专利名称：多天线收发器和其操作方法
技术领域：
本发明通常涉及无线通信。更具体的是，本发明涉及一种多天线 (multiple-antenna)收发器和其操作方法。
背景技术：
传统的无线系统采用射频(RF)发射器产生输出信号以应用于其间间隔一段距离的电台之间的通信天线。在移动无线网络中，一个站可能是一个移动站(MQ，而另一站可能是一个基站(BQ。随着移动站在整个无线网络覆盖的区域内移动，由于许多的环境因素，移动站和基站之间的路径损耗发生变化，这些环境因素包括站之间距离的变化以及环境中产生阻塞或者衰减从一个站发射到另一个站的信号的物体的存在。为了确保网络的正常运转，根据需要克服的基站和移动站之间的路径损耗，基站指示移动站增加或减少其发射功率，使基站随着信道条件的变化连续的接收移动站信号。 在基站上，移动站必须保持一定的信号强度，以免抑制其发射信号的检测。在一些基站的临界距离上，依赖移动站和基站之间详细的物理环境，移动站将不再能够增加其输出功率以维持所需的信号强度。在这一点上，除非基站能够借助邻近的基站与移动站进行通信，否则移动站和基站之间的通信不能再保持，连接也将丢失。因此，移动站的最大输出功率能力 (themaximum output power capability)是一个关键的参数，最终确定了移动站和基站可以通信的预期距离，从而确定了在一个移动网络中提供可靠地覆盖必须所需要的基站站点的距离以及数量。然而，基站站点的数量越大，实现移动网络的成本越大。因此，有必要扩大移动站输出功率能力，以最少的基站站点数量确保可靠的覆盖范围。因此，移动站中的一个重要组成部分，是用来向基站发射信号的功率放大器。功率放大器通常有最大输出功率等级。一种实现与基站可靠通信的方法，是确保功率放大器配备有足够的功率，克服衰减和其他有时存在于无线介质中的恶劣环境。然而，配备具有大功率的放大器的移动站并不总是可行的，有以下几个原因 (一)有可供设备消耗的总功率的限制；(二)大功率放大器可能会导致过热，然后变得无效；(三)大功率的放大器可能是昂贵的；(四)大功率放大器可能由于过大而不适合有尺寸限制的小移动终端。在努力增加移动站的输出功率而不是增加现有的放大器的功率时，结合一个或多个低功率放大器有时是经济的而且有效的。结合多个放大器的输出可能会产生额外的优势，包括单一空间流或多元化空间流的发射能力。提供一种优化用户站收发器的多功率放大器的发射功率的方法是可取的，所述用户站收发器包括多天线。
发明内容
一种实施例，包括多天线收发器。所述多天线收发器包括具有多个第一端口和多个第二端口的多端口网络，其中，至少一个所述的第二端口响应至少两个所述第一端口。所述多天线收发器还包含多个天线，每个天线连接到第二端口。另一种实施例，包括多天线用户(subscriber)单元。另一种实施例，包括操作包含多端口网络的收发器的方法。该方法包括将多个发射信号耦合到多端口网络的多个第一端口，以及多个天线，每个天线耦合到所述多端口网络的第二端口，其中，至少一个所述的第二端口响应至少两个所述第一端口。根据一个方面，一种多天线用户单元架构(architecture)包括具有多个第一端口和多个第二端口的多端口网络，其中，至少一个所述的第二端口响应至少两个所述的第一端口；多个天线，每个天线连接到第二端口。根据另一个方面，一种操作包括多端口网络的收发器的方法，包括耦合多个发射信号到所述多端口网络的多个第一端口 ；耦合所述多端口网络的多个第二端口到多个天线；其中，至少一个的所述第二端口响应至少两个的所述第一端口。优选的，所述方法进一步包括，至少部分的基于表征的接收信号，通过控制经过所述多端口网络的至少一个的发射信号的至少一个相位和振幅，设置多个发射信号中的至少一个相位和振幅以形成至少一个输出发射信号。优选的，所述方法进一步包括耦合多个输出功率放大器到所述多端口网络的所述
第一端口。优选的，所述方法进一步包括设置多个发射信号的相位关系以定向大部分 (majority)发射信号功率到多天线选定子集。 优选的，所述方法进一步包括通过定向耦合器定向地耦合发射信号，其中，通过所述定向耦合器，天线连接到多个第二端口中对应的一个。优选的，所述方法进一步包括连接到发射信号处理电路的定向耦合器的耦合输出，基于所述耦合输出的耦合信号，发射信号处理电路调节发射信号的相位和振幅的至少一个。优选的，所述方法进一步包括通过定向耦合器定向地耦合发射信号，其中通过所述定向耦合器，功率放大器连接到所述多个第一端口中对应的一个。优选的，所述方法进一步包括连接到发射信号处理电路的定向耦合器的耦合输出，基于所述耦合输出的耦合信号，发射信号处理电路调节发射信号的相位和振幅的至少一个。从接下来的详细描述中，所述实施例的其他方面和优势是显而易见的，结合附图， 通过举例的方式说明所述实施例的原理。
图1显示了包括多端口网络和多天线的收发器的实施例的框图；图2显示了多端口网络的实施例；图3显示了包括多个功率放大器、多端口网络以及多天线的实施例的框图；图4显示了包括多个功率放大器、多端口网络、多天线以及发射信号相位和/或幅度调节电路一种实施例的框4
图5显示了收发器的实施例的框图，所述实施例包括多个功率放大器、多端口网络、发射/接收开关、低噪声放大器、以及多天线；图6显示了收发器的实施例的框图，所述实施例包括多个功率放大器、定向耦合器、多端口网络、发射/接收开关、低噪声放大器、以及多天线；图7显示了收发器的实施例的框图，所述实施例包括多个功率放大器、多端口网络、定向耦合器、发射/接收开关、低噪声放大器、以及多天线；图8显示了收发器的另一实施例的框图，所述实施例包括多个功率放大器、发射/ 接收开关、低噪声放大器、定向耦合器、多端口网络、以及多天线；图9显示了收发器的另一实施例的框图，所述实施例包括多个功率放大器、多端口网络、定向耦合器、发射/接收开关、低噪声放大器、以及多天线；图10显示了收发器的一实施例的框图，所述实施例包括发射和接收信号处理、多个功率放大器、定向耦合器、多端口网络、发射/接收开关、低噪声放大器、以及多天线；图11显示了一实施例的框图，所述实施例包括多个功率放大器，多端口网络，以及两个以上的天线；图12显示了一实施例的框图，所述实施例采用多个功率放大器和多个正交混合華禹合器；图13显示了操作放大器的方法的实施例的步骤的流程图，所述实施例包括多端口网络。
具体实施例所述实施例包括收发器架构的系统、方法以及装置，所述收发器架构包括多端口网络和多天线。图1显示了包括多端口网络110以及多天线的收发器架构的实施例的框图。所述多天线包括天线1到天线M。如图所示，多端口网络包括N个输入端口和M个输出端口。每一天线M连接到多端口网络的独立的输出。发射时，N个输入端口的每一个均由相应的发射信号所驱动。正如将要描述的，发射信号可以在输入至多端口网络前进行预处理，其中所述预处理调节所述发射信号的振幅和/或相位。虽然多端口网络110被描述成有N个输入和M个输出，但是可以利用所述输入和输出的任何子集。在此，术语输入和输出是用于阐明多端口网络的运作。可以理解的，多端口网络是一种双向设备；此属性将被显然地用于图8 的讨论中。在图1中，所述端口更一般地标记为第一端口和第二端口。散射参数(S参数)描述了一个线性电网的输出与输入的振幅比。S-参数是随频率变化的无量纲(unit-less)复数，可以代表增益和相位。描述N端口网络的S参数矩阵是一个η维方阵。二端口网络的S参数矩阵一般用来描述反射、入射功率波之间的关系，根据°n S'2 II 在此，QjPGi2 为输出，I1 和 I2 为输入，
_ 2」 L 21 ^22 J L 2_相当于,Q1 = S11IJS12I2和O2 = S21I^S22I2O多端口网络110的传递函数可以用S 参数矩阵表示。图2显示了多端口网络的实施例，所述多端口网络通常被称为90度混合耦合器。对于该典型实施例，考虑将端口 1和端口 2作为输入，将端口 3和端口 4作为输出。使用所述的电气长度(electrical lengths)和阻抗特性的发射线(transmission lines)，可实现
90度混合耦合器210。在此，Ztl表示的阻抗特性，通常为50欧姆是在发射中心频率的四
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分之一波长线。90度混合耦合器的标称散射参数，由下式给出
权利要求
1.一种多天线收发器，其特征在于，包括；具有多个第一端口和多个第二端口的多端口网络，其中，至少一个所述第二端口响应至少两个所述第一端口；多个天线，每个天线连接到第二端口。
2.根据权利要求1所述多天线收发器，其特征在于，多个发射信号耦合至所述多个第一端口，且所述多天线收发器进一步包括发射信号处理电路，所述发射信号处理电路用于调节所述多个发射信号的振幅和相位中的至少一个以用于形成来自多天线的至少一个输出发射信号。
3.根据权利要求1所述多天线收发器，其特征在于，包括多个功率放大器，其中每个功率放大器连接所述第一端口。
4.根据权利要求3所述多天线收发器，其特征在于，发射信号耦合至所述多个第一端口，且所述多天线收发器进一步包括发射信号处理电路，所述发射信号处理电路用于设置多个发射信号的相位关系以定向大部分发射信号功率至所述多个天线中的选定子集。
5.根据权利要求3所述多天线收发器，其特征在于，发射信号耦合至所述多个第一端口，且所述多天线收发器进一步发射信号处理电路，所述发射信号处理电路用于设置多个发射信号的相位和振幅关系以定向大部分发射信号功率至所述多个天线中的选定子集。
6.根据权利要求3所述多天线收发器，其特征在于，包括第二多端口网络，所述第二多端口网络具有多个第一端口和多个第二端口，其中所述第二多端口网络的至少一个所述第二端口响应至少两个所述第二多端口网络的第一端口，第二多端口网络的所述第二端口连接所述功率放大器的输入。
7.根据权利要求1所述多天线收发器，其特征在于，包括定向耦合器，其中天线通过所述定向耦合器连接至对应的一个所述多个第二端口。
8.根据权利要求7所述多天线收发器，其特征在于，包括定向耦合器的耦合输出，所述定向耦合器连接发射信号处理电路，基于所述耦合输出的耦合信号，发射信号处理电路用于调节发射信号的相位和振幅的至少一个。
9.根据上述任意一项权利要求所述多天线收发器，其特征在于，包括基于发射和接收信号的时域分工定时的所述开关的定时控制，和/或，包括一设备，所述设备通过所述多个第二端口接收信号，表征所述接收信号， 以及至少部分的基于表征的接收信号，通过控制经过所述多端口网络的至少一个的发射信号的相位和振幅的至少一个以形成所述至少一个输出发射信号。
10.一种操作包括多端口网络的多天线收发器的方法，其特征在于，包括；耦合多个发射信号到所述多端口网络的多个第一端口；耦合所述多端口网络的多个第二端口到多个天线；其中，至少一个的所述第二端口响应至少两个所述第一端口。
全文摘要
本发明公开了用于多天线接收器的实施例。多天线接收器的一实施例包括具有多个第一端口和多个第二端口的多端口网络。其中，至少一个所述的第二端口响应至少两个所述第一端口。所述多天线接收器还包括多个天线，每个天线连接到第二端口。本发明还公开了操作上述包括多端口网络的多天线收发器的方法。
文档编号H04B1/40GK102480315SQ201110371690
公开日2012年5月30日 申请日期2011年11月21日 优先权日2010年11月19日
发明者罗伯特·G·洛伦兹, 贝特朗·M·何沃尔 申请人:美国博通公司