可自安装的可切换天线的制作方法

专利名称：可自安装的可切换天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通信系统的多天线系统，更具体地涉及在用于通信 系统中的多天线系统内选择天线。
背景技术：
常规无线通信系统促成了多个用户单元与无线网络基础设施之间的双向通信。
一般情况下，无线基础设施是固定的，而用户单元可以是固定的或移动的，或者其组合是固定和移动的。无线网络运行的典型环境包括很多当无线信号在用户单元与基础设施之间传播时可能阻断或反射无线信号的结构和障碍。例如，当信号传播时，其可能被无线环境内的墙、人或其他障碍物反射。因为信号传播且被反射，所以它可能以不同 于发射器与接收器之间的直接路径的角度而到达接收器。无线环境还随时间而改变。例如，在无线LAN中，环境内的障碍物 会移动，例如人在走动，或者家具或设备被移动。此外。如果无线接收 器或发射器是移动的，则它们的移动也改变了障碍物相对于接收器或发 射器的位置。当无线环境改变时，信号通过该环境传播时所选取的路径 也发生改变。传播路径的改变意味着，不知道信号以何方向从发射器抵 达接收器。图1是无线网络100的例子的图。如图1所示，该无线网络包括发 射器102和接收器104。无线网络100所运行的典型环境中还存在障碍物 106。在室外环境中，障碍物106的例子包括人、建筑物、汽车、树等。 在室内环境中，障碍物106的一些例子包括墙、人、家具、设备、人等。 如上所述，环境也随时间而改变，障碍物106、发射器102或接收器104 彼此相对移动。如图1所示，当无线信号在发射器102与接收器104的天线120之间传输时，它可能会受到周围环境中障碍物106的阻断和反射。因为直接视线(LOS)路径110被其中一个障碍物106阻断，所以图1中表示的 例子可以称为非视线(NLOS)传播环境。信号通过该环境传播被障碍物 反射并经过各种不同路径的其他情况也是如此。图1中例示了这些"多 径"信号的四个例子110、 112、 114和116。如图1中的例子所示，多径 信号可以从不同方向抵达接收器104。为了解决这种接收信号的未知方向问题，许多无线装置使用了全向 (omni direction)天线。尽管全向天线可以接收到来自任何方向的信号， 但是因为没有天线增益，所以接收到的信号不是最优的。定向天线具有 优于全向天线的天线增益，但是因为它是定向的，所以它只可以接收来 自特定方向的信号。然而，因为无线环境可能发生改变，所以固定方向 天线可能无法提供足够的性能。一种用来增强定向天线的性能的技术是天线切换系统。典型的天线 切换系统包括按照能够从任何方向接收信号的模式布置的多个天线或天 线振子。可以利用这种天线切换系统来选择单个天线振子，从而选择使 用"指向"接收信号的方向的天线。因此，需要对多天线系统中的天线选择进行优化的方法和设备。发明内容这些系统和方法具有几个特征，任何单个特征都不能获得其期望属 性。在不限定如以下权利要求所表达的范围的情况下，下面简要讨论其 更多突出特征。在考虑该讨论之后，尤其是在阅读了标题为"具体实施 方式"的部分之后，人们可以理解这些系统和方法的特征是如何提供优 于传统构成技术的几个优点的。根据本发明，希望在釆用两个或更多接收天线的情况下，对非视线 (NLOS)或障碍视线(OLOS)传播环境中的天线系统分集进行优化。 换句话说，希望对采用运行在严重多径衰落环境下的一个或多个天线馈 电的系统的空间分集进行优化。还希望在增大系统增益的同时提供NLOS 或OLOS环境下全向天线覆盖区(covemge)的特征。在客户端设备(CPE)或用户站(SS)中，特别是在通过光学手段无法进行直接天线排列的NLOS 环境下，这种系统是可自安装的。该系统还适于支持针对时变NLOS或 OLOS传播环境的天线排列。一方面， 一种从多个天线中选择天线组合的方法包括选择作为天线 阵列的一部分的一个天线。然后测量在该天线处接收到的无线信号的特 征。对阵列中期望数量的天线重复进行特征的选择和测量，然后对测量 值进行组合并排序(ranking)。根据该排序来选择在无线系统工作阶段所 使用的天线组合或组合集。无线信号可以是正交频分复用(OFDM)信号。另外，测量无线信 号的特征例如包括，测量信号中的同步信号(amble)(前同步信号、中 同步信号或后同步信号)对于已知同步信号的相关度、组合从两个或更 多个天线接收到的信号，然后测量组合信号中的同步信号对于已知同步 信号的相关度、测量误差向量测量值、信噪比、载信比或信号衰落测量 值。另一方面， 一种天线系统包括多个天线。该系统还包括与这多个天 线相连并适于将所选天线耦接到切换输出(switch output)的切换矩阵。 无线电模块与该切换输出相连并适于接收射频信号。存在与无线电模块 相连的测量模块，该测量模块适于测量无线电模块所接收的射频信号的 特征。该切换矩阵的切换输出耦接有控制模块，该控制模块适于接收测 得的特征，并控制选择这多个天线的哪个。该控制模块可以一次一个地或同时地选择天线，并根据各个天线的 测量值的组合对这些天线进行排序。然后该控制模块根据该排序来选择 在工作阶段使用的天线组合或者天线组合集。该天线系统还可以包括第 二切换输出，以及与该第二切换输出相连的第二无线电模块。在该构成 中，控制模块选择要通信地耦接到第一无线电模块的一个天线或者信号 被组合的天线集，以及要通信地耦接到第二无线电模块的第二天线或者 信号被组合的天线集。可以使用任何期望数量的切换输出和无线电模块 (radio )。根据以下通过示例方式说明了本发明各个方面的描述，应该很容易想到本发明的其他特征和优点。


图l是示例无线网络的图。图2是可以在接收器处使用的示例多天线模块的图。 图3是说明了本发明的观点的无线网络的图。图4是可以在接收器处使用的另一种示例多天线模块的图。图5是天线系统的实施方式的功能框图。图6是说明了多天线阵列中的天线选择的流程图。图7是通过图形方式来说明各个天线的相对"性能"的组图。图8是通过图形方式来说明各种天线组合的相对"性能"的组图。
具体实施方式
在阅读了说明书之后，本领域技术人员很容易想到如何通过各种另 选实施方式和另选应用来实施本发明。然而，虽然这里要描述本发明的 多种实施方式，但是应当理解这些实施方式只是通过示例方式而不是限 制方式来给出的。同样，不应当将各种实施方式的详细描述解释为限制 本发明的范围或广度。希望在采用两个或更多个接收天线的情况下对非视线(NLOS)或障 碍视线(OLOS)传播环境下的天线系统分集进行优化。换句话说，希望 对采用运行在严重多径衰落环境下的一个或更多个天线馈电的系统的空 间分集进行优化。还希望在增大系统增益的同时提供NLOS或OLOS环 境下多向天线覆盖区的特征。在客户端设备(CPE)或用户站(SS)中， 特别是在通过光学手段无法进行直接天线排列的NLOS环境下，这种系 统应该是可自安装的。还需要针对时变NLOS或OLOS传播环境的适当 天线排列。图2是可以在接收器处使用的示例多天线模块200的图。图2所示 的示例天线模块200中有四个定向天线202、 204、 206和208，每一个都 被构造用于在大约90度的扇区中接收或发射信号。选择在无线系统工作阶段(例如信号接收或发射期间)激活天线202、 204、 206和208中的 哪一个，可以改善无线系统的性能。图3是说明本发明的观点的无线网络的图。图3与图1类似，只是 用图2的天线模块200替换了接收器104处的天线120。在图3的例子中， 抵达天线模块200的多径信号112、 114、 116和118抵达天线模块200 的不同天线202、 204、 206和208。因为多径信号112、 114、 116和118 通常"质量"是不同的，所以可以优选接收多径信号的选择版本，并丢 弃其他版本。例如，多径信号112在被天线202接收之前只反射了一次， 而多径信号116在被天线206接收之前反射了五次。多径信号114和118 分别在被天线204和208接收之前同样反射了两次。因为多径信号112、 114、 116和118均经过了不同的路径，所以它 们通常会经历不同量的劣化或失真。例如，因为多径信号112只反射了 一次，所以它可能经历了最小的劣化。尽管多径信号114和118都反射 了两次，但是因为多径信号114与多径信号118相比经过了较短的整体 路径长度，所以多径信号114可能经历较小的劣化。并且，因为多径信 号116反射了五次，所以它可能经历了最大的劣化。因为这些多径信号 在经历了不同量的劣化之后抵达天线，所以信号的"质量"是不同的。 因此可以优选地只激活选择的天线而停用(deactivate)其他天线。图4是可以在接收器处使用的另一种示例多天线模块400的图。在 该示例天线模块400中，天线系统包括八个定向天线402、 404、 406、 408、 410、 412、 414和416，每一个都被构造用于从大约45度的扇区接收信 号。选择激活哪个天线可以改善接收器的性能。天线模块400中的每个 天线都覆盖了小扇区，因此使天线增益增大到超过图2的天线模块200 中的天线的天线增益。虽然图2和4例示了四个天线和八个天线，但是 可能使用任意希望数量的天线。如图2和4中例示的多天线模块还提供了空间分集。利用空间分集， 对来自两个或更多个空间分集天线的输入信号进行数学组合，来产生质 量优于来自天线的这两个单独信号中的任一个的信号。可选择天线阵列 可以用来对空间分集进行优化，同时还实现了用户可安装天线。选择标准可以基于选择能够使组合方案的性能最大化的接收天线的最优对或集。图5是天线系统500的实施方式的功能框图。天线系统500可以支 持MIMO(多入多出)技术。天线系统500包括多个可配置天线502 508。 虽然描绘了四个可配置天线，但是也可以使用更多或更少的这种振子。 天线切换矩阵510将所选天线502 508可通信地耦接到无线电模块512。无线电模块512从所选天线502 508接收射频(RF)信号，对接收 的信号进行解调，并向数据接口模块514发送一基带信号。无线电模块 512还从数据接口模块514接收基带信号，对基带数据进行解调，并向所 选天线502 508发送RF信号。无线电模块512还可通信地耦接到测量 模块516。如以下进一步所述，测量模块516估计无线电模块从所选天线 接收的信号的特征。例如，测量模块614可以确定接收信号的功率电平， 或者相关度，或者其他特征。在一个实施方式中，在天线系统的选择动作期间，来自期望天线 502 508的信号被发送到无线电模块512。无线电模块的输出与测量模 块516相连。例如，来自每个可用天线502 508的信号可以一次一个地 被发送到无线电模块512，在那里这些信号被发送到测量模块516。测量 模块516对接收到的信号进行分析，以确定信号的"质量"。举个例子， 将每个天线信号发送到无线电模块512达足以从接收自各个天线的信号 中捕获至少一个同步信号(前同步信号、后同步信号、中同步信号)的 时段。测量模块516随后分析该信号，通过测量所接收的(多个)同步 信号与(多个)已知基准同步信号的相关度来确定其质量。可以将同步 信号相关度用作分配到同一发射器或基站的接收信号的标准，来对天线 馈电的质量进行排序。基站标识(BSID)可用来在由不同基站或对等用 户站(SS)发送的具有相同同步信号相关度(amble correlation)的两个 接收信号之间进行判定。测量模块516将确定出的每个所选天线的信号质量发送给控制模块 518。控制模块518与天线切换矩阵510相连，用于选择性地将期望天线 耦接到无线电模块512。如以下进一步所述，控制模块518针对每个所选 天线502 508来估计从测量模块516接收到的信号质量。在估计了期望数量的天线502 508之后，控制模块518可以选择在工作阶段耦接到无 线电模块512和520的天线。应该注意，控制模块512还对天线切换矩 阵进行控制，以在选择阶段选择性地将天线502 508耦接至无线电模块 512。控制模块518估计天线信号的各种组合，以确定优选天线组合。如 以下进一步所述，控制模块518利用各种分析技术来估计天线信号的哪 种组合提供了优选特征，例如，"最平坦的"响应。在一个实施方式中， 通过确定组合的性能相对于其他组合的"测量值"，来排列天线信号的各 种组合。下表1是想要在五个天线的阵列中确定两个天线的最优组合的 五天线阵列的可能排序的说明性示例。在表1中，更接近"l"的值与更接近"0"的值相比表示了增强的性能。天线1天线2天线3天线4天线5天线l0.80.90.30.1天线20.80.30.30.2天线30.90.30.20.4天线40.30.30.20.6天线50.10.20.40.6表1表1只是说明性的，表中列出的值表示在该示例中来自天线1和3 的信号的组合优于其他天线组合。表1中示出的例子只估计了两个天线 的组合。在其他例子中，可以组合任意数量的希望天线，并针对性能来 估计这些组合。返回图5,可以每次一个地对来自每个期望天线502 508的信号进 行釆样，然后对采样进行组合以估计该组合的性能。在另一个实施方式 中，可以同时对来自多个天线的采样进行釆样，然后对采样进行组合以 估计该组合的性能。例如，如果对两个天线的组合进行估计，则除第一 无线电模块512之外还使用第二无线电模块520，可以同时对两个天线进 行釆样。例如可以将第一天线502信号发送到第一无线电模块512，而同 时可以将第二天线506信号发送到第二无线电模块520。可以将来自两个 无线电模块512和520的无线信号发送到测量模块516，在那里确定两个 信号的质量并将其发送给控制模块518。虽然图5中示出的例子只有两个无线电模块，但是可以使用任意希望数量的无线电模块来同时获得希望 数量的采样。可以响应于控制信号来选择性地构造天线系统500，从而创建可以包括不同天线模式的不同天线构成。通过选择一个或更多个天线502 508，天线系统可以指导或控制整个天线系统500的增益。系统可能需要一个接收天线馈电，像多入单出(MISO)或空间时间 编码(STC) 2xl选择空间分集构成中那样，或者需要两个或更多个接收 馈电，像多入多出(MIMO)或STC2x2接收构成中那样。在工作阶段， 取决于系统是需要单天线馈电还是多天线馈电，可以使能在选择阶段中 确定的最高排序天线馈电，而禁能(disable)阵列中的其他天线。如果系 统是多天线系统，则可以对多个信号应用组合技术，来形成接收器的输 入信号。例如，在NLOS环境下，由于多次反射和/或折射，最佳性能射频(RF) 能量的方向是未知的。如图3所示，"最佳"性能RF信号可能从不可预 测的方向抵达接收器。因此希望达到360度天线覆盖。然而，考虑与全 向天线相关联的低天线增益，使用这类天线可能不是最优的解决方案。 因此，利用空间组合方案，可以使用扇区化覆盖来帮助优化系统增益。 返回图3，天线系统200包括四个天线202 208，每个都具有卯度水平 覆盖模式。例如，可以在排列为彼此相对的天线202和206或这些天线 的任何其他组合上接收到提供最佳空间组合性能的接收信号。如果采用更复杂的天线系统，则可以进一步增大系统增益。例如， 使用如图4所示的八天线系统400可以提供增大的增益。例如，可以在 分别具有45度水平覆盖模式的天线404和414上接收到最佳RF信号， 以及相应的增益增大。虽然图2和4中示出的例子表示阵列中的每个天 线都有相同的覆盖模式的天线阵列，但是其他构成也是可能的。例如， 天线系统可以包括具有不同覆盖模式的天线，例如某些振子具有90度的 覆盖模式，而其他天线具有45度的覆盖模式，或者希望覆盖模式的任何 其他组合。此外，可以周期性地使用选择阶段或处理来解决传播环境的改变和上层应用(数据链路层)监测到的相关信号劣化。例如，变化率高的环 境可能需要一种与在固定环境下相比更高的天线重新选择率。使用所描述的天线选择技术，可以显著地改善RF系统在严重NLOS 多径环境下的运行。例如，如果多天线系统是90度扇区天线的阵列，则 基于相应辐射图的相同垂直波束角的H极性增益差异，增益通常要比单 个全向天线高10 12dB。应当注意，用于选择天线的天线切换中的插入 损耗可能会降低接收器的相关噪声系数，从而降低了系统增益。期望的系统增益提高为A SysGain=GH_90deg-GH—o画i-Ls 公式1其中ASysGain:是相应辐射图的垂直角度相同的情况下，基于选择90度 扇区天线与全向天线的SS运行之间的系统增益差。GH_9。deg:是基于相同垂直辐射图案角度的90度扇区天线的水平天线 增益，用dBi来表示。GHj)MM:是基于相同垂直辐射图案角度的全向天线的水平天线增益，用dBi来表示。Ls:是天线切换的工作频率的群插入损失，用dB来表示。 利用公式1，在其中GH—9(Weg=14 dBi， GH_0MNI=4 dBi且Ls<=2 dB的一个例子中，期望的A系统增益提高是 △ SysGain〉=8 dB可以使用各种其他技术来确定选择哪个天线或天线集。例如， 一种 技术是单独检査来自每个天线的信号。可以通过相关处理将同步信号与 已知同步信号进行比较。然后使用每个天线的相关测量值来比较各个天 线的性能并选择供选择的一个、两个或更多个"最佳"候选。如果系统 中有M个可用天线，则存在M个相关操作。在一个实施方式中，将输入信号针对已知序列进行互相关。互相关 操作得到了与输入同步信号的质量相对应的峰。在使用两个信号的例子 中，使用最高的两个峰。相关技术的另一个性质是多径反射导致二次、 三次相关峰，有时还有其他相关峰。在期望相关峰外部检测到明显的峰，就表示很强的多径并且可用来排除给定振子。在一个例子中，可通过测 量主相关峰的归一化幅度，然后测量次大峰的幅度并记录差异，来进行 选择。如下进行单振子的相关"-。 公式2其中N是相关序列的长度。检测峰值，使用归一化处理来确保振子之间的比较在相同标度下。 这就得到了表示基于相关的振子信号质量的单个数值。对于单输出应用， 选择最高数值的振子。可用来确定选择哪个天线或天线集的另一种技术在进行相关测量之 前，组合来自两个或更多个振子的接收信号。来自不同组合的相关随后 被用来确定供选择的"最佳"候选组合。在这种情况下，如果系统中有 M个可用天线且存在N个输出流，则需要MCw个相关操作。例如，如果 存在八天线阵列，并且希望选择一个双天线集，则存在28个相关操作。用于确定选择哪个天线或天线集的另一种技术可以基于时域信号来 简单确定阵列中的"最佳"天线组合。例如，估计各种天线组合来确定 组合的特征，例如，输入信号的平均接收功率，信噪比(SNR)等。此外，利用正交频分复用(OFDM)信号的性质，可以在频域中进 行天线比较。例如，可以利用离散傅里叶变换(DFT)或一些其他等效 处理，将来自每个天线的同步信号序列转换为频域。例如，然后可以利 用误差向量幅度测量值、信噪比(SNR)、载信比(CIR)、信号衰落测量 值，或一些其他度量或度量组合，来确定信号的质量。然后可以基于确 定出的信号质量，选择两个或更多个"最佳"候选。利用这种技术，如 果阵列中存在M个可用天线，则存在M个频域测量操作。关于以上频域信号性能测量，可以利用离散傅里叶变换(DFT)或 一些其他等效处理，将同步信号序列转换为频域。如果存在M个输入阵 列天线且需要N个输出流，则在测量频域信号之前组合出M个输入流的 N个组合。例如，随后可以利用误差向量幅度测量值、信噪比(SNR)、 载信比(CIR)、信号衰落测量值，或一些其他度量和度量组合，来测量 信号的质量。可以基于这些结果来选择两个或更多个"最佳"候选。如果阵列中存在M个可用天线且需要N个输出流，则需要MCN个频域测量 操作。例如，如果如表2所示在两个时间帧内发送信号:Tx天线0Tx天线1时间t时间t+T力化表2则两个接收天线处的接收信号的符号在表3中列出:Rx天线0Rx天线1时间t厂2时间t+T表3在双天线接收器系统中，将值"..3进行组合来恢复所发送的原始&、"值。本发明可用来选择具有最优信号的天线组合用于空间-时间接收器。 为此，将来自一个振子的同步信号 、o和来自第二振子的o、 o进行组合，以得到估计的信号。该组合处理遵照S. Alamouti在压^EJowwa/ o" z,w Cowm臓'c加'omv 1998年10月，pp.' 1451-1458，"A SimpleTransmit Diversity Technique for Wireless Communications"中描述的技术， 这里通过引用将其并入。采用误差向量幅度测量值来为所选的振子组合的质量创建数值。对 其他可能阵列组合重复该处理，并选择最高质量组合(最低总误差向量 幅度)。为了改善混合阵列天线信号的一致性，例如可以利用每个信号的时 域相关的结果或频域中的相位检测/校正电路，来计算相对馈电延迟。可 以使用DFT之前的延迟电路或DFT之后的相位旋转电路在对信号进行组 合之前排列它们的定时或相位。例如，如果天线系统包括四天线阵列， 与以上图2和5中例示的阵列类似，则可以选择信号"强"的一个或多 个天线来为接收器馈电，因为定向天线与全向天线相比具有更多的增益， 所以系统增益增大。在一个例子中，利用同步信号在频域中进行信道估计。基于相位误 差测量对输入信号进行定时/相位调整。将信号变换为频域，对每个天线记录衰落的带宽部分。基于天线振子彼此补充的能力来选择并组合(在频域中)天线振子。衰落测量处理包括测量每个频点(frequencybin)中 的信号的幅度并存储包含每个振子的值的向量。随后，通过对两个候选 的向量进行求和，以及对得到的和向量计算方差，来比较天线组合。在 4x4阵列的情况下，选择方差最低的两个振子的组合。这得到了两个组合 振子的两个流。对于四振子阵列(用A...D来表示四个振子中的每一个)，进行以下 比较-min(var(A+B),var(A+C),var(A+D)，var(B+C),var(B+D),var(C+D》公式3 其中"min"是最小值函数，"var"是方差计算在另一个例子中，可以选择阵列中任意数量(包括所有天线)希望 天线，对它们各自的相位或定时进行调整，以创建用于要馈送至接收器 的信号。例如，利用以上四天线阵列的例子，如果信号是由阵列中的第 一天线发射并接收的，则其具有至少部分取决于该信号到达天线的路径 的第一相移。如果阵列的第二天线接收到所发送的信号，且该信号选取 了与该信号到达第一天线不同的路径，则在第二天线接收到的信号具有 通常不同于第一相移的第二相移。如果将全向天线用在该例中，则接收 到的多径信号的不同相移将导致衰落。使用这里描述的天线系统，在不 同天线处接收到的信号的相位或定时的调整可以得到质量更好并减少或 消除了衰落的要馈送至接收器的信号。在一个实施方式中，可以应用定时/相位校正。在一个例子中，对组 合信号进行排列来减少由相位失配导致的衰落。可以根据时域中相关峰 的位置来计算粗定时校正；可以在频域中进行相位检测/校正。这两种计 算都可以在同步信号上进行。返回图5的例子，该天线系统包括四个天线502 508和两个无线电 模块512和520。在其他实施方式中可以使用不同数量的天线和无线电模 块。此外，数据接口 514可以接收基带数据并将其转换为要发送到另一个系统(未示出)的数据包。同样，数据接口 514可以从另一个系统接收数据包并将其转换为要发送到无线电模块512和520的基带数据。此 外，还可以将数据接口 514配置为向或从另一个系统传送基带数据、中 频(IF)信号或RF信号。在其他实施方式中，可以向另一个系统中的接收器提供其他形式的 信号。例如，如果希望从天线向接收器提供"原"RF信号，则可以将天 线信号550和552从天线切换矩阵510传送到其他系统。该例说明了向 另一个系统传送了两个原RF信号的例子。在其他例子中，可以向另一个 系统提供任意希望数量的原RF信号。此外，如果希望从选择的天线向另 一个系统提供基带数据，则可以向该另一个系统提供基带信号560和562。 在图5的例子中，向另一个系统提供了来自两个无线电模块510和520 的基带信号，在具有附加无线电模块的其他例子中，可以向另一个系统 提供附加基带信号。在另一个例子中，在将天线信号从时域变换到频域 (例如在无线电模块510和520中)之后，可以向另一个系统提供"原" 频域信号570和572。通过类似方式，还可以从另--个系统中的发射器接 收原RF信号、基带信号或原频域信号，并用来从所选天线502 508辐 射信号。在一个例子中，在工作阶段，第一天线可以与第一无线电模块510 通信，而第二天线可以与第二无线电模块520通信。天线信号可以被无 线电模块510和520解调，且可以将基带数据发送给数据接口 514 (于此 组合两个天线信号)，从数据接口 514输出组合信号。数据接口 514输出 的组合信号可以是基带数据、中频(IF)信号或RF信号。用例如图5中的天线系统500的天线系统来代替常规天线，可以改 善现有系统的性能。例如，如果现有系统使用全向天线，则可以用能够 选择提供了与全向天线相比性能得到改善的多天线系统来代替全向天 线。参照图5，天线系统500与现有系统之间的接口可以在信号流的不同 点。例如，可以在数据接口 514处在天线系统500与现有系统之间传送 数据。此外，还可以在无线电模块512和520与现有系统之间传送基带 数据。同样，可以在天线切换矩阵510与现有系统之间传送RF信号。图6是例示了多天线阵列中的天线选择的流程图。流程开始于框600。流程随后进行到框602，确定是否希望绕过自动选择处理。如果希 望绕过自动选择处理，则流程进行到框604，手动选择天线。流程进行到 框606并停止。返回框602，如果希望自动选择天线，则流程进行到框608，选择第 一天线。流程随后进行到框610，确定由所选天线接收到的信号的特征。 流程进行到框614，确定是否估计了所有期望天线。如果没有对所有期望 天线进行排序，则流程进行到框616，选择另一个天线，且流程进行到框 610。返回框614，如果排序了所有期望天线，则流程进行到框618，对 各种天线组合的特征进行组合，并对这些组合进行估计和排序。流程随 后进行到框620，响应于排序，为工作阶段选择天线振子的优选组合。流 程随后进行到框606并停止。下面例示了说明使用频域组合的优点的另一个例子。表4例示了表 示从四个天线A D采样到的频点幅度的值的示例集合。频点幅度A505548607260504030202527B302025272829353540515260C607066654847465030202527D302025272829353540515235表4表5示出了说明测量各种天线组合的性能的值。在该例中，组合的 值是通过对两个天线的组合的频点幅度求和然后对幅度求平均来确定 的。例如，第一频点中天线A和B的组合是(50+30) /2=40。也可以采 用组合频点幅度的其他技术。A+B4037.536,543.55044.542.537.53535.538.543.5A+C5562,55762.56053,5484530202527A+D4037.536.543.55044.542.537.53535.538.531B+C454545.546383840.542.53535.538,543.5B+D302025272829353540515247.5C+D454545.546383840.542.53535.538.531表5例如，可以使用各种统计技术来估计组合从而确定各种组合的排序。 下表6例示了表5中例示的组合的示例分析。20VarMinMaxAvgA+B36.63558,546.2A+C1342062.546.2A+D96.3317146,2B+C74.4357246.2B十D1342062.546.2C+D72,33162.546.2表6图7是以图形方式表示表5中列出的各个天线的相对"性能"的组 图。如图7所示，绘制了天线A702、天线B 704、天线C 706和天线D 708的频点幅度。图8是以图形方式表示各种天线组合的相对"性能"的组图。如图 8所示，存在天线A和B的组合802、天线A和C的组合804、天线A 和D的组合806、天线B和C的组合808、天线B和D的组合810，以 及天线C和D的组合812的图。通过检查图8的图可以看出天线A和B 的组合802是在所有频点上最平坦的响应。此外，天线A和B的组合802 比图7中单独的天线A702或B 704都更加平坦。该例以图形的方式说明 了天线组合如何能够具有与构成组合的单个天线相比更优的性能特征。已描述了本发明的多种说明性实施。然而，本领域技术人员可以看 到，也可以有其他实施且落在本发明的范围内。例如，虽然以上说明描 述了由控制模块来确定天线阵列内的哪个天线用于无线通信的特定示 例，但是这些方面可以由其他类型控制器进行并且落入此处的范围内。因此，本发明不仅限于上述那些实施。本领域技术人员容易想到结 合上述图描述的各种说明性模块和方法步骤以及这里披露的实施，可以 经常被实施为电子硬件、软件、固件或前述组合。为了清楚地说明硬件 和软件的这种可互换性，以上一般是就它们的功能性来描述各种说明性 模块和方法步骤。将这样的功能性实施为硬件还是软件取决于在整个系 统上施加的特定应用和设计约束。本领域技术人员可以对每个特定应用通 过变^:方式来实施所述功能性，但是不应当将这样的实施决定解释为导致 脱离本发明范围。此外，模块或步骤内的功能组合是为了便于描述。在不 脱离本发明的情况下，可以将特定功能从一个模块或步骤移动到另一个。而且，结合这里披露的实施而描述的各种说明性模块和方法步骤可以通过被设计用于执行这里描述的功能的通用处理器、数字信号处理器("DSP")、专用集成电路("ASIC")、场可编程门阵列("FPGA")或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件，或其任何组 合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是另选地，处理器可 以是任何处理器、控制器、微控制器或状态机。也可以将处理器实施为计算装置的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合 了 DSP核心的一个或多个微处理器，或任何其他这样的配置。此外，结合这里披露的实施而描述的方法或算法的步骤可以直接通 过硬件、由处理器执行的软件模块，或二者的组合来实施。软件模块可 以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM 存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或任何其他形式(包括网 络存储介质)的存储介质内。可以将示例存储介质连接到处理器，从而 处理器可以从存储介质读取信息以及将信息写入存储介质。另选的是， 存储介质可以与处理器一体。处理器和存储介质也可以驻留在ASIC内。提供所披露的实施的以上描述是为了使任何本领域技术人员都能够 进行或使用本发明。本领域技术人员容易想到对这些实施的各种修改， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下，这里描述的一般规则可以应用 于其他实施。因此，应当理解这里呈现的描述和图表示本发明的示例实 施，因此表示本发明广泛设想的主题。因此本发明并不旨在限于这里表 示的实施方式，而是给予与所附的权利要求一致的最广泛范围。本申请要求2005年12月12日提交的标题为"Design of a System and Method for Switchable Antenna Selection Based on an Optimized Configuration"的美国临时专利申请60/749401，以及2006年1月27日 提交的和2006年2月17日提交的标题都为"Design of a Self-Installable System and Method for Switchable Antenna Selection Based on a Quality Ranking of OFDM and OFDMA Signals"的美国临时专利申请60A763196 和美国临时专利申请60/774428的优先权，这里通过引用将它们的全部内 容引入。
权利要求
1、一种天线系统，该天线系统包括多个天线；切换矩阵，其与这多个天线相连，并且适于将所选天线耦接到多个切换输出；无线电模块，其与第一切换输出相连，并且适于接收射频信号；测量模块，其与该无线电模块相连，并且适于测量该无线电模块所接收的射频信号的特征；以及控制模块，其适于对选择这多个天线中的哪个耦接到第一切换输出进行控制，其中在选择阶段，该控制模块将期望天线选择性地耦接到第一切换输出并且接收由所选天线接收的射频信号的测得特征，该控制模块继续从期望数量的这多个天线中选择并接收测量值，然后该控制模块对来自天线组合的测量值进行组合，并确定在工作阶段中使用的期望天线组合。
2、 根据权利要求1所述的天线系统，其中该控制模块在选择阶段一 次一个地选择天线，并基于测得的特征来对这些天线进行排序。
3、 根据权利要求1所述的天线系统，其中所述天线组合包括来自至 少两个天线的测量值。
4、 根据权利要求1所述的天线系统，该天线系统还包括 第二切换输出；和第二无线电模块，其与第二切换输出相连，其中该控制模块选择要 通信地耦接到该无线电模块的一个天线，和要通信地耦接到第二无线电 模块的第二天线，其中将第二无线电模块所接收的无线电信号的特征发 送给该测量模块。
5、 根据权利要求4所述的天线系统，其中同时进行对该无线电模块 和第二无线电模块所接收的无线电信号的测量。
6、 一种从多个天线中选择天线集的方法，该方法包括以下步骤 选择天线阵列中的一个天线；测量在该天线处接收到的无线电信号的特征； 对该阵列中期望数量的天线重复进行选择和测量； 将期望天线的测量值组合为多个组合测量值； 基于这些组合测量值对天线组合进行排序；以及 选择要在无线电系统的工作期间使用的期望天线组合。
7、 根据权利要求6所述的方法，其中信号接收器是正交频分复用信号。
8、 根据权利要求6所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步骤 包括测量该信号中的同步信号对己知同步信号的相关度。
9、 根据权利要求6所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步骤 包括对从两个或更多个天线接收到的信号进行组合，然后测量组合信号 中的同步信号对已知同步信号的相关度。
10、 根据权利要求6所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括误差向量测量。
11、 根据权利要求6所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括测量信噪比。
12、 根据权利要求6所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括测量载信比。
13、 根据权利要求6所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括信号衰落测量。
14、 根据权利要求6所述的方法，该方法还包括以下步骤 确定从期望数量的天线接收到的信号的相位；以及 调整所选天线集的信号的相位。
15、 根据权利要求6所述的方法，该方法还包括以下步骤 确定从期望数量的天线接收到的信号的定时；以及 调整所选天线集的信号的定时。
16、 一种天线系统，该天线系统包括 天线阵列；切换矩阵，其与该天线阵列相连，并且适于将所选天线耦接到多个切换输出；无线电模块，其与第一切换输出相连，并且适于接收射频信号； 测量模块，其与该无线电模块相连，并且适于测量该无线电模块所 接收的射频信号的特征；以及控制模块，其适于对该切换矩阵进行控制以将期望天线选择性地耦 接到第一切换输出，并接收由所选天线接收的射频信号的测得特征，该 控制模块继续从期望数量的多个天线中选择并接收测量值，然后将这多 个天线的测量值组合为多个组合测量值，并基于这些组合测量值从所选 天线组合向接收器提供独立的通信流。
17、 根据权利要求16所述的天线系统，其中该射频信号是正交频分 复用信号。
18、 根据权利要求16所述的天线系统，其中测量无线电信号的特征 的步骤包括测量该信号中的同步信号对已知同步信号的相关度。
19、 根据权利要求16所述的天线系统，其中测量无线电信号的特征 的步骤包括测量信号中同步信号对己知同步信号的相关度。
20、 根据权利要求16所述的天线系统，其中测量无线电信号的特征 的步骤包括误差向量测量。
21、 根据权利要求16所述的天线系统，其中测量无线电信号的特征 的步骤包括测量信噪比。
22、 根据权利要求16所述的天线系统，其中测量无线电信号的特征 的步骤包括测量载信比。
23、 根据权利要求16所述的天线系统，其中测量无线电信号的特征 的步骤包括信号衰落测量。
24、 根据权利要求16所述的天线系统，其中测量无线电信号的特征 的步骤包括测量该无线电信号的相位。
25、 根据权利要求16所述的天线系统，其中测量无线电信号的特征 的步骤包括测量该无线电信号的定时。
26、 一种从天线阵列中选择天线集的方法，该方法包括以下步骤 选择天线阵列中的天线；测量在所选天线处接收到的无线电信号的特征；对该阵列中期望数量的天线重复进行选择和测量；将所选天线的测量值组合为多个组合测量值； 基于这些组合测量值对天线组合进行排序；以及选择天线组合，因此提供从所述组合到接收器的独立通信流。
27、 根据权利要求26所述的方法，其中信号接收器是正交频分复用 信号。
28、 根据权利要求26所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括测量该信号中的同步信号对已知同步信号的相关度。
29、 根据权利要求26所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括对从两个或更多个天线接收到的信号进行组合，然后测量组合信 号中的同步信号对已知同步信号的相关度。
30、 根据权利要求26所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括误差向量测量。
31、 根据权利要求26所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括测量信噪比。
32、 根据权利要求26所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括测量载信比。
33、 根据权利要求26所述的方法，其中测量无线电信号的特征的步 骤包括信号衰落测量。
34、 根据权利要求26所述的方法，该方法还包括以下步骤 确定从期望数量的天线接收到的信号的相位；以及 调整所选天线集的信号的相位。
35、 根据权利要求26所述的方法，该方法还包括以下步骤 确定从期望数量的天线接收到的信号的定时；以及 调整所选天线集的信号的定时。
36、 一种天线系统，该天线系统包括 天线阵列；切换矩阵，其与该天线阵列相连，并且适于将所选天线耦接到多个切换输出；无线电模块，其与第一切换输出相连，并且适于接收射频信号； 测量模块，其与该无线电模块相连，并且适于测量该无线电模块所 接收的射频信号的特征；以及控制模块，其适于对该切换矩阵进行控制以将期望天线选择性地耦 接到第一切换输出，并接收由所选天线接收的射频信号的测得特征，该 控制模块继续从期望数量的这多个天线中选择并接收测量值，然后将这 多个天线的测量值组合为多个组合测量值，并基于这些组合测量值从所 选天线向接收器提供独立通信流。
37、 根据权利要求36所述的天线系统，其中所述独立通信流是基带 信号。
38、 根据权利要求36所述的天线系统，其中所述独立通信流是RF 信号。
39、 根据权利要求36所述的天线系统，其中所述独立通信流是频域 信号。
40、 一种从天线阵列中选择天线集的方法，该方法包括以下步骤 选择天线阵列中的天线；测量在所选天线处接收到的无线电信号的特征； 对该阵列中的期望数量的天线重复进行选择和测量； 将所选天线的测量值组合为多个组合测量值 ， 基于这些组合测量值对天线组合进行排序；以及 选择天线组合，因此向接收器提供独立通信流。
41、 根据权利要求40所述的方法，其中提供独立通信流的步骤包括 提供基带信号。
42、 根据权利要求40所述的方法，其中提供独立通信流的步骤包括 提供RF信号。
43、 根据权利要求40所述的方法，其中提供独立通信流的步骤包括 提供频域信号。
全文摘要
本发明披露了一种用于从多个天线中选择要在无线电系统工作期间使用的天线的系统、方法和设备。该系统、方法和设备可以包括选择作为天线阵列的一部分的一个天线。然后测量在该天线处接收到的无线电信号的特征。对阵列中期望数量的天线重复选择和测量特征。然后，对测量值进行组合，基于组合测量值对天线组合进行排序。根据排序来选择在无线电系统工作期间使用的天线组合。
文档编号H04J11/00GK101326683SQ200680046518
公开日2008年12月17日 申请日期2006年12月12日 优先权日2005年12月12日
发明者多林·G·维奥雷尔, 罗纳德·G·穆里亚斯, 贾根·N·萨沙德利 申请人:Wi-Lan有限公司