CN1098573C - 最大比合成发送分集装置 - Google Patents

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Abstract

以大于λ/2的间隔“d”例如5λ配置多个天线元件(20)。一由天线元件(20)接收的信号通过天线多路器(21)被传输给接收机(23)，并被解调。该解调的信号被传输给一相位一与一功率检测部分(25)，在那里，该接收的信号的功率和相位被检测。根据检测的结果，控制部分(26)计算一发送信号的相位和功率。根据计算结果，发送信号输出电路(27)经天线多路器(21)将发送信号传输给各天线元件(20)。

Description

最大比合成发送分集装置
技术领域
本发明一种适用于移动通信，例如由个人手持电话系统(PHS)实现的通信的最大比合成发送分集装置。
背景技术
阵列天线是一种常规的发送天线并包括相控阵天线，自适应阵天线等。另一种常规的发送天线是天线选择分集天线。相控阵天线通常具有如图8所示的构成。
在该图中，参考数字1表示多个天线元件；2表示移相器；3表示天线多路器(或开关)；4表示接收机；5表示发射机；及6表示控制部分。移相器2具有控制发送信号相位的功能且被设置用于各天线元件1的供电部分。控制部分6控制移相器2。
待被传送给各天线元件1的信号的相位通过控制各移相器2的控制部分6被调整以合成这些发送信号在空间的相位，从而以一预定方向形成一波束7并提高了天线的增益。
在此情况下，存在以λ/2(λ为使用的波的波长)或更小的间隔配置天线元件1的需要。假设天线元件1的数量为N，预定方向上的天线增益可被提高N的乘数。
如上所述，尽管由相控阵天线形成的波束可依据波环境的变化而被自适应地控制，该波束未被广泛地利用，因为其固有的问题，例如自适应时间的长度或移相器的精度。
为克服常规相控阵天线中的缺陷，已开发了自适应阵列技术。图9示出了一常规自适应阵列天线的示例性构成。在该附图中，参考数字10表示多个天线元件；11表示天线多路器；12表示发射机；13表示接收机；14表示数字信号处理部分；15表示相位—与—功率检测部分；16表示发送信号生成电路；及17表示控制部分。
如图9中所示，该自适应阵列天线也包括以等于或小于λ/2的间隔“d”配置的多个天线10，如在相控阵天线的情况中一样。由各天线元件10接收的信号通过接收机13被解调，且控制部分17根据通过相位—与—功率检测部分15自解调的信号检测的信号的相位和功率，计算发送信号的相位和功率。根据这样计算的发送信号的相位和功率，发射机12调制由发送信号生成电路16生成的发送信号。该被调制的信号被馈送给天线元件10以使发送信号被空间合成。该自适应阵列技术解决了相控阵天线的固有缺陷，例如自适应时间的长度或相位控制的精度。
为了减少天线中的相关系数，天线选择的分集装置包括以λ/2或更大的间隔配置的多个天线元件并采用根据由该多个天线元件接收的功率电平等来选择将用于进行发送的一天线元件的方法。相关系数与这些天线中的间隔之间的关系呈现为图10中绘制的曲线。如果这些天线元件以λ/2或更大的间隔被配置，这些天线元件中的相关系数可被减少。但是，在此情况下，由于单独的天线元件对一变化的衰减现象敏感，衰减现象对天线元件的影响可通过以图11中所示的方式选择天线元件而被减少。在图11中，水平轴表示时间而垂直轴表示各天线元件的接收电平。
以上所述的常规的发送天线存在着以下问题：
首先，相控阵天线是要形成一预定方向的波束，且因此天线元件必须以λ/2或更小的间隔配置。因为这样一构成，在这些天线元件中有一高的相关系数，且这些天线元件受到衰减现象的影响，因此劣化了相控阵天线的特性。
该天线选择的分集装置采用根据由这些天线元件接收的信号的功率，通过从多个天线元件中选择一天线元件来发送一信号的方法。当与通过合成相位而获得的阵列天线的增益相比，在移动终端的接收功率中有轻微的提高(即，天线增益的提高)。具体地，在地球轨道以外(superior)能见度的无衰减环境中，该终端的接收功率没有提高。
发明内容
本发明的目的在于克服常规的阵列天线及上述那些常规的天线选择分集装置的上述缺陷，并提供一种最大比合成发送分集装置，其实现了阵列天线的天线增益的提高并取得了由减少天线元件中的相关性而引起的的空间分集效果。
为实现上述目的，根据本发明的一种最大比合成发送分集装置包括多个以大于λ/2(其中λ表示将使用的波的波长)的间隔配置的天线元件；多个被设置成对应于各天线元件的发射机和接收机；天线多路装置，用于选择地将这些天线元件分别与接收机和发射机之一相连接；及信号处理装置，用于检测由各接收机接收的信号的相位并将具有对应于该检测结果的一相位的一发送信号传输给发射机，在那里，该发送信号通过各天线元件被发送。
根据本发明，一个人手持电话系统使用一最大比合成发送分集装置作为一基站，该分集装置包括多个以大于λ/2(其中λ表示将使用的波的波长)的间隔配置的天线元件；多个被设置成对应于各天线元件的发射机和接收机；天线多路装置，用于选择地将这些天线元件分别与接收机和发射机之一相连接；及信号处理装置，用于检测由各接收机接收的信号的相位并将具有对应于该检测结果的一相位的一发送信号传输给发射机，在那里，该发送信号通过各天线元件被发送。
在上述各装置中，除了信号的相位外，接收信号的功率可被检测，具有对应于该检测结果的相位和功率的一发送信号可被传输送给各发射机，在那里，该发送信号通过各天线元件被发送。
附图简述
图1为实现本发明的一实施例的方框图；
图2A和2B为根据本发明的天线元件的示例性示意图；
图3为一常规发送天线装置的一天线元件的天线辐射图的一示例的示意图；
图4为根据本发明的一天线元件的天线辐射图的一示例的示意图；
图5为本发明的一实施例的方框图；
图6为通过计算模拟而绘制的表示一常规的空间分集天线的天线及分集增益的示意图；
图7为通过计算模拟而绘制的表示根据本发明的天线元件的天线及分集增益的示意图；
图8为一常规的相控阵天线的构成方框图；
图9为一常规的自适应阵列天线的构成方框图；
图10为表示一常规的天线选择分集装置的天线元件中的间隔与一相关系数之间的关系的示意图；
图11为该天线选择分集装置的天线元件的选择状态的曲线图；
图12为四个天线元件的布置的一示例的概略性示意图；及
图13为根据TDMA/TDD方法的定时的概略性示意图，其中在该定时，时间段在一基站和一移动台之间被发送和接收。
具体实施方式
在实现本发明的一实施例中，例如，以图1中所示的方式以大于λ/2的间隔配置多个天线元件20。参考数字21表示用于使发射机22和接收机23选择地共享天线元件20的一天线多路器(或开关)。一接收的信号被传输给接收机23，并在接收机23被解调。该解调的信号被传输给数字信号处理部分24中设置的一相位—与—功率检测部分25，在那里，该接收的信号的功率和相位被检测。根据检测的结果，控制部分26计算一发送信号的相位和功率，并将计算结果传输给发送信号生成电路27。发送信号生成电路27产生具有与由控制部分计算相同的相位和功率的一发送信号。然后，该发送信号由发射机22调制，且调制的信号经天线多路器21从各天线元件20被发送。
在图1所示的根据本发明的装置中，作为天线元件以大于λ/2的间隔被配置的结果，该装置的特征在于由表征该阵列天线的相位合成所引起的天线增益，及该天线选择分集装置的空间分集增益。
天线元件20例如以图2A和2B中所示的布置而被排列。图3示出了相对于具有以λ/2或更小的间隔“d”被布置的四个天线元件的一常规天线选择分集装置的一天线辐射图的一示例。图4示出了相对于具有以λ/2或更大的间隔被布置的天线元件的根据本发明的上述装置的一天线辐射图的一示例。从图4中可以显见，如果天线元件以与本发明采用的类似方式，以大于λ/2的间隔被配置，不形成被分配以一预定方向的指向性的波辐射束但形成有在每一方向上(或通过360°)具有多个基本相同的峰值的天线辐射图。因此，该天线变为全向的以使对于各方向具有基本相同的峰值增益的值，即具有如图4所示的辐射图形。而且，这样一天线的增益与具有以λ/2或更小的间隔配置的天线元件的天线的增益相同。
图5示出了根据本发明的一最大比合成发送分集装置的一实施例。在该附图中，参考数字31a至31d表示用于发送和接收两个目的的天线元件。这些天线元件以大于λ/2的间隔“d”，例如5λ被配置。
参考数字33a至33d表示接收机，而参考数字34a至34d表示发射机。这些接收机和发射机分别通过天线多路器(或开关)32a被连接至天线元件31a至31d。参考数字35a至35d表示模数转换器；参考数字36a至36d表示数模转换器；37表示信号处理器；及38表示控制部分。在各信号处理器37内设置一相位—与—功率检测部分，用于检测各天线信道的一接收的相位和功率。接收机33a至33d的输出信号通过模数转换器35a至35d被转换成数字信号。这些被转换的数字信号被馈送给信号处理器37。相反，自控制部分38输出的数字发送信号通过数模转换器36a至36d被转换成模拟信号，且这样被转换的模拟信号被传送给发射机34a至34d。
尽管在本实施例中为该分集装置设置了四个天线信道“a”至“d”，将只描述这些天线信道中的信道“a”的工作。由于其他的信道“b”至“d”以相同的方式工作，在此省略对它们的说明。
由天线元件31a接收的信号通过由控制部分38控制的天线多路器被传输给接收机33a。接收机33a解调接收的信号，且模数转换器35a将解调的信号转换成数字信号。该数字信号被发送给信号处理部分37。
信号处理器37检测由各天线元件31a至31d接收的信号的相对相位和功率。根据该对各天线元件的检测，信号处理器37计算用于发送是最佳的，一发送信号的相对相位和功率。有关相对相位和功率的数据被发送给控制部分38。
控制部分38根据计算的数据和各天线元件的一加权系数，产生一发送信号并将该产生的发送信号传输给数模转换器36a，该发送信号被转换成模拟信号。该模拟信号然后由发射机34a调制，且该调制的信号通过天线多路器32a被传输给天线元件31a。
通过执行对各天线元件的上述操作，该分集装置可取得表征相控阵天线的天线增益及空间分集特性两者。
图6和7为表示相对于具有以小于λ/2的间隔“d”配置的四个天线元件的一常规空间分集装置及相对于具有以大于λ/2的间隔“d”配置的天线元件的根据本发明的最大比合成发送分集装置的一副台的天线增益(即功率增益)和CNR(载波噪声比，即分集增益)的提高的计算模拟结果。
从图7中可以显见，如果以类似于该实施例中采用的方式，以大于λ/2的间隔配置这些天线元件且如果具有对发送而言是最佳的相位和功率的一发送信号经各天线元件被发送，可获得有约6dB的天线增益。相反，在图6所示的常规的空间分集系统中，天线增益平均为3dB。因此，可以理解本发明在天线增益上提高了约3dB。而且，如果试图将天线增益减少到与常规的空间分集天线的增益基本相同，则可节省约3dB量的功率。
如从图6和7中可见的，在常规装置中，一移动台(副台)中CNR(分集增益)平均提高约10.44dB，而在本发明中，平均提高约13.62dB。根据本发明，作为天线增益，CNR提高约3dB。
根据本发明的最大比合成发送分集装置适用于移动通信，特别适用于PHS(个人手持电话系统)基站，其中该基站根据一TDD方法，通过使用相同的频率与一移动台进行通信。
该PHS系统采用在图13中示出的且表示时隙(slot)在该基站与该移动台之间被互换的定时的一TDMA/TDD方法(时分多址/时分双工)。简言之，经变换一发送时间(或接收时间)，通过使用相同的频率而在该基站与移动台之间建立通信。由于该相同的频率被用于该基站与移动台两者，可根据有关接收信号的相位及频率的信息，容易地获取发送信号的相位和功率。因此，本发明适用于TDD方法。
如上所述，根据本发明，一发送分集装置包括多个以大于λ/2的间隔配置的天线元件，且因此该装置具有两个特性：也就是，由相位合成所引起的表征该阵列天线的天线增益，和该天线选择分集装置的空间分集增益。具体地，本发明可提供一最大比合成发送分集装置，特别用于一PHS基站是最佳的。

Claims (4)

1.一种最大比合成发送分集装置，包括：
多个以大于λ/2的间隔配置的天线元件，其中λ表示将使用的波的波长；
多个被设置成对应于各天线元件的发射机和接收机；
天线多路装置，用于选择地将这些天线元件分别与接收机和发射机之一相连接；及
信号处理装置，用于检测由各接收机接收的信号的相位并将具有对应于该检测结果的一相位的一发送信号传输给发射机，在那里，该发送信号通过各天线元件被发送。
2.根据权利要求1所述的最大比合成发送分集装置，其中
该信号处理装置，检测由各接收机接收的接收信号的功率及该信号的相位，并将具有对应于该检测结果的相位和功率的一发送信号传输给各发射机，在那里，该发送信号通过各天线元件被发送。
3.一种个人手持电话系统，使用一最大比合成发送分集装置作为一基站，该分集装置包括：
多个以大于λ/2的间隔配置的天线元件，其中λ表示将使用的波的波长；
多个被设置成对应于各天线元件的发射机和接收机；
天线多路装置，用于选择地将这些天线元件分别与接收机和发射机之一相连接；及
信号处理装置，用于检测由各接收机接收的信号的相位并将具有对应于该检测结果的一相位的一发送信号传输给发射机，在那里，该发送信号通过各天线元件被发送。
4.根据权利要求3所述的个人手持电话系统，其中该信号处理装置，检测由各接收机接收的接收信号的功率及该信号的相位，并将具有对应于该检测结果的相位和功率的一发送信号传输给各发射机，在那里，该发送信号通过各天线元件被发送。
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