專利名稱：在具有多樣性的多路環(huán)境中接收和發(fā)射信息的系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及利用無線網(wǎng)絡接收和發(fā)射信息的方法，特別涉及一種在無線多路環(huán)境中接收和發(fā)射信息的天線系統(tǒng)及方法。
背景技術：
無線通信網(wǎng)絡中的傳統(tǒng)無線通信裝置所接收或發(fā)射的信號受周圍環(huán)境影響。理論上，具有單天線200的傳統(tǒng)無線通信裝置具有如圖3所示的極坐標圖那樣的輻射圖。單天線200具有以各向同性的例如0dBi的增益線(gain line)220來說明的各向同性的輻射圖210。盡管輻射圖是三維的，但可理解的是該極坐標圖僅是兩維的表示法。因而，極坐標圖可表示三維輻射圖的橫截面。另外，短語“輻射圖”被定義為包括至少發(fā)射圖或接收圖。各向同性的輻射圖210是在例如具有點輻射源的遙遠的空間中產(chǎn)生的理論上的理想模型。
在實際情形中，例如，在城市環(huán)境中，多路徑和其它因素在輻射圖中形成不均勻。信號在到達傳統(tǒng)無線通信裝置的信號天線200之前可以在例如地面、建筑物、墻壁或其它反射結構上反射。更進一步地，由于信號在到達所述單天線之前可同時穿越時間或空間中的多個路徑空間而散射，所述信號與其自身可建設性地和破壞性地干擾。圖4示出了另一個極坐標圖，其中示出了包括產(chǎn)生于單天線200的增益線230的多路徑輻射圖260的一個例子。所述增益線230已由于多路徑干擾而扭曲。因此，例如，點240，250盡管離單天線的距離是相等的，實際上看到的卻是不同的輻射圖，其中點240的信號增益看起來大于點250的信號增益。
因此，受到因多路徑而造成的較差接收或發(fā)射的困擾的傳統(tǒng)無線通信裝置的用戶通常需要來回移動以搜索增強的信號(例如，在不知輻射圖260的形狀的情形下從點250移動到點240。)傳統(tǒng)無線通信裝置的這種位置轉移是不方便的，而且在有些情況下是行不通的，例如，當用戶不可自由移動時。
另外，由于多路徑效應部分地造成建設性的干擾，部分地造成破壞性的干擾，因此在不同信號頻率處的多路徑效應是不同的。結果，例如，如圖5中的極坐標圖所示，第一增益線270由單天線200在第一頻率f1處產(chǎn)生，第二增益線280由單天線200在第二頻率f2處產(chǎn)生。
傳統(tǒng)無線通信裝置可在不同頻率發(fā)射和接收信號。因此，例如，傳統(tǒng)無線通信裝置可經(jīng)過單天線在第一頻率f1處發(fā)射而在第二頻率f2處接收。傳統(tǒng)無線通信裝置實際上具有，例如，以增益線270表示的用于發(fā)射的輻射圖和以增益線280表示的用于接收的輻射圖。例如，在單天線200和點290(例如，基站)之間的雙向無線通信間的結果進一步地用圖5表示。根據(jù)單天線200是發(fā)射還是接收，點290和天線200實際上具有完全不同的輻射圖。在這種情況下，單天線200實際上在從點290接收信號時具有比向點290發(fā)射信號時更大的增益。結果，有可能，比如，盡管來自于點290的信號被成功地接收，但向點290發(fā)射的信號卻可能丟失。
發(fā)明簡介本發(fā)明在很大程度上緩解了在無線通信系統(tǒng)中接收和發(fā)射信息的傳統(tǒng)裝置和方法的缺點。
在一個優(yōu)選實施例中，本發(fā)明提供了用于在多路徑環(huán)境下接收和發(fā)射信息的系統(tǒng)和方法，包括第一天線，第二天線，開關模塊，接收器模塊以及發(fā)射器模塊。作為對所述第一天線和第二天線的接收特性的應變功能，所述開關模塊用于將所述接收器模塊連接至所述第一天線或第二天線中的一個。作為對所述第一天線和第二天線的發(fā)射特性的應變功能，所述開關模塊還用于將所述發(fā)射器模塊連接至所述第一天線或第二天線中的一個。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，所述無線通信裝置提供了第一天線和第二天線，無線通信裝置可通過所述第一天線和第二天線來選擇最優(yōu)的發(fā)射特性或接收特性。本發(fā)明還有一個優(yōu)點在于，所述無線通信裝置可自動將發(fā)射模塊連接至能提供最優(yōu)發(fā)射特性的天線。本發(fā)明又一個優(yōu)點在于，所述無線通信裝置可自動將接收模塊連接至能提供最優(yōu)接收特性的天線。
本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點可通過以下參照附圖對本發(fā)明所做的詳細描述得到理解。附圖中，相同標號表示相同部件。
附圖的簡要說明

圖1示意性地示出了本發(fā)明所述無線通信裝置的一些組成部件；圖2A示出了本發(fā)明所述的無線裝置；圖2B示出了本發(fā)明所述的無線裝置；圖3示出了傳統(tǒng)天線的各向同性的輻射圖的極坐標圖；圖4示出了在多路徑環(huán)境中傳統(tǒng)天線的輻射圖的極坐標圖；圖5示出了在多路徑環(huán)境中傳統(tǒng)天線在不同頻率處的輻射圖的極坐標圖。
發(fā)明的詳細描述圖1示出了本發(fā)明所述的包括無線通信裝置100的無線通信系統(tǒng)的一個典型實施例。無線通信裝置100可包括，例如，手持無線通信裝置、移動電話、汽車電話、蜂窩或個人通信服務(PCS)電話、無繩電話、具有無線調制解調器的膝上型計算機或其他計算裝置、尋呼機或個人數(shù)字助理(PDA)。無線裝置100可以是數(shù)字式的或模擬式的或它們的某種結合。實際上，本發(fā)明也考慮到了本領域的普通技術人員所公知的其它形式的無線通信裝置。
無線通信裝置100可包括，例如，第一天線110，第二天線120，開關模塊130，發(fā)射器模塊140，接收器模塊150和主控制器160。開關模塊130可包括，例如，接收器開關170和發(fā)射器開關180。主控制器160可包括，例如，移動臺調制解調器(MSM)或其它可編程的處理器。無線通信裝置100還可包括本領域的普通技術人員所公知的但沒有更進一步在此說明的其它部件(例如，雙工器，天線分離濾波器，放大器，混頻器，濾波器，振蕩器等)。
現(xiàn)在參照圖2A及圖2B，其中示出了無線裝置100的一種可能的結構。在這個例子中，無線通信裝置100包括兩根天線處于第一方向的第一天線110，處于第二方向的第二天線120。優(yōu)選地，第一天線110被置于正交關系或可增強第一天線110和第二天線120之間的增益圖的不同的其它關系。在這個例子中，第一天線110以至少部分伸出無線裝置100的殼體外的方式安裝，而第二天線120安裝在殼體內。應該理解的是，也可選擇其它的天線安裝方向和位置以支持特定應用和美觀的考慮。
在所述例子中，無線通信裝置100在如圖2A所示的頻率f1處發(fā)射而在如圖2B所示的頻率f2處接收。如前所述，有可能每個天線110，120在頻率f1處具有不同于在頻率f2處的增益線的增益線。例如，第一天線110在如圖2A所示的頻率f1處操作時的輻射圖帶有增益線115，而在如圖2B所示的頻率f2處操作時的輻射圖帶有增益線116。在類似情形中，第二天線120在如圖2A所示的頻率f1處操作時的輻射圖帶有增益線125而在如圖2B所示的頻率f2處操作時的輻射圖則帶有增益線126。
無線通信裝置100有利地利用了增益線的不同，例如增益線115和增益線125之間的不同或增益線116和增益線126之間的不同，從而增強無線通信裝置100的操作。例如，無線通信裝置100可確定第一天線110或第二天線120中的哪一個更利于發(fā)射或接收通信信號并可選擇更有利于當前通信的天線。按照這種方式就可獲得更穩(wěn)定的信號質量，例如，可減少呼叫的中斷、降低能耗、或允許更快的數(shù)據(jù)傳送。由于增益線可隨著例如無線通信裝置100的移動或環(huán)境的變化而變化，無線通信裝置100可連續(xù)地確定和選擇更有利的天線。因此，無線通信裝置100即使在移動時或者操作于活動的、動態(tài)的環(huán)境時也可保持更穩(wěn)定的信號質量。
再次參照圖1，更詳細地描述無線通信裝置100。主控制器160與發(fā)射器模塊140、接收器模塊150和開關模塊130耦合連接。發(fā)射器模塊140與開關模塊130的發(fā)射器開關180連接。通過發(fā)射器開關180，發(fā)射器模塊140可與第一天線110或第二天線120中的一個相連接。接收器模塊150與開關模塊130的接收器開關170連接。通過接收器開關170，接收器模塊160可與第一天線110或第二天線120中的一個相連接。
盡管第一天線和第二天線在圖中被示出為通常處于同一方向，但它們也可被安置成互相之間具有一定角度。例如，第一天線110優(yōu)選地被置于與第二天線120近似呈直角的方向。由于天線的方向影響其輻射圖，因此第一天線和第二天線可能有不同的輻射圖。結果，第二天線120可為無線通信裝置100提供一可供選擇的輻射圖。
在按照一個典型實施例的操作中，主控制器160通過第一天線110或第二天線120接收來自于無線通信網(wǎng)絡的基站的信號?；谒鲂盘?，主控制器160設定發(fā)射模塊140在例如頻率f1處發(fā)射，并設定接收器模塊150在例如頻率f2處接收。主控制器160可評測在當前環(huán)境中天線110、120中的哪一個能夠提供最好的接收特性，當前環(huán)境可包括多路徑的情形。主控制器160也可評測在當前環(huán)境中天線110、120中的哪一個能夠提供最好的發(fā)射特性(例如，信號強度，清晰度，比特誤差率等)。所述評測可以定期的或不定期的(例如，由特定條件啟動)發(fā)生?；谒鲈u測，主控制器160可控制開關模塊130以將發(fā)射器模塊140或接收器模塊150與適當?shù)奶炀€110、120接通。
例如，在無線通信網(wǎng)絡中的無線通信裝置100和基站之間的雙向通信(例如，已連接的呼叫者之間的雙向對話)中，主控制器160可確定，例如，對于在頻率f2處指定的信道，在當前環(huán)境中第一天線110相對于第二天線120可提供更好的接收。結果，主控制器160向開關模塊130發(fā)送控制信號，該控制信號使第一開關170將接收器模塊150與第一天線110接通。主控制器160還可確定，例如，對于在頻率f1處指定的頻道，在當前環(huán)境中第一天線110可提供更好的發(fā)射。結果，主控制器160向開關模塊130發(fā)送控制信號，該控制信號使第二開關180將發(fā)射器模塊140與第一天線110接通。
在另一個典型實施例的操作中，舉例來說，接收器模塊150經(jīng)過開關模塊130的第一開關170與第一天線110相連接。主控制器160監(jiān)測第一天線110的接收特性。如果所述接收特性變差(例如，比特誤差率超過或接近可接受的誤差閾值)，那么主控制器160就測試第二天線110的接收特性。例如，為了評測第二天線120的接收特性，主控制器160可以控制開關模塊130以便第一開關170將接收器模塊150連接至第二天線120。此舉可以相對較快地完成。例如，如果第二天線120的接收特性是基于如第二天線的錯誤比特率來評測，那么評測甚至可在一個比特接一個比特的基礎上確定。
如果主控制器160確定第二天線120具有更好的接收特性(例如，更低的比特誤差率)，那么主控制器160可使接收器模塊150保持與第二天線120的連通。然后，主控制器160監(jiān)測第二天線的接收特性。另一方面，如果主控制器160確定第二天線120沒有更好的接收特性，那么主控制器160可控制開關模塊以便第一開關保持接收器模塊150和第一天線110之間的連接。
在監(jiān)測天線110、120的發(fā)射特性的過程中，主控制器160可執(zhí)行相似的程序。例如，主控制器可通過來自基站的反饋來監(jiān)測發(fā)射特性(例如，信號強度)。結果，如果當前用于發(fā)射的天線(例如第二天線)的發(fā)射特性變差(例如，信號強度接近或低于一個特定的強度閾值)，那么主控制器160測試其它天線(如第一天線)的發(fā)射特性，這可通過將發(fā)射器模塊140連接至第一天線110來實現(xiàn)。在評測天線110、120的發(fā)射特性的過程中，主控制器160可利用來自于基站的反饋信息(例如，閉環(huán)功率控制)。在這個例子中，如果第一天線110有更好的發(fā)射特性，那么主控制器160就保持發(fā)射器模塊140和第一天線110之間的連接。然后，主控制器160監(jiān)測第一天線110的發(fā)射特性。另一方面，如果主控制器160確定第一天線110沒有更好的發(fā)射特性，那么主控制器160可控制開關模塊以便第二開關180將發(fā)射器模塊140連接至第二天線120。
在另一個典型實施例中，當主控制器160已經(jīng)例如將天線從第一天線110切換至第二天線120以提高例如發(fā)射特性之后，主控制器160就要試圖使接收特性與新的發(fā)射特性相匹配。在這個例子中，如果第二天線120具有包括特定量的強度參數(shù)的發(fā)射特性，那么主控器就測試第一天線110和第二天線120的接收特性以評測哪一個天線所具有的強度參數(shù)最接近于上述特定量的接收特性。被選中的天線110、120不必具有例如最大的強度參數(shù)，而是要有最接近于特定量的強度參數(shù)。
在又一個典型實施例中，主控制器160為第一天線110和第二天線120中的至少一個保存有處于其范圍之內的基站列表。當無線通信裝置100在例如注冊過程或其它初始過程期間接收來自于無線通信裝置100的范圍內的所有基站的信號時，這個列表可被編輯。更進一步地，這個列表可定期或不定期地被更新(例如，由特別的條件或事件啟動)。因此，如果正被用于發(fā)射的天線的發(fā)射特性變差，那么主控制器160可利用列表中的各個基站為各個天線進行發(fā)射特性測試。基于這樣的測試，接下來發(fā)生的是天線或基站的切換。如果正被用于接收的天線的接收特性變差，那么主控制器160可利用該列表中的各個基站為各個天線進行接收特性測試?；谶@樣的測試，接下來發(fā)生的是天線或基站的切換。
因此，可以看到，用于在多路徑環(huán)境下接收和發(fā)射信息的系統(tǒng)和方法得以提供。本領域的技術人員可以理解本發(fā)明也可用所述優(yōu)選實施例之外的方式實施，這里所描述的優(yōu)選實施例是用于說明的目的而非限制的目的，本發(fā)明只受下面的權利要求限制。應該指出的是，這里所描述的具體實施例的等效物也一樣可實施本發(fā)明。
權利要求
1.一種無線通信裝置，包括第一天線；第二天線；開關模塊，其與所述第一天線和所述第二天線相連接；接收器模塊，其經(jīng)過所述開關模塊與所述第一天線和所述第二天線相連接；以及發(fā)射器模塊，其經(jīng)過所述開關模塊與所述第一天線和所述第二天線相連接；其中，作為對所述第一天線和第二天線的接收特性的應變功能，所述開關模塊被用于將所述接收器模塊連接至所述第一天線或第二天線中的一個，并且其中，作為對所述第一天線和第二天線的發(fā)射特性的應變功能，所述開關模塊被用于將所述發(fā)射器模塊連接至所述第一天線或第二天線中的一個。
2.如權利要求1所述的無線通信裝置，其中所述開關模塊包括第一開關和第二開關，其中所述接收器模塊經(jīng)過所述第一開關連接至所述第一天線和所述第二天線，并且其中所述發(fā)射器模塊經(jīng)過所述第二開關連接至所述第一天線和所述第二天線。
3.如權利要求1所述的無線通信裝置，進一步包括控制器，其與所述發(fā)射器模塊、所述接收器模塊以及所述開關模塊連接。
4.如權利要求3所述的無線通信裝置，其特征在于，所述發(fā)射特性是針對所述發(fā)射器模塊所用的特定發(fā)射頻率而被確定的。
5.如權利要求3所述的無線通信裝置，其特征在于，所述發(fā)射特性包括多路徑環(huán)境的效應。
6.如權利要求3所述的無線通信裝置，其特征在于，所述發(fā)射特性包括信號強度、信號清晰度和比特誤差率中的至少一個。
7.如權利要求3所述的無線通信裝置，其特征在于，所述接收特性是針對所述接收器模塊所用的特定接收頻率而被確定的。
8.如權利要求7所述的無線通信裝置，其特征在于，所述接收特性包括多路徑環(huán)境的效應。
9.如權利要求7所述的無線通信裝置，其特征在于，所述接收特性包括信號強度、信號清晰度和比特誤差率中的至少一個。
10.如權利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于，所述控制器包括移動臺調制解調器(MSM)。
11.如權利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于，所述第一天線被布置成不與所述第二天線處于同一方向。
12.如權利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于，所述第一天線被布置成與所述第二天線近似正交。
13.一種用于在無線通信裝置中提供多樣性天線的系統(tǒng)，包括第一天線；第二天線；第一裝置，作為對所述第一天線和第二天線的發(fā)射特性的應變功能，所述第一裝置被用于選擇所述第一天線或所述第二天線中的一個以在發(fā)射信息中使用；及第二裝置，作為對所述第一天線和第二天線的接收特性的應變功能，所述第二裝置被用于選擇所述第一天線或所述第二天線中的一個以在接收信息中使用。
14.如權利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括用于將發(fā)射器模塊連接至由所述第一選擇裝置選中的第一天線或第二天線中的一個的裝置；及用于將接收器模塊連接至由所述第二選擇裝置選中的第一天線或第二天線中的一個的裝置。
15.一種用于在特殊多路徑環(huán)境中接收和發(fā)射信息的方法，包括以下步驟(a)作為對第一天線和第二天線在所述特殊的多路徑環(huán)境中的發(fā)射特性的應變功能，選擇所述第一天線或所述第二天線中的一個以用于發(fā)射信息；(b)作為對所述第一天線和所述第二天線在所述特殊的多路徑環(huán)境中的接收特性的應變功能，選擇所述第一天線或所述第二天線中的一個以用于接收信息；(c)將所述要被發(fā)射的信息耦合至在步驟(a)中選定的所述第一天線或所述第二天線中的一個；及(d)將所述要被接收的信息耦合至在步驟(b)中選定的所述第一天線或所述第二天線中的一個。
16.一種用于無線通信的方法，包括以下步驟(a)監(jiān)測與所述無線通信裝置的接收器模塊連接的無線通信裝置的第一天線的接收特性；(b)評測與所述接收器模塊連接的所述無線通信裝置的第二天線的所述接收特性；以及(c)用所述第二天線取代所述第一天線以與所述接收器模塊連接。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述評測步驟包括僅在當所述第一天線的所述接收特性達到特定閾值的情況下才進行評測的步驟。
18.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述評測步驟包括通過使所述第二天線取代所述第一天線而與所述接收器模塊連接以對所述第二天線進行測試的步驟。
19.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述連接步驟包括僅在當所述第二天線的所述接收特性優(yōu)于所述第一天線的所述接收特性的情況下才進行所述連接的步驟。
20.如權利要求16所述的方法，進一步包括以下步驟(d)評測所述第一天線和所述第二天線的發(fā)射特性；及(e)將所述無線通信裝置的發(fā)射器模塊連接至所述第一天線和所述第二天線之中的具有與所述第二天線的所述接收特性更匹配的發(fā)射特性的那個天線。
21.一種用于無線通信的方法，包括以下步驟(a)監(jiān)測與所述無線通信裝置的發(fā)射器模塊連接的無線通信裝置的第一天線的發(fā)射特性；(b)評測與所述發(fā)射器模塊連接的所述無線通信裝置的第二天線的發(fā)射特性；以及(c)使所述第二天線取代所述第一天線以與所述發(fā)射器模塊連接。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述評測步驟包括僅在當所述第一天線的所述發(fā)射特性達到特定閾值的情況下才進行評測的步驟。
23.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述評測步驟包括通過使所述第二天線取代所述第一天線而與所述發(fā)射器模塊連接以對所述第二天線進行測試的步驟。
24.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述連接步驟包括僅在當所述第二天線的所述發(fā)射特性優(yōu)于所述第一天線的所述發(fā)射特性的情況下才進行所述連接的步驟。
25.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)測步驟包括從無線通信網(wǎng)絡接收反饋信息以用于確定所述發(fā)射特性的步驟。
26.一種用于無線通信的方法，包括以下步驟(a)為無線通信裝置的第一天線和第二天線生成在所述無線通信裝置范圍內的基站的列表；(b)監(jiān)測與所述無線通信裝置的接收器模塊連接的所述第一天線的接收特性；(c)如果所述被監(jiān)測的接收特性變差，則測試所述第一天線和所述列表上的所述基站之間的接收特性及所述第二天線和所述列表上的所述基站之間的接收特性；以及(d)如果所述被測試的特定天線和特定基站之間的接收特性優(yōu)于被監(jiān)測的接收特性，則將所述接收器模塊連接至該特定天線并將所述無線通信裝置無線地連接至該特定基站。
27.一種用于無線通信的方法，包括以下步驟(a)為無線通信裝置的第一天線和第二天線生成在所述無線通信裝置范圍內的基站的列表；(b)監(jiān)測與所述無線通信裝置的發(fā)射器模塊連接的所述第一天線的發(fā)射特性；(c)如果所述被監(jiān)測的發(fā)射特性變差，則測試所述第一天線與所述列表上的至少一個所述基站之間的發(fā)射特性及所述第二天線與所述列表上的至少一個所述基站之間的發(fā)射特性；以及(d)如果所述被測試的特定天線和特定基站之間的接收特性優(yōu)于被監(jiān)測的發(fā)射特性，則將所述發(fā)射器模塊連接至該特定天線并將所述無線通信裝置無線地連接至該特定基站。
全文摘要
用于在多路徑環(huán)境中接收和發(fā)射信息的系統(tǒng)和方法提供了一種無線通信系統(tǒng)。所述無線通信系統(tǒng)提供有開關模塊，作為對第一天線和第二天線的接收特性的應變功能，所述開關模塊用于將接收器模塊連接至所述第一天線或所述第二天線中的一個。作為對第一天線和第二天線的發(fā)射特性的應變功能，所述開關模塊也用于將發(fā)射器模塊連接至所述第一天線或所述第二天線中的一個。
文檔編號H04B7/08GK1524356SQ02813678
公開日2004年8月25日 申請日期2002年7月10日 優(yōu)先權日2001年7月10日
發(fā)明者蒂莫西·福里斯特, 蒂莫西 福里斯特 申請人:基奧賽拉無線公司