专利名称：具有一扩充模块的多重输入多重输出的无线通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信系统，特别涉及一种具一扩充模块的多重输入多重输出的无线通信系统。
背景技术：
随着宽带无线通讯技术蓬勃发展，在WiF1、WiMAX以及LTE都以多重输入多重输出(multiple input and multiple output, ΜΙΜΟ)技术作为系统容量的必要手段。由于一般现有的标准N乘N的MIMO通讯系统中，每一个天线接口都会配置一组完整的收发系统，而完整的收发系统至少包含射频前端模块(RF front end module)、调变及解调变模块(modulator及demodulator)、基带(baseband)处理模块以及媒体存取控制模块(mediaaccess controller , MAC)。现今一般现有的商用系统芯片已经发展到将3乘3的MMO系统所需的调变器、解调变器、基频以及MAC，甚至连射频前端模块都整合成单一芯片，提供一个成本低廉且功能强大的解决方案。但随着MMO接口数目N的增大，整个N乘N的MMO系统的复杂度将大幅增加。因此，若以商用化且进入量产的指标来加以衡量，3乘3的MMO系统可以说是现阶段所能仅见的最高阶的架构。但在一些特殊的应用案例上，3乘3的三组天线接口已经无法满足需求，高阶的N乘N的MMO系统不仅能够提升系统通讯容量，若善用其多重输入和多重输出的特性，可以新创出一般通讯系统所无法提供的能力，但伴随而来的是系统的复杂度与成本的增加，使得实际实施的产品大都局限于较低的天线接口数目。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的目的在于提供一种无线通信系统，藉以解决现有无线通信系统因扩充信号通道而产生系统架构过于复杂的问题。本发明所提供的多重输入多重输出的无线通信系统，用以同时发射或接收两组不同极化的子信号，其系统包含N个天线、一扩充模块和一数据处理单元。N个天线用以同时发射或接收N个具有一第一极化方向的子信号和N个具有一第二极化方向的子信号，N为一大于I的常数。扩充模块，连结于每一个天线，提供N个第一信号通道给具有第一极化方向的子信号，以及提供N个第二信号通道给具有第二极化方向的子信号。数据处理单元，连接于扩充模块，用以提供N个控制信号至扩充模块，使扩充模块选择地运作在一接收模式或一发射模式下，数据处理单元进一步包含N个信号处理器，用以处理对应的子信号。如此一来，提供天线数目的2倍的信号通道，以扩充MMO系统。利用切换器的使用，使发射端和接收端所需要的组件得以共享，降低系统架构的复杂度。同时，也利用简化的射频前端模块间的组合来处理接收到的子信号，使天线空间可以划分成N个独立空域。在接收模式下，每个独立的空域里的信号将通过该天线的第一极化及第二极化的天线单元进行接收，并通过扩充模块分别接入两个不同的信号处理器，进行接收信号处理。另外，在发射模式下，来自于两个不同信号处理器的发射信号通过扩充模块分别接入面向该空域的天线的第一极化及第二极化的天线单元进行发射，通过本发明提出的架构，现有的N乘N多重输入多重输出的无线通信系统转换成N组2乘2多重输入多重输出的无线通信系统，有效的将N乘N多重输入多重输出的无线通信系统扩充成2N乘2N多重输入多重输出的无线通信系统。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为根据本发明一实施例的无线通信系统结构示意图；图2为根据本发明一实施例的无线通信系统结构示意图。其中，附图标记100无线通信系统101扩充模块102数据处理单元111,112 天线
121、122 射频前端模块131、132 射频前端模块141、142 功率分配及结合装置151、152 切换器161、162 信号处理器200无线通信系统201扩充模块202数据处理单元211-2 IN 天线221-22N 射频前端模块230-23N 射频前端模块241-24N 功率分配及结合装置251-25N 切换器261-26N 信号处理器
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述请参考图1所示，其为本发明一实施例的无线通信系统结构示意图。无线通信系统(wireless communication system) 100,包含天线 111 和 112、一扩充模块 101 以及一数据处理单元(processing unit) 102,用以同时发射或同时接收不同极化方向的子信号，例如垂直正交极化(vertical orthogonal polarization)和水平正交极化(horizontalorthogonal polarization)的子信号。天线111和112均具有两个接口，每一个接口通过一种信号通道(signalchannel)，作为发射或接收子信号之用。在本发明所提供的一实施例中，其中一种信号通道同时发射或同时接收垂直正交极化的子信号，另一种信号通道则同时发射或同时接收水平正交极化的子信号。其中，天线111和112可以是为正交双极化天线(dual portorthogonal polarized antenna),但本发明不在此限。在本发明的一实施例中，扩充模块101包含射频前端模块121、122、131和132、功率分配及结合装置(power delivering and combining device) 141 和 142 以及切换器 151和152。射频前端模块121和131连结于天线111，射频前端模块122和132连结于天线112，用以选择处理对应的子信号。射频前端模块121和122对应于一种信号通道，而射频前端模块131和132则对应于另一种信号通道。其中，每一个射频前端模块包含一功率放大器(未绘示)、低噪声放大器(未绘示)以及一接收与发射切换器(未绘示)。在本发明的一实施例中，射频前端模块121选择地处理垂直正交极化的子信号，射频前端模块122选择地处理水平正交极化的子信号；而射频前端模块131选择地处理水平正交极化的子信号，射频前端模块132选择地处理垂直正交极化的子信号。在本发明的另一实施例中，射频前端模块121选择地处理水平正交极化的子信号，射频前端模块122选择地处理垂直正交极化的子信号；而射频前端模块131选择地处理垂直正交极化的子信号，射频前端模块132选择地处理水平正交极化的子信号。功率分配及结合装置141提供两个接口，连结于射频前端模块121和122，用以接收并整合由射频前端模块121和122所提供的子信号，或者将欲发射的子信号分配至射频前端模块121和122 ;而功率分配及结合装置142提供两个接口，连结于射频前端模块131和132，用以接收并整合由射频前端模块131和132所提供的子信号，或者将欲发射的子信号分配至射频前端模块131和132。而射频前端模块121、122、131和132也可补偿接收或发射子信号经过功率分配及结合装置141和142所产生的损耗。切换器151连结于功率分配及结合装置141，切换器152连结于功率分配及结合装置142，用以选择所对应的子信号的发`射或接收。数据处理单元102连结于切换器151和152，用以将欲发射的子信号传送切换器151和152，或将经由切换器151和152接收到的子信号作信号处理，例如基频信号转换处理等。此外，数据处理单元102包含信号处理器161和162，用以处理接收到的子信号，以及提供控制信号至切换器151和152及射频前端模块121、122、131和132，来控制切换器151和152及射频前端模块121、122、131和132，选择切换子信号的发射与接收。信号处理器161连结于切换器151，用以处理来自切换器151的子信号，或是传送子信号至切换器151，以及提供一控制信号至切换器151和射频前端模块121和122，来控制子信号的接收或发射。信号处理器162连结于切换器152，用以处理来自切换器152的子信号，或是传送子信号至切换器152，以及提供一控制信号至切换器152和射频前端模块131和132，来控制子信号的接收或发射。当无线通信系统100运作在接收模式时，天线111和112将由环境中同步接收两种不同极化的射频信号的电波，并分别传送至射频前端模块121、122、131和132。在本发明的一实施例中，射频前端模块121、122中的接收与发射切换器将根据信号处理器161所提供的控制信号，切换至接收模式，使射频前端模块121、122内部的低噪声放大器运作，并且使射频前端模块121由天线111接收垂直正交极化的子信号，然后传送至功率分配及结合装置141，而使射频前端模块122由天线112接收水平正交极化的子信号，然后传送至功率分配及结合装置141。另一方面，射频前端模块131、132中的接收与发射切换器将根据信号处理器162所提供的控制信号，切换至接收模式，使射频前端模块131、132内部的低噪声放大器运作，并且使射频前端模块131由天线111接收水平正交极化的子信号，然后传送至功率分配及结合装置142，而使射频前端模块132由天线112接收垂直正交极化的子信号，然后传送至功率分配及结合装置142。功率分配及结合装置141和142分别整合这些垂直和水平正交极化的子信号，并分别传送至切换器151和152。切换器151和152根据数据处理单元102提供的控制信号，切换至接收模式，将子信号分别传送至信号处理器161和162。在本发明的另一实施例中，射频前端模块121、122中的接收与发射切换器将根据信号处理器161所提供的控制信号，切换至接收模式，使射频前端模块121、122内部的低噪声放大器运作，并且使射频前端模块121由天线111接收水平正交极化的子信号，然后传送至功率分配及结合装置141，而使射频前端模块122由天线112接收垂直正交极化的子信号，然后传送至功率分配及结合装置1·41。另一方面，射频前端模块131、132中的接收与发射切换器将根据信号处理器162所提供的控制信号，切换至接收模式，使射频前端模块131、132内部的低噪声放大器运作，并且使射频前端模块131由天线111接收垂直正交极化的子信号，然后传送至功率分配及结合装置142，而使射频前端模块132由天线112接收水平正交极化的子信号，然后传送至功率分配及结合装置142。功率分配及结合装置141和142整合这些垂直和水平正交极化的子信号，并分别传送至切换器151和152。切换器151和152根据数据处理单元102提供的控制信号，切换至接收模式，将整合后的信号分别传送至信号处理器161和162。当无线通信系统100运作在发射模式时，数据处理单元102将欲发射的子信号分别传送至切换器151和152，控制切换器151和152切换至发射模式，将欲发射的子信号传送至功率分配及结合装置141和142。在本发明的一实施例中，功率分配及结合装置141和142将垂直正交极化的子信号传送至射频前端模块121和132，将水平正交极化的子信号传送至射频前端模块122和131。射频前端模块121和131中的接收与发射切换器根据信号处理器161所提供的控制信号，切换至发射模式，使功率放大器放大这些子信号。这两个子信号将送至天线111发射出去。射频前端模块122和132中的接收与发射切换器根据信号处理器162所提供的控制信号，切换至发射模式，使功率放大器放大这些子信号。这两个子信号将送至天线112发射出去。在本发明的另一实施例中，功率分配及结合装置141和142将水平正交极化的子信号传送至射频前端模块121和132，将垂直正交极化的子信号传送至射频前端模块122和131。射频前端模块121和131中的接收与发射切换器根据信号处理器161所提供的控制信号，切换至发射模式，使功率放大器放大这些子信号。这两个子信号将送至天线111发射出去。射频前端模块122和132中的接收与发射切换器根据信号处理器162所提供的控制信号，切换至发射模式，使功率放大器放大这些子信号。这两个子信号将送至天线112发射出去。
根据上述的无线通信系统，本发明还进一步提供一应用实施例，让使用者得以根据其需要而加以扩充，如图2所示，其为本发明一实施例的无线通信系统结构示意图。无线通信系统200为图1的扩大应用，包含天线211至21N、一扩充模块201和一数据处理单元202，其中N为一大于I的常数。数据处理单元202包含信号处理器261至26N。扩充模块201包含射频前端模块221至22N、射频前端模块231至23N、功率分配及结合装置241至24N和切换器251至25N。射频前端模块221和231连结于天线211，射频前端模块222和232连结于天线212，射频前端模块22i (未绘示)和23i (未绘示)连结于天线21i(未绘示)，而射频前端模块22N和23N连结于天线21N，其中i为I至N的常数。功率分配及结合装置241连结于射频前端模块221和232，功率分配及结合装置24i (未绘示)连结于射频前端模块22i (未绘示)和23 (i+1)(未绘示)，功率分配及结合装置24N连结于射频前端模块22N和231。切换器251连结于功率分配及结合装置241和信号处理261，切换器252连结于功率分配及结合装置242和信号处理261，切换器25i (未绘示)连结于功率分配及结合装置24i (未绘示)和信号处理26i，切换器25N连结于功率分配及结合装置24N和信号处理26N。本发明的优点在于，提供天线数目的2倍的信号通道，以扩充MMO系统。利用扩充模块的独创架构，每组信号处理器可处理两组对应到不同天线的不同极化的信号，使得复杂的信号处理器无须因信号接口的倍增而倍增，降低系统架构的复杂度。同时，也利用简化的射频前端模块间的组合来处理接收到的子信号，使天线空间可以划分成N个独立空域，在实质运用上形成等效的N组2乘2的MMO通讯系统。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的 权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种扩充模块，适用于一多重输入多重输出的无线通信系统，用以通过N个天线，同时发射或接收N个具有一第一极化方向的子信号和N个具有一第二极化方向的子信号，N为一大于I的常数，其特征在于，该扩充模块包含 N个第一射频前端模块，每一该第一射频前端模块连接于其中一个天线，用以选择地处理其中一个具有该第一极化方向的子信号，或处理其中一个具有该第二极化方向的子信号; N个第二射频前端模块，每一该第二射频前端模块连接于其中一个天线，用以选择地处理其中一个具有该第一极化方向的子信号，或处理其中一个具有该第二极化方向的子信号; N个功率分配及结合装置，其中一第i个功率分配及结合装置连结于一第i个第一射频前端模块和一第(i+1)个第二射频前端模块，而一第N个功率分配及结合装置连结于一第N个第一射频前端模块和一第一个第二射频前端模块，用以分别分配或整合该些相对应的子信号，而i为I至N的常数；以及 N个切换器，其中每一该切换器对应连结于其中一个功率分配及结合装置，用以选择发射或接收所对应的该些子信号。
2.根据权利要求1所述的扩充模块，其特征在于，该第i个第一射频前端模块和一第i个第二射频前端模块连接于一第i个天线。
3.根据权利要求1所述的扩充模块，其特征在于，该些天线具有两接口，用以同时发射或同时接收该些子信号。
4.根据权利要求3所述的扩充模块，其特征在于，该些天线为正交双极化天线。
5.根据权利要求1所述的扩充模块，其特征在于，每一该第一射频前端模块或每一该第二射频前端模块进一步包含一功率放大器、一低噪声放大器以及一接收与发射切换器。
6.—种多重输入多重输出的无线通信系统,其特征在于,包含 N个天线，每一该天线用以同时发射或同时接收一具有一第一极化方向的子信号和一具有一第二极化方向的子信号，N为一大于I的常数； N个第一射频前端模块，每一该第一射频前端模块连接于其中一个天线，用以选择地处理其中一个具有该第一极化方向的子信号，或处理其中一个具有该第二极化方向的子信号; N个第二射频前端模块，每一该第二射频前端模块连接于其中一个天线，用以选择地处理其中一个具有该第一极化方向的子信号，或处理其中一个具有该第二极化方向的子信号; N个功率分配及结合装置，其中一第i个功率分配及结合装置连结于一第i个第一射频前端模块和一第(i+1)个第二射频前端模块，而一第N个功率分配及结合装置连结于一第N个第一射频前端模块和一第一个第二射频前端模块，而i为I至N的常数； N个切换器，其中每一该切换器对应连结于其中一个功率分配及结合装置，用以选择发射或接收所对应的该些子信号；以及 一数据处理单元，连接于该扩充模块，用以提供N个控制信号至该扩充模块，使该无线通讯系统选择地运作在该接收模式或该发射模式下，该数据处理单元进一步包含N个信号处理器，用以处理该些子信号。
7.根据权利要求6所述的无线通信系统，其特征在于，该第i个第一射频前端模块和一第i个第二射频前端模块连接于一第i个天线。
8.根据权利要求6所述的无线通信系统，其特征在于，一第i个信号处理器连接于一第i个切换器。
9.根据权利要求6所述的无线通信系统，其特征在于，一第i个控制信号控制一第i个切换器、该第i个第一射频前端模块和该第(i+1)个第二射频前端模块，而一第N个控制信号则控制一第N个切换器、该第N个第一射频前端模块和该第一个第二射频前端模块。
10.根据权利要求6所述的无线通信系统，其特征在于，每一该第一射频前端模块或每一该第二射频前端模块进一步包含一功率放大器、一低噪声放大器以及一接收与发射切换器。
11.根据权利要求6所述的无线通信系统，其特征在于，该些天线具有两接口，用以同时发射或同时接收该些子信号。
12.根据权利要求11所述的无线通信系统，其特征在于，该些天线为正交双极化天线。
全文摘要
一种具有一扩充模块的多重输入多重输出的无线通信系统，多重输入多重输出的无线通信系统，用以同时发射或同时接收多个具有第一极化方向或具有第二极化方向的子信号，其系统包含N个天线、一扩充模块以及N个信号处理器。扩充模块连结于每一个天线和每一个信号处理器，用以根据每一个信号处理器所提供的控制信号，选择地运作在一接收模式或一发射模式下，将其中一个天线所对应的具有第一极化方向的子信号与另一个天线所对应的具有第二极化方向的子信号进行整合或分配。如此一来，此系统无须增设完整的接收或发射组件，即可双倍扩充输入输出的接口数目。
文档编号H04B7/04GK103051363SQ20111032711
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月12日
发明者张李传 申请人:系通科技股份有限公司