TWI474651B - 多天線收發器和其操作方法 - Google Patents

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Description

多天線收發器和其操作方法
本發明通常涉及無線通信。更具體的是，本發明涉及一種多天線(multiple-antenna)收發器和其操作方法。
傳統的無線系統採用射頻(RF)發射器產生輸出信號以應用於其間間隔一段距離的電臺之間的通信天線。在移動無線網路中，一個站可能是一個移動站(MS)，而另一站可能是一個基站(BS)。隨著移動站在整個無線網路覆蓋的區域內移動，由於許多的環境因素，移動站和基站之間的路徑損耗發生變化，這些環境因素包括站之間距離的變化以及環境中產生阻塞或者衰減從一個站發射到另一個站的信號的物體的存在。
為了確保網路的正常運轉，根據需要克服的基站和移動站之間的路徑損耗，基站指示移動站增加或減少其發射功率，使基站隨著通道條件的變化連續的接收移動站信號。在基站上，移動站必須保持一定的信號強度，以免抑制其發射信號的檢測。在一些基站的臨界距離上，依賴移動站和基站之間詳細的物理環境，移動站將不再能夠增加其輸出功率以維持所需的信號強度。在這一點上，除非基站能夠借助鄰近的基站與移動站進行通信，否則移動站和基站之間的通信不能再保持，連接也將丟失。因此，移動站的最大輸出功率能力(the maximum output power capability)是一個關鍵的參數，最終確定了移動站和基站可以通信的預期距離，從而確定了在一個移動網路中提供可靠地覆蓋必須所需要的基站站點的距離以及數量。然而，基站站點的數量越大，實現移動網 路的成本越大。因此，有必要擴大移動站輸出功率能力，以最少的基站站點數量確保可靠的覆蓋範圍。
因此，移動站中的一個重要組成部分，是用來向基站發射信號的功率放大器。功率放大器通常有最大輸出功率等級。一種實現與基站可靠通信的方法，是確保功率放大器配備有足夠的功率，克服衰減和其他有時存在於無線介質中的惡劣環境。
然而，配備具有大功率的放大器的移動站並不總是可行的，有以下幾個原因：(一)有可供設備消耗的總功率的限制；(二)大功率放大器可能會導致過熱，然後變得無效；(三)大功率的放大器可能是昂貴的；(四)大功率放大器可能由於過大而不適合有尺寸限制的小移動終端。
在努力增加移動站的輸出功率而不是增加現有的放大器的功率時，結合一個或多個低功率放大器有時是經濟的而且有效的。結合多個放大器的輸出可能會產生額外的優勢，包括單一空間流或多元化空間流的發射能力。
提供一種優化用戶站收發器的多功率放大器的發射功率的方法是可取的，所述用戶站收發器包括多天線。
一種實施例，包括多天線收發器。所述多天線收發器包括具有多個第一埠和多個第二埠的多埠網路，其中，至少一個所述的第二埠回應至少兩個所述第一埠。所述多天線收發器還包含多個天線，每個天線連接到第二埠。
另一種實施例，包括多天線用戶(subscriber)單元。
另一種實施例，包括操作包含多埠網路的收發器的方法。該方法包括將多個發射信號耦合到多埠網路的多個第一埠，以及多個天線，每個天線耦合到所述多埠網路的第二埠，其中，至少一個所述的第二埠回應至少兩個所述第一埠。
根據一個方面，一種多天線用戶單元架構(architecture)包括： 具有多個第一埠和多個第二埠的多埠網路，其中，至少一個所述的第二埠回應至少兩個所述的第一埠；多個天線，每個天線連接到第二埠。
根據另一個方面，一種操作包括多埠網路的收發器的方法，包括：耦合多個發射信號到所述多埠網路的多個第一埠；耦合所述多埠網路的多個第二埠到多個天線；其中，至少一個的所述第二埠回應至少兩個的所述第一埠。
優選的，所述方法進一步包括，至少部分的基於表徵的接收信號，通過控制經過所述多埠網路的至少一個的發射信號的至少一個相位和振幅，設置多個發射信號中的至少一個相位和振幅以形成至少一個輸出發射信號。
優選的，所述方法進一步包括耦合多個輸出功率放大器到所述多埠網路的所述第一埠。
優選的，所述方法進一步包括設置多個發射信號的相位關係以定向大部分(majority)發射信號功率到多天線選定子集。
優選的，所述方法進一步包括通過定向耦合器定向地耦合發射信號，其中，通過所述定向耦合器，天線連接到多個第二埠中對應的一個。
優選的，所述方法進一步包括連接到發射信號處理電路的定向耦合器的耦合輸出，基於所述耦合輸出的耦合信號，發射信號處理電路調節發射信號的相位和振幅的至少一個。
優選的，所述方法進一步包括通過定向耦合器定向地耦合發射信號，其中通過所述定向耦合器，功率放大器連接到所述多個第一埠中對應的一個。
優選的，所述方法進一步包括連接到發射信號處理電路的定向耦合器的耦合輸出，基於所述耦合輸出的耦合信號，發射信號處理電路調節發射信號的相位和振幅的至少一個。
從接下來的詳細描述中，所述實施例的其他方面和優勢是顯 而易見的，結合附圖，通過舉例的方式說明所述實施例的原理。
110‧‧‧多端口網絡
210‧‧‧90度混合耦合器
312、314‧‧‧功率放大器
410‧‧‧發射信號調節電路
512、514‧‧‧發射/接收開關
522、524‧‧‧低噪聲放大器
612、614‧‧‧定向耦合器
1010‧‧‧發射信號處理塊
1020‧‧‧射頻升頻變換塊
1032、1034‧‧‧降頻切換器
1042、1044‧‧‧接收信號的處理
1050‧‧‧開關
1060‧‧‧功率探測器
1110‧‧‧多端口網絡
1212、1214‧‧‧開關
1222、1224‧‧‧90度混合耦合器
圖1顯示了包括多埠網路和多天線的收發器的實施例的框圖；圖2顯示了多埠網路的實施例；圖3顯示了包括多個功率放大器、多埠網路以及多天線的實施例的框圖；圖4顯示了包括多個功率放大器、多埠網路、多天線以及發射信號相位和/或幅度調節電路一種實施例的框圖；圖5顯示了收發器的實施例的框圖，所述實施例包括多個功率放大器、多埠網路、發射/接收開關、低雜訊放大器、以及多天線；圖6顯示了收發器的實施例的框圖，所述實施例包括多個功率放大器、定向耦合器、多埠網路、發射/接收開關、低雜訊放大器、以及多天線；圖7顯示了收發器的實施例的框圖，所述實施例包括多個功率放大器、多埠網路、定向耦合器、發射/接收開關、低雜訊放大器、以及多天線；圖8顯示了收發器的另一實施例的框圖，所述實施例包括多個功率放大器、發射/接收開關、低雜訊放大器、定向耦合器、多埠網路、以及多天線；圖9顯示了收發器的另一實施例的框圖，所述實施例包括多個功率放大器、多埠網路、定向耦合器、發射/接收開關、低雜訊放大器、以及多天線；圖10顯示了收發器的一實施例的框圖，所述實施例包括發射和接收信號處理、多個功率放大器、定向耦合器、多埠網路、發射/接收開關、低雜訊放大器、以及多天線；圖11顯示了一實施例的框圖，所述實施例包括多個功率放大器，多埠網路，以及兩個以上的天線； 圖12顯示了一實施例的框圖，所述實施例採用多個功率放大器和多個正交混合耦合器；圖13顯示了操作放大器的方法的實施例的步驟的流程圖，所述實施例包括多埠網路。
所述實施例包括收發器架構的系統、方法以及裝置，所述收發器架構包括多埠網路和多天線。
圖1顯示了包括多埠網路110以及多天線的收發器架構的實施例的框圖。所述多天線包括天線1到天線M。如圖所示，多埠網路包括N個輸入埠和M個輸出埠。每一天線M連接到多埠網路的獨立的輸出。發射時，N個輸入埠的每一個均由相應的發射信號所驅動。正如將要描述的，發射信號可以在輸入至多埠網路前進行預處理，其中所述預處理調節所述發射信號的振幅和/或相位。雖然多埠網路110被描述成有N個輸入和M個輸出，但是可以利用所述輸入和輸出的任何子集。在此，術語輸入和輸出是用於闡明多埠網路的運作。可以理解的，多埠網路是一種雙向設備；此屬性將被顯然地用於圖8的討論中。在圖1中，所述埠更一般地標記為第一埠和第二埠。
散射參數(S參數)描述了一個線性電網的輸出與輸入的振幅比。S-參數是隨頻率變化的無量綱(unit-less)複數，可以代表增益和相位。描述N埠網路的S參數矩陣是一個n維方陣。
二埠網路的S參數矩陣一般用來描述反射、入射功率波之間的關係，根據： ，在此，O1 和O2 為輸出，I1 和I2 為輸入，相當於，O1 =S11 I1 +S12 I2 和O2 =S21 I1 +S22 I2 。多埠網路110的傳遞函數可以用S參數矩陣表示。
圖2顯示了多埠網路的實施例，所述多埠網路通常被稱為90度混合耦合器。對於該典型實施例，考慮將埠1和埠2作為輸入，將埠3和埠4作為輸出。使用所述的電氣長度(electrical lengths)和阻抗特性的發射線(transmission lines)，可實現90度混合耦合器210。在此，Z0 表示的阻抗特性，通常為50歐姆；λ/4是在發射中心頻率的四分之一波長線。
90度混合耦合器的標稱散射參數，由下式給出：
令為混合輸入，其中，x1 表示應用於埠1的信號，x2 ， 表示應用於埠2的信號。同樣地，令為混合輸出，其中 y1 表示出現在埠3的信號，y2 表示出現在埠4的信號。使用公式(1)，輸入x的向量和輸出埠y的向量之間的標稱關係由y=Ax給出，其中：
90度混合耦合器210是一個線性時不變(time invariant)的非鐵磁性的無源電路。假設通過度數混合耦合器(degree hybrid coupler)210的多埠看見的阻抗是標稱的。那麼，保持以下電壓關係：x=AT y□C2 ， (3)
其中，C表示複數域。因此，根據上述假設，90度混合耦合器是一種雙向的設備，而且從一個埠到另外一個的傳遞函數不依賴於哪個是輸入哪個是輸出。
圖3顯示了收發器的實施例的框圖。所述收發器包括多個發 射輸入信號(In1 ...InN )，功率放大器312和314，多埠網路110，以及多天線(天線1、天線M)。作為一種實施例，發射輸入信號被功率放大器312和314放大，並且用於多埠網路110的多個第一埠。從天線1到天線M的多個發射天線，連接到多埠網路110的多個第二埠。多埠網路的一種實施例是90度混合耦合器210。
實施例包括預處理發射輸入信號，以在多埠網路110收到的放大信號之間建立相位關係。可選擇所述相位關係用於在基站(BS)上產生改良的信噪比(SNR)，所述收發器(例如，用戶)與該基站連通。在時分雙工(TDD)系統中，能從接收到的下行信號中預測基站的信噪比；也就是，當接收來自基站的發射信號時，從用戶接收到的信號。
此外，可調節相位關係以回應來自基站的請求。在頻率選擇性的基準上，可選擇相位關係。例如，在包括多個子載波的OFDM(正交頻分複用)系統中，在子載波-子載波(subcarrier-by-subcarrier)的基準上，可調節所述相位。在一種優選的實施例下，一個共同的相位關係可用於所有的子載波。此外或優選的，可動態地調節相位關係。
對於一實施例，與所述多埠網路相結合的相位關係的選擇，實質上引起一個發射天線(天線1至天線M)的選擇，在所述發射天線中定向(directed)大部分發射信號功率。如上所述，天線的數量是沒有限制的，並且定向信號功率的天線子集的數量是沒有限制的。如上所述，可以在多載波信號的子載波和時間(符號)上適應性地作出天線選擇。
對於另一實施例，與多埠網路110相結合的相位和振幅的選擇，實質上導致在多個天線的輸出上的波束成形信號的形成。如上所述，天線的數量是沒有限制的。如上所述，可以在多載波信號的子載波和時間(符號)上適應性地作出天線選擇。
對於一實施例，所述多埠網路110可以是90度混合耦合器 210，如圖2所示。在本實施例中，多埠網路的埠1和2各自地連接至功率放大器312和314輸出端。多埠網路的埠3和4各自地連接至天線1和天線2。
為瞭解釋的目的，假設功率放大器312和功率放大器314均有複增益g=kej θ ，以及所述90度混合耦合器有由(2)式給出的矩陣傳遞函數。令x1 (f)=w1 s(f)ε C2 ，表示應用於功率放大器的輸入的向量信號，其中，
代表權重向量並且S(f)是頻率選擇性的信號。在這種情況下，90度混合耦合器210的輸出向量為：
可以看到，所有的功率都應用到天線1，並且這個功率是兩倍於每個功率放大器產生的信號的功率。類似的，如果應用於功率放大器的向量信號由x2 (f)=w2 s(f)ε C2 給出，同時
90度混合耦合器的最終輸出向量為：
在這種情況下，所有的功率都應用於天線2。為清晰起見，在 混合中的損失和失衡已在前述的討論中忽略。在實踐中，將考慮和補償這些損失和不平衡。
對於一般的多埠網路，在它的輸入端的向量信號可寫作：x(f)=w(f)s(f) (8)
需考慮兩種情況。在第一種情況下，w(f)ε CN 是依賴頻率(或子載波指數)f的權重向量以及s(f)ε C相當於調製信號。權重向量W(F)有等於多埠網路輸入端數量的維數。在第二種情況下，w(f)ε CN×L 是一個權重矩陣，s(f)CL 對應調製信號的向量，並且L是空間流的數量。可以理解，雖然所述信號使用頻域表示，在發射前切換為時域表示的信號是預料之中的。
圖4顯示了收發器的框圖的實施例。本實施例的收發器包括發射信號調節電路410，多個功率放大器312和314，多埠網路110，以及多天線。發射信號調節電路410用來調節調製信號s(f)ε CL 的相位和/或振幅以及產生應用於功率放大器312和314的多個輸出。所述發射信號調節電路對應於式(8)的權重向量或矩陣w(f)。空間流的數量L可以是1或超過1。對於一實施例，發射信號調節電路410由一信號處理電路實現。該信號處理電路可動態調節每個發射信號的振幅以及發射信號之間的相位關係。例如另一個實施例，發射信號調節電路410由信號處理電路的實現。該信號處理電路產生發射信號，所述發射信號具有所述可動態調節的發射信號之間的固定的振幅關係以及相位關係。例如又一實施例，使用多埠網路實現發射信號調節電路。例如再一實施例，使用90度混合耦合器實現發射信號調節電路；這個實施例在圖12的討論中進一步描述。
圖5顯示了收發器的框圖的實施例。所述收發器包括多個功率放大器312、314，多埠網路110，發射/接收開關512、514，低雜訊放大器522、524，以及多天線。在這個實施例中，開關512、514連接在多埠網路110的多個第二埠和天線(天線1，天線M)之 間。所述開關可以用於提供不經過多埠網路110的接收路徑。如上所述，所述開關也連接到用於產生接收信號Rx1 、RxM 的低雜訊放大器522、524，在降頻變換後處理所述接收信號。
在一實施例中，可控制應用到功率放大器312、314的信號In1、InN使得主要的發射功率出現在一個所述的天線上，其中接收信號的振幅是最大值。在另一實施例中，可以處理所述信號，使得每個頻率下的大部分發射功率用於天線，所述天線的接收信號強度指示(RSSI)是最大的。在另一實施例中，在頻率選擇性的基礎上，施加到功率放大器312、314的信號使得大部分功率發射到一個或者另一個天線，所述選擇基於哪個天線具有適用於該頻率更強的接收信號。
圖6顯示了另一收發器的框圖的實施例，所述收發器包括多個功率放大器312、314，多個定向耦合器612、614，多埠網路110，多路發射/接收開關512、514，多個低雜訊放大器522、524，以及多天線。
發射/接收開關512、514的第一切換設置連接所述天線到多埠網路110的多個第二埠。所述第一切換設置，如圖6所示，當用戶站正在發射時使用。當用戶站正在接收時使用這種第二切換設置，連接所述天線到低雜訊放大器522、524，用於產生輸出Rx1 、RxM ，該輸出隨後降頻(down-converted)並處理。此外，定向耦合器612，614重定向(redirect)少量的功率以產生用於幫助發射信號預處理的回饋信號FbJ 、FbN 。正如所示，定向耦合器612、614位於功率放大器312、314和多埠網路110的埠的第一設置之間。在多埠網路的輸入端，所述耦合器允許對發射信號的振幅和相位的測量。在一實施例中，所述定向耦合器輸出端的回饋信號FbJ 、FbN ，有一個低於輸入給定向耦合器的功率水準的大約18分貝的功率水準，所述回饋信號FbJ 、FbN 用於幫助發射信號的預處理。
圖7顯示了一收發器的框圖的實施例。所述收發器包括多個 功率放大器、多埠網路、定向耦合器、發射/接收開關、低雜訊放大器、以及多天線。圖7與圖6相似，但是，多埠網路110和定向耦合器612、614的順序是相反的。在這個實施例中，通過定向耦合器612、614，多埠網路的輸出連接至回饋信號Fb1 、FbN 。這允許所述發射信號處理糾正多埠網路110的任何非模態(un-modeled)、或非表徵(uncharacterized)運轉狀態，從而降低調節要求以及如果多埠網路110的任何非模態、或非特徵運轉狀態的穩健性。
圖8顯示了另一收發器的框圖的實施例。所述實施例包括多個功率放大器312、314，發射接收開關512、514，低雜訊放大器522、524，定向耦合器612、614，多埠網路，以及多天線。這個實施例包括定向耦合器612、614，所述定向耦合器612、614連接少部分出現在多埠網路110的多個第一埠的發射信號，所述多埠網路可以用於幫助發射信號的預處理。此外，開關512、514提供接收信號路徑給低雜訊放大器522、524。在這個實施例中，多重接收天線接收到的信號經過多埠網路110。
在使用連接至定向耦合器612的埠1以及連接至定向耦合器614的埠2接收(reception)期間，令在多埠網路的埠1和埠2的電 壓向量為。在圖8中，像X1 和X2 一樣，分別標記多 埠網路110的埠1和埠2。令表示在發射過程中相同 埠的電壓向量。類似的，令在多埠網路的埠3和埠4電壓向量為，當在此，埠3連接至天線1並且埠4連接至天線2； 在圖8中，像y1 和y2 一樣，分別標記它們。令為在 發射過程中相同埠的電壓向量。(再次)假設，多網路110是一個線性時不變的非鐵磁性無源電路，以及從多埠網路110看見的阻抗是標稱的，保持以下的電壓關係：
以及
其中，A□C2×2 是散射參數矩陣。令(f，t)□C2 為從基站到多埠網路110的埠3和埠4的向量通道(vector channel)。在通過多埠網路後，表觀的(apparent)接收通道由下式給出：
其中，(．)T 表示轉置(transpose)。當時間為tRx ，令以及各自地表示埠1和埠2的由頻率指示_indexed的相位向量值。在此，代表角運算元(angle operator)，以及tRx 對應於下行副幀的時間間隔，在該時間內，接收器獲得相位測量結果。相似的，當時間為tTx ，定義以及各自地表示埠1和埠2的由頻率指示的相位的向量值，在該時間內，用戶發射信號。
在一實施例中，用戶可控制發射信號的相位關係，當發射間隔tTx 滿足關係：
換言之，在每個頻率下，天線之間發射相位差是接收相位差的負數(negative)。發射器估算權重向量：
以創建適用於功率放大器312，14的上行鏈路信號w(f，tRx )m(t)。功率放大器的輸出通過發射/接收開關512、514和定向耦合器612、614，以在110多埠網路上產生向量信號：
在此，α是涉及相位和振幅的複常數(complex constant)，所述相位和振幅是多埠網路110內發射信號共有的相位和振幅。多埠網路110的輸出由下式給出：
令表示上行通道。在基站接收到的最終上行信號由下式給出：
由於時間和頻率的值相同，所述上行和下行通道是互逆的； 即。由於發射信號tTX 充分地接近接近接收測量 時間tRX ，和充分低的遷移率。這些條件一般認為存 在於TDD蜂窩網路中。
考慮到，本實施例的益處可以被理解。接收器可見的有效通道由下式給出：
發射權重向量由下式給出：
在多埠網路的輸出上的發射信號由下式給出：
其中m(t)是調製信號。在基站上接收到的信號由下式給出：
相比沒有混合電路(hybrid)的情況，電壓增益相當於在|A11|+|A12|以內，所述|A11|+|A12|由從一個或兩個不包括混合電路(hybrid)的功率放大器發射出相同的功率所實現。對於標稱90度混合耦合器且實現的增益等於3dB, 如果利用相同的權重選擇策略，，使用相同的配置，從基站接收到的信號由下式給出： 在這種情況下，通過與不使用多埠網路在每個天線上發射相同功率比較來實現|A11|+|A12|的電壓增益。根據公式(12)選擇發射相位關係的增益不限於在接收信號的振幅之間存在強失衡的情況。在另一實施例中，發射信號間共同的相位差用於所有的頻率。
一般的，存在於發射射頻路徑的振幅和相位差是由下列一個或多個原因引起的：電氣延遲(electrical delays)，溫度，頻率，以及校準誤差。信號Fb1 和Fb1 是隨後處理以及用於控制發射信號的振幅和或相位的回饋信號。在一實施例中，回饋信號與發射信號m(t)相關聯。在另一種實施例中，出現在回饋信號上的功率可以是 測量的。
採用數位化信號處理技術對低雜訊放大器進行降頻變換、數位化、以及處理，產生接收信號的相位以及。
在另一實施例中，校準信號應用於信號Fb1 和Fb2 。這些校準信號耦合通過定向耦合器612、614和發射接收開關512、514，至低雜訊放大器522、524的輸入。可下變頻放大的校準信號，接著處理這些信號以測量從每個定向耦合器612、614到各自的數位化信號處理的輸出的延時。所述測量的相位延遲用於補償接收信號的測量的相位。
圖9顯示了一收發器的框圖的實施例。該實施例包括多個功率放大器312、314，多埠網路110，多天線，開關512、514，以及定向耦合器612、614。在本實施例中，多埠網路是發射路徑的一部分但不是接收路徑的一部分。定向耦合器612、614連接至天線。耦合應用於天線1、天線2的部分發射信號，通過定向耦合器612、614產生回饋信號Fb1 和Fb2 。隨後處理該Fb1 和Fb2 以測量每個天線發射出信號的相位。在一實施例中，通過低雜訊放大器522、524，接收路徑，以及數位化信號處理，這些回饋信號應用校準信號於定向耦合器612、614，使測量定向耦合器612、614的相位延遲成為可能。
在出現在每個接收天線的幹擾水準大體不相同的情況下，這個實施例提供益處。考慮這種情況，在兩天線上預期的接收信號具有可比的功率的情況下，強幹擾可能出現在第一天線而不是第二天線。在這種情況下，使用通過多埠網路接收信號的最優的接收器的工作情況，不如沒有多埠網路作為接收路徑的工作情況。用多個測量結果，圖9中的實施例使得發射路徑、接收路徑以及多埠網路的參數規格的調節成為可能。
圖10顯示了射頻電路的實施例。所述射頻線路連接正交分頻複用(OEDM)系統中的功率放大器，其中發送(Tx)資料s(f)應用於 發射信號處理塊1010的輸入。射頻升頻變換塊(up-convert block)處理和升頻變換所述信號。升頻變換發射信號被功率放大器312、314產生的信號x1 和x2 放大，所述x1 和x2 用於混合耦合器210的輸入。通過定向耦合器612、612以及發射/接收開關512、514，混合輸出通道連接天線1、天線2。
定向耦合器612、614的附加輸出耦合從所述附加輸出間選取的開關1050。選取的附加輸出應用於功率探測器1060，所述功率探測器產生功率探測信號(power sense signal)，所述功率感知信號代表對應天線上的輸出功率。所述功率探測器用於控制信號的振幅和相位可能是有益的，該信號是指應用於功率放大器312、314的信號。
當接收信號時，所述開關512、514控制接收到的信號用於低雜訊放大器522、524。接收資料信號由降頻切換器1032、1034生成，所述降頻變換器降頻變換接收信號，並且接收信號的處理1042、1044處理降頻變換接收信號。
一實施例，包括至少一個動態可調節的移相信號，所述移相信號由動態地調節發射信號的至少一個相位關係所生成。也就是，第二信號由所述動態可調節的信號生成，所述第二信號有不同於發射信號的相位。由於包括射頻電路和多埠網路中的振幅失衡在內的多種原因，第二(或者更多)信號的振幅可能不同於發射信號。
一實施例包括，在頻率選擇性基礎上，當發射信號與至少一個動態可調節的相移信號之間的至少一個相位關係的調節決定時，控制組合信號的大部分信號功率用於多個發射天線的一部分。這種方法可能包括決定接收天線和選擇用於發射的天線，所述接收天線有最強的接收信號。對於這個實施例，無需物理開關以及應用信號能量於所需的天線，就可以有效的選擇(多個信號功率應用於)所需的天線(或者所需的多個天線)。在多埠網路內的發 射信號和動態可調節地相移信號，以及這些信號的組合之間的相位關係，導致應用組合信號能量於多個天線的子集。
一實施例，包括多個天線的子集，組合信號的大部分信號功率自適應的定向到所述子集，該子集可隨著時間動態自適應選擇。
一實施例，包括發射信號以及至少一個為多載波信號的動態可調相移信號。每個多載波信號包括多個子載波。進一步，這個實施例可以包括以子載波-子載波為基礎，一部分的多天線自適應的控制組合信號的信號功率。子載波-子載波信號功率方向能被發射信號和至少一個動態可調節相移信號間的至少一個相位關係的調節所確定。
例如一實施例，多埠網路包括混合耦合器，所述混合耦合器組合放大的發送信號和放大的至少一個動態可調節的相移信號，以及為每個的多天線的產生輸出信號。更一般的，多埠網路包括組合放大傳送信號，該放大發射信號包括組合前延遲每一放大的發射信號，產生多個組合輸出，輸出對應於每個的多天線，其中延遲是預設的。
一種實施例，包括基於表徵每個所述多個天線相關聯的發射通道品質，控制在發射信號和至少一個動態可調節的相移信號之間的相位關係。也就是，定位組合信號的功率的所述多個天線的子集的自適應的選擇是基於表徵的通道品質。例如一實施例，發射通道品質是橫跨所述多載波信號的子載波表徵的。例如一實施例，包括基於通過每個天線的信號的接收表徵發射通道品質。
發射可以包括計算區塊(tiles)，所述計算區塊包括多個多載波標誌(symbols)的多個子載波。一實施包括基於計算區塊-計算區塊(tile-by-tile)的基礎選擇組合信號的大部分信號功率定向的多個天線的子集。
對於一實施例，與每個天線相關的發射通道品質包括表徵來自至少一個接收信號的下行子幀(sub-frame)的前同步信號 (preamble)的導頻。例如一具體的實施例，基於對應在發射中將要分派的一組子載波的前同步信號(preamble)的子載波表徵所述前同步信號(preamble)的導頻。例如一具體的實施例，表徵所述前同步信號(preamble)的導頻在整個子載波範圍內出現，所述子載波交疊在發送期間將要分派給多個天線的子集一組子載波。根據表徵的導頻的接收信號品質，多載波信號的子載波組的信號功率定向到所述多個天線的所述子集。
基站接收信號處理可以包括，例如，最大負荷(UL)通道的估算。為了減少附加雜訊和幹擾的影響，此通道估算通常為一組相鄰子載波的導頻(pilots)的平均值。在一般情況下，從用戶站天線至基站天線的通道在振幅和相位上均不相同。為了排除由於在基站平均引入的通道估計誤差，實施例可包括避免橫跨用戶天線的子載波組的分隔(separation)。對於全球微波互聯接入(WiMAX)系統，一個有益的子載波分組包括，例如，部分使用子通道(PUSC)最大負荷計算區塊，其中PUSC代表部分子通道，第三代合作計畫中的物理資源塊(PRB)長期演進標準是另一個有用的子載波分組。
在計算區塊-計算區塊基礎上，分配不同的發射相位是有益的。因此，所述上限計算區塊覆蓋較窄的頻率範圍。因此通道一般僅以較小的量在橫跨可通過單個度量有效表徵的組中的全部子載波的計算區塊和通道。此外，在最大負荷子幀期間，組成子通道的計算區塊設置(set)不會發生改變。在隨後的符號上，這允許在不影響隨後分配時給獨立的天線分配計算區塊，可能導致在不同的符號不同的天線上，發送相同的計算區塊。這是確實的，即使在如下情況下，例如，子通道迴圈，全球微波互聯接入系統。子通道迴圈符合IEEE 802.16標準的第8.4.6.2.6。其他子載波有益的分組包括全球微波互聯接入標準中自動調製控制頻段接收器，等等。
圖11顯示了包括多個多埠網路的多埠網路的一實施例。在這種情況下，發射器路徑的數量和天線的數量大於兩個。令x=[x1 x2 x3 x4 ]T 表示至多埠網路1110的輸入向量，以及令y=[y1 y2 y3 y4 ]T C4 表示輸出向量。假設混合耦合器210的矩陣傳遞函數在(2)中定義。然後，x=[x1 x2 x3 x4 ]T 之間的關係被y=H x給出，其中，
矩陣H是滿秩、單一的，以及所有的行均有常量因數l1 。因此，它始終可能選擇分值x1 ...x4 ，以至於所有的功率被傳遞至任何一個用於單層空間傳輸(single layer spatial transmission)的天線。傳遞所有的功率至任何兩個用於兩倍空間傳輸(spatial rate 2 transmission)天線也是可能的。
圖12顯示了收發器的一實施例的框圖，所述收發器包括多個開關1212、1214，多個90度混合耦合器1222、1224，多個功率放大器312、314，以及多天線。開關1212、1214由共同的信號控制。開關1212、1214，以及混合耦合器1222一起相當於發射信號相位調節電路，如前所述。令x1 和x2 表示混合耦合器的輸出。伴隨著式2所示的混合耦合器以及所述位置的開關1212、1214，混合耦合器1222的輸出由下式給出：
混合耦合器1224的輸出結果由下式給出：
所有功率放大器的功率被認為適用於天線2。類似的，如果開關1212、1214放置在圖12所示相反的位置， 以及混合耦合器1224的輸出結果由下式給出： 在這種情況下，所有的功率應用於天線1。
相比在輸出y1 和y2 之間選擇，使用這種方法選擇發射天線是更合適的。克服開關的大約0.5分貝的嵌入損耗，在功率消耗上需要可預見的增加。在功率放大器之前經過切換的信號，功耗上的增加將會減少。
圖13顯示了包括操作收發器實施方法的步驟的流程圖，所述收發器包括多埠網路。第一步1310包括耦合多個發射信號至所述多埠網路的多個第一埠。第二步1320包括連接每個多埠網路的多個第二埠至多天線，其中，至少一個所述的第二埠回應至少兩個的所述第一埠。
例如一實施例，所述方法進一步包括至少部分的基於表徵的接收信號，通過控制經過所述多埠網路的至少一個的發射信號的至少一個相位和振幅，設置多個發射信號中的至少一個相位和振幅以形成至少一個輸出發射信號。所述發射信號經過所述多埠網路。
所述方法，進一步包括耦合多個輸出功率放大器到所述多埠網路的所述第一埠。一個更具體的實施例包括，通過設置多個發射信號的相位關係，定向大部分發射信號功率於多個天線的選定子集。
所述方法，進一步包括通過定向耦合器定向地耦合發射信號，其中，通過所述定向耦合器，天線連接到相應的多個第二埠的一個。一更具體的實施例包括，一個連接到發射信號處理電路的定向耦合器的耦合輸出，基於所述耦合輸出的耦合信號，發射信號處理電路調節至少一個發射信號的相位和振幅。
在一實施例中，所述方法還包括通過定向耦合器定向地耦合發射信號，其中通過所述定向耦合器，功率放大器連接到相應的所述多個第一埠的一個。一個更具體的實施例包括，連接到發射信號處理電路的定向耦合器的耦合輸出，基於所述耦合輸出的耦合信號，發射信號處理電路調節至少一個發射信號的相位和振幅。
雖然具體的實施例已經被描述和闡明，但是實施例不僅限於如上描述和闡明的特殊形式和佈置。
110‧‧‧多端口網絡

Claims (9)

  1. 一種多天線收發器，其特徵在於，包括；具有多個第一埠和多個第二埠的多埠網路，其中，至少一個所述第二埠回應至少兩個所述第一埠，且所述多個第一埠用於接收多個發射信號；多個天線連接到所述第二埠；以及處理電路，用於調節所述多個發射信號的振幅和相位中的至少一個以形成多個相應的調節發射信號，其中所述多埠網路用於透過結合所述發射信號與所述相應的調節發射信號以形成至少一個輸出發射信號，且從所述多個天線輸出所述輸出發射信號，其中基於至少一所述天線的一無線傳輸路徑特性來調節振幅和相位中的至少一個。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多天線收發器，其中，包括多個功率放大器，其中每個功率放大器連接所述第一埠。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的多天線收發器，其中，所述處理電路用於設置所述多個發射信號的相位關係以定向大部分發射信號功率至所述多個天線中的選定子集。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的多天線收發器，其中，所述處理電路用於設置所述多個發射信號的相位和振幅關係以定向大部分發射信號功率至所述多個天線中的選定子集。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的多天線收發器，其中，包括第二多埠網路，所述第二多埠網路具有多個第一埠和多個第二埠，其中所述第二多埠網路的至少一個所述第二埠回應至少兩個所述第二多埠網路的第一埠，第二多埠網路的所述第二埠連接所述功率放大器的輸入。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的多天線收發器，其中，包括定向耦合器，其中所述天線通過所述定向耦合器連接至對應的一個所述多個第二埠。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的多天線收發器，其中，包括定向耦合器的耦合輸出，所述定向耦合器連接所述處理電路，基於所述耦合輸出的耦合信號，所述處理電路用於調節發射信號的相位和振幅的至少一個。
  8. 如申請專利範圍第1-7項中任一項所述的多天線收發器，其包括基於發射和接收信號的時域分工定時的所述開關的定時控制，和/或，包括一設備，所述設備通過所述多個第二埠接收信號，特性化所述接收信號，以及至少部分的基於特性化的接收信號，通過控制經過所述多埠網路的至少一個的發射信號的相位和振幅的至少一個以形成所述至少一個輸出發射信號。
  9. 一種操作包括多埠網路的多天線收發器的方法，其特徵在於，包括耦合多個發射信號到所述多埠網路的多個第一埠；耦合所述多埠網路的多個第二埠到多個天線，其中，至少一個的所述第二埠回應至少兩個所述第一埠；以及設定所述多個發射信號的振幅和相位中的至少一個以形成多個相應的調節發射信號，並且透過結合所述發射信號與所述相應的調節發射信號以形成至少一個輸出發射信號，其中基於至少一所述天線的一無線傳輸路徑特性來調節振幅和相位中的至少一個。
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