CN101170759A - 多模通信终端、多模通信实现方法 - Google Patents

多模通信终端、多模通信实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多模通信终端，包括至少第一单独的信道模块和第二单独的信道模块，该多模通信终端可被配置为利用第一信道模块和/或利用第二信道模块进行通信，其中信道模块分别按照不同的通信协议进行通信，多模通信终端还包括：信道切换层装置，至少用于对至少第一信道模块和/或第二信道模块进行切换，使得多模通信终端能够同时至少利用第一信道模块和第二信道模块支持多入多出工作模式。还提供在多模通信终端中支持多入多出工作模式的方法。本发明能够利用较少数目的通信模块来实现支持包括多入多出工作模式的多种工作模式的无线移动多模通信终端，并且与现有方案相比显著地缩小了终端所需尺寸。

Description

多模通信终端、多模通信实现方法
技术领域
本发明总体上涉及无线或移动通信，特别地，涉及支持天线阵列的多模无线通信终端以及相应的多模通信实现方法。
背景技术
在竞争激烈的无线移动通信终端市场上，终端制造商致力于开发包括多个无线接口的无线移动通信终端。这些无线接口，例如用于根据蓝牙无线技术、WLAN(无线局域网)协议、2G(第二代网络，如GSM-全球移动通信系统)、2.5G(第2.5代系统，比如GPRS-通用分组无线服务)，3G(第三代系统，如UMTS-全球移动通信系统)以及下一代数据传输协议来建立无线连接，如WiMax/Wibro等。
图1A示出了现有技术中多模通信终端的示例性结构图。该通信终端100A包括三个无线接口：专用于根据蓝牙无线技术进行数据通信的蓝牙接口1100、专用于根据WLAN协议进行数据通信的WLAN接口1200，以及专用于根据移动通信协议(例如，GSM、GPRS、CDMA等)进行数据通信的移动通信接口1300A。其中，每个接口中分别包括适用于所采用协议的基带处理器(即分别包括蓝牙基带处理器1110、WLAN基带处理器1210、移动通信基带处理器1310)，根据所采用协议提供采样时钟的时钟模块(即分别包括蓝牙时钟1120、WLAN时钟1220、移动通信时钟1320)，用于根据各自的时钟对信号进行模拟到数字以及数字到模拟转换的A/D和D/A转换器(即分别包括A/D和D/A转换器1130、A/D和D/A转换器1230、A/D和D/A转换器1330)，适用于所采用协议的射频处理模块(即分别包括蓝牙射频处理模块1140、WLAN射频处理模块1240、移动通信射频处理模块1340)，以及适用于所采用协议的天线(即包括蓝牙天线1150、WLAN天线1250、移动通信天线1350)。由于所执行功能的相似性，各个无线接口中的A/D和D/A转换器、射频处理模块以及天线通常具有相似、甚至相同的物理结构。其区别在于，取决于各自使用的协议，它们工作于不同的模式，也即具有不同的工作特性参数，例如射频中央频率、带宽、中频中央频率、基带采样速率等。作为一个示例，在图1中示意性地示出了各个接口中射频处理模块的主要配置。它们彼此具有相同的配置，但各自工作于不同的频段。例如，蓝牙射频处理模块1140工作于2.402-2.408GHz，而采用CDMA2000-1x的移动通信射频处理模块1340则工作于1.6GHz。本领域技术人员已经熟知这类射频处理模块的配置和工作原理，这里省略对其的具体描述。
根据图1所示的结构的多模通信终端，通过各个接口独立地对各自的信号分别进行接收/发送、基带处理，并且独立地与应用处理器1000交换所接收的或者要发送的数据。应用处理器1000可以根据用户的指令或者某些预先确定的条件等，选择启动/停止一个或者多个无线接口的工作。
为了能够支持诸如移动电视等更高速的多媒体应用，在诸如采用E3G/B3G/4G的下一代移动通信系统以及诸如采用WiFi或WiMAX等的下一代无线系统中普遍要求支持正交频分复用(OFDM)和多入多出(MIMO)技术。在多入多出技术中，发射机端和接收机端可以采用多个天线，即天线阵列进行通信传输。若各发射接收天线间的信道相互独立，可以通过该天线阵列的空间相干性或不想干性创造多个并行空间信道。分别经由这些并行空间信道传输数据信号能够显著提高信号噪声比(SNR)，并且提高数据的传输速率。
但是，如果要在多模通信终端支持多入多出技术的天线阵列，则意味着要在通信终端中包括比图1A所示的结构更多的天线、射频处理模块以及A/D和D/A转换器，这会引入明显的成本和手机结构的问题。
图1B示出了在现有技术中支持多入多出技术的天线阵列的多模通信终端的示例性结构。该通信终端100B包括三个无线接口：专用于根据蓝牙无线技术进行数据通信的蓝牙接口1100、专用于根据WLAN协议进行数据通信的WLAN接口1200，以及专用于根据移动通信协议进行数据通信的移动通信接口1300B。其中，移动通信接口1300B采用多入多出技术，具有由天线1350-1、1350-2、1350-3构成的天线阵列，以及与各个天线相对应的移动通信时钟1320-1、1320-2、1320-3，A/D和D/A转换器1330-1、1330-2、1330-3，移动通信射频模块1340-1、1340-2、1340-3，从而支持三个移动通信并行空间信道。在移动通信基带处理器1310中需要相应的增加对于空间信号的处理功能模块，例如图1B中所示的空间滤波器1311以及空间信号分析模块1312等。当处于工作状态中时，分别由天线、射频处理模块和A/D和D/A转换器构成的三个平行空间信道，独立并且同步地(由各自移动通信时钟控制)接收/发送数据信号。其中，三个平行空间信道的天线、移动通信射频模块、或A/D和D/A转换器彼此之间通常需要具有一致的物理配置，以及具有彼此相同的工作特性，例如射频中央频率、带宽、中频中央频率、基带采样速率等。
对于无线移动通信终端来说，通常要求具有良好的便携性，即空间尺寸要尽可能小，而且其制造成本以及电能供应都是设计中十分敏感的关键因素。对于现有无线移动通信终端来说，仅一个具有天线的射频信道就要占用1/4到1/3的板上面积，并且消耗1/5到1/4的设计物料清单(EBOM)。显然，如果按照如图1B所示的现有技术方案生产无线移动通信终端，必须增大产品空间尺寸以容纳增加的相应于天线阵列的射频信道。随之而来的生产成本增高以及将变得尤为突出的系统供电难题，都使得这种多模通信终端难以满足实现和应用的需要，从而无法进入竞争日益激烈的无线移动通信终端市场。
要解决这个问题，一种可行办法是寻找尺寸更小和集成度更高的射频信道模块(包括天线、射频处理模块、时钟、A/D和D/A转换器等)，以缩小单个射频信道的板上面积。但是，现有射频信道模块的设计基本属于成熟技术，可以改进的余地很小。而且，即使通过提升系统集成度而缩减了单个射频信道的板上面积，这种缩减量相对于成倍增加射频信道数目而导致的空间尺寸扩张来说也是杯水车薪。
因此，需要提供一种新型的支持多入多出工作模式的多模通信终端系统构架。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于切换的支持多入多出工作模式的多模通信终端系统构架。
根据本发明的第一方面，提供一种多模通信终端，包括至少第一单独的信道模块和第二单独的信道模块，该多模通信终端可被配置为利用所述第一信道模块和/或利用所述第二信道模块进行通信，其中所述信道模块分别按照不同的通信协议进行通信，所述多模通信终端还包括：信道切换层装置，用于将所述第一信道模块和/或所述第二信道模块切换为具有一致的参数特性，使得所述多模通信终端能够同时利用所述第一信道模块和所述第二信道模块支持多入多出工作模式。
根据本发明的第二方面，提供一种用于在多模通信终端中支持多入多出工作模式的方法，所述多模通信终端包括至少第一单独的信道模块和第二单独的信道模块，该多模通信终端可被配置为利用所述第一信道模块和/或利用所述第二信道模块进行通信，其中所述信道模块分别按照不同的通信协议进行通信，该方法包括以下步骤：将所述第一信道模块和/或所述第二信道模块切换为具有一致的参数特性，使得所述多模通信终端能够同时利用所述第一信道模块和所述第二信道模块支持多入多出工作模式。
本发明利用对在射频信道模块进行切换，能够利用较少数目的射频通信模块来实现支持包括多入多出工作模式的多种工作模式的无线移动多模通信终端，并且与现有方案相比显著地缩小了终端所需尺寸，降低了该终端在工作时所需的能量消耗，从而增加了终端的实用性。而且，基于本发明的技术方案可以获得一种新的、基于切换的、统一的多模无线移动终端系统构架，从而进一步优化了多模无线移动终端的结构。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其它特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了对本发明实施例的特征和优点进行详细说明，将参照以下附图。如果可能的话，在附图和描述中使用相同或者类似的参考标号以指代相同或者类似的部分。其中：
图1A示出了现有技术中多模通信终端的示例性结构图；
图1B示出了在现有技术中支持多入多出技术的天线阵列的多模通信终端的示例性结构；
图2示出了根据本发明一个实施例的支持天线阵列的多模通信终端的示例性结构；
图3示意性示出了图2所示多模通信终端工作在使用MIMO技术的通信模式时的工作状态；
图4示意性示出了图2所示多模通信终端同时工作在使用MIMO技术的通信模式和另一模式时的工作状态；
图5示出了根据本发明另一个实施例的支持天线阵列的多模通信终端的示例性结构；
图6示意性示出了图5所示多模通信终端工作在使用MIMO技术的通信模式时的工作状态；
图7示意性示出了图5所示多模通信终端同时工作在使用MIMO技术的通信模式和另一模式时的工作状态；
图8示出了根据本发明一种实施例在多模通信终端中通过切换实现工作于MIMO工作模式的方法流程图；
图9示出了根据本发明一种实施例在多模通信终端中通过切换实现工作于MIMO工作模式的方法流程图。
具体实施方式
图1A和图1B分别示出了现有技术中多模通信终端的示例性结构图。在背景技术部分已经对图1A和图1B进行了详细地说明，在此不再重复。
本发明的技术方案是基于这样一种事实，即虽然当前的多模通信终端设计趋向于将多个(例如，至少二个)无线接口整合到同一个智能通信终端中，但是实际上接口的使用概率是随着同时使用的接口种类数目而显著递减的。以具有三个无线接口的多模通信终端为例，在大多数情况下用户只需使用其中一种接口进行通信，需要同时使用两种接口进行通信的情况会较少发生，而三种接口必须同时工作的情况几乎很少发生。换句话说，即使多模通信终端不能支持用户同时使用其提供的所有无线接口，用户在实际使用过程中也并不会为此而产生强烈的不愉快体验，也就是用户可以接受这样的接口使用限制。
因此，本发明提出一种支持天线阵列的多模通信终端的方案，其能够使用较少的射频信道模块来支持使用MIMO技术的通信模式。根据本发明的多模通信终端的基本设计思想在于：基于切换来实现对支持天线阵列的支持。本发明为多模通信终端提供控制层面的信道切换层，通过该信道切换层对相应于各个通信模式的各个信道模块的工作状态、数据流向、对数据的处理过程等进行切换控制，从而在需要工作在支持MIMO技术的通信模式(即使用天线阵列工作模式)时，将该多模通信终端所包括的N个无线接口的一个子集作为支持MIMO技术的通信模式的无线接口，其中该子集包括的无线接口个数n满足2≤n＜N。
以下将通过实施例来具体描述本发明。在本发明中所使用的术语“连接”以及与“连接”相关联的描述，其含义既包括物理上的连接，也包括逻辑上的连接。本领域的技术人员可以理解，“逻辑上的连接”不同于“物理上的连接”所指的以具体物理线路进行连接，而是强调其在逻辑上互相关联(例如，控制与被控制、进行数据交换等)。对这种关联进行物理实现可能需要借助于其它相关的物理模块和/或物理线路和/或程序代码等，但是这些所需的物理模块和/或物理线路和/或程序代码等对于本领域技术人员来说是公知的。
图2示出了根据本发明一个实施例的支持天线阵列的多模通信终端的示例性结构。
如图2所示，根据本发明实施例的多模通信终端200的结构类似于图1A所示的多模通信终端，包括三个(N＝3)无线接口2100、2200和2300，应用处理器2000。根据本发明一个实施例的多模通信终端200还包括信道切换层2400，用于对各个无线接口(包括射频信道和数模转换)进行切换控制，以便按照需要选择当前各个接口的工作状态。在通常状况下，无线接口2100用于利用其中的蓝牙基带处理器2110、蓝牙时钟2120、A/D和D/A转换器2130、射频模块2140和天线2150根据蓝牙无线技术进行数据通信；无线接口2200用于利用WLAN基带处理器2210、WLAN时钟2220、A/D和D/A转换器2230、射频模块2240以及天线2250根据WLAN协议进行数据通信；并且无线接口2300用于利用移动通信基带处理器2210、移动通信时钟2220、A/D和D/A转换器2230、射频模块2240以及天线2250根据移动通信协议进行数据通信。在一定条件下(例如，服务质量要求、用户指定等)，移动通信信道需要使用多个射频信道以便采用MIMO工作模式。此时，在信道切换层2400的控制下，无线接口2100和/或无线接口2200的工作状态可以发生改变，从而用作移动通信接口，与无线接口2300一起以MIMO工作模式根据移动通信协议对移动通信数据进行收发处理。
根据本发明的该实施例，信道切换层2400包括切换通知单元2410、数据通路切换装置2420、信道模块切换装置2430、阵列单元切换模块2413，以及可选地还包括调整矫正模块2414。
切换通知单元2410可以作为应用处理器2000中的功能模块来实现，也可以作为多模通信终端200中另一的控制处理器中的功能模块来实现。该切换通知单元2410可以在需要进行切换(例如，服务质量要求、用户指定等)且具备切换条件，即当前存在其它无线接口(无线接口2100和/或无线接口2200)空闲时，向信道切换层2400的其它模块发出通知指令，通知它们准备切换。其中该通知指令可以是指示所切换到的工作状态的简单切换指令，也可以包含其它与该切换相关的参数信息。根据需要，切换通知单元2410可以被配置为依据某种预定的规则来选择当前最优的切换策略，其中切换策略例如可以包括：选择需要切换的无线接口的个数、选择将切换哪一个或哪几个无线接口等。这种切换策略有助于解决需要同时工作在多个模式时可能发生的冲突问题(例如，由于当前服务要求更高的通信质量和带宽，从而需要多模通信终端200工作在使用MIMO技术的通信模式；此时，用户也通过应用接口发出对于蓝牙服务的请求)。然而，切换策略的设计和实现不是本发明所要解决的问题，其与多模通信终端的应用场合、目标性能、甚至目标客户群等设计要素相关，本发明的本领域技术人员可以对其做出任何调整和改变。
信道模块切换装置2430根据切换通知单元2410发出的切换指令完成对参考信道(即无线接口)的信道参数的提取，并利用该提取的参数对所要切换的无线接口进行设置。不同的无线应用所需的关键特性是不同的，这些参数例如可以包括：射频中央频率、中频频率、带宽、基带采样速率。然而，如果将这些不同的无线接口用于使用MIMO技术的工作模式，则需要各个参与的无线接口在参数配置上必须完全相同。当今，天线、射频模块、A/D和D/A转换器等模块在设计时基本上均考虑了用途的扩展，也就是说它们大都支持多个不同频带的工作或较宽的工作域值。信道模块切换装置2430可以与各个射频模块2140、2240、2340进行连接，利用从参考射频模块2340获取的相应参数设置其它射频模块2140和/或2240。另一方面，信道模块切换装置2430还需要向所切换的无线接口提供新的数模转换时钟。在使用MIMO技术的工作模式中，由于需要各个无线接口以相同的基带采样速率对接收的信号进行数模/模数的转换，因此必须使得所切换的无线接口于参考无线接口具有完全同步的时钟。信道模块切换装置2430将从无线接口2300的移动通信时钟2320获取的时钟信号直接提供到所要切换的无线接口2100的A/D和D/A转换器2130和/或无线接口2200的A/D和D/A转换器2230，以代替原来分别由蓝牙时钟2120和WLAN时钟2220所提供的时钟信号。
应该理解，虽然上面描述了信道模块切换装置2430所要执行的基本功能，但是本领域的技术人员可以理解，这些功能的具体实现方式与所要切换的无线接口中各个模块可再配置的方式相关。例如，有些多模的射频模块可以支持自动地工作模式转换，则信道模块切换装置2430只需向其发送控制信号，指示其切换到所需工作模式即可；而有些射频模块可能同时配置有可选硬件电路部件，则射频信道模块切换装置2430可能需要将从参考无线接口获得的具体参数值送入射频模块的指定输入处，以转换其工作模式。因此，本领域的技术人员可以根据具体无线接口的硬件配置来设计根据本发明的信道模块切换装置2430的实现方式，而且各种实现方式都属于根据本发明的射频信道模块切换装置的变形。
数据通路切换装置2420用于对所切换的无线接口中来自和/或到A/D和D/A转换器的基带数据进行切换，以便当工作在使用MIMO技术的工作模式时，使得所切换的无线接口的A/D和D/A转换器与无线接口2300的移动通信基带处理器2310交换基带数据。其中，该移动通信基带处理器2310包含有对使用MIMO技术的工作模式中空间复用信号进行处理所需的模块，例如主要包括空间滤波器2311、空间信号分析器2312等。
应该理解，虽然上面描述了数据通路切换装置2420所要执行的基本功能，但是本领域的技术人员可以理解，这些功能的具体实现方式取决于多模通信终端的具体电路布置。根据一种示例性的实现方式，数据通路切换装置2420可以包括例如开关阵列，以及开关阵列与移动通信基带处理器2310之间和开关阵列到各个需切换无线接口的A/D和D/A转换器之间的相应的布线等物理部件。因此，本领域的技术人员可以根据多模通信终端的具体电路布置来设计根据本发明的数据通路切换装置2420的实现方式，而且各种实现方式都属于根据本发明的数据通路切换装置的变形。
阵列单元切换模块2413用于根据天线阵列的可用阵列单元数目n进行算法配置，以便使得对MIMO信号的基带处理能够适合无线应用的当前情况。具体来说，如果切换通知单元2410通知阵列单元切换模块2413将工作于天线阵列的阵列单元数为3的使用MIMO技术的工作模式(即，无线接口2100、2200均切换到使用MIMO技术的工作模式，与无线接口2300一起进行移动通信)，则切换通知单元2410控制选择天线数目为3的用于空间滤波和信号分析的算法；如果切换通知单元2410通知阵列单元切换模块2413将工作于天线阵列的阵列单元数为2的使用MIMO技术的工作模式(即，无线接口2100或无线接口2200中的一个切换到使用MIMO技术的工作模式，与无线接口2300一起进行移动通信)，则切换通知单元2410控制选择天线数目为2的用于空间滤波和信号分析的算法。
阵列单元切换模块2413优选地可以作为移动通信基带处理器2310中的功能模块来实现。本领域的技术人员还可以将阵列单元切换模块2413作为该终端中其它控制处理器的功能模块来实现。
此外，应该理解，在某些示例中，例如，在该多模通信终端被设置为仅可以切换到具有固定天线阵列单元数目(例如，固定为2或者固定为3)的MIMO模式的示例中，并不需要该阵列单元切换模块2413。虽然上述不具有阵列单元切换单元的示例降低了该多模通信终端进行多模式选择的灵活性因而并不是优选的，但是其也可以作为本发明一种可选的实施例。
可选地，根据图2所示的本发明的实施例，信道切换层2400中还可以包括调整矫正模块2414。调整矫正模块2414主要是为了对工作在使用MIMO技术的工作模式中的各个射频信道之间的差异进行矫正。其基本作用和原理与具有天线阵列的收发机的矫正机制相同。在本发明中，由于各个射频信道之间在构造、工艺等方面可能会比图1B中专用的支持天线阵列的无线接口1300B的射频信道之间具有更大的差异，因此优选地使用调整矫正模块2414对其进行矫正调整，以使得切换后的MIMO系统能够正常有效的工作。调整矫正模块2414工作原理可以简单描述如下：利用其中保存的校正矩阵与由具有偏差的天线阵列接收的信号的空间特征矩阵相乘，可以得到通过矫正消除偏差的目标信号空间特征矩阵。其中，调整矩阵
Figure A20061013716100152
可以在多模通信终端200出厂前，由生产商通过利用功率、到达方向已知的测试信号对终端进行测试，则校正矩阵
Figure A20061013716100161
即为理想的测试信号空间特征矩阵
Figure A20061013716100162
与实际得到的接收信号空间特征矩阵
Figure A20061013716100163
之间的比值，即 B → = A ′ → · A → - 1 . 而且，随着用户对于多模通信终端的使用以及时间的推移，各个信道的物理特性会可能会发生改变，从而使得校正矩阵
Figure A20061013716100165
也会随之发生改变。可以优选地将调整矫正模块2414设计为定期地更新调整矩阵
Figure A20061013716100166
例如，可以通过由多模通信终端定期地请求基站等网络设备发送测试信号，其自动利用测试信号进行测试并更新调整矩
Figure A20061013716100167
该调整矫正模块2414优选地可以作为移动通信基带处理器2310中的功能模块来实现。本领域的技术人员还可以将该调整矫正模块2414作为该终端中其它控制处理器的功能模块来实现。
图3示意性示出了图2所示多模通信终端工作在使用MIMO技术的通信模式时的工作状态。
如图3所示，切换通知单元2410向信道切换层2400中的所有模块发出切换指令，指示将无线接口2100、2200均切换到使用MIMO技术的工作模式。接着各个模块可以根据该指令并行地执行各自需要执行的切换过程。信道模块切换装置2430从参考信道——移动通信信道0(无线接口2300)获取各种所需参数，分别将其提供给无线接口2100、2200，使得其中的天线2150、2250和射频模块2140、2240工作到移动通信工作频带，并且利用移动通信时钟2320的时钟信号为A/D和D/A转换器2130、2230提供基带采样时钟。数据通路切换装置2420通过切换使得无线接口2100中的A/D和D/A转换器2130以及无线接口2200中的A/D和D/A转换器2230与无线接口2300中的移动通信基带处理器2310交换数据，而不再与各自无线接口中的基带处理器2110、2210交换数据。由此，无线接口2100和无线接口2200分别作为移动通信信道2和移动通信信道1与无线接口2300(也即无线移动通信信道0)一起用于进行MIMO方式下的移动通信。阵列单元切换模块2413在收到切换通知单元2410的切换通知时，将处理MIMO信号所需的算法，例如空间滤波器2311、信号分析模块2312中使用相应算法等切换至适用于天线阵列的阵列单元个数n等于3的状况的算法。在下行方向，来自移动通信信道0、1、2三个信道的信号被输入移动通信基带处理器2310，经过调整矫正模块2414的矫正处理后输入空间滤波器2311以及接着输入到信号分析模块2312对接收的多路空间复用信号进行基带处理。然后将所得的数据传递给应用处理器2000，以进行后续的应用，例如多媒体呈现等。在上行方向，应用处理器2000将要传输的移动通信数据传递到移动通信基带处理器2310形成基带信号，然后通过移动通信信道0、1、2以MIMO方式通过天线阵列进行发送。
图4示意性示出了图2所示多模通信终端同时工作在使用MIMO技术的通信模式和另一模式时的工作状态。
如图4所示，切换通知单元2410向信道切换层2400中的所有模块发出切换指令，指示将无线接口2200切换到使用MIMO技术的工作模式，而无线接口2100保持原有的基于蓝牙技术的通信。接着各个模块可以根据该指令并行地执行各自需要执行的切换过程。射频信道模块切换装置2430从参考信道——移动通信信道0(无线接口2300)获取各种所需参数，将其提供给无线接口2200，使得其中的天线2250和射频模块2240工作到移动通信工作频带，并且利用移动通信时钟2320的时钟信号为A/D和D/A转换器2230提供基带采样时钟。数据通路切换装置2420通过切换使得无线接口2200中的A/D和D/A转换器2230与无线接口2300中的移动通信基带处理器2310交换数据，而不再与无线接口2200中的WLAN基带处理器2110交换数据；同时，数据通路切换装置2420保持无线接口2100中A/D和D/A转换器2130与蓝牙基带处理器2110之间的数据交换。由此，无线接口2200作为移动通信信道1与无线接口2300(也即无线移动通信信道0)一起用于进行MIMO方式下的移动通信；而无线接口2100作为蓝牙接口用于根据蓝牙无线技术进行数据通信。阵列单元切换模块2413在收到切换通知单元2410的切换通知时，将处理MIMO信号所需的算法，例如空间滤波器2311、信号分析模块2312中使用相应算法等切换至适用于天线阵列的阵列单元个数n等于2的状况的算法。在下行方向，来自移动通信信道0、1两个信道的信号被输入移动通信基带处理器2310，经过调整矫正模块2414的矫正处理后输入空间滤波器2311以及接着输入到信号分析模块2312对接收的多路空间复用信号进行基带处理，然后将所得的数据传递给应用处理器2000，以进行后续的应用，例如多媒体呈现等；并且来自蓝牙通信信道的信号通过蓝牙基带处理器2110的处理，输入应用处理器2000，以进行后续的处理。在上行方向，应用处理器2000将要发送的移动通信数据传递到移动通信基带处理器2310形成基带信号，然后通过移动通信信道0、1以MIMO方式通过天线阵列进行发送；并且将要发送的蓝牙数据传递到蓝牙基带处理器2210形成蓝牙基带信号，然后通过蓝牙信道进行发送。
以上具体描述了图2所示的实施例，并且根据图3和图4描述了其两种典型的工作状态。图2所示的实施例基于当前的多模通信终端的体系结构提供了支持天线阵列的多模通信终端的解决方案。这种方案只需要在现有的终端中增加用于切换的信道切换层，而无需增加或者改变现有的无线接口，就可以利用切换实现对MIMO通信模式的支持。这种方案的优势在于，生产商可以对现有终端直接进行改进而获得新的MIMO模式的扩展功能，从而节约了设计成本、生产成本。
然而，将图2所示的根据本发明的实施例作为一种兼容现有产品的过渡方案，是有利的，但作为最终解决方案，还需要为根据本发明的多模通信终端提供一种统一的体系结构。
图5示出了根据本发明另一个实施例的支持天线阵列的多模通信终端的示例性结构。根据本发明该实施例的多模通信终端，为天线阵列模式以及其它各种不同无线应用提供了更加灵活的射频解决方案。与图2相比，图5所示的多模通信终端500具有更加统一、更加优化的结构。
如图5所示，多模通信终端500例如可以支持三种通信协议(也即支持三种通信模式)，包括：移动通信协议E3G/B3G/4G、WLAN协议、蓝牙协议。代替了为支持各个协议进行通信而提供的专用接口，多模通信终端500配置有统一的无线接口5100，来与应用处理器5000交换数据从而根据相应协议进行数据通信。该统一的无线接口5100包括通用数字基带处理器5110和三组信道模块(包括天线、射频处理模块、时钟、A/D和D/A转换器等)。
数字基带处理器5110整合了用于该三种通信协议的基带处理器，即E3G/B3G/4G基带处理模块5113、WLAN基带处理模块5114，以及蓝牙基带处理模块5115。在进行根据移动通信协议E3G/B3G/4G的通信时，在一定条件下需要终端工作在MIMO工作模式下，即采用天线阵列来收发数据。因此，类似与图2的移动通信基带处理器2310，通用数字基带处理器5110还包括用于处理MIMO的空间复用信号的空间滤波器5111和信号分析模块5112。而且，通用数字基带处理器5110还用于实现部分信道切换层功能，将在下面具体进行说明。
三组信道模块分别包括天线、射频处理模块、时钟、A/D和D/A转换器。优选地，各组信道模块中的对应部件可以具有相同或者相似的结构和特性。这样，有利于生产商统一设计制造的信道模块，从而能够优化其布局，进一步缩减其在终端中占用的面积。而且，这样还能够减小各个信道由于构造、工艺等方面产生的特性差异，有利于多模通信终端500正常有效地工作在MIMO模式。
该多模通信终端500还包括用于对其工作状态(模式)进行切换的信道切换层5400。在该实施例中，多模通信终端500的工作模式完全由切换的信道切换层5400进行控制。通过切换，射频切换层5400可以将任何信道配置为按照三种协议中的任何一种进行工作。信道切换层5400包括切换通知单元5410、数据通路切换装置5420、信道模块切换装置5430、阵列单元切换模块5413、可选地调整矫正模块5414，以及还包括无线协议切换装置5440。
切换通知单元5410类似与图2所示实施例的切换通知单元2410，可以作为应用处理器5000中的功能模块来实现，也可以作为多模通信终端500中另一的控制处理器中的功能模块来实现。该切换通知单元5410向信道切换层5400的其它模块发出指令，通知它们将要切换到的状态。类似地，根据需要，切换通知单元5410可以被配置为依据某种预定的规则来选择当前最优的切换策略，其中切换策略例如可以包括：选择需要切换的无线接口的个数、选择将切换哪一个或哪几个无线接口等。需要注意的是，在该实施例中，多模通信终端500完全由信道切换层5400通过切换确定，而不受信道模块本身的限制，因此切换通知单元5410所根据的最优切换策略会与图2所示实施例有所不同。但是，本领域的技术人员依然不需要花费创造性劳动就可以对该策略做出适合于该实施例的调整和改变。
类似于图2所示的信道模块切换装置2430，信道模块切换装置5430根据切换通知单元5410发出的切换指令完成对参考信道(即无线接口)的信道参数的提取，并利用该提取的参数对所要切换的无线接口进行设置。在该实施例中，信道模块切换装置5430可以将任何信道作为参考信道，从中提取所需的参数，或者获得相应的信号(诸如控制信号)等；并且根据所接收到的切换通知，可以利用所获得参数或者相应的信号来配置任何信道中的模块，以实现切换。可以理解，在该实施例中，实现了更加灵活地切换过程。
类似于图2所示的数据通路切换装置2420，数据通路切换装置5420用于对来自和/或到A/D和D/A转换器的基带数据进行切换，以便能够利用相应的基带处理模块处理相应的基带数据。由于在本实施例中采用了统一的无线接口构架，因此优选地该数据通路切换装置5420可以作为通用数字基带处理器5110中的功能模块来实现。在这种方式下，可以让所有A/D和D/A转换器直接与通用数字基带处理器5110交换基带数据。然后，通过数据通路切换装置5420对这些基带数据进行软选路处理。例如，当三个信道工作于MIMO状态的移动通信模式时，数据通路切换装置5420将来自三个信道的基带信号切换到包括空间滤波器5111和信号分析器5112的信号数据处理通路上，进而连接到E3G/B3G/4G基带处理模块5113。结合下面对多模通信终端500的描述，数据通路切换装置5420的功能将更加清楚。
根据图5所示的实施例，信道切换层5400还包括无线协议切换装置5440，用于协助数据通路切换装置5420为基带数据选择适当的基带处理模块。配置该无线协议切换装置5440，对于多模通信终端500工作在混合模式(例如工作在移动通信模式和蓝牙模式的混合模式)的情况是有利。无线协议切换装置5440可以作为通用数字基带处理器5110中的功能模块来实现。结合下面对多模通信终端500的描述，无线协议切换装置5440的功能将更加清楚。
阵列单元切换模块5413以及可选的调整矫正模块5414的功能和作用类似于图2所示实施例中的阵列单元切换模块5413和可选的调整矫正模块2414的功能和作用，在此省略对其的描述。
本领域的技术人员可以理解，还可以对根据图5所示的多模通信终端500的结构进行改变。例如，由于每个采样时钟固定对应于一种无线应用的基带采样速率，为了更加灵活的设置信道，可以不直接由采样时钟向A/D和D/A转换器提供时钟信号，而是完全依赖于信道模块切换装置5430将各个时钟信号配送到相应的A/D和D/A转换器。当然，这种改变会要求信道模块切换装置5430的配置结构发生变化。
图6示意性示出了图5所示多模通信终端工作在使用MIMO技术的通信模式时的工作状态。
如图6所示，切换通知单元5410向信道切换层5400中的所有模块发出切换指令，指示将所有信道切换到使用MIMO技术的工作模式。接着各个模块可以根据该指令并行地执行各自需要执行的切换过程。信道模块切换装置5430从参考信道(任何信道均可以作为参考信道，这里假定是通信信道0)获取各种所需参数，分别利用这些参数配置信道1、2，使得其中的天线5150、5250和射频模块2140、2240工作到移动通信工作频带，并且利用移动通信时钟5320的时钟信号为A/D和D/A转换器5130、5230、5330提供基带采样时钟。在下行方向，数据通路切换装置5420将来自三个无线信道的移动通信MIMO数据切换到包括调整校正模块5414、空间滤波器5111和信号分析器5112的信号数据处理通路上。阵列单元切换模块5413在收到切换通知单元5410的切换通知时，将处理MIMO信号所需的算法，例如空间滤波器5311、信号分析模块5312中使用相应算法等切换至适用于天线阵列的阵列单元个数n等于3的状况的算法。无线协议切换装置5440根据切换通知单元5410的切换通知，将输入的移动通信数据馈送到相应的E3G/B3G/4G基带处理模块5113。E3G/B3G/4G基带处理模块5113将经处理的数据传递给应用处理器5000，以进行后续的应用。上行方向的数据流向与数据处理与上行方向类似，这里省略对其的描述。
图7示意性示出了图5所示多模通信终端同时工作在使用MIMO技术的通信模式和另一模式时的工作状态。
如图7所示，切换通知单元5410向信道切换层5400中的所有模块发出切换指令，指示将信道0、1切换到使用MIMO技术的工作模式，同时保持信道2原有的基于蓝牙技术的通信。接着各个模块可以根据该指令并行地执行各自需要执行的切换过程。信道模块切换装置5430从参考信道(任何信道均可以作为参考信道，这里假定是信道0)获取各种所需参数，分别利用这些参数配置信道1，使得其中的天线5250和射频模块2240工作到移动通信工作频带，并且利用移动通信时钟5320的时钟信号为A/D和D/A转换器5230、5330提供基带采样时钟；使得天线5150、射频模块5140工作在蓝牙协议工作频带，并且利用蓝牙时钟5120的时钟信号为A/D和D/A转换器5130提供基带采样时钟。在下行方向，数据通路切换装置5420将来自信道0、1的移动通信MIMO数据切换到包括调整校正模块5414、空间滤波器5111和信号分析器5112的信号数据处理通路上；并且将来自射频信道2的蓝牙基带信号直接切换到无线协议切换装置5440。阵列单元切换模块5413在收到切换通知单元5410的切换通知时，将处理MIMO信号所需的算法，例如空间滤波器5311、信号分析模块5312中使用相应算法等切换至适用于天线阵列的阵列单元个数n等于2的状况的算法。无线协议切换装置5440根据切换通知单元5410的切换通知，将输入移动通信数据馈送到相应的E3G/B3G/4G基带处理模块5113；并且将输入的蓝牙数据馈送到相应的蓝牙基带处理模块5115。E3G/B3G/4G基带处理模块5113和蓝牙基带处理模块5115将经处理的数据(移动通信数据和蓝牙数据)传递给应用处理器5000，以进行后续的应用。上行方向的数据流向与数据处理与上行方向类似，这里省略对其的描述。
图8示出了根据本发明一种优选实施例在多模通信终端中通过切换实现工作于MIMO工作模式的方法流程图。
在步骤S800，根据本发明的多模通信终端开始进入切换过程。该切换过程是在需要进行切换(例如，服务质量要求、用户指定等)且当前无线接口是否具备切换条件时启动的。根据上文的描述，切换过程的启动与否与该多模通信终端中所实现的切换策略有关，本发明的本领域技术人员可以对其做出任何调整和改变。
在步骤S801中，通知根据本发明的多模通信终端的信道切换层中的各个切换模块准备进行切换。取决于该多模通信终端的实现方式，该通知可以是指示所切换到的工作状态的简单切换信号或指令，也可以是包含了其它与该切换相关的参数信息的复杂命令。在这里假定，该通知指示各个切换模块从非MIMO工作模式(例如，各个无线接口(射频信道)分别工作于蓝牙模式、无线局域网模式和移动通信模式)切换到使用天线阵列的MIMO工作模式(例如，图3、图4，或者图6或图7所示的状态)。
该切换过程一方面执行信道模块的切换。在步骤S802中，从参考的信道提取对信道进行切换所需的参数进行提取。取决于多模通信终端中信道部件的具体切换实现机制，这些参数可以是适用于所要切换到的无线应用的射频特性的具体参数，包括：射频中央频率、中频频率、带宽、基带采样速率等；也可以是简单地切换信号(指令)等。特别地，为了保证切换后各个MIMO信道能够具有完全同步的时钟，需要对参考信道的采样时钟进行提取。
在步骤S803中，利用该获取的参数设置将要进行切换的信道模块。取决于具体信道模块的硬件配置，在该步骤中利用参数对信道模块设置的过程可能是不同的。例如，可以向射频模块发送控制信号，指示其切换到所需工作模式；也可以将具体参数值送入射频模块的指定输入处，以转换其工作模式。特别地，需要向该需要切换的信道提供从参考的信道所提取的采样时钟，以便能够在切换之后保证各个MIMO信道能够具有完全同步的时钟。
该切换过程随后执行数据通路的切换。步骤S804中，对数据通路进行切换，以便建立适用于所切换到的工作模式的数据通路。例如，在本示例中，也即在从非MIMO工作模式(例如，各个无线接口分别工作于蓝牙模式、无线局域网模式和移动通信模式)切换到使用天线阵列的MIMO工作模式(例如，图3、图4，或者图6或图7所示的状态)时，需要建立将切换到MIMO工作模式的信道与对MIMO工作模式的空间复用信号进行处理的各个模块之间的数据通路。
该切换过程还可以执行相关算法的切换。在可选步骤S805中，选择适用于所切换到的天线阵列状态的空间复用信号处理算法。例如，当从非MIMO工作模式切换到如图3或图6所示使用天线阵列的MIMO工作模式时，则选择适用于天线阵列单元状态为数目3的空间复用信号处理算法；而当从非MIMO工作模式切换到如图4或图7所示使用天线阵列的MIMO工作模式时，则选择适用于天线阵列单元状态为数目2的空间复用信号处理算法。应该理解，在某些示例中，该切换过程的另一方面的可选步骤S805是可以省略的(在该多模通信终端被设置为仅可以切换到具有固定天线阵列单元数目的MIMO模式的示例中，并不需要执行该步骤)。虽然不执行该步骤S805的示例降低了该多模通信终端进行多模式选择的灵活性因而并不是优选的，但是其也可以作为本发明一种可选的实施例。
在步骤S806中，结束该过程。
图8示出的示例中，该切换过程的各个方面是并行执行的。相应地，也可以如图9所示，将该切换的各个方面安排为串行执行(图9所示各具体步骤的描述与参照图8所描述的步骤类似，在此省略对其的描述)，或者串行与并行相结合来执行(未示出)。这依赖于多模通信终端中具体采用的电路设计以及由此决定的各种信号的切换配合。因此，本领域的技术人员可以理解，任何可以实现根据本发明的目的的、各种执行顺序的切换过程都可以作为本发明的具体实现方式。
根据本发明的其它实施例，在多模通信终端中通过切换实现工作于MIMO工作模式的方法还可以包括其它附加步骤。在一种实施例中，在对数据通路进行切换的步骤中(S804)还包括对基带处理模块进行选择以适当地从其获取/向其提供基带数据的步骤。
图8的流程图和对其的相应说明着重于描述了根据本发明的多模通信终端从非MIMO工作模式切换到MIMO工作模式的典型切换过程。但是可以理解，根据本发明的多模通信终端从MIMO工作模式切换到非MIMO工作模式的切换过程类似于图8所示过程的反向切换过程；从一种非MIMO工作模式切换到另一种非MIMO工作模式的切换过程可以利用类似于本领域公知的切换过程来实现；而且从一种MIMO工作模式切换到另一种MIMO工作模式(如果必要的话)的切换过程与图8所示流程类似，通过适应性调整各个步骤的具体实现细节就可以实现。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (20)

1.一种多模通信终端，包括至少第一单独的信道模块和第二单独的信道模块，该多模通信终端可被配置为利用所述第一信道模块和/或利用所述第二信道模块进行通信，其中所述信道模块分别按照不同的通信协议进行通信，所述多模通信终端还包括：
信道切换层装置，用于将至少所述第一信道模块切换为与所述第二信道模块具有一致的参数特性，使得所述多模通信终端能够同时利用所述第一信道模块和所述第二信道模块支持多入多出工作模式。
2.根据权利要求1所述的多模通信终端，其中所述信道切换层装置包括：
信道模块切换装置，用于从所述第二信道模块提取相应参数，利用所述提取的参数设置需要进行切换的所述至少第一信道模块，使得至少所述第一信道模块和所述第二信道模块一起支持所述多模通信终端进行多入多出通信。
3.根据权利要求2所述的多模通信终端，其中所述切换层装置进一步包括：
切换通知单元，用于在确定将执行切换时向所述射频切换层装置所包括的其它各装置发出通知指令，以准备进行工作模式切换；
数据通路切换装置，至少用于根据所述切换通知单元的通知指令，改变与至少所述第一信道模块相关联的数据通路，使得至少所述第一信道模块和所述第二信道模块适于所述多入多出工作模式，
其中所述信道模块切换装置根据所述切换通知单元的通知指令进行操作，并且所述参数取决于所述信道模块的配置可以包括信道模块的具体工作状态参数和/或控制其工作状态的信号。
4.根据权利要求3所述的多模通信终端，其中：
所述用于信道模块切换装置进一步用于从所述第二信道模块中提取参考采样时钟信号；用于将所述参考采样时钟信号提供给需要进行切换的至少所述第一信道模块，作为其采样时钟。
5.根据权利要求4所述的多模通信终端，其中：所述信道切换层装置进一步包括：
阵列单元切换模块，用于根据所述切换通知单元的通知指令，选择适用于所切换到的所述多入多出工作模式的天线阵列状态的空间复用信号处理算法。
6.根据权利要求4所述的多模通信终端，其中：所述信道切换层装置进一步包括：
调整矫正模块，用于根据所述切换通知单元的通知指令，对切换到所述多入多出工作模式的信道模块的信道差异进行矫正。
7.根据权利要求4所述的多模通信终端，其中所述信道切换层装置进一步用于统一安排对所有信道模块进行的切换，使得所述多模通信终端能够自由地利用所有信道模块中的一个或多个进行所需的各种工作模式。
8.根据权利要求7所述的多模通信终端，其中所述数据通路切换装置用于统一安排与所述所有信道模块相关联的数据通路，使得所述所有信道模块适于支持所需的各种工作模式，并且所述数据通路切换装置进一步包括：协议切换装置，用于根据当前所述多模通信终端的工作模式建立从各个信道模块到适当的基带处理模块的数据通路。
9.根据权利要求1所述的多模通信终端，所述信道模块包括天线、射频处理模块、采样时钟、A/D和D/A转换器。
10.根据权利要求1所述的多模通信终端，所述不同的通信协议包括：蓝牙通信协议、无线局域网通信协议，以及移动通信协议。
11.一种用于在多模通信终端中支持多入多出工作模式的方法，所述多模通信终端包括至少第一单独的信道模块和第二单独的信道模块，该多模通信终端可被配置为利用所述第一信道模块和/或利用所述第二信道模块进行通信，其中所述信道模块分别按照不同的通信协议进行通信，该方法包括以下步骤：
将至少所述第一信道模块切换为与所述第二信道模块具有一致的参数特性，使得所述多模通信终端能够同时利用所述第一信道模块和所述第二信道模块支持多入多出工作模式。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述切换步骤进一步包括以下步骤：
从所述第二信道模块提取相应参数；
利用所述提取的参数设置需要进行切换所述至少第一信道模块，使得至少所述第一信道模块和所述第二信道模块一起支持所述多模通信终端进行多入多出通信。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述切换步骤进一步包括：
在确定将执行切换时向信道切换层装置所包括的其它各装置发出通知指令，以准备进行工作模式切换；
根据所述切换通知单元的通知指令，改变与至少所述第一信道模块相关联的数据通路，使得至少所述第一信道模块和所述第二信道模块适于所述多入多出工作模式，
其中所述提取并设置参数的步骤是根据所述切换通知单元的通知指令来进行操作的，并且所述参数取决于所述信道模块的配置可以包括信道模块的具体工作状态参数和/或控制其工作状态的信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述提取相应参数的步骤进一步包括从所述第二信道模块中提取参考采样时钟信号的步骤；
所述对信道模块进行设置的步骤进一步包括将所述参考采样时钟信号提供给需要进行切换的至少所述第一信道模块，作为其采样时钟的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述切换步骤进一步包括以下步骤：
根据所述切换通知单元的通知指令，选择适用于所切换到的所述多入多出工作模式的天线阵列状态的空间复用信号处理算法。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述切换步骤进一步包括以下步骤：
根据所述切换通知单元的通知指令，对切换到所述多入多出工作模式的信道模块的信道差异进行矫正。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述切换步骤进一步包括以下步骤：
统一安排对所有信道模块进行的切换，使得所述多模通信终端能够自由地利用所有信道模块中的一个或多个进行所需的各种工作模式。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述改变与信道模块相关联的数据通路的步骤进一步包括以下步骤：
统一安排与所述所有信道模块相关联的数据通路，使得所述所有信道模块适于支持所需的各种工作模式，
其中在所述统一安排数据通路的步骤中包括根据当前所述多模通信终端的工作模式建立从各个信道模块到适当的基带处理模块的数据通路的步骤。
19.根据权利要求11所述的方法，所述信道模块包括天线、处理模块、采样时钟、A/D和D/A转换器。
20.根据权利要求11所述的方法，所述不同的通信协议包括：蓝牙通信协议、无线局域网通信协议，以及移动通信协议。
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