CN1871790B - 具有传送射频功率强度指示器的个人通讯装置及方法 - Google Patents

具有传送射频功率强度指示器的个人通讯装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无线电通讯系统，用于一第一移动系统与一第二移动系统之间的通讯，其中每一移动系统具有一收发器，用以接收及发射无线电信号。该第二移动系统包括一接收信号强度检测装置、一功率控制器及一指示装置。该接收信号强度检测装置检测该第二移动系统的该收发器的一接收信号强度。该功率控制器输出一传送功率强度状态，且根据该接收信号强度以控制该收发器的传送功率。该指示装置接收该传送功率强度状态，且指示该第二移动系统的该收发器的一传送射频(RF)功率强度状态。

Description

具有传送射频功率强度指示器的个人通讯装置及方法
技术领域
本发明涉及一种无线电通讯系统及方法，特别涉及一种个人通讯装置(PCD)及方法，其通过输出无线电通讯终端机的传送器的功率强度级别至一指示装置，可以指示该无线电通讯终端机的传送射频(RF)功率强度级别。
背景技术
AMPS、PHS、NADC、GSM、DCS、PCS、IS-95、CDMA、WCDMA、DECT、WLAN(802.11)、DECT、CT0、CT1等等，都是广为人知的无线网络及个人通讯装置(PCD)的标准。个人通讯装置包括有蜂窝式移动电话、无绳电话、个人数字助理(PDA)、手提无线对讲机、智能型移动电话等等。上述所有个人通讯装置皆为无线通讯装置(或称无线电通讯装置)。个人通讯装置之间的通讯连结经由接收及传送射频(radio-frequency，RF)信号来建立。射频(RF)信号的频率范围覆盖是从高频无线电频率(VHF)到微波频率。为了扩大通讯范围，个人通讯装置可以传送高达2瓦特(Watts)的射频信号。
个人通讯装置，例如蜂窝式移动电话，通常可以由图1的区块图来表示，其包括一射频(RF)接收器区14、一射频(RF)传送器18、一频率合成器146及186、一数字/控制器区15、一电池(图中未示出)及一输入输出(I/O)区(图中未示出)等等。
图1表示个人通讯装置的一个例子，其为符合上述标准的蜂窝式移动电话听筒。移动电话听筒1包括一天线11、一低通滤波器(LPF)12、一射频(RF)接收器(Rx)14、一低通滤波器16、射频(RF)传送器(Tx)18及一数字/控制器15，其中，射频接收器(Rx)14包括一低噪声放大器(LNA)142、一混频器144及一频率合成器146。类似地，射频传送器(Tx)18包括一功率放大器182、一混频器124、一频率合成器186及一调变器188。
当使用蜂窝式移动电话时，为了便于听和讲，使用者通常会把听筒放在非常靠近头部的地方。移动电话听筒发射射频(RF)信号至大气中，以与基地台建立通讯连结。然而，传送射频(RF)信号不只会被发射至大气中，还能穿过使用者的头部。科学研究显示长时间暴露在射频(RF)信号辐射中会伤害人体组织。一篇由M.D.Taurisano等人所共同发表且于IEEE MTT公元2000年研讨会(Boston)中演讲的IEEE文章，其标题为“Measurements of ThermalEffects on a Human Head exposed to 900MHz”，描述暴露在手持式移动通讯设备的电磁波下所导致的热效应的实验结果。
今日的个人通讯装置，诸如蜂窝式移动电话听筒及无绳电话等等，可以提供使用者一些有用信息，例如接收信号强度指示(received signal strengthindication，RSSI，此于美国专利公告第US6,356,745号中有公开)、电池低电量信号及电池充电状态等等，然而，却没有提供传送信号强度指示(transmitted signal strength indication，TSSI)，或称传送功率指示(transmitted power indication)来给使用者作为移动电话听筒处于高传送功率状态时报警之用。
再者，蜂窝式移动电话的传送信号强度并非固定值，其听筒可以传送多少射频(RF)功率会受到特定规范及基地台指令所影响。亦即，基地台会告知电话听筒其所能传送的射频(RF)功率大小。
基地台指令是根据通讯时蜂窝式移动电话与基地台之间的环境状况，例如距离、周围建筑物及地形等等。直至今日，蜂窝式移动电话使用者仍无法得知这些。
由于科学研究显示长时间暴露在射频(RF)信号中会伤害人体组织，因此有必要提供能告知使用者传送信号强度大小的个人通讯装置。据此，个人通讯装置使用者可以采取若干行动，以减少传送信号强度对身体组织所造成的伤害。
发明内容
本发明的目的在于提出具有传送射频功率强度指示器的个人通讯装置及方法，当个人通讯装置向使用者发出报警信号时，提供一传送射频(RF)信号功率状态及一以声音、振动或语音形式表现的可编程报警信号。通过这些信息，使用者可以调整个人通讯装置的位置或移动至他处以减少辐射的射频(RF)功率，或是缩短通话时间以减少暴露在射频(RF)辐射下的时间。
为实现上述目的，本发明公开了一种个人通信装置，用于与一第一移动系统通讯，其中该第一移动系统与该个人通信装置分别具有一收发器，用以接收及发射无线电信号，其中，该个人通信装置包括：接收信号强度检测装置、功率控制器及指示装置，该接收信号强度检测装置用以检测该个人通信装置的该收发器的一接收信号强度，该功率控制器用以输出一传送功率强度状态，且根据该接收信号强度以控制该个人通信装置的该收发器的传送功率，该指示装置，用以接收该传送功率强度状态，且指示该个人通信装置的该收发器的一传送射频(RF)功率强度状态。每一收发器具有一传送器及一接收器，该接收信号强度由电压值来表示，且该功率控制器包括一电压/电流转换器(V-Iconverter)，用以对应地将该接收信号强度转换为供应电流以对该个人通信装置的该传送器提供功率。
该电压/电流转换器为由数个P型金氧半晶体管(PMOS)所组成的一晶体管数组，其中所述P型金氧半晶体管的栅极由该接收信号强度所控制。该功率控制器还包括一传送功率校正装置，具有数个开关，且每一开关与该电压/电流转换器中相对应的一P型金氧半晶体管串联，分别选择性的导通和关闭，用以决定是否允许电流流经相对应的该P型金氧半晶体管及以对该个人通信装置的该传送器收发器提供功率，其中，当该P型金氧半晶体管的电流驱动能力降低时，使用者通过一程序来分别选择性的导通和关闭所述开关，使提供至该传送器的电流总和接近于该供应电流。
本发明还公开一种用以指示一个人通讯装置(PCD)的一传送信号功率级别的方法，其中，包括以下步骤：利用一接收信号强度检测装置检测该个人通讯装置的一接收信号的一接收信号强度；利用一电压/电流转换器执行一电压/电流转换，转换该接收信号强度为供应电流以对该个人通讯装置的一传送器提供功率，其中该电压/电流转换器为由数个P型金氧半晶体管(PMOS)所组成的一晶体管数组，且所述P型金氧半晶体管的栅极由该接收信号强度所控制；确定该传送器的一传送信号强度；以及通过该个人通讯装置的一指示装置以指示该传送信号强度，以此对该个人通讯装置的一使用者报警该个人通讯装置的射频(RF)辐射量；该供应电流由多个开关所决定，用于选择性地导通或关闭，以校正该供应电流，并调整该传送器的功率，并且，当该P型金氧半晶体管的电流驱动能力降低时，该使用者通过一程序来分别选择性的导通和关闭所述开关，使提供至该传送器的电流总和接近于该供应电流。
本发明的个人通讯装置为使用者提供一传送射频(RF)功率强度指示及一报警系统。通过这些信息，使用者可以调整个人通讯装置的位置或移动至他处以减少辐射的射频(RF)功率，或是缩短通话时间以减少暴露在射频(RF)辐射下的时间。
附图说明
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，特举四个较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
图1为公知的个人通讯装置(PCD)的区块图；
图2表示本发明的个人通讯装置(PCD)的第一实施例，其具有一传送射频(RF)功率强度指示电路；
图3表示本发明的个人通讯装置(PCD)的第二实施例，其具有一传送射频(RF)功率强度指示器；
图4表示传送信号强度(TSS)级别与传送信号射频(RF)功率强度的关系；
图5表示在本发明的第三实施例中，为传送射频(RF)功率强度设定报警级别；
图6为本发明的第三实施例中指示传送射频(RF)功率强度的步骤流程图；
图7a表示本发明的个人通讯装置(PCD)的第四实施例，其具有根据校正接收信号强度指示RSSI信号的一传送射频(RF)功率强度指示器；
图7b以实例表示图7a中与传送器、指示器及检测器相关连的功率控制器的详细电路图。
其中，标记说明如下：
1～移动电话听筒；11、21、31～天线；12、16、22～低通滤波器；Rx、14、42～射频(RF)接收器；15、25、35～控制器；Tx、18、28、38、44～射频(RF)传送器；142～低噪声放大器；144、184、284、384～混频器；146、186、286、386～频率合成器；PA、182、282、382～功率放大器；188、288、388～调变器；2、3、4～个人通讯装置(PCD)；32～滤波器；26、36～TSS检测器；29、39、49～指示装置；TS～传送信号；TSS、TSS1、TSS2～传送信号强度；CS～载波信号；STS～部分传送信号；BBS～基频信号；MBBS～调变基频信号；292、392～显示器；294、394～扬声器；296、396～振动器；298、398～气味产生器；Vcc～电压源；362～运算放大器；a、b、c、d、e～节点；RL、364～电阻器；IC～直流电流；602、604、608～步骤；606～判断式；40～射频(RF)收发器；45～功率控制器；46～RSS检测器；48～指示器；50～校正电路；RSS～接收信号强度；Vbias～偏压；P1、P2、P3、PN～P型金氧半(PMOS)晶体管；SW1、SW2、SW3、SWN～开关；Isup～电流；A/D、52～模拟至数字转换器。、
具体实施方式
第一实施例
图2表示本发明的个人通讯装置(PCD)的第一实施例，其具有一传送射频(RF)功率强度指示电路。一般来说，传送器28可以由图2来表示，其包括调变器288、功率放大器282及传送射频(RF)功率检测器26。已传送的基频信号BBS被调变于调变器288，接着将由调变器输出的信号MBBS做进一步的处理并连接至功率放大器282，或者直接将由调变器输出的信号MBBS连接至功率放大器282。功率放大器282，顾名思义，将输出信号的功率放大。被放大的输出信号接着由滤波器22来滤波，并送至天线21以作为信号传送。传送射频(RF)功率检测器(或称为传送信号强度检测器)检测传送信号强度TSS或是放大的输出信号的功率。
换言之，本发明的个人通讯装置(PCD)2主要包括射频(RF)传送器(TX)28、TSS检测器26、数字/控制器25、指示装置29及电池(图中未示出)等等，其中传送器(TX)28包括功率放大器(PA)282、混频器284、调变器288及频率合成器(或称为本地振荡器)286。
当基频信号BBS欲传送时，会先被传送至调变器288以产生调变基频信号MBBS。混频器284由频率合成器286接收此调变基频信号MBBS及载波信号CS，将此二信号相乘，并产生部分传送信号STS。接着，部分传送信号STS由功率放大器282放大，并由低通滤波器22滤波，以变成传送信号TS。最后，传送信号TS通过天线21传送或发射。
在本发明中，TSS检测器26耦接至位于低通滤波器22与功率放大器282之间的a点。当传送信号TS经由天线21传送时，TSS检测器26会产生一TSS级别信号，其代表由功率放大器传送至控制器25的传送射频(RF)功率。最后，此TSS级别信号由控制器转换成为TSS级别信息，然后送至指示器(或称为指示装置)29，以指示个人通讯装置(PCD)2的传送射频(RF)功率强度。
起初，TSS检测器26检测节点a的传送电压及用以代表的输出传送信号强度TSS1。众所周知，在传送信号强度TSS1与传送器的传送射频(RF)功率之间必然存在一种功能上的关系。图4表示此种功能上的关系的一例。此种功能上的关系可以用查询表格(look-up-table)或公式内建于个人通讯装置，用来将传送信号强度TSS1的值转换成传送射频(RF)功率或TSS级别信息。根据以下的方程式，传送射频(RF)功率可以用毫瓦(mWatt)或分贝毫瓦(dBm)表示：
Powerin_dBm＝10*log[Powerin_mWatt/1mWatt]
第二实施例
图3表示本发明的个人通讯装置(PCD)的第二实施例，其具有一传送射频(RF)功率强度指示电路。除了TSS检测器36之外，第二实施例与第一实施例相类似。如图3所示，传送信号强度TSS可以经由检测功率放大器(PA)382的直流电流消耗量来决定。
传送射频(RF)功率检测器(或称为传送信号强度检测器)36用来检测传送信号强度(TSS)级别。一旦检测到传送信号强度(TSS)，检测结果TSS2会被送至控制器35，控制器会将相对应的TSS状态显示在液晶显示器(LCD)或大型电子显示器(LED)，并且以气味、声音、振动、光线或语音等形式送出一使用者可编程设定的报警信号给个人通讯装置(PCD)的使用者。个人通讯装置(PCD)产生报警信号可由使用者编程设定。
通过TSS级别信息，个人通讯装置(PCD)使用者可以调整其个人通讯装置的位置或移动至其它通讯地点，以减少人体组织吸收到的个人通讯装置(PCD)所发射的射频(RF)功率，或是缩短通话时间以减少暴露在射频(RF)辐射下的时间。
TSS检测器36耦接于电压源Vcc与功率放大器382之间，用以检测对传送器38的功率放大器382提供功率的直流偏移(或电流)，并且将检测结果输出至控制器35。TSS检测器36的电阻器RL在节点d与e之间形成电压差，且此电压差与直流电流Ic成比例。TSS检测器36中的运算放大器362将此电压差放大并输出为传送信号强度TSS2至控制器35。
由于电流Ic与传送功率消耗量之间具有某种关系，因此可以由TSS检测器36检测出传送信号功率强度并显示在指示装置39。
第三实施例
图6为根据本发明指示传送射频(RF)功率强度的步骤流程图。本发明也提供一方法，用以指示传送器的传送射频(RF)功率强度状态，来对个人通讯装置(PCD)的使用者处于高射频(RF)辐射时提出报警。此方法包括以下步骤：
如步骤602所示，为传送射频(RF)功率强度即传送信号强度(TSS)预设一报警级别，例如由分贝毫瓦(dBm)单位来表示。一般而言，采用泛欧数字式移动电话系统(GSM)的移动电话听筒所发射的射频(RF)辐射量的功率范围在-5至33分贝毫瓦(dBm)。图5表示在本发明中，为传送射频(RF)功率强度设定报警级别。在此例中，使用10分贝毫瓦(dBm)作为预设的报警级别。
如步骤604所示，检测TSS级别。检测方法与装置可见于前述两个实施例中。
如步骤606所示，若TSS级别大于报警级别，则继续执行步骤608，否则回到步骤604。
如步骤608所示，输出此TSS级别至指示装置。
第四实施例
图7a表示本发明的个人通讯装置(PCD)的第四实施例，其具有根据校正接收信号强度指示RSSI信号的一传送射频(RF)功率强度指示器。个人通讯装置(PCD)4主要包括射频(RF)收发器40、接收信号强度(RSS)检测器46、功率控制器45、指示装置49及其其它外围装置，例如电池或外壳(图中未示出)等等。如本领域技术人员所知，收发器40包括传送器44与接收器42。
RSS检测器46产生RSS信号，其代表由接收器42所接收的射频(RF)信号的功率。根据不同的设计，此RSS信号可以是数字或模拟的。
基本上，功率控制器45依据RSS信号来控制传送器44的传送功率。例如，如本领域技术人员所周知，理论上当RSS信号越高时，基地台越靠近使用者且所需要的传送功率越少。换句话说，传送功率与接收功率为反向相依关系。功率控制器45可以完成此反向相依关系，当RSS信号变高时，会减少传送功率。
为了警告个人通讯装置(PCD)的使用者有关于传送功率的强度，功率控制器45亦扮演一个通知的角色，如记者一般，将传送器44的传送功率强度送至指示器48。如前所述，指示器48并非仅限定为一个显示装置(例如LCD或LED)。指示器48可以是任何可由使用者感知的装置。例如，振动器、扬声器或气味产生器均可被用来作为指示器48。
图7a的功率控制器45亦具有校正电路50，可以于操作时由使用者任意调整传送功率，或者由工厂制造流程来调整。虽然反向相依的概念为已知的，实际上由于不同的个人通讯装置(PCD)中所使用的装置具有不同的功效表现，反向相依关系会随着不同的个人通讯装置(PCD)而改变。因此，在制造个人通讯装置(PCD)时，可通过设定校正电路50来校正反向相依关系。假设校正电路50可由个人通讯装置(PCD)的使用者来设定，使用者也可以根据个人喜好以拥有个人的反向相依关系。
图7b以实例表示与传送器44、指示器48及RSS检测器46相关连的功率控制器45的详细电路图。功率控制器45具有并联排列的P型金属氧化物半导体(简称金氧半，PMOS)晶体管(P1-PN)，其个别或共同作为一电压/电流转换器(V-I converter)。PMOS晶体管P1-PN的源极共同连接至一高电位电压源Vcc，且其栅极共同连接并接收一偏压Vbias，此偏压Vbias代表由RSS检测器46传来的RSS信号。在饱和情况下，流经PMOS晶体管通道的电流仅由施加于PMOS晶体管栅极的电压来控制，因此被称为电压/电流转换器(V-Iconverter)。校正电路50由数个开关SW1-SWN来实现，其分别串联至PMOS晶体管P1-PN。通过程序可选择性地导通或关闭开关SW1-SWN，进而决定供应至传送器44的电流总和。例如，将P1平均设定成具有20单位的电流驱动能力，P2具有21单位能力，P3具有22单位能力，P4具有23单位能力，并以此类推。当个人通讯装置(PCD)需要10单位的电流驱动能力时，则将SW2及SW4导通且将其余开关关闭，以提供10单位的电流驱动能力至传送器44。假设发生装置效能改变的意外情形，此时，特定的个人通讯装置(PCD)的功率控制器45的PMOS晶体管的电流驱动能力比一般情形时减少20％，亦即，在此特定的个人通讯装置(PCD)中，P1仅具有20*80％单位的电流驱动能力，P2仅具有21*80％单位能力，并以此类推。为了符合前述提供10单位的电流驱动能力的需求，使用者可通过程序来将SW3及SW4导通且将其余开关关闭，或者，可在制造个人通讯装置(PCD)时将SW3及SW4设定为导通且将其余开关设定为关闭，如此一来，总共可提供9.6(＝12*0.8)单位的电流驱动能力。
在第7b图中，功率控制器45包括模数(A/D)转换器52，其中电流Isup也会流经此处。模数转换器52检测此电流Isup，产生相对应的数字信号以作为传送功率强度状态，并将此数字信号送至指示器48。
如果有使用其它种类的功率控制器45，则模数(A/D)转换器52可以被省略。由于功率控制器45被用来控制传送器44的传送功率，功率控制器45可以直接产生并输出有关于传送功率的信息。第7b图的模数(A/D)转换器52仅为一例，用来扮演传送功率信息提供者的角色。
另一方面，本发明提供一方法，用以指示个人通讯装置(PCD)的传送信号功率级别。首先，检测个人通讯装置(PCD)的接收信号并对应产生一接收信号强度。接着执行接收信号强度至供应电流的转换，此供应电流用以对个人通讯装置(PCD)的传送器提供功率。此种转换可由电压/电流转换器(V-Iconverter)或任何公知的类似装置来实现。终端使用者可以操作有选择性的校正，或者由工厂制造流程来完成，以调整接收信号强度与供应电流之间的相依关系。亦可以决定传送器的传送功率强度。此种决定可通过检测供应电流的大小来实现。接着，传送功率强度被送至指示装置，用以对使用者是否暴露在射频(RF)辐射的危险下进行报警。
与公知的个人通讯装置(PCD)相比，公知的装置的使用者对传送功率一无所知，而本发明的个人通讯装置(PCD)提供一种方法，通过指示射频(RF)辐射功率，让使用者知道暴露在射频(RF)下的危险程度。
本发明虽以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做一些的变动与改进，因此本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (2)

1.一种用以指示一个人通讯装置(PCD)的一传送信号功率级别的方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用一接收信号强度检测装置检测该个人通讯装置的一接收信号的一接收信号强度；
利用一电压/电流转换器执行一电压/电流转换，转换该接收信号强度为供应电流以对该个人通讯装置的一传送器提供功率，其中该电压/电流转换器为由数个P型金氧半晶体管(PMOS)所组成的一晶体管数组，且所述P型金氧半晶体管的栅极由该接收信号强度所控制；
确定该传送器的一传送信号强度；以及
通过该个人通讯装置的一指示装置以指示该传送信号强度，以此对该个人通讯装置的一使用者报警该个人通讯装置的射频(RF)辐射量；
其中，该供应电流由多个开关所决定，用于选择性地导通或关闭，以校正该供应电流，并调整该传送器的功率；
并且，当该P型金氧半晶体管的电流驱动能力降低时，该使用者通过一程序来分别选择性的导通和关闭所述开关，使提供至该传送器的电流总和接近于该供应电流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该确定该传送器的该传送信号强度的步骤由检测该供应电流所实现。
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