[发明专利]用于分布式大规模MIMO的改进天线装置

说明书

一种用于将要在分布式大规模MIMO系统(D‑maMIMO)中使用的基站的天线装置(300)，包括主体(301)，所述主体(301)包括多个天线器件(315)，所述主体(301)具有柔性结构和细长形状，诸如电缆、细长条带或膜。因此，公开一种基站，其中天线元件和关联的天线处理硬件位于向所述天线元件和处理硬件提供数据传输和电源以用于分布式处理的同一电缆中。

技术领域

本发明一般地涉及无线通信领域。更具体地说，它涉及用于大规模MIMO(多输入和多输出)系统，更具体地说用于分布式大规模MIMO系统(D-maMIMO或分布式maMIMO)的改进天线装置。

背景技术

大规模MIMO是多用户MIMO(MU-MIMO)的一个示例，其是用于无线通信的一组多输入和多输出技术，其中一组用户或无线终端(每个具有一个或多个天线)彼此通信。相比之下，单用户MIMO考虑单个多天线发射机与单个多天线接收机通信。以类似于OFDMA向OFDM添加多址(多用户)能力的方式，MU-MIMO向MIMO添加多址(多用户)能力。自从开始研究多天线通信以来，已研究MU-MIMO，包括Telatar关于MU-MIMO上行链路容量的工作。多天线(MIMO)技术正在成为用于无线通信的成熟技术，并且已被纳入LTE和Wi-Fi等无线宽带标准。基本上，发射机/接收机配备的天线越多，可能的信号路径越多，并且在数据速率和链路可靠性方面的性能越好。要付出的代价是硬件的复杂性增加(RF放大器前端的数量)以及两端的信号处理的复杂性和能量消耗。

因此，如上所述，大规模MIMO(也被称为大规模天线系统和超大型MIMO)是多用户MIMO技术，其中每个基站(BS)配备有大量天线元件(至少50个)，它们被用于服务许多终端，这些终端共享相同的时间和频带并且在空域中分离。一个关键假设是BS天线比终端多得多(至少两倍)，但理想情况下尽可能多。与传统的多用户MIMO相比，大规模MIMO提供许多优势。首先，传统的多用户MIMO不是可扩展技术，因为它已被设计为支持具有大致相等数量的服务天线和终端的系统，并且实际实现通常依赖频分双工(FDD)操作。相比之下，在大规模MIMO中，超过活动终端TDD操作的大量服务天线在吞吐量和辐射能效方面带来很大改进。这些优势由强空间复用产生，通过对由基站天线发出和接收的信号进行适当成形而实现强空间复用。通过向所有天线应用预编码，基站能够确保在预期终端的位置处的信号之间的相长干涉，并且几乎在其它任何位置是相消干涉。此外，随着天线数量的增加，能量可以极其精确地聚焦到空间中的小区域。大规模MIMO的其它优势包括使用简单的低功率组件，因为它依赖简单的信号处理技术、减少的延迟、以及针对故意干扰的鲁棒性。

通过在TDD模式下工作，大规模MIMO利用信道互易性属性，根据该属性，信道响应在上行链路和下行链路两者中相同。信道互易性允许BS从终端在上行链路中发送的导频序列获取信道状态信息(CSI)，并且该CSI然后用于上行链路和下行链路两者。借助大数定律，每个终端看到的有效标量信道增益接近确定性常数。这被称为信道强化。由于信道强化，终端可以仅使用长期统计CSI对下行链路数据进行可靠解码，从而使得大多数物理层控制信令变得冗余，即低成本CSI获取。这致使传统的资源分配概念变得不必要并且导致MAC层的简化。这些优势解释了为什么大规模MIMO在初步5G讨论中占据中心地位。

但是，大规模MIMO系统性能受到某些限制因素的影响：即，信道互易性需要硬件校准。此外，所谓的导频污染效应是一种基本现象，它极大地限制了大规模MIMO系统的性能。在理论上，可以为大规模MIMO系统中的每个终端分配正交上行链路导频序列。但是，可以存在的正交导频序列的最大数量由相干间隔的大小来设置上限，该相干间隔是相干时间和相干带宽的乘积。因此，采用正交导频导致低效的资源分配，因为终端的数量增加，或者当相干间隔太短时在物理上不可能完成。因此，导频必须跨越小区重用，或者甚至在归属小区内重用(对于更高小区密度)。这不可避免地导致共享相同导频的终端之间的干扰。随着BS天线数量的变大，导频污染不会消失，并且因此它是一种保持渐近的损害。

要在无线网络中实现大规模MIMO，可以采用两种不同的架构：