TWI412256B - 訊號路徑切換電路、天線模組與無線光通訊系統 - Google Patents

Description

訊號路徑切換電路、天線模組與無線光通訊系統

本發明是有關於一種訊號路徑切換電路，且特別是有關於一種用於分時雙工系統中之訊號路徑切換電路。

在無線存取網路的通訊傳輸上，大致上可以分別分時雙工(Time Division Duplex，簡稱TDD)模式，以及分頻雙工(Frequency Division Duplex，簡稱FDD)模式兩種傳輸的型式。其中，又以分時雙工模式為較常使用的傳輸方式。

圖1繪示為習知用於無線通訊系統中之分時雙工系統的電路方塊圖。請參照圖1，習知的分時雙工系統100可以藉由天線120接收一上傳資料訊號UL_Data，或是將一下載資料DL_Data藉由天線120傳送給使用者。分時雙工系統100包括切換器(Switch)102、低雜訊放大器(Low Noise Amplifier,LNA)104、功率放大器(Power amplifier)106和控制電路(Control Circuit)108。切換器102是一對二的開關，其第一端耦接天線120，而第二端和第三端則分別耦接低雜訊放大器104的輸入端和功率放大器106的輸出端。另外，控制電路108則可以分別耦接低雜訊放大器104的輸出端和該功率放大器106的輸入端，並且還可以耦接切換器102。

在一般的狀態下，切換器102是將第一端導通至第二端。因此，當天線120接收到上傳資料訊號UL_Data時，就可以循著導通的路徑而被傳送至低雜訊放大器104。而上傳資料訊號UL_Data經過低雜訊放大器104之後，可以被送至控制電路108，並由控制電路108所輸出。相對地，當控制電路108接收到下載資料訊號DL_Data時，可以控制切換器102，將第一端導通至第三端，並且控制電路108還可以將下載資料訊號DL_Data傳送給功率放大器106，並透過功率放大器106傳送至切換器102。此時，由於切換器102以將第一端導通至第三端，因此下載資料訊號DL_Data可以循著導通的路徑而傳送到天線120，並且透過天線120傳送給使用者。當控制電路108偵測到下載資料訊號DL_Data傳送完畢後，可以控制切換器120將第一端切換回導通至第二端。

習知切換器102的訊號阻隔能力大約在40-50dB之間，以防止具有較高功率的下載資料訊號DL_Data穿過切換器102而擊壞低雜訊放大器104(一般低雜訊放大器的訊號阻隔能力約為25-30dB之間)。然而，當下載資料訊號DL_Data的功率高於30dBm以上時，則會有訊號可能會穿過習知的切換器102，而擊壞低雜訊放大器104。

依據本發明技術提供一訊號路徑切換電路實施範例，適用於一分時多工系統，此訊號路徑切換電路包括路徑選擇元件、偵測器(Detector)、開關和控制電路(Control Circuit)。路徑選擇元件的第一端和第三端分別耦接偵測器和開關。當開關的狀態為導通時，一上傳資料訊號從路徑選擇元件的第二輸入端輸入後，可以從第三輸入端傳送至至開關，並且透過開關輸出。當一下載資料訊號被送至偵測器時，偵測器可以將下載資料訊號送至路徑選擇元件的第一輸入端，並且致能(Enable)一偵測訊號。此時，控制電路可以控制開關為斷路狀態，下載資料訊號從路徑選擇元件的一第二端輸出。直至下載資料訊號傳送完畢後，偵測器才禁能(Disable)偵測訊號，使得控制電路恢復開關的狀態為導通。

從另一觀點來看，依據本發明技術也提供一天線模組實施範例，其可以適用於一無線光通訊(Radio Over Fiber，ROF)系統中之遠端天線端的基地台。本發明之天線模組包括收發天線(Receiving/Transmitting Antenna)、路徑選擇元件、偵測器、開關和控制電路。收發天線可以耦接路徑選擇元件的第二端，而路徑選擇元件的第一端和第三端則可以分別耦接偵測器和開關。當開關的狀態為導通時，收發天線接收到一上傳資料訊號後，可以將其從路徑選擇元件的第二輸入端輸入，並且從第三輸入端傳送至至開關，以透過開關輸出。當一下載資料訊號被送至偵測器時，偵測器可以將下載資料訊號送至路徑選擇元件的第一輸入端，以從第二端傳送至收發天線。另外，偵測電路可以致能一偵測訊號。此時，控制電路可以控制開關為斷路狀態，下載資料訊號從路徑選擇元件的一第二端輸出。直至下載資料訊號傳送完畢後，偵測器才禁能偵測訊號，使得控制電路恢復開關的狀態為導通。

從另一觀點來看，依據本發明技術還提供一無線光通訊系統實施範例，包括交換機中心、頭端細胞單元和遠端天線端細胞單元。頭端細胞單元可以分別耦接交換機中心和遠端天線端細胞單元。而遠端天線端細胞單元則可以將一上傳資料訊號透過頭端細胞單元傳送至交換機中心，或是透過頭端細胞單元從交換機中心接收一下載資料。其中，遠端天線端細胞單元包括收發天線、路徑選擇元件、偵測器、開關和控制電路。收發天線可以耦接路徑選擇元件的第二端，而路徑選擇元件的第一端和第三端則可以分別耦接偵測器和開關。當開關的狀態為導通時，收發天線接收到上傳資料訊號後，可以將其從路徑選擇元件的第二輸入端輸入，並且從第三輸入端傳送至至開關，以透過開關輸出。而當下載資料訊號被送至偵測器時，偵測器可以將下載資料訊號送至路徑選擇元件的第一輸入端，以從第二端傳送至收發天線。另外，偵測電路可以致能一偵測訊號。此時，控制電路可以控制開關為斷路狀態，下載資料訊號從路徑選擇元件的一第二端輸出。直至下載資料訊號傳送完畢後，偵測器才禁能偵測訊號，使得控制電路恢復開關的狀態為導通。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

依據本發明技術提供一訊號路徑切換電路實施範例，可以執行分時多工的操作。

依據本發明技術也提供一天線模組實施範例，可以適用在無線通訊系統中，並且可以保護放大器不被過高功率的資料訊號所擊毀。

依據本發明技術提供一無線光通訊系統實施範例，具有較高的訊號阻隔能力，以用來處理較高功率的資料訊號。

在本發明實施例中，可以配置路徑選擇元件和開關，而形成多級的防護。因此，可以有效地阻隔較高功率下載資料訊號，而避免放大器被擊壞。

圖2繪示為依照本發明技術之一實施範例的一無線光通訊(ROF)系統的系統方塊圖。請參照圖2，本實施例所提供的無線光通訊系統200包括交換機中心202、頭端(Head-end)細胞單元204、遠端天線端細胞單元206、208和210。頭端細胞單元204具有一頭端基地台214，其可以透過例如光纖或是同軸電纜等的傳輸介面212耦接至交換機中心202。

相對地，每一遠端天線端細胞單元206、208和210可以分別具有對應的天線端基地台216、218和220，例如，遠端天線單元(Remote Antenna Unit，RAU)。在本實施例中，每一天線端基地台216、218和220都可以透過光纖222而耦接至位於頭端細胞單元204中的頭端基地台214。

每一遠端天線端細胞單元206、208和210都有其涵蓋的訊號接收範圍，而形成一蜂巢式結構。當一使用者利用無線通訊設備，例如行動電話，欲上傳一上傳資料訊號時，則可以由訊號接收範圍涵蓋使用者所在之位置的遠端天線端細胞單元來處理。例如，當使用者位於遠端天線端細胞單元206所涵蓋的通訊範圍內時，天線端基地台216就可以接收此上傳資料訊號，並且將其轉為光訊號而透過光纖222傳送至頭端基地台214。藉此，頭端基地台214就可以透過傳輸介面212，而將使用者的上傳資料訊號傳送至交換機中心202。

相對地，當一下載資料訊號要傳送給使用者時，則可以利用上述相反的路徑，本發明在此不再為文贅述。在一些實施例中，交換中心202可以與網際網路連線。因此，使用者可以透過無線光通訊系統300，而隨時隨地與網際網路連線。

圖3繪示為依照本發明技術之一實施範例的一天線模組的系統方塊圖，其可以適用於圖2中的天線端基地台216、218和220。請參照圖3，本實施例所提供的天線模組300，包括收發天線302和分時雙工系統304。其中，分時雙工系統304可以耦接天線302和對應的基地台306。

分時雙工系統304包括訊號路徑切換電路312、低雜訊放大器316、功率放大器318、電光(Electrical-to-Optical，E/O)轉換器(Converter)320和光電(Optical-to-Electrical)轉換器322。訊號路徑切換電路312可以耦接收發天線302，並且分別耦接低雜訊放大器316的輸入端，以及耦接功率放大器318的輸出端。另外，低雜訊放大器316的輸出端可以透過電光轉換器320而耦接至基地台306，而基地台306則可以透過光電轉換器322耦接至功率放大器318的輸入端。在本實施例中，電光轉換器320和光電轉換器322可以分別透過光纖324和326而耦接至基地台306。

圖4繪示為依照本發明技術之一實施範例的一訊號路徑切換電路的電路方塊圖。請參照圖4，本實施例所提供的訊號路徑切換電路312，適用於一分時多工系統，此訊號路徑切換電路312包括路徑選擇元件402、偵測器404、控制電路406和開關408。而在本實施例中，切換電路312更包括一延遲元件410，例如是延遲光纖。路徑選擇元件402例如是旋光器(Circulator)或是光耦合器，其具有第一端A1、第二端A2和第三端A3。其中，路徑選擇元件402的第二端A2可以耦接圖3中的天線302，而其第一端A1和第三端A3則可以分別耦接偵測器404的偵測輸出端B2，以及開關408的上傳輸入端C1。另外，延遲光纖410則可以配置在路徑選擇元件402和偵測器404之間的路徑上。

另外，偵測器404的偵測輸入端B1可以耦接例如圖3中之功率放大器318的輸出端，並且偵測器404還可以耦接控制電路406。而控制電路406則可以耦接開關408。此外，開關408的上傳輸出端C2則可以耦接圖3中之低雜訊放大器316的輸入端。

請合併參照圖3和圖4，當訊號在路徑選擇元件402中傳輸時，具有方向性。例如，當訊號從第一端A1進入路徑選擇元件402後，會受路徑選擇元件402導引，而從第二端A2輸出，但是會受到路徑選擇元件402本身訊號阻隔能力的影響，而不會從第三端A3輸出。相對地，當訊號從第二端A2進入路徑選擇元件402後，則會從第三端A3輸出。

由以上所述的特性可知，當一上傳資料訊號UL_Data藉由一無線傳輸路徑而傳送至從收發天線302後，會被傳送至分時雙工系統304。此時，上傳資料訊號UL_Data可以從第二端A2進入路徑選擇元件402，再從第三端A3傳送至開關408。在一般的狀況下，開關408為導通的狀態b因此，上傳資料訊號UL_Data可以經由開關408，而被傳送至低雜訊放大器316的輸入端。

當上傳資料訊號UL_Data被傳送至低雜訊放大器316後，會被進行訊號放大的處理，然後再從低雜訊放大器316的輸出端被送至電光轉換器320。此時，電光轉換器320可以將電形式的上傳資料訊號UL_Data轉換為光形式的訊號，然後經由光纖324而被傳送至基地台306。

另外，若是基地台306接收到一下載資料訊號DL_Data時，可以透過光纖326而送至光電轉換器322。藉此，光電轉換器322可以將光形式的下載資料訊號DL_Data轉換成電形式的訊號，並且將其送至功率放大器318的輸入端，以進行訊號放大。接著，功率放大器318可以將下載資料訊號DL_Data從輸出端送至偵測器404的偵測輸入端B1。

當偵測器404偵測到偵測輸入端B1可以將下載資料訊號DL_Data送至延遲光纖410，以延遲一預設時間後再送至路徑選擇元件402的第一端A1。藉此，下載資料訊號DL_Data可以從路徑選擇元件402的第二端A2傳送至收發天線302，以藉由上述的無線傳輸路徑傳送給使用者。另一方面，當偵測器404接收到下載資料訊號DL_Data時，還可以致能一偵測訊號DS。此時，控制電路406可以依據偵測訊號DS的狀態，而將開關408的狀態切換至斷路狀態，使得從路徑選擇元件402從第三端A3所送出來的訊號被開關408阻隔。

在本實施例中，為了確保下載資料訊號DL_Data不會穿過路徑選擇元件402和開關408而擊壞低雜訊放大器316。因此，上述的延遲光纖410的延遲時間，需要大於偵測器404偵測到下載資料訊號DL_Data所需的時間，加上控制電路406控制開關408切換為斷路狀態所需的時間。

接著，當偵測器404確認下載資料訊號DL_Data傳送完畢後，才禁能偵測訊號DS。此時，控制電路406就可以依據偵測訊號DS的狀態，而將開關408的狀態切換回導通的狀態。同樣地，為了確保不會有殘留的下載資料訊號DL_Data穿過路徑選擇元件402而到達開關408，因此控制電路406在偵測訊號DS禁能後，再等待一預設等待時間才將開關408的狀態切換回導通的狀態。

綜上所述，本發明之訊號路徑切換電路，配置有路徑選擇元件和開關，提供了多層的防護而避免具有較高功率的下載資料訊號擊壞低雜訊放大器。

雖然本發明已以若干實施範例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．分時雙工系統

102．．．切換器

104、316．．．低雜訊放大器

106、318．．．功率放大器

108、406．．．控制電路

120．．．天線

200．．．無線光通訊系統

202．．．交換機中心

204．．．頭端細胞單元

206、208、210．．．遠端天線端細胞單元

212．．．傳輸介面

214．．．頭端基地台

216、218和220．．．天線端基地台

222、324、326．．．光纖

300．．．天線模組

302．．．收發天線

304．．．分時雙工系統

306．．．基地台

312．．．訊號路徑切換電路

320．．．電光轉換器

322．．．光電轉換器

402．．．路徑選擇元件

404．．．偵測器

408．．．開關

410．．．延遲光纖

A1、A2、A3、B1、B2、C1、C2．．．端點

UL_Data．．．上傳資料訊號

DL_Data．．．下載資料

DS．．．偵測訊號

圖1繪示為習知用於無線通訊系統中之分時雙工系統的電路方塊圖。

圖2繪示為依照本發明技術之一實施範例的一無線光通訊系統的系統方塊圖。

圖3繪示為依照本發明技術之一實施範例的一天線模組的系統方塊圖。

圖4繪示為依照本發明技術之一實施範例的一訊號路徑切換電路的電路方塊圖。

312．．．訊號路徑切換電路

402．．．路徑選擇元件

404．．．偵測器

406．．．控制電路

408．．．開關

410．．．延遲光纖

A1、A2、A3、B1、B2、C1、C2．．．端點

DL_Data．．．上傳資料訊號

DL_Data．．．下載資料

DS．．．偵測訊號

Claims (11)

1. 一種訊號路徑切換電路，適用於一分時多工系統，而該訊號路徑切換電路包括：一路徑選擇元件，具有一第一訊號端、一第二訊號端和一第三訊號端；一偵測器，具有一偵測輸入端和一偵測輸出端，其中該偵測輸出端耦接該路徑選擇元件的第一訊號端，且該偵測器偵測到該偵測輸入端接收到一下載資料訊號時，則致能一偵測訊號，並將該下載資料訊號從該下載輸出端傳送至該路徑選擇元件的第一訊號端，該下載資料訊號被該路徑選擇元件導引到從該第二訊號端輸出；一開關，具有一上傳輸入端和一上傳輸出端，其中該上傳輸入端耦接該路徑選擇元件的第三訊號端，且當一上傳資料訊號從該第二訊號端被輸入至該路徑選擇元件時，則經由該路徑選擇元件的導引而從該第三訊號端輸出至該開關，並在該開關為一導通狀態時，該上傳資料訊號從該上傳輸出端被輸出；以及一控制電路，耦接該偵測器，以在該偵測訊號被致能時，控制該開關為一斷路狀態，並在該偵測訊號被禁能時，控制該開關為該導通狀態，其中，該訊號路徑切換電路更包括一延遲元件，配置在該偵測器和該路徑選擇元件傳輸的路徑中，以將該偵測器所輸出的下載資料訊號延遲一延遲時間後，再從該第一訊號端輸入該路徑選擇元件， 其中，該延遲元件所具有的該延遲時間，是大於該偵測器偵測到該下載資料訊號所需的時間，加上該控制電路控制該開關切換為該斷路狀態所需的時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之訊號路徑切換電路，其中該控制電路在該偵測訊號被禁能時，更等待一預設時間後才將該開關切換回該導通狀態。
3. 如申請專利範圍第1項所述之訊號路徑切換電路，其中該開關在正常狀況下為導通，使得該上傳資料訊號可經由該開關而進行傳送。
4. 一種天線模組，適用於一無線光通訊系統中之遠端天線端的基地台，而該天線模組包括：一收發天線，透過一無線傳輸路徑傳輸一下載資料訊號或接收一上傳資料訊號；一路徑選擇元件，具有一第一訊號端、一第二訊號端和一第三訊號端，而該第二訊號端耦接該收發天線；一偵測器，具有一偵測輸入端和一偵測輸出端，其中該偵測輸出端耦接該路徑選擇元件的第一訊號端，且該偵測器偵測到該偵測輸入端接收到該下載資料訊號時，則致能一偵測訊號，並將該下載資料訊號從該下載輸出端傳送至該路徑選擇元件的第一訊號端，該下載資料訊號被該路徑選擇元件導引至該第二訊號端輸出給該收發天線；一開關，具有一上傳輸入端和一上傳輸出端，其中該上傳輸入端耦接該路徑選擇元件的第三訊號端，且當該上傳資料訊號從該第二訊號端被輸入至該路徑選擇元件時， 則經由該路徑選擇元件的導引，而從該第三訊號端輸出至開關，並在該開關為一導通狀態時，則該上傳資料訊號從該上傳輸出端被輸出；以及一控制電路，耦接該偵測器，以在該偵測訊號被致能時，控制該開關為一斷路狀態，並在該偵測訊號被禁能時，控制該開關為該導通狀態，其中，該天線模組更包括一延遲元件，配置在該偵測器和該路徑選擇元件傳輸的路徑中，以將該偵測器所輸出的下載資料訊號延遲一延遲時間後，再從該第一訊號端輸入該路徑選擇元件，其中，該延遲元件所具有的該延遲時間，是大於該偵測器偵測到該下載資料訊號所需的時間，加上該控制電路控制該開關切換為該斷路狀態所需的時間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之天線模組，更包括：一光電轉換器，耦接該基地台，以接收為光訊號形式的該下載資料訊號，並將其轉換為電訊號形式；一功率放大器，其輸入端耦接該光電轉換器，而其輸出端則耦接該偵測器，以放大電訊號形式的該下載資料訊號，並將其傳送至該偵測器；一低雜訊放大器，其輸入端耦接該開關的該上傳輸出端，以放大為電訊號形式的該上傳資料訊號；以及一電光轉換器，耦接該基地台和該低雜訊放大器的輸出端，以將電訊號形式的該上傳資料訊號轉換為光訊號形式，並將其傳送至該基地台。
6. 如申請專利範圍第5項所述之天線模組，其中該開關在正常狀況下為導通，使得該上傳資料訊號可經由該開關而傳送至該低雜訊放大器。
7. 如申請專利範圍第4項所述之天線模組，其中該控制電路在該偵測訊號被禁能時，更等待一預設時間後才將該開關切換回該導通狀態。
8. 一種無線光通訊系統，包括：一交換機中心；一頭端細胞單元，耦接至該交換機中心；以及一遠端天線端細胞單元，耦接至該頭端單元，以將一上傳資料訊號透過該頭端細胞單元傳送至該交換機中心，或透過該頭端細胞單元從該交換機中心接收一下載資料訊號，而該遠端天線端細胞單元包括：一收發天線，透過一無線傳輸路徑傳輸該下載資料訊號或接收該上傳資料訊號；一路徑選擇元件，具有一第一訊號端、一第二訊號端和一第三訊號端，而該第二訊號端耦接該收發天線；一偵測器，具有一偵測輸入端和一偵測輸出端，其中該偵測輸出端耦接該路徑選擇元件的第一訊號端，且該偵測器偵測到該偵測輸入端接收到該下載資料訊號時，則致能一偵測訊號，並將該下載資料訊號從該下載輸出端傳送至該路徑選擇元件的第一訊號端，該下載資料訊號被該路徑選擇元件導引至該第二訊號端輸出給該收發天線；一開關，具有一上傳輸入端和一上傳輸出端，其 中該上傳輸入端耦接該路徑選擇元件的第三訊號端，且當一上傳資料訊號從該第二訊號端被輸入至該路徑選擇元件時，則經由該路徑選擇元件的導引，而從該第三訊號端輸出至該開關，並在該開關為一導通狀態時，該上傳資料訊號從該上傳輸出端被輸出；以及一控制電路，耦接該偵測器，以在該偵測訊號被致能時，控制該開關為一斷路狀態，並在該偵測訊號被禁能時，控制該開關為該導通狀態，其中該遠端天線端細胞單元更包括一延遲元件，配置在該偵測器和該路徑選擇元件傳輸的路徑中，以將該偵測器所輸出的下載資料訊號延遲一延遲時間後，再從該第一訊號端輸入該路徑選擇元件，其中，該延遲元件所具有的該延遲時間，是大於該偵測器偵測到該下載資料訊號所需的時間，加上該控制電路控制該開關切換為該斷路狀態所需的時間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之無線光通訊系統，其中該遠端天線端細胞單元更包括：一基地台，耦接該頭端細胞單元；一光電轉換器，耦接該基地台，以接收為光訊號形式的該下載資料訊號，並將其轉換為電訊號形式；一功率放大器，其輸入端耦接該光電轉換器，而其輸出端則耦接該偵測器，以放大電訊號形式的該下載資料訊號，並將其傳送至該偵測器；一低雜訊放大器，其輸入端耦接該開關的該上傳輸出 端，以放大電訊號形式的該上傳資料訊號；以及一電光轉換器，耦接該基地台和該低雜訊放大器的輸出端，以將電訊號形式的該上傳資料訊號轉換為光訊號形式，並將其傳送至該基地台。
10. 如申請專利範圍第9項所述之無線光通訊系統，其中該開關在正常狀況下為導通，使得該上傳資料訊號可經由該開關而傳送至該低雜訊放大器。
11. 如申請專利範圍第8項所述之無線光通訊系統，其中該頭端細胞單元是透過一光纖和一同軸電纜二者其中之一耦接至該交換機中心。