CN114128167A - 灵活的波束成形架构 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于实现灵活波束成形架构的装置。在示例方面，该装置包括天线阵列，该天线阵列包括具有第一馈电端口的第一天线元件和具有第二馈电端口的第二天线元件。该装置还包括无线收发器，该无线收发器具有耦合到第一馈电端口的第一专用收发器路径和耦合到第二馈电端口的第二专用收发器路径。该无线收发器还包括灵活波束成形网络，该灵活波束成形网络被配置为选择性地处于第一配置中和处于第二配置中，该第一配置将第一专用收发器路径和第二专用收发器路径两者耦合到无线收发器的第一中间收发器路径，该第二配置将第一专用收发器路径连接到第一中间收发器路径，并将第二专用收发器路径连接到无线收发器的第二中间收发器路径。

Description

灵活的波束成形架构
优先权
本专利申请要求于2019年7月12日提交的题为“FLEXIBLE BEAMFORMINGARCHITECTURE”的非临时申请No.16/509,890的优先权，该申请转让给本申请的受让人，并由此通过引用明确地并入本文。
技术领域
本公开总体涉及无线收发器，更具体地，涉及实现使无线收发器能够选择性地执行模拟波束成形、数字波束成形或混合波束成形的灵活波束成形架构。
背景技术
为了提高传输速率和吞吐量，蜂窝和其他无线网络正在使用频率更高、波长更小的信号。作为示例，具有第五代(5G)能力的设备或具有下一代无线局域网(WLAN)能力的设备使用以下频率与网络通信，这些频率包括处于或接近极高频(EHF)频谱的频率(例如，大于24千兆赫(GHz)的频率)，其波长为毫米波长(mmW)或接近毫米波长(mmW)。然而，这些信号带来了各种技术挑战，诸如与前几代无线通信的信号相比，路径损耗更高。在某些情况下，mmW无线信号可能很难传播得足够远，以使蜂窝或WLAN通信在这些较高频率下可行。
发明内容
公开了一种实现灵活波束成形架构的装置。使用开关和耦合器电路(例如，组合器和分路器)，灵活波束成形网络动态地将专用收发器路径连接或耦合到中间收发器路径。灵活波束成形网络的不同配置使得无线收发器能够选择性地具有模拟波束成形架构、数字波束成形架构或混合波束成形架构。这些不同的波束成形架构的性能可以在功耗、对传输信道的变化条件的响应性(例如，由于多普勒扩展和多径衰落的变化)以及补偿非线性相位前沿的能力方面有所不同。这样，无线收发器可以经由灵活波束成形网络动态地启用不同的波束成形架构，并将特定的波束成形技术匹配到给定的环境或情况。
在示例方面，公开了一种实现灵活波束成形架构的装置。该装置包括天线阵列和无线收发器。该天线阵列包括具有第一馈电端口的第一天线元件和具有第二馈电端口的第二天线元件。无线收发器包括专用收发器路径集合、中间收发器路径集合和灵活波束成形网络。专用收发器路径集合包括耦合到第一馈电端口的第一专用收发器路径和耦合到第二馈电端口的第二专用收发器路径。中间收发器路径集合包括第一中间收发器路径和第二中间收发器路径。灵活波束成形网络耦合在专用收发器路径集合和中间收发器路径集合之间。灵活波束成形网络被配置为选择性地处于第一配置中，第一配置将第一专用收发器路径和第二专用收发器路径两者耦合到第一中间收发器路径，以及处于第二配置中，第二配置将第一专用收发器路径连接到第一中间收发器路径并将第二专用收发器路径连接到第二中间收发器路径。
在示例方面，公开了一种实现灵活波束成形架构的装置。该装置包括天线阵列和无线收发器。该天线阵列包括具有第一馈电端口的第一天线元件和具有第二馈电端口的第二天线元件。无线收发器包括专用收发器路径集合和中间收发器路径集合。专用收发器路径集合包括耦合到第一馈电端口的第一专用收发器路径和耦合到第二馈电端口的第二专用收发器路径。中间收发器路径集合包括第一中间收发器路径和第二中间收发器路径。该无线收发器还包括波束成形灵活性部件，用于选择性地，基于第一配置将第一专用收发器路径和第二专用收发器路径两者耦合到第一中间收发器路径，以及基于第二配置将第一专用收发器路径连接到第一中间收发器路径，并将第二专用收发器路径连接到第二中间收发器路径。波束成形灵活性部件耦合在专用收发器路径集合和中间收发器路径集合之间。
在示例方面，公开了一种用于操作灵活波束成形架构的方法。该方法包括基于第一配置将射频集成电路的第一专用收发器路径和射频集成电路的第二专用收发器路径两者耦合到射频集成电路的第一中间收发器路径。基于第一配置，该方法包括在活动状态下操作模拟波束成形器。该方法还包括基于第二配置将第一专用收发器路径连接到第一中间收发器路径，并将第二专用收发器路径连接到射频集成电路的第二中间收发器路径。该方法还包括基于第二配置在活动状态下操作数字波束成形器的至少一部分。
在示例方面，公开了一种实现灵活波束成形架构的装置。该装置包括专用收发器路径集合、中间收发器路径集合和灵活波束成形网络。专用收发器路径集合包括第一专用收发器路径和第二专用收发器路径。中间收发器路径集合包括第一中间收发器路径和第二中间收发器路径。灵活波束成形网络耦合在该组专用收发器路径和该组中间收发器路径之间。灵活波束成形网络包括耦合到第一中间收发器路径的第一耦合器电路、第一专用开关和第二专用开关。第一专用开关包括耦合到第一专用收发器路径的第一极端、耦合到第一耦合器电路的第一掷端和耦合到第一中间收发器路径的第二掷端。第二专用开关包括耦合到第二专用收发器路径的第二极端、耦合到第一耦合器电路的第三掷端和耦合到第二中间收发器路径的第四掷端。
附图说明
图1示出了用于利用灵活波束成形架构的示例操作环境。
图2-1示出了实现灵活波束成形架构的无线收发器的示例射频集成电路(RFIC)。
图2-2示出了实现灵活波束成形架构的示例模拟波束成形器、示例数字波束成形器和示例混合波束成形器。
图3示出了实现灵活波束成形架构的示例无线收发器。
图4-1示出了耦合到灵活波束成形架构内的专用收发器路径的天线元件的示例类型。
图4-2示出了可耦合到灵活波束成形架构的不同中间收发器路径的天线元件的示例子阵列。
图5-1示出了选择性地启用模拟波束成形和数字波束成形的示例灵活波束成形网络。
图5-2示出了选择性地启用模拟波束成形和混合波束成形的另一示例灵活波束成形网络。
图6-1示出了选择性地启用模拟波束成形、数字波束成形和混合波束成形的示例灵活波束成形网络。
图6-2示出了灵活波束成形网络的示例模拟波束成形配置。
图6-3示出了灵活波束成形网络的示例数字波束成形配置。
图6-4示出了灵活波束成形网络的示例混合波束成形配置。
图7示出了选择性地启用模拟波束成形、数字波束成形和混合波束成形的另一示例灵活波束成形网络。
图8是示出灵活波束成形的示例过程的流程图。
具体实现方式
蜂窝和其他无线网络可以使用频率更高、波长更小的信号来提高传输速率和吞吐量。然而，与频率范围较低的信号相比，波长在毫米波长或接近毫米波长的极高频(EHF)频谱内的信号(例如，大于24千兆赫(GHz)的频率)经历更高的路径损耗。因此，mmW无线信号很难传播得足够远，以使蜂窝或WLAN通信在这些较高频率下可行。
为了解决这个问题，一些电子设备采用波束成形技术来提高特定空间方向上的信号强度或灵敏度。波束成形技术调整经由天线阵列的不同天线元件发送或接收的信号的幅度和/或相位。这些调整确定一旦信号通过空中或在无线收发器内组合在一起就会发生的建设性和破坏性干扰图案。建设性干涉发生的角度方向增加了组合信号的信噪比。因此，将波束成形技术应用于mmW信号可以将能量集中在特定方向上，以补偿较高的路径损耗。通过这种方式，电子设备可以与更远距离的其他设备通信。
然而，波束成形信号存在挑战。与不采用波束成形技术的其他设计相比，实现某些波束成形技术可能会增加电子设备的功耗、成本和复杂度。此外，传输信道可能经历不同量的多普勒扩展或不同类型的多径衰落。多普勒扩展可以由发送电子设备或接收电子设备的移动引起，并且该多普勒扩展移动通过传输信道传播的mmW信号的频率。多径衰落会使mmW信号的幅度和相位失真。这些失真可能导致电子设备的天线阵列处的非线性相位前沿。因此，多普勒扩展和多径衰落都会给确定适当的波束成形参数以提高通信性能带来挑战。这些挑战可以通过不同类型的波束成形架构来解决。
例如，模拟波束成形架构可能比数字波束成形架构消耗更少的功率并且复杂度更低，但是它可能不能对传输信道条件的变化(诸如多普勒扩展或多径衰落的变化)做出快速响应。对于模拟波束成形架构来说，补偿非线性相位前沿也可能是具有挑战性的。相反，数字波束成形架构可以有效地调整波束成形参数以解决由于多普勒扩展和多径衰落的变化信道条件，但是与模拟波束成形架构相比，数字波束成形架构可能消耗更多的功率并增加额外的成本和复杂度。就功耗、响应性和补偿非线性相位前沿的能力而言，混合波束成形架构的性能可以介于模拟波束成形架构和数字波束成形架构之间。
一些电子设备实现了一种类型的波束成形架构，诸如模拟波束成形架构、数字波束成形架构或混合波束成形架构。因此，这些电子设备的性能受到相应的单个波束成形架构的相关联的益处和成本的限制。
相反，公开了一种实现灵活波束成形架构的装置。使用开关和耦合器电路(例如，组合器和分路器)，灵活波束成形网络动态地将专用收发器路径连接或耦合到中间收发器路径。灵活波束成形网络的不同配置使得无线收发器能够选择性地具有模拟波束成形架构、数字波束成形架构或混合波束成形架构。这些不同的波束成形架构的性能可以在功耗、对传输信道的变化条件的响应性(例如，由于多普勒扩展和多径衰落的变化)以及补偿非线性相位前沿的能力方面有所不同。这样，无线收发器可以经由灵活波束成形网络动态地启用不同的波束成形架构，并将特定的波束成形技术匹配到给定的环境或情况。
图1示出了用于利用灵活波束成形架构的示例环境100。在环境100中，计算设备102通过无线通信链路106(无线链路106)与基站104通信。在该示例中，计算设备102被描绘为智能电话。然而，计算设备102可以实现为任何适当的计算或电子设备，诸如调制解调器、蜂窝基站、宽带路由器、接入点、蜂窝电话、游戏设备、导航设备、媒体设备、膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、可穿戴计算机、服务器、网络附连存储(NAS)设备、智能家电或其他物联网(IoT)设备、医疗设备、基于车辆的通信系统、雷达、无线电装置等。
基站104经由无线链路106与计算设备102通信，无线链路106可以实现为任何适当类型的无线链路。虽然基站104被描绘为蜂窝网络的塔，但是基站104可以表示或实现为另一设备，诸如卫星、服务器设备、地面电视广播塔、接入点、对等设备、网状网络节点、光纤线路等。因此，计算设备102可以经由有线连接、无线连接或其组合与基站104或另一设备通信。
无线链路106可以包括从基站104传送到计算设备102的数据或控制信息的下行链路，或者从计算设备102传送到基站104的其他数据或控制信息的上行链路。无线链路106可以使用任何适当的通信协议或标准来实现，诸如第二代(2G)、第三代(3G)、第四代(4G)或第五代(5G)蜂窝；IEEE 802.11(例如，Wi-FiTM)；IEEE 802.15(例如，蓝牙TM)；IEEE 802.16(例如，WiMAXTM)；等等。在一些实现方式中，无线链路106可以无线地提供功率，并且基站104可以包括功率源。
如图所示，计算设备102包括应用处理器108和计算机可读存储介质110(CRM110)。应用处理器108可以包括执行由CRM 110存储的处理器可执行代码的任何类型的处理器，诸如多核处理器。CRM110可以包括任何适当类型的数据存储介质，诸如易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))、非易失性存储器(例如，闪存)、光学介质、磁介质(例如，盘)等。在本公开的上下文中，CRM 110被实现为存储计算设备102的指令112、数据114和其他信息，因此不包括瞬时传播信号或载波。
计算设备102还可以包括输入/输出端口116(I/O端口116)和显示器118。I/O端口116实现与其他设备、网络或用户进行数据交换或交互。I/O端口116可以包括串行端口(例如，通用串行总线(USB)端口)、并行端口、音频端口、红外(IR)端口、诸如触摸屏的用户接口端口等。显示器118呈现计算设备102的图形，诸如与操作系统、程序或应用相关联的用户界面。备选地或另外地，显示器118可以实现为显示端口或虚拟界面，通过该显示端口或虚拟界面呈现计算设备102的图形内容。
计算设备102的无线收发器120提供到相应网络和与其连接的其他电子设备的连接。备选地或另外地，计算设备102可以包括有线收发器，诸如以太网或光纤接口，用于通过本地网络、内联网或因特网进行通信。无线收发器120可以有助于在任何适当类型的无线网络上的通信，诸如无线局域网(LAN)(WLAN)、对等(P2P)网络、网状网络、蜂窝网络、无线广域网(WWAN)和/或无线个域网(WPAN)。在示例环境100的上下文中，无线收发器120使计算设备102能够与基站104和与其连接的网络通信。然而，无线收发器120还可以使计算设备102能够与其他设备或网络“直接”通信。
无线收发器120包括用于经由至少一个天线阵列140发送和接收通信信号的电路和逻辑。无线收发器120的组件可以包括放大器、开关、混频器、模数转换器、滤波器等，用于调节通信信号(例如，用于生成或处理信号)。无线收发器120还可以包括用于执行同相/正交(I/Q)操作的逻辑，诸如合成、编码、调制、解码、解调等。在一些情况下，无线收发器120的组件被实现为分开的接收机和发送机实体。另外地或备选地，无线收发器120可以使用多个或不同部分来实现，以实现各自的接收和发送操作(例如，分离的发送和接收链)。通常，无线收发器120处理与通过天线阵列140传送计算设备102的数据相关联的数据和/或信号。
无线收发器120还包括专用收发器(TRX)路径122-1至122-N、中间收发器路径124-1至124-M以及灵活波束成形网络126，其中N和M是可以彼此相等或彼此不相等的整数。专用收发器路径122-1至122-N分别耦合到与天线阵列140相关联的天线元件的馈电端口，并且可以包括诸如放大器和移相器的组件。使用这些组件，专用收发器路径122-1至122-N单独调节经由馈电端口发送或接收的信号。由专用收发器路径122-1至122N之一调节的信号传播到与专用收发器路径相关联的天线元件或从该天线元件传播，而基本上不传播到另一天线元件或从另一天线元件传播。
在一些实现方式中，类似于专用收发器路径122-1至122-N，中间收发器路径124-1至124M选择性地与天线阵列140的各个馈电端口相关联。备选地，中间收发器路径124-1至124-M中的至少一个与天线阵列140的两个或更多个馈电端口相关联。在一些情况下，中间收发器路径124-1至124-M分别与天线阵列140内的子阵的馈电端口相关联。根据活动的关联类型，中间收发器路径124-1至124-M可以单独调节经由馈电端口发送或接收的信号，或者调节由多个馈电端口发送或接收的复合信号。中间收发器路径124-1至124-M中的每一个可以包括诸如混频器的组件，混频器将信号上变频到射频或对射频信号进行下变频。每个中间收发器路径124可以处于启用状态或禁用状态。在启用状态下，中间收发器路径124内的组件消耗功率并调节用于发送或接收的信号。在禁用状态下，与启用状态相比，中间收发器路径124内的组件消耗较少的功率，并且不调节信号。
灵活波束成形网络126包括开关和耦合器电路的网络，并在专用收发器路径122-1至122-N和中间收发器路径124-1至124-M之间提供接口。使用开关和耦合器电路，灵活波束成形网络126可以将专用收发器路径122-1至122-N以不同的配置连接或耦合到中间收发器路径124-1到124-M，该不同配置实现了模拟波束成形架构、数字波束成形架构或混合波束成形架构，如参考图5-1至7进一步描述的。
通常，术语“灵活”描述了灵活波束成形网络126以不同方式配置以支持不同类型的波束成形的能力。换言之，灵活波束成形网络126被配置为用于模拟波束成形的第一路、用于数字波束成形的第二路和/或用于混合波束成形的第三路。不同配置使用或绕过灵活波束成形网络126内的耦合器电路。对于模拟波束成形，耦合器电路在模拟域中将来自天线阵列140的不同天线元件的信号组合在一起。相反，对于数字波束成形，绕过耦合器电路，并且来自不同天线元件的信号在数字域中组合。对于混合波束成形，至少一个耦合器电路在模拟域中，将来自天线阵列140内的子阵列的不同天线元件的信号组合在一起。因此，灵活波束成形网络126为各个子阵列产生组合信号，这些组合信号进一步在数字域中组合。灵活波束成形网络126可以至少部分地实现灵活波束成形架构。
无线收发器120还包括控制器128和处理器130。控制器128控制灵活波束成形网络126的配置，并且可以包括至少一个处理器和至少一个CRM。CRM可以存储计算机可执行指令，诸如指令112。处理器和CRM可以位于一个模块或一个集成电路芯片处，或者可以分布在多个模块或芯片上。处理器和相关联的指令可以一起在单独的电路、固定逻辑电路、硬编码逻辑等中实现。控制器128可以实现为无线收发器120、调制解调器、通用处理器、被设计为有助于无线通信的处理器、其某种组合等的一部分。
可以包括调制解调器的处理器130可以实现在无线收发器120内或与无线收发器120分开。尽管未明确示出，但处理器130可以包括CRM 110的一部分，或者可以访问CRM 110以获得计算机可读指令。处理器130控制无线收发器120并允许执行无线通信。处理器130可以包括执行高速率采样处理的基带电路，高速率采样处理可以包括模数转换、数模转换、数字波束成形、增益校正、歪斜校正、频率转换等。处理器130可以向无线收发器120提供通信数据以供发送。处理器130还可以处理从无线收发器120接受的信号的基带版本以生成数据，该数据可以经由用于无线通信或邻近检测的通信接口提供给计算设备102的其他部分。
通常，控制器128或处理器130可以控制无线收发器120的操作模式或知道活动操作模式。不同类型的操作模式可以包括不同的收发器模式(例如，发送模式或接收模式)、不同的功率模式(例如，低功率模式或高功率模式)、不同的资源控制状态(例如，连接模式、非活动模式或空闲模式)、不同的调制模式(例如，诸如正交相移键控(QPSK)模式的低阶调制模式或诸如64正交幅度调制(QAM)或256QAM的高阶调制模式)等等。
专用收发器路径122-1至122-N、灵活波束成形网络126和处理器130可以至少部分地实现灵活波束成形器132。灵活波束成形器132可以在发送或接收期间选择性地操作为模拟波束成形器134、数字波束成形器136或混合波束成形器138。通常，波束成形器包括调整不同收发器路径上的信号的幅度、相位或延迟的组件。波束成形器还包括至少一个耦合器电路，该耦合器电路在传输期间将信号分割成用于不同收发器路径的多个信号，或者在接收期间组合来自不同收发器路径的信号。这些操作分别经由模拟波束成形器134、数字波束成形器136或混合波束成形器138在模拟域、数字域或模拟域和数字域两者中执行。参考图2-2进一步描述不同类型的波束成形器。
通过激活模拟波束成形器134、数字波束成形器136或混合波束成形器138可以实现不同的性能。例如，与数字波束成形器136和混合波束成形器138相比，模拟波束成形器134可以消耗更少的功率。与模拟波束成形器134相比，数字波束成形器136可以更快地响应传输信道的变化条件，并且更好地补偿多普勒扩展、多径衰落和非线性相位前沿。数字波束成形器136还可以支持多输入多输出(MIMO)技术，诸如空间分集或空间复用。混合波束成形器138可以提供介于模拟波束成形器134和数字波束成形器136之间的性能。具体地，与数字波束成形器136相比，混合波束成形器138可以消耗更少的功率，并且比模拟波束成形器134响应更快。参考图2-1进一步描述无线收发器120。
图2-1示出了实现灵活波束成形架构的无线收发器120的示例射频集成电路(RFIC)202。射频集成电路202包括节点204-1、204-2…204-N和节点206-1、206-2…206-M。节点204-1至204-N分别耦合到天线元件208-1、2082…208-N的馈电端口，这些天线元件实现天线阵列140。节点206-1至206-M可以耦合到无线收发器120内的另一集成电路，诸如中频集成电路或基带频率集成电路，如图3所示。
射频集成电路202包括具有两个或更多个专用收发器路径122-1至122N的专用收发器路径集合210、具有两个或更多个中间收发器路径124-1至124-M的中间收发器路径集合212以及灵活波束成形网络126。专用收发器路径122-1至122-N分别耦合到节点204-1至204-N。中间收发器路径124-1至124-M分别耦合到节点206-1至206-M。灵活波束成形网络126耦合在该组专用收发器路径210和该组中间收发器路径212之间。
在所描绘的配置中，每个专用收发器路径122-1至122-N包括第一放大器214-1(例如，功率放大器)、第二放大器214-2(例如，低噪声放大器)和移相器(PS)216。放大器214-1放大用于发送的信号，放大器214-2放大接收的信号。移相器216可以包括分别用于发送和接收的双向移相器或多个移相器。移相器216可选地调整用于发送或接收的信号的相位。尽管未示出，但是每个专用收发器路径122-1至122-N可以可选地包括延迟电路，该延迟电路调整用于发送或接收的信号的延迟。
每个中间收发器路径124-1至124-M可以包括提供频率转换的混频器218。在传输期间，混频器218将信号从较低频率(例如，基带频率或中频)上变频到射频。在接收期间，混频器218将信号从射频下变频到较低频率。虽然未示出，但中间收发器路径124-1至124-M可以包括其他类型的组件，诸如滤波器、可变增益放大器等。在其他实现方式中，每个专用收发器路径122-1至122-N包括混频器218。在这种情况下，中间收发器路径124-1至124-M可以设置在另一集成电路中，诸如中频集成电路或基带集成电路，并且经由节点206-1至206-M耦合到灵活波束成形网络126。
可以启用灵活波束成形网络126的不同配置以支持模拟波束成形器134、数字波束成形器136或混合波束成形器138的操作，如图2-2中进一步描述的。
图2-2示出了实现灵活波束成形架构的示例模拟波束成形器、示例数字波束成形器和示例混合波束成形器。在所描绘的配置中，处理器130包括节点220-1、220-2…220-M，其分别耦合到射频集成电路202的节点206-1至206-M。处理器130还包括数字加权电路(WC)222-1、222-2…222-M和至少一个数字耦合器电路224。数字加权电路222-1至222-M可以可选地应用复权重来调整分别通过中间收发器路径124-1至124M传播的信号的幅度和/或相位。数字耦合器电路224可以在发送期间选择性地向数字加权电路222-1至222-M提供各自的分割信号，并且在接收期间基于由数字加权电路222-1至222-M提供的信号来生成组合信号。
如图2-2所示，模拟波束成形器134至少部分地由专用收发器路径122-1至122-N内的移相器216和灵活波束成形网络126(图5-1所示)内的耦合器电路实现。数字波束成形器136至少部分地由数字加权电路222-1至222-M和数字耦合器电路224实现。混合波束成形器138至少部分地由模拟波束成形器134的组件和数字波束成形器136的组件实现。
模拟波束成形器134、数字波束成形器136和混合波束成形器138可以选择性地处于活动状态或非活动状态。在活动状态下，波束成形器执行幅度和/或相位调整和耦合。在非活动状态下，可以绕过波束成形器的一个或多个组件，或者这些组件基本上不提供幅度或相位调整。
灵活波束成形网络126可以是模拟波束成形配置、数字波束成形配置或混合波束成形配置，如参考图5-1至7进一步描述的。在模拟波束成形配置中，灵活波束成形网络126将多个专用收发器路径122-1至122-N耦合到一个中间收发器路径124，诸如中间收发器路径124-1。在这种情况下，其他中间收发器路径124-2至124-M可以处于禁用状态以节省功率。如果灵活波束成形网络126处于模拟波束成形配置中，则模拟波束成形器134可以处于活动状态，而数字波束成形器136可以处于非活动状态，以启用模拟波束成形。
在数字波束成形配置中，灵活波束成形网络126分别将专用收发器路径122-1至122-N的至少一部分连接到中间收发器路径124-1至124M的一部分，使得该部分内的每个中间收发器路径124-1至124-M连接到不同的专用收发器路径122-1至122-N。如果灵活波束成形网络126处于数字波束成形配置中，则数字波束成形器136可以处于活动状态，而模拟波束成形器134可以处于非活动状态，以实现数字波束成形。
在混合波束成形配置中，灵活波束成形网络126将专用收发器路径122-1至122-N的不同部分耦合到不同的中间收发器路径124-1至124-M，使得两个或更多个中间收发器路径124-1至124-M各自耦合到两个或更多个专用收发器路径122-1至122-N的不同组。例如，灵活波束成形网络126将中间收发器路径124-1耦合到专用收发器路径122-1和122-2，并将中间收发器路径124-2耦合到另两个专用收发器路径122-3和122-4(图2-2中未明确示出)。如果灵活波束成形网络126处于混合波束成形配置中，则模拟波束成形器134和数字波束成形器136的至少一部分都可以处于活动状态，以实现混合波束成形。没有耦合到专用收发器路径集合122-1至122-N的任何中间收发器路径124-1至124-M可以处于禁用状态以节省功率。
在一些实现方式中，控制器128耦合到数字波束成形器136，并且获得在数字波束成形期间由数字加权电路222-1至22-M应用的波束成形参数226。控制器128可以将这些波束成形参数226提供给模拟波束成形器134，模拟波束成形器134可以使用这些波束成形参数226来执行模拟波束成形。
控制器128可以根据给定的环境或情况动态地激活不同的波束成形器。如果无线收发器120试图与基站104建立通信或确定传输信道的特性(例如，确定信道状态信息)，则无线收发器120可以执行搜索过程，以确定向基站104发送信号和从基站104接收信号的方向。在该过程中，控制器128可以激活数字波束成形器136或混合波束成形器138，以快速确定这些方向。一旦建立了通信，控制器128就可以激活模拟波束成形器134以节省功率。如上所述，控制器128还可以向模拟波束成形器134提供与在搜索过程中确定的方向相关联的波束成形参数226。
在慢速多径衰落环境中，其中信号的幅度或相位在发送或接收期间没有显著变化，控制器128可以激活模拟波束成形器134。备选地，如果无线收发器120处于使用MIMO技术的模式，则控制器128可以激活数字波束成形器136以实现数字波束成形。
在快速多径衰落环境中，其中信号的幅度或相位在发送或接收期间显著变化，控制器128可以激活数字波束成形器136或混合波束成形器138，其可以快速响应传输信道中的变化条件。在一些情况下，无线收发器120可以包括多个射频集成电路202，如参考图3进一步描述的。
图3示出了实现灵活波束成形架构的示例无线收发器120。在所描绘的配置中，无线收发器120包括分别耦合到三个天线阵列140-1、140-2和140-3的三个射频集成电路(RFIC)202-1、202-2和202-3。无线收发器120还包括开关网络302和中频集成电路(IFIC)304或基带频率集成电路(BBIC)306。开关网络302耦合在射频集成电路202-1至202-3与中频集成电路304或基带频率集成电路306之间。如果无线收发器120实现超外差收发器，则开关网络302在射频集成电路202-1至202-3和中频集成电路304之间提供接口。备选地，如果无线收发器120在没有中频集成电路304的情况下实现直接转换收发器，则开关网络302在射频集成电路202-1至202-3和基带频率集成电路306之间提供接口。虽然未明确示出，但是中频集成电路304可以耦合到基带频率集成电路306，以实现超外差收发器，并且基带频率集成电路306可以耦合到处理器130。
天线阵列140-1至140-3可以位于计算设备102的不同侧并朝向计算设备102的不同侧。例如，天线阵列140-1可以位于计算设备102的顶侧，天线阵列140-2可以位于左侧，而天线阵列140-3可以位于前侧。通过这种方式，天线阵列140-1至140-3和相应的射频集成电路202-1至202-3可以分别沿垂直方向或Y轴、水平方向或X轴或沿Z轴向页面外发送或接收信号。通常，天线阵列和射频集成电路可以布置在计算设备102周围，以使得能够在相对于计算设备102的任何方向上发送和接收信号。
天线阵列140-1至140-3分别包括天线元件208-1、208-2…208-N，天线元件208-(N+1)、208-(N+2)…208-(2N)，以及天线元件208-(2N+1)、208-(2N+2)…208-(3N)。每个天线元件208可以包括单个馈电端口或多个馈电端口，如参考图4-1进一步描述的。在图3中，为了简单起见，天线元件208被认为具有单个馈电端口。每个天线阵列140-1至140-3内的天线元件208可以以一维形状(例如，直线)或二维形状(例如，正方形、矩形、圆形、六边形等)布置。
第一射频集成电路202-1包括专用收发器路径122-1至122-N、中间收发器路径124-1至124-M，以及第一灵活波束成形网络126-1。专用收发器路径122-1至122-N分别耦合到天线元件208-1至208-N的馈电端口。灵活波束成形网络126-1耦合在专用收发器路径122-1至122-N和中间收发器路径124-1至124-M之间。类似地，第二射频集成电路202-2包括专用收发器路径122-(N+1)至122(2N)、中间收发器路径124-(M+1)至124-(2M)和第二灵活波束成形网络126-2。专用收发器路径122-(N+1)至122-(2N)分别耦合到天线元件208-(N+1)至208-(2N)的馈电端口。第三射频集成电路202-3包括专用收发器路径122-(2N+1)至122-(3N)、中间收发器路径124-(2M+1)至124-(3M)以及第三灵活波束成形网络126-3。专用收发器路径122-(2N+1)至122-(3N)分别耦合到天线元件208-(2N+1)到208-(3N)的馈电端口。
开关网络302选择性地将射频集成电路202-1至202-3之一连接到中频集成电路304或基带频率集成电路306。具体地，交换网络302选择性地将中间收发器路径124-1至124-M、中间收发器路径124-(M+1)至124-(2M)或中间收发器路径124-(2M+1)至124-(3M)耦合到中频集成电路304或基带频率集成电路306的收发器路径308-1至308-M。通过这种方式，可以跨天线阵列140-1至140-3共享中频集成电路304或基带频率集成电路306，以相对于实现多个中频集成电路304或多个基带频率集成电路306的其他设计节省无线收发器120内的空间。
诸如图1的控制器128或处理器130的控制电路(未示出)可以基于当前情况或环境动态地选择要激活哪个天线阵列140-1至1403和射频集成电路202-1至202-3。如果天线阵列140-1至140-3之一的一部分被遮挡(例如，被用户的附件)，则控制电路可使计算设备102经由无遮挡的天线阵列140-1至140-3之一发送和接收信号。作为另一示例，控制电路可以选择天线阵列140-1至140-3，该天线阵列沿着图1的基站104的方向提供目标空间覆盖或支持特定频带。各种不同类型的天线元件208可以实现天线阵列140-1至140-3，如参考图4-1进一步描述的。
图4-1示出了耦合到灵活波束成形架构内的专用收发器路径122-1至122-N的示例类型的天线元件208。通常，天线元件208的每个馈电端口耦合到专用收发器路径122-1至122-N。根据馈电端口的数量，天线元件208耦合到一个或多个专用收发器路径122-1至122-N。例如，天线元件208可以实现为单端口天线元件402或双端口天线元件404。在一些情况下，相对于双端口天线元件404，单端口天线元件402实现更容易或更便宜。在其他情况下，相对于使用两个单端口天线元件402来实现双端口天线元件404的设计，双端口天线元件404可以节省计算设备102内的空间。
在所描绘的配置中，单端口天线元件402包括馈电端口406-1，该馈电端口406-1耦合到专用收发器路径122-1。单端口天线元件402的示例类型包括水平极化贴片天线元件408和垂直极化贴片天线元件410。水平极化贴片天线元件408包括水平极化馈电端口412，其发送或接收水平极化信号。相反，垂直极化贴片天线元件410包括垂直极化馈电端口414，其发送或接收垂直极化信号。尽管使用正方形符号示出，但是水平极化贴片天线元件408的形状和垂直极化贴片天线元件410的形状可以是矩形、圆形、椭圆形、五边形、十字形等。
双端口天线元件404包括两个馈电端口，显示为馈电端口406-2和406-3。馈电端口406-2耦合到专用收发器路径122-2，并且馈电端口406-3耦合到专用收发器路径122-3。双端口天线元件404的馈电端口406-2和406-3可以与不同的极化、相位或方向相关联。双端口天线元件404的示例类型包括双极化贴片天线元件416、双极化交叉贴片天线元件418、偶极天线元件420和蝴蝶结天线元件422。
双极化贴片天线元件416和双极化交叉贴片天线元件418都包括水平极化馈电端口412和垂直极化馈电端口414。使用馈电端口412和414，双极化贴片天线元件416或双极化交叉贴片天线元件418可以发送或接收与水平极化、垂直极化、水平极化和垂直极化或圆极化相关联的信号。在一些实现方式中，相对于使用双极化交叉贴片天线元件416的设计，双极化交叉贴片天线元件418可以节省计算设备102内的空间。
偶极天线元件420包括一对差分馈电端口(例如，正(+)馈电端口424-1和负(-)馈电端口424-2)。使用差分馈电端口424-1和424-2，偶极天线元件420可以发送或接收不同相位的信号。蝴蝶结天线元件422包括与不同角度方向相关联的馈电端口426-1和426-2。使用馈电端口426-1和426-2，蝴蝶结天线元件422可以在两个不同方向上发送或接收信号。
尽管未明确示出，但是天线元件208可以备选地使用缝隙天线元件、交叉蝴蝶结天线元件、倒F天线、其他类型的微带天线元件、其他类型的线天线元件、其组合等来实现。因此，始终使用三角形符号来将天线元件208一般表示为这些类型的天线元件或另一类型的天线元件中的任何一种。通常，天线元件208的每个馈电端口耦合到不同的专用收发器路径122-1至122-N。因此，专用收发器路径122-1至122-N可以与不同天线元件、不同极化、不同相位、不同角方向或其组合相关联。
图4-2示出了可耦合到灵活波束成形架构内的不同中间收发器路径124-1至124-M的天线元件208的示例子阵列。在所描绘的配置中，天线阵列140包括八个天线元件208-1、208-2…208-8。为简单起见，天线元件208-1至208-8表示单端口天线元件402。因此，每个天线元件208-1至208-8分别耦合到专用收发器路径122-1至122-N，其中N等于8。
作为示例，天线阵列140的天线元件208-1至208-8被分组为子阵列428-1和428-2。子阵列428-1包括天线元件208-1至208-4，并且子阵列428-2包括天线元件208-5至208-8。在另一示例中，天线阵列140的天线元件2081至208-8被分组为子阵列430-1、430-2…430-4。在这种情况下，子阵列430-1包括天线元件208-1和208-2，子阵列430-2包括天线元件208-3和208-4，子阵列430-3包括天线元件208-5至208-6，并且子阵列430-4包括天线元件208-7和208-8。
在混合波束成形配置中，灵活波束成形网络126将与子阵列428相关联的每组专用收发器路径122-1至122-N耦合到中间收发器路径124-1至124-M之一。在一些情况下，中间收发器路径1241至124-M的数量可以等于或大于子阵列428的数量。参考图5-2进一步描述灵活波束成形网络126的示例混合波束成形配置。
图5-1示出了选择性地启用模拟波束成形和数字波束成形的示例灵活波束成形网络126。为简单起见，专用收发器路径122-1至122-N的数量被示为等于中间收发器路径124-1至124-M的数量。在其他实现方式中，专用收发器路径122-1至122-N和中间收发器路径124-1至124-M的数量可以不同。通常，中间收发器路径124-1至124-M的数量小于或等于专用收发器路径122-1至122-N的数量。灵活波束成形网络126包括专用节点502-1、502-2…502-N和中间节点504-1、504-2…504M。专用节点502-1至502-N分别设置在专用收发器路径122-1至122-N内。中间节点504-1至504-M分别设置在中间收发器路径124-1至124-M内。
灵活波束成形网络126还包括专用开关506-1、506-2…506-N、至少一个可共享开关508和至少一个耦合器电路510。专用开关506-1至506-N和可共享开关508可以使用一个或多个晶体管来实现，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结场效应晶体管(JFET)、双极端结晶体管(BJT)等。例如，开关可以包括n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)或p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)。
专用开关506-1至506-N分别包括极端512-1、512-2…512-N，其分别耦合到专用节点502-1至502-N。专用开关506-1至506-N各自包括两个掷端514-1至514-(2N)。专用开关506-1至506-N中的每一个的掷端514-1至514-(2N)之一耦合到耦合器电路510。专用开关506-1至506-N中的每一个的两个掷端514-1至514-(2N)中的另一个分别耦合到中间节点504-1至504-M。专用开关506-1至506-N一起选择性地将专用节点502-1至502-N连接到耦合器电路510，或者将专用节点502-1至502-N连接到中间节点504-1至504-M。
可共享开关508包括耦合到中间节点504-1的极端516、耦合到耦合器电路510的掷端518-1和耦合到专用开关506-1的掷端514-2的掷端518-2。可共享开关508选择性地将耦合器电路510连接到中间节点504-1，或者将专用开关506-1的掷端514-2连接到中间节点504-1。
耦合器电路510实现N:1耦合器，并且可以包括变压器、威尔金森电路、定向耦合器等。耦合器电路510分别根据无线收发器120的接收模式或发送模式选择性地操作为组合器或分路器。在图5-1中，耦合器电路510由除号和加号表示。除号表示耦合器电路510在发送期间充当分路器的能力。作为分路器，耦合器电路510在模拟域中对经由中间节点504-1提供的信号进行分路，并分别生成多个分路信号，这些分路信号经由专用开关506-1至506-N提供给专用收发器路径122-1至122-N。加号表示耦合器电路510在接收期间充当组合器的能力。作为组合器，耦合器电路510在模拟域中组合经由专用开关506-1至506-N提供的信号以生成组合信号。
图5-1的灵活波束成形网络126可以选择性地处于模拟波束成形配置520或数字波束成形配置522。在模拟波束成形配置520中，专用开关506-1至506-N将专用节点502-1至502-N连接到耦合器电路510。此外，可共享开关508将中间节点504-1连接到耦合器电路510。因此，专用收发器路径122-1至122-N各自耦合到中间收发器路径124-1。通过这种方式，中间收发器路径124-1由专用收发器路径122-1至122-N共享。这使得能够在发送或接收期间执行模拟波束成形。因为灵活波束成形网络126不将中间收发器路径124-2至124-M连接或耦合到专用收发器路径122-2至122-N，所以中间收发器路径124-2至124-M内或连接到中间收发器路径124-2至124-M的组件可以处于禁用状态以节省功率。
在数字波束成形配置522中，专用开关5061至506-N和可共享开关508一起将专用节点502-1至502-N中的两个或更多个分别连接到中间节点504-1至504-M。例如，专用开关506-1和可共享开关508将专用节点502-1连接到中间节点504-1，并且专用开关506-2将专用节点502-2连接到中间节点504-2。作为另一示例，专用开关506-2和506-N分别将专用节点502-2和502-N连接到中间节点504-2和504-M。在数字波束成形配置522中，中间收发器路径124-1至124-M不在专用收发器路径122-1至122-N之间共享。这使得能够在发送或接收期间执行数字波束成形。因为灵活波束成形网络126将中间收发器路径124-1至124-M连接到专用收发器路径122-1至122-N，所以中间收发器路径124-1至124-M处于启用状态并且消耗功率。参考图5-2进一步描述灵活波束成形网络126的示例混合波束成形配置。
图5-2示出了选择性地启用模拟波束成形和混合波束成形的另一示例灵活波束成形网络126。为简单起见，中间收发器路径124-1至124-M的数量被示为等于子阵列428-1至428-M的数量。在其他实现方式中，中间收发器路径124-1至124-M和子阵列428-1至428-M的数量可以不同。子阵列428-1至428-M中的每一个包括天线元件208-1至208N中的两个或更多个。在一些实现方式中，子阵列428-1至428-M表示图4-2的子阵列428-1至428-2或图4-2的子阵430-1至430-4。
图5-2中的灵活波束成形网络126类似于图5-1的灵活波束成形网络126，不同之处在于专用收发器路径122-1至122-N的数量大于中间收发器路径124-1至124-M的数量。因此，灵活波束成形网络126包括附加的耦合器电路526-1至526-M，并且专用开关的数量等于M而不是N。耦合器电路526-1至526-M分别耦合在专用开关506-1至506-M的极端512-1至512-N和与不同子阵列428-1至428-M相关联的专用收发器路径122-1至122-N之间。例如，耦合器电路526-1耦合到与子阵列428-1相关联的专用收发器路径122-1至122-(N/M)。子阵列428-1可以包括分别耦合到专用收发器路径122-1至122-(N/M)的N/M个单端口天线元件402。备选地，子阵列428-1可以包括N/M个双端口天线元件404，并且专用收发器路径122-1至122-(N/M)分别耦合到双端口天线元件404的馈电端口406-2或406-3之一。
图5-2的灵活波束成形网络126可以选择性地处于模拟波束成形配置520或混合波束成形配置524。在模拟波束成形配置520中，专用开关506-1至506-M将耦合器电路526-1至526-M连接到耦合器电路510。此外，可共享开关508将中间节点504-1连接到耦合器电路526-1。因此，专用收发器路径122-1至122-N各自耦合到中间收发器路径124-1。通过这种方式，中间收发器路径124-1由专用收发器路径122-1至122-N共享。这使得能够在发送或接收期间执行模拟波束成形。因为灵活波束成形网络126不将中间收发器路径124-2至124-M连接或耦合到专用收发器路径122-1至122-N，所以中间收发器路径124-2至124-M可以处于禁用状态以节省功率。
在混合波束成形配置524中，专用开关506-1至506-M分别将耦合器电路526-1至526-M连接到中间节点504-1至504-M。因此，中间收发器路径124-1至124-M耦合到对应于子阵列428-1至428-M的专用收发器路径122-1至122-N的不同组。换言之，中间收发器路径124-1由专用收发器路径122-1至122-(N/M)共享，中间收发器路径124-2由专用收发器路径122-(N/M+1)至122-(2N/M)共享，并且中间收发器路径124-M由专用收发器路径122-((M-1)N/M+1)至122-N共享。参考图6-1进一步描述可以选择性地处于模拟波束成形配置520、数字波束成形配置522或混合波束成形配置524中的灵活波束成形网络126的另一实现方式。
图6-1示出了选择性地启用模拟波束成形、数字波束成形和混合波束成形的示例灵活波束成形网络126。图6-1的灵活波束成形网络126类似于图5-1的灵活波束成形网络，不同之处在于N和M等于4，并且增加了中间开关602-1和602-2以及耦合器电路604-1和604-2。图6-1的灵活波束成形网络126可以跨越多级将专用收发器路径122-1至122-4耦合在一起，这使得灵活波束成形网络126也能够支持混合波束成形。
中间开关602-1和602-2以及耦合器电路604-1和604-2耦合在专用开关506-1至506-4和耦合器电路510之间。具体地，耦合器电路604-1耦合到专用开关506-1的掷端514-1和专用开关506-2的掷端514-3。同样，耦合器电路604-2耦合到专用开关506-3的掷端514-5和专用开关506-4的掷端514-7。中间开关602-1包括耦合到耦合器电路6041的极端606-1、耦合到中间节点504-1的掷端608-1和耦合到耦合器电路510的掷端608-2。中间开关602-2包括耦合到耦合器电路604-2的极端606-2、耦合到中间节点504-2的掷端608-3和耦合到耦合器电路510的掷端608-4。图6-1的灵活波束成形网络126可以选择性地处于模拟波束成形配置520、数字波束成形配置522或混合波束成形配置524，如分别参考图6-2至6-4进一步描述的。
图6-2示出了图6-1的灵活波束成形网络126的示例模拟波束成形配置520。在模拟波束成形配置520中，专用开关506-1和506-2分别将专用节点502-1和502-2连接到耦合器电路604-1。同样，专用开关506-3和506-4分别将专用节点5023和502-4连接到耦合器电路604-2。
中间开关602-1和602-2分别将耦合器电路604-1和604-2连接到耦合器电路510。可共享开关508-1将耦合器电路510连接到中间节点504-1。通过这种方式，灵活波束成形网络126将专用收发器路径122-1至122-4连接到中间收发器路径124-1，以实现模拟波束成形。中间收发器路径124-2至124-4可以处于禁用状态以节省功率。
图6-3示出了图6-1的灵活波束成形网络126的示例数字波束成形配置522。在数字波束成形配置522中，专用开关506-1至506-4和可共享开关508-1和508-2一起将专用节点502-1至502-4分别连接到中间节点504-1至504-4。因此，灵活波束成形网络126分别将专用收发器路径122-1至122-4连接到中间收发器路径124-1至124-4。在该配置中，绕过与模拟波束成形器134相关联的耦合器电路510、604-1和604-2。
图6-4示出了图6-1的灵活波束成形网络126的示例混合波束成形配置524。在该示例中，专用收发器路径122-1至122-2与第一子阵列430-1相关联，并且专用收发器路径122-3和122-4与第二子阵列430-2相关联。与图6-2所示的模拟波束成形配置520类似，专用开关506-1和506-2分别将专用节点502-1和502-2连接到混合波束成形配置524中的耦合器电路604-1。同样，专用开关506-3和506-4分别将专用节点502-3和502-4连接到耦合器电路604-2。
与图6-2的模拟波束成形配置520相反，在混合波束成形配置524中，中间开关602-1和602-2以及可共享开关508-1和508-2一起将耦合器电路604-1和604-2分别连接到中间节点504-1和504-2。通过这种方式，灵活波束成形网络126将专用收发器路径122-1至122-2耦合到中间收发器路径124-1，并将专用收发器路径122-3和122-4耦合到中间收发器路径124-2，以实现混合波束成形。中间收发器路径124-3和124-4内或连接到中间收发器路径124-3和124-4的组件可以处于禁用状态以节省功率。
尽管未明确示出，但灵活波束成形网络126也可以支持极化分集。例如，考虑图6-4的专用收发器路径122-1和122-2与第一极化相关联，并且专用收发器路径122-3和122-4与第二极化相关联。例如，专用收发器路径122-1和122-2可以耦合到不同水平极化贴片天线元件408的水平极化馈电端口412，并且专用收发器路径122-3和122-4可以耦合到不同垂直极化贴片天线元件410的垂直极化馈电端口414。备选地，专用收发器路径122-1和122-2可以耦合到不同双极化天线元件(例如，双极化贴片天线元件416或双极化交叉贴片天线元件418)的水平极化馈电端口412，并且专用收发器路径122-3和122-4可以耦合到这些双极化天线元件的垂直极化馈电端口414。
为了支持极化分集，混合波束成形配置524可用于将与不同极化相关联的专用收发器路径122-1至122-N的组耦合到不同的中间收发器路径124-1至124-M。在该示例中，灵活波束成形网络126将与第一极化相关联的专用收发器路径122-1和122-2耦合到中间收发器路径124-1，并且将与第二极化相关联的专用收发器路径122-3和122-4耦合到中间收发器路径124-2。这可以使模拟波束成形器134能够对两种极化执行模拟波束成形。
图7示出了选择性地启用模拟波束成形、数字波束成形和混合波束成形的另一示例灵活波束成形网络126。图7的灵活波束成形网络126类似于图6-4的灵活波束成形网络126，但是被扩展为支持具有四个中间收发器路径124-1至124-4的八个专用收发器路径122-1至122-8。在这种情况下，专用收发器路径122的数量大于中间收发器路径124的数量(例如，N>M)。
另外，专用收发器路径122-1至122-4与第一极化702-1相关联，并且专用收发器路径122-5至122-8与第二极化702-2相关联。在一个实现方式中，专用收发器路径122-1到122-4耦合到实现为图4的水平极化贴片天线元件408的四个天线元件208-1至208-4(未示出)，并且专用收发器路径122-5到122-8耦合到实现为垂直极化贴片天线元件410的四个其他天线元件208-5到208-8(未示出)。在另一实现方式中，专用收发器路径122-1至122-4分别耦合到四个天线元件208-1至208-4的水平极化馈电端口412，这四个天线元件208-1至208-4实现为双极化贴片天线元件416。同样，专用收发器路径122-5至122-8分别耦合到四个天线元件208-1至208-4的垂直极化馈电端口515。
类似于图6-4的灵活波束成形网络126，图7的灵活波束成形网络126可以选择性地处于模拟波束成形配置520、数字波束成形配置522或混合波束成形配置524。在模拟波束成形配置520中，灵活波束成形网络126可以将专用收发器路径122-1至122-4耦合到中间收发器路径124-1和/或将专用收发器路径122-5至122-8耦合到中间收发器路径124-2。在数字波束成形配置522中，灵活波束成形网络126可以选择性地将专用收发器路径122-1至122-4分别耦合到中间收发器路径124-1至124-4，或者将专用收发器路径122-5至122-8分别耦合到中间收发器路径124-1至124-4。在混合波束成形配置524中，灵活波束成形网络126可以将专用收发器路径122-1和122-2耦合到中间收发器路径124-1，将专用收发器路径122-3和122-4耦合到中间收发器路径124-2，将专用收发器路径122-5和122-6耦合到中间收发器路径124-3，以及将专用收发器路径122-7和122-8耦合到中间收发器路径124-4。
在一些实现方式中，如果专用开关506和耦合器电路510的隔离性能足够，则可以在没有图5-1至图7所示的一个或多个可共享开关508的情况下实现灵活波束成形网络126。因此，在某些情况下，可共享开关508可以是可选的。
在未明确示出的另一实现方式中，可以移除图6-1和图7的(多个)耦合器电路510和中间开关602，以实现灵活波束成形网络126，其可以选择性地处于数字波束成形配置522或混合波束成形配置524中。在这种情况下，耦合器电路604-1连接到可共享开关508-1，并且耦合器电路604-2连接到可共享开关508-2。在数字波束成形配置522中，灵活波束成形网络126经由专用开关506-1至506-4分别将专用收发器路径122-1至122-4连接到中间收发器路径124-1至124-4。相反，在混合波束成形配置524中，灵活波束成形网络126将专用收发器路径122-1和122-2耦合到中间收发器路径124-1，并将专用收发器路径122-3和122-4耦合到中间收发器路径124-2。
图8是示出用于操作灵活波束成形架构的示例过程800的流程图。过程800以指定可以执行的操作的一组框802-808的形式来描述。然而，操作不一定限于图8所示或在此描述的顺序，因为操作可以备选顺序或以完全或部分重叠的方式来实现。由过程800的所示框表示的操作可以由无线收发器(例如，图1的)或灵活波束成形器(例如，图1的)来执行。更具体地，过程800的操作可以至少部分地由如图1、2-2和5-1至7所示的灵活波束成形网络126来执行。
在框802，基于第一配置，射频集成电路的第一专用收发器路径和射频集成电路的第二专用收发器路径两者耦合到射频集成电路的第一中间收发器路径。例如，图5-1、图5-2、图6-1和图7的灵活波束成形网络126基于模拟波束成形配置520，将射频集成电路202的专用收发器路径122-1和专用收发器路径122-2至122-N中的至少一个，两者耦合到中间收发器路径124-1。灵活波束成形网络126包括专用开关506和一个或多个耦合器电路510，以将专用收发器路径122-1和另一专用收发器路径122-2至122-N耦合到中间收发器路径124-1。
在框804，模拟波束成形器基于第一配置在活动状态下操作。例如，模拟波束成形器134在活动状态下操作，以使用专用收发器路径122-1、另一专用收发器路径122-2至122-N和灵活波束成形网络126执行模拟波束成形。
在框806，基于第二配置，第一专用收发器路径连接到第一中间收发器路径，并且第二专用收发器路径连接到射频集成电路的第二中间收发器路径。例如，图5-1、图5-2、图6-1和图7的灵活波束成形网络126将专用收发器路径122-1连接(或耦合)到中间收发器路径124-1，并且将另一个专用收发器路径122-2至122-N连接(或耦合)到中间收发器路径124-2至124-M中的另一个。
在框808，基于第二配置，数字波束成形器的至少一部分在活动状态下操作。例如，数字波束成形器136在活动状态下操作，以使用数字加权电路222-1至222-M的一部分和数字耦合器电路224执行混合波束成形，或者使用数字加权电路222-1至222-M和数字耦合器电路224执行数字波束成形。
在图5-1和图6-3中，第一专用收发器路径和第二专用收发器路径可以对应于专用收发器路径122-1和122-2。同样，第一中间收发器路径和第二中间收发器路径可以对应于中间收发器路径124-1和124-2。
在图5-2中，第一专用收发器路径可以对应于专用收发器路径122-1至122-(N/M)之一，并且第二专用收发器路径可以对应于专用收发器路径122-(N/M+1)至122-(2N-M)之一。在图6-4中，第一专用收发器路径可以对应于专用收发器路径122-1和122-2之一，并且第二专用收发器路径可以对应于专用收发器路径122-3至122-4之一。在图5-2和图6-4中，第一中间收发器路径和第二中间收发器路径可以对应于中间收发器路径124-1和124-2。
在图7中，第一专用收发器路径可以对应于专用收发器路径122-1，并且第二专用收发器路径可以对应于专用收发器路径122-2或专用收发器路径122-3。第一中间收发器路径可以对应于中间收发器路径124-1，并且第二中间收发器路径可以对应于中间收发器路径124-2或中间收发器路径124-3。
除非上下文另有指示，否则在本文中使用词语“或”可被认为是使用“包含的或”，或允许包括或应用由词语“或”链接的一个或多个项的术语(例如，短语“A或B”可被解释为仅允许“A”，仅允许“B”，或允许“A”和“B”两者)。此外，这里讨论的附图和术语中表示的项可以表示一个或多个项或术语，因此可以互换地引用本说明书中的项和术语的单数或复数形式。最后，尽管主题已经以特定于结构特征或方法操作的语言进行了描述，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于上述特定特征或操作，包括但不一定限于布置特征的组织或执行操作的顺序。

Claims (30)

1.一种装置，包括：
天线阵列，包括：
第一天线元件，包括第一馈电端口；以及
第二天线元件，包括第二馈电端口；以及
无线收发器，包括：
专用收发器路径集合，包括：
第一专用收发器路径，耦合到所述第一馈电端口；以及
第二专用收发器路径，耦合到所述第二馈电端口；
中间收发器路径集合，包括：
第一中间收发器路径；以及
第二中间收发器路径；以及
灵活波束成形网络，耦合在所述专用收发器路径集合和所述中间收发器路径集合之间，所述灵活波束成形网络被配置为选择性地：
处于第一配置中，所述第一配置将所述第一专用收发器路径和所述第二专用收发器路径两者耦合到所述第一中间收发器路径；以及
处于第二配置中，所述第二配置将所述第一专用收发器路径连接到所述第一中间收发器路径，并且将所述第二专用收发器路径连接到所述第二中间收发器路径。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述灵活波束成形网络包括：
第一耦合器电路，耦合到所述第一中间收发器路径；
第一专用开关，包括：
第一极端，耦合到所述第一专用收发器路径；
第一掷端，耦合到所述第一耦合器电路；以及
第二掷端，耦合到所述第一中间收发器路径；以及
第二专用开关，包括：
第二极端，耦合到所述第二专用收发器路径；
第三掷端，耦合到所述第一耦合器电路；以及
第四掷端，耦合到所述第二中间收发器路径。
3.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述第一专用开关被配置为选择性地：
基于所述第一配置，将所述第一专用收发器路径连接到所述第一耦合器电路；以及
基于所述第二配置，将所述第一专用收发器路径连接到所述第一中间收发器路径；以及
所述第二专用开关被配置为选择性地：
基于所述第一配置，将所述第二专用收发器路径连接到所述第一耦合器电路；以及
基于所述第二配置，将所述第二专用收发器路径连接到所述第二中间收发器路径。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述灵活波束成形网络包括可共享开关，所述可共享开关包括：
第三极端，耦合到所述第一中间收发器路径；
第五掷端，耦合到所述第一耦合器电路；以及
第六掷端，耦合到所述第一专用开关的所述第二掷端。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述可共享开关被配置为选择性地：
基于所述第一配置，将所述第一耦合器电路连接到所述第一中间收发器路径；以及
基于所述第二配置，将所述第一专用收发器路径连接到所述第一中间收发器路径。
6.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一耦合器电路被配置为选择性地：
基于发送模式并且基于所述第一配置，操作为分路器；以及
基于接收模式并且基于所述第一配置，操作为组合器。
7.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述灵活波束成形网络在所述第一配置中；以及
所述无线收发器包括模拟波束成形器，所述模拟波束成形器包括：
所述第一耦合器电路；
第一移相器，设置在所述第一专用收发器路径中；以及
第二移相器，设置在所述第二专用收发器路径中。
8.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述灵活波束成形网络在所述第二配置中；以及
所述无线收发器包括数字波束成形器，所述数字波束成形器包括：
第一数字加权电路，耦合到所述第一中间收发器路径；
第二数字加权电路，耦合到所述第二中间收发器路径；以及
数字耦合器电路，耦合到所述第一加权电路和所述第二加权电路。
9.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述天线阵列包括：
第三天线元件，包括第三馈电端口；以及
第四天线元件，包括第四馈电端口；
所述专用收发器路径集合包括：
第三专用收发器路径，耦合到所述第三馈电端口；以及
第四专用收发器路径，耦合到所述第四馈电端口；以及
所述灵活波束成形网络包括：
第二耦合器电路，耦合到所述第一专用开关的所述第一极端、所述第一专用收发器路径和所述第三专用收发器路径；以及
第三耦合器电路，耦合到所述第二专用开关的所述第二极端、所述第二专用收发器路径和所述第四专用收发器路径。
10.根据权利要求9所述的装置，其中：
所述灵活波束成形网络在所述第二配置中；以及
所述无线收发器包括混合波束成形器，所述混合波束成形器包括：
所述第二耦合器电路；
所述第三耦合器电路；
第一移相器，设置在所述第一专用收发器路径中；
第二移相器，设置在所述第二专用收发器路径中；
第三移相器，设置在所述第三专用收发器路径中；
第四移相器，设置在所述第四专用收发器路径中；
第一数字加权电路，耦合到所述第一中间收发器路径；
第二数字加权电路，耦合到所述第二中间收发器路径；以及
数字耦合器电路，耦合到所述第一加权电路和所述第二加权电路。
11.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述天线阵列包括：
第三天线元件，包括第三馈电端口；以及
第四天线元件，包括第四馈电端口；
所述专用收发器路径集合包括：
第三专用收发器路径，耦合到所述第三馈电端口；以及
第四专用收发器路径，耦合到所述第四馈电端口；
所述中间收发器路径集合包括：
第三中间收发器路径；以及
第四中间收发器路径；以及
所述灵活波束成形网络包括：
第二耦合器电路，耦合到所述第一专用开关的所述第一掷端和所述第二专用开关的所述第三掷端；
第三耦合器电路；
第三专用开关，包括：
第三极端，耦合到所述第三专用收发器路径；
第五掷端，耦合到所述第三耦合器电路；以及
第六掷端，耦合到所述第三中间收发器路径；
第四专用开关，包括：
第四极端，耦合到所述第四专用收发器路径；
第七掷端，耦合到所述第三耦合器电路；以及
第八掷端，耦合到所述第四中间收发器路径；
第一中间开关，包括：
第五极端，耦合到所述第二耦合器电路；
第九掷端，耦合到所述第一中间收发器路径；以及
第十掷端，耦合到所述第一耦合器电路；以及
第二中间开关，包括：
第六极端，耦合到所述第三耦合器电路；
第十一掷端，耦合到所述第二中间收发器路径；以及
第十二掷端，耦合到所述第一耦合器电路。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述灵活波束成形网络包括：
第一可共享开关，包括：
第七极端，耦合到所述第一中间收发器路径；
第十三掷端，耦合到所述第一专用开关的所述第二掷端；
第十四掷端，耦合到所述第一中间开关的所述第九掷端；以及
第十五掷端，耦合到所述第一耦合器电路；以及
第二可共享开关，包括：
第八极端，耦合到所述第二中间收发器路径；
第十六掷端，耦合到所述第二专用开关的所述第四掷端；以及
第十七掷端，耦合到所述第二中间开关的所述第十一掷端。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述天线阵列包括天线元件的子阵列，所述天线元件的子阵列包括：
所述第一天线元件；
所述第二天线元件；
所述第三天线元件；以及
所述第四个天线元件。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述天线阵列包括：
天线元件的第一子阵列，包括：
所述第一天线元件；以及
所述第二天线元件；以及
天线元件的第二子阵列，包括：
所述第三天线元件；以及
所述第四天线元件。
15.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述天线阵列包括第三馈电端口和第四馈电端口；
所述专用收发器路径集合包括：
第三专用收发器路径，耦合到所述第三馈电端口；
第四专用收发器路径，耦合到所述第四馈电端口；
所述中间收发器路径集合包括第三中间收发器路径；以及
所述灵活波束成形网络包括：
第二耦合器电路，耦合到所述第一专用开关的所述第一掷端和所述第二专用开关的所述第三掷端；
第三耦合器电路，耦合到所述第三中间收发器路径；
第三专用开关，包括：
第三极端，耦合到所述第三专用收发器路径；
第五掷端，耦合到所述第三耦合器电路；以及
第六掷端，耦合到所述第一中间收发器路径；
第四专用开关，包括：
第四极端，耦合到所述第四专用收发器路径；
第七掷端，耦合到所述第三耦合器电路；以及
第八掷端，耦合到所述第二中间收发器路径；以及
第一中间开关，包括：
第五极端，耦合到所述第二耦合器电路；
第九掷端，耦合到所述第一中间收发器路径；以及
第十掷端，耦合到所述第一耦合器电路。
16.根据权利要求15所述的装置，其中：
所述第一馈电端口和所述第二馈电端口与第一极化相关联；以及
所述第三馈电端口和所述第四馈电端口与第二极化相关联。
17.根据权利要求15所述的装置，其中：
所述第一天线元件包括第一双端口天线元件，所述第一双端口天线元件包括所述第一馈电端口和所述第三馈电端口；以及
所述第二天线元件包括第二双端口天线元件，所述第二双端口天线元件包括所述第二馈电端口和所述第四馈电端口。
18.一种装置，包括：
天线阵列，包括：
第一天线元件，包括第一馈电端口；以及
第二天线元件，包括第二馈电端口；以及
无线收发器，包括：
专用收发器路径集合，包括：
第一专用收发器路径，耦合到所述第一馈电端口；以及
第二专用收发器路径，耦合到所述第二馈电端口；
中间收发器路径集合，包括：
第一中间收发器路径；以及
第二中间收发器路径；以及
波束成形灵活性部件，用于选择性地、基于第一配置将所述第一专用收发器路径和所述第二专用收发器路径两者耦合到所述第一中间收发器路径，以及基于第二配置将所述第一专用收发器路径连接到所述第一中间收发器路径，并将所述第二专用收发器路径连接到所述第二中间收发器路径，所述波束成形灵活性部件耦合在所述专用收发器路径集合和所述中间收发器路径集合之间。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述波束成形灵活性部件包括：
耦合部件，用于将所述第一专用收发器路径和所述第二专用收发器路径两者与所述第一中间收发器路径对接；
第一开关部件，用于选择性地、基于所述第一配置将所述第一专用收发器路径连接到所述耦合部件，或者基于所述第二配置将所述第一专用收发器路径连接到所述第一中间收发器路径；以及
第二开关部件，用于选择性地、基于所述第一配置将所述第二专用收发器路径连接到所述耦合部件，或者基于所述第二配置将所述第二专用收发器路径连接到所述第二中间收发器路径。
20.根据权利要求18所述的装置，其中：
所述天线阵列包括：
第三天线元件，包括第三馈电端口；以及
第四天线元件，包括第四馈电端口；
所述专用收发器路径集合包括：
第三专用收发器路径，耦合到所述第三馈电端口；以及
第四专用收发器路径，耦合到所述第四馈电端口；
所述中间收发器路径集合包括：
第三中间收发器路径；以及
第四中间收发器路径；以及
所述波束成形灵活性部件被配置为选择性地：
基于所述第一配置，将所述第一专用收发器路径、所述第二专用收发器路径、所述第三专用收发器路径和所述第四专用收发器路径耦合到所述第一中间收发器路径；
基于所述第二配置，将所述第三专用收发器路径连接到所述第三中间收发器路径；
基于所述第二配置，将所述第四专用收发器路径连接到所述第四中间收发器路径；
基于第三配置，将所述第一专用收发器路径和所述第二专用收发器路径两者耦合到所述第一中间收发器路径；以及
基于所述第三配置，将所述第三专用收发器路径和所述第四专用收发器路径两者耦合到所述第二中间收发器路径。
21.根据权利要求20所述的装置，还包括：
模拟部件，用于基于所述第一配置执行模拟波束成形；
数字部件，用于基于所述第二配置执行数字波束成形；以及
混合部件，用于基于所述第三配置执行混合波束成形。
22.一种用于操作灵活波束成形架构的方法，所述方法包括：
基于第一配置，将射频集成电路的第一专用收发器路径和所述射频集成电路的第二专用收发器路径两者耦合到所述射频集成电路的第一中间收发器路径；
基于所述第一配置，在活动状态下操作模拟波束成形器；
基于第二配置，将所述第一专用收发器路径连接到所述第一中间收发器路径，并将所述第二专用收发器路径连接到所述射频集成电路的第二中间收发器路径；以及
基于所述第二配置，在所述活动状态下操作数字波束成形器的至少一部分。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：
基于所述第一配置，将所述第一专用收发器路径、所述第二专用收发器路径、所述射频集成电路的第三专用收发器路径和所述射频集成电路的第四专用收发器路径耦合到所述第一中间收发器路径；
基于所述第二配置，将所述第三专用收发器路径连接到所述射频集成电路的第三中间收发器路径；以及
基于所述第二配置，将所述第四专用收发器路径连接到所述射频集成电路的第四中间收发器路径。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括：
基于所述第一配置，将所述第一专用收发器路径、所述第二专用收发器路径、所述射频集成电路的第三专用收发器路径和所述射频集成电路的第四专用收发器路径耦合到所述第一中间收发器路径；
基于所述第二配置，将所述第一专用收发器路径和所述第三专用收发器路径两者耦合到所述第一中间收发器路径；
基于所述第二配置，将所述第二专用收发器路径和所述第四专用收发器路径两者耦合到所述第二中间收发器路径；以及
基于所述第二配置，操作处于所述活动状态下的所述模拟波束成形器、以及处于所述活动状态下的所述数字波束成形器的所述一部分，所述模拟波束成形器和所述数字波束成形器的所述一部分共同实现混合波束成形器。
25.一种装置，包括：
专用收发器路径集合，包括：
第一专用收发器路径；以及
第二专用收发器路径；
中间收发器路径集合，包括：
第一中间收发器路径；以及
第二中间收发器路径；以及
灵活波束成形网络，耦合在所述专用收发器路径集合与所述中间收发器路径集合之间，所述灵活波束成形网络包括：
第一耦合器电路，耦合到所述第一中间收发器路径；
第一专用开关，包括：
第一极端，耦合到所述第一专用收发器路径；
第一掷端，耦合到所述第一耦合器电路；以及
第二掷端，耦合到所述第一中间收发器路径；以及
第二专用开关，包括：
第二极端，耦合到所述第二专用收发器路径；
第三掷端，耦合到所述第一耦合器电路；以及
第四掷端，耦合到所述第二中间收发器路径。
26.根据权利要求25所述的装置，其中：
所述专用收发器路径集合包括：
第三专用收发器路径；以及
第四专用收发器路径；
所述中间收发器路径集合包括：
第三中间收发器路径；以及
第四中间收发器路径；以及
所述灵活波束成形网络包括：
第二耦合器电路，耦合到所述第一专用开关的所述第一掷端和所述第二专用开关的所述第三掷端；
第三耦合器电路；
第三专用开关，包括：
第三极端，耦合到所述第三专用收发器路径；
第五掷端，耦合到所述第三耦合器电路；以及
第六掷端，耦合到所述第三中间收发器路径；
第四专用开关，包括：
第四极端，耦合到所述第四专用收发器路径；
第七掷端，耦合到所述第三耦合器电路；以及
第八掷端，耦合到所述第四中间收发器路径；
第一中间开关，包括：
第五极端，耦合到所述第二耦合器电路；
第九掷端，耦合到所述第一中间收发器路径；以及
第十掷端，耦合到所述第一耦合器电路；以及
第二中间开关，包括：
第六极端，耦合到所述第三耦合器电路；
第十一掷端，耦合到所述第二中间收发器路径；以及
第十二掷端，耦合到所述第一耦合器电路。
27.根据权利要求26所述的装置，还包括：
天线阵列，包括：
第一馈电端口，耦合到所述第一专用收发器路径；
第二馈电端口，耦合到所述第二专用收发器路径；
第三馈电端口，耦合到所述第三专用收发器路径；以及
第四馈电端口，耦合到所述第四专用收发器路径，
其中所述第一馈电端口、所述第二馈电端口、所述第三馈电端口和所述第四馈电端口与相同的极化相关联。
28.根据权利要求25所述的装置，其中：
所述专用收发器路径集合包括：
第三专用收发器路径；以及
第四专用收发器路径；
所述中间收发器路径集合包括第三中间收发器路径；以及
所述灵活波束成形网络包括：
第二耦合器电路，耦合到所述第一专用开关的所述第一掷端和所述第二专用开关的所述第三掷端；
第三耦合器电路，耦合到所述第三中间收发器路径；
第三专用开关，包括：
第三极端，耦合到所述第三专用收发器路径；
第五掷端，耦合到所述第三耦合器电路；以及
第六掷端，耦合到所述第一中间收发器路径；
第四专用开关，包括：
第四极端，耦合到所述第四专用收发器路径；
第七掷端，耦合到所述第三耦合器电路；以及
第八掷端，耦合到所述第二中间收发器路径；以及
第一中间开关，包括：
第五极端，耦合到所述第二耦合器电路；
第九掷端，耦合到所述第一中间收发器路径；以及
第十掷端，耦合到所述第一耦合器电路。
29.根据权利要求28所述的装置，还包括：
天线阵列，包括：
第一馈电端口，耦合到所述第一专用收发器路径；
第二馈电端口，耦合到所述第二专用收发器路径；
第三馈电端口，耦合到所述第三专用收发器路径；以及
第四馈电端口，耦合到所述第四专用收发器路径，
其中：
所述第一馈电端口和所述第二馈电端口与第一极化相关联；以及
所述第三馈电端口和所述第四馈电端口与第二极化相关联。
30.根据权利要求29所述的装置，其中所述天线阵列包括：
第一天线元件，包括所述第一馈电端口和所述第三馈电端口；以及
第二天线元件，包括所述第二馈电端口和所述第四馈电端口。
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