專利名稱：陣列天線接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陣列天線接收裝置，尤其涉及一種特定的陣列天線接收裝置，例如多射束天線或自適應(yīng)天線陣列接收裝置，其中在蜂窩移動(dòng)通訊系統(tǒng)的無線電基地臺(tái)中多個(gè)天線振子以平行方式排列并且接收到的信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，接收到的信號(hào)通過操作具有預(yù)定的幅度和相位旋轉(zhuǎn)，以形成一個(gè)理想的合成射束方向圖。
使用數(shù)字信號(hào)處理的多射束天線或自適應(yīng)天線陣列接收裝置在蜂窩移動(dòng)通訊系統(tǒng)的無線電基地臺(tái)中的應(yīng)用使得能夠有增大的增益以及隨之的被同樣聚焦的射束方向圖。另外，這些應(yīng)用還增大了在一個(gè)單元或區(qū)段中用戶的容納量，隨之減小了在一個(gè)通訊區(qū)域內(nèi)因定向性而產(chǎn)生的干擾。
但是，在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)帶有信號(hào)處理的陣列天線接收裝置需要一種非線性裝置，如低躁放大器(LNA)和混合器以用于頻率轉(zhuǎn)換。這些裝置為各個(gè)接收器所需，它在天線振子處把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)。這可能導(dǎo)致接收器之間的相位偏移，相位偏移可阻止有效射束的形成并招致性能的衰退。
另外，因?yàn)橐粋€(gè)接收器相對(duì)于另一個(gè)接收器都具有相位差，而相位差要通過天線振子和天線振子陣列所指向的通訊區(qū)域(單元或區(qū)段)內(nèi)由用戶信號(hào)到達(dá)的方向確定，所以必須校正或補(bǔ)償相位偏移而同時(shí)保持接收器之間的相位差信息，這為在天線振子處組合或合成接收信號(hào)的過程所需要。
在現(xiàn)有技術(shù)的陣列天線接收裝置中，為了在射束形成期間進(jìn)行相位校正，需要一種諸如在接收器之間進(jìn)行周期性如一天一次校準(zhǔn)的方法。但是，這種方法無非是在發(fā)生動(dòng)態(tài)相位偏移時(shí)在不確定的相位條件下形成射束，這導(dǎo)致裝置的可靠性較低。
另一方面，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為采用自適應(yīng)處理法的陣列天線接收裝置在接收器之間沒有實(shí)質(zhì)的相位偏移，即使有也很少，這是因?yàn)榘辔黄频恼穹拖辔皇艿娇刂?。但是自適應(yīng)過程中的慢收斂率和自適應(yīng)過程中相位偏移從振幅和相位控制量中的分離，為形成受傳輸控制的接收時(shí)間量的傳輸束所需要。
另外，還提出了一種如圖22所示的陣列天線接收裝置，裝置中假設(shè)在單個(gè)區(qū)段中陣列天線振子的數(shù)目是“n”。因此，把天線振子11-1n發(fā)出的無線電頻率信號(hào)以某一(固定的)振幅和相位旋轉(zhuǎn)設(shè)置在模擬射束形成裝置2中以形成理想的天線方向圖。由這種射束接收的RF信號(hào)被轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，并再由接收器31-31n轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。然后，接收器31-31n的輸出由選擇器9選擇性地開關(guān)以選出最大功率的射束輸出，從而避免接收器之間的相位偏移。
但是，圖22所示的現(xiàn)有技術(shù)中的陣列天線接收裝置在裝置的后部(未示出)并不執(zhí)行數(shù)字域中自適應(yīng)射束的形成，致使不能獲得特性的進(jìn)一步改進(jìn)。因此，若不通過一些方式作任何的相位校正，就不能實(shí)現(xiàn)較高可靠性和較好性能的陣列天線接收裝置，導(dǎo)致自適應(yīng)陣列天線等不適用于無線電基地臺(tái)的問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種陣列天線接收裝置，補(bǔ)償相位偏移，使得能夠有效地形成射束而同時(shí)利用通訊區(qū)域中用戶信號(hào)的到達(dá)方向保持接收器之間的相位差信息，其中無線電基地臺(tái)中的天線振子和天線振子陣列指向該通訊區(qū)域。
其它目的通過本發(fā)明的陣列天線接收裝置實(shí)現(xiàn)，其中陣列天線接收裝置布置成使模擬射束形成裝置制得一個(gè)合成射束，使得相鄰射束間的相位差有一個(gè)由選定的射束決定的固定值。另外，相位補(bǔ)償器從接收器中提供帶有基于任一數(shù)字信號(hào)的相位校正量的數(shù)字信號(hào)，使得天線振子間的相位差有一個(gè)固定值。即陣列天線接收裝置布置成使有源電路部分(接收器)的相位偏移，通過使用沒有任何相位偏移的無源電路部分如天線或模擬射束形成裝置等的天線分支之間的相位信息，得以補(bǔ)償。因此，由于相位補(bǔ)償之后產(chǎn)生的信號(hào)，使自適應(yīng)處理過程中的高可靠性和高效性的射束形成成為可能。這有助于在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)多射束天線或自適應(yīng)天線陣接收裝置。
另外，射束形成裝置可以包括功率分配電路和相移器。
此外，根據(jù)本發(fā)明的陣列天線接收裝置還保持一個(gè)用于產(chǎn)生對(duì)通訊區(qū)域中任意方向形成參考的上行線路領(lǐng)示信號(hào)的發(fā)生器。在這種情況中，相位補(bǔ)償器把上行線路信號(hào)變成帶有相位校準(zhǔn)量的數(shù)字信號(hào)。
或者根據(jù)本發(fā)明的陣列天線接收裝置也可以包括一個(gè)用于產(chǎn)生上行線路領(lǐng)示信號(hào)的發(fā)生器，該信號(hào)把發(fā)生器的輸出信號(hào)分配到接收路線中。在這種情況中，相位補(bǔ)償器把上行線路信號(hào)用作在天線振子和具有固定相位差的射束形成裝置之間接收信號(hào)，以產(chǎn)生帶有相位校準(zhǔn)量的數(shù)字信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的陣列天線接收裝置還可以包括一個(gè)變換電路，執(zhí)行與射束形成裝置反向的操作，使得相位補(bǔ)償器的輸出信號(hào)與每一個(gè)天線振子的的接收信號(hào)相同；還包括一個(gè)自適應(yīng)處理部分，合并變換電路的輸出信號(hào)以形成自適應(yīng)天線方向圖。


圖1A和1B是本發(fā)明陣列天線接收裝置的布局框圖；圖2是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的4×4模擬射束形成裝置實(shí)例的框圖；圖3是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的4×4模擬射束形成裝置的輻射特性曲線；圖4是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的4×4模擬射束形成裝置的相位特性曲線；圖5是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的8×8模擬射束形成裝置實(shí)例的框圖；圖6是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的8×8模擬射束形成裝置的輻射特性曲線；圖7是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的8×8模擬射束形成裝置的相位特性曲線；圖8是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的線性陣列天線示意圖；圖9是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的相位校正運(yùn)算部分實(shí)施例的框圖；圖10是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的相位偏移運(yùn)算部分實(shí)施例的框圖；圖11是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的相位校正運(yùn)算部分另一實(shí)施例的框圖；圖12是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的相位旋轉(zhuǎn)器實(shí)施例的框圖；圖13是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的相位偏移運(yùn)算部分另一實(shí)施例的框圖；圖14是本發(fā)明陣列天線接收裝置的變換電路實(shí)例的框圖；圖15是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的變換電路變換后產(chǎn)生的輻射特性曲線圖；圖16是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的變換電路變換后產(chǎn)生的相位特性曲線圖；圖17是本發(fā)明陣列天線接收裝置的實(shí)例的框圖，其中變換電路有完全的布局；圖18是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的模擬射束形成裝置實(shí)施例的平面圖；圖19是用在本發(fā)明陣列天線接收裝置中的模擬射束形成裝置實(shí)施例的電路圖；圖20A和20B是本發(fā)明陣列天線接收裝置中設(shè)置在一個(gè)區(qū)段中的上行線路信號(hào)發(fā)生器示意圖；圖21是與本發(fā)明陣列天線接收裝置結(jié)合在無線電基地臺(tái)中的上行線路信號(hào)發(fā)生器實(shí)施例的框圖；圖22是現(xiàn)有裝置的框圖。
在所有的附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示同一或相應(yīng)的部分。
圖1A和1B是本發(fā)明陣列天線接收裝置的布局圖。特別是，圖1A表示前饋布局，圖1B表示反饋布局。
在圖1A中，天線振子11-1n(以下有時(shí)統(tǒng)稱“1”)，模擬射束形成裝置2和接收器31-3n(以下有時(shí)統(tǒng)稱“3”)以與圖22同樣的方式設(shè)置。
圖1A中，天線振子1接收到的無線電信號(hào)輸入到射束形成裝置2中，在那兒以特定的權(quán)重和相位合成并被提供到輸出端。射束形成裝置2的每個(gè)輸出經(jīng)過特定的放大和頻率轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生基帶信號(hào)以通過接收器3。接收器3還通過A/D轉(zhuǎn)換器把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
可以看到接收器3與相位補(bǔ)償器10連接。如圖1A中的虛線所述，相位補(bǔ)償器10還與變換電路6連接，以執(zhí)行射束形成裝置2的變換操作，使得相位補(bǔ)償器10的輸出信號(hào)可以與天線振子1除數(shù)字信號(hào)外的信號(hào)相同。變換電路6還與自適應(yīng)處理部分7連接，用于組合變換電路6的輸出信號(hào)以形成自適應(yīng)天線方向圖。變換電路6還有一個(gè)吞吐量布局，那里的變換器被移去。
相位補(bǔ)償器10包括相位旋轉(zhuǎn)器42-4n(以下有時(shí)統(tǒng)稱“4”)，相位旋轉(zhuǎn)器42-4n連接在接收器32-3n和一個(gè)相位校正(量)運(yùn)算部分5之間。相位校正運(yùn)算部分接收接收器31-3n的輸出信號(hào)X1-Xn，以如下所述地計(jì)算相位校正量，再把校正量提供給相位旋轉(zhuǎn)器42-4n。接收器31輸出的數(shù)字信號(hào)用作接收器3的數(shù)字信號(hào)的參考。
在圖1B的陣列天線接收裝置中，相位補(bǔ)償器10以與圖1A所述的相同的方式設(shè)置在接收器3和變換電路6之間。因?yàn)檫@種陣列天線接收裝置采取的是反饋結(jié)構(gòu)，所以相位校正運(yùn)算部分5被設(shè)置成接收來自接收器31的輸出信號(hào)X1和來自相位旋轉(zhuǎn)器42-4n的輸出信號(hào)X2-Xn，從而為相位旋轉(zhuǎn)器42-4n提供相位校正量。
圖2表示圖1A和1B中所示的模擬射束形成裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例，該結(jié)構(gòu)是一個(gè)公認(rèn)為4(輸入)×4(輸出)形式的“巴特勒(Butler)矩陣”的特定模擬域射束形成裝置。如圖2所示，此射束形成裝置2包括-90°混合電路211-214(Θ)，該電路被認(rèn)為是功率分配電路，用于分別把一個(gè)輸入分配成彼此之間相位差為-90°的兩個(gè)輸出，還包括45°相移器221，224(Φ1，Φ4)和0°相移器222和223(Φ2，Φ3)。在本實(shí)例中，混合電路211接收分別從天線振子11、13輸出的信號(hào)A，C，并將其中的一個(gè)輸出信號(hào)經(jīng)相移器221提供給混合電路213，另一個(gè)輸出信號(hào)經(jīng)相移器223提供給混合電路214?；旌想娐?12接收分別從天線振子12、14輸出的信號(hào)B，D，并將其中的一個(gè)輸出信號(hào)經(jīng)相移器222提供給混合電路213，另一個(gè)輸出信號(hào)經(jīng)相移器224提供給混合電路214。因此混合電路213輸出#3射束和#1射束，混合電路214輸出#4射束和#2射束，如圖所示。
圖3表示圖2的模擬射束形成裝置2的輻射特性，圖4表示其相位特性。如圖3所示，#1-#4射束依次輸出。
參見圖4來考慮產(chǎn)生這種輻射特性的射束形成裝置2，可以發(fā)現(xiàn)相鄰射束(主波瓣)之間的相位差有一個(gè)固定值，由橫坐標(biāo)所示的到達(dá)角區(qū)域a-c的縱坐標(biāo)表示。
圖5表示模擬射束形成裝置2的結(jié)構(gòu)，該裝置由-90°混合電路231-242，67.5°的相移器259、266(Φ1，Φ8)，22.5°的相移器262、263(Φ4，Φ5)，45°的相移器251、252、256、258(Φ9，Φ10，Φ15，Φ16)和0°的相移器260、261，264，265，252，254，255，257(Φ2，Φ3，Φ6，Φ7，Φ11，Φ12，Φ13，Φ14)以8輸入×8輸出的形式組成。
在本實(shí)例中，當(dāng)圖中所示的天線振子11-18的輸出信號(hào)A-H輸入給模擬射束形成裝置2時(shí)，從圖的頂部看，輸出#5射束、#1射束、#7射束、#3射束、#6射束、#2射束、#8射束和#4射束。圖6表示圖5所示模擬射束形成裝置2的輻射特性，其中#1-#8射束依次輸出。
圖7表示8×8巴特勒矩陣的相位特性，從中可以看出，此模擬射束形成裝置在到達(dá)角區(qū)域a-g上有固定的相位差，如圖4所示。這樣，模擬射束形成裝置2中的到達(dá)角區(qū)域和對(duì)應(yīng)于到達(dá)角區(qū)域的固定相差示于下表1。該表假設(shè)天線振子1的間隔是λ，天線振子的各個(gè)輻射圖案是一個(gè)具有60°半功率射束寬度的射束。
表I(1)4×4射束形成裝置
(2)8×8射束形成裝置
>當(dāng)用戶的上行線路信號(hào)被天線振子1處的任何相鄰射束分別接收時(shí)，射束形成裝置2將有一個(gè)依據(jù)被選取的相鄰射束的組合的上行信號(hào)之間的固定相位差值。換言之，射束的組成使得從天線振子1的輸出信號(hào)中獲得的相鄰輸出射束之間的相位差可以有一個(gè)由被選取的輸出射束的組合確定的固定值。因此，接收器系統(tǒng)中的相位偏移的呈現(xiàn)將引起與固定值的偏移。
本發(fā)明是基于偏移被校正并且被恢復(fù)到由選取的射束確定的固定值這一原理。更準(zhǔn)確地說，選一個(gè)單個(gè)的區(qū)段并假設(shè)一個(gè)區(qū)域中存在的用戶數(shù)量是k，和被認(rèn)作是圖8所示的線性陣列天線的陣列天線振子的數(shù)量是n，則由圖1所示的天線振子1接收到的用戶信號(hào)被射束形成裝置2合成，然后從接收器3輸出。
例如，當(dāng)用戶的上行信號(hào)“i”被接收器3在射束#1和#2處同時(shí)接收到時(shí)，其中兩射束如圖4所示彼此相鄰，輸出信號(hào)X1和X2由下列方程給出X1＝A1·exp[j(αi(t)+1)]………Eq.(1)X2＝A2·exp[j(αi(t)+Δθ12+2)]………Eq.(2)此處
αi(t)第i個(gè)用戶信號(hào)的射束組合輸出中的任意相位(i＝1，2，…k)。
Δθ12假設(shè)X1是參考值，則是由所關(guān)注的射束#1和#2確定的相位旋轉(zhuǎn)，表示在某一特定的到達(dá)角區(qū)域內(nèi)的固定值。
A1，A2處于被選取的射束#1和#2處的用戶信號(hào)的幅值。
1，2因接收器31和32而產(chǎn)生的相位偏移。
對(duì)輸出信號(hào)X1和X2進(jìn)行下列操作Y12＝X2·X*1＝A1·A2·exp[j(2-1+Δθ12)]……Eq.(3)方程(3)中的相位一項(xiàng)由下列方程給出arg(Y12)＝2-1+Δθ12……Eq.(4)方程(4)中的Δθ12取決于被選取的射束#1和#2，并且在任何到達(dá)角區(qū)域中有一個(gè)如表1所列的公認(rèn)的固定值。因此，固定值的相減使得能夠通過下列方程推演出接收器31和32之間的相位差ΦΦ＝2-1……Eq.(5)利用對(duì)由下列方程給出的信號(hào)X2進(jìn)行相位校正的相位差Φ，可由下列方程給出的情況下，則由結(jié)合方程(2)的下列方程可以表示校正了相位的輸出Z2。
Z2＝X2·exp[-j(Φ)]＝A2·exp[j(αi(t)+1+Δθ12)]………Eq.(6)同時(shí)，信號(hào)X1是不經(jīng)過任何相位校正的參考信號(hào)，使得X1＝Z1。比較方程(1)和(2)，方程(6)不包括2，致使除了由被選取的射束#1和#2確定的相位差Δθ12以外，信號(hào)Z1和Z2有一個(gè)公共項(xiàng)exp[j(αi(t)+1)]，這意味著相鄰射束#1和#2之間的相位偏移已被補(bǔ)償。
在相鄰射束之間依次進(jìn)行的這種操作將對(duì)所有的接收器線路進(jìn)行相位補(bǔ)償。注意到由于在最后的相鄰射束之間的最后相位校正量，需要對(duì)任意相鄰射束的相位校正進(jìn)行操作。相位補(bǔ)償器10由此輸出數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)由接收器3的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變而來并帶有相位校正量，使得射束間的相位差可以有基于接收器3的數(shù)字信號(hào)的固定值。
上述運(yùn)算部分可以利用一個(gè)信號(hào)，如一個(gè)位于圖3中射束#1和#2交叉點(diǎn)處的信號(hào)。在有相同方向的到達(dá)信號(hào)中，此信號(hào)處于較高的接收水平，用作射束被選取的數(shù)字信號(hào)中的任意一個(gè)，其中射束具有相鄰的方向性并被同時(shí)接收。
或者，運(yùn)算部分可以采用超出某一水平的信號(hào)的平均值，作為在具有相鄰的方向性并被同時(shí)接收的射束的相同方向到達(dá)的信號(hào)中被選取的數(shù)字信號(hào)中的一個(gè)。
圖9是用在圖1A所示的本發(fā)明陣列天線接收裝置中的前饋結(jié)構(gòu)的相位補(bǔ)償器10中的相位校正運(yùn)算部分的實(shí)施例(1)。在本實(shí)施例中，從接收器31-3n輸出的信號(hào)X1-XN提供給搜索器511-51n(一般稱為“51”)，其中關(guān)于假象的CDMA系統(tǒng)(碼分多址)抽出信號(hào)的有效路徑。
搜索器511-51n的輸出信號(hào)提供給選擇器52，在選擇器中同時(shí)檢測(cè)相鄰的兩個(gè)射束。這使得高水平信號(hào)，如圖3實(shí)例中被#1和#2射束同時(shí)檢測(cè)到的信號(hào)，被選擇性地輸出。選擇器52與相位偏移運(yùn)算部分532-53n(一般稱為“53”)連結(jié)。相位偏移運(yùn)算部分53詳細(xì)表示在圖10中，在那里由選擇器52選擇的信號(hào)用于完成上述方程(3)和(5)。
相位偏移運(yùn)算部分的輸出信號(hào)532-53n被分成兩部分。一個(gè)被前饋到相位校正權(quán)重計(jì)算器542-54n，而另一個(gè)到加法器553-55n，用于在下一個(gè)目標(biāo)射束的組合中加到相位偏移運(yùn)算部分532-53n的輸出信號(hào)上。
然后，在相位校正權(quán)重計(jì)算器542-54n(一般稱為“54”)中以復(fù)雜的運(yùn)算(exp.)執(zhí)行在所有相鄰射束間確定的相位校正量，并再提供給相位旋轉(zhuǎn)器42-4n以進(jìn)行相位校正。
圖10所示的相位偏移運(yùn)算部分53分別由乘法器53a，相位項(xiàng)計(jì)算器53b和減法器53c組成。乘法器53a執(zhí)行上述方程(3)，相位項(xiàng)計(jì)算器53b執(zhí)行上述方程(4)，減法器53c從方程(4)中移去固定相位差Δθ12，借此連續(xù)輸出由方程(5)給出的接收器31，31的相位差Φ。
圖11表示圖1B所示的陣列天線接收裝置中反饋結(jié)構(gòu)的相位校正運(yùn)算部分5的實(shí)施例(2)。在本實(shí)施例中，搜索器51，選擇器52，相位偏移運(yùn)算部分53，相位校正權(quán)重計(jì)算器54和加法器553-55n(一般稱為“55”)與圖9所示相位校正運(yùn)算單元的實(shí)施例(1)中的相同。但是加法器562-56n(一般稱為“56”)提供于相位偏移運(yùn)算部分53的較后階段，分別把最好的相位校正量與新的相位校正量相加。即加法器56通過利用反饋結(jié)構(gòu)的相位補(bǔ)償從前一個(gè)相位校正量計(jì)算后一個(gè)相位校正量來保持最后的相位校正量。
圖12表示圖1所示本發(fā)明的陣列天線接收裝置的實(shí)施例。相位旋轉(zhuǎn)器4的每一個(gè)包括一個(gè)乘法器，用于在已由圖1A和1B之一所示實(shí)施例中的相位權(quán)重計(jì)算器54執(zhí)行“exp[-jΦ]”之后把接收器的輸出信號(hào)與相位校正的權(quán)重值相乘。
圖13表示圖10所示相位偏移運(yùn)算部分53的實(shí)施例(1)的改進(jìn)型實(shí)例，其中，積分器53d和平均值計(jì)算器53e設(shè)置在相位項(xiàng)運(yùn)算部分53b和減法器53c之間，與實(shí)施例(1)不同。
即與本實(shí)施例部分連結(jié)的選擇器52選擇兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)，這些信號(hào)不只限于多個(gè)不同的用戶信號(hào)而可以是由一個(gè)用戶的多路信號(hào)組成。相位偏移運(yùn)算部分53在積分器53d處按照方程(4)把從相位項(xiàng)運(yùn)算部分53b獲得的運(yùn)算結(jié)果相加，并在平均值計(jì)算器53e處為減法器53c計(jì)算平均值。
因此，當(dāng)圖10中的相位偏移運(yùn)算部分53連續(xù)輸出相位偏移Φ時(shí)，如圖13所示，以固定的時(shí)間間隔同樣地執(zhí)行相位差Φ的計(jì)算，因此，對(duì)相位權(quán)重計(jì)算器54提供的相位校正量在后部變得更可靠。
圖14表示本發(fā)明陣列天線接收裝置的結(jié)構(gòu)，尤其是圖1所示相位補(bǔ)償器10的后部結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，變換電路6對(duì)帶有被校正補(bǔ)償器10相位校正過的信號(hào)的射束形成裝置2執(zhí)行變換操作。這使得與天線振子1的每一個(gè)接收到的信號(hào)相同的信號(hào)分別被輸出到自適應(yīng)處理部分7。
換言之，向自適應(yīng)處理部分7供給由相位補(bǔ)償器10處理過的相位校正了的信號(hào)，相位補(bǔ)償器10保留由用戶1信號(hào)的到達(dá)方向和天線振子的陣列確定的相位差信息。
自適應(yīng)處理部分7的輸出信號(hào)在經(jīng)過某種自適應(yīng)處理之后被輸入到解調(diào)器(DEM)8，以完成一個(gè)自適應(yīng)陣列天線布局。應(yīng)注意到由自適應(yīng)處理部分7進(jìn)行的自適應(yīng)處理不局限于上述的實(shí)施例，可以應(yīng)用到接收天線振子的輸出信號(hào)的任一一種處理。
圖15和16分別表示射束在圖14所示的變換電路6進(jìn)行變換后的輻射特性和相位特性。從圖15中看到，輻射特性顯示出與單個(gè)天線振子的情況相同。還從圖16中看到相位差與由陣列天線接收的情形中彼此間的相位差相等，在這種情況中，通過用戶信號(hào)的到達(dá)方向和天線振子的陣列確定的接收器之間的相位差得以保持。
另外，可以把變換電路去除，不用任何操作即可提供一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，如圖17所示，以便自適應(yīng)處理部分7直接輸入相位補(bǔ)償器10的輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)射束空間自適應(yīng)陣列天線的布局。
圖18表示圖2所示4×4模擬射束形成裝置的實(shí)施例。在本實(shí)施例中，射束形成裝置2由微帶狀線制成的3dB的90°混合電路621-624(一般簡(jiǎn)稱為“62”)和適宜于印刷板61上線長(zhǎng)度的相移器63組成。
注意到本射束形成裝置2不局限于這種結(jié)構(gòu)，而可以如圖19所示，3dB的90°混合電路62可以在三維空間中分離地應(yīng)用并與公軸線64等結(jié)合作為相移器。這與圖5所示的8×8射束形成裝置相同。
雖然上述實(shí)施例假設(shè)用戶在一個(gè)區(qū)段內(nèi)均勻分布，但實(shí)際上這種假設(shè)的狀態(tài)不存在。極端的情況下用戶可能只在這個(gè)區(qū)段的一個(gè)方向，這時(shí)不可能進(jìn)行適當(dāng)?shù)南辔谎a(bǔ)償和射束形成。
如圖20所示，領(lǐng)示信號(hào)發(fā)生器u可以預(yù)先設(shè)置在被無線電基地臺(tái)BS覆蓋的一個(gè)區(qū)段內(nèi)100。特別是假設(shè)如圖20A所示的指向區(qū)段100的天線包括一個(gè)4元線性陣列天線，最好在到達(dá)角a-c內(nèi)以圖3中所示的模擬射束形成裝置的輻射特性選擇1，2(＝0°)和3，或者如果可能，在相鄰射束之間的接觸點(diǎn)附近選擇一個(gè)角度以布置接收的電平。應(yīng)注意在本實(shí)施例中，上行線路信號(hào)發(fā)生器沒有被嚴(yán)格地定位。
因此，至少需要三個(gè)參考信號(hào)以形成有四個(gè)天線的四個(gè)射束。每個(gè)參考信號(hào)用于以與上述實(shí)施例相同的方式計(jì)算相位校正量。
圖20B表示垂直平面內(nèi)的到達(dá)角，不管γ值如何都不需要特別地改變結(jié)構(gòu)。
圖21表示在無線電基地臺(tái)中加入上行線路領(lǐng)示信號(hào)的實(shí)施例。假設(shè)如圖20A中所示的指向區(qū)段100的天線包括一個(gè)4元線性陣列天線，一個(gè)產(chǎn)生多于三種上行線路信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器71，該信號(hào)由分配電路721-72n(一般稱作“72”)分配。
然后相移器731-73n(一般稱作“73”)在圖3中a-c到達(dá)角區(qū)域范圍內(nèi)建立信號(hào)的偽到達(dá)方向，或者如果可能，在相鄰射束之間的接觸點(diǎn)附近選擇一個(gè)角度以布置接收的電平。在本發(fā)明中不需要設(shè)定嚴(yán)格的到達(dá)方向。
在由組合器741-74n(一般稱作“74”)組合參考信號(hào)之后，組合的信號(hào)被輸入給天線振子1和模擬射束形成裝置2之間的耦合器751-75n(一般稱作“75”)。因此，使用這種參考信號(hào)可以按與實(shí)際的用戶信號(hào)相同的方式計(jì)算相位校正量。這種裝置可以在以預(yù)定的到達(dá)角分布得不到用戶信號(hào)的地方用作備用設(shè)備，由此使得提高無線電基地臺(tái)的可靠度成為可能。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的陣列天線接收裝置被布置成使模擬射束形成裝置制成一個(gè)合成射束，從而使得線路射束間的相位差有一個(gè)由被選取的射束確定的固定值。另外，相位補(bǔ)償器對(duì)接收器提供一個(gè)帶有基于任一數(shù)字信號(hào)的相位校正量的數(shù)字信號(hào)，使得天線振子間的相位差有一個(gè)固定值。換言之，布局成通過使用無源電路部分的天線分支間的相位信息可以補(bǔ)償有源電路部分(接收器)的相移，其中無源電路部分譬如是沒有任何相移的天線和模擬射束形成裝置。因此，由于相位補(bǔ)償后的信號(hào)而使得以較高的自適應(yīng)處理可靠性和較高的效率進(jìn)行射束的形成成為可能。這很大地促進(jìn)了在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)多射束天線或自適應(yīng)陣列天線接收裝置。
權(quán)利要求
1.一種陣列天線接收裝置，包括多個(gè)平行排列的天線振子，用于接收輸入信號(hào)；一個(gè)模擬射束形成裝置，用于把輸入信號(hào)組合成合成射束，使得相鄰射束之間的相位差有一個(gè)由選取的射束決定的固定值；多個(gè)接收器，把射束形成裝置的合成射束轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；和一個(gè)相位補(bǔ)償器，基于任一數(shù)字信號(hào)提供一些帶有相位校正量的數(shù)字信號(hào)，使得天線振子之間的相位差有一個(gè)固定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的陣列天線接收裝置，其特征在于相位補(bǔ)償器包括一個(gè)用于把相鄰射束之間的數(shù)字信號(hào)與固定值的差相乘以確定相位校正量的運(yùn)算部分，和由相位校正量對(duì)除數(shù)字信號(hào)的一個(gè)參考信號(hào)外的數(shù)字信號(hào)作相位旋轉(zhuǎn)的多個(gè)相位旋轉(zhuǎn)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的陣列天線接收裝置，其特征在于運(yùn)算部分用一個(gè)較高接收電平的信號(hào)作為射束的被選取的數(shù)字信號(hào)中的任意一個(gè)，其中射束具有相近的方向性并被同時(shí)接收。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的陣列天線接收裝置，其特征在于運(yùn)算部分用一個(gè)超過預(yù)定電平的平均值信號(hào)作為射束的被選取的數(shù)字信號(hào)中的任意一個(gè)，其中射束具有相近的方向性并被同時(shí)接收。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的陣列天線接收裝置，其特征在于相位補(bǔ)償器包括多個(gè)相位旋轉(zhuǎn)器，用于由相位校正量對(duì)除數(shù)字信號(hào)的一個(gè)參考信號(hào)外的接收器數(shù)字信號(hào)作相位旋轉(zhuǎn)，還包括一個(gè)運(yùn)算部分，用于接收數(shù)字信號(hào)的一個(gè)參考信號(hào)并輸出相位旋轉(zhuǎn)器的信號(hào)，把相鄰射束間的數(shù)字信號(hào)與固定值的差相乘以確定相位校正量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的陣列天線接收裝置，其特征在于運(yùn)算部分用一個(gè)較高接收電平的信號(hào)作為射束的被選取的數(shù)字信號(hào)中的任意一個(gè)，其中射束具有相近的方向性并被同時(shí)接收。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的陣列天線接收裝置，其特征在于運(yùn)算部分用一個(gè)超過預(yù)定電平的平均值信號(hào)作為射束的被選取的數(shù)字信號(hào)中的任意一個(gè)，其中射束具有相近的方向性并被同時(shí)接收。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的陣列天線接收裝置，其特征在于射束形成裝置包括功率分配電路和相移器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的陣列天線接收裝置，還包括一個(gè)用于產(chǎn)生上行線路領(lǐng)示信號(hào)的發(fā)生器，領(lǐng)示信號(hào)在通訊區(qū)域中的任何方向上形成參考，所述相位補(bǔ)償器把上行線路信號(hào)轉(zhuǎn)換成帶有相位校正量的數(shù)字信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的陣列天線接收裝置，還包括一個(gè)產(chǎn)生上行線路領(lǐng)示信號(hào)的發(fā)生器，領(lǐng)示信號(hào)把發(fā)生器的輸出信號(hào)分配到接收線路，所述相位補(bǔ)償器把上行線路信號(hào)用作天線振子和射束形成裝置之間的帶有固定相位差的接收信號(hào)，以產(chǎn)生帶有相位校正量的數(shù)字信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的陣列天線接收裝置，還包括一個(gè)對(duì)射束形成裝置進(jìn)行反向變換的變換器電路，使得相位補(bǔ)償器的輸出信號(hào)等于每一個(gè)單個(gè)天線振子的輸入信號(hào)；和一個(gè)自適應(yīng)處理部分，它組合變換器電路的輸出信號(hào)以形成自適應(yīng)天線方向圖。
全文摘要
一種自適應(yīng)天線接收裝置補(bǔ)償相位偏移以執(zhí)行有效的射束形成,同時(shí)保持由天線振子所指向的通訊區(qū)域內(nèi)用戶信號(hào)的到達(dá)方向和無線電基地臺(tái)中的天線振子陣列確定的接收器之間的相位差信息。模擬射束形成裝置提供一個(gè)合成射束,使得相鄰射束之間的相位差可以有一個(gè)由選取的射束確定的固定值。相位補(bǔ)償器基于任意一個(gè)數(shù)字信號(hào)提供一些帶有相位校正量的接收器數(shù)字信號(hào),使得天線振子之間的相位差可以有一個(gè)固定值。
文檔編號(hào)H01Q3/26GK1248076SQ99109000
公開日2000年3月22日 申請(qǐng)日期1999年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月14日
發(fā)明者小早川周磁, 田中良紀(jì), 筒井正文 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社