用于使用透镜天线的多用户传输的宽带和多频带架构的制作方法

用于使用透镜天线的多用户传输的宽带和多频带架构
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年6月25日提交的美国申请no.16/912,114的优先权，该美国申请要求于2019年7月12日提交的待决美国临时专利申请no.62/873,552的优先权，这两篇申请的内容通过援引整体纳入于此。
3.背景
4.公开领域
5.本公开的各方面涉及无线通信，尤其涉及将透镜天线用于多用户传输的架构。
6.相关技术描述
7.无线通信系统被广泛部署以提供诸如电话、视频、数据、消息接发、广播等各种电信服务。这些无线通信系统可采用能够通过共享可用系统资源(例如，带宽、发射功率等等)来支持与多个用户通信的多址技术。此类多址系统的示例包括第三代伙伴项目(3gpp)长期演进(lte)系统、高级lte(lte-a)系统、码分多址(cdma)系统、时分多址(tdma)系统、频分多址(fdma)系统、正交频分多址(ofdma)系统、单载波频分多址(sc-fdma)系统、以及时分同步码分多址(td-scdma)系统，仅列举几个示例。
8.在一些示例中，无线多址通信系统可包括数个基站(bs)，每个基站能够同时支持多个通信设备(另外被称为用户装备(ue))的通信。在lte或lte-a网络中，包含一个或多个基站的集合可定义演进型b节点(enb)。在其他示例中(例如，在下一代、新无线电(nr)、或5g网络中)，无线多址通信系统可包括与数个中央单元(cu)(例如，中央节点(cn)、接入节点控制器(anc)等)处于通信的数个分布式单元(du)(例如，边缘单元(eu)、边缘节点(en)、无线电头端(rh)、智能无线电头端(srh)、传送接收点(trp)等)，其中包含与cu处于通信的一个或多个du的集合可定义接入节点(例如，其可被称为bs、5g nb、下一代b节点(gnb或gnodeb)、传送接收点(trp)等)。bs或du可在下行链路信道(例如，用于从bs或du至ue的传输)和上行链路信道(例如，用于从ue至bs或du的传输)上与ue集合通信。
9.这些多址技术已经在各种电信标准中被采纳以提供使不同的无线设备能够在城市、国家、地区、以及甚至全球级别上进行通信的共同协议。nr(例如，新无线电或5g)是新兴电信标准的示例。nr是由3gpp颁布的lte移动标准的增强集。nr被设计成通过改善频谱效率、降低成本、改善服务、利用新频谱、并且更好地与在下行链路(dl)和上行链路(ul)上使用具有循环前缀(cp)的ofdma的其他开放标准进行整合来更好地支持移动宽带因特网接入。为此，nr支持波束成形、多输入多输出(mimo)天线技术和载波聚集。
10.然而，随着对移动宽带接入的需求持续增长，存在对于nr和lte技术的进一步改进的需要。优选地，这些改进应当适用于其他多址技术以及采用这些技术的电信标准。
11.概述
12.本公开的系统、方法和设备各自具有若干方面，其中并非仅靠任何单一方面来负责其期望属性。在不限定如所附权利要求所表述的本公开的范围的情况下，现在将简要地讨论一些特征。在考虑本讨论后，并且尤其是在阅读题为“详细描述”的章节之后，将理解本公开的特征是如何提供包括无线网络中的接入点与站之间的改进通信在内的优点的。
13.本公开的某些方面涉及一种用于无线通信的设备。该设备一般包括：n组射频(rf)链，给定的一组rf链中的每个rf链被配置成生成或处理针对不同频带的rf信号；以及n个组合器，每个组合器被配置成：对于该n组rf链中的对应的一组rf链，通过组合由该对应的一组rf链中的至少两个rf链生成的针对不同频带的rf信号来生成多频带信号，以及将该多频带信号馈送至透镜天线以供经由第一发射波束来发射。
14.本公开的某些方面涉及一种用于无线通信的设备。该设备一般包括：第一组射频(rf)链，该第一组rf链中的每个rf链被配置成生成或处理针对不同频带的rf信号；第一组合器，其被配置成通过组合由第一组rf链中的至少两个rf链生成的针对不同频带的rf信号来生成第一多频带信号，以及将第一多频带信号馈送至透镜天线以供经由第一发射波束来发射；第二组射频(rf)链，该第二组rf链中的每个rf链被配置成生成或处理针对不同频带的rf信号；以及第二组合器，其被配置成通过组合由第二组rf链中的至少两个rf链生成的针对不同频带的rf信号来生成第二多频带信号；以及将第二多频带信号馈送至透镜天线以经由第二发射波束来发射。
15.某些方面还包括与上述元件的功能相对应的各种装置和方法。
16.为了达成前述及相关目的，这一个或多个方面包括在下文充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了这一个或多个方面的某些解说性特征。然而，这些特征仅指示可采用各个方面的原理的各种方式中的数种方式。
17.附图简述
18.为了能详细理解本公开的以上陈述的特征所用的方式，可参照各方面来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中解说。然而应该注意，附图仅解说了本公开的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为本描述可允许有其他等同有效的方面。
19.图1是概念性地解说根据本公开的某些方面的示例电信系统的框图。
20.图2是概念性地解说根据本公开的某些方面的示例基站(bs)和用户装备(ue)的设计的框图。
21.图3解说了示例波束训练规程。
22.图4解说了根据本公开的某些方面的用于无线通信的示例方法。
23.图5解说了根据本公开的某些方面的用于使用透镜天线的多用户传输的示例架构。
24.图6和图7解说了可在本文所呈现的示例架构中利用的示例透镜天线。
25.图8解说了根据本公开的某些方面的用于使用透镜天线的宽带时分复用(tdd)多用户传输的示例架构。
26.图9解说了根据本公开的某些方面的用于使用透镜天线的宽带频分复用(fdd)多用户传输的示例架构。
27.图10解说了根据本公开的某些方面的用于使用透镜天线经由空间复用进行宽带全双工多用户传输的示例架构。
28.图11解说了根据本公开的某些方面的用于使用透镜天线在每个波束上进行宽带全双工多用户传输的示例架构。
29.为了促进理解，在可能之处使用了相同的附图标记来指定各附图共有的相同要
素。构想了一个方面所公开的要素可有益地用在其他方面而无需具体引述。
30.详细描述
31.本公开的各方面提供了用于利用透镜天线的多用户传输方案的设备和方法。
32.以下描述提供示例而并非限定权利要求中阐述的范围、适用性或者示例。可对所讨论的要素的功能和布置作出改变而不会脱离本公开的范围。各种示例可恰适地省略、替代、或添加各种规程或组件。例如，可以按与所描述的次序不同的次序来执行所描述的方法，并且可以添加、省略、或组合各种步骤。而且，参照一些示例所描述的特征可在一些其他示例中被组合。例如，可使用本文中所阐述的任何数目的方面来实现装置或实践方法。另外，本公开的范围旨在覆盖使用作为本文中所阐述的本公开的各个方面的补充或者另外的其他结构、功能性、或者结构及功能性来实践的此类装置或方法。应当理解，本文中所披露的本公开的任何方面可由权利要求的一个或多个元素来实施。措辞“示例性”在本文中用于意指“用作示例、实例、或解说”。本文中所描述为“示例性”的任何方面不必被解读为优于或胜过其他方面。
33.本文中所描述的技术可用于各种无线通信技术，诸如lte、cdma、tdma、fdma、ofdma、sc-fdma及其他网络。术语“网络”和“系统”常常可互换地使用。cdma网络可以实现诸如通用地面无线电接入(utra)、cdma2000等无线电技术。utra包括宽带cdma(wcdma)和cdma的其他变体。cdma2000涵盖is-2000、is-95和is-856标准。tdma网络可实现诸如全球移动通信系统(gsm)之类的无线电技术。ofdma网络可以实现诸如nr(例如，5g ra)、演进型utra(e-utra)、超移动宽带(umb)、ieee 802.11(wi-fi)、ieee 802.16(wimax)、ieee 802.20、flash-ofdma等无线电技术。utra和e-utra是通用移动电信系统(umts)的部分。
34.新无线电(nr)是正协同5g技术论坛(5gtf)进行开发的新兴无线通信技术。3gpp长期演进(lte)和高级lte(lte-a)是使用e-utra的umts版本。utra、e-utra、umts、lte、lte-a和gsm在来自名为“第三代伙伴项目”(3gpp)的组织的文献中描述。cdma2000和umb在来自名为“第三代伙伴项目2”(3gpp2)的组织的文献中描述。本文所描述的技术可被用于以上所提及的无线网络和无线电技术以及其他无线网络和无线电技术。为了清楚起见，虽然各方面在本文可使用通常与3g和/或4g无线技术相关联的术语来描述，但本公开的各方面可以在包括nr技术在内的基于其他代的通信系统(诸如5g和后代)中应用。
35.新无线电(nr)接入(例如，5g技术)可支持各种无线通信服务，诸如，以宽带宽(例如，80mhz或更高)为目标的增强型移动宽带(embb)、以高载波频率(例如，25ghz或更高)为目标的毫米波(mmw)、以非后向兼容mtc技术为目标的大规模机器类型通信mtc(mmtc)、和/或以超可靠低等待时间通信(urllc)为目标的关键任务。这些服务可包括等待时间和可靠性要求。这些服务还可具有不同的传输时间区间(tti)以满足相应的服务质量(qos)要求。另外，这些服务可以在相同子帧中共存。
36.示例无线通信系统
37.图1解说了其中可执行本公开的各方面的示例无线通信网络100。例如，基站110可以执行图4中所示的操作400，以使用图8-11中所示的示例架构之一经由透镜天线来执行宽带多用户无线通信。
38.例如，无线通信网络100可以是新无线电(nr)或5g网络。
39.如图1中所解说的，无线通信网络100可包括数个基站(bs)110和其他网络实体。bs
可以是与用户装备(ue)进行通信的站。每个bs 110可为特定地理区域提供通信覆盖。在3gpp中，术语“蜂窝小区”可指代b节点(nb)的覆盖区域和/或服务该覆盖区域的nb子系统，这取决于使用该术语的上下文。在nr系统中，术语“蜂窝小区”和下一代b节点(gnb或gnodeb)、nr bs、5g nb、接入点(ap)、或传送接收点(trp)可以是可互换的。在一些示例中，蜂窝小区可以不必是驻定的，并且蜂窝小区的地理区域可根据移动bs的位置而移动。在一些示例中，基站可通过各种类型的回程接口(诸如直接物理连接、无线连接、虚拟网络、或使用任何合适的传输网络的类似物)来彼此互连和/或互连到无线通信网络100中的一个或多个其他基站或网络节点(未示出)。
40.一般而言，在给定的地理区域中可部署任何数目的无线网络。每个无线网络可支持特定的无线电接入技术(rat)，并且可在一个或多个频率上操作。rat还可被称为无线电技术、空中接口等。频率还可被称为载波、副载波、频率信道、频调、子带等。每个频率可以在给定的地理区域中支持单个rat，以便避免不同rat的无线网络之间的干扰。在一些情形中，可部署nr或5g rat网络。
41.bs可提供对宏蜂窝小区、微微蜂窝小区、毫微微蜂窝小区、和/或其他类型的蜂窝小区的通信覆盖。宏蜂窝小区可覆盖相对较大的地理区域(例如，半径为数千米)，并且可允许由具有服务订阅的ue无约束地接入。微微蜂窝小区可覆盖相对较小的地理区域，并且可允许由具有服务订阅的ue无约束地接入。毫微微蜂窝小区可覆盖相对较小的地理区域(例如，住宅)且可允许由与该毫微微蜂窝小区有关联的ue(例如，封闭订户群(csg)中的ue、住宅中用户的ue等)有约束地接入。用于宏蜂窝小区的bs可被称为宏bs。用于微微蜂窝小区的bs可被称为微微bs。用于毫微微蜂窝小区的bs可被称为毫微微bs或家用bs。在图1中所示的示例中，bs 110a、110b和110c可以分别是用于宏蜂窝小区102a、102b和102c的宏bs。bs 110x可以是用于微微蜂窝小区102x的微微bs。bs 110y和110z可以分别是用于毫微微蜂窝小区102y和102z的毫微微bs。bs可支持一个或多个(例如，三个)蜂窝小区。
42.无线通信网络100还可包括中继站。中继站是从上游站(例如，bs或ue)接收数据和/或其他信息的传输并向下游站(例如，ue或bs)发送该数据和/或其他信息的传输的站。中继站还可以是为其他ue中继传输的ue。在图1中所示的示例中，中继站110r可与bs 110a和ue 120r进行通信以促成bs 110a与ue 120r之间的通信。中继站也可被称为中继bs、中继等。
43.无线通信网络100可以是包括不同类型的bs(例如，宏bs、微微bs、毫微微bs、中继等)的异构网络。这些不同类型的bs可具有不同的发射功率电平、不同的覆盖区域、以及对无线通信网络100中的干扰的不同影响。例如，宏bs可具有高发射功率电平(例如，20瓦)，而微微bs、毫微微bs和中继可具有较低的发射功率电平(例如，1瓦)。
44.无线通信网络100可支持同步或异步操作。对于同步操作，各bs可以具有类似的帧定时，并且来自不同bs的传输可以在时间上大致对准。对于异步操作，各bs可以具有不同的帧定时，并且来自不同bs的传输可能在时间上并不对准。本文中所描述的技术可被用于同步和异步操作两者。
45.网络控制器130可以耦合到一组bs并提供对这些bs的协调和控制。网络控制器130可以经由回程来与bs 110进行通信。bs 110还可经由无线或有线回程(例如，直接或间接地)彼此通信。
46.ue 120(例如，120x、120y等)可分散遍及无线通信网络100，并且每个ue可以是驻定的或移动的。ue也可被称为移动站、终端、接入终端、订户单元、站、客户端装备(cpe)、蜂窝电话、智能电话、个人数字助理(pda)、无线调制解调器、无线通信设备、手持式设备、膝上型计算机、无绳电话、无线本地环(wll)站、平板计算机、相机、游戏设备、上网本、智能本、超级本、电器、医疗设备或医疗装备、生物测定传感器/设备、可穿戴设备(诸如智能手表、智能服装、智能眼镜、智能腕带、智能珠宝(例如，智能戒指、智能手链等))、娱乐设备(例如，音乐设备、视频设备、卫星无线电等)、交通工具组件或传感器、智能计量仪/传感器、工业制造装备、全球定位系统设备、或者被配置成经由无线或有线介质进行通信的任何其他合适设备。一些ue可被认为是机器类型通信(mtc)设备或演进型mtc(emtc)设备。mtc和emtc ue包括例如机器人、无人机、远程设备、传感器、计量仪、监视器、位置标签等，其可与bs、另一设备(例如，远程设备)或某一其他实体通信。无线节点可以例如经由有线或无线通信链路来为网络(例如，广域网(诸如因特网)或蜂窝网络)提供连通性或提供至该网络的连通性。一些ue可被认为是物联网(iot)设备，其可以是窄带iot(nb-iot)设备。
47.某些无线网络(例如，lte)在下行链路上利用正交频分复用(ofdm)并在上行链路上利用单载波频分复用(sc-fdm)。ofdm和sc-fdm将系统带宽划分成多个(k个)正交副载波，这些副载波也常被称为频调、频槽等。每个副载波可用数据来调制。一般而言，调制码元对于ofdm是在频域中发送的，而对于sc-fdm是在时域中发送的。毗邻副载波之间的间隔可以是固定的，且副载波的总数(k)可取决于系统带宽。例如，副载波的间隔可以是15khz，而最小资源分配(称为“资源块”(rb))可以是12个副载波(或180khz)。因此，对于1.25、2.5、5、10或20兆赫兹(mhz)的系统带宽，标称快速傅里叶变换(fft)大小可以分别等于128、256、512、1024或2048。系统带宽还可被划分为子带。例如，子带可覆盖1.08mhz(即，6个资源块)，并且对于1.25、2.5、5、10或20mhz的系统带宽，可分别有1、2、4、8或16个子带。
48.通信系统(诸如nr)可在上行链路和下行链路上利用具有循环前缀(cp)的ofdm，并且包括对使用时分双工(tdd)的半双工操作的支持。可支持波束成形并且可动态地配置波束方向。还可支持具有预编码的mimo传输。dl中的mimo配置可支持至多达8个发射天线(具有至多达8个流的多层dl传输)和每ue至多达4个流。可支持每ue至多达4个流的多层传输。可使用至多达8个服务蜂窝小区来支持多个蜂窝小区的聚集。
49.在一些示例中，可以调度对空中接口的接入。调度实体(例如，bs)在其服务区域或蜂窝小区内的一些或所有设备和装备之间分配用于通信的资源。调度实体可负责调度、指派、重配置和释放用于一个或多个下级实体的资源。即，对于被调度的通信而言，下级实体利用由调度实体分配的资源。基站不是可用作调度实体的仅有实体。在一些示例中，ue可用作调度实体，并且可调度用于一个或多个下级实体(例如，一个或多个其他ue)的资源，且其他ue可将由ue调度的资源用于无线通信。在一些示例中，ue可在对等(p2p)网络中和/或在网状网络中充当调度实体。在网状网络示例中，ue除了与调度实体通信之外还可以直接彼此通信。
50.在图1中，带有双箭头的实线指示ue与服务bs之间的期望传输，服务bs是被指定为在下行链路和/或上行链路上服务该ue的bs。带有双箭头的细虚线指示ue与bs之间的干扰传输。
51.图2解说了(如图1中描绘的)bs 110和ue 120的示例组件，其可被用来实现本公开
的各方面。例如，ue 120的天线252、处理器266、258、264和/或控制器/处理器280和/或bs 110的天线234、处理器220、230、238和/或控制器/处理器240可被用于执行本文中所描述的各种技术和方法。
52.在bs 110处，发射处理器220可接收来自数据源212的数据和来自控制器/处理器240的控制信息。该控制信息可以用于物理广播信道(pbch)、物理控制格式指示符信道(pcfich)、物理混合arq指示符信道(phich)、物理下行链路控制信道(pdcch)、群共用pdcch(gc pdcch)等。该数据可以用于物理下行链路共享信道(pdsch)等。处理器220可以处理(例如，编码及码元映射)数据和控制信息以分别获得数据码元和控制码元。处理器220还可生成(例如，主同步信号(pss)、副同步信号(sss)、以及因蜂窝小区而异的参考信号(crs)的)参考码元。发射(tx)多输入多输出(mimo)处理器230可在适用的情况下对数据码元、控制码元、和/或参考码元执行空间处理(例如，预编码)，并且可将输出码元流提供给调制器(mod)232a到232t。每个调制器232可处理各自相应的输出码元流(例如，针对ofdm等)以获得输出采样流。每个调制器可进一步处理(例如，转换至模拟、放大、滤波、及上变频)输出采样流以获得下行链路信号。来自调制器232a到232t的下行链路信号可分别经由天线234a到234t被传送。
53.在ue 120处，天线252a到252r可接收来自基站110的下行链路信号并可分别向收发机254a到254r中的解调器(demod)提供收到信号。每个解调器可调理(例如，滤波、放大、下变频、及数字化)相应的收到信号以获得输入采样。每个解调器可进一步处理输入采样(例如，针对ofdm等)以获得收到码元。mimo检测器256可获得来自收发机的所有解调器254a到254r的收到码元，在适用的情况下对这些收到码元执行mimo检测，并且提供检出码元。接收处理器258可处理(例如，解调、解交织、以及解码)这些检出码元，将经解码的给ue 120的数据提供给数据阱260，并且将经解码的控制信息提供给控制器/处理器280。
54.在mimo系统中，发射机(例如，bs 110)包括多个发射天线234a到234t，并且接收机(例如，ue 120)包括多个接收天线252a到252r。因此，从发射天线234a到234t到接收天线252a到252r存在多个信号路径294。发射机和接收机中的每一者可例如在ue 120、bs 110、或任何其他合适的无线通信设备中实现。
55.对此类多天线技术的使用使得无线通信系统能够利用空域来支持空间复用、波束成形、以及发射分集。空间复用可被用于在相同时频资源上同时传送不同的数据流(也被称为层)。这些数据流可被传送给单个ue以增大数据率或传送给多个ue以增加系统总容量，后者被称为多用户mimo(mu-mimo)。这是藉由对每一数据流进行空间预编码(即，将这些数据流乘以不同加权和相移)并且随后在下行链路上通过多个发射天线传送每一经空间预编码的流来达成的。经空间预编码的数据流带有不同空间签名地抵达(诸)ue处，这些不同的空间签名使得每个ue能够恢复旨在去往该ue的一个或多个数据流。在上行链路上，每个ue传送经空间预编码的数据流，这使得基站能够标识每个经空间预编码的数据流的源。
56.数据流或层的数目对应于传输的秩。一般而言，mimo系统的秩受限于发射或接收天线数目中较低的一者。附加地，ue处的信道状况以及其他考虑(诸如基站处的可用资源)也可能会影响传输秩。例如，指派给下行链路上的特定ue的秩(并且因此，传输层的数目)可基于从该ue传送给基站的秩指示符(ri)来确定。ri可基于天线配置(例如，发射和接收天线的数目)以及每个接收天线上的测得信号干扰噪声比(sinr)来确定。ri可指示例如在当前
信道状况下可以支持的层数。基站可使用ri连同资源信息(例如，可用资源以及要调度用于ue的数据量)来向ue指派传输秩。
57.在上行链路上，在ue 120处，发射处理器264可接收并处理来自数据源262的数据(例如，用于物理上行链路共享信道(pusch)的数据)以及来自控制器/处理器280的控制信息(例如，用于物理上行链路控制信道(pucch)的控制信息)。发射处理器264还可生成参考信号(例如，探通参考信号(srs))的参考码元。来自发射处理器264的码元可在适用的情况下由tx mimo处理器266预编码，由收发机中的解调器254a至254r进一步处理(例如，针对sc-fdm等)，并且向基站110传送。在bs 110处，来自ue 120的上行链路信号可由天线234接收，由调制器232处理，在适用的情况下由mimo检测器236检测，并由接收处理器238进一步处理以获得经解码的由ue 120发送的数据和控制信息。接收处理器238可将经解码数据提供给数据阱239并将经解码控制信息提供给控制器/处理器240。
58.控制器/处理器240和280可分别指导bs 110和ue 120处的操作。bs 110处的处理器240和/或其他处理器和模块可执行或指导本文中所描述的技术的各过程的执行。存储器242和282可以分别存储供bs 110和ue 120用的数据和程序代码。调度器244可调度ue以进行下行链路和/或上行链路上的数据传输。
59.如以上提及的，对多天线技术的使用使得无线通信系统能够利用空域来支持空间复用、波束成形、以及发射分集。
60.图5解说了利用波束成形和执行波束训练规程的示例系统。波束成形通常指一种机制，该机制标识去往特定用户的最高效数据递送路由(路径)，并且在该过程中减少对近旁用户的干扰。波束成形可以帮助基站及它们服务的ue(可能有数百个个体的天线)更高效地使用它们周围的频谱。大规模mimo的主要挑战是在一次从更多个天线发射更多信息的同时减少干扰。波束成形算法可以标识通过空中去往彼此的最佳传输路由。随后，它们可以在许多不同方向上(甚至在精确协调模式中使用物体的反射)发送个体数据分组。通过编排分组路由和抵达时间，波束成形允许许多用户和多天线基站一次交换多得多的信息。
61.对于利用毫米波(5g网络中使用的高频波)的系统，波束成形可以帮助解决其他类型的问题。例如，波束成形可帮助解决毫米波信号具有高度方向性、容易被物体阻挡并且在长距离上趋于减弱。在该情形中，波束成形可以帮助将信号聚集在仅指向用户方向的集中式波束中，而不是一次在许多方向上进行广播。该办法可以加强信号完整到达的机会，并且减少对其他用户的干扰。
62.在一些情形中，可以使用称为波束成形训练的规程来调整波束成形。在一些情形中，训练可涉及在针对给定波束对的每个天线处测量相位信息的接收方设备(例如，基站或ue)。例如，该接收方设备可以在波束训练规程期间评估不同波束对的同时测量和记录相位差信息，如图3中所解说的。
63.在图3中所解说的示例中，ue保持候选波束集(例如，4个波束)。对于每个波束，ue报告波束状态信息(bsi)。该bsi可以包括对于(由波束索引标识的)每个波束的波束参考信号收到功率(brsrp)。通常，ue报告关于候选波束集中具有最高brsrp的波束的bsi。信道状态信息(csi)可以指通信链路的信道属性。该csi可表示例如随传送方与接收方之间的距离的散射、衰落、和功率衰减的经组合影响。可以执行使用导频的信道估计(诸如csi参考信号(csi-rs))以确定对信道的这些影响。csi可被用于基于当前信道条件来适配传输，这对于
达成可靠的通信、特别是在多天线系统中具有高数据率的通信是有用的。csi通常在接收方处进行估计、量化并反馈给传送方。
64.使用透镜天线的多用户传输的示例架构
65.如以上提及的，对此类多天线技术的使用使得无线通信系统能够利用空域来支持空间复用、波束成形、以及发射分集。这可以允许支持宽带架构，从而允许在宽频率范围和/或多个频带上进行通信。
66.例如，宽带支持可实现双连通性(dc)和带间载波聚集(ca)。例如，带间ca可涉及所定义频带fr1(亚6ghz)和fr2(24.25-52.6ghz)，并且可被扩展以覆盖附加频带，诸如fr4(例如，其可被认为包括52ghz以上的频带)。宽带支持还可以实现e-utran新无线电-双连通性(en-dc)，例如，其中e-utran指lte，而新无线电(nr)指5g。
67.本公开的各方面提议使用透镜天线，该透镜天线使用单个透镜来并发地产生n个波束以完成跨多个频带的波束成形。在一些情形中，透镜天线的易损性可能使部署更加适用于(驻定)基站，但在其他设备(例如，ue)中部署可以是有可能的(例如，因为先进的材料可允许更小/更稳健的透镜天线设计)。
68.一般而言，透镜天线执行实时延移位(ttd)，这允许超宽带波束成形。通过透镜内的可变传播路径长度和/或透镜内的可变折射率能实现该时间移位。如将更详细地描述的，超材料可被用于构建宽带/多频带架构中的透镜天线和/或其他组件，以达成本文中所描述的期望结果。
69.本文中提议的架构利用透镜天线来产生多个波束作为多个相控阵的常规使用的替换(或补充)。在一些情形中，透镜天线可以取代多个相控天线阵，从而导致复杂性的显著降低。例如，常规相控阵天线可被用于将球面波前波束成形为准直平面波。然而，此类相控阵要求针对每个波束的移相器和组合器/分路器，从而导致对于n个天线情况下的n个波束有n2个移相器。波束成形的另一方法是巴特勒矩阵。巴特勒矩阵的实现可能要求n/2log2n个定向耦合器和移相器，以使用n个天线产生n个波束。
70.相反，透镜天线使用单个透镜来产生使用实时延移位(ttd)的n个波束以达成(极)宽带波束成形。如以上所提及的，这可以通过透镜内的可变传播路径长度和/或可变折射率来达成。
71.透镜天线可在要求多波束或甚宽带波束的各种应用(诸如本地微波分布系统(lmds)或其他固定链路回程应用)中使用。在此类应用中，运营商可将透镜天线用于高增益和/或高频(微波)，但由于mmw执照(例如，28.5ghz、29.3ghz等)而通常用在单个频带中。
72.然而，本公开的各方面提议了利用透镜天线并发地产生n个波束以完成跨宽频率范围的波束成形的架构。例如，本文中所描述的架构可支持针对fr1、fr2和/或fr4的带间ca。此类架构可以提供支持亚6ghz和毫米波信号的单个波束成形系统，这些信号通常要求分开的波束成形系统。利用本文提议的架构，基站(其可包括接入点)可同时向多个ue传送多个数据流。
73.图4解说了根据本公开的某些方面的用于利用透镜天线的无线通信的示例操作400。
74.操作400始于在402提供n组射频(rf)链，给定的一组rf链中的每个rf链被配置成生成或处理针对不同频带的rf信号。
75.在404，提供了n个组合器，每个组合器被配置成：对于该n组rf链中的对应的一组rf链，通过组合由对应的一组rf链中的至少两个rf链生成的针对不同频带的rf信号来生成多频带信号，以及将该多频带信号馈送至透镜天线以供经由第一发射波束来发射。
76.参照图5中所示的示例架构，每组rf链可以处置针对一个波束(例如，针对一个用户)的信号。如本文所使用的，术语rf链一般指天线与信号处理器(例如，数字基带处理器)之间的电路系统。接收(rx)rf链可包括接收机中的在将信号转换为较低中频(if)之前在原始传入射频(rf)下处理该信号的组件，相反地，发射(tx)rf链可包括用于取低if信号并其生成供发射的rf信号的组件。
77.如所解说，组合器(例如，所解说的示例中的三工器)可以组合来自多个不同频带(所解说示例中为3个不同频带)的信号处理，并且将组合多频带信号馈送到透镜天线的端口中。三工器一般指包括一些滤波和对应的频率选择性的组合器(例如，当取得一个频带的同时它可能会拒斥其他频带)。在一些情形中，tx rf链和/或rx rf链可能具有它们的滤波，从而使得不需要在组合器中包括滤波。
78.如所解说的，n组rf链中的每组rf链可具有类似的组合器来馈送透镜天线的与(例如，针对不同用户的)波束相对应的相应端口。在一些情形中，该n个波束中的不止一个波束可以是用于相同用户的。在接收(rx)侧，组合rf信号可以从端口馈送到对应的rx rf链。如所解说的，在一些情形中，发射/接收开关(或双工器)可被用于将tx rf信号从(与不同频带相对应的)每个tx rf链(经由组合器)路由到透镜天线端口，以及将rx rf信号从该透镜天线端口(经由组合器/解组合器)路由到对应的rx rf链。
79.图6和图7解说了可在本文所呈现的示例架构中利用的示例透镜天线。
80.如所解说的，透镜天线一般具有m个馈送端口、以及透镜。透镜可以充当孔径或(如图6底部布置中所示)激励天线或天线阵列生成至多达n个波束，其中m≥n(例如，在该情形中，一些端口可能必须被终止)。透镜天线可通过几何形状(例如，球形、超半球形等)和/或折射率均匀性(例如，均匀或非均匀)进行宽泛分类。在一些情形中，馈送端口可以馈送反射器透镜，如图7的底部布置中所示。
81.使用透镜天线的益处可包括：支持多波束、宽带信号(例如，时移相对于相移)、低插入损耗(因为存在较少互连)、各馈送端口之间的良好隔离、以及灵活的波束切换的能力，因为所有波束都是同时可用的。各改进显著降低了具有降低的体积、尺寸和/或易损性的透镜天线的制造难度。此类改进包括例如超表面(超材料)、二维平面架构、以及较小孔径(例如，用于毫米波信号)的使用。
82.在一些情形中，某种类型的放大器布置可被用来馈送透镜天线部分。例如，通过定义，透镜天线每波束映射一个端口，在与(其中功率放大器(pa)是自然分布的)相控阵天线相比时，该透镜天线可能要求相对较大的pa。这在使用透镜天线时呈现一挑战，因为对于给定的半导体工艺/几何形状/电源电压，可能难以设计较大的pa。然而，本公开的各方面提议了要将来自多个pa的功率与n路功率组合器进行组合的布置。此类布置可被设计成缓解组合器的每个分支的失配，并且可包括分布式pa和/或堆叠式pa。
83.在一些情形中，超材料和/或超表面可被用于达成(透镜天线和/或rf链组件的)期望属性。如本文所使用的，超材料可指具有可调谐介电常数和/或磁导率的任何材料，一般是自然中不存在的人造材料。由于纳米制造方法，超材料和/或超表面的最新近改进已经成
为可能。除了透镜天线之外，rf链中的几乎每个组件(例如，天线、开关、移相器、波导、耦合器、滤波器/谐振器、振荡器、双工器/环行器等)也可以用超材料来设计。超材料可被用于达成期望折射率(折射率是介电常数和磁导率的函数——根据麦克斯韦方程的斯奈尔定律)，并且可被设计用于负介电常数和/或磁导率，并且因此为负折射率。
84.超材料也可被称为左手性材料、电单负(eng)材料、双负材料、负折射率材料或手性材料。此类材料在无线通信中的应用的示例包括：可重配置的天线(例如，用于动态波束成形)、保持高效率和带宽的电气小型天线(小于λ/10)、允许天线堆叠、限制散射和互耦的无线电透明天线。其他示例应用包括通过调谐波导、非磁性环行器的电介质实现的移相器，这是双工、较低插入损耗需要的。超材料也可被设计成在从亚6ghz到若干thz的电路中使用，可具有非常低的功耗，并且可被用于设计超分辨率透镜，例如，在衍射极限以下操作的超分辨率透镜。
85.图8-11解说了根据本公开的各方面的利用透镜天线进行宽带波束成形的示例架构。在一些情形中，可以使用相同的组件来达成各种架构。例如，可配置的开关可被控制以路由来自rf链和/或组合器的信号以达成图8-11中所示的架构。这可以在重配置给定设备或适配模块以供在不同设备中使用时提供灵活性。
86.虽然在图8-11中的每一者中为了解说示出了三工器，但是组合器可实现为双工器/三工器/四工器(取决于频带数)或任何其他无源频分(fd)复用器或威尔金森组合器。如以上所提及的，功率放大器(pa)可被分布、堆叠或组合以获得较高功率。
87.图8解说了根据本公开的某些方面的用于使用透镜天线的宽带时分复用(tdd)多用户传输的示例架构。
88.图8的架构可以例如在gnb中实现，以在时分双工(tdd)模式中同时向至多达n个ue发射n个超宽带波束(例如，横跨fr1、fr2和/或fr4)。如所解说的，发射/接收(t/r)开关可被用于在下行链路(dl)通信(其中端口将rf信号从tx rf链馈送到透镜天线)与上行链路(ul)通信(其中收到rf信号从透镜天线被路由到rx rf链)之间来回切换。使用三工器，可以执行同时的rx和tx，例如，其中tx在一些端口上，rx在其他端口上(或两者)。作为示例，可在频带1上发送dl传输，而同时可在频带2上接收ul传输，并且同时频带3可被用于一些ul和一些dl。
89.图9解说了根据本公开的某些方面的用于使用透镜天线的宽带频分复用(fdd)多用户传输的示例架构。
90.图9的架构可以例如在gnb中实现，以在频分双工(fdd)模式中同时向至多达n个ue发射n个超宽带波束(例如，横跨fr1、fr2和/或fr4)。例如，fdd模式可允许某些频带上的ul和其他频带上的dl(例如，对于补充ul和dl，如在版本15/16中所定义)，并且所示的特定ul和dl频带选择是仅出于解说目的的。
91.图10解说了根据本公开的某些方面的用于使用透镜天线经由空间复用进行宽带全双工多用户传输的示例架构。
92.图10的架构可以例如在gnb中实现，以在空分(sd)全双工模式中同时向至多达n/2个ue发射n个超宽带波束。换言之，该布置可允许在分开的波束上的并发的dl和ul。在所解说的示例中，频带1、频带2和频带3的组合在1个波束(端口1)上组合以用于dl(tx中顶上的3个)，而第二波束(波束2)被用于接收经由端口2馈送到rx rf链的组合ul rf信号。在用于ul
和dl的分开端口的这种布置的情况下，如果有n个可能波束，则可以支持n/2个用户。
93.图11解说了根据本公开的某些方面的用于使用透镜天线在每个波束上进行宽带全双工多用户传输的示例架构。
94.图11的架构可以例如在gnb中实现，以在每波束全双工模式中同时向至多达n个ue发射n个超宽带波束。如所解说的，双工器(例如，环行器、分支线耦合器、或任何其他定向耦合器)可被用于并发的dl和ul。
95.在一些情形中，由于双工器中的缺陷(例如，其导致自干扰)，可以使用电路系统来执行校正。如图所示，分开的模拟组件可被用于此类校正和/或可在处理器(例如，数字基带处理器)中执行数字消去。
96.本文中所公开的各方法包括用于达成方法的一个或多个步骤或动作。这些方法步骤和/或动作可以彼此互换而不会脱离权利要求的范围。换言之，除非指定了步骤或动作的特定次序，否则具体步骤和/或动作的次序和/或使用可以改动而不会脱离权利要求的范围。
97.用于接收的装置或用于获得的装置可包括图2中解说的接入点110的接收机(诸如接收机单元232)或(诸)天线234、或者站120的接收机单元254或(诸)天线252。用于传送的装置或用于输出的装置可包括图2中解说的接入点110的发射机(诸如发射机单元232)或(诸)天线234、或者站120的发射机单元254或(诸)天线252。用于生成的装置、用于处理的装置、用于馈送的装置、用于放大的装置、用于消去自干扰的装置、和/或用于路由的装置可以包括处理系统，该处理系统可包括一个或多个处理器，诸如图2中所解说的接入点110的rx数据处理器238、tx数据处理器220、tx空间处理器230、rx空间处理器、或控制器240，或者站120的rx数据处理器258、tx数据处理器264、tx空间处理器266、rx空间处理器、或控制器280。
98.在一些情形中，设备可以并非实际上传送帧，而是可具有用于输出帧以供传输的接口(用于输出的装置)。例如，处理器可经由总线接口向射频(rf)前端输出帧以供传输。类似地，设备可以并非实际上接收帧，而是可具有用于获得从另一设备接收的帧的接口(用于获得的装置)。例如，处理器可经由总线接口从rf前端获得(或接收)帧以用于接收。
99.如本文中所使用的，引述一列项目“中的至少一者”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一者”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c、和a-b-c，以及具有多重相同元素的任何组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c、和c-c-c，或者a、b和c的任何其他排序)。
100.如本文所使用的，术语“确定”涵盖各种各样的动作。例如，“确定”可包括演算、计算、处理、推导、研究、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、查明及诸如此类。而且，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)及诸如此类。而且，“确定”可包括解析、选择、选取、建立及诸如此类。
101.提供先前描述是为了使本领域任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。对这些方面的各种修改将容易为本领域技术人员所明白，并且在本文中所定义的普适原理可被应用于其他方面。由此，权利要求并非旨在被限定于本文中所示出的各方面，而是应被授予与权利要求的语言相一致的全部范围，其中对要素的单数形式的引述并非旨在表示“有且仅有一个”(除非特别如此声明)而是“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些/某个”指的是一个或多个。本公开通篇描述的各个方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文所公开的任何内容都不旨在捐献于公众，无论此类公开内容是否明确记载在权利要求书中。权利要求的任何要素都不应当在35u.s.c.
§
112(f)的规定下来解释，除非该要素是使用短语“用于
……
的装置”来明确叙述的或者在方法权利要求情形中该要素是使用短语“用于
……
的步骤”来叙述的。
102.以上所描述的方法的各种操作可由能够执行相应功能的任何合适的装置来执行。这些装置可包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于电路、专用集成电路(asic)、或处理器。例如，图2中所示的各种处理器可被配置成执行图4的操作400。
103.结合本公开所描述的各种解说性逻辑块、模块、以及电路可用设计成执行本文所描述的功能的处理系统来实现或执行，该处理系统可包括以下一者或多者(或其组合)：通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑器件(pld)、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何组合。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，处理器可以是任何市售的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协同的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
104.如果以硬件实现，则示例硬件配置可包括无线节点中的处理系统。处理系统可以用总线架构来实现。取决于处理系统的具体应用和整体设计约束，总线可包括任何数目的互连总线和桥接器。总线可将包括处理器、机器可读介质、以及总线接口的各种电路链接在一起。总线接口可被用于将网络适配器等经由总线连接至处理系统。网络适配器可被用于实现phy层的信号处理功能。在用户终端120(参见图1)的情形中，用户接口(例如，按键板、显示器、鼠标、操纵杆，等等)也可以被连接到总线。总线还可以链接各种其他电路，诸如定时源、外围设备、稳压器、功率管理电路以及类似电路，它们在本领域中是众所周知的，因此将不再进一步描述。处理器可用一个或多个通用和/或专用处理器来实现。示例包括微处理器、微控制器、dsp处理器、以及其他能执行软件的电路系统。取决于具体应用和加诸于整体系统上的总设计约束，本领域技术人员将认识到如何最佳地实现关于处理系统所描述的功能性。
105.如果以软件实现，则各功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。软件应当被宽泛地解释成意指指令、数据、或其任何组合，无论是被称作软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、或其他。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，这些介质包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。处理器可负责管理总线和一般处理，包括执行存储在机器可读存储介质上的软件模块。计算机可读存储介质可被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可被整合到处理器。作为示例，机器可读介质可包括传输线、由数据调制的载波、和/或与无线节点分开的其上存储有指令的计算机可读存储介质，其全部可由处理器通过总线接口来访问。替换地或附加地，机器可读介质或其任何部分可被集成到处理器中，诸如高速缓存和/或通用寄存器文件可能就是这种情形。作为示例，机器可读存储介质的示例可包括ram(随机存取存储器)、闪存、rom(只读存储器)、prom(可编程只读存储器)、eprom(可擦式可编程只读存储器)、eeprom(电可擦式可编程只读存储器)、寄存器、磁盘、光盘、硬
驱动器、或者任何其他合适的存储介质、或其任何组合。机器可读介质可被实施在计算机程序产品中。
106.软件模块可包括单条指令、或许多条指令，且可分布在若干不同的代码段上，分布在不同的程序间以及跨多个存储介质分布。计算机可读介质可包括数个软件模块。这些软件模块包括当由装备(诸如处理器)执行时使处理系统执行各种功能的指令。这些软件模块可包括传送模块和接收模块。每个软件模块可以驻留在单个存储设备中或者跨多个存储设备分布。作为示例，当触发事件发生时，可以从硬驱动器中将软件模块加载到ram中。在软件模块执行期间，处理器可以将一些指令加载到高速缓存中以提高访问速度。可随后将一个或多个高速缓存行加载到通用寄存器文件中以供处理器执行。在以下述及软件模块的功能性时，将理解此类功能性是在处理器执行来自该软件模块的指令时由该处理器来实现的。
107.任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或无线技术(诸如红外(ir)、无线电、以及微波)从web网站、服务器、或其他远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或无线技术(诸如红外、无线电、以及微波)就被包括在介质的定义之中。如本文所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘、和蓝光碟，其中盘(disk)常常磁性地再现数据，而碟(disc)用激光来光学地再现数据。因此，在一些方面，计算机可读介质可包括非瞬态计算机可读介质(例如，有形介质)。另外，对于其他方面，计算机可读介质可包括瞬态计算机可读介质(例如，信号)。以上的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
108.由此，某些方面可包括用于执行本文中给出的操作的计算机程序产品。例如，此类计算机程序产品可包括其上存储(和/或编码)有指令的计算机可读介质，这些指令能由一个或多个处理器执行以执行本文中所描述的操作(例如用于执行本文中所描述且在图8和9中所解说的操作的指令)。
109.此外，应当领会，用于执行本文中所描述的方法和技术的模块和/或其他恰适装置可由用户终端和/或基站在适用的场合下载和/或以其他方式获得。例如，此类设备能被耦合到服务器以促成用于执行本文中所描述的方法的装置的转移。替换地，本文中所描述的各种方法能经由存储装置(例如，ram、rom、诸如压缩碟(cd)或软盘之类的物理存储介质等)来提供，以使得一旦将该存储装置耦合到或提供给用户终端和/或基站，该设备就能获得各种方法。此外，可利用适于向设备提供本文中所描述的方法和技术的任何其他合适的技术。
110.将理解，权利要求并不被限于以上所解说的精确配置和组件。可在上面所描述的方法和装置的布局、操作和细节上作出各种改动、更换和变形而不会脱离权利要求的范围。