用于波束成形的设备、相位旋转器和用于波束成形的方法技术

示例性实施例涉及基带波束成形。设备(150)可以包括用于接收差分同相(vip，vin)和正交数据(vqp，vqn)的多个输入。该设备可以进一步包括耦合至该多个输入并且配置成在基带处实现差分同相和正交数据的旋转的多个开关元件(M1‑M12)。相位旋转器提供360°覆盖并且可被数字化控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于波束成形的设备、相位旋转器和用于波束成形的方法背景
本专利技术一般涉及波束成形。更具体地，本专利技术涉及用于毫米波应用中的基带波束成形的系统、设备和方法。背景如将由本领域普通技术人员领会的，毫米波应用中的波束成形提出许多挑战。作为一个示例，在约1米的距离处，60GHz信号可能具有比2.4GHz信号多约20dB的损耗。针对损耗问题的一种解决方案可以包括增加功率放大器的输出功率。然而，这种解决方案可能因低电源电压、低击穿电压、有损耗的基板、低Q无源组件、以及CMOS晶体管的低固有增益而受限制。需要增强毫米波应用中的波束成形的方法、系统和设备。附图简述图1描绘了各种波束成形阵列架构。图2A解说了根据本专利技术的示例性实施例的包括一个或多个相位旋转器的设备。图2B解说了根据本专利技术的示例性实施例的包括发射机单元和接收机单元的设备。图3A和3B解说了根据本专利技术的示例性实施例的各种移相器实现。图4是根据本专利技术的示例性实施例的移相器拓扑的电路图。图5是根据本专利技术的示例性实施例的另一移相器拓扑的电路图。图6解说了根据本专利技术的示例性实施例的移相器。图7解说了根据本专利技术的示例性实施例的另一移相器。图8解说了根据本专利技术的示例性实施例的又一移相器。图9解说了根据本专利技术的示例性实施例的用于90度分辨率的移相器。图10解说了根据本专利技术的示例性实施例的用于90度分辨率的另一移相器。图11是描绘被旋转之前的同相和正交数据的标绘。图12是描绘图11的同相和正交数据被旋转45度之后的标绘。图13是描绘被旋转之前的同相和正交数据的标绘。图14是描绘图13的同相和正交数据被旋转45度之后的标绘。图15是解说根据本专利技术的示例性实施例的方法的流程图。图16是解说根据本专利技术的示例性实施例的另一方法的流程图。详细描述以下结合附图阐述的详细描述旨在作为本专利技术的示例性实施例的描述，而无意表示能在其中实践本专利技术的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应当一定要解释成优于或胜过其他示例性实施例。本详细描述包括具体细节以提供对本专利技术的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本专利技术的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和设备以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。如将由本领域普通技术人员理解的，在常规的点对点通信中，在利用单根天线解决方案时可能浪费大量能量。相应地，可以在空间域中聚集能量的各种阵列架构(即，天线阵列)在本领域中是公知的。图1解说了各种波束成形阵列架构。尽管图1解说了各种基于接收机的波束成形阵列架构，但是本领域普通技术人员将理解基于发射机的波束成形阵列架构。具体地，附图标记100指示射频(RF)路径波束成形架构，附图标记102指示本地振荡器(LO)路径波束成形架构，附图标记104指示中频(IF)路径波束成形架构，并且附图标记106指示数字域架构。如将理解的，RF路径波束成形可以利用小面积和低功率。此外，RF路径波束成形可以呈现良好的信噪比(SNR)和良好的信号与干扰加噪声比(SINR)。然而，RF路径波束成形的挑战包括设计高线性度、宽带、低损耗、和小面积RF移相器。此外，LO路径波束成形可对LO振幅变化呈现低灵敏度。另一方面，LO路径波束成形的挑战包括对大LO网络的设计，并且它可能难以生成毫米波LO信号。IF路径波束成形可以呈现良好的线性度并且可以利用低功率移相器。然而，IF路径波束成形包括较少的组件共享和大LO网络。此外，可能难以对多个混频器进行偏移校准。另外，尽管数字域架构可以是多用途的，但是其可能需要快速的数字信号处理器并且可能呈现高功耗。如将由本领域普通技术人员理解的，对于模拟基带波束成形：此外，对于RF基带波束成形：此外，对于基带和RF两者相同的输出信号“信号Tx，输出”等于I′+Q′。相应地，如将由本领域普通技术人员领会的，模拟基带波束成形和RF基带波束成形各自利用基带波束成形技术并且因此模拟基带波束成形在与RF基带波束成形相比时基本上生成相同的输出。本专利技术的示例性实施例包括用于基于接收机的基带波束成形的设备、系统和方法。与其中可以使载波信号移位的常规波束成形形成对比，示例性实施例可以提供其中使基带信号(即，包络信号)移位的波束成形。图2A解说了根据本专利技术的示例性实施例的设备110。被配置成用于定向信号传输(即，波束成形)的设备110包括两个低噪声放大器112、四个混频器114、四个激励放大器116、两个移相器118和两个滤波器120。更具体地，在图2A所解说的示例性实施例中，设备110包括LNA112A和112B、混频器114A-114D、激励放大器116A-116D、移相器118A和118B和滤波器120A和120B。注意，设备110包括两个天线分支(即，每个LNA112A和112B与一天线分支相关联)。注意，根据本专利技术的示例性实施例，设备110可以需要每天线分支两个混频器。例如，如果利用8个天线分支，则可以需要16个混频器。注意，移相器118A和118B可以各自包括以下描述的移相器之一(即，移相器150、移相器180、移相器200、移相器250、移相器300、移相器350或移相器400)。如将由本领域普通技术人员领会的，根据本专利技术的示例性实施例，同相和正交(I/Q)数据可以在与载波信号相乘之前被旋转(即，乘以旋转矩阵)。在设备150的所构想操作期间，信号(即，Icosωt+Qsinωt)被传达给LNA112A和112B中的每一者。此外，信号被传达给相关联的混频器(即，混频器114A-D)并且随后被传达给相关联的激励放大器(即，激励放大器116A-H)。更具体地，信号Ipcosωt+Qpsinωt在混频器114A和混频器114C中的每一者处与余弦波混频以生成信号Ip并且在混频器114B和混频器114D中的每一者处与正弦波混频以生成信号Qp。此外，信号Incosωt+Qnsinωt在混频器114A和混频器114C中的每一者处与余弦波混频以生成信号In并且在混频器114B和混频器114D中的每一者处与正弦波混频以生成信号Qn。另外，信号Ip和In可被传达给激励放大器116A和116C，并且信号Qp和Qn可被传达给激励放大器116B和116D。此外，每个激励放大器116的输出可被传达给移相器(即，移相器118A或移相器118B)。在处理了收到的信号之后，如将在以下更详细地描述的，移相器118A和移相器118B中的每一者可以向滤波器120A输出经旋转的同相信号(即，I′p和I′n)并且向滤波器120B输出经旋转的正交信号(即，Q′p和Q′n)。如将由本领域普通技术人员理解的，旋转矩阵和相位矩阵可被定义为：其中I和Q表示同相和正交数据，并且I′和Q′表示经旋转的同相和正交数据。图2B示出了设备125的实施例的框图。设备125可以包括一个或多个天线126。在信号传输期间，发射(TX)数据处理器128接收和处理数据并且生成一个或多个数据流。由TX数据处理器128进行的处理是依附系统的并且可以包括例如编码、交织、码元映射等。对于CDMA系统，处理通常进一步包括信道化和扩频。TX数据处理器128还将每个数据流转换成相应的模拟基带信号。发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：多个输入，所述多个输入用于接收差分同相和正交数据；以及多个开关元件，所述多个开关元件耦合至所述多个输入并且被配置成用于在基带处实现所述差分同相和正交数据的旋转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.27 US 13/406,2421.一种用于波束成形的设备，包括：多个输入，所述多个输入用于接收差分同相和正交数据；以及多个开关元件，所述多个开关元件耦合至所述多个输入并且被配置成通过组合来自多个电流源的电流来在基带处实现所述差分同相和正交数据的旋转；其中来自所述多个电流源的所述电流的振幅被缩放为cosθ或sinθ，并且θ是所述旋转的角度；其中所述多个输入包括用于接收所述差分同相和正交数据的第二多个开关元件，并且所述第二多个开关元件中的每一者耦合至所述多个电流源之一。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：另一多个开关，所述另一多个开关耦合至所述多个开关元件以供输出经旋转的差分同相和正交数据。3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：至少一个数模转换器，所述至少一个数模转换器耦合至所述多个输入以供生成可变电流源。4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括耦合至所述多个输入的恒定电流源。5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：耦合至所述多个输入的另一多个输入，所述另一多个输入中的每个输入被配置成用于接收恒定的电压偏置。6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述多个开关中的每个开关被配置成接收数字控制信号。7.一种用于波束成形的设备，包括：多个混频器，所述多个混频器用于传达差分同相和正交信号；至少一个相位旋转器，所述至少一个相位旋转器被配置成接收所述差分同相和正交信号并且包括：多个开关元件，所述多个开关元件被配置成通过组合来自多个电流源的电流来在基带处实现所述差分同相和正交信号的旋转；以及耦合至所述多个开关元件的所述多个电流源；其中来自所述多个电流源的所述电流的振幅被缩放为cosθ或sinθ，并且θ是所述旋转的角度；其中所述至少一个相位旋转器包括用于接收所述差分同相和正交信号的第二多个开关元件，并且所述第二多个开关元件中的每一者耦合至所述多个电流源之一。8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述多个电流源包括恒定电流源。9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述多个电流源包括由数模转换器生成的多个可变电流源。10.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述多个开关元件中的每个开关元件包括晶体管。11.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述多个开关元件包括多个晶体管，每个晶体管被配置成接收用于选择期望象限的控制信号。12.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第二多个开关中的每个开关耦合至数模转换器。13.一种相位旋转器，包括：多个输入，所述多个输入用于接收差分同相和正交数据；以及多个开关元件，所述多个开关元件用于通过组合来自多个电流源的电流来在基带处实现所述差分同相和正交信号的旋转；其中来自所述多个电流源的所述电流的振幅被缩放为cosθ或sinθ，并且θ是所述旋转的角度；其中所述多个输入包括用于接收所述差分同相和正交数据的第二多个开关元件，并且所述第二多个开关元件中的每一者耦合至所述多个电流源之一。14.如权利要求13所述的相位旋转器，其特征在于，所述多个开关元件包括用于接收多个输入信号的第一多个晶体管和用于选择期望相移...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·林，R·布鲁肯布鲁弗，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US