用于针对闭环和开环波束成形发射分集的正交混合器的方法和系统的制作方法

用于针对闭环和开环波束成形发射分集的正交混合器的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及移动发射分集的系统和方法，并且更具体而言，涉及能够在几个模式的任何一个中操作的系统，这几个模式包括发射分集模式，其中两个或更多的天线将具有相对的相位差的信号向至少一个基站发射，或者非分集模式，其中一个天线被关闭，并且其他天线以全功率或必要的功率来发射。
【专利说明】用于针对闭环和开环波束成形发射分集的正交混合器的方法和系统
[0001]本申请要求于2011年8月23日提交的、并且被合并于此的美国临时专利申请N0.61/526，576 的权益。
【技术领域】
[0002]本实施涉及包括具有至少两个天线的至少一个元件的移动通信系统，该元件在发射分集或单个天线中选择地操作。
【背景技术】
[0003]本实施涉及移动发射分集的系统和方法，并且更具体而言，涉及能够在几个模式的任何一个中操作的系统，这几个模式包括发射分集模式，其中两个或更多的天线将具有相对的相位差的信号发射向至少一个基站，或者非分集模式，其中一个天线被关闭，并且其他天线以全功率或必要的功率来发射。此外，本实施还涉及对不同的输出功率进行不同地加权。系统进一步包括决策电路以确定在任何时间点哪种操作模式是最合适的。进一步，本实施适用于开环和闭环系统。
[0004]诸如用户设备(UE)的移动发射分集(MTD)设备可以使用两个天线，其中天线使用例如包括在至少两个天线之间的相位差或功率比的发射分集来同时发射。移动发射分集的使用提供潜在的优点，诸如从作为非多元传输设备使用相同功率的基站或者实施波束成形方法的基站中扩展移动设备的有效范围，或者出于其他的有益因子。
[0005]无线传输系统包括移动设备和基站。系统可以使用发射分集，使得多个信号使用多个发射天线被发射给接收器。发射修改通信设备可以具有发射信号以传达信息的多个天线元件。接收反馈通信设备可以接收和提取来自所发射的信号的信息。用于传输的多个天线元件可以提高频谱效率和容量，允许更多的用户在给定的频带上同时被服务，同时减少了由多路径和衰落引起的信号衰减。发射分集参数可以被应用于从两个或更多天线发射的信号，并且可以修改由诸如基站的接收器所检测到的有效功率分布。一些发射分集系统可以基于由基站在下行链路上提供给移动设备的上行链路功率控制(功率控制比特、反向功率控制)。
[0006]这些发射分集系统通常地以闭环或开环为特点。本实施适用于两种类型的系统。在闭环系统中，接收器识别多个信号被接收，并且系统能够返回描述每个信号特征的指示符。在开环系统中，接收器不需要识别两种不同的信号，但是一定要返回指示符，本文中被称为发射分集参数(TDP)，它通常指示接收到的信号是否过强或过弱，虽然该TDP也可以用来描述其他信号参数的特征。在开环系统中，通常为UE的发射设备能够基于接收到的TPD对下一个信号进行调整，诸如输出相位或功率。
[0007]通常，在无线通信系统中对于开环发射分集存在几个优点。在通常的发射分集场景中，在开环发射分集系统中用户设备(UE)移动设备包括两个天线。每个天线发射和另一个天线相同的信号，但是它们之间具有相对相位差，并且由每个天线发射的信号具有功率电平低于单一天线将发射的功率电平。通过传送两个相位不同的信号，净效果是形成波束以便于优化辐射到远距离基站的能量。也就是说，每个天线能够发射具有功率小于最大功率的信号，只要基站接收到信号，借助发射分集的优点。
[0008]在某些情况下，诸如在启动时，基站可以被配置为只搜索一个信号，直到接收到适当的信号，并且不能接收或解释多个不同相位的信号。在那种情况下，UE需要从单一的天线发射，并且必定可能在最大功率时这么做。
[0009]针对移动发射分集的波束成形的实施可以需要保护措施以防止对网络操作产生不利的影响，或者需要其他时间，由此对以不同于波束成形的模式进行发射是可能有利的。具体而言，由于来自基站的反馈被中断或与基站的通信还没有被建立(例如，在随机接入信道(RACH)期间，在网络中注册之前)，适当的分集参数(例如，相对相位)未知时，有可能希望禁用波束成形分集，并且从单个天线上提供全功率输出。
[0010]进一步，由于在具有多天线的系统中，天线以不同的比率衰减，需要用于选择一个天线的装置，该天线更适合传送具有最大功率的信号。
[0011]所发射的信号可以沿不同的路径传播，并且可能到达接收通信设备具有不同的相位，这些不同相位的信号可能会严重地互相干扰。接收到的信号质量可以在接收器中改变，该接收器可以试图检测来自移动终端的传输，以及在试图从其他无线终端中检测信号的基站中由无线终端发射所产生的噪声电平。由基站感知的信噪比可以随着发射分集控制的参数变化而变化。需要改善信噪比的系统、方法和装置。
[0012]进一步，使用开环发射分集，通常来自一组天线中的每个天线的发射功率是相同的。但是，在某种情况下，诸如需要改善信噪比，对来自不同天线的输出功率进行不同地加权可能是有利的。本实施通过在UE中引入合成器/分离器元件(优选地，正交混合器)和相位偏移器元件来提供机会这么做。
[0013]本实施包括移动设备，其能够被适配用于提供灵活的方法来发射可能基于当前情况或最近接收到的数据进行调整的信号。本发明的架构包括多个天线，每个天线被耦合到功率放大器上。本发明还包括合成器/分离器元件，优选地以正交混合器的方式。正交混合器是可接受两个输入、传送至两个输出、以各种方式调整从输入到输出的功率电平，并且可能改变一个或两个输出的相位的设备。相位偏移器元件还被引入到本实施的合成器/分离器的输出端，并且它可以被合并到合成器/分离器或从中分离。
[0014]本实施适用于开环和闭环系统两者。本实施的系统包括检测天线性能能力的电路。本实施的系统还允许使用不同规格的天线，其原因包括降低整个系统成本。

【发明内容】

[0015]本实施的实施例可以提供启动或继续在移动通信设备和第二通信设备之间的通信的设备和方法。方法可以包括仅使用移动通信设备的第一发射路径从移动通信设备上发射在随机接入信道上的至少第一探测信号，所述的第一发射路径包括功率放大器(PA)，通常是低功率放大器，并且如果响应于所述的第一探测信号，从第二通信设备上没有接收到确认，那么仅使用移动通信设备的第二发射路径从移动通信设备上发射在随机接入信道上的至少第二探测信号，所述的第二发射路径通常包括更高功率放大器。
[0016]在实施的一些实施例中，移动设备可以包括两个或更多的发射路径或信道，每个发射路径或信道与相应的发射天线相关联。例如,这种发射路径可以包括RF功率放大器和发射天线。一个或多个发射路径可以包括分集参数调整模块，例如相位调制器，如果移动设备可以响应于接收到的发射分集参数，改变相对的相位差。
[0017]在实施的一些实施例中，在相应的发射路径上的功率放大器可被规定为具有彼此相同的发射功率，例如，每个功率放大器可以基于它的类型整体上被规定为设备的说明书中的功率极限的一部分(例如，一半或四分之一)。如下所述，移动通信设备可以首先试图使用一个部分功率放大器注册，然后(如果没有成功)使用另一个部分功率放大器，然后(如果仍然没有成功，或如果成功)如上所述的在发射分集中使用这两个部分功率放大器。在这些实施例中，虽然由于空间的分集，例如，一个天线可以相对于另一个天线被更好的放置，等效全向辐射功率(EIRP)不一定通过在一个发射路径或另一个发射路径上发射来提高，然而一个天线可能具有到基站的更好的路径。本发明的附加的实施例在下面参照高功率放大器和低功率放大器，或全功率放大器和半功率放大器来描述，将理解，所描述的方法也完全适用于具有相同放大特征的多个功率放大器的实施例。
[0018]在本发明的一些实施例中，在发射路径中的功率放大器可以被规定为不同的输出功率。例如，在第一发射路径中的第一功率放大器可以被规定为发射高功率，以及在第二发射路径中的第二功率放大器可以被规定为生产更低的功率。这种方法可能具有优点，诸如节约成本。更具体地，第一功率放大器可以被规定为发射被分配给它这种类别的设备单元的全功率，例如+24dBm，并且被连接到主要天线，以及第二功率放大器可以被规定为发射被分配给它这种类别的设备单元的全功率的一部分(例如，一半)，例如+21dBm，并且被连接到次要天线。
[0019]更通常地，相比更多传统方法，本实施提供各种优点。例如，节省功率可以通过“全功率PA+半功率PA方法”来实现。另一个优点涉及天线切换，其中全功率PA被专门用于一个天线。在这种情况下，如果备选的天线是更好的选择，那么备选单元连在网络上注册的机会都没有，并且不可以注册。本发明允许两个半功率PA连接到任一个天线，因此优选的组合可以被使用。
[0020]另一个优点涉及RACH序列。本实施包括RACH序列，该序列首先尝试一个天线，然后尝试下一个天线，并且最后作为最后的手段将UE设置为分集，并且尝试具有不同相位的序列。一旦UE在网络中注册，成功的相位被用作MTD期间的起始点。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]在附加于此的图中，相同的参考数字指示各种附图之间相同的元件。虽然是图示性的，但是附图不是按比例绘制的。
[0022]图1描绘本发明的系统的核心部件的简化视图，包括移动单元和网络单元；
[0023]图2a示出本发明的单天线系统的示意图；
[0024]图2b示出本发明的双天线波束成形系统的示意图；
[0025]图3示出包括合成器分离器元件的本发明的系统的示意图；
[0026]图4示出输出功率和相位如何可以变化的图；
[0027]图5示出90度和60度相位偏移的示例；
[0028]图6描绘针对本发明的双天线系统的网络注册的流程图；[0029]图7描绘使用图3所示出的配置的本发明的方法的流程图；
[0030]图8描绘涉及光谱吸收的示例配置；以及
[0031]图9示出涉及本发明可能适用的MMO实施的功能图。
[0032]具体实施方法
[0033]图1示出具有两个天线以发射分集进行发射的移动通信系统的基本元件。图1描绘具有与基站150进行无线通信的多个天线的用户设备(UE)移动通信设备100。
[0034]图2示出非分集移动设备(图2a)到使用波束成形发射分集的分集单元(图2b)的正常演进。如图2a所看到的，收发器102与功率放大器(PA) 101进行通信，该功率放大器与天线103进行通信用于沿无线路径A发射。如所示出的，非分集模块的PA必须能够发射被分配给操作模块类别的全功率(例如，针对所示出的类别3，它必须给天线提供+24dBm)，虽然在其他场景中它可能被规定为低于全功率。
[0035]如图2b中所描绘的，在单个移动设备中需要两组成套的设备(其中的“组”包括收发器，PA和天线)用于在无线路径A和B上发射。相位偏移器104被引入到信号路径中的一个路径上以按照需要偏移相位(诸如用于波束成形)。如图所示，一个PA (IOla)被操作在全功率，并且另一个(IOlb)被操作在半功率。备选地，这些命名可被规定(即，一个被规定在全功率而另一个被规定在半功率)。针对被实施发射分集的单元的功率要求可以在两个发射路径之间被分开，以便于针对功率放大器(IOla和IOlb)所规定的功率能够是全功率PA的一半，除了如果在非分集模式中要求全功率之外。在那种情况下，至少一个PA必须被规定在全功率。但是，使用其规定不超过所需的功率放大器是有利的。如果输出电平大大低于放大器规定，放大器的功率转换效率通常较小。我们能够在图中看到，当操作于分集模式时，功率放大器IOla产生+21dBm的最大值，虽然事实上针对上述理由，它必须规定在+24dBm。然而,在某些实施中,对使用都被规定在最大值(或可比较地被规定)的两个PA可能是有益的。
[0036]所需的是一种装置，当不操作于分集时给一个天线提供全功率，并且在分集操作期间给每个天线提供那个一半的功率。图3示出提供这些装置的这种配置。它使用90度合成器设备(优选的正交混合器)，其合成功率放大器的输出，并且可能重新分布已合成的输出，诸如给一个天线传送所有的功率而给其他天线没有功率传送，或在一些被确定的共享的布置(诸如有加权)中给两个天线传送功率。
[0037]正交混合器是与功率放大器一起使用的特殊的耦合器，例如来分离和合成RF功率；所以多个更高功率的设备能够在放大器中被合成以处理更多的RF功率。参照图3，进入一个端口(端口 I)的信号将出现在相反的两个端口(端口 2和端口 4)中，但是其功率电平是输入功率电平的50%或在输入功率电平以下3dB。几个电平的混合能够被合成以实现针对更复杂(例如，更多的端口)的分离器/合成器配置的“树结构”，用于合成许多设备。
[0038]这个分集功率放大器的最大功率能够是“常规”功率放大器的最大功率的一半甚至四分之一。但是，当移动发送器接入无线网络时，它可能需要来自移动功率放大器的最大功率以得到基站的注意(例如，在小区边缘)。因此需要用于移动发射分集通信设备的有效初始协商过程。
[0039]在操作中，输出端口(2和3)的功率数值取决于应用于输入端口(I和4)的信号的相对幅度和相位差。混合的操作可以通过针对设备的散射矩阵来描述:
【权利要求】
1.一种用于在移动通信系统中的多种模式的移动设备向基站发射信号的方法，其中所述设备包括相位偏移器、功率合成器/分离器以及具有每个天线被耦合至功率放大器的多个天线，包括以下步骤: 向所述功率合成器/分离器提供多个信号用于调整多个信号中的每个信号的功率电平; 将每一个所述信号传送给所述多个天线中的不同的天线； 发射单个非分集模式的信号，其中一个信号被提供有全功率，并且所述多个信号中的其他信号没有被提供功率； 在所述设备接收关于所述单个信号被接收的可辨别的指示符之后，发射分集模式信号设置，在所述分集模式信号设置中所述功率合成器/分离器调整所述多个信号中的每个信号的所述功率电平，并且相位偏移器确定调整所述信号的相对相位的需要，并且在需要时调整所述相对相位；以及 在所述设备接收作为响应的随后的不可辨别的指示符或接收作为响应的无指示符之后，发射另一个单个非分集模式信号。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括电路系统以调整SAR而不减少总的应用功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中相位调整被用于减少SAR。
4.根据权利要求1所述的方法，其中相位调整被用于支持ΜΙΜΟ。
5.根据权利要求4所述的方法，其中波束成型分集在MMO发射的一个部件上被执行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中两个基站在近-远的情况下被服务。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动通信系统采用开环发射分集。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动通信系统采用闭环发射分集。
9.根据权利要求1所述的方法，其中当在所述发射分集模式中进行操作时，加权因子被应用于不同的信号。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率合成器/分离器以及相位偏移器被组合在单个单元中。
11.根据权利要求1所述的方法，其中被传送给每个天线的所述功率电平是最大功率电平的一半。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率合成器/分离器传送功率电平以便于优化所发射的信号的效率。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率合成器/分离器是正交混合设备。
14.根据权利要求1所述的方法，其中在所述非分集模式中，所述设备基于在所述多个天线中的所有天线的性能特征来确定向哪个天线提供全功率。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述性能特征是基于最近的性能而被确定。
16.根据权利要求1所述的方法，其中在所述非分集模式中，所述设备选择更低功率的天线用于发射，并且如果没有从所述基站接收到响应，那么在可用时，所述设备随后选择更高功率的天线用于发射。
17.一种用于向基站传送信号的多种模式的移动设备，包括: 功率合成器/分离器，被适配用于调整在多个信号中的每个信号的功率电平，处理器，被适配用于确定调整所述信号中的每个信号的相对相位差的需要，用于向相位偏移器传送指令以根据需要调整相位，并且用于将所述信号中的每个信号指向所述多个天线中的不同的天线，以及 具有每个天线被耦合至功率放大器的多个天线，所述被适配用于在所述功率合成器/分离器调整每个信号的功率电平时，以非分集模式发射信号，以便于向一个信号提供全功率而不向其他信号提供功率，并且用于在所述功率合成器/分离器调整每个信号的功率电平时，以发射分集模式发射信号，以便于给所述信号中的每个信号提供功率，并且所述相位偏移器从所述处理器接收指令，以及 所述模式是基于所述处理器确定任何通信或者特定内容处于来自基站的通信。
18.根据权利要求17所述的设备，进一步包括电路系统以调整SAR而不减少总的应用功率。
19.根据权利要求17所述的设备，其中相位调整被用于减少SAR。
20.根据权利要求17所述的设备，其中相位调整被用于支持ΜΙΜΟ。
21.根据权利要求20所述的设备，其中波束成型分集在MMO发射的一个部件上被执行。
22.根据权利要求17所述的设备，其中两个基站在近-远的情况下被服务。
23.根据权利要求17所述的设备，其中所述移动通信系统采用开环发射分集。
24.根据权利要求17所述的设备，其中所述移动通信系统采用闭环发射分集。
25.根据权利要求17所述的设备，其中当在所述发射分集模式中进行操作时，加权因子被应用于不同的信号。
26.根据权利要求17所述的设备，其中所述功率合成器/分离器以及相位偏移器被组合在单个单元中。
27.根据权利要求17所述的设备，其中被传送给每个天线的功率电平是最大功率电平的一半。
28.根据权利要求17所述的设备，其中所述功率合成器/分离器传送功率电平以便于优化所发射的信号的效率。
29.根据权利要求17所述的设备，其中所述功率合成器/分离器是正交混合设备。
30.根据权利要求17所述的设备，其中在所述非分集模式中，所述设备基于在所述多个天线中的所有天线的性能特征来确定向哪个天线提供全功率。
31.根据权利要求30所述的设备，其中所述性能特征是基于最近的性能而被确定。
32.根据权利要求17所述的设备，其中在所述非分集模式中，所述设备选择更低功率的天线用于发射，并且如果没有从所述基站接收到响应，那么在可用时，所述设备随后选择更高功率的天线用于发射。
【文档编号】H04B7/06GK103748803SQ201280040657
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年8月23日 优先权日:2011年8月23日
【发明者】K·科鲁特, H·哈里尔 申请人:谷歌公司