TWI710226B

TWI710226B - 基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法及終端裝置

Info

Publication number: TWI710226B
Application number: TW108107763A
Authority: TW
Inventors: 李銘佳; 陳柏宇; 施佑霖; 顏紅方
Original assignee: 泓博無線通訊技術有限公司
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2020-11-11
Also published as: TW202034640A

Abstract

一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法，用於終端裝置，所述方法包括：終端裝置同時利用N個接收天線與遠端裝置的M個發送天線進行通信，每一個接收天線接收每一個發送天線的信號以獲得N乘M個接收信號強度指示，其中N與M皆為大於或等於2的正整數；在N乘M個接收信號強度指示中選擇一個最大值並將其轉換為功率值，且將最大值的功率值與門檻值比較；當最大值的功率值低於門檻值，降低調變編碼機制的指標；當最大值的功率值高於或等於門檻值，且最大值的功率值與門檻值的差異小於設定值，不改變調變編碼機制的指標；當最大值的功率值高於或等於門檻值，且差異大於或等於設定值，提升調變編碼機制的指標。藉此，提升長時資料率。

Description

基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法及終端裝置

本發明有關於一種多輸入多輸出通信，且特別是一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法及終端裝置。

創造具有高速傳輸能力的無線網路與行動通信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。在行動通信方面，未來熱門的第五代行通通信系統(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以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。再者，對於多輸入多輸出(MIMO)無線通信，產業界不僅關心於提升瞬時的傳輸率最大值，也期待無線裝置能夠同時在傳輸率與穩定性兩方面一併提升，需要有能夠提升現有無線通信品質的方案。

為了解決前述的先前技術問題，本發明實施例提供一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法，用於具有N個接收天線的終端裝置，所述方法包括：終端裝置同時利用N個接收天線與遠端裝置的M個發送天線進行多輸入多輸出無線通信，其中每一個接收天線接收每一個發送天線的信號以獲得N乘M個接收信號強度指示，其中N與M皆為大於或等於2的正整數；在N乘M個接收信號強度指示中選擇一個最大值；將所述最大值轉換為功率值，且將最大值的功率值與門檻值比較；當最大值的功率值低於門檻值，降低調變編碼機制的指標；當最大值的功率值高於或等於門檻值，且最大值的功率值與門檻值的差異小於設定值，不改變調變編碼機制的指標；以及當最大值的功率值高於或等於門檻值，且最大值的功率值與門檻值的差異大於或等於設定值，提升調變編碼機制的指標。

本發明實施例提供一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的終端裝置，包括：N個接收天線、應用單元以及控制單元。N個接收天線連接無線晶片，其中無線晶片利用N個接收天線與遠端裝置的M個發送天線進行多輸入多輸出無線通信，其中每一個接收天線接收每一個發送天線的信號以獲得N乘M個接收信號強度指示，其中N與M皆為大於或等於2的正整數；應用單元連接無線晶片，由無線晶片接收N個接收天線的接收信號強度指示與多輸入多輸出通信的接收資料率，其中應用單元在N乘M個接收信號強度指示中選擇最大值，並將所述最大值轉換為功率值，且將所述最大值的所述功率值與門檻值比較；其中，當所述最大值的所述功率值低於門檻值，應用單元降低調變編碼機制的指標；其中，當所述最大值的所述功率值高於或等於門檻值，且所述最大值的所述功率值與門檻值的差異小於設定值，應用單元不改變調變編碼機制的指標；其中，當所述最大值的所述功率值高於或等於門檻值，且所述最大值的所述功率值與門檻值的差異大於或等於設定值，應用單元提升調變編碼機制的指標。控制單元連接應用單元與N個接收天線，受控於應用單元以控制所述N個接收天線。

綜上所述，本發明實施例提供一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法及終端裝置，經由針對接收信號強度指示的功率值做判別，以調適較佳的調變編碼機制的指標，藉此對於長時間持續傳輸的多輸入多輸出資料率的長時均速與穩定性提升有明顯助益，具有很高的產業應用價值。

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、S111、S112‧‧‧步驟

PW‧‧‧功率值

TH‧‧‧門檻值

PD‧‧‧差異

DF‧‧‧設定值

1、21、22、31、3N‧‧‧接收天線

11‧‧‧反射單元

111、112‧‧‧半波長反射器

111a、112a‧‧‧二極體

111b、112b‧‧‧延長迴路

111c、112c‧‧‧電容

211‧‧‧地電流控制單元

211a、211b‧‧‧地電流部

212a、212b‧‧‧開關

G‧‧‧接地

213a、213b‧‧‧接地電容

221‧‧‧地電流控制單元

221a、221b‧‧‧地電流部

222a、222b‧‧‧開關

223a、223b‧‧‧接地電容

4‧‧‧應用單元

5‧‧‧控制單元

6‧‧‧無線晶片

圖1是本發明實施例提供的基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法的流程圖。

圖2是圖1的步驟S110的子步驟的流程圖。

圖3是本發明實施例提供的接收天線及其反射單元的示意圖。

圖4是本發明另一實施例提供的接收天線的示意圖。

圖5是本發明實施例提供的基於多天線控制以選擇調變編碼機制的終端裝置的方塊圖。

請參照圖1，本實施例提供一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法，用於具有N個接收天線的終端裝置，所述方法儲存於終端裝置內的韌體或軟體，並利用終端裝置本身的作業系統執行演算法與控制流程。所述終端裝置是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦或智慧電視，但本發明並不因此限定。所述方法包括以下步驟。首先，進行步驟S110，終端裝置同時利用N個接收天線與遠端裝置的M個發送天線進行多輸入多輸出無線通信，其中每一個接收天線接收每一個發送天線的信號以獲得N乘M個接收信號強度指示(RSSI)，其中N與M皆為大於或等於2的正整數；在N乘M個接收信號強度指示中選擇一個最大值。應用多輸入多輸出傳輸通信的規格例如是802.11n、802.11ac或者是現有的第四代行動通信規格，或者是未來的第五代行動通信規格。

然後，進行步驟S120，將所述最大值轉換為功率值PW，且將最大值的功率值PW與門檻值TH比較。當最大值的功率值PW低於門檻值TH，進行步驟S130，降低調變編碼機制的指標(Modulation and Coding Scheme index，MCS index)，調適取得較佳的調變編碼機制的指標，藉此讓資料持續傳輸的過程中能夠得到平均資料率的提升。當最大值的功率值PW高於或等於門檻值TH，且最大值的功率值PW與門檻值TH的差異PD(PD=PW-TH)小於設定值DF，進行步驟S140，不改變調變編碼機制的指標。當最大值的功率值PW高於或等於門檻值TH，且最大值的功率值PW與門檻值TH的差異PD大於或等於設定值DF，進行步驟S150，提升調變編碼機制的指標，藉此進一步提升資料率。調變編碼機制的指標使用一個數字代表，例如MCS index為8~15時是兩隻天線，N=2；MCS index為16~23時是三隻天線，N=3；MCS index為24~31時是四隻天線，N=4；使用多於四隻天線的MCS index則是用更大的數字代表。本發明基於要讓多輸入多輸出通信發揮更好的效能(提升資料率)的目的，使用具有複數個輻射狀態的天線，也可以說控置多個接收天線的操作狀態以實現有多個輻射場型(每一接收天線的每一種操作狀態具有的輻射場型皆不同)，以至於達到不同的無線接收性能。一般應用條件下，依據互易定理(reciprocity theorem)，輻射狀態等於接收狀態，通常研發人員可分析輻射狀態作為研發手段。本發明基於要讓多輸入多輸出通信發揮更好的效能(提升資料率)的目的，使用具有複數個輻射狀態的天線。例如第一個接收天線ATA具有複數個輻射狀態RA1、RA2、RA3...，第二個接收天線ATB具有複數個輻射狀態RB1、RB2、RB3...，第三個接收天線ATC具有複數個輻射狀態RC1、RC2、RC3...，依此類推至第N個接收天線ATN的輻射狀態。改變接收天線的輻射狀態的實施方式將於後續圖2進一步說明。

請同時參照圖1與圖2，在終端裝置同時利用N個接收天線與遠端裝置的M個發送天線進行多輸入多輸出無線通信的步驟(S110)中，更可包括圖2的步驟S111與S112，步驟S111與步驟S112是併行的，或者是擇一進行。在步驟S111中，控制每一個接收天線的至少一反射單元或至少一地電流控制單元，以改變每一個接收天線接收每一個發送天線的信號所獲得的N乘M個接收信號強度指示。在步驟S112中，控制每一個接收天線的至少一地電流控制單元，以改變每一個接收天線接收每一個發送天線的信號所獲得的N乘M個接收信號強度指示。較佳的，控制每一個接收天線的至少一反射單元或至少一地電流控制單元的步驟是受控於獨立於(終端裝置本身的)無線晶片之外的一個微控制器，此微控制器依據終端裝置本身的作業系統的演算法結果的輸出命令以執行步驟S111與步驟S112。

對於步驟S111與步驟S112中，控制反射單元的方式是屬於一種控制方式，而控制地電流元件是屬於另一種控制方式。對於控制反射單元的方式，請參照與圖3的天線及反射單元結構，反射單元例如是半波長反射器，接收天線以半波長偶極天線為例，在控制接收天線的反射單元的方式中，接收天線1的反射單元11有至少一個或兩個以上為較佳，例如圖3的一個半波長反射器111在左側而另一個半波長反射器112在右側，以產生接收天線1的複數種輻射狀態。圖3實施例的控制方式包括：對於在左側的半波長反射器111而言，選擇以二極體111a導通半波長反射器111，使半波長反射器111實現半波長反射功能。或者，選擇不導通二極體111a且使延長迴路111b利用電容111c延長半波長反射器111的路徑，使半波長反射器111不產生半波長反射功能。對於在右側的半波長反射器112而言，選擇以二極體112a導通半波長反射器112，使半波長反射器112實現半波長反射功能。或者，選擇不導通二極體112a且使延長迴路112b利用電容112c延長半波長反射器112的路徑，使半波長反射器112不產生半波長反射功能。

對於控制地電流控制單元的示範性實施方式，以N=2為例(接收天線是兩個)，請參照圖4，地電流控制單元211與地電流控制單元221是用以連接接地G，第一個接收天線21與第二個接收天線22以倒F形平板天線(PIFA)為例，在控制第一個接收天線21的地電流控制單元211的方式中，第一個接收天線21的地電流控制單元211較佳的需要有至少一個或兩個以上的部件，例如圖4的一個地電流部211a與另一個地電流部211b，利用改變靠近第一個接收天線21的接地電流以產生複數種第一個接收天線21的輻射狀態。圖4實施例的控制方式包括：對於地電流部211a而言，選擇以開關212a導通地電流部211a至接地G，或者選擇不導通開關212a且使接地電容213a連接於地電流部211a與接地G之間，在圖4中的地電流部211a不只使用接地電容213a，也使用接地電容213b以連接至接地G。再者，對於地電流部211b而言，選擇以開關212b導通地電流部211b至接地G，或者選擇不導通開關212b且使接地電容213b連接於地電流部211b與接地G之間。

繼續參照圖4，對於第二個接收天線22，地電流控制單元221較佳的需要有至少一個或兩個以上的部件，例如圖4的一個地電流部221a與另一個地電流部221b，利用改變靠近第二個接收天線22的接地電流以產生第二個接收天線22的複數種輻射狀態。相同於地電流控制單元211的控制方式，控制地電流控制單元221的控制方式包括：選擇以開關222a導通地電流部221a至接地G，或者選擇不導通開關222a且使接地電容223a連接於地電流部221a與接地G之間，在圖4中的地電流部221a不只使用接地電容223a，也使用接地電容223b以連接至接地G。再者，選擇以開關222b導通地電流部221b至接地G，或者選擇不導通開關222b且使接地電容223b連接於地電流部221b與接地G之間。然而，第二個接收天線22的結構與第一個接收天線21的結構不必要相同，地電流控制單元221與地電流控制單元211也不必要相同。並且，上述開關212a、212b、222a、222b例如以二極體實現，但不限於此。

基於上述的方法，本實施例提供一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的終端裝置，所述終端裝置例如是可實現多輸入多輸出通信的筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦或智慧電視。請參照圖5，本實施例的終端裝置包括：N個接收天線(31至3N)、應用單元4以及控制單元5。N個接收天線(31至3N)連接無線晶片6，其中無線晶片6利用N個接收天線(31至3N)與遠端裝置的M個發送天線(圖5未示)進行多輸入多輸出無線通信，其中每一個接收天線接收每一個發送天線的信號以獲得N乘M個接收信號強度指示，其中N與M皆為大於或等於2的正整數。應用單元4連接無線晶片6，由無線晶片6接收N個接收天線(31至3N)的接收信號強度指示與多輸入多輸出通信的接收資料率，其中應用單元4在N乘M個接收信號強度指示中選擇最大值，並將所述最大值轉換為功率值，且將所述最大值的所述功率值與門檻值比較；其中，當所述最大值的所述功率值低於門檻值，應用單元4降低調變編碼機制的指標；其中，當所述最大值的所述功率值高於或等於門檻值，且所述最大值的所述功率值與門檻值的差異小於設定值，應用單元4不改變調變編碼機制的指標；其中，當所述最大值的所述功率值高於或等於門檻值，且所述最大值的所述功率值與門檻值的差異大於或等於設定值，應用單元4提升調變編碼機制的指標。控制單元5連接應用單元4與N個接收天線(31至3N)，受控於應用單元4以控制所述N個接收天線(31至3N)。

控制單元5控制每一個接收天線(31至3N的其中一個)的至少一反射單元或至少一地電流控制單元，以改變每一個接收天線(31至3N的其中一個)接收每一個發送天線的信號所獲得的N乘M個接收信號強度指示。控制單元5獨立於無線晶片6之外，且例如是微控制器(MCU)。當控制單元5控制接收天線的至少一反射單元時，將其類比於圖3的實施例，控制單元5控制二極體以選擇導通半波長反射器，或者選擇不導通二極體且使延長迴路利用電容延長半波長反射器的路徑。當控制單元5控制接收天線的至少一地電流控制單元時，類比於圖4的實施例，控制單元5控制開關以選擇導通地電流部至接地，或者選擇不導通開關且使接地電容連接於地電流部與接地之間。

綜上所述，本發明實施例提供一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法及終端裝置，經由針對接收信號強度指示的功率值做判別，以調適較佳的調變編碼機制的指標，藉此對於長時間持續傳輸的多輸入多輸出資料率的長時均速與穩定性提升有明顯助益，具有很高的產業應用價值。並且，對於改變接收天線所接收到的信號強度指示，是利用反射器或接地電流控制接收天線的輻射狀態控制，實現可控多天線效能的目的。

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。

S110、S120、S130、S140、S150‧‧‧步驟

Claims

一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法，用於具有N個接收天線的一終端裝置，該方法包括：該終端裝置同時利用N個該接收天線與一遠端裝置的M個發送天線進行多輸入多輸出無線通信，其中每一個該接收天線接收每一個該發送天線的信號以獲得N乘M個接收信號強度指示，其中N與M皆為大於或等於2的正整數；在該N乘M個接收信號強度指示中選擇一最大值；將該最大值轉換為一功率值，且將該最大值的該功率值與一門檻值比較；當該最大值的該功率值低於該門檻值，降低調變編碼機制的指標；當該最大值的該功率值高於或等於該門檻值，且該最大值的該功率值與該門檻值的差異小於一設定值，不改變調變編碼機制的指標；以及當該最大值的該功率值高於或等於該門檻值，且該最大值的該功率值與該門檻值的差異大於或等於該設定值，提升調變編碼機制的指標；其中，在該終端裝置同時利用N個該接收天線與該遠端裝置的M個發送天線進行多輸入多輸出無線通信的步驟更包括：控制每一個該接收天線的至少一反射單元或至少一地電流控制單元，以改變每一個該接收天線接收每一個該發送天線的信號所獲得的該N乘M個接收信號強度指示；其中，控制每一個該執行接收天線的該反射單元的方式包括：選擇以一二極體導通一半波長反射器，或者選擇不導通該二極體且使一延長迴路利用一電容延長該半波長反射器的路徑；其中，控制每一個該執行接收天線的該地電流控制單元的方式包括：選擇以一開關導通一地電流部至一接地，或者選擇不導通該開關且使一接地電容連接於該地電流部與該接地之間。
根據請求項第1項所述之基於多天線控制以選擇調變編碼機制的方法，其中控制每一個該接收天線的至少一反射單元或至少一地電流控制單元的步驟是受控於獨立於一無線晶片之外的一微控制器。
一種基於多天線控制以選擇調變編碼機制的終端裝置，包括：N個接收天線，連接一無線晶片，其中該無線晶片利用N個該接收天線與一遠端裝置的M個發送天線進行多輸入多輸出無線通信，其中每一個該接收天線接收每一個該發送天線的信號以獲得N乘M個接收信號強度指示，其中N與M皆為大於或等於2的正整數；一應用單元，連接該無線晶片，由該無線晶片接收N個該接收天線的接收信號強度指示與多輸入多輸出通信的接收資料率，其中該應用單元在該N乘M個接收信號強度指示中選擇一最大值，並將該最大值轉換為一功率值，且將該最大值的該功率值與一門檻值比較；其中，當該最大值的該功率值低於該門檻值，該應用單元降低調變編碼機制的指標；其中，當該最大值的該功率值高於或等於該門檻值，且該最大值的該功率值與該門檻值的差異小於一設定值，該應用單元不改變調變編碼機制的指標；其中，當該最大值的該功率值高於或等於該門檻值，且該最大值的該功率值與該門檻值的差異大於或等於該設定值，該應用單元提升調變編碼機制的指標；以及一控制單元，連接該應用單元與N個該接收天線，受控於該應用單元以控制N個該接收天線；其中，該控制單元控制每一個該接收天線的至少一反射單元或至少一地電流控制單元，以改變每一個該接收天線接收每一個該發送天線的信號所獲得的該N乘M個接收信號強度指示；其中，該控制單元控制控制每一個該接收天線的該反射單元的方式包括：選擇以一二極體導通一半波長反射器，或者選擇不導通該二極體且使一延長迴路利用一電容延長該半波長反射器的路徑；其中該控制單元控制每一個該接收天線的該地電流控制單元的方式包括：選擇以一開關導通一地電流部至一接地，或者選擇不導通該開關且使一接地電容連接於該地電流部與該接地之間。
根據請求項第3項所述之基於多天線控制以選擇調變編碼機制的終端裝置，其中所述終端裝置是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦或智慧電視。