波束成形装置和波束成形方法制造方法及图纸

波束成形装置和波束成形方法。一种波束成形装置包括多个控制电路和多个天线元件。所述多个控制电路中的每一个至少控制多个输入信号的相位或幅度，以生成发送信号。所述多个天线元件中的每一个输出由对应的控制电路生成的发送信号。各个控制电路所生成的发送信号的频率范围高于输入信号的频率范围。

【技术实现步骤摘要】
波束成形装置和波束成形方法
本文中讨论的实施方式涉及在无线电系统中使用的波束成形装置和波束成形方法。
技术介绍
近年来，波束成形已经被作为一种用于在高频带(例如，微波频带、毫米波频带)中实现通信或精确感测(雷达)的复用的技术投入实际使用。用于实现波束成形的波束成形装置包括以阵列布置的多个天线元件。波束成形装置通过使用多个天线元件形成针对相应终端的波束。例如，波束成形装置可以通过按照终端的位置控制经由每个天线元件发送的信号的相位和/或幅度来控制发送波束的方向和形状。波束成形装置还可以通过按照终端的位置控制经由每个天线元件接收的信号的相位和/或幅度来控制接收波束的方向和形状。另外，已开发出其中多个不同的信号被叠加并且针对不同方向形成波束(波束复用)的方案。已提出了全数字波束成形作为用于实现波束复用的一种方法。在全数字波束成形中，通过数字处理来控制经由天线元件发送或接收的信号的相位和/或幅度。因此，用于执行全数字波束成形的波束成形装置(该装置在下文中可被称为“全数字波束成形装置”)包括用于各个天线元件的数模转换器(DAC)，以便形成发送波束。因此，全数字波束成形装置包括与天线元件的数目一样多的DAC。全数字波束成形装置还包括与天线元件数目一样多的模数转换器(ADC)，以形成接收波束。DAC/ADC的功耗取决于数据信号的速率。因此，在使用毫米波频带等的宽带通信系统中，当数据信号的速率增强时，波束成形装置的功耗将增加。已提出了模拟全连接波束成形作为用于实现波束成形的另一种方法。图1描绘了用于实现模拟全连接波束成形的波束成形装置(该装置在下文中可以被称为“模拟全连接波束成形装置”)的示例。图1中描绘的波束成形装置包括四个DAC，以适应四个终端。每个DAC将要发送到对应终端的信号转换成模拟信号。然而，波束成形装置优选地包括比终端的数目(即，信号的数目)多的天线元件。在图1中描绘的示例中，波束成形装置包括八个天线元件。在这种情况下，通过使用本地信号来将要发送到终端的信号S1-S4上变频成RF频带中的信号，然后将其分发给相位控制电路。各相位控制电路控制信号S1-S4的相位和/或幅度。各相位控制电路的输出信号经由天线元件输出。各相位控制电路根据终端的位置来控制信号S1-S4的相位。因此，形成用于相应终端的波束。例如，在国际公开小册子No.WO2017/135389中描述了用于波束成形的配置和操作。与全数字波束成形装置相比，模拟全连接波束成形装置具有较少的DAC，因此降低了功耗。然而，在模拟全连接波束成形装置中，许多信号线在DAC与相位控制电路之间相交。在图1中描绘的示例中，在四个DAC与八个相位控制电路之间提供了三十二条信号线。在模拟全连接波束成形装置中，高速信号(例如，RF频带中的信号)经由这些信号线进行发送。因此，这种装置将具有大的信号损耗并且难以投入实际使用。可以通过添加用于补偿损耗的电路来解决上述问题。然而，这种配置需要用于损耗补偿电路的空间，因此在波束成形装置需要减小尺寸的情况下将不是优选的。另外，由于添加了损耗补偿电路，导致功耗可能增加。本专利技术的一方面的目的是减少波束成形装置中的损耗。
技术实现思路
根据实施方式的一方面，一种波束成形装置包括：多个控制电路，所述多个控制电路各自至少控制多个输入信号的相位或幅度，以生成发送信号；以及多个天线元件，所述多个天线元件各自输出由对应的控制电路生成的发送信号。各个控制电路所生成的发送信号的频率范围高于输入信号的频率范围。附图说明图1例示了常规波束成形装置的示例；图2例示了按照本专利技术的实施方式的无线电系统的示例；图3例示了按照本专利技术的实施方式的波束成形装置的示例；图4A至图4C例示了相位控制电路的配置示例；图5例示了相位控制电路的另一配置示例；图6A和图6B例示了基于图5中描绘的配置的相位控制的示例；图7A至图7C例示了通过划分相移功能而实现的效果；图8例示了按照第二实施方式的相位控制电路的示例；图9例示了按照第二实施方式的相位控制电路的另一示例；图10例示了用于形成接收波束的波束成形装置的示例；以及图11A至图11C、图12A和图12B以及图13A和图13B例示了接收电路中实现的相位控制电路的配置示例。具体实施方式图2例示了按照本专利技术的实施方式的无线电系统的示例。在该示例中，无线电系统包括波束成形装置1和多个终端101-104。波束成形装置1可以在例如无线通信系统中的基站中实现，但是本专利技术不特别限于该实现方式。在这种情况下，每个终端都可以是诸如智能电话这样的用户设备。波束成形装置1可以形成用于向每个终端发送信号的发送波束和用于从每个终端接收信号的接收波束。因此，波束成形装置1包括形成发送波束的发送器电路和形成接收波束的接收器电路。下面描述形成发送波束的发送器电路。波束成形装置1被供应要发送到每个终端的信号。例如，波束成形装置1可以被供应要分别发送到终端101-104的信号S1-S4。然后，波束成形装置1形成用于分别将信号S1-S4发送到终端101-104的发送波束B1-B4。发送波束B1被形成为将来自波束成形装置1的信号S1发送到终端101。因此，发送波束B1被形成在从波束成形装置1朝向终端101的方向上。类似地，发送波束B2-B4被分别形成为将来自波束成形装置1的信号S2-S4发送到终端102-104。以这种方式，波束成形装置1可以同时形成多个发送波束。在这种情况下，波束成形装置1可以按照终端的位置针对各个发送波束分别控制发送波束的方向和形状。因此，波束成形装置1实现了波束复用。第一实施方式图3例示了按照本专利技术的实施方式的波束成形装置1的示例。在该示例中，波束成形装置1包括多个数模转换器(DAC)2(2-1至2-4)、多个相位控制电路3(3-1至3-8)、多个天线元件AN1至AN8以及控制器4。波束成形装置1构成模拟全连接波束成形装置。波束成形装置1可以包括在图3中未描绘的其它电路。注意的是，在图3中未描绘用于形成接收波束的接收器电路。设置在波束成形装置1中的DAC的数目等于波束成形装置1可以形成的波束的数目或者波束成形装置1可以适应的终端的数目。在该示例中，波束成形装置1可以适应四个终端。因此，波束成形装置1包括四个DAC2-1至2-4。设置在波束成形装置1中的天线元件的数目优选地大于波束成形装置1可以适应的终端的数目。在该示例中，波束成形装置1包括八个天线元件AN1至AN8。天线元件AN1至AN8可以被排列成阵列。即，波束成形装置1包括阵列天线系统。设置在波束成形装置1中的相位控制电路的数目等于天线元件的数目。具体地，针对每个天线元件设置一个相位控制电路。在该示例中，针对八个天线元件AN1至AN8设置八个相位控制电路3-1至3-8。在图3中描绘的示例中，八个天线元件被排列成一行(一维地布置)。然而，本专利技术不限于该配置。具体地，多个天线元件可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波束成形装置，该波束成形装置包括：/n多个控制电路，所述多个控制电路各自至少控制多个输入信号的相位或幅度，以生成发送信号；以及/n多个天线元件，所述多个天线元件各自输出由对应的控制电路生成的发送信号，其中，/n各个所述控制电路所生成的发送信号的频率范围高于所述输入信号的频率范围。/n

【技术特征摘要】
20190711 JP 2019-1295681.一种波束成形装置，该波束成形装置包括：
多个控制电路，所述多个控制电路各自至少控制多个输入信号的相位或幅度，以生成发送信号；以及
多个天线元件，所述多个天线元件各自输出由对应的控制电路生成的发送信号，其中，
各个所述控制电路所生成的发送信号的频率范围高于所述输入信号的频率范围。


2.根据权利要求1所述的波束成形装置，其中，
各个所述控制电路包括：
多个混频器，所述多个混频器各自对所述多个输入信号中的每一个进行上变频，以及
多个移相器，所述多个移相器各自控制所述多个混频器各自的输出信号的相位，并且
各个所述控制电路通过将所述多个移相器的输出信号组合来生成发送信号。


3.根据权利要求1所述的波束成形装置，其中，
各个所述控制电路包括：
多个移相器，所述多个移相器各自控制所述多个输入信号的相位中的每一个，以及
多个混频器，所述多个混频器各自对所述多个移相器各自的输出信号进行上变频，并且
各个所述控制电路通过将所述多个混频器的输出信号组合来生成发送信号。


4.根据权利要求1所述的波束成形装置，其中，
各个所述控制电路包括：
多个混频器，所述多个混频器将所述多个输入信号与振荡信号相乘，以及
多个移相器，所述多个移相器各自控制供应到所述多个混频器各自的振荡信号的相位，并且
各个所述控制电路通过将所述多个混频器的输出信号组合来生成发送信号。


5.根据权利要求1所述的波束成形装置，其中，
各个所述控制电路包括：
多个第一移相器，所述多个第一移相器各自控制所述多个输入信号的相位中的每一个或者在该控制电路中经上变频的多个输入信号的相位中的每一个，以及
第二移相器，该第二移相器控制通过将所述多个第一移相器的输出信号组合而获得的发送信号的相位。


6.根据权利要求5所述的波束成形装置，其中，
各个所述第一移相器的相位控制步长为360/(L×M)度，其中，M是所述波束成形装置能够同时形成的发送波束的数目，并且L为任意整数。


7.根据权利要求6所述的波束成形装置，其中，
由所述第二移相器执行的相位控制的范围为360/(L×M)度。


8.根据权利要求1所述的波束成形装置，其中，
各个所述控制电路包括多个移相器单元，
各个所述移相器单元包括：
一对混频器，所述一对混频器根据对应的输入信号生成相位彼此不同的两个上变频后的信号，以及
一对可变放大器，所述一对可变放大器各自控制从所述一对混频器输出的两个信号各自的幅度，
各个所述移相器单元将所述一对可变放大器的输出信号组合，并且
各个所述控制电路将所述多个移相器单元的输出信号组合，以生成发送信号。


9.根据权利要求1所述的波束成形装置，其中，
各个所述控制电路包括多个移相器单元，
各个所述移相器单元包括：
一对可变放大器，所述一对可变放大器根据对应的输入信号生成两个放大后的信号，以及
一对混频器，所述一对混频器各自对从所述一对可变放大器输出的两个放大后的信号各自进行上变频，并且使所述两个放大后的信号的相位彼此不同，各个所述移相器单元将所述一对混频器的输出信号组合，以生成发送信号，并且各个所述控制电路将所述多个移相器单元的输出信号组合。


10.一种波束成形装置，该波束成形装置包括：
多个天线元件；以及
多个控制电路，所述多个控制电路各自至少控制经由对应的天线元件供应的接收信号的相位或幅度，其中，
各个所述控制电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：志村利宏，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP