[发明专利]具有数字控制的加权射频组合的切换波束天线系统和方法

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及无线通信系统，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系统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系统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系统具有更好 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 Band 2400-2483.5MHz”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100 mW 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 多个全向天线的系统配置，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。