CN101640562B - 多输入多输出系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多输入多输出系统和多输入多输出方法。其中，多输入多输出系统，包括：第一定向耦合器和第二定向耦合器，在多输入多输出系统单路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器和第二定向耦合器之一用于将信号定向给分路器；分路器，用于将信号分成两路，并分别发送给第一放大器和第二放大器；第一放大器和第二放大器，用于分别对发送给自身的一路信号进行放大，并各自将放大后的信号发送给合路器；以及合路器，用于将来自第一放大器和第二放大器的信号合并在一起发送出去。通过本发明，能够根据不同速率和多输入多输出方式，进行功放模式切换。

Description

多输入多输出系统和方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体地，涉及一种多输入多输出系统和方法。

背景技术

随着无线局域网技术的高速发展，多输入多输出(MIMO)技术开始应用于这一领域。最新的标准IEEE 802.11n Draft 6.0，支持MIMO，兼容原有的IEEE 802.11b/g，将提供更高带宽的数据服务。对于无线局域网接入点(WLAN AP)的两种类型，室外型AP和室内分布型AP，它们具有共同的特点，高发射功率，通常＞500mw，以便能够达到比较大的覆盖范围。他们采用共同的构架，即通过无线网卡加外置双向功率放大器(Amplifier，简称PA)。

对市场上产品，标准IEEE 802.11n支持通常是2×2的多输入多输出系统。对于2×2多输入多输出系统，放大器通常是简单的将两路放大器放在一起使用。这样做有两点缺点。其一，对于原有IEEE802.11b/g，以及单路MIMO形式(例如IEEE 802.11n Draft定义的MCS 0～7等速率)，仅仅有一路PA在工作，而另外一路处于不工作状态，资源浪费严重。其二，室外型AP和室内分布型AP需要更大的发射功率，降低本身功耗，增加覆盖范围。本发明提出的一种多输入多输出系统增加效率提高输出功率放大器的电路和装置正是为了解决上述问题。

现有的专利文献包括：专利申请号为CN200710037633的中国专利申请“基于90°分支线混合电桥的平衡式功率放大器”和专利号为WO2008117400(A1)的欧洲专利“WIRELESS TRANSMISSIONAPPARATUS”，以及“2.4G射频功放的设计与实现[J]，世界电子元器件，2007，(5)：46-49”。

第CN200710037633号中国专利申请，该专利只是提出了平衡功率放大器的一种电路。未涉及多输入多输出系统增加效率提高输出功率的方法，也未提及对于低速率情况可以采用平衡功率放大器的方法提高发射功率，增加功放利用率。没有提到切换的控制方法，和实现电路。

第WO2008117400(A1)号欧洲专利存在以下不足：该专利提出了正交的两路通讯系统的功率放大装置，在功率比较大的情况下(PA进入非线性状态，对于GSM/EGDE)，该装置将两路合成比较大的功率；对于功率比较小的情况(PA进入线性状态，对于UMTS/3G-LTE)，该装置将正交两路功率放大后分别传输。该专利未提及在一种多输出模式下，根据不同速率和多输入多输出方式，进行功放模式切换，利用功率合成技术进一步提高发射功率。同时对于高速率和多条流的情况，依然能正常放大信号。

“2.4G射频功放的设计与实现[J]，世界电子元器件，2007，(5)：46-49”提出了WLAN802.11b/g无线局域网的无线功率放大器结构和设计，但是没有涉及到多输入多输出的应用，也没有提到低速率情况可以采用平衡功率放大器的方法提高发射功率，增加功放利用率，进而提出了切换的控制方法，和实现电路。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提出了一种多输入多输出系统和多输入多输出方法，其能够根据不同速率和多输入多输出方式，进行功放模式切换，利用功率合成技术进一步提高发射功率，同时对于高速率和多条流的情况，依然能正常放大信号。

根据本发明的一个方面，提供了一种多输入多输出系统，包括：第一定向耦合器和第二定向耦合器，在多输入多输出系统单路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器和第二定向耦合器之一用于将信号定向给分路器；分路器，用于将信号分成两路，并分别发送给第一放大器和第二放大器；第一放大器和第二放大器，用于分别对发送给自身的一路信号进行放大，并各自将放大后的信号发送给合路器；以及合路器，用于将来自第一放大器和第二放大器的信号合并在一起发送出去。

该多输入多输出系统还包括：第一天线和第二天线，第一天线和第二天线之一用于将合路器合并后的信号发送出去。

其中，在多输入多输出系统接收信号的情况下，通过第一天线和/或第二天线接收信号。多输入多输出系统还包括：第一低噪声放大器，用于对第一天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给第一定向耦合器；以及第二低噪声放大器，用于对第二天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给第二定向耦合器。

其中，在多输入多输出系统多路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器用于将第一信号发送给第一放大器，第二定向耦合器用于将第二信号发送给第二放大器；第一放大器用于对第一信号进行放大并将放大后的信号发送给第一天线，第二放大器用于对第二信号进行放大后并将放大后的信号发送给第二天线；以及第一天线用于将放大后的第一信号发送出去，第二天线用于将放大后的第二信号发送出去。

该多输入多输出系统还包括：模式判断模块，用于根据来自第一定向耦合器和第二定向耦合器的信号判断多输入多输出系统处于单路向外发送信号、多输出系统接收信号、以及多路向外发送信号中的何种状态。

其中，模式判断模块包括：第一检波器，用于检测第一定向耦合器的输出并将该检测结果发送给逻辑模块；第二检波器，用于检测第二定向耦合器的输出并将该检测结果发送给逻辑模块；以及逻辑模块，用于根据来自第一检波器的检测结果和来自第二检波器的检测结果判断多输入多输出系统处于单路向外发送信号、多输出系统接收信号、以及多路向外发送信号中的何种状态。

根据本发明的另一方面，提供了一种多输入多输出方法，包括以下步骤：在多输入多输出系统单路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器和第二定向耦合器之一将信号定向给分路器；分路器将信号分成两路，并分别发送给第一放大器和第二放大器；第一放大器和第二放大器分别对发送给自身的一路信号进行放大，并各自将放大后的信号发送给合路器；以及合路器将来自第一放大器和第二放大器的信号合并在一起发送出去。

该多输入多输出方法还包括：第一天线和第二天线之一将合路器合并后的信号发送出去。

该多输入多输出方法还包括：在多输入多输出系统接收信号的情况下，通过第一天线和/或第二天线接收信号；第一低噪声放大器对第一天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给第一定向耦合器；以及第二低噪声放大器对第二天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给第二定向耦合器。

该多输入多输出方法还包括：在多输入多输出系统多路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器将第一信号发送给第一放大器，第二定向耦合器将第二信号发送给第二放大器；第一放大器对第一信号进行放大并将放大后的信号发送给第一天线，第二放大器对第二信号进行放大后并将放大后的信号发送给第二天线；以及第一天线将放大后的第一信号发送出去，第二天线将放大后的第二信号发送出去。

该多输入多输出方法还包括：根据来自第一定向耦合器和第二定向耦合器的信号判断多输入多输出系统处于单路向外发送信号、多输出系统接收信号、以及多路向外发送信号中的何种状态。

通过本发明的多输入多输出系统和方法，根据不同速率和多输入多输出方式，进行功放模式切换，利用功率合成技术进一步提高发射功率，同时对于高速率和多条流的情况，依然能正常放大信号。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的用于增加效率提高输出功率的多输入多输出系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的多输入多输出方法的流程图；以及

图3是根据本发明另一实施例的多输入多输入系统的示意图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

图1是根据本发明实施例的用于增加效率提高输出功率的多输入多输出系统的示意图。如图1所示，根据本发明实施例的多输入多输出系统包括：第一定向耦合器101和第二定向耦合器102，在多输入多输出系统单路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器101和第二定向耦合器102之一用于将信号定向给分路器110，此处要说明的是，尽管在图1中仅示出了第一定向耦合器101连接到分路器的情况，但实际上，第二定向耦合器102也可以连接到分路器110，；分路器110，用于将信号分成两路，并分别发送给第一放大器103和第二放大器100；第一放大器103和第二放大器100，用于分别对发送给自身的一路信号进行放大，并各自将放大后的信号发送给合路器112；以及合路器112，用于将来自第一放大器103和第二放大器100的信号合并在一起发送出去。

该多输入多输出系统还包括：第一天线116和第二天线117，第一天线116和第二天线117之一用于将合路器112合并后的信号发送出去，此处要说明的是，尽管在图1中仅示出了合路器112将合并后的信号发送到第一天线116的情况，但实际上，合路器112也可以通过连接到第二天线117而将合并后的信号发送到第二天线117。

其中，在多输入多输出系统接收信号的情况下，通过第一天线116和/或第二天线117接收信号。多输入多输出系统还包括：第一低噪声放大器106，用于对第一天线116接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给第一定向耦合器101；以及第二低噪声放大器108，用于对第二天线117接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给第二定向耦合器102。

其中，在多输入多输出系统多路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器101用于将第一信号发送给第一放大器103，第二定向耦合器102用于将第二信号发送给第二放大器100；第一放大器103用于对第一信号进行放大并将放大后的信号发送给第一天线116，第二放大器100用于对第二信号进行放大后并将放大后的信号发送给第二天线117；以及第一天线116用于将放大后的第一信号发送出去，第二天线117用于将放大后的第二信号发送出去。

该多输入多输出系统还包括：模式判断模块，用于根据来自第一定向耦合器101和第二定向耦合器102的信号判断多输入多输出系统处于单路向外发送信号(即，高功率发射模式)、多输入多输出系统接收信号、以及多路向外发送信号中的何种状态。

其中，模式判断模块包括：第一检波器118，用于检测第一定向耦合器的输出并将该检测结果发送给逻辑模块105；第二检波器119，用于检测第二定向耦合器的输出并将该检测结果发送给逻辑模块105；以及逻辑模块105，用于根据来自第一检波器118的检测结果和来自第二检波器119的检测结果判断多输入多输出系统处于单路向外发送信号、多输入多输出系统接收信号、以及多路向外发送信号中的何种状态。

在根据本发明的实施例的多输入多输出系统中的部件的功能如下：

定向耦合器101，102，用配合检波电路输出，检测是否有功率信号输出；

检波器118，119，用以检测定向耦合器的输出，提供电平给逻辑单元判断；

SPDT 104，109，107，113，用于信号通路切换；

PA 103，110，用于功率放大；

LNA 106，108，用于低噪声功率放大；

逻辑控制(逻辑模块)105，用于电路的逻辑控制；

SP3T(单刀三置开关)130，114，用于信号通路切换；

分路器110，用于将功率信号等分成两路；

合路器112，用于将功率信号等合成一路。

图2是根据本发明实施例的多输入多输出方法的流程图。如图2所示，根据本发明实施例的多输入多输出方法包括以下步骤：

步骤S202，在多输入多输出系统单路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器和第二定向耦合器之一将信号定向给分路器；

步骤S204，分路器将信号分成两路，并分别发送给第一放大器和第二放大器；

步骤S206，第一放大器和第二放大器分别对发送给自身的一路信号进行放大，并各自将放大后的信号发送给合路器；以及

步骤S208，合路器将来自第一放大器和第二放大器的信号合并在一起发送出去。

该多输入多输出方法还包括：第一天线和第二天线之一将合路器合并后的信号发送出去。

该多输入多输出方法还包括：在多输入多输出系统接收信号的情况下，通过第一天线和/或第二天线接收信号；第一低噪声放大器对第一天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给第一定向耦合器；以及第二低噪声放大器对第二天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给第二定向耦合器。

该多输入多输出方法还包括：在多输入多输出系统多路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器将第一信号发送给第一放大器，第二定向耦合器将第二信号发送给第二放大器；第一放大器对第一信号进行放大并将放大后的信号发送给第一天线，第二放大器对第二信号进行放大后并将放大后的信号发送给第二天线；以及第一天线将放大后的第一信号发送出去，第二天线将放大后的第二信号发送出去。

该多输入多输出方法还包括：根据来自第一定向耦合器和第二定向耦合器的信号判断多输入多输出系统处于单路向外发送信号、多输入多输出系统接收信号、以及多路向外发送信号中的何种状态。

本发明包含了双路的双向功率放大器，在发送时候，即MIMO模式，将两路输入低功率信号分别经过功率放大器(PA)放大后送入到天线装置，实现更大范围的无线发射覆盖。在接收时候，接收两路信号，即接收模式，经过低噪声放大器(LNA)放大后，实现更低接收灵敏度的接收。同时检测和逻辑控制单元负责射频开关切换，实现接收和发送的切换。

进一步地，检测和逻辑控制单元检测输入信号是单路还是双路，当是单路是进入高功率模式。将单路信号经过功分器分成两路信号，分别送入两路PA放大，再经过合路起将两路合成一路经过天线发送出去。

更进一步，检测和逻辑控制单元可以检测和控制功率放大装置进入高功率模式，MIMO发射模式，接收模式，显示各个模式的切换，无需再外加控制信号。

根据本发明实施例的一种增加效率提高输出功率的多输入多输出系统方法包括以下步骤：

步骤1，检测输入信号，判断是双路还是单路信号，如果是双路，则功率放大装置进入MIMO方式，转到步骤2。如果是单路，则功率放大装置进入高功率模式方式，转到步骤3，如果没有检测到信号，则进入步骤4；

步骤2，功率放大装置进入MIMO方式，两路PA分别对两路分别进行功率放大，送出到天线。并回到步骤1；

步骤3，功率放大装置进入高功率方式，单路信号分成两路进入两个PA，放大后合成一路，送出到天线。并回到步骤1；以及

步骤4，PA均处于关闭状态，功率放大装置进入接收模式，接收两个天线信号，分别送入两路接收。并回到步骤1。

再次结合图1来描述，根据本发明的多输入多输出方法的操作步骤：

步骤A，AP进入MIMO发射模式，两条流输出分别进入定向耦合器101和102。

步骤B，检波器输出两个相同的电平信号给逻辑控制器105产生各个SPDT 104，107，109，111，115以及SP3T 130，114的控制信号；

步骤C，定向耦合器101和102直通端输出分别通过SP3T 130和SPDT 104进入SPDT 109和107；

步骤D，信号经过SPDT 109和107分别进入PA 103，100后放大，进入SP3T 114和SPDT 115由天线发送出去；

步骤E，AP进入高功率发射模式，只有802.11b/g，802.11n MCS0-7输入，单一路信号进入定向耦合器101；

步骤F，定向耦合器101输出通过SP3T 130进入分路器110；

步骤G，分路器将信号等分成两路分别送入SPDT 109，107，再分别进入PA 103，100；

步骤H，两路PA信号经过SPDT 111和113在合路器112合成送入SP3T 114；

步骤I，信号由SP3T 114由天线发送出去；

步骤J，AP进入接收模式，逻辑控制器105进入接收模式，产生各个SPDT 104，107，109，111，115，SP3T 130，114的控制信号；

步骤K，天线接收信号经过SP3T 114和SPDT 115分别进入LNA 106和108，后送入SP3T 130和SPDT 104，从定向耦合器101和102送入网卡接收端。

对于单条流任意送入第一耦合器或第二耦合器的情况，可以采用图3，在图1的基础上增加SPDT 220，221，222，223。模式判断模块检测到从第一定向耦合器或是第二定向耦合器哪个有信号输入，产生控制信号，使得单路信号送入分路器210。经过第一放大器203和第二放大器200放大后，合并后从原来输入对应的那个天线发送出去。其中控制模块产生判断那条流有信号输入，并产生控制SPDT 220，221，222，223的控制信号。若从第一定向耦合器输入，则信号经过SPDT 220进入分路器210，进入功分器210分两路放大后由合路器212合成一路，经过SPDT 222从天线216发射出去；若从第二定向耦合器输入，则信号经过SPDT 221进入分路器210，进入功分器210分两路放大后由合路器212合成一路，经过SPDT 222，再经过SPDT 223从天线216发射出去。这样对于任意单条流输入，可以实现功率放大并输出。

与现有技术相比较，本发明引入了平衡功率放大器结构，一方面保证了多输出多输出信号正常的放大，实现于原有技术一样的功能和性能指标，另一方面对802.11b/g/802.11n mcs 0-7等单路信号实现了额外的3db的增益，即使考虑到SPDT和合路器的损耗，也有2dB的增益。这样增加了发射功率，提高了覆盖范围。此外，不增加额外的PA器件，成本很低，易于实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多输入多输出系统，其特征在于，包括：

第一定向耦合器和第二定向耦合器，在所述多输入多输出系统单路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器和第二定向耦合器之一用于将信号定向给分路器；

所述分路器，用于将所述信号分成两路，并分别发送给第一放大器和第二放大器；

所述第一放大器和所述第二放大器，用于分别对发送给自身的一路信号进行放大，并各自将放大后的信号发送给合路器；以及

所述合路器，用于将来自所述第一放大器和所述第二放大器的信号合并在一起发送出去。

2.根据权利要求1所述的多输入多输出系统，其特征在于，还包括：

第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线之一用于将所述合路器合并后的信号发送出去。

3.根据权利要求2所述的多输入多输出系统，其特征在于：

在所述多输入多输出系统接收信号的情况下，通过所述第一天线和/或所述第二天线接收信号，

所述多输入多输出系统还包括：

第一低噪声放大器，用于对所述第一天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给所述第一定向耦合器；以及

第二低噪声放大器，用于对所述第二天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给所述第二定向耦合器。

4.根据权利要求2所述的多输入多输出系统，其特征在于，在所述多输入多输出系统多路向外发送信号的情况下，

所述第一定向耦合器用于将第一信号发送给所述第一放大器，所述第二定向耦合器用于将第二信号发送给所述第二放大器；

所述第一放大器用于对所述第一信号进行放大并将放大后的信号发送给所述第一天线，所述第二放大器用于对所述第二信号进行放大后并将放大后的信号发送给所述第二天线；以及

所述第一天线用于将放大后的第一信号发送出去，所述第二天线用于将放大后的第二信号发送出去。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多输入多输出系统，其特征在于，还包括：

模式判断模块，用于根据来自所述第一定向耦合器和所述第二定向耦合器的信号判断所述多输入多输出系统处于所述单路向外发送信号、所述多输入多输出系统接收信号、以及所述多路向外发送信号中的何种状态。

6.根据权利要求5所述的多输入多输出系统，其特征在于，所述模式判断模块包括：

第一检波器，用于检测所述第一定向耦合器的输出并将该检测结果发送给逻辑模块；

第二检波器，用于检测所述第二定向耦合器的输出并将该检测结果发送给所述逻辑模块；以及

所述逻辑模块，用于根据来自所述第一检波器的检测结果和来自所述第二检波器的检测结果判断所述多输入多输出系统处于所述单路向外发送信号、所述多输入多输出系统接收信号、以及所述多路向外发送信号中的何种状态。

7.一种多输入多输出方法，其特征在于，包括以下步骤：

在多输入多输出系统单路向外发送信号的情况下，第一定向耦合器和第二定向耦合器之一将信号定向给分路器；

所述分路器将所述信号分成两路，并分别发送给第一放大器和第二放大器；

所述第一放大器和所述第二放大器分别对发送给自身的一路信号进行放大，并各自将放大后的信号发送给合路器；

所述合路器将来自所述第一放大器和所述第二放大器的信号合并在一起发送出去；以及

第一天线和第二天线之一将所述合路器合并后的信号发送出去。

8.根据权利要求7所述的多输入多输出方法，其特征在于，还包括：

在所述多输入多输出系统接收信号的情况下，通过所述第一天线和/或所述第二天线接收信号；

第一低噪声放大器对所述第一天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给所述第一定向耦合器；以及

第二低噪声放大器对所述第二天线接收到的信号进行低噪声放大并将放大后的信号发送给所述第二定向耦合器。

9.根据权利要求7所述的多输入多输出方法，其特征在于，还包括：

在所述多输入多输出系统多路向外发送信号的情况下，

所述第一定向耦合器将第一信号发送给所述第一放大器，所述第二定向耦合器将第二信号发送给所述第二放大器；

所述第一放大器对所述第一信号进行放大并将放大后的信号发送给所述第一天线，所述第二放大器对所述第二信号进行放大后并将放大后的信号发送给所述第二天线；以及

所述第一天线将放大后的第一信号发送出去，所述第二天线将放大后的第二信号发送出去。

10.根据权利要求7所述的多输入多输出方法，其特征在于，还包括：

根据来自所述第一定向耦合器和所述第二定向耦合器的信号判断所述多输入多输出系统处于以下何种状态：单路向外发送信号、接收信号、多路向外发送信号。

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