CN107769832A - 波束形成天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波束形成天线阵列。提供了一种装置，包括：用于生成无线电波束的天线阵列，天线阵列包括天线元件子组，并且每个天线元件子组包括多个天线元件；信号输入部件，用于经由电连接向每个天线元件子组并且向每个天线元件子组内的多个天线元件提供输入信号，其中每个天线元件子组内的多个天线元件彼此被连续地电连接，使得输入信号被配置为在每个天线元件子组内经由至少一个其他天线元件输入到至少一个天线元件；以及相移部件，用于在每个天线元件子组内的连续电连接的天线元件之间偏移输入信号的相位。

Description

波束形成天线阵列

技术领域

本发明涉及通信。更具体地，本发明涉及波束形成。

背景技术

在通信网络中，波束发射在传送信息中可能是有益的。提供增强波束形成的解决方案可能有益于通信网络的操作。使得所使用的天线阵列结构简化的解决方案可以是一种这样的解决方案的示例。

发明内容

根据一方面，提供了独立权利要求的主题。在从属权利要求中限定了一些实施例。

在附图和下面的描述中更详细地阐述了实现的一个或多个示例。从描述和附图以及从权利要求中，其他特征将是显而易见的。

附图说明

在下文中将参考附图更详细地描述实施例，其中

图1图示了可以向其应用本发明的实施例的示例蜂窝通信系统；

图2图示了根据实施例的装置；

图3A至3D图示了根据一些实施例的装置；

图4图示了根据实施例的装置；

图5A至5E图示了根据一些实施例的装置；

图6和7图示了根据一些实施例的方法的流程图；以及

图8图示了根据实施例的装置。

具体实施方式

以下实施例是示例性的。尽管说明书可以在文本的若干位置中引用“一”、“一个”或“一些”实施例，但这并不一定意味着每个引用是对相同的（多个）实施例做出的，或者特定的特征仅应用于单个实施例。不同实施例的单个特征也可以被组合以提供其他实施例。

所描述的实施例可以在无线电系统中实现，诸如在以下中的至少一个中：全球微波接入互操作性（WiMAX）、全球移动通信系统（GSM、2G）、GSM EDGE无线电接入网络（GERAN）、通用分组无线业务（GRPS）、基于基本宽带码分多址（W-CDMA）的通用移动电信系统（UMTS、3G）、高速分组接入（HSPA）、长期演进（LTE）和/或LTE-高级。

然而，实施例不限于作为示例给出的系统，而本领域技术人员可以将解决方案应用于提供有必要属性的其他通信系统。适合的通信系统的另一个示例是5G概念。5G可能使用多输入多输出（MIMO）技术（包括MIMO天线），比LTE更多的基站或节点（所谓的小小区概念），包括与较小站协作的宏站点并且也可能采用各种无线电技术以用于更好覆盖和增强数据速率。5G将可能包括多于一个无线电接入技术（RAT），每个针对某些用例和/或频谱被优化。5G移动通信将具有更广范围的用例和相关应用，包括视频流传送、增强现实、不同的数据共享方式和各种形式的机器类型应用，包括车辆安全、不同的传感器和实时控制。预期5G具有多个无线电接口，即低于6GHz、cmWave和mmWave，并且还可与现有的传统无线电接入技术（诸如LTE）集成。至少在早期阶段可以实现与LTE的集成，作为其中由LTE提供宏覆盖并且5G无线电接口接入来自通过聚合到LTE的小小区的系统。换句话说，5G计划支持RAT间可操作性（诸如LTE-5G）和RI间可操作性（无线电接口间可操作性，诸如低于6GHz-cmWave、低于6GHz-cmWave-mmWave）。被认为在5G网络中使用的概念之一是网络分片，其中可以在同一基础设施内创建多个独立和专用的虚拟子网（网络实例）来运行对延迟、可靠性、吞吐量和移动性具有不同要求的服务。应当理解，未来网络将最有可能利用网络功能虚拟化（NFV），其是提出将网络节点功能虚拟化为“构建块”或可以被可操作地连接或链接在一起以提供服务的实体的网络架构概念。虚拟化网络功能（VNF）可以包括使用标准或一般类型服务器而不是定制硬件运行计算机程序代码的一个或多个虚拟机。也可以利用云计算或云数据存储。在无线电通信中，这可能意味着至少部分地在可操作地耦合到远程无线电头端的服务器、主机或节点中执行节点操作。还可能的是，节点操作将分布在多个服务器、节点或主机之间。还应当理解，核心网络操作和基站操作之间的劳力分布可能与LTE的劳力分布不同，或甚至不存在。可能使用的一些其他技术进步是软件定义联网（SDN）、大数据和全IP，其可能改变构造和管理网络的方式。

本发明的一些实施例可以应用于将波束形成应用于小区中的发射的蜂窝通信系统。图1图示了这样的蜂窝通信系统的示例。诸如第三代合作伙伴计划（3GPP）的长期演进（LTE）、LTE-高级（LTE-A）或预测的5G解决方案之类的蜂窝无线电通信网络通常包括提供小区104的至少一个网络元件，诸如网络节点102。例如，小区104可以是例如宏小区、微小区、毫微微或微微小区。网络节点110可以是如LTE和LTE-A中的演进节点B（eNB）、如UMTS中的无线电网络控制器（RNC）、如GSM/GERAN中的基站控制器（BSC）、或能够控制无线电通信并管理小区104内的无线电资源的任何其他装置。对于5G解决方案，如上所述，可以预测该实现类似于LTE-A。网络节点102可以是基站或接入节点。蜂窝通信系统可以包括类似于网络节点102的网络节点的无线电接入网络，每个控制相应的小区或多个小区。因此，在一些实施例中，图1的蜂窝系统可以包括提供蜂窝服务的多个网络节点。然而，对于本发明的益处，这样的系统可能不是必要的。

网络节点102可以经由核心网络接口进一步连接到蜂窝通信系统的核心网络130。在实施例中，核心网络130可以被称为根据LTE术语的演进分组核心（EPC）。核心网络130可以包括移动性管理实体（MME）和数据路由网络元件。在LTE的上下文中，MME追踪终端设备120的移动性，并且在终端设备120和核心网络130之间执行承载服务的建立。在LTE的上下文中，数据路由网络元件可以被称为系统架构演进网关（SAE-GW）。它可以被配置为执行到/从终端设备120从/到蜂窝通信系统的其他部分以及到其他系统或网络（例如，互联网）的分组路由。

如上所述，网络节点102可以在小区104中的无线电信号的发射中采用波束形成。如在无线通信领域中已知的，也称为空间滤波的波束形成是指定向发射或接收。可以通过数字和/或模拟信号处理技术和使用形成天线阵列的多个天线元件来实现无线电波束的转向（steering）。例如，转向可以通过以使得以特定角度的信号经历相长干涉而其他经历相消干涉的方式在定相天线阵列中组合元件来实现。波束形成可以用于发射机中和/或接收机中以便实现空间选择性。与全向发射/接收相比，空间选择性导致改进，其中改进被称为发射/接收增益。

在一些实施例中，网络节点102可以采用两种类型的无线电波束：基本上覆盖整个小区104）的第一类型的无线电波束114；以及覆盖小区104的一部分的第二类型的无线电波束112、113。当小区104是由网络节点102建立的多个扇形当中的扇形类型的小区时，第一类型的无线电波束可以称为扇形波束。常规地，蜂窝通信系统依赖于第一类型的无线电波束用于控制平面发射（下行链路同步、广播、基于天线端口的公共参考信号等）和接收（例如，随机接入信道、RACH）。在诸如5G系统的较高载波频率上操作的系统可能需要更高的天线增益，这可以通过使用第二类型的无线电波束来实现。为了支持其中站点间距离为数十到数百米的小区大小，公共控制和用户平面相关的信令两者可以利用比全扇形（sector-wide）无线电波束更窄的无线电波束。第二类型的无线电波束可以提供针对这样的情况的解决方案。一般，可以说，目前的蜂窝通信系统和可能未来通信系统通过利用波束形成来提供改进连接速度的多个机会。

如所解释的那样，无线电波束可以由利用数字和/或模拟信号处理的装置（例如，被包括在网络节点102中的波束形成装置或网络节点102）形成。利用模拟信号处理的一个方面可能是所需的系统的复杂性。此外，在网络节点侧（即，网络节点102）处，至少有时可以处理复杂性。然而，在用户侧（例如，终端设备120）处，复杂性可能造成实现障碍，并且因此用户侧处的波束形成天线通常是机械可调谐的，使得仅在安装阶段处完成波束方向的转向。为了解决这些问题中的至少一些，提供了一种用于波束形成的装置和方法。该装置和方法适合于上行链路和下行链路通信两者。然而，解决方案的简单性可能对于用户侧（即，终端设备120（至少在一些实施例中也可以称为UE 120））特别有益。此外，本解决方案可能特别适合于模拟信号处理。

终端设备120可以是和/或包括蜂窝电话、平板电脑、膝上型电脑、计算机、智能电话、用户手持设备或可穿戴设备。因此，终端设备120可以被用户用来将数据传入和从设备传出。在一些实施例中，终端设备120包括客户端设备，诸如被配置为与蜂窝通信网络协作的蜂窝通信网络设备。因此，例如，蜂窝通信网络设备可以是被配置为安装到家庭或办公室并且还被配置为与所述网络和/或与其他终端设备传送数据的设备。因此，蜂窝通信网络设备可以是例如被配置为与所述网络和/或与蜂窝电话和平板电脑传送数据的中继设备或路由器。所述蜂窝通信网络设备可以提供小小区。所述小小区可以是蜂窝通信网络的一部分和/或与蜂窝通信网络协作。这样的小小区可以例如在家庭或办公室环境中使用，以增强用于一个或多个终端设备的服务。根据参考图2的实施例，提供了一种装置200，包括：用于生成无线电波束的天线阵列，天线阵列包括天线元件子组210、220、230（即，至少两个天线元件子组）并且每个天线元件子组210、220、230包括多个天线元件212、214、216、222、224、226、232、234、236；信号输入部件（例如，信号馈送元件240或信号输入和天线元件之间的电连接），用于经由电连接向每个天线元件子组210、220、230并且向每个天线元件子组210、220、230内的多个天线元件提供输入信号，其中每个天线元件子组内的多个天线元件彼此连续电连接，使得输入信号被配置为在每个天线元件子组内经由至少一个其他天线元件输入到至少一个天线元件（例如经由天线元件212到天线元件214，以及经由天线元件212、214到天线元件216；以及相移部件（相移元件T1和/或T2），用于在每个天线元件子组210、220、230内的连续电连接的天线元件之间偏移输入信号的相位。

根据实施例，参考图2，装置200包括用于生成无线电波束的天线阵列，天线阵列包括天线元件子组210、220、230（在图2中示出为每个包括三个天线元件），其中天线元件子组210、220、230彼此以并联的方式电连接，并且其中每个天线元件子组210、220、230内的天线元件以连续的方式电连接（例如，在图2中，天线元件子组210的天线元件212、214、216连续连接）。装置200还可以包括用于向天线阵列提供输入信号的信号馈送元件240，信号馈送元件240被配置为将输入信号经由并联电连接提供到天线元件子组210、220、230中的每个以及经由每个子组210、220、230内的天线元件之间的连续电连接提供到每个天线元件子组210、220、230内的每个天线元件。装置200还可以包括至少一个第一相移元件T1，其电连接在信号馈送元件240和至少一个天线元件子组210、220、230之间并被配置为偏移输入到所述至少一个天线元件子组210、220、230的输入信号的相位。此外，装置200可以包括多个第二相移元件T2，其电连接在连续连接的天线元件212、214、216、222、224、226、232、234、236之间并被配置为在连续连接的天线元件212、214、216、222、224、226、232、234、236之间偏移天线元件子组210、220、230中的每个内的输入信号的相位。

需要理解的是，在每个子组210、220、230内的天线元件之间的连续电连接（例如电流连接）可以以一种方式被理解为串联电连接。这可能意味着输入信号经由其他天线元件输入到一些其他天线元件，如图2所示。例如，天线元件212、214、216按信号（signal-wise）串联连接，使得输入信号被输入到天线元件212，经由天线元件212到天线元件214，并且经由天线元件212、214到天线元件216。相移元件T2（也称为第二相移元件）可以偏移输入信号的相位，使得输入信号的相位可以对于每个天线元件212、214、216是不同的。

例如，参见图2，第二相移元件T2被配置为在天线元件212和214之间以及在天线元件214和216之间偏移输入信号的相位，举两个示例。例如，图2的第一相移元件T1可以被配置为偏移输入到天线元件子组220和230的输入信号的相位。此外，输入到天线元件子组230的输入信号可以行进经由两个第一相移元件T1。稍后我们将看到这可以如何影响系统中的信号相位和波束形成。然而，需要注意的是，在一些实施例中，第一相移元件T1可以以不同的方式用于实现本发明的益处。因此，稍后我们将示出如何在装置200中布置相移元件T1、T2的不同示例。

至少在一些实施例中，图2的装置200可以被称为无线电波束形成装置或波束形成装置。在实施例中，装置200包括或者被包括在诸如终端设备120的终端设备中。在实施例中，装置200包括或者被包括在诸如网络节点102的网络节点中。

图2的装置200可以提供允许可以用于Tx和Rx操作两者的模拟波束形成的新颖结构。例如，使用所描述的结构，对于输入的信号可以具有至少5个不同的相位值。因此，当输入信号相应地输出时，可以实现（多个）定向无线电波束。让我们看图3A中所示的一个示例，其中（多个）第一相移元件的相移值被选择为-10度（deg），并且第二相移元件的相移值被选择为+10度（deg）。此外，利用与图2中所示的相同的结构，但对于所提出的解决方案可能不是必要的。也就是说，解决方案可以适合于例如两个子组中的四个天线元件，如稍后将更详细描述的。

让我们进一步讨论可以如何在天线阵列内布置不同天线元件的一些示例。在一个示例中，天线元件可以物理地布置成一行，使得可以进一步增强天线阵列的水平成束。在另一示例中，天线元件可以被布置成多个行（即行和列）。让我们记住，尽管将采用天线元件的不同种类的物理布置，但是子组和天线元件之间的电连接仍然可以是其如何被描述的那样。在一个优选的解决方案中，九个天线元件可能适合于布置成两个或更多个行，使得行至少部分地重叠。也就是说，将天线元件布置成类似钻石的排列可以有益于天线元件之间的所描述的串联-并联电连接。在一个类似钻石的排列中，顶部和底部的行将具有一个天线元件，中间的行将具有三个天线元件，并且中间的行与顶部的行以及中间的行与底部的行之间的行将每个具有两个天线元件。其他结构也可以是可能的：例如，天线阵列可以包括每个具有两个天线元件的两个行、每个具有两个天线元件的三个行、每个具有三个天线元件的四个行、每个具有四个天线元件的四个行，举几个示例。一般，天线阵列可以具有至少部分地在彼此的顶部上的X个行，其中每个行包括一个或多个天线元件（每行的数量可以变化），其中X可以是正整数（例如1、2、3、4等等）。

仍然参考图2，并联连接的子组210、220、230可以彼此电流连接。也就是说，用箭头示出的线可以将子组210、220、230以并联的方式连接到彼此。然而，在一些实施例中，也可以使用子组之间的串联连接，这意味着可以将输入信号经由至少一个其他子组输入到子组。此外，子组内的天线元件可以彼此电流连接。因此，天线元件之间的连续电连接也可以是电流的。可以使用例如导线或导体（例如铜线）来实现电流连接。可以使用能够将信号传输到天线元件的任何部件。相移元件T1、T2也可以与导线电流连接。例如，天线元件212、214之间的导线可以电流连接到第二相移元件T2（在图2中示出在天线元件212、214之间）。因此，当输入信号在图2的示例中经由导电元件或导线从天线元件212传送到天线元件214时，其经由第二相移元件T2传送（信号相位被偏移）。

信号馈送元件240可以包括用于接收要传送到图2中所示的天线元件的输入信号的信号端口。信号馈送元件240可以获取输入信号（例如射频（RF）信号）并将其传送到天线元件。然后天线元件可以经由空中接口相应地将输入信号谐振为电磁能量。因此，辐射的电磁能量可以由接收机经由空中接口接收。

为了进一步解释输入信号（例如RF信号）的发射，可能需要理解输入信号如何分布在图2的点292-296中。也就是说，子组210、220、230之间的并联连接可能需要执行功率分割（split）。这样做的一种方式可能是使用Wilkinson型功率分配器（divider）。然而，可以使用任何常规类型的功率分配，只要输入信号可以被输入到子组210、220、240中的每个中。对于本领域技术人员清楚的是，如何可以在本发明的不同实施例和示例中实现功率分割。

此外，天线元件之间的连续电连接可能要求天线元件适合于这样的串联连接。基本适合的结构可以是贴片天线元件，其中RF信号或输入信号可以从贴片天线元件的一个边馈送入，并从贴片天线元件的相邻边输出。也就是说，一般，RF信号或输入信号应从天线元件（例如天线元件212）的一个边输入并从所述天线元件的另一边（例如相对侧）输出以输入到下一个天线元件（例如天线元件214）。

参考图3A，我们可以看到，来自信号馈送元件240的输入信号最初可以具有零（0）度的相移（如果需要，它可能潜在地已经被相移）。然而，使用第一和第二相移元件T1、T2，可以改变输入信号的相位。因此，输入到第一天线元件子组210的输入信号的相移可以是零度。因此，输入到第二天线元件子组220的输入信号的相移可以是-10度。因此，输入到第三天线元件子组230的输入信号的相移可以是-20度。在每个子组210、220、230内，第二相移元件T2可以进一步偏移输入信号的相位。因此，第一天线元件子组210可以包括输入信号被输入到其而具有如图3A中所示的不同相位（即，0度相移、+10度相移和+20度相移）的三个天线元件。对于每个子组210、220、230使用该方法可以导致将具有-20度相移的输入信号输入到一个天线元件，将具有-10度相移的输入信号输入到两个天线元件，将具有0度相移的输入信号输入到三个天线元件，将具有+10度相移的输入信号输入到两个天线元件，并且最后将具有+20度相移的输入信号输入到一个天线元件。因此，在该示例中，可以由天线元件输出输入信号的总共五个不同的相移值。然而，这应当被理解为示例，并且可能可以将不同的相移值用于第一和/或第二相移元件。

在实施例中，至少一个第一相移元件T1具有第一相移值，并且第二相移元件T2每个具有第二相移值。第一和第二相移值可以具有不同的大小。在图3A中示出了其一个示例，其中第一相移值为-10度，并且第二相移值为+10度。当然可以使用其他值。例如，第二相移值可以是+5度，并且第一相移值可以是-5度。

在实施例中，参考图3B，多个相移元件（例如，相移部件）包括至少一个第一相移元件和多个第二相移元件。在图3B的示例中，第二相移元件的相移可以是10度，并且第一相移元件的相移可以是-20度。因此，如图3B中所示将天线元件子组与信号馈送元件240连接，天线元件中的结果所得的相移可以与图3A的示例中相似。因此，可以存在执行天线元件子组之间（并且还有天线元件子组内）的连接的多种不同方式，以实现本发明的益处。图3C中可以示出另一示例，其中第一相移值为-10度，并且第二相移值为10度。图3A至3C中的结果所得的天线阵列可以基本上相似，其中具有将天线子组连接到信号输入元件240的不同方式。因此，一般，例如，可以使用与图3A至图3D的实施例中所示的不同的相移值。在一些实施例中，用于每个相移元件的相移值是可配置的。因此，当使用例如9个相移元件时，可以存在一个或九个不同的相移值。在实施例中，使用两个不同的相移值。

图3D图示了本发明的又另一实施例。作为示例，相移值被图示，但是如前所述，可能与所图示的值不同。然而，图3D的天线阵列中的一般想法可能是天线阵列的天线元件的相移不需要例如如在图3A至3C中那样对称地布置。因此，例如，输入信号可以在最左侧天线元件上零定相，并且在最右侧天线元件上+20度定相。然而，使用图3D的示例，至少对于一些用例也可以实现所需的波束转向。此外，在3D的示例中，现在，在信号输入和子组之间存在相移元件（例如，相移元件T2）。然而，也可以使用这样的元件。在这样的情况下，T2值应当被选择成使得将获取针对天线阵列的所需的非对称相移值。

图4图示了根据实施例的装置200。参考图4，装置200包括多个第一相移元件T1（即，至少两个第一相移元件T1），其被配置为偏移用于天线元件子组210、220、230中的至少两个的输入信号的相位。多个第一相移元件现在将被称为多个第一相移元件402、404、406，如图4中所示。因此，在实施例中，可以在信号馈送元件240和子组210、220、230之间存在第一相移元件402，如图4中所示。此外，可以存在总共三个第一相移元件402、404、406。因此，对于每个子组210、220、230，可以存在对应的第一相移元件402、404、406。参见图2的实施例，可以看出，可以存在比图4中所示的更少的第一相移元件。

在实施例中，多个第一相移元件402、404、406被布置成使得一个第一相移元件402连接在信号馈送元件240和至少一个天线元件子组210、220、230之间，并且另一个第一相移元件404连接在所述一个第一相移元件402和至少一个天线元件子组220、230之间。此外，如果存在三个子组210、220、230（如图4中），则可以存在连接在所述另一个第一相移元件404和子组230之间的另外的第一相移元件406。因此，在来自信号馈送240的输入信号到达天线元件232之前，第一相移元件402、404、406可以均以串联的方式偏移输入信号的相位。例如，如果T1的值为-10度，则与由信号馈送元件240的输入信号相比，到天线元件232的输入信号可以-30度相移。

在实施例中，参考图2和图4，至少一个第一相移元件T1被配置为使得输入信号的相位对于每个天线元件子组210、220、230不同。也就是说，例如如图3A中所示，当输入信号被输入到子组210、220、230中时，输入信号的相位可以在子组之间不同。这可以使用一个或多个第一相移元件来实现。例如，如果仅存在两个子组（例如图5A），则输入信号的相位可以通过仅使用一个第一相移元件T1而对于子组210、220中的每个不同。然而，如果存在至少三个子组210、220、230，则使用至少两个第一相移元件T1可能是有益的（图3A和图4中的示例）。

在实施例中，天线元件子组210、220、230彼此并联地电连接。例如，其示例可以在图2、3A至3C和4中看到。

在实施例中，相移部件（例如，第一和第二相移元件）进一步被配置为偏移用于至少一个天线元件子组的输入信号的相位。例如，其示例可以在图2、3A至3C和4中看到。在图5C和5D中，可以示出相反的示例，其中对于每个子组，输入信号的相位基本上相同，但是然后执行每个子组内的相移。

在实施例中，相移部件还被配置为执行用于第一天线元件子组220的输入信号的第一相移和用于第二天线元件子组230的输入信号的第二相移，第一和第二相移具有不同大小。例如，其示例可以在图2中看到。也就是说，输入到子组220的输入信号的相位可以不同于输入到子组230的输入信号的相位。对于子组210，在图2的示例中不执行相移，因此导致输入信号的不同相位。

在实施例中，相移部件包括用于偏移用于天线元件子组210、220、230的输入信号的相位的多个相移元件（例如T1和/或T2），所述多个相移元件布置成使得至少一个相移元件404被配置为执行第一相移，并且与至少一个其他相移元件406耦合的所述至少一个相移元件404被布置成执行第二相移。其一个示例可以在图4中看到。图2中可以看到另一个示例，其中两个T1相移元件串联连接以改变输入信号的相位。因此，第二相移可以被理解为多相位相移，其中输入信号的偏移可以被偏移两次或更多次。

在实施例中，相移部件被配置为使得输入信号的相位对于每个天线元件子组210、220、230是不同的。例如，其示例可以在图2、3A至3C和4中看到。

在实施例中，相移部件被配置为在每个天线元件子组210、220、230内的每个连续电连接的天线元件212、214、216之间偏移输入信号的相位。例如，其示例可以在图2、3A至3C和4中看到。例如，在图2和/或4中示出的第二相移元件T2。

在实施例中，相移部件被配置为使得输入信号的相位对于天线元件子组210、220、230内的每个天线元件212、214、216是不同的。例如，其示例可以在图2、3A至3C和4中看到。这可能意味着一个子组内的天线元件均被输入以具有不同相位的输入信号。然而，在天线阵列内，可以存在被输入以具有相同相位的输入信号的天线元件（例如，在子组之间）。

在实施例中，参考图2和图4，多个第二相移元件T2被配置为在每个串联连接的天线元件之间偏移输入信号的相位。这可能意味着在每个串联连接的天线元件之间存在至少一个第二相移元件T2。以子组210为例，在天线元件212和天线元件214之间存在第二相移元件，并且在天线元件214和天线元件216之间存在另一个第二相移元件。类似的逻辑可以应用于每个子组210、220、230。这可以使得输入信号对于子组内的每个天线元件具有不同的相位。

在实施例中，多个第二相移元件T2被配置为偏移输入信号的相位，使得输入到天线元件子组内的串联连接的天线元件的输入信号的相位对于所述天线元件中的每个是不同的。因此，例如，输入到天线元件212、214、216的输入信号的相位对于每个天线元件将是不同的。例如，其示例可以在图3A中看到。在图3A中，输入信号的相位对于子组内的每个天线元件是不同的。

图5A至5B图示了一些实施例。参考图5A至5B，注意，该解决方案可以与仅四个天线元件212、214、222和224一起工作。也就是说，在实施例中，天线阵列包括至少四个天线元件212、214、222、224，其被布置成两个天线元件子组210、220（即，子组210包括元件212、214，并且子组220包括元件222、224）。如图5A中所示，该解决方案可以与仅一个第一相移元件404一起工作。在这样的情况下，可能有益的是，将第一相移元件404布置成使得输入的信号在输入到子组210和220中时具有不同的相位。也就是说，与将信号输入到子组220相比，输入信号的相位可以在输入到子组210时是不同的。这可能是由于第一相移元件404的位置。如图5B中所示，也可以使用两个第一相移元件402、404。在两个示例和/或实施例中，在每个串联连接的天线元件（例如在天线元件212和214之间；以及在天线元件222和224之间）可以存在第二相移元件T2。

在实施例中，子组210、220被输入以具有相同相位的输入信号。因此，在输入信号进入天线元件212、222之前可能不存在相移元件。在这样的情况下，可能有益的是，在天线元件222和224之间布置T1相移元件，而不是使用两个T2相移元件。因此，天线元件212和222可以输出具有第一相位（例如0度）的输入信号，天线元件214可以输出具有第二相位（例如0+T2，例如-10度）的输入信号，并且天线元件224可以输出具有第三相位（例如0+T1，例如+10度）的输入信号。这种方法也可以适用于包括多于四个天线元件的天线阵列。

在实施例（图5A中所示的一个示例）中，装置200的相移部件包括被配置为偏移用于至少一个天线元件子组220的输入信号的相位的至少一个第一相移元件T1、以及被配置为在连续电连接的天线元件212、214和222、224之间偏移输入信号的相位的多个第二相移元件T2，至少一个第一相移元件T1具有第一相移值（例如-10度），并且每个第二相移元件T2具有第二相移值（例如+10度），其中第一和第二相移值具有不同的大小。

在实施例（图5A中所示的一个示例）中，天线阵列至少包括第一天线元件子组210和第二天线元件子组220，第一天线元件子组210至少包括第一天线元件212和第二天线元件214，第二天线元件子组220至少包括第三天线元件222和第四天线元件224，其中信号输入部件240被配置为将输入信号输入到第一和第二天线元件子组210、220，第一和第二天线元件212、214被连续电连接，使得输入信号被配置为输入到第一天线元件212并且经由第一天线元件212到第二天线元件214，并且第三和第四天线元件222、224被连续电连接，使得输入信号被配置为输入到第三天线元件222并且经由第三天线元件222到第四天线元件224，并且其中相移部件T1、T2被配置为在第一和第二天线元件212、214之间偏移输入信号的相位，使得被配置为输入到第一天线元件212的输入信号的相位与被配置为输入到第二天线元件214的输入信号的相位相比是不同的，并且使得被配置为输入到第三天线元件222的输入信号的相位与被配置为输入到第四天线元件224的输入信号的相位相比是不同的。

在实施例中，相移部件T1、T2被配置为使得被配置为输入到第一天线元件子组210的输入信号的相位与被配置为输入到第二天线元件子组220的输入信号的相位相比是不同的。

在实施例中，被配置为输入到第一天线元件212的输入信号的相位等于被配置为输入到第四天线元件224的输入信号的相位。

图5C和5D图示了其中将输入信号输入到子组而不在子组之间偏移相位的一些实施例。也就是说，用于每个子组210、220、230的输入信号的相位可以相同。参考图5C，如图5C中所示，子组210、220、230可以被布置成彼此连续电连接。因此，可以将输入信号输入到子组210的天线元件212。然后可以经由天线元件212将输入信号输入到子组220的天线元件224。然后可以经由天线元件212、224将输入信号输入到子组230的天线元件236。在每个子组210、220、230中，输入信号可以以上述的连续方式进一步输入到每个天线元件。然而，可以使用相移元件T1、T2，使得在子组210内使用T1相移元件，将T2相移元件用于子组230，并且将T1和T2相移元件两者用于子组220。在实施例中，T1和T2相移元件执行不同大小相移。

参考图5D，示出了装置200的另一示例。如所图示的，也可以将T1和T2两者用于每个子组来实现所需的相移。此外，相移元件T1和/或T2可以彼此链接以实现对于输入信号（例如用于天线元件226和天线元件222的输入信号）的所需的相移。

在实施例中，（多个）T1相移元件的相移值是T2相移值的相移值的加法逆。例如，如果T1执行+10度相移，则T2执行-10度相移。例如，如果T1执行+20度相移，则T2执行-20度相移。

在实施例中，参考图2和图4，天线阵列包括布置成三个天线元件子组210、220、230的至少九个天线元件。

在实施例中，装置200是蜂窝通信系统的终端设备（例如，终端设备120）。在实施例中，装置200被包括在蜂窝通信系统的终端设备中。

在实施例中，相移部件（例如第一和/或第二相移元件T1、T2）被配置为通过对输入信号引起延迟来引起输入信号的相移。可以使用不同类型的延迟。有时也可以将第一和第二相移元件T1、T2称为第一和第二延迟元件T1、T2。在一些实施例中，第一和第二相移元件T1、T2均包括一个或多个电容器。此外，数字处理（例如，一个或多个数字组件，诸如数字电路）可以与一个或多个电容器一起使用以对输入信号引起延迟，使得经延迟（或相移）的输入信号可以以适当相移被输入到（多个）天线元件。

在实施例中，装置200包括用于控制相移部件（例如，第一和第二相移元件T1、T2）的控制器。控制器可以改变第一和/或第二相移元件T1、T2的第一和/或第二相移值。因此，可以改变（多个）波束的方向。因此，如所解释的，输入信号可以是要经由空中接口发射到一个或多个接收机的RF信号。为了实现所想要的波束方向，可能需要修改或控制第一和第二相移元件T1、T2的第一和/或第二相移值。例如，在图3A的示例中，所选择的相移值（即，T1=-10度，T2=+10度）将导致向右+10度成角的波束。一般，使用多个天线元件和多个相移元件的波束定向可以是已知的，但是与已知的解决方案相比，本文呈现的解决方案是新颖的。

图5E图示了根据又另一个实施例的装置200。参考图200，装置200可以被配置为输出具有两个或更多个极化的无线电波束。因此，与经由信号馈送元件240输入的输入信号相比，天线阵列可以被输入以具有不同极化的至少另一个输入信号。例如，所述另一个输入信号可以经由装置200的第二信号馈送元件540输入。两个输入信号之间的极化差可以是例如45度或90度。在实施例中，装置包括用于偏移第二输入信号的相位的第二相移部件T3、T4。第二相移部件可以类似于上述的相移部件。因此，例如，在图5E的示例中，T1可以等于T3，并且T2可以等于T4。然而，可能的是，T3和T4分别具有与T1和T2相比不同的大小。使用相同大小的相移可能导致（多个）无线电波束的所需方向。当使用极化多输入多输出（MIMO）时，贴片天线结构（即，天线元件是贴片天线元件）可能是有益的。因此，在实施例中，天线元件是贴片天线元件。

在实施例中，第二输入信号从与第一输入单个（即，来自信号馈送元件240的输入信号）相比不同的侧输入到每个天线元件中。第二输入信号可以从与输入相比的天线元件的相对侧从天线元件进一步输出到下一个天线元件。例如，第二输入信号可以从一侧输入到天线元件214中，并从相对侧输出到天线元件224。

图6和图7图示了根据一些实施例的流程图。参考图6，方法包括：由装置200获取用于天线阵列的输入信号，天线阵列包括天线元件子组210、220、230并且每个天线元件子组210、220、230包括多个天线元件（例如，子组210包括元件212、214、216）（步骤610）；向每个天线元件子组210、220、230提供输入信号（步骤620）；在每个天线元件子组210、220、230内，将输入信号输入到该天线元件子组的第一天线元件（步骤630）；在每个天线元件子组210、220、230内，经由所述第一天线元件将输入信号输入到该天线元件子组的第二天线元件，并偏移输入信号的相位，使得输入到第二天线元件的输入信号的相位与输入到第一天线元件的输入信号的相位相比是不同的（步骤640）；以及经由天线阵列输出根据输入信号的至少一个无线电波束（步骤650）。

参考图7，示出了用于制造诸如装置200的装置的方法。所述方法包括：提供用于生成无线电波束的天线阵列，天线阵列包括天线元件子组210、220、230，并且每个天线元件子组包括多个天线元件212、214、216、222、224、226、232、234、236（步骤710）；提供信号输入元件240，信号输入元件240用于向每个天线元件子组210、220、230并且向每个天线元件子组内的多个天线元件提供输入信号（步骤720）；将天线元件子组210、220、230电连接到信号输入元件240（步骤730）；在每个天线元件子组内，以连续的方式将多个天线元件彼此电连接，使得输入信号被配置为在每个天线元件子组内经由至少一个其他天线元件输入到至少一个天线元件（步骤740）；以及在每个天线元件子组210、220、230内的连续电连接的天线元件之间提供多个相移元件T1、T2以用于偏移输入信号的相位（步骤750）。

图8图示了根据实施例的装置200的框图。参考图8，装置200可以至少包括天线阵列860，天线阵列860包括天线元件子组210、220、230（即，两个或更多个子组）。此外，装置200可以包括信号馈送元件240。例如，信号馈送元件240可以被包括在天线阵列860中或装置200的无线电接口820中。

在实施例中，装置200包括处理电路810。处理电路810可以被配置为执行诸如控制天线阵列860的第一和/或第二相移值之类的操作。在实施例中，处理电路810包括至少一个处理器。至少一个处理器可以被配置有至少一个存储器830，其包括执行装置200的一个或多个操作（例如，控制第一和/或第二相移值）的计算机程序832。

参考图8，存储器830可以使用任何适合的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、闪速存储器、磁性存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定存储器和可移动存储器。存储器830可以包括用于存储诸如用于第一和/或第二相移值的预定值之类的数据的数据库834。

装置200还可以包括无线电接口（TRX）820，其包括用于根据一个或多个通信协议来实现通信连接的硬件和/或软件。例如，TRX可以向装置提供访问无线电接入网络的通信能力。例如，TRX可以向装置200提供到X2接口的连接。TRX可以包括标准公知组件，诸如放大器、滤波器、频率转换器、（解）调制器和编码器/解码器电路和一个或多个天线。因此，在一些实施例中，天线阵列860被包括在无线电接口820中。然而，它们也可以是分离的，但被配置为协作。

装置200还可以包括用户接口840，例如包括至少一个键盘、麦克风、触摸显示器、显示器、扬声器等。用户接口840可以由装置200的用户用于控制相应的装置。

在实施例中，装置200可以是或者被包括在基站（例如，也称为基站收发机、节点B、无线电网络控制器、或演进节点B）中。例如，装置1000可以是和/或被包括在网络节点102中。在实施例中，装置200被包括在终端设备120或某个其他终端设备中。在实施例中，装置200是蜂窝通信网络的终端设备。

在实施例中，装置200包括印刷电路板（PCB）（例如双层PCB）。天线元件（例如元件212、214、216、222、224、226、232、234、236）和/或相移元件T1、T2可以被印刷在PCB上。此外，信号馈送元件240可以至少部分地印刷在PCB上，这意味着它可以另外包括未被打印的信号端口。然而，在一些情况下，信号馈送元件240可以被印刷在PCB上并且连接到例如处理电路810，处理电路810可以被配置为向信号馈送元件240提供输入信号。如果使用另外的信号输入和/或相移元件，则它们也可以被印刷到PCB上。

让我们进一步关于所描述的装置200的分割损耗进行讨论。分割损耗通常可以从以下等式计算：

分割损耗=10Log（Pin/Pout）=-10Log（1/N），其中Pin等于SUM（Σ）端口处的功率，Pout等于N个输出中的任何1个处的功率，并且N等于输出端口的数量。因此，可以形成下表1：

表1. 均等到输出端口的数量的分割损耗。

输出端口(N)	分割损耗(分贝(dB))
		2	3.01
3	4.77
		4	6.02
5	6.99
		6	7.78
8	9.03
		9	9.54

如表1指示的，并联构造中的路径损耗与以上给出了其许多示例的并联/串联构造相比是不同的。例如，九个元件并联阵列（例如，九个天线元件彼此并联布置）在每个天线元件输入中将具有一些10dB损耗。可能存在使功率逐渐变小的一些部件，但通常损耗将相当高。然而，使用如例如图2中所示的并联/串联构造，可能使得由于分割引起的路径损耗较小。也就是说，例如，使用九个天线元件并如在图2中那样布置它们，路径损耗将是针对第一行（即，元件212、222、232）的约4.77dB，并且针对第二行（即，元件214、224、234）的附加约3dB损耗，并且针对最后一行（即，元件216、226、236）的另外约3dB附加损耗。相移器（例如T1和T2）可以生成另外的路径损耗。

如本申请中所使用的，术语“电路”是指所有以下内容：（a）仅硬件电路实现（诸如在仅模拟和/或数字电路中的实现），和（b）电路和软件（和/或固件）的组合，诸如（如适用）：（i）（多个）处理器的组合；或（ii）（多个）处理器/软件的部分，包括（多个）数字信号处理器、软件和（多个）存储器，其一起工作以使得装置执行各种功能，和（c）诸如（多个）微处理器或（多个）微处理器的部分的电路，其需要软件或固件以用于操作，即使软件或固件不物理存在。“电路”的该限定应用于该术语在本申请中的所有使用。作为另外的示例，如本申请中所使用的，术语“电路”还将覆盖仅处理器（或多个处理器）或处理器的部分及它的（或它们的）附随软件和/或固件的实现。术语“电路”还将覆盖（例如并且如果适用于特定元件）用于移动电话的基带集成电路或应用处理器集成电路、或者服务器、蜂窝网络设备或其他网络设备中的类似集成电路。

在实施例中，结合图1至图7描述的至少一些过程可以由包括用于执行至少一些所描述的过程的对应部件的装置来执行。用于执行过程的一些示例部件可以包括以下中的至少一个：检测器、处理器（包括双核和多核处理器）、数字信号处理器、控制器、接收机、发射机、编码器、解码器、存储器、RAM、ROM、软件、固件、显示器、用户接口、显示电路、用户接口电路、用户接口软件、显示软件、电路、天线、天线电路和电路系统。在实施例中，至少一个处理器、存储器和计算机程序代码形成处理部件，或包括用于执行根据图1至图7或其操作的实施例中的任何一个的一个或多个操作的一个或多个计算机程序代码部分。

根据又另一个实施例，执行实施例的装置包含包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器的电路。当被激活时，电路使得装置执行根据图1至图7或其操作的实施例中的任何一个的功能中的至少一些。

本文描述的技术和方法中的至少一些可以通过各种方式来实现。例如，这些技术可以在硬件（一个或多个设备）、固件（一个或多个设备）、软件（一个或多个模块）或其组合中实现。对于硬件实现，实施例的（多个）装置可以被实现在一个或多个专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）、数字信号处理设备（DSPD）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计成执行本文描述的功能的其他电子单元、或其组合内。对于固件或软件，可以通过执行本文描述的功能的至少一个芯片组的模块（例如过程、功能等）来执行实现。软件代码可以存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元可以在处理器内或在处理器外部实现。在后一种情况下，如本领域中已知的，它可以经由各种方式通信地耦合到处理器。此外，本文描述的系统的组件可以由附加组件重新布置和/或补充，以便促进关于其描述的各个方面等的实现，并且它们不限于在给定的图中阐述的精确配置，如由本领域技术人员将理解的。

所描述的实施例也可以以由计算机程序或其部分限定的计算机过程的形式执行。可以通过执行包括对应指令的计算机程序的至少一部分来执行结合图1至图7描述的方法的实施例。计算机程序可以采用源代码形式、目标代码形式或某种中间形式，并且它可以存储在可以是能够载送程序的任何实体或设备的某种载体中。例如，计算机程序可以存储在可由计算机或处理器读取的计算机程序分布介质上。例如，计算机程序介质可以是例如但不限于记录介质、计算机存储器、只读存储器、电载波信号、电信信号和软件分布封装。例如，计算机程序介质可以是非暂时介质。用于执行如所示和描述的实施例的软件的编码充分在本领域普通技术人员的范围内。在实施例中，计算机可读介质包括所述计算机程序。

尽管上面已经参考根据附图的示例描述了本发明，但是显然本发明不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以若干种方式修改。因此，所有的词语和表达应当被广泛地解释，并且它们旨在说明而不是限制实施例。对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明概念可以以各种方式实现。此外，对于本领域技术人员显然的是，所描述的实施例可以但不要求以各种方式与其他实施例相组合。

Claims (15)

1.一种装置，包括：

天线阵列，用于生成无线电波束，所述天线阵列包括天线元件子组，并且每个天线元件子组包括多个天线元件；

信号输入部件，用于经由电连接向每个天线元件子组并且向每个天线元件子组内的多个天线元件提供输入信号，

其中每个天线元件子组内的多个天线元件彼此连续电连接，使得输入信号被配置为在每个天线元件子组内经由至少一个其他天线元件输入到至少一个天线元件；以及

相移部件，用于在每个天线元件子组内的连续电连接的天线元件之间偏移输入信号的相位。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线元件子组彼此并联地电连接。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述相移部件还被配置为偏移用于至少一个天线元件子组的输入信号的相位。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述相移部件还被配置为执行用于第一天线元件子组的输入信号的第一相移和用于第二天线元件子组的输入信号的第二相移，第一和第二相移具有不同的大小。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述相移部件包括用于偏移用于天线元件子组的输入信号的相位的多个相移元件，所述多个相移元件布置成使得至少一个相移元件被配置为执行第一相移，并且与至少一个其他相移元件耦合的所述至少一个相移元件被布置成执行第二相移。

6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述相移部件被配置为使得所述输入信号的相位对于每个天线元件子组是不同的。

7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述相移部件被配置为在每个天线元件子组内的每个连续电连接的天线元件之间偏移所述输入信号的相位。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述相移部件被配置为使得所述输入信号的相位对于天线元件子组内的每个天线元件是不同的。

9.根据前述权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述相移部件包括被配置为偏移用于至少一个天线元件子组的输入信号的相位的至少一个第一相移元件、以及被配置为在所述连续电连接的天线元件之间偏移输入信号的相位的多个第二相移元件，至少一个第一相移元件具有第一相移值，并且每个第二相移元件具有第二相移值，其中第一和第二相移值具有不同的大小。

10.根据前述权利要求1至9中任一项所述的装置，其中所述天线阵列至少包括第一天线元件子组和第二天线元件子组，所述第一天线元件子组至少包括第一天线元件和第二天线元件，所述第二天线元件子组至少包括第三天线元件和第四天线元件，

其中信号输入部件被配置为将输入信号输入到第一和第二天线元件子组，第一天线元件子组的第一和第二天线元件被连续地电连接，使得输入信号被配置为输入到第一天线元件并且经由第一天线元件到第二天线元件，并且第二天线元件子组的第三和第四天线元件被连续地电连接，使得输入信号被配置为输入到第三天线元件并且经由第三天线元件到第四天线元件，

并且其中所述相移部件被配置为在第一和第二天线元件之间偏移输入信号的相位，使得被配置为输入到第一天线元件的输入信号的相位与被配置为输入到第二天线元件的输入信号的相位相比是不同的，并且使得被配置为输入到第三天线元件的输入信号的相位与被配置为输入到第四天线元件的输入信号的相位相比是不同的。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述相移部件配置为使得被配置为输入到第一天线元件子组的输入信号的相位与被配置为输入到第二天线元件子组的输入信号的相位相比是不同的。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，被配置为输入到第一天线元件子组的第一天线元件的输入信号的相位等于被配置为输入到第二天线元件子组的第四天线元件的输入信号的相位。

13.根据前述权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述装置被包括在蜂窝通信系统的终端设备中。

14.一种装置中的方法，所述方法包括：

由所述装置获取用于天线阵列的输入信号，所述天线阵列包括天线元件子组，并且每个天线元件子组包括多个天线元件；

向每个天线元件子组提供输入信号；

在每个天线元件子组内，将输入信号输入到该天线元件子组的第一天线元件；

在每个天线元件子组内，经由所述第一天线元件将输入信号输入到该天线元件子组的第二天线元件，并偏移输入信号的相位，使得输入到第二天线元件的输入信号的相位与输入到第一天线元件的输入信号的相位相比是不同的；以及

经由天线阵列输出根据所述输入信号的至少一个无线电波束。

15.一种用于制造装置的方法，所述方法包括：

提供用于生成无线电波束的天线阵列，所述天线阵列包括天线元件子组，并且每个天线元件子组包括多个天线元件；

提供信号输入元件，所述信号输入元件用于向每个天线元件子组并且向每个天线元件子组内的多个天线元件提供输入信号；

将天线元件子组电连接到信号输入元件；

在每个天线元件子组内，以连续的方式将多个天线元件彼此电连接，使得输入信号被配置为在每个天线元件子组内经由至少一个其他天线元件输入到至少一个天线元件；以及

在每个天线元件子组内的连续电连接的天线元件之间提供多个相移元件以用于偏移所述输入信号的相位。