专利名称：组合来自多个天线的射频信号的方法和装置的制作方法
背景技术：
无线通信网络的设备可以使用双天线和/或天线阵列来改善网络容量和数据速率。这些设备可以是由天线选择技术和/或天线分集技术选择一根天线用以接收或发送信号。这些技术会消耗宝贵的功率以及在无线设备内使用的处理器计算时间。此外根据这些技术，每次只能使用一根天线。
这样就需要一种更好的方法来组合由上述天线接收的信号用以改善无线通信网络的容量和数据传输速率。
在该声明的结论部分将特别指出并明确声明本发明的主题。尽管如此，将在参考了随后结合附图的详细描述中最好地理解可被认为是组织和操作方法的本发明以及它的目标、特性和优点，所述附图包括图1是根据本发明一个典型实施例的无线通信系统的部分示意图；图2是根据本发明一个典型实施例的通信设备的框图；图3是根据本发明一个典型实施例的天线接收器的示意图；图4是根据本发明一个典型实施例的用于说明天线加权值发生器的加权操作的示意图；图5是根据本发明一个典型实施例的天线接收器的一部分实现的示意图；图6是根据本发明另一个典型实施例的天线接收器一部分的另一实现的示意图。
可以理解为了图示的简明，在图中示出的元件不必按比例画出。例如为了描述清楚某些元件的尺寸可相对于其他元件加以放大。此外出于合适的考虑，可以重复视图中的编号用于指明对应的或类似的元件。
具体实施例方式
在随后的描述中，为了提供本发明的透彻理解将阐明多个特定细节。但是对本领域普通技术人员显而易见的是，本发明也可在没有在此示出的特定细节的情况下得以实施。在其他示例中，将不会详细描述已知的方法、过程、组件和电路以防止对本发明的混淆。
除非特别指出，否则从随后的讨论中可以显见本说明通篇使用的术语诸如“多个”是用于描述两个或多个组件、设备、元件和参数等等。例如，“多根天线”是描述两根或多根天线。
应该理解可在各种应用中使用本发明。虽然本发明不限于这一方面，但是在此揭示的电路和技术可用于诸如无线通信系统的多种装置，诸如无线局域网(WLAN)通信系统、蜂窝通信系统、双向通信系统等等。旨在包含在本发明范围内的WLAN通信系统单元仅出于示例性的目的包括无线通信设备、移动单元(MU)、移动站、接入点(AP)和公共AP等等。旨在包含在本发明范围内的蜂窝通信系统单元包括移动单元(MU)、基站等等。
旨在包含在本发明范围内的WLAN通信系统的类型包括但不限于“IEEE-Std802.11，1999 Edition(ISO/IEC 8802-111999)”标准，尤其是“IEEE-Std 802.11b-1999，IEEE-Std 802.11a，IEEE-Std 802.11g，IEEE-Std 802.11j”等等标准。
现在转向图1，示出的是根据本发明实施例的无线通信系统的部分示意图。虽然本发明不限于这一方面，但是无线通信系统1000的一部分可以包括含有提供组合射频(RF)信号的天线接收器110的无线通信设备100。天线接收器110可以经由天线120、130和140接收RF信号。所述RF信号可以是无线通信设备170经由天线150和160发送的，虽然连接至天线接收器110的天线数量并不限制在三根。
虽然本发明不限于这一方面，但是无线通信系统1000可以是能够使用空间域用以改善WLAN和/或无线城域网(WMAN)网络容量和数据速率的WLAN或者WMAN。无线通信设备170可包括，例如通过使用束形成技术发送RF信号的WLAN的AP。此外，无线通信设备170可以通过信道125、135和145发送RF信号。在某些实施例中，信道125、135和145可以是不相关信道，它们可按需间隔至少一个波长。可以规定不相关信道(例如信道125)的某些特征，例如频率、调制、噪声、衰落和负载等等。
现在转向图2，示出的是根据本发明一个典型实施例的通信设备200(例如，无线通信设备)的框图。虽然本发明不限于这一方面，但是通信设备200可包括接收器(RX)210、发送器(TX)220以及能够控制天线开关240的控制器230。天线252、254和255可以耦合至通信设备200。虽然本发明不限于这一方面，但是天线252、254和255可以是例如偶极天线、全向天线、定向天线、可控天线等等。
虽然本发明不限于这一方面，但是接收器210可以包括基带(BB)单元260和天线接收器270。在本发明的这个典型实施例中，天线接收器270包括可以组合经由天线252、254和255接收到的RF信号的RF部分272、把由RF组件272提供的组合RF信号下变频至IF信号的RF至中频(IF)下变频器(DCON)274以及可按需把IF信号变频至BB信号的IF至BB下变频器(DCON)276。
本领域普通技术人员应该理解在本发明的可选实施例中，可以耦合至通信设备200的天线数量可是单根天线到任意数量天线。天线数量仅由通信设备200的物理容量限制。
虽然本发明不限于这一方面，但是控制器230可以通过控制天线开关240来选择天线。此外，天线开关240可以按需触发通信设备200，使其从发送模式转换到接收模式。根据期望通信系统的协议，例如蜂窝通信系统和WLAN通信系统等等的协议，TX 220可以经由天线252、254和255发送RF信号，而BB单元260可以处理经由天线252、254和255接收信号。
现在转向图3，示出的是根据本发明典型实施例的天线接收器300的示意图。虽然本发明不限于这一方面，但是天线接收器300可被分为3个部分(由虚线示出)，例如RF部分301、RF至IF下变频器302和IF至BB下变频器303。所述RF部分301可以包括带通滤波器310以及每个都各自可生成天线加权值的实数和虚数分量321和322的天线加权值发生器320。
虽然本发明不限于这一方面，但是天线加权值发生器320中的至少一个可包括例如可变线性低噪声放大器的可变线性放大器(LNA)324、可变放大器326以及可变放大器328。LNA 324可以调整由例如天线120的天线接收到的RF信号的幅度。可变放大器326可以调整由例如天线120的天线接收到的RF信号的相位，并且能够提供所述天线加权值的实数分量321。可变放大器328可以调整由例如天线120的天线接收到的RF信号的相位，并且能够提供所述天线加权值的虚数分量322。天线加权值的实数分量321可由加法器330结合用以提供组合天线加权信号的实数分量332而天线加权值的虚数分量322可由加法器340结合用以提供组合天线加权信号的虚数分量334。
虽然本发明不限于这一方面，但是天线加权值发生器可以基于对从例如天线120的天线接收到的RF信号的幅度导出的值以及从由天线接收到的RF信号的相位导出的值进行的处理(将在如下详述)，提供天线加权值。LNA 324可调整接收信号的幅度；而可变放大器326和328可以调整幅度已调的接收信号的相位。
虽然本发明不限于这一方面，但是按照需要LNA 324可以是可变增益放大器而可变放大器326和328可以是相位可调放大器。
虽然本发明不限于这一方面，但是、RF至IF下变频器部分302可以包括使用两个本地振荡器(LO)信号cos(2πfRFLOt)和sin(2πfRFLOt)用以混合组合天线加权信号的实数分量(混频器352和354)并且混合组合天线加权信号的虚数分量(混频器356和358)的混频器352、354、356和358。混频器352、354和混频器356、358可以分别将所述RF信号下变频至实数和虚数IF信号。已下变频的实数和虚数信号可由组合器362和364组合。组合器362可以提供实数IF信号而组合器364可以提供虚数IF信号。
虽然本发明不限于这一方面，但是IF至BB下变频器303可以包括使用两个本地振荡器(LO)信号cos(2πfRFLOt)和sin(2πfRFLOt)用以进一步混合实数IF信号(混频器372和374)和虚数IF信号(混频器376和378)的混频器372、374、376和378。混频器372、374和混频器376、378可以分别将所述IF信号下变频至实数和虚数BB信号。已下变频的实数和虚数信号可由组合器382和384组合。组合器382可以提供实数BB信号而组合器384可以提供虚数BB信号。在本发明的某些实施例中，所述实数和虚数BB信号可分别由低通滤波器392和394滤除。
虽然本发明不限于这一方面，但是天线加权值发生器320的实施例可以使用合适的数学算法来处理由天线120、130和134接收到的RF信号的幅度和/或相位，并且需要时生成天线加权值。天线加权值发生器320可由硬件、软件、或者硬件和/或软件的任何合适的组合来实现。
虽然本发明不限于这一方面，但是经数字调制的发送的信号通常可表示为s(t)=Re[s~(t)exp(j2πfct)]=sl(t)cos(2πfct)-sQ(t)sin(2πfct)]]>(方程式1)其中 可以是信号s(t)的复数包络而fc是发送的载频。在本发明的某些实施例中，例如信道125的信道可以引起路径损耗和/或信号衰落，而后者是时变的。信道125、135和145可以是不相关或相关信道。
因此在第k个天线处接收信号可以表示为g~k(t)=Re[g~k(t)exp(j2πfct)]g=glk(t)cos(2πfct)-gQk(k)sin(2πfct)]]>(方程式2)其中复数包络 可以涉及通过特定信道加权发送的信号的复数包络。更具体地，在第k个天线处接收信号可以表示为g~k(t)=Ckexp(jθk)]s~(t)]]>(方程式2)其中Ck和θk分别是信道的幅度和相位参数。
虽然本发明不限于这一方面，但是天线加权值发生器320可以处理从接收信号的幅度中导出的值(例如复数包络 )以及从接收信号的相位中导出的值(例如Akexp(jφk))。天线加权值发生器320可使用可编程天线加权(例如Akexp(jφk))来加权复数包络 其中Ak可表示增益而φk可表示天线路径中的相移。此外在本发明的某些实施例中，对所述天线加权值的计算可以基于在需要时由接收信号估计出的信道估计信息(Ck和θk)的在周期性基础上进行。
虽然本发明不限于这一方面，但是可使用LNA 324的可变增益和放大器326和328的增益Ar和Ai的组合实现相应的相移。这样在RF至IF下变频器处输出，的复数IF信号可描述为gIF(t)=12ΣGLNA,k(Ark+jAlk)[g~k(t)exp(j2πfIFt)+g~k*(t)exp{j2π(2fc+fIF)t}]]]>(方程式4)其中GLNA，k是所述天线加权值的复数的大小，Ark和Alk是所述天线加权值的实数和虚数部分，而fIF是中频的频率。所述BB信号可被描述为(方程式5)方程式5可重写成 (方程式6)其中gBB(t)=GLNA,kArk2+Alk2]]>并且 现在转向图4，示出的是根据本发明一个典型实施例的用于说明天线加权值发生器320的加权操作的示意图。虽然本发明不限于这一方面，但是能够以矢量相加的形式图形描述所述加权操作。可变增益放大器的输出Ar326和Ai328可以通过在RF至IF下变频器部分的正交混合而相互正交。各种实例示出了在第一象限内的相移，虽然本发明不限于这一方面，因为可以实现在所有四个象限上的相移。图400描述了放大器326和328增益的矢量相加的实例，其中矢量幅度Ar＝1，Ai＝0，而φ＝0。图410描述了放大器326和328增益的矢量相加的实例，其中矢量幅度Ar＝1，Ai＝1/2，而φ＝26.5。图420描述了放大器326和328增益的矢量相加的实例，其中矢量幅度Ar＝1，Ai＝1，而φ＝45。图430描述了放大器326和328增益的矢量相加的实例，其中矢量幅度Ar＝1/2，Ai＝1，而φ＝63.5。图440描述了放大器326和328增益的矢量相加的实例，其中矢量幅度Ar＝0，Ai＝1，而φ＝90。
现在转向图5，示出的是根据本发明一个典型实施例的天线接收器500的一部分的实际实现的示意图。虽然本发明不限于这一方面，但是放大器Ar1510、Ar2520和Ar3530可以使用例如互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管之类的差分对晶体管实现。所述可变增益功能可以通过使用由VG指示的例如电压信号的增益控制信号所驱动的第二差分对晶体管而得以实现。所述VG信号可以引发信号电流部分转向供电源。来自独立放大器的电流可被相加并送入变压器540的初级线圈。变压器540的次级线圈可连接至多路复用器556和560。例如可使用一起实现正交下变频的一对正交设备(例如CMOS晶体管)实现多路复用器550和/或多路复用器560。
虽然本发明不限于这一方面，但是天线接收器500的这一部分如上所述可用于组合所述天线信号的实数分量和/或所述天线信号的虚数分量。本发明的实施例可使用两个天线接收器500的类似部分。第一部分可用于组合所述天线信号的实数分量而第二部分可用于组合所述天线信号的虚数分量。
现在转向图6，示出的是根据本发明一个典型实施例的天线接收器600的一部分的另一实际实现的示意图。虽然本发明不限于这一方面，但是放大器Ar1610、Ar2620和Ar3630可以使用例如CMOS晶体管之类的多个差分对晶体管实现。所述可变增益功能可以通过使用由增益控制信号VG所驱动的第二差分对晶体管而得以实现。所述VG信号可以引发信号电流部分转向供电源。来自独立放大器的电流可被相加并送入变压器640的初级线圈。在本发明的这个实施例中，变压器640可以是2∶1∶1变压器，包括两个次级线圈。变压器640的第一次级线圈可连接至多路复用器650，而第二次级线圈可连接至多路复用器660。例如可使用一起实现正交下变频的一对正交设备(例如CMOS晶体管)实现多路复用器650和660。放大器510、520、530和放大器610、620、630的一个显著差异在于多个差分对晶体管的排列。因为它们的不同排列，所以按照需要放大器510、520和530适用于本发明的某些实施例而放大器610、620和630则适用于本发明其他的实施例。
在此示出并描述了本发明的特定体系，所以许多修改、代替、改变和等效对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。因此可以认识到所附权利要求旨在覆盖落在本发明真实精神范围内的所有修改和改变。
权利要求
1.一种装置，包括天线加权值发生器，它通过对从接收信号幅度中导出的第一值以及从接收信号相位中导出的第二值的处理，为接收信号提供天线加权值。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线加权值发生器包括调整所述接收信号幅度的第一可变放大器；以及可操作地耦合至所述第一放大器以调整幅度已调的接收信号的相位的第二可变放大器。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二可变放大器能提供所述天线加权值的相位的实数部分和所述天线加权值的相位的虚数部分。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二可变放大器包括调整所述接收信号的相位并且提供所述天线加权值的实数分量的第一可调相位放大器；以及调整所述接收信号的相位并且提供所述天线加权值的虚数分量的第二可调相位放大器。
5.一种装置，包括两个或多个天线加权值发生器，它们分别为在两个或多个天线处接收的两个或多个信号提供天线加权值，其中所述天线加权值发生器中的至少一个能够基于从两个或多个接收信号的幅度中导出的第一值的处理而生成第一天线加权值以及从两个或多个接收信号的相位中导出的第二天线加权值。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述天线加权值发生器包括调整所述接收信号的幅度并且提供幅度调整信号的第一可变放大器；以及耦合至所述第一可变放大器用于调整幅度调整信号的相位的第二可变放大器。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二可变放大器能将所述天线加权值的实数部分和所述天线加权值的虚数部分提供给所述接收信号。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二可变增益放大器包括调整所述幅度调整信号的相位并将所述天线加权值的实数部分提供给所述接收信号的第一可调相位放大器；以及调整所述幅度调整信号的相位并将所述天线加权值的虚数部分提供给所述接收信号的第二可调相位放大器。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一和第二天线加权发生器提供第一和第二天线加权的接收信号并且所述装置还包括第一加法器，它分别组合所述第一和第二天线加权值发生器的第一和第二天线加权的接收信号的第一和第二实数分量，并且提供射频信号的实数分量；以及第二加法器，它分别组合第一和第二天线加权的接收信号的第一和第二虚数分量，并且提供射频信号的虚数部分。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，包括提供中频信号的同相部分和正交部分的射频到中频正交下变频器。
11.一种装置，包括接收两个或多个信号的两个或多个偶极天线；以及两个或多个天线加权值发生器，它们分别为在两个或多个天线处接收的两个或多个信号提供天线加权值，其中所述天线加权值发生器中的至少一个能够基于从两个或多个接收信号的幅度中导出的第一值的处理生成第一天线加权值以及从两个或多个接收信号的相位中导出的第二天线加权值。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述天线加权值发生器包括调整所述接收信号幅度并且提供幅度调整信号的第一可变放大器；以及耦合至所述第一可变放大器用于调整幅度调整信号的相位的第二可变放大器。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二可变放大器能将所述天线加权值的实数部分和所述天线加权值的虚数部分提供给所述接收信号。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第二可变增益放大器包括调整所述幅度调整信号的相位并将所述天线加权值的实数部分提供给所述接收信号的第一可调相位放大器；以及调整所述幅度调整信号的相位并将所述天线加权值的虚数部分提供给所述接收信号的第二可调相位放大器。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一和第二天线加权发生器提供第一和第二天线加权的接收信号以及所述装置还包括第一加法器，它分别组合所述第一和第二天线加权值发生器的第一和第二天线加权接收信号的第一和第二实数分量，并且提供射频信号的实数分量；以及第二加法器，它分别组合第一和第二天线加权接收信号的第一和第二虚数分量，并且提供射频信号的虚数部分。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，包括提供中频信号的同相部分和正交部分的射频到中频正交下变频器。
17.一种通信系统，包括在多个信道上发送多个信号的第一通信设备；由多根天线接收所述多个信号并且通过为所述信号提供天线加权值以组合所述多个信号的第二通信设备。
18.如权利要求17所述的通信系统，其特征在于，所述第二通信设备包括包括可操作耦合至多个天线的多个天线加权值发生器的天线接收器，其中所述多个天线加权值发生器中的一个天线加权值发生器能够基于对从多个天线中的一个天线接收到的接收信号幅度中导出的第一值以及从所述接收信号相位中导出的第二值的处理为所述多个信号提供天线加权值。
19.如权利要求17所述的通信系统，其特征在于，所述天线接收器还包括第一加法器，它组合多个天线加权的接收信号的实数部分，并且提供射频信号的实数部分；以及第二加法器，它组合多个天线加权的接收信号的多个虚数部分，并且提供所述射频信号的虚数部分。
20.如权利要求19所述的通信系统，其特征在于，所述天线接收器还包括提供中频信号的同相部分和正交部分的射频到中频正交下变频器。
21.如权利要求20所述的通信系统，其特征在于，所述天线接收器还包括耦合至射频到中频下变频器以提供基频信号的实数部分和虚数部分的中频到基频下变频器。
22.一种方法，包括通过调整基于信道估计信息的多个信号的幅度和相位对多个信号进行加权；以及组合所述多个加权信号用以提供射频信号。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括在多个信道上发送所述信号；以及由多根天线接收所述信号。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括将所述射频信号下变频至中频信号。
全文摘要
简要地，天线接收器可以接收并组合来自两根或多根天线的RF信号。所述天线接收器可包括可操作耦合至多根天线(120、130和140)的多个天线加权值发生器(320)。所述天线加权值发生器能够基于对由一根天线接收到的一个接收信号幅度中导出的第一值以及从一个接收信号相位中导出的第二值的处理而生成天线加权值。
文档编号H04B7/08GK1813423SQ200480018330
公开日2006年8月2日 申请日期2004年6月28日 优先权日2003年6月30日
发明者J·帕拉梅什, K·苏姆雅纳特 申请人:英特尔公司