子带全双工自适应基站收发器的制作方法

子带全双工自适应基站收发器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年10月31日提交的美国非临时专利申请第17/086,368号和于2019年11月2日提交的美国临时专利申请第62/929,853号的优先权和权益，它们均通过引用以其整体并入本文，如同在下文中完全阐述并用于所有适用目的。
技术领域
3.本技术涉及无线通信，并且更具体地涉及子带全双工自适应基站收发器。


背景技术：

4.无线通信系统被广泛部署以提供各种电信服务，诸如电话、视频、数据、消息收发和广播。典型的无线通信系统可以采用能够通过共享可用系统资源来支持与多个用户的通信的多址技术。这种多址技术的示例包括码分多址(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)系统和时分同步码分多址(td-scdma)系统。
5.这些多址技术已在各种电信标准中采用，以提供一种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公共协议。示例电信标准是第5代(5g)新无线电(nr)。5g nr是由第三代合作伙伴计划(3gpp)颁布的持续移动宽带演进的一部分，以满足与延迟、可靠性、安全性、可扩展性(例如，与物联网(iot))和其他要求相关联的新要求。5g nr包括与增强型移动宽带(embb)、大规模机器类型通信(mmtc)和超可靠的低延迟通信(urllc)相关联的服务。5g nr的一些方面可以基于4g长期演进(lte)标准。在5g nr技术中存在对进一步的多址改进的需求。这些改进也可适用于其他多址技术和采用这些技术的电信标准。


技术实现要素：

6.公开了一种基站，包括：第一天线阵列，被组织成多个第一子带全双工(sbfd)天线子阵列；第二天线阵列，被组织成多个第二sbfd天线子阵列；多个发送rf链，每个发送rf链被配置为将基带信号转换成rf发送信号，其中，多个发送rf链与多个第一sbfd天线子阵列具有一一对应关系；多个接收rf链，每个接收rf链被配置为将接收rf信号转换成基带信号，其中多个接收rf链与多个第二sbfd天线子阵列具有一一对应关系；以及多个开关，具有用于sbfd操作模式的第一配置，其中每个发送rf链被配置为利用发送rf链的rf发送信号驱动相应的第一sbfd天线子阵列，并且其中，每个接收rf链被配置为从相应的第二sbfd子阵列接收该接收rf链的接收rf信号。
7.此外，公开了一种基站，包括：第一发送rf链；第一天线阵列，包括第一子带全双工(sbfd)天线子阵列和第二sbfd天线子阵列；第一rf信号分离器和组合器；以及开关阵列，被配置为在下行链路时分双工(dl tdd)操作模式中通过第一rf信号分离器和组合器将发送rf链耦接到第一sbfd天线子阵列和第二sbfd天线子阵列两者，开关阵列还被配置为在sbfd
操作模式中将第一发送rf链耦接到第一sbfd天线子阵列而不是耦接到第二sbfd天线子阵列。
8.最后，公开了一种用于基站的方法，包括：在下行链路时分双工(dl tdd)时隙期间，使用第一rf链来上变频第一基带信号以形成第一dl射频(rf)信号并从第一天线子阵列和从第二天线子阵列发送第一dl rf信号，第一dl rf信号占据频带；在上行链路(ul)tdd时隙期间，使用第一天线子阵列和第二天线子阵列接收第一ul rf信号并使用第一rf链来下变频第一ul rf信号以形成第二基带信号，第一ul rf信号占据频带；以及在第一子带全双工(sbfd)时隙期间，使用第一rf链来上变频第三基带信号以形成第二dl rf信号并且仅从第一天线子阵列发送第二dl rf信号，第二dl rf信号占据频带中的下子带和上子带，下子带在频率上与上子带通过频带中的中心子带隔开。
9.这些和其他有利特征可以通过下面的具体实施方式来更好地理解。
附图说明
10.图1a示出了一些5g nr的时间和频率资源。
11.图1b示出了根据本公开的方面的包括传统的tdd单向(one-way)时隙以及子带全双工(sbfd)时隙的时隙结构以及基站的对应天线阵列配置。
12.图2示出了根据本公开的方面的包括下行链路ue接收sbfd下行链路传输而上行链路ue向基站发送sbfd上行链路传输的无线通信系统。
13.图3示出了根据本公开的方面的具有4:1混合波束成形的sbfd基站的发送和接收路径。
14.图4a示出了根据本公开的方面的具有全混合波束成形和4:1信号组合的sbfd基站的发送和接收路径。
15.图4b示出了根据本公开的方面的具有n:1混合波束成形和r:1信号组合的sbfd基站的发送和接收路径。
16.图5示出了根据本公开的方面的sbfd基站的电路板基板上的发送和接收天线阵列的两个示例布置。
17.图6示出了根据本公开的方面的通过一对导电第一隔离增强器隔离的发送阵列和接收阵列。
18.图7示出了图6的阵列和导电第一隔离增强器的一部分的透视图。
19.图8示出了由一对导电第一隔离增强器隔离的发送和接收阵列的一部分，其中该对面向相同的阵列。
20.图9示出了根据本公开的方面的通过一对导电第二隔离增强器隔离的发送阵列和接收阵列。
21.图10是根据本公开的方面的sbfd基站的示例操作方法的流程图。
22.通过参考下面的具体实施方式可以最好地理解本公开的实施例及其优点。应当理解，相似的附图标记用于标识一幅或多幅图中所示的相似元件。
具体实施方式
23.与先前的通信标准相比，用于5g nr的频谱选项被大大扩展。例如，频率范围2
(fr2)频带从约24ghz扩展到60ghz。由于波长随着频率增加而减小，因此fr2频带由于其相对小的波长而被表示为毫米波段。鉴于这种相对较短的波长，在fr2频带中发送的射频(rf)信号表现得有点像可见光。因此，就像光一样，毫米波信号容易被建筑物和其他障碍物遮挡。此外，天线元件的每单位面积的接收功率随着频率升高而降低。例如，在宽度和长度方面，贴片天线元件通常是操作波长的一小部分(例如，波长的一半)。由于波长下降(且因此天线元件的尺寸减小)，因此可以看出在对应天线元件处接收的信号能量减小。由于遮挡和接收信号强度降低的问题，毫米波蜂窝网络将通常需要相对大量的基站。蜂窝提供商通常必须为基站租用不动产，使得毫米波蜂窝网络的广泛覆盖会变得非常昂贵。
24.与fr2的挑战相比，6ghz以下频带中的无线电波传播的电磁特性更加适应。例如，5g nr频率范围1(fr1)频带从约0.4ghz扩展到7ghz。在这些较低频率下，发送的rf信号往往在诸如建筑物的障碍物周围折射，从而减少了遮挡的问题。此外，每个天线元件的较大尺寸意味着与fr2天线元件相比，fr1天线元件拦截更多的信号能量。因此，正如为4g及以前的网络建立的那样，在fr1频带中操作的5g nr蜂窝网络将不需要过多的基站。考虑到较低频带的有利特性，6ghz以下频带因其可取性而通常被表示为“海滨(beachfront)”频带。
25.在6ghz以下频带操作的一个问题是仅有这么多的带宽可用。出于这个原因，联邦通信委员会对无线电波(airwave)进行监管，并对fr1频带中的有限的带宽进行拍卖。考虑到这种有限的带宽，对于蜂窝提供商实现在fr2频带中更容易实现的高数据速率来说是一项挑战。为了应对这些挑战，本文公开了一种“子带全双工”(sbfd)网络架构，该网络架构非常有利，因为它为用户提供了原本需要使用fr2频带的高数据速率。但是本文公开的sbfd网络架构在更多的fr1频带中提供了这些高数据速率，并且由于与fr2频带相比在fr1频带中可以实现的每个给定覆盖区域的基站的数量较少，因此降低了成本。
26.为了更好地理解sbfd网络的优势，将首先参考图1a来回顾诸如用于正交频分复用(ofdm)波形的一些通用的5g nr的时间和频率资源结构。在一些实施例中，传输在时域中被组织成帧，其中每个帧由各自为1ms的10个子帧组成。图1a中示出了两个示例性子帧102的放大图。每个子帧102可以被映射到ofdm资源网格104。然而，如本领域技术人员将容易理解的，取决于任何数量的因素，任何特定应用的phy传输结构可以与此处描述的示例不同。对于ofdm资源网格104，时间以ofdm符号为单位在水平方向上，而频率以子载波或频调(tone)为单位在垂直方向上。
27.资源网格104可以用于示意性地表示用于给定天线端口的时频资源。也就是说，在具有多个可用天线端口的mimo实现方式中，对应的多个资源网格104可用于通信。资源网格104被划分为多个资源元素(re)106。re，其为1个子载波
×
1个符号，是时频网格的最小离散部分，并且包含表示来自物理信道的数据或信号的单个复数值(complex value)。十二个连续子载波的块定义了资源块(rb)108，其在nr标准中具有未定义的持续时间。在一种实现方式中，资源块108在符号持续时间上延伸。诸如资源网格104所示的一组连续rb 108形成带宽部分(bwp)。
28.每个1ms子帧102可以由一个或多个相邻时隙组成。在图1a所示的示例中，作为说明性示例，一个子帧102包括四个时隙110。在一些示例中，可以根据具有给定循环前缀(cp)长度的指定数量的ofdm符号来定义时隙。例如，时隙可以包括7或14个具有标称cp的ofdm符号。其他示例可以包括具有较短持续时间的小时隙(例如，一个或两个ofdm符号)。这些小时
隙可以在一些情况下占据为相同或不同ue的正在进行的时隙传输而调度的资源来发送。
29.时隙110之一的放大图示出了时隙110包括控制区112和数据区114。一般而言，控制区112可以携带控制信道，而数据区214可以携带数据信道。时隙110可以包含所有下行链路(dl)、所有上行链路(ul)或至少一个dl部分和至少一个ul部分。图1a中所示的简单结构在本质上仅是示例性的，并且可以利用不同的时隙结构，并且不同的时隙结构可以包括控制区和数据区的每一者的一个或多个。
30.现在将更详细地讨论这些5g nr的时间和频率资源的sbfd组织。该sbfd资源组织将关于如先前讨论的重复四时隙结构进行讨论，但应当理解，在替代性实现方式中，子帧大小可以大于或小于四个时隙。在传统的四时隙结构中，前两个时隙可以是下行链路时隙，而四个时隙中的最后一个时隙是上行链路时隙。第三时隙是其中一些符号可以用于上行链路传输而其他符号可以用于下行链路传输的特殊时隙。由此产生的上行链路和下行链路业务因此是由专用时隙所安排和由特殊时隙中的符号分配所安排的时分双工(tdd)。由于上行链路只有单个专用时隙，所以上行链路通信因为用户设备(ue)被限制到在单个专用上行链路时隙中和在特殊时隙内的资源分配中进行发送而可能遭受过长的延迟。由于在重复四时隙结构中只有一个专用上行链路时隙，由此产生的延迟特别是对于诸如车辆到车辆通信的低延迟应用可能会成为问题。此外，上行链路通信的能量受限于其单个专用时隙。
31.为了减少上行链路延迟并增加上行链路传输的能量，提出了一种子带全双工(sbfd)模式，其中第二时隙和第三时隙是修改为支持同时进行的上行链路和下行链路传输的频率双工的sbfd时隙。第一时隙和第四时隙可以保留为传统时分双工(tdd)时隙，使得第一时隙仍然专用于下行链路并且第四时隙专用于上行链路。然而，应当理解，在替代性实施例中，在sbfd模式中可以使用任何时隙。
32.在6ghz以下的频谱中，如果手机同时进行上行链路和下行链路传输，则手机上天线之间相对有限的间隔将通常导致显著的自干扰。本文中公开的sbfd时隙中的频率双工因此在一些实施例中仅由基站收发器(gnb)来实施。特别地，用于gnb的天线阵列被细分为第一天线阵列，该第一天线阵列与第二天线阵列隔开诸如以10到30cm为例的绝缘距离。在sbfd操作期间，一个天线阵列进行发送，而另一天线阵列进行接收。通过阵列之间的物理间隔部分解决了自干扰问题。为了提供额外的隔离，还可以在阵列之间实施导电屏蔽。然而，应当理解，如果手机实施充分的自干扰消除，则还可以由手机(或更一般地，用户设备(ue))实施频率双工。然而，在其他实施例中，ue限于半双工传输，使得ue的天线阵列在各个时隙中完全专用于仅发送或仅接收。
33.用于传统tdd和sbfd通信的示例时隙格式在图1b中示出。第一时隙(slot 1)是专用于下行链路(dl)传输的传统tdd时隙。第一时隙因此可以被指定为dl tdd时隙。应当理解，dl传输可以被划分为如在5g nr领域中已知的数据和控制传输信道。gnb中的两个阵列(阵列1和阵列2)都用于slot 1的下行链路传输(tx(dl))。类似地，两个阵列在第四时隙(slot 4)中都用于接收上行链路传输。在第一时隙和第四时隙中，发送的信号可以占据时隙频带的整体(或一些部分)。第二时隙和第三时隙(slot 2和slot 3)是sbfd时隙。第一天线阵列因此专用于sbfd时隙的下行链路发送，而第二天线阵列专用于上行链路接收(rx(ul))。请注意，sbfd时隙中的ul和dl都不能占据这些时隙的整个频率资源范围(频带)。而是，ul在sbfd时隙的频带中占据中心子带。dl因此占据范围从频带的较低频率到ul中心子
带的最低频率的下子带。然而，应当理解，子带可以被保护带分开。dl还占据频带中的上子带并且从ul中心子带的最大频率延伸到频带的最大频率。如将在本文中关于最小化或减少ue对ue干扰和基站处的发送对接收自干扰而进一步解释的那样，这是有利的。在一个实施例中，ul中心子带可以关于sbfd时隙的中心频率对称。在这样的实施例中，dl下子带的带宽和dl上子带的带宽将相等。然而，在替代实施例中，dl下子带带宽可以不同于dl上子带的带宽。在一些实施例中，dl上子带和dl下子带可以各自具有根据下行链路数据速率可以变化为10mhz/20mhz/30mhz或40mhz的带宽。
34.图2中示出了小区中的示例基站(gnb)200。在该实施例中，ue都是如关于图1b所讨论的半双工的，使得在任何给定sbfd时隙中，一组或多个用户设备(ue)210(在一个特定sbfd时隙中)专用于向基站200发送ul信号。类似地，另一组或多个ue 205在该sbfd时隙中专用于从基站200接收dl信号。注意，ue 205可以在其他sbfd时隙中充当ue 210。类似地，ue 210可以在其他sbfd时隙中充当ue 205。基站200在sbfd时隙中向每个dl ue 205发送下行链路符号(例如，ofdma符号)。因此，如果ul ue 210使用与用于到dl ue 205的下行链路传输的相同的中心子带，则存在sbfd ue对ue干扰的可能性。例如，假设sbfd时隙(时隙频率资源范围)的频带为100mhz。根据上行链路带宽需求，在一些实施例中，上行链路带宽可以从5mhz调整到10mhz(或调整到20mhz)。
35.这些上行链路传输具有潜在的大量sbfd ue对ue干扰。例如，假设ul ue 210距离dl ue 205仅1米。对于这种间隔在3.5ghz频谱中的自由空间路径损耗约为43db。由于当dl ue 205处的接收的信号下变频到基带时，载波带宽的中心频率移位到dc(0hz)，因此dl ue 205中的接收rf链可以利用自适应高通滤波来解决来自ul ue 210的干扰。类似地，ul ue 210可以使用自适应中心频率来将以dc为中心的ul传输保持在载波带宽内。
36.关于载波的6ghz以下的中心频率，用于来自基站200的dl传输的上子带和下子带的带宽取决于ul ue 210的中心子带的带宽。例如，假设中心子带的带宽为20mhz。如果sbfd时隙带宽为100mhz，则下子带占据从中心频率减10mhz到中心频率减50mhz的带宽。类似地，上子带占据从中心频率加10mhz到中心频率加50mhz的带宽。dl ue 205因此可以在接收的rf信号被下变频到基带之后应用高通滤波器206来选择dl符号并排除来自ue 210的ul干扰。更一般地，dl ue 205可以使用自适应滤波(高通、低通或复数滤波)来排除来自ul ue 210的干扰。例如，不是在中心子带中进行发送，而是每个ul ue 210可以被配置为利用sbfd时隙的带宽的下半部分。基站200然后将sbfd时隙的带宽的上半部分用于dl符号。在这样的实施例中，每个dl ue 205可以应用复数滤波器207来选择载波带宽的上半部分并且排除来自ul ue 210的干扰。基站滤波于是将是对称的，以便在这种复数滤波实现方式中选择载波带宽的下半部分。
37.sbfd ue对ue干扰的排除或减少可以利用现有的3gpp框架进行ue对ue交叉链路干扰(cli)测量以确定堵塞或干扰ue(诸如ul ue 210)的存在。例如，每个dl ue 205可以被配置有一个或多个探测参考信号(srs)资源，诸如时频资源、序列、循环移位、周期性等，以测量ue对ue cli。关于这样的测量，srs-参考信号接收功率(srs-rsrp)和接收信号强度指示符(rssi)可以用作cli测量的度量。srs-rsrp是在配置的测量时机中，定时器资源中的被考虑的测量频率带宽内的配置资源元素上要测量的srs的功率贡献的线性平均值。rssi是仅在测量时间资源的某些符号(例如，ofdm符)中、在测量带宽中以及在为由ue进行的cli测量
的配置的资源元素上的总接收功率的线性平均值。
38.通过被测量的cli以建立sbfd ue对ue干扰，下行链路传输可被移位到不同的子带频率，以便更好地将dl ue 205中的滤波与来自ul ue 210的干扰符号匹配。可替代地，dl ue 205可以使用多于一个的接收rf链来恢复dl传输的各种频率中的不同资源元素。因此，一个接收rf链可以集中在用于dl传输的某些资源块上，而另一接收rf链可以集中在剩余资源块上，以便改进dl ue 205中的基带滤波并增加对干扰ul发送的排除。如果dl ue 205被配置有对到干扰ul ue 210的方向的知晓，则dl ue 205可以利用使用多个接收天线的空间滤波技术(例如，最小均方误差空间滤波或类似方法)。此外，dl ue 205还可以被配置为向基站200发送关于检测cli的消息。基站200然后可以指示干扰ul ue 210通过降低干扰ul ue 210的发送功率来解决干扰，或者在被干扰dl ue 210的方向上应用发送空间零点(transmit spatial null)。此外，可以指示干扰ul ue 210使用不同的时分复用或频分复用样式来最小化cli。
39.基站200通过波束成形发送天线阵列215发送下行链路符号。波束成形在基站200中和在ue中可以是完全模拟的、完全数字的或者可以是混合的。本文将假设使用混合波束成形，因为它有效利用了基站200中有限数量的基带到rf发送链。为了说明清楚起见，示出了单个发送rf链220。每个发送rf链220包括一个或多个混频器(未示出)，用于将对应的基带信号上变频为rf。基带调制解调器225包括用于为每个发送rf链生成基带信号的基带发送器(bb tx)。在数模转换器(dac)230中的模拟转换之前，将数字波束成形权重236应用于基带信号。基带信号还可以在模拟转换之前根据数字预失真(dpd)237进行预失真，以校正发送rf链220中的非线性。来自dac 230的模拟信号在被移相器240定相以执行rf波束成形(rf bf)之前由高通滤波器235滤波。该滤波235可以是自适应的以最小化对来自ul ue210的同时进行的上行链路传输的干扰。再次参考图1b，sbfd时隙(slot2和slot 3)的子带分配可以被改变，使得ul传输将占据下子带和上子带，而dl传输将占据中心子带。在这样的实现方式中，发送rf链220中的滤波器235可以是高通滤波器，而接收rf链250中的滤波器265可以是低通滤波器。
40.在基站200中，每个发送rf链220驱动发送天线阵列215内的对应天线子阵列(下文进一步讨论)。因此，在多输入多输出(mimo)方式中，一个发送rf链220和对应天线子阵列可以对第一dl ue 205进行波束成形，而另一发送rf链和对应天线子阵列可以对第二dl ue 205进行波束成形。给定可以在基站200中利用的天线数量，由此产生的mimo可以表示为大规模mimio。在一些实施例中，每个单独的天线包括第一极化端口和第二极化端口。在水平/垂直极化实施例中，第一极化端口可以是垂直极化端口，而第二极化端口可以是水平极化端口。可替代地，第一极化端口可以是正45度( 45
°
)极化端口，而第二极化端口可以是负45度(-45
°
)极化端口。
41.基站200通过接收天线阵列(rx阵列)245接收ul信号。类似于发送rf链，基站200包括多个接收rf链250。每个接收rf链250用于将来自其在接收天线阵列245中的对应天线子阵列的接收的rf信号从rf下变频到基带。为了说明清楚起见，图2中仅示出了单个接收rf链250。在大规模mimo方式中，每个接收rf链250和对应天线子阵列可以被波束成形以从ul ue 210的对应一个接收ul传输。移相器255对接收的rf信号进行相移以执行模拟波束成形(rf bf)。为了解决自干扰，模拟干扰消除电路260可以被包括以从来自移相器255的模拟相移rf
信号中减去干扰下行链路分量。低通滤波器265对模拟相移rf信号进行低通滤波以选择用于上行链路传输。模数转换器(adc)270转换来自低通滤波器265的经滤波的rf信号以形成根据数字波束成形权重275调整的接收的基带信号。来自下行链路传输以及来自干扰性相邻基站285的自干扰或来自附近散射体290的杂波回波可以通过线性干扰消除(lic)和/或非线性干扰消除(nlic)技术280在基带处解决。此外，来自散射体290的杂波和来自相邻基站285的干扰可以通过基站200处的波束成形来减少。由于接收阵列245和发送阵列215之间的隔离、使用低通滤波器265对接收到的dl信号的隔离以及干扰消除280的组合，在基站200处的ul的接收可以导致相对少且可接受的灵敏度降幅量(amount of desense)。在替代实现方式中，目标隔离可以大于或小于80db。
42.图3中更详细地示出了示例基站300。基站300包括从第0rf链305到第n rf链305的为(n 1)个的多个rf链，n是正整数。每个rf链305包括诸如针对图2所讨论的发送rf链和接收rf链。基站300还包括第一天线阵列315和第二天线阵列320。根据tdd时隙是专用于上行链路还是下行链路，阵列315和320都可以相应地专用。因此，对于专用下行链路tdd时隙，第一阵列315和第二阵列320都可以用于从对应的发送rf链发送dl rf信号。类似地，用于专用上行链路tdd时隙，第一阵列315和第二阵列320都可以用于接收ul rf信号。但是第一阵列315和第二阵列320的功能对于sbfd时隙是分叉的。例如，第一阵列315然后可以专用于发送(tx)，而第二阵列320可以专用于接收(rx)。尽管第一阵列315可以用作tdd ul时隙中的接收阵列，但它在本文中也被表示为发送阵列315，因为这是它在sbfd时隙期间的功能。类似地，尽管第二阵列320可以用作tdd dl时隙中的发送阵列，但它在本文中也被表示为接收阵列320，因为这是它在sbfd时隙中的功能。为了适应tdd和sbfd操作，每个rf链通过rf开关325进行切换。在tdd时隙中，每个rf开关325的第一投掷选择对应的tdd发送信道(channel)或路径330。但是在sbfd时隙中，每个rf开关325的第二投掷选择对应的sbfd接收信道或路径351或sbfd发送信道或路径350。注意，2:1分离器/组合器335在图3中示出为分离和组合对应的sbfd接收信道351和sbfd发送信道350。但是应当理解，每个分离器/组合器335是概念性的，因为每个发送rf链和接收rf链具有其自己的rf开关325。因此，接收rf链的每个rf开关325的第二投掷选择对应的sbfd接收信道351。类似地，发送rf链的每个rf开关325的第二投掷选择对应的sbfd发送信道350。由于每个rf链305包括单独的发送rf链和单独的接收rf链，因此每个rf链305实际上有两个rf开关325，为了说明清楚起见，在图3中每个rf链305仅示出一个。
43.在sbfd和tdd操作之间进行选择的能力引发了以下问题。在tdd操作期间，每个rf链305对应于第一阵列315和第二阵列320之一中的tdd子阵列。例如，在ul tdd时隙中，只有给定rf链305中的发送rf链起作用，而对应的接收rf链不起作用。相反，在dl tdd时隙中，只有给定rf链305中的接收rf链起作用，而对应的发送rf链不起作用。例如，第0rf链305在tdd时隙中起作用，以通过对应的tdd子阵列332进行发送或接收。由于存在(n 1)个rf链，因此在发送阵列315和接收阵列320上存在(n 1)个对应的tdd子阵列332。如果rf链在sbfd时隙中使用与tdd操作期间使用的tdd子阵列分配相同的tdd子阵列分配，则只有一半的发送rf链将在发送阵列315上进行发送，而一半的接收rf链将通过在接收阵列320上进行接收。因此，在这样的rf链配置中，发送和接收都有3db的功率损失。为了防止这种功率损失，针对sbfd操作改变rf链到子阵列的对应关系，使得所有发送rf链可以通过tx阵列315发送，并且
使得所有接收rf链可以通过rx阵列320接收。天线的每个tdd子阵列332被划分为第一sbfd天线子阵列333和第二sbfd天线子阵列334。由于发送阵列315中有(n 1)/2个tdd子阵列332，所以发送阵列315中总共有(n 1)/2个第一sbfd子阵列333和(n 1)/2个第二sbfd子阵列334。因此，一半的发送rf链可以在一对一的基础上通过发送阵列315中的对应的第一sbfd子阵列333进行发送。类似地，剩余一半的发送rf链可以在一对一的基础上被分配通过发送阵列315中的对应的第二sbfd子阵列334进行发送。因此，在sbfd时隙中发送ul没有3db的损失。接收dl是相似的：一半的rf链可以在一对一的基础上各自从接收阵列320中的对应的第一子阵列333进行接收。类似地，剩余一半的rf链可以在一对一的基础上各自从接收阵列320中的对应的第二子阵列334进行接收。因此，在sbfd时隙中接收ul没有3db的损失。基站300在sbfd时隙期间的操作在本文中也被称为sbfd操作模式，而在tdd时隙中的操作在本文中也被称为tdd操作模式。
44.由于每个rf链305与发送阵列315中的sbfd子阵列(333或334)相对应并且存在(n 1)个rf链，所以发送阵列315由(n 1)/2个第一sbfd子阵列333和(n 1)/2个第二sbfd子阵列334形成。类似地，接收阵列320中有(n 1)/2个第一sbfd子阵列333和(n 1)/2个第二子阵列334。如前所述，为了说明清楚起见，图3仅示出了用于每个rf链305的单个rf开关325。接收rf链的rf开关325因此可以选择接收sbbd信道351。相反，发送rf链的rf开关325可以选择发送sbfd信道350。
45.在tdd操作期间，第一阵列315和第二阵列320共同用于上行链路或下行链路。每个rf开关325然后选择对应的tdd信道330。由于存在(n 1)个rf链，因此对于tdd操作，在第一阵列315存在(n 1)/2个对应的tdd子阵列332并且在第二阵列320中存在(n 1)/2个tdd子阵列332。在基站300中，每个tdd子阵列332包括八个天线，但是应当理解，在替代实施例中，每个tdd子阵列332中的天线数量可以大于或小于八个。在tdd dl时隙中的tdd下行链路操作期间，每个发送rf链的tdd信道330上的发送rf信号由驱动两个rf开关345的2:1分离器/组合器340分离。类似于rf开关325，每个rf开关345的一个投掷选择对应的tdd信道330，而每个rf开关345的另一投掷选择对应的sbfd信道。特别地，发送阵列315的每个rf开关345可以在sbfd时隙期间选择发送sbfd信道350。类似地，接收阵列320的每个rf开关345可以在sbfd时隙期间选择接收sbfd信道351。
46.基站300被配置用于4:1混合波束成形。rf链(和基带调制解调器301中的对应数字路径)的数量于是为tx阵列315和rx阵列320的组合中天线总数的四分之一。每个sbfd子阵列333或334具有四个天线，使得每个子阵列333或334接收相同的波束成形。因此每个子阵列333或334有移相器355。每个移相器355连接到对应的发送/接收rf开关360。如果子阵列333或334正在发送，则对应的发送/接收rf开关360选择对应的功率放大器365的输入。相反，如果子阵列333或334正在接收，则对应的发送/接收rf开关360选择低噪声放大器(lna)370的输出。每个功率放大器/lna对还连接到另一发送/接收rf开关375。在发送期间，每个发送/接收rf开关375将对应的功率放大器365的输出连接到带通滤波器380以通过4:1分离器/组合器385驱动对应的子阵列333或334。在接收模式中，分离器/组合器385组合来自对应的子阵列333或334的接收的rf信号。组合的接收的rf信号然后由带通滤波器380滤波，通过发送/接收开关375切换，由对应的低噪声放大器370放大，通过发送/接收开关360切换，并在移相器355中根据对应的模拟波束成形权重来相移。从移相器355接收的信号的路径取
决于tdd或sbfd模式是否是活动的。在tdd模式中，rf开关345选择分离器/组合器340，使得可以形成用于tdd子阵列的接收的rf信号。从分离器/组合器340，组合的接收的rf信号然后在tdd信道330上传播并通过rf开关325，使得可以在对应的接收rf链中对其进行处理。在sbfd模式中，rf开关345(用于接收阵列320中的子阵列333或334)选择接收sbfd信道351，使得接收的rf信号可以通过对应的rf开关325传播并在对应的接收rf链中被接收。
47.每个rf链305中的发送rf链从基带调制解调器301接收数字基带信号，其被上变频为对应的rf发送信号。类似地，每个rf链305中的接收rf链对接收的rf信号进行下变频，以将对应的数字基带信号提供给基带调制解调器301。再次参考图2，示例接收rf链250包括低通滤波器265，使得可以滤除下子带和上子带中的dl信号，如关于图1b所讨论的。具体地，ul中心或中间子带的中心频率(或近似中心频率)被接收rf链250下变频为dc。与下变频的ul信号相比，来自上子带和下子带的下变频的dl信号因此是相对高频的信号，使得低通滤波器265可以通过下变频的ul信号并阻止下变频的dl信号。再次参考图3，可以在基带调制解调器301中使用例如可编程数字滤波器在数字域中进一步执行附加滤波以实现ul和dl信号之间的这种间隔。基带调制解调器301通过模式控制器接口控制各种rf开关。此外，基带调制解调器301使用混合波束成形(hbf)控制接口来控制移相器355。
48.应当理解，针对基站300讨论的4:1混合波束成形可以在替代实施例中进行修改。例如，图4a中所示的基站400具有全混合波束成形。在没有任何信号组合的情况下，每个rf链和对应的天线元件之间于是将存在一一对应关系。这种一一对应关系然后可以导致过多数量的rf链(以及基带调制解调器301中的对应的数字路径)。为了降低复杂性，每个rf链305可以与4:1分离器/组合器405相关联。rf链305的发送rf链部分生成发送rf信号，其被相应的4:1分离器/组合器405分成四路以驱动四个对应的天线元件。每个分离器/组合器405还用于组合来自四个对应的天线元件的四个接收的rf信号以产生最终被对应的接收rf链接收的组合的接收的rf信号。因此，通过4:1的分离和组合，从天线元件的数量到rf链305的数量存在4:1的减少。
49.由于波束成形是1:1，因此每个单独的天线元件都有移相器355。移相器355、rf开关360、放大器365和370以及带通滤波器380的组合对于每个对应的4:1分离器/组合器405重复四次。为了说明清楚起见，对于每个4:1分离器/组合器405，仅示出了四个这些元件组合中的一个。每个4:1分离器/组合器405介于相应的rf开关345和相应的移相器355之间(注意，由于4:1分离器/组合器405的4:1组合和1:4分离，实际上存在四个相应的移相器355)。在发送模式中，每个4:1分离器/组合器405用于将来自对应的rf开关345的发送rf信号分离成四个单独的发送rf信号。在接收模式中，每个4:1分离器/组合器405用于将来自对应的四个移相器355的组的四个接收rf信号组合成组合rf接收信号。剩余组件如关于基站300所讨论的一般。应当理解，基站400中每个组中的移相器355的数量取决于每个sbfd子阵列中的天线数量。在替代实施例中，这个数量可以大于或小于四个。每个sbfd子阵列中的天线数量确定移相器355的数量和分离器/组合器405的顺序。
50.随着天线数量的增加，如针对基站400所讨论的具有一些组合的全波束成形，或者甚至如针对基站300所讨论的不具有组合的4:1波束成形可以导致过多数量的rf链和基带调制解调器301处的对应的数字路径。然而，在大规模mimo中具有相对大量的天线是有利的，使得可以支持多个用户，每个用户由天线的对应部分支持。随着天线数量的增加，被支
持的用户的数量可以相应地增加。为了在两个阵列中提供相对大量的天线，图4b中示出了具有r:1组合和n:1波束成形的基站450，r和n各自为正整数。因此，对于基站450，从天线元件的数量到rf链的数量的减少是(r*n)的因数。基站450包括天线的顶部阵列405，其在sbfd操作中用作接收阵列405，但在tdd操作中可以用作发送或接收。类似地，天线的底部阵列410在sbfd操作中用作发送阵列，但在tdd操作中可用作发送或接收。为了说明清楚起见，在顶部阵列405中仅示出了信道0(ch0)的单个实例，但是应当理解，由于1:r分离和r:1组合，信道0可以被实例化r次。信道0的每个实例化具有第一天线子阵列415和第二天线子阵列420。每个子阵列415和420包括为n个的多个天线，这些天线通过相应的n:1组合器/分离器425耦接到信道0。在相应的带通滤波器430中进行滤波后，来自子阵列415或420的接收并经组合的rf信号可以通过循环器435和相关联的开关切换到相应的低噪声放大器440。由此产生的经放大的接收的rf信号然后可以在数字衰减器中衰减并再次放大之前，在相应的移相器450中被相移。由于有信道0的r个实例化，因此有r个由此产生的rf信号可以在相应的分离器/组合器455中被组合。在dl tdd操作模式期间，来自子阵列415和420的接收的rf信号在2:1组合器460中被组合，并通过rf开关465移位到rf链470的接收rf链部分，rf链470还包括发送rf链。
51.每个rf开关465具有两个投掷。第一投掷选择诸如刚刚讨论的tdd路径。在第二投掷中，每个rf开关465选择sbfd路径。在sbfd时隙期间，rf链470中的接收rf链由于通过相应的rf开关445和465的路由而从子阵列420接收rf信号。在sbfd时隙中，来自子阵列415的接收的rf信号经过相应的rf开关445和相应的rf开关465以被rf链475中的接收rf链接收。关于天线的子阵列485和天线的子阵列490，tdd子阵列的类似分离发生在tx阵列410中。在ul tdd时隙期间，rf链475中的发送rf链通过相应的开关465和2:1分离器460驱动以共同驱动子阵列485和490两者作为单个tdd子阵列。在发送期间，每个发送rf信号被多个放大器441放大。在spfd操作中，rf链470驱动子阵列490，而rf链475驱动子阵列485。更一般地，所有发送rf链驱动tx阵列410中的对应的子阵列，而所有接收rf链在sbfd操作期间从rx阵列405中的对应的子阵列中接收，以防止3db的功率损失。
52.为了在传输期间提供关于信号强度的反馈信息并且还支持数字预失真，每个子阵列415、420、485和490与对发送的信号强度进行采样的相应的发送反馈电路(tx fdbk)491相关联。由此产生的反馈信息然后可以通过相应的开关445和465路由到接收rf链，使得可以确定发送的信号强度。
53.在基站300、400和450中，诸如开关325、345、465和480的多个rf开关可以表示为开关阵列，其被配置为根据时隙是tdd时隙还是sbfd时隙来改变从模式301中的基带路径到天线的给定子阵列的映射。应当理解，该开关矩阵可以替代地在数字域而不是rf域中执行以提供该子阵列映射能力。
54.现在将更详细地讨论示例发送天线阵列和示例接收天线阵列。如关于图2所讨论的，提出两个阵列之间80db或更大的隔离对于成功的sbfd操作是足够的。每个天线阵列可以根据行和列来布置。下面的讨论将假定每个天线是贴片天线，但是应当理解，在替代实施例中可以使用诸如偶极天线或分形天线的其他天线拓扑结构。类似地，在下面的讨论中将假定发送阵列和接收阵列各自是彼此共面的平面阵列，但是这种共面性在替代实施例中可以被破坏。
55.一些示例共面实施例在图5中示出，其中天线元件按行和列来布置。在第一以行为主的实施例505中，行比列长，而在第二以列为主的实施例510中，列比行长。无论阵列取向(orientation)如何，都存在将接收阵列和发送阵列分开的最小间隔d。在诸如第一布置505的以行为主的布置中，最小间隔位于上发送阵列(面板#1(tx))的底行中的贴片天线的中心与下接收阵列(面板#2(rx))的上行中的对应的贴片天线的中心之间。在诸如第二布置510的以列为主的布置中，最小间隔是从发送阵列中的最后一列中的贴片天线的中心到接收阵列中的第一列中的对应的贴片天线的中心。为了解决由于限制到各个阵列的发送和接收而不是像tdd操作中传统的那样使用整个阵列而导致的增益损失，天线元件在行和列方向上的间距可以大于所需的频谱的半波长。
56.物理间隔d可以变得不切实际的大才能单独在发送和接收阵列之间提供所需的80db或更大的隔离。例如，在3.5ghz时，物理间隔d需要70米来提供80db的隔离。由于在任何现实世界的基站中都难以实现这样的物理间隔，因此本文提出使用至少20厘米(诸如21.5厘米)的显著更小的间隔。这种间隔在交叉极化发送到接收配置中提供了约45db的隔离。例如，发送阵列可以是水平极化的，而接收阵列可以是垂直极化的。可替代地，接收阵列可以具有正45度极化(p45)，而发送阵列可以具有负45度极化(n45)。为了达到所需的隔离，诸如80db，在发送和接收阵列之间放置一个或多个导电隔离增强器。图6中示出了具有导电隔离增强器的示例配置。tx和rx阵列是以行为主的，因此导电隔离增强器605和导电隔离增强器在两个共面阵列之间的空间中都沿行方向定向。导电隔离增强器610与tx阵列中的最后一行天线相邻，而导电隔离增强器605与rx阵列中的第一行天线相邻。
57.隔离增强器610和610的一部分在图7中以透视图示出。每个隔离增强器具有u形横截面。例如，隔离增强器605具有从rx阵列的第一行延伸的u形的第一边615。为了说明清楚起见，rx阵列由单个贴片天线表示。第一边615与rx阵列共面并延伸到垂直或正交于由rx阵列(和由tx阵列)限定的平面延伸的u形的底部部分620。u形的第二边625平行于第一边615布置并且从底部部分620朝向rx阵列延伸。结果是u形向rx阵列开口。用于tx阵列的隔离增强器610类似地布置，但其u形朝向tx阵列开口。为了增强隔离，rx和tx阵列中的贴片天线被布置成 /-45
°
极化。在替代实施例中，可以省略隔离增强器之一。类似地，在一些实施例中，每个隔离增强器可以由多个隔离增强器代替。可替代地，每个隔离增强器的u形可以面向相同的阵列，如图8中所示。每个隔离增强器的宽度w和高度h大约是所需频谱中的中心频率(例如，3.5ghz)的四分之一波长。为了增强隔离，rx和tx阵列中的贴片天线被布置成 /-45
°
极化。
58.rx阵列隔离增强器905和tx阵列隔离增强器910的类似宽度w和高度h可以通过如图9所示的替代配置来实现。每个隔离增强器905和910具有类似于底部部分620的平面底部部分915。但是上部部分920不是从平面底部部分垂直突出，而是与平面底部部分915限定的平面成锐角。由此产生的锐角可以根据实现方式而变化，但在一个示例中可以是约45度。
59.现在将关于图10的流程图讨论sbfd基站的操作的方法。该方法包括动作1000，其在下行链路时分双工(dl tdd)时隙期间发生，并且包括使用第一rf链来上变频第一基带信号以形成第一dl射频(rf)信号，以及从第一天线子阵列和从第二天线子阵列发送第一dl rf信号，第一dl rf信号占据频带。在诸如tdd子阵列332的tdd子阵列上的dl tdd传输是动作1000的示例。该方法还包括动作1005，其在上行链路(ul)tdd时隙期间发生，并且包括使
用第一天线子阵列和第二天线子阵列接收第一ul rf信号，并使用第一rf链下变频第一ul rf信号以形成第二基带信号，第一ul rf信号占据频带。在诸如tdd子阵列332的tdd子阵列上接收ul tdd rf信号是动作1005的示例。最后，该方法包括动作1010，其在第一子带全双工时隙期间发生，并且包括使用第一rf链上变频第三基带信号以形成第二dl rf信号并仅从第一天线子阵列发送第二dl rf信号，第二dl rf信号占据频带中的下子带和上子带，下子带在频率上与上子带通过频带中的中心子带隔开。在诸如sbfd子阵列333或334之一的单个sbfd子阵列上的ul sbfd rf信号的发送是动作1010的示例。
60.应当理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以对本公开的设备的材料、装置、配置和使用方法进行许多修改、替换和变化。鉴于此，因为本文示出和描述的特定实施例仅仅是举出其一些示例，所以本公开的范围不应限于本文示出和描述的特定实施例的范围，而是应与下文所附权利要求书及其功能等效物的范围完全匹配。