CN110063033B - 移动站、用于移动站的rf前端模块、以及前端集成电路 - Google Patents

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Abstract

移动站包括：基带处理器；以及RF前端模块，其连接到基带处理器并且包括多个天线模块和控制器。多个天线模块均包括天线元件和连接到天线元件的可变移相器。基带处理器被配置成输出指示由多个天线元件形成的天线波束的方向的波束控制信号。控制器被配置成从基带处理器接收波束控制信号，基于波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并且基于所确定的相位控制量来控制每个可变移相器。

Description

移动站、用于移动站的RF前端模块、以及前端集成电路
技术领域
本发明涉及与移动通信基站等通信的移动站。
本申请要求于2016年12月12日提交的日本专利申请No.2016-240622的优先权，其全部内容通过引用被合并在此。
背景技术
在移动通信中，在基站和移动站之间执行通信。专利文献1公开了基站的波束形成。
引用列表
[专利文献]
专利文献1：国际公开WO2011/43298
发明内容
本发明的方面是移动站。在实施例中，移动站包括：基带处理器；以及RF前端模块，连接到基带处理器并且包括多个天线模块和控制器。
在实施例中，多个天线模块均包括天线元件和连接到天线元件的可变移相器。
在实施例中，基带处理器被配置成输出指示由多个天线元件形成的天线波束的方向的波束控制信号。在实施例中，控制器被配置成从基带处理器接收波束控制信号，基于波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并且基于所确定的相位控制量控制每个可变移相器。
本发明的另一方面是RF前端模块。本发明的又一方面是一种前端集成电路。
附图说明
图1是示出配备有移动站的车辆的图。
图2示出移动站模块的透视图。
图3是RF前端模块的电路图。
图4是示出参考表的图。
图5是示出第二实施例的RF前端模块的图，其中，图5(a)是示出RF前端模块的平面图，图5(b)是模块的侧视图，并且图5(c)是模块的横截面图。
图6图示天线波束。
图7是RF前端模块的电路图。
图8是示出参考表的图。
图9是RF前端模块的电路图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
为了实现高速移动通信，期望使用诸如毫米波、亚毫米波等的高频。然而，高频通信具有很大的传播损耗。为了补偿传播损耗并执行稳定的高速通信，不仅需要基站而且需要移动站来执行波束形成。
这里，移动站通常具有基带处理器。基带处理器是执行包括基带处理的移动通信处理的半导体集成电路。基带处理器连接到发送/接收电路。基带处理器将生成的基带信号提供给发送/接收电路，并从发送/接收电路获取基带信号。
从更合适的移动通信处理的观点来看，期望执行移动通信处理的基带处理器以控制波束。
然而，当基带处理器控制波束时，引起基带处理器上的控制负载的增加。也就是说，为了控制波束，有必要控制分别连接到多个天线元件的多个可变移相器，并且因此控制负载很大。另外，为了获得更高的增益，天线元件的数量趋于增加，并且因此控制负载有可能增加。
此外，在基带处理器控制许多可变移相器的情况下，将基带处理器和许多可变移相器彼此连接的控制信号线的数量增加，导致移动站的尺寸增加。
即使当基带处理器执行波束控制时，也期待抑制基带处理器上的控制负载的增加。
[本公开的有利效果]
根据本公开，即使当基带处理器控制波束时，也能够抑制基带处理器上的控制负载的增加。
[1.实施例的概述]
(1)根据实施例的移动站包括：基带处理器；和RF前端模块，被连接到基带处理器并包括多个天线模块和控制器，多个天线模块均包括天线元件和具有连接到天线元件的可变移相器的发送/接收电路，基带处理器被配置成输出指示由多个天线元件形成的天线波束的方向的波束控制信号，并且控制器被配置成从基带处理器接收波束控制信号，基于波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并基于确定的相位控制量控制每个可变移相器。根据此配置，每个可变移相器的控制由RF前端模块的控制器执行，并且基带处理器不需要控制每个可变移相器。因此，即使当基带处理器执行波束控制时，也能够抑制基带处理器上的控制负载的增加。
(2)优选地，控制器基于波束控制信号从多个天线模块中选择要用于通信的一个或多个天线模块，并控制要使用的一个或多个天线模块的可变移相器。在这种情况下，也能够通过选择要使用的天线模块来改变波束。
(3)优选地，控制器通过参考其中天线波束的方向和每个可变移相器的相位控制量被彼此相关联的表来确定相位控制量。在这种情况下，容易确定相位控制量。
(4)优选地，RF前端模块通过仅一个端子接收波束控制信号。在这种情况下，能够防止尺寸增加。
(5)优选地，控制器通过监测由天线元件发送或接收的信号的相位来校正相位控制量。在这种情况下，相位控制量能够由控制器校准。
(6)根据实施例的RF前端模块包括多个天线模块和控制器，多个天线模块均包括天线元件和连接到天线元件的可变移相器，并且控制器被配置成从基带处理器接收指示由多个天线元件形成的天线波束的方向的波束控制信号，基于波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并基于确定的相位控制量控制每个可变移相器。根据此配置，每个可变移相器的控制由RF前端模块的控制器执行，并且基带处理器不需要控制每个可变移相器。因此，即使当基带处理器执行波束控制时，也能够抑制基带处理器上的控制负载的增加。
(7)根据实施例的RF前端模块包括：基板；多个天线元件，形成在基板上；以及前端集成电路，设置在基板上并连接到基带处理器，前端集成电路包括控制器和被设置为使得分别对应于多个天线元件的多个可变移相器，该控制器被配置成从基带处理器接收指示由多个天线元件形成的天线波束的方向的波束控制信号，基于波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并且基于被确定的相位控制量控制每个可变移相器。根据此配置，每个可变移相器的控制由前端集成电路的控制器执行，并且基带处理器不需要控制每个可变移相器。因此，即使当基带处理器执行波束控制时，也能够抑制基带处理器上的控制负载的增加。
(8)根据实施例的前端集成电路是要连接到基带处理器和多个天线元件的前端集成电路，该前端集成电路包括：多个可变移相器，被设置为分别对应于多个天线元件；和控制器，其中控制器被配置成从基带处理器接收指示由多个天线元件形成的天线波束的方向的波束控制信号，基于波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并基于确定的相位控制量控制每个可变移相器。根据此配置，每个可变移相器的控制由前端集成电路的控制器执行，并且基带处理器不需要控制每个可变移相器。因此，即使当基带处理器执行波束控制时，也能够抑制基带处理器上的控制负载的增加。
[2.实施例的细节]
[2.1.第一实施例的移动站]
图1示出配备有移动站10的车辆20。该实施例的移动站10是车载移动站。然而，移动站10不必安装在车辆20上。移动站10与移动通信基站30通信。移动通信基站30(下文中，也简称为基站30)安装在相对高的地方，诸如建筑物的屋顶或钢塔的上部，并且与地面上的移动站通信。为了实现高速通信，移动通信优选地是其中使用毫米波或亚毫米波的通信。其中使用毫米波或亚毫米波的移动通信例如是第五代移动网络(5G)。
在使用毫米波或亚毫米波的通信中，由于高频率，传播损耗很大。在本实施例的移动通信中，执行波束形成以补偿传播损耗。通过执行波束形成，能够实现朝向特定方向的方向性，并且能够改进增益。在本实施例中，波束形成不仅由基站30执行，而且由移动站10执行，从而能够能够进行高速通信。为了执行波束形成，移动站10具有阵列天线100，该阵列天线100具有多个天线元件。
车辆20是诸如公共汽车和火车的运输中的车辆。根据实施例的移动站10连接到无线LAN无线单元40。无线LAN无线单元40是无线LAN接入点，并且向车辆内的无线LAN终端50提供无线LAN服务。车辆内的无线LAN终端50例如是由车辆20的乘客携带的移动电话、智能电话、平板计算机、笔记本计算机等。乘客携带的无线LAN终端50能够经由无线LAN和移动通信网络进行互联网连接。无线LAN无线单元40可以设置在与移动站10的壳体不同的壳体内，或者可以设置在移动站10的壳体内。
在图2中，(a)示出在移动站10内设置的移动站模块60。移动站模块60设置在未示出的壳体内。其中设置有移动站模块60的壳体被附接到车辆20。移动站10例如被附接到车辆20的顶棚20a，用于与车辆20外部的基站30通信。移动站10可以安装在车辆20的侧表面上。
在实施例中，移动站模块60包括基带处理器70。基带处理器70安装在基板61上。基带处理器70是执行包括基带处理的移动通信处理的半导体集成电路。移动通信处理是与基站30进行移动通信所需的处理。
在实施例中，基带处理包括通过数字信号处理，生成基带信号并输出用于发送的基带信号。基带处理器70将基带信号输出到RF前端模块90。RF前端模块90执行诸如调制和放大的发送RF信号处理并发送RF信号。
RF前端模块90将通过执行诸如接收到的RF信号的放大和解调的接收RF信号处理而获得的基带信号提供给基带处理器70。在实施例中，基带处理器70的基带处理包括处理从RF前端模块90提供的基带信号。
实施例的RF前端模块90包括前端集成电路(前端IC：FEIC)80和多个天线元件A11、...、Amn。前端IC 80安装在基板61上。在实施例中，前端IC 80经由收发器(发送器-接收器)77连接到基带处理器70。
收发器77安装在基板61上。收发器77将从基带处理器70提供的基带信号调制成RF信号。收发器77将RF信号输出到前端IC 80。前端IC 80对从收发器77提供的RF信号执行诸如相位控制和放大的信号处理，并向天线元件A11、...、Amn输出经受信号处理的RF信号。另外，前端IC 80对由天线元件A11、...、Amn接收到的RF信号执行诸如放大和相位控制的信号处理。前端IC 80将经过信号处理的RF信号输出到收发器77。收发器77将RF信号解调成基带信号。收发器77将基带信号输出到基带处理器70。前端IC 80可以在其中包括收发器77。在这种情况下，前端IC直接连接到基带处理器70。
在实施例中，前端IC 80的信号处理包括用于改变天线波束方向的相位控制。除了相位控制之外，前端IC 80还可以执行幅度控制，以便于改变天线波束的方向。稍后将描述相位控制等。
基带处理器70具有用于输入和输出基带信号的端子73。另外，前端IC 80具有用于输入和输出RF信号的端子83(参见图3)。基带处理器70的端子73和前端IC 80的端子83经由收发器77通过形成在基板61上的信号线(导线)63和64彼此连接。在前端IC 80其中包括收发器77的情况下，端子83是用于从基带处理器70输入基带信号并且将基带信号输出到基带处理器70的端子。
实施例的多个天线元件A11、...、Amn形成阵列天线100。天线波束由多个天线元件A11、...、Amn形成。实施例的多个天线元件A11、...、Amn形成在基板61上。这里，“n”和“m”均是不小于1的整数。在实施例中，被包括在天线阵列100中的天线元件A11、...、Amn的数量是m×n。随着天线元件A11、...、Amn的数量变大，能够获得更高的增益。图2中所示的天线元件A11、...、Amn的排列是m×n的二维排列，但也可以是三维排列，或者可以是一维排列。
实施例的天线元件A11、...、Amn是被形成在基板61上的平面天线元件。作为平面天线，例如，能够使用贴片天线元件。贴片天线元件形成在作为电介质的基板61的表面上。作为基板61，例如，能够使用柔性印刷板。
多个天线元件A11、...、Amn通过馈线连接到前端IC 80。前端IC 80具有输出端子87，其数量对应于多个天线元件A11、...、Amn的数量。在基板61上形成将多个天线元件A11、...、Amn和多个输出端子87彼此连接的多条馈线L。实施例的馈线L是其是电介质的在基板61上形成的微带线。
在图2中的(a)中，前端IC 80和多个天线元件A11、...、Amn通过基板61彼此集成。即，在实施例的RF前端模块90中，前端IC 80和多个天线元件A11、...、Amn通过公共基板61彼此集成。由于前端IC80和多个天线元件A11、...、Amn的集成，没有必要通过电缆将前端IC80和多个天线元件A11、...、Amn彼此连接。因为电缆变得没有必要，所以能够减小移动站10的尺寸。另外，因为电缆变得没有必要，所以能够避免由电缆引起的信号电力损失。
在图2中的(a)中，RF前端模块90和基带处理器70通过基板61彼此集成。即，在该实施例的移动站模块60中，RF前端模块90和基带处理器70通过公共基板61彼此集成。
如图2中的(b)所示，基带处理器70可以安装在基板61a上，该基板61a与在其上设置有RF前端模块90的基板61b不同。在这种情况下，基带处理器70和RF前端模块90经由电缆610彼此连接。电缆610在其两端处包括插入连接器611和612。插入连接器611和612插入到设置在基板61a和61b上的接收侧连接器621和622中。基板61a的接收侧连接器621经由形成在基板61a和收发器77上的导线63和64a连接到被设置到基带处理器70的端子73和75。基板61b的接收侧连接器622经由形成在基板61b上的导线64b连接到被设置到前端IC 80的端子83和85。
在图2中，基板61、61a和61b均具有平面形状，但是可以具有三维形状。例如，在图2中，在基板61或61b中，在设置前端IC 80的范围内的基板61或61b的第一表面631与设置天线元件A11、...、Amn的范围内的基板61或61b的第二表面632齐平，但是可以彼此相交。第一表面631和第二表面632可以位于在基板的厚度方向上彼此不同的位置处。
如图3中所示，本实施例的基带处理器70的移动通信处理包括控制天线波束的处理76(波束控制)。在下文中，“控制天线波束的处理”仅称为“波束控制”。例如，执行波束控制76，以将天线波束指向作为通信伙伴的基站30。基带处理器70能够通过与基站30的移动通信处理识别其中基站30存在的方向，并且从而基于其中基站30存在的方向确定天线波束的适当方向。通过适当的波束控制76，能够进行高速通信。
为了改变波束的方向，需要发送和接收信号的相位控制831。在相位控制中，控制连接到多个天线元件A11、...、Amn的多个可变移相器801和803。为了控制可变移相器801和803，需要确定每个可变移相器801和803的相位控制量并基于相位控制量调节相位的处理。
在实施例的波束控制76中，不执行相位控制831。也就是说，该实施例的基带处理器70确定天线波束的方向，并向RF前端模块90提供指示天线波束方向的波束控制信号，但不执行与天线波束的方向对应的相位控制831。因为基带处理器70不执行需要控制多个可变移相器801和803的相位控制831，所以降低基带处理器70上的处理负荷。当可变移相器801和803的数量增加时，处理负荷降低效果被特别增强。波束控制信号指示天线波束的方向，但不直接指示多个可变移相器中的每一个的相位调节量。
该实施例的前端IC 80基于由基带处理器70确定的天线波束的方向来执行相位控制831。在相位控制831中，用于多个可变移相器中的每一个的相位控制量被确定，并且控制每个可变移相器。对于相位控制831，前端IC 80从基带处理器70接收指示由基带处理器70确定的天线波束的方向的波束控制信号。
基带处理器70包括用于输出波束控制信号的端子75。前端IC 80包括输入波束控制信号的端子85。在图2中的(a)中，端子75和端子85通过形成在基板61上的导线65彼此连接。在图2的(b)中，端子75和端子85通过导线65a和65b以及电缆610彼此连接。
波束控制信号只需要是指示波束方向的简单信号。因此，例如，足以提供一根导线作为用于波束控制信号的导线65。在这种情况下，导线65所连接的端子75的数量可以是一个，并且因此能够减小基带处理器70的尺寸。此外，通过其波束控制信号流过的导线65可以彼此连接基带处理器70和前端IC 80，并且因此容易减小移动站模块60的尺寸。
如果基带处理器70直接控制大量可变移相器，则需要从基带处理器70通向可变移相器的大量导线或电缆。因此，应该提供给基带处理器70的端子的数量也增加。当导线和端子的数量增加时，需要更大的空间，导致移动站模块60的尺寸增加。然而，当禁止增加导线和端子的数量时，能够减小移动站模块60的尺寸。
如图3中所示，RF前端模块90包括多个天线模块M11、...、Mmn。本实施例的每个天线模块被用于发送和接收。多个天线模块M11、...、Mmn分别包括发送/接收电路TR11、..、TRmn和天线元件A11、..、Amn。排除天线元件A11、..、Amn和馈线L之外的图3中所示的RF前端模块90的电路对应于前端IC 80的内部电路。
图3中所示的RF前端模块90(前端IC 80)包括分布器/组合器810。分布器/组合器810连接到多个发送/接收电路TR11、...、TRmn。由收发器77产生的发送RF信号由分布器/组合器810分布给多个发送/接收电路TR11、...、TRmn。发送RF信号的相位由发送/接收电路TR11、...、TRmn的可变移相器801调节。可以调节天线元件发送RF信号的幅度。可变移相器801经由放大器805连接到天线元件A11、...、Amn。具有经调节的相位的发送RF信号由放大器805放大并从天线元件A11、...、Amn发送。
由各个天线元件A11、...、Amn接收到的接收RF信号被提供给相应的发送/接收电路TR11、...、TRmn。接收RF信号由发送/接收电路TR11、...、TRmn的放大器807放大。发送/接收电路TR11、...、TRmn的可变移相器803经由放大器807连接到天线元件A11、...、Amn。接收RF信号的相位由可变移相器803调节。可以调节接收RF信号的幅度。从多个发送/接收电路TR11、...、TRmn输出的接收RF信号由分布器/组合器810组合。前端IC 80将由组合产生的接收RF信号输出到收发器77。收发器77将由组合产生的接收RF信号解调成基带信号。
RF前端模块90(前端IC 80)包括控制器830。控制器830用作在RF前端模块90(前端IC 80)中执行控制。控制器830包括处理器和存储器。在存储器中，存储计算机程序。计算机程序由处理器执行。通过执行计算机程序，控制器830执行其功能。
控制器830接收从基带处理器70输出的波束控制信号。对于波束控制，控制器830基于波束控制信号执行相位控制831。在相位控制831中，基于波束控制信号确定多个天线模块M11、...、Mmn的各自的可变移相器801和803的相位控制量。
在相位控制831中，例如，基于波束控制信号进行对图4中示出的参考表832的参考，并且确定对应于由波束控制信号指示的值的各自的可变移相器801和803的相位控制量。由波束控制信号指示的值例如是波束角。
图4中所示的参考表832被存储在控制器830的存储器中。在图4中示出的参考表832中，作为由波束控制信号指示的波束的方向的波束角201和相位控制量202彼此相关联。参考表832中的相位控制量202是用于以波束角引导天线波束的相位控制量202。在参考表832中，波束角201和幅度控制量可以彼此相关联。
在参考表832中，为多个天线模块M11、...、Mmn中的每个可变移相器801和803设置相位控制量(幅度控制量)202。在图4中，例如，当波束角为15°时，θ11 15、..θmn 15被设置为用于天线模块M11、..、Mmn的各自可变移相器801和803的相位控制量。对于其他波束角，类似地设置对应于波束角的相位控制量。
通过参考参考表832，控制器830能够容易地确定对应于由波束控制信号指示的波束角201的相位控制量θ11、..θmn。
在相位控制831中，还基于所确定的相位控制量θ11、..θmn来控制可变移相器801和803。如图3中所示，在控制可变移相器801和803时，控制器830将相位控制信号θ11、..、θmn输出到天线模块M11、..、Mmn.的各个可变移相器801和803。图3中示出的相位控制信号θ11、..、θmn指示由控制器830确定的相位控制量θ11、..、θmn。可变移相器801和803基于所提供的相位控制信号θ11、..、θmn调节发送信号或接收信号的相位。
控制器830经由多个相位控制信号线850连接到多个天线模块M11、...、Mmn的各自可变移相器801和803。相位控制信号θ11、..、θmn经由相位控制信号线850被提供给可变移相器801和803。在该实施例中，信号线850形成在前端IC 80内，该前端IC 80是集成电路。因此，即使当相位控制信号线850的数量大时，与在基板61上形成相位控制信号线850的情况相比，抑制尺寸增加。
在图3中，一根相位控制信号线850被连接到包括在一个发送/接收电路TR11、..、TRnm中的两个可变移相器801和803两者。然而，一根信号线可以连接到一个可变移相器。也就是说，可以分别在发送系统和接收系统中独立地调节相位。另外，对于波束控制，控制器830可以基于波束控制信号执行信号幅度控制。在这种情况下，包括在各自的发送/接收电路TR11、...、TRmn中的控制器830和衰减器通过幅度控制信号线彼此连接。
图3中所示的RF前端模块90也包括监测天线模块MD。类似于发送/接收天线模块M11、...、Mmn，监测天线模块MD具有天线元件AD和发送/接收电路TRD。天线元件AD设置在前端IC 80外部的基板61上，并且发送/接收电路TRD设置在前端IC 80内。例如，发送/接收电路TRD具有放大器815和817。
为了监测，监测天线模块MD接收从发送/接收天线模块M11、...、Mmn发送的监测RF信号。由监测天线模块MD接收到的RF信号被提供给控制器830。控制器830监测信号是否以与控制器830确定的相位控制量相对应的相位已经被输出，并且必要时执行校正相位控制量的校准处理835。因此，能够监测发送/接收电路和天线元件是否正常操作。在该实施例中，校准处理835由RF前端模块90(前端IC 80)内的控制器830执行，并且因此没有必要向基带处理器70提供监测信号。因为基带处理器70不监测监测信号，所以减少基带处理器70上的处理负荷。
在监测发送/接收电路和天线元件时，可以由发送/接收天线模块M11、...、Mmn接收从监测天线模块MD发送的监测RF信号。在这种情况下，接收到的监测RF信号可以被提供给控制器830，并且控制器830可以执行校准处理835，诸如相位控制量的校正。
[2.2.第二实施例的移动站]
图5至图8示出第二实施例的移动站。应注意，在第二实施例中没有具体描述的那些点与第一实施例中的那些相同。
图5示出第二实施例的移动站的RF前端模块90。在图5中，(a)是RF前端模块90的平面图，(b)是RF前端模块90的侧视图，并且(c)是RF前端模块90的横截面图。
图5中的RF前端模块90具有基座110。图5中所示的基座110被附接到车辆。例如，基座110被附接到车辆的顶棚。例如，借助于诸如螺栓、粘合剂、焊接等的紧固工具将基座110附接到车辆。基座110是多个天线元件A11、...A48的支撑件。
天线元件A11、...A48例如是贴片天线元件。贴片天线元件形成在电介质基板的表面上，并且因此基座110由电介质基板形成。作为电介质基板，能够使用柔性印刷电路板。在图5中，基座110和多个天线元件A11、...A48被暴露，但是优选地被未示出的天线罩覆盖并受其保护。
在图5中的(c)中，收发器77和前端IC 80安装在基座110上，该基座110是基板。同样在第二实施例中，前端IC 80和天线元件A11、..A48通过形成在作为基板的基座110上的馈线(例如，微带线)彼此连接。在图5中的(c)中，收发器77和前端IC 80设置在基座110内，但也可以设置在基座110的外表面上。此外，基带处理器70可以设置在基座110上，或者可以被设置到不同于基座110的基板。收发器77也可以提供给不同于基座110的基板。
如图5中所示，在第二实施例中，支撑天线元件A11、...A48的基座110具有金字塔形状。金字塔可以是多边形金字塔(具有n条边的多边形基座的金字塔)，或者基座110的形状可以是锥体。金字塔或锥体的示例包括完整的金字塔或锥体和平截头体。平截头体可以是截头金字塔，或者可以是截头锥体。
图5中所示的基座110具有八角锥形(n＝8)并具有八个倾斜表面211。多个天线元件被排列在基座110的倾斜表面211上。天线元件形成在各自的八(n)个倾斜表面211上。四个(多个)天线元件沿着倾斜表面在径向方向上在每个倾斜表面211上被排列成线。
在图5中，八个天线元件被排列在垂直方向(Z方向)上的四个高度位置中的每一个处。关注处于相同高度的八个天线元件(例如，天线元件A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、以及A18)，八个天线元件在水平面上以相等的间隔周向排列。在垂直方向上的每个级处的天线元件的圆周位置是均匀的。在图5中，在圆周方向上彼此相邻的任何两个天线元件之间的圆周角θ是45°。能够认为在相同高度处的八个天线元件在水平面上被排列成八边形环形。
如图5中所示，垂直方向上每个级处的天线元件在水平面上以相等的间隔被周向排列。从上侧起的第二级处的天线元件A21、...、A28从在最上面的级处的天线元件A11、...、A18的径向向外排列，使得绘制比由天线元件A11、...、A18绘制的圆周大的圆周。类似地，从上侧起的第三级处的天线元件A31、...、A38从第二级处的天线元件A21、...、A28的径向向外排列，并且从上侧开始的第四级处的天线元件A31、...、A38从第三级处的天线元件A31、...、A38的径向向外排列。
因为作为平面天线元件(贴片天线元件)的天线元件A11、...A48形成在倾斜表面211上，所以天线元件A11、...A48的表面方向被倾斜。因此，天线元件A11、...A48在水平面上沿径向向外方向和垂直面上的倾斜向上方向上均具有方向性。
在第二实施例中，因为天线元件A11、...A48被排列在倾斜表面211上，所以其中容易获得高增益的天线正面方向被倾斜向上地指向。基站30通常位于高处。因此，当天线正面方向被倾斜向上地指向时，与天线正面方向是垂直方向或水平方向的情况相比，在与基站30的通信中容易获得高增益。
从沿周向排列多个天线元件的观点来看，基座110可以形成为管状。基座110可以具有圆柱形状，或者可以具有多边形管状形状(具有n条边的多边形管状形状：“n”是不小于3的整数)。多边形形状近似为圆形，并且因此即使当基座110具有多边形管状形状时，天线元件也能够被沿周向排列。“n”的值没有被特别限制，但是“n”优选不小于6，更优选不小于12，并且进一步优选不小于24。当“n”更高时，更容易响应水平面上的所有方向。
关于天线元件的周向排列，每个天线元件的一部分(优选地，其在天线水平方向上的中心)足以位于虚拟圆周上，并且每个天线元件的整体不必被排列在虚拟圆周上。当支撑件具有圆柱形状时，易于将每个天线元件的整体排列在虚拟圆周上。
在图6中，附图标记220表示由一个天线元件形成的波束220的方向性。在图6中，仅示出在垂直方向上处于相同高度的八个天线元件A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17以及A18。在其他高度处的天线元件A21、..、A48在每个级处也具有相同的方向性。
如图6中所示，由各自的天线元件A11、...、A18形成的波束220的水平波束宽度被设置为使得波束220在水平面上的圆周方向中彼此重叠。因此，通过在圆周方向上使用多个天线元件A11、...、A18，能够在水平面上的所有方向上定向波束。这里，短语“能够在水平面上的所有方向上定向波束”包括通过仅使用多个天线元件A11、...、A18中的任何一个在水平面上的所有方向上包括的任何方向上定向的波束，并且还包括通过使用圆周方向上的所有多个天线元件A11、...、A18在水平面上的所有方向上定向的无方向波束。
在图6中，附图标记251、252、253、254、255、256、257和258表示在使用多个天线元件A11、...、A18的圆周方向上的一些天线元件的情况下的天线波束。例如，附图标记251表示在选择天线元件A11和天线元件A12作为要使用的天线元件的情况下形成的波束。
类似地，附图标记252表示在选择天线元件A12和天线元件A13作为要使用的天线元件的情况下形成的波束。附图标记253表示在选择天线元件A13和天线元件A14作为要使用的天线元件的情况下形成的波束。附图标记254表示在选择天线元件A14和天线元件A15作为要使用的天线元件的情况下形成的波束。附图标记255表示在选择天线元件A15和天线元件A16作为要使用的天线元件的情况下形成的波束。附图标记256表示在选择天线元件A16和天线元件A17作为要使用的天线元件的情况下形成的波束。附图标记257表示在选择天线元件A17和天线元件A18作为要使用的天线元件的情况下形成的波束。附图标记258表示在选择天线元件A18和天线元件A11作为要使用的天线元件的情况下形成的波束。
如图6中所示，能够通过切换要使用的天线元件来形成沿圆周方向的各个方向上的波束。另外，通过控制由要使用的多个天线元件发送和接收的信号的相位(幅度)，能够使要使用的多个天线元件用作阵列天线。在这种情况下，例如，波束251的方向能够从图6中所示的方向改变。
如上所述，通过改变水平面上的波束的方向，即使当基站存在于来自移动站10的任何方向上时，也能够与基站30进行稳定的通信。
在图6中，示出水平面上的波束方向的变化。通过使用沿倾斜表面211对齐的四个天线元件作为阵列天线，能够改变垂直面上的方向性。通过控制垂直面上的方向性改变的倾斜角度，根据移动站10和基站30在垂直方向上的相对位置，能够在到基站30的方向上获得高增益，使得能够实现稳定的高速通信。
如上所述，在第二实施例中，通过从作为天线元件的多个天线元件A11、...A48中选择要被使用的一个或多个天线，能够在水平面和垂直面上的所需方向上形成天线波束。另外，通过使多个天线元件用作阵列天线，也能够改变由要使用的多个天线元件形成的波束的方向。
为了自由选择要使用的天线元件，第二实施例的RF前端模块90(前端IC 80)包括开关SW11、......、SW48。开关SW11、......、SW48例如被排列在分布器/组合器810与各自的天线模块M11、...、M48之间，并且提供多个开关SW11、......、SW48以分别对应于多个天线模块M11、...、M48。当开关SW11、......、SW48接通时，选择相应的天线模块M11、...、M48作为要使用的天线模块。要使用的天线模块是用于发送或接收RF信号的天线模块。当开关M11、...、M48断开时，相应的天线模块M11、...、M48成为不用于发送或接收RF信号的天线模块。
第二实施例的控制器830执行开关控制831，用于选择适合于形成对应于波束控制信号的波束的要使用的一个或多个天线模块。此外，第二实施例的控制器830对要使用的多个天线模块的天线元件(要使用的多个天线元件)发送或接收的信号执行相位控制831，从而调节通过要使用的天线元件所形成的波束的方向。
例如，控制器830基于波束控制信号通过参考图8中所示的参考表来执行开关控制和相位控制831。在第二实施例中，因为波束在水平面和垂直面上是可控制的，所以波束控制信号是指示水平面波束角和垂直面波束角的信号。基带处理器70根据基站30存在的方向确定天线波束的水平面波束角和垂直面波束角，并且向控制器830输出并提供指示所确定的水平面波束角和垂直面波束角的波束控制信号。
在图8中所示的参考表832中，相位控制量202和开关控制信息203与水平面波束角201a和垂直面波束角201b的每个组合相关联。在开关控制信息203中，在天线模块M11、...、M48中，为被选择作为要使用的天线模块的天线模块被设置为“ON”，并且为成为将不会使用的天线模块的天线模块被设置为“OFF”。根据水平面波束角201a和垂直面波束角201b的组合来设置哪个天线模块成为要使用的天线模块。
在图8中，水平面波束角201a中的“ALL”指示选择所有天线模块M11、...、M48作为要使用的天线模块。当选择所有天线模块M11、...、M48时，波束在水平面上变为无方向的。
在参考表832中的相位控制量202中，对于被选择作为要使用的天线模块的天线模块，设置与由波束控制信号指示的水平面波束角201a和垂直面波束角201b相对应的相位控制量。对于将不被使用的天线模块，不设置相位控制量。
通过参考参考表832，控制器830能够容易地确定要使用的天线模块，并且能够容易地确定对应于由波束控制信号指示的水平面波束角201a和垂直面波束角201b的相位控制量θ11、...θmn。
控制器830执行接通与要使用的所选天线模块相对应的开关并且断开与不被使用的天线模块相对应的开关的控制831。如图7中所示，控制器830经由多个开关控制线860连接到多个开关SW11、..、SW48。控制器830输出用于接通与要使用的天线模块对应的开关的开关控制信号，并且经由开关控制线860向开关提供开关控制信号。
此外，控制器830还基于所确定的相位控制量θ11、...θmn执行调节要使用的每个天线模块的可变移相器801和803的相位的相位控制831。在图7中，未示出相位控制信号线850，但是与图3类似地存在。另外，同样在第二实施例中，可以执行幅度控制。
图9示出第二实施例的修改。图9中的RF前端模块包括无方向天线模块Ma。无方向天线模块Ma具有无方向天线元件Aa和具有放大器825和827等的发送/接收电路TRa。此外，图9中的RF前端模块包括开关SWa。开关Swa被用于选择无方向天线模块Ma而不是天线模块M11、...、M48作为要使用的天线模块。开关SWa由控制器830控制。
控制器830在具有无方向天线元件Aa的无方向天线模块Ma和具有方向性天线元件A11、...、A48的天线模块M11、...、M48之间确定使用哪个作为要被用于通信的天线模块。例如，当波束控制信号指示在水平面上的无方向的波束时，控制器830控制开关SWa并选择无方向天线模块Ma作为要用于通信的天线模块。当天线模块M11、...、M48被选择作为要用于通信的天线模块时执行的开关控制和相位控制如上所述。
在期望无方向性的情况下，通过使用无方向天线元件Aa能够获得更合适的无方向性。
[3.补充说明]
这里公开的实施例在所有方面仅仅是说明性的而不是限制性的。本公开的范围由权利要求的范围而不是上述含义限定，并且旨在包括与权利要求的范围等同的含义以及范围内的所有修改。
附图标记列表
10 移动站
20 车辆
20a 顶棚
30 移动通信基站
40 无线LAN无线单元
50 无线LAN终端
60 移动站模块
61、61a、61b 基板
63、64 信号线
64a、64b 导线
65、65a、65b 导线
70 基带处理器
73、75 端子
77 收发器
80 前端集成电路
83、85 端子
87 输出端子
90 RF前端模块
100 阵列天线
110 基座
211 倾斜表面
610 电缆
611、612 插入连接器
621、622 接收侧连接器
631 第一表面
632 第二表面
801、803 可变移相器
805 放大器
807 放大器
810 分布器/组合器
815、817 放大器
825、827 放大器
830 控制器
832 参考表
835 校准处理
850 相位控制信号线
860 开关控制线
A11、..、Amn 天线元件
L 馈线
TR11、..、TRmn 发送/接收电路

Claims (8)

1.一种移动站，包括：
基带处理器；以及
RF前端模块，所述RF前端模块被连接到所述基带处理器并且包括多个天线模块和控制器，其中
所述多个天线模块的每个均包括天线元件和连接到所述天线元件的可变移相器，
所述基带处理器被配置成通过与基站的移动通信处理来识别其中所述基站存在的方向，基于其中所述基站存在的方向来确定由多个所述天线元件形成的天线波束的适当方向，并且输出指示所述天线波束的方向的波束控制信号，并且
所述控制器被配置成从所述基带处理器接收所述波束控制信号，基于所述波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并且基于确定的所述相位控制量控制每个可变移相器。
2.根据权利要求1所述的移动站，其中，所述控制器基于所述波束控制信号，从所述多个天线模块中选择要用于通信的一个或多个天线模块，并且控制所述一个或多个天线模块的所述可变移相器。
3.根据权利要求1或2所述的移动站，其中，所述控制器通过对表进行参考来确定所述相位控制量，在所述表中，天线波束的方向和每个可变移相器的相位控制量被彼此关联。
4.根据权利要求1或2所述的移动站，其中，所述RF前端模块通过仅一个端子接收所述波束控制信号。
5.根据权利要求1或2所述的移动站，其中，所述控制器通过监测由所述天线元件发送或接收的信号的相位来校正所述相位控制量。
6.一种用于移动站的RF前端模块，包括：
多个天线模块；以及
控制器，
其中，
所述多个天线模块的每个均包括天线元件和连接到所述天线元件的可变移相器，
所述控制器被配置成从基带处理器接收指示由多个所述天线元件形成的天线波束的方向的波束控制信号，基于所述波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并且根据确定的所述相位控制量控制每个可变移相器，并且
所述基带处理器被配置成通过与基站的移动通信处理来识别其中所述基站存在的方向，基于其中所述基站存在的方向来确定由多个所述天线元件形成的天线波束的适当方向，并且输出指示所述天线波束的方向的波束控制信号。
7.一种用于移动站的RF前端模块，包括：
基板；
多个天线元件，所述多个天线元件被形成在所述基板上；以及
前端集成电路，所述前端集成电路被设置在所述基板上并且被连接到基带处理器，
其中，
所述前端集成电路包括控制器和被设置为分别对应于所述多个天线元件的多个可变移相器，
所述控制器被配置成从所述基带处理器接收指示由所述多个天线元件形成的天线波束的方向的波束控制信号，基于所述波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并且基于确定的所述相位控制量控制每个可变移相器，并且
所述基带处理器被配置成通过与基站的移动通信处理来识别其中所述基站存在的方向，基于其中所述基站存在的方向来确定由多个所述天线元件形成的天线波束的适当方向，并且输出指示所述天线波束的方向的波束控制信号。
8.一种连接到基带处理器和多个天线元件的前端集成电路，所述前端集成电路包括：
多个可变移相器，所述多个可变移相器被设置为分别对应于所述多个天线元件；以及
控制器，
其中，
所述控制器被配置成从所述基带处理器接收指示由所述多个天线元件形成的天线波束的方向的波束控制信号，基于所述波束控制信号确定每个可变移相器的相位控制量，并且基于确定的所述相位控制量控制每个可变移相器，并且
所述基带处理器被配置成通过与基站的移动通信处理来识别其中所述基站存在的方向，基于其中所述基站存在的方向来确定由多个所述天线元件形成的天线波束的适当方向，并且输出指示所述天线波束的方向的波束控制信号。
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