CN102487284A - 具非对称增益天线的通讯装置及其通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具非对称增益天线的通讯装置及其通讯方法，通过配置具有不同天线增益的发射天线及至少一支的接收天线，其中至少一支接收天线的天线增益分别大于发射天线且彼此不同，运作时通过侦测来自接收天线的通信信号以记录其通信品质，再根据接收时的通信品质即时切换选择出合适的接收天线，用以达成对信号传输距离及通讯稳定性进行优化处理的技术功效。

Description

具非对称增益天线的通讯装置及其通讯方法

技术领域

本发明为有关于一种通讯装置及其通讯方法，特别是指一种接收天线的天线增益大于发射天线，且根据接收的通信品质选择接收天线的具非对称增益天线的通讯装置及其通讯方法。

背景技术

近年来，随着无线通讯的普及与蓬勃发展，造成各种无线通讯装置如雨后春笋般产生，不过，由于各国为了有效利用及管制无线频谱，因此皆会限制特定频率的发射功率，用以提供不同的无线通讯协议来进行使用，然而这也造成信号传输距离受到限制。

一般而言，无线通讯装置具有一支天线来进行收发，且其发射功率受所在地的法令规范，这意味着倘若要通过增加天线增益来提高信号传输距离，将使得发射功率因提高天线增益而相对增加，甚至造成超出所在地的法令规范。因此，在发射功率符合法令规范的情况下，如何有效提高无线通讯装置的信号传输距离已成为各家厂商急欲解决的问题之一。

有鉴于此，便有厂商提出增加天线的天线增益，并且侦测发射功率是否超出法令规范，若超出则自动调降功率后再发射，反之则不用调降功率。不过，由于提高天线增益将造成天线的辐射角度窄小，故容易受环境影响而产生偏差导致通讯不稳定的问题。

综上所述，可知现有技术中长期以来一直存在于发射功率符合法令规范且维持通讯稳定的情况下，无法有效延伸信号传输距离的问题，因此实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。

发明内容

有鉴于现有技术存在的问题，本发明公开了一种具非对称增益天线的通讯装置及其通讯方法。

本发明所公开的具非对称增益天线的通讯装置，包含：发射天线、接收天线、收发单元、记录单元、运算单元及控制单元。其中，发射天线用以传送发射信号；接收天线分别接收另一通讯装置所发出的通信信号，其中接收天线的天线增益大于发射天线的天线增益；收发单元耦合至发射天线及通过选择器耦合至接收天线，此收发单元用以产生发射信号并通过发射天线传送，以及于初始时自每一接收天线接收通信信号；记录单元耦合至收发单元，用以侦测每一接收天线接收到的通信信号以记录为相应的通信品质；运算单元耦合至记录单元，用以比对记录的各通信品质以判断优劣，并且根据各通信品质的优劣及其接收天线的天线增益选择其中一接收天线；控制单元用以根据选择的接收天线切换选择器，使选择器维持与选择的接收天线相互电性连接，以供收发单元持续自选择的接收天线接收通信信号。

至于本发明的具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法，应用于与另一通讯装置之间的通讯，其步骤包括：提供用以传送发射信号的发射天线；提供接收天线以分别接收另一通讯装置所发出的通信信号，其中接收天线的天线增益大于发射天线的天线增益；于初始时自每一接收天线接收通信信号；侦测每一接收天线接收到的通信信号以记录为相应的通信品质；比对记录的各通信品质以判断优劣，并且根据各通信品质的优劣及其接收天线的天线增益选择其中一接收天线；根据选择的接收天线切换选择器，使选择器维持与选择的接收天线相互电性连接，以持续自选择的接收天线接收通信信号。

本发明所公开的装置与方法如上，与现有技术之间的差异在于本发明是通过配置具有不同天线增益的发射天线及至少一支的接收天线，其中至少一支接收天线的天线增益分别大于发射天线且彼此不同，运作时通过侦测来自接收天线的通信信号以记录其通信品质，再根据接收时的通信品质即时切换选择出合适的接收天线。

通过上述的技术手段，本发明可以达成对信号传输距离及通讯稳定性进行优化处理的技术功效。

附图说明

图1为本发明具非对称增益天线的通讯装置的装置方块图。

图2为本发明具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法的方法流程图。

图3为本发明控制单元切换选择器的电路示意图。

图4为本发明调整单元调整低噪声增益单元的增益的电路示意图。

【主要元件符号说明】

110发射天线

111、112接收天线

120收发单元

121选择器

122低噪声放大器

123功率放大器

124低噪声增益单元

130记录单元

140运算单元

150控制单元

160调整单元

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

在说明本发明所公开的具非对称增益天线的通讯装置及其通讯方法之前，先对本发明所应用的环境架构作说明，本发明所述的具非对称增益天线的通讯装置是应用在一个通讯设备(例如：集线器、路由器)中，用以通过发射天线及接收天线传输各种信号，其中接收天线的天线增益大于发射天线，以便增加信号的接收距离。由于此通讯装置中的接收天线与发射天线具有不同的天线增益，因此信号的接收距离与传送距离也不相同，故需要搭配相同天线配置的其它通讯装置才能够延长信号传输距离，并且在延长信号传输距离的情况下确保信号传输正常，换句话说，第一个通讯装置的接收天线及发射天线的天线增益需要分别与第二个通讯装置的接收天线及发射天线的天线增益相同。如此一来，即使通讯装置的接收距离与信号的发射距离不同也能维持正常通信。特别要说明的是，虽然本发明在延长信号传输距离的情况下，需要搭配具有同样天线配置的其它通讯装置，然而，本发明也可在不延长信号传输距离的情况下与其它具有不同天线配置的通讯装置进行信号传输。

以下配合图式对本发明具非对称增益天线的通讯装置及其通讯方法作进一步说明，请参阅图1，图1为本发明具非对称增益天线的通讯装置的装置方块图，包含：发射天线110、接收天线(111、112)、收发单元120、选择器121、记录单元130、运算单元140及控制单元150。其中，发射天线110用以传送发射信号，接收天线(111、112)则分别接收另一通讯装置所发出的通信信号，而且接收天线(111、112)的天线增益大于发射天线110。在实际实施上，可同时设置多支接收天线(111、112)及一支发射天线110，其中各接收天线(111、112)可分别具有各种大于发射天线110的天线增益。举例来说，假设发射天线110的天线增益为“3dbi″，则各接收天线(111、112)的天线增益可分别为“5dbi″、“7dbi″及“10dbi″......等等。特别要说明的是，本发明并未以此限定发射天线110及接收天线(111、112)的天线增益，所述发射天线110的天线增益以其产生的发射功率符合所在地的电信规范为准，而接收天线(111、112)的天线增益则大于发射天线110的天线增益即可。除此之外，在实际的天线配置上，也可仅设置一支接收天线111及一支发射天线110以分别作为接收通信信号及传送发射信号之用，同样地，此接收天线111的天线增益仍然需大于发射天线110的天线增益。

收发单元120耦合至发射天线110及通过选择器121耦合至接收天线(111、112)，此收发单元120用以产生发射信号并通过发射天线110传送，以及于初始时自每一接收天线(111、112)接收通信信号，并且在初始完成后持续自其中一支接收天线接收通信信号。在实际实施上，收发单元120能够进行数字及模拟之间的转换，例如：将接收天线(111、112)接收到的通信信号转为数字形式的资料，以及将数字形式的资料转换成模拟形式的发射信号后通过发射天线110进行传送。特别要说明的是，所述选择器121是一个切换开关，能够通过电信号进行控制以电性连接(即短路)至其中一支接收天线，以便在收发单元120初始完成后持续使用这支接收天线来接收通信信号，稍后将配合图式说明其收发单元120与发射天线及接收天线的电路连接方式。

记录单元130耦合至收发单元120，用以侦测每一接收天线(111、112)接收到的通信信号以记录为相应的通信品质。在实际实施上，其侦测方式可每隔一段时间轮流侦测各接收天线(111、112)所收到通信信号的功率大小及侦测分析比特错误率(Bit Error Rate，BER)或两者任一，以及侦测其通信信号的信号来源，以便记录为相应接收天线的通信品质，此一记录单元130可以是如：快取存储器(Cache memory)、快闪存储器(Flash memory)......等挥发性(Volatile)或非挥发性(Non-volatile)的存储器装置。由于侦测功率大小及分析比特错误率均为已知技术，故在此不再多作赘述。

运算单元140耦合至记录单元130，用以比对记录单元130所记录的各通信品质以判断优劣，并且根据各通信品质的优劣及其接收天线的天线增益来选择其中一接收天线，其选择方式可先考量通信品质的优劣再考量接收天线的天线增益大小，如：先选出通信品质优良的接收天线，再从这些接收天线中选出天线增益最小的一支接收天线。举例来说，假设运算单元140经运算后得知第一支接收天线111的通信品质高于第二支接收天线112，且第一支接收天线111的天线增益小于第二支接收天线112的天线增益，那么运算单元140将选择第一支接收天线111作为接收通信信号所使用的天线。在实际实施上，运算单元140预先储存有每一接收天线(111、112)的天线增益，以便在通信品质相同的情况下，选择天线增益最低的接收天线以增加辐射范围(即提高维持通信的可偏移量)。另外，运算单元140更可预先对记录单元130所记录的各通信品质进行过滤，举例来说，在相近时间且相同接收天线的条件下，预先过滤掉少数差异较大的通信品质的记录后再进行比对。

控制单元150用以根据运算单元140所选择的接收天线切换所述收发单元120中的选择器121，使此选择器121维持与选择的接收天线相互电性连接，以供收发单元120持续自选择的接收天线接收通信信号。换句话说，当选择器121与选择的接收天线相互电性连接后，收发单元120即完成初始化，并且仅通过选择的接收天线持续接收通信信号。特别要说明的是，当收发单元120无法接收通信信号或通信信号的通信品质为劣等时，将使收发单元120重设为初始状态，并再次自每一接收天线(111、112)接收通信信号，以供运算单元140重新选择其中一支接收天线来接收通信信号。

除此之外，本发明具非对称增益天线的通讯装置更可包含低噪声放大器，此低噪声放大器一端串接选择器121，另一端则串接至收发单元120，以便将来自选择的接收天线的通信信号进行信号放大。在实际实施上，本发明也可以低噪声增益单元取代低噪声放大器，并且包含耦合至运算单元140及低噪声增益单元的调整单元160，以便调整单元160用以根据运算单元140选出的接收天线的通信品质来调整(即放大或衰减)低噪声增益单元的增益，使通信品质维持在最佳状态，此低噪声增益单元可为自动增益控制型，稍后将配合图式作详细说明。

接着，请参阅图2，图2为本发明具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法的方法流程图，应用于与另一通讯装置之间的通讯，其步骤包括：提供用以传送发射信号的发射天线(步骤210)；提供接收天线以分别接收另一通讯装置所发出的通信信号，其中接收天线的天线增益大于发射天线的天线增益(步骤220)；于初始时自每一接收天线接收通信信号(步骤230)；侦测每一接收天线接收到的通信信号以记录为相应的通信品质(步骤240)；比对记录的各通信品质以判断优劣，并且根据各通信品质的优劣及其接收天线的天线增益选择其中一接收天线(步骤250)；根据选择的接收天线切换选择器，使选择器维持与选择的接收天线相互电性连接，以持续自选择的接收天线接收通信信号(步骤260)。通过上述步骤，即可通过配置具有不同天线增益的发射天线及至少一支的接收天线，其中至少一支接收天线的天线增益分别大于发射天线且彼此不同，运作时通过侦测来自接收天线的通信信号以记录其通信品质，再根据接收时的通信品质即时切换选择出合适的接收天线。特别要说明的是，在步骤260之后，可通过低噪声增益单元将选择的接收天线所接收的通信信号进行信号放大或衰减(步骤270)；以及可根据选出的接收天线的通信品质来调整低噪声增益单元的增益值(步骤280)。

以下配合图3及图4以实施例的方式进行如下说明，请先参阅图3，图3为本发明控制单元切换选择器的电路示意图。其中，发射天线110用以传送发射信号，接收天线(111、112)则分别接收另一通讯装置所发出的通信信号，所述接收天线(111、112)的天线增益大于发射天线110的天线增益；收发单元120可耦合低噪声放大器122，并且在低噪声放大器122及接收天线(111、112)之间串接有选择器121。以此例而言，收发单元120通过串接的低噪声放大器122及一对二的切换开关(即选择器121)耦合至两支接收天线(111、112)来接收通信信号，以及可通过一个功率放大器123耦合一支发射天线110来传送发射信号。

接着，记录单元130耦合至收发单元120以侦测每一接收天线(111、112)所接收到的通信信号，以便记录成相应各接收天线(111、112)的通信品质，例如：记录接收天线111的通信品质为“-70dbm；优良″、记录接收天线112的通信品质为“-80dbm；劣等″，其中“-70dbm″及“-80dbm″代表接收天线111及接收天线112的接收功率、“优良″及“劣等″则是记录单元130根据接收天线111及接收天线112的比特错误率(BER)来进行判断。

承上所述，运算单元140根据记录单元130所记录的通信品质进行比对后，将根据各通信品质的优劣及其接收天线的天线增益来选择其中一支接收天线，以上例而言，假设第一支接收天线111的天线增益小于第二支接收天线112，由于接收天线111的通信品质较佳且第一支接收天线111的天线增益较小，故运算单元140会在两支接收天线(111、112)中选择接收天线111。此时，控制单元150根据运算单元140选择的接收天线111来控制选择器121切换开关，使选择器121与接收天线111相互电性连接(即短路)，而选择器121与接收天线112则为断路。如此一来，收发单元120便可经由接收天线111接收通信信号，并且通过低噪声放大器122放大此通信信号以进行后续的信号处理。特别要说明的是，在实际实施上，假设运算单元140比对后得知两支接收天线(111、112)的通信品质相同，则运算单元140会再比对这两支接收天线(111、112)的天线增益以选择天线增益较小的接收天线。另外，假设具有三支或三支以上的接收天线(图中未示)，运算单元140可读取通信品质最优良的接收天线的天线增益及通信品质最劣等的接收天线的天线增益来计算平均值，并且选择天线增益与此平均值最接近的接收天线。

请参阅图4，图4为本发明调整单元调整低噪声增益单元的增益的电路示意图。前面提到调整单元160可根据运算单元140选出的接收天线的通信品质来调整低噪声增益单元124的增益，使通信品质维持在最佳状态。在此例中，低噪声增益单元124可为自动增益控制型，并且与调整单元160相互电性连接，以便接收调整单元160传送的电信号来调整增益，举例来说，假设控制单元150控制选择器121使收发单元120与接收天线111相互电性连接，倘若接收天线111接收到的通信信号具有不同的接收功率，如：“-70dbm″、“-80dbm″，则运算单元140可根据通信品质过滤掉不必要的通信信号(例如：过滤接收功率较低的通信信号，或是根据通信信号的信号来源进行过滤)，接着通过调整单元160根据过滤后的通信信号的接收功率来调整低噪声增益单元124的增益，例如：接收功率在“-100dbm″以下则自动增益为三倍；接收功率在“0dbm″以上则自动衰减为两倍......等等。虽然本发明以上述举例说明接收功率及调整增益，然本发明并未以此为限，换句话说，只要能够根据接收功率或信号品质(可借由比特错误率来判断)来调整(例如：放大或衰减)低噪声增益单元124的增益，皆不脱离本发明的应用范畴。

综上所述，可知本发明与现有技术之间的差异在于通过配置具有不同天线增益的发射天线110及至少一支的接收天线，其中至少一支接收天线的天线增益分别大于发射天线且彼此不同，运作时通过侦测来自接收天线的通信信号以记录其通信品质，接着再根据接收时的通信品质即时切换选择出合适的接收天线，借由此一技术手段可以解决现有技术所存在的问题，进而达成提高信号传输距离及通讯稳定性的技术功效。

虽然本发明以前述的实施例如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求所界定者为准。

Claims (14)

1.一种具非对称增益天线的通讯装置，其特征在于，包含：

一发射天线，用以传送一发射信号；

至少一接收天线，用以分别接收另一通讯装置所发出的一通信信号，其中该至少一接收天线的天线增益大于该发射天线的天线增益；

一收发单元，耦合至该发射天线及通过一选择器耦合至该至少一接收天线，该收发单元用以产生该发射信号并通过该发射天线传送，以及于初始时自每一接收天线接收该通信信号；

一记录单元，耦合至该收发单元，用以侦测每一接收天线接收到的该通信信号以记录为相应的一通信品质；

一运算单元，耦合至该记录单元，用以比对记录的各该通信品质以判断优劣，并且根据各该通信品质的优劣及其接收天线的天线增益选择该至少一接收天线其中之一；及

一控制单元，用以根据选择的该接收天线切换该选择器，使该选择器维持与选择的该接收天线相互电性连接，以供该收发单元持续自选择的该接收天线接收该通信信号。

2.如权利要求1所述的具非对称增益天线的通讯装置，其特征在于，该选择器为切换开关，用以使该收发单元电性连接至该至少一接收天线其中之一。

3.如权利要求1所述的具非对称增益天线的通讯装置，其特征在于，该装置更包含一低噪声增益单元，该低噪声增益单元一端串接该选择器，另一端串接该收发单元，用以将选择的该接收天线所接收的该通信信号进行信号放大或衰减。

4.如权利要求3所述的具非对称增益天线的通讯装置，其特征在于，该装置更包含一调整单元，耦合至该运算单元及该低噪声增益单元，用以根据选出的该接收天线的通信品质调整该低噪声增益单元的增益值。

5.如权利要求1所述的具非对称增益天线的通讯装置，其特征在于，该通信品质至少包含该通信信号的功率大小及比特错误率或两者任一以及信号来源。

6.如权利要求1所述的具非对称增益天线的通讯装置，其特征在于，该运算单元在通信品质相同的情况下，将优先选择天线增益小的接收天线。

7.如权利要求1所述的具非对称增益天线的通讯装置，其特征在于，该运算单元读取通信品质最优良的接收天线的天线增益及通信品质最劣等的接收天线的天线增益以计算一平均值，并且选择天线增益与该平均值最接近的接收天线。

8.一种具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法，应用于与另一通讯装置之间的通讯，其特征在于，其步骤包括：

提供用以传送一发射信号的一发射天线；

提供至少一接收天线以分别接收另一通讯装置所发出的一通信信号，其中该至少一接收天线的天线增益大于该发射天线的天线增益；

于初始时自每一接收天线接收一通信信号；

侦测每一接收天线接收到的该通信信号以记录为相应的一通信品质；

比对记录的各该通信品质以判断优劣，并且根据各该通信品质的优劣及其接收天线的天线增益选择该至少一接收天线其中之一；及

根据选择的该接收天线切换一选择器，使该选择器维持与选择的该接收天线相互电性连接，以持续自选择的该接收天线接收该通信信号。

9.如权利要求8所述的具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法，其特征在于，该选择器为切换开关，用以切换电性连接至该至少一接收天线其中之一。

10.如权利要求8所述的具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法，其特征在于，该方法更包含通过一低噪声增益单元将选择的该接收天线所接收的该通信信号进行信号放大或衰减。

11.如权利要求10所述的具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法，其特征在于，该方法更包含根据选出的接收天线的通信品质调整该低噪声增益单元的增益值。

12.如权利要求8所述的具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法，其特征在于，该通信品质至少包含该通信信号的功率大小及比特错误率或两者任一以及信号来源。

13.如权利要求8所述的具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法，其特征在于，该选择该至少一接收天线其中之一的步骤中于通信品质相同的情况下，将优先选择天线增益小的接收天线。

14.如权利要求8所述的具非对称增益天线的通讯装置的通讯方法，其特征在于，该选择该至少一接收天线其中之一的步骤是读取通信品质最优良的接收天线的天线增益及通信品质最劣等的接收天线的天线增益以计算一平均值，并且选择天线增益与该平均值最接近的接收天线。

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