CN1989708B - 发射系统、发射方法和发射机 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种发射系统，其包括两个接收输入，用于接收在两个弱相关信号之间分配的输入功率。该发射系统还包括用于划分、放大和重组两个弱相关信号的平衡放大器系统和用于辐射放大的信号的具有第一天线元件和第二天线元件的双天线阵列。该发射系统能够执行单播和多播发射。

Description

发射系统、发射方法和发射机
技术领域
本发明一般地涉及能够在每条路径上有弱相关信号的两条发射路径和单条发射路径之间切换操作的发射机系统。更具体而言，本发明涉及无线局域网发射机系统领域。具体而言，本发明适用于具有双天线发射最大比组合的使用正交频分复用的无线局域网接入点。
背景技术
无线局域网通常包括无线地与一个或多个客户端通信的接入点。接入点一般还提供用于与网络通信的有线连接。因此，接入点提供了有线网络和远程或无线客户端之间的接口。
无线局域网接入点操作通常由电气与电子工程师学会(IEEE)802.11a、802.11b和/或802.11g标准定义。还已知存在多种专有系统。在基于标准的系统中，利用2.4兆赫的工业、科学和医疗频带以及通用联网信息基础设施5兆赫频带中的射频(RF)信道或载波在接入点和客户端之间传送数据。射频载波被利用各种数字调制技术调制，所述数字调制技术例如包括直接序列扩展频谱和正交频分复用调制技术。
虽然接入点可以支持与很多客户端的无线电链接，但是接入点还必须能够支持针对单个客户端的“单播”发射。此外，希望优化针对预期客户端的单播发射，以提高接入点和预期客户端之间的数据传送的鲁棒性。在无线局域网中，可以使用双天线发射最大比组合来优化单播发射。双天线发射最大比组合试图克服由到达客户端的信号以破坏性方式组合或添加的多次反射所导致的在预期客户端处的信噪比恶化。双天线发射最大比组合是通过将发射机信号分离到两个分开的发射路径中而实现在接入点中的。每条发射路径中的信号随后被幅度加权和/或相位加权，以使信号在预期客户端处在构造上重组。加权可以是依频率或信道而异的，这意味着一个频带内的不同信道使用不同权重。
如上所述，无线局域网操作还要求接入点执行针对多个客户端的“多播”发射。因此，接入点发射机必须能够在单播和多播发射类型之间切换。一般而言，多播发射使用单条发射路径和单个天线元件，而采用双天线发射最大比组合的单播发射需要多条发射路径，其中每条路径具有单独的功率放大器和天线元件。
图1A和1B示出能够在单播和多播发射之间切换操作的发射机系统10。发射机系统10一般包括双天线阵列11，其具有第一天线元件12和第二天线元件14。发射机系统10还包括第一和第二功率放大器16、18，它们都具有增益G。更具体而言，发射机系统10具有由功率放大器16和天线元件12限定的第一发射路径和由功率放大器18和天线元件14限定的第二发射路径。
如图1A所示，在单播操作模式中，在两个信号S1和S2之间分配输入功率Pin。与S1和S2相关联的功率分别由式子a·Pin和(1-a)·Pin给出。输入功率Pin在信号S1和S2之间的分配不一定是平均的，并且确切的功率分配按a的值计算，其中0＜a≤1。例如，如果允许a的值等于1，则所有输入功率都被分配到信号S1，而没有功率分配到信号S2。这是多播操作的状况，如图1B所示。因此，发射机系统10的多播操作是a＝1并且所有输入功率Pin都集中在信号S1中的情况。
由此可见，存在四种与功率放大器16和18的设计和/或选择有关的不同的操作状况。这四种操作状况如下：(1)单播模式，其中0＜a＜.5，(2)单播模式，其中a＝.5，(3)单播模式，其中.5＜a＜1，以及先前描述的(4)多播模式，其中a＝1。
在第一操作状况中，输入功率Pin被不平均地分给信号S1和S2，并且大多数功率被递送到功率放大器16。如果a接近0，则几乎所有输入功率Pin都被分配到功率放大器16，而只有一小部分输入功率Pin被分配到功率放大器18。在第三和第四操作状况中，当a接近或等于1时，几乎所有或所有输入功率Pin都将被分配到功率放大器18，而只有一小部分或没有输入功率Pin被分配到功率放大器16。在这些操作状况下，由单个放大器(例如功率放大器16或18)来递送所有辐射功率是可能的，并且因此，为了允许所有操作状况，两个功率放大器16、18都必须被设计和/或选择为使之能够递送所有辐射功率Pradiated＝G·Pin。
虽然每个功率放大器16、18必须被设计和/或选择为递送等于Pradiated＝G·Pin的最大功率级别，但是很明显，在大多数状况下，一个或两个功率放大器16、18将在大大低于该级别的情况下工作。这导致了功率放大器16、18固有的低效率操作。
因此，存在对这样一种发射系统的需求，其在单和双信号操作之间提供恒定的功率放大器负载。此外，存在对这样一种发射系统的需求，其独立于操作状况，在功率放大器组件之间平均地分配单或双信号。此外，存在对这样一种发射系统的需求，其提供独立于单或双信号操作的功率放大器负载平衡。
发明内容
根据本发明，这里公开了一种发射系统，其包括两个接收输入，用于接收在两个弱相关信号之间分配的输入功率。该发射系统还包括用于划分、放大和重组两个弱相关信号的平衡放大器系统和用于辐射放大的信号的具有第一天线元件和第二天线元件的双天线阵列。该发射系统能够执行单播和多播发射。
此外，根据本发明，这里公开了一种发射单播和多播信号中至少一种的方法。该方法包括：接收在两个弱相关信号之间分配的输入功率；划分所述两个弱相关信号；放大被划分的信号；重组被放大的信号；以及辐射被重组的信号。
在本发明一个方面中，一种发射机包括：用于接收在两个弱相关信号之间分配的输入功率的装置；用于划分所述两个弱相关信号的装置；用于放大被划分的信号的装置；用于重组被放大的信号的装置；以及用于辐射被重组的信号的装置。
对本领域技术人员来说，本发明的这些和其他目的和优点将很容易从以下描述中显现出来，其中简单地以举例说明适合于实现本发明的优选实施方式之一的方式示出并描述了本发明优选实施例。将会意识到，其他不同实施例及其若干细节能够在各个明显的方面被修改，而不会脱离本发明的精神。因此，附图和描述将被视为示例性的而非限制性的。
附图说明
图1A和1B示出能够在单播和多播发射之间切换操作的已有类型发射机系统；以及
图2A和2B示出根据本发明原理的能够在单播和多播发射之间切换操作的发射系统。
具体实施方式
参考图2A和2B，其中类似的标号指代类似元件，其中示出根据本发明原理的能够在单播和多播发射之间切换操作的发射系统的一个实施例20。更具体而言，发射系统20包括双天线阵列21，其具有第一天线元件22和第二天线元件24。发射系统20还包括平衡放大器系统30。平衡放大器系统30包括两个正交3-dB分离器/组合器网络32、34和两个功率放大器组件36、38，其中每个组件具有增益G。
在某些实施例中，平衡放大器系统30可被包含在模块内或作为模块出售。在其他实施例中，正交3-dB分离器/组合器网络32、34和功率放大器组件36、38可以是分立的组件。在其他实施例中，功率放大器组件36、38可以是一般称之为功率放大器的模块。
此外，出于这里包含的描述的目的，将假设正交3-dB分离器/组合器网络32、34是理想的，不具有插入或吞吐功率损耗。但是，在实践中，正交3-dB分离器/组合器网络32、34将具有某种相关的功率损耗。这些相关的功率损耗会影响功率放大器组件36、38的设计和/或选择。但是，本领域技术人员将意识到，虽然存在这些功率损耗并且这些功率损耗会影响放大器组件36、38的设计和/或选择，但是当比较放大器组件36、38与图1A和1B所示功率放大器16、18的最大功率级别时，这些损耗通常不大或者可忽略。
发射系统20还包括两个接收输入26、28，用于接收在两个信号S1和S2之间分配的输入功率Pin。与S1和S2相关联的功率分别由式子a·Pin和(1-a)·Pin给出。输入功率Pin在信号S1和S2之间的分配按a的值计算，其中0＜a≤1。
信号S1和S2可以是适合在2.4兆赫的工业、科学和医疗频带以及通用联网信息基础设施5兆赫频带中的载波频率上传输的正交频分复用信号。此外，信号S1和S2可以遵循电气与电子工程师学会(IEEE)802.11a、802.11b和/或802.11g标准。
如下文将更详细描述的，双天线阵列21和平衡放大器系统30的组合提供了成本更低并且更高效的系统20，用于提供提供了双天线发射最大比组合的单播发射和多播发射之间的切换操作。给定分别由式子a·Pin和(1-a)·Pin描述的信号S1和S2，并且与图1A和1B所示的发射机系统10类似，信号S1和S2中的每一个只被递送到单个天线元件22、24。但是，与发射机系统10相对照，发射系统20确保了无论输入功率Pin在信号S1和S2之间被怎样划分，输入功率Pin都被平均地分配在放大器组件36和38之间。此外，针对发射机系统10描述的几乎所有或所有输入功率Pin都被引导到单个放大器16、18的状况被避免。此外，发射系统20中的放大器组件36、38可以针对最大功率级别
Figure GSB00000714470200051
(这是发射机系统10中的放大器16、18的最大功率级别的一半)来设计和/或选择。
更具体参考图2A，并且考虑0＜a＜.5、a＝.5和.5＜a＜1或单播模式的操作状况，两个弱相关信号S1和S2被分别输入到接收输入26和28。在节点39和40处，接收输入26处的信号S1被正交3-dB分离器/组合器网络32按功率均等或平均地划分并由式子
Figure GSB00000714470200052
来描述。同样，在节点39和40处，接收输入28处的信号S2被正交3-dB分离器/组合器网络32按功率均等或平均地划分并由式子
Figure GSB00000714470200053
来描述。由于信号S1和S2是弱相关的，因此在节点39和40处分别输入到每个放大器组件36、38的功率是直和因此，输入到每个放大器组件36、38的功率与输入功率Pin被如何分配无关，就是说，与a的值无关。因此，在单播模式或0＜a＜.5、a＝.5和.5＜a＜1的操作状况中，在节点41和42处每个放大器组件36、38的输出功率为
Figure GSB00000714470200062
或简写为
Figure GSB00000714470200063
节点41和42处的放大的信号被正交3-dB分离器/组合器网络34重组并且分别出现在节点44和43处，以便被天线元件22、24辐射。来自每个天线元件22、24的功率P1、P2分别由式子P1＝G·a·Pin和P2＝G·(1-a)·Pin描述。因此，总辐射功率由以下式子描述：Pradiated＝P1+P2＝G·a·Pin+G·(1-a)·Pin＝G·a·Pin。将意识到，总辐射功率Pradiated以及来自发射系统20中的每个天线元件22、24的功率P1、P2都与图1A所示的发射机系统10和天线元件12和14的相同。
更具体参考图2B，并且考虑a＝1的操作状况或多播模式，信号S1被输入到接收输入26。如图所示，信号S2实际上是关断或OFF的。在节点39和40处，接收输入26处的信号S1被正交3-dB分离器/组合器网络32按功率平均地划分并由式子
Figure GSB00000714470200064
描述。因此，输入到每个放大器组件36、38的功率相等并与a的值无关。因此，在多播模式或a＝1的操作状况中，在节点41和42处每个放大器组件36、38的输出功率为
Figure GSB00000714470200065
节点41和42处的放大的信号被正交3-dB分离器/组合器网络34重组并且分别出现在节点44处，以便被天线元件22辐射。来自天线元件22的功率P1由式子P1＝G·Pin描述。因此，总辐射功率由以下式子描述：Pradiated＝G·Pin。将意识到，总辐射功率Pradiated以及来自发射系统20中的天线元件22的功率P1都与图1B所示的发射机系统10和天线元件12的相同。
因此，如前所述，发射系统20提供了恒定的功率放大器负载，例如，由此由描述的信号在单和双信号S1、S1和S2之间被应用到放大器组件36、38两者，如图2B和2A分别详细描述的。此外，发射系统20独立于操作状况地或针对所有a值地，在功率放大器组件36、38之间平均地分配单或双信号S1、S1和S2。此外，发射系统20独立于单或双信号S1、S1和S2地提供放大器组件36、38的功率放大器负载平衡。
利用本发明，利用小得多的功率放大器获得了所需辐射输出功率，同时在单播和多播模式都递送最优性能。因此，与功率放大器相关联的花费减小，这代表与现有系统相比节省了“板上花费(dollars on theboard)”。在单播和多播模式中，效率都有所提高，这是因为各个放大器组件36、38工作在最优功率级别上，而不是像已有系统那样工作在降低的级别上。
虽然已经通过描述本发明的实施例说明了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了实施例，但是申请人不希望以任何方式将所附权利要求的范围局限于这样的细节。本领域技术人员将容易发现其他优点和修改。因此，本发明在其更广阔的方面不局限于特定细节、代表性装置和所示出并描述的示例。因此，在不脱离申请人的一般创造性概念的精神或范围的情况下，可以偏离这样的细节。

Claims (21)

1.一种发射系统，包括：
两个接收输入，用于接收在两个弱相关信号之间分配的输入功率，其中所述两个弱相关信号中的第一信号是在所述两个接收输入中的第一接收输入上接收到的，并且所述两个弱相关信号中的第二信号是在所述两个接收输入中的第二接收输入上接收到的；
平衡放大器系统，用于划分、放大和重组所述两个弱相关信号，该平衡放大器系统包括：
第一正交3-dB分离器/组合器网络，其具有与所述第一接收输入相耦合的、用于接收所述第一信号的第一输入，以及与所述第二接收输入相耦合的、用于接收所述第二信号的第二输入，并且具有第一输出和第二输出，其中该第一正交3-dB分离器/组合器网络被配置为将所述第一信号的功率的一半提供到所述第一输出并将所述第一信号的功率的一半提供到所述第二输出，并且将所述第二信号的功率的一半提供到所述第一输出并将所述第二信号的功率的一半提供到所述第二输出，从而在所述第一输出处产生第一划分信号并在所述第二输出处产生第二划分信号，
第一功率放大器组件，其具有与所述第一正交3-dB分离器/组合器网络的第一输出相耦合的输入并且具有输出，其中该第一功率放大器组件被配置为放大所述第一划分信号以在其输出处提供第一放大信号，
第二功率放大器组件，其具有与所述第一正交3-dB分离器/组合器网络的第二输出相耦合的输入并且具有输出，其中该第二功率放大器组件被配置为放大所述第二划分信号以在其输出处提供第二放大信号，以及
第二正交3-dB分离器/组合器网络，其具有与所述第一功率放大器组件的输出相耦合的、用于接收所述第一放大信号的第一输入，以及与所述第二功率放大器组件的输出相耦合的、用于接收所述第二放大信号的第二输入，并且具有第一输出和第二输出，其中该第二正交3-dB分离器/组合器网络被配置为重组所述第一放大信号和所述第二放大信号以在其第一输出处提供第一重组信号并在其第二输出处提供第二重组信号，其中所述第一重组信号和所述第二重组信号之间的功率比等于所述第一信号和所述第二信号之间的功率比；以及
双天线阵列，其具有与所述第二正交3-dB分离器/组合器网络的第一输出相耦合的第一天线元件和与所述第二正交3-dB分离器/组合器网络的第二输出相耦合的第二天线元件，用于辐射所述第一重组信号和所述第二重组信号；
所述发射系统能够在单播和多播发射之间切换操作。
2.如权利要求1所述的发射系统，其中：
所述输入功率为Pin，分配给所述第一信号的输入功率为a·Pin，并且分配给所述第二信号的输入功率为(1-a)·Pin，其中a大于0并且小于或等于1。
3.如权利要求1所述的发射系统，其中所述第一功率放大器组件和所述第二功率放大器组件分别是半功率放大器，以便在重组所述第一放大信号和所述第二放大信号之后产生全功率放大信号。
4.如权利要求1所述的发射系统，其中所述第一功率放大器组件和所述第二功率放大器组件在单播和多播操作中被恒定地施加负载。
5.如权利要求1所述的发射系统，其中所述两个弱相关信号在单播和多播操作中被平均地分配在所述第一功率放大器组件和所述第二功率放大器组件之间。
6.如权利要求1所述的发射系统，其中所述第一功率放大器组件和所述第二功率放大器组件的负载在单播和多播操作中被平衡。
7.如权利要求2所述的发射系统，其中在单播模式中a大于0并且小于1，而在多播模式中a等于1。
8.一种发射单播和多播信号中至少一种的方法，包括：
接收在包括第一信号和第二信号在内的两个弱相关信号之间分配的输入功率；
利用第一正交3-dB分离器/组合器网络划分所述第一信号和所述第二信号以产生第一划分信号和第二划分信号，其中所述第一划分信号包括所述第一信号的功率的一半和所述第二信号的功率的一半并且所述第二划分信号包括所述第一信号的功率的一半和所述第二信号的功率的一半；
放大所述第一划分信号以产生第一放大信号；
放大所述第二划分信号以产生第二放大信号；
利用第二正交3-dB分离器/组合器网络重组所述第一放大信号和所述第二放大信号以产生第一重组信号和第二重组信号，其中所述第一重组信号和所述第二重组信号之间的功率比等于所述第一信号和所述第二信号之间的功率比；以及
分别辐射所述第一重组信号和所述第二重组信号。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一划分信号是利用第一功率放大器组件来放大的，并且所述第二划分信号是利用第二功率放大器组件来放大的。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一功率放大器组件和所述第二功率放大器组件分别是半功率放大器，以便在重组所述第一放大信号和所述第二放大信号之后产生全功率放大信号。
11.如权利要求9所述的方法，还包括在单播和多播操作中向所述第一功率放大器组件和所述第二功率放大器组件恒定地施加负载。
12.如权利要求9所述的方法，还包括在所述第一功率放大器组件和所述第二功率放大器组件之间平均地分配所述两个弱相关信号。
13.如权利要求9所述的方法，还包括在单播和多播操作中，以平衡方式对所述第一功率放大器组件和所述第二功率放大器组件施加负载。
14.如权利要求8所述的方法，其中，所述输入功率为Pin，分配给所述第一信号的输入功率为a·Pin，并且分配给所述第二信号的输入功率为(1-a)·Pin，其中a大于0并且小于或等于1。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在单播模式中a大于0并且小于1，而在多播模式中a等于1。
16.一种发射机，包括：
用于接收在包括第一信号和第二信号在内的两个弱相关信号之间分配的输入功率的装置；
与用于接收的装置相耦合的、用于划分所述第一信号和所述第二信号以产生第一划分信号和第二划分信号的装置，其中所述第一划分信号包括所述第一信号的功率的一半和所述第二信号的功率的一半并且所述第二划分信号包括所述第一信号的功率的一半和所述第二信号的功率的一半，该用于划分的装置是第一正交3-dB分离器/组合器网络；
与用于划分的装置相耦合的、用于放大所述第一划分信号以产生第一放大信号的装置；
与用于划分的装置相耦合的、用于放大所述第二划分信号以产生第二放大信号的装置；
与用于放大所述第一划分信号的装置和用于放大所述第二划分信号的装置相耦合的、用于重组所述第一放大信号和所述第二放大信号以产生第一重组信号和第二重组信号的装置，其中所述第一重组信号和所述第二重组信号之间的功率比等于所述第一信号和所述第二信号之间的功率比，该用于重组的装置是第二正交3-dB分离器/组合器网络；以及
与用于重组的装置相耦合的、用于分别辐射所述第一重组信号和所述第二重组信号的装置，
所述发射机能够在单播和多播发射之间切换操作。
17.如权利要求16所述的发射机，其中所述用于放大所述第一划分信号的装置和所述用于放大所述第二划分信号的装置在单播和多播操作中被恒定地施加负载。
18.如权利要求16所述的发射机，其中所述两个弱相关信号在单播和多播操作中被平均地分配在所述用于放大所述第一划分信号的装置和所述用于放大所述第二划分信号的装置之间。
19.如权利要求16所述的发射机，其中所述用于放大所述第一划分信号的装置和所述用于放大所述第二划分信号的装置在单播和多播操作中被平衡地施加负载。
20.如权利要求16所述的发射机，其中，所述输入功率为Pin，分配给所述第一信号的输入功率为a·Pin，并且分配给所述第二信号的输入功率为(1-a)·Pin，其中a大于0并且小于或等于1。
21.如权利要求20所述的发射机，其中，在单播模式中a大于0并且小于1，而在多播模式中a等于1。
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