專利名稱：使用天線陣列產(chǎn)生全向發(fā)射的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線通信，更具體來說，涉及天線發(fā)射。
技術(shù)背景采用射束形成技術(shù)的常規(guī)蜂窩接入點(diǎn)(或基站)通常包括用于在 各個(gè)方向通過下行鏈路發(fā)射的相控陣列天線結(jié)構(gòu)。除了定向發(fā)射的信 息，接入點(diǎn)往往還需要全向發(fā)射某種其它信息。廣播服務(wù)以及與小區(qū) 有關(guān)的基本控制信息是需要全向發(fā)射的信息實(shí)例。由于陣列的各天線 單元本身是全向天線，因此可通過以高于陣列其它天線單元的發(fā)射功 率操作陣列的所選天線單元來實(shí)現(xiàn)全向發(fā)射。但是，這種方式呈現(xiàn)復(fù) 雜化。例如，作為一個(gè)實(shí)際問題，用于全向發(fā)射的天線單元將需要與 其關(guān)聯(lián)功率放大器裝置，它可支持比與未用于全向發(fā)射的那些天線單 元關(guān)聯(lián)的功率放大器高的發(fā)射功率。這使例如在接入點(diǎn)中使用的功率 放大器的設(shè)計(jì)和放置等因素復(fù)雜化。因此，希望提供從天線單元陣列的全向發(fā)射，而沒有上述困難。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的各種示范實(shí)施例，天線單元的分集陣列和相控陣列 都可用來產(chǎn)生全向發(fā)射。根據(jù)要全向發(fā)射的期望通信信號(hào)來產(chǎn)生通信 信令。響應(yīng)所述通信信令，天線單元合作來實(shí)現(xiàn)期望通信信號(hào)的近似 全向天線發(fā)射。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例的無線通信設(shè)備。圖2示出根據(jù)本發(fā)明其它示范實(shí)施例的無線通信設(shè)備。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的示范實(shí)施例提供用于從使用天線單元相控陣列的設(shè)備 或者從使用分集天線單元陣列的設(shè)備的全向發(fā)射?？稍谒刑炀€單元 之間同等地共享總發(fā)射功率，同時(shí)仍然實(shí)現(xiàn)期望全向發(fā)射。不需要專 用于全向發(fā)射的獨(dú)立高功率放大器?？紤]使用分集天線單元陣列、即天線單元設(shè)置為彼此足夠遠(yuǎn)離以 便它們的相應(yīng)發(fā)射信道彼此不相關(guān)的陣列的無線通信設(shè)備的情況。僅為了便于說明，假定一個(gè)實(shí)例，m個(gè)分集天線單元全都用于向天線單 元陣列周圍的各種接收器裝置(例如移動(dòng)臺(tái))全向發(fā)射信號(hào)X(w)。也就 是說，應(yīng)當(dāng)使用天線單元向各接收器發(fā)射信號(hào)X(w)，方式為，所得 的信道與在使用了全向發(fā)射天線時(shí)得到的信道相似。更具體來說，各 接收器所看到的信道應(yīng)當(dāng)具有相同的統(tǒng)計(jì)，而與接收器相對(duì)于陣列的 角定位無關(guān)。從第m個(gè)分集天線單元到給定接收器的信道由Gm(w)表示，對(duì)于 這個(gè)實(shí)例，假定它是平均值為0且方差為1的復(fù)高斯隨機(jī)變量。在分 集陣列中，來自陣列不同天線單元的信道是獨(dú)立的，即 <formula>formula see original document page 5</formula>(1) 其中<formula>formula see original document page 5</formula>(2)一J1對(duì)于i二j一般來說，可假定若卜!-w^厶，則&(外、)=0,其中△是 Gi(Wi)的相干帶寬。假定將信號(hào)# 饋送到m個(gè)分集天線單元的每個(gè)。這在時(shí)域中等效地表示為^。如果將這個(gè)信號(hào)饋送到分集陣列的各天線單元以便發(fā)射，則在接收器接收的信號(hào)R(w)將為X(w)與R(w)之間的有效信道Q(w)由式3大括號(hào)中的表達(dá)式給 出。由于Q(w)是平均值為0且方差為1的M個(gè)獨(dú)立高斯隨機(jī)變量之 和，所以Q(w)也是平均值為0且方差為1的高斯。信道Q(w)的相關(guān)函數(shù)為物，化)=卿,>2)} (4)f 1 m m ) (5)、；=1 "i j丄m (6) ,";=i=似沐1，沐2) (7)式7表明有效信道Q(w)具有與以上最初假定的M個(gè)單獨(dú)信道Gm(W)的任一個(gè)完全相同的統(tǒng)計(jì)。從任一個(gè)天線單元發(fā)射的功率是從丄所有天線單元發(fā)射的總功率的i 。圖1以圖解方式示出根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)式3-7所示原理的無線通信設(shè)備。在一些實(shí)施例中，圖1的設(shè)備是蜂窩接入點(diǎn)或基站。圖1的接入點(diǎn)包括一般表示為12的M個(gè)分集天線單元陣列以及一般表示為13的、向天線陣列12提供通信信令的驅(qū)動(dòng)裝置。要全向發(fā)射的信號(hào)x(t)被輸入到驅(qū)動(dòng)裝置13中一般表示為14的M個(gè)天線^射通路的每個(gè)。天線發(fā)射通路分別驅(qū)動(dòng)M個(gè)分集天線單元中的對(duì)應(yīng)單元。如所示，各天線發(fā)射通路包括信號(hào)組合器(例如乘法器或放大丄器)，它將信號(hào)x(t)與百組合(例如相乘)以便產(chǎn)生由對(duì)應(yīng)天線單元發(fā) 射的關(guān)聯(lián)發(fā)射信號(hào)x—l(t)、 x—2(t)、 ...x—M(t)。因此，所有發(fā)射信號(hào)為，"')。圖1的設(shè)備實(shí)現(xiàn)式3-7的原理，并實(shí)現(xiàn)期望信號(hào)x(t)的近似 全向發(fā)射，信號(hào)x(t)是上述頻域信號(hào)X(w)的時(shí)域表示?，F(xiàn)在考慮使用天線單元相控陣列的無線通信設(shè)備的情況，其中天線單元在物理上;f皮此僅間隔發(fā)射載頻的波長(zhǎng)的幾分之一。這種間距便 于射束形成以及依靠適當(dāng)控制從相應(yīng)天線單元發(fā)射的相應(yīng)信號(hào)的相 位的其它發(fā)射技術(shù)。僅為了便于說明，假定一個(gè)實(shí)例，M個(gè)相控陣列 天線單元全都用于實(shí)現(xiàn)向天線單元陣列周圍的各個(gè)接收器裝置(例如 移動(dòng)臺(tái))全向發(fā)射信號(hào)X(w)。也就是說，應(yīng)當(dāng)使用天線單元向各接收 器發(fā)射信號(hào)X(w)，其方式為，所得的信道與在使用了全向發(fā)射天線 時(shí)得到的信道相似。更具體來說，各接收器所看到的信道應(yīng)當(dāng)具有相 同的統(tǒng)計(jì)，而與接收器相對(duì)于陣列的角定位無關(guān)。如上所述，相控陣列設(shè)備中天線單元之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)射載 頻的波長(zhǎng)。這意味著，各天線單元與接收器之間的信道僅相差一個(gè)恒 定(頻率無關(guān))乘法相位因子，即，與無線電波傳播兩個(gè)天線單元之間 的距離所需時(shí)間對(duì)應(yīng)的載頻的相移。第m個(gè)天線單元(對(duì)于 m-l,2，…M)與接收器之間的信道Gm(w)可表示為f 2jr^n 、 (8) 乂 A式中d是天線單元之間的間距(假定遠(yuǎn)小于載頻的波長(zhǎng))，X是載頻的波長(zhǎng)，而小是接收器相對(duì)于陣列法線的方向。對(duì)于這個(gè)說明性實(shí)例，假定G"w)是平均值為0且方差為1的復(fù)高斯變量。假定，將信號(hào) Vm 饋送到第i個(gè)發(fā)射天線單元(對(duì)于i=l，2，...M),其中Hi(w)是平均值為0且方差為1的復(fù)高斯隨機(jī)變 量。對(duì)于這個(gè)實(shí)例，假定，對(duì)于i溝，Hi(w)和Hj(w)是無關(guān)但同等分布 的隨機(jī)過程，使得卿W^(W2)風(fēng),H("2) (9)在接收器接收的信號(hào)R(w)為<formula>formula see original document page 8</formula>J(10)(11)<formula>formula see original document page 8</formula>(12)-COS0J并且最初要注意，a(w)的平均值為0。 a(w)的相關(guān)為<formula>formula see original document page 8</formula>m ,-l(13)(14)(15)(16)X(w)與R(w)之間的有效信道為2("') = G。(、v)a(M')。這個(gè)有效信道 Q(w)的相關(guān)函數(shù)為=郞oOi)Qf(Wi)(75(W2)arOV2)1如果將KH(WbW2)選擇成滿足{1|W2—Wi|<A 0 否則式中△是由上式2所定義的原始信道的相干帶寬，則X(w)與接 收器之間的有效信道將具有與全向信道G。(w)相同的二階統(tǒng)計(jì)，即Kq(Wj,VV2)b^3(VVj,VV2) (22)式22表示X(w)與接收器之間的信道與接收器的角位置無關(guān)，并 且具有與Go(w)完全相同的二階統(tǒng)計(jì)。從任一個(gè)天線單元發(fā)射的功率是從所有天線單元發(fā)射的總功率的^ 。圖2以圖解方式示出根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)式10-22所示 原理的無線通信設(shè)備。在一些實(shí)施例中，圖2的設(shè)備是蜂窩接入點(diǎn)或 基站。圖2的接入點(diǎn)包括一般表示為22的M個(gè)天線單元的相控陣列 以及一般表示為23的、向天線陣列22提供通信信令的驅(qū)動(dòng)裝置。全 向發(fā)射的信號(hào)X(w)凈皮輸入到驅(qū)動(dòng)設(shè)備23中一般表示為24的M個(gè)天 線發(fā)射通路的每個(gè)。天線發(fā)射通路分別驅(qū)動(dòng)M個(gè)天線單元中的對(duì)應(yīng) 單元。如圖所示，各天線發(fā)射通路包括信號(hào)組合器(例如乘法器或放 大器)，它將信號(hào)X(w)分別與M個(gè)隨機(jī)波形發(fā)生器中對(duì)應(yīng)發(fā)生器的輸 出進(jìn)行組合(例如相乘)。~!~ / / (VV)一般表示為25的隨機(jī)波形發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)輸出信號(hào)VF '(對(duì) fi=l，2，...M)。在一些實(shí)施例中，對(duì)于的，Hi(w)和Hj(w)是無關(guān)但同 等分布的隨機(jī)過程，各具有平均值0和方差1。信號(hào)乘法器將來自隨 機(jī)波形發(fā)生器的相應(yīng)信號(hào)與輸入信號(hào)X(w)組合，以便產(chǎn)生一般表示 為26的相應(yīng)頻域信號(hào)。M個(gè)天線發(fā)射通路分別包括一般表示為27 的頻率-時(shí)間轉(zhuǎn)換器。這些轉(zhuǎn)換器使用常規(guī)技術(shù)將表示為26的關(guān)聯(lián) 頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)域中的對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)。表示為xl(t)、 x2(t)、…xM(t) 的所得M個(gè)時(shí)域發(fā)射信號(hào)提供用于由分別對(duì)應(yīng)的天線單元進(jìn)行發(fā) 射。圖2的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了式10-22的原理，并實(shí)現(xiàn)頻域信號(hào)X(w)的時(shí) 域形式的近似全向發(fā)射。本發(fā)明的各種實(shí)施例使用各種符號(hào)調(diào)制方案。在使用正交頻分復(fù) 用(OFDM)的一些實(shí)施例中，被調(diào)制到副載波頻率Wk上的符號(hào)乘以 Hi(Wk)。這要求每個(gè)OFDM副載波只 一 次相乘。關(guān)于上述相干帶寬A，這個(gè)參數(shù)取決于信道的延遲擴(kuò)展，它又取 決于發(fā)射設(shè)備的工作環(huán)境。延遲擴(kuò)展越長(zhǎng)的環(huán)境具有越短的相干帶 寬，而延遲擴(kuò)展越短的環(huán)境具有越長(zhǎng)的相干帶寬。例如，在戶外環(huán)境 下，相干帶寬的范圍可從大約200KHz至大約lMHz。雖然以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的示范實(shí)施例，^旦這并沒有限制可在 各種實(shí)施例中實(shí)施的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種通信設(shè)備，包括天線單元的分集陣列；以及驅(qū)動(dòng)裝置，耦合到所述分集陣列，用于根據(jù)要全向發(fā)射的期望通信信號(hào)來產(chǎn)生通信信令，所述天線單元響應(yīng)所述通信信令可合作來實(shí)現(xiàn)所述期望通信信號(hào)的近似全向天線發(fā)射。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述天線單元在所述近似全 向天線發(fā)射期間用近似相等的功率進(jìn)行發(fā)射。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)裝置包括分別耦合 到所述天線單元的多個(gè)天線通路，每一個(gè)所述天線通路包括信號(hào)放大 器。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述信號(hào)放大器分別包括信 號(hào)乘法器。
5. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所有所述信號(hào)放大器接收與 所述期望信號(hào)對(duì)應(yīng)的公共輸入信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中每一個(gè)所述信號(hào)放大器將一 個(gè)放大量施加到所述公共輸入信號(hào)，所述放大量近似等于由每一個(gè)其 余所述信號(hào)放大器施加到所述公共輸入信號(hào)的放大量。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述近似相等的放大量基于 所述分集陣列中所述天線單元的^t量。
8. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，設(shè)置為固定位置設(shè)備。
9. 一種通信設(shè)備，包括 天線單元的相控陣列；以及驅(qū)動(dòng)裝置，耦合到所述相控陣列，用于根據(jù)要全向發(fā)射的期望通 信信號(hào)來產(chǎn)生通信信令，所述天線單元響應(yīng)所述通信信令可合作來實(shí) 現(xiàn)所述期望通信信號(hào)的近似全向天線發(fā)射。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述天線單元在所述近似全 向天線發(fā)射期間用近似相等的功率進(jìn)行發(fā)射。
11. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)裝置包括分別耦合 到所述天線單元的多個(gè)天線通路，每一個(gè)所述天線通路包括信號(hào)組合 器。
12. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述信號(hào)組合器包括相應(yīng) 的信號(hào)乘法器。
13. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所有所述信號(hào)組合器接收 與所述期望信號(hào)對(duì)應(yīng)的公共輸入信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述信號(hào)組合器將所述7〉 共輸入信號(hào)分別與分別表示對(duì)應(yīng)隨機(jī)變量的對(duì)應(yīng)信號(hào)進(jìn)行組合。
15. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述隨機(jī)變量彼此獨(dú)立。
16. 如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述隨機(jī)變量是高斯變量。
17. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述隨機(jī)變量是高斯變量。
18. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所有所述信號(hào)組合器接收 作為與所述期望信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)的公共輸入信號(hào)，每一個(gè)所述信 號(hào)組合器將所述公共輸入信號(hào)與另一頻域信號(hào)進(jìn)行組合以便產(chǎn)生頻 域的組合信號(hào)，每一個(gè)所述天線通路包括轉(zhuǎn)換器，耦合到所關(guān)聯(lián)信 號(hào)組合器，用于將所關(guān)聯(lián)組合信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)所關(guān)聯(lián)天線單元的對(duì)應(yīng) 時(shí)域信號(hào)。
19. 如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述信號(hào)組合器分別包括 信號(hào)乘法器。
20. —種操作天線單元的分集陣列的方法，包括 根據(jù)要全向發(fā)射的期望通信信號(hào)來產(chǎn)生通信信令；以及使用所述通信信令，結(jié)合在所述天線單元之間合作來實(shí)現(xiàn)所述期 望通信信號(hào)的近似全向天線發(fā)射。
21. —種操:作天線單元的相控陣列的方法，包括 根據(jù)要全向發(fā)射的期望通信信號(hào)來產(chǎn)生通信信令；以及使用所述通信信令，結(jié)合在所述天線單元之間合作來實(shí)現(xiàn)所述期 望通信信號(hào)的近似全向天線發(fā)射。
全文摘要
天線單元的分集陣列和天線單元的相控陣列可用于產(chǎn)生全向發(fā)射。根據(jù)要全向發(fā)射的期望通信信號(hào)來產(chǎn)生通信信令。響應(yīng)通信信令，天線單元合作來實(shí)現(xiàn)期望通信信號(hào)的近似全向天線發(fā)射。
文檔編號(hào)H04W52/42GK101326843SQ200680046325
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2006年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者K·詹吉 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司