CN101490568B - 用于提供毫米波信号改善的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种射频接收机包括用于处理RF信号的接收电路、用于接收毫米波RF信号的天线以及耦合在接收电路和天线之间的衰减电路。在一个实施例中，衰减电路可以用于确定毫米波RF信号的信号强度，将该信号强度与第一阈值进行比较。如果信号强度高于第一阈值，那么随后可以增大应用于毫米波RF信号的衰减水平。

Description

用于提供毫米波信号改善的系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及用于无线传输的系统和方法，并且更具体地涉及改善毫米波信号。
背景技术
需要使用无线数据传送的通信应用的类型近年来已经明显增多。这样的应用例如包括视频会议、视频点播、高速因特网接入、高速局域网、在线游戏以及高清电视。例如，在家里或在办公室中，通过使用无线联网系统使计算设备持续保持连接。许多其他类型的设备也被有意地设计为使用无线通信。
在大约低于3GHz的频率处，天线一般是全向的，这使得邻近的天线彼此干扰，或者遭遇所谓的“多径(multipath)”。在更高频率(例如从大约3GHz到60GHz)处，信号在一定程度上变为定向的，这减轻了上述的多径问题。然而，在非常接近的距离处，接收机和发射机的信号反射重新引入了多径问题。这些反射引起信号干扰并使整体通信质量恶化。
57-64GHz(“60GHz频带”)频带位于电磁频谱的毫米波部分，并且在很大程度上尚未被开发用于商业无线应用。除了在该频谱内能够实现更高的数据速率外，60GHz频带中的能量传播还具有独特的特性，这些特性使得能够实现许多其他的益处，例如出色的抗干扰性、高安全性和频率再使用。
虽然60GHz范围内的无线传输呈现出前述的有益特性，但是它们仍存在某些缺点，包括这样的传输通常仅跨越以数十米计的最大距离的事实。如上文中所提到的，高频系统的接收机一侧和发射机一侧之间很短的距离将重新引入多径问题并且引起信号接收干扰。因此，本领域需要这样一种系统和方法，其通过减轻多径效应来改善毫米波频率下的信号质量。
发明内容
这里公开并请求保护一种用于提供毫米波信号改善的系统和方法。在一个实施例中，射频接收机包括用于处理射频(RF)信号的接收电路、用于接收毫米波RF信号的天线以及耦合在接收电路和天线之间的衰减电路。在一个实施例中，衰减电路可以用于确定毫米波RF信号的信号强度，将该信号强度与第一阈值进行比较。如果信号强度高于第一阈值，那么随后可以增大应用于毫米波RF信号的衰减水平。
通过对本发明的示例性实施例进行的如下描述，本发明的其他方面、特征和技术对于相关领域中的技术人员而言将是显而易见的。
附图说明
图1A是用于实现本发明的一个或多个方面的传输系统的一个实施例；
图1B是示出图1A的衰减器如何可以衰减RF信号的示图；
图1C示出没有衰减的无线信号反射；
图1D示出有衰减的无线信号反射的一个实施例；
图2A到图2B是接收机如何可以用于实现本发明一个或多个实施例的过程示图；以及
图3是收发机如何可以用于实现本发明另一实施例的过程示图。
具体实施方式
本发明的一个方面在于提供了一种用于处理毫米波RF信号的射频接收机/收发机。在一个实施例中，该接收机/收发机包括耦合在接收电路和天线之间的可变衰减电路。接收电路可用于检测信号强度，并且将这样的信号强度与阈值进行比较。在信号强度高于阈值的情况下，可以增大应用于毫米波RF信号的衰减水平以改善信号质量。
在一个实施例中，毫米波RF信号的频率介于大约57GHz和95GHz之间。可以与信号强度进行比较的阈值与接收电路的具体实现方式有关。本领域中的技术人员将针对最优输入电平范围使接收机最优化，其中在高于该最优输入电平范围处将设置前述阈值电平。
本发明的另一方面在于：前述的接收机/收发机还将所接收到的信号的信号强度与第二阈值进行比较。如果信号强度低于该第二阈值，那么可以减小应用于毫米波RF信号的衰减水平。
本发明的另一方面在于：前述的接收机/收发机还确定毫米波RF信号的信号质量，并且将该信号质量与阈值质量值进行比较。在所确定的信号质量低于阈值质量并且信号强度高于先前提到的阈值强度值的情况下，可以增大应用于毫米波RF信号的衰减水平。
在另一实施例中，不对信号质量和阈值质量值进行比较，前述接收机/收发机而是可以简单地判定毫米波RF信号的信号质量是否是不可接受的。如果不可接受，那么可以增大应用于毫米波RF信号的衰减水平。
本发明的另一方面在于：前述的接收机/收发机能够判定毫米波RF信号是否是反射信号。如果是反射信号，那么可以增大应用于毫米波RF信号的衰减水平。
在某些实施例中，本发明以多个千兆比特每秒(Gbps)的数据速率实现了60GHz频带内的RF数据传输。
图1A示出用于实现本发明一个或多个方面的无线通信系统100的一个实施例。在某些实施例中，系统100可以以多个Gbps的数据速率实现毫米波范围内的RF数据传输。在一个实施例中，数据以介于1Gbps和10Gbps之间的速率传输。
如图1A所示，系统100包括用于处理毫米波信号的第一收发电路110。在一个实施例中，这样的信号处于60GHz频带内。系统100还包括第一衰减电路120，以及用于接收并发送毫米波信号(即，信号140)的天线130。第一收发电路110将RF信号提供给天线130，天线130将信息转换为电磁波(即，信号140)。用于电磁波传播的传输介质是自由空间。由第一衰减器120提供的衰减水平可以基于来自第一收发机110的控制信号145。在一个实施例中，控制信号145可以基于从任何已知的数字解调过程中所接收到的信号质量信息。
电磁信号140被接收天线150截取，天线150将其转换回RF信号。第二衰减电路160然后可用于在将其传递到第二收发电路170之前对信号150进行衰减。根据一个实施例，衰减器120和160是可变受控衰减器。在一个实施例中，由第二衰减器160提供的衰减水平可以基于从第二收发机170接收到的控制信号175。与控制信号145一样，控制信号175可以基于从任何已知的数字解调过程中所接收到的信号质量信息。
虽然图1A的系统100被示出为两个收发机的系统，但是在其他实施例中，系统100可以包括更多的收发机。类似地，收发电路110和170可以仅包括发射机和/或接收机。在其他实施例中，信号140可以以高于60GHz频带的频率(例如高达95GHz的频率)传输。此外，可以利用以多个千兆比特每秒(Gbps)的速率传输的数据来对信号140进行编码。在某些实施例中，独立天线130和150之间距离的范围可以从若干厘米到数十米。
图1B示出如何可以通过衰减电路120和160的一个或二者来衰减信号。提供给衰减器的信号功率水平被表示为Pin，而输出功率水平被表示为Pout。衰减量可以根据如下等式用dB来表示：Pdb＝10×Log(Pout/Pin)。因此，如果在通过衰减器的同时损失了一半的信号功率(Pout/Pin＝2)，那么以分贝计的衰减量级是10×Log(2)或者3dB。
图1C示出信号140被反射而没有使用衰减器的一个实施例。在该实施例中，天线表面180用作反射器。在没有衰减器的情况下，所反射信号的强度简单地是R。
另一方面，图1D示出这样的情况，其中信号140在到达反射表面180之前被衰减器185衰减。在这种情况下，所反射的信号实际上通过衰减器185两次，因此即使被传递到发射表面180的信号衰减了因子1/A，衰减量也可以表示为R/(A×A)。
现参考图2A，所示出的是接收机如何可以实现本发明一个或多个方面的简化过程200。过程200开始于在框200处接收信号。在一个实施例中，该信号是毫米波RF信号。一旦接收到信号，就在框210处判定信号强度是否可以被视为强。在一个实施例中，这是通过将所接收到的信号的强度与预定阈值进行比较来实现的。典型的衰减范围可以是从0dB到12dB。如果所接收到的信号并不强(即，不高于阈值)，那么过程200将移至框220，在框220，可以减小应用于输入信号的衰减(如果存在的话)的水平。另一方面，如果信号高于预定阈值，那么过程200将移至框230。
在框230，可以关于所接收到的信号的质量作出判定。这可以通过测量指示信号质量的多个信号参数(例如误比特率(BER)、信噪比(SNR)、载波噪声比(CNR)、所校正的错误数等等)来实现。如果这些参数指示信号质量不可接受，那么在框240，可以增大应用于所接收到的信号的衰减量。如果这些参数指示信号质量可接受，那么在框250，可以以正常进程来处理信号。应当理解，衰减水平(或者衰减变化的速率)可以是所接收到的信号的质量的函数，或者可替代地，其可以是预定的。在一个实施例中，在框220和240处，衰减水平可以从大约0dB变到大约12dB。
通过使用图2A的过程，可以维持相对恒定的信号质量并且最小化多径效应。能够实现这一点是基于如下的事实：随着给定发射机和接收机之间距离的增大，信号强度将减小从而使得衰减水平减小(框220)。可替代地，随着给定发射机和接收机之间距离的减小，信号强度将增大从而使得衰减水平增大(框240)。
现参考图2B，所示出的是RF接收机如何可以实现本发明一个或多个方面的过程255的另一实施例。过程255开始于在框260处接收信号。一旦接收到信号，就在框265判定所接收到的信号的强度如何(例如，dB水平)。如果所接收到的信号太弱(如在框270处所判定的那样)，那么在框275，可以减小应用于输入信号的信号衰减水平。此外，在框275处的衰减减小量可以介于大约0dB到大约12dB之间。另一方面，如果所接收到的信号并不是太弱，那么过程255将继续到框280。
在框280，如果信号被判定为太强，那么过程255将移至框285，在框285，可以增大信号衰减水平。此外，在框285处应用的衰减增大量可以介于大约0dB到大约12dB之间。
如果可替代地，在框280判定信号并不是太强，那么过程255将继续到框290，在框290，不改变当前的信号衰减水平。
通过使用图2B的过程，可以维持相对恒定的信号质量并且最小化多径效应。能够实现这一点是基于如下的事实：随着给定发射机和接收机之间距离的增大，信号强度将减小从而使得衰减水平减小(框275)。可替代地，随着给定发射机和接收机之间距离的减小，信号强度将增大从而使得衰减水平增大(框285)。如果距离保持恒定，那么仍保持当前的衰减水平(框290)。
图3示出收发机如何可以用于实现本发明一个或多个方面的过程300的实施例。过程300开始于在框305处检测RF信号。一旦检测到信号，过程300就将继续到框310，在框310，判定所检测到的信号是否是由所考虑的收发机所发送的信号的反射，或者判定所检测到的信号是否是从另一个源(例如，第二收发机)发起的信号。
如果在框310判定该信号事实上是反射信号，那么过程300将继续到框315，在框315，可以增大应用于输出信号的衰减量。在一个实施例中，衰减量可以增大大约0dB和12dB之间的一值。另一方面，如果判定所检测到的信号不是反射信号，那么过程300将继续到框320。在框320，可以确定所检测到的信号的强度。在一个实施例中，这可以通过将所检测到的信号的强度与预定阈值进行比较来实现。本领域中的技术人员将基于实现方式来识别优选的信号强度范围。如果所接收到的信号被判定为不是强信号，那么过程300将移至框325，在框325，可以减小应用于所检测到的信号的衰减水平。此后，可以在框335处以正常进程来处理信号。
另一方面，如果信号高于预定阈值，那么过程300将移至框330。在框330，关于所检测到的信号的质量作出判定。这可以通过测量诸如BER、SNR等之类的指示信号质量的多个信号参数来实现。如果这些参数指示信号质量可接受，那么可以在框335处以正常进程来处理信号。另一方面，如果在框330判定信号质量不可接受，那么过程300将继续到框340，在框340，可以衰减所检测到的信号。应当理解，衰减水平可以是所接收到的信号的质量的函数，或者其可以是预定的。
一旦在框340衰减了所检测到的信号，就可以再次检查其质量(框345)。如果信号质量现在可接受，那么不再改变应用于信号的衰减水平(框350)。另一方面，如果信号质量仍然不可接受，那么可以在框355处增大应用于输入信号的衰减水平。
在框355处增大了衰减水平之后，过程300可以以如下的两种方式之一继续下去。在一个实施例中，过程可以回到框340，在框340，信号被再次衰减，然而这一次以更高的衰减水平来进行衰减。这可以继续直到在框345处判定信号质量可接受为止。可替代地，过程300可以继续到用于信号处理的框335，该信号处理使增大后的衰减水平被预期地应用于将来的输入信号。
虽然前述描述涉及特定的实施例，但是应当理解，本领域中的技术人员可以想到对在此描述的特定实施例的修改和/或改变。落入该描述范围内的任何这样的修改或改变都意图被同样地包括在本发明中。应当理解，在此给出的描述仅是说明性的，而并不是要限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种射频接收机，包括：
接收电路，用于处理射频(RF)信号；
天线，用于接收毫米波RF信号；以及
衰减电路，该衰减电路耦合在所述接收电路和所述天线之间，其中所述衰减电路用于执行以下步骤：
确定所述毫米波RF信号的信号强度，
将所述信号强度与第一阈值进行比较，并且如果所述信号强度高于所述第一阈值，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平，以及
判定所述毫米波RF信号是否是反射信号，并且如果是反射信号，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
2.如权利要求1所述的射频接收机，其中所述毫米波RF信号的频率介于大约57GHz和95GHz之间。
3.如权利要求1所述的射频接收机，其中所述衰减电路还用于执行以下步骤：
将所述信号强度与第二阈值进行比较，并且如果所述信号强度低于所述第二阈值，那么
减小应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
4.如权利要求1所述的射频接收机，其中所述衰减电路还用于执行以下步骤：
确定所述毫米波RF信号的信号质量，
将所述信号质量与阈值质量值进行比较，并且如果所述信号质量低于所述阈值质量，且所述信号强度高于所述第一阈值，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
5.如权利要求1所述的射频接收机，其中所述衰减电路还用于执行以下步骤： 
判定所述毫米波RF信号的信号质量是否是不可接受的，并且如果是不可接受的，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
6.如权利要求1所述的射频接收机，其中，所述衰减电路还用于执行以下步骤：
在估计所述毫米波RF信号的信号强度之前判定所述毫米波RF信号是否是反射信号。
7.如权利要求1所述的射频接收机，其中，通过所述毫米波RF信号的误比特率(BER)来估计所述毫米波RF信号的信号质量。
8.一种通信系统，包括：
第一收发机，该第一收发机包括第一衰减电路和用于发送并接收毫米波射频(RF)信号的第一天线；以及
第二收发机，用于与所述第一收发机进行通信，所述第二收发机包括第二衰减电路和用于发送并接收所述毫米波RF信号的第二天线，
其中，所述第一收发机和所述第二收发机中的每一个用于执行以下步骤：
确定所接收到的毫米波RF信号的信号强度，
将所述信号强度与第一阈值进行比较，并且如果给定信号强度高于所述第一阈值，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平，以及
判定所述毫米波RF信号是否是反射信号，并且如果是反射信号，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
9.如权利要求8所述的通信系统，其中，所述毫米波RF信号的频率介于大约57GHz和130GHz之间。
10.如权利要求8所述的通信系统，其中，所述第一收发机和所述第二收发机中的每一个还用于执行以下步骤：
将所述信号强度与第二阈值进行比较，并且如果所述给定信号强度低于所述第二阈值，那么 
减小应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
11.如权利要求8所述的通信系统，其中，所述第一收发机和所述第二收发机中的每一个还用于执行以下步骤：
确定所述毫米波RF信号的信号质量，
将所述信号质量与阈值质量值进行比较，并且如果给定信号质量高于所述阈值质量，且所述给定信号强度高于所述第一阈值，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
12.如权利要求8所述的通信系统，其中，所述第一收发机和所述第二收发机中的每一个还用于执行以下步骤：
判定所述毫米波RF信号的信号质量是否是不可接受的，并且如果是不可接受的，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
13.如权利要求8所述的通信系统，其中，所述第一收发机和所述第二收发机中的每一个还用于执行以下步骤：
在估计所述毫米波RF信号的信号强度之前判定所述毫米波RF信号是否是反射信号。
14.如权利要求8所述的通信系统，其中，通过所述毫米波RF信号的误比特率(BER)来估计所述毫米波RF信号的信号质量。
15.一种通信方法，包括：
接收毫米波射频(RF)信号；
将所述信号的强度与第一阈值进行比较，并且如果所述信号强度高于所述第一阈值，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平，以及
判定所述毫米波RF信号是否是反射信号，并且如果是反射信号，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
16.如权利要求15所述的通信方法，其中，所述毫米波RF信号的频率介于大约57GHz和95GHz之间。
17.如权利要求15所述的通信方法，还包括以下步骤： 
将所述信号强度与第二阈值进行比较，并且如果所述信号强度低于所述第二阈值，那么
减小应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
18.如权利要求15所述的通信方法，还包括以下步骤：
确定所述毫米波RF信号的信号质量；
将所述信号质量与阈值质量值进行比较，并且如果所述信号质量低于所述阈值质量，且所述信号强度高于所述第一阈值，那么
增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
19.如权利要求15所述的通信方法，还包括以下步骤：
判定所述毫米波RF信号的信号质量是否是不可接受的，并且如果是不可接受的，那么增大应用于所述毫米波RF信号的衰减水平。
20.如权利要求15所述的通信方法，其中，通过所述毫米波RF信号的误比特率(BER)来估计所述毫米波RF信号的信号质量。 
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