CN102403574A - 智慧型天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种智慧型天线系统，用于一可移动式装置中。该智慧型天线系统包括有多个定向性天线，设置在该可移动式装置的多个位置，具有对应于多个区域的多个定向性辐射场型；其中，全部该多个定向性辐射场型大致形成一全向性辐射场型。

Description

智慧型天线系统
技术领域
本发明涉及一种智慧型天线系统，尤其涉及一种用于一可移动式装置的智慧型天线系统。 
背景技术
天线设计对具无线通信功能的可移动式装置如无线局域网络(wireless local area network，WLAN)或其它移动通信系统而言相当重要。现有无线通信装置使用一个或多个全向性天线接收来自所有方向的无线信号，加上天线分集(antenna diversity)技术以判断应使用哪一个或哪些全向性天线来接收或传输信号。然而，全向性天线的效能与增益并不够好。因此，现有技术实有改进的必要，以得到可提供具有较聪明及较佳接收品质的天线设计。 
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种智慧型天线系统。 
本发明公开一种智慧型天线系统，用于一可移动式装置中。该智慧型天线系统包括有多个定向性天线，设置在该可移动式装置的多个位置，具有对应于多个区域的多个定向性辐射场型；其中，全部该多个定向性辐射场型大致形成一全向性辐射场型。 
在此配合下列图示、实施例的详细说明及权利要求书，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。 
附图说明
图1为本发明实施例一智慧型天线系统的示意图。 
图2为本发明图1所示的智慧型天线系统的一变化实施例的示意图。 
图3A为本发明实施例用于一笔记本计算机的一智慧型天线系统的示意图。 
图3B为现有具有天线分集的一全向性天线系统与本发明实施例图3A所示的智慧型天线系统的效能比较的示意图。 
图3C为本发明实施例图3B所示的智慧型天线系统的理想增益改善的示意图。 
图4为本发明实施例的一切换流程的示意图。 
其中，附图标记说明如下： 
10、30                   智慧型天线系统 
12                       可移动式装置 
202                      无线模块 
204                      开关 
206                      无线芯片 
32                       笔记本计算机 
ANT1～ANT4、ANT6～ANT9   定向性天线 
A1～A4                   区域 
DRP1～DRP4               定向性辐射场型 
40                       流程 
400～410                 步骤 
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明实施例一智慧型天线系统10的示意图。智慧型天线系统10用于一可移动式装置12中。智慧型天线系统10包括有定向性天线ANT1～ANT4。定向性天线ANT1～ANT4分别设置在可移动式装置12上四个位置，如围绕在可移动式装置12的左侧、右侧、上侧及下侧，且定向 性天线ANT1～ANT4具有对应于区域A1～A4的定向性辐射场型DRP1～DRP4。全部定向性辐射场型DRP1～DRP4可大致形成一全向性辐射场型。值得注意的是，智慧型天线系统10所包括的定向性天线的数量并不限于任何特定数量，只要全部辐射场型可大致形成一全向性辐射场型，以接收及传输来自所有方向的信号即可。 
值得注意的是，相较在全向性天线，定向性天线通常在相对应定向性辐射场型处相对具有许多优点，如对所欲信号具有较高增益、较长传输距离、较佳接收信号强度指示(received signal strength indication，RSSI)、较低旁侧(side lobe)干扰、低噪声以及在相同等效全向辐射功率(Equivalent isotropically radiated power，EIRP)要求下具有较低功耗等。因此，在上述配置下，由全部定向性辐射场型DRP1～DRP4所大致形成的全向性辐射场型较由一个或多个全向性天线所形成的全向性辐射场型具有较佳效能。如此一来，智慧型天线系统10可具有较佳增益及效能。 
在较佳情况下，定向性天线ANT1～ANT4中并无定向性天线具有定向性辐射场型直接朝向可移动式装置12的使用者，而来自使用者方向的信号可经由定向性天线ANT1～ANT4通过多路径(multi-path)接收(如信号经由其它物体反射后由定向性天线ANT1～ANT4接收)，使得使用者不会受到辐射伤害。举例来说，图1所示的定向性天线ANT1～ANT4可设置在可移动式装置12的屏幕周围，而另一定向性天线ANT5(未绘出)可设置在可移动式装置12的屏幕的背面，使得使用者可操作可移动式装置12而不受到辐射伤害。 
另一方面，请参考图2，图2为本发明图1所示的智慧型天线系统10的一变化实施例的示意图。为了至提升无线传输效能，智慧型天线系统10还可包括有一无线模块202，用来切换使用定向性天线ANT1～ANT4，以在特定时间只使用定向性天线ANT1～ANT4当中一者来接收及传输信号。因此，智慧型天线系统10可较佳地仅使用定向性天线ANT1～ANT4中具有最佳效能的定向性天线来接收及传输信号，因而节省能量。其中，具有最佳效能的定 向性天线具有对应于信号源的区域的定向性辐射场型。 
详细来说，无线模块202包括有一开关204及一无线芯片206。开关204可为一一进四出(single pole four throw，SP4T)开关或在其它情况下可为一一进多出(SPnT)开关。无线芯片206耦接于开关204，可控制开关204通过通用输入输出(General Purpose Input/Output，GPIO)接口或其它接口连接至定向性天线ANT1～ANT4当中一者。如此一来，无线芯片206可较佳地根据信号源位置，控制开关204连接至定向性天线ANT1～ANT4中具有最佳效能的定向性天线，进而在该特定时间只使用具有最佳效能的定向性天线接收及传输信号。 
以一笔记本计算机为例，请参考图3A，图3A为本发明实施例用于一笔记本计算机32的一智慧型天线系统30的示意图。如图3A所示，定向性天线ANT6～ANT8分别设置在笔记本计算机32的一屏幕34的左侧、右侧及上侧，而另一定向性天线ANT9设置在笔记本计算机32的屏幕34的背面。由于屏幕34的背面与边框的空间相当薄，因此定向性天线ANT9可以一平行馈入平板数组天线(parallel feed patch array antenna)实现，其可具有最高效能，如具有约7dB的最大天线增益；而由于屏幕34的左侧、右侧及上侧与边框的空间相当窄，因此定向性天线ANT6～ANT8可以串联馈入偶极数组天线(series feed dipole array antenna)实现，其可具有约5dB的天线增益。 
值得注意的是，在此定向性天线未具有直接朝向笔记本计算机32的使用者的定向性辐射场型的，因此该使用者不会受到辐射伤害。在此配置下，当智慧型天线系统30判断定向性天线ANT9具有最佳效能时，即一信号源位在定向性天线ANT9的定向性辐射场型所对应的区域，智慧型天线系统30可切换至定向性天线ANT9以接收及传输信号。 
如此一来，请参考图3B，图3B为现有具有天线分集的一全向性天线系统与本发明实施例图3所示的智慧型天线系统30的效能比较的示意图。图 3B取得方式是借由将全向性天线系统及智慧型天线系统30分别置在一旋转桌上，再由具有30dB衰减值的固定信号源传输信号至全向性天线系统及智慧型天线系统30，然后将全向性天线系统及智慧型天线系统30旋转360°并量测吞吐量(throughput)。值得注意的是，图3B是一实际实验结果，其在进行实验的智慧型天线系统30的右侧(90°)空间较左侧(270°)窄的情况下而稍有失真。正常理想状态下，左侧的吞吐量应与右侧相同。 
请参考第3C图，第3C图为本发明实施例图3B所示的智慧型天线系统30的理想增益改善的示意图。在第3C图中，定向性天线ANT9具有最高天线增益而因此具有最高增益改善。值得注意的是，虽然此定向性天线未具有直接朝向使用者的定向性辐射场型，但在多路径环境下，相对应于使用者的方向的信号增益仍可改善。如图3B及第3C图所示，智慧型天线系统30较全向性天线系统具有较佳接收及传输效能。 
值得注意的是，本发明的主要精神在于配置多个定向性天线在可移动式装置的多个位置，进而大致形成一全向性辐射场型。本领域普通技术人员当可据以修饰或变化，而不限于此。举例来说，可移动式装置12较佳笔记本计算机，但也可为一平板计算机、一移动电话等，而不限于此。 
更进一步地，由于可移动式装置12移动会造成定向性天线ANT1～ANT4所对应的区域改变，因此本发明可以可移动式装置12的移动作为触发无线芯片206的一切换机制的因素，以开始判断在定向性天线ANT1～ANT4中哪一定向性天线具有最佳效能，并相对应控制开关204进行切换。 
详细来说，由于定向性天线ANT1～ANT4具有定向性，因此各天线的接收信号强度指示改变可用来模拟或估测可移动式装置12的移动。举例来说，稳定的接收信号强度指示可表示可移动式装置12处在稳定静止状态，因此不需要切换目前连接使用的定向性天线。相反地，若目前连接使用的定向性天线的接收信号强度指示变化超过一预设值X dBm，则无线芯片206开始判断 哪在定向性天线ANT1～ANT4中一定向性天线具有最佳效能，进而相对应控制开关204进行切换。 
具体而言，无线芯片206控制开关204与定向性天线ANT1～ANT4中各定向性天线分别连接一预设时间t，以收集定向性天线ANT1～ANT4中各定向性天线的一统计信息，并根据定向性天线ANT1～ANT4的所有统计信息判断哪一定向性天线具有最佳效能。统计信息可能包括有一平均接收信号强度指示、一封包错误率(packet error rate，PER)以及在一时间内全部成功接收封包数量三者中至少一者。此外，由于具有最佳效能的定向性天线可能在非理想的因素的下，针对平均接收信号强度指示、封包错误率以及在一时间内全部成功接收封包数量三者未必都具有最佳效能，因此无线芯片206可根据平均接收信号强度指示、封包错误率以及在一时间内全部成功接收封包数量三者的一权重W，判断哪一定向性天线具有最佳效能。值得注意的是，预设值X、预设时间t及权重W必须适当调整以符合实际需求。如此一来，无线芯片206可在可移动式装置12移动时，控制开关204连接至具有最佳效能的定向性天线。 
再者，由于目前连接使用的定向性天线可能并非真正具有最佳效能的定向性天线(例如，在判断过程中信号源与真正具有最佳效能的定向性天线之间可能受到阻隔)，因此无线芯片206可周期性(如每隔一预定时间T)判断在定向性天线ANT1～ANT4中哪一定向性天线具有最佳效能。如此一来，无线芯片206可周期性判断在定向性天线ANT1～ANT4中哪一定向性天线具有最佳效能，以确保目前连接使用的定向性天线为真正具有最佳效能的定向性天线。 
无线模块202的运作可归纳成一切换流程40，如图4所示。切换流程40包括有以下步骤： 
步骤400：开始。 
步骤402：判断目前连接使用的一定向性天线是否已连接一预定时间T。 
若是，进行步骤406；若否，进行步骤404。 
步骤404：判断目前连接使用的该定向性天线的一接收信号强度指示是否变化超过一预设值X dBm。若是，进行步骤406；若否， 
进行步骤410。 
步骤406：与定向性天线ANT1～ANT4中各定向性天线分别连接一预设时间t，以收集定向性天线ANT1～ANT4中各定向性天线的一统计信息。判断是否已收集定向性天线ANT1～ANT4的所有统计信息。若是，进行步骤408；若否，进行步骤406。 
步骤408：根据定向性天线ANT1～ANT4的所有统计信息判断哪一定向性天线具有最佳效能，并切换以连接至具有最佳效能的该定向性天线。 
步骤410：结束。 
切换流程40详细运作可参考上述而得，在此不再赘述。 
在现有技术中，全向性天线的效能与增益并不够好。相较之下，本发明配置多个定向性天线在可移动式装置的多个位置，进而大致形成一全向性辐射场型，因此具有较佳增益及效能。此外，本发明可在可移动式装置移动时判断或周期性判断哪一定向性天线具有最佳效能，进而确保目前连接使用的定向性天线具有最佳效能。 
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (13)

1.一种智慧型天线系统，用于一可移动式装置中，其特征在于，包括有：多个定向性天线，设置在该可移动式装置的多个位置，具有对应于多个区域的多个定向性辐射场型；
其中，全部该多个定向性辐射场型大致形成一全向性辐射场型。
2.如权利要求1所述的智慧型天线系统，其特征在于，该多个定向性天线中未具有直接朝向该可移动式装置的一使用者的一定向性辐射场型。
3.如权利要求1所述的智慧型天线系统，其特征在于，该多个定向性天线中部分定向性天线设置在该可移动式装置的一屏幕的周围，而该多个定向性天线中另一定向性天线设置在该可移动式装置的该屏幕的一背面。
4.如权利要求3所述的智慧型天线系统，其特征在于，该可移动式装置是一笔记本计算机，而该多个定向性天线中该部分定向性天线分别设置在该笔记本计算机的一屏幕的一左侧、一右侧及一上侧。
5.如权利要求1所述的智慧型天线系统，其特征在于，还包括有一无线模块，用来切换以使用该多个定向性天线中一定向性天线接收及传输信号。
6.如权利要求5所述的智慧型天线系统，其特征在于，该无线模块包括有：
一开关；以及
一无线芯片，耦接于该开关，用来控制该开关连接至该多个定向性天线中一定向性天线。
7.如权利要求6所述的智慧型天线系统，其特征在于，该无线芯片控制该开关连接至该多个定向性天线中具有最佳效能的一定向性天线。
8.如权利要求6所述的智慧型天线系统，其特征在于，该无线芯片判断该多个定向性天线中哪一定向性天线具有最佳效能。
9.如权利要求8所述的智慧型天线系统，其特征在于，若目前连接使用的一定向性天线的一接收信号强度指示变化超过一预设值，该无线芯片判断该多个定向性天线中哪一定向性天线具有最佳效能。
10.如权利要求8所述的智慧型天线系统，其特征在于，该无线芯片控制该开关与该多个定向性天线中各定向性天线分别连接一预设时间，以收集该多个定向性天线中各定向性天线的一统计信息，并根据该多个定向性天线的所有统计信息判断哪一定向性天线具有最佳效能。
11.如权利要求10所述的智慧型天线系统，其特征在于，该统计信息包括有一平均接收信号强度指示、一封包错误率以及在一时间内全部成功接收封包数量三者中至少一者。
12.如权利要求11所述的智慧型天线系统，其特征在于，该无线芯片根据该平均接收信号强度指示、该封包错误率以及该在一时间内全部成功接收封包数量三者的一权重，判断哪一定向性天线具有最佳效能。
13.如权利要求8所述的智慧型天线系统，其特征在于，该无线芯片周期性判断哪一定向性天线在该多个定向性天线中具有最佳效能。
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