TWI292261B - Wireless communication method and apparatus for forming, steering and selectively receiving a sufficient number of usable beam paths in both azimuth and elevation - Google Patents

Description

1292261 4^而波束傾斜及下沉係可變化。因此，依據本發明， 傳送器405所形成之波束可以任何職仰角來指向，而傳 統傳送器僅提供固定，實質水平波束。 如20〇4年1〇 j μ日提出申請之共同未決臨時美國專 利申請按序號第_19,763號所揭示者，位於有限地面上 之，線或夕輸入及多輸出陣列及地面放大切割圖係被顯示 於，5圖。連續射頻抑制線圈5〇5係被放至於地面邊緣他 就是緣)上。射頻抑制線圈5〇5係為一平行板波導，其可為 φ 具有兩傳導面之印刷電路板。射頻抑制線圈505可包含被 串泰a加抑制效應之複數抑制線圈。射頻抑制線圈奶可 被形成自任何其他類型傳送線或配適地面邊緣幾何之突出 讀同等物。第5 ®所示分流^ _可被形成自傳導柳釘 或同等物。分流器51〇及開口 515間之距離係決定波導開 口處之阻抗。針制口犯處之有限阻抗，分流器及 開515間之距離應為傳播媒體中之四分之一波長。 使用射頻抑制線圈5〇5之結果係被描繪於第$圖中， • 射波束6〇5係使用規則地面以傾斜形成，而依據本發明 使用具有射頻抑制線圈5〇5之地面被形成之波束61〇係朝 向水平再引導波束。 另-例中，以三維相等分解引導複數波束之更精密裝 置可依據本發明來使用。如細年1G月15日提出申請之 共同未決臨時美國專利申請按序號第術⑽，223號所揭示 者’使用饋送圓環陣列之Shelton勒过矩陣係產生彼此隔 離之隔離全方朗型波束。錢式之相位係為抵達信 1292261 號方向之特性。藉由比較兩模式相位，抵達方向資訊可被 導出某些模式配對選擇係使抵達相位及角度間之線性關 係明確。其大大地簡化隨後的處理。 仰角中，振幅比較可被使用。完整仰角及方位角方向 哥找系統因而可藉由分享被接收即將到來波之單“位元” 來實鈿。包含振幅及相位資訊之位元或脈衝係以振幅資訊 被仰角決定使用，而相位資訊被方位角決定使用之方式來 分享。 鲁 相同天線系統可不需訴諸獨立系統而電子地及自動地 於標的即將進入信號方向形成波束。此系統可提供足夠增 盈來做無線應用。針對需較高增益之系統，透鏡，反射器 及電子控制寄生天線可被用來進一步增加方向性來滿足該 應用之需要。 單陣列系統可被用於預期方向執行方向搜尋及自動波 束形成。此系統可提供傳統系統無法做到之36〇度即時方 位角涵蓋。 • 第7圖顯示包含饋送一圓環陣列710之Shelton-Bulter 矩陣705 ’藉此形成4埠shelton-Bulter矩陣饋送圓環陣列 之一天線系統700。所示埤715於上部連接至圓環陣列71〇 之天線。埠720下部為模式埠。处故如七此沉矩陣7〇5係 包含可為線長度之複數混合及固定相移器。天線系統 係形成複數但分離正交全方向性煎餅型輕射場型。天線系 統係形成複數可用正交全方向性模式。該正交性可保 存各模式全長，其係與使用功率全部被用來形成一模式之 乜92261 線間之視線之虛線視線來顯示。該簡單場型近似很快即難 以視覺化。 、 如第12至14圖所示，簡單場型近似係被僅顯示波束 孔徑視線之箭頭所取代。 第12圖描繪僅具有一孔徑視線之視線，方位角及仰 角。實際配置中，如第13圖所示，視線兩侧可能有障礙物 且促成更多波束之其放置及形成可能不規則。 如第14圖所示，當被固定至此之天花板或物體變成另 φ 一障礙物時，建築内部配置亦提供更多機會。 當第1至14圖從傳送器產生多路徑觀點來說明時，亦 必須考量接收器之操作。區分被接收路徑之一裝置係藉由 多使用者偵測(MUD)方法。基本概念係若資料流可被正確 解碼，則其調變場型亦可被重建，並從所有信號接收加總 被扣除。此處理係被重複直到所有可能個別資料流均被解 碼為止。可替代是，接收器波束可被指向複數個別接收路 徑，藉此接收器可個別解碼各路徑。 φ 非常有力方法係結合多使用者偵測及接收器波束成形 方法。波束成形基本上可降低解碼器任何一次所看見之路 徑數，而多使用者偵測可分離仍然存在之任何多路徑。亦 有多使用者偵測及/或波束操作例精確解碼一個或更多路 徑，及最終資訊被另一波束例中之多使用者偵測用來增強 其操作之機會。 第15圖係為依據本發明較佳實施例被配置之接收器 1500例證方塊圖。接收器1500係包含一多使用者偵測器 12 1292261 15〇5，一波束選擇器1510，一基頻解碼器1515及一天線 1520。天線1520所接收之一組信號A，B及c係被轉送至 可將信號C從該組信號A，B及C分離出來之波束選擇器 1510。信號C係從波束選擇器1510被直接傳送至基頻解碼 态丨515。信號A及B係從波束選擇器151〇被傳送至多使 用者偵測器1505。 熟練技術人士者將理解本發明任何實際使用均受到真 實世界之限制。例如，障礙物不規則，障礙物本身移動(如 藝汽車，窗戶，人們），氣候狀況改變或類似者，均可能改變 多路徑環境。 可使用波束場型最初決定可使用以下說明之不同實施 例被部份或全部導出。 、 一實施例中，從接收器及傳送器觀點，通信服務使用 者觀察路徑既存機會係被用來導出設定，其接著使用人工 方向性控制硬體設備(如鍵盤)或藉由某些校準方法(如調整 信號來產生一路徑並於其被充分偵測時按下按鈕來鎖定座 • 標)而被進入(如被儲存於記憶體中）。例如，可觀察主通信 方白左邊具有建杂，而右邊為開放區域。本發明將解釋此 意指反射路徑可能為左方，而其可能浪費資源(如波束功率） 來引導任何波束至左方。 另-實施例中，全方向性或不受限制波束係以接收器 -般方向來舰。狐ϋ係具有分_收適足信號之方向 之能力。此資訊係被返回至傳送器，其可以特定順序窄化 其波束傳輸來消除某些多路徑。接收器記註被接收信號中 13 1292261 之明顯改變，並返回該資訊至傳送器。此正在進行之交互 處理係決定可用多路徑之一般特性。 再另一實施例中，傳送器可掃描窄波束(也就是方位 角，仰角或兩者）’並接收來自接收器之指令來接收其於該 掃描中各時間所偵測到者。該掃描處理係對傳送器及接收 器揭示何路徑不可用。 因為路徑可能來來去去，所以正在進行之通信係藉由 編碼几餘及路徑几餘得到最佳服務。這些支出負擔降低有 效資料速率之私度將視情況而定。然而，大多數例中本發 明可獲得之潛在利益將大大超過雜位置理論知識所損失 者。 、 熟練技術人士將了解，雖然本發明已以較佳實施例型 式做說明，但均可做以下申請專利範圍中所闡述之本發明 範_内之其他修改。 14 Ϊ292261 【圖式簡單說明】 第1圖描綠說明名目定向之傳統座標系統； 第2圖促進第3、4及9至14圖所示三維情況清楚呈現 及解釋； 第3圖描繪經由傳統無線通信系統實施之仰角所產生之 多路徑； 第4圖描繪經由依據本發明之方位角所產生之多路徑； 第5圖描繪依據本發明一實施例具有被插在地面邊緣上 之射頻抑制線圈之有限地面上之一天線(或天線陣列）； 第6圖描繪將射頻抑制線圈插在地面邊緣上前後藉由第6 圖天線形成之一波束； 第7圖顯示依據本發明一實施例包含饋送一圓環陣列之 Shelton-Bulter矩陣’藉此形成4埠Shelt〇n_Bulter矩陣饋送 圓環陣列之一天線系統； 第8圖顯示依據本發明另一實施例包含饋送一堆疊圓環 陣列之一 2尾堆疊Shelton-Bulter矩陣之一天線系統； 第9圖描繪依據本發明之視線及方位角路徑； 翁 第10圖描緣依據本發明之方位角及仰角使用； 第11圖描繪依據本發明之視線，方位角及仰角路徑； 第12圖描繪依據本發明之僅具有天線孔徑之視線，方位 角及仰角； 第13圖描繪依據本發明之方位角機會； 第14圖描繪依據本發明之通用仰角機會； 第15圖顯示依據本發明另一實施例被配置之接收器例證 15 1292261 方塊圖。

【主要元件符號說明】 300、400 無線通信系統 315 第一路徑 320 附加路徑 325 地面 415 障礙物 605 、 610 波束 700 、 800 天線系統 705 Shelton-Bulter 矩陣 710 圓環陣列 715 、 720 埠 805 2尾堆疊Shelton-Bulter矩陣 810 堆疊圓環陣列 820 仰角矩陣 1500 本發明之接收器 1520 天線 A、B、C 信號 16

Claims (1)

1292261 十、申請專利範圍： 1·一種無線通信系統，包含： 、⑻傳心’其包含—具有纽束形成元件的波束 瓜成天秦良用於複數波束路徑上形成及傳送多波束，其 中捕送器係藉由弓I導至少一該波束朝向一仰角障礙 來形成一附加波束路徑；及 ⑼-接收n ’可選擇性接收—或多個波束路徑。 2.如申請專利範圍第1項之系統，其中-平面中之波 束係被偏向。 1 如巾請專概_ 1項之祕，其巾驗束形成天 線係用於在-正交平面巾產生各種波束場型。 4·如申請專利_第1項之系統，其中該接收器包含： (M) —天線； 〇2)—基頻解碼器； (b3)多制者彳貞湘’與該細解通信丨及 (b4) -波束選擇器，與該接收器之天線、該多使用 • 者制狀該基雜碼11通信，其巾該絲選擇器係接 收複數波束路徑並選擇何波束路徑可被直接饋送至該 基頻解碼H ’及何波束路徑可經由該多使用者偵測器被 饋送至該基頻解碼器。 抑5.如中請專利範圍第4項之系統，其中由該基頻解碼 益任何-次所憤測到之波束路徑數量係被降低，而該多使 用者偵測器可分離仍存在之該波束路徑。 6.如申請專利範圍第1項之系統，其中在該傳送器及 17 1292261 该接收器間一地面散射係被控制或消除。 7·如申請專利範圍第】項之系統，其中由該波束形成 天線所形成波束的傾斜或下降係可變化。 &如申請專利細第丨項之純，其中由該傳送魏 該波束形敍射至少射之—卿成讀束係可被指 向任何所欲仰角。 、p 9.如申請專利範圍第1項之系、統，其中由該接收器所 璉擇性接收之波束係包含一位元或脈衝，其包含用來決定 鲁仰肖之振幅資訊及獅來決定綠肖之相位資訊。 10.如申請專利範圍第i項之系統，其中該接收器決 定有關其接收可収束路徑之方向資訊，並_資訊回饋 至該傳送器。 』1·如申明專利範圍第10項之系統，其中該傳送器及 該波束形成天線中至少其中之—係以該f訊為基礎以一 特定順序窄化其波束來消除某些該波束路徑。 ·如申明專利範圍第1項之系統，其中該傳送器係 • 動方位角及仰角至少其一中的-窄波束掃描處理，並針 對其於不同咖·_之接㈣接絲自該接收器之 指令。 妥始，如申請專利範圍第1項之系統，其中該接收器之 、、糸將波束指向各該路徑並分別解碼各路徑波束。 14.如申請專利範圍第i項之系統，其中從該傳送器 的觀點’由有關波束路徑既存機會之使用者觀察 之貝成係被儲存於一記憶體中，該資訊包含障礙位 1292261 置及不被阻礙之潛在波束路徑方向。 15·—種於一無線通信系統中開發射頻實體環境以建 立可促進通信之射頻傳播可用多路徑足夠數量之方法，該 無線通信系統，包含至少一傳送器及一接收器，該接收器 包含至少一天線，該方法包含： (a) 引導該接收器之天線朝向複數接收路徑之一； (b) 該接收器經由該接收器天線被引導朝向之該接 收路徑以接收來自該傳送器之一資料流； (c) 該接收器解碼該資料流； (d) 該接收器重建該經解碼資料流的一調變場型； (e) 該接收器從由該接收器經由該接收路徑所接收 之所有該信號的一總和擷取該重建資料流； (f) ”亥接收恭將與接收路徑相關之接收信號方向資 訊提供至該傳送器； (g) 該傳送器以該接收信號方向資訊為基礎來調整 及/或消除不可用之一或多個接收路徑，·及 (h) 重複步驟(aHg)，直到從該接收路徑所接收之所 有該資料流均被解碼為止。 16.如申請專利範圍第15項之方法，其中該接收器包 含一多使用者偵測器。 Π·-種於無線通信系統巾波束操控的方法，包含： ⑻儲存與傳达波束之障礙及鱗礙路徑相關之使 用者觀察資訊；及 ⑼形成波絲μ纽束轉，射該縣路徑係 19 1292261 藉由反射該等障礙而引導朝向該等障礙以產生附加波 束路徑。 18·-種包含與-接收器通信之傳送器之無線通信系 統，該系統進一步包含： ⑻一記憶體，用於儲存障礙位置資訊； (b) 用於以該障礙位置資訊為基礎決定潛在反射路 徑來引導該傳送器所形成之波束至該接收器之裝置；及 (c) 用於引導該傳送器所形成之波束，使其反射由該 ^ 障礙位置資訊所標示之該障礙之裝置，其中該被反射波 W 束係由該接收器所接收。

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