CN105027460B - 用于室内无线局域网的智能天线平台 - Google Patents

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Abstract

一种装置，包括：第一偶极天线、波束赋形天线阵(BFAA)、耦合至所述偶极天线的第一开关、耦合至所述BFAA的第二开关以及耦合至所述第一开关和所述第二开关的处理器；其中，所述处理器用于通过设置所述第一开关和所述第二开关的状态选择多输入多输出(MIMO)天线配置或波束赋形配置。

Description

用于室内无线局域网的智能天线平台
相关申请案交叉申请
本申请要求2012年12月31日递交的发明名称为“用于室内无线局域网的智能天线平台”的第13/731,899号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及通信网络，以及在特定实施例中，涉及一种用于室内无线局域网的智能天线平台。
背景技术
随着无线局域网(WLAN)和WiFi技术的演进，对支持更高容量(例如，更多用户)同时保持吞吐量和服务质量(QoS)的需求也在增长。另外，随着用户和用户终端数量的增多，传输环境的抵抗性也可能增加，这对单个用户而言，可能会导致更多的干扰，频谱效率低下和更低的数据吞吐量。例如，在多用户宽带无线(如WiFi)环境(如商业中心、办公室、宾馆和医院等)中，在包含有全向天线系统的传统WLAN中，每个用户都可能扮演着其他用户的噪音来源(如干扰)。在此例中，每个用户的数据吞吐量都会因干扰影响而降低。而且，由于频谱效率低下和带宽限制，每个用户的数据吞吐量可能进一步降低。
传统的WLAN设备、系统和方法可采用波束赋形天线系统提升系统的效率(如频谱效率和数据吞吐量等)，减轻传输环境的抵抗性。例如，可采用波束赋形天线系统将天线射频(RF)模式定向至和/或集中至一个或多个特定用户。在多数室内环境中，传统的波束赋形方法往往复杂庞大且效率低下。例如，包含有波束赋形天线系统的传统WLAN设备、系统和方法可能要求设计定向天线振子和/或包括一个或多个激活电路(如放大器和移相电路等)。依此，需要提供能够更有效地将天线RF模式调节和/或引导至一个或更多目标用户的设备、系统和方法。
进一步地，多输入多输出(MIMO)天线和相关信号处理已成为提高室内无线系统中数据速率的重要技术。在未来系统中，能够快速有效地在MIMO天线与波束赋形天线之间进行切换，以便能够适应信道条件和干扰模式的变化。因此，亟需用于提供MIMO天线和波束赋形天线两者优势的天线平台。
发明内容
在一实施例中，本发明包括一种装置，包括：第一偶极天线、波束赋形天线阵(BFAA)、耦合至所述偶极天线的第一开关、耦合至所述BFAA的第二开关以及耦合至所述第一开关和所述第二开关的处理器；其中，所述处理器用于通过设置所述第一开关和所述第二开关的状态选择MIMO天线配置或波束赋形配置。
在另一实施例中，本发明包括一种方法，包括：识别目标用户设备；确定使用波束赋形或多输入多输出(MIMO)配置；根据所述确定的配置，激活偶极天线和波束赋形天线阵(BFAA)中的一根或多根天线；通过使用波束赋形配置或MIMO配置发送数据，与所述目标用户设备进行通信。
在又一实施例中，本发明包括一种无线通信设备，包括天线平台，所述天线平台包括：偶极天线、第一BFAA、第二BFAA、耦合至所述天线平台的收发机以及耦合至所述收发机的处理器，其中，所述处理器用于选择所述天线平台的波束赋形配置或MIMO配置，并控制所述收发机使得所述天线平台具有所述选择的配置。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式而描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表示相同部分。
图1为波束赋形天线阵(BFAA)的一实施例的透视图；
图2为BFAA的一实施例的侧视图；
图3为BFAA的一实施例的俯视图；
图4为BFAA射频模式的一实施例的透视图；
图5为与单个用户进行通信的BFAA的一实施例的俯视图；
图6为与单个用户进行通信的BFAA的另一实施例的俯视图；
图7为与两个用户进行通信的BFAA的一实施例的俯视图；
图8为与四个用户进行通信的BFAA的一实施例的俯视图；
图9为无线通信设备的一实施例的示意图；
图10为天线配置选择方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
许多传统通信系统采用波束赋形或MIMO方法，但缺乏在这两种方法之间进行切换的足够能力。波束赋形在多径环境中的表现可能不好。例如，多径影响和阻碍可能使生成的波束严重退化，从而在室内环境中导致巨大损失。
MIMO可作为波束赋形的替代物引入，但是MIMO方法在某些环境中也有缺点。例如，当存在高度干扰时，MIMO系统，尤其是基于空间复用的MIMO系统可能会极大地丧失其有效性。应对MIMO中的干扰问题可能是一项复杂的任务。在MIMO环境下考量时，传统的干扰管理技术可能益处有限(有时甚至适得其反)。更具体地，MIMO中的干扰问题可能需要一组技术(问题过大，单个技术难以解决)，这可能要求广泛的研究和分析。进一步地，远离发送机时，MIMO系统可能会由于信道状态信息或指示(CSI)退化和多路径本质等而非常快速地丧失增益。
为应对波束赋形的缺陷，802.11.n和802.11ac标准引入了隐式和显式数字波束赋形。室内环境下的一些研究表明，模拟和数字波束赋形都可能会瓦解和/或失去其大多数性能优势。当前标准化的数字波束赋形(显式/隐式)的增益可限于2分贝(dB)左右。
在此方法中，接入点(AP)可能会尝试检测信号从客户端到达其各个阵元的不同相位。实践中，由于室内环境下的多种反射和折射，通过测量信号到达相位的差异，该AP对客户端的印象可能并不准确可靠。隐式波束赋形中，可将上述相位差异用作可应用于AP天线的相位差异，以实现到该客户端的下一轮发送的相位的最大建设性混合。这种方法可能有两点缺点，特别是在承受高度干扰的未来WLAN网络中。第一，上行(客户端至AP)配置可用于在下行链路(AP至客户端)中操控信号。然而，事实上，信号行为在上行与下行之间可存在巨大差别。第二，如果在每根天线上测得的功率受到不同位置的相同频率的干扰的影响，那么对功率与定向性的相关性的估计可能是错误和虚假的。
为应对上述第一个问题，即，将上行接收和下行发送关联的问题，802.11委员会定义了称为客户端至AP的显式波束赋形的通信协议。然而，由于此方案并未直接解决错误CSI的影响，该方案可能会因干扰和距离而遭受与MIMO相同的问题。也就是说，它可能对干扰非常敏感，并且可能仅为更短距离提供足够性能。另外，该方案可能需要在客户端内做一些改变。
室内环境的多个研究表明，模拟和数字波束赋形可能瓦解并遭受重大的性能退化。进一步地，该物理方向与有效方向之间的相关性可能因环境的不同而不同。
在最新的现有技术中，可能会有一些厂商对全向天线使用基本相移来改变空间中特定位置下的相位相加或相减以及提高信噪比。然而，这些方案可能不会抑制干扰，在多用户场景中并不奏效。
其他方案可能会采用可切换的天线振子，但可能不使用MIMO，因此在短距离内导致性能低下。另外，其天线振子可能有极差的前后抑制比(front-to-back ratio)，这可能会阻止充分扇区化和干扰抑制。
本文公开了智能天线平台的实施例，智能天线平台能够提供MIMO或波束赋形天线模式，并能够在MIMO与波束赋形操作之间快速切换。如本文所公开，该智能天线平台可包括一个或多个BFAA。每个BFAA可用于提供全向模式，从而提供MIMO能力。而且，来自不同BFAA的信号可相互结合提供定向模式，从而提供波束赋形能力。进一步地，该智能天线平台可包括用于在MIMO配置与波束赋形配置之间快速切换的切换设备或电路。该智能天线平台可提供天线阵对室内无线信道的有效定制和实时适应。
BFAA 200的不同透视图如图1、图2和图3所示。BFAA 200可以是智能天线平台的组件。BFAA 200可包括反射器202和多个天线振子204(如天线振子204a–204d)。在一实施例中，反射器202通常可包括：适合用于反射至少一部分RF信号的材质，例如，一个或多个天线振子204发射的RF信号。例如，在一实施例中，反射器202通常可包括坚固的金属表面和/或金属丝表面，例如，其材质为铝、铜、金、本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的导电材质，或其组合。在一实施例中，反射器202可包括一条或多条折线和/或沿着每个部分的一条或多条边接合的两个或多个部分(如金属表面)。例如，在图1的实施例中，反射器202可包括相互垂直(如约90度)且可沿一条公共边(如沿纵轴504)接合的四块固体金属表面部分(如反射器部分202a–202d)。在这一实施例中，如图3所示，反射器202(如反射器部分202a–202d)可用于将水平面(如第一水平轴500和第二水平轴502所定义的面)分割成多个扇区(如扇区510a–510d)。在一替代性实施例中，反射器可包括6个部分、8个部分、10个部分、12个部分或本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他数量个部分。另外或可替代地，反射器的跨距可小于一个完整的圆，例如，约90度、180度或270度，或者，反射器的跨距是一个完整的圆，例如，约360度。在实施例中，反射器(如多个反射器部分)可进一步将该水平面划分为额外的扇区，从而增加水平面的可寻址的分辨率或粒度，如将在本文公开的那样。另外，在一实施例中，反射器202的结构和/或形状可配置为圆柱形、球形、抛物线形或本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的形状。在一实施例中，如图3所示，反射器202的截面宽度512可为约50毫米(mm)、25毫米、75毫米、100毫米或本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的宽度。另外，如图2所示，反射器202的高度514可为约64毫米、32毫米、75毫米、100毫米、200毫米或本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的长度。
在一实施例中，天线振子204可用于发送和/或接收RF信号(如WiFi信号)，以及响应一个或多个预定频带。例如，天线振子204可用于在预定频带内，如IEEE 802.11标准所定义的频带(如2.4兆赫兹(GHz)频带或5GHz频带)，响应RF信号(如WiFi信号)。在一附加或替代性实施例中，天线振子204可用于响应本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的频带。在一实施例中，天线振子204通常可包括单极天线、偶极天线、折叠偶极天线、平板天线、微带天线、环形天线、全向天线、平面倒F天线(PIFA)、折叠倒置共形天线(FICA)和本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当类型和/或配置的天线，或其组合。在图1、图2和图3的实施例中，BFAA 200通常可包括四个偶极天线振子204a–204c。在一替代性实施例中，BFAA可包括本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何适当数量和/或类型的天线振子。在一实施例中，例如，如图3所示，一个或多个天线振子204(如天线振子204a–204d)可置于反射器202所定义的一个或多个扇区(如扇区510a–510d)内和/或与所述一个或多个扇区大体上相邻，如前文所公开。在一实施例中，如图2所示，天线振子204的间距516可以是约62.5毫米、31.5毫米、20毫米、75毫米或者是本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的间距。此外，天线振子204和反射器202彼此可以不直接接触，并且可被空气隔开。在一实施例中，天线振子204可配置为被选择性地激活，可单独或结合两个或多个天线振子被激活。天线振子204与反射器202紧密相邻，以实现本文所谈及的不同天线模式。
在一实施例中，BFAA 200可用于调整和/或引导BFAA 200的天线RF模式，例如，为了指向一个或多个用户设备或客户端设备。波束赋形方法在现有技术中已被熟知，随之，可采用任何适当的波束赋形方法。在一实施例中，BFAA 200可用于结合反射器202的至少一个部分激活一个或多个天线振子204，从而在BFAA 200和/或反射器202所定义的一个或多个扇区(如扇区510a–510d)内形成天线RF模式或波束。例如，在图4的实施例中，BFAA 200可用于沿第一目标用户302a和第二目标用户302b的方向调节天线RF模式350。另外，在这一实施例中，BFAA 200可用于沿偏离目标用户302a–302b的方向和/或沿一个或多个非目标用户304a–304b的方向大体上抑制天线RF模式350。反射器202的使用，与无反射器的类似系统相比，可产生更佳的效果。
在图5的实施例中，BFAA 200用于激活BFAA 200的单个扇区(如扇区600a)，以及沿一个或多个目标用户(如目标用户302)的总体方向形成天线RF波束351。例如，BFAA 200可用于连接收发机104上的多个开关，使得所述多个开关选择性地激活(例如，在BFAA 200与收发机104之间提供电气通信)一个或多个天线振子204。另外，在这一实施例中，在目标用户未置于其中的一个或多个扇区(如第二扇区600b，第三扇区600c和第四扇区600d)内，至少可部分抑制天线RF波束351。例如，收发机104上的一个或多个开关可以不激活一个或多个天线振子204。在图6的实施例中，BFAA 200用于激活BFAA 200的两个扇区(如第一个扇区600a和第二个扇区600d)，以及沿一个或多个目标用户(如目标用户302)的总体方向形成天线RF波束352。另外，在这一实施例中，在目标用户未置于其中的一个或多个扇区(如第三个扇区600b和第四个扇区600c)内，至少可部分抑制天线RF波束351。在图7的实施例中，BFAA200用于激活BFAA 200的两个非相邻扇区(如第一个扇区600d和第二个扇区600b)，以及沿两个目标用户(如第一目标用户302a和第二目标用户302b)的方向形成天线RF波束353。另外，在这一实施例中，在目标用户未置于其中的一个或多个扇区(如第三个扇区600c和第四个扇区600a)内，至少可部分抑制天线RF波束353。在图8的实施例中，BFAA 200用于激活BFAA 200的所有扇区(如第一扇区600a、第二扇区600b、第三扇区600c和第四扇区600d)，以及沿多个目标用户(如第一目标用户302a、第二目标用户302b、第三目标用户302c和第四目标用户302d)的方向形成天线RF波束354。在一替代性实施例中，BFAA 200可用于激活本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当数量和/或组合的天线振子。
图9示出了一个包含有智能天线平台的无线通信设备900的实施例。无线通信设备900可以是，例如，WLAN中的无线接入点。无线通信设备900可包括微控制器单元(MCU)912、收发机904、偶极天线910、BFAA920、BFAA 930、开关902和两个16态开关904，其排列如图9所示。在这一实施例中，无线通信设备900用于(向/从一个或多个目标用户)发送和/或接收RF信号(如WiFi信号)。虽然图9示出了一个采用偶极天线910、BFAA 920和BFAAA 930的特定实施例，但是无线通信设备可采用任意数量个BFAA和偶极天线。BFAA 920和BFAAA 930的配置均可配置为前文所述的BFAA 200。例如，BFAA 920和BFAAA 930均可包括四根偶极天线和反射器部分，其配置如图1–3所示。第一BFAA 920可配置第一极化(如垂直极化)，第二BFAA930可配置第二极化(如水平极化)，第二极化大体上与第一极化垂直。BFAA 920和BFAA 930的不同极化可由本领域技术人员轻松实现。
为改变多个可用的天线配置，无线通信设备900可激活至少一个开关，如开关202或16态开关204等。例如，无线通信设备可选择最适合当前操作环境的天线配置。16态开关904可通过四导线(四导体)连接954控制BFAA 920或930四根偶极天线中的每一根。该四根导线中的每一根可对应BFAA 200的四根偶极天线中的每一根。开关904的状态可以指信号是否在954的每个导体上。因此，对于四导线连接954的四根导线中的每一根，开关204著称有16种对应“关”或“开”的状态(即，所传输的通信信号)。请注意，BFAA至少一根天线所连接的16态开关的状态数量为15个，剩余的一个状态为BFAA所有天线未连接的状态。开关902仅有两个状态——与信号是否通过偶极天线910发送相对应的“开”或“关”。
无线通信设备900决定以MIMO模式进行通信时，BFAA 920和BFAA930均可视作单根全向天线，BFAA中的所有四根天线发送相同信号，从而BFAA的总体模式与单根偶极天线类似，为全向。并且，偶极天线910可开启，从而产生花费便宜的第三天线。因此，事实上BFAA920、BFAA 930和偶极天线910具有全向天线模式，产生了第三天线(也称为3x3)MIMO配置。无线设备900决定以波束赋形模式进行通信时，偶极天线910关闭(例如，通过开关902)，根据所希望的天线模式激活(例如，通过相应的开关904)BFAA 920和BFAA 930各自的偶极天线中的少于四根偶极天线。
通信设备900处在MIMO传输模式时，通过偶极天线910发送第一数据信号，通过BFAA 920的每根天线发送第二数据信号，通过BFAA 930的每根天线发送第三数据信号。前端模块908可复制第二数据信号以供16态开关904使用。类似地，前端模块908可复制第三数据信号以供16态开关904使用。第一、第二和第三信号可携带不同的信号流。通信设备900处在波束赋形传输模式时，从BFAA 920和BFAA 930的各天线处(例如，若BFAA920和BFAA 930与BFAA 200相同时的偶极天线)发送相同的数据信号，所述天线作为全向天线被激活和操作。
假设从另一无线设备处发送信号，无线通信设备900在接收模式接收该信号。通信设备900处在MIMO接收模式时，可(通过开关902)激活偶极天线910接收该信号，可(通过处在从所有四根导线954接收信号的状态的一个16态开关904)激活BFAA 920接收该信号，可(通过处在从所有四根导线954接收信号的状态的第二个16态开关904)激活BFAA 930接收该信号。通信设备900处在波束赋形接收模式时，可通过关闭开关902去激活偶极天线910；通过适当设置16态开关904由少于所有四根导线954选择性地接收该信号，BFAA 920可具有定向接收模式；通过适当设置另一个16态开关904由少于所有四根导线954选择性地接收该信号，BFAA 930可具有定向接收模式。
无线通信设备900可包括多个功能单元。在一实施例中，功能单元(如集成电路(IC))可执行单个功能，例如，作为放大器或缓冲器。该功能单元可在单个芯片上执行多种功能。该功能单元可包括可执行所定义功能的IC上的一组组件(如晶体管、电阻器、电容器、二极管和/或电感器)。该功能单元可包括一组具体的输入、一组具体的输出以及带有所述IC的其他功能单元和/或外部组件的接口(如电接口、逻辑接口和/或其他接口)。在一些实施例中，该功能单元可包括单个功能的重复实例(如单个芯片上的多个触发器或加法器)，或者可包括两个或多个不同类型的可共同为该功能单元提供其整体功能性的功能单元。例如，微处理器或微控制器可包括功能单元，例如，算术逻辑单元(ALU)、一个或多个浮点单元(FPU)、一个或多个加载或存储单元、一个或多个分支预测单元以及一个或多个存储器控制器和其他诸如此类的模块。在一些实施例中，该功能单元还可细分为组件功能单元。例如，如果微处理器与至少一个其他功能单元(如高速缓冲存储器单元)共用电路，微处理器或微控制器作为一个整体可被视为IC的功能单元。
功能单元可包括，例如，通用处理器、数学处理器、状态机、数字信号处理器、视频处理器、音频处理器、逻辑单元、逻辑元件、复用器、解复用器、切换单元、切换元件、输入/输出(I/O)元件、外围控制器、总线、总线控制器、寄存器、组合逻辑元件、存储单元、可编程逻辑器件、存储器单元、神经网络、传感电路、控制电路、数模转换器、模数转换器、振荡器、存储器、过滤器、放大器、混频器、调制器、解调器和/或本领域普通技术人员所能理解的任何其他适当的设备。无线通信设备900可包括多个分布式组件和/或功能单元，每个功能单元可通过适当的信号管线，例如，通过一个或多个电连接，与一个或多个其他功能单元进行通信，如将在本文公开的那样。
在一实施例中，MCU 912可用于控制无线通信设备900的一个或多个功能单元和/或控制通过无线通信设备900的数据流。例如，MCU 912可用于(例如，通过电连接950)与收发机904传送一个或多个电信号(如数据包)，和/或在所述电信号上执行一个或多个进程(如鉴权和数据包监控逻辑等)。在这一实施例中，一个或多个所述进程可在软件，硬件或软件和硬件的结合中执行。
MCU 902可包括处理器914和存储器916。虽然是作为单个处理器示出，处理器914不限于此，可以包括多个处理器。处理器914可作为一个或更多CPU芯片、内核(例如，多核处理器)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或数字信号处理器(DSP)予以实现。处理器914可用于控制开关954和956的状态来控制天线模式。例如，为开启或关闭偶极天线910、BFAA 920或BFAA 930中的至少一个，处理器914可控制开关902和/或904，从而使已开启的设置产生波束赋形或全向天线模式的配置。
存储器916可用于为无线通信设备900存储信息(如数据)，并且可用于向存储器916的一个或多个存储单元读取和/或写入数据。在一实施例中，存储器916可包括只读存储器(ROM)，随机访问存储器(RAM)，闪存，外部存储器(如安全数码(SD)卡)，本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何适当类型的存储器设备，或其组合。在一实施例中，收发机904可通过配置符合电气和电子工程师学会(IEEE)802.11和/或802.16标准和/或协议的要求。在一附加或替代性实施例中，收发机904可通过配置符合本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的标准和/或协议的要求。
收发机904可用于(例如，通过偶极天线910、BFAA 920和/或BFAA930)向/从无线通信设备900支持和/或提供无线通信。在一实施例中，收发机904通常可包括介质访问控制器(MAC)906和前端模块(FEM)908。
MAC 906可用于(例如，通过电连接950)与MCU 902传送电信号(如数据信号)，以及(例如，通过电连接952)与FEM 908传送MAC层数据信号。MAC 906可用于(如为控制数据信号流量)提供寻址和/或提供信道访问控制机制。例如，MAC 906可用于实现载波侦听多址(CSMA)协议、载波侦听多址访问/冲突避免(CSMA/CA)协议、载波侦听多址访问/冲突检测(CSMA/CD)协议、载波侦听多址访问/冲突避免和采取优先级裁决(CSMA/CARP)协议、多址访问/冲突避免(MACA)协议、无线多址访问冲突避免(MACAW)协议、纯ALOHA协议、时隙ALOHA协议、预约ALOHA(R-ALOHA)协议、移动时隙ALOHA(MS-ALOHA)协议、动态时分多址(TDMA)协议、分布式协调功能(DCF)、点协调功能(PCF)、混合式协调功能(HCF)或本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的介质访问协议。
FEM 908可用于(例如，通过电连接152)与MAC 906传送MAC层数据信号，以及(例如，通过电连接954)与BFAA 200或(例如，通过电连接956)与偶极天线910传送一个或多个物理信号。在一实施例中，FEM108通常可用于过滤电信号(如MAC层数据信号)，放大电信号，混合电信号(如上变频电信号或下变频电信号)，调制电信号，控制或配置电流的流动路径(如打开或闭合一个或多个天线开关)，以及本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的信号处理，或其组合。另外，在一实施例中，FEM 908可用于调制电信号，例如，实现跳频扩频(FHSS)调制、直接序列扩频(DSSS)调制、正交频分复用(OFDM)、高速直接序列扩频(HR-DSSS)或本领域普通技术人员一看本发明便能理解的任何其他适当的调制技术。
在图9的实施例中，偶极天线910、BFAA 920和/或BFAA 930可用于连接至和/或耦合至收发机904和/或FEM 908(例如，通过电连接952和/或954)，并且从/向没无线通信设备900接收和/或发送RF信号(如WiFi信号)。另外，在这一实施例中，在目标用户未置于其中的一个或多个扇区(如第二扇区600b，第三扇区600c和第四扇区600d)内，至少可部分抑制天线RF波束351。例如，收发机904上的一个或多个开关可以不激活一个或多个天线振子904。
通信设备900的天线配置可提供极化分集和空间分集(如果偶极天线910、BFAA920和BFAA 930的相互间隔足够远)。
图10为一种天线配置选择方法的实施例1000的流程图。如图10所示，该实施例1000通常可包括以下步骤：识别一个或多个目标用户1002；确定波束赋形或MIMO配置1004；根据确定的配置激活一个或多个天线振子1006；与目标用户进行通信1008。
识别目标用户设备1002时，通信设备(例如，WLAN AP)包括BFAA，如BFAA 200，可供有一个或多个无线宽带用户设备(如WiFi用户)的场所使用。例如，该通信设备和/或BFAA200可供商业中心、办公室、宾馆、医院、大学和/或本领域普通技术人员所能理解的任何其他适当场所使用。在这一实施例中，可授权一个或多个用户设备访问该通信设备。例如，一个或多个用户设备可能能够提供和/或发送鉴权信号(如密码或密钥)。
确定天线配置1004时，BFAA可扫描周围环境来识别和/或定位一个或多个授权用户。例如，该WLAN设备可扫描(如激活)该BFAA的每个扇区，例如，来查询用户和/或监听RF信号(如鉴权信号)，从而识别一个或多个授权目标用户以及所述一个或多个授权目标用户针对BFAA的相对位置。该WLAN设备还可以检测一个或多个干扰源的位置，确定到目标用户的估计距离，例如，基于信号干扰噪声(SINR)测量。基于此信息，该通信设备可确定波束赋形或MIMO配置为最好的通信配置。例如，如果干扰严重，波束赋形配置可能是想要的，然而如果距离较短，MIMO配置可能是想要的。
激活一个或多个天线振子1006时，该通信设备可配置BFAA，从而在BFAA的一个或多个扇区内，沿该一个或多个授权目标用户的总体方向形成天线RF波束。例如，请再参考图4，BFAA 200结合反射器202的至少一部分激活一个或多个天线振子204，从而形成该天线RF波束，如前文所公开。另外，在这一实施例中，该通信设备还可配置BFAA在无授权目标用户的BFAA的一个或多个扇区内大体上抑制天线RF波束。或者，激活一个或多个天线振子1006时，该通信设备可配置BFAA以全向模式运行，并且该通信设备还可以配置第二BFAA和/或单根偶极天线以全向模式运行，从而提供3x3MIMO能力。
与目标用户进行通信1008时，在沿所述一个或多个授权目标用户的总体方向形成天线RF波束之后，例如，通过CSMA协议，该通信设备和/或BFAA可与授权用户建立通信信道。在这一实施例中，在建立通信信道之后，该通信设备可与所述一个或多个授权目标用户传送(如发送和/或接收)RF信号。例如，该通信设备可通过BFAA与所述一个或多个授权目标用户传送多个数据包。
在一实施例中，识别一个或多个目标用户，确定天线配置，激活一个或多个天线振子，以及与目标用户进行通信的过程可以重复。例如，与前文公开的方式类似，BFAA 200可被重配置为沿所述授权目标用户的总体方向形成替代性天线RF波束。
方法1000可在通信设备中实现，例如图9中的通信设备900。例如，收发机904可用于与MCU 912相互协调执行步骤1002。处理器914可用于基于步骤1002中接收的信息执行步骤1004。开关902和904可用于执行步骤1006。一旦设置好开关902和904的状态，无线设备900可用于执行步骤1008。
本文呈现的天线架构可提供以下益处：
波束赋形模式实时适应室内场景：
通过引入可在各种波束赋形配置选项之间进行快速切换的智能天线平台，可基于SINR等各种标准选择最优的天线波束。
节约成本，在MIMO和波束赋形之间快速切换：
以电子方式改变天线模式从而与MIMO完美匹配的天线架构得以呈现。
干扰缓解和多用户环境：
可基于干扰、用户物理位置、功率和频率用途进行重配置的天线架构得以呈现。
波束赋形/自适应天线阵：
能够适应三维辐射图的天线架构得以呈现，使干扰得到消除，并向目标用户引入最大化的定向性。
环境范围广：
不像传统的波束赋形可能只在室外环境中运行良好，无论在室内还是室外环境中都可为多用户和多干扰信号提供足够覆盖的天线架构得以呈现。
分集增益：
可通过极化分集、空间分集(spatial diversity)和空间分集(space diversity)三种方法提供分集的天线架构得以呈现，在任何干扰和多径场景下可提供最佳链路。
其他益处包括：
能够在全向意义上监听环境然后相应适应其模式的天线架构得以呈现。可基于范围和有效性选择天线配置。例如，MIMO可应用于短距离通信，自适应波束赋形可应用于中长距离通信。在每个场景中均可选择最佳配置。
本发明公开了至少一项实施例，而且所属领域的普通技术人员对实施例和/或实施例的特征做出的变化、组合和/或修改均在本发明的范围内。通过组合、整合和/或忽略各项实施例的特征而得到的替代性实施例也在本发明的范围内。在明确说明数字范围或限制的情况下，此类表达范围或限制应被理解成包括在明确说明的范围或限制内具有类似规模的迭代范围或限制(例如，从约为1到约为10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。例如，只要公开具有下限Rl和上限Ru的数字范围，则明确公开了此范围内的任何数字。特定地，在所述范围内的以下数字是明确公开的：R＝R1+k*(Ru–R1)，其中k为从1％到100％范围内以1％递增的变量，即，k为1％、2％、3％、4％、5％……50％、51％、52％……95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，由上文所定义的两个数字R定义的任何数字范围也是明确公开的。除非另有说明，否则术语“约”是指随后数字的±10％。相对于权利要求的任一元素使用术语“可选地”意味着所述元素是需要的，或者所述元素是不需要的，两种替代方案均在所述权利要求的范围内。使用如“包括”、“包含”和“具有”等较广术语应被理解为提供对如“由……组成”、“基本上由……组成”以及“大体上由……组成”等较窄术语的支持。因此，保护范围不受上文所陈述的说明限制，而是由所附权利要求书界定，所述范围包含所附权利要求书的主题的所有等效物。每一和每条权利要求作为进一步揭示内容并入说明书中，且所附权利要求书是本发明的实施例。对所述揭示内容中的参考进行的论述并非承认其为现有技术，尤其是具有在本申请案的在先申请优先权日期之后的公开日期的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容特此以引用的方式并入本文本中，其提供补充本发明的示例性、程序性或其它细节。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (12)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：
偶极天线；
波束赋形天线阵BFAA；
耦合至所述偶极天线的第一开关；
耦合至所述BFAA的第二开关；
耦合至所述第一开关和所述第二开关的处理器，其中，所述处理器用于：
通过设置所述第一开关和所述第二开关的状态，在多输入多输出MIMO天线配置和波束赋形配置之间做出选择；
其中，所述BFAA包括反射器和四根天线；所述第二开关为16态开关；所述装置还包括将所述第二开关耦合至所述BFAA的四根天线的四个导体的第一集合；当所述16态开关开启所述四根天线时，所述BFAA具有大体上全向的天线模式；当所述16态开关关闭所述四根天线中的至少一根时，所述BFAA具有波束赋形模式；
通过使所述第一开关开启所述偶极天线并使所述第二开关开启所述BFAA的四根天线，所述处理器选择MIMO配置；通过使所述第一开关关闭所述偶极天线并使所述第二开关关闭所述BFAA的四根天线中的至少一根，所述处理器选择波束赋形配置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第二BFAA，其中，所述BFAA用于提供第一极化，所述第二BFAA用于提供第二极化，所述第一极化大体上与所述第二极化垂直。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括耦合至所述第二BFAA的第三开关，其中，所述第三开关为第二16态开关；所述第二BFAA包括第二反射器和四根天线的第二集合；所述装置还包括将所述第二开关耦合至所述第二BFAA的四根天线的四个导体的第二集合；当所述第二16态开关开启所述四根天线的第二集合时，所述第二BFAA具有大体上全向的天线模式；当所述第二16态开关关闭所述四根天线的第二集合中的至少一根时，所述第二BFAA具有波束赋形模式。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述BFAA和所述第二BFAA经过配置实现根据所述16态开关和所述第二16态开关的给定状态将其波束赋形模式定向至目标用户设备。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述BFAA和所述第二BFAA的天线为偶极天线、单极天线或平板天线中的一种。
6.一种天线配置选择方法，其特征在于，包括：
识别目标用户设备；
确定使用波束赋形或多输入多输出MIMO配置；
根据所述确定的配置，激活偶极天线和波束赋形天线阵BFAA中的一根或多根天线；
通过使用波束赋形或MIMO配置发送数据，与所述目标用户设备进行通信；
其中，所述BFAA包括四根天线和反射器；通过将16态开关耦合至所述BFAA的四根天线的四个导体的第一集合，所述16态开关耦合至所述BFAA；当所述16态开关开启所述四根天线时，所述BFAA具有大体上全向的天线模式；当所述16态开关关闭所述四根天线中的至少一根时，所述BFAA具有波束赋形模式；
通过激活所述偶极天线和所述BFAA的四根天线实现MIMO配置，通过去激活所述偶极天线和所述BFAA的四根天线中的至少一根实现波束赋形配置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括根据所述确定的配置激活第二BFAA中的一根或多根天线，其中，所述第二BFAA包括第二反射器和四根天线的第二集合。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述BFAA用于提供第一极化，所述第二BFAA用于提供第二极化，所述第一极化大体上与所述第二极化垂直。
9.一种无线通信设备，其特征在于，包括：
天线平台，包括：
偶极天线；
第一波束赋形天线阵BFAA；
第二BFAA；
耦合至所述天线平台的收发机；
耦合至所述收发机的处理器，其中，所述处理器用于：
选择所述天线平台的波束赋形配置或多输入多输出MIMO配置；
控制所述收发机，以使所述天线平台具有所述选择的配置；
其中，所述收发机包括：
耦合至所述偶极天线的第一开关；
耦合至所述第一BFAA的第一16态开关；
耦合至所述第二BFAA的第二16态开关，
其中，控制所述收发机包括设置所述第一开关、所述第一16态开关和所述第二16态开关的状态；
所述第一BFAA包括四根天线的第一集合和第一反射器，所述第二BFAA包括四根天线的第二集合和第二反射器，所述无线通信设备还包括：
将所述第一16态开关耦合至所述四根天线的第一集合的四个导体的第一集合；
将所述第二16态开关耦合至所述四根天线的第二集合的四个导体的第二集合；
其中，通过使所述第一开关开启所述偶极天线，使所述第一16态开关开启所述四根天线的第一集合，并使所述第二16态开关开启所述四根天线的第二集合，所述处理器选择MIMO配置；通过使所述第一开关关闭所述偶极天线，使所述第一16态开关关闭所述第一BFAA的四根天线中的至少一根，并使所述第二16态开关关闭所述第二BFAA的四根天线中的至少一根，所述处理器选择波束赋形配置。
10.根据权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，所述第一BFAA和所述第二BFAA经过配置实现根据所述第一16态开关和所述第二16态开关的给定状态将其波束赋形模式定向至目标用户设备。
11.根据权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，所述第一BFAA用于提供第一极化，所述第二BFAA用于提供第二极化，所述第一极化大体上与所述第二极化垂直。
12.根据权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，所述第一BFAA和所述第二BFAA的天线为偶极天线、单极天线或平板天线中的一种。
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