用于在家庭环境中传输信号的系统的制作方法

专利名称：用于在家庭环境中传输信号的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号的无线传输系统，所述信号更具体地是针对家庭环境的。
背景技术：
住宅中数字多媒体设备数目的增多带来了家庭(domestic)网络的出现，家庭网络确保了数据流以高比特率的同时分发，数据流例如是高清晰度(HD)视频数据流、音频数据流或互联网数据流，这些数据在住宅中的所有位置或者几乎所有位置都是可用的。这种网络的结构取决于其中安装有这种网络的建筑物(公寓、具有二楼或不具有二楼的房屋) 内房间的分布，可以使用不同的技术来部署这种网络，如，线缆、电力线承载(PLC，power line carrier)、光纤或符合标准802. lla/b/g或802. Iln的WiFi型无线设备。后一种标准授权对MIMO (多输入多输出)技术的使用，其中MIMO技术是一种多天线技术，能够在干扰主导的环境中在比特率和鲁棒性方面提高传输效率。然而，基于标准802. Iln和MIMO技术的这些新的解决方案根据所使用的MIMO技术，分别具有它们自己的具体规范。下文中将提供MIMO技术的基本原理。MIMO系统的原理是经由多个传输通道来发送和/或接收信号，以获得独立的信号并提高至少一个信号不受衰落影响或仅轻微地受衰落影响的概率。MIMO拓扑可以分为两种主要类别-称作开环系统的系统，其中在预先不知道传播通道的情况下进行传输，这些系统使用空间复用(还称作MIMO矩阵B)技术或空间时间块编码(还称作MIMO矩阵A)技术， 以及-称作闭环系统的系统，使用波束形成技术，并且包括返回通道以向发射机传输与传输通道有关的信息。总之，空间复用(ΜΙΜΟ矩阵B)包括将要传输的数据流分成多个基本流 (elementary stream)，以及用无线电通道和特定天线来发送这些基本流的每一个。在存在多条路径的情况下，如在室内环境中，不同的基本流以不同的空间特征(signature)到达接收机，从而使得能够容易地区分这些基本流。在理想环境下，在短距离上，这种技术倍增了物理比特率，从而倍增了系统的总体传输容量。对于更长的距离，或者在对于传输而言更困难的条件(较差的信噪比)下，比特率迅速地劣化。这种劣化实质上是由于发射机不具有与传输通道的状态有关的信息而引起的。因此不能根据该信息来调整发射。另一开环技术，空间时间块编码(ΜΙΜΟ矩阵B)，也不知道传输通道的状态，该技术优先考虑鲁棒性，分集性与前述空间复用不同。在编码之后，对要发送的数据流进行复制并经由无线电通道和相关联的天线来发送。这些数据流中的每一个是用已知的空间时间编码算法来编码的。这种技术通常用于增大系统的覆盖区。对于空间复用，这种技术不提供用于接收与传输通道有关的信息的返回通道。因此不能根据该信息来调整发射。最后，采用波束形成技术以控制发射天线的辐射图的方向和形式，从而在选定的发射方向上提高功率。这种技术改善了选定方向上的发射以及对干扰和噪声的抵抗。可以以这种方式来提高系统的传输容量。发射中的波束形成在理论上是经由多天线系统发射的最佳方式。这种具有通道信息的技术针对2个天线获得6dB的增益(或者针对4个天线获得12dB的增益)。此外，这种技术可以与诸如空间复用之类的其他技术相结合，从而产生非常高的传输容量。市场上目前最常见的根据802. Iln标准的配置是2X2:2型的O个发射通道、2个接收通道和2个空间流)、2X3:2型的或3X3:2型的。这些系统当中的大多数不具有实现波束形成技术所需的返回通道。在接收中，已知使用称作CSI (通道状态信息)的信息项， 以确定传输通道的状态并根据该状态对接收到的符号进行解调。通常利用与有用符号一起传输的训练符号来获得CSI信息。对于发射，需要返回通道，以向发射机传输CSIT (发射机处的通道状态信息)信息，以调整发射的信号来适应于传输条件。然而由于实现该返回通道的复杂性，在MIMO技术中未实施该返回通道。因此，目前一些系统实施在标准802. Iln中定义的称作“隐式波束形成”的技术。 根据该技术，认为传输通道是互逆的(reciprocal)。例如，如果考虑一种系统，该系统包括与客户终端通信的中央终端，则中央终端计算波束的方向矩阵而不添加来自于客户终端的信息。通过估计上行链路通道(客户终端到中央服务器)，例如通过分析接收到的信号的前同步码(preamble)，来实现该操作。然后中央终端向客户终端发送信号，考虑到下行链路通道是互逆的(即，与上行链路通道相同或几乎相同)。在受干扰主导并且与家庭环境相对应的具有多条路径的环境中，这种互逆假设不是有效的。在发射时的波束形成型解决方案更适合上述这种环境。然而如之前指出的，由于大量的MIMO天线和相关联的无线电通道，这种解决方案的实现会导致发射机中信号处理部分的显著增加。这种解决方案实现起来很复杂、耗能并且成本高。本发明的一个目的是克服上述缺陷。

发明内容
所提出的方案在于包括中央终端和至少一个客户终端的MIMO型(没有返回通道的)标准传输系统与以下两者的关联在发射处的扇区型(sectored type)定向天线组成的网络；以及在MIMO传输系统外部的伪(pseudo)返回通道，用于恢复与从每个客户终端至中央终端的环境有关的信息。此外，本发明的目的是一种信号传输系统，包括中央终端，包括用于发送第一信号的至少m个发送通道和η个发送天线，其中η > m> 1，以及用于根据由控制装置选择的切换模式使每个信号发送通道与η个天线中的一个天线相关联的切换装置；至少一个客户终端，包括至少一个接收通道，与接收天线相连，以接收经由中央终端发送的第一信号，所述中央终端和客户终端能够在具有预定频带的传输通道中通信；其中，发送天线是定向天线，每个发送天线能够在预定的角扇区中发送第一信号，系统还包括估计设备，能够产生至少一个信息项，所述至少一个信息项涉及在与客户终端相关联的预定的地理区域的至少一个点处，由中央终端发送的第一信号的接收质量；以及返回通道，用于将所述至少一个信息项传输给中央终端的控制装置，所述控制装置根据所述至少一个信息项来选择切换模式。因此，根据本发明，系统包括返回通道以向中央终端传输与客户终端的区域的至少一个点处的接收质量有关的信息，使得中央终端根据所述信息来选择对接收予以优化的切换模式。根据有利特性，估计设备包括在中央终端附近的发送电路，所述发送电路能够在与中央终端和客户终端之间的传输通道的预定频带相近或相同的频带内，经由被选择用于客户终端的至少一个定向天线来发送第二信号，所述第二信号称作询问信号；以及在与客户端相关联的地理区域中的测量电路，所述测量电路能够测量所述区域中询问信号的功率，测量值表示所述区域中第一信号的接收质量。与客户终端相关联的地理区域例如是所述客户终端所在的住宅的房间。因此，以与经由中央终端发送的第一信号的频率相近或相同的频率来发送询问信号，该询问信号经历的变化与第一信号经历的变化相同。因此，经由置于客户终端的地理区域中的测量电路对接收到的询问信号进行测量，这使得能够在中央终端与客户终端的关联区域的点之间确定传输通道的变化。根据具体实施例，测量电路包括与RFID(射频标识)读取器相关联的至少一个 RFID传感器；所述至少一个RFID传感器能够接收询问信号，根据与RFID传感器的标识符有关的编码参数来对询问信号进行编码并将编码后的信号发送至所述RFID读取器；RFID 读取器能够根据编码后的信号产生对客户终端的关联地理区域中第一信号的接收质量加以表示的信息项。有利地，测量电路包括位于客户终端上的RFID传感器，以精确确定中央终端和客户终端之间的传输通道的变化。根据具体实施例，测量电路包括分布在客户终端的关联区域的多个固定点上的多个RFID传感器，以在区域的多个点处获得传输通道的状态，并且能够有利地在客户终端侧预测传输通道的变化。传感器的数目根据以下因素而改变与客户终端相关联的地理区域的大小，以及在该区域上估计传输通道所要求的精度。在该实施例中，每个RFID传感器接收询问信号，然后利用标识符对所述询问信号进行编码，并将编码后的信号发送至RFID读取器。RFID读取器位于与客户终端相关联的区域的固定点处。根据具体实施例，每个RFID读取器包括用于测量由区域的RFID传感器发送的编码后信号的接收功率的装置；以及处理电路，用于对接收到的信号进行解码，针对每个接收到的信号确定发送了该接收信号的传感器的标识符，以及针对每个接收到的编码后信号， 产生包括接收功率和标识符的信号。根据具体实施例，发送电路在特定的时间间隔期间明显地(noticeably)周期性地向区域的测量电路发送询问信号。在该特定的时间间隔期间，中央终端不发送第一信号。根据具体实施例，系统包括多个客户终端，每个客户终端与地理区域相关联。在每个地理区域中，测量电路包括至少一个RFID传感器以及相关联的RFID读取器。在该实施例中，发送电路在特定的时间间隔期间针对每个地理区域向该地理区域的RFID传感器发送询问信号。
因此，每个地理区域在不同的时间间隔期间被单独地询问。根据有利实施例，每个RFID传感器是表面声波无源传感器。例如，RFID传感器是标签形式的，优选地是粘胶标签形式的。询问信号是脉冲序列。根据具体实施例，控制装置按照经由返回通道传输的至少一个信息项，从切换矩阵的多个预定的切换模式当中选择切换模式。根据优选实施例，返回通道是例如根据ZigBee或Zwave标准操作的无线传输通道。在变体中，返回通道是有线通道，例如是电力线承载(PLC)型的有线通道。


通过参考附图而作出的详细描述，将更好地理解本发明，以及其他目的、细节、特性和优点将变得更清楚，附图中图1是根据本发明的系统的图示，该系统包括与位于地理区域Zl中的客户终端通信的中央终端；图2是示出了按照网状网络位于区域Zl中的一组RFID传感器的图示；图3是表面声波RFID传感器的视图；图4是根据本发明的系统的图示，该系统包括与两个客户终端通信的中央终端， 两个客户终端位于两个地理区域Zl、Z2中。
具体实施例方式参考图1，信号传输系统包括中央终端或接入点1，所述中央终端或接入点1配备有多条发送通道11和多个定向发送天线12，以向至少一个客户终端2发送符合例如无线通信标准802. Iln的信号Si。接入点1例如位于靠近互联网网络接入的位置并且与客户终端2通信，客户终端 2例如是诸如计算机、电视、3G电话或互联网网络连接器之类的多媒体终端。接入点1包括m个发送通道11和η个发送天线12，其中η > m > 1。接入点1还包括切换装置13，以根据控制装置14所选择的切换模式(schema)将m个信号发送通道中的每一个与η个天线中的一个天线相关联。根据具体实施例，切换模式是从切换装置13中存储的切换矩阵的多个预定切换模式当中选择的。在图1的示例中，接入点包括两个发送通道11和四个定向天线12。切换装置13使得这两个发送通道可以连接至这四个定向天线中的两个，以向客户终端发送符合802. Iln 标准的信号。在2. 4GHz WiFi频带(即，在频带[2. 4GHz_2. 483GHz])中的传输通道中传输信号 Si。根据本发明，天线12是定向天线，因此每个天线12在特定的角扇区(angular sector)中发送信号。位于例如与建筑物的房间相对应的地理区域Zl中的客户终端2经由一个或多个天线接收信号Si。根据本发明的重要特点，系统还包括估计设备，产生对客户终端2接收信号Sl的接收质量加以表示的信息；以及返回通道5，将该信息传输给接入点的控制装置14。然后控制装置14根据经由返回通道接收到的信息来选择切换模式。估计设备包括实质上在接入点侧的发送电路15，以在WiFi频带或在接近WiFi频带的频带中按时地或周期性地发送询问信号S2 ；并且估计设备还包括在与客户终端2相关联的区域Zl中的、与RFID读取器4相关联的至少一个RFID传感器3。在图1的示例中，估计设备包括区域Zl中的多个RFID传感器3。RFID传感器3和RFID读取器4形成了测量电路，测量电路能够在区域Zl的多个点处测量询问信号S2的功率。接入点按照TDMA(时分多址)模态(mode)与客户终端和RFID传感器通信。接入点在时间段Tl上发送信号Si，在时间段T2上发送信号S2，其中T2 << Tl，时间段Tl和 T2不重叠。每个RFID传感器3用于接收询问信号S2，利用与RFID传感器标识符有关的编码参数来对该询问信号S2编码，并将编码后的信号S’ 2发送至RFID读取器4。RFID读取器 4接收经由RFID传感器发送的信号，并根据该信号产生对区域Zl中传感器所位于的点处的信号接收质量加以表示的信息项。RFID传感器3被布置在区域Zl的固定点处。当客户终端固定时，还有利地使传感器直接位于该客户终端上。RFID传感器有利地采用粘在客户终端上或粘在房间内放置客户终端的元件上的粘胶标签(adhesive label)的形式。优选地，传感器是表面声波无源传感器。所述表面声波无源传感器是具有高线性度的器件，这意味着如果传感器接收到强信号， 则响应信号同样会强，如果接收到弱信号，则响应信号会弱。因此，RFID读取器接收到的信号的功率与RFID传感器接收到的信号的功率明显地成比例。稍后将参考图3来描述传感
οRFID读取器4也位于区域Zl的固定点处或者位于客户终端上。RFID读取器4包括用于对接收到的由区域Zl的RFID传感器发送的信号的功率加以测量的装置；以及处理电路，用于对接收到的信号进行解码，针对每个接收到的信号确定发送该信号的传感器的标识符，以及产生针对每个接收到的编码信号的包括接收功率和标识符的信号。然后，将 RFID读取器产生的信号经由返回通道传输给控制装置14。返回通道5是例如根据标准“ZigBee”或“Zwave”操作的无线传输通道，或者是例如经由电力线承载(PLC)操作的有线通道。为此，返回通道5包括在客户终端2侧的发射机51以及在接入点1侧的接收机52。接收机52连接至控制装置14。控制装置14分析经由返回通道传输的信息并根据该信息来选择切换模式。如果接收质量不够，则控制装置14修改切换模式以选择其他天线12来发送信号Si。RFID传感器3例如按照如图2所示的规则网络(regular network)，例如位于区域Zl的精确的点处。在该图中，传感器3位于网状网络的节点处。所有这些传感器使得能够分析在区域Zl的不同点处接收到的功率的变化。这些传感器是基于压电效应的，在表面声波传感器的情况下，这些传感器不需要任何外部能量。这些传感器可以定位在金属物体或表面上，而不会出现误操作，并且可以在频带ISM 2. 45GHz中操作，与接入点和客户终端所形成的MIMO或MISO系统处于相同频带。因此，MIMO或MISO系统与估计设备之间在传输通道行为方面具有相似性。每个表面声波无源传感器起到询问信号S2的反射器的作用，并且仅在询问信号中要求IOmW量级上的射频脉冲。在表面波组件中，经由位于压电基板表面上的叉指式(interdigital)金属网络或叉指式换能器来实现电信号和声波之间的转换。图3示出了这样的表面声波传感器，该表面声波传感器包括基板30，在基板30上安装有天线31 ；叉指式换能器32，与天线相连； 以及多个反射器33，被精确地布置在基板上的相应位置处。接入点1发送询问信号S2，询问信号S2例如是2. 45GHz的脉冲序列(pulse train)。脉冲被天线31捕获，天线31将这些脉冲发送至换能器32。换能器32将微波信号转变成电声波。如此产生的声音脉冲在压电基板上传播并且部分地被反射器33反射。放射至换能器32的波承载基于反射器位置的码。这种编码基于反射器33引入的被反射脉冲的延迟时间。在信号中如此引入的码与特定于传感器的标识符相对应。被反射的脉冲序列返回换能器并且被重新转换成电信号S’ 2，天线31将所述电信号S’ 2重传至RFID读取器 4。这种位置编码获得了大量数目的可能的码，并且类似地获得了 RFID传感器的大量数目的标识符，这一数目根据反射器的数目以及反射器之间的可能间隔而改变。因此，根据本发明，每个传感器具有唯一独有(unique)的标识符。将RFID传感器编码的信号发送至RFID读取器4。RFID读取器的装置测量RFID读取器接收到的信号的功率等级。然后经由RFID读取器4的处理电路来分析接收到的信号。 处理电路确定在接收到的信号中编码的标识符，并针对每个接收到的信号产生包括(接收功率-标识符)对的信号。然后RFID读取器4经由返回通道5将该信号传输给控制装置 14。如上所述，返回通道5例如是“ZigBee”型无线传输通道。有利地，返回通道5以信标(beacon)模态操作，换言之，返回通道5周期性地将来自RFID读取器的信息传输给接入点的控制装置。在返回通道的信标模态下，询问信号S’ 2的传输是同步的。返回通道循环地触发询问信号S2向区域Zl的RFID传感器的传输。对于询问信号S2的传输，切换装置13包括附加的输入，以将该询问信号的发送电路15连接至用于WiFi链路的至少一个天线。注意，在相同区域内，RFID读取器与每个RFID传感器之间的距离相对较小(在几米的量级上)。此外，RFID传感器与RFID读取器通常直接成直线相对(in direct line of view) 0此外，表面声波RFID传感器是具有高线性度的器件，RFID读取器接收到的功率与 RFID传感器接收到的功率明显地成比例。有利地，RFID读取器的处理电路考虑到RFID传感器与RFID读取器之间的距离，以校正RFID读取器接收到的功率等级，从而该功率等级尽可能地代表RFID传感器接收到的功率等级。距离参数是在例如校准阶段确定的。例如，以传输给定功率的信号的形式，由RFID读取器询问区域的每个RFID传感器。RFID传感器重传响应信号，所述响应信号由RFID读取器来处理，以确定RFID传感器与RFID读取器之间的距离。该距离参数被存储在RFID读取器中并且用于对接收到的功率等级进行校正。可以循环地重复该校准阶段。当RFID传感器安装在移动客户终端上，例如安装在便携式计算机、IPhone或WiFi平板机上时，该校准阶段可以是非常有用的。本发明的系统还包括位于多个地理区域中的多个客户终端。图4示出了系统包括接入点1和两个客户终端2的情况，所述两个客户终端2位于两个不同的区域Zl和Z2中。 每个区域包括多个RFID传感器3以及包括RFID读取器。发送电路15按照TDMA模态来发送询问信号S2和询问信号S3，询问信号S2针对区域Zl的RFID传感器，询问信号S3针对区域2的RFID传感器。区域Zl (和Z2)的RFID传感器将编码信号S’ 2 (相应地，和S’ 3) 重传至区域Zl (相应地，和Z2)的RFID读取器。RFID读取器分析接收到的信号，并经由返回通道5将对区域Zl和Z2中的接收质量加以表示的信息传输给控制装置14。注意，诸如“ZigBee”网络之类的返回通道可以是已存在于安装有本发明系统的建筑物中，以管理建筑物控制功能，如，照明和建筑物温度。尽管参考不同具体实施例描述了本发明，然而显然本发明不限于此，本发明包括上述手段的落入本发明范围之内的所有技术等价物及其组合。
权利要求
1. 一种用于传输信号的系统，包括中央终端(1)，包括用于发送第一信号(Si)的至少m个发送通道(11)和η个发送天线(12)，其中η >m> 1，以及用于根据由控制装置(14)选择的切换模式将每个信号发送通道与η个天线中的一个天线相关联的切换装置(13)；至少一个客户终端O)，包括至少一个接收通道，与接收天线相连，以接收经由中央终端发送的第一信号，所述中央终端和所述客户终端能够在具有预定频带的传输通道中通其中，发送天线(12)是定向天线，每个发送天线能够在预定角扇区中发送第一信号，系统还包括估计设备(15，3，4)，能够产生至少一个信息项，所述至少一个信息项涉及在跟客户终端相关联的预定地理区域(Zl，Ζ2)中的至少一个点处，由中央终端发送的第一信号的接收质量；以及返回通道(5)，用于将所述至少一个信息项传输至中央终端的控制装置，所述控制装置根据所述至少一个信息项来选择切换模式。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，估计设备包括在中央终端(1)附近的发送电路(15)，所述发送电路(15)能够在与中央终端和客户终端之间的传输通道的预定频带相近或相同的频带内，经由被选择用于客户终端的至少一个定向天线来发送第二信号(S2，S3)，所述第二信号(S2，S3)称作询问信号；以及在与客户端相关联的地理区域中的测量电路(3，4)，所述测量电路(3，4)能够测量所述区域中询问信号的功率，测量值表示所述区域中第一信号的接收质量。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，测量电路包括与RFID读取器(4)相关联的至少一个RFID传感器(3)，所述至少一个RFID传感器(3)能够接收询问信号，根据与RFID传感器的标识符有关的编码来对询问信号进行编码，并将编码后的信号发送至所述RFID读取器，并且RFID读取器(4)能够根据编码后的信号产生对与客户终端相关联的地理区域中第一信号的接收质量加以表示的信息项。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，测量电路包括位于客户终端上的RFID传感器⑶。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其中，测量电路包括分布在与客户终端相关联的区域的多个固定点上的多个RFID传感器(3)。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，RFID读取器(4)位于与客户终端相关联的区域的固定点处。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，每个RFID读取器(4)包括用于测量由区域的 RFID传感器发送的编码后信号的接收功率的装置；以及处理电路，用于对接收到的信号进行解码，针对每个接收到的信号确定发送了该接收信号的传感器的标识符，以及针对每一个接收到的编码后信号，产生包括接收功率和标识符的信号。
8.根据权利要求2至7中任一项权利要求所述的系统，其中，发送电路(15)在特定的时间间隔期间明显地周期性地向区域的测量电路发送询问信号。
9.根据权利要求2至8中任一项权利要求所述的系统，包括多个客户终端0)，每个客户终端与地理区域(Zl，Ζ2)相关联，其中，在每个地理区域中测量电路包括至少一个RFID传感器以及相关联的RFID读取器，以及针对每个地理区域，发送电路(1 在特定的时间间隔期间向该地理区域的RFID传感器发送询问信号。
10.根据权利要求3至9中任一项权利要求所述的系统，其中，每个RFID传感器(3)是表面声波无源传感器。
11.根据权利要求2至10中任一项权利要求所述的系统，其中，询问信号(S2，S3)是脉冲序列。
12.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中，控制装置(14)按照经由返回通道(5) 传输的所述至少一个信息项，从切换矩阵的多个预定的切换模式中选择切换模式。
13.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中，返回通道(5)是无线传输通道，例如根据ZigBee或Zwave标准操作的无线传输通道。
全文摘要
一种信号传输系统，包括中央终端(1)，包括发送第一信号(S1)的至少m个发送通道(11)和n个发送天线(12)，n＞m＞1，和根据控制装置(14)选择的切换模式使每个信号发送通道与n个天线中的一个相关联的切换装置(13)；至少一个客户终端(2)，包括至少一个接收通道，与接收天线相连，接收中央终端发送的第一信号，中央终端和客户终端在具有预定频带的传输通道中通信；估计设备(15，3，4)，产生至少一个信息项，该信息项涉及在客户终端的关联的预定的地理区域(Z1，Z2)中至少一个点处由中央终端发送的第一信号的接收质量；返回通道(5)，将该信息项传输给中央终端的控制装置，控制装置根据该信息项来选择切换模式。
文档编号G06K7/00GK102594415SQ20111045982
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年1月6日
发明者多米尼克·洛海通, 让-卢克·罗伯特, 让-弗朗索瓦·平托斯, 阿里·卢齐耶 申请人:汤姆森许可贸易公司