JP2010530657A - Multi-antenna beamforming system for transmitting constant envelope signals decomposed from variable envelope signals - Google Patents
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Abstract
本開示における実施形態は、可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナビーム形成システムに関する。可変エンベロープ信号は、2つの一定エンベロープ信号に分解される。一定エンベロープ信号のそれぞれは、電力増幅器によって別個に増幅され、別個のアンテナを通じて送信される。一定エンベロープ信号の送信経路にビームステアリング遅延を加えて、受信機の位置にビームを導くことができる。送信された一定エンベロープ信号は、受信アンテナが可変エンベロープ信号を受信するように、空間アウトフェージングを通して結合する。 Embodiments in this disclosure relate to a multi-antenna beamforming system for transmitting a constant envelope signal decomposed from a variable envelope signal. The variable envelope signal is broken down into two constant envelope signals. Each constant envelope signal is separately amplified by a power amplifier and transmitted through a separate antenna. A beam steering delay can be added to the constant envelope signal transmission path to direct the beam to the receiver location. The transmitted constant envelope signals are combined through spatial outphasing so that the receiving antenna receives the variable envelope signal.
Description
背景技術
一定エンベロープ信号は、無線または空中伝播の無線周波数(RF)信号を送信するための普及した方法である。一定エンベロープ信号に関して、搬送波のエンベロープは、変調信号における変化に応じて変化しない。換言すれば、一定エンベロープ信号の最大および最小振幅は、一定レベルに維持される。一定エンベロープシグナリング方式は、それらが、送信電力の観点から効率的である点で有利である。その理由は、一定エンベロープ信号によって、送信機の電力増幅器は、飽和レベルまたはその近くで動作することが可能になり、この飽和レベルが、電力増幅器が最大効率で動作するレベルに対応するからである。さらに振幅が一定レベルに維持されるという事実により、電力増幅器は、安定した増幅量を提供しさえすればよい。したがって、一定エンベロープ信号の増幅に関連する非線形性および信号歪みは、より少ない。
BACKGROUND Constant envelope signals are a popular method for transmitting radio or airborne radio frequency (RF) signals. For a constant envelope signal, the carrier envelope does not change in response to changes in the modulation signal. In other words, the maximum and minimum amplitudes of a constant envelope signal are maintained at a constant level. Constant envelope signaling schemes are advantageous in that they are efficient in terms of transmit power. The reason is that the constant envelope signal allows the transmitter power amplifier to operate at or near the saturation level, which corresponds to the level at which the power amplifier operates at maximum efficiency. . Furthermore, due to the fact that the amplitude is maintained at a constant level, the power amplifier need only provide a stable amount of amplification. Thus, there is less nonlinearity and signal distortion associated with amplification of constant envelope signals.
対照的に、可変エンベロープ信号は、経時的に変化するエンベロープを有する。可変エンベロープ信号は、一定エンベロープ信号と比較して、所与の時間量にわたって同じ占有周波数帯域幅で、より大きなデータ量を送信することができる。これは、スペクトル効率の改善に帰着する。残念なことに、可変エンベロープ信号を増幅するための電力増幅器は、それらの最大電力より著しく低い平均電力レベルで動作する。これは、電力増幅器が、理想的とは言えないレベルでほとんど動作することを意味する。これは、これらの可変エンベロープ電力増幅器の電力効率を低減する。さらに、可変エンベロープ信号用の電力増幅器は、信号の瞬時振幅に依存して、量を変えることによって信号の振幅を変える。信号の振幅が変化する程度が大きければ大きいほど、より大きな非線形増幅が示される。この非線形的な増幅は、可変エンベロープ信号における歪みおよびチャネルにおける非理想性をもたらす。かかる歪みおよび非理想性は、受信機におけるエラーを引き起こす可能性がある。受信データは、破損される可能性があり、送信された歪み信号は、スペクトル再生を経験することになろう。 In contrast, a variable envelope signal has an envelope that changes over time. A variable envelope signal can transmit a larger amount of data with the same occupied frequency bandwidth over a given amount of time compared to a constant envelope signal. This results in improved spectral efficiency. Unfortunately, power amplifiers for amplifying variable envelope signals operate at average power levels that are significantly lower than their maximum power. This means that the power amplifier operates almost at a less than ideal level. This reduces the power efficiency of these variable envelope power amplifiers. Furthermore, power amplifiers for variable envelope signals change the amplitude of the signal by changing the amount, depending on the instantaneous amplitude of the signal. The greater the change in the amplitude of the signal, the greater the nonlinear amplification. This non-linear amplification results in distortion in the variable envelope signal and non-idealities in the channel. Such distortion and non-idealities can cause errors in the receiver. The received data can be corrupted and the transmitted distortion signal will experience spectral recovery.
したがって、無線通信の設計者は、ジレンマに直面する。設計者は、電力の観点から非常に効率的で、かつまた歪みをそれほど受けない一定エンベロープ信号を実現することができる。しかしながら、トレードオフは、一定エンベロープ信号が、可変エンベロープ信号に匹敵するほど速くデータを送信できないということである。可変エンベロープ信号は、よりよいスペクトル効率を有するが、これは、電力効率の低減、ならびに結局は受信機エラーおよび許容できない帯域外スペクトル放射につながる可能性がある信号歪みおよび非理想性に対する感受性増加という犠牲で得られる。 Therefore, wireless communication designers face a dilemma. The designer can achieve a constant envelope signal that is very efficient from a power point of view and is also less susceptible to distortion. However, the trade-off is that a constant envelope signal cannot transmit data as fast as a variable envelope signal. Variable envelope signals have better spectral efficiency, which is a reduction in power efficiency and increased sensitivity to signal distortion and non-idealities that can eventually lead to receiver errors and unacceptable out-of-band spectral emissions. Obtained at the expense.
本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を形成する添付の図面は、以下で論じる実施形態を示し、かつこの記載と共に本開示の原理を説明する役割をする。 The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, illustrate the embodiments discussed below, and together with this description serve to explain the principles of the disclosure.
詳細な説明
本開示における実施形態は、マルチアンテナビーム形成システムに関する。最初に、可変エンベロープ信号が、アウトフェージングとして周知の処理を介して、2つの一定エンベロープ信号に分解される。アウトフェージング処理は、可変位相および振幅の単一の信号を表すために、一定振幅だが可変位相の2つの信号(例えば「フェーザフラグメント」)を提供する。2つの一定エンベロープ信号のそれぞれは、電力増幅器によって増幅され、次に、送信アンテナによってRF信号として無線で送信される。電力増幅器が一定エンベロープ信号を増幅するので、送信電力効率が達成される一方で、電力増幅器に関連するどんな非線形性も最小限にされる。2つの一定エンベロープRF信号は、空中を伝播し、1つまたは複数の受信アンテナによって受信される。1つまたは複数の受信アンテナによって受信される2つの一定エンベロープRF信号の組み合わせは、分解される前の初期可変エンベロープ信号のそれと一致する可変エンベロープ信号を生成する。受信された可変エンベロープ信号は、優れたスペクトル効率をもたらす。それによって、一定エンベロープ信号および可変エンベロープ信号方式に関連する利点が実現され、一方で、それらの欠点が克服される。一実施形態において、1つまたは複数のアンテナの送信経路に遅延を導入して、指定された受信機アンテナの位置へ送信信号を導くのを支援することができる。
DETAILED DESCRIPTION Embodiments in this disclosure relate to a multi-antenna beamforming system. Initially, the variable envelope signal is decomposed into two constant envelope signals via a process known as outphasing. The outphasing process provides two signals of constant amplitude but variable phase (eg, “phasor fragments”) to represent a single signal of variable phase and amplitude. Each of the two constant envelope signals is amplified by a power amplifier and then transmitted wirelessly as an RF signal by a transmit antenna. Since the power amplifier amplifies the constant envelope signal, transmit power efficiency is achieved while any non-linearity associated with the power amplifier is minimized. Two constant envelope RF signals propagate in the air and are received by one or more receive antennas. The combination of two constant envelope RF signals received by one or more receive antennas produces a variable envelope signal that matches that of the initial variable envelope signal before being decomposed. The received variable envelope signal provides excellent spectral efficiency. Thereby, the advantages associated with constant and variable envelope signaling are realized, while their drawbacks are overcome. In one embodiment, a delay may be introduced into the transmission path of one or more antennas to help direct the transmitted signal to a specified receiver antenna location.
ここで図1を参照すると、2つの送信アンテナを通じ、可変エンベロープ信号を2つの一定エンベロープ信号として送信するためのシステムの例が示されている。可変エンベロープ信号X(t)は、振幅および位相の両方において変化する。可変エンベロープ信号X(t)は、2つの一定エンベロープ信号Xc1およびXc2に分解される。これは、2つのミキサ101および104に可変エンベロープ信号X(t)を入力することによって達成される。ミキサ101は、X(t)信号の位相をφ1だけ変化させることによって、一定エンベロープ信号Xc1を生成する。一定エンベロープ信号Xc1は、一定振幅を有するが、しかしその位相は、X(t)の関数として変化する。一定エンベロープ信号Xc1は、電力増幅器102に入力される。電力増幅器102は、一定エンベロープ信号Xc1を増幅し、次に、一定エンベロープ信号Xc1は、アンテナ103によってRF信号として無線で受信アンテナ107に送信される。同様の方法で、ミキサ104は、可変エンベロープ信号X(t)の位相をφ2だけ変化させ、一定エンベロープ信号Xc2を生成する。一定エンベロープ信号Xc2は、一定振幅を有するが、しかしその位相は、X(t)の関数として変化する。一定エンベロープXc2信号は、電力増幅器105に入力される。電力増幅器105は、一定エンベロープ信号Xc2を増幅し、次に、一定エンベロープ信号Xc2は、アンテナ106によってRF信号として無線で受信アンテナ107に送信される。送信アンテナ103および106によって送信されている2つのRF信号は、空中伝播における重畳によって結合し、受信アンテナ107は、元の可変エンベロープ信号X(t)に対応する可変エンベロープ信号を受信する。可変エンベロープ信号を形成するための、少なくとも2つの一定エンベロープ信号の空中伝播におけるこの種の結合は、本明細書において「空間アウトフェージング」と呼ばれる。
Referring now to FIG. 1, an example system for transmitting a variable envelope signal as two constant envelope signals through two transmit antennas is shown. The variable envelope signal X (t) varies in both amplitude and phase. The variable envelope signal X (t) is decomposed into two constant envelope signals Xc1 and Xc2 . This is accomplished by inputting the variable envelope signal X (t) to the two
本実施形態では、RF送信の前に2つの一定エンベロープ信号を共に加算する物理的な加算回路を有する必要はない。一定エンベロープ信号は、別個の電力増幅器によって別々に増幅され、増幅された一定エンベロープ信号のそれぞれは、それら自身の専用アンテナによって無線で送信される。他の実施形態において、異なるタイプおよび設計の任意の数の位相遅延回路、ミキサ、増幅器、変換器、スイッチおよび他の構成要素を用いて、分解処理を実行することができる。さらに、受信機側から見て、変更も修正も必要ではない。これは、標準ブラインド解決法に備え、それによって、可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナシステムは、事実上任意の従来の受信システムのために動作する。 In this embodiment, it is not necessary to have a physical adder circuit that adds two constant envelope signals together before RF transmission. The constant envelope signals are amplified separately by separate power amplifiers, and each of the amplified constant envelope signals is transmitted wirelessly by their own dedicated antenna. In other embodiments, any number of phase delay circuits, mixers, amplifiers, converters, switches, and other components of different types and designs can be used to perform the decomposition process. Furthermore, no changes or modifications are necessary from the receiver side. This provides for a standard blind solution whereby a multi-antenna system for transmitting a constant envelope signal decomposed from a variable envelope signal operates for virtually any conventional receiving system.
図2は、空間アウトフェージングを実行するために使用される分解処理を示すために用いられるベクトル図を示す。3つのベクトルが示されている。1つのベクトルが、可変エンベロープ信号X(t)を表す。X(t)ベクトルの長さは、可変エンベロープ信号の振幅を表す。X(t)ベクトルの角度は、可変エンベロープ信号の位相を表す。可変エンベロープ信号の振幅および位相は、変化する可能性がある。したがって、X(t)ベクトルの長さおよび角度は、変化することができる。X(t)ベクトルは、2つのベクトルXc1およびXc2に分解することができる。Xc1およびXc2ベクトルは、一定エンベロープ信号を表す。一定エンベロープ信号に関して、振幅は変化しない。一定エンベロープ信号の振幅は、Xc1およびXc2ベクトルの長さによって示される。したがって、Xc1およびXc2ベクトルの長さは、一定に保たれる。Xc1およびXc2ベクトルの角度は、それらのそれぞれの位相を表す。Xc1ベクトルがXc2ベクトルと結合された場合に、結果がX(t)ベクトルになるように、ベクトル演算を適用することによって、Xc1およびXc2ベクトル用の角度(φ1およびφ2)を計算することができる。可変エンベロープ信号の位相におけるどんな変化も、X(t)ベクトルの角度における対応する変化によって表される。これは次のことを意味する。すなわち、Xc1およびXc2ベクトルの角度φ1およびφ2は、X(t)ベクトルの角度における変化に応じて変化されるということである(例えば、φ1が減少する一方でφ2が増加するか、またはφ1が減少する一方でφ2が増加する)。Xc1およびXc2ベクトルの長さは変化させる必要がなく、一定に保つことができる。したがって、可変エンベロープ信号の位相における変化は、2つの対応する一定エンベロープ信号の位相を変化させることによって表される。 FIG. 2 shows a vector diagram used to illustrate the decomposition process used to perform spatial outphasing. Three vectors are shown. One vector represents the variable envelope signal X (t). The length of the X (t) vector represents the amplitude of the variable envelope signal. The angle of the X (t) vector represents the phase of the variable envelope signal. The amplitude and phase of the variable envelope signal can vary. Thus, the length and angle of the X (t) vector can vary. The X (t) vector can be decomposed into two vectors Xc1 and Xc2. The Xc1 and Xc2 vectors represent constant envelope signals. For a constant envelope signal, the amplitude does not change. The amplitude of the constant envelope signal is indicated by the length of the Xc1 and Xc2 vectors. Therefore, the lengths of the Xc1 and Xc2 vectors are kept constant. The angles of the Xc1 and Xc2 vectors represent their respective phases. By applying vector operations so that the result is an X (t) vector when the Xc1 vector is combined with the Xc2 vector, the angles (φ1 and φ2) for the Xc1 and Xc2 vectors can be calculated . Any change in the phase of the variable envelope signal is represented by a corresponding change in the angle of the X (t) vector. This means the following: That is, the angles φ1 and φ2 of the Xc1 and Xc2 vectors are changed in response to changes in the angle of the X (t) vector (eg, φ1 decreases while φ2 increases or φ1 Φ2 increases while decreasing). The lengths of the Xc1 and Xc2 vectors need not be changed and can be kept constant. Thus, a change in the phase of the variable envelope signal is represented by changing the phases of the two corresponding constant envelope signals.
可変エンベロープ信号の振幅におけるどんな変化も、X(t)ベクトルの長さにおける対応する変化によって表される。これは、今度は、Xc1およびXc2ベクトルの角度によって表されるように、一定エンベロープの角度をそれ相当に変化させる。例えば、もし可変エンベロープ信号の振幅が減少するとしたら、これは、より短いX(t)ベクトルによって表されることになろう。より短いX(t)ベクトルの分解には、Xc1およびXc2ベクトルの角度φ1およびφ2を変化させることが伴う。特に、角度φ1およびφ2は、X(t)信号の長さが減少する場合には、増加される。Xc1およびXc2ベクトルの長さは、それらが、一定振幅を有する一定エンベロープ信号を表すので、短くすることができない。反対に、可変エンベロープ信号の振幅が増加した場合には、一定エンベロープベクトルXc1およびXc2の角度φ1およびφ2は減少される。したがって、可変エンベロープ信号の振幅におけるどんな変化も、2つの対応する一定エンベロープ信号の位相を変化させることによって表される。したがって、可変エンベロープ信号の振幅または位相における変化は、一定エンベロープ信号の分解されたペアの位相を変化させることによって表される。分解およびアウトフェージングの追加的な説明は、Behzad Razavi, RF Microelectronics, Prentice Hall PTR, November 6, 1997 (see Section 9.5.4 relating to "linear amplification with nonlinear components" (LINC))で見つけることができる。 Any change in the amplitude of the variable envelope signal is represented by a corresponding change in the length of the X (t) vector. This in turn changes the angle of the constant envelope accordingly, as represented by the angles of the Xc1 and Xc2 vectors. For example, if the amplitude of the variable envelope signal decreases, this would be represented by a shorter X (t) vector. The shorter X (t) vector decomposition involves changing the angles φ1 and φ2 of the Xc1 and Xc2 vectors. In particular, the angles φ1 and φ2 are increased when the length of the X (t) signal decreases. The lengths of the Xc1 and Xc2 vectors cannot be shortened because they represent a constant envelope signal with a constant amplitude. Conversely, when the amplitude of the variable envelope signal increases, the angles φ1 and φ2 of the constant envelope vectors Xc1 and Xc2 are decreased. Thus, any change in the amplitude of the variable envelope signal is represented by changing the phase of the two corresponding constant envelope signals. Thus, a change in the amplitude or phase of the variable envelope signal is represented by changing the phase of the resolved pair of constant envelope signals. Additional explanations of decomposition and outphasing can be found in Behzad Razavi, RF Microelectronics, Prentice Hall PTR, November 6, 1997 (see Section 9.5.4 relating to "linear amplification with nonlinear components" (LINC)).
送信アンテナは、一定エンベロープ信号を送信しているが、受信アンテナは、可変エンベロープ信号を受信する。これは、図3に示されているが、図3は、送信アンテナ用のコンスタレーションおよび受信アンテナ用のコンスタレーションを示す。2つの送信アンテナのうちの1つのためのコンスタレーションが、301として示されている。シンボルが、中心から等距離に配置されているが、これは、一定振幅を有する一定エンベロープ信号が送信されていることを示す。一定エンベロープ信号の位相は、コンスタレーションにおける同じ半径R1に沿って位置する様々なシンボルによって示されているように、変化することができる。もう一方の送信アンテナ用のコンスタレーションは、302として示されている。コンスタレーション302は、一定の半径R2を有する。一実施形態において、R1=R2である。他の実施形態において、R1およびR2は、異なることができる。コンスタレーション302のシンボルは、半径R2によって中心から等距離に配置される。これは、一定振幅を有するが位相を変える一定エンベロープ信号が、もう一方の送信アンテナによって送信されていることを示す。
The transmitting antenna transmits a constant envelope signal, while the receiving antenna receives a variable envelope signal. This is illustrated in FIG. 3, which shows a constellation for the transmit antenna and a constellation for the receive antenna. The constellation for one of the two transmit antennas is shown as 301. The symbols are placed equidistant from the center, which indicates that a constant envelope signal having a constant amplitude is being transmitted. The phase of the constant envelope signal can vary as indicated by the various symbols located along the same radius R1 in the constellation. The constellation for the other transmit antenna is shown as 302. The
受信アンテナ用のコンスタレーションが、303として示されている。コンスタレーション403は、異なる半径(R3、R4およびR5)を備えた円に沿ってシンボルを配置する。異なる半径は、受信信号の振幅が経時的に変化することを示す。さらに、シンボルは、円の様々な地点に沿って配置される。これは、受信信号の位相がまた経時的に変化することを意味する。したがって、コンスタレーション303は、受信された可変エンベロープ信号を示す。コンスタレーション301および302を有する2つの送信信号は、本明細書において空間アウトフェージングと呼ばれる処理を通して空中で結合され、かつ可変エンベロープ信号を特徴づけるコンスタレーション303に対応する信号を受信するアンテナに至る。したがって、単に一定エンベロープ信号を受信する受信機と比較して、より高いデータレート(例えば、より大きなビット/秒)が、受信アンテナによって受信される。さらに、送信機の電力増幅器が、可変エンベロープ信号ではなく一定エンベロープ信号を増幅しているので、電力増幅器の非線形性は、最小限にされる。したがって、受信コンスタレーション303は均一であり、受信エラーは最小限にされる。送信機の電力増幅器が一定エンベロープ信号(すなわち、Xc1およびXc2)を増幅しているので、これらの増幅器が、それらの飽和レベルまたはその近くで動作できることに留意されたい。これは、送信機の電力増幅器が、それらの最大効率またはその近くで動作していることを意味する。図4は、典型的な送信機電力増幅器用に、入力電力に応じた出力電力および効率のグラフを示す。一定エンベロープ信号に関して、振幅は一定である。したがって、一定エンベロープ信号用の平均電力は、その最大電力とほぼ等しい。これは、より高い効率に相当する。反対に、可変エンベロープ信号の振幅は経時的に変化するので、その平均電力は、その最大電力のそれより小さい。その平均電力は、そのピークから下がる。これは、より低い電力効率に帰着する。典型的な電力増幅器にとって、可変エンベロープ信号用の効率は5%になり得るのに対して、一定エンベロープ信号用の典型的な効率は、50%になり得る。したがって、可変エンベロープ信号を一定エンベロープ信号に分解することによって、本開示の実施形態は、電力増幅器効率を10倍以上改善することが可能である。
A constellation for the receiving antenna is shown as 303. The constellation 403 places symbols along circles with different radii (R3, R4 and R5). Different radii indicate that the amplitude of the received signal changes over time. Furthermore, the symbols are arranged along various points of the circle. This means that the phase of the received signal also changes over time. Thus,
他の実施形態において、2を超える送信アンテナが用いられる。一実施形態において、可変エンベロープ信号は、3以上の一定エンベロープ信号に分解され、それらのそれぞれが、電力増幅器によって別個に増幅され、送信アンテナによってRF信号として無線で送信される。図5は、初期可変エンベロープ信号を表す数Nの一定エンベロープ信号を送信するための数Nの送信アンテナを有するマルチアンテナシステムを示す。初期可変エンベロープ信号X(t)は、数Nのミキサに同時に入力される。数Nのミキサは、位相をφ1〜φnだけ独自に変化させる。ミキサからの出力は、数Nの一定エンベロープ信号Xc1〜XcNである。これらの数Nの一定エンベロープ信号のそれぞれは、数Nの電力増幅器PA1〜PANによって増幅され、次に、数NのアンテナによってRF信号として送信される。2を超える一定エンベロープ信号の分解およびアウトフェージングに対して、コスト、電力、信号の完全性および/または帯域幅の理由があり得る。 In other embodiments, more than two transmit antennas are used. In one embodiment, the variable envelope signal is decomposed into three or more constant envelope signals, each of which is separately amplified by a power amplifier and transmitted wirelessly as an RF signal by a transmit antenna. FIG. 5 shows a multi-antenna system having a number N of transmit antennas for transmitting a number N of constant envelope signals representing the initial variable envelope signal. The initial variable envelope signal X (t) is simultaneously input to several N mixers. The number N of mixers independently changes the phase by φ 1 to φ n . The outputs from the mixer are a number N of constant envelope signals X c1 to X cN . Each constant envelope signals of the number N is amplified by the number N of the power amplifier PA 1 ~PA N, then transmitted as an RF signal by the number N of antennas. There may be cost, power, signal integrity and / or bandwidth reasons for the decomposition and out-of-fading of more than two constant envelope signals.
上記の実施形態のマルチアンテナシステムは、受信アンテナが送信アンテナのそれぞれから等距離である環境に適用可能である。送信アンテナの1つまたは複数が、他の送信アンテナより、受信アンテナからさらに離れて位置する場合には、さらに離れて位置する送信アンテナ(単複)に対応する一定エンベロープ信号は、受信アンテナに達するためにより長くかかることになる。この追加の遅延は、位相における誤差を生じさせる可能性がある。1つの解決法は、より近い送信アンテナ(単複)に対応する送信経路(単複)に追加の遅延(単複)を導入して、それらの一定エンベロープ信号が、さらに離れた送信アンテナの一定エンベロープ信号のそれと同期し、かつ一緒に「時間通りに」到達するようにすることである。例えば、1つの送信アンテナがXc1(t)によって駆動され、もう一方の送信アンテナがXc2(t)によって駆動される2つの送信アンテナがある場合には、受信アンテナにおいて、加算は、2つの送信アンテナからの遅延が同じである場合には正確である。これが、1つの角度で生じる。しかしながら、任意の所望の角度に送信信号を向けることができる。これは、1つの送信される一定エンベロープ信号の遅延を調整することによって達成することができる。遅延は、受信機から送信機へのフィードバックによって調整することができる。例えばXc2(t)は、位相を調整される一方で、その振幅を一定に保つことができる。位相調整は、次の式によって、送信信号を任意の所望の角度に向けることができる。
XTX1(t)=XC1(t)
XTX2(t)=XC2(t−delay(θ))
XRX(t)=XC1(t)+XC2(t)=X(t)
The multi-antenna system of the above embodiment can be applied to an environment where the receiving antenna is equidistant from each of the transmitting antennas. If one or more of the transmit antennas are located further away from the receive antenna than the other transmit antennas, the constant envelope signal corresponding to the transmit antenna (s) located further away will reach the receive antenna Will take longer. This additional delay can cause errors in phase. One solution is to introduce additional delay (s) into the transmission path (s) corresponding to the closer transmit antenna (s) so that their constant envelope signal is further reduced by the constant envelope signal of the further transmit antenna. Synchronize with it and try to reach it “on time” together. For example, if there are two transmit antennas where one transmit antenna is driven by X c1 (t) and the other transmit antenna is driven by X c2 (t), the sum at the receive antenna is 2 It is accurate if the delay from the transmit antenna is the same. This occurs at one angle. However, the transmitted signal can be directed to any desired angle. This can be achieved by adjusting the delay of one transmitted constant envelope signal. The delay can be adjusted by feedback from the receiver to the transmitter. For example, X c2 (t) can be kept constant in amplitude while its phase is adjusted. The phase adjustment can direct the transmitted signal to any desired angle according to the following equation:
X TX1 (t) = X C1 (t)
X TX2 (t) = X C2 (t-delay (θ))
X RX (t) = X C1 (t) + X C2 (t) = X (t)
一実施形態において、フェーズドアレイアンテナシステムが、分解されアウトフェージングされた一定エンベロープ信号を送信するために用いられる。典型的には、フェーズドアレイアンテナシステムは、多数のアンテナを用いて多数のRF信号を送信する。各連続的なアンテナ用の個別送信経路に遅延を漸増的に加えることによって、フェーズドアレイアンテナシステムは、受信アンテナの特定の位置へとビームを向けるかまたは導くことができる。このビーム形成機能は、セキュリティの理由で望ましい。さらに、指向性は有利である。なぜなら、より多くのRF電力を受信アンテナに導くことができ、これは、データを確実に送信できる距離を増加させるからである。受信機からのフィードバックを備えた、かかる送信機を有することができる。受信機の位置情報が送信機にフィードバックされ、送信機が、その受信機の位置を補償するための遅延を調整できるようにする。受信機の位置をフィードバックすることは、モバイルまたは携帯受信機用途のために実行される。代替として、送信機および受信機の位置が固定されている場合には、遅延は、固定位置に基づいて計算し、送信機システムのメモリに記憶することができる。位置情報はまた、ユーザから入力するか、またはネットワークからダウンロードすることができる。本開示の実施形態は、フェーズドアレイアンテナシステムに適用することができる。 In one embodiment, a phased array antenna system is used to transmit a decomposed and out-faded constant envelope signal. Typically, a phased array antenna system transmits multiple RF signals using multiple antennas. By incrementally adding delays to the individual transmit paths for each successive antenna, the phased array antenna system can direct or direct the beam to a specific location on the receive antenna. This beam forming function is desirable for security reasons. Furthermore, directivity is advantageous. This is because more RF power can be directed to the receiving antenna, which increases the distance over which data can be reliably transmitted. You can have such a transmitter with feedback from the receiver. The receiver location information is fed back to the transmitter, allowing the transmitter to adjust the delay to compensate for the receiver location. Feedback of the receiver position is performed for mobile or portable receiver applications. Alternatively, if the transmitter and receiver positions are fixed, the delay can be calculated based on the fixed position and stored in the memory of the transmitter system. The location information can also be input from the user or downloaded from the network. Embodiments of the present disclosure can be applied to a phased array antenna system.
例えば、図6は、可変エンベロープシステムから分解された一定エンベロープ信号を送信するためのフェーズドアレイアンテナシステムを示す。可変エンベロープ信号X(t)は、一定エンベロープ分解ブロック601に入力される。一定エンベロープ分解ブロック601は、上記で詳細に説明したアウトフェージング分解処理に従って、可変エンベロープ信号X(t)を2つの一定エンベロープ信号XC1およびXC2に分解する。一定エンベロープ分解の後に、ビームステアリング遅延が、XC1およびXC2信号経路に導入され、その後、それらが、電力増幅器によって増幅される。より具体的には、XC1信号経路の1つ602は、どんな追加ビームステアリング遅延も有しない。XC1信号は、電力増幅器606に入力される。電力増幅器606は、送信アンテナ610によるRF送信用にXC1信号を増幅する。XC1信号はまた、フェーズドアレイアンテナシステムにおける追加的な数Nの送信経路を通じて送信される。数NのXC1経路のそれぞれに対して、追加的なビームステアリング遅延が加えられる。ビームステアリング遅延は、各連続的なXC1送信経路に対して漸増的に大きくなる。XC1信号の最後の送信経路604は、φ2N−2の追加ビームステアリング遅延を有する。φ2N−2の追加ビームステアリング遅延を備えたXC1信号は、電力増幅器608によって増幅され、次に、アンテナ612によってRF信号として送信される。一実施形態において、Δ遅延が、位相に組み込まれる(例えば、φ1〜φ2N−2)。
For example, FIG. 6 shows a phased array antenna system for transmitting a constant envelope signal decomposed from a variable envelope system. The variable envelope signal X (t) is input to the constant
XC2信号に対して、送信経路603の1つが、φ1の追加ビームステアリング遅延を有する。φ1の追加ビームステアリング遅延を有するXC2信号が、電力増幅器607に入力され、電力増幅器607が信号を増幅し、その後、信号が、アンテナ611によって無線で送信される。XC2信号もまた、フェーズドアレイアンテナシステムにおける、追加の数Nの送信経路上で送信される。数NのXC2経路のそれぞれに対して、追加ビームステアリング遅延が加えられる。ビームステアリング遅延は、各連続的なXC2送信経路に対して、漸増的に大きくなる。XC2信号の最後の送信経路605は、φ2N−1の追加ビームステアリング遅延を有する。φ2N−1の追加ビームステアリング遅延を備えたXC2信号は、電力増幅器609によって増幅され、次に、アンテナ613によってRF信号として送信される。
For the XC2 signal, one of the
フェーズドアレイアンテナシステムは、多数の送信経路、電力増幅器、および一定エンベロープ信号を送信するための送信アンテナを有することができる。しかしながら、例示および説明のために、4つの多重送信経路、電力増幅器および送信アンテナだけが、図6に詳細に示されている。フェーズドアレイアンテナシステムにおける送信経路、電力増幅器および送信アンテナの数を増加させることによって、その利得が増加され、それによって、その送信範囲が拡張される。ビームステアリング遅延を選択的に制御することによって、ビームは、受信アンテナに対応する任意の位置へ導くことができる。換言すれば、ビームは、受信アンテナへ電子的に導くことができる。 A phased array antenna system can have multiple transmit paths, power amplifiers, and transmit antennas for transmitting constant envelope signals. However, for purposes of illustration and description, only four multiple transmission paths, power amplifiers and transmit antennas are shown in detail in FIG. By increasing the number of transmission paths, power amplifiers and transmission antennas in the phased array antenna system, its gain is increased, thereby extending its transmission range. By selectively controlling the beam steering delay, the beam can be directed to any position corresponding to the receiving antenna. In other words, the beam can be electronically directed to the receiving antenna.
図7は、可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナビーム形成処理のステップを説明する流れ図である。最初に、ステップ701において、可変エンベロープ信号が生成される。ステップ702において、この可変エンベロープ信号は、少なくとも2つの一定エンベロープ信号に分解される。一定エンベロープ信号の振幅は一定に保たれるが、しかしそれらの位相は、可変エンベロープ信号の振幅および位相に応じて変化する。ステップ703において、1つまたは複数の遅延が、一定エンベロープ信号の1つまたは両方に対応する送信信号経路に1つまたは複数に加えられる。ステップ703は、オプションであり、受信アンテナの周知の位置へビームを導くために用いられる。フェーズドアレイアンテナシステムにおけるインプリメンテーション用に、遅延は、連続的なアンテナに対して連続的に時間差を設けられる。ステップ704において、ひとたび遅延(もしあれば)が加えられると、一定エンベロープ信号に関連する送信経路のそれぞれは、別個の電力増幅器によって増幅される。次に、増幅された一定エンベロープ信号は、ステップ705において、別個のアンテナからRF信号として送信される。分解は1つの角度に対して正確に働くので、送信機は、受信機の位置を知り、これをもとにして、その位置を予め補償する必要がある。したがって、受信機から送信機へのフィードバックが実行される。このフィードバックは、ステップ706および707に示されている。ステップ706において、受信機は、それが送信機に対して位置している角度を推定する。ステップ707において、受信機は、角度情報を送信機に送信し返す。
FIG. 7 is a flowchart illustrating the steps of a multi-antenna beam forming process for transmitting a constant envelope signal decomposed from a variable envelope signal. First, in
図8A及びBは、分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナシステムの実施形態用のシステム図を示す。マルチアンテナシステム802は、I/Oインタフェース803を介し、ネットワーク801(例えばインターネット)からデータを送信および受信することができる。I/Oインタフェース803はまた、ユーザインタフェース810に結合されるが、このユーザインタフェース810によって、ユーザは、データおよびコマンドをマルチアンテナシステム802に入力すること、およびまたマルチアンテナシステム802から表示用のデータを得ることができるようになる。送信機806による送信用に指定されるどんなデータも、最初は可変エンベロープ信号として処理される。データは、UI810を介してユーザから入力されるか、ネットワーク801を介して得られるか、メモリ805から読み出されるか、またはプロセッサ804によって生成されものとして生じることができる。次に、可変エンベロープ信号は、アウトフェージング分解ブロック807によって処理され、このブロック807が、一定エンベロープ信号を出力する。ビームステアリングのために、ブロック808において、遅延が、一定エンベロープ信号のいくつかの信号に加えられる。次に、一定エンベロープ信号は、ブロック809において電力増幅器によって増幅される。増幅された一定エンベロープ信号は、1つまたは複数の受信アンテナに向けられ、無線で送信される。受信システムの例が、811として示されている。受信システム811は、受信機812を有するが、この受信機812は、可変エンベロープ信号を受信し、復調するように設計されている。プロセッサ813は、受信データを処理する。次に、データは、メモリ814に記憶するか、ユーザインタフェース817における表示もしくは再生のためにI/Oインタフェース815を介して送信するか、またはネットワーク816上で送信することができる。さらに、受信ステーション811のプロセッサ813は、マルチアンテナシステム802の送信機806に位置情報を送信し返すことができる。この位置情報は、遅延回路808の遅延を調整して、受信システム811の位置を補償するために用いられる。この情報は、特にモバイルまたは携帯受信機用途のために、無線で送信し返すことができる。代替として、位置情報は、ユーザが入力するか、メモリに記憶するか、またはネットワークもしくはサーバからダウンロードすることができる。
8A and B show system diagrams for an embodiment of a multi-antenna system for transmitting a decomposed constant envelope signal. The multi-antenna system 802 can transmit and receive data from the network 801 (eg, the Internet) via the I /
一実施形態において、マルチアンテナシステムは、実際にはどんな可変エンベロープ信号も生成する必要なしに、一定エンベロープ信号を直接生成する。一定エンベロープ信号は、想像または仮想の可変エンベロープ信号を手本にして作られる。このシステムが、任意のタイプのポイントツーポイントまたはマルチキャストデータ通信をサポートすることに留意されたい。送信機と受信機との間の距離は、送信アンテナ間の距離の10倍ほどに短くすることができ、電力増幅器および多数のアンテナによって実際にサポートされるほどに遠く離すことができる。任意のタイプの可変エンベロープ信号(例えば、差動直交位相偏移変調、スペクトル拡散信号等)および任意のタイプの一定またはほぼ一定エンベロープ信号(例えば、周波数偏移変調、直交周波数分割多重等)を、マルチアンテナシステムの様々な実施形態において用いることができる。さらに、マルチアンテナシステムは、周波数によって制限されない。それは任意の周波数範囲で働くことができる。さらに、マルチアンテナシステムは、広範囲の様々な用途で用いることができる(例えば、高精細度を含むテレビ信号、高速デジタルデータリンク、オーディオ/音声/移動体通信等を送信するための中継器として)。 In one embodiment, the multi-antenna system directly generates a constant envelope signal without having to actually generate any variable envelope signal. A constant envelope signal is modeled after an imaginary or virtual variable envelope signal. Note that this system supports any type of point-to-point or multicast data communication. The distance between the transmitter and the receiver can be as short as 10 times the distance between the transmit antennas and can be as far away as is actually supported by the power amplifier and multiple antennas. Any type of variable envelope signal (eg, differential quadrature phase shift keying, spread spectrum signal, etc.) and any type of constant or nearly constant envelope signal (eg, frequency shift keying, quadrature frequency division multiplexing, etc.) It can be used in various embodiments of multi-antenna systems. Furthermore, multi-antenna systems are not limited by frequency. It can work in any frequency range. In addition, the multi-antenna system can be used in a wide variety of applications (eg, as a repeater for transmitting high-definition television signals, high-speed digital data links, audio / voice / mobile communications, etc.). .
結論として、可変エンベロープ信号から分解された一定エンベロープ信号を送信するためのマルチアンテナビーム形成システムが開示される。前述の明細書において、請求される主題の実施形態が、インプリメンテーションからインプリメンテーションへと変化し得る多数の特定の詳細に関連して説明された。したがって、請求される主題であるものおよび請求される主題であるように出願者によって意図されているものの唯一かつ排他的な指標は、任意の後続の補正を含む、本出願から発する請求項の組であって、かかる請求項が発する特定の形態における請求項の組である。したがって、請求項においてはっきりと挙げられていないどんな限定、要素、特性、特徴、利点または属性も、決してかかる請求項の範囲を限定すべきではない。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示として考えるべきである。 In conclusion, a multi-antenna beamforming system for transmitting a constant envelope signal decomposed from a variable envelope signal is disclosed. In the foregoing specification, embodiments of claimed subject matter have been described with reference to numerous specific details that may vary from implementation to implementation. Accordingly, the only and exclusive indication of what is claimed subject matter and what is intended by the applicant to be claimed subject matter is the set of claims originating from this application, including any subsequent amendments A set of claims in a specific form from which such claims originate. Thus, no limitation, element, property, feature, advantage or attribute that is not expressly recited in a claim should limit the scope of such claim in any way. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense.
Claims (21)
前記可変エンベロープ信号を分解するための前記回路に結合された第1の増幅器であって、前記第1の一定エンベロープ信号を増幅する、第1の増幅器と、
増幅された第1の一定エンベロープ信号を送信する、前記第1の増幅器に結合された第1のアンテナと、
前記可変エンベロープ信号を分解するための前記回路に結合された第2の増幅器であって、前記第2の一定エンベロープ信号を増幅する、第2の増幅器と、
増幅された第2の一定エンベロープ信号を送信する、前記第2の増幅器に結合された第2のアンテナと、
を含む送信回路。 A circuit for decomposing the variable envelope signal into at least a first constant envelope signal and a second constant envelope signal;
A first amplifier coupled to the circuit for decomposing the variable envelope signal, the first amplifier amplifying the first constant envelope signal;
A first antenna coupled to the first amplifier for transmitting an amplified first constant envelope signal;
A second amplifier coupled to the circuit for decomposing the variable envelope signal, the second amplifier amplifying the second constant envelope signal;
A second antenna coupled to the second amplifier for transmitting an amplified second constant envelope signal;
Including a transmission circuit.
前記第1の一定エンベロープ信号および前記第2の一定エンベロープ信号を増幅するための少なくとも4つの増幅器と、
前記第1の一定エンベロープ信号および前記第2の一定エンベロープ信号を送信するための少なくとも4つのアンテナと、をさらに含む、請求項1に記載の送信回路。 At least three delay circuits for delaying the first constant envelope signal and the second constant envelope signal to direct a beam to the position of the receiving antenna;
At least four amplifiers for amplifying the first constant envelope signal and the second constant envelope signal;
The transmission circuit according to claim 1, further comprising at least four antennas for transmitting the first constant envelope signal and the second constant envelope signal.
一定振幅および可変位相を有する第1の信号を生成することと、
前記第1の信号を増幅することと、
前記第1の信号を無線で送信することと、
一定振幅および可変位相を有する第2の信号を生成することと、
前記第2の信号を増幅することと、
前記第2の信号を無線で送信することと、
を含み、
前記第1の信号および前記第2の信号が、可変振幅および可変位相を有する第3の信号から分解される、方法。 A method for transmitting an RF signal comprising:
Generating a first signal having a constant amplitude and a variable phase;
Amplifying the first signal;
Transmitting the first signal wirelessly;
Generating a second signal having a constant amplitude and a variable phase;
Amplifying the second signal;
Transmitting the second signal wirelessly;
Including
The method wherein the first signal and the second signal are decomposed from a third signal having a variable amplitude and a variable phase.
第2の電力増幅器の飽和状態で前記第2の信号を増幅することと、
をさらに含む、請求項7に記載の方法。 Amplifying the first signal in a saturated state of the first power amplifier;
Amplifying the second signal in a saturated state of a second power amplifier;
The method of claim 7, further comprising:
可変エンベロープ信号を第1の一定エンベロープ信号および第2の一定エンベロープ信号に分解することと、
前記第1の一定エンベロープ信号を増幅することと、
増幅された第1の一定エンベロープ信号を第1のアンテナを通じて無線で送信することと、
前記第2の一定エンベロープ信号を増幅することと、
増幅された第2の一定エンベロープ信号を第2のアンテナを通じて無線で送信することと、
を含む方法。 A method for transmitting a signal wirelessly, comprising:
Decomposing the variable envelope signal into a first constant envelope signal and a second constant envelope signal;
Amplifying the first constant envelope signal;
Wirelessly transmitting the amplified first constant envelope signal through the first antenna;
Amplifying the second constant envelope signal;
Wirelessly transmitting the amplified second constant envelope signal through a second antenna;
Including methods.
可変振幅および可変位相を有する前記可変エンベロープ信号を生成するためのプロセッサと、
少なくとも第1の一定エンベロープ信号および第2の一定エンベロープ信号を生成する、前記プロセッサに結合されたアウトフェージング分解回路であって、前記第1の一定エンベロープ信号および前記第2の一定エンベロープ信号が、前記可変エンベロープ信号を一緒に表す一定振幅および可変位相を有する、アウトフェージング分解回路と、
前記第1の一定エンベロープ信号を増幅する、前記アウトフェージング分解回路に結合された第1の電力増幅器と、
前記第1の一定エンベロープ信号の無線送信用の、前記第1の電力増幅器に結合された第1のアンテナと、
前記第2の一定エンベロープ信号を増幅する、前記アウトフェージング分解回路に結合された第2の電力増幅器と、
前記第2の一定エンベロープ信号の無線送信用の、前記第2の電力増幅器に結合された第2のアンテナと、
を含むマルチアンテナシステム。 A multi-antenna system for transmitting a constant envelope signal decomposed from a variable envelope signal,
A processor for generating the variable envelope signal having variable amplitude and variable phase;
An outphasing decomposition circuit coupled to the processor for generating at least a first constant envelope signal and a second constant envelope signal, wherein the first constant envelope signal and the second constant envelope signal are An outphasing decomposition circuit having a constant amplitude and a variable phase that together represent a variable envelope signal;
A first power amplifier coupled to the out-phasing decomposition circuit for amplifying the first constant envelope signal;
A first antenna coupled to the first power amplifier for wireless transmission of the first constant envelope signal;
A second power amplifier coupled to the out-phasing decomposition circuit for amplifying the second constant envelope signal;
A second antenna coupled to the second power amplifier for wireless transmission of the second constant envelope signal;
Including multi-antenna system.
遅延された第1の一定エンベロープ信号および遅延された第2の一定エンベロープ信号を増幅するための、前記複数の遅延回路に結合された複数の電力増幅器と、
増幅され遅延された第1の一定エンベロープ信号および第2の一定エンベロープ信号の無線送信用の複数のアンテナと、
をさらに含む、請求項15に記載のマルチアンテナシステム。 A plurality of delay circuits coupled to the out-fading decomposition circuit for adding a beam steering delay to a transmission path of the first constant envelope signal and the second constant envelope signal;
A plurality of power amplifiers coupled to the plurality of delay circuits for amplifying the delayed first constant envelope signal and the delayed second constant envelope signal;
A plurality of antennas for wireless transmission of amplified and delayed first constant envelope signal and second constant envelope signal;
The multi-antenna system according to claim 15, further comprising:
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