Rf基帶波束成形的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及波束成形。設(shè)備可包括多個混頻器，其中每一混頻器被配置成接收正交信號和同相信號中的至少一者。該設(shè)備還可包括至少一個RF相位旋轉(zhuǎn)器，該RF相位旋轉(zhuǎn)器耦合至該多個混頻器中每一個混頻器的輸出，并被配置成旋轉(zhuǎn)正交信號和同相信號中的該至少一者的包絡(luò)以生成經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號和經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號中的至少一者。
【專利說明】RF基帶波束成形

【背景技術(shù)】
[0001]領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明一般涉及波束成形。更具體地，本發(fā)明涉及用于毫米波應(yīng)用中的RF波束成形的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。
[0003]背景
[0004]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會的，毫米波應(yīng)用中的波束成形提出了許多挑戰(zhàn)。作為一個示例，在約一米的距離處，60GHz信號可能具有比2.4GHz信號多約20dB的損耗。針對損耗問題的一種解決方案可以包括增加功率放大器的輸出功率。然而，這種解決方案可能因低電源電壓、低擊穿電壓、有損耗的基板、低Q無源組件、以及CMOS晶體管的低固有增益而受限制。
[0005]需要增強毫米波應(yīng)用中的波束成形的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。
[0006]附圖簡述
[0007]圖1描繪了各種波束成形陣列架構(gòu)。
[0008]圖2A解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的被配置用于定向信號傳輸?shù)脑O(shè)備。
[0009]圖2B解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的包括發(fā)射機單元和接收機單元的設(shè)備。
[0010]圖3解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的移相器。
[0011]圖4A解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的具有電壓輸入的另一移相器。
[0012]圖4B解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的具有電流輸入的圖4A的移相器。
[0013]圖5A解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的具有電壓輸入的又一移相器。
[0014]圖5B解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的具有電流輸入的圖5A的移相器。
[0015]圖6是描繪同相和正交數(shù)據(jù)在被旋轉(zhuǎn)之前的的標(biāo)繪。
[0016]圖7是描繪圖8的同相和正交數(shù)據(jù)在被旋轉(zhuǎn)90度之后的標(biāo)繪。
[0017]圖8是解說根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的方法的流程圖。
[0018]圖9是解說根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施例的另一方法的流程圖。
[0019]詳細(xì)描述
[0020]以下結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述旨在作為本發(fā)明的示例性實施例的描述，而無意表示能在其中實踐本發(fā)明的僅有實施例。貫穿本描述使用的術(shù)語“示例性”意指“用作示例、實例或解說”，并且不應(yīng)當(dāng)一定要解釋成優(yōu)于或勝過其他示例性實施例。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的示例性實施例的透徹理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)也可實踐本發(fā)明的示例性實施例。在一些實例中，公知的結(jié)構(gòu)和器件以框圖形式示出以免湮沒本文給出的示例性實施例的新穎性。
[0021]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，在常規(guī)的點對點通信中，在利用單根天線解決方案時可能浪費大量能量。相應(yīng)地，可以在空間域中聚集能量的各種陣列架構(gòu)(即，天線陣列)在本領(lǐng)域中是公知的。
[0022]圖1解說了各種波束成形陣列架構(gòu)。盡管圖1解說了各種基于接收機的波束成形陣列架構(gòu)，但是普通技術(shù)人員將理解基于發(fā)射機的波束成形陣列架構(gòu)。具體地，附圖標(biāo)記100指示射頻(RF)路徑波束成形架構(gòu)，附圖標(biāo)記102指示本地振蕩器(LO)路徑波束成形架構(gòu)，附圖標(biāo)記104指示中頻(IF)路徑波束成形架構(gòu)，并且附圖標(biāo)記106指示數(shù)字域架構(gòu)。
[0023]如將理解的，射頻(RF)路徑波束成形可以利用小面積和低功率。此外，RF路徑波束成形可以呈現(xiàn)良好的信噪比(SNR)和良好的信號干擾加噪聲比(SINR)。然而，RF路徑波束成形的挑戰(zhàn)包括對高線性度、寬帶、低損耗、和低面積RF移相器的設(shè)計。此外，LO路徑波束成形可能對LO振幅變化呈現(xiàn)低靈敏度。另一方面，LO路徑波束成形的挑戰(zhàn)包括大LO網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，并且可能難以生成毫米波LO信號。IF路徑波束成形可以呈現(xiàn)良好的線性度并且可以利用低功率移相器。然而，IF路徑波束成形包括較少的組件共享和大LO網(wǎng)絡(luò)。此外，由于多個混頻器而可能難以進(jìn)行偏移校準(zhǔn)。另外，盡管數(shù)字域架構(gòu)可以是多用途的，但是其可能需要快速的數(shù)字信號處理器并且可能呈現(xiàn)高功耗。
[0024]常規(guī)的波束成形系統(tǒng)可對陣列內(nèi)的每一天線需要一對混頻器。例如，具有兩個天線的陣列可需要四個混頻器(即，兩個I濾波器以及兩個Q濾波器)，而具有四個天線的陣列可需要八個混頻器。根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實施例，無論天線路徑的數(shù)目如何，僅需要四個混頻器(即兩對)。此外，可不需要四相LO信號。
[0025]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，對于模擬基帶波束成形:
Γ cos COj O cos 6* -sin Θ I
[0026]Qt _ O sin ωJ sin Θ cos θ Q <⑴
?(I)
[0027]I' = cosr"r/{cosΘ -sin61] ^ 且 ⑵




5
[0028]Q' - sin ^(/[sin Θ cos θ]
Le」。(V
[0029]此外，對于RF基帶波束成形:
Γ ?[Fcosi1-sin ^?Γ /?Γ?1
_] 1_q」=一Is…一 ld[c°s", sin^j5⑷
[0031]Γ = cos^(/[cos^ -sinθ] ^ 且 (5)

廠廠
[0032]Q' = sin w /[sin Θ cos θ]
。 (6)
[0033]此外，對于基帶和RF波束成形兩者相同的輸出信號“信號1!￡4_”等于I' +Q'。相應(yīng)地，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會的，模擬基帶波束成形和RF基帶波束成形各自利用基帶波束成形技術(shù)，并且因此模擬基帶波束成形與RF基帶波束成形相比基本上生成相同的輸出。
[0034]本發(fā)明的示例性實施例包括用于RF基帶波束成形的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。與其中可以使載波信號移位的常規(guī)RF波束成形形成對比，示例性實施例可以提供其中使基帶信號(即，包絡(luò))移位的RF基帶波束成形。
[0035]圖2A解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的設(shè)備150。被配置成用于定向信號傳輸(即，波束成形)的設(shè)備150包括兩個濾波器152、四個混頻器154、八個激勵放大器156、兩個移相器158和兩個功率放大器162。更具體地，在圖2A所解說的示例性實施例中，設(shè)備150包括濾波器152A和152B、混頻器154A-154D、激勵放大器156A_156H、RF移相器158A和158B以及功率放大器162A和162B。注意，設(shè)備150包括兩個天線分支(即，每個功率放大器162A和162B與一天線分支相關(guān)聯(lián))。此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，無論天線分支的數(shù)目是多少，設(shè)備150可僅需要四個混頻器(S卩，混頻器154A-154D)。注意，移相器158A和158B可以各自包括以下描述的移相器之一(即，移相器220、移相器240、移相器250、移相器280或移相器290)。
[0036]在設(shè)備150的構(gòu)想操作期間，可在濾波器152A處接收同相信號(即，信號“Ip”和“In”)，并可在濾波器152B處接收正交信號(即，信號“Qp”和“Qn”)。此外，每一經(jīng)濾波信號(即，經(jīng)濾波信號Ip和In以及經(jīng)濾波信號Qp和Qn)被傳達(dá)給相關(guān)聯(lián)的混頻器(即，混頻器154A-D)，然后被傳達(dá)給相關(guān)聯(lián)的激勵放大器(即，激勵放大器156A-H)。更具體地，同相信號Ip在混頻器154A處與余弦波混頻以生成信號ipcosot，并在混頻器154B處與正弦波混頻以生成ipsincot,其中w是角頻率。此外，同相信號In在混頻器154處與余弦波混頻以生成信號incos ω t,并在混頻器154B處與正弦波混頻以生成insincot。另外，正交信號Qp在混頻器154C處與正弦波混頻以生成信號qpsincot，并在混頻器154D處與余弦波混頻以生成qpcos ω t。此外，同相信號Qn在混頻器154C處與正弦波混頻以生成信號qnsincot,并在混頻器154D處與余弦波混頻以生成qncoscot。
[0037]而且,信號ipcos ω t和incos ω t可被傳達(dá)給激勵放大器156A和激勵放大器156E中的每一者，信號ipsincot和insincot可被傳達(dá)給激勵放大器156B和激勵放大器156F中的每一者，信號cipsincot和qnsincot可被傳達(dá)給激勵放大器156C和激勵放大器156G中的每一者，而信號cipcoscot和qncos ω t可被傳達(dá)給激勵放大器156D和激勵放大器156H
中的每一者。
[0038]此外,每一激勵放大器156的輸出被傳達(dá)給移相器158。注意,激勵放大器156A和激勵放大器156E中的每一者可將一對信號(例如，ipcoscot和incoscot)傳達(dá)給相應(yīng)的移相器158A和158B。此外,激勵放大器156B和激勵放大器156F中的每一者可將一對信號(例如，ipsincot和insincot)傳達(dá)給相應(yīng)的移相器158A和158B。另外，激勵放大器156C和激勵放大器156G中的每一者可將一對信號(例如，cipsincot和qnsincot)傳達(dá)給相應(yīng)的移相器158A和158B。而且,激勵放大器156D和激勵放大器156H中的每一者可將一對信號(例如，qpcos ω t和qncos ω t)傳達(dá)給相應(yīng)的移相器158A和158B。
[0039]在處理接收到的信號之后，如將在以下更詳細(xì)描述的，RF移相器158A和RF移相器158B中的每一者可向相應(yīng)的功率放大器162輸出經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相和正交信號。更具體地，移相器158A可向功率放大器162A傳達(dá)經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相(I' p和I' η)以及正交(Q' ρ和Q1 η)信號，而移相器158Β可向功率放大器162Β傳達(dá)經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相(I' ρ和I' η)以及正交(Q' P和Q' η)信號。
[0040]圖2Β示出了設(shè)備175的實施例的框圖。設(shè)備175可以包括一個或多個天線176。在信號發(fā)射期間，發(fā)射(TX)數(shù)據(jù)處理器178接收和處理數(shù)據(jù)并且生成一個或多個數(shù)據(jù)流。由TX數(shù)據(jù)處理器178進(jìn)行的處理是系統(tǒng)相關(guān)的并且可以包括例如編碼、交織、碼元映射等。對于CDMA系統(tǒng)，處理通常進(jìn)一步包括信道化和擴(kuò)頻。TX數(shù)據(jù)處理器178還將每個數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬基帶信號。發(fā)射機單元180接收和調(diào)理(例如，放大、濾波、和上變頻)來自TX數(shù)據(jù)處理器178的基帶信號并且為用于數(shù)據(jù)發(fā)射的每個天線生成RF輸出信號。RF輸出信號經(jīng)由天線176發(fā)射。在信號接收期間，一個或多個信號可由天線182接收、由接收機單元184調(diào)理和數(shù)字化，并且由RF數(shù)據(jù)處理器186處理?？刂破?88可以指導(dǎo)設(shè)備175內(nèi)的各種處理單元的操作。此外，存儲器單元190可存儲供控制器188用的數(shù)據(jù)和程序代碼。注意，發(fā)射機單元180可以包括圖2A中解說的設(shè)備150。
[0041]圖3解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的RF移相器220。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，移相器220被配置成旋轉(zhuǎn)同相和正交(IQ)數(shù)據(jù)(即，包絡(luò)信號)。此外，注意，對于移相器220執(zhí)行相位旋轉(zhuǎn)而言,不需要載波信號的旋轉(zhuǎn)。移相器220包括多個開關(guān)兀件M1-M40。盡管在圖3中將開關(guān)元件M1-M40解說為晶體管，但是開關(guān)元件M1-M40中的每一者可包括任何已知且合適的開關(guān)元件。注意，“開關(guān)元件”在本文中還可被稱為“開關(guān)”。如圖3中所解說的，開關(guān)元件M1、M4、M18和M20中的每一者具有耦合至節(jié)點A的漏極以及耦合至另一開關(guān)元件的漏極的源極。此外，開關(guān)元件M2、M3、M17和M19中的每一者具有耦合至節(jié)點B的漏極以及耦合至另一開關(guān)元件的漏極的源極。而且，開關(guān)元件M5、M7、M21和M24中的每一者具有耦合至節(jié)點C的漏極以及耦合至另一開關(guān)元件的漏極的源極。另外，開關(guān)元件M6、M8、M22和M23中的每一者具有耦合至節(jié)點D的漏極以及耦合至另一開關(guān)元件的漏極的源極。開關(guān)元件M9-M16以及開關(guān)元件M25-M32中的每一者具有耦合至另一晶體管的源極的漏極，以及耦合至可變電流源(即cos Θ或sin Θ )的源極。
[0042]此外，開關(guān)元件M33和M34具有耦合至節(jié)點A的源極，并且開關(guān)元件M35和M36具有耦合至節(jié)點B的源極。而且，開關(guān)元件M33和M35具有耦合至第一輸出I' P的漏極，并且開關(guān)元件M34和M36具有耦合至第二輸出I' η的漏極。開關(guān)元件M37和Μ38具有耦合至節(jié)點C的源極，并且開關(guān)元件Μ39和Μ40具有耦合至節(jié)點D的源極。而且，開關(guān)元件Μ37和Μ39具有耦合至第三輸出Q' ρ的漏極，并且開關(guān)元件Μ38和Μ40具有耦合至第四輸出Qi η的漏極。
[0043]此外，開關(guān)元件Μ1-Μ8、Μ17-Μ24和Μ33-Μ40各自被配置成在柵極處接收控制信號。更具體地，開關(guān)元件Μ1-Μ8各自被配置成在其各自的柵極處接收第一控制信號(例如，“Q1”)，開關(guān)元件Μ17-Μ24各自被配置成在其各自的柵極處接收第二控制信號(例如，“Q2”)，開關(guān)元件Μ33、Μ36、Μ37和Μ40各自被配置成在其各自的柵極處接收第三控制信號(例如，“\S”)，并且開關(guān)元件M34、M55、M38和M39各自被配置成在其各自的柵極處接收第四控制信號(例如，“S”)。
[0044]另外，開關(guān)元件M9和M25各自被配置成在柵極處接收信號Ipcos ?t，開關(guān)元件MlO和M26各自被配置成在柵極處接收信號Incos ω t，開關(guān)元件Mll和M27各自被配置成在柵極處接收信號qpcos ω t，開關(guān)元件M12和M28各自被配置成在柵極處接收信號qncos ω t，開關(guān)元件M13和M29各自被配置成在柵極處接收信號ipsin ω t，開關(guān)元件M14和M30各自被配置成在柵極處接收信號insin ω t，開關(guān)元件M15和M31各自被配置成在柵極處接收信號qpsinon，并且開關(guān)元件M16和M32各自被配置成在柵極處接收信號qnsinωt。
[0045]如所配置的，移相器220可以提供象限選擇以及信號組合和信號旋轉(zhuǎn)。注意，可以基于期望的移相來選擇一個或多個象限。作為一個示例，如果選擇象限1，則控制信號Ql為高“I”、控制信號Q2為低“O”、控制信號S為低“O”、并且控制信號\S為高“I”。相應(yīng)地，如果選擇象限1，則開關(guān)元件M1-M8、M33、M36、M37和M40處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)元件M17-M24、M34、M35、M38和M39處于非導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸出I' P耦合至節(jié)點A，第二輸出I' η耦合至節(jié)點B，第三輸出Qi ρ耦合至節(jié)點C，并且第四輸出Qi η耦合至節(jié)點D。作為另一個示例，如果選擇象限2，則控制信號Ql為低“O”、控制信號Q2為高“I”、控制信號S為低“O”、并且控制信號\S為高“ I ”。相應(yīng)地，如果選擇象限2，則開關(guān)元件M1-M8、M34、M35、M38和M39處于非導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)元件M17-M24、M33、M36、M37和M40處于導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸出I丨ρ耦合至節(jié)點Α，第二輸出Γ η耦合至節(jié)點B，第三輸出Qi ρ耦合至節(jié)點C，并且第四輸出Qi η耦合至節(jié)點D。
[0046]此外，如果選擇象限3，則控制信號Ql為高“I”、控制信號Q2為低“O”、控制信號S為高“I”、并且控制信號\S為低“O”。相應(yīng)地，如果選擇象限3，則開關(guān)元件M1-M8、M34、M35、M38和M39處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)元件M17-M24、M33、M36、M37和M40處于非導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸出Γ ρ耦合至節(jié)點B，第二輸出Γ η耦合至節(jié)點A，第三輸出Qi ρ耦合至節(jié)點D，并且第四輸出V η耦合至節(jié)點C。而且，如果選擇象限4，則控制信號Ql為低“O”、控制信號Q2為高“I”、控制信號S為高“I”、并且控制信號\S為低“O”。相應(yīng)地，如果選擇象限4，則開關(guān)元件M1-M8、M33、M36、M37和M40處于非導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)元件Ml7-M24、M34、M35、M38和M39處于導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸出I' ρ耦合至節(jié)點B，第二輸出I' η耦合至節(jié)點Α，第三輸出Q, P耦合至節(jié)點D，并且第四輸出Qi η耦合至節(jié)點C。
[0047]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會的，移相器220可以利用兩個數(shù)模(DAC)轉(zhuǎn)換器來生成COS Θ或Sin Θ，其中Θ的范圍從基本上O度到90度。在移相器220的構(gòu)想操作期間，移相可以例如通過使用DAC來生成所需要的幅值按比例縮放為cos Θ或Sin0的移相電流來達(dá)成。此外，開關(guān)元件Ml到M40可被用于信號切換和合并。作為結(jié)果，如上所示，最終輸出是如式(5)和式￠)中所示的經(jīng)相位旋轉(zhuǎn)的信號。
[0048]注意圖3中示出的移相器220可被配置用于高分辨率情形(例如，高于90度)。然而，在一些情形中，可能不需要大于90度的分辨率并且因此可以利用簡化的架構(gòu)。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的另一移相器240。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，移相器240被配置成旋轉(zhuǎn)同相和正交(IQ)數(shù)據(jù)(即，包絡(luò)信號)。此外，注意，對于移相器240執(zhí)行相位旋轉(zhuǎn)而言，不需要載波信號的旋轉(zhuǎn)。盡管移相器240不限于其中期望90度或更小的分辨率的情形，但是移相器240在不需要大于90度的分辨率的情形中提供簡化的電路系統(tǒng)。移相器240包括多個開關(guān)元件M41-M64。如以上參考移相器220注意到的，盡管開關(guān)元件M41-M64在圖4A中被示為晶體管,但開關(guān)元件M41-M64可包括任何合適的開關(guān)元件。如圖4A中所示,開關(guān)元件M41和M46中的每一者具有稱合至節(jié)點E的漏極。另外，開關(guān)元件M42和M45中的每一者具有耦合至節(jié)點F的漏極。而且，開關(guān)元件M43和M47中的每一者具有耦合至節(jié)點G的漏極。另外，開關(guān)元件M44和M48中的每一者具有耦合至節(jié)點H的漏極。而且，開關(guān)元件M41-M48具有耦合至另一晶體管的源極。開關(guān)元件M49-M56中的每一者具有耦合至另一晶體管的源極的漏極和耦合至恒流源的源極。
[0049]開關(guān)元件M57和M58具有耦合至節(jié)點E的源極，并且開關(guān)元件M59和M60具有耦合至節(jié)點F的源極。此外，開關(guān)元件M57和M59具有耦合至第一輸出I' ρ的漏極，并且開關(guān)元件Μ58和Μ60具有耦合至第二輸出I' η的漏極。開關(guān)元件Μ61和Μ62具有耦合至節(jié)點G的源極，并且開關(guān)元件Μ63和Μ64具有耦合至節(jié)點H的源極。而且，開關(guān)元件Μ61和Μ63具有耦合至第三輸出V P的漏極，并且開關(guān)元件Μ62和Μ64具有耦合至第四輸出Qi η的漏極。
[0050]此外，開關(guān)元件Μ41-Μ48和Μ57-Μ64各自被配置成在柵極處接收控制信號。更具體地，開關(guān)元件Μ41、Μ42、Μ47和Μ48被配置成在其各自的柵極處接收第一控制信號(例如，“Q1”)，開關(guān)元件Μ43-Μ46被配置成在其各自的柵極處接收第二控制信號(例如，“Q2”)，開關(guān)元件Μ57、Μ60、Μ61和Μ64被配置成在其各自的柵極處接收第三控制信號(例如，“\S”)，并且開關(guān)元件M58、M59、M62和M63被配置成在其各自的柵極處接收第四控制信號(例如，“S，，)。
[0051]另外，開關(guān)元件M49被配置成在柵極處接收信號ipcos ω t，開關(guān)元件M50被配置成在柵極處接收信號incos ω t，開關(guān)元件M51被配置成在柵極處接收信號ipsin ω t，開關(guān)元件M52被配置成在柵極處接收信號insin ω t，開關(guān)元件M53被配置成在柵極處接收信號qpcos ω t,開關(guān)元件M54被配置成在柵極處接收信號qncos ω t,開關(guān)元件M55被配置成在柵極處接收信號qpsincot,并且開關(guān)元件M56被配置成在柵極處接收信號qnsin ω?。
[0052]如所配置的，移相器240可以實現(xiàn)象限選擇以及提供信號組合和旋轉(zhuǎn)。注意，可以基于期望的移相來選擇一個或多個象限。作為一個示例，如果選擇象限1，則控制信號Ql為高“I”、控制信號Q2為低“O”、控制信號S為低“O”、并且控制信號\S為高“I”。相應(yīng)地，如果選擇象限1，則開關(guān)元件M41、M42、M47、M48、M57、M60、M61和M64處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)元件皿43^46^58^59^62和163處于非導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸出Γ ρ耦合至節(jié)點E，第二輸出Γ η耦合至節(jié)點F，第三輸出Qi ρ耦合至節(jié)點G，并且第四輸出Qi η耦合至節(jié)點H。作為另一個示例，如果選擇象限2，則控制信號Ql為低“O”、控制信號Q2為高“I”、控制信號S為低“O”、并且控制信號\S為高“I”。相應(yīng)地，如果選擇象限2，則開關(guān)元件M41、M42、M47、M48、M57、M60、M61和M64處于非導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)元件M43_M46、M58、M59、M62和M63處于導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸出Γ ρ耦合至節(jié)點A，第二輸出Γ η耦合至節(jié)點B，第三輸出Qi ρ耦合至節(jié)點C，并且第四輸出Qi η耦合至節(jié)點D。
[0053]此外，如果選擇象限3，則控制信號Ql為高“I”、控制信號Q2為低“O”、控制信號S為高“I”、并且控制信號\s為低“O”。相應(yīng)地，如果選擇象限3，則開關(guān)元件M41、M42、M47、M48、M58、M59、M62和M63處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)元件M43_M46、M57、M60、M61和M64處于非導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸出Γ ρ耦合至節(jié)點F，第二輸出Γ η耦合至節(jié)點E，第三輸出Qi ρ耦合至節(jié)點H，并且第四輸出Q' η耦合至節(jié)點G。而且，如果選擇象限4，則控制信號Ql為低“O”、控制信號Q2為高“I”、控制信號S為高“I”、并且控制信號\S為低“O”。相應(yīng)地，如果選擇象限4，則開關(guān)元件]?41、]\142、]\147、]\148、]\157、]\160、]\161和M64處于非導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)元件M43-M46、M58、M59、M62和M63處于導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸出I，ρ耦合至節(jié)點F，第二輸出I，η耦合至節(jié)點Ε，第三輸出Qi ρ耦合至節(jié)點H，并且第四輸出Qi η耦合至節(jié)點G。
[0054]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，圖4Α解說了具有電壓輸入的移相器。圖4Β解說了移相器250，除了移相器250包括電流輸入而非電壓輸入以外，移相器250類似于圖4Α中解說的移相器240。
[0055]圖5A是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的另一移相器280。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，移相器280被配置成旋轉(zhuǎn)同相和正交(IQ)數(shù)據(jù)(即，包絡(luò)信號)。此外，注意，對于移相器280執(zhí)行相位旋轉(zhuǎn)而言，不需要載波信號的旋轉(zhuǎn)。盡管移相器280不限于其中期望90度或更小的分辨率的情形，但是移相器280在不需要大于90度的分辨率的情形中提供簡化的電路系統(tǒng)。移相器280包括多個開關(guān)兀件M65-M88。如以上參考移相器220和移相器240注意到的，盡管開關(guān)元件M65-M88在圖5A中被示為晶體管，但開關(guān)元件M65-M88可包括任何合適的開關(guān)元件。如圖5A中所解說的，開關(guān)元件M66、M68、M73和M75中的每一者具有耦合至節(jié)點N的漏極，該節(jié)點N耦合至輸出Γ ρ。此外，開關(guān)元件M65、M67、M74和M76中的每一者具有耦合至節(jié)點P的漏極，該節(jié)點P耦合至輸出I’ η。另外，開關(guān)元件Μ70、Μ72、Μ78和Μ80中的每一者具有耦合至節(jié)點R的漏極，該節(jié)點R耦合至輸出GT P。另外，開關(guān)元件Μ69、Μ71、Μ77和Μ79中的每一者具有耦合至節(jié)點S的漏極，該節(jié)點S耦合至輸出Qi η。而且，開關(guān)元件Μ65-Μ80具有耦合至另一晶體管的源極。開關(guān)元件Μ81-Μ88中的每一者具有耦合至另一晶體管的源極的漏極和耦合至恒流源的源極。
[0056]此外，開關(guān)元件Μ65-Μ80中的每一者被配置成在柵極處接收控制信號。更具體地，開關(guān)元件Μ66、Μ67、Μ78和Μ79被配置成在其各自的柵極處接收第一控制信號(例如，“Q1” )，開關(guān)元件Μ70、Μ71、Μ74和Μ75被配置成在其各自的柵極處接收第二控制信號(例如，“Q2”)，開關(guān)元件Μ65、Μ68、Μ77和Μ80被配置成在其各自的柵極處接收第三控制信號(例如，“ Q3 ”)，并且開關(guān)元件Μ69、Μ72、Μ73和Μ76被配置成在其各自柵極處接收第四控制信號(例如，“Q4”)。
[0057]另外，開關(guān)元件Μ81被配置成在柵極處接收信號ipcos ω t，開關(guān)元件M82被配置成在柵極處接收信號incos ω t，開關(guān)元件M83被配置成在柵極處接收信號ipsin ω t，開關(guān)元件M84被配置成在柵極處接收信號insin ω t，開關(guān)元件M85被配置成在柵極處接收信號qpcos ω t,開關(guān)元件M86被配置成在柵極處接收信號qncos ω t,開關(guān)元件M87被配置成在柵極處接收信號qpsincot,并且開關(guān)元件M88被配置成在柵極處接收信號qnsin ω?。
[0058]如所配置的，移相器280可以實現(xiàn)象限選擇以及提供信號組合和旋轉(zhuǎn)。注意，可以基于期望的移相來選擇一個或多個象限。作為一個示例，如果選擇象限1，則控制信號Ql為高“1”，并且控制信號Q2、Q3和Q4中的每一者均為低“O”。相應(yīng)地，如果選擇象限1，則開關(guān)元件Μ66、Μ67、Μ78和Μ79處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且開關(guān)元件Μ65、Μ68_Μ77和Μ80處于非導(dǎo)通狀態(tài)。作為另一示例，如果選擇象限2，則控制信號Ql、Q3和Q4各自為低“O”并且控制信號Q2為高“ I ”。相應(yīng)地，如果選擇象限2，則開關(guān)元件Μ70、Μ71、Μ74和Μ75處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且開關(guān)元件Μ65-Μ69、Μ72、Μ73和Μ76-Μ80處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
[0059]此外，如果選擇象限3，則控制信號Ql為高“I”、控制信號Q2為低“O”、控制信號S為高“I”、并且控制信號\S為低“O”。相應(yīng)地，如果選擇象限3，則開關(guān)元件M65、M68、M77和M80處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且開關(guān)元件M66、M67、M69-M76、M78和M79處于非導(dǎo)通狀態(tài)。而且，如果選擇象限4，則控制信號Ql為低“O”、控制信號Q2為高“I”、控制信號S為高“I”、并且控制信號\S為低“O”。相應(yīng)地，如果選擇象限4，則開關(guān)元件M65-M68、M70、M71、M74、M75、M77-M80處于非導(dǎo)通狀態(tài)，并且開關(guān)元件M69、M72、M73和M76處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0060]移相器240和移相器280是其中相位分辨率基本為90度或更小的特例。在此條件下，在O度處，I = I’并且Q = Q’ ；在90度處，I’ = -Q并且Q’ = I ;在180度處，I’=-1并且9’ =-Q ;以及在270度處，I’ =0并且0’ =-1。作為結(jié)果，準(zhǔn)確的DAC用于生成 cos 和 sin 的經(jīng)縮放電流，因為 sin (90)、sin (180)、sin (O)、sin (360)、cos (90)、cos (0)、cos (180)和cos (270)等于0、1或-1。由于僅需要0、1或_1，因而移相規(guī)程較簡單，這是因為僅需要一個步驟。取決于期望象限(即，期望相移)，可以選擇Q1、Q2、Q3或Q4。最終輸出是如以上所示的式(5)和式￠)中所示的經(jīng)相位旋轉(zhuǎn)的信號。注意，在某些情形中，可以啟動兩個象限信號以達(dá)成基本上45度。例如，Ql = O度，Q2 = 90度，Q3 = 180度，并且Q4 = 270度。另外，如果Ql和Q2兩者均導(dǎo)通，則可以達(dá)成基本上45度。如果Q2和Q3兩者均導(dǎo)通，則可以達(dá)成基本上135度。而且，如果Q3和Q4兩者均導(dǎo)通，則可以達(dá)成基本上225度。另外，如果Q4和Ql兩者均導(dǎo)通，則可以達(dá)成基本上315度。
[0061]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會的，圖5A解說了具有電壓輸入的移相器。圖5B解說了移相器290，除了移相器290包括電流輸入而非電壓輸入以外，移相器290類似于圖5A中解說的移相器280。
[0062]圖6是描繪同相和正交數(shù)據(jù)在被旋轉(zhuǎn)之前的標(biāo)繪。圖7是描繪圖6的同相和正交數(shù)據(jù)在被旋轉(zhuǎn)90度之后的標(biāo)繪。
[0063]圖8是解說根據(jù)一個或多個示例性實施例的方法400的流程圖。方法400可包括在RF相位旋轉(zhuǎn)器處接收正交信號和同相信號中的至少一者(由標(biāo)號402描繪)。方法400還可以包括旋轉(zhuǎn)正交信號和同相信號中的該至少一者的包絡(luò)以生成經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號和經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號中的至少一者(由標(biāo)號404描繪)。
[0064]圖9是解說根據(jù)一個或多個示例性實施例的另一方法450的流程圖。方法450將正交信號和同相信號中的至少一者下變頻到基帶(由標(biāo)號452描繪)。此外，方法450可以包括在基帶處對正交信號和同相信號中的該至少一者進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)以生成經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號和經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號中的至少一者(由標(biāo)號454描繪)。
[0065]如本文中描述的示例性實施例可以適于各種調(diào)制技術(shù)，包括但不限于QPSK、16-QAM和64-QAM。此外，如上注意到，本發(fā)明的各實施例可被配置成無論天線數(shù)目是多少均使用兩對開關(guān)，利用開關(guān)來執(zhí)行信號組合和相位旋轉(zhuǎn)，并在高分辨率情形中利用DAC來生成sin Θ和C0s Θ。相應(yīng)地，與常規(guī)波束成形相比，可減少混頻器數(shù)目，從而可簡化同相和正交校準(zhǔn)。此外，與常規(guī)系統(tǒng)相比，本發(fā)明的示例性實施例可減少所需面積和功率，并增強線性度和帶寬。另外，注意，本發(fā)明的示例性實施例可提供同相和正交數(shù)據(jù)(例如，包絡(luò)信號)而非如常規(guī)系統(tǒng)中進(jìn)行的載波信號的旋轉(zhuǎn)。
[0066]本領(lǐng)域技術(shù)人員將可理解，信息和信號可使用各種不同技術(shù)和技藝中的任何一種來表示。例如，以上描述通篇可能引述的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位(比特)、碼元、和碼片可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光學(xué)粒子、或其任何組合來表示。
[0067]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步領(lǐng)會，結(jié)合本文中所公開的示例性實施例來描述的各種說明性邏輯框、模塊、電路、和算法步驟可以實現(xiàn)為電子硬件、計算機軟件、或兩者的組合。為清楚地解說硬件與軟件的這一可互換性，各種解說性組件、塊、模塊、電路、和步驟在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此類功能性是被實現(xiàn)為硬件還是軟件取決于具體應(yīng)用和施加于整體系統(tǒng)的設(shè)計約束。技術(shù)人員可針對每種特定應(yīng)用以不同方式來實現(xiàn)所描述的功能性，但此類實現(xiàn)決策不應(yīng)被解讀為致使脫離本發(fā)明的示例性實施例的范圍。
[0068]結(jié)合本文中公開的示例性實施例描述的各種示例性邏輯框、模塊、以及電路可用設(shè)計成執(zhí)行本文中描述的功能的通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其任何組合來實現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，該處理器可以是任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器、或狀態(tài)機。處理器還可以被實現(xiàn)為計算設(shè)備的組合，例如DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協(xié)同的一個或多個微處理器、或任何其它此類配置。
[0069]在一個或多個示例性實施例中，所描述的功能可在硬件、軟件、固件或其任何組合中實現(xiàn)。如果在軟件中實現(xiàn)，則各功能可作為一條或多條指令或代碼存儲在計算機可讀介質(zhì)上或藉其進(jìn)行傳送。計算機可讀介質(zhì)包括計算機存儲介質(zhì)和通信介質(zhì)兩者，其包括促成計算機程序從一地向另一地轉(zhuǎn)移的任何介質(zhì)。存儲介質(zhì)可以是能被計算機訪問的任何可用介質(zhì)。作為示例而非限定，這樣的計算機可讀介質(zhì)可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲、磁盤存儲或其它磁存儲設(shè)備、或能被用來攜帶或存儲指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望程序代碼且能被計算機訪問的任何其它介質(zhì)。任何連接也被正當(dāng)?shù)胤Q為計算機可讀介質(zhì)。例如，如果軟件是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術(shù)從web網(wǎng)站、服務(wù)器、或其它遠(yuǎn)程源傳送而來，則該同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術(shù)就被包括在介質(zhì)的定義之中。如本文中所使用的盤(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(CD)、激光碟、光碟、數(shù)字多用碟(DVD)、軟盤和藍(lán)光碟，其中盤常常磁性地再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而碟用激光光學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)。以上組合也應(yīng)被包括在計算機可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。
[0070]提供前面對所公開的示例性實施例的描述是為了使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員皆能制作或使用本發(fā)明。對這些示例性實施例的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的，并且本文中定義的一般原理可被應(yīng)用于其他實施例而不會脫離本發(fā)明的精神或范圍。由此，本發(fā)明并非旨在被限定于本文中所示出的這些示例性實施例，而是應(yīng)被授予與本文中公開的原理和新穎性特征一致的最寬泛的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，包括: 多個混頻器，每一混頻器被配置成傳達(dá)正交信號和同相信號中的至少一者；以及至少一個RF相位旋轉(zhuǎn)器，所述RF相位旋轉(zhuǎn)器耦合至所述多個混頻器中每一個混頻器的輸出，并被配置成旋轉(zhuǎn)所述正交信號和所述同相信號中的所述至少一者的包絡(luò)以生成經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號和經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號中的至少一者。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個混頻器包括四個混頻器。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括多個濾波器，所述多個濾波器中的每一濾波器耦合至所述多個混頻器中的兩個混頻器。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括多個激勵放大器，所述多個激勵放大器耦合至所述至少一個RF相位旋轉(zhuǎn)器中的一 RF相位旋轉(zhuǎn)器。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個RF相位旋轉(zhuǎn)器中的每一RF相位旋轉(zhuǎn)器與天線路徑相關(guān)聯(lián)。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個RF相位旋轉(zhuǎn)器中的每一RF相位旋轉(zhuǎn)器包括: 用于接收多個輸入信號的第一多個開關(guān)；以及 用于選擇期望象限的第二多個開關(guān)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，還包括用于生成輸出的第三多個開關(guān)。
8.—種設(shè)備,包括: 多個混頻器，每一混頻器被配置成接收正交信號和同相信號中的至少一者；以及至少一個RF相位旋轉(zhuǎn)器，所述RF相位旋轉(zhuǎn)器耦合至所述多個混頻器中每一個混頻器的輸出，并被配置成旋轉(zhuǎn)所述正交信號和所述同相信號中的所述至少一者的包絡(luò)以生成經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號和經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號中的至少一者，所述至少一個RF相位旋轉(zhuǎn)器中的每一 RF相位旋轉(zhuǎn)器包括: 用于接收多個輸入信號的第一多個開關(guān)；以及 用于選擇期望象限的第二多個開關(guān)。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個混頻器包括四個混頻器。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述相位旋轉(zhuǎn)器還包括耦合至所述第一多個開關(guān)的恒流源和可變電流源之一。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一多個開關(guān)和所述第二多個開關(guān)中的每一開關(guān)包括晶體管。
12.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個RF相位旋轉(zhuǎn)器中的每一RF相位旋轉(zhuǎn)器與天線路徑相關(guān)聯(lián)。
13.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二多個開關(guān)中的每一開關(guān)耦合至數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
14.一種RF相位旋轉(zhuǎn)設(shè)備，包括: 被配置成用于象限選擇的多個開關(guān)；以及 多個輸入端，所述多個開關(guān)中的每一開關(guān)耦合在所述多個輸入端中的一輸入端與多個輸出端中的一輸出端之間； 所述相位旋轉(zhuǎn)設(shè)備被配置成旋轉(zhuǎn)正交信號和同相信號中的至少一者的包絡(luò)。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，還包括用于接收多個輸入信號的第二多個開關(guān)。
16.—種方法,包括: 在RF相位旋轉(zhuǎn)器處接收正交信號和同相信號中的至少一者；以及 旋轉(zhuǎn)所述正交信號和所述同相信號中的所述至少一者的包絡(luò)以生成經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號和經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號中的至少一者。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括向一個或多個開關(guān)傳達(dá)控制信號以選擇期望象限。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)包括用所述RF相位旋轉(zhuǎn)器來改變電流源。
19.一種方法,包括: 將正交信號和同相信號中的至少一者下變頻至基帶；以及 在基帶處旋轉(zhuǎn)正交信號和同相信號中的所述至少一者以生成經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號和經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號中的至少一者。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)包括向多個開關(guān)中的至少一個開關(guān)傳達(dá)信號以選擇期望象限。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括向多個開關(guān)中的一開關(guān)傳達(dá)經(jīng)下變頻的正交信號和經(jīng)下變頻的同相信號中的至少一者。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)包括向多個開關(guān)中的至少一個開關(guān)傳達(dá)控制信號以選擇包括所述經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號或所述經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號的一個或多個輸出信號。
23.—種設(shè)備,包括: 用于在RF相位旋轉(zhuǎn)器處接收正交信號和同相信號中的至少一者的裝置；以及 用于旋轉(zhuǎn)所述正交信號和所述同相信號中的所述至少一者的包絡(luò)以生成經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號和經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號中的至少一者的裝置。
24.一種設(shè)備，包括: 用于將正交信號和同相信號中的至少一者下變頻至基帶的裝置；以及 用于旋轉(zhuǎn)正交信號和同相信號中的所述至少一者的包絡(luò)以生成經(jīng)旋轉(zhuǎn)的正交信號和經(jīng)旋轉(zhuǎn)的同相信號中的至少一者的裝置。
【文檔編號】H03H11/02GK104137334SQ201380010840
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月27日
【發(fā)明者】S·林 申請人:高通股份有限公司