TW201316709A - 具一擴充模組之多重輸入多重輸出的無線通信系統 - Google Patents

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TW201316709A TW100136998A TW100136998A TW201316709A TW 201316709 A TW201316709 A TW 201316709A TW 100136998 A TW100136998 A TW 100136998A TW 100136998 A TW100136998 A TW 100136998A TW 201316709 A TW201316709 A TW 201316709A
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    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/10—Polarisation diversity; Directional diversity

Abstract

一種多重輸入多重輸出之無線通信系統，用以同時發射或同時接收複數個具有第一極化方向或具有第二極化方向的子訊號，其系統包含N個天線、一擴充模組以及N個訊號處理器。擴充模組連結於每一個天線和每一個訊號處理器，用以根據每一個訊號處理器所提供的控制訊號，選擇地運作在一接收模式或一發射模式下，將其中一個天線所對應之具有第一極化方向之子訊號與另一個天線所對應之具有第二極化方向之子訊號進行整合或分配。如此一來，此系統無須增設完整的接收或發射組件，即可雙倍擴充輸入輸出的接口數目。

Description

具一擴充模組之多重輸入多重輸出的無線通信系統
本發明是關於一種通信系統，特別是一種具一擴充模組之多重輸入多重輸出的無線通信系統。
隨著寬頻無線通訊技術蓬勃發展，在WiFi、WiMAX以及LTE都以多重輸入多重輸出(multiple input and multiple output,MIMO)技術作為系統容量的必要手段。由於一般習見的標準N乘N的MIMO通訊系統中，每一個天線接口都會配置一組完整的收發系統，而完整的收發系統至少包含射頻前端模組(RF front end module)、調變及解調變模組(modulator及demodulator)、基帶(baseband)處理模組以及媒體存取控制模組(media access controller,MAC)。
現今一般習見的商用系統晶片已經發展到將3乘3的MIMO系統所需之調變器、解調變器、基頻以及MAC，甚至連射頻前端模組都整合成單一晶片，提供一個成本低廉且功能強大的解決方案。但隨著MIMO接口數目N的增大，整個N乘N的MIMO系統的複雜度將大幅增加。因此，若以商用化且進入量產的指標來加以衡量，3乘3的MIMO系統可以說是現階段所能僅見的最高階的架構。但在一些特殊的應用案例上，3乘3的三組天線接口已經無法滿足需求，高階的N乘N的MIMO系統不僅能夠提升系統通訊容量，若善用其多重輸入和多重輸出的特性，可以新創出一般通訊系統所無法提供的能力，但伴隨而來的是系統的複雜度與成本的增加，使得實際實施的產品大都侷限於較低的天線接口數目。
鑒於以上的問題，本發明在於提供一種無線通信系統，藉以解決習用無線通信系統因擴充訊號通道而產生系統架構過於複雜的問題。
本發明所提供之多重輸入多重輸出之無線通信系統，用以同時發射或接收兩組不同極化的子訊號，其系統包含N個天線、一擴充模組和一資料處理單元。
N個天線用以同時發射或接收N個具有一第一極化方向之子訊號和N個具有一第二極化方向之子訊號，N係為一大於1的常數。擴充模組，連結於每一個天線，提供N個第一訊號通道給具有第一極化方向之子訊號，以及提供N個第二訊號通道給具有第二極化方向之子訊號。資料處理單元，連接於擴充模組，用以提供N個控制訊號至擴充模組，使擴充模組選擇地運作在一接收模式或一發射模式下，資料處理單元進一步包含N個訊號處理器，用以處理對應的子訊號。
如此一來，提供天線數目之2倍的訊號通道，以擴充MIMO系統。利用切換器的使用，使發射端和接收端所需要的元件得以共用，降低系統架構的複雜度。同時，也利用簡化的射頻前端模組間的組合來處理接收到的子訊號，使天線空間可以劃分成N個獨立空域。在接收模式下，每個獨立的空域裡的訊號將透過該天線的第一極化及第二極化的天線單元進行接收，並透過擴充模組分別接入兩個不同的訊號處理器，進行接收訊號處理。另外，在發射模式下，來自於兩個不同訊號處理器的發射訊號透過擴充模組分別接入面向該空域的天線的第一極化及第二極化的天線單元進行發射，透過本發明提出之架構，習見之N乘N多重輸入多重輸出之無線通信系統轉換成N組2乘2多重輸入多重輸出之無線通信系統，有效的將N乘N多重輸入多重輸出之無線通信系統擴充成2N乘2N多重輸入多重輸出之無線通信系統。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。
請參考「第1圖」所示，其係為本發明一實施例之無線通信系統結構示意圖。無線通信系統(wireless communication system)100，包含天線111和112、一擴充模組101以及一資料處理單元(processing unit)102，用以同時發射或同時接收不同極化方向的子訊號，例如垂直正交極化(vertical orthogonal polarization)和水平正交極化(horizontal orthogonal polarization)的子訊號。
天線111和112皆具有兩個接口，每一個接口透過一種訊號通道(signal channel)，作為發射或接收子訊號之用。在本發明所提供之一實施例中，其中一種訊號通道同時發射或同時接收垂直正交極化的子訊號，另一種訊號通道則同時發射或同時接收水平正交極化的子訊號。其中，天線111和112可以係為正交雙極化天線(dual port orthogonal polarized antenna)，但本發明不在此限。
在本發明之一實施例中，擴充模組101包含射頻前端模組121、122、131和132、功率分配及結合裝置(power delivering and combining device)141和142以及切換器151和152。射頻前端模組121和131連結於天線111，射頻前端模組122和132連結於天線112，用以選擇處理對應的子訊號。射頻前端模組121和122對應於一種訊號通道，而射頻前端模組131和132則對應於另一種訊號通道。其中，每一個射頻前端模組係包含一功率放大器(未繪示)、低雜訊放大器(未繪示)以及一接收與發射切換器(未繪示)。
在本發明之一實施例中，射頻前端模組121選擇地處理垂直正交極化的子訊號，射頻前端模組122選擇地處理水平正交極化的子訊號；而射頻前端模組131選擇地處理水平正交極化的子訊號，射頻前端模組132選擇地處理垂直正交極化的子訊號。
在本發明之另一實施例中，射頻前端模組121選擇地處理水平正交極化的子訊號，射頻前端模組122選擇地處理垂直正交極化的子訊號；而射頻前端模組131選擇地處理垂直正交極化的子訊號，射頻前端模組132選擇地處理水平正交極化的子訊號。
功率分配及結合裝置141提供兩個接口，連結於射頻前端模組121和122，用以接收並整合由射頻前端模組121和122所提供之子訊號，或者將欲發射的子訊號分配至射頻前端模組121和122；而功率分配及結合裝置142提供兩個接口，連結於射頻前端模組131和132，用以接收並整合由射頻前端模組131和132所提供之子訊號，或者將欲發射的子訊號分配至射頻前端模組131和132。而射頻前端模組121、122、131和132也可補償接收或發射子訊號經過功率分配及結合裝置141和142所產生的損耗。
切換器151連結於功率分配及結合裝置141，切換器152連結於功率分配及結合裝置142，用以選擇所對應的子訊號的發射或接收。資料處理單元102連結於切換器151和152，用以將欲發射的子訊號傳送切換器151和152，或將經由切換器151和152接收到的子訊號作訊號處理，例如基頻訊號轉換處理等。
此外，資料處理單元102包含訊號處理器161和162，用以處理接收到的子訊號，以及提供控制訊號至切換器151和152及射頻前端模組121、122、131和132，來控制切換器151和152及射頻前端模組121、122、131和132，選擇切換子訊號的發射與接收。訊號處理器161連結於切換器151，用以處理來自切換器151的子訊號，或是傳送子訊號至切換器151，以及提供一控制訊號至切換器151和射頻前端模組121和122，來控制子訊號的接收或發射。訊號處理器162連結於切換器152，用以處理來自切換器152的子訊號，或是傳送子訊號至切換器152，以及提供一控制訊號至切換器152和射頻前端模組131和132，來控制子訊號的接收或發射。
當無線通信系統100運作在接收模式時，天線111和112將由環境中同步接收兩種不同極化之射頻訊號的電波，並分別傳送至射頻前端模組121、122、131和132。
在本發明之一實施例中，射頻前端模組121、122中的接收與發射切換器將根據訊號處理器161所提供的控制訊號，切換至接收模式，使射頻前端模組121、122內部的低雜訊放大器運作，並且使射頻前端模組121由天線111接收垂直正交極化的子訊號，然後傳送至功率分配及結合裝置141，而使射頻前端模組122由天線112接收水平正交極化的子訊號，然後傳送至功率分配及結合裝置141。
另一方面，射頻前端模組131、132中的接收與發射切換器將根據訊號處理器162所提供的控制訊號，切換至接收模式，使射頻前端模組131、132內部的低雜訊放大器運作，並且使射頻前端模組131由天線111接收水平正交極化的子訊號，然後傳送至功率分配及結合裝置142，而使射頻前端模組132由天線112接收垂直正交極化的子訊號，然後傳送至功率分配及結合裝置142。
功率分配及結合裝置141和142分別整合這些垂直和水平正交極化的子訊號，並分別傳送至切換器151和152。切換器151和152根據資料處理單元102提供的控制訊號，切換至接收模式，將子訊號分別傳送至訊號處理器161和162。
在本發明之另一實施例中，射頻前端模組121、122中的接收與發射切換器將根據訊號處理器161所提供的控制訊號，切換至接收模式，使射頻前端模組121、122內部的低雜訊放大器運作，並且使射頻前端模組121由天線111接收水平正交極化的子訊號，然後傳送至功率分配及結合裝置141，而使射頻前端模組122由天線112接收垂直正交極化的子訊號，然後傳送至功率分配及結合裝置141。
另一方面，射頻前端模組131、132中的接收與發射切換器將根據訊號處理器162所提供的控制訊號，切換至接收模式，使射頻前端模組131、132內部的低雜訊放大器運作，並且使射頻前端模組131由天線111接收垂直正交極化的子訊號，然後傳送至功率分配及結合裝置142，而使射頻前端模組132由天線112接收水平正交極化的子訊號，然後傳送至功率分配及結合裝置142。
功率分配及結合裝置141和142整合這些垂直和水平正交極化的子訊號，並分別傳送至切換器151和152。切換器151和152根據資料處理單元102提供的控制訊號，切換至接收模式，將整合後的訊號分別傳送至訊號處理器161和162。
當無線通信系統100運作在發射模式時，資料處理單元102將欲發射的子訊號分別傳送至切換器151和152，控制切換器151和152切換至發射模式，將欲發射的子訊號傳送至功率分配及結合裝置141和142。
在本發明之一實施例中，功率分配及結合裝置141和142將將垂直正交極化的子訊號傳送至射頻前端模組121和132，將水平正交極化的子訊號傳送至射頻前端模組122和131。射頻前端模組121和131中之接收與發射切換器根據訊號處理器161所提供的控制訊號，切換至發射模式，使功率放大器放大這些子訊號。這兩個子訊號將送至天線111發射出去。射頻前端模組122和132中之接收與發射切換器根據訊號處理器162所提供的控制訊號，切換至發射模式，使功率放大器放大這些子訊號。這兩個子訊號將送至天線112發射出去。
在本發明之另一實施例中，功率分配及結合裝置141和142將水平正交極化的子訊號傳送至射頻前端模組121和132，將垂直正交極化的子訊號傳送至射頻前端模組122和131。射頻前端模組121和131中之接收與發射切換器根據訊號處理器161所提供的控制訊號，切換至發射模式，使功率放大器放大這些子訊號。這兩個子訊號將送至天線111發射出去。射頻前端模組122和132中之接收與發射切換器根據訊號處理器162所提供的控制訊號，切換至發射模式，使功率放大器放大這些子訊號。這兩個子訊號將送至天線112發射出去。
根據上述之無線通信系統，本發明更進一步提供一應用實施例，讓使用者得以根據其需要而加以擴充，如『第2圖』所示，其係為本發明一實施例之無線通信系統結構示意圖。無線通信系統200係為『第1圖』之擴大應用，包含天線211至21N、一擴充模組201和一資料處理單元202，其中N為一大於1的常數。資料處理單元202包含訊號處理器261至26N。
擴充模組201包含射頻前端模組221至22N、射頻前端模組231至23N、功率分配及結合裝置241至24N和切換器251至25N。射頻前端模組221和231連結於天線211，射頻前端模組222和232連結於天線212，射頻前端模組22i(未繪示)和23i(未繪示)連結於天線21i(未繪示)，而射頻前端模組22N和23N連結於天線21N，其中i為1至N的常數。
功率分配及結合裝置241連結於射頻前端模組221和232，功率分配及結合裝置24i(未繪示)連結於射頻前端模組22i(未繪示)和23(i+1)(未繪示)，功率分配及結合裝置24N連結於射頻前端模組22N和231。切換器251連結於功率分配及結合裝置241和訊號處理261，切換器252連結於功率分配及結合裝置242和訊號處理261，切換器25i(未繪示)連結於功率分配及結合裝置24i(未繪示)和訊號處理26i，切換器25N連結於功率分配及結合裝置24N和訊號處理26N。
本發明之優點在於，提供天線數目之2倍的訊號通道，以擴充MIMO系統。利用擴充模組的獨創架構，每組訊號處理器可處理兩組對應到不同天線之不同極化之訊號，使得複雜之訊號處理器無須因訊號接口之倍增而倍增，降低系統架構的複雜度。同時，也利用簡化的射頻前端模組間的組合來處理接收到的子訊號，使天線空間可以劃分成N個獨立空域，在實質運用上形成等效的N組2乘2的MIMO通訊系統。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．無線通信系統
101．．．擴充模組
102．．．資料處理單元
111、112．．．天線
121、122．．．射頻前端模組
131、132．．．射頻前端模組
141、142．．．功率分配及結合裝置
151、152．．．切換器
161、162．．．訊號處理器
200．．．無線通信系統
201．．．擴充模組
202．．．資料處理單元
211-21N．．．天線
221-22N．．．射頻前端模組
230-23N．．．射頻前端模組
241-24N．．．功率分配及結合裝置
251-25N．．．切換器
261-26N．．．訊號處理器
第1圖係為根據本發明一實施例之無線通信系統結構示意圖。
第2圖係為根據本發明一實施例之無線通信系統結構示意圖。
200．．．無線通信系統
201．．．擴充模組
211-21N．．．天線
221-22N．．．射頻前端模組
231-23N．．．射頻前端模組
241-24N．．．功率分配及結合裝置
251-25N．．．切換器
202．．．資料處理單元
261-26N．．．訊號處理器

Claims (12)

  1. 一種擴充模組，適用於一多重輸入多重輸出之無線通信系統，用以透過N個天線，同時發射或接收N個具有一第一極化方向之子訊號和N個具有一第二極化方向之子訊號，N係為一大於1的常數，其該擴充模組包含：N個第一射頻前端模組，每一該第一射頻前端模組連接於其中一個天線，用以選擇地處理其中一個具有該第一極化方向的子訊號，或處理其中一個具有該第二極化方向的子訊號；N個第二射頻前端模組，每一該第二射頻前端模組連接於其中一個天線，用以選擇地處理其中一個具有該第一極化方向的子訊號，或處理其中一個具有該第二極化方向的子訊號；N個功率分配及結合裝置，其中一第i個功率分配及結合裝置連結於一第i個第一射頻前端模組和一第(i+1)個第二射頻前端模組，而一第N個功率分配及結合裝置連結於一第N個第一射頻前端模組和一第一個第二射頻前端模組，用以分別分配或整合該些相對應的子訊號，而i係1至N的常數；以及N個切換器，其中每一該切換器對應連結於其中一個功率分配及結合裝置，用以選擇發射或接收所對應的該些子訊號。
  2. 如請求項第1項所述之擴充模組，其中該第i個第一射頻前端模組和一第i個第二射頻前端模組連接於一第i個天線。
  3. 如請求項第1項所述之擴充模組，其中該些天線具有兩接口，用以同時發射或同時接收該些子訊號。
  4. 如請求項第3項所述之擴充模組，其中該些天線係為正交雙極化天線。
  5. 如請求項第1項所述之擴充模組，其中每一該第一射頻前端模組或每一該第二射頻前端模組進一步包含一功率放大器、一低雜訊放大器以及一接收與發射切換器。
  6. 一種多重輸入多重輸出之無線通信系統，其包含：N個天線，每一該天線用以同時發射或同時接收一具有一第一極化方向之子訊號和一具有一第二極化方向之子訊號，N係為一大於1的常數；N個第一射頻前端模組，每一該第一射頻前端模組連接於其中一個天線，用以選擇地處理其中一個具有該第一極化方向的子訊號，或處理其中一個具有該第二極化方向的子訊號；N個第二射頻前端模組，每一該第二射頻前端模組連接於其中一個天線，用以選擇地處理其中一個具有該第一極化方向的子訊號，或處理其中一個具有該第二極化方向的子訊號；N個功率分配及結合裝置，其中一第i個功率分配及結合裝置連結於一第i個第一射頻前端模組和一第(i+1)個第二射頻前端模組，而一第N個功率分配及結合裝置連結於一第N個第一射頻前端模組和一第一個第二射頻前端模組，而i係1至N的常數；N個切換器，其中每一該切換器對應連結於其中一個功率分配及結合裝置，用以選擇發射或接收所對應的該些子訊號；以及一資料處理單元，連接於該擴充模組，用以提供N個控制訊號至該擴充模組，使該無線通訊系統選擇地運作在該接收模式或該發射模式下，該資料處理單元進一步包含N個訊號處理器，用以處理該些子訊號。
  7. 如請求項第6項所述之無線通信系統，其中該第i個第一射頻前端模組和一第i個第二射頻前端模組連接於一第i個天線。
  8. 如請求項第6項所述之無線通信系統，其中一第i個訊號處理器連接於一第i個切換器。
  9. 如請求項第6項所述之無線通信系統，其中一第i個控制訊號控制一第i個切換器、該第i個第一射頻前端模組和該第(i+1)個第二射頻前端模組，而一第N個控制訊號則控制一第N個切換器、該第N個第一射頻前端模組和該第一個第二射頻前端模組。
  10. 如請求項第6項所述之無線通信系統，其中每一該第一射頻前端模組或每一該第二射頻前端模組進一步包含一功率放大器、一低雜訊放大器以及一接收與發射切換器。
  11. 如請求項第6項所述之無線通信系統，其中該些天線具有兩接口，用以同時發射或同時接收該些子訊號。
  12. 如請求項第11項所述之無線通信系統，其中該些天線係為正交雙極化天線。
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