CN103650369B - 在移动发射分集系统中通过在分集分支之间使用耦合而采用波束形成的sar控制 - Google Patents

在移动发射分集系统中通过在分集分支之间使用耦合而采用波束形成的sar控制 Download PDF

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Abstract

通过耦合第一输入信号至第二输入信号，而实现一种在分集传输网络中将信号强度最大化同时限制特殊吸收率的系统和方法。该系统包括采样器、耦合网络和组合器。

Description

在移动发射分集系统中通过在分集分支之间使用耦合而采用 波束形成的SAR控制
优先权
本申请要求在2011年7月8日提交的美国临时专利申请No.61/303,872的优先权。另外，本申请涉及在2012年6月21日提交的PCT/US2012/043632，在此通过引用而引入该申请。
技术领域
本公开涉及具有通过特殊吸收率和总辐射功率来进行控制的移动传输分级系统。
背景技术
在移动设备和基站之间的信号传输通过移动传输分级(MTD)来增强，这有时也被称作波束形成。MTD的一种形式在移动单元中使用多天线，每个天线发射相同的数据。在来自两个或者更多天线的信号之间的相位差受到控制，以便在基站处接收的信号的相长干扰使得在基站处接收的功率大于在不具有其他天线时将从每个天线辐射的所接收功率的算术和。通过改变在来自天线的信号之间的相位差，辐射功率的波峰可以被控制以聚焦于基站的天线。典型地，两个天线被用于MTD。
由于到达基础天线的信号的相位受到路径长度改变的影响(诸如由于反射)，已经开发了闭环MTD，其中在多个异动单元天线处的相位差响应于来自基站的反馈而被调整。尤其是，质量因子诸如误码率、或者功率控制比特(PCB)或者在基站处确定的发射机功率控制(TPC)参数可以被传输回到移动设备，或者基站可以返回指示所接收功率是否将被降低或者升高的信号。来自基站的此通信传输了在天线输出之间调整相位差的需求。
由于移动设备位于靠近用户，接触到(imping on)用户的辐射的数量也被监控。特殊吸收率(SAR)是由生物组织吸收的功率数量的测量，并且一个目标在于将SAR保持在低于预定值。吸收水平可以典型地定义并且通过将填充液体的人体模型头部、手部或者其他仿真身体部分放置在靠近于正在发射的移动设备的边缘，来进行测量。液体温度中测量的提高提供了整体的或者在特定点处的辐射暴露迹象。
为了满足SAR需求，传统方法可以基于波峰辐射点而不是波峰辐射的平均(即，总辐射功率(TRP))来设置天线辐射限制。此传统方案可以使得提供者限制最大功率和/或最大数据率。
发明内容
已经开发了一种用于降低用于移动设备的近场位置处的SAR的装置和方法，否则该SAR将达到其最高值。本申请依赖于迄今已经被认为移动分集系统中的问题。具体地，因为MTD系统中的天线彼此靠近，广播天线接收来自于彼此的强信号引发在彼此天线电路中的电流。这些电路借助于来自天线相互作用的标准波而向天线传输中引入指派相位中的复杂性。在本公开中，代替将天线电流之间的相互作用认为是损害，通过在天线之间设计适当的耦合电路并且通过提供如此设计的系统，天线电路以上述方式耦合以便将天线电路中的电流之间的相互作用转换至可以用于降低SAR的特征。VSWR(电压驻波比)是在天线及其功率放大器之间的电抗失配的测量。在存在此类耦合电路的情况下，可以执行相位调整并且存在标准波，如由耦合电路(并且被量化为VSWR)所确定，用以提供优选的安全SAR水平，其可以在相位调整期间维护。从一个天线被耦合至另一天线的信号可以被用于与现有信号进行相长干扰或者相消干扰，以操纵输出信号从而提供优选的SAR水平。
本公开支持包括多个天线的移动发射分集设备，每个天线接收来自相应功率放大器的信号。功率放大器和天线的每个由电路连接，其中电路包括位于单独电路之间的耦合元件。耦合电路被选择以在天线电路中产生反射系数和VSWR值，其通过在天线之间耦合的信号而降低在相位设置(产生最差情况SAR)处的TRP。该示例可以在不超过预置SAR限制或者阈值的情况下产生最大TRP。
附图说明
图1绘出了针对波束形成发射分级调整分级参数的基本方法；
图2绘出了在本公开的一个示例中的、在两个分支分级发射系统的一个分支上采样信号、修改该信号的参数以及向第二分支注入信号；
图3绘出本公开的分级发射系统的描述的另一示例；
图4是示出由本公开的一个示例发射的信号的改变方位角点的远场信号强度的图表；
图5是示出图4的数据的、被修改以仅仅示出最大值和最小值的图表；
图6是示出由本公开的示例发射的信号的、在变化方位角点处的近场信号强度的图表；以及
图7是示出图6的数据的、被修改以仅仅示出最大值和最小值的图表。
具体实施方式
影响MTD性能的两个问题是：(1)在存在被称为主天线和辅天线的两个天线的情况下，存在“最差”状况，其中天线在来自每个天线的信号相加以产生最高特殊吸收率(SAR)的情况下被设置。通常，这种影响是通过来自每个天线的在一相位关系处(其中在天线处的信号与该点同相)的信号流量的近场相加而造成的。(2)第二个问题相关于在天线电压驻波比(VSWR)之间的相互作用以及在天线之间的耦合。由于两个天线之间的相位被改变(诸如，在“指引波束(pointing a beam)”中所做的那样)，在总辐射功率(TRP)中存在变化。TRP中的变化是类似的，这是由于从一个天线到另一天线耦合的功率与来自该天线反应的电压相组合的事实，增加以及降低了由功率放大器(PA)可见的透明VSWR。由于这种影响是由于两个电压的相加或者相减，这依赖于两个信号的相对相位。
本公开涉及一种设计方法论，从而创建SAR的最大值的电相位差异具有略微较低的TRP，然而利用此类实现，移动设备将在不超过SAR限制的情况下以较高平均TRP操作。
图1示出了基本的两个天线的MTD系统100，其具有耦合的系统110。信号101被划分为两个拷贝，其中较低拷贝由参数修改器102修改。参数修改器102修改信号101的相位，以便将在接收器处的TRP最大化。信号101的两个拷贝进一步由功率放大器114和116放大，以形成相应的信号118和120。两个信号118和120分别由天线122和124所辐射。
如图2的示例中所示，耦合系统200接收两个输入信号：信号202和信号204。第二输入信号204根据已知的分集传输技术而修改。信号202由采样器206所采样，输出信号208和第一输出信号218。信号218被中继至第一天线222。信号208被中继至耦合网络210，并在此处被修改以形成信号212。信号212在组合器214处与第二输入信号204组合，以形成第二输出信号216。第二输出信号216被中继至第二天线220。第二输出信号216将根据信号202相对于信号204的相对相位而由耦合系统200在幅度上增加或者降低。此外，耦合网络210可以将信号212的相位移相，以便在信号之间建立相长干扰和相消干扰。
第二输出信号216的电压幅度与信号204的电压加上信号212的电压的总和成正比(当两个信号基本上相干并且同相时)。此外，第二输出信号216的电压幅度与信号204的电压和信号212的电压的差成正比(当两个信号相干并且相位相反(+/-180度)时)。由于信号212的相位由耦合网络210操作，耦合网络210可以被用于设置信号204和信号212的相对相位差，由此建立第二输出信号216的电压幅度。由此，耦合网络210可以被调整以在不超过预定SAR的情况下在接收机处建立最大TRP。
示例
在一个示例中，第二输出信号216比第二输入信号204弱10dB。由耦合网络210造成的这一变化导致由系统200造成在SAR中降低3dB。
图3示出了使用两个耦合天线的MTD系统的另一示例。在此示例中，系统300包括两个输入信号：信号302和信号304。第一输入信号302由采样器306划分为第一输出信号322和耦合信号308。耦合信号308经过放大器310、衰减器312和移相器314以形成信号316。信号316和第二输入信号304由组合器318来组合，以产生第二输出信号320。第一输出信号322和第二输出信号320分别由天线324和天线326来辐射。
图4示出了采样数据，该采样数据示出了分集传输系统200、300在30度的方位角间隔的远场信号。图表中的各种线表示耦合网络的变化相移。远场信号对应于系统的TRP。在图5中，数据被简化以便仅仅示出相关于相长干扰相位值的峰值。较浅的线表示在没有耦合情况下的远场信号，而较深的线标识当应用耦合时的远场信号。基于这些结果，示出了可以通过使用耦合系统200而增加特定方位角位置处的远场信号。
类似地，图6和图7示出了采样数据，该采样数据示出了分集传输系统200、300的在45度方位角间隔处的近场输出。图6中的变化的线表示耦合网络的变化相移的信号。在图7中仅示出了峰值。近场输出对应于由系统造成的SAR。数据示出了：耦合系统200、300将降低在特定方位角(例如，90度和270度)处的最大进场信号水平。
由此，系统200、300可以被用于将TRP最大化同时保持预先确定的SAR水平。
尽管已经以特定的参数值描述了本示例，应当理解，该示例是系统/方法的代表，而并不被限制为示例中假定使用的这些特定值或者电路。本领域技术人员将理解如何将此示例调整至不同的参数值以及不同的具体硬件。尽管在此已经示出并且描述了本公开的特定特征，现在对于本领域普通技术人员而言可以实现多种修改、替换、改变和等同项。由此可以理解，所附权利要求书旨在覆盖落入本公开的真实精神内的全部此类修改以及改变。

Claims (14)

1.一种通信系统，包括：
第一输入，所述第一输入适用于接收第一输入信号；
第二输入，所述第二输入适用于接收第二输入信号，其中所述第一输入信号和所述第二输入信号配置用于分集传输；
耦合网络，所述耦合网络连接至所述第一输入和所述第二输入，其中所述耦合网络适用于组合所述第一输入信号的采样和所述第二输入信号以形成耦合的输出信号；
第一天线，所述第一天线适用于辐射所述第一输入信号；
第二天线，所述第二天线适用于辐射耦合的所述输出信号；
其中所述耦合网络适用于将所述第一输入信号和耦合的所述输出信号的分集信号强度最大化，而保持特殊吸收率低于预定水平。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦合网络适用于调整采样的所述第一输入信号的幅度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦合网络适用于调整采样的所述第一输入信号的相位。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦合网络包括衰减器和移相器。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述移相器适用于调整采样的所述第一输入信号的相位以便与所述第二输入信号同相。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述移相器适用于调整采样的所述第一输入信号的相位以与所述第二输入信号的相位相反。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一输入信号的幅度根据所述第一输入信号相对于所述第二输入信号的相对相位而被修改。
8.一种在分集传输系统中通过耦合第一输入信号和第二输入信号而在不超过特殊吸收率的情况下将分集信号强度最大化的方法，所述方法包括步骤：
采样第一天线和耦合网络之间的所述第一输入信号；
修改所述第一输入信号的所述采样；
将所述第二输入信号与所述第一输入信号的修改的所述采样组合，以及从第二天线辐射组合的所述信号；
从所述第一天线辐射所述第一输入信号；
其中从所述第一天线辐射的所述信号和从所述第二天线辐射的所述信号适用于形成分集传输信号；以及
其中所述耦合网络适用于将特殊吸收率保持低于预定义水平。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：将第三输入信号耦合至一信号的步骤，所述信号是从包括如下组中选择的信号，所述组包括所述第一输入信号和所述第二输入信号。
10.根据权利要求8所述的方法，其中修改所述第一输入信号的所述采样的所述步骤包括提高所述第一输入信号的幅度。
11.根据权利要求8所述的方法，其中修改所述第一输入信号的所述采样的所述步骤包括降低所述第一输入信号的幅度。
12.根据权利要求8所述的方法，其中修改所述第一输入信号的所述采样的所述步骤包括将所述第一输入信号的相位移相。
13.根据权利要求8所述的方法，其中修改所述第一输入信号的所述采样的所述步骤包括将所述第一输入信号的幅度降低以及将所述第一输入信号移相二者。
14.一种分集传输电路，包括：
输入，所述输入适用于将用于传输的信号接收到位于一位置处的接收机；
采样器，适用于将所述输入划分为第一信号和第二信号；
参数修改器，适用于修改所述第二信号以便将用于传输的所述信号引导至所述位置；
第一天线，适用于接收并发射所述第一信号；
耦合网络，接收所述第一信号以及修改所述第一信号，所述耦合网络向组合器输出修改的所述第一信号，所述组合器还接收修改的所述第二信号以及向第二天线输出修改的所述第一信号和修改的所述第二信号的组合，所述第二天线适用于接收并发射组合的所述信号；
其中所述耦合网络适用于修改所述第一信号的幅度和相位，以便将特殊吸收率保持低于预定义水平。
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