优化的定向MIMO天线系统.pdf

一种具有多个无线电台和多个可配置天线系统的无线通信设备。对于多个无线电台和采用多种配置的可配置天线系统，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。确定包括发射和接收信号质量的连接矩阵。利用连接矩阵，来选择用于可配置天线的天线配置。

1、  一种操作具有多个无线电台和多个可配置天线系统的无线通信设备的方法，包括：
对于多个无线电台中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；
对于多个无线电台中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；
确定包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置的连接矩阵；和
利用连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。

2、  按照权利要求1所述的方法，其中第一和第二无线电台相对于站点发射和接收独立的数据流。

3、  按照权利要求1所述的方法，其中第一和第二无线电台向站点发射相同的数据流。

4、  按照权利要求1所述的方法，其中第一无线电台向第一站点发射第一数据流，同时第二无线电台向第二站点发射第二数据流。

5、  按照权利要求1所述的方法，其中第一无线电台向第一站点发射数据，第二无线电台接收第一站点的数据。

6、  按照权利要求1所述的方法，还包括当无线通信设备未进行发射时，配置第一和第二可配置天线系统。

7、  按照权利要求1所述的方法，还包括当无线通信设备正在进行发射时，配置第一和第二可配置天线系统。

8、  按照权利要求1所述的方法，其中确定信号质量度量包括发送轮询请求。

9、  按照权利要求1所述的方法，还包括：
对于多个无线电台中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，重复确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；
对于多个无线电台中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，重复确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；以及
更新连接矩阵。

10、  一种操作具有多个无线电台和多个天线的无线设备的方法，包括：
确定具有第一天线的第一无线电台的信号质量度量；
确定具有第二天线的第二无线电台的信号质量度量；以及
通过向第一和第二无线电台所发射和接收的信号分配不同的权重，来选择无线通信设备的总天线增益。

11、  按照权利要求10所述的方法，其中第一和第二天线是可配置的。

12、  按照权利要求10所述的方法，其中第一和第二天线具有预定配置。

13、  按照权利要求12所述的方法，其中所述预定配置包括预定定向增益模式。

14、  按照权利要求13所述的方法，其中第一和第二天线的预定定向增益模式覆盖不同的方向。

15、  按照权利要求10所述的方法，其中分配不同的权重包括对无线电台所接收的信号应用最大比合并。

16、  按照权利要求10所述的方法，其中分配不同的权重包括对无线电台所发射的信号应用基于信号质量的权重。

17、  按照权利要求10所述的方法，其中无线设备是接入点。

18、  按照权利要求10所述的方法，其中无线设备是站点。

19、  一种操作具有多个无线电台和多个可配置天线系统的站点的方法，包括：
对于站点中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；
对于站点中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；
确定包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置的连接矩阵；和
利用连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。

20、  按照权利要求19所述的方法，其中第一和第二无线电台相对于接入点发射和接收独立的数据流。

21、  按照权利要求19所述的方法，其中第一和第二无线电台向接入点发射相同的数据流。

22、  按照权利要求19所述的方法，其中确定传输信号质量度量包括接收轮询请求。

23、  一种接入点，包括：
多个无线电台和多个可配置天线系统；
处理器，对于多个无线电台中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；
所述处理器对于多个无线电台中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；
所述处理器确定包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置的连接矩阵；
存储器，存储所述连接矩阵；和
天线控制模块，根据所述连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。

24、  一种无线网络中的站点，所述站点包括：
多个无线电台和多个可配置天线系统；
处理器，对于站点中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；
所述处理器对于站点中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量；
所述处理器确定包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置的连接矩阵；和
天线控制模块，利用连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。

优化的定向MIMO天线系统
本申请要求2006年12月19日提交的题为“OptimizedDirectional MIMO Antenna System”的美国临时专利申请序列号60/870,818的优先权，在此以引用方式将其全部内容并入本文。
技术领域
本发明一般涉及天线系统，更具体地涉及优化的定向天线系统。
背景技术
无线通信系统能够便利固定或可变网络基础设施中的多个客户端或站点之间的双向通信。无线通信系统在站点及其相应的基站或接入点之间提供通信信道，以便使站点的单位最终用户与固定网络基础设施(通常是有线线路系统)相连接。已经针对某些类型的无线通信系统采用和提出了一些标准。例如，IEEE 802.11标准定义无线通信系统的一些运行方面，所提出的IEEE 802.16标准同样如此。
发明内容
在一个实施例中，一种操作具有多个无线电台和多个可配置天线系统的无线通信设备的方法包括：对于多个无线电台中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。对于多个无线电台中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。确定连接矩阵，所述连接矩阵包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置。利用连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。
在一个实施例中，第一和第二无线电台可以相对于站点发射和接收独立的数据流。在另一个实施例中，第一和第二无线电台可以向站点发射相同的数据流。在又一实施例中，第一无线电台可以向第一站点发射第一数据流，同时第二无线电台向第二站点发射第二数据流。在再一实施例中，第一无线电台可以向第一站点发射数据，第二无线电台接收第一站点的数据。
当无线通信设备正在进行发射或者未进行发射时，可配置第一和第二可配置天线系统。确定信号质量度量可以包括发送轮询请求。
在一个实施例中，无线通信设备对于多个无线电台中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，重复确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。对于多个无线电台中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，重复确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。并更新连接矩阵。可以所需间隔，或者当确定信号度量的变化大于预定量时，进行这种重复、重复和更新。
在另一实施例中，操作具有多个无线电台和多个天线的无线设备的方法包括：确定具有第一天线的第一无线电台的信号质量度量。确定具有第二天线的第二无线电台的信号质量度量。通过向第一和第二无线电台所发射和接收的信号分配不同的权重，来选择无线通信设备的总天线增益。
在一个实施例中，第一和第二天线是可配置的。在另一实施例中，第一和第二天线具有预定配置。所述预定配置可包括预定的定向增益模式(pattern)。第一和第二天线的预定定向增益模式可以覆盖不同的方向。
在一个实施例中，分配不同的权重包括：对无线电台所接收的信号应用最大比合并，或者对无线电台所发射的信号应用基于信号质量的权重，或者用于分配权重的其它技术。
在一个实施例中，无线设备是接入点。在另一实施例中，无线设备是站点。
在一个实施例中，一种操作具有多个无线电台和多个可配置天线系统的站点的方法包括：对于站点中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。对于站点中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。确定连接矩阵，所述连接矩阵包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置。利用连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。
在一个实施例中，第一和第二无线电台相对于接入点发射和接收独立的数据流。在另一实施例中，第一和第二无线电台向接入点发射相同的数据流。另外，确定传输信号质量度量包括接收轮询请求。
在一个实施例中，接入点包括多个无线电台和多个可配置天线系统。接入点还包括处理器，所述处理器对于多个无线电台中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。所述处理器对于多个无线电台中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。所述处理器确定连接矩阵，所述连接矩阵包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置。存储器存储所述连接矩阵。天线控制模块根据连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。
在一个实施例中，无线网络中的站点包括多个无线电台和多个可配置天线系统。所述站点还包括处理器，所述处理器对于站点中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。所述处理器对于站点中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。所述处理器确定连接矩阵，所述连接矩阵包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置。天线控制模块利用连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。
在研究了对本发明的各个方面进行了举例说明的下述详细说明和附图之后，本发明的其它特征和优点应是显而易见的。
附图说明
通过研究附图，可部分获得关于本发明的结构和操作的各个方面、优点和细节，在附图中，相同的附图标记表示相同的部件。附图不一定是按照比例绘制的，而是着重于图解说明本发明的原理。
图1是无线网络的方框图。
图2是无线通信设备的例子的功能方框图。
图3是无线通信设备的备选例子的功能方框图。
图4是可配置天线系统的操作过程的流程图。
图5是表示接入点关于天线优化和正常操作的操作的时间线。
图6A是表示在具有两个站点的系统中进行的天线优化的时间线。
图6B是表示在具有三个站点的系统中进行的天线优化的时间线。
图7是接入点的操作的状态图。
图8A是无线通信设备800的备选实施例的功能方框图。
图8B是图8A中描述的系统的备选实施例的功能方框图。
图9是表示图6的功能元件加上CPU的功能的附加细节的功能方框图。
图10是在图8A和8B中描述的系统的操作期间使用的各种队列的图形表示。
图11是操作无线通信设备的实施例的流程图。
图12是操作无线通信设备的实施例的流程图。
图13是操作站点的实施例的流程图。
具体实施方式
本文公开的一些实施例提供了通过无线空中接口进行通信的方法和系统。在阅读本说明书后，如何以各种备选实施例和备选应用来实现本发明将变得明显。然而，尽管本文描述了本发明的各种实施例，但应当理解这些实施例只是作为例子给出的，而不是对本发明的限制。同样，对各个备选实施例的详细说明也不应被解释成对在附加的权利要求中所限定的本发明范围的限制。
图1是无线网络的方框图。无线网络包括无线接入点(AP)110。无线接入点可以是例如无线路由器、蜂窝电话基站、或者其它种类的无线通信设备。接入点110通常与回程连接通信。例如，它可以与数字用户线路(DSL)通信。接入点可以包括一个以上的无线电发射机和一个以上的无线电接收机。通常，接入点具有与一个以上的其它设备通信的能力。接入点110可以采用全向天线、定向天线、或者诸如方向灵敏天线之类的可配置天线系统。
在一个实施例中，接入点110包括可配置天线系统，所述可配置天线系统可被有选择地配置成创建不同的天线增益模式(天线方向图)和/或极化。例如，可配置天线系统可包括可以被配置成用于接入点中的每个无线电发射机和接收机的离散的许多个天线模式的天线。另一方面，可配置天线系统可被配置成以不同的极化进行发射和/或接收。在一个实施例中，可配置天线系统可被配置成用于接入点中的每个无线电发射机和接收机的离散的许多个天线模式，和被配置成不同的极化。天线配置可包括天线增益模式和极化。在一个实施例中，可配置天线系统包括一个或多个定向天线系统，所述定向天线系统允许接入点按照用于每个无线电发射机和接收机的一个以上方向或模式来指引或引导(既用于发射又用于接收的)天线系统的增益。这种天线系统有时被称为方向灵敏天线。在2005年4月12日提交的题为SWITCHED MULTI-BEAM ANTENNA的美国申请序列号11/104,291，和2005年8月22日提交的题为DIECTIONAL ANTENNASYSTEM WITH MULTI-USE ELEMENTS的美国申请序列号11/209,352中描述了可与本文描述的方法和系统一起使用的这种天线系统的例子，这两件专利申请在此以引用方式并入本文。另一方面，接入点可包括与单个定向天线系统通信的单个无线电收发机。
无线网络还包括相关联的客户端或站点(STA)120A-D。为了便于说明，图1中只示出了四个站点。然而，可使用更多或更少站点。站点120A-D均包括用于经由通信链路125a-d相对于接入点110来发射和接收无线信号的一个或多个天线。尽管通信链路中的每一条被描述成单个线路，但是应当明白，链路可包括多个信号路径、多个频率，并且可被利用多个无线电台来实现。站点120A-D可以使用全向天线、定向天线、或者诸如方向灵敏天线之类的可配置天线系统。本文描述的系统和方法可被应用于接入点110和站点120A-D。
本文描述的系统和方法可被应用于其中在任意一个时间段内，接入点110能够发射无线信号或者接收无线信号的系统。然而，所述系统和方法也可被应用于允许接入点110和/或站点120A-D同时发射和接收无线信号的系统。例如，本文描述的系统和方法可被应用于具有多个同时发射和接收路径的系统。例如，所述系统和方法可被应用于MIMO(多入多出)系统。MIMO系统利用组合信号的多路复用技术和其它技术来增大无线带宽和范围。在一个实施例中，MIMO系统通过两个或更多的天线发出信息，信息也是通过多个天线被接收的。MIMO系统使用额外的路径来发射更多的信息，随后在接收端对信号进行重新组合。
图2是无线通信设备200的例子的功能方框图。所述无线设备可以是例如无线路由器、固定或移动接入点、客户端或站点设备或者其它种类的无线通信设备。通信设备200包括与无线电系统204通信的可配置天线系统202。控制线路206通信耦接天线系统与无线电系统，从而为控制信号提供路径。发射和接收线路208耦接天线系统和无线电系统，以便传输相对于其它无线设备的发射和接收信号。
可配置天线系统202可被有选择地配置成创建包括增益模式和/或极化的不同天线配置。例如，可配置天线系统可包括天线，所述天线可被配置成离散的许多个天线模式。在一个实施例中，可配置天线系统202包括一个或多个定向天线，所述定向天线允许天线系统按照一个以上方向或模式来指引或引导(既用于发射又用于接收的)天线系统的增益。另一方面，天线系统202可以是多个可切换的全向天线，所述多个可切换的全向天线可被有选择地与无线电系统204的发射和接收连接208相耦接。
无线电系统204包括与无线电台控制器212通信的无线电发射机/接收机210。本文说明的无线电发射机/接收机210和无线电台控制器212的功能和系统也被总称为无线电子系统222。无线电台产生由天线系统202发射的无线电信号，并从天线系统202接收无线电信号。在一个实施例中，无线电系统204把接收的无线电信号转换成数字信号，所述数字信号被传给无线电台控制器212。
无线电台控制器212可实现无线电系统的一些或全部媒体访问控制(MAC)功能。通常，在相对于通信设备进行传输时，MAC功能用来分配一个或多个物理信道上的可用带宽。MAC功能可以根据各种服务的服务质量(QoS)要求所强加的优先级和规则，在各种服务之间分配可用带宽。另外，MAC功能用来在诸如TCP/IP之类的较高层和诸如物理信道之类的物理层之间传送数据。然而，本文描述的功能与特定功能块的关联只是为了便于说明。各种功能可在各个块之间移动、在各个块之间共享、以及按照各种方式分组。
中央处理器(CPU)214与无线电台控制器212通信。CPU 214可与无线电台控制器共享MAC功能中的一些。另外，CPU 214执行高级功能，所述高级功能通常被称为数据业务控制，并用数据业务控制模块215来表示。数据业务控制可包括例如与回程连接(比如DSL连接)上的数据业务相关联的路由，和/或TCP/IP路由。
在一个实施例中，CPU，或者说处理器214对于多个无线电台中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。处理器对于多个无线电台中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。处理器确定连接矩阵，所述连接矩阵包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置。存储器216存储所述连接矩阵。天线控制模块221根据连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。
在一个实施例中，数据业务控制模块215控制到第一和第二无线电台的数据流，以便它们向站点发射和接收独立的数据流。在另一实施例中，数据业务控制模块215控制到第一和第二无线电台的数据流，以便它们向站点发射相同的数据流。在又一个实施例中，数据业务控制模块215控制数据业务流，以便第一无线电台能够向第一站点发射第一数据流，同时第二无线电台向第二站点发射第二数据流。在又一个实施例中，数据业务控制模块215控制数据流，以便第一无线电台能够向第一站点发射数据，第二无线电台接收第一站点的数据。
无线电台控制器212和CPU 214两者均可以访问公用或共享存储器216。这使得能够在CPU和无线电台控制器之间高效地传送分组。
在一个实施例中，天线系统202的控制与无线设备的操作，包括MAC功能和QoS(如果具备的话)相结合。然而，可配置天线系统的优点和好处可被合并到与可配置天线系统结合很少的无线设备中。在一个实施例中，除了使射频卡(图2和10中的虚线框220中的元件)与可配置天线系统，而不是全向天线耦接之外，不改动该射频卡。天线控制模块221可被包括在CPU 214中。天线控制模块221确定所需天线配置，并产生将被发送给天线系统202的控制信号。响应于所述控制信号，天线系统改变成所需配置。在一个实施例中，天线控制模块221被提供或者可以获得每个接收信号的信号质量度量。可从无线电台210或无线电台控制器212提供信号质量度量。如下文进一步所述，信号质量度量可被另一设备测量或确定，并被传给设备200。信号质量度量可被用于确定或选择天线配置，如下面将更充分地说明的。
天线控制模块221例如通过控制线路206，与天线系统202直接或间接通信。在一个实施例中，天线控制模块在系统的MAC层之上工作。来自天线控制模块221的控制信号可被直接从CPU传给天线系统202，或者可经由无线电系统204的其它元件，例如无线电台控制器212或无线电台210来传送。另一方面，无线电控制模块221可以存在于无线电台控制器212或无线电台210上。下面关于图10更详细地说明无线电控制模块的一个实施例的操作。
本文描述的方法可在图2的各个功能块内实现。另外，所述方法或功能可被分成由多个块执行的组件或模块。在一个实施例中，图2中的虚线框220内的元件是射频卡(例如，WLAN PCI卡)，所述射频卡是通过PCI(外设部件互连)总线与处理器耦接的。
图3是无线通信设备300的备选实施例的功能方框图。例如，无线设备可以是无线路由器、站点或客户端设备、固定或移动接入点或者其它种类的无线通信设备。另外，无线设备300可以利用MIMO(多入多出)技术。在一个实施例中，通信设备300包括与无线电系统304通信的可配置天线系统302。天线系统可包括多个可配置天线303a-n。尽管图中示出了三个可配置天线，然而可以使用更多或者更少的这种可配置天线。多个控制线路306a-n通信耦接天线系统302与无线电系统304，从而为用于控制可配置天线303a-n的配置的控制信号提供路径。另一方面，可配置天线303a-n中的每一个可被具有预定定向增益模式的天线代替。例如，所述天线中的每一个的预定定向增益模式能够覆盖不同的方向。下面说明可用来提供预定定向增益模式的这种天线系统的例子。在于2006年11月1日提交的题为Compact YagiAntenna的临时专利申请序列号60/863,893中描述了备选的天线系统，在此以引用方式将其并入本文。
在天线303a-303n具有预定定向方向图的实施例中，整个天线系统可以通过向无线电台310a-310n所接收(或者发射)的信号分配不同的权重，来控制其增益。对于接收信号来说，公知的接收合并(例如，最大比合并)技术可被用于向信号分配权重。在发射信号时，可以使用公知的加权技术，例如，根据信号质量来分配权重的所谓注水法。其中天线元件303a-303n被专门配置成具有不同定向特性的实施例的一个方面在于，在发射/接收路径308-310a～308-310n上分配不同的权重有效地控制了天线系统在已选或者所需方向上的增益。
多个发射和接收线路308a-n耦接天线系统和无线电系统，以便传送发射和接收的无线电信号。尽管描述的发射和接收线路的数目及控制线路的数目对应于描述的天线的数目，然而这不是必需的。如同多路复用和交换技术一样，可以使用更多或更少的这种线路。在一个实施例中，天线系统包括用于接收控制信号以及发射和接收信号的控制器324。所述控制器可以把信号路由到适当的天线和无线电台。
可响应于控制信号有选择地配置可配置天线系统302，从而创建可以包括不同的天线方向图和/或极化的不同天线配置。在一个实施例中，可配置天线系统302包括可以被配置成离散的许多个天线模式的天线。在一个实施例中，可配置天线303a-n均包括一个或多个定向天线，所述定向天线允许天线系统按照一个以上方向或模式来指引或引导可配置天线中的每一个(以及既用于发射又用于接收的整个天线系统)的增益。另一方面，一个或多个天线303a-n可以是可被有选择地与无线电系统304的发射和接收信号相耦接的多个全向天线。
无线电系统304包括无线电子系统322。无线电子系统322包括多个无线电发射机/接收机(无线电台)310a-n和MIMO信号处理模块(信号处理模块)312。多个无线电台310a-n与MIMO信号处理模块通信。无线电台产生由天线系统302发射的无线电信号，并从天线系统接收无线电信号。在一个实施例中，每个可配置天线303a-n与单个对应的无线电台310a-n相耦接。尽管每个无线电台被描述成通过发射和接收线路与对应的天线元件通信，然而可以使用更多或更少的这种线路。另外，在一个实施例中，可通过多路复用或交换，使无线电台被可控地连接到所述天线中的不同天线。
信号处理模块312实现MIMO处理。MIMO处理在本领域是公知的，包括这样的处理：在两个或更多天线上通过两个或更多无线电信道发送出信息，和同样通过多个无线电信道和天线接收信息。信号处理模块312可以将经过多个天线接收的信息组合成单个数据流。信号处理模块312，类似图2的无线电台控制器212，可以实现无线电系统的一些或全部媒体访问控制(MAC)功能，并控制无线电台的操作，以便充当MIMO系统。已结合图2说明了MAC功能，在此不再重复。本文描述的功能与图中特定功能块的关联只是为了便于说明。各种功能可以在各个块之间移动、在各个块之间共享和按照各种方式分组。
中央处理器(CPU)，或者说处理器314与信号处理模块312通信。CPU 314可以与信号处理模块312共享MAC功能中的一些。此外，CPU可包括数据业务控制模块315，它实现与结合图2描述的数据业务控制模块215类似的功能。
在一个实施例中，CPU，或者说处理器315对于多个无线电台中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。处理器对于多个无线电台中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。处理器确定连接矩阵，所述连接矩阵包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量以及第一和第二可配置天线的多种配置。存储器316存储所述连接矩阵。天线控制模块321根据连接矩阵，来选择用于第一和第二天线配置的天线配置。
可以使用可被信号处理模块和CPU两者进行访问的公用或共享存储器316。这实现了在CPU和信号处理模块之间有效传输数据分组。
在一个实施例中，天线控制模块321被包括在CPU 314中。天线控制模块确定天线303a-n中的每一个的所需配置，并产生将要被发送到天线系统302的控制信号。在一个实施例中，天线控制模块321在系统的MAC层之上操作。响应于控制信号，一个或多个天线的配置被改变。在一个实施例中，所有天线按照相同的方式被配置。例如，所有天线可以使其增益在相同方向上最大化。另一方面，每个天线可被单独配置。此外，天线可被配置成预定的配置。例如，其中一个天线可被配置成在主方向上提供最大增益，而其他的天线可被配置成在与主方向有预定偏移的方向上提供最大增益。
天线控制模块321可实现例如通过控制线路306a-n与天线系统302的直接或间接通信。可以使用比所示控制线路更多或更少的控制线路。来自天线控制模块321的控制信号可被直接从CPU传给天线系统302，或者可通过无线电系统304的其他元件，比如信号处理模块312或无线电台310a-n来传送。另一方面，天线控制模块321可存在于信号处理模块312上，或者存在于无线电台310a-n中的一个或多个中。
在一个实施例中，天线控制模块321被提供或可以获得通信链路上的每个接收信号和/或发射信号的信号质量度量。可以从MIMO信号处理模块312提供信号质量度量。MIMO信号处理模块具有在提供无线通信设备300和站点之间的通信链路的信号质量度量之前，考虑MIMO处理的能力。例如，对于每个通信链路，MIMO信号处理模块312可以从一种或多种MIMO技术，比如接收分集、最大比合并、空间多路复用等等中进行选择。从信号处理模块接收的信号质量度量，例如数据吞吐量或错误率，可以随所使用的MIMO技术而变。信号质量度量，比如接收信号强度，也可以从无线电台310a-n中的一个或多个供给。通常，无线电台不会考虑MIMO技术，比如空间多路复用。在MIMO系统中，信号质量度量可被用来确定或选择所需的天线配置，如本文所述。
在如上提及的一个实施例中，例如由控制器324或者在MIMO信号处理器312中通过最大比合并来合并无线电台310a-n所接收和/或发射的信号。例如，当条件不允许通过每个无线电台接收(或发射)不同的数据时，每个无线电台发射(或接收)相同的数据。不是选择来自无线电台之一的信号，MIMO信号处理器312和/或控制器324而是可以以加权方式合并接收信号中的一些或全部。在一些情况下，分配给一个无线电台的信号的权重可为零。
所述的方法可在图3的各个功能块内实现，例如，在MIMO信号处理模块312或CPU 314中实现。此外，所述方法或功能可被分解成由图3中描述的多个块执行的组件或模块。在一个实施例中，图3中标记为320的元件被实现成射频卡(例如，MIMO WLAN PCI卡)，所述射频卡通过PCI(外设部件互连)总线与处理器相耦接。
诸如图1中所示的无线网络的无线网络通常借助于向站点120A-D之一传送信息或数据分组的接入点110来工作。本文使用的术语“分组”指的是传送给一个或多个接收者的信息。接入点110还可以偶尔传送预定由全部站点120A-D接收的分组(广播)。此外，接入点110可传送预定由已选的一组站点接收的分组(组播)。另外，希望向接入点110传送分组的站点可以在接入点不进行传送的规定时段中进行传送。这种系统通常在接入点的分组传输之间提供间隙或时隙，在所述间隙或时隙中，希望向接入点发送分组的站点可以进行传送。已提出了多种这样的协议，一些协议已经被标准化。例如，IEEE802.11和IEEE 802.16定义用于站点和接入点之间的这种通信的不同协议。
下述方面可用于定义具有可配置天线系统的接入点110的操作：(1)在接入点工作期间，希望接入点控制其可配置天线系统，使得它总是能够接收来自网络中的所有站点的传输(在预期进行传输的时间内)。(2)此外，希望(最好对上行链路和下行链路两者都)提供最大天线信号强度(增益)，但不是以违反第(1)项的方式来提供。(3)另外，希望使接入点在处理计算以满足第(1)和(2)项时所产生的负担或开销最小。类似的方面可被应用于具有可配置天线系统的站点120A-D：(l)在站点工作期间，希望站点控制其可配置天线系统，使得即使当站点是移动站点时，它也总能够接收来自其关联接入点的传输(在预期进行传输的时间内)。(2)此外，希望(最好对上行链路和下行链路两者都)提供最大天线信号强度(增益)，但不以违反第(l)项的方式来提供。(3)另外，希望使接入点在处理计算以满足第(l)和(2)项时所产生的负担或开销最小。
在一个实施例中，接入点110的可配置天线系统的天线配置或位置的可行集可被定义成(在预期或者允许进行传输的时间内)能够“听到”所有关联站点的可能天线配置的集合。所谓“听到”，指的是站点传送的分组能够被接入点110成功接收。对于具有可配置天线的站点来说，所述可行集是能够听到关联接入点的所有天线配置，或者全向配置。
在图1描述的系统中，站点120A-D中的每一个相对于接入点110位于不同的方向上，并且距离不同。可以为采用所有可能天线配置的站点120A-D中的每一个的通信链路收集信号质量度量。还能够为采用少于所有可能天线配置的站点中的每一个收集信号质量度量。在一个实施例中，可能的天线配置的数目将取决于例如可配置天线系统(例如，方向灵敏天线)和无线网络的配置。
下面的表1示出了站点120A-D中的每一个的信号质量度量的一个例子。在表1的例子中，在接入点110的天线被按照12种配置(对于图1中所示的接入点110来说，存在12种可能的天线配置)中的每一种来进行配置的情况下，对于站点120A-D中的每一个确定信号质量度量。在一个实施例中，在包括多个无线电台和多个可配置天线的MIMO系统中，在多个无线电台和其它设备之间产生的连接的信号度量被排列在连接矩阵中。连接矩阵可包括多个无线电台中的每一个及其相关联的采取多种配置的可配置天线的发射和接收信号质量度量。在另一实施例中，天线可采取预定的配置，连接矩阵包括无线电台和天线的信号质量度量。例如，每个无线电台可有选择地与多个预定天线相连接。

表1
应当注意，许多因素可影响信号质量度量。例如，诸如距离、反射率、路径、多径、干扰、天气、移动目标和固定目标等的因素均可影响信号质量度量。可以使用各种信号质量度量或信号质量度量的组合。例如，可以使用在接入点处接收的来自站点的信号的强度，也可以使用信号的信噪比、错误率和无线电台所用(所选)的前向纠错值。
在多无线电系统(MIMO)发射机/接收机组合中，信号质量度量可以采取传输信道矩阵(也被称为连接矩阵)的形式，所述连接矩阵描述发射/接收路径中的每一个之间的连接。另一方面或者另外，可以在站点处测量或确定信号质量度量，并且该信息被传给接入点。由于信号质量度量可随时间变化，并且可能具有偶然的显著摆动，因此在一个实施例中，使用多点移动平均来计算信号质量度量，以便消除暂时性的显著摆动。例如，在数目固定或者数目可变的测量中，或者在固定时段或可变时段内计算的平均值可被使用。另一方面，在简化的方法中，可以限制来自新测量的对信号质量度量的变化量。例如，可将变化局限于每次新测量不大于百分之十的变化。这将具有与多点移动平均类似的效果，而没有关联的存储器和处理器开销。本文使用的术语“度量”或“信号质量度量”既包含单个信号质量度量，又包含信号质量度量的组合。
再次参见上表1，通过仅仅考虑其中所有站点120A-D(图l)具有高于一定水平的质量度量的天线配置，能够使天线配置的集合变小。根据所需的网络性能和系统特征，可以集体地或针对每个站点确定所述水平。所述水平可因站点而异，并且可随时间而变化，例如，取决于站点当前所需的或者所分配给站点的服务质量(数据速率和/或等待时间)。此外，所用的度量也可以随时间因站点或一组站点而异。例如，由于在网络配置上的变化，这种改变可能是有利的。在一个实施例中，可以设置质量度量的阈值或最小值。例如，足够的质量度量可被设置成高于0的度量值。在本例中，通过利用表1中所列的质量度量，天线配置编号9将不会是天线配置可行集(VS)的成员，因为站点A不具有高于0的度量值。该可行集(除位置编号9之外的所有天线位置)可成为将用于额外性能优化的天线配置的排他集。此外，对一个或多个站点来说，可以使用第二度量。例如，如果信号强度被用作用来定义可行集的信号度量，那么对于具有高的数据速率要求的站点(例如，电视机顶盒)来说，数据吞吐量可被用作第二度量。
在一个实施例中，一旦确定了可行集，接入点在优化可配置天线系统的配置方面具有三种操作状态。当接入点将向站点传送一个或多个分组时，第一种状态存在。在向站点传送分组之前，接入点查找当前可行集内的最高质量连接(最高信号质量度量)，以确定哪种天线配置向该站点提供最高质量或者所需质量的连接。随后，该天线被重新配置成该配置(或者，如果它已处于该配置，则保持配置)。例如，参考图1和上表1，对站点A来说应是天线配置1，对站点B来说应是天线配置6，对站点C来说应是天线配置12，而对站点D来说应是天线配置2。
另一方面，天线可被配置成不一定在可行集中的配置。例如，如果在完成了按照不在可行集中的配置的传输后立即将天线重新配置成可行集内的配置，则这将是可接受的。在本实施例中，可行集定义可接受的接收配置，但是不限制传送位置。这种方法允许使用对于对站点的传输而言是最好或最佳配置的天线配置，即使该配置不在可行集中。
当接入点接收从站点之一传送的分组时，出现第二种操作状态。只要接入点从站点收到分组，接入点随后就把方向灵敏天线重新配置成提供至该站点的最高质量连接的配置。在预料到会有另外的分组从该站点传送时这么做。然而，在站点被分配特定的时间段以向接入点传送分组的无线网络中，这种操作状态会在该时间期间出现，例如，在一些IEEE 802.16实施方式中。如上所述，可以使用第二度量来从可行集中选择或定义提供至该站点的最高质量连接的配置。
第三种状态是当接入点空闲时的状态。当在已知站点和接入点之间不传送分组时发生此状态。在一个实施例中，接入点随后将天线配置成可行状态内的最佳已知静止位置。可以通过评估所有已知站点的总质量度量并选择接入点所接收的信号的总体质量为最高的位置，来确定所述位置。在上表1的例子中，方向灵敏天线的最佳已知静止位置是配置编号6。可使用各种算法或方法来定义最佳已知静止位置。例如，可通过选择没有任何站点低于最小阈值的位置来选择该位置。例如，通过考虑每个站点的最小带宽要求，所述阈值和度量可随站点而变化。例如，正在接收视频流的站点将比空闲的站点要求更高的带宽分配。还可以使用第二度量。可以定义天线的静止位置，以为接收视频的站点要求有助于视频传输的最小质量度量，而对空闲的站点给予低得多的质量度量。于是，根据当前网络要求和特性，例如每个站点的业务种类(例如，视频、因特网协议等)和与每个站点相关联的服务质量(QoS)，来选择静止位置是有利的。另一方面，在MIMO系统中，静止位置可以是提供全向或近全向总模式的总天线配置(所有无线电台的组合)。这会使无线电信道中的每一个受益于定向天线的高增益，并且仍然保证所有输入信号的方向被天线方向图覆盖。
在一个实施例中，为了使接入点的处理器上的开销或负担最小化，只要在站点和接入点之间出现正常业务，就可捕获信号质量度量。此外，接入点可以“扫描”以收集完全填充可行集所需的信号质量度量。可以通过传送请求回复或传输的消息来实现扫描。根据无线网络的特性，可以选择扫描的频率以及扫描哪些站点。例如，与具有较高信号质量度量的站点相比，可以更频繁地扫描具有较低信号质量度量的站点。此外，具有较低业务率或者自发生业务以来时间最长的站点将是首先要被扫描的站点。此外，当观察到信号质量度量显著或频繁地改变时，例如，在高反射环境、多径环境和具有许多移动对象的地方，可以更频繁地对整个系统进行扫描。在正常业务期间捕获信号质量度量还可以包括将天线配置成不同的可接受的(但非最佳的)配置，以便捕获其他配置的信号质量度量以及减少扫描的需要。例如，参见上表1，站点A可以定期或间或按照除配置9之外的任何配置进行正常业务的通信，以便捕获那些不同配置的信号质量度量，即便在可行集中其最佳配置为配置1。
除了接入点的可配置天线系统的配置以外，接入点所传送的信号的功率(以及站点所传送的信号的功率)也可以变化，以优化无线网络的操作。在许多无线网络中，改进的传输特性允许较高的数据传输速率。例如，IEEE 802.lla和g(以及草案n)规定，使用具有不同数据吞吐率的不同数据编码机制，例如OFDM(正交频分复用)(取决于传送信号的质量)以不同的速率传输数据。随着可配置天线系统的配置改变传送信号的功率可导致通过无线网络的数据传输的进一步优化。例如，可为每个站点选择实现最高吞吐量的最低发射功率电平。这种方法可以降低与其他附近网络的干扰。例如，利用高于实现最高可能比特率编码所需的功率电平来发送信号可能会不必要地导致与其他相邻或附近网络的干扰。此外，改变从接入点传送的信号的功率能够防止向附近(而不是较远)的站点发射过强的信号，向附近站点发射过强的信号在特定情况下可能导致失真以及降低信号质量。
图4是就优化天线配置而论，接入点110的操作实施例的流程图。如上文结合图1所述，接入点可以具有三种操作状态，这三种操作状态可被认为是与优化或选择天线配置有关的正常操作。上文把这些状态描述成是当接入点将要向站点传送分组时的状态，当接入点从站点接收分组时的状态，以及当接入点空闲时的状态。这些状态被包括在图4的“正常操作”410和430内。在一些时间间隔中，接入点执行允许它确定最佳天线配置的操作。该过程被称为天线优化，由方框420表示。下面更详细地描述确定应当何时进行天线优化。如图4的流程图中所示，在完成天线优化420之后，接入点随后返回正常操作430。在接入点的整个操作过程中继续正常操作和天线优化之间的循环。然而，在一个实施例中，可以中断天线优化，以便不干扰服务质量，随后在满足了服务质量承诺之后恢复天线优化。
通过选择天线位置或配置来开始天线优化，如方框422所示。然后，天线被设置成该配置，并对于通过采用该配置的天线的一次或多次传输，测量信号质量度量，如方框424所示。在步骤424中，还可以确定用于向站点进行发射的适当功率电平。在一个实施例中，通过从接入点向站点发送轮询请求，并在接入点处接收来自被轮询站点的响应，对于单个站点测量信号质量度量。另一方面，可在该步骤中测量一个以上站点的信号质量度量。
如判定框426所示，接入点随后确定是否应当针对另外的天线配置重复该过程。用于所述确定的准则可包括，例如，分组是否在接入点进行备份以便传输，在执行评估时所花费的时间的总量，以及客户端数目与已得到的质量度量水平的关系。如方框428所示，随后根据新的测量结果来重新评估在天线优化期间对其测量信号质量度量的任意站点的最佳位置，以识别用于该站点的最佳天线配置。
另一方面，接入点可依次按照可能配置中的每一种来传送分组(最好是允许的最小类型分组)。站点中的一个或多个随后能够确定哪种配置对它们来说是最好的。所述一个或多个站点随后可把该信息传给接入点。当站点具有可配置的天线系统时，这也可反过来进行，以允许站点确定其最佳配置。接入点可把用于每个站点的最佳天线配置存储在存储器中，稍后当它需要与站点中的任意一个进行通信时，使用所存储的最佳天线配置。
当站点使用可配置天线系统时，可能存在这样的问题：站点和接入点有机会相互锁定或者选择“最佳配置”，同时不按照性能最高的正确(或最佳)天线配置来指向。例如，当接入点和站点被用于桥接模式(或者被称为基础设施模式)时可能会发生这种情况。因此，在一个实施例中，站点被配置成按照如下来操作。在唤醒或初始化之后，站点工作于伪全向模式下，此时所有的天线元件均被启用。另一方面，站点的天线被配置成提供最佳的可能全向模式。站点然后等待发生与接入点的关联。站点按照相同的天线配置继续工作，直到接入点完成了两个天线优化(420)循环为止。然后，站点可以进行它自己的优化。站点进行优化的周期被选择为接入点的优化周期的非整数(至少被加倍，以允许发生2次AP扫描)。该过程允许接入点首先确定当站点处于全向模式时指向站点的最佳方向，然后只有在接入点已经优化之后才允许站点进行优化。这还将使接入点和站点在其优化循环中重叠的机会最小化。
图5是表示接入点(比如图1中所示的接入点)关于天线优化和正常操作的操作的一个实施例的时间线。与上表1中所示的系统不同，在图5中，方向灵敏天线只有8种可能配置。在上面的时间线中用时间段510、520和530表示天线优化过程。下面的时间线是时间段510的扩展视图。
在天线优化过程中，常规的数据业务被停止，以便不影响信号质量度量测量。数据业务的这种中断可被视为由天线优化引起的开销。天线优化过程导致的开销量取决于执行该过程所需的时间量(持续时间)和在重复该优化过程之间所消耗的时间量(周期或频率)。

通常，优化持续时间等于测量每种天线配置的信号质量度量所需的时间量的总和。优化过程的持续时间可随站点的数目和诸如超时之类的其他因素而改变。当接入点向站点传送请求(例如，轮询请求，预期站点会响应该请求)，并且在预定的超时周期内没有收到响应时，会发生超时。在图5中所示的例子中，对于天线配置1-8测量信号度量所需的时间分别是3毫秒、2毫秒、4毫秒、5毫秒、2毫秒、2毫秒、4毫秒和2毫秒。因此，天线优化过程需要24毫秒。如果优化周期之间的时间是4秒，那么开销是24/(4000+24)×100％＝0.6％开销。优化持续时间和优化周期是可调参数。它们可被设置和调整，使得施加在接入点上的开销将不会超过所需或所选值。
在一个实施例中，当接入点具有多个关联站点时，在一个优化周期内只对一个站点执行天线优化过程。可依次或按照其他准则，对每个站点进行天线优化过程，例如，对与其它站点相比信号随时间变化较多的站点更频繁地进行天线优化过程，或者对具有极强信号的站点不太频繁地或者根本不进行天线优化过程。
图6A和6B是表示在图6A中的具有两个站点的系统，和图6B中的具有三个站点的系统中进行的天线优化的时间线。两个时间线的比例相同。比较图6A和图6B表明，每个优化周期对一个站点进行天线优化过程，以及依次对每个站点进行优化使得对于单个站点的优化周期随着站点被加入到无线网络中而增大。例如，如果优化周期是2秒，在由图6A的时间线表示的系统中，每单个站点的优化周期是4秒。在由图6B的时间线表示的系统中，每个站点的优化周期增加到6秒。
因此，在确定对哪个站点进行优化时，考虑其他因素会是有利的。例如，一旦对所有站点确定了天线优化过程，那么分析这些数据就可以确定某些站点相对于接入点被这样定位，使得其信号质量度量对于所有天线配置来说都足够高，从而不必再对该站点运行天线优化过程，或者将只需要对该站点很少地运行天线优化过程，或者可在正常业务过程中检测到信号质量度量的显著下降时运行天线优化过程。这种方法减小了必须例行对其进行天线优化过程的站点的数目，因此能够增大对剩余站点进行天线优化过程的频率。为了进一步增大天线优化的效率，从而降低天线优化对接入点施加的开销量，通过利用下述修改中的一个或多个，可进一步使整个天线优化过程流水线化。通过不测量或者不频繁测量在统计上已显示出较低或较高度量的位置，能够减少每个优化过程测量的天线配置的数量。还可以在优化过程中跳过持续预定的时间段不活动的站点。
图7是关于天线系统的配置的接入点的一个操作实施例的更详细状态图。接入点开始于空闲状态710。在空闲状态710下，还没有站点与接入点关联或向接入点注册。例如，当接入点被首先初始化时会出现这种状态。当接入点处于空闲状态710时，它连续扫描可用天线配置中的每一个。例如，它可以用每种配置300毫秒的时间，将天线系统配置成可用配置中的每一种，并继续以循环这些配置，直到检测到站点为止。另一方面，天线系统可以保持在单一配置，例如全向配置，直到检测到站点为止。
一旦检测到第一个站点，并且该站点与接入点关联或向接入点注册，接入点便转到通过状态720。在通过状态720下，如下处理从站点接收的分组。所有接收的分组只是被继续路由。例如，在接入点是无线路由器(比如DSL路由器)的实施例中，接收的分组将被传给DSL连接。接入点不考虑用于发射站点的最佳配置。另一方面，当从站点收到分组时，天线系统随后可被切换到向该站点提供最佳连接的配置，或者被切换到被定义为该站点的最佳配置的配置(例如，考虑除来自该站点的信号的质量之外的其他因素)。
在通过状态720下，如下处理接入点传给站点的分组。当准备好传送分组时，天线系统被配置成向该站点提供最好通信链路的配置，然后接入点转到发送状态730。
在只有一个站点与接入点关联的一个实施例中，在大多数时间，接入点按向该站点提供最好连接的配置来保持天线系统。然而，由于该配置可能阻止其他站点与接入点关联或向接入点注册的能力，因此在从关联站点没有收到分组或者没有分组被传送给关联站点的时间段中，接入点可被配置成定期将天线系统配置成一个或多个不同的配置。例如，它可以将方向灵敏天线配置成在与一个关联客户端的配置相反的方向上提供增益的配置。
当接入点处于发送状态730时，从站点接收的所有分组立即被继续路由。依据传输业务的性质而不同地对待向外传送的分组。当没有排队的分组(在接入点等待被传送的分组)，并且所有向外分组指向同一站点时，它们被立即发送。一旦检测到要被传给另一站点的第一个分组，接入点就开始对待传送的分组进行排队。在一个实施例中，为收到给其的传送分组的每个站点建立一个单独的队列。另一方面，可根据天线配置来建立队列。例如，如果两个站点具有相同的优选天线配置，那么它们的分组将存储在同一队列中。接入点随后选择已经收到了传送分组的队列中的一个，并传送预定数目的这些分组。在传送这些分组之前，天线系统被配置成对该站点(或多个站点)来说最佳的配置。一完成那些分组的发送，接入点就选择用于分组已被排队了的下一个站点的下一个传送队列，并传送全部这些分组，直到预设的最大数目为止。在该传送之前，再次将方向灵敏天线配置成向该站点(或多个站点)提供最好连接的配置。继续该过程，直到全部排队分组都已被传送为止。
此外，在包括服务质量(QoS)的系统中，当确定应当传送哪个队列，以及应当传送队列中的多少分组时，接入点还考虑与分组和/或站点关联的QoS。接入点还可考虑改变天线系统的配置(作为该过程的一部分)所需的时间长度，例如，在各个分组的传输之间是否能够重新配置天线而不导致不可接受的性能降低。在具有QoS的系统中，接入点根据系统的QoS方案，在移到一个不同的队列之前，选择要传送哪个队列，以及应当传送该队列中的多少分组。换句话说，分组传输的优化取决于与分组关联的QoS。
此外，接入点可以为多播和广播保持单独的队列。被广播的分组(预定由所有站点接收)保持在广播队列中，天线系统被配置成当传送该队列时，向所有站点提供最佳总体传输的位置(例如，空闲位置)。多播分组是预定用于所选站点组的分组。用于传送多播分组的天线配置最好是对于一组预定接收者，使传输质量达到最佳的天线配置。因此，用于传送多播分组的天线配置将取决于预定向其提供分组的站点。
一旦所有队列已空，接入点就转到通过状态720。当接入点处于发送状态时，它定期确定是否应当开始优化过程。当它确定应当开始优化过程时，它转到优化状态740。例如，优化可被安排成基于固定周期地进行。另一方面，优化过程的时间可以是动态的，以便将由优化过程引起的开销保持在预定值之下。另一方面，接入点可以从通过状态720转到优化状态740。同样，优化可以是按照计划的，也可以是动态的。
在优化状态740，接入点选择将对其进行优化过程的站点。上面描述了可以进行所述确定的方式。然后，接入点测量在允许的天线配置中的每一种下的链路质量，重新计算天线位置的可行集，并确定用于该站点的最佳可行位置。随后，根据是否有未完成的传送分组，接入点或者转到通过状态，或者转到发送状态。当接入点处于优化状态时，要传送的所有输入分组被置于队列中。
图8A是无线通信设备800的备选实施例的功能方框图。例如，无线设备可以是无线路由器、站点或客户端设备、或者固定或移动接入点、或者其它种类的无线通信设备。无线设备800采用MIMO(多入多出)技术。
无线设备800包括包含4个定向天线的天线系统。下面说明天线系统的例子。在一个实施例中，定向天线中的每一个的方向图几乎互斥。例如，每个天线元件可被配置成主要覆盖一个象限。另一方面，可以使用具有互斥或者几乎互斥的方向图的两个相对天线元件。天线元件802a和802b与第一开关系统804a耦接。类似地，天线元件802c和802d与第二开关系统804b耦接。开关804a和804b可以分别在其关联的无线电收发机806a和806b的发射和接收路径之间切换。另外，开关804a和804b可以在其两个关联的天线之间切换。按照这种方式，每个无线电台的发射和接收路径可以在任意时间点与两个天线之一相耦接。基带或MIMO处理器808与无线电台中的每一个相耦接，并向开关中的每一个提供控制信号。然而，用于控制开关的功能也可在无线电台中实现。本文描述的方法可以在基带处理器或者无线电台中实现，以确定在什么时候使用哪个天线。
图8B是在图8A中描述的无线设备的备选实施例的功能方框图。图8B中描述的系统利用三个无线电台806a、806b和806c，而不是图8A中所述的两个。
无线设备包括包含4个定向天线的天线系统。下面说明天线系统的例子。在本实施例中，第一开关系统804a与天线元件802a和分集开关804c耦接。类似地，第二开关804b与天线元件802d和分集开关804c耦接。分集开关804c与天线元件802b和802c耦接，并与发射/接收开关805耦接。发射/接收开关805在无线电台806c的发射和接收路径之间切换。这种安排便于无线电台806a与天线元件802a或802b耦接，无线电台806b与天线元件802c或802d耦接，无线电台806c与天线元件802b或802c耦接。基带或MIMO处理器808实现这样的过程：分配优先级和解决无线电台之间的冲突。例如，无线电台806c可首先选择天线元件802b和802c。随后使未被选择的天线元件可供相关的其它无线电台使用。在备选实施例中，分集开关被配置成允许无线电台806a和806b接入天线802b和802c任意之一。本文说明的方法可在基带处理器或者无线电台中实现，以确定在什么时候使用哪个天线。
对于结合图8A和8B描述的各个实施例来说，可以使用更多或更少的天线元件，以便能够在无线电台和天线元件之间进行不同的切换组合。
图9是示出图2的功能元件，加上针对在可配置天线的控制不与射频卡220的功能紧密结合情况下的实施例描述的CPU的功能的其他细节的功能方框图。可配置天线控制模块(CAC模块)902被示为插入在射频卡驱动器904和数据业务控制器906之间。CAC模块902提供卡驱动器904和数据业务控制器906之间的接口和控制层。
CAC模块902可被视为一种分组处理器。CAC模块能够截取所有输入和输出分组，并根据上面结合图1-9描述的方法的要求来处理这些分组。CAC模块能够修改分组、延迟分组、改变传输顺序等。所有这些动作可被分解成对分组执行的几种基本功能(例如，发送、放置到队列中等)。
在一个实施例中，CAC模块902执行下列功能：
与传输流相关的功能：从数据业务控制器906接收待发分组；根据所需传输定时，将(从数据业务控制器接收的)待发分组传给射频卡驱动器904；向数据业务控制器906通知发送分组的状态；形成供传输的专有分组(例如，作为优化过程的一部分而发送的分组)；将生成的专有分组传给射频卡驱动器904(以便通过空中传输)；
与接收流相关的功能：从射频卡驱动器904接收输入的分组；筛选出(从射频卡驱动器接收的)专有输入分组，并处理这些分组(例如，具有信号质量度量信息的分组，和对用作上述优化过程的一部分的轮询请求的响应)；将输入的数据分组(非专有的所有分组)传给数据业务控制器906。
其它操作：根据结合图1-9描述的方法形成/产生天线控制命令；将天线控制命令传给可配置天线系统602(直接或间接地)；从数据业务控制器906接收命令(例如，配置选项和对特定信息的请求)；以及将特定信息(例如，与操作模式相关的信息、统计数据等)传给数据业务控制器906。
图10是当被配置成接入点时，在图8A和8B中描述的系统的操作期间使用的各种队列的图形表示。当分组被CPU 214接收到以便通过射频卡220传输时，这些分组从数据业务控制器906被传给CAC模块902。共享队列1002可被射频卡驱动器904和CAC模块902访问。例如，共享队列1002可位于图2中所示的共享存储器216中。MAC队列1004通常位于射频卡220上，并且是分组在被传输之前所存储的位置。CAC模块902保持总体表示成1006的一系列队列。CAC队列包括用于与无线设备关联的每个站点的一个队列，和用于将要广播给所有站点的分组的一个队列。此外，CAC模块902可以保持用于一个或多个多播组的队列。通常，通过小心地控制将分组置于共享队列1002中，CAC模块能够控制射频卡220传输分组的定时。这使得CAC模块能够通过其对可配置天线系统602的控制，对分组的传输进行协调。
在一个实施例中，当无线设备被配置成接入点，并且只有一个关联站点时，CAC模块能够直接把待传送分组发送到共享队列中而不进行排队。当CAC模块正在优化天线(如上结合图1-9所述)时，分组被置于与该站点相关的队列中，直到优化完成为止。当完成优化过程时，CAC模块把所有排队的分组发到共享队列1002以便传输。射频卡驱动器1004负责把分组从共享队列1002传到射频卡220。
当无线设备被配置成接入点，并且具有多个关联或注册站点时，CAC模块对待传送分组的处理更复杂。CAC模块利用下述准则中的一个或多个，判断是把输入分组发给共享队列1002，还是将其存储在它的内部队列1006之一中：当前天线位置，用于分组的接收者(站点)的最佳天线位置，在当前天线位置到接收者的链路质量，以及是否已有关于其他站点进行排队的分组。下面将提供CAC模块的操作的各种例子。
在CAC模块没有把分组存储在其任何内部队列1006中任何一个的情况下，当收到给某个站点的分组时，该分组立即被发送到共享队列1002。此外，当接收到对于这样的不同站点的分组时：对当前的天线配置来说，该站点具有足够高的信号质量度量，这些分组也将被立即传到共享队列1002，因为不会为了传输这些分组而将重新配置天线。然而，当接收到对于这样的站点的分组：该站点要求重新配置天线系统以便传输，并且当CAC模块还未收到共享队列中的全部分组已被传送的通知时，这样的输入分组被存储在与该站点关联的队列中。一旦分组被置于内部队列1006之一中，CAC模块接收的所有后续分组就被置于队列中，同时为每个接收者(站点)保持一个单独的队列。这种排队使得CAC模块能够保持分组的顺序接近数据业务控制器1006接收分组的顺序，以便对数据流的影响最小化。
一旦CAC模块接收到这样的通知：它先前置于共享队列1002中的所有分组已被传送，CAC模块就把天线系统202引导到与在队列中时间最长的分组关联的站点的配置。这些分组随后被传给共享队列1002。此外，还把也可按相同配置传送的对于站点的分组传到共享队列。一且CAC模块收到它传给共享队列的所有分组已被传送的通知，它就对存储在队列中时间最长的分组重复该过程。
图11是操作无线通信设备的实施例的流程图。例如操作图1-3和8-11的无线通信设备。无线通信设备包括多个无线电台和多个可配置天线系统。流程开始于方框1102，其中确定无线通信设备中的第一无线电台和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。针对具有第一可配置天线系统的第一无线电台确定信号质量度量，同时天线系统被按照多种配置进行配置。流程前进到方框1104，其中确定无线通信设备中的第二无线电台和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。针对具有第二可配置天线系统的第二无线电台确定信号质量度量，同时天线系统被按照多种配置进行配置。
流程进行到方框1106，其中确定连接矩阵。连接矩阵包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量，以及第一和第二可配置天线的多种配置。流程进行到方框1108，其中利用连接矩阵来选择用于第一和第二天线的天线配置。
在一个实施例中，第一和第二无线电台可以相对于站点发射和接收独立的数据流。在另一实施例中，第一和第二无线电台可以向站点发射相同的数据流。在又一个实施例中，第一无线电台可以向第一站点发射第一数据流，同时第二无线电台向第二站点发射第二数据流。在再一个实施例中，第一无线电台可以向第一站点发射数据，而第二无线电台接收第一站点的数据。
当无线通信设备正在发射或者未发射时，可以配置第一和第二可配置天线系统。确定信号质量度量可包括发送轮询请求。
在一个实施例中，无线通信设备对于多个无线电台中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，重复确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。对于多个无线电台中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，重复确定无线通信设备和多个站点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。并更新连接矩阵。可以所需间隔，或者当确定信号度量的变化量大于预定量时，进行这种重复、重复和更新。
图12是操作无线通信设备的实施例的流程图。例如，操作图1-3和8-11的无线通信设备。该无线通信设备包括多个无线电台和多个天线。流程开始于方框1202，其中对于具有第一天线的第一无线电台确定信号质量度量。流程进行到方框1204，其中对于具有第二天线的第二无线电台确定信号质量度量。
流程进行到方框1206，其中通过向由第一和第二无线电台发射和接收的信号分配不同的权重，来选择无线通信设备的总天线增益。
在一个实施例中，第一和第二天线是可配置的。在另一实施例中，第一和第二天线具有预定配置。所述预定配置可包括预定的定向增益模式。第一和第二天线的预定定向增益模式能够覆盖不同的方向。
在一个实施例中，分配不同的权重包括对无线电台所接收的信号应用最大比合并，或者对无线电台所发射的信号应用基于信号质量的权重，或者用于分配权重的其它技术。
在一个实施例中，无线设备是接入点。在另一实施例中，无线设备是站点。
图13是操作站点的实施例的流程图。例如，操作图1-3和8-11的站点。站点包括多个无线电台和多个可配置天线。流程开始于方框1302，其中对于站点中具有采用多种配置的第一可配置天线系统的第一无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。流程进行到方框1304，其中对于站点中具有采用多种配置的第二可配置天线系统的第二无线电台，确定站点和接入点之间的连接的多个发射和接收信号质量度量。
流程进行到方框1306，其中确定连接矩阵，所述连接矩阵包括第一和第二无线电台的发射和接收信号质量度量，以及第一和第二可配置天线的多种配置。流程进行到方框1308，其中利用连接矩阵来选择用于第一和第二可配置天线的天线配置。
在一个实施例中，第一和第二无线电台相对于接入点发射和接收独立的数据流。在另一实施例中，第一和第二无线电台向接入点发射相同的数据流。另外，确定传输信号质量度量包括接收轮询请求。
上面说明了本发明的各种例证实施方式。然而，本领域普通技术人员明白，另外的实施方式也是可能的，并且在本发明的范围之内。
因此，本发明并不局限于上面说明的这些实施方式。本领域技术人员会认识到，结合上面说明的附图和本文描述的实施方式，所述的各个例证模块和方法步骤通常可被实现成电子硬件、软件、固件或者它们的组合。为了清楚地举例说明硬件和软件的可互换性，上面一般地就各种例证模块和方法步骤的功能性来对其进行描述。这种功能性是实现成硬件还是软件取决于对整个系统施加的特定的应用和设计限制。本领域技术人员可以对每种特定应用以不同方式实现所述的功能，然而这种实施方式的决策不应被解释成导致脱离本发明的范围。此外，模块或步骤内功能的分组是为了便于说明。特定的功能可从一个模块或步骤移到另一个模块或步骤，而不脱离本发明。
此外，可用通用处理器、数字信号处理器(“DSP”)、专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)或其他可编程逻辑器件、离散的门或晶体管逻辑电路、离散的硬件组件或设计用于实现本文描述的功能的它们的任意组合，实现或执行结合本文公开的实施方式所说明的各个例证模块和方法步骤。通用处理器可以是微处理器，然而在备选方案中，通用处理器可以是任意处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器还可被实现成计算器件的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP内核相结合的一个或多个微处理器、或者任何其它的这种配置。
另外，可直接用硬件、由处理器执行的软件模块、或者这二者的组合来具体实现结合本文公开的实施方式来说明的方法或算法的步骤。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可拆卸磁盘、CD-ROM或者包括网络存储介质的任何其他形式的存储介质中。例证的存储介质可以与处理器耦接，以致处理器可以相对于存储介质读出和写入信息。在备选方案中，存储介质可以与处理器集成。处理器和存储介质也可以驻留在ASIC中。
为了使本领域技术人员能够实现或使用本发明，提供了所公开的实施方式的上述说明。对本领域技术人员来说，对这些实施方式的各种修改是显而易见的，本文公开的一般性原理可应用于其它实施方式，而不脱离本发明的精神或范围。从而，应当理解，本文给出的描述和附图代表本发明的例证实施方式，从而，代表本发明广泛预期的主题。应当理解，本发明的范围完全包含其它的实施方式，因此，本发明的范围仅仅由附加的权利要求来限定。