TWI625892B

TWI625892B - 具有多天線的電子裝置

Info

Publication number: TWI625892B
Application number: TW105126686A
Authority: TW
Inventors: 李銘佳; 陳希聖; 李冠緯; 邱宗文
Original assignee: 泓博無線通訊技術有限公司
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-06-01
Also published as: TW201807881A

Abstract

一種具有多天線的電子裝置，包括複數個天線單元、天線選擇單元、無線模組以及處理單元。天線選擇單元電性連接所述天線單元，無線模組電性連接天線選擇單元，處理單元電性連接天線選擇單元與無線模組。所述天線單元的其中之一作為接收天線或指定接收天線。無線模組依據來自於天線單元的射頻信號而獲得接收信號強度指示(RSSI)與單位時間接收封包數。當無線連線狀態是高品質狀態，則選擇具有最大接收信號強度指示的天線單元做為指定接收天線。當在低品質狀態，則選擇最大的單位時間接收封包數的天線單元做為指定接收天線。

Description

具有多天線的電子裝置

本發明有關於一種無線通信技術，且特別是一種具有多天線的電子裝置。

具有無線通信功能的電子裝置的信號收發能力取決於天線以及無線模組的效能。無線模組的開發與製造是高昂的，是無線裝置中的重要成本因素，為了提升無線資料吞吐量(throughput)而更改或改良無線模組需要付出相當大的成本。另一方面，為了提升能發揮無線模組的效能，天線的設計也是不可忽略的。常見的利用多天線實施天線分集或者陣列天線的設計以提升傳輸效能。

然而，為了針對各種具有無線通信能力的電子裝置優化達到最佳通訊效能，常見的做法是針對產品特性，甚至針對所使用的天線數目與產品應用種類而須要改變無線模組本身的韌體控制或硬體電路設計。對於不同的產品，無線模組的更改產生了高昂的成本，對製造商而言，也就難以降低成本。

本發明實施例提供一種具有多天線的電子裝置，強化不同通信品質狀態的無線信號接收能力，藉此提高無線通信的吞吐量(throughput)與維持吞吐量的穩定度。

本發明實施例提供一種具有多天線的電子裝置，包括複數個天線單元、天線選擇單元、無線模組以及處理單元。天線選擇單元電性連接複數個天線單元，無線模組電性連接天線選擇單元，處理單元電性連接天線選擇單元與無線模組。複數個天線單元各自具有不同的指向性或極化特性。天線選擇單元依據切換信號依序選擇複數個天線單元的其中之一作為接收天線，且依據切換信號而選擇複數個天線單元的其中之一做為電子裝置的指定接收天線。無線模組依據來自於被選擇為接收天線的天線單元的射頻信號而獲得接收信號強度指示(RSSI，Received Signal Strength Indicator)與單位時間接收封包數。處理單元判斷電子裝置的無線連線狀態是否為高品質狀態或低品質狀態，且傳送切換信號至天線選擇單元。當電子裝置的無線連線狀態是高品質狀態，則處理單元比較複數個天線單元的接收信號強度指示的大小，且處理單元控制天線選擇單元選擇具有最大值的接收信號強度指示所對應的天線單元做為電子裝置的指定接收天線。當電子裝置的無線連線狀態是低品質狀態，則處理單元比較複數個天線單元的單位時間接收封包數的大小，且處理單元控制天線選擇單元選擇最大的單位時間接收封包數所對應的天線單元做為電子裝置的指定接收天線。

綜上所述，本發明實施例提供一種具有多天線的電子裝置，不論是在低信號衰減的高品質狀態或者是在高信號衰減的低品質狀態，都能選擇較佳的接收天線，藉此提高無線通信的吞吐量(throughput)與維持吞吐量的穩定度。針對多樣性應用的不同電子裝置產品，本發明實施例的具有多天線的電子裝置可以優化產品設計的彈性，因此可降低產品成本。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

11‧‧‧天線單元

12‧‧‧天線選擇單元

13‧‧‧無線模組

14‧‧‧處理單元

15‧‧‧螢幕

100‧‧‧控制模組

SW‧‧‧切換信號

S100、S200、S200、S400、S510、S520、S530、S540、S550、 S560、S570‧‧‧步驟

圖1是本發明實施例提供的具有多天線的電子裝置的功能方塊圖。

圖2是本發明實施例提供的具有多天線的電子裝置的天線單元的示意圖。

圖3是本發明實施例提供的無線模組與控制模組整合的功能方塊圖。

圖4是本發明實施例提供的具有多天線的電子裝置的控制流程圖。

圖5是本發明實施例提供的具有多天線的電子裝置的處理單元利用驅動程式執行的控制流程圖。

本發明實施例的電子裝置是具有無線通信能力的電子裝置，且具有複數個天線單元(兩個以上的天線單元)，所述天線單元例如應用於無線廣域廣域網路(WWAN)、長期演進技術(LTE)頻段，以及無線區域網路(WLAN)或WiFi(包含2.4GHz及5GHz)的應用，但本發明並不因此限定。所述的電子裝置例如是一體電腦、智慧電視或筆記型電腦，但本發明也不因此限定。參照圖1，在本發明實施例中，具有多天線的電子裝置包括複數個天線單元11、天線選擇單元12、無線模組13以及處理單元14。

天線選擇單元12電性連接複數個天線單元11，無線模組13電性連接天線選擇單元12，處理單元14電性連接天線選擇單元12與無線模組13。複數個天線單元11、天線選擇單元12與處理單元14是獨立於無線模組13之外而整合能夠成為一個獨立的控制模組100。

複數個天線單元11各自具有不同的指向性或極化特性。複數個天線單元11是設置於電子裝置上的不同位置。參照圖2，電子裝置以智慧電視為例，所述複數個天線單元11是各自設置於智慧電視的螢幕15的周圍，藉此各個天線單元11可提供彼此相異的訊號收發特性。然而，本發明並不限定所述天線單元11的設置方式與位置。依據天線單元11的特性以及因應環境狀況對於外部訊號源(例如無線存取器(Access point))的衰減、反射或多重路徑影響，複數個天線單元11各自作為接收天線時可得到強弱不同的接收訊號，例如以接收信號強度指示(RSSI)代表收訊強弱。

天線選擇單元12例如包括射頻切換器，受控於處理單元14產生的切換信號。射頻切換器也可替換為二極體、電晶體等半導體開關，但本發明並不因此限定。天線選擇單元12依據切換信號SW依序選擇複數個天線單元11的其中之一作為接收天線，且依據切換信號SW而選擇複數個天線單元11的其中之一做為電子裝置的指定接收天線。

天線選擇單元12週期性的且依序選擇複數個天線單元11的其中之一作為接收天線，每一個天線單元11做為接收天線時，無線模組13可得到對應的接收信號強度指示(RSSI)，藉此可以即時性地獲得有關連線狀態品質的資訊。在天線選擇單元12依序選擇複數個天線單元11的其中之一作為接收天線的過程中，每一個天線單元作為接收天線以獲得接收信號強度指示(RSSI)的時間至少是一個接收封包的時間長度。例如，對無線模組13而言，接收完一個封包則能取得對應於該封包的接收信號強度指示(RSSI)。當所述天線單元11依序被切換為接收天線的頻率越快，則越能快速地即時獲得各個天線單元11收訊強弱的變化。

無線模組13依據來自於被選擇為接收天線的天線單元11的射頻信號而獲得接收信號強度指示(RSSI)與單位時間接收封包數。單位時間接收封包數例如是每200毫秒(ms)收到的封包數，或每300毫秒(ms)收到的封包數，但本發明並不限定單位時間的長度。無線模組13具有訊號強度偵測單元、調變解調單元，可將訊號強度、接收到的封包數目(簡稱為接收封包數)傳送給處理單元14。目前商業化的無線模組例如WIFI模組皆可達到上述功能。

處理單元14判斷電子裝置的無線連線狀態是否為高品質狀態或低品質狀態，且傳送切換信號SW至天線選擇單元12。當電子裝置的無線連線狀態是高品質狀態，則處理單元14比較複數個天線單元11的接收信號強度指示(RSSI)的大小，且處理單元14控制天線選擇單元12選擇具有最大值的接收信號強度指示(RSSI)所對應的天線單元11做為電子裝置的指定接收天線。當電子裝置的無線連線狀態是低品質狀態，則處理單元14比較複數個天線單元11的單位時間接收封包數的大小，且處理單元14控制天線選擇單元12最大的單位時間接收封包數所對應的天線單元11做為電子裝置的指定接收天線。

本發明實施例的處理單元14、天線選擇單元12與複數個天線單元11是獨立於無線模組13，而能夠整合成為一個獨立的控制模組100，例如是一個獨立於無線模組13之外的控制電路板連接複數個天線單元11，所述控制電路板至少包括處理單元14，而天線選擇單元12可以設置於控制電路板上。天線選擇單元12也可以是獨立於控制電路板外的多個開關，每一個開關例如對應一個天線單元11，所述多個開關可各自與對應的天線單元11整合在一起。基於上述，本發明實施例的控制模組100可以整合於現有的任何無線模組13，並且在不需修改無線模組13設定的情況下，依據收訊情況選擇較佳的接收天線，而達到提升收訊效果的目的。並且，基於不需修改成本高昂的無線模組13的情況，當應用於各式各樣不同的電子裝置時，只需花費低成本的控制模組100，並將控制模組100與無線模組13做整合，不需修改無線模組13的原本功能，而能達到提升無線模組13的收訊效果的目的。

以下舉例說明不改變無線模組13的功能而提升無線模組13的收訊效果的一個方案，參照圖3，無線模組13例如是設計為使用一個主天線與一個副天線，主天線連接主通信埠MA，副天線連接副通信埠AUX，假設固定一個天線為主天線，而複數個天線單元11用以擇一選定作為副天線。包括複數個天線單元11、天線選擇單元12與處理單元14的控制模組100其運作獨立於無線模組13，控制模組100依據無線模組13在副通信埠AUX所得到連線品質自行決定複數個天線單元11的其中之一做為較佳的接收天線(副天線)。因此，在不需修改無線模組13的情況下，無線模組13的通信品質(例如吞吐量)可以被優化。

處理單元14的邏輯判斷流程可以例如圖4的流程圖做為解釋。在步驟S100中，已知無線模組13依據來自於被選擇為接收天線的天線單元11的射頻信號而獲得接收信號強度指示(RSSI)與單位時間接收封包數。處理單元14由無線模組13獲得接收信號強度指示(RSSI)與單位時間接收封包數。接著，進行步驟S200，判斷電子裝置的無線連線狀態是否為高品質狀態或低品質狀態，且傳送切換信號SW至天線選擇單元12。在步驟S200中，當接收信號強度指示(RSSI)大於或等於預設值時，處理單元14判斷電子裝置的無線連線狀態為高品質狀態。當接收信號強度指示(RSSI)小於預設值時，處理單元14判斷電子裝置的無線連線狀態為低品質狀態。所述預設值例如是-65dBm，但本發明並不因此限定。例如用於符合WIFI規格的無線區域網路應用環境，預設值較佳的範圍為-65dBm至-70dBm。作為判斷連線狀態品質的預設值是用於區別所接收的無線訊號是處於高衰減或者低衰減的情況，接收信號強度指示(RSSI)為負值，接收信號強度指示(RSSI)越大(越接近零)代表衰減越小。當處在低衰減的情況，例如大於-65dBm，由於接收到的無線訊號明顯較強，而每一個天線單元11所接收訊號的接收信號強度指示(RSSI)則能直接反應實際信號吞吐量(throughput)的差異，因此本發明實施例在此情況利用接收信號強度指示(RSSI)的大小選擇較佳的接收天線。相對的，當處在高衰減的情況，例如接收信號強度指示(RSSI)小於-65dBm，如此不容易利用接收信號強度指示(RSSI)區分實際信號吞吐量(throughput)的差異，尤其在衰減很大的情況，不同天線單元11的接收信號強度指示(RSSI)皆會趨於相同(或稱為飽和)於一個很低的值，因此本發明實施例在此情況利用判斷單位時間接收封包數的大小以比較每一個天線單元11的收訊強弱。因此在步驟S200之後，依據無線連線狀態的品質，分別進行步驟S300和步驟S400。

當電子裝置的無線連線狀態是高品質狀態，則進行步驟S300，處理單元14比較複數個天線單元11各自的接收信號強度指示(RSSI)的大小，且處理單元14控制天線選擇單元12選擇具有最大值的接收信號強度指示(RSSI)所對應的天線單元11做為電子裝置的指定接收天線。當電子裝置的無線連線狀態是低品質狀態，則進行步驟S400，處理單元14比較複數個天線單元11各自的單位時間接收封包數的大小，且處理單元14控制天線選擇單元12選擇最大的單位時間接收封包數所對應的天線單元11做為電子裝置的指定接收天線。在步驟S300或S400結束後，再次回到步驟S100。也就是說，在實際應用的情況，當電子裝置進行無線通訊的運作功能時，處理單元14能夠週期性地判斷電子裝置的無線連線狀態是否為高品質狀態或低品質狀態，並做天線的選擇與切換。

在一實施例中，處理單元14包括微處理器，微處理器執行作業系統的驅動程式，並通過驅動程式驅使天線選擇單元12選擇複數個天線單元11的其中之一做為電子裝置的接收天線或指定接收天線。所述驅動程式例如以韌體或軟體方式安裝於電子裝置的作業系統，在當電子裝置啟動時則可自行開啟運作。然而，上述處理單元14的實現方式僅式用以舉例，本發明並不因此限定。

請參照圖5，基於圖4的流程圖，處理單元14在電子裝置的作業系統的驅動程式執行的程式內容例如圖5所示。首先，在步驟S500中，執行連線狀態判斷器，判斷連線狀態品質是高品質狀態或是低品質狀態，步驟S500對應於圖4的步驟S200。接著，在步驟S510中，輸出狀態旗標，狀態旗標表示了連線狀態品質，並依據狀態旗標更新狀態線程(thread)。低封包更新狀態線程(步驟S520)對應於高衰減的低品質狀態，單位時間接收到的封包數較少。高封包更新狀態線程(步驟S530)對應於低衰減的高品質狀態，單位時間接收到的封包數較多。當連線狀態判斷器判斷為低品質狀態，狀態旗標例如設定為低封包狀態旗標LOW，進入低封包更新狀態線程(步驟S520)，在每次進入低封包更新狀態線程(步驟S520)後，都再次判斷是否為低封包狀態旗標(步驟S540)，若狀態旗標沒有改變(連線狀態品質仍為低封包數的低品質狀態)，則結果為是(True)，執行低封包演算法(步驟S550)，低封包演算法(步驟S550)對應於圖4的步驟S400的邏輯運算。若狀態旗標已改變，回到步驟S500。低封包演算法(步驟S550)結束後，不能立刻決定目前的指定接收天線，因為經過演算法的運算時間後的連線狀態可能已改變，故需要回到低封包更新狀態線程(步驟S520)，再次確認狀態旗標是否改變。若在步驟S540中判斷結果不是低封包數的低品質狀態(狀態旗標改變)，則結果為否(False)，回到連線狀態判斷器(步驟S500)，重新判斷連線狀態。若步驟S540中判斷結果為是(True)，則代表連線狀態品質仍然為低品質狀態，則可以依據低封包演算法(步驟S550)的結果選定較佳的接收天線。

另一方面，對於高品質狀態，步驟S510輸出狀態旗標HIGH代表高封包狀態旗標。進入高封包更新狀態線程(步驟 S530)後，判斷是否為高封包狀態旗標(步驟S560)，若狀態旗標(HIGH)沒有改變，仍為高封包數的高品質狀態，則結果為是(True)，執行高封包演算法(步驟S570)，高封包演算法的內容對應於圖4的步驟S300的邏輯運算。高封包演算法(步驟S570)結束後回到高封包更新狀態線程(步驟S530)，在決定指定接收天線之前，再次判斷是否仍為高封包狀態旗標(步驟S560)。若在步驟S560中判斷結果仍是高封包數的高品質狀態，則結果為是(True)，依據高封包演算法(步驟S570)的結果選定指定接收天線。若在步驟S560中判斷結果不是高封包數的高品質狀態，則結果為否(False)，回到連線狀態判斷器(步驟S500)。

再者，在本發明實施例中的天線單元的應用頻帶例如是對應於2.4GHz的無線網路應用頻帶，也可以是對應於LTE 700(698MHz-787MHz)的頻帶，或者是GSM 850、GSM 900的頻帶(其頻率範圍分別是824-960MHz與880-960MHz)。可替換的，天線單元的應用頻帶可以是對應於GSM 1800/1900/UMTS(1710-2170MHz)頻帶，或是LTE 2300/2500(2300-2690MHz)的頻帶，或是5GHz的無線網路應用頻帶。然而，上述頻帶僅是用以舉例，本發明並不因此限定天線單元的應用頻帶。

綜上所述，本發明實施例所提供的具有多天線的電子裝置不論是在低信號衰減的高品質狀態或者是在高信號衰減的低品質狀態，都能選擇較佳的接收天線，藉此提高無線通信的吞吐量(throughput)與維持吞吐量的穩定度。並且，天線選擇單元與處理單元可獨立於無線模組，針對多樣性應用的不同電子裝置產品，在不需修改無線模組的情況下，達到獨立於無線模組的天線選擇控制，大幅降低產品開發成本與簡化產品設計的困難度，也可提升產品設計的彈性。並且，本發明實施例所提供的天線設計至少可以應用於無線廣域網路(WWAN)的LTE 700(698MHz-787MHz)、GSM 850(824-960MHz)、GSM 900(880-960MHz)、GSM 1800/1900/UMTS(1710-2170MHz)、LTE 2300/2500(2300-2690MHz)、2.4GHz無線區域網路(WLAN)以及5GHz的WiFi無線區域網路等應用。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims

一種具有多天線的電子裝置，包括：複數個天線單元，各自具有不同的指向性或極化特性；一天線選擇單元，電性連接該些天線單元，依據一切換信號依序選擇該些天線單元的其中之一作為一接收天線，或依據該切換信號選擇該些天線單元的其中之一做為一指定接收天線；一無線模組，電性連接該天線選擇單元，依據來自於被選擇為該接收天線的該天線單元的射頻信號而獲得一接收信號強度指示(RSSI)與一單位時間接收封包數；以及一處理單元，電性連接該天線選擇單元與該無線模組，判斷該電子裝置的無線連線狀態是否為一高品質狀態或一低品質狀態，且傳送該切換信號至該天線選擇單元；其中，當該電子裝置的無線連線狀態是該高品質狀態，則該處理單元比較該些天線單元的該些接收信號強度指示的大小，且該處理單元控制該天線選擇單元選擇具有最大值的該接收信號強度指示所對應的該天線單元做為該電子裝置的該指定接收天線；其中，當該電子裝置的無線連線狀態是該低品質狀態，則該處理單元比較該些天線單元的該些單位時間接收封包數的大小，且該處理單元控制該天線選擇單元選擇最大的該單位時間接收封包數所對應的該天線單元做為該電子裝置的該指定接收天線；其中，當處在低衰減情況且該接收信號強度指示大於或等於-65dBm時，該處理單元判斷該電子裝置的無線連線狀態為該高品質狀態，當處在高衰減情況且該接收信號強度指示小於-65dBm時，該處理單元判斷該電子裝置的無線連線狀態為該低品質狀態。
根據請求項第1項所述之具有多天線的電子裝置，其中該無線模組是WIFI模組。
根據請求項第1項所述之具有多天線的電子裝置，其中該天線選擇單元包括一射頻切換器。
根據請求項第1項所述之具有多天線的電子裝置，其中該電子裝置是一體電腦、智慧電視或筆記型電腦。
根據請求項第4項所述之具有多天線的電子裝置，其中該些天線單元設置於該電子裝置的一螢幕的周圍。
根據請求項第1項所述之具有多天線的電子裝置，其中該處理單元包括一微處理器，該微處理器執行一作業系統的一驅動程式，並通過該驅動程式驅使該天線選擇單元選擇該些天線單元的其中之一做為該電子裝置的該接收天線或該指定接收天線。
根據請求項第1項所述之具有多天線的電子裝置，其中該處理單元週期性地判斷該電子裝置的無線連線狀態是否為該高品質狀態或該低品質狀態。
根據請求項第1項所述之具有多天線的電子裝置，其中在該天線選擇單元依序選擇該些天線單元的其中之一作為該接收天線的過程中，每一個該天線單元作為該接收天線以獲得該接收信號強度指示的時間至少是一個接收封包的時間長度。