专利名称：阵列天线发送器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发送器，其具有由多个天线元件构成的阵列天线。
所公知的发送器具有由多个天线元件构成的阵列天线。此种的发送器可被称为阵列天线发送器，其被应用在蜂窝移动通讯系统中。阵列天线发送器形成一个方向图，通过该图可在所需信号或接受信号到达的方向上获得最大的传输增益，从而可防止阵列天线发送器受到传输干扰。
在传统的阵列天线发送器中，天线元件被成环形设置，这样在所形成的方向图中，传输增益在每个方向上几乎都是一样的。其结果，很难获得在后面将描述的与天线元件数成正比的高传输增益。
因此，本发明的一个目的在于提供一种阵列天线发送器，其可获得与天线元件数成正比的高传输增益。
通过进一步的描述会对本发明的其他的目的有所了解。
根据本发明，所提供的阵列天线发送器包含(A)阵列天线，其包含一个多边形，该多边形具有M个边，分别在边上设置M个区段，在M个区段上的每一个上线性设置N个天线元件，M为不小于3的正整数，而N为不小于1的正整数，(B)传输天线权重-生成装置，用于根据所到达接收信号的预计方向上的输入信息为M个区段的每个生成传输天线权重，及(C)M个自适应传输装置，被提供有针对各个用户的传输信号及相应的传输天线权重，用于向相应的一个天线元件提供N个天线传输信号，N个天线传输信号用于在用户的方向上发送具有方向图并带有增益的所需的波长信号。
图1为传统的阵列天线发送器的方框图；图2为用在图1中所示的阵列天线发送器中的自适应传输部分的方框图；图3为根据本发明的最佳实施例的阵列天线发送器的方框图4为用在图3中所示的阵列天线发送器中的自适应传输部分的方框图。
参考图1，为了更好的了解本发明，将首先描述传统的阵列天线发送器。所示出的阵列天线发送器可使用码分多址(CDMA)方式。阵列天线发送器包含发送天线权重-生成部分108，自适应传输部分109，和具有环形设置的天线元件111-II到111-N的传输天线部分110，其中N为不小于1的正整数。
传输天线权重-生成部分108在所估计的到达接收信号D0ST的方向的基础上计算传输天线权重信息(导向矢量)W0(t)，单独形成在所到达的接收信号方向上具有增益的方向图。自适应传输部分109被提供给传输天线权重信息W0(t)和用户传输信号S0TX，以产生天线传输信号S0-1到S0-N。传输天线部分110包含环形设置的天线元件111-1到111-N。在每个天线元件111-1到111-N的水平面中对其方向性无任何限制。实例包含全向和偶极天线等。
将天线传输信号S0-1到S0-N提供给传输天线部分110。传输天线部分110借助彼此相邻设置的天线元件111-1到111-N进行传输，从而从天线传输的每个信号都具有相关性。当传输天线部分110借助天线元件111-1到111-N进行发送时，在无线频带中是以模拟的方式进行的。因此，天线传输信号S0-1到S0-N被从基带转换到无线频带，并进行数字/模拟的变换。
参考图2，自适应传输部分109包含传输权重部分105和扩展部分107-1到107-N。自适应传输部分被提供有传输天线权重信息W(t)和从外部输入的用户传输信号S0TX，这是为了产生天线传输信号S0-1到S0-N。传输权重部分105包含复数乘法部分106-1到106-N。传输权重部分105将传输信号S0TX与传输天线权重信息W(t)(W0t-1到W0t-N)相乘以生成具有预定的传输方向图的信号。
扩展部分107-1到107-N通过扩码C0将传输权重部分105的输出进行扩展以生成天线传输信号S0-1到S0-N。假设扩码C0由相互彼此正交的两个序列码C01到C0Q构成。通过符号间隔上的单复数乘法和平均电路可获得扩展部分107-1到107-N。另外，通过具有扩展码C0接头权重的横向滤波器结构可获得扩展部分107-1到107-N。
图1中所示的阵列天线发送器在形成用于传输的方向图形中使用具有环形阵列天线元件的天线。因此，所形成的传输增益的方向图性在各个方向上几乎都是一致的。
在图1中所示的阵列天线发送器中，天线元件被环形设置以形成传输增益的方向图形，该图形在各个方向上几乎是相同的。结果，传输增益未被最优化。很难获得与天线元件数成正比的高传输增益。
参考图3，将对根据本发明的最佳实施例的阵列天线进行描述。在图中所示的实例中，阵列天线发送器具有一个天线部分，该部分为具有M个边部的多边形，其中M为不小于3的正整数。每个区段中的天线元件数为N，其中N为不小于1的正整数。阵列天线发送器包含一个天线部分1、自适应传输部分3-1到3-M和传输天线权重生成部分4。
天线部分1的形状为具有M个边的多边形。如前面所述，天线元件被设置在边的区段上。在下面的描述中，用任意的第m个区段作为实例，其中m为从1到M的变量，并包含二者。天线部分1由天线元件2-m1到2-mN构成，由此从第一个区段到第M个区段线性设置N个元件。在第m个区段上的天线元件2-m1到2-mN被彼此邻接设置，从而第m个区段上的天线传输信号具有相关性，这是为了发送通过多路复用带有多个干扰信号的所需信号产生的信号。对天线元件2-m1到2-mN的每个元件的平面中的方向性无任何的限制。最好的，它们为具有小于180度束宽的单极元件。在天线元件2-m1到2-mN的方向性为单极的情况下，即束宽小于180度，需要设置天线元件2-m1到2-mN，从而在天线部分1的多边形外部形成方向性。在天线元件2m1到2-mN的方向性使得束宽不是小于180度的单极(即全向和耦极子)的情况下，需要在天线部分1的多边形M中设置电磁屏蔽材料，以防止天线元件2-m1到2-mN在天线部分1的多边形M的第m个边(第m个区段)中发送带有方向性的信号。
当通过天线部分1的第m个区段的天线元件2-m1到2-mN发送信号时，它们在无线频带内被以模拟的方式进行处理，从而天线发送的信号SA-m1到SA-mN被从基带频率转换到无线频带。因此，进行数模转换。
通过设置如上所述的天线元件，可在区段内的天线阵列前的发送角度的180度的范围内任意的形成每个区段的发送方向图形。在此情况下，与M无关，发送角度范围为180度，这与发送区段天线中的发送角度范围随着区段数而发生变化的情况不同。
发送天线权重生成部分4包含一个用于预测用户方向性的方向-预测部分4a，并将信号发送到此部分；时间测量部分4b，用于测量时间；存储部分4c，用于存储各种的信息；以及控制部分4d。发送天线权重生成部分计算传输天线权重信息(导向矢量)W(tI)到W(tM)，通过单独估计的接收信号到达方向信息DST在每个区段的接收信号方向上形成具有增益的方向图形。当发现了所估计的接收信号到达方向(估计的接收信号到达方向信息DST)时，对估计到达信号的方向性的方法不做任何限制。实例包含空间DFT(离散傅立叶变换)方法和MUSIC方法等。
另外，在发送天线权重-生成部分4中，对为了检测第m个区段发送天线权重的选择区段的方法未做任何限制。实例包含通过只选择一个包括到达接收信号的估计方向性的区段而确定发送天线权重的方法，通过选择包括到达接收信号的估计方向性的所有区段而确定发送天线权重的方法，通过从到达接收信号的估计的方向性在发送的时刻预测用户方向性然后只选择包括用户的估计方向性的一个区段而确定发送天线权重的方法，和在发送的时刻通过从到达接收信号的估计的方向性预测用户的方向性然后选择包括用户的预测方向性的所有区段而确定发送天线权重的方法。
在发送天线权重生成部分4中，当选择了多个区段时可对每个不同的区段进行权重操作，进而确定发送天线权重。例如，当到达与在区段上的上面设置了天线元件的直线垂直的方向上时，对其中的所述区段选择了用户的预测方向性或到达的接收信号的方向性，与该区段相关的权重增大。至此，完成了最优比组合方法。需注意的是，未确定的发送天线权重全为0并未进行发送。
只要估计了到达接收信号的方向性，对接收器系统不做任何的限制。在发送期间，与其他的区段独立的形成方向图形。通过发送天线权重生成电路可任意的确定每个区段的发送天线权重。
参考图4，自适应传输部分3-m由发送权重部分5和扩展部分7-1到7-N构成。将第m个区段发送天线权重信息W(tm)(Wtm-1到Wtm-N)和用户发送信号STX提供给自适应传输部分3-m。从每个单独的区段输出天线发送信号SA-m1到SA-mN。发送权重部分5包含复数乘法部分6-1到6-N，其将用户发送信号STX与发送天线权重信息W(tm)相乘。发送权重部分5产生用户固有的在发送方向图形中发送的信号。
扩展部分7-1到7-N通过扩码C扩展发送权重部分5的输出以产生天线发送信号SA-m1到SA-mN。假设扩码C由相互彼此正交的两个序列码C1到CQ构成。通过符号间隔上的单复数乘法和平均电路可获得扩展部分7-1到7-N。另外，通过具有扩展码C接头权重的横向滤波器结构可获得扩展部分7-1到7-N。
同样需注意的是，在本实施例中关于到达接收信号的估计方向性的信息DST只是一个实例。对每个用户形成一个方向上的发送方向图。同样，可制备多个如图3中所示的发送天线权重生成部分4。对每个区段，将从发送天线权重生成部分4输出的第m个区段的发送天线权重进行求和，这是为了形成与到达接收信号的多个估计的方向对应的发送方向图。
在此结构中，为每个区段设置成线形的天线元件2-m1到2-mN。因此，在与上面设置了天线元件2-m1到2-mN的线垂直的方向上可形成具有基本上与天线元件数成比例的高发送增益的方向图。
在本发明中，对扩码C的长度(即扩展系数)无任何的限制。因此，根据本发明的阵列天线发送器可被提供给例如用扩展系数为1的除码分多址方法以外的方法相乘的信号。
另外，在本发明中，对天线元件之间的间隔也未做限制。例如，天线元件之间的间隔可为载波的波长的一半。
本发明还具有下面的另外一个特征。对区段数M不做限制。如上所述可为三角形。另外，多线性设置在一个区段上的天线元件N的数量也未做限制。
在本发明中，对被同时发送信号的用户的数量也未做限制。另外，对每个用户同时发送的信号的方向数也未做限制。
如上所述，根据本发明，天线元件被成线性的设置在多边形的每个边上。通过各个边控制被提供给天线的信号。因此，可控制方向性。结果，可获得对其他用户无任何干扰的并具有与天线元件数成比例的高发送的阵列天线发送器系统。
在本发明中，在每个区段上，天线元件被设置在直线上，从而在与多边形的区段或每个边垂直的方向附近可形成大约与天线元件数成比例的具有高发送增益的方向图。
权利要求
1.阵列天线发送器包含阵列天线，其包含一个多边形，该多边形具有M个边，分别在所述边上设置M个区段，在M个区段上的每一个上线性设置N个天线元件，M为不小于3的正整数，而N为不小于1的正整数；传输天线权重-生成装置，用于根据所到达接收信号的预计方向上的输入信息为所述M个区段的每个生成传输天线权重；及M个自适应传输装置，被提供有针对各个用户的传输信号及相应的所述传输天线权重，用于向相应的一个所述天线元件提供N个天线传输信号，所述N个天线传输信号用于在所述用户的方向上发送具有方向图并带有增益的所需的波长信号。
2.根据权利要求1所述的阵列天线发送器，其特征在于所述M个区段的每个上的方向图只形成在与所述M个区段对应的所述多边形的每个边的外部。
3.根据权利要求1或2所述的阵列天线发送器，其特征在于所述发送天线权重-生成装置通过从所述M个区段中选择一个包含所述到达接收信号的估计方向的区段为M个所述区段的每个产生一个发送天线权重。
4.根据权利要求1或2所述的阵列天线发送器，其特征在于所述发送天线权重-生成装置通过从所述M个区段中选择所有的包含所述到达接收信号的估计方向的区段为M个所述区段的每个产生一个发送天线权重。
5.根据权利要求1或2所述的阵列天线发送器，其特征在于所述发送天线权重-生成装置通过在预定的发送时刻从所述到达接收信号的所述估计的方向预测用户的方向并从所述M个区段中选择包含用户预测方向的一个区段而为每个所述区段M产生一个发送天线权重。
6.根据权利要求1或2所述的阵列天线发送器，其特征在于所述发送天线权重-生成装置通过在预定的发送时刻从所述到达接收信号的所述估计的方向预测用户的方向并从所述M个区段中选择包含用户预测方向的所有区段而为每个所述区段M产生一个发送天线权重。
7.根据权利要求1到6中任何一个权利要求所述的阵列天线发送器，其特征在于每个所述自适应传输装置包含发送权重装置，用于根据针对给定用户的所述发送信号和从所述发送天线权重-生成装置提供的所述发送天线权重在所述阵列天线形成方向图；及N个扩展装置，用于分别将N个所述天线发送信号提供给所述N个天线元件，通过使用与给定用户对应的扩码扩展来自所述发送权重装置输出而获得N个所述天线发送信号。
8.根据权利要求7所述的阵列天线发送器，其特征在于所述发送权重装置具有N个复数乘法装置，其被提供有所述发送天线权重和所述用于所述给定用户的发送信号，所述发送权重装置找到所述发送信号和包含在所述发送天线权重中的N个复数发送天线权重中相应一个的乘积。
全文摘要
一种阵列天线包括天线部分、自适应传输部分文档编号H01Q3/26GK1266347SQ0010335
公开日2000年9月13日 申请日期2000年3月2日 优先权日1999年3月5日
发明者丸田靖 申请人:日本电气株式会社