CN109075848A - 模拟多波束馈送系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种模拟波束形成器多波束馈送(MBF)。所述模拟波束形成器MBF包括用以接收射频(RF)信号并生成编码的模拟信号的多个编码器元件。可以使用码分多址(CDMA)码对所述RF信号进行编码。所述模拟波束形成器MBF进一步包括对接收自多个编码器元件的编码的模拟信号进行组合的组合器以及接收组合的编码的模拟信号并生成多个编码的模拟输出的除法器。所述模拟波束形成器MBF进一步包括接收多个编码的模拟输出并生成解码的模拟信号的多个解码器元件。在一些实施例中，可以使用CDMA码对所述RF信号解码。所述模拟波束形成器MBF进一步包括被配置为生成对应于解码的模拟信号的波束输出的多个波束形成器元件。

Description

模拟多波束馈送系统和方法

背景技术

本领域已知，存在一类被称为多波束天线(MBA)的微波天线。接收MBA使用用以提供大天线孔径的反射器和透镜连同用以提供具有电子操纵的多波束输出的相对较低元件总数的多波束馈源(Multiple Beam Feeds,MBF)。MBF通过以电子方式改变并未覆盖整个天线孔径的多个辐射元件与多个波束之间的互连而生成这一电子操纵。MBA MBF的元件总数比等孔径直接辐射电子操纵天线(ESA)的元件总数低得多，后一种天线具有覆盖整个天线孔径的元件。

存在两种类型的MBF，第一种类型具有模拟波束形成器，第二种类型具有数字波束形成器。就第一种类型而言，具有模拟波束形成器的MBF的电路可以是非常复杂的。模拟MBF可以使用复杂的微波矩阵开关(MSM)方案或者复杂的相控阵馈送(PAF)方案来以电子方式改变元件和波束之间的互连。在具有1270个天线元件的系统当中，例如，MSM方案可能使用100000-200000个微波开关、80个微波功率求和器(例如，1270:1功率求和器)、1270个微波功率除法器(例如，1:80功率除法器)以及复杂的微波互连拓扑结构。PAF方案可以使用5080个相控器和衰减器以及4个元件求和流形(例如，1270:1求和流形)。因而，MSM方案和PAF方案都需要大的模拟部件总数和复杂的拓扑结构，这将提高这些MBF的尺寸、重量、DC功率和成本。

发明内容

本公开涉及降低模拟波束形成器多波束馈源(MBF)的部件复杂性的模拟码分多址(CDMA)技术。这样的MBF可以包括具有相关联的低噪声放大器(LNA)和模拟CDMA调制器的输入元件、无源元件到波束路由流形(manifold)、输出波束模拟CDMA解调器以及求和流形(manifold)，以降低模拟波束形成器系统的部件复杂性。所述CDMA调制器(编码器)和CDMA解调器(解码器)消除了对用以对元件和波束之间的互连做出积极改变的复杂得多的微波矩阵开关(MSM)或者复杂的相控阵馈送(PAF)的需求。相应地，借助于这种特定布置，提供了一种具有简化的电路，并因而具有降低的复杂性的模拟MBF。

在一些实施例中，所述模拟波束形成器系统可以包括具有相关联的低噪声放大器(LNA)和CDMA编码器的多个天线元件，但是其中，在任一时间上只有这些元件LNA和编码器的一部分是有效的，以适应输出波束形成当中实际使用的元件数量的减少。

在使用文中描述的模拟CDMA技术所设计的模拟波束形成器系统的一个实施例中，可以提供下文的模拟波束形成器系统。所述模拟波束形成器系统可以具有包括相关联的RF链放大器和CDMA编码器的总共N个天线元件、B个期望的被电子操纵和成形的波束，以及D个在每一波束的形成当中使用的模拟元件。在数量BD个天线元件、放大器和编码器被激活的情况下，其余天线元件组件可以是无效的。在一些实施例中，天线元件RF信号的CDMA编码可以包括起着双相调制器(天线RF处的)的作用的混合器，所述混合器受到生成正交CDMA码的数字集成电路(例如，控制专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA))驱动。在一些实施例中，码芯片长度可以为L，其中，L是大于或等于(log₂(BD+1))的最小正整数，从而对所有的BD个有效元件进行正交编码，并且这一码的码片速率(R_c)可以是天线信号的模拟带宽的2L倍，以满足用于对这一模拟信号解码的奈奎斯特准则。在一些实施例中，经求和的RF信号可以被提供给下变频器，从而将经求和的RF信号转化为中频(IF)。在其他实施例中，经求和的RF信号可以不被转化为中频(IF)，而是可以将经求和的RF信号直接提供给除法器。在实施例中，经求和的模拟信号(例如，经求和的IF信号、经求和的RF信号)可以被拆分成数量BD个输出。可以使用混合器解码器和离散时间模拟处理(DTAP)滤波器对这些输出中的每者进行滤波，以恢复各个BD元件信号。最后，解码后的模拟信号可以被发送至D元件数量个模拟波束形成器，以生成数量B个波束输出。

因而，对于上文描述的MSM方案而言，可以使用文中描述的模拟CDMA技术消除下述元件：100000-200000个微波开关、80个微波功率求和器(例如，1270:1功率求和器)、1270个微波功率除法器(例如，1:80功率除法器)以及复杂的微波互连拓扑结构。对于上文描述的PAF方案而言，可以使用文中描述的模拟CDMA技术消除下述元件：5080个相控器(phasor)和衰减器以及4个元件求和流形(例如，1270:1求和流形)。

文中描述的系统和方法可以独立地或者按照与另一特征结合的方式包括下述特征中的一者或多者。

在一个方面中，本公开涉及一种模拟波束形成器系统。所述模拟波束形成器系统包括多个编码器元件，以接收RF信号并生成编码的模拟信号。所述RF信号可以利用码分多址访问(CDMA)码被编码，例如，所述CDMA码是诸如Gold码、Walsh-Hadamard码或者其他类似码的伪随机码。所述模拟波束形成器系统包括组合自所述多个编码器元件接收的编码的模拟信号的组合器，以及接收所述组合的编码的模拟信号并生成多个编码的模拟输出的除法器。所述模拟波束形成器系统包括接收所述多个编码的模拟输出并生成解码的模拟信号的多个解码器元件。可以使用CDMA码对所述RF信号解码。所述模拟波束形成器系统包括被配置为生成对应于解码的模拟信号的波束输出的多个波束形成器元件。

在一些实施例中，所述系统可以包括耦接至所述多个编码器元件的多个天线元件。所述多个天线元件可以被配置为接收所述RF信号，并且所述多个天线元件中的预定数量的天线元件可以是有效的。所述预定数量的有效天线元件可以对应于一定数量的波束形成器元件和一定数量的波束输出。在一些实施例中，所述多个编码器元件的总共数量的编码器元件对应于一定数量的波束形成器元件和一定数量的波束输出。

在一些实施例中，所述编码器元件中的每者可以是双相编码器。所述编码器元件中的每者可以包括耦接至专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他类似数字电路器件的混合器。所述混合器可以具有接收至少一个RF信号的第一输入以及接收来自ASIC的CDMA码的第二输入。在一些实施例中，所述混合器可以包括耦接至180度混合耦合器的低噪声放大器。所述ASIC可以生成正交CDMA码。

在一些实施例中，所述系统还可以包括设置在所述组合器和所述除法器之间的下变频器模块。所述下变频器模块可以被配置为接收来自所述组合器的组合的编码的模拟信号并将所述组合的编码的模拟信号转换为IF信号。在一些实施例中，所述除法器可以被配置为接收来自下变频器模块的IF信号并且基于所述IF信号生成编码的模拟输出。

在一些实施例中，所述解码器元件中的每者可以是模拟DTAP编码器。所述解码器元件中的每者可以包括耦接至ASIC的混合器。所述混合器可以具有接收至少一个编码的模拟信号的第一输入以及接收来自ASIC的CDMA码的第二输入。在一实施例中，所述数量的解码的模拟信号可以对应于一定数量的波束形成器元件和一定数量的波束输出。

在一些实施例中，所述系统可以包括耦接至所述混合器的输出端的取样及保持模块以及耦接至所述取样及保持模块的加权的求和模块。在一实施例中，所述系统可以包括设置在所述多个解码器元件和所述多个波束形成器元件之间的移相器电路。

在另一方面中，本公开涉及一种用于多波束馈送的方法。所述方法可以包括通过多个天线元件接收多个RF信号。在一些实施例中，所述多个天线元件中的预定数量的天线元件可以是有效的，并且所述多个天线元件中的预定数量的天线元件可以是无效的。所述方法可以包括使用CDMA码对RF信号进行编码，以生成编码的模拟信号，对所述编码的模拟信号进行组合，以及将所述组合的编码的模拟信号拆分成一定数量的编码的模拟输出。所述一定数量的编码的模拟输出可以对应于所述数量的有效天线元件。所述方法可以进一步包括使用CDMA码对所述编码的模拟输出进行解码，以生成解码的模拟信号，并生成对应于所述解码的模拟信号的波束输出。

在一些实施例中，所述方法可以包括对接收到的RF信号执行双相调制。可以使用CDMA码对所述RF信号进行调制。在一些实施例中，可以使用正交CDMA码对所述RF信号进行编码。

在一实施例中，所述方法可以包括将组合后的编码的模拟信号转换为IF信号。所述IF信号可以被除法器元件接收，并且所述除法器元件可以被配置为基于所述IF信号生成编码的模拟输出。

在一些实施例中，所述方法可以包括对编码的模拟输出执行模拟离散时间模拟处理。可以采用CDMA码对所述编码的模拟输出解调。在一些实施例中，所述方法可以包括对解码后的模拟信号执行取样及保持技术。

应当认识到，可以组合文中描述的不同实施例的要素，以形成上文未具体阐述的其他实施例。在单个实施例的语境下描述的各种要素也可以分开提供或者按照适当组合提供。文中未具体描述的其他实施例也处于下述权利要求的范围内。

附图说明

通过下文对附图的描述，前述特征将得到更加全面的理解，其中：

图1是模拟波束形成器多波束馈源的方框图；

图2是图1的模拟波束形成器多波束馈源的编码器元件的例示性实施例的方框图；

图2A是图1的模拟波束形成器多波束馈源的编码器部分的例示性实施例的电路图；

图3是图1的模拟波束形成器多波束馈源的解码器元件的例示性实施例的方框图；并且

图4是一种采用模拟波束形成器生成波束输出的方法的方框图。

具体实施方式

现在参考图1，无开关模拟波束形成器多波束馈源(MBF)2的接收实施方式包括多个天线元件10a-10n，每一天线元件的输出耦接至数量为n的多个低噪声放大器(LNA)14a-14n的每一输入。每一LNA的输出耦接至无开关模拟波束形成器电路16的m个输入中的每者。无开关模拟波束形成器电路16包括处于每一波束形成器输入处的多个编码器元件18a-18n、n:1RF组合器22、任选的单个RF到IF下变频器、1:t除法器32、多个解码器元件36a-36t、多个加权电路40a-40t以及多个波束形成器44a-z。

在图1的例示性实施例中，每一LNA天线元件14a-14n耦接至编码器元件18a-18n中的相应的一个。每一编码器元件18a-18n的输出耦接至组合器22的输入。组合器22的输出耦接至任选的下变频器模块26的输入。下变频器模块26的输出耦接至除法器32的输入。在不包括下变频器26的实施例中，组合器22可直接耦接至除法器32。

除法器可以具有多个输出34a-34t，所述输出中的每者可以耦接至多个解码器元件36a-36t的一个输入。在图1的例示性实施例中，除法器32的每一输出34a-34t耦接至解码器元件36a-36t中的相应的一个。每一解码器元件36a-36t的输出耦接至多个加权电路40a-40t之一的一个输入。

在一实施例中，每一加权电路40a-40t的输出耦接至多个波束形成器44a-44z之一的一个输入。在图1的例示性实施例中，所述多个加权电路40a-40t中的两个加权电路的输出耦接至波束形成器44a-44z之一的两个输入，从而使得z＝t/2。然而，应当理解，在其他实施例中，y个加权电路40可以连接至每一波束形成器44，从而使得z＝t/y。波束形成器44a-44z中的每者可以具有一个波束输出48a-48z。

应当认识到，在对上述元件的描述当中，所述多个天线元件10a-10n在文中可以被统称为天线元件10，所述多个LNA 14a-14n在文中可以被统称为LNA 14，所述多个编码器元件18a-18n在文中可以被统称为编码器元件18，所述多个解码器元件36a-36t在文中可以被统称为解码器元件36，所述多个加权电路40a-40t在文中可以被统称为加权电路40，所述多个波束形成器44a-44z在文中可以被统称为波束形成器44，所述多个波束输出48a-48z在文中可以被统称为波束输出48。

模拟MBF 2可以包括多个RF链。每一RF链对应于从天线元件10到波束形成器44电路的输出48的信号通路，例如，每一RF链包括一个天线元件10、一个LNA 14、一个编码器元件18、组合器模块22的部分、除法器32的部分、至少一个解码器元件36、至少一个加权电路40和至少一个波束形成器44。可以通过在解码器元件36处选择与期望的天线元件10和编码器元件18CDMA码匹配的CDMA码(而非通过切换互连)来确定此类RF链的用以通过电子方式改变互连的路由。

在一些实施例中，可以对预定数量的LNA 14和编码器元件18加电。例如，在实施例中，所述为数n的预定数量的天线元件10、LNA 14和编码器元件18中只有t个可以被加电，以节省DC功率，因为只有t个这样的器件参与形成波束形成器44的z个波束。

天线元件10中的每者的输出可以耦接至一个LNA 14或者其他能够以最低的信噪比劣化对接收到的RF信号放大的放大器电路的一输入。

LNA 14中的每者的输出可以耦接至编码器元件18的第一输入。编码器元件18被配置为接收来自LNA 14(或者天线元件10)的RF信号并生成CDMA编码的模拟信号输出。每一编码器元件18可以包括生成伪随机码(例如，Gold码、Walsh-Hadamard码或者类似的正交或接近正交的码)的码生成电路以及对RF信号进行编码的双相调制器。下文将参考图2-2A更详细地讨论编码器元件18。

编码器元件18的每者的输出可以耦接至组合器22的输入，组合器22对所有的编码器元件18输入信号一起进行被动求和，以生成单个输出信号，由此简化后面的互连。

在一些实施例中，组合器22的输出可以耦接至下变频器模块26的输入。下变频器模块26可以被设置到组合器22和除法器模块32之间。下变频器模块26可以被配置为接收来自组合器22的单个模拟信号输出(即，组合后的编码的模拟信号)，并将所述单个模拟信号输出转化为中频(IF)信号，从而能够在后面的电路中对采用固定中频(IF)的天线进行RF带调谐。

或者，在一些实施例中，模拟波束形成器MBF 2可以不包括下变频器模块26，因而组合器22的输出可以耦接至除法器32的输入。除法器32可以接收来自组合器22的组合的RF信号。

除法器32可以被配置为接收所述组合的编码的模拟信号(要么为IF信号，要么为RF信号)，并生成多个编码的模拟输出。在一些实施例中，除法器32可以是将组合的模拟信号分成多个模拟信号的无源除法器电路。所述编码的模拟输出可以是RF信号或IF信号。

除法器32可以具有多个输出34。在一些实施例中，所生成的编码的模拟输出的数量可以对应于模拟波束形成器MBF 2中的有效天线元件10的数量。例如，在一个实施例中，在具有数量B个期望的被电子操纵和成形的波束以及数量D个波束形成器的情况下，输出34的数量可以是B*D。之后，除法器32的输出34的每者可以耦接至解码器元件36的一个输入。

所述解码器元件36可以被配置为接收编码的模拟输出并生成解码的模拟信号。在一些实施例中，解码器元件36的每者可以耦接至CDMA解调器和CDMA码发生器(两者在图1中均未示出)。在这样的实施例中，CDMA码发生器可以通过使解码CDMA码与期望的天线元件10的编码CDMA码匹配而在组合的信号输入中选择期望的天线元件10信号，并且拒绝其他天线元件10信号。因而，在无需复杂的MSM或PAF的情况下对所讨论的期望的天线元件10和解码器元件36之间的互连做出了电子改变。下文将参考图3更详细地讨论解码器元件36。

在一实施例中，解码器元件36的每者的输出可以耦接至加权电路40的输入。如图1所示，加权电路40中的每者可以被设置到多个解码器元件36和多个波束形成器44之间。加权电路40可以是模拟移相器电路。例如，在一些实施例中，加权电路40可以包括移相器或者可变延迟和衰减器电路。加权电路40可以被配置为在波束形成器44中的求和之前为输入的解码的信号提供可变加权。

加权电路40中的每者的输出可以耦接至至少一个波束形成器44的输入。在一些实施例中，每一波束形成器44可以耦接至一个或多个加权电路40的输出。作为例子并且如图1所示，每一波束形成器44耦接至两个加权电路40的输出。

在一实施例中，每一波束形成器44具有至少一个波束输出48。波束输出48可以是被电子操纵和成形的波束。应当认识到，尽管图1示出了三个波束形成器，但是波束形成器44的数量可以是基于模拟波束形成器MBF 2的具体应用和输出48的期望数量被选择的。

应当认识到，在图1的例示性实施例中，每一天线元件10耦接至LNA14中的相应的一个，每一LNA天线元件14耦接至编码器元件18中的相应的一个，除法器32的每一输出34耦接至解码器元件36中的相应的一个，每一解码器元件36耦接至加权电路40中的相应的一个，并且两个加权电路40耦接至波束形成器44中的相应的一个。

但是，应当认识到，在其他实施例中未必如此。在一些实施例中，DF系统的一级当中的元件的数量可以不同于所述DF系统中的在先级和/或后续级当中的元件的数量(例如，不同元件之间的比例并非1:1)。在DF系统的具体应用的基础上，所述DF系统可以具有上文描述的元件中的每者的各种组合(不同元件之间的比例)。例如，多个天线元件10可以耦接至单个LNA 14。或者或此外，多个LNA 14可以耦接至单个编码器元件18。或者或此外，多个输出34可以耦接至单个解码器元件36。或者或此外，多个解码器元件36可以耦接至单个加权电路40。或者或此外，单个加权电路40可以耦接至单个波束形成器44。

应当认识到，尽管图1示出了接收器系统，文中描述的系统和方法(例如，模拟波束形成器MBF 2)可以被用作发射器系统。例如，在一些实施例中，模拟波束形成器MBF 2可以被配置为发射信号以及接收信号。

现在参考图2，编码器50包括混合器52和集成电路54。在实施例中，编码器50可以与上文参考图1描述的编码器元件18相同或基本类似。

在一实施例中，混合器52可以具有多个输入。混合器52可以被配置为使输入组合并并生成调制的输出信号。作为例子并且如图2所示，混合器52可以通过第一输入51接收RF信号，并且通过第二输入接收来自集成电路54的本地振荡器(LO)信号54a。RF信号51可以自一个或多个天线元件或LNA，例如，上文参考图1描述的天线元件10或LNA 14接收。LO信号54a可以是用于生成编码的模拟信号的编码的信号。混合器52可以被配置为基于RF信号51和LO信号54a生成调制的输出信号52a。调制的输出信号52a可以是编码的模拟信号。

在一实施例中，集成电路54可以是控制专用集成电路(ASIC)或者可以是被配置为生成并提供编码的输出信号54a的微芯片。在一些实施例中，集成电路54被配置为生成CDMA码。在一些实施例中，所述CDMA码可以是正交CDMA码。例如，在一个实施例中，CDMA码可以是由多行Hadamard矩阵形成的“Hadamard”码(又称为Walsh–Hadamard码或者更更简称为Walsh码)。集成电路54可以被配置将编码的信号54a提供给混合器52，从而使之与所接收到的RF信号组合。因而，编码器50可以被配置为生成编码的模拟信号。

现在参考图2A，编码器60耦接至天线元件62和LNA 64。在实施例中，编码器60、天线元件62和LNA 64可以形成模拟波束形成器MBF(例如，上文参考图1描述的模拟波束形成器MBF 2)的第一部分或前端。

在一实施例中，天线元件62可以被配置为接收RF信号。天线元件62可以包括一个或多个辐射器或导电元件。天线元件62可以与上文参考图1描述的天线元件10相同或基本类似。

天线元件62的输出耦接至LNA 64的输入，并且天线元件62可以被配置为向LNA 64提供RF信号。LNA 64可以包括各种类型的LNA器件或放大器器件。LNA 64可以与上文参考图1描述的LNA 14相同或基本类似。在一些实施例中，LNA 64可以是单片式微波集成电路(MMIC)LNA。

LNA 64的输出可以耦接至编码器60的输入。在实施例中，LNA 64被配置为生成LNA输出信号64a，并将LNA输出信号64a提供给编码器60。

在一实施例中，编码器60包括混合器66、第一晶体管68a、第二晶体管68b和集成电路70。编码器60可以与上文参考图1描述的编码器元件18a-18n相同或基本类似。

混合器66可以包括各种类型的非线性耦接器器件。在一些实施例中，混合器66可以包括180度混合耦接器。在其他实施例中，混合器66可以包括MMIC 3位移相器(phasor)。混合器66可以具有多个输入。例如，如图2A中所示，混合器66的第一输入耦接至LNA 64的输出，混合器66的第二输入耦接至第一晶体管68a的输出，混合器66的第三输入耦接至第二晶体管68b的输出。混合器66可以接收来自LNA 64的RF信号以及通过第一和第二晶体管68a、68b之一或两者接收来自集成电路70的本地振荡器(LO)信号。混合器66可以被配置为基于所述RF信号和所述LO信号生成调制的输出信号。在一些实施例中，调制的输出信号可以处于新的频率上或者处于与输入至混合器66的信号的频率不同的频率上。在一些实施例中，混合器66可以被配置为生成双相调制的输出66a。

在一实施例中，集成电路70可以与上文参考图2描述的集成电路54相同或基本类似。集成电路70可以是控制ASIC。集成电路70可以被配置为生成CDMA码。集成电路70可以被配置为通过第一和第二晶体管68a、68b之一或两者将编码的信号72a、72b发送至混合器66。在一实施例中，第一和第二晶体管68a、68b中的每者的栅极端子可以耦接至集成电路70的输出，以便分别接收来自集成电路70的编码的信号72a、72b。第一和第二晶体管68a、68b中的每者的漏极端子可以耦接至混合器66的输入，从而将编码的信号72a、72b提供给混合器66。所述第一和第二晶体管68a、68b中的每者的源极端子可以耦接至参考电压(即，地)。

在一些实施例中，第一和第二晶体管68a、68b可以是场效应晶体管(FET)。在其他实施例中，第一和第二晶体管68a、68b可以被设置在混合器66和集成电路70之间并且被配置为执行开关功能的一对二极管所替代。

混合器66可以被配置为生成编码的模拟信号66a。因而，编码器60的输出可以对应于混合器66的输出，并且编码器60可以被配置为生成编码的模拟信号66a。

现在参考图3，模拟解码器80包括混合器82、集成电路84、多个取样且保持电路86a-86n和90a以及加权和电路88。在实施例中，解码器80可以与上文参考图1描述的解码器元件36相同或基本类似。解码器80可以是模拟离散时间模拟处理(DTAP)滤波器。

在一实施例中，混合器82可以被配置为接收至少两个输入。第一输入81可以是编码的模拟信号(例如，来自图1的除法器32的编码的模拟输出)。在一些实施例中，编码的模拟信号81可以是RF信号。在其他实施例中，编码的模拟信号81可以是IF信号。对混合器82的第二输入84a可以是来自集成电路84的LO信号(例如，编码的信号)。在一些实施例中，集成电路84可以是被配置为生成CDMA码的控制ASIC。集成电路84可以被配置为将编码的信号作为LO信号84a的部分提供给混合器82。

混合器82可以被配置为基于接收到的编码的模拟信号81和LO信号84a生成解码的模拟信号。在一些实施例中，混合器82可以被配置为生成解调的输出82a。在实施例中，解调的输出82a可以被提供给多个取样及保持电路86a-86n。在图3的例示性实施例中，提供了六个接收来自混合器82的解调的输出82a的取样及保持电路，然而应当认识到，取样及保持电路的数量可以基于解码器电路80的具体应用和解码器电路80的期望输出而变化。

在一些实施例中，取样及保持电路86a-86n中的每者可以被配置为对解调的输出信号82a进行取样并使其在指定的最小时间周期内保持在恒定电平上。在一个实施例中，取样及保持电路86a-86n中的每者可以被配置为接收解调的输出信号82a并基于所指定的最小时间周期将其变为离散时间信号或者离散时间信号的样本。

例如，取样及保持电路86a-86n中的每者可以耦接至集成电路84，以接收时钟信号。因而，取样及保持电路86a-86n可以基于自集成电路84施加的时钟信号而生成离散时间信号的样本。

取样及保持电路86a-86n中的每者的输出可以耦接至加权和电路88。加权和电路88可以被配置为生成取样及保持电路86a-86n的输出的加权和。在一些实施例中，加权和电路88可以被配置为生成对应于取样及保持电路86a-86n的输出中的每者的平均值的信号。

加权和电路88的输出88a可以耦接至取样及保持电路90的输入。取样及保持电路90还可以耦接至时钟信号92a。在一些实施例中，时钟信号92a可以是由集成电路84提供的。在加权和电路88的输出和时钟信号92a的基础上，取样及保持电路90可以被配置为生成离散时间信号的样本90a。在一些实施例中，所述样本对应于解码的模拟信号。在实施例中，解码器80可以被配置为生成解码的模拟信号。

现在参考图4，其提供了一种用于采用模拟波束形成器MBF生成波束输出的方法400的流程图。首先，在块402中，可以通过多个天线元件，例如，上文参考图1描述的天线元件10接收多个RF信号。所述天线元件可以形成模拟波束形成器MBF(即，模拟波束形成器系统)的第一部分。

在一实施例中，在单个时间上，可以并非所有天线元件均有效。例如，所述多个天线元件中可以只有一部分是有效的。其余天线元件可以是无效的。所述天线元件中的每者可以包括开关或者其他手段，其用于有效地连接或者断开相应的天线元件和模拟波束形成器的其余部分之间的信号通路，从而分别使天线元件有效或无效。

有效天线元件的数量可以是基于系统的期望输出(例如，被电子操纵和成形的波束)的数量以及系统中的波束形成器的数量选择的。例如，在一个实施例中，在具有数量N个天线元件、数量B个期望波束和数量D个波束形成器的情况下，系统可以使N个天线元件中的数量B*D个天线元件有效。所述天线元件中的每者可以耦接至编码器元件，例如，上文参考图1描述的编码器元件18。所述天线元件可以被配置为将RF信号发送至编码器元件。在一些实施例中，LNA可以被设置到天线元件的输出与编码器元件的输入之间的信号通路上(例如，上文参考图1描述的LNA 14)。因而，所述天线元件可以被配置为通过所述LAN将RF信号发送至所述编码器元件。

在块404中，RF信号可以被编码，以生成编码的模拟信号。在实施例中，编码器元件可以包括混合器和集成电路(例如，图2-2A的混合器52、66和集成电路54、70)，例如，所述集成电路为控制ASIC或FPGA。所述混合器可以被配置为通过第一输入接收RF信号。所述混合器的第二输入可以被耦接至所述集成电路。所述集成电路可以将本地振荡器(LO)信号提供给所述混合器。在实施例中，所述混合器可以被配置为将所述RF信号与所述LO信号组合，并对所述RF信号执行双相调制。

在一些实施例中，所述集成电路在所述LO信号中提供CDMA码，并且所述RF信号可以利用所述CDMA码被进行编码，以生成编码的模拟信号。因而，所述RF信号可以利用所述CDMA码被调制。在一些实施例中，所述CDMA码可以是正交CDMA码。

在块406中，可以组合这些编码的模拟信号。在一些实施例中，所述编码器元件耦接至组合器，例如，上文参考图1描述的组合器22。所述组合器可以被配置为将这些编码的模拟信号组合为单个模拟信号。在一些实施例中，所述组合器可以是无源求和器电路。

所述组合器的输出可以耦接至下变频器电路，例如，上文联系图1描述的下变频器26。所述下变频器电路可以被配置为将组合的编码模拟信号(即，RF信号)转化为IF信号。在其他实施例中，所述组合器可以将作为RF信号的组合的编码的模拟信号直接提供给除法器。

在块408中，组合的编码的模拟信号可以被拆分成一定数量的编码的模拟输出。在一实施例中，如上文参考图1描述的除法器32的除法器可以被配置为接收组合的编码的模拟信号并生成一定数量的编码的模拟输出。所述编码的模拟输出可以是RF信号或IF信号，具体取决于在所述除法器处接收到的信号的频率。在一些实施例中，所述除法器可以是具有多个输出的无源除法器电路。所生成的输出的数量可以对应于系统中的数量B个期望波束和数量D个波束形成器。因而，在一些实施例中，所述除法器可以具有B*D个输出。

在块410中，所述编码的模拟输出可以被解码，以生成解码的模拟信号。在实施例中，至少一个解码器元件可以被耦接至所述除法器的输出的至少之一。所述解码器元件可以包括混合器(例如，图3的混合器82)以及诸如控制ASIC或FPGA的集成电路(例如，图3的集成电路84)。所述混合器可以被配置为通过第一输入接收所述编码的模拟输出。所述混合器的第二输入可以被耦接至所述集成电路。所述集成电路可以将LO信号提供给所述混合器。在一实施例中，所述混合器可以被配置为将所述编码的模拟输出与所述LO信号进行组合，并对所述模拟信号执行解调。

在一些实施例中，所述编码的模拟输出可以利用CDMA信号被解码，以生成解码的模拟信号。例如，所述集成电路可以被配置为在所述LO信号中提供CDMA码，并且所述编码的模拟输出可以使用所述CDMA码被解码，以生成解码的模拟信号。

在一些实施例中，解码器元件被配置为对编码的模拟输出执行模拟离散时间模拟处理。例如，解码器元件可以包括多个取样及保持电路和加权和电路，例如，上文参考图3描述的取样及保持电路86a-86n、90a以及加权和电路88。所述多个取样及保持电路可以接收混合器的输出，生成时间信号并将所述时间信号提供给所述加权和电路。所述加权和电路可以被配置为生成对应于所述编码的模拟输出的和(例如，平均值)的信号。在一些实施例中，加权和电路的输出可以被提供给另一取样及保持电路，以供进一步处理。所述另一取样及保持电路可以生成解码的模拟信号。

在一实施例中，解码器元件可以被配置为基于最初接收到的RF信号恢复各个BD元件信号。这些恢复的各个BD元件信号可以被提供给多个加权电路，例如，上文参考图1描述的加权电路40。所述加权电路可以包括移相器或者可变延迟及衰减器。在一实施例中，加权电路40可以被配置为在波束形成器中的求和之前为输入的解码的信号提供可变加权。所述加权电路的输出可以被提供给多个波束形成器，例如，上文参考图1描述的波束形成器44。

在块412，可以生成对应于解码的模拟信号的波束输出。所述多个波束形成器可以耦接至解码器元件的至少一个输出，以接收解码的模拟信号。在一些实施例中，每一波束形成器可以耦接至两个不同解码器元件的输出。所述波束形成器可以被配置为生成对应于所决定的模拟信号的波束输出(例如，上文参考图1描述的波束输出48)。

Claims (22)

1.一种模拟波束形成器系统，包括：

多个接收RF信号并生成编码的模拟信号的编码器元件；

组合接收自所述多个编码器元件的所述编码的模拟信号的组合器；

接收所述组合的编码的模拟信号并生成多个编码的模拟输出的除法器；

接收所述多个编码的模拟输出并生成解码的模拟信号的多个解码器元件；以及

被配置为生成对应于所述解码的模拟信号的波束输出的多个波束形成器元件。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括耦接至所述多个编码器元件的多个天线元件，其中，所述多个天线元件被配置为接收所述RF信号，并且其中，所述多个天线元件中的预定数量的天线元件是有效的。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述预定数量的有效天线元件对应于一定数量的波束形成器元件和一定数量的波束输出。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个编码器元件的总共数量的编码器元件对应于一定数量的波束形成器元件和一定数量的波束输出。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述编码器元件中的每个是双相编码器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述编码器元件中的每个包括耦接至集成电路的混合器，并且其中，所述混合器具有接收至少一个RF信号的第一输入和接收来自所述集成电路的码分多址(CDMA)码的第二输入。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述集成电路生成正交CDMA码，并且其中，所述RF信号基于所述正交CDMA码被编码。

8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括设置在所述组合器和所述除法器之间的下变频器模块，其中，所述下变频器模块被配置为接收来自所述组合器的组合的编码的模拟信号，并且将所述组合的编码的模拟信号转换为中频(IF)信号。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述除法器被配置为接收来自所述下变频器模块的IF信号并且基于所述IF信号生成编码的模拟输出。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述解码器元件中的每个包括模拟离散时间模拟处理编码器。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述解码器元件中的每个包括耦接至集成电路的混合器，并且其中，所述混合器具有接收至少一个编码的模拟信号的第一输入和接收来自所述集成电路的码分多址(CDMA)码的第二输入。

12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括耦接至所述混合器的输出的取样及保持模块以及耦接至所述取样及保持模块的加权和模块。

13.根据权利要求1所述的系统，进一步包括设置在所述多个解码器元件和所述多个波束形成器元件之间的加权电路，其中，所述加权电路在所述多个波束形成器元件中的求和之前为所述解码的模拟信号提供可变加权。

14.一种用于生成多波束馈送的方法，所述方法包括：

通过多个天线元件接收多个RF信号，其中，所述多个天线元件中的预定数量的天线元件是有效的；

对所述RF信号进行编码，以生成编码的模拟信号；

组合所述编码的模拟信号；

将所述组合的编码的模拟信号拆分成一定数量的编码的模拟输出，其中，所述编码的模拟输出的数量对应于有效天线元件的数量；

对所述编码的模拟输出进行解码，以生成解码的模拟信号，其中，所述解码的模拟信号的数量对应于有效天线元件的数量；以及

生成对应于所述解码的模拟信号的波束输出。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括对接收到的RF信号执行双相调制。

16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括使用码分多址(CDMA)码调制所述RF信号。

17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括使用正交码分多址(CDMA)码对所述RF信号进行编码。

18.根据权利要求14所述的方法，进一步包括将所述组合的编码的模拟信号转换为中频(IF)信号。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括接收所述IF信号，并基于所述IF信号生成所述编码的模拟输出。

20.根据权利要求14所述的方法，进一步包括对所述编码的模拟输出执行模拟离散时间模拟处理。

21.根据权利要求14所述的方法，进一步包括使用码分多址(CDMA)码对所述编码的模拟输出进行解调。

22.根据权利要求14所述的方法，进一步包括对所述解码的模拟信号执行取样及保持技术。