專利名稱：包括虛擬天線單元的天線陣的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線電通信系統(tǒng)的多單元天線接收器，特別涉及一種相關接收器的多重接收天線的信號處理。
背景技術：
最近人們提出，現(xiàn)存的無線系統(tǒng)的性能和容量都可以通過使用所謂的“智能(Smart)”天線技術來得到改進。特別地，可使用這些技術，以及與這些技術相聯(lián)系的空間時間信號處理，來防止期望引入信號的多路衰減的有害效應以及抑制干擾信號。通過這種方法，存在的和正在部署的數(shù)字無線系統(tǒng)(例如基于CDMA的系統(tǒng)，基于TDMA的系統(tǒng)，WLAN系統(tǒng)和基于OFDM的系統(tǒng)比如IERE 802.11 a/g)的性能和容量可得到改進。
據(jù)預計，這種智能天線系統(tǒng)將會更多地使用在基站基礎設施的部署和蜂窩系統(tǒng)的移動用戶單元(比如，手機)，以便處理施加在這些系統(tǒng)上的、增長的需求。這些需求部分由于現(xiàn)在的基于聲音的服務向下一代無線多媒體服務的轉(zhuǎn)變而增長，以及隨之而來的聲音、圖像和數(shù)據(jù)發(fā)射模式之間界限的模糊。在該類下一代系統(tǒng)中使用的用戶單元將很有可能會要求表現(xiàn)出相對于現(xiàn)存的蜂窩移動無線電標準更高的聲音質(zhì)量，以及提供高速的數(shù)據(jù)服務(比如，高至10兆字節(jié)/秒)。然而，達到高速和高服務質(zhì)量是很復雜的，因為移動用戶單元被希望是很小很輕的，而且能夠在多種環(huán)境下(比如蜂窩/微蜂窩/微微蜂窩，城市/郊區(qū)/農(nóng)村，以及室內(nèi)/室外)可靠地運行。另外，除了提供高質(zhì)量的通信和覆蓋，要求下一代系統(tǒng)具有更多的高效率的可使用帶寬，而且定價合理以便保證被廣泛的市場所接受。
在很多無線系統(tǒng)，整體性能和容量的降低由于三個主要因素多路衰減、接收的多路信號元件間的延遲的擴散、和信道共信道干擾(CCI，co-channelinterference)。眾所周知，多路衰減是由于被路由到接收天線的信號橫越多路徑引起的。來自這些路徑的不同相位的信號聚集在一起，造成接收信號的振幅和相位隨著天線的位置、方向和偏振，以及時間(作為通過環(huán)境運動的結(jié)果)而改變。增加質(zhì)量或者減少有效錯誤率，以便消除多路衰減的影響已經(jīng)被證明是極端困難的。雖然在理論上可通過使用更高的發(fā)射功率或者增加帶寬來減少多路衰減的影響，但是這些方法經(jīng)常與下一代系統(tǒng)的要求不一致。
如上面所提及的，“延遲擴散”或者接收的多路信號的多種元件之間的傳播延遲的不同，也構成了改進無線通信系統(tǒng)的性能和容量的主要的障礙。據(jù)報告，當延遲擴散超過了信號波期的約10％，導致的嚴重的信號間干擾(ISI，intersymbol interference)通常會限制最大數(shù)據(jù)率。這種困難在窄帶系統(tǒng)中，比如全球移動通信系統(tǒng)中(GSM)中最經(jīng)常發(fā)生。
信道共信道干擾的存在反過來也影響蜂窩系統(tǒng)的性能和容量?，F(xiàn)存的蜂窩系統(tǒng)通過將可使用的信道劃分為信道組來運行，一個信道組一個單元，頻率可再次使用。多數(shù)的時分多址(TDMA)系統(tǒng)使用7個頻率重用因子，而大多的碼分多址(CDMA)系統(tǒng)使用1個頻率重用因子。這種頻率重用造成CCI，其在信道組的數(shù)量減少時(就是說，當每個單元的容量都減少)增加。在TDMA系統(tǒng)中，CCI主要來自一個或者兩個其他用戶，而CDMA系統(tǒng)可能存在很多的強干擾，這些干擾可能在單元內(nèi)或者來自臨近的單元。對一個給定的CCI水平，可以通過減小單元大小增加容量，但是代價是增加基站。
對上面描述的對這種蜂窩系統(tǒng)性能的損害至少可以部分地通過使用多單元天線系統(tǒng)得到改善，這種天線系統(tǒng)將分集增益引入到信號接收過程。至少存在三種初級的方法來影響這樣的分集增益，通過每個天線單元接收的信號的去相關(decorrelation)實現(xiàn)空間多樣化、偏振多樣化和角度多樣化。為了實現(xiàn)空間多樣化，天線單元被有效地分開，以獲得低衰減關聯(lián)。這種分開取決于角展度，就是信號到達天線單元的角。
如果移動用戶單元(比如，手機)被其他分散的物體包圍，一個只有四分之一波長的天線空間經(jīng)常是足夠達到低衰減關聯(lián)的。這就允許多空間分集式天線與手機結(jié)合，特別是處于高頻率的(由于天線體積的減小，作為提高頻率的一個功能)。另外，雙偏振天線可以被很近地放在一起，而保持低衰減關聯(lián)，正如不同式樣的天線(角或者方向多樣化)可以放在一起一樣。
雖然增加接收天線的數(shù)目提高了多天線系統(tǒng)各個方面的性能，為每個發(fā)射和接收天線提供一個獨立的射頻鏈的必要性也會增加成本。每個射頻鏈大體上由一個低噪音放大器、濾波器、降頻器以及數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器(A/D)組成，后三個設備通常占據(jù)了射頻鏈成本的大部分。在某個現(xiàn)存的單天線無線接收器中，所需的單個射頻鏈可能要占超過接收器總成本的30％。所以當接收天線的數(shù)目增加時，系統(tǒng)總成本和功率消耗可能急劇上升，這是很明顯的。因此，需提供一種技術，有效地增加接收天線，而不會成比例地增加系統(tǒng)成本和功率消耗。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本發(fā)明可被描述為一種處理天線陣接收信號的處理方法，以及完成這種方法的裝置，該方法包括接收信號的M個副本，M個副本中的每一個由天線陣的M個物理天線單元中相應的一個接收；確定M個物理天線單元到信號的M個響應，M個響應中的每一個對應于M個物理天線單元中的一個；再生成對于信號的N個響應(作為M個響應的函數(shù))，其中N個響應中的每一個代表沿著天線陣不同空間位置上的信號的響應。
在另一個實施例中，本發(fā)明被描述為一個用來接收信號的天線陣，包括一個包括M個物理天線單元的天線陣，其中M個物理天線單元被空間排列以接收相應的信號的M個副本中相應的一個，從而能夠生成接收信號的M個副本；以及一個包括M個信號處理鏈的陣處理模塊，其中M個信號處理鏈中的每一個都與M個物理天線單元中的一個相連。陣處理模塊用于為天線陣生成N個信號響應值，作為M個接收信號副本的函數(shù)，N個信號響應值包括至少一個虛擬天線響應值，其中N大于M。
在另一個實施例中，本發(fā)明被描述為一個陣處理模塊，包括M個信號處理鏈，其中M個信號處理鏈中的每一個用于接收來自M個物理天線單元中相應的一個的接收信號副本；以及一個連接到M個信號處理鏈的內(nèi)插模塊，其中內(nèi)插模塊用于為天線陣生成N個信號響應值，作為M個接收信號副本的函數(shù)。


在附圖中圖1是傳統(tǒng)的接收器的方塊圖，由多天線單元接收的信號被加權和合并，以生成輸出信號；圖2是傳統(tǒng)的空間-時間濾波配置的方塊圖；圖3是在無線通信系統(tǒng)內(nèi)的多輸入/多輸出天線裝置的示意；圖4是描述一種射頻域中多接收器天線系統(tǒng)的傳統(tǒng)結(jié)構的方塊圖；圖5是展示圖4中電路的數(shù)字對等物的方塊圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的結(jié)合陣處理模塊的接收器系統(tǒng)的方塊圖；圖7是示出在按照一個實施例處理信號時，圖6中陣處理模塊實施的步驟的流程圖；圖8A是圖6中的天線陣的一個實施范例的圖示；圖8B是圖9是示出適于接收信號的均勻線性天線陣的圖；圖10是描述結(jié)合按照本發(fā)明建立的虛擬單元天線陣的天線系統(tǒng)的方塊圖；以及圖11是示出按照本發(fā)明的一個實施例的圖10的天線系統(tǒng)的實施步驟的流程圖；圖12是描述另外一個結(jié)合按照本發(fā)明另外一個實施例建立的虛擬單元天線陣的天線系統(tǒng)的方塊圖；圖13是描述又一個結(jié)合按照本發(fā)明又一個實施例建立的虛擬單元天線陣的天線系統(tǒng)的方塊圖。
具體實施例方式
在下面的描述中，本發(fā)明的各個方面將會被描述。但是，對熟知本領域的人來說，本發(fā)明在實踐時可能只表現(xiàn)出本發(fā)明的某些方面，也可能是全部。為了解釋，特定的數(shù)字、材料和構造被闡述，以便提供一個對本發(fā)明完整的理解。但是，還是很明顯的是，對熟知本領域的人來說，本發(fā)明的使用可能不需要這些特定細節(jié)。在其他的例子中，熟知的特征就被省略或者簡化了，以便不使本發(fā)明變得晦澀模糊。
各操作將以一種最能幫助理解本發(fā)明的方法，作為多個分離的、依次操作的步驟被描述，然而，描述的順序不應該解釋為，這些操作順序是必須依靠的，特別是，這些步驟展示的順序。除此之外，短語“在一個實施例中”(inone embodiment)將會被重復使用，但是，這個短語不一定是指同一個實施例，雖然有可能是指同一個。
本發(fā)明指出的是一種在多單元天線系統(tǒng)中通過估算置于天線陣物理單元中的虛擬天線單元的響應來有效增加天線單元數(shù)量的方法。依照本發(fā)明的幾個實施例，陣的物理單元被放置得互相距離足夠近，以便能夠合并進行表征陣的接收相關波形的響應的多項式或者其他數(shù)學表達。然后可以通過計算合并的多項式或者其他的表達來確定與陣的虛擬天線單元相聯(lián)系的響應值。然后，將產(chǎn)生的與陣的虛擬和物理天線單元相關的陣響應值提供給一個相關的接收器以處理。
通過這種方法，本發(fā)明提高了性能，而沒有增加復雜性，所述的復雜性會隨之而來地直接增加物理天線單元的數(shù)量和相關的信號處理路徑。在一個具體的實施例中，本發(fā)明可用來減少與移動設備的多天線單元調(diào)配相關的復雜性、功率消耗和成本。這個實施例可有效地將天線單元從M個物理單元增加到大于M個有效天線單元。這種增加可使用有效插入法(比如，拉格朗日插入)實現(xiàn)，從而建立一套置于M個物理天線單元間的虛擬天線單元，和/或使用有效外插法在天線陣邊緣建立虛擬天線單元。
本發(fā)明不局限于移動設備，也可應用于基礎設施單元(比如，基站和接入點)。另外，本發(fā)明適用于所有已知的無線標準和調(diào)制方案(比如GSM，CDMA2000，WCDMA，WLAN，定點無線標準OFDM和CDMA)。
為了容易地理解本發(fā)明的原則，結(jié)合圖1-5提供了用于減輕延遲擴散、干擾和衰減效應的各種傳統(tǒng)的多單元天線系統(tǒng)的簡要描述。
參考圖1，所示的是一個傳統(tǒng)的接收器100的方塊圖，其中由多天線單元接收的信號被加權和合并，以生成輸出信號。所示的傳統(tǒng)分集式接收器為M個天線單元集102，以及分別與每個天線單元相連的是包括各加權部分110，112，114的并聯(lián)接收鏈104，106，108。接收鏈104，106，108都與組合器116相連，并且組合后的信號118從組合器116引出。
使用M個天線單元，該陣通常提供增強的天線增益“M”，以及針對基于天線單元中的衰減的相關的分集增益的多路衰減。在這里，天線增益被定義為用于給定的平均輸出信噪比(SNR，signal-to-noise ratio)的所需信號功率的減小，而分集增益被定義為對給定的衰減字節(jié)錯誤率(BER，bit error rate)所需的平均輸出信噪比的減小。
對于干擾的減輕，M個天線單元102中的每一個在加權部分110，112，114被分別加權，并在組合器116中被合并，以將信號干擾噪音比(SINR，signal-to-interference-plus-noise ratio)最大化。通常以一種使均方誤差最小，并且使用干涉相關的方式實施這種加權的過程，以減小干擾功率。
現(xiàn)在看圖2，示出了一個傳統(tǒng)的空間-時間濾波裝置200的方塊圖。所示的為第一天線202和第二天線204，分別與第一線性均衡器206和第二線性均衡器208相連。第一和第二線性均衡器206和208的輸出與組合器210相連，組合器201的輸出與MLSE/DFE部分212相連。
圖2的濾波裝置用于通過使用聯(lián)合時空處理來消除延遲擴散。一般地，因為CCI在接收器處是未知的，最佳的時空均衡器(無論從最小均方誤差的角度(MMSE，minimum mean square error)還是最大信號干擾噪音比的角度考慮)都包括一個增白濾波器。例如，使得CCI空間和時間上增白的線性均衡器(SE，linear equalizer)206，208，而圖2的濾波裝置都是典型的這樣的系統(tǒng)。如圖2所示，一個非線性濾波器跟隨著線性均衡器(LE)206，208(所述的非線性濾波器由MLSE/DFE部分212表示)，MLSE/DFE部分212通過使用決策反饋均衡器(DFE，decision feedback equalizer)或者最大可能結(jié)果估計器(MLSE，maximum-likelihood sequence estimator)來實施。
正如這個領域里技術一般的人所知的，渦輪原理(turbo principle)也可以被用來代替高性能的、非線性濾波器，但是其具有更高的計算靈活性。使用時空處理(STP)技術，上至4分貝的信噪比以及上至21分貝的信號干擾噪音比在一些的天線單元中被報道。
接著參考圖3，所示的是在一個無線通信系統(tǒng)內(nèi)的多輸入/多輸出天線裝置的一般的示意。所示的是一個與多個發(fā)射天線304相連的發(fā)射器302(TX，transmitter)，所述的發(fā)射器通過時間變換障礙306發(fā)射信號到多個連接到接收器(RX，receiver)310的接收天線308。正如所示，多個天線單元配置于無線通信系統(tǒng)300的發(fā)射器302(TX)和接收器(RX)310。
除了多輸入/多輸出天線(MIMO，multiple-input/multiple-output)裝置之外，其他的天線裝置可根據(jù)連接到發(fā)射器和接收器的信道“輸入”和“輸出”的數(shù)目被分類如下●單輸出/單輸入(SISO，single-input/single-output)系統(tǒng)，包括具有一個通過單天線向上鏈路和向下鏈路通信的收發(fā)器(比如，移動單元和基站)。
●多輸出/單輸入(MISO，multiple-input/single-output)系統(tǒng)，包括一個或者更多的通過多天線輸入向下鏈路的接收器，以及一個或者更多的通過單天線輸出向上鏈路的發(fā)射器。
●單輸出/多輸入(SIMO，single-input/multiple-output)系統(tǒng)，包括一個或者更多的通過單天線輸入向下鏈路的接收器，以及一個或者更多的通過多天線輸出向上鏈路的發(fā)射器。
多單元天線系統(tǒng)裝置(特別是MIMO)吸引力的一個方面在于可以通過這些構造達到的顯著的系統(tǒng)容量提高。假設發(fā)射器和接收器的可用信道能夠完美的估計是可實現(xiàn)的，在一個具有M個接收天線的MIMO系統(tǒng)中，接收信號可分解為M個獨立的信道。這導致了相對于SISO系統(tǒng)容量增加了M倍。對固定總體發(fā)射功率來說，由MIMO提供的容量與增加的用于較大但實際的數(shù)量的M個天線單元的信噪比成比例。
在一個特定的衰減多路信道的例子中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MIMO裝置的使用使每增加3分貝的信噪比帶來幾乎M個額外的字節(jié)/周期。這種MIMO縮放比例與基線配置相反，基線配置的特征在于M＝1，其被香農(nóng)(Shannon)經(jīng)典的公式換算為用于每3分貝信噪比的增加的1個額外的字節(jié)/周期。需注意的是這種MIMO系統(tǒng)帶來的容量的增加是在沒有任何相對于單個單元基線配置更多的附加寬帶的情況下實現(xiàn)的。
可是，無線通信系統(tǒng)中(特別是無線手機)分布廣泛的多單元天線裝置已經(jīng)受阻，因為導致的復雜性的增加和相關的功率消耗、成本和尺寸的增加。這些參數(shù)增加產(chǎn)生于很多建議結(jié)構的需求(至少部分地)，即為每個天線單元提供獨立的接收器鏈。
比如說，圖4描述一種射頻域中多接收器天線系統(tǒng)400的傳統(tǒng)結(jié)構。正如所示，圖4的實施包括一個獨立用于M個天線單元中的每一個的接收鏈402，404，406，而且接收鏈402，404，406中的每一個包括實現(xiàn)放大、濾波和混頻的單元。結(jié)果是，實施系統(tǒng)400的成本比實施具有單個接收鏈的系統(tǒng)高。另外，增加額外的天線單元經(jīng)常因為增加的成本、空間和/或相關的附加天線單元的功率而被禁止。
系統(tǒng)400示范的方法是很落后的，因為模擬相位轉(zhuǎn)換器和多種增益放大器的使用使得它變得相對昂貴和對性能的下降變得敏感(由于衰老、溫度變化和指定公差的差異)。另外，因為圖4的實施使用了接收和發(fā)射天線單元之間的相位關系(即路徑微分延遲通過每個接收處理鏈來維持)，剛性粘著和精確校準在每個射頻處理鏈中都是必須的。
參考圖5，所示的是一個展示圖4中系統(tǒng)的數(shù)字對等物的方塊圖。一般地，圖5中數(shù)字電路裝置500的性能實際上因為上文描述的和圖4同樣的原因而有所下降。這就是說，對與每個天線單元聯(lián)系的整個的接收鏈(即從射頻到到基帶)的復制導致規(guī)模、成本、復雜程度和功率消耗的增加。結(jié)果是，在多接收天線系統(tǒng)中增加附加的天線單元現(xiàn)在已經(jīng)不適合在無線通信系統(tǒng)中的手機和其他移動終端部署了。
概述和系統(tǒng)結(jié)構本發(fā)明是關于一種用來實施在移動設備內(nèi)多天線單元的系統(tǒng)和方法，所述的實施通過一種潛在地減小成本和功率消耗的方式，成本和功率消耗典型地伴隨多天線單元天線裝置。
圖6是一個根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的結(jié)合了陣處理模塊610的接收器系統(tǒng)600的方塊圖。陣處理模塊610接收來自天線陣618的M個物理天線單元614的信息，天線陣618具備N個單元。除了M個物理天線單元614，天線陣618也有效地包括一組虛擬(就是說，非物理)天線單元622。參考圖6，也同時參考圖7，圖7是示出當處理一個天線陣618接收的信號時，陣處理模塊610實施的步驟的流程圖。
陣處理模塊610用于將虛擬天線單元622對天線陣618上的波形撞擊的響應合成。這些響應與M個物理天線單元614產(chǎn)生的響應一起，然后被傳送至接收器630進一步處理。在一個實施例中，陣處理模塊61O在傳送它們到接收器630之前，進一步處理來自虛擬天線單元622和M個物理天線單元614的響應。
在操作中，一個信號撞擊到天線陣618，M個物理天線單元614中的每一個接收到一個信號副本。陣處理模塊610然后接收到來自M個物理天線單元614的M個信號副本(步驟700)。
接著，陣處理模塊610確定M個物理天線單元中的每一個對信號的響應(步驟702)。正如這里進一步討論的那樣，在一些實施例中，M個物理天線單元614中的每一個的響應被計算為與M個物理天線單元614中的每一個相關的權重參數(shù)的函數(shù)。在其他的實施例中，M個物理天線單元中的每一個的響應通過對每一對應的M個信號副本采樣得到。
在M個物理天線單元614的響應確定以后，陣處理模塊610計算虛擬天線單元622的響應，作為M個物理天線單元614的響應的函數(shù)(步驟704)。在幾個實施例中，虛擬天線單元622每一個的響應通過內(nèi)插和/或外插M個物理天線單元614中的至少兩個而被計算出來。
因此，陣處理模塊610提供N個信號響應，這就是說，天線陣618中的每一個都有一個響應(步驟706)。N個響應然后可以傳送到接收器630之前被陣處理模塊610進一步處理。
較優(yōu)地，陣處理模塊610有效地為接收器30提供具有N個(比如，5個)單元的天線陣，盡管只有M個(比如，3個)物理天線單元被布置。結(jié)果是，陣處理模塊提供了天線陣的優(yōu)點，所述天線陣具有N個物理單元，而沒有通常與N個接收鏈相聯(lián)系的相關成本和功率消耗。
應該注意的是，陣處理模塊610可能作為一組指令被實施，所述的指令在專用的硬件、固件或者使用處理器或者其他執(zhí)行指令以實現(xiàn)提供的功能的機器中執(zhí)行。還應該注意的是，陣處理模塊610和接收器630在圖6中為了描述陣處理模塊610實施的特定函數(shù)而被展示為獨立的塊，但是陣處理模塊610可能與接收器分享同一個硬件。進一步，陣處理模塊610可能合并為接收器630的一部分。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8A和圖8B，所示的分別是暴露給信號602的天線陣618，和天線陣618作為時間的函數(shù)接收的信號的副本的圖示。正如將被描述的那樣，物理天線單元614相臨的部分空間上相距不超過距離λ/2，其中λ代表天線陣618接收的信號能量的波長。正如所示，天線陣618包括一組三個單元的物理天線單元614(比如，M＝3)和兩個虛擬天線單元622，因此有效地得到5單元的陣(比如，N＝5)。正如圖8A所示，信號602的波前從左至右以角度到達天線陣618(方向604垂直于天線陣618)，首先第一個信號副本S0被最左側(cè)的物理天線單元接收到，而最右側(cè)的天線單元614直到4*(dsin/c)秒以后才會接收到一個相應的副本S2，其中所述的最右側(cè)的天線單元614距離最左側(cè)的物理天線單元614為4*d。
如圖8B所示，在4*(dsin/c)秒延遲后，最右側(cè)的物理天線單元614接收到信號副本S2。結(jié)果是，在副本S2被最右側(cè)的天線接收到以后，最左側(cè)的天線已經(jīng)接收到5個周期(每個長dsin/c秒)的信號。正如所示，在4*(dsin/c)秒延遲后，總天線陣618的響應可以通過內(nèi)插物理天線單元614對信號副本S0、S1、S2的響應來計算得到。
本發(fā)明的原理可提供參考時間頻率信號處理的各個方面來得到進一步理解。在這方面，觀察到濾波器以脈沖響應值hm為特征，其通常與樣本間隔時間T。線性變換不變量系統(tǒng)也以頻率響應為特征H(ejωT)=Σm=0M-1hme-jmωT...(1)]]>方程式(1)中，包括M個樣本的有限長度脈沖響應以{tm}表示。與熟知的取樣法則相一致，為了避免任何相位模糊的產(chǎn)生，有必要這樣設定取樣間隔(T)和角頻率(ω)，這樣(1)中的指數(shù)的變元滿足關系ωT≤π。
參考圖9，可以看到一個包括多個物理陣單元904的均勻線性天線陣900。陣單元904單元長度為l，互相距離單元長度為d。另外，一個信號波形S以角方向撞擊到線性天線陣900上。假設陣900包括規(guī)則地以間距d排列的M個物理陣單元904，那么這些陣單元904位于xm＝md，m＝0，1，2……M-1。陣900可以以一個孔徑濾波函數(shù)(aperture smoothing function)為特征，表達如下W(u)=Σm=0M-1wme-jω2π[u/λ]d...(2)]]>其中，wm是一個與每個陣單元相聯(lián)系的權重參數(shù)，是陣900側(cè)面和相關波長為λ的波形之間的角，而變量u被表達式u＝sin定義。在示范的實施例中，權數(shù)wm定義了一個標準窗口函數(shù)或者可以根據(jù)特定標準有選擇地改動。
顯然，方程式(2)中的表達的某些方面可從圖9幾何圖形得到。特別地，對于一個相關的起源于陣900無限遠處的波形來說，在兩個相臨單元之間通過的距離差是dsin。當這個距離被轉(zhuǎn)化為相位角，結(jié)果是方程式(2)中的指數(shù)的表達(其中，通過距離的每個波長λ相當于2π)。總之，陣濾波函數(shù)方程式(2)的公式和計算，涉及將陣900所有的單元的響應加權，對加權的響應求和，以及輸出加權響應的和。
值得注意的是，孔徑濾波函數(shù)方程式(2)表示了這樣的方法，這種方法中，相關波形的傅立葉變換被“過濾”了，或者就作為通過有限孔徑的觀察結(jié)果而被改變。這可以被類似地考慮為以濾波操作為特征的頻率響應的作用，所述的頻率響應揭示了一種方法，通過這種方法接收信號的孔徑被這樣的濾波操作過濾了。
給定的方程式(1)和(2)間類似的關系，本發(fā)明承認一些限制應當施加于方程式(1)中的參數(shù)，以防止方程式(1)中出現(xiàn)失真的情況，允許在方程式(2)中出現(xiàn)類似“反失真”的限制。特別地，在方程式(2)的指數(shù)的變元必須滿足下面的限制，以保證失真的情況不會發(fā)生。
2π|u|λd=|kx|.d≤π...(3)]]>其中kx＝2πu/λ是波數(shù)的x分量。
圖9中的一維陣的陣模式和濾波頻率響應之間的關系現(xiàn)在可以表達如下ω↔kx=2πuλT↔dhn↔wn{tM}↔M...(4)]]>考慮到方程式(4)，時空取樣限制T≤π/ωmax可以表達為空間域取樣限制d≤λmin/2。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)明者已經(jīng)承認方程式(4)中闡述的關系允許將時間域內(nèi)插法使用于線性天線陣，以便能夠計算那些“虛擬天線”的響應，所述的“虛擬天線”的響應可能或者位于陣的物理單元之間，或者置于陣的邊緣。這就是說，對由一個線性陣(比如，陣618，900)的物理單元生成的響應使用內(nèi)插和外插法，允許各種位于陣的物理單元(比如，陣618，900)中的虛擬天線的導出。正如上文所提及的，這個概念通過圖8A中在物理天線單元614中的虛擬天線單元622被示出。
各種熟知的時間域內(nèi)插和外插技術可以在陣618、900的物理單元614、904的響應的基礎上，被用來生成虛擬天線單元622的響應?？梢岳斫獾氖牵@種在空間域內(nèi)的“取樣”有效地達到陣的響應的估計，所述響應具有給定的特定天線幾何圖形，輸入信號載波頻率和相關接收波形的角度。時間域估計方法(例如拉格朗日技術和徑向基礎函數(shù)(RBF，Radial Basis Function)網(wǎng)絡)可以被用來內(nèi)插和外插?？墒抢窭嗜蘸瘮?shù)在外插時不如RBF技術有效。因為RBF網(wǎng)絡可以用來解決非線性可分離分級問題，這種網(wǎng)絡也可用來進行對一組多維空間上的數(shù)據(jù)點進行內(nèi)插和/或外插的操作。熟知本領域的人會理解，可使用其他與本發(fā)明一致的方法的內(nèi)插和外插技術可以，而且以上的技術應該被視為例示的而不是排他的使用。那些本領域普通技術人員也會理解，內(nèi)插和外插的有效性取決于天線的相互關系。
現(xiàn)將提供一種確定分布在物理天線單元的陣的虛擬天線的響應的內(nèi)插和外插技術使用的特例?？紤]到下面的方程式(7)，可構建一個n次的方程式，以便通過使用拉格朗日內(nèi)插與一個給定的函數(shù)在n+1均勻或者非均勻點上一致。為了這個目的，拉格朗日內(nèi)插法則預期給定的n+1個不同的(實數(shù)或者復數(shù))點，z0，z1，……zn，和n+1個(實數(shù)或者復數(shù))值，w0，w1，……wn，存在唯一的多項式 滿足pn(zi)＝wi，i＝0，1，...，n.(5)考慮到轉(zhuǎn)化到在(2)-(4)中闡述的空間域，(5)中的表達可以被用來推導一個拉格朗日內(nèi)插法則pm(di)＝wi，i＝0，1，...，m.(6)其中di為天線陣的相鄰單元間的間距。
拉格朗日內(nèi)插的特征也可以被表示為一種找到通過平面上一組特定的點{x(i)，y(i)}，1≤i≤n的多項式y(tǒng)＝f(x)的方法。只有一種情況置于這些點上，那就是，所有的點都有不同的x坐標。也就是，x(i)＝x(j)當且僅當I＝j。這樣的多項式被定義如下。對1≤i≤n，令
p(j,x)=Πi≠j{x-x(i)}...(7)]]>方程式(7)的表達式在n個點除了在x(j)不為零之外都等于零。下面，另y=f(x)Σj=1my(j)p(j,x)/p(j,x(j))...(8)]]>表面上方程式(8)的多項式為n-1次，而且有對于每個I，f(x(i))＝y(tǒng)(i)的特性。比如說，一個在兩個點{x(1)，y(1)}和{x(2)，y(2)}使用方程式(8)的多項式。在這種情況下，p(1，x)＝x-x(2)，和p(2，x)＝x-x(1)。接下來(9)y＝f(x)＝y(tǒng)(1)[x-x(2)]/[x(1)-x(2)]+y(2)[x-x(1)]/[x(2)-x(1)]＝x[y(1)-y(2)]/[x(1)-x(2)]+[x(1)y(2)-x(2)y(1)]/[x(1)-x(2)](10)y-y(2)＝x[y(1)-y(2)]/[x(1)-x(2)]+[x(2)y(2)-x(2)y(1)]/[x(1)-x(2)]＝x[y(1)-y(2)]/[x(1)-x(2)]-x(2)[y(1)-y(2)]/[x(1)-x(2)][y-y(2)]/[y(1)-y(2)]＝[x-x(2)]/[x(1)-x(2)] (11)可觀察到方程式(11)與通過兩點{x(1)，y(1)}和{x(2)，y(2)}的線的方程式一致。
現(xiàn)在考慮涉及三個點(-2，5)、(0，1)和(3，7)的例子。那么p(1，x)＝(x-0)(x-3)＝x2-3xp(2，x)＝(x+2)(x-3)＝x2-x-6 (12)p(3，x)＝(x+2)(x-0)＝x2+2x現(xiàn)在y＝f(x)＝5(x2-3x)/10+1(x2-x-6)/(-6)+7(x2+2x)/15＝4/5x2-2/5x+1
=4x2-2x+55...(13)]]>這可以檢驗如下f(-2)＝(16+4+5)/5＝5f(0)＝(0+0+5)/5＝1f(3)＝(36-6+5)/5＝7(14)再次參考圖8，方程式預計的空間內(nèi)插可以應用于展開陣618。特別地，陣618的三個物理天線單元614(即，M＝3)可以通過使用拉格朗日空間內(nèi)插(可以理解，不同的內(nèi)插方案可能得到不同的虛擬天線數(shù)量，給定M個物理天線)得到一個合適的多項式來擴展為5單元的天線系統(tǒng)((就是說，N＝2×3-1)。陣618的虛擬天線622的響應可以通過計算陣618的物理天線之間的期望的位置的多項式而得到。陣618，具備3個物理天線614和2個虛擬天線622，將在相關環(huán)境中得到與一個包括5個物理天線單元的線性天線陣相同的統(tǒng)計特征。這種特征使得能夠基于傳統(tǒng)的具有規(guī)則單元間距的陣建立一個稀疏的陣。在圖8的例子中，天線距離dm＝λ/2和dn＝λ/4，是均勻的但是這種均勻不是必需的標準。這就是說，本發(fā)明教義也可以被用來建立一個一維或者多維的隨機陣，其中單元的一定的部分可以隨機地移開。
天線單元間距(就是說，空間取樣)能夠通過使用最小化最大旁瓣能量、或者最小化旁瓣能量標準來最優(yōu)化。通過最優(yōu)化天線單元間距和陣加權函數(shù)，可建立一個具有最優(yōu)的空間抑制的非均勻天線陣?？墒褂弥T如優(yōu)化干擾抑制的優(yōu)化標準實現(xiàn)優(yōu)化。例如，一個應用于陣的預先定義的訓練序列可與用作相關陣的單元加權優(yōu)化的加權標準一起使用。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖10，展示了描述一個結(jié)合按照本發(fā)明建立的虛擬單元天線陣1010的天線系統(tǒng)1000的方塊圖。陣1010包括M個物理天線單元1014和一個或者更多的虛擬天線單元1018，所述的虛擬天線單元1018可以置于M個物理天線單元1014之中。一個降頻部分1004被連接到M個物理天線單元1014，可以用來將M個物理天線單元1014的每一個接收的信號副本從射頻變換到基帶。
在這個實施例中，降頻部分1004在陣處理模塊1002之中，并與M個物理信號處理鏈1040的每一個相連，物理信號處理鏈1040接收來自降頻部分1004的接收信號的副本。正如所示，M個物理天線單元1040通過M個物理信號處理鏈1040與求和部分1050相連。
陣處理模塊1002進一步包括一個自適應加權模塊1022，和一個內(nèi)插模塊1030，內(nèi)插模塊1030操作上分別地，與第一多個物理加權單元1034相連，及第二多個物理加權單元1038相連。正如所示，第一多個物理加權單元1034的每一個與M個物理信號處理鏈1040中相應的一個相連。第二多個物理加權單元1038的每一個也與M個物理信號處理鏈1040中相應的一個相連，但是與第一多個物理加權單元1034相比，是沿著M個物理信號處理鏈1040“下游”連接。在本實施例中，內(nèi)插模塊1030操作上與一個或者多個與求和部分1050相連的虛擬加權單元1042相連。
第一多個物理加權單元1034按照預先定義的由自適應加權模塊1022執(zhí)行的運算法則來重復地被調(diào)節(jié)。相似地，第二多個物理加權單元1038和一個或者多個虛擬加權單元1042按照預先定義的由內(nèi)插模塊1030執(zhí)行的運算法則來重復地被調(diào)節(jié)。當參考圖10的同時，也參考圖11，圖11是示出按照本發(fā)明的一個實施例的天線系統(tǒng)1000的實施步驟的流程圖。
應該承認的是，內(nèi)插模塊1030不限于進行內(nèi)插計算。本領域普通技術人員可以理解，內(nèi)插模塊1030可以被用來從物理天線單元的響應值來外插虛擬天線單元的響應值；因此，一個位于天線陣一端的虛擬天線單元的響應值可以被計算。
在天線系統(tǒng)1000的運行中，M個物理天線單元1014中的每一個接收一個信號的一個副本(步驟1100)。結(jié)果是，M個物理信號處理鏈1040的每一個接收到M個信號的副本之一?；贛個信號的副本，自適應加權模塊1022建立M個相應的物理加權參數(shù)(步驟1102)。特別地，物理加權參數(shù)(歸于第一多個物理加權單元1034)通過自適應加權模塊1022執(zhí)行的限制自適應運算法則首先被確定。這樣的自適應運算法則處理天線陣1010的輸入(就是說，M個信號副本)，并計算一組與第一多個物理加權單元1034相聯(lián)系的加權參數(shù)(比如，復數(shù)值)。
經(jīng)過自適應加權模塊1022的自適應算法的多次迭代的執(zhí)行，M個物理天線單元1014中的每一個的響應值通過使用(比如說)方程式2被確定，這是作為加權參數(shù)的相應的一個的函數(shù)(步驟1104)。然后使用前面討論過的任何一種方法內(nèi)插M個響應值(對應于M個物理天線單元1014)，以便計算一個或者更多的虛擬天線單元1018的響應值(步驟1106)。得到的一個或者更多的虛擬天線單元1018的響應值和M個物理天線單元1014中的響應值共同提供了一個陣響應。
然后，內(nèi)插模塊1030使用得到的陣響應計算物理加權單元1038和虛擬加權單元1042的一組新的加權參數(shù)(1108)。然后在求和部分1050合并來自物理加權單元1038和虛擬加權單元1042的加權的信號，所述的求和部分1050在天線處理模塊1002的輸出提供了接收信號的表達。
下面參考圖12，所示的是結(jié)合按照本發(fā)明另外一個實施例建立的虛擬單元天線陣1210的天線系統(tǒng)1200。天線陣1210包括N個總天線單元，所述的總天線單元包括第一、第二和第三物理天線單元1214、1216和1217以及第一和第二虛擬天線單元1218和1220。第一虛擬天線單元1218如所示置于第一和第二物理天線單元1214和1216之間，而第二虛擬天線單元1220如所示置于天線陣1210的邊緣、臨近第三物理天線單元1217。第一、第二和第三物理天線單元1214、1216和1217是M個物理天線單元的一個子集，所述的M個物理天線單元是天線陣1210中N個總天線單元的子集。
與M個物理天線單元中每一個相連的是M個物理信號處理鏈1240中相應的一個，所述的M個物理信號處理鏈在陣處理模塊1202中展示。正如所示，M個物理處理鏈1240中的每一個終止于求和部分1250，而沿著M個物理處理鏈1240中的每一個的是一個物理加權單元1238。
陣處理模塊1202也包括第一和第二虛擬信號發(fā)生器1244和1246，它們分別與第一和第二虛擬信號處理鏈1248和1249相連。第一和第二虛擬信號處理鏈1248和1249終止于求和部分1250，并分別包括第一和第二虛擬加權單元1242和1243。
在這個實施例中，在陣處理模塊1202中的內(nèi)插模塊1230與M個物理處理鏈1240中的每一個相連，這樣它就能夠?qū)個物理處理鏈1240中的每一個接收的信號副本進行取樣。內(nèi)插模塊1230也與第一和第二虛擬信號發(fā)生器1244和1246相連，所述的虛擬信號發(fā)生器能夠在第一和第二虛擬天線單元1218和1220的空間位置生成表達接收信號的信號。
據(jù)預期，陣處理模塊1200進行的處理可以在射頻和/或基帶實現(xiàn)。例如，內(nèi)插模塊1230可對基帶信號取樣和操作，而自適應加權部分1222計算基帶信號的加權參數(shù)。作為選擇，內(nèi)插模塊1230和自適應加權部分1222都可以在射頻域內(nèi)操作?？墒牵瑸榱嗣枋鎏炀€系統(tǒng)1200的運行，假設內(nèi)插模塊1230和自適應加權部分1222正在基帶域內(nèi)操作，也就是說，接收信號的副本在被取樣之前通過降頻部分(圖中未示出)降頻。
在操作中，當一個接收信號撞擊天線陣1210時，M個物理天線單元中每一個接收M個信號副本中相應的一個。然后內(nèi)插模塊1230通過對M個信號副本中相應的一個進行取樣來確定M個物理天線單元中每一個對信號的響應。
內(nèi)插模塊1230然后計算第一和第二虛擬天線單元1218和1220，作為M個取樣信號副本的函數(shù)。這種計算涉及內(nèi)插第一和第二物理天線單元1214和1216的響應，以便確定第一虛擬天線單元1218的響應，還涉及外插至少M個物理天線單元(包括第三物理天線單元1217)的一部分的響應，以便確定第二虛擬天線單元1220的響應。這些計算可以按照任何一種之前討論過用來計算第一和第二虛擬天線單元1218和1220響應值的技術來實現(xiàn)。本領域中普通技術人員將會理解，在內(nèi)插和外插技術生效之前，M個物理天線單元必須有足夠的相關性。
在本實施例中，M個取樣信號副本的振幅被假設為在天線陣1210中都一致，而且只有第一和第二虛擬天線單元1218和1220的相位值通過前面討論過的一種方法被計算?？墒?，在其他的實施例中，M個取樣信號副本的信號振幅和相位信息被用來計算虛擬天線單元的響應值。
然后內(nèi)插模塊1230提供第一和第二虛擬信號發(fā)生器1244和1246的每一個獨立的相位信息，所述的相位信息被虛擬信號發(fā)生器1244和1246分別用來生成第一和第二虛擬天線單元1218和1220的第一和第二虛擬天線響應。在本實施例中，相位信息是一個相位偏移，所述的相位偏移在被一個物理天線單元接收的信號副本加倍時，為臨近物理天線單元的虛擬天線單元提供虛擬天線單元響應。
比如說，如圖12所示，在第一物理天線單元1214接收的信號的副本被提供給第一虛擬信號發(fā)生器1244，在虛擬信號發(fā)生器1244處信號副本被相位偏移加倍，以便生成對第一虛擬天線單元1218的響應，所述的響應代表了對在第一虛擬天線單元1218的空間位置的接收信號的響應。相似地，在第三物理天線單元1217接收的信號的副本被提供給第二虛擬信號發(fā)生器1246，在虛擬信號發(fā)生器1246處信號副本被相位偏移加倍，以便生成對第二虛擬天線單元1218的響應，所述的響應代表了對在第二虛擬天線單元1220的空間位置的接收信號的響應。
結(jié)果是，陣處理模塊1202生成對接收信號的N個響應，作為M個接收信號副本的函數(shù)；也就是，M個物理天線單元生成的M個響應和第一和第二虛擬天線單元1218和1220計算得到的響應。
在本實施例中，M個信號響應中的每一個被加權參數(shù)(通過可自適應調(diào)節(jié)加權模塊1222計算)在物理加權單元1238相應的一個處加權，第一和第二虛擬天線單元1218和1220的響應被加權參數(shù)分別地在第一和第二虛擬加權單元1242和1243處加權。然后M個物理天線單元的加權的響應和第一、第二虛擬天線單元1218和1220加權的響應在求和部分1250處被合并，以形成一個信號來表示天線陣1210接收的信號，所述的信號作為陣處理模塊1202的輸出被提供。
下面參考圖13，所示的是一個結(jié)合按照本發(fā)明又一個實施例建立的虛擬單元天線陣1310的天線系統(tǒng)1300。在這個實施例中，天線系統(tǒng)1300和天線系統(tǒng)1200是相同的，除了第三虛擬天線單元1324代替了第二物理天線單元1216。另外，與第二物理天線單元1216相關的物理處理鏈1240被第三虛擬處理鏈1352替代了，所述的虛擬處理鏈1352與第三虛擬信號發(fā)生器1350相連，并且包括第三虛擬加權單元1354。
正如所示，在這個實施例中，第三虛擬信號發(fā)生器1350通過對在第一物理天線單元1314接收的信號副本的加倍，生成對第三虛擬天線單元1324的響應，加倍通過內(nèi)插模塊1330提供的相位偏移實現(xiàn)。結(jié)果是，兩個相臨的虛擬天線單元1318和1324的響應因為隨后的過程生成。一個在本領域的普通技術人員可以理解，兩個相臨的虛擬天線單元1318和1324必須距離至少天線陣1310兩個相關的物理天線單元足夠近，以便提供兩個相臨虛擬天線單元1318和1324的對接收信號的響應的精確表達。
出于解釋的目的，上述的描述使用了特定的術語來提供對發(fā)明全面的理解?？墒?，對熟知本領域的人來說是很顯然的是，為了操作本發(fā)明特定的細節(jié)是不需要的。在其他的例子中，已知的電路和設備以方塊圖的形式展示，以便避免對本發(fā)明的不必要的誤解。因此，上述的本發(fā)明的特定的實施例的描述出于示意和描述的目的被展示。它們并非意于完全詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于這些精確解釋的形式，顯然，考慮到以上的教義，許多修改和變化都是可能的。選擇和描述這些實施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理和它的實際應用，并因此使其他熟知本領域的人最好地使用本發(fā)明和各種適合預期的特定用途的做出各種修改的實施例。
權利要求
1.一種處理天線陣接收的信號的方法，其特征在于，包括接收M個信號副本，M個副本中的每一個由天線陣中的相應的M個物理天線單元中的一個接收；確定M個物理天線單元對信號的M個響應，M個響應中的每一個對應于M個物理天線單元中的一個；以及生成N個對信號的響應，分別與N個沿著天線陣的空間位置相關，作為M個物理天線單元對信號的響應的函數(shù)，其中N個空間位置中至少有一個不與M個物理天線單元中的任何一個的位置不重合。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，N個響應中的N-M個響應與位于物理天線單元中的虛擬天線單元相關。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，N-M個響應中的至少一個通過內(nèi)插M個響應中的至少兩個生成。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，N-M個響應中的至少一個通過由M個響應中的至少兩個外插生成。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，包括在確定M個物理天線單元的M個響應之前，將M個信號副本從射頻降頻至基帶。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定包括計算M個物理加權參數(shù)，M個物理天線單元中的每一個的響應作為M個物理加權參數(shù)中相應的一個的函數(shù)被確定。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定包括對M個副本中的每一個取樣，從而M個響應中的每一個包括M個信號副本的相應的一個的樣本。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括對N個對信號的響應進行加權，從而生成N個加權的信號；以及對N個加權的信號進行合并，從而生成信號的表達。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，信號遵從組中選出的一個通信協(xié)議正交頻分多路調(diào)制，時分多址，碼分多址，高斯最小移鍵控，補碼鍵控，正交相移鍵控，頻移鍵控，相移鍵控和正交幅度調(diào)制。
10.一種用于接收信號的天線系統(tǒng)，其特征在于，包括包括M個物理天線單元的天線陣，所述M個物理天線單元空間上分布以接收M個信號副本中相應的一個，從而能夠生成接收信號的M個副本；以及，包括M個信號處理鏈的陣處理模塊，所述M個信號處理鏈中的每一個都與M個物理天線單元中的一個相連；其中陣處理模塊被構建以為天線陣生成N個信號響應值，作為接收信號的M個副本的函數(shù)；所述N個信號響應值包括至少一個虛擬天線響應值，其中N大于M。
11.根據(jù)權利要求10所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，陣處理模塊包括連接到M個信號處理鏈的加權模塊，其中加權模塊被構建以計算M個物理加權參數(shù)，作為M個接收信號副本的函數(shù)，所述M個物理加權參數(shù)中的每一個與M個物理天線單元中的相應的一個相關；以及連接到M個信號處理鏈的內(nèi)插模塊，其中內(nèi)插模塊被構建以為天線陣生成N個信號響應值，作為M個物理加權參數(shù)的函數(shù)。
12.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，內(nèi)插模塊被構建以計算M個信號響應值，作為M個物理加權參數(shù)的函數(shù)，以及內(nèi)插M個信號響應值中的至少兩個來提供虛擬天線響應值。
13.根據(jù)權利要求10所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，陣處理模塊包括連接到M個信號處理鏈的內(nèi)插模塊，其中所述內(nèi)插模塊被構建以為天線陣生成N個信號響應值，作為M個信號副本的函數(shù)；連接到M個信號處理鏈的加權模塊，其中加權模塊被構建以計算N個加權參數(shù)，作為N個信號響應值的函數(shù)。
14.根據(jù)權利要求10所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述天線陣的N個信號響應值包括M個對應于M個物理天線單元的信號響應值，其中虛擬天線響應值對應于位于距離至少兩個物體天線單元為λ/2之內(nèi)的虛擬天線單元，其中λ表示一個信號載波頻率的波長。
15.根據(jù)權利要求14所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬天線單元插于M個物理天線單元中的至少兩個之間。
16.根據(jù)權利要求14所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬天線單元位于天線陣的邊緣。
17.根據(jù)權利要求10所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述M個物理天線單元中的至少兩個空間相距不超過λ/2，其中λ表示一個信號載波頻率的波長。
18.根據(jù)權利要求10所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述陣處理模塊被構建以為天線陣生成N個信號響應值，作為M個由內(nèi)插和外插組中選出的方法接收的信號副本的函數(shù)。
19.根據(jù)權利要求10所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述信號遵從從組中選出的一個通信協(xié)議正交頻分多路調(diào)制，時分多址，碼分多址，高斯最小移鍵控，補碼鍵控，正交相移鍵控，頻移鍵控，相移鍵控，和正交幅度調(diào)制，。
20.一種用于接收信號的接收器系統(tǒng)，其特征在于，包括包括用來接收M個信號副本的M個物理天線單元的天線陣，M個副本中的每一個由M個物理天線單元中相應的一個接收；確定M個物理天線單元中的每一個對信號的響應的裝置；以及生成N個對信號的響應的裝置，作為M個物理天線單元對信號的響應的函數(shù)，N個對信號的響應分別與N個沿著天線陣的空間位置相聯(lián)系，其中N個空間位置中至少有一個不與M個物理天線單元中的任何一個的位置重合。
21.根據(jù)權利要求20所述的接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述N個響應中的N-M個響應與位于物理天線單元中的虛擬天線單元相關。
22.根據(jù)權利要求21所述的接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述生成裝置包括通過內(nèi)插M個響應中的至少兩個生成N-M個響應中的至少一個的裝置。
23.根據(jù)權利要求21所述的接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述生成裝置包括通過外插M個響應中的至少兩個生成N-M個響應中的至少一個的生成裝置。
24.根據(jù)權利要求20所述的接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述M個物理天線單元空間間距不超過λ/2，其中λ表示一個信號載波頻率的波長。
25.根據(jù)權利要求20所述的接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述確定裝置包括計算M個加權參數(shù)的裝置，其中M個物理天線單元中的每一個的響應作為M個加權參數(shù)中相應的一個的函數(shù)而被確定。
26.根據(jù)權利要求20所述的接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述確定裝置包括對被M個物理天線單元中相應的一個接收的M個副本中的每一個取樣的裝置，其中M個物理天線單元中的每一個的響應是信號的M個副本中相應的一個的樣本。
27.根據(jù)權利要求20所述的接收器系統(tǒng)，其特征在于，包括將N個信號響應加權以生成N個加權的響應的裝置；以及將N個加權的信號合并以生成信號的表達的裝置。
28.根據(jù)權利要求20所述的接收系統(tǒng)，其特征在于，所述信號遵從從組中選出的一個通信協(xié)議正交頻分多路調(diào)制，時分多址，碼分多址，高斯最小移鍵控，補碼鍵控，正交相移鍵控，頻移鍵控，相移鍵控，和正交幅度調(diào)制。
29.一種陣處理模塊，其特征在于，包括M個信號處理鏈，其中M個信號處理鏈中的每一個被構建以接收來自M個物理天線單元中的相應的一個的接收信號副本；以及連接到M個信號處理鏈的內(nèi)插模塊，其中內(nèi)插模塊被構建以為天線陣生成N個信號響應值，作為M個接收信號副本的函數(shù)。
30.根據(jù)權利要求29所述的陣處理模塊，其特征在于，包括連接到M個信號處理鏈的加權模塊，其中所述加權模塊被構建以計算M個物理加權參數(shù)，作為M個信號副本的函數(shù)，所述M個物理加權參數(shù)中的每一個與M個物理天線單元中相應的一個相關；所述內(nèi)插模塊被構建以為天線陣生成N個信號響應值，作為M個物理加權參數(shù)的函數(shù)。
31.根據(jù)權利要求29所述的陣處理模塊，其特征在于，包括連接到M個信號處理鏈的加權模塊，其中所述加權模塊被構建以計算N個物理加權參數(shù)，作為N個信號響應值的函數(shù)；以及N個構造以接收N個響應值的加權單元，其中所述N個加權單元中的每一個通過N個加權參數(shù)相應的一個為N個信號響應值相應的一個進行加權，從而生成N個加權的信號響應值。
32.根據(jù)權利要求31所述的陣處理模塊，其特征在于，包括求和部分，其被構造以從N個加權單元接收N個加權的信號響應值以及提供表示接收信號的合并信號。
33.根據(jù)權利要求29所述的陣處理模塊，包括連接到M個信號處理鏈的每一個的降頻部分，其中降頻部分被構建以將M個接收信號副本從射頻變換到基帶頻率。
全文摘要
一種用于通過計算位于天線陣(618)的“虛擬”天線單元的響應有效增加多單元天線系統(tǒng)中天線單元數(shù)量的方法及相關系統(tǒng)。將該陣的物理天線單元分布得充分接近，以能夠合成表征陣對接受入射波的響應的多項式或其他數(shù)學表達。然后通過合成的多項式或其他數(shù)學表達的計算確定與陣的虛擬天線單元相關的響應值。然后將產(chǎn)生的與陣的虛擬和物理天線單元相關的陣響應值提供給相關接收器處理。
文檔編號H01Q21/22GK1695271SQ03819675
公開日2005年11月9日 申請日期2003年8月21日 優(yōu)先權日2002年8月21日
發(fā)明者皮特·范魯延, 皮特·威廉姆·魯 申請人:美國博通公司