CN105493349B - 用于交叉极化倾角天线的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供实施例用于采用不同的下倾角的交叉极化天线设计，所述不同的下倾角支持多种功能，例如MIMO或波束赋形。一个实施例中，天线电路包括：基带信号处理器，耦合到所述基带信号处理器的一对RF发射器，耦合到该对RF发射器的一对PA，耦合到所述RF发射器的90°/180°混合耦合器，以及耦合到该对PA的一对双工器和两根天线。所述两根天线以不同的下倾角进行下倾。通过基带信号处理器生成，通过RF发射器发射，以及通过PA放大一对信号。另外，通过90°/180°混合耦合器将90°或180°相位差引入到所述信号中。放大所述信号和引入所述相位差后，通过所述两根天线以两个不同的极化度极化，并且以不同的下倾角下倾所述信号。

Description

用于交叉极化倾角天线的装置和方法
本申请要求于2014年7月28日提交的作者为Zhengxiang Ma等人、发明名称为“用于交叉极化倾角天线的装置和方法”的第62/029,902号美国临时专利申请以及于2015年1月29日提交的发明名称为“用于交叉极化倾角天线的装置和方法”的第14/609,251号美国专利申请的在先申请优先权，该两个申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及网络通信，尤其涉及一种用于交叉极化倾角天线的装置和方法。
背景技术
在无线或蜂窝通信例如长期演进(LTE)的交叉极化天线系统中，天线被设计成分别以+45°和–45°极化发射两个交叉极化射频(RF)波束。进一步地，该两个极化设置为相同的下倾角，例如该两个极化波束的每一个的下倾角都是8°。为了确保适当的多输入和多输出(MIMO)操作，多根交叉极化天线需要具有相同的覆盖范围，该相同的覆盖范围极大程度地受其下倾角影响。然而，对于交叉极化天线的当前设置，固定两个极化波束的下倾角，无法提供仰角维度的任何MIMO或波束赋形功能。因此需要一种改进的交叉极化天线设计来提供用于一般MIMO或波束赋形的可变功能，如可变的仰角或三维覆盖。
发明内容
根据一实施例，一种由天线电路执行的方法包括：通过基带数字电路生成一对信号；通过耦合到所述基带数字电路的一对各自的射频(RF)发射器发射所述信号；通过耦合到所述RF发射器的一对各自的功率放大器(PA)放大所述信号。所述方法还包括：通过90°或180°混合耦合器(在此也简称为混合器)功能块将90°和180°相位差中的一个引入到所述信号中；放大所述信号和引入所述90°和180°相位差中的一个后，通过耦合到所述PA的单列交叉极化天线以两个不同的极化度极化所述信号；也通过所述单列交叉极化天线以不同的下倾角倾斜所述信号，并且进行极化和倾斜后，通过所述单列交叉极化天线以RF波束形式发送所述信号。
根据另一实施例，一种天线电路包括：基带信号处理器，耦合到所述基带信号处理器的一对RF发射器，以及耦合到该对RF发射器的一对PA。所述天线电路还包括：耦合到该对RF发射器的90°或180°混合器；耦合到该对PA的一对双工器(DUP)；耦合到该对PA的两根天线，所述两根天线以不同的下倾角进行下倾。
根据又一实施例，一种天线电路包括：包括四个输出端口的基带信号处理器，耦合到所述四个输出端口的前两个端口的第一对RF发射器，耦合到所述四个输出端口的后两个端口的第二对RF发射器，耦合到所述第一对RF发射器的第一对PA，耦合到所述第二对RF发射器的第二对PA，耦合到所述第一对RF发射器的第一90°或180°混合器，耦合到所述第二对RF发射器的第二90°或180°混合器，耦合到所述第一对PA的第一对DUP，以及耦合到所述第二对PA的第二对DUP。所述天线电路还包括：耦合到所述第一对PA的第一列上的第一交叉极化天线，和耦合到所述第二对PA的第二列上的第二交叉极化天线。所述第一交叉极化天线以不同的下倾角进行下倾，所述第二交叉极化天线也以不同的下倾角进行下倾。
上述宽泛地概括了本发明实施例的特征，以便能够更好理解以下详细描述。实施例的附加特征和优势将在下文进行描述，这形成了权利要求的主题。本领域的技术人员应当理解，所公开的概念和特定实施例易被用作修改或设计用于实现各实施例相同目的的其他结构或过程的基础。本领域的技术人员也应当意识到，这种等同构造不脱离所附权利要求书所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1是一种交叉极化天线系统的示意图；
图2是图1的一种交叉极化天线系统的器件设计的示意图；
图3是一种改进的交叉极化天线系统的实施例示意图；
图4是图3的一种改进的交叉极化天线系统的器件设计的实施例示意图；
图5是图3的一种改进的交叉极化天线系统的覆盖区域的实施例示意图；
图6是一种典型的改进的交叉极化天线系统的平均用户吞吐量的仿真结果的图表；
图7是一种典型的改进的交叉极化天线系统的边缘用户吞吐量的仿真结果的图表；
图8是图3的一种改进的交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例示意图；
图9是一种典型的改进的交叉极化天线系统的仿真结果的图表；
图10是一种典型的改进的交叉极化天线系统的仿真结果的图表；
图11是一种改进的两列交叉极化天线系统的实施例示意图；
图12是图11的一种改进的两列交叉极化天线系统的器件设计的实施例示意图；
图13是一种典型的改进的交叉极化天线系统的平均用户吞吐量的仿真结果的图表；
图14是一种典型的改进的交叉极化天线系统的边缘用户吞吐量的仿真结果的图表；
图15是一种典型的改进的交叉极化天线系统的平均用户吞吐量的仿真结果的图表；
图16是一种典型的改进的交叉极化天线系统的边缘用户吞吐量的仿真结果的图表；
图17是一种典型的改进的交叉极化天线系统的平均用户吞吐量的仿真结果的图表；
图18是一种典型的改进的交叉极化天线系统的边缘用户吞吐量的仿真结果的图表；
图19是一种典型的改进的交叉极化天线系统的平均用户吞吐量的仿真结果的图表；
图20是一种典型的改进的交叉极化天线系统的边缘用户吞吐量的仿真结果的图表；
图21是一种改进的采用垂直扇区的交叉极化天线系统的实施例示意图；
图22是图21的一种改进的交叉极化天线系统的器件设计的实施例示意图；
图23是一种典型的改进的交叉极化天线系统的平均用户吞吐量的仿真结果的图表；
图24是一种典型的改进的交叉极化天线系统的边缘用户吞吐量的仿真结果的图表；
图25是图3的一种改进的交叉极化天线系统的可选设计的实施例示意图；
图26是图3的一种改进的交叉极化天线系统的可选设计的实施例示意图；
图27是图3的一种改进的交叉极化天线系统的可选设计的实施例示意图；
图28是图3的一种改进的交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例示意图；
图29是图3的一种改进的交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例示意图；
图30是图3的一种改进的交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例示意图；
图31是图3的一种改进的交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例示意图；
图32是图3的一种改进的交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例示意图；
图33是图11的一种改进的两列交叉极化天线系统的器件设计的实施例示意图；
图34是图11的一种改进的两列交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例示意图；
图35是一种改进的交叉极化天线系统的操作方法的实施例流程示意图。
除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
具体实施方式
下文将详细论述当前优选实施例的设计和使用。但应了解，本发明提供的许多适用发明概念可实施在多种具体环境中。所论述的具体实施例仅仅说明用以设计和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
图1示出了一种可以用于LTE的交叉极化天线系统，通常称为两发(2T)系统。该系统设置采用±45°的交叉极化天线。两个极化设置为相同的下倾角，例如8°。
图2示出了图1的交叉极化天线系统的器件设计。该设计包括±45°的单列交叉极化天线210。所述单列天线210耦合到两个射频(RF)发射器(Tx)220。如图所示，每个RF Tx220通过相应的功率放大器(PA)230和双工器(DUP)240与该单列天线210中的两个极化中的一个进行耦合。
为了支持适当的MIMO操作，具有上述类似设置的系统的多根天线需要具有相同的覆盖范围。然而，由于固定下倾角的限制，图1的设置不提供灵活的仰角维度的MIMO或波束赋形功能。在此提供系统和方法的实施例是为了提供一种采用不同下倾角的交叉极化天线设计，以支持MIMO或波束赋形的可变功能。以下实施例呈现在LTE系统的上下文中。然而，提供的方案可以扩展到任何合适的蜂窝系统，例如高速分组接入(HSPA)；或其它合适的无线系统，例如无线局域网(WLAN)或WiFi。
图3示出了改进的交叉极化天线系统的实施例，该系统允许两个极化使用不同的下倾角，在此也称为交叉极化(XP)用户特定倾角(UST)天线。短语“用户特定”意味着天线的下倾根据服务的不同的用户或用户组进行，下倾角可以根据用户的位置来设置。具体而言，该列中的两个交叉极化天线的下倾角设置为不同的角度，例如本例中的8°和14°。这允许仰角方向的波束控制能力，例如通过LTE标准中的预编码MIMO方法。
图4示出了图3的改进的交叉极化天线系统的器件设计的实施例。单独的Tx 320通过对应的PA 340和各自的DUP 330与天线列310中的两个极化中的一个进行耦合。另外，如图所示，3dB混合耦合器350(90°或者180°混合器)位于两个PA 340和两个DUP 330之间。所述混合器350用于均衡两个基带端口的覆盖，该两个基带端口驱动两个发射器320。这也允许两个交叉极化天线之间的功率共享，以便在需要时可以将两个PA 340的满功率引向任何天线。
图5示出了图3的改进的交叉极化天线系统的覆盖区域的实施例。该覆盖区域代表采用不同的下倾角的小区规划的一个示例，例如8°用于低波束区域和14°用于高波束区域。以下表1示出了2T码本以及可以通过图3的系统实现的对应的用户数据波束。该表示出了不同的预编码矩阵指示(PMI)对应于采用不同的下倾角等特性的波束。
表1：2T预编码码本以及对应的用户数据波束
图6和7示出了来自基于图2的设计和图4的改进设计的单个用户仿真的仿真结果。图6示出了平均用户吞吐量的结果，图7示出了边缘用户(定义为5％用户)吞吐量的结果。两组数据标记为0ESD和S ESD。前组为假设没有仰角扩展，而后组为假设有如出版文章所描述的非零仰角扩展，该出版文章题为：“履行采用2D有源天线阵列的大量MIMO的承诺”，作者为Boon Loong Ng等人，第691-696页，全球通信研讨会(GC Wkshps)，2012IEEE，其通过引用结合在本申请中。每组数据示出了3种不同的天线设计。左边条形示出了一种采用固定的8°下倾角(标记的2×2T8°基线)的标准2T系统。中间条形示出了一种具有采用8°和14°下倾角的+45°的两根相同极化(SP)天线的天线系统。右边条形示出了采用8°和14°下倾角的±45°的交叉极化(XP)天线。相比于标准2T系统，采用XP天线，平均吞吐量(图6)和边缘吞吐量(图7)上都得到了约10％增益。SP天线的性能略优于XP天线的性能，但也对仰角扩展更敏感。
图8示出了图3的改进的交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例。单独的Tx820通过相应的PA 840和各自的DUP 830与天线列810中的两个极化中的一个进行耦合。另外，3dB混合器850(90°或180°)耦合到两个发射器820的输入端。所述3dB混合器850的功能可以在数字基带实现，其允许两个基带端口的耦合和均衡这两个端口的覆盖。然而，在这种情形下，可以下发给一个极化的最大功率受PA 840的功率限制。因此，相比于图4的设计，PA资源的利用率减半。如果混合器810位于PA 840(如图4所示)之后，可以采用两个PA 840的合并功率驱动每个极化，从而实现PA资源的充分利用。
在用户设备(UE)接收器处理中，UE通过选择提供最佳吞吐量的天线波束将最佳PMI发送给基站(BTS)。然而，如果UE接收器可以是影响其数据波束进入网络其余部分的因素，并反馈提供最佳整体网络吞吐量的PMI，整体网络边缘性能可以显著增强，例如增强30％以上。这可以通过UE接收器在它计算所有PMI码字的可实现吞吐量中增加PMI相关偏移量来实现。这修改了来自UE的PMI反馈，可称为智能PMI选择。图9和10示出了各种天线系统的仿真结果，该天线系统包括：2x2基线(图1)，XP 2T UST(图3)，以及带有不同偏移值的采用智能PMI选择的XP 2T UST。所示出的结果是0ESD和S ESD情形下的平均吞吐量(图9)和边缘吞吐量(图10)的结果。
图11示出了一种改进的两列交叉极化天线系统的实施例。该系统允许每列中的两个极化使用不同的下倾角。对于每列，两根交叉极化天线(±45°)的下倾角设置为不同的角度，例如8°和14°(类似于以上描述的用于图3的单列系统的方案)。
图12示出了图11的改进的交叉极化天线系统的器件设计的实施例。每列的设计类似于图4的设计。对于每个天线列1210，单独的Tx 1220通过相应的PA 1240和各自的DUP1230与天线列1210中的两个极化中的一个进行耦合。另外，对于每个天线列1210，3dB混合器1250(90°或180°)位于两个PA 1240和两个DUP 1230之间。以上系统和设计可以扩展到合适的任何数量的列(例如，4或8列)。两列之间的间隔可以在操作波长的一半(λ/2)到全波长(λ)之间。这样的设计允许通过4个(或更多)发射器实现三维(3D)波束赋形能力。以下表2示出了用于每个端口(图12中4个Tx分支的对应的每一个)的混合器的示例配置。
表2：采用2列和不同的下倾角的XP 2T中的混合器配置
混合器类型 端口0 端口1 端口2 端口3
90° A+j*B C+j*D A-j*B C-j*D
180° A+B C+D A-B C-D
图13和14示出了各种天线系统的仿真结果，该天线系统包括：采用1列和1个8°下倾角的2x2基线(图1)，采用2列和1个8°下倾角的4x2系统，采用2列和2个下倾角(8°和14°)的图11的系统，其中一个90°混合器端口配置A+jB、C+jD、A-jB、C-jD(标记为X234)。示出的结果为0ESD和S ESD的平均吞吐量(图13)和边缘吞吐量(图14)的结果。对于所有情形，通过图11的系统(X234)实现更高的吞吐量。采用X234系统，平均吞吐量上得到了约35％增益，边缘吞吐量上得到了大于45％的增益。相对于标准4T列系统(4×2系统)，平均吞吐量提升约12％，边缘吞吐量提升约18％。该增益类似于标准2T上的XP 2T UST的增益。该总增益是方位角和仰角波束赋形的倍增效应，例如，由于3D波束赋形。对于180°混合器，也可以观测到类似结果。
图15和16示出了采用2列和2个下倾角的图11的系统的仿真结果，所述系统在此也称为X234系统。考察了另外三个实施选项，其中，改变了端口分配以提供用于方位角和仰角维度的不同自由度。所述实施选项包括：采用水平维度上的8个波束和垂直维度上的4个波束的第一情形，以及采用水平维度上的4个波束和垂直维度上的8个波束的第二情形。水平维度上的更大自由度可带来优势。所述系统的混合器可用于耦合相同或不同列上的不同极化。所述选项也包括第三情形，其中所述混合器将列1的+45°极化与列2的–45°极化耦合在一起，将列1的–45°极化与列2的+45°极化耦合在一起。横跨两列的混合器可能造成一些性能上的差异。以下表3示出了所述三种实施情形的端口设置。
表3：图15和16的仿真情形的端口配置
情形 端口0 端口1 端口2 端口3
1 A+j*B C+j*D A-j*B C-j*D
2 A+j*B A-j*B C+j*D C-j*D
3 A+j*D A-j*D C+j*B C-j*B
图17和18示出了带有更多实施选项的图11的系统的仿真结果。两列上的相同极化天线的下倾角保持一致以促进水平波束赋形。如果所述两列进行不同的下倾，该系统变成采用4个发射器和固定下倾角的交叉极化2列，并且性能较低。以下表4示出了图17和图18中所考察的情形下的端口配置，其中，A’＝列1上8°下倾角的+45°极化，B’＝列1上8°下倾角的–45°极化，C’＝列2上14°下倾角的+45°极化，以及D’＝列2上14°下倾角的–45°极化。
表4：图17和18的仿真情形的端口配置
情形 端口0 端口1 端口2 端口3
1 A+j*B C+j*D A-j*B C-j*D
2 A’+j*B’ A’-j*B’ C’+j*D’ C’-j*D’
3 A’+j*D’ A’-j*D’ C’+j*B’ C’-j*B’
以上呈现的仿真结果都基于两列之间的λ/2间隔。在实际实现的系统中，所述间隔可能会更大。随着间隔增加，如果增益来自波束赋形，则性能可能会降低。图19和图20示出了两列之间的λ间隔的仿真结果。所述结果示出吞吐量降低。
对于具有明显仰角分布的用户分布的场景，例如在高层建筑中，采用不同的下倾角的2列可用于将一个扇区拆分成两个仰角覆盖区域，在此称为垂直扇区，以提供扇区增益。该X234系统也具有通过更好的多用户MIMO(MU-MIMO)性能来进一步提高小区吞吐量的潜力。进一步地，用户可以通过既考虑自身的性能，也考虑整个网络的性能智能地反馈PMI选择。
图21示出了一种改进的采用垂直扇区的交叉极化天线系统的实施例。图22示出了图21的改进的交叉极化天线系统的器件设计的实施例。该设计允许两列2210上的波束以不同的角度进行下倾，以支持2个扇区(每列设置为不同的下倾角)。每个扇区具有±45°(2T2R±45°)交叉极化的两个发射器和两个接收器。随着混合器2250在PA 2240之后的放置，输出端具有循环交叉极化(采用90°混合器)或水平和垂直交叉极化(采用180°混合器)。因此，在PA 2240之前也增加数字混合器2250，以抵销输出混合器2250的影响并恢复±45°交叉极化。在某些场景下，使用该循环交叉极化或水平和垂直交叉极化，可在在PA 2240之前不增加数字混合器2250。进一步地，驱动同一列2210的两个发射器2220不需要相位同步。
图11的系统也可用于MU-MIMO场景。MU-MIMO依赖于同时调度的用户之间的低干扰，以达到满意的性能。与标准2T系统(图1)相比，两个极化的不同的下倾角为两个同时调度的用户之间提供了额外隔离，因此可以提供更好的性能。在标准2T系统中，双层传输对总的系统吞吐量的贡献是比较小的。这可能是由于两个极化之间缺乏足够的隔离。因此，使用用于MU-MIMO的2T系统时不期望任何性能增益。采用X234系统(图11)的3D波束赋形能力，可以将在足够的不同仰角和方位角上的用户进行配对以共享相同的频谱资源。用户也可以使用两种单独的极化，从而可降低其相互干扰。因此，X234系统可以提高MU-MIMO增益。MU-MIMO比垂直扇区技术可能有相似或更好的性能，并且不需要额外的小区ID，无形中降低了操作，管理和维护(OAM)开销。
图23和24示出了各种天线系统的仿真结果，所述天线系统包括：2x2基线(图1)，X234，以及采用具有不同偏移值的智能PMI选择的X234。如果UE接收器可以影响其数据波束进入网络其余部分，并反馈提供最佳整体网络吞吐量的PMI，整体网络边缘性能可以显著增强10％以上。这可以通过UE接收器在它计算所有PMI码字的可实现吞吐量中增加PMI相关偏移量来实现。
如上所述，图3，图11，以及图21的交叉极化2T用户特定倾角(XP2T UST)系统以及它们的变体可以增加下行链路容量，并支持垂直扇区，MU-MIMO，以及具有下行链路性能增益的智能PMI选择。然而，对于XP2T UST系统，存在一个额外的覆盖范围问题。就在小区边缘的用户而言，在标准2T系统(图1)中，两个发射器可以通过两根交叉极化天线以满功率进行发射。在XP 2T UST系统中，该系统的信号只能从采用较低下倾角的极化处发射。这样，如果存在一个驱动各极化的功率放大器，只有一半的总功率可用于边缘用户。由于码本的结构和导频波束该系统中的所有用户可能遭受这个事实。该XP 2T UST系统的覆盖范围问题可以通过将90°或180°混合器适当地放置在系统中以允许不同极化之间的功率共享来解决。
在实施例中，所述90°或180°混合器可以放置在两个PA的输入端和输出端，以形成一个2×2巴特勒矩阵。该巴特勒矩阵使两个PA驱动任何单个极化。例如，当只有一个Tx活跃时，其输出端由输入混合器相等地拆分给两个PA。放大的信号由输出混合器合并到相应极化中。如图25所示，对于输出混合器2550的位置有两个选项，如图26所示，对于输入混合器2650的位置有两个选项，从而导致如图27所示的4个方案选项。
该输出混合器2250可以是无源电路，可以与DUP集成在一起，以节省成本并确保插入损耗和相位精度方面的性能。如图25所示，存在两个可能的位置。在第一选项中，该输出混合器位于DUP和PA之间。这可能仅影响发射信号，并且可能只需要覆盖Tx频段。在第二选项中，该输出混合器位于DUP和天线列之间。这会同时影响发射信号和接收信号，并且需要覆盖两个DUP频段。可以优选第一选项。如图26所示，该输入混合器也可能有两个位置。在第一选项中，该输入混合器位于PA和信号RF发射器之间。这是一个仿真实现，不适合数字预失真(DPD)。在第二选项中，该输入混合器在数字域中位于信号RF发射器之前。其与DPD兼容，并且需要仿真发射器链和PA的两个分支的相位匹配。可以优选第二选项。图27示出了所述4个方案选项。
图28示出了图3的改进的交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例。该设计包括输入和输出180°混合器2850和基带器件，该基带器件包括UST编码2860，预编码2890，和用户数据(x)2880。下表5示出了设计中的每个阶段(或器件)的信号。为了平衡所有电码的PA功率，参数φ设置为0或π。一个选项：对于φ＝0，设置Port1＝A+B，Port2＝A–B。另一个选项：对于φ＝π，设置Port1＝A–B，Port2＝A+B。
表5：图28的器件的信号设计
注意，对于φ＝0，预编码输出与PA输入一致。实际上，UST编码2860和输入混合器2850相互抵消。该实施可以通过图29中所示的设计得以简化。该设计包括输出180°混合器2950和基带器件，该基带器件包括预编码2960和用户数据(x)2980。以下表6示出了进入设计中的每个阶段的信号。
表6：图29的器件的信号设计
图30示出了改进的交叉极化天线系统的器件设计的另一实施例。该设计包括输入和输出90°混合器3050和基带器件，该基带器件包括UST编码3060，预编码3070，和用户数据(x)3080。下表7示出了该设计中的每个阶段的信号。为了平衡所有电码的PA功率，参数φ设置为±π/2。一个选项：对于φ＝π/2，设置Port1＝A+jB，Port2＝A–jB。另一个选项：对于φ＝–π/2，设置Port1＝A–jB，Port2＝A+jB。
表7：图30的器件的信号设计
注意，对于φ＝π/2，预编码输出不等同于PA输入。天线输入与UST编码3060输出相同，但是有90°的相移。然而，UST编码3060输出与输入混合器3050可以在数字域中进行合并处理。该实施可以通过图31中所示的设计得以简化。该设计包括输出90°混合器3150和基带器件，该基带器件包括合并的90°和UST编码3165，预编码3170，和用户数据(x)3180。下表8示出了设计中的每个阶段的信号。
表8：图31的器件的信号设计
进一步注意，该PA输入类似于预编码输出，但是有90°相移，PA1和PA2互换，以及一个重排序列。由于码字基于来自UE的反馈而确定，重排序列对所述系统的运作不产生影响。因此，该实施可以通过图32中所示的设计得以进一步简化。该设计包括输出90°混合器3250和基带器件，该基带器件包括预编码3270和用户数据(X)3280。下表9示出了设计中的每个阶段的信号。
表9：图32的器件的信号设计
在上述实施例系统中，发射和接收的下倾角联系在一起。这样，当两种极化具有不同的下倾角时，因为用户会遭受两种极化之间严重不平衡，分集接收的性能可能会受到影响。这可能是噪音受限环境中的问题，例如农村环境，而不是干扰受限环境。在干扰受限环境中，上行链路的性能甚至可以改善。这个问题可以通过在上行链路上增加更多的接收器来解决。使用2个发射器和4个接收器(2T4R)，而非使用2个发射器和两个接收器(2T2R)来实现。该系统器件可以分成两组给额外的2个接收器馈电。也需要新的1T2R双工器设计。对于多频带应用，甚至对于2T，该系统可以具有2列以支持两个频段的独立倾角。这提供了实现2T4R和消除分集问题的机会。
在实施例中，2列天线用于实现4R，以提高上行链路性能。这促进了额外的2T UST实现选项。如图33和34所示，不同的下倾角的两个波束可以通过两种方式建立。根据图33中的设计，相同极化在两个单独列3310上使用，以避免单列设计相关的复杂性/成本。根据图34中的设计，不同极化在两个单独列3410上使用。
图35是上述改进的交叉极化天线系统的操作方法3500的实施例流程示意图。该方法可以为单列或多列设计，单根天线或多根天线(MIMO)系统而实现。虽然该方法根据图4的器件设计加以描述，该方法可以由上述其他实施例系统通过适当变化、增加或者对方法步骤重新排序来实现。步骤3510中，通过耦合到单列交叉极化天线的两个发射器发射两个RF信号。步骤3520中，两个信号中的每一个通过位于各自发射器之后的各自PA放大。步骤3530中，通过90°或180°混合器将所述两个放大的信号拆分后合并成两个类似信号，该两个类似信号具有90°或180°相位差。步骤3540中，通过各自DUP，来自90°或180°混合器的两个信号中的每一个被传给单列交叉极化天线。混合器的两个输出端中的每一个上的DUP用于重定向发射到天线列和从天线列接收的信号。步骤3550中，来自混合器的两个信号分别以+45°和–45°进行极化，以两个不同的各自角度(例如，8°和14°)进行下倾，并通过单列交叉极化天线以RF波束进行发送。
在另一实施例中，所公开的天线电路包括：基带信号处理器装置；耦合到所述基带信号处理器装置的一对射频(RF)发射器装置；耦合到该对RF发射器装置的一对功率放大器(PA)装置；耦合到该对RF发射器装置的90°或180°混合器；耦合到该对PA装置的一对双工器(DUP)装置；以及耦合到该对PA装置的两根天线，所述两根天线以不同的下倾角进行下倾。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情形下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情形下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情形下确定。

Claims (22)

1.一种由天线电路执行的方法，其特征在于，包括：
通过基带数字电路生成一对信号；
通过耦合到所述基带数字电路的一对射频(RF)发射器发射所述信号；
通过耦合到所述RF发射器的一对功率放大器(PA)放大所述信号；
通过所述PA放大所述信号后，通过90°或180°混合耦合器无源电路将90°和180°相位差中的一个引入到所述信号中；
通过耦合到所述PA的单列交叉极化天线以两个不同的极化方向极化所述信号；
通过所述单列交叉极化天线以不同的下倾角倾斜所述信号；
进行极化和倾斜后，通过所述单列交叉极化天线以RF波束发送所述信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在通过所述RF发射器发射所述信号之后，并且在通过所述PA放大所述信号之前，通过第二90°或180°混合耦合器无源电路进一步将所述相位差引入到所述信号中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过基带数字电路生成所述信号包括：
对用户数据进行预编码；
根据所述信号的下倾对所述用户数据进行编码。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过所述RF发射器发射所述信号之前，通过90°或180°混合耦合器数字信号处理器件将90°和180°相位差中的一个引入到所述信号中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
通过所述基带数字电路生成第二对信号；
通过耦合到所述基带数字电路的第二对各自的射频(RF)发射器发射所述第二对信号；
通过耦合到所述第二对RF发射器的第二对各自的功率放大器(PA)放大所述第二对信号；
通过耦合到所述第二对RF发射器的第二90°或180°混合耦合器功能块将90°和180°相位差中的一个引入到所述第二对信号中；
放大所述第二对信号和引入所述90°和180°相位差中的一个后，通过耦合到所述第二对PA的第二单列交叉极化天线以两个不同的极化度极化所述第二对信号；
通过所述第二单列交叉极化天线以不同角度下倾所述第二对信号；
极化和下倾后，通过所述第二单列交叉极化天线以RF波束发送所述第二对信号。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，还包括：通过用于长期演进(LTE)通信中多输入多输出(MIMO)的标准预编码方法对所述信号进行预编码。
7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述天线电路是与用户设备(UE)进行通信的基站(BTS)的一部分，所述方法还包括：根据来自UE的智能预编码矩阵指示(PMI)反馈对所述信号进行预编码，所述智能PMI反馈包括在所述UE计算所有PMI码字的可实现吞吐量中增加PMI相关偏移量，所述PMI相关偏移量是影响UE的数据波束进入相邻小区的因素。
8.一种天线装置，其特征在于，包括：
基带信号处理器；
耦合到所述基带信号处理器的一对射频(RF)发射器；
耦合到该对RF发射器的一对功率放大器(PA)；
耦合到该对RF发射器的90°或180°混合耦合器，所述90°或180°混合耦合器是引入两个输入信号之间的90°或180°相位差的RF电路；
耦合到该对PA的一对双工器(DUP)；
耦合到该对PA的两根天线，所述两根天线以不同的下倾角进行下倾，所述两根天线是单列天线上的两根交叉极化天线。
9.根据权利要求8所述的天线装置，其特征在于，所述90°或180°混合耦合器是位于该对DUP和该对PA之间的RF电路。
10.根据权利要求9所述的天线装置，其特征在于，还包括：位于该对RF发射器和该对PA之间的第二90°或180°混合耦合器。
11.根据权利要求9所述的天线装置，其特征在于，还包括：位于该对RF发射器和所述基带信号处理器之间的第二90°或180°混合耦合器。
12.根据权利要求10或11所述的天线装置，其特征在于，所述基带信号处理器包括：
耦合到该对RF发射器的用户特定倾角(UST)编码模块，其中，所述用户特定倾角是指根据用户的位置来设置下倾角；
耦合到所述UST编码模块的数据预编码模块。
13.根据权利要求9所述的天线装置，其特征在于，所述90°或180°混合耦合器是90°混合耦合器，所述基带信号处理器包括：
合并的90°混合耦合器和耦合到该对RF发射器的用户特定倾角(UST)编码模块，其中，所述用户特定倾角是指根据用户的位置来设置下倾角；
耦合到所述UST编码模块的数据预编码模块。
14.根据权利要求8所述的天线装置，其特征在于，所述90°或180°混合耦合器是位于该对RF发射器和所述基带信号处理器之间的数字电路。
15.根据权利要求8所述的天线装置，其特征在于，所述90°或180°混合耦合器是位于该对RF发射器和该对PA之间的RF电路。
16.根据权利要求14或15所述的天线装置，其特征在于，还包括：位于该对DUP和所述两根天线之间的第二90°或180°混合耦合器。
17.根据权利要求8所述的天线装置，其特征在于，所述90°或180°混合耦合器是位于该对DUP和所述两根天线之间的RF电路。
18.根据权利要求17所述的天线装置，其特征在于，还包括：位于该对RF发射器和该对PA之间的第二90°或180°混合耦合器。
19.一种天线装置，其特征在于，包括：
包括四个输出端口的基带信号处理器；
耦合到所述四个输出端口的前两个端口的第一对射频(RF)发射器；
耦合到所述四个输出端口的后两个端口的第二对RF发射器；
耦合到所述第一对RF发射器的第一对功率放大器(PA)；
耦合到所述第二对RF发射器的第二对PA；
耦合到所述第一对RF发射器的第一90°或180°混合耦合器，所述90°或180°混合耦合器是引入两个输入信号之间的90°或180°相位差的RF电路；
耦合到所述第二对RF发射器的第二90°或180°混合耦合器；
耦合到所述第一对PA的第一对双工器(DUP)；
耦合到所述第二对PA的第二对DUP；
耦合到所述第一对PA的第一列上的第一交叉极化天线，所述第一交叉极化天线以不同的下倾角进行下倾；
耦合到所述第二对PA的第二列上的第二交叉极化天线，所述第二交叉极化天线以不同的下倾角进行下倾。
20.根据权利要求19所述的天线装置，其特征在于，所述第一90°或180°混合耦合器位于所述第一对DUP和所述第一对PA之间，所述第二90°或180°混合耦合器位于所述第二对DUP和所述第二对PA之间。
21.根据权利要求19所述的天线装置，其特征在于，所述第一交叉极化天线的第一天线与所述第二交叉极化天线的第一天线具有相同的极化和下倾角，所述第一交叉极化天线的第二天线与所述第二交叉极化天线的第二天线具有相同的极化和下倾角。
22.根据权利要求19至21任一项所述的天线装置，其特征在于，所述天线电路还包括：
位于所述第一对RF发射器和所述基带信号处理器之间的第三90°或180°混合耦合器；
位于所述第二对RF发射器和所述基带信号处理器之间的第四90°或180°混合耦合器。
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