確定從天線元件到收發器隊列的連接性的網絡元件、集成電路和的方法
【技術領域】
[0001]本發明的領域涉及用于網絡元件的天線陣列及其集成電路。本發明的領域適用于但不限于用于天線陣列的邏輯信道到物理信道分配的機構。
【背景技術】
[0002]常規的用于無線通信系統的天線陣列包括多個天線元件。天線陣列在大多數的蜂窩裝置中通常與現有的節點B裝置一起使用并且利用固定的65°C波束圖案。在天線波束的主瓣的外面，信號被空間過濾并且顯著衰減。常規的網絡計劃和無源天線陣列方案用共同的固定波束圖案處理所有到來的信號。基于在通過天線波束主瓣識別的、被稱為RF覆蓋區(footprint)的地理區域內接收的信號，這種接收處理趨于為收發器操作命令相應的共同波束圖案。因此，對接收(Rx)和發送(Tx)操作二者均使用相同的射頻(RF)印跡。
[0003]利用天線陣列的接收波束形成依賴于這樣的能力:以相干地添加來自希望方向的入射信號的方式在天線元件中的每一個上相長地添加入射信號的能力。因此，不來自希望方向的入射信號將被非相干地添加，并因此將不經歷相同的處理增益。術語“相干性”意味著信號將具有基本上相同的相位角。另外，來自多個源的熱噪聲也表現出非相干的特性，因此當被添加時，來自多個源的信號不經歷與相干的希望信號相同的處理增益。相反，在發送有源天線陣列中，信號在意圖的波束圖案內被相干地組合成“空氣”中的電磁(ΕΜ)信號，使得它們相干性地到達移動站(MS)(例如，第三代合作伙伴項目(3GPP?)用語中的用戶裝置(UE))接收器。
[0004]在本文描述的例子中，天線元件是目的在于將電磁(EM)信號轉換成電信號或者將電信號轉換成EM信號的放射結構，其中，單數的元件具有固定的放射圖案。本文描述的術語“放射元件”指的是能夠放射電磁信號的元件。并且，本文里描述的術語“放射元件”也包括能夠吸收EM放射線并且轉換成電信號的結構。構建為陣列的這些元件可被配置為通過操縱與元件耦合的電信號而具有各種放射圖案。因此，可以實現改變放射波束形狀的能力。
[0005]為了完整，有必要闡明天線互易性理論，該天線互易性理論在關于電磁場和天線的經典論述中通常被闡述如下:
[0006]給定分開一定距離放置的兩個天線“A”和“B”，它們中的每一個可作為發送天線或接收天線被操作。假定天線“B”保持原樣，而作為發送器的天線“A”的性能被修改。其結果是，對于固定量的輸入功率，由天線“B”接收的信號由于施加于天線“A”上的改變而變化一因子“F”。然后，相同的修改也改變作為接收器的天線“A”的性能并且以相同的因子這樣做。該理論是從麥克斯韋方程的某些對稱性得到的，并且其有效性很容易被實驗驗證并且已被廣泛公開。因此，由與具有與接收器相同的載波頻率的天線可操作地耦合的發送器引起的放射圖案具有相同的方位角鏈路損耗。因此，下文的術語放射和“放射波束圖案”也可被應用于接收器。
[0007]有源天線系統(AAS)是發射信號以產生定向放射圖案的一組天線。各天線元件與無線電收發器連接。可通過配置各AAS天線元件處的各信號的相對相位和振幅來控制陣列的放射圖案。通過精確地控制被組合之前的被處理的信號的相對相位和振幅，能夠對準放射信號中的峰和谷以形成波束，該過程在下文被稱為“波束形成”。
[0008]通過收發器內的調整控制給定天線元件上的信號的相位和振幅。因此，在安裝之后，并且特別是在射頻裝置和/或電路的重新配置之后，知道哪個無線電收發器與哪個天線元件連接是重要的。并且，收發器可由諸如功率放大器(PA)設備的多個元件組成。
[0009]在天線元件陣列中，天線元件到無線電收發器隊列(line-up)的可能連接性路徑的數量可被定義為:
[0010]NelementX (Ml!-(Ml-Nelement) ! ) X...X (Μη ! _(Mn-Nelement) ! ) X L [1]
[0011]這里:
[0012]Nei—nt是在系統中使用的天線元件的數量；
[0013]1^是通過第1多路開關的路徑的數量；
[0014]11?是通過第η多路開關的路徑的數量；
[0015]L是在系統中使用的無線電收發器隊列的數量。
[0016]因此，隨著多路開關和通過各多路開關的路徑的數量增加，可能路徑的數量呈指數上升。如果通過系統的路由對于天線元件中的一個或多個不是所期望的那樣，則系統性能至少被劣化，并且在最壞的情況下可能完全失去其波束形成能力。因此，知道來自哪個收發器的哪個ΡΑ與哪個天線元件連接是重要的。
[0017]—般地，這對AAS制造和組裝過程施加了限制，使得連接性必須被預定且組裝根據有些不靈活的預定連接性而進行。
[0018]可能還需要考慮跨著各種天線元件到邏輯信道路徑的附加的開關元件。并且，可能需要對陣列的給定配置動態選擇與收發器無線電隊列連接的天線元件的數量。
[0019]US 8265572 B2公開了用于有源天線陣列的多包絡跟蹤系統，這里，前提是到各天線元件的邏輯信道路由是已知的并且固定的。沒有公開使得天線陣列能夠檢測邏輯到物理元件信號路由的任何機構。
[0020]US 7212 838和US 6952455二者指定用于使波束加權適于增加系統中的接收信號功率水平的方法。該只有接收的方法不依賴于或者建立發送器或接收器中的天線與邏輯信道之間的連接性。并且，該方法的應用會干涉波束方向的控制，因為結果產生的波束總是會偏向最高的功率源(盲適應)而不是意圖的方向，并且波束形狀一般會是不可預測的。
[0021]因此，當前沒有動態建立發送器或接收器中的天線與邏輯信道之間的連接性的已知方法。
【發明內容】
[0022]因此，本發明尋求單獨地或者以任意的組合減輕、減緩或消除上述缺點中的一個或多個。
[0023]根據本發明的第一方面，描述一種用于在數據庫中分配至少一個邏輯信道與天線布置的能夠與至少一個天線元件耦合的至少一個天線元件饋送之間的關系的方法。該方法包括以下兩組操作中的任一組:向至少一個第一邏輯信道施加第一信號；和檢測在至少一個第一天線元件饋送上是否存在從第一信號轉換的射頻信號;或者向天線布置的能夠與至少一個第一天線元件耦合的至少一個第一天線元件饋送施加第二信號;和檢測在至少一個第一邏輯信道上是否存在從第二信號轉換的邏輯信號。該方法還包括作為其響應在數據庫中分配該至少一個第一邏輯信道與該至少一個天線元件饋送之間的關系。這有利地允許經由多個收發器向多個天線元件分配邏輯信道。并且，可對有源天線陣列確定邏輯信道到波束形成系數的分配。
[0024]根據本發明的可選示例實施例，方法還可包括以下兩組操作中的任一組:將施加到該至少一個第一邏輯信道的第一信號轉換成射頻信號;和向該至少一個第一天線元件饋送施加該射頻信號;或者將施加到該至少一個第一天線元件饋送的第二信號轉換成邏輯信號;和向該至少一個第一邏輯信道施加該邏輯信號。
[0025]根據本發明的可選示例實施例，方法還可包括:經由支持來自多個物理信道的物理信道的至少一個電路元件路由第二信號;在來自多個電路元件的至少一個第一電路元件上檢測第二信號的存在;和在數據庫中分配該至少一個第一電路元件與以下中的至少一個之間的關系:該至少一個第一邏輯信道、該至少一個第一天線元件饋送。
[0026]根據本發明的可選示例實施例，轉換信號可包括執行來自以下項的組中的至少一個:上轉換處理、下轉換處理、數字到模擬轉換處理、模擬到數字信號處理、功率放大處理、開關處理。
[0027]根據本發明的可選示例實施例，響應于在該至少一個第一邏輯信道上沒有檢測到邏輯信號的存在，方法還可包括:迭代地檢測在多個邏輯信道中的至少一個另一邏輯信道上是否存在該邏輯信號；和響應于肯定的檢測，在數據庫中分配該至少一個天線元件饋送與所檢測到的至少一個另一邏輯信道之間的關系。
[0028]根據本發明的可選示例實施例，方法還可包括:響應于在該至少一個第一天線元件饋送上沒有檢測到從第一信號轉換的射頻信號的存在，迭代地檢測在多個天線元件饋送中的至少一個另一天線元件饋送上是否存在該射頻信號；和響應于肯定的檢測，在數據庫中分配至少一個第一邏輯信道與所檢測到的至少一個另一天線元件饋送之間的關系。
[0029]根據本發明的可選示例實施例，施加、檢測和分配可在檢測天線布置與該多個邏輯信道之間的路由配置時自動執行，由此有利地允許各種元件和信道的分配被自動實現。在一個例子中，這可形成用于有源天線陣列系統的自測試程序的一部分。
[0030]根據本發明的可選示例實施例，方法還可包括:在向該至少一個第一邏輯信道施加邏輯信號之后，無法在任何天線元件饋送上檢測到第二信號;和作為其響應，將該至少一個第一邏輯信道識別為不與任何天線元件饋送連接;或者在向該至少一個第一天線元件饋送施加射頻信號之后，無法在任何邏輯信道上檢測到第一信號;和作為其響應，將該至少一個第一天線元件饋送識別為不與任何邏輯信道連接。以這種方式，方法可有利地識別物理或邏輯信道的非功能部件或電路或未連接天線元件。
[0031]根據本發明的可選示例實施例，方法還可包括:響應于將該邏輯信道識別不與任何天線元件饋送連接，實現以下操作中的至少一個:天線陣列的重新配置例程;發出與所識別的邏輯信道相關聯的警報;報告故障。以這種方式，可迅速地識別和校正非功能部件或電路。
[0032]根據本發明的可選示例實施例，當在數據庫中分配多個天線元件饋送與多個邏輯信道之間的關系時，方法還包括確定以下項中的至少一個:天線陣列的陣列大小、天線陣列的陣列形狀，由此有利地允許陣列大小被確定以及作為其響應將天線布置配置為特定的陣列形狀。
[0033]根據本發明的可選示例實施例，方法還可包括，為了形成天線布置的希望的波束，從數據庫提取分配信息并使用該分配信息來向邏輯信道施加波束加權。
[0034]根據本發明的可選示例實施例，當支持多載波操作時，向單個天線元件饋送分配多于一個的邏輯信道。
[0035]根據本發明的可選示例實施例，該至少一個第一信號可以是發送導頻信號。
[0036]根據本發明的第二方面，一種計算機程序產品包括用于在數據庫中分配至少一個邏輯信道與天線布置的能夠與至少一個天線元件耦合的至少一個天線元件饋送之間的關系的程序代碼，該計算機程序產品包括可操作用于當在網絡元件處被執行時執行第一方面的方法的程序代碼。
[0037]根據本發明的第三方面，一種網絡元件包括:包含多個天線元件饋送、支持多個物理信道和能夠與其連接的多個邏輯信道的多個射頻電路的天線布置;用于耦合該多個天線元件饋送與該多個射頻電路的接口。信號處理器被布置為完成以下兩組操作中的任一組:向至少一個第一邏輯信道施加第一信號;和檢測在該至少一個第一天線元件饋送上是否存在從第一信號轉換的射頻信號;或者