專利名稱：用于無線通信的低誤比特率天線切換的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及無線通信，并且更具體地，涉及用于無線通信的天線選擇技術(shù)。
背景技術(shù)：
切換的天線系統(tǒng)(switched antenna system)是一種在特定時(shí)刻基于某些選擇準(zhǔn)則從一組天線中選擇一個(gè)來支持無線通信的系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)切換的天線系統(tǒng)來克服由例如多徑衰落和/或其他可能降低無線信號(hào)質(zhì)量的信道效應(yīng)所引起的問題。為了使得用在切換的天線結(jié)構(gòu)中的選擇準(zhǔn)則有效，選擇準(zhǔn)則應(yīng)該能夠可靠地識(shí)別所述天線組中會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)系統(tǒng)性能提高的天線。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案示出示例性切換的天線結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案示出用于在無線通信系統(tǒng)中選擇天線的示例性方法的流程圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案示出用于在多載波通信系統(tǒng)中選擇天線的示例性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在以下詳細(xì)的描述中，將參照通過圖示方式顯示可以在其中實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案的附圖。這些實(shí)施方案以足夠詳細(xì)的方式被描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。應(yīng)當(dāng)可以理解，本發(fā)明的各種實(shí)施方案盡管不同，但是不必互相排斥。例如，連同一個(gè)實(shí)施方案一起描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或者特性，在沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其他實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)。另外，應(yīng)當(dāng)可以理解，在每個(gè)所公開的實(shí)施方案中，在沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以修改單個(gè)元件的位置和排列。因此，以下的詳細(xì)描述不應(yīng)作為限制性的，并且僅僅以所附的權(quán)利要求書來定義本發(fā)明的范圍，與賦予權(quán)利要求書的整個(gè)等同物范圍一起來恰當(dāng)?shù)亟忉尡景l(fā)明的范圍。在附圖中，同樣的數(shù)字在所有幾個(gè)視圖中表示同樣或相似的功能性。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案示出示例性的切換的天線結(jié)構(gòu)10的框圖。切換的天線結(jié)構(gòu)10可以被實(shí)現(xiàn)在任意寬泛范圍的不同無線設(shè)備、系統(tǒng)和組件中，包括例如無線接入點(diǎn)、無線客戶(client)設(shè)備、無線網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)和其他無線網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)、蜂窩電話和其他手持式無線通信設(shè)備、具有無線功能性的個(gè)人數(shù)字助理、尋呼機(jī)、射頻集成電路(RFIC)等等。正如將要詳細(xì)描述的，切換的天線結(jié)構(gòu)10能夠?qū)崿F(xiàn)天線分集技術(shù)來提高相應(yīng)設(shè)備、系統(tǒng)或組件的總體性能。如所示出的，切換的天線結(jié)構(gòu)10可以包括以下中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)多個(gè)天線12、14，天線開關(guān)(switch)16，無線通信電路18和開關(guān)控制器20。無線通信電路18可以包括例如無線接收機(jī)、無線發(fā)射機(jī)或無線收發(fā)機(jī)。無線通信電路18還可以包括用于在系統(tǒng)中處理基帶發(fā)送和/或接收信息的基帶電路(例如接收鏈中用于解碼接收的信息的解碼器等)?？梢愿鶕?jù)一種或更多種無線通信標(biāo)準(zhǔn)(例如無線聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、蜂窩標(biāo)準(zhǔn)等等)來配置無線通信電路18。例如，在至少一個(gè)實(shí)施方案中，可以根據(jù)IEEE 802.11a無線聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11a-1999)來配置無線通信電路18?？商鎿Q地，可以使用其他無線標(biāo)準(zhǔn)和不同標(biāo)準(zhǔn)的組合。
天線開關(guān)16可以操作為將天線12、14中所選擇的一個(gè)耦合到無線通信電路18，以支持通信活動(dòng)。盡管在圖1中僅僅示出了兩個(gè)天線，但是應(yīng)該可以意識(shí)到可以使用任意數(shù)量(多于一個(gè))的天線。此外，可以使用任意類型的天線，包括例如雙極、貼片、螺旋、陣列等天線，以及包括以上天線的組合的其他天線。開關(guān)控制器20控制天線開關(guān)16的操作。即，開關(guān)控制器20確定在特定時(shí)刻天線12、14中的哪一個(gè)應(yīng)該被耦合到無線通信電路18，并相應(yīng)地指示天線開關(guān)16。開關(guān)控制器20可以基于例如從無線通信電路18接收的信息確定將哪一個(gè)天線耦合到無線通信電路18。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中，開關(guān)控制器20基于與系統(tǒng)的天線相關(guān)聯(lián)的誤符號(hào)率(symbol error rate)來選擇天線。即，開關(guān)控制器20可以包括錯(cuò)誤估計(jì)器(estimator)，用于為每個(gè)可用天線(或?yàn)槊總€(gè)可用天線的子集)估計(jì)誤符號(hào)率，并基于所述誤符號(hào)率選擇用在通信中的天線(例如選擇具有最低誤符號(hào)率的天線，等等)。本領(lǐng)域中已知各種用于估計(jì)與天線相關(guān)聯(lián)的誤符號(hào)率的技術(shù)。計(jì)算得到的誤符號(hào)率可以各自基于單個(gè)接收的分組(packet)或多個(gè)接收的分組(例如多個(gè)之前的分組的平均值，等等)。使用在這里，術(shù)語“誤符號(hào)率”意圖包括用于表示比率的所有不同方法和格式。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中，切換的天線結(jié)構(gòu)被實(shí)現(xiàn)在使用多載波通信的無線通信系統(tǒng)中。多載波通信是用于發(fā)送數(shù)據(jù)的技術(shù)，該技術(shù)將數(shù)據(jù)分成多段(piece)，然后通過多個(gè)單獨(dú)的窄帶載波(即子載波(sub-carrier))以并行的方式發(fā)送所述段。多載波通信經(jīng)常被用于通過增加載波的符號(hào)周期來限制通過每個(gè)子信道(即通過每個(gè)子載波)發(fā)送的數(shù)據(jù)速率，從而克服符號(hào)間干擾。當(dāng)通過子信道發(fā)送的符號(hào)周期比信道中的最大多徑延遲長時(shí)，符號(hào)間干擾的影響可以被顯著地減小。由于使用多個(gè)載波，可以獲得使用多載波技術(shù)的相對(duì)高的總體數(shù)據(jù)速率。盡管符號(hào)間干擾的影響減小了，但是多徑衰落可能仍然導(dǎo)致多載波系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)誤傳(distort)。例如，一些子載波可能比其他子載波經(jīng)歷更大的衰落，以致對(duì)于不同子載波，接收機(jī)接收的信號(hào)幅度是不同的(即非均勻載波振幅)。典型地，經(jīng)歷較高級(jí)別的多徑衰落的載波在接收機(jī)端會(huì)具有較小的信噪比(SNR)。甚至當(dāng)接收的信號(hào)中其他子載波具有相對(duì)高的SNR時(shí)，接收的信號(hào)中的那些較低SNR子載波仍可能會(huì)危害接收機(jī)正確地檢測(cè)其中數(shù)據(jù)的能力。因此，基于平均信號(hào)水平、SNR或信干噪比水平(signal to interference and noise level，SINR)的天線選擇技術(shù)可能是不可靠的。在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中，在多載波通信系統(tǒng)中是基于在多載波信號(hào)的子載波上取得的平均誤符號(hào)率來執(zhí)行天線選擇的。
正變得越來越普遍的一種多載波通信的形式是正交頻分復(fù)用(OFDM)。OFDM被用于各種無線通信標(biāo)準(zhǔn)中，包括例如IEEE 802.11a(IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11a-1999)、IEEE 802.11g等等。在OFDM系統(tǒng)中，在每個(gè)子載波上接收的信號(hào)可以如下表示rk(i)＝αk(i)·s(i)+nk(i) i＝1，2，...，N；k＝1，2，...，K其中i是子載波索引，k是天線索引，s(i)是第i個(gè)子載波的發(fā)送信號(hào)，rk(i)是第i個(gè)子載波和第k個(gè)天線的接收信號(hào)，αk(i)是第i個(gè)子載波和第k個(gè)天線的信道增益，nk(i)是第i個(gè)子載波和第k個(gè)天線的噪聲加干擾，N是承載數(shù)據(jù)的子載波數(shù)量，K是天線的數(shù)量。在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中，在多載波系統(tǒng)中通過識(shí)別在所述多個(gè)子載波上具有最低平均誤符號(hào)率(SER)的天線來選擇天線。這可以被表示為ke=argminkΣi=1NPr[ek(i)]]]>其中Pr[ek(i)]是在第i個(gè)子載波上正交幅度調(diào)制(QAM)符號(hào)的誤符號(hào)概率(QAM是用于例如IEEE 802.11a無線聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù))。為了簡(jiǎn)化所需要的計(jì)算，可以使用兩個(gè)最近的信號(hào)星座(constellation)點(diǎn)之間的錯(cuò)誤概率來近似上面的表達(dá)式，如下所示ke=argminkΣi=1NQ[||αk(i)d||2σk(i)]]]>其中Q(χ)=∫χ∞12πet22dt]]>是星座圖中的錯(cuò)誤概率，d是兩個(gè)發(fā)送的QAM星座點(diǎn)之間的最短距離(即正方的QAM星座圖中的行和列間距)，σk(i)是第i個(gè)子載波和第k個(gè)天線的噪聲加干擾的方差的平方根，‖αk(i)d‖是兩個(gè)接收的信號(hào)點(diǎn)之間的最短距離(即接收的QAM星座圖中的間距)。通過近似函數(shù)Q(x)，上式還可以被進(jìn)一步簡(jiǎn)化為ke=argminkΣi=1N2σk(i)αk(i)dexp[-||αk(i)d||24σk2(i)]]]>
任意上面的等式都可以被實(shí)現(xiàn)在圖1的開關(guān)控制器20內(nèi)，或被實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)的其他位置。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案示出用于在無線通信系統(tǒng)中選擇天線的示例性方法30的流程圖。在多個(gè)天線處接收信號(hào)(框32)，并且基于對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)為所述多個(gè)天線中的每一個(gè)確定誤符號(hào)率(框34)?？梢酝瑫r(shí)在多個(gè)天線處接收全部信號(hào)，可以一次只接收一個(gè)信號(hào)，或是以一些其他方式接收。類似地，可以同時(shí)為所有天線確定誤符號(hào)率，可以一次只為一個(gè)天線確定誤符號(hào)率，或是以其他方式確定。在一種可能的途徑中，接收信號(hào)并且為每個(gè)感興趣的天線確定誤符號(hào)率，一個(gè)接一個(gè)進(jìn)行?？商鎿Q地，可以使用其他技術(shù)。
在一些系統(tǒng)中，可以為每個(gè)天線確定的單個(gè)的、非平均的誤符號(hào)率。在其他系統(tǒng)中，可以為每個(gè)天線確定平均誤符號(hào)率。例如，在多載波系統(tǒng)中，可以為每個(gè)天線確定在相應(yīng)的接收信號(hào)的多個(gè)子載波上的平均誤符號(hào)率。在碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中，可以為每個(gè)天線確定在系統(tǒng)的各種碼上的平均誤符號(hào)率。正如所意識(shí)到的，用于確定與天線相關(guān)聯(lián)的誤符號(hào)率的方法通常取決于實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。
隨后，基于上面所確定的誤符號(hào)率來選擇用于通信的天線(框36)。例如，在一種可能的途徑中，選擇具有最低誤符號(hào)率的天線。所選擇的天線可以被用作接收天線、發(fā)射天線，或即被用作接收天線又被用作發(fā)射天線?？梢栽陬A(yù)先確定的時(shí)間重復(fù)上述天線選擇方法30，或是響應(yīng)于檢測(cè)到預(yù)先確定的條件(例如高錯(cuò)誤率等等)重復(fù)上述天線選擇方法30。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)每個(gè)到來的分組(或每隔一個(gè)分組，或每三個(gè)分組等等)重復(fù)該過程。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，平均多個(gè)接收的分組的誤符號(hào)率。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案示出用于在多載波無線通信系統(tǒng)中選擇天線的示例性方法40的流程圖。在至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，方法40在基于IEEE 802.11a的系統(tǒng)內(nèi)被執(zhí)行，盡管其他多載波系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)方法40。所述方法首先切換到K個(gè)天線中的第一天線(框42和44)。接著使用所述第一天線檢測(cè)短前同步碼(preamble)(框46)。然后可以使用檢測(cè)到的前同步碼來為第一天線估計(jì)噪聲加干擾功率(框48)。然后可以為第一天線計(jì)算信道頻率響應(yīng)(框50)。然后可以使用估計(jì)的噪聲加干擾功率以及信道頻率響應(yīng)來為第一天線估計(jì)所檢測(cè)的前同步碼的多個(gè)子載波上的平均誤符號(hào)率(框52)。可以使用例如之前所討論的等式之一來執(zhí)行該估計(jì)，或者可以使用其他估計(jì)技術(shù)。接下來，確定是否已經(jīng)為所有感興趣的天線估計(jì)了平均誤符號(hào)率(框54)。因?yàn)檫€沒有為所有感興趣的天線確定錯(cuò)誤率，所以為下一天線重復(fù)上述過程(框56)。在已經(jīng)為所有感興趣的天線生成了平均誤符號(hào)率之后(框54)，基于平均誤符號(hào)率選擇用于無線通信的天線(框58)。然后可以為所選擇的天線執(zhí)行同步和相位追蹤。應(yīng)該意識(shí)到，在天線選擇確定期間，不一定要為每一個(gè)與具體設(shè)備相關(guān)聯(lián)的天線生成平均誤符號(hào)率值，而是可以僅為與所述設(shè)備相關(guān)聯(lián)的天線的子集生成平均誤符號(hào)率值。可以在預(yù)先確定的時(shí)間重復(fù)天線選擇方法40，或是響應(yīng)于檢測(cè)到預(yù)先確定的條件(例如高錯(cuò)誤率等等)重復(fù)上述天線選擇方法40。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)每個(gè)到來的分組(或每隔一個(gè)分組，或每三個(gè)分組等等)重復(fù)該過程。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，平均多個(gè)接收的分組的誤符號(hào)率。
在前面的詳細(xì)描述中，將本發(fā)明的各種特征一起組合在一個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)的實(shí)施方案中，以簡(jiǎn)化本公開。不應(yīng)該將這種公開方法解釋為反映了這樣的意圖，即，所要求保護(hù)的發(fā)明需要比清楚地在每個(gè)權(quán)利要求中所陳述的特征更多的特征。相反，如所附的權(quán)利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面可以處于比以上所公開的每個(gè)實(shí)施方案的全部特征少的狀態(tài)。
盡管結(jié)合某些實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該可以理解，在不偏離本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)理解了的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以采取修改和變化。這些修改和變化被認(rèn)為在本發(fā)明和所附權(quán)利要求書的界限和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于無線通信系統(tǒng)的方法，包括為天線組中的天線確定誤符號(hào)率；以及基于所述誤符號(hào)率從所述天線組中選擇用于后續(xù)無線通信的天線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇天線的操作包括選擇具有最低誤符號(hào)率的天線。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述誤符號(hào)率包括平均誤符號(hào)率。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述無線通信系統(tǒng)是多載波系統(tǒng)；以及所述平均誤符號(hào)率在多個(gè)子載波上被平均。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中確定誤符號(hào)率的操作包括通過對(duì)與和第一天線相關(guān)聯(lián)的多個(gè)子載波對(duì)應(yīng)的誤符號(hào)概率求和來為所述第一天線確定平均誤符號(hào)率。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中確定誤符號(hào)率的操作包括通過使用兩個(gè)最近的信號(hào)星座點(diǎn)之間的錯(cuò)誤概率來估計(jì)與和第一天線相關(guān)聯(lián)的多個(gè)子載波對(duì)應(yīng)的誤符號(hào)概率的和，從而為所述第一天線確定平均誤符號(hào)率。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述無線通信系統(tǒng)使用正交頻分復(fù)用(OFDM)。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述無線通信系統(tǒng)是基于碼分多址(CDMA)的系統(tǒng)；以及所述平均誤符號(hào)率在多個(gè)碼上被平均。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定誤符號(hào)率的操作包括通過計(jì)算在多個(gè)接收的分組上的平均來為第一天線確定第一誤符號(hào)率。
10.一種裝置，包括天線開關(guān)，所述天線開關(guān)用于以可控制的方式將多個(gè)天線中的一個(gè)耦合到無線通信電路；以及開關(guān)控制器，所述開關(guān)控制器用于基于與所述多個(gè)天線中的天線相關(guān)聯(lián)的誤符號(hào)率從所述多個(gè)天線中選擇要被耦合到所述無線通信電路以用于支持無線通信的天線。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述開關(guān)控制器包括錯(cuò)誤估計(jì)器，所述錯(cuò)誤估計(jì)器用于估計(jì)與所述天線相關(guān)聯(lián)的所述誤符號(hào)率。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述誤符號(hào)率是平均誤符號(hào)率。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述無線通信電路支持多載波通信；以及所述平均誤符號(hào)率在多個(gè)子載波上被平均。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述開關(guān)控制器包括錯(cuò)誤估計(jì)器，所述錯(cuò)誤估計(jì)器用于通過對(duì)與和第一天線相關(guān)聯(lián)的多個(gè)子載波對(duì)應(yīng)的誤符號(hào)概率求和來為所述第一天線確定平均誤符號(hào)率。
15.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述無線通信電路支持碼分多址(CDMA)；所述平均誤符號(hào)率在多個(gè)碼上被平均。
16.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述開關(guān)控制器為所述天線開關(guān)生成開關(guān)控制信號(hào)。
17.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述開關(guān)控制器選擇具有最低誤符號(hào)率的天線。
18.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述無線通信電路包括以下中的一項(xiàng)無線發(fā)射機(jī)，無線接收機(jī)以及無線收發(fā)機(jī)。
19.一種系統(tǒng)，包括多個(gè)天線，所述多個(gè)天線包括至少一個(gè)雙極天線；天線開關(guān)，所述天線開關(guān)用于以可控制的方式將多個(gè)天線中的一個(gè)耦合到無線通信電路；以及開關(guān)控制器，所述開關(guān)控制器用于基于與所述多個(gè)天線中的天線相關(guān)聯(lián)的誤符號(hào)率從所述多個(gè)天線中選擇要被耦合到所述無線通信電路以用于支持無線通信的天線。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)控制器包括錯(cuò)誤估計(jì)器，所述錯(cuò)誤估計(jì)器用于估計(jì)與所述天線相關(guān)聯(lián)的所述誤符號(hào)率。
21.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述誤符號(hào)率是平均誤符號(hào)率。
22.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述無線通信電路支持多載波無線通信；以及所述平均誤符號(hào)率在多個(gè)子載波上被平均。
23.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述無線通信電路支持碼分多址(CDMA)；所述平均誤符號(hào)率在多個(gè)碼上被平均。
24.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是無線接入點(diǎn)的部分。
25.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是無線網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)的部分。
全文摘要
切換的天線系統(tǒng)基于誤符號(hào)率選擇天線。
文檔編號(hào)H04B7/06GK1890897SQ200480036552
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
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