CN102347788B - 智能型传输天线选择方法与通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能型传输天线选择方法与通讯装置。该通讯装置包括：多个天线、无线收发机模块、天线选择装置以及处理器。多个天线用以接收下行链路信号，以及传送上行链路信号。无线收发机模块用以自多个天线接收下行链路信号，以及将上行链路信号传送至天线选择装置。天线选择装置耦接于多个天线与无线收发机模块之间，用以自无线收发机模块接收即将要被传送的上行链路信号，并且根据一天线选择信号动态地将上行链路信号传送至多个天线中的一者。处理器用以自无线收发机模块接收下行链路信号、计算下行链路信号的短期信号品质，并且根据短期信号品质产生天线选择信号。

Description

智能型传输天线选择方法与通讯装置

技术领域

本发明是关于一种智能型传输天线选择方法，特别关于一种用以根据下行链路信号品质选择传输天线的智能型传输天线选择方法与通讯装置。

背景技术

可携式无线通讯装置，例如移动通讯装置、手机、个人数字助理(PersonalDigitalAssistants、PDA)、平板电脑、以及其它相关产品，通常需要有效率地以不同的功率传送信息。因此，射频(RadioFrequency，简称RF)传送机的功率放大器必需产生大范围的输出功率用以传送信息，并同时维持操作范围的吞吐效率。传统技术中，在多输入多输出(Multiple-Input-Multiple-Output，简称MIMO)的系统中，当使用天线分集(antennadiversity)时，信号功率可被增加(例如，加倍)。然而，当在一个信号处理路径上的信号严重折损时，便无法获得使用多个功率放大器的好处，而浪费输出功率。

因此，需要一种智能型传输天线选择方法，用以动态地根据通道特性选择最佳的传输天线。

发明内容

有鉴于此，本发明提供可动态地根据下行链路信号品质选择传输天线的智能型传输天线选择方法与通讯装置。

本发明提供的一种通讯装置，包括多个天线、无线收发机模块、天线选择装置以及处理器。多个天线用以接收下行链路信号，以及传送上行链路信号。无线收发机模块用以自多个天线接收下行链路信号，以及将上行链路信号传送至天线选择装置。天线选择装置耦接于多个天线与无线收发机模块之间，用以自无线收发机模块接收即将要被传送的上行链路信号，并且根据一天线选择信号动态地将上行链路信号传送至多个天线中的一者。处理器用以自无线收发机模块接收下行链路信号、计算下行链路信号的短期信号品质，并且根据短期信号品质产生天线选择信号。

本发明提供的一种智能型传输天线选择方法，包括：自多个天线接收下行链路信号；估计下行链路信号所通过的通道的通道特性；根据通道特性决定一天线切换周期与一平均方式；根据平均方式计算于天线切换周期内接收到的下行链路信号的短期信号品质；以及根据短期信号品质选择所述多个天线中的一者用以传送上行链路信号。

相较于先前技术，本发明提供的智能型传输天线选择方法及通讯装置可动态地根据下行链路信号品质选择传输天线，藉此可选择到最佳的传输天线，不仅可有效改善上行链路效能，并可达到节省或增加传输功率并维持信号品质的功效。

附图说明

图1是显示根据本发明的一实施例所述的通讯装置方块图。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的具有一天线选择装置耦接其中的通讯装置的方块图。

图3是显示根据本发明的另一实施例所述的具有一天线选择装置耦接其中的通讯装置的方块图。

图4是显示根据本发明的另一实施例所述的具有一天线选择装置耦接其中的通讯装置的方块图。

图5是显示根据本发明的一实施例所述的分时多工系统的上行链路与下行链路的传送与接收排程。

图6a是显示根据本发明的一实施例所述的于不同的移动速率下所得到的分集增益实验结果。

图6b是显示根据本发明的另一实施例所述的于不同的移动速率下所得到的分集增益实验结果。

图7a是显示根据本发明的一实施例所述的于不同的RSSI差异下所得到的分集增益实验结果。

图7b是显示根据本发明的另一实施例所述的于不同的RSSI差异下所得到的分集增益实验结果。

图8是显示根据本发明的一实施例所述的智能型传输天线选择方法流程图。

附图标号：

100～通讯装置；

101～基频模块；

102～无线收发机模块；

103、203、303、403～射频信号处理电路；

104、105～天线；

110～处理器；

231、232～开关；

233、234、235、332、334、PA～功率放大器；

236、336、436～天线选择装置；

435～正交功率放大器；

DL～下行链路区间；

F1......Fn、F(n+1)～讯框；

P1、P2～天线切换周期；

S802、S804、S806、S808、S810～步骤；

S_SEL～信号；

UL～上行链路区间；

VA10、VA20、VA30、VA40、VA50、VA60～移动速率。

具体实施方式

为使本发明的制造、操作方法、目标和优点能更明显易懂，下文特举几个较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

实施例：

图1是显示根据本发明的一实施例所述的通讯装置方块图。通讯装置100包括一基频模块101、一无线收发机模块102、一射频(RadioFrequency，简称RF)信号处理电路103以及多个天线104与105。天线104与105用以自无线接口(airinterface)接收下行链路(downlink)信号，以及传送上行链路(uplink)信号至无线接口。射频信号处理电路103包括一或多个传送/接收(transmit/receive，简称T/R)开关，用以于无线收发机模块102以及天线104与105之间切换上行链路路径以及下行链路路径，以及包括一或多个功率放大器，用以放大即将被传送至无线接口的上行链路信号以及放大自天线接收到的下行链路信号。

无线收发机模块102接收下行链路信号，并且降频转换下行链路信号以传送给基频模块101，或自基频模块101接收上行链路信号，并且升频转换自基频模块101接收到的上行链路信号用以传送至无线接口。无线收发机模块102可包括多个硬件装置，以执行射频转换。例如，无线收发机模块102可包括一混频器，用以将信号乘上震荡于无线通讯系统的一发射频率的一载波。基频模块101可包括至少一处理器110以及用以执行信号处理的多个硬件装置，包括类比至数字转换/数字至类比转换、增益调整、调变/解调变、编码/解码等。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的具有一天线选择装置耦接其中的通讯装置的方块图。如图2所示，射频信号处理电路203包括传送/接收开关231与232、于下行链路路径上的功率放大器233与234、于上行链路上的功率放大器235以及耦接于无线收发机模块102与天线104以及105之间的天线选择装置236。传送/接收开关231与232用以选择性将天线104与105连接至上行链路路径或下行链路路径。位于下行链路路径上的功率放大器233与234用以放大接收自天线104与105的下行链路信号，而位于上行链路路径上的功率放大器235用以放大即将被传送的上行链路信号。于本发明的实施例中，天线选择装置236用以自功率放大器235接收放大过且即将被传送的上行链路信号，并且动态地根据一天线选择信号S_SEL将上行链路信号传送至天线104与105中的一者。

图3是显示根据本发明的另一实施例所述的具有一天线选择装置耦接其中的通讯装置的方块图。如图3所示，在上行链路路径上，射频信号处理电路303包括耦接于无线收发机模块102与功率放大器332与334之间的天线选择装置336。同样地，天线选择装置336用以自无线收发机模块102接收即将被传送的上行链路信号，并且动态地根据一天线选择信号S_SEL将上行链路信号传送至功率放大器332与334中的一者，以及天线104与105中的一者。

图4是显示根据本发明的另一实施例所述的具有一天线选择装置耦接其中的通讯装置的方块图。如图4所示，于上行链路路径上，射频信号处理电路403包括耦接于无线收发机模块102与正交功率放大器435之间的一天线选择装置436。同样地，天线选择装置436用以自无线收发机模块102接收即将被传送的上行链路信号，并且动态地根据一天线选择信号S_SEL将上行链路信号传送至天线104与105中的一者。于一些实施例中，天线选择装置236、336与436可以简易地以开关装置实施。然而，于本发明的其它实施例中，天线选择装置236、336与436也可以任何可执行大体相同功能或达到大体相同结果的装置实施，而本发明并不限于任一种实施方式。

根据本发明的一实施例，处理器110可先计算长期的下行链路信号品质差异以及/或通道特性，用以决定一天线切换周期以及一平均方式。待天线切换周期与平均方式被决定后，处理器110可进一步根据平均方式于天线切换周期内计算短期的下行链路信号品质。根据计算出的短期下行链路信号品质，处理器110可选择一条最佳的上行链路路径，用以传送上行链路信号，并根据选择结果产生天线选择信号S_SEL，用以控制天线选择装置(例如，图中所示的天线选择装置236、336与436)的操作。值得注意的是，于本发明的一些实施例中，长期的下行链路信号品质差异与通道特性可持续地由处理器110计算与估计。因此，根据长期的下行链路信号品质差异以及/或通道特性所决定出的天线切换周期与平均方式可于每个天线切换周期被更新。

根据本发明的一实施例，处理器110可根据接收自不同天线的下行链路信号计算不同天线之间的接收信号强度指标(ReceivedSignalStrengthIndicator，简称RSSI)差异、信号与噪声比例(signaltonoiseratio，简称SNR)差异、载波与干扰以及噪声的比例(carriertointerferenceandnoiseratio，简称CINR)差异、或其结合(例如，当RSSI大于一既定临界值时，处理器110计算RSSI，否则，处理器110计算SNR)等，用以得到长期的下行链路信号品质差异。此外，处理器110可更估计通道的特性。于本发明的一实施例中，处理器110可通过估计通讯装置的一移动速率估计通道特性。于本发明的另一实施例中，处理器110可根据接收到的导频(pilot)信号估计通道脉冲响应(channelimpulseresponse，简称CIR)，并且通过计算通道脉冲响应之间的相关性(correlation)估计通道特性。于本发明的又另一实施例中，处理器110可通过计算下行链路信号的接收信号强度指标(RSSI)的变化估计通道特性。接收信号强度指标(RSSI)的变化可通过计算信号强度指标(RSSI)的标准差(standarddeviation)、相关性(correlation)以及/或变异量(variance)而得。

图5是显示根据本发明的一实施例所述的分时多工(Time-DivisionDuplex，简称TDD)系统的上行链路与下行链路的传送与接收排程。图5中显示出(n+1)个讯框F1……Fn、F(n+1)的传送与接收排程。在各讯框周期内，天线首先被切换(例如，通过第2～4图中的传送/接收开关，至下行链路路径，用以于下行链路区间(如图所示的DL)接收下行链路信号。接着，天线被切换到上行链路路径，用以于上行链路区间(如图所示的UL)传送上行链路信号。因此，根据本发明的实施例，在自无线收发机模块102接收到下行链路信号后，处理器110可开始计算长期的下行链路信号品质差异，并且估计通道特性，以决定天线切换周期以及平均方式，并且接着开始根据决定的天线切换周期与平均方式计算短期的下行链路信号品质，以取得天线选择的结果。值得注意的是，如上述，处理器110可持续地计算并估计长期的下行链路信号品质差异与通道特性，并且根据长期的下行链路信号品质差异与通道特性所决定的天线切换周期与平均方式可于各天线切换周期被更新。

根据本发明的一实施例，短期的下行链路信号品质可连续地于天线切换周期根据决定的平均方式被计算，并且根据计算出的短期的下行链路信号品质，可得到一天线选择结果。天线选择结果可于一天线切换周期的开始、结束或周期间开始被应用。例如，如图5所示，在天线切换周期P1内平均计算出短期的下行链路信号品质后，可根据平均的短期的下行链路信号品质得到天线选择结果。处理器110可根据于讯框F(n+1)内产生的天线选择结果产生天线选择信号S_SEL。因此，天线选择装置236、336与436可根据天线选择信号S_SEL选择一上行链路路径以及一天线传送上行链路信号。

举另一例，于讯框F1中，处理器110可根据先前得到的天线选择结果产生天线选择信号S_SEL，而天线选择装置236、336与436可根据天线选择信号S_SEL选择一上行链路路径以及一天线传送上行链路信号。处理器110可更于天线切换周期P1内计算短期下行链路信号品质，以得到下一个天线选择结果。下一个得到的天线选择结果可应用于下一个天线切换周期。再举另一例，处理器110也在天线切换周期内的任一讯框开始应用天线切换结果，并且于该天线切换周期内保持使用被选择的天线。

如上述，天线切换周期与平均方式可根据长期的下行链路信号品质差以及/或通道特性决定。图6a是显示根据本发明的一实施例所述的于不同的移动速率下所得到的分集增益(diversitygain)实验结果。在此实施例中，实验结果是于RSSI差异＝0dB时得到，其中RSSI差异＝0dB代表由不同天线所接收到的下行链路信号的长期下行链路信号品质大体相同(即，长期的RSSI差异＝0dB)。分集增益为根据天线切换周期与平均方式所选择的天线得到的平均接收信号强度与一固定的天线(例如，天线105)的平均接收信号强度的一比值。而横轴上的VA10、VA20……到VA60分别代表10公里/小时、20公里/小时……到60公里/小时的通讯装置的移动速率。值得注意的是，通讯装置的移动速率与通道特性之间有许多对应关系。例如，通道相关性越小以及/或RSSI变化越大，可推断出移动速率越快。因此，移动速率也可由其它通道特性推算出来。

图6b是显示根据本发明的另一实施例所述的于不同的移动速率下所得到的分集增益(diversitygain)实验结果。在此实施例中，实验结果是于RSSI差异＝3dB时得到，其中RSSI差异＝3dB代表由一天线所接收到的下行链路信号的长期下行链路信号品质为另一天线的两倍。图7a是显示根据本发明的一实施例所述的于不同的RSSI差异下所得到的分集增益实验结果。在此实施例中，实验结果是在移动速率VA60下所得到的，其代表通讯装置正在以高速移动。图7b是显示根据本发明的另一实施例所述的于不同的RSSI差异下所得到的分集增益实验结果。在此实施例中，实验结果是在移动速率VA40下所得到的，其代表通讯装置正在以中速移动。

根据本发明的一实施例，图中所示的实验结果可被建立成一查找表(look-uptable)。在得到通道特性以及长期的下行链路信号品质差异(例如，RSSI差异)后，处理器110可检视查找表内容，以选择可具有最高分集增益的适当的天线切换周期与平均方式。例如，当RSSI差异＝0dB，且估计的移动速率为20公里/小时，具有最高分集增益的天线切换周期为1讯框，而平均方式为一次结果(oneshot，换言之，即不作平均)。因此，天线切换周期长度设定为1讯框的长度为较佳，并且于1讯框内接收到的下行链路信号品质可直接应用(即，不必与其他讯框内接收到的下行链路信号品质一起平均)作为选择最佳上行链路路径的参考。于此情况下，当天线104于目前讯框内所接收到的下行链路信号品质比天线105较佳时，处理器110可产生天线选择信号S_SEL，用以指示天线选择装置选择天线104传送上行链路信号。

举另一例，当RSSI差异＝3dB，且估计的移动速率为45公里/小时，具有最高分集增益的天线切换周期为64讯框，而平均方式为以自动回归平均(autoregressiveaverage，简称AR)系数作平均。因此，天线切换周期长度设定为64讯框的长度为较佳，并且于64讯框内接收到的下行链路信号品质可根据AR系数作平均。以AR系数作平均，可得到各天线的平均下行链路信号品质(即，短期下行链路信号品质)如下：

$y1=(1-\frac{2}{16})x_1+\frac{2}{16}{x}_2$ 式(1)

其中x1代表先前下行链路信号品质的平均结果，x2代表一个新的下行链路信号品质输入值，而y1代表目前下行链路信号品质的平均结果。根据得到的天线切换周期与平均方式，当天线104所计算的短期下行链路信号品质比天线105来得好时，处理器110可产生天线选择信号S_SEL，用以指示天线选择装置选择天线104传送上行链路信号。

于本发明的实施例，通过根据下行链路的效能动态选择最佳的上行链路路径，可有效改善上行链路效能。值得注意的是，当系统中有两条以上的上行链路路径时，仍可应用相同的概念，决定出一或多条适当的上行链路路径，因此以上实施例仅用以清楚阐述本发明的概念，而本发明并不受限于以上实施例的结构。图8是显示根据本发明的一实施例所述的智能型传输天线选择方法流程图。首先，自多个天线接收下行链路信号(步骤S802)。接着，估计下行链路信号所通过的通道的通道特性(步骤S804)。接着，根据通道特性决定一天线切换周期与一平均方式(步骤S806)。接着，根据平均方式计算于天线切换周期内接收到的下行链路信号的短期信号品质(步骤S808)。最后，根据短期信号品质选择所述多个天线中的一者用以传送上行链路信号(步骤S810)。值得注意的是，如上述，不同天线间长期的下行链路信号品质差异可于步骤S804中一并被计算，用以作为决定天线选择周期以及平均方式的考量，而本发明并不限于任一实施方式。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定范围为准。

Claims (16)

1.一种通讯装置，其特征在于，所述通讯装置包括：

多个天线，用以接收多个下行链路信号，以及传送多个上行链路信号；

一无线收发机模块，用以自所述多个天线接收所述多个下行链路信号，以及将所述多个上行链路信号传送至一天线选择装置；

所述天线选择装置，耦接于所述多个天线与所述无线收发机模块之间，用以自所述无线收发机模块接收即将要被传送的所述多个上行链路信号，并且根据一天线选择信号动态地将所述多个上行链路信号传送至所述多个天线中的一者；以及

一处理器，用以自所述无线收发机模块接收所述多个下行链路信号，根据估计的所述多个下行链路信号所通过的多个通道的多个通道特性和/或根据不同天线之间的长期信号品质差异决定平均方式，根据平均方式于一天线切换周期计算多个下行链路信号中各下行链路信号的短期信号品质，并且根据所述多个下行链路信号中各下行链路信号的短期信号品质产生所述天线选择信号。

2.如权利要求1所述的通讯装置，其特征在于，所述处理器于每个天线切换周期计算所述多个下行链路信号中各下行链路信号的短期信号品质以及产生所述天线选择信号。

3.如权利要求2所述的通讯装置，其特征在于，所述处理器更根据所述多个下行链路信号估计所述多个下行链路信号通过的多个通道的多个通道特性，并且根据所述多个通道特性决定所述天线切换周期的一长度与所述平均方式。

4.如权利要求3所述的通讯装置，其特征在于，所述处理器更根据接收自不同天线的所述多个下行链路信号计算不同天线之间的长期信号品质差异，并且根据所述多个通道特性与所述长期信号品质差异决定所述天线切换周期的所述长度与所述平均方式。

5.如权利要求3所述的通讯装置，其特征在于，所述处理器通过估计所述通讯装置的一移动速度估计所述多个通道特性。

6.如权利要求3所述的通讯装置，其特征在于，所述处理器更计算所述多个通道的多个通道脉冲响应，并且通过计算所述多个通道脉冲响应的相关性估计所述多个通道特性。

7.如权利要求3所述的通讯装置，其特征在于，所述处理器通过计算所述多个下行链路信号的一接收信号强度指标的变化估计所述多个通道特性。

8.如权利要求1所述的通讯装置，其特征在于，其中，该天线切换周期为一讯框周期，所述处理器计算于所述讯框周期内接收到的所述多个下行链路信号的信号品质，并且产生所述天线选择信号，用以选择所述多个天线中的一者于所述讯框周期内传送所述多个上行链路信号。

9.一种智能型传输天线选择方法，其特征在于，所述智能型传输天线选择方法包括：

自多个天线接收多个下行链路信号；

估计所述多个下行链路信号所通过的多个通道的多个通道特性；

根据所述多个通道特性决定一天线切换周期与一平均方式；

根据所述平均方式于所述天线切换周期计算多个下行链路信号中各下行链路信号的短期信号品质；以及

根据所述多个下行链路信号中各下行链路信号的短期信号品质选择所述多个天线中的一者用以传送多个上行链路信号。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述智能型传输天线选择方法更包括：

根据接收自不同天线的所述多个下行链路信号计算不同天线之间的长期信号品质差异；以及

更根据所述长期信号品质差异决定所述天线切换周期与所述平均方式。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述智能型传输天线选择方法更包括：

估计包括所述多个天线的一通讯装置的一移动速率用以作为所述多个通道特性中的一者。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述智能型传输天线选择方法更包括：

估计所述多个通道的多个通道脉冲响应；以及

计算所述多个通道脉冲响应的相关性用以作为所述多个通道特性中的一者。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述智能型传输天线选择方法更包括：

计算所述多个下行链路信号的一接收信号强度指标的变化用以作为所述多个通道特性中的一者。

14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述智能型传输天线选择方法更包括：

于每个天线切换周期根据所述多个下行链路信号中各下行链路信号的短期信号品质选择所述多个天线中的一者用以传送所述多个上行链路信号。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述智能型传输天线选择方法更包括：

计算所述信号强度指标的一标准差，以得到所述变化。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述智能型传输天线选择方法更包括：

计算所述信号强度指标的一相关性，以得到所述变化。