TWI668968B

TWI668968B - 第五代行動通信多天線控制方法

Info

Publication number: TWI668968B
Application number: TW107123622A
Authority: TW
Inventors: 李銘佳; 陳柏宇; 顏紅方; 邱宗文
Original assignee: 泓博無線通訊技術有限公司
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2019-08-11
Also published as: TW202007098A

Abstract

一種第五代行動通信多天線控制方法，包括：複數個天線接收無線信號；依據複數個輻射場型設定以改變所述天線的輻射場型，並獲得對應於複數個輻射場型設定的複數個接收信號強度指示群組；以接收信號強度指示群組計算出對應的信雜比群組，並計算出對應的雜訊水平群組；當複數個信雜比群組的複數個信雜比的數值皆大於或等於門檻值時，在複數個接收信號強度指示群組之中選擇具有強度值較高者的其中之一所對應的輻射場型設定以作無線傳輸資料；當複數個信雜比群組的複數個信雜比的數值皆小於門檻值時，在複數個雜訊水平群組之中選擇具有雜訊值較低者的其中之一所對應的輻射場型設定以作無線傳輸資料，藉此提升多天線裝置的接收資料率。

Description

第五代行動通信多天線控制方法

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第五代行動通信多天線控制方法。

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主要是由無線晶片(wireless chip)的控制與通道狀態(外在的傳輸環境)決定，而射頻元件與天線元件是處於被動的地位，沒有任何掌控權。僅由無線晶片的觀點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第五代行動通信多天線控制方法，用於無線傳送裝置與多天線裝置兩者之間無線傳輸資料，所述方法包括：由無線傳送裝置發送無線信號至多天線裝置的複數個天線；效能優化單元依據複數個輻射場型設定以改變複數個天線的輻射場型，並從多天線裝置的無線晶片獲得對應於複數個輻射場型設定的複數個接收信號強度指示群組(RSSI group)，其中每一個接收信號強度指示群組具有對應於複數個天線的複數個接收信號強度指示(RSSI)；效能優化單元利用演算法以複數個接收信號強度指示群組計算出對應的複數個信雜比群組(SNR group)，並以複數個接收信號強度指示群組與複數個信雜比群組計算出對應的複數個雜訊水平群組(Noise Floor group)，其中每一個信雜比群組具有對應於複數個天線的複數個信雜比(SNR)，每一個雜訊水平群組具有對應於複數個天線的複數個雜訊水平(Noise Floor)；效能優化單元判斷該些信雜比群組的該些信雜比的數值是否大於或等於一門檻值；當複數個信雜比群組的複數個信雜比的數值皆大於或等於門檻值時，在複數個接收信號強度指示群組之中選擇具有強度值較高者的其中之一所對應的輻射場型設定以作無線傳輸資料；當複數個信雜比群組的複數個信雜比的數值皆小於門檻值時，在複數個雜訊水平群組之中選擇具有雜訊值較低者的其中之一所對應的輻射場型設定以作無線傳輸資料。

綜上所述，本發明實施例提供一種第五代行動通信多天線控制方法，利用在信雜比較差的情況進一步使用雜訊水平做多天線接收狀態(輻射場型設定)的設定(或變更)依據，以降低所接收無線信號的封包錯誤率(Packet error rate，PER)，或者說是提昇有效接收資料率(effective received data rate)，也可稱為是提升吞吐量(throughput)。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、S161、S162、S163、S164、S165、S166‧‧‧步驟

SNR‧‧‧信雜比

TH‧‧‧門檻值

△W‧‧‧差異

W1、W1’‧‧‧強度值

100‧‧‧多天線裝置

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‧‧‧天線控制器

122‧‧‧微處理器

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第五代行動通信多天線控制方法的流程圖。

圖2是本發明實施例提供的多天線裝置及其多天線裝置的控制模組的方塊圖。

圖3是圖1的步驟S160中包括的細節流程圖。

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、無線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、無線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第五代行動通信多天線控制方法的流程圖。多天線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。本實施例的多天線控制方法可例如利用後續圖2實施例所述的多天線裝置及其多天線裝置的控制模組實現。所述方法包括以下步驟，首先，在步驟S110中，由無線傳送裝置發送無線信號至多天線裝置的複數個天線。所述複數個天線的操作頻率例如是第五代行動通信規格的3.5GHz頻帶或6GHz頻帶，但不限於此。然後，在步驟S120中，效能優化單元依據複數個輻射場型設定以改變複數個天線的輻射場型，並從多天線裝置的無線晶片獲得對應於複數個輻射場型設定的複數個接收信號強度指示群組(RSSI group)，其中每一個接收信號強度指示群組具有對應於複數個天線的複數個接收信號強度指示(RSSI)。接著，在步驟S130中，效能優化單元利用演算法以複數個接收信號強度指示群組計算出對應的複數個信雜比群組(SNR group)，並以複數個接收信號強度指示群組與複數個信雜比群組計算出對應的複數個雜訊水平群組(Noise Floor group)，其中每一個信雜比群組具有對應於複數個天線的複數個信雜比(SNR)，每一個雜訊水平群組具有對應於複數個天線的複數個雜訊水平(Noise Floor)。效能優化單元的演算法一般可包括於一個應用程式，且以所述應用程式中執行。在步驟S130之後，進行步驟S140，效能優化單元判斷所述複數個信雜比群組的複數個信雜比的數值是否大於或等於門檻值。當複數個信雜比群組的複數個信雜比的數值皆大於或等於門檻值TH時，進行步驟S150，在複數個接收信號強度指示群組之中選擇具有強度值(W1)較高者的其中之一所對應的輻射場型設定以作無線傳輸資料。上述門檻值TH例如是20dB，但並不限於此。當複數個信雜比群組的複數個信雜比的數值皆小於門檻值TH時，進行步驟S160，在複數個雜訊水平群組之中選擇具有雜訊值(W2)較低者的其中之一所對應的輻射場型設定以作無線傳輸資料。

詳細地說，強度值(W1)可以是所有天線的信號強度指示加總，例如有八個天線的信號強度指示分別具有-65dBm、-66dBm、-64dBm、-63dBm、-65dBm、-67dBm、-66dBm及-63dBm，若以-65dBm為基準值則可強度值(W1)可記為+1dB(以-65dBm為基準值，八個天線的信號強度指示的差異為0db、-1dB、+1dB、+2dB、0dB、-2dB、-1dB、+2dB，其加總為+1dB)，或者，在另一實施例中，強度值(W1)以權重方式加總，可稱為第一權重加成值，權重比例依天線功能的重要性(主天線、輔助天線)而有不同權重比例。雜訊值(W2)可以是所有天線的雜訊水平的平均值，例如八個天線收訊的雜訊水平其平均值為-95dBm，而數值為-97dBm的雜訊水平平均值是比-95dBm的雜訊水平平均值更低，較低的雜訊值(W2)代表相當有利於得到更好的接收資料率或吞吐量。或者，雜訊值(W2)是一種權重加成值(依所使用天線其各自的重要性而有不同權重)，可稱為第二權重加成值。

另外，在步驟S160中，為了進一步確認取得較佳的接收資料率。在所述雜訊水平群組之中具有雜訊值(W2)較低者之中，可選擇對應的接收信號強度指示群組中具有的至少兩個信號強度指示的差異小於一差異值者所對應的輻射場型設定以作無線傳輸資料，所述差異值例如是2dB。以下述例子作為說明，若有兩個或三個雜訊水平群組的雜訊值(W2)是屬於較低的(相對於其他雜訊水平群組而言)，則加上一個限制條件，其是所有天線的信號強度指示彼此之間的差異小於2dB，以確認多天線傳輸(例如多輸入多輸出(MIMO))的效能為較佳的。因各天線的信號強度指示差異若過大(如差異超過2dB)則代表每一個天線並非接收到相近強度的訊號，可能產生收訊不穩定或遇到環境變動不確定性大的問題，會顯著地影響到吞吐量的維持或穩定度。

請參照圖2，圖2是本發明實施例提供的多天線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的無線信號。效能優化單元12包括微處理器121、天線控制器122以及應用程式123a。天線控制器122連接微處理器121，且連接於所述複數個天線11a、11b...、11n與無線晶片101之間，所述複數個天線11a、11b...、11n透過天線控制器122傳送所接收到的無線信號至多天線裝置100的無線晶片101。應用程式123a透過微處理器121以控制天線控制器122，其中無線晶片101獲得對應於每一個天線11a、11b...或11n的接收信號強度指示，並將每一個天線的接收信號強度指示傳送至應用程式123a。應用程式123a執行於多天線裝置100的作業系統(operating system)的一應用層123，例如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，或者是在與無線裝置連線的一個獨立的作業系統中執行，但不限於此。或者，應用程式123a可以是以韌體實現，或是做為位於開放式系統互連通訊參考模型(OSI)的應用層123的一個軟體程式。應用程式123a具有演算法以藉由將接收信號強度指示的資訊經過運算後獲得信雜比，也進一步獲得雜訊水平。或者是，無線晶片101除了提供接收信號強度指示給應用程式123a，也提供對應的信雜比給應用程式123a。基於效能優化單元12的演算法運算，在已知接收信號強度指示與信雜比的情況下，可據以推知雜訊水平。

效能優化單元12經由其天線控制器122控制天線11a、11b...或11n的輻射場型狀態，以找尋對於提升接收資料率而言最佳或較佳的天線傳輸狀態。詳細的說，效能優化單元12利用微處理器121以控制連接天線11a、11b...、11n的天線控制器122，以控制複數個連接所述天線11a、11b...、11n的開關(圖未示)，藉以改變所述天線11a、11b...、11n的輻射場型，每一個天線經過適當設計而可以利用開關切換以改變其工作狀態，進而改變輻射場型，輻射場型如何改變並不是本發明的主題且可參考習知技術，因而在此可省略相關的說明。微處理器121與天線控制器122可設於一個天線控制電路板124。也就是，承載有微處理器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100之內，並作為天線11a、11b...、11n與無線晶片101的中介。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)能夠方便地改變天線的輻射場型，應因應環境情況提升接收資料率或吞吐量(throughput)。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(輻射場型設定)。

接著，請一併參照圖1、圖2與圖3，圖3顯示的圖1的步驟S160中包括的細節實施例的流程圖。圖1所示流程中的步驟S160可以包括有更細節的控制方法與判斷機制。首先，在步驟S161中，效能優化單元(12)將接收信號強度指示群組之中具有強度值(W1)最高者所對應的輻射場型設定做為指定接收天線設定(TS)。然後，在步驟S162中，效能優化單元(12)選擇接收信號強度指示群組之中具有強度值(W1)次高者所對應的輻射場型設定以作為無線傳輸資料之用的待命接收天線設定(SS)。接著，在步驟S163中，效能優化單元(12)判斷指定接收天線設定(TS)所對應的接收信號強度指示群組的強度值(W1)與待命接收天線設定(SS)所對應的接收信號強度指示群組的強度值(W1)的差異(△W)是否小於一個切換條件值(SW)。當指定接收天線設定(TS)所對應的接收信號強度指示群組的強度值(W1)與待命接收天線設定(SS)所對應的接收信號強度指示群組的強度值(W1)的差異(△W)大於或等於切換條件值(SW)時(接收信號強度指示群組的差異在容許範圍之外，例如強度值的差異(△W)大於或等於3dB)，代表待命接收天線設定(SS)與指定接收天線設定(TS)彼此的接收信號強度指示群組其差異過大，此時將待命接收天線設定(SS)初判為並未優於指定接收天線設定(TS)，回到步驟S162。另一方面，當指定接收天線設定(TS)所對應的接收信號強度指示群組的強度值(W1)與待命接收天線設定(SS)所對應的接收信號強度指示群組的強度值(W1)的差異(△W)小於切換條件值(SW)時(接收信號強度指示群組的差異在容許範圍之內，例如強度值的差異小於3dB)，進行步驟S164，效能優化單元(12)在一個傳輸週期(Tp)內以指定接收天線設定(TS)接收來自於無線傳送裝置(200)的無線信號，並且在傳輸週期(Tp)之中插入至少一個測試區間段(Tt)，並在測試區間段(Tt)利用待命接收天線設定(SS)取代指定接收天線設定(TS)以接收來自於無線傳送裝置(200)的無線信號，其中測試區間段(Tt)的時間長度短於傳輸週期(Tp)。在步驟S164之後，進行步驟S165，效能優化單元(12)判斷在測試區間段(Tt)的接收信號強度指示群組的強度值(W1’)是否高於在傳輸週期(Tp)內的接收信號強度指示群組的強度值(W1)，且當在測試區間段(Tt)的接收信號強度指示群組的強度值(W1’)高於在傳輸週期(Tp)內的接收信號強度指示群組的強度值(W1)時，進行步驟S166，效能優化單元(12)將待命接收天線設定(SS)指定為更新後的指定接收天線設定(TS’)。反之，則回到步驟S162。

綜上所述，本發明實施例所提供的第五代行動通信多天線控制方法，其利用在信雜比較差的情況進一步使用雜訊水平做多天線接收狀態(輻射場型設定)的設定(或變更)依據，以降低所接收無線信號的封包錯誤率(Packet error rate，PER)，或者說是提昇有效接收資料率(effective received data rate)，也可稱為是提升吞吐量(throughput)。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。

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

一種第五代行動通信多天線控制方法，用於一無線傳送裝置與一多天線裝置兩者之間無線傳輸資料，該方法包括：由該無線傳送裝置發送無線信號至該多天線裝置的複數個天線；一效能優化單元依據複數個輻射場型設定以改變該些天線的輻射場型，並從該多天線裝置的一無線晶片獲得對應於該些輻射場型設定的複數個接收信號強度指示群組(RSSI group)，其中每一個該接收信號強度指示群組具有對應於該些天線的複數個接收信號強度指示(RSSI)；該效能優化單元利用一演算法以該些接收信號強度指示群組計算出對應的複數個信雜比群組(SNR group)，並以該些接收信號強度指示群組與該些信雜比群組計算出對應的複數個雜訊水平群組(Noise Floor group)，其中每一個該信雜比群組具有對應於該些天線的複數個信雜比(SNR)，每一個該雜訊水平群組具有對應於該些天線的複數個雜訊水平(Noise Floor)；該效能優化單元判斷該些信雜比群組的該些信雜比的數值是否大於或等於一門檻值；當該些信雜比群組的該些信雜比的數值皆大於或等於該門檻值時，在該些接收信號強度指示群組之中選擇具有一強度值較高者的其中之一所對應的該輻射場型設定以作無線傳輸資料；以及當該些信雜比群組的該些信雜比的數值皆小於該門檻值時，在該些雜訊水平群組之中選擇具有一雜訊值較低者的其中之一所對應的該輻射場型設定以作無線傳輸資料，其中在該些雜訊水平群組之中具有該雜訊值較低者之中選擇對應的接收信號強度指示群組中具有的至少兩個該些接收信號強度指示的差異小於一差異值者所對應的該輻射場型設定以作無線傳輸資料。
根據請求項第1項所述之第五代行動通信多天線控制方法，其中該門檻值是20dB。
根據請求項第1項所述之第五代行動通信多天線控制方法，其中該差異值是2dB。
根據請求項第1項所述之第五代行動通信多天線控制方法，其中該效能優化單元利用一微處理器以控制一連接該些天線的天線控制器，以控制複數個連接該些天線的開關，藉以改變該些天線的輻射場型。
根據請求項第4項所述之第五代行動通信多天線控制方法，其中該微處理器與該天線控制器設於一天線控制電路板。
根據請求項第1項所述之第五代行動通信多天線控制方法，其中該演算法包括於一應用程式，該應用程式執行於該多天線裝置的一作業系統的一應用層。
根據請求項第1項所述之第五代行動通信多天線控制方法，更包括：該效能優化單元將該些接收信號強度指示群組之中具有該強度值最高者所對應的該輻射場型設定做為一指定接收天線設定；該效能優化單元選擇該些接收信號強度指示群組之中具有該強度值次高者所對應的該輻射場型設定以作為無線傳輸資料之用的一待命接收天線設定；該效能優化單元判斷該指定接收天線設定所對應的該接收信號強度指示群組的該強度值與該待命接收天線設定所對應的該接收信號強度指示群組的該強度值的差異是否小於一切換條件值；當該指定接收天線設定所對應的該接收信號強度指示群組的該強度值與該待命接收天線設定所對應的該接收信號強度指示群組的該強度值的差異小於該切換條件值時，該效能優化單元在一傳輸週期內以該指定接收天線設定接收來自於該無線傳送裝置的無線信號，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設定取代該指定接收天線設定以接收來自於該無線傳送裝置的無線信號，其中該測試區間段的時間長度短於該傳輸週期；以及該效能優化單元判斷在該測試區間段的該接收信號強度指示群組的該強度值是否高於在該傳輸週期內的該接收信號強度指示群組的該強度值，且當在該測試區間段的該接收信號強度指示群組的該強度值高於在該傳輸週期內的該接收信號強度指示群組的該強度值時，該效能優化單元將該待命接收天線設定指定為更新後的該指定接收天線設定。
根據請求項第1項所述之第五代行動通信多天線控制方法，其中該些天線的操作頻率是第五代行動通信規格的3.5GHz頻帶或6GHz頻帶。
根據請求項第1項所述之第五代行動通信多天線控制方法，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、無線路由器或智慧型手機。