BRPI0618820A2

BRPI0618820A2 - aparelho de comunicação e métodos de operar uma seqüência de diversidade de elementos de antena e uma seqüência em fase de elementos de antena

Info

Publication number: BRPI0618820A2
Application number: BRPI0618820-6A
Authority: BR
Inventors: Kambiz Zangi
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2011-09-13
Also published as: TW200729617A; WO2007069989A1; CN101326843A; US20070135063A1; JP4938789B2; CN101326843B; EP1961249A4; US8666333B2; JP2009519630A; EP1961249A1

Abstract

APARELHO DE COMUNICAçãO E MéTODOS DE OPERAR UMA SEQUêNCIA DE DIVERSIDADE DE ELEMENTOS DE ANTENA E UMA SEQUêNCIA EM FASE DE ELEMENTOS DE ANTENA.Sequências de diversidade de elementos de antena e seqúóneias em fase dos elementos de antena podem ser usadas para produzir transmissões omni direcionais. Sinalização de comunicação é produzida com base em um sinal de comunicação desejado que é para ser transmitido de forma omni direcional. Em resposta à sinalização de comunicação, os elementos de antena cooperam para aproximadamente afetar a transmissão de antena omni direcional do sinal de comunicação desejado.

Description

"APARELHO DE COMUNICAÇÃO E MÉTODOS DE OPERAR UMA SEQÜÊNCIA DE DIVERSIDADE DE ELEMENTOS DE ANTENA E UMA SEQÜÊNCIA EM FASE DE ELEMENTOS DE ANTENA" CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção se refere geralmente a comunicações sem fio e, mais particularmente, à antena transmissões.

CONHECIMENTO DA INVENÇÃO

Um ponto de acesso celular convencional (ou estação base) que emprega técnicas de formação de feixe tipicamente inclui a estrutura de antena de seqüência de antena em fase que é usada para transmitir no elo de comunicação de descida em várias direções. Junto a informação que é transmitida de forma direcional, o ponto de acesso freqüentemente precisa transmitir alguma outra informação de forma omni direcional. Serviços de transmissão difusa e informação de controle básica sobre a célula são exemplos de informação que necessita ser transmitida de forma omni direcional. Porque cada elemento de antena da seqüência é ele mesmo uma antena omni direcional, transmissão omni direcional pode ser alcançada operando um elemento de antena selecionado da seqüência em uma potência de transmissão mais alta do que outros elementos de antena da seqüência. Contudo, esta abordagem apresenta complicações. Por exemplo, como um problema prático, o elemento de antena que é usado para transmissão omni direcional necessitará ser associado com um arranjo de amplificador de potência que pode suportar uma potência de transmissão mais alta do que os amplificadores de potência associados com aqueles elementos de antena que não são usados para transmissão omni direcional. Isto complica fatores tais como, o projeto, e instalação dos amplificadores de potência usados no ponto de acesso.

E por conseguinte, desejável prover transmissão omni direcional de uma seqüência de elementos de antena sem as dificuldades supracitadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com várias modalidades exemplares da invenção, ambas seqüências de diversidade, e seqüências em fase de elementos de antena, podem ser usadas para produzir transmissões omni direcionais. Sinalização de comunicação é produzida com base em um sinal de comunicação desejado que é para ser transmitido de forma omni direcional. Em resposta à sinalização de comunicação, os elementos de antena cooperam para aproximadamente afetar a transmissão da antena omni direcional do sinal de comunicação desejado.

DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS

Figura 1 ilustra um aparelho de comunicação sem fio de acordo com modalidades exemplares da invenção.

Figura 2 ilustra um aparelho de comunicação sem fio de acordo com modalidades exemplares adicionais da invenção.

Modalidades exemplares da invenção provêem transmissões omni direcionais de um aparelho que usa uma seqüência em fase de elementos de antena, ou de um aparelho que usa seqüência de elementos de antena de diversidade. A potência total transmitida pode ser compartilhada igualmente entre todos os elementos de antena, enquanto ainda alcançando a transmissão omni direcional desejada. Não há necessidade de um amplificador de alta potência separado dedicado para as transmissões omni direcionais.

Considere o caso de um aparelho de comunicação sem fio que usa uma seqüência de elementos de antena de diversidade, isto é, uma seqüência onde os elementos de antena estão localizados, bastante longe um do outro, para que seus respectivos canais de transmissão sejam não correlacionados um como o outro. Assumir, para propósitos de ilustração somente, um exemplo com M elementos de antena de diversidade que são todos a serem usados para transmissão omni direcional de um sinal X(w) para vários dispositivos de recepção (e. g., estações de comunicação móvel) em torno da seqüência de elementos de antena. Isto é, os elementos de antena devem ser usados para transmitir o sinal X(w) a cada receptor em tal uma maneira que o canal resultante é similar ao canal que seria obtido se uma antena de transmissão omni direcional fosse usada. Mais especificamente, o canal visto por cada receptor dever terminal as mesmas estatísticas, independente da posição angular do receptor relativa a seqüência.

O canal proveniente do m-ésimo elemento de antena de diversidade para um dado receptor é denotado por G m (w), que é assumido para este exemplo ser uma variável aleatória gaussiana complexa com uma mediana de zero e variância de um. In a seqüência de diversidade, os canais provenientes de diferentes elementos de antena da seqüência são independentes, isto é,

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Onde

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Em geral, pode ser assumido que Kg (w1.w2) = 0 se | w2 -w1 | > Δ, onde Δ é a largura de banda de coerência Gi (w1). Suponha que um sinal <formula>formula see original document page 4</formula> X (w) é alimentado para cada um dos M elementos de antena de diversidade.

Isto é equivalentemente é representado no domino do tempo como <formula>formula see original document page 4</formula> Se este sinal é alimentado para cada elemento de antena da seqüência de diversidade para transmissão, então o sinal R(w) recebido será <formula>formula see original document page 5</formula>

O canal efetivo Q(w) entre X(w) e R(w) é dado pela expressão dentro dos grande parêntesis na Equação. Porque Q(w) é a soma de M variáveis aleatórias gaussianas independentes com mediana zero e variância um, Q(w) é também gaussiana, com uma mediana de zeros e uma variância de um.

A função de correlação para canal Q(w) é:

<formula>formula see original document page 5</formula>

Equação 7 indica que o canal efetivo Q(w) tem exatamente as mesmas estatísticas como qualquer dos M canais individuais G m (w) originalmente assumido acima. A potência transmitida de qualquer dos elementos de antena é 1/M ésimo da potência total transmitida de todos os elementos de antena.

Figura 1 ilustra, em forma de diagrama, um aparelho de comunicação sem fio que pode implementar os princípios ilustrados pelas Equações 3-7 de acordo com modalidades exemplares da invenção. Em algumas modalidades, o aparelho da Figura 1 é um ponto de acesso ou estação base de celular. O ponto de acesso da Figura 1 inclui uma seqüência of M elementos de antena de diversidade designados, de forma geral, em 12, e a arranjo de acionamento designado, de forma geral, em 13 que fornece sinalização de comunicação para a seqüência de antena 12. Um sinal x(t), que está para ser transmitido de forma omni direcional é entrado em cada um dos M caminho de transmissão de antena designados, de forma geral, em 14, dentro do aparelho de acionamento 13. Os caminhos de transmissão de antena acionam respectivamente, uns correspondentes de M elementos de antena de diversidade. Como mostrado, cada caminho de transmissão de antena inclui um misturador de sinal (e. g., um multiplicador ou amplificador) que mistura

(e. g., multiplica) o sinal x(t) com <formula>formula see original document page 6</formula>

para produzir um sinal de transmissão

associado, x_l (t), x_2(t),... x_M(t), que é transmitido pelo elemento de antena correspondente. Todos dos sinais de transmissão são então como

<formula>formula see original document page 6</formula> O aparelho da Figura 1 implementa princípios das Equações 3-7, e alcança aproximadamente transmissão omni direcional do sinal x(t) desejado, que é uma representação no domínio do tempo do sinal no domínio da freqüência X(W) mencionado acima.

Considere agora o caso de um aparelho de comunicação sem fio que usa uma seqüência em fase de elementos de antena onde os elementos de antena são fisicamente separados um do outro por somente um fração pequena do comprimento de onda na freqüência de portadora da transmissão. Este espaço facilita a formação do feixe e outras técnicas de transmissão que se baseiam em controlar adequadamente as fases dos respectivos sinais transmitidos dos respectivos elementos de antena. Assuma, para propósitos de ilustração somente, um exemplo com M elementos de antena em seqüência em fase que são todos a serem usados para alcançar transmissão omni direcional de um sinal X(w) para vários dispositivos de recepção (e. g., estações de comunicação móvel) em torno da seqüência of elementos de antena. Isto é, os elementos de antena devem ser usados para transmitir o sinal X(w) para cada receptor em tal uma maneira que o canal resultante canal é similar ao canal que seria obtido se uma antena de transmissão omni direcional fosses usada. Mais especificamente, o canal observado por cada receptor deve ter as mesmas estatísticas, independente da posição angular do receptor relativa à seqüência.

Como indicado acima, a distância entre os elementos de antena em um aparelho de seqüência em fase é muito menor do que o comprimento de onda da freqüência de portadora de transmissão. Isto significa que os canais entre cada elemento de antena e o receptor somente diferem por um fator de fase (independente da freqüência) multiplicativo constante, i. e., O deslocamento de fase na freqüência de portadora correspondendo ao tempo que levaria as ondas de rádio para propagar a distância entre dois elementos de antena. O canal G m (w) entre o m-ésimo elemento de antena (para m = 1, 2,... M)eo receptor pode ser expressado como:

<formula>formula see original document page 7</formula>

onde d é o espaço entre os elementos de antena (assumido para ser muito menor do que o comprimento de onda na freqüência de portadora), λ é o comprimento de onda na freqüência da portadora, e Φ é a direção do receptor relativa à normal da seqüência. Assmna para este exemplo ilustrativo que G0 (w) é uma variável gaussiana complexa com a mediana de zero e a variância de um.

Suponha-se que um sinal

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alimentado para o i-ésimo elemento de antena (para i = 1, 2,... M), onde Hi (w) é uma variável aleatória gaussiana complexa com uma mediana de zero e uma variância de um. Assuma também para este exemplo que para i Φ J, Hi (w) e Hj (w) são independentes mas identicamente processados aleatoriamente distribuídos, tal que

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O sinal recebido R (w) no receptor é

<formula>formula see original document page 7</formula> <formula>formula see original document page 8</formula>

Deixe

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e note inicialmente que a mediana de α (w) é zero. A correlação de α (w) é:

<formula>formula see original document page 8</formula>

O canal efetivo entre X (w) e R (w) é Q(w) = G0(w) α(w). A função de correlação para este canal efetivo Q(w) é:

<formula>formula see original document page 8</formula>

onde Δ é a largura de banda de coerência do canal original como definido pela Equação 2 acima, então o canal efetivo entre X(w) e o receptor terá as mesmas estatísticas de segunda ordem como um canal omni direcional G0(w), que é,

KQ(W1,W2)≈KG(W1,w2) (22)

Equação 22 implica que o canal entre X(w) e o receptor é independente da posição angular do receptor, e tem exatamente as mesmas estatísticas de segunda ordem como G0 (w). A potência transmitida de qualquer dos elementos de antena é 1/M ésimo do total da potência

transmitida de todos os elementos de antena.

Figura 2 ilustra, em forma de diagrama, um aparelho de comunicação sem fio que pode implementar os princípios ilustrados pelas Equações 10-22 de acordo com modalidades exemplares da invenção. Em algumas modalidades, o aparelho da Figura 2 é um ponto de acesso ou estação base de celular. O ponto de acesso da Figura 2 inclui uma seqüência em fase de M elementos de antena, designados, de forma geral, em 22, e um arranjo de acionamento designado, de forma geral, em 23 que fornece sinalização de comunicação para a seqüência de antena 22. Um sinal X(w), para transmissão omni direcional é entrado a cada um dos M caminhos de transmissão de antena designados, de forma geral, em 24 dentro do aparelho de acionamento 23. Os caminhos de transmissão de antena acionam respectivamente, uns correspondentes dos M elementos de antena. Como mostrado, cada caminho de transmissão de antena inclui um misturador de sinal (e. g., a multiplicador ou amplificador) que mistura (e. g., multiplica) o sinal X(w) com a saída d of a respectivamente de uns correspondentes de M geradores de forma de onda aleatória.

Os geradores de forma de onda aleatória, designados, de forma geral, em 25, produzem respectivos sinais de saída 1/M Hi (w) (para i = 1,2,... Μ). Em algumas modalidades, para i ≠ J,Hi (w) e Hj (w) são independentes mas identicamente processados aleatoriamente distribuídos, cada um tendo uma mediana de zero e uma variância de um. Os multiplicadores de sinais misturam os respectivos sinais dos geradores de forma de onda aleatória com a entrada sinal X(w) para produzir respectivos sinais do domínio da freqüência designado, de forma geral, em 26. Os M caminhos de transmissão de antena respectivamente incluem conversores de e freqüência para tempo designados, de forma geral, em 27. Esses conversores usam técnicas convencionais para converter o sinal associado no domínio da freqüência em 26, em um correspondente sinal de transmissão no domínio do tempo. Os M sinais de transmissão no domínio do tempo resultantes, designados como xl(t), x2(t),... xM(t), são fornecidos para transmissão respectivamente pelos correspondentes elementos de antena. O aparelho da Figura 2 implementa os princípios da Equações 10-22, e alcança aproximadamente a transmissão omni direcional de uma versão no domínio do tempo do sinal no domínio da freqüência X(w).

Várias modalidades da invenção usam vários esquemas de modulação de símbolos. Em algumas modalidades que usam multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM), o símbolo que é modulado na freqüência de sub portadora vt>£ é multiplicado por H"i (w). Isto requer apenas uma multiplicação por sub portadora de OFDM.

Considerando a largura de banda de coerência Δ mencionada anteriormente, este parâmetro depende dos retardos de espalhamento do canal, que por sua vez depende do ambiente de operação do aparelho de transmissão. Os ambientes com retardos mais longos de espalhamento tem menores larguras de bandas de coerência, e ambientes com menores retardos de espalhamento tem mais longas larguras de bandas de coerência. Por exemplo, em ambientes externos, a largura de banda de coerência pode variar de cerca de 200 KHz para cerca de 1 MHz.

Embora modalidades exemplares da invenção foram descritas acima em detalhes, isto não limita o escopo da invenção, que pode ser praticado em uma variedade de modalidades.

Claims

1. Aparelho de comunicação, caracterizado pelo fato de compreender: - uma seqüência de diversidade de elementos de antena; e - um arranjo de acionamento acoplado à seqüência de diversidade mencionada, para produzir sinalização de comunicação com base em um sinal de comunicação desejado que para ser transmitido, de forma omni direcional, elementos de antena referidos que cooperam em resposta à sinalização de comunicação mencionada para aproximadamente afetar a transmissão da antena omni direcional do referido sinal de comunicação desejado.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referidos elementos de antena transmitem com, aproximadamente, igual potência durante, aproximadamente, a transmissão de antena omni direcional mencionada.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido arranjo de acionamento inclui uma grande quantidade de caminhos de antena caminhos, respectivamente acoplados aos elementos de antena referidos, cada um dos caminhos de antena incluindo um amplificador de sinal.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que referidos amplificadores de sinal, respectivamente incluem multiplicadores de sinal.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que todos os referidos amplificadores de sinal recebem um referido sinal de entrada comum que corresponde ao sinal desejado.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que cada um dos referidos amplificadores de sinal aplica uma quantidade de amplificação para o sinal de entrada comum, que é, aproximadamente, igual a uma quantidade de amplificação aplicada ao sinal de entrada comum para cada um restante dos amplificadores de sinal referidos.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que, referidas quantidades aproximadamente iguais de amplificação são baseadas em um número de referidos elementos de antena em referida seqüência de diversidade.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser fornecido como um aparelho do lado fixo.

9. Aparelho de comunicação, caracterizado pelo fato de compreender: - uma seqüência em fase de elementos de antena; e - um arranjo de acionamento acoplado à seqüência em fase mencionada para produzir sinalização de comunicação com base em um sinal de comunicação desejado, que é para ser transmitido de forma omni direciona!, elementos de antena referidos que cooperam em resposta à sinalização de comunicação mencionada para afetar, aproximadamente, a referida transmissão de antena omni direcional do sinal de comunicação desejado.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referidos elementos de antena transmitem com, aproximadamente, igual potência durante, aproximadamente, a transmissão de antena omni direcional mencionada.

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referido arranjo de acionamento inclui uma grande quantidade de caminhos de antena caminhos, respectivamente, acoplados aos referidos elementos de antena, cada um dos referidos caminhos de antena incluindo um sinal misturador de sinal.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referidos misturadores de sinal incluem respectivos multiplicadores de sinal.

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que todos de referidos multiplicadores de sinal recebem um sinal de entrada comum que corresponde ao referido sinal desejado.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referidos multiplicadores de sinal misturam o referido sinal de entrada comum com, respectivamente, correspondentes sinais que representam, respectivamente, correspondentes variáveis aleatórias.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que referidas variáveis aleatórias são independentes umas da outras.

16. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que referidas variáveis aleatórias são variáveis gaussianas.

17. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que referidas variáveis aleatórias são variáveis gaussianas.

18. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referidos todos dos multiplicadores de sinal recebem um sinal de entrada comum que é um sinal no domínio da freqüência, que corresponde a referido sinal desejado, cada um de referidos multiplicadores de sinal misturando o referido sinal de entrada comum com um sinal adicional no domínio da freqüência para produzir um sinal misturado no domínio da freqüência, cada um dos referidos caminhos de antena incluindo um conversor acoplado ao misturador de sinal associado para converter o sinal misturado associado em um correspondente sinal no domínio do tempo que aciona o associado elemento de antena associado.

19. Aparelho de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que referidos misturadores de sinal, respectivamente incluem multiplicadores de sinal.

20. Método de operar uma seqüência de diversidade de elementos de antena, caracterizado pelo fato de compreender: - produzir sinalização de comunicação com base em um sinal de comunicação desejado que é para ser transmitido, de forma omni direcional; e - usar sinalização de comunicação mencionada em combinação com a cooperação entre elementos de antena referidos para afetar, aproximadamente, a transmissão de antena omni direcional do referido sinal de comunicação desejado.

21. Método de operar uma seqüência em fase de elementos de antena, caracterizado pelo fato de compreender: - produzir sinalização de comunicação com base em um sinal de comunicação desejado que é para ser transmitido, de forma omni direcional; e - usar sinalização de comunicação mencionada em combinação com a cooperação entre elementos de antena referidos para afetar, aproximadamente, a transmissão de antena omni direcional de referido sinal de comunicação desejado.