CN115004479A - 用于控制天线阵列的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种天线系统可包括具有多个天线元件的天线阵列。该天线系统可包括阵列控制器，该阵列控制器被配置为控制天线阵列的运行以进行天线阵列的波束赋形。天线系统可包括射频电路。天线系统可包括将射频电路耦接至阵列控制器的传输线。传输线可被配置为将射频信号传输至天线阵列。射频电路可被配置为将天线阵列控制信号调制到射频信号上，以生成用于通过传输线传送到阵列控制器的传输信号。阵列控制器可被配置为从传输信号解调天线阵列控制信号，使得阵列控制器被配置为至少部分基于天线阵列控制信号来控制天线阵列的运行。

Description

用于控制天线阵列的方法和系统
优先权声明
本申请要求申请日为2020年4月30日、申请号为63/017,938、名称为“用于控制天线阵列的方法和系统”的美国临时申请的优先权的权益，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及用于无线通信系统的天线系统，例如用于5G蜂窝通信系统的天线系统。
背景技术
诸如笔记本电脑、平板电脑、智能手机、物联网(Internet of Things，IoT)设备等的电子设备可操作以通过蜂窝网络进行通信。以4G运行的蜂窝网络得到了广泛的使用，且最近已经发展到在覆盖大区域的稳定可靠的网络中提供中等到高数据速率的传输以及语音通信。通信系统正在向5G协议和5G网络转变。5G网络可提供基本上更高的数据速率和更低的延迟，并可适用于语音、数据和IoT应用。
发明内容
本公开实施例的各方面和优点将在下面的描述中得到部分阐述，或者可从该描述中得知，或者可通过对这些实施例的实施而获知。
本公开的一个示例方面针对一种天线系统。该天线系统可包括天线阵列，该天线阵列包括多个天线元件。天线系统可包括阵列控制器，该阵列控制器被配置为控制天线阵列的运行以进行天线阵列的波束赋形(beam forming)。天线系统可包括射频电路。天线系统可包括将射频电路耦接至阵列控制器的传输线。传输线可被配置为传送用于通过天线阵列进行通信的射频信号。射频电路可被配置为将天线阵列控制信号调制到射频信号上，以生成用于通过传输线传送到阵列控制器的传输信号。阵列控制器可被配置为从传输信号解调天线阵列控制信号，以使得阵列控制器被配置为至少部分基于天线阵列控制信号来控制天线阵列的运行。
本公开的另一个示例方面针对一种用于操作天线系统的方法，该天线系统包括天线阵列。该方法可包括：将天线阵列控制信号调制到射频信号上，以生成传输信号。该方法可包括：将传输信号通过传输线传送到阵列控制器。该方法可包括：在阵列控制器处解调天线阵列控制信号。该方法可包括：至少部分基于天线阵列控制信号来控制天线阵列的运行。
参考以下描述和所附权利要求，各实施例的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
针对本领域的普通技术人员，在说明书中参考附图对实施例进行了详细讨论，在附图中：
图1描绘了根据本公开示例实施例的具有天线系统的移动设备；
图2A、图2B和图2C描绘了根据本公开示例实施例的示例波束赋形配置；
图3描绘了根据本公开示例实施例的天线系统中的天线阵列的配置；
图4描绘了根据本公开示例实施例的示例天线系统；
图5描绘了根据本公开示例实施例的具有天线系统的移动设备，该天线系统具有集中式前端模块配置；
图6描绘了根据本公开示例实施例的具有天线系统的移动设备，该天线系统具有分布式前端模块配置；以及
图7描绘了根据本公开示例实施例的示例方法的流程图。
具体实施方式
现将详细地参考实施例，这些实施例的一个或多个示例在附图中示出。通过对这些实施例的解释而不是对本公开的限制来提供每个示例。事实上，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本公开的范围或精神的情况下，对这些实施例进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，旨在本公开的各方面涵盖这些修改和变型。
本公开的示例方面针对用于在通信系统中使用一个或多个天线阵列进行波束赋形的系统和方法，上述通信系统例如为5G通信系统。例如，一设备的天线系统可包括一个或多个天线阵列。每个天线阵列可具有多个不同的天线元件。这些天线元件可被配置(例如，通过控制每个天线元件的相位和/或振幅)为，控制天线阵列的运行以进行波束赋形。
例如，可使用被配置用于更高频带(例如，约24GHz至约86GHz范围内的频带)的通信的天线阵列、和/或被配置用于多输入多输出(MIMO)通信的天线阵列，来实现5G通信协议。这些天线阵列中的每个均可包括多个天线元件。例如，在某些情况下，这些天线元件可被单独地和/或共同地控制，以便以MIMO模式(例如，4x4 MIMO模式)传送信号(例如，射频信号)。这些和其他合适的5G功能可在无线通信中提供更高的数据速率和更低的延迟。
电子设备(例如，移动设备、IoT设备或其他电子设备)可包括多个天线阵列(例如，两个天线阵列、三个天线阵列、四个天线阵列)。例如，移动设备可以是诸如智能手机、平板电脑等在操作时能够被用户手持(例如，完全手持)的设备。根据本公开的示例方面，天线阵列的多个天线元件可被控制，以支持该天线阵列处的波束赋形。波束赋形是指对不同的天线波束进行组合，以增加特定方向(例如，基站方向)上的信号强度，从而增强通信链路。作为一个示例，一个或多个天线阵列中的多个天线元件中的每个的相位和/或振幅可被配置为产生辐射方向图(例如，在波束赋形过程中)。
传送至天线阵列的、和/或接收的来自天线阵列的信号(例如，控制信号)，可被传送至移动设备中的中央处理器(例如，基带处理器和/或主机CPU)和/或从该中央处理器传送出。在移动设备内(例如，在中央处理器和一个或多个天线阵列之间)传输控制信号可能会给射频(radiofrequency，RF)通信带来挑战。例如，使用具有多个天线元件的天线阵列，可能需要增加信号资源(例如，控制信号线、布线等)的量来控制和/或以其他方式利用这些天线阵列。作为一个示例，天线元件必须被控制以执行波束赋形和/或波束调向(beamsteering)过程以用于通信。例如，在某些情况下，天线阵列中的多个天线元件的每个可能需要一条或多条独有的控制信号线(例如，总线中的控制信号线)来操控。这些增加的信号资源可能会导致对专用于控制信号线的空间的增加。
附加地和/或替代地，在移动设备内的被配置为传输信号的控制信号线可能会经历两条或更多条控制信号线之间的电干扰，例如电容耦合。增加天线阵列的尺寸可能会减少用于以使控制信号线去耦的方式设置这些信号线的可用空间，这可能会给减轻干扰带来挑战。如果希望将天线阵列设置在具有有限可用空间的诸如智能手机的移动设备中，那么这尤其可能成为问题。附加地，在某些情况下，这些信号线可能会干扰数字控制，例如对开关、移相器等的控制。此外，在移动设备中对数量增加的传输线进行路由和/或调试，可能会带来设计成本的增加。由于随着5G通信技术的出现，信号线的数量和/或宽度(例如总线的宽度)持续增长，因此这些问题可能会变得尤其明显。
为了解决这些和其他问题，可通过将用于天线阵列的控制信号调制到射频信号上，通过诸如同轴电缆的传输线来传输这些用于天线阵列的控制信号。这可使得传输控制信号和射频信号所必需的导线的数量减少。例如，单根同轴电缆可用于传输包括射频信号和经调制的控制信号的传输信号。
附加地，在一些实施例中，除了控制信号之外，还可以将用于使天线阵列运行的直流(DC)电力通过该传输信号传输至天线阵列。这可进一步减少耦接至天线阵列的电力线(例如，导线和连接器)所需的空间和/或来自这些电力线的潜在干扰。
本公开的各方面可实现许多技术效果和优势。例如，将一种控制信号(和/或多种控制信号)调制到一射频信号上，并通过单根传输线传送该组合信号，可使得能够减少在移动设备内传送控制信号所必需的设备空间。附加地和/或替代地，这可使得总成本降低，例如，连接器、布线等的成本降低。例如，一个或多个传输线可被配置为，对任何天线阵列的运行所需的信号中的大部分或全部信号进行传输，从而不需要额外的空间和/或布线(例如，以容纳额外的控制信号线)来应对操控该天线阵列所必需的信号中的部分或全部信号。例如，这可允许减少传输线和/或移动设备的其他组件之间的干扰。
根据本公开的示例方面，天线系统可包括天线阵列，该天线阵列包括多个天线元件。天线系统可包括阵列控制器，该阵列控制器被配置为控制天线阵列。例如，阵列控制器可被配置为控制天线阵列的运行，以使该天线阵列运行以用于诸如波束赋形的射频通信。例如，天线阵列可控制该多个天线元件中的一些或全部天线元件的相位(例如，相移)和/或振幅，以在天线阵列处进行波束赋形。在一些实施例中，射频通信可以是5G通信(例如，在约24GHz到约86GHz的频带内)。
作为另一个示例，在一些实施例中，射频通信可以是和/或包括MIMO通信(例如，5GMIMO通信)。例如，一天线阵列可提供一个或多个额外的天线元件以支持MIMO通信(例如，与一个或多个额外的天线阵列一起支持、和/或支持来自一个或多个额外的天线阵列的MIMO通信，该一个或多个额外的天线阵列例如为第二、第三、第四天线阵列等)。作为一个示例，第二阵列控制器可被配置为提供第二天线阵列的一个或多个额外的天线元件，以使第二天线阵列与第一天线阵列一起以MIMO配置运行。
天线系统可包括射频(RF)电路。附加地，天线系统可包括传输线，该传输线将射频电路耦接至阵列控制器。例如，该传输线可被配置为传送用于通过天线阵列进行通信的射频信号。
在一些实施例中，传输线可以是单根同轴电缆。射频电路可被配置为将天线阵列控制信号(例如，来自控制电路)调制到射频信号上，以生成用于通过传输线传送到阵列控制器的传输信号。例如，在一些实施例中，射频电路可执行幅移键控调制，以将天线阵列控制信号调制到射频信号上。在一些实施例中，幅移键控调制可包括开关键控调制。在一些实施例中，传输信号还可包括用于天线阵列控制器的直流电力。例如，传输信号可提供足够的电力来使天线阵列控制器运行。
传输信号可通过传输线传输至阵列控制器。阵列控制器可被配置为解调天线阵列控制信号，使得阵列控制器可通过天线阵列控制信号控制一个或多个天线阵列的运行。例如，天线阵列控制信号可为天线阵列的多个天线元件中的一些或全部(例如，每个)指定相移和/或振幅。阵列控制器可被配置为实现该多个天线元件中的每个的相移和振幅，以控制该天线阵列。例如，可实现相移和振幅以在天线阵列处提供波束赋形。
附加地和/或替代地，在一些实施例中，天线阵列控制器可以是多级天线阵列控制器，该多级天线阵列控制器包括多个独立的控制器。例如，在一些实施例中，传输信号可被第一天线阵列控制器接收和/或解码，且被转发至第二天线阵列控制器。在一些实施例中，第一天线阵列控制器和第二天线阵列控制器可以是接近的(例如，位于同一电路板上和/或相邻的电路板上，和/或以其他方式是相邻的元件)。
附加地和/或替代地，在一些实施例中，一个或多个寄生元件可设置成接近一个或多个天线阵列。上述寄生元件可被调谐以在该一个或多个天线阵列处提供波束调向。“波束调向”是指动态地调节(steering)天线波束，使得天线波束的高增益方向指向特定方向(例如，基站的方向)。例如，调谐电路可调谐寄生元件(例如，改变该寄生元件处的电抗)，以调节来自天线阵列的辐射方向图。此外，可通过传输线对在调谐电路处应用的、用于波束调向的寄生元件控制信号进行传输(例如，从控制电路到调谐电路)。作为一个示例，可将寄生元件控制信号附加地调制(例如，通过射频电路)到传输信号上(例如，通过幅移键控调制)。
例如，天线系统可包括耦接至寄生元件的调谐电路。寄生元件可设置成接近天线阵列。射频电路可被配置为将寄生元件控制信号调制到射频信号(例如，除了天线阵列控制信号之外)上，以生成用于通过传输线传送至调谐电路的传输信号。调谐电路可被配置为从传输信号解调寄生元件控制信号，并基于该寄生元件控制信号控制寄生元件的运行以进行波束调向。
采用如本文所述的幅移键控调制可提供数个优势。例如，射频信号和/或一种或多种控制信号(例如，天线阵列控制信号)可通过具有低干扰和/或低噪声的单根传输线来传输(作为传输信号的一部分)。例如，幅移键控可在与该一种或多种控制信号和/或射频信号相关联的谐波频率处产生减小的谐振。这可减少与将该一种或多种控制信号调制到射频信号和解调该一种或多种控制信号相关联的噪声。由此产生的该一种或多种控制信号的高保真传输可为一个或多个天线阵列的运行提供准确和有效的控制。
在一些实施例中，射频电路可被配置为通过选择性地改变与载波信号相关联的幅度，来将一种或多种控制信号调制到射频信号上。在一些实施例中，射频电路可被配置为选择性地使幅度在大约零和非零值之间变化。在一些实施例中，载波频率信号可包括周期性的形态(pattern)。例如，载波频率信号可包括具有大致恒定频率的正弦波。
在一些实施例中，射频信号可被限定在第一频带内，并且该一种或多种控制信号可被限定在与第一频带不同的第二频带内。例如，第一频带的范围可以从约24GHz到约86GHz。作为另一示例，第二频带的范围可以从约10MHz到约1GHz。
在一些实施例中，天线系统可包括第一电路板和与第一电路板物理上分开的第二电路板。射频电路可设置在第一电路板上，且阵列控制器、调谐电路或天线阵列中的至少一种可设置在第二电路板上。
在一些实施例中，射频电路可包括控制电路，该控制电路被配置为产生一种或多种控制信号。附加地和/或替代地，射频电路可包括调制器电路，该调制器电路被配置为将该一种或多种控制信号调制到射频信号上(例如，使用幅移键控调制)，以生成传输信号。
附加地和/或替代地，在一些实施例中，多个天线阵列的配置均可支持MIMO通信。例如，主天线阵列的一个或多个天线元件可从正用于支持MIMO和/或分集切换到用于波束调向或波束赋形。此外，和/或作为替代，来自不同天线阵列的一个或多个额外的天线元件可从正用于支持MIMO和/或分集切换到用于波束调向或波束赋形。在一些实施例中，这些天线阵列中的每个可被配置用于特有的操作(例如，具有独有的接收器)。例如，天线阵列中的多个天线元件中的每个的相位和/或振幅可被配置用于波束赋形和/或波束调向(例如，以建立辐射方向图)。在一些实施例中，这些天线阵列中的一个(例如，主天线阵列)可用于通过通信协议(例如，诸如3G、4G(LTE)、5G协议的蜂窝通信协议)进行主要通信，并且一个或多个不同天线阵列可用于提供次级功能，以支持主天线阵列的通信。例如，该一个或多个不同天线阵列可用于进一步增强主天线阵列的MIMO运行和/或分集运行。
本公开的另一示例实施例针对一种用于控制天线阵列的方法。该方法可包括：在射频电路处，使用幅移键控调制将一种或多种控制信号(例如，天线阵列控制信号)调制到射频信号上，以产生传输信号。该方法可包括：将传输信号通过单根同轴传输线传送到阵列控制器。该方法可包括：在阵列控制器处，对传输信号进行解调，以从射频信号提取该一种或多种控制信号。该方法可包括：通过来自射频电路的该一种或多种控制信号和阵列控制器对天线阵列(例如，天线阵列的多个天线元件)的配置进行控制，以使天线阵列运行以用于射频通信(例如，波束赋形)。例如，射频通信可以是5G通信、MIMO通信等。作为一个示例，可控制天线阵列中的一个或多个天线元件的相移和/或振幅，以在天线阵列处进行波束赋形。
在一些实施例中，在射频电路处，使用幅移键控调制将该一种或多种控制信号调制到射频信号上，可包括：使用开关键控调制来调制射频信号。
在一些实施例中，将该一种或多种控制信号调制到射频信号上，可包括：对与载波信号相关联的幅度进行选择性地改变。在一些实施例中，对与载波信号相关联的幅度进行选择性地改变，可包括：使幅度在大约零和非零值之间变化。在一些实施例中，载波信号可包括具有大致恒定频率的正弦波或任何周期性的形态中的至少一种。
如本文所使用的，“移动设备”是能够进行无线通信且在常规操作时能够由用户手持携带的电子设备。示例移动设备包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备、个人数字助理和便携式数字音乐播放器。如本文所使用的，将术语“约”与数值一起使用指的是，在所描述的数值的10％范围内。
图1描绘了根据本公开示例实施例的示例移动设备100，该示例移动设备100支持蜂窝通信和/或其他无线通信并且具有波束调向或波束赋形能力。如图所示，移动设备包括外壳104。外壳104可包括多个不同的表面(例如，边缘表面)。
如图所示，外壳104容纳四个天线阵列：第一天线阵列110、第二天线阵列120、第三天线阵列130和第四天线阵列140。为了说明和讨论，对三个天线阵列进行说明。使用本文所提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，可在不偏离本公开的范围的情况下，使用更多或更少的天线阵列。
第一天线阵列110、第二天线阵列120、第三天线阵列130和第四天线阵列140中的每个均可包括多个天线元件。每个天线元件可被配置为通过诸如5G通信协议的蜂窝通信协议传送一个或多个信号。每个天线元件可被配置为在频带(例如，在约24GHz到约86GHz的范围内)中传送一个或多个信号。在一些实施例中，每个天线阵列110、120、130、140可包括设置在基板(例如，电路板)上的多个天线元件(例如，辐射元件)。
移动设备100可包括中央电路150。例如，中央电路150可包括基带处理器(例如，主机CPU)、射频电路、调制器电路、控制电路和/或任何其他合适的元件。尽管中央电路150在图1中被描绘为接近移动设备100的中心，但中央电路可位于移动设备100内的任何合适的位置。
中央电路150可与天线阵列110、120、130和140物理上分开。例如，第一天线阵列110、第二天线阵列120、第三天线阵列130和第四天线阵列140中的每个可通过一根或多根传输线105耦接至中央电路150。例如，在一些实施例中，传输线105可以是同轴电缆。例如，同轴电缆可被配置为对天线阵列110、120、130和140中的任何一个的运行所需的大部分或全部信号进行传输，从而不需要额外的用于通信的空间(例如，与一些传输线相比)。根据本公开的示例方面，可通过将一种或多种控制信号(例如，天线阵列控制信号)调制到射频信号上以形成传输信号，并通过传输线105(例如，通过单根同轴电缆)传送该传输信号，将来自中央电路150的信号传送至天线阵列110、120、130和140。然后，阵列控制器可解调该一种或多种控制信号以使天线阵列110、120、130和140运行。
图2A至图2C示出了与三个不同的相移相对应的三个不同的辐射方向图的示例。在该示例中，移动设备被配置为包括第一天线阵列或第一天线阵列中的一个或多个第一天线元件，以及第二天线阵列或第二天线阵列中的一个或多个第二天线元件，该第一天线阵列生成在Y方向上具有最高增益的第一辐射方向图，该第二天线阵列生成在Z方向上具有最高增益的第二辐射方向图。图2A示出了第一模式，在第一模式中，时间延迟或相移被设置为使得来自第二辐射方向图的贡献几乎可以忽略不计，从而产生在Y方向上具有最高增益的组合辐射方向图。图2B示出了第二模式，在第二模式中，时间延迟或相移被设置为使得第一辐射方向图和第二辐射方向图在相位上共存，从而产生在Y+Z方向上具有最高增益的组合辐射方向图。图2C示出了第三模式，在第三模式中，时间延迟或相移被设置为使得来自第一辐射方向图的贡献几乎可以忽略不计，从而产生在Z方向上具有最高增益的组合辐射方向图。
图3描绘了根据本公开示例实施例的第一天线阵列110和第二天线阵列120处于MIMO运行时的示例配置。如本文所使用的，一个或多个天线阵列的配置可包括与该一个或多个天线阵列的一个或多个天线元件(例如，这些天线元件中的每个)相关联的相位和/或振幅(例如，相移和/或幅移)的规范。附加地和/或替代地，天线阵列的配置可包括与第一天线阵列一起以MIMO配置运行的第二天线阵列的一些或所有天线元件的规范。例如，在配置202中，多个第一天线元件112被配置为通过通信协议(例如，5G通信协议)支持主要通信。该多个第一天线元件112可通过通信协议以MIMO模式进行通信。例如，该多个第一天线元件112可被配置用于以4x4MIMO模式运行。
在配置202中，与第二天线阵列120相关联的多个第二天线元件122被配置为提供次级功能，以支持第一天线阵列110中的第一天线元件112的主要通信。例如，第二天线阵列120的多个第二天线元件122可以为第一天线阵列110中的第一天线元件112提供额外的MIMO能力和/或分集。
在该配置202中，第二天线元件122的第一子集126被配置为提供次级功能以支持第一天线阵列110的第一天线元件112。第一子集126包括第二天线阵列120中所有的第二天线元件122。第二天线阵列120的第二子集(无天线元件)被配置为支持第一天线阵列110的第一天线元件112的波束调向或波束赋形。
根据本公开的示例方面，控制电路可将第一天线阵列110和第二天线阵列120的配置从配置202调整到配置204。在配置204中，第二天线元件122的子集124已被配置为支持第一天线阵列110的第一天线元件112的波束调向或波束赋形。第二天线元件122的子集126仍然被配置为支持第一天线阵列110的第一天线元件112的次级功能(例如，MIMO、分集)。
图3的示例讨论了两个天线阵列中的天线元件的配置以为了说明和讨论。使用本文所提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，这些天线元件可与单个天线阵列或两个以上的天线阵列相关联。例如，在不偏离本公开的范围的情况下，天线元件112和天线元件122可以是单个天线阵列的全部部分。作为另一个示例，在不偏离本公开的范围的情况下，可使用(例如，单独地和/或组合地)第一天线阵列110、第二天线阵列120、第三天线阵列130和/或第四天线阵列140中的天线元件。
在一些实施例中，例如，可通过在传送至天线元件的信号中引入相移和/或幅移，来实现在该示例中用于对天线元件进行配置以用于波束赋形和波束调向的机制。在一些实施方式中，可使用延迟线来实现相移和/或幅移，延迟线在使用延迟线传送的信号中引入时间延迟。在一些实施例中，可使用移相器来实现相移。作为一个示例，相移和/或振幅可在阵列控制器处实现。
图4示出了根据本公开示例方面的示例天线系统400。天线系统400可包括射频电路410和两个天线阵列420。应当理解的是，示出了两个天线阵列420以便说明，而根据本公开的方面可使用更多或更少的天线阵列420。例如，在一些实施例中，可使用四个天线阵列420。在一些实施例中，射频电路410和天线阵列420中的每个可设置在单独的电路板上。例如，射频电路410及其组件可设置在第一电路板上，第一天线阵列420及其组件(例如，天线元件422、前端模块424、阵列控制器426)可设置在第二电路板上。额外的天线阵列420可设置在额外的电路板上。作为一个示例，天线系统400可包括第一电路板和与第一电路板物理上分开的第二电路板。调制器电路406可设置在第一电路板上，阵列控制器426或天线阵列(例如，多个天线元件422)中的至少一个可设置在第二电路板上。
射频电路410可通过传输线415耦接至天线阵列420。例如，传输线415可以是同轴电缆(例如，每条传输线415可以是单根同轴电缆)，同轴电缆被配置为对包括射频信号和/或用于天线阵列420的一种或多种控制信号的传输信号进行传输。
射频电路410可包括主机CPU 402。主机CPU 402可被配置为执行多个操作，这些操作包括通过天线系统400接收和/或发射信号的步骤。作为一个示例，主机CPU 402可以是容纳有天线系统400的移动设备的中央处理器。例如，主机CPU 402可以是移动电话和/或智能手机的中央处理器。
射频电路410可包括控制电路404。控制电路404可被配置为以来自主机CPU 402的信号所固有的频率(例如，基带频率)对这些信号进行处理。例如，控制电路404可操作用于准备用于传输到主机CPU 402和/或从主机CPU 402发送的信号。在一些实施例中，主机CPU402与控制电路404可通过信号线(例如，在诸如印刷电路板的电路板上)耦接。
射频电路410可包括调制器电路406。调制器电路406可被配置为将天线阵列控制信号(例如，来自控制电路404)调制到射频信号上，以生成用于经由传输线415传送的传输信号。例如，传输信号可通过传输线415传送至天线阵列420，例如传送至前端模块424和/或阵列控制器426。
天线阵列420可包括多个天线元件422。该多个天线元件422可以是如参考图2所讨论的那样可配置的。例如，可调整该多个天线元件422的配置以使天线阵列420运行，以用于射频通信(例如，5G通信、MIMO通信)。
天线阵列420可包括前端模块424。前端模块424可被配置为，在信号传输至该多个天线元件422之前、和/或在接收到来自该多个天线元件422的信号之后，对这些信号进行处理。例如，前端模块424可被配置为对信号进行上采样和/或下采样，执行相移、包络跟踪(envelope tracking)和/或前端模块的其他任何合适的功能。如图4所示，前端模块424可设置成接近天线阵列420(例如，与天线阵列420设置在同一电路板上)。然而，在一些实施例中，前端模块424可定位成接近射频电路410(例如，与射频电路410定位在同一电路板上)。在一些实施例中，前端模块424的一部分可分布在射频电路410和/或天线阵列420这两者之间。关于这点，在下面会参照图5至图6进行进一步讨论。
天线阵列420可包括阵列控制器426。阵列控制器426可被配置为从传输信号(例如，来自调制器电路406且通过传输线415)解调天线阵列控制信号，使得阵列控制器426可通过该天线阵列控制信号控制天线阵列420(例如，多个天线元件422)的运行。作为一个示例，阵列控制器426可对该多个天线元件422中的一些或全部天线元件的相移和/或振幅进行配置。作为另一个示例，在一些实施例中，阵列控制器426可将多个天线元件422配置作为额外的天线元件，以用于与额外的天线阵列420的多个阵列元件422一起进行MIMO通信。
图5描绘了根据本公开示例实施例的移动设备500，该移动设备500具备具有集中式前端模块配置的天线系统。移动设备500可包括集中式前端模块510。如图5所示，集中式前端模块510可设置成接近中央电路150。例如，集中式前端模块可与中央电路150设置在同一电路板上。集中式前端模块可被配置为为天线阵列110、120、130和140中的一些或全部执行前端处理。
图6描绘了根据本公开示例实施例的移动设备600，该移动设备600具备具有分布式前端模块配置的天线系统。如图6所示，前端系统可包括前端模块系统的中心部分(例如，中央前端模块)650和前端模块系统的多个天线接近部分(例如，天线接近前端模块)610、620、630和640。例如，中央前端模块650可设置成接近中央电路150。作为一个示例，中央前端模块650可与中央电路150设置在同一电路板上。中央前端模块650可以被配置为，在信号由传输线105传输之前，对该信号执行至少一部分前端处理。例如，中央前端模块650可对天线阵列110、120、130和140中的每个共同执行前端处理。附加地和/或替代地，天线接近前端模块610、620、630和640可以为天线阵列110、120、130和140中的每个独有地执行前端处理。在一些实施例中，天线接近前端模块610、620、630和640可与相应的天线阵列110、120、130、140设置在同一电路板上。例如，中央前端模块650可通过传输线105与天线接近前端模块610、620、630和640中的每个进行信号通信。
图7描绘了根据本公开示例实施例的用于操作天线阵列的示例方法700的流程图。图7描绘了以特定顺序执行的步骤以为了说明和讨论。使用本文所提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解的是，本文所描述的任何方法的各个步骤可在不偏离本公开的范围的情况下，以各种方式被省略、被扩展、被同时执行、被重新排列和/或被修改。此外，可以在不偏离本公开的范围的情况下执行各种步骤(未示出)。附加地，该方法700总体上是参考上述参考图1至图6所描述的计算设备和/或天线系统100至600而讨论的。然而，应当理解的是，本方法700的各方面可应用于包括天线阵列的任何合适的天线系统。
方法700可包括：在(702)，在射频电路处，将天线阵列控制信号调制到射频信号上，以生成传输信号。例如，可使用幅移键控调制将天线阵列控制信号调制到射频信号上，以生成传输信号。例如，天线阵列控制信号可包含控制指令，该控制指令用于改变天线阵列(例如，多个天线元件)的配置，或以其他方式调整天线阵列的辐射方向图的方向或频率。例如，射频电路可包括控制电路，该控制电路被配置为，使用幅移键控调制将天线阵列控制信号调制到射频信号上，以生成传输信号，例如上面参考图1至图6所描述的传输信号。在一些实施例中，在射频电路处，使用幅移键控调制将控制信号调制到射频信号上可包括，使用开关键控调制来调制射频信号。在一些实施例中，将控制信号调制到射频信号上可包括，对与载波信号相关联的幅度进行选择性地改变。在一些实施例中，对与载波信号相关联的幅度进行选择性地改变可包括：使幅度在大约零和非零值之间变化。在一些实施例中，载波信号可包括正弦波。该正弦波可具有大致恒定的频率，或者在一些实施例中，该正弦波可包括任何合适的周期性的形态。
方法700可包括：在(704)，将传输信号通过传输线传送至阵列控制器。传输线可以是单根同轴传输线。例如，如上面参考图1至图6所描述的，射频电路可包括前端模块，该前端模块可将射频信号通过传输线传送至阵列控制器。
方法700可包括：在(706)，在阵列控制器处解调天线阵列控制信号。例如，如上面参考图4所描述的，阵列控制器可被配置为从传输信号解调天线阵列控制信号。阵列控制器还可被配置为对控制信号进行过滤和/或放大，以分离出与载波信号相关联的载波信号频率或相对增加与载波信号相关联的载波信号频率的强度。逻辑电路(例如，包括在阵列控制器中)可被配置为对与天线阵列控制信号相关联(例如，包含在天线阵列控制信号中)的控制指令进行解译。
方法700可包括：在(708)，至少部分基于天线阵列控制信号来控制天线阵列的运行。例如，阵列控制器可被配置为控制天线阵列的运行以操作天线阵列用于射频通信。作为一个示例，射频通信可以是5G通信。作为另一示例，射频通信可以是MIMO通信(例如，5GMIMO通信)。作为一个示例，天线阵列中多个天线元件的每个的相移和/或振幅可由阵列控制器来实现。
作为另一示例，在一些实施例中，天线阵列可提供一个或多个额外的天线元件以支持MIMO通信(例如，与一个或多个额外的天线阵列一起支持、和/或支持来自一个或多个额外的天线阵列的MIMO通信，该一个或多个额外的天线阵列例如为第二、第三、第四天线阵列等)。作为一个示例，第二阵列控制器可被配置为提供第二天线阵列的一个或多个额外的天线元件，以使第二天线阵列与第一天线阵列一起以MIMO配置运行。
尽管已关于本主题的特定示例实施例对本主题进行了详细描述，但是将认识到的是，本领域技术人员在获得对前述内容的理解后，可以很容易地对这些实施例进行改变、变型和等同。因此，本公开的范围采用示例的方式而非限制的方式，并且本主题公开不排除包括对于本领域普通技术人员来说是显而易见的、对本主题的这些修改、变型和/或增加。

Claims (20)

1.一种天线系统，包括：
天线阵列，所述天线阵列包括多个天线元件；
阵列控制器，所述阵列控制器被配置为控制所述天线阵列的运行以进行所述天线阵列的波束赋形；
射频电路；
传输线，所述传输线将所述射频电路耦接至所述阵列控制器，所述传输线被配置为传送用于通过所述天线阵列进行通信的射频信号；
其中：
所述射频电路被配置为，将天线阵列控制信号调制到所述射频信号上，以生成用于通过所述传输线传送到所述阵列控制器的传输信号；以及
所述阵列控制器被配置为，从所述传输信号解调所述天线阵列控制信号，使得所述阵列控制器被配置为至少部分基于所述天线阵列控制信号来控制所述天线阵列的运行。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述天线阵列控制信号指定所述多个天线元件中的一个或多个天线元件的相移，且其中，所述阵列控制器被配置为实现所述多个天线元件中的所述一个或多个天线元件处的所述相移。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述天线阵列控制信号指定所述多个天线元件中的一个或多个天线元件的振幅，且其中，所述阵列控制器被配置为实现所述多个天线元件中的所述一个或多个天线元件处的所述振幅。
4.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述天线阵列为第一天线阵列，所述天线系统还包括：
第二天线阵列，所述第二天线阵列耦接至第二阵列控制器，其中，所述第二阵列控制器被配置为控制所述第二天线阵列的运行，以使所述第二天线阵列运行来与所述第一天线阵列一起支持多输入多输出MIMO通信，其中第二传输线耦接至所述第二阵列控制器。
5.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述射频电路被配置为通过幅移键控调制，将所述天线阵列控制信号调制到所述射频信号上。
6.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述传输线为单根同轴电缆。
7.根据权利要求1所述的天线系统，还包括调谐电路，所述调谐电路耦接至寄生元件，所述寄生元件被设置成接近所述天线阵列，其中：
所述射频电路被配置为将寄生元件控制信号调制到所述射频信号上，以生成用于通过所述传输线传送到所述调谐电路的所述传输信号；以及
所述调谐电路被配置为从所述传输信号解调所述寄生元件控制信号，并基于所述寄生元件控制信号控制所述寄生元件的运行，以用于波束调向。
8.根据权利要求1所述的天线系统，还包括前端模块，其中，所述前端模块的至少第一部分被设置成接近所述射频电路。
9.根据权利要求8所述的天线系统，其中，所述前端模块的至少第二部分被设置成接近所述天线阵列。
10.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述射频信号处于约24GHz到约86GHz的频带中。
11.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述射频电路与所述阵列控制器或所述天线阵列中的至少一个物理上分开。
12.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述天线系统设置在移动设备中。
13.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述传输信号还包括用于所述天线阵列控制器的直流电力。
14.一种用于操作天线系统的方法，所述天线系统包括天线阵列，所述方法包括：
将天线阵列控制信号调制到射频信号上，以生成传输信号；
将所述传输信号通过传输线传送至阵列控制器；
在所述阵列控制器处解调所述天线阵列控制信号；以及
至少部分基于所述天线阵列控制信号来控制所述天线阵列的运行。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述传输线是单根同轴传输线。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述天线阵列控制信号是使用幅移键控调制而被调制到所述射频信号上以生成所述传输信号的。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述天线阵列控制信号是使用开关键控调制而被调制到所述射频信号上以生成所述传输信号的。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述控制信号调制到所述射频信号上包括：对与载波信号相关联的幅度进行选择性地改变。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述天线阵列控制信号指定所述天线阵列的多个天线元件中的一个或多个天线元件的振幅。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述天线阵列控制信号指定所述天线阵列的多个天线元件中的一个或多个天线元件的相移。
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