CN101622798A - 具有数字控制的加权射频组合的切换波束天线***和方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信***，其中选择从相应的天线元件(A₁……A_N)接收的RF信号的子集，并将其结合(8)为单个RF信号，在单个处理链(10)中处理和解调该单个RF信号，该处理链(10)包括用于在结合之前同相所选择的RF信号的RF定相网络(18)和用于控制结合(8)和定相(18)以获得具有满足预定条件的无线电性能指标(RPI)的单个RF信号的处理器(16)。

Description

具有数字控制的加权射频组合的切换波束天线***和方法

技术领域

本发明总的来说涉及无线通信***，具体地说，涉及用于在切换波束天线中重新结合接收/发射的信号的方法和设备。本发明还涉及提供有具有接收/发射的信号的射频结合的切换波束天线的无线局域网(WLAN)装置。

背景技术

无线局域网使用射频(RF)信号来经空中发送与接收数据。WLAN***根据全世界各国的主要管理机构，比如欧洲的ETSI(欧洲电信标准协会)和美国的FCC(联帮通信委员会)的合约，在无节制的频谱上进行发射。

无线LAN允许用户共享数据和因特网访问，而没有通过墙壁或在地板下拉电缆的不便和成本。WLAN的优点不限于计算机连网。随着WLAN的带宽增加，音频/视频服务可能是下一目标，代替装置-到-装置的电缆连接并且提供遍及家、办公室和工厂的分布。

基础地，WLAN配置由两个基本网络元件组成：接入点(AP)和客户端或移动站(STA)。接入点用作网络集线器和路由器。典型地，在后端，接入点连接到更宽的LAN或甚至连接到因特网本身。在前端，接入点作为接触点用于灵活数目的客户端。移动到接入点(AP)的有效广播半径中的站(STA)然后可以连接到由AP服务的本地网络，以及连接到与AP后端连接的更宽的网络。

在WLAN的部署中，覆盖和提供的吞吐量受几个相互作用的因素影响，必须考虑这些因素来满足通信者的要求。无线信号在通过空间传播时遭受衰减，特别是在墙壁、家具及其他障碍导致吸收、反射和折射的建筑内部。总的来说，STA离AP越远，其接收的信号越弱，且其可以可靠地达到的实际比率越低。无线电链路吞吐量是包括使用的传输格式和在接收器测量的分组错误率(PER)的多个因素的函数。高PER会由于导致过多的重发而失去具有较高额定吞吐量的传输格式的速度优势。但是，WLAN装置持续地监控从与其通信的装置接收的信号的质量。当轮到它们发射时，它们使用该信息来选择预期提供最高吞吐量的传输格式。在任一情况下，平均来说，实际数据速率的减少与STA离AP的距离有直接关系。

现今，要求高性能WLAN***在越来越扩展的覆盖区域上提供高数据速率服务。此外，它们必须在不同类型的环境(家，办公室)中可靠地工作。换句话说，期望将来的高性能WLAN***具有更好的质量和覆盖，功率和带宽更有效率，且在不同环境中部署。

大部分当前局域网设备在2.4GHz工业、科学和医学(ISM)频带中工作。该频带在无需许可证的基础上具有在全世界可用的优点，但是预计其会讯速拥塞。因此，每个国家的频谱管理机构限制各种频率的信号功率电平以适应用户的需要并避免RF干扰。大部分国家认为无线LAN是无需许可的。但是，为了有无需许可的工作资格，无线电装置必须将功率电平限制到相对低的值。在欧洲，电子通信委员会(ECC)在ECC报告57：“(O)RLANS in the Frequency Band2400-2483.5MHz”中定义了限制条件，指定关于最大允许的等效各向同性辐射功率(EIRP)的当前规定。已经固定该限制条件以使得设备的输出功率产生100mW EIRP或更少的最大辐射功率。于是，取决于使用的天线的类型，可能需要减少设备的输出功率以产生100mW EIRP或更少的最大辐射功率。造成100mW以上的辐射功率电平的功率电平和天线的结合被认为是不符合国家无线电接口规定的。

EIRP表示提供给天线的功率和天线增益的结合的效应，减去由于电缆与连接造成的任意损耗：

E/RP(dBm)＝P_TX(dBm)+G_TX(dB)-L_TX(dB)

其中P_TX是提供给发射天线的功率，G_TX是关于各向同性辐射器定义的天线增益，且L_TX是电缆损耗。

因为EIRP包括天线增益，这引入了对能够在发射器处使用的天线的种类的限制。为了采用具有较高增益的天线，必须减少发射功率，以使得EIRP保持低于20dBm。

覆盖范围增强问题的解决方案是在文献中巳知的，其使用采用多个全向天线的***配置，其中通过不同的射频(RF)处理链的方式分开地解调不同的信号，且随后在基带(BB)电平数字地重新结合，例如，如在US 6,907,272和US 6,438,389中所示。

更高级的天线架构基于多个定向天线的结合。在这些***当中，切换波束(SB)天线架构是基于多定向天线的，该多定向天线具有在特定方向具有提高的灵敏度的固定波束。这些天线***检测从不同波束接收的特定服务质量(QoS)指示符的值，例如，信号强度或信号质量，并选择提供最好的QoS值的特定波束。周期性地重复用于波束选择的过程以跟踪传播信道的变化，以使得WLAN RF收发器从一个波束连续地切换到另一个。

具有可选的天线元件的天线设备在WO 2006/023247中示出，其公开了包括多个单独地可选的平面天线元件的平面天线设备，每个平面天线元件具有定向辐射图案，且其具有增益并且其偏振基本上在平面天线设备的平面中。可以电气地选择每个天线元件(例如，接通或断开)，以使得平面天线设备可以形成可配置的辐射图案。如果接通全部元件，平面设备形成全向辐射图案。该***可以选择所选天线元件的特定配置，其最小化无线链路的干扰，或最大化***和远程装置之间的增益。

发明内容

申请人观察到在采用多个RF处理链以解调通过多个天线元件接收的信号的解决方案中，通常以这种方式隔开天线，从而保证接收的信号是独立的，由此与由于从不同天线接收的信号的相干结合获得的阵列增益一起引入空间分集增益。这种解决方案的缺点在于接收器复杂性，和通信者成本，这与引入多个RF处理链有关。

申请人还观察到，关于采用可选的天线元件的解决方案，在接收端上获得的大的总增益值，在相同天线配置用于发射侧上的WLAN客户端或接入点中时，由于上述的EIRP限制，可能变得很关键。这种***典型地致力于增大范围，忽视了由于区域功率限制规定带来的限制。因此必须最终引入发射功率的减小，导致损失一部分的总体性能增强。

申请人解决了增强切换波束天线的覆盖范围的问题，同时满足关于功率发射上的限制的规定。

具体地说，申请人解决了提供符合EIRP限制的切换波束天线的问题，且同时，增大了WLAN的覆盖范围。因为需要减少接入点的数量，增大的覆盖范围可以有助于减少安装成本。

申请人发现可以通过在切换波束天线中选择至少两个波束以在单个调制解调器中解调来解决该问题，该至少两个波束提供在单个RF信号中被同相和重新结合的两个相应的RF信号。同相和重新结合包括复数值权重与至少一个信号的相乘和借助于加法器进行结合。在发射中使用相同的权重以用于对从单个RF信号获得的、要借助于分路器发射的两个分开的信号进行加权，该分路器将单个RF信号划分为具有相同功率电平的两个分开的信号。

以最大化无线电性能指标，或不同指标(比如接收信号强度指标RSSI、吞吐量)的结合，或通过最小化结合的信号的PER的目标，来选择波束和要用于同相操作中的复数值权重。

根据本发明的切换波束天线能够增强总体覆盖范围，满足关于功率发射上的限制的区域规定，同时较小地减小发射功率。具体地说，可以由在下行链路方向(即，接入点发射并且WLAN客户端接收)和上行链路方向(即WLAN客户端发射并且接入点接收)两者中的WLAN客户端采用这种天线架构。

因为在RF执行信号的加权结合，该解决方案通常不需要在调制解调接收器内的修改，且因此可以作为附加装置容易地应用在现有的WLAN客户端上。

附图说明

将通过以下本发明的一些实例的详细描述清楚地了解本发明的另外的特征和优点，仅通过实例的方式提供其而没有限制的意图。具体描述将参考以下附图，其中：

图1示意地图示在下行链路方向中采用的根据本发明实现的切换波束天线***；

图2图示用于图1的天线***的空间天线配置；

图3示意地示出用于图1的天线***的切换网络；

图4示出根据本发明的一方面的RF定相网络；

图5以图表图示在根据参考设计和本发明的天线架构之间的性能比较；

图6a和图6b示出用于图1的***的两个替换的RF定相电路；

图7a和图7b示出用于图6a和图6b的RF定相网络的两个可能的实现；

图8图示在参考切换波束天线中的功率减小、下行链路和上行链路增益；

图9示意地图示在上行链路方向中采用的根据本发明实现的切换波束天线***。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的多定向天线***包括多个定向天线A₁......A_N，以覆盖接收信号的几乎所有可能的到达方向的方式部署该多个定向天线A₁......A_N。在典型的配置中，如图2示意地示出，使用八个天线A₁......A₈以覆盖整个方位面。每个天线具有如图中示为具有增益G0的瓣型的辐射图案。

来自天线A₁......A_N的信号r₁.......r_N被馈至RF切换网络6，其允许通过选择信号S来选择信号的子集，具体地说是选择提供最大化给定的无线电性能指标的信号r_i和r_j的两个(或两个以上)最强的波束，如在下文中详细说明的。通过测量由调制解调接收器10提供的一个或多个无线电性能指标RPI，例如接收信号强度指标(RSSI)、吞吐量或分组错误率(PER)，在块16中在基带(BB)电平处做出判决。然后关于由切换网络选择的信号r_i，r_j执行在RF应用的适当的重新结合技术。然后将重新结合的信号发送给单个RF处理链12，并通过执行BB和MAC接收操作的现有的调制解调器14解调。

在下文中称为加权射频(WRF)结合的重新结合方法如下工作。首先在块18中，通过用于适当的复数值权重(全局地标识为图1中的信号W)的乘法操作的方式，将两个(或总的来说子集)选择的信号r_i和r_j首先被同相，且然后在结合器8中相加在一起。事实上，由于信号传播通常通过多个到达方向(DOA)发生，所以在RF执行的这种重新结合技术减小了衰减，并产生具有更好质量的输出信号，即使不同到达方向(DOA)的单个信号中没有一个本身是可接受的。这是通过根据适当的复数值来加权来自不同到达方向(在这里描述的实施例中是两个，但是一般来说是所有方向的子集)的信号，将它们分别地被同相并最终将它们相加在一起来获得的。因此将从所选的到达方向收集信息，每个到达方向对输出信号给出其自己的加权的贡献。

以获得在预定范围内包括的无线电性能指标RPI，例如最大化特定的指标、或不同指标的结合(比如RSSI或吞吐量)，或通过最小化结合的信号的PER的目标，来选择要用于同相操作中的复数值权重W和波束的子集的选择。

通过具体参考第一优选实施例，如图示图1的***的RF定相电路18的第一版本的图6a所示，当在切换网络之后选择两个信号r_i和r_j时，将两个信号之一r_i维持原样，且将另一个r_j通过具有归一化模的复数值权重W_j被同相。然后在块8中将两个信号重新结合，并发送给单个RF处理链12，并通过执行BB和MAC接收操作的调制解调器14解调，如图1所示。

根据本发明的特定实施例，考虑如图2所示的八个天线的配置，将切换网络6实现为如图3示意地所示的。将来自天线A₁......A₈的相同的信号r₁......r₈馈至具有“8到1”配置的两个对称的切换子网络6a和6b，产生“8到2”切换网络方案。每个子网络6a，6b具有在图3中由附图标记20a和20b一起指示的多个开关，允许在每个网络中选择任意输入信号r₁......r₈。因此可以由切换网络6选择输出信号r_i，r_j的任意组合。

根据优选实施例的由块16执行的波束选择技术如下工作。随后借助于切换网络6选择从八个不同天线导出的八对信号r_i，r_j，并将它们发送给RF定相电路18，具体地说是图6a中所示的定相电路。具体地说，按以下次序发送信号对：(A₁，A₂)，(A₂，A₃)，(A₃，A₄)，(A₄，A₅)，(A₅，A₆)，(A₆，A₇)，(A₇，A₈)，(A₈，A₁)，且对于每一对，测量某个无线电性能指标，或不同指标的组合(比如结合的信号的RSSI、吞吐量或PER)。具体地说，在该第一步骤，不引入定相操作，因此w_i＝exp(-j·0)。于是，在该步骤，由加法器8将从切换网络接收的信号简单地加在一起而不引入任意相位修改。一旦已经计算出以上八个无线电性能指标测量值，选择提供最好的两个性能指标值的两对波束(A_i，A_j)和(A_h，A_k)，并识别有关的接收信号。

下一步骤是在总共六个可能的不同的组合(A_i，A_h)，(A_i，A_k)，(A_j，A_h)，(A_j，A_k)，(A_i，A_j)，(A_h，A_k)中，并以对应于从以下集合：β∈{0°，90°，180°，270°}选出的量化的相位值的所有四个可能权重w_i＝exp(-j·β)，在如图6a所示的电路的输入处提供以上四个最优信号(涉及两对最佳波束)，如在下面参考图7a详细说明的。再一次，估算二十四个无线电性能指标测量值，且选择对应于无线电性能指标的最大值的最优的信号对以及相关的最优权重，以完成该过程，从而从判决块16获得最优波束选择信号S和一个或多个权重W。

根据本发明的实施例，可以以量化形式引入具有归一化模的复数值的权重，以仅使用值的有界集。具体地说，为了定义提供在性能和复杂性之间的良好折衷的量化步长，我们假定将整个360°的方位面划分为特定数目L个量化的角度值，其中角度值对应于值为α＝360°/L的特定的基本角度分辨率的倍数。很明显，可以以等于log₂(L)的特定数目的比特，以二进制记数法表示L个量化的角度值。

该基本角度分辨率α表示要在RF电平应用以将两个所选的信号之一同相的离散步长。在归一化模的复数值的权重w的情况下，例如，可以考虑关于结合的信号计算的PER，通过最优化性能来选择同相操作所必需的、引入相移的量化的角度值的最优数目L。

在表1中，对于12Mbps物理层数据速率服务，在典型的家庭环境传播信道模型(MIMO模型B信道模型)上发射的，以C/N＝10dB的一致性估算的PER的值被概括为基本角度分辨率α＝360°/L的函数。可以观察到90°或45°的角分辨率是就PER而言在复杂性(用于相移值的量化的2或3比特)和性能之间的良好折衷。

表1：对于不同相移角度分辨率的PER性能

量化的角度值的数目L	比特数	角度分辨率α[度]	PER
				256	8	1.4°	0.049
128	7	2.8°	0.049
				64	6	5.6°	0.049
32	5	11.2°	0.049
				16	4	22.5°	0.050
8	3	45°	0.052
				4	2	90°	0.056
2	1	180°	0.097

例如，通过采用可以根据图4所示的方案实现的适当的RF同相网络，可以获得要在RF电平应用以将两个所选的信号之一同相的离散相移步骤。例如，图4所示的RF同相网络的实现可以借助于具有单个输入和L个输出的两个开关22、24(例如借助于PIN二极管网络实现每个开关)和具有不同长度的L个延迟线，该L个延迟线在接收信号上引入延迟d_i，延迟d_i涉及按如下等式的RF相位旋转w_i的对应值：

对于i＝0，...，L-1，w_i＝exp(-j·2·π·d_i/λ)(1)其中λ是信号载波的波长。

从等式(1)可以得出，为了获得对应于某个基本角度分辨率α＝360°/L的倍数的量化的相移值，以使得w_i＝exp(-j·φ_i)，其中φ_i＝360°/L且i＝0，1，2，...L-1，必需采用由以下等式给出的延迟的值d_i：

对于i＝0，...，L-1，d_i＝λ/L·i    (2)

在不同天线架构的下行链路方向上的性能比较(即接入点发送而WLAN客户端接收)如图5所示。不失一般性，已经考虑了12Mbps的物理层数据速率服务。传输是指典型的家庭环境传播条件。可以观察到当采用以2比特量化的基本相移值时，在包含在0.01和0.001之间的PER值的范围内，根据本发明的切换波束天线(曲线30)相对于基准切换波束天线(曲线32)在信噪比(C/N)方面实现大约1-2dB的增益。曲线32事实上涉及基于多定向天线的参考切换波束(SB)天线架构，其中周期性地监控从不同天线接收的特定的服务质量(QoS)指示符的值，例如信号强度，且选择提供最好的QoS值的波束。曲线34涉及参考天线架构，其具有两个天线和用于周期性地选择提供最强信号的天线的RF切换电路，而曲线36涉及具有单个天线的现有技术的天线架构。

根据本发明的天线架构在提供性能改善的同时，有利地仅需要一个RF处理链，因此减少了所需的复杂性和相关成本。此外，因为在调制解调接收机10内不需要实质性修改，该解决方案可应用于现有WLAN客户端作为附加装置，减少了相关部署中所需的成本。

参考第二优选实施例，如图6b所示(图6b图示了图1的***的RF定相电路18的第二版本)，分别由权重w_i和w_j加权信号r_i和r_j。在该情况下，在同相网络18和组合网络8的输出处的信号可以被如下表示

r＝r_i·w_i+r_j·w_j

其中加权因数可以被表示为复数相移权重

w_i＝e^jα    w_j＝e^jβ

并且为简单起见，可以在表示在RF切换网络的输出处的信号时仅考虑相位项

$r_i=e^{j{\mathrm{\θ}}_1}$ $r_j=e^{j{\mathrm{\θ}}_2}$

结合的信号则表示如下

$r=e^{{\mathrm{j\θ}}_1+\mathrm{\α}}+e^{{\mathrm{j\θ}}_2+\mathrm{\β}}$

为了连贯地结合两个信号，必须满足以下条件

${\mathrm{\θ}}_1+\mathrm{\α}={\mathrm{\θ}}_2+\mathrm{\β}\⇒{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_1=\mathrm{\α}-\mathrm{\β}$

因为两个所选信号的相位θ₁和θ₂是独立的，因此两个相位权重α和β之间的差必须覆盖在0°和360(L-1)/L之间的全部可能的角度

对于相位权重α和β有若干可能选择。例如，如果L＝4，有可能使用以下两个相位集合

α＝{0°，180°}        β＝{0°，90°}

注意到在α和β之间的差值取覆盖在0°和360(L-1)/L之间的全部可能的角度的值的集合

α-β＝{0°，90°，180°，-90°}＝{0°，90°，180°，270°}

当与如图6a所示的配置比较时，图6b所示的配置的优点在于减少RF切换网络的复杂性。在图7a和7b中给出对于L＝4，在RF开关数目方面的比较。我们可以注意到图7a的相移仅应用于一个信号r_j的配置需要6个RF开关SW1......SW6，开关具有1个输入和2个输出。相反，相移应用于两个信号r_i和r_j的配置仅需要具有1个输入和2个输出的4个RF开关SW₁......SW₄。总的来说，随着L的值增加，配置6b的减少的复杂性变得更相关。

在理想信道互易性的假设下，即，上行链路传输信道等价于下行链路传输信道，当使用参考切换波束WLAN客户端时，如果相同的波束用于接收和发射链路，上行链路传播路径和下行链路传播路径可以被认为具有类似的特性。因此，当WLAN客户端装备有参考切换波束天线架构时，在下行链路接收期间实现的关于单个天线WLAN客户端的增益G_DL，可以被假定对在相同的WLAN客户端在上行链路方向中用作发射机时的增益G_UL也成立，并且从在下行链路接收期间已经预先选择的波束进行传输。

然而，我们必须回忆起在上行链路方向的WLAN客户端的传输期间，必须满足指定的EIRP最大发射条件。因此，必须引入等于P_red的因数的发射功率的减小。发射功率的减小影响上行链路方向的增益。上述考虑引出以下等式：

G_DL＝G_dB                    (3)

G_UL＝G_DL-P_red               (4)

P_red＝P_client+G_ant-20dBm    (5)

其中G_ant是所采用的单定向天线的增益，P_client是WLAN客户端的传输功率。P_client的典型值在16和18dBm之间，且G_ant值在6dB和10dB之间改变。很明显这些值引出由P_client+G_ant给出的功率发射，很清楚，其超过20dBm限制。例如，如果我们假定G_ant的值等于8dB且P_client的值等于17dBm，在没有电缆损失的情况下，由WLAN客户端发射的EIRP等于25dBm，超过了20dBm的限制。在此具体情况中，不得不引入等于5dB的功率减小P_red。根据等式(4)，可以得出，因为功率减小P_red，上行链路方向上的增益G_UL相应地减小等于5dB的因数。

在图8中概括上述考虑，其中曲线80、82和84分别表示分组错误率PER是对于单个天线架构、下行链路中的参考切换波束(SB)天线和上行链路中的参考切换波束天线的信噪比(C/N)的函数。为了实现给定的目标PER，通过采用参考切换波束天线代替单个天线接收器而在下行链路传输中获得的性能增强G_DL，在上行链路方向减少了等于P_red的因数，因为要符合EIRP限制。

重要的是注意到，获得的总的覆盖范围的扩展由在下行链路和上行链路路径上获得的覆盖范围扩展之间的最小值给出。因为下行链路和上行链路覆盖范围严格地取决于增益G_DL和G_UL的对应值，我们可以限定关于单个天线收发器的参考切换波束天线的总增益G_SB如下

G_SB＝min(G_DL，G_UL)           (6)

如果现在我们联立等式(6)与等式(4)，我们得出G_SB由下式给出

G_SB＝G_UL＝G_DL-P_red           (7)

结果，当使用装备有参考切换波束天线架构的WLAN客户端时，在覆盖方面的受限链路是上行链路方向，因为为了满足发射限制需要减小传输功率。

在现有的WLAN配置中，客户端在向着接入点进行发射时典型地使用单个全向辐射天线。作为代替地，发射分集技术可以用于从接入点到客户端的传输路径(下行链路)。在这些***中，使用全向天线以便不超过功率发射限制。

如上参考图1所述的具有WRF结合和单个RF处理链的根据本发明的切换波束天线架构还可以在从WLAN客户端到接入点的发射期间用于上行链路方向中，如图9中示意性地所示的。

图9所示的配置基于在下行链路方向中采用的相同天线架构，以覆盖发送信号的所有可能的偏离方向(DOD)的方式部署的特定数目的定向天线实现。在上行链路发射期间，在所有定向天线A₁......A_N当中通过波束选择器30选择的、对应于在下行链路接收期间的两个最强接收信号的两个天线A_i和A_j(或一般来说天线的子集)用于发射。以类似的方式，也对于上行链路发射采用在下行链路接收期间选择的复数权重w的值。

具体地说，在现有的BB和MAC调制解调器34和单个RF处理链32之后，将待发射的信号发送到分路器36，其将信号划分为具有相同功率电平(也就是说以dBm来说等于P_client-3dB)的两个(或总的来说多个)单独的信号。由于信道互易性的假设，在定相模块38，采用在下行链路接收期间估算的复数值的权重w数字地加权两个信号之一。这使得在接收器端相干地重新结合到达接入点的信号，导致性能增强。

在任意情况下，该解决方案的主要优点在于从根据本发明的天线架构的两个天线的每一个发射的功率等于由参考切换波束天线的单个天线发射的功率的一半的事实。这意味着为了符合EIRP限制，由两个天线的每一个发射的功率不得不减少以下量

P_red＝P_client-3dB+G_ant-20dBm        (8)

如果现在我们比较在等式(4)中定义的参考SB天线中采用的功率减小与在等式(8)中定义的本发明的SB天线中采用的功率减小，我们注意到在后一***中，由于采用对于馈有客户端的总发射功率的一半的用于发射的两个定向天线，功率减小的值是3dB，小于在前一***中采用的对应值。这是由以下假设获得的：在方位面的每个点中的总功率不超过已经被调节到满足功率发射限制的天线***的单个辐射元件的最大发射功率。

因为上行链路方向的增益G_UL根据等式(4)与下行链路方向的增益G_DL相关，我们注意到发射功率的较小的减少对应于上行链路增益G_UL的高值，且又对应于如等式(7)中定义的总的天线增益G_SB的较大值。

因此，由于下行链路方向上的较高增益G_DL和由两个定向天线的每一个发射的较大功率，根据本发明的切换波束天线架构相对于参考切换波束天线而言，在总的天线增益G_SB方面具有更好的性能，并且因此在覆盖范围扩展方面具有更好的性能。

在RF定相电路18的第二版本的情况下，图6b的电路用在接收器中，其中，两个信号r_i和r_j分别由权重w_i和w_j加权，采用在下行链路接收期间估算的复数值的权重w_i和w_j对来自分路器36的两个信号数字地加权。

具有WRF结合的切换波束天线的应用不限于WLAN***，而是也可以设想用于蜂窝***，例如，第三代(3G)移动通信***。可能的应用的实例是分别表示为HSDPA(高速下行链路分组访问)和1xEV-DO(发展，数据-最佳化)的UMTS和CDMA2000无线电接口的演进。优化这两个发射技术以用于在下行链路中提供高速分组数据服务，包括移动办公室应用、交互游戏、音频与视频内容的下载等。根据本发明的切换波束天线架构可以容易地集成到HSDPA或1xEv-DO调制解调器中，以便在平均和峰值吞吐量方面相对于装备有一个全向天线的现有的调制解调器提供优点。

根据本发明的切换波束天线的优点是双倍的。第一优点是通过对由干扰小区发射的信号进行空间滤波而获得的小区间干扰的减少。通过使用定向天线***，可以最大化从服务小区接收的信号，且同时最小化从另一方向到达的干扰信号。小区间干扰的减少对应于几何因数G的增加，该几何因数G被定义为从服务小区接收的信号的功率和从干扰小区接收的信号的功率之间的比率。靠近小区边缘的用户一般面对低值的几何因数，且因此切换波束天线可以在吞吐量方面提供重要有利之处。

切换波束天线的第二优点是对于靠近服务基站的用户获得的。对于这些用户，小区间干涉最小，但是链路性能被小区内干扰恶化，该小区内干扰是由服务基站发射的其它信道(公共的和专用的)引起的。该自干扰是多径传播的结果，多径传播减少在不同传扩展码之间的正交性。切换波束天线的利用减少了延迟扩散，且因此增加了传播信道的正交性。切换波束天线的效果等效于空间域中信道频率响应的均衡，这减少小区内干扰且因此带来数据吞吐量的增加。

Claims (26)

1.一种无线通信***，包括：

多个天线元件(A₁......A_N)；

选择器(6)，用于选择从所述天线元件接收的RF信号的子集；

结合器(8)，用于将所述接收的RF信号的子集结合为单个RF信号；

处理链(10)，用于处理和解调所述单个RF信号，并用于至少产生表示所述单个RF信号的质量的无线电性能指标(RPI)，其特征在于进一步包括：

RF定相网络(18)，用于通过对所述子集中的至少一个信号应用相移，在所述结合器(8)中结合之前，使所述选择的RF信号同相。

2.如权利要求1所述的***，进一步包括：

处理器(16)，检测所述无线电性能指标(RPI)，用于产生用于所述选择器(6)的选择信号(s)和用于所述RF定相网络(18)的相移信号(w)，以获得具有包括在预定范围内的无线电性能指标(RPI)的单个RF信号。

3.如权利要求2所述的***，其中，所述选择器(6)选择两个接收的RF信号(r_i，r_j)。

4.如权利要求3所述的***，其中，所述RF定相网络(18)对两个所述所选择的RF信号(r_i，r_j)应用相移。

5.如权利要求1到4中任意一项所述的***，其中，所述无线电性能指标(RPI)是从以下组中选择的指示符，或其组合：

接收信号强度指示符(RSSI)，

吞吐量，

分组错误率(PER)。

6.如权利要求5所述的***，其中，产生所述选择信号(s)和所述相移信号(w)以最大化接收信号强度指示符(RSSI)或吞吐量或它们的组合。

7.如权利要求5所述的***，其中，产生所述选择信号(s)和所述相移信号(w)以最小化所述单个RF信号的分组错误率(PER)。

8.如权利要求1到4中任意一项所述的***，其中，所述相移是通过将信号乘以具有归一化模的复数值的权重而应用的。

9.如权利要求8所述的***，其中，所述相移是以量化的形式应用的。

10.如权利要求9所述的***，其中，所述相移是通过多个选择性切换的延迟线应用的。

11.如权利要求3到10中任意一项所述的***，其中，在发射中使用所述相移信号(w)和所述选择信号(s)，以用于分别定相(38)待发射的至少两个信号和选择(40)至少两个天线元件。

12.如权利要求11所述的***，其中，通过将单个信号分路为具有相同功率电平的两个单独的信号(36)来获得待发射的两个信号。

13.一种在无线电通信***中处理RF信号的方法，所述信号由多个天线元件(A₁......A_N)接收，所述方法包括步骤：

选择从所述天线元件接收的RF信号的子集；

将所述接收的RF信号的子集结合为单个RF信号；和

处理和解调所述单个RF信号，以用于至少产生表示所述单个RF信号的质量的无线电性能指标(RPI)；

其特征在于该方法进一步包括步骤：

通过对所述子集中的至少一个信号应用相移，令在接收的RF信号的所述子集中的信号经受同相。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括步骤：

检测所述无线电性能指标(RPI)；

选择接收的RF信号的子集的组合和用于所述同相步骤的相移，以获得具有包括在预定范围内的无线电性能指标(RPI)的单个RF信号。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述选择步骤包括选择两个接收的RF信号(r_i，r_j)。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述同相包括对两个所述所选择的RF信号(r_i，r_j)应用相移。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述选择步骤包括：

继续选择接收的RF信号对，且对于每一对，测量所述无线电性能指标(RPI)；

选择提供较高无线电性能指标值的两对信号；

使得在所述两对中的四个信号的六个可能的不同组合对经历不同相移；

对于每个组合对和对于每个相移测量所述无线电性能指标(RPI)，以获得对应于较高值的无线电性能指标(RPI)的单对接收的RF信号。

18.如权利要求17所述的方法，其中，在所述选择提供较高无线电性能指标值的两对信号的步骤中，不将相移应用于所述信号对。

19.如权利要求13到16中任意一项所述的方法，其中，所述无线电性能指标(RPI)是从以下组中选择出的指示符，或其组合：

接收信号强度指示符(RSSI)，

吞吐量，

分组错误率(PER)。

20.如权利要求19所述的方法，其中，选择所述接收的RF信号的子集的组合和用于所述同相步骤的相移，以最大化接收信号强度指示符(RSSI)或吞吐量或它们的组合。

21.如权利要求19所述的方法，其中，选择所述接收的RF信号的子集的组合和用于所述同相步骤的相移，以最小化所述单个RF信号的分组错误率(PER)。

22.如权利要求13到16中任意一项所述的方法，其中，所述相移是通过将信号乘以具有归一化模的复数值的权重而应用的。

23.如权利要求22所述的方法，其中，所述相移是以量化的形式应用的。

24.如权利要求13到23中任意一项所述的方法，其中，在发射中使用接收的RF信号的子集的所述组合和用于所述同相步骤的相移，以用于分别定相(38)待发射的至少两个信号和选择(40)至少两个天线元件。

25.如权利要求24所述的方法，其中，通过将单个信号分路(36)为具有相同功率电平的两个单独的信号来获得待发射的两个信号。

26.一种包括如权利要求1到12任意一项所述的无线通信***的无线局域网装置。

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