專利名稱：多天線收發(fā)器和其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及無線通信。更具體的是，本發(fā)明涉及一種多天線 (multiple-antenna)收發(fā)器和其操作方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)采用射頻(RF)發(fā)射器產(chǎn)生輸出信號(hào)以應(yīng)用于其間間隔一段距離的電臺(tái)之間的通信天線。在移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)站可能是一個(gè)移動(dòng)站(MQ，而另一站可能是一個(gè)基站(BQ。隨著移動(dòng)站在整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，由于許多的環(huán)境因素，移動(dòng)站和基站之間的路徑損耗發(fā)生變化，這些環(huán)境因素包括站之間距離的變化以及環(huán)境中產(chǎn)生阻塞或者衰減從一個(gè)站發(fā)射到另一個(gè)站的信號(hào)的物體的存在。為了確保網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)需要克服的基站和移動(dòng)站之間的路徑損耗，基站指示移動(dòng)站增加或減少其發(fā)射功率，使基站隨著信道條件的變化連續(xù)的接收移動(dòng)站信號(hào)。 在基站上，移動(dòng)站必須保持一定的信號(hào)強(qiáng)度，以免抑制其發(fā)射信號(hào)的檢測(cè)。在一些基站的臨界距離上，依賴移動(dòng)站和基站之間詳細(xì)的物理環(huán)境，移動(dòng)站將不再能夠增加其輸出功率以維持所需的信號(hào)強(qiáng)度。在這一點(diǎn)上，除非基站能夠借助鄰近的基站與移動(dòng)站進(jìn)行通信，否則移動(dòng)站和基站之間的通信不能再保持，連接也將丟失。因此，移動(dòng)站的最大輸出功率能力 (themaximum output power capability)是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，最終確定了移動(dòng)站和基站可以通信的預(yù)期距離，從而確定了在一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中提供可靠地覆蓋必須所需要的基站站點(diǎn)的距離以及數(shù)量。然而，基站站點(diǎn)的數(shù)量越大，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的成本越大。因此，有必要擴(kuò)大移動(dòng)站輸出功率能力，以最少的基站站點(diǎn)數(shù)量確?？煽康母采w范圍。因此，移動(dòng)站中的一個(gè)重要組成部分，是用來向基站發(fā)射信號(hào)的功率放大器。功率放大器通常有最大輸出功率等級(jí)。一種實(shí)現(xiàn)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(shí)存在于無線介質(zhì)中的惡劣環(huán)境。然而，配備具有大功率的放大器的移動(dòng)站并不總是可行的，有以下幾個(gè)原因 (一)有可供設(shè)備消耗的總功率的限制；(二)大功率放大器可能會(huì)導(dǎo)致過熱，然后變得無效；(三)大功率的放大器可能是昂貴的；(四)大功率放大器可能由于過大而不適合有尺寸限制的小移動(dòng)終端。在努力增加移動(dòng)站的輸出功率而不是增加現(xiàn)有的放大器的功率時(shí)，結(jié)合一個(gè)或多個(gè)低功率放大器有時(shí)是經(jīng)濟(jì)的而且有效的。結(jié)合多個(gè)放大器的輸出可能會(huì)產(chǎn)生額外的優(yōu)勢(shì)，包括單一空間流或多元化空間流的發(fā)射能力。提供一種優(yōu)化用戶站收發(fā)器的多功率放大器的發(fā)射功率的方法是可取的，所述用戶站收發(fā)器包括多天線。

發(fā)明內(nèi)容
一種實(shí)施例，包括多天線收發(fā)器。所述多天線收發(fā)器包括具有多個(gè)第一端口和多個(gè)第二端口的多端口網(wǎng)絡(luò)，其中，至少一個(gè)所述的第二端口響應(yīng)至少兩個(gè)所述第一端口。所述多天線收發(fā)器還包含多個(gè)天線，每個(gè)天線連接到第二端口。另一種實(shí)施例，包括多天線用戶(subscriber)單元。另一種實(shí)施例，包括操作包含多端口網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)器的方法。該方法包括將多個(gè)發(fā)射信號(hào)耦合到多端口網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)第一端口，以及多個(gè)天線，每個(gè)天線耦合到所述多端口網(wǎng)絡(luò)的第二端口，其中，至少一個(gè)所述的第二端口響應(yīng)至少兩個(gè)所述第一端口。根據(jù)一個(gè)方面，一種多天線用戶單元架構(gòu)(architecture)包括具有多個(gè)第一端口和多個(gè)第二端口的多端口網(wǎng)絡(luò)，其中，至少一個(gè)所述的第二端口響應(yīng)至少兩個(gè)所述的第一端口；多個(gè)天線，每個(gè)天線連接到第二端口。根據(jù)另一個(gè)方面，一種操作包括多端口網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)器的方法，包括耦合多個(gè)發(fā)射信號(hào)到所述多端口網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)第一端口 ；耦合所述多端口網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)第二端口到多個(gè)天線；其中，至少一個(gè)的所述第二端口響應(yīng)至少兩個(gè)的所述第一端口。優(yōu)選的，所述方法進(jìn)一步包括，至少部分的基于表征的接收信號(hào)，通過控制經(jīng)過所述多端口網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)的發(fā)射信號(hào)的至少一個(gè)相位和振幅，設(shè)置多個(gè)發(fā)射信號(hào)中的至少一個(gè)相位和振幅以形成至少一個(gè)輸出發(fā)射信號(hào)。優(yōu)選的，所述方法進(jìn)一步包括耦合多個(gè)輸出功率放大器到所述多端口網(wǎng)絡(luò)的所述
第一端口。優(yōu)選的，所述方法進(jìn)一步包括設(shè)置多個(gè)發(fā)射信號(hào)的相位關(guān)系以定向大部分 (majority)發(fā)射信號(hào)功率到多天線選定子集。 優(yōu)選的，所述方法進(jìn)一步包括通過定向耦合器定向地耦合發(fā)射信號(hào)，其中，通過所述定向耦合器，天線連接到多個(gè)第二端口中對(duì)應(yīng)的一個(gè)。優(yōu)選的，所述方法進(jìn)一步包括連接到發(fā)射信號(hào)處理電路的定向耦合器的耦合輸出，基于所述耦合輸出的耦合信號(hào)，發(fā)射信號(hào)處理電路調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)的相位和振幅的至少一個(gè)。優(yōu)選的，所述方法進(jìn)一步包括通過定向耦合器定向地耦合發(fā)射信號(hào)，其中通過所述定向耦合器，功率放大器連接到所述多個(gè)第一端口中對(duì)應(yīng)的一個(gè)。優(yōu)選的，所述方法進(jìn)一步包括連接到發(fā)射信號(hào)處理電路的定向耦合器的耦合輸出，基于所述耦合輸出的耦合信號(hào)，發(fā)射信號(hào)處理電路調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)的相位和振幅的至少一個(gè)。從接下來的詳細(xì)描述中，所述實(shí)施例的其他方面和優(yōu)勢(shì)是顯而易見的，結(jié)合附圖， 通過舉例的方式說明所述實(shí)施例的原理。


圖1顯示了包括多端口網(wǎng)絡(luò)和多天線的收發(fā)器的實(shí)施例的框圖；圖2顯示了多端口網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例；圖3顯示了包括多個(gè)功率放大器、多端口網(wǎng)絡(luò)以及多天線的實(shí)施例的框圖；圖4顯示了包括多個(gè)功率放大器、多端口網(wǎng)絡(luò)、多天線以及發(fā)射信號(hào)相位和/或幅度調(diào)節(jié)電路一種實(shí)施例的框4
圖5顯示了收發(fā)器的實(shí)施例的框圖，所述實(shí)施例包括多個(gè)功率放大器、多端口網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射/接收開關(guān)、低噪聲放大器、以及多天線；圖6顯示了收發(fā)器的實(shí)施例的框圖，所述實(shí)施例包括多個(gè)功率放大器、定向耦合器、多端口網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射/接收開關(guān)、低噪聲放大器、以及多天線；圖7顯示了收發(fā)器的實(shí)施例的框圖，所述實(shí)施例包括多個(gè)功率放大器、多端口網(wǎng)絡(luò)、定向耦合器、發(fā)射/接收開關(guān)、低噪聲放大器、以及多天線；圖8顯示了收發(fā)器的另一實(shí)施例的框圖，所述實(shí)施例包括多個(gè)功率放大器、發(fā)射/ 接收開關(guān)、低噪聲放大器、定向耦合器、多端口網(wǎng)絡(luò)、以及多天線；圖9顯示了收發(fā)器的另一實(shí)施例的框圖，所述實(shí)施例包括多個(gè)功率放大器、多端口網(wǎng)絡(luò)、定向耦合器、發(fā)射/接收開關(guān)、低噪聲放大器、以及多天線；圖10顯示了收發(fā)器的一實(shí)施例的框圖，所述實(shí)施例包括發(fā)射和接收信號(hào)處理、多個(gè)功率放大器、定向耦合器、多端口網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射/接收開關(guān)、低噪聲放大器、以及多天線；圖11顯示了一實(shí)施例的框圖，所述實(shí)施例包括多個(gè)功率放大器，多端口網(wǎng)絡(luò)，以及兩個(gè)以上的天線；圖12顯示了一實(shí)施例的框圖，所述實(shí)施例采用多個(gè)功率放大器和多個(gè)正交混合華禹合器；圖13顯示了操作放大器的方法的實(shí)施例的步驟的流程圖，所述實(shí)施例包括多端口網(wǎng)絡(luò)。
具體實(shí)施例所述實(shí)施例包括收發(fā)器架構(gòu)的系統(tǒng)、方法以及裝置，所述收發(fā)器架構(gòu)包括多端口網(wǎng)絡(luò)和多天線。圖1顯示了包括多端口網(wǎng)絡(luò)110以及多天線的收發(fā)器架構(gòu)的實(shí)施例的框圖。所述多天線包括天線1到天線M。如圖所示，多端口網(wǎng)絡(luò)包括N個(gè)輸入端口和M個(gè)輸出端口。每一天線M連接到多端口網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立的輸出。發(fā)射時(shí)，N個(gè)輸入端口的每一個(gè)均由相應(yīng)的發(fā)射信號(hào)所驅(qū)動(dòng)。正如將要描述的，發(fā)射信號(hào)可以在輸入至多端口網(wǎng)絡(luò)前進(jìn)行預(yù)處理，其中所述預(yù)處理調(diào)節(jié)所述發(fā)射信號(hào)的振幅和/或相位。雖然多端口網(wǎng)絡(luò)110被描述成有N個(gè)輸入和M個(gè)輸出，但是可以利用所述輸入和輸出的任何子集。在此，術(shù)語(yǔ)輸入和輸出是用于闡明多端口網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作?？梢岳斫獾?，多端口網(wǎng)絡(luò)是一種雙向設(shè)備；此屬性將被顯然地用于圖8 的討論中。在圖1中，所述端口更一般地標(biāo)記為第一端口和第二端口。散射參數(shù)(S參數(shù))描述了一個(gè)線性電網(wǎng)的輸出與輸入的振幅比。S-參數(shù)是隨頻率變化的無量綱(unit-less)復(fù)數(shù)，可以代表增益和相位。描述N端口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)矩陣是一個(gè)η維方陣。二端口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)矩陣一般用來描述反射、入射功率波之間的關(guān)系，根據(jù)°n S'2 II 在此，QjPGi2 為輸出，I1 和 I2 為輸入，
_ 2」 L 21 ^22 J L 2_相當(dāng)于,Q1 = S11IJS12I2和O2 = S21I^S22I2O多端口網(wǎng)絡(luò)110的傳遞函數(shù)可以用S 參數(shù)矩陣表示。圖2顯示了多端口網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例，所述多端口網(wǎng)絡(luò)通常被稱為90度混合耦合器。對(duì)于該典型實(shí)施例，考慮將端口 1和端口 2作為輸入，將端口 3和端口 4作為輸出。使用所述的電氣長(zhǎng)度(electrical lengths)和阻抗特性的發(fā)射線(transmission lines)，可實(shí)現(xiàn)
90度混合耦合器210。在此，Ztl表示的阻抗特性，通常為50歐姆是在發(fā)射中心頻率的四
4
分之一波長(zhǎng)線。90度混合耦合器的標(biāo)稱散射參數(shù)，由下式給出
權(quán)利要求
1.一種多天線收發(fā)器，其特征在于，包括；具有多個(gè)第一端口和多個(gè)第二端口的多端口網(wǎng)絡(luò)，其中，至少一個(gè)所述第二端口響應(yīng)至少兩個(gè)所述第一端口；多個(gè)天線，每個(gè)天線連接到第二端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多天線收發(fā)器，其特征在于，多個(gè)發(fā)射信號(hào)耦合至所述多個(gè)第一端口，且所述多天線收發(fā)器進(jìn)一步包括發(fā)射信號(hào)處理電路，所述發(fā)射信號(hào)處理電路用于調(diào)節(jié)所述多個(gè)發(fā)射信號(hào)的振幅和相位中的至少一個(gè)以用于形成來自多天線的至少一個(gè)輸出發(fā)射信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多天線收發(fā)器，其特征在于，包括多個(gè)功率放大器，其中每個(gè)功率放大器連接所述第一端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述多天線收發(fā)器，其特征在于，發(fā)射信號(hào)耦合至所述多個(gè)第一端口，且所述多天線收發(fā)器進(jìn)一步包括發(fā)射信號(hào)處理電路，所述發(fā)射信號(hào)處理電路用于設(shè)置多個(gè)發(fā)射信號(hào)的相位關(guān)系以定向大部分發(fā)射信號(hào)功率至所述多個(gè)天線中的選定子集。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述多天線收發(fā)器，其特征在于，發(fā)射信號(hào)耦合至所述多個(gè)第一端口，且所述多天線收發(fā)器進(jìn)一步發(fā)射信號(hào)處理電路，所述發(fā)射信號(hào)處理電路用于設(shè)置多個(gè)發(fā)射信號(hào)的相位和振幅關(guān)系以定向大部分發(fā)射信號(hào)功率至所述多個(gè)天線中的選定子集。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述多天線收發(fā)器，其特征在于，包括第二多端口網(wǎng)絡(luò)，所述第二多端口網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)第一端口和多個(gè)第二端口，其中所述第二多端口網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)所述第二端口響應(yīng)至少兩個(gè)所述第二多端口網(wǎng)絡(luò)的第一端口，第二多端口網(wǎng)絡(luò)的所述第二端口連接所述功率放大器的輸入。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述多天線收發(fā)器，其特征在于，包括定向耦合器，其中天線通過所述定向耦合器連接至對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述多個(gè)第二端口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述多天線收發(fā)器，其特征在于，包括定向耦合器的耦合輸出，所述定向耦合器連接發(fā)射信號(hào)處理電路，基于所述耦合輸出的耦合信號(hào)，發(fā)射信號(hào)處理電路用于調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)的相位和振幅的至少一個(gè)。
9.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述多天線收發(fā)器，其特征在于，包括基于發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)域分工定時(shí)的所述開關(guān)的定時(shí)控制，和/或，包括一設(shè)備，所述設(shè)備通過所述多個(gè)第二端口接收信號(hào)，表征所述接收信號(hào)， 以及至少部分的基于表征的接收信號(hào)，通過控制經(jīng)過所述多端口網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)的發(fā)射信號(hào)的相位和振幅的至少一個(gè)以形成所述至少一個(gè)輸出發(fā)射信號(hào)。
10.一種操作包括多端口網(wǎng)絡(luò)的多天線收發(fā)器的方法，其特征在于，包括；耦合多個(gè)發(fā)射信號(hào)到所述多端口網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)第一端口；耦合所述多端口網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)第二端口到多個(gè)天線；其中，至少一個(gè)的所述第二端口響應(yīng)至少兩個(gè)所述第一端口。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于多天線接收器的實(shí)施例。多天線接收器的一實(shí)施例包括具有多個(gè)第一端口和多個(gè)第二端口的多端口網(wǎng)絡(luò)。其中，至少一個(gè)所述的第二端口響應(yīng)至少兩個(gè)所述第一端口。所述多天線接收器還包括多個(gè)天線，每個(gè)天線連接到第二端口。本發(fā)明還公開了操作上述包括多端口網(wǎng)絡(luò)的多天線收發(fā)器的方法。
文檔編號(hào)H04B1/40GK102480315SQ201110371690
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者羅伯特·G·洛倫茲, 貝特朗·M·何沃爾 申請(qǐng)人:美國(guó)博通公司