CN104137334B - Rf基带波束成形 - Google Patents

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Abstract

示例性实施例涉及波束成形。设备可包括多个混频器，其中每一混频器被配置成接收正交信号和同相信号中的至少一者。该设备还可包括至少一个RF相位旋转器，该RF相位旋转器耦合至该多个混频器中每一个混频器的输出，并被配置成旋转正交信号和同相信号中的该至少一者的包络以生成经旋转的同相信号和经旋转的正交信号中的至少一者。

Description

RF基带波束成形
背景技术
领域
本发明一般涉及波束成形。更具体地，本发明涉及用于毫米波应用中的RF波束成形的系统、设备和方法。
背景
如本领域普通技术人员将领会的，毫米波应用中的波束成形提出了许多挑战。作为一个示例，在约一米的距离处，60GHz信号可能具有比2.4GHz信号多约20dB的损耗。针对损耗问题的一种解决方案可以包括增加功率放大器的输出功率。然而，这种解决方案可能因低电源电压、低击穿电压、有损耗的基板、低Q无源组件、以及CMOS晶体管的低固有增益而受限制。
需要增强毫米波应用中的波束成形的方法、系统和设备。
附图简述
图1描绘了各种波束成形阵列架构。
图2A解说了根据本发明的示例性实施例的被配置用于定向信号传输的设备。
图2B解说了根据本发明的示例性实施例的包括发射机单元和接收机单元的设备。
图3解说了根据本发明的示例性实施例的移相器。
图4A解说了根据本发明的示例性实施例的具有电压输入的另一移相器。
图4B解说了根据本发明的示例性实施例的具有电流输入的图4A的移相器。
图5A解说了根据本发明的示例性实施例的具有电压输入的又一移相器。
图5B解说了根据本发明的示例性实施例的具有电流输入的图5A的移相器。
图6是描绘同相和正交数据在被旋转之前的的标绘。
图7是描绘图8的同相和正交数据在被旋转90度之后的标绘。
图8是解说根据本发明的示例性实施例的方法的流程图。
图9是解说根据本发明的一示例性实施例的另一方法的流程图。
详细描述
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为本发明的示例性实施例的描述，而无意表示能在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应当一定要解释成优于或胜过其他示例性实施例。本详细描述包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文给出的示例性实施例的新颖性。
如本领域普通技术人员将理解的，在常规的点对点通信中，在利用单根天线解决方案时可能浪费大量能量。相应地，可以在空间域中聚集能量的各种阵列架构(即，天线阵列)在本领域中是公知的。
图1解说了各种波束成形阵列架构。尽管图1解说了各种基于接收机的波束成形阵列架构，但是普通技术人员将理解基于发射机的波束成形阵列架构。具体地，附图标记100指示射频(RF)路径波束成形架构，附图标记102指示本地振荡器(LO)路径波束成形架构，附图标记104指示中频(IF)路径波束成形架构，并且附图标记106指示数字域架构。
如将理解的，射频(RF)路径波束成形可以利用小面积和低功率。此外，RF路径波束成形可以呈现良好的信噪比(SNR)和良好的信号干扰加噪声比(SINR)。然而，RF路径波束成形的挑战包括对高线性度、宽带、低损耗、和低面积RF移相器的设计。此外，LO路径波束成形可能对LO振幅变化呈现低灵敏度。另一方面，LO路径波束成形的挑战包括大LO网络的设计，并且可能难以生成毫米波LO信号。IF路径波束成形可以呈现良好的线性度并且可以利用低功率移相器。然而，IF路径波束成形包括较少的组件共享和大LO网络。此外，由于多个混频器而可能难以进行偏移校准。另外，尽管数字域架构可以是多用途的，但是其可能需要快速的数字信号处理器并且可能呈现高功耗。
常规的波束成形系统可对阵列内的每一天线需要一对混频器。例如，具有两个天线的阵列可需要四个混频器(即，两个I滤波器以及两个Q滤波器)，而具有四个天线的阵列可需要八个混频器。根据本发明的各种示例性实施例，无论天线路径的数目如何，仅需要四个混频器(即两对)。此外，可不需要四相LO信号。
如本领域普通技术人员将理解的，对于模拟基带波束成形：
且 (2)
此外，对于RF基带波束成形：
且 (5)
此外，对于基带和RF波束成形两者相同的输出信号“信号Tx，输出”等于I′+Q′。相应地，如本领域普通技术人员将领会的，模拟基带波束成形和RF基带波束成形各自利用基带波束成形技术，并且因此模拟基带波束成形与RF基带波束成形相比基本上生成相同的输出。
本发明的示例性实施例包括用于RF基带波束成形的设备、系统和方法。与其中可以使载波信号移位的常规RF波束成形形成对比，示例性实施例可以提供其中使基带信号(即，包络)移位的RF基带波束成形。
图2A解说了根据本发明的示例性实施例的设备150。被配置成用于定向信号传输(即，波束成形)的设备150包括两个滤波器152、四个混频器154、八个激励放大器156、两个移相器158和两个功率放大器162。更具体地，在图2A所解说的示例性实施例中，设备150包括滤波器152A和152B、混频器154A-154D、激励放大器156A-156H、RF移相器158A和158B以及功率放大器162A和162B。注意，设备150包括两个天线分支(即，每个功率放大器162A和162B与一天线分支相关联)。此外，根据本发明的示例性实施例，无论天线分支的数目是多少，设备150可仅需要四个混频器(即，混频器154A-154D)。注意，移相器158A和158B可以各自包括以下描述的移相器之一(即，移相器220、移相器240、移相器250、移相器280或移相器290)。
在设备150的构想操作期间，可在滤波器152A处接收同相信号(即，信号“Ip”和“In”)，并可在滤波器152B处接收正交信号(即，信号“Qp”和“Qn”)。此外，每一经滤波信号(即，经滤波信号Ip和In以及经滤波信号Qp和Qn)被传达给相关联的混频器(即，混频器154A-D)，然后被传达给相关联的激励放大器(即，激励放大器156A-H)。更具体地，同相信号Ip在混频器154A处与余弦波混频以生成信号ipcosωt，并在混频器154B处与正弦波混频以生成ipsinωt，其中w是角频率。此外，同相信号In在混频器154处与余弦波混频以生成信号incosωt，并在混频器154B处与正弦波混频以生成insinωt。另外，正交信号Qp在混频器154C处与正弦波混频以生成信号qpsinωt，并在混频器154D处与余弦波混频以生成qpcosωt。此外，同相信号Qn在混频器154C处与正弦波混频以生成信号qnsinωt，并在混频器154D处与余弦波混频以生成qncosωt。
而且，信号ipcosωt和incosωt可被传达给激励放大器156A和激励放大器156E中的每一者，信号ipsinωt和insinωt可被传达给激励放大器156B和激励放大器156F中的每一者，信号qpsinωt和qnsinωt可被传达给激励放大器156C和激励放大器156G中的每一者，而信号qpcosωt和qncosωt可被传达给激励放大器156D和激励放大器156H中的每一者。
此外，每一激励放大器156的输出被传达给移相器158。注意，激励放大器156A和激励放大器156E中的每一者可将一对信号(例如，ipcosωt和incosωt)传达给相应的移相器158A和158B。此外，激励放大器156B和激励放大器156F中的每一者可将一对信号(例如，ipsinωt和insinωt)传达给相应的移相器158A和158B。另外，激励放大器156C和激励放大器156G中的每一者可将一对信号(例如，qpsinωt和qnsinωt)传达给相应的移相器158A和158B。而且，激励放大器156D和激励放大器156H中的每一者可将一对信号(例如，qpcosωt和qncosωt)传达给相应的移相器158A和158B。
在处理接收到的信号之后，如将在以下更详细描述的，RF移相器158A和RF移相器158B中的每一者可向相应的功率放大器162输出经旋转的同相和正交信号。更具体地，移相器158A可向功率放大器162A传达经旋转的同相(I′p和I′n)以及正交(Q′p和Q′n)信号，而移相器158B可向功率放大器162B传达经旋转的同相(I′p和I′n)以及正交(Q′p和Q′n)信号。
图2B示出了设备175的实施例的框图。设备175可以包括一个或多个天线176。在信号发射期间，发射(TX)数据处理器178接收和处理数据并且生成一个或多个数据流。由TX数据处理器178进行的处理是系统相关的并且可以包括例如编码、交织、码元映射等。对于CDMA系统，处理通常进一步包括信道化和扩频。TX数据处理器178还将每个数据流转换成相应的模拟基带信号。发射机单元180接收和调理(例如，放大、滤波、和上变频)来自TX数据处理器178的基带信号并且为用于数据发射的每个天线生成RF输出信号。RF输出信号经由天线176发射。在信号接收期间，一个或多个信号可由天线182接收、由接收机单元184调理和数字化，并且由RF数据处理器186处理。控制器188可以指导设备175内的各种处理单元的操作。此外，存储器单元190可存储供控制器188用的数据和程序代码。注意，发射机单元180可以包括图2A中解说的设备150。
图3解说了根据本发明的示例性实施例的RF移相器220。如本领域普通技术人员将理解的，移相器220被配置成旋转同相和正交(IQ)数据(即，包络信号)。此外，注意，对于移相器220执行相位旋转而言，不需要载波信号的旋转。移相器220包括多个开关元件M1-M40。尽管在图3中将开关元件M1-M40解说为晶体管，但是开关元件M1-M40中的每一者可包括任何已知且合适的开关元件。注意，“开关元件”在本文中还可被称为“开关”。如图3中所解说的，开关元件M1、M4、M18和M20中的每一者具有耦合至节点A的漏极以及耦合至另一开关元件的漏极的源极。此外，开关元件M2、M3、M17和M19中的每一者具有耦合至节点B的漏极以及耦合至另一开关元件的漏极的源极。而且，开关元件M5、M7、M21和M24中的每一者具有耦合至节点C的漏极以及耦合至另一开关元件的漏极的源极。另外，开关元件M6、M8、M22和M23中的每一者具有耦合至节点D的漏极以及耦合至另一开关元件的漏极的源极。开关元件M9-M16以及开关元件M25-M32中的每一者具有耦合至另一晶体管的源极的漏极，以及耦合至可变电流源(即cosθ或sinθ)的源极。
此外，开关元件M33和M34具有耦合至节点A的源极，并且开关元件M35和M36具有耦合至节点B的源极。而且，开关元件M33和M35具有耦合至第一输出I′p的漏极，并且开关元件M34和M36具有耦合至第二输出I′n的漏极。开关元件M37和M38具有耦合至节点C的源极，并且开关元件M39和M40具有耦合至节点D的源极。而且，开关元件M37和M39具有耦合至第三输出Q′p的漏极，并且开关元件M38和M40具有耦合至第四输出Q′n的漏极。
此外，开关元件M1-M8、M17-M24和M33-M40各自被配置成在栅极处接收控制信号。更具体地，开关元件M1-M8各自被配置成在其各自的栅极处接收第一控制信号(例如，“Q1”)，开关元件M17-M24各自被配置成在其各自的栅极处接收第二控制信号(例如，“Q2”)，开关元件M33、M36、M37和M40各自被配置成在其各自的栅极处接收第三控制信号(例如，“\S”)，并且开关元件M34、M55、M38和M39各自被配置成在其各自的栅极处接收第四控制信号(例如，“S”)。
另外，开关元件M9和M25各自被配置成在栅极处接收信号Ipcosωt，开关元件M10和M26各自被配置成在栅极处接收信号Incosωt，开关元件M11和M27各自被配置成在栅极处接收信号qpcosωt，开关元件M12和M28各自被配置成在栅极处接收信号qncosωt，开关元件M13和M29各自被配置成在栅极处接收信号ipsinωt，开关元件M14和M30各自被配置成在栅极处接收信号insinωt，开关元件M15和M31各自被配置成在栅极处接收信号qpsinωt，并且开关元件M16和M32各自被配置成在栅极处接收信号qnsinωt。
如所配置的，移相器220可以提供象限选择以及信号组合和信号旋转。注意，可以基于期望的移相来选择一个或多个象限。作为一个示例，如果选择象限1，则控制信号Q1为高“1”、控制信号Q2为低“0”、控制信号S为低“0”、并且控制信号\S为高“1”。相应地，如果选择象限1，则开关元件M1-M8、M33、M36、M37和M40处于导通状态，开关元件M17-M24、M34、M35、M38和M39处于非导通状态，第一输出I′p耦合至节点A，第二输出I′n耦合至节点B，第三输出Q′p耦合至节点C，并且第四输出Q′n耦合至节点D。作为另一个示例，如果选择象限2，则控制信号Q1为低“0”、控制信号Q2为高“1”、控制信号S为低“0”、并且控制信号\S为高“1”。相应地，如果选择象限2，则开关元件M1-M8、M34、M35、M38和M39处于非导通状态，开关元件M17-M24、M33、M36、M37和M40处于导通状态，第一输出I′p耦合至节点A，第二输出I′n耦合至节点B，第三输出Q′p耦合至节点C，并且第四输出Q′n耦合至节点D。
此外，如果选择象限3，则控制信号Q1为高“1”、控制信号Q2为低“0”、控制信号S为高“1”、并且控制信号\S为低“0”。相应地，如果选择象限3，则开关元件M1-M8、M34、M35、M38和M39处于导通状态，开关元件M17-M24、M33、M36、M37和M40处于非导通状态，第一输出I′p耦合至节点B，第二输出I′n耦合至节点A，第三输出Q′p耦合至节点D，并且第四输出Q′n耦合至节点C。而且，如果选择象限4，则控制信号Q1为低“0”、控制信号Q2为高“1”、控制信号S为高“1”、并且控制信号\S为低“0”。相应地，如果选择象限4，则开关元件M1-M8、M33、M36、M37和M40处于非导通状态，开关元件M17-M24、M34、M35、M38和M39处于导通状态，第一输出I′p耦合至节点B，第二输出I′n耦合至节点A，第三输出Q′p耦合至节点D，并且第四输出Q′n耦合至节点C。
如本领域普通技术人员将领会的，移相器220可以利用两个数模(DAC)转换器来生成cosθ或sinθ，其中θ的范围从基本上0度到90度。在移相器220的构想操作期间，移相可以例如通过使用DAC来生成所需要的幅值按比例缩放为cosθ或sinθ的移相电流来达成。此外，开关元件M1到M40可被用于信号切换和合并。作为结果，如上所示，最终输出是如式(5)和式(6)中所示的经相位旋转的信号。
注意图3中示出的移相器220可被配置用于高分辨率情形(例如，高于90度)。然而，在一些情形中，可能不需要大于90度的分辨率并且因此可以利用简化的架构。图4A是根据本发明的示例性实施例的另一移相器240。如本领域普通技术人员将理解的，移相器240被配置成旋转同相和正交(IQ)数据(即，包络信号)。此外，注意，对于移相器240执行相位旋转而言，不需要载波信号的旋转。尽管移相器240不限于其中期望90度或更小的分辨率的情形，但是移相器240在不需要大于90度的分辨率的情形中提供简化的电路系统。移相器240包括多个开关元件M41-M64。如以上参考移相器220注意到的，尽管开关元件M41-M64在图4A中被示为晶体管，但开关元件M41-M64可包括任何合适的开关元件。如图4A中所示，开关元件M41和M46中的每一者具有耦合至节点E的漏极。另外，开关元件M42和M45中的每一者具有耦合至节点F的漏极。而且，开关元件M43和M47中的每一者具有耦合至节点G的漏极。另外，开关元件M44和M48中的每一者具有耦合至节点H的漏极。而且，开关元件M41-M48具有耦合至另一晶体管的源极。开关元件M49-M56中的每一者具有耦合至另一晶体管的源极的漏极和耦合至恒流源的源极。
开关元件M57和M58具有耦合至节点E的源极，并且开关元件M59和M60具有耦合至节点F的源极。此外，开关元件M57和M59具有耦合至第一输出I′p的漏极，并且开关元件M58和M60具有耦合至第二输出I′n的漏极。开关元件M61和M62具有耦合至节点G的源极，并且开关元件M63和M64具有耦合至节点H的源极。而且，开关元件M61和M63具有耦合至第三输出Q′p的漏极，并且开关元件M62和M64具有耦合至第四输出Q′n的漏极。
此外，开关元件M41-M48和M57-M64各自被配置成在栅极处接收控制信号。更具体地，开关元件M41、M42、M47和M48被配置成在其各自的栅极处接收第一控制信号(例如，“Q1”)，开关元件M43-M46被配置成在其各自的栅极处接收第二控制信号(例如，“Q2”)，开关元件M57、M60、M61和M64被配置成在其各自的栅极处接收第三控制信号(例如，“\S”)，并且开关元件M58、M59、M62和M63被配置成在其各自的栅极处接收第四控制信号(例如，“S”)。
另外，开关元件M49被配置成在栅极处接收信号ipcosωt，开关元件M50被配置成在栅极处接收信号incosωt，开关元件M51被配置成在栅极处接收信号ipsinωt，开关元件M52被配置成在栅极处接收信号insinωt，开关元件M53被配置成在栅极处接收信号qpcosωt，开关元件M54被配置成在栅极处接收信号qncosωt，开关元件M55被配置成在栅极处接收信号qpsinωt，并且开关元件M56被配置成在栅极处接收信号qnsinωt。
如所配置的，移相器240可以实现象限选择以及提供信号组合和旋转。注意，可以基于期望的移相来选择一个或多个象限。作为一个示例，如果选择象限1，则控制信号Q1为高“1”、控制信号Q2为低“0”、控制信号S为低“0”、并且控制信号\S为高“1”。相应地，如果选择象限1，则开关元件M41、M42、M47、M48、M57、M60、M61和M64处于导通状态，开关元件M43-M46、M58、M59、M62和M63处于非导通状态，第一输出I′p耦合至节点E，第二输出I′n耦合至节点F，第三输出Q′p耦合至节点G，并且第四输出Q′n耦合至节点H。作为另一个示例，如果选择象限2，则控制信号Q1为低“0”、控制信号Q2为高“1”、控制信号S为低“0”、并且控制信号\S为高“1”。相应地，如果选择象限2，则开关元件M41、M42、M47、M48、M57、M60、M61和M64处于非导通状态，开关元件M43-M46、M58、M59、M62和M63处于导通状态，第一输出I′p耦合至节点A，第二输出I′n耦合至节点B，第三输出Q′p耦合至节点C，并且第四输出Q′n耦合至节点D。
此外，如果选择象限3，则控制信号Q1为高“1”、控制信号Q2为低“0”、控制信号S为高“1”、并且控制信号\S为低“0”。相应地，如果选择象限3，则开关元件M41、M42、M47、M48、M58、M59、M62和M63处于导通状态，开关元件M43-M46、M57、M60、M61和M64处于非导通状态，第一输出I′p耦合至节点F，第二输出I′n耦合至节点E，第三输出Q′p耦合至节点H，并且第四输出Q′n耦合至节点G。而且，如果选择象限4，则控制信号Q1为低“0”、控制信号Q2为高“1”、控制信号S为高“1”、并且控制信号\S为低“0”。相应地，如果选择象限4，则开关元件M41、M42、M47、M48、M57、M60、M61和M64处于非导通状态，开关元件M43-M46、M58、M59、M62和M63处于导通状态，第一输出I′p耦合至节点F，第二输出I′n耦合至节点E，第三输出Q′p耦合至节点H，并且第四输出Q′n耦合至节点G。
如本领域普通技术人员将理解的，图4A解说了具有电压输入的移相器。图4B解说了移相器250，除了移相器250包括电流输入而非电压输入以外，移相器250类似于图4A中解说的移相器240。
图5A是根据本发明的示例性实施例的另一移相器280。如本领域普通技术人员将理解的，移相器280被配置成旋转同相和正交(IQ)数据(即，包络信号)。此外，注意，对于移相器280执行相位旋转而言，不需要载波信号的旋转。尽管移相器280不限于其中期望90度或更小的分辨率的情形，但是移相器280在不需要大于90度的分辨率的情形中提供简化的电路系统。移相器280包括多个开关元件M65-M88。如以上参考移相器220和移相器240注意到的，尽管开关元件M65-M88在图5A中被示为晶体管，但开关元件M65-M88可包括任何合适的开关元件。如图5A中所解说的，开关元件M66、M68、M73和M75中的每一者具有耦合至节点N的漏极，该节点N耦合至输出I′p。此外，开关元件M65、M67、M74和M76中的每一者具有耦合至节点P的漏极，该节点P耦合至输出I'n。另外，开关元件M70、M72、M78和M80中的每一者具有耦合至节点R的漏极，该节点R耦合至输出Q′p。另外，开关元件M69、M71、M77和M79中的每一者具有耦合至节点S的漏极，该节点S耦合至输出Q′n。而且，开关元件M65-M80具有耦合至另一晶体管的源极。开关元件M81-M88中的每一者具有耦合至另一晶体管的源极的漏极和耦合至恒流源的源极。
此外，开关元件M65-M80中的每一者被配置成在栅极处接收控制信号。更具体地，开关元件M66、M67、M78和M79被配置成在其各自的栅极处接收第一控制信号(例如，“Q1”)，开关元件M70、M71、M74和M75被配置成在其各自的栅极处接收第二控制信号(例如，“Q2”)，开关元件M65、M68、M77和M80被配置成在其各自的栅极处接收第三控制信号(例如，“Q3”)，并且开关元件M69、M72、M73和M76被配置成在其各自栅极处接收第四控制信号(例如，“Q4”)。
另外，开关元件M81被配置成在栅极处接收信号ipcosωt，开关元件M82被配置成在栅极处接收信号incosωt，开关元件M83被配置成在栅极处接收信号ipsinωt，开关元件M84被配置成在栅极处接收信号insinωt，开关元件M85被配置成在栅极处接收信号qpcosωt，开关元件M86被配置成在栅极处接收信号qncosωt，开关元件M87被配置成在栅极处接收信号qpsinωt，并且开关元件M88被配置成在栅极处接收信号qnsinωt。
如所配置的，移相器280可以实现象限选择以及提供信号组合和旋转。注意，可以基于期望的移相来选择一个或多个象限。作为一个示例，如果选择象限1，则控制信号Q1为高“1”，并且控制信号Q2、Q3和Q4中的每一者均为低“0”。相应地，如果选择象限1，则开关元件M66、M67、M78和M79处于导通状态，并且开关元件M65、M68-M77和M80处于非导通状态。作为另一示例，如果选择象限2，则控制信号Q1、Q3和Q4各自为低“0”并且控制信号Q2为高“1”。相应地，如果选择象限2，则开关元件M70、M71、M74和M75处于导通状态，并且开关元件M65-M69、M72、M73和M76-M80处于非导通状态。
此外，如果选择象限3，则控制信号Q1为高“1”、控制信号Q2为低“0”、控制信号S为高“1”、并且控制信号\S为低“0”。相应地，如果选择象限3，则开关元件M65、M68、M77和M80处于导通状态，并且开关元件M66、M67、M69-M76、M78和M79处于非导通状态。而且，如果选择象限4，则控制信号Q1为低“0”、控制信号Q2为高“1”、控制信号S为高“1”、并且控制信号\S为低“0”。相应地，如果选择象限4，则开关元件M65-M68、M70、M71、M74、M75、M77-M80处于非导通状态，并且开关元件M69、M72、M73和M76处于导通状态。
移相器240和移相器280是其中相位分辨率基本为90度或更小的特例。在此条件下，在0度处，I＝I'并且Q＝Q'；在90度处，I'＝-Q并且Q'＝I；在180度处，I'＝-I并且Q'＝-Q；以及在270度处，I'＝Q并且Q'＝-I。作为结果，准确的DAC用于生成cos和sin的经缩放电流，因为sin(90)、sin(180)、sin(0)、sin(360)、cos(90)、cos(0)、cos(180)和cos(270)等于0、1或-1。由于仅需要0、1或-1，因而移相规程较简单，这是因为仅需要一个步骤。取决于期望象限(即，期望相移)，可以选择Q1、Q2、Q3或Q4。最终输出是如以上所示的式(5)和式(6)中所示的经相位旋转的信号。注意，在某些情形中，可以启动两个象限信号以达成基本上45度。例如，Q1＝0度，Q2＝90度，Q3＝180度，并且Q4＝270度。另外，如果Q1和Q2两者均导通，则可以达成基本上45度。如果Q2和Q3两者均导通，则可以达成基本上135度。而且，如果Q3和Q4两者均导通，则可以达成基本上225度。另外，如果Q4和Q1两者均导通，则可以达成基本上315度。
如本领域普通技术人员将领会的，图5A解说了具有电压输入的移相器。图5B解说了移相器290，除了移相器290包括电流输入而非电压输入以外，移相器290类似于图5A中解说的移相器280。
图6是描绘同相和正交数据在被旋转之前的标绘。图7是描绘图6的同相和正交数据在被旋转90度之后的标绘。
图8是解说根据一个或多个示例性实施例的方法400的流程图。方法400可包括在RF相位旋转器处接收正交信号和同相信号中的至少一者(由标号402描绘)。方法400还可以包括旋转正交信号和同相信号中的该至少一者的包络以生成经旋转的正交信号和经旋转的同相信号中的至少一者(由标号404描绘)。
图9是解说根据一个或多个示例性实施例的另一方法450的流程图。方法450将正交信号和同相信号中的至少一者下变频到基带(由标号452描绘)。此外，方法450可以包括在基带处对正交信号和同相信号中的该至少一者进行相位旋转以生成经旋转的正交信号和经旋转的同相信号中的至少一者(由标号454描绘)。
如本文中描述的示例性实施例可以适于各种调制技术，包括但不限于QPSK、16-QAM和64-QAM。此外，如上注意到，本发明的各实施例可被配置成无论天线数目是多少均使用两对开关，利用开关来执行信号组合和相位旋转，并在高分辨率情形中利用DAC来生成sinθ和cosθ。相应地，与常规波束成形相比，可减少混频器数目，从而可简化同相和正交校准。此外，与常规系统相比，本发明的示例性实施例可减少所需面积和功率，并增强线性度和带宽。另外，注意，本发明的示例性实施例可提供同相和正交数据(例如，包络信号)而非如常规系统中进行的载波信号的旋转。
本领域技术人员将可理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如，以上描述通篇可能引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
本领域的技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的示例性实施例来描述的各种说明性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。
结合本文中公开的示例性实施例描述的各种示例性逻辑框、模块、以及电路可用设计成执行本文中描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器、或任何其它此类配置。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据，而碟用激光光学地再现数据。以上组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供前面对所公开的示例性实施例的描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。由此，本发明并非旨在被限定于本文中所示出的这些示例性实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征一致的最宽泛的范围。

Claims (24)

1.一种用于RF波束成形的设备，包括：
多个混频器，每一混频器被配置成传达正交信号和同相信号中的至少一者；以及
至少一个RF相位旋转器，所述RF相位旋转器耦合至所述多个混频器中每一个混频器的输出，并被配置成独立于载波信号旋转所述正交信号和所述同相信号中的所述至少一者的包络以生成经旋转的同相信号和经旋转的正交信号中的至少一者。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个混频器包括四个混频器。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括多个滤波器，所述多个滤波器中的每一滤波器耦合至所述多个混频器中的两个混频器。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括多个激励放大器，所述多个激励放大器耦合至所述至少一个RF相位旋转器中的一RF相位旋转器。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个RF相位旋转器中的每一RF相位旋转器与天线路径相关联。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个RF相位旋转器中的每一RF相位旋转器包括：
用于接收多个输入信号的第一多个开关；以及
用于选择期望象限的第二多个开关。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，还包括用于生成输出的第三多个开关。
8.一种用于RF波束成形的设备，包括：
多个混频器，每一混频器被配置成接收正交信号和同相信号中的至少一者；以及
至少一个RF相位旋转器，所述RF相位旋转器耦合至所述多个混频器中每一个混频器的输出，并被配置成独立于载波信号旋转所述正交信号和所述同相信号中的所述至少一者的包络以生成经旋转的正交信号和经旋转的同相信号中的至少一者，所述至少一个RF相位旋转器中的每一RF相位旋转器包括：
用于接收多个输入信号的第一多个开关；以及
用于选择期望象限的第二多个开关。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述多个混频器包括四个混频器。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述相位旋转器还包括耦合至所述第一多个开关的恒流源和可变电流源之一。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第一多个开关和所述第二多个开关中的每一开关包括晶体管。
12.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述至少一个RF相位旋转器中的每一RF相位旋转器与天线路径相关联。
13.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第二多个开关中的每一开关耦合至数模转换器。
14.一种用于RF波束成形的RF相位旋转设备，包括：
被配置成用于象限选择的多个开关；以及
多个输入端，所述多个开关中的每一开关耦合在所述多个输入端中的一输入端与多个输出端中的一输出端之间；
所述相位旋转设备被配置成独立于载波信号旋转正交信号和同相信号中的至少一者的包络。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，还包括用于接收多个输入信号的第二多个开关。
16.一种用于RF波束成形的方法，包括：
在RF相位旋转器处接收正交信号和同相信号中的至少一者；以及
独立于载波信号旋转所述正交信号和所述同相信号中的所述至少一者的包络以生成经旋转的正交信号和经旋转的同相信号中的至少一者。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括向一个或多个开关传达控制信号以选择期望象限。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述旋转包括用所述RF相位旋转器来改变电流源。
19.一种用于RF波束成形的方法，包括：
将正交信号和同相信号中的至少一者下变频至基带；以及
在基带处独立于载波信号旋转正交信号和同相信号中的所述至少一者以生成经旋转的正交信号和经旋转的同相信号中的至少一者。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述旋转包括向多个开关中的至少一个开关传达信号以选择期望象限。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括向多个开关中的一开关传达经下变频的正交信号和经下变频的同相信号中的至少一者。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述旋转包括向多个开关中的至少一个开关传达控制信号以选择包括所述经旋转的正交信号或所述经旋转的同相信号的一个或多个输出信号。
23.一种用于RF波束成形的设备，包括：
用于在RF相位旋转器处接收正交信号和同相信号中的至少一者的装置；以及
用于独立于载波信号旋转所述正交信号和所述同相信号中的所述至少一者的包络以生成经旋转的正交信号和经旋转的同相信号中的至少一者的装置。
24.一种用于RF波束成形的设备，包括：
用于将正交信号和同相信号中的至少一者下变频至基带的装置；以及
用于独立于载波信号旋转正交信号和同相信号中的所述至少一者的包络以生成经旋转的正交信号和经旋转的同相信号中的至少一者的装置。
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