CN108461918B - 天线调谐设备和天线调谐方法 - Google Patents

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Abstract

天线调谐可以包括：在将第一频率分配给应用到天线的发送信号的时段期间，对发送信号和与发送信号相对应的接收信号执行多次采样，使得基于多次采样生成采样数据，所述采样数据包括与发送信号相对应的数据和与接收信号相对应的数据。所述方法可以包括：基于采样数据计算参数，并且基于参数对天线进行调谐。一种设备可以包括：控制电路，执行多次采样并设置调谐值；射频前端，基于频率对发送信号进行调制，并应用发送信号的返回信号或反射信号；以及天线调谐器，根据调谐值来调整天线的谐振频率或阻抗。

Description

天线调谐设备和天线调谐方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年2月20日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0022335以及于2017年9月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0118852的权益，它们各自的公开通过引用全部并入本文。
技术领域
本发明构思涉及无线通信设备，并且更具体地，涉及在无线通信设备中设置(“包括”)的天线调谐设备以及天线调谐设备的(“与其相关联的”)调谐方法。
背景技术
在无线通信设备中，天线的性能影响无线通信设备关于无线信号传输的效率。天线的性能可能根据无线通信设备被使用的环境而随时变化。例如，假设使用包括金属外壳的终端，当外部环境改变时(例如，当执行手握、使用通用串行总线(USB)、或者连接耳机插孔时)，可能发生天线的阻抗失配，天线的谐振频率可能改变，并且天线输出效率可能降低。结果，终端可能无法传送最大功率，功耗可能增加，总辐射功率(TRP)可能降低，并且在小区边界处可能出现掉话。
发明内容
在一些示例实施例中，本发明构思提供了一种或多种天线调谐设备和/或一种或多种天线调谐方法，其基于实现天线调谐来提高天线的性能，所述天线调谐包括实时测量天线的阻抗并补偿谐振频率的改变和阻抗失配。
本发明构思提供了天线调谐设备和天线调谐方法，其可以通过在通信环境中提高天线调谐的精度，来提高天线输出效率，其中，在所述通信环境中，通过天线发送的信号的频率周期性地改变。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种天线调谐方法可以包括：在将第一频率分配给应用到天线的发送信号的测量时段期间，对发送信号和与所述发送信号相对应的接收信号执行多次采样，使得基于所述多次采样生成采样数据的多个实例，其中采样数据的每个实例包括与所述发送信号相对应的数据和与所述接收信号相对应的数据。所述天线调谐方法还可以包括：基于所述采样数据的多个实例来计算与天线调谐相关联的参数；以及基于所述参数对所述天线进行调谐。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种操作方法可以包括：基于对正向接收信号进行采样来生成第一采样数据，所述正向接收信号与分配给应用到天线的第一频率的发送信号相对应；基于对反向接收信号进行采样来生成第二采样数据，所述反向接收信号与所述发送信号的反射信号相对应；基于所述第一采样数据和所述第二采样数据来计算反射系数；基于参考频率来补偿所述反射系数；以及基于所述反射系数来设置与补偿所述天线的阻抗失配相关联的调谐值。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种天线调谐设备可以包括：调谐控制电路，被配置为：在分配给应用到天线的发送信号的频率基本恒定的测量时段期间，对所述发送信号和与所述发送信号相对应的接收信号执行多次采样，以及根据基于所述多次采样生成的采样数据来设置调谐值。所述天线调谐设备还可以包括射频(RF)前端，所述射频前端被配置为基于分配给所述发送信号的频率来调制所述发送信号，以及将所述发送信号的返回信号或基于所述发送信号从所述天线反射而输出的反射信号作为所述接收信号来应用。天线调谐设备还可以包括天线调谐器，所述天线调谐器被配置为根据所述调谐值来调整所述天线的谐振频率或阻抗。
附图说明
根据接下来结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的示例实施例，在附图中：
图1是根据一些示例实施例的天线调谐设备的框图；
图2是根据一些示例实施例的天线调谐方法的流程图；
图3是根据一些示例实施例的图1的控制电路的框图；
图4是根据一些示例实施例的天线调谐设备的框图；
图5是根据一些示例实施例的阻抗调谐方法的流程图；
图6示出了根据一些示例实施例的多次采样；
图7是用于解释通过图4的双向耦合器发送的信号的示图；
图8A是示出了根据一些示例实施例的应用到天线的负载阻抗的期望反射系数的曲线图；
图8B是示出了根据一些示例实施例的分别与期望反射系数相对应的相似反射系数的曲线图；
图9是示出了根据一些示例实施例的相似反射系数随频率的变化的曲线图；
图10是根据一些示例实施例的补偿反射系数的相位的方法的流程图；
图11A是示出了根据一些示例实施例的在由于残差延迟偏移而引起的相位差被补偿之后所获得的结果的曲线图；
图11B是示出了根据一些示例实施例的在根据天线的频率特性的相位差被补偿之后所获得的结果的曲线图；
图12是根据一些示例实施例的基于参考频率与载波频率之间的频率偏移来补偿根据天线的频率特性的相位差的方法的流程图；
图13是根据一些示例实施例的天线调谐设备的框图；
图14是示出了根据一些示例实施例的电压驻波比(VSWR)随孔径调谐器设置值的变化的曲线图；
图15是根据一些示例实施例的孔径调谐方法的流程图；
图16示出了根据一些示例实施例的多次采样；
图17示出了根据一些示例实施例的包括阻抗调谐器和孔径调谐器在内的天线；
图18示出了根据一些示例实施例的多次采样；
图19示出了根据一些示例实施例的多次采样模块；
图20是根据一些示例实施例的天线调谐设备的框图；以及
图21是根据一些示例实施例的无线通信设备的框图。
具体实施方式
现将在下文参考其中示出本发明构思的示例实施例的附图来更全面地描述本发明构思。
图1是根据一些示例实施例的天线调谐设备10的框图。
根据一些示例实施例的天线调谐设备10可以安装在无线通信设备上。无线通信设备可以包括移动电子设备，该移动电子设备包括智能电话、平板个人计算机(PC)、移动医疗设备、相机或可穿戴设备。然而，示例实施例不限于此，并且无线通信设备可以包括在用于无线通信的天线的阻抗和/或谐振频率改变的环境中操作的各种电子设备中的任何一种。
参考图1，天线调谐设备10可以包括控制电路100(也称为“调谐控制电路”)、射频(RF)前端200和天线调谐器300。
如本文所描述的，控制电路100可以包括一个或多个元件、模块等。如本文关于任意附图所描述的，控制电路100的每个模块、元件等可以包括被配置为实现如本文所述的给定模块、元件等的功能的硬件(例如，电子电路)的一个或多个实例。需要重申的是，在一些示例实施例中，控制电路100可以包括被共同地配置为实现参考附图示出和描述的控制电路100的模块、元件等中的一些或全部的功能的硬件(例如，电子电路)。
如本文所述，可以实现如本文所示的控制电路100的模块、元件等中的一些或全部的功能的控制电路100的硬件的一个或多个实例可以包括：存储指令程序的存储器、以及被配置为执行存储在存储器上的指令程序以实现上述功能的处理器。
天线调谐器300可以在控制电路100的控制下动态地调整内部阻抗，以便减小和/或最小化从天线ANT反射的信号。在一些示例实施例中，天线调谐器300可以包括阻抗调谐器(也称为阻抗匹配电路)和/或孔径调谐器。孔径调谐器可以是包括在天线ANT中的元件。根据一些示例实施例，阻抗调谐器也可以被包括在天线ANT中。如本文所述，天线调谐器300可以被配置为根据调谐值来调整天线ANT的谐振频率或阻抗。
RF前端200可以包括RF调制器210、功率放大器220和定向耦合器230。包括RF调制器210、功率放大器220和定向耦合器230在内的RF前端200中包括的每个元件可以包括硬件的单独相应的实例，包括电子电路的单独相应的实例。RF前端200还可以包括其他元件(例如，滤波器、移相器和双工器)。RF调制器210可以通过(“基于”)对发送信号S的频率进行上变频来生成RF发送信号RFin。功率放大器220可以放大RF发送信号RFin的功率。定向耦合器230可以通过天线调谐器300将具有放大功率的RF发送信号RFin应用到天线ANT。此外，如图1所示，定向耦合器230可以将RF发送信号RFin的反馈信号应用到RF调制器210。例如，定向耦合器230可以将来自天线ANT的反射信号或者RF发送信号RFin的返回信号应用到RF调制器210。RF调制器210可以通过对从定向耦合器230接收的信号的频率进行下变频来生成接收信号R，并且可以将接收信号R应用到控制电路100。因此，RF前端200可以被配置为基于分配给发送信号S的频率来调制发送信号S，并且将发送信号S的返回信号或基于发送信号S从天线ANT反射而输出的反射信号作为接收信号R来应用。定向耦合器230可以被配置为根据方向来输出RF发送信号RFin的返回信号或者来自天线ANT的反射信号，其中所述方向是基于从控制电路100应用的控制信号而设置的。如本文进一步描述的，可以在执行多次采样的每个采样时段(例如，测量时段)中改变该方向。
此外，控制电路100可以(“可以被配置为”)基于应用到天线ANT的发送信号S和与发送信号S相对应的接收信号R，来生成用于(“用于实现”)天线调谐(例如阻抗匹配和/或谐振频率调整)的调谐控制信号TCS，并且可以将调谐控制信号TCS应用到天线调谐器300。与发送信号S相对应的作为反馈信号的接收信号R可以是发送信号S的正向信号和反向信号中的一个信号。
正向信号可以是当发送到天线ANT的发送信号S返回时获得的返回信号，而反向信号可以是当发送信号S从天线ANT反射时输出的反射信号。如上所述，接收信号R可以包括通过对RF发送信号RFin的反馈信号的频率进行下变频而获得(“生成”)的信号。发送信号S和接收信号R可以是基带信号。接收信号R可以是发送信号S的反射信号。
当根据命令或周期性地进行天线调谐时，控制电路100可以实时测量与天线调谐相关(“相关联”)的参数。控制电路100可以在特定的(或者备选地，预定的)测量时段(时间间隔)内对发送信号S和接收信号R执行多次采样，并且可以计算与天线ANT相关(“相关联”)的参数。为此，控制电路100可以包括多次采样模块110。如本文所描述的，多次采样模块110可以包括被配置为实现如本文所述的多次采样模块110的功能的硬件(例如，电子电路)的一个或多个实例。在一些示例实施例中，控制电路100可以包括被配置为实现如本文所述的多次采样模块110的功能的硬件(例如，电子电路)的一个或多个实例。
多次采样模块110可以在测量时段内对发送信号S和接收信号R进行多次采样。在一些示例性实施例中，可以将通过对发送信号S的频率进行上变频而获得的RF发送信号RFin保持相同频率的时段设置为测量时段。例如，当天线调谐设备10安装在支持通过长期演进(LTETM)或第3代(3G)的通信的电子设备上时，一个时隙可以对应于测量时段。
控制电路100可以基于通过多次采样获得的数据来计算包括相似反射系数或电压驻波比(VSWR)在内的参数，并且可以基于该参数设置调谐值或生成调谐控制信号TCS。需要重申的是，控制电路100可以基于通过多次采样获得的采样数据来设置调谐值。在一些示例实施例中，相似反射系数是与反射系数相似的值。这里使用的相似反射系数可以与反射系数或测量的反射系数互换使用。
包括反射系数或VSWR在内的与天线ANT相关的参数的幅度和相位根据参数的频率而变化。在一些示例实施例中，参数的频率是指RF发送信号RFin的频率，基于该频率来计算该参数。与本发明构思中描述的配置相关(“相关联”)的频率是指与配置相关的RF发送信号RFin的频率。当基于以不同频率采样的多条数据计算参数时，计算出的参数难以准确地反映天线ANT的频率特性。
在包括正交频分复用(OFDM)的使用多个载波频率的通信方法中，向其分配数据的频率(换言之，RF发送信号RFin的频率)可以随时间变化。例如，分配给发送信号的子载波频率可以随时间变化。因此，由于测量的参数可能根据参数的频率而具有幅度偏差和相位偏差，所以可以基于代表性频率(也称为参考频率)来补偿参数。
但是，当基于以不同频率采样的数据计算参数时，参数可能不能准确地反映天线ANT的频率特性，因此可能难以补偿参数。此外，当将以一个频率计算的参数与以另一频率计算的参数进行比较时，由于不同的频率条件可能会设置错误的调谐值，从而降低了天线ANT的性能。
因此，由于根据一些示例实施例的天线调谐设备10的控制电路100在保持频率的测量时段内对发送信号S和接收信号R进行多次采样，并且基于通过多次采样获得的采样数据来计算参数，因此该参数可以准确地反映天线ANT的频率特性。因此，天线调谐设备10可以容易地补偿参数。此外，即使当基于通过多次采样获得的数据生成多个参数值并且通过对所述多个参数值进行比较来获得调谐值时，天线调谐设备10也可以通过对以相同频率生成的多个参数值进行比较来获得最佳调谐值。
图2是根据一些示例实施例的天线调谐方法的流程图。图2的天线调谐方法可以由无线通信设备(例如，移动终端)的天线调谐设备(例如，图1的天线调谐设备10)执行。
参考图2，在操作S100中，天线调谐设备可以设置用于多次采样的配置(例如，与多次采样相关联的配置)。天线调谐设备可以设置天线调谐设备中的配置的操作时序以进行多次采样。例如，天线调谐设备可以设置RF前端200的采样开始时间、采样时段以及配置的时序。
在操作S120中，天线调谐设备可以根据设置的配置，在发送信号的频率恒定或基本恒定的测量时段期间执行多次采样。例如，在一些示例实施例中，调谐控制电路100被配置为在分配给应用到天线ANT的发送信号S的频率恒定或基本恒定(例如，在制造公差和/或材料公差内恒定)的测量时段期间，对发送信号S和与发送信号S相对应的接收信号R执行多次采样。为了执行多次采样，天线调谐设备可以通过(“基于”)在测量时段期间对发送信号进行多次采样，来获得(“生成”)并存储用于(“关联于”)天线调谐的采样数据的多个实例。如本文所描述的，采样数据的每个实例可以包括与发送信号S相对应的数据和与接收信号R相对应的数据。在一些示例实施例中，测量时段是分配给发送信号的频率(即，频率被调制的发送信号(例如图1的RFin)的频率)恒定的时段。在测量时段期间可以进行至少两次采样(因此可以获得采样数据的至少两个实例)。
在操作S130中，天线调谐设备可以基于通过多次采样获得的数据(例如，采样数据的多个实例中的至少一些)来计算用于天线调谐的参数。例如，天线调谐设备可以计算包括反射系数和VSWR在内的参数。
在操作S140中，天线调谐设备可以基于计算出的参数来设置调谐值。在一些示例实施例中，天线调谐设备可以通过基于计算出的参数参考包括与多个参数值中的每一个相对应的调谐值在内的查找表来设置调谐值。控制电路100可以包括被配置为存储与多个参数值相对应的调谐值的查找表。查找表中的调谐值和参数值之间的关联性可以通过已知的经验技术来确定，例如其中一组参数值可以被确定为对应于已知的、测量的调谐值，或者相反地，一组调谐值可以被确定为对应于已知的、测量的参数值。在一些示例实施例中，天线调谐设备可以基于多个计算出的参数值导出最小参数值，并且可以设置与最小参数值相对应的调谐值。
在操作S150中，天线调谐设备可以将调谐值应用于天线调谐器300(参见图1)。天线调谐设备可以生成与调谐值相对应的调谐控制信号TCS，并且可以将调谐控制信号TCS应用到天线调谐器300。因此，可以通过调整内部阻抗来调谐天线。
图3是根据一些示例实施例的图1的控制电路100的框图。
参考图3，控制电路100可以包括多次采样模块110、参数计算模块120、调谐值设置模块130、发射机140和接收机150。在一些示例实施例中，控制电路100可以是包括在调制解调器中的元件。类似于如上所述的多次采样模块110，如图3所示的控制电路100的任意元件可以包括控制电路100的硬件(例如电子电路)的一个或多个实例和/或可以由控制电路100的硬件(例如电子电路)的一个或多个实例来实现。
发射机140可以包括编码器141、发射滤波器142和数模转换器143。编码器141可以根据设置的(“特定的”)编码方法对接收的数据进行编码，并且可以输出编码数据。编码数据可以由发射滤波器142基于特定频带被滤波并且可以作为发送数据SD(或数字发送数据)输出。数模转换器143可以将发送数据SD转换为模拟信号，并且可以将该模拟信号作为发送信号S输出。
接收机150可以包括解码器151、接收滤波器152和模数转换器153。模数转换器153可以将接收信号R转换成模拟信号，并且可以将该模拟信号输出为接收数据RD(也称为数字接收信号)。接收数据RD可以由接收滤波器152基于特定频带被滤波并且可以被输出。解码器151可以根据设置的解码方法对通过接收滤波器152输出的接收信号(即数字接收信号)解码，并且可以输出解码数据。
在测量时段内，多次采样模块110可以从发射机140多次接收和存储发送数据SD，并且可以从接收机150多次接收和存储接收数据RD。因此，多次采样模块110可以在测量时段内对发送信号S和接收信号R执行多次采样，并且可以根据多次采样获得数据(“采样数据”)。在一些示例实施例中，生成的采样数据的单独实例可以包括接收到的发送数据SD的单独实例和接收到的接收数据RD的单独实例，其中包括在采样数据的给定实例中的数据可以在多次采样模块110处被同时地或基本同时地(例如，在特定的时间间隔内)接收。
参数计算模块120可以基于根据多次采样获得的数据(例如，采样数据)来计算用于天线调谐的参数。在一些示例实施例中，参数计算模块120可以补偿计算出的参数的相位和/或幅度。
调谐值设置模块130可以基于计算出的参数来设置调谐值，并且可以根据设置的调谐值来输出调谐控制信号TCS。在一些示例实施例中，调谐值设置模块130可以包括查找表，该查找表包括与多个参数值中的每一个相对应的调谐值。
多次采样模块110、参数计算模块120和调谐值设置模块130中的至少一个模块可以被实现为硬件、软件、固件或其组合。在一些示例实施例中，参数计算模块120和调谐值设置模块130可以被实现为程序代码，可以被存储在存储器中，并且可以被处理器(例如，调制解调器的微处理器或者电子设备的应用处理器)执行。
图4是根据一些示例实施例的天线调谐设备10a的框图。图4的天线调谐设备10a可以通过基于反射系数对天线的阻抗失配进行补偿来调谐天线。
参考图4，天线调谐设备10a可以包括控制电路100a、RF前端200a和阻抗调谐器300a。
阻抗调谐器300a可以包括电容器和电感器，并且电容器的容量可以根据所应用的电压而变化。当(“基于”)应用到阻抗调谐器300a的电压基于阻抗控制信号ICS而改变时，阻抗的幅度和相位中的至少一个可以改变。如本文所描述的，阻抗控制信号ICS也可以被称为“天线阻抗控制信号”。
RF前端200a可以包括RF调制器210a、功率放大器220a、双向耦合器230a和开关240a。RF前端200a的配置可以类似于图1的RF前端200的配置，除了RF前端200a包括作为定向耦合器的双向耦合器230a并且还包括开关240a。
双向耦合器230a可以连接在功率放大器220a和阻抗调谐器300a之间，并且可以输出应用到天线400a的信号或者从天线400a接收的信号。双向耦合器230a可以根据设置的方向通过端口输出接收到的信号。例如，当设置了正向时，双向耦合器230a可以通过第三端口P3将通过第一端口P1输入的信号作为正向接收信号进行输出。此外，当设置了反向时，双向耦合器230a可以通过第四端口P4将从天线ANT反射的信号作为反向接收信号进行输出。双向耦合器230a的方向可以根据从控制电路100a应用的耦合器设置信号CSS来设置。
开关240a可以将通过双向耦合器230a的第三端口P3和第四端口P4输出的信号(例如，正向接收信号和反向接收信号)应用到RF调制器210a。在一些示例实施例中，开关240a可以根据开关信号SWS交替地将正向接收信号和反向接收信号应用到RF调制器210a。开关信号SWS可以从控制电路100a应用并且可以与耦合器设置信号CSS同步。
RF调制器210a可以对通过开关240a应用的正向接收信号和反向接收信号进行下变频，并且可以将经下变频的信号应用到控制电路100a。已经参考图1描述了RF调制器210a和功率放大器220a的操作，因此将不给出其重复解释。
控制电路100a可以包括多次采样模块110a、参数计算模块120a、调谐值设置模块130a和查找表160a。此外，天线调谐设备10a还可以包括其他元件(例如，图3的发射机140和接收机150)。控制电路100a的配置和操作类似于图3的控制电路100的配置和操作，因此，参考图3进行的描述可以应用于一些示例实施例的控制电路100a。
多次采样模块110a可以在向其分配发送信号S的频率(换言之，RF发送信号RFin的频率)恒定的测量时段内对发送信号S和接收信号R进行至少两次采样。
例如，多次采样模块110a控制双向耦合器230a，使得双向耦合器230a的方向在测量时段期间内至少改变一次，因此在多次采样期间生成的多个采样数据可以包括在测量时段期间当双向耦合器230a被设置为不同方向时生成的采样数据的至少两个单独实例。需要重申的是，执行多次采样可以包括：在测量时段期间改变双向耦合器230a的方向，其中所述双向耦合器230a与根据配置的设置将发送信号S应用于天线ANT相关联，其中在测量时段期间改变双向耦合器230a的方向包括：在执行第一采样之前将双向耦合器230a的方向设置为正向，并且在执行第一采样之后且在执行第二采样之前将双向耦合器230a的方向设置为反向。当双向耦合器230a被设置为正向时，多次采样模块110a可以对发送信号S和接收信号R进行采样，这可以被称为第一采样(例如，生成采样数据的至少一个第一实例)。接下来，当双向耦合器230a被设置为反向时，多次采样模块110a可以对发送信号S和接收信号R进行采样，这可以被称为第二采样(例如，生成采样数据的至少一个第二实例)。因此，多次采样模块110a可以在测量时段内执行至少两次采样。
参数计算模块120a可以基于通过至少执行两次的采样而获得的数据(例如，多个采样数据)来计算反射系数。需要重申的是，参数计算模块120a可以基于在第一采样中获得的第一采样数据和在第二采样中获得的第二采样数据来计算反射系数。参数计算模块120a可以通过计算发送信号S与接收信号R之间的相关性来计算反射系数。
此外，参数计算模块120a可以补偿计算出的反射系数的幅度和/或相位，以基于参考频率来生成经补偿的反射系数。需要重申的是，参数计算模块120a可以基于参考频率来补偿反射系数的幅度和相位中的至少一个。如上所述，向其分配发送信号S的频率可以根据通信方法而连续地改变，并且反射系数的幅度和相位可以根据频率而改变。因此，可以基于参考频率(例如，查找表160a的频率)来补偿计算出的反射系数。
调谐值设置模块130a可以基于从参数计算模块120a应用的反射系数来设置调谐值，并且可以根据(例如，“对应于”)调谐值来生成阻抗控制信号ICS。调谐值设置模块130a可以通过基于反射系数参考查找表160a来设置调谐值。
查找表160a可以包括与反射系数的各个值中的每一个相对应的调谐值，即，阻抗调谐值。调谐值可以是用于基于与调谐值相对应的反射系数值来调整天线400a的阻抗使得反射系数具有最大匹配状态的反射系数值的设置值。可以预先计算与以参考频率在阻抗的各种条件下测量的反射系数的每个值相对应的调谐值，并且可以将其存储在查找表160a中。在一些示例实施例中，参考频率可以是阻抗调谐值相对恒定的频率范围的中心频率。
调谐值设置模块130a可以基于反射系数搜索查找表160a。调谐值设置模块130a可以通过在查找表160a中选择与反射系数相对应的调谐值来设置调谐值。
图5是根据一些示例实施例的阻抗调谐方法的流程图。图5的阻抗调谐方法可以由图4的天线调谐设备10a执行，并且参考图4进行的描述可以应用于图5的阻抗调谐方法。
参考图4和图5，在操作S200中，控制电路100a可以设置多次采样的配置。控制电路100a可以设置天线调谐设备10a中的配置的操作时序以执行多次采样。例如，可以设置至少两个采样开始时间、采样时段以及耦合器设置信号CSS或开关信号SWS的值被改变的时间。
在操作S210和S220中，根据设置的配置，多次采样模块110a可以在频率恒定的测量时段期间执行至少两次采样。发送信号S可以包括在测量时段期间顺序地应用到天线400a的第一发送信号和第二发送信号。在操作S210中，多次采样模块110a可以通过对第一发送信号和第一接收信号两者进行采样来执行第一采样，其中第一接收信号对应于第一发送信号的返回信号，例如正向接收信号。由于第一采样，可以获得包括第一发送信号的采样数据和正向接收信号的采样数据在内的第一采样数据。需要重申的是，在操作S210中，多次采样模块110a可以基于对与分配给应用到天线的第一频率的发送信号相对应的正向接收信号进行采样来生成第一采样数据。
在操作S220中，多次采样模块110a可以通过对第二发送信号和第二接收信号两者进行采样来执行第二采样，其中第二接收信号对应于当第二发送信号从天线400a反射时输出的反射信号，例如，反向接收信号。由于第二采样，可以获得包括第二发送信号的采样数据和反向接收信号的采样数据在内的第二采样数据。需要重申的是，在操作S220中，多次采样模块110a可以基于对与发送信号的反射信号相对应的反向接收信号进行采样来生成第二采样数据。
虽然在图5中对正向接收信号进行采样然后对反向接收信号进行采样，但是实施例不限于此，并且可以对反向接收信号进行采样，然后对正向接收信号进行采样。换句话说，操作S220可以在操作S210之前执行。
在操作S230中，参数计算模块120a可以基于通过第一采样和第二采样获得的第一采样数据和第二采样数据来计算反射系数。第一采样数据和第二采样数据中的每一个可以包括发送信号和接收信号的采样数据。需要重申的是，在操作S230中，多次采样模块110a可以基于第一采样数据和第二采样数据来计算反射系数。
在操作S240中，参数计算模块120a可以补偿反射系数。参数计算模块120a可以基于发送信号的频率与查找表160a的频率(即，参考频率)之间的频率差来补偿反射系数。需要重申的是，在操作S240中，参数计算模块120可以基于参考频率来补偿反射系数以生成经补偿的反射系数。参考频率可以被理解为与包括对应于多个反射系数值的调谐值在内的查找表160a相关，使得调谐值的设置包括在查找表160a中选择与反射系数相对应的调谐值。如以下至少参考图10至图12进一步所述，补偿反射系数(例如，生成经补偿的反射系数)可以包括：基于预先设置(“预先测量”)的单位相位补偿值、以及基于参考频率与应用到天线的第一频率之间的频率偏移计算出的相位补偿值，来补偿反射系数的相位以生成经补偿的反射系数。如以下至少参考图10至图12进一步所述，补偿反射系数可以包括：基于复平面上的原点进行补偿、以及基于包括在查找表中的反射系数的中心值进行补偿。例如，参数计算模块120a可以基于查找表160a的频率与分配给发送信号S的频率之间的频率偏移来补偿参数的相位。
在操作S250中，调谐值设置模块130a可以基于查找表160a来设置与经补偿的反射系数相对应的调谐值，并且在操作S260中，可以将调谐值应用于阻抗调谐器300a。调谐值设置模块130a可以生成与调谐值相对应的阻抗控制信号ICS，并且可以将阻抗控制信号ICS应用到阻抗调谐器300a，以基于阻抗控制信号ICS引起对天线ANT的阻抗的调整。因此，阻抗调谐器300a可以通过基于阻抗控制信号ICS改变内部电容或电感来补偿阻抗失配。需要重申的是，在操作S250中，调谐值设置模块130a可以基于反射系数来设置与补偿天线的阻抗失配相关联的调谐值。
图6示出了根据一些示例实施例的多次采样。图6的多次采样可以由图4的天线调谐设备10a来执行。
参考图6和图4，可以在测量时段(例如第一时段T1)期间进行至少两次采样操作。如本文所述，每个采样操作可导致生成采样数据的单独实例。尽管在图6中执行了两次采样操作，例如，第一采样SAMP1和第二采样SAMP2，但是实施例不限于此，并且可以在第一时段T1期间执行偶数次采样操作。调制的发送信号的频率RFin(f)在第一时段T1期间可以是恒定的。例如，调制的发送信号的频率RFin(f)可以在第一时段T1期间被设置为第一频率f1。接下来，调制的发送信号的频率RFin(f)可以在第二时段T2期间被设置为第二频率f2。第一时段T1可以对应于例如一个时隙。
可以在第一个时段T1开始之前设置多次采样的配置。可以设置采样延迟时间(例如，Tx_S1、Rx_S1、Tx_S2和Rx_S2)、采样长度(例如，Tx_L1、Rx_L1、Tx_L2和Rx_L2)以及双向耦合器230a的方向改变的时间。在一些示例实施例中，可以将配置的值存储在寄存器中，并且可以在天线调谐期间根据寄存器值来设置配置。
当应用触发信号时，可以根据所设置的配置对发送信号S和接收信号R进行采样。当双向耦合器230a被初始设置为正向并且执行第一采样SAMP1时，可以对第一发送信号和正向接收信号进行采样。接下来，当双向耦合器230a改变为反向并且执行第二采样SAMP2时，可以对第二发送信号和反向接收信号进行采样。然而，实施例不限于此，并且当执行第一采样SAMP1时双向耦合器230a可以被设置为反向，然后当执行第二采样SAMP2时双向耦合器230a可以被设置为正向。在第一采样SAMP1期间的发送信号和接收信号之间的采样延迟时间的差d1和在第二采样SAMP2期间的发送信号和接收信号之间的采样延迟时间的差d2可以被设置为相同或彼此不同。
现在将参考图7至图11B来解释计算参数的方法和补偿参数的方法。
图7是用于解释通过图4的双向耦合器230a发送的信号的示图。
参考图7，双向耦合器230a可以包括4端口网络，并且可以包括第一端口P1至第四端口P4。b1至b4表示通过第一端口P1至第四端口P4输出的输出信号，a1和a2表示输入至第一端口P1和第二端口P2的输入信号。
阻抗调谐器300a可以连接到第二端口P2。RF发送信号可以通过第一端口P1被接收，并且可以通过第二端口P2输出到阻抗调谐器300a。RF发送信号的返回信号可以通过第三端口P3作为正向接收信号Rfwd输出，并且RF发送信号的反射信号可以通过第四端口P4作为反向接收信号Rrev输出。
4端口网络可以通过使用等式1中所示的S参数来表示。
Figure GDA0003140256690000161
其中
Figure GDA0003140256690000162
是天线的反射系数。
当假设双向耦合器230a的串扰较小时，S41≈0且S32≈0，并且当假设双向耦合器230a具有对称结构时，S31＝S42。因此，b3和b4可以近似如等式2中所示。
Figure GDA0003140256690000163
Figure GDA0003140256690000164
因此，反射系数
Figure GDA0003140256690000165
可以近似如等式3所示。
Figure GDA0003140256690000166
b4/b3可以从等式3获得并且可以由等式4定义。
Figure GDA0003140256690000167
当载波频率相同时，S21是恒定的，因此可以基于等式4来估计反射系数
Figure GDA0003140256690000171
b4/b3是相似反射系数。可以基于根据多次采样获得的数据来计算相似反射系数。如等式5所示，可以根据发送信号S和接收信号R之间的相关性的最大值的比率来计算相似反射系数。
Figure GDA0003140256690000172
例如，其中多次采样包括：1)对第一发送信号和第一接收信号两者进行第一采样，第一接收信号与第一发送信号的返回信号相对应，2)对第二发送信号和第二接收信号两者执行第二采样，第二接收信号与第二发送信号的反射信号相对应，反射系数可以基于以下项之间的比率来计算：1)如本文所述的第一发送信号与第一接收信号之间的相关性的最大值、以及2)也如本文所述的第二发送信号与第二接收信号之间的相关性的最大值。
在一些示例实施例中，Pfwd和Prev表示当双向耦合器230a被设置为正向和反向时发送信号S的功率。Sfwd和Srev表示当双向耦合器230a被设置为正向和反向时的发送信号S，并且Rfwd和Rrev分别表示正向接收信号和反向接收信号。相关性可以由等式6定义，并且对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。
Figure GDA0003140256690000173
frevoff ffwdoff表示当双向耦合器230a被设置为正向和反向时，分配给发送信号S的频率之间的偏移，换句话说，子载波频率和载波频率之间的偏移。τfwdoff τrevoff表示当双向耦合器230a被设置为正向和反向时，发送信号S与接收信号R之间的残差延迟偏移，并且表示在延迟值τrevmax和τfwdmax处偏移具有最大相关性。残差延迟偏移可能由于硬件的寄生分量而发生。
图8A是示出了应用到天线的负载阻抗的期望反射系数的曲线图。
图8B是示出了分别与期望反射系数相对应的相似反射系数的曲线图。
图8A和图8B示出了复平面上的期望反射系数和相似反射系数。
图8A示出了在不考虑天线调谐设备10a(参见图4)的硬件的寄生分量的情况下的期望反射系数。因此，期望反射系数可以具有与负载阻抗的幅度和相位相同的幅度和相位。
参考图8B，相似反射系数具有与图8A的期望反射系数的分布相似的分布。因此，相似反射系数可以被称为反射系数或测量的反射系数。然而，由于相似反射系数是当在制造天线调谐设备10a(参见图4)的步骤或初始设置步骤中改变天线的负载阻抗时所测量的值，所以相似反射系数反映了天线调谐设备10a的硬件的寄生分量。因此，相似反射系数的幅度和相位与期望反射系数的幅度和相位不同，并且相似反射系数的中心点可以具有偏离原点(0，0)的值。
由于相似反射系数具有与期望反射系数相似的分布，所以天线调谐设备10a可以预先在查找表160a(参见图4)中存储相似反射系数和相似反射系数的调谐值，并且可以在天线调谐期间使用相似反射系数和调谐值。调谐值设置模块130a(参见图4)可以在查找表160a中选择与实时计算的相似反射系数最接近的相似反射系数，并且可以将与选择的相似反射系数相对应的调谐值设置为用于补偿阻抗失配的最佳调谐值。
然而，如上所述，反射系数的幅度和相位可以根据频率而变化。因此，当实时计算的相似反射系数的频率(即测量的反射系数的频率)与查找表160a中的反射系数的频率相同时，可以执行补偿阻抗失配的方法。
图9是示出了相似反射系数随着频率的变化的曲线图。
在图9中，资源块(RB)偏移是指向其分配资源块的频率在带宽中的相对位置。当通信带宽按照相同频率被划分为100个部分时，RB偏移是指示每个频率范围的位置的索引。对于载波频率，可以将RB偏移分配给50。通过针对RB偏移将天线的负载阻抗的反射系数的幅度设置为0、0.4、0.8、将反射系数的相位设置为0°、90°、180°和270°、然后测量与期望反射系数相对应的相似反射系数，来获得图9的相似反射系数。
参考图9，发现当分配给发送信号S的频率位于通信带宽的任一边缘(例如，RB偏移为0或99)时的相似反射系数的相位绕当分配给发送信号S的频率是载波频率(例如，RB偏移为50)时的相似反射系数的中心点旋转。
这样，由于相似反射系数根据频率而变化，因此为了准确地对相似反射系数进行比较，可以将所有频率的相似反射系数和与相似反射系数相对应的调谐值存储在查找表中。但是，针对所有频率生成并存储查找表需要非常大的存储空间，因此可能是困难的。
因此，根据一些示例实施例的天线调谐设备10a(参见图4)可以存储在调谐值相对恒定的频率范围的参考频率处生成的查找表160a(参见图4)，并且可以在天线的阻抗调谐期间使用查找表160a。参数计算模块120a(参见图4)可以通过基于参考频率补偿实时计算的反射系数并且通过基于经补偿的反射系数参考查找表160a设置调谐值，来获得改善的和/或最优的调谐值。需要重申的是，参数计算模块120a可以在基于参考频率生成的查找表160a中选择与经补偿的反射系数相对应的调谐值。
当正向接收信号Rfwd和反向接收信号Rrev以不同频率被采样以计算反射系数时，计算出的反射系数可能不能准确地反映当频率改变时反射系数的幅度和相位的改变，从而难以基于参考频率来补偿反射系数。因此，根据一些示例实施例的天线调谐设备10a通过如上所述的多次采样以相同频率对正向接收信号Rfwd和反向接收信号Rrev进行采样，使得反射系数反映幅度和相位随频率偏移的变化。
此外，根据一些示例实施例的天线调谐设备10a还可以通过多次采样来补偿由于残差延迟偏移而引起的相位误差。参考等式5，当发送信号S和接收信号R之间存在残差延迟偏移τrevmax和τfwdmax时，通过频率偏移frevoff和ffwdoff的乘法而发生相移(参见等式5的指数项)。反射系数可以绕复平面上的原点(0，0)旋转所述相移。为了补偿的目的，残差延迟偏移τrevmax和τfwdmax必须被准确测量。然而，准确测量残差延迟偏移τrevmax和τfwdmax并不容易。
然而，当正向接收信号Rfwd和反向接收信号Rrev根据多次采样以相同频率被采样时，由于频率偏移frevoff和ffwdoff相同，所以用于计算反射系数(即，相似反射系数)的等式5可以重写为等式7。
Figure GDA0003140256690000201
因此，天线调谐设备10a可以计算每单位频率的残差延迟偏移差，而无需测量每个残差延迟偏移τrevmax和τfwdmax，或者可以根据偏移频率foff测量相移值，并且可以通过使用所获得的值来补偿由于残差延迟偏移差而引起的反射系数的相位差。天线调谐设备10a可以预先存储每单位频率的残差延迟偏移差或相移值，并且可以在反射系数将被补偿时基于预先存储的值来补偿反射系数的相位。
现在将参考图10至图12详细解释反射系数的相位的补偿。
图10是根据一些示例实施例的补偿反射系数的相位的方法的流程图。
参考图10，补偿反射系数的相位的方法可以包括：操作S310：补偿由于残差延迟偏移引起的相位差(也称为相位误差)；以及操作S320：补偿根据天线频率特性的相位差(“相位误差”)。操作S310和S320中的每一个中的反射系数的相位差由频率偏移引起。如本文所述，由于第一接收信号和第二接收信号之间的残差延迟偏移差而引起的相位误差可以被称为“第一相位误差”，而由于天线的频率特性引起的相位误差可以被称为“第二相位误差”。因此，补偿反射系数的相位的方法可以包括：操作S310，其可以包括补偿根据第一接收信号和第二接收信号之间的残差延迟偏移差的反射系数的第一相位误差；以及操作S320，其可以包括补偿根据天线的频率特性的反射系数的第二相位误差。
首先，可以执行操作S310：补偿由于残差延迟偏移而引起的相位差。在操作S311中，天线调谐设备10a(参见图4)的参数计算模块120a(参见图4)可以计算载波频率与分配给发送信号的频率(在测量时段期间，该频率可以称为“第一频率”)之间的频率偏移Δf1(也称为“第一频率偏移”)。参数计算模块120a可以在发送发送信号之前接收RB偏移信息，并且可以基于RB偏移信息来计算载波频率与向其分配发送信号的频率之间的频率偏移Δf1。
在操作S312中，参数计算模块120a可以基于频率偏移Δf1和预先测量并存储的第一单位相位补偿值N1来计算第一相位补偿值CV1。在一些示例实施例中，通过基于频率对相位值进行归一化而获得的第一单位相位补偿值N1是度量残差延迟偏移的影响的值，其中所述相位值是通过将查找表160a(参见图4)的中心点旋转频率偏移Δf1而获得的。查找表160a的中心点是参考频率处的最大阻抗匹配状态的反射系数。参数计算模块120a可以计算第一单位相位补偿值N1与频率偏移Δf1的乘积作为第一相位补偿值CV1。需要重申的是，在操作S312中，参数计算模块120a可以基于将根据残差延迟偏移的第一单位相位补偿值N1乘以载波频率与在测量时段期间分配给发送信号的第一频率之间的第一频率偏移Δf1来计算第一相位补偿值CV1。
在操作S313中，参数计算模块120a可以将基于原点的第一相位补偿值CV1应用于反射系数。参数计算模块120a可以通过绕原点将反射系数的相位旋转第一相位补偿值CV1来补偿由于残差延迟偏移而引起的相位差。需要重申的是，在操作S313中，参数计算模块120a可以将反射系数的相位绕复平面上的原点改变第一相位补偿值CV1。
因此，可以补偿由于残差延迟偏移而引起的相位差。对由于残差延迟偏移而引起的相位差的这种补偿可以在发送信号被分配给通信带宽的特定频率区域的通信方法(例如，LTE)中执行。此外，在使用全带宽的通信方法(例如，3G)中，可以省略补偿由于残差延迟偏移而引起的相位差的操作S310。
接下来，可以执行操作S320：补偿根据天线的频率特性的相位差。
在操作S321中，参数计算模块120a可以基于频率偏移Δf1和第二单位相位补偿值N2来计算第二相位补偿值CV2。第二单位相位补偿值N2是由于天线的频率特性而引起的通过基于频率对相位值进行归一化而获得的值，其中所述相位值是通过将反射系数的相位围绕查找表160a的中心点旋转而获得的。参数计算模块120a可以计算频率偏移Δf1与第二单位相位补偿值N2的乘积作为第二相位补偿值CV2。需要重申的是，在操作S321中，参数计算模块120a可以基于将根据天线的频率特性的第二单位相位补偿值N2乘以载波频率与在测量时段期间分配给发送信号的第一频率之间的第一频率偏移Δf1来计算第二相位补偿值CV2。
在操作S322中，参数计算模块120a可以基于查找表160a的中心点将第二相位补偿值CV2应用于反射系数。参数计算模块120a可以通过将反射系数的相位绕查找表160a的中心点旋转第二相位补偿值CV2，来补偿根据天线的频率特性的相位差。需要重申的是，在操作S321中，参数计算模块120a可以将反射系数的相位绕包括在查找表160a中的反射系数值的中心值改变第二相位补偿值CV2。
图11A是示出了在由于残差延迟偏移而引起的相位差被补偿之后所获得的结果的曲线图。图11B是示出了在根据天线的频率特性的相位差被补偿之后所获得的结果的曲线图。图11A和图11B分别示出了当在与图9的条件相同的条件下补偿相位时相似反射系数的改变。在一些示例实施例中，假设查找表生成频率与载波频率相同。
比较图11A与图9，当RB偏移为0或99时的相似反射系数可以接近于当RB偏移为50时的相似反射系数。然而，由于天线的频率特性，仍然存在绕查找表160a的中心点旋转的相位误差。
参考图11B，当补偿根据天线的频率特性的相位差时，不管RB偏移如何，相似反射系数都可以聚集在一个点处。
这样，为了根据反射系数的频率补偿相位差，为了计算反射系数而测量的数据(换句话说，采样数据)必须基于相同频率的发送信号。在LTE中，物理上行链路共享信道(PUSCH)可以针对每个传输时间间隔(TTI)而具有不同的RB偏移，并且物理上行链路控制信道(PUCCH)可以针对每个时隙而具有不同的RB偏移。因此，当使用LTE通信方法时，参数计算模块120a可以在一个时隙内，根据双向耦合器230a的设置的正向执行采样，并根据双向耦合器230a的设置的反向执行采样。
当查找表生成频率(即参考频率)与载波频率彼此不同时，在补偿根据天线的频率特性的相位差的操作S320中必须补偿参考频率与载波频率之间的频率偏移，如参考图12所解释的。
图12是根据一些示例实施例的补偿根据天线的频率特性的相位差(例如，第二相位误差)的方法的流程图。
参考图12，在操作S323中，参数计算模块120a(参见图4)可以计算载波频率和查找表生成频率(例如，参考频率)之间的频率偏移Δf2。参数计算模块120a可以基于预先测量和存储的查找表生成频率与设置的载波频率之间的频率差来计算频率偏移Δf2。
在操作S324中，参数计算模块120a可以基于频率偏移Δf2和第一单位相位补偿值N1来计算第三相位补偿值CV3。参数计算模块120a可以计算频率偏移Δf2与第一单位相位补偿值N1的乘积作为第三相位补偿值CV3。需要重申的是，在操作S324中，参数计算模块120a可以基于将根据残差延迟偏移的第一单位相位补偿值N1乘以参考频率与载波频率之间的第二频率偏移Δf2来计算第三相位补偿值CV3。在一些示例实施例中，在操作S324中，参数计算模块120a可以基于频率偏移Δf2和第二单位相位补偿值N2来计算第三相位补偿值CV3。参数计算模块120a可以计算频率偏移Δf2与第二单位相位补偿值N2的乘积作为第三相位补偿值CV3。需要重申的是，在操作S324中，参数计算模块120a可以基于将根据天线的频率特性的第二单位相位补偿值N2乘以参考频率与载波频率之间的第二频率偏移Δf2来计算第三相位补偿值CV3。
在操作S325中，参数计算模块120a可以基于查找表160a的中心点将第三相位补偿值CV3应用于反射系数。参数计算模块120a可以通过将反射系数的相位绕查找表160a的中心点旋转第三相位补偿值CV3，来补偿根据参考频率和载波频率之间的频率偏移的相位差。需要重申的是，在操作S325中，参数计算模块120a可以将反射系数的相位绕包括在查找表中的反射系数值的中心值改变第三相位补偿值。
对基于参考频率与载波频率之间的频率偏移的相位差的这种补偿可以在对基于载波频率与发送信号之间的频率偏移的相位差的补偿之后或之前执行。
图13是根据一些示例实施例的天线调谐设备10b的框图。图13的天线调谐设备10b可以通过基于指示接收信号R的归一化功率的参数(例如，VSWR)调整天线的孔径调谐器，来补偿天线的谐振频率。这样的参数和/或多个这样的参数值可以基于采样数据来计算。
参考图13，天线调谐设备10b可以包括控制电路100b、RF前端200b(包括RF调制器210b、功率放大器220b、双向耦合器230b和开关240b)以及孔径调谐器300b。孔径调谐器300b可以是包括在天线400b中的元件。
图13的RF前端200b的配置和操作与图4的前端200a的配置和操作类似。然而，双向耦合器230b可以被设置为反向，并且开关240b可以将从第四端口P4输出的反向接收信号应用到RF调制器210b。在一些示例实施例中，可以使用反向耦合器来代替双向耦合器230b和开关240b，并且可以将反向接收信号应用到RF调制器210b。RF调制器210b可以对反向接收信号进行下变频，并且可以将下变频的反向接收信号应用到控制电路100b。
控制电路100b可以包括多次采样模块110b、参数计算模块120b和调谐值设置模块130b。此外，天线调谐设备10b还可以包括其他元件(例如，图3的发射机140和接收机150)。控制电路100b的配置和操作类似于图3的控制电路100的配置和操作，并且参考图3进行的描述可以应用于一些示例实施例的控制电路100b。
为了执行多次采样，多次采样模块110b可以在向其分配发送信号S的频率(换言之，RF发送信号RFin的频率)恒定的时段内对发送信号S和接收信号R进行至少三次采样。在一些示例实施例中，接收信号R是反向接收信号。多次采样模块110b可以改变用于改变孔径调谐器300b的设置值的调谐码TNCD，并且可以每当调谐码TNCD改变时对发送信号S和反向接收信号进行采样。
参数计算模块120b可以基于根据至少三次采样操作获得的数据来计算多个VSWR值，即，至少三个VSWR值。参数计算模块120b可以基于发送信号S的功率和接收信号R(具体地，反向接收信号)的功率来计算VSWR值。当VSWR值减小时，天线400b的反射率下降。因此，调谐值设置模块130b可以通过比较多个参数(例如，VSWR)值来找到最小参数(例如，VSWR)值，并且可以设置与最小参数值(例如，最小VSWR值)相对应的调谐值(即调谐码)作为调谐值。孔径调谐器300b可以通过基于接收的调谐码TNCD改变内部电容来补偿天线ANT的谐振频率。需要重申的是，调谐码TNCD可以与调整天线ANT的谐振频率相关联。每当在多次采样期间执行采样时，调谐码TNCD可以被改变。
由于孔径调谐器300b包括在天线400b中，因此通过任意地设置天线400b的反射系数来生成查找表是不容易的。因此，为了天线调谐的目的，天线调谐设备10b可以通过改变用于改变孔径调谐器300b的设置值的调谐码TNCD来计算多个VSWR值，并且可以通过比较多个VSWR值来设置与最小VSWR值相对应的调谐码。
尽管在图13中将VSWR描述为指示接收信号R的功率的参数，但是实施例不限于此，并且可以计算指示接收信号R的归一化功率的另一类型的参数，且可以基于该参数来控制孔径调谐器300b。
图14是示出了VSWR随着孔径调谐器设置值的变化的曲线图。参考图14，在具有相同RB偏移的以相同频率计算的多个VSWR值中，可能存在根据调谐码(即，孔径调谐器设置值)的VSWR改变趋势，并且可以基于VSWR改变趋势来获得最小VSWR值和与最小VSWR值相对应的调谐码。当RB偏移不同且测量频率不同时，难以获得VSWR改变趋势，因此不易获得最小VSWR值。因此，天线调谐设备10b(参见图14)可以通过以相同频率的多次采样来计算多个VSWR值，可以基于计算出的多个VSWR值来导出最小VSWR值，并且可以设置与最小VSWR值相对应的调谐码。
图15是根据一些示例实施例的孔径调谐方法的流程图。图15的孔径调谐方法可以由图13的天线调谐设备10b执行，并且参考图13进行的描述可以应用于图15的孔径调谐方法。
参考图15和图13，在操作S400中，控制电路100b可以设置多次采样的配置。控制电路100b可以设置天线调谐设备10b中的配置的操作时序以执行多次采样。例如，可以设置第n(n是等于或大于3的整数)个采样开始时间、采样时段、调谐码TNCD被改变的时间以及单位改变值。由于在测量时段期间执行更多的采样操作，因此可以比较更多的VSWR值，所以天线调谐设备10b可以设置配置以在测量时段内执行尽可能多的采样操作。
在操作S410中，多次采样模块110b可以在根据改变后的调谐码的频率恒定的测量时段期间执行n次采样操作。多次采样模块110b可以将调谐码改变n次(或n-1次)，并且每当调谐码改变时可以对发送信号和反向接收信号进行采样。
在操作S420中，参数计算模块120b可以基于通过n次采样操作获得的第一至第n条数据来计算n个VSWR值。第一至第n条数据中的每一个可以包括发送信号和接收信号的采样数据。参数计算模块120b可以对发送信号的功率和接收信号的功率进行归一化，并且可以基于发送信号的归一化功率和接收信号的归一化功率来计算VSWR值。
在操作S430中，调谐值设置模块130b可以设置与最小VSWR值相对应的调谐码(“调谐值”)。调谐值设置模块130b可以通过比较n个VSWR值来导出最小VSWR值，并且可以设置与最小VSWR值相对应的调谐码。例如，调谐值设置模块130b可以从n个VSWR值中导出最小的(“最小”)值作为最小VSWR值，并且可以设置与最小VSWR值相对应的调谐码作为调谐值。备选地，调谐值设置模块130b可以根据基于n个VSWR值的调谐码来计算VSWR改变趋势(例如，示出调谐码值和VSWR值之间的关系的函数)，并且可以基于计算出的改变趋势来计算最小VSWR值。
在操作S440中，调谐值设置模块130b可以将调谐码应用于孔径调谐器300b。调谐值设置模块130b可以将调谐码提供给孔径调谐器300b。孔径调谐器300b可以通过基于调谐码改变内部电容或电感来补偿阻抗失配。
图16示出了根据一些示例实施例的多次采样。图16的多次采样可以由图13的天线调谐设备10b来执行。
参考图16和图4，可以在测量时段(例如第一时段T1)期间进行n次采样操作。调制的发送信号的频率RFin(f)在第一时段T1期间可以是相同的。例如，调制的发送信号的频率RFin(f)可以在第一时段T1期间被设置为第一频率f1。接下来，调制的发送信号的频率RFin(f)可以在第二时段T2期间被设置为第二频率f2。第一时段T1可以对应于例如一个时隙(例如，可以基本上与一个时隙共用)。
可以在第一个时段T1开始之前设置多次采样的配置。可以设置采样延迟时间(例如，Tx_S1、Rx_S1、Tx_S2、Rx_S2、……、Tx_Sn和Rx_Sn)、采样长度(例如Tx_L1、Rx_L1、Tx_L2、Rx_L2、……、Tx_Ln和Rx_Ln)、调谐码改变的时间以及调谐码的改变值。
当应用触发信号时，可以根据所设置的配置对发送信号S和接收信号R进行采样。每当执行采样时调谐码TNCD可以改变，并且可以根据改变后的调谐码TNCD来执行下一个采样。
图17示出了包括阻抗调谐器410和孔径调谐器420在内的天线400c。图17的天线400c可以包括平面倒F型天线。
天线400c可以包括短路引脚401、辐射元件402、馈电点403、接地平面404、阻抗调谐器410和孔径调谐器420。短路引脚401将天线400c连接到接地平面404。辐射元件402可以接收或辐射自由空间波。馈电点403可以通过阻抗调谐器410接收天线的输入，例如RF接收信号RFin。
天线400c可以连接到图4的天线调谐设备10a，并且可以在控制电路100a的控制下补偿阻抗和谐振频率。调谐值可以根据通过参考图4至图12描述的多次采样的阻抗调谐方法来设置，并且可以作为调谐控制信号TCS(参见图4)被应用于阻抗调谐器410。阻抗调谐器410可以基于调谐控制信号TCS改变内部电容。
此外，调谐码可以根据通过参考图13至图16描述的多次采样的孔径调谐方法来设置，并且可以被应用于孔调谐器420。孔调谐器420可以基于调谐码改变内部电容。
因此，每当在执行多次采样期间执行采样时，天线400c的幅度和相位以及谐振频率可以根据调谐值和调谐码(调谐码可以改变)而改变，并且可以改善天线400c的输出效率。需要重申的是，控制电路(例如，控制电路100)可以被配置为控制天线调谐器(例如，天线调谐器300)来在执行多次采样的每个采样时段中改变谐振频率。控制电路还可以基于采样数据根据改变后的谐振频率计算多个参数值。
阻抗调谐和孔径调谐可以在向其分配发送信号的频率(例如，RF接收信号RFin的频率)恒定的测量时段内执行，如参考图18所解释的。
图18示出了根据一些示例实施例的多次采样。图18的多次采样可以由连接到图17的天线400c的天线调谐设备(例如图4的天线调谐设备10a)来执行。
参考图18，可以在测量时段(例如，第一时段T1)期间执行多次采样操作(例如，n次采样操作)，可以在粗调谐时段期间执行用于阻抗匹配的至少两次采样操作，并且可以在细调谐时段期间执行用于孔径调谐的至少两次采样操作。在粗调谐时段期间，可以执行采样，然后可以改变耦合器的方向。在细调谐时段期间，可以执行采样，然后可以改变调谐码TNCD。因此，可以在粗调谐时段期间执行阻抗匹配，并且可以在细调谐时段期间执行孔径调谐。
图19示出了根据一些示例实施例的多次采样模块110。图19的多次采样模块110可以应用于图1、图4和图13的天线调谐设备10、10a和10b中的任意一个。
参考图19，多次采样模块110可以包括时序控制器111、发送转储块112、接收转储块113、缓冲器块114、RF前端控制器115、第一寄存器单元116和第二寄存器单元117。
时序控制器111可以控制与多次采样相关的时序。时序控制器111可以基于存储在第一寄存器单元116和第二寄存器单元117中的各条延迟信息，控制图1的天线调谐设备10、图4的天线调谐设备10a或图13的天线调谐设备10b的配置的用于执行多次采样的时序。
第一寄存器单元116可以包括多个发送/接收延迟寄存器(例如，第一发送/接收延迟寄存器116_1至第n发送/接收延迟寄存器116_n)，并且与发送信号S和接收信号R的采样相关的延迟信息(例如，与采样时间或采样长度相关的延迟信息)可以存储在第一发送/接收延迟寄存器116_1至第n发送/接收延迟寄存器116_n中的每一个中。与第一采样相关的延迟信息可以存储在第一发送/接收延迟寄存器116_1中。与第二采样相关的延迟信息可以存储在第二发送/接收延迟寄存器116_2中。如此，根据相应的采样顺序，与发送信号S和接收信号R的采样相关的延迟信息可以存储在第一发送/接收延迟寄存器116_1至第n发送/接收延迟寄存器116_n中的每一个中。
第二寄存器单元117可以包括多个前端延迟寄存器，例如第一前端延迟寄存器117_1至第m前端延迟寄存器117_m。与图1的RF前端200、图4的RF前端200a或图13的RF前端200b的配置的设置改变相关的延迟信息可以存储在第一前端延迟寄存器117_1至第m前端延迟寄存器117_m中的每一个中。例如，延迟信息可以包括与双向耦合器230a(参见图4)的方向的设置改变相关的延迟信息、与开关240a(参见图4)的设置改变相关的延迟信息、以及与调谐码TNCD(参考图13)的变化相关的延迟信息。与第一采样之后的RF前端的配置的设置改变相关的延迟信息可以存储在第一前端延迟寄存器117_1中，并且与第二采样之后的RF前端的配置的设置改变相关的延迟信息可以存储在第二前端延迟寄存器117_2中。如此，根据相应的采样顺序，与RF前端的配置的设置改变相关的延迟信息可以存储在第一前端延迟寄存器117_1至第m前端延迟寄存器117_m中的每一个中。
时序控制器111可以基于存储在第一寄存器单元116中的延迟信息和从外部(例如，微控制器)接收的触发信号TRGS，将与多次采样相关的时序信息应用于发送转储块112和接收转储块113。此外，时序控制器111可以基于存储在第二寄存器单元117中的延迟信息和触发信号TRGS，将与多次采样相关的时序信息应用于RF前端控制器115。
发送转储块112和接收转储块113可以在测量时段期间基于从时序控制器111应用的时序信息对发送数据SD和接收数据RD执行多次采样，并且可以将采样的数据存储在缓冲器块114中。
缓冲器块114可以包括多个缓冲器BUF1、BUF2、……和BUFn。根据第一采样的发送数据和接收数据可以存储在第一缓冲器BUF1中。根据第二采样的发送数据和接收数据可以存储在第二缓冲器BUF2中。根据相应的采样顺序获得的采样数据可以存储在多个缓冲器BUF1、BUF2、……、和BUFn中的每一个中。
RF前端控制器115可以基于从时序控制器111应用的时序信息来生成前端控制信号FECS。例如，前端控制信号FECS可以包括耦合器设置信号CSS(参见图4)、开关信号SWS(参见图4)以及在天线调谐期间应用到孔径调谐器300b(参见图13)的调谐码TNCD(参见图13)。
图20是根据一些示例实施例的天线调谐设备10c的框图。
参考图20，天线调谐设备10c可以包括控制电路100c(包括多次采样模块110c)、RF前端200c(包括RF调制器210c、功率放大器220c和定向耦合器230c)以及多个天线调谐器301至30k。多个天线调谐器301至30k可以分别连接至多个天线ANT1至ANTk。多个天线ANT1至ANTk的数量可以根据包括RF频带、无线电接入技术(RAT)、多输入多输出(MIMO)或波束成形的使用而变化。
尽管在图20中多个天线调谐器301至30k连接到一个定向耦合器230c，但是实施例不限于此，并且多个天线调谐器301至30k可以连接到不同的定向耦合器，或者可以连接到多个定向耦合器。
图20的控制电路100c和RF前端200c的配置和操作与图1的控制电路100和RF前端200的配置和操作相似，因此这里将不再给出重复的解释。
天线调谐设备10c可以基于参考图1至图19描述的多次采样来执行阻抗调谐或者孔径调谐。在一些示例实施例中，当分配给通过多个天线ANT1至ANTk发送的发送信号的频率相同时，可以对多个天线ANT1至ANTk之一执行天线调谐，并且可以将根据天线调谐生成的调谐控制信号TCS应用于多个天线调谐器301至30k。在一些示例实施例中，可以同时对多个天线ANT1至ANTk执行天线调谐，并且可以将相同的调谐控制信号TCS应用于多个天线调谐器301至30k。在一些示例实施例中，可以同时对多个天线ANT1至ANTk执行天线调谐，并且因此可以将不同的调谐控制信号TCS应用于多个天线调谐器301至30k。
当分配给通过多个天线ANT1至ANTk发送的发送信号的频率彼此不同时，可以顺序地对多个天线ANT1至ANTk执行天线调谐。例如，可以在多个测量时段期间顺序地对多个天线ANT1至ANTk执行天线调谐，并且可以将根据天线调谐的调谐控制信号TCS应用于相应的天线调谐模块。在一些示例实施例中，可以同时对多个天线ANT1至ANTk执行天线调谐，并且因此可以将不同的调谐控制信号TCS应用于多个天线调谐器301至30k。
图21是根据一些示例实施例的无线通信设备1000的框图。如图21所示，无线通信设备1000可以包括专用集成电路(ASIC)1100、专用指令集处理器(ASIP)1300、存储器1500、主处理器1700和主存储器1900。ASIC 1100、ASIP 1300和主处理器1700中的两个或更多个可以彼此通信。此外，ASIC 1100、ASIP 1300、存储器1500、主处理器1700和主存储器1900中的两个或更多个可以集成到一个芯片中。
作为为特定用途定制的集成电路的ASIC 1100可以包括例如射频集成电路(RFIC)、调制器和/或解调器。ASIP 1300可以支持针对特定应用的指令集，并且可以执行包括在指令集中的指令。存储器1500可以与ASIP 1300通信，并且可以充当非暂时性存储设备并可以存储由ASIP 1300执行的多个指令。存储器1500还可以存储当ASIP 1300执行多个指令时生成的各条数据。例如，存储器1500可以是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁带、磁盘、光盘、易失性存储器、非易失性存储器或其组合。此外，存储器1500可以包括可以由ASIP 1300访问的任意类型的存储器。
主处理器1700可以通过执行多个指令来控制无线通信设备1000。例如，主处理器1700可以控制ASIC 1100和ASIP 1300，并且可以处理通过无线通信网络接收到的数据，或者可以处理无线通信设备1000的用户的输入。主存储器1900可以与主处理器1700通信，并且可以充当非暂时性存储设备并可以存储由主处理器1700执行的多个指令。例如，主存储器1900可以包括可以由主处理器1700访问的任意类型的存储器，例如RAM、ROM、磁带、磁盘、光盘、易失性存储器、非易失性存储器或者其组合。
根据上述实施例的图1的天线调谐设备10、图4的天线调谐设备10a、图13的天线调谐设备10b或图20的天线调谐设备10c的一个元件可以包括在图21的无线通信设备1000中包含的至少一个元件中，并且上述天线谐振方法可以由包括在无线通信设备1000中的元件中的至少一个来执行。
例如，图3的多次采样模块110、参数计算模块120和调谐值设置模块130中的至少一个可以被实现为一个硬件块并且可以包括在ASIC 1100中。备选地，多次采样模块110、参数计算模块120和调谐值设置模块130中的至少一个可以被实现为多个指令并且可以存储在存储器1500中。当ASIP 1300执行存储在存储器1500中的多个指令时，可以执行多次采样模块110、参数计算模块120和调谐值设置模块130中的至少一个的功能。此外，根据实施例的天线调谐方法中的至少一个可以被实现为多个指令并且可以被存储在存储器1500中，并且当ASIP 1300执行所存储的多个指令时，可以执行天线调谐方法中的至少一个。
备选地，图4的多次采样模块110、参数计算模块120和调谐值设置模块130中的至少一个或者天线调谐方法中的至少一个可以被实现为存储在主存储器1900中的多个指令，并且当主处理器1700执行存储在主存储器1900中的多个指令时，可以执行多次采样模块110、参数计算模块120和调谐值设置模块130中的至少一个或者天线调谐方法中的至少一个的功能。
尽管已经参考本发明构思的实施例具体示出和描述了本发明构思，但是将理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。因此，本发明构思的技术范围由所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种无线通信设备的天线调谐方法，所述天线调谐方法包括：
在将第一频率分配给应用到天线的发送信号的测量时段期间，对所述发送信号和与所述发送信号相对应的接收信号执行多次采样，使得基于所述多次采样生成采样数据的多个实例，其中采样数据的每个实例包括与所述发送信号相对应的数据和与所述接收信号相对应的数据；
基于所述采样数据的多个实例来计算与天线调谐相关联的参数；以及
基于所述参数对所述天线进行调谐，其中，
所述发送信号包括第一发送信号和第二发送信号，所述第一发送信号和所述第二发送信号在所述测量时段期间被顺序地应用到所述天线，并且
执行所述多次采样包括：
对所述第一发送信号和第一接收信号两者执行第一采样，所述第一接收信号与所述第一发送信号的返回信号相对应；以及
对所述第二发送信号和第二接收信号两者执行第二采样，所述第二接收信号与所述第二发送信号的反射信号相对应。
2.根据权利要求1所述的天线调谐方法，还包括：
设置与所述多次采样相关联的配置，
其中，执行所述多次采样包括：在所述测量时段期间改变双向耦合器的方向，所述双向耦合器与根据所述配置的设置将所述发送信号应用于所述天线相关联，在所述测量时段期间改变所述双向耦合器的方向包括：在执行所述第一采样之前将所述双向耦合器的方向设置为正向，并且在执行所述第一采样之后且在执行所述第二采样之前将所述双向耦合器的方向设置为反向。
3.根据权利要求1所述的天线调谐方法，其中，计算所述参数包括：
基于在所述第一采样中获得的第一采样数据和在所述第二采样中获得的第二采样数据来计算反射系数；以及
基于参考频率对所述反射系数的幅度和相位中的至少一个进行补偿，以生成经补偿的反射系数。
4.根据权利要求3所述的天线调谐方法，其中，基于以下项之间的比率来计算所述反射系数：
所述第一发送信号与所述第一接收信号之间的相关性的最大值，以及
所述第二发送信号与所述第二接收信号之间的相关性的最大值。
5.根据权利要求3所述的天线调谐方法，其中，调谐所述天线包括：
在基于所述参考频率生成的查找表中选择与所述经补偿的反射系数相对应的调谐值；以及
基于与所述调谐值相对应的天线阻抗控制信号来调整所述天线的阻抗。
6.根据权利要求3所述的天线调谐方法，其中，所述补偿包括：
补偿根据所述第一接收信号与所述第二接收信号之间的残差延迟偏移差的所述反射系数的第一相位误差；以及
补偿根据所述天线的频率特性的所述反射系数的第二相位误差。
7.根据权利要求6所述的天线调谐方法，其中，补偿所述第一相位误差包括：
基于将根据所述残差延迟偏移的第一单位相位补偿值乘以载波频率与所述第一频率之间的第一频率偏移来计算第一相位补偿值；以及
将所述反射系数的相位相对于复平面上的原点改变所述第一相位补偿值。
8.根据权利要求6所述的天线调谐方法，其中，补偿所述第二相位误差包括：
基于将根据所述天线的所述频率特性的第二单位相位补偿值乘以载波频率与所述第一频率之间的第一频率偏移来计算第二相位补偿值；以及
将所述反射系数的相位相对于包括在查找表中的反射系数值的中心值改变所述第二相位补偿值。
9.根据权利要求8所述的天线调谐方法，其中，补偿所述第二相位误差包括：
基于将根据所述天线的所述频率特性的所述第二单位相位补偿值乘以所述参考频率与所述载波频率之间的第二频率偏移来计算第三相位补偿值；以及
将所述反射系数的相位相对于包括在所述查找表中的所述反射系数值的所述中心值改变所述第三相位补偿值。
10.根据权利要求1所述的天线调谐方法，其中，
所述接收信号是所述发送信号的反射信号，以及
所述多次采样包括对所述发送信号和所述接收信号进行至少三次采样。
11.根据权利要求1所述的天线调谐方法，其中，执行所述多次采样包括每当进行采样时改变与调整所述天线的谐振频率相关联的调谐码。
12.根据权利要求11所述的天线调谐方法，其中，计算所述参数包括：基于所述采样数据的多个实例来计算指示所述接收信号的归一化功率的多个参数值。
13.根据权利要求12所述的天线调谐方法，其中，调谐所述天线包括：
基于所述多个参数值导出所述参数的最小值，以及
将与所述参数的所述最小值相对应的调谐码设置为调谐值。
14.根据权利要求11所述的天线调谐方法，其中，所述参数包括电压驻波比VSWR。
15.根据权利要求1所述的天线调谐方法，其中，所述测量时段与一个时隙共用。
16.一种天线调谐设备，包括：
调谐控制电路，被配置为：
在分配给应用到天线的发送信号的频率恒定的测量时段期间，对所述发送信号和与所述发送信号相对应的接收信号执行多次采样，其中所述发送信号包括第一发送信号和第二发送信号，所述第一发送信号和所述第二发送信号在所述测量时段期间被顺序地应用到所述天线，并且执行所述多次采样包括：对所述第一发送信号和第一接收信号两者执行第一采样，所述第一接收信号与所述第一发送信号的返回信号相对应；以及对所述第二发送信号和第二接收信号两者执行第二采样，所述第二接收信号与所述第二发送信号的反射信号相对应，以及
根据基于所述多次采样生成的采样数据来设置调谐值；
射频RF前端，被配置为：
基于分配给所述发送信号的频率来对所述发送信号进行调制，以及
将所述发送信号的返回信号或基于所述发送信号从所述天线反射而输出的反射信号作为所述接收信号来应用；以及
天线调谐器，被配置为根据所述调谐值来调整所述天线的谐振频率或阻抗。
17.根据权利要求16所述的天线调谐设备，其中，所述调谐控制电路包括：
多次采样模块，被配置为执行所述多次采样；
参数计算模块，被配置为基于所述采样数据计算与天线调谐相关联的参数；以及
调谐值设置模块，被配置为基于所述参数来设置所述调谐值。
18.根据权利要求17所述的天线调谐设备，其中，
所述调谐控制电路还包括查找表，所述查找表被配置为存储与多个参数值相对应的调谐值，以及
所述参数计算模块还被配置为基于所述查找表的频率与分配给所述发送信号的频率之间的频率偏移来补偿所述参数的相位。
19.根据权利要求17所述的天线调谐设备，其中，
所述RF前端包括定向耦合器，所述定向耦合器被配置为根据基于由所述调谐控制电路应用的控制信号而设置的方向来输出所述返回信号或所述反射信号，以及
在执行所述多次采样的每个采样时段中改变所述方向。
20.根据权利要求17所述的天线调谐设备，其中，所述调谐控制电路还被配置为：
控制所述天线调谐器以在执行所述多次采样的每个采样时段中改变所述谐振频率，以及
基于所述采样数据根据改变后的谐振频率来计算多个参数值。
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