CN113169768A

CN113169768A - 用于分布式大规模mimo网络的天线系统

Info

Publication number: CN113169768A
Application number: CN201980084515.5A
Authority: CN
Inventors: P·福伦格尔; J·贺德伦; L·法克森; P·厄尔姆达尔
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-07-23
Also published as: US20220060224A1; EP3900205A4; US11664858B2; EP3900205A1; WO2020130902A1

Abstract

一种天线系统（150）包括：集中式处理单元（160）；通过线缆连接到CPU（160）的至少两个天线单元（200）。每个天线单元（200）包括：至少一个连接器；一个或多个天线元件（220）；以及连接到一个或多个天线元件（200）的一个或多个天线处理单元（230）。一个或多个天线处理单元（230）连接到与至少一个连接器相连的数据总线。

Description

用于分布式大规模MIMO网络的天线系统

技术领域

本文中的实施例涉及天线系统。特别地，它们涉及具有多个天线单元的天线系统以及包含所述天线系统的基站以在无线通信网络中实现多输入多输出（MIMO）。

背景技术

在典型的无线通信网络中，无线装置（又称为无线通信装置、移动站、站（STA）和/或用户设备（UE））经由诸如Wi-Fi网络或无线电接入网络（RAN）的局域网与一个或多个核心网络（CN）通信。RAN覆盖地理区域，该地理区域划分为服务区域或小区区域，服务区域或小区区域又可称为波束或波束组，其中每个服务区域或小区区域由诸如无线电接入节点（例如Wi-Fi接入点或无线电基站（RBS））的无线电接入节点（在一些网络中又可表示为例如NodeB、eNodeB（eNB）或如在5G中所表示的gNB）服务。服务区域或小区区域是由无线电接入节点提供无线电覆盖的地理区域。无线电接入节点通过在无线电频率上操作的空中接口与无线电接入节点的范围内的无线装置通信。

第三代合作伙伴计划（3GPP）中已经完成了演进型分组系统（EPS）（又称为第四代（4G）网络）的规范，并且这项工作在未来3GPP版本中继续，以例如规定第五代（5G）网络（又称为新一代（NG）和5G新空口（NR））。EPS包括演进型通用地面无线电接入网络（E-UTRAN）（又称为长期演进（LTE）无线电接入网络）和演进型分组核心（EPC）（又称为系统体系结构演进（SAE）核心网络）。E-UTRAN/LTE是3GPP无线电接入网络的变型，其中无线电接入节点直接连接到EPC核心网络，而不是连接到在3G网络中所使用的RNC。一般来说，在E-UTRAN/LTE中，3GRNC的功能分布在无线电接入节点（例如，LTE中的eNodeB）和核心网络之间。因此，EPS的RAN具有包括直接连接到一个或多个核心网络的无线电接入节点的基本上“平坦的”体系结构，即，它们不连接到RNC。为了弥补这一点，E-UTRAN规范在无线电接入节点之间定义了直接接口，该接口表示为X2接口。

多天线技术可显著增加无线通信系统的数据速率和可靠性。如果传送器和接收器两者都配备有多个天线，由此导致多输入多输出（MIMO）通信信道，那么性能尤其会得到改善。此类系统和/或相关技术通常称为MIMO。

大规模MIMO又称为大型天线系统和超大MIMO。大规模MIMO是多用户MIMO技术，其中每个基站（BS）配备有大量天线元件，通常超过50个天线元件，它们用于服务于共享相同的时间和频带并且在空间域中分离的许多终端。一个关键的假设是，BS天线比终端多得多，至少是两倍，但是理想地尽可能多。相较于常规的多用户MIMO，大规模MIMO提供了许多好处。首先，常规的多用户MIMO不是可扩展的技术，因为它已经设计成支持具有大致相等数量的服务天线和终端的系统，而实际实现通常依赖于频分双工（FDD）操作。相比之下，在大规模MIMO中，服务天线大大超过活动终端的TDD操作在吞吐量和辐射能量效率方面带来了很大的改善。这些好处源自通过对由基站天线向外发送和接收的信号进行适当整形而实现的强空间复用。通过对所有天线应用预编码，基站可确保在预期终端的位置处的信号中进行相长干扰，而在几乎所有其它地方进行相消干扰。此外，随着天线数量的增加，能量可以非常精确地聚焦到空间中的小区域中。大规模MIMO的其它好处包括：使用简单的低功率组件，因为它依赖于简单的信号处理技术；减少了时延；并且对故意干扰具有鲁棒性。

当在TDD模式中操作时，大规模MIMO可利用信道互易特性，根据信道互易特性，上行链路和下行链路两者中的信道响应相同。信道互易允许BS从由终端在上行链路中传送的先导序列中获取信道状态信息（CSI），并且该CSI接着对于上行链路和下行链路两者都是有用的。根据大数定律，每个终端看到的有效标量信道增益接近于确定性的恒量。这称为信道加固。由于信道加固，用户装置仅仅使用长期统计CSI就可以可靠地解码下行链路数据，从而使得大多数物理层控制信令变得冗余，即，低成本CSI获取。这使得常规的资源分配概念变得不必要，并且导致MAC层的简化。这些好处解释了为什么大规模MIMO在初步的5G讨论中具有中心地位。

然而，大规模MIMO系统性能受到一些限制因素的影响：信道互易需要硬件校准。另外，所谓的先导污染效应是极度限制大规模MIMO系统的性能的基本现象。理论上，可为大规模MIMO系统中的每个终端指派正交上行链路先导序列。然而，可存在的正交先导序列的最大数量以相干间隔的大小为上限，而相干间隔的大小是相干时间和相干带宽的乘积。因此，采用正交先导会随着用户装置的数量的增加而导致低效率资源分配，或者当相干间隔太短时在物理上它不可能被执行。因此，为了更高的小区密度，必须在跨小区、乃至在归属小区内重用先导。这不可避免地在共享相同先导的用户装置中造成干扰。先导污染不会随着BS天线数量变大而消失，并且因此它是一个渐进保持的损伤。

为了在无线通信网络中实现大规模MIMO，可采用两种不同的体系结构：

• 集中式大规模MIMO（C-maMIMO），其中在BS和用户装置两侧上，所有天线都共置在紧凑区域内，如图1所示。它代表常规的大规模MIMO系统。图1描绘了集中式大规模MIMO体系结构。

• 分布式大规模MIMO（D-maMIMO），其中BS天线（在这里名为接入点（AP））在地理上以精心规划或随机的方式分散在大的区域上，如图2所示。天线通过高容量回程链路（诸如例如光纤线缆）连接在一起并连接到中央处理单元（CPU）。它又称为无小区大规模MIMO系统。图2描绘了分布式大规模MIMO体系结构。

D-maMIMO体系结构是未来标准中的网络MIMO的重要促成者。网络MIMO是用于无小区无线网络的术语，其中部署在覆盖区域上的所有BS充当具有分布式天线的单个BS。从性能的角度来看，这可视为是理想的网络基础设施，因为网络有很大的能力在空间上复用用户，并准确地控制对每个人造成的干扰。

D-maMIMO和常规的分布式MIMO之间的区别是在相干地服务于给定用户装置时所涉及的天线的数量。在D-maMIMO中，每个天线服务于每个用户装置。与C-maMIMO相比，D-maMIMO具有改善网络覆盖和能源效率两者的潜力，因为增加的宏分集增益。这是以更高的前传要求和对分布式信号处理的需求为代价的。在D-maMIMO中，经由回程网络在AP和CPU之间交换关于有效载荷数据和功率控制系数的信息。在AP或中央单元中不交换瞬时CSI，即，CSI获取可在每个AP本地执行。

由于网络拓扑的原因，D-maMIMO会遭受由于到不同分布式天线的不同接入距离以及不一定更好的非常不同的遮蔽现象造成的不同程度的路径损耗。例如，部署在街道级的天线比部署在高架位置上的天线更容易受到建筑物的阻挡。此外，由于D-maMIMO中的天线的位置对系统性能具有显著影响，所以天线位置的优化至关重要。另外，D-maMIMO系统潜在地遭受低程度的信道加固。如前所述，信道加固特性是大规模MIMO抑制小型衰落的关键，并且它源于在相干传输中所涉及的大量天线。在D-maMIMO中，AP分布在广泛区域上，并且许多AP离给定的用户装置非常远。因此，每个用户装置由较少数量的AP有效地提供服务。因此，信道加固可能不那么明显。这将极大地影响系统性能。

任何无线通信网络的性能显然可得到足够好的CSI来促进在多个天线处进行相位相干处理。直观地说，与天线分布在大的地理区域中的D-maMIMO相比，使用C-maMIMO应当更容易获取高质量CSI。然而，宏分集增益具有支配性的重要性，并导致改善的覆盖和能量效率。

大规模MIMO部署的一个问题是，大量天线生成大量数据。这暗示，对于传统的无线电到天线接口，需要非常大容量的光纤网络来到处移动该数据。光纤既昂贵又需要熟练的人员进行安装。这两者都限制了大规模MIMO的部署场景。还有扩展性问题，因为需要不同大小的基带单元来处置不同的阵列大小，例如，一个用于处置32个天线，而另一个用于处置128个天线，等等。

从实用的角度来看，与天线元件分布在较大区域中的D-maMIMO解决方案相比，所有天线元件（例如，AP）都紧密地放置在一起的C-maMIMO解决方案具有多个缺点。它们是例如：

- 非常大的服务变化：碰巧位于靠近中央大规模MIMO节点的UE将经历非常好的服务质量，而对于进一步远离的UE，服务质量将迅速下降。

- 对阻挡敏感：特别是在高频带上，信号容易受到障碍物的阻挡，所述障碍物遮蔽UE和C-maMIMO节点之间的视线。在D-maMIMO中，多个天线元件可能会受到阻挡，但是需要大得多的障碍物才能阻挡所有天线元件。

- 高热量集中：由于热量集中，所以难以使C-maMIMO节点非常小。在D-maMIMO中，每个天线元件及其相关联的处理只产生少量热量，并且这简化了小型化。

- 大且可见的安装：C-maMIMO安装可能会变得很大，特别是在较低频带上。D-maMIMO安装实际上甚至更大，但是视觉冲击可能几乎可以忽略不计。

- 安装需要具有“无线电技能”的人员：在单个位置中安装复杂的硬件需要规划，并且很可能还需要有资格的人员进行适当的安装。在D-maMIMO安装中，在非常好的位置中安装非常多天线元件中的每一个天线元件就不那么重要了。大多数元件安装在足够好的位置中就够了。对于D-maMIMO部署，可大大放宽对安装的要求。

- 受规则限制的功率，例如特定吸收率SAR：如果天线元件紧密地设置在一起，那么在安装附近将会有区域适用电磁波安全规则。这可能会限制许多安装中的总辐射射频功率。在D-maMIMO安装中，用户装置可能靠近少量天线元件，但是不可能在物理上靠近分布在大的区域内的许多元件。

与C-maMIMO相比，D-maMIMO有很多显著的好处。但是，在D-maMIMO中，天线元件之间的线缆布线和内部通信在现有技术水平的解决方案中是禁止的。在D-maMIMO安装中，在每个天线元件和中央处理单元之间（例如，按星型拓扑）连接单独的线缆在经济上是不可行的。任意的或最优的AP拓扑可能导致回程组件的高昂成本以及用于分发处理和设置的安装成本。

发明内容

本文中的实施例提供一种天线系统。该天线系统包括：集中式处理单元CPU；通过线缆连接到CPU的至少两个天线单元或杆。每个天线单元包括：至少一个连接器；一个或多个天线元件；连接到所述一个或多个天线元件的一个或多个天线处理单元（APU）。所述一个或多个天线处理单元连接到与所述至少一个连接器相连的数据总线。

根据本文中的一些实施例，天线系统中的每个天线单元可包括输入连接器和直通连接器。所述至少两个天线单元通过串行线缆布线来串行连接到CPU，以使得利用第一线缆将第一天线单元的输入连接器连接到CPU，利用第二线缆将第一天线单元的直通连接器连接到第二天线单元的输入连接器。

根据本文中的一些实施例，天线系统中的每个天线单元可包括一个输入连接器。所述至少两个天线单元通过串行线缆布线来串行连接到CPU，以使得利用第一线缆将第一天线单元的输入连接器连接到CPU，利用第二线缆将第二天线单元的输入连接器连接到第一天线单元的输入连接器。

根据本文中的一些实施例，所述至少两个天线单元可配置成相位相干地协作，以用于到以及来自用户装置的用户数据的波束成形。

根据本文中的一些实施例，APU可配置成处置与CPU的输入和输出通信，并执行一些物理层处理。

根据本文中的一些实施例，可为每个天线单元提供相同的基带信号，并且天线单元的每个APU可配置成对它的天线元件独立执行和应用基于预编码的波束成形。

根据本文中的一些实施例，CPU可配置成计算预编码器系数，并且APU可配置成将预编码器系数应用于天线元件以用于波束成形。

根据本文中的一些实施例，APU可配置成计算预编码系数并将预编码系数应用于天线元件以用于波束成形。

根据本文中的一些实施例，APU可配置成执行正交频分复用（OFDM）编码。

上文描述的天线系统可在基站中实现。

半分布式大规模多输入多输出（MIMO）通信系统包括多个基站，其中每个基站优选包括如上所述的天线系统。

附图说明

参考附图更详细地描述本文中的实施例的示例，其中：

图1示出集中式大规模MIMO体系结构；

图2示出分布式大规模MIMO体系结构；

图3示出大规模MIMO无线电条带系统的示例实施例；

图4示出示例波束成形处理；

图5示出描绘可如何在建筑物室内使用分布式大规模MIMO系统的部署示例；

图6示出利用雏菊链的现有技术解决方案；

图7示出可在其中实现本文中的实施例的无线通信网络；

图8示出根据本文中的实施例对于天线系统的多个天线杆利用并行线缆布线的半分布式大规模MIMO的示例；

图9a示出根据本文中的实施例对天线系统的多个天线杆利用串行线缆布线的半分布式大规模MIMO的示例；

图9b示出根据本文中的实施例的天线系统的示例；

图10示出根据本文中的实施例包括中央处理单元和多个天线杆的半分布式大规模MIMO系统的概览；

图11示出根据本文中的实施例的天线系统的两个示例；

图12示出根据本文中的实施例包括两个或更多个串行连接的天线杆的半分布式大规模MIMO的部署示例；

图13示出根据本文中的实施例的天线系统的示例实施例；以及

图14示出根据本文中的实施例包含天线系统的基站的示例。

具体实施方式

作为开发本文中的实施例的一部分，本发明者识别了将首先进行讨论的问题。

无线电条带（Radio Stripes）

无线电条带系统中的基站可包括在线缆或条带的保护外壳内的电路安装芯片。在实际天线元件本身旁边执行每个天线元件的接收和传送处理。由于假设分布式天线元件的总数很大，例如有几百个，所以每个天线元件的射频传送功率非常低。

图3描绘了大规模MIMO无线电条带系统的示例。图3中的示例描绘了系统实体模型，并示出连接到盒子的LED照明条带（lighting stripe）。该图仅用于举例说明可设想如何构建实际的分布式大规模MIMO基站。中央处理单元或条带站与一个或多个无线电条带或分布式MIMO有源天线线缆进行连接。

实际的无线电条带可在背面上包含胶带或粘合胶，如同在LED条带的示例中那样。或者，它可简单地包含非常小的每天线处理单元和受到覆盖线缆的塑料保护的天线。

本文中的实施例的发明者所做的重要观察是，在一定的假设下，传送器和接收器处理两者都可以是分布式的，例如见图4。图4示出，通过使用例如共轭波束成形，可对于每元件执行所需的波束成形处理。

无线电条带系统部署可用于例如在厂房中提供良好的覆盖，如在图5中所示意性地描绘，图5描绘了可如何在建筑物（例如，工厂）室内使用分布式大规模MIMO系统的部署示例。在该示例中，用实线圆圈标记用于服务用户装置的天线。

Artemis“pCell”

Artemis公司开发了一种利用小型分布式远程无线电头端的商业解决方案（见https://www.artemis.com/products）。Artemis提供了一种表示为“pWave Mini”的小型且低功率远程无线电头端解决方案，他们称其“仅由模拟到数字（A/D）、数字到模拟（D/A）和RF上/下转换器、功率放大器和天线组成”。

如果试图使用Artemis“pWave”产品来实现分布式（大规模）MIMO系统，那么将需要到每个“pWave Mini节点”的单独的以太网电力（power-over-Ethnernet）线缆。然后，为pWave Mini馈送通用公共无线电接口（CIPRI）信号，并在集中式节点中执行所有波束成形逻辑。这不是可扩展的解决方案，因为如果要将该解决方案一直扩展到大规模MIMO规模，则它将导致线缆的“意大利面怪物（spaghetti-monster）”。

最近，Artemis对它们的解决方案提出了一种基于“雏菊链”的扩展，这部分地解决了这个问题，见图6，图6描绘了来自https://www.artemis.com/products的现有技术的屏幕截图。

这种解决方案使得一个天线端口能够复制并分布在更大的区域上。但是，每个雏菊链仍然只提供一个天线端口，并且为它馈送转发到雏菊链中的每个元件的一个CIPRI信号。因此，在该解决方案中，由不同节点通过空气传送的RF-信号是相同的。

为了支持多个独立的天线端口（其可以是用户装置，例如对于基于预编码器的波束成形），它们仍然需要并行雏菊链。不幸的是，这会导致干扰分散在不必要的很大区域上。可供它们用于基于预编码器的波束成形的天线端口在空间上是分布式的，而不是呈点状分布。

从实现的角度来看，完全分布式的大规模MIMO可能不切实际且昂贵。为了从一个天线元件接收和传送数据，需要若干个硬件组件，例如信号处理器、时钟电路、朝向中央处理单元的输入/输出通信等。将相对先进的天线处理单元仅仅添加到单个天线元件中可能成本太高。

在实现具有非常大量的独立天线端口的系统（诸如分布式大规模MIMO）时，由非常简单的远程无线电头端组成的现有技术解决方案不能扩展，所述无线电头端仅仅由模拟到数字（A/D）、数字到模拟（D/A）和RF上/下转换器、功率放大器和天线组成。

US2014235287A1描述了一种集中式MIMO系统的模块化体系结构。为了将US2014235287A1修改为分布式天线系统，需要到每个分布式单元的单独的并行线缆，见图3。这将导致巨大量的线缆，并且此类解决方案扩展性很差。

WO2015183791A1描述了一种没有能力在每个分布式天线单元中应用单独的波束成形的分布式天线系统。它描述了一种通过“雏菊链接”来延伸一个天线单元的覆盖区域的方法。但是，这导致从多个地方传送相同的信号。缺点是，这会将干扰分散到更大的区域上，并且因此它的扩展性也很差。

本文中的示例实施例涉及半分布式并且串行的大规模MIMO。本文中的实施例的目的是提高无线通信网络的性能。

本文中的实施例提供一种使用串行通信的分布式天线系统，并且解决了与以上现有技术示例相关联的两个问题。本文中的实施例只需要一根线缆，该线缆向以及从分布式天线单元发送相同的信号。然而，由于本文中的实施例在每个分布式天线单元中单独应用预编码，所以通过空气从每个天线单元传送的信号是不同的。

本文中的实施例提供例如一种包括连接到集中式处理单元的两个或更多个天线单元或杆的半分布式大规模MIMO系统。在一些实施例中，所述天线杆串行连接。术语“天线单元”和“天线杆”同义，并且在下文中可互换使用。

根据本文中的实施例，使用包含多个天线元件的天线杆，并且本地天线处理单元（APU）使得与全分布式大规模MIMO系统相比能够更好地缩放硬件组件成本。本地天线处理单元使得能够在天线杆本地应用基于预编码的波束成形。由此，可为每个天线杆提供相同等同的基带信号，从而在连接多个天线杆时使能雏菊链或串行通信，同时仍然支持独立的波束成形。

根据本文中的实施例，一种基站包括至少两个天线杆，每个天线杆包括两个或更多个内部天线元件和一个或多个天线处理单元，基站的进一步特征在于：

• 所述至少两个天线杆相位相干地协作，以用于到和/或来自用户装置的用户数据的波束成形；

• 利用连接到第一天线杆的直通连接器和第二天线杆的输入连接器的线缆来串行连接所述至少两个天线杆；以及

• 包括两个或更多个天线处理单元的天线杆与天线杆内部数据总线连接。

本文中的实施例至少证明了以下优点：

由本文中的实施例提供的半分布式大规模MIMO系统解决了与全分布式大规模MIMO系统相关联的若干个实际实现问题和成本问题。例如，诸如天线处理单元（APU）的昂贵的硬件（HW）组件可服务相同无线电杆中的多个天线元件，并且这又降低了系统的实现成本。

此外，根据本文中的实施例的天线杆为安装组件提供了稳定的平台，同时在整个系统中仍然提供足够的灵活性。实心的杆减少了对组件焊接的应力，同时天线杆之间的连接线缆仍然提供实际上无尽的部署灵活性。

在一些实施例中，天线杆串行连接，并且在这些实施例中，显著降低了部署复杂性、成本和可见性。

本文中的实施例一般涉及无线通信网络。图7是描绘可在其中实现本文中的实施例的无线通信网络100的示意性概览。无线通信网络100包括一个或多个RAN和一个或多个CN。无线通信网络100可使用多种不同的技术，诸如Wi-Fi、长期演进（LTE）、高级-LTE、5G、新空口（NR）、宽带码分多址（WCDMA）、全球移动通信系统/GSM演进增强数据速率（GSM/EDGE）、全球微波接入互操作性（WiMax）或超移动宽带（UMB），仅举几个可能的实现。本文中的实施例涉及在5G上下文中特别感兴趣的最新技术趋势，然而，实施例也可适用于进一步开发现有的无线通信系统，诸如例如WCDMA和LTE。

诸如基站110的基站在无线通信网络100中操作。基站110在地理区域、即称为小区115的服务区域上提供无线电覆盖，小区115又可称为诸如5G、LTE、Wi-Fi等的第一无线电接入技术（RAT）的波束或波束组。取决于例如第一无线电接入技术和所使用的术语，基站110可以是NR-RAN节点、传输和接收点（例如，基站）、无线电接入节点（诸如无线局域网（WLAN）接入点或接入点站（AP STA））、接入控制器、无线电基站（诸如NodeB、演进Node B（eNB，eNode B）、gNB）、基站收发信台、无线电远程单元、接入点基站、基站路由器、无线电基站的传输布置、独立接入点、或能够与由基站110服务的服务区域内的无线装置通信的任何其它网络单元。基站110可称为服务无线电接入节点，并且利用到UE的下行链路（DL）传输和来自UE的上行链路（UL）传输与UE进行通信。

无线通信网络100内的半分布式大规模多输入多输出（MIMO）通信系统包括诸如基站110的多个基站，其中包括基站110在内的每个基站均包括根据本文中的实施例的天线系统。

诸如UE 120的多个UE在无线通信网络100中操作。UE 120可以是在RAN中经由诸如基站110的一个或多个网络节点与一个或多个核心网络（CN）（例如，包含CN节点）通信的移动站、非接入点（非-AP）STA、STA、用户设备和/或无线终端。本领域技术人员应了解，“UE”是非限制性术语，其表示在小区内通信的任何终端、无线通信终端、用户设备、机器型通信（MTC）装置、装置对装置（D2D）终端、或节点，例如智能电话、膝上型计算机、移动电话、传感器、中继站、移动平板、乃至是小型基站。

本文中的实施例可在诸如基站110的网络节点中实现。

现在将进一步解释和举例说明本文中的实施例，并且可以用任何合适的方式将它们与上文描述的实施例结合。

如果半分布式体系结构中的许多天线元件可利用分布式大规模MIMO系统（诸如天线系统150）中的分布式HW组件，例如信号处理器、时钟电路、朝向中央处理单元的输入/输出通信等，那么系统的成本将降低，见图8。

诸如天线系统150的半分布式大规模MIMO系统的一种实现将是修改集中式大规模MIMO基站（例如基站110），并将天线元件220放置在通过线缆连接到集中式处理单元（在图8中表示为CPU 160）的多个“天线杆”200（在本文中又称为“天线单元”200）中。“天线杆”以非共置配置进行放置。每个天线杆包括至少一个天线处理单元和至少两个天线元件。

注意，由于在分布式天线处理单元中执行波束成形，所以该系统可具有与存在的天线元件总数相同的独立天线端口。在现有技术系统中，在这种配置中将只可能传送4个独立的天线端口，即，在该示例中，使用4根并行线缆连接到CPU。

图8是对于多个天线杆天线利用并行线缆布线的半分布式大规模MIMO的配置。这种配置的一些缺点是，它仍然需要许多长的并行线缆，这增加了部署复杂性、可见性和成本。尽管如此，与现有技术相比，并行线缆的数量仍然减少了。在具有4个天线杆并且每天线杆具有16个天线元件的该示例中，需要4根并行线缆，每天线杆一根线缆，从而产生4×16 =64个独立的天线端口，而现有技术需要64根并行线缆来做同样的事情，即，每独立的天线端口一根线缆。

在有利的实施例中，半分布式大规模MIMO系统中的天线杆使用串行线缆布线来连接，见图9a，图9a描绘了对于多个天线杆天线利用串行线缆布线的诸如天线系统150的半分布式大规模MIMO。这种配置降低了部署复杂性，减少了连接天线杆所需的线缆布线的量，并且它降低了安装的可见性。

图9b描绘根据本文中的一些实施例可在半分布式大规模MIMO系统中实现的天线系统150的示例。天线系统150包括集中式处理单元（CPU）160和通过线缆连接到CPU 160的至少两个天线单元或杆200。每个天线单元200包括至少一个连接器210、一个或多个天线元件220和连接到一个或多个天线元件200的一个或多个天线处理单元（APU）230。一个或多个天线处理单元230连接到与至少一个连接器210相连的数据总线。

至少两个天线单元可通过线缆以不同的方式连接到CPU。用虚线示出的线缆是一种备选方法。

图10示出根据本文中的实施例包括中央处理单元160和多个天线杆200的诸如天线系统150的半分布式大规模MIMO系统的一个示例实施例。

该系统包括中央处理单元（CPU）160，其负责基带和大多数物理层处理、到外部网关的回程、与网络中的其它CPU单元通信等。天线杆200包括一个或多个天线处理单元（APU）230。

APU 230处置与CPU的输入/输出通信，并执行不由CPU进行的剩余物理层处理，诸如例如信道估计和天线预编码器操作。在一些实施例中，预编码器系数由CPU 160计算并由APU 230应用。在一些实施例中，APU 230既计算又应用预编码系数。在一些实施例中，预编码器系数是频率选择性的，并且在此类实施例中，APU 230也可执行OFDM操作，即，在传送时计算快速傅立叶逆变换（IFFT），并在接收时计算正常的FFT。在其它实施例中，在CPU 160中执行OFDM操作。

在内部，天线杆200中的一个或多个APU 230可通过串行数据总线连接，以便提供例如前传通信、电源和时钟信号。

每个天线杆200包含两个或更多个天线元件220，并且天线杆200中的每个APU 230连接到这些天线元件中的一个或多个天线元件。

在优选实施例中，多个天线杆串行连接，如在图10的下半部分中所见。为了有助于这一点，天线杆可配备有输入连接器以及直通连接器两者。

注意，在图10中，只描绘了单个输入连接器和单个直通连接器，其提供电源、时钟信号和前传信号。在一些实施例中，这些功能可使用不同的物理连接器。

图11a、b示出通过线缆将至少两个天线单元连接到CPU的天线系统150的两个示例。

在图11 a)中，每个天线单元200包括输入连接器和直通连接器，所述至少两个天线单元通过串行线缆布线来串行连接到CPU 160，以使得利用第一线缆将第一天线单元的输入连接器连接到CPU，利用第二线缆将第一天线单元的直通连接器连接到第二天线单元的输入连接器。

在图11 b)中，每个天线单元200包括一个输入连接器，所述至少两个天线单元通过串行线缆布线来串行连接到CPU，以使得利用第一线缆将第一天线单元的输入连接器连接到CPU，利用第二线缆将第二天线单元的输入连接器连接到第一天线单元的输入连接器。

图12中示出根据本公开包括两个或更多个串行连接的天线单元的半分布式大规模MIMO（诸如天线系统150）的部署示例。在图12(a)中，示出例如适合于部署在工厂的天花板上、或水平或垂直部署在户外建筑物上等的线性配置。在(b)和(c)中，示出设计成使得能够实现无线电信道的水平和垂直空间分辨率两者的天线配置。在(d)中，示出可适合于安装在墙壁上的配置，并且在(e)中，描绘了到达例如建筑物的拐角周围的半分布式大规模MIMO系统的配置。

可如何部署诸如半分布式大规模MIMO系统的天线系统150的灵活性实际上是无限的。注意，具有并行线缆布线的配置也是可能的（图12中未示出）。

天线单元200可以端到端安装并且部分共置地部署。图13描绘了在半分布式大规模MIMO系统中具有天线杆/单元200的天线系统150的示例实施例，其中一些天线单元共置，而一些并未共置。这使能甚至更多的灵活性，因为它允许天线单元模块化，并且只有少量天线元件变型，例如包括1个APU和4个天线元件。启用了许多不同的部署，例如在半分布式大规模MIMO系统中以4的倍数（例如4、8、12、16等）共置分布天线元件。

注意，在图13 b）中，一些天线单元200可能需要两个直通连接器，或者一个直通连接器可连接到两个天线单元。一般来说，天线单元上可以有多于两个直通连接器，或者直通连接器可连接到多于两个天线单元。

图14示出根据本文中的实施例的基站110的示例，基站110包括天线系统150，并且包括接收单元1410、发送单元1420、处理单元1430和天线系统150。

基站110可进一步包括包含一个或多个存储器单元的存储器1440。存储器1440包含可由基站110中的处理单元1430执行的指令。

以下描述编号为1-11的一些示例实施例。以下实施例请参见图8-14。

实施例1：一种天线系统150。天线系统150包括：集中式处理单元CPU 160；通过线缆连接到CPU 160的至少两个天线单元或杆200。每个天线单元200包括：至少一个连接器210；一个或多个天线元件220；连接到一个或多个天线元件220的一个或多个天线处理单元（APU）230。一个或多个天线处理单元230连接到与所述至少一个连接器210相连的数据总线。

实施例2：天线系统150中的每个天线单元200可包括输入连接器和直通连接器。所述至少两个天线单元通过串行线缆布线来串行连接到CPU，以使得利用第一线缆将第一天线单元的输入连接器连接到CPU，利用第二线缆将第一天线单元的直通连接器连接到第二天线单元的输入连接器。

实施例3：天线系统150中的每个天线单元200可包括一个输入连接器。所述至少两个天线单元通过串行线缆布线来串行连接到CPU，以使得利用第一线缆将第一天线单元的输入连接器连接到CPU，利用第二线缆将第二天线单元的输入连接器连接到第一天线单元的输入连接器。

实施例4：所述至少两个天线单元可配置成相位相干地协作，以用于到以及来自用户装置的用户数据的波束成形。

实施例5： APU可配置成处置与CPU的输入和输出通信，并执行一些物理层处理。

实施例6：可为每个天线单元200提供相同的基带信号，并且天线单元200的每个APU 230配置成对它的天线元件独立执行和应用基于预编码的波束成形。

实施例7： CPU 160可配置成计算预编码器系数，并且APU 230可配置成将预编码器系数应用于天线元件220以用于波束成形。

实施例8： APU 230可配置成计算预编码系数并将预编码系数应用于天线元件220以用于波束成形。

实施例9： APU 230可配置成执行正交频分复用（OFDM）编码。

实施例10：一种基站110，包括根据本文中的实施例的天线系统150。

实施例11：一种半分布式大规模多输入多输出（MIMO）通信系统包括多个基站，每个基站110包括根据本文中的实施例的天线系统150。

Claims

1.一种天线系统（150），包括：

集中式处理单元CPU（160）；

通过线缆连接到所述CPU（160）的至少两个天线单元（200），其中每个天线单元（200）包括：

至少一个连接器；

一个或多个天线元件（220）；

连接到所述一个或多个天线元件（200）的一个或多个天线处理单元APU（230），并且其中

所述一个或多个天线处理单元（230）连接到与所述至少一个连接器相连的数据总线。

2.如权利要求1所述的天线系统（150），其中每个天线单元（200）包括输入连接器和直通连接器，所述至少两个天线单元（200）通过串行线缆布线来串行连接到所述CPU（160），以使得利用第一线缆将所述第一天线单元的所述输入连接器连接到所述CPU（160），利用第二线缆将所述第一天线单元的所述直通连接器连接到所述第二天线单元的所述输入连接器。

3.如权利要求1所述的天线系统（150），其中每个天线单元（200）包括一个输入连接器，所述至少两个天线单元通过串行线缆布线来串行连接到所述CPU，以使得利用第一线缆将所述第一天线单元的所述输入连接器连接到所述CPU，利用第二线缆将所述第二天线单元的所述输入连接器连接到所述第一天线单元的所述输入连接器。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的天线系统（150），其中所述至少两个天线单元配置成相位相干地协作，以用于到以及来自用户装置的用户数据的波束成形。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的天线系统（150），其中所述APU（230）配置成处置与所述CPU（160）的输入和输出通信，并执行物理层处理。

6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的天线系统（150），其中为每个天线单元（200）提供相同的基带信号，并且所述天线单元的每个APU（230）配置成对它的天线元件（220）独立执行和应用基于预编码的波束成形。

7.如权利要求6所述的天线系统（150），其中所述CPU（160）配置成计算预编码器系数，并且所述APU（230）配置成将所述预编码器系数应用于所述天线元件（220）以用于波束成形。

8.如权利要求6所述的天线系统（150），其中所述APU（230）配置成计算所述预编码系数并将所述预编码系数应用于所述天线元件（220）以用于波束成形。

9.如权利要求5所述的天线系统（150），其中所述APU（230）配置成执行正交频分复用OFDM编码。

10.一种基站（110），包括根据权利要求1-9中任一权利要求所述的天线系统（150）。

11.一种无线通信网络（100），包括根据权利要求10所述的多个基站（110）。