器)，其中，该专用硬件具有比用于在专用信道上并且通过使用由空间聚焦提供的阵列增益来与所述通信装置进行通信的常规硬件(多个信道接收器)更小的带宽。与常规硬件相比，所述专用硬件的减小的带宽用于通过增加由该专用硬件生成的模拟基带信号的SNR来提高对所述导频信号的灵敏度。因此，第一方面便于所述基站对所述导频信号的检测，并且对于在没有阵列增益(即，没有空间波束聚焦)的情况下接收所述导频信号尤其有用，例如，通过使先前未连接的通信装置能够以较低的功率连接至所述基站，从而降低系统干扰的程度。此外，提供具有针对导频信号增加的灵敏度的专用硬件释放了在向所述基站发送导频信号时增加所述通信装置的传输功率的需要。因此，第一方面使得能够实现所述通信装置的功耗降低，并从而固有地非常适合于具有有限功率资源的通信装置，诸如IoT装置。
应当理解，所述基站可以特别适合于通过大规模MIMO与多个通信装置进行通信。
优选地，所述导频信号接收器和所述信道接收器成对连接至所述天线。换句话说，连接至所述导频信号接收器中的相应一个的每个天线也连接至所述信道接收器中的相应一个。在一个实施方式中，导频信号接收器的数量等于信道接收器的数量。
在一个实施方式中，所述第二带宽小于所述第一带宽的1/5、1/10、1/20或1/50，并且优选地小于所述第一带宽的1/100、1/200、1/500或1/1000。
在一个实施方式中，所述第二带宽的中心频率位于所述第一带宽内。
在一个实施方式中，所述基站还包括处理电路，该处理电路被配置成对所述多个导频信号接收器的所述第二模拟基带信号进行操作，以计算针对所述RF导频信号的信道状态信息。在一个实现中，所述基站还可以被配置成基于针对所述RF导频信号计算的所述信道状态信息，操作所述信道接收器或所述导频信号接收器，以在生成所述RF导频信号的所述通信装置或所述另一通信装置处限定所述空间波束聚焦。附加地或另选地，所述处理电路还可以被配置成对所述多个信道接收器的所述第一模拟基带信号进行间歇操作，以计算针对所述RF传输信号的信道状态信息。附加地或另选地，所述处理电路还可以被配置成对所述多个信道接收器的所述第一模拟基带信号进行操作，以获取在所述RF传输信号中编码的有效载荷数据。
在一个实施方式中，所述基站还被配置成对所述信道接收器或所述导频信号接收器进行操作，以接收由所述另一通信装置生成的另一RF信号，并将所述另一RF信号转换为对应的第一或第二模拟基带信号，其中，所述处理电路还被配置成对所述对应的第一或第二模拟基带信号进行操作，以获取在所述另一RF信号中编码的有效载荷数据。
在一个实施方式中，所述基站还包括至少一个发送器，并且被配置成操作所述至少一个发送器，以发送包括对所述第二带宽的中心频率的指示的广播信号。
在一个实施方式中，所述第二带宽具有与所述RF导频信号对应的带宽。
在一个实施方式中，所述相应的信道接收器包括限定所述第一带宽的至少一个第一信号滤波器，并且所述相应的导频信号接收器包括限定所述第二带宽的至少一个第二信号滤波器。在一个实现中，所述至少一个第二信号滤波器是可调谐的，以改变所述第二带宽的中心频率。
在一个实施方式中，所述第二带宽对应于由所述信道接收器处理的最小带宽的倍数，所述倍数在1-100的范围内，并且优选地在1-20的范围内。
在一个实施方式中，所述RF传输信号和所述RF导频信号是OFDM信号，并且所述RF导频信号由1-12个OFDM子载波信号构成。
本发明的第二方面是一种操作大规模MIMO基站的方法。所述方法包括以下步骤：操作多个信道接收器，以在相应的天线上无线地接收由通信装置生成的RF传输信号，并且通过具有第一带宽的信道前端模块将所述RF传输信号转换为第一模拟基带信号，同时基于与所述通信装置相关联的信道状态信息，共同操作所述信道接收器以在所述通信装置处限定相应的空间波束聚焦。所述方法还包括以下步骤：操作多个导频信号接收器，以在相应的天线上无线地接收由所述通信装置或另一通信装置生成的RF导频信号，并且通过具有小于所述第一带宽的第二带宽的导频信号前端模块将所述RF导频信号转换为第二模拟基带信号。
第二方面共有第一方面的优点。可以对第一方面的上述实施方式中的任何一个进行调整并实现为第二方面的实施方式。
根据下面的详细描述，根据所附权利要求书以及根据附图，将呈现本发明的其它目的、特征、方面以及优点。
附图说明
现在将参照所附示意性附图，对本发明的实施方式进行更详细描述。
图1示出了包括可以实践或实现实施方式的基站的大规模MIMO系统的示例。
图2A是图1的基站中的信道接收器的框图，而图2B是图1的基站中的信道接收器和PS接收器的组合的框图。
图3示出了信道接收器和PS接收器中的前端模块的带宽特性。
图4A至图4B示出了来自使用OFDM调制的通信装置的导频和有效载荷传输的示例。
图5是一个实施方式中的大规模MIMO基站的框图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明的实施方式进行更全面的描述，其中示出了本发明的一些而非全部实施方式。实际上，本发明可以按许多不同的形式具体实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；而是提供这些实施方式，使得本公开可以满足适用的合法要求。贯穿全文，相同标号指示相同元件。
而且，应当理解，在可能的情况下，本文所描述和/或设想的本发明的任何实施方式的任何优点、特征、功能、装置和/或可操作方面都可以被包括在本文所描述和/ 或设想的本发明的任何其它实施方式中，反之亦然。另外，除非另有明确说明，否则在可能的情况下，本文中按单数形式表达的任何术语意指也包括复数形式，反之亦然。如本文所使用的，“至少一个”应当意指“一个或更多个”并且这些短语可互换。因此，术语“一”和/或“一个”应当意指“至少一个”或“一个或更多个”，即使在本文中也使用了短语“一个或更多个”或“至少一个”。如本文所使用的，除上下文因明确的语言或必要的含义而另有要求之外，词语“包括”或其变体以包容性意义加以使用，也就是说，指定存在规定特征，但不排除在本发明的各种实施方式中存在或添加其它特征。
图1示出了用于无线通信的大规模MIMO(MaMi)系统1的示例。基站(BS) 2配备有M个有源天线元件或“服务天线”的阵列3(方格图案)，并且包括处理单元4，该处理单元4被配置成在相同的时间和频带上经由阵列3与K个通信装置(CD) 5无线通信。应当注意，图1中的阵列3的配置仅作为示例给出。服务天线的数量M 可以至少为10个，但通常要大得多，诸如至少50、100或250个。可由BS 2服务的 CD 5的数量K取决于多种条件，诸如系统性能指标、传播环境以及相干块长度。一般来说，M超过K一个数量级。MaMi的基本原理已经在背景技术部分中进行了描述，这里不再赘述。
在图1中，与CD 5通信的传输信号通常由TS指定。该传输信号TS包括有效载荷数据，有效载荷数据通过任何合适的技术被编码到传输信号TS中。在下文中，假设传输信号TS以及在BS 2与CD 5之间通过空中通信的所有其它信号是包括一个或更多个载波信号的RF(射频)信号，该载波信号由任何可用的技术调制以携带信息(数字数据)。
为了传送该传输信号TS，BS 2中的处理单元4被配置成分别针对上行链路通信(从CD到BS)和下行链路通信(从BS到CD)获取针对BS 2与相应的CD 5之间的传输路径的信道状态信息(CSI)。处理单元4然后使用所获取的下行链路CSI来生成用于服务天线的传出信号，使得下行链路中得到的传输信号TS在相应的CD 5的位置处空间上被聚焦到小空间区域(“空间波束聚焦”)。该下行链路处理通常被表示为“发送预编码”，并且其各种实现是本领域技术人员所公知的。相对应地，处理单元4使用所获取的上行链路CSI来处理来自服务天线的传入信号，使得上行链路中的传输信号TS的起点空间上被聚焦在相应的CD 5的位置处。该上行链路处理通常被表示为“接收组合”，并且其各种实现是本领域技术人员所公知的。在图1中，上行链路和下行链路中的传输信号TS的空间聚焦由图1中的辐射波瓣6示意性地表示。然而，重要的是注意到该空间聚焦不依赖于BS 2与相应的CD 5之间的视距传输，而是考虑到BS 2与相应的CD 5之间的多个传播路径，包括被一次或更多次偏转/分散的路径。还应当理解，上行链路和下行链路CSI需要被间歇地更新以考虑BS 2与相应的CD 5之间的传播路径的变化，以便将空间波束聚焦维持在相应的CD 5处。
如背景技术部分所述，MaMi系统可以由TDD或者FDD进行操作，并且以下描述同样适用于两者。在TDD以及FDD中，可以通过使CD 5间歇地发送导频信号(“上行链路导频”)来估计用于相应的CD 5的上行链路CSI，作为传输信号TS的一部分或与其分离。导频信号也被称为SRS(探测基准信号)，并且是由CD 5和BS 2都知道的明确限定的信号。该导频信号被设计成使得BS 2能够确定信道传递功能。因此，上行链路导频由BS 2的服务天线接收，并且由处理单元4进行分析，以确定更新的上行链路CSI。在TDD中，使用信道互易性，下行链路CSI可以被设置成等于上行链路CSI，或者通过对如由服务天线接收的上行链路CSI或上行链路导频应用预定校准系数来计算。在FDD中，可能需要其它处理来确定下行链路CSI，例如，由BS 2 向CD 5发送导频信号，该CD 5估计下行链路CSI并将该下行链路CSI发送回BS 2。用于确定上行链路和下行链路CSI的各种技术是本领域技术人员所公知的。
空间聚焦导致阵列增益，阵列增益与相应的上行链路和下行链路CSI以及服务天线的数量M成比例。通过该阵列增益，BS 2和CD 5的辐射能量效率增加，使得可以在传输信号TS和用于确定更新后的CSI的导频信号中以较低的能量操作BS 2和 CD 5。因此，MaMi系统固有地非常适用于以低功率操作的CD 5，诸如IoT装置。
有关用于无线通信的MaMi背后的理论和实现的细节将不在这里给出，但是在各种手册和文章中可容易获得，包括背景技术部分中所标识的文章和本文引用的参考文献，并且全部通过引用并入本文。
实现低功率操作的优点通常仅在BS 2已经获取上行链路CSI并且在相应的CD 5处建立空间波束聚焦时才可用。图1示出了另一CD 5'，其位于BS 2的范围内，但对于其来说，BS 2没有上行链路CSI，并且不能建立空间波束聚焦。因此，CD 5'需要在没有空间聚焦的情况下发送供阵列3接收的导频信号PS。当被接收时，导频信号PS允许BS 2确定用于CD5'的上行链路CSI，并建立空间波束聚焦。本发明的实施方式确保即使CD 5'处于或被配置用于低功率操作，也由BS 2检测导频信号PS。这通过向BS 2提供用于检测导频信号PS的专用窄带(NB)硬件来实现。应当理解，除了BS 2尚未建立相对于CD 5'的空间波束聚焦的事实以外，CD 5'可以与CD 5相同。当建立了空间波束聚焦时，CD 5'将在概念上被包括在CD 5当中。
MaMi基站2包括多个相同的信道接收器10，所述多个相同的信道接收器10被配置成在与MaMi系统中的预定义信道相对应的带宽内接收传输信号TS。例如，在 LTE标准中，信道带宽可以是1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz或20MHz。图2A示出了可以作为图1中的BS 2的一部分而被包括的一个信道接收器10。该接收器10连接至服务天线11，并且包括前端模块(FEM)12和数字基带处理器13。服务天线11包括在图1的阵列2中。FEM 12包括模拟和/或数字组件，并且被配置成从天线11接收模拟RF信号(例如，对应于传输信号TS)，并将该模拟RF信号转换为一个或更多个模拟基带信号。FEM 12在本领域中也被称为“RF链”。FEM 12 通常包括将在天线11处接收的模拟RF信号处理成适于输入至基带处理器13的模数转换器(ADC)的模拟基带信号所需的过滤器、低噪声放大器(LNA)以及下变频混频器的组合。信道接收器10的带宽由FEM 12内的一个或更多个信号滤波器14确定。在本文讨论的所有实施方式中，FEM 12可以实现用于将模拟RF信号转换成模拟基带信号的任何已知架构，包括但不限于直接转换架构和超外差架构。在超外差接收器中，接收器带宽通常由FEM 12中的带通(BP)滤波器设置，而在直接转换接收器中由FEM 12中的低通(LP)滤波器设置。数字基带处理器13被配置成对所有信道接收器10的模拟基带信号进行数字化和解调，以获取在模拟RF信号中编码的数字有效载荷数据。在该过程中，数字基带处理器13还执行用于建立空间波束聚焦的相干处理(“接收组合”)的至少一部分。数字基带处理器13还计算上行链路CSI。
根据上述内容可以理解，BS 2包括多个信道接收器10，所述多个信道接收器10 连接至相应的服务天线11，但可以共用某些其它组件。通过信道接收器10，BS 2获取信道的带宽内的传输信号TS，并通过基带处理器13在数字域中分离来自不同CD 5 的数据流。
图1的BS 2还包括多个信道发送器，所述多个信道发送器可以联接至专用服务天线，或者联接至与信道接收器10相同的服务天线。该信道发送器可以被配置成具有与信道接收器10的互易结构，以便执行反向信号处理，该处理可以包括通过使用发送预编码将数字有效载荷数据编码为模拟基带信号，并将该模拟基带信号转换为 RF信号，以便由服务天线传输至一个或更多个CD 5。
本发明的实施方式基于以下认识：BS 2在没有空间聚焦的情况下从CD 5'接收导频信号PS并且处理该导频信号PS用于信道估计(即，计算CSI)的能力可以通过安装多个相同的导频信号接收器(PS接收器)来改进，这些导频信号接收器被设计成具有比信道接收器10更小的带宽。该更小的带宽提高了模拟基带信号的信噪比 (SNR)，所述模拟基带信号由PS接收器生成，以用于输入至数字基带处理器13。通过更小的带宽实现提高的SNR，得到PS接收器中的FEM的改善NF(噪声系数)。
由此，本发明的实施方式使得能够在连接至基站时降低通信装置的功耗，这是因为提高的SNR允许检测较低能量的PS信号。由此，本发明的实施方式可以特别适用于与IoT装置的无线通信。例如，根据目前针对物联网的3GPP标准的建议，假设IoT 装置使用5Wh电池，具有10年的电池寿命。因此，IoT装置通常以超低功率和低数据速率操作，并且很可能支持窄带操作。
PS接收器10'的实施方式在图2B中与信道接收器10一起示出。PS接收器10' 与信道接收器10相同均联接至服务天线11。PS接收器10'包括FEM 12'和基带处理器13。与信道接收器10一样，基带处理器13对于所有PS接收器10'都是公共的。PS接收器10'的带宽由FEM12'中的一个或更多个信号滤波器14'设置。除了信号滤波器之外，FEM 12'可以与信道接收器10中的FEM 12相同。因此，FEM 12'被配置成从天线11接收模拟RF信号(例如，对应于导频信号PS)，并将该模拟RF信号转换为一个或更多个模拟基带信号。应当理解，PS接收器10'的数量可以但不必与信道接收器10的数量相同。
应当理解，PS接收器10'可以与信道接收器10共用另外的或其它组件。下面将参考图5给出另一示例。
PS接收器10'的带宽是信道接收器10的带宽的一小部分。图3示出了信道接收器10和PS接收器10'的传输特性相对于传入传输信号TS的中心载波频率fc的示例。图3仅仅是一个示例，并且信道接收器10与PS接收器10'之间的增益不必相等。在所示的示例中，接收器10、10'(通过FEM 12、12')限定分别以fc和PS中心频率 fPS为中心的相应的带宽BW1、BW2。原则上，fPS可以位于BW1之外，但是fPS 优选地位于BW1内，因为这将简化FEM 12、12'的设计(例如，通过允许它们部分地使用公共组件)，并且也将简化CD 5、5'的设计(例如，通过减少添加用于除了传输信号TS之外生成导频信号PS的专用硬件的需要)。基于要针对导频信号PS实现的希望SNR提高来选择BW2与BW1之间的关系。目前认为比率BW2/BW1应当小于1/5。在一些实现中，比率BW2/BW1可以小于约1/100或甚至小于约1/1000。在一个特定实施方式中，BW2是由信道接收器10处理的最小带宽的倍数N，并且N在 1-100或1-50的范围内。通常为所有无线通信协议预定义这样的最小带宽。例如，如果数字有效载荷数据通过如在LTE中所使用的OFDM被编码在RF信号中(见下文)，则最小带宽对应于单个子载波频率的带宽，也称为OFDM子载波(tone)。通过限定BW2以匹配最小带宽的倍数，可以针对PS接收器10'和信道接收器10两者使用相同或相似的基带处理。
根据上述内容可以理解，BS 2被配置成由PS接收器10'接收和处理导频信号PS，以允许基带处理器13基于该导频信号PS来确定用于CD 5'的上行链路CSI。应当理解，导频信号PS由CD 5'生成以落在BW2的频率范围内。优选地，导频信号PS具有等于或小于BW2的带宽，以最大化导频信号PS的传输效率。
CD 5'可以被预先配置成以一个或更多个预定义频率生成导频信号PS，其中一个频率落在BW2的频率范围内。另选地，BS 2可以被配置成间歇地发送广播信号，该广播信号因此在没有空间聚焦的情况下被发送以被CD 5'以及可能还有CD 5拦截。为了补偿空间聚焦的缺失，该广播信号可以以升高的功率被发送。该广播信号指示导频信号PS(即，fPS)所需的中心频率。根据实现，广播信号还可以包括调度信息，即，用于导频信号PS的传输的一个或更多个时间点。广播信号还可以指示该广播信号打算去往的特定类型或类别的通信装置。因此，广播信号可以使得CD 5'(如果属于预期类型/类别)在所需的时间点以所需频率发送导频信号PS。
在另一实施方式(未示出)中，BS 2包括多于一组PS接收器10'。不同组PS接收器10'可以具有不同的中心频率fPS，并且不同组之间具有不交叠的BW1。这样的实施方式将提升BS 2处理来自多个CD 5'的同时导频信号PS的能力。如果每个类别通过广播信号预先配置或指示以在相应的中心频率fPS上发送导频信号PS，则还可以为BS 2提供在不同类型/类别的通信装置之间进行区分的简单方式。不同组的数量优选地保持为低，例如，2-5个，因为每个附加组PS接收器10'都将为BS 2增加成本和复杂性。在另选实施方式中，相应的FEM12'(图2B)中的滤波器14'可调谐成允许改变PS接收器10'的中心频率fPS。这允许单组PS接收器10'顺序地操作多个不同的中心频率fPS。由此，BS 2可以操作单组PS接收器10'以针对存在另外的CD 5'，扫描选定数量的中心频率fPS。
在BS 2基于导频信号PS确定了上行链路CSI，并且使得能够在CD 5'处实现空间聚焦(其由此被包括在图1的CD 5当中)之后，CD 5'可以按不同的方式操作以向 BS 2发送具有有效载荷数据的传输信号。在第一实现中，CD 5'生成具有在fPS上或 fPS附近的中心频率以及落在BW2内的带宽的传输信号，并且BS 2通过操作PS接收器10'以建立空间波束聚焦来获取有效载荷数据。应当注意，CD 5'可以将传输信号的带宽设置成超过导频信号PS的带宽以增加数据传输速率。然而，为了维持空间波束聚焦，该传输信号的频率应当落在导频信号PS的相干带宽内。此外，如果传输信号的带宽超过导频信号PS的带宽，则BS 2因此可以应用预定校准数据来调整上行链路CSI(其已经被确定用于更窄带导频信号PS)。在第二实现中，CD 5'生成具有在导频信号PS的fPS上或fPS附近的中心频率和落在BW2之外但在BW1之内的带宽的传输信号，并且BS 2通过操作信道接收器10'以建立空间波束聚焦来获取有效载荷数据。类似于第一实现，传输信号的频率应当落在导频信号PS的相干带宽内。
图4A至图4B示出了作为由(如在LTE、WIMAX以及Wi-Fi中使用的)OFDM (正交频分复用)生成的信号的导频信号PS和随后传输信号(由TS'指定)。在LTE中，每个信道都被划分成多个资源块(RB)，每个资源块都包括具有15kHz的相应带宽的12个子载波。在图4A的示例中，CD 5'在资源块RB内的子载波S中的一个 (图4A中的深色部分)(即，带宽为15kHz)上生成导频信号PS。然后，当BS 2基于导频信号PS建立了上行链路CSI时，CD 5'在由资源块RB内的所有12个子载波S(图4B中的深色部分)(即，带宽为180kHz)组成的传输信号TS'上发送有效载荷数据。在LTE标准中，资源块RB落在相干带宽内。如果BW2≥180kHz，则BS 2可以被配置成操作PS接收器10'，以建立用于接收和解码有效载荷数据的空间波束聚焦。如果BW2<180kHz，例如，15kHz，则相反，BS 2可以被配置成操作信道接收器10，以建立用于接收和解码有效载荷数据的空间波束聚焦。
图5是针对图1中的BS 2的一组收发器10A的示例实现的框图，其中，每个收发器10A都包括共同限定信道接收器、PS接收器以及信道发送器的多个组件或组件块。在所示的示例中，在信道接收器、PS接收器以及信道发送器之间共享组件。每个信道接收器都联接至相应天线11，并且包括带通滤波器(BPF)20、低噪声放大器 (LNA)21、混频器22、放大器23以及限定信道接收器的带宽BW1的滤波器14。 PS接收器也联接至天线11，并且每个PS接收器都包括BPF 20、LNA21、混频器22、放大器24以及限定PS接收器的带宽BW2的滤波器14'。在所示的示例中，信道发送器也联接至天线11，并且每个信道发送器都包括放大器25、混频器22、高功率放大器(HPA)26以及BPF20。位于图5中的天线11与基带处理器13之间的组件限定了图2B中所示的FEM12、12'、以及信道发送器的对应FEM。基带处理器13也是该组收发器10A的一部分，并且被配置成将有效载荷数据编码成数字基带信号，该数字基带信号被转换为用于信道发送器的FEM的模拟基带信号，并且从来自信道接收器和PS接收器的FEM的模拟基带信号中解码数字有效载荷数据。在这些处理中，基带处理器13执行接收组合和发送预编码，以在相应的通信装置处建立空间波束聚焦。
可以应用本发明的实施方式以改进适用于MaMi的任何现有无线通信标准，包括但不限于Wi-Fi(例如，根据IEEE 802.11)、3G(例如，根据UMTS、CDMA2000或 HSPA)以及4G(例如，根据WiMAX、LTE或LTE-Advanced)。这些和其它现有通信标准通常在0.4GHz-6 GHz的频率范围内操作。本发明的技术同样适用于处于该频率范围或其它频率范围(如30Ghz-300GHz(mmWave))的未来通信标准。信道接收器可以配置有与由这些通信标准设置的任何信道带宽匹配的带宽BW1。通常，信道带宽在1MHz-30 MHz的范围内。例如，Wi-Fi限定了22MHz信道，LTE限定了1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz信道，HSPA限定了5MHz 信道，而WIMAX通常以以下信道带宽操作：1.25MHz、3.5MHz、5MHz、7MHz、8.75MHz以及10MHz。
虽然本发明已经结合当前被视为最实际且优选的实施方式进行了描述，但应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而且，正相反，其旨在覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改例和等同布置。
例如，BS 2可以被配置成选择性地控制信道接收器10和PS接收器10'，使得通过PS接收器10'在没有阵列增益的情况下接收来自某些通信装置(诸如IoT装置的低功率装置)的导频信号，而通过信道接收器10在没有阵列增益的情况下接收来自其它通信装置(诸如移动手机或计算机的较高功率装置)的导频信号。
此外，BS 2可以被配置成与单个通信装置5通信。

Claims (17)

1.一种基站，所述基站包括：
多个天线(11)，
多个信道接收器(10)，其中，每个信道接收器(10)连接至所述多个天线中的相应的天线(11)，以无线地接收由通信装置(5)生成的RF传输信号(TS)，其中，每个信道接收器(10)包括信道前端模块(12)，所述信道前端模块(12)具有第一带宽(BW1)，并且被配置成将所述RF传输信号(TS)转换为一个或更多个第一模拟基带信号，其中，基于与所述通信装置(5)相关联的信道状态信息，所述信道接收器(10)能够共同操作以在所述通信装置(5)处限定空间波束聚焦，以及
多个导频信号接收器(10')，其中，每个导频信号接收器(10')与相应的信道接收器成对地连接至所述多个天线中的相应的天线(11)，以无线地接收由所述通信装置(5)或另一通信装置(5')生成的RF导频信号(PS)，其中，每个导频信号接收器(10')包括导频信号前端模块(12')，所述导频信号前端模块(12')具有小于所述第一带宽(BW1)的第二带宽(BW2)，并且被配置成将所述RF导频信号(PS)转换为一个或更多个第二模拟基带信号。
2.根据权利要求1所述的基站，其中，所述第二带宽(BW2)小于所述第一带宽(BW1)的1/5、1/10、1/20或1/50。
3.根据权利要求2所述的基站，其中，所述第二带宽(BW2)小于所述第一带宽(BW1)的1/100、1/200、1/500或1/1000。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基站，其中，所述第二带宽(BW2)的中心频率(fPS)位于所述第一带宽(BW1)内。
5.根据权利要求1所述的基站，所述基站还包括处理电路(13)，所述处理电路(13)被配置成对所述多个导频信号接收器(10')的所述第二模拟基带信号进行操作，以计算针对所述RF导频信号(PS)的信道状态信息。
6.根据权利要求5所述的基站，所述基站还被配置成基于针对所述RF导频信号(PS)计算出的所述信道状态信息，操作所述信道接收器(10)或者所述导频信号接收器(10')，以在生成所述RF导频信号(PS)的所述通信装置(5)或所述另一通信装置(5')处限定所述空间波束聚焦。
7.根据权利要求5或6所述的基站，其中，所述处理电路(13)还被配置成对所述多个信道接收器(10)的所述第一模拟基带信号进行间歇操作，以计算针对所述RF传输信号(TS)的所述信道状态信息。
8.根据权利要求5所述的基站，其中，所述处理电路(13)还被配置成对所述多个信道接收器(10)的所述第一模拟基带信号进行操作，以获取编码在所述RF传输信号(TS)中的有效载荷数据。
9.根据权利要求5所述的基站，所述基站还被配置成操作所述信道接收器(10)或者所述导频信号接收器(10')，以接收由所述另一通信装置(5')生成的另一RF信号(TS')，并将所述另一RF信号(TS')转换为对应的第一模拟基带信号或第二模拟基带信号，其中，所述处理电路(13)还被配置成对所述对应的第一模拟基带信号或第二模拟基带信号进行操作，以获取编码在所述另一RF信号(TS')中的有效载荷数据。
10.根据权利要求1所述的基站，所述基站还包括至少一个发送器，并且被配置成操作所述至少一个发送器，以发送包括对所述第二带宽(BW2)的中心频率(fPS)的指示的广播信号。
11.根据权利要求1所述的基站，其中，所述第二带宽(BW2)具有与所述RF导频信号(PS)相对应的带宽。
12.根据权利要求1所述的基站，其中，相应的所述信道接收器(10)包括限定所述第一带宽(BW1)的至少一个第一信号滤波器(14)，并且相应的所述导频信号接收器(10')包括限定所述第二带宽(BW2)的至少一个第二信号滤波器(14')。
13.根据权利要求12所述的基站，其中，所述至少一个第二信号滤波器(14')能够调谐以改变所述第二带宽(BW2)的中心频率(fPS)。
14.根据权利要求1所述的基站，其中，所述第二带宽(BW2)对应于由所述信道接收器(10)处理的最小带宽的倍数，所述倍数在1-100的范围内。
15.根据权利要求14所述的基站，其中，所述倍数在1-20的范围内。
16.根据权利要求1所述的基站，其中，所述RF传输信号(TS)和所述RF导频信号(PS)是OFDM信号，并且其中，所述RF导频信号(PS)由1-12个OFDM子载波信号构成。
17.一种操作基站的方法，所述方法包括以下步骤：
操作多个信道接收器(10)，以在相应的天线(11)上无线地接收由通信装置(5)生成的RF传输信号(TS)，并且通过具有第一带宽(BW1)的信道前端模块(12)将所述RF传输信号(TS)转换为第一模拟基带信号，同时基于与所述通信装置(5)相关联的信道状态信息，共同操作所述信道接收器(10)以在所述通信装置(5)处限定相应的空间波束聚焦，其中，每个信道接收器(10)连接至多个天线中的相应的天线(11)，以及
操作多个导频信号接收器(10')，以在相应的天线(11)上无线地接收由所述通信装置(5)或另一通信装置(5')生成的RF导频信号(PS)，并且通过具有小于所述第一带宽(BW1)的第二带宽(BW2)的导频信号前端模块(12')将所述RF导频信号(PS)转换为第二模拟基带信号，其中，每个导频信号接收器(10')与相应的信道接收器成对地连接至所述多个天线中的相应的天线(11)。
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