具有高自由度的MIMO耦合器阵列制造技术

本发明专利技术提出耦合器阵列的实施例，用于MIMO基站的天线阵列和MIMO RF信道模拟器之间的RF信号。该实施例使得能够测试大规模MIMO无线通信系统而无需将大量RF电缆连接至MIMO基站的天线端口。

MIMO Coupler Array with High Degree of Freedom

The invention provides an embodiment of coupler array for RF signal between antenna array of MIMO base station and MIMO RF channel simulator. This embodiment enables the testing of large-scale MIMO wireless communication systems without the need to connect a large number of RF cables to the antenna ports of MIMO base stations.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高自由度的MIMO耦合器阵列本申请要求2016年7月15日提交的美国临时申请No.62/362,595的优先权。
本专利技术涉及用于测试大规模多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线通信系统的无线电频率(RF)耦合器阵列。
技术介绍
为满足移动数据的持续快速增长的需求，无线工业需要能够获得有限的频谱资源的空间重复利用的高秩的方案。用于增加无线频谱的空间重复利用的一种方法是MIMO，尤其是大规模多用户MIMO(MU-MIMO)，通常被称作大型MIMO。在无线通信系统中，具有多个天线的无线节点、基站(BS)或用户设备(UE)，可以在下行链路(DL)或上行链路(UL)中使用波束成形以增加信号噪声比(SNR)或信号与干扰及噪声比(SINR)，从而增加与其他无线节点的连路的数据速率。具有MU-MIMO的BS可以在频率和时间块(例如，资源块(RB))中同时向多个UE进行波束成形，即，使用空间复用以提供容量增长，而不必增加带宽。在大规模MIMO或大型MIMO系统中，BS可以配备有几十到数百甚至上千的发送(Tx)链以及接收(Rx)链，并且使用相同的RB同时向几十个UE进行波束成形。假设BSTx和Rx链的数量为M，以及RB上的同时服务的UE的数量为K。需要能够实时模拟MxK个RF信道的硬件RF信道模拟器。在TDD系统中，需要这样的模拟器维持BS和UE之间的信道的互易性，从而BS能够使用UL信令估计DLOTA信道。这允许大型MIMO系统中的信道估计用K缩放而非M，因此，显著地降低大型MIMO系统中的信道估计的开销。进而，大型MIMO系统中的天线可以集成有RF电路，并且没有天线端口用于使用电缆将BSRF路径连接到信道模拟器。即使BS具有天线端口连接器，使用电缆将几十或者更多的RF端口连接也是很困难的。在我们之前在2016年2月18日提交的临时专利申请62/296，614“大型MIMO信道模拟器”中，我们提出了这样的实施例，即将BS的天线阵列、RF信道模拟器的天线阵列以及放置在其间以用于建立多路径的反射器和/或漫射器放置到RF室中，该RF室将设备和信道与外界环境隔离。目标是在BS上的M个Tx/Rx路径/天线和信道模拟器的N个Tx/Rx路径/天线之间建立秩为M的空中传输(OTA)信道矩阵G，该信道矩阵的秩为M，并且几乎时不变或具有足够长的相干时间。在我们2016年4月26日提交的相关的临时专利申请62/327，753“用于具有空中传输连接的大型MIMO信道模拟器的空中传输信道状态信息获取”中，我们提出了用于估计OTA信道矩阵G的实施例。本专利技术提供一个新设备，提供用于将MIMOBS与MIMORF信道模拟器连接的不同方式，而无需用于测试的RF端口连接器，并且不会降低用于连接大型MIMOBS和UE的总信道的信道矩阵的秩。附图说明图1a表示在BS的天线阵列，图1b表示梯形棱镜腔的内部视图，图1c表示该腔的外部视图。图2a表示在BS的天线阵列，图2b表示在MCE的耦合器阵列，图2c表示BS天线阵列和MCE天线阵列之间通过OTA的耦合。具体实施方式现在可以参考附图，其中相同的数字始终表示相同的部分。现在说明本专利技术的示例的实施例。示例的实施例被提供用来说明本专利技术的方面，并且不应被解释为对于本专利技术范围的限制。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，在混合波束形成系统中，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。在这样的系统中，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。RF的缩写用来表示无线电频率或任何频率的无线电信号，例如，从几百MHz到太赫兹。为了克服缺乏用于连接电缆的天线端口或者连接大量电缆的困难，一个实施例采用耦合器220的阵列200将来自(或发往)MIMOBS的MIMO天线阵列100的RF信号与发往(或来自)MIMORF信道模拟器(MCE)的RF信号耦合。每个耦合器220包括腔221，用于限制辐射自(或辐射到)MIMOBS的天线矩阵中的共定位交叉极化天线的第1天线(例如，101)或第1对(例如，101和102)；以及交叉极化天线的第2天线(例如，201)或第2对(例如，201和202)的能量，其以MIMOBS的天线阵列中的第1天线的极化被对准，并且被用于接收信号自(或发送信号至)由腔221覆盖的天线，或者与腔内的天线对应的BS天线阵列100中的天线(例如，201和202)。腔用金属材料构筑以增加阵列中的腔之间的RF信号的隔离。腔可以是立方体、长方形或梯形棱镜或其他形状的金属盒。图1b表示梯形冷静腔的内部视图，图1c表示该腔的外部视图，这是从侧视图225观看的，不过上下翻转。腔221的内部可以排列有损耗吸收材料，用来吸收会降低腔的存储与传输能量的比率Q的电磁能量。为了说明的目的，如例子所示，图1a、2a和2b在BS天线阵列100和耦合器阵列200上表示16个交叉极化天线元件的阵列。但是，实施例不应该限定于该数。事实上，天线元件的数目在BS天线阵列100上可以多至几百或几千，并且耦合器阵列200上的耦合器的数目可以等于或多于BS天线阵列100上的天线的数目，以确保自由度(DoF)或MIMO信道矩阵秩不被降低。或者，当允许或需要DoF或MIMO信道矩阵秩降低时，耦合器阵列200上的耦合器的数量可以少于BS天线阵列100上的天线的数量。进而，图1和2表示交叉极化天线元件，但实施例并不限定于交叉极化天线元件。实施例也可以应用于其他类型的天线元件的阵列。为了耦合来自BS天线阵列100上的天线的RF信号，耦合器阵列200上的耦合器的开口被放置为非常接近或者接触到BS天线阵列100的表面，从而BS天线阵列上的每个天线都部分地、大部分或者完全被腔220覆盖，如图2c中的侧视图所示，其中，侧视图是通过从箭头219所示的一侧观看图2b中的耦合器阵列200所得的。设天线BS天线阵列100上的天线的数目为M，耦合器阵列200上的天线的数目为N，并且BS天线阵列100和耦合器阵列200上的天线阵列之间的信道矩阵为G。目标是要近似使用RF电缆将BS上的RF端口与MCE上的RF端口连接。一个实施例包括使用耦合器阵列以获得具有min{M，N}的秩或满秩的信道矩阵G，并且当M＝N时，秩(G)＝M；估计信道矩阵G；并且当M＝N时应用逆矩阵G-1，或者当M<N时应用伪逆矩阵(GTG)-1GT，从而BS和MCE之间的等效连接矩阵近似对角矩阵，相似于通过RF电缆的连接。G矩阵的估计和逆矩阵的应用也在我们在2016年2月18日提交的临时专利申请62/296，614“大型MIMO信道模拟器”，和2016年4月26日提交的62/327，753“用于具有空中传输连接的大型MIMO信道模拟器的空中传输信道状态获取”。此外，要求G的条件书较小，从而其逆矩阵G-1或伪逆矩阵(GTG)-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，用于将来自和/或发往天线阵列的无线电信号耦合，所述天线阵列包括耦合器的阵列，其被排列以与多输入多输出(MIMO)无线电单元(RU)的天线阵列的分布或波束图案匹配，其中，每个耦合器包括一个或多个耦合天线，主要用于从MIMO RU的天线阵列接收无线电信号的子组，和/或对MIMO RU的天线阵列发送无线电信号的子组，其中，每个耦合器降低或调节从MIMO RU的天线阵列辐射的无线电信号的子组的、对于耦合器的阵列中的其他耦合天线的干扰，并且降低或调节从耦合器的阵列中的一个耦合器中的耦合天线辐射的无线电信号的子组的、对于从其他耦合器的耦合天线辐射的无线电信号的干扰。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.15 US 62/362,5951.一种设备，用于将来自和/或发往天线阵列的无线电信号耦合，所述天线阵列包括耦合器的阵列，其被排列以与多输入多输出(MIMO)无线电单元(RU)的天线阵列的分布或波束图案匹配，其中，每个耦合器包括一个或多个耦合天线，主要用于从MIMORU的天线阵列接收无线电信号的子组，和/或对MIMORU的天线阵列发送无线电信号的子组，其中，每个耦合器降低或调节从MIMORU的天线阵列辐射的无线电信号的子组的、对于耦合器的阵列中的其他耦合天线的干扰，并且降低或调节从耦合器的阵列中的一个耦合器中的耦合天线辐射的无线电信号的子组的、对于从其他耦合器的耦合天线辐射的无线电信号的干扰。2.如权利要求1所述的设备，其中，耦合器包括一对耦合天线，其通过与MIMORU的天线阵列中的交叉极化天线对对准的极化而被交叉极化。3.如权利要求1所述的设备，其中，耦合器包括容纳一个或多个耦合天线的腔。4.如权利要求3所述的设备，其中，耦合器的腔排列或填充有用于吸收电磁能量的吸收材料。5.如权利要求3所述的设备，其中，耦合器的阵列中的耦合器的腔的开口被放置为非常接近或接触到MIMORU天线阵列的表面，并且MIMORU天线阵列中的天线至少部分被耦合器的腔所覆盖。6.一种用于测试多输入多输出(MIMO)基站(BS)的方法，包括：使用耦合器的阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁平，朱登魁，
申请(专利权)人：梁平，
类型：发明
国别省市：美国,US