專利名稱：采用提供了獨(dú)立于發(fā)射機(jī)的單或雙信號(hào)操作的功率放大器負(fù)載平衡的天線和平衡放大器 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及能夠在每條路徑上有弱相關(guān)信號(hào)的兩條發(fā)射路徑和單條發(fā)射路徑之間切換操作的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及無線局域網(wǎng)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明適用于具有雙天線發(fā)射最大比組合的使用正交頻分復(fù)用的無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)。
背景技術(shù)：
無線局域網(wǎng)通常包括無線地與一個(gè)或多個(gè)客戶端通信的接入點(diǎn)。接入點(diǎn)一般還提供用于與網(wǎng)絡(luò)通信的有線連接。因此，接入點(diǎn)提供了有線網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程或無線客戶端之間的接口。
無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)操作通常由電氣與電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)802.11a、802.11b和/或802.11g標(biāo)準(zhǔn)定義。還已知存在多種專有系統(tǒng)。在基于標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中，利用2.4兆赫的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻帶以及通用聯(lián)網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施5兆赫頻帶中的射頻(RF)信道或載波在接入點(diǎn)和客戶端之間傳送數(shù)據(jù)。射頻載波被利用各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)調(diào)制，所述數(shù)字調(diào)制技術(shù)例如包括直接序列擴(kuò)展頻譜和正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)。
雖然接入點(diǎn)可以支持與很多客戶端的無線電鏈接，但是接入點(diǎn)還必須能夠支持針對(duì)單個(gè)客戶端的“單播”發(fā)射。此外，希望優(yōu)化針對(duì)預(yù)期客戶端的單播發(fā)射，以提高接入點(diǎn)和預(yù)期客戶端之間的數(shù)據(jù)傳送的魯棒性。在無線局域網(wǎng)中，可以使用雙天線發(fā)射最大比組合來優(yōu)化單播發(fā)射。雙天線發(fā)射最大比組合試圖克服由到達(dá)客戶端的信號(hào)以破壞性方式組合或添加的多次反射所導(dǎo)致的在預(yù)期客戶端處的信噪比惡化。雙天線發(fā)射最大比組合是通過將發(fā)射機(jī)信號(hào)分離到兩個(gè)分開的發(fā)射路徑中而實(shí)現(xiàn)在接入點(diǎn)中的。每條發(fā)射路徑中的信號(hào)隨后被幅度加權(quán)和/或相位加權(quán)，以使信號(hào)在預(yù)期客戶端處在構(gòu)造上重組。加權(quán)可以是依頻率或信道而異的，這意味著一個(gè)頻帶內(nèi)的不同信道使用不同權(quán)重。
如上所述，無線局域網(wǎng)操作還要求接入點(diǎn)執(zhí)行針對(duì)多個(gè)客戶端的“多播”發(fā)射。因此，接入點(diǎn)發(fā)射機(jī)必須能夠在單播和多播發(fā)射類型之間切換。一般而言，多播發(fā)射使用單條發(fā)射路徑和單個(gè)天線元件，而采用雙天線發(fā)射最大比組合的單播發(fā)射需要多條發(fā)射路徑，其中每條路徑具有單獨(dú)的功率放大器和天線元件。
圖1A和1B示出能夠在單播和多播發(fā)射之間切換操作的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10。發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10一般包括雙天線陣列11，其具有第一天線元件12和第二天線元件14。發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10還包括第一和第二功率放大器16、18，它們都具有增益G。更具體而言，發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10具有由功率放大器16和天線元件12限定的第一發(fā)射路徑和由功率放大器18和天線元件14限定的第二發(fā)射路徑。
如圖1A所示，在單播操作模式中，在兩個(gè)信號(hào)S1和S2之間分配輸入功率Pin與S1和S2相關(guān)聯(lián)的功率分別由式子α·Pin和(1-α)·Pin給出。輸入功率Pin在信號(hào)S1和S2之間的分配不一定是平均的，并且確切的功率分配按α的值計(jì)算，其中0＜α≤1。例如，如果允許α的值等于1，則所有輸入功率都被分配到信號(hào)S1，而沒有功率分配到信號(hào)S2。這是多播操作的狀況，如圖1B所示。因此，發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10的多播操作是α＝1并且所有輸入功率Pin都集中在信號(hào)S1中的情況。
由此可見，存在四種與功率放大器16和18的設(shè)計(jì)和/或選擇有關(guān)的不同的操作狀況。這四種操作狀況如下(1)單播模式，其中0＜α＜.5，(2)單播模式，其中α＝.5，(3)單播模式，其中.5＜α＜1，以及先前描述的(4)多播模式，其中α＝1。
在第一操作狀況中，輸入功率Pin被不平均地分給信號(hào)S1和S2，并且大多數(shù)功率被遞送到功率放大器16。如果α接近0，則幾乎所有輸入功率Pin都被分配到功率放大器16，而只有一小部分輸入功率Pin被分配到功率放大器18。在第三和第四操作狀況中，當(dāng)α接近或等于1時(shí)，幾乎所有或所有輸入功率Pin都將被分配到功率放大器18，而只有一小部分或沒有輸入功率Pin被分配到功率放大器16。在這些操作狀況下，由單個(gè)放大器(例如功率放大器16或18)來遞送所有輻射功率是可能的，并且因此，為了允許所有操作狀況，兩個(gè)功率放大器16、18都必須被設(shè)計(jì)和/或選擇為使之能夠遞送所有輻射功率Pradiated＝G·Pin。
雖然每個(gè)功率放大器16、18必須被設(shè)計(jì)和/或選擇為遞送等于Pradiated＝G·Pin的最大功率級(jí)別，但是很明顯，在大多數(shù)狀況下，一個(gè)或兩個(gè)功率放大器16、18將在大大低于該級(jí)別的情況下工作。這導(dǎo)致了功率放大器16、18固有的低效率操作。
因此，存在對(duì)這樣一種發(fā)射系統(tǒng)的需求，其在單和雙信號(hào)操作之間提供恒定的功率放大器負(fù)載。此外，存在對(duì)這樣一種發(fā)射系統(tǒng)的需求，其獨(dú)立于操作狀況，在功率放大器組件之間平均地分配單或雙信號(hào)。此外，存在對(duì)這樣一種發(fā)射系統(tǒng)的需求，其提供獨(dú)立于單或雙信號(hào)操作的功率放大器負(fù)載平衡。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，這里公開了一種發(fā)射系統(tǒng)，其包括兩個(gè)接收輸入，用于接收在兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)之間分配的輸入功率。該發(fā)射系統(tǒng)還包括用于劃分、放大和重組兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)的平衡放大器系統(tǒng)和用于輻射放大的信號(hào)的具有第一天線元件和第二天線元件的雙天線陣列。該發(fā)射系統(tǒng)能夠執(zhí)行單播和多播發(fā)射。
此外，根據(jù)本發(fā)明，這里公開了一種發(fā)射單播和多播信號(hào)中至少一種的方法。該方法包括接收在兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)之間分配的輸入功率；劃分所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)；放大被劃分的信號(hào)；重組被放大的信號(hào)；以及輻射被重組的信號(hào)。
在本發(fā)明一個(gè)方面中，一種發(fā)射機(jī)包括用于接收在兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)之間分配的輸入功率的裝置；用于劃分所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)的裝置；用于放大被劃分的信號(hào)的裝置；用于重組被放大的信號(hào)的裝置；以及用于輻射被重組的信號(hào)的裝置。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的這些和其他目的和優(yōu)點(diǎn)將很容易從以下描述中顯現(xiàn)出來，其中簡(jiǎn)單地以舉例說明適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式之一的方式示出并描述了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。將會(huì)意識(shí)到，其他不同實(shí)施例及其若干細(xì)節(jié)能夠在各個(gè)明顯的方面被修改，而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神。因此，附圖和描述將被視為示例性的而非限制性的。


圖1A和1B示出能夠在單播和多播發(fā)射之間切換操作的已有類型發(fā)射機(jī)系統(tǒng)；以及圖2A和2B示出根據(jù)本發(fā)明原理的能夠在單播和多播發(fā)射之間切換操作的發(fā)射系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
參考圖2A和2B，其中類似的標(biāo)號(hào)指代類似元件，其中示出根據(jù)本發(fā)明原理的能夠在單播和多播發(fā)射之間切換操作的發(fā)射系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例20。更具體而言，發(fā)射系統(tǒng)20包括雙天線陣列21，其具有第一天線元件22和第二天線元件24。發(fā)射系統(tǒng)20還包括平衡放大器系統(tǒng)30。平衡放大器系統(tǒng)30包括兩個(gè)正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)32、34和兩個(gè)功率放大器組件36、38，其中每個(gè)組件具有增益G。
在某些實(shí)施例中，平衡放大器系統(tǒng)30可被包含在模塊內(nèi)或作為模塊出售。在其他實(shí)施例中，正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)32、34和功率放大器組件36、38可以是分立的組件。在其他實(shí)施例中，功率放大器組件36、38可以是一般稱之為功率放大器的模塊。
此外，出于這里包含的描述的目的，將假設(shè)正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)32、34是理想的，不具有插入或吞吐功率損耗。但是，在實(shí)踐中，正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)32、34將具有某種相關(guān)的功率損耗。這些相關(guān)的功率損耗會(huì)影響功率放大器組件36、38的設(shè)計(jì)和/或選擇。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，雖然存在這些功率損耗并且這些功率損耗會(huì)影響放大器組件36、38的設(shè)計(jì)和/或選擇，但是當(dāng)比較放大器組件36、38與圖1A和1B所示功率放大器16、18的最大功率級(jí)別時(shí)，這些損耗通常不大或者可忽略。
發(fā)射系統(tǒng)20還包括兩個(gè)接收輸入26、28，用于接收在兩個(gè)信號(hào)S1和S2之間分配的輸入功率Pin與S1和S2相關(guān)聯(lián)的功率分別由式子α·Pin和(1-α)·Pin給出。輸入功率Pin在信號(hào)S1和S2之間的分配按α的值計(jì)算，其中0＜α≤1。
信號(hào)S1和S2可以是適合在2.4兆赫的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻帶以及通用聯(lián)網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施5兆赫頻帶中的載波頻率上傳輸?shù)恼活l分復(fù)用信號(hào)。此外，信號(hào)S1和S2可以遵循電氣與電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)802.11a、802.11b和/或802.11g標(biāo)準(zhǔn)。
如下文將更詳細(xì)描述的，雙天線陣列21和平衡放大器系統(tǒng)30的組合提供了成本更低并且更高效的系統(tǒng)20，用于提供提供了雙天線發(fā)射最大比組合的單播發(fā)射和多播發(fā)射之間的切換操作。給定分別由式子α·pin和(1-α)·Pin描述的信號(hào)S1和s2，并且與圖1A和1B所示的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10類似，信號(hào)S1和S2中的每一個(gè)只被遞送到單個(gè)天線元件22、24。但是，與發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10相對(duì)照，發(fā)射系統(tǒng)20確保了無論輸入功率Pin在信號(hào)S1和S2之間被怎樣劃分，輸入功率Pin都被平均地分配在放大器組件36和38之間。此外，針對(duì)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10描述的幾乎所有或所有輸入功率Pin都被引導(dǎo)到單個(gè)放大器16、18的狀況被避免。此外，發(fā)射系統(tǒng)20中的放大器組件36、38可以針對(duì)最大功率級(jí)別 (這是發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10中的放大器16、18的最大功率級(jí)別的一半)來設(shè)計(jì)和/或選擇。
更具體參考圖2A，并且考慮0＜α＜.5、α＝.5和.5＜α＜1或單播模式的操作狀況，兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)S1和S2被分別輸入到接收輸入26和28。在節(jié)點(diǎn)39和40處，接收輸入26處的信號(hào)S1被正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)32按功率均等或平均地劃分并由式子 來描述。同樣，在節(jié)點(diǎn)39和40處，接收輸入28處的信號(hào)S2被正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)32按功率均等或平均地劃分并由式子 來描述。由于信號(hào)S1和S2是弱相關(guān)的，因此在節(jié)點(diǎn)39和40處分別輸入到每個(gè)放大器組件36、38的功率是直和α·Pin2+(1-α)·Pin2=Pin2.]]>因此，輸入到每個(gè)放大器組件36、38的功率與輸入功率Pin被如何分配無關(guān)，就是說，與α的值無關(guān)。因此，在單播模式或0＜α＜.5、α＝.5和.5＜α＜1的操作狀況中，在節(jié)點(diǎn)41和42處每個(gè)放大器組件36、38的輸出功率為G·[α·Pin2+(1-α)·Pin2]]]>或簡(jiǎn)寫為 節(jié)點(diǎn)41和42處的放大的信號(hào)被正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)34重組并且分別出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)44和43處，以便被天線元件22、24輻射。來自每個(gè)天線元件22、24的功率P1、P2分別由式子P1＝G·α·Pin和P2＝G·(1-α)·Pin描述。因此，總輻射功率由以下式子描述Pradiated＝P1+P2＝G·α·Pin+G·(1-α)·Pin＝G·α·Pin。將意識(shí)到，總輻射功率Pradiated以及來自發(fā)射系統(tǒng)20中的每個(gè)天線元件22、24的功率P1、P2都與圖1A所示的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10和天線元件12和14的相同。
更具體參考圖2B，并且考慮α＝1的操作狀況或多播模式，信號(hào)S1被輸入到接收輸入26。如圖所示，信號(hào)S2實(shí)際上是關(guān)斷或OFF的。在節(jié)點(diǎn)39和40處，接收輸入26處的信號(hào)S1被正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)32按功率平均地劃分并由式子 描述。因此，輸入到每個(gè)放大器組件36、38的功率相等并與α的值無關(guān)。因此，在多播模式或α＝1的操作狀況中，在節(jié)點(diǎn)41和42處每個(gè)放大器組件36、38的輸出功率為 節(jié)點(diǎn)41和42處的放大的信號(hào)被正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)34重組并且分別出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)44處，以便被天線元件22輻射。來自天線元件22的功率P1由式子P1＝G·Pin描述。因此，總輻射功率由以下式子描述Pradiated＝G·Pin。將意識(shí)到，總輻射功率Pradiated以及來自發(fā)射系統(tǒng)20中的天線元件22的功率P1都與圖1B所示的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)10和天線元件12的相同。
因此，如前所述，發(fā)射系統(tǒng)20提供了恒定的功率放大器負(fù)載，例如，由此由 描述的信號(hào)在單和雙信號(hào)S1、S2和S2之間被應(yīng)用到放大器組件36、38兩者，如圖2B和2A分別詳細(xì)描述的。此外，發(fā)射系統(tǒng)20獨(dú)立于操作狀況地或針對(duì)所有α值地，在功率放大器組件36、38之間平均地分配單或雙信號(hào)S1、S1和S2。此外，發(fā)射系統(tǒng)20獨(dú)立于單或雙信號(hào)S1、S1和S2地提供放大器組件36、38的功率放大器負(fù)載平衡。
利用本發(fā)明，利用小得多的功率放大器獲得了所需輻射輸出功率，同時(shí)在單播和多播模式都遞送最優(yōu)性能。因此，與功率放大器相關(guān)聯(lián)的花費(fèi)減小，這代表與現(xiàn)有系統(tǒng)相比節(jié)省了“板上花費(fèi)(dollars on theboard)”。在單播和多播模式中，效率都有所提高，這是因?yàn)楦鱾€(gè)放大器組件36、38工作在最優(yōu)功率級(jí)別上，而不是像已有系統(tǒng)那樣工作在降低的級(jí)別上。
雖然已經(jīng)通過描述本發(fā)明的實(shí)施例說明了本發(fā)明，并且雖然已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了實(shí)施例，但是申請(qǐng)人不希望以任何方式將所附權(quán)利要求的范圍局限于這樣的細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易發(fā)現(xiàn)其他優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在其更廣闊的方面不局限于特定細(xì)節(jié)、代表性裝置和所示出并描述的示例。因此，在不脫離申請(qǐng)人的一般創(chuàng)造性概念的精神或范圍的情況下，可以偏離這樣的細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射系統(tǒng)，包括兩個(gè)接收輸入，用于接收在兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)之間分配的輸入功率；平衡放大器系統(tǒng)，用于劃分、放大和重組所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)；以及具有第一天線元件和第二天線元件的雙天線陣列，用于輻射放大的信號(hào)；所述發(fā)射系統(tǒng)能夠在單播和多播發(fā)射之間切換操作。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射系統(tǒng)，其中所述平衡放大器系統(tǒng)包括耦合到所述兩個(gè)接收輸入的第一正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)，用于分離所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)；耦合到所述第一正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)功率放大器組件，用于放大所述分離的弱相關(guān)信號(hào)；以及耦合到所述兩個(gè)功率放大器組件的第二正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)，用于重組所述放大的弱相關(guān)信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)射系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)功率放大器組件分別是半功率放大器，以便在重組放大的分離的弱相關(guān)信號(hào)之后產(chǎn)生全功率放大信號(hào)。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)射系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)功率放大器組件在單播和多播操作中被恒定地施加負(fù)載。
5.如權(quán)利要求2所述的發(fā)射系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)在單播和多播操作中被平均地分配在所述兩個(gè)功率放大器組件之間。
6.如權(quán)利要求2所述的發(fā)射系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)功率放大器組件的負(fù)載在單播和多播操作中被平衡。
7.一種發(fā)射單播和多播信號(hào)中至少一種的方法，包括接收在兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)之間分配的輸入功率；劃分所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)；放大被劃分的信號(hào)；重組被放大的信號(hào)；以及輻射被重組的信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)是利用平衡放大器系統(tǒng)來劃分、放大和重組的。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)是利用正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)來劃分的。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述被放大的信號(hào)是利用正交3-dB分離器/組合器網(wǎng)絡(luò)來重組的。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述被劃分的信號(hào)是利用兩個(gè)功率放大器組件來放大的。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述兩個(gè)功率放大器組件分別是半功率放大器，以便在重組放大的分離的弱相關(guān)信號(hào)之后產(chǎn)生全功率放大信號(hào)。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在單播和多播操作中向功率放大器組件恒定地施加負(fù)載。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在兩個(gè)功率放大器組件之間平均地分配所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在單播和多播操作中，以平衡方式對(duì)兩個(gè)功率放大器組件施加負(fù)載。
16.一種發(fā)射機(jī)，包括用于接收在兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)之間分配的輸入功率的裝置；用于劃分所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)的裝置；用于放大被劃分的信號(hào)的裝置；用于重組被放大的信號(hào)的裝置；以及用于輻射被重組的信號(hào)的裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的發(fā)射機(jī)，還包括用于在單播和多播操作中恒定地施加負(fù)載的裝置。
18.如權(quán)利要求16所述的發(fā)射機(jī)，還包括用于均等地分配所述兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)的裝置。
19.如權(quán)利要求16所述的發(fā)射機(jī)，還包括用于在單播和多播操作中平衡地施加負(fù)載的裝置。
全文摘要
這里公開了一種發(fā)射系統(tǒng)，其包括兩個(gè)接收輸入，用于接收在兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)之間分配的輸入功率。該發(fā)射系統(tǒng)還包括用于劃分、放大和重組兩個(gè)弱相關(guān)信號(hào)的平衡放大器系統(tǒng)和用于輻射放大的信號(hào)的具有第一天線元件和第二天線元件的雙天線陣列。該發(fā)射系統(tǒng)能夠執(zhí)行單播和多播發(fā)射。
文檔編號(hào)H04L25/03GK1989708SQ200580024456
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月9日
發(fā)明者弗瑞德·安德森, 保羅·斯達(dá)格, 丹尼爾·洛恩斯 申請(qǐng)人:思科技術(shù)公司