CN103797726B - 具有自适应切换标准的天线切换系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了包含无线通信电路的电子设备。所述无线通信电路包括耦合到多个天线的射频收发器电路。利用各个天线收集信号强度测量，并且产生相应的信号强度差异测量以反映出哪一个天线正表现出更优越的性能。利用具有不同速度的基于时间的平均滤波器对所述信号强度差异测量进行滤波。把相应的经过滤波的差异测量与例如天线切换阈值之类的天线切换标准进行比较。基于计算在利用不同速度的滤波器被滤波的差异测量之间作为时间的函数表现出多少变化，对天线切换阈值实时进行调节。此外，关于设备移动的信息或其他数据也可以被用于做出阈值调节。

Description

具有自适应切换标准的天线切换系统

本发明总体上涉及无线通信电路，更具体来说涉及具有无线通信电路的电子设备，其中所述无线通信电路具有多个天线。

例如便携式计算机和蜂窝电话之类的电子设备常常配备有无线通信能力。举例来说，电子设备可以使用例如蜂窝电话电路和WiMax（IEEE802.16）电路之类的长距离无线通信电路。电子设备还可以使用例如（IEEE802.11）电路和电路之类的短距离无线通信电路。

天线性能会影响用户对电子设备的无线能力加以利用的能力。如果天线性能不令人满意，则可能会掉落呼叫，或者数据传输速率可能会不合期望地变慢。为了确保天线性能满足设计标准，有时可能希望提供具有多个天线的电子设备。在某些情况中，设备内的控制电路可以能够在各个天线之间进行切换，以便确保最优的天线正被用来处理呼叫业务。

快速切换到最优天线的能力可以帮助确保无线通信不会受到干扰。与此同时，不应当牺牲准确性。在真实世界环境中，许多因素可能会影响天线性能，比如路径损耗波动以及涉及在某一天线的一部分上短暂存在外部物体的天线阻挡事件。如果不采取措施的话，天线切换响应可能是快速而不准确或者是准确但缓慢的。

因此将希望能够提供使得例如具有多个天线的设备之类的电子设备确定如何在操作期间在各个天线之间进行切换的改进方式。

发明内容

可以提供包含无线通信电路的电子设备。所述无线通信电路可以包括耦合到多个天线的射频收发器电路。

可以利用天线收集信号强度测量，并且可以产生相应的信号强度差异测量。所述差异测量可以反映出其中一个天线是否正表现出优于其他天线的性能。如果确定某一替换天线的性能好于当前所使用的天线，则可以将该替换天线切换到使用中。

可以利用电子设备中的控制算法来处理信号强度差异测量以便确定是否要在各个天线之间进行切换。可以利用具有不同速度的基于时间的平均滤波器对信号强度差异测量进行滤波。可以把相应的经过滤波的差异测量与例如天线切换阈值之类的天线切换标准进行比较。

所述电子设备可以操作在其中差异测量缓慢波动的环境中（其有时被称作缓慢衰落环境），并且可以被操作在其中差异测量更加快速地波动的环境中（其有时被称作快速衰落环境）。

所述平均滤波器可以包括慢速滤波器和快速滤波器。慢速滤波器可以在一个相对较长的时间周期内对差异测量进行平均，从而在缓慢衰落和快速衰落环境中都产生准确的结果。快速滤波器可以在一个较短时间周期内对差异测量进行平均，以便允许控制算法比单独利用慢速滤波器所可能实现的情况更加快速地对差异测量波动做出响应。

可以把慢速滤波器的输出和快速滤波器的输出与相应的慢速滤波器和快速滤波器阈值进行比较，以便确定是否要请求把某一替换天线切换到使用中以替代当前活动的天线。

可以基于作为各项经过滤波的差异测量之间的时间的函数计算表现出多少变化来实时地调节快速滤波器阈值。在其中快速滤波器的输出与慢速滤波器的输出接近的快速衰落环境中，可以减小快速滤波器阈值以便允许利用控制算法的快速滤波器分支来提高天线切换速度。在其中快速滤波器的输出与慢速滤波器的输出不同的缓慢衰落环境中，可以增大快速滤波器阈值以便确保控制算法的快速滤波器分支不会产生不准确的天线切换请求。为了确保设备在从快速衰落过渡到缓慢衰落环境时适当地做出响应，在进行阈值调节时可以使用关于设备移动的信息或其他数据。

通过附图和后面对于优选实施例的详细描述，本发明的其他特征、其性质和各种优点将变得更加显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的具有无线通信电路的说明性电子设备的透视图，其中所述无线通信电路具有多个天线。

图2是根据本发明的一个实施例的包括基站和具有无线通信电路的说明性电子设备的无线网络的示意图，其中所述无线通信电路具有多个天线。

图3是根据本发明的一个实施例的包括多个天线以及用于控制各个天线的使用的电路的说明性无线电路的图示。

图4是根据本发明的一个实施例的在控制具有多个天线的电子设备的操作以确保使用最优天线的过程中所涉及的说明性操作的流程图。

图5是根据本发明的一个实施例的曲线图，其中示出了在各个天线之间的接收信号强度的差异相对较小并且信号强度波动相对较为缓慢的环境中，如何可以对所测天线信号强度应用天线切换标准以确定何时切换天线。

图6是根据本发明的一个实施例的曲线图，其中示出了在各个天线之间的信号强度的差异相对较小并且信号强度波动相对较为快速的环境中，如何可以对所测天线信号强度应用天线切换标准以确定何时切换天线。

图7是根据本发明的一个实施例的曲线图，其中示出了在各个天线之间的信号强度的差异相对较大的环境中，如何可以对所测天线信号强度应用天线切换标准以确定何时切换天线。

图8是根据本发明的一个实施例的曲线图，其中示出了如何可以基于例如来自卫星定位系统接收器或传感器的移动数据之类的外部输入来调节天线切换标准。

具体实施方式

电子设备可以配备有无线通信电路。所述无线通信电路可以被用来支持多个无线通信频带内的无线通信。所述无线通信电路可以包括被设置成实施天线分集系统的多个天线。

所述天线可以包括环形天线、倒F型天线、带状天线、平面倒F型天线、缝隙天线、包括多于一种类型的天线结构的混合天线或者其他适当的天线。用于天线的导电结构可以由导电电子设备结构形成，比如导电外罩结构（例如接地平面以及外围导电外罩构件或其他外罩结构的一部分），基板上的迹线（比如塑料、玻璃或陶瓷基板上的迹线），柔性印刷电路板（“柔性电路”）上的迹线，刚性印刷电路板（例如填充有纤维玻璃的环氧板）上的迹线，模制金属箔片部分，连线，金属条带，其他导电结构，或者由这些结构的某种组合形成的导电结构。

在图1中示出了可以配备有一个或多个天线（例如两个天线、三个天线、四个天线、五个或更多天线等等）的类型的说明性电子设备。电子设备10可以是便携式电子设备或其他适当的电子设备。举例来说，电子设备10可以是膝上型计算机，平板计算机，略微较小的设备（例如腕表设备、挂件、头戴式耳机设备、入耳式耳机设备或者其他可佩戴或小型设备），蜂窝电话，媒体播放器等等。

设备10可以包括外罩，比如外罩12。外罩12有时可以被称作外壳，其可以由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合物、金属（例如不锈钢、铝等等）、其他适当的材料或者这些材料的某种组合。在某些情况下，外罩12的一些部分可以由电介质或其他低电导率材料形成。在其他情况下，外罩12或者构成外罩12的至少其中一些结构可以由金属元件形成。

如果希望的话，设备10可以具有显示器，比如显示器14。显示器14例如可以是合并有电容性触摸电极的触摸屏。显示器14可以包括由发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、等离子单元、电子墨水元件、液晶显示器（LCD）组件或者其他适当的图像像素结构形成的图像像素。覆盖玻璃层可以覆盖显示器14的表面。显示器14的例如外围区段20I的一些部分可以是非活动的，并且可以不具有图像像素结构。显示器14的例如矩形中心部分20A（以虚线20为边界）的一些部分可以对应于显示器14的活动部分。在活动显示器区段20A中，可以使用图像像素阵列来为用户显示图像。

覆盖显示器14的覆盖玻璃层可以具有开口，比如对应于按钮16的圆形开口和例如扬声器端口开口18的扬声器端口开口（其例如对应于针对用户的耳用扬声器）。设备10还可以具有其他开口（例如显示器14和/或外罩12中的用于容纳音量按钮、振铃器按钮、睡眠按钮和其他按钮的开口，用于音频插孔、数据端口连接器、可移除介质插槽的开口等等）。

外罩12可以包括外围导电构件，比如围绕显示器14和设备10的矩形轮廓的金属边框或金属带（作为一个实例）。如果希望的话，所述外围导电构件可以被用于形成设备10的天线。

可以沿着设备10的边缘、在设备10的背面或正面放置天线以作为延伸元件或者可附接结构，或者放置在设备10中的其他位置处。对于有时在这里被描述为一个实例的一种适当的设置，设备10可以在外罩12的下端24配备有一个或多个天线并且在外罩12的上端22配备有一个或多个天线。通过把天线放置在设备10的相对末端（即当设备10具有图1中所示类型的细长矩形形状时，将其放置在显示器14和设备10的较窄末端区段）可以允许在与显示器14的导电部分（例如显示器14的活动区段20A中的像素阵列和驱动器电路）相关联的接地结构的适当距离处形成这些天线。

如果希望的话，可以将第一蜂窝电话电线放置在区段24中，并且可以将第二蜂窝电话天线放置在区段22中。用于处理例如全球定位系统信号之类的卫星导航信号或者例如IEEE802.11信号或信号之类的无线局域网信号的天线结构也可以被提供在区段22和/或24中（作为单独的附加天线或者作为第一和第二蜂窝电话天线的一部分）。还可以在区段22和/或24中提供用以处理WiMax（IEEE802.16）信号的天线结构。

在区段22和24中，可以在导电外罩结构和印刷电路板以及构成设备10的其他导电电组件之间形成开口。这些开口可以填充有空气、塑料或其他电介质。导电外罩结构和其他导电结构可以充当用于设备10中的天线的接地平面。区段22和24中的开口可以充当开隙或闭隙天线中的缝隙，可以充当环形天线中的由导电材料路径围绕的中心电介质区段，可以充当把天线谐振元件（比如带状天线谐振元件或倒F型天线谐振元件，例如由设备10中的导电外围外罩结构的一部分形成的倒F型天线谐振元件）与接地平面分开的空间，或者还可以充当在区段22和24中形成的天线结构的一部分。

可以在区段22和24中形成完全相同的天线（也就是说可以在区段22和24中形成分别覆盖蜂窝电话频带或其他感兴趣的通信频带的相同集合的天线）。由于布局约束或其他设计约束，可能不希望使用完全相同的天线。相反可能希望利用不同的设计来实施区段22和24中的天线。举例来说，区段24中的第一天线可以覆盖所有感兴趣的蜂窝电话频带（例如四个或五个频带），并且区段22中的第二天线可以覆盖由第一天线处理的所述四个或五个频带当中的一个子集。此外还可以使用其中区段24中的天线所处理的频带是区段22中的天线所处理的频带的一个子集的设置（或者反之亦然）。可以使用调谐电路来实时调谐此类天线，以便覆盖第一频带子集或第二频带子集并且从而覆盖所有感兴趣的频带。

在图2中示出了设备10可以操作在其中的系统的示意图。如图2中所示，系统11可以包括例如基站21之类定位无线网络装备。例如基站21之类的基站可以与蜂窝电话网络或者其他无线联网装备相关联。设备10可以通过无线链接23（例如蜂窝电话链接或其他无线通信链接）与基站21通信。

设备10可以包括例如存储和处理电路28之类的控制电路。存储和处理电路28可以包括存储装置，比如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器（例如闪存或者被配置成形成固态驱动器的其他电可编程只读存储器）、易失性存储器（例如静态或动态随机存取存储器）等等。存储和处理电路28中的处理电路以及其他控制电路（比如无线通信电路34中的控制电路）可以被用来控制设备10的操作。该处理电路可以是基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电力管理单元、音频编解码器芯片、专用集成电路等等。

存储和处理电路28可以被用来在设备10上运行软件，比如互联网浏览应用、互联网协议语音（VOIP）电话呼叫应用、电子邮件应用、媒体重放应用、操作系统功能等等。为了支持与例如基站21之类的外部装备的交互，存储和处理电路28可以被用于实施通信协议。可以利用存储和处理电路28来实施的通信协议包括：互联网协议，无线局域网协议（例如IEEE802.11协议，其有时被称作），用于其他短距离无线通信链接的协议，比如协议、IEEE802.16（WiMax）协议，蜂窝电话协议，比如长期演进（LTE）协议、全球移动通信系统（GSM）协议、码分多址（CDMA）协议以及通用移动电信系统（UMTS）协议等等。

电路28可以被配置成实施控制设备10中的天线的使用的控制算法。举例来说，电路28可以将无线电路34配置成把特定天线切换到使用中来传送和/或接收信号。在某些情况下，电路28可以被用于收集传感器信号以及反映所接收的信号（例如所接收的寻呼信号、所接收的语音呼叫业务、所接收的控制信道信号、所接收的数据业务等等）的质量的信号。可以在设备10中进行的信号质量测量的实例包括：误比特率测量，信噪比测量，关于与传入无线信号相关联的功率数量的测量，基于接收信号强度指标（RSSI）信息的信道质量测量，基于接收信号代码功率（RSCP）信息的信道质量测量（RSCP测量），基于信干比（SINR）和信噪比（SNR）信息的信道质量测量（SINR和SNR测量），基于例如Ec/lo或Ec/No数据之类的信号质量数据的信道质量测量（Ec/lo和Ec/No测量）等等。该信息可以被用于控制使用哪一个天线。还可以基于其他标准进行天线选择。

输入-输出电路30可以被用来允许向设备10供应数据以及允许从设备10向外部设备提供数据。输入-输出电路30可以包括输入-输出设备32。输入-输出设备32可以包括触摸屏、按钮、操纵杆、点击式触摸转盘、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音调生成器、振动器、摄影机、加速度计（运动传感器）、周围光传感器以及其他传感器、发光二极管和其他状态指示器、数据端口等等。用户可以通过经由输入-输出设备32供应命令来控制设备10的操作，并且可以利用输入-输出设备32的输出资源接收来自设备10的状态信息和其他输出。

无线通信电路34可以包括由一个或多个集成电路形成的射频（RF）收发器电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源RF组件、一个或多个天线以及用于处理RF无线信号的其他电路。

无线通信电路34可以包括卫星导航系统接收器电路，比如全球定位系统（GPS）接收器电路35（其例如用于在1575MHz下接收卫星定位信号）。收发器电路36可以处理对应于（IEEE802.11）通信的2.4GHz和5GHz频带，并且可以处理2.4GHz 通信频带。电路34可以使用蜂窝电话收发器电路38来处理蜂窝电话频带内的无线通信，比如850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz和2100MHz处的频带或者其他感兴趣的蜂窝电话频带。如果希望的话，无线通信电路34可以包括用于其他短距离和长距离无线链接的电路（例如WiMax电路等等）。无线通信电路34例如可以包括用于接收无线电和电视信号的无线电路、寻呼电路等等。在和链接以及其他短距离无线链接中，通常使用无线信号在数十或数百英尺的距离上传送数据。在蜂窝电话链接和其他长距离链接中，通常使用无线信号在数千英尺或英里的距离上传送数据。

无线通信电路34可以包括天线40。可以利用任何适当类型的天线来形成天线40。举例来说，天线40可以包括具有由环形天线结构、贴片式天线结构、倒F型天线结构、闭隙和开隙天线结构、平面倒F型天线结构、螺旋天线结构形成的谐振元件的天线，带状天线，单极天线，偶极天线，这些设计的混合等等。不同类型的天线可以被用于不同频带和频带组合。举例来说，一种类型的天线可以被用于形成本地无线链接天线，另一种类型的天线可以被用于形成远程无线链接天线。正如结合图1所描述的那样，在设备10中可以有多个蜂窝电话天线。举例来说，在设备10的区段24中可以有一个蜂窝电话天线，在设备10的区段22中可以有另一个蜂窝电话天线。这些天线可以是固定的或者可以是可调谐的。

可以通过被配置成存储和执行用于实施控制算法（例如天线分集控制算法和其他无线控制算法）的控制代码来控制设备10。如图3中所示，控制电路42可以包括存储和处理电路28（例如微处理器、存储器电路等等），并且可以包括基带处理器58。基带处理器58可以形成无线电路34的一部分，并且可以包括存储器和处理电路（也就是说基带处理器58可以被视为形成设备10的存储和处理电路的一部分）。

基带处理器58可以经由路径48向存储和处理电路28提供数据。路径48上的数据可以包括：与对应于所接收的信号的无线（天线）性能量度相关联的未经处理和经过处理的数据，比如接收功率、传送功率、误帧率、误比特率、基于接收信号强度指标（RSSI）信息的信道质量测量、基于接收信号代码功率（RSCP）信息的信道质量测量、基于信干比（SINR）和信噪比（SNR）信息的信道质量测量、基于例如Ec/lo或Ec/No数据之类的信号质量数据的信道质量测量，关于是否正从蜂窝电话塔接收对应于来自电子设备的请求的响应（确认）的信息，关于网络接入规程是否成功的信息，关于通过电子设备与蜂窝塔之间的蜂窝链接正在请求多少重传的信息，关于是否接收到信令丢失消息的信息，以及反映无线电路34的性能的其他信息。该信息可以由存储和处理电路28以及/或者处理器58进行分析，并且作为响应存储和处理电路28（或者如果希望的话是基带处理器58）可以发出用于控制无线电路34的控制命令。举例来说，存储和处理电路28可以在路径52和路径50上发出控制命令。

无线电路34可以包括射频收发器电路，比如射频收发器电路60和射频前端电路62。射频收发器电路60可以包括一个或多个射频收发器，比如收发器57和63（例如在各个天线之间共享的一个或多个收发器、每个天线一个收发器等等）。在图3的说明性配置中，射频收发器电路60具有第一收发器和第二收发器，其中第一收发器例如是与路径（端口）54相关联（并且可以与路径44相关联）的收发器57，第二收发器例如是与路径（端口）56相关联（并且可以与路径46相关联）的收发器57。收发器57可以包括例如传送器59之类的传送器以及例如接收器61之类的接收器，或者可以仅包含接收器（例如接收器61）或者仅包含传送器（例如传送器59）。收发器63可以包括例如传送器67之类的传送器以及例如接收器65之类的接收器，或者可以仅包含接收器（例如接收器65）或者仅包含传送器（例如传送器67）。

基带处理器58可以从存储和处理电路28接收将要传送的数字数据，并且可以使用路径46和射频收发器电路60来传送相应的射频信号。射频前端62可以耦合在射频收发器60与天线40之间，并且可以被用来向天线40传送由传送器59和67产生的射频信号。射频前端62可以包括射频开关、阻抗匹配电路、滤波器以及用于形成天线40与射频收发器60之间的接口的其他电路。

可以经由射频前端62、例如路径54和56之类的路径、射频收发器60中的接收器电路（比如端口54处的接收器61和端口56处的接收器63）以及例如路径44和46之类的路径把由天线40接收的传入射频信号提供到基带处理器58。基带处理器58可以把所接收的这些信号转换成被提供到存储和处理电路28的数字数据。基带处理器58还可以从所接收的信号中提取表明对应于收发器当前被调谐到的信道的信号质量的信息。举例来说，基带处理器和/或控制电路42中的其他电路可以分析所接收的信号，以便产生误比特率测量、关于与传入无线信号相关联的功率数量的测量、强度指标（RSSI）信息、接收信号代码功率（RSCP）信息、信干比（SINR）信息、信噪比（SNR）信息、基于例如Ec/lo或Ec/No数据之类的信号质量数据的信道质量测量等等。该信息可以被用于控制使用设备10中的哪一个（哪些）天线。举例来说，运行在控制电路42上的控制算法可以被用来基于例如前述信号强度数据测量将特定天线切换到使用中。

射频前端62可以包括被用来把收发器57连接到天线40B并且把收发器63连接到天线40A或者反之亦然的开关。所述开关可以由通过路径50接收自控制电路42的控制信号来控制。电路42例如可以调节所述开关以便选择使用哪一个天线来传送射频信号（例如当希望在两个天线之间共享收发器60中的单一传送器时）或者使用哪一个天线来接收射频信号（例如当希望在两个天线之间共享单一接收器时）。

如果希望的话，可以在不使用前端62中的开关的情况下通过选择性地激活和停用各个收发器来进行天线选择。举例来说，如果希望使用天线40B，则可以激活收发器57（其可以通过电路62耦合到天线40B）并且可以停用收发器63（其可以通过电路62耦合到天线40A）。如果希望使用天线40A，则电路42可以激活收发器63并且停用收发器57。还可以使用这些方法的组合来选择使用哪些天线来传送和/或接收信号。

可以通过使用实施在控制电路42上的控制算法（例如利用存储和处理电路28以及基带处理器58的控制电路和存储器资源）来施行控制操作，比如与配置无线电路34通过所期望的一个天线40传送或接收射频信号相关联的操作。

当设备10中的天线被外部物体（比如用户的手）阻挡时，当设备10被放置在干扰正确天线操作的物体附近时，或者由于其他因素（例如设备相对于其周围环境的指向等等），天线操作可能会受到干扰。为了确保使用最优的天线，设备10可以监测在每一个天线上接收的信号，并且可以基于所监测的信号将适当的天线切换到使用中来处理对应于设备10的无线通信数据量。

在设备10的电路上运行的天线切换算法可以被用来基于所评估的接收信号的信号质量自动施行天线切换操作。每当当前使用的天线上的天线性能相对于某一可用替换天线降低时，或者当其他天线切换标准得到满足时，所述天线切换算法可以引导设备10选择新的天线以用于处理无线信号（例如蜂窝电话信号或其他无线业务）。对于这种类型的设置，不需要同时使用多个天线和相关联的电路来处理无线信号，从而使得功率消耗最小化。

在这里有时作为一个实例描述了其中设备10具有第一天线和第二天线的设置。但是这仅仅是说明性的。如果希望的话，设备10可以使用三个或更多天线。设备10可以使用（例如在频带覆盖、效率等方面）基本上完全相同的天线，或者可以使用其他类型的天线配置。

在施行天线切换操作时，设备10可以利用任何适当的信号质量量度来测量信号强度。作为一个实例，设备10可以测量接收信号功率，可以收集接收信号强度指标（RSSI）信息，可以收集接收信号代码功率（RSCP）信息，或者可以收集关于接收信号强度的其他信息。

可以对于设备10中的每一个天线收集接收信号强度信息。举例来说，如果设备10包括上方和下方天线，则可以收集对应于在上方和下方天线全部二者中接收的信号的信号强度。可以通过天线切换控制算法对上方和下方天线的接收信号强度进行处理。所述切换算法可以使用切换标准和所测接收天线信号强度来实时确定是否应当切换设备10中的天线指派。如果切换标准得到满足，则可以交换天线。例如如果通过把接收信号强度数据与阈值设定进行比较而确定下方天线被阻挡，则可以把上方天线切换到使用中以替代下方天线。

为了确保设备10在多种环境条件期间保持响应性，可以实时调节切换标准（即一个或多个切换阈值或其他切换算法参数）。其中设备10基于接收信号强度的测量值调节一个或多个阈值的数值的设置有时可以被称作自适应阈值设置。

为了在确保针对不断改变的条件的快速响应的同时抑制噪声，可以对接收信号强度测量应用基于时间的平均滤波器。可以使用多个滤波器，每一个滤波器具有不同的相关联的滤波特性。举例来说，可以有两个、三个或超过三个滤波器，每一个滤波器具有不同的相关联的滤波特性。对于有时可以作为一个实例在此进行描述的一种适当的设置，设备10可以使用一对基于时间的滤波器。

所述基于时间的滤波器可以在相对较长的时间周期（其有时被称作慢速滤波）和相对较短的时间周期（其有时被称作快速滤波）内对信号进行平均。慢速滤波器产生准确的数据，但是不会对真实信号强度的突然改变迅速做出响应。快速滤波器会迅速做出响应。但是由于快速滤波器与慢速滤波器相比在较短时间窗口内对信号进行平均，因此经过快速滤波的信号强度测量往往比慢速滤波器信号强度具有更多噪声。因此，与经过慢速滤波的信号测量相比，可能需要把经过快速滤波的信号测量与更大的阈值进行比较，以避免错误警报（即避免在不适当的时间切换天线的情况）。

如果希望的话，来自外部来源的输入可以被用于做出天线切换决定。来自外部来源的输入例如可以包括来自设备10中的一个或多个传感器的信息。作为一个实例，来自输入-输出设备32中的加速度计的数据可以被用来产生关于设备10的运动的信息。加速度计数据可以被用来确定设备10是处在快速移动的环境中（例如处在汽车或其他移动中的交通工具内）还是已突然停止移动。例如全球定位系统（GPS）数据之类的卫星导航系统接收器数据可以被用来确定设备10的速度（即设备10正在移动还是静止）。关于设备移动的信息和其他外部数据可以被用来实时调节阈值和其他天线切换标准。举例来说，当设备10在处于运动中之后停止移动时，来自GPS接收器或加速度计的运动信息或者其他数据可以被用来确保设备10快速调节天线切换阈值。

在图4中示出了在控制设备10中的天线指派的过程中所涉及的说明性步骤的流程图。图4的实例涉及具有两个天线的设备10的配置（例如区段22和24中的上方和下方天线）。

在步骤100的操作期间，可以对于两个天线当中的每一个进行信号强度测量。具体来说，可以对于第一天线（即正被用来处理设备10的无线业务的当前天线）测量信号强度RC，并且可以对于第二天线（即可用来替代当前天线的替换天线）测量信号强度RA。随后可以计算这些信号强度之间的差异（即信号强度ΔR=RA-RC）。

当接收器分集功能在无线电路34中（即在电路基带处理器58支持接收分集操作的设备10的配置中）可用时，接收器65和61以及相应的第一和第二天线可被用于接收信号。在接收器分集功能不可用的情况下，每次通常使用设备10中的仅仅一个天线（即当前天线）来传送和接收无线通信业务。为了确定对应于另一天线（即替换天线）上的接收信号的信号强度，设备10可以对替换天线上的接收信号强度进行采样，这是通过暂时使用与替换天线相关联的接收器来收集并处理传入信号，或者是通过暂时把替换天线切换到使用中以便在不干扰当前活动天线处理其无线业务的能力的情况下收集信号强度样本。

可以利用无线电路34（例如收发器电路60）和控制电路42（例如基带处理器58和/或电路28）来施行图4的操作，比如信号测量和信号处理活动。当所计算的天线之间的信号强度差异表明替换天线正在接收弱于当前天线的信号或者正在接收仅比当前天线略微更强的信号时，设备10可以保持设备10中的当前天线指派。当所计算的天线之间的信号强度差异表明替换天线正在接收其强度比当前天线高足够数量的信号时，设备10可以将无线电路34配置成使得替换天线被切换到使用中以替代当前天线。

可以利用具有不同的相关联的时间窗口（平均周期）的基于时间的滤波器对各个天线的接收信号的信号强度之间的差异（即差异测量ΔR，其反映出两个天线之间的接收天线信号强度有多少差异）进行时间平均（时间滤波）。可以使用任何适当的滤波方案（例如线性平均、有利于更近来的活动的加权平均、有限脉冲响应（FIR）或无限脉冲响应（IIR）滤波器等等）。如图4中所示，可以对所测量的ΔR数据应用两个不同的滤波器。在步骤102处可以应用慢速滤波器（即在相对较长的时间周期内对所测量的ΔR数值进行平均的滤波器，比如0.5到2秒的时间周期或者其他适当的时间周期）。通过对未经处理的ΔR测量值应用慢速滤波器，在所述慢速滤波器的输出处产生ΔR的经过慢速滤波的版本。在步骤104处可以应用快速滤波器（即在相对较短的时间周期内对所测量的ΔR数值进行平均的滤波器，比如50-150ms的时间周期或者其他适当的时间周期）。通过对所测量的差异数值ΔR应用快速滤波器，在所述快速滤波器的输出处产生ΔR的经过快速滤波的版本。

在步骤112的操作期间，可以对所测ΔR数据的经过慢速滤波的版本应用天线切换标准。举例来说，在步骤112处，可以把所测ΔR数据的慢速滤波器版本与某一阈值（其有时被称作慢速阈值或慢速滤波器阈值）进行比较。在步骤110的操作期间，可以对所测ΔR数据的经过快速滤波的版本应用天线切换标准。举例来说，在步骤110处，可以把所测ΔR数据的快速滤波器版本与某一阈值（其有时被称作快速阈值或快速滤波器阈值）进行比较。

步骤110和112的比较操作的结果可以被用来生成相应的针对切换天线的请求。举例来说，如果ΔR的经过快速滤波的版本大于快速滤波器阈值Δfast，则在步骤110处可以生成针对切换天线的请求。如果ΔR的经过慢速滤波的版本大于慢速滤波器阈值Δslow，则在步骤112处可以生成针对切换天线的请求。所生成的请求可以由布尔值表示（例如逻辑“1”可以表示针对交换天线的请求，逻辑“0”可以表示针对保持当前天线指派集合的希望）。

在步骤114的操作期间，设备10可以使用控制电路42向无线电路34发出相应的命令。对于一种适当的设置，可以利用逻辑“OR（或）”函数来处理在步骤110和112处产生的请求。如果在步骤110处没有生成针对交换天线的请求并且在步骤112处没有生成针对交换天线的请求，则在步骤114处设备10可以拒绝交换天线。如果步骤110的快速阈值比较操作或者步骤112的慢速阈值比较操作表明将要交换天线（或者如果步骤110和步骤112的操作都表明应当交换天线），则在步骤114处设备10可以切换天线，从而用替换天线来替代当前天线。在切换之后，可以使用新选择的天线来接收和/或传送对应于设备10的射频信号。在设备10中可用接收器分集的情况下，设备10可以使用全部两个天线来接收信号，同时使用新选择的天线来进行传送。设备10可以持续地使用图4的各个步骤，从而确保总是将最优的天线切换到使用中。

在差异信号ΔR的量值缓慢变化的情况下，步骤102的经过快速滤波的输出可以紧密地跟踪ΔR。当经过快速滤波的输出由于ΔR中的快速向上波动而迅速升高时，为了避免过早发生天线切换，可能希望把Δfast设定到高于Δslow的数值。举例来说，对应于Δfast的默认（未经调节的）数值可以是10dB（作为一个实例），并且Δslow的（通常是固定的）数值可以是3dB（作为一个实例）。一般来说，Δfast和Δslow可以具有大约1.5到13dB的数值（作为实例）。

在ΔR的经过慢速滤波的版本和经过快速滤波的版本的数值彼此接近的环境中，利用图4中所示的处理的快速滤波器分支通常将产生与利用图4中所示的处理的经过慢速滤波的分支所产生的天线切换请求相当的天线切换请求。在此类情况下，可能希望自适应地降低Δfast的数值。举例来说，可能希望把Δfast降低到等于或者与Δslow相当的水平。按照这种方式降低Δfast允许设备10比原本可能的情况更加快速地对ΔR中的大小适中的变化做出响应。

为了允许调节快速阈值Δfast或其他天线切换标准，可能希望确定ΔR的经过慢速滤波的版本与经过快速滤波的版本之间的变化（V）。如图4中所示，在步骤106处可以计算ΔR的经过慢速滤波的版本与经过快速滤波的版本之间的变化。可以使用任何适当的量度来计量ΔR的经过慢速滤波的版本与经过快速滤波的版本之间的变化数量（例如标准偏差，方差，基于其中经过慢速滤波的数据的平均值充当均值的标准偏差计算的变化数值，平方和等等）。

当变化V较小时，经过快速滤波的数据在量值上与经过慢速滤波的数据接近（也就是说，经过快速滤波的数据是准确的，并且将不会导致错误警报和过早切换）。因此在步骤110处基于经过快速滤波的数据做出切换决定是可以接受的。这可以通过作为V的减小数值的函数降低Δfast的数值来实现。当变化V较大时，通过提高Δfast可以抑制基于经过快速滤波的数据的潜在地不准确的切换决定。

每当ΔR的数值快速改变时（有时被称作快速衰落），经过慢速滤波的数据与经过快速滤波的数据之间的变化V往往较低。设备10在快速移动时（例如当设备10位于正在移动的交通工具中时）可能会遇到ΔR的相对快速的变化。

每当ΔR的数值缓慢改变时（有时被称作缓慢衰落环境），经过慢速滤波的数据与经过快速滤波的数据之间的变化V往往较高。当设备10正在缓慢移动或静止时，设备10可能会遇到缓慢衰落。

在例如移动中的汽车内部之类的快速衰落环境中的持续操作之后，变化V的数值通常将较低，并且Δfast将已减小到相应地较低数值。如果汽车突然停止，则设备10可能从快速衰落环境迅速转变到缓慢衰落环境。为了最小化错误警报和不合期望的天线切换，可能希望每当传感器、卫星导航系统信号（GPS数据）或其他数据表明设备10已从快速衰落环境转变到缓慢衰落环境时（例如当GPS或传感器数据检测到设备10已从移动环境转变到静止环境时）自动增大Δfast的数值。通过图4的线条116示出了使用GPS数据、传感器数据和其他数据来充当针对阈值调节步骤108的输入。

步骤108期间的针对阈值Δfast的调节或其他天线切换标准调节可以按照步进方式来进行（例如通过立即将Δfast返回到默认的更高Δfast数值），可以相对缓慢地进行（例如没有来自输入116的影响），或者可以在适中的速度下进行（例如比立即的改变更加缓慢，但是通过使用输入116比原本可能的情况更加快速）。

当在步骤110和112中进行天线之间的比较时，可能希望考虑到不同的天线接收效率和最大传送功率极限。举例来说，如果对应于第一天线的传送效率比第二天线上的接收效率高1dB，则可以向阈值比较添加1dB的补偿偏移量，以便确保考虑到第一天线的有利传送性能。作为另一个实例，如果对应于第二天线的最大传送功率比对应于第一天线的最大传送功率低3dB（这例如是由于需要服从特定吸收率极限），在确定切换到使用第二天线是否将有利时可以考虑到这一3dB的性能极限。

图5的曲线图示出了当设备10处于缓慢衰落环境中时（例如其中ΔR以大约0.4到0.5秒的时间常数改变）并且当天线阻挡事件期间的实际ΔR（设备10中的天线的相对性能的实际数值）的改变的量值相对较小时（例如小于10dB），如何可以使用图4的操作来切换设备10中的天线。在t0与t1之间的时间期间，当前天线未被阻挡，并且其性能比替换天线好5dB。在时间t1处，当前天线被外部物体阻挡。其结果是，在时间t1处，替换天线的性能比当前天线好4dB。

为了确定是否要从当前天线切换到替换天线，设备10对信号ΔR应用慢速滤波器以产生经过慢速滤波的ΔR，并且对信号ΔR应用快速滤波器以产生经过快速滤波的ΔR。由于图5的情形中的设备10处于缓慢衰落环境中，因此经过快速滤波的ΔR紧密地跟踪信号ΔR，而在时间t0与t1之间，经过慢速滤波的ΔR则接近实际ΔR的实际数值。

由于设备10正操作在缓慢衰落环境中，因此经过慢速滤波的ΔR与经过快速滤波的ΔR之间的变异V较大。因此，在步骤108的操作期间，设备10将阈值Δfast保持在其10dB的标称（默认）数值。由于Δfast保持在10dB，因此设备10在时间tf处不会表现出错误警报（也就是说由于在时间tf处经过快速滤波的ΔR小于Δfast，因此在时间tf处不会切换天线）。

时间t1处的ΔR（实际）中的突然转变使得信号ΔR增大。经过快速滤波的ΔR跟随ΔR，但是由于Δfast被设定到10dB的相对较高数值，因此步骤110的比较操作不会导致来自控制算法的第一分支的针对交换天线的请求。

在时间t1之后，经过慢速滤波的ΔR的数值升高，直到该数值在时间t2处超出Δslow（在该例中是3dB）为止。当经过慢速滤波的ΔR超出Δslow时，步骤112的比较操作生成针对交换天线的请求。因此设备10在时间t2处交换天线（图4的步骤114）。当在时间t2处把替换天线切换到使用中以替代当前天线时，设备10的适当地接收和传送信号的能力得到恢复。在大于时间t2的时间t处，当前天线的性能比替换天线好4dB，并且不会发生切换。

图6的曲线图示出了设备10如何可以在快速衰落环境（例如其中ΔR以大约2-10毫秒的时间常数改变的环境）中对天线阻挡事件做出响应，其中实际ΔR在天线阻挡事件期间的量值改变相对较小（例如小于10dB）。由于设备10在图6的实例中正操作于快速衰落环境中，因此经过快速滤波的ΔR不会跟踪ΔR，而是表示在量值上接近实际ΔR的准确的ΔR平均值。在这种情况下，经过慢速滤波的ΔR与经过快速滤波的ΔR之间的变化V较小。当V较小时，设备10自适应地调节Δfast，正如在图6的曲线图中作为时间的函数减小Δfast的数值所示出的那样。Δfast的减小的数值帮助设备10基于来自控制算法的快速滤波器分支的决定迅速地切换天线。

在时间t1处，当前天线被阻挡，从而使得实际ΔR增大到4dB（从而表明替换天线的性能比当前天线好4dB）。在时间t1之后，经过慢速滤波的ΔR不会对ΔR中的改变迅速做出响应。但是经过快速滤波的ΔR会迅速做出响应。在时间t2处，经过快速滤波的ΔR超出阈值Δfast，并且作为响应，替换天线被切换到使用中以替代当前天线。

图7示出了在天线阻挡事件导致实际ΔR的相对较大改变（超出10dB）的情形下的设备10的性能。在图7的实例中，设备10正操作在缓慢衰落环境中。由于所述缓慢衰落环境，在t1之前的时间t处，经过慢速滤波的ΔR与经过快速滤波的ΔR显著不同。其结果是，变化V相对较高，并且Δfast保持在其10dB的标称数值。在时间t1处，当前天线被阻挡。经过慢速滤波的ΔR缓慢地做出响应，并且不会超出Δslow。但是经过快速滤波的ΔR会迅速做出响应。在时间t2处，经过快速滤波的ΔR超出Δfast（例如10dB），并且设备10把替换天线交换到使用中以替代当前天线。图7的实例示出了控制算法的快速滤波器分支如何能够即使在缓慢衰落环境中仍然发出准确的天线切换请求，前提是在天线阻挡事件期间的实际ΔR的改变大于Δfast的默认数值。

如图6和7的实例中所示，天线切换控制算法中的快速滤波器分支的存在允许设备10比在仅包含慢速分支的设备中所可能的情况更加迅速地把最优天线切换到使用中。当条件允许时（例如在图6的快速衰落环境中），可以减小快速阈值Δfast的数值，以便提高设备10可以对暂时性天线恶化事件做出响应的速率。

图8示出了在设备10最初操作于快速衰落环境中并且随后操作于缓慢衰落环境中的情形下的设备10的性能。例如当用户在停下来（时间t3处）的移动中的汽车中使用设备10时可能会出现此类情形。在快速衰落环境中的操作期间，Δfast从其10dB的默认数值被自适应地减小到3dB的最小数值。

在时间t3处，设备10的操作环境从快速衰落环境改变成缓慢衰落环境。设备10可以利用GPS数据、加速度计数据或者其他外部数据检测时间t3处的这一操作环境改变。作为响应，设备10可以增大Δfast以防止错误警报（即由于其中经过快速滤波的ΔR超出减小的3dBΔfast阈值的情况而导致的不适当的天线触发请求）。如线条200所示，例如Δfast可以在时间t3处立即被恢复到其10dB的默认数值。如线条202所示，如果希望的话，Δfast可以被逐渐恢复（在没有来自输入116的反馈的情况下）。由线条204示出的另一种可能性涉及把Δfast恢复到适当水平的速度提高到超出线条202的相对缓慢的速度。线条204可以对应于其中响应于检测到快速衰落时段与缓慢衰落时段之间的转变而暂时性提高计算变化V的速度的方案。在图8的实例中，通过使用与线条202相关联的阈值适配方案可能会在时间t4处导致不合期望的天线切换事件。通过使用加速采用方案可以避免这种情况，比如与线条200相关联的方案或者与线条204相关联的方案。

如果希望的话，可以把可选的定时器操作合并到控制算法中。利用定时器，设备10上的控制算法可以对天线切换施加要求，即每单位时间满足特定阈值条件特定次数。所述定时器例如可以被合并到控制算法的慢速滤波器分支（和/或控制算法的快速滤波器分支）中。利用所述定时器，可以在天线切换阈值的大小（比如对应于慢速滤波器分支的Δslow的大小，或者对应于快速滤波器分支的Δfast的大小）与阈值条件每单位时间必须被满足的次数之间取得折中。例如如果要求每15ms超出阈值5次，则相对于在没有定时器的情况下本将使用的阈值数值可以降低所述阈值的量值。对于要求每15ms超出阈值5次的定时器极限的使用仅仅是说明性的。如果希望的话，可以使用规定在施行天线切换操作之前每单位时间必须超出阈值多少次的其他适当的极限数值。此外，可以实时地并且自适应地调节定时器极限或其他基于时间的标准（以作为对例如Δslow和Δfast之类的阈值的进行自适应调节的替换或补充）。可以在图4的步骤110和112的操作期间应用及调节例如这些可选的定时标准（并且可以对例如Δslow和Δfast之类的阈值进行可选的自适应调节）。

虽然前面在具有不同滤波速度（例如慢速和快速）的两个滤波器的设置的情境中描述了图4的说明性天线切换操作，但是如果希望的话可以把更多时间平均滤波器分支合并到控制算法中。举例来说，所述控制算法可以包括具有相应的慢速、中速和快速滤波特性的三个分支。

前面的内容仅仅是为了说明本发明的原理，在不背离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以做出各种修改。

Claims (20)

1.一种用于使用具有至少两个天线的电子设备的方法，其中一个天线被选择性地使用来处理无线通信业务，所述方法包括：

利用各个天线获得反映出各个天线之间的接收天线信号强度相差多少的差异测量；

对所述差异测量应用具有不同滤波速度的第一和第二滤波器，从而产生相应的第一和第二经过滤波的差异测量；以及

对第一和第二经过滤波的差异测量应用天线切换标准，以便确定是否要把第一天线切换到使用中以替代第二天线处理无线业务。

2.如权利要求1所述的方法，其中，应用天线切换标准包括：把至少其中一项经过滤波的差异测量与阈值进行比较。

3.如权利要求2所述的方法，其还包括：实时调节所述阈值。

4.如权利要求3所述的方法，其中，调节所述阈值包括：响应于所计算的第一经过滤波的差异测量与第二经过滤波的差异测量之间的变化来调节所述阈值。

5.如权利要求4所述的方法，其还包括：

收集关于所述电子设备是否正从快速衰落环境转变到缓慢衰落环境的信息，其中调节所述阈值包括响应于所收集的信息来调节所述阈值。

6.如权利要求5所述的方法，其中，收集所述信息包括：

利用卫星定位系统接收器产生移动数据。

7.如权利要求5所述的方法，其中，收集所述信息包括：

利用加速度计定位系统接收器产生移动数据。

8.如权利要求1所述的方法，其中，应用天线切换标准包括：把第一经过滤波的差异测量与第一阈值进行比较，并且把第二经过滤波的差异测量与不同于第一阈值的第二阈值进行比较。

9.如权利要求8所述的方法，其还包括：实时调节第二阈值。

10.如权利要求9所述的方法，其还包括：

计算在第一经过滤波的差异测量与第二经过滤波的差异测量之间表现出多少变化。

11.如权利要求10所述的方法，其中，调节第二阈值包括：响应于所计算的变化来调节第二阈值。

12.一种操作具有第一和第二天线的电子设备的方法，其中一个天线被选择性地切换到使用中以充当处理所述电子设备的无线通信业务的当前活动天线，所述方法包括：

测量与通过第一天线接收天线信号相关联的第一信号强度；

测量与通过第二天线接收天线信号相关联的第二信号强度；

通过计算第一和第二所测信号强度之间的差异产生差异测量；

对所述差异测量应用第一平均滤波器以产生第一经过滤波的差异测量；

对所述差异测量应用第二平均滤波器以产生第二经过滤波的差异测量；以及

对第一和第二经过滤波的差异测量应用天线切换标准，以便确定哪一个天线要充当当前活动天线。

13.如权利要求12所述的方法，其中，应用天线切换标准包括：把第一经过滤波的差异测量与第一阈值进行比较，并且把第二经过滤波的差异测量与不同于第一阈值的第二阈值进行比较。

14.如权利要求13所述的方法，其还包括：在所述电子设备的操作期间调节第二阈值。

15.如权利要求14所述的方法，其中，调节第二阈值包括：

计算在第一经过滤波的差异测量与第二经过滤波的差异测量之间存在多少变化；以及

响应于所计算的变化的减小而降低第二阈值。

16.如权利要求15所述的方法，其中，调节第二阈值包括：响应于确定所述电子设备的移动已变慢而增大第二阈值。

17.一种电子设备，其包括：

包括至少第一和第二天线以及耦合到第一和第二天线的射频收发器电路的无线电路；以及

被配置成控制无线电路把第一和第二天线当中所选的一个切换到使用中以处理所述电子设备的无线通信业务的控制电路，其中所述控制电路和无线电路被配置成：

获得反映出各个天线之间的接收天线信号强度相差多少的差异测量；

对所述差异测量应用具有相应的不同滤波速度的第一和第二基于时间的平均滤波器，从而产生相应的第一和第二经过滤波的差异测量；以及

对第一和第二经过滤波的差异测量应用天线切换标准，以便确定是否要把第一或第二天线切换到使用中以处理无线通信业务。

18.如权利要求17所述的电子设备，其中，所述天线切换标准包括第一和第二阈值，并且其中所述控制电路和无线电路还被配置成：

把第一经过滤波的差异测量与第一阈值进行比较，以便确定是否要生成第一天线切换请求；以及

把第二经过滤波的差异测量与第二阈值进行比较，以便确定是否要生成第二天线切换请求。

19.如权利要求18所述的电子设备，其中，所述控制电路和无线电路还被配置成：对第一和第二天线切换请求进行处理，以便确定是否要对第一和第二天线当中正被用来处理无线通信业务的那一个进行切换。

20.如权利要求18所述的电子设备，其中，所述控制电路和无线电路还被配置成：在所述电子设备在无线网络中的操作期间，实时调节第二阈值。