确定从天线元件到收发器队列的连接性的网络元件、集成电路和的方法
【技术领域】
[0001]本发明的领域涉及用于网络元件的天线阵列及其集成电路。本发明的领域适用于但不限于用于天线阵列的逻辑信道到物理信道分配的机构。
【背景技术】
[0002]常规的用于无线通信系统的天线阵列包括多个天线元件。天线阵列在大多数的蜂窝装置中通常与现有的节点B装置一起使用并且利用固定的65°C波束图案。在天线波束的主瓣的外面，信号被空间过滤并且显著衰减。常规的网络计划和无源天线阵列方案用共同的固定波束图案处理所有到来的信号。基于在通过天线波束主瓣识别的、被称为RF覆盖区(footprint)的地理区域内接收的信号，这种接收处理趋于为收发器操作命令相应的共同波束图案。因此，对接收(Rx)和发送(Tx)操作二者均使用相同的射频(RF)印迹。
[0003]利用天线阵列的接收波束形成依赖于这样的能力:以相干地添加来自希望方向的入射信号的方式在天线元件中的每一个上相长地添加入射信号的能力。因此，不来自希望方向的入射信号将被非相干地添加，并因此将不经历相同的处理增益。术语“相干性”意味着信号将具有基本上相同的相位角。另外，来自多个源的热噪声也表现出非相干的特性，因此当被添加时，来自多个源的信号不经历与相干的希望信号相同的处理增益。相反，在发送有源天线阵列中，信号在意图的波束图案内被相干地组合成“空气”中的电磁(ΕΜ)信号，使得它们相干性地到达移动站(MS)(例如，第三代合作伙伴项目(3GPP?)用语中的用户装置(UE))接收器。
[0004]在本文描述的例子中，天线元件是目的在于将电磁(EM)信号转换成电信号或者将电信号转换成EM信号的放射结构，其中，单数的元件具有固定的放射图案。本文描述的术语“放射元件”指的是能够放射电磁信号的元件。并且，本文里描述的术语“放射元件”也包括能够吸收EM放射线并且转换成电信号的结构。构建为阵列的这些元件可被配置为通过操纵与元件耦合的电信号而具有各种放射图案。因此，可以实现改变放射波束形状的能力。
[0005]为了完整，有必要阐明天线互易性理论，该天线互易性理论在关于电磁场和天线的经典论述中通常被阐述如下:
[0006]给定分开一定距离放置的两个天线“A”和“B”，它们中的每一个可作为发送天线或接收天线被操作。假定天线“B”保持原样，而作为发送器的天线“A”的性能被修改。其结果是，对于固定量的输入功率，由天线“B”接收的信号由于施加于天线“A”上的改变而变化一因子“F”。然后，相同的修改也改变作为接收器的天线“A”的性能并且以相同的因子这样做。该理论是从麦克斯韦方程的某些对称性得到的，并且其有效性很容易被实验验证并且已被广泛公开。因此，由与具有与接收器相同的载波频率的天线可操作地耦合的发送器引起的放射图案具有相同的方位角链路损耗。因此，下文的术语放射和“放射波束图案”也可被应用于接收器。
[0007]有源天线系统(AAS)是发射信号以产生定向放射图案的一组天线。各天线元件与无线电收发器连接。可通过配置各AAS天线元件处的各信号的相对相位和振幅来控制阵列的放射图案。通过精确地控制被组合之前的被处理的信号的相对相位和振幅，能够对准放射信号中的峰和谷以形成波束，该过程在下文被称为“波束形成”。
[0008]通过收发器内的调整控制给定天线元件上的信号的相位和振幅。因此，在安装之后，并且特别是在射频装置和/或电路的重新配置之后，知道哪个无线电收发器与哪个天线元件连接是重要的。并且，收发器可由诸如功率放大器(PA)设备的多个元件组成。
[0009]在天线元件阵列中，天线元件到无线电收发器队列(line-up)的可能连接性路径的数量可被定义为:
[0010]NelementX (Ml!-(Ml-Nelement) ! ) X...X (Μη ! _(Mn-Nelement) ! ) X L [1]
[0011]这里:
[0012]Nei—nt是在系统中使用的天线元件的数量；
[0013]1^是通过第1多路开关的路径的数量；
[0014]11?是通过第η多路开关的路径的数量；
[0015]L是在系统中使用的无线电收发器队列的数量。
[0016]因此，随着多路开关和通过各多路开关的路径的数量增加，可能路径的数量呈指数上升。如果通过系统的路由对于天线元件中的一个或多个不是所期望的那样，则系统性能至少被劣化，并且在最坏的情况下可能完全失去其波束形成能力。因此，知道来自哪个收发器的哪个ΡΑ与哪个天线元件连接是重要的。
[0017]—般地，这对AAS制造和组装过程施加了限制，使得连接性必须被预定且组装根据有些不灵活的预定连接性而进行。
[0018]可能还需要考虑跨着各种天线元件到逻辑信道路径的附加的开关元件。并且，可能需要对阵列的给定配置动态选择与收发器无线电队列连接的天线元件的数量。
[0019]US 8265572 B2公开了用于有源天线阵列的多包络跟踪系统，这里，前提是到各天线元件的逻辑信道路由是已知的并且固定的。没有公开使得天线阵列能够检测逻辑到物理元件信号路由的任何机构。
[0020]US 7212 838和US 6952455二者指定用于使波束加权适于增加系统中的接收信号功率水平的方法。该只有接收的方法不依赖于或者建立发送器或接收器中的天线与逻辑信道之间的连接性。并且，该方法的应用会干涉波束方向的控制，因为结果产生的波束总是会偏向最高的功率源(盲适应)而不是意图的方向，并且波束形状一般会是不可预测的。
[0021]因此，当前没有动态建立发送器或接收器中的天线与逻辑信道之间的连接性的已知方法。
【发明内容】
[0022]因此，本发明寻求单独地或者以任意的组合减轻、减缓或消除上述缺点中的一个或多个。
[0023]根据本发明的第一方面，描述一种用于在数据库中分配至少一个逻辑信道与天线布置的能够与至少一个天线元件耦合的至少一个天线元件馈送之间的关系的方法。该方法包括以下两组操作中的任一组:向至少一个第一逻辑信道施加第一信号；和检测在至少一个第一天线元件馈送上是否存在从第一信号转换的射频信号;或者向天线布置的能够与至少一个第一天线元件耦合的至少一个第一天线元件馈送施加第二信号;和检测在至少一个第一逻辑信道上是否存在从第二信号转换的逻辑信号。该方法还包括作为其响应在数据库中分配该至少一个第一逻辑信道与该至少一个天线元件馈送之间的关系。这有利地允许经由多个收发器向多个天线元件分配逻辑信道。并且，可对有源天线阵列确定逻辑信道到波束形成系数的分配。
[0024]根据本发明的可选示例实施例，方法还可包括以下两组操作中的任一组:将施加到该至少一个第一逻辑信道的第一信号转换成射频信号;和向该至少一个第一天线元件馈送施加该射频信号;或者将施加到该至少一个第一天线元件馈送的第二信号转换成逻辑信号;和向该至少一个第一逻辑信道施加该逻辑信号。
[0025]根据本发明的可选示例实施例，方法还可包括:经由支持来自多个物理信道的物理信道的至少一个电路元件路由第二信号;在来自多个电路元件的至少一个第一电路元件上检测第二信号的存在;和在数据库中分配该至少一个第一电路元件与以下中的至少一个之间的关系:该至少一个第一逻辑信道、该至少一个第一天线元件馈送。
[0026]根据本发明的可选示例实施例，转换信号可包括执行来自以下项的组中的至少一个:上转换处理、下转换处理、数字到模拟转换处理、模拟到数字信号处理、功率放大处理、开关处理。
[0027]根据本发明的可选示例实施例，响应于在该至少一个第一逻辑信道上没有检测到逻辑信号的存在，方法还可包括:迭代地检测在多个逻辑信道中的至少一个另一逻辑信道上是否存在该逻辑信号；和响应于肯定的检测，在数据库中分配该至少一个天线元件馈送与所检测到的至少一个另一逻辑信道之间的关系。
[0028]根据本发明的可选示例实施例，方法还可包括:响应于在该至少一个第一天线元件馈送上没有检测到从第一信号转换的射频信号的存在，迭代地检测在多个天线元件馈送中的至少一个另一天线元件馈送上是否存在该射频信号；和响应于肯定的检测，在数据库中分配至少一个第一逻辑信道与所检测到的至少一个另一天线元件馈送之间的关系。
[0029]根据本发明的可选示例实施例，施加、检测和分配可在检测天线布置与该多个逻辑信道之间的路由配置时自动执行，由此有利地允许各种元件和信道的分配被自动实现。在一个例子中，这可形成用于有源天线阵列系统的自测试程序的一部分。
[0030]根据本发明的可选示例实施例，方法还可包括:在向该至少一个第一逻辑信道施加逻辑信号之后，无法在任何天线元件馈送上检测到第二信号;和作为其响应，将该至少一个第一逻辑信道识别为不与任何天线元件馈送连接;或者在向该至少一个第一天线元件馈送施加射频信号之后，无法在任何逻辑信道上检测到第一信号;和作为其响应，将该至少一个第一天线元件馈送识别为不与任何逻辑信道连接。以这种方式，方法可有利地识别物理或逻辑信道的非功能部件或电路或未连接天线元件。
[0031]根据本发明的可选示例实施例，方法还可包括:响应于将该逻辑信道识别不与任何天线元件馈送连接，实现以下操作中的至少一个:天线阵列的重新配置例程;发出与所识别的逻辑信道相关联的警报;报告故障。以这种方式，可迅速地识别和校正非功能部件或电路。
[0032]根据本发明的可选示例实施例，当在数据库中分配多个天线元件馈送与多个逻辑信道之间的关系时，方法还包括确定以下项中的至少一个:天线阵列的阵列大小、天线阵列的阵列形状，由此有利地允许阵列大小被确定以及作为其响应将天线布置配置为特定的阵列形状。
[0033]根据本发明的可选示例实施例，方法还可包括，为了形成天线布置的希望的波束，从数据库提取分配信息并使用该分配信息来向逻辑信道施加波束加权。
[0034]根据本发明的可选示例实施例，当支持多载波操作时，向单个天线元件馈送分配多于一个的逻辑信道。
[0035]根据本发明的可选示例实施例，该至少一个第一信号可以是发送导频信号。
[0036]根据本发明的第二方面，一种计算机程序产品包括用于在数据库中分配至少一个逻辑信道与天线布置的能够与至少一个天线元件耦合的至少一个天线元件馈送之间的关系的程序代码，该计算机程序产品包括可操作用于当在网络元件处被执行时执行第一方面的方法的程序代码。
[0037]根据本发明的第三方面，一种网络元件包括:包含多个天线元件馈送、支持多个物理信道和能够与其连接的多个逻辑信道的多个射频电路的天线布置;用于耦合该多个天线元件馈送与该多个射频电路的接口。信号处理器被布置为完成以下两组操作中的任一组:向至少一个第一逻辑信道施加第一信号;和检测在该至少一个第一天线元件馈送上是否存在从第一信号转换的射频信号;或者