CN102664670A

CN102664670A - 智能天线的上行信号接收控制方法、装置及无线接入点

Info

Publication number: CN102664670A
Application number: CN2012100926788A
Authority: CN
Inventors: 郑磊; 陈建祥
Original assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Current assignee: Ruijie Networks Co Ltd
Priority date: 2012-03-31
Filing date: 2012-03-31
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-31
Also published as: CN102664670B

Abstract

本发明实施例提供一种智能天线的上行信号接收控制方法、装置及无线接入点，包括：利用智能天线的N个天线子阵一一对应地接收N流传输的上行信号，对每个天线子阵接收到的一流上行信号进行移相，根据移相后合并得到的信号强度来控制每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收。由于在移相后合并得到的信号强度可以反映每个天线子阵接收到的信号的信号强度以及信号相关性，因此根据移相后合并得到的信号强度来控制每个天线子阵的天线状态，可以保证对应的每个天线子阵接收到的信号的信号强度较高且信号相关性较小，从而保证智能天线上行信号接收的质量，保证通信质量。同时，该方案无需客户端的支持，且计算量较小，还具有实现简单、快速的优点。

Description

智能天线的上行信号接收控制方法、装置及无线接入点

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种智能天线的上行信号接收控制方法、装置及无线接入点。

背景技术

在无线局域网应用中，由于受传播环境的影响，无线通信经常达不到理想的效果，为了解决这个问题，工程上常常采用智能天线技术来增强无线接入点(AP，Access Point)与客户端无线网卡(STA，Station)之间的信号强度，从而提高通信质量。

随着802.11n技术的推广，具备高带宽传输能力的双流甚至三流客户端逐渐兴起，此时AP也需具备双流传输以及三流传输的传输能力。802.11n的双流传输技术，是指利用空分复用技术，在空间上形成两个并行的传输数据流，每个数据流上传输不同的信息，从而使传输的容量加倍。802.11n的三流传输以及四流传输的原理与双流传输的原理类似。由于空分复用技术主要是利用设备周围较为复杂的环境，对各个并行传输的无线信号(此无线信号携带数据流)进行反射、散射，使得接收方的不同天线上，形成相关性较低的无线传输信道，因此三流传输及四流传输的传输条件相对于双流传输更为苛刻。

传统的智能天线一般仅用于单流传输。位于AP的智能天线仅需确定哪个方位上的信号最强，即可以控制智能天线接收该方位上的上行信号，从而增强通信能力。而对于多流传输(将非单流传输统一称为多流传输)的场合，除了需要保证各个天线接收到的信号的信号强度高，还需要保证各个天线接收到的信号之间相关性低，以保证多流传输能够有效提高传输速率。如果不能保证上述条件，实验表明，多流传输的传输速率很可能会低于单流传输的传输速率。

目前，在多流传输下的智能天线上行信号接收方案是一个难点，但由于无线局域网是一个上行受限的网络，因此上行数据传输速率的提升是非常必要的。现有技术中，在空分复用应用下，主要包括以下三种方法应用于智能天线上行信号接收，提升上行数据传输速率：

第一种、接收信号能量检测法。即将单流传输的检测算法直接利用到多流传输上，针对智能天线中的每组天线，分别检测信号强度，将该组天线方向对准检测出的信号强度最高的方位。显然，仅根据信号强度进行上行信号接收，由于没有考虑各组天线接收到的信号之间的相关性，非常可能导致多流传输的传输速率实际上低于单流传输的传输速率。

第二种、802.11n标准所采用的波束成型(Beamforming)方法。在该方法中，可以利用与下行以及上行的智能信号增益，并可以应用于多流传输。该方法需要客户端与AP共同支持，才能够实现有效的多流传输，实现复杂。而且由于成本、技术难度的原因，目前还没有支持Beamforming的客户端，这种方法存在明显的局限性。

第三种、上行接收的数字信号处理(DSP)。这种方法是将各个天线接收到的信号进行重新采样，然后利用信号处理技术，计算多流传输下，各个天线接收到的信号的相关性以及信号强度，从而对天线进行控制，实现上行数据传输速率的提升。但这种方法涉及到复杂的DSP运算，耗时较长。而且，为了减少耗时，需要使用价格昂贵的芯片进行DSP运算，还存在成本较高的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种智能天线的上行信号接收控制方法、装置及无线接入点，用于在多流传输时，通过简单、快速的方法提高上行数据传输速率，从而提高通信质量。

一种智能天线的上行信号接收控制方法，所述方法包括：

A.针对N流传输的上行信号，利用智能天线包括的N个天线子阵进行接收时，对每个天线子阵接收到的信号进行相位偏移，针对每个天线子阵接收到的信号的相位偏移量均不相等，且两两天线子阵接收到的信号的相位偏移量之差为预设值，其中，N为不小于2的正整数；

B.将进行相位偏移后得到的N个信号合并为一个信号，并确定该信号的信号强度；

C.根据确定出的信号强度控制智能天线每个天线子阵的天线状态。

一种智能天线的上行信号接收控制装置，所述装置包括：

偏移模块，用于针对N流传输的上行信号，利用智能天线包括的N个天线子阵进行接收时，对每个天线子阵接收到的信号进行相位偏移，针对每个天线子阵接收到的信号的相位偏移量均不相等，且两两天线子阵接收到的信号的相位偏移量之差为预设值，其中，N为不小于2的正整数；

合并模块，用于将偏移模块进行相位偏移后得到的N个信号合并为一个信号，并确定该信号的信号强度；

控制模块，用于根据确定出的信号强度控制智能天线每个天线子阵的天线状态。

一种无线接入点，其特征在于，该无线接入点包括如上所述的智能天线的上行信号接收控制装置、中央处理器、无线芯片和智能天线。

根据本发明实施例提供的方案，利用智能天线的N个天线子阵一一对应地接收N流传输的上行信号，对每个天线子阵接收到的一流上行信号进行移相，根据移相后合并得到的信号强度来控制每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收。由于在移相后合并得到的信号强度可以反映每个天线子阵接收到的信号的信号强度以及信号相关性，因此根据移相后合并得到的信号强度来控制每个天线子阵的天线状态，可以保证对应的每个天线子阵接收到的信号的信号强度较高且信号相关性较小，从而保证智能天线上行信号接收的质量，保证通信质量。同时，该方案无需客户端的支持，且计算量较小，还具有实现简单、快速的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的智能天线的上行信号接收控制方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例二提供的智能天线的上行信号接收控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的无线接入点的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的无线接入点的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的接收效果示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的方案中，通过对多流传输时天线子阵的输出信号进行相位偏移(移相)处理，根据在移相后合并得到的信号强度可以反映对应的每个天线子阵接收到的信号的信号强度以及信号相关性，从而仅需检测信号强度(功率)的变化，即可以选定上行接收时的智能天线配置形式。兼顾了多流传输时，对信号强度以及相关性的要求，提升了上行数据的传输速率，并大大简化了智能天线的上行设计。

下面结合说明书附图和各实施例对本发明方案进行说明。

实施例一、

本发明实施例一提供一种智能天线的上行信号接收控制方法，该方法的步骤流程如图1所示，包括：

步骤101、对每个天线子阵接收到的信号进行移相处理。

本步骤包括，针对N流传输的上行信号(N流传输的上行信号可以理解为N个并行的传输数据流)中的每一流上行信号(每一流上行信号可以理解为每一个传输数据流)，一一对应地利用智能天线包括的N个天线子阵中的每个天线子阵进行接收时，对每个天线子阵接收到的信号进行相位偏移，针对每个天线子阵接收到的信号的相位偏移量均不相等，且两两天线子阵接收到的信号的相位偏移量之差为预设值，其中，N为不小于2的正整数。较优的，两两天线子阵接收到的信号的相位偏移量之差为360/N的整数倍，从而保证针对每个天线子阵接收到的信号进行移相合并后的信号可以更好地反映信号强度和信号相关性。进一步的，每个天线子阵的天线偏移量可以为从0开始，到360*(N-1)/N结束，公差为360/N的等差数列包括的N个数值中的任意一个，从而保证一个天线子阵无需进行相位偏移，进一步减少运算量，减少系统资源的占用。

即在本实施例中，接收N流传输的上行信号时，需要将智能天线的智能天线阵设置为包括N个天线子阵，每个天线子阵对应接收N流上行信号中的一流上行信号。

具体的，在本步骤中，可以通过耦合器从每个天线子阵接收到的信号中耦合出一部分信号(从天线子阵出口分出来的一部分能量)进行处理，利用该部分信号代表该天线子阵接收到的信号，并对每个天线子阵经耦合器输出的信号进行相位偏移，从而可以利用智能天线接收到的一部分信号进行智能天线的接收控制，其他信号仍可以被接收机正常接收，保证对智能天线进行接收控制时，智能天线仍可以正常工作。

步骤102、进行信号合并。

本步骤包括，将进行相位偏移后得到的N个信号合并为一个信号，并确定该信号的信号强度。

步骤103、进行智能天线控制。

本步骤包括，根据确定出的信号强度确定智能天线每个天线子阵的天线状态。

具体的，可以但不限于通过以下两种方式中的任意一种来进行智能天线控制：

方式一、判断合并后信号的信号强度，若合并后信号的信号强度小于设定的门限值，更新至少一个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，并跳转执行步骤101，若合并后信号的信号强度不小于设定的门限值，保持此时每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收。利用合并后信号的信号强度不小于设定的门限值时，每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，可以保证对应的每个天线子阵接收到的信号的信号强度较高且信号相关性较小。

方式二、可以确定每个天线子阵的天线状态的每一种组合方式，若针对每个天线子阵的天线状态的每一种组合方式均确定出了合并后信号的信号强度，即针对每个天线子阵的天线状态的每一种组合方式，轮流获得了合并后信号的信号强度，可以利用从大到小排列的前M个合并后信号的信号强度中的一个对应的每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，其中，M为正整数，否则，更新至少一个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，并跳转执行步骤101。利用从大到小排列的前M个合并后信号的信号强度中的一个对应的每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，可以保证对应的每个天线子阵接收到的信号的信号强度较高且信号相关性较小，而且从M个信号强度的对应的M种智能天线每个天线子阵的天线状态中选择一种进行上行信号接收，还可以保证对智能天线控制的灵活性。较优的，可以利用得到最大的合并后信号的信号强度时对应的每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，通过利用得到最大的合并后信号的信号强度时对应的每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，可以获得针对该智能天线的最优的接收质量。

在本步骤中，可以根据天线子阵中天线的具体形式来更新天线子阵的天线状态，具体的，在天线子阵包括多个独立的天线体时，可以通过选择接通或断开至少一个天线体的上行信号接收来更新天线子阵的天线状态，具体的，可以通过高频开关(即PIN开关)来控制接通或断开至少一个天线体的上行信号接收。在天线子阵包括具备波束成型能力的波束成型天线阵时，可以通过控制波束成型天线阵中天线振子的状态形成不同的波束形式，从而更新天线子阵的天线状态，在波束成型天线阵为寄生式天线阵时，可以通过控制寄生天线振子的状态形成不同的波束形式。

根据本发明实施例一提供的方案，不仅可以在移相合并后获得的信号的信号强度不小于设定的门限值时，获得一种较优的智能天线配置形式来进行多流传输的上行信号接收，保证通信质量，还可以通过针对每一种智能天线的配置形式，分别确定移相合并后获得的信号的信号强度，从而利用该信号强度最大时的智能天线配置形式来接收上行信号，从而可以针对该智能天线，确定最优的智能天线配置形式来接收上行信号。并且，本实施例中，还针对智能天线中天线的具体形式，提供了控制智能天线的配置形式发生变化的方式，控制方式灵活。

与本发明实施例一基于同一发明构思，提供以下的装置和无线接入点。

实施例二、

本发明实施例二提供一种智能天线的上行信号接收控制装置，该装置的结构可以如图2所示，包括：

偏移模块11用于针对N流传输的上行信号，利用智能天线包括的N个天线子阵进行接收时，对每个天线子阵接收到的信号进行相位偏移，针对每个天线子阵接收到的信号的相位偏移量均不相等，且两两天线子阵接收到的信号的相位偏移量之差为预设值，其中，N为不小于2的正整数；合并模块12用于将偏移模块进行相位偏移后得到的N个信号合并为一个信号，并确定该信号的信号强度；控制模块13用于根据确定出的信号强度控制智能天线每个天线子阵的天线状态。

控制模块13具体用于若合并后信号的信号强度小于设定的门限值，更新至少一个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，并触发偏移模块，若合并后信号的信号强度不小于设定的门限值，保持此时每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收。

控制模块13具体用于确定每个天线子阵的天线状态的每一种组合方式，若针对每个天线子阵的天线状态的每一种组合方式均确定出了合并后信号的信号强度，利用从大到小排列的前M个合并后信号的信号强度中的一个对应的每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，否则，更新至少一个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，并触发偏移模块，其中，M为正整数。

控制模块13还可以具体用于在天线子阵包括多个独立的天线体时，选择接通或断开至少一个天线体的上行信号接收，和/或，在天线子阵包括具备波束成型能力的波束成型天线阵时，控制波束成型天线阵中天线振子的状态形成不同的波束形式。

偏移模块11具体用于对每个天线子阵接收到的信号进行相位偏移之前，针对每个天线子阵，利用耦合器对该天线子阵接收到的信号进行耦合。

偏移模块11具体用于对每个天线子阵接收到的信号进行相位偏移，针对每个天线子阵接收到的信号的相位偏移量均不相等，且两两天线子阵接收到的信号的相位偏移量之差为360/N的整数倍。

实施例三、

本发明实施例三提供一种无线接入点，该无线接入点的结构可以如图3所示，包括中央处理器21、无线芯片22、智能天线23和实施例二中提供的智能天线的上行信号接收控制装置24。

下面结合本发明实施例一提供的方法，对实施例三提供的无线接入点(对实施例二提供的智能天线的上行信号接收控制装置)进行具体说明。具体的，以针对三流传输，利用得到最大的合并后信号的信号强度时对应的每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收为例进行说明。

实施例四、

本发明实施例四提供一种无线接入点，该无线接入点的结构如图4所示，与实施例三中图3所示的无线接入点结构相同，本实施例提供的无线接入点结构也包括中央处理器21、无线芯片22、智能天线23和实施例二中提供的智能天线的上行信号接收控制装置24，其中：

由于本实施例以三流传输为例，因此在本实施例中智能天线23采用三组天线作为上行的智能天线阵，每一组天线可以称为一个天线子阵，如图4所示，三个天线子阵分别用天线子阵1、天线子阵2和天线子阵3表示。

每个天线子阵对应接收三流传输的上行信号中的一流上行信号，每个天线子阵可以将接收到的信号发送给上行信号接收控制装置24中的偏移模块，进一步的，偏移模块可以对每个天线子阵经过耦合单元241(具体的，耦合单元可以为耦合器)输出的部分信号进行移相处理，移相处理可以理解为是通过移相单元242(具体的，移相单元可以为移相器)实现的。即在本实施例中，可以理解为偏移模块包括耦合单元241和移相单元242。而由于本实施例中以三流传输为例，因此，针对每个天线子阵，相位偏移量可以分别为0度，120度和240度，当然，相位偏移量也可以分别为10度，130度和250度，只要保证对每个天线子阵输出的信号的相位偏移量均不相等，且两两天线子阵接收到的信号的相位偏移量之差为预设值即可。

偏移模块(中的移相单元)将移相后得到的三个信号送入上行信号接收控制装置24中的合并模块合并为一个信号(可以理解为通过合并单元243实现信号合并)，并可以将合并后得到的信号送入功率检测单元244，用于确定合并后信号的信号强度。即可以理解为合并模块包括合并单元243和功率检测单元244。

进一步的，合并模块(中的功率检测单元)可以将检测到的信号强度发送给上行信号接收控制装置24中的控制模块，具体的，在本实施例中，控制模块可以利用复杂可编程逻辑器件245(CPLD，Complex Programmable LogicDevice)实现。

在本实施例中，CPLD可以对无线芯片(WLAN芯片)22给出的Tx_frame与Rx_clear进行检测，一旦判断出接收到上行报文(可以确定接收到三流传输的上行信号)，则向智能天线发送控制信号，控制智能天线的配置形式进行变化(即可以理解为更新至少一个天线子阵的天线状态)，并且每变化一次智能天线的配制形式，则可以接收到一个合并模块确定出的信号强度。在针对每一种智能天线的配置形式均得到一个合并模块确定出的信号强度后，可以选择合并模块确定出的信号强度最大时的智能天线配置形式，作为最终确定出的接收三流传输的智能天线配置形式，完成智能天线的上行信号接收控制。

在本实施例中，CPLD向智能天线发送控制信号包括：如果智能天线是切换式智能天线，则可以选择PIN开关的通断来控制选择不同的天线。如果智能天线是寄生式天线，则可以控制寄生振子的状态形成不同的波束形式。

当然，CPLD还需要与中央处理器21进行通信，以实现对智能天线的控制。

下面通过图5，对三流传输时，通过检测信号强度的变化，选定上行接收时的智能天线配置形式的原理进行进一步说明。

如果入射到三个天线子阵上的信号的相关性非常高，则对三个天线子阵接收到的信号按照本发明实施例一提供的方法进行移相合并后，输出功率较小。如图5所示，以三个天线子阵的接收到的信号相同(此时信号之间的相关性最高)，为3个A1信号为例，则移相合并后得到的输出为B1信号，可以看到B1信号的信号强度(幅度)为零。

如果三个天线子阵接收的信号相关性非常低，则对三个天线子阵接收到的信号按照本发明实施例一提供的方法进行移相合并后，输出功率基本上等于三个信号的和。如图5所示，如果三个天线子阵接收到的信号分别为A1信号、A2信号、A3信号，则移相合并后得到的输出为B2信号，B2信号的信号强度基本上为A1信号、A2信号、A3信号的信号强度之和。

显然，如果某种智能天线配置形式下，每个天线子阵接收到的信号相关性低，并且每个天线子阵接收到的信号的信号强度都相对是最高的，则合并模块检测到的移相合并后得到的信号功率最大。因此，CPLD选择移相合并后得到的信号功率最大时的智能天线配置形式，同时兼顾了接收的信号强度以及各天线接收的信号相关性低的要求，能够使多流传输下的接收效果最好。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种智能天线的上行信号接收控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据确定出的信号强度控制智能天线每个天线子阵的天线状态，具体包括：

若合并后信号的信号强度小于设定的门限值，更新至少一个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，并返回步骤A，若合并后信号的信号强度不小于设定的门限值，保持此时每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据确定出的信号强度控制智能天线每个天线子阵的天线状态，具体包括：

确定每个天线子阵的天线状态的每一种组合方式；

若针对每个天线子阵的天线状态的每一种组合方式均确定出了合并后信号的信号强度，利用从大到小排列的前M个合并后信号的信号强度中的一个对应的每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，否则，更新至少一个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，并返回步骤A，其中，M为正整数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，更新天线子阵的天线状态，具体包括：

在天线子阵包括多个独立的天线体时，选择接通或断开至少一个天线体的上行信号接收；和/或，

在天线子阵包括具备波束成型能力的波束成型天线阵时，控制波束成型天线阵中天线振子的状态形成不同的波束形式。

5.如权利要求1～4任一所述的方法，其特征在于，两两天线子阵接收到的信号的相位偏移量之差为360/N的整数倍。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，针对一个天线子阵接收到的信号的相位偏移量为从0开始，到360*(N-1)/N结束，公差为360/N的等差数列包括的N个数值中的任意一个。

7.如权利要求1～4任一所述的方法，其特征在于，对每个天线子阵接收到的信号进行相位偏移之前，所述方法还包括：

针对每个天线子阵，利用耦合器对该天线子阵接收到的信号进行耦合。

8.一种智能天线的上行信号接收控制装置，其特征在于，所述装置包括：

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，控制模块，具体用于若合并后信号的信号强度小于设定的门限值，更新至少一个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，并触发偏移模块，若合并后信号的信号强度不小于设定的门限值，保持此时每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，控制模块，具体用于确定每个天线子阵的天线状态的每一种组合方式，若针对每个天线子阵的天线状态的每一种组合方式均确定出了合并后信号的信号强度，利用从大到小排列的前M个合并后信号的信号强度中的一个对应的每个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，否则，更新至少一个天线子阵的天线状态进行上行信号接收，并触发偏移模块，其中，M为正整数。

11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，控制模块，具体用于在天线子阵包括多个独立的天线体时，选择接通或断开至少一个天线体的上行信号接收，和/或，在天线子阵包括具备波束成型能力的波束成型天线阵时，控制波束成型天线阵中天线振子的状态形成不同的波束形式。

12.如权利要求8～11任一所述的装置，其特征在于，偏移模块，具体用于对每个天线子阵接收到的信号进行相位偏移之前，针对每个天线子阵，利用耦合器对该天线子阵接收到的信号进行耦合。

13.如权利要求8～11任一所述的装置，其特征在于，偏移模块，具体用于对每个天线子阵接收到的信号进行相位偏移，针对每个天线子阵接收到的信号的相位偏移量均不相等，且两两天线子阵接收到的信号的相位偏移量之差为360/N的整数倍。

14.一种无线接入点，其特征在于，该无线接入点包括如权利要求8～13任一所述的装置、中央处理器、无线芯片和智能天线。