TW527752B - Multiple antenna system for wireless communication - Google Patents

Description

527752 A7 B7 五、發明説明（！） 本發明之技術領域： 本發明係有關無線通訊系統，尤係有關無線本地迴路 (Wireless Local Loop;簡稱WL L )應用中的收發機之 天線陣列。 發明背景： 在最近數年中，無線通訊的市場有了大幅度的成長。 無線技術現在到達或可到達地球表面上的幾乎每一個位置 。幾億的人每天利用呼叫器、細胞式電話、或其他的無線 通訊產品來交換資訊。 訂 有時被稱爲迴路中無線電（Radio-ln-The-Loop;簡稱 R I T L )或固定式無線電接取（Fixed-Radio Access;

簡稱F RA )的無線本地迴路（WL L )是一種在用戶與 交換機之間連線的全部或部分中利用無線電信號作爲銅導 線的替代物而將用戶連接到公眾電話交換網路（Public Switched Telephone Network;簡稱 P S 丁 N )之系統。 經濟部智慧財產局員工涓費合作社印製 該系統包括無線接取系統、專用固定式無線電接取、及固 定細胞式系統。 在傳統的有線系統中，本地迴路意指自用戶的電話機 、私用交換機（P B X )、或電話系統到電話公司總局的 連線。如名稱所表示的意思，無線本地迴路（W L L )以 無線基地台取代本地迴路連線，而將潛在的用戶連接到總 局。L L對部分的世界是一種具有可行性的替代方案， 使這些地區於建立現代化的電訊系統時，可跳過昂貴且耗 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X 297公楚） 527752 A7 ___ B7 _ 五、發明説明（2) 時的有線式安裝。 在採用無線射頻（Radio Frequency ;簡稱R F )來傳 輸信號的任何通訊系統中，應考慮到“多路徑”傳輸的效 應。在所需信號自信號源與接收天線間之物體反射之後， 有多重的所需信號到達接收天線時，即發生多路徑效應。 一種典型的多路徑問題是由多路徑相位抵消（多路徑零信 號）所產生的“信號失落” （“ dropout” ）。採取一條自 發射機到接收機的間接路徑之一信號將會與採取到該接收 機的直接路徑之一信號之間發生不同相的情形。 可能造成信號失落的多路徑狀況在室內是相當常見的 ，這是因爲無線發射機的輸出沿著所有的方向射出，並自 房間的許多類型的表面反射。實際上，在房間中工作的無 線系統將不斷地在房間中產生大約數百次的反射，但是因 爲直接路徑信號通常是所有信號中最強的信號。金屬尤其 是一種良好的反射體，因而多路徑狀況也有可能發生在室 外，這是因爲可能自汽車、卡車、拖車、及金屬建築物表 面等有效率地反射所發射的信號。 對付多路徑問題的另一種方式是使用了兩個（或更多 個）天線之“空間分集” （“ s p a c e d i v e r s i t y ” ）。一般 而言，係將兩個天線連接到一開關，且系統決定信號位準 在這兩個天線中的哪一個天線較高，並切換到該天線。該 等天線係在實體上相互間隔（亦即具有空間分集性），以 便對_抗彳5號哀洛，並改善彳目號品質。所需的間隔取決於多 路徑角度延伸的程度，但至少應爲工作頻率的一半波長， 本紙張尺度適用中標车（CNS) A视格（210X297公楚) "~ •5- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印紫 527752 A7 _ B7_ 五、發明説明（3) 以便確保該等天線正接收無相關性（亦即“具有分集性” )的信號，以便能夠完全得到分集接收的效益。 無線通訊系統的另一應用是無線（W i r e丨e s s ;簡稱 W )區域網路（Local Area Network;簡稱 L A N )。 W L A N是一種被設計成利用無線電波（而非纜線基礎建 設）而在各運算裝置之間提供與位置無關的網路接取之資 料傳輸系統。在法人企業中，通常將WLAN實施爲現有 的有線網路與一組用戶端電腦間之最後鏈路，使置些使用 者能以無線方式使用遍及一建築物或校園環境的法人網路 之完整資源及服務。 5 GH z頻帶現在已成爲寬頻WLAN產品的新領域 。由於5 GH z便帶在頻譜上是純淨且寬廣的，所以在促 使大眾接受寬頻WLAN產品上，吸引了很多人的注意。 圖1示出一線通訊系統（1 〇 〇 )的一典型收發機， 該收發機包含以圖示之方式連接之下列主要組件： ——一放大器（102); 一一一向上變頻器（104); 一一 一自動增益控制（Automatic Gain Control;簡 稱 A G C ); --一功率放大器（1 〇 8 ); 一一 一發射機/接收機（T / R )開關（1 1〇） _一 一 一 放大器（1 1 2 ); 一一 一向下變頻器（114); 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】〇χ29*7公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 % 經濟部智慧財產局員工涓費合作社印製 527752 Μ ___Β7 五、發明説明（4) --一自動增益控制（AGC) (116); --一低雜訊放大器（118); --一鎖相迴路（120);以及 一一 一電壓控制振盪器（Voltage-Controlled 〇s c i I丨a t 〇 r ;簡稱V C〇）。 係在一組態中示出系統（1 〇 〇 )，在該組態中，係 以輸入中頻（丨nte「mediate Frequency;簡稱I F )信號之 方式，启一數據機（圖中未示出）供應所要傳輸的一信號 ，且係以輸出I F信號之方式將所接收之號提供給數據機 。該收發機的發射機部分包含放大器（1 〇 2)、向上變 頻器（104)、自動增益控制（AGC) (106)、 及功率放大器（1〇8)。該收發機的接收機部分包含放 大器（1 1 2 )、向下變頻器（1 ;l 4 )、自動增益控制 (AGC)(116)、及低雜訊放大器（118)。 通常係在與接收頻率不同的（例如較高的）頻率上發 生傳輸，且係將一基準信號提供給P L L ( 1 2 0 )，而 PLL(12〇）又控制了VC〇（122)。VC〇（ 1 2 2 )之輸出係分別提供給向上變頻器（1 〇 4 )及向 下變頻器（1 1 4 )。 丁 / R開關（1 1 0 )包含兩個開關（1 1 〇 a )及 (1 1 0 b )，每一開關有不同的用途。開關（1 1 〇 a )係用於發射與接收間之切換。開關（1 1 〇 b )係用兩 個天_線（1 2 4 )與（1 2 6 )間之選擇。如圖1所示， 功率放大器（1 〇 8 )之輸出係經由丁/R開關（1 1〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4坑格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527752 A7 _B7_ 五、發明说明（5) )而提供給一天線（1 2 4 ) °當將開關（1 1 〇 b )置 於另一位置（圖中未示出）時，功率放大器（1 〇8)之 輸出將提供給天線（1 2 6 )。這是該收發機處於一發射 作業模式時的情形。在一接收模式時，係將開關（ 1 1 〇 a )置於另一位置（圖中未不出），因而係將由兩 個天線（1 2 4 )及（1 2 6 )中所選擇的一個天線（由 開關（1 1 0 b )之位置決定）接收之一信號提供給低雜 訊放大器（118)之輸入端。開關（ll〇a)選擇發 射模式或接收模式，而開關（1 1 〇 b )則在任一模式中 在兩個天線之間選擇一個天線。 設有兩個天線（1 2 4 )及（1 2 6 )的理由通常是 爲了提供空間分集，以便應付前文所述之多路徑問題。用 來決定要用兩個天線中的哪一天線（換言之，決定開關（ 1 1 0 b )的位置）之一適用機制是習知的，且該機制可 以只是一個比較器，該比較器決定哪一個天線正在接收最 強的信號，並以前文所述之方式使開關（1 1 0 b )切換 到該天線。 系統（1 0 0 )可使用分時多向近接（Time Division Multiple Access ;簡稱 T D M A )或分時雙工（T i m e Division Duplex;簡稱 T D D )。分時多向近接（丁 DMA )是一種在無線技術中用來隔離各組頻率及頻寬上的多個 通訊之方法。在丁DMA中，係將頻帶分成若干頻道，且 又將_該等頻道堆疊成若千較短的時間單位，使數個呼叫可 共用單一頻道，而不會相互千擾。分時多工（TDD)是 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) " -8- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線 經濟部智慧財產局員工消贽合作社印¾ 527752 A7 B7 五、發明説明（6) 一種將一無線通訊的發射/接收（上鏈/下鏈）部分多工 化而連結在一起，其中係在相同的頻率上進行上鏈及下鏈 資訊的交換，但係以時槽特徵來區分上鏈及下鏈資訊。 在一諸如前文中參照圖1所示及所述的無線通訊系統 中，開關（1 1 0 a )及（1 1〇b )通常分別有1 -1. 5分貝的衰減，因而使T/R開關（110)縱共有 2 ~ 3分貝的衰減。因而使系統的效能降低。系統效能的 降低將造成接收機的雜訊指數較差，並造成接收的（功率 )效率降低。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印焚 發明槪述： 本發明之一整體目的在於提供一種改良式無線通訊系 統。 本發明之另一目的在於提供一種接收機有較佳之雜訊 指數且發射機有較佳之功率效率之無線通訊系統。 根據本發明，在一具有一包含一發射機及一接收機的 收發機之無線通訊系統中，一個多天線系統包含：兩個接 收天線，且係由一開關將這兩個接收天線連接到該接收機 ;以及一（第三個）發射天線，該發射天線係連接到該發 射機。該無線通訊系統可以是一無線本地迴路（WL L ) 或一無線區域網路。該無線通訊系統可適當地在2 · 4 GHz至4 0 GHz (包含在5 GHz的頻帶中）的頻率 中工作。 根據本發明，在一具有一包含一發射機及一接收機 的 、tr

-9- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印紫 527752 A7 B7 五、發明説明（7 ) 收發機之無線通訊系統中，係將兩個天線及空間分集用來 接收信號，並將一桌二天線用來發射信號。本方法改善了 接收機的雜訊指數，並改善了發射機的功率效率。 若參照下文中對本發明之說明，將可易於了解本發明 之其他目的、特徵、及優點。 附圖簡述： 現在將詳細參照本發明之較佳實施例，且可在各附圖 中示出本發明的一些實例。該等圖示之目的在於解說，並 非在ϊΐί本發明加以限制。雖然係在追些較佳實施例的環境 中大致說明了本發明，但是我們當了解，其目的並非在將 本發明限於這些特定的實施例。 在配合各附圖而參閱下文中的說明之後，將可更易於 了解本發明的該較佳實施例之結構、作業、及優點，這些 附圖有： 圖1是根據先前技藝而設有兩個天線的一收發機之方 塊圖；以及 圖2是根據本發明而設有三個天線的一收發機之方塊 圖。 主要元件對照表 1〇〇 ，2〇〇：無線通訊系統 1〇二2 ，1 1 2 :放大器 1〇4 :向上變頻器 本紙乐尺度適用中國) Α4規格（2ΐ〇χ297公楚·) - -10· ---------衣----：、訂 (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) _I_ 527752 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（8 ) 1〇6 ，1 1 6 :自動增益控制 1 〇 8 :功率放大器 1 1 0 :發射機/接收機開關 1 1 4 :向下變頻器 1 1 8 :低雜訊放大器 1 2 0 :鎖相迴路 1 2 2，2 1 0 :電壓控制振盪器 1 1〇a ， 1 1 〇 b :開關 124，126，224，226，228:天線 本發明之詳細說明： 圖2示出一無線通訊系統（2 0 0 )的一典型收發機 部分，該收發機包含以圖示所示方式連接的下列主要組件 ，這些主要組件可能與圖1所示的無線通訊系統（1〇〇 )的那些組件相同，這些組件包含： 一—一放大器（102); 一一 一向上變頻器（1 0 4 ); 一一 一自動增益控制（AGC) (10 6)； 一一 一功率放大器（108); 一一 一放大器（1 1 2 ); —一 一向下變頻器（1 14); —一 一自動增益控制（A G C ) (116); _一 — 一低雜訊放大器（1 1 8 ); 一一 一鎖相迴路（1 2 0 );以及 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣 訂 .-II- II 1 — —— - - —I 0

P 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 527752 A7 _____B7_ 五、發明説明（9 ) 一一 一電壓控制振盪器（V C〇）（122)。 提供了一與開關（1 1 0 b )類似且執行與開關（ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 1 0 b )類似功能的開關（2 1 0 )，用以將兩個天線 (2 2 4 )及（2 2 6 )(類似於天線（1 2 4 )及（ 1 2 6 ))選擇性地切換到該收發機的接收機部分之低雜 訊放大器（1 1 8 )輸入端，以便克服前文所述的多路徑 問題。 顯然缺少的是一發射/接收（丁 / R )開關（1 1 〇 )，更具體而言是缺少一用來切換該收發機的發射機與接 收機位置間之一天線。而又提供了一第三天線（2 2 8 ) ，且該天線（2 2 8 )係專用於該收發機之發射機。將功 率放大器（1 0 8 )之輸出直接提供給“發射”天線（ 2 2 8 )，因而不需要通過兩個開關（1 1 〇 a )、( 1 1 0 b )，而使發射機得到較佳的功率效率。此外，一 接收的信號只須通過一個開關（2 1 0 )，而無須通過了 個開關（110a)、 （110b),而使接收機有較佳 之雜訊指數。 經濟部智慧財產局員工消赀合作社印製 因此，因爲係將發射機直接連接到（而不是經由一個 或多個開關）發射天線，所以節省了 2 - 3分貝的功率。 而且因爲接收頻道上也只有一個開關（而不是兩個開關） ，所以雜訊指數也改善了 1 - 1 · 5分貝。合而言之，對 於收發機而言，由於使用了此種具有三個天線（一個發射 天線_及兩個接收天線）之配置（拓撲），而得到大約3 -4 · 5分貝的增益。 本紙張尺度適用中國國家標车（CNS ) A4規格（210X 297公釐） •12- 527752 A7 B7 五、發明説明（1〇) 雖然已參照有限數目的實施例而說明了本發明，但是 我們當了解，在本文所揭示的本發明之範圍內，仍可對本 化 變 多 許 出 作 明 發 用 應 他 其 及 改 彥 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） •13-

Claims (1)

1. 527752 A8 BE C8 D8 六、申請專利範園 1 · 一種在一無線通訊系統中之多天線系統，該無線 通訊系統具有一包含一發射機及一接收機之收發機，該多 天線系統包含： 兩個接收天線，係由一開關將將該等兩個接收天線連 接到該接收機；以及 一（第三個）發射天線，該發射天線係直接連接到該 發射機。 2 ·如申請專利範圍第1項之天線系統，其中： 該無線通訊系統是一無線本地迴路（W L L )。 3 ·如申請專利範圍第1項之天線系統，其中·· 該無線通訊系統是一無線區域網路（WL A N )。 4 ·如申請專利範圍第1項之天線系統，其中： 該無線通訊系統係在2.4GHz至40GHz的頻 率中工作。 5 ·如申請專利範圍第1項之天線系統，其中·· 該無線通訊系統係在5 G Η z頻帶中工作。 6 · —種減輕一無線通訊系統中的多路徑問題之方法 ，包含下列步驟： 將兩個天線及空間分佈用來接收信號；以及 將一第三專用天線用來發射信號。 7·—種用來改善一無線通訊系統的一收發機的一接 收機的雜訊指數之方法，包含下列步驟： _將兩個天線及空間分佈用來接收信號；以及 將一第三專用天線用來發射信號。 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4洗格（210X29*7公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 527752 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8 . —種用來增加一無線通訊系統的一收發機的一發 及 以 : 號 驟信。 步收號 列接信 下來射 含用發 包佈來 ，分用 法間線 方空天 之及用 率線專 效天三 率個第 功兩一 的將將 機 射 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張·尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4洗格（2丨〇X29<7公嫠） -15-