用於多天線的交換方案的製作方法
2023-09-11 15:41:45
專利名稱：用於多天線的交換方案的製作方法
諸如蜂窩電話和膝上計算機的現今的可攜式通信產品要求精確數據流的接收用於有效的操作。網絡接口卡(NIC)上的兩個天線接收的信號可以被順序評估，其中將提供最佳信號質量的天線選擇用於進一步接收數據。因此，MC可用於評估通過兩個天線接收的信號並基於該評估自動跟蹤最佳質量的信號。該選擇性能被稱作「交換分集」並在對抗信號衰減方面提供優於不提供信號質量選擇的產品的信號增益。
具有用於評估來自多個天線的信號並選擇具有期望信號質量的信號的改進方法和電路是有利的。
作為本發明的主題在說明書的結束部分中特別加以指出和明確要求。但是，關於組織和操作方法，本發明連同其目的、特點和優點一起可通過參考以下詳細描述同時結合附圖加以閱讀而獲得最佳理解，其中圖1示出了根據本發明具有用於評估和選擇從多個天線接收的信號的特點的無線通信裝置。
圖2示出了用於動態跟蹤影響多天線接收的信號的信道變化的方案。
圖3示出了用於選擇向無線通信裝置提供最佳性能的天線的評估過程。
圖4示出了動態跟蹤會影響多天線接收的信號的信道變化的另一實施例。
圖5示出了動態跟蹤會影響多天線接收的信號的信道變化的又一實施例。
圖6示出了用於開始覆蓋或啟動無線通信裝置的過程。
可以理解，為了說明的簡單和清楚，附圖中示出的單元不必按比例繪製。例如，為了清楚起見而將某些單元的尺寸相對於其它單元加以誇大。
具體實施例方式
在以下的詳細描述中，闡述了許多特定細節以提供本發明的透徹理解。但本領域的熟練技術人員將理解，本發明可在沒有這些特定細節的情況下實施。在其它實例中，公知的方法、過程、組件和電路都未加詳細描述以便不使本發明模糊不清。
在以下的描述和權利要求中，使用術語「耦合」和「連接」連同它們的派生詞。應理解，這些術語不打算作為彼此的同義詞。相反在特殊實施例中，「連接」可用於指示兩個或多個單元彼此直接物理或電接觸。「耦合」可表示兩個單元直接物理或電接觸。但是，「耦合」也可表示兩個或更多元件未直接相互接觸，而是仍彼此協作或交互。
本發明的實施例可用於各種應用中，其中所要求的主題被結合入微控制器、通用微處理器、數位訊號處理器(DSP)、精簡指令集計算機(RISC)、複雜指令集計算機(CISC)以及其它電子組件。特別是，本發明可用於膝上計算機、智慧型電話機、通信裝置和個人數字助理(PDA)、醫學或生物技術設備、汽車安全和保護設備以及汽車信息娛樂產品。但應理解，本發明的範圍不限於這些示例。
圖1示出了根據本發明具有評估和選擇從多天線接收的信號的特點的無線通信裝置10。在該裝置中，收發器接收和發送來自四個分段天線14、16、18和20的調製信號，雖然天線數量本發明並不限制。接收鏈路可包括諸如低噪聲放大器(LNA)和可變增益放大器(VGA)的放大器，以便放大從選定天線接收的信號。隨後，混頻器電路接收調製信號並下變頻調製信號的載波頻率。隨後，下變頻信號可以被濾波並由模數轉換器(ADC)轉換成數字表示。
一般，基帶處理器24可以連接到ADC以提供通信裝置10內接收到的數據的數字處理。基帶處理器24可處理數位化的正交信號，即來自接收鏈路的同相「I」信號和正交「Q」信號。在發送器側，發送器22可接收基帶處理器24處理的數字數據並用數模轉換器(DAC)將該數字數據轉換成模擬信號，以便從多天線14、16、18和20發送。注意，接收器12和/或發送器22可嵌入基帶處理器24作為混合模式集成電路，或者收發器可作為獨立的射頻(RF)集成電路。
應用處理器28可經過允許數據在基帶處理器24和應用處理器28之間傳遞的信令接口30連接到基帶處理器24。存儲器裝置26可連接到基帶處理器24和應用處理器28以存儲數據和/或指令。在一些實施例中，存儲器裝置26可以是易失性存儲器，諸如靜態隨機存取存儲器(SRAM)、動態隨機存取存儲器(DRAM)或者同步動態隨機存取存儲器(SDRAM)，儘管所要求的主題的範圍在這方面不受限制。在可選實施例中，存儲器裝置可以是非易失性存儲器，諸如電可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、快閃記憶體(NAND或NOR類型，包括每單元多比特)、鐵電隨機存取存儲器(FRAM)、聚合物鐵電隨機存取存儲器(PFRAM)、磁隨機存取存儲器(MRAM)、雙向統一存儲器(OUM)、諸如電磁硬碟、光碟、磁碟的盤存儲器或者能存儲指令和/或數據的任何其它裝置。但是，應理解，本發明的範圍不限於這些示例。
信道評估電路34評估多天線接收並在接收鏈路中處理的信號的信號質量並設定優先級以選擇具有最佳質量的信號。雖然圖1中將信道評估電路34示作接收數字輸入，但應注意也可使用來自接收鏈路的模擬信號而不改變本發明的範圍。交換控制器32接收來自信道評估電路34的選擇標準並控制交換機36自動跟蹤提供最佳信號質量的天線。評估和選擇方案動態地改善無線通信裝置10的性能。
圖2示出了用於動態跟蹤影響接收器12中的多天線接收的信號的信道變化的方案。為了清楚地說明且作為示例，評估來自四個天線A0、A1、A2和A3的信號，但應指出本發明的特點允許評估來自任意數量的天線的信號。
為開始高速無線網際網路連接，具有Wi-Fi卡(或無線保真度)的膝上計算機或其它可攜式裝置可接進與高速網絡物理連接的無線存取點(AP)。隨後，該AP可在網絡點之間傳送幀，作為包括尋址和協議控制信息的成套單元。
該幀通常連續發送並包含「框住」數據的報頭欄位和報尾欄位。802.11WLAN裝置發送的幀的一部分被稱作前同步碼，其中不同的前同步碼格式用於各種協議。例如，用於802.11a裝置的前同步碼包括用於同步的十短和二長的碼元並可包含與信號檢測有關的數據，諸如自動增益控制(AGC)、分集選擇、頻率偏移估計、計時同步等等。應注意，用於諸如802.11b和802.11g的其它802.11裝置的前同步碼與802.11a的前同步碼不同。例如，802.11b在前同步碼訓練序列中不包括短碼元。
根據本發明，任何802.11WLAN裝置發送的前同步碼都由無線通信裝置10進一步使用。此外，前同步碼可用於驗證多個天線接收的信號的相對質量。換句話說，本發明可應用於所有802.11協議，包括最普遍的一些，即802.11b、802.11g和802.11n。前同步碼作為一整體無論是否重複都可被再分且各個部分由不同的天線使用。因此，再分的用於任何802.11協議的前同步碼部分可用於訓練無線通信裝置10。
天線選擇方案示出動態選擇和天線優先級處理，這使得無線通信裝置10能處理具有最高質量的信號。作為示例，四個天線A0、A1、A2和A3可分成兩組，其中一組包括天線A0和A2而另一組包括天線A1和A3。在前同步碼的第一部分到達時，在訓練周期內接收器12順序地評估第一組中的天線接收的信號。作為示例，天線A0可使用第一5.5碼元而天線A2可使用後續的1.8碼元。隨後，在每個碼元到達時，在第二短訓練碼元期間接收器12順序地評估第二組中的天線接收的信號。
例如，第一組接收的信號的比較顯示出天線A0接收的信號質量最高。例如第二組接收的信號的比較顯示出天線A1接收的信號質量最高。接著，例如，在最高比率信號和來自第一和第二組的相應天線之間的進一步比較顯示天線A0接收的信號質量最高。因此，天線A0被選擇用於「第一等級組」而其它天線被置入「第二等級組」。
因此，在該實施例中，信道評估電路34(參見圖1)評估所有天線接收的信號，選擇提供最高質量信號的一個天線用於「第一等級組」並保持所有其它天線於「第二等級組」中。在接收後續前同步碼分組時，交換控制器32使「第一等級組」中的一個天線與選自「第二等級組」中的一天線「配對」。在每個前同步碼分組到達時，信道評估電路34將該一個天線與選自「第二等級組」中的不同天線配對以確定向無線通信裝置10提供最高性能的天線組合。
通過以順序方式配對來自「第一等級組」的一個天線與選自「第二等級組」的天線，可以評估天線和天線組合。基於該評估，可以判定如果來自「第二等級組」的天線提供更好質量的信號是否應用該天線替換「第一等級組」中的天線。作為示例，位置0中的天線A0可與位置1中的天線A1交換。在這種情況下，位置0中的天線A1是「第一等級組」中的一個天線，它與選自「第二等級組」的天線組合用於評估。
應指出，圖2所示的用於動態跟蹤信道變化的方案可概括成為每個前同步碼分組評估超過兩個天線。這對於具有較長前同步碼的802.11b是很有用的，它可由無線通信裝置10用於支持附加的天線評估。所示方案的一個修改可包括在第二等級組中選擇M-1個天線(代替選擇所示的一個天線)。採用較長的前同步碼，接收器12能為每個前同步碼分組評估M個天線。作為示例，在當前前同步分組期間接收器12可選擇位置mod(i，N-1)+1，...，mod(i+M-1，N-1)+1處的天線用於評估並設定i＝mod(i+M-1，N-1)+1用於下一個前同步分組。
圖3是示出用於選擇兩個天線以便向無線通信裝置10提供最高性能的圖2所示方案的評估過程的示圖。在該過程中，評估來自「第一等級組」的位置0中的一個天線(框210)。來自「第二等級組」的天線，即位置1、2、3，...或N-1中的天線，被選擇用於評估(框212)。在這兩個天線的評估和比較之後，選擇具有最佳信號質量的天線並判定是否檢測分組(框214)。如果未檢測分組，則來自天線的信號被再次評估。
另一方面，如果檢測到分組，則判定位置0中的一個天線和來自「第二等級組」的配對天線的相對信號質量(框216)。如果「第一等級組」中的天線具有最佳信號質量，則交換控制器32(參見圖1)選擇來自「第一等級組」中的天線的信號用於在解碼接收消息過程中通過接收器12處理(框218)。AP發送的分組中的地址被驗證(框220)，且如果有效，則將來自「第一等級組」的位置0中的一個天線與來自「第二等級組」的另一天線配對(框228)以開始下一個分組的評估過程。
返回到框216，如果「第一等級組」中的天線不具有最佳信號質量，則交換控制器32(參見圖1)選擇來自「第二等級組」中的配對天線的信號，用於在解碼接收消息的過程中通過接收器12處理(框222)。AP發送的分組中的地址被驗證(框224)，且如果有效，則將來自「第二等級組」的配對天線與來自「第一等級組」的天線交換(框226)。此外，提供最高質量信號的天線被置入「第一等級組」中的位置0。將位置0中的天線與來自「第二等級組」的天線配對(框228)以開始下一分組的評估過程。
在三個分組內檢測接收具有最高質量的信號的天線且該天線被選擇並用於接收進一步的分組。因此，該方案動態地從所有其它天線中確定最佳天線並引導交換控制器32以有效地從該天線接收進一步的分組。
圖4示出了動態跟蹤會影響接收器12中的多個天線接收的信號的信道變化的另一實施例。該實施例包括「第一等級組」中的至少兩個天線，其中基於接收質量信號的較高概率將次天線置入該組。對於無線通信裝置10包括四個天線的示例，兩個天線(例如，天線A0和A2)被置入「第一等級組」且兩個天線(例如，天線A1和A3)被置入「第二等級組」。天線A0和A2之間的比較「a」比比較「b」和「c」更頻繁，因為天線A0和A2已被評估作為提供最高質量信號的最可能的選擇物。
各種比較順序都是可能的。一個示例是比較a、b、a、c的順序，接著重複該順序。另一示例是比較a、a、b、a、a、c的順序，接著重複該順序。對於任何比較順序，天線可交換組以便維持「第一等級組」作為具有接收質量信號的最高概率的天線。因此，在每次比較後，天線都可能被重新配置以便將天線維持於合適的等級組中。
圖5示出了用於動態跟蹤可能影響接收器12中多天線接收的信號的信道變化的又一實施例的比較方案。該實施例中，「第一等級組」中的天線比「第二等級組」中的天線多。該實施例的天線劃分例如可適於視線(LOS)情況，其中一個部分具有最佳信號而兩個相鄰部分具有第二/第三的最佳信道。基於接收質量信號的較高概率，最少這三個天線將被置入「第一等級組」。用於其它天線部分的天線將被置入「第二等級組」。
各種比較順序都是可能的。一個示例是比較a、b、a、b、c的順序，接著重複該順序。另一示例是比較a、b、a、b、a、b、c的順序，接著重複該順序。該比較順序旨在提升選擇提供最佳質量信號的天線的可能性。對於任何比較順序，天線都可交換組，以維持「第一等級組「作為具有接收質量信號的較高概率的天線。因此，在每次比較後，天線都能被重新配置以便將天線維持於合適的等級組中。
圖6示出了用於開始覆蓋或啟動無線通信裝置10的過程。信道評估電路34和交換控制器32引導交換機36以旋轉或循環經過多個天線，直到檢測出分組(框610)。消息由處理器24解碼(框620)並被檢查來自AP的正確地址(框630)。提供該分組的天線被置入位置0，即指示接收質量信號的最高優先級，而其它天線被置入其它位置(框640)。由處理器24選擇用於評估和比較信號的方案之一併使其在無線通信裝置10中運作(框650)。
現在為止，應了解，已呈現了用於結合多個天線和一個接收鏈路並選擇向處理器提供最高質量信號的天線的方法和電路。信號質量可用前同步碼或信標信號評估以確保無線裝置能接收到最佳質量的信號。
雖然這裡已說明和描述了本發明的某些特點，但本領域的熟練技術人員也可進行許多修改、替換、變化和等效。因此，可以理解，所附權利要求書旨在覆蓋落屬於本發明的真實精神範圍內的所有這些修改和變化。
權利要求
1.一種方法，包括由多個天線接收前同步碼；以及順序地評估來自多個天線的信號，以確定與其它天線相比提供更高信號質量的天線，其中所述評估基於前同步碼中的碼元。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，接收前同步碼還包括接收802.11站發送的幀，其中所述幀包括包含已知訓練序列的前同步碼。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，順序地評估來自多個天線的信號還包括解調單接收鏈路中的信號以生成正交信號；以及比較所述正交信號以確定多個天線中的哪一個提供更高的信號質量。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，多個天線接收前同步碼還包括由至少三個天線接收所述前同步碼。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括將具有更高信號質量的天線逐個地與其它天線進行比較，以動態確定具有更高信號質量的天線。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括在網絡接口卡(NIC)上結合所述多個天線與單接收鏈路。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括當所述其它天線之一的信號質量高於其它天線時，選擇該天線。
8.一種方法，包括控制交換機以順序地評估單接收鏈路中由至少三個天線接收的信號，其中所述信號是用於評估信號質量的前同步碼中的碼元。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，還包括評估所述至少三個天線接收的信號以便在信號質量方面比較這至少三個天線。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，評估信號還包括將第一天線接收的第一信號與第二天線接收的第二信號進行比較，以選擇提供更高信號質量的天線。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，還包括根據信號質量，將所述至少三個天線置入第一等級組和第二等級組。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，還包括將來自第一等級組的一個天線的信號與順序地選自第二等級組中的天線的信號進行比較以確定哪個天線具有更高的信號質量。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，還包括基於比較信號，將第一等級組中的天線與第二等級組中的天線進行交換，其中第一等級組具有提供更高信號質量的天線。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，還包括驗證分組中的地址。
15.一種系統，包括網絡接口卡(NIC)，它將至少三個天線經過交換機耦合到單接收鏈路；以及處理器，它與所述單接收鏈路耦合以比較從所述至少三個天線順序接收的前同步碼碼元解調的正交信號，其中所述處理器選擇提供最高質量信號的天線。
16.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，從802.11a/b站接收前同步碼信號且所述前同步碼信號包括十個短的和兩個長的碼元。
17.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，還包括與所述處理器耦合的靜態隨機存取存儲器(SRAM)。
18.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，基於所述最高質量信號，所述至少三個天線中的一些被置入第一等級組而另一些被置入第二等級組。
全文摘要
在具有一個接收鏈路的無線裝置中評估來自多個天線的信號並選擇具有最高質量信號的天線。可以用前同步碼中的短碼元或信標信號評估來自多個天線的信號質量且天線動態地加以選擇以改善無線通信裝置的性能。
文檔編號H04B7/08GK1813422SQ200480018098
公開日2006年8月2日 申請日期2004年6月9日 優先權日2003年6月27日
發明者Q·李, X·林 申請人:英特爾公司