[go: up one dir, main page]

CN119601986A - 有源天线单元和通信设备 - Google Patents

有源天线单元和通信设备 Download PDF

Info

Publication number
CN119601986A
CN119601986A CN202311170063.7A CN202311170063A CN119601986A CN 119601986 A CN119601986 A CN 119601986A CN 202311170063 A CN202311170063 A CN 202311170063A CN 119601986 A CN119601986 A CN 119601986A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
subarrays
radio frequency
signals
interference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311170063.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李向华
张关喜
沈龙
胡世鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN202311170063.7A priority Critical patent/CN119601986A/zh
Priority to PCT/CN2024/111852 priority patent/WO2025055639A1/zh
Publication of CN119601986A publication Critical patent/CN119601986A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/525Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between emitting and receiving antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006Particular feeding systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

提供一种有源天线单元,可应用于收发共天线的通信设备。该有源天线单元包括N条射频天线链路和L个自干扰对消器,N为大于1的整数,L为小于或等于N的整数,例如L等于N。每条射频天线链路包括:发射通道、接收通道、馈电网络和天线子阵。该N条射频天线链路满足如下至少一项:至少两条射频天线链路的馈电网络的走线不同;或,N个天线子阵设置有隔离组件,用于隔离N个天线子阵之间的信号。此外,至少一条链路的发射通道和接收通道之间连接有一个自干扰对消器,用于消除所在链路的接收通道中来自发射通道的信号。因此,不必在N条链路中不同链路的发射通道和接收通道之间连接自干扰消除器,可以减少自干扰消除器的数量,降低电路复杂度。

Description

有源天线单元和通信设备
技术领域
本申请涉及无线通信领域,尤其涉及一种有源天线单元和通信设备。
背景技术
通信系统中的工作模式包括时分双工(time division duplexing,TDD)、频分双工(frequency division duplexing,FDD)、全双工、子带双工、部分全双工等多种工作模式。在某些工作模式下,例如全双工、子带双工、部分全双工等,都可能会存在基站使用同一组或多组天线单元同时发射信号和接收信号的情况,也即存在收发天线共用的情况。由于收发共用天线的设备在发射下行信号的同时,也会接收上行信号,因此会接收到设备自身发射的下行信号,而接收到的下行信号会耦合到接收链路,因下行信号的发射功率较大,会导致接收链路阻塞,使得接收性能降低。
为了防止接收链路阻塞,通常采用自干扰对消器(self-interferencecancellation)来降低接收链路接收到的下行信号的干扰。自干扰对消器内部有多个链路,每个链路都包括可调移相器、可调衰减器等器件,此外还包括延时器,布线复杂度高,控制复杂度也会增加。
目前,收发共用天线的基站中通常使用N(N为正整数)发N收的架构,即,基站使用N组天线单元同时进行下行信号的发送和上行信号的接收,常见的设计有一发一收、两发两收、四发四收等。以四发四收为例,基站使用四组天线单元发射信号的同时,可以使用这四组天线单元接收信号。每一组天线单元在接收上行信号时,不但会接收到本组天线单元发射的下行信号,还会接收到另外三组天线单元发射的下行信号。为了防止接收链路阻塞,需要在每个发射链路和每个接收链路之间采用自干扰对消器来降低干扰。因此需要采用4×4个自干扰对消器,也即,N×N个自干扰对消器。
随着收发共用的天线单元数目的增多,N值也趋于增大,自干扰对消器的数量急剧增长,复杂度也急剧上升。
发明内容
本申请提供了一种有源天线单元(active antenna unit,AAU)和通信设备,以期降低AAU中的电路复杂度,降低控制复杂度。
第一方面,提供了一种AAU,该AAU可以应用于通信设备中,如网络设备或终端设备。下文中为方便区分发射通道和接收通道的信号,以网络设备为例来描述信号的方向,比如发射通道发射的信号为下行信号,接收通道接收到的信号为上行信号。可以理解,在不同的通信设备中,信号的方向也会发生相应变化。比如对于终端设备来说,发射通道发射的信号为上行信号,接收通道到的信号为下行信号。下文的说明不应对信号的方向以及AAU所应用的通信设备构成限定。
示例性地,该AAU包括:N条射频天线链路和L个自干扰对消器,N为大于1的整数,L为小于或等于N的正整数;该N条射频天线链路中的每条射频天线链路包括:发射通道、接收通道、连接于该发射通道和接收通道的馈电网络,以及连接于该馈电网络的天线子阵,该馈电网络用于为天线子阵馈电,该天线子阵用于发射信号和接收信号;该N条射频天线链路中至少一条射频天线链路的发射通道和接收通道之间连接有一个自干扰对消器,该自干扰对消器用于消除所在射频天线链路的接收通道中来自同一射频天线链路中的发射通道的信号;其中,N条射频天线链路满足如下至少一项:N条射频天线链路中的至少两条射频天线链路中的馈电网络的走线不同,或,N条射频天线链路中的N个天线子阵设置有隔离组件,该隔离组件用于隔离N个天线子阵之间的信号。
其中,每个天线子阵可以包括多个天线振子(或简称振子)。每个天线子阵用于发射信号和接收信号,实质上也就是每个天线子阵中的多个天线振子用于将发送信号和接收信号。如此一来,每个天线子阵可以在相同的时频资源上进行发送和接收。换言之,每个天线子阵都是收发共用的,或者说,每个天线子阵中的天线振子都是收发共用的。
以网络设备为例,对于天线子阵发射的下行信号来说,其附近的其他天线子阵都可视作接收方,为方便区分和说明,将发射下行信号的天线子阵记为发送方天线子阵,将接收该下行信号的天线子阵记为接收方天线子阵。可以理解,发送和接收是相对而言的,每个天线子阵都可以是发送方天线子阵,也可以是接收方天线子阵。每个接收方天线子阵都可能同时会接收到多个发送方天线子阵的下行信号,也可能在接收的同时发送下行信号。
在本方案中,不同射频天线链路的馈电网络的走线不同,具体可以是指,不同射频天线链路中的印刷电路板(print circuit board,PCB)中射频线路的布局不同。其中,射频线路可以将待发送的信号按照一定的幅度、相位馈送到天线振子,或者将接收到的信号按照一定的幅度、相位发送到通信设备(比如基站)的处理单元。射频线路的布局不同可以包括:射频线路的长度不同,和/或,射频线路的宽度不同。通过对射频线路的长度和/或宽度做出不同的设计,可以使得不同射频天线链路发送的下行信号的相位和/或幅度不同。
因此,当至少两条射频天线链路(比如包括发送方天线子阵所在的射频天线链路和接收方天线子阵所在的射频天线链路)的馈电网络的走线不同时,一方面,通过对发送方天线子阵的馈电网络的设计,在发送方天线子阵发射下行信号时,发送方天线子阵的近场处的接收方天线子阵中的不同天线振子接收到的信号相位相反,矢量对消,能量降低,因此,接收方天线子阵接收到的下行信号的能量降低,干扰减小;另一方面,通过对接收方天线子阵的馈电网络的设计,接收方天线子阵中的每个天线振子接收到下行信号后,可以进一步在电路域矢量对消,从而使得下行信号的能量进一步降低,干扰进一步减小。
对天线子阵设置隔离组件,也可以隔离不同天线子阵之间的相互干扰。
另一方面,为了降低本链路中的下行信号对接收通道的干扰,可以在接收通道和发射通道之间连接自干扰对消器,以将来自本链路的下行信号的干扰降低。本申请中,N个射频天线链路中,至少一个射频天线链路中的接收通道和发射通道之间可以连接一个自干扰对消器。如此,在N个射频天线链路中引入一个或多个自干扰对消器,便可以进一步降低下行信号对接收通道的干扰。
基于对馈电网络的设计和对天线子阵设置隔离组件的设计,可以降低不同天线子阵之间的相互干扰,也即可以降低不同射频天线链路之间的相互干扰,如此一来,每个射频天线链路中接收通道所收到的干扰主要来自本链路的发射通道的下行信号。因此,可以在射频天线链路中发射通道和接收通道之间连接自干扰对消器,以将本链路中来自发射通道的下行信号对消,进一步降低接收通道的干扰。换言之,本申请提供的方案中,不需要在N个射频天线链路中的任意两个不同射频天线链路的发射通道和接收通道之间连接自干扰对消器,大大减少了自干扰对消器的数量,使得电路复杂度得以降低,控制复杂度随之降低。
可选地,N等于L。或者说,N个射频天线链路中的每个射频天线链路中的接收通道和发射通道之间连接一个自干扰对消器。
也就是说,该N条射频天线链路可与N个自干扰对消器一一对应,每个自干扰对消器连接在所对应的一个射频天线链路中。相比于目前在N条射频天线链路中采用N×N个自干扰对消器而言,自干扰对消器的数量大大减少,电路复杂度降低。
因此,本申请提供的方案能够在各射频天线链路内、不同射频天线链路之间,减小造成干扰的下行信号对接收通道的阻塞,有利于获得较好的接收性能。
可以理解的是,对馈电网络的设计和对天线子阵设置隔离组件这两种方式可以单独实施,也可以结合实施。将这两种方式结合实施,可以更大程度地降低不同的天线子阵之间的相互干扰,减轻下行信号对接收通道的阻塞,进而减轻接收性能的恶化,获得更好的接收性能。
结合第一方面,在第一方面的某些可能的实现方式中,所述多条射频天线链路中的每条射频天线链路中的馈电网络包括一个或多个移相器,每个移相器连接一个或多个天线振子。
每个移相器可连接于一个或多个天线振子,可用于调整所连接的一个或多个天线振子发射的下行信号的波束方向,还可用于调整所连接的一个或多个天线振子发射的下行信号的相位。一方面,由于移相器可用于对信号的波束方向进行调整,这使得天线子阵中可以使用更多的天线振子来进行信号的收发,天线阵列的天线振子数量的增加,可以使得馈电网络的自由度更大,也就是说,馈电网络可以有更大的自由度来对其幅度和/或相位进行优化,从而为优化出更高的隔离度提供有力的支持。
另一方面,移相器可用于调整相位,这使得同一天线子阵中连接到不同的移相器的天线振子发射的下行信号之间也存在相位差,因此可通过对相位差的控制使得不同天线振子发射的下行信号相互抵消,减小相互间的干扰。
结合第一方面,在第一方面的某些可能的实现方式中,所述隔离组件包括:位于N个天线子阵上方的M个去耦单元,M为大于或等于N的整数;其中,位于第一天线子阵上方的去耦单元用于对接收到的部分信号进行反射,以通过反射的信号来抵消第一接收通道中来自所述其他天线子阵的信号,所述第一天线子阵为所述N个天线子阵中的任意一个天线子阵,所述第一接收通道是连接于所述第一天线子阵的接收通道,所述其他天线子阵是所述N个天线子阵中除所述第一天线子阵之外的一个或多个天线子阵。
其中,M可以是N的整数倍,也可以不是N的整数倍。M个去耦单元可以均匀分布,覆盖于N个天线子阵的上方,构成一个天线去耦表面(antenna decoupling surface,ADS)。ADS通过创建一个新的反射信号(也即,对接收到的部分信号进行反射产生的)来抵消相邻天线子阵之间的耦合信号,因此,在N个天线子阵上方设置M个去耦单元,可以通过抑制天线子阵之间的互耦,从而提高N个天线子阵之间的隔离度。
结合第一方面,在第一方面的某些可能的实现方式中,所述隔离组件包括:位于N个天线子阵中的相邻两个天线子阵之间的至少一个隔离单元,位于相邻天线子阵之间的所述至少一个隔离单元用于隔离所述N个天线子阵中至少部分天线子阵之间的干扰信号。
隔离单元可以设置在相邻的天线子阵之间,以通过对天线子阵发射的下行信号进行能量吸收、改变相位或幅度等方式,降低天线子阵之间的干扰,提高天线子阵之间的隔离度。
所述N个天线子阵中的每个天线子阵包括多个天线振子,所述隔离组件还进一步包括:位于所述每个天线子阵中的相邻天线振子之间的至少一个隔离单元,位于所述相邻天线振子之间的所述至少一个隔离单元用于隔离所述多个天线振子中至少部分振子之间的干扰信号。
隔离单元还可进一步设置在相邻的天线振子之间,以降低天线振子之间的干扰,提高天线振子之间的隔离度。
可选地,所述至少一个隔离单元由吸波材料、散射材料、超材料中的一种或多种制备而成。
其中,吸波材料可以吸收或大幅减弱其表面接收到的电磁波能量,因此可用于制备隔离单元。散射材料和超材料都可以调控电磁波的振幅、相位,改变它们的散射路径和反射路径,从而达到将下行信号对消的效果,因此可用于制备隔离单元。
本申请中,每个隔离单元可以由吸波材料、散射材料、超材料中的一种制备而成。在隔离组件包括多个隔离单元的情况下,不同的隔离单元可以由同一种材料制备而成,比如吸波材料、散射材料、超材料中的一种;不同的隔离单元也可以由不同的材料制备而成,比如吸波材料、散射材料、超材料中的多种。
结合第一方面,在第一方面的某些可能的实现方式中,所述每条射频天线链路中的接收通道包括低噪声放大器(low noise amplifier,LNA)、模数转换器(analog-to-digital converter,ADC),以及连接于所述ADC与所述LNA之间的窄带滤波器,所述窄带滤波器用于将预设频率之外的其他频率信号过滤。
也就是说,该窄带滤波器可以使得某一预设频率的信号通过,而对其他频率的信号过滤,从而使得通过的信号干扰较小。如此一来,ADC受到其他信号的影响较小,ADC不饱和,接收链路整体未阻塞,接收性能受到的影响较小。
可选地,所述预设频率可以是上行频率。
也就是说,除了上行信号之外,其他信号都不能通过窄带滤波器。在接收链路中里连接窄带滤波器尤其适用于上行和下行使用不同频带的工作模式,如子带双工的工作模式。
进一步地,每条射频天线链路中的接收通道还包括开关元件,所述开关元件用于控制接收到的信号通过或不通过所述窄带滤波器流向所述ADC。
通过在接收通道中连接开关元件,可以在不同的工作模式下通过不同的路径流向ADC。例如,在子带双工的工作模式下,控制信号从窄带滤波器流向ADC,也即,通过窄带滤波器对下行信号进行过滤;在TDD、FDD等工作模式下,控制信号从开关元件流向ADC,而不经过窄带滤波器。
结合第一方面,在第一方面的某些可能的实现方式中,所述N个天线子阵中的至少两个天线子阵分别通过移相器连接于同一个接收通道上的ADC,所述移相器用于调整所连接的天线子阵接收到的上行信号的相位和下行信号的相位。
也就是说,多个天线子阵分别通过移相器连接至同一ADC,由于不同的天线子阵可通过移相器来调节相位,因此可通过对相位的调节,实现上行信号同相叠加增强,下行信号反向对消。
一种可能的设计是,所述N个天线子阵分别通过移相器连接至同一接收通道上的ADC,且所述N个射频天线链路中的每个射频天线链路中的接收通道上的ADC都与N个天线子阵连接。
通过上述设计,可以将N个天线子阵与一个接收通道合并。如此一来,可以通过对N个天线子阵的相位的调节(或者说,优化),实现同一接收通道中的上行信号的增强,下行信号的削弱。且N个射频天线链路的每个射频天线链路中的接收通道都可以通过同样的方式来实现上行信号的增强和下行信号的削弱。
在申请中,对相位进行调节的目标是:通过调节,使得上行信号同相叠加,下行信号反向对消。上行信号同相叠加,也就是,来自不同天线子阵的上行信号因同相叠加,能量增强。来自不同天线子阵的上行信号同相具体可以是指,来自不同天线子阵的上行信号之间具有2π的整数倍的相位差。下行信号反相对消,也就是,来自不同天线子阵的下行信号反相对消,能量削弱。来自不同天线子阵的下行信号反相具体可以是指,来自不同天线子阵的下行信号之间具有π的奇数倍的相位差。
其中,来自不同天线子阵的上行信号之间具有2π的整数倍的相位差,来自不同天线子阵的下行信号之间具有π的奇数倍的相位差,是相位调节的理想目标,在实际应用中,可以通过不断的调节优化,使得来自不同天线子阵的上行信号之间的相位差逼近2π的整数倍,来自不同天线子阵的下行信号之间的相位差逼近π的奇数倍。
第二方面,提供了一种AAU,该AAU可应用于通信设备中,如网络设备或终端设备。
示例性地,该AAU包括:N条射频天线链路,N为大于1的整数;该N条射频天线链路中的每条射频天线链路包括:发射通道、接收通道、连接于该发射通道和接收通道的馈电网络,以及连接于该馈电网络的天线子阵,该馈电网络用于为天线子阵馈电,该天线子阵用于发射信号和接收信号;其中,每条射频天线链路的接收通道中包括LNA、窄带滤波器和ADC,窄带滤波器连接于LNA和ADC之间,用于将除预设频率之外的其他信号过滤。
也就是说,该窄带滤波器可以使得某一预设频率的信号通过,而对其他频率的信号过滤,从而使得通过的信号干扰较小。在上述方案中,通过在接收通道增加窄带滤波器来对信号进行筛除,使得进入ADC的干扰信号能量较低,ADC受到干扰信号的影响较小,ADC不饱和,接收链路整体未阻塞,接收性能受到的影响较小。
可选的,所述预设频率为上行频率。
也就是说,除了上行信号之外,其他信号都不能通过窄带滤波器。在接收链路中里连接窄带滤波器尤其适用于上行和下行使用不同频带的工作模式,如子带双工的工作模式。
结合第二方面,在第二方面的某些可能的实现方式中,所述每条射频天线链路中的接收通道还包括开关元件,所述开关元件用于控制接收到的信号通过或不通过所述窄带滤波器流向所述ADC。
通过在接收通道中连接开关元件,可以在不同的工作模式下通过不同的路径流向ADC。例如,在子带双工的工作模式下,控制信号从窄带滤波器流向ADC,也即,通过窄带滤波器对下行信号进行过滤;在TDD、FDD等工作模式下,控制信号从开关元件流向ADC,而不经过窄带滤波器。
第三方面,提供了一种AAU,该AAU可应用于通信设备中,如网络设备或终端设备。
示例性地,该AAU包括:N条射频天线链路,N为大于1的整数;该N条射频天线链路中的每条射频天线链路包括:发射通道、接收通道、连接于该发射通道和接收通道的馈电网络,以及连接于该馈电网络的天线子阵,该馈电网络用于为天线子阵馈电,该天线子阵用于发射信号和接收信号;其中,所述N个天线子阵中的至少两个天线子阵分别通过移相器连接于同一个接收通道上的ADC,所述移相器用于调整所连接的天线子阵接收到的上行信号的相位和下行信号的相位。
也就是说,多个天线子阵分别通过移相器连接至同一ADC,由于不同的天线子阵可通过移相器来调节相位,因此可通过对相位的调节,实现部分信号的增强和部分信号的减弱。以网络设备为例,实现上行信号的增强和下行信号的削弱。其中,关于通过相位调节使得信号增强与削弱的原理说明可参看第一方面中的相关说明,不再赘述。
在上述方案中,通过将多个天线子阵分别通过移相器连接到同一个接收通道,以通过对相位的调节来实现部分信号的增强和部分信号的削弱,可以使得进入ADC的干扰信号能量较低,ADC受到干扰信号的影响较小,ADC不饱和,接收链路整体未阻塞,接收性能受到的影响较小。
结合第三方面,在第三方面的某些可能的实现方式中,所述N个天线子阵分别通过移相器连接至同一接收通道上的ADC,且所述N个射频天线链路中的每个射频天线链路中的接收通道上的ADC都与N个天线子阵连接。
通过上述设计,可以通过连接于N个天线子阵的N个移相器分别进行对各自所连接的天线子阵的信号进行相位调节(或者说,优化),使得N个接收通道都分别能够实现上行信号的增强和下行信号的削弱,从而有利于提升接收性能。
第四方面,提供了一种通信设备,包括基带单元(baseband unit,BBU),以及第一方面至第三方面以及第一方面至第三方面任一种可能实现方式中的AAU。
可选地,该通信设备为网络设备。
可选地,该通信设备为终端设备。
应当理解的是,本申请的第四方面本申请的第一方面至第三方面的技术方案相对应,对应的可行实施方式所取得的有益效果相似,不再赘述。
附图说明
图1是本申请实施例提供的通信设备所适用的通信系统的架构示意图;
图2是TDD工作模式的示意图;
图3是FDD工作模式的示意图;
图4是全双工工作模式的示意图;
图5是子带双工工作模式的示意图;
图6是部分全双工工作模式的示意图;
图7是自干扰对消器的示意图;
图8是四发四收的基站架构的示意图;
图9是在图8的基站中采用自干扰对消器的示意图;
图10是目前的AAU中的射频天线链路的示意图;
图11是本申请实施例提供的AAU的示意图;
图12是本申请实施例提供的馈电网络的走线的示意图;
图13是本申请实施例提供的通过馈电网络的不同走线降低干扰的示意图;
图14是本申请实施例提供的去耦单元的俯视图;
图15是天线去耦表面降低干扰的示意图;
图16是采用散射材料制备的隔离单元用于降低干扰的示意图;
图17是位于天线子阵之间的隔离单元的示意图;
图18是位于天线子阵之间的隔离单元的另一示意图;
图19是位于天线子阵之间及天线振子之间的隔离单元的示意图;
图20是位于天线子阵之间及天线振子之间的隔离单元的另一示意图;
图21是位于天线子阵之间及天线振子之间的隔离单元的另一示意图;
图22是位于天线子阵之间的隔离单元的另一示意图;
图23是本申请实施例提供的AAU的另一示意图;
图24是本申请实施例提供的AAU的又一示意图;
图25是本申请实施例提供的AAU的又一示意图;
图26是本申请实施例提供的AAU的又一示意图;
图27是本申请实施例提供的AAU的又一示意图;
图28是本申请实施例提供的AAU的又一示意图;
图29是本申请实施例提供的AAU的又一示意图;
图30是本申请实施例提供的AAU的又一示意图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本申请中的技术方案进行描述。
为方便理解本申请实施例,首先做出如下几点说明:
第一,本文中为方便描述,引入了“左”、“右”、“上”、“下”等用于描述方位的术语,以及“水平”、“垂直”等用于描述方向的术语。应理解,这些术语只是在结合附图描述时为方便理解而引入,不应对本申请构成任何限定。随着天线面板的方向发生变化,比如倾斜、翻转、旋转等,天线振子及天线子阵的方位可能变化,但这并不会对各天线子阵,及各天线振子之间的相对位置关系造成影响。第二,本申请实施例中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B的情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系,但并不排除表示前后关联对象是一种“和”的关系的情况,具体表示的含义可以结合上下文进行理解。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b,或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c;a和b;a和c;b和c;或a和b和c。其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
第三,本申请实施例中,“第一”、“第二”等前缀字样的使用仅仅为了便于对归属于同一个名称类别下的不同事物进行区分描述,不对事物的次序、大小或者数量进行约束。例如,“第一天线子阵”和“第二天线子阵”仅仅为不同的天线子阵,并不限定天线子阵的数量或位置。
第四,本申请实施例中的“发送”和“接收”,表示信号在通信设备内部及空口的走向。例如,“发送下行信号”指,下行信号通过发射通道、滤波器等到达天线振子,再通过天线振子将下行信号辐射出去;“接收上行信号”指,上行信号通过天线振子被接收后,通过滤波器、接收通道等,到达通信设备内部的其他处理模块,如基带芯片等。
第五,在本申请实施例中,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
第六,在本申请实施例中,为了方便理解,给出了多个示例。在有些示例中,是以网络设备为配置有本申请提供的AAU的通信设备为例来描述的,对于网络设备来说,其发射的信号为下行信号,其接收的信号为上行信号。在另一些示例中,也可以将该AAU配置于终端设备中,文中虽未给出示例,但本领域的技术人员可以基于相同的原理扩展出其他示例。为了简洁,本文中就不再一一举例说明。
本申请提供的技术方案可以应用于各种通信系统,例如:长期演进(long termevolution,LTE)系统、LTE FDD系统、LTE TDD、侧链(sidelink,SL)通信系统,全球互联微波接入(worldwide interoperability for microwave access,WiMAX)通信系统、第五代(5th generation,5G)移动通信系统或新无线接入技术(new radio access technology,NR)、卫星通信系统等。其中,5G移动通信系统可以包括非独立组网(non-standalone,NSA)和/或独立组网(standalone,SA)。
本申请提供的技术方案还可以应用于未来的通信系统,如第六代(6thgeneration,6G)移动通信系统,或者多种系统的融合系统等。本申请提供的技术方案还可以应用于设备到设备(device to device,D2D)通信、车到万物(vehicle-to-everything,V2X)通信、机器到机器(machine to machine,M2M)通信、机器类型通信(machine typecommunication,MTC)、以及物联网(internet of things,IoT)通信系统或者其他通信系统。
通信系统中的一个设备可以向另一个设备发送信号或从另一个设备接收信号。其中信号可以包括信息、信令或者数据等。其中,设备也可以被替换为实体、网络实体、通信设备、通信模块、节点、通信节点等等,本申请中以设备为例进行描述。例如,通信系统可以包括至少一个终端设备和至少一个网络设备。网络设备可以向终端设备发送下行信号,和/或终端设备可以向网络设备发送上行信号。可以理解的是,本申请中的终端设备可以替换为第一设备,网络设备可以替换为第二设备,二者执行本申请中相应的通信方法。
本申请中的网络设备可以是具有无线收发功能的设备该网络设备也可以称为无线接入网(radio access network,RAN)设备或接入网设备。网络设备可以提供无线通信功能服务,可以将终端设备接入到无线网络中。
网络设备可以是基站。基站可以广义的覆盖如下各种名称,或与如下名称进行替换,比如:节点B(NodeB)、演进型基站(evolved NodeB,eNB)、下一代基站(next generationNodeB,gNB)、中继站、接入点、发送接收点(transmitting and receiving point,TRP)、发送点(transmitting point,TP)、主站、辅站、多制式无线(motor slide retainer,MSR)节点、家庭基站、网络控制器、接入节点、无线节点、接入点(access point,AP)、传输节点、收发节点、基带单元(baseband unit,BBU)、射频拉远单元(remote radio unit,RRU)、有源天线单元(active antenna unit,AAU)、射频头(remote radio head,RRH)、中心单元(central unit,CU)、分布式单元(distributed unit,DU)、射电单元(radio unit,RU)、定位节点等。基站可以是宏(macro)基站、微(micro)基站、中继(relay)节点、施主节点或类似物,或其组合,或者是云无线接入网(cloud radio access network,CRAN)场景下的无线控制器、开放式无线接入网(open radio access network,O-RAN或ORAN)场景下的节点等。基站还可以指用于设置于前述设备或装置内的通信模块、调制解调器或芯片。基站还可以是移动交换中心以及D2D、V2X、M2M通信中承担基站功能的设备、6G网络中的网络侧设备、未来的通信系统中承担基站功能的设备等。基站可以支持相同或不同接入技术的网络。可选的,RAN节点还可以是服务器,可穿戴设备,车辆或车载设备等。例如,车辆外联(vehicle toeverything,V2X)技术中的接入网设备可以为路侧单元(road side unit,RSU)。本申请的实施例对网络设备所采用的具体技术和具体设备形态不做限定。在一些部署中,本申请实施例所提及的网络设备可以为包括CU、或DU、或包括CU和DU的设备、或者控制面CU节点(中央单元控制面(central unit-control plane,CU-CP))和用户面CU节点(中央单元用户面(central unit-user plane,CU-UP))以及DU节点的设备。例如,网络设备可以包括gNB-CU-CP、gNB-CU-UP和gNB-DU。
在一些部署中,由多个RAN节点协作协助终端实现无线接入,不同RAN节点分别实现基站的部分功能。例如,RAN节点可以是CU,DU,CU-CP,CU-UP,或者RU等。CU和DU可以是单独设置,或者也可以包括在同一个网元中,例如BBU中。RU可以包括在射频设备或者射频单元中,例如包括在RRU、AAU或RRH中。
RAN节点可以支持一种或多种类型的前传接口,不同前传接口,分别对应具有不同功能的DU和RU。若DU和RU之间的前传接口为通用公共无线电接口(common public radiointerface,CPRI),DU被配置用于实现基带功能中的一项或多项,RU被配置用于实现射频功能中的一项或多项。若DU和RU之间的前传接口为另一种接口,其相对于CPRI,将下行和/或上行的部分基带功能,比如,针对下行,预编码(precoding),数字波束赋形(beamforming,BF),或快速傅立叶反变换(inverse fast Fourier transform,IFFT)/添加循环前缀(cyclic prefix,CP)中的一项或多项,从DU中移至RU中实现,针对上行,数字波束赋形(beamforming,BF),或快速傅立叶变换(fast Fourier transform,FFT)/去除循环前缀(cyclic prefix,CP)中的一项或多项,从DU中移至RU中实现。在一种可能的实现方式中,该接口可以为增强型通用公共无线电接口(enhanced common public radio interface,eCPRI)。在eCPRI架构下,DU和RU之间的切分方式不同,对应不同类型(category,Cat)的eCPRI,比如eCPRI Cat A,B,C,D,E,F。
以eCPRI Cat A为例,对于下行传输,以层映射为切分,DU被配置用于实现层映射及之前的一项或多项功能(即编码、速率匹配,加扰,调制,层映射中的一项或多项),而层映射之后的其他功能(例如,RE映射,数字波束赋形,或IFFT/添加CP中的一项或多项)移至RU中实现。对于上行传输,以解RE映射为切分,DU被配置用于实现解映射及之前的一项或多项功能(即解码,解速率匹配,解扰,解调,IDFT,信道均衡,解RE映射中的一项或多项功能),而解映射之后的其他功能(例如,数字BF或FFT/去CP中的一项或多项)移至RU中实现。可以理解的是,关于各种类型的eCPRI所对应的DU和RU的功能描述,可以参考eCPRI协议,在此不予赘述。
一种可能的设计中,BBU中用于实现基带功能的处理单元称为基带高层(baseband high,BBH)单元,RRU/AAU/RRH中用于实现基带功能的处理单元称为基带低层(baseband low,BBL)单元。
在不同系统中,CU(或CU-CP和CU-UP)、DU或RU也可以有不同的名称,但是本领域的技术人员可以理解其含义。例如,在ORAN系统中,CU也可以称为O-CU(开放式CU),DU也可以称为O-DU,CU-CP也可以称为O-CU-CP,CU-UP也可以称为O-CU-UP,RU也可以称为O-RU。本申请中的CU(或CU-CP、CU-UP)、DU和RU中的任一单元,可以是通过软件模块、硬件模块、或者软件模块与硬件模块结合来实现。
本申请实施例中,用于实现网络设备的功能的装置可以是网络设备;也可以是能够支持网络设备实现该功能的装置,例如芯片系统、硬件电路、软件模块、或硬件电路加软件模块。该装置可以被安装在网络设备中或者和网络设备匹配使用。在本申请实施例中仅以用于实现网络设备的功能的装置为网络设备为例进行说明,不对本申请实施例的方案构成限定。
本申请中的终端设备也可以称为用户设备(user equipment,UE)、接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备(mobile equipment,ME)、用户终端、终端、无线通信设备、用户代理或用户装置。
终端设备可以是一种可以提供语音/数据连通性的设备,例如,具有无线连接功能的手持式设备、车载设备等。目前,一些终端设备的举例可以为:手机(mobile phone)、平板电脑(pad)、带无线收发功能的电脑(如笔记本电脑、掌上电脑等)、移动互联网设备(mobileinternet device,MID)、虚拟现实(virtual reality,VR)设备、增强现实(augmentedreality,AR)设备、工业控制(industrial control)中的无线终端、无人驾驶(selfdriving)中的无线终端、无人机、远程医疗(remote medical)中的无线终端、智能电网(smart grid)中的无线终端、运输安全(transportation safety)中的无线终端、智慧城市(smart city)中的无线终端、智慧家庭(smart home)中的无线终端、蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(session initiation protocol,SIP)电话、无线本地环路(wireless localloop,WLL)站、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备,5G网络中的终端设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(public land mobile network,PLMN)中的终端设备等。
其中,可穿戴设备也可以称为穿戴式智能设备,是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称,如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。可穿戴设备即直接穿在身上,或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备,更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能。广义穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或者部分的功能,例如:智能手表或智能眼镜等,以及只专注于某一类应用功能,需要和其它设备如智能手机配合使用,如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。
此外,终端设备还可以是IoT系统中的终端设备,也可以称为IoT节点。IoT是未来信息技术发展的重要组成部分,其主要技术特点是将物品通过通信技术与网络连接,从而实现人机互连,物物互连的智能化网络。连接可以通过宽带技术,也可以通过窄带技术。IoT技术可以通过例如窄带(narrow band,NB)技术,做到海量连接,深度覆盖,终端省电。
此外,终端设备还可以包括智能打印机、火车探测器、加油站等传感器,主要功能包括收集数据(部分终端设备)、接收网络设备的控制信息与下行数据,并发送电磁波,向网络设备传输上行数据。
本申请中的终端设备可以为虚拟化的设备,比如,通过通用硬件和实例化的虚拟化功能,或者,专用硬件和实例化的虚拟化功能来实现。其中,通用硬件可以为服务器,比如,云服务器。
图1是本申请实施例提供的通信设备所适用的通信系统10的架构示意图。如图1所示,该通信系统10包括无线接入网100和核心网200。可选地,该通信系统10还包括互联网300。其中,无线接入网100可以包括至少一个无线接入网设备(如图1中的110a和110b),还可以包括至少一个终端设备(如图1中的120a-120j)。终端设备可以通过无线的方式与无线接入网设备相连。终端设备和终端设备之间,以及无线接入网设备和无线接入网设备之间,可以通过有线或无线的方式相互连接。图1只是示意图,该通信系统10中还可以包括其它网络设备,如还可以包括无线中继设备和无线回传设备等,在图1中未画出。
其中,无线接入网设备可以为部署在空中的基站,例如可以是卫星基站110a;也可以为部署在室内的基站,例如可以是微基站或室内站110b。应理解,本申请对于无线接入网设备的具体所采用的具体技术和具体设备形态不做限定。为了便于描述,下文以基站作为无线接入网设备的例子进行描述。
终端设备可以为部署在空中的终端设备,例如图1中的直升机或无人机120i;也可以为部署在地面的终端设备,例如图1中的手机120a、120e、120f和120j,车辆120b,电脑110b,打印机120h等。
基站和终端可以是固定位置的,也可以是可移动的。基站和终端可以部署在陆地上,包括室内或室外、手持或车载;也可以部署在水面上;还可以部署在空中的飞机、气球和人造卫星上。本申请的实施例对基站和终端的应用场景不做限定。
基站和终端之间、基站和基站之间、终端和终端之间可以通过授权频谱进行通信,也可以通过免授权频谱进行通信,也可以同时通过授权频谱和免授权频谱进行通信;可以通过6千兆赫(gigahertz,GHz)以下的频谱进行通信,也可以通过6GHz以上的频谱进行通信,还可以同时使用6GHz以下的频谱和6GHz以上的频谱进行通信。本申请的实施例对无线通信所使用的频谱资源不做限定。
目前的通信系统中有TDD、FDD、全双工、子带双工、部分全双工等多种工作模式。下面将结合附图对上述几种工作模式做简单的说明。
图2是TDD工作模式的示意图。如图所示,在TDD工作模式下,网络设备在f0的所有频率带宽上进行信号的收发。例如,网络设备可以在图2中空白方框所示的下行时隙内发送下行信号,在带有填充图案的方框所示的上行时隙内接收上行信号。相应地,终端设备在下行时隙接收下行信号,在上行时隙发送上行信号。应理解,图2所示的上行时隙与下行时隙的配比为1:4,这只是一种可能的上、下行时隙的配比,TDD也可以有其他时隙配比,本申请对此不作限定。
图3是FDD工作模式的示意图。如图所示,在FDD工作模式下,网络设备在f1频率带宽上的所有时隙(如图3中空白方框所示)发送下行信号,在f2频率带宽上的所有时隙(如图3中带有填充图案的方框所示)接收上行信号。相应地,终端设备在f1频率带宽上的所有时隙接收下行信号,在f2频率带宽上的所有时隙发送上行信号。其中,f1可称为下行频率,f2可称为上行频率。
图4是全双工工作模式的示意图。网络设备在f0的所有频率带宽上的所有时隙内(如图4中带有填充图案的方框所示),同时发送下行信号和接收上行信号,相应地,终端设备在f0的所有频率带宽上的所有时隙内,同时接收下行信号和发送上行信号。全双工工作模式可以重复利用频率资源,提升频率效率,但由于网络设备在相同的时频资源上发送和接收信号,会有严重的干扰问题。
图5是子带双工工作模式的示意图。子带双工工作模式可视为TDD工作模式的变形。子带双工工作模式下,f0的频率带宽中的一小部分频率带宽f3上的所有时隙为上行时隙,如图5中对应于频率f3的带有填充图案的方框所示,网络设备可以在f3频率带宽上的所有时隙内接收上行信号,终端设备可以在f3频率带宽上的所有时隙内发送上行信号;在f0的频率带宽中除去f3频率带宽之外的部分,仍按照TDD工作模式来划分上、下行时隙,例如,网络设备可以在图5中空白方框所示的下行时隙内发送下行信号,在带有填充图案的方框所示的上行时隙内接收上行信号。相应地,终端设备在下行时隙接收下行信号,在上行时隙发送上行信号。
子带双工工作模式可以提升上行覆盖,增强上行信号的信噪比,也即增强终端设备给网络设备发送的信号的信噪比。但是,与图4所示的全双工工作模式类似,网络设备可以在相同的时频资源上发送和接收信号,还有严重的干扰。虽然接收信号的频率和发送信号的频率不同,但下行信号也会耦合到接收通道,且因下行信号的发射功率较大,会使得接收通道阻塞,从而降低接收通道性能。
图6是部分全双工工作模式的示意图。部分全双工的时频资源是子带双工、全双工、TDD这几种工作模式的融合。如图所示,在f0频率带宽中,部分频率带宽上的时隙按照TDD来划分上、下行时隙,如图6中的时频资源由上往下第一行和第六行所示;部分频率带宽上的所有时隙为上行时隙,如图6中的时频资源由上往下第二行和第五行所示;部分频率带宽上的所有时隙为全双工时隙,如图6中的时频资源中由上往下第四行所示;部分频率带宽上的时隙随时间在下行时隙、上行时隙和全双工时隙之间切换,如图6中的时频资源由上往下第三行所示。
需要说明的是,任何接收机都有一定的接收动态范围,在接收功率超过接收动态范围所允许的最大功率时,会导致接收机的非线性器件饱和,产生非线性失真,从而引起互调、交调的多阶产物。这就是接收机阻塞,阻塞会导致接收机无法正常工作。接收机阻塞同样也可能发生在接收通道,也即接收通道阻塞。相应地,这种干扰称为阻塞干扰。
在某些工作模式下,例如全双工、子带双工、部分全双工等工作模式下,网络设备都可以使用同一组或多组天线单元同时发射信号和接收信号,即,收发共用天线。收发共用天线也就是共用同一组或多组天线单元来进行收发,其中,一组天线单元可以包括一个或多个天线单元。在收发共用天线时,就可能存在接收通道阻塞的情况。为了防止接收通道阻塞,通常采用自干扰对消器来降低接收通道接收到的下行信号的干扰。自干扰对消器旨在构建一个与干扰信号幅度相同、相位相反的射频信号,与干扰信号合成,从而对干扰信号形成抵消效果。图7是自干扰对消器的一个示例。如图7所示,自干扰对消器可包括多个链路,每个抽头链路包括可调移相器、可调衰减器等元件,电路复杂度高。
目前,收发共用天线的基站架构目前常见的有一发一收、两发两收、四发四收等。以四发四收为例,基站使用四组天线单元发射信号的同时,可以使用这四组天线单元接收信号。图8是四发四收的基站架构的示意图。图8从左往右示出了四个射频天线链路,每个射频天线链路包括一个发射通道、一个接收通道、该发射通道和接收通道共用的天线,以及连接于发射通道、接收通道和天线之间的滤波器、环行器。按照从左往后的顺序,四个天线子阵分别记为天线b1、天线b2、天线b3、天线b4;四个发射通道依次记为第一发射通道、第二发射通道、第三发射通道和第四发射通道;四个接收通道依次记位第一接收通道、第二接收通道、第三接收通道和第四接收通道;四个射频天线链路依次记为第一射频天线链路、第二射频天线链路、第三射频天线链路和第四射频天线链路。
以第一射频天线链路为例,由于环行器的隔离度限制,第一发射通道发射的下行信号中有一部分分量(例如记为a1)会从该链路中的环行器耦合到第一接收通道;还有一部分分量(例如记为a2)会从该链路中的滤波器的输入端口反射后进入环行器,再进入到第一接收通道;还有一部分分量(例如记为a3)会从天线b1的输入端口反射后进入该链路中的滤波器、环行器,再进入到第一接收通道;还有一部分下行信号的分量,例如第二发射通道发射的下行信号的分量(例如记为a4)、第三发射通道发射的下行信号的分量(例如记为a5)和第四发射通道发射的下行信号的分量(例如记为a6)分别从各自所连接的天线b2、b3和b4耦合到天线b1,然后经过第一射频天线链路中的滤波器、环行器进入第一接收通道,由于这几个下行信号的分量a1至a6进入到第一接收通道时,功率仍较大,会导致第一接收通道阻塞,从而影响接收性能。以此类推,第二接收通道、第三接收通道和第四接收通道也都分别会收到类似的下行信号的分量,导致各接收通道阻塞,影响接收性能。
如果采用前述的自干扰对消器来抑制各接收通道的阻塞,则需要在每个接收通道和每个发射通道之间采用自干扰对消器来降低干扰,图9示出了在图8所示的基站架构中采用自干扰对消器的示例。如图9所示,第一发射通道与第一接收通道、第二接收通道、第三接收通道、第四接收通道之间分别连接了一个自干扰消除器;第二发射通道与第一接收通道、第二接收通道、第三接收通道、第四接收通道之间也分别连接了一个自干扰消除器;第三发射通道与第一接收通道、第二接收通道、第三接收通道、第四接收通道之间也分别连接了一个自干扰消除器;第四发射通道与第一接收通道、第二接收通道、第三接收通道、第四接收通道之间也分别连接了一个自干扰消除器。综上,为了防止接收通道阻塞,该基站共使用了16个自干扰对消器,形成了一个4×4的全连接网络。
随着收发共用的天线单元数目的增多,N值也趋于增大,自干扰对消器的数量急剧增长,电路复杂度也急剧上升。
有鉴于此,本申请提供一种AAU,通过在不同射频天线链路之间采用隔离技术,并针对隔离技术提供了多项方案,比如通过对馈电网络的优化设计,使得不同链路的信号的幅度和/或相位不同,从而降低接收天线的近场能量;又比如在天线子阵上方使用天线去耦表面(atenna decoupling surface,ADS)来减小天线子阵之间的信号干扰;还比如,在相邻的天线子阵之间的信号使用吸波材料、散射材料、超材料等隔离单元来减小天线子阵之间的信号干扰,等。在同一射频天线链路中的发射通道和接收通道之间,可以沿用自干扰对消器来消除本链路的信号干扰。如此一来,除了在本链路中采用自干扰对消器来消除干扰之外,不同链路之间的干扰可通过其他方式来消除,自干扰对消器的使用大大减少,复杂度也得以大大降低。
为方便理解和说明,在介绍本申请的实施例之前,先对本文涉及到的术语做简单说明。
1、AAU:5G基站的主要设备,是大规模天线阵列的实施方案。AAU可以看成是射频拉远单元(remote radio unit,RRU)与天线的组合。
2、天线子阵:本申请中,为了区分连接到不同射频通道(包括发射通道和接收通道)上的天线振子,将连接于同一个射频通道上的天线振子定义为一个天线子阵。同一个天线子阵连接于同一个射频通道,不同的天线子阵连接于不同的射频通道。
3、天线振子:也可以称振子、辐射单元,是构成天线的最基本单元。天线振子是用导电的金属制造的,当导线上有交变电流流动时,可以发生电磁波辐射。因此,天线振子也可以称为辐射体、辐射单元等。
4、馈电网络:也可以称为功率分配单元。本申请中,馈电网络用于为所连接的天线子阵(具体可以是指天线子阵中的天线振子)馈电。馈电网络可以将射频信号按照一定的幅度、相位馈送到天线子阵或者将天线子阵接收到的无线信号按照一定的幅度、相位发送到通信设备内部的信号处理单元。
5、天线:包括反射板(也可以称为底板)、馈电网络和天线振子。可选地,天线还包括天线罩。本文中为方便理解和说明,主要结合附图示出了天线振子和馈电网络,以及连接于馈电网络的射频通道,而对反射板和天线罩等其他部件并未予以示出。但这不应对本申请构成任何限定。本申请并不限定天线的结构以及天线振子的形态。
应理解,关于天线的具体结构及其工作原理可参看已有技术,本申请对此不作详述。
下面将结合附图来对本申请的技术方案进行详细说明。
为方便理解,首先结合图10对目前的射频天线链路进行信息说明。
图10是目前的AAU中射频天线链路的示意图。如图10所示,按照由天线子阵依次往后的顺序,每个射频天线链路包括:天线子阵、馈电网络、滤波器(filter)、环行器(circulator)、发射通道和接收通道。其中,发射通道和接收通道连接于环行器,环行器与滤波器连接,滤波器通过馈电网络连接于天线子阵。环行器也称环形器,是用于将从任一端口入射的电磁波按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件,能够单向传输高频信号能量。在AAU中,环行器可以将来自发射通道的信号(例如下行信号)传输至滤波器,也可以将来自滤波器的信号(例如上行信号)传输至接收通道。滤波器可用于对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除,得到一个特定频率的电源信号,或消除一个特定频率的电源信号。在AAU中,滤波器可以在一定程度上对流经的信号进行噪声滤除。馈电网络可通过射频线路来为天线子阵馈电。所述射频线路包括带状线或微带线馈电。通过对射频线路的设计,比如宽度和/或长度的设计,可以使得该馈电网络能够将来自发射通道的信号按照一定的相位、幅度馈送到天线子阵,或者将来自天线子阵的信号按照一定的相位、幅度馈送到滤波器。
天线子阵包括一个或多个天线振子,该一个或多个天线振子按照一定的规律排列起来,组成一个子阵。图中所示出的天线子阵包括6个天线振子。该6个天线振子通过馈电网络连接至同一个滤波器,如图所示,因此可以称一驱六。
应理解,图中关于滤波器与天线振子之间的数量关系仅为示例,在实际应用中,一个滤波器可以连接更多或者更少数量的天线振子,比如,一驱三、一驱四、一驱九,等等。多个天线振子也可以被分为更多个组,比如,9个天线振子分为三组,连接至滤波器。本申请对此不作限定。
进一步地,如图中所示,发射通道包括:功率放大器(power amplifier,PA)、射频驱动(Driver,Drv)放大器(图中以Drv示出)、数模转换器(digital-to-analog converter,DAC)等。其中,DAC用于将发射通道中待传输的数字信号转换为模拟信号,PA用于对信号进行功率放大。
接收通道包括:LNA和ADC等。LNA用于消除噪声,ADC用于将接收到的数字信号转换为模拟信号。
应理解,图10所示出的射频天线链路所包含的器件仅为示例,射频天线链路中还可以包括其他器件,或者,采用其他可用于实现相同或相似功能的器件来替代图10中的某一个或多个器件。本申请对此不作限定。
需要说明的是,在图10及后文图11、图23至30所示的射频天线链路中,每个天线子阵与一个射频通道连接,每个天线子阵可以由所连接的射频通道驱动。后文中为了简洁,不再重复说明。
图11是本申请实施例提供的AAU的一个示意图。如图11所示,该AAU包括:N(N为大于1的整数)条射频天线链路。每条射频天线链路包括一个天线子阵,换言之,N条射频天线链路包括N个天线子阵。N条射频天线链路与N个天线子阵一一对应。不难看出,图10中的射频天线链路中所包含的器件在图11中也存在,相同器件可参看图10的相关说明,不再赘述。
图11示出了N为2的一个示例。如图所示,该2条射频天线链路的2个天线子阵分别如图中的天线子阵1和天线子阵2所示。通过对该2条射频天线链路中的馈电网络设计不同的走线,和/或,在天线子阵中设置隔离组件,可以降低天线子阵之间的干扰。
其中,不同射频天线链路的馈电网络的走线不同,具体可以是指,不同射频天线链路中的PCB中射频线路的布局不同。射频线路的布局不同可以包括:射频线路的长度不同,和/或,射频线路的宽度不同。作为示例而非限定,射频线路包括微带线或带状线。为方便说明,本文将不同射频天线链路的馈电网络的走线不同的设计方案记为方案一。
为便于理解,图12示出了不同射频天线链路中的馈电网络。图12所示的馈电网络是8条射频天线链路中的馈电网络的走线。每一条射频天线链路对应于图中的一条横向的走线,8条射频天线链路对应于图中8条横向的走线。
图12所示的8条走线存在细微的差异。如图12中馈电网络2的a处与馈电网络4的b处所示,b处所示的线长大于a处所示的线长,这表示该位置上馈电网络2的射频线路和馈电网络4的射频线路的长度不同;b处所示的线也粗于b处所示的线,这表示该位置上馈电网络2的射频线路和馈电网络4的射频线路的宽度也不同。通过仔细观察不难发现,图12中所示的8条射频线路的走线不完全相同。通过不同的走线设计,可以使得该8条射频天线链路所发射的信号的相位不同,使得信号在近场趋于相位相反、能量对消的效果。
为方便说明,下文以配置了该AAU的网络设备为例来描述。对于天线子阵发射的下行信号来说,其附近的其他天线子阵都可视作接收方,因此下文中将多个天线子阵区分命名为发送方天线子阵和接收方天线子阵。可以理解,每个天线子阵都可以是发送方天线子阵,也可以是接收方天线子阵。发送或接收都是相对于信号而言的。
图13是通过馈电网络的不同走线降低干扰的示意图。图13中的发送方天线子阵的馈电网络与接收方天线子阵的馈电网络的走线不同。通过对不同射频天线链路中的馈电网络进行不同的走线设计,一方面,在发送方天线子阵发射下行信号时,发送方天线子阵的近场处的接收方天线子阵的不同天线振子接收到的下行信号相位相反,矢量对消,能量降低,因此,接收方天线子阵接收到的下行信号的能量降低,干扰减小,且在远场的天线(如终端天线)接收到的下行信号相位相同、能量叠加;另一方面,通过对接收方天线子阵的馈电网络的设计,接收方天线子阵中的每个天线振子接收到下行信号后,可以进一步在电路域矢量对消,例如图13中通过不同天线振子接收到的相位相反的下行信号①和②,从而使得下行信号的能量进一步降低,干扰进一步减小。
应理解,图12所示的8条射频天线链路中的馈电网络仅为示例,在实际设计中,技术人员可以通过多次测试,来不断优化馈电网络的走线,以达到上文两方面所述的目的。因此,也可能存在8条射频链路中的馈电网络部分不同的情况。换言之,在N为大于2的情况下,N条射频天线链路中至少存在两条射频天线链路的馈电网络的走线不同。
除了对馈电网络的走线设计不同,本方案还提供了设置隔离组件的方案,以用于降低天线子阵之间的干扰。
隔离组件的一种设计为天线去耦表面(ADS)。可选地,该隔离组件包括位于N个天线子阵上方的M个去耦单元。其中,去耦单元的数量M可以是天线子阵的数量N的倍数,比如,M=N,或者,M=αN,α是不为零的系数。该M个去耦单元可以均匀地排布,覆盖于天线振子的上方。M个去耦单元组合在一起,整体上可构成一个天线去耦表面。该天线去耦表面可以将接收到的部分信号反射,以达到降低干扰的目的。为方便说明,本文将在N个天线子阵上方设置天线去耦表面的设计方案记为方案二。
图14是去耦单元的俯视图。图14中的(a)至(h)示出了不同形状的去耦单元。但应理解,图14所示仅为示例,本申请对于去耦单元的形状并不做限定。在本申请实施例中,该N个天线子阵上方的M个去耦单元可以是相同形状的去耦单元。
图15是该天线去耦表面降低干扰的示意图。图15示出了天线子阵A、B、C和D。为方便理解和说明,本文以天线子阵A、B对天线子阵C的干扰为例来描述去耦表面的作用。天线子阵A在发射信号时,所发射的信号可以向不同的方向传播,例如包括但不限于图中①和④所示的路径。其中,沿路径①传播的信号,一部分可透过去耦表面继续向外传播,如图中的路径②所示,另一部分被去耦表面反射后,沿路径③回到天线子阵A。沿路径④传播的信号到达去耦表面后,可能被去耦表面反射,沿路径⑤到达天线子阵C,对天线子阵C的接收通道造成干扰。另外,天线子阵B发射的信号也可以向不同的方向传播,例如包括但不限于图中⑥和⑧所示的路径。其中,沿路径⑥传播的信号到达去耦表面后,可能被去耦表面反射,沿路径⑦到达天线子阵C,对天线子阵C的接收通道造成干扰;沿路径⑧传播的信号也可能到达天线子阵C,例如可以直接耦合或传输到天线子阵C的接收通道中,对天线子阵C的接收通道造成干扰。
除此之外,图15中的天线子阵D,以及图15中未示出的其他天线子阵也可能对天线子阵C造成干扰。
由于沿不同路径达到天线子阵C的干扰信号的相位大概率是不同的,通过对去耦表面与天线子阵的相对位置的设计,使得这些干扰信号的能量能够基于相位相反,能量对消的原理而被降低,从而减小对天线子阵C的接收通道的干扰。一种可能的设计是,该去耦表面与天线子阵上表面的间距(如图15中所示的h)为四分之一个电磁波信号的波长。
可以理解,图15的示例只是以三个天线子阵之间的干扰信号为例来描述了去耦表面的作用。在实际应用中,天线子阵C可能受到更多天线子阵发射的信号干扰。且天线阵列中的每个天线子阵也都可能如图15中的天下子阵C一样,受到其周围其他一个或多个天线子阵发射的信号干扰。因此,该去耦表面也可以应用到更大的范围中,比如用于本方案中的N个天线子阵上,用于降低不同天线子阵之间的干扰。比如,位于N个天线子阵之间的某一天线子阵(记为第一天线子阵)上方的去耦表面可以将来其他天线子阵的部分信号反射,从而抵消第一天线子阵所连接的接收通道中来自其他天线子阵的信号。
需要说明的是,由于天线去耦表面位于天线子阵的上方,图11及后文的图23中因不便示意而未示出,但这不应对本申请构成任何限定。
隔离组件的另一种设计为,在天线子阵之间设置由吸波材料、散射材料或超材料制备而成的隔离单元。为方便说明,本文将在N个天线子阵之间设置隔离单元的设计方案记为方案三。
其中,吸波材料可以吸收或减弱其表面接收到的电磁波能量,因此可用于制备隔离单元。散射材料和超材料都可以调控电磁波的振幅、相位,改变它们的散射路径或反射路径,从而达到将下行信号对消的效果,因此可用于制备隔离单元。
本申请中,每个隔离单元可以由吸波材料、散射材料、超材料中的一种制备而成。在隔离组件包括多个隔离单元的情况下,不同的隔离单元可以由同一种材料制备而成,比如吸波材料、散射材料、超材料中的一种;不同的隔离单元也可以由不同的材料制备而成,比如吸波材料、散射材料、超材料中的任意两种或三种。
作为示例,图16是采用散射材料制备的隔离单元用于降低干扰的示意图。图16示出了位于两个天线振子A、B之间的隔离单元。该隔离单元位于该两个天线振子之间的中点附近,平行于反射板放置。由于该隔离单元是散射材料制备而成,来自天线振子A的信号经过隔离单元的散射作用,使得原本通过路径1传播的信号的一部分分量由路径2传播,且路径1的信号分量和路径2的信号分量幅度相等、相位相反。由此可以将该信号抵消,减小对天线振子B的干扰。
应理解,图16仅为示例,本申请对于隔离单元的数量和位置均不作限定。
可选地,该隔离组件包括位于N个天线子阵中相邻天线子阵之间的至少一个隔离单元,该至少一个隔离单元用于隔离N个天线子阵中至少部分天线子阵之间的干扰信号。
图17是位于天线子阵之间的隔离单元的示意图。图17示出了8个天线子阵,分别如图中的A、B、C、D、E、F、G、H所标识的空心方框所示。每两个相邻的天线子阵之间都设置有隔离单元,如图中的实心方框所示。可以看到,隔离单元位于相邻天线子阵之间的位置。比如图中天线子阵A与天线子阵B的交界处,天线子阵B与天线子阵C的交界处等,水平方向上每两个相邻的天线振子(应理解,该两个天线振子是不同子阵中的天线振子)之间设置有一个隔离单元;又比如,图中天线子阵A与天线子阵E的交界处,天线子阵B与天线子阵F的交界处,垂直方向上每两个相邻的天线振子(应理解,该两个天线振子是不同子阵中的天线振子)之间也设置有一个隔离单元。
因此,这些隔离单元可用于隔离不同天线子阵之间的干扰信号,比如,天线子阵A与天线子阵B之间的干扰信号,天线子阵A与天线子阵C之间的干扰信号,天线子阵A与天线子阵E之间的干扰信号,等等,以此类推,不再列举。
应理解,天线振子并不限于在如图17所示的天线中使用,该天线振子还可以是双极化天线中的天线振子,或者其他形态天线中的天线振子。
图18是位于天线子阵之间的隔离单元的另一示意图。图18示出了6行6列的双极化天线中的天线振子。其中,每一列同一极化方向的天线振子属于一个子阵,每一列包括不同极化方向的两个子阵,图17共示出了12个天线子阵,分别如图中的A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L所示。
需要说明的是,双极化天线,也可称交叉极化天线。双极化天线包括不同极化方向的两个天线振子,每个双极化天线可以呈十字交叉形,交叉分布(或者说,放置)的两个天线振子可以形成±45°的双极化辐射。其中一个天线子阵的极化方向为+45°,另一个天线子阵的极化方向为-45°;或者,一个天线子阵的极化方向为水平极化方向,另一个天线子阵的极化方向为垂直极化方向。本申请对此不作限定。由于该2个天线子阵中的天线振子用于组成双极化天线,在组成双极化天线的2天线子阵之间设置隔离单元有所受限。但可以通过对2条射频链路中的馈电网络设计不同的走线,和/或,在天线子阵的上方设置去耦单元的方式,来对天线子阵之间的干扰予以降低。
在本实施例中,为方便说明和区分,将组成双极化天线子阵的两个子阵记为一组天线子阵,图17共示出了6组天线子阵,组与组之间的位置设置有隔离单元,这些隔离单元可以位于相邻两组天线子阵之间的位置,具体可以是在水平方向上相邻两组天线振子之间的位置,如图中的实心方框所示。这些隔离单元可用于隔离不同组天线子阵之间的干扰信号,比如,天线子阵A、B与天线子阵C、D之间的干扰信号,天线子阵A、B与天线子阵E、F之间的干扰信号,天线子阵C、D与天线子阵E、F之间的干扰信号,等等,以此类推,不再列举。
可以理解的是,在AAU中的天线为双极化天线的情况下,N为偶数。
进一步地,该隔离组件还包括:位于相邻天线振子之间的至少一个隔离单元,该至少一个隔离单元用于隔离天线振子之间的干扰信号。为方便说明,本文将在天线振子之间设置隔离单元的设计方案可以视为在方案三基础上提供的可选方案。
也就是说,隔离组件不仅可用于隔离不同天线子阵之间的干扰信号,也可用于隔离不同天线振子之间的干扰信号。
图19和图20是位于天线子阵之间及天线振子之间的隔离单元的示意图。图19中的天线子阵与图17中的天线子阵相似,可参看图17中有关天线子阵的说明,图20中的天线子阵与图18中的天线子阵相似,可参看图18中有关天线子阵的说明,不再赘述。所不同的是,图19和图20的隔离组件不仅包括位于天线子阵之间的隔离单元(如图中所示的隔离单元A),还包括位于天线振子之间的隔离单元(如图中所示的隔离单元B)。图中各个隔离单元虽然处于不同的位置,但在不同位置上用于隔离干扰信号的原理是相同的。可参看前文关于不同材料用于隔离干扰信号的说明,以及图16至图18中有关隔离单元的说明来理解,不再赘述。
应理解,图17至图20只是示出了隔离单元的一种可能的分布情况,不应对本申请构成任何限定。由于双极化天线的特殊性,无法在组成双极化天线的两个子阵之间设置隔离单元,但在其他形态天线组成的天线阵列中,还可在每两个相邻的天线子阵之间设置隔离单元。另外,图17和图18中每两组天线子阵之间的隔离单元也可以是其他形态的隔离单元,具体示例可参看图22。
还应理解,图17至图20所示的隔离单元的位置仅为一种可能的设计,隔离单元的位置并不限于在水平方向或垂直方向上相邻的两个天线振子之间设置,还可以设置于其他位置。
图21是位于天线子阵之间及天线振子之间的隔离单元的另一示意图。如图21所示,多个隔离单元位于多组天线子阵的每两组相邻的天线子阵之间,如果将组成一个交叉极化天线的两个天线振子称为一组天线振子,每个隔离单元可以位于四组天线振子的中心位置,或者说,位于对角线上的两组天线振子之间的位置。不难理解,将隔离单元设置于四组天线振子的中心位置,既可以减小不同组天线子阵之间的干扰,也可以减小不同组天线振子之间的干扰,其隔离效果与图20相似,且可以节省隔离单元的数量。
应理解,上文结合图17至图21所示的隔离单元的形状及其位置均为示例,本领域的技术人员可以基于相同的构思,设计出更多种形状的隔离单元,也可在天线子阵之间及天线振子之间的其他位置设置隔离单元,来提高隔离度。本申请对此不作限定。
图22是位于天线子阵之间的隔离单元的另一示意图。作为示例,图22中的(a)、(b)、(c)、(d)和(e)示出了位于相邻天线之间的几种不同形态的隔离单元。虽然各个隔离单元的形态不同,但用于隔离干扰信号的原理也是相同的。可参看上文关于不同材料用于隔离干扰信号的说明,以及图16至图20中有关隔离单元的说明来理解,不再赘述。
需要说明的是,图22示出了一种可能的天线形态,图中不仅示出了天线振子,还示出了连接于天线振子的馈电网络和反射板。
还应理解,在同一天线阵列中,比如本申请的N个天线子阵中,可以采用如图16至图22所示的一种或多种形状的隔离单元,或者也可以采用其他形状的隔离单元,本申请对此不作限定。
前文所述的在天线子阵之间(甚至天线振子之间)设置隔离组件,以及对不同的射频天线链路的馈电网络进行不同的走线设计的技术,都可以统称为高隔离天线技术。通过这些高隔离天线技术,可以消除来自不同天线子阵的干扰信号,提高天线子阵之间的隔离度,也即提高N条射频天线链路之间的隔离度。
除了前述的方案一至方案三,本申请提供的N条射频天线链路中,至少一条射频天线链路的发射通道和接收通道之间连接有一个自干扰消除器,如图11所示。该自干扰消除器可用于消除本链路中的发射通道的信号对接收通道的干扰。关于自干扰消除器的电路设计可参看前文结合图7的相关说明,不再赘述。为了方便说明,本文中将在同一射频天线链路中的发射通道和接收通道之间连接自干扰消除器的设计方案记为方案四。
一种可能的设计是,上述N条射频天线链路的每条射频天线链路的发射通道和接收通道之间连接有一个自干扰消除器,也即,该AAU中共计N个自干扰消除器。例如图11中所示出的,2条射频天线链路中每条射频天线链路的发射通道和接收通道之间连接有一个自干扰消除器,图11所示的AAU共包括2个自干扰消除器。而按照图9所示的设计为例,若N为2,则共包括2×2(也即4)个自干扰消除器。由此可见,自干扰消除器的数量减少。
换言之,在N条射频天线链路中,若每条射频天线链路的发射通道和接收通道之间连接一个自干扰消除器,共计需要N(即,L=N)个自干扰消除器。而在图9所示的设计中,需要N×N个自干扰消除。因此,本申请提供的AAU中,自干扰消除器数量的减少幅度随着N的增大更为显著。
再进一步地,该AAU中的馈电网络包括移相器,每个馈电网络中可以包括一个或多个移相器,每个移相器可以连接一个或多个天线振子。如图11所示,一个馈电网络包括两个移相器,每个移相器连接有三个天线振子。
一方面,由于移相器可用于对信号的波束方向进行调整,这使得天线子阵中可以使用更多的天线振子来进行信号的收发,天线阵列的天线振子数量的增加,可以使得馈电网络的自由度更大,也就是说,馈电网络可以有更大的自由度来对其幅度和/或相位进行优化,从而为优化出更高的隔离度提供有力的支持。
另一方面,每个移相器可用于对所连接的天线振子所发射或接收的信号进行相位调整,这使得同一天线子阵中连接到不同的移相器的天线振子发射的下行信号之间也存在相位差,因此可通过对相位差的控制使得不同天线振子发射的下行信号相互抵消,减小相互间的干扰。
应理解,图中虽未示出,馈电网络中还可以包括其他器件,比如衰减器、功分器等等,本申请包含但不限于此。
图23是本申请实施例提供的AAU的另一示意图。图23所示的AAU中,每2个天线子阵为一组,组成双极化天线的阵列。每组天线子阵之间,每两个相邻的双极化天线之间,都可以设置隔离单元。图23中隔离单元的位置具体可参看上文结合图21的说明,不再赘述。图中示出了3列天线振子,每一列为一组(也即2个)天线子阵,故该3组(或者说3列)天线子阵连接于6个射频通道。每个天线子阵及其连接的射频通道属于一条射频天线链路。每条射频天线链路中的馈电网络包括2个移相器,每个移相器连接3个天线振子。关于移相器与天线振子的关系可参看上文相关说明,不再赘述。
为了便于区分,图中将从左向右数第1组天线子阵与射频通道的连接用实线示出,右边两组天线子阵与射频通道的连接用虚线示出。且为了简洁,图中仅示出了2个射频通道,其他射频通道均可参看图中所示的结构得到。
此外,N条射频天线链路中的每个射频天线链路的发射通道和接收通道之间都可以连接一个自干扰消除器。自干扰对消器的结构可参看图及其相关说明,不再赘述。
应理解,上文结合多个附图来描述了本申请实施例提供的AAU,基于相同的构思,本领域的技术人员还可以做出简单的变换,扩展出更多可能的结构,这些结构均应落入本申请的保护范围内。
在本申请实施例中,对馈电网络的设计和对天线子阵设置隔离组件的设计,都可以降低不同天线子阵之间的相互干扰,将这两项设计中的至少一项应用在多条射频天线链路中,便可以降低不同射频天线链路之间的相互干扰,如此一来,每条射频天线链路中接收通道所收到的干扰主要来自本链路的发射通道的下行信号。因此,可以在射频天线链路中发射通道和接收通道之间连接自干扰对消器,以将本链路中来自发射通道的下行信号对消,进一步降低接收通道的干扰。换言之,本申请提供的方案中,不需要在N个射频天线链路中的任意两个不同射频天线链路的发射通道和接收通道之间连接自干扰对消器,大大减少了自干扰对消器的数量,使得电路复杂度得以降低,控制复杂度随之降低。
另一方面,在接收通道中,由于干扰信号对ADC的影响较大,可能会导致ADC饱和或接收通道自动增益起控,引起接收灵敏度大幅恶化。因此可以在接收到的信号进入ADC之前,降低干扰信号,以使得干扰信号对ADC的影响降低。
下文提供了两种在接收通道进一步降低干扰的方案,下面将结合附图来详细说明。
在接收通道进一步降低干扰的一种可能的设计是,每条射频天线链路中的接收通道包括LNA、ADC,以及连接于该ADC与该LNA之间的窄带滤波器,所述窄带滤波器用于将除预设频率之外的其他频率信号过滤。为方便说明,本文将在接收通道的LNA和ADC之间连接窄带滤波器的设计方案记为方案五。
图24是本申请实施例提供的AAU的又一示意图。为方便理解和说明,图24具体示出了AAU中的一条射频天线链路,在该图24所示出的射频天线链路中,接收通道的ADC与LNA之间连接有窄带滤波器(narrow band filter)。该窄带滤波器是一种通频带很窄的滤波器,只允许一个很窄的范围内的频率通过,而把其他频率削减。在本申请实施例中,该窄带滤波器可以导通某一预设频率(比如图5中的频率f3)的信号,而将其他频率的信号削减,无法通过该窄带滤波器。也即,可以在图5所示的子带双工的工作模式下,将上行信号导通,而将其他信号滤除。从而使得进入ADC的信号干扰较小。
由于AAU所属的通信设备可能需要在几种不同的工作模式之间切换,上述窄带滤波器可以在某些工作模式下使用,比如子带双工的工作模式,在另一些工作模式下不使用,比如FDD、TDD和部分全双工等工作模式。因此可以在图24的基础上做出改进,通过增加开关元件,来控制信号在不同的工作模式下通过不同的路径流向ADC。
可选地,每条射频天线链路中的接收通道还包括开关元件,每条射频天线链路中的开关元件用于控制接收到的信号通过或不通过窄带滤波器流向所述ADC。应理解,通过开关元件控制信号流向的设计方案可以视为在方案五基础上提供的一种可选方案。
图25和图26是本申请实施例提供的AAU的另两个示意图。图25和图26在图10示出的目前已有的AAU的基础上,增加了开关元件,与图10相同的内容可参看上文图10的相关说明,不再赘述。
在图25中,窄带滤波器的两端并联有开关元件,该开关元件例如可以是单刀单掷开关,在子带双工工作模式下断开,以使得信号经窄带滤波器流向ADC;在其他工作模式下闭合,以使得信号经开关元件流向ADC,而不经过窄带滤波器。
在图26中,窄带滤波器也可以与导线并联后,连接在开关元件与LNA之间,该开关元件例如可以是单刀双掷开关,在子带双工工作模式下,将窄带滤波器所在的支路导通,使得信号经窄带滤波器流向ADC;在其他工作模式下,将导线所在的支路导通,而将窄带滤波器所在的支路端口,使得信号经导线流向ADC,而不经过窄带滤波器。如此,可以在包含窄带滤波器和不包含窄带滤波器的两个支路之间切换,以适应不同的工作模式。图26仅为示例,上述窄带滤波器与导线并联后,也可以连接在开关元件和ADC之间,同样也可以起到在两个支路之间切换的效果。
应理解,图25和图26所示的开关元件以及与接收通道中其他器件的连接关系仅为示例,本领域的技术人员可以基于相同的构思,做出等价的变换,得到更多可能的电路设计,这些变换均应落入本申请的保护范围内。
在接收通道进一步降低干扰的另一种可能的设计是,上述N个天线子阵的至少两个天线子阵分别通过移相器连接于同一个接收通道上的ADC,每个移相器用于调整所连接的天线子阵接收到的上行信号的相位和下行信号的相位。为方便说明,本文将多个天线子阵连接于同一个接收通道的ADC的设计方案记为方案六。
图27是本申请实施例提供的AAU的又一示意图。图27在图10示出的目前已有的AAU的基础上,将多个天线子阵分别通过移相器连接到同一个接收通道上的ADC。与图10相同的内容可参看上文图10的相关说明,不再赘述。
在图27中,为了方便理解,示出了将两个天线子阵分别通过移相器连接到同一个接收通道的ADC的示例。其中,连接到ADC具体可以是指,连接到ADC的输入端,也即,该两个天线子阵接收到的上行信号和下行信号分别经过移相器的调相后进入ADC。图27仅为一种示例,本申请并不限制连接于同一接收通道上的ADC的天线子阵的数量。
将多个天线子阵连接于同一个接收通道,也可理解为将多个天线子阵与一个接收通道合并。通过这样的设计,可以对多个天线子阵的相位进行调节(或者说,优化),以实现同一接收通道中的上行信号的增强和下行信号的削弱。且N个射频天线链路的每个射频天线链路中的接收通道都可以通过同样的方式来实现上行信号的增强和下行信号的削弱。
应理解,对相位进行调节的目标是:通过调节,使得上行信号同相叠加,下行信号反向对消。上行信号同相叠加,也就是,来自不同天线子阵的上行信号因同相叠加,信号增强。来自不同天线子阵的上行信号同相具体可以是指,来自不同天线子阵的上行信号之间具有2π的整数倍的相位差。下行信号反相对消,也就是,来自不同天线子阵的下行信号反相对消,能量削弱。来自不同天线子阵的下行信号反相具体可以是指,来自不同天线子阵的下行信号之间具有π的奇数倍的相位差。
其中,来自不同天线子阵的上行信号之间具有2π的整数倍的相位差,来自不同天线子阵的下行信号之间具有π的奇数倍的相位差,是相位调节的理想目标,在实际应用中,可以通过不断的调节优化,使得来自不同天线子阵的上行信号之间的相位差逼近2π的整数倍,来自不同天线子阵的下行信号之间的相位差逼近π的奇数倍。
在一种可能的设计中,上述AAU中的N个天线子阵可以分别通过移相器连接到N个接收通道的每个接收通道上的ADC,或者说,该AAU中的N个天线子阵可以分别通过移相器连接至同一接收通道上的ADC,且该AAU中的N条射频天线链路中的每条射频天线链路中的接收通道上的ADC都与N个天线子阵连接。如此,在N个天线子阵与N个接收通道之间形成了一个N×N的全连接网络。
通过上述设计,可以将N个天线子阵与一个接收通道合并,且N个接收通道中的每个接收通道都分别与N个天线子阵合并。如此一来,可以通过连接于N个天线子阵的N个移相器分别进行对各自所连接的天线子阵的信号进行相位调节(或者说,优化),使得N个接收通道都分别能够实现上行信号的增强和下行信号的削弱,从而有利于提升接收性能。
应理解,在上文提供的多项方案中,各方案可以相互结合,来达到降低干扰,提高接收性能的效果。
例如,上文的方案一至方案三中的一项或多项可以与方案四结合使用,在此基础上,还可进一步与方案五或方案六结合,来实现二级降干扰的目的。其中,方案一至方案三中的一项或多项可以与方案四结合使用可达到第一级降干扰的目的,方案五或方案六可达到第二级降干扰的目的。
基于前述的方案一至方案三中的一项或多项与方案四结合,干扰信号在接收通道中的LNA之前可以被降低到阻塞电平(例如可以是前文有关接收机阻塞的相关说明中所提及的接收动态范围所允许的最大功率)的要求之下,也可以降低一部分,而并不一定要降低到阻塞电平的要求之下。由于干扰信号被降低的程度虽然不满足低于阻塞电平的要求,但降低后的干扰信号对接收通道中的LNA的影响很小,如导致LNA非线性分量很小,对接收灵敏度影响很小。然而,降低后的干扰信号对接收通道中的ADC的影响较大,可能会导致ADC饱和或接收通道自动增益不起控,引起接收灵敏度大幅恶化。
针对干扰信号对ADC影响较大的问题,可以进一步采用方案五或方案六,以在接收通道中降低干扰,使得接收到的信号在进入ADC之前,干扰被降至更低。
图28至图30是本申请实施例提供的AAU的又三个示意图。图28和图29在图23示出的AAU的基础上,增加了如图25和图26所示的窄带滤波器与开关元件,这就相当于将前述的方案三、方案四与方案五结合。其中,与图23、25或26中相同的内容可参看上文图23、25或26中的相关说明,不再赘述。
图30在图23示出的AAU的基础上,按照如图28所示的方法,将多个天线子阵分别通过移相器连接至同一接收通道的ADC,这就相当于将前述的方案三、方案四与方案六结合。其中,与图23或28中相同的内容可参看上文图23或图28中的相关说明,不再赘述。
应理解,图中虽未示出,前述的方案一和方案二也可以进一步与图28至30中的任意一种结合方案再结合,以获得更好地降干扰效果。
在本申请实施例中,对馈电网络的设计和对天线子阵设置隔离组件的设计,都可以降低不同天线子阵之间的相互干扰,将这两项设计中的至少一项应用在多条射频天线链路中,便可以降低不同射频天线链路之间的相互干扰,如此一来,每条射频天线链路中接收通道所收到的干扰主要来自本链路的发射通道的下行信号。因此,可以在射频天线链路中发射通道和接收通道之间连接自干扰对消器,以将本链路中来自发射通道的下行信号对消,进一步降低接收通道的干扰。换言之,本申请提供的方案中,不需要在N个射频天线链路中的任意两个不同射频天线链路的发射通道和接收通道之间连接自干扰对消器,大大减少了自干扰对消器的数量,使得电路复杂度得以降低,控制复杂度随之降低。
此外,通过在接收通道中增加窄带滤波器或将多个天线子阵连接于同一接收通道中的ADC以调节相位的设计,可以实现在接收通道中的二级降干扰,可以使得干扰信号对AAU中各个接收通道的影响进一步降低,更进一步地提高接收性能。
本申请还提供了一种通信设备,该通信设备可以包括AAU,该AAU可以是前文结合图11、图23至图30中任一项所示出的AAU,也可以是图中虽未示出,但基于前述的任意一种方案或任意多种方案的结合可以得到的AAU。可选地,该通信设备还包括BBU。可选地,该通信设备为网络设备。可选地,该通信设备为终端设备。
应理解,该通信设备还可以是包括AAU和可用于实现与BBU相同或相似功能的其他模块,本申请对此不作限定。
通过将本申请提供的AAU应用于通信设备中,相比于传统收发共用天线的基站架构而言,可以减少自干扰对消器的大量使用,解决N×N的全连接网络带来的电路复杂度高,控制复杂度高的问题;相比于传统的收发天线分离的方案而言,可以消除对基站设备尺寸的制约,发射天线口径和接收天线口径不再受限于因发射天线与接收天线分离而需减小的技术障碍,从而有利于获得上下行更大的覆盖范围。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种有源天线单元,其特征在于,包括:N条射频天线链路和L个自干扰对消器,N为大于1的整数,L为小于或等于N的正整数;所述N条射频天线链路中的每条射频天线链路包括:发射通道、接收通道、连接于所述发射通道和所述接收通道的馈电网络,以及连接于所述馈电网络的天线子阵,所述馈电网络用于为所述天线子阵馈电,所述天线子阵用于发射信号和接收信号;所述N条射频天线链路的至少一条射频天线链路中的发射通道和接收通道之间连接有一个自干扰对消器,所述自干扰对消器用于消除所在射频天线链路的接收通道中来自同一射频天线链路中的发射通道的信号;
其中,所述N条射频天线链路满足如下至少一项:
所述N条射频天线链路的至少两条射频天线链路中的馈电网络的走线不同;或
所述N条射频天线链路中的N个天线子阵设置有隔离组件,所述隔离组件用于隔离所述N个天线子阵之间的信号。
2.如权利要求1所述的有源天线单元,其特征在于,所述N个天线子阵中的每个天线子阵包括多个天线振子,所述N条射频天线链路中的每条射频天线链路中的馈电网络包括一个或多个移相器,每个移相器连接一个或多个天线振子。
3.如权利要求1或2所述的有源天线单元,其特征在于,所述隔离组件包括位于所述N个天线子阵上方的M个去耦单元,M为大于或等于N的整数;其中,位于第一天线子阵上方的去耦单元用于对接收到的部分信号进行反射,以通过反射的信号来抵消第一接收通道中来自其他天线子阵的信号,所述第一天线子阵为所述N个天线子阵中的任意一个天线子阵,所述第一接收通道是连接于所述第一天线子阵的接收通道,所述其他天线子阵是所述N个天线子阵中除所述第一天线子阵之外的一个或多个天线子阵。
4.如权利要求1或2所述的有源天线单元,其特征在于,所述隔离组件包括:位于所述N个天线子阵中的相邻天线子阵之间的至少一个隔离单元,位于所述相邻天线子阵之间的所述至少一个隔离单元用于隔离所述N个天线子阵中至少部分天线子阵之间的干扰信号。
5.如权利要求4所述的有源天线单元,其特征在于,所述N个天线子阵中的每个天线子阵包括多个天线振子,所述隔离组件还包括:位于所述每个天线子阵中的相邻天线振子之间的至少一个隔离单元,位于所述相邻天线振子之间的所述至少一个隔离单元用于隔离所述多个天线振子中至少部分天线振子之间的干扰信号。
6.如权利要求4或5所述的有源天线单元,其特征在于,所述隔离单元由吸波材料、散射材料、超材料中的一种或多种制备而成。
7.如权利要求1至6中任一项所述的有源天线单元,其特征在于,所述每条射频天线链路中的接收通道包括低噪声放大器LNA、模数转换器ADC,以及连接于所述ADC与所述LNA之间的窄带滤波器,所述窄带滤波器用于将预设频率之外的其他信号过滤。
8.如权利要求7所述的有源天线单元,其特征在于,所述每条射频天线链路中的接收通道还包括开关元件,所述开关元件用于控制接收到的信号通过或不通过所述窄带滤波器流向所述ADC。
9.如权利要求1至8中任一项所述的有源天线单元,其特征在于,所述N个天线子阵中的至少两个天线子阵分别通过移相器连接于同一个接收通道上的ADC,所述移相器用于调整所连接的天线子阵接收到的上行信号的相位和下行信号的相位。
10.如权利要求1至9中任一项所述的有源天线单元,其特征在于,L等于N。
11.一种通信设备,其特征在于,包括:
基带单元,以及
如权利要求1至10中任一项所述的有源天线单元。
CN202311170063.7A 2023-09-11 2023-09-11 有源天线单元和通信设备 Pending CN119601986A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311170063.7A CN119601986A (zh) 2023-09-11 2023-09-11 有源天线单元和通信设备
PCT/CN2024/111852 WO2025055639A1 (zh) 2023-09-11 2024-08-13 有源天线单元和通信设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311170063.7A CN119601986A (zh) 2023-09-11 2023-09-11 有源天线单元和通信设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN119601986A true CN119601986A (zh) 2025-03-11

Family

ID=94837419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311170063.7A Pending CN119601986A (zh) 2023-09-11 2023-09-11 有源天线单元和通信设备

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN119601986A (zh)
WO (1) WO2025055639A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120234850A (zh) * 2025-05-29 2025-07-01 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于特征模分析的阵列天线降耦表面设计方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9419777B2 (en) * 2013-07-15 2016-08-16 Zte Corporation Full duplex operation in a wireless network
CN105391664A (zh) * 2015-10-16 2016-03-09 哈尔滨工业大学深圳研究生院 基于mimo的lte全双工系统中模拟干扰抵消方法
CN110518933B (zh) * 2018-05-22 2023-03-07 北京三星通信技术研究有限公司 全双工收发机、电子设备和交互方法
CN111327345B (zh) * 2018-12-14 2023-06-27 北京三星通信技术研究有限公司 天线隔离方法、时延网络及其设备
CN114256640B (zh) * 2020-09-22 2025-03-21 北京三星通信技术研究有限公司 增强隔离的天线设计方法及装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120234850A (zh) * 2025-05-29 2025-07-01 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于特征模分析的阵列天线降耦表面设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025055639A1 (zh) 2025-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11736133B2 (en) Coexistence management for radio frequency communication systems
Swindlehurst et al. Millimeter-wave massive MIMO: The next wireless revolution?
US12142824B2 (en) Reconfigurable antenna systems integrated with metal case
US11736132B2 (en) Radio frequency communication systems with coexistence management based on digital observation data
US12063062B2 (en) Discrete time cancellation for providing coexistence in radio frequency applications
KR101841552B1 (ko) 밀리미터파 통신 시스템에서 공간 분할 이중화를 위한 장치 및 방법
US11533074B2 (en) Full-duplex transceiver apparatus
CN109905150A (zh) 分布式无线天线和毫米波扫描中继器
EP2122757B1 (en) Antenna system
US20150195015A1 (en) Power control method and device for forming multiple beams in wireless communication system
US20250047013A1 (en) Systems and methods for driving patch antennas
EP1611640A1 (en) Wireless antennas, networks, methods, software, and services
US20220320712A1 (en) Package Antenna Apparatus and Wireless Communication Apparatus
EP3185359A1 (en) Antenna system
US12278685B2 (en) Repeater system
EP3574552B1 (en) Method and apparatus for multi-feed multi-band mimo antenna system
CN119601986A (zh) 有源天线单元和通信设备
CN112909540B (zh) 一种天线装置以及设备
KR20190134435A (ko) 위상 배열 안테나 모듈 및 이를 포함하는 통신 장치
Takinami et al. Design and experimental evaluation of 60GHz multiuser gigabit/s small cell radio access based on IEEE 802.11 ad/WiGig
CN118841749A (zh) 天线系统、调节天线隔离度的方法和空口对消结构
Kuwabara et al. A 39 ghz mu-mimo using 256 element hybrid aas with coherent beam-forming for 5g and beyond iab applications
US20250141479A1 (en) Device including power amplifier in wireless communication system
CN206807453U (zh) 用于用户终端的信号收发装置、用户终端

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination