CN109417423B - 使用无线有源天线的无线通信 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种无线智能天线设备(WSA)，包括基站侧无线电单元(BSSRU)和用户装置侧无线电单元(UESRU)，其中，如果在基站(BS)的覆盖范围内分布BSSRU，则BSSRU使用第一频带(F1)与一个或多个(BS)通信，并且使用第二频带(F2)同时与一个或多个UESRU通信，或者如果BS中集成了BSSRU，则BSSRU通过电路与BS基带通信，并且使用第二频带(F2)与一个或多个UESRU通信，其中UESRU使用第二频带(F2)与一个或多个分布的或集成的BSSRU进行通信，并且使用第一频带(F1)同时与一个或多个用户装置(UE)通信，其中一个或多个WSA在与其覆盖范围中分布的UE的F1频带中启用多用户多输入多输出空间复用。

Description

使用无线有源天线的无线通信
本申请主张2016年7月11日提交的美国临时申请No.62/360,476的优先权。
技术领域
本发明主要涉及无线通信，尤其涉及使用无线有源天线来改进无线通信***的性能。
背景技术
为满足移动数据的持续快速增长的需求，无线工业需要一种方案，能够以合理的成本在覆盖范围内同时对多个用户提供非常高的数据速率，包括在小区边缘。目前，无线电信工业聚焦于密集采用小小区——所谓的密集网络，来增加无线频谱的空间服用，作为满足增长的移动数据需求的方案。密集采用小小区需要大量回传，并产生了极其复杂的小区间干扰。对于干扰问题的一个解决方案是要求精细的无线电频率(RF)测量、规划以及小区间协调，这显著地增加了应用的成本并降低了频谱效率。另一个解决方案是自组织网络(SON)技术，其探测RF环境，通过干扰以及发送管理、协调传输以及切换来相应地构筑小小区。SON降低了精细RF测量以及规划的需求，代价是增加了管理开销以及降低了频谱效率。支持大量小小区的回传网络开展起来很昂贵。在2016年4月13日，脸书宣布了地面立体测图仪以及ARIES(用于频谱中的效率的天线无线电整合)计划作为陆地连接***，如[1]中所述。地面立体测图仪是代替光线的60GHz、多节点无线***，以对密集的城市区域带来告诉因特网连接。分布节点是60GHZ的中继器，其提供回传链路，用于将数字数据发送至Wi-Fi(无线-保真)或以太网接入点、小小区、或其他分布节点，或者从其发送。这从根本上区别于无线有源天线，后者在两个或多个频带中使用多层空间复用波束成形，上移或下移载波频率。
另一个用于增加无线频谱的空间复用的方法多输入多输出(MIMO)，尤其是多用户MIMO(MU-MIMO)。在无线通信***中，具有多个天线的无线节点、网络接入点或基站(此后都提及为BS)或用户装置(UE)可以在下行链路(DL)或上行链路(UL)中使用波束成形来增加与其他无线节点的链路的信噪比(SNR)或信号与干扰及噪声比(SINR)，因此增加数据速率。MU-MIMO能够在频率和时间块，例如，资源块(RB)中同时对多个UE进行波束成形，即，使用空间复用来提供容量增加而无需增加带宽。在大规模MIMO或大型MIMO***中，BS可能配备有几十到几百个天线来进一步增加从MIMO的增益，以及空间复用的数据流的数量。虽然具有大量天线的MIMO BS可以通过波束成形来拓展其DL覆盖范围，UE的SINR会随着BS和UE之间的距离增加而迅速衰退，因为由于大规模衰退、阴影以及其他因素，远离BS的UE比靠近BS的UE具有显著的低SINR。此外，UL范围，以及因此UL信道估计精度受限于UE的发送功率。在BS知道UE的信道之前，其不能执行波束成形。
为了增加MIMO***的覆盖，现有技术中将BS的天线以及相关RF元件(称为无线电单元、RU、或远程无线电单元、RRU)分布到覆盖范围，同时将MIMO波束成形计算保持在中心BS，以降低或消除复用的波束之间的干扰。相对于提供BS和上层数据服务器或控制器或核心网络之间的用户数据连接的回传，BS和RH之间的连接被称作前传。一种方式是对前传使用光缆或可视范围(LoS)无线链路，该前传承载了诸如[2]中的IQ采样，其建议了一种“网络结构，其中收发器被偶然地分布而没有任何小区的概念，采用具有固定的发送功率的高致密化来增加空间复用增益。收发机通过前传连接，并且以大规模进行合作，以通过预编码与多个用户建立同时的空间信道。”如[2]的图5所示，前传连接使用光纤、吉比特以太网、LoS无线电链路或者同轴电缆以连接到其p波无线头。如[2]所述，“数据中心通过与RRH的光纤连接提供VQ波形——所谓pWaveTM无线电，其仅由模拟-数字(A/D)、数字-模拟(D/A)以及RF升/降频转换器、功率放大器以及天线”，并且“p小区处理然后将用户DL采样的U个流转换为p波VQ采样的N个流，其最终被传送到p波无线电。p波将VQ采样转换为RF域，并且同步地传送波形。”然而，已知在这样的前传链路中的VQ(同相/正交)采样所需的带宽比回传高几倍，典型地高6～10倍。此外，前传上的采样VQ数据速率依赖于MIMO***中的天线数目并且随着MIMO网络中的天线数目增加而增加，如[3]所指出的。这意味着这样的前传方案要求非常高带宽光线连接，或者如果无线链路被用于提供前传连接来传送VQ采样，这与p小区和一个或多个UE，或者更通常在BS或RRU与一个或多个UE之间的无线链路所需的无线频谱相比，将需要更高的无线频谱带宽。这对基于前传的网络来说是个很明显的缺陷和限制，尤其是在无线前传的情况下，因为无线频谱为稀有资源，并且更优选更高的频谱效率。
现有技术的RF中继器忍受严重的放大和引入干扰的缺陷，因此经常使网络性能变得更差。BS和UE之间如果有LoS链路，则来自低增益现有技术中继器的功率增益在几米后消失，并且高增益现有技术中继器对不需要中继器就已经得到很好的SNR的UE产生干扰。结果，其不受网络运营者青睐并且其用途受限。
我们的标题为“用于无线网络的大型MIMO多用户波束成形和单信道全双工”的PCT申请PCT/US14/65853提出了使用大型MIMO BS来对分布的小小区提供回传的发明，其可以被总结为分布的RRU。我们的标题为“具有延迟的MU-MIMO无线通信***中的波束成形”的PCT申请PCT/US16/13742提出了使用大型MIMO BS经由分布的放大转发中继器(称作AFR)向UE进行波束成形，其中BS和AFR之间的无线连接可以使用与BS和UE之间或AFR和UE之间的连接相同的带宽。然而，在两个PCT申请中，分布的RRU和AFR为单一单元设备，其从BS接收无线信号，并将该信号传送给一个或多个UE，或者反之亦然。
两个情况的优选的使用场景是在于BS侧天线和UE侧天线的信号的本地SNR差距存在的场所，其中，本地SNR差距被定义为本地区域外的BS信号的强度明显高于本地区域信号内的BS信号的强度。SNR差距克服了现有技术RF中继器的缺陷。本地SNR差距的一例是建筑内的BS信号，其中，在室外场所和/或方向的信号显著强于室内，例如，20dB或更高。在这样的场景下，BS侧天线被设置在室外以接收强BS信号，该信号然后被放大、转发并通过室内天线发送以提高室内覆盖。本申请中的发明可以提高效率并且将分布AFR的应用拓展到不存在本地SNR差距的区域。
另一个现有技术将物理层的一部分转移到RRU以降低前传上所需的比特速率，如NGFI(下一代前传接口)[3]中所建议的，即Xhaul(交传，Crosshaul)[4]的情况，集成的前传和回传。NGFI的关键是基带单元(BBU)和RRU之间的适当的功能划分的选择。然而，NGFI中的功能划分将增加RRU的复杂度，并且更重要的是，即便不是不可能，也会使BS在BS共同地使用分布的RRU/天线来执行MIMO波束成形计算非常困难，或如[3]所述，“一些物理层协调技术很难实施”。
发明内容
本发明提出实施例，其使用新类别的无线有源天线或无线智能天线(WSA)，其支持使用分布天线的多用户波束成形，并且提高MIMO BS覆盖的一致性，同时避免现有技术前传连接以及现有技术RF中继器的各种缺陷的高带宽需求。
使用厘米和毫米波(此后都称作mm波)频谱是未来的5G(第五代)无线网络中的主要倾向。mm波的主要优点包括强导向性故而波束间干扰低，以及可获得大带宽。mm波无线电链路的主要限制包括高度依赖于LoS条件，其中，LoS条件在BS或RRU与移动用户操作的UE之间难以维持，并且快速移动UE面临困难。本发明包括更好地使用mm波的优点来增强移动网络吞吐量以及覆盖，而同时克服其限制。
附图说明
在下面的附图列表中所使用的缩写在下一部分定义，该部分提供了发明实施例的详细说明。
图la表示具有BS、BSSRU、UESRU以及UE的无线网络；图lb表示具有BS、BSSRU、UESRU、一个或多个UE、不同类型的AFRU以及集成了UESRU和AFRU的功能的节点的无线网络。
图2a表示用于将F1频带中的RF信号上变频到F2频带的RF电路路径，其中F2>F1；图2b表示用于将F2频带中的RF信号下变频到F1频带的RF电路路径，其中F2>F1。
图3a表示用于校准BSSRU、UESRU、UEWSA和AFRU(若使用)的DL和UL RF电路的电路，以具有相同的传递功能；图3b表示相应的校准程序。
图4a表示具有BS、UEWSA以及UE的无线网络；图4b表示具有BS、UEWSA、一个或多个UEs、不同类型的AFRU以及集成了UEWSA和AFRU的功能的节点的无线网络。
图5表示用于对更高的F2频带中的更宽带宽信号进行时域扩展以产生更低的F1频带中的更窄带宽信号的电路。
图6表示用于对更低的F1频带中的更窄带宽信号进行时域缩窄以产生更高的F2频带中的更宽带宽信号的电路。
具体实施方式
现在可以参考附图，其中相同的标号始终表示相同的部件。现在描述本发明的示例性实施例。提供示例性实施例是为了说明本发明的各方面，而不应被解释为限制本发明的范围。当参考框图或流程图描述示例性实施例时，每个框可以表示用于执行方法步骤的方法步骤或装置元件。根据实现方式，相应的装置元件可以配置为硬件、软件、固件或其组合。此后，导频信号可以表示由一个天线发送的信号，用于估计发送天线与一个或多个接收天线之间的信道。它也可以称为参考信号、信道估计信号或测试信号。
在以下描述中，除非上下文另有说明，天线用于指示包括RF电路和天线的RF电路路径，例如，在混合波束形成***中，一个RF路径可以通过波束形成电路(大多是模拟的)连接到多个天线元件。在这样的***中，连接到相同RF路径的所有天线元件可以在基带处理中被视为单个等效天线。
本发明中的实施例可以含有我们之前2016年1月27日提交的临时专利申请62/287，521“由智能自组织无线分布有源天线增强的蜂窝无线通信***”中的实施例。
上变频和下变频无线有源天线
本发明的一个目的是在实现分布MIMO波束成形中使用分布的天线或者使用与BS和分布的天线或RRU之间的无线前传连接相似的RRU在BS或BBU支持MIMO波束成形，而不要求现有技术前传连接对发送I/Q采样所需的显著更宽的频谱资源。
一个实施例是WSA设备，包括：BS侧无线电单元(BSSRU)以及UE侧无线电单元(UESRU)，其中，BSSRU使用第一频带F1与一个或多个BS通信，并且使用第二频带F2同时与一个或多个UESRU通信，并且UESRU使用第二频带F2与一个或多个BSSRU通信，并且使用第一频带F1同时与一个或多个UE通信。在DL方向，BSSRU在F1频带中从一个或多个BS接收无线电信号，将该无线电信号频移到第二频带F2，并发送至一个或多个UESRU；UESRU在F2频带中从一个或多个BSSRU接收无线电信号，将该无线电信号频移至F1频带并发送至一个或多个UE。在UL方向，UESRU在F1频带从一个或多个UE接收无线电信号，将该无线电信号频移至第二频带F2，并发送至一个或多个BSSRU；BSSRU在F2频带从一个或多个UESRU接收无线电信号，将该无线电信号频移至F1频带，并发送至一个或多个BS。一对BSSRU和UESRU为划分节点无线电接入网络设备，其彻底改革了现有技术RF中继器，并且避免了现有技术中继器中的缺点。图la表示具有BS1、BSSRU2、UESRU3以及UE4的无线网络，其中，BS和UE之间、BS和BSSRU之间、以及UESRU和UE之间采用第一频带F1 5，而BSSRU和UESRU之间采用第二频带F2 6。
在一个实施例中，频带F2为更高频率，例如mm波段，其中，BSSRU对其在F1频段中从一个或多个BS接收的无线电信号上变频到F2频段，以发送至一个或多个UESRU，并且对其在F2频段从一个或多个UESRU接收的无线电信号下变频到F1频段，从而发送至一个或多个BS；UESRU对其在F1频段中从一个或多个UE接收的无线电信号上变频至F2频段，以发送至一个或多个BSSRU，并且对其在F2频段从一个或多个BSSRU接收的无线电信号下变频至F1频段，以发送至一个或多个UE。
在一个实施例中，频带F2是光频带，并且BSSRU和UESRU之间的无线链路是自由空间光链路，例如，使用激光器发送和接收信号，其中，BSSRU使用电光转换器通过其从一个或多个BS接收的F1波段无线电信号对光束源进行调制，以发送至一个或多个UESRU，并且使用光电转换器将其从一个或多个UESRU接收的光信号转换至F1无线电频带，以传送至一个或多个BS；UESRU使用电光转换器通过其从一个或多个UE接收的F1波段无线电信号对光束源进行调制，以发送至一个或多个BSSRU，并且使用光电转换器将其从一个或多个BSSRU接收的光信号转换至F1无线电频带，以发送至一个或多个UE。
进而，在波束成形MIMO***中，当BSSRU和UESRU具有多个天线用于空间复用，以使用一个或多个BS和一个或多个UE之间的数据的多流进行通信时，该BSSRU和UESRU能够使用BSSRU和UESRU链路上的频分复用维持BS和UE之间的被空间复用的数据的多流，即，将数据的每个空间流映射到单独的或专用的频带，因此，使得该BSSRU和UESRU能够使用在每侧的单宽带天线或天线阵列来传达数据的多个流。MIMO***中的空间波束成形的数据流的数目受到形成源和目的地之间的总无线信道矩阵的信道矩阵的最低秩的限制。在上述情况下，当单独或专用的频带的数目等于或超过，优选等于空间波束成形的数据流的数目时，BSSRU和UESRU之间的信道矩阵是对角矩阵，其具有等于或超过空间波束成形的数据流的数目的秩，因此，能够维持源和目的地之间的空间波束成形的数据流的数目。在这样的实施例中，每对在BSSRU(或UESRU)的接收天线和在UESRU(BSSRU)的发送天线在BSSRU和UESRU链路中通过不同的频率信道。这些信道的每个可以使用参考信号来估计，并被包含在源和目的地之间的总信道的估计中，从而在BS能够获得合适的预编码矩阵以实现与UE的MIMO空间复用。或者，BSSRU和UESRU之间的不同的频率信道可以被校准或补偿为相同或大致相同。
在BSSRU和UESRU之间采用mm波的实施例利用由mm波的高度导向性和可对BSSRU和UESRU之间的无线链路使用更宽带宽而带来的高度分离的波束，并且使用更低的频率F1波段来与UE通信以避免mm波在维持与UE的LoS连接以及处理快速移动的UE(如果F2频带被用于与UE通信)中的困难。
本实施例还可以通过使用第二频带F2与一个或多个BSSRU通信并且也使用第二频带F2同时与一个或多个UESRU或一个或多个其他的AFRU通信的一个或多个放大转发无线电单元(AFRU)来进一步扩展BS的覆盖。为避免发送机(Tx)对使用F2同时发送和接收的接收机(Rx)的干扰，可以使用第三频带F3，其中，BSSRU使用第一频带F1与一个或多个BS通信，并且使用第二频带F2同时与一个或多个AFRU或UESRU通信，AFRU使用第二频带F2与一个或多个BSSRU通信，并且使用第三频带F3同时与一个或多个UESRU或AFRU通信，而每个UESRU使用第一频带F1同时与一个或多个UE通信。当在BS和UESRU之间的链路中使用多于一个AFRU层时，在另一个实施例中，AFRU交替F2和F3波段，在第一AFRU层中对Rx使用F2并对Tx使用F3，但是在与第一AFRU层通信的第二AFRU层中，对Rx使用F3并对Tx使用F2。UESRU使用与其所通信的AFRU相同的频带来与AFRU通信，但是使用F1来与一个或多个UE通信。在上述两层AFRU的实施例中，UESRU使用F2来接收由第二AFRU层在F2中发送的信号。
在一个实施例中，相同的设备可以集成UESRU和AFRU两者的功能。图lb表示具有BS1、BSSRU2、UESRU3、一个或多个UE4、不同类型的AFRU7以及集成了UESRU和AFRU8的功能的节点的无线网络，其中在BS和BSSRU之间、以及UESRU和UE之间采用第一频带F1 5，在BSSRU和AFRU之间、以及可选地在AFRU和UESRU之间采用第二频带F2 6，而可选地在AFRU和UESRU之间采用第三频带F3 9。
上述实施例可用于时分双工(TDD)或频分双工(FDD)***。在TDD***中，BSSRU、UESRU以及AFRU(如果使用)在一个时间点接收、放大以及在一个方向(例如，DL)上转发无线电信号，并且在另一个时间点接收、放大以及在另一个方向(例如，UL)上转发无线电信号。在FDD***中，BSSRU、UESRU以及AFRU(如果使用)接收、放大并且转发由BS在DL频带{FiDL，i＝1，2，3}上发送的无线电信号，并且同时接收、放大并且转发由UE在UL上在成对的UL频带{FiUL，i＝1，2，3}上发送的无线电信号。在任何一个***中，AFRU可以使用不同的频带或使用相同的频率接收、放大并且转发无线电信号。在后者的情况下，实施例确保Tx和Rx之间在相同频率中的充分隔离，或者使用电路或数字信号处理来降低在相同频率中从Tx对Rx的干扰。进而，每个BSSRU、UESRU和AFRU可以在其将无线电信号转发到下一个中继段之前对该信号进行处理，包括滤波、均衡和/或再生以提高源和目的地之间的有效的总信道。
BSSRU的一个实施例包括一个或多个Rx天线和一个或多个RF路径，在DL方向上在第一频带F1从一个或多个BS接收第一RF信号，通过将第一RF信号移动到第二频带F2来产生第二RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F2波段发送该第二RF信号。该实施例还包括一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，在UL方向上在第二频带F2从一个或多个UESRU接收第三RF信号，通过将第三RF信号移动到第一频带F1来产生第四RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F1波段发送该第四RF信号。进一步，在另一个实施例中，F2>F1，并且对于DL路径，使用上变频器将第一RF信号移动至第二频带F2，其中，上变频器还包括混频器、本机振荡器(LO)以及一个或多个滤波器。图2a表示当F2>F1时用于将F1频带中的RF信号上变频到F2频带的RF电路路径，其中，F1低频带中10的RF信号被通过RF放大器11、包括混频器13的上变频器12、LO14、具有通带F2的带通滤波器(BPF)15、以及另一个RF放大器11，然后，其成为F2高频带16中的RF信号。相似地，对于UL路径，使用下变频器将RF信号移动到第一频带F1，其中下变频器还包括混频器、LO以及一个或多个滤波器。图2b表示当F2>F1时用于将F2频带中的RF信号下变频到F1频带的RF电路路径，其中，F2高频带16中的RF信号被通过RF放大器11、包括混频器13的下变频器17、LO14、具有通带F1的BPF15、另一RF放大器11，然后，其成为F1低频带10中的RF信号。在两个情况下，LO被进一步锁定或同步到与BS相同的参考时钟。DL和UL方向可以在每侧共享相同的天线。在TDD网络中，用开关使用从与BS包的DL和UL子帧同步的BS获得的控制信息来切换天线到Tx或Rx路径。进一步，DL和UL RF路径可以使用相同的电路实施，其中，一组RF开关被用来将RF路径的Rx端口与一侧的天线连接，并将相应的Tx端口与DL方向上的另一端的天线连接，并且在UL方向中连接是相反的。这样的实施的一个优点在于能够维持TDD网络的空中传输信道的互易性。在FDD网络中，用双工器来将DL和UL信号从天线或天线阵列分离或与之合并。
UESRU的一个实施例包括：一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，其在DL方向上在第二频带F2从一个或多个BSSRU接收第五RF信号，通过将该第五RF信号移动到第一频带F1从而产生第六RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F1波段中发送该第六RF信号至一个或多个UE。该实施例还包括：一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，其在UL方向上在第一频带F1从一个或多个UE接收第七RF信号，通过将该第七RF信号移动到第二频带F2从而产生第八RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F2波段中发送该第八RF信号。进而，在另一个实施例中，F2>F1，并且对于DL路径，使用下变频器将该第五RF信号移动到第一频带F1，其中，该下变频器还包括混频器、LO以及一个或多个滤波器，如图2b所示。相似地，对于UL路径，使用上变频器将该第七RF信号移动到第二频带F2，其中，上变频器还包括混频器、LO以及一个或多个滤波器，如图2a所示。在两个情况下，LO还被锁定或同步至与BS相同的参考时钟。DL和UL方向可以在每侧共享相同的天线。在TDD网络中，用开关使用从与BS包的DL和UL子帧同步的BS获得的控制信息来切换天线到Tx或Rx路径。进一步，DL和UL RF路径可以使用相同的电路实施，其中，一组RF开关被用来将RF路径的Rx端口与一侧的天线连接，并将相应的Tx端口与DL方向上的另一端的天线连接，并且在UL方向中连接是相反的。这样的实施的一个优点在于能够维持TDD网络的空中传输信道的互易性。在FDD网络中，用双工器来将DL和UL信号从天线或天线阵列分离或与之合并。
AFRU的一个实施例是全双工放大转发中继器，包括一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，其在一个方向上接收RF信号，将其放大，并且通过一个或多个Tx天线在相同的频带发送放大后的RF信号。Rx和Tx天线被设计以及配置，使得在发送的信号和接收的信号之间实现充分的隔离。其还包括自干扰消除功能，以允许在放大RF信号中使用更高的增益。自干扰消除功能可以作为自适应RF滤波器、使用数字处理模块应用于RF信号的VQ采样的变形、或者其组合来实施。优选的实施例是在Tx和Rx天线之间建立充分的RF分离，从而只需要数字处理模块。相似地，DL和UL方向可以在每侧共享相同的天线。进而，在TDD网络中，DL和UL RF路径可以使用相同的电路实施，其中，一组RF开关被用于将RF路径的Rx端口与一侧的天线连接，并且将对应的Tx端口与DL方向上的另一侧的天线连接，并且UL方向上连接是相反的。
为避免全双工放大转发中继器实施中的自干扰，AFRU的另一个实施例包括一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，其在第二频带F2中在一个方向上接收第九RF信号，通过将第九RF信号移动到第三频带F3从而产生第十RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F3波段中发送该第十RF信号。该实施例还包括一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，其在第三频带F3中在相反方向上接收第十一RF信号，通过将第十一RF信号移动到第二频带F2从而产生第十二RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F2波段中发送该第十RF信号。以上，通过将接收到的RF信号与来自LO的载波信号相乘或混合，并且使用滤波器来选择所需频带从而将接收到的RF信号移动到另一频带。两个方向可以在每侧共享相同的天线。进而，在TDD网络中，DL和UL RF路径可以使用相同电路实施，其中，一组RF开关被用于将RF路径的Rx端口与一侧的天线连接，并且将对应的Tx端口与DL方向上的另一侧的天线连接，并且UL方向上连接是相反的。
在一个实施例中，UESRU使用由UE发送的无线电信号检测其覆盖范围内是否存在UE，并且当没有检测到UE时进入并停留在休眠模式。在休眠模式中，其不发送UL信号。在检测到存在一个或多个UE时，UESRU进入其通常工作模式。处于休眠模式的UESRU可以进一步通知BSSRU以及AFRU(如果使用)其处于休眠模式，并且BSSRU以及AFRU(如果使用)相应地配置其传输。关于在BS下的UESRU中是否存在UE的信息可以被发送到BS，并且BS相应地控制其MIMO波束成形。
在另一个实施例中，BSSRU或AFRU(如果使用)配备有可调天线，从而能操控天线波束图案方向在不同时间转向不同UESRU。这允许更少量的BSSRU来服务于更大量的UESRU，以根据UE的分布来分配吞吐量。其也能使在不同时间由不同BSSRU服务的UESRU增加无线电链路的灵活性和鲁棒性，例如，克服LoS路径的临时阻塞。进而，多个BSSRU可用于服务于单个UESRU，以增加与该UESRU的无线电链路的鲁棒性和吞吐量。
上述实施例中的BS和BSSRU以及UESRU的组之间的无线电或无线链路很显然不是回传连接也不是前传连接，因为他们是无线电信号，而不是如在回传连接中的用于UE的数字数据或者如在前传连接数字VQ采样。包括发挥如上述功能的一个或多个BSSRU、一个或多个AFRU(如果使用)以及一个或多个UESRU的BS和UE之间的信道被称作等效总信道(ETC)。上述实施例还可以包括一个或多个BS，估计ETC，并且执行波束成形以与具有发挥如上述功能的BSSRU、AFRU(如果使用)以及UESRU的UE通信，从而增强波束成形的性能，其中，执行波束成形还包括使用ETC的估计来计算预编码矩阵，以及在发送之前将预编码矩阵应用到信号，和/或使用ETC的估计来计算检测矩阵，以及将检测矩阵应用到接收到的信号。为了简化描述，此后我们仅描述BSSRU和UESRU，但应该理解的是一个或多个AFRU在需要时可以包括在实施例中。
由于BS和UE都使用第一频带F1通信，UE可以在第一频带接收由BS以及UESRU发送的RF信号，并且反之亦然，BS可以在第一频带接收由一个或多个UE以及一个或多个BSSRU发送的RF信号。考虑到存在BSSRU和UESRU的情况下的所有信号路径要增强无线网络的整体性能，BS需要执行MIMO波束成形。
在大型MIMO***中，如果BS和UE之间的包括空中传输信道以及影响其间的无线电波的任何单元的ETC对于DL和UL是互易的，一个方向上的信道可以通过在该方向上发送导频信号来估计，另一方向的信道可以被计算。例如，在TDD***中，UL信道可以通过使UE在一个频带中发送UL探测信号来估计，并且，BS可以使用UL信道估计以及BS中的RF电路的参数来计算该频带中的DL信道的估计，这可以通过校准处理获得。因此，维持ETC的互易性在大型MIMO中带来优点。在一个实施例中，BSSRU以及UESRU被设计使得他们的DL和UL RF电路对称，从而维持总信道的互易性。在一个实施例中，每个BSSRU和UESRU的DL和UL RF电路通过调整RF电路的其中一个或这两者的参数而被校准为在容差内具有相同的传递函数。RF电路的参数的调整可以通过在RF路径的电路中包括调整模块来实施。图3a表示用于校准BSSRU、UESRU、UEWSA以及AFRU(如果使用)的DL和UL RF电路以具有相同的传递函数的电路，其中，由控制信号19所控制的RF参数调整模块18可以被添加在第一RF放大器和用于RF电路路径的上变频器之间，该上变频器用于将F1频带中的RF信号上变频到F2频带，其中F2>F1，如图2a所示；以及/或者在用于RF电路路径的第二RF放大器之后，第二RF放大器用于将F2频带中的RF信号下变频到F1频带，其中F2>F1，如图2b所示。为了减少电路复杂性和/或成本，调整模块被设置于低频至高频变换电路路径和高频至低频变换电路路径两者中的电路的低频率侧。作为一个例子，F1为6GHz以下的低频带，F2为高频率mm波段。在一个实施例中，调整模块为可配置RF滤波器，并且RF滤波器的配置根据校准过程的结果而被调整。在另一个实施例中，调整模块包括一组或多组可调整移相器、可调整延迟元件、可调整增益块，这些原件的配置基于校准过程的结果被调整。一个校准过程如图3b所示，其包括：在处理开始20之后，在BSSRU、UESRU或AFRU(如果使用)的第一RF电路路径的Rx端口注入已知RF信号21，在第一RF电路路径的Tx端口捕获信号22，将捕获的信号下变频至基带，通过数字模拟转换器(ADC)以获得第一数字信号23；在与BSSRU、UESRU或AFRU的第一RF电路路径成对的第二RF电路路径的Rx端口注入已知RF信号24，在第二RF电路路径Tx端口捕获信号25，将捕获的信号下变频至基带，通过ADC以获得第二数字信号26；计算第一数字信号和第二数字信号之差以决定对于调整模块或RF电路路径之一或两者的RF滤波器参数，例如，延迟、移相和增益的改变，以将第一数字信号和第二数字信号之差最小化27，并且发送控制信号来更改调整模块的参数或RF滤波器的配置28，然后，处理结束29。RF电路路径参数的调整之间的时间间隔由RF电路路径的相干时间决定。
使用BSSRU、UESRU以及AFRU(如果使用)的实施例可被应用于容量投影，即，将强BS信号投射到弱覆盖范围以改进覆盖的一致性以及在小区边缘和弱覆盖点的用户体验。我们通过仿真和测量已经表明这些实施例不仅提高了小区边缘和弱覆盖点的UE的频谱效率，而且也同时改进了平均频谱效率和总吞吐量。我么同样表明实施例改进了相邻小区之间的负载平衡，通过提高调度公平性和使用频率低的无线电资源的使用而带来总网络的实质性改进。我们也发现方向性以及窄波束宽度天线对于提高小区边缘性能更好，而全向性以及宽波束宽度天线对于提高平均UE频谱效率更好。一个实施例在UESRU包括多个天线或天线方向图，并且适应性地选择传递更多性能增益的天线或天线方向图。天线方向图选择也包括使用波束切换或波束控制天线以及选择所需的波束或波束控制方向。
毫米波拉动(Millimeter-Wave-Hauled)无线有源天线
代替使用包括BSSRU和UESRU的WSA，上述实施例可以修改为使用UE服务WSA(UEWSA)，每个都是UESRU，因此去掉BSSRU，其中，UEWSA使用频带F1来服务UE，并且使用频带F2直接与BS通信。修改后的实施例使用分布的UEWSA来通过BS或BBU与UEWSA之间的RF链路与UE通信从而支持在BS或BBU的MIMO波束成形，而无需如发送VQ采样所需的明显更宽的频谱资源。在本段中的实施例中，BS使用F2频段中的频率作为载波，但是与使用F1波段中的频率作为载波的UE进行波束成形或MU-MIMO空间复用。
UEWSA包括RRU，其使用第二频带F2与一个或多个BS通信，并且使用第一频带F1与一个或多个UE通信。在DL方向，UEWSA在F2频带从一个或多个BS接收无线电信号，将该无线电信号变换到第一频带F2，并将信号发送到一个或多个UE。在UL方向，UEWSA在F1频带从一个或多个UE接收无线电信号，将该无线电信号变换到第二频带F2，并发送到一个或多个BS。图4a表示具有BS1、UEWSA30以及UE4的无线网络，其中，UEWSA和UE之间采用第一频带F1 5，而BS和UEWSA之间采用第二频带F2 6。在一个实施例中，频带F2为更高频率，例如mm波段，其中，UEWSA将其在F1波段从一个或多个UE接收的无线电信号上变频到F2波段，从而发送至一个或多个BS，并且将其在F2波段从一个或多个BS接收的无线电信号下变频至F1波段，从而发送至一个或多个UE。在另一个实施例中，频带F2为光频率并且BS和UEWSA之间的无线链路是自由空间光链路，其中，UEWSA使用电光转换器用其从一个或多个UE接收的F1波段无线电信号对光束源进行调制，以通过自由空间光链路发送至一个或多个BS，并使用光电转换器将其通过自由空间光链路从一个或多个BS接收的光信号转换至F1无线电频带，从而发送至一个或多个UE。
进而，在波束成形MIMO***中，当BS和UEWSA具有用于空间复用的多个天线，以使用一个或多个BS和一个或多个UE之间的数据的多流进行通信，BS和UEWSA可以获得空间复用并使用频分复用来维持数据的多流，即，将数据的每个空间流映射到单独的或专用的频带，然后使得BS和UEWSA使用在每侧的单宽带天线或天线阵列来传达数据的多个流。MIMO***中的空间波束成形的数据流的数目受限于形成源和目的地之间的总无线信道矩阵的信道矩阵的最低秩。在上述情况下，当单独或专用的频带的数目等于或超过，优选等于空间波束成形的数据流的数目时，BS和UEWSA之间的信道矩阵是对角矩阵，其具有等于或超过空间波束成形的数据流的数目的秩，因此，能够维持源和目的地之间的空间波束成形的数据流的数目。在这样的实施例中，每对在BS(或UEWSA)的发送天线和在UEWSA(或BS)的接收天线在BS和UEWSA链路中通过不同的频率信道。这些信道的每个被包含在源和目的地之间的ETC的估计中，从而在BS能够获得预编码矩阵以实现与UE的MIMO空间复用。或者，BS和UEWSA之间的不同的频率信道可以被校准或补偿为相同或大致相同。
在BS和UEWSA之间采用mm波的实施例利用由mm波的高度导向性和可对BS和UEWSA之间的无线链路使用更宽带宽而带来的高度分离的波束，并且使用更低的频率F1波段来与UE通信以避免mm波在维持与UE的LoS连接以及处理快速移动的UE(如果F2频带被用于与UE通信)中的困难。
本实施例还可以通过使用第二频带F2与一个或多个BS通信并且也使用第二频带F2同时与一个或多个UEWSA或一个或多个AFRU通信的一个或多个AFRU来进一步扩展BS的覆盖。为避免Tx对使用F2同时发送和接收的Rx的干扰，可以使用第三频带F3，其中，一个或多个AFRU使用第二频带F2与一个或多个BS通信，并且使用第三频带F3同时与一个或多个UEWSA或AFRU通信，其中，UEWSA使用第一频带F1同时与一个或多个UE通信。当在BS和UEWSA之间的链路中使用多于一个AFRU层时，在另一个实施例中，AFRU交替F2和F3波段，在第一AFRU层中对Rx使用F2并对Tx使用F3，但是在与第一AFRU层通信的第二AFRU层中，对Rx使用F3并对Tx使用F2。UEWSA使用与其所通信的AFRU相同的频带来与AFRU通信，但是使用F1来与一个或多个UE通信。在上述两层AFRU的实施例中，UEWSA使用F2来接收由第二AFRU层在F2中发送的信号。在一个实施例中，同一设备可以集成UEWSA和AFRU两者的功能。图4b表示具有BS1、UEWSA30、一个或多个UE4以及不同类型的AFRU7的无线网络，并且节点集成UEWSA和AFRU 31的功能，其中，UEWSA和UE之间采用第一频带F1 5，BS和AFRU之间采用第二频带F26，并且AFRU和UEWSA之间也可选，而可选在AFRU和UEWSA之间应用第三频带F3 9。
上述实施例可用于TDD或FDD***。在TDD***中，UEWSA以及AFRU(如果使用)在一个方向，例如DL上在一个时间点接收、放大并转发无线电信号，并且在另一个方向，例如UL上在另一个时间点接收、放大并转发无线电信号。在FDD***中，UEWSA以及AFRU(如果使用)接收、放大并转发BS在DL频带{FiDL，i＝1，2，3}发送的无线电信号，同时接收、放大并转发UE(s)在UL通过成对的UL频带{FiUL，i＝1，2，3}发送的无线电信号。在任何一个***，AFRU可以使用不同频带或相同频率接收、放大并转发无线电信号。在后者的情况下，实施例确保相同频率中的Tx和Rx之间的充分隔离，使用电路或数字信号处理来降低在相同频率中从Tx对Rx的干扰。进而，每个UEWSA和AFRU可以在其将信号转发到下一中继段之前，处理无线电信号，包括滤波、均衡和/或再生以提高源和目的地之间的有效的总信道。
UEWSA的一个实施例包括一个或多个Rx天线和一个或多个RF路径，在DL方向上在第二频带F2从一个或多个BS接收第一RF信号，通过将第一RF信号移动到第一频带F1来产生第二RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F1波段发送该第二RF信号。该实施例还包括一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，在UL方向上在第一频带F1从一个或多个UE接收第三RF信号，通过将第三RF信号移动到第二频带F2来产生第四RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F2波段发送该第四RF信号。进一步，在另一个实施例中，F2>F1，并且对于DL路径，使用下变频器将第一RF信号移动至第一频带F1，其中，下变频器还包括混频器、LO以及一个或多个滤波器，如图2b所示。相似地，对于UL路径，使用上变频器将RF信号移动到第二频带F2，其中上变频器还包括混频器、LO以及一个或多个滤波器，如图2a所示。在两个情况下，LO被进一步锁定或同步到与BS相同的参考时钟。DL和UL方向可以在每侧共享相同的天线。在TDD网络中，用开关使用从与BS包的DL和UL子帧同步的BS获得的控制信息来切换天线到Tx或Rx路径。进一步，DL和UL RF路径可以使用相同的电路实施，其中，一组RF开关被用来将RF路径的Rx端口与一侧的天线连接，并将相应的Tx端口与DL方向上的另一端的天线连接，并且在UL方向中连接是相反的。这样的实施的一个优点在于能够维持TDD网络的空中传输信道的互易性。在FDD网络中，用双工器来将DL和UL信号从天线或天线阵列分离或与之合并。
AFRU的一个实施例是全双工放大转发中继器，包括一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，其在一个方向上接收RF信号，将其放大，并且通过一个或多个Tx天线在相同的频带发送放大后的RF信号。Rx和Tx天线被设计以及配置，使得在发送的信号和接收的信号之间实现充分的隔离。其还包括自干扰消除功能，以允许在放大RF信号中使用更高的增益。自干扰消除功能可以作为自适应RF滤波器、使用数字处理模块应用于RF信号的VQ采样的变形、或者其组合来实施。优选的实施例是在Tx和Rx天线之间建立充分的RF分离，从而只需要数字处理模块。相似地，DL和UL方向可以在每侧共享相同的天线。进而，在TDD网络中，DL和UL RF路径可以使用相同的电路实施，其中，一组RF开关被用于将RF路径的Rx端口与一侧的天线连接，并且将对应的Tx端口与DL方向上的另一侧的天线连接，并且UL方向上连接是相反的。
为避免全双工放大转发中继器实施中的自干扰，AFRU的另一个实施例包括一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，其在第二频带F2中在一个方向上接收RF信号，通过将接收到的RF信号移动到第三频带F3从而产生另一RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F3波段中发送该产生的RF信号。该实施例还包括一个或多个Rx天线以及一个或多个RF路径，其在第三频带F3中在相反方向上接收RF信号，通过将接收到的RF信号移动到第二频带F2从而产生另一RF信号，将其放大，并通过一个或多个Tx天线在F2波段中发送产生的RF信号。以上，通过将接收到的RF信号与来自LO的载波信号相乘或混合，并且使用滤波器来选择所需频带从而将接收到的RF信号移动到另一频带。两个方向可以在每侧共享相同的天线。进而，在TDD网络中，DL和UL RF路径可以使用相同电路实施，其中，一组RF开关被用于将RF路径的Rx端口与一侧的天线连接，并且将对应的Tx端口与DL方向上的另一侧的天线连接，并且UL方向上连接是相反的。
在一个实施例中，UEWSA使用由UE发送的无线电信号检测其覆盖范围内是否存在UE，并且当没有检测到UE时进入并停留在休眠模式。在休眠模式中，其不发送UL信号。在检测到存在一个或多个UE时，UEWSA进入其通常工作模式。处于休眠模式的UEWSA可以进一步通知BSSRU以及AFRU(如果使用)其处于休眠模式，并且BS以及AFRU(如果使用)相应地配置其传输。关于在BS下的UEWSA中是否存在UE的信息可以被发送到BS，并且BS相应地控制其MIMO波束成形。
在另一个实施例中，BS或AFRU(如果使用)配备有可调天线，从而能操控天线波束图案方向在不同时间转向不同UEWSA。这允许BS来服务于更大量的UEWSA，以根据UE的分布来分配吞吐量。其也能使在不同时间由不同BS服务的UEWSA增加无线电链路的灵活性和鲁棒性，例如，克服LoS路径的临时阻塞。进而，多个BS可用于服务于单个UEWSA，以增加与该UEWSA的无线电链路的鲁棒性和吞吐量。
BS在第二频带F2与空间分配的UEWSA通信，UE在第一频带与一个或多个UEWSA通信。在一个实施例中，BS与多个UEWSA执行MIMO波束成形以使用F2频带中的相同的时间和频率与其通信，并且与多个UE执行MIMO波束成形，以使用F1频带中的相同时间和频率与其进行通信。
上述实施例中的BS和UEWSA之间的无线电或无线链路很显然既不是回传连接也不是前传连接，因为他们是无线电信号，而不是如在回传连接中的用于UE的数字数据或者如在前传连接数字VQ采样。包括发挥如上述功能的一个或多个UEWSA以及AFRU(如果使用)的BS和UE之间的信道被称作ETC。BS需要估计与UEWSA的信道以与他们在F2频带中执行波束成形，并且需要估计与UE的ETC以与他们通过包括F1和F2频带的ETC执行波束成形。
上述实施例还可以包括一个或多个BS，其估计ETC，并且执行波束成形以通过UEWSA和AFRU(如果使用)与UE通信，功能如上所述，其中，执行波束成形还包括使用ETC的估计来计算预编码矩阵并在发送之前对信号应用预编码矩阵、和/或使用ETC的估计来计算检测矩阵并对接收到的信号应用检测矩阵。为简化说明，此后我们只描述BS和UEWSA，但是应当理解的是一个或多个AFRU在需要时可以包括在实施例中。
一个实施例维持ETC的互易性以使得能够使用UE检测的UL来估计DL ETC，其中，UEWSA被设计为其DL和UL RF电路是对称的，从而其保持ETC的互易性。在一个实施例中，每个UEWSA的DL和UL RF电路通过调整其一个或两个RF电路的参数而被校准为在容差内具有相同的传递函数。RF电路参数的调整可以通过在RF路径的电路中包括调整模块来实施，如图3a所示。为了降低电路复杂性和/或成本，调整模块被设置在F1到F2变换电路路径中的电路的F1低频侧，以将F1波段变换到F2mm波段，并且被设置在F2到F1变换电路路径中的电路的F1低频侧，以将F2mm波段变换到更低的F1波段。在一个实施例中，调整模块为可配置RF滤波器，并且RF滤波器的配置基于校准过程的结果而被调整。在另一个实施例中，调整模块包括一组或多组可调整移相器、可调整延迟元件以及可调整增益块，并且这些元件的配置基于校准过程的结果而被调整。图3b所示的一个校准过程包括在UEWSA或AFRU(如果使用)的第一RF电路路径的Rx端口注入已知RF信号，在第一RF电路路径的Tx端口捕获信号，将捕获的信号下变频至基带，通过ADC以获得第一数字信号；在与UEWSA或AFRU的第一RF电路路径成对的第二RF电路路径的Rx端口注入已知RF信号，在第二RF电路路径Tx端口捕获信号，将捕获的信号下变频至基带，通过ADC以获得第二数字信号；计算第一数字信号和第二数字信号之差以决定对于调整模块或RF电路路径之一或两者的RF滤波器参数，例如，延迟、移相和增益的改变，以将第一数字信号和第二数字信号之差最小化，并且发送控制信号来更改调整模块的参数或RF滤波器的配置。RF电路路径参数的调整之间的间隔由RF电路路径的相干时间决定。
使用UEWSA和AFRU(如果使用)的实施例与现有技术网络相比能够提供明显更连续的覆盖和用户体验，提高小区边缘或最差5％用户体验，并且同时增加网络的总吞吐量。并且他们也可以有效地彭亨相邻小区之间的负载。一个实施例在WSA包括多个天线或天线方向图，并且自适应地选择传递更多性能增益的天线或天线方向图。天线方向图选择也包括使用波束切换或波束控制天线，并选择所需的波束或波束控制方向。
上变频或下变频中的相位噪声
当在相距很远的两个频带之间变换无线电信号时，例如，将mm波段的RF信号变换至sub-6GHz波段，更高频带中的跳动或相位噪声可能超过更低频带中的要求。在一个实施例中，使用正交频分复用(OFDM)，通过平衡更宽子载波宽度引起的频谱效率的增加和由所获得的更好的覆盖和空间复用引起的总网络性能增益，来选择合适的子载波宽度来容纳由BSSRU、UESRU或UEWSA以及AFRU(如果使用)所引入的多余的相位噪声。
在一个实施例中，为了消除由BSSRU、UESRU或UEWSA以及AFRU(如果使用)所引入的多余的相位噪声，包括用于在发送之前在时域中缩短或加宽无线电信号的模块，其中，在时域中缩短无线电信号对应于在频域中加宽信号的频谱，并且在时域中加宽无线电信号对应于在频域中缩窄信号的频谱。域加宽可用于将具有更宽子载波宽度以及更短时域脉冲的更高F2频带无线电信号变换至具有更窄子载波宽度以及更长时域脉冲的更低F1频带无线电信号。相反地，是与缩短可以用于将具有更窄子载波宽度以及更长时域脉冲的更低F1频带无线电信号变换至具有更宽子载波宽度以及更短时域脉冲的更高F2频带无线电信号。
在一个实施例中，对于如图5所示的第一无线电信号在时域中的1至n加宽，在接收更高的F2波段16接收的第一无线电信号首先通过RF放大器11，然后通过下变频器17下变频，并使用ADC32采样以产生接收的数字采样，其被上采样，例如，n-l个数字采样通过1至n加宽模块33使用插值滤波器***值到接收信号的两个数字样本之间，以产生新的数字信号，然后，新的数字采样被提供至其输出通过上变频器12被上变频的数字模拟转换器(DAC)34，然后由另一RF放大器11放大，以产生第二无线电信号，其被滤波以在发送更低F1频带10中产生更窄带宽信号并发送。因为发送插值后的数字采样比接收将被加宽的第一无线电信号的时间更长，因此发送第一无线电信号的源节点需要按间隔来发送无线电信号脉冲，从而执行时域加宽的节点可以由时间来完成脉冲加宽而不会造成本地缓冲器溢出。执行时域加宽的BSSRU、UESRU或UEWSA以及AFRU(如果使用)的延时可以慢到第一无线电信号的ADC中的一个数字采样间隔加上电路路径延迟。
在第一无线电信号在时域中的n至1缩窄的另一方向，如图6所示，例如，在接收更低的F1波段10接收的第一无线电信号首先通过RF放大器11，然后通过下变频器17下变频，并使用ADC32采样以产生接收的数字采样，其被下采样，例如，接收的信号的n个数字采样通过n至1缩短模块35被窗函数加权，以产生新的数字信号，然后，新的数字采样被提供至其输出通过上变频器12被上变频的DAC34，并由另一RF放大器11放大，以产生第二无线电信号，其被滤波以在发送更高F2频带16中产生更宽带宽信号并发送。为了合适的时域缩短，一个码元或一个脉冲的所有采样或几乎所有采样，或者一个容易划定的时隙，需要在缩短的无线电信号被产生并发送之前被接收。其结果，执行时域缩短的BSSRU、UESRU或UEWSA以及AFRU(如果使用)的延时可以高到一个码元或一个脉冲，或者容易划定的时隙。
在另一个实施例中，BSSRU、UESRU或UEWSA以及AFRU(如果使用)包括用于信道均衡、频率偏移补偿和/或时间偏移的补偿的模块，在通过下一无线信道发送信号之前均衡或补偿之前的无线信道。
尽管上述描述展示讨论了本发明的优选实施方式，或图解了本发明的新颖特征和原理，但应当理解的是对于本发明所示的方法、元件或装置的细节，以及其使用形式的各种省略、替换和改变均是本领域的技术人员在不脱离本发明的范围和精神的情况下能够做出的。因此，本发明的保护范围不应当被上述描述所限制。相反，本发明的原理可以被更广地运用在一系列方法、***和装置中，以获取所述性能优势或满足其他目的、获取其他优势。
参考
[1].Neeraj Choubey et al.(2016)Introducing Facebook's new terrestrialconnectivity systems—Terragraph and Project ARIES.[在线].获取:
https://code.facebook.com/posts/1072680049445290/introducing-facebook-s-new-terrestrial-connectivity-systems-terragraph-and-project-aries/
[2].Antonio Forenza et al.(2016)Achieving Large Multiplexing Gain inDistributed Antenna Systems via Cooperation with pCell Technology.arXiv:1601.06209.[在线].获取:http://arxiv.org
[3].Chih-Lin I et al.，"NGFI,the xHaul"，in Proc.2015IEEE GlobecomWorkshops，San Diego，CA，USA，Dec.2015.
[4].Antonio de la Oliva et al.，"XHaul:Toward an Integrated Fronthaul/Backhaul Architecture in 5G Networks"，IEEE Wireless Communications，vol.22，no.5，pp.32-40，Oct.2015.

Claims (22)

1.一种无线智能天线设备，包括：基站侧无线电单元(BSSRU)以及一个或多个用户装置侧无线电单元(UESRU)，其中，如果在基站(BS)的覆盖范围内分布有BSSRU，则该BSSRU使用第一频带F1与一个或多个(BS)通信，并且使用第二频带F2同时与一个或多个UESRU通信，其中，如果BS中集成有BSSRU，则该BSSRU通过电路与该BS基带通信，并且使用多用户多输入多输出(MU-MIMO)空间复用在第二频带F2中与多个UESRU通信，其中UESRU使用该第二频带F2与一个或多个分布的或集成的BSSRU通信，并且使用该第一频带F1同时与一个或多个用户装置(UE)通信，其中，具有多个无线电发送和接收路径以及天线的UESRU、或多个UESRU使用MU-MIMO空间复用共同地、同时在该F1频带中与分布在该UESRU的覆盖范围内的多个UE或该多个UESRU通信。
2.如权利要求1所述的无线智能天线设备，其中，当BSSRU和UESRU分布具有用于空间复用的多个天线以在BS和一个或多个UE之间传达数据的多流时，该BSSRU和该UESRU通过将数据的空间流映射到频带，从而在该BSSRU和UESRU链路上使用频分复用来保持BSSRU和UE之间的空间复用的数据的多流，以使该BSSRU和该UESRU使用在每侧的单一宽带天线或天线阵列来传达数据的多个流，其中，频带的数目等于或者超过空间波束成形的数据流的数目。
3.如权利要求1所述的无线智能天线设备，其中，分布的BSSRU和/或UESRU在一个频带接收第一无线电信号，通过将第一无线电信号移动到另一个频带来产生第二无线电信号，放大并发送该第二无线电信号。
4.如权利要求3所述的无线智能天线设备，其中，分布的BSSRU和/或UESRU还处理第一无线电信号的波形，并产生第二无线电信号，该第二无线电信号具有在时间上比第一无线电信号的波形缩短或延长的波形。
5.如权利要求1所述的无线智能天线设备，还包括一个或多个放大及转发无线电单元(AFRU)，其使用第二频带F2与一个或多个BSSRU通信，并也使用第二频带F2同时与一个或多个UESRU或一个或多个其他的AFRU通信。
6.如权利要求5所述的无线智能天线设备，还包括自干扰消除功能，以允许在RF信号的放大中使用更高的增益。
7.如权利要求1所述的无线智能天线设备，还包括一个或多个放大及转发无线电单元(AFRU)，其使用第二频带F2与一个或多个BSSRU通信，并使用第三频带F3同时与一个或多个UESRU或AFRU通信，其中，UESRU使用第三频带F3与AFRU通信，并使用第一频带F1同时与一个或多个UE通信。
8.如权利要求7所述的无线智能天线设备，还在BS和UESRU之间的链路中包括多于一个AFRU层，所述AFRU对于传输和接收调换F2和F3波段以避免干扰。
9.如权利要求1所述的无线智能天线设备，其中，分布的BSSRU和/或UESRU在其将接收的无线电信号重发给下一接收机之前对该信号进行处理，其中，处理包括均衡、频率偏移补偿、时间偏移补偿、相位噪声降低、和/或再生的一个或多个，以改进源和目的地之间的有效总信道。
10.如权利要求1所述的无线智能天线设备，其中，UESRU检测其覆盖范围内是否存在UE，并且当未检测到UE时进入并停留在休眠模式；并且当检测到存在一个或多个UE时，进入其通常工作模式。
11.如权利要求10所述的无线智能天线设备，其中，UESRU在其处于休眠模式时不发送上行链路信号。
12.如权利要求10所述的无线智能天线设备，其中，处于休眠模式的UESRU通知BSSRU其处于休眠模式，并且该BSSRU相应地配置其传输。
13.如权利要求1所述的无线智能天线设备，其中，UESRU检测其覆盖范围内是否存在UE，将有关在分布的BSSRU或BS下的UESRU覆盖范围内是否存在UE的信息发送给该分布的BSSRU或BS，并且该BSSRU或BS相应地控制其MIMO波束成形。
14.如权利要求1所述的无线智能天线设备，其中，BSSRU或AFRU、和/或UESRU配备有一个或多个天线阵列，其产生可调波束图案，从而其能够在不同时间将波束图案方向转向不同的接收机。
15.如权利要求1所述的无线智能天线设备，其中，BSSRU、AFRU、以及UESRU维持等效总信道(ETC)的空中传输信道的下行链路和上行链路互易性。
16.如权利要求1所述的无线智能天线设备，其中，UESRU还包括多个天线或天线方向图，其中，该天线或天线方向图被自适应地选择以传递更高性能增益。
17.如权利要求1所述的无线智能天线设备，其中，频带F2是光频带并且BSSRU和UESRU之间的无线链路是自由空间光链路，其中，分布的BSSRU使用电光转换器通过其从BS接收的信号对光束源进行解调，以发送至一个或多个UESRU，并使用光电转换器将其从一个或多个UESRU接收的光信号转换为电信号，以发送至BS；并且，UESRU使用电光转换器通过其从一个或多个UE接收的F1波段无线电信号对光束源进行解调，以发送至一个或多个BSSRU，并且能够使用光电转换器将其从一个或多个BSSRU接收的光信号转换为F1无线电频带，以发送至一个或多个UE。
18.一种无线通信***，包括：基带单元(BBU)、一个或多个基站侧无线电单元(BSSRU)、以及一个或多个用户装置侧无线电单元(UESRU)，其中，BBU通过BSSRU与多个UESRU执行MIMO波束成形，以在F2频带中使用相同的时间和频率资源与多个UESRU通信，并且具有多个无线电发送和接收路径以及天线的UESRU或多个UESRU在F1频带使用MU-MIMO空间复用，与分布在该UESRU或该多个UESRU的覆盖范围的多个UE通信。
19.如权利要求18所述的无线通信***，其中，该一个或多个BSSRU集成有BBU。
20.如权利要求18所述的无线通信***，其中，所述一个或多个BSSRU的一部分分布在其余的集成有BBU的BSSRU的覆盖范围中。
21.如权利要求18所述的无线通信***，其中，BS估计BS和所述多个UE之间的无线链路的等效总信道(ETC)，并执行空间复用波束成形以通过该ETC与所述UE通信，其中，该ETC包括BSSRU和UESRU的影响，并且执行空间复用波束成形还包括使用ETC的估计来计算预编码矩阵以及在发送之前将预编码矩阵应用到信号，和/或使用ETC的估计来计算检测矩阵并将该检测矩阵应用到接收到的信号。
22.如权利要求18所述的无线通信***，其中，BS在F1频带执行空间复用波束成形以在相同时间直接与一个或多个UE通信，同时其在F2频带执行空间复用波束成形以与一个或多个UESRU通信，该一个或多个UESRU在F1频带与一个或多个UE通信。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9917628B2 (en) * 2015-01-16 2018-03-13 RF DSP Inc. Beamforming in a MU-MIMO wireless communication system with relays
CN109804655B (zh) * 2016-10-11 2021-02-09 华为技术有限公司 射频网络中信号传输的方法、射频***和检测设备
US20220069893A1 (en) * 2020-08-25 2022-03-03 Qualcomm Incorporated Autonomous acquisition of configuration information in radio frequency repeaters
US11627558B2 (en) * 2020-10-02 2023-04-11 Corning Research & Development Corporation Supporting multi-signal source communications in a distributed communications system
US11431422B2 (en) * 2020-11-05 2022-08-30 Electronics And Telecommunications Research Institute Calibration method for cooperative transmission of cell-free wireless network, and apparatus therefor
CN113314846B (zh) * 2021-05-31 2022-04-05 西安电子科技大学 基于光携能控制的大功率可重构短波天线
US20220393841A1 (en) * 2021-06-03 2022-12-08 Mediatek Inc. Downlink framework for distributed mimo receivers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102067716A (zh) * 2008-04-21 2011-05-18 北方电讯网络有限公司 用于具有中继功能的远程无线电模块的装置、***和方法
CN103201958A (zh) * 2011-02-07 2013-07-10 大理***有限公司 用于分布式天线***的远程单元的菊花链式环
CN103650385A (zh) * 2011-07-08 2014-03-19 康宁光缆***有限责任公司 支持多输入、多输出（mimo）配置的基于光纤的分布式射频（rf）天线***及相关组件和方法
CN104380616A (zh) * 2012-06-19 2015-02-25 Lg电子株式会社 用于在无线通信***中发送下行链路信号的方法和装置
CN105723688A (zh) * 2013-11-17 2016-06-29 射频数字信号处理公司 用于无线网络的大规模mimo多用户波束成形和单信道全双工

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5059848B2 (ja) * 2007-03-01 2012-10-31 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ 基地局装置及び無線リソース割り当て方法
EP2448148B1 (en) * 2009-06-22 2018-09-12 Panasonic Intellectual Property Corporation of America Wireless communication relay station apparatus and method
US20120281555A1 (en) * 2011-05-02 2012-11-08 Research In Motion Limited Systems and Methods of Wireless Communication with Remote Radio Heads
WO2013091205A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 France Telecom Research & Development Beijing Company Limited Downlink transmission in a mu-mimo system
US8923207B2 (en) * 2012-05-17 2014-12-30 Industrial Technology Research Institute Method for initializing sequence of reference signal and base station using the same
US9917628B2 (en) 2015-01-16 2018-03-13 RF DSP Inc. Beamforming in a MU-MIMO wireless communication system with relays

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102067716A (zh) * 2008-04-21 2011-05-18 北方电讯网络有限公司 用于具有中继功能的远程无线电模块的装置、***和方法
CN103201958A (zh) * 2011-02-07 2013-07-10 大理***有限公司 用于分布式天线***的远程单元的菊花链式环
CN103650385A (zh) * 2011-07-08 2014-03-19 康宁光缆***有限责任公司 支持多输入、多输出（mimo）配置的基于光纤的分布式射频（rf）天线***及相关组件和方法
CN104380616A (zh) * 2012-06-19 2015-02-25 Lg电子株式会社 用于在无线通信***中发送下行链路信号的方法和装置
CN105723688A (zh) * 2013-11-17 2016-06-29 射频数字信号处理公司 用于无线网络的大规模mimo多用户波束成形和单信道全双工

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