毫米波天线阵列的空间热密度降低

技术领域

本公开的一些方面涉及以一定频率在毫米波(mmWave)下操作的无线通信系统中的RF前端部件的热管理。

背景技术

设想了第五代(5G)或第五代加(5G+)以支持增强型车联网(V2X)系统。V2X系统需要车辆编队先进驾驶(例如，完全自动驾驶)、扩展传感器和遥控驾驶。另外，无人机日渐成为用于远程操作、实时感测和报告(例如，视频传送)的新兴技术之一。所有这些应用都可需要高数据速率、低延迟和高可靠性。例如，车辆编队可需要汽车之间的周期性数据交换来进行编队操作，这需要少于3毫秒(ms)端到端延迟来进行合作与协调。对于先进和遥控驾驶而言，每个车辆可需要来自传感器的有关其附近车辆的数据，从而通过协调来实现更安全的行驶防撞和提高的交通效率。另外，为了增强环境的感知，需要来自本地相机、光检测与雷达(LIDAR)、其他雷达、路侧单元及服务器的原始数据的交换。因此，自主车辆和无人机可需要高数据速率及极低延迟和高可靠性。作为示例，扩展传感器和遥控驾驶分别需要99.99％和99.999％可靠性，并且据信支持V2X应用的车辆之间的传感器信息共享需要1千兆位/秒(Gbps)数据速率。类似地，无人机需要极低延迟来与其他无人机协调。对于以上应用而言，需要可支持以上给出的严格要求的通信系统。

存在针对上述系统应用要求的一些标准开发。这些开发包括专用短程通信(DSRC)。然而，DSRC可提供至多27兆位/秒(Mbps)的数据速率。此外，6GHz频带(例如，长期演进(LTE)和其他当前系统)已出现拥塞并且具有有限的数据容量。于是作为解决方案，可考虑大范围的毫米频带以实现高数据速率通信。另外，毫米波波束形成提供固有的增加的定位精度、固有的物理层安全性和扩展的覆盖。然而，毫米波频率下的高频操作将因射频前端(RFFE)的电路的操作而生成相当多的过量热能。由于在热能增加时RF部件的功率效率降低，因此毫米波系统的关键问题是RF前端部件的热管理。从而需要毫米波频率下改善的热管理。

附图说明

图1示出了根据本公开的一些方面的毫米波系统。

图2示出了根据本公开的一些方面的用户设备。

图3示出了根据本公开的一些方面的基站无线电头。

图4A示出了根据本公开的一些方面的无线电前端电路(RFEM)。

图4B示出了根据本公开的一些方面的另一个RFEM。

图4C示出了根据本公开的一些方面的用于生成传输用多载波基带信号的系统的示例。

图5示出了根据本公开的一些方面的多协议基带处理器。

图6A示出了根据本公开的一些方面的周期性无线电帧结构。

图6B示出了根据本公开的一些方面的使用频分双工(FDD)的周期性无线电帧结构。

图6C示出了根据本公开的一些方面的周期性无线电帧结构。

图7A示出了根据本公开的一些方面的包含两个点的单载波调制方案(称为二进制相移键控BPSK)的星座设计。

图7B示出了根据本公开的一些方面的包含4个点的单载波调制方案(称为正交相移键控(QPSK))的星座设计。

图7C示出了根据本公开的一些方面的包含16个点的单载波调制方案(称为正交振幅调制)的星座设计。

图8A和图8B示出了根据本公开的一些方面的可被传输和接收的单载波调制方案的另选星座设计的示例。

图9示出了根据本公开的一些方面的天线阵列系统，该天线阵列系统具有智能射频前端(RFFE)选择序列以将热量分布在天线阵列上。

图9A是根据本公开的一些方面的硬件的示意图，该硬件被配置为测量每个射频集成电路(RFIC)内的一个或多个位置处的温度。

图10示出了具有十个天线元件的均匀直线天线阵列。

图10A示出了根据本公开的一些方面的子阵列选择和码本天线稀布。

图11示出了根据本公开的一些方面的热密度的TX/RX选择的示例。

图12示出了根据本公开的一些方面的使用所公开的热缓解的天线阵列的阵列图案与子阵列型TX/RX链选择的比较。

图13示出了根据本公开的一些方面的具有根据本公开的模拟天线阵列操作的旁瓣电平(SLL)与简单子天线阵列型操作的SLL的比较。

图14示出了根据本公开的一些方面的在操作所有天线时随方位变化的天线阵列增益与在根据所公开的热缓解操作天线阵列时的天线阵列增益的比较。

图15是根据本公开的一些方面的示出方法的流程图。

图16是根据本公开的一些方面的示例性机器的框图，在该机器上可执行本文所讨论的任何一种或多种技术或方法，或在该机器中可结合或使用本文所讨论的装置。

具体实施方式

以下描述和附图充分示出了本公开的具体方面，使得本领域的技术人员能够实践这些方面。其他方面可结合结构变化、逻辑变化、电气变化、过程变化和其他变化。本公开的一些方面的部分和特征可包括在另一些方面的部分和特征中，或替代另一些方面的部分和特征。权利要求书中阐述的本公开的方面涵盖这些权利要求中的所有可用等同物。

所公开的系统计划在此操作的毫米波频率范围被正式定义为跨越约30GHz至约300GHz的频率范围，并且实际上当前覆盖若干离散授权频带和非授权频带。

当前可用的唯一非授权毫米波频带在60GHz附近。授权频带可能包括28GHz、39GHz、73GHz和l20GHz。这些频带的可用性及每个频带的具体频率范围随监管管辖范围而变化，并且在一些情况下(特别是对于授权频带操作而言)一些国家的法规方面仍有很大的不确定性。与基于毫米波的蜂窝通信相关联的挑战包括有限范围、该范围的天线的方向性、因使用普通电缆代替迹线而引起的信号丢失以及在集成用于波束形成的多个天线时面临的挑战。这些挑战按如下所讨论的那样解决，并且可包括使用极化创新、使用迹线和其他线来避免信号丢失以及提高用于波束形成的能力。

图1示出了毫米波系统100。该系统包括两个部件：基带电路101和一个或多个RFEM102。RFEM由单个同轴电缆130连接到基带电路，该单个同轴电缆提供经调制的中频(IF)信号、直流电源、时钟信号和控制信号。毫米波技术的应用可包括例如WiGig和未来5G，但毫米波技术可适用于多种电信系统。毫米波技术可能对短程电信系统尤其有吸引力。WiGig设备在非授权60GHz频带中操作，而5G毫米波预期最初在授权28GHz和39GHz频带中操作。图1中示出了毫米波系统中的基带101和RFEM 102的框图。基带101未被完全示出，而是示出了模拟前端的具体实施。这包括具有至中频(IF)(在当前具体实施中约l0GHz)的上变频器103的发射器(TX)131a区段、具有从IF至基带的下变频105的接收器(RX)区段131b、控制和复用电路(包括复用/解复用单个电缆130上的传输和接收信号的合成器)。另外，电源三通电路109(其包括分立部件)包括在基带电路板上以便为RFEM 102提供直流电源。在本公开的一些方面，TX区段与RX区段的组合可称为收发器，本文所述类型的一个或多个天线或天线阵列可耦接到该收发器。

RFEM 102可为小电路板，其包括多个印刷天线和含多个无线电链的一个或多个RF设备，包括至毫米波频率的上变频/下变频104、功率合成器/分配器106、可编程相移108和功率放大器(PA)110、低噪声放大器(ENA)112以及控制和电源管理电路114a、114b。该布置可不同于Wi-Fi或蜂窝实现，其一般让所有RF和基带功能集成到单个单元中并且只有天线经由同轴电缆远程地连接。

该架构差异由同轴电缆中的毫米波频率下的极大功率损失驱动。这些功率损失既降低天线处的传输功率，又降低接收灵敏度。为了避免该问题，PA 110和LNA 112可与集成天线一起移动到RFEM 102。另外，RFEM 102可包括上变频/下变频电路104以使得通过同轴电缆130的IF信号可处于更低频率。下面讨论毫米波5G的系统上下文。

图2示出了根据本公开的一些方面的用户设备200。用户设备在某方面可为移动设备，并且在本公开的一些方面可为用户装备(UE)，因为该术语用于第三代合作伙伴计划(3GPP)和其他通信系统中。用户设备200包括应用处理器205、基带电路210、无线电前端模块(RFEM)215、存储器220、连通性电路225、NFC控制器230、音频驱动器235、相机驱动器240、触摸屏245、显示驱动器250、传感器255、可移动存储器260、电源管理集成电路(PMIC)265和智能电池270。

在本公开的一些方面，应用处理器205可包括一个或多个CPU内核和以下中的一者或多者：高速缓存存储器、低压差稳压器(LDO)、中断控制器、串行接口诸如SPI、I2C或通用可编程串行接口电路、实时时钟(RTC)、包括间隔定时器和看门狗定时器的定时器-计数器、通用IO、存储卡控制器诸如SD/MMC或类似产品、USB接口、MIPI接口和联合测试访问组(JTAG)测试访问端口。

在本公开的一些方面，基带电路210可被实现为例如焊入式衬底，其包括一个或多个集成电路、焊接到主电路板的单个封装集成电路或包含两个或更多个集成电路的多芯片模块

图3示出了根据本公开的一些方面的基站无线电头300。基站无线电头300可包括以下中的一者或多者：应用处理器305、基带电路310、一个或多个无线电前端模块315、存储器320、电源管理电路325、电源三通电路330、网络控制器335、网络接口连接器340、卫星导航接收器电路345和用户界面350。

在本公开的一些方面，应用处理器305可包括一个或多个CPU内核和以下中的一者或多者：高速缓存存储器、低压差稳压器(LDO)、中断控制器、串行接口诸如SPI、I2C或通用可编程串行接口电路、实时时钟(RTC)、包括间隔定时器和看门狗定时器的定时器-计数器、通用IO、存储卡控制器诸如SD/MMC或类似产品、USB接口、MIPI接口和联合测试访问组(JTAG)测试访问端口。

在本公开的一些方面，基带电路310可被实现为例如焊入式衬底，其包括一个或多个集成电路、焊接到主电路板的单个封装集成电路或包含两个或更多个集成电路的多芯片模块。

在本公开的一些方面，存储器320可包括以下中的一者或多者：易失性存储器，其包括动态随机存取存储器(DRAM)和/或同步DRAM(SDRAM)；和非易失性存储器(NVM)，其包括高速电可擦存储器(通常称为闪存存储器)、相变随机存取存储器(PRAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)和/或三维交叉点存储器。存储器320可被实现为以下中的一者或多者：焊入式封装集成电路、套接式存储器电路和插入式存储卡。

在本公开的一些方面，电源管理电路325可包括以下中的一者或多者：稳压器、电涌保护器、电源警报检测电路以及一个或多个备用电源，诸如电池或电容器。电源警报检测电路可检测掉电(欠压)和电涌(过压)状况中的一者或多者。

在本公开的一些方面，电源三通电路330可提供从网络电缆汲取的电力，以使用单根电缆来为基站无线电头300提供电源和数据连通性两者。

在本公开的一些方面，网络接口电路335可使用标准网络接口协议诸如以太网来提供网络连通性。网络连通性可通过物理连接来提供，物理连接为电连接(通常称为铜互连)、光学连接或无线连接中的一者。

在本公开的一些方面，卫星导航接收器电路345可包括用于接收和解码由一个或多个导航卫星星座传输的信号的电路，该一个或多个导航卫星星座诸如为全球定位系统(GPS)、全球导航卫星系统(GLONASS)、伽利略和/或北斗。接收器345可向应用处理器305提供数据，该数据可包括位置数据或时间数据中的一者或多者。应用处理器305可使用时间数据来同步与其他无线电基站的操作。

在本公开的一些方面，用户界面350可包括一个或多个按钮诸如重置按钮、一个或多个指示器诸如LED和显示屏。

图4A和图4B示出了根据本公开的一些方面的无线电前端模块(RFEM)。

图4A示出了无线电前端模块400的一个方面，该无线电前端模块结合了毫米波无线电前端模块(RFEM)406和一个或多个六千兆赫以下RFIC 416。在该方面，该一个或多个六千兆赫以下RFIC 416可与毫米波RFEM 406物理地分开。在本公开的一些方面，RFEM 406和一个或多个RFIC 416可位于同一部件中。RFIC 416可包括至一个或多个天线421的连接。RFEM 406可包括多个天线411。

图4B示出了无线电前端模块426的另选方面。在该方面，毫米波和六千兆赫以下无线电功能均可在同一物理无线电前端模块431中实现。RFEM 431可结合毫米波天线436和六千兆赫以下天线441两者。

图5示出了根据本公开的一些方面的多协议基带处理器500。

基带处理器500可包括IF接口505、模拟IF子系统510、下变频器和上变频器子系统520、频率合成器525、模拟基带子系统530、数据转换器子系统535和5G数字基带540中的一者或多者。基带处理器500还可包括4G数字基带子系统545、3G数字基带子系统550、2G数字基带子系统555和数字IQ接口子系统560中的一者或多者。

在本公开的一些方面，数字基带子系统(其可包括540、545、550和555中的一者或多者)可经由互连子系统565耦接到CPU子系统570、音频子系统575和接口子系统580中的一者或多者。互连子系统565可包括一个或多个总线和/或一个或多个片上网络(NOC)结构。

图4C示出了根据本公开的一些方面的用于生成传输用多载波基带信号的系统的示例。在一个方面，可将数据430输入到编码器432以生成编码数据435。编码器432可包括错误检测、错误校正、速率匹配和交织中的一者或多者的组合。编码器432还可包括加扰步骤。在一个方面，可将编码数据435输入到调制映射器405以生成复值调制符号440。调制映射器可根据一个或多个映射表将包含选自编码数据435的一个或多个二进制数位的组映射到复值调制符号。

在一个方面，可将复值调制符号440输入到层映射器410以映射到一个或多个层映射调制符号流445。通过将调制符号440的流表示为d(i)，其中i表示序号索引，并将层映射符号的一个或多个流表示为x(k)(i)，其中k表示流号索引并且i表示序号索引，可将单层的层映射函数表示为：

x

并且可将两层的层映射表示为：

x

x

可类似地表示两层以上的层映射。

在一个方面，可将层映射符号445的一个或多个流输入到预编码器415，该预编码器生成预编码符号450的一个或多个流。通过将层映射符号的一个或多个流表示为一批矢量：

[x

其中i表示在范围0至

[z

其中i表示在范围0至

在一个方面，可将预编码符号450/450A的每个流输入到资源映射器420/420A，该资源映射器生成资源映射符号455/455A的流。资源映射器450/450A可根据映射将预编码符号映射到频域子载波和时域符号，该映射可包括根据映射代码的邻接块映射、随机映射或稀疏映射。

在一个方面，可将资源映射符号455/455A输入到多载波生成器425/425A，该多载波生成器生成时域基带符号460/460A。多载波生成器可使用例如逆离散傅里叶变换(DFT)(通常被实现为逆快速傅里叶变换(FFT))或包括一个或多个滤波器的滤波器组来生成时域符号。

在一个方面，当资源映射符号455表示为S

x(t)＝∑

其中pr(t)是原型滤波器函数，T

图6A、图6B和图6C示出了可在各个方面使用的帧格式。

图6A示出了可在各个方面使用的周期性无线电帧结构600。无线电帧结构600具有预先确定的持续时间并且以周期性方式按照等于预先确定的持续时间的重复间隔来重复。无线电帧600被分成两个或更多个子帧605。在一个方面，子帧可具有可不相等的预先确定的持续时间。在一个另选方面，子帧可具有动态地确定并且在无线电帧600的后续重复之间变化的持续时间。

图6B示出了使用频分双工(FDD)的周期性无线电帧结构的一个方面。在FDD的一个方面，由基站将下行链路无线电帧结构610传输到一个或多个移动设备，并且由一个或多个移动设备的组合将上行链路无线电帧结构620传输到基站。

图7A、图7B和图7C示出了按照一个方面的可被传输或接收的单载波调制方案的星座设计的示例。

星座点7XX(其中XX指示有区别的数字)在正交的同相与正交(IQ)轴线上示出，这些星座点分别表示载波频率下的正弦曲线的振幅并且彼此在相位上分开90度。

图7A表示包含2个点700A、720A的星座，称为二进制相移键控(BPSK)。图7B表示包含4个点(其中两个点被列举为720B、700B)的星座，称为正交相移键控(QPSK)。图7C表示包含16个点700的星座，称为具有16个点的正交振幅调制(QAM)(16QAM或QAM 16)。可类似地构造包含例如64、256或1024个点的高阶调制星座。

在图7A、图7B和图7C中所描绘的星座中，使用一方案将二进制代码720A、720B和720C分配给星座的点700A、700B和700C，使得最近邻点(即，彼此分开最小欧几里德距离的成对的点)具有仅相差一个二进制数位的所分配的二进制代码720A、720B、720C。例如，在图7C中，点分配的代码1000具有最近邻点分配的代码1001、0000、1100和1010，每个最近邻点分配的代码与1000仅相差一位。

图8A和图8B示出了按照本公开的一些方面的可被传输和接收的单载波调制方案的另选星座设计的示例。

下一代通信系统可利用大天线阵列来进行毫米波通信。由于波长较小，大量RFFE将被包装在极小区域中以具有补偿高路径损耗所需的波束形成增益。然而，毫米波系统的一个关键问题是RFFE部件的热管理(有时称为热缓解)。一般来讲，RFFE部件的功率效率随操作频率而降低，这将生成大量过量能量，并且这些部件的性能取决于其温度。一般来讲，使用散热器将热量传递出RFFE。然而，当考虑小尺寸的毫米波RFFE时，i)形状因数适当的热缓解的性能可能不足以保持RFFE在最佳温度下操作，并且ii)热量在RFEM内的分布可不均匀。

热分布问题的先前解决方案是核心切换。采用核心切换时，RFIC可在短持续时间内断电。换句话讲，在标准核心切换中，天线或RFIC子组处于传输激活状态并且子组随时间而变化。然而，在该持续时间期间发送的帧具有显著劣化的波束，例如，波束宽度将更宽，主瓣增益将略微更小，并且旁瓣电平可显著更差。核心切换方法对于宽波束尤其差，而宽波束可在波束细化阶段(BRP)和扇区扫描期间被大量利用，因为伪全向码字对哪些元件/方框/RFIC为激活状态非常敏感。这是因为元件/方框/RFIC通常覆盖不同角目标，这些角目标与采用极窄波束的情况不相同。另一方面，所公开的主题聚焦于识别关断所选择的RFFE但使其他RFFE保持激活的多个码本码字，从而得到与让所有天线元件激活相比接近并且在一些方面甚至超越该波束质量(根据上述度量)的结果。具体地讲，该系统可以以一方式循环(或迭代)穿过所有激活元件的良好替代品，使得在每个阵列方框或每个阵列元件基础上(取决于RFIC的限制)降低占空比，以便减少RFIC中的空间热点。术语RFIC和RFFE可在本文中用来指相同元件或部件。与波束形成码本相比，上文所提及的码本可被视为RFFE稀布码本。

所公开的主题对实时热测量值作出响应以选择将为当前热点位置提供最期望的冷却的码字。简言之，公开了设计码本的算法方法，该码本减少了一次使用的激活RFFE的总数，同时降低了阵列图案的旁瓣电平。然后，使用所设计的码本来随时间推移关断RFFE子组，而不影响现有波束形成码本的性能。下面讨论的图9中示出了示例性RFFE选择方案。所创建的TX/RX链选择方案的算法降低了空间热密度，其中术语“Tx/RX链”被理解为意指穿过发射器和传输/接收天线并最终穿过接收器的完整路径。这还通过断开包括功率放大器(PA)、低噪声放大器(ENA)、移相器和其他激活部件的整个TX/RX链来实现低功率毫米波系统。这实现了小形状因数RFFE设计。在本公开的一些方面，有可能完全移除散热器。

在所公开的主题中，通过组装可允许每个方框(或元件)空闲达可配置的持续时间的一组天线稀布码字来确定对于非常具体的波束而言在复制全元件码字波束性能时最近似最佳的码字。这意指确定给定波束的不同组码字，这得到了调高或调低稀布程度的自适应或灵活能力，从而降低热点的占空比。换句话说，该方法对实时热测量值作出响应以选择将为当前热点位置提供几乎或基本上最佳冷却的码字。

此外，先前解决方案没有稳定波束成形，因为它们在切换码本的码字时经历了不同有效信道。然而，期望保持固定波束图案以便无缝切换码本的码字。该期望结果通过所公开的码字切换和RFIC旋转来实现，这从接收器视角来看实际上是透明的。更进一步地，先前解决方案在断开RFIC子组之后无法保证旁瓣电平、波束宽度、波束增益和相关参数方面的期望波束图案。然而，用于执行所公开的码字的切换间隔比标准核心切换更慢，因此从接收器视角来看几乎使通信信道保持固定，这是期望的。最后，先前解决方案不会对实时热测量值作出响应以选择将为当前热点位置提供最佳冷却的码字。

作为又一个优点，所公开的天线简单切换通过具体二进制优化方法来改善波束形成，该二进制优化方法适于获得具有减小的旁瓣和期望的波束增益的具体波束，从而提供具有高分集或接近最大分集的稳定波束图案成形。

图9示出了根据本公开的一些方面的天线阵列系统，该天线阵列系统具有智能RFFE选择序列以将热量或热密度分布在天线阵列上。图9表示由码字接通和断开RFFE的k次迭代(或选择)900，其中k＝l、...、K。在图9中，K为3。在901、903、905处，净正方形表示接通的RFFE，并且交叉阴影正方形表示由码字关断的RFFE。在901处，即在1、...、k、...、K序列中的选择1处，交叉阴影正方形表示在选择1时通过实时热测量值发现需要热管理(有时称为热缓解)并且由码字关断的RFFE，所述码字由下面所讨论的算法生成。在903处，即在1、...、k、...、K序列中的选择k处，交叉阴影正方形表示在选择k时通过实时热测量值发现需要热管理并且由算法关断的RFFE。在905处，即在1、...、k、...、K序列中的选择K处，交叉阴影正方形表示在选择k时通过实时热测量值发现需要热管理并且由算法关断的RFFE。这示出了基于RFFE中的实时热测量值通过码字迭代来对RFFE关断进行定序。

图9A是根据本公开的一些方面的硬件的示意图906，该硬件被配置为物理地测量每个RFIC内的一个或多个位置处的温度。下述热测量实现可为无线移动通信设备自身的物理部分。调制解调器907可耦接到多个RFIC。根据本公开的一些方面，调制解调器907由线908耦接到RFIC1 909，由线910耦接到RFIC2 911，并且由线912耦接到RFICn 913，其中线908、910和912耦接到调制解调器907与RFIC之间的控制通信接口。在所公开的具体实施中，基带调制解调器907从一个或多个RFIC 909、911、913、...询问当前温度，这可由通过控制通信接口(其在一些方面可通过曼彻斯特编码300MHz控制信道)发送的命令来完成。就RFIC909而言，第一步骤可为使调制解调器907将温度读取命令(其可称为“TEMP”)要么发送到单个RFIC 909，要么在一些方面广播到所有RFIC 909、911、...、913。向其发送TEMP命令的RFIC可使用RFIC内的一个或多个位置处(诸如在一些方面与RFIC耦接的天线阵列的每个馈源处)的热传感器来对温度进行采样，从而利用如909A、911A、...、913A处所指示的RFIC的集成电路，该集成电路示出了“天线阵列的每个馈送”。然而，热传感器可根据需要位于RFIC中的其他地方。在一些方面，热传感器按照天线元件的每个方框分布在RFFE的RFIC内，并且控制通信从基带调制解调器发送到对应RFIC以便如上所讨论的那样询问温度。

在第二步骤中，RFIC将当前温度返回到基带调制解调器907。在步骤3处，调制解调器907上运行的固件可利用RFIC内的各种特殊位置处的当前温度测量值。根据本公开的一些方面，这可针对天线阵列的每个子系统来实现。这些温度测量值用于确定馈送到算法的权重，该算法选择向该阵列中的每个天线元件馈送的电路的期望占空比，如以上在该段落中所讨论。

关键概念是每个候选码字具有基于未用于波束或在更低功率电平下使用的元件的特定占空比分布。目标是选择/调度这一个或多个码字，使得具体元件的低占空比对应于支持那些元件的电路的测得的高温。更详细地，调制解调器或其他处理元件上实现的算法利用从一个或多个RFIC内的不同空间区域(诸如向阵列内的每个元件或子阵列馈送的每个LNA/PA/移相器/开关)接收的温度测量值。这些算法的目标是识别和减少向天线阵列馈送的一个或多个RFIC内的热点。这些温度测量值用于确定系统的具体部分是否在可影响性能的足够高的温度水平下操作。可基于这些温度测量值来确定每个空间区域的操作的期望占空比，其中更热的区域被识别以在更低占空比下操作，直到这些区域中的操作温度被降到期望温度。通过使用关于当前热点和期望占空比的该信息减少这些热点，可选择稀布码本的码字，这些码字共同实现了所识别的热空间区域中的期望操作占空比。这点之所以会实现是由于每个可互换码字提供类似的波束但不同组元件处于空闲状态或在更低传输功率下操作。因此，适当码字的调度有效地降低了所识别的热点内的电路的操作占空比以满足期望占空比，并且使得这些热点中的热量减少。

图10示出了具有二十个天线元件的均匀直线天线阵列1000。控制图9的切换的算法相对于图10所示的均匀直线天线阵列来解释，然后可扩展到矩形天线阵列。TX/RX链选择的指示符矢量可由d

其中F(θ)Ad是矢量并且所示的函数是天线图案f(θk)的对角矩阵，k＝l、···、K，并且最小化是使矢量的元素最小化，这表示使旁瓣最小化。矩阵A∈C

其中

d

a是到达角或离去角θk的阵列响应矢量，并且T是转置运算符。

在天线图案F(θ)上限定矩阵A使最大旁瓣电平保持在最小。

上述是二进制l∞-范数最小化问题，这意指其是非凸且NP困难的问题。因此，可使用加权凸松弛技术，如例如以下论文中所示：上面引用的论文C.Rusu、N.Gonzalez-Prelcic和R.W.Heath或论文B.Fuchs，“Synthesis of Sparse Arrays With Focused or ShapedBeam pattern via Sequential Convex Optimizations”，载于IEEE天线与传播汇刊，第60卷，第7期，第3499-3503页，2012年7月。这两篇论文是众多论文中的两个示例。在本公开中，我们将使用对目标函数添加罚分的技术，使得实现二进制变量bi的范数最大化。

其中bi是di的松弛。在(7)中的初始问题公式化中，d

现在将描述确定一组TX/RX链选择矢量(即，码本)使得实现期望的热密度的方法。所设计的码本可考虑如上所讨论的整个天线阵列中的预期或实时测量的热积聚，以便在统计上偏移选择哪些码字，从而改善系统适应于系统中的热点的能力并且因此使操作期间的峰空间热密度最小化，同时使波束质量最大化。就预期热积聚而言，如果热积聚可预测，则可离线设计码本。

该方法的一个步骤是从N个TX/RX链中对激活TX/RX链数量M的选择的确定，其中需要M个TX/RX链来保持10log 10(M)的期望波束形成增益。由于操作更少数量的天线意味着更少的辐射功率(假定每个TX链具有其自身的功率放大器)和RX链的更少合成增益，因此激活TX/RX链的总数应被选择为使得通信链路具有足够的波束形成增益，即，期望的波束形成增益≤20log

创建码本的第二步骤是为码本迭代地设计码字。由于码本被设计为使得实现良好热密度，因此可预选必须断开的一些TX/RX链，然后找出可通过关断来具有基本上最低旁瓣电平的其余TX/RX链，并且这得到要断开的所需数量的TX/RX链。子阵列型RFFE选择是所建议的算法的特殊情况，使得可在模块化基础上从N个TX/RX链中预选M个TX/RX链(一次使用一半或四分之一阵列等)。该特殊情况是关断RFFE的邻接子组，如图10A所示。图10A示出了根据本公开的一些方面的子阵列选择和码本天线稀布两者。子阵列选择未经优化并且相对于阵列1001来表示。阵列元件组1001A、1001B、1001C和1001D是8×8阵列中的4×4元件子阵列。子阵列选择可用作热缓解的方法而不作任何优化，其中子阵列可例如从1001A切换到1001B、1001C再切换到1001D。由于天线阵列以模块化方式设计，即小天线阵列合在一起而具有更大天线阵列，因此断开子阵列可被视为热缓解解决方案，但这是次优的并且会导致旁瓣增长和波束宽度增长，这两者都是不期望的。在基于码本的天线稀布中，根据码本来接通和断开天线元件，其中在天线阵列1003中，根据码字来选择要断开的天线阵列元件，这产生了通/断图案，所述通/断图案的部分可见于1003A、1003B、1003C和1003D中。与子阵列选择相比，所公开的基于码本的天线稀布产生二进制(通/断)优化或改善，其中波束宽度保持不变并且旁瓣更低。下文将讨论用于码本设计的算法。

算法-1(针对码本中的一个码字来选择要断开M个RFFE中的哪些RFFE。)

输入：w

设定Z←Z\m，m是d矢量中的零元素的索引，该d矢量是记录接通和断开RFFE的索引的辅助矢量。

b←d

while|Z|>M

For K次迭代

·求解

·更新w

End

·

·Z<-Z\m,d

End

然后可通过第二算法设计实现良好热密度的码本：

算法-2

输入：

在进行热测量时关断的用于热分布的基本TX/RX链组，D＝Φ。

while，其中D是码本

·选择一些索引i，使得

·求解算法-1

·

End

图11示出了根据本公开的一些方面的热密度的TX/RX选择的示例1100。将讨论N＝8×8或64元素矩形阵列的性能。考虑M＝32。这意味着RF前端处的功耗少约50％。该码本由符号D给出。对于图11而言，在1100处可见已针对TX/RX链选择来生成的两个码字1102、1104。在本公开的一个方面，为了覆盖所有码字，生成9个码字以便能够使每个RFFE断开至少一次。这意味着可使一些天线元件断开不止一次以获得所有码字的期望波束图案。在这种情况下模拟基于码字的天线稀布，并且当与(8×4)或32阵列中只有一半被激活以具有相同数量的激活元件(即，32)的子阵列型TX/RX链选择相比时，基于码字的热缓解实际上使主瓣增加约0.35dB，同时使旁瓣减小7.1dB。

图12在1200处示出了根据本公开的一些方面的使用所公开的热缓解的天线阵列的模拟阵列图案与子阵列型TX/RX链选择的阵列图案的比较。在图12中，(4×8)阵列中只有一半被激活以具有相同数量的激活元件，即32。曲线1310是具有所公开的基于码字的热缓解的阵列增益，并且曲线1320示出了具有子阵列型热缓解的阵列增益。这两个曲线的比较示出了主波束功率基本上没有损失，该主波束功率为20log

图13在1300处示出了根据本公开的一些方面的具有根据本公开的模拟天线阵列操作的旁瓣电平(SLL)与简单子天线阵列型TX/RX选择的操作的比较。曲线1410表示使用所公开的热缓解方法时的旁瓣电平，并且曲线1420表示使用基于子阵列的TX/RX链选择时的旁瓣电平。通过观察可以看到所提议的码本操作的旁瓣电平(SLL)显著低于子阵列型TX/RX选择。图13中的水平轴线表示针对图12中的TX/RX选择的示例1200来生成的码字的索引。

图14在1500处示出了根据本公开的一些方面的在操作所有天线时随方位变化的天线阵列增益与在使用所公开的热缓解方法操作天线阵列时的天线阵列增益的比较。图14是使用模拟来实现的。曲线1510示出了使用所公开的热缓解时的阵列增益，并且曲线1520示出了使用所有天线时的阵列角色(array actor)。通过观察可以看出所有TX/RX链用于波束形成时的情况与使用一半天线的情况相比得出最大波束形成增益的差值大约为6dB。SLL比使用所有TX/RX链的情况低约1dB。在这种情况下，波束宽度类似，而旁瓣减小。该比较是二维图。模拟三维图示出了相同比较结果。

图15是根据本公开的一些方面的示出方法1500的流程图。在1501处，该方法用N个TX/RX链开始。在1503处，选择数量M，其中M小于N。M被选择为满足期望的波束形成增益10logl0(M)。M也被选择为满足SNR限制并且降低旁瓣电平。M也被选择为具有期望的热降低和足够的功耗降低。在1505处，根据系统约束条件来预选M个TX/RX链中要断开的TX/RX链。在1507处，预选TX/RX链中的一些TX/RX链，使得子阵列断开。在1509处，定义矩阵A以减小旁瓣。在1511处，为期望的波束图案定义迭代数K。在1513处，通过考虑基于旁瓣减小来实现更好性能的天线图案，基于上述算法1和算法2在算法上设计码本。

图16示出了根据本公开的一些方面的示例性机器1600的框图，在该机器上可以执行本文所讨论的任何一种或多种技术或方法。在另选方面，机器1600可以作为独立设备操作或者可以连接(例如，联网)到其他机器。在联网部署中，机器1600可在服务器-客户端网络环境中作为服务器机器、客户端机器或两者来运行。在一个示例中，机器1600可充当对等(P2P)(或其他分布式)网络环境中的对等机器。机器1600可以是UE、eNodeB、AP、STA、个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、移动电话、智能电话、web设备、网络路由器、交换机或网桥、或者能够(按顺序或以其他方式)执行指令的任何机器，这些指令指定要由该机器采取的动作。此外，尽管仅示出了单个机器，但术语“机器”也应被视为包括单独或共同执行一组(或多组)指令以执行本文所论述的任何一种或多种方法(诸如云计算、软件即服务(SaaS)和其它计算机集群配置)的机器的任何集合。

如本文所述的示例可包括逻辑部件或多个部件、电路、模块或机构，或可在逻辑部件或多个部件、电路、模块或机构上操作。电路是能够执行指定操作的有形实体(例如，硬件)并且可按某种方式进行配置或布置。在一个示例中，电路可按指定方式(例如，在内部或相对于外部实体诸如其他电路)布置，在一些方面被布置为模块。在一个示例中，一个或多个计算机系统(例如，独立计算机系统、客户端计算机系统或服务器计算机系统)或一个或多个硬件处理器的全部或部分可由固件或软件(例如，指令、应用部分或应用)配置为操作以执行指定操作的模块。在一个示例中，软件可驻留在机器可读介质上。在一个示例中，软件在由模块的底层硬件执行时，使得硬件执行指定的操作。

因此，术语“电路”应被理解为涵盖有形实体，即物理构造、具体配置(例如，硬连线)或暂时(例如，短暂)配置(例如，编程)为以指定方式操作或执行本文所述的任何操作的一部分或全部的实体。考虑模块或电路被暂时配置的示例，每个模块或电路在任何一个时刻都不需要实例化。例如，如果电路包括使用软件配置的通用硬件处理器，则通用硬件处理器可在不同时间被配置为相应的不同模块或不同电路。软件可相应地配置硬件处理器，例如以在一个时间实例处构成特定模块并在不同的时间实例处构成不同的模块。

机器(例如，计算机系统)可包括硬件处理器1602(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、硬件处理器内核或它们的任何组合)、主存储器1604和静态存储器1606，其中的一些或全部可经由互连链路(例如，总线)1608彼此通信。机器1600还可包括显示单元1610、数字字母混合输入设备1612(例如，键盘)和用户界面(UI)导航设备1614(例如，鼠标)。在一个示例中，显示单元1610、输入设备1612和UI导航设备1614可为触摸屏显示器。机器1600可另外包括存储设备(例如，驱动器单元)1616、信号生成设备1618(例如，扬声器)、网络接口设备1620，以及一个或多个传感器，诸如全球定位系统(GPS)传感器、罗盘、加速度计或其他传感器。机器1600可包括输出控制器1628，诸如串行(例如通用串行总线(USB))连接、并行连接、其他有线或无线(例如，红外(IR)、近场通信(NFC)等)连接，以与一个或多个外围设备(例如，打印机、读卡器等)通信或控制该一个或多个外围设备。

存储设备1616可包括机器可读介质1622，在该介质上存储由本文所述的技术或功能中的任何一者或多者所体现或利用的一组或多组数据结构或指令1624(例如，软件)。在机器执行其指令1624期间，这些指令也可完全地或至少部分地驻留在主存储器1604内、静态存储器1606内或硬件处理器1602内。在一个示例中，硬件处理器1602、主存储器1604、静态存储器1606或存储设备1616中的一者或任何组合可构成机器可读介质。

虽然机器可读介质1622被示出为单个介质，但术语“机器可读介质”可包括被配置为存储一个或多个指令1624的单个介质或多个介质(例如，集中或分布式数据库，和/或相关联的高速缓存和服务器)。

术语“机器可读介质”可包括能够存储、编码或承载供机器执行并使得机器执行本公开的技术中任何一者或多者的指令的任何介质，或者能够存储、编码或承载由此类指令使用或与此类指令相关联的数据结构的任何介质。非限制性机器可读介质示例可包括固态存储器，以及光学和磁性介质。机器可读介质的具体示例可包括：非易失性存储器，诸如半导体存储器设备(例如，电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))和闪存存储器设备；磁盘，诸如内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；随机存取存储器(RAM)；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。在一些示例中，机器可读介质可包括非暂态机器可读介质。在一些示例中，机器可读介质可包括不是暂态传播信号的机器可读介质。

指令1624还可使用传输介质经由网络接口设备1620在通信网络1626中传输或接收，该传输或接收利用多个传输协议(例如，帧中继、互联网协议(IP)、传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议(HTTP)等)中的任一者进行。示例性通信网络可包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、分组数据网络(例如，互联网)、移动电话网络(例如，蜂窝网络)、普通传统电话(POTS)网络和无线数据网络(例如，电气和电子工程师学会(IEEE)802.11系列被称为

实施例1是一种用于用户装备(UE)的装置，该装置包括：N个传输/接收(TX/RX)链，每个TX/RX链包括RFFE，每个RFFE包括一个或多个热传感器，该一个或多个热传感器被配置为测量RFFE中的热量；天线阵列，该天线阵列耦接到该多个TX/RX链；以及包括多个码字的码本，该多个码字被配置为对来自每个TX/RX链中的热传感器的实时热测量值作出响应以关断所选择的TX/RX链，以降低天线阵列处的热密度。

在实施例2中，实施例1的主题任选地包括其中在关断所选择的TX/RX链之后天线阵列的旁瓣电平的量值降低。

在实施例3中，实施例1-2中任一项或多项的主题任选地包括其中在关断所选择的TX/RX链之后天线阵列的波束形成增益与在关断所选择的TX/RX链之前的天线阵列波束形成增益基本上相同。

在实施例4中，实施例1-3中任一项或多项的主题任选地包括关断所选择的TX/RX链之后比关断所选择的TX/RX链之前的天线阵列波束形成增益要少一定dB，4缺少，父项：5。实施例1的装置，其中由天线阵列接收的通信信道是与关断所选择的TX/RX链之前的通信信道基本上相同的关断所选择的TX/RX链之后的通信信道。

在实施例5中，实施例1-4中任一项或多项的主题任选地包括其中在关断所选择的TX/RX链之后由装置的接收器接收的信道状态指示符(CSI)值与在关断所选择的TX/RX链之前由装置的接收器接收的CSI值基本上相同。

在实施例6中，实施例1-5中任一项或多项的主题任选地包括其中将包括实时热测量值的信息发送到调制解调器并且用于关断所选择的TX/RX链。

在实施例7中，实施例1-6中任一项或多项的主题任选地包括(M)。

实施例8是一种演进型节点B(eNB)的装置，该装置包括：N个传输/接收(TX/RX)链，每个TX/RX链包括RFFE，每个RFFE包括一个或多个热传感器，该一个或多个热传感器被配置为测量RFFE中的热量；天线阵列，该天线阵列耦接到该多个TX/RX链；以及包括多个码字的码本，该多个码字被配置为对来自每个TX/RX链中的热传感器的实时热测量值作出响应以关断所选择的TX/RX链，以降低天线阵列处的热密度。

在实施例9中，实施例8的主题任选地包括其中在关断所选择的TX/RX链之后天线阵列的旁瓣电平的量值降低。

在实施例10中，实施例8-9中任一项或多项的主题任选地包括其中在关断所选择的TX/RX链之后天线阵列的波束形成增益与在关断所选择的TX/RX链之前的天线阵列波束形成增益基本上相同。

在实施例11中，实施例8-10中任一项或多项的主题任选地包括关断所选择的TX/RX链之后比关断所选择的TX/RX链之前的天线阵列波束形成增益要少一定dB。

在实施例12中，实施例8-11中任一项或多项的主题任选地包括其中由天线阵列接收的通信信道是与关断所选择的TX/RX链之前的通信信道基本上相同的关断所选择的TX/RX链之后的通信信道。

在实施例13中，实施例8-12中任一项或多项的主题任选地包括其中在关断所选择的TX/RX链之后由eNB的接收器接收的CSI值与在关断所选择的TX/RX链之前由eNB的接收器接收的CSI值基本上相同。

在实施例14中，实施例8-13中任一项或多项的主题任选地包括其中将包括实时热测量值的信息发送到调制解调器并且用于关断所选择的TX/RX链。

在实施例15中，实施例8-14中任一项或多项的主题任选地包括(M)。

实施例16是一种设计码本以通过关断所选择的TX/RX链来降低系统中的热密度的方法，该系统包括耦接到天线阵列的N个TX/RX链，其中每个TX/RX链包括RFFE，该方法包括：从N个TX/RX链中选择数量M的激活TX/RX链，其中M个TX/RX链给出10log10(M)的期望的系统波束形成增益、期望的系统信噪比和天线图案旁瓣电平降低；并且通过如下两种算法的解来设计码本的迭代码字：由以下表示的算法1：输入：w(l7缺少，父项：0)＝1N、M，d是具有为零的预选元素的二进制矢量，迭代数K，Z＝{l,...,N}。

实施例17是一个或多个计算机可读硬件存储设备，其中嵌入有一组指令，该组指令在由控制N个TX/RX链的一个或多个处理器执行时，每个TX/RX链包括耦接到天线阵列的RFFE，每个RFFE包括一个或多个热传感器，该一个或多个热传感器被配置为测量RFFE中的热量，操作包括：由每个RFFE中的一个或多个热传感器监测实时热测量值；以及通过使用包括多个码字的码本来关断预先确定数量的N个TX/RX链，该多个码字被配置用于通过对每个TX/RX链中的所监测的实时热测量值作出响应来迭代执行以降低耦接到N个TX/RX链的天线阵列处的热密度。

在实施例18中，实施例17的主题任选地包括其中在关断所选择的TX/RX链之后天线阵列的旁瓣电平的量值降低。

在实施例19中，实施例17-18中任一项或多项的主题任选地包括其中在关断所选择的TX/RX链之后的天线阵列波束形成增益与在关断所选择的TX/RX链之前的天线阵列波束形成增益基本上相同。

在实施例20中，实施例17-19中任一项或多项的主题任选地包括关断所选择的TX/RX链之后比关断所选择的TX/RX链之前的天线阵列波束形成增益要少一定dB。

在实施例21中，实施例17-20中任一项或多项的主题任选地包括其中由天线阵列接收的通信信道是与关断所选择的TX/RX链之前的通信信道基本上相同的关断所选择的TX/RX链之后的通信信道。

在实施例22中，实施例17-21中任一项或多项的主题任选地包括其中在关断所选择的TX/RX链之后由装置的接收器接收的CSI值是与在关断所选择的TX/RX链之前由装置的接收器接收的CSI值基本上相同的CSI值。

在实施例23中，实施例17-22中任一项或多项的主题任选地包括其中将包括实时热测量值的信息发送到调制解调器并且用于关断所选择的TX/RX链。

在实施例24中，实施例17-23中任一项或多项的主题任选地包括其中码字被配置为关断所选择的TX/RX链，同时使M个RFFE保持接通，其中M

在实施例25中，主题可包括实施例1至24中的任何一个或多个实施例的任何多部分的任何部分或组合，或可任选地与实施例1至24中的任何一个或多个实施例的任何多部分的任何部分或组合相结合，以包括这样的主题，该主题可包括用于执行实施例1至24的功能中的任何一个或多个功能的装置，或包含指令的机器可读介质，所述指令在由机器执行时使机器执行实施例1至24的功能中的任何一个或多个功能。

以上具体实施方式包括对附图的参考，附图形成具体实施方式的一部分。附图以例示的方式示出了所公开的主题可被实践的具体方面。这些方面在本文中也被称为“示例”。如果此文件和通过引用而被并入的那些文件之间存在不一致的用法，则所并入的参考文件中的用法应当被认为是对本文件的用法的补充；对于不可协调的不一致性，以本文件中的用法为准。

在该文件中，使用术语“一个”或“一种”(如在专利文件中常见的)，以包括一个或多于一个，独立于任何其他的实例或者“至少一个”或“一个或多个”的使用。在本文件中，除非另有说明，否则术语“或”用于指非排他性或使得“A或B”包括“A但非B”、“B但非A”、以及“A和B”。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”被用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的通俗英语等同形式。同样，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即包括除权利要求中在该术语后列出的那些元素之外的元素的系统、设备、制品、或过程仍被认为落在该权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且不旨在对其对象施加数字要求。

上面的描述意图是说明性的，而不是限制性的。例如上述示例(其一个或多个方面)可彼此组合使用。可使用其他方面，诸如由本领域的普通技术人员在审阅以上描述后使用。另外，在以上具体实施方式中，可将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应当解读为期望未作权利要求的公开的特征对于任何权利要求必不可少。而是，发明主题可以少于特定公开的方面的所有特征的形式存在。因此，据此将以下权利要求并入到具体实施方式中，其中每项权利要求如单独的方面那样独立存在。本公开所公开的主题的范围应该参考所附权利要求书以及权利要求书的等同物的全部范围来确定。

提供了说明书摘要以让读者弄清技术公开的实质和主旨。认为理解说明书摘要将不用于限制或解释权利要求书的范围或含义。据此将以下权利要求并入到具体实施方式中，其中每项权利要求如单独的方面那样独立存在。