CN101523759A

CN101523759A - 集中式无线通信系统

Info

Publication number: CN101523759A
Application number: CNA2007800368990A
Authority: CN
Inventors: 彼得·麦康奈尔; 拉里·J·齐布里克; W·罗斯·格雷; 特伦特·庞尼特
Original assignee: Sierra Wireless Inc
Current assignee: Sierra Wireless Inc
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-09-02

Abstract

一种用于主装置的集中式无线通信系统，该主装置具有主处理器和一个或多个主无线通信模块，该集中式无线通信系统包括：控制器、一个或多个天线振子、以及耦合到一个或多个天线振子的RF复用器。该RF复用器包括一个或多个端口并被配置为基于来自控制器的指令而在一个或多个端口和一个或多个天线振子之间建立RF通信路径。该集中式无线通信系统可以提供自适应噪声消除和/或操作天线振子作为有源相控阵的一部分。

Description

集中式无线通信系统

相关申请的交叉参考

本申请要求于2006年10月2日提交的题为“无线计算机子系统”的美国临时专利申请第60/849,146号的权益。

技术领域

本发明涉及嵌入在诸如膝上型电脑或个人数字助理(PDA)的主装置中的无线通信系统。

背景技术

用于诸如膝上型电脑、桌上型电脑、个人数字助理等的计算平台的无线通信是普遍存在的，并且对于其的实施方式存在着许多不同的技术。这些技术(例如)包括Bluetooth、WiFi、WLAN，并且具体的平台可以包括一个或多个通信模块，其中，该一个或多个通信模块适于这些技术中的一项或多项。这些技术在数个方面可能是不同的，包括要求不同天线构造的不同的射频频带发射。

由于该天线子系统位置靠近膝上型计算机或PDA之类的小型装置的电子装置，因此易受到由这些平台中的数字电子装置所产生的电磁干扰(EMI)的影响。

由个人计算机(PC)以及其他便携计算装置产生相当大的射频噪声。由这些装置生成的噪声可能干扰装置(诸如，无线广域网适配器)的信号接收，因此降低适配器的灵敏度并降低对于基站的范围。

通过对噪声辐射电子装置的改进设计，通过抑制源处的噪声可以降低干扰。可替换地，通过选择用于接收装置的天线可以降低噪声，其利用距离(即，远程电缆连接)或其他手段来将天线与计算机隔离。然而，这些解决方案还不是有效的，原因在于装置制造商不愿增加产品成本并且用户不愿使用远程电缆天线。

PCMCIA和OEM无线模块都具有的共同问题是主机产生噪声会造成调制解调器在无线数据服务的一个或多个信道上不灵敏(desense)。不灵敏是指主机产生的电磁干扰(EMI)增加底噪(noisefloor)的影响等级并降低接收机的有效灵敏度。测量已示出在膝上型电脑环境中，不灵敏对于PCS频带可以高达19dB并且对于850MHZ频带可以高达30dB。

该不灵敏典型地由计算装置产生的数字时钟噪声而引起。时钟噪声生成谐波和位于正在使用的射频信道的带宽内的其他频谱成分。如果在正用于数据通信的信道内发生这些频谱辐射，则可能发生干扰问题。即使辐射强度对于满足规定辐射要求是足够低的，但该辐射对于明显地降低接收机的输入灵敏度是足够强的。

在电子装置(诸如，个人计算机)内的大多数公共电流路径由I/O电缆、印刷电路板(PCB)信号走线(signal trace)、电源电缆、以及电源-地环路组成。这些电流路径中的每一个均用作辐射电场和磁场的天线。这些场与其他信号的互作用为EMI。该EMI的幅度是发送信号的诸如频率、占空比、以及电压摆动(即，幅值)的多个特性的函数。

如果信号是非周期性的(诸如，按照时间变化方式的具有参考RAM、闪存的微控制器的硬件、I/O装置、控制线路、诸如LCD的显示器等)，则时域数字信号f(t)的傅立叶级数表达式将包含诸如基频和它们的全部谐波的基频成分的宽范围的项。

在典型的PCMCIA或OEM安装中，靠近逻辑板的信号频谱将看来是实际上是相当的宽带，并且包含较大数目的单独的频谱峰值(其振幅将随着由板的数字逻辑所执行的功能按照时间而变化)。

由现代数字装置中的时钟的陡沿和高时钟速度所产生的频谱也将延伸至千兆赫区域。因此，这些信号可能位于商用通信服务的所分配的带宽内。如上所述，这些信号在振幅上可能是相对较低的，以满足规定辐射等级的要求。然而，当与无线网络发射的接收信号强度指示(RSSI，Received Signal Strength Indication)相比时，这些信号是相当强大的。例如，来自基站的RSSI可能大约为-85dBm，但来自附近数字产生噪声的干扰的等级可能大约为-80dBm。显然，-5dBm信噪比导致该实例并且将劣化整个无线网络性能。

在先前公布的美国专利6,968,171(于2002年6月4日提交并于2005年11月22日公布)以及未决美国专利申请20060030287(于2006年2月9日提交)中，公开了一种自适应噪声消除方法。这些参考文献的公开内容全部通过引证结合于此。

根据参考专利和专利申请，提供了一种具有远范围接收区(其被配置为感应具有近场噪声的期望信号)的降低近场噪声的接收机。该接收机进一步包括被配置为感应近场噪声参考信号的近范围接收区。该接收机的自适应噪声消除器(ANC)被配置为检测来自远范围接收区的误差向量的幅值，并响应于此来调整近场噪声参考信号的增益和相位。因此，ANC被配置为产生经校正的近场噪声参考信号(利用加法器将该信号加入期望的信号)。通过加入经校正的近场噪声信号来消除近场噪声。ANC使用最小均方技术来确定所需的校正量。

远范围接收区包括可操作地感应具有近场噪声的期望的远场信号的远范围天线、远范围带通滤波器以及远范围放大器。类似地，近范围接收区包括可操作地感应近场噪声参考信号的近范围天线、近范围带通滤波器以及近范围放大器。为了产生经校正的近场参考信号，该接收机进一步包括相位校正器，该校正器电连接至ANC并响应于误差向量的幅值来可操作地校正近场噪声参考信号的相位。再者，该接收机包括增益校正器，该校正器电连接至ANC并可操作地校正近场参考信号的增益。

根据参考专利和专利申请，该接收机可以进一步包括解调器，该解调器电连接至ANC并可操作地对来自ANC的信号进行解调。为了进一步处理来自远场天线的信号，该接收机可以进一步包括同相路径和正交相位路径。该同相路径具有混合器，该混合器可操作地将来自远场带通滤波器的信号与本机振荡器信号(其已被相移90度)进行混合。该同相路径进一步包括电连接在混合器和数-模转换器(DAC)之间的低通滤波器。在通过ANC处理之前，该低通滤波器和DAC可操作地产生接收到的信号的数字表达。类似地，正交相位路径包括混合器，该混合器将来自远场带通滤波器的信号与本机振荡器信号进行混合。来自正交相移路径中混合器的信号在被输入ANC之前，通过另一低通滤波器和另一DAC。

根据参考专利和专利申请，使用从ANC接收补偿系数信号的抽头延迟线(TDL，tap delay line)来校正近场噪声参考信号的增益和相位是可能的。具体地，ANC响应于来自远范围接收区的误差的幅值而产生增益补偿系数信号和相位补偿系数信号。将该增益补偿系数信号与近场噪声参考信号相混合，以产生增益补偿的近场噪声参考信号。将该相位补偿系数信号与近场噪声参考信号相混合以产生相位补偿的近场噪声参考信号。接下来，将增益补偿的近场噪声参考信号与相位补偿的近场噪声参考信号加在一起，以产生经校正的近场噪声参考信号。

根据参考专利和专利申请，提供了一种用于降低期望信号中近场噪声的方法。通过感应具有近场噪声的期望信号来开始该方法。接下来，感应近场噪声参考信号。然后，通过检测来自远范围接收区的误差向量的辅助利用自适应噪声消除器来产生补偿信号。为了产生经校正的近场噪声参考信号，接下来利用补偿信号来调整近场噪声参考信号的增益和相位。最后，为了消除近场噪声，将经校正的近场噪声参考信号加入期望的信号。

发明内容

正如本文中所描述的，用于主装置(其具有主处理器和一个或多个主无线通信模块)的集中式无线通信系统包括：控制器、一个或多个天线振子、以及耦合到该一个或多个天线振子的RF复用器。该RF复用器包括一个或多个端口并且该复用器被配置为基于来自控制器的指令而在一个或多个端口和一个或多个天线振子之间建立RF通信路径。

正如本文中所描述的主装置，该主装置包括主处理器、一个或多个主无线通信模块、以及集中式无线通信系统。该集中式无线通线系统包括：控制器、一个或多个天线振子、以及耦合到该一个或多个天线振子的RF复用器。该RF复用器包括一个或多个端口并且该复用器被配置为基于来自控制器的指令而在一个或多个端口和一个或多个天线振子之间建立RF通信路径。

正如本文中所描述的方法，该方法通过具有一个或多个主无线通信模块的主装置来实现RF通信。该方法包括：选择主无线通信模块中的第一主无线通信模块、确定对于该第一主无线通信模块特定的天线构造、以及基于所确定的构造来将第一主无线通信模块耦合到一个或多个天线振子。

附图说明

图1是集中式无线通信系统的高等级框图；

图2是嵌入在主装置中的集中式无线通信系统的示意图；

图3是与膝上型计算机200的多种部件协同工作的集中式无线通信系统100的多个部分的架构图；

图4是单独的天线振子的示意图；

图4A是用于电可调谐频带天线的电路的示意图；

图4B是MA-COM AT-255GaAs MMIC电压可变衰减器的示意图；

图4C是用于PIN二极管衰减器的PI电路构造的示意图；

图4D是PIN二极管衰减器示意图；

图4E是可变电抗反射型移相器的示意图；

图4F是作为90度耦合器的兰格(Lange)耦合器的示图；

图4G是使用两个PINN二极管来接入或切断附加线路长度2的反射移相器的示图；

图5是有源相控阵天线的示意图；

图5A是简单的半波天线振子和对应辐射方向图的示意图；

图5B是线性相控阵天线的示意图；

图5C是简单的二元相控阵天线的示意描述；

图5D是具有统一增益分支的分离γ/2天线振子的二元相控阵天线方向图的描述；

图5E是具有统一增益分支和90度扫描角的分离γ/2天线振子的二元相控阵天线方向图的描述；

图5F是具有统一增益分支和45度扫描角的分离γ/2天线振子的二元相控阵天线方向图的描述；

图5G是具有统一增益分支和90度扫描角的分离γ/4天线振子的二元相位阵列天线方向图的描述；

图6是具有有源振子的相控阵天线的示意图；

图7示出了在波束中心处具有归一化0dB的增益的统一加权相控阵天线和具有哈明(Hamming)分支加权的相控阵天线的比较；

图8是全部天线子系统振子位于单一的印刷电路板(其为全部天线振子提供较大地平面)上的系统的示意图；

图9是1×4和1×2射频切换器的电示意图；

图10是三进/四出复用器的示意图；

图11是RF切换器矩阵逻辑表；

图12是具有较低EVM的8-PSK基带信号的绘图；

图13是具有较高EVM的8-PSK基带信号的绘图；

图14示出了Taiyo-Yuden Bluetooth调制解调器的结构因数；

图15示出了Quatech 802.11/bg调制解调器的结构因数；

图16示出了Sierra Wireless^TM MC8755PCI快速迷你卡(ExpressMinicard)；

图17是与多种天线振子协同工作的系统的示意图；

图18是三元波束切换多频带相控阵的电示意图；

图19是示出了用于六个WLAN天线模式的切换逻辑的表；

图20是对于850MHz/900MHz频带0度相移和相等增益的使用来自图17的天线A_1v和A_3v，用于垂射波束的二元相控阵天线方向图的描述；

图21是对于850MHz/900MHz频带+90度相移和相等增益的使用来自图17的天线A_1v和A_2v，用于垂射波束的二元相控阵天线方向图的描述；

图22是对于1800MHz/1900MHz频带0度相移和相等增益的使用来自图17的天线A_1v和A_2v，用于垂射波束的二元相控阵天线方向图的描述；

图23是对于1800MHz/1900MHz频带+90度相移和相等增益的使用来自图17的天线A_1v、A_2v以及A_2v，用于垂射波束的二元相控阵天线方向图的描述；

图24是QoS应用模式选择标准的实例的曲线图；

图25是示出了接收信号强度静态灵敏度度量的MC8755表格；

图26是示出了用于通过主装置来实现RF通信的方法的流程图；以及

图27是示出了误差向量和其分量的示图。

具体实施方式

在集中式无线通信控制器的情境中提供本文的描述。本领域的普通技术人员将认识到，以下的详细描述仅是示例性的而并不旨在以任何方式进行限定。其他实施例也将向这些技术人员提出具有本公开的优点。现在将对附图中所示的实施方式详细地做出参考。在附图和以下的详细描述中，自始至终将使用相同的参考标号来表示相同或类似部分。

为了清楚，并未示出和描述本文中所描述的实施方式的所有常规特征。当然，应该理解，在开发任何这种实际的实施方式时，可以制作许多特定实施方式决定，以便实现开发者的特定目标(诸如，服从应用相关和商业相关限制)，并且这些特定目标将随实施方式以及开发者的不同而变化。此外，应该理解，这种开发努力可能是复杂且耗时的，然而，对于获得本公开的益处的本领域的普通技术人员来说，只不过是日常的工程任务。

图1是集中式无线通信提供100的高等级框图。大体上，系统100的部件包括：与天线模块104通信的控制器102、接地/连接模块106、射频(RF)通信管理模块108、以及常驻无线通信模块110。应当理解，这些模块的工作和功能可能部分重叠或完全重叠，并且为了方便以及便于理解而在本文中主要按照分离模块的方式来描述这些模块。

如图2中所示，集中式无线通信系统100被嵌入在主装置或平台中。在本文实例中，主装置是膝上型计算机200，但也可以预料到诸如PDA(个人数字助理)和桌上型计算机的其他主装置。膝上型计算机200包括主壳202以及顶盖204。具体地，在顶盖204中设置显示器(未示出)。在顶盖204中还整体地或部分地设置系统100。系统100的某些或全部部件可以集成在单一的、专用的印刷电路板(PCB)上(例如，参见图8和图17)，其中，该印刷电路板可以是坚硬的或柔软的，并且在该实例中将该电路板装在顶盖204中。

膝上型计算机200的主体202包括：主无线模块206、208以及210。这些主无线模块可以是基于诸如Bluetooth^TM、Wifi^TM、WLAN等技术的无线装置的任意组合。主无线模块206、208以及210中的每一个均具有通过RF(射频)接口或电缆212(例如，同轴电缆)方式耦合到系统100的一个或多个天线端口211。电缆212通过图2中相对较细的连接线来描绘并且该电缆对应于图1中的接地/连接模块106。主无线模块206被示为具有耦合到系统100的两个天线端口211；主无线模块208被示为具有具有一个这样的天线端口(未标出)；以及主无线模块210被示为具有两个这样的天线端口(未标出)。系统100和电缆212操作以确保来自主装置200内其他无线服务的高效连接。系统100在主mPCIe槽(未示出)区域中指定接地系统，在其中放置主无线模块206、208以及210以使进入系统的差分噪声和公共模式最小化。该系统100适当地对于系统接地以达到相同输出。系统100的说明书可以包括具体同轴电缆说明书，该同轴电缆说明书包括对于电缆类型的推荐以改善插入损耗并使对于辐射或传导源的主噪声侵扰最小化。该电缆和接地系统212支持天线平衡系统，该天线平衡系统允许效率最大化而同时最小化系统中的干扰。尽管该天线系统有源地发射，但由于额外的RFI，使得其不影响主系统的性能。

膝上型计算机200还具有在集中式无线通信系统100，主无线模块206、208和210，主处理器216，以及膝上型计算机的其他可能的部件(未示出)之间的数据和电源接口或电缆214。在主无线模块206、208以及210中的每一个和包括系统100的膝上型计算机200的其他部件的之间的数据和电源接口214取决于无线模块的本质而可以是并联连接或串联连接(例如，通用串行总线或USB连接)。系统100和电缆

正如下面详细描述的，集中式无线通信系统100大体上操作以提供多种功能，这些功能包括：在主无线模块206、208以及210的天线端口211和天线模块104(图1)中任意数目的天线子系统之间的矩阵切换功能。其还操作以提供有效的公共RF接地，优选地，在膝上型计算机200的顶盖204内。该矩阵切换功能允许基于工作频带、天线的极化、诸如定向阵列或MIMO(多入多出)通信的多重天线要求、噪声主成分的逼近所必需的降噪、改进的性能等来为任意的主无线模块206、208以及210选择多种天线子系统。天线模块104的每一个天线子系统均可以具有选择性的中心频率、特定极化(水平、垂直、右回旋、左回旋等)，并且可以被配置为作为有源振子或无源振子/辐射体来工作。此外，可以调整每一个振子的相位和增益(比例因数)，从而可以根据天线振子的子集或子系统来形成自适应阵列。天线模块104提供了大范围无线通信标准的天线功能性和智能天线功能性，以及实现下面所描述的自适应噪声消除功能性(ANC)的感应手段。应当理解，自适应噪声消除(ANC)是更通用噪声抑制功能性(其可以通过分离的模块或图1中RF通信管理模块108的子模块109(图3)来提供)的具体实例。尽管可以预料到其他具体类型的噪声抑制是应当理解的，但本文所讨论的将集中于ANC。

主处理器216支持全部的用户应用程序(典型地为在例如膝上型计算机200的平台中找到的应用程序)。其还提供对于主无线模块206、208以及210的软件和数字接口。此外，具体的应用程序可以在与系统100的控制器102(图1)接口的主处理器216上运行。在主处理器216和/或控制器102上运行的软件选择(例如)用于特定主无线模块206、208以及210操作的适当的天线构造。其典型地取决于具体应用要求和/或无线网络可用性、以及其他条件。

图3是与膝上型计算机200的多个部件协同工作的集中式无线通信系统100的多个部分的架构图。天线模块104(图1)的天线(A₁-A_n)的阵列105通过射频复用电路(RF MUX)304是选择性地可以恢复(recruitable)，其中，射频复用电路通过RF接口或电缆212而耦合到主无线模块206、208以及210。尽管图3中未示出，但当常驻无线模块110存在时，天线模块104的天线(A₁-A_n)的阵列105还通过射频复用电路(RF MUX)304耦合到这种常驻模块。RF接口或电缆212用于将标准连接器接口提供到系统100PCB，并且在每一个连接器处提供标准阻抗(例如，50Ω)。数据和电源接口或电缆214用于提供在多种部件之间的适当的信息交换介质。复用电路304与自适应噪声消除(ANC)模块109以及控制器102进行通信。如上所述，ANC 109是预料到的更多噪声抑制功能性中的具体实例。ANC 109提供了消除本地干扰的能力以及其他能力，其中，消除本地干扰是不能通过下面详细描述的智能天线方案所解决的。取决于在主膝上型计算机平台200中或附近产生的干扰的本质，可能需要或不需要该ANC。

集中式无线通信系统100被配置为接受来自(例如)位于膝上型计算机200的主体202的引入槽中的mPCIe无线服务卡的多种输入。系统100对于这些服务而呈现标称匹配阻抗(即，50Ω)，以通过使损耗最小化来保持最大信号效率。系统100接受来自引入槽的单一的外部发送输入并确保该信号水平不导致对于控制器、电源或天线系统的损害。控制器操作以平衡热特征，来确保对于诸如显示器的敏感部件的周围温度或点温度不影响系统的性能。

系统100根据规定和行业(GCF/PTCRB/CTIA/CDG)要求来操作并负责连接天线系统并且能够接受来自计算机200操作系统的命令以对有源服务进行判优。系统100还可以确定用于协助或超越服务优先的服务度量的其自身质量。系统100对于其他RF输入和天线系统连接而使用固态输入。这些连接提供最大阻抗负载稳定性和最小插入损耗。该系统100具有对mPCIe输入以及其他输出的所连接的服务的信号水平和质量进行测量和缓冲的能力。系统100允许“未填入”选择，其中，(例如)膝上型计算机200的平台在其存在时是完全操作的。按照这种方式，可以在没有系统100的情况下来出售和操作该平台。可以将系统100作为升级来随后安装。

大体上，可以在单一的衬底(图8和图17)上或者多重衬底(未示出)上设置阵列105的天线(A₁-A_n)。包括阵列105的天线(A₁-A_n)的天线模块104被设计为已知的、通用的物理部件，其适合于诸如膝上型计算机200的任何平台来使用。其用于巩固多重服务，将设计多个分离天线系统的复杂性降低为单一的终端用户装置。天线模块104耦合到常驻无线通信模块110，但并不专用于此而排他；而是天线模块还耦合到主无线模块206、208以及210并向它们提供天线功能。该天线模块104被设计为最小化尺寸和重量而同时最大化性能并使来自于主平台200的电磁噪声的影响最小化。其可以是正如下面详细描述的能够被控制器102操纵、反馈和控制的无源元件。

服务质量(QoS)模块306与控制器102进行通信，并且可以位于主膝上型计算机平台200上和/或系统100中。QoS模块306(例如)可能是运行在膝上型计算机平台200上的将主无线模块206、208以及210接口到主计算机的软件，并向系统100提供控制接口。还可以选择来自主无线模块206、208以及210的用于QoS应用程序的多种度量，以驱动天线模块104波束形成功能和下面详细描述的自适应噪声消除功能。

图4示出了天线模块104(图1)的单独的天线振子400。可以按照使阵列105的一个或多个天线(A₁-A_n)用作通用天线振子的方式来对其进行配置。在图4的实例中，天线振子400包括天线(A₁)402以及阻抗匹配电路(Z₁)404，以将天线阻抗与天线输入/输出端406进行匹配，从而天线输入/输出阻抗表现为标准输入阻抗(例如，50Ω)。阻抗匹配电路(Z₁)404由多种电路元件组成，以将系统的RF端口与RF MUX 304(图3)匹配，从而天线模块104如同恒定50Ω阻抗，消除了匹配常驻无线模块110(图1)或主无线通信模块206、208以及210(图2)的需要。

天线频率控制I/F 408将DC控制信号提供给天线频率控制块(F₁)410，从而可以通过该控制信号来控制天线中心频率。DC控制信号可以用作选择一个天线中心频率或另一个中心频率的逻辑电平，或者该控制信号是连续可变的使得天线中心频率可以在一频率范围上连续摆动。电容器(C₁)412用作天线(A₁)402和天线频率控制块(F₁)410之间的DC阻块(DC Block)，L₁/C₁用作将RF从DC控制线路去耦的RF块。

在US 6,697,030中描述了天线的频率控制，其全部内容通过引证结合于此。如图4A中详细示出的，双频带调谐电路形式的频率控制电路(F₁)410包括收发机420、匹配网络422、以及天线424。匹配网络422在第一频率和第二频率处将天线424调谐到收发机。因此，匹配网络422具有可变电容器(C_VAR)426、电感器(L)428以及第二电容器(C)430。选择可变电容器(C_VAR)426的值，以在第一频率和第二频率处调谐天线424，使得系统可以用于在两个带宽上发送和接收电磁能量。选择可变电容器(C_VAR)426、电感器(L)428、以及第二电容器(C)430的值，以使第一频率和第二频率处的系统的驻波比最小化。

图4的单独的天线振子400包括增益控制或校正电路(G₁)414，用于在天线I/O端口406和天线(A₁)402之间提供可变增益比例。该比例可以是固定的或可变的。例如，在固定的分级衰减模式中，增益校正可由可选择的衰减分级0dB、1dB、2dB、3dB、4dB、...、10dB组成。在连续可变模式中，使用模拟控制电压(例如)从约0dB到约10dB来调节增益。

存在着多种方式来实现增益控制块。在本文中所提供的实例中，具有小于或等于约1.0的可调增益的增益控制块或电路(G₁)414是合适的。可以利用可调衰减器来实现该电路，其中，可以按照诸如PIN二极管衰减器或GaAs MESFET衰减器的多种形式来实现该可调衰减器。从来自诸如Skywork(AV 108-59GaAs IC 35dB电压可变衰减MSOP-8封装)、AM-COM(AT 255 GaAs MMIC电压可变衰减器)和其他的多个厂商的小表面安装封装(small surfacemount package)中可以获得基于FET的衰减器。还可以由离散的GaAs MESFET器件制造它们。图4B中示出了通过MA_COM的商业上可获得的衰减器的实例。对于匹配宽带应用，特别是通过大于1GHz来覆盖较低RF频率(到5MHz)的应用，通常采用PIN二极管设计。最流行的电路构造是TEE、桥接TEE和PI。所用这些设计都使用PIN二极管作为流控RF电阻器，其中，该电阻器的阻抗值由AGC(自动增益控制)环路所建立的DC控制来设置。

可以按照多种构造来实现PI构造，它们中的其中两个是图4C中所示的3-二极管和4-二极管构造。四-二极管电路的优点是其对称性，该对称性允许由于在串联二极管的背对背构造中谐波信号的消除而导致减少失真以及简单的偏置网络。来自Avago Technologies的模块HSMP-3816是五管脚中镶嵌二极管四重、无铅SOT-25表面安装封装。当PIN二极管用作衰减元件时，其提供比等价的GaAsMESFET更高的线性。在较低衰减处，大多数RF能量简单地从衰减器的输入端口传输到输出端口。然而，在较高衰减水平，较多的RF能量被倾到衰减器并因此失真水平提高。当Vc的值接近零时，几乎没有电流流过两个串联二极管。随着这两个二极管接近零偏置条件操作，它们的结电容将与RF电压同步变化。幸运地是，由于两个二极管的反向串联连接，将抵偿由RF调制电容所产生的某些失真。一个封装中四个二极管的概念确保失真消除是最佳的，原因在于两个反向串联二极管比可能使用两个随机挑选二极管更近似地匹配。图4D中示出了使用HSMP-3816四重PIN二极管封装的4-二极管PI衰减器的示意图。

再次参考图4，单独的天线振子400还可以包括相位控制块或电路416(在图4E中更为详细地示出)。相位控制块或电路416被配置为在天线I/O端口406和天线(A₁)402之间提供可变相移。该相移可以是固定的或可变的。例如，在固定分级相移模式中，该相移可由约0°、10°、20°、30°、40°、...、180°的分级的可选择相位延迟构成。在连续可变模式中，可以使用模块控制电压来将移位从约0度到约180°进行调整。

可以按照诸如利用移相器的多种方式来实现相位控制。移相器是两端口网络，其中，可以通过控制信号来控制输入端口和输出端口之间的相位差。就仅可以选择诸如22.5°、45°、67.5°、90°等的预定离散值的意义来说，该相移可以被认为是“数字的”，或者就在范围(诸如0°至180°)上其是连续可变的意义来说，该相移可以是模拟的。移相器的设计是已知的，并且在诸如“Microwave Solid StateCircuit Design，”Inder Bahl and Prakash Bhartia，John Wiley and Sons，Inc.，1988，ISBN 0 471 831891的多种参考文献中对其进行了详细描述。在该参考文献中，提供了反射型移相器及传输型移相器的讨论。在图4E中示意性示出的以及在该实例中所使用的移相器的类型是可变电抗反射型移相器。使用90°混合耦合器(诸如兰格或环形波导)432和可变电抗(在这种情况下，变容二极管或变容器(C₁、C₂)434)以提供可变电容。混合耦合器432提供两端口网络并且变容器(C₁、C₂)434提供连续可变电抗，实际上提供接近180°的相移。电感器L₁和L₂将偏置控制电压与变容二极管434分离。它们还可以进行宽带操作。通过多种形式可实现90°混合耦合器432，在它们中有许多理想地地适合于在印刷电路板上微波传输带实施方式。一个实例是图4F中所示的兰格耦合器。本领域的技术人员应当理解，取决于诸如工作带宽等具体应用实施方式考虑而存在可以被选择的许多其他的混合耦合器选择。

还可以从诸如Mini-Circuits，MA-COM等多个厂商来商业地获得相移模块。一个实例是来自纽约布鲁克林的Mini-Circuits的JSPHS-1000 180°电压可变移相器。此外，可能使用利用参考图4G所描述的切换线路反射移相器。反射移相器通过具有生成可切换反射系数的可切换终端来工作。反射移相器的主要类型通过使用PIN开关或通过可变电抗(例如，变容器)来使用切换线路长度以改变电气长度。在这两种情况中，招致额外电气长度是该信号两倍的信号被反射。最简单的实例是使用90度混合(例如，兰格或环形波导)和两个PIN二极管来缩短到地迂回线路长度2或切断，因此加入线路长度2并加入较长路径用于信号传输。

应当注意，还可以使用具有数字选择离散相移的移相器。如果离散相移少于相控阵的3dB波束宽度，则利用这些离散相移可以达到有效波束控制。可以通过诸如切换线路移相器、负载线路移相器、切换线路反射移相器等多种方式来实现离散移相器。从诸如Min-Circuits，MA-COM等多个厂商来获得离散移相器。

参考图5所描述的，天线模块104的阵列105的多个天线A_n可以作为有源相控阵来操作。选择天线A₁-A₅作为具有增益系数G₁、G₂、G₃、G₄以及G₅的“有源”天线振子。以有源的名义，是指单独的天线分支连接到加法器/分离器结点502。相位延迟为θ₁、θ₂、θ₃、θ₄以及θ₅。按照天线极性形式给出天线权重为

w_i＝G_i·e^jΦi

通过适当地选择各单独的天线振子的加权系数，可以在特定方向上控制主波瓣和/或零点(null)。参考图5A，应当理解，一个单一的元件半波偶极子具有圆对称辐射方向图。如果在z轴中放置半波振子，则辐射方向图将是以x-y平面为参照的圆环图形状。可以组织简单的半波偶极子以形成线性阵列。各天线振子均具有单独地可调整的增益和相位元(例如，见图4实例)。最初，将各振子的增益认作具有相等增益并且在各分支仅存在相位调整。下面将描述各振子的可调增益的优点。

在图5B中示出了显示简单线性天线阵列的示图。正如可以看到的，N个半波偶极子天线振子被分离了距离d，在各分支中均设置单独的移相元Φ_N，并且对于各分支提供相等的增益加权。天线振子是共线的(co-linear)。

正如可以从描绘简单的两振子相控阵天线的图5C中看到的，线性阵列的扫描角θ₀垂直于阵列前面的等相位。相对于线性阵列轴来测量角度θ₀。由于在各分支中相等的延迟，扫描角是处于对线性阵列的直角。可以示出(例如参见，“Phased Array Antennas，”R.C.Hansen，John Wiley & Sons，Inc.，1998，ISBN 0 471 53076)，对于具有相等分支加权、可调分支相位、振子分离d、RF波长λ、以及标称扫描角θ₀的N-振子线性相控阵天线的普通情况，可以将天线方向图F(u)示为：

F(u)＝∑A_πexp[jkd(n-1)u]

其中，

u＝(sinθ-sinθ₀)

k＝2π/d

其中，阵列振子具有统一激励(即，相等增益)，表达式简化为

F (u) = \exp [jπ (N - 1) u] \frac{\sin \frac{1}{2} Nkdu}{N \sin \frac{1}{2} kdu}

正如之前说明的，各天线振子自身均在x-y平面中具有统一圆形辐射方向图。这种天线当被安装在诸如膝上型计算机200的平台中时，提供了全向辐射方向图(其对于该膝上型计算机如何在x-y平面中定向是不灵敏的)。然而，应当注意，当可能不期望这种全向辐射方向图时，这种情况确实产生。这些情况中的某些可能是：

(1)膝上型计算机200处于接收到的信号水平对于边界是微弱的环境中，导致降低的性能(丢失包、低吞吐量等)；以及

(2)可能在附近存在带内噪声源，其即使对于不能保持无线通信链接的点也可能产生导致降低性能的同信道干扰。

在情况(1)中，可以使用相控阵天线来修改天线辐射方向图的形状，使得在与膝上型计算机200内部的无线装置(110、206、208以及210)关联的基站的方向上提供较高增益。其通过具有对两个或多个天线振子进行选择并组合它们的RF MUX 304来实现，从而形成线性阵列。如果振子具有统一增益(在这种情况中假设单位增益)并仅变化各天线子系统振子的相位，则可以朝着最大信号水平的方向来控制阵列的主波瓣，或可以使某些其他度量最优化，例如，涉及基带信号的误差向量幅值(EVM)。为了说明这种情况，做出以下假设：

2个天线子系统振子

对于各天线子系统振子的单位增益

半波偶极子天线振子

各振子之间分离0.5波长

在天线阵列子系统中仅可变的参数是扫描角θ₀。

在图5D中示出了θ₀＝0°的情况。在这种情况中，建立在对于天线的轴的直角处具有对称波瓣的垂射方向图。相控阵在主波瓣(约3dB)中具有比单一偶极子更高的增益，但在远离轴(尤其在对于主波瓣的直角处)其具有大为减少的增益。

这些主波瓣中的每一个可能都不是朝向与膝上型计算机内部的无线装置关联的基站，但分支的相位是可变的，以“控制”主波瓣朝向基站。通过电学地改变各分支中的相位，可以调整扫描角θ₀以实现该控制。图5E中示出了该实例，其中，扫描角度θ₀已被电调整到90°。其导致相控阵天线作为与垂射天线对立的端射天线并且其沿着天线振子的轴具有最大增益。

如果电调整扫描角使得θ₀＝45°，则在峰值增益发生在+45°和+125°的情况下产生稍微非对称波束。在图5F中示出此。在各天线子系统振子中使用可变相位延迟，控制器102(图1)可以基本上扫描主波瓣+90°到-90°的程度，以达到最大信号强度和/或其被调谐到的无线电信道的最佳误差向量幅值(EVM)。

这些方案的附加优点是对于主平台(即，膝上型计算机200)中其他导电表面的破坏性存在(其可与天线模块104中实际的天线振子互作用，从而这些导电表面像寄生元并且其干扰天线模块的辐射方向图，从而实际上降低性能)进行补偿的能力。通过多种角度来控制有源振子，控制主波瓣朝向基站并改进信号质量是可能的。

正如之前所提及的，另一个有害影响是靠近膝上型计算机200或由计算机的部件所产生的电磁干扰。这些干扰可以产生可能降低期望的接收信号的同信道干扰。在这种情况下，不再对对主波瓣进行控制朝向基站以改善信号强度，而是可以控制波束方向图零点(多个零点)朝向干扰源，从而抑制它们的影响。在上述构造中，简单的二元相控阵可以按照低于主波瓣增益的约40dB控制零点。其可以允许在一般不可能的环境中支持通信。

在可替换方法中，具有下列特性的天线阵列可以实现不同的辐射方向图：

●两个天线振子

●对于各天线子系统振子的单位增益

●半波偶极子天线振子

●各振子之间分离λ/4(四分之一波长)

●在天线阵列子系统中仅仅可变的参数是扫描角θ₀。

应当注意，与之前讨论的1/2波长相比，振子间隔是1/4波长。对于这种情况的具有θ₀＝90°的扫描角的辐射方向图是单向的并且在图5G中示出。该方向图是典型的心形(cardiod)方向图并提供对于天线阵列的单向端射响应。通过将扫描角改变到270°，可以将该天线指向相反方向。

基于上述，应当理解，如果天线子系统由按照线性方式排列的充足数目的天线振子组成，则实现非常灵活的天线系统。其允许单一的天线振子连接到无线模块(诸如，常驻模块106或主无线模块206、208以及210)，从而实现传统的全向辐射方向图。可替换地，可以组合多个振子，使得相控阵方向图可以被构造以达到较高定向辐射方向图，以在特定方向上提供较高的增益主波瓣或将波束方向图中零点控制朝向不期望的干扰体。

还可能在相控阵中仅具有一个有源振子，并具有本质为无源或寄生的剩余振子。在图6中示出了该构造。在包括无源振子A₁-A₂以及A₄-A₅的阵列中示出了有源天线A₃。无源辐射体或寄生振子是不具有任何有线输入端的无线电天线振子。替代地，其吸收从附近的另一有源天线振子辐射的无线电波，并利用有源振子来按照相位对其进行重新辐射，从而其加入到总发射信号。其改变天线方向图和波束宽度。还可以使用寄生振子来改变附近有源振子的辐射参数。其的一个实例是在另一驱动插片天线上方放置寄生微波传输带插片天线。该天线组合在比原始振子稍低的频率处共振。然而，主要影响是极大地增加天线的阻抗带宽。在某些情况中，该带宽可以增加因数10。在图6的实例中，天线振子A₁-A₂和A₄-A₅连接到地，同时它们的实际增益和相位仍是可调的(w_n输入端)，从而整个阵列仍是作为相控阵天线来工作。

正如本文中预料到的，单独的振子的增益控制和可调相位以及选择阵列的哪些振子是有源的而哪些振子是无源的能力允许将多个单独的振子组合为“相控阵结构”，在其中，调整单独的振子增益和相位以在特定方向上控制主波瓣或波束零点，并且将单独的振子波束方向图成形并形成为具有优势特性的不同的方向图。这种天线结构通常被描述为“相控阵天线”并可以使用有源振子来将其实现或利用有源和无源振子的组合来将其实现。

波束形成的最简单方法之一是在求和之前对相控阵天线的单独分支进行简单“加权”。其提供了成形主波瓣和抑制侧波瓣的能力。在所有情况中，经成形的波束的主波瓣将比统一加权阵列的主波瓣更宽，但可以对侧波瓣进行明显抑制。为了对此进行说明，考虑在所有振子中具有0相移的5元相控阵的实例。其生成对称的垂射天线方向图。在统一分支加权的情况下，其生成典型的sin(x)/x波束方向图，其中，第一侧波瓣自主波瓣下降-13.2dB。接下来，考虑通过汉明窗(其是关于中心分支对称的)来对分支加权进行加权的情况。即，分支加权函数是：

w (n) = 0.54 - 0.46 \cos (2 π \frac{n}{N}), 0 \leq n \leq N

对于五元相控阵天线，其意味着分支加权将是：

W(1)＝0.3098

W(1)＝0.7696

W(1)＝1.000

W(1)＝0.7696

W(1)＝0.3098

在图7中示出了对于统一加权相控阵天线和对于汉明加权相控阵天线的相控阵天线波束方向图的比较。对于该实例中统一加权阵列，3dB波束宽度是约为35度而第一侧波瓣从主波瓣下降了-13.2dB。在汉明加权相控阵中，主波瓣在约50度处是较宽的并且第一侧波瓣从主波瓣下降了约-31dB。在该情况中波束形成的优点是对于远离轴超过40度的干扰物的非常好的抑制。该实例表明了在没有波束控制情况下的波束形成；然而，除了波束形成之外还可以应用波束控制并且都可以实现这些优点。此外，如果可以解决在增益控制模块中的公差，诸如Blackman，Kaiser，Kaiser-Bessel的其他波束加权选择也将可用。应当注意，统一加权阵列可能比波束形成阵列具有更大的增益。在上述实例中，5元阵列具有大约7dB增益，因此波束形成阵列具有大约5dB增益。在“整体增益”中降低已减少；然而，对于某些应用的主要优点是侧波瓣被基本减少。因此，取决于具体应用，为改进的侧波瓣性能而抵偿某些增益通常是有利的。

已描述了相控阵天线概念，示出实际实例是有用的。频带(其中，某些公共无线服务操作)如下：

WiFi-2.4GHz和5.8GHz

Bluetooth-2.4GHz

Cellular-800MHz和1.9GHz.

考虑这些完全不同的频带，相控阵天线应当具有足够数目的天线振子和天线振子分离，使得该阵列对于较宽范围的工作频率是足够灵活的。在表格1-1中示出了对于所提及的频带的标称工作频率，及其对应的波长。

表格1-1

标称中心频率(MHz)	标称波长(cm)
标称中心频率(MHz)	标称波长(cm)	800	37.5
1900	15.8	800	37.5
1900	15.8	2400	12.5
2500	12.0	2400	12.5

考虑到上述情况，可以选择具有整体长度为9.375cm(在800MHz的λ/4)的N元阵列。

9.4cm(在800MHz的λ/4)(2元)

3.9cm(在1900MHz的λ/4)(3元)

3.1cm(在2400MHz/2500MHz的λ/4)(4元)

其允许对于约为12cm的整个阵列长度。在要求定向/零点控制的情况下这些振子可以作为相控阵来工作，或者天线振子可以简单地直接连接到MIMO(多输入端多输出端)收发机。该阵列的大小允许实现实质上地平面，其在最小化各单独天线子系统振子的性能中是需要考虑的重要因素。在二元800MHz构造的情况下，可以实现6dB的侧波瓣抑制，以及控制零点的能力。还可以实现良好的单向端射性能，以及来自二个振子的附加主波瓣增益。在三元1900MHz构造的情况下，可以实现10dB的侧波瓣抑制，以及控制零点的能力。还可以实现良好的单向端射性能，以及来自三个振子的附加主波瓣增益。在四元2400MHz/2500MHz/构造的情况下，可以实现12dB的侧波瓣抑制，以及控制零点的能力。还可以实现良好单向端射性能，以及来自四个振子的附加主波瓣增益。

为了实现上述，可以使用具有蚀刻到单一的印刷电路板中的总体为九个天线振子的构造。在线性阵列上所要求的相位控制可以约为180度。

参考图3，设置了复用电路(MUX)304，以改进由膝上型计算机200的常驻和主无线通信模块(110、206、208以及210)所使用的所有技术或类似地较小形成因数计算装置(PDA等)的发送和接收性能。通过使用单一的天线子系统(图1，天线模块104)来实现该性能。优选地，如从图8中看到的，模块104的所有的天线子系统振子都位于单一的印刷电路800板(其为全部天线振子提供较大的接地平面802)上。由于全部天线振子和关联的硬件被集成在单一的板800上，其极大地简化的安装到平台(即，膝上型计算机200等)并简化了对于平台功能性的集成。由于将接地平面802设置为集中式无线通信系统100的一部分，因此不需要确保平台自身(膝上型计算机200)对于天线振子提供有效的接地平面。

可以实现的另一个优点是对首要无线引擎和其相应天线系统之间的路径损耗和相位损耗的隔离和控制。其通过提供标准RF接口特性(即，如上所述的标称50Ω电阻负载)来解决。其允许对于全部无线模块的公共接口阻抗并消除了对模块的RF端口进行匹配的需要，并且无线模块具有50Ω阻抗。按照这种方式，由于阻抗失配所导致的损耗被明显减少，并且极大地降低了将无线模块集成到平台中的所需努力。

又一优点是对于平台(膝上型计算机200)内天线系统的改进的重新使用和控制。阵列105中的天线振子A₁-A_n提供了电频带切换功能。例如，用于1900MHz操作的相同振子在1900MHz、2400MHz以及2500MHz之间可以电切换。按照这种方式，在上面表格1-1中四频带操作所需的总天线振子数目可以从9个振子降低到5个振子。尽管用于制造1900MHz、2400MHz以及2500MHz的相控阵的三个振子之间的间隔可能不是最佳的，但实现了在总天线性能上的实质提高。

另一优点是对于由系统100的能力所导致的一个子系统中多重无线技术的改进控制，以选择天线模式的较宽范围。这些包括：

●无线模块连接到单一的天线振子的简单情况

●选择相控阵构造以通过改进的天线性能来实现改进的无线模块性能的情况

●能够支持MIMO的无线模块可以具有各MIMO端口均路由到单独的天线振子的情况

另一优点是对于诸如膝上型计算机200的平台制造商来说更好的参考设计框架，以具有到达市场的更快时间和更低的工程研制风险来实施多重无线技术。单一的集中式无线通信系统100可以按照几乎无限数目的组合来与多重无线技术操作的事实有助于此。

再一优点是通过提供灵活地完全集成的天线模块104、最小化平台(膝上型计算机200)制造商所要求的努力和风险而简化天线子系统平台安装/集成到膝上型计算机200或较小形成因数装置。其通过完全集成天线系统的产生而被解决，其中，OEM仅需将无线模块连接到集中式无线通信系统100上的连接器并且通过集中式无线通信系统100功能和机载控制器102来建立和执行从连接器到适当天线的路由。不需要处理单独的天线振子、阻抗匹配等。因此，集中式无线通信系统100实质上提供完全模块化插拔天线系统(其可以支持多重无线技术)。

图9中示出了简单的单刀四掷(single pole quadruple throw)和单刀双掷(single pole double throw)RF切换组以实现RF MUX 304的切换功能。这些切换器表明用于使用PIN二极管的天线切换的简单手段。使用继电器、GaAs FET晶体管等的其他方法也是可能的。可以使用类似的手段来实现矩阵切换或MUX(其可以将N个无线模块与M个天线互相连接)。这种构造实现MxN切换或MUX。出于希望按照多种方式连接的目的，下面的实例将使用具有三个无线模块和四个天线子系统的情况。

图10提供了3进/4出RF切换矩阵或MUX 1000的实例，以满足按照多种方式来连接三个无线模块和四个天线子系统的情况。切换矩阵1000具有6数字控制比特(b₀-b₅)以选择输入端到输出端的多种路由。尽管使用术语输入端和输出端，但MUX实际上是双向的。因此，其支持无线收发机的发送以及接收功能。应当指出多重路由是可能的。如果6数字控制比特是101101，则输入端I₁路由至A₁、输入端I₂路由至A₂以及输入端I₃路由至A₃。

图11提供了图10中所示的MUX1000的逻辑表。可以使用不同的切换复用器以实现相控阵天线实施方式，其将需要更复杂的切换并可能地电源分离器/组合器。

返回到QoS模块306(图3)，可以采用能够在主计算机200上运行的软件和/或固件应用程序的形式，尽管其在集中式无线通信系统100中的控制器102上运行是可行的。软件/固件应用程序检索来自在平台200中操作的无线模块(110、206、208和210)多种信息并配置天线子系统或模块104以实现需要。例如，可以配置天线模块104以执行下列中的任意一个或下列的组合：

●通过选择消耗最小能量的无线模块(其仍可以支持在平台200上运行的应用程序)来最小化无线模块(110、206、208以及210)的能耗。

●选择无线模块(110、206、208以及210)，其具有满足诸如对于某些最小净数据率的用户应用程序要求所要求的特定性能水平。

●对天线模块104进行配置，使得单一的天线用于无线模块(110、206、208以及210)，并通过选择产生最佳总体性能的天线模块来使一个或多个性能参数最佳。例如，通过此来实现：

○选择垂直极化天线和水平极化天线并将工作频率编程为无线模块的标称工作频率，然后在垂直极化天线和水平极化天线之间进行切换并选择产生最大信号强度的天线。

○选择垂直极化天线和水平极化天线并将工作频率编程为无线模块的标称工作频率，然后在垂直极化天线和水平极化天线之间进行切换并选择产生最低误差向量幅值(EVM)的天线。

○选择垂直极化天线和水平极化天线并将工作频率编程为无线模块的标称工作频率，然后在垂直极化天线和水平极化天线之间进行切换并选择产生最低帧误差率的天线。

○选择垂直极化天线和水平极化天线并将工作频率编程为无线模块的标称工作频率，然后在垂直极化天线和水平极化天线之间进行切换并选择产生最低比特误差率的天线。

●对天线模块104进行配置，使得相控阵天线用于无线模块(110、206、208以及210)，并通过控制天线主波瓣(摆动扫描角)和选择产生最佳总体性能的扫描角来使一个或多个性能参数最优化。通过此来实现：

○使用MUX 304来配置相控阵天线并将工作频率编程为无线模块(110、206、208以及210)的标称工作频率，然后对角度进行扫描以选择产生最大信号强度的角度。其还可以附加地涉及选择阵列105中2、3或更多振子A_n并选择不同的振子分离。接下来选择振子数目、振子分离以及产生最大信号强度的扫描角。

○使用MUX 304来配置相控阵天线并将工作频率编程为无线模块(110、206、208以及210)的标称工作频率，然后对角度进行扫描，选择产生最大信号强度的角度。其还可以附加地涉及选择阵列105中2、3或更多振子A_n并选择不同的振子分离。选择振子数目、振子分离以及产生最低误差向量幅值(EVM)的扫描角。

○使用MUX 304来配置相控阵天线并将工作频率编程为无线模块(110、206、208以及210)的标称工作频率，然后对角度进行扫描，选择产生最大信号强度的扫描角度。其还可以附加地涉及选择阵列中2、3或更多振子A_n并选择不同的振子分离。选择振子数目、振子分离以及产生最低帧误差率的扫描角。

○使用RF MUX 304来配置相控阵天线并将工作频率编程为无线模块(110、206、208以及210)的标称工作频率，然后对角度进行扫描，选择产生最大信号强度的扫描角度。其还可以附加地涉及选择阵列中2、3或更多振子A_n并选择不同的振子分离。选择振子数目、振子分离以及产生最低比特误差率的扫描角。

诸如3GPP的标准提供了对于作为测量参考波形和测量波形之间的差异的EVM(误差向量幅值)的定义。该差异被成为误差向量。波形通过具有带宽3.84MHz和滚降(roll-off)α＝0.22的匹配的根升余弦滤波器(Root Raised Cosine filter)。接下来还通过选择频率、绝对相位、绝对振幅以及芯片时钟时序(chip clock timing)来修正该波形，从而使误差向量最小化。EVM结果被定义为被表达为百分数的平均误差向量功率与平均参考功率比率的平方根。测量间隔为通过CPICH(当存在时)所定义的一个时隙；否则测量间隔是自SCH开端而开始的一个时隙。在总功率动态范围上该要求是有效的。图27示出了误差向量以及分量。在实际的通信系统中，由诸如较弱的信号强度、产生的较低SNR、来自其他无线通信装置的同信道/相邻信道干扰、以及来自附近电器装置的电磁干扰等多种因数而使EVM度量降低。

图12中示出了具有低EVM的8-PSK基带信号的实例，其中，每一符号为8个采样并且它们集中在理想8-PSK丛的点附近。图13中示出了具有高EVM的8-PSK基带信号的实例。在这种情况中，EVM是低EVM实例的1.5倍。

无线模块(110、206、208以及210)通过诸如USB、PC卡(PCMCIA)等公共数据总线架构214连接到主计算机200。它们也可直接连接到平台的单独的I/O端口(即，RS-232)。QoS应用程序可以通过数据总线214来存取来自无线模块(110、206、208以及210)的多种信息(诸如，RSSI、EVM、帧误差率、比特误差率、当前消耗等)。利用该信息，接下来管理器306上的QoS应用程序可以通过控制器102来配置天线阵列105。该配置取决于无线模块(110、206、208以及210)的本质而可以从非常简单到非常复杂的范围内变化。非常简单的方法依赖于知晓无线模块之一(例如)是Bluetooth装置，并且除了选择单一的天线和编程天线的工作频率之外不需要其他的。在另一情况中，无线模块(110、206、208以及210)可能要求三个天线振子按照MIMO构造以2.4GHz来操作。在这种情况下，控制器102配置RF MUX 304，从而选择三个天线A_n并且将振子的工作频带选择为2.4GHz。在另一示例中，无线模块3可能最初以1.9GHz工作在GSM/GPRS模式中。尽管信号强度可能非常高，但其可能遇到较弱的EVM度量。在这种情况下，QoS管理器306可能提示控制器102来以相控阵模式工作并选择阵列天线A_n以1.9GHz操作。接下来，将摆动扫描角以使EVM度量最小化。其可以使用平滑扫描角摆动来进行，或使用诸如最小平方或Kalman的自适应算法可以适应地摆动扫描角以选择最佳扫描角。

控制器102执行多种功能，但这些功能大体上与在主计算机的指示下配置RF MUX/增益控制/相位控制/ANC控制关联。根据QoS管理器306的控制的这些方式之一如之前所描述的。然而，在这些应用程序对天线子系统或模块104具有更多紧密控制是有优势的情况下，控制器102可以与主膝上型计算机200上的其他应用程序建立通信。因此，可以提供对于控制器102的接口协议使得可以按照期望来配置天线子系统104，基本上按照装置驱动器接口的形式。此外，控制器102可以与主计算机平台200上的无线模块(206、208以及210)中的任意一个建立通信，其中，这些应用程序具有对于天线子系统104的更多紧密控制是具有优势的。其可以提供手段，从而集中式无线通信系统100可以按照即插即用模式工作，其中，其试图发现哪个无线模块(110、206、208和210)可用并且天线为了使自身满足天线功能需要哪些。此外，主计算机操作系统308(图3)可以按照即插即用方式来与控制器102建立通信，以确定如何通过在其控制下的其他硬件和/或软件来利用该资源。

实例

Lenovo^TM膝上型计算机被用作平台200，利用三项可用无线技术：Bluetooth^TM嵌入模块、WiFi^TM模块、以及Sierra Wireless^TMMC8775HSDPA PCI快速迷你卡。PIFA(平面倒f-天线)和带波导天线被用作天线模块104。在全部三个情况中，无线模块假设为50ΩRF接口。Bluetooth^TM是来自Taiyo Yuden的OEM模块，EYTF3CSTT Class 2Bluetooth OEM模块。图14中示出了结构因数。其具有单一的天线连接器，并且工作频率为2.402GHz-2.48GHz。其使用USB接口。所使用的WiFi^TM模块802.11b/g模块是QuatechWLRG-RA-DP 101 OEM模块。图15中示出了结构因数。工作频率是2.4GHz-2.4835GHz，并且其使用紧凑闪存(CF)接口。该模块具有支持接收分集的两个天线端口。图16中示出了SierraWireless^TM MC8755 PCI快速迷你卡。

在该示例中的天线模块104可以采取多个可能配置和排列之一。应当理解其他配置和排列也是可能的，下面将从简单到复杂进一步详细描述它们中的某些。参考图17描述，天线模块104(示为集中式无线通信系统100中的一部分)具有下列关键要素：

●4RF连接器(J₁-J₄)1702：一个用于8755Sierra Wireless^TMMC8755 PCI快速迷你卡、一个用于Bluetooth模块、两个用于Wi-Fi模块。

●一个接口连接器1704以将控制器102接口到主处理器216(图3)，

●7个天线1706，它们是：

○A_1V-8755的垂直极化振子

○A_2V-8755的垂直极化振子

○A_3V-8755的垂直极化振子

○A_4H-8755的水平极化振子

○A_5V-802.11b/g模块的垂直极化振子

○A_6V-802.11b/g模块的垂直极化振子

○A_7V-Bluetooth模块的垂直极化振子

●一个控制子系统1708，其包括RF MUX 304(图3)、波束形成电路(未示出)、ANC 109(图3)、以及控制器102。

集中式无线通信系统100可以安装在用于RF应用的常规PCB(即，G10环氧树脂)、或利用柔性PCB材料制造的PCB上。由于柔性PCB可以放置在膝上型计算机显示器的背盖上并利用粘合剂保持在该位置，因此其具有优势。处于该实例的目的，利用柔性上的带状天线振子来使用柔性PCB实施方式。

图17的集中式无线通信系统100的操作模式之一是失谐模式，其中，不存在波束控制。RF MUX 204和控制器102的功能是将RF连接器1702切换到适合于无线模块的天线振子。其还可以操作以提供天线的频带切换。在失谐模式中，不存在波束形成或波束控制。该模式的目的之一是简单地允许无线调制解调器集成器在天线安装中具有一些柔韧性。如果OEM模块支持MIMO，则该编码能够选择天线路由。

另一模式是简单模式。该系统具有三个信道，它们是WLAN、WiFi、以及Bluetooth。WiFi使用两个天线作为其Rx分集功能的一部分，并且它们分别经由J₂和J₃硬连接线到垂直极化天线A₅和A₆。bluetooth经由连接器J₄硬连接线到天线A₇。无线LAN(WLAN)天线由经由连接器J₁可使用的四个单独的天线振子A₁至A₄构成。天线振子自身在子系统1708中控制器102的控制下是频带可切换的。在信道中连接多种子组件和切换器(未示出)以提供：

●单一振子垂直极化天线

●单一振子水平极化天线

●振子的组合的固定波束控制以实现垂射特性和端射特性。

参考图18中的框图，存在用于选择六个WLAN天线模式的四个PIN二极管开关(S₁-S₄)。这些切换器执行来自连接器J₁的所有信号的通过移相器(

)1802、阻抗匹配网络(Z)1804、不平衡变压器1816、以及频带切换(f₁-f₄)1808的路由以实现所期望的天线构造。切换块(S₁-S₄)在控制器102的控制之下。图19的表格示出了六个模式的可能构造。

频带切换块(f₁-f₄)1808用于切换天线振子，从而可以按照MC8755无线模块所要求的适当的中心频率来操作。不平衡变压器用于将不平衡反馈转化到用于该实例的偶极子天线振子的平衡反馈。如果使用单极振子，则不使用不平衡变压器，但可能需要振子来平衡。频带切换块(f₁-f₄)1808在控制器102的控制之下。

移相块(

)1802在特定的天线振子中选择所需要的相位延迟，以在相控阵模式中实现垂射模式或端射模式。相位延迟块(

)1802在控制器102的控制之下。

控制器102自身是简单的8位控制器，其在QoS管理器306应用程序(其在主膝上型计算机200上运行)的控制下来控制移相器、频带选择、以及切换器。在这种情况下，使用标准USB总线接口来获得与主计算机200的串行数据通信接口以及获得来自主平台的功率。

在该简单模式中，以0度和±90度来固定相位延迟。即，该延迟是可切换的并且不是连续可变的。对于所有振子来固定增益，并因此增益块可以从电路中移走。

Sierra Wireless 8755模块以850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz以及2100MHz操作。

800MHz/900MHz频带

在这些频带中，控制器102使用垂直极化振子A_1V、A_2V、以及A_3V。在主波瓣处于对于阵列的直角的垂射模式中，仅需要使用振子A_1V和A_3V。它们具有17.1cM的间隔。它们同相(0度延迟)并以相等增益而操作。其提供了如图20中所示的天线方向图。

在端射模式中，仅利用90度扫描角来使用两个相邻振子并且A_1V/A_2V或A_2V/A_3V被用作有源振子。它们分离开8.55cm。建立90度相位差和相等增益。其提供了如图21中所示的天线方向图。使用90度相移将端射波束在相反方向上定向。

1800MHz/1900MHz频带

在这种情况下，振子间隔并不能解决四分之一波长倍数，然而其也不是足够靠近以致有效。在垂射模式(其中，主波瓣处于对于阵列的直角)，仅使用振子A_1V和A_2V(尽管A_2V和A_3V等效工作)。间隔为8.55cm。天线同相(0度延迟)并以相等增益而操作。其提供了如图22中所示的天线方向图。

对于1800MHz/1900MHz频带端射模式，使用全部三个天线A_1V、A_2V和A_3V作为有源振子。利用垂射模式中90度控制角，在对于主波瓣90度处获得较好零点。总长度17.1cM产生振子间隔0.53波长(其不是精确的所期望的0.5)，但仍然产生十分好的性能。在端射模式中，使用全部三个天线A_1V、A_2V和A_3V作为具有90扫描角的有源振子。它们分离开8.55cm，其是约为0.53波长而非所期望的0.5波长。存在90度相位差和相等的增益。其提供了如图23中所示的天线方向图。在这种情况下，端射在两个方向上或多或少的对称，因此不需要将其定向相反方向。在水平极化天线提供比单一元垂直极化元或多元垂直极化相控阵更好的性能的情况下，设置天线A_4H。

正如上所述，包括RF MUX 304、波束形成器(未示出)、以及控制器102的子系统1708(图17)作为将多个RF连接器与多个天线振子互相连接的切换矩阵而操作，并且控制相位延迟器(其影响波束方向)和控制器(其在主平台200上QoS管理器306的控制下管理这些功能)。子系统1708可以对于多种应用程序和打算的平台所要求的复杂度而被个人化。例如，在简单模式中，其可以利用切换延迟器而非连续可变延迟器来制造，并且将不要求可变增益振子。对于Bluetooth和802.11b/g模块，由于RF连接器1702不需要可操纵，因此其将简单地耦合到阻抗匹配网络(未示出)然后直接连接到对应天线。MC8755WLAN无线模块将耦合到切换度量，其仅将选择以下三种模式：

●单一振子垂直极化频带切换

●单一振子水平极化频带切换

●多元垂直极化相控阵频带切换

●垂射模式

●端射模式。

也将执行从50Ω到天线的具体阻抗的阻抗匹配。可以使用相当简单的QoS策略。控制器102如下来判断信号质量：

(1)确定接收的特定信道的EVM

(2)确定接收的信道的接收信号强度指示

(3)参考包含诸如图24中的信息的表格或图表，确定哪个天线控制模块最大化了接收信号性能。在图24中，如下指定字母编码；

●A-对于单一垂直振子，RSSI较强并且EVM较低，从而坚持单一垂直极化天线振子。

●B-RSSI较低并且EVM较低，从而论点是较低信号强度。尝试水平极化天线振子。

●C-信号强度较低和/或EVM较高，因此尝试相移阵列构造以试图增加。通过垂射模式或端射模式来移步天线并选择导致最佳RSSI和/或EVM的模式。

图25中提供了Sierra Wireless^TM MC8744的某些接收信号强度度量。

另一模式可能是超智能模式，其中，其不仅可以实现垂射相控阵和端射相控阵的选择，并且还提供波束控制和零点控制。这种模式依赖于连续可调相位延迟和增益。波束控制结合波束成形工作，以抵消相控阵波束对于集成侧波瓣比率。该模式还包括如上所述的自适应噪声消除。

基于上述，参考图26描述了通过具有一个或多个无线通信模块的诸如膝上型计算机200的主装置能够实现RF通信的方法。方法2600包括：在2602处，选择主无线通信模块中的第一主无线通信模块。一旦做出该选择，在2604处，做出对于所选择的无线通信模块特定的天线构造的确定。接下来，在2606处，基于所确定的构造将第一主无线通信模块耦合到一个或多个天线振子。接下来，可能选择第二无线通信模块。接下来，该方法返回并且在2604处确定对于第二无线通信模块特定的天线构造，并且在2606处基于所确定的构造将第二无线通信模块耦合到一个或多个天线振子。当在2608处没有更多的无线模块要被耦合时，在2610处结束该处理。

上述是实现本发明的实例模式并不旨在对其进行限制。在不背离以下权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下，做出对于本发明的修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的。

Claims

1.一种用于主装置的集中式无线通信系统，所述主装置具有主处理器和一个或多个主无线通信模块，所述集中式无线通信系统包括：

控制器；

一个或多个天线振子；以及

RF复用器，所述RF复用器耦合到所述一个或多个天线振子并且所述RF复用器包括一个或多个端口，所述RF复用器被配置为基于来自所述控制器的指令而在所述一个或多个端口和所述一个或多个天线振子之间建立RF通信路径。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，来自所述控制器的指令是所述主无线通信模块的特定无线通信服务的函数。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器基于来自所述主处理器的通信来建立与所述无线通信服务相关联的天线构造。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述无线通信服务利用2.4GHz频带内的频率。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述无线通信服务利用5.8GHz频带内的频率。

6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述无线通信服务利用2.5GHz频带内的频率。

7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述无线通信服务利用800MHz频带内的频率。

8.根据权利要求2所述的系统，其中，所述无线通信服务利用1.9GHz频带内的频率。

9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：耦合到所述RF复用器的一个或多个端口的常驻无线通信模块，并且其中，来自所述控制器的指令是所述常驻无线通信模块的特定无线通信服务的函数。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述端口被配置为呈现标准化阻抗值。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阻抗值约为50Ω。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为操作至少一个所述天线振子交替地作为无源天线振子和作为有源天线振子。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为操作所述一个或多个天线，以提供自适应噪声消除。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，至少一个天线振子包括：天线频率控制电路；

增益控制电路；

相位控制电路；以及

阻抗匹配电路。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述天线频率控制电路可操作地将所述至少一个天线振子配置为双频带天线。

16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述增益控制电路可操作地提供可变增益比例。

17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述相位控制电路可操作地提供可变相移。

18.根据权利要求14所述的系统，其中，所述控制器被配置为对所述天线频率控制电路、所述增益控制电路、所述相位控制电路、以及所述阻抗匹配电路中的一个或多个进行控制，以操作所述至少一个天线作为有源相控阵的一部分。

19.根据权利要求14所述的系统，其中，所述控制器被配置为对所述天线频率控制电路、所述增益控制电路、所述相位控制电路、以及所述阻抗匹配电路中的一个或多个进行控制，以提供波束和/或零点控制。

20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为操作所述至少一个天线作为有源相控阵的一部分。

21.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为根据服务质量(QoS)度量来操作。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述QoS度量由所述主处理器来提供。

23.一种主装置，包括：

主处理器；

一个或多个主无线通信模块；

集中式无线通信系统，该系统包括：

控制器；

一个或多个天线振子；以及

RF复用器，所述RF复用器与所述一个或多个天线振子通信并且所述RF复用器包括一个或多个端口，所述RF复用器被配置为基于来自所述控制器的指令而选择性地将所述一个或多个天线振子耦合到一个或多个端口，该选择性耦合是所述主无线通信模块的特定无线服务的函数。

24.根据权利要求23所述的装置，其中，来自所述控制器的指令是所述主无线通信模块的特定无线通信服务的函数。

25.根据权利要求23所述的装置，其中，所述控制器基于来自所述主处理器的通信来建立与所述无线通信服务相关联的天线构造。

26.根据权利要求24所述的装置，其中，所述无线通信服务利用2.4GHz频带内的频率。

27.根据权利要求24所述的装置，其中，所述无线通信服务利用5.8GHz频带内的频率。

28.根据权利要求24所述的装置，其中，所述无线通信服务利用2.5GHz频带内的频率。

29.根据权利要求24所述的装置，其中，所述无线通信服务利用800MHz频带内的频率。

30.根据权利要求24所述的装置，其中，所述无线通信服务利用1.9GHz频带内的频率。

31.根据权利要求23所述的装置，进一步包括：耦合到所述RF复用器的一个或多个端口的常驻无线通信模块，并且其中，来自所述控制器的指令是所述常驻无线通信模块的特定无线通信服务的函数。

32.根据权利要求23所述的装置，其中，所述端口被配置为呈现标准化阻抗值。

33.根据权利要求23所述的装置，其中，所述阻抗值约为50Ω。

34.根据权利要求23所述的装置，其中，所述控制器被配置为操作至少一个所述天线振子交替地作为无源天线振子和作为有源天线振子。

35.根据权利要求23所述的装置，其中，所述控制器被配置为操作所述一个或多个天线，以提供自适应噪声消除。

36.根据权利要求23所述的装置，其中，至少一个天线振子包括：

天线频率控制电路；

增益控制电路；

相位控制电路；以及

阻抗匹配电路。

37.根据权利要求36所述的装置，其中，所述频率控制电路可操作地将所述至少一个天线振子配置为双频带天线。

38.根据权利要求36所述的装置，其中，所述增益控制电路可操作地提供可变增益比例。

39.根据权利要求36所述的装置，其中，所述相位控制电路可操作地提供可变相移。

40.根据权利要求36所述的装置，其中，所述控制器被配置为对所述天线频率控制电路、所述增益控制电路、所述相位控制电路、以及所述阻抗匹配电路中的一个或多个进行控制，以操作所述至少一个天线作为有源相控阵的一部分。

41.根据权利要求36所述的装置，其中，所述控制器被配置为对所述天线频率控制电路、所述增益控制电路、所述相位控制电路、以及所述阻抗匹配电路中的一个或多个进行控制，以提供波束和/或零点控制。

42.根据权利要求23所述的装置，其中，所述控制器被配置为操作所述至少一个天线作为有源相控阵的一部分。

43.根据权利要求23所述的装置，其中，所述控制器被配置为根据服务质量(QoS)度量来操作。

44.根据权利要求43所述的装置，其中，所述QoS度量由所述主处理器来提供。

45.一种用于通过主装置来实现RF通信的方法，所述主装置具有一个或多个主无线通信模块，所述方法包括：

选择所述主无线通信模块中的第一无线通信模块；

确定所述第一无线通信模块的特定天线构造；以及

基于确定的所述构造来将所述第一无线通信模块耦合到一个或多个天线振子。

46.根据权利要求45所述的方法，进一步包括：

选择第二无线通信模块；

确定所述第二无线通信模块的特定天线构造；以及

基于确定的所述构造来将所述第二无线通信模块耦合到一个或多个天线振子。

47.根据权利要求45所述的方法，其中，在印刷电路板(PCB)上设置所述一个或多个天线振子，所述第二无线通信模块置于所述印刷电路板上。

48.根据权利要求45所述的方法，进一步包括：使用所述一个或多个天线以提供自适应噪声消除。

49.根据权利要求45所述的方法，进一步包括：操作一个或多个天线振子交替地作为无源天线振子和作为有源天线振子。

50.根据权利要求45所述的方法，进一步包括：操作一个或多个天线振子作为有源相控阵的一部分。

51.根据权利要求45所述的方法，其中，所述天线构造对于2.4GHz频带内的无线通信是特定的。

52.根据权利要求45所述的方法，其中，所述天线构造对于5.8GHz频带内的无线通信是特定的。

53.根据权利要求45所述的方法，其中，所述天线构造对于2.5GHz频带内的无线通信是特定的。

54.根据权利要求45所述的方法，其中，所述天线构造对于800MHz频带内的无线通信是特定的。

55.根据权利要求45所述的方法，其中，所述天线构造对于1.9GHz频带内的无线通信是特定的。

56.根据权利要求45所述的方法，进一步包括：根据服务质量(QoS)度量来操作所述主无线通信模块。

57.根据权利要求45所述的方法，进一步包括：由所述主装置的主处理器来提供所述QoS度量。