多组阵列天线的切换方法及应用该方法的电子装置

技术领域

本发明是有关于一种多阵列天线的切换方法及应用该方法的电子装置。

背景技术

随着5G通信时代的到来，毫米波(millimeter wave)、波束成形(beam forming)与阵列天线(antenna array)受到重视。一般来说，毫米波的传送与接收需要使用阵列天线与波束成形技术。藉由波束成形技术传送的毫米波的信号容易受到障碍物的遮挡而导致接收端无法接收到信号或是无法解析接收到的信号。针对上述问题，目前的做法是在接收端设置多组阵列天线来进行接收。然而，现有技术对于多组阵列天线之间的切换存在功率消耗大及耗费时间长的缺点。

发明内容

本发明的一方面公开一种电子装置。电子装置包括多组阵列天线、一储存单元及一运算单元。各阵列天线包括一功率检测单元及用于波束成形的多个天线单元。储存单元用以储存一角度对照表。运算单元耦接至所述多组阵列天线及储存单元，且被配置用以执行：开启所述多组阵列天线，并藉由各阵列天线的功率检测单元取得一波束信号对应于各阵列天线的一接收功率；关闭对应于具有所述接收功率中最大者以外的阵列天线，并根据所述接收功率计算对应于未开启的各阵列天线的一第一功率比例参数；藉由开启的阵列天线接收波束信号，并计算波束信号对应于开启的阵列天线的一第一信道信息；根据对应于开启的阵列天线的第一信道信息得到接收波束信号的一或多个路径的一或多个第一增益、一或多个第一延迟及一或多个第一入射角、对应于未开启的各阵列天线的第一功率比例参数及角度对照表计算对应于未开启的各阵列天线的一第一虚通道信息；以及根据第一通道信息及所述第一虚通道信息选择所述多组阵列天线其中之一开启，并关闭其他的阵列天线。角度对照表记载所述多组阵列天线对于相同的一入射波束信号的一入射角转换关系。

本发明的另一方面公开一种多阵列天线的切换方法，由一电子装置的一运算单元执行。切换方法包括：开启电子装置的多个阵列天线，并藉由各阵列天线的一功率检测单元取得来自一波束信号对应于各阵列天线的一接收功率；关闭对应于具有所述接收功率中最大者以外的阵列天线，并根据所述接收功率计算对应于未开启的各阵列天线的一第一功率比例参数；藉由开启的阵列天线接收波束信号，并计算波束信号对应于开启的阵列天线的一第一信道信息；根据对应于开启的阵列天线的第一信道信息得到接收波束信号的一或多个路径的一或多个第一增益、一或多个第一延迟及一或多个第一入射角、对应于未开启的各阵列天线的第一功率比例参数及一角度对照表计算对应于未开启的各阵列天线的一第一虚通道信息；以及根据第一通道信息及所述第一虚通道信息选择所述多组阵列天线其中之一开启，并关闭其他的阵列天线。角度对照表记载所述多组阵列天线对于相同的一入射波束信号的一入射角转换关系。

附图说明

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下：

图1绘示根据本发明一实施例的电子装置的方块图。

图2绘示根据本发明一实施例的多阵列天线切换方法的流程图。

图3绘示第一入射角与第二入射角的示意图。

附图标记列表

10：电子装置

102：运算单元

104：储存单元

106a～106d：阵列天线

S201～S213：步骤

θ

具体实施方式

请参照图1，图1绘示根据本发明一实施例的电子装置的方块图。电子装置10可例如是一智能型手机或一平板计算机等可携式电子装置。电子装置10包括一运算单元102、一储存单元104及多组阵列天线106a～106d。

运算单元102例如是中央处理单元(central processing unit，CPU)，或是其他可程序化之一般用途或特殊用途的微控制单元(micro control unit，MCU)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、图形处理器(graphics processing unit，GPU)、算数逻辑单元(arithmetic logic unit，ALU)、复杂可编程逻辑装置(complex programmable logic device，CPLD)、现场可编程逻辑闸阵列(field programmable gate array，FPGA)、专用目的的通信芯片或其他类似组件或上述组件的组合。

储存单元104耦接运算单元102。储存单元104例如是随机存取存储器(randomaccess memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、闪存(flash memory)、相变化存储器、硬盘(hard disk drive，HDD)、缓存器(register)、固态硬盘(solid state drive，SSD)或类似组件或上述组件的组合。储存单元104用以储存一角度对照表。角度对照表记载所述多组阵列天线两两之间的多个角度差异参数。关于角度对照表的细节将于下文详述。

阵列天线106a～106d耦接至运算单元102。各个阵列天线106a～106d可包括多个天线单元(未绘示)及一功率检测单元(未绘示)。天线单元以阵列方式设置，用以实现波束成形。功率检测单元检测一波束信号的接收功率。在一实施例中，功率检测单元以降采样(down sampling)的方式检测来自一传送端(例如一基站)的波束信号的接收功率或是传送端的波束信号经过反射/折射后的波束信号。在本实施例中，阵列天线的数量是以四个为例，然而在其他实施例中阵列天线的数量可为大于一个的任意数量。在一实施例中，各阵列天线的天线单元的数量可为大于一个的任意数量。此外，本发明并不限定阵列天线设置的位置。

在一实施例中，电子装置10可以是具有毫米波通信的电子装置，其通过天线阵列106a～106d来传送与接收毫米波信号。

在一实施例中，电子装置10的天线阵列106a～106d彼此之间距离很小，因此对于同一个信号，天线阵列106a～106d可视为通过相同的一或多个传播路径来接收，但是每一天线阵列106a～106d所接收到的信号的入射角度会因阵列天线106a～106d的位置配置而有所不同。另一方面，用户在使用电子装置10时，可能会因手握电子装置10而导致某些天线阵列接收到的信号能量降低。

请参照图2，图2绘示根据本发明一实施例的多阵列天线的切换方法。此切换方法可应用于电子装置10，并由运算单元102执行。

S201中，运算单元102开启阵列天线106a～106d，并藉由各阵列天线106a～106d的功率检测单元取得一波束信号对应于各阵列天线106a～106d的一接收功率。在以降采样的方式取得接收功率的例子中，假设波束信号包括十个位，阵列天线106a的功率检测单元可取波束信号的其中二个位来检测对波束信号应于阵列天线106a的功率；阵列天线106b的功率检测单元可取波束信号的其中二个位来检测对波束信号应于阵列天线106b的接收功率，其余以此类推。波束信号对应于阵列天线106a、106b、106c及106d的接收功率分别为RPa、RPb、RPc及RPd。需要注意的是，上述降采样仅为示例而已，本发明并不限定取得接收功率的方式。

S203中，运算单元102关闭对应于具有所述接收功率中最大者以外的阵列天线，并根据所述接收功率计算对应于各个未开启的阵列天线的一第一功率比例参数。举例来说，假设波束信号对应于阵列天线106a的接收功率RPa为步骤S201中取得的四个接收功率RPa～RPd中的最大者，则运算单元102会维持阵列天线106a开启，并关闭阵列天线106b～106d。接着，运算单元102会计算对应于各个未开启的阵列天线106b～106d的接收功率相对于对应于阵列天线106a的接收功率的一比例，做为对应于各个未开启的阵列天线106b～106d的第一功率比例参数。举例来说，运算单元102可藉由将对应于阵列天线106b的接收功率除以对应于阵列天线106a的接收功率来得到对应于阵列天线106b的第一功率比例参数p

步骤S201可用来初步估计出哪一个阵列天线接收到的波束信号具有最高的接收功率。步骤S203可用来选出首先开启哪一个阵列天线，并估计出未开启的阵列天线的接收功率与开启的阵列天线的接收功率之间的比例关系。

S205中，运算单元102藉由开启的阵列天线接收波束信号，并计算波束信号对应于开启的阵列天线的一第一信道信息。补充说明的是，运算单元102藉由开启的阵列天线接收波束信号通过信道估测算法而得到第一信道信息H

其中L为接收到波束信号的路径数量，g

S207中，运算单元102根据对应于开启的阵列天线的第一信道信息得到波束信号的第一增益、第一延迟、第一入射角、对应于各未开启的阵列天线的第一功率比例参数及角度对照表计算对应于各未开启的阵列天线的一第一虚通道信息。进一步来说，可根据开启的阵列天线的第一信道信息的第一增益、第一延迟以及第一入射角，与对应于各未开启的阵列天线的第一功率比例参数及角度对照表的角度差异参数，计算对应于各未开启的阵列天线的一第一虚通道信息。在一实施例中，可根据下式计算对应于各未开启的阵列天线的第一虚通道信息H

其中，L为接收到波束信号的路径数量，g

角度差异参数θ

表一

表一为根据本发明一实施例的角度对照表的部分内容，其中θ

也就是说，角度对照表记载有所述多组阵列天线对于相同的一入射波束信号的一入射角转换关系。在一实施例中，角度对照表可以在出厂前预先配置于电子装置10。在电子装置10出厂前，角度对照表可以藉由同时开启所有阵列天线，并根据各个阵列天线接收同一个入射波束信号的入射角的差异，再以不同入射角的入射波束信号重复上述动作来建立。举例来说，以图1的电子装置10为例，阵列天线106a-d分别位于电子装置10的四边上，若每一阵列天线106a～106d为一维的天线，其信号接收角度的范围约为0-180度，对于同一个波束信号，阵列天线106a与阵列天线106c会检测到相似的入射角，阵列天线106b与阵列天线106d会检测到相似入射角。在不断地改变波束信号的入射角并进行量测及记录后，便可得到完整的角度对照表。

步骤S207可用来在只开启一个阵列天线的情况下，藉由估计及查表的方式得到未开启的阵列天线的第一虚通道信息。

S209中，运算单元102根据第一信道信息及所述第一虚通道信息开启阵列天线其中之一，并关闭其他的阵列天线。在一实施例中，运算单元102可将第一通道信息及所述第一虚通道信息分别转换成一接收信噪比(received signal to noise ratio,RSNR)，并根据对应于各个阵列天线的RSNR选择要开启的阵列天线。举例来说，运算单元102可开启阵列天线中具有最大的RSNR者，并关闭其他阵列天线。举例来说，假设在步骤S201中初步估计出阵列天线106a具有最大的接收功率，然而藉由步骤S209得知阵列天线106b具有最大的RSNR，则在步骤S209中阵列天线106b会被开启，阵列天线106a会被关闭，阵列天线106c、106d维持关闭。在上述的例子中，步骤S205所指的开启的阵列天线为阵列天线106a，步骤S209所指的开启的阵列天线则为阵列天线106b，即运算单元102有执行切换开启的阵列天线的操作。在另一个例子中，假设在步骤S201中初步估计出阵列天线106a具有最大的接收功率，而藉由步骤S209得知阵列天线106a具有最大的RSNR，则在步骤S209中阵列天线106a会维持开启，阵列天线106b～106d维持关闭，也就是步骤S205与步骤S209所指的开启的阵列天线是相同的。信道信息转换为RSNR的方式可采用本领域中常用的计算方式，本发明不予以限定。

S211中，运算单元102藉由开启的阵列天线接收波束信号，并计算波束信号对应于开启的阵列天线的一第二信道信息。补充说明的是，运算单元102藉由开启的阵列天线接收波束信号，通过信道估测算法而得到第二信道信息，并根据第二信道信息通过算法，例如牛顿正交匹配追踪算法(Newtonized orthogonal matching pursuit，NOMP)算法，解析推得对应于接收波束信号的每一路径的一第二增益、一第二延迟及一第二入射角(共L个路径)。步骤S211是选择性执行的，当步骤S209开启与步骤S205不同的阵列天线时，即切换开启的阵列天线时，步骤S211及步骤S213才会被执行。步骤S211与步骤S205是类似的，差异在于运算单元102藉由开启的阵列天线计算出的信道信息(例如，第二通道信息)而推得接收到的波束信号的第二增益g

S213中，运算单元102根据第二信道信息更新角度对照表。运算单元102可藉由实际的通道信息(即第二通道信息)中的第二入射角来更新角度对照表中对应的字段中的值(角度差异参数θ

根据电子装置的效能不同，步骤S205及步骤S211中推得的入射角可包括一垂直入射角及一水平入射角。在这样的实施例中，角度对照表可包括一水平角度对照部分及一垂直角度对照部分，其中水平角度对照部分记载所述多组阵列天线之间的水平入射角的转换，垂直角度对照部分记载所述多组阵列天线之间的垂直入射角的转换。也就是说，计算出的第一信道信息或第二信道信息包括有水平入射角及垂直入射角的参数。而在估计第一虚通道信息或第二虚通道信息时，第一虚通道信息或第二虚通道信息的水平入射角可藉由查角度对照表的水平对照部分来得到，第一虚通道信息或第二虚通道信息的垂直入射角可藉由查角度对照表的垂直对照部分来得到。

总结来说，本发明可以有效降低多阵列天线在切换上消耗的功率及时间。此外，本发明能藉由比较实际的入射角与角度对照表中记载的入射角来更新角度对照表，使得角度对照表在电子装置出厂后能够适应电子装置外观、使用习惯或环境的更动进行在线学习。

综上所述，虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以权利要求所界定的保护范围为准。