CN106464226B - 使用可调谐天线和天线调谐装置的无线通信 - Google Patents

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Abstract

使用可调谐天线和天线调谐装置的无线通信。本发明涉及使用一个或多个可调谐天线和天线调谐装置的无线通信的方法以及使用一个或多个可调谐天线和天线调谐装置的无线通信的装置。本发明的用于无线通信的装置包含:4个天线(11)(12)(13)(14),所述4个天线构成天线阵列(1),所述天线的每一个是可调谐无源天线;无线设备(5);具有4个天线端口(311)(321)(331)(341)的天线调谐装置(3),所述天线端口的每一个通过馈电(21)(22)(23)(24)耦合到所述多个天线中的一个,所述天线调谐装置具有4个无线端口(312)(322)(332)(342),所述无线端口的每一个通过互连(41)(42)(43)(44)耦合到无线设备(5);以及调谐控制单元(7),所述调谐控制单元接收用于无线通信的装置内自动生成的调谐指令,所述调谐控制单元将多个调谐控制信号发送给所述天线调谐装置和所述可调谐无源天线。

Description

使用可调谐天线和天线调谐装置的无线通信
技术领域
本发明涉及用于使用一个或多个可调谐天线和天线调谐装置的无线通信的方法。本发明也涉及用于使用一个或多个可调谐天线和天线调谐装置的无线通信的装置。所接收或发射的无线信号可携带任何性质的信息,例如,用于语音传输和/或图像传输(电视)和/或数据传输的信号。所接收或发射的无线信号可用于任何类型的操作,例如,广播、双向点对点无线通信或在蜂窝网络中的无线通信。
在2014年3月20日提交的、题目为“Communication radio utilisant desantennas accordables et un appareil d’accord d’antenne”的法国专利申请第14/00666号通过引用方式被并入。
背景技术
由天线呈现的阻抗依赖于频率和围绕天线的空间的电磁特性。特别地,如果天线被内置于便携式收发器(例如移动电话机)中,则用户身体对由天线呈现的阻抗有影响,并且该阻抗依赖于用户身体的位置。这被称为“用户交互(user interaction)”、或者“人手效应”或者“手指效应”
天线调谐装置,也被称为天线调谐器,是意欲插在无线设备(例如无线发送器或无线接收器)和其天线之间以达到由无线设备所看到的阻抗与目标值匹配的无源装置。图1示出了这样的用于调谐单个天线(11)的天线调谐装置(31)的典型使用的方框图,所述天线在给定频带中运行(或被使用)。所述天线调谐装置(31)包括:
天线端口(311),所述天线端口通过馈电(21)耦合到天线(11),所述天线
端口(311)在所述给定频带中的频率上看到被称为由天线端口所看到的
阻抗的阻抗;
无线端口(312),所述无线端口通过互连(41)耦合到所述无线设备(5),所
述无线端口(312)在所述给定频带中的所述频率上呈现被称为由所述无
线端口呈现的阻抗的阻抗;
一个或多个可调阻抗器件,所述可调阻抗器件中的每一个在所述给定频
带中的所述频率上具有电抗,所述可调阻抗器件中的任一个的电抗都是
可调的并对由所述无线端口呈现的阻抗有影响。
无线设备(5)是用于无线通信的有源装置,诸如发射器、接收器或收发器。馈电(21)例如可以是同轴电缆。在一些情况下,当所述天线调谐装置(31)被紧靠天线(11)放置时,所述馈电(21)不存在。互连(41)例如可以是同轴电缆。在一些情况下,当天线调谐装置(31)被紧靠无线设备(5)放置时,所述互连(41)不存在。
天线调谐装置在给定频带中的任何频率上基本表现为相对于所述天线端口和所述无线端口的无源线性的2端口装置。这里,“无源”是以电路理论中的含义使用的,所以天线调谐装置不提供放大。实际上,不期望在给定频带中施加到天线调谐装置的天线端口或无线端口的信号有损失,因此,在给定频带中,理想的天线调谐装置对于施加到其天线端口或无线端口的信号是无损的。
图2示出了可用作在图1中示出的用于调谐单个天线的无线调谐装置(31)的示意图,所述天线用在给定频带中。在图2中示出的天线调谐装置包括:
具有两个端子(3111)(3112)的天线端口(311),所述天线端口为单端;
具有两个端子(3121)(3122)的无线端口(312),所述无线端口为单端;
呈现负电抗并且与所述天线端口并联的可调阻抗器件(313);
线圈(315);
呈现负电抗并且与所述无线端口并联的可调阻抗器件(314);
在图2中示出的类型的天线调谐装置例如被用在F.Chan Wai Po,E.de Foucault,D.Morche,P.Vincent和E.Kerhervé的、题目为“A Novel Method for Synthesizing anAutomatic Matching Network and Its Control Unit”(出版于IEEE transactions onCircuits and Systems—I:Regular Papers,vol.58,No.9,pp.2225-2236in September2011)的文章中。Q.Gu,J.R.De Luis,A.S.Morris和J.Hilbert的、题目为“An AnalyticalAlgorithm for Pi-Network Impedance Tuners”(出版于IEEE Transactions onCircuits and Systems—I:Regular Papers,vol.58,No.12,pp.2894-2905in December2011)的文章和K.R.Boyle,E.Spits,M.A.de Jongn,S.Sato,T.Bakker和A.vanBezooijen的、题目为“A Self-Contained Adaptive Antenna Tuner for Mobile Phones”(出版于Proceedings of the 6th European Conference on Antenna and Propagation(EUCAP),pp.1804-1808in March 2012)的文章考虑了与在图2中示出的类似的类型的天线调谐装置,主要区别在于图2的线圈(315)被可调阻抗器件代替,所述可调阻抗器件是可变电感器或与可变电容器并联连接的电感器。
天线调谐装置可用于补偿由运行频率的变化所引起的由天线端口所看到的阻抗的变化和/或补偿用户交互。
由多端口天线阵列呈现的阻抗矩阵依赖于频率和围绕天线的空间的电磁特性。尤其是,如果多端口天线阵列被内置于同时使用多个天线以用于MIMO通信的便携式收发器中(例如LTE无线网络的用户设备(UE)),则由多端口天线阵列呈现的阻抗矩阵受用户交互的影响。
另一天线调谐装置(其可被称为“多天线端口和多无线端口天线调谐装置”)是意欲插入在于一频带中同时使用多个天线的无线设备(例如用于MIMO通信的无线发送器或无线接收器)和所述多个天线之间以达到由所述所述无线设备看到的阻抗矩阵与目标值相匹配的无源装置。图3示出了这样的用于同时调谐4个天线(11)(12)(13)(14)的天线调谐装置(3)的典型使用的方框图,所述4个天线运行在给定频带中,所述4个天线形成天线阵列(1)。在图3中,所述天线调谐装置(3)包含:
n=4个天线端口(311)(321)(331)(341),所述天线端口的每一个通过馈电(21)(22)(23)(24)耦合到所述天线(11)(12)(13)(14)中的一个,在所述给定频带中的频率上,所述天线端口看到被称为由所述天线端口看到的阻抗矩阵的阻抗矩阵;
m=4个无线端口(312)(322)(332)(342),所述无线端口的每一个通过互连(41)(42)(43)(44)耦合到无线设备(5),在所述给定频带中的所述频率上,所述无线端口呈现被称为由所述无线端口看到的阻抗矩阵的阻抗矩阵;p个可调阻抗器件,其中p为整数,通常大于或等于m,所述可调阻抗器件的每一个在所述给定频带中的所述频率上具有电抗,所述可调阻抗器件的任一个的电抗都是可调节的,并且对由所述无线端口呈现的阻抗矩阵具有影响;
多天线端口和多无线端口天线调谐装置在给定频带中的任何频率上相对于n个天线端口和m个无线端口基本上表现为无源线性(n+m)端口装置。其中,“无源”再次以电路理论的含义使用,从而,多天线端口和多无线端口天线调谐装置不提供放大。在实践中,对于施加到多天线端口和多无线端口天线调谐装置的天线端口或无线端口的信号,不希望有损失。所以,在给定频带中,理想的多天线端口和多无线端口天线调谐装置对于施加到其天线端口或无线端口的信号是无损的。
图4示出了可用作在图3中示出的调节4个天线的天线调谐装置(3)的示意图,所述天线用在给定频带中。在图4中示出的天线调谐装置包含:
n=4个天线端口(311)(321)(331)(341),所述天线端口的每一个为单端;
m=4个无线端口(312)(322)(332)(342),所述无线端口的每一个为单端;
n个可调阻抗器件(301),每一个呈现负电抗并且每一个与所述天线端口中的一个并联耦合;
n(n-1)/2个可调阻抗器件(302),每一个呈现负电抗并且每一个具有耦合到所述天线端口中的一个的第一端子和耦合到所述天线端口中的不同于第一端子所耦合的天线端口的一个天线端口的第二端子;
n=m个线圈(303),每一个具有耦合到所述天线端口中的一个的第一端子和耦合到所述无线端口中的一个的第二端子;
m个可调阻抗器件(304),每一个呈现负电抗并且每一个与所述无线端口中的一个并联耦合;
m(m-1)/2个可调阻抗器件(305),每一个呈现负电抗,并且每一个具有耦合到所述无线端口中的一个的第一端子和耦合到所述无线端口中的不同于第一端子耦合的无线端口的一个无线端口的第二端子。在编号为12/02542、题目为“Appareil d’accord d’antenne pour un réseau d’antennes à accès multiples”的法国专利申请以及编号为PCT/IB2013/058423(WO 2014/049475)、题目为“Antenna tuning apparatus for amultiport antenna array”的相应国际申请中公开了在图4中示出的类型的多天线端口和多无线端口天线调谐装置。
多天线端口和多无线端口天线调谐装置可用于补偿由运行频率的变化引起的由天线端口看到的阻抗矩阵的变化和/或补偿用户交互。
天线调谐装置可以是如此的:其可调阻抗器件中的任一个的电抗值被手动调节。该类型的手动调谐需要熟练的操作者,并且例如被执行以为无线电爱好者调节一些天线调谐装置(具有如在图1和图2示出的单天线端口和单无线端口)。
天线调谐装置以是如此的:其可调阻抗器件的任一个的电抗可通过电气装置来调节。这样的天线调谐装置可以是如此的:其可调阻抗器件的任一个的电抗值可被自动或自适应调节。在这种情况下,如果天线调谐装置和提供其可调阻抗器件的自动或自适应调节的电路组成单个装置,则该装置可被称为“自动天线调谐装置”或者“自动天线调谐器”或者“自适应天线调谐器”。
自动天线调谐已经被长期应用到具有单天线端口和单无线端口的天线调谐装置,如在编号为2,745,067、题目为“Automatic Imdepance Matching Apparatus”的美国专利中以及在编号为4,493,112、题目为“Antenna Tuner Discriminator”的美国专利中所示。应用到具有单天线端口和单无线端口的天线调谐器的自动天线调谐也是当前研究工作的主题,其中有一些例如在题目为“A Novel Method for Synthesizing an AutomaticMatching Network and Its Control Unit”、“An Analytical Algorithm for Pi-Network Impedance Tuner”以及“A Self-Contained Adaptive Antenna Tuner forMobile Phones”的技术文章中被描述。
自动天线调谐近来已被应用到多天线端口和多无线端口的天线调谐装置,如在编号为8,059,058、题目为“Antenna system and method for operating an antennasystem”的美国专利、编号为12/02564、题目为“Procédé et dispositif pour la réceptionradio utilisant un appareil d’accord d’antenne et une pluralité d’antennes”的法国专利申请(对应于编号为PCT/IB2013/058574(WO2014/049486)、题目为“Method and device for radio reception using an antenna tuning apparatus anda plurality of antennas”的国际申请)以及编号为13/00878、题目为“Procédéetappareil pour accorder automatiquement une matriceimpédance,et émetteurradioutilisant cet appareil”的法国专利申请(对应于编号为PCT/IB2014/058933(WO 2014/170766)、题目为“Method and apparatus for automatically tuning an impedancematrix,and radio transmitter using this apparatus”的国际申请)中所示。
然而,与使用天线调谐装置的天线调谐(手动或自动)相关的现有技术中的重要局限是天线调谐装置没有减少在天线和与其连接的馈电之间的任何不匹配。本领域专业技术人员理解这种情况意味着即使在天线调谐装置被正确地调整也可能在馈电的两端上出现强反射。本领域专业技术人员理解这样的反射引起在馈电中的损耗,这降低了使用天线和馈电的无线电系统的性能。
在使用单天线的无线电装置的情况下,对该问题的公知解决方法是:去除馈电;使用呈现低损耗的馈电;或者用可调谐无源天线代替所述天线和所述天线调谐装置。在频带中同时使用多个天线的无线电装置的情况下,这些解决方法都不令人满意。例如,去除馈电是不可能的,这是因为天线彼此相距较远,所以天线调谐装置不可能在所述天线的每一个附近。例如,当使用低损耗电介质时呈现低损耗的馈电比较昂贵,和/或对于大多数当前应用来说要求太多的空间。例如,可调谐无源天线不能用于完全控制其呈现的阻抗矩阵以达到由无线装置所看到的阻抗矩阵接近任意期望的矩阵。尤其是,当在可调谐无源天线之间的互相影响不可忽略时,由可调谐无源天线的阵列所呈现的阻抗矩阵不是对角线的。因此,可调谐无源天线既不能用于达到期望的对角线矩阵,也不能完全补偿用户交互。尤其是,本领域专业技术人员应该理解,在移动电话机的情况时,因为要求小尺寸和低成本,以及因为在天线之间的互相影响不可避免,所以所述公知解决方法中没有令人满意的。
发明内容
本发明的目的是用于使用多天线端口和多无线端口天线调谐装置的而没有上述公知技术的局限的用于无线通信的方法和用于无线通信的装置。
本发明的方法是用于在给定频带中利用几个天线的无线通信的方法,所述方法使用包括n个天线的用于无线通信的装置,其中n为大于等于2的整数,所述方法包含以下步骤:
使用至少一个天线控制装置来控制所述天线的至少一个的一个或多个特征,所述至少一个天线控制装置是所述天线的至少一个的一部分,所述至少一个天线控制装置具有对所述一个或多个特征产生影响的至少一个参数,所述至少一个参数可通过电气装置调节;
将所述n个天线直接或间接地耦合到包含n个天线端口、m个无线端口和p个可调阻抗器件的天线调谐装置,其中m为大于或等于2的整数,以及其中p为大于或等于2m的整数,所述p个可调阻抗器件被称为“天线调谐装置的可调阻抗器件”以及是如此的:在所述给定频带的频率上,所述天线调谐装置的所述多个可调阻抗器件的每一个具有电抗,所述天线调谐装置的所述多个可调阻抗器件的任一个的电抗可通过电气装置调节;
生成“调谐指令”,所述调谐指令对所述多个参数的每一个具有影响,所述调谐指令对所述天线调谐装置的多个可调阻抗器件的每一个的电抗具有影响。
在之前的句子中,“所述参数的每一个”清楚地表示“所述至少一个天线的每一个的所述至少一个天线控制装置的每一个的所述至少一个参数的每一个”。在这句中,“具有影响”和“具有作用”具有相同的意思。
n个天线中的每一个具有端口,称为“天线的信号端口”,包括两个端子,其可用于接收和/或发射电磁波,所述天线的至少一个中的每一个包括至少一个天线控制装置,其可包含用于其它电连接的一个或多个其它端子。假定所述n个天线的每一个在给定频带中的任何频率上,相对于天线信号端口基本上表现为无源天线,也就是说表现为线性的并且不使用用于放大由所述天线接收的信号或由所述天线发射的信号的放大器的天线。作为线性的结果,可以定义由n个天线呈现的阻抗矩阵,其定义对于所述天线的每一个只考虑所述天线的信号端口。所述矩阵因此尺寸为n×n。因为在天线之间的互相影响,所以矩阵不需要为对角线的。尤其是,本发明可以是如此的:所述矩阵不是对角线矩阵。
所述一个或多个特征的每一个例如可以是电特性(诸如在指定频率上的阻抗)或者电磁特性(诸如在指定频率上的指向性图案)。所述天线的所述至少一个中的每一个包括至少一个天线控制装置,其具有对所述天线的所述至少一个中的所述每一个的一个或多个特征有影响的至少一个参数,所述至少一个参数可通过电气装置来调节。因此,本领域专业技术人员应该理解所述天线的所述至少一个中的每一个是可调谐无源天线。可调谐无源天线也可被称为“可重构天线”。一些作者考虑三种类型的可调谐无源天线:极化捷变天线(polarization-agile antenna)、图案可重构天线(pattern-reconfigurable antenna)和频率捷变天线(frequency-agile antenna)。关于频率捷变天线的现有技术的状态在例如A.Petosa的、题目为“An Overview of Tuning Techniques for Frequency-AgileAntennas”(出版于IEEE antennas and propagation Magazine,vol.54,No.5,in October2012)的文中被描述。
所述n个天线的每一个可直接或间接地耦合到所述天线调谐装置的所述天线端口中的一个且仅一个。更准确说,对于所述n个天线的每一个,所述天线的信号端口可被直接或间接耦合到所述天线调谐装置的所述天线端口中的一个且仅一个。例如,间接耦合可以是通过馈电和/或通过定向耦合器的耦合。天线控制装置和天线调谐装置可用于调谐所述n个天线。
所述调谐指令可包括任何类型的电信号和/或这样的电信号的任意组合。所述调谐指令可在用于无线通信的装置内自动生成。
执行本发明的方法的装置是用于在给定频带中使用几个天线的无线通信的装置,所述无线通信装置包括:
n个天线,其中n为大于等于2的整数,在所述n个天线中有至少一个可调谐无源天线,所述至少一个可调谐无源天线包括至少一个天线控制装置、所述至少一个可调谐无源天线的一个或多个特征通过使用所述至少一个天线控制装置来控制,所述至少一个天线控制装置具有影响所述一个或多个特征的至少一个参数,所述至少一个参数可由电气装置来调节;
天线调谐装置,包含n个天线端口、m个无线端口和p个可调阻抗器件,其中m为大于等于2的整数以及其中p为大于等于2m的整数,所述p个可调阻抗器件被称为“天线调谐装置的可调阻抗器件”并且是如此的:在给定频带中的频率上,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个具有电抗,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的任一个的电抗可通过电气装置来调节;
处理单元,所述处理单元递送“调谐指令”;调谐控制单元,所述调谐控制单元接收所述调谐指令,所述调谐控制单元递送多个“调谐控制信号”,所述调谐控制信号被确定为所述调谐指令的函数,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个的电抗主要通过所述调谐控制信号中的一个或多个来确定,所述参数的每一个主要通过所述调谐控制信号的一个或多个来确定。
在之前的句子中,“所述参数的每一个”清楚地表示“所述至少一个可调谐无源天线的每一个的所述至少一个天线控制装置的每一个的所述至少一个参数的每一个”。在这句中,“具有影响”和“具有作用”具有相同的意思。
无线端口在所述给定频带中的所述频率上呈现被称为“由无线端口呈现的阻抗矩阵”的阻抗矩阵,以及所述天线端口在所述给定频带中的所述频率上看见被称为“由天线端口所看到的阻抗矩阵”的阻抗矩阵。假定所述天线调谐装置在给定频带中的任何频率上相对于其天线端口和无线端口基本上表现为无源线性装置(其中“无源”以电路理论中的含义使用)。更精确说,所述天线调谐装置在给定频带中的任何频率上相对于n个天线端口和m个无线端口基本表现为无线线性(n+m)端口装置。作为线性的结果,可以定义由无线端口所呈现的阻抗矩阵。作为无源的结果,所述天线调谐装置不提供放大。
可调阻抗装置是包括两个端子的组件,其基本上表现为无源线性双端子电路元件,并且其因此以依赖于频率的阻抗来表征,该阻抗是可调节的。所述可调阻抗器件可通过机械装置来调节,例如可变电阻器、可变电容器、包含多个电容器和用于使网络的不同电容器构成电抗的一个或多个开关或转换开关的网络、可变电感器、包含多个电感器和用于使网络的不同电感器构成电抗的一个或多个开关或转换开关的网络,或者包含多个开路或短路短线(stub)以及用于使网络的不同短线构成电抗的一个或多个开关或转换开关的网络。我们注意到该列表中的所有示例,除了可变电阻器之外,都意欲提供可调电抗。
具有可通过电气装置来调节的电抗的可调阻抗器件可以是如此的:它在所述给定频带中的所述频率上仅提供有限集合的电抗值,如果所述可调节阻抗器件是下列器件则例如可获得这种特征:
-包含多个电容器或开路短线和用于引起所述网络的不同电容器或开路短线构成电抗的一个或多个电控制开关或转换开关(诸如机电式继电器或微机电开关(MEMS开关))或者PIN二极管或者绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)的网络;或者
-包含多个线圈或短路短线以及用于引起网络的不同线圈或短路短线构成电抗的一个或多个电控开关或转换开关的网络。
具有可通过电气装置来调节的电抗的可调阻抗器件可以是如此的:它在所述给定频带中的所述频率上提供连续的集合的电抗值,例如如果可调阻抗器件基于变容二极管或MOS变容管;或者微机电可变电容(MEMS可变电容);或者铁电可变电容的使用,则获得该特征。
天线调谐装置可以是如此的:如果由天线端口所看到的阻抗矩阵等于给定对角线阻抗矩阵,则所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的任一个的电抗在所述给定频带中的所述频率上对由无线端口所呈现的阻抗矩阵具有影响。这必须解释为:所述天线调谐装置可以是如此的:在所述给定频带中的所述频率上,存在被称为给定对角线阻抗矩阵的对角线阻抗矩阵,所给定对角线阻抗矩阵是如此的:如果由天线端口所看到的阻抗矩阵等于所述给定对角线阻抗矩阵,则所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的任一个的电抗对由所述无线端口所呈现的阻抗矩阵具有影响。
如所述A.Petosa的文章中所说明的,很多不同类型的天线装置可被用于控制所述可调谐无源天线的任一个的一个或多个特征。适合的天线控制装置可以是例如:
-电控开关或转换开关,在这种情况下,对可调谐无源天线的一个或多个
特征具有影响的天线控制装置的参数可以是开关或转换开关的状态;
-可调阻抗器件,在这种情况下,对可调谐无源天线的一个或多个特征具
有影响的天线控制装置的参数可以是所述可调阻抗器件在所指示频率
上的电抗或阻抗;或者
-致动器(actuator),被配置以产生可调谐无源天线的机械变形,在这种情
况下,对可调谐无源天线的一个或多个特征具有影响的天线控制装置的
参数可以是变形的长度。
如果天线控制装置是电控开关或者转换开关,则它可以是例如机电式继电器,或者微机电开关(MEMS开关),或者使用一个或多个PIN二极管或一个或多个绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)作为开关装置的电路。
附图说明
从下面参考附图对通过非限制性示例的方式给出的本发明的特定实施例的描述中,其它优点和特征将更加清楚,在附图中:
图1示出了用于调谐单个天线的天线调谐装置的典型使用的方框图,在专门介绍现有技术的部分中已进行过讨论;
图2示出了可用于图1中示出的调谐单个天线的天线调谐装置的示意图,在专门介绍现有技术的部分中已进行过讨论;
图3示出了用于同时调谐4个天线的天线调谐装置的典型使用的方框图,在专门介绍现有技术的部分中已进行过讨论;
图4示出了可用作如在图3中示出的同时调谐4个天线的天线调谐装置的示意图,在专门介绍现有技术的部分中已进行过讨论;
图5示出了同时使用4个可调谐无源天线的本发明的用于无线通信的收发器的方框图;
图6示出了包含单个天线控制装置的第一可调谐无源天线;
图7示出了包含三个天线控制装置的第二可调谐无源天线;
图8示出了包含四个天线控制装置的第三可调谐无源天线;
图9示出了包含单个天线控制装置的第四可调谐无源天线;
图10示出了同时使用4个可调谐无源天线的本发明的用于无线通信的收发器的方框图。
具体实施方式
第一实施例
作为通过非限制性示例方式给出的本发明的装置的第一实施例,我们已经在图5中展示了用于无线通信的便携式装置的方框图,所述用于无线通信的装置是收发器,包括:
n=4个天线(11)(12)(13)(14),所述n个天线同时在给定频带中操作,n个天线构成天线阵列(1),所述天线的每一个是包含至少一个天线控制装置的可调谐无源天线,所述可调谐无源天线的一个或多个特征通过使用所述至少一个天线控制装置来控制,所述至少一个天线控制装置具有对所述一个或多个特征有影响的至少一个参数,所述至少一个参数可通过电气装置来调节;
无线设备(5),包括在图5中在其它地方未示出的用于无线通信的装置的所有部分;
天线调谐装置(3),所述天线调谐装置是多天线端口和多无线端口天线调谐装置,所述天线调谐装置包含n=4个天线端口(311)(321)(331)(341),所述天线端口的每一个通过馈电(21)(22)(23)(24)耦合到所述天线中的一个,所述天线调谐装置包含m=4个无线端口(312)(322)(332)(342),所述无线端口的每一个通过互连(41)(42)(43)(44)耦合到无线设备(5),所述天线调谐装置包含p个可调阻抗器件,其中p是大于或等于2m的整数,所述p个可调阻抗器件被称为“天线调谐装置的可调阻抗器件”,并且是如此的,在所述给定频带中的频率上,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个具有电阻,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的任一个的电抗可通过电气装置来调节;
调谐控制单元(7),调谐控制单元接收在用于无线通信的装置内自动生成的“调谐指令”,所述调谐控制单元将多个“调谐控制信号”递送给所述天线调谐装置和所述可调谐无源天线,所述调谐控制信号被确定为所述调谐指令的函数,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个的电阻主要通过一个或多个调谐控制信号来确定,所述参数的每一个主要通过一个或多个调谐控制信号来确定。
所述调谐指令由无线设备(5)重复生成。例如,所述调谐指令可被周期性地(例如每10毫秒)生成。所述调谐指令是如此的:在运行频率上,所述多个参数的每一个的值减小在每个天线和与其耦合的馈电之间的不匹配。所述调谐指令也是如此的:在所述运行频率上,所述无线端口呈现的阻抗矩阵接近于指定的矩阵。
所述调谐指令是一个或多个变量或量的函数,其中所述一个或多个变量或量诸如有关一个或多个天线的效率的信息、有关在所述天线之间的隔离度的信息、用于无线通信的装置的一个或多个运行参数和/或用于无线通信的装置的一个或多个性能度量。本领域专业技术人员了解任何获得并使用这样的一个或多个变量或量。以下第八、第九、第十和第十一实施例是其中获得和使用这样的一个或多个变量或量的示例。因此,本领域专业技术人员了解调谐指令在考虑每一个可调谐无源天线的特征、在天线之间的互相影响和天线调谐装置的特征的情况下如何可被确定为所述一个或多个变量或量的函数。
所述指定矩阵是如此的:由无线设备(5)所看到的阻抗矩阵接近于任意所期望的矩阵。所述指定矩阵可以是例如对角线矩阵。本领域专业技术人员理解因为在第一实施例中,在每一馈电的两端上都没有呈现强反射,因而在馈电中的损失被降低,以及因为由无线设备所看到的阻抗矩阵接近于任意所期望的矩阵,所以这克服了上述的公知技术的局限。
用户身体对于由无线阵列所呈现的阻抗矩阵具有影响,并且该阻抗矩阵依赖于用户身体的位置。如以上现有技术部分所述,它被称为“用户交互”或者“人手效应”或者“手指效应”,像用户身体对于由单个天线所呈现的阻抗的影响。由于无线设备所看到的阻抗矩阵可接近于任意所期望的矩阵而不管用户交互,所以本发明补偿所述用户交互。
本领域专业技术人员理解天线调谐装置的可调阻抗器件的每一个的最优阻抗值依赖于所述多个参数值的每一个的值,反之,所述多个参数的每一个的最优值依赖于天线调谐装置的可调阻抗器件的每一个的电抗值。本领域专业技术人员理解由于互相影响,所以用于确定调谐指令的方法必须与包含多天线端口和多无线端口而没有可调谐无源天线的现有技术的用于无线通信的装置中使用的任何方法都不相同,所述现有技术的用于无线通信的装置诸如在所述编号为12/02564的法国专利申请、在所述编号为PCT/IB2013/058574的国际申请、在所述编号为13/00878的法国专利申请或者所述编号为PCT/IB2014/058933的国际申请中公开的现有技术的用于无线通信的装置。根据本发明,可能的方法将例如使用所述参数的每一个的值确定粗天线调谐,并且此后使用天线调谐装置的可调阻抗器件的每一个的电抗值进行精细天线调谐。本领域专业技术人员也理解,由于这种互相影响,所以适用于在本发明中使用的天线调谐装置(3)的要求可比适用于在包含多天线端口和多无线端口天线调谐装置而没有可调谐无源天线的用于无线通信的现有技术的装置中使用的天线调谐装置的要求容易满足。例如,如果使用所述可能的方法,则本发明中使用的天线调谐装置(3)只用于得到精细调谐,从而,天线调谐装置的可调阻抗器件的每一个所要求的电抗值的范围被减小,并且达到提高的精度。
在第一实施例中,n=m=4,所以,可能n大于或等于3,可能n大于或等于4,可能m大于或等于3,可能m大于或等于4。
在第一实施例中,可调谐无源天线的数目等于4。因此,可能可调谐无源天线的数目大于等于2,可能可调谐无源天线的数目大于等于3,可能可调谐无源天线的数目等于n。
第二实施例
通过非限制性示例的方式给出的本发明的装置的第二实施例也对应于在图5中所展示的用于无线通信的便携式装置,并且针对第一实施例提供的所有说明也适用于本第二实施例。
在该第二实施例中使用的天线(11)如图6所示。在该第二实施例中使用的其它天线(12)(13)(14)可与图6中示出的天线相同。在图6中示出的天线是包含建于地平面(115)上的平面金属结构(111)、其中不平衡馈电连接到金属结构的馈电连接点(116)以及天线控制装置(112)的可调谐无源天线。所述金属结构被开槽并且是如此的:如果不存在天线控制装置,则所述天线将是平面倒F天线也叫作PIFA的示例。所述天线控制装置是包含在所述槽的第一侧上的连接到金属结构(111)的第一端子(113)和在所述槽的第二侧上的连接到金属结构(111)的第二端子(114)的MEMS开关。本领域专业技术人员理解在所给定测试配置中和在所给定的频率上,所述天线固有阻抗是可通过使用所述天线控制装置而改变的可调谐无源天线的特征,从而,该特征通过使用所述天线控制装置来控制。所述MEMS开关的状态(接通或关断)是对所述特征具有影响的所述天线控制装置的参数。所述天线控制装置的所述参数可由电气装置来调节,但是未在图6中示出确定所述天线控制装置的状态所需的电路和控制链路。
第三实施例
通过非限制性示例的方式给出的本发明的装置的第三实施例也对应于在图5中展示的用于无线通信的便携式装置,针对第一实施例提供的所有说明也适用于该第三实施例。
在该第三实施例中使用的天线(11)如图7所示。在该第三实施例中使用的其它天线(12)(13)(14)可与在图6中示出的天线或者在图7中示出的天线相同。在图7中示出的天线是包含建于地平面(115)上的平面金属结构(111)、其中不平衡馈电连接到位于在地平面和金属结构之间的金属带(117)的馈电连接点(116)以及三个天线控制装置(112)。所述天线控制装置的每一个是在给定频率上具有电抗的可调阻抗器件,包含连接到金属结构(111)的第一端子(113)和连接到地平面(115)的第二端子(114)。本领域专业技术人员理解在所给定测试配置中和在所给定频率上,所述天线固有阻抗是可通过使用所述天线控制装置而改变的所述可调谐无源天线的特征,从而,该特征通过使用所述天线控制装置来控制。所述天线控制装置的每一个在给定频率上具有电抗,该电抗是所述天线控制装置的所述每一个的参数,所述参数对所述特征具有影响。所述天线控制装置的每一个的所述参数可由电气装置来调节,但是未在图7中示出确定所述天线控制装置的每一个的电抗所需的电路和控制链路。
第四实施例
通过非限制性示例方式给出的本发明的装置的第四实施例也对应于在图5中表示的用于无线通信的便携式装置,并且针对第一实施例提供的所有说明也可应用于该第四实施例。
在该第四实施例中使用的天线(11)如图8所示。在该第四实施例中使用的其它天线(12)(13)(14)可与在图6中示出的天线或在图7中示出的天线或在图8中示出的天线相同。在图8中示出的天线(11)是具有正交于附图的对称的平面的可调谐无源天线。因此,该天线具有在图8中左边上的第一半天线和在图8中右边上的第二半天线。所述天线包含其中平衡馈电的第一导体连接到第一半天线的第一端子(118)和其中平衡馈电的第二导体连接到第二半天线的第二端子(119)。每一半天线包括三个部分和两个天线控制器件(112)。天线控制器件的每一个是在给定频率上具有电抗并且包含连接到半天线的一部分的第一端子和连接到该半天线的其它部分的第二端子的可调阻抗器件。本领域专业技术人员理解:在给定测试配置中和在所给定频率上的天线自有阻抗是可调谐无源天线的特征,其可通过使用所述天线控制器件而被改变,从而,该特征通过使用所述天线控制器件来控制。所述天线控制器件的每一个在给定频率上具有电抗,该电抗是所述天线控制器件的每一个的参数,该参数对所述特征具有影响。所述天线控制器件的每一个的该参数可通过电气装置来调节,但是在图8中未示出确定天线控制器件的每一个的电抗所需的电路和控制链路。
第五实施例
通过非限制性示例的方式给出的本发明的装置的第五实施例也对应于在图5中展示的用于无线通信的便携式装置,针对第一实施例提供的所有说明也适用于该第五实施例。
在该第五实施例中使用的天线(12)如图9所示。在该第五实施例中使用的其它天线(11)(13)(14)可与在图9中示出的天线相同。在图9中示出的天线是包含主天线(121)、寄生天线(122)、其中非平衡馈电(128)连接主天线和地(126)的馈电连接点(127)和天线控制装置(123)的可调谐无源天线。该天线控制装置是在给定频率具有电抗的可调阻抗器件,包含连接到寄生天线(122)的第一端子(124)和连接到地(126)的第二端子(125)。本领域专业技术人员理解在所给定测试配置中和在所给定频率上,天线(12)的指向性图案是可通过使用所述天线控制装置而改变的所述可调谐无源天线的特征,从而,通过使用所述天线控制装置控制该特征。所述天线控制装置在给定频率上的电抗是对所述特征具有影响的所述天线控制装置的参数,所述天线控制装置的所述参数可由电气装置来调节,但是在图9中未示出确定所述天线控制装置的电抗所需的电路和控制链路。所述天线(12)也可包含每一个耦合到天线控制装置的其它寄生天线。
第六实施例
通过非限制性示例的方式给出的本发明的装置的第六实施例也对应于在图5中展示的用于无线通信的便携式装置,针对第一实施例提供的所有说明也适用于该第六实施例。
在该第六实施例中,天线调谐装置(3)是所述编号为12/02542的法国专利申请和所述编号为PCT/IB2013/058423的国际申请中所公开的天线调谐装置。因此,天线调谐装置(3)是如此的:在所述给定频带中的所述频率上,如果由天线端口所看到的阻抗矩阵等于给定对角线阻抗矩阵,则天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的任一个的电抗对由无线端口所呈现的阻抗矩阵具有影响,并且因此,在给定频带中的给定频率上,如果由天线端口所看到的阻抗矩阵等于给定对角线阻抗矩阵,则所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的至少一个的电抗对由无线端口所呈现的阻抗矩阵的至少一个非对角线元素具有影响。它必须这样解释:天线调谐装置是如此的:在所述给定频带中的给定频率上,存在被称为给定对角线阻抗矩阵的对角线阻抗矩阵,给定对角线阻抗矩阵是如此的:如果由天线端口所看到的阻抗矩阵等于给定对角线阻抗矩阵,则(a)所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的任一个的电抗对由无线端口所呈现的阻抗矩阵具有影响,以及(b)所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的至少一个的电抗对由无线端口所呈现的阻抗矩阵的至少一个非对角元素具有影响。在以上两句话中,“影响”可与“作用”互换。
本领域专业技术人员理解天线调谐装置(3)不能由多个独立和非耦合的天线调谐装置(每一个均具有单天线端口和单无线端口)组成,这是因为在这种情况下,如果由天线端口所看到的阻抗矩阵等于任何对角线阻抗矩阵,则由无线端口所呈现的阻抗矩阵为对角线矩阵,其非对角线元素不受任何影响。
而且,天线调谐装置(3)是如此的:在所述给定频带中的所述频率上,如果由所述天线端口所看到的阻抗矩阵等于给定对角线阻抗矩阵,则定义将由无线端口所呈现的阻抗矩阵关联到p个电抗的映射,该映射在p个电抗的每一个的给定值上,具有相对于p个电抗中的每一个的偏导数,所述p个偏导数的生成子空间在被认为是实向量空间的尺寸为m×n的复矩阵的集合中定义,尺寸为m×m的任何对角线复矩阵具有与p个偏导数的生成子空间的至少一个元素相同的对角线元素。这必须解释如下:天线调谐装置是如此的:在所述给定频带中的给定频率上,存在被称为给定非对角线阻抗矩阵的非对角线阻抗矩阵,该给定非对角线阻抗矩阵是如此的:如果由天线端口所看到的阻抗矩阵等于给定非对角线阻抗矩阵,则定义将由无线端口所呈现的阻抗矩阵关联到p个电抗的映射,该映射在p个电抗的每一个的给定值上,具有相对于p个电抗的每一个的偏导数,所述p个偏导数的生成子空间在被认为是实向量空间的尺寸为m×m的复矩阵的集合中被定义,尺寸为m×m的任何对角线复矩阵具有与p个偏导数的生成子空间中的至少一个元素相同的对角线元素。
本领域专业技术人员了解被认为是实向量空间的p个偏导数的生成子空间的维度已经在以下中进行了使用和说明:在所述编号为12/02542的法国专利申请;在所述编号为PCT/IB2013/058423的国际申请;以及在F.Broydé和E.Clavelier的、题目为“SomeProperties of Multiple-Antenna-Port and Multiple-User-PortAntennaTuners”(出版于IEEE Trans.on Cricuits and Systems—I:Regular Papers,Vol.62,No.2,pp.423-432,in February 2015)的文章中的第I、III、VI、VII和VIII部分中,这里,所述p个偏导数的生成子空间的维度被称为用户端口阻抗范围的局部维度,被表示为DUR(Zsant)。
因此,本领域专业技术人员理解可以降低在馈电中的损耗以及同时达到由无线装置所看到的阻抗矩阵接近于任意所期望的矩阵。因此,本领域专业技术人员理解由运行频率变化或者天线周围媒介变化所引起的天线阵列的阻抗矩阵中的任何小的变化可以至少部分通过天线调谐装置的天线控制装置和可调阻抗器件的新的调节来补偿。
一般地说,本领域专业技术人员理解,为了达到尺寸为m×m的任何对角线复矩阵具有与p个偏导数的生成子空间的至少一个元素相同的对角线元素,必须的是被认为是实向量空间的p个偏导数的生成子空间的维数大于或等于被认为是实向量空间的尺寸为m×m的对角线复矩阵子空间的维数。由于被认为是实向量空间的p个偏导数的生成子空间的维数小于或等于p,并且由于被认为是实向量空间的尺寸为m×m的对角线复矩阵子空间的维数等于2m,所以必要条件隐含了p是大于或等于2m的整数。这就是为什么要求“p为大于或等于2m的整数”是本发明的基本特征的原因。
第七实施例(最佳模式)
通过非限制性示例方式给出的并且是实现本发明的最优模式的本发明的装置的第七实施例,也对应于图5中展示的用于无线通信的便携式装置,针对第一实施例和第六实施例提供的所有说明也适用于该第七实施例。另外,在该第七实施例中使用的天线调谐装置(3)对应于在图4中示出的示意图。该天线调谐装置包含:
n=4个天线端口(311)(321)(331)(341),所述天线端口的每一个为单端;
m=4个无线端口(312)(322)(332)(342),所述无线端口的每一个为单端;
n个可调阻抗器件(301),每一个呈现负电抗并且每一个与所述天线端口中的一个并联耦合;
n(n-1)/2个可调阻抗器件(301),每一个呈现负电抗并且每一个具有耦合到所述天线端口之一的第一端子和耦合到所述天线端口中的不同于第一端子所耦合的天线端口的一个天线端口的第二端子;
n=m个线圈(303),每一个具有耦合到所述天线端口之一的第一端子和耦合到所述无线端口之一的第二端子;m个可调阻抗器件(304),每一个呈现负电抗并且每一个与所述无线端口之一并联耦合;
m(m-1)/2个可调阻抗器件(305),每一个呈现负电抗并且每一个具有耦合到所述无线端口之一的第一端子和耦合到所述无线端口中的不同于第一端子耦合的无线端口的一个无线端口的第二端子;
可能在线圈(303)之间存在相互感应。在这种情况下,线圈的感应矩阵不是对角线矩阵。
所述天线调谐装置的所有可调阻抗器件(301)(302)(304)(305)都可通过电气装置来调节,但是需要确定所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个的电抗的电路和控制链路未在图4中示出。在该第七实施例中,我们使n=m,我们使用所述天线调谐装置的p=m(m+1)=20个可调阻抗器件。
本领域专业技术人员理解,在所述天线调谐装置意欲运行的频率上,如果由所述天线端口看到的阻抗矩阵是所有对角线元素为50Ω的对角线矩阵,则所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的任一个的电抗对由所述无线端口呈现的阻抗矩阵都有影响,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的一个或多个的电抗对由所述无线端口呈现的阻抗矩阵的一个或多个非对角线元素具有影响。
由所述天线端口所看到的阻抗矩阵是给定对称复矩阵,可以示出:对于合适的分量值,在以上关于第六实施例的部分中定义的p个偏导数在尺寸为m×m的复矩阵的实向量空间中是线性独立的,该向量空间用E表示,为2m2维。因此,在E中的p个偏导数的生成子空间是等于尺寸为m×m的对称复矩阵集的p维的子空间。这里,尺寸为m×m的任何对称复矩阵是p个偏导数的生成子空间的元素。因此,尺寸为m×m的任何对角线复矩阵具有与p个偏导数的生成子空间的至少一个元素相同的对角线元素。
天线调谐装置的可调阻抗器件的电抗对于一些类型的可调阻抗器件可能依赖于环境温度。以类似方式,天线控制装置的所述至少一个参数可依赖于环境温度。所述调谐控制信号被确定为调谐指令的函数和为温度的函数以补偿温度对所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的至少一个的电抗的影响和/或补偿温度对所述天线控制装置的至少一个的所述参数的至少一个的影响。
所述调谐指令可在调谐序列的结尾处周期地生成,直到在下一个调谐序列的结束处生成下一个调谐指令为止有效。
本领域专业技术人员理解,如在所述题目为“Some Properties of Multiple-Antenna-Port and Multiple-User-Port Antenna Tuners”的文章和F.Broydé和E.Clavelier的、题目为“A New Multi-Antenna-Port and Multi-User-Port AntennaTuner”(出版于proceeds of 2015IEEE Radio&Wireless Week,RWW 2015,in January2015)的文章中所说明,由运行频率的变化或者围绕天线的媒介的变化所引起的天线阵列的阻抗矩阵的任何小的变化可用天线的天线控制装置的新调整和天线调谐装置的可调阻抗器件的新调整来精确补偿。因此,总是可以保持在馈电中的低反射和低损耗以及同时补偿用户交互。
如果在图4中不存在每一个具有耦合到所述天线端口之一的第一端子和耦合到所述天线端口的不同于第一端子耦合的天线端口的一个天线端口的第二端子的可调阻抗器件(302),如果在图4中不存在每一个具有耦合到所述无线端口之一的第一端子和耦合到所述无线端口中的不同于第一端子耦合的无线端口的一个无线端口的第二端子的可调阻抗器件(305),如果在线圈(303)之间不存在相互感应,则包含n=4个天线端口和m=4个无线端口的天线调谐装置(3)将实际上由每一个具有单天线端口和单无线端口的n=4个天线调谐装置组成,每一个具有单天线端口和单无线端口的这些天线调谐装置是独立的并且不耦合。在这种情况下,本发明的方法可变为通过使用包含n个天线的用于无线通信的装置在给定频带中利用几个天线的用于无线通信的方法,其中n为大于等于2的整数,所述方法包含步骤:
通过使用所述至少一个天线控制装置来控制所述天线的至少一个的一个或多个特征,所述至少一个天线控制装置是所述天线的所述至少一个的一部分,所述至少一个天线控制装置具有对所述一个或多个特征有影响的至少一个参数,所述至少一个参数可通过电气装置来调节;
将所述n个天线直接或间接耦合到n个天线调谐装置,所述天线调谐装置的每一个包含一个天线端口、一个无线端口以及两个或更多个可调阻抗器件以使在所述给定频带中的频率上,所述天线调谐装置的所述每一个的所述可调阻抗器件的每一个具有电抗,所述可调阻抗器件的每一个的电抗可通过电气装置来调节;
生成“调谐指令”,所述调谐指令对所述参数的每一个具有影响,所述调谐指令对所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个的电抗具有影响。
在该方法中,所述天线的每一个可被直接或间接地耦合到所述n个天线调谐装置的一个且仅一个天线端口。
执行该方法的装置是用于在给定频带中使用多个天线的无线通信的装置,所述用于无线通信的装置包含:
n个天线,其中n为大于等于2的整数,在所述n个天线当中有至少一个可调谐无源天线,所述至少一个可调谐无源天线包括至少一个天线控制装置、使用所述至少一个天线控制装置控制所述至少一个可调谐无源天线的一个或多个特征,所述至少一个天线控制装置具有对所述一个或多个特征有影响的至少一个参数,所述至少一个参数可由电气装置调节;
n个天线调谐装置,所述天线调谐装置是每一个包含一个天线端口、一个无线端口以及两个或更多个可调阻抗器件以使在所述给定频带中的频率上,所述天线调谐装置的所述每一个的所述可调阻抗器件的每一个具有电抗,所述可调阻抗器件的任一个的电抗可通过电气装置来调节;处理单元,所述处理单元发送“调谐指令”;
调谐控制单元,所述调谐控制单元接收所述调谐指令,所述调谐控制单元递送多个“调谐控制信号”,所述调谐控制信号被确定为调谐指令的函数,所述天线调谐装置的可调阻抗器件的每一个的电抗主要通过一个或多个调谐控制信号来确定,所述参数的每一个主要通过一个或多个调谐控制信号来确定。
第八实施例
通过非限制性示例的方式给出的本发明的装置的第八实施例是用于无线通信的装置,包含:执行用于在给定频带中利用几个天线的无线接收的方法的无线接收器,所述用于无线通信的装置包含n个天线,其中n是大于或等于2的整数,所述方法包含步骤:
通过使用至少一个天线控制装置来控制所述天线的至少一个的一个或
多个特征,所述至少一个天线控制装置是所述天线的至少一个的一部分,所述至少一个天线控制装置具有对所述一个或多个特征有影响的至少一个参数,所述至少一个参数可通过电气装置来调节;
将所述n个天线直接或间接地耦合到包含n个天线端口、m个无线端口和p个可调阻抗器件的天线调谐装置,其中m为大于或等于2的整数以及p为大于或等于2m的整数,所述p个可调阻抗器件被称为“天线调谐装置的可调阻抗器件”并且是如此的:在所述给定频带的频率上,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个具有电抗,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的任一个的电抗可通过电气装置来调节;
处理多个数字信号以估计代表信道矩阵的一个或多个量;
递送“调谐指令”,所述调谐指令是所述代表信道矩阵的一个或多个量的函数,所述调谐指令对所述参数的每一个具有影响,所述调谐指令对所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个电抗具有影响。
例如,如所述编号为12/02564的法国专利和所述编号为PCT/IB2013/058574的国际申请中,所述方法可以是如此的:所述无线端口的每一个递送信号,所述数字信号的每一个主要通过一个且仅一个由无线端口递送的信号来确定,并且是如此的:所述信道矩阵是在由发射器发送的多个信号和由无线端口发送的m个信号之间的信道矩阵。例如,代表信道容量的一个或多个量可以被计算为所述代表信道矩阵的量的函数,并且所述调谐指令可以被递送作为所述代表信道容量的一个或多个量的函数。所述方法也是如此的:可在一个或多个训练序列中执行自适应过程。训练序列可包含多个准正交或正交信号的发射。在最新完成的训练序列期间选择的调谐指令用于无线接收。
在第八实施例中,用于获得调谐指令的方法包含步骤:
递送“调谐指令的第一部分”,所述调谐指令的第一部分基于用于利用天线的无线通信的频率,从在查找表中存储的一组预先定义的调谐指令中确定,所述调谐指令的第一部分对所述参数的每一个具有影响;
处理多个数字信号以估计代表在所述调谐指令的第一部分正被应用的同时存在的信道矩阵的一个或多个量;
递送“调谐指令的第二部分”,所述调谐指令的第二部分是代表在所述调谐指令的第一部分正被应用的同时存在的信道矩阵的所述一个或多个量的函数,所述调谐指令的第二部分对所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个的电抗具有影响。
在该方法中,所述调谐指令由所述调谐指令的第一部分和所述调谐指令的第二部分组成。所述调谐指令的第一部分是如此的:在所述馈电的每一个中,反射有很大可能被减少。在所述调谐指令的一组可能的第二部分当中选择作为例如产生最大信道容量的指令的所述调谐指令的第二部分。
第九实施例
通过非限制性示例的方式给出的本发明的装置的第九实施例是用于无线通信的装置,包含:执行在给定频带中利用几个天线的无线发射的方法的无线发射器,所述用于无线通信的装置包含n个天线,其中n是大于或等于2的整数,所述方法包含步骤:
使用至少一个天线控制装置,控制所述天线的至少一个的一个或多个特
征,所述至少一个天线控制装置是所述天线的至少一个的一部分,所述至少一个天线控制装置具有对所述一个或多个特征有影响的至少一个参数,所述至少一个参数可通过电气装置调节;
将所述n个天线直接或间接地耦合到包含n个天线端口、m个无线端口和p个可调阻抗器件的天线调谐装置,其中m为大于或等于2的整数,以及其中p为大于或等于2m的整数,所述p个可调阻抗器件被称为“天线调谐装置的可调阻抗器件”并且是如此的:在所述给定频带的频率上,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个具有电抗,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的任一个的电抗可通过电气装置来调节;
使用持续对无线端口施加的m或更多个不同的激励,估计依赖于无线端口所呈现的阻抗矩阵的q个实数量,其中q是大于等于m的整数;
递送“调谐指令”,所述调谐指令是依赖于无线端口所呈现的阻抗矩阵的所述q个实数量的函数,所述调谐指令对所述参数的每一个具有影响,所述调谐指令对天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个的电抗具有影响。
本领域专业技术人员理解,所述第九实施例使用在编号为13/00878的法国专利和编号为PCT/IB2014/058933的国际申请中公开的技术的某些方面。
在本第九实施例中,对于所述n个天线的每一个,通过用于确定依赖于在馈电中的反射波和/或入射波的一个或多个量的馈电和定向耦合器,所述天线的信号端口被间接耦合到天线调谐装置的一个且仅一个天线端口。用于获得调谐指令的方法包含以下步骤:
对于所述馈电的每一个,估计依赖于在所述馈电的每一个中的反射波和/或入射波的一个或多个量;
递送“调谐指令的第一部分”,所述调谐指令的第一部分是依赖于所述馈电的每一个中的反射波和/或入射波的所述量的函数,所述调谐指令的第一部分对所述参数的每一个具有影响;
依据在施加所述调谐指令的第一部分的同时由无线端口所呈现的阻抗矩阵估计q个实数量,其中q是大于或等于m的整数,在调谐指令的第一部分被施加时,使用持续对无线端口施加的m或更多个不同的激励;递送“调谐指令的第二部分”,所述调谐指令的第二部分是依赖于在施加所述调谐指令的第一部分的同时由无线端口所呈现的阻抗矩阵的所述q个实数量的函数,所述调谐指令的第二部分对天线调谐装置的所述可调阻抗器件的每一个的电抗具有影响。
在该方法中,调谐指令由调谐指令的第一部分和调谐指令的第二部分组成。所述调谐指令的第一部分是如此的:在所述馈电的每一个中反射被减少。所述调谐指令的第二部分是如此的:由无线端口所呈现的阻抗矩阵接近于给定矩阵。因此,可以减少在馈电中的损耗,并且同时使得由无线装置所视的阻抗矩阵接近于任意所期望的矩阵是可能的。
第十实施例
作为通过非限制示例的方式给出的本发明的装置的第十实施例,我们已经在图10中展示了用于无线通信的便携式装置的方框图,所述用于无线通信的装置是收发器,包括:
n=4个天线(11)(12)(13)(14),所述n个天线同时运行在给定频带中,所述n个天线构成天线阵列(1),所述天线的每一个是包含至少一个天线控制装置的可调谐无源天线,所述至少一个天线控制装置具有对所述可调谐无源天线的一个或多个特征有影响的至少一个参数,所述至少一个参数可通过电气装置来调节;
无线设备(5),其包括图10中在其它地方未示出的用于无线通信的装置的所有部分;
传感器单元(8),用于估计多个定位变量;天线调谐装置(3),所述天线调谐装置是多天线端口和多无线端口天线调谐装置,所述天线调谐装置包含n=4个天线端口(311)(321)(331)(341),所述天线端口的每一个通过馈电(21)(22)(23)(24)耦合到所述天线中的一个,所述天线调谐装置包含m=4个无线端口(312)(322)(332)(342),所述无线端口的每一个通过互连(41)(42)(43)(44)耦合到所述无线装置(5),所述天线调谐装置包含p个可调阻抗器件,其中p为大于等于2m的整数,所述p个可调阻抗器件被称为“天线调谐装置的可调阻抗器件”并且是如此的:在所述给定频带中的频率上,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的每一个具有电抗,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件的任一个的电抗可通过电气装置来调节;
调谐控制单元(7),所述调谐控制单元接收在用于无线通信的装置内自动生成的“调谐指令”,所述调谐控制单元将多个“调谐控制信号”递送给所述天线调谐装置和所述可调谐无源天线的每一个,所述调谐控制信号被确定为调谐指令的函数,所述天线调谐装置的可调阻抗器件的每一个的电抗主要通过一个或多个调谐控制信号来确定,所述参数的每一个主要通过一个或多个调谐控制信号来确定。
传感器单元(8)估计在给定使用配置中每一个均依赖于在人体的一部分与用于无线通信的装置的区域之间的距离的多个定位变量。所述传感器单元包含多个传感器。所述区域的每一个可以是由相应传感器占用的空间的一部分,该空间位于用于无线通信的装置占用的空间的内部,因而,在这种情况下,所述区域的每一个的体积远小于用于无线通信的装置的体积。对于所述天线的每一个,所述定位变量的至少一个可依赖于在人体的一部分和所述天线附近的一个小区域之间的距离。如果使用合适的传感器,则所述区域可能是一个点,或基本上是一个点。
例如,所述定位变量的至少一个可以是响应于由人体的一部分所施加的压力的传感器的输出。例如,至少一个定位变量可以是接近传感器的输出。
传感器单元(8)评估(或等同于估计)在给定使用配置中每一个均依赖于在人体的一部分与用于无线通信的装置的区域之间的距离的多个定位变量。然而,可能在给定使用配置中每一个均依赖于在人体一部分与用于无线通信的装置的区域之间的距离的一个或多个其它定位变量没有被传感器单元估计。例如,所述多个定位变量的至少一个可通过触摸屏的输出的状态的改变来确定。因此,传感器单元(8)可以被认为是评估(或估计)每一个均依赖于在人体一部分与用于无线通信的装置区的域之间的距离的多个定位变量的定位单元的一部分。所述定位单元的所述部分可以是整个定位单元。
可能所述多个定位变量的第一定位变量依赖于在人体的一部分与用于无线通信的装置的第一区域之间的距离,而所述多个定位变量的第二定位变量依赖于在人体的一部分与用于无线通信的装置的第二区域之间的距离,所述用于无线通信的装置的所述第一区域和所述用于无线通信的装置的所述第二区域互不相同。不同区域可具有空的交集或非空交集。
调谐指令在无线设备(5)内部自动生成。更准确说,无线设备(5)包含递送调谐指令的处理单元(图10中未示出),所述定位变量的每一个对调谐指令具有影响。例如,可基于定位变量和用于使用多个天线(11)(12)(13)(14)的无线通信的频率,从存储在处理单元中实现的查找表中的一组预先定义的调谐指令中确定调谐指令。
本领域专业技术人员理解该第十实施例使用在编号为14/00606,题目为“Communication radio utilisant des antennes multiples et des variables delocalisation”的法国专利申请(对应于编号为PCT/IB2015/051548,题目为“Radiocommunication using multiple antennas and localization variables”的国际申请)中公开的技术的某些方面。
第十一实施例
通过非限制性示例的方式给出的本发明的装置的第十一实施例,也对应于在图10中展示的用于无线通信的便携式装置,并且针对第十实施例提供的所有说明也适用于该第十一实施例。
在该第十一实施例中,调谐指令被确定为以下参数的函数:
定位变量,所述定位变量的每一个对调谐指令具有影响;
用于利用天线的无线通信的频率;
一个或多个附加变量,所述多个附加变量的每一个存在于一组附加变量中,所述附加变量组的元素包含:指示无线通信会话是语音通信会话、数据通信会话还是其它类型的通信会话的通信类型变量;免提模式激活指示符;扬声器激活指示符;使用一个或多个加速度计获得的变量;依赖于当前用户身份的用户身份变量;例如包括表示第八实施例的信道矩阵的量的接收质量变量;和例如包括依赖于第九实施例的无线端口所呈现的阻抗矩阵的实数量的无线端口变量。
所述附加变量组的元素还可包含不同于定位变量以及表征用户用来握住用于无线通信的装置的握力的一个或多个变量。
在该第十一实施例中,调谐指令可通过例如使用在处理单元中实现的查找表来确定。
基于编号为8,204,446,题目为“Adaptive Antenna Tuning System and Method”的美国专利的示教,本领域专业技术人员理解在该第十一实施例中获得的天线调谐可比其中调谐指令仅为定位变量的函数的天线调谐更精确。本领域专业技术人员还理解,在该第十一实施例中获得的天线调谐可以是同时精确的,并且从而调谐指令被快速地生成并且不需要大的计算资源。
工业应用的指示
本发明适合于使用多个天线的无线通信。因此,本发明适合于MIMO无线通信。用于无线通信的装置可以是用于MIMO无线通信的装置,也就是说,用于MIMO无线接收和/或用于MIMO无线发射的装置。
本发明提供使用非常靠近天线的最佳可能的特征,因此,呈现了在天线之间的强相互作用。本发明因此尤其适合于用于无线通信的移动装置,例如移动电话机、平板电脑和便携式计算机。

Claims (10)

1.一种用于在给定频带中利用多个天线的无线通信的方法,所述方法使用包括n个天线(11)(12)(13)(14)的用于无线通信的装置,其中,n为大于或等于3的整数,所述方法包含步骤:
使用至少一个天线控制装置,控制所述天线中的至少一个的一个或多个特征,所述至少一个天线控制装置是所述天线中的所述至少一个天线的一部分,所述至少一个天线控制装置具有对所述一个或多个特征产生影响的至少一个参数,所述至少一个参数可通过电气装置来调节;
将所述n个天线直接地或间接地耦合到包含n个天线端口、m个无线端口和p个可调阻抗器件的天线调谐装置(3),其中,m是大于或等于2的整数,以及其中p是大于或等于2m的整数,所述p个可调阻抗器件被称为“所述天线调谐装置的可调阻抗器件”并且是如此的:在所述给定频带中的频率上,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的每一个具有电抗,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的任何一个的所述电抗可通过电气装置来调节,所述天线调谐装置是如此的:在所述给定频带中的所述频率上,存在被称为给定对角线阻抗矩阵的对角线阻抗矩阵,所述给定对角线阻抗矩阵是如此的:如果由所述天线端口所看到的阻抗矩阵等于所述给定对角线阻抗矩阵,则(a)所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的任一个的电抗对由所述无线端口所呈现的阻抗矩阵具有影响,以及(b)所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的至少一个的电抗对由所述无线端口所呈现的阻抗矩阵的至少一个非对角元素具有影响;
生成“调谐指令”,所述调谐指令对所述参数中的每一个具有影响,所述调谐指令对所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的每一个的电抗具有影响。
2.如权利要求1所述的用于无线通信的方法,其中,所述天线控制装置中的至少一个是电控制开关或转换开关。
3.如权利要求1所述的用于无线通信的方法,其中,所述天线控制装置中的至少一个是可调阻抗器件。
4.如权利要求1所述的用于无线通信的方法,其中,所述天线控制装置中的至少一个是被配置成产生所述多个天线之一的机械变形的致动器。
5.一种用于在给定频带中的无线通信的装置,所述用于无线通信的装置包括:
n个天线(11)(12)(13)(14),其中,n是大于或等于3的整数,在所述n个天线当中有至少一个可调谐无源天线,所述至少一个可调谐无源天线包括至少一个天线控制装置,所述至少一个天线控制装置具有影响所述至少一个可调谐无源天线的一个或多个特征的至少一个参数,并且所述至少一个参数可由电气装置来调节;
天线调谐装置(3),包括n个天线端口、m个无线端口和p个可调阻抗器件,其中,m是大于或等于2的整数,以及其中p是大于或等于2m的整数,所述p个可调阻抗器件被称为“所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件”并且是如此的:在所述给定频带中的频率上,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的每一个具有电抗,所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的任一个的电抗可通过电气装置来调节,所述天线调谐装置是如此的:在所述给定频带中的所述频率上,存在被称为给定对角线阻抗矩阵的对角线阻抗矩阵,所述给定对角线阻抗矩阵是如此的:如果由所述天线端口所看到的阻抗矩阵等于所述给定对角线阻抗矩阵,则(a)所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的任一个的电抗对由所述无线端口呈现的阻抗矩阵具有影响,以及(b)所述天线调谐装置的所述可调阻抗器件中的至少一个的电抗对由所述无线端口呈现的阻抗矩阵的至少一个非对角元素具有影响;
处理单元,所述处理单元递送“调谐指令”;
调谐控制单元(7),所述调谐控制单元接收所述调谐指令,所述调谐控制单元递送多个“调谐控制信号”,所述调谐控制信号被确定为所述调谐指令的函数,所述天线调谐装置中的所述可调阻抗器件中的每一个的电抗主要通过所述调谐控制信号中的一个或多个来确定,所述参数中的每一个主要由所述调谐控制信号中的一个或多个来确定。
6.如权利要求5所述的用于无线通信的装置,其中,所述多个天线控制装置中的至少一个是电控制开关或转换开关。
7.如权利要求5所述的用于无线通信的装置,其中,所述多个天线控制装置中的至少一个是可调阻抗器件。
8.如权利要求5所述的用于无线通信的装置,其中,所述多个天线控制装置中的至少一个是被配置成产生所述多个天线之一的机械变形的致动器。
9.如权利要求5所述的用于无线通信的装置,其中,所述用于无线通信的装置包含无线接收器,所述调谐指令是代表信道矩阵的一个或多个量的函数。
10.如权利要求5所述的用于无线通信的装置,其中,所述用于无线通信的装置包含无线发射器,所述调谐指令是依赖于由所述无线端口呈现的阻抗矩阵的q个实数量的函数,其中,q是大于或等于m的整数。
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