[发明专利]数字波束形成系统和方法

说明书

公开一种新的数字基带波束形成系统，包括多个数字基带波束形成通道，该多个数字基带波束形成通道配置并且可操作以用于经由通道端口来连接到与相应天线元件关联的多个天线通道，以用于经过所述多个天线元件对于对数据流进行编码的一个或多个波形信号进行传送和接收的至少一个。数字基带波束形成通道配置并且可操作以将选择性幅值的相位和时间延迟的至少一个应用于与对由多个天线元件所传送和/或接收的波形信号进行编码的数据流关联的基带信号，由此对所述波形信号进行波束形成，以便通过所述波形来产生与相应传播方向关联的一个或多个数据编码波束并且分别对所述数据流进行编码。数字基带波束形成系统可在芯片(例如硅芯片)中实现，以及可配置并且可操作以用于构成包括多个这类波束形成芯片(其可连接到天线阵列的天线元件的相应编组)的可缩放阵列，以用于执行通过天线元件的相应编组对波束形成波形信号进行传送和接收的至少一个。

技术领域

本发明处于天线信号的可导向波束形成领域，以及更具体来说涉及数字波束形成技术。

背景技术

波束形成技术是一般已知的，并且通常在使用天线元件阵列的天线系统中执行，以用于创建定向天线图(波束)或者接收来自特定方向的波束。这类已知技术通常针对提供预期天线图，即，天线系统的预期增益和定向性(如与旁瓣相比的主瓣幅度)等。

所指定种类的常规天线系统极大地依靠模拟信号处理，其通常工作在带通(RF)频率体系(其中通带以载波频率为中心)，以便以正确时间和/或相位延迟来致动天线元件的有源部件，以便由天线阵列来产生预期波束。

发明内容

基于模拟信号处理的常规天线系统采用模拟处理通道的实现是麻烦和高费用的，特别是当要求大天线阵列(具有天线辐射部件的大尺寸和/或天线元件的大数量)时。这可能归因于如下事实：RF传输线和模拟RF处理模块对经过其中传播的模拟信号引入各种伪影，并且因而其中还遭受天线元件之间的信号参数(即，增益、相位、频率参数)的失配，这使波束形成精度退化。这对大规模天线(其具有需要校准的长传输线)更为关键。

本发明涉及一种数字系统，其例如实现为硅芯片，以用于实现多种新电子导向阵列天线(ESAA)类型，其特征在于极小尺寸、低功率消耗和低成本。该系统可配置成以数字方式工作在待传送/接收信号的基带，以用于引入已经在基带中的正确相位和/或时间延迟，同时还补偿产生于模拟RF前端(其连接在系统与天线之间)的模拟伪影。另外，该系统提供用于大规模天线的构造的可缩放架构。

电子导向阵列天线(ESAA)是一种天线阵列，其中为天线馈电的相应信号的相对相位或延迟按照如下方式来设置：使得阵列的有效辐射图沿预期方向被增强，而同时沿非预期方向被抑制。天线之间的关系(相对延迟、相位、增益等)可以是固定的或者可以是可调整的。

根据具体情况，按照本发明的实施例所理解的芯片或芯片集合允许它在ESAA内的集成，使得设计可缩放以满足所要求天线大小和波束数量。芯片和ESAA可选地还可包括自校准电路。

按照本发明的广义方面，提供一种系统(例如数字基带波束形成芯片)，其包括：多个数字基带波束形成通道，配置并且可操作以用于经由通道端口来连接到与相应天线元件关联的多个天线通道。以用于经过多个天线元件对于对数据流进行编码的一个或多个波形信号进行传送和接收的至少一个；其中所述数字基带波束形成通道配置并且可操作以便将选择性幅值的相位和时间延迟中的至少一个应用于与对通过多个天线元件所传送和/或接收的波形信号进行编码的数据流关联的基带信号，由此对所述波形信号进行波束形成以通过所述波形来产生与相应传播方向关联的一个或多个数据编码波束，并且分别对所述数据流进行编码。