在相位天线阵列中用以产生具有较宽波束宽度的波束场型的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供波束赋型蜂窝系统中，引导波束方向以及使用相位天线阵列，形成方向性波束的波束宽度的方法以及装置。相位天线阵列的N个天线元素应用有一组组合波束系数以引导波束的方向，以及形成期望宽度的波束宽度。特别地，除了原始常数相移数值，应用额外的相位调制以扩展波束到期望的宽度。应用有组合波束系数的相位天线阵列包含只有相移，不需要幅度调制，以及因此增加了波束赋型增益以及效率。

A method and device for producing a beam field with a wider beam width in a phase antenna array

The invention provides a method and device for guiding beam direction and forming beam width of directional beam in a beamforming cellular system. The N antenna elements of the phase antenna array are applied with a set of combined beam coefficients to guide the direction of the beam and to form the desired width of the beam. In particular, in addition to the original constant phase shift value, additional phase modulation is applied to extend the beam to the desired width. The phase antenna array with combined beam coefficient contains only phase shift, without amplitude modulation, and therefore increases the beamforming gain and efficiency.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在相位天线阵列中用以产生具有较宽波束宽度的波束场型的方法和装置相关申请的交叉应用本申请依据35U.S.C.§119，要求2016年5月11日递交，申请号为62/334,475，标题为“在相位天线阵列中用以产生具有较宽波束宽度的波束场型的方法以及装置(MethodsandApparatusforGeneratingBeamPatternwithWiderBeamWidthinPhasedAntennaArray)”的美国临时申请的优先权，上述申请的标的在此组合作为参考。
所揭露实施例一般有关于无线通信，以及更具体地，有关相位天线阵列(phasedantennaarray)中，产生具有较宽(wider)波束宽度(beamwidth)的波束场型(beampattern)。
技术介绍
天线理论中，相位天线阵列通常意味着一个天线阵列，该天线阵列产生无线电波(radiowave)，该天线阵列可以不移动天线而被电子引导(steer)以指向不同方向。在相位天线阵列中，当前来自发送器的无线频率，被送入到独立的天线中，该多个独立天线具有正确(correct)相位关系，所以，来自分离天线的无线电波叠加在一起，增加了期望方向的辐射。在相位天线阵列中，透过被处理器控制的相移器(phaseshifter)，来自发送器的功率送入到天线中，该处理器可以电子地改变相位，因此引导无线电波的波束到不同方向。相位阵列天线可以形成窄(narrowly)聚焦波束。在最流行配置中，N个天线元素形成一个一致(uniform)线性阵列，具有一半(half)波长间隔(wavelengthspacing)。从一个元素到另一个的常数(constant)相移，决定了波束指向的方向。波束宽度以及波束增益，为阵列配置的函数，包含：天线元素的数量N，相邻元素的间隔，以及无线信号的载波频率。一旦固定了配置，就决定了常数相移引导系数所形成的波束宽度。例如，波束宽度＝103°/N。有时，期望以一个方式设定参数，这样，波束宽度比这个传统配置产生的较宽，例如，拓宽(broaden)波束的覆盖范围区域。在发送以及接收波束赋型中存在相同问题。解决这个问题的简单方式为只使用一个子集合的天线元素。使用天线元素的第一半，可能典型的形成二倍波束宽度的波束场型。但是，使用子集合天线元素可能降低发送功率。如果每一天线元素具有功率放大器，关闭天线元素意味着全部发送功率的降低。稍微复杂的方法为不只改变送入到天线元素的信号相位，也改变其幅度。跨天线元素的幅度有时候来自加窗函数(windowingfunction)，例如汉明窗(hammingwindow)。在送入到天线的信号幅度上应用加窗，需要每一个天线元素具有一个功率放大器。幅度加窗实质上降低了阵列的发送/接收功率，以及不是高效的。寻求解法。
技术实现思路
在波束赋型蜂窝系统中，提出引导波束方向以及使用相位天线阵列形成方向性波束的波束宽度的方法。相位天线阵列的N个天线元素上应用一组组合波束参数，以引导波束方向，以及形成波束宽度到期望宽度。特别地，除了原始常数相移数值，应用额外相位调制以扩展波束到期望宽度。原始相移数值被称作为波束引导系数，其为用于引导方向性波束的方向。额外相位调制被称作为波束扩展系数，其被用于形成方向波束的宽度。相位天线阵列上应用有组合波束系数，只包含有相移，不需要幅度调制，以及因此增加了波束赋型增益以及效率。在一个实施例中，在波束赋型蜂窝网络中，无线装置在方向性波束上使用相位天线阵列而发送无线信号，该相位天线阵列具有N个天线元素。相邻天线元素具有距离d，以及N为正整数。该无线装置应用多个相移数值到多个天线元素上，每一天线元素应用一组合波束系数的相移数值。每一组合波束系数包含波束引导系数，加上波束扩展系数。无线装置，透过使用处理器控制组合波束系数，引导方向性波束的方向，以及形成一个方向波束的波束宽度。该波束引导系数用于引导该方向性波束的方向，而该波束扩展系数用于形成该方向性波束的波束宽度。下面详细描述本专利技术的其他实施例以及有益效果。
技术实现思路
不用于限定本专利技术。本专利技术保护范围以权利要求为准。附图说明附图中相同数字表示相似组件，用于说明本专利技术的实施例。图1为根据一新颖方面，在波束赋型蜂窝移动通信网路中，具有相位天线阵列的无线装置的示意图，该相位天线阵列用于发送或者接收具有较宽波束宽度的方向性波束。图2为根据本专利技术的实施例，基站或者UE的简化方块示意图。图3为根据本专利技术的实施例，具有N个天线元素的相位天线阵列的发送器或者接收器，发送或者接收方向性波束的一个实施例的示意图，其中每一天线元素应用有组合波束系数以引导波束方向以及形成方向性波束的宽度。图4为透过与传统波束形成相比，具有波束扩展的波束形成，以及具有矩形(rectangular)窗口的波束赋型的相位天线阵列的阵列增益以及方位(azimuth)角度的示意图。图5为根据一新颖方面，在波束赋型蜂窝系统中，使用相位天线阵列的方向性波束，引导波束方向以及形成波束宽度的方法流程图。具体实施方式下面详细参考本专利技术的一些实施例，伴随附图介绍本专利技术的例子。图1为根据一新颖方面，在波束赋型蜂窝移动通信网路100中，具有相位天线阵列的无线装置的示意图，该相位天线阵列用于发送或者接收具有较宽波束宽度的方向性波束。波束赋型蜂窝移动通信网路100包含一个基站BS101，以及第一用户设备UE102，以及第二用户设备，UE103。蜂窝网络使用具有窄波束的方向性通信，以及可以支持多G数据率。方向性通信透过波束赋型(beamforming)而达成，其中相位天线阵列，具有多个天线元素，被应用有多组(set)波束赋型权重(相移数值)以形成多个波束场型(pattern)。在图1的例子中，BS101为方向性配置有一组粗略TX/RX控制波束以及一组TX/RX数据波束以服务移动台，包含UE102以及UE103。典型的，控制波束的集合，覆盖一个服务小区的整个服务区域，以及其中每一控制波束具有较宽(wider)以及更短的空间覆盖范围，具有更小的阵列增益(arraygain)。每一控制波束依次被一组专用数据波束覆盖。专用数据波束的集合覆盖一个控制波束的一个服务区域，以及其中每一专用数据波束具有更窄以及更长空间覆盖范围，具有更大阵列增益。该组控制波束提供低速率控制信令，以方便专用数据波束上的高速率数据通信。相似的，UE102以及UE103可以应用波束赋型以形成多个波束场型以发送以及接收无线信号。相位阵列天线可以形成窄聚焦波束。在一个最流行配置中，N个天线元素形成一个具有半波长间隔的一致线性阵列。从一个元素到下一个的常数相移，决定波束指向的方向。波束宽度以及波束形成增益为阵列配置的函数，包含：天线元素的数量N，相邻元素之间的间隔，以及无线信号的载波频率。一旦固定了配置，就决定了常数相移引导系数所形成的波束宽度。例如，波束宽度＝103°/N。有时候，以一个方式设定系数，这样波束宽度比透过传统配置而产生的较宽，例如，拓宽波束的覆盖范围区域。在发送以及接收波束赋型中发生相同问题。例如，期望BS101配置有一组粗略控制波束，具有较宽波束宽度，所以，控制波束的集合可以覆盖服务小区的全部服务区域。根据一新颖方面，提出在蜂窝波束赋型系统中，引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包含：在一波束赋型蜂窝网络中，在使用具有N天线元素的相位天线阵列的方向性波束上，发送或者接收无线信号，其中，相邻天线元素具有距离d，其中N为正整数；应用多个相移数值到该多个天线元素上，其中每一天线元素应用相移数值，该相移数值具有一组合波束系数，以及其中，每一组合波束系数包含波束引导系数加上波束扩展系数；以及引导该方向性波束的方向，以及透过处理器控制该组合波束系数而形成该方向性波束的波束宽度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.11 US 62/334,475;2017.05.08 US 15/589,0521.一种方法，包含：在一波束赋型蜂窝网络中，在使用具有N天线元素的相位天线阵列的方向性波束上，发送或者接收无线信号，其中，相邻天线元素具有距离d，其中N为正整数；应用多个相移数值到该多个天线元素上，其中每一天线元素应用相移数值，该相移数值具有一组合波束系数，以及其中，每一组合波束系数包含波束引导系数加上波束扩展系数；以及引导该方向性波束的方向，以及透过处理器控制该组合波束系数而形成该方向性波束的波束宽度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该距离等于该数据信号的波长的一半。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该波束引导系数为用于引导该方向性波束的该方向。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该波束引导系数其中n为一天线元素索引，其中为0以及2π弧度之间的数值。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该波束扩展系数用于形成该方向性波束的该波束宽度。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该波束扩展系数θn＝ε*|n-(N-1)/2|ρ，其中n为天线元素索引，其中ε为用于形成该方向性波束的该波束宽度。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，更大ε导致较宽波束宽度，以及其中ε＝π大大致加倍了ε＝0的该波束宽度。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，ρ用于控制该方向性波束的通带波纹。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该处理器不调整该N个天线元素的幅度，以最大化该相位天线阵列的阵列增益。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：存储有限组波束赋型权重的多天...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂建卿，张铭博，陈儒雅，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71