CN107889542B - 信号分配网络 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于输入端口比天线元件少的天线装置的信号分配网络。信号分配网络包括至少两个信号分路器。信号分配网络包括至少一个信号组合器。每个信号分路器被配置为从唯一输入端口接收一个输入基带信号并且将一个直接馈送信号作为输入提供给唯一天线元件，并且将一个中间信号作为输入提供给所述至少一个信号组合器中的至少一个。每个信号组合器被配置为接收两个中间信号，每个中间信号从至少两个信号分路器的相应信号分路器被接收，并且将一个组合信号作为输入提供给唯一天线元件，其中一个组合信号是通过组合所接收的两个中间信号而形成的。

Description

信号分配网络
技术领域
本文提出的实施例涉及输入端口比天线元件少的天线装置的信号分配网络，以及用于输入端口比天线元件少的天线装置的信号分配网络中的信号处理的方法和计算机程序产品。
背景技术
在通信网络中，针对给定的通信协议、其参数和部署该通信网络的物理环境，获得良好性能和容量是有挑战的。
无线通信网络中可能难以获得良好性能和容量的一个组件是天线。例如，为了向阵列天线的期望方向执行一个或多个天线波束/波瓣的波束成形(例如波束宽度和波束指向控制)，需要控制馈送各个天线端口的各个信号的幅度和相对相位。
该控制可以通过从各个数字信号产生各个电信号来实现，在这种情况下，在数字域中执行所需的相移。这被称为数字波束成形。
备选地，可以从共同的模拟信号产生各个电信号，该模拟信号被分成期望数量的各个所需信号，然后在模拟域中进行各自的相移。这被称为模拟波束成形。
模拟波束成形的另一种选择是使用不同形式的信号分配网络。一个常用的实施方式是使用所谓的巴特勒(Butler)矩阵。在这种实施方式中，用巴特勒矩阵执行信号分路和相移。该实施方式通常也可能需要一些额外的信号切换，以便执行不同波束方向的选择。
存在使用模拟和数字相移组合的波束成形架构；例如，使用数字相移来控制波束的方位角(侧向)，使用模拟相移来控制波束的仰角。
如本领域技术人员所理解的，上述公开的波束成形方法具有其特定的优点和限制。一般而言，数字波束成形可以被认为是灵活的，并且可以支持多个同时的波束，但是实现可能是复杂的，因为它需要数字域和模拟域之间的单独信号转换。模拟波束成形从其依赖于模拟信号处理的角度来看可能是有利的，其不需要涉及数据转换器(数模转换器和模数转换器)和/或向上/向下转换器的多个实例。模拟波束成形通常不如数字波束成形复杂，但是为了满足所需的相位精度，可能需要精密和精心的设计。模拟波束成形的另一个限制是模拟波束成形固有地仅支持单个波束。因此，提供多个波束可能需要相移器的多个实例，或者对于基于使用Butler矩阵的实施方式来说，需要将多个模拟信号连接到Butler矩阵的多个输入的方式。
因此，仍然需要一种用于天线装置的改进分配网络。
发明内容
本文实施例的目的是提供用于天线装置的有效分配网络。
根据第一方面，提出一种用于输入端口比天线元件少的天线装置的信号分配网络。信号分配网络包括至少两个信号分路器。信号分配网络包括至少一个信号组合器。每个信号分路器被配置为从唯一输入端口接收一个输入基带信号并且将一个直接馈送信号作为输入提供给唯一天线元件，并且将一个中间信号作为输入提供给所述至少一个信号组合器中的至少一个。每个信号组合器被配置为接收两个中间信号，每个中间信号从至少两个信号分路器的相应信号分路器被接收，并且将一个组合信号作为输入提供给唯一天线元件，其中一个组合信号是通过组合所接收的两个中间信号而形成的。
有利地，这提供用于天线装置的有效分配网络。
有利地，这提供了在实施方式、大小、复杂度、功耗、成本和/ 或通用性方面、或者考虑至少所有这些方面的折衷的用于天线装置的有效分配网络。
有利地，这提供一种分配网络，其可操作地连接在(数字)收发机和天线元件阵列之间，其中收发器端口的数量少于天线元件或天线元件端口的数量。
这是有利的，因为该分配网络利用了将一个或少量信号模拟分路为更多数量的信号的优点，同时仍然保持数字波束成形架构的优点；多个天线波瓣可以被支持并自由地放置在给定子空间中而没有限制。通过数字控制一些信号分量的产生并将它们馈送到根据本发明的模拟信号分配网络，可以避免完全单独的数字波束成形架构的复杂性(例如大小、重量、功耗等)。
根据第二方面，提出了一种包括根据第一方面的信号分配网络的网络节点。
根据第三方面，提出了一种包括根据第一方面的信号分配网络的无线终端。
根据第四方面，提出一种用于处理用于输入端口比天线元件少的天线装置的信号分配网络中的信号的方法。信号分配网络包括至少两个信号分路器和至少一个信号组合器。该方法包括由每个信号分路器从唯一输入端口接收一个输入基带信号。该方法包括由每个信号分路器将一个直接馈送信号作为输入提供给唯一天线元件，并且将一个中间信号作为输入提供给所述至少一个信号组合器中的至少一个。该方法包括由每个信号组合器接收两个中间信号，每个中间信号从至少两个信号分路器的相应信号分路器被接收。该方法包括由每个信号组合器将一个组合信号作为输入提供给唯一天线元件，其中所述一个组合信号是通过组合所接收的两个中间信号而形成的。
根据第五方面，提出了一种计算机程序，用于处理用于输入端口比天线元件少的天线装置的信号分配网络中的信号，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码当在信号分配网络上运行时使得所述信号分配网络执行根据第四方面的方法。
根据第六方面，提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括根据第三方面的计算机程序和存储所述计算机程序的计算机可读装置。
应当注意，第一、第二、第三、第四、第五和第六方面中的任何特征可被应用于任何其他方面(只要在合适的情况下)。类似地，第一方面的任何优点可以被同样分别适用于第二、第三、第四、第五和/ 或第六方面，且反之亦然。通过以下详细公开、所附从属权利要求以及附图，所附实施例的其他目标、特征和优点将是清楚的。
一般地，除非本文另有明确说明，否则权利要求中使用的所有术语根据其技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则对“一/一个/所述元件、设备、组件、装置、步骤等”的所有引用应被开放地解释为指代元件、设备、组件、装置、步骤等中的至少一个实例。除非明确声明，否则本文所公开的任何方法的步骤不一定严格按所公开的顺序来执行。
附图说明
现在参照附图以示例方式描述本发明构思，附图中：
图1、2、4、6、7、8、9、10和11是示出了根据实施例的用于天线装置的信号分配网络的示意图；
图12a是示出了根据实施例的信号分配网络的功能单元的示意图；
图12b是示出了根据实施例的信号分配网络的功能模块的示意图；
图12c是示出了根据实施例的网络节点的示意图；
图12d是示出了根据实施例的无线设备的示意图；
图13示出了根据实施例的包括计算机可读装置在内的计算机程序产品的一个示例；
图14和图15是根据实施例的方法的流程图；以及
图16、17和18是根据实施例的仿真结果。
具体实施方式
现在将在下文参考其中示出本发明的特定实施例的附图来更全面地描述发明构思。然而，本发明构思可以按多种不同形式来体现，并且不应当被解释为受到本文阐述的实施例的限制。相反，通过示例的方式提供这些实施例，使得本公开将透彻和完整，并且向本领域技术人员充分地传达本发明构思的范围。在说明书全文中，相似的标记指代相似的元件。由虚线示出的任何方法步骤应被视为是可选的。
如上所述，本文实施例的目的是提供用于天线装置的有效分配网络。
此外，鉴于上面列出的问题，可能期望提供一种用于天线装置的分配网络，其能够减少数字发射机的数量，同时仍然具有能够从同一天线阵列生成和控制多个波瓣的益处；能够通过将数字生成的信号和模拟分配/组合网络进行组合来产生到多个天线元件(或子阵列)的信号分量之间的相对相移；和/或支持来自同一天线阵列的多个天线波瓣，以及相应的硬件。
本文公开的实施例中的至少一些利用了如下事实，通过产生向量和与向量差来组合两个或更多个相干信号，可以是在大型天线阵列上产生信号分量的方式。当考虑到经常需要大量的天线元件来产生高天线增益时，这可能是有用的。同时还存在对可调天线波瓣的要求，从简单的竖直倾斜到更先进的波束指向功能。在数字域中生成这些波束成形功能可以提供比传统模拟解决方案更多的灵活性和能力，例如能够单独地控制相同频带中的不同频率载波以便生成多个同时的波束。
本文公开的实施例中的至少一些涉及用于输入端口比天线元件少的天线装置的信号分配网络。现在参考图1，其示出了根据实施例的天线装置100a的信号分配网络110a。信号分配网络110a包括至少两个信号分路器111和至少一个信号组合器112。
在每个分路器111，基带输入信号S1、S2、...被分成三个相等的分量(具有相同的幅度和相位)。图4示意性地示出了这两个三路分路器 111中的每一个如何被配置为服务于一个输出天线元件端口E1，E2，... 并且，每一个还服务于两个不同的信号组合器112。如将在下面进一步详细描述的，特别是参考图3和5，在每个组合器112处，所有相邻的基带输入信号被成对地组合以产生近似内插的新信号向量。每个组合器 112因此被配置为成对地组合来自两个相邻分路器11的信号以产生原始输入信号S的内插值。这些内插值被馈送到输出天线元件端口。
信号分配网络100a可以被描述为三路分路器111和二到一组合器 112的无限阶梯。存在至少有两个不同的选择可用于截断三路分路器 111和二到一组合器112的这种无限阶梯。如下面将进一步公开的，一种选择是省略第一个和最后一个信号分路器的三个输出中的一个。另一种选择是从第一信号组合器生成特定的差信号，然后将该信号与来自三路组合器(参见例如图4及其描述)的不成对的输出信号组合。
从输入端口的一个较小集合(如基带输入信号S1、S2，...所定义的)导出到附加天线端口的信号的一般机制是将每个输入信号分成三份，其中这三个相同的分量中只有一个被直接馈送到输出天线元件端口E1、E2、...。输入基带信号的另外两个副本与相邻的输入基带信号组合，产生新的向量。在一些条件下，这些向量可以是现有技术中在输入侧需要的中间向量的良好近似，即，E1由S1给出，E2由S2给出等等。
将公开信号分路器的属性。每个信号分路器被配置为从唯一输入端口接收一个输入基带信号并且将一个直接馈送信号作为输入提供给唯一天线元件。每个信号分路器进一步被配置为将一个中间信号作为输入提供给信号组合器的至少一个。
现在将公开每个信号组合器的属性。每个信号组合器被配置为接收两个中间信号。每个中间信号是从至少两个信号分路器的相应信号分路器接收的。每个信号组合器被配置为将一个组合信号作为输入提供给唯一天线元件。该组合信号是通过组合接收到的两个中间信号而形成的。
每个二路信号分路器(即，具有一个输入和两个输出的信号分路器)可以由Wilkinson 2路组合器/分路器提供。
每个三路信号分路器(即，具有一个输入和三个输出的信号分路器)可以由Wilkinson 3路组合器/分路器提供。
每个二路信号组合器(即，具有两个输入和一个输出的信号组合器)可以由Wilkinson 2路组合器/分路器、或具有加90度移相器的支线 90度混合耦合器、竞争式(rat-race)180度混合耦合器或类似类型的混合耦合器来提供。
信号分配网络的其他可选属性和特征将在下面提供。
信号分配网络的输入信号可以被认为是模拟射频(RF)信号，其相应地可以由(唯一的)数字基带信号产生。输入信号的具体产生方式超出了本公开的范围。所提出的信号分配网络的一个优点是能够通过引入由至少两个信号分路器和至少一个信号组合器定义的小且简单的模拟RF分量来简化数字实施方式。
有利地，通过以这种方式组合一些组成信号分量，产生线性(或至少近似线性)的相位前，相应地将形成指向特定方向的天线波束。
信号分配网络将主要在下行链路场景(从无线电接入网络节点的角度来看)中描述，其中，至少一个信号由天线端口发送，因此信号首先从输入端口被接收，以由信号分配网络处理，然后被馈送到天线元件。参见例如参考图14和图15的流程图所公开的方法。因此，在这种场景中，信号被描述为源于数字基带表示，并进一步产生为模拟RF 信号，所述模拟RF信号被馈送到包括分路器和组合器的信号分配网络中，并且最终被馈送到天线元件。然而，由于互易性，可以使信号流反向，并且也将适用于上行链路场景(从无线电接入网络节点的角度看)。因此，信号分配网络也适用于信号被天线元件接收，然后在被馈送到输入端口之前被信号分配网络处理的场景。图12a按照多个功能单元示意性地示出了根据实施例的信号分配网络100a-110j的组件。使用能够执行计算机程序产品131(如图13)(例如，具有存储介质123的形式)中存储的软件指令的合适的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等中的一种或多种的任意组合来提供处理电路121。
具体地，处理电路121被配置为使信号分配网络110a-110j执行一组操作或步骤S102-S112。以下将公开这些操作或步骤S100-S112。例如，存储介质123可以存储该组操作，并且处理电路121可以被配置为从存储介质123获取该组操作，以使信号分配网络110a-110j执行该组操作。该组操作可以提供为一组可执行指令。
处理电路121由此被布置为执行本文公开的方法。存储介质123还可以包括持久存储设备，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装存储器中的任意单独一个或组合。信号分配网络 110a-110j还可以包括通信接口122，用于与其他实体和设备(例如天线装置)通信。因此，通信接口122可以包括一个或多个发送机和接收机，其包括模拟和数字组件。处理电路121例如通过向通信接口122和存储介质123发送数据和控制信号，通过从通信接口122接收数据和报告，以及通过从存储介质123中获取数据和指令来控制信号分配网络110a-110j的总体操作。
图12b按照多个功能模块示意性地示出了根据实施例的信号分配网络110a-110j的组件。图12b的信号分配网络110a-110j包括多个功能模块；被配置为执行下面的步骤S102、S106的接收模块121a，以及被配置为执行下面的步骤S104、S104a、S108的提供模块121b。图12b的信号分配网络110a-110j还可以包括多个可选的功能模块，诸如以下中的任何一个：被配置为执行下面的步骤S101、S102a、S102b、S108a的缩放模块121c，被配置为执行下面的步骤S110的加法模块121d，以及被配置为执行下面的步骤S100、S112的分路(和相移)模块121e。以下将在可以使用功能模块121a-121e的上下文中进一步公开每个功能模块121a-121e的功能。一般地，每个功能模块121a-121e可以在硬件或在软件中实现。优选地，一个或多个或所有功能模块121a-121e可以由处理电路121实现，而且可能与功能单元122和/或123协作来实现。处理电路121可以因此被布置为从存储介质123获取由功能模块121a-121e提供的指令，并且被布置为执行这些指令，从而执行下文将公开的任何步骤。
信号分配网络110a-110j可以设置为单独的设备或其它设备的一部分。例如，信号分配网络110a-110j可以设置在天线装置100a-100j中。因此，天线装置100a-100j可以包括如本文所公开的信号分配网络 110a-110j。天线装置100a-100j可以是无线电接入网络节点(例如，无线电基站、基站收发台、节点B或演进节点B)的一部分。附加地或备选地，天线装置100a-100j可以是无线设备(诸如移动台、移动电话、手机、无线本地环路电话、用户设备(UE)、智能手机、膝上型计算机、平板电脑或调制解调器)的一部分。
图12c示意性地示出了网络节点124，其包括信号分配网络 110a-110j或者包括这种信号分配网络110a-110j的天线装置100a-100j。图12d示意性地示出了无线设备125，其包括信号分配网络110a-110j或者包括这种信号分配网络120a-110j的天线装置100a-100j。信号分配网络110a-110j或天线装置100a-100j可以被设置为网络节点124或无线设备125的组成部分。也就是说，信号分配网络110a-110j或天线装置100a-100j的组件可以与网络节点124或无线设备125的其他组件集成；网络节点124或无线设备125以及信号分配网络110a-110j或天线装置 100a-100j的一些组件可以被共享。
图13示出了包括计算机可读装置133在内的计算机程序产品31的一个示例。在该计算机可读装置133上，可以存储计算机程序132，该计算机程序132可以使得处理电路121和操作耦合到该处理电路的实体和设备(例如，通信接口122和存储介质123)执行根据本文描述的实施例的方式。计算机程序132和/或计算机程序产品131可以因此提供执行如本文公开的任何步骤的方法。
在图13的示例中，计算机程序产品131被示出为光盘，例如CD(高密度盘)或DVD(数字多功能盘)或蓝光盘。计算机程序产品131还可以体现为存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、或电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，和更具体地作为外部存储器中的设备的非易失性存储介质，例如USB(通用串行总线)存储器，或者闪存，例如高密度闪存。因此，尽管计算机程序132这里示意性地示出为所描述的光盘上的轨道，计算机程序132可以用适于计算机程序产品131的任意方式进行存储。
现在参考图14，其示出了根据实施例的用于处理用于输入端口比天线元件少的天线装置100a-100j的信号分配网络110a-110j中的信号的方法，所述方法由该信号分配网络执行。有利地将该方法提供为计算机程序132。如上所述，信号分配网络110a-110j包括至少两个信号分路器111和至少一个信号组合器112。
信号分配网络被配置为在步骤S102中由每个信号分路器从唯一输入端口接收一个输入基带信号。信号分配网络被配置为在步骤S104 中由每个信号分路器将一个直接馈送信号作为输入提供给唯一天线元件，并且将一个中间信号作为输入提供给至少一个信号组合器中的至少一个。信号分配网络被配置为在步骤S106中由每个信号组合器接收两个中间信号，每个中间信号从至少两个信号分路器的相应信号分路器被接收。信号分配网络被配置为在步骤S108中由每个信号组合器将一个组合信号作为输入提供给唯一天线元件，其中该一个组合信号是通过组合所接收的两个中间信号形成的。
现在参考图15，其示出了根据另一实施例的用于处理用于输入端口比天线元件少的天线装置的信号分配网络中的信号的方法，所述方法由该信号分配网络执行。有利地将该方法提供为计算机程序132。
根据一些实施例(例如图1、图2、图4、图6、图8、图9、图10、图11的实施例)，每个信号分路器被配置为用第一因子缩放所述直接馈送信号和中间信号。因此，信号分配网络可以被配置为在步骤S102a 中由每个信号分路器用第一因子缩放所述直接馈送信号和中间信号。
根据一些实施例(例如，图7、10的实施例)，每个信号分路器被配置为用一个第一因子缩放所述直接馈送信号，用另一个第一恒因子缩放所述中间信号。因此，信号分配网络可以被配置为在步骤S102b 中由每个信号分路器用第一因子缩放直接馈送信号，用另一个第一因子缩放中间信号。
根据一些实施例(例如，图1-11的实施例中的任一个)，每个信号组合器被配置为用第二因子缩放组合信号。因此，信号分配网络可以被配置为在步骤S108a中由每个信号组合器用第二因子缩放组合信号。
根据一些实施例(例如，图4、图6、图7、图8、图9、图10的实施例)，每个信号组合器被设置为具有和输出端口和差输出端口的混合耦合器。所述组合信号可以由所述和输出端口来提供。
根据一些实施例(例如，图1-11的实施例中的任一个)，信号分配网络包括至少两个信号组合器。每个信号分路器可以被配置为将中间信号作为输入提供给所述至少两个信号组合器中的两个。因此，信号分配网络可以被配置为在步骤S104a中由每个信号分路器将中间信号作为输入提供给所述至少两个信号组合器中的两个。
处理最外面的信号分路器时应特别小心。通过利用信号组合器可以被设置为90度或180度的混合耦合器的事实，不仅可以使用输入信号的总和，而且可以使用它们之间的差。实现这一点的两种方式是通过使用与另外的相移相加的90度混合耦合器(例如分支线混合)或所谓的竞争式组合器。通过使用180度耦合器的差端口，现在可以估计到最外面的天线单元(位于由图5中的输入信号S1和S3直接驱动的单元之外)的附加信号分量。如图5中的图形所示，输入信号分量S1和S2首先被组合为S1-S2(的缩放版本)，并与S2相加以产生基本分量E1。特别地，根据一些实施例(例如，图4、6、7、8、9、10、11的实施例)，信号分配网络还包括信号加法器113。信号加法器113可以被认为是信号组合器，其输出是它的求和(或总和)端口(Σout)，参见图4(c)。信号加法器被配置为向天线装置的一个天线元件提供输入。至少两个信号分路器中的一个被配置为向信号加法器提供第一输入。至少一个组合器中的一个被配置为向信号加法器提供第二输入。因此，信号分配网络可以被配置为在步骤S110中由信号加法器将第一输入和第二输入相加。根据该实施例，每个信号组合器可以被设置为具有和输出端口和差输出端口的混合耦合器，并且第二输入可以由至少一个组合器中的所述一个组合器的差输出端口来提供。
根据一些实施例(例如，图7的实施例)，信号分配网络还包括幅度递减单元114。幅度递减单元被配置为缩放一个输入基带信号并且将经缩放的一个输入基带信号提供给至少两个信号分路器中的一个。因此，信号分配网络可以被配置为在步骤S101中通过幅度递减单元114 来缩放一个输入基带信号并且将缩放后的一个输入基带信号提供给至少两个信号分路器中的一个。
根据一些实施例(例如，图6、9、10的实施例)，信号分配网络还包括另一个信号分路器115。另一个信号分路器被配置为将天线元件中的一个天线元件的输入分为两个输入，并将这两个输入馈送到唯一天线元件。因此，信号分配网络可以被配置为在步骤S112中由另一个信号分路器115将天线元件中的一个天线的输入分为两个输入，并将这两个输入馈送到唯一天线元件。
根据一些实施例(例如，图1-11的任一个实施例)，在至少两个信号分路器中的相邻信号分路器的输入基带信号之间存在线性相位增量。例如，假设输入基带信号编号i可以写为Si＝Ai*exp(jφi)，其中A是幅度因子，j表示虚数单位，φ是角度偏移量，exp表示指数函数。那么，对于i＝1...K-1，其中K是输入基带信号的总数，在相邻的相位值φi 之间存在相位增量。
根据一些实施例(例如，图11的实施例)，所有输入基带信号都来自由单个发射机链116提供的公共输入基带信号。在输入基带信号被馈送到至少两个信号分路器之前，公共输入基带信号被单元119分路和相移以定义该输入基带信号。因此，信号分配网络可以被配置为在步骤S100中由单元119对输入基带信号进行分路和相移以定义输入基带信号。
根据一些实施例(例如，图6、7的实施例)，每个输入基带信号具有其自己的单个发射机链117。
根据一些实施例(例如图2的实施例)，信号分配网络被配置为接收N个输入基带信号并向2N-1个天线元件提供输入。
根据一些实施例(例如，图4、8的实施例)，信号分配网络被配置为接收N个输入基带信号并向2N个天线元件提供输入。
根据一些实施例(例如，图1、7、9、11的实施例)，信号分配网络被配置为接收N个输入基带信号并向2N+1个天线元件提供输入。
现在将参考图1至11公开用于输入端口比天线元件少的天线装置的信号分配网络的特定实施例。
图1的实施例表示天线装置100a中的信号分配网络110a的实现，其中示出了两个信号分路器(其中一个用附图标记111标识)以及三个信号组合器(其中一个用附图标记112标识)。
图2的实施例表示天线装置100b中的信号分配网络110b的实现，所述天线装置100b具有由基带信号S1-S5定义的五个输入和由天线元件E2-E10定义的九个天线端口，并且其中信号分配网络110b包括五个信号分路器111和四个信号组合器112。
图3示意性地示出了对从信号S1-S3到信号E2-E4的组合机制的信号分量分析。
图4(a)的实施例表示天线装置100c中的信号分配网络110c的实现，所述天线装置100c具有由基带信号S1-S3定义的五个输入和由天线元件E1-E6定义的六个天线端口，并且其中信号分配网络110c包括三个信号分路器111、两个信号组合器112和一个加法器113。加法器被配置为接收来自信号分路器的一个信号贡献和来自信号组合器的一个信号贡献。加法器的输出定义了到天线单元E1的信号贡献。如在图4(b)中更详细地看到的，加法器113从其接收一个信号贡献的信号组合器从其差量(delta或差)端口(Δout)产生该信号贡献。如在图4(c)中更详细地看到的，信号加法器113可以被看作信号组合器，其中输出是其求和(或总和)端口(Σout)。因此，本文公开的每个信号加法器113都可以由信号组合器来实现。
图5示意性地示出了对从信号S1-S3到信号E1-E4的组合机制的信号分量分析。
图6的实施例表示天线装置100d中的信号分配网络110d的实现，所述天线装置100d具有由基带信号S1-S3定义的三个输入和由天线元件E1-E14定义的十四个天线端口，并且其中每个输入基带信号具有其自己的单独发射机链，其中之一在附图标记117处被标识。每个发射机链都有自己的发射机(TRX)。输入基带信号源自基带块118。信号分配网络110d包括三个信号分路器111、两个信号组合器112和两个信号加法器113。信号分配网络110d还包括另外七个信号分路器，其中一个由附图标记115标识。
图7的实施例表示天线装置100e中的信号分配网络110e的实现，其类似于图6的信号分配网络110d，但没有另外的信号分路器，并且其中信号分路器111包括幅度递减单元114，幅度递减单元114被配置为缩放一个输入基带信号，使得一个信号分路器的各个输出具有不同幅度。
图8的实施例表示天线装置100f中的信号分配网络110f的实现，天线装置100f具有由基带信号S1-S4定义的四个输入和由天线元件E1-E8 定义的八个天线端口。信号分配网络110f包括四个信号分路器111、两个信号组合器112和两个信号加法器113。就信号分路器111而言，最中间的信号分路器具有两个输出，而最外面的信号分路器具有三个输出。还示出了信号分配网络110f的不同级处的信号值。例如，E4＝S2/√2。
图9的实施例表示天线装置100g中的信号分配网络110g的实现，天线装置100g具有由基带信号S1-S2定义的两个输入和由天线元件 E1-E5定义的五个天线端口。信号分配网络110g包括两个信号分路器111、一个信号组合器112、两个信号加法器113和一个另外的信号分路器115。还示出了信号分配网络110g的不同级处的信号值。
图10的实施例表示天线装置100h中的信号分配网络110h的实现，天线装置100h具有由基带信号S1-S4定义的四个输入和由天线元件 E1-E11定义的十一个天线端口。信号分配网络110h包括四个信号分路器111、两个信号组合器112、四个信号加法器113和四个另外的信号分路器115。就信号分路器111而言，两个最中间的信号分路器包括被配置为缩放一个输入基带信号使得一个信号分路器的各个输出具有不同幅度的幅度递减单元(图中未示出)。还示出了信号分配网络110g的不同级处的信号值。
图11的实施例表示天线装置100j中的信号分配网络110j的实现，天线装置100j具有由基带信号S1-S3定义的三个输入和由天线元件 E1-E7定义的七个天线端口。所有输入基带信号S1-S3都来自由单个发射机链116提供的公共输入基带信号。在输入基带信号S1-S3被馈送到三个信号分路器111之前，公共输入基带信号被单元119分路和相移以定义该输入基带信号。输入基带信号源自基带块118，并沿着单个发射机链116共享公共发射机(TRX)。
图16上下两图示意性地示出了幅度(以dB为单位)和相位(以度为单位)，其取决于包括信号分配网络的天线装置的元件索引。天线装置包括七个天线元件和三个输入基带信号。在图16上下两图中，每个元件索引对应于天线元件中的一个。信号分配网络根据图6来定义，其中，输入基带信号S1、S2和S3还分别被幅度递减为0.707、1和0.707，并且图16上下两图中的元件索引对应于图6中的奇数号的天线元件，即E1、E3、E5...E13。图16上下两图分别表示四种测试情况，即S1、 S2和S3之间的相位增量分别为0、30、60和90度的情况。这些幅度和相位条件将进而产生将具有另一幅度和相位分布的七个天线元件信号，如图16上下两图所示。
图17示意性地在作为对用于获得图16上下两图中的仿真结果的激励的响应的天线波瓣方面，示出了使用图16上下两图所示的信号分配网络的天线装置和使用输入基带信号和天线元件之间的一对一映射(即Ei＝Si，其中i＝1，2...7)的参考天线装置之间的比较。
图18示意性地在作为对用于获得图16上下两图中的仿真结果的激励的响应的用sin(x)表示(其中x表示角度)的波瓣方面，示出了使用图16上下两图所示的信号分配网络的天线装置以及图17所示的同一个参考天线装置之间的比较。
表1总结了图16、17和18中的仿真结果。
Figure GDA0003232815410000151
表1：图16、17和18中的仿真结果总结。
以上已经参考一些实施例主要地描述了发明构思。然而，本领域技术人员容易理解的是：上述公开之外的在如由所附专利权利要求所限定的发明构思的范围之内的其它实施例同样是可能的。例如，可以设想，其它组件(诸如放大器、另外的移相器、另外的信号加法器、另外的幅度递减单元、另外的信号分路器和另外的信号组合器等)可以被添加到本文公开的任一个信号分配网络110a-110j。然而，省略了信号分配网络110a-110j的这类其他组件以及相关功能使得不会模糊本文提出的构思。

Claims (20)

1.一种用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，包括：
至少两个信号分路器(111)；
至少一个信号组合器(112)；以及
其中每个信号分路器被配置为从唯一输入端口接收一个输入基带信号(S1-S4)并且将一个直接馈送信号作为输入提供给唯一天线元件(E1-E14)，并且将一个中间信号作为输入提供给所述至少一个信号组合器中的至少一个；以及
其中每个信号组合器被配置为接收两个中间信号，每个中间信号从所述至少两个信号分路器的相应信号分路器被接收，并且将一个组合信号作为输入提供给唯一天线元件，其中所述一个组合信号是通过组合所接收的两个中间信号而形成的；
信号加法器(113)，被配置为向所述天线装置的一个天线元件提供输入，
其中所述至少两个信号分路器(111)中的一个被配置为向所述信号加法器提供第一输入，并且其中所述至少一个信号组合器(112)中的一个被配置为向所述信号加法器提供第二输入。
2.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，每个信号分路器被配置为用第一因子来缩放所述直接馈送信号和所述中间信号。
3.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，每个信号分路器被配置为用一个第一因子缩放所述直接馈送信号，并用另一个第一因子缩放所述中间信号。
4.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，每个信号组合器被配置为用第二因子缩放所述组合信号。
5.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，每个信号组合器被设置为具有和输出端口与差输出端口的混合耦合器，并且所述组合信号由所述和输出端口提供。
6.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，包括至少两个信号组合器，并且其中每个信号分路器被配置为将中间信号作为输入提供给所述至少两个信号组合器中的两个。
7.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，每个信号组合器被设置为具有和输出端口与差输出端口的混合耦合器，并且其中所述第二输入由所述至少一个组合器中的所述一个的所述差输出端口提供。
8.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，还包括：
幅度递减单元(114)，被配置为缩放一个输入基带信号并且将经缩放的一个输入基带信号提供给所述至少两个信号分路器中的一个。
9.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，还包括：
另一个信号分路器(115)，被配置为将所述天线元件中的一个的所述输入分为两个输入，并且将所述两个输入馈送到唯一天线元件。
10.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，在所述至少两个信号分路器中的相邻信号分路器的输入基带信号之间存在线性相位增量。
11.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，所有输入基带信号都来自由单个发射机链(116)提供的公共输入基带信号，所述公共输入基带信号被分路和相移，以在所述输入基带信号被馈送到所述至少两个信号分路器之前定义所述输入基带信号。
12.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，每个输入基带信号具有其自己的单独的发射机链(117)。
13.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，所述信号分配网络被配置为接收N个输入基带信号并且向2N-1个天线元件提供输入。
14.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，所述信号分配网络被配置为接收N个输入基带信号并且向2N个天线元件提供输入。
15.根据权利要求1所述的用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)，其中，所述信号分配网络被配置为接收N个输入基带信号并且向2N+1个天线元件提供输入。
16.一种天线装置(100a-100j)，包括根据权利要求1至15中任一项所述的信号分配网络(110a-110j)。
17.一种用于处理用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)中的信号的方法，所述信号分配网络包括至少两个信号分路器(111)和至少一个信号组合器(112)，所述方法包括：
由每个信号分路器从唯一输入端口接收(S102)一个输入基带信号(S1-S4)；
由每个信号分路器将一个直接馈送信号作为输入提供(S104)给唯一天线元件(E1-14)，并且将一个中间信号作为输入提供给所述至少一个信号组合器中的至少一个；
由每个信号组合器接收(S106)两个中间信号，每个中间信号从所述至少两个信号分路器的相应信号分路器被接收；
由每个信号组合器将一个组合信号作为输入提供(S108)给唯一天线元件，其中所述一个组合信号是通过组合所接收的两个中间信号而形成的；
由每个信号加法器(113)向所述天线装置(100a-100j)的一个天线元件提供输入；
由所述至少两个信号分路器(111)中的一个向所述信号加法器(113)提供第一输入，并且
由所述至少一个信号组合器(112)中的一个向所述信号加法器(113)提供第二输入。
18.一种计算机可读存储介质(133)，其内存储有计算机程序(132)，所述计算机程序(132)用于处理用于输入端口比天线元件少的天线装置(100a-100j)的信号分配网络(110a-110j)中的信号，所述信号分配网络包括至少两个信号分路器(111)和至少一个信号组合器(112)，所述计算机程序在被所述信号分配网络执行时使得所述信号分配网络：
由每个信号分路器从唯一输入端口接收(S102)一个输入基带信号(S1-S4)；
由每个信号分路器将一个直接馈送信号作为输入提供(S104)给唯一天线元件(E1-E14)，并且将一个中间信号作为输入提供给所述至少一个信号组合器中的至少一个；
由每个信号组合器接收(S106)两个中间信号，每个中间信号从所述至少两个信号分路器的相应信号分路器被接收；
由每个信号组合器将一个组合信号作为输入提供(S108)给唯一天线元件，其中所述一个组合信号是通过组合所接收的两个中间信号而形成的；
由每个信号加法器(113)向所述天线装置(100a-100j)的一个天线元件提供输入；
由所述至少两个信号分路器(111)中的一个向所述信号加法器(113)提供第一输入，并且
由所述至少一个信号组合器(112)中的一个向所述信号加法器(113)提供第二输入。
19.一种网络节点(124)，包括根据权利要求1所述的信号分配网络。
20.一种无线终端(125)，包括根据权利要求1所述的信号分配网络。
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