用于频率选择波束形成的方法和仪器技术

一种定相天线阵列，提供了使用户单元能够在不同方向上发送和接收信号，并允许在两个方向上同时优化增益。这样，由不同频率上的通信信号所产生的干扰和多径效应就能被补偿，于是提高了在前向和反向两个方向上的增益。频率选择组件（４１０）分别连接到天线（２１０）上。至少两个预加重结构（４１５和４２０）连接到频率选择组件（２１０）上独立提供具有分离频谱的可操纵的波束。预加重组件（４１５和４２０）可以包括相位偏移器件以分别操纵波束，可以包括至少一个可变增益放大器件以独立放大由各自天线（２１０）接收或发送的信号，这样分别优化波束的波形。通过拥有独立可操作和独立调整波形的波束，定向天线在多频带和／或多径环境中、同频或扩频网中更引人注目。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于频率选择波束形成的方法和仪器专利技术背景在无线通信领域，时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)协议都用于基站和移动站间的通信。TDMA协议用于单频发送和接收信号，而CDMA系统使用一个频带发送信号，用另一个频带接收信号。两种情况下，多传输路径都可能是干扰源。图1是环境的例子，在环境100中存在多径传输。环境100包括第一天线塔105a和第二天线塔105b。天线塔105a和105b上都有基站(未画出)。环境100还包括第一写字楼110a和第二写字楼110b。在第一写字楼110a中，用户单元115处在两个信号塔105a和105b的信号范围中。从天线塔105a、105b到用户单元115有若干个信号路径。第一条信号路径120是从第一天线塔105a到用户单元115的直接路径。第二条信号路径125包括从110b反射来的信号，它是从105a发送到用户单元115的独立信号。第三条信号路径130是从第二天线塔105b到用户单元115的直接信号。第一信号路径120在第一天线塔105a的方向上。如果用户信号配置了可操纵天线，用户单元115可以仅仅指向(指向一个波)这个预期信号最强的方向。预期最强信号在第一天线塔105a和第二写字楼110b之间的方向上。-->在方向寻找时，多传输路径总是有害的，因为它干扰了信号的真实方向。与第一信号路径120同相的多径成分实际上是有好处的，这样，方向改变就不重要了。所以，多传输路径不总是干扰。无论如何，第三信号路径130全都是干扰，因为它和通过第一信号路径传输的信号不一致并且不可能与第一信号路径上的信号同相。如果用户单元115使用了定相天线阵列，它就可以使用定相天线阵列控制对应的天线波指向第一天线塔105a，或者当多传输路径出现时指向所需最强的信号。除此之外，定向天线阵列可用于控制对应的天线波，使它只从第一天线塔来的信号路径120方向接收信号，于是消除了第二信号路径125造成的多径效应(信号展宽)，或第三信号路径130造成的干扰。图2是图1中用户单元115所使用的定相阵列天线，它能操纵对端波束，在那里控制是通过射频信号的相移来实现的，射频信号收/发自组成阵列天线200的天线元。定相阵列天线200是由天线子集205组成的。每个天线子集205包括一个天线元210、一个双工器215和一个相位偏移器220。控制信号用于调整相位偏移器220所施加的相位偏移。在发送模式下，定相阵列天线200的子集205接收信号230。信号是被相位偏移器220以某种方式所偏移的，当所有天线元210的波束是合成的时候，这种方式使波束(未画出)由控制信号225所指挥。当双工器215处于发送模式的时候，信号230从相位偏移器220通过双工器215传递到天线元210。在接收模式下，天线元210从同一个控制信号225定义的方向接收的射频信号最强。天线元210项双工器215提供接收到的信号，双工器215设置成为接收模式使所收到的射频信号能传递-->到相位偏移器220。相位偏移器220向加法器(未画出)提供相位偏移过的信号230用来重建信号。重建后的信号然后被接收器所处理(未画出)。专利技术概述当前，确定用户单元和天线塔之间的优化增益的实验揭示出，当使用不同频率传输信号时，最适宜的信号方向随不同频率而变化。在CDMA技术中，为用户单元定义，接收(Rx)信号范围在1930-1990MHz，发送(Tx)信号频段从1850-1910MHz。进一步的测试表明最佳信号路径对CDMA技术中的Tx和Rx信号是不同的，与不同频率下传输信号的情况一样。进一步的实验证实，事实上，用户单元和基站天线塔之间的最佳信号路径是频率相关的，这影响了Tx和Rx的信号路径。至少一种理由已经确认解释不同频率信号的不同最优信号方向，它是由于天线塔与用户单元天线间传送信号的折射角不同。例如，在CDMA技术中，当Tx和Rx信号穿过写字楼窗户上的玻璃时，Tx信号“弯曲”了一种角度，Rx信号“弯曲”了第二种角度。不同的反射角可能造成信号在用户单元所在的办公室内跑多个路径。而且，Tx和Rx信号以不同角度围绕写字楼以外的物体弯曲，这也是传输路径不同的另一个原因。角度差和多径的结果是，最好的情况下降低信噪比(SNR)，最糟的情况下是造成通信中断的干扰。在定向天线技术中有一个假设，前向和反向连接传输的信号的最优方向沿着同样的路径。这样，一旦方向被选定——一般方向是基于Rx信噪比(SNR)选定的，所选方向同时用于Tx和Rx信号。当所选方向被发现是按照两个连接之一所优化的，天-->线的所选方向对于另一个连接可能是次优的，如同上面讨论过的实验中所学习到的那样。总的来说，本专利技术使用户单元能够同时在不同方向上接收和发送信号，允许在两个方向上优化增益。这样，工作在不同频率上的通信信号造成的折射和多径效应就能够被补偿，以增加前向和反向两个连接上的增益。因此，本专利技术包括带有排列成天线阵列的多个天线元的定向天线。频率选择组件连接到各自的天线元，频率选择组件提供同时的频率鉴别。至少2个预加重结构连接到频率选择组件来独立提供可操纵的波束，这些波束含有频谱分离的信号。频率选择组件可以被设计用于发送和接收信号，例如在CDMA系统中，其中发送和接收信号频带是分开的。频率选择组件业可以被设计用于分离具有不同频率的同方向的信号。频率选择组件还可以分离多于2个的信号，此时多于2个相位偏移单元连接到频率选择组件上。频率选择组件可以由印刷点路或非印刷电路技术组成，或者二者兼而有之。预加重结构可能包含相位偏移单元以独立操纵波束。独立的控制信号设置各自的相位偏移量。预加重结构可能还包括至少一个可变增益放大组件以独立放大接收或发送到各自天线元的信号。通过带有多于1个可变增益放大组件，它们对应与每个天线元，各自的波形可以被优化。定向天线还可以包括对应与每个波束的合成器以合成通过天线元所发送和接收的信号。通过使用独立可操作和可整形的波束，定向天线适用于多频带和/或多路径环境。-->在一种实施方案中，基于从基站接收到的引导信号，用户单元优化前向连接波束模式(也就是接收、Rx、在前向联接上的接收信号波束)。基于从基站通过前向连接对给定接收信号质量的反馈，用户单元还可以优化反向(也就是发送、Tx)波束模式。而且同时，当用户单元优化前向波束(Rx波束)到最佳信噪比(SNR)或载波干扰比(C/I)时，用户单元可以操纵反向波束(Tx波束)到信号的接收功率最大的方向，信号是从给定的基站发来的。这种或其它确定前向和反向连接(分别以用户单元的角度看来的接收和发送波束)波束的方向的技术由美国专利提供，美国专利申请编号No.09/776,396，申请时间2001年2月2日，标题为《自适应天线方向再搜索的方法和设备》，申请人Proctor等，其全部内容都在此作为参考。附图的简要描述本专利技术的上述及其它目标、特性和优势将在下面对其具体化的详细的描述和优选的实施方案中变得更为清楚明了，在附图中相同的标记代表同样的部件。附图不一定是按比例的，强调说明本专利技术的原理。图1是无线通信系统所处环境的示意图；图2是先进的定相阵列天线系统的方框图；图3是运行本专利技术原理的系统所处环境的示意图；图4是图3所使用双工独立波束阵列的方框图；图5是图4中双独立波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向天线，包括：排列为天线阵列的多个天线元；连接到各自天线元上的频率选择组件；连接到每个频率选择组件上的至少２个预加重结构，他们产生具有频谱分离信号的独立可操作的波束。

【技术特征摘要】
US 2001-6-12 09/879,8071.一种定向天线，包括：排列为天线阵列的多个天线元；连接到各自天线元上的频率选择组件；连接到每个频率选择组件上的至少2个预加重结构，他们产生具有频谱分离信号的独立可操作的波束。2.根据权利要求1的定向天线，其中频率选择组件分离发送和接收信号。3.根据权利要求1的定向天线，其中频率选择组件分离带有不同频率的同方向信号。4.根据权利要求1的定向天线，其中频率选择组件是印刷电路。5.根据权利要求1的定向天线，其中频率选择组件是非印刷电路。6.根据权利要求1的定向天线，其中预加重结构包含相位偏移单元。7.根据权利要求6的定向天线，其中相位偏移单元接收独立的控制信号以设定各自的频率偏移量。8.根据权利要求1的定向天线，其中至少一个预加重结构包含至少一个可变增益放大组件。-->9.根据权利要求8的定向天线，其中与每个天线元对应的可变增益放大组件的个数等于频谱分离的波束的个数，这些波束独立优化波形。10.根据权利要求1的定向天线，还包含对应于没波束的合成器，它产生通过天线元接收或发送的合成信号。11.根据权利要求1的定向天线，其中波束同时发生。12.根据权利要求1的定向天线，其用于多径环境。13.根据权利要求1的定向天线，其用于如下网络之一：同频网络，扩频网络，码分多址(CDMA)网络，或正交频分复用(OFDM)网络。14.根据权利要求1的定向天线，其中，根据接收到的引导信号，连接到频率选择组件上的预加重结构之一被调整为优化接收波束模式。15.根据权利要求1的定向天线，其中根据通过前向连接对给定接收信号质量的反馈，连接到频率选择组件上的预加重结构之一被调整为优化发送波束模式。16.根据权利要求1的定向天线，其中连接到频率选择组件上的预加重结构之一被调整为操纵发送波束，这个波束对准来自给定基站信号接收功率最大的方向上；根据从包含最佳信噪比(SNR)和最佳...

【专利技术属性】
技术研发人员：常兵，肯尼思M盖尼，小詹姆斯A普罗克特，
申请(专利权)人：讯捷通讯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]