专利名称：天线选择的方法及选择接收天线的系统和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信系统，特别涉及一种在无线通信系统中指定一接收天线的技术。
背景技术：
无线通信系统受信号衰减(signal fading)的效应影响，其中，由接收器接收的信号可能因为某种原因，例如信号的多路径(multipath)状况，而减低强度，并且导致数据接收不良，若情况相当严重，会导致传输中断。
已知使用天线分集(antenna diversity)可以减低信号衰减效应。天线分集是利用地理上多个分离的天线传送或接收同一信号，经由多重传输路径来保证即使其中某一条特殊的传输路径受信号衰减效应影响，仍然可以使用其它传输路径传送数据。
在现有设计里，如图1所示，使用多个天线的天线分集可以采用收信强弱指数(Received Signal Strength Indication，RSSI)来实现。图1显示一现有接收天线选择方法的流程图，使用包括天线0和天线1的一双天线系统。
收信强弱指数是一代表接收器内接收信号强度的指数。如图1所示，在步骤S102，双天线系统初始化之后，现有的选择一接收天线的方法首先检查天线0的收信强弱指数以做为RSSI0。接着在步骤S104中，将天线切换到天线1，并且在步骤S106中检查天线1的收信强弱指数做为RSSI1。而下一步步骤S108中，执行RSSI0和RSSI1的比较来决定是否RSSI1超过RSSI0。如果RSSI1超过RSSI0，留下天线1做为接收天线，否则切换回天线0做为接收天线。
虽然图1中的RSSI方法提供了在多天线系统中的可行的接收天线选择方法，但也同时被长时间的收信强弱指数决定期间，以及不足的信号品质信息所限制。在一些无线通信系统中，例如802.11a和802.11g，在数据传输之前的设定时间(称为前置时间，preamble time)很短，以致于收信强弱指数决定期间可能会超过前置时间。另外，收信强弱指数直接测量接收数据的强度，但是却没有包括噪声的信息。同时若信号具有较大的收信强弱指数和较大噪声，其信号品质可能不会比同时具有较小的收信强弱指数和较小噪声的信号好。所以需要另外一种在多天线系统中选择天线的机制。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种天线选择的方法，包括接收和第一天线相关的第一数据，以及和第二天线相关的第二数据；根据该第一数据和该第二数据，分别决定第一通量和第二通量；估计该第一数据(Dki，i＝1)和一参考数据(Rki)间的第一信号偏差，以及该第二数据(Dki，i＝2)和该参考数据间的第二信号偏差；以及根据该第一和第二通量，以及该第一和第二信号偏差，从该第一和第二天线中指定一接收天线。
此外，本发明另提出一种选择接收天线的系统，包括一第一天线、一第二天线、一无线电射频(Radio Frequency，RF)模块、以及一控制器模块。该第一天线接收一第一数据。该第二天线接收一第二数据。RF模块耦接到该第一天线和该第二天线，并且该第一数据和该第二数据经由该RF模块传送。该控制器模块耦接到该RF模块，包括一通量模块、一信号偏差模块、以及一天线指定模块。该通量模块耦接到该RF模块，根据该第一数据和该第二数据，分别决定第一通量和第二通量。该信号偏差模块耦接到该RF模块，估计该第一数据(Dki，i＝1)和一参考数据(Rki)间的第一信号偏差，以及该第二数据(Dki，i＝2)和该参考数据间的第二信号偏差。该天线指定模块，耦接到该通量模块和该信号偏差模块，根据该第一和第二通量，以及该第一和第二信号偏差，从该第一和第二天线中指定一接收天线。
此外，本发明另提出一种选择接收天线的装置，包括一接收组件、一决定组件、一估计组件、和一指定组件。该接收组件接收和第一天线相关的第一数据，以及和第二天线相关的第二数据。该决定组件，根据该第一数据和该第二数据，分别决定第一通量和第二通量。该估计组件，估计该第一数据(Dki，i＝1)和一参考数据(Rki)间的第一信号偏差，以及该第二数据(Dki，i＝2)和该参考数据间的第二信号偏差。该指定组件，根据该第一和第二通量，以及该第一和第二信号偏差，从该第一和第二天线中指定一接收天线。
为使本发明的该目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1显示一现有接收天线选择方法的流程图。
图2显示本发明实施例中的双天线系统的方块图。
图3显示本发明实施例中的指定一接收天线方法的流程图。
图4a和图4b显示另一本发明实施例中的指定一接收天线方法的流程图。
附图符号说明S102-检查天线0的RSSI(RSSI0)；S104-切换到天线1；S106-检查天线1的RSSI(RSSI1)；S108-RSSI1＞RSSI0；S110-切换到天线0；20-天线模块；22-天线模块；24-RF模块；26-数字信号处理模块；28-控制器模块；280-通量模块；282-信号偏差模块；284-决定模块；S300-初始化；S302-接受天线模块20的Dk1，接受天线模块22的Dk2；S304-传送Dk1和Dk2到控制器模块28；S306-每个固定期间内有一个信息帧；S308-切换天线模块；S310-在预定期间Ti内收集Ki个数据；S312-决定通量th1和th2；S314-估计信号偏差dev1和dev2；S316-指定天线模块20作为接收天线；S318-th2＞th1；S320-切换天线模块22作为接收天线；
S322-(th2＝th1)和(dev2＜dev1)；S400-初始化；S402-收集天线模块20的Dk1；S404-传送Dk1到控制器模块28；S405-Tb期间内有一个信标数据；S406-Ti期间内收集Ki个数据；S408-切换到天线模块22；S410-决定通量th1和thp1；S412-估计信号偏差dev1；S414-(thp1＞目标通量)和(dev1＜目标信号偏差)；S416-指定天线模块20作为接收天线；S418-Dk2数据收集失败；S420-决定通量th2和信号偏差dev2；S422-th2＞th1；S424-(th2＝th1)和(dev2＜dev1)；S426-切换到天线模块20。
具体实施例方式
在此必须说明的是，在下揭露内容中所提出的不同实施例或范例，是用以说明本发明所揭示的不同技术特征，其所描述的特定范例或排列是用以简化本发明，然非用以限定本发明。此外，在不同实施例或范例中可能重复使用相同的参考数字与符号，此等重复使用的参考数字与符号是用以说明本发明所揭示的内容，而非用以表示不同实施例或范例间的关系。
图2显示本发明实施例中的双天线系统的方块图，用于天线分集(antenna diversity)。图2中的双天线系统包括第一天线模块20、第二天线模块22、RF模块24、数字信号处理(digital signal processing，DSP)模块26、和控制器模块28。第一天线模块20和第二天线模块22耦接到RF模块24、数字信号处理模块26、然后耦接到控制器模块28。
第一天线模块20经由传输媒介接收第一数据Dk1，而第二天线模块22也同时由传输媒介接收第二数据Dk2。第一数据Dk1和第二数据Dk2由同一数据源发出，并且相互相关(correlated)。第一数据Dk1和第二数据Dk2经由RF模块24和数字信号处理模块26传送到控制器模块28。数字信号处理模块26可以接收第一数据Dk1或第二数据Dk2，并且可以包括一均衡器(equalizer)模块(未绘示)用以处理所接受的数据。一旦第一数据Dk1或第二数据Dk2抵达控制器模块28，控制器模块28即开始处理第一数据Dk1或第二数据Dk2，用以指定用来处理后续数据的一接收天线。
控制器模块28包括通量模块280、信号偏差模块282、和决定模块284。数字信号处理模块26耦接到通量模块280和信号偏差模块282，然后两者皆耦接到决定模块284。通量模块280从数字信号处理模块26获得数据，并且根据所获得数据决定相对应数据的通量，例如，第一数据Dk1产生第一通量，第二数据Dk2产生第二通量。信号偏差模块282从数字信号处理器模块26获得数据，并且根据所获得数据决定相对应数据和一参考数据的信号偏差，例如，第一数据Dk1和第一参考数据Rk1间的第一信号偏差，以及第二数据Dk2和第二参考数据Rk2的第二信号偏差。第一参考数据Rk1和第二参考数据Rk2可以储存或产生于该双天线系统的内部。通量模块280和信号偏差模块282将所产生的通量和信号偏差送至决定模块284，决定模块284然后根据第一和第二通量，以及第一和第二信号偏差，以决定何为双天线系统该之接收天线。
图3显示本发明实施例中的指定一接收天线方法的流程图，使用图2中的双天线系统。为了达到深入浅出的目的，图2中的方法使用无线局域网络(Wireless Local Area Network，WLAN)的IEEE 802.11(a)(b)(g)标准做为一实施例，然而现有技艺者可以根据其它无线通信科技和系统，在不偏离本发明的精神下，对该指定一接收天线方法做合适的改变。
步骤S300中，在天线系统初始化之后，设定第一天线模块20为预设的接收天线。接着在步骤S302中，在一预定时间内，第一天线模块20接收第一数据Dk1，并且第二天线模块22接收第二数据Dk2。第一天线模块20和第二天线模块22分别收集K1和K2个WLAN数据，用以产生可以代表个别天线的接收品质的取样数量，其中K1比K2大。另外，如果在预定期间T1内无法取得第一数据Dk1的取样数量K1，则结束第一数据Dk1的取样，并且切换到第二天线模块22，接着在预定期间T2内收集取得取样数量K2的第二数据Dk2。如果在预定期间T2内仍然无法取得第二数据Dk2的取样数量K2，则再次切换回第一天线模块20来收集第一数据Dk1的取样。
步骤S304中，第一数据Dk1和第二数据Dk2连续通过RF模块24和数字信号处理模块26到控制器模块28。控制器模块28分别接收和第一天线模块20相关的第一数据Dk1，以及和第二天线模块22相关的第二数据Dk2。
在步骤S306中，在一特定的信息帧期间(Beacon Interval)内，检测一个从存取点(Access Point，AP)周期性传送的信息帧(Beacon frame)，用以确认该数据接收的有效性。如果无法在特定的信息帧期间内检测到信息帧，则代表第一天线模块20的数据接收能力不良，所以将在步骤S308中切换到第二天线模块22。
在步骤S310中，如果第一天线模块20无法在预定期间T1内取得K1个第一数据Dk1，便进行至步骤S320切换到第二天线模块22，或者第二天线模块22无法在预定期间T2内取得K2个第二数据Dk2，便进行至步骤S320切换到第一天线模块20。如果天线模块可以在预定期间内取得所需数量的数据取样，则继续步骤S312。控制器模块28处理DK1和第二数据Dk2以获得相对应于第一天线模块20和第二天线模块22的数据接收能力的值和量的特性参数。根据该特性参数由第一天线模块20和第二天线模块22内决定其中之一做为接收天线。
因此在步骤S312中，通量模块280使用第一数据Dk1决定第一通量th1，以及第二数据Dk2决定第二通量th2。因为OFDM系统可以使用不同的数据传输率(data rate)来传送数据，通量模块280从所有接收的数据取样中，估计每个数据传输率的取样计数。第一通量th1是所有第一数据Dk1的数据传输率中具有最大取样计数的数据传输率。第二通量th2是所有第二数据Dk2的数据传输率中具有最大取样计数的数据传输率。
在步骤S314中，信号偏差模块282使用第一数据Dk1决定第一信号偏差dev1，以及使用第二数据Dk2决定第二信号偏差dev2。信号偏差测量数据Dki和参考信号Rki间的差别，其中i是天线模块的索引数目，第一数据Dk1和第二数据Dk2分别代表第一天线模块20和第二天线模块22的数据，第一参考信号Rk1和第二参考信号Rk2分别相对应于第一数据Dk1和第二数据Dk2。数字信号处理模块26根据数据Dki产生参考信号Rki，并且传送参考信号Rki到决定模块284来计算数据Dki的信号偏差。参考信号Rki代表数据Dki的理想值，因此和参考信号Rki的差别表示该数据的信号品质。越大的信号偏差代表越糟的数据信号品质。信号偏差可以用误差向量幅度(Error VectorMagni tude，EVM)表示EVM=Σki=1Ki|Dki-Rki|Ki---(1)]]>其中，k是取样数目，Ki是预定取样数量，i是第i个天线模块，Dki是第i个天线模块接收的第k个数据，以及参考信号Rki是相对应于数据Dki的向量参考信号。
因为第一信号偏差dev1和第二信号偏差dev2在本发明中为比较参数，所以信号偏差不一定需要用绝对值，也可以是一相对值。等式(1)可以简化为以下等式(2)的形式，用于计算信号偏差Σki=1Ki[|DkiI-RkiI|+|DkiQ-RkiQ|]Ki---(2)]]>其中，DkiI和RkiI分别是Dki和Rki的实数部分(real part)，以及DkiQand RkiQ分别是Dki和Rki的虚数部分(imaginary part)。也可以使用等式(1)和等式(2)的其它变化来计算信号偏差，现有技艺者可以在不偏离本发明精神的条件下做合适的改变。
此时，决定模块284可以根据第一通量th1和第二通量th2，以及第一信号偏差dev1和第二信号偏差dev2来指定一接收天线。步骤S316中，决定模块284首先指定第一天线模块20做为接收天线，并且根据第一通量th1和第二通量th2，以及第一信号偏差dev1和第二信号偏差dev2，决定是否要切换到第二天线模块22。
步骤S318中，第一通量th1和第二通量th2相互比较。如果第二通量th2超过第一通量th1，则指定第二天线模块22为接收天线。较大的第二通量th2代表第二天线模块22具有较好的数据接收能力，因此使用第二天线模块22当作接收天线可以带来更好的数据。
如果第二通量th2等于第一通量th1，步骤S322会另外使用数据的信号偏差值做为进一步比较的依据。如果第二信号偏差dev2小于第一信号偏差dev1，则指定第二天线模块22作为接收天线。换句话说，如果第一天线模块20和第二天线模块22所接收的数据具有相同通量，并且第二数据Dk2有较佳的信号品质，则将第二天线模块22指定为接收天线。
图4a和4b显示另一本发明实施例中的指定一接收天线方法的流程图，使用图2中的双天线系统。
在该系统初始化之后，步骤S402中第一天线模块20接收第一数据Dk1。
在步骤S404中，经由RF模块24和数字信号处理模块26传送第一数据Dk1到控制器模块28。数字信号处理模块26切换到第一天线模块20的连接，并且传送第一数据Dk1到控制器模块28。
在步骤S405中，在特定的信息帧期间Tb内，从20检测一个周期性传送的信息帧(Beacon frame)，用以确认该数据接收的有效性。如果在信息帧期间Tb内没有检测到任何信息帧，在步骤S408中，数字信号处理模块26切换到第二天线模块22用以接收第二数据Dk2。如果在步骤S405中，信息帧期间Tb内有检测到信息帧，则步骤S406中，测试是否第一天线模块20在第一期间T1内接收了第一数量K1的第一数据Dk1。如果第一数据Dk1的数量比第一数量K1少，步骤S407决定是否接收时间T已经超过第一期间T1。如果接收时间T没有超过第一期间T1，则绕回步骤S402用以收集更多第一数据Dk1，否则在步骤S408中切换到第二天线模块22。
在步骤S410中，如果在第一期间T1内接收了第一数量K1的第一数据Dk1，通量模块280决定DK1的第一通量th1。通量模块280估计第一数据Dk1在每个数据传输率的计数，使用具有最多计数的数据传输率做为第一通量th1，并且决定具有一目标数据传输率的计数做为主要通量thp1。例如，目标数据传输率在一些实施例中可以是54Mbps，所以主要通量thp1即为具有54Mbps数据传输率的计数。
在步骤S412中，信号偏差模块282根据第一数据Dk1和第一参考信号Rk1导出第一信号偏差dev1。其中，第一信号偏差dev1可以使用等式(1)和等式(2)计算。
在步骤S414中，如果主要通量thp1超过目标通量，并且第一信号偏差dev1小于目标信号偏差，决定模块284便在步骤S416内，指定第一天线模块20做为接收天线，否则在步骤S408中，数字信号处理模块26切换到第二天线模块22接收第二数据Dk2。在一些实施例中目标通量是(K1)/2，并且目标信号偏差可以由电路设计者指定。
在步骤S408中，数字信号处理模块26切换到第二天线模块22接收第二数据Dk2，并且由步骤S418继续。
在步骤S418中，如果第二数据Dk2的数据收集没有成功，数字信号处理模块在步骤S426中切换回第一天线模块20，用以接收第一数据Dk1。如果第二天线模块22无法在第二期间T2内接收了第二数量K2的第二数据Dk2，或者无法在信息帧期间Tb内检测到任何信息帧，则第二数据Dk2的数据收集没有成功。
如果第二数据Dk2的数据收集没有成功，则绕回步骤S402，否则控制器模块28使用第二天线模块22的第二数据Dk2计算第二通量th2和第二信号偏差dev2，如同步骤S420所示。通量模块280使用DK2估计每个数据传输率的计数，并且第二通量th2由具有最大计数的数据传输率表示。信号偏差模块282根据第二数据Dk2和第二参考信号Rk2估计第二信号偏差dev2。
此时，决定模块284可以根据第一通量th1和第二通量th2以及第一信号偏差dev1和第二信号偏差dev2，选择接收天线。在步骤S422中第一通量th1和第二通量th2相比。如果第二通量th2超过第一通量th1，在步骤S428中，指定第二天线模块22为接收天线。如果第二通量th2等于第一通量th1，步骤S424会另外使用数据的信号偏差值做为进一步比较的依据。
步骤S424中，如果第二信号偏差dev2小于第一信号偏差dev1，在步骤S428中，决定模块284指定第二天线模块22作为接收天线，否则决定模块284发出一控制信号到数字信号处理模块26，用以在步骤S426中切换回第一天线模块20的第一数据Dk1。换句话说，如果第一天线模块20和第二天线模块22所接收的数据具有相同通量，并且第二数据Dk2有较佳的信号品质，则将第二天线模块22指定为接收天线。
步骤S426中，数字信号处理模块26切换到第一天线模块20，并且回到步骤S402继续收集第一数据Dk1。
在本发明另一实施例中揭露了一种选择接收天线的装置，包括接收组件、决定组件、估计组件、和指定组件。接收组件接收和第一天线相关的第一数据，以及和第二天线相关的第二数据。决定组件根据该第一数据和该第二数据，分别决定第一通量和第二通量。估计组件估计该第一数据(Dki，i＝1)和一参考数据(Rki)间的第一信号偏差，以及该第二数据(Dki，i＝2)和该参考数据间的第二信号偏差。指定组件根据该第一和第二通量，以及该第一和第二信号偏差，从该第一和第二天线中指定一接收天线。
本发明虽揭露如上的一些实施例，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可以根据所需的多天线系统，以及其它无线网络技术，将本发明作合适的更动。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书定义的范围为准。
权利要求
1.一种天线选择方法，包括接收一第一天线相关的一第一数据，以及和一第二天线相关的一第二数据；根据该第一数据和该第二数据，分别产生一第一通量和一第二通量；根据该第一数据和一参考数据，产生一第一信号偏差；根据该第二数据和该参考数据，产生一第二信号偏差；以及根据该第一信号偏差、该第二信号偏差、该第一和第二通量指定该第一和第二天线其中之一为接收天线。
2.如权利要求1所述的天线选择方法，其中，该第一通量是该第一数据的最大部分的数据率，以及该第二通量是该第二数据的最大部分的数据率。
3.如权利要求1所述的天线选择方法，更包括如果该第二通量超过该第一通量，切换到该第二天线作为接收天线；以及如果该第二通量等于该第一通量，并且该第一信号偏差超过该第二信号偏差，则切换到该第二天线作为接收天线。
4.如权利要求3所述的天线选择方法，其更包括如果在一信标间隔期间内无法接收到一信标数据，则切换到该第二天线作为该接收天线。
5.如权利要求1所述的天线选择方法，其中该第一和第二信号偏差是误差向量幅度，由以下等式表示EVM=Σki=1Ki|Dki-Rki|Ki]]>
6.一种选择接收天线的装置，包括一接收组件，接收和一第一天线相关的一第一数据，以及和一第二天线相关的一第二数据；一决定组件，根据该第一数据和该第二数据，分别决定为该第一数据的最大部分的数据率的一第一通量和为该第二数据的最大部分的数据率的一第二通量；一估计组件，估计该第一数据和一参考数据间的一第一信号偏差，以及该第二数据和该参考数据间的一第二信号偏差；以及指定组件，根据该第一和第二通量，以及该第一和第二信号偏差，从该第一和第二天线中指定一接收天线。
7.如权利要求6所述的选择接收天线的装置，其中，该接收组件在一第一期间内，接收一第一数量的该第一数据，以及在一第二期间内，接收一第二数量的该第二数据。
8.如权利要求6所述的选择接收天线的装置，其中，该指定组件指定该第一天线作为该接收天线，如果该第二通量超过该第一通量，切换到该第二天线作为该接收天线，以及如果该第二通量等于该第一通量，并且该第一信号偏差超过该第二信号偏差，则切换到该第二天线作为该接收天线。
9.如权利要求6所述的选择接收天线的装置，其中，该指定组件如果在一信标间隔期间内无法接收到一信标数据，则更切换到该第二天线作为该接收天线。
10.一种无线收发系统，包括多个天线模块，用以提供一第一天线及一第二天线以在接收一第一数据与一第二数据之后，输出该第一数据与该第二数据；一数字信号处理模块，用以根据所接收且将被传送的该第一数据与该第二数据以产生一第一参考数据与一第二参考数据；以及一控制器模块，包括一通量模块，根据该第一数据与该第二数据，分别产生为该第一数据的最大部分的数据率的一第一通量和为该第二数据的最大部分的数据率的一第二通量；一信号偏差模块，根据所接收的该第一数据和该第一参考数据产生一第一信号偏差，以及根据所接收的该第二数据和该第二参考数据产生一第二信号偏差；以及一天线指定模块，根据所接收的该第一和第二通量，以及该第一和第二信号偏差，从该第一和第二天线中指定一接收天线。
11.如权利要求10所述的选择接收天线的系统，其中，该第一天线在一第一期间内，接收一第一数量的该第一数据，以及该第二天线在一第二期间内，接收一第二数量的该第二数据。
12.如权利要求10所述的选择接收天线的系统，其中，该天线指定模块指定该第一天线作为该接收天线，如果该第二通量超过该第一通量，切换到该第二天线作为该接收天线，以及如果该第二通量等于该第一通量，并且该第一信号偏差超过该第二信号偏差，则切换到该第二天线作为该接收天线。
13.如权利要求12所述的选择接收天线的系统，其中，该天线指定模块如果在一信标间隔期间内无法接收到一信标数据，则更切换到该第二天线作为该接收天线。
全文摘要
一种无线收发系统，包括第一天线、第二天线、RF模块以及控制器模块。第一天线接收第一数据，第二天线接收第二数据；RF模块耦接到第一天线和第二天线，并且传送第一数据和第二数据；控制器模块包括通量模块、信号偏差模块以及天线分派模块。通量模块耦接到RF模块，根据第一数据和第二数据决定第一通量和第二通量。信号偏差模块耦接到RF模块，估计第一数据和参考数据间的第一信号偏差，以及第二数据和参考数据间的第二信号偏差。天线分派模块耦接到通量模块和信号偏差模块，根据第一和第二通量以及第一和第二信号偏差，从第一和第二天线中指定接收天线。
文档编号H04B7/04GK1937443SQ20061010809
公开日2007年3月28日 申请日期2006年7月27日 优先权日2005年9月19日
发明者高凯鹏, 林振荣 申请人:威盛电子股份有限公司