TW201539865A - 動態選擇天線的電子裝置與方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種動態選擇天線的方法，適用於一電子裝置之上。該方法包含：感測該電子裝置對地面的姿態；以及根據所感測的姿態，選擇該電子裝置所包含的一第一天線模組當中的一第一端射式天線或一第一側射式天線，其中該第一端射式天線與該第一側射式天線所對應的波束指向範圍不同。

Description

動態選擇天線的電子裝置與方法

本發明係關於手持式通信裝置，特別係關於手持式通信裝置的天線模組之動態選擇方案。

隨著智慧型電子裝置的高度發展，其所應用的高速無線網路也需要越來越高的速度與頻寬。根據香農-哈特利(Shannon Hartley)理論，想要提高單位頻道的傳輸率，需要選用更高的頻率。所以有越來越多的無線網路標準採用了毫米波或60GHz的無線電頻段。

採用如此高頻的無線電頻段進行通信，本身存在著一些技術難度，這是源自於該頻段電磁波的傳播特性和空間通道特徵。在這一類的頻段當中，電磁波類似於可見光波段的傳播。因此，若接收端的位置不在發射端天線場型的指向範圍內，則發射端所發射的電磁波無法傳播到接收端。所以發射端必須透過天線陣列形成指向性波束(beam forming)或稱波束成形，來增強天線增益與信噪比，進而增加頻道的傳輸率。

傳統的波束成形只在三維空間當中的某一平面形成指向性波束，侷限了使用情境。總上所述，迄需一種能夠偵測使用情境而動態選用天線模組的通信裝置，以便提升頻道的傳輸率或傳送距離。

在本發明的一實施例中，提供了一種動態選擇天線的電子裝置，包含：一姿態感測器模組、一第一天線模組、以及一控制模組。姿態感測器模組用於感測該電子裝置對地面的姿態。第一天線模組包含一第一端射式天線與一第一側射式天線，該第一端射式天線與該第一側射式天線所對應的波束指向範圍不同。該控制模組用於根據該姿態感測器模組所感測的姿態，選擇該第一端射式天線或該第一側射式天線。

在本發明的一實施例中，提供了一種動態選擇天線的方法，適用於一電子裝置之上。該方法包含：感測該電子裝置對地面的姿態；以及根據所感測的姿態，選擇該電子裝置所包含的一第一天線模組當中的一第一端射式天線或一第一側射式天線，其中該第一端射式天線與該第一側射式天線所對應的波束指向範圍不同。

本發明的主要精神之一，在於利用感測到的電子裝置相對於地面之姿態，選用較為合適的天線模組與其中包含的天線形式。當擇定天線模組與其天線形式之後，可以使用天線陣列的波束成型功能，強化射頻波段的傳送與接收能力。

100‧‧‧電子裝置

110‧‧‧人機介面

120‧‧‧第一天線模組

130‧‧‧第二天線模組

140B‧‧‧波束指向範圍

140E‧‧‧波束指向範圍

150B‧‧‧波束指向範圍

150E‧‧‧波束指向範圍

200‧‧‧通信系統

290‧‧‧通信裝置

310~350‧‧‧步驟

400‧‧‧電子裝置

410‧‧‧第一天線模組

412‧‧‧端射式天線或天線陣列

414‧‧‧側射式天線或天線陣列

420‧‧‧第二天線模組

422‧‧‧端射式天線或天線陣列

424‧‧‧側射式天線或天線陣列

430‧‧‧射頻模組

440‧‧‧控制模組

450‧‧‧姿態感測器模組

第一圖為根據本發明一實施例的一電子裝置100之一示意圖。

第二A圖與第二B圖為根據本發明一實施例的通信系統200之示意圖。

第二C圖與第二D圖為根據本發明一實施例的通信系統200之示意圖。

第三圖為根據本發明一實施例的一流程示意圖。

第四圖為根據本發明一實施例的一電子裝置400之一系統架構圖。

本領域的普通技術人員可以理解到，本發明實施例提供之方法所包含的各個步驟，其執行順序未必依照該實施例所示的順序，除非各個步驟之間有特別說明的依存關係，否則本發明並不限定各個步驟之間的執行順序。除此之外，在不影響本發明所提供之精神的情況下，各個步驟之間可以插入其他步驟。如此衍生出的實作範例，也會落入本發明的範圍當中。

請參考第一圖所示，其為根據本發明一實施例的一電子裝置100之一示意圖。此電子裝置100可以是手機、平板電腦、智慧型裝置、或其他具有無線通信能力的電子裝置。該電子裝置100包含了一殼體，該殼體大致上為一六面體，其邊角之處可以有圓角或其他修飾。本領域的普通技術人員可以理解到，本發明並不限定該電子裝置100的形狀。

在殼體的一面包含有可選的一人機介面110，其可以包含一顯示螢幕或一觸控螢幕，以及其他種輸出入裝置。使用者主要是依賴該人機介面110操控該電子裝置100。本發明將該人機介面110所面對的方向稱之為Z軸。該人機介面110的一邊，通常為長邊，所面對的方向稱之為X軸。該人機介面110的另一邊，通常是短邊，所面對的方向稱之為Y軸。

在一實施例中，該殼體在Y軸的一面可以包含一第一天線模組120，該殼體在X軸的一面可以包含一第二天線模組130。本發明並不限定有多少個天線模組，本領域的普通技術人員可以理解到，如果該電子裝置100沒有上述可選的人機介面110，也可以在兩個相鄰的面包含該第一天線模組120與該第二天線模組120。

該第一天線模組120可以包含一第一端射型(end-fire)天線模組與一第一側射型(broadside)天線模組。該第一端射型天線模組的波束朝向Y軸方向，可以在X-Y平面上進行波束成形，如第一圖所示的波束指向範圍140E。該第一側射型天線模組的波束朝向-Z軸方向或是Z軸的反方向，亦即在人機介面110的背面方向，可以在X-Z平面上進行波束成形，如第一圖所示的波束指向範圍140B。

同樣地，該第二天線模組130可以包含一第二端射型(end-fire)天線模組與一第二側射型(broadside)天線模組。該第二端射型天線模組的波束朝向X軸方向，可以在X-Y平面上進行波束成形，如第一圖所示的波束指向範圍150E。該第二側射型天線模組的波束朝向-Z軸方向，亦即在人機介面110的背面方向，可以在Y-Z平面上進行波束成形，如第一圖所示的波束指向範圍150B。

在一實施例中，上述的電子裝置100可以是一智慧型手機或是一平板電腦。在第一使用場景當中，該電子裝置100被當成是一遙控裝置，透過上述的第一天線模組120朝著電視、音響、機上盒、或其他的電子裝置進行無線通信。請參考第二A圖與第二B圖所示，其為根據本發明一實施例的通信系統200之示意圖。該電子裝置100可以在人機介面110上所呈現的方向，明示或暗示指示使用者需要以第一天線模組120指向一通信裝置290。所以使用者在握持該電子裝置100時，會令第一天線模組120指向該通信裝置290。

在第二A圖所示的實施例中，該電子裝置100是以Z軸朝上，其反方向-Z軸方向朝向地面，亦即重力場G的方向。指向Y軸方向亦即通信 裝置290的方向的是第一天線裝置120的第一端射型天線陣列，其波束指向範圍為140E。在第二B圖所示的實施例中，該電子裝置100是以Y軸朝上，其反方向-Y軸方向朝向地面，亦即重力場G的方向。指向-Z軸方向亦即通信裝置290的方向的是第一天線裝置120的第一側射型天線陣列，其波束指向範圍為140B。

第二C圖與第二D圖所示，其為根據本發明一實施例的通信系統200之示意圖。在第二C圖所示的實施例中，該電子裝置100是以Z軸朝上，其反方向-Z軸方向朝向地面，亦即重力場G的方向。指向X軸方向亦即通信裝置290的方向的是第二天線裝置120的第二端射型天線陣列，其波束指向範圍為150E。在第二D圖所示的實施例中，該電子裝置100是以X軸朝上，其反方向-X軸方向朝向地面，亦即重力場G的方向。指向-Z軸方向亦即通信裝置290的方向的是第二天線裝置130的第二側射型天線陣列，其波束指向範圍為150B。

在前述的第二A圖與第二C圖的實施例中，該電子裝置100均是以Z軸朝上。因此，在一實施例中，該電子裝置100可以根據其所執行的應用程式來判定要開啟的是第一天線模組120或是第二天線模組130。比方說，當該應用程式的顯示方向適合將第一天線模組120對準該通信裝置290時，而且該電子裝置100的Z軸朝上時，則啟用第一天線模組120的第一端射式天線陣列。當該應用程式的顯示方向適合將第二天線模組130對準該通信裝置290時，而且該電子裝置100的Z軸朝上時，則啟用第二天線模組130的第二端射式天線陣列。

在另一實施例中，該電子裝置100可以根據先前的動作與/ 或姿態來判定要開啟的是第一天線模組120或是第二天線模組130。比方說，該電子裝置100從原先如第二B圖所示的姿態轉換成第二A圖所示的姿態時，則啟用第一天線模組120的第一端射式天線陣列。當電子裝置100從原先如第二D圖所示的姿態轉換成第二C圖所示的姿態時，則啟用第二天線模組120的第二端射式天線陣列。

請參考第三圖所示，其為根據本發明一實施例的一流程示意圖。在第三圖所示的實施例中，該電子裝置100包含一無線網路模組與至少一姿態感測器。本領域的普通技術人員可以理解到，該無線網路模組可以是毫米波波段的無線通信協定，比方說是60GHz頻段的各式無線通信協定，例如無線千兆聯盟(WiGig,Wireless Gigabit Alliance)的802.11ad協定。該無線網路模組可以應用上述的第一天線模組與/或第二天線模組。

上述的姿態感測器可以包含一種或多種形式的感測器，比方說陀螺儀、角加速度計、加速度計、各式慣性導航模組、重力計。無論其形式或感測原理如何，只要姿態感測器可以感測出該電子裝置100的姿態，更精確地說，該電子裝置100相對於地面的姿態，即可符合本發明的要求。

在流程一開始的可選步驟310當中，無線網路被開啟，亦即有使用上述第一天線模組或第二天線模組的需求。接著，在步驟320當中，姿態感測器被開啟。在本發明當中的一實施例中，姿態感測器可能已經被開啟，步驟320僅僅是讀取該姿態感測器的感測結果。在另一實施例中，姿態感測器的輸出值可能並不直接代表該電子裝置100相對於地面的姿態，步驟320即包含相應的計算或轉換步驟，使得姿態感測器的輸出值可以表示該電子裝置100相對於地面的姿態。

在可選的步驟330當中，根據姿態感測結果，判斷使用哪一個天線模組，比方說第一天線模組或第二天線模組。儘管在前述的實施例當中，本發明僅以兩個天線模組的實施例進行描述。但本領域的普通技術人員應該可以理解，該電子裝置100可以只包含單一個天線模組，因此第三圖所示的流程可以跳過步驟330。此外，該電子裝置100可以包含超過兩個天線模組，而不局限於兩個天線模組，也不局限於兩個天線模組的布局。先前已經提到選用天線模組的步驟當中，除了根據姿態感測結果之外，還可以根據該電子裝置所執行的程式來決定，或者是根據先前的姿態來決定。請參見先前的敘述，不在此重複贅敘。

當選出某一天線模組之後，即可以在步驟340中根據姿態感測結果，判斷使用端射式天線或側射式天線。在第二A圖至第二D圖所示的實施例當中，選擇天線的考量之一是根據哪一天線的波束主要方向較接近水平方向，亦即較遠離垂直地面的方向。換言之，該電子裝置100預設該通信裝置290的位置與該電子裝置100大約處在水平位置。

在本發明一實施例中，該電子裝置100可以設定該通信裝置290的假定角度或範圍。比方說，該通信裝置290可以是位於天花板的空調裝置之通信天線，其假定角度為水平仰角60度。則步驟340先判斷端射式天線的波束方向與該假定角度的第一誤差角度，接著在判斷側射式天線的波束方向與該假定角度的第二誤差角度。當第一誤差角度小於第二誤差角度時，選用端射式天線，反之則選用側射式天線。在第二A圖至第二D圖所示的實施例當中，其假定角度為水平仰角0度。

第三圖所示流程的最後可選步驟350，是令步驟340當中被擇 定的天線陣列進行波束成形。由於被選用的天線未必具有陣列構型，所以此步驟是可選的步驟。在擇定天線模組與其天線之後，該電子裝置100即令該無線通信模組利用被擇定的天線進行無線通信。在一實施例當中，該電子裝置100可以定期地執行步驟320至350，以便當該電子裝置100的姿態改變時，可以動態地更換更適合的天線或是天線模組。在另一實施例當中，該電子裝置100可以令該姿態感測器在姿態有變化時，或是有超出某一範圍的變化時，再來執行第三圖所示流程。

請參考第四圖所示，其為根據本發明一實施例的一電子裝置400之一系統架構圖。該電子裝置400包含一第一天線模組410與一第二天線模組420、連接上述第一天線模組410與第二天線模組420的一射頻模組430、連接該射頻模組430的一控制模組440、與連接到該控制模組440的一姿態感測器模組450。在一實施例中，該第一天線模組410包含端射式天線或天線陣列412與側射式天線或天線陣列414，該第二天線模組420包含端射式天線或天線陣列422與側射式天線或天線陣列424。這兩個天線模組410與420的波束分別指向不同的方向。

該射頻模組430可以選用兩個天線模組410與420所包含的任一天線或天線陣列。如前所述，該射頻模組430包含至少符合某一無線通信協定的模組，比方說其實現了該無線通信協定的物理層，其傳送或接收的資料係送往該電子裝置400的其他模組。由於與本發明沒有關係，故第四圖並沒有示出傳送或接收資料的其他模組。在一實施例中，上述的其他模組可以包含基頻處理器與/或應用程式處理器。

該控制模組440可以是單獨的一顆可程式化微處理器，也可 以是在其他處理器內的電路，或者也可以是其他處理器所執行的軟體。這裡所述的其他處理器，可以是上述的基頻處理器與/或應用程式處理器。在一實施例中，該控制模組440可以利用軟體、硬體、或軟硬體的方式進行實作，以便實現第三圖的流程。第四圖所示的姿態感測器模組450，已經在先前敘述過，在此不再贅述。

本發明的主要精神之一，在於利用感測到的電子裝置相對於地面之姿態，選用較為合適的天線模組與其中包含的天線形式。當擇定天線模組與其天線形式之後，可以使用天線陣列的波束成型功能，強化射頻波段的傳送與接收能力。

310~350‧‧‧步驟

Claims (20)

1. 一種動態選擇天線的電子裝置，包含：一姿態感測器模組，用於感測該電子裝置對地面的姿態；一第一天線模組，其包含一第一端射式天線與一第一側射式天線，該第一端射式天線與該第一側射式天線所對應的波束指向範圍不同；以及一控制模組，用於根據該姿態感測器模組所感測的姿態，選擇該第一端射式天線或該第一側射式天線。
2. 如申請專利範圍第1項的電子裝置，更包含一第二天線模組，其包含一第二端射式天線與一第二側射式天線，該第一端射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、與該第二側射式天線所對應的波束指向範圍彼此不同。
3. 如申請專利範圍第2項的電子裝置，其中該控制模組更用於根據該姿態感測器模組所感測的姿態，選擇該第一端射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、或該第二側射式天線。
4. 如申請專利範圍第3項的電子裝置，其中該控制模組更用於根據該電子裝置所執行的程式，選擇該第一端射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、或該第二側射式天線。
5. 如申請專利範圍第3項的電子裝置，其中該控制模組更用於根據該姿態感 測器模組先前所感測的舊姿態，選擇該第一端射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、或該第二側射式天線。
6. 如申請專利範圍第3項的電子裝置，其中該控制模組更用於根據一假定角度，選擇該第一端射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、或該第二側射式天線之波束指向範圍與該假定角度之誤差角度最小者。
7. 如申請專利範圍第1項的電子裝置，其中該控制模組更用於根據一假定角度，選擇該第一端射式天線與該第一側射式天線的波束指向範圍與該假定角度之誤差角度最小者。
8. 如申請專利範圍第7項的電子裝置，其中該假定角度為水平仰角0度。
9. 如申請專利範圍第1項的電子裝置，更包含一射頻模組，用於使用該控制裝置所選擇的該第一端射式天線或該第一側射式天線進行射頻信號的發射與/或接收。
10. 如申請專利範圍第1項的電子裝置，其中該第一端射式天線與/或該第一側射式天線為陣列式天線。
11. 一種動態選擇天線的方法，適用於一電子裝置之上，包含：感測該電子裝置對地面的姿態；以及 根據所感測的姿態，選擇該電子裝置所包含的一第一天線模組當中的一第一端射式天線或一第一側射式天線，其中該第一端射式天線與該第一側射式天線所對應的波束指向範圍不同。
12. 如申請專利範圍第11項的方法，該電子裝置更包含一第二天線模組，其包含一第二端射式天線與一第二側射式天線，該第一端射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、與該第二側射式天線所對應的波束指向範圍彼此不同。
13. 如申請專利範圍第12項的方法，更包含根據所感測的姿態，選擇該第一端射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、或該第二側射式天線。
14. 如申請專利範圍第13項的方法，更包含根據該電子裝置所執行的程式，選擇該第一端射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、或該第二側射式天線。
15. 如申請專利範圍第13項的方法，更包含先前所感測的舊姿態，選擇該第一端射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、或該第二側射式天線。
16. 如申請專利範圍第13項的方法，更包含根據一假定角度，選擇該第一端 射式天線、該第一側射式天線、該第二端射式天線、或該第二側射式天線之波束指向範圍與該假定角度之誤差角度最小者。
17. 如申請專利範圍第11項的方法，更包含根據一假定角度，選擇該第一端射式天線或該第一側射式天線之波束指向範圍與該假定角度之誤差角度最小者。
18. 如申請專利範圍第17項的方法，其中該假定角度為水平仰角0度。
19. 如申請專利範圍第11項的方法，其中該電子裝置更包含一射頻模組，用於使用所選擇的該第一端射式天線或該第一側射式天線進行射頻信號的發射與/或接收。
20. 如申請專利範圍第11項的方法，其中該第一端射式天線與/或該第一側射式天線為陣列式天線。