CN113169766B - 操作点对多点通信的模态天线系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于点对多点通信的系统和方法。在一个示例中，系统包括一个或多个模态天线。每个模态天线被配置为在多种模式下操作。该系统可以包括收发器，该收发器被配置为在多个帧上、经由一个或多个模态天线、在无线通信介质上与多个客户端设备进行通信。该系统可以包括被配置为控制一个或多个模态天线的操作的一个或多个控制设备。对于向多个客户端设备中的一个客户端设备进行通信的多个帧中的每一个帧，一个或多个控制设备被配置为确定在该帧期间进行通信的多种模式中的所选择的模式，并且在该帧期间在所选择的模式下操作一个或多个模态天线中的至少一个模态天线。

Description

操作点对多点通信的模态天线系统
优先权声明
本申请要求于2018年11月30日提交的、题为“Operating a Modal AntennaSystem for Point to Multipoint Communications”的美国临时申请序列号62/773,454的优先权，该申请出于所有目的通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及天线系统，并且更具体地说，涉及用于操作点对多点通信的模态天线系统的系统和方法。
背景技术
无线通信系统通常可以包括基站或接入点，该基站或接入点被配置为与多个设备通信，诸如一个或多个智能电话、膝上型电脑、桌上型电脑、打印机、智能TV、平板电脑、物联网设备和其他设备。例如，多个设备可以经由接入点(例如，无线路由器)在无线局域网(WLAN)上通信。WiFi网络可以包括WLAN，其中设备使用IEEE 802.11标准与接入点通信。WLAN的接入点可以包括用于与多个客户端设备无线通信的一个或多个天线。
发明内容
本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中获知，或者可以通过实施例的实践而获知。
本公开的一个示例方面针对用于点对多点通信的通信系统。该系统包括一个或多个模态天线。每个模态天线被配置为在多种模式下操作。多种模式中的每一种模式可以与不同的辐射图案(radiation pattern)相关联。该系统可以包括收发器，该收发器被配置为在多个帧上、经由一个或多个模态天线、在无线通信介质上与多个客户端设备通信。该系统可以包括被配置为控制一个或多个模态天线的操作的一个或多个控制设备。对于向多个客户端设备中的一个客户端设备进行通信的多个帧中的每一个帧，一个或多个控制设备被配置为确定在该帧期间进行通信的多种模式中的所选择的模式，并且在该帧期间在所选择的模式下操作一个或多个模态天线中的至少一个模态天线。
参考以下描述和所附权利要求，各种实施例的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并构成其一部分的附图示出了本公开的实施例，并与说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
参考附图，在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，在附图中：
图1描绘了根据本公开的示例实施例的示例通信系统；
图2描绘了根据本公开的示例实施例的从接入点到多个客户端设备的示例通信的图形表示；
图3描绘了根据本公开的示例实施例的示例接入点的示意图；
图4描绘了根据本公开的示例实施例的示例客户端索引数据；
图5描绘了根据本公开的示例实施例的示例接入点的示意图；
图6描绘了根据本公开的示例实施例的示例方法的流程图；
图7描绘了根据本公开的示例实施例的示例方法的流程图；
图8描绘了根据本公开的示例实施例的对于通信系统的示例帧间训练；
图9描绘了根据本公开的示例实施例的对于通信系统的示例帧间训练；
图10描绘了根据本公开的示例实施例的示例帧内训练；
图11、12和13描绘了根据本公开的示例实施例的示例模态天线的各方面。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例都是通过对实施例的解释的方式来提供的，而不是对本公开的限制。事实上，对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和改变。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，本公开的方面旨在覆盖这样的修改和改变。
本公开的示例方面是针对通信系统中的模态天线的操作，以用于改善的点对多点通信，诸如在无线局域网(WLAN)(例如，WiFi网络)或其他点对多点网络中。点对多点通信系统可以包括被配置为与多个不同的客户端设备无线通信的基站或终端。例如，基站可以是用作多个电子设备(诸如一个或多个智能电话、平板电脑、桌上型电脑、笔记本电脑、打印机、物联网设备、智能电视和其他电子设备)的无线局域网接入点的无线路由器。
基站可以被配置为使用一个或多个模态天线与客户端设备无线通信。(多个)模态天线可以以多种不同模式来配置。每种模式可以与不同的辐射图案特性(例如，不同的极化和/或不同的辐射图案)相关联。在一些实施例中，模态天线可以包括不同于辐射元件的一个或多个寄生元件。一个或多个有源元件(例如，开关等)可以被控制以调整一个或多个寄生元件的电特性，从而以多种不同模式中的一种模式配置模态天线。将参考图11-图13更详细地讨论示例模态天线。这样，(多个)模态天线可以被控制，例如，以将辐射瓣指向预期的RF通信增益方向和/或将零点(null)指向期望的位置(例如，以减轻干扰)。如本文所使用的，模态天线指的是可以以多种不同模式配置的任何(多个)天线，其中每种模式与不同的辐射图案特性相关联。
在一些示例实施例中，基站可以被配置为使用时分复用方案与一个或多个客户端设备通信。时分复用方案可以将用于不同的客户端的发送帧和接收帧分配给相同频带或多个频带上的不同时隙。根据本公开的示例方面，一个或多个模态天线可以被操作来通过在每帧、每客户端的基础上(例如，每帧、每客户端、每天线的基础上)配置模态天线来增强基站和多个不同的客户端设备之间的无线通信中的信号质量，以向每个单独的客户端设备提供增强的信号质量。基站可以被配置为使用其他复用方案或通信方案进行通信，而不脱离本公开的范围。
在一些实施方式中，对于每个帧，被配置为控制模态天线的操作的一个或多个控制设备可以识别基站在该帧正与之通信的客户端设备。基于客户端设备，一个或多个控制设备可以选择多种模式中的一种模式以用于(多个)模态天线的操作。例如，可以基于与在该模式下到客户端设备的通信相关联的信道质量指示符(CQI)来选择该模式。可以选择该模式来提高对于该帧的、与客户端设备的信道质量和/或优化对于该帧的、与客户端设备的信道质量。
如本文所使用的，帧表示通信方案中的时间的划分。基站可以在帧期间与一个或多个客户端设备进行通信。例如，基站可以在接收帧中从(多个)客户端设备接收。基站可以在发送帧中向(多个)客户端设备发送。
可以在天线模式选择中使用的示例CQI可以包括，例如，信噪比(SNR)、信号干扰噪声比(SINR)、接收信号强度指示符(RSSI)、比特误差率(BER)、幅度误差率(MER)、误差矢量幅度(EVM)、块误差率(BLER)、分组误差率(PER)以及前述的组合和/或各种其他度量。CQI可以用于表征基站和客户端设备之间的上行链路信号质量和/或表征基站和客户端设备之间的下行链路信号质量。
在一个示例实施方式中，可以使用客户端索引数据来确定对于帧的(多个)模态天线的所选择的模式。客户端索引数据可以包括将一个或多个模态天线的特定模式关联到特定客户端设备的数据。例如，客户端索引数据可以将(多个)模态天线的最佳模式(例如，具有最高或接近最高CQI度量的模式)与特定客户端设备相关联。客户端索引数据可以存储和/或实施在一个或多个存储器设备中。客户端索引数据可以被实施为查找表、矩阵、数据结构、函数、算法或者将模态天线的特定模式与客户端设备相关联的其他实施方式。
在一些实施例中，可以通过在训练模式下操作通信系统来生成客户端索引数据。在训练模式期间，系统控制(多个)模态天线在多种不同模式中的每一种模式下操作。当在每种模式下操作时，系统获得用于与每个客户端设备通信的(多个)CQI。可以分析(多个)CQI以确定期望哪种模式(例如，处于最佳或接近最优模式)用于与特定客户端设备通信以改善信号质量。该模式可以在客户端索引数据中与特定客户端设备相关联。
训练模式可以在各种不同的触发条件出现时实施。例如，触发条件可以与通信系统的启动或建立相关联。作为另一示例，触发条件可以是一段时间的流逝。这样，系统可以以规则和/或不规则的时间间隔实施训练模式。
在一些实施例中，触发条件可以基于CQI改变或基于使用条件。例如，当与向特定客户端设备进行通信相关联的CQI以阈值量改变时，系统可以实施训练模式。作为另一示例，当与客户端相关联的位置已经移动了阈值量(例如，如根据例如信号强度、来自定位系统的数据等确定的)时，系统可以实施训练模式。在一些实施例中，当新的客户端设备加入通信系统时，可以实施训练模式。
在一个特定示例中，训练模式可以被实施为帧间训练模式，该帧间训练模式出现在跨基站和客户端设备之间通信的多个帧上。在帧间训练模式期间，当在多种模式中的每一种模式下操作模态天线的同时，使用帧来获得CQI。可以分析CQI以确定哪种模式为与特定客户端设备通信提供最佳或改善的CQI。确定的模式可以在客户端索引数据中与客户端设备相关联。在一些实施例中，训练模式可以使用发送帧和接收帧两者来实施。在一些实施例中，可以仅使用接收帧来实施训练模式，以在发送帧期间维持提高的信号质量，反之亦然。
在另一特定示例中，训练模式可以被实施为帧内训练模式。在帧内训练模式期间，可以在单个帧(诸如单个接收帧或单个发送帧)内为多种模式获得CQI。
根据本公开的示例方面的通信系统和方法可以提供许多技术效果和益处。例如，在每帧、每客户端的基础上(例如，每帧、每客户端、每天线的基础上)使用模态天线的所选择的模式可以改善网络中基站和多个客户端设备之间的通信的信号质量。这可以导致点对多点通信中的减少的通信误差和更快的上行链路/下行链路时间。
图1描绘了根据本公开的示例方面的示例点对多点通信系统100。通信系统100包括基站110。在一些实施例中，基站110可以是无线网络接入点，诸如无线局域网接入点(WLAN)，诸如用于WiFi网络。出于说明和讨论的目的，参考诸如WiFi网络的WLAN来讨论本公开的各方面。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，点对多点通信系统可以在其他基础设施/通信系统(例如，蜂窝等)中实施，而不脱离本公开的范围。
基站110与多个客户端设备132、134、136和138无线通信。多个客户端设备132、134、136和138可以包括，例如，一个或多个智能电话、平板电脑、膝上型电脑、桌上型电脑、可穿戴设备、打印机、物联网设备、电器或其他电子设备。基站110可以使用任何无线通信协议与多个客户端设备132、134、136和138通信。一个示例协议可以包括与WiFi网络相关联的IEEE802.11协议中的任何协议。
出于示例目的，在图1中示出了四个客户端设备132、134、136和138。在不脱离本公开的范围的情况下，通信系统中可以包括任何数量的客户端设备。
基站110可以包括一个或多个模态天线，用于与客户端设备132、134、136和138通信。在图1的示例中，基站110包括第一模态天线112和第二模态天线114。基站可以包括更多或更少的天线，而不脱离本公开的范围。
模态天线112和114可以被配置为在多种不同模式下操作。每种模式可以与不同的辐射图案相关联。例如，第一模态天线112可以在第一模式下操作，以提供辐射图案122a。第一模态天线112可以在第二模式下操作，以提供辐射图案122b。第一模态天线112可以在第三模式下操作，以提供辐射图案122c。第一模态天线112可以在第四模式下操作，以提供辐射图案122d。
类似地，第二模态天线114可以在第一模式下操作，以提供辐射图案124a。第二模态天线114可以在第二模式下操作，以提供辐射图案124b。第二模态天线114可以在第三模式下操作，以提供辐射图案124c。第二模态天线114可以在第四模式下操作，以提供辐射图案124d。
出于说明和讨论的目的，参考被配置为在四种模式下操作的模态天线来讨论本公开的各方面。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，本文讨论的模态天线中的任何模态天线可以在更多或更少的模式下操作，而不脱离本公开内容的范围。
在一些实施例中，第一模态天线112和/或第二模态天线114可以包括有源辐射元件和位于有源辐射元件附近的一个或多个寄生元件。有源元件可以被配置为选择性地将寄生元件耦合到地，或者以其他方式调整与寄生元件相关联的电特性以调整由有源辐射元件提供的辐射图案，以在多种不同模式中的一种模式下操作模态天线。将参考图11-图13更详细地讨论示例模态天线。
作为一个示例，基站110可以被配置为以时分复用方式与客户端设备132、134、136和138中的一个或多个通信。时分复用方案可以将用于不同的客户端的发送帧和接收帧分配给同一频带上的不同时隙。例如，示例频带可以包括与IEEE 802.11通信相关联的频带，诸如2.4GHz、3.6GHz和5GHz频带。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其他频带。
本公开的示例方面针对配置多模天线112和114中的一个或多个，以在每帧、每客户端、每天线的基础上提高信号质量。更具体地，对于每个帧，多模天线112和114中的一个或多个可以在所选择的模式下操作，以改善与客户端设备132、134、136和138中的一个或多个的通信。在下一帧期间，当与不同的客户端设备通信时，多模天线112和114中的一个或多个可以以不同模式被配置，以增强与不同的客户端设备的信号质量。
图2描绘了根据本公开的示例实施例的点对多点通信系统的操作的图形表示200。图2沿横轴绘制时间，沿纵轴绘制频带。如图所示，基站以时分复用方式与四个不同的客户端设备(例如，客户端A、客户端B、客户端C和客户端D)通信。更具体地，时间可以被细分为多个帧。在每个帧期间，基站可以在相同的频带上与多个客户端之一通信(例如，发送或接收)。例如，如图2所示，基站在帧0期间与客户端A通信。基站在帧1期间与客户端B通信。基站在帧2期间与客户端C通信。基站在帧3期间与客户端D通信。
取决于基站正与之通信的客户端，可以在不同的帧中以不同模式配置两个模态天线。天线的模式使用命名法x:y来指定，其中x表示天线，并且y表示天线的模式。
更具体地，在与客户端A通信同时的帧0期间，模态天线0以模式1被配置，并且模态天线1以模式2被配置。在与客户端B通信同时的帧1期间，模态天线0以模式3被配置，并且模态天线1以模式2被配置。在与客户端C通信同时的帧2期间，模态天线0以模式0被配置，并且模态天线1以模式3被配置。在与客户端D通信同时的帧3期间，模态天线0可以以模式2被配置，并且模态天线1可以以模式2被配置。这样，可以在每帧的基础上提高通信系统信号质量，以用于与每个单独的客户端的通信。
出于说明和讨论的目的，图2描述了使用时分复用方案的通信。在不脱离本公开的范围的情况下，本公开的示例方面可以与其他复用方案或通信方案一起使用。
图3描绘了根据本公开的示例实施例的示例基站110的示意图。基站110包括RF电路220(例如，收发器、前端模块等)。RF电路220可以被配置为将RF信号通过传输线向模态天线112、114、116等进行通信。在不脱离本公开的范围的情况下，更多或更少的模态天线可以被用于基站110中。
RF电路220可以对RF中的信息进行编码，以用于经由一个或多个天线112、114和116的通信。RF电路220可以包括一个或多个复用电路，该一个或多个复用电路被配置为例如以时分复用方式控制帧的通信。RF电路220可以包括用于调节由天线112、114和116进行通信的RF信号的其他组件，诸如一个或多个收发器、阻抗匹配电路、低噪声放大器、功率放大器等。
如图所示，基站110包括一个或多个控制设备210。(多个)控制设备210可以是能够控制基站110的组件的操作的任何设备。例如，(多个)控制设备可以包括一个或多个处理器(例如，主机处理器、基带处理器等)。在一些实施例中，(多个)控制设备可以执行存储在存储器中的计算机可读指令，以使(多个)控制设备执行操作，诸如本文公开的操作中的任何操作。
(多个)控制设备210可以通过经由一条或多条控制线215向天线配置模块212、214和216传送控制信号来控制模态天线。天线配置模块212可以包括，例如，(多个)RF开关、(多个)MEMs开关、(多个)可调谐电容器、(多个)可调谐电感器、(多个)PIN二极管、前述的组合或其他合适的组件。天线配置模块212可以包括和/或可以控制模态天线112，以基于通过(多个)控制线215从(多个)控制设备210接收的(多个)控制信号来以多种不同模式中的一种模式配置天线112。天线配置模块214可以包括和/或可以控制模态天线114，以基于通过(多个)控制线215从(多个)控制设备210接收的(多个)控制信号来以多种不同模式中的一种模式配置天线114。天线配置模块216可以包括和/或可以控制模态天线116，以基于通过(多个)控制线215从(多个)控制设备210接收的(多个)控制信号来以多种不同模式中的一种模式配置天线116。
(多个)控制设备210可以执行控制例程230(例如，算法)，该控制例程230在每帧、每客户端的基础、每天线的基础上配置模态天线112、114、116中的一个或多个的模式，以增强与(多个)客户端设备的通信的信号质量。例如，在与第一客户端设备通信时的第一帧期间，(多个)控制设备210可以被配置为在第一模式集下操作(多个)模态天线112、114、116中的一个或多个。在与第二客户端设备通信时的第二帧期间，(多个)控制设备210可以被配置为在第二模式集下操作(多个)模态天线112、114、116中的一个或多个。
控制例程230可以选择模式集来操作一个或多个天线112、114、116，以增强在帧期间与客户端设备通信的信号质量和/或优化在帧期间与客户端设备通信的信号质量。在一些实施例中，控制例程230可以基于与在帧期间与客户端设备进行通信相关联的(多个)CQI来选择模式集，以增强信号质量。(多个)CQI可以包括一个或多个可以包括例如信噪比、信号干扰噪声比(SINR)、接收信号强度指示符(RSSI)、比特误差率(BER)、幅度误差率(MER)、误差矢量幅度(EVM)、块误差率(BLER)、分组误差率(PER)前述的组合和/或各种其他度量。
在一些实施例中，控制例程230可以选择模式集可以选择模式集，以用于基于客户端索引数据240操作一个或多个天线112、114、116来增强在帧期间与客户端设备通信的信号质量和/或优化在帧期间与客户端设备通信的信号质量。客户端索引数据可以包括将模态天线112、114和116的特定模式关联到特定客户端设备的数据。例如，客户端索引数据240可以将(多个)模态天线的最优模式(例如，具有最高或接近最高CQI度量的模式)与特定客户端设备相关联。客户端索引数据可以存储和/或实施在一个或多个存储器设备中。客户端索引数据可以被实施为查找表、矩阵、数据结构、函数、算法或者将模态天线的特定模式与客户端设备相关联的其他实施方式。
示例客户端索引数据240的表示在图4中示出。如图所示，客户端索引数据240。如图所示，示例客户端索引数据240将天线0、1、2和3的模式与客户端设备A、B、C和D相关联。客户端设备A、B、C和D可以是，例如，图4的客户端设备132、134、a136和138。在帧期间，(多个)控制设备210(图3)可以(基于来自RF电路的信号)确定特定通信分组与客户端A、B、C和D中的一个相关联。在该帧期间，(多个)控制设备210可以访问客户端索引数据240，以确定操作(多个)模态天线0、1、2和3中的一个或多个的模式。(多个)控制设备210可以在该帧期间以(多个)确定的模式控制(多个)天线210中的一个或多个。这个过程可以在每帧的基础上重复。
作为示例，使用图4的示例客户端索引数据，在与客户端A通信的第一帧期间，天线0、1、2和3中的一个或多个可以被配置为如下：天线0处于模式0；天线1处于模式2；天线2处于模式3；天线3处于模式1。在与客户端B通信的第二帧期间，天线0、1、2和3中的一个或多个可以被配置为如下：天线0处于模式3；天线1处于模式1；天线2处于模式0；天线3处于模式2。在与客户端C通信的第三帧期间，天线0、1、2和3中的一个或多个可以被配置为如下：天线0处于模式0；天线1处于模式0；天线2处于模式2；天线3处于模式1。在与客户端D通信的第四帧期间，天线0、1、2和3中的一个或多个可以被配置为如下：天线0处于模式1；天线1处于模式2；天线2处于模式2；天线3处于模式3。
客户端索引数据240可以基于CQI。例如，可以基于与与客户端设备进行通信相关联的CQI来为客户端索引数据240确定与每个客户设备相关联的模式。下面将详细讨论用于训练/生成客户端索引数据240的示例方法。
图5描绘了根据本公开的示例实施例的另一示例基站110的示意图。基站110包括RF电路220(例如，收发器、前端模块等)。RF电路220可以被配置为通过传输线将RF信号向模态天线112、114、116等进行通信。在不脱离本公开的范围的情况下，更多或更少的模态天线可以被用于基站110中。
RF电路220可以对RF中的信息进行编码，以用于经由一个或多个天线112、114和116的通信。RF电路220可以包括一个或多个复用电路，该一个或多个复用电路被配置为例如以时分复用方式控制帧的通信。RF电路220可以包括用于调节通过天线112、114和116进行通信的RF信号的其他组件，诸如一个或多个收发器、阻抗匹配电路、低噪声放大器、功率放大器等。
如图所示，基站110包括一个或多个控制设备210和260。在该示例中，(多个)控制设备210可以是能够控制基站110的组件的操作的任何设备。例如，(多个)控制设备可以包括一个或多个处理器(例如，主机处理器、基带处理器等)。(多个)控制设备260可以包括天线控制器。天线控制器可以基于来自(多个)控制设备210(例如，主机处理器)和/或RF电路220的信号/信息来控制(多个)模态天线112、114和116的操作。
在一些实施例中，(多个)控制设备210和260可以执行存储在存储器中的计算机可读指令，以使(多个)控制设备210和260执行操作，诸如本文公开的操作中的任何一个操作。
在图5的示例中，(多个)控制设备260可以通过将控制信号调制到用于向天线112、114和116提供RF信号的传输线上来控制模态天线112、114和116。例如，(多个)控制设备260可以使用各种调制技术(例如，幅度移位键控等)将控制信号调制到传输线262(例如，同轴传输线)上，以经由偏置三通电路272控制天线配置模块212。(多个)控制设备260可以使用各种调制技术(例如，幅度移位键控等)将控制信号调制到传输线264(例如，同轴传输线)上，以经由偏置三通电路274控制天线配置模块214。(多个)控制设备260可以使用各种调制技术(例如，幅度移位键控等)将控制信号调制到传输线266(例如，同轴传输线)上，以经由偏置三通电路276控制天线配置模块216。
天线配置模块212可以包括和/或可以控制与模态天线112相关联的一个或多个有源元件，以基于通过传输线262接收的(多个)控制信号以多种不同模式中的一种模式配置天线112。天线配置模块214可以包括和/或可以控制与模态天线114相关联的一个或多个有源元件，以基于通过传输线264接收的(多个)控制信号以多种不同模式中的一种模式配置天线114。天线配置模块216可以包括和/或可以控制与模态天线116相关联的一个或多个有源元件，以基于通过传输线266接收的(多个)控制信号以多种不同模式中的一种模式配置天线116。
(多个)控制设备260可以执行控制例程230(例如，算法)，该控制例程230在每帧、每客户端、每天线的基础上配置模态天线112、114、116中的一个或多个的模式，以增强与(多个)客户端设备通信的信号质量。例如，在与第一客户端设备通信时的第一帧期间，(多个)控制设备210可以被配置为在第一模式集下操作(多个)模态天线112、114、116中的一个或多个。在与第二客户端设备通信时的第二帧期间，(多个)控制设备210可以被配置为在第二模式集下操作(多个)模态天线112、114、116中的一个或多个。
控制例程230可以选择模式集来操作一个或多个天线112、114、116，以增强在帧期间与客户端设备通信的信号质量和/或优化在帧期间与客户端设备通信的信号质量。在一些实施例中，控制例程230可以基于与在帧期间与客户端设备通信相关联的(多个)CQI来选择该模式集，以增强信号质量。(多个)CQI可以包括一个或多个可以包括例如信噪比(SNR)、信号干扰噪声比(SINR)、接收信号强度指示符(RSSI)、比特误差率(BER)、幅度误差率(MER)、误差矢量幅度(EVM)、块误差率(BLER)、分组误差率(PER)以及前述的组合和/或各种其他度量。
在一些实施例中，控制例程230可以选择模式集可以选择模式集，以用于基于客户端索引数据240操作一个或多个天线112、114、116以来增强在帧期间与客户端设备通信的信号质量和/或优化在帧期间与客户端设备通信的信号质量。客户端索引数据240可以包括将模态天线112、114和116的特定模式关联到特定客户端设备的数据。例如，客户端索引数据240可以将(多个)模态天线的最优模式(例如，具有最高或接近最高CQI度量的模式)与特定客户端设备相关联。客户端索引数据可以存储和/或实施在一个或多个存储器设备中。客户端索引数据可以被实施为查找表、矩阵、数据结构、函数、算法或者将模态天线的特定模式与客户端设备相关联的其他实施方式。
示例客户端索引数据240在图4中示出。客户端索引数据240可以基于CQI。例如，可以基于与与客户端设备进行通信相关联的CQI来为客户端索引数据240确定与每个客户设备相关联的模式。下面将详细讨论用于训练/生成客户端索引数据240的示例方法。
图6描绘了根据本公开的示例实施例的示例方法(300)的流程图。方法(300)可以例如使用本文讨论的通信系统中的任何一个系统或通信系统的组件(例如，基站)来实施。出于说明和讨论的目的，方法(300)示出了以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，本文讨论的方法中的任何一个方法的各种步骤可以被适应性修改、修改、同时执行、重新排列，包括未示出的步骤，和/或以各种方式扩展，而不脱离本公开内容的范围。
在(302)，该方法包括发起新的帧。例如，第一帧可用于向客户端A发送。第二帧可用于从客户端A接收。第三帧可用于向客户端B发送。第四帧可用于从客户端B接收，以此类推。帧可以具有任何合适的长度。从发送调整到接收时，帧改变。与不同的客户端设备通信时，帧改变。根据本公开的各方面，如图6所示，方法(300)可以在每帧的基础上(例如，每一个帧)来实施。
在(304)，该方法包括确定基站在帧期间正与之通信的客户端设备。这可以，例如，通过基于来自RF电路(诸如，收发器)的信号的一个或多个控制数据来确定。
在(306)，该方法包括例如从存储器访问客户端索引数据。如上所述，客户端索引数据可以包括将一个或多个模态天线的特定模式关联到特定客户端设备的数据。例如，客户端索引数据可以将(多个)模态天线的最优模式(例如，具有最高或接近最高CQI度量的模式)与特定客户端设备相关联。客户端索引数据可以存储和/或实施在一个或多个存储器设备中。客户端索引数据可以被实施为查找表、矩阵、数据结构、函数、算法或者将模态天线的特定模式与客户端设备相关联的其他实施方式。客户端索引数据示例如图4所示。
在图6的(308)，该方法包括至少部分基于客户端索引数据和在(304)识别的客户端来确定用于操作一个或多个模态天线的模式。例如，该模式可以在客户端索引数据中被确定为与在(304)识别的客户端相关联的模式。
在(310)，该方法包括以确定的模式配置(多个)模态天线。例如，可以向天线配置模块提供控制信号。天线配置模块可以包括和/或可以控制一个或多个有源元件，以将(多个)模态天线的模式调整为在(308)确定的模式。
在(312)，该方法包括当以该模式配置模态天线时，在帧中对数据进行通信。然后，该方法进行到下一帧(314)，其中该方法(300)重复其自身。这样，方法(300)可以在点对多点通信系统中在每帧、每客户端、每天线的基础上调整(多个)模态天线的模式。
图7描绘了根据本公开的示例实施例的生成客户端索引数据的示例方法(400)。方法(400)可以例如使用本文讨论的通信系统中的任何一个系统或通信系统的组件(例如，基站)来实施。出于说明和讨论的目的，方法(400)示出了以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，本文所讨论的方法中的任何一个的各种步骤可以被适应性修改、修改、同时执行、重新排列，包括未示出的步骤，和/或以各种方式扩展，而不脱离本公开内容的范围。
在(402)，该方法可以包括实施控制例程。该控制例程可以是，例如，用于在点对多点通信系统中在每帧、每客户端、每天线的基础上配置模态天线的图6的方法(300)。
在图7的(404)，该方法包括确定触发条件。如果存在，触发条件可以导致发起训练模式(404)。当不存在触发条件时，方法(400)继续以正常方式实施控制例程(402)。
触发条件可以以任何合适的方式定义。作为一个示例，触发条件可以与通信系统的启动或建立相关联。作为另一示例，触发条件可以是一段时间的流逝。这样，系统可以以规则和/或不规则的时间间隔实施训练模式。
作为另一示例，触发条件可以与进入训练模式的手动请求相关联。例如，用户可以与用户界面交互以请求系统进入训练模式。用户界面可以是例如位于基站上的按钮或其他界面。用户界面可以是呈现在与基站相关联的显示设备上的图形用户界面。在一些情况下，用户界面可以与通过网络与基站通信的远程设备相关联。例如，用户界面可以与通过无线网络与基站通信的用户设备(例如，智能电话、平板电脑等)相关联。
在一些实施例中，触发条件可以基于CQI改变或基于使用条件。例如，当与通信到特定客户端设备相关联的CQI以阈值量改变时，系统可以实施训练模式。作为另一示例，当与客户端相关联的位置已经移动了阈值量(例如，如根据例如信号强度、来自定位系统的数据等确定的)时，系统可以实施训练模式。在一些实施例中，当新的客户端设备加入通信系统时，可以实施训练模式。
参考图7，方法(400)可以包括在训练模式下生成客户端索引数据。更具体地，当在训练模式下操作时，可以获得与以不同模式与不同客户端通信相关联的(多个)CQI。可以分析这些(多个)CQI以确定用于在与特定客户端的通信中提供提高的信号质量(例如，提高的CQI)的(多个)天线模式。该(多个)模式可以在客户端索引数据中与客户端设备相关联。一旦生成了客户端索引数据，就可以更新客户端索引数据和/或将其存储在存储器中(408)。
可以为训练模式实施几种不同的技术。例如，训练模式可以被实施为帧间训练模式。将参考图8和9讨论示例帧间训练模式。作为另一示例，训练模式可以被实施为帧内训练模式。将参考图10讨论示例帧内训练模式。
图8描绘了根据本公开的示例实施例的与帧间训练模式相关联的帧序列500。图8中的帧间训练模式在客户端的发送帧和接收帧两者中实施。帧的线520表示该帧是发送帧还是接收帧。帧的线522表示在帧期间发生的一个或多个控制设备(例如，主机处理器、天线控制器等)的控制动作。帧的线524表示在帧期间模态天线的操作的经控制的天线模式。线524中的“SW”指的是多种模式中用于操作天线的当前最佳模式(例如，如根据先前的客户端索引数据确定的)。线522中的“PL”是指具有与在特定模式下进行通信相关联的(多个)CQI的有效载荷。“MCD”是指由控制设备基于(多个)CQI做出以更新最佳模式的决定。
参考图8，在帧501，以在530的先前最佳模式(例如，如根据客户端索引数据确定的)配置天线。在532获得与在最佳模式下进行操作相关联的CQI。在534发起进入训练模式的决定。在发送帧和接收帧的下一集合502上，模态天线被控制为处于模式0。在帧504，在536获得与模式0相关联的CQI。如果与模式0相关联的CQI优于先前最佳模式，则在538做出利用模式0作为最佳模式来更新客户端索引数据的决定。
在发送帧和接收帧的下一集合506上，模态天线被控制为处于模式1。在帧508，在540获得与模式1相关联的CQI。如果与模式1相关联的CQI优于先前最佳模式，则在542做出利用模式1作为最佳模式来更新客户端索引数据的决定。
在发送帧和接收帧的下一集合510上，模态天线被控制为处于模式2。在帧512，在544获得与模式2相关联的CQI。如果与模式2相关联的CQI优于先前最佳模式，则在546做出利用模式2作为最佳模式来更新客户端索引数据的决定。
在发送帧和接收帧的下一集合514上，模态天线被控制为处于模式3。在帧516，在548获得与模式3相关联的CQI。如果与模式3相关联的CQI优于先前最佳模式，则在550做出利用模式3作为最佳模式更新客户端索引数据的决定。在与客户端的未来帧518期间，天线可以在最佳模式552下操作。图8所示的帧间训练过程可以对通信系统中的每个不同的客户重复。
图9描绘了根据本公开的示例实施例的与帧间训练模式相关联的帧序列600。图9中的帧间训练模式仅在客户端的接收帧中实施。帧的线620表示该帧是发送帧还是接收帧。帧的线622表示在帧期间发生的一个或多个控制设备(例如，主机处理器、天线控制器等)的控制动作。帧的线624表示在帧期间模态天线的操作的经控制的天线模式。线624中的“SW”指的是多种模式中用于操作天线的当前最佳模式(例如，如根据先前的客户端索引数据确定的)。线622中的“PL”是指具有与在特定模式下进行通信相关联的(多个)CQI的有效载荷。“MCD”是指由控制设备基于(多个)CQI做出以更新最佳模式的决定。
参考图9，在帧601，以在630的先前最佳模式(例如，如根据客户端索引数据确定的)配置天线。在632获得与在最佳模式下进行操作相关联的CQI。在634发起进入训练模式的决定。在帧的下一集合602上，模态天线被控制为仅在接收帧中处于模式0。在发送帧期间，模态天线被控制为处于最佳模式。在帧604，在636获得与模式0相关联的CQI。如果与模式0相关联的CQI优于先前最佳模式，则在638处做出利用模式0作为最佳模式来更新客户端索引数据的决定。
在帧的下一集合606上，模态天线被控制为仅在接收帧中处于模式1。在发送帧期间，模态天线被控制为处于最佳模式。在帧608，在640获得与模式1相关联的CQI。如果与模式1相关联的CQI优于先前最佳模式，则在642做出利用模式1作为最佳模式来更新客户端索引数据的决定。
在帧的下一集合610上，模态天线被控制为仅在接收帧中处于模式2。在发送帧期间，模态天线被控制为处于最佳模式。在帧612，在644获得与模式2相关联的CQI。如果与模式2相关联的CQI优于先前最佳模式，则在646做出利用模式2作为最佳模式来更新客户端索引数据的决定。
在帧的下一集合614上，模态天线被控制为仅在接收帧中处于模式3。在发送帧期间，模态天线被控制为处于最佳模式。在帧616，在648获得与模式3相关联的CQI。如果与模式3相关联的CQI优于先前最佳模式，则在650做出利用模式3作为最佳模式来更新客户端索引数据的决定。在与客户端的未来帧618期间，天线可以在最佳模式652下操作。图9所示的帧间训练过程可以对通信系统中的每个不同的客户重复。
图9描述了在接收帧而不是发送帧中实施训练模式。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，训练模式可以类似地在发送帧中实施，而不是在接收帧中实施。
图10描绘了根据本公开的示例方面的与帧内训练模式相关联的帧。更具体地，第一帧702(例如，接收帧)可以包括前导/信道估计部分711和数据部分713。前导/信道估计部分711可以包括与分组的前导相关联的符号/比特和/或用于信道估计功能的符号/比特。数据部分713可以包括与在帧702期间进行通信的有效载荷或数据相关联的比特/符号713。
在帧内训练模式期间，天线在帧期间以不同模式配置，(多个)CQI用于生成客户端索引数据。更具体地，在712处的前导/信道估计部分711期间，天线可以被配置为处于多种不同模式，并且可以基于多种不同模式中的每一种模式的(多个)CQI选择最佳模式。在714处的数据部分713期间，天线可以被配置处于在前导/信道估计部分711期间确定的最佳模式。
图10描绘了第二帧720(例如，发送帧)。类似于第一帧702，第二帧720可以包括前导/信道估计部分721和数据部分723。前导/信道估计部分721可以包括与分组的前导相关联的符号/比特和/或用于信道估计功能的符号/比特。数据部分723可以包括与在帧720期间进行通信的有效载荷或数据相关联的比特/符号723。如在724处的整个帧期间所示，天线可以在先前第一帧702期间确定的最佳模式下操作。
图10是参考作为接收帧的第一帧702和作为发送帧的第二帧720来讨论的。在一些实施例中，第一帧702可以是发送帧，第二帧720可以是接收帧。
图11示出了可以根据本公开的各方面使用的模态天线810的示例实施例。模态天线810可以包括电路板812(例如，包括接地平面)和布置在电路板812上的被驱动天线元件814。天线体积可以被限定在电路板(例如，和接地平面)和被驱动天线元件之间。
在一些实施例中，第一寄生元件815可以至少部分地位于天线体积内。第一有源元件816可以与寄生元件815耦合。第一有源元件816可以是无源或有源组件或组件系列，并且可以被配置为通过的方式可变电抗或对地短路来变更第一寄生元件815上的电抗，从而导致天线的频移。
在一些实施例中，第二寄生元件818可以布置在电路板812附近，并且可以位于天线体积之外。第二寄生元件818还可以包括第二有源元件820，该第二有源元件820可以单独包括一个或多个有源和/或无源组件。第二有源元件820可以是无源或有源组件或组件系列，并且可以被配置为通过可变电抗或对地短路的方式来变更第二寄生元件818上的电抗，从而导致天线的频移。第二寄生元件818可以位于被驱动元件814附近，也可以位于天线体积的外部。
所描述的配置可以提供通过改变被驱动天线元件上的电抗来偏移该被驱动天线元件的辐射图案特性的能力。偏移天线辐射图案可称为“波束转向”。在天线辐射图案包括零点的情况下，因为零点可以被偏移到天线周围的替代位置(例如，以减少干扰)，所以类似的操作可以被称为“零点转向”。在一些实施例中，第二有源元件820可以包括开关，以用于在“开”时将第二寄生元件连接到地，并且用于在“关”时终止短路。然而，应当注意，例如通过使用可变电容器或其他可调谐组件，第一寄生元件或第二寄生元件上的可变电抗可以进一步提供天线图案或频率响应的可变偏移。例如，第一有源元件716和/或第二有源元件820可以包括可调谐电容器、MEMS设备、可调谐电感器、开关、可调移相器、场效应晶体管或二极管中的至少一个。
图12示出了与图11的模态天线相关联的二维天线辐射图案。可以通过控制与模态天线810的第一寄生元件815和/或第二寄生元件818中的至少一个相关联的电特性来偏移辐射图案。例如，在一些实施例中，辐射图案可以从第一模式822偏移到第二模式824、或第三模式826等等。
图13示出了根据本公开的示例方面的图11的模态天线的示例频率图。可以通过控制与模态天线710的第一寄生元件815和/或第二寄生元件818中的至少一个相关联的电特性来偏移天线的频率。例如，当第一和第二寄生元件被切换“关闭”时，可以实现天线的第一频率(f0)；当第二寄生对地短路时，可以产生频率(fL)和(fH)；和当第一寄生元件和第二寄生元件各自对地短路时，可以产生频率(f4；f0)。应当理解，在本公开的范围内，其他配置也是可能的。例如，可以采用更多或更少的寄生元件。寄生元件的位置可以被变更，以实现可以展现不同频率和/或频率组合的额外的模式。
出于说明和讨论的目的，图11-图13描绘了具有多种模式的一个示例模态天线。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，可以使用其他模态天线和/或天线配置，而不脱离本公开的范围。如本文所使用的，“模态天线”是指能够在多种模式下操作的天线，其中每种模式与不同的辐射图案和/或极化状态相关联。在US 9,748,637、US 9,240,634、US 8,648,755、US 8,362,962和US 7,911,402中描述了示例模态天线；它们通过引用并入本文。
虽然已经参考本主题的具体示例实施例详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在理解了前述内容之后，可以容易地产生对这样的实施例的变更、改变和等同。因此，本公开的范围是以示例的方式，而不是以限制的方式，并且本主题公开不排除对本主题的这种修改、改变和/或添加，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (14)

1.一种用于点对多点通信的通信系统，包括：
一个或多个模态天线，所述一个或多个模态天线被配置为在多种模式下操作，所述多种模式中的每一种模式与不同的辐射图案相关联；
收发器，被配置为经由所述一个或多个模态天线、在无线通信介质上与多个客户端设备进行通信，所述收发器被配置为以时分复用的方式，在多个帧中的每一个帧期间与客户端设备中的不同客户端设备进行通信；
一个或多个控制设备，被配置为：
配置所述通信系统以在帧间训练模式中操作；
响应于将所述通信系统配置在帧间训练模式中，获得在所述多种模式中的每一种模式中操作的所述一个或多个模态天线中的每一个模态天线的一个或多个信道质量指示符度量；
在所述帧间训练模式期间获得所述一个或多个信道质量指示符度量后，针对所述多个帧中的每一个帧确定为所述一个或多个模态天线选择的模式，所选择的模式至少部分地基于在所述多个帧中的相应帧期间，当所述一个或多个模态天线被配置以所述多种模式中的每一种模式来与所述一个或多个客户端设备中的一个进行通信时的一个或多个信道质量指示符度量；以及
在所述多个帧中的每一个帧期间以所选择的模式配置所述一个或多个模态天线。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，对于所述多个帧中的第一帧，所选择的模式包括所述多种模式中的第一模式以与所述多个客户端设备中的第一客户端设备进行通信；并且
其中，对于所述多个帧中的第二帧，所选择的模式包括所述多种模式中的第二模式以与所述多个客户端设备中的第二客户端设备进行通信。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述一个或多个控制设备被配置为访问存储在一个或多个存储器设备中的客户端索引数据以针对所述多个帧中的每一个帧确定所选择的模式，所述客户端索引数据将针对所述多个帧中的相应帧选择的模式与所述多个客户端设备中相应客户端设备相关联。
4. 根据权利要求3所述的通信系统，其中，所述一个或多个控制设备被配置为至少部分基于当在所述帧间训练模式下操作通信系统的同时获得的所述一个或多个模态天线的所述一个或多个信道质量指示符度量来生成所述客户端索引数据。
5.根据权利要求4所述的通信系统，其中，所述多个帧包括一个或多个发送帧以及一个或多个接收帧；以及
所述帧间训练模式在所述一个或多个接收帧和所述一个或多个发送帧期间实施。
6.根据权利要求4所述的通信系统，其中，所述帧间训练模式仅在所述一个或多个接收帧期间实施。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述模态天线中的至少一个模态天线包括寄生元件和辐射元件。
8.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述通信系统被实施为无线局域网接入点的至少一部分。
9.一种用于在点对多点通信系统中进行通信的方法，所述方法包括：
使用一个或多个模态天线，以时分复用的方式，在多个帧上向多个客户端设备对数据进行通信，所述一个或多个模态天线可操作地被配置为处于多种不同模式，每种模式与不同的辐射图案相关联，所述一个或多个模态天线可操作地在所述多个帧中的每一个帧期间与客户端设备中的不同客户端设备进行通信；
配置所述点对多点通信系统以在帧间训练模式中操作；
响应于将所述点对多点通信系统配置在帧间训练模式中，获得在所述多种模式中的每一种模式中操作的所述一个或多个模态天线中的每一个模态天线的一个或多个信道质量指示符度量；
在所述帧间训练模式期间获得所述一个或多个信道质量指示符度量后，针对所述多个帧中的每一个帧确定为所述一个或多个模态天线选择的模式，所选择的模式至少部分地基于在所述多个帧中的相应帧期间，当所述一个或多个模态天线被配置以所述多种模式中的每一种模式来与所述一个或多个客户端设备中的一个进行通信时的一个或多个信道质量指示符度量；以及
在所述多个帧中的每一个帧期间，以所选择的模式配置所述一个或多个模态天线。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，针对所述多个帧中的每一个帧确定所选择的模式包括：
访问将客户端设备中的一个与针对所述多个帧中的相应帧所选择的模式相关联的客户端索引数据；以及
基于所述客户端索引数据确定所选择的模式。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述客户端索引数据至少部分基于当在所述帧间训练模式下操作所述点对多点通信系统的同时获得的所述一个或多个模态天线的所述一个或多个信道质量指示符度量来生成。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述一个或多个模态天线配置为在所选择的模式下操作包括：调整位于辐射元件附近的一个或多个寄生元件的电特性。
13.一种无线网络接入点，包括：
一个或多个模态天线，其可在多种不同模式下操作，每种模式与不同的辐射图案相关联；
收发器，被配置为经由所述一个或多个模态天线、在无线通信介质上与多个客户端设备进行通信，所述收发器被配置为以时分复用的方式，在多个帧中的每一个帧期间与客户端设备中的不同客户端设备进行通信；
一个或多个控制设备，被配置为：
配置所述无线网络接入点以在帧间训练模式中操作；
响应于将所述无线网络接入点配置在帧间训练模式中，获得在所述多种模式中的每一种模式中操作的所述一个或多个模态天线中的每一个模态天线的一个或多个信道质量指示符度量；
在所述帧间训练模式期间获得所述一个或多个信道质量指示符度量后，针对所述多个帧中的每一个帧确定为所述一个或多个模态天线选择的模式，所选择的模式至少部分地基于在所述多个帧中的相应帧期间，当所述一个或多个模态天线被配置以所述多种模式中的每一种模式来与所述一个或多个客户端设备中的一个进行通信时的一个或多个信道质量指示符度量；以及
在所述多个帧中的每一个帧期间以所选择的模式配置所述一个或多个模态天线。
14. 根据权利要求13所述的无线网络接入点，其中，针对所述多个帧中的每一个帧确定为所述一个或多个模态天线选择的模式包括：
访问将客户端设备与所选择的模式相关联的客户端索引数据；以及
至少部分基于所述客户端索引数据确定所选择的模式。
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