TWI390795B - 可自我安裝之可切換天線 - Google Patents

Description

可自我安裝之可切換天線 相關申請案

此申請案主張2005年12月12日所申請之名稱為“用於以最佳組態為基礎之可切換天線選擇的系統及方法設計”的美國臨時專利申請案序號第60/749,401號，以及2006年1月27日及2006年2月17日所申請之名稱均為“用於以QFDM和QFDMA信號之品質分級為基礎之可切換天線選擇的可自我安裝系統及方法設計”的美國臨時申請案序號第60/763,196號及第60/774,428號的優先權，該等申請案以引用方式併於本文中。

本發明關於通訊系統之多重天線系統，且更特別地，關於通訊系統中所使用之多重天線系統內之天線的選擇。

習知無線通訊系統促成複數個用戶單元與無線電網路基礎架構間之雙向通訊。典型地，無線電基礎架構係固定式的；而用戶單元則可為固定式或移動式，或固定式和移動式兩者之結合。其中無線電網路操作的典型環境包含許多建物及障礙物，當無線電信號傳送於用戶單元與基礎架構之間時，該等建物及障礙物會阻擋或反射該無線電信號。例如當信號傳送時，其會受到無線電環境內之牆壁、人或其他障礙物所反射。當信號傳送以及反射時，其將以除了發射器與接收器間的直接路徑之外的不同角度來抵達接收器。

該無線電環境亦會隨著時間而改變，例如在無線電LAN中，諸如行人行走，或家具或設備被移動之環境內的障礙物會移動。此外，若無線電接收器或發射器係移動式時，其移動亦會改變障礙物相對於接收接收器或發射器的位置。當無線電環境改變時，則信號傳送通過該環境所獲得的路徑亦會改變。傳送路徑改變意謂自發射器至接收器之信號抵達方向係未知的。

第1圖係無線電網路100之實例圖。如第1圖中所示，無線電網路100包含發射器102及接收器104。在無線電網路100所操作之典型環境中，亦存在有障礙物106。在戶外環境中，障礙物106的實例包含人、建築物、汽車、樹木等；在戶內環境中，障礙物106之若干實例包含牆壁、人、家具、設備等。如上述，該環境亦會隨著時間而改變，以及障礙物106、發射器102或接收器104會彼此相對地移動。

如第1圖中所描繪地，當無線電信號傳送於發射器102與接收器104之間時，亦即，自發射器102發射且接收於接收器104之天線120時，該無線電信號會受到周遭環境中之障礙物106所阻擋及反射。第1圖中所描繪之實例可稱為非視線內(NLOS)傳送環境，因為直接視線(LOS)路徑110受到障礙物106之一所阻擋。同樣地，通過該環境之信號傳送的其他例子係受到障礙物所反射且行進於種種不同的路徑。該等“多徑”信號110、112、114及116的四個實例係描繪於第1圖中。如第1圖之實例中所示，該等多徑信號可自不同的方向來抵達接收器104。

考量此未知方向的接收信號，許多無線電裝置使用全方位天線。雖然全方位天線可從任一方向來接收信號，但所接收之信號並非最佳的，因為並無天線增益。方向性天線具有勝於全方位天線之天線增益，但因其係方向性的，所以僅能自一特定方向來接收信號。然而，因為無線電環境可能正改變著，所以固定方向之天線無法提供足夠的性能。

使用來增強方向天線之性能的技術係天線切換系統，典型的天線切換系統包含多重天線或天線元件，以能自任一方向接收信號的圖案來設置。具有該天線切換系統，可選擇個別的天線元件，使得“指向”所接收的信號方向之天線可予以選擇使用。

因此，需要有方向及裝置來使多重天線系統中之天線選擇最佳化。

該等系統及方法具有若干特性，但並無任一特性可單獨地成為所企望之屬性。在未限制申請專利範圍所明示的範疇之下，現將簡明地描述該等系統及方法之更卓越的特性。於思考本文討論內容之後，且尤其是在研讀“實施方式”之章節之後，將更可理解該等系統及方法如何可提供凌駕於傳統設計技術的一些優點。

根據本發明，所企望的是，使天線系統的分集能夠在當採用兩個或更多個接收天線時之非視線內(NLOS)或視線障礙(OLOS)的傳送環境中最佳化。換言之，所企望的是，使採用一或更多個天線饋電而正操作於嚴重多徑衰落環境中之系統的空間分集能夠最佳化。而且，企望於提供全方位的天線涵蓋範圍的特性於NLOS或OLOS環境中，且同時可增加系統增益的特性。此系統係可自我安裝於顧客房屋設備(CPE)或用戶站(SS)中，特別係在其中直接天線對齊無法藉由光學措施來對齊的NLOS環境中，此系統亦適於支援時變之NLOS或OLOS傳送環境的天線對齊。

在一觀點中，一種自複數個天線來選擇天線之組合的方法包含選擇天線陣列一部分的一天線，然後測量在該天線處所接收之射頻信號的特性，針對該陣列中之所欲數目的天線來重複該選擇及特性的測量，然後結合及分級該等測量，由該分級可選擇天線之組合或一組天線之組合，以使用於無線電系統的操作期間。

該等射頻信號可為正交頻率劃分多工(OFDM)信號。而且，測量射頻信號的特性包含例如測量該信號中之碼(前置碼、中置碼或後置碼)相對於已知碼的關聯程度；結合自兩個或多個天線所接收之信號且接著測量所結合信號中之碼相對於已知碼的關聯程度；測量誤差向量測量、信雜比、載波對信號比或信號衰落測量。

在另一觀點中，一種天線系統包含複數個天線，該系統亦包含開關矩陣，該開關矩陣係與複數個天線通訊且適於耦接所選擇之天線至開關輸出，無線電模組係與該開關輸出通訊且適於接收射頻信號，存在有一測量模組與該無線電模組通訊，該測量模組係適於測量該無線電模組所接收之射頻信號的特性，以及控制模組係適於接收所測量的特性且控制該複數個天線的那些天線將耦接至開關矩陣之開關輸出的選擇。

該控制模組可一次一個地或同時地選擇天線，且依據個別天線之測量的結合來分級該等天線，然後該控制模組依據該等分級來選擇天線之組合，或一組天線組合以供使用於操作階段之期間。該天線系統亦可包含第二開關輸出，以及與該第二開關輸出通訊之第二無線電模組。在此組態中，該控制模組可選擇即將通訊地耦接至第一無線電模組之一天線，或信號相結合之天線的組合；或者選擇即將通訊地耦接至第二無線電模組之第二天線，或信號相結合之天線的組合，可使用任何所欲數目之開關輸出及無線電模組。

藉由下文說明中之實例來描繪本發明，將可充分瞭解本發明之其他特性及優點。

在研讀此說明之後，熟習於本項技術人士將瞭解如何以各式各樣選擇性之實施例和選擇性之應用來實施本發明。然而，雖然將於此處敘述本發明之不同的實施例，但應理解的是，該等實施例僅係藉由實例來顯現且並非限制。因此，不同實施例之詳細說明不應解讀為限制本發明之範疇或寬廣度。

所企望的是，使天線系統的分集能夠在當採用兩個或多個接收天線時之非視線內(NLOS)或視線障礙(OLOS)的傳送環境中最佳化。換言之，所企望的是，使採用一或更多個天線饋電而正操作於嚴重多徑衰落環境中之系統的空間分集能夠最佳化；而且，企望提供全方位的天線涵蓋範圍的特性於NLOS或OLOS環境中，且同時可增加系統增益的特性。此系統應可自我安裝於顧客房屋設備(CPE)或用戶站(SS)中，特別係在直接天線對齊無法藉由光學措施來對齊的NLOS環境中。因此，針對時變之NLOS或OLOS傳送環境，亦需要有適應性之天線對齊。

第2圖係可使用於接收器之多重天線模組200之實例的圖式。在第2圖中所示之天線模組200的實例中，具有四個方向性天線202，204，206，及208，各個天線係組構而以大約90度扇區來接收或發射信號。在諸如信號的接收或發射期間之無線電系統的操作期間，選擇該等天線202，204，206，及208的那些天線來作動可改善無線電系統的效能。

第3圖係描繪本發明觀點之無線電網路的圖式。第3圖係相似於第1圖，第3圖係以第2圖之天線模組200來置換第1圖之接收器104的天線120。在第3圖的實例中，到達天線模組200之多徑信號112，114，116及118係抵達該天線模組200之不同的天線202，204，206及208處。因為該等多徑信號112，114，116，及118係典型地不同“品質”，所以可較佳地接收所選擇形式之多徑信號而放棄其餘者，例如多徑信號112僅反射一次，因為其係接收於天線202，而多徑信號116係反射五次，因為其係接收於天線206；同樣地，多徑信號114及118係反射兩次，因為分別接收於天線204及208。

因為該等多徑信號112，114，116，及118各行進不同的路徑，所以它們將大致遭受不同的劣化量或失真量。例如多重信號112會遭受最小的劣化,因為其僅反射一次；雖然多徑信號114及118均係反射兩次，但多徑信號114會遭受較小的劣化，因為其比多徑信號118行進更短的總路徑長度。此外，多徑信號116會遭受最大的劣化，因為其係反射五次。由於該等多徑信號在遭受不同劣化量之後才到達天線，所以該等信號將是不同“品質”。因此，較佳地，可僅作動所選擇的天線以及不作動其他天線。

第4圖係可使用於接收器之多重天線模組400之另一實例的圖式。在天線模組400之此實例中，天線系統包含八個方向性天線402，404，406，408，410，412，414，及416，各個天線係組構而自大約45度扇區來接收信號，選擇該等天線的那些作用之天線可改善接收器的效能。在天線模組400中之該等天線各可涵蓋小的扇區，因此可增加第2圖之天線模組200中之該等天線上的天線增益。雖然第2及4圖描繪四個天線及八個天線，但可使用任何所欲數目的天線。

諸如第2及4圖中所描繪之多重天線模組亦提供空間分集。利用該空間分集，來自兩個或更多個空間分集式天線之輸入信號可以數學方式結合，而產生比來自該等天線之兩個個別信號的各個個別信號更佳品質之信號。可使用可選擇式天線陣列來使空間分集最佳化，而亦可致能可使用者安裝式天線。選擇標準可以選擇將使結合方案之效能最大化的最佳成對或組合之接收天線為主。

第5圖係天線系統500之實施例的功能性方塊圖。該天線系統500可支援MIMO(多進多出)技術，該天線系統500包含複數個可組構式天線502至508，雖然僅陳述四個可組構式天線，但亦可使用更多或更少之該等元件。天線開關矩陣510可通訊地耦接所選擇之天線502至508到無線電模組512。

該無線電模組512接收來自所選擇之天線502至508的射頻(RF)信號，解調變所接收之信號，以及使基帶信號通訊至資料界面模組514。該無線電模組512亦自資料界面模組514接收基帶信號，解調變基帶資料，以及使RF信號通訊至所選擇之天線502至508。該無線電模組512亦通訊地耦接至測量模組516。如下文將進一步描述地，測量模組516可評估由無線電模組自所選擇的天線所接收之信號的特性。例如該測量模組516可決定所接收信號之功率位準，關聯程度，或其他特性。

在一實施例中，於天線系統之選擇操作期間，來自所欲天線502至508的信號係通訊至無線電模組512。該無線電模組之輸出係與測量模組516通訊，例如可一次一個地使來自各個可用天線502至508的信號通訊至該信號係通訊至測量模組516的無線電模組512，該測量模組516將分析所接收之信號以決定該信號的“品質”。在一實例中，各個天線信號係在一足夠長以便自個別天線所接收之信號來捕獲至少一碼(前置碼、中置碼、前置碼)的週期通訊至無線電模組512。然後，該測量模組516藉由測量所接收之碼與已知之參考碼信號的關聯程度來分析該信號，以決定其品質。該碼關聯性可使用為指定於同一發射器或基地台之所接收信號以供分級天線饋電之品質的標準。在由不同的基地台或點用戶站(SS)中發射之具有相同的碼關聯程度之所接收信號之間，可使用基地台識別(BSID)來作成決定。

該測量模組516使針對所選擇的各個天線之所決定的信號品質通訊至控制模組518。該控制模組518與天線開關矩陣510通訊而選擇性地耦接所欲之天線至無線電模組512。如下文將進一步描述地，該控制模組518針對所選擇之各個天線502至508來評估接收自測量模組516的信號品質。在評估所欲數目的天線502至508之後，該控制模組518可在操作期間選擇天線來耦接至無線電模組512及520。注意的是，該控制模組518亦控制該天線開關矩陣，而在選擇階段之期間選擇性地耦接該等天線502至508到無線電模組512。

該控制模組518評估天線信號之各式各樣的結合，以決定較佳的天線組合。如下文將進一步描述地，該控制模組518使用不同的分析技術來評估那一個天線信號組合可提供例如“最平坦”響應之較佳特性。在一實施例中，天線信號之不同組合係由決定相對於其他組合之組合特性的“測量”所分級。以下表1係針對五個天線之陣列的可行分級之描繪性實例，其中所企望的是，在五個天線之陣列內決定最佳的兩個天線之組合。在第1表中，接近“1”的值代表超過接近“0”的值之增強的性能。

僅係描繪性之表1中所列出之值顯示出，在此實例中，來自天線1/和3之信號的結合係較佳的超過於其他的天線組合。在第1表中所描繪的實例評估的是，僅只兩個天線之組合；而在其他的實例中，則可結合任何數目之所欲天線，且針對效能來評估該等組合。

參閱第5圖，來自所欲天線502至508之信號可一次一個地予以取樣，且然後結合該等取樣來評估該結合的效能。在另一實施例中，來自多重天線之取樣可同時地予以取樣，且然後結合該等取樣來評估該結合的效能。例如若正評估兩個天線之組合時，則除了利用第一無線電模組512之外，可使用第二無線電模組520，該兩天線可同時地予以取樣，例如第一天線502之信號可通訊至第一無線電模組512，而同時，第二天線506之信號可通訊至第二無線電模組520。來自該兩無線電模組512及520之射頻信號可通訊至測量模組516，在該測量模組516處可決定該兩信號之品質且可將該兩信號之品質通訊至控制模組518。雖然在第5圖中所示的實例僅具有兩個無線電模組，但可使用任何所欲數目之無數電模組來同時地獲得所欲數目的取樣。

天線系統500可選擇性地組構以回應於控制信號，而產生可包含不同天線圖案的不同天線組態。藉由選擇一或更多個天線502至508，該天線系統可指引或操縱整個天線系統500之增益。

例如在多進單出(MISO)或空間時間編碼法(STC)2×1之選擇性空間分集組態中，系統需要一個接收天線饋電；或在多進多出(MIMO)或STC 2×2之接收組態中，需要兩個或更多個接收天線饋電。在操作階段之期間，依據該系統是否需要單一天線饋電或多重天線饋電，可致能在選擇階段之期間所決定之最高分級的天線饋電，而使該陣列內之其他天線失能。若該系統係多重天線系統時，則可應用結合技術於複數個信號以形成用於接收器之輸入信號。

例如在NLOS環境中，由於多重反射及/或繞射，最佳性能射頻(RF)能量的方向係未知數。如第3圖中所描述，“最佳”效能RF信號可從不可預期的方向來到達接收器，因此，360度的天線係所企望的。然而，當考慮到與此類型之天線相關連的低天線增益時，使用全方位天線並非為最佳的解決方法。因此，可使用空間結合方案之扇區化的涵蓋範圍來協助使系統最佳化。請翻閱第3圖，天線系統200包含四個天線202至208，各個天線具有90度水平的涵蓋範圍，例如在彼此相對所對齊的天線202及206，或任何其他天線之組合上可接收到提供最佳空間結合效能之所接收信號。

若採用更複雜的天線系統時，則可進一步地增加系統增益，例如使用第4圖中所描繪之八天線系統400可提供增大的增益。例如，最佳的RF信號可接收於天線404及414上，其各具有45度水平涵蓋範圍圖案且具有對應之增加增益。雖然在第2及4圖中所描繪的實例顯示在陣列中之各個天線具有相同涵蓋範圍圖案的天線陣列，但其他的組態亦係可行的，例如天線系統可包含具有不同涵蓋範圍圖案之天線，例如若干元件具有90度涵蓋範圍圖案以及其他天線具有45度涵蓋範圍圖案，或任何其他之所欲涵蓋範圍圖案的組合。

此外，可週期性地使用選擇階段或過程以考量傳送環境之改變以及例如由上一層應用(資料鏈接層)所監測之相關的信號劣化。例如具有高的改變速率之環境需使用比固定環境中之所需更高的天線重選擇速率。

使用所描述之用於天線選擇的技術可大大地改善操作於嚴重NLOS多徑環境中之RF系統的操作。例如若多重天線系統係90度扇形天線之陣列時，根據用於相同垂直射束角之對應輻射圖案的H極性增益差異，該多重天線系統之增益會大致比單一全方位天線高10至12dB。應注意的是，在用來選擇天線之天線開關中的插入損失可使接收器相關之雜訊圖形劣化，且因此，將降低系統增益。所期望之系統增益改善係：△sysGain＝G_{H_90deg} －G_{H_OMNI} －Ls………(方程式1)

其中：sysGain：係依據90度扇形天線之選擇的SS操作與具有相同垂直角度之對應輻射圖案的全方位天線之間的系統增益差異。

G_{H_90deg} ：係依據相同垂直輻射圖案角度之90度扇形天線的水平天線增益，以dBi來表示。

G_{H_OMNI} ：係依據相同垂直輻射圖案角度之全方位天線的水平天線增益，以dBi來表示。

Ls：係天線開關之操作頻率的總計損失，以dB來表示。

利用方程式1，在G_{H_90deg} ＝14dBi，G_{H_OMNI} ＝4dBi以及Ls2dB的實例中，所期望之△系統增益改善係：

可利用各式各樣的其他技術來決定選擇那一個天線或那一組天線，例如一技術係分別地檢查來自各個天線之信號，碼信號與已知之碼信號可藉由關聯過程來比較，然後，使用各個天線之關聯的測量來比較個別天線的效能，且選擇一個，兩個，或更多個“最佳”候選天線來供選擇用。若具有M個天線可用於該系統中，則將存在有M個關聯操作。

在一實施例中，執行輸入信號對已知順序的交叉關聯，該交叉關聯的操作將產生對應於輸入碼信號之品質的峰值。在即將使用兩信號的實例中，係使用最高的兩個峰值。該關聯技術之另一性質在於多徑反射將產生第二，第三，及有時候其他的關聯峰值。在所預期之關聯峰值之外所偵測之大的峰值係指示強力的多徑，且可使用來排除既定的元件。在一實例中，可由測量主關聯峰值之常態化的大小，接著測量下一個最大峰值的大小，及記錄差異來執行選擇。針對單一元件之關聯係執行如下：

其中N係關聯順序的長度。

該峰值係受偵測以及常態化過程係使用來確保元件間之比較係在相同的尺度之上，此將產生單一數值，其係代表基於關聯之元件信號品質。針對單一輸出之應用，係選擇具有最高數值之元件。

可使用來決定選擇那一個天線或那一組個天線的另一技術係在執行該關聯測量之前，結合來自兩個或更多個元件之所接收的信號，然後，使用來自不同組合之關聯來決定“最佳”候選組合以供選擇用。在此設想情況中，若具有M個天線可用於系統中以及有N個輸出流時，則此將需要_M C_N 個關聯操作。例如，若具有八天線陣列且企望於選擇一個兩天線組合時，則將存在有28個關聯操作。

用以決定選擇那一個天線或那一個組天線的又一技術可依據時域信號以供簡易地決定陣列中之“最佳”天線組合。例如可評估不同的天線組合以決定諸如輸入信號之平均接收功率，信雜比(SNR)等之該組合的特性。

此外，可利用正交頻率劃分多工(OFDM)信號來於頻域中執行天線比較。例如來自各個天線之碼順序可利用離散傅立葉轉換(DFT)或若干其他的等效方法來轉換為頻域。接著，可利用例如誤差向量大小測量，信雜比(SNR)，載波對信號比(CIR)，信號衰落測量，或一些其他的測定法或測定法的組合來決定信號的品質。然後，可依據所決定的信號品質來選擇兩個或更多個“最佳”的候選。利用此技術，若具有M個天線可用於陣列之中時，則將存在有M個頻域測量操作。

如具有上述頻域信號性能之測量，則碼順序可利用離散傅立葉轉換(DFT)或若干其他的等效方法來轉換為頻域。若存在有M個輸入陣列天線及N個所需之輸出流時，則在測量頻域信號之前需結合M個輸入流的N個結合。然後，可利用例如誤差向量大小測量，信雜比(SNR)，載波對信號比(CIR)，信號衰落測量，或一些其他的測定法或測定法的結合來測量信號的品質。可依據該等結果來選擇兩個或更多個“最佳”的候選。若存在有M個天線可用於該陣列中以及N個所需的輸出流時，則此將需要_M C_N 個頻域測量之操作。

例如，若信號係在如表2中所描繪之兩個時框的期間發射時，

則用於該兩接收天線之所接收信號的記法係表列於表3之中：

在兩天線接收器系統中，係結合該等值r_0...3 以恢復所發射之原始的S₀ ，S₁ 值。本發明可使用來選擇具有最佳信號之天線的組合，以與空間－時間接收器一起使用。為達成此目的，將使來自一元件之信號r₀ ，r₁ 與來自第二元件之r₂ ，r₃ 結合，以獲得所估計之S₀ ，S₁ 信號。該結合方法係依據S.Alamouti在IEEE期刊(選擇通訊中之區域)，1998年10月號，第1451至1458頁之“用於無線電通訊之簡易發射分集技術”中所描述之技術，該技術將以引用方式併入。

誤差向量大小測量係用來產生用於所選擇之元件組合品質之數值，此方法係重複用於其他可行的陣列組合以及選擇最高品質的組合(即，最低的總誤差向量大小)。

為改善所混合之陣列天線信號的相干性，例如可使用頻率中之各個信號或相位偵測/校正電路的時域關聯性之結果來計算相對饋電延遲。在DFT之前的延遲電路或在該DFT之後的相位旋轉電路可在結合該等信號之前使用來對齊該等信號的時序或相位，例如若天線系統包含相似於上述第2及5圖中所描繪之陣列的四天線陣列時，則可選擇具有“強力”信號之一個或多個天線來饋電接收器，且因為方向性天線具有比全方位天線更大的增益，所以將會增加系統增益。

在一實例中，頻道估計係利用碼而執行於頻域中。時序/相位調整係依據相位誤差測量而執行於輸入信號，該信號係變換至頻域，且在衰落下之部分帶寬會針對各個天線來註記。天線元件係依據彼此互補的能力來予以選擇及結合(在頻域中)。衰落測量方法包含測量各個頻框中之信號的大小以及儲存含有用於各個元件之值的向量。其次，該等天線組合係藉由相加兩候選之向量及計算所產生之和向量的變化值之兩元件的組合，此將產生兩個組合元件之兩個流。

針對四元件陣列(使用A...D來指明該四元件之各個元件)，係執行以下的比較：min(var(A＋B),var(A＋C),var(B＋C),var(B＋D),var(C＋D)………(方程式3)

其中“min”係最小函數，以及“var”係變化值計算：

在另一實例中，可選擇包含所有天線的陣列中之任何數目的所欲天線，且調整其個別之相位或時序以產生信號來饋電接收器。例如使用上述實例之四天線陣列，若信號係由該陣列中之第一天線所發射及接收時，將至少部分地相依於信號至天線之行進路徑而具有第一相移。若該陣列之第二天線接收所發射之信號，且該信號跟隨著不同於信號至第一天線的路徑時，則在該第二天線所接收之信號將具有第二相移，該第二相移將典型地不同於第一相移。若於此實例中使用全方位天線，則所接收多徑信號的不同相移將造成衰落。然而，使用此處所描述之天線系統，調整在不同天線所接收之信號的相位或時序，可產生較佳品質且能降低或消除衰落之信號來饋電至接收器。

在一實施例中，可施加時序/相位校正。在一實例中，對齊係執行於所結合的信號上以降低由於相位失配所造成的衰落。粗略時序校正可由時域中之關聯峰值的位置所計算；相位偵測/校正可執行於頻域中，該兩計算均可完成於碼信號上。

回到第5圖之實例，該天線系統包含四個天線502至508以及兩個無線電模組512及520。在其他實施例中，可使用不同數目的天線及無線電模組。此外，資料界面514可接收基帶資料及將該基帶資料轉換成為即將被通訊至另一系統(未顯示)的資料訊包。同樣地，該資料界面514可自另一系統接收資料訊包及將該資料訊包轉換成為即將被通訊至該等無線電模組512及520的基帶資料。此外，該資料界面514可組構來通訊基帶資料，中頻(IF)信號，或射頻(RF)信號至另一系統及自另一系統。

在其他實施例中，可提供其他形式的信號至另一系統中之接收器。例如若欲從天線提供“原始的”RF信號到接收器，則可自天線開關矩陣510來使天線信號550及552通訊至其他系統。此實例描繪具有通訊至其他系統的兩個原始的RF信號。在其他實例中，可提供任一所欲數目之原始的RF信號到另一系統。此外，若欲自所選擇的天線來提供基帶資料至另一系統，可提供基帶信號560及562到其他系統。在第5圖的實例中，係提供來自兩個無線電模組512及520的基帶信號至其他系統。在具有額外的無線電模組的其他實例中，可提供額外的基帶信號至另一系統。在又一實例中，例如在無線電模組512及520中，在變換天線信號自時域至頻域之後，可提供“原始的”頻域信號570及572至其他系統。在類似方式中，亦可接收來自其他系統中之發射器的原始RF信號，基帶信號，或原始頻域信號，以及自所選擇的天線502至508來輻射信號。

在一實例中，於操作階段期間，第一天線可以與第一無線電模組512通訊，以及第二天線可以與無線電模組520通訊。該等天線信號可由無線電模組512及520所解調變，以及基帶資料可予以通訊至其中結合該兩天線信號的資料界面514，且所結合之信號係輸出自資料界面514。由資料界面514所輸出之結合的信號可為基帶信號，中頻(IF)信號，或射頻(RF)信號。

以諸如第5圖中之天線系統500的天線系統來置換習知天線可改善現有系統的效能。例如若現有系統使用全方位天線時，該全方位天線可以以可選擇天線的多重天線系統來置換，而提供超越該全方位元線的改善效能。請參閱第5圖，在天線系統500與現有系統之間的界面可在信號流之中的不同點處，例如資料可在資料界面514處通訊於天線系統500與現有系統之間。此外，基帶資料可通訊於無線電模組512及520與現有系統之間；同樣地，RF信號可通訊於天線開關矩陣510與現有系統之間。

第6圖係流程圖，描繪多重天線陣列中之天線的選擇。流程以方塊600開始。然後，流程繼續來到方塊602，在該方塊602處將決定的是，是否欲旁路自動選擇過程。若欲旁路該自動選擇過程時，則流程繼續來到方塊604，在該方塊604處可手動地選擇天線，及流程繼續來到方塊606且停止。

回顧方塊602，若企望於自動選擇天線時，流程則繼續來到方塊608處將決定該所選擇天線所接收之信號的特性。流程繼續來到方塊614，在該方塊614處將決定有所欲的天線是否已予以評估。若所有所欲的天線並未分級時，則流程繼續來到方塊616，在該方塊616處將選擇另一天線，且流程繼續來到方塊610。回到方塊614，若已分級所有所欲的天線時，則流程繼續來到方塊618且結合不同組合之天線的特性，以及評估及分級該等組合。然後，流程繼續來到方塊620，且回應於該分級而選擇天線元件之較佳組合來供操作階段用。然後，流程繼續來到方塊606且停止。

描繪使用頻域結合之優點的另一實例將描述於下文。表4描繪代表取樣自四個天線A至D的框大小之值的組合實例。

表5顯示描繪不同天線組合之效能測量的值。在此實例中，該等組合之值係由相加用於結合之兩天線的框大小且然後平均該等大小所決定，例如在第一框中之天線A和B的結合係(50＋30)/2＝40。用以結合該等框大小的其他技術亦係可行的。

各式各樣的技術可使用來評估該等結合，以決定例如不同組合的分級。以下表6描繪表5中所描繪之該等結合的分析實例：

第7圖係一組圖，其係以圖形描繪表5中所表列之個別天線的相對“效能”。如第7圖中所示地，係圖繪天線A702，天線B704，天線C706，及天線D708之框大小。

第8圖係一組圖，其係以圖形描繪不同天線組合的相對“效能”。如第8圖中所示，具有用於天線A及B802，天線A及C804，天線A及D806，天線B及C808，天線B及D810，及天線C及D812之組合的圖。第8圖圖形之檢查顯示出，天線A及B802之組合係跨越所有框之最平坦的響應。進一步地，天線A及B802之組合分別比第7圖中之個別的天線A或B，702或704更為平坦。此實例以圖形描繪出，天線之組合如何可具有超越構成該組合之個別天線的更佳之效能特性。

已描述本發明之各式各樣的描繪性實施例，然而，熟習本項技術之人士將瞭解的是，另外的實施例亦係可行且亦涵蓋於本發明之範疇內。例如雖然上述說明描述藉由控制模組來決定使用天線陣列內之那些天線來供無線電通訊用的特定實例，但該等觀點可由其他類型之控制器所執行且仍落在本文所述的範疇之內。

因此，本發明並未受限於上述該等實施例，熟習本項技術之該等人士將理解的是，關於上述圖式及本文所揭示之實施例所描述的種種描繪性之模組及方法步驟可予以實施成為電子硬體，軟體，靭體，或其組合。為清楚地描繪硬體與軟體之可互換性，已大致地就其功能來敘述各式各樣描繪性之模組及方法步驟於上文中。不論是否實施該功能性為硬體或軟體，均將依據特定的應用及使用於整個系統上之設計條件。熟習本項技術之人士可針對各個特定的應用而以不同的方式來實施上述功能性，但該實施之決定不應解讀成為導致背離本發明之範疇。此外，在模組或步驟內之成群的功能僅係針對描述之容易性，特定的功能可自一模組或步驟移至另一模組或步驟，而不致背離於本發明。

此外，關於本文所揭示之實施例所描述的種種描述性之模組及方法步驟可以下列元件來加以實施或執行：一般用途之處理器、數位信號處理器(“DSP”)、特定應用之積體電路(“ASIC”)、場可程式化之閘陣列(“FPGA”)或其他可程式化之邏輯裝置、分立的閘或電晶體邏輯元件、分立的硬體組件或其任一組合，其係設計來執行本文所述功能。一般用途處理器可為微處理器，但在選擇例之中，該處理器可為任何處理器、控制器、微控制器或狀態機器。處理器亦可實施成為計算裝置之合，例如DSP與微處理器之組合，複數個微處理器，結合有DSP與微處理器之組合，複數個微處理器，結合有DSP芯之一或多個微處理器，或任何其他之此種組態。

此外，關於本文所揭示之實施例所描述之方法或算式之步驟可直接以硬體、以藉由處理器所執行之軟體模組，或以該兩種之組合來加以實施。軟體模組可貯存於RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、可取出式碟片、CD－ROM，或包含網路儲存媒體之任何其他形式的儲存媒體。例示之儲存媒體可耦接至處理器，使得該處理器可自該儲存媒體來讀取資訊以及寫入資訊至該儲存媒體。在選擇例之中，該儲存媒體可以與處理器成一體，該處理器與儲存媒體亦可存在於ASIC之中。

所揭示之實施例的上述說明係提供使熟習於本項技術之人士能作成或使用本發明。熟習本項技藝之該等人士將會明瞭可進行該等實施例之各式各樣的修正例，且於不背離本發明之精神或範疇前提下，此處所敘述之一般原理可應用於其他實施例。因此，將理解的是，本文中所呈現之說明及圖式顯示本發明之實施實例，且因而代表由本發明所廣義認為之標的物。所以，本發明並不受限於本文中所顯示之實施例，而是將與符合申請專利範圍之最廣義的範疇一致。

100．．．無線電網路

102．．．發射器

104．．．接收器

106．．．障礙物

110,112,114,116,118．．．多徑信號

120,502,504,506,508,702,704,706,708,802,804,806,808．．．天線

200,400．．．多重天線模組

202,204,206,208,402,404,406,408,410,412,414,416．．．方向性天線

500．．．天線系統

510．．．天線開關矩陣

512,520．．．無線電模組

514．．．資料界面模組

516．．．測量模組

518．．．控制模組

550,552．．．天線信號

560,562．．．基帶信號

570,572．．．“原始”頻域信號

第1圖係表示無線電網路之實例；第2圖係表示可使用於接收器之多重天線模組的實例；第3圖係表示本發明觀點之無電網路；第4圖係表示可使用於接收器之多重天線模組的另一實例；第5圖係天線系統之實施例的功能性方塊圖；第6圖係流程圖，表示多重天線陣列中之天線的選擇；第7圖係一組圖，該等圖係以圖形表示個別天線之相對“效能”；以及第8圖係一組圖，該等圖係以圖形表示天線之不同組合的相對“效能”。

500．．．天線系統

502．．．天線

504．．．天線

506．．．天線

508．．．天線

510．．．天線開關矩陣

512．．．無線電模組

514．．．資料界面模組

516．．．測量模組

518．．．控制模組

520．．．無線電模組

550,552．．．天線信號

560,562．．．基帶信號

570,572．．．“原始”頻域信號

Claims (32)

1. 一種天線系統，包含：複數個天線；一開關矩陣，係與該複數個天線通訊，且適於耦接所選擇之天線至複數個開關輸出；一無線電模組，係與一第一開關輸出進行通訊，且適於接收具有複數個頻框(frequency bin)之正交頻率劃分多工(OFDM)射頻信號；一測量模組，係與該無線電模組通訊，且適於測量所接收之OFDM射頻信號中之一碼相對於一已知碼的一關聯程度；以及一控制模組，適於控制該複數個天線之那一個天線係耦接至該第一開關輸出的選擇，其中在一選擇階段之期間，該控制模組以一次一個天線之方式選擇性地耦接一所欲之天線至該第一開關輸出，且接收由所選擇天線所接收的OFDM射頻信號之關聯程度，該控制模組以一次一個天線的方式持續選擇及接收來自該複數個天線之所欲數目的天線之測量，然後，該控制模組結合來自天線組合的該等測量，及決定一所欲的天線組合以供同時使用於一操作階段之期間，其中該所欲的天線組合具有超越構成該所欲的天線組合之個別天線的效能特性，並且其中該所欲的天線組合提供跨越該OFDM射頻信號的所有框之最平坦的響應。
2. 如申請專利範圍第1項之天線系統，其中該控制模組在該選擇階段之期間依據所測量的特性將該等天線分級。
3. 如申請專利範圍第1項之天線系統，其中該等天線之組合包含來自至少兩天線之測量。
4. 如申請專利範圍第1項之天線系統，另包含：一第二開關輸出；以及一第二無線電模組，係與該第二開關輸出通訊，其中該控制模組選擇一即將通訊地耦接至該無線電模組之天線，及一即將通訊地耦接至該第二無線電模組之第二天線，其中由該第二無線電模組所接收之OFDM射頻信號的特性係通訊至該測量模組。
5. 如申請專利範圍第4項之天線系統，其中由該無線電模組及該第二無線電模組所接收之該等射頻信號的測量係同時地執行。
6. 一種自複數個天線來選擇一組天線之方法，該方法包含以下步驟：在一天線陣列之內選擇一天線；從所選擇之天線接收一正交頻率劃分多工(OFDM)射頻信號，所接收之OFDM射頻信號包含一碼的至少一部分；測量在該所接收之OFDM射頻信號中之碼相對於一已知碼的一關聯程度；於該陣列內之一所欲數目的天線上重複選擇，接收及測量，其中以一次一個天線之方式來進行該等選擇，接收及測量；結合所欲數目的天線之測量成為複數個組合測量；依據該等組合測量來分級該等天線之組合；以及 選擇一所欲的天線組合，以供使用於一無線電系統的操作期間，其中該所欲的天線組合具有超越構成該所欲的天線組合之個別天線的效能特性，並且其中該所欲的天線組合提供跨越該OFDM射頻信號的所有框之最平坦的響應。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含結合自兩個或更多個天線所接收之信號，且然後測量所結合信號中之一碼相對於一已知碼的關聯程度。
8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含一誤差向量測量。
9. 如申請專利範圍第6項之方法，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含測量一信雜比。
10. 如申請專利範圍第6項之方法，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含測量一載波對信號比。
11. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該碼係選擇自由一前置碼，一中置碼和一後置碼所組成的一群組中。
12. 如申請專利範圍第6項之方法，另包含：決定自所欲數目之天線所接收的信號之一相位；以及調整所選擇的天線組的該等信號之相位。
13. 如申請專利範圍第6項之方法，另包含：決定自所欲數目之天線所接收的信號之一時序；以及調整所選擇的天線組的該等信號之時序。
14. 一種天線系統，包含：一天線陣列； 一開關矩陣，係與該天線陣列通訊，且適於耦接所選擇之天線至複數個開關輸出；一無線電模組，係與一第一開關輸出通訊，且適於接收正交頻率劃分多工(OFDM)射頻信號；一測量模組，係與該無線電模組通訊，且適於測量由該無線電模組所接收之該等OFDM射頻信號的一所接收信號中的一碼相對於一已知碼的一關聯程度；以及一控制模組，適於控制該開關矩陣以一次一個天線之方式選擇性地耦接一所欲之天線至該第一開關輸出，且接收由所選擇天線所接收的OFDM射頻信號之所測量特性，該控制模組持續選擇及接收來自該複數個天線之所欲數目的天線之測量，然後結合該複數個天線之該等測量成為複數個組合測量，且依據該等組合測量而自所選擇的天線組合來提供獨立的通訊流至一接收器，其中該所選擇的天線組合提供跨越該OFDM射頻信號的所有框之最平坦的響應。
15. 如申請專利範圍第14項之天線系統，另包含測量該OFDM射頻信號的特性。
16. 如申請專利範圍第15項之天線系統，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含測量該信號中之一碼相對於一已知碼的關聯程度。
17. 如申請專利範圍第15項之天線系統，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含一誤差向量測量。
18. 如申請專利範圍第15項之天線系統，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含測量一信雜比。
19. 如申專利範圍第15項之天線系統，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含測量一載波對信號比。
20. 如申請專利範圍第15項之天線系統，其中該碼係選擇自由一前置碼，一中置碼和一後置碼所組成的一群組中。
21. 如申請專利範圍第15項之天線系統，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含測量該射頻信號的相位。
22. 如申請專利範圍第15項之天線系統，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含測量該射頻信號的時序。
23. 一種自天線陣列來選擇一組天線之方法，該方法包含以下步驟：在一天線陣列之內選擇一天線；測量在所選擇天線處所接收之一正交頻率劃分多工(OFDM)射頻信號的特性，其中該等特性包含在一所接收信號中的一碼相對於一已知碼的一關聯程度；於該陣列內之所欲數目的天線上重複選擇及測量，以一次一個天線之方式來進行該等選擇及測量；結合所選擇的天線之該等測量成為複數個組合測量；依據該等組合測量來分級該等天線之組合；以及選擇一天線組合，藉以自該等組合來提供獨立的通訊流至一接收器，其中所選擇之天線組合具有超越構成該所選擇之天線組合之個別天線的效能特性，並且其中該所選擇之天線組合提供跨越該OFDM射頻信號的所有框之最平坦的響應。
24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該測量發生在 頻域中。
25. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該碼係選擇自由一前置碼、一中置碼和一後置碼所組成的一群組中。
26. 如申請專利範圍第23項之方法，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含結合自兩個或更多個天線所接收之信號，且然後測量所結合信號中之一碼相對於一已知碼的關聯程度。
27. 如申請專利範圍第23項之方法，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含一誤差向量測量。
28. 如申請專利範圍第23項之方法，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含測量一信雜比。
29. 如申請專利範圍第23項之方法，其中測量該OFDM射頻信號的特性包含測量一載波對信號比。
30. 如申請專利範圍第23項之方法，其中測量該射頻信號的特性包含一信號衰落測量。
31. 如申請專利範圍第23項之方法，另包含：決定自所欲數目之天線所接收的信號之一相位；以及調整所選擇的天線組的該等信號之相位。
32. 如申請專利範圍第23項之方法，另包含：決定自所欲數目之天線所接收的信號之一時序；以及調整所選擇的天線組的該等信號之時序。