TWI396394B - 多頻段行動通訊裝置 - Google Patents

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Description

多頻段行動通訊裝置
本發明為一種多頻段行動通訊裝置，尤指一種包含有兩個通訊系統與兩個天線單元，而能利用其中一天線單元對一特定頻段與利用另一天線單元對其他頻段進行信號傳輸的多頻段行動通訊裝置。
現代人大都有使用行動電話(mobile phone)或俗稱為手機之電子裝置的經驗，而近年來隨著行動運算科技與電子通訊產業技術的日益進步和不斷發展，行動電話無論是在信號傳輸的品質上或是信號運作之處理模式上，皆有相當重要的成果，並且為使用者帶來更好的通話服務與更多功能的操作與應用。
依通訊技術發展之時間與通用之地區的不同，目前行動電話所普遍使用的通訊系統或信號規格包含由歐洲國家所制訂和發展出的全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications，簡稱為GSM)，以及最早由美國軍方所發展的分碼多重存取(Code Division Multiple Access，簡稱為CDMA)系統等，此外還有因應市場而根據CDMA系統所發展出的CDMA2000與其他型號的第三代 (3G)CDMA升級標準；然而，由於全球市場佔有率與通行用戶數等因素，以及相關系統支援技術的優缺點等條件，使得歐洲電信廠商所推廣的GSM系統已成為目前全球行動電話通訊市場的主流系統。
GSM系統和CDMA系統為兩種不同的通訊系統，而為了因應於各國無線電頻率之不同分配的情形，這些系統各自在信號發送(Tx)與接收(Rx)的方式上是採用在多個不同頻段(multi－band)上進行信號傳輸，例如GSM系統常見的運作頻段包含了有850、900、1800和1900MHz等頻段，其中主要的技術概念便是利用一天線切換模組來對不同電路的運作頻段進行切換，並藉由相同的一天線單元來進行信號發送與接收之傳輸。
於行動電話通訊系統之發展中，GSM系統是屬於國際電信聯盟(ITU)所分類的第二代(2G)行動通訊標準，而寬帶分碼多重存取(Wideband Code Division Multiple Access，簡稱為WCDMA)系統則為一種根據GSM系統所發展出的第三代(3G)的行動通訊標準，而就目前技術來說WCDMA系統能夠運作在任何頻段上。然而，隨著行動通訊標準與通訊技術的日益改變與進步，使用者所使用的行動電話裝置亦就必需作對應的淘汰或更新。
由於WCDMA系統和GSM系統於信號傳輸的開發上同屬於歐規之通訊系統，因此能相互整合或支援(而類似的於美規開發之CDMA2000以至於其他升級標準，則在CDMA系統上相互整合或支援)，舉例來說，WCDMA系 統所採用的部分基地台能和GSM系統的基地台共用，且目前通訊市場與業界的製造趨勢也已普遍地將分別代表為2G和3G的兩套行動通訊標準之通訊系統整合於使用者所使用的行動電話之單一裝置中，並設計這兩個通訊系統能共用同一個天線單元來進行信號傳輸。
如第一圖所示，為整合了WCDMA系統和GSM系統的一行動電話100的功能方塊示意圖；在行動電話100中，一GSM無線信號處理電路12與一WCDMA無線信號處理電路14在信號發送(Tx)與接收(Rx)上各自能運作在多個不同的頻段上，例如GSM無線信號處理電路12在發送上運作在850/900MHz、1800/1900MHz等頻段，接收上運作在850、900、1800或1900MHz等頻段，而WCDMA無線信號處理電路14在發送與接收上則皆運作於一號頻段(Band－I為2100MHz)、二號頻段(Band－II為1900MHz)或五號頻段(Band－V為850MHz)上；而一天線切換模組11則對這兩電路的運作頻段進行切換，使得GSM無線信號處理電路12與WCDMA無線信號處理電路14在各頻段上所運作的信號皆能透過一天線單元10來進行傳輸。
根據目前技術與通訊業界的主要製造趨勢，雖然能於單一的行動電話裝置中整合與運作兩不同通訊系統與採用多種不同頻段進行信號的傳送與接收，但針對其中3G之WCDMA系統來說，由於在部份頻段上所傳輸的信號須先經過天線切換模組11的切換之後，方能利用天線單元10進行傳輸，使得所傳輸之信號功率便會產生略微損耗或發 生所謂的插入損失(Insertion Loss)的情形，其程度約為幾個分貝(Decibel，簡寫為dB)的大小，但進而會影響其信號的效能表現。
此外，目前另一製造技術將WCDMA系統和GSM系統之電路作分割，並分別透過兩個不同的天線單元來進行傳輸；如第二圖所示，於一行動電話200中，一天線切換模組21與一天線單元20對GSM信號和部份頻段的WCDMA信號進行傳輸，而一頻率區分濾器(frequency division filter)22與一天線單元23則對部份頻段的WCDMA信號進行傳輸。但就實際運作來說，利用頻率區分濾器22所產生的信號功率損耗情形會更加嚴重，且天線切換模組21和頻率區分濾器22所對應的天線單元20、23皆會在多個頻段上進行切換運作，如此也會影響到部份頻段之WCDMA信號的傳輸效能表現。上述第二圖之相關圖示與技術說明參考美國專利公開編號：US 2006/0135210A1。
本發明為一種多頻段行動通訊裝置，包含有：一第一通訊系統無線信號處理電路，用以運作多個第一類頻段信號；一第二通訊系統無線信號處理電路，用以運作多個第二類頻段信號；一天線切換模組，信號連接於該第一與第二通訊系統無線信號處理電路，用以對該些第一類頻段信 號與該些第二類頻段信號中的一第一部份頻段信號進行切換；一第一天線單元，信號連接於天線切換模組；以及一第二天線單元，信號連接於第二通訊系統無線信號處理電路。
本發明之多頻段行動通訊裝置，使得利用其中的一天線單元而能對WCDMA系統中的一特定頻段進行信號傳輸，並且利用另一天線單元對WCDMA系統和GSM系統的其他頻段進行信號傳輸，從而能夠減少WCDMA系統在進行頻段切換與信號傳輸時所產生的信號傳輸功率損耗與影響信號效能表現的情形。
請參閱第三圖，為本發明較佳實施例中之一行動電話的功能方塊示意圖；在此較佳實施例中，行動電話300為本發明所提出的一種多頻段行動通訊裝置，即行動電話300能以多頻段運作的方式來進行通訊上的信號發送(Tx)與接收(Rx)。如圖所示，行動電話300主要包含了有一全球行動通訊(GSM)無線信號處理電路32和一寬帶分碼多重存取(WCDMA)無線信號處理電路34，使得行動電話300便能以一全球行動通訊(GSM)系統和一寬帶分碼多重存取(WCDMA)系統所制定的格式進行GSM信號和WCDMA信號的信號傳輸。
行動電話300還包含有一天線切換模組31，天線切換 模組31信號連接於GSM無線信號處理電路32和WCDMA無線信號處理電路34，而在此較佳實施例中和先前技術之第一圖相同之處，GSM無線信號處理電路32與WCDMA無線信號處理電路34在信號的發送與接收上各自能運作在多個不同的頻段上，例如來自於GSM無線信號處理電路32所運作的多個第一類頻段信號，如圖所示包含在發送上以850/900MHz、1800/1900MHz等頻段且接收上以850、900、1800或1900MHz等頻段所運作之信號，而來自於WCDMA無線信號處理電路34所運作的多個第二類頻段信號，如圖所示包含在發送與接收上皆以一號頻段(Band－I為2100MHz)、二號頻段(Band－II為1900MHz)或五號頻段(Band－V為850MHz)等頻段所運作之信號。
承上所述，此較佳實施例之特徵在於，在行動電話300中設計了有兩天線單元，包含了代表多頻段天線的一第一天線單元30以及代表單頻段天線的一第二天線單元33，其中第一天線單元30信號連接於天線切換模組31，而第二天線單元33則是直接信號連接於WCDMA無線信號處理電路34。
同樣的，天線切換模組31對GSM無線信號處理電路32所能運作之該些第一類頻段信號進行切換後，透過第一天線單元30進行包含信號發送與信號接收之傳輸；此外，天線切換模組31還對WCDMA無線信號處理電路34所能運作之該些第二類頻段信號中的第一部份頻段信號進行切換，如第三圖所示，在此較佳實施例中我們設計所述之第 一部份頻段信號包含有以較低頻之二號頻段(Band－II)和五號頻段(Band－V)等頻段運作的信號，在經由天線切換模組31進行切換後，同樣透過第一天線單元30來進行傳輸。
另一方面，WCDMA無線信號處理電路34於該些第二類頻段信號中的第二部份頻段信號，如第三圖所示，所述之第二部份頻段信號即為以最高頻之一號頻段(Band－I)運作之信號，則直接透過第二天線單元33進行包含信號發送與接收之傳輸，而不須經由天線切換模組31作切換處理，是故，藉由此較佳實施例中的信號連接配置與信號傳輸方式，便能夠有效的避免了先前技術中所述的當在傳輸WCDMA系統之多個頻段上的信號時，於經由天線切換模組的切換過程中所會造成的傳輸信號功率損耗或插入損失的情形。
以此實施例來說，該些第二類頻段信號中的第二部份頻段信號，即最高頻之一號頻段(Band－I)信號便直接由第二天線單元33進行傳輸；就信號的接收效果而言，由於第二天線單元33為單頻段天線，因此WCDMA無線信號處理電路34便能接收到明顯而清楚的信號，而就信號的發送方面來說，由於不須經由天線切換模組31這部份，因此WCDMA無線信號處理電路34之電源供應便更為低耗能，且低耗能的電源供應亦不會影響到第二天線單元33的發送功率。
如此，使得經由天線切換模組31之切換而損耗信號功率的問題便不會發生，從而使得在最高頻之一號頻段 (Band－I)上所運作之信號的效能表現，包括在總輻射功率(Total Radiated Power，簡稱為TRP)和總等向性靈敏度(Total Isotropic Sensitivity，簡稱為TIS)等測量面上的表現，都能有效改善先前技術所提出之問題。
而於此較佳實施例中，我們設計第二天線單元33為支援該些第二類頻段信號中的第二部份頻段信號，也就是僅針對一號頻段(Band－I)信號作傳輸的一單頻段天線，而一號頻段(Band－I)信號為WCDMA系統中以最高頻段運作之信號，即其頻段為2100MHz，是故，直接利用單一天線單元對頻段為2100MHz之信號進行傳輸時，於此一頻段上的信號傳輸便會有較好的表現，並且用於傳輸高頻段之天線單元的設計面積相對來說是較小的，因此能有效節省於行動電話300中的設置空間。
再者，天線切換模組31和第一天線單元30之設計便不需支援一號頻段(Band－I)或此一最高頻之頻段，而僅需用以支援GSM系統之所有頻段與WCDMA系統中的其他頻段(如第三圖所示即為Band－II和Band－V)上的信號傳輸即可，而由於在設計上不需要支援另一較高頻段之信號傳輸，因此使得在經由天線切換模組31進行頻段信號的切換與後續的傳輸上，也能呈現較好的信號品質。
在此較佳實施例中以行動電話來進行舉例說明，然而本發明所提出的一種多頻段行動通訊裝置亦可為一智慧型手機或一個人數位助理，當其裝置上能運作出兩個不同之通訊系統時，便能利用上述的配置方式來完成對應頻段以 不同的天線單元進行信號傳輸的目的。
此外，此較佳實施例以最高頻之一號頻段(Band－I)作為透過單頻段的第二天線單元33作信號傳輸應用之舉例說明，然而我們也可設計所應用的第二部份頻段信號為其他頻段，例如該些第二類頻段信號中的二號頻段(Band－II)或五號頻段(Band－V)，或是其他WCDMA系統所能運作之三號頻段(Band－III)或四號頻段(Band－IV)等，也就是能視對所需作特定頻段之信號傳輸有最佳效果的特定要求時，而來設計第二天線單元33之支援頻段，使得所要強調或加強出之WCDMA系統中的某一特定頻段信號，能得到最佳化的效果。
綜上所述，利用本發明所提出之多頻段行動通言訊裝置便能有效地改善行動電話在進行WCDMA系統和GSM系統之頻段切換與信號傳輸時，WCDMA系統的信號會產生出信號傳輸功率略微損耗或插入損失(InsertionLoss)並進而會影響其信號效能表現的情形，透過兩個天線單元以及將所設計之對應頻段進行傳輸，便能使得WCDMA系統和GSM系統在各頻段之信號傳輸效益上得到最佳的整合與表現，並且無需採用複雜而困難的頻率區分濾器之設置或處理，便能讓所要加強的特定頻段產生出最佳化的傳輸效果。是故，本發明有效地解決了先前技術所提出之問題，而成功地達成了本案發展之主要目的。
任何熟悉本技術領域的人員，在運用與本發明相同目的之前提下，能使用本發明所揭示的概念和實施例變化來 作為設計和改進其他一些方法的基礎。這些變化、替代和改進不能背離申請專利範圍所界定的本發明的保護範圍。是故，本發明得由熟習此技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
本案圖式中所包含之各元件列示如下：
行動電話‧‧‧100、200、300
天線單元‧‧‧10、20、23
天線切換模組‧‧‧11、21、31
GSM無線信號處理電路‧‧‧12、32
WCDMA無線信號處理電路‧‧‧14、34
頻率區分濾器‧‧‧22
第一天線單元‧‧‧30
第二天線單元‧‧‧33
本案得藉由下列圖式及說明，俾得一更深入之了解：第一圖為行動電話100的功能方塊示意圖。
第二圖為行動電話200的功能方塊示意圖。
第三圖為本發明較佳實施例中之行動電話300的功能方塊示意圖。
行動電話‧‧‧300
天線切換模組‧‧‧31
GSM無線信號處理電路‧‧‧32
WCDMA無線信號處理電路‧‧‧34
第一天線單元‧‧‧30
第二天線單元‧‧‧33

Claims (8)

  1. 一種多頻段行動通訊裝置，包含有：一第一通訊系統無線信號處理電路，用以運作多個第一類頻段信號；一第二通訊系統無線信號處理電路，用以運作多個第二類頻段信號；一天線切換模組，信號連接於該第一與第二通訊系統無線信號處理電路，用以對該些第一類頻段信號與該些第二類頻段信號中的一第一部份頻段信號進行切換；一第一天線單元，信號連接於該天線切換模組；以及一第二天線單元，直接信號連接於該第二通訊系統無線信號處理電路，其中該第二天線單元用以支援該些第二類頻段信號中的一第二部份頻段信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多頻段行動通訊裝置，其中該第一通訊系統無線信號處理電路為一全球行動通訊無線信號處理電路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多頻段行動通訊裝置，其中該第二通訊系統無線信號處理電路為一寬帶分碼多重存取無線信號處理電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多頻段行動通訊裝置，其中該第二天線單元收發該些第二類頻段信號中的一最高頻段信號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之多頻段行動通訊裝置，其中該第一天線單元用以支援該些第一類頻段信號與該些第 二類頻段信號中的該第一部份頻段信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之多頻段行動通訊裝置，其中該第二天線單元為一單頻段天線。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多頻段行動通訊裝置，其中該第一天線單元為一多頻段天線。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之多頻段行動通訊裝置，其中該多頻段行動通訊裝置為一行動電話、一智慧型手機或一個人數位助理。
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