包括虚拟天线单元的天线阵制造技术

一种用于通过计算位于天线阵（６１８）的“虚拟”天线单元的响应有效增加多单元天线系统中天线单元数量的方法及相关系统。将该阵的物理天线单元分布得充分接近，以能够合成表征阵对接受入射波的响应的多项式或其他数学表达。然后通过合成的多项式或其他数学表达的计算确定与阵的虚拟天线单元相关的响应值。然后将产生的与阵的虚拟和物理天线单元相关的阵响应值提供给相关接收器处理。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括虚拟天线单元的天线阵
本专利技术涉及一种无线电通信系统的多单元天线接收器，特别涉及一种相关接收器的多重接收天线的信号处理。
技术介绍
最近人们提出，现存的无线系统的性能和容量都可以通过使用所谓的“智能(Smart)”天线技术来得到改进。特别地，可使用这些技术，以及与这些技术相联系的空间时间信号处理，来防止期望引入信号的多路衰减的有害效应以及抑制干扰信号。通过这种方法，存在的和正在部署的数字无线系统(例如基于CDMA的系统，基于TDMA的系统，WLAN系统和基于OFDM的系统比如IERE 802.11 a/g)的性能和容量可得到改进。据预计，这种智能天线系统将会更多地使用在基站基础设施的部署和蜂窝系统的移动用户单元(比如，手机)，以便处理施加在这些系统上的、增长的需求。这些需求部分由于现在的基于声音的服务向下一代无线多媒体服务的转变而增长，以及随之而来的声音、图像和数据发射模式之间界限的模糊。在该类下一代系统中使用的用户单元将很有可能会要求表现出相对于现存的蜂窝移动无线电标准更高的声音质量，以及提供高速的数据服务(比如，高至10兆字节/秒)。然而，达到高速和高服务质量是很复杂的，因为移动用户单元被希望是很小很轻的，而且能够在多种环境下(比如蜂窝/微蜂窝/微微蜂窝，城市/郊区/农村，以及室内/室外)可靠地运行。另外，除了提供高质量的通信和覆盖，要求下一代系统具有更多的高效率的可使用带宽，而且定价合理以便保证被广泛的市场所接受。在很多无线系统，整体性能和容量的降低由于三个主要因素：多路衰减、接收的多路信号元件间的延迟的扩散、和信道共信道干扰(CCI，co-channel-->interference)。众所周知，多路衰减是由于被路由到接收天线的信号横越多路径引起的。来自这些路径的不同相位的信号聚集在一起，造成接收信号的振幅和相位随着天线的位置、方向和偏振，以及时间(作为通过环境运动的结果)而改变。增加质量或者减少有效错误率，以便消除多路衰减的影响已经被证明是极端困难的。虽然在理论上可通过使用更高的发射功率或者增加带宽来减少多路衰减的影响，但是这些方法经常与下一代系统的要求不一致。如上面所提及的，“延迟扩散”或者接收的多路信号的多种元件之间的传播延迟的不同，也构成了改进无线通信系统的性能和容量的主要的障碍。据报告，当延迟扩散超过了信号波期的约10％，导致的严重的信号间干扰(ISI，intersymbol interference)通常会限制最大数据率。这种困难在窄带系统中，比如全球移动通信系统中(GSM)中最经常发生。信道共信道干扰的存在反过来也影响蜂窝系统的性能和容量。现存的蜂窝系统通过将可使用的信道划分为信道组来运行，一个信道组一个单元，频率可再次使用。多数的时分多址(TDMA)系统使用7个频率重用因子，而大多的码分多址(CDMA)系统使用1个频率重用因子。这种频率重用造成CCI，其在信道组的数量减少时(就是说，当每个单元的容量都减少)增加。在TDMA系统中，CCI主要来自一个或者两个其他用户，而CDMA系统可能存在很多的强干扰，这些干扰可能在单元内或者来自临近的单元。对一个给定的CCI水平，可以通过减小单元大小增加容量，但是代价是增加基站。对上面描述的对这种蜂窝系统性能的损害至少可以部分地通过使用多单元天线系统得到改善，这种天线系统将分集增益引入到信号接收过程。至少存在三种初级的方法来影响这样的分集增益，通过每个天线单元接收的信号的去相关(decorrelation)实现：空间多样化、偏振多样化和角度多样化。为了实现空间多样化，天线单元被有效地分开，以获得低衰减关联。这种分开取决于角展度，就是信号到达天线单元的角。如果移动用户单元(比如，手机)被其他分散的物体包围，一个只有四分之一波长的天线空间经常是足够达到低衰减关联的。这就允许多空间分集式天线与手机结合，特别是处于高频率的(由于天线体积的减小，作为提高-->频率的一个功能)。另外，双偏振天线可以被很近地放在一起，而保持低衰减关联，正如不同式样的天线(角或者方向多样化)可以放在一起一样。虽然增加接收天线的数目提高了多天线系统各个方面的性能，为每个发射和接收天线提供一个独立的射频链的必要性也会增加成本。每个射频链大体上由一个低噪音放大器、滤波器、降频器以及数字到模拟转换器(A/D)组成，后三个设备通常占据了射频链成本的大部分。在某个现存的单天线无线接收器中，所需的单个射频链可能要占超过接收器总成本的30％。所以当接收天线的数目增加时，系统总成本和功率消耗可能急剧上升，这是很明显的。因此，需提供一种技术，有效地增加接收天线，而不会成比例地增加系统成本和功率消耗。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术可被描述为一种处理天线阵接收信号的处理方法，以及完成这种方法的装置，该方法包括：接收信号的M个副本，M个副本中的每一个由天线阵的M个物理天线单元中相应的一个接收；确定M个物理天线单元到信号的M个响应，M个响应中的每一个对应于M个物理天线单元中的一个；再生成对于信号的N个响应(作为M个响应的函数)，其中N个响应中的每一个代表沿着天线阵不同空间位置上的信号的响应。在另一个实施例中，本专利技术被描述为一个用来接收信号的天线阵，包括：一个包括M个物理天线单元的天线阵，其中M个物理天线单元被空间排列以接收相应的信号的M个副本中相应的一个，从而能够生成接收信号的M个副本；以及一个包括M个信号处理链的阵处理模块，其中M个信号处理链中的每一个都与M个物理天线单元中的一个相连。阵处理模块用于为天线阵生成N个信号响应值，作为M个接收信号副本的函数，N个信号响应值包括至少一个虚拟天线响应值，其中N大于M。在另一个实施例中，本专利技术被描述为一个阵处理模块，包括：M个信号处理链，其中M个信号处理链中的每一个用于接收来自M个物理天线单元中-->相应的一个的接收信号副本；以及一个连接到M个信号处理链的内插模块，其中内插模块用于为天线阵生成N个信号响应值，作为M个接收信号副本的函数。附图说明在附图中：图1是传统的接收器的方块图，由多天线单元接收的信号被加权和合并，以生成输出信号；图2是传统的空间-时间滤波配置的方块图；图3是在无线通信系统内的多输入/多输出天线装置的示意；图4是描述一种射频域中多接收器天线系统的传统结构的方块图；图5是展示图4中电路的数字对等物的方块图；图6是根据本专利技术的实施例的结合阵处理模块的接收器系统的方块图；图7是示出在按照一个实施例处理信号时，图6中阵处理模块实施的步骤的流程图；图8A是图6中的天线阵的一个实施范例的图示；图8B是图9是示出适于接收信号的均匀线性天线阵的图；图10是描述结合按照本专利技术建立的虚拟单元天线阵的天线系统的方块图；以及图11是示出按照本专利技术的一个实施例的图10的天线系统的实施步骤的流程图；图12是描述另外一个结合按照本专利技术另外一个实施例建立的虚拟单元天线阵的天线系统的方块图；图13是描述又一个结合按照本专利技术又一个实施例建立的虚拟单元天线阵的天线系统的方块图。-->具体实施方式在下面的描述中，本专利技术的各个方面将会被描述。但是，对熟知本领域的人来说，本专利技术在实践时可能只表现出本专利技术的某些方面，也可能是全部。为了解释，特定的数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理天线阵接收的信号的方法，其特征在于，包括：　　　　接收Ｍ个信号副本，Ｍ个副本中的每一个由天线阵中的相应的Ｍ个物理天线单元中的一个接收；　　　　确定Ｍ个物理天线单元对信号的Ｍ个响应，Ｍ个响应中的每一个对应于Ｍ个物理天线单元中的一个；　　　　以及　　　　生成Ｎ个对信号的响应，分别与Ｎ个沿着天线阵的空间位置相关，作为Ｍ个物理天线单元对信号的响应的函数，其中Ｎ个空间位置中至少有一个不与Ｍ个物理天线单元中的任何一个的位置不重合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-8-21 60/405,2851.一种处理天线阵接收的信号的方法，其特征在于，包括：接收M个信号副本，M个副本中的每一个由天线阵中的相应的M个物理天线单元中的一个接收；确定M个物理天线单元对信号的M个响应，M个响应中的每一个对应于M个物理天线单元中的一个；以及生成N个对信号的响应，分别与N个沿着天线阵的空间位置相关，作为M个物理天线单元对信号的响应的函数，其中N个空间位置中至少有一个不与M个物理天线单元中的任何一个的位置不重合。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，N个响应中的N-M个响应与位于物理天线单元中的虚拟天线单元相关。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，N-M个响应中的至少一个通过内插M个响应中的至少两个生成。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，N-M个响应中的至少一个通过由M个响应中的至少两个外插生成。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：在确定M个物理天线单元的M个响应之前，将M个信号副本从射频降频至基带。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定包括计算M个物理加权参数，M个物理天线单元中的每一个的响应作为M个物理加权参数中相应的一个的函数被确定。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定包括对M个副本中的每一个取样，从而M个响应中的每一个包括M个信号副本的相应的一个的样本。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：对N个对信号的响应进行加权，从而生成N个加权的信号；以及-->对N个加权的信号进行合并，从而生成信号的表达。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，信号遵从组中选出的一个通信协议：正交频分多路调制，时分多址，码分多址，高斯最小移键控，补码键控，正交相移键控，频移键控，相移键控和正交幅度调制。10.一种用于接收信号的天线系统，其特征在于，包括：包括M个物理天线单元的天线阵，所述M个物理天线单元空间上分布以接收M个信号副本中相应的一个，从而能够生成接收信号的M个副本；以及，包括M个信号处理链的阵处理模块，所述M个信号处理链中的每一个都与M个物理天线单元中的一个相连；其中阵处理模块被构建以为天线阵生成N个信号响应值，作为接收信号的M个副本的函数；所述N个信号响应值包括至少一个虚拟天线响应值，其中N大于M。11.根据权利要求10所述的天线系统，其特征在于，阵处理模块包括：连接到M个信号处理链的加权模块，其中加权模块被构建以计算M个物理加权参数，作为M个接收信号副本的函数，所述M个物理加权参数中的每一个与M个物理天线单元中的相应的一个相关；以及连接到M个信号处理链的内插模块，其中内插模块被构建以为天线阵生成N个信号响应值，作为M个物理加权参数的函数。12.根据权利要求11所述的天线系统，其特征在于，内插模块被构建以计算M个信号响应值，作为M个物理加权参数的函数，以及内插M个信号响应值中的至少两个来提供虚拟天线响应值。13.根据权利要求10所述的天线系统，其特征在于，阵处理模块包括：连接到M个信号处理链的内插模块，其中所述内插模块被构建以为天线阵生成N个信号响应值，作为M个信号副本的函数；连接到M个信号处理链的加权模块，其中加权模块被构建以计算N个加权参数，作为N个信号响应值的函数。14.根据权利要求10所述的天线系统，其特征在于，所述天线阵的N个-->信号响应值包括M个对应于M个物理天线单元的信号响应值，其中虚拟天线响应值对应于位于距离至少两个物体天线单元为λ/2之内的虚拟天线单元，其中λ表示一个信号载波频率的波长。15.根据权利要求14所述的天线系统，其特征在于，所述虚拟天线单元插于M个物理天线单元中的至少两个之间。16.根据权利要求14所述的天线系统，其特征在于，所述虚拟天线单元位于天线阵的边缘。17.根据权利要求10所述的天线系统，其特征在于，所述M个物理天线单元中的至少两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮特范鲁延，皮特威廉姆鲁，
申请(专利权)人：美国博通公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]