人工相互耦合的天线阵列制造技术

一种用于在无线通信环境中相互耦合多个用于传输的天线的机制，其中针对接收或发送的无线信号，创建包括人工相互天线耦合系数的预编码矩阵，以及使用所创建的预编码矩阵来处理接收或发送的无线信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】人工相互耦合的天线阵列
所描述的专利技术涉及无线通信，并且更具体地涉及相互耦合多个天线以用于传输。
技术介绍
天线到天线的相互耦合通常是不合需要的。在全向第一天线位于与预期接收天线不同的第二天线附近的情况下，在发送时第二天线倾向于吸收并再辐射由第一天线辐射的能量。类似地，当第二天线发送时其一部分能量被第一天线吸收，因此耦合是相互的。因为一个天线可以作为另一个天线传输的高欧姆电阻，所以有时这被称为互阻抗。当任一天线正在接收时，通过相同的原理，其可能采集的能量受附近其它天线影响。相互的天线耦合影响天线发送和接收性能，并且天线阵列的物理布局通常设计为λ半间距，这可以避免或最小化该相互耦合。当前的蜂窝和WiFi系统利用MIMO天线传输技术，并且诸如3GPP5G(LTE-A)的未来蜂窝系统考虑来自网络/eNB侧的大规模MIMO传输。在该方面，大规模指的是阵列中天线单元的总数。用于5GHzLTE-A系统的这些大规模MIMO天线阵列可容易在物理尺寸上变得非常大，这主要是由于相对较大的波长λ，波长λ在4到40cm范围内。在UE侧处，约10cm范围内的波长λ仅允许手持装置设计者放置非常有限数量的UE天线。但是，在UE侧处的波束成形增益将是非常有价值的；两个此类示例为强大的干扰抑制合并(IRC)滤波器和用于相关信道分量的相关多路径分量(MPC)的下选。在网络/eNB侧处，具有半λ间隔天线单元的大小为16×32个单元的大规模MIMO阵列通常会呈现约0.8m*1.6m的物理大小。对于通常拥有城市地区宏小区站点的移动运营商来说，实施此类大的物理大小可能具有挑战性：较大的天线阵列尺寸通常会增加成本并相应地增加假定的性能；风载荷成为可能进一步增加实施成本的日益重要的因素；而有关来自小区塔的美观性和辐射的抱怨可能随着所增加的大型天线阵列而增加。这些教导的实施例通过提供物理上较小的天线阵列以及增加MIMO和波束形成场景中的天线性能来解决上述问题中的一些问题。附图说明图1是具有32个天线单元的虚拟波束成形器的波束模式图(虚拟波束模式(以dB为单位)相对于入射角(以度为单位))，其中更接近间隔的绘图线示出根据这些教导的人工相互耦合，而间隔更大的绘图线没有此类人工相互耦合。图2是示出用于人工相互耦合矩阵WMC的相互耦合单元的典型分配的幅度的三维图。图3示出了在eNB处具有非常窄的半功率波束宽度的人工相互耦合生成波束的示例，用于生成每个小区的波束网格。图4A是示出在网络侧用于不同大规模MIMO波束成形器的CTF上的传统卡尔曼滤波以及用于测量和射线追踪无线信道的1、16或32个虚拟天线上的虚拟波束成形的仿真结果的图。图4B是具有和不具有人工相互耦合的信道冲激响应的每抽头的简单线性预测器的比较。图5是总结这些教导的某些方面的过程流程图。图6是其中可以设置这些教导的实施例以利用其优点的一些示例性通信实体的高级示意性框图。具体实施方式上面的背景部分中的相互天线耦合的示例示出了全向天线之间的物理相互天线耦合。通常在蜂窝基站中使用的天线阵列具有(接近)λ半间距，因为其允许生成一个单个可控波束并且另外避免了相邻天线单元之间的物理相互耦合。基于任何类型的波束成形的方向性根据增加的吞吐量和降低的错误率而在无线通信中提供巨大的优势，使得能够通过在较小的地理区域上更高的无线频率重用而更有效地使用无线频谱。本文这些教导的实施例涉及与物理相互耦合相对的人工相互天线耦合，这将在下面进一步详细描述，使天线传输能够具有更大的方向性。对于物理天线，相互耦合意味着一个天线将其自身信号的一些部分耦合到相邻的天线单元或多个天线单元中，反之亦然。在该方面，相互耦合的一种具体形式是通过无线链路从一个天线(TX天线)到另一个天线(RX天线)的传输。对于物理相互耦合天线，耦合因子或多或少地通过天线几何形状、天线之间的距离等定义。如在此所用的人工相互天线耦合意味着耦合是人工进行的，而不是在通过天线辐射其能量的物理空间中自然地进行。在下面的非限制性示例中，该人工相互耦合通过将相互耦合系数添加到波束形成矩阵W中的执行软件而在数学上施加，当这些相互耦合系数被添加时W在此表示为WMC。一般来说，通过相互耦合，天线阵列的所得TX波束模式不能由单个矢量充分描述，而是由大小为N*N的复合矩阵W来描述，其中N是天线阵列的天线单元的整数数量。WMC包括每个天线单元与所有其它天线单元的相互耦合系数。对于其中相邻天线单元彼此间隔均匀距离(通常为λ/2的一些整数倍)的均匀线性阵列(ULA)，该耦合系数与SI函数(定义为sinx/x-)近似，在λ/2的整数倍处为零。一般来说，SI函数是理想化的，因为它们在矩阵的对角线元素处生成1。相互耦合对于物理天线是众所周知的效果，并且所谓的超指向性在理论上对于越来越小的天线距离可以实现。MichelT.Ivrlac"和JosefA.Nossek发表的题为“THEMULTIPORTCOMMUNICATIONTHEORY(多端口通信理论)(IEEECircuitsandSystemsMagazine，2014年8月20日，第27-44页)”的论文描述了方向性增益最终可以增加到N2，而不是仅增加N，其是对于λ/2间隔天线阵列可达到的极限。但是实现这些方向性增益面临实际和众所周知的挑战，如由于大电流流动以及例如有限的RF带宽，即使对于高导电率也增加功率损耗。根据这些教导的某些实施例的天线的人工相互耦合选择结合到波束形成矩阵WMC中的相互耦合系数以实现所谓的超指向性，并且该特征可以用于在移动无线系统的未来演进中有利，甚至超越了LTEAdvanced(例如所谓的5G系统)。这些教导的实施例使得能够在网络无线接入节点(诸如eNB)以及UE侧处实现高效且小型的物理大小MIMO天线阵列实施方式。这些教导的实施例使得能够生成用于低于6GHz系统的具有非常低的半功率波束宽度(HPBW)的非常窄的波束，同时实现与物理上大的MIMO天线阵列相似的性能。由于在UE处接收的MIMO传输的大的到达角度的传播，在此描述的人工相互天线耦合技术可以改进UE侧处的无线性能。采用大的到达角度，具有几度的非常低的半功率波束宽度(HPBW)的窄波束将比在无线设备的网络/发送侧处在物理上大的大规模MIMO天线阵列更有效地减少相关多路径分量的数量，以更小的出射角度传播。此外，UE可以通过执行其自己的人工相互天线耦合以实现其自己的接收信号的波束成形中的超指向性，实现其从网络接收的传输中的益处。具体地且如下所示，UE可以使用非常简单的线性信道预测器，对于高度定向的波束，其将优于更加复杂的预测器，如在更传统的波束形成应用中使用的传统卡尔曼滤波器。以该方式，人工相互耦合的天线阵列可以成为联合传输CoMP和/或大规模MIMO的主要推动者，这两者都因其突出的干扰抑制能力而受到重视。过去，CoMP和大规模MIMO由于其对CSI过时的敏感性而受到限制，这意味着信道估计保持有效的相干性时间间隔很短，并且因此需要相当频繁的新的信道测量/估计来有效地利用传统CoMP和大规模MIMO的潜力。这些教导的实施例实现了对于具有一个或几个天线单元的UE以及对于其天线阵列甚至可以具有有限物理大小的网络接入节点的高波束成形方向性增益，而无论其是否是大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于接收或发送无线信号的方法，包括：针对接收或发送的无线信号，创建包括人工相互天线耦合系数的预编码矩阵WMC；以及使用所创建的预编码矩阵WMC来处理所述接收或发送的无线信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.18 US 62/206,4521.一种用于接收或发送无线信号的方法，包括：针对接收或发送的无线信号，创建包括人工相互天线耦合系数的预编码矩阵WMC；以及使用所创建的预编码矩阵WMC来处理所述接收或发送的无线信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择所述人工相互天线耦合系数以增加所述接收或发送的无线信号的方向性。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，选择所述人工相互天线耦合系数以增加传播所述无线信号的信道的时域估计的准确度或相干时间间隔。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述信道的所述时域估计通过对虚拟波束形成且人工相互耦合的信道冲激响应的抽头的线性预测来获得，对每个抽头的线性预测最小化所预测的信道状态冲激响应的归一化均方误差。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述预编码矩阵WMC与仅具有不等于零的对角线元素的虚拟波束形成器矩阵组合。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预编码矩阵WMC包括仅在其对角线元素内的非零虚拟波束形成系数以及仅在其非对角线元素内的所述人工相互天线耦合系数。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述人工相互天线耦合系数与生成在所述矩阵对角线元素处的一个元素的值的SI函数近似。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述SI函数采用块托普利茨矩阵的形式被分配。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述预编码矩阵WMC是N*N大小的矩阵，其中N是发送所发送或接收的无线信号的天线的整数数量，并且所述人工相互天线耦合系数将N个天线单元中的每一个耦合到其它N个天线单元中的每一个。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述方法由接收所述无线信号的移动无线装置来执行。11.根据权利要求10所述的方法，其中，选择所述人工相互天线耦合系数以在发送所述无线信号的无线网络的接入节点处使多组天线阵列中的具有至少2个天线单元的组相互耦合。12.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述方法由发送所述无线信号的无线网络的接入节点来执行。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述接入节点从多组天线阵列发送所述无线信号，所述人工相互天线耦合系数被选择以使至少2组天线单元相互耦合。14.一种装置，包括至少一个处理器和存储计算机指令的至少一个存储器，其中，所述至少一个处理器被配置为与所述存储器和所存储的计算机指令一起使所述装置执行权利要求1至13中任一项所述的方法。15.一种存储计算机指令的计算机可读存储器，所述计算机指令在由处理器执行时使主机无线装置执行权利要求1至13中任一项所述的方法。16.一种方法，包括：在网络接入节点和用户设备之间发送或接收下行链路控制消息，所述下行链路控制消息针对下行链路无线信号开启或关闭天...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·齐瓦斯，M·B·阿明，
申请(专利权)人：诺基亚通信公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI