用於幾千兆位無線系統的接收機組件及方法
2023-04-23 00:17:06
專利名稱：用於幾千兆位無線系統的接收機組件及方法
技術領域：
本發明涉及通信網絡，尤其是涉及高速、高頻無線系統的體系結構。
背景技術：
鑑於世界越來越依賴於電子設備和可攜式設備，對於更快捷更便利的 設備的期望也不斷提高。因此，這種設備的生產者力圖生產出更快、更易 使用並且更加經濟的設備以滿足消費者的需要。
事實上，尤其是由於眾多新的多^某體應用的出現，對超高數據速率無 線通信的要求也提高了。由於這些高數據速率方面的一些局限，因此對於
超高速個人區域網(PAN)以及點對點或點對多點的數據鏈路的需要變得 至關重要。
通常的無線區域網(WLAN),例如802.11a、 802.11b以及802.11g標
準，都有其局限性，在最佳的情況下僅能達到54Mb/s的數據率。其他的 高速無線通信，例如超寬帶(UWB)以及多輸入/多輸出(MIMO)系統， 能夠將數據速率擴展至近100Mb/s。
為達到千兆位每秒(Gb/s)的波鐠(spectrum),無論是波譜效率或者 可用帶寬都必須提高。因此，伴隨著這種對更加快速的要求，也增進了以 毫米波(MMW)頻率工作的技術和系統的近期發展。
幸運地是，很多政府已經使用了 60GHz波語中若干GHz (千兆赫) 帶寬的無需許可的儀器、科學及醫學(ISM)波段。例如，美國通過聯邦 電訊委員會(FCC)分配了 59-64GHz為在美國無需許可申請。同樣地， 日本分配了 59-66GHz用於高速數據通信。同樣地，歐洲分配了 59-62、62-63 以及65-66GHz用於移動寬帶和WLAN通信。此波譜內的頻率的可用性為 超高速短程無線通信提供了機會。目前，以這樣的高頻高速將信號從模擬向數字進行轉換卻並不經濟合 算。此外，以這種頻率和速率進行傳輸必需有視距，因此無線通信中的障 礙會減緩甚至阻止通信傳輸。
因此，需要的是一種以超高頻(約60GHz)、超高速(近10Gb/s)組 件以便低成本地將模擬信號轉換為數位訊號。此外，需要一種用於在出現 障礙或嚴重屏蔽時運行的設備。這種設備，就是本發明的主要目的。
發明內容
本發明提供了一種接收機組件。該接收機組件包括具有多個天線的 N-陣列天線組件，其中該多個天線適於以約60GHz帶寬運行；多個放大器， 用於與所述N-陣列天線組件的多個天線中的每個天線進行通信以便放大 由每個天線所接收的信號；降頻轉換器，用於對由多個放大器中的每個放 大器所發射的放大器信號進行頻率轉換；解調器，用於恢復數據和恢復時 鍾信號；鎖存器，用於重新校準時鐘信號，其中鎖存器基於時鐘信號的位 速率；先進-先出電路，用於組織和恢復該時鐘信號；以及邏輯電路，用於 關聯已知序列以校正信號中的誤差。
邏輯電路可發射數位訊號，其中，所迷接收機組件接收^t擬信號並將 該模擬信號轉換為數位訊號。多個濾波器可以是低噪聲放大器。先進-先出 電路包括串行器/解串器(SERDES )體系結構。接收機組件還包括時鐘設 備。
多個天線中的每個天線提供約10dBi的增益、約60度的3dB波束寬 的方位角以及在約30至35度範圍內的3dB波束寬的仰角，其在優選的工 作頻率條件下能夠產生意想不到的結果。
多個天線中的每個天線包括不同方向。
所述N-陣列天線組件可以在方位角平面上提供約60度的扇區覆蓋面 (sectored coverage )。所述N-陣列天線組件可以在仰角平面上提供約180 度的扇區覆蓋面。
本發明還公開了一種方法。 一種將模擬信號轉換為數位訊號的方法，其中，所述^^莫擬信號具有約60GHz的帶寬，該方法包括利用多個天線接 收在約60GHz下工作的模擬信號；將從多個天線所接收到的模擬信號饋送 至濾波器；過濾該^t擬信號以產生純淨信號(cleaned signal);通過降頻轉 換純淨信號來轉換純淨信號的頻率；解調信號；對信號進行同步；以及使 信號關聯到已知序列。
對信號進行同步包括通過利用另 一個信號延遲該信號的方式延遲該 信號。
結合附圖、根據以下詳細說明，本發明的這些及其他目的、特徵和優 點將變得更為清楚。
根據本發明的優選實施例，圖1舉例說明接收機組件的框圖。
具體實施例方式
為了便於理解本發明的原理和特徵，參考示範性實施例中的實施進行 以下說明。特別是，在以超高頻率和超高數據通信速率運行的無線接收機 組件中對本發明進行描述。
所描述的、用於組成本發明各個元件的材料僅是示範性的而非限制性 的。可實現與在此所述的材料相同或類似功能的眾多適宜的材料也包含在 本發明的範疇之內。此處未描述的其他材料包括但不限於例如在本發明的 改進之後所開發的材料。
本發明為接收機組件100。該接收機組件100包括N-陣列天線組件 110、降頻轉換器120、解調器130、鎖存器140、先進/先出電路(Firstin, First out,FIFO ) 150以及邏輯電路160。該接收機組件100從空中獲得模擬 信號。當經由接收機組件100饋送該^t擬信號時，該模擬信號就被轉換成 數位訊號。高頻、高數據速率地實現這種從;溪擬到數字的轉換並不是一件 筒單的任務。
本發明依據天線分集、選擇分集(Selection diversity, SD )以及最大比
6合併(maximum ration combining, MRC)這三個總體原貝'J (over-arching concepts )的組合來實現。本發明優選在約60 GHz即54-66GHz、約lOGb/s
下運行。
N-陣列天線組件110包括N (個數)個扇區波束串聯陣列天線112。 也就是說，N-陣列天線組件110包括多個天線112。如圖1所示，有5個 陣列天線112;所屬領域的技術人員能夠認識到可以使用許多天線112。每 個天線112可以被設計成能夠提供約10dBi的增益、約60度的波束寬的約 3dB的方位角(即H-面)以及約30至35度的波束寬的約3dB的仰角(即 E-面)，其組合能夠實現意想不到的結果。優選的是，用於接收機組件100 的所選N個扇區波束天線112彼此不同，其中，例如天線112具有不同的 增益、輻射才莫式、形狀、尺寸以及天線112之間其他不同的特性。
天線112可以^皮設計成進一步具有不同的仰角波束方向。不同的N個 天線112的結合能夠在方位角面上覆蓋大約60度以及在仰角面上覆蓋大約 180度。例如，N-陣列天線組件110包括三個(3)天線112,天線112在 至少兩個面上覆蓋約180度。天線112可被設計成能夠接收;f莫擬信號105， 優選在約60GHz下工作的^f莫擬信號105。
由於所指向的方向，每個天線112對多路效應不太敏感。另外，由於 天線112的不同的波束方向，每個天線112優選接收視距信號，或者替換 地接收反射信號(例如，來自無線轉發器的)。N-陣列天線組件110的天 線112以及多個天線112的配置能夠實現多種角度，其中，允許接收機組 件100以不同強度接收若干不同的信號或者相同的信號。
每個天線112被連接到一放大器114。優選的是，放大器114是低噪 聲放大器(LNA)。當來自每個天線112的信號115經由天線112被傳輸時， 利用選擇分集原則來選擇能夠表現出或者能夠提供最高信噪比(SNR)的 天線112。也就是說，選擇分集格式能夠使最佳的信號被計算出來。在消 除較弱的信號的同時，提供最佳信號的天線112對該信號進行保護。
放大器114可發射信號117。從放大器114發出的信號117然後可被 饋送至降頻轉換器120。降頻轉換器120可適於執行向低頻帶的頻率轉換。
降頻轉換器120可以發射信號125。優選的是，從降頻轉換器120發出的信號125接下來一皮々貴送至解調器130。解調器130可以將來自降頻轉 換器120的信號125轉換為基帶信號。實際上，通過優選的模擬技術，解 調器130適於恢復信號125並進一步從信號125中恢復數據，從而改善信 號125。
在優選實施例中，解調器130包括時鐘-恢復技術132和數據-恢復技 術134。時鐘-恢復132和數據-恢復134被應用於從降頻轉換器120進行信 號125的發射。時鐘-恢復132和數據-恢復134可以產生比特流，所述比 特流與鎖存功能性相同步。
接下來，這些比特流或者信號135被饋送至鎖存器140。鎖存器140 能夠重新對準信號135，這取決於位速率。信號片中的延遲在鎖存器i40 中被重新對準。鎖存器140能夠獲得信號135並在預設的時間內佔用信號 135以便使其與來自解調器130的另一個信號137對準，所述信號137可 以經由接收器組件從不同的天線中被接收和被饋送，僅僅略微滯後於信號 135。該重新對準也取決於位速率。
這些比特流，總稱信號145，被饋送至FIFO(先進-先出)150。 FIFO150 可以採用SERDES (串行器/解串器)體系結構。SERDES轉換來自/到串 行數據流和並行數據流的信號145 。
來自FIFO150的信號155然後—皮饋送至邏輯電路160。邏輯電路160 包括編碼以便關聯已知的位序列。優選的是，邏輯電路160包括誤差檢測 162以及誤差校正算法164。尤其，在邏輯電路160內進行編碼的誤差檢 測162可以關聯數據流。此外，最大比例可其組合以及採取不同的輸入信 號以關聯、分配或者參考信號的權重。模擬信號-噪聲比166可用於允許確 定信號的權重。
邏輯電路160發出的信號165是數位訊號。當信號流過接收機組件時， 一個或多個天線所接收的^t擬信號105就被轉換為數位訊號。
儘管對本發明以優選形式進行了公開，但是，對於所述領域的技術人 員來說，不脫離本發明及其等價體的精神和範圍下而對本發明做出的眾多 改進、添加和刪除顯而易見，如以下的權利要求所闡述的那樣。
權利要求
1. 一種接收機組件包括具有多個天線的N-陣列天線組件，其中所述多個天線適於在約60GHz的帶寬下進行工作；多個放大器，所述多個放大器中的一個放大器與所述N-陣列天線組件的多個天線中的一個天線進行通信，從而放大由每個天線所接收的信號；降頻轉換器，用於對多個放大器中的每個放大器所發射的放大器信號進行頻率轉換；解調器，適於從降頻轉換器中恢復數據和恢復時鐘信號；鎖存器，用於重新校準來自解調器的時鐘信號，其中鎖存器基於來自解調器的時鐘信號的比特率；先進/先出電路，用於組織和恢復來自鎖存器的時鐘信號；以及邏輯電路，適於校正來自先進/先出電路的信號中的誤差。
2. 根據權利要求1的接收機組件，其中，邏輯電路發射數位訊號，以及其 中接收機組件接收模擬信號並將該模擬信號轉換為數位訊號。
3. 根據權利要求1的接收機組件，其中，所述多個放大器是低噪聲放大器。
4. 根據權利要求1的接收機組件，其中，先進/先出電路包括串行器/解串 器(SERDES)體系結構。
5. 根據權利要求1的接收機組件，進一步包括時鐘設備，用於產生發送至 接收機組件的時鐘信號。
6. 根據權利要求1的接收機組件，其中，所述多個天線中的每個天線提供 約10dBi的增益、約60度的3dB波束寬的方位角，以及約30至35度範 圍內3dB波束寬的仰角。
7. 根據權利要求1的接收機組件，其中，所述多個天線中的每個天線包括 不同方向。
8. 根據權利要求1的接收機組件，其中，所述N-陣列天線組件在方位角面上提供約60度的扇區覆蓋面。
9. 根據權利要求8的接收機組件，其中，所述N-陣列天線組件在仰角面 上提供約180度的扇區覆蓋面。
10. —種將模擬信號轉換為數位訊號的方法，其中，所述模擬信號具有約 60GHz的帶寬，該方法包括利用多個天線接收在約60GHz下工作的模擬信號；將從多個天線所接收到的模擬信號饋送至放大器；放大該模擬信號以產生純淨的信號；通過降頻轉換該純淨信號的方式，轉換該純淨信號的頻率；解調經降頻轉換的信號；同步已解調信號；以及使信號關聯到已知序列。
11. 根據權利要求10的方法，其中，同步信號的步驟包括通過延至具有第 二信號的信號來延遲該信號。
全文摘要
本發明描述了一種用於接收模擬信號並將該模擬信號轉換為數位訊號的接收機組件。優選的是，接收機組件能夠接收在約60GHz下工作的信號。接收機組件包括濾波器、降頻轉換器、解調器、鎖存器、FIFO電路以及邏輯電路。此外，本發明還描述了一種將60GHz模擬信號轉換為數位訊號的方法。
文檔編號G01S1/00GK101479620SQ200680055215
公開日2009年7月8日 申請日期2006年5月4日 優先權日2006年5月4日
發明者喬伊·拉斯卡, 斯蒂法尼·皮內爾 申請人:喬治亞科技研究公司