用于可控天线系统的信号增强器

申请号 CN201680013392.2 申请日 2016-03-09 公开(公告)号 CN107408976A 公开(公告)日 2017-11-28
申请人 威尔逊电子有限责任公司; 发明人 J·C·克拉克; P·L·库克; C·K·阿什沃思; M·J·穆萨; S·T·法里斯;
摘要 本 发明 公开了一种可控天线系统。所述系统包括被配置为被引导朝向 选定 方向的定向天线。射频检测器被配置为测量 信号 的功率级。控制单元被配置为发送 控制信号 ,从而基于所测量的功率级将定向天线引导朝向选定方向,以执行发送或接收。信号增强器可被配置为降 低信号 的衰减和/或提升信号的 质量 。
权利要求

1.一种具有信号增强器的可控天线,包括:
第一端口;
第二端口;
信号路径,包括分支器电路,所述信号路径被耦接在所述第一端口和所述第二端口之间,且所述信号路径用于在无线通信网络中传递信号;
射频检测器电路,所述射频检测器电路被通信地耦接至所述分支器电路,且所述射频检测器电路用于测量接收到的所述信号的功率级;
控制单元,用于从所述射频检测器电路接收所测量的所述信号的功率级,并输出控制信号;和
可控天线,所述可控天线耦接至所述第一端口和所述第二端口中的一个,其中通过所述控制信号,至少部分地基于在所述控制单元处接收的所测量的所述信号的功率级,将可控天线波束图引导至选定方向。
2.如权利要求1所述的具有信号增强器的可控天线,其中所述信号增强器是蜂窝信号增强器。
3.如权利要求1所述的具有信号增强器的可控天线,其中:
所述信号路径是包括上行链路分支器电路的上行链路信号路径,所述上行链路信号路径被耦接在所述第一端口和所述第二端口之间,且所述上行链路信号路径用于在无线通信网络中传递无线上行链路信号;或者
所述信号路径是包括下行链路分支器电路的下行链路信号路径,所述下行链路信号路径被耦接在所述第二端口和所述第一端口之间,且所述下行链路信号路径用于在无线通信网络中传递无线下行链路信号。
4.如权利要求1所述的具有信号增强器的可控天线,其中所述可控天线被机械地旋转,以对所述波束图进行导向。
5.如权利要求1所述的具有信号增强器的可控天线,还包括旋转单元,用于根据所述控制信号旋转天线。
6.如权利要求1所述的具有信号增强器的可控天线,其中所述控制天线被电子地扫描或电子地转向,以使用一个或多个天线对所述波束图进行导向。
7.如权利要求1所述的具有信号增强器的可控天线,其中所述控制天线用于对信号进行波束转向,以将所述信号转向至选定方向。
8.如权利要求1所述的具有信号增强器的可控天线,还包括被耦接至所述第一端口或所述第二端口的多个可控天线。
9.如权利要求8所述的具有信号增强器的可控天线,还包括选择所述多个天线中的一个或多个天线以扫描选定信号或在选定方向上发送选定信号。
10.如权利要求8所述的具有信号增强器的可控天线,其中所述多个可控天线中的每一个可控天线与其他天线相独立地被所述控制单元导向,从而使所述多个可控天线中的每一个可控天线能够被引导朝向选定方向。
11.如权利要求8所述的具有信号增强器的可控天线,其中所述多个可控天线中的两个或多个可控天线被引导朝向分离设置的基站,以使得能够通过所述分离导向的天线将蜂窝系统中的无线设备从第一基站切换到第二基站。
12.如权利要求1所述的具有信号增强器的可控天线,其中所述控制单元用于输出所述控制信号,以将所述可控天线引导离开所述信号的最大信号功率,从而将接收到的所述信号的功率级衰减至选定阈值
13.可控蜂窝天线系统包括:
第一定向天线,用于被引导朝向第一方向;
第二定向天线,用于被引导朝向不同于所述第一方向的第二方向;和
控制单元,用于发送第一控制信号来引导所述第一定向天线,以及发送第二控制信号来引导所述第二定向天线。
14.如权利要求13所述的可控蜂窝天线系统,还包括旋转单元,用于分别基于所述第一控制信号和所述第二控制信号来旋转所述第一和第二定向天线。
15.如权利要求13所述的可控蜂窝天线系统,其中所述控制单元用于提供所述第一控制信号,以对第一多个天线执行电子波束转向,从而使所述第一多个天线沿第一方向向第一基站发送或从第一基站接收;并提供所述第二控制信号,用于对第二多个天线执行电子波束转向,从而使所述第二多个天线沿第二方向向第二基站发送或从第二基站接收。
16.如权利要求13所述的可控蜂窝天线系统,其中所述控制单元用于选择第一多个天线中的一个或多个天线,从而使所述第一多个天线中的所述一个或多个天线沿第一方向向第一基站发送或从第一基站接收;且所述控制单元用于选择第二多个天线中的一个或多个天线,从而使所述第二多个天线中的所述一个或多个天线沿第二方向向第二基站发送或从第二基站接收。
17.如权利要求13所述的可控蜂窝天线系统,其中所述控制单元位于与所述可控蜂窝天线系统通信的信号增强器、与所述可控蜂窝天线系统通信的无线设备、以及所述信号增强器外部的外壳之一处。
18.一种用于可控天线系统的信号增强器,包括:
信号增强器,包括:
用于信号的信号路径;
射频检测器单元,用于测量所述信号的功率级;和
控制单元,用于接收所述功率测量结果,并输出控制信号以将一个或多个定向天线引导朝向选定方向。
19.如权利要求18所述的用于可控蜂窝天线系统的信号增强器,还包括功率级呈现设备,所述功率级呈现设备用于显示所测量的所述信号的功率级,从而能够基于所显示的功率级手动地对所述一个或多个定向天线进行导向。
20.如权利要求18所述的用于可控蜂窝天线系统的信号增强器,其中所述射频检测器单元用于测量所述信号的接收信号强度指示(RSSI)。
21.如权利要求18所述的用于可控蜂窝天线系统的信号增强器,其中所述控制单元还用于基于基站的预设地理位置,输出与所述一个或多个定向天线的位置相关的控制信号,以使所述一个或多个定向天线能够被引导朝向所述预设地理位置。
22.如权利要求18所述的用于可控蜂窝天线系统的信号增强器,其中通过使用所述一个或多个定向天线的位置的一个或多个已知地址、全球定位系统接收器、或者一个或多个惯性传感器,确定所述一个或多个定向天线的位置。
23.如权利要求18所述的用于可控蜂窝天线系统的信号增强器,其中所述控制单元用于:
在选定扫描半径上接收用于多个信号的功率测量结果;
为每个接收到的功率测量结果识别所述一个或多个定向天线的度;
基于所述接收到的功率测量结果和接收每个功率测量结果时的角度,从所述多个信号中选择信号;和
输出控制信号,以使所述一个或多个定向天线能够被引导朝向所选择信号的所述角度。

说明书全文

用于可控天线系统的信号增强器

技术领域

[0001] 在此论述的实施例涉及信号增强器。

背景技术

[0002] 在无线通信系统中,通信可以作为上行链路通信和下行链路通信而出现。上行链路通信可以是指在无线通信设备(下文称为“无线设备”)处发起并被传送至与无线通信系统相关联的接入点(例如基站,远程射频前端,无线路由器等)的通信。下行链路通信可以是指从接入点到无线设备的通信。
[0003] 有时,无线通信系统中的无线设备可能被置于使其无法以期望的功率级接收来自接入点的上行链路和/或下行链路通信的位置。在这些情况下,无线设备的用户可以使用一种信号增强器来增强该上行链路和/或下行链路通信。
[0004] 这里请求保护的主题并不局限于解决任何缺陷或是仅在如上述环境中操作的实施例。相反,本背景技术部分只是为了解释说明可以实践在此描述的一些实施例的一个示例技术领域。附图说明
[0005] 示例实施例及其附加特征和细节是通过使用附图而被描述和说明的,其中:
[0006] 图1根据示例实施例,示出了示例无线通讯系统;
[0007] 图2根据示例实施例,示出了示例增强器系统;
[0008] 图3A根据示例实施例,示出了增强器系统的示例部分;
[0009] 图3B根据示例实施例,示出了增强器系统的另一个示例部分;
[0010] 图4A根据示例实施例,示出了可控天线;
[0011] 图4B根据示例实施例,示出了可电子扫描的和/或可电子转向的天线;
[0012] 图5根据示例实施例,示出了信号增强器的显示器;
[0013] 图6根据示例实施例,示出了控制单元的示例。

具体实施方式

[0014] 下方提供有技术实施例的初步概况,之后具体的技术实施例得到了更加详细的描述。本部分意在帮助读者更快地理解该技术,而非意在确定该技术的关键特征或本质特征,也并非意在限制所要求保护的主题的范围。
[0015] 蜂窝系统通常包括手机(handset),在本文称为“无线设备”,其被配置为与蜂窝基站或其他类型的无线接入点(例如进化节点B(eNB))通信。手机(也称为移动台(MS)或用户设备(UE))可包括全向天线,从而使该手机能够接收来自基站的信号以及将信号发送至基站,而不依赖于手机与基站之间的对准(alignment)。
[0016] 在特定情况下,从基站传送到手机的信号可能被衰减至低于期望阈值级别。所述衰减可以是由基站与手机之间的距离、以及由地形、建筑物基础设施等引起的基站与手机之间的视线问题而造成的。
[0017] 减少蜂窝信号的衰减和/或提高蜂窝信号的信号质量的一种选择方式是使用信号增强器。信号增强器可被配置为放大、重复(repeat)、滤波和/或处理接收到的无线信号,例如来自基站(下行链路)或手机(上行链路)的蜂窝信号,且可被配置为将经处理的蜂窝信号重传至手机(下行链路)或基站(上行链路)。
[0018] 图1示出了示例无线通信系统100(下文称为“系统100”),其是按照本公开中描述的至少一些实施例来布置的。系统100可被配置为通过接入点104(例如蜂窝基站)将无线通信服务提供到无线设备106(例如手机)。系统100可进一步包括蜂窝信号增强器102(下文称为“信号增强器102”)。信号增强器102可以是被配置为接收在接入点104和无线设备106之间传送的无线信号(例如射频(RF)信号)的任一合适的系统、设备或装置。在特定的实施例中,蜂窝信号增强器102可以是双向信号增强器,以便能够处理上行链路和下行链路信号两者。在可替代的实施例中,蜂窝信号增强器102可被配置为仅处理上行链路信号或下行链路信号。在特定的实施例中,信号增强器102以及相应的天线108和110可被安装在固定位置,例如在建筑物或房子中。定向天线可被用于增加所接收的无线下行链路信号116或所接收的无线上行链路信号112的增益。为优化该增益,可使所述定向天线指向或朝向接入点104或无线设备106。
[0019] 在其他实施例中,信号增强器102以及相应的天线108和110可被安装在移动性环境中(例如在车上),或被设定在临时性位置。在所述移动性或临时性实施例中,可以很难使天线108和/或110朝向选定位置以从无线设备106或接入点104接收期望的上行链路或下行链路信号。为了在所述移动性或临时性实施例中使天线108和/或110朝向选定位置,天线108和/或110可以被机械地或电子地转向到选定位置。通过测量期望的部件和/或所接收的无线信号的质量、并使用反馈机制,天线108和/或110可被机械地和/或电子地扫描、转向或导向,以提供所接收信号的期望的信号功率和/或信号质量。这可以在移动性或临时性实施例中显著地增强信号增强器102的操作。天线108和/或110的机械地和/或电子地扫描、转向或导向将在下文中得到更全面的描述。
[0020] 系统100提供的无线通信服务可以包括语音服务、数据服务、消息传递服务和/或前述任意合适的组合。系统100可包括频分双工(FDD)网络、频分多址(FDMA)网络、正交FDMA(OFDMA)网络、码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、直接序列扩频(DSSS)网络、跳频扩频(FHSS)网络和/或某些其他无线通信网络。在某些实施例中,系统100可被配置成作为第二代(2G)无线通信系统、第三代(3G)无线通信系统、第四代(4G)无线通信系统和/或电子和电气工程师学会(IEEE)802.11(Wi-Fi)网络来操作。Wi-Fi网络可包括IEEE标准发行物802.11-2012、802.11ac-2013、802.11ad和802.11ax。在这些和其他实施例中,系统100也可被配置成作为第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)或LTE高级无线通信网络(包括但不限于3GPP LTE Rel)8、9、10、11、12或13来操作。
[0021] 接入点104可以是任何适当的无线网络通信点,并且作为示例而不是限制,该接入点104可以包括基站、远程射频前端(RRH)或是其他任何适当的通信点。无线设备106可以是能够使用系统100来获取无线通信服务的任何装置,并且作为示例而非限制,该无线设备106可包括蜂窝电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机、平板计算机、无线通信卡或是被配置成在系统100内通信的任何其他类似装置。
[0022] 当无线信号在接入点104与无线设备106之间传播时,该无线信号可能在传播过程中受到影响,使得在某些情况下,该无线信号可能会大幅劣化。信号劣化可能导致接入点104或无线设备106无法从该无线信号中接收、检测或解码信息。因此,信号增强器102可被配置为增大无线信号的功率和/或提高无线信号的信号质量,从而可以改善接入点104和无线设备106之间的无线信号的通信。
[0023] 在某些实施例中,信号增强器102可以接收在接入点104和无线设备106之间传送的无线信号,且可将该无线信号转换为电信号(例如通过天线)。信号增强器102可被配置为放大该电信号,且该经放大的电信号可转换为可被发送的经放大的无线信号(例如通过天线)。信号增强器102可以通过对电信号施加增益来放大电信号。该增益可以为设定增益或可变增益,且可以小于、等于或大于1。因此,在本公开中,术语“放大”可以是指对无线信号施加任何增益,这包括小于1的增益。
[0024] 在某些实施例中,信号增强器102可基于与传送无线信号相关联的条件(例如,提供本底噪声、内部振荡、外部振荡(例如天线到天线振荡)和/或过载保护)来调整增益。在这些和其他实施例中,信号增强器102可以实时调整增益。信号增强器102还可以滤除与接收到的无线信号相关联的噪声,从而使得重传的无线信号可以比接收到的无线信号更干净。因此,信号增强器102可以改善接入点104与无线设备106之间的无线信号的传送。
[0025] 例如,无线设备106可以传送要被接入点104接收的无线上行链路信号112,且第一天线108可被配置为接收无线上行链路信号112。第一天线108可被配置为将接收到的无线上行链路信号112转换为电上行链路信号。此外,第一天线108可被通信地耦接到信号增强器102的第一接口端口(未在图1中明确绘出),从而使得信号增强器102可在所述第一接口端口处从第一天线108接收所述电上行链路信号。接口端口可以是被配置为将信号增强器102与另一装置(例如,天线、调制解调器、另一信号增强器等)接口的任何合适的端口,信号增强器102可从所述另一装置接收信号和/或信号增强器102可将信号传送到所述另一装置。
[0026] 在某些实施例中,信号增强器102可被配置为向电上行链路信号施加增益,从而放大该电上行链路信号。在所示实施例中,信号增强器102可将经放大的电上行链路信号导向信号增强器102的第二接口端口(未在图1中明确绘出)处,而所述信号增强器102可以通信地耦接至第二天线110处。所述第二天线110可被配置为接收来自第二接口端口的经放大的电上行链路信号,且可将该经放大的电上行链路信号转换为经放大的无线上行链路信号114,该无线上行链路信号114也可由第二天线110发送。随后,经放大的无线上行链路信号
114可被接入点104接收。
[0027] 在某些实施例中,信号增强器102也可被配置为对所述电上行链路信号进行滤波,以便至少去除某些与接收到的无线上行链路信号112相关联的噪声。因此,经放大的无线上行链路信号114可以具有比第一天线108接收的无线上行链路信号112更佳的信噪比(SNR)。相应地,信号增强器102可被配置为改善接入点104和无线设备106之间的上行链路信号的传送,所述上行链路信号可以为第一方向信号。术语“上行链路信号”可以表示无线上行链路信号或电上行链路信号,但并不是特指无线或电上行链路信号。
[0028] 在另一示例中,接入点104可传送用于无线设备106的无线下行链路信号116,且第二天线110可被配置为接收无线下行链路信号116。第二天线110可以将接收到的无线下行链路信号116转换为电下行链路信号,从而使得所述电下行链路信号可在信号增强器102的第二接口端口处被接收。在某些实施例中,信号增强器102可被配置为向所述电下行链路信号施加增益,从而放大所述电下行链路信号。信号增强器102也可被配置为将经放大的电下行链路信号引导朝向信号增强器102的第一接口端口,从而使得第一天线108可以接收该经放大的电下行链路信号。第一天线108可被配置为将该经放大的电下行链路信号转换成经放大的无线下行链路信号118,该无线下行链路信号118也可被第一天线108发送。经放大的无线下行链路信号118之后可以被无线设备106接收。
[0029] 在某些实施例中,信号增强器102也可被配置为对所述电下行链路信号进行滤波,以便至少去除某些与接收到的无线下行链路信号116相关联的噪声。因此,经放大的无线下行链路信号118可以具有比第二天线110所接收的无线下行链路信号116更佳的SNR。相应地,信号增强器102也可被配置为改善接入点104和无线设备106之间的下行链路信号的传送,该下行链路信号可以为第二方向信号。术语“下行链路信号”可以表示无线下行链路信号或电下行链路信号,但并不是特指无线或电下行链路信号。
[0030] 在不脱离本公开的范围的情况下,可以对系统100作出修改。例如,在某些实施例中,与信号增强器102和接入点104之间的距离相比,信号增强器102与无线设备106之间的距离可以相对较近。此外,系统100可包括任何数量的信号增强器102、接入点104和/或无线设备106。另外地,在某些实施例中,信号增强器102可耦接到被配置为与无线设备通信的多个天线,如第一天线108。而且,在某些实施例中,信号增强器102可被包括在用于容纳无线设备106的机壳中。另外地,在某些实施例中,信号增强器102可被配置为通过有线通信(例如使用在电线上传送的电信号)与无线设备106进行通信,而不是通过无线通信(例如通过无线信号)来通信。
[0031] 另外地,虽然已经相对于对通过第一天线108和第二天线110接收和发送无线信号的无线通信执行操作的方案来图解和描述信号增强器102,但是本公开的范围不限于此类应用。例如,在某些实施例中,信号增强器102(或其他在此描述的信号增强器)可被配置为执行与通信有关的类似操作,该通信不必是无线的,例如所述操作可以是对可经由一个或多个调制解调器、或通过有线连接而通信地耦合至信号增强器102的接口端口处的其他信号增强器接收和/或发送的信号进行处理。
[0032] 图2示出了按照在本详细说明中描述的一个或多个实施例来布置的示例信号增强器200。信号增强器200可以包括第一天线202、第一双工器206、第二天线204和第二双工器208。下行链路信号路径210和上行链路信号路径220可被耦接在第一端口207和第二端口
209之间。在这一示例中,第一和第二端口包括第一和第二双工器206和208。虽然作为一个示例提供了双工器,但是也可以使用其他类型的信号分离器和/或合成器。下行链路信号路径210可包括第一放大器链212、第一滤波器电路214、第二放大器链216和第一分支器(Tap)电路218。上行链路信号路径220可包括第三放大器链222、第二滤波器电路224、第二分支器电路228和第四放大器链226。
[0033] 放大器链212、216、222和226中的每一个可包括以任何顺序布置的一个或多个功率放大器低噪声放大器衰减器或其他元件。滤波器电路214和224中的每一个可以是一个或多个滤波器。所述滤波器可以是带通滤波器、低通滤波器高通滤波器或它们的一些组合。
[0034] 下行链路信号路径210可被配置为将放大系数应用到通过信号增强器220的下行链路信号中。第一分支器电路218可被配置为将通过下行链路信号路径210的下行链路信号的一部分提供到检测器单元230中。
[0035] 上行链路信号路径220可被配置为将放大系数应用到通过信号增强器200的上行链路信号中。第二分支器电路228可被配置为将通过上行链路信号路径220的上行链路信号的一部分提供到检测器单元230中。
[0036] 检测器单元230可被配置为检测接收到的上行链路信号和/或接收到的下行链路信号的功率级。在一个实施例中,检测器单元230可以是接收信号强度指示器(RSSI)。检测器单元230可被配置为扫描特定载波或载波信道。自动扫描算法可用于信号检测,且可用于使检测器单元230能够跟踪(lock on to)期望的信号。检测器单元230可被配置为自动地扫描或人工地扫描。该检测器可被配置为扫描具有最大功率级的信号。替代地,该检测器可被配置为扫描可能不具有最大功率的特定载波或载波信道。检测器单元230可以连续地或者以选定时间间隔进行扫描。当功率级发生变化时,检测器单元230可以仅输出检测到的功率级。检测器单元230可以将检测到的功率级提供至控制单元240。检测器240可被配置为从检测器单元230接收检测到的功率级。控制单元240可被配置为基于检测到的功率级来确定呈现功率级。在某些实施例中,该呈现功率级可以与检测到的功率级相等。在某些实施例中,该呈现功率级可以是检测到的功率级的平均值。替代地或额外地,该呈现功率级可以是多个检测到的功率级的中间值、平均值、峰值、低点值或一些其他组合,其中所述多个检测到的功率级是随时间而检测到的。例如,该呈现功率级可以是随时间而检测到的1000个下行链路功率级的平均值。
[0037] 控制单元240可以将呈现功率级提供至呈现设备250。呈现设备250可被配置为将所述呈现功率级呈现给信号增强器200的用户。例如,呈现设备250可以是显示器。在这些和其他实施例中,呈现设备250可显示所述呈现功率级。在某些实施例中,控制单元240可将下行链路呈现功率级提供至呈现设备250,而不将非上行链路呈现功率级提供至呈现设备250。在这些和其他实施例中,控制装置240可以不确定所述上行链路呈现功率级。
[0038] 在不脱离本公开的范围的情况下,可针对信号增强器200进行修改、补充或省略。例如,分支器218和228的位置可以是不同的。在下行链路和上行链路信号路径210和220的每一条中,信号增强器200可包括多个滤波器或放大器链。
[0039] 在某些实施例中,信号增强器220可包括耦接在第一和第二天线202和204之间的多条上行链路和下行链路路径。所述上行链路和下行链路路径中的每一条可以将下行链路和上行链路信号的各自的一部分分别提供至控制单元240,用于呈现设备250的呈现。上行链路和下行链路路径中的每一条可以以与上行链路和下行链路路径210和220类似的方式进行配置。在这些和其他实施例中,信号增强器220可包括用于与一设备(例如设备106)之间发送和接收信号的多条天线。
[0040] 图3A示出了按照本说明中所述的一个或多个实施例布置的增强器系统的示例部分300A。该部分300A可以包括检测器单元310,所述检测器单元310包括第一检测器单元312、第二对数检测器单元314和控制单元320。第一检测器单元312可接收下行链路信号的一部分。第一检测器单元312可以将与所述下行链路信号的所述部分的RF功率成比例的第一信号输出至控制单元320。第二检测器单元314可接收上行链路信号的一部分。第二检测器单元314可以将与所述上行链路信号的所述部分的RF功率成比例的第二信号输出至控制单元320。在某些实施例中,所述第一和第二信号可以是模拟信号数字信号。在这些和其他实施例中,检测器电路312和314可以是对数检测器、ADC、二极管或其他RF检测器。
[0041] 控制单元320可以从检测器单元310中接收多个第一和第二信号。在某些实施例中,所述第一和第二信号可以是同一无线通信频带的一部分。该频带可以是任何国际E-UTRA操作频带。在某些实施例中,控制单元320可通过将所述第一和第二信号组合并取平均值来确定该频带的总信号功率。替代地或额外地,控制单元320可多次取样所述第一信号和第二信号。在某些实施例中,控制单元320可确定多个第一信号和/或多个第二信号的平均值、中间值或某些组合。控制单元320可将多个第一信号和/或多个的第二信号的平均值、中间值或某些组合相组合,从而确定该频带的总信号功率。在不脱离本公开的范围的情况下,可针对部分300A进行修改、补充或省略。
[0042] 图3B示出了按照本详细说明中所述的一个或多个实施例布置的增强器系统的另一个示例部分300B。部分300B可以包括检测器单元350,所述检测器单元350包括混频器352、滤波器354、检测器356和控制单元360。
[0043] 部分300B可被配置为确定在同一无线通信频带中的多个不同频率信道上的信号功率。在这些和其他实施例中,上行链路或下行链路信号的一部分可被提供至检测器电路350。特别地,所述信号的所述部分可被提供至混频器352。混频器352可将该信号降频转换为低于该信号频率的中间频率。例如,混频器352可将该信号降频转换至100和200MHz之间。
该混频器可将该降频转换后的信号提供至滤波器354。滤波器354可以是使无线通信频带的特定信道通过的带通滤波器。之后,滤波后的信号被提供到检测器356,所述检测器356输出与该滤波后的信号的功率级成比例的数字信号。在这些和其他实施例中,该数字信号可以是所述特定信道的功率级的代表。该数字信号可被提供到控制单元360。
[0044] 在某些实施例中,控制单元360可控制滤波器354,以使该滤波器的通频带扩展至相同或不同无线通信频带中的多条信道。在这些和其他实施例中,控制单元360可接收在无线通信频带中的多条不同信道的功率级的代表。在这些和其他实施例中,控制单元360可在改变滤波器354的通频带以调整一特定信道之前在该信道中接收多个采样。在这些和其他实施例中,所述信道可以大于或小于1MHz。
[0045] 在某些实施例中,所述部分300B可以是用于上行链路和/或下行链路信号的调制方案。例如,所述部分300B可以确定所述上行链路和/或下行链路信号是否是通过TDD、FDD、LTE、GSM或某些其他调制方案调制的。在这些和其他实施例中,所述部分300A可使用多种方法来确定调制方案。在这些和其他实施例中,检测器356可以包括前端对数检测器,所述前端对数检测器被配置为如果信号和信号强度处于不同位置,则在波形中获取不同位置的多个采样。替代地或额外地,检测器356可以包括二极管检测器,所述二极管检测器被配置为如果信号和信号强度处于不同位置,则在波形中获取不同位置的多个采样。替代地或额外地,检测器356可包括模拟至数字转换器(ADC),该模拟至数字转换器在沿信号波形的不同点处获取信号的多个采样。检测器356可以将所述采样提供到控制单元320。通过使用所述采样,控制单元320可确定调制方案。在不脱离本公开的范围的情况下,可针对部分300B进行修改、补充或省略。
[0046] 图4A和4B示出了按照本公开所述的一个或多个实施例布置的可控天线系统400。系统400可包括可控天线410,所述可控天线410包括一个或多个天线412或422、臂414、可选旋转单元416和控制单元420。在一个实施例中,控制单元420可以位于信号增强器430中。在另一替代方案中,控制单元420可以是一单独的单元,或可以位于无线设备406中,且可控天线系统400可被直接连接至无线设备406。所述控制单元可包括射频(RF)通过检测,以及可在旋转单元416和/或天线选择中控制电机/伺服装置的控制箱。
[0047] 在一个实施例中,可控天线系统400可被安装在移动的车辆上,例如露营车、急救车或其他期望类型的车辆。在另一实施例中,可控天线系统400可被配置为被设置在临时性位置处,例如急救位置、露营地、指挥所或其他类型的临时性位置。控制单元420可与旋转装置416和/或可电子操控或扫描天线相通信,以使天线412能够被引导朝向一方向发送和/或接收信号。虽然提供了用于移动性和临时性实施例的示例,但是这并不意味着限制。可控天线系统400也可用于在固定位置(例如建筑物或住宅)处对信号增强器430的天线进行初始设置或重新配置。
[0048] 在另一实施例中,在检测到移动时,可控天线系统400可被激活,以引导可控天线410。例如,当可控天线系统400被安装在车辆上时,可以使用与车辆电子设备的连接来提供移动和位置信息。此外,可以使用与一个或多个惯性传感器的连接来提供关于速度、时间、位置、高度的信息或其他期望的信息。全球定位传感器(GPS)可被用于确定可控天线系统
400的位置。该GPS可被用于确定无线设备的速度、时间、位置和高度。之后,该信息可被用于确定在天线方向上的改变量,以便在接入点104(图1)处维持天线412、442的方向。
[0049] 可控天线410可经由同轴电缆或某些其他有线或无线介质,耦接至信号增强器430的双工器,例如图2中的双工器206。特别地,可控天线410可被耦接至信号增强器的用于与接入点(例如图1中的接入点104)通信的一侧。在这些和其他实施例中,控制单元420可以是耦接至可控天线的信号增强器的一部分。控制单元420可经由有线或无线介质,通信地耦接至旋转单元416。在某些实施例中,控制单元420可经由将可控天线410耦接至所述信号增强器的所述双工器的介质,通信地耦接至可控天线410。
[0050] 旋转单元416可被配置为使天线412基于来自控制单元420的旋转信号而旋转。在这些和其他实施例中,旋转单元416可使天线412旋转完整360度或360度的某部分。在某些实施例中,旋转装置416可使天线412在一个方向上旋转,或在两个方向上都旋转。
[0051] 控制单元420可使用反馈型控制回路来引导天线412的旋转。反馈型信息可包括由耦接至天线412的信号增强器430检测出的穿过天线的信号功率级。所述信号功率级可以是用于下行链路信号或上行链路信号的信号功率级。例如,当控制单元420调整天线412的位置时,信号增强器430所检测出的信号功率级可发生变化。控制单元420可接收所述变化的信号功率的迹象,且可生成旋转信号,所述旋转信号用于使旋转单元416基于信号功率级的变化量来调整天线412的位置。在某些实施例中,控制单元420可连续地或周期性地引导旋转装置416,以将天线412的位置调整到基于信号功率级的增大或减小的位置。替代地或额外地,控制单元420可在信号增强器430的设置期间调整天线412的位置,且可以不再进一步指示调整天线412的位置。
[0052] 除了基于测量到的信号强度调整天线412的位置的方向之外,还可以相对于无线设备106(图1)的已知地理位置基于接入点104(图1)的预设地理位置来调整天线的位置的方向。例如,可基于无线设备的已知位置或基于输入数据(比如对于国家、城市、邮政编码和/或当前时间的选择),使用数据库来识别一个或多个接入点的位置。在一个示例实施例中,可以基于接入点104和无线设备106的地理位置来执行对天线的方向的粗调。如之前所述,随后,可以基于接收到的信号强度、或是接收到的信号的其他类型的功率或信号质量测量,对天线的方向进行微调。
[0053] 在某些实施例中,为了特定目的,控制单元420可引导天线412的旋转,从而优化天线412的位置,从而优化由天线412接收到的信号的功率级。例如,在某些实施例中,当天线412接收到的信号的功率级超过阈值级别时,可引导天线412的位置以降低该信号功率级。
在这些和其他实施例中,引导天线412以降低信号功率级的方式可用于帮助信号增强器430降低在信号增强器430内的信号放大路径上的信号功率级增益。
[0054] 替代地或额外地,控制单元420可引导天线412的旋转以指向最强的信道、频带或频带的其它部分。例如,信号增强器430可检测与在下行链路信道内被放大的信号相关联的信道,从而确定与使用信号增强器430的用户相关的载波。替代地或额外地,信号增强器430的用户可输入所使用的载波和/或信道。信号增强器430可确定载波的相关联的下行链路信道,之后调整天线412的位置以增大或减小用于所述载波的特定信道的信号功率级。替代地或额外地,控制单元420可利用整个通信频带(而不是一个信道)来执行相似的步骤。
[0055] 替代地或额外地,控制单元420可基于检测到的调制方案、在多频带设备中检测到的工作频带、检测到的信道、检测到的载波、以及其他信息中的一种或多种,调整天线412的位置。
[0056] 在另一实施例中,如图4B所示,天线442可以是电子可转向天线或扫描天线。在此示例中,所述天线包括可被安装到固定底座或可旋转底座(例如414)上的多个分离天线444。经由所述多个分离天线444,来自不同方向的信号可被检测和接收。控制单元可被配置为在所述多个分离天线444之间进行切换和/或扫描。信号的方向可基于在每个天线上接收到的信号强度来确定。分离天线444中的一个或多个天线可被用于接收最强信道、频带或频带的其他部分。接收到期望的低于阈值级别的最强信道、频带或频带的其他部分的天线可被关闭以减少噪声。
[0057] 通过将分离天线444配置为相控阵,可获得额外的方向性。每条天线的相位可被调整以将接收和/或发送的信号电子地操控到期望的方向上。图4A中的控制单元420可被配置为根据期望来操控接收和/或发送的波束。
[0058] 虽然图4B的示例示出了具有在360度上导向的分离天线的天线,但是其他配置也是可以的。例如,可将多个天线配置为在360度的选定部分(例如45、60、90、180或270度或其他期望的弧度)内发送和/或接收无线信号。在小于360度的部分内执行接收的天线可被物理地或电子地转向,以在完整的360度或360度的期望的部分内接收信号。
[0059] 在一个实施例中,多个天线442或412(图4A)可被引导朝向不同方向,以便能够在蜂窝系统中执行从一个基站到另一个基站的切换(handover)。例如,可在第一基站处引导第一天线(或多个天线)。可在第二基站处引导第二天线(或多个天线)。所述第一基站、第二基站或蜂窝网络可指示无线设备从所述第一基站切换到所述第二基站。这种在第一和第二基站处引导分离天线的能可允许在第一和第二基站之间几乎瞬时切换,而不需要为了执行切换而机械地或电子地将可控天线从第一基站转向至第二基站。因为在蜂窝系统中经常发生切换,且基站可能位于显著不同的方向,所以这种在多个基站处引导天线的能力可以显著优于为不同类型通信(例如卫星通信)构造的、其中很少发生切换的系统。
[0060] 回到图4A,在另一实施例中,可控天线系统400中的天线412可以包括全向天线和定向天线两者。定向天线可被切换以帮助可控天线系统400接收期望的无线信号。例如,全向天线可用于移动性实施例,例如当汽车正在转向、且定向天线还未充分旋转至接入点114(图1)以接收超过阈值级别的信号时。全向天线的使用可允许在定向天线所接收到的无线信号的功率级低于阈值级别的时候接收无线信号,因此可避免丢失所接收的无线信号。可使用加速计、GPS或其他类型的惯性测量设备来确定车辆何时正在移动和/或转向,以使可控天线系统400能够在定向天线、可扫描天线或可转向天线与全向天线之间切换。
[0061] 此外,全向天线可用于提供基线接收信号强度指示,以标识无线设备所在的环境。
[0062] 在另一实施例中,可使用一个或多个定向天线、可扫描天线或可转向天线412、442。每个天线可被独立地控制和导向。使用可被引导至不同方向的两个或多个天线可以有助于从接入点114(图1)到另一接入点的切换。在另一实施例中,两个或多个定向天线可包括低频带频带定向天线和高频带定向天线。所述低频带和高频带定向天线可与双工器结合以提供比分束器更好的性能。
[0063] 可将一个或多个天线412、414、可控天线410、旋转装置416、控制单元420和/或信号增强器430收容在封壳内。所述封壳可以是天线罩,所述天线罩被建造以减少天气影响,同时最小程度地衰减由天线412、442发送或接收的电磁信号。
[0064] 旋转单元416可通过与信号增强器430之间的连接(例如通过直流射频连接、通过电池、通过太阳能或通过可替代的电源)来得到供电。在不背离本公开的范围的情况下,系统400可以被修改、添加或删减。
[0065] 在一个实施例中,可为了期望的信号而执行搜索。所述搜索可包括扫描360度区域、识别选定信号、和选定信号之一物理地使天线旋转或电子地使所述天线光束成形,从而使所述天线发送至接入点(例如,蜂窝基站)或从所述接入点接收。如前面所公开的,选定信号可以是具有最大功率的信号。替代地,选定信号可以是选定频带或信道的信号,或来自选定基站或其他类型接入点的信号。
[0066] 图5示出了按照本公开所述的一个或多个实施例布置的信号增强器的显示器500。显示器500可包括按钮510。显示器500可被配置为显示与由所述信号增强器传递的信号的信号功率级相关的信息。如所示出的,显示器500可包括示出了在一信号频带内的多条信道的功率级的信道强度图。显示器500也可包括用于显示信号的信号类型的区域。替代地或额外地,显示器500可显示被配置为通过所述信号增强器放大的多个频带的频带强度。在某些实施例中,显示器500可以仅显示以上图表或信息中的一个。在这些和其他实施例中,按钮
510可用于在这些显示之间进行切换。例如,所述频带强度显示可显示单频带,且所述按钮可在所述信号增强器所操作的多条频带之间进行切换。
[0067] 在某些实施例中,显示器500可以是LED、LCD或其他类型的显示器。显示器500可以是单色的、多色的、背光的、暗屏(dark)或其他类型的显示器500。在某些实施例中,所述信号增强器可被配置为在显示的频带强度高于特定级别时发出可听见的声音。在这些和其他实施例中,所述信号增强器可以不包括显示器500,而可以被配置为基于检测到的信号功率级来发出所述声音。显示器500可通过在天线正在接收最大功率时显示图形化的最大功率指示,帮助增强器的安装人员优化天线定向。替代地或额外地,当出现强下行链路信号时,信号增强器可自动调整其增益控制。在这些和其他实施例中,我们可以在屏幕上指示出现了所述增益控制,从而帮助用户进行安装。
[0068] 在不背离本公开的范围的情况下,显示器500可以被修改、添加或删减。
[0069] 图6示出了按照本公开的至少一个实施例布置的信号增强器中的控制单元600。如图6所示,控制单元600可包括处理器610、内存612和数据存储器614。在这些和其他实施例中,处理器610、内存612和数据存储器614可被配置为执行由控制单元600执行的一些或全部操作。在其他实施例中,系统600可以不包括处理器610、内存612和数据存储器614中的一个或多个。在这些和其他实施例中,控制单元600可执行图2-5中论述的与控制单元有关的所述方法、处理、确定或其他计算中的一个或多个。
[0070] 通常,处理器610可包括任何合适的专用或通用计算机、计算实体或处理设备,所述处理设备包括各种计算机硬件软件且可以被配置为执行存储在任何适用的计算机可读存储介质中的指令。例如,处理器610可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程阵列(FPGA)或是被配置为解释和/或执行程序指令和/或处理数据的其他任何数字电路或模拟电路。虽然在图6中示出为单个处理器,应该理解处理器610可包括分布在任何数量的网络或物理位置处的任何数量的处理器,所述处理器被配置为单独地或集体地执行任何数量的在此描述的操作。在某些实施例中,处理器610可解释和/或执行程序指令和/或处理存储在内存612、数据存储器614、或是内存612和数据存储器614内的数据。在某些实施例中,处理器610可从数据存储器614中取出程序指令,并将所述程序指令加载到内存612中。在将所述程序指令加载到内存612中之后,处理器610可执行所述程序指令。
[0071] 内存612和数据存储器614可包括用于携带或具有存储在其中的计算机可读指令或数据结构的计算机可读存储介质、或是一个或多个计算机可读存储介质。此种计算机可读存储介质可以是任何可用的介质,所述介质可通过通用或专用计算机来访问,例如处理器610。作为举例而非限制,此类计算机可读存储介质可包括非暂时的计算机可读存储介质,包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储装置、闪速存储器装置(固态存储器装置)或任何其他存储介质,所述存储介质可用于以计算机可执行指令或数据结构的形式来携带或存储期望的程序代码,且该存储介质可以通过通用或专用计算机来存取。上述各项的组合也可包含在计算机可读存储介质的范围以内。计算机可执行的指令可包括,例如,被配置为使处理器610执行特定操作或几组操作的指令或数据。在不脱离本公开的范围的情况下,可针对控制单元600进行修改、补充或省略。
[0072] 在另一实施例中,公开了具有信号增强器430的可控天线410(图4)。具有所述信号增强器的所述可控天线包括第一端口207(图2)和第二端口209。信号路径(例如上行链路信号路径210或下行链路信号路径220)可包括分支器电路218、228。所述信号路径被耦接在第一端口207和第二端口209之间,且被配置为在无线通信网络中传递信号。该信号可从天线202、204被传输至第一端口207或第二端口209。在一个实施例中,该信号路径可以是被配置用于对所述信号提供期望的放大级别或衰减级别的放大路径。
[0073] 具有所述信号增强器的所述可控天线可进一步包括射频检测器电路230,所述射频检测器电路230被通信地耦接至分支器电路218、228且被配置为测量接收到的信号的功率级。控制单元240可从射频检测器电路230接收所测量的所述信号的功率级,并输出控制信号。在一个实施例中,该控制信号可被输出至呈现设备250。该控制信号也可被输出至可控天线410和/或旋转装置416。可控天线410可被配置为耦接至第一端口207或第二端口209中的一个。通过所述控制信号,可至少部分地基于在控制单元240处接收的所测量的所述信号的功率级,将可控天线波束图引导至选定方向。在一个实施例中,所述信号增强器可以是蜂窝信号增强器,所述蜂窝信号增强器被配置为在蜂窝系统中运行且与一个或多个基站、eNB、用户设备、移动台等等通信。
[0074] 在一个实施例中,信号路径可以是包括上行链路分支器电路218的上行链路信号路径210。上行链路信号路径可被耦接在第一端口207和第二端口209之间,且可被配置为在无线通信网络中传递无线上行链路信号。替代地,该信号路径可以是包括下行链路分支器电路228的下行链路信号路径220。下行链路信号路径可被耦接在第二端口209和第一端口207之间,且可被配置为在无线通信网络中传递无线下行链路信号。
[0075] 在一个实施例中,可控天线410可被配置为使得可控天线410被机械地旋转以对波束图进行导向。旋转装置416可被配置为根据所述控制信号旋转天线412。替代地,所述可控天线可被配置为使得所述可控天线被电子地扫描或电子地转向,以使用一个或多个天线来对波束图进行导向。例如,所述可控天线可被配置为对信号进行波束转向以将信号转向至选定方向。
[0076] 在一个实施例中,多个可控天线410可被耦接至第一端口207或第二端口209。可选择多个天线410中的一个或多个天线以扫描选定信号或在选定方向上发送选定信号。
[0077] 在另一实施例中,多个可控天线410中的每一个可与其他天线410相独立地被控制单元导向,从而使所述多个可控天线中的每一个能够被引导朝向选定方向。例如,多个可控天线410中的两个或多个可被引导朝向分离设置的基站(即,图1中的104),以使得能够通过所述分离导向的天线410将蜂窝系统中的无线设备106从第一基站切换至第二基站。
[0078] 控制单元240可被配置为输出所述控制信号,以将所述可控天线引导离开所述信号的最大信号功率,从而将接收到的所述信号的功率级衰减至选定阈值。
[0079] 在另一实施例中,示出了可控蜂窝天线系统。该可控蜂窝天线系统包括:被配置为被引导朝向第一方向的第一定向天线;被配置为被引导朝向不同于所述第一方向的第二方向的第二定向天线;和被配置为发送第一控制信号来引导所述第一定向天线和发送第二控制信号来引导所述第二定向天线的控制单元。所述定向天线中的每一个都可以是具有可机械转向天线412或可电子转向天线442的定向天线410,如图4A和4B所示。
[0080] 该可控蜂窝天线系统可进一步包括旋转单元416,用于分别基于所述第一控制信号和所述第二控制信号来旋转所述第一和第二定向天线。控制单元240可被配置为提供所述第一控制信号,用于对第一多个天线444执行电子波束转向,从而使所述第一多个天线444沿第一方向向第一基站发送或从第一基站接收;并提供所述第二控制信号,用于对第二多个天线444执行电子波束转向,从而使所述第二多个天线444沿第二方向向第二基站发送或从第二基站接收。所述基站可由基站104来代表。
[0081] 在另一实施例中,控制单元240可被配置为选择第一多个天线412中的一个或多个,从而使第一多个天线412中的所述一个或多个天线412沿第一方向向第一基站发送或从第一基站接收;且所述控制单元可被配置为选择第二多个天线412中的一个或多个,从而使第二多个天线412中的所述一个或多个天线412沿第二方向向第二基站发送或从第二基站接收。所述基站可由基站104来代表。
[0082] 控制单元420可位于与可控蜂窝天线系统410通信的信号增强器430、与可控蜂窝天线系统410通信的无线设备406、和信号增强器430外部的外壳之一处。
[0083] 在另一实施例中,公开了用于可控蜂窝天线系统的信号增强器。用于所述可控蜂窝天线系统的所述信号增强器可包括信号增强器430和控制单元420。在一个示例中,信号增强器430可包括:用于信号410、420的信号路径;被配置为测量信号功率级的射频检测器单元230;和被配置为接收功率测量结果并输出控制信号以将一个或多个定向天线410引导朝向一选定方向的控制单元240。
[0084] 用于所述可控蜂窝天线系统的所述信号增强器可进一步包括功率级呈现设备250,所述功率级呈现设备250被配置为显示所测量的信号的功率级,从而使得能够基于所显示的功率级手动地对所述一个或多个定向天线410进行导向。在一个示例中,射频检测器单元230被配置为测量信号的接收信号强度指示(RSSI)。
[0085] 控制单元420可被进一步配置以基于基站(例如104)的预设地理位置,输出与所述一个或多个定向天线410相关的控制信号,以使所述一个或多个定向天线能够被引导朝向所述预设地理位置。可通过使用所述一个或多个定向天线410的位置的一个或多个已知地址、全球定位系统接收器422、或者一个或多个惯性传感器424,来确定所述一个或多个定向天线的位置。
[0086] 在另一实施例中,控制单元420可以在一选定扫描半径内,接收用于多个信号的功率测量结果。例如,一个或多个可控天线可被引导为跨越45度、90度、135度、180度、270度、360度的扫描半径或其他期望半径,且具有大于一选定阈值级别的接收功率的信号可被检测到、并被传送至控制单元420。在一个实施例中,信标信号可以是从基站发送的被测量信号。可以为了每个接收到的功率测量结果而识别一个或多个定向天线的度。基于所接收到的功率测量结果和信号被接收时的天线方向,可选择出多个信号中的一个信号。之后可输出控制信号,从而使所述一个或多个定向天线能够被引导朝向所述选定信号,从而允许电子设备406与基站或接入点通信。
[0087] 在这里以及尤其是在所附权利要求书(例如,所附权利要求书的正文)中使用的术语一般意为“开放”术语(例如,术语“包括”应被理解为“包括,但不限于”,术语“具有”应被理解为“至少具有”,术语“包含”应被理解为“包含,但不限于”等等)。
[0088] 此外,如果意图叙述特定序号的经介绍的权利要求,那么此种意图将被明确叙述在该权利要求中,且如果缺少此叙述,则不具有此意图。例如,为帮助理解,下方所附权利要求可以包括介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”,以介绍权利要求的内容。然而,即使在同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”和“至少一个”和诸如“一个(a)”或“一个(an)”(例如,“一个(a)”和/或“一个(an)”应被理解为表示“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时,这些短语的使用也不应被理解为,由不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”介绍的权利要求描述将包括此种经介绍的权利要求描述的任何具体权利要求局限为仅包括一个此种描述物的实施例;用于介绍权利要求的定冠词的使用也是如此。
[0089] 此外,即使特定序号的经介绍的权利要求得到了明确叙述,熟练操作本技术的人将明了,此种叙述应被理解为至少所述序号(例如,仅仅描述“两个描述物”而没有其它修饰语,意味着至少两个描述物或两个或多个描述物)。此外,在这些使用了类似于“至少A、B、C等中的一个”或“A、B、C等中的一个或多个”的惯例的例子中,通常这种结构意在仅包括A、仅包括B、仅包括C、同时包括A和B、同时包括A和C、同时包括B和C或同时包括A、B和C等等。例如,术语“和/或”的使用意在用这种方式来理解。
[0090] 此外,任何表示两个或多个供选择的术语的反意连接词或短语,无论出现在对实施例、权利要求或附图的描述中,都应被理解为考虑包括以下可能性:术语之一、任一术语或全部术语。例如,短语“A或B”应被理解为包括以下可能性:“A”或“B”或“A和B”。
[0091] 在此描述的所有示例和条件语言均用于教学目标,以便帮助读者理解本发明以及发明人为进一步推动本领域的发展所做的贡献,并且应该将其解释成不对具体阐述的示例和状况构成限制。虽然在此详细描述了本公开的实施例,但是应该理解,在不脱离本公开的实质和范围的情况下,可以在此执行各种改变、替换和变更。
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