CN101997591A - 无线收发器、具有多输入多输出的无线通信系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线收发器、具有多输入多输出天线的无线通信系统及其方法。该无线收发器包含一第一圆极化天线和一第一相位偏移及功率分配电路。该第一相位偏移及功率分配电路连接于该第一圆极化天线。

Description

无线收发器、具有多输入多输出的无线通信系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统，特别涉及一种具有多输入多输出的无线通信系统及其方法。
背景技术
随着移动通信的蓬勃发展，通信服务的需求量日益增高，如何有效改善频宽使用效益与通信质量已成为通信系统的重要课题。在无线通信系统中，依照接收器和发送器的天线数目可分为单入单出(SISO)系统、单入多出(SIMO)系统、多入单出(MISO)系统和多入多出(MIMO)系统。在SISO系统中，发射器包含一个天线以发射RF信号，而该信号被接收器中的单个或多个天线接收。当接收器包含一个以上的天线时，接收器将会选择其中一个用以接收输入信号。在SIMO系统中，接收器包含两个以上的天线以及两个以上的无线信道。在MIMO系统中，发射器和接收器个别包含两个以上的天线和对应的无线信道。发射器利用空间和时间编码功能以平行处理数据，且以多个天线根据多个数据串流而发射多个数据信号。接收器通过多个无线信道接收发射的多个数据信号后，利用空间和时间译码功能重新获取这些数据串流。据此，MIMO系统提供了比单入及/或单出的系统更高的传输容量及通信效能。在由美国电机电子工程师协会(IEEE)802.11标准修正而成的美国电机电子工程师协会修正版802.11n所界定的无线通信标准中，该标准即采用MIMO天线结构作为其核心技术。
MIMO系统使用了多个发射和接收天线以提供多个无线信道。这些多个发射和接收天线被设计用于引入分集增益和数组增益，并抑制信号接收过程中产生的干扰。为了在发射和接收天线之间传输最大能量和功率，发射天线和接收天线必须具有相同的极化方向以达到天线间的匹配。据此，有必要提出一种具有多输入多输出天线的无线通信系统及其方法，以有效提高系统的传输效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线收发器、一种具有多输入多输出的无线通信系统及其方法。
本发明的无线收发器的一实施例包含一第一圆极化天线和一第一相位偏移及功率分配电路。该第一相位偏移及功率分配电路连接于该第一圆极化天线。
本发明的具有多输入多输出的无线通信系统的一实施例包含一第一收发装置和一第二收发装置。该第一收发装置包含一第一圆极化天线以及一连接于该第一圆极化天线的第一相位偏移及功率分配电路。该第二收发装置包含一第二圆极化天线以及一连接于该第二圆极化天线的第二相位偏移及功率分配电路。该第一圆极化天线及该第二圆极化天线具有相同的圆极化方向。
本发明的使用于多输入多输出的无线通信系统的方法，包含以下步骤：于一第一收发器以一第一圆极化天线传送一第一圆极化发射信号；以及于一第二收发器以一第二圆极化天线接收该第一圆极化发射信号以产生一第一接收信号。该第一圆极化天线及该第二圆极化天线具有相同的圆极化方向。
附图说明
图1显示结合本发明一实施例的一无线收发器的架构示意图；
图2显示结合本发明另一实施例的一无线收发器的架构示意图；
图3显示结合本发明又一实施例的一无线收发器的架构示意图；
图4显示结合本发明一实施例的一具有多输入多输出的无线通信系统的架构示意图；
图5显示结合本发明一实施例的一具有多输入多输出的无线通信系统的架构示意图；以及
图6显示结合本发明一实施例的一具有多输入多输出的无线通信系统的架构示意图；
图7显示根据本发明一实施例的使用于多输入多输出的无线通信系统的方法的流程图；
图8显示根据本发明另一实施例的使用于多输入多输出的无线通信系统的方法的流程图；和
图9显示根据本发明又一实施例的使用于多输入多输出的无线通信系统的方法的流程图；
【主要组件符号说明】
10        无线收发器
12        收发单元
14        相位偏移及功率分配电路
16        圆极化天线
20        无线发射器
22～24    圆极化天线
26～28    相位偏移及功率分配电路
30        无线发射器
32～34    圆极化天线
35        线性极化天线
36～38    相位偏移及功率分配电路
40        无线通信系统
42～44    收发装置
422       收发单元
424       相位偏移及功率分配电路
426       圆极化天线
442       收发单元
444       相位偏移及功率分配电路
446       圆极化天线
50        无线通信系统
52        收发装置
54        收发装置
522～523  相位偏移及功率分配电路
524～525  圆极化天线
526       线性极化天线
542～543  相位偏移及功率分配电路
544～545 圆极化天线
546      线性极化天线
60       无线通信系统
62       收发装置
64       收发装置
622      相位偏移及功率分配电路
624      圆极化天线
626～628 线性极化天线
642      相位偏移及功率分配电路
644      圆极化天线
646～648 线性极化天线
S70～S72 步骤
S80～S82 步骤
S90～S92 步骤
具体实施方式
图1显示结合本发明一实施例的一无线收发器10的架构示意图。该无线收发器10包含一收发单元12、一相位偏移及功率分配电路14和一圆极化天线16。该圆极化天线16包含一垂直线性极化天线162和一水平线性极化天线164。该垂直线性极化天线162和该水平线性极化天线164为定向排列，亦即其传送或接收信号的方向相互呈90度。该相位偏移及功率分配电路14连接至该圆极化天线16，其设置用以接收一由该收发单元12输出的射频信号S1并将该射频信号分离为两独立信号A1和A2，其中A1和A2各自具有该射频信号S1一半的功率，且彼此间相位差为90度。所述这些信号A1和A2接着分别通过该垂直线性极化天线162及该水平线性极化天线164传送。该圆极化天线16的极化方向可经由调整该相位偏移及功率分配电路14的输出信号的相位而获得。在一实施例中，该相位偏移及功率分配电路14可以为一四分之一波长延迟电路。
图2显示结合本发明另一实施例的一无线收发器20的架构示意图。该无线收发器20包含圆极化天线22、24和相位偏移及功率分配电路26、28。所述这些圆极化天线22、24分别包含一垂直线性极化天线和一水平线性极化天线。所述这些相位偏移及功率分配电路26、28连接至圆极化天线22、24，其设置用以产生具有90度相位差的信号A1、A2、A3和A4以分别通过所述这些垂直线性极化天线及所述这些水平线性极化天线传送。
在设计天线的配置时，根据极化分离的原理，当入射波的极化方向与接收天线的极化方向相互垂直时，则该接收天线无法接收发射的信号。据此，该圆极化天线22的圆极化方向被配置垂直于该圆极化天线24的圆极化方向，使得位于同一无线收发器20中的两天线不会接收到彼此发射的信号。所述这些圆极化天线的极化方向可经由调整信号A1、A2、A3及A4的相位而获得，如图2的相位分配表所示。
图3显示结合本发明又一实施例的一无线收发器30的架构示意图。该无线收发器30包含圆极化天线32、34、一线性极化天线35和相位偏移及功率分配电路36、38。相比于图1和2，该线性极化天线35设置用以于当该无线收发器30切换至802.11b模式时负责传送或接收信号。
图4显示结合本发明一实施例的一具有多输入多输出的无线通信系统40的架构示意图。该无线通信系统40包含一收发装置42和一收发装置44。该收发装置42，类似于图1，包含一圆极化天线426以及一连接于该圆极化天线426的相位偏移及功率分配电路424。该收发装置44，类似于图1，包含一圆极化天线446以及一连接于该圆极化天线446的相位偏移及功率分配电路444。在该收发装置42中，一射频信号S1通过该相位偏移及功率分配电路424分离为两独立信号A1和A2。信号A1和A2传送至该圆极化天线426中的一垂直线性极化天线和一水平线性极化天线以发射一第一圆极化波。类似地，另一射频信号S2通过该相位偏移及功率分配电路444分离为两独立信号A3和A4。信号A3和A4传送至该圆极化天线446中的一垂直线性极化天线和一水平线性极化天线以发射一第二圆极化波。
如前所述，在设计天线的配置时，同一收发装置中相邻的天线间应具有高隔离度以避免接收到彼此的信号。然而，若信号在不同的收发装置间传送时，为了达到最大的数据传输量，发射天线和接收天线的极化方向应该相同。因此，在本实施例中，当该圆极化天线426设计为右手圆极化天线时，该圆极化天线446的最佳设计为右手圆极化天线，当该圆极化天线426设计为左手圆极化天线时，该圆极化天线446的最佳设计为左手圆极化天线。所述这些圆极化天线的极化方向可经由调整图3的信号A1、A2、A3及A4的相位而获得。
图5显示结合本发明一实施例的一具有多输入多输出的无线通信系统50的架构示意图。该无线通信系统50包含一收发装置52和一收发装置54。该收发装置52，类似于图3，包含圆极化天线524、525、一线性极化天线526以及连接于所述这些圆极化天线524、525的相位偏移及功率分配电路522、523。该收发装置54，类似于图3，包含圆极化天线544、545、一线性极化天线546以及连接于所述这些圆极化天线544、545的相位偏移及功率分配电路542、543。依据上述极化分离的原理，当该圆极化天线524设计为左手圆极化天线时，该圆极化天线525、该圆极化天线544和该圆极化天线545可依序设计为右手圆极化天线、左手圆极化天线和右手圆极化天线。同样地，该线性极化天线526和该线性极化天线546的最佳线性极化方向应为相同。
假若收发装置52和54为符合电机电子工程师协会(IEEE)所规范的802.11n标准的装置时，其可同时兼容于IEEE 802.11a/b/g的标准。当收发装置52和54运作在低传输速率时，系统将会切换至802.11b模式以涵盖较大的传输范围。参照图5，当该收发装置52切换至802.11b模式时，该线性极化天线526设置用以负责传送或接收信号，而当该收发装置54切换至802.11b模式时，该线性极化天线546设置用以负责传送或接收信号。类似地，图4中的组成该圆极化天线426的一垂直线性极化天线和一水平线性极化天线中的其中一个设置用以于当该收发装置42切换至802.11b模式时负责传送或接收信号。
图6显示结合本发明一实施例的一具有多输入多输出的无线通信系统60的架构示意图。该无线通信系统60包含一收发装置62和一收发装置44。该收发装置62包含一圆极化天线624、线性极化天线626、628以及一连接于该圆极化天线624的相位偏移及功率分配电路622。该收发装置64包含一圆极化天线644、线性极化天线646、648以及一连接于该圆极化天线644的相位偏移及功率分配电路642。在本实施例中，该线性极化天线626设置用以于当该收发装置62切换至802.11b模式时负责传送或接收信号，而该线性极化天线646设置用以于当该收发装置64切换至802.11b模式时负责传送或接收信号。依据上述极化分离的原理，当该线性极化天线626设计为水平线性极化天线时，该线性极化天线628、该线性极化天线646和该线性极化天线648可依序设计为垂直线性极化天线、水平线性极化天线和垂直线性极化天线。此外，该圆极化天线624及该圆极化天线644设置具有相同的圆极化方向。通过上述天线配置方式，无论该无线通信系统60运作在低传输速率或高传输速率，天线间的传输效率均可大幅的增加。
图7显示根据本发明一实施例的使用于多输入多输出的无线通信系统的方法的流程图。在步骤S70中，于一第一收发器以一第一圆极化天线传送一第一圆极化发射信号。在步骤S72中，于一第二收发器以一第二圆极化天线接收该第一圆极化发射信号以产生一第一接收信号。该第一圆极化天线及该第二圆极化天线具有相同的圆极化方向。
在步骤S70中，一第一待传送信号首先分离为两个具有90度相位差的信号。接着，分别以一垂直线性极化天线及一水平线性极化天线传送该两个信号以形成该第一圆极化发射信号。在步骤S72中，该第一圆极化发射信号分别通过一垂直线性极化天线及一水平线性极化天线进行接收。接着，来自该垂直线性极化天线及该水平线性极化天线的信号会被合并以产生该第一接收信号。
在本发明另一实施例中，除了步骤S70和S72外，也可以进一步包含图8所示的步骤S80和S82。在步骤S80中，于该第一收发器以一第三圆极化天线发射一第二圆极化发射信号。在步骤S82中，于该第二收发器以一第四圆极化天线接收该第二圆极化发射信号以产生一第二接收信号。该第三和第四圆极化天线具有相同的圆极化方向，而该第一和该第三圆极化天线具有不同的圆极化方向，该第二和该第四圆极化天线具有不同的圆极化方向。
类似地，在步骤S80中，一第二待传送信号首先分离为两个具有90度相位差的信号。接着，分别以一垂直线性极化天线及一水平线性极化天线传送该两个信号以形成该第二圆极化发射信号。在步骤S82中，该第二圆极化发射信号分别以一垂直线性极化天线及一水平线性极化天线进行接收。接着，来自该垂直线性极化天线及该水平线性极化天线的信号会被合并以产生该第二接收信号。
在本发明又一实施例中，除了步骤S70和S72外，也可以进一步包含图9所示的步骤S90和S92。在步骤S90中，于该第一收发器以一第一线性极化天线发射一线性极化信号。在步骤S92中，于该第二收发器以一第二线性极化天线接收该线性极化信号。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教导及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的，而应包含各种不背离本发明的替换及修饰，并为本申请的申请专利范围所涵盖。

Claims (27)

1.一种无线收发器，其包含：
一第一圆极化天线；以及
一第一相位偏移及功率分配电路，其连接于该第一圆极化天线。
2.根据权利要求1所述的无线收发器，其中该第一圆极化天线包含一第一垂直线性极化天线及一第一水平线性极化天线，该第一相位偏移及功率分配电路产生具有90度相位差的两个信号，分别通过该第一垂直线性极化天线及该第一水平线性极化天线传送。
3.根据请权利要求2所述的无线收发器，其中该第一垂直线性极化天线或该第一水平线性极化天线的其中一个设置用以于当该无线收发器切换至802.11b模式时负责传送或接收信号。
4.根据权利要求1所述的无线收发器，其中该第一圆极化天线的极化方向可经由调整该相位偏移及功率分配电路的输出信号的相位而获得。
5.根据权利要求1所述的无线收发器，其更包含：
一第二圆极化天线；以及
一第二相位偏移及功率分配电路，其连接于该第二圆极化天线；
其中该第二圆极化天线的圆极化方向与该第一圆极化天线不同。
6.根据权利要求5所述的无线收发器，其中该第二圆极化天线包含一第二垂直线性极化天线及一第二水平线性极化天线，且该第二相位偏移及功率分配电路产生具有90度相位差的两个信号，分别通过该第二垂直线性极化天线及该第二水平线性极化天线传送。
7.根据权利要求6所述的无线收发器，其还包含一线性极化天线。
8.根据权利要求7所述的无线收发器，其中该线性极化天线设置用以于当该无线收发器切换至802.11b模式时负责传送或接收信号。
9.根据权利要求1所述的无线收发器，其更包含一水平线性极化天线以及一垂直极化天线。
10.根据权利要求9所述的无线收发器，其中该垂直线性极化天线或该水平线性极化天线的其中一个设置用以于当该无线收发器切换至802.11b模式时负责传送或接收信号。
11.一种具有多输入多输出的无线通信系统，包含：
一第一收发装置，包含一第一圆极化天线以及一连接于该第一圆极化天线的第一相位偏移及功率分配电路；以及
一第二收发装置，包含一第二圆极化天线以及一连接于该第二圆极化天线的第二相位偏移及功率分配电路；
其中该第一圆极化天线及该第二圆极化天线具有相同的圆极化方向。
12.根据权利要求11所述的无线通信系统，其中该第一圆极化天线包含一第一垂直线性极化天线及一第一水平线性极化天线，该第二圆极化天线包含一第二垂直线性极化天线及一第二水平线性极化天线，该第一相位偏移及功率分配电路产生具有90度相位差的两个信号，分别通过该第一垂直线性极化天线及该第一水平线性极化天线传送，且该第二相位偏移及功率分配电路产生具有90度相位差的两个信号，分别通过该第二垂直线性极化天线及该第二水平线性极化天线传送。
13.根据权利要求12所述的无线通信系统，其中该第一垂直线性极化天线或该第一水平线性极化天线的其中一个设置用以于当该第一收发装置切换至802.11b模式时负责传送或接收信号，而该第二垂直线性极化天线或该第二水平线性极化天线的其中一个设置用以于当该第二收发装置切换至802.11b模式时负责传送或接收信号。
14.根据权利要求11所述的无线通信系统，其中该第一和第二圆极化天线的极化方向可经由调整该第一和第二相位偏移及功率分配电路的输出信号的相位而获得。
15.根据权利要求11所述的无线通信系统，其中该第一收发装置还包含一第三圆极化天线和一连接于该第三圆极化天线的第三相位偏移及功率分配电路，该第二收发装置还包含一第四圆极化天线以及一连接于该第四圆极化天线的第四相位偏移及功率分配电路，其中该第三圆极化天线的圆极化方向与该第一圆极化天线不同，该第四圆极化天线的圆极化方向与该第二圆极化天线不同，且该第三圆极化天线及该第四圆极化天线具有相同的圆极化方向。
16.根据权利要求15所述的无线通信系统，其中该第三圆极化天线包含一第三垂直线性极化天线及一第三水平线性极化天线，该第四圆极化天线包含一第四垂直线性极化天线及一第四水平线性极化天线，该第三相位偏移及功率分配电路产生具有90度相位差的两个信号，分别通过该第三垂直线性极化天线及该第三水平线性极化天线传送，且该第四相位偏移及功率分配电路产生具有90度相位差的两个信号，分别通过该第四垂直线性极化天线及该第四水平线性极化天线传送。
17.根据权利要求16所述的无线通信系统，其中该第一收发装置还包含一第一线性极化天线，且该第二收发装置还包含一第二线性极化天线，且该第一线性极化天线及该第二线性极化天线具有相同的圆极化方向。
18.根据权利要求17所述的无线通信系统，其中该第一线性极化天线设置用以当该第一收发装置切换至802.11b模式时负责传送或接收信号，而该第二线性极化天线设置用以当该第二收发装置切换至802.11b模式时负责传送或接收信号。
19.根据权利要求11所述的无线通信系统，其中该第一收发装置还包含一第五水平线性极化天线以及一第五垂直极化天线，且该第二收发装置还包含一第六水平线性极化天线以及一第六垂直极化天线，该第六水平线性极化天线负责传送或接收该第五水平线性极化天线的信号，且该第六垂直线性极化天线负责传送或接收该第五垂直线性极化天线的信号。
20.根据权利要求19所述的无线通信系统，其中该第五垂直线性极化天线或该第五水平线性极化天线的其中一个设置用以当该第一收发装置切换至802.11b模式时负责传送或接收信号，且该第六垂直线性极化天线或该第六水平线性极化天线的其中一个设置用以当该第二收发装置切换至802.11b模式时负责传送或接收信号。
21.一种使用于多输入多输出的无线通信系统的方法，包含以下步骤：
于一第一收发器以一第一圆极化天线传送一第一圆极化发射信号；以及
于一第二收发器以一第二圆极化天线接收该第一圆极化发射信号以产生一第一接收信号；
其中，该第一圆极化天线及该第二圆极化天线具有相同的圆极化方向。
22.根据权利要求21所述的方法，其中于该第一收发器以该第一圆极化天线传送该第一圆极化发射信号的步骤包括：
将一第一待传送信号分离为两个具有90度相位差的信号；以及
分别以一垂直线性极化天线及一水平线性极化天线传送该两个信号以形成该第一圆极化发射信号。
23.根据权利要求22所述的方法，其中于该第二收发器以该第二圆极化天线接收该第一圆极化发射信号的步骤包括：
分别以一垂直线性极化天线及一水平线性极化天线接收该第一圆极化发射信号；以及
合并来自该垂直线性极化天线及该水平线性极化天线的信号以产生该第一接收信号。
24.根据权利要求21所述的方法，其更包含以下步骤：
于该第一收发器以一第三圆极化天线发射一第二圆极化发射信号；以及
于该第二收发器以一第四圆极化天线接收该第二圆极化发射信号信号以产生一第二接收信号；
其中，该第三和第四圆极化天线具有相同的圆极化方向，而该第一和该第三圆极化天线具有不同的圆极化方向，该第二和该第四圆极化天线具有不同的圆极化方向。
25.根据权利要求24所述的方法，其中于该第一收发器以该第三圆极化天线发射该第二圆极化发射信号的步骤包括：
将一第二待传送信号分离为两个具有90度相位差的信号；以及
分别以一垂直线性极化天线及一水平线性极化天线传送该两个信号以形成该第二圆极化发射信号。
26.根据权利要求24所述的方法，其中于该第二收发器以该第四圆极化天线接收该第二圆极化发射信号的步骤包括：
分别以一垂直线性极化天线及一水平线性极化天线接收该第二圆极化发射信号；以及
合并来自该垂直线性极化天线及该水平线性极化天线的信号以产生该第二接收信号。
27.根据权利要求21所述的方法，其更包含以下步骤：
于该第一收发器以一第一线性极化天线发射一线性极化信号；以及
于该第二收发器以一第二线性极化天线接收该线性极化信号。
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