CN110036534B - 用于视距无线通信中干扰对齐的天线布置 - Google Patents

用于视距无线通信中干扰对齐的天线布置 Download PDF

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Abstract

一种天线布置，包括天线元件，所述天线元件在视距通信链路的每端处布置为选择的形状。基于链路端部之间的视距距离和链路端部处的天线元件之间的干扰对齐来确定链路每端处的天线元件之间的距离。天线元件的不同子集耦合到链路每端处的通信模块。在链路端部处的天线元件之间进行交换信号，并处理信号以进行干扰对齐。天线元件子集可以包括两个或多个天线元件，并且可以是唯一的或者包括多个子集共有的共有天线元件。

Description

用于视距无线通信中干扰对齐的天线布置
相关申请引用
本申请要求享有于2017年2月10日提交的、申请号为15/429,929的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开一般涉及通信，并且尤其涉及无线通信的天线布置。
背景技术
具有多个天线元件的天线系统用于各种类型的通信设备中。例如，在多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)系统中，多个天线元件用于发射和接收多个信号。在发射器和接收器处对信号进行处理，以使接收器处目标信号能够与干扰信号分离。各种因素可能影响接收器处目标信号的恢复。
发明内容
通过选择布置的形状和天线元件之间的距离来设计天线元件的布置。该形状将应用于视距通信链路的每端处的天线元件。基于链路端部之间的视距距离和链路端部处的天线元件之间的干扰对齐来确定链路每端处的天线元件之间的距离。天线元件在链路的每端处布置成确定的形状并且处于确定的距离。
天线元件的不同子集耦合到链路每端的通信模块。在链路端部处的天线元件之间交换信号，并处理信号以进行干扰对齐。
根据一实施例，一种装置多个通信模块以及多个天线元件。所述天线元件的不同子集耦合到每个通信模块。并且所述天线元件之间的距离基于以下进行选择：由所述天线元件限定的形状、所述多个天线元件和所述多个天线元件要与其交换信号的远程天线元件之间的视距距离、以及所述多个天线元件和所述远程天线元件之间的干扰对齐。
另一个实施方案涉及一种方法。该方法涉及在多个天线元件和远程天线元件之间交换信号，所述多个天线元件包括耦合到不同通信模块的所述天线元件的不同子集，其中所述天线元件之间的距离基于以下进行选择：由所述天线元件限定的形状、所述多个天线元件和所述远程天线元件之间的视距距离、以及所述多个天线元件和所述远程天线元件之间的干扰对齐。该方法还涉及处理信号处理所述信号以进行干扰对齐。
根据另一实施例的方法涉及确定多个天线元件和远程天线元件的布置的形状，其中在所述天线元件和所述远程天线元件之间存在待通过视距通信链路交换的信号。基于以下确定所述多个天线元件和所述远程天线元件中的天线元件之间的距离：所述形状、所述多个天线元件和所述远程天线元件之间的视距距离、以及所述多个天线元件和所述远程天线元件之间的干扰对齐来确定。该方法还涉及将所述多个天线元件和所述远程天线元件中的所述天线元件布置为确定的所述形状并且处于确定的所述距离。
通过阅读以下描述，本公开的实施例的其他方面和特征对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明的实施例的示例。
图1包括示出示例视距(Line of Sight，LoS)MIMO系统和信号恢复的框图。
图2是示出具有用于在收发器之间交换信号的共享振荡器和互连的另一示例LoSMIMO系统的框图。
图3是示出具有发射器预编码器和接收器解码器的又一示例MIMO系统的框图。
图4是示出根据一实施例的MIMO系统的框图。
图5是示出在本文中被称为“巧克力条”布置的示例天线布置的标绘图，所述天线布置包括用于连接到无线通信链路每端处的三个收发器中的每一个的相应天线元件对。
图6是示出在本文中被称为“矩形”布置的另一示例天线布置的标绘图，其中天线元件的布置与图5中的不同。
图7是示出在本文中被称为“等边三角形”布置的又一示例天线布置的标绘图，包括多个天线元件对共有的天线元件。
图8是示出在本文中被称为“六边形”布置的另一示例天线布置的标绘图，其包括用于连接到三个收发器中的每一个的相应天线元件对，并且其中天线元件的布置与图5中的不同。
图9是示出在本文中被称为“线性”布置的又一示例天线布置的标绘图，其包括用于连接到三个收发器中的每一个的相应天线元件对，并且其中天线元件的布置与图5和图8中的不同。
图10是示出在本文中被称为“H形”布置的另一示例天线布置的标绘图，其包括用于连接到三个收发器中的每一个的相应天线元件对，并且其中天线元件的布置与图5、图8和图9中的不同。
图11是示出在本文中被称为“T形”布置的示例天线布置的标绘图，包括所有天线元件对共有的天线元件。
图12是示出在本文中被称为“Y形”布置的示例天线布置的标绘图，包括所有天线元件对共有的天线元件，并且其中天线元件的布置与图11中的不同。
图13是示出在本文中被称为“Z形”布置的示例天线布置的标绘图，包括多个天线元件对共有的两个天线元件。
图14是示出在本文中被称为“直角三角形”布置的示例天线布置的标绘图，包括多个天线元件对共有的天线元件，并且其中天线元件的布置与图7中的不同。
图15是示出根据另一实施例的MIMO系统的框图。
图16是示出可以用于实现MIMO系统的示例室外单元(outdoor unit，ODU)的框图。
图17是示例通信系统的框图。
图18是一实施例的示例应用的框图，其应用于通信系统中的回程。
图19是示出根据另一实施例的示例方法的流程图。
具体实施方式
图1包括示出示例LoS MIMO系统和信号恢复的框图。在这样的系统中，接收信号y＝Hx+noise，其中x是发射信号，H是信道矩阵。图1示出了一般的示例MIMO系统100，其中发射器和接收器各自具有n个天线元件，并且示出了2×2 MIMO系统110的特定示例，其中发射器和接收器各自具有2个天线元件。
用于图1中的2×2 MIMO系统110的H矩阵是
Figure GDA0002449424620000031
在该示例中，H矩阵的每一行中的元不完全相同，以提供接近2的MIMO信道秩。对于LoS信道和发射器与接收器之间的给定距离，并非所有天线布置和天线间隔都能提供秩>1。
图2是示出具有共享振荡器202、204和用于在收发器之间交换信号的互连206、208的LoS MIMO系统200的框图。在系统200中，在LoS信道的每端，三个室外收发器(Trx)耦合到室内交换机，并耦合到同一共享振荡器202、204。在示出的示例中，室外收发器Trx 0、Trx1、Trx 2也通过高速串行器/解串器(SerDes)连接206彼此互连。室外收发器Trx 3、Trx 4、Trx 5类似地通过高速SerDes连接208彼此互连。
在系统200中，所有发射天线必须是相干的，并且必须对于发射上变频器使用相同的振荡器以便正确操作。如果不使用共享振荡器结构，则信号可能由于相位噪声而破坏性地累加，导致低吞吐量。示例系统200还需要高速SerDes连接206、208，用于在室外收发器之间交换在不同天线上发射或接收的信号。
然而，出于实际原因，可能优选不在诸如图2中所示的室外收发器Trx 0、Trx 1、Trx 2和Trx 3、Trx 4、Trx5的单独的收发器单元之间共享本地振荡器。一些室外收发器单元仅包括两个天线元件和射频(RF)链，因此使用这种收发器单元和如图2所示的架构实现高于2×2的阶的MIMO系统不能避免共享振荡器和收发器单元互连。
图3是示出具有发射器预编码器和接收器解码器的又一示例MIMO系统300的框图，其来自Seogoo Lee,Andreas Gerstlauer和Robert W.Heath,Jr,“使用模拟反馈的干扰对齐的分布式实时实现(Distributed Real-Time Implementation of InterferenceAlignment with Analog Feedback)”,IEEE Transactions on Vehicular Technology,第64卷,第8号,2015年8月,第3513-3525页。在图3中，信号302、304、306分别由发射器308、310、312在无线信道320上发射，并且分别发往接收器328、330、332。预编码器314、316、318进行的预编码和解码器334、336、338进行的解码被设计成使得由每个接收器328、330、332接收的非目标信号被对齐，如322、324、326处所示。这被称为干扰对齐。
干扰对齐通常可表示为
Figure GDA0002449424620000032
Figure GDA0002449424620000033
其中Wk是由第k个接收器328、330、332处的解码器334、336、338应用的第k个解码矩阵，Fm是由第m个发射器308、310、312处的预编码器314、316、318应用的第m个预编码矩阵，Hk,m是第k个发射器和第m个接收器之间的信道矩阵，Ns是每个发射器和接收器对的流的数量，在该示例中为1。
每个发射器308、310、312和每个接收器328、330、332具有其自己的本地振荡器，但是在发射器之间或接收器之间不共享单个振荡器。发射器308、310、312也不为了交换发射信号而互连，类似地，接收器328、330、332不为了交换接收信号而互连。因此在图3示出的示例中避免了图2所示的振荡器共享和互连。
图4是示出根据一实施例的MIMO系统的框图。示例MIMO系统400包括无线链路或信道490的每端处的设备410、450。如本文进一步详细描述的，使用特殊天线布置来提供有效信道秩。
无线信道490的每端处的设备410、450包括室内交换机412、452和室外收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5。图4中的“室内”和“室外”标记表示一个示例实现方式，其中例如412、452的主交换机位于建筑物或其他交换设施内，例如收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5的无线通信设备实现于ODU中，ODU位于容纳主交换机和可能的其他设备的建筑物或交换设施外。
每个收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5包括：编解码器414、416、418、454、456、458，振荡器420、422、424、460、462、464，模式控制器432、434、436、472、474、476和1×2预编码器/2×1均衡器426、428、430、466、468、470。在示出的示例中，还为每个收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5提供了两个天线元件438/440、442/444、446/448、478/480、482/484、486/488。
交换机412、452可以是各种类型的交换机中的任何一种。特定类型的交换机是依赖于实现方式的，考虑例如交换机412、452待连接到的网络或设备的类型、待由交换机交换的信号的类型、以及待提供的交换机输入和输出的数量等因素。示出交换机412、452仅用于说明目的。这里公开的天线布置不依赖于如图4所示的交换结构或交换机412、452的任何特定实现方式。
ODU是可用于实现每个收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5的设备示例。例如，图4中的示出在每个收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5内的部件可以容纳在ODU外壳中，ODU外壳安装有天线元件对438/440、442/444、446/448、478/480、482/484、486/488。其他实现方式也是可能的。
本领域技术人员将熟悉可用于实现收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5的各种形式的通信模块。可以例如使用硬件、固件、执行存储在存储器设备中的软件的一个或多个部件、或上述某种组合来实现每个编解码器414、416、418、454、456、458、模式控制器432、434、436、472、474、476和预编码器/均衡器426、428、430、466、468、470。可能适合于实现这些部件和/或可能的其他收发器部件的电子设备包括微处理器、微控制器、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)和其他类型的“智能”集成电路。这些电子设备是对可以配置成实现接收器、发射器或接收器和发射器(例如收发器Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5)的电路的说明。在基于处理器的实现方式中，例如，用于配置一个或多个处理器以执行编码、解码、模式控制、预编码、均衡和/或其他操作的处理器可执行指令存储在每个收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5的非暂时性处理器可读介质中。
可以使用各种形式的振荡器中的任何一种来实现振荡器420、422、424、460、462、464，其为每个收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5中的部件提供时基。振荡器420、422、424、460、462、464彼此独立，因此示例系统400不是共享振荡器系统。用于在收发器之间交换发射信号的收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5之间的连接也被避免。
收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5可以包括图4中未示出的其他部件，以避免图中的拥塞。例如，单独的RF链可以耦合在每个预编码器/均衡器426、428、430、466、468、470和每个天线元件438/440、442/444、446/448、478/480、482/484、486/488之间。接收RF链可以包括例如下变频器、解调器和放大器的部件。发射RF链可以包括例如放大器、调制器和上变频器的部件。在如图4所示的基于收发器的实施例中，RF链可以包括接收RF链和发射RF链。
尽管图4示出了收发器，但应该理解，收发器是通信模块的一个示例。其他实施例可以结合通信模块来实现，该通信模块仅包括接收器，仅包括发射器，或者包括以除收发器之外的某些其他方式实现的接收器和发射器两者。在接收器而不是收发器的情况下，如图4所示的预编码器/均衡器可以实现为预编码器。类似地，在发射器中，如图4所示的预编码器/均衡器可以实现为均衡器。
天线元件438/440、442/444、446/488、478/480、482/484、486/488可以以各种方式中的任何一种来实现，这取决于例如待发射和/或接收的无线信号的类型、频带和可用空间的因素。天线元件438/440、442/444、446/448、478/480、482/484、486/488的确切形式取决于实现方式。天线元件438/440、442/444、446/448、478/480、482/484、486/488被如本文公开的那样布置以相对于由每个收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5接收并且目标为每个收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5的信号提供干扰对齐。
现在看系统400的操作，考虑这样一个示例，其中由交换机412交换到收发器Trx0、Trx1和Trx2的三个信号的目标是收发器Trx3、Trx4、Trx5。预编码器/均衡器426、428、430分别将通常被称为预编码矩阵F0、F1和F2的矩阵应用于已经由编解码器414、416、418编码的输入信号，并且使用天线元件438/440、442/444、446/448在无线信道490上发射预编码信号。图4中标记出了该示例中每个发射收发器Trx0、Trx1、Trx2与每个接收收发器Trx3，Trx4，Trx5之间的路径的信道矩阵。
发射信号通过天线元件478/480、882/484、486/4888在接收收发器Trx3、Trx4、Trx5处被接收。该示例中的预编码器/均衡器426、428、430、无线信道490和接收天线元件478/480、882/484、486/488可以被认为是等效的6×3信道，具有来自接收设备450处的接收天线元件的6个输出和到发射设备410处的预编码器/均衡器的3个输入。
在接收设备450处，预编码器/均衡器466、468、470将通常被称为解码矩阵、结合矩阵或均衡矩阵W0，W1和W2的矩阵分别应用于由每个接收天线元件478/480、482/484、486/488接收的信号，并且向编解码器454、456、458提供由此得到的信号，编码器454、456、458进而向示出的示例中的交换机452提供经解码的信号。
如本文公开的天线元件的布置和预编码与均衡矩阵的确定在每个接收收发器Trx3、Trx4、Trx5处对齐干扰。
通常，可以选择天线布置以减少在其他情况下被用于参数化天线距离配置的距离或间隔参数的数量。这些参数可以被认为是距离最佳化的约束。例如，形状约束可以包括两个部分，具体地，发射和接收天线元件之间没有旋转的形状，以及具有旋转角度的形状。为简单起见，本文中以示例的方式考虑0、90、180和270度的旋转角度。其他旋转角度也可以或替代地用于其他实施例中。
使用例如下面参考图5至图14描述的示例的天线布置，距离可以参数化为单元内天线间隔d1和跨单元天线间隔d2。参数d1指定相同单元的天线之间的距离，参数d2指定不同单元的天线之间的非零距离。双参数参数化是一个说明性示例。对于一些天线布置，可以使用一个参数来参数化所有天线间隔，并且在其他实施例中，可以使用两个以上的参数。
根据特定实施例，天线间隔在
Figure GDA0002449424620000061
的范围内，其中D是发射天线元件和接收天线元件之间的直接LoS距离。该范围覆盖两个发射天线到一个接收天线的两个路径之间的[0,180]度的相位差范围。针对本示例中给定的形状和给定的旋转角度，可以搜索间隔范围
Figure GDA0002449424620000062
以找到对于特定形状和旋转角度使得干扰对齐最佳化的d1和d2的一对值，每个值均在这个间隔范围内。在上面引用的示例中，搜索包括每个形状的0度、90度、180度和270度旋转中的每一个，以确定这四个旋转角度中对于每个形状最佳的天线间隔和旋转。例如，可以在0度旋转，然后90度旋转等情况下执行搜索，并且可以基于对于所有的搜索在d1和d2的所有值中提供最佳干扰对齐的d1和d2的值来选择搜索执行的旋转角度中的最佳旋转角度。
这里引用的最优或最佳涉及搜索值中的最优或最佳。在一些实施例中，真正最优或最佳值可能不在搜索空间内。例如，在上述0、90、180和270旋转角度被搜索的示例中，d1和d2的最佳值在搜索的旋转角度和d1和d2的搜索值中是最佳的。如果真实的最佳旋转角度是30度，那么在该示例搜索过程中识别的d1和d2的最佳值以及最佳旋转角度将不是所有可能的值中最佳的。距离参数(例如d1和d2)的搜索值之间的步长也影响识别的最佳值是否真正最佳。d1和/或d2的真正最佳值可以在搜索值之间，在这种情况下，识别或选择的最佳值在搜索值中是最佳的，但在所有可能值中不是最佳的。
搜索天线间隔和/或旋转角度的所有可能值在实践中是不可行的。搜索空间和步长在实践中受到限制，因此最优或最佳天线间隔和旋转角度是在搜索的值中最优的或最佳的。应相应地解释本文中对最优或最佳的参考。
许多搜索算法中的任何一种都可以用于d1和d2。这些算法包括例如最陡的梯度搜索和遗传算法。出于说明性目的，在此描述一个简单的搜索技术作为示例。在其他实施例中可以使用其他搜索算法。本公开不限于任何特定搜索技术。
在一实施例中，使用包括
Figure GDA0002449424620000063
的值的搜索空间进行搜索。在找到对应于在该搜索空间内的最佳间隔k的值k0之后，可以搜索进一步的搜索空间，该进一步的搜索空间包括在
Figure GDA0002449424620000071
附近的格式
Figure GDA0002449424620000072
(j在-50到50的范围内)的间隔更近的值，以提供更高粒度或精度并且通过识别对应于进一步的搜索空间内最优间隔的j的值j0来对搜索进行微调。在一实施例中，
Figure GDA0002449424620000073
的舍入值被选为代表搜索结果
Figure GDA0002449424620000074
其中a是整数，b是2或3的整数倍。在链路每端处一对天线元件的情况下，天线间隔的该舍入值提供两个传播路径间约180*a/b度的相位差。
上述搜索过程和搜索空间是说明性示例。在其他实施例中可以使用其他类似或不同的过程和/或搜索空间。
关于在发射和接收通信模块处应用的矩阵，预编码矩阵和均衡矩阵是基于信道矩阵确定的。可以在接收通信模块处确定与预编码矩阵相关联的信息并将其反馈给发射通信模块。这种信息的信息交换速率通常远低于数据速率，因为只有信道状态信息或矩阵信息被量化和交换。这种类型的信息可以作为数据业务的一部分携带，并在发射器和接收器之间反馈。有几种方法可以实现这样的反馈。
例如，可以在每个接收器处计算估计的信道矩阵H(a,b)并反馈给每个发射器，其中a是接收器索引，b是发射器索引。也可以改为基于估计的信道矩阵在接收器处计算预编码矩阵并反馈给发射器。
模式控制器432、434、436、472、474、476在一些实施例中被实现，以基于无线信道490的信道质量的一个或多个测量来提供操作模式控制。在上面的示例中，接收收发器Trx3、Trx4、Trx5可以测量、计算或以其他方式确定信道质量的一个或多个测量，并将信道质量的指示反馈给其目标发射收发器。可以实现多种类型的信道质量监测和反馈机制的任一种。
基于无线信道质量，模式控制器432、434、436、472、474、476控制收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5的操作。在一实施例中，模式控制器432、434、436、472、474、476控制收发器Trx0、Trx1、Trx2、Trx3、Trx4、Trx5是以干扰对齐模式操作以提供如上所述的等效6×3信道，还是以冗余模式运行，在冗余模式中，在多个发射器处使用相同信息的副本来确定预编码矩阵。在此示例中，干扰对齐模式可以提供超过冗余模式50％的吞吐量增加，因为干扰对齐模式支持通过无线信道490的三个流而不是两个流的传输。模式控制器432、434、436、472、474、476向编解码器414、416、418、454、456、458和/或其他收发器部件提供控制信号，以控制收发器是以干扰对齐模式还是冗余模式进行操作。冗余模式指的是收发器冗余，即如果一个收发器发生故障，多个流仍然可以通过链路传输。考虑图4中的示例，其中在无线信道490的每端具有三个收发器。在一个收发器(例如Trx0)发生故障的情况下，仍然可以使用设备410处剩余的两个收发器Trx1、Trx2和设备450处相应的两个收发器Trx4、Trx5在设备410、450之间传送两个流。
在一实施例中，接收收发器处的模式控制器472、474、476做出在操作模式之间切换的决定。模式控制器472、474、476可以计算机或以其他方式获得信道质量信息，并且将控制信息(例如模式切换命令和模式切换时间)反馈给发射收发器处的模式控制器432、434、436。在计时器或系统时间达到模式切换时间(在一些实施例中可以协商)时，接收收发器和发射收发器均从一种操作模式切换到另一种操作模式。
上面引用的三流或双流操作模式示例可以结合无线信道质量监测来实现，其中可以基于无线信道质量评估来检测一个发射收发器和/或一个接收收发器的故障。在其他实施例中，可以提供其他操作模式和/或其他操作模式转换标准，作为这些示例的替代或补充。
图5是示出在本文中称为“巧克力条”布置的示例天线布置的标绘图，其包括用于连接到无线通信链路每端处的三个收发器中的每一个的相应天线元件对。图5中的十字、圆形和星号表示天线所在的顶点，并且顶点对502、504、506、512、514、516中的每一对均对应于耦合到相同收发器的天线元件的位置。例如，耦合到图4中的收发器Trx0的天线元件438、440位于图5中的顶点502处。图5中的“trx”标签对应于图4中类似的“Trx”标签，上面的示例中Trx3、Trx4、Trx5是分别由Trx0、Trx1、Trx2发射的信号的目标接收器。图5中的符号也旨在表示这个示例，其中由位于用一符号标记的一对顶点处的天线元件发射的信号的目标为耦合到带有相同符号的相应顶点处的天线元件对的收发器。目标无线通信在耦合到位于十字顶点502、512处的天线元件对的收发器之间，目标无线通信在耦合到位于圆形顶点504、514处的天线元件对的收发器之间，以及在耦合到位于星号顶点506、516处的天线元件对的收发器之间。这种记号遍及同样示出示例天线布置的其他附图。
在实现根据图5的天线布置时，在每对中的每个顶点处提供相应的一对天线元件，用于连接到无线通信链路的每端处的三个收发器。因此，每个收发器耦合到唯一的一对天线元件。每对中的天线元件在第一方向上彼此对齐。对于顶点对502、504、506，每对内的这种对齐是在y方向上，任何单个对中的每个顶点具有共有的x分量。对于顶点对512、514、516，每对内的对齐在x方向上，任何单个对中的每个顶点具有共有的y分量。
因此，参考任何单个对，天线元件在第一方向上彼此对齐。每对中的天线元件也在垂直于第一方向的第二方向上沿着平行的行与其他对中的天线元件对齐。考虑顶点对502，其中如上所述，对内的对齐在y方向上。每个顶点以及相应地位于每个顶点处的每个天线元件沿着x方向上的平行的行与其他对504、506中的顶点和天线元件对齐，并且沿着每行具有共有的y分量。对512、514、516类似地布置，具有每对中的顶点和天线元件的x方向对齐以及不同对中的顶点和天线元件的y方向对齐。
图5中的布置还示出了顶点组和相关联的天线元件，其相对于彼此旋转90度。考虑对502、504、506。相对于对512、514、516处的远程天线元件，对502、504、506和位于那些顶点的天线元件具有围绕平行于传播方向(图5中的z方向)的轴线的90度旋转。
图5还示出了天线元件距离参数d1和d2，以及位于通信链路每端处的天线元件之间的距离D。
每对502、504、506中的顶点之间的距离d1和相邻对502/504和504/506之间的距离d2是相同的，并且基于[0到
Figure GDA0002449424620000081
]间隔范围、以及0度、90度、180度和270度的旋转角度的搜索被选择为接近
Figure GDA0002449424620000091
当d1和d2被约束为相等并且当LoS距离D为1000m时，发现在搜索值中，
Figure GDA0002449424620000092
使接收器处的干扰对齐最佳化。
在一实施例中，基于“网格”搜索使天线元件距离或间隔最佳化。例如，在[0到
Figure GDA0002449424620000093
]内的并针对均匀间隔的顶点和天线元件的一组距离可以被认为是网格或搜索空间。在一实施例中，执行每个距离或网格点(或在不使用均匀间隔时执行每组网格点)的交替最小化，以导出和信噪比(sum SNR)，并选择具有最大和SNR的距离。这可以在不同的旋转角度重复，并且可以选择与所有搜索的旋转角度中的总体最高和SNR对应的距离作为最佳距离。
和SNR是均衡后信号噪声功率比的dB总和。它大约是每个流的频谱效率总和的缩放版本。在其他实施例中可以用除了和SNR之外的特性来选择最佳距离。
预编码和均衡矩阵通过基于估计信道的交替最小化来确定。例如可以基于从每个发射器发送的前导码来执行信道估计。
交替最小化可以基于通过交替最小化进行干扰对齐(Interference AlignmentVia Alternating Minimization，作者Peters和Heath，ICASSP 2009，
Figure GDA0002449424620000094
2009，2245-2448页)。在一实施例中，交替最小化涉及设计Wk和Fm，使得
rank(W0*H00*F0)＝Ns
rank(W1*H11*F1)＝Ns
rank(W2*H22*F2)＝Ns
W0*H01*F1＝0
W0*H02*F2＝0
W1*H10*F0＝0
W1*H12*F2＝0
W2*H20*F0＝0
W2*H21*F1＝0
其中，针对共极干扰对齐Ns＝1，针对交叉极化干扰消除(XPIC)干扰对齐Ns＝2。
对于共极干扰对齐(Interference Alignment，IA)：
Figure GDA0002449424620000095
Figure GDA0002449424620000102
Figure GDA0002449424620000111
在这些示例中：
./表示点除(element-wise division)；
[Ux，ey]表示特征分解的两个输出，即以矩阵形式Ux中堆叠的特征向量，以及对角矩阵形式ey中的特征值；
eig()表示特征分解；
[rstx，idy]表示排序输出，即按升序(′ascend′)或降序(′descend′)排序的值以及这些值的相应索引；
sort()表示一种在排序后输出经排序的值和索引的数组；
diag()表示将矩阵e0的对角线项堆叠成向量；以及
Ux(：，idy([z]))表示矩阵U0的索引向量idy列中的第z个元素。
标准数字信号处理器(DSP)求解器可用于求解eig()操作。在专用集成电路(ASIC)实现中，基于Power方法的迭代方法(an iterative method based on the Power method，作者G.Golub和C.Van Loan，矩阵计算(Matrix Computations)，霍普金斯大学出版社，巴尔的摩，第三版，1996)用于4x4情况。对于2x2情况，特征值和特征向量的闭合解是可能的。
图5中所示的天线布置以及上述预编码和均衡矩阵将干扰在每个接收收发器处对齐，并提供交替最小化。例如，从trx0发射的信号在trx4处被最小化，但在trx3和trx5处具有更高的功率，从trx1发射的信号在trx5处被最小化，但在trx3和trx4处具有更高的功率，从trx2发射的信号在trx3处被最小化，但在trx4和trx5处具有更高的功率。
其他天线布置和矩阵可以在接收收发器或其他通信模块处提供类似的效果。
图6是示出在本文中称为“矩形”布置的另一示例天线布置的标绘图，其中天线元件的布置与图5中的不同。在实现根据图6的天线布置时，如上参考图5所述，在每对中的每个顶点处提供相应的一对天线元件，用于连接到无线通信链路的每端处的三个收发器，并且因此每个收发器耦合到唯一的一对天线元件。位于十字顶点对和圆形顶点对的天线元件在第一方向(y方向)上彼此对齐，在每对中具有共有的x分量。位于星号顶点对的天线元件在垂直于第一方向的第二方向(x方向)上彼此对齐，并具有共有y分量。十字和圆形顶点以及位于那些顶点的天线元件各自沿着第一方向与星号顶点对中的一个顶点对齐，第一方向在所示示例中为y方向。在图6中，顶点和那些顶点处的天线元件之间的相对旋转为0。
如图5中示出的示例，每对中的顶点之间的距离d1和不同对中的相邻顶点之间的距离被约束为相同的(d1＝d2)以简化最佳化搜索，并且基于D＝1000m的具体示例的最佳化搜索被选择为接近
Figure GDA0002449424620000121
基于0度、90度、180度和270度中的每一个的天线间隔搜索，该天线布置中0度旋转被选择为最佳的。
预编码和均衡矩阵基于交替最小化和估计的信道确定，并且上面描述了详细示例。
图7是示出了在本文中称为“等边三角形”布置的又一示例天线布置的标绘图，包括多个天线元件对共有的天线元件。相对于在每个顶点处提供相应天线元件的实施例，这种共有天线元件减少了天线元件的数量。在图7中，在无线通信链路的一端处的顶点702、704、706中的每一个处，以及在链路另一端处的顶点712、714、716中的每一个处提供天线元件。利用这种天线布置，每个天线元件耦合到多个收发器。在示出的示例中，顶点和天线元件彼此对齐以形成等边三角形的顶点。在这个示例中，顶点之间的边长均相等。在图7中，顶点组702/704/706和712/714/716之间以及那些顶点处的天线元件之间的相对旋转为0。
图7中顶点之间的距离都是相等的。图7是可以通过单个距离参数来参数化天线间隔的示例。等距约束表示简化最佳化搜索的一个可能实施例，但是在其他实施例中可以搜索不同的间隔。基于在0度、90度、180度和270度旋转中的每一个的天线间隔的最佳化搜索，天线元件间隔被选择为等于或近似等于
Figure GDA0002449424620000122
并且旋转角度被选择为是0度。
预编码和均衡矩阵基于交替最小化和估计的信道确定，并且上面描述了详细示例。
图8是示出在本文中称为“六边形”布置的另一示例天线布置的标绘图，其包括用于连接到三个收发器中的每一个的相应天线元件对，并且其中天线元件的布置与图5中的不同。如上文中参考图5所述，在实现根据图8的天线布置时，在每对中的每个顶点处提供相应的一对天线元件，用于连接到无线通信链路的每端处的三个收发器，并且每个收发器耦合到唯一的一对天线元件。在所示示例中，每对中的顶点之间以及不同对中的相邻顶点之间的边缘描绘为六边形。在图8中，顶点组之间和那些顶点处的天线元件之间的相对旋转是0。
每对顶点之间的距离以及不同对中的相邻顶点之间的距离再次被约束为相等以简化最佳化搜索。等距约束表示简化最佳化搜索的一个可能实施例，但是在其他实施例中可以搜索不同的间隔。基于在0度、90度、180度和270度旋转中的每一个的天线间隔的最佳化搜索，天线元件间隔被选择为等于或近似等于
Figure GDA0002449424620000123
并且旋转角度被选择为0度。
预编码和均衡矩阵基于交替最小化和估计的信道确定，并且上面描述了详细示例。
图9是示出了在本文中被称为“线性”布置的又一示例天线布置的标绘图，其包括用于连接到三个收发器中的每一个的相应天线元件对，并且其中天线元件的布置与图5和图8中的不同。如上文中参照图5和图8所述，在实现根据图9的天线布置时，在每对中的每个顶点处提供相应的一对天线元件，用于连接到无线通信链路的每端处的三个收发器，并且每个收发器被耦合到唯一的一对天线元件。所有对中的天线元件在一个方向(x方向)上对齐并具有共有y分量，并且顶点组之间以及那些顶点处的天线元件之间的相对旋转为0。
图9中所有相邻顶点之间的距离被约束为相等，以简化最佳化搜索，但是在其他实施例中可以搜索不同的间隔。基于在0度、90度、180度和270度旋转中的每一个的天线间隔的最佳化搜索，天线元件间隔被选择为等于或近似等于
Figure GDA0002449424620000131
并且旋转角度被选择为0度。
预编码和均衡矩阵基于交替最小化和估计的信道确定，并且上面描述了详细示例。
图10是示出在本文中被称为“H形”布置的另一示例天线布置的标绘图，其包括用于连接到三个收发器中的每一个的相应天线元件对，并且其中天线元件的布置与图5、图8、图9中的不同。在实现根据图10的天线布置时，在每对中的每个顶点处提供相应的天线元件对，用于连接到无线通信链路的每端处的三个收发器，并且每个收发器耦合到唯一的一对天线元件。十字顶点和星号顶点对中的每对中的天线元件在第一方向(x方向)上彼此对齐并和圆形顶点对中的一个天线元件和顶点对齐，并且每个对具有共有的y分量。在示出的示例中，对于圆形顶点对，顶点和天线元件在垂直于第一方向的第二方向(y方向)上彼此对齐，并且具有共有的x分量。
图10中所示的布置涉及具有180度相对旋转的顶点和天线元件组。
如在上述其他示例布置中，相邻顶点之间的距离被约束为相等，以简化最佳化搜索，但是在其他实施例中可以搜索不同的间隔。基于在0度、90度，180度和270度旋转中的每一个的天线间隔的最佳化搜索，天线元件间隔被选择为等于或近似等于
Figure GDA0002449424620000132
并且旋转角度被选择为180度。
预编码和均衡矩阵基于交替最小化和估计的信道确定，并且上面描述了详细示例。
图11是示出在本文中称为“T形”布置的示例天线布置的标绘图，包括所有天线元件对共有的天线元件。单个天线元件可以在顶点1102处实现并且耦合到多个收发器，并且类似地，单个天线元件可以在顶点1104处实现并且耦合到多个收发器。在该示例中，无线链路的每端处的每个收发器耦合到顶点1102或1104处的一个共有天线元件，并且耦合到仅连接到一个收发器的另一个天线元件。图11中，每个共有顶点1102、1104在第一方向(x方向)上与另外两个顶点对齐，并且具有共有的y分量，并且沿着垂直于第一方向的第二方向与所示示例中的星号顶点对中的另一个天线元件和顶点对齐。在图11中，第二方向是y方向，具有共有的x分量。
图11中的顶点组之间以及那些顶点处的天线元件之间的相对旋转为180度。
每对中的一个顶点与共有顶点1102、1104之间的距离被约束为相等，以简化最佳化搜索，但是在其他实施例中可以搜索不同的间隔。基于在0度、90度、180度和270度旋转中的每一个的天线间隔的最佳化搜索，天线元件间隔被选择为等于或近似等于
Figure GDA0002449424620000141
并且旋转角度被选择为180度。
预编码和均衡矩阵基于交替最小化和估计的信道确定，并且上面描述了详细示例。
图12是示出在本文中被称为“Y形”布置的示例天线布置的标绘图，包括所有天线元件对共有的天线元件，并且其中天线元件的布置与图11中的不同。相应的单个天线元件可以在每个共有顶点1202、1204处实现并且耦合到多个收发器，每个收发器还耦合到仅连接到一个收发器的另一个天线元件。每个共有顶点1202、1204和共有天线元件在相应方向上与每对中的另一个天线元件对齐，在示出的示例中，所述方向彼此隔开120度。图12中的顶点组之间以及位于那些顶点的天线元件之间的相对旋转为0。
在图12中，每对中的一个顶点与图12中的共有顶点1202、1204之间的距离被约束为相等，以简化最佳化搜索，但是在其他实施例中可以搜索不同的间隔。基于0度、90度、180度和270度旋转中的每一个的天线间隔的最佳化搜索，天线元件间隔被选择为等于或近似等于
Figure GDA0002449424620000142
并且旋转角度被选择为0度。
预编码和均衡矩阵基于交替最小化和估计的信道确定，并且上面描述了详细示例。
图13是示出在本文中被称为“Z形”布置的示例天线布置的标绘图，包括多个天线元件对共有的两个天线元件。在图13中，在无线通信链路的一端处的每个顶点1302、1304处以及在链路的另一端处的每个顶点1312、1314处提供相应的单个天线元件。利用这种天线布置，每个共有天线元件耦合到多个收发器。十字和星号对的收发器连接到一个共有天线元件和一个未连接到任何其他收发器的唯一的天线元件。圆形对的收发器连接到共有顶点1302/1304、1312/1314处的共有天线元件。在图13中，顶点和天线元件在平行方向上彼此对齐，并且圆形对包括来自不同对但彼此不相邻的顶点和天线元件，以形成Z形。在图13中，顶点之间以及那些顶点处的天线元件之间的相对旋转为0。
图13中的Z形是一个示例，并且在另一实施例中，圆形对可以包括在十字对的左侧和星号对的右侧的另一个十字和星号顶点以及天线元件。
图13中相邻顶点之间的距离被约束相同，以简化最佳化搜索，但是在其他实施例中可以搜索不同的间隔。基于在0度、90度、180度和270度旋转中的每一个的天线间隔的最佳化搜索，天线元件间隔被选择为等于或近似等于
Figure GDA0002449424620000143
并且旋转角度被选择为0度。
预编码和均衡矩阵基于交替最小化和估计的信道确定，并且上面描述了详细示例。
图14是示出在本文中被称为“直角三角形”布置的示例天线布置的标绘图，包括多个天线元件对共有的天线元件，并且其中天线元件的布置与图7中的不同。在图14中，如图7所示，在无线通信链路一端的每个顶点1402、1404、1406处以及在链路另一端的每个顶点1412、1414、1416处提供天线元件。利用这种天线布置，每个天线元件耦合到多个收发器。在示出的示例中，顶点和天线元件位于直角三角形的顶点处。在图14中，顶点组之间以及那些顶点处的天线元件之间的相对旋转为0。
直角形状中的最近顶点之间的距离在图14中被约束为相同，以简化最佳化搜索，但是在其他实施例中可以搜索不同的间隔。基于在0度、90度、180度和270度旋转中的每一个的天线间隔的最佳化搜索，天线元件间隔被选择为等于或近似等于
Figure GDA0002449424620000144
并且旋转角度被选择为0度。
预编码和均衡矩阵基于交替最小化和估计的信道确定，并且上面描述了详细示例。
图5至图14中示出的示例布置是平面的。例如可以优选如下平面布置以减少或最小化传播路径长度差异：其中链路每端处的天线元件与相应的部分或表面放置在每端处的一个平面中并且平面彼此平行。例如，参考图14，如果trx0、trx1、trx2平面不平行于trx3、trx4、trx5平面，那么在顶点1402/1412、1404/1414、1406/1416处的天线元件之间的传播路径将全部不同，这可能使天线元件间隔和用于干扰对齐的预编码/均衡矩阵的确定复杂化。当传播延迟不同时，支持的系统波特率可能比天线元件的平面布置的情况低得多。由非平面布置产生的多径可能在频带中产生陷波，从而限制有用带宽。这还可能需要长循环前缀来防止过度延迟，这进而会增加传输开销。由于信道响应时间较长，均衡化也可能更加困难。多径效应还可能使天线元件间隔和预编码/均衡矩阵的确定复杂化，因为在这种情况下，信道不再是平坦的。
图15是示出根据另一实施例的MIMO系统的框图。图15中的示例MIMO系统1500类似于图4中的示例系统400，区别在于，图15中的编解码器1514、1516、1518、1554、1556、1558处理两个流而不是一个，图15中的预编码器/均衡器1526、1528、1530、1566、1568、1570处理两个编解码器侧流和四个天线侧流，以及天线元件1538/1540、1542/1544、1546/1548、1578/1580、1582/1584、1586/1588中的每个可以在水平(H)极化和垂直(V)极化中的每个上携带一个流。例如，系统1500可用于实现交叉极化干扰消除(XPIC)。系统1500可以被认为是三个4×4MIMO系统的干扰对齐系统的形式。
在图15中，来自室内交换机412、452的每个交换流被分成两个并行的比特流，这两个比特流被编码，然后被映射到两个并行流，用于在每个发射收发器处进行2×4预编码。在一实施例中，并行流是正交幅度调制(QAM)流。两个并行流的预编码的输出是四个流。每个天线元件1538/1540、1542/1544、1546/1548、1578/1580、1582/1584、1586/1588可以如上所述分别在H极化和V极化上携带一个流，因此每个收发器处的两个天线元件携带四个流。
在每个接收收发器处，两个天线元件接收四个流，并且使用4x2均衡来均衡它们。均衡的输出是两个并行流。两个并行流被解码，然后可以级联成单个交换流并提供给室内交换机412、452。为了避免图15中的拥塞，没有示出流分裂/级联，并且编解码器1514、1516、1518、1554、1556、1558用于表示用于预编码的或均衡之后的编码器/解码器和映射器/解映射器。
上文中描述了天线布置和MIMO系统的各种说明性示例。更一般地说，根据一实施例的装置包括通信模块，如本文所述的说明性收发器，以及天线元件。天线元件的子集耦合到每个通信模块，并且天线元件之间的距离基于以下进行选择：由天线元件限定的形状、天线元件和天线元件要与其交换信号的远程天线元件之间的LoS距离、以及天线元件和远程天线元件之间的干扰对齐。
分别在图4、图15和图18中的无线链路或信道490、1590、1810的每端示出了这种装置的示例。本文还通过示例公开了用于确定天线间隔距离和旋转角度的基于搜索的方法。
天线元件子集可以包括如图5至图14示出的意图作为示例的天线元件对。本文公开的特征还可以或替代地应用于包括两个以上天线元件的天线元件子集。例如，在另一实施例中，LoS无线链路每端的设备包括具有三个天线的五个单元，并且可以使用干扰对齐来通过无线链路发射五个流。
一些天线布置包括用于每个通信模块的单独的天线元件子集，并且每个通信模块耦合到天线元件的唯一子集。图5、图6和图8至图10示出了三个唯一的天线元件对耦合到无线链路每端的相应通信模块的示例。上文中还描述了这种布置中的顶点和天线元件的对齐。在其他实施例中，天线元件子集可以包括两个以上的天线元件，其中天线元件在每个子集中以及子集之间以类似于图5、图6和图8至图10所示的方式对齐。
在例如图7和图14中所示的三角形布置中，例如，每个天线元件对于多对是共有的并且耦合到多个通信模块。图11和图12中示出的示例包括所有对共有的并且耦合到多个通信模块的一个天线元件，图13示出的示例包括多对共有的并且耦合到多个通信模块的两个天线元件。此外，在其他实施例中，天线元件子集可以包括两个以上天线元件，其中天线元件在每个子集中以及在子集之间以类似于图7和图11至图14所示的方式对齐。
本公开包括一种天线布置，其中形状包括在LoS无线链路一侧的三个或更多以及六个或更少的顶点以及相同布置的旋转形式，其中在无线链路的另一侧具有围绕传播方向的零或非零旋转。在一实施例中，天线元件放置在每个顶点处，用于干扰对齐，其中对于每条边在0和
Figure GDA0002449424620000161
之间调节距离，其中D是发射通信模块和接收通信模块之间的距离，λ是在无线链路上传输的无线通信信号的波长。
图16是示出可以用于实现MIMO系统的示例ODU的框图。在1600、1610、1620处示出了三种不同类型的ODU。每个ODU可以实现通信模块，例如收发器，并且例如可以包括如图4和图15所示的收发器部件。
示例ODU 1600、1610中的每个包括安装到ODU壳体的一个直接安装天线元件1604、1614，以及使用波导1606、1616间接安装到ODU壳体的另一个天线元件1602、1612。波导1606、1616可以是可延伸波导，以使得能够调节天线元件1602/1604、1612/1614之间的距离和/或天线元件之间的相对方向。ODU 1600示出了相对于天线元件1604和ODU壳体的天线元件1602的平行安装的示例，ODU 1610示出了相对于天线元件1614和ODU壳体的天线元件1612的垂直安装的示例。其他方向也可以实现如本文所公开的天线布置。ODU 1620包括两个直接安装天线元件1622、1624，其方向可以被认为是相对于ODU壳体的平行安装。
在1630处，图16示出了三个ODU 1632、1634、1636的组合，其可用于实现具有如图5所示的天线布置的无线通信链路每一侧的设备。例如，ODU可以如1630所示，在无线信道的一端垂直堆叠，在另一端旋转90度并水平布置。
更一般地，具有如1642、1644、1652、1654、1662、1664处所示的直接安装天线元件或如1602、1612处所示的间接安装天线元件的ODU可以用于实现本文中公开的任何天线布置。ODU和/或其天线元件可以定向成将天线元件定位在任何布置中。在具有共有天线元件的天线布置中，多个ODU可以连接到共有天线元件。ODU收发器可以通过例如波导连接到另一ODU的直接安装或间接安装的天线元件。
间接安装的天线元件和不同的ODU方向代表在本文公开的不同天线布置中天线元件如何放置的示例。ODU外壳还可以或替代性地容纳直接安装天线元件的不同直接安装位置。用于布置天线元件的其他选项也是可能的。
单独的ODU代表一种示例实现方式。例如，在毫米波频率下，所有天线元件可以集成到无线信道每端的设备中的一个面板或单元中。因此，天线元件可以在一个或一个以上的物理设备中实现。
图17是可以实现本公开的实施例的示例通信系统的框图。图17中的示例通信系统1700包括接入网络1702和核心网络1704。接入网络1702包括通过网络通信链路1732、1734、1736通信的网络设备1710、1712、1714，以及在示出的示例中通过接入通信链路1738、1739与网络设备1714通信的用户设备1722、1724。接入网络1702通过另一网络通信链路1740与核心网络1704通信。像接入网络1702一样，核心网络1704可以包括与接入网络1702中的网络设备1710、1712、1714中的一个或多个装置通信的网络设备。然而，在具有接入网络1702和核心网络1704的通信系统中，核心网络本身可能不直接向用户设备提供通信服务。
通信系统1700仅意在作为说明性示例。例如，接入网络1702可以包括多于或少于三个网络设备，所述网络设备可以如示出的那样全部彼此直接通信也可以不是全部彼此直接通信。此外，接入网络1702中一个以上的网络设备可以向用户设备提供通信。可以存在一个以上的耦合到核心网络1704的接入网络1702。还应理解，本公开不以任何方式限于具有接入网络/核心网络结构的通信系统。
考虑接入网络1702，多种实现中的任一种都是可能的。网络设备1710、1712、1714和这样的网络设备向其提供通信服务的用户设备1722、1724的确切结构是依赖于实现方式的。图4和图15中的设备410/450、1510/1550是可以至少被实现为用于例如无线回程的网络设备1710、1712、1714的通信设备的示例。
至少向用户设备1722、1724提供通信服务的网络设备1714包括物理接口和通信电路，用于支持通过接入链路1738、1739与用户设备的接入侧通信。该接入侧物理接口可以是例如天线或天线阵列的形式，其中接入通信链路1738、1739是无线链路。如果是有线接入通信链路1738、1739的情况下，接入侧物理接口可以是到有线通信介质的端口或连接器。可以例如在网络设备1714处提供多个接入侧接口，以支持相同或不同类型的接入通信链路1738、1739。耦合到接入侧物理接口或位于接入网络设备1714处的接口的通信电路的类型取决于接入通信链路1738、1739的(一个或多个)类型以及用于与用户设备1722、1724通信的(一个或多个)通信协议。
网络设备1710、1712、1714还包括网络侧物理接口(或可能包括多个网络侧物理接口)以及通信电路，用于启用与接入网络1702中的其它网络设备的通信。网络设备1710、1712、1714中至少一些还包括一个或多个网络侧物理接口和通信电路，以启用通过通信链路1740与核心网络设备的通信。在网络设备1710、1712、1714和核心网络1704之间可以存在多个通信链路。接入网络1702中的网络侧通信链路1732、1734、1736，以及到核心网络1704的通信链路1740可以是相同类型的通信链路。在这种情况下，网络设备1710、1712、1714处的相同类型的物理接口和相同的通信电路可以支持接入网络1702内的接入网络设备间的通信和接入网络1702与核心网络1704之间的通信。可以替代地在网络设备1710、1712、1714处提供不同的物理接口和通信电路，用于接入网络1702内的通信和接入网络1702与核心网络1704间的通信。
核心网络1704中的网络设备可以在结构上类似于网络设备1710、1712、1714。然而，如上面提到的，核心网络1704中的网络设备可以不直接向用户设备提供通信，并因此不包括用于接入通信链路或相关联的接入侧通信电路的接入侧物理接口。核心网络1704中网络设备处的物理接口和通信电路可以支持与接入网络1702中(一个或多个)相同类型的(一个或多个)网络通信链路，(一个或多个)不同类型的(一个或多个)网络通信链路，或二者都支持。
正如网络设备1710、1712、1714处和核心网络1704中的网络设备处的物理接口的确切结构是依赖于实现方式的，相关联的通信电路也是依赖于实现方式的。通常，硬件、固件、执行软件的部件或其某些组合可用于实现这种通信电路。以上提供了可能适合于实现通信电路的电子设备的示例。
用户设备1722、1724的每个包括与网络设备1714处的接入侧物理接口和通信电路兼容的物理接口和通信电路，以使用户设备能够与网络设备通信。可以在用户设备1722、1724处提供相同或不同类型的多个物理接口。用户设备1722、1724还可以包括例如输入/输出设备的部件，通过该部件，用户设备的功能可供用户使用。例如，在例如智能手机的无线通信设备的情况下，这些功能不仅可以包括通信功能，还可以包括不需要通信的其他本地功能。不同类型的用户设备1722、1724(例如，不同的智能电话)可以由相同的网络设备1714服务。
通信链路1732、1734、1736、1738、1739、1740和核心网络1704中的通信链路中的任一个可能潜在地是或包括无线通信链路。尽管在核心网络级别的无线通信链路是可能的，但是相对于在核心网络1704，这种通信链路往往更经常在接入网络1702内使用。可以在无线通信链路的每一端使用包括多个天线元件的天线阵列，以使得能够通过空中通信。在一实施例中，本文中公开的技术至少用于接入网络1702中的无线回程。
图18是一实施例的示例应用的框图，其应用于通信系统中的回程。在示例通信系统1800中，LoS信道1810用于通过交换机1804、1814和包括如本文公开的天线布置的收发器1806、1816从一个或多个接入基站1802向一个或多个核心网络1804提供回程。接入基站1802可以是如图17所示的网络设备1710、1712、1714，图17中还示出了核心网络1704。
上文中参考图1至图18描述的实施例涉及装置或系统。还考虑了方法。图19是根据另一实施例的示例方法的流程图。
示例方法1900涉及在1902处确定形状，用于包括多个天线元件和远程天线元件的天线布置，其中在多个天线元件和远程天线元件之间通过LoS通信链路交换信号。对于初始设计，在1902处的确定可涉及选择形状。替代地，天线布置可以基于先前的设计，在这种情况下，可以通过查阅先前的设计在1902处确定形状。
在1904处，确定多个天线元件之间以及远程天线元件之间的间隔或距离。这可涉及搜索距离以及可能的旋转角度，如图19所示。距离是基于形状、多个天线元件和远程天线元件之间的LoS距离、以及多个天线元件和远程天线元件之间的干扰对齐来确定的。在一实施例中，在1904处确定间隔包括对搜索空间内的多个距离中的每一个执行干扰对齐计算，以及基于干扰对齐计算选择天线元件之间的距离。可以将一个或多个约束应用于距离以定义搜索空间。例如，如上所述，某些距离可以被约束为相等。这表示可以应用于限定搜索空间的约束的示例。
在也搜索旋转角度的实施例中，1904处的搜索可以涉及针对搜索空间中的每个距离以及多个天线元件和远程天线元件之间的若干旋转角度中的每一个执行干扰对齐计算。也可以将一个或多个约束应用于旋转角度以限定旋转角度搜索空间，如本文描述的0度、90度、180度和270度旋转的示例中的那样。
如上所述，天线布置可以基于先前的设计，并且可以在1904处通过查询先前的设计确定距离和可能的旋转角度。
在1906处，天线元件被布置成确定的形状并处于确定的距离。这可以包括安装相应的通信模块，每个通信模块包括天线元件的子集，以将天线元件布置成确定的形状并且处于确定的距离。图16中示出了一示例，其中定位多个ODU以将天线元件布置在期望的位置处。也可以使用或替代性地使用包括两个以上天线元件的单元。尽管图19仅示出了1906处的一种布置操作，但是天线元件布置在LoS链路的每一端。
形状可以包括任何上述示例，以及与本公开一致的其他示例。在一些实施例中，天线元件包括待耦合到多个通信模块中的每一个的天线元件的相应的唯一子集。这种天线布置包括与图5、图6和图8至图10一致的布置、以及具有耦合到每个通信模块的两个以上天线元件的类似的天线布置。上面还描述了这种布置中的顶点和天线元件的对齐。
其他天线布置包括多个子集共有的并耦合到多个通信模块的天线元件。在图7和图14所示的布置中，例如，该形状是三角形，并且每个天线元件对于多对是共有的并且耦合到多个通信模块。在具有耦合到每个通信模块的两个以上的天线元件的类似天线布置中，可以使用每个子集中多个子集共有的多个天线元件来形成三角形形状。
图11和12中示出的示例说明了包括一个天线元件的形状，该天线元件对于所有子集是共有的并且耦合到多个通信模块。图13中示出的Z形是包括两个天线元件的形状的示例，所述两个天线元件对于多个子集是是共有的并且耦合到多个通信模块。
在安装天线布置之后，其可用于交换信号，如1908所示。这可涉及发射信号，或接收信号，或两者。
在1910处理信号以用于干扰对齐。例如，在发射通信模块处，该处理可以涉及使用为耦合到远程天线元件的通信模块处的干扰对齐而计算的预编码矩阵来预编码信号以用于发射。在接收通信模块处，可以使用为该通信模块处的干扰对齐而计算的均衡矩阵来均衡所接收的信号。
例如，一些实施例还可以支持模式控制，以在干扰对齐模式和冗余模式之间控制通信模块的操作模式。这在1912处显示为可选过程。
示例方法1900说明了一实施例。在其他实施例中，可以以类似的或不同的顺序执行类似或不同的操作。在此描述了执行所示操作的各种方式，以及可以执行的其他操作的示例。例如，方法1900包括天线布置设计、安装和使用过程。这些程序可以在不同时间、不同位置和/或由不同方执行。
针对中心频率为83GHz、边缘频率为71GHz和93GHz的E波段(E-band)以及针对其中对于83GHz的中心频率配置所有天线元件的主瓣到主瓣距离的天线布置，评估本文中公开的各种实施例的性能。传播距离为1km直线距离，信噪比(SNR)为40dB。下表中提供了包括如图5至图14所示的天线元件对的天线元件子集的模拟结果。可以在不同的模拟条件下和/或在实际实施中观察到类似或不同的结果。表中还列出了2x2 MIMO，以作为比较示例。
和SNR(dB) 71GHz 83GHz 95GHz
巧克力条 129.0 130.6 128.8
矩形 123.1 124.2 122.8
等边三角形 107.1 128.1 118.1
六边形 119.2 120.0 119.1
线形 123.2 128.2 123
H形 125.6 126.0 125.6
T形 113.5 118.1 118.0
Y形 121.1 121.8 121.0
Z形 124.5 126.0 124.5
直角三角形 119.5 120.0 120.0
2x2 MIMO 85.8 86.0 85.8
从上表可以看出，模拟显示出比2×2MIMO比较示例更高的和SNR。等边三角形天线布置在所列示例中表现出最高的频率灵敏度(在频率范围上具有更大的方差)，并且直角三角形天线布置在所列示例中表现出最低的频率灵敏度(在频率范围上具有最小方差)。
所述内容仅仅是对本公开的实施例的原理的应用的说明。本领域技术人员可以实现其他布置和方法。尽管本公开涉及具体特征和实施例，但是可以进行各种修改和组合。因此，说明书和附图可以简单地被视为由所附权利要求限定的本发明实施例的说明，并且预期涵盖任何和所有修改、变化、组合或等同物。因此，应该理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。
此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的任何过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将从本公开容易理解，当利用本文公开的对应实施例时，目前存在或稍后开发的过程、机器、制造、物质组合物、装置、方法或步骤实质上执行基本相同的功能或实质上实现相同的结果。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。
例如，附图示出了说明性示例实施例。本文公开的技术不仅限于这些实施例。其他实施例可包括以相似或不同顺序互连的类似或不同部件。部件的数量也可以或替代地在不同的实施例之间变化。
还应当理解，其他实现细节，例如附图中所示的顶点组和天线元件之间的相对旋转，在不同的实施例中可以是不同的。例如，在图5所示的配置中，顶点组和天线元件之间的相对旋转可以不同于90度，例如改变45度，以在每个目标发射器/接收器对之间提供直接信道矩阵秩2。其他天线布置也可以或者可替代地以这种方式改变，以改善性能。
而且，尽管主要在方法和系统的上下文中进行了描述，但是也可以考虑其他实现方式，例如以存储在非暂时性处理器可读介质上的指令的形式。这说明了软件产品形式的实施例。更一般地，软件产品可以存储在非易失性或非暂时性存储介质中，其可以以一个或多个存储器设备的形式实现，包括固态存储器设备和/或具有可移动甚至可移动存储介质的存储器设备。存储器设备的示例包括压缩盘只读存储器(CD-ROM)、通用串行总线(USB)闪存盘和可移动硬盘。软件产品包括存储在存储介质上的多个指令，其使得处理器或计算机设备(例如，个人计算机、服务器、网络设备)能够执行如本文所公开的操作或方法。

Claims (13)

1.一种用于视距无线通信的装置，包括：
多个通信模块；以及
多个天线元件，其中所述天线元件的不同子集耦合到每个通信模块，并且所述天线元件之间的距离基于以下进行选择：由所述天线元件限定的形状、所述多个天线元件和所述多个天线元件要与其交换信号的远程天线元件之间的视距距离、以及所述多个天线元件和所述远程天线元件之间的干扰对齐，其中所述通信模块中的每个包括模式控制器，在干扰对齐模式和冗余模式之间控制所述通信模块的操作模式。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述通信模块中的每个包括接收器和发射器中的一者或两者。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述通信模块中的每个包括预编码器，所述预编码器耦合到所述通信模块耦合到的天线元件子集的天线元件。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述通信模块中的每个包括均衡器，所述均衡器耦合到所述通信模块耦合到的天线元件子集的天线元件。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述通信模块中的每个耦合到所述天线元件的唯一子集。
6.根据权利要求5所述的装置，其中每个子集中的所述天线元件在第一方向上彼此对齐，并且在垂直于所述第一方向的第二方向上沿着平行的行与其他子集中的天线元件对齐，并且布置为相对于所述远程天线元件以及与所述天线元件和所述远程天线元件之间的传播方向平行的轴线以90度旋转。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述天线元件包括多个子集共有的并且耦合到多个通信模块的天线元件。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述天线元件布置为三角形，每个子集中的多个天线元件对于多个子集是共有的并且耦合到多个通信模块。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述天线元件包括所有子集共有的并且耦合到多个通信模块的天线元件。
10.根据权利要求7所述的装置，其中所述天线元件包括多个子集共有的并且耦合到多个通信模块的两个天线元件。
11.一种用于视距无线通信的方法，包括：
在多个天线元件和远程天线元件之间交换信号，所述多个天线元件包括耦合到不同通信模块的所述天线元件的不同子集，其中所述天线元件之间的距离基于以下进行选择：由所述天线元件限定的形状、所述多个天线元件和所述远程天线元件之间的视距距离、以及所述多个天线元件和所述远程天线元件之间的干扰对齐；以及
处理所述信号以进行干扰对齐；
其中在干扰对齐模式和冗余模式之间控制所述通信模块的操作模式。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述交换包括以下之一或两者：从所述多个天线元件向所述远程天线元件发射所述信号，以及在所述多个天线元件处从所述远程天线元件接收所述信号。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述处理包括以下之一或两者：
使用在耦合到所述远程天线元件的通信模块处为干扰对齐而计算的预编码矩阵，对从所述多个天线元件发射到所述远程天线元件的所述信号进行预编码；以及
使用在耦合到所述多个天线元件的所述通信模块处为干扰对齐而计算的均衡矩阵，均衡在所述多个天线元件处从所述远程天线元件接收的所述信号。
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