专利名称：具有单个共用时钟的有源天线阵列及中继多个无线电信号的方法
技术领域：
本发明的领域涉及一种用于移动通信网络的有源天线系统及一种用于通过该有源天线系统中继多个无线电信号的方法。
背景技术：
在现有技术的一般基站中，给在基站中的每个收发器提供本地振荡信号。同样，在无线射频拉远应用中，也单独给设置在无线射频拉远应用中的每个收发器提供单个本地振荡信号。需要提供大量的单个本地振荡信号，因为每个收发器可以在不同通道上运行。也可以包括多个本地振荡器，以便通过去除单个本地振荡器可能出现的单点故障来提高可靠性。与使用大量单个本地振荡器的方法相关的一个问题是与提供多个本地振荡器关联的芯片的费用和实际空间，以及可能需要校准不同的振荡器。这在启动阶段是个问题。例如，如果在启动阶段没有正确地校准单个本地振荡器，这样会导致难以确保正确地进行无线电信号所需的波束成形操作。具体地，这样会意味着不能正确地计算无线电信号沿着所需方向的正确波束形状。图I表示在现有技术中已知并且包括多个发送路径的有源天线阵列的示例。在图I中(以及在后续附图中)仅示出在顶部的第一个信号路径、在中间的第二个信号路径以及在底部的最后或者第η个信号路径。为了简洁起见，未示出第三个到第(η-I)个发送路径。在数字域中要发送的无线电信号从左边到达有源天线阵列并且被馈送到数字信号处理器15。数字信号处理器15将要发送的无线电信号分配给多个输出路径16a、16b、...、16n。在示出的现有技术示例中，要由多个输出路径16a、16b、...、16n发送的无线电信号是数字IF发送信号，其在数字信号处理器15中已经经历升频转换。其他处理也可以在数字信号处理器15中发生并且这样包括，但不限于波峰因子缩小、数字预失真、及数字波束成形。这些处理的包括或者省略对本发明描述的教导没有影响。为了简化，在后续的附图标记中将省略涉及所有路径的字母。将仅详细地描述发送信号从上部的一个输出路径16a的通过。应该认识到，所有其他输出路径16b.....16η是相同的。输出路径16a连接到数模转换器20a，该数模转换
器在使模拟信号通过第一滤波器25a之前将来自数字信号处理器15的数字IF发送信号转换为模拟信号，以获得在期望频带中的那些已滤波发送信号。在期望频带中的那些已滤波发送信号被发送到第一混频器30a。第一混频器30a借由第一振荡器35a将已滤波发送信号升频转换到模拟中间频带。第一振荡器35a由来自第一参考时钟IOOa的信号计时。第一混频器30a的输出在第二滤波器40a中滤波并且传送到中间频率放大器45a。中间频率放大器45a的输出传送到第二混频器50a，在第二混频器50a它被用来自第二本地振荡器55a的振荡信号升频转换。第二本地振荡器55a也由第一参考时钟IOOa计时。来自第一混频器50a的发送信号现在处于发送频带(无线电频率)并且在进入发送滤波器70a以及传送到无线电频率输出端80a之前通过第三滤波器60a进入无线电频率 放大器65a。无线电频率输出端80a连接到来自天线阵列(未示出)的多个天线元件的其中一个。分接头75通过路径85提供到数字信号处理器15的反馈循环，路径85允许要考虑的无线电信号的预失真处理的校准和更新。
发明内容
本发明公开了一种用于移动通信网络的有源天线阵列。所述有源天线阵列包括用于在第一频带中继无线电信号的多个天线元件。所述多个天线元件连接到多个信号路径。所述有源天线信号系统具有连接到所述多个信号路径的多个信号输入端。多个第一混频器出现在所述多个信号路径中，所述第一混频器在所述第一频带和第二频带之间转换无线电信号的频率。多个第一本地振荡器连接到所述多个第一混频器，并且单个参考时钟通过多个第一振荡信号路径连接到所述多个本地振荡器的不同个振荡器，并且也连接到数字信号处理器。术语“中继”在本说明书中表示包含无线电信号的发送和无线电信号的接收。还应该认识到，所述单个参考时钟可以不直接连接到所述数字信号处理器。可以具有用于数字信号处理器的单独时钟发生器，其连接到所述单个参考时钟。单个参考时钟的使用使得所述多个第一本地振荡器可以互相精确地校准，因为仅具有单个参考时钟。这附加地允许在芯片上节省实际空间。所述有源天线阵列还可以包括多个第二混频器，其连接到所述多个第一混频器的输出端，并且其在例如中间频率的第二频带与例如无线电频率的第三频带之间转换无线电信号的频率。所述多个第二混频器通过多个第二振荡信号路径连接到由所述单个参考时钟计时的多个第二振荡器。应该认识到，所述第一混频器的输出端不(必须)连接到所述第二混频器的输入端。可以具有-并且大体上将具有-出现在输出端与输入端之间的附加元件，例如滤波器和/或放大器。在本发明的一个方面中，在所述第一振荡信号路径或者所述第二振荡信号路径中包括差量(dispersion)元件，其允许时钟信号对于多个所述第一本地振荡器和/或第二本地振荡器要改变的延迟和/或相位考虑无线电信号沿着所述信号路径的延迟或者所述本地振荡信号沿着所述第一本地振荡信号路径和第二本地振荡信号路径的延迟。还公开了一种用于中继多个无线电信号的方法。所述方法包括在例如基带的第一频带输入多个无线电信号，从单个参考时钟产生多个第一振荡信号，从所述单个参考时钟信号产生DSP计时信号，以及利用多个所述第一本地振荡信号将多个所述无线电信号从所述第一频带转换到第二频带。应该认识到，所述第一本地振荡信号和DSP计时信号可以由所述单个参考时钟信号直接或间接产生。所述方法可以还包括调节所述多个第一振荡信号的至少一个的差量。所述方法还包括由所述单个参考时钟信号产生多个第二本地振荡信号并且利用多个所述第二本地振荡信号将所述多个无线电信号从所述第二频带转换到例如无线电频率的第三频带。在本发明的一个方面中，可以利用差量元件调节一个第二本地振荡信号或者多个第二本地振荡信号的其中一个。还公开了一种使用在天线系统中的芯片组。该芯片组包括用于在第二频带输入无 线电信号并且连接到多个信号路径的多个信号输入端。所述芯片组还包括在多个信号路径中用于在第一频带与第二频带之间转换无线电信号的频率的多个第一混频器。多个第一本地振荡器连接到所述多个第一混频器，并且单个参考时钟连接到所述多个第一本地振荡器的不同振荡器并且连接到数字信号处理器。还公开了一种计算机程序产品，其包括具有存储在其内的控制逻辑的计算机可用介质。所述控制逻辑能够给计算机和相关制造装置编码以制造用于移动通信网络的有源天线阵列。所述有源天线阵列包括用于在第一频带中继无线电信号的多个天线元件，其中所述多个天线元件连接到多个信号路径。用于在第二频带输入无线电信号的多个信号输入端也连接到所述多个信号路径。所述有源天线阵列还包括在所述多个信号路径中用于在所述第一频带与所述第二频带之间转换无线电信号的频率的多个第一混频器。多个第一本地振荡器连接到所述第一混频器并且单个参考时钟连接到所述多个第一本地振荡器并且连接到数字信号处理器。还提供一种计算机程序产品，其包括具有用于导致有源天线执行一种用于中继多个单个无线电信号的方法的控制逻辑的计算机可用介质。所述计算机程序产品具有用于在第一频带输入多个无线电信号的第一计算机可读编码部件和用于从单个参考时钟信号产生多个第一振荡信号的第二计算机可读编码部件。所述计算机程序产品还包括用于利用所述多个第一振荡信号将所述多个无线电信号从第一频带转换到第二频带的第三计算机可读编码部件。
图I表示用于移动通信网络使用的天线系统的现有技术方法。图2表示对于所有本地振荡器以及对于数字信号处理装置使用公共时钟的有源天线系统。图3表示使用具有相位补偿的公共时钟的有源天线系统。图4表示用于使用公共时钟中继多个无线电信号的方法的概述图。
具体实施例方式现在将在附图的基础上描述本发明。应该理解本文描述的本发明的实施例和方面仅为示例并且不以任何方式限制权利要求的保护范围。本发明由权利要求以及它们的等同物限定。应该理解，一个方面的特征可以与不同方面的特征组合。图2表示本发明的第一方面。应该认识到，在图2中的许多元件与在图I中相同，并且已经设置有相同的附图标记。本发明详细地描述本发明涉及无线电发送的方面。后面将描述无线电信号接收需要的电路修改。本发明在图2中示出的方面与在图I中的现有技术方法不同在于，第一振荡器35和第二本地振荡器55不连接到多个参考时钟100，而是通过第一混合器115和/或第二混合器120连接到单个参考时钟110。这样具有在有源天线阵列中使用单个参考时钟110，而不是如图I所示对于使用在现有技术有源天线阵列中的每个信号路径16的多个本地时钟
IOOaUOOb.....100η。如上面提及示出三个信号路径。本发明同样可以应用于多于三个的
信号路径。应该注意到，单个参考时钟110也供应时钟信号128给数字时钟发生器130，其使 用来产生用于数字信号处理器15的DSP计时信号132。应该注意到，供应数字信号处理器15的DSP计时信号132的频率不限制为与单个参考时钟110相同的频率。本领域的技术人员应该认识到，基于单个参考时钟115的频率，非常宽范围的数字时钟频率的产生是可能的，并且适合数字信号处理器15需要的频率可以容易地直接或间接从参考时钟115的频率得出。图3表示本发明的第二方面，其中差量元件140和145连接在第二混合器120和多个第二本地振荡器55之间。差量元件140和145在此示出为相位变换器，但也可以实施为延迟元件。差量元件140和145的功能是考虑通过整个发送信号路径的发送信号的路径的长度或者本地振荡信号路径的长度(即，在单个参考时钟110与第二本地振荡器55之间)可以在不同发送信号路径之间轻微的不同。差量元件140和145可以因此轻微地改变供应到数字信号处理器15的时钟信号的到达时间，以便考虑路径长度的变化。还应该认识到，在供应时钟信号到其中一个第二本地振荡器55的路径中不具有其中一个差量元件。差量元件140和145在此示出为仅连接在第二混合器120与多个第二本地振荡器55之间。也可以在第一混合器115与多个第一本地振荡器35之间增加其他差量兀件。也可以在数字信号处理器15处具有数字差量元件以在信号路径16上提供任何必要的数字信号校正。图4表示用于根据本发明发送多个无线电信号的方法。在图4中，在步骤400中，输入数字发送信号到数字信号处理器15中，在那里对发送信号实施波束成形操作。在步骤405中，操控的数字信号在信号路径16上输出到数模转换器20，在该点操控的数字信号转换为模拟信号，并且在步骤410中，滤波模拟信号以去除带外频率。在步骤415中，来自第一滤波器25的模拟无线电信号用由第一本地振荡器35供应的第一本地振荡信号调制,第一本地振荡器由单个参考时钟110计时。这样在中间频率产生模拟信号。在中间频带的单个无线电信号在第二滤波器40中滤波来去除带外信号，并且然后在传送到第二混频器50之前，在中间频率放大器45中放大，在第二混频器45它们在步骤430中用第二振荡信号升频转换到发送频率。第二混频器45从第二振荡器55接收第二振荡信号，其如上所述由单个参考时钟110供应。在步骤435中，在第三滤波器60中从来自第二混频器55的单个无线电信号滤除带外频率，之后在步骤440中在第二放大器65中再次放大在无线电频率的单个无线电信号。在步骤445中，在第三滤波器70中将带外频率滤波出单个无线电信号。在步骤450中产生反馈信号，其供应到校准和预失真反馈元件。最后在步骤455中，单个无线电信号通过单个天线阵列元件发送。已经参考来自基站的无线电信号的发送描述了本发明的有源天线阵列。然而，应该认识到单个参考时钟110在有源天线阵列中的提供也可以使用于单个无线电信号通过多个天线阵列元件的接收，以及它们到基带频率的降频转换。在该接收情况中，第一本地振荡器35、第二本地振荡器55、第一混频器30及第二混频器50使用来在天线元件80a和多个接收信号路径最终供应多个数字IF信号到数字信号处理器15(或者到未示出的独立接收数字信号处理器)之后，降频转换多个接收信号。在这是使用于有源天线阵列的发送部分的单独芯片或者子系统的情况下，相同参考时钟110使用来供应第一本地振荡器35和第二本地振荡器55的发送和接收振荡器，并且也供应接收DSP。然而，第一本地振荡器35和第二本地振荡器55的发送和接收振荡器可以在互相不同的频率上运行，例如在双工系统中在发送和接收频带之间发生分频。差量元件140和145也可以以相同的方式使用在多个接收路径或多个本地振荡器路径(或者两者)中并且 用于与上面所述用于本发明发送的相同目的。虽然上面已经描述了本发明的各个实施例，但是应该理解，它们作为示例示出，而不是限制。相关领域的技术人员将会清楚，在不脱离本发明范围的情况下可以作出形式和细节上的各种改变。除了使用硬件(例如，在中央处理单元(“CPU”)内或者耦连到中央处理单元、微处理器、微控制器、数字信号处理器、处理器核、片上系统(“S0C”)或者任何其他设备)，实施方案也可以在例如设置在构造来存储软件的计算机可用(例如，可读)介质中的软件(例如，计算机可读代码、程序代码、和/或以任何形式设置的指令，例如源代码、目标代码、或者机器语言)中实施。该软件可以例如使得能实现本文描述的装置和方法的功能、制造、建模、仿真、描述和/或测试。例如，这可以通过使用通用编程语言(例如c，c++)、包括Verilog HDL、VHDL等的硬件描述语言(HDL)、或者其他可用程序来完成。该软件可以设置在任何已知计算机可用介质中，例如半导体、磁盘、或者光盘(例如，⑶-ROM、DVD-ROM等)。软件也可以设置作为实施在计算机可用(例如，可读)传输介质(例如，载波或包括数字、光、基于模拟信号的介质的任何其他介质)中的计算机数据信号。本发明的实施例可以包括通过提供描述该装置的软件并且随后在包括因特网和局域网的通信网络上将软件发送作为计算机数据信号来提供本文描述的装置的方法，。可以理解本文描述的装置和方法可以包括在半导体知识产权核中，例如微处理器核(例如，实施在HDL中)并且转移到在集成电路产品中的硬件。此外，本文描述的装置和方法可以实施为硬件和软件的组合。因此，本发明不应该受到任何上面描述的示例性实施例限制，而应该仅根据下面的权利要求及其等同替换限定。
权利要求
1.一种用于移动通信网络的有源天线阵列，包括 -在第一频带中继无线电信号的多个天线元件(Ant-1, Ant-2, . . . , Ant-N),所述多个天线元件(Ant-1, Ant-2, . . . , Ant-N)连接到多个信号路径； -用于在第二频带输入无线电信号的多个信号输入端，所述信号输入端连接到所述多个信号路径； -在所述多个信号路径中用于在所述第一频带和所述第二频带之间转换所述无线电信号的频率的多个第一混频器； -连接到所述多个第一混频器的多个第一本地振荡器；以及 -通过多个第一振荡信号路径连接到所述多个第一本地振荡器的不同个振荡器、并且连接到数字信号处理器的单个参考振荡器。
2.根据权利要求I所述的有源天线阵列，其中所述单个参考振荡器通过多个第一差量元 件连接到所述多个第一本地振荡器的不同个振荡器。
3.根据权利要求I所述的有源天线阵列，还包括 -在所述多个信号路径中连接到所述多个第一混频器的输出端并且用于在所述第二频带和第三频带之间转换所述无线电信号的频率的多个第二混频器；以及 -通过多个第二振荡信号路径连接到所述多个第二混频器的不同个混频器并且连接到单个参考振荡器的多个第二本地振荡器。
4.根据权利要求2所述的有源天线阵列，其中所述多个第一差量元件的设置与所述多个第一振荡信号路径之一的、所述第一差量元件通过其连接到所述单个参考振荡器的第一振荡信号路径的长度相关。
5.根据权利要求3所述的有源天线阵列，其中所述单个参考振荡器通过多个第二差量元件连接到所述多个第二振荡器的不同个振荡器。
6.根据权利要求5所述的有源天线阵列，其中所述多个第二差量元件的设置与所述多个第二振荡信号路径之一的、所述第二差量元件通过其连接到所述单个参考振荡器的第二振荡信号路径的长度相关。
7.根据权利要求I所述的有源天线阵列，其中所述数字信号处理器连接到所述多个信号输入端。
8.根据权利要求2所述的有源天线阵列，其中所述第一差量元件是至少一个延迟元件或者相位补偿元件。
9.根据权利要求3所述的有源天线阵列，其中所述第二差量元件是至少一个延迟元件或者相位补偿元件。
10.根据权利要求I所述的有源天线阵列，还包括连接在所述多个第一路径之一的输出端与校准设备之间的至少一个反馈路径。
11.根据权利要求10所述的有源天线阵列，还包括在所述至少一个反馈路径中的开关设备。
12.一种用于中继多个无线电信号的方法，包括 -在第一频带输入多个无线电信号； -从单个参考时钟信号产生多个第一振荡信号； -从所述单个参考时钟信号产生DSP时钟计时信号；-以及利用所述多个第一振荡信号将所述多个无线电信号从第一频带转换到第二频带。
13.一种用于中继多个无线电信号的方法，包括 -在第一频带输入多个无线电信号； -从单个参考时钟信号产生多个第一振荡信号； -调节所述多个第一振荡信号的至少一个的差量； -利用所述多个第一振荡信号将所述多个无线电信号从第一频带转换到第二频带。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括 -从所述单个参考时钟信号产生多个第二振荡信号； -调节所述多个第二振荡信号的至少一个的差量；以及 -利用所述多个第二振荡信号将所述多个无线电信号从第二频带转换到第三频带。
15.根据权利要求12所述的方法，利用数字信号处理器产生在所述第一频带中的信号。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述差量的调节包括调节至少一个所述第一振荡信号的相位或时序的至少一个。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述差量的调节包括调节至少一个所述第二振荡信号的相位或时序的至少一个。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括产生用于在输入端调节所述多个无线电信号的至少一个的多个反馈信号。
19.一种芯片组,包括 -用于在第二频带输入无线电信号并且连接到多个信号路径的多个信号输入端； -在所述多个信号路径中用于在第一频带与第二频带之间转换所述无线电信号的频率的多个第一混频器； -连接到所述多个第一混频器的多个第一本地振荡器；以及 -通过多个第一振荡信号路径连接到所述多个本地振荡器的不同个振荡器、并且连接到数字信号处理器的单个参考振荡器。
20.一种计算机程序产品，包括具有存储在其内的控制逻辑的计算机可用介质，所述控制逻辑用于导致计算机制造用于移动通信网络的有源天线阵列，其包括 -在第一频带中继无线电信号的多个天线元件(Ant-1, Ant-2, . . . , Ant-N),所述多个天线元件(Ant-1, Ant-2, . . . , Ant-N)连接到多个信号路径； -用于在第二频带输入无线电信号的多个信号输入端，所述多个信号输入端连接到所述多个信号路径； -在所述多个信号路径中用于在所述第一频带和所述第二频带之间转换无线电信号的频率的多个第一混频器； -连接到所述多个第一混频器的多个第一本地振荡器；以及 -通过多个第一振荡信号路径连接到所述多个本地振荡器的不同个振荡器、并且连接到数字信号处理器的单个参考振荡器。
21.一种计算机程序产品，包括具有存储在其内的控制逻辑的计算机可用介质，所述控制逻辑用于导致有源天线执行一种接收多个单个无线电信号的方法，其包括-用于在第一频带输入多个无线电信号的第一计算机可读编码部件； -用于从单个参考时钟信号产生多个第一振荡信号的第二计算机可读编码部件； -用于调节所述多个第一振荡信号的至少一个的差量的第三计算机可读编码部件；以及 -用于利用所述多个第一振荡信号将所述多个无线电信号从第一频带转换到第二频带的第四计算机可读编码部件。
全文摘要
公开了一种用于移动通信网络的有源天线阵列以及一种用于中继在移动通信网络中的无线电信号的方法。所述有源天线阵列包括在第一频带中继无线电信号的多个天线元件。所述多个天线元件连接到多个信号路径。用于在第二频带输入无线电信号的多个信号输入端连接到所述多个信号路径。在所述多个信号路径中的多个第一混频器在所述第一频带和所述第二频带之间转换无线电信号的频率。多个第一本地振荡器连接到所述多个第一混频器，并且单个参考振荡器可以通过多个第一差量元件、通过多个第一振荡信号路径连接到所述多个本地振荡器的不同个振荡器，并且连接到数字信号处理器。
文档编号H04B1/04GK102725965SQ201080060382
公开日2012年10月10日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月30日
发明者彼得·肯宁顿 申请人:尤比戴尼有限公司