CN102273011A - 用于提供多模式天线交换的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种方法提供了多模式天线交换，其中处理器被配置以便：确定无线电通信的活动无线电协议以及装置的使用模式；以及响应于哪些无线电协议是活动的和如何使用或持有所述装置，控制对用于所述无线电通信的至少一个天线的选择。

Description

用于提供多模式天线交换的方法和装置
技术领域
根据各种实施例，本发明涉及用于在多天线多接收机/收发器设备中的天线交换(antenna switching)的方法、装置和计算机程序。
背景技术
由于通信行业对更多功能和服务的需求，在便携式电子设备(例如移动电话、个人数字助理(PDA)、移动计算设备等)中提供的无线电协议的数目日益增加。因此，需要更多的天线以便在设备中实现这些无线电协议。
特别地，移动或蜂窝电话合并了越来越多的天线，以及越来越多的协议。正在研究和开发动态调谐的天线。例如，可以提供分离的天线用于固定的频率和协议集合。例如，用于全球移动通信系统(GSM)和/或宽带码分多址(WCDMA)的一个天线、用于全球定位系统(GPS)的一个天线、用于蓝牙(BT)和/或无线局域网(WLAN)的一个天线(或者用于GPS和BT的一个天线)、用于手持式数字视频广播(DVB-H)的一个天线、用于GSM/WCDMA的接收机(Rx)分集的一个天线。
此外，在所谓的多输入多输出(MIMO)系统中，天线阵列用于增强带宽效率。MIMO系统提供了用于单个信道的多个输入和多个输出，并且因而能够利用空间分集和空间复用。可以例如从IEEE规范802.11n、802.16-2004和802.16e以及与其它标准有关的802.20和802.22收集关于MIMO系统的进一步信息。具体地，MIMO系统已经被引入例如像WiMAX(全球微波接入互操作性)的无线电系统，并且当前在用于WCDMA的3GPP以及第三代合作伙伴项目(3GPP)增强型通用移动电信系统(UMTS)地面无线电接入网络(E-UTRAN)(诸如LTE(长期演进)或3.9G)中进行标准化。
发明内容
根据各种而不一定是所有的实施例，提供了一种装置，其包括处理器，所述处理器被配置以便：确定无线电通信的至少一个活动无线电协议(active radio protocol)以及所述装置的使用模式；以及响应于所确定的至少一个活动无线电协议和所确定的所述装置的使用模式，控制对于要用于所述无线电通信的多个天线中的至少一个天线的选择。
此外，根据各种而不一定是所有的实施例，提供了一种方法，其包括：
●确定无线电通信的至少一个活动无线电协议以及通信装置的使用模式；以及
●响应于至少一个所确定的活动无线电协议以及所确定的所述装置的使用模式，选择多个天线中的至少一个天线。
此外，根据各种而不一定是所有的实施例，提供了一种包括如上定义的装置的发射或接收设备，并且其进一步包括：
●多个天线；以及
●交换矩阵(switching matrix)，所述交换矩阵被配置以便选择所述多个天线中的至少一个天线，以及将所选择的(一个或多个)天线耦合到多个发射机和接收机中的至少一个；
●其中，所述处理器被配置以便控制所述交换矩阵。
根据本发明的各种而不一定是所有的实施例，提供了一种在计算机可读存储介质上体现的计算机程序，所述计算机程序被配置以便控制处理器执行包括以下的过程：确定无线电通信的至少一个活动无线电协议以及通信装置的使用模式；以及响应于至少一个所确定的活动无线电协议和所确定的所述装置的使用模式，控制对用于所述装置的至少一个天线的选择。
根据本发明的各种而不一定是所有的实施例，提供了一种装置，其包括处理器和存储了可执行指令的存储器，所述可执行指令控制所述处理器，所述处理器被配置以便：确定无线电通信的至少一个活动无线电协议以及所述装置的使用模式，以及响应于至少一个所确定的活动无线电协议和所确定的所述装置的使用模式，控制对于要用于所述无线电通信的多个天线中的至少一个天线的选择。
所述“处理器”和“存储器”可以包括计算机处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个存储器(例如，只读存储器(ROM)、光盘ROM(CDROM)、存储棒、存储卡等)和/或已经以这样的方式编程从而执行以上指令的其它硬件组件。
因此，可以调谐天线以便覆盖多个频带和/或可以提供可支持对多个协议的并行使用的设备。可以基于使用模式将特定天线分派给特定频率和无线电协议。除了其它准则之外，使用模式可以包括：用户如何使用或持有电话。由此，例如，基于所支持的并行协议的最大数目而不是所支持的协议的最大数目，可以明显减少装置所需要的离散天线的数目。举例来说，四个动态调谐的天线可以支持蜂窝服务(全球移动通信系统(GSM)、宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)等)、无线局域网(WLAN)(诸如无线保真(WiFi)、全球微波接入互操作性(Wi-Max)等)、全球定位系统(GPS)、手持式数字视频广播(DVB-H)、蓝牙(BT)、接收机(Rx)或发射机(Tx)分集(或者用于GSM/WCDMA/LTE的多输入多输出(MIMO)、用于WLAN(WiFi、WiMax)的Rx/Tx分集(或MIMO))、FM无线电(Rx和/或Tx)，等等。
因而，每个天线可以用于一组频率和协议，并且例如可按照期望的(一个或多个)协议来动态地进行调谐。作为另一选项，可以提供被交换的天线(switched antenna)(例如，两个GPS天线)，其中可以基于电话正处于什么机械模式(例如，折叠式打开或闭合)来选择天线。
因而，较小数目的天线实现了对很多收发器、发射机或接收机的支持。可以基于多个输入来优化所建议的天线选择。
可以基于以下中的至少一个来确定使用模式：传感器输入、所述装置的机械模式，以及在所述装置上运行的软件的类型。
此外，可以基于所述使用模式的用户影响以及以下中的至少一个来选择至少一个天线：助听器的放射相容性(a emissions compliance of ahearing aid)、特定吸收率相容性(specific absorption rate compliance)、所述装置的机械模式、电池节省状态，以及由所确定的活动协议的接入设备(例如，基站、接入点等)或所述装置所接收到的信号强度。
用于控制交换矩阵的处理器可以被配置以便由可重新配置的软件来控制。这为建立或未来修改提供了灵活性。
可以选择多个天线的数目以便对应于可在任何一个时间操作的并行无线电协议的最大数目。
另外，所述多个天线中的至少一个天线可以被调谐到多个无线电协议的频率范围。
交换矩阵可以被配置以便将所述多个天线中的每个天线耦合到所述多个无线电发射机或接收机中的每一个。在特定例子中，其可以被配置为可替换的单元。
可以提供多个传感器用于确定以下中的至少一个：使用模式和活动无线电协议。更具体地，传感器可以被配置以便检测以下中的至少一个：便携式电子设备的方位、打开特征(例如，当设备处于打开或闭合状态(如在滑动式、旋转式或折叠式电话中找到的那样)的时候)，以及用户在他/她的手中或他/她的头旁边持有设备的方式。
在具体实现中，无线电协议可以包括以下中的至少一个：蜂窝协议、无线局域网协议、全球定位系统协议、数字视频广播协议、蓝牙协议、调频(FM)接收或发射协议，以及接收和/或发射分集协议。
在从属权利要求中定义了进一步的有利修改或发展。
附图说明
现在将参照附图描述各种实施例，在附图中：
图1示出了根据第一实施例的装置的示意框图；
图2示出了根据第二实施例的天线交换方法的流程图；
图3示出了根据第三实施例的装置的示意框图；
图4示意性地示出了根据第四实施例的多天线收发器设备的天线布置；以及
图5是根据第五实施例的基于计算机的实现的示意框图；
具体实施方式
现在将基于如图1中所示的无线多天线设备来描述第一示例性实施例。可以在收发器系统中提供多天线设备，在该收发器系统中，至少一个移动台(或3G术语中的用户设备(UE))或其它便携式设备被以无线电方式连接到至少一个基站设备(或3G术语中的节点B)或其它接入设备。
然而，根据下面的描述将显而易见并且因此明确强调的是：本发明可以应用于具有不同无线电接入技术的任何其它网络架构，涉及可以是能够在不同操作模式下和/或使用不同协议进行操作的便携式或固定(例如，基站设备、接入点或其它接入设备)的装置。
图1示出了根据第一示例实施例的发射和接收单元的示意框图，诸如移动台，其被配置以便支持或实现所建议的先进多模式天线交换。通过能够经由第二数目n个天线(A1至An)11至1n来接收和/或发射射频(RF)信号的第一数目m个收发器/发射机/接收机电路或单元21至2m，提供了对无线或无线电网络的接入。作为备选方案，收发器/发射机/接收机单元(TRX1至TRXm)21至2m可以包括或者可以被替换为具有分离的发射和接收路径的分离的发射机和/或接收机单元。响应于或者基于可由相应软件例程控制的处理器(例如，中央处理单元或其它处理器电路)40的控制输入，交换矩阵30有选择地将所有的收发器单元21至2m连接到所有的天线11至1n或者天线11至1n中的至少一些天线。可以基于模拟或数字半导体电路来实现交换矩阵30。
在各种而不一定是所有的实施例中，发射和接收单元的无线电协议的数目可以大于离散天线或天线辐射器(antenna radiator)的数目。在更具体的例子中，可以基于在任何一个时间要求或期望操作的并行协议的最大数目来计算每个发射和接收单元的天线的数目。天线11至1n可以被配置以便能够被调谐到所要求的所有协议或大多数协议。可以由交换矩阵30在处理器40的控制下基于从多个传感器(S1至Si)51至5i所接收到的传感器信号来动态地分派或交换它们。传感器51至5i被配置以便检测使用模式(其意味着如何使用(例如，滑动式打开或闭合、折叠式打开或闭合等)或持有(例如，在手中或挨着头部，或者谈话、浏览、打游戏、查看、收听、键入等)设备)。另外，输入装置(Y1至Yj)61至6j可以被提供用于输入关于以下的信息：哪些协议是可操作的或活动的、正在运行什么程序或应用、哪些天线被连接到哪些收发器/发射机/接收机、从每个接收机接收到的信号强度如何，以及来自基站的关于它们从设备接收到的信号强度如何的反馈(至少对于支持具有该特征的协议的那些基站)。基于使用和应用的组合的数目可能很容易达到数百个。
此外，交换矩阵30可以被替换或可调换以便允许未来采用附加的收发器/发射机/接收机单元，并且有可能根据需要改变或添加额外的天线。控制处理器40或整个发射和接收设备的软件也可以是可重新配置的，例如，通过将其存储在可替换的存储介质上或可重写的存储器中(例如，如图5所示)。
因而，在第一示例实施例中，可以提供n个可重新配置的天线11至1n，其可以由受到处理器控制的交换矩阵30来交换，以便将它们连接到m个收发器单元21至2m中的任何一个，其中m可以大于n。由处理器40进行的天线交换、选择或分派所基于的是输入装置61至6j(其提供了关于以下的信息：哪些协议是可操作的或活动的、正在运行什么程序或应用、哪些天线被连接到哪些收发器/发射机/接收机、从每个接收机接收到的信号强度如何，以及来自基站的关于它们从设备接收到的信号的强度如何的反馈(至少对于支持具有该特征的协议的那些基站))以及传感器51至5i的输出(其确定设备正被如何使用(人或用户正在如何持有设备、设备处于哪个方位，或者设备的哪些特征是打开或闭合的(机械模式)，等等))。因而，由处理器40进行的天线交换、选择或分派取决于输入装置61至6j以及来自传感器51至5i的输出。
可以在没有添加任何新天线的情况下以及在没有对天线11至1n做出任何改变的情况下允许添加新的收发器/发射机/接收机单元，只要它们可以被调谐到所要求的频率。然而，于是会需要新的交换矩阵30来支持附加的收发器/发射机/接收机单元。此外，天线11至1n中的至少一个天线应当能够被调谐到在发射和接收单元中的所有收发器/发射机/接收机单元21至2m所支持的所有频率或大多数频率。
图2图示了根据第二示例实施例的用于天线分派或选择的方法的流程图，其可以在图1的处理器40中执行。
在步骤S101，例如，基于相应的传感器输出或由收发器单元21至2m提供的其它信令来确定收发器单元21至2m的活动协议。另外，可以提供可选步骤S102至S105中的至少一个。在步骤S102，确定在相应装置上运行的应用。在步骤S103中，确定天线和交换矩阵的当前配置，并且该信息将结合在步骤S104和步骤S105中所收集的信息来进行使用。在步骤S104中，确定由每个接收机所接收到的信号的强度。在步骤S105中，基于来自基站的反馈，确定由基站从设备所接收到的信号的强度。如果在步骤S104之前没有接收机是活动的，则不会使用步骤S104。如果没有来自任何基站的关于从设备接收到的信号的反馈，则不会使用步骤S105。如果没有使用步骤S104和S105，则不会使用步骤S103。例如，如果没有收发器或接收机是活动得足够长以便在步骤S104或S105中收集任何信息，那么步骤S103、S104和S105将不影响天线的配置，也不影响交换矩阵。在步骤S106中，例如，基于其它传感器输出或其它信令来确定当前活动的使用模式。要注意，可以按照任何顺序来重新布置步骤S101至S106。
在步骤S107，至少一个收发/接收天线被选择并分派给具有所确定的(一个或多个)活动协议的(一个或多个)收发器/接收机单元。基于步骤S107的结果，在步骤S108中，控制交换矩阵30以便提供所选择的(一个或多个)连接。
可选步骤S104和S105提供了以下过程：(如果可能的话)为每个可用天线确定每个活动协议的信号强度。在很多情况下，正在使用的协议可以支持交换分集，其可以用于提供一种采样方法来确定每个天线为每个活动协议获得(pick up)信号的良好程度。然后，在对于与天线匹配的收发器的选择过程中使用该信息。由于该类型的搜索可能花费长时间，因此可以基于其它输入来完成对天线的初始选择，并且然后基于所收集的信号强度数据来调节对天线的初始选择。
图3示出了根据第三示例实施例的发射和接收设备的示意框图。这里假设发射和接收设备包括四个天线11至14，每个天线可调谐到所有收发器或接收机的所有频率，并且发射和接收设备支持以下无线电协议：GSM850/900/1800/1900、UMTS 850/900/1800/1900/2100、WLAN 2400/5500、WiMax、GPS、用于GSM的RX/TX分集、用于UMTS的Rx/TX分集、用于WLAN的MIMO、用于WiMax的MIMO。在图3中，各个无线电协议被描绘为各个处理框201至217，可以在联合处理框或电路中实现或提供其中的各个处理框。这里，由处理器40基于传感器输入或连接到处理框201至217中的至少一个处理框以及连接到天线11至14中的至少一个天线的其它输入(未示出)来控制交换矩阵32。
图4根据第四示例实施例将发射和接收设备(例如，移动电话或PDA等)的示意俯视图示为单框300(其具有位于其四个角处或附近的四个天线11至14)。要注意，天线11至14可以是任何形状，并且仅出于简洁的原因而被描绘为方形图案。应当指出，也可以选择其它数目的天线或天线的其它位置。另外，示出了图1的收发器/发射机/接收机电路或单元21至2m、交换矩阵30、处理器40、输入装置61至6j以及传感器51至5i，而没有具体参考它们在单框300内或单框300上的实际位置。这些组件可以位于发射和接收设备的任何适当的位置处。关于其操作和交互，参考以上与这些组件有关的描述部分。
图5示出了根据第五示例实施例的所建议的多模式天线交换方案的基于软件的实现的示意框图。这里，发射和接收设备包括处理单元510，其可以是具有控制单元(其基于在内部存储器512和/或外部存储器或存储设备(诸如硬盘驱动器514、基于磁盘的介质516(诸如软盘或CD-ROM(紧致盘只读存储器)或DVD-ROM(数字多用途盘ROM))或存储棒518)中存储的控制程序的软件例程来实现控制)的任何处理器或计算机设备。程序代码指令取自内部或外部存储器512、514、516、518中的至少一个，并且被加载到处理单元510的控制单元，以便实现以上结合图2或结合图1和图3的相应框所描述的功能性的处理步骤。这些处理步骤可以基于输入数据DI来实现，并且可以生成输出数据DO，其中输入数据DI可以对应于传感器输出，并且输出数据DO可以对应于用于选择或分派天线的控制信息。
在以上第一至第五实施例中，可以通过以下来确定使用模式：设备的配置或机械模式、来自任何传感器(例如，加速计、邻近性传感器(proximitysensor)、触摸传感器、语音传感器等)的输入，以及正在运行什么软件。对天线的选择可以例如基于使用模式的用户影响(例如，头部和手部加载)以及以下中的至少一个：RF放射的助听器相容性(HAC)、特定吸收率(SAR)相容性、设备的机械模式、电池节省、活动协议的(由设备或基站接收到的)信号强度，例如RSSI(接收信号强度指示符)，等等。
在下文中，描述了用于使用情况的一些例子。
当在强信号环境中倚靠用户头部的使用中，将发射和接收设备的底部的单个天线分派给GSM语音呼叫。
在设备底部的第一天线可以被分派用于主要的GSM应用(通常因为第一天线可提供最少的头部和手部影响)，并且在设备顶部的第二天线可以被分派用于Rx/Tx分集GSM天线，以便当在弱信号环境中倚靠头部的使用中为GSM语音呼叫获得最佳的空间分集。
在内容丰富的基于位置的服务使用GPS和WiMax，而经由UMTS来进行谈话且使用BT头戴式送受话器，以及按照纵向模式(portrait mode)进行手持(弱UMTS链路，强GPS链路和强WiMax链路)的情况下，UMTS应用可以被分派给在顶部的天线(最少的手部损失)，WiMax应用可以被分派给顶部的天线(由于最少的手部损失而造成具有最佳链路的最少的电流消耗)，GPS应用可以被分派给底部的天线(由于强信号而可以容忍手部损失)，并且BT应用可以被分派给底部的天线(也可以容忍较高的手部损失)。
在基于位置的服务使用GPS和UMTS，而在手中持有且显示器偏离竖向70度的情况下，GPS应用可以被分派给设备顶部的天线(低的手部损失，并且如果两个顶部天线具有不同的图案(pattern)，那么将选择在显示器偏离竖向70度的情况下具有最佳空中覆盖的那个天线)，UMTS应用可以被分派给设备顶部的天线(最少的手部损失)。
总之，已经描述了一种用于提供多模式天线交换的方法、装置和计算机程序，其中，处理器被配置以便：确定无线电通信的活动无线电协议和所述装置的使用模式；以及响应于哪些无线电协议是活动的以及如何使用或持有所述装置，控制对用于所述无线电通信的至少一个天线的选择。
图2中图示的框可以表示方法中的步骤和/或计算机程序中的代码段。对框的特定顺序的说明不一定暗示对框存在所要求的或优选的顺序，并且框的顺序和布置可以变化。此外，可能的是，可以省略一些步骤。
应当注意，本发明不限于上述实施例，而是可以在涉及利用各种无线电协议的多天线发射和/或接收的任何网络环境中来实现。可以以任何方式组合以上实施例。可以使用任何天线布置和天线数目以及用于确定哪些无线电协议是活动的以及如何使用或持有设备的任何类型的传感器。因而，实施例可以在所附权利要求的范围之内变化。

Claims (21)

1.一种装置，其包括：
处理器，所述处理器被配置以便：确定无线电通信的至少一个活动无线电协议以及所述装置的使用模式；以及响应于至少一个所确定的活动无线电协议和所确定的所述装置的使用模式，控制对于要用于所述无线电通信的多个天线中的至少一个天线的选择。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置以便基于以下中的至少一个来确定所述使用模式：传感器输入、所述装置的机械模式，以及活动的软件程序。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述处理器被配置以便基于所述使用模式的用户影响以及以下中的至少一个来控制对至少一个天线的选择：助听器的放射相容性、特定吸收率相容性、所述装置的机械模式、电池节省状态，以及由至少一个活动协议的接入设备或所述装置所接收到的信号强度。
4.根据前述权利要求中任何一项所述的装置，其中，所述处理器被配置以便由可重新配置的软件来控制。
5.根据前述权利要求中任何一项所述的装置，其中，至少一个活动无线电协议包括以下中的至少一个：蜂窝协议、无线局域网协议、全球定位系统协议、数字视频广播协议、蓝牙协议、接收/发射分集协议，以及MIMO协议。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的装置，其进一步包括：
多个天线；以及
交换矩阵，所述交换矩阵被配置以便选择所述多个天线中的至少一个天线，以及将至少一个所选择的天线耦合到多个发射机和接收机中的至少一个；
其中，所述处理器被配置以便控制所述交换矩阵。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，由无线电发射机或接收机使用的无线电协议的数目大于所述多个天线的数目。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，所述多个天线的数目对应于能够在任何一个时间操作的并行无线电协议的最大数目。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中，所述多个天线中的至少一个天线能够被调谐到多个无线电协议的频率范围。
10.根据权利要求6至9中任何一项所述的装置，其中，所述交换矩阵被配置以便：将所述多个天线中的每个天线耦合到所述多个无线电发射机或接收机中的至少一些。
11.根据权利要求6至10中任何一项所述的装置，其中，所述交换矩阵被配置为可替换的单元。
12.根据权利要求6所述的装置，其进一步包括用于确定以下中的至少一个的多个传感器：所述使用模式以及活动无线电协议。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述传感器被配置以便检测以下中的至少一个：方位、打开特征，以及用户持有所述装置的方式。
14.一种装置，其包括：处理器以及存储了可执行指令的存储器，所述可执行指令控制所述处理器，所述处理器被配置以便：确定无线电通信的至少一个活动无线电协议以及所述装置的使用模式；以及响应于所确定的至少一个活动无线电协议和所确定的所述装置的使用模式，控制对于要用于所述无线电通信的多个天线中的至少一个天线的选择。
15.一种便携式电子设备，其包括根据前述权利要求中任何一项所要求保护的装置。
16.一种方法，其包括：
确定无线电通信的至少一个活动无线电协议以及通信装置的使用模式；以及
响应于至少一个所确定的活动无线电协议和所确定的所述装置的使用模式，选择多个天线中的至少一个天线。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括基于以下中的至少一个来确定所述使用模式：传感器输入、所述通信装置的机械模式，以及活动的软件程序。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其进一步包括基于所述使用模式的用户影响以及以下中的至少一个来选择至少一个天线：助听器的放射相容性、特定吸收率相容性、所述装置的机械模式、电池节省状态，以及由所述至少一个活动协议的接入设备或所述装置所接收到的信号强度。
19.根据权利要求16至18中任何一项所述的方法，其进一步包括：将所述多个天线中的至少一个天线调谐到多个无线电协议的频率范围。
20.一种计算机程序产品，其包括：当在计算设备上运行时，用于实现方法权利要求16至19中任何一项的步骤的代码装置。
21.根据权利要求20所述的计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品体现在计算机可读存储介质上。
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