在無線電信系統中使用的帶有共享功率放大器的設備的制作方法

專利名稱：在無線電信系統中使用的帶有共享功率放大器的設備的制作方法
技術領域：
本發明公開了 一種在無線電信系統中使用的設備，并且包括第 一 多 個功率放大器，每個功率放大器具有輸入和輸出端口。
本發明的設備還包括用于在所述第 一 多個功率放大器的輸入端口上 分布第二多個輸入信號的裝置，以及用于在所述第一多個功率放大器
的輸出端口上重建所述第二多個輸入信號的功率放大后的副本
(replica)的裝置，并且在所述第二多個輸入信號中的信號之間有特 定相位和幅度關系。
背景技術：
在幾乎所有移動無線電通信系統中都存在多個無線電鏈，每個扇區 或每個站點。通常地，每個傳輸鏈具有唯一的功率放大器資源，有時 功率放大器的聯合能夠用來使得單獨的功率放大器可以供多個傳輸鏈 使用。
諸如適度的降級和資源更有效的q利::'本發明曰的重點在于后者。
聯合的資源(pooled resource)典型地由三個主要的塊組成；輸入 矩陣，功率放大器(PA)和輸出矩陣。矩陣這樣被選擇以致于輸出矩 陣的輸出端口上的信號向量是對輸入矩陣的輸入端口上的信號向量功 率放大后的副本。該放大一般地被假設為對于聯合的資源中所有的功 率放大器是相等的。
輸入和輸出矩陣的一種頻繁使用的實現方式是所謂的Butler矩陣。 這個矩陣基本上執行離散傅里葉變換(DFT)。其它矩陣同樣存在但是 這些典型地顯示出比Butler矩陣更高的損耗。
(Butler)輸入矩陣能夠被看做功率分布器，其在輸出功率分布的 信號向量上應用線性相移。相移的數量依賴于哪個輸入端口被饋送。
性。如果信號《是不相^的,則每個信號將通過所有功率放大器被饋送， 具有在PA陣列上均勻的功率分布。然而，如果信號是相關的，或者實際上除了相移和/或幅度差之外是相同的，信號將不具有PA陣列上均
勻的功率分布。
來自PA負栽均衡場景的最壞場景是所有信號都只通過所述功率放大 器之一械:饋送。在定向波束(steered beam)系統中，輸入信號是彼 此的副本，除了在信號向量上的線性相移。對于一些定向角度，在輸 入矩陣后，這個相移引起信號只經由所述功率放大器之一流過。
對于大多數定向角度，信號經由所有功率放大器被饋送，然而帶有 非均勻的功率分布。當具有最高負載的功率放大器傳遞最大輸出功率 時，聯合的放大器的功率效率在每PA的最大輸出功率乘以PA的數量 上被定義為對于給定定向角度的可用輸出功率。功率效率取決于定向 角度，但是平均是相當低的。
如果多個獨立的信號經由聯合的資源被同時地饋送，如小區中同步 用戶的情況，由于用戶裝置位置的平均，功率效率當然會更高。
對于在陣列上具有非均勻功率分布的問題的明顯解決方案是將功率 放大器置于元空間(element space)中。然而，在一些應用中需要功 率放大器在別處而不是在元件空間中，如將在下面討論的。
這樣一個應用的例子是下面的情況PA資源被用于在4元天線陣列
上傳輸一個數據流或在2個2元陣列上傳輸兩個數據流或者在四個一
元天線上傳輸四個數據流。當功率放大器位于元空間內，即在天線端
口上，對于任意數據流場景的功率效率將變低，0.5,由于只有一半功
率放大器被用于某個傳輸方案。
如果功率放大器資源借助輸入/輸出矩陣來代替聯合，對于4數據流
的傳輸來說功率效率被改善至1. 0，而對于最差定向角度的單個流來說 它降低到0. 25。

發明內容
因此，本發明的一個目的是在無線電信系統的發射機中提供聯合的 功率放大器資源的功率有效利用。
該目的由本發明實現，其中公開了在無線電信系統中使用的設備， 該設備包括第一多個功率放大器，每個功率放大器具有輸入和輸出端 口 ，和用于在所述第一多個功率放大器的輸入端口上分布第二多個輸 入信號的裝置。本發明的設備還包括用于在所述第一多個功率放大器的輸出端口上 重建所述第二多個輸入信號的功率放大后的副本的裝置。在所述第二 多個輸入信號中的信號之間有特定相位和振幅分布，該設備附加地包
括漸變(tapering)裝置，其被設置以在輸入信號被輸入到分布裝置 之前改變它們的相位和/或振幅分布，以及用于在該設備的輸出端上反 漸變的裝置。
在優選實施方式中，該設備附加地包括用于在輸入信號被輸入至漸 變裝置之前在輸入信號之間創建相位和/或振幅分布的裝置。
漸變裝置改變輸入至它的信號的相位和/或幅度分布，作為輸入至漸 變裝置的信號之間的相位和/或振幅分布函數。
通過下面的詳細描述，并借助附圖，本發明的優勢將變得更明顯。


在下面將參照附圖更詳細地描迷本發明，其中
圖1示出了根據現有技術的第一設備，該設備具有輸入和輸出矩陣，
和
圖2示出了根據現有技術的第二設備，該設備包括輸入和輸出矩陣 以及波束成形網絡，和
圖3示出本發明的設備的第一實施方式，和
圖4示出圖3的設備的更詳細框圖，和
圖5和6示出了使用圖3和4的發明所獲取的改進的圖，
圖7示出了本發明的設備的第二實施方式，和
圖8示出了圖6的設備的版本，和
圖9示出了功率效率的圖。
具體實施例方式
圖1示出了在無線電信系統中使用的已知發射機100。發射機100 包括第一多個功率放大器131-138,而且功率放大器131-138的每個具 有輸入和輸出端口 。功率放大器的每個典型地是傳輸鏈的一部分。
已知發射機100還裝配有輸入矩陣140，用于在功率放大器131-138 的輸入端口上分布多個輸入信號141-148。輸入矩陣140的目的是將輸 入信號141-148劃分在功率放大器上，這樣在無線電鏈之間功率放大
6器可以纟皮聯合。
然而，由于輸入信號141-148被分布在功率放大器131 - 138上，在 它們通過發射機100所連接到的天線111-118被發射機IOO發射之前， 它們需要被重建為獨立但放大的信號。為了這個目的，發射機100還 裝配有輸出矩陣120,其接收功率放大器的輸出作為輸入，并作為其輸 出傳遞輸入到輸入矩陣140的單獨信號，該單獨信號現在被放大。
在該文獻接下來的描述中，將假設Butler矩陣被用作發射機中的輸 入/輸出矩陣，其將如發射機100的情況一樣被描述。然而，對于本領 域技術人員，很明顯的是這樣的矩陣只是可以被用于產生同樣效果的 多種可能矩陣中的一種。
現在回到圖1的已知發射機100，在輸入信號141-148之間還可以有 特定相位和振幅分布。相位分布能夠是"零"，即信號都同相位，但是 通常的情況是在信號間有線性相位分布，以便實現由天線111-118輸 出的波束的波束定向。在圖1中發射機的天線111-118被配置以分別 在4、 2或1個天線上輸出4、 2或1個數據流。
圖2示出了另一個發射機200。已知發射機200類似于圖1的發射機 100，但是還在天線的兩個子集處裝配有波束成形網絡260、 270。
到發射機的輸入信號的合并在它們之間具有特定相位和振幅分布， 當利用功率放大器時，到功率放大器的分布網絡(輸入矩陣)可能給 出不合適的合并。這尤其是當在輸入信號之間有線性相位分布的情況， 這通常是當需要波束定向的情況。
圖3示出了本發明的發射機的第一實施方式300,意圖克服上迷的現 有技術的一些缺點。類似于圖1和2的發射機100和200，設備300包 括笫一多個功率放大器341-344,每個功率放大器具有輸入和輸出端 口 。設備300還包括輸入矩陣350,用于在功率放大器341-344的輸入 端口上分布第二多個輸入信號。
另外，如在前的發射機100和200所示出的，設備300裝配有輸出 矩陣330，用于當輸入信號在功率放大器的輸出端口被輸出時重建輸入 信號。
然而，與在前已知的發射機不同，本發明的設備300還包括連接到 輸入矩陣350的輸入端的漸變裝置360。漸變裝置360的一個功能是在 輸入信號被輸入到輸入矩陣350之前改變輸入信號的相位和/或振幅分布，以便在輸入矩陣350的輸出端，換句話說，在功率放大器341-344 的輸入端上避免或減少不希望的相位位置和振幅變化的組合。
漸變裝置360還在圖3中分離地示出，其中它們被描述成一組可控 制的相移器361-364。本領域技術人員將意識到，信號的相移可以多種 公知的方式來實現。在下面為了清楚起見，漸變裝置被描述為在輸入 信號被輸入至輸入矩陣350之前只改變它們的相位分布。然而，應當 清楚地理解這只是為了不那么難懂所述描述，如上面解釋的漸變裝置 還被應用于信號之間的振幅關系，或應用于相位和振幅關系的合并。 這些評述同樣地可應用于"反漸變裝置"，其將在下面被描迷。
本發明的設備300還包括裝置320,用于在設備的輸出端，即在輸出 矩陣330的輸出端上"反漸變"。詞組"反漸變"意味著在輸入矩陣350 的輸入端由漸變裝置360執行的相位分布改變通過這個功能而逆轉。 在圖3中，用于反漸變的裝置320被示出為一組可控制的相移器 321-324。
在圖3中還示出了用于輸入控制的功能或裝置370。這些裝置能夠是 設備300的一部分，或者是與該設備連接的分離設備。輸入控制用于 給出信號s(t)的相位特性，其在設備300的輸出端被需要。如果信號 s(t)作為只有單個信號被輸入，如在圖3中所示的，輸入控制370將 把信號s(t)分為多個信號，在所述信號之間具有期望的相位差。
圖4示出了本發明的設備400,直到包括功率放大器450。因此，在 圖4的設備400中示出了如下輸入信號s(t)410,輸入控制塊W 420， 輸入漸變塊430,輸入矩陣440和多個功率方文大器450。
如在前已經被解釋的，輸入控制塊W在可應用的情況下用于將輸入 信號s(t)分為期望數量的輸出信號s(t，W)， s(t，R)......s(H),
并且還引起在所述輸出信號之間的相位差。從輸入控制420輸出的信 號被用作漸變功能430的輸入，漸變功能430用來在信號被輸入至輸 入矩陣440之前改變它們的相位分布(相位差)。
因此，輸入控制和相位漸變都改變了在輸入至它們的信號之間的相 位差。適當地，由漸變功能執行的改變是在輸入至它的信號之間的相 位差的函數，這樣避免了到該矩陣的信號的不期望的相位差的組合。
在輸入控制420中的相移和由輸入漸變引起的相移之間所有可能的 組合沒有被列出在此，雖然可以被實現。然而，輸入漸變功能430能夠使用查找表或計算裝置以便查看/計算在輸入信號被輸出至輸入矩 陣之前哪個相位差異將被應用于輸入信號，以便避免不合適的相位差
的組合。
所述查找表或計算功能可以使用來自輸入功能的分離的數據輸 入，其與由輸入塊應用于信號的相位差有關，或者作為可替換的方案， 能夠簡單地測量在輸入至漸變功能的信號之間的相位差。
所述查找表或計算功能可以被設計為根據下面原則的功能在輸入 至漸變功能430的信號之間的相位差是否將使得在輸入矩陣后的信號 分布將導致低于特定閾值的功率效率(PA的使用)？
如果該問題的回答是肯定的，則使得漸變功能產生在信號之間的相 位分布，這將引起功率效率至少在所述閾值之上。
圖5示出了在圖3的設備提供陣列天線的應用中，圖3中所示的設 備的功率效率的圖，分別具有和不具有漸變和反漸變功能。縱軸是功 率效率，橫軸是系統的定向波束的掃描角度。
在圖5中的頂部曲線是本發明具有漸變和反漸變功能的功率效率， 底部曲線是沒有這些功能的功率效率。在圖3中從左至右，對于四個 輸入信號由相位漸變功能360引起的相移是0, 1 00, 95和350度。
圖6示出了來自圖2的設備的版本，但是這里裝配有輸入660， 660， 和輸出620, 620，，漸變功能。除了漸變功能之外，設備600包括PA640, 輸入矩陣650和輸出矩陣630。如能夠看到的，漸變和反漸變功能只連 接到設備的輸入端/輸出端中的四個。自然地，數目為四只是一個例子， 漸變和反漸變功能能夠被應用于設備的輸入端/輸出端的總量的任何 子集。
圖7示出了在圖6中示出的設備600的功率效率的圖，分別具有和 不具有漸變和反漸變功能。縱軸是功率效率，橫軸是來自系統的定向 波束的方位角。
圖7中的頂部曲線是本發明具有漸變和反漸變功能的輸入框660的 功率效率，底部曲線是不具有這些功能的輸入框的功率效率。在圖6 中從左至右，對于四個輸入信號由相位漸變功能660引起的相移是0, 1 00, 95和35 0度。
相位漸變功能因此用于去相關相位差，以便避免來自輸入矩陣的信 號間不利的相位差，其導致設備功率效率的增加。圖8示出了去相關
9在來自輸入矩陣的信號間的相位差的另一種方式在圖8中示出的設 備8 00類似于在圖6中示出的設備600,有一個不同，從相位漸變功能 的輸出端到輸入矩陣使用了非連續端口。換句話說，相位漸變功能的 輸出端口 l-N不是連續地連接至輸入矩陣的輸入端口 。能夠認識到的 是端口的非連續使用也將導致輸入至輸入矩陣的信號相位差的去相 關。
圖9示出了端口非連續使用的功率效率的圖，對于定向波束系統帶 有(頂部曲線)和不帶有(底部曲線)相位漸變。為了參考，沒有相 位漸變的連續端口的情況被示出，(底部曲線)。功率效率的增加是明 顯的，因為在用于定向波束前的線性相位和對于聯合的資源在輸入矩 陣中的線性相移之間的破壞性交互減少了 。
本發明不限于上面所示的實施方式的例子，而是可以在所附專利權 利要求的范圍內自由地變化。這種變化的一個例子是輸入信號的數量 還能夠比功率放大器的數量更少。
在權利要求中，以及在上面描述的實施方式中，輸入信號遭受到它 們的相位和/或振幅關系的漸變(和隨后反漸變)。應當指出，信號還 能夠遭受相對大的"時間延遲"漸變，其被理解為包括在該文本中的 術語"相位漸變"中。
另外，在上面示出和描述的實施方式的例子中，漸變(和隨后的反 漸變)功能已經被"固定"。在本發明的范圍內優選地還具有自適應的 漸變和反漸變功能性是切實可行的。通過這樣的功能性，輸入信號(或 那些信號的子集)將被分析以便關于將被執行的漸變和反漸變達到最 優的漸變和反漸變功能，并且漸變和反漸變功能從而將被設置用于所 述最優的功能。
作為進一步可替換方案，漸變和反漸變功能能夠是自適應的，但是 基于關于輸入信號的在前信息，所述信息由本發明的設備例如從系統 中接收。
權利要求
1. 在無線電信系統中使用的設備(300，400)，所述設備(300，400)包括第一多個功率放大器(341-344，450)，每個功率放大器具有輸入和輸出端口，裝置(350，440)，用于在所述第一多個功率放大器的輸入端口上分布第二多個輸入信號，裝置(330)，用于在所述第一多個功率放大器(341-344，450)的輸出端口上重建所述第二多個輸入信號的功率放大后的副本，設備(300，400)被配置以饋送有所述第二多個輸入信號，在所述輸入信號之間具有特定相位和振幅關系，設備(300，400)特征在于它附加地包括漸變裝置(360，361-364，430)，其被配置以在輸入信號被輸入至分布裝置(350，440)之前改變輸入信號的相位和/或振幅關系，以及裝置(320)，用于在該設備的輸出端上反漸變。
2. 如權利要求1所述的設備(300, 400 )，附加地包括裝置(370， 420 ),用于在輸入信號被輸入至漸變裝置(360, 361-364, 430 )之前 引起在所述輸入信號之間的所述相位和振幅關系，并且在該設備中， 漸變裝置將輸入至它的信號的相位和/或振幅關系改變為在輸入至漸 變裝置的信號之間的相位和/或振幅關系的函數。
3. 如權利要求1或2中任一權利要求所述的設備(300， 400 )，其中 漸變(360 )裝置包括可控制的相移器(361-364 )。
4. 如權利要求1-3中任一權利要求所述的設備(300， 400 )，其中漸 變裝置(360， 361-364, 430 )和反漸變裝置(320 )只被應用于該設 備的輸入端/輸出端的總量的子集。
5. 如權利要求1-4中任一權利要求所迷的設備(300, 400 ),其中輸 入信號的數量等于功率放大器(341-344， 450 )的數量。
6. 如權利要求1-4中任一權利要求所述的設備(300, 400 ),其中輸 入信號的數量小于功率放大器(341-344， 450 )的數量。
7. —種用于增加在無線電信系統中的設備(300， 400 )中的功率利 用率的方法，所述設備(300, 400 )包括第一多個功率放大器(341-344, 450 ),所述功率放大器的每個具有輸入和輸出端口 ，該方法包括如下 步驟-在所述第一多個功率放大器的輸入端口上分布第二多個輸入信號，-在所述第一多個功率放大器(341-344， 450 )的輸出端口上重建 所述第二多個輸入信號的功率放大后的副本，-將所述第二多個輸入信號饋送設備(300, 400 )，在所述輸入信號之間具有特定相位和振幅關系，該方法特征在于它附加地包括在輸入信號被輸入至分布裝置(350, 440 )之前改變輸入信號的相位和/或振幅關系，以及裝置(320 ),用 于在該設備的輸出端上反轉所迷改變。
8. 如權利要求7所述的方法，附加地包括將輸入信號的相位和/或振 幅關系改變為在輸入至功率放大器的信號之間的相位和/或振幅關系 的函數。
9. 如權利要求8所述的方法，根據該方法，所述改變以及所述改變 的反轉只應用于該設備的輸入/輸出端的總量的子集。
10. 如權利要求7-9中任一權利要求所述的方法，其中所使用的輸入 信號的數量等于所使用的功率放大器(341-344， 450 )的數量。
11. 如權利要求7-9中任一權利要求所述的方法，其中所使用的輸入 信號的數量小于所使用的功率放大器(341-344, 450 )的數量。
全文摘要
本發明公開了一種在無線電信系統中使用的設備(300，400)，包括第一多個功率放大器(341-344，450)，每個具有輸入和輸出端口。該設備還包括裝置(350，440)，用于在所述第一多個功率放大器的輸入端口上分布第二多個輸入信號，和裝置(330)，用于在所述第一多個功率放大器(341-344，450)的輸出端口上重建所述第二多個輸入信號的功率放大后的版本。設備(300，400)被饋送第二多個輸入信號，在所述輸入信號之間具有相位和振幅分布，還包括漸變裝置(360，361-364，430)，其被配置以在輸入信號被輸入至分布裝置(350，440)之前改變輸入信號的相位和/或振幅分布，以及裝置(320)，用于在該設備的輸出端上反漸變。
文檔編號H01Q3/40GK101443958SQ200680054647
公開日2009年5月27日 申請日期2006年5月19日 優先權日2006年5月19日
發明者M·約翰遜, S·彼得森, U·恩格斯特倫 申請人:艾利森電話股份有限公司