CN108736928B - 波束成型控制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种波束成型的方法及控制装置。所述方法一实施例包括：调整对于第一基频信号的第一振幅倍率，且调整对于第一基频信号的第二振幅倍率。根据第一基频信号与第一振幅倍率产生第一信号，且根据第一基频信号与第二振幅倍率产生第二信号。使第一信号与第二信号之间具备相位差。将具备相位差的第一信号与第二信号转换为波束成型信号，以控制天线。

Description

波束成型控制的方法及装置

技术领域

本公开涉及一种通信的方法及装置，且具体涉及一种波束成型的方法及控制装置。

背景技术

随着科技的进步，使用毫米波(Millimeter Wave，简称mmWave)的无线通信技术依然存在一些技术困难。基本上，首先需要面对的问题在于，毫米波的传播过程中可能遇到波能严重衰减。上述问题跟毫米波通信系统操作于高频带并使用相当大的带宽进行通信有非常大的关联。进一步来说，相较于现今普遍使用的第三代(3G)或第四代(4G)通信系统，毫米波通信系统使用相对高频的频段来进行通信。可以知道的是，接收机所接收到的电磁波能量强弱会与信号传送距离的平方成反比并与电磁波信号的波长成正比，于是毫米波通信系统将会因为使用短波长的高频信号而大幅提升信号能量衰减的幅度。并且，高频信号的使用也将造成天线孔径骤降，并可能导致毫米波通信系统中的传送信号的信号能量递减。因此，为了确保通信质量，毫米波通信系统中的收发器通常需要使用到多天线波束成型技术来改善信号能量衰减用以增益收发信号的效能。

一般来说，多天线波束成型技术是在基地台/用户设备上配置包括多个天线的天线数组，根据控制这些天线让基地台/用户设备可产生具有指向性的波束。根据天线数组所达成的波束成型技术是影响毫米波无线通信系统的效能的关键因素之一。传统的波束成型通信架构主要是使用相移器(Phase-Shifter)或是数字波束(Digital-Beamforming)合成技术来实现。由于相移器在高频会产生主线路损耗过大的问题，且调整的相位精准度也不高，而使用数字波束合成技术时需要使用到数量庞大的数字模拟(Digital-Analog，DA)转换器而导致体积上升。因此，开发出具有较高精准度的毫米波波束成型装置，实为本领域技术所关心的重要议题之一。

发明内容

本公开提供一种波束成型的方法及控制装置，可在不使用相移器且不使用数量庞大的数字-模拟(DA)转换器的情况下，实现具备较高精准度的波束成型技术。

依据本公开一实施例提出一种波束成型控制装置，包括：第一基频振幅控制电路、第二基频振幅控制电路、混频器以及控制器。第一基频振幅控制电路以及第二基频振幅控制电路，两者皆接收第一基频信号。混频器耦接第一基频振幅控制电路以及第二基频振幅控制电路。控制器耦接第一基频振幅控制电路及第二基频振幅控制电路，并调整第一基频振幅控制电路中对于第一基频信号的第一振幅倍率，且调整第二基频振幅控制电路中对于第一基频信号的第二振幅倍率。第一基频振幅控制电路根据第一基频信号与第一振幅倍率产生第一信号，且第二基频振幅控制电路根据第一基频信号与第二振幅倍率产生第二信号。混频器接收第一信号与第二信号，并使第一信号与第二信号之间具备相位差。混频器将具备相位差的第一信号与第二信号转换为波束成型信号，以控制天线。

另一观点而言，依据本公开另一实施例提出一种波束成型控制方法，包括：调整对于第一基频信号的第一振幅倍率，且调整对于第一基频信号的第二振幅倍率。根据第一基频信号与第一振幅倍率产生第一信号，且根据第一基频信号与第二振幅倍率产生第二信号。使第一信号与第二信号之间具备相位差。将具备相位差的第一信号与第二信号转换为波束成型信号，以控制天线。

基于上述，本公开的控制装置可由第一基频信号分离出两基频信号，并将两者转换为一波束成型信号。根据分别调整所述两基频信号的相位，本公开可以为多天线的通信系统调整出具有适当相位的波束成型信号。此外，本公开的控制装置还可在输入信号为多个基频信号的情形下，产生对应于所述多个基频信号的多个波束成型信号，由此利用多天线通信系统传输夹带不同基频信号讯息的多个波束成型信号。因此，本公开可以在不使用相移器且不使用数量庞大的数字-模拟(DA)转换器的情况下，实现具有较低线路损耗以及较高精准度的波束成型技术。

为让本公开的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1A、1B、1C是示出波束成型技术的架构图。

图2A是依据本公开一实施例示出用于单一天线及单一输入基频信号通信系统的波束成型控制装置的示意图。

图2B是依据本公开一实施例示出用于多天线及单一输入基频信号通信系统的波束成型控制装置的示意图。

图3是依据本公开一实施例示出使用混频器调变波束成型信号的示意图。

图4A是依据本公开一实施例示出用于单一天线及多输入基频信号通信系统的波束成型控制装置的示意图。

图4B是依据本公开一实施例示出用于多天线及多输入基频信号通信系统的波束成型控制装置的示意图。

图5是依据本公开一实施例示出波束成型控制方法的流程图。

具体实施方式

传统的波束成型通信架构主要是使用相移器(Phase-Shifter)或是数字波束(Digital-Beamforming)合成技术来实现。使用相移器时，主要是将相移器配置于波束成型通信系统的射频(Radio Frequency，RF)端或是本地震荡器(Local Oscillator，LO)端。另一方面，使用数字波束技术合成时，波束成型通信系统会在基频信号还是数字信号时就调整其相位。

图1A、1B、1C分别示出波束成型技术的架构图。首先，请先参考图1A。图1A所示的波束成型装置是将相移器配置于RF端，在天线将模拟信号发送出之前，会先由相移器103调整该模拟信号的相位。在此架构下，波束成型装置须替每一根天线的RF端配置对应的相移器103。然而，由于相移器操作于不同频段时所调整出来的相位会有所差异，且RF端所发送的信号经常会使用到不同的载波频率，因此，在设计上，要做到在RF端使用相移器精准地调整信号的相位较为困难。

图1B所示的波束成型装置是将相移器103配置于LO端。由此，当相移器103在LO端的信号还未传输至混频器101之前，会先对此信号的相位进行调整。由于LO发出的信号皆为固定的频率，故在此架构下，相移器103可以较精准地调整天线所要发送的模拟信号之相位而不受到频率因素的影响。然而，相较于图1A所示的波束成型装置，此架构会使用到较多数量的混频器101。

图1C所示的波束成型装置是使用数字波束技术合成的方式产生波束成型信号，波束成型装置可在波束成型信号的同相(In Phase，以I表示)与正交(Quadrature，以Q表示)分量信号还未由被数字信号转换为模拟信号之前，调整两数字信号，以使输出的波束成型信号具有适当的相位。在此架构下，波束成型装置不须使用到相移器，因此在设计上较为灵活。然而，此架构会使用到较多数量的数字-模拟(DA)转换器，容易导致波束成型装置的体积及成本上升。

图2A是依据本公开一实施例示出用于单一天线及单一输入基频信号通信系统的波束成型控制装置200的示意图。波束成型控制装置200可包括第一基频振幅控制电路203、第二基频振幅控制电路205、混频器201以及控制器Ctrl，其中，控制器Ctrl耦接第一基频振幅控制电路203及第二基频振幅控制电路205并用以控制两者。

第一基频振幅控制电路203与第二基频振幅控制电路205可例如是功率放大器(Power Amplifier，PA)，两者可将输入信号的振幅放大或缩小一特定倍率，并将振幅经缩放的输入信号输出。第一基频振幅控制电路203与第二基频振幅控制电路205也可以是其他种可控制信号振幅的电路，本公开并不限定于此。

控制器Ctrl的功能可藉使用诸如微处理器、微控制器、数字信号处理(digitalsignal processing)芯片、现场可程序化门阵列(field programmable gate array)，以及其他类似的可程序化单元来实作，本公开并不限定于此。

在本实施例中，第一基频振幅控制电路203及第二基频振幅控制电路205可用以接收一第一基频信号b1，其中第一基频信号b1可以是模拟信号，且第一基频信号b1可由DA转换器将一数字基频信号转换而产生。

混频器201可具有两个信号输入端、一个LO信号端以及一个信号输出端，其中，所述两个信号输入端分别耦接第一基频振幅控制电路203与第二基频振幅控制电路205。混频器201可具备升频的功能，并可使两输入信号具备相位差，该相位差即为两输入信号的向量间的夹角。例如，若混频器201是同相正交混频器(或称IQ混频器)时，混频器201可将两个输入信号视为其输出信号的同相分量(I分量)以及正交分量(Q分量)。详细而言，混频器201可使接收到的两个输入信号之间产生90度的相位差，并可将自LO信号端接收到的LO信号分别与两个输入信号混频，以为两输入信号调变适当的载波频率。载波频率可例如是位于30至300GHz(即：毫米波频段)之间的任一频率。由此，混频器201可通过LO信号调整输出信号的载波频率，并可输出由两个输入信号(I分量以及Q分量)线性迭加(Superposition)而成的输出信号。须说明的是，在本公开的各实施例中，皆假设混频器201为IQ混频器，然而，本公开并不限定于此，换言之，本公开并不限定混频器201对两个输入信号之间产生的相位差为90度。

控制器Ctrl可通过控制信号c1调整第一基频振幅控制电路203中对于第一基频信号b1的第一振幅倍率，且通过控制信号c2调整第二基频振幅控制电路205中对于第一基频信号b1的第二振幅倍率。在一实施例中，控制器Ctrl可通过其他设备的传输需求(例如，天线波束的选择、根据天线扫描特定区域或不特定区域…等请求)来调整第一基频信号b1的第一振幅倍率以及第二振幅倍率，藉以调整波束成型信号bm的相位。第一基频振幅控制电路203可根据第一基频信号b1与第一振幅倍率产生第一信号s1，且第二基频振幅控制电路205可根据第一基频信号b1与第二振幅倍率产生第二信号s2。举例而言，如图2A所示，控制器Ctrl可调整第一基频振幅控制电路203对第一基频信号b1的放大倍率为AI1，使第一基频振幅控制电路203输出振幅放大了AI1倍的第一基频信号b1(即图2A所示的第一信号s1)。同样地，控制器Ctrl可调整第二基频振幅控制电路205对第一基频信号b1的放大倍率为AQ1，使第二基频振幅控制电路205输出振幅放大了AQ1倍的第一基频信号b1(即图2A所示的第二信号s2)。

混频器201可接收第一信号s1与第二信号s1，并可使第一信号s1与第二信号s2之间具备相位差。接着，混频器可将具备相位差的第一信号s1与第二信号s2转换为波束成型信号bm，以控制天线209。举例而言，混频器201在接收第一信号s1与第二信号s2之后，可通过混频器201接收到的LO信号为第一信号s1与第二信号s2调变适当的载波频率。此外，混频器201可将第一信号s1与第二信号s2视为欲输出的波束成型信号bm的I分量与Q分量，藉以调整波束成型信号bm的相位，使波束成型信号bm能以适当的方向发送。

使用第一信号s1与第二信号s2调整波束成型信号bm的相位的详细方法可参照图3。图3是依据本公开一实施例示出使用混频器调变波束成型信号bm的示意图，图3所示的方法适用于图2A实施例中波束成型控制装置200中的混频器201。首先，可通过控制器Ctrl调整第一基频振幅控制电路203与第二基频振幅控制电路205两者对其输入信号的振幅倍率。以图2A为例，假设对应于第一基频振幅控制电路203的第一振幅倍率与对应于第二基频振幅控制电路205的第二振幅倍率分别被控制器Ctrl调整为AI1倍以及AQ1倍，且假设第一基频信号b1为时变信号，则第一信号s1及第二信号s2可表示为：

s1(t)＝b1(t)×AI1

s2(t)＝b1(t)×AQ1

混频器201可将第一信号s1与第二信号s2视为欲输出的波束成型信号bm的I分量与Q分量，藉以调整波束成型信号bm的相位，经混频器201调整后而得到的波束成型信号bm可表示为：

其中ω＝2πf，f为本地震荡器(LO)提供的LO信号频率。

由上述波束成型信号bm的方程式可知，当控制器Ctrl欲将波束成型信号bm的相位调整为θ时，控制器Ctrl可以从以R为半径的圆上找出相位角为θ的点p，再通过点p在I轴上的分量找出对应θ的AI1值，并通过点p在Q轴上的分量找出对应θ的AQ1值。由此，控制器Ctrl可根据调整AI1以及AQ1的值而使波束成型信号bm可具有任意的相位。一般而言，控制器Ctrl可通过调整第一振幅倍率与第二振幅倍率两者的平方和以使R的值固定为1，换言之，控制器Ctrl会在半径为1的单位圆找出对应θ的第一振幅倍率及第二振幅倍率。如此，可使混频器201在产生波束成型信号bm时不致影响到波束成型信号bm的振幅，而后，再由功率放大器对波束成型信号bm的振幅进行适当的调整。在一实施例中，控制器Ctrl也可通过调整第一振幅倍率与第二振幅倍率两者的平方和以使R的值不为1，换言之，控制器Ctrl也可在半径不为1的单位圆找出对应θ的第一振幅倍率及第二振幅倍率，本发明并不加以限制。

由上述图2A的实施例可知，本公开提出的波束成型控制装置200在调整波束成型信号bm时，都是通过模拟电路完成的。在调整波束成型信号bm的过程中，无论是第一基频信号b1、第一信号s1、第二信号s2以及波束成型信号bm皆为模拟信号。因此，相较于图1C所示的数字波束技术合成技术而言，本公开可节省大量的DA转换器。此外，波束成型控制装置200在调整波束成型信号bm的过程中，并未使用到任何的相移器，因此，波束成型控制装置200调整波束成型信号bm的相位时的精准度，并不会因第一基频信号b1或LO信号的频率改变而有所影响。

图2B是依据本公开一实施例示出用于多天线及单一输入基频信号通信系统的波束成型控制装置的示意图，其中，波束成型控制装置200的构造以及操作原理皆与图2A的波束成型控制装置200相同，故不在此赘述。

本公开提出的波束成型控制装置200除了可实施于单一天线的通信系统架构以控制所述单一天线的波束成型信号外，也可实施于多天线的通信系统架构以控制所述多个天线的波束成型信号，图2B以控制4根天线的波束成型信号的情形为例。当欲控制多天线的波束成型信号时，可针对各个天线分别配置本公开提出的波束成型控制装置200。在图2B的范例中，第一根天线209配置有波束成型控制装置200，而第二根天线309配置有构造与功能皆与波束成型控制装置200相同的波束成型控制装置300。波束成型控制装置300可包括第一基频振幅控制电路303、第二基频振幅控制电路305、混频器301以及控制器Ctrl，其中波束成型控制装置300可以与波束成型控制装置200共享控制器Ctrl以调整各基频振幅控制电路的振幅倍率，也可以各自使用不同的控制器，本公开并不加以限制。

波束成型控制装置300中的第一基频振幅控制电路303与第二基频振幅控制电路305，两者的构造以及操作原理皆与波束成型控制装置200中的第一基频振幅控制电路203与第二基频振幅控制电路205两者相同，换言之，当控制器Ctrl欲将天线309的波束成型信号bm1的相位调整为θ1时，控制器Ctrl也可根据将对应于第一基频振幅控制电路303的第一振幅倍率与对应于第二基频振幅控制电路305的第二振幅倍率分别调整为AI2倍以及AQ2倍，使得波束成型信号bm1满足下列方程式：

其中ω＝2πf，f为本地震荡器(LO)提供的LO信号频率。

如此，通过对各个天线分别配置与波束成型控制装置200相同的多个波束成型控制装置，并使用控制器调整各波束成型控制装置中第一基频振幅控制电路的第一振幅倍率及第二基频振幅控制电路的第二振幅倍率。由此，使用者可根据多个基频振幅控制电路以将第一基频信号b1调整为具有不同相位的多个波束成型信号，使所述多个波束成型信号具有不同的方向性，以将其分别通过不同天线发送给位于不同地理位置的多个信号接收端。

上述图2A及图2B的实施例都是探讨通信系统仅具有单一输入信号的情形，图4A及图4B的实施例将会探讨通信系统具有多个输入信号的情形。图4A是依据本公开一实施例示出用于单一天线及多输入基频信号通信系统的波束成型控制装置400的示意图。以输入信号为两个基频信号为例，波束成型控制装置400可包括第一基频振幅控制电路403、第二基频振幅控制电路405、第三基频振幅控制电路411、第四基频振幅控制电路413、第一加法器415、第二加法器417、混频器401以及控制器Ctrl，其中，控制器Ctrl耦接第一基频振幅控制电路403、第二基频振幅控制电路405、第三基频振幅控制电路411以及第四基频振幅控制电路417并用以控制四者。

第一基频振幅控制电路403、第二基频振幅控制电路405、第三基频振幅控制电路411以及第四基频振幅控制电路413可例如是功率放大器，其可将输入信号的振幅放大或缩小一特定倍率，并将振幅经缩放的输入信号输出。第一基频振幅控制电路403、第二基频振幅控制电路405、第三基频振幅控制电路411以及第四基频振幅控制电路413也可以是其他种可控制信号振幅的电路，本公开并不限定于此。

在本实施例中，第一基频振幅控制电路403及第二基频振幅控制电路405可用以接收一第一基频信号b1，第三基频振幅控制电路411以及第四基频振幅控制电路413可用以接收一第二基频信号b2，其中第一基频信号b1及第二基频信号b2可以是模拟信号，且两者可分别由DA转换器将数字基频信号转换而产生。

控制器Ctrl可通过控制信号c1调整第一基频振幅控制电路403中对于第一基频信号b1的第一振幅倍率，且通过控制信号c2调整第二基频振幅控制电路405中对于第一基频信号b1的第二振幅倍率。此外，控制器Ctrl可通过控制信号c1'调整第三基频振幅控制电路411中对于第二基频信号b2的第三振幅倍率，且通过控制信号c2'调整第四基频振幅控制电路413中对于第二基频信号b2的第四振幅倍率。

频器401可具有两个信号输入端、一个LO信号端以及一个信号输出端，其中，所述两个信号输入端分别耦接第一加法器415与第二加法器417。混频器401可具备升频的功能，并可使两输入信号具备相位差，该相位差即为两输入信号的向量间的夹角。例如，若混频器401是同相正交混频器(或称IQ混频器)时，混频器401可将两个输入信号视为其输出信号的同相分量(I分量)以及正交分量(Q分量)。详细而言，混频器401可使接收到的两个输入信号之间产生90度的相位差，并可将自LO信号端接收到的LO信号分别与两个输入信号混频，以为两输入信号调变适当的载波频率。载波频率可例如是位于30至300GHz(即：毫米波频段)之间的任一频率。由此，混频器401可通过LO信号调整输出信号的载波频率，并可输出由两个输入信号(I分量以及Q分量)线性迭加(Superposition)而成的输出信号。须说明的是，在本公开的各实施例中，皆假设混频器401为IQ混频器，然而，本公开并不限定于此，换言之，本公开并不限定混频器401对两个输入信号之间产生的相位差为90度。

本实施例与图2A实施例的差异在于，当控制器Ctrl调整第一基频振幅控制电路403对第一基频信号b1的放大倍率为AI1，使第一基频振幅控制电路403输出振幅放大了AI1倍的第一基频信号b1时，所述放大了AI1倍的第一基频信号b1(以下简称为第一输出信号)并不会被直接传输至混频器401中。同样地，当控制器Ctrl调整第二基频振幅控制电路405对第一基频信号b1的放大倍率为AQ1，使第二基频振幅控制电路405输出振幅放大了AQ1倍的第一基频信号b1时，所述放大了AQ1倍的第一基频信号b1(以下简称为第二输出信号)并不会被直接传输至混频器401中。

本实施例中的控制器Ctrl还可调整第三基频振幅控制电路411对第二基频信号b2的放大倍率为BI1，使第三基频振幅控制电路411输出振幅放大了BI1倍的第二基频信号b2(以下简称为第三输出信号)。同样地，控制器Ctrl可调整第四基频振幅控制电路413对第二基频信号b2的放大倍率为BQ1，使第四基频振幅控制电路413输出振幅放大了BQ1倍的第二基频信号b2(以下简称为第四输出信号)。

第一加法器415耦接第一基频振幅控制电路403以及第三基频振幅控制电路411，而第二加法器417耦接第二基频振幅控制电路405以及第四基频振幅控制电路413。第一加法器415及第二加法器417可以由任意一个可对两个或两个以上的模拟输入信号进行线性迭加的电路来实现。

当各个基频振幅控制电路分别产生第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号及第四输出信号之后，第一加法器415可自第一基频振幅控制电路403接收第一输出信号，并自第三基频振幅控制电路411接收第三输出信号。接着，第一加法器415可对第一输出信号及第三输出信号进行线性迭加，从而产生第一信号s1'。同样地，第二加法器417可自第二基频振幅控制电路405接收第二输出信号，并自第四基频振幅控制电路413接收第四输出信号。接着，第二加法器417可对第二输出信号及第四输出信号进行线性迭加，从而产生第二信号s2'。

混频器401可接收第一信号s1'与第二信号s2'，并可使第一信号s1'与第二信号s2'之间具备相位差。接着，混频器可将具备相位差的第一信号s1'与第二信号s2'转换为波束成型信号bm'，以控制天线409。具体而言，混频器401在接收第一信号s1'与第二信号s2'之后，可通过混频器401接收到的LO信号为第一信号s1'与第二信号s2'调变适当的载波频率。此外，混频器201可将第一信号s1'与第二信号s2'视为欲输出的波束成型信号bm'的I分量与Q分量，藉以调整波束成型信号bm'及相位，使波束成型信号bm'能以适当的方向发送。

在一实施例中，构成波束成型信号bm'的I分量的第一信号s1'以及构成波束成型信号bm'的Q分量的第二信号s2'，两者可皆是由第一基频信号b1以及第二基频信号b2经振幅调变后，线性迭加而成。以图4A为例，假设对应于第一基频振幅控制电路403的第一振幅倍率与对应于第二基频振幅控制电路405的第二振幅倍率分别被控制器Ctrl调整为AI1倍以及AQ1倍，对应于第三基频振幅控制电路411的第三振幅倍率与对应于第四基频振幅控制电路413的第四振幅倍率分别被控制器Ctrl调整为BI1倍以及BQ1倍，且假设第一基频信号b1及第二基频信号b2皆为时变信号时，则第一信号s1'及第二信号s'2可表示为：

s1'(t)＝b1(t)×AI1+b2(t)×BI1

s2'(t)＝b1(t)×AQ1+b2(t)×BQ1

混频器401可将第一信号s1'与第二信号s2'视为欲输出的波束成型信号bm'的I分量与Q分量，藉以调整波束成型信号bm'的相位，经混频器401调整后而得到的波束成型信号bm'可表示为：

其中ω＝2πf，f为本地震荡器(LO)提供的LO信号频率。

由上述波束成型信号bm'的方程式可知，波束成型信号bm'是由相位为θ1且振幅为b1(t)*R1的信号(以下称为第一信号分量B1)以及相位为θ2且振幅为b2(t)*R2的信号(以下称为第二信号分量B2)线性迭加而成。因此，可将波束成型信号bm'区分为对应于第一基频信号b1的波束成型信号(即第一信号分量B1)以及对应于第二基频信号b2的波束成型信号(即第二信号分量B2)。根据调整第一信号分量B1的相位θ1以及调整第二信号分量B2的相位θ2，波束成型控制装置400可以使用单一根天线409传输分别对应于第一基频信号b1与对应于第二基频信号b2的两个波束成型信号。

图4A的实施例虽然是以输入信号为两个基频信号的情形为例，但本领域技术人员应可由图4A的实施例推知本公开亦可实施于输入信号为两个以上基频信号的情形。举例而言，以图4A的波束成型控制装置400为例，当使用者欲传输对应于两个以上的基频信号的波束成型信号时，用户可在每增加传输一个输入基频信号时，增加两个基频振幅控制电路以及两个加法器，并依据上述方法将多个基频振幅控制电路的输出信号线性迭加，从而产生对应于多个输入基频信号的第一信号以及第二信号，进而产生对应于多个输入基频信号的多个波束成型信号。

图4B是依据本公开一实施例示出用于多天线及多输入基频信号通信系统的波束成型控制装置的示意图，其中，波束成型控制装置400的构造以及操作原理皆与图4A的波束成型控制装置400相同，故不在此赘述。

本公开提出的波束成型控制装置400除了可实施于单一天线的通信系统架构以控制所述单一天线的波束成型信号外，也可实施于多天线的通信系统架构以控制所述多个天线的波束成型信号，图4B以控制2根天线的波束成型信号的情形为例。当欲控制具有多天线的波束成型信号且输入信号为多个基频信号时，可针对各个天线分别配置本公开提出的波束成型控制装置400。在图4B的范例中，第一根天线409配置有波束成型控制装置400，而第二根天线509配置有构造与功能皆与波束成型控制装置400相同的波束成型控制装置500。波束成型控制装置500可包括第一基频振幅控制电路503、第二基频振幅控制电路505、第三基频振幅控制电路511、第四基频振幅控制电路513、第一加法器515、第二加法器517、混频器501以及控制器Ctrl，其中波束成型控制装置500可以与波束成型控制装置400共享控制器Ctrl以调整各基频振幅控制电路的振幅倍率，也可以各自使用不同的控制器，本公开并不加以限制。

波束成型控制装置500中的第一基频振幅控制电路503、第二基频振幅控制电路505、第三基频振幅控制电路511以及第四基频振幅控制电路513，其构造以及操作原理皆与波束成型控制装置400中的第一基频振幅控制电路403、第二基频振幅控制电路405、第三基频振幅控制电路411、第四基频振幅控制电路413相同，换言之，当控制器Ctrl欲将天线509的波束成型信号bm1'中与第一基频信号b1相关的分量的相位调整为θ3，且欲将与第二基频信号b2相关的分量的相位调整为θ4时，控制器Ctrl也可根据将对应于第一基频振幅控制电路503的第一振幅倍率与对应于第二基频振幅控制电路505的第二振幅倍率分别调整为AI2倍以及AQ2倍，并将对应于第三基频振幅控制电路511的第三振幅倍率与对应于第四基频振幅控制电路513的第四振幅倍率分别调整为BI2倍以及BQ2倍，此时第一信号s3'及第二信号s4'可表示为：

s3'(t)＝b1(t)×AI2+b2(t)×BI2

s4'(t)＝b1(t)×AQ2+b2(t)×BQ2

混频器501可将第一信号s3'与第二信号s4'视为欲输出的波束成型信号bm1'的I分量与Q分量，藉以调整波束成型信号bm1'的相位，经混频器501调整后而得到的波束成型信号bm1'可表示为：

其中ω＝2πf，f为本地震荡器(LO)提供的LO信号频率。

由上述波束成型信号bm1'的方程式可知，波束成型信号bm1'是由相位为θ3且振幅为b1(t)*R3的信号(以下称为第一信号分量B3)以及相位为θ4且振幅为b2(t)*R4的信号(以下称为第二信号分量B4)线性迭加而成。因此，可将波束成型信号bm1'区分为对应于第一基频信号b1的波束成型信号(即第一信号分量B3)以及对应于第二基频信号b2的波束成型信号(即第二信号分量B4)。根据调整第一信号分量B3的相位θ3以及调整第二信号分量B4的相位θ4，本实施例提出的波束成型控制装置500除可使用天线409分别传输对应于第一基频信号b1且相位为θ1的波束成型信号与对应于第二基频信号b2且相位为θ2的波束成型信号之外，也可以使用天线509分别传输对应于第一基频信号b1且相位为θ3的波束成型信号与对应于第二基频信号b2且相位为θ4的波束成型信号。

图4B的实施例虽然是以输入信号为两个基频信号的情形为例，但本领域技术人员应可由图4B的实施例推知本公开亦可实施于输入信号为两个以上基频信号的情形。举例而言，以图4B的波束成型控制装置400、500为例，当使用者欲传输对应于两个以上的基频信号的波束成型信号时，用户可在每增加传输一个输入基频信号时，各为每根天线增加两个基频振幅控制电路以及两个加法器，并依据上述方法将多个基频振幅控制电路的输出信号线性迭加，从而为每根天线产生对应于多个输入基频信号的第一信号以及第二信号，进而产生对应于多个输入基频信号的多个波束成型信号。

图5是依据本公开一实施例示出波束成型控制方法的流程图，此控制方法可适用于本公开提出的波束成型控制装置200。执行所述方法的步骤如下：在步骤S501中，通过控制器Ctrl调整对于第一基频信号b1的第一振幅倍率，且调整对于第一基频信号b1的第二振幅倍率。在步骤S503中，第一基频振幅控制电路203根据第一基频信号b1与第一振幅倍率产生第一信号s1，且第二基频振幅控制电路205根据第一基频信号b1与第二振幅倍率产生第二信号s2。在步骤S505中，混频器201使第一信号s1与第二信号s2之间具备相位差。在步骤S507中，混频器201将具备所述相位差的第一信号s1与第二信号s2转换为波束成型信号bm，藉以控制天线209。

综上所述，本公开的控制装置可由一第一基频信号分离出两基频信号，并将两者转换为一波束成型信号。根据分别调整所述两基频信号的相位，本公开可以为多天线的通信系统调整出具有适当相位的波束成型信号。此外，本公开的控制装置还可在输入信号为多个基频信号的情形下，产生对应于所述多个基频信号的多个波束成型信号，由此利用多天线通信系统传输夹带不同基频信号讯息的多个波束成型信号。因此，本公开可以在不使用相移器且不使用数量庞大的数字-模拟(DA)转换器的情况下，实现具有较高精准度的波束成型技术。

虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本公开的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

附图标记

101、201、301、401、501：混频器

103：相移器

200、300、400、500：波束成型控制装置

203、205、303、305、403、405、411、413、503、505、511、513：基频振幅控制电路

207、307、407、507、PA：功率放大器

209、309、409、509：天线

415、417、515、517：加法器

AI1、AQ1、AI2、AQ2、AI3、AQ3、AI4、AQ4、BI1、BQ1、BI2、BQ2、BI3、BQ3、BI4、BQ4：振幅倍率

b1、b2：输入基频信号

B1、B2：波束成型信号的信号分量

bm、bm1、bm'、bm1'：波束成型信号

c1、c1'、c2、c2'、c3、c3'、c4、c4'：控制信号

Ctrl：控制器

D/A：数字模拟转换器

I：混频器的I分量输入端

LO：本地震荡器

p：R半径圆上的点

Q：混频器的Q分量输入端

s1、s1'、s3、s3'：第一信号

s2、s2'、s4、s4'：第二信号

S501、S503、S505、S507：步骤

θ、θ1、θ2、θ3、θ4：相位

Claims (22)

1.一种波束成型控制装置，其特征在于，包括：

第一基频振幅控制电路以及第二基频振幅控制电路，两者皆接收第一基频信号；

混频器，耦接该第一基频振幅控制电路以及该第二基频振幅控制电路；

控制器，耦接该第一基频振幅控制电路及该第二基频振幅控制电路，该控制器调整该第一基频振幅控制电路中对于该第一基频信号的第一振幅倍率，且调整该第二基频振幅控制电路中对于该第一基频信号的第二振幅倍率；

第三基频振幅控制电路，接收第二基频信号，其中该控制器耦接该第三基频振幅控制电路，且该控制器调整该第三基频振幅控制电路中对于该第二基频信号的第三振幅倍率；

第四基频振幅控制电路，接收该第二基频信号，其中该控制器耦接该第四基频振幅控制电路，且该控制器调整该第四基频振幅控制电路中对于该第二基频信号的第四振幅倍率；

第一加法器，耦接该第一基频振幅控制电路以及该第三基频振幅控制电路；以及

第二加法器，耦接该第二基频振幅控制电路以及该第四基频振幅控制电路，

其中，该第一基频振幅控制电路根据该第一基频信号与该第一振幅倍率产生第一信号，且该第二基频振幅控制电路根据该第一基频信号与该第二振幅倍率产生第二信号；

该混频器接收该第一信号与该第二信号，并使该第一信号与该第二信号之间具备相位差；以及

该混频器将具备该相位差的该第一信号与该第二信号转换为波束成型信号，以控制天线，

该第三基频振幅控制电路根据该第二基频信号与该第三振幅倍率产生第三输出信号，且该第一基频振幅控制电路更根据该第一基频信号与该第一振幅倍率产生第一输出信号；

该第四基频振幅控制电路根据该第二基频信号与该第四振幅倍率产生第四输出信号，且该第二基频振幅控制电路更根据该第一基频信号与该第二振幅倍率产生第二输出信号；

该第一加法器接收该第一输出信号与该第三输出信号，并依据该第一输出信号与该第三输出信号产生该第一信号；以及

该第二加法器接收该第二输出信号与该第四输出信号，并依据该第二输出信号与该第四输出信号产生该第二信号。

2.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中该波束成型信号包括对应于该第一基频信号的第一信号分量以及对应于该第二基频信号的第二信号分量。

3.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中该混频器以线性迭加的方式将具备该相位差的该第一信号与该第二信号转换为该波束成型信号。

4.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中该波束成型信号的相位为第一振幅倍率与第二振幅倍率的比值的反正切函数。

5.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中第一振幅倍率与第二振幅倍率两者的平方和为1。

6.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中第一振幅倍率与第二振幅倍率两者的平方和不为1。

7.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中该相位差为该第一信号的向量与该第二信号的向量之间的夹角。

8.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中该相位差为90度。

9.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中该相位差不为90度。

10.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中该基频信号为模拟信号，且该波束成型信号为模拟信号。

11.如权利要求1所述的波束成型控制装置，其中该束成型控制装置不包括相移器。

12.一种波束成型控制方法，其特征在于，包括：

调整对于第一基频信号的第一振幅倍率，且调整对于该第一基频信号的第二振幅倍率；

调整对于第二基频信号的第三振幅倍率，且调整对于该第二基频信号的第四振幅倍率；

根据该第一基频信号与该第一振幅倍率产生第一信号，且根据该第一基频信号与该第二振幅倍率产生第二信号；

使该第一信号与该第二信号之间具备相位差；以及

将具备该相位差的该第一信号与该第二信号转换为波束成型信号，以控制天线，

其中，根据该第二基频信号与该第三振幅倍率产生第三输出信号，且根据该第一基频信号与该第一振幅倍率产生第一输出信号；

根据该第二基频信号与该第四振幅倍率产生第四输出信号，且根据该第一基频信号与该第二振幅倍率产生第二输出信号；

依据该第一输出信号与该第三输出信号产生该第一信号；以及

依据该第二输出信号与该第四输出信号产生该第二信号。

13.如权利要求12所述的方法，其中该波束成型信号包括对应于该第一基频信号的第一信号分量以及对应于该第二基频信号的第二信号分量。

14.如权利要求12所述的方法，其中以线性迭加的方式将具备该相位差的该第一信号与该第二信号转换为该波束成型信号。

15.如权利要求12所述的方法，其中该波束成型信号的相位为第一振幅倍率与第二振幅倍率的比值的反正切函数。

16.如权利要求12所述的方法，其中第一振幅倍率与第二振幅倍率两者的平方和为1。

17.如权利要求12所述的方法，其中第一振幅倍率与第二振幅倍率两者的平方和不为1。

18.如权利要求12所述的方法，其中该相位差为该第一信号的向量与该第二信号的向量之间的夹角。

19.如权利要求12所述的方法，其中该相位差为90度。

20.如权利要求12所述的方法，其中该相位差不为90度。

21.如权利要求12所述的方法，其中该基频信号为模拟信号，且该波束成型信号为模拟信号。

22.如权利要求12所述的方法，其中实施该方法时不使用相移器。

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