專利名稱：具有改進(jìn)的天線適應(yīng)性的無線通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旨在用于在無線電信(telecommunication)系統(tǒng)中 與基站進(jìn)行通信的無線電信設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)備包括至少第 一無線電鏈 (radio chain)和至少第一天線和第二天線，其中天線均具有確定輻射 圖(radiation pattern)。上述至少兩個(gè)天線用于向基站傳送#"息以及/人 基站接收信息。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，例如像蜂窩電話系統(tǒng)或局域網(wǎng)(LAN:s)中， 系統(tǒng)中所謂的接入點(diǎn)(例如基站)與設(shè)備(例如蜂窩電話系統(tǒng)情形中的 手機(jī)(cellphone)或局域網(wǎng)情形中的膝上型計(jì)算機(jī))之間的傳播信道， 由于多徑傳播的緣故，可能會表現(xiàn)出高度復(fù)雜的性能。
這可能會影響無線鏈路中的傳輸質(zhì)量，所述傳輸質(zhì)量還可能受到用 戶設(shè)備定向(orientation)的影響，原因在于這會影響給定天線極化的 極化效率。

發(fā)明內(nèi)容
因而，需要一種系統(tǒng)或方法，借助于該系統(tǒng)或方法，通過更好地了 解信號的傳播特性(主要針對其極化性質(zhì))，可以改進(jìn)無線系統(tǒng)(例如 蜂窩電話系統(tǒng)或LAN:s)中的通信質(zhì)量。
這樣的系統(tǒng)或方法還將優(yōu)選地利用用戶設(shè)備的定向知識，以便改進(jìn)
通信質(zhì)量。
本發(fā)明致力于解決該需求，其中本發(fā)明公開了一種旨在用于在無線 電信系統(tǒng)中與接入點(diǎn)(例如基站)進(jìn)行通信的無線電信設(shè)備。
該設(shè)備包含至少第一無線電鏈和至少第一天線和第二天線。天線均 具有確定輻射圖，并且被用于向基站傳送信息以及從基站接收信息。本 發(fā)明的設(shè)備包括用于提供關(guān)于設(shè)備的空間定向的信息的運(yùn)動傳感器，并 且該設(shè)備還包括用于利用所述定向信息通過控制與所述第一天線和第 二天線相關(guān)聯(lián)的信號的相位和/或幅度以便控制該設(shè)備與基站通信中的
總輻射圖的裝置。
因而，通過將運(yùn)動傳感器包含在本發(fā)明的設(shè)備中，使得通過使用該 設(shè)備所配備的兩個(gè)或更多天線以智能方式對該設(shè)備的輻射圖進(jìn)行適配
(adapt)成為可能。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，該設(shè)備的第一天線具有第一極化，而第 二天線具有第二極化，并且通過僅使用天線中的一個(gè)來控制該設(shè)備的總 輻射圖，以使得僅使用所述極化中的一個(gè)，極化選擇是根據(jù)關(guān)于基站的 一個(gè)或多個(gè)天線的極化狀態(tài)的信息而^ 皮適配的。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，第一和第二天線具有相同的極化，并且 該設(shè)備的總輻射圖是通過結(jié)合這兩個(gè)天線的輻射圖以形成在期望方向 和/或仰角(elevation)上具有增強(qiáng)方向性的總輻射圖來控制的，這就是 所謂的"波束賦形"或"波束成形"。
第二實(shí)施例的增強(qiáng)方向性適應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)基站天線的位置，并且 方向性的增強(qiáng)是與設(shè)備天線中的一個(gè)相比而言的。
由于近來技術(shù)上的進(jìn)步，除了蜂窩電話或膝上型計(jì)算機(jī)以外，可使 用本發(fā)明的設(shè)備的其他實(shí)例包括車輛和制衣業(yè)。


下文將參考附圖來對本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)地描述，其中， 圖1示出了本發(fā)明可應(yīng)用于其中的系統(tǒng)，并且 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，并且 圖3-5在坐標(biāo)系中示出了圖2的設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了其中可以使用本發(fā)明的設(shè)備110的系統(tǒng)100的示意性概 觀。本發(fā)明的設(shè)備可應(yīng)用于多種用于無線電信的系統(tǒng)，例如像蜂窩電話、 局域網(wǎng)(LAN:s)等等。因此，用于描述本發(fā)明的系統(tǒng)不應(yīng)該:故用于限 制本發(fā)明可^^皮應(yīng)用的范圍。
在系統(tǒng)100中，存在著多個(gè)所謂的接入點(diǎn)120、 130,即在其處存在 著用于在系統(tǒng)中的用戶和系統(tǒng)中的更高級別之間傳送業(yè)務(wù)的設(shè)備的站 點(diǎn)，每個(gè)接入點(diǎn)適當(dāng)?shù)馗采w系統(tǒng)100內(nèi)的某一區(qū)域。在用于蜂窩電話的 系統(tǒng)中，作為一個(gè)實(shí)例，這些點(diǎn)將對應(yīng)于系統(tǒng)的基站。在系統(tǒng)內(nèi)，還存在著多個(gè)具有用戶設(shè)備110的用戶，作為示例圖1 中示出了一個(gè)。用戶可在系統(tǒng)中四處移動，如箭頭"V"所象征性指示 的那樣。當(dāng)具有其設(shè)備110的用戶在系統(tǒng)中四處移動時(shí)，去往和來自于 設(shè)備110的業(yè)務(wù)由接入點(diǎn)120、 130中的一個(gè)或多個(gè)來處理，接入點(diǎn)是 根據(jù)信號強(qiáng)度或某一其他傳輸質(zhì)量度量(quality measure )來選擇的。
因?yàn)閹в醒b備的用戶能夠在系統(tǒng)中四處移動，所以去往和來自于該 用戶的信號會受到多徑衰落的影響，其中多徑衰落尤其是由系統(tǒng)中的障 礙物引起的。障礙物還會影響所傳播的信號的極化，這又會影響無線鏈 路兩端處(即用戶設(shè)備或接入點(diǎn))的信號質(zhì)量。
還可能影響傳輸質(zhì)量的另一因素是用戶設(shè)備的定向，原因在于它會 影響給定天線極化的極化效率。
圖2中示出了本發(fā)明的無線電信設(shè)備110的示意性框圖。如前面在 圖1中所指示的，設(shè)備110旨在用于在無線電信系統(tǒng)100中與基站120、 130等等進(jìn)行通信，并且包括至少第一無線電鏈114,和至少第一天線 111和第二天線112,每個(gè)天線都具有確定輻射圖，所述天線用于向基 站120、 130傳送信息以及從基站120、 130接收信息。
本文中，術(shù)語"無線電鏈"旨在包括整個(gè)無線電發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)， 即，將信號從基帶頻率BB轉(zhuǎn)換到射頻RF、和/或從RF轉(zhuǎn)換到BB的那 些組件。
本發(fā)明的設(shè)備IOO還包括運(yùn)動傳感器113,所述運(yùn)動傳感器113用 于提供關(guān)于設(shè)備的空間定向的信息。運(yùn)動傳感器是先前已知的類型，因 此在這里將不對其進(jìn)行詳盡描述。然而，運(yùn)動傳感器能夠提供有關(guān)于設(shè) 備的空間定向的信息，這可以參考圖3來解釋，圖3示出了三維右手笛 卡爾(Cartesian)坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系中每個(gè)軸x、 y、 z都與另外兩個(gè) 軸正交。
在圖3中，還在坐標(biāo)系中示出了設(shè)備110。設(shè)備110中的運(yùn)動傳感 器113能夠給出有關(guān)設(shè)備定向的信息作為其輸出，所述定向是相對于三 個(gè)軸的相對或絕對定向。因而，運(yùn)動傳感器能夠在三維中檢測設(shè)備110 的定向以及i殳備110的運(yùn)動。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖4中所示，僅能夠^r測關(guān)于一個(gè)軸 的運(yùn)動的傳感器就足夠了，圖中僅包括兩個(gè)相互正交的軸，"x，，和"z，，。 如果其上布置天線的平臺基本上僅能夠在兩個(gè)方向上移動，例如基本上
僅有水平運(yùn)動以及關(guān)于垂直軸旋轉(zhuǎn)的船，則這樣的傳感器就足夠了。
現(xiàn)返回到圖2,能夠看到設(shè)備110還包括控制裝置115，所述控制裝 置115用于利用來自于運(yùn)動傳感器113的定向信息來控制設(shè)備110與基 站111、 112的通信中的總輻射圖。因?yàn)樵O(shè)備的總輻射圖包括第一天線 111和第二天線112的輻射圖，所以總輻射圖由控制裝置來控制，該控 制裝置控制關(guān)于傳送至和/或接收自設(shè)備110的天線111、 112的信號之 間的幅度和/或相位的關(guān)系。
在詳細(xì)描述對天線111、 112的輻射圖的實(shí)際控制之前，需要再指 出這樣一個(gè)事實(shí)如果所傳送的信號是水平極化或垂直極化的，則其將 更具優(yōu)勢。
現(xiàn)在回到本發(fā)明的實(shí)施例的例子，在第一實(shí)施例中，第一天線111 具有第一極化而第二天線U2具有第二極化，兩種極化彼此不同，并且 在主要具有關(guān)于垂直軸或水平軸的定向變化的設(shè)備中，兩種極化優(yōu)選地 分別是水平極化和垂直極化。
為了在控制設(shè)備110的總輻射圖時(shí)獲得最佳結(jié)果，并且單獨(dú)天線的 極化使得對總輻射圖的極化的控制得以實(shí)現(xiàn)，需要關(guān)于基站(120， 130) 的一個(gè)或多個(gè)天線處的極化條件(polarization condition)的信息。該信 息能夠以多種方式到達(dá)該設(shè)備中的控制單元115:
關(guān)于基站120、 130的一個(gè)或多個(gè)天線處的極化條件的信息能夠在 系統(tǒng)中被從基站傳送至用戶。因而，例如，從某一基站傳送的控制消息 可以包含關(guān)于該基站處所使用的極化的信息，固定安裝的基站處的極化 適當(dāng)?shù)厥撬降幕蛘叽怪钡模蛘咴诨臼褂枚鄠€(gè)天線的情況下，二者 兼有。
關(guān)于基站(120、 130)的一個(gè)或多個(gè)天線處的極化條件的信息能 夠是"先驗(yàn)(a prior)"信息。這意味著極化信息基于來自例如系統(tǒng)操 作者(叩erator)的信息，并且被編程到用戶設(shè)備中，例如當(dāng)設(shè)備首次被 建立以在系統(tǒng)中使用時(shí)。
關(guān)于接入點(diǎn)(即基站)處或給定傳播信道的下行鏈路上的極化條 件的信息能夠從對本發(fā)明的設(shè)備所接收的信號的極化的測量而得到。
因而，假設(shè)設(shè)備中的天線控制裝置115知道基站天線的極化或極化 集以及傳播信道對極化的影響，設(shè)備的總輻射圖的極化被控制。圖5示 出了其示意圖在三維坐標(biāo)系中示出用戶終端110，三個(gè)軸分別#1標(biāo)以
x、 y和z, z軸是垂直軸，x和y軸是水平面內(nèi)的軸。在這種情況下，設(shè) 備或用戶終端110通常是例如放置于桌上的膝上型計(jì)算機(jī)。
用戶終端110配備有兩個(gè)天線， 一個(gè)是第一極化的天線111,優(yōu)選 地為水平極化；另一個(gè)是第二極化的天線112,優(yōu)選地為垂直極化。在 圖5中所示的系統(tǒng)中，還存在著基站120，其具有至少一個(gè)天線，在本
例中具有垂直極化。
在圖5所示出的例子中，用戶終端110能夠基本上保持在距離基站 同一距離處，但仍可被移動，包括在由兩個(gè)不同軸所限定的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)， 即坐標(biāo)系中被示為"z"和"x"的那些軸。為了澄清本發(fā)明的原理，下 文中將通過舉例來描述用戶終端111的天線的一些基本類型的運(yùn)動，以 及那些運(yùn)動所需的極化適配。
-設(shè)備IIO,以及由此天線lll、 112單獨(dú)地繞z軸(即垂直軸)旋 轉(zhuǎn)。在這種情況下，用戶設(shè)備相對于坐標(biāo)系和基站的極化特性被保持， 所以所傳送的涉及極化的唯一信號適配可以是停止在水平極化的天線 lll上的傳送，而僅使用天線112來與基站進(jìn)行通信，反之亦然。
設(shè)備110及其天線111、 112僅繞x軸(即水平軸)旋轉(zhuǎn)。在這種 情況下，如果設(shè)備旋轉(zhuǎn)90度，則天線極化中的二者都將會處于x-y平面 內(nèi)，也即水平平面內(nèi)，因而將不可能在垂直極化上進(jìn)行傳送。如果旋轉(zhuǎn) 大于或小于90度，則至少第二天線將會相對于基站120的保持一定的 垂直極化，因此利用該天線進(jìn)行傳送是有用的。
設(shè)備110僅繞y軸旋轉(zhuǎn)。在這種極端情況下，換句話說，如果旋 轉(zhuǎn)90度，將會意識到天線111 (即在該終端的"標(biāo)稱(nominal)"位 置中是水平極化天線的天線)，現(xiàn)在將是向基站傳送/從基站接收的最佳 天線，原因在于就全局坐標(biāo)系而言，它將是垂直極化的。因而，在這種 情況下，極化適配可涉及停止利用天線112進(jìn)行傳送，而僅使用天線111 來與基站進(jìn)行通信。
在上述的三個(gè)例子中，用戶終端110的運(yùn)動是僅繞坐標(biāo)系中的三軸 (x、 y或z)中的一個(gè)進(jìn)行的。當(dāng)然，用戶終端110還能夠以以下方式 移動涉及同時(shí)繞兩個(gè)或三個(gè)軸的運(yùn)動。這樣的組合運(yùn)動所述產(chǎn)生的用 戶終端的位置太多以致無法在此列出，但是天線控制單元115可以采用 的原理如下通過當(dāng)前所使用的天線或天線組合所獲得的極化是否是最 優(yōu)的一個(gè)，或者在知道基站120的天線的極化的情況下，是否能夠獲得
更好地適應(yīng)用戶終端110的位置的極化？
如果對該問題的回答是否定的，那么天線控制裝置115不會采取行 動。如果另一方面，對該問題的回答是肯定的，那么天線控制裝置115 將設(shè)備110的有效極化設(shè)置為適應(yīng)于基站的極化，通過為設(shè)備110的每 個(gè)天線使用幅度和/或相位加權(quán)因子來包含或排除傳播信道的影響，以使 得設(shè)備極化向量與基站120的極化向量之間的復(fù)共軛之積的絕對值在優(yōu) 化系統(tǒng)性能方面是最優(yōu)的。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，設(shè)備的第一天線111和第二天線112具 有相同的極化，并且天線控制裝置115通過結(jié)合兩個(gè)天線111、 112的 輻射圖而形成在期望的方向(方位角)和/或傾殺+角(elevation angle) 上具有增強(qiáng)的增益或方向性的總輻射圖來控制設(shè)備的總輻射圖。
增強(qiáng)的增益或方向性適應(yīng)于基站120、 130 —個(gè)或多個(gè)天線的實(shí)際 位置或所感知的位置，并且增益或方向性的增強(qiáng)是與僅使用設(shè)備的天線 111、 112其中之一而得到的增益或方向性相比而言的。因而，產(chǎn)生了對 于由運(yùn)動傳感器113所給出的設(shè)備定向而言具有改進(jìn)特性(與天線111、 112中的僅一個(gè)天線相比而言)的總輻射圖。
如前面所提到的，具有增強(qiáng)方向性的解決方案適用于具有多于一個(gè) 相同極化天線的設(shè)備。盡管如此，設(shè)備可以具有一個(gè)或多個(gè)無線電鏈。
因此，通過使用所謂的波束賦形，獲得了增強(qiáng)方向性，即產(chǎn)生了指 向一個(gè)或多個(gè)基站天線的波束。波束賦形通過使用已知方法來獲得，因 此在這里將不再對其進(jìn)行贅述。盡管如此，用于使用傳送或接收相同信 號的兩個(gè)或更多天線進(jìn)行波束賦形的已知方法包括影響設(shè)備天線所接 收和/或所傳送的信號之間的相位和/或幅度關(guān)系。
因而，在本發(fā)明的波束賦形版本中，至少使用兩個(gè)天線和一個(gè)無線 電鏈，以使得所述無線電鏈能夠連接至多個(gè)天線。在本發(fā)明中的具有多 于一個(gè)無線電鏈的設(shè)備中，切換(switching)裝置可用于將多個(gè)天線(天 線端口或連接器)連接至多個(gè)無線電鏈。
在未發(fā)明的該第二實(shí)施例中，其中實(shí)施了波束賦形，設(shè)備110還需 要關(guān)于基站天線相對于設(shè)備110的位置的方向的信息。該信息能夠以多 種不同的方式來獲得，例如基于接收到的信號的強(qiáng)度的方向估計(jì)，或者 在特定實(shí)施例中，用戶終端設(shè)備能夠配備有GPS接收機(jī)。在后一實(shí)施例 中，GPS數(shù)據(jù)與存儲在用戶終端中的關(guān)于基站天線位置的信息一起被使
用。該位置能夠以不同方式來獲得，例如，基站能夠在從基站到用戶終 端的控制信號中將其坐標(biāo)從基站傳送至用戶終端，或者用戶終端中的計(jì) 算裝置已經(jīng)在先前時(shí)間點(diǎn)使用接收信號的強(qiáng)度計(jì)算出基站天線的位置。
權(quán)利要求
1.一種旨在用于在無線電信系統(tǒng)(100)中與諸如基站(120、130)之類的接入點(diǎn)進(jìn)行通信的無線電信設(shè)備(110)，所述設(shè)備(110)包括至少第一無線電鏈(114)和至少第一天線(111)和第二天線(112)，其中天線均具有確定輻射圖，并且被用于向基站(120、130)傳送信息以及從基站(120、130)接收信息，所述設(shè)備(110)的特征在于它包括用于提供關(guān)于設(shè)備的空間定向的信息的運(yùn)動傳感器(113)，并且所述設(shè)備還包括用于利用所述定向信息通過控制與所述第一天線(111)和第二天線(112)相關(guān)聯(lián)的信號的相位和/或幅度以便控制所述設(shè)備與基站通信中的總輻射圖的裝置(115)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(110)，其中所述第一天線(111) 具有第一極化，而第二天線(112)具有第二極化，并且在所述設(shè)備(110) 中，通過僅使用天線(112、 12)中的一個(gè)來控制總輻射圖，借助于此 僅一個(gè)極化被使用，所述極化是根據(jù)關(guān)于所述基站(120、 130)的一個(gè) 或多個(gè)天線的極化狀態(tài)的信息而被適配的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(110),其中所述第一天線(111) 具有第一極化，而所述第二天線(112)具有不同于所述第一極化的第 二極化，并且在所述設(shè)備中，通過結(jié)合所述第一天線(111)和所述第 二天線(112)的輻射圖獲得所生成的第三極化來控制總輻射圖，所述 第三極化是根據(jù)關(guān)于所述基站(120、 130)的一個(gè)或多個(gè)天線處的極化 條件的信息而^L適配的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備(110 ),其中關(guān)于所述基站(120、 130)的 一 個(gè)或多個(gè)天線處的極化條件的信息是在系統(tǒng)中從基站傳送到 用戶的信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備(110 ),其中關(guān)于所述基站(120、 130)的一個(gè)或多個(gè)天線處的極化條件的信息是先驗(yàn)信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(110),其中所述笫一天線(111) 具有第一極化，而第二天線(112)具有第二極化，并且在所述設(shè)備(110) 中，通過僅使用天線(112, 12)中的一個(gè)來控制總輻射圖，借助于此 僅一個(gè)極化被使用，所述極化是根據(jù)關(guān)于來自基站的信號到達(dá)所述設(shè)備 時(shí)的 一及4b的息而#:適配的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(110),其中所述第一天線(111)具有第一極化，而所述第二天線(112)具有不同于所述第一極化的第 二極化，并且在所述設(shè)備中，通過結(jié)合第一天線(111 )和第二天線(112) 的輻射圖獲得所生成的第三極化來控制總輻射圖，所述第三極化是根據(jù) 關(guān)于來自所述基站的信號到達(dá)所述設(shè)備時(shí)的極化的信息而被適配的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(110),其中所述第一天線(111) 和所述第二天線(112)具有相同的極化，并且在所述設(shè)備(110)中， 通過結(jié)合兩個(gè)天線(111、 112)的輻射圖而形成在期望方向和/或仰角上 具有增強(qiáng)方向性的總輻射圖來控制總輻射圖，所述增強(qiáng)方向性適應(yīng)于基 站(120、 130)的一個(gè)或多個(gè)天線的位置，所述增強(qiáng)方向性是與所述設(shè) 備的天線(111、 112)中的一個(gè)相比而言的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旨在用于在無線電信系統(tǒng)(100)中與諸如基站(120、130)之類的接入點(diǎn)進(jìn)行通信的無線電信設(shè)備(110)。該設(shè)備(110)包括至少第一無線電鏈(114)和至少第一天線(111)和第二天線(112)，其中天線均具有確定輻射圖，并且用于向基站(120、130)傳送信息以及從基站(120、130)接收信息。該設(shè)備(110)包括用于提供關(guān)于該設(shè)備的空間定向的信息的運(yùn)動傳感器(113)，并且該設(shè)備還包括用于利用所述定向信息通過控制與所述第一天線(111)和第二天線(112)相關(guān)聯(lián)的信號的相位和/或幅度以便控制該設(shè)備與基站通信中的總輻射圖的裝置(115)。
文檔編號H04B7/06GK101366199SQ200680052476
公開日2009年2月11日 申請日期2006年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者B·約翰尼遜, H·阿斯普倫德, J·-E·伯格, J·梅德博, M·約翰遜, S·彼得森 申請人:艾利森電話股份有限公司