專利名稱：利用波束成形器的用于多輸入多輸出的中繼器技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)領(lǐng)域一般涉及無線通信，尤其涉及用于增強(qiáng)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋的中繼器。
背景
按照慣例，諸如基于時(shí)分雙工(TDD)、頻分雙工(FDD)無線保真度 (Wi-Fi)、微波接入全球互操性(Wi-max)、蜂窩、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)、 碼分多址(CDMA)或3G的無線網(wǎng)絡(luò)等無線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)可通過中繼 器而增大。示例性中繼器包括例如在如由開放式系統(tǒng)互連基本參考模型(OSI 模型)定義的物理層或數(shù)據(jù)鏈路層中操作的頻率變換中繼器或同頻中繼器。
設(shè)計(jì)成在諸如Wi-max等基于TDD的無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)操作的物理層中繼器通 常包括用于同時(shí)發(fā)射和接收TDD分組的天線模塊和中繼器電路。較佳地，用 于接收和發(fā)射的天線以及中繼器電路被包括在同一封裝內(nèi)以便達(dá)成制造成本 縮減、安裝便利等。當(dāng)中繼器意在供消費(fèi)者用作基于住宅或小辦公室的設(shè)備時(shí) 尤其屬于這種情形中，此時(shí)外形因素和安裝便利是關(guān)鍵考量。在如此的設(shè)備中， 一個(gè)天線或天線組通常面對(duì)例如基站、接入點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)，而另一天線或天線組面 向訂戶設(shè)備。
對(duì)于同時(shí)接收和發(fā)射的任何中繼器，接收和發(fā)射天線之間的隔離在中繼器 的整體性能中是關(guān)鍵因素。有這樣的問題中繼至相同頻率還是中繼至不同頻 率。S卩，如果接收機(jī)和發(fā)射機(jī)天線并未適當(dāng)?shù)母綦x，則中繼器的性能會(huì)顯著惡 化。通常，中繼器的增益不能比隔離大，以防止中繼器振蕩或初始靈敏度降低。 隔離通常是通過物理分開、天線方向圖或偏振來達(dá)成的。對(duì)于頻率變換中繼器， 可利用帶通濾波來達(dá)成附加隔離，但是因在接收天線的帶內(nèi)頻率范圍內(nèi)接收到 非希望噪聲和來自發(fā)射機(jī)的帶外輻射，所以天線隔離一般在中繼器性能中仍是 限制因素。在中繼器工作在相同頻率上的情況下，接收機(jī)與發(fā)射機(jī)的天線隔離 是更加關(guān)鍵的問題，并且?guī)V波不提供附加隔離。
相同的問題涉及頻率變換中繼器，其中使用頻率檢測(cè)和變換方法隔離接收 和發(fā)射信道，由此允許兩個(gè)無線局域網(wǎng)(WLAN) IEEE 802.11單元通過將第一頻率信道上與一個(gè)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的分組變換至由第二設(shè)備使用的第二頻率信 道來通信。頻率變換中繼器可被配置成監(jiān)視用于傳輸?shù)膬蓚€(gè)信道，并且當(dāng)檢測(cè) 到傳輸時(shí)，將第一頻率下收到的信號(hào)變換至以第二頻率在其上傳送的另一信 道。當(dāng)傳入接收機(jī)前端的來自發(fā)射機(jī)的功率電平過高時(shí)會(huì)發(fā)生問題，由此導(dǎo)致 互調(diào)失真，這導(dǎo)致所謂的"頻譜再生長"。在一些情形中，互調(diào)失真會(huì)在帶內(nèi)落
入合意收到信號(hào)中，由此導(dǎo)致接收機(jī)的干擾效應(yīng)或靈敏度降低。這顯著地降低 因頻率變換和濾波而達(dá)成的隔離。
此夕卜，在利用提出的IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的WLAN環(huán)境中，無線設(shè)備 依賴于多徑傳輸來增大數(shù)據(jù)率和射程。然而，在典型家庭WLAN環(huán)境中，多 徑傳輸能力和空間分集由于以上所討論的許多相同緣由連同缺乏無線產(chǎn)品在 家庭和室內(nèi)環(huán)境中的性能而受限。
概要
考慮到以上問題，根據(jù)第一方面的中繼器包括用于提升多徑傳輸能力的分 集技術(shù)和用于典型家庭WLAN環(huán)境的空間分集。中繼器可包括耦合至第一和 第二發(fā)射機(jī)的第一和第二偶極子天線，以及耦合至第一和第二接收機(jī)的第一和 第二片狀天線。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可基于在接收機(jī)中測(cè)得的諸如自生成信號(hào)的發(fā) 射信號(hào)來自適應(yīng)其間增大的隔離。
給定接收機(jī)分集選擇的已知隔離發(fā)射或接收權(quán)重可被最優(yōu)化以達(dá)成更高 隔離。此外，發(fā)射或接收加權(quán)設(shè)備可施加多個(gè)權(quán)重以允許對(duì)以不同到達(dá)角(在 此指代路徑)接收到的多輸入多輸出(MIMO)信號(hào)流的最優(yōu)化?？蓪⒓訖?quán)信 號(hào)相組合并發(fā)射以使得占優(yōu)地接收自第一波束成形接收方向圖的信號(hào)作為第 一發(fā)射波束成形天線方向圖被發(fā)送出，而在其它接收波束成形方向圖上同時(shí)接 收到的任何附加信號(hào)在其它發(fā)射機(jī)天線方向圖上經(jīng)由發(fā)射機(jī)波束成形被同時(shí) 占優(yōu)地發(fā)射出。
還可基于所計(jì)算出的在每個(gè)波形圖上接收到的信號(hào)之間的正交程度和/或 從發(fā)射站接收的MIMO信令來根據(jù)網(wǎng)絡(luò)話務(wù)信號(hào)最優(yōu)化接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)方 向圖。
根據(jù)第二方面的中繼器包括雙接收機(jī)/發(fā)射機(jī)配置，這種配置采用使用用于提升發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的隔離的譜反轉(zhuǎn)的復(fù)用技術(shù)。正交IF可被提供給
兩個(gè)接收機(jī)的每一個(gè)以將I信道求和并減去Q信道，以促成兩個(gè)接收信號(hào)之一 上的譜反轉(zhuǎn)。復(fù)合I和Q信道可在隨后經(jīng)由涉及頻移和濾波的數(shù)字處理被數(shù)字 化并分離回其分量信號(hào)。
根據(jù)第一或第二方面的中繼器還可包括用于控制施加到發(fā)射和接收天線 的權(quán)重的合成器和數(shù)字頻率發(fā)生器。
根據(jù)第三方面的中繼器，該中繼器可包括可供客戶端設(shè)備使用的數(shù)據(jù)端口 以準(zhǔn)許連同客戶專用應(yīng)用對(duì)處理器的雙重使用。
根據(jù)第四方面的中繼器是使用寬帶模數(shù)(ADC)和數(shù)模(DAC)轉(zhuǎn)換的 多信道射頻(RF)中繼器。
附圖簡述
各個(gè)附圖用于進(jìn)一步圖解各實(shí)施例以及說明根據(jù)本發(fā)明的各原理和優(yōu)點(diǎn)， 這些附圖中的附圖標(biāo)記貫穿各個(gè)視圖指代相同或功能上類似的元件并連同以 下詳細(xì)描述一起結(jié)合到說明書中且構(gòu)成其一部分。


圖1是根據(jù)各示例性實(shí)施例的示例性中繼器的內(nèi)部組件的框圖。
圖2是示例性中繼器的內(nèi)部和外部組件的框圖。
圖3是圖解示例性中繼器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的示例性增益要求的表格。 圖4是圖解示例性中繼器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的示例性增益要求的表格。 圖5A是圖解偶極子雙片狀天線配置的示例性外殼的圖示。 圖5B是圖解圖5A的外殼的內(nèi)部視圖的圖示。 圖5C是用于測(cè)試基于發(fā)射機(jī)的自適應(yīng)天線配置的測(cè)試裝置的框圖。 圖5D是圖解示例性雙偶極子雙片狀天線配置的圖示。 圖6A-6B是圖解不帶自適應(yīng)和帶自適應(yīng)的天線的增益相對(duì)頻率以及相移 相對(duì)頻率的曲線圖。
圖7是根據(jù)各示例性實(shí)施例的基于接收機(jī)的自適應(yīng)天線配置的框圖。 圖8是示例性中繼器的功能框圖。 圖9是雙接收機(jī)/下變頻器的框圖。 圖IO是數(shù)字信號(hào)處理的框圖。圖ll是雙發(fā)射機(jī)的框圖。
圖12-17是圖解由中繼器執(zhí)行的各個(gè)信道上的信號(hào)處理的圖示。
圖18是自復(fù)合IF信號(hào)恢復(fù)基帶信號(hào)的仿真結(jié)果的圖解。
圖19是示例性接收信號(hào)組合的圖解。
圖20是示例性信號(hào)組合器的框圖。
圖21是包括相關(guān)聯(lián)組件延遲的中繼器的組件的框圖。
圖22是中繼器的示例性操作時(shí)序圖的圖解。
圖23是在接收信號(hào)處理期間示例性頻率規(guī)劃的圖解。
圖24是相關(guān)技術(shù)低振蕩合成器的框圖。
圖25是示例性中繼器的低振蕩(LO)合成器的框圖。
圖26是圖25中所示LO頻率合成器的模擬雙復(fù)數(shù)乘法器的框圖。
圖27是低頻合成器的框圖。
圖28-33是對(duì)應(yīng)各種極點(diǎn)配置的低頻合成器的頻率擴(kuò)展的圖解。 圖34是相關(guān)技術(shù)頻率合成器的頻率擴(kuò)展的圖解。 圖35是頻率合成器的頻率擴(kuò)展的圖解。
圖36是在限幅之前以及之后頻率合成器的混頻器輸出的圖解。 圖37是示例性中繼器的接收機(jī)的信號(hào)電平和噪聲的圖解。 圖38是可調(diào)節(jié)增益控制(AFC)特性的圖解。 圖39是噪聲基底電平的圖解。
詳細(xì)描述
參看圖l的框圖，將討論根據(jù)各新穎性實(shí)施例的中繼器IO。中繼器10可 包括耦合至中頻(IF)復(fù)用器25的雙接收機(jī)/下變頻器20、用于生成LO信號(hào) 的合成器或線性振蕩器(LO) 30、雙發(fā)射機(jī)/上變頻器35、信號(hào)檢測(cè)設(shè)備40、 和解調(diào)過程調(diào)制設(shè)備45。中繼器10可替換性地包括雙接收機(jī)/下變頻器20'， 后者包括信道組合器并被耦合至數(shù)字濾波器和可調(diào)節(jié)增益控制(AGC)設(shè)備。 如圖2的框圖中所示的，中繼器10可包括作為發(fā)射天線的偶極子天線和作為 接收天線的片狀天線。
回顧圖l，雙接收機(jī)/下變頻器20包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，而雙發(fā)射機(jī)/上變頻器35包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。圖3和4中示出了 ADC和DAC的示
例性增益要求。
參看圖5A-5B，中繼器10可包括連同中繼器電子有效地容納在緊致外殼 110中的偶極子雙片狀天線配置。片狀天線114和115的每一個(gè)被布置成與接 地平面113平行，并且可被印制在接線板等上，或者可由嵌入到塑料殼內(nèi)的沖 壓金屬部分構(gòu)成。
參看圖5C，中繼器可包括示例性雙偶極子雙片狀天線配置200，其包括 由用于中繼器電子的PCB 206隔開的第一和第二片狀天線202、 204。
本發(fā)明人執(zhí)行了論證自適應(yīng)天線配置所達(dá)成的高隔離的若干測(cè)試。圖5D 是用于測(cè)試與圖5B中所示天線配置相類似的天線配置所達(dá)成的隔離的測(cè)試自 適應(yīng)天線配置的框圖。參看圖6-7，在具有若干物理上靠近天線陣列504的信 號(hào)散射對(duì)象的位置處在2.36 GHz (標(biāo)記l)和2.40 GHz (標(biāo)記2)上對(duì)沒有加 權(quán)電路(不帶自適應(yīng))的偶極子片狀陣列以及對(duì)具有加權(quán)電路(自適應(yīng))的偶 極子片狀陣列測(cè)量路徑損耗。結(jié)果證明調(diào)節(jié)相位和增益設(shè)置達(dá)成對(duì)特定頻率 上的隔離的實(shí)質(zhì)控制。具體而言，圖6A中的標(biāo)記1示出了在沒有應(yīng)用自適應(yīng) 時(shí)-45 dB的S21路徑損耗，而圖6B中的標(biāo)記1示出了在對(duì)可變相位和增益進(jìn) 行調(diào)諧之后-71 dB的路徑損耗。結(jié)果得到額外26dB的隔離受益。圖6A中的 標(biāo)記2示出了在沒有應(yīng)用自適應(yīng)時(shí)-47 dB的S21路徑損耗，而圖6B中的標(biāo)記 2示出了在對(duì)可變相位和增益進(jìn)行調(diào)諧之后-57 dB的路徑損耗。結(jié)果得到額外 10dB的隔離受益。
參看圖7，將簡要討論用于達(dá)成隔離的基于接收機(jī)的自適應(yīng)天線配置400。 配置400包括第一和第二片狀天線402、 404以及90?；旌隙ㄏ蝰詈掀?，該90° 混合定向耦合器用于組合路徑406、 408上的信號(hào)A、 B以使第一和第二接收 機(jī)416、 418接收信號(hào)A、 B的不同代數(shù)組合。第一和第二接收機(jī)416、 418的 輸出被耦合至基帶處理模塊420，后者用于組合信號(hào)以在數(shù)字基帶中執(zhí)行波束 成形操作。第一接收機(jī)416和第二接收機(jī)418被調(diào)諧至不同頻率，直至在兩個(gè) 頻率之一上檢測(cè)到信號(hào)，隨后可將另一接收機(jī)調(diào)諧至測(cè)得頻率。第一和第二接 收機(jī)416、 418隨后可具有數(shù)字地施加到基帶處理模塊420上的權(quán)重并執(zhí)行接 收機(jī)天線自適應(yīng)。對(duì)加權(quán)的決定可通過同時(shí)計(jì)算多種組合的"經(jīng)波束成形"或經(jīng)加權(quán)的組合信號(hào)并選擇組合的集合中的最佳組合來達(dá)成。這可被實(shí)現(xiàn)為快速傅
里葉變換、 一組離散加權(quán)的butler矩陣、或用于產(chǎn)生一組經(jīng)組合的輸出并從這 些輸出之中選擇"最佳"的任何其它技術(shù)。"最佳"可以是基于信號(hào)強(qiáng)度、信噪比 (SNR)、延遲擴(kuò)展、或其它質(zhì)量度量。替換地，可順序地執(zhí)行對(duì)"經(jīng)波束成 形"或經(jīng)加權(quán)的組合信號(hào)的計(jì)算。此外，可按任何加權(quán)比(增益和相位、均衡) 來執(zhí)行組合，以便使用來自第一和第二片狀天線402、 404的信號(hào)A、 B的最 佳組合。
參看圖8，將討論中繼器800的各實(shí)施例。中繼器800包括雙接收機(jī)/下變 頻器802、數(shù)字信號(hào)處理模塊804、雙發(fā)射機(jī)806、以及LO和基準(zhǔn)合成器808。
雙接收機(jī)/下變頻器802包括第一和第二接收天線，這些天線分別被耦合 至用于放大接收信號(hào)的第一和第二低噪聲放大器。第一和第二接收天線可以是 例如片狀天線。LNA的輸出被耦合至混合耦合器，該混合耦合器可與圖7中 所示的混合耦合器410類似地配置。混合耦合器被耦合至第一和第二下變頻器， 該第一和第二下變頻器的輸出被耦合至IF復(fù)用器。
數(shù)字信號(hào)處理模塊804包括接收IF復(fù)用器的輸出的第一和第二 ADC。第 一和第二 ADC的輸出被耦合至下變頻器和分用器，該下變頻器和分用器的輸 出被耦合至組合器(組合信道)以便編組信道。數(shù)字濾波器將組合器的輸出信 號(hào)濾波，而可調(diào)節(jié)增益控制(AGC)調(diào)節(jié)信號(hào)增益。數(shù)字信號(hào)處理模塊804還 包括用于檢測(cè)接收信道上信號(hào)的存在性的信號(hào)檢測(cè)電路、用于確定增益調(diào)節(jié)的 參數(shù)的AGC度量、和主控處理器。來自AGC的信號(hào)被輸出到權(quán)重元件和解調(diào) 器/調(diào)制器(解調(diào)過程調(diào)制)以執(zhí)行任何所需的信號(hào)調(diào)制或解調(diào)。權(quán)重元件可以 是模擬元件或數(shù)字元件。權(quán)重元件被耦合至上變頻電路，后者的輸出經(jīng)由第一 和第二 DAC被耦合至雙發(fā)射機(jī)806的第一和第二發(fā)射機(jī)。
雙發(fā)射機(jī)806的第一和第二發(fā)射機(jī)經(jīng)由第一和第二功率放大器耦合至第 一和第二發(fā)射天線。第一和第二發(fā)射天線可以是例如偶極子天線。
LO和基準(zhǔn)合成器808包括基準(zhǔn)振蕩器、固定基準(zhǔn)和LO發(fā)生器、基帶合 成器和用于生成供接收機(jī)和發(fā)射機(jī)使用的LO信號(hào)的可變LO發(fā)生器。
圖9中更詳細(xì)地示出雙接收機(jī)/下變頻器。下變頻器包括耦合至合成器808 的數(shù)個(gè)混頻器，并且輸出通過帶通濾波器(BPF)。圖10中更詳細(xì)地示出了數(shù)字信號(hào)處理模塊804。 AGC和權(quán)重控制部分可 控制耦合至向量調(diào)制器的復(fù)權(quán)重。
圖11中更詳細(xì)地示出雙發(fā)射機(jī)/上變頻器。上變頻器包括耦合至合成器 808的數(shù)個(gè)混頻器，并且輸出通過BPF。
在圖12-17中示出對(duì)應(yīng)其中在第一和第二信道上接收到信號(hào)的各種情況的 IF復(fù)用器、ADC和數(shù)字下變頻器的信號(hào)處理操作。參看圖18，仿真結(jié)果論證 自IF復(fù)用器所生成的復(fù)合IF信號(hào)恢復(fù)合意基帶信號(hào)。
參看圖19，其示出了由混合耦合器和組合器執(zhí)行的示例性接收信號(hào)組合。 混合耦合器(接收加權(quán)電路)可將第一和第二權(quán)重施加到在分別耦合至第一和 第二接收天線的第一和第二接收路徑上接收到的接收信號(hào)Ra、 Rb，以生成第 一加權(quán)接收信號(hào)和第二加權(quán)接收信號(hào)(Sa、 Sb)。信號(hào)組合器根據(jù)各種數(shù)學(xué)組 合來組合第一和第二加權(quán)接收信號(hào)，以生成多個(gè)組合接收信號(hào)(Sol、 So2、 So3、 So4)。輸出組合接收信號(hào)中最佳的那一個(gè)(So)。
圖20中更詳細(xì)地示出了信號(hào)組合器。信號(hào)組合器可被配置成存儲(chǔ)在第一 接收天線上接收到的接收信號(hào)的第一樣本和在第二接收天線上接收到的接收 信號(hào)的第二樣本，并根據(jù)開關(guān)將第一樣本或第二樣本之一加載到數(shù)字濾波器。 開關(guān)可由信號(hào)檢測(cè)設(shè)備基于第一接收天線和第二接收天線之中該信號(hào)檢測(cè)設(shè) 備在其之上檢測(cè)到接收信號(hào)存在的那一個(gè)天線來控制。
諸如由中繼器在正常操作期間傳送的信標(biāo)的度量可被用于確定權(quán)重值。例 如，對(duì)于在兩個(gè)頻率信道上操作的頻率變換中繼器，接收機(jī)可測(cè)量一個(gè)信道上 的收到信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)兩個(gè)發(fā)射天線可發(fā)射諸如信標(biāo)等自生成信號(hào)?？稍谧陨?成傳輸期間確定最初發(fā)射機(jī)與接收機(jī)相隔離的量?？墒褂弥T如最速下降法、或 比方LMS算法的基于統(tǒng)計(jì)梯度的算法的任何數(shù)目的己知最小化自適應(yīng)算法來 在后繼傳輸之間調(diào)節(jié)權(quán)重，以藉此基于最初發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的隔離來使發(fā)射機(jī) 與接收機(jī)之間的耦合最小化(增大隔離)。也可使用其它將調(diào)節(jié)給定參數(shù)(在 本文中稱為權(quán)重)并使所得到的度量最小化的常規(guī)自適應(yīng)算法。
參看圖21，其示出了中繼器的組件的每一個(gè)的延遲。延遲預(yù)算累計(jì)約達(dá) 600ns。延遲明確受到濾波器的控制。如果將IFBPF假定為具有150ns延遲的 (高損耗)SAW，則通過消除SAW可將整體延遲減少100ns。檢測(cè)器濾波器是用于對(duì)檢測(cè)器提供基本所有毗鄰信道拒絕的長FIR濾波器。具有40 MHz帶 寬的SAW在20 MHz帶寬下工作時(shí)不提供延遲。基帶下的FIR濾波器還具有 相當(dāng)?shù)难舆t，因?yàn)槠浔仨毦芙^毗鄰信道干擾并提供線性相位(或者校正在前濾 波器的相位非線性性)。然而，可通過在檢測(cè)到信號(hào)之后用所存儲(chǔ)的樣本預(yù)載 此濾波器來減小此延遲。因此，其延遲沒有被包括在延遲預(yù)算中。
參看圖22，其示出了通過樣本重復(fù)對(duì)樣本進(jìn)行定時(shí)操作。將1 = 0的起始 時(shí)間定義為(接收信號(hào)中的)分組前同步碼的第一碼元到達(dá)接收機(jī)A的第一 IF的時(shí)間。在t = 250 ns處，第一碼元離開ADC并進(jìn)入檢測(cè)器濾波器和檢測(cè)器。 在t二 450 ns處，檢測(cè)到分組。在相同的時(shí)間，接收機(jī)B監(jiān)聽不同WIFI頻率 信道上的分組但是(在此示例中)沒有接收任何東西。當(dāng)接收機(jī)A檢測(cè)到信號(hào) 時(shí)，接收機(jī)B被切換至與接收機(jī)A相同的WIFI信道，以使得接收機(jī)經(jīng)由不同 路徑接收相同信號(hào)?？刂齐娐?未示出)可被耦合至信號(hào)檢測(cè)設(shè)備、接收機(jī) 或天線以根據(jù)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)來切換頻率。
在t- 700處，接收機(jī)B上的信號(hào)離開ADC。來自兩個(gè)接收機(jī)的ADC輸 出被連接到組合器。來自接收機(jī)A的信號(hào)在t = 250 ns到達(dá)而來自接收機(jī)B的 信號(hào)在稍后的t- 700 ns到達(dá)，這不是因?yàn)閬碜越邮諜C(jī)B的信號(hào)遲到，而是因 為接收機(jī)B先前被調(diào)諧至"錯(cuò)誤"信道。組合器包含兩個(gè)存儲(chǔ)器，它們存儲(chǔ)來自 接收機(jī)A的信號(hào)的最后150 ns和來自接收機(jī)B的信號(hào)的最后150 n的樣本。當(dāng) 發(fā)生檢測(cè)擊中時(shí)，組合器迅速用所存儲(chǔ)的來自恰當(dāng)接收機(jī)(在此情形中為接收 機(jī)A)的樣本加載數(shù)字濾波器。其隨后在t-450 ns與t-475 ns期間開始從接 收機(jī)A輸出樣本。
來自接收機(jī)B的信號(hào)在t= 700 ns處到達(dá)。組合器開始選擇若干輸入信號(hào) 組合中的最佳者的過程，并且在t- 900 ns處選擇最佳組合。組合信號(hào)的振幅 被調(diào)節(jié)成與來自接收機(jī)A的信號(hào)的振幅相匹配。用組合信號(hào)替代來自接收機(jī)A
的信號(hào)并將其輸出到數(shù)字濾波器。
數(shù)字濾波器的輸出在t-475 ns處開始(在檢測(cè)之后不久)。其包括來自 接收機(jī)A的信號(hào)的150 ns的存儲(chǔ)樣本和其后跟隨有組合信號(hào)樣本的信號(hào)A的 400 ns的當(dāng)前樣本。由AGC調(diào)節(jié)數(shù)字濾波器輸出以在發(fā)射天線處提供恒定輸 出——即約為數(shù)字濾波器的輸出處信號(hào)的20 dbm樣本。對(duì)樣本取平均以產(chǎn)生AGC控制電壓。最初的平均始于對(duì)所存儲(chǔ)樣本的平均，并且隨著更多樣本被 添加到平均上，過程繼續(xù)進(jìn)行。最后，發(fā)射天線處的信號(hào)是延遲達(dá)DAC和發(fā) 射機(jī)延遲的數(shù)字濾波器輸出。其在t- 575 ns處開始。
通常，在t-O， WIFI分組的第一碼元到達(dá)Rx(接收)天線，而在t《575 ns，發(fā)射信號(hào)離開發(fā)射天線。盡管Tx (發(fā)射)信號(hào)最初并非Rx信號(hào)的完美副 本，但是其接近地重復(fù)該信號(hào)。此外，Tx信號(hào)隨時(shí)間推移而改善(信號(hào)組合 改善SNR且AGC取平均時(shí)間更長)。
圖23中示出了用于樣本重復(fù)的示例性頻率規(guī)劃。對(duì)于線路上的一階乘積 和信號(hào)，頻率規(guī)劃沒有自干擾。
參看圖25，將討論示例性中繼器的示例性低振蕩合成器。與圖24中所示 相關(guān)技術(shù)合成器相比，根據(jù)本實(shí)施例的合成器包括圖26中更詳細(xì)所示的模擬 雙復(fù)數(shù)乘法器。
合成器利用單個(gè)固定頻率合成器以通過經(jīng)由使用分頻器將固定合成器分 頻而得到的兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)的乘積來產(chǎn)生可變LO。分頻器是基于整數(shù)的，并 且在多個(gè)經(jīng)分頻的信號(hào)之間執(zhí)行乘法以產(chǎn)生額外頻率。分頻器可以是可調(diào)諧或 可編程的，以使得所得到的乘積的頻率是可調(diào)諧的。
合成器可得到不同頻率下的數(shù)個(gè)LO?？衫闷浜蟾S有帶通濾波器的限 幅器來抑制不合意乘法(混頻)之積。通過對(duì)經(jīng)分割頻率的多次組合來得到 LO以允許操縱最終LO中的殘余寄生信號(hào)。
參看圖27，其示出了低頻合成器的示例性配置。圖28-33和35中示出了 對(duì)應(yīng)各種極點(diǎn)配置的低頻合成器的頻率擴(kuò)展。圖34中示出對(duì)應(yīng)相關(guān)技術(shù)低頻 合成器的頻率擴(kuò)展以供比較。圖36示出了在限幅之前或之后合成器的頻率擴(kuò) 展。
參看圖37，其示出了接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的信號(hào)電平、噪聲和傳輸漏泄。圖 38中示出了AGC特性。圖39中示出了噪聲基底電平。
根據(jù)一些實(shí)施例，多個(gè)天線模塊可被構(gòu)造在相同中繼器或設(shè)備內(nèi)，諸如如 以上所描述的多個(gè)定向天線或天線對(duì)以及用于例如MIMO環(huán)境或系統(tǒng)中的多 個(gè)全向或準(zhǔn)全向天線。這些相同的天線技術(shù)可用于多頻中繼器，諸如其中下行 鏈路在一個(gè)頻率上而上行鏈路存在于另一頻率上的基于FDD的系統(tǒng)。相應(yīng)地，本公開涉及用于無線通信網(wǎng)絡(luò)的中繼器。作為示例在圖8中示出
的中繼器包括耦合至用于接收不同路徑上的多個(gè)多輸入多輸出(MIMO)信號(hào) 流的第一和第二接收天線的第一和第二接收機(jī)，以及耦合至第一和第二發(fā)射天
線的第一和第二發(fā)射機(jī)。中繼器還包括信號(hào)組合器，用于根據(jù)各個(gè)數(shù)學(xué)組合
來組合多個(gè)MIMO信號(hào)流以生成多個(gè)組合MIMO信號(hào)流；加權(quán)電路，用于將 權(quán)重施加到多個(gè)MIMO信號(hào)流的每一個(gè)以生成多個(gè)加權(quán)MIMO信號(hào)流；以及 數(shù)字處理器，用于確定加權(quán)MIMO信號(hào)流中的占優(yōu)信號(hào)流。占優(yōu)信號(hào)流可在 第一發(fā)射天線上發(fā)射，而其余MIMO加權(quán)信號(hào)流可在第二發(fā)射天線上發(fā)射。
數(shù)字處理器可基于信號(hào)強(qiáng)度、信噪比和延遲擴(kuò)展中的至少之一來確定占優(yōu) 信號(hào)流。
本公開意在說明如何制作和使用根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，而無意限制其 真實(shí)預(yù)期且明確的范圍和精神。在前描述并非旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開 的精確形式。鑒于以上教義，修改或變化是可能的。選擇并描述各實(shí)施例是為 了提供對(duì)本發(fā)明的原理及其實(shí)踐應(yīng)用的最佳例示，且為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能 夠按各個(gè)實(shí)施例利用本發(fā)明以及在作出適于具體預(yù)期使用的各個(gè)修改之下利 用本發(fā)明。所有此類修改和變化皆落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。以上所描述的各個(gè)電 路可按實(shí)施的需要在分立電路或集成電路中實(shí)現(xiàn)。此外，本發(fā)明的各部分可在 軟件等中實(shí)現(xiàn)——這將為本領(lǐng)域技術(shù)人員所領(lǐng)會(huì)——并可被體現(xiàn)為與本文所 描述的內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的方法。
權(quán)利要求
1.一種用于無線通信網(wǎng)絡(luò)的中繼器，包括第一接收天線，用于在第一路徑上接收來自接入點(diǎn)、另一中繼器或無線站設(shè)備中一者的接收信號(hào)；第二接收天線，用于在第二路徑上接收來自所述接入點(diǎn)、所述另一中繼器或所述無線站設(shè)備中所述一者的所述接收信號(hào)；接收加權(quán)電路，用于將第一和第二權(quán)重施加到在所述第一和第二路徑上接收到的所述接收信號(hào)，以生成第一加權(quán)接收信號(hào)和第二加權(quán)接收信號(hào)；信號(hào)組合器，用于根據(jù)各種數(shù)學(xué)組合來組合所述第一和第二加權(quán)接收信號(hào)，以生成多個(gè)組合接收信號(hào)；以及發(fā)射天線，用于將與所述組合接收信號(hào)中的一者相對(duì)應(yīng)的發(fā)射信號(hào)發(fā)射給接入點(diǎn)、另一中繼器或無線站設(shè)備之一。
2. 如權(quán)利要求l所述的中繼器，其特征在于，所述第一接收天線最初被 設(shè)成經(jīng)由第一頻率信道在所述第一路徑上接收所述接收信號(hào)而所述第二接收 天線最初被設(shè)成經(jīng)由第二頻率信道在所述第二路徑上接收所述接收信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的中繼器，其特征在于，還包括 耦合至所述第一接收天線和所述第二接收天線的信號(hào)檢測(cè)設(shè)備，所述信號(hào)檢測(cè)設(shè)備被配置成檢測(cè)所述接收信號(hào)在所述第一接收天線和所述第二接收天 線之一上的存在性；以及耦合至所述信號(hào)檢測(cè)設(shè)備以及所述第一和第二接收天線的控制電路，所述 控制電路被配置成根據(jù)所述信號(hào)檢測(cè)設(shè)備的所述檢測(cè)將所述第一接收天線切 換至接收所述第二頻率信道上的所述接收信號(hào)或?qū)⑺龅诙邮仗炀€切換至 接收所述第一頻率信道上的所述接收信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的中繼器，其特征在于，還包括 數(shù)字濾波器，用于將所述組合接收信號(hào)中的所述一者濾波， 其中所述信號(hào)組合器被配置成存儲(chǔ)在所述第一接收天線上接收到的所述接收信號(hào)的第一樣本和在所述第二接收天線上接收到的所述接收信號(hào)的第二 樣本，并根據(jù)所述信號(hào)檢測(cè)設(shè)備于其上檢測(cè)到所述接收信號(hào)存在的所述第一接收天線和所述第二接收天線中的一者將所述第一樣本或所述第二樣本中的一 者加載到所述數(shù)字濾波器，其中所述數(shù)字濾波器根據(jù)所述第一樣本或所述第二樣本中的所述一者來 將所述組合接收信號(hào)中的所述一者濾波。
5. 如權(quán)利要求1所述的中繼器，其特征在于，所述第一和第二接收天線 是第一和第二片狀天線，而所述發(fā)射天線是偶極子天線。
6. 如權(quán)利要求1所述的中繼器，其特征在于，所述第一和第二接收天線 是第一和第二偶極子天線，而所述發(fā)射天線是片狀天線。
7. 如權(quán)利要求1所述的中繼器，其特征在于，還包括發(fā)射權(quán)重控制器，所述發(fā)射權(quán)重控制器用于基于預(yù)定信號(hào)度量將權(quán)重施加到所述組合接收信號(hào) 中的所述一者以生成所述發(fā)射信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求1所述的中繼器，其特征在于，所述接收加權(quán)電路包括以下之一用于調(diào)節(jié)所述第一和第二接收信號(hào)中所述一者的相位的可變移相器；以及用于調(diào)節(jié)所述第一和第二接收信號(hào)中所述一者的增益的可變衰減器。
9. 如權(quán)利要求1所述的中繼器，其特征在于，所述第一和第二路徑具有 不同到達(dá)角。
10. —種用于無線通信網(wǎng)絡(luò)的中繼器，所述中繼器包括用于在第一和第二 路徑上接收第一接收信號(hào)的第一和第二接收天線以及第一和第二發(fā)射天線，所述中繼器包括接收加權(quán)電路，用于將第一和第二權(quán)重施加到在所述第一和第二接收路徑上接收到的所述接收信號(hào)，以生成第一加權(quán)接收信號(hào)和第二加權(quán)接收信號(hào)； 信號(hào)組合器，用于根據(jù)各種數(shù)學(xué)組合來組合所述第一和第二加權(quán)接收信號(hào)以生成多個(gè)組合接收信號(hào)，以及輸出所述多個(gè)組合接收信號(hào)中預(yù)定的那一個(gè)； 分離器，用于將所述多個(gè)組合接收信號(hào)中預(yù)定的那一個(gè)分成第一和第二發(fā)射信號(hào)；以及發(fā)射加權(quán)電路，用于將發(fā)射權(quán)重施加到所述第一和第二發(fā)射信號(hào)以生成第 一和第二加權(quán)發(fā)射信號(hào)，其中所述第一和第二發(fā)射天線發(fā)射所述第一和第二加權(quán)發(fā)射信號(hào)。
11. 如權(quán)利要求10所述的中繼器，其特征在于，所述第一和第二路徑具有不同到達(dá)角。
12. 如權(quán)利要求10所述的中繼器，其特征在于，還包括控制器，所述控 制器用于根據(jù)在所述第一和第二發(fā)射天線發(fā)射的自生成信號(hào)的測(cè)量值來控制 所述接收加權(quán)電路。
13. —種用于無線通信網(wǎng)絡(luò)的中繼器，所述中繼器包括耦合至用于在不同 路徑上接收多個(gè)多輸入多輸出(MIMO)信號(hào)流的第一和第二接收天線的第一 和第二接收機(jī)，以及耦合至第一和第二發(fā)射天線的第一和第二發(fā)射機(jī)，所述中繼器包括信號(hào)組合器，用于根據(jù)各種數(shù)學(xué)組合來組合所述多個(gè)MIMO信號(hào)流以生 成多個(gè)組合MIMO信號(hào)流；加權(quán)電路，用于將權(quán)重施加到所述多個(gè)MIMO信號(hào)流的每一個(gè)以生成多 個(gè)加權(quán)MIMO信號(hào)流；以及數(shù)字處理器，用于確定所述加權(quán)MIMO信號(hào)流中的占優(yōu)信號(hào)流，其中所述占優(yōu)信號(hào)流在所述第一發(fā)射天線上發(fā)射，而其余MIMO加權(quán)信 號(hào)流在所述第二發(fā)射天線上發(fā)射。
14. 如權(quán)利要求13所述的中繼器，其特征在于，所述數(shù)字處理器基于信 號(hào)強(qiáng)度、信噪比和延遲擴(kuò)展中的至少之一來確定所述占優(yōu)信號(hào)流。
全文摘要
一種用于無線通信網(wǎng)絡(luò)的中繼器，包括第一接收天線，用于在第一路徑上接收來自接入點(diǎn)、另一中繼器或無線站設(shè)備之一的接收信號(hào)；第二接收天線，用于在第二路徑上接收該接收信號(hào)；接收加權(quán)電路，用于將第一和第二權(quán)重施加到接收信號(hào)，以生成第一加權(quán)接收信號(hào)和第二加權(quán)接收信號(hào)；信號(hào)組合器，用于根據(jù)各種數(shù)學(xué)組合來組合第一和第二加權(quán)接收信號(hào)，以生成多個(gè)組合接收信號(hào)；以及發(fā)射天線，用于將與組合接收信號(hào)之一相對(duì)應(yīng)的發(fā)射信號(hào)發(fā)射給接入點(diǎn)、另一中繼器或無線站設(shè)備之一。
文檔編號(hào)H04B7/185GK101529741SQ200780040079
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
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