基于模态天线的通信网络及其优化方法技术

使用模态天线技术来优化通信网络，其中多个通信节点连同包括用户基站的移动和固定无线通信设备一起与彼此同步。在通信节点和无线通信设备中的一个或多个包括至少一个相应的模态天线的情况下，网络适合于在无线用户当中的通信链路的动态优化。节点到用户吞吐量、节点到节点吞吐量以及在节点和无线用户当中的干扰特征每个作为网络系统被优化以增加通信系统网络容量和可靠性。由模态天线提供的多个辐射方向图提供网络级同步的参数多态以提高通信系统性能。

Communication network based on modal antenna and its optimization method

A modal antenna technique is used to optimize the communication network, wherein a plurality of communication nodes are synchronized with each other together with a mobile and fixed wireless communication device including a user base station. In the case of one or more of the communication nodes and the wireless communication device including at least one corresponding mode antenna, the network is suitable for dynamic optimization of the communication links among the wireless users. Node to user throughput, node to node throughput, and interference characteristics between nodes and wireless users are optimized as a network system to increase the network capacity and reliability of the communication system. A plurality of radiation patterns provided by a modal antenna to provide network level synchronization parameter polymorphism to improve the performance of the communication system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景
本专利技术通常涉及无线通信的领域；且更具体地，涉及通信网络和当波束转向技术经由模态天线系统在通信节点和无线用户上被使用以增加系统容量并减轻其间的干扰时被给予这些网络的提高。
技术介绍
在无线通信的领域中，最近的技术进步包括多模有源天线或“模态天线”的出现。模态天线是能够在多个天线模式之间被主动重新配置的单端口天线，其中模态天线以在多个天线模式的每个中的不同的辐射方向图为特征。通过使用能够产生不同的辐射方向图的模态天线，可能利用在不同的模式中用于引导波束以具有在优势干扰方向上的零讯号同时保持在期望方向上的增益的天线零和波瓣的现有知识。在标题为“ANTENNAANDMETHODFORSTEERINGANTENNABEAMDIRECTION”、于2011年3月22日发布的美国专利号7,911,402中提供了模态天线的结构和实现的例子；其内容特此通过引用被并入并被概括如下：图1示出包括放置在地平面108上的隔离磁偶极子TM(IMD)元件104、耦合到第一有源元件113的第一寄生元件112和耦合到第二有源元件117的第二寄生元件116的模态天线100的例子。有源元件113和117可包括使寄生元件112和116电连接(短路)到地平面108或使寄生元件112和116与地平面108断开(开路)的开关。这个结构允许具有相应于第一状态和第二状态的公共频率的两种不同的操作模式，在第一状态中，寄生元件112和116被短路到地，而在第二状态中，寄生元件112和116是断开的。图2(a)示出在第一状态中的与天线100相关的辐射方向图204；以及图2(b)示出在第二状态中的辐射方向图208，其示出与辐射方向图204比较的在方向上的90度移动。因此，通过控制模态天线100的有源元件113和117，可在同一频率下得到两个操作模式。可通过合并例如在用于可变控制的有源元件中的可调谐元件和用于匹配的额外有源元件来为三个或更多个多模操作来扩展控制方案。此外，虽然耦合到开关的寄生元件在开关被(i)短路或(ii)断开时将展示两个调谐状态，耦合到可变控制有源元件例如可调谐电容器或类似的可调谐元件的另一寄生元件将能够具有三个或更多个离散调谐状态，且因而产生的天线将能够在多个相应的天线模式当中调谐。这些有源元件的例子包括开关、可调谐电容器、可调谐移相器、二极管、微机电系统(MEMS)开关、MEMS可调谐电容器和晶体管，包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、金属半导体场效应晶体管(MESFET)、赝高电子迁移率晶体管(pHEMT)、异质结双极晶体管(HBT)或其它适当的技术。虽然上面提供了某些例子，应认识到，术语“模态天线”意欲包括配置成产生多个不同的辐射方向图的任何单端口天线系统，每个辐射方向图相应于多个可能的天线模式的唯一模式。注意，模态天线当在第一模式中时以第一天线辐射方向图为特征，而当在第二模式中时以第二且不同的天线辐射方向图为特征。还注意，模态天线在任何给定的时间将只产生单模式和相应的辐射方向图，但模态天线可及时改变天线模式以改变天线的辐射方向图。为了本文的目的，术语“天线辐射方向图”被定义为：由天线根据远离天线的方向辐射的功率的变化。现在，在模态天线的上面理解的情况下，我们描述通信网络技术现状。为了本文的目的，“通信网络”包括：通信节点的一个或多个子网络和配置成与通信节点通信的无线通信设备。通信系统可包括在单个房间、建筑物、城市街区或其它空间内的通信节点和无线设备的分总体。术语“子网络”被定义为：一组互连的通信节点和无线通信设备。术语“通信节点”被定义为中央连接点，一个或多个无线通信设备通过中央连接点来进行通信以形成网络。通信节点可包括例如WiFi接入点(AP)或蜂窝基站收发机(BST)，包括也被称为“小小区站点”或“个人基站”的微型蜂窝基站收发机(mBST)。术语“无线通信设备”被定义为配置成通过无线网络连接与一个或多个其它设备通信的任何设备。无线通信设备可包括“移动设备”，例如手机、平板计算机或膝上型计算机，其为便携式的。无线通信设备的另一例子包括非便携式或“固定”的无线计算机塔。术语“移动用户设备”和“移动设备”是包括移动或便携式的那些设备的无线通信设备的组的子集。蜂窝网络和无线局域网(WLAN)现在在社会中是普遍的，并发展到中到高数据速率传输连同语音通信在大地区之上和整个城市区域中是稳定和可靠的水平。移动用户设备进展到不仅提供语音通信和低数据速率文本和电子邮件服务而且提供高数据速率互联网连接的程度。移动设备的连续采用和蜂窝网络的新用途例如机器到机器(M2M)应用的引入将关于在从一年到下一年较高数据速率和较少的服务中断方面提供一致的服务和改进的服务的压力置于蜂窝系统上。类似的拥塞可存在于WLAN网络上，其中，大量用户将压力置于系统上。寻求连续的改进以提高通信系统可靠性以及通信节点和利用这些节点的移动设备的更好的命令和控制。专利技术概述因此本专利技术的一个方面是以构成通信系统的通信节点的改进的管理和使这些网络的多个移动设备用户同步的增加的灵活性来提供改进的通信系统。在本公开中，使用模态天线技术来优化通信网络，其中多个通信节点连同包括用户基站的移动和固定无线通信设备一起与彼此同步。通信节点和无线通信设备中的一个或多个包括至少一个相应的模态天线的情况下，网络适合于在无线用户当中的通信链路的动态优化。节点到用户吞吐量、节点到节点吞吐量以及在节点和无线用户当中的干扰特征每个作为网络系统被优化以增加通信系统网络容量和可靠性。由模态天线提供的多个辐射方向图提供网络级同步的参数多态以提高通信系统性能。附图的简要说明图1示出模态天线的例子。图2(a)示出在第一状态中的与图1的天线相关的辐射方向图。图2(b)示出在第二状态中的与图1的天线相关的辐射方向图，其示出与辐射方向图比较的在方向上的90度移动。图3示出具有三个节点和四个通信设备的通信网络；至少一个节点包括模态天线和用于优化与多个通信设备的通信链路的算法。图4示出信号数据矩阵(数据的矩阵)的例子，其中信号级数据为各种节点和设备填充于模态天线的多个模式当中。图5示出用于优化链路质量并减少在模态天线通信网络内的设备和节点当中的干扰的方法。图6示出具有三个通信节点和四个无线通信设备的通信网络；多个节点和设备每个包含模态天线。图7示出具有从多个节点和设备传播的数据的多个信号数据矩阵。图8示出用于优化链路质量并减少在模态天线通信网络内的设备和节点当中的干扰的另一方法。图9A示出位于靠近墙壁或障碍物处的通信节点；外部天线用于对接入点或基本终端发射和/或接收；相对于障碍物或墙壁的天线位置将影响天线的性能。图9B是关于图9A的通信节点的天线增益与离障碍物的天线位置的关系曲线图。图10示出包含能够产生多个辐射方向图的模态天线的通信；四个辐射方向图(模式)被示出。图11示出与图10的模态天线的四个模式相关的相应的天线辐射方向图的二维曲线。图12示出在建筑物中操作的通信网络；其中通信网络的一个节点连接到在建筑物外部的基本终端并将信息来回分程传送到位于建筑物中的其它节点。图13示出在公寓房间中操作的通信网络，其中通信节点安装在建筑物的地板上并与被标记为E1到E5的五个通信设备耦合。图14示出在图13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于优化在具有耦合到一个或多个通信节点的一个或多个无线通信设备的通信网络的节点和设备中的一个或多个之间的通信链路性能的方法，所述通信节点中的至少一个包括模态天线，所述模态天线配置成当被配置在其多个可能的天线模式的每个中时产生不同的辐射方向图，所述方法包括：在第一通信节点包括第一模态天线且所述第一模态天线处于其所述多个可能的天线模式的第一模式中的情况下：使用在所述第一模式中的所述第一模态天线来勘查在所述第一通信节点的范围内的环境，以确定使用在所述范围内的每个其它通信节点和每个无线通信设备实现的第一信号水平；用对于相应于所述模态天线的所述第一模式的每个所勘查的节点和设备的所述第一信号水平填充数据的矩阵；将所述第一模态天线重新配置在其所述多个可能的天线模式的第二模式中：使用在所述第二模式中的所述第一模态天线来勘查在所述第一通信节点的范围内的环境，以确定使用在所述范围内的每个其它通信节点和每个无线通信设备实现的第二信号水平；用对于相应于所述模态天线的所述第二模式的每个所勘查的节点和设备的所述第二信号水平进一步填充数据的所述矩阵；以及基于数据的所述矩阵来选择所述第一模态天线的优选模式，其中所述优选模式提供在所述通信网络内的最佳链路性能和最小化的干扰。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.18 US 61/955,1631.一种用于优化在具有耦合到一个或多个通信节点的一个或多个无线通信设备的通信网络的节点和设备中的一个或多个之间的通信链路性能的方法，所述通信节点中的至少一个包括模态天线，所述模态天线配置成当被配置在其多个可能的天线模式的每个中时产生不同的辐射方向图，所述方法包括：在第一通信节点包括第一模态天线且所述第一模态天线处于其所述多个可能的天线模式的第一模式中的情况下：使用在所述第一模式中的所述第一模态天线来勘查在所述第一通信节点的范围内的环境，以确定使用在所述范围内的每个其它通信节点和每个无线通信设备实现的第一信号水平；用对于相应于所述模态天线的所述第一模式的每个所勘查的节点和设备的所述第一信号水平填充数据的矩阵；将所述第一模态天线重新配置在其所述多个可能的天线模式的第二模式中：使用在所述第二模式中的所述第一模态天线来勘查在所述第一通信节点的范围内的环境，以确定使用在所述范围内的每个其它通信节点和每个无线通信设备实现的第二信号水平；用对于相应于所述模态天线的所述第二模式的每个所勘查的节点和设备的所述第二信号水平进一步填充数据的所述矩阵；以及基于数据的所述矩阵来选择所述第一模态天线的优选模式，其中所述优选模式提供在所述通信网络内的最佳链路性能和最小化的干扰。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一信号水平和所述第二信号水平包括与从接收信号强度指示(RSSI)或通道质量指示(CQI)选择的一个或多个信号度量相关的数据。3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一通信节点包括WiFi接入点或蜂窝基站收发机之一。4.如权利要求1所述的方法，其中所述无线通信设备中的每个单独地包括手机、平板计算机或膝上型计算机之一。5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一模态天线包括：天线元件，其位于电路板之上，形成在其间的天线体积；第一寄生元件，其位于所述天线体积内；第一有源调谐元件，其耦合到所述第一寄生元件；第二寄生元件，其位于相邻于所述天线处并在所述天线体积之外；第二有源调谐元件，其耦合到所述第二寄生元件；其中所述第一有源调谐元件和所述第二有源调谐元件中的每个单独地选自：开关、可调谐电容器、可调谐移相器、二极管、微机电系统(MEMS)开关、MEMS可调谐电容器、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、金属半导体场效应晶体管(MESFET)、赝高电子迁移率晶体管(pHEMT)和异质结双极晶体管(HBT)。6.如权利要求1所述的方法，还包括：使用在所述通信网络内的第二通信节点，所述第二通信节点包括第二模态天线：使用配置在其所述第一模式中的所述第二模态天线：勘查所述第二通信节点的范围内的环境，以得到使用每个其它通信节点和每个无线通信设备实现的第一模式数据；用对于相应于所述第二模态天线的所述第一模式的每个所勘查的节点和设备的所述第一模式数据填充数据的第二矩阵；将所述第二模态天线重新配置在其所述多个可能的天线模式的第二模式中：进一步勘查在所述第二通信节点的范围内的环境以得到使用每个其它通信节点和每个无线通信设备实现的第二模式数据；用对于相应于所述第二模态天线的所述第二模式的每个所勘查的节点和设备的所述第二模式数据填充数据的所述第二矩阵；以及基于数据的所述第二矩阵来选择所述第二模态天线的优选模式，其中所述优选模式提供在所述通信网络内的最佳链路性能和最小化的干扰。7.如权利要求1所述的方法，其中在所述通信网络内的多个通信节点每个包括模态天线，所述方法还包括，对于所述节点中的每个：在相应的模态天线的第一模式中：勘查在所述通信网络内的其它节点和设备以确定其间的信号水平；将与所述其它节点和设备中的每个的信号水平相关的数据填充在数据的相应矩阵中；将所述相应的模态天线重新配置在第二模式中；以及使用在所述第二模式中的所述天线：进一步勘查在所述通信网络内的所述其它节点和设备以确定其间的信号水平；以及将与所述其它节点和设备中的每个的信号水平相关的数据填充在数据的所述相应矩阵中。8.如权利要求7所述的方法，还包括：指定在所述通信网络内的所述多个通信节点之一作为主通信节点。9.如权利要求8所述的方法，还包括：对于所述多个通信节点中的每个：与所述主通信节点通信数据的所述相应矩阵。10.如权利要求9所述的方法，还包括：使用所述主通信节点，从所述多个通信节点中的每个接收数据的所述相应矩阵；确定与...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦·德克劳斯，杰弗里·薛柏林，
申请(专利权)人：艾斯特里克有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US