CN111247746A - 修改上行链路信息流或下行链路信息流的数目 - Google Patents

Abstract

一种在包括多个辐射元件的无线电信系统的基站中的方法，该方法包括：修改上行链路信息流或下行链路信息流的数目，每个信息流对应于用于系统的空间采样基础中的元件，其中在下行链路中，空间采样基础被配置为使得信息流的数目与系统的辐射元件的数目相同，并且在上行链路中，空间采样基础使用从所述系统的多个辐射元件得出的复合天线而被配置，以形成合成波束。

Description

修改上行链路信息流或下行链路信息流的数目

技术领域

各个方面总体上涉及一种用于修改蜂窝基站中的上行链路信息流或下行链路信息流的数目的方法。

背景技术

网络运营方在从一个移动代际转移到下一代际时会重新使用其站点，并且新技术使用越来越高的频率来实现预期的高数据速率。例如，在3.5GHz频段以及更高的毫米频段(如28GHz和39GHz)中正在考虑用于5G的‘新’分配。这意味着，在利用准全向天线寻址移动终端时，在新老代际之间，每个复合天线的辐射表面应该保持几乎相同。

作为示例，B3(1800MHz)天线复合材料通常由10个偶极子或贴片元件组成。为了获得类似的小区覆盖范围，3.5GHz天线复合材料将需要较大的增益，这是因为在相同的RF功率下，较高频率下的传播较差，因此需要大量天线元件-至少需要53个天线元件才能获得类似的天线增益。然而，这可能还不够，首先是因为传播最差，第二是因为带宽明显更大(x3至x5)，第三是因为使用的接入是TDD，所以仅1/2或2/3的时间被用于信号传输。通常的结果是，获得类似的小区边缘性能的元件数目可能会上升到250个左右。而且，由于在更高频段，功率放大器技术恶化并且几乎无法提供相同的功率，因此必须由更高的天线增益来补偿，并且在同时使用多个波束或在所谓的大规模MIMO(mMIMO)系统中增加容量时，这种效果得到增强，所谓的大规模MIMO(mMIMO)系统需要更多的天线增益来平衡链路预算，以通过相同的功率预算支持下行链路中的更多用户或在上行链路中更好地在空间上分离联合调度的用户。

在诸如MIMO、大规模MIMO或大规模波束形成系统等多波束系统中，通过智能地组合数据流的数据，使用所有天线元件针对上行链路和下行链路通信来执行信号处理。因此，增加基本天线的数目会使处理复杂性增加O(n²ln(n))。因此，处理量变得非常大。

发明内容

根据示例，提供了一种在包括多个辐射元件的无线电信系统的基站中的方法，该方法包括：修改上行链路信息流或下行链路信息流的数目，每个信息流对应于用于系统的空间采样基础中的元件，其中在下行链路中，空间采样基础被配置为使得信息流的数目与系统的辐射元件的数目相同，并且在上行链路中，空间采样基础使用从系统的多个辐射元件得出的复合天线而被配置，以形成合成波束。合成波束可以与用于用户设备UE的上行链路空间信道大小匹配，从而实现使用合成波束来分解来自UE的上行链路信号。可以形成多个合成波束。合成波束的数目可以与系统所服务的上行链路UE的数目匹配。按合成波束实例化上行链路信号处理。两个波束之间的空间可以小于信道角度扩展的一半。该系统可以是多输入多输出MIMO系统或大规模MIMO系统。

根据一个示例，提供了一种无线电信系统的基站，该基站包括天线，该天线包括多个辐射元件和处理链，该处理链被配置为在下行链路中向辐射元件中的相应多个辐射元件提供信号或者在上行链路中从辐射元件中的相应多个辐射元件接收信号，其中处理链被配置为修改上行链路信息流或下行链路信息流的数目，每个信息流通过以下而被配置为对应于用于系统的空间采样基础中的元件：在下行链路中将空间采样基础配置为针对每个信息流使用辐射元件；以及，在上行链路中将空间采样基础配置为提供从系统的多个辐射元件得出的复合天线以形成合成波束。处理链可以将合成波束与用户设备UE的上行链路空间信道大小相匹配，从而实现使用合成波束分解来自UE的上行链路信号。处理链可以形成多个合成波束。

根据示例，提供了一种装置，该装置包括天线，该天线包括多个辐射元件，该装置还包括：用于在下行链路中向辐射元件中的相应多个辐射元件提供信号或者在上行链路中从辐射元件中的相应多个辐射元件接收信号的部件；用于修改上行链路或下行链路信息流的数目的部件，每个信息流通过以下而对应于空间采样基础中的元件：在下行链路中将空间采样基础配置为针对每个信息流使用辐射元件；以及在上行链路中将空间采样基础配置为提供从多个辐射元件得出的复合天线以形成合成波束。

该装置可以还包括用于将合成波束的数目与将被服务的上行链路UE的数目相匹配的部件。该装置可以还包括用于按合成波束实例化上行链路信号处理的部件。该装置可以还包括用于将两个波束之间的空间配置为小于信道角度扩展的一半的部件。

根据示例，提供了一种天线，该天线包括多个辐射元件和处理链，该处理链被配置为在下行链路中向辐射元件中的相应的多个辐射元件提供信号或者在上行链路中从辐射元件中的相应的多个辐射元件接收信号，其中处理链被配置为修改上行链路信息流或下行链路信息流的数目，每个信息流通过以下而对应于空间采样基础中的元件：在下行链路中将空间采样基础配置为针对每个信息流使用辐射元件；以及，在上行链路中将空间采样基础配置为提供从多个辐射元件得出的复合天线以形成合成波束。处理链可以将合成波束的数目与将被服务的上行UE的数目相匹配。

根据示例，提供了一种机器可读存储介质，被编码有用于分解上行链路信号的指令，该指令由系统中的处理链的处理器可执行以使系统将空间采样基础配置为提供从系统的多个辐射元件得出的复合天线，以形成合成波束。机器可读存储介质可以还被编码有用以按合成波束实例化上行链路信号处理的指令。机器可读存储介质可以还被编码有将两个波束之间的空间配置为小于信道角度扩展的一半的指令。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参照附图来描述实施例，其中：

图1是根据示例的无线电信通信网络的一部分的示意图；

图2示出了根据示例的用于服务子小区的天线元件的集合；

图3是根据示例的天线的示意图；

图4是描绘了根据示例的环境反射的影响的示意图；

图5是根据示例的包括N个元件的天线的示意图；

图6是根据示例的合成波束的形成的示意图；

图7是根据示例的空间采样基础的示意图；

图8A和图8B示出了根据示例的大规模MIMO架构；以及

图9A和图9B示出了根据示例的3θ和ΔΘ定义以及3dB的孔径和波瓣孔径(在零之间)。

具体实施方式

下面足够详细地描述示例，以使本领域的普通技术人员能够体现和实施本文描述的系统和过程。重要的是要理解，可以以许多备选形式提供示例，并且不应将其解释为限于本文陈述的示例。

因此，虽然示例可以以各种方式修改并且采取各种备选形式，但是其具体示例在附图中示出并且在下面作为示例进行详细描述。无意限于所公开的特定形式。相反，应该包括落入所附权利要求的范围内的所有修改、等同形式和替代形式。在整个附图和适当的详细描述中，示例的元素始终由相同的附图标记表示。

本文中用于描述示例的术语并非旨在限制范围。冠词“一”、“一个”和“该”具有单数形式，因为它们只有一个指示物，但是在本文档中使用单数形式不应排除存在多个指示物。换言之，以单数形式提及的元素可以编号一个或多个，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”指定存在所阐明的特征、项目、步骤、操作、元素和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他功能、项目、步骤、操作、元素、组件和/或其群组。

除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都应按照本领域的惯例进行解释。将进一步理解的是，除非本文这样明确地定义，否则通用用法的术语也应按照相关领域的惯例进行解释，而不是理想化或过度形式化的含义。

图1是根据示例的无线电信通信网络的一部分的示意图。网络部分100包括基站101和一个或多个目标设备103。基站101可以与设备103建立通信链路。在通信会话期间，目标设备103可以从基站101接收下行链路分组105和(/或)上行链路分组107可以通过蜂窝接入接口或目标设备103的接入点从目标设备发送到基站101。目标设备103可以是用户设备(UE)，例如，可以是移动电话，其可以与形成会话端点的网络装置(例如，诸如，服务器)进行通信会话。由于用户设备是移动的，并且还可能能够在上行链路和/或下行链路上使用诸如LTE、WiFi、5G和/或电线等多种不同的接入技术，因此要维持与许多不同用户设备的连接是带宽密集型操作。

如图1所示，基站101可以服务在较大的网络小区区域130内在空间上彼此隔离的多个名义子小区110、115、120。每个子小区可以由基站处的天线元件集合服务。可以将其视为空间复用，因为可以在小区130的不同区域(子小区)中同时在同一频率上服务多个UE。

图2示出了根据示例的用于服务子小区220的天线元件集合200。子小区220中可以存在一个或多个目标设备203。基站101的天线元件可以被用于波束形成多个空间上分离的波束205a-f，其中的相应多个波束可以被用于服务子小区内的UE。

如图3所示，根据示例，天线300包括多个个体辐射元件或贴片301、302、303。每个贴片或多个贴片的组合可以被用于生成波束，其中主瓣相对于天线处于所选定向。相应地，天线300可以与在子小区内在空间上分离的多个UE一起在上行链路和下行链路中使用。由于天线元件可以用于在空间上区分UE，因此能够在空间的不同部分上进行频率复用，这为频率和时间复用提供了额外的自由度。尽管为了清楚起见在图3中仅描绘了一个Tx链350，但是每个天线元件将有一个。

图4是描绘了根据示例的环境反射的影响的示意图。如图4所示，UE1在上行链路中传输信号402，该信号被天线400的元件401接收。然而，来自UE1的信号420从建筑物反射(例如)，并且与信号402相比，以角度405到达天线400。针对UE1，考虑到天线400在上行链路中利用具有相对较窄的主瓣的元件子集来检测信号，以便接收到信号402，但没有接收到信号420，因为它落在了敏感区域外。相反，天线可以将信号420映射到UE3 410。

也就是说，为了从目标UE接收上行链路信号，天线可以利用具有大角度扩展的广角波束图案来“捕获”来自目标UE的接收波束路径。然而，由于多个反射可能到达与UE明显不同的角度，因此每个波束瓣可能无法检测到UE。因此，由于环境因素，天线可能错误地将信号确定为源自不同的设备。

因此，由于多径问题导致的角度扩展意味着可以为更少的UE提供服务。此外，由于必须针对每个元件执行复杂的处理，因此在上行链路中使用许多元件意味着例如必须多次执行作为计算密集型操作的FFT处理。

根据示例，系统通过利用由于多径信号反射而导致的空间分辨率低于理论最大值的事实来最小化上行链路中所需的处理量。因此，可以通过在正交或准正交的基础上分解每个到达信号来降低由于FTT/iFFT处理而导致的复杂性。该基础可以被适配于空间信道大小(允许天线总体大小)。在示例中，流的数目可以扩展到天线元件的数目。

如图5所示，天线500可以包括N个元件501-506。因此，在下行链路会话期间，天线发射的波束数目可以等于元件数目(实际上，最大波束数目只能小于天线元件的数目)。即，每个元件可以有助于发射波束，该波束是多个输入信号B₁-B_N的相位和幅度的线性组合。

根据示例，在上行链路会话期间，可以组合多个辐射元件的集合以形成复合天线。复合天线可以形成合成波束。例如，这可以使用波束形成来实现，其中，形成复合天线的辐射元件被操作以生成特定角度的信号，从而相长和相消干涉用于形成具有期望空间轮廓的波束。波束形成可以在发射端和接收端使用，以实现这种空间选择性。

图6是根据示例的合成波束的形成的示意图。通常将形成多个窄波束601-604的多个天线元件(未示出)可以用于生成一个较大的合成波束600。多个元件彼此可以相邻或可以不相邻。在示例中，复合天线少于单个天线元件的数目。合成波束600具有更宽的角度扩展以用于信道接收。而且，减少使用的波束数目也减少了频域中所需的FFT/iFFT计算数量，特别是在Wifi、LTE和5G等基于OFDM的蜂窝系统中。

因此，在示例中，修改了上行链路信息流或下行链路信息流的数目。每个信息流对应于系统的空间采样基础中的元件，其中在下行链路中，空间采样基础被配置为使得信息流的数目与系统的辐射元件的数目相同，并且在上行链路中，空间采样基础使用从系统的多个辐射元件得出的复合天线而被配置，以形成合成波束。即，在对多径敏感的上行链路中，有效地减少了天线元件的数目，从而提供了更大的复合天线波束。

如图6所示并参照图4，UE1可以在上行链路中以大角度扩展来传输信号。在使用大量较窄波束(例如，每个天线元件一个)的情况下，在多径系统中可能无法检测到这些信号。合成波束600具有较大的角展扩展，并且不会遇到相同的问题，因为它将收集从较大的空间角度到达的能量。要注意的是，取决于安装基站周围的传播信道特性，可以仅以一个方位角或仰角尺寸或两个尺寸的组合来定义该角度。

图7是根据示例的空间采样基础的示意图。在图7中，将波束网格与现有的辐射元件集合合成，以获得基站天线阵列所覆盖的区域的空间和角度采样的基础。图7示出了信道空间色散效应710在每个方位角和仰角尺寸上大于所选的空间分辨率720，并且具有给定信道的给定方向上的用户将在上行链路中对应于L1高输入，作为由来自空间网格的几个相邻的水平和垂直元素830的加权和频域信号构成的流。

在示例中，网格被优化为适合于信道850，即，两个波束之间的空间小于信道角度扩展的一半。在此基础上分解每个信号(前进或后退)。该网格是先验完成的，并且最终可以使用长期观察进行调整。它表现为不同的复合天线。一旦完成，处理架构将保持不变，只是在较少数目的天线上，每个天线表示在给定时间被天线阵列覆盖的扇区的一部分。

可以在严格正交的函数集(例如，sin(x)/x类型)上构建基础，也可以考虑在高扫描角度下的天线性能。可以使用锥度(即，每个元素的幅度加权)来最小化波束间干扰。因此，这种灵活的空间采样使构成空间采样的波束数量最小化。

图8A和8B示出了根据示例的大规模MIMO架构。如通过图8B的示例所示，在大规模mMIMO上行链路(UL)和下行链路(DL)处理中插入了附加处理子层850，其减少(在UL中)或扩展(在DL中)数据流的数目，即，在DL中，将流的数目扩展到天线元件的数目，而在UL中，则相反-将天线元件的数目减少为流的数目，每个信息流对应于空间采样基础的一个元件。

空间采样器850是紧接在DFE(数字前端)830之后(或之前)添加的卡或组件或者卡或组件的一部分。它在具有N个输入和P个输出的上行链路中执行加权线性组合(N是辐射元件的数量，P是产生的同时波束的数量)，针对下行链路反之亦然。将空间采样器插入到UL/DL DFE 830和I/FFT 840之间，其现在按流或波束实例化，而不是像以前那样按天线辐射元件实例化。更精确地，在I/FFT块上方(在L1 LO块内部)的波束器820中也引起了简化。由于它是一种简单的映射器，因此对波束器进行了简化，其中，对用户的波束是一个流或几个相邻流的加权集合。这种空间采样器850是时间上的空间处理操作，其中，I/FFT 840针对每个流(即，针对每个空间点独立地)在时/频域中操作。在示例中，空间采样器可以执行来自机器可读存储介质的指令，该机器可读存储介质可以是例如逻辑电路或可移动固态存储介质的形式。

相应地，一种包括具有多个辐射元件的天线的装置可以包括：用于在下行链路中向辐射元件中的相应多个辐射元件提供信号或者在上行链路中从辐射元件中的相应多个辐射元件接收信号的部件、以及用于修改上行链路信息流或下行链路信息流的部件，每个信息流通过在下行链路中将空间采样基础配置为针对每个信息流使用辐射元件而对应于空间采样基础中的元素，以及在上行链路中将空间采样基础配置为提供从多个辐射元件得出的复合天线以形成合成波束。在示例中，该装置可以是具有处理子层850的处理链，如上面所提到的，该处理子层减少数据流的数量(在UL中)或扩展数据流的数量(在DL中)，使得在DL中流的数目被扩展为与天线元件的数目相同的数目，而在UL中则相反，即，减少天线元件的数目以反映流的数目，每个信息流对应于空间采样基础的一个元素。在示例中，可以通过形成由多个单独元件组成的复合元件来减少天线元件的数目。该装置因此可以用于将合成波束的数目与将被服务的上行UE的数目相匹配。

最小化mMIMO天线和处理的成本，并保持当前的宏网格意味着更多的辐射元件(例如，256个而不是64个)。随着当前架构的发展，处理复杂性和关联的耗散正在显着增长。例如，8x8面板可以对90°的扇区空间(+/-45°H+/-7.5°V)进行采样，并具有16个样本(2x8)。

16x16面板可以使用以下方式对120°扇区空间进行采样：

不具有锥度的16x2＝32个波束

具有锥度的10x2＝20个波束

如果水平扩展为40°，则对应于>6w/o锥度的过采样，并为4。如果垂直扩展为20°，则过采样>3w/o锥度，并为2。因此，这使处理复杂性降至最低。由于可以以非常高的准确度实现信号的重建，因此可以期待准最佳性能，其差异与较小的误差有关。

作为专注于DL和iFFT处理的示例：在具有256个天线的传统情况下，每个OFDM符号将需要256个IFFT操作(在4G或5G应用中)。使用上述空间采样器系统，将存在32个相同长度的iFFT操作，并且具有相同的速度而不具有锥度(仅20个具有锥度)。同样地，在DL中，针对每个活动用户，将波束器从256点加权操作减少到2点加权操作(用户信道由2个相邻的空间点组成)。在UL中：所有用户通常每个接收符号的FFT数最大为32，而传统情况下为256，并且每个UL活跃用户的波束器只是2个空间点的线性组合。

图9A示出了根据示例的3θ和ΔΘ定义，并且图9B示出了3dB的孔径和波瓣孔径(在零之间)。图9B强调了这样一个事实，即，针对距离视轴方向更远的波束，无论是方位角还是仰角，基本波束宽度都会增加，并且针对给定的天线阵列，无论如何都无法缩小，这是不可避免的角度分辨率损失。

因此，尝试在大倾斜角的方位角或仰角中使细粒度太细不是最佳选择。因此，根据示例，根据该物理限制以及根据与进一步放大每个波束(空间分辨率的自然损失是为那些空间基础元素之间更好的伪正交性付出的代价)类似的方式起作用的锥度(如果使用的话)，在伪正交基础上调整波束。

如上所述，对每个天线信号的UL和DL数字样本执行数字空间采样。进一步减少数字HW关联处理的变型是使用RF模拟处理构造伪正交基础(空间采样器)，同时进行与数字中相同的线性加权组合(UL)或加权信号分配与求和(DL)。利用最先进的RF无源电路，这可以利用阵列CFN(企业馈电网络)完成，该阵列由RF带状线、RF PCB上的不对称分割器和组合器或悬浮线技术制成，例如取决于要处理的频段。

示例可以体现在其他特定的装置和/或方法中。所描述的实施例在所有方面均被认为是说明性的，而不是限制性的。具体地，本发明的范围由所附权利要求而不是本文的描述和附图指示。落入权利要求书的等同含义和范围内的所有变化都会包括在其范围内。

Claims (19)

1.一种在包括多个辐射元件的无线电信系统的基站中的方法，所述方法包括：

修改上行链路信息流或下行链路信息流的数目，每个信息流对应于用于所述系统的空间采样基础中的元件，其中在所述下行链路中，所述空间采样基础被配置为使得信息流的所述数目与所述系统的辐射元件的数目相同，并且在所述上行链路中，所述空间采样基础使用从所述系统的多个辐射元件得出的复合天线而被配置，以形成合成波束。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述合成波束与用于用户设备UE的上行链路空间信道大小相匹配，从而实现使用所述合成波束分解来自所述UE的上行链路信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：形成多个合成波束。

4.根据权利要求3所述的方法，其中合成波束的数目被配置为与由所述系统服务的上行链路UE的数目相匹配。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：按合成波束实例化上行链路信号处理。

6.根据权利要求3或4所述的方法，其中两个波束之间的所述空间小于所述信道角度扩展的一半。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述系统是多输入多输出MIMO系统。

8.一种无线电信系统的基站，所述基站包括天线，所述天线包括多个辐射元件和处理链，所述处理链被配置为在下行链路中向所述辐射元件中的相应多个辐射元件提供信号或者在上行链路中从所述辐射元件中的相应多个辐射元件接收信号，其中所述处理链被配置为通过以下来修改上行链路信息流或下行链路信息流的数目，每个信息流对应于用于所述系统的空间采样基础中的元件：

在所述下行链路中，将所述空间采样基础配置为针对每个信息流使用一个辐射元件，以及；

在所述上行链路中，将所述空间采样基础配置为提供从所述系统的多个辐射元件得出的复合天线以形成合成波束。

9.根据权利要求8所述的基站，其中所述处理链被配置为将所述合成波束与用于用户设备UE的上行链路空间信道大小相匹配，从而实现使用所述合成波束分解来自所述UE的上行链路信号。

10.根据权利要求8或9所述的基站，其中所述处理链被配置为形成多个合成波束。

11.一种包括天线的装置，所述天线包括多个辐射元件，所述装置还包括：

用于在下行链路中向所述辐射元件中的相应多个辐射元件提供信号或者在上行链路中从所述辐射元件中的相应多个辐射元件接收信号的部件；

用于通过以下来修改上行链路信息流或下行链路信息流的部件，每个信息流对应于空间采样基础中的元件：在所述下行链路中，将所述空间采样基础配置为针对每个信息流使用辐射元件，并且在所述上行链路中，将所述空间采样基础配置为提供从多个辐射元件得出的复合天线以形成合成波束。

12.根据权利要求11所述的装置，还包括用于将合成波束的所述数目与将被服务的上行链路UE的数目相匹配的部件。

13.根据权利要求11或12所述的装置，还包括：

用以按合成波束实例化上行链路信号处理的部件。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置，还包括：

用于将两个波束之间的所述空间配置为小于所述信道角度扩展的一半的部件。

15.一种天线，包括多个辐射元件和处理链，所述处理链被配置为在下行链路中向所述辐射元件中的相应多个辐射元件提供信号或者在上行链路中从所述辐射元件中的相应多个辐射元件接收信号，其中所述处理链被配置为通过以下来修改上行链路信息流或下行链路信息流的数目，每个信息流对应于空间采样基础中的元件：

在所述下行链路中，将所述空间采样基础配置为针对每个信息流使用一个辐射元件，以及；

在所述上行链路中，将所述空间采样基础配置为提供从多个辐射元件得出的复合天线以形成合成波束。

16.根据权利要求15所述的天线，其中所述处理链被配置为将合成波束的数目与将被服务的上行链路UE的数目相匹配。

17.一种机器可读存储介质，被编码有用于分解上行链路信号的指令，所述指令由系统中的处理链的处理器可执行以使所述系统：

将空间采样基础配置为提供从所述系统的多个辐射元件得出的复合天线以形成合成波束。

18.根据权利要求17所述的机器可读存储介质，所述机器可读存储介质还被编码有用于按合成波束实例化上行链路信号处理的指令。

19.根据权利要求17或18所述的机器可读存储介质，所述机器可读存储介质还被编码有用于将两个波束之间的空间配置为小于所述信道角度扩展的一半的指令。

Images