专利名称：阵列天线装置和信号处理方法
技术领域：
本发明涉及阵列天线装置和信号处理方法。
背景技术：
传统上，自适应阵列天线装置具有包括多个天线元件的阵列天线。 基于由每个天线接收到的信号和已知的参考信号，自适应地计算天线 元件的阵列权重(复数)，使用该复数权重阵列对天线元件的接收信号 进行加权合成，从而形成阵列天线的方向性。
例如，在专利文献1公开的传统技术中，为了在未采用自适应阵 列天线的现有无线装置上安装自适应阵列天线，每个天线元件的接收 信号(具有射频(RF))被转换到较低频率(例如基带频率)，接着对 其进行幅度和相位的加权。此后，合成天线元件的接收信号，并将合 成信号的频率转换至较高的RF。接着，向现有无线装置提供该RF信 号。
另一方面，在将天线元件接收的信号合成为一个信号的公知技术 中，将每个天线元件的接收信号分离成同相分量(I信道)和正交分 量(Q信道)，并独立地针对每个I和Q信道计算天线元件的信号总 和(例如，参见专利文献2的图1)。
专利文献1:日本未审专利申请首次公开No. 2001-69053。 专利文献2:日本未审专利申请首次公开No. 2005-318318。 然而，在专利文献l公幵的传统技术中，将每个天线元件的接收 信号转换为具有低于现有无线装置的输入频率(例如RF)的频率(例
如基带)，接着执行该信号的加权合成。因此，在合成之后，相应接收
信号的频率应再次被提升为该现有无线装置的输入频率。在这种情况 下，需要上变频器(例如，本地信号产生器或混频器)。此外，在如混 频器之类的上变频器执行非线性处理时，在处理过程中可能发生信号 失真。
此外，在专利文献2公开的传统技术中，在合成天线元件的接收 信号时，I和Q信道各自都需要加法器。
如上所述，在传统技术中，系统结构可能较复杂，制造成本可能 增加，信号的接收质量可能下降。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种阵列天线和信号处理方 法，通过所述阵列天线和信号处理方法，(i)在未采用阵列天线的现 有无线装置上安装阵列天线时频率转换是不必要的，以及(ii)在用 于合成天线元件的接收信号的加法器中，复数运算是不必要的。
为了实现这个目的，本发明提供了一种阵列天线装置，所述阵列 天线装置具有由多个天线元件形成的阵列天线，并使用复数阵列权重 对所述天线元件接收的接收信号进行加权，所述阵列天线装置包括.-
延迟设备，用于延迟信号；
加权设备，用于将每个接收信号分离成第一和第二接收信号，使 用所述延迟设备延迟所述第一和第二接收信号中的一个，以在不同的 定时处加权所述第一和第二接收信号；以及
第一加法设备，用于将所述第一和第二接收信号彼此相加，
射，
所述加权设备使用相应的阵列权重的实部来加权所述第一和第二 接收信号中的一个，而使用该阵列权重的虚部来加权所述接收信号中 的另一个。
在典型实施例中，所述阵列天线装置还包括第二加法设备，用于 将与所述天线元件相对应的已加权信号彼此相加。
在另一典型实施例中，所述阵列天线装置还包括采样设备，用于 对每个天线元件接收的接收信号进行采样，以将所述接收信号转换为 数字信号。
在这种情况下，优选地，所述延迟设备将相应接收信号延迟一个 采样时间，此时所述采样设备的采样频率ft定义为
fs = 4xfD/(2m+l) 其中，m表示自然数，fD表示接收信号的中心频率。
本发明也提供了一种信号处理方法，所述方法使用复数阵列权重 对由形成阵列天线的多个天线元件接收的接收信号进行加权，所述方 法包括以下步骤
将每个接收信号分离成第一和第二接收信号，相比于所述第一接 收信号将所述第二接收信号延迟，并在不同的定时处加权所述第一和 第二接收信号；以及
将所述第一和第二接收信号彼此相加，其中-
使用相应的阵列权重的实部来加权所述第一和第二接收信号中的 一个，而使用该阵列权重的虚部来加权所述接收信号中的另一个。
在典型实施例中，所述信号处理方法还包括将与所述天线元件相 对应的已加权信号彼此相加的步骤。
在另一个典型实施例中，所述信号处理方法还包括对每个天线元 件接收的接收信号进行采样，以将所述接收信号转换为数字信号的步 骤。
在这种情况下，优选地，在所述不同定时之间存在一个采样时间
的差别，此时所述采样的采样频率fs定义为
fs = 4xf0/(2m+l) 其中，m表示自然数，fD表示接收信号的中心频率。
根据本发明，在未采用阵列天线的现有无线装置上安装阵列天线 时不必需要频率转换。此外在用于合成天线元件的接收信号的加法器 中，不不必需要复数运算。
图1是示出了根据本发明实施例的自适应天线装置的结构的框图。
图2是示出了图1中每个复数加权部分15的第一示例的结构的框图。
图3是示出了图1中每个复数加权部分15的第二示例的结构的框图。
具体实施例方式
以下，参照附图解释根据本发明的实施例。本发明实施例采用了 使用阵列天线装置的自适应阵列天线装置。
图1是示出了根据本发明实施例的自适应天线装置的结构的框 图。在图1中，多个天线元件11 (此处是N个天线元件)形成阵列天 线。由每个天线元件11接收的RF接收信号由低噪声放大器(LNA) 12放大，接着被输入模数转换器(A/D转换器)13。
A/D转换器13使用采样频率fs对RF接收信号(从LNA 12输出 的)进行采样，以将该信号转换为数字信号。相应地，获得了数字化 的RF接收信号(称为"RF数字接收信号")。
基于所述RF数字接收信号和已知的参考信号，阵列权重计算部 分14自适应地计算阵列权重1至N，该阵列权重1至N是复数且与 天线阵列11相对应。
阵列权重1至N被输入与天线元件11相对应的复数加权部分15， 其中，每个权重的实部和虚部是分离地输入的。
每个复数加权部分15使用对应阵列权重的实部并使用虚部对相 应的RF接收信号进行加权，并合成已加权信号。在每个复数加权部 分15中合成的信号被提供给加法器16，加法器16将合成的信号彼此 相加。相加之后的信号被输入数据接收和解调部分17。
这就是说，在保持原始频率(即RF)的同时对天线元件ll的接 收信号进行加权和合成，并将合成信号作为数字信号输入数据接收和 解调部分17。数据接收和解调部分17是现有无线接收装置，它将输 入的RF接收信号(加权合成后的)转换为基带接收信号，以解调该
信号并获得接收数据。
图2和3是示出了图1中每个复数加权部分15的第一和第二示例
的结构的框图。
在图2和3中，复数加权部分15具有单采样延迟部分21、乘法 器22和23、以及加法器24。图2和3的区别仅在于对乘法器22所执 行的乘法中使用的阵列权重的虚部应用的符号。
在图2中，单釆样延迟部分21将从对应的A/D转换器13输出的 RF数字接收信号延迟相应采样频率fs的一个采样时间。
乘法器22将延迟的RF数字接收信号乘以相应阵列权重的虚部 WQ。相反，乘法器23将未延迟的RF数字接收信号(从A/D转换器 13输出的)乘以该阵列权重的实部Wj。
加法器24将乘法器22和23进行的乘法的积相加，并输出其和。
图3具有与图2类似的结构。然而，乘法器22将延迟的RF数字 接收信号乘以相应阵列权重的虚部Wq，其中W(j具有反转的符号。可 以不反转阵列权重的虚部Wq的符号，取而代之地，可以反转输入乘 法器22中的RF数字接收信号的符号。
以下将进一步详细地解释作为本实施例特征部分的图2和图3的 结构。
在本实施例中，A/D转换器13的采样频率fs由下列方程(1)表
示
fs = 4xfD/(2m+l) (1) 其中fO表示从对应LNA12输出的RF接收信号的中心频率，m表示自然数。
例如，若fO-1502.5 MHz， m=300，则采样频率fs由方程(1)计 算如下
fs = 4x1502.5/(2x300+1)= 10MHz
在选择采样频率fs (即选择m)时，采样频率fs必需是接收信号带 宽的两倍或更多。
对于采样频率fs，若在上述方程(1)中m为奇数，则采用图2的 结构。相反，如m为偶数，则采用图3的结构。
下列方程(2)和(3)示出了在本实施例中采样频率fs和单采样
延迟之间的关系。
方程(2)表示在相应的采样之后的接收信号，方程(3)表示要 被施加了单采样延迟的信号。
A(nxTs)cos[2兀xfDxnxTs+cp(nxTs)] ... (2)
A(nxTs-Ts)cos[2兀xf0x(n-l)xTs+cp(nxTs-Ts)] =A(nxTs-Ts)sin[2兀xfDxnxTs+(p(nxTs-Ts)](当m为奇数) =一A(nxTs-Ts)sin[2兀xfDxnxTs+q)(nxTs画Ts)](当m为偶数) ...(3)
其中Ts表示采样间隔(Ts= 1 /fs=(2m+1 )/(4xfD))， n表示采样次数。
当在采样间隔Ts内接收信号的幅度分量A(nxTs)和相位分量
(p(nxTs)的变化相对较小时，则A(nxTs-Ts)和cp(nxTs-Ts)可以分别近似于
A(nxTs)和(p(nxTs)。因此，可以理解，由方程(3)表示的单采样延迟
信号是由方程(2)表示的信号的正交信号。
在使用由方程(1)定义的采样频率fs时，由于单采样时间延迟，
可以获得两个彼此正交的信号。相应地，由图2或3中的单采样延迟部
分21单采样延迟的信号与未延迟的信号之间是正交关系。
使用相应阵列权重的实部，由乘法器23对未延迟的信号进行加
权。相反地，使用该阵列权重的虚部，由乘法器22对延迟的信号进行加权。
当m为奇数时(见图2)，乘法器22通过直接对单采样延迟信号应 用该阵列权重的虚部来进行加权。相反地，当m为偶数时(见图3)， 乘法器22通过对符号反转的单采样延迟信号应用该阵列权重的虚部来 进行加权。如从方程(3)可以理解到的，这是因为根据m是奇数还是 偶数，两个彼此正交的信号具有不同的符号。
根据上述的本实施例，可以在如RF或IF (中频)频带，即至少高
于基带的带宽中对接收信号进行加权。
此外，可以直接对从图2或3的加权部分15输出的加权信号进行天
线元件的信号的相加，而无需分离成实部和虚部。
因此，当在未采用自适应阵列天线的现有无线装置上安装自适应 天线时，可以以该现有无线装置的输入频率对天线元件接收的信号进 行加权合成。因此，不必进行频率转换以将加权合成的信号的频率提 升至该现有无线装置的输入频率。此外，在天线元件的接收信号的合 成中，不必进行实部和虚部的分离。因此，可以减少用于合成信号的 加法器。
已经参照附图解释了本发明的实施例。然而，具体的结构不限于 该实施例，在不背离本发明范围的情况下，可以做出设计修改之类。
例如，在上述实施例中，本发明应用于RF信号，然而，本发明也 可以应用于从RF信号转换而来的IF信号。在这种情况下，若IF是 6MHz， m-l，则采样频率fs可以由将IF代入方程(1)中的fD来计算如 下
Fs = 4x6/(2xl+l) = 8MHz
同样在上述实施例中，采用自适应阵列天线。然而，本发明也可 以应用于具有固定阵列权重的阵列天线。
工业实用性
在未采用阵列天线的现有无线装置上安装阵列天线时可以去除频 率转换，在用于合成天线元件的接收信号的加法器中，不必需要复数运算。
权利要求
1. 一种阵列天线装置，具有由多个天线元件形成的阵列天线，并使用复数阵列权重对由所述天线元件接收的接收信号进行加权，所述阵列天线装置包括延迟设备，用于延迟信号；加权设备，用于将每个接收信号分离成第一接收信号和第二接收信号，使用所述延迟设备延迟第一接收信号和第二接收信号中的一个，以在不同的定时处对第一接收信号和第二接收信号进行加权；以及第一加法设备，用于将已加权的第一接收信号和第二接收信号彼此相加，其中，所述加权设备使用相应的阵列权重的实部对第一接收信号和第二接收信号中的一个进行加权，并使用所述阵列权重的虚部对第一接收信号和第二接收信号中的另一个进行加权。
2. 如权利要求1所述的阵列天线装置，还包括第二加法设备，用于将与所述天线元件相对应的已加权的信号彼 此相加。
3. 如权利要求l所述的阵列天线装置，还包括采样设备，用于对所述天线元件中每一个所接收的接收信号进行 采样，以将所述接收信号转换为数字信号。
4. 如权利要求3所述的阵列天线装置，其中， 当所述采样设备的采样频率fs定义为fs = 4xf0/(2m+l)时，所述延迟设备将相应的接收信号延迟一个采样时间， 其中，m表示自然数，fO表示所述接收信号的中心频率。
5. —种信号处理方法，用于使用复数阵列权重对由形成阵列天线 的多个天线元件接收的接收信号进行加权，所述方法包括以下步骤将每个接收信号分离成第一接收信号、以及与所述第一接收信号 相比已延迟的第二接收信号，并在不同的定时处对第一接收信号和第 二接收信号进行加权；以及将已加权的第一接收信号和第二接收信号彼此相加， 其中，使用相应的阵列权重的实部对第一接收信号和第二接收信号中的 一个进行加权，并使用所述阵列权重的虚部对第一接收信号和第二接 收信号中的另一个进行加权。
6. 如权利要求5所述的信号处理方法，还包括以下步骤-将与所述天线元件相对应的己加权的信号彼此相加。
7. 如权利要求5所述的信号处理方法，还包括以下步骤对所述天线元件中每一个所接收的接收信号进行采样，以将所述 接收信号转换为数字信号。
8. 如权利要求7所述的信号处理方法，其中 在所述不同的定时之间，当采样的采样频率fs定义为-fs = 4xfD/(2m+l)时，存在一个采样时间的差别，其中，m表示自然数，fD表示所述接收信号的中心频率。
全文摘要
一种阵列天线装置，具有由多个天线元件形成的阵列天线，并使用复数阵列权重对所述天线元件接收的接收信号进行加权，所述阵列天线装置包括延迟设备，用于延迟信号；加权设备，用于将每个接收信号分离为第一和第二接收信号，使用所述延迟设备延迟所述第一和第二接收信号中的一个，以在不同的定时处加权所述第一和第二接收信号；以及第一加法设备，用于将所述第一和第二接收信号彼此相加。加权设备使用相应的阵列权重的实部来加权所述第一和第二接收信号中的一个，而使用该阵列权重的虚部来加权所述接收信号中的另一个。
文档编号H04B7/02GK101390303SQ200780006578
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月23日 优先权日2006年2月27日
发明者童方伟 申请人:京瓷株式会社