專利名稱：采用自適應(yīng)分部天線的高數(shù)據(jù)率通信網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)，特別涉及一個采用自適應(yīng)分部天線的高數(shù)據(jù)率通信網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
通常，分部式天線主要用于軍事用途。例如，基站發(fā)射消息給戰(zhàn)場上使用的一個或多個移動單元。敵人使用干擾設(shè)備阻止移動單元接收基站發(fā)出的信號。采用自適應(yīng)分布天線的移動單元可區(qū)分干擾信號和基站發(fā)送消息的信號。移動單元能夠操作自適應(yīng)分部天線，使天線在空間上忽略干擾信號，集中接受有用的信號。
隨著以高數(shù)據(jù)率相互通信電子設(shè)備的不斷增加，對家用式辦公無線通信的需求也日益擴大。例如，便攜式膝上電腦用戶不希望被局限在某個特定的辦公桌前或工作場所，而希望充分發(fā)揮便攜設(shè)備(入膝上式電腦，PDA等)的靈活性。還有，用戶可能希望減少家庭中電器設(shè)備間的物理線路和連接的數(shù)目。例如，用戶希望有一個多媒體數(shù)據(jù)接入點(例如有線電視接口)，和在多媒體數(shù)據(jù)連接和在播放和記錄這種數(shù)據(jù)的用戶設(shè)備之間有一種無線連接。這種情況下，讓每個電視或VCR都有單獨連接是十分麻煩，而希望在多媒體數(shù)據(jù)端口和設(shè)備間使用無線連接。
在家庭環(huán)境下實現(xiàn)高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)的一個明顯障礙是來自鄰近單元的干擾和所謂的“延遲擴散”。延遲擴散簡單而言是信號的時間模糊(smearing)。在家庭環(huán)境中，一個單元可以是一個單獨的家庭。然而，因為每個家庭從根本上說都使用相同頻率的信道，所以相鄰房家庭的通信系統(tǒng)(例如，鄰居家的通信系統(tǒng))很有可能會相互干擾。當一個單元和另一單元在物理上緊挨時，干擾的情況更加復(fù)雜，例如在公寓中，干擾不僅來自四壁，還來自天花板或地板。
本發(fā)明的發(fā)明人曾經(jīng)設(shè)想過一種可能途徑的方案來減少延遲擴散，就是研制一種高級平衡器來使延遲盡可能變小，但這和本發(fā)明中的方案比較起來明顯較差。這種方案的問題是平衡器必須運行在比數(shù)據(jù)通信傳輸速率更高的頻率上。
硬件的復(fù)雜性和標準硅處理工藝上的局限性是生產(chǎn)成本合理而性能可靠的平衡器的障礙。而且，雖然高速平衡器在理論上是可行的，但是制造技術(shù)的限制使得平衡器的運行速度有一個物理上的極限，這就使得高于某一特定運行速度的平衡器的生產(chǎn)不可能實現(xiàn)。
相應(yīng)的，對高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)存在著需求，這種通信系統(tǒng)能降低該系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，能區(qū)分另一高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾和有用數(shù)據(jù)，將傳輸延遲減至最小。
發(fā)明概述本文將公開了一種采用自適應(yīng)分部天線的高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一個接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的天線子系統(tǒng)。該天線子系統(tǒng)能自適應(yīng)地空間定向。一臺射頻收發(fā)信機和天線子系統(tǒng)相連，根據(jù)收到的天線訓(xùn)練信號序列，它能選擇性地產(chǎn)生位錯誤率(BER)信號和接收信號強度指示(RSSI)信號。該系統(tǒng)還包括一個連接到射頻收發(fā)信機的線束操縱狀態(tài)機，根據(jù)前提是BER信號和一個預(yù)定BER信號滿足第一個邏輯關(guān)系和RSSI信號和一個預(yù)定的RSSI信號滿足第二個邏輯關(guān)系，它能選擇地產(chǎn)生BER_PASS信號和RSSI_PASS信號。天線控制器和天線子系統(tǒng)以及線束操縱狀態(tài)機相連，根據(jù)BER_PASS信號和RSSI_PASS信號它能選擇地產(chǎn)生天線控制信號，以便從空間上調(diào)整天線子系統(tǒng)。


從下面的描述可以清楚地了解本發(fā)明所使用的方法和設(shè)備的目的、特性及其優(yōu)點，其中圖1是本發(fā)明中采用自適應(yīng)分部天線的無線通信子系統(tǒng)的簡化方框圖。
圖2是圖1中線束操縱狀態(tài)機的簡化方框圖。
圖3是圖2中線束操縱狀態(tài)機執(zhí)行的處理過程流程圖。
圖4是使用圖2所示線束操縱狀態(tài)機的收發(fā)信機的簡要方框圖。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例而構(gòu)架的一種高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)。
圖6表示構(gòu)架本發(fā)明的另一個實施例而構(gòu)架的一種高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例由基站和移動單元相互數(shù)據(jù)通信的一個協(xié)議流程圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實施例由第一基站和第二基站用于數(shù)據(jù)通信的協(xié)議流程圖。
圖9表示一種實現(xiàn)本發(fā)明自適應(yīng)分部天線的計算機系統(tǒng)。
發(fā)明詳述參考附圖，將對舉例說明本發(fā)明的一個示例性實施例進行描述。提供這些實施例是為了展示本發(fā)明的各個方面，而不應(yīng)認為是對本發(fā)明的范圍的限制。示例性實施例的描述主要參照方框圖和流程圖進行。在流程圖中，每一個方塊既表示一種方法步驟，又是一種這些該方法的設(shè)備部件。相應(yīng)的設(shè)備部件可以是硬件、軟件、固件或以上幾種的結(jié)合。
按本發(fā)明的一個實施例構(gòu)架的高數(shù)據(jù)率通信網(wǎng)絡(luò)使用自適應(yīng)分部天線，該天線以一個初始設(shè)定的頻率工作。例如對一個家用高數(shù)據(jù)率通信網(wǎng)絡(luò)來說，自適應(yīng)分部天線可以在大約5GHz的頻率下工作。在本發(fā)明的一個實施例中，通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率約為10Mbps。
高數(shù)據(jù)率通信網(wǎng)絡(luò)很容易受到外部干擾。外部干擾既可能來自鄰近單元，也可能來自本單元內(nèi)部源。一個按本發(fā)明構(gòu)架的線束操縱狀態(tài)機包含一個可減低這種干擾的干擾消減電路。
因為自適應(yīng)分部天線包含一個可移動的覆蓋扇面(能夠被控制在不同的空間位置)，所以干擾消減電路能用于操縱天線。干擾消減電路和自適應(yīng)分部天線相連，根據(jù)干擾指示信號，它能選擇地移動天線的覆蓋扇面至另一種形狀以減少外部干擾，具體如下所示。
圖1表示了一種采用本發(fā)明的自適應(yīng)分部天線的無線通信子系統(tǒng)12的簡要的方框圖12。該無線通信子系統(tǒng)12包括無線子系統(tǒng)28，RF收發(fā)信機32，天線控制器38和后端單元42。
天線子系統(tǒng)28包括天線陣列46，隨后是移相器48，然后是饋送網(wǎng)絡(luò)52。天線控制器38選擇性地控制移相器48和饋送網(wǎng)絡(luò)52，通過向接收到的數(shù)據(jù)中插入延遲來“控制”天線。天線控制器38接受BER_PASS信號和RSSI_PASS信號的輸入，然后根據(jù)這些信號，選擇性地給移相器48和饋送網(wǎng)絡(luò)52產(chǎn)生控制信號以及命令216和DATA_VALID信號218。命令216是一種選擇性信號，它將狀態(tài)值和數(shù)據(jù)提供給一臺外部PC主機或一臺本地處理器。重要的是要知道命令216并不影響本發(fā)明自適應(yīng)分部天線的運行。
RF收發(fā)信機32執(zhí)行眾所周知的傳送和接收功能，它還包括能解調(diào)輸入數(shù)據(jù)的解調(diào)制單元。后端單元42將數(shù)據(jù)傳給串行鏈路16。RF收發(fā)信機32接收來自天線子系統(tǒng)28的數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)發(fā)射給天線子系統(tǒng)28。RF收發(fā)信機32還能將BER信號206和RSSI信號210傳送給后端單元42。而BER信號206和RSSI信號210是用眾所周知的方法從接收的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生的。
后端單元42包括線束操縱狀態(tài)機200，它將在圖2中予以說明。
圖2所示的是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)架的線束操縱狀態(tài)機200。它包括一個用于接收位錯誤率(BER)信號206的位錯誤率(BER)比較單元204。BER比較單元204將BER信號206和一個預(yù)定的位錯誤率閾值進行比較。位錯誤率是所接收的差錯位數(shù)和接收的正確位數(shù)的比值。在最佳實施例中，預(yù)定位錯誤率閾值約為10-9。而預(yù)定位錯誤率閾值大約為10-5的系統(tǒng)的性能是可以接受的，而位錯誤率大于10-5的系統(tǒng)性能難以接受，因為這種錯誤率的情況下，數(shù)據(jù)不可靠。如果BER信號206小于預(yù)定BER閾值，BER比較單元產(chǎn)生一個BER_PASS信號207。
線束操縱狀態(tài)機200還包括一個接收信號強度指示(RSSI)比較單元208，它有一個輸入端能接收接收信號強度指示(RSSI)信號210。接收信號強度指示比較單元208將接收的RSSI信號210和一個預(yù)定的RSSI閾值進行比較。接收信號強度指示值大約等于信號功率與噪音功率的比值。在最佳實施例中，預(yù)定RSSI閾值大約為30dB，當預(yù)定RSSI閾值約為20dB時，可實現(xiàn)相當好的系統(tǒng)性能。而當閾值小于20dB時，由于信號弱，難以與噪音相區(qū)別，因此系統(tǒng)性能難以令人滿意。
預(yù)定RSSI閾值或信號是根據(jù)被編程到本發(fā)明的自適應(yīng)操縱狀態(tài)機200中的校準點所決定的。當接收到的RSSI信號超過預(yù)定RSSI閾值時，本發(fā)明的線束操縱算法將停止操作線束。預(yù)定RSSI閾值是一種提供低錯誤率的給定信噪比。
天線控制器38和BER比較單元204以及RSSI比較單元208相連，分別接收BER_PASS信號207和RSSI_PASS信號209。與這些信號相應(yīng)，天線控制器38向移相器48選擇性地產(chǎn)生控制信號220，從而控制天線陣列46(例如在第一或第二空間方向選擇性地操縱天線)。如果BER_PASS信號207和RSSI_PASS信號209都被確認，那么天線控制器38將停止操縱，因為根據(jù)本發(fā)明的線束操縱算法，現(xiàn)在天線的空間定向已經(jīng)處于最佳狀態(tài)，此算法將在圖3中詳細描述。天線控制器可根據(jù)BER_PASS信號207和RSSI_PASS信號209，使用加減計數(shù)器214來操縱天線。天線控制器38包括一個數(shù)據(jù)有效信號產(chǎn)生電路216，用于根據(jù)BER_PASS信號207和RSSI_PASS信號209提供DATA_VALID信號218。該數(shù)據(jù)有效電路216可用與門電路實現(xiàn)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解天線控制器38可集成到線束操縱狀態(tài)機200中。
圖3所示為線束操縱狀態(tài)機200所執(zhí)行的方法流程圖。本發(fā)明中的自適應(yīng)天線執(zhí)行一種線束操縱算法，該算法主要基于兩個干擾指示信號1)BER(位錯誤率)和2)RSSI(接收信號強度指示)。
在判斷塊302中，根據(jù)是否已收到聚焦或重新請求命令來做出決定。聚焦命令指示線束操縱狀態(tài)機200操縱天線使之定向或重定向到某個數(shù)據(jù)源。如下所述，數(shù)據(jù)源(發(fā)射機)發(fā)送系統(tǒng)設(shè)定好的一個定時序列，然后被線束操縱狀態(tài)機200用于操縱天線定向到數(shù)據(jù)源。在判斷塊304中，將進一步判斷被接收的位錯誤率是否超過預(yù)定的BER閾值。若是，則轉(zhuǎn)向判斷塊308，進一步判斷是否收到的RSSI超過了預(yù)定的RSSI閾值。若是，則在312步驟中該VALID_DATA信號得到認定。例如，VALID_DATA信號可用來向系統(tǒng)指明數(shù)據(jù)接收過程可以開始。天線控制器38可集成到后端單元42中。
如果判斷塊304或判斷塊308的答案是否，那么處理過程將轉(zhuǎn)向處理塊318。在處理塊318中，自適應(yīng)分部天線將按照預(yù)定增量選擇地向第一空間方向或第二空間方向調(diào)整。在最佳實施例中，其優(yōu)選增量是22．5°。計數(shù)器214可以構(gòu)架增加天線子系統(tǒng)28中移相器48的有關(guān)值，反過來移相器48按預(yù)定增量從兩個空間方向之一操縱天線46。是否增加、減少或保持計數(shù)器214的值，主要由RSSI閾值和BER閾值來決定?？烧{(diào)整這些閾值以適應(yīng)特定的應(yīng)用。計數(shù)器214的結(jié)構(gòu)主要由以下因素決定(1)覆蓋范圍；(2)天線線束寬度；(3)天線的物理尺寸；和(4)使用的信道模型和干擾模型。
圖4是一個簡要的方框圖，說明圖2中采用線束操縱狀態(tài)機的收發(fā)信機的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的收發(fā)信機400包括一個天線子系統(tǒng)28，而天線子系統(tǒng)28又包括一個天線陣列46、移相器48以及前面在圖2中提到的饋送網(wǎng)絡(luò)52。在這個實施例中，這三個部件在物理位置上彼此相鄰。無線子系統(tǒng)28可以配置在個人計算機的頂部，也可以配置在家庭中一個適當?shù)奈恢?，以便能從家庭四周的設(shè)備發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。天線子系統(tǒng)28有兩個輸入端，用于接收來自線束操縱塊的控制信號220，該方塊將在下文中說明。
在本實施例中，有一個能夠以三個不同的功率級別運行的功率放大器470。在低噪聲放大器之前有一個帶通濾波器，以保證全雙工操作。功率放大器470是線性型放大器。
移相器48可以是數(shù)字式的移相器。這些數(shù)字移相器48提供180°、90°、45°和22．5°的準確相位移。每一個移相器按順序開啟或關(guān)閉以掃描天線陣列。例如，如果將1，1，1，1輸入移相器48，將產(chǎn)生180+90+45+22．5(總共337．5°)的相位移。在本實施例中，移相器48允許間隔為22．5°的各種相位移改變。每一個相位移器都各自和一個發(fā)射元件相連，而每一個發(fā)射元件可以有一個不同的相位移值。由于發(fā)射元件間的相差，在一個特定的方向上該組合“遠場”的能量有一個最大值。因此，通過改變發(fā)射元件間的相差，就能按方向改變某最大放射能量點。
收發(fā)信機400包括一個接收機塊450和一個發(fā)送機塊452。接收機塊450包括第一帶通濾波器480、一個低噪聲放大器484、第二帶通濾波器486、一個混合器488、第三帶通濾波器490、第一和第二增益放大器492和494以及第四帶通濾波器496。接收塊450還包括一個解調(diào)器498用于解調(diào)接收數(shù)據(jù)。如果VALID_DATA信號被認定，接收器塊450將解調(diào)后的數(shù)據(jù)提供給基帶單元(圖中未畫出)。
混頻器488和一個正向數(shù)字合成器(DSS)402相連，該合成器接收晶體振蕩器404發(fā)出的主時鐘信號，并產(chǎn)生一組頻率為主時鐘頻率倍頻的時鐘信號，混頻器488對收到的信號進行下變換。
解調(diào)器498向低噪聲放大器484和增益放大器492和494提供一個自動增益控制(AGC)信號。混頻器部件、放大器部件、帶通濾波器部件以及解調(diào)器498，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的。
傳輸塊452包括一個調(diào)制塊412，第一帶通濾波器414，一個增益放大器416，一個混頻器418，第二帶通濾波器420，一個功率放大器470和第三帶通濾波器424。傳輸塊452還包括一個功率控制電路428，該電路的第一輸入用于接收一個功率水平控制信號，第二輸入用于接收收到的RF信號，該電路的輸出用于根據(jù)功率水平控制信號和被接收的RF信號控制功率放大器470的功率水平。當判斷出接收機在物理空間上接近或鄰近放射機時，功率控制電路428用于降低發(fā)射功率水平，這一點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的。
調(diào)制器塊412包括一個輸入端，當VALID_DATA信號被認定時，用于接收來自基帶單元(圖中未顯示)的數(shù)據(jù)。調(diào)制器412還包括一個輸入端，用于接收來自線束操縱狀態(tài)機200的控制信號，而200用于線束操縱。
在前面圖2中介紹過的線束操縱狀態(tài)機200能夠配置到收發(fā)信機400中。線束操縱狀態(tài)機200包括用于接收來自正向數(shù)字合成器塊402的第一輸入，和接收來自解調(diào)器498的解調(diào)過的RF信號的第二輸入。狀態(tài)機200還可包括用于產(chǎn)生和提供控制信號給調(diào)制器塊412的第一輸出，用于產(chǎn)生和提供功率水平控制信號功率量控制電路428的第二輸出；以及用于產(chǎn)生和提供VALID_DATA信號給基站(圖中未標明)的第三輸出和用于控制天線子系統(tǒng)28中移相器48的第四輸出。
在最佳實施例中，移相器48有六個移相器。每一個相位移器都用一個四位指令控制。相應(yīng)的，共有24條控制線控制移相器48和操縱天線射束。一個四位控制字允許狀態(tài)機200按22．5度角度增加操縱射束。根據(jù)被傳送到六個相位移器的控制字，可在空間第一方向或第二方向操縱該天線陣列46。
在另一個實施例中，狀態(tài)機200可和基帶單元(圖中未標明)集成在一起。基帶單元既可以是一塊適合于基帶信號處理的單片機，又可以是一臺個人計算機(PC)。當狀態(tài)機200作為基帶單元的一部分集成時，24條控制線可以以串行命令的方式傳給移相器48。根據(jù)串行指令的接收，可以使用附加電路對串行指令進行多路復(fù)用，以操作每一個相位移器。
家用通信環(huán)境的另一充滿挑戰(zhàn)之處在于通信信道不是靜態(tài)的。在一種家庭環(huán)境中，BER和RSSI信號會由于以下原因衰減1)一個物體在發(fā)射機前移動或2)天線沒有對準(例如物理錯位)。一個簡單的例子是有人站在發(fā)射機和接收器(如一個移動單元)之間的直線通路上。例如，基帶單元可采用周期性地向本發(fā)明的狀態(tài)機200發(fā)送聚焦命令的協(xié)議，以指導(dǎo)狀態(tài)機200重新獲得信號。
該協(xié)議可以規(guī)定，在基帶單元處理完預(yù)定數(shù)量的數(shù)據(jù)包后，該基帶單元向狀態(tài)機200發(fā)送獲取或聚焦命令。相應(yīng)地，連續(xù)采集命令確保在通信信道變化時，接收機能適應(yīng)這些變化以保持位錯誤率和RSSI不變，從而使信號質(zhì)量不會變差。在有人在發(fā)射機前移動的這個例子中，因為天線能被操縱接收反射信號，所以當天線聚焦或重新獲取后，天線能接收到反射信號，該信號比一個被物體擋住的直射信號質(zhì)量要高。
圖5說明了一種按本發(fā)明的一種實施例而構(gòu)架的高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)500。此通信系統(tǒng)500包括一個基站502以及至少一個移動單元504?；?02包括一個全向天線508和一個自適應(yīng)分部天線510?；?02還包括一臺個人計算機506。本發(fā)明的線束操縱狀態(tài)機200可在自適應(yīng)分部天線510或個人計算機506中實現(xiàn)。在本實施例中，自適應(yīng)分部天線510包括三個擺成如圖所示的三角形的平面天線。
圖5還說明了自適應(yīng)分部天線510可使用的一種線束模式。因為線束不可能從平面天線后面發(fā)出，因此每個平面天線可操作的線束的范圍是180°。雖然圖中自適應(yīng)分部天線510形成一個三角形結(jié)構(gòu)，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解可以采用其它配置，取決于環(huán)境布局這些因素。例如，由兩個背靠背的平面天線組成的自適應(yīng)天線能提供適當?shù)奶炀€覆蓋范圍。
移動單元504包括一個和基站502之間發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的全向天線505。移動單元504包括處理接收數(shù)據(jù)的電子設(shè)備512。例如，移動單元504可以是一臺便攜式個人電腦(如筆記本電腦)或個人數(shù)字助理(PDA)。基站502和移動單元504之間使用的協(xié)議將在圖7中詳細描述。
圖6所示為按本發(fā)明的另一個實施例構(gòu)架的高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)600。高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)600包括第一基站602和第二基站604。第一基站602包括一個全向天線612、一個擺成三角形的自適應(yīng)分部天線614和一臺操作上與第一基站602相連的個人計算機618。
第二基站604包括一個全向天線622、一個擺成三角形的自適應(yīng)分部天線624和一臺操作上與第二基站604相連的個人計算機628。本發(fā)明中線束操縱狀態(tài)機可以在第一基站602的自適應(yīng)分部天線614或個人計算機618中實現(xiàn)。它也可以在第二基站604的自適應(yīng)分部天線624或個人計算機628中實現(xiàn)。
圖7表示了基站和移動單元為了啟動數(shù)據(jù)傳輸所使用的協(xié)議的流程圖。全向天線發(fā)出一個采集命令，指示接收設(shè)備開始會聚或采集訓(xùn)練序列。此協(xié)議可以在媒體訪問控制(MAC)層中實現(xiàn)，由MAC層發(fā)送一條會聚指令給物理(PHY)層，命令自適應(yīng)天線進入采集模式。在步驟702中，基站502向移動單元504發(fā)出一條識別信號。該識別信號只識別一個移動單元，然后識別的移動單元做出相應(yīng)的回應(yīng)。
在步驟704中，移動單元504對識別信號作出響應(yīng)，被喚醒并脫離待機狀態(tài)。在步驟704中，移動單元504通過全向天線505向基站502發(fā)送訓(xùn)練序列。
基站502使用全向天線508向移動單元504發(fā)送識別信號。
在步驟708中，基站502使用本發(fā)明中的線束操縱狀態(tài)機200操縱自適應(yīng)分部天線510。特別是線束操縱狀態(tài)機200操縱天線，以滿足預(yù)定BER和RSSI閾值。在步驟714中，有效數(shù)據(jù)在基站502的全向天線508和移動單元504的自適應(yīng)分部天線510之間傳輸。
在判斷塊718中，基站502檢查控制信道并判斷是否有第二個移動單元正在向基站請求命令。如果沒有，則處理流程轉(zhuǎn)向步驟714，而有效數(shù)據(jù)繼續(xù)在基站502和第一個移動單元504間傳輸。
如果有另外的移動單元請求和基站進行通信，那么轉(zhuǎn)向步驟722，第二個移動單元使用全向天線505向基站502發(fā)送天線訓(xùn)練序列。處理流程轉(zhuǎn)向步驟708，此時基站502操縱自適應(yīng)分部天線510來滿足相對第二個移動單元的BER和RSSI閾值。
在本例中，因為分部天線通常體積比較大，不適于集成到如膝上電腦這樣的移動單元中，所以移動單元504中沒有配備自適應(yīng)分部天線。因此，移動單元504就使用全向天線505傳送數(shù)據(jù)和控制信號(如握手信號)。
圖8這一流程圖說明了圖6所示的第一基站602和第二基站604之間所遵循的協(xié)議采取的處理步驟。在處理步驟800中，第一基站向第二固定基站發(fā)送一條識別信號(ID信號)。在處理步驟804中，第二基站脫離待機狀態(tài)，并向第一基站發(fā)送天線訓(xùn)練序列。在處理步驟808中，第一基站和第二基站各自自適應(yīng)操縱各自的天線陣列，以獲得最小的BER和最大的RSSI。
在處理步驟812中，有效數(shù)據(jù)在第一基站和第二基站間傳輸。在判斷塊814中，第一個基站監(jiān)聽第二基站請求通信的控制通道，并判斷這種請求是否激活。如果不是，處理流程轉(zhuǎn)向處理步驟812(即有效數(shù)據(jù)在兩個基站間進一步傳輸)。如果是，第二基站發(fā)出訓(xùn)練序列，然后在處理步驟818中處理流程轉(zhuǎn)向步驟808。
總的說來，第一個基站602使用全向天線612發(fā)送訓(xùn)練序列，使第二基站的自適應(yīng)分部天線624可被操作以滿足相對第一基站602的BER和RSSI閾值。同樣，第二基站604通過自身的全向天線622發(fā)送訓(xùn)練序列使第一基站可操縱自身的的自適應(yīng)分部天線614以滿足相對于第二基站604的BER和RSSI閾值。一旦第一基站602操縱天線從第二基站604接收數(shù)據(jù)，而第二基站604操縱自身天線從第一基站602接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸就開始。
圖9所示為一種能采用本發(fā)明的自適應(yīng)分部天線的計算機系統(tǒng)。此計算機系統(tǒng)900可包括一個帶有接收和發(fā)送無線信號的天線的無線子系統(tǒng)904，一個串行接口916，與帶天線的子系統(tǒng)相連，用于將從無線子系統(tǒng)904接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行格式，和一臺具有串行接口922的桌上型個人計算機(PC 918)。串行接口916和串行接口922通過串行總線926，如1394電纜相連。兩個接口可遵循1394協(xié)議，并包括1394鏈路層和物理層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，按本發(fā)明構(gòu)架的高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)可根據(jù)移動單元的需求動態(tài)分配1)頻率，2)時間和3)通信數(shù)據(jù)率。與無論系統(tǒng)的負載和需求如何，都只能保持頻率、帶寬和時隙不變的蜂窩電話系統(tǒng)不同，本發(fā)明的高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)能根據(jù)需要動態(tài)分配帶寬、時隙和數(shù)據(jù)率。
由于分配是根據(jù)需求動態(tài)完成，本發(fā)明也不象ATM系統(tǒng)那樣浪費數(shù)據(jù)位或使用“填充”位。在ATM中，所謂的高數(shù)據(jù)率是有欺騙性的，因為當應(yīng)用無需高數(shù)據(jù)率時，帶寬就被浪費了。事實上，當被傳送的數(shù)據(jù)位少于最大允許值時，多余的數(shù)據(jù)槽中填充不載有有用信息的“不需考慮”數(shù)據(jù)位。
而且，信息被編碼為控制信號，便于停止基站信息的類型以及特定的移動單元所需要的數(shù)據(jù)率。例如，當一個視頻連接被請求時，基站就為此移動單元動態(tài)分配一個較長的時隙和帶寬，而給要求低帶寬低數(shù)據(jù)率的應(yīng)用相應(yīng)地分配較小的頻率和帶寬。
當在自身范圍內(nèi)基站詢問移動單元并基帶請求服務(wù)的移動單元數(shù)目時，本發(fā)明的高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)可以使用一種時隙分配方案，此后，給每個移動單元分配一個接收和發(fā)送數(shù)據(jù)以及控制信號特定時隙?；具B續(xù)地操縱自身的天線將其聚焦于特定的移動單元。例如，在第一個時隙，基站操縱它的天線使它正對準第一個移動單元發(fā)出的訓(xùn)練信號。然后，基站可以讓它的天線對準第二移動單元發(fā)出的訓(xùn)練信號。
基站還可具備智能，能探測到某一移動單元不再需要服務(wù)，從而將天線操縱移向下一移動單元。
在本最佳實施例中，這一協(xié)議可以用一臺個人計算機中的軟件來完成。當然，也可以由門電路或可編程邏輯電路來完成。
本發(fā)明中的線束操縱算法將所探測到的位錯誤率和預(yù)定的BER比較，也可以將探測到的RSSI與預(yù)定的RSSI作比較。如果所探測到的BER和RSSI同時滿足預(yù)定閾值，說明天線已經(jīng)獲取了正確信號。
與以前在軍事應(yīng)用中所使用的線束操縱技術(shù)(通常在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也稱為零操縱)不同，在這種環(huán)境中只有一名用戶，本發(fā)明可適用于多名用戶環(huán)境下的操作。例如，本高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)運行于多用戶環(huán)境(如hyperLAN或ATM環(huán)境)。
本發(fā)明中的線束操縱電路能使天線獲取空間選擇性，聚焦和收斂于某一用戶和剔除該環(huán)境中所有其它用戶的信號。
線束操縱電路接收信號，然后用一有良好信／噪比的閾值數(shù)據(jù)信號進行壓縮。因此，線束操縱電路聚焦在天線覆蓋范圍內(nèi)，產(chǎn)生最佳的信噪比。
以上公開了一個易受外部干擾并采用自適應(yīng)分部天線的高數(shù)據(jù)率通信網(wǎng)絡(luò)。自適應(yīng)分部天線包括一個可移動的覆蓋扇面。線束操縱狀態(tài)機和天線控制器連到自適應(yīng)分部天線，用于移動覆蓋扇面以減少外部干擾。
本文所描述的示例性實施例只是用來說明本發(fā)明的原理，而不應(yīng)認為是對本發(fā)明范圍的限制。相反，本發(fā)明的原理可應(yīng)用于很寬的領(lǐng)域以獲得本文中提到的優(yōu)點和其他優(yōu)點，或滿足其他的目的。
權(quán)利要求
1．一種高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)，包括a)一個適用于空間操縱的天線子系統(tǒng)；b)一個連接到天線子系統(tǒng)上的射頻收發(fā)信機，用于接收天線訓(xùn)練序列，并根據(jù)此訓(xùn)練序列產(chǎn)生位錯誤率(BER)信號和接收信號強度指示(RSSI)信號；c)一個和射頻收發(fā)信機相連的線束操作狀態(tài)機，用于接收BER信號和RSSI信號以及選擇性地產(chǎn)生BER_PASS信號和RSSI_PASS信號；以及d)一個天線控制器，它和天線子系統(tǒng)以及線束操作狀態(tài)機相連，用于接收BER_PASS信號和RSSI_PASS信號，與此相對應(yīng)選擇性地產(chǎn)生在空間操縱天線子系統(tǒng)的天線控制信號。
2．權(quán)利要求1的高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)，其中線束操作狀態(tài)機根據(jù)BER信號和預(yù)定BER信號是否滿足第一步邏輯關(guān)系和RSSI信號和預(yù)定RSSI信號是否滿足第二步邏輯關(guān)系選擇性地產(chǎn)生BER_PASS信號和RSSI_PASS信號。
3．權(quán)利要求1的高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)，其中線束操作狀態(tài)機包括a)第一個比較器，用于接收BER信號和第一預(yù)定BER信號，比較以上兩個信號，當BER信號和預(yù)定BER信號滿足第一預(yù)定邏輯關(guān)系時選擇性地產(chǎn)生BER_PASS信號；和b)第二比較器，用于接收RSSI信號和預(yù)定的RSSI信號，比較以上兩個信號，當RSSI信號和預(yù)定RSSI信號滿足第二預(yù)定邏輯關(guān)系時選擇性地產(chǎn)生RSSI_PASS信號。
4．權(quán)利要求1的高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)，其中無線控制器包括一個計數(shù)器，它有兩個輸入端，分別接收BER_PASS信號和RSSI_PASS信號，并能響應(yīng)這些信號，產(chǎn)生所述的天線控制信號。
5．權(quán)利要求1的高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)，其中無線子系統(tǒng)包括a)一個天線陣列；b)一個移相器，與天線陣列相連；和c)一個饋送網(wǎng)絡(luò)，與移相器以及射頻收發(fā)信機相連；其中天線控制器給移相器和饋送網(wǎng)絡(luò)提供天線控制信號，用于從空間上操縱天線陣列。
6．權(quán)利要求1的高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)，其中線束操作狀態(tài)機判斷BER信號是否小于預(yù)定BER信號，如果是，則判斷RSSI信號是否大于預(yù)定RSSI信號；如果是，就認定VALID_DATA信號，所述的VALID_DATA信號表明數(shù)據(jù)可以被接收和傳輸；如果BER信號大于預(yù)定BER信號或者RSSI信號小于預(yù)定RSSI信號，線束操作狀態(tài)機按預(yù)定的量操縱天線陣列；和繼續(xù)檢查BER信號和RSSI信號，并操縱天線陣列直至得到預(yù)定的BER和預(yù)定的RSSI。
7．權(quán)利要求1的高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)，其中第一預(yù)定邏輯關(guān)系是當BER信號小于或等于預(yù)定BER信號。
8．權(quán)利要求1的高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)，其中第二預(yù)定邏輯關(guān)系是當RSSI信號大于預(yù)定RSSI信號。
9．權(quán)利要求1的高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)，其中預(yù)定BER信號約為10-5。
10．權(quán)利要求1的高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)，其中預(yù)定RSSI信號約為20dB。
11．一種操作自適應(yīng)天線的方法，包括步驟a)接收天線訓(xùn)練序列；b)根據(jù)所述的天線訓(xùn)練序列，按所述的被接收天線訓(xùn)練序列確定位錯誤率(BER)信號；c)根據(jù)所述天線訓(xùn)練序列，確定接收信號強度指示(RSSI)信號；d)判斷BER信號和預(yù)定BER信號是否符合第一邏輯關(guān)系；若是，進一步判斷RSSI信號和預(yù)定RSSI信號是否符合第二邏輯關(guān)系；若是，認定VALID_DATA信號為表明數(shù)據(jù)傳輸可開始的VALID_DATA信號；否則，按預(yù)定量操縱天線陣列，并轉(zhuǎn)向判斷步驟c)；否則，直接轉(zhuǎn)向處理步驟c)。
12．權(quán)利要求11的方法，步驟a)之前進一步包括步驟a)判斷是否收到請求指令；b)若是，轉(zhuǎn)向權(quán)利要求1的步驟c)；c)否則，轉(zhuǎn)向處理步驟a)。
13．權(quán)利要求11的方法，其中第一邏輯關(guān)系是當BER信號小于預(yù)定BER信號。
14．權(quán)利要求11的方法，其中第二邏輯關(guān)系是當RSSI信號大于預(yù)定RSSI信號。
15．權(quán)利要求11的方法，其中預(yù)定BER信號約為10-5。
16．權(quán)利要求11的方法，其中預(yù)定RSSI信號約為20dB。
17．一種在擁有自適應(yīng)陣列天線的基站和移動單元之間傳輸數(shù)據(jù)的方法，包括步驟a)基站向移動單元發(fā)送識別信號；b)移動單元向基站發(fā)送天線訓(xùn)練序列；c)基站操縱其自適應(yīng)陣列天線以獲得預(yù)定BER和預(yù)定RSSI；d)在基站和移動單元之間傳輸有效數(shù)據(jù)；e)判斷移動單元是否正請求通信；若是，移動單元向基站發(fā)送訓(xùn)練序列，并轉(zhuǎn)向處理步驟c)；否則，轉(zhuǎn)向處理步驟e)。
18．權(quán)利要求17的方法，其中操縱其自適應(yīng)陣列天線以獲取預(yù)定BER和預(yù)定RSSI的步驟包括步驟a)根據(jù)基于天線訓(xùn)練序列確定BER信號和RSSI信號；b)將BER信號和預(yù)定BER信號比較；c)將RSSI信號和預(yù)定RSSI信號比較；和d)根據(jù)BER信號和預(yù)定BER信號是否滿足第一邏輯關(guān)系和RSSI信號和預(yù)定RSSI信號是否滿足第二邏輯關(guān)系，選擇性地控制自適應(yīng)陣列天線。
19．權(quán)利要求18的方法，其中第一步邏輯關(guān)系是當BER信號小于預(yù)定BER信號。
20．權(quán)利要求18的方法，其中第二步邏輯關(guān)系是當RSSI信號大于預(yù)定RSSI信號。
21．權(quán)利要求18的方法，其中預(yù)定BER信號約為10-5。
22．權(quán)利要求18的方法，其中預(yù)定RSSI信號約為20dB。
23．一種在第一基站和第二基站之間傳輸數(shù)據(jù)的方法，所述的第一基站和第二基站各自使用自適應(yīng)陣列天線，所述的方法包括a)第一基站向第二基站發(fā)送識別信號；b)第二基站向第一基站發(fā)送天線訓(xùn)練序列；c)第一基站和第二基站各自操縱自身的自適應(yīng)陣列天線以獲取預(yù)定BER和預(yù)定RSSI；d)在第一基站和第二基站之間傳輸有效數(shù)據(jù)；e)第一基站判斷第二基站是否正請求通信；若是，第二基站向第一基站發(fā)送訓(xùn)練序列，否則，轉(zhuǎn)向處理步驟d)。
24．權(quán)利要求23的方法，其中操縱其自適應(yīng)陣列天線以獲取預(yù)定BER和預(yù)定RSSI的步驟包括步驟a)根據(jù)天線訓(xùn)練序列確定BER信號和RSSI信號；b)將BER信號和預(yù)定BER信號比較；c)將RSSI信號和預(yù)定RSSI信號比較；以及d)根據(jù)BER信號和預(yù)定BER信號是否滿足第一邏輯關(guān)系和RSSI信號和預(yù)定RSSI信號是否滿足第二邏輯關(guān)系，選擇性地控制自適應(yīng)陣列天線。
25．權(quán)利要求23的方法，其中第一邏輯關(guān)系是當BER信號小于預(yù)定BER信號。
26．權(quán)利要求23的方法，其中第二邏輯關(guān)系是當RSSI信號大于預(yù)定RSSI信號。
27．權(quán)利要求23的方法，其中預(yù)定BER信號約為10-5。
28．權(quán)利要求23的方法，其中預(yù)定RSSI信號約為20dB。
全文摘要
本文公開一種使用自適應(yīng)分部天線(46)的高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)(12)。該系統(tǒng)(12)包括一個用來接收和傳輸數(shù)據(jù),并且可適用于空間操縱的天線子系統(tǒng)(28)。射頻收發(fā)信機(32)與天線子系統(tǒng)相連,根據(jù)被接收的天線訓(xùn)練序列選擇性地產(chǎn)生位錯誤率(BER)信號(206)和接收信號強度指示(RSSI)信號(210)。該系統(tǒng)(12)還包括一個與射頻收發(fā)信機(32)相連的線束操縱狀態(tài)機(200),根據(jù)BER信號(206)和預(yù)定BER信號是否滿足第一邏輯關(guān)系和RSSI信號(210)和預(yù)定RSSI信號是否滿足第二邏輯關(guān)系,選擇性地產(chǎn)生BER PASS信號(207)和RSSI PASS信號(209)。天線控制器(38)和天線子系統(tǒng)(28)以及線束操縱狀態(tài)機(200)相連,根據(jù)BER PASS信號(207)和RSSI PASS信號(209)選擇性地產(chǎn)生天線控制信號(220)以從在空間上操縱天線子系統(tǒng)(28)。
文檔編號H01Q3/26GK1279853SQ9881136
公開日2001年1月10日 申請日期1998年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月22日
發(fā)明者J·P·史密斯, J·T·多伊勒 申請人:英特爾公司