TWI617151B - 多天線裝置的控制方法與模組 - Google Patents

Abstract

一種多天線裝置的控制方法，包括：由無線傳送裝置傳送無線封包至多天線裝置的複數個天線；多天線裝置的效能優化單元依序地選擇複數個天線的其中之一以連接無線晶片，以依序地從獲得對應於每一個天線的接收資料率；效能優化單元在傳輸週期內以指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包，並且在傳輸週期之中插入的至少一個測試區間段利用待命接收天線取代指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包；以及，當在測試區間段的接收資料率大於在傳輸週期內的接收資料率時，效能優化單元將待命接收天線指定為更新後的指定接收天線。藉此，動態提升多天線裝置的接收資料率。

Description

多天線裝置的控制方法與模組

本發明有關於一種無線傳輸技術，且特別是一種能夠提升無線傳輸效能的多天線裝置的控制方法與模組。

創造具有高速傳輸能力的無線網路與行動通訊設備是相關產業一直以來的目標，各種無線傳輸標準的演進一直持續地提高數據傳輸率(簡稱數據率、或資料率，data rate)，例如在現今無線區域網路(WLAN)的IEEE 802.11標準中，從早期802.11a標準的最大原始數據傳輸率為54Mbps，演進到目前已廣泛被使用的802.11ac標準已將單信道速率提高到至少500Mbps。在行動通訊方面，未來熱門的第五代行通通訊系統(5G)其標準更是定義了1Gbps的驚人數據傳輸速率的要求目標。

然而，無線傳輸標準的制定不但需要具有足夠運算處理能力的數位晶片執行信號編碼與解碼，更需要對應提升的射頻電路配合足夠頻寬與高效率的天線(或天線系統)。實際上，無線產品供應商所能夠提供的無線產品的實際數據傳輸率上限不僅受限於各種射頻元件、類比模組與數位模組各自的效能限制，更有一大部分的原因是受限於的所有元件與模組硬體配合於軟體演算法的整合度。傳統上，在無線傳輸過程中，無線數據傳輸率的增 加或減少是由無線晶片(wireless chip)決定，而射頻元件與天線元件處於被動的地位，沒有任何掌控權。僅由無線晶片的角度尋找提升數據傳輸率的解決方案仍是有諸多限制的。

本發明實施例提供一種多天線裝置的控制方法與模組，利用在無線晶片外部以效能優化單元實現的多天線系統的演算法取代傳統上僅靠無線晶片分析訊號強度的方式，大幅地提高了多天線裝置對於所接收無線封包的資料率提升的幫助。

本發明實施例提供一種多天線裝置的控制方法，用於無線傳送裝置與多天線裝置兩者之間無線傳輸資料，此方法包括：由無線傳送裝置傳送無線封包至多天線裝置的複數個天線；多天線裝置的效能優化單元依序地選擇複數個天線的其中之一連接多天線裝置的無線晶片，以依序地從所述無線晶片獲得對應於每一個天線的接收資料率；效能優化單元選擇具有最大值的接收資料率所對應的天線作為指定接收天線，且選擇具有次大值的接收資料率所對應的天線作為待命接收天線；效能優化單元在傳輸週期內以指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包，並且在傳輸週期之中插入至少一個測試區間段，並在測試區間段利用待命接收天線取代指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包，其中測試區間段的時間長度短於傳輸週期，且測試區間段的時間長度不大於無礙測試時間；以及，效能優化單元判斷在測試區間段的接收資料率是否大於在傳輸週期內的接收資料率，且當在測試區間段的接收資料率大於在傳輸週期內的接收資料率時，效能優化單元將待命接收天線指定為更新後的指定接收天線。

本發明實施例提供一種多天線裝置的控制模組，用以安裝於多天線裝置，控制模組包括複數個天線以及效能優化單元。複數個天線用以接收來自於無線傳送裝置的無線封包。效能優化單元依序地選擇複數個天線的其中之一連接多天線裝置的無線晶片，以依序地從無線晶片獲得對應於每一個天線的接收資料率。所述效能優化單元包括微處理器、天線控制器以及應用程式。天線控制器連接微處理器，且連接於複數個天線與無線晶片之間。應用程式控制微處理器產生控制訊號以控制天線控制器。其中，效能優化單元選擇具有最大值的接收資料率所對應的天線作為指定接收天線，且選擇具有次大值的接收資料率所對應的天線作為待命接收天線。其中，效能優化單元在傳輸週期內以指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包，並且在傳輸週期之中插入至少一個測試區間段，並在測試區間段利用待命接收天線取代指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包，其中測試區間段的時間長度短於傳輸週期，且測試區間段的時間長度不大於無礙測試時間。其中，效能優化單元判斷在測試區間段的接收資料率是否大於在傳輸週期內的接收資料率，且當在測試區間段的接收資料率大於在傳輸週期內的接收資料率時，效能優化單元將待命接收天線指定為更新後的指定接收天線。

綜上所述，本發明實施例提供一種多天線裝置的控制方法與模組，在不妨礙原本正常傳輸資料(無線封包)效率情況下，利用在傳輸資料(無線封包)的過程中插入待命接收天線的至少一個工作區間(測試區間段)，以嘗試判讀出相比於目前設定的指定接收天線更好的接收天線。藉此，可動態提升多天線裝置所接收 到的無線封包的資料率。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170‧‧‧步驟

100‧‧‧多天線裝置

1‧‧‧控制模組

200‧‧‧無線傳送裝置

11a、11b...、11n‧‧‧天線

12‧‧‧效能優化單元

101‧‧‧無線晶片

121‧‧‧微處理器

122‧‧‧天線控制器

123‧‧‧應用層

123a‧‧‧應用程式

124‧‧‧天線控制電路板

圖1是本發明實施例提供的多天線裝置的控制方法的流程圖。

圖2是本發明實施例提供的多天線控制裝置及其多天線裝置的控制模組的方塊圖。

本發明實施例並不限定多天線裝置與無線傳送裝置之間的無線傳輸所使用無線標準的種類，例如可應用於IEEE 802.11標準，或是長期演進技術標準(LTE)，或是未來的第五代行動通訊標準(5G)。本發明實施例所提及的無線傳送裝置與多天線裝置依據應用情況有多種實施態樣，無線傳送裝置與多天線裝置可以是相同的無線裝置，也可以是不相同的無線裝置。無線傳送裝置例如但不限於是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦、智慧電視、小型基站、路由器或智慧型手機，而多天線裝置例如但不限於是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦、智慧電視、小型基站、路由器或智慧型手機。

請參照圖1，圖1是本發明實施例提供的多天線裝置 的控制方法的流程圖。多天線裝置的控制方法用於無線傳送裝置與多天線裝置兩者之間無線傳輸資料，在本實施例中是敘述多天線裝置作為接收方，而無線傳送裝置作為傳送方，但實際應用於產品時多天線裝置通常也具有無線傳送能力，也就是多天線裝置具有複數個天線負責收發無線訊號，並且也具有無線晶片(包括射頻收發機、類比數位轉換器、數位類比轉換器、數位訊號處理器等以實現無線訊號的相關解調、調變、編碼、解碼功能)。並且，多天線裝置具有獨立於無線晶片之外的效能優化單元。此方法包括以下步驟。步驟S110，由無線傳送裝置傳送無線封包至多天線裝置的複數個天線。接著，在步驟S120中，多天線裝置的效能優化單元依序地選擇複數個天線的其中之一連接多天線裝置的無線晶片，以依序地從所述無線晶片獲得對應於每一個天線的接收資料率。然後，在步驟S130中，效能優化單元選擇具有最大值的接收資料率所對應的天線作為指定接收天線，且選擇具有次大值的接收資料率所對應的天線作為待命接收天線。接著，在步驟S140中，效能優化單元在傳輸週期內以指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包，並且在傳輸週期之中插入至少一個測試區間段，並在測試區間段利用待命接收天線取代指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包，其中測試區間段的時間長度短於傳輸週期，且測試區間段的時間長度不大於無礙測試時間。接著，在步驟S150中，效能優化單元判斷在測試區間段的接收資料率是否大於在傳輸週期內的接收資料率，且當在測試區間段的接收資料率大於在傳輸週期內的接收資料率時，進行步驟S160，效能優化單元將待命接收天線指定為更新後的指定接收天線，並以 更新後的指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包。反之，當在測試區間段的接收資料率非大於在傳輸週期內的接收資料率時，進行步驟S170，效能優化單元維持原先的指定接收天線作為更新後的指定接收天線，以接收來自於無線傳送裝置的無線封包。事實上步驟S170就是沒有改變對於指定接收天線的選擇，保持不變。步驟S160與步驟S170是使用更新後的指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包，並且接收資料率會等於或大於在步驟S140中的接收資料率，以實現優化。

接著，若要實現循環性的動態優化，以圖1所示的流程為例(但不限於此)，在步驟S160與步驟S170之後都再回到步驟S130，判斷指定接收天線與待命接收天線，然後(步驟S140)繼續在下一個傳輸週期內以更新後的指定接收天線接收來自於無線傳送裝置的無線封包，然後，接續著步驟S150、S160、S170之後又回到步驟S130以進行週期循環。如此，可以在每一個周期循環動態地更新所設定的指定接收天線，使多天線裝置在接收無線封包的過程中可在無線傳輸的外在環境改變時快速地因應選擇最佳的接收天線，並且保持著有一個待命接收天線做備選。

在另一實施例中，不同於圖1的循環流程，說明實現循環性的動態優化的另一個例子，在步驟S160以待命接收天線取代原本的指定接收天線之後，由於並沒有知道新的待命接收天線，故回到步驟S130；相對的，在步驟S170之後由於指定接收天線並沒有改變，故步驟S170之後可以直接回到步驟S140，以繼續偵測待命接收天線所能達到的接收資料率是否足以取代(接收資料率較大)原本的指定接收天線。在實際應用方面，為了達到演算 法處理負擔最小、演算法耗時最短、資料率變動幅度最小或者保持不低於一個資料率下限的非異常狀態，可能因應實際需要而變更循環步驟之間的前後次序與關係，或者在本發明實施例的演算概念之下新增附屬的演算機制。

接著，進一步說明各個步驟的細節與目的。步驟S110代表多天線裝置的每一個天線都可接收無線封包，只是尚未決定哪一個天線的效能較好。步驟S120代表，多天線裝置的無線晶片可判讀當選擇將任一個天線作為接收天線時可對應得到的接收資料率，基於每一個天線的設計可能不同，天線所在空間的環境差異，以及實際訊號來源方向、相位與強弱的差異(無經過反射而直接傳輸或經過一次或多次的反射)，使得每一個天線在作為接收天線時所達成的接收資料率經常是不相同的。接著，步驟S130是確定最佳的接收天線與次佳的接收天線，但由於收訊情況通常是隨著時間而即時改變，已知的指定接收天線雖然是步驟S130當時的最佳接收天線(對應的接收資料率在所有天線中為最大)，但並未必是未來(例如下一個時間段：下一秒或下一個100毫秒(ms)或下一個10毫秒(ms))的最佳接收天線。本發明實施例利用已知的次佳接收天線(待命接收天線)作為未來指定接收天線的備選。

再者，進一步說明步驟S140。為了不影響正常資料傳輸，在代表正常傳輸的傳輸週期之中是依據步驟S130的結果執行傳輸，但在正常傳輸過程之中插入一個不影響傳輸整體效能的測試區間段，嘗試讓無線晶片利用待命接收天線收到一些資料(封包)，並且讓效能優化單元評價待命接收天線是否能夠取代已知的指定接收天線。為了確保資料正常傳輸，接著說明關於步驟S140 的測試區間段、傳輸週期與無礙測試時間。首先，關於傳輸週期，因為其是作為在修正(或更新)最佳的接收天線(指定接收天線)之前，以先前所設定的指定接收天線做正常傳輸的時間段，使得測試區間段的時間長度相比於正常傳輸的傳輸週期應該要短許多，無礙測試時間是測試區間段在時間長度方面所能允許的上限，而這個無礙測試時間可以是預設固定的，例如是10毫秒(ms)、20毫秒(ms)，或者是一個程式可變的。在一實施例中，效能優化單元例如可以依據多天線裝置所接收的無線封包的流量狀況(traffic condition)以決定無礙測試時間。例如當流量狀況是流量高峰時，無礙測試時間可能要有所減縮，因為執行測試的測試區間段(讓待命接收天線接收封包)可能讓接收資料率瞬間大幅降低(但並不是必然，必須依實機運作的整體效能而決定)，但在流量很少時則可以增加而並不會影響接收資料率的整體情況。作為一個範例，依據應用在無線區域網路(WLAN)的802.11a/b/g/n/ac等標準，隨著流量狀況的改變，無礙測試時間較佳的是介於5毫秒(ms)至50毫秒(ms)的範圍，因此測試區間段的時間長度的是短於或等於這個上限值(上限值是5毫秒至50毫秒)。在實際應用時，依據所使用的通訊標準與協定，用於執行測試的測試區間段相比於用於正常傳輸的傳輸週期這兩者的比率是可調整的(不需要是固定的)，在本實施例只需要一個很短的切換區間(即測試區間段)就能得到資料率的變化值，以作為優化依據。

在另一實施例，當測試區間段的接收資料率低於一個無礙門檻值時，效能優化單元則縮短無礙測試時間，或者當測試區間段的接收資料率低於傳輸週期內的接收資料率的差值超過 一個差異門檻值時，效能優化單元則縮短無礙測試時間。考慮無礙門檻值的情況，設定測試區間段的待命接收天線所造成的接收資料率不可低於一個預期的下限，此下限作為無礙門檻值，例如為了保持高效率傳輸狀態，希望讓任何時間的接收資料率都不低於一個預期的下限(當然，若因環境因素讓所有天線都無法達成高資料率，則任何一個天線所對應的接收資料率必然都下降是可預期的，而此並不是本發明要解決的問題)。另一方面，也可以為了不要讓測試區間段的接收資料率低於傳輸週期內的接收資料率的差值超過一個差異門檻值，而對應定地縮短無礙測試時間。設定差異門檻值是不要讓整個資料傳輸過程中的資料率瞬間變動幅度影響傳輸效能的整體表現。由以上所述，設定無礙門檻值或設定差異門檻值，例如用以避免資料串流產生堵塞或瞬間中斷的現象。

再者，由於實際執行測試的測試區間段可以等於或短於所設定的無礙測試時間，而為了進一步確保高效能傳輸，可以例如設定測試區間段的時間長度是無礙測試時間的時間長度的二分之一、三分之二或四分之五，以建立安全邊界(Margin)，更高標準地保證效能不劣化。接著，以控制模組實現前述實施例的控制方法的示範性實施例將於以下說明。

請參照圖2，圖2是本發明實施例提供的多天線控制裝置及其多天線裝置的控制模組的方塊圖。控制模組1用以安裝於多天線裝置100，控制模組1包括複數個天線11a、11b...、11n以及效能優化單元12。複數個天線11a、11b...、11n用以接收來自於無線傳送裝置200的無線封包。效能優化單元12依序地選擇複數個天線11a、11b...、11n的其中之一連接多天線裝置100的無線晶片101， 以依序地從無線晶片101獲得對應於每一個天線的接收資料率。所述效能優化單元12包括微處理器121、天線控制器122以及位於應用層123的應用程式123a。天線控制器122連接微處理器121，且連接於複數個天線11a、11b...、11n與無線晶片101之間。應用程式123a控制微處理器121產生控制訊號以控制天線控制器122。其中，效能優化單元12選擇具有最大值的接收資料率所對應的天線作為指定接收天線，且選擇具有次大值的接收資料率所對應的天線作為待命接收天線。其中，效能優化單元12在傳輸週期內以指定接收天線接收來自於無線傳送裝置200的無線封包，並且在傳輸週期之中插入至少一個測試區間段，並在測試區間段利用待命接收天線取代指定接收天線接收來自於無線傳送裝置2的無線封包，其中測試區間段的時間長度短於傳輸週期，且測試區間段的時間長度不大於無礙測試時間。其中，效能優化單元12判斷在測試區間段的接收資料率是否大於在傳輸週期內的接收資料率，且當在測試區間段的接收資料率大於在傳輸週期內的接收資料率時，效能優化單元12將待命接收天線指定為更新後的指定接收天線。

在圖2實施例中，微處理器121與天線控制器122設置於天線控制電路板124。也就是，乘載有微處理器121與天線控制器122的天線控制電路板124可用模組化的方式安裝於多天線裝置之內，並作為天線11a、11b...、11n與無線晶片101的中介。而效能優化單元12的應用程式123a則可以儲存在多天線裝置100其作業系統的韌體，也可以外掛程式或驅動程式的方式安裝於多天線裝置100的作業系統。就產品應用而言，具有微處理器121與天線控制器122的天線控制電路板124較佳的為模組化設定，以通用地安 裝於各種機種的多天線裝置，而可不受限於應用機種的差異，以讓無線晶片101不需要針對各種多天線應用需求情況差異做修改設定，簡易地節省了變更無線晶片101規格的高昂成本，並且設置於無線晶片101之外的天線控制權(微處理器121與應用程式123a)更在天線設計需要變更時提供的更大的設計彈性、方便地改變天線的控制方式，也能以更低的成本解決天線設計端的需求。並且，應用程式123a也可以由微處理器121獲得天線控制器122對於天線11a、11b...、11n的控制狀況，例如讓研發人員或多天線裝置100的使用者監看天線的選擇結果與工作模式。

另外，相比於圖2的實施例是多天線控制模組1將效能優化單元12的應用程式123a存於其中，在另一實施例中，若多天線裝置100是由外部終端機(或監控設備)控制時，效能優化單元12的應用程式123a可以存於外部終端機(或監控設備)的應用層，並以軟體監控方式控制多天線裝置100的多天線控制模組1。

更進一步，在又一實施例中，參考圖1實施例的方法所述，效能優化單元12可依據多天線裝置100所接收的無線封包的流量狀況以決定無礙測試時間。在又一實施例中，當測試區間段的接收資料率低於無礙門檻值時，效能優化單元12縮短無礙測試時間，或者當測試區間段的接收資料率低於傳輸週期內的接收資料率的差值超過差異門檻值時，效能優化單元12縮短無礙測試時間。

綜上所述，本發明實施例所提供的一種多天線裝置的控制方法與模組能夠取代傳統上僅靠無線晶片分析訊號強度的方式，並在不妨礙原本正常傳輸資料(無線封包)效率情況下，利用 在傳輸資料(無線封包)的過程中插入待命接收天線的至少一個工作區間(測試區間段)，以嘗試判讀出相比於目前設定的指定接收天線更好的接收天線。藉此，在不必要逐一遷就於無線通訊標準與通訊協定的各種繁複規範的情況下，可用相當低的成本對各種多天線裝置實現動態提升無線封包的接收資料率的效果。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims (10)

1. 一種多天線裝置的控制方法，用於一無線傳送裝置與該多天線裝置兩者之間無線傳輸資料，該方法包括：由該無線傳送裝置傳送無線封包至該多天線裝置的複數個天線；該多天線裝置的一效能優化單元依序地選擇該些天線的其中之一連接該多天線裝置的一無線晶片，以依序地從該無線晶片獲得對應於每一個該天線的一接收資料率；該效能優化單元選擇具有最大值的該接收資料率所對應的該天線作為一指定接收天線，且選擇具有次大值的該接收資料率所對應的該天線作為一待命接收天線；該效能優化單元在一傳輸週期內以該指定接收天線接收來自於該無線傳送裝置的無線封包，並且在該傳輸週期之中插入至少一測試區間段，並在該測試區間段利用該待命接收天線取代該指定接收天線接收來自於該無線傳送裝置的無線封包，其中該測試區間段的時間長度短於該傳輸週期，且該測試區間段的時間長度不大於一無礙測試時間；以及該效能優化單元判斷在該測試區間段的該接收資料率是否大於在該傳輸週期內的該接收資料率，且當在該測試區間段的該接收資料率大於在該傳輸週期內的該接收資料率時，該效能優化單元將該待命接收天線指定為更新後的該指定接收天線。
2. 根據請求項第1項所述之多天線裝置的控制方法，其中該效能優化單元依據該多天線裝置所接收的無線封包的流量狀況以決定該無礙測試時間。
3. 根據請求項第1項所述之多天線裝置的控制方法，其中當該測試區間段的該接收資料率低於一無礙門檻值時，該效能優化單元縮短該無礙測試時間，或者當該測試區間段的該接收資料率低於該傳輸週期內的該接收資料率的差值超過一差異門檻值時，該效能優化單元縮短該無礙測試時間。
4. 根據請求項第1項所述之多天線裝置的控制方法，其中該效能優化單元將該待命接收天線指定為更新後的該指定接收天線後，以更新後的該指定接收天線接收來自於該無線傳送裝置的無線封包。
5. 根據請求項第1項所述之多天線裝置的控制方法，其中當在該測試區間段的該接收資料率非大於在該傳輸週期內的該接收資料率時，該效能優化單元維持原先的該指定接收天線作為更新後的該指定接收天線，以接收來自於該無線傳送裝置的無線封包。
6. 一種多天線裝置的控制模組，用以安裝於該多天線裝置，該控制模組包括：複數個天線，用以接收來自於一無線傳送裝置的無線封包；以及一效能優化單元，依序地選擇該些天線的其中之一連接該多天線裝置的一無線晶片，以依序地從該無線晶片獲得對應於每一個該天線的一接收資料率，該效能優化單元包括：一微處理器；一天線控制器，連接該微處理器，且連接於該些天線與該無線晶片之間；以及 一應用程式，控制該微處理器產生一控制訊號以控制該天線控制器；其中，該效能優化單元選擇具有最大值的該接收資料率所對應的該天線作為一指定接收天線，且選擇具有次大值的該接收資料率所對應的該天線作為一待命接收天線；其中，該效能優化單元在一傳輸週期內以該指定接收天線接收來自於該無線傳送裝置的無線封包，並且在該傳輸週期之中插入至少一測試區間段，並在該測試區間段利用該待命接收天線取代該指定接收天線接收來自於該無線傳送裝置的無線封包，其中該測試區間段的時間長度短於該傳輸週期，且該測試區間段的時間長度不大於一無礙測試時間；其中，該效能優化單元判斷在該測試區間段的該接收資料率是否大於在該傳輸週期內的該接收資料率，且當在該測試區間段的該接收資料率大於在該傳輸週期內的該接收資料率時，該效能優化單元將該待命接收天線指定為更新後的該指定接收天線。
7. 根據請求項第6項所述之多天線裝置的控制模組，其中該微處理器與該天線控制器設置於一天線控制電路板。
8. 根據請求項第6項所述之多天線裝置的控制模組，其中該效能優化單元依據該多天線裝置所接收的無線封包的流量狀況以決定該無礙測試時間。
9. 根據請求項第6項所述之多天線裝置的控制模組，其中當該測試區間段的該接收資料率低於一無礙門檻值時，該效能優化單元縮短該無礙測試時間，或者當該測試區間段的該接收資料率低於該傳輸週期內的該接收資料率的差值超過一差異門檻值時，該效 能優化單元縮短該無礙測試時間。
10. 根據請求項第6項所述之多天線裝置的控制模組，其中該多天線裝置是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦、智慧電視、小型基站、路由器或智慧型手機。