TWI495276B - 多模切換之無線收發裝置及其多模切換方法 - Google Patents

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Description

多模切換之無線收發裝置及其多模切換方法
本發明係有關於無線裝置，尤指一種多模切換之無線裝置及其多模切換方法。
無線網路已廣泛地應用於各種網路服務及設備上，但由於成本考量以及網際網路(Internet)的龐大應用需求，目前市面上大部分的無線網路基地站只支援2.4GHz頻帶，主要用來進行數據傳輸，如瀏覽網際網路、收發電子郵件、即時通訊等應用。然而，由於以無線網路傳輸影音資料的服務快速成長，使得原本的2.4GHz頻帶不敷使用，也因為影音資料需要與原本的數據服務搶用2.4GHz頻帶的頻寬，導致影音服務的品質不佳。為了解決這個問題，無線網路用戶便須使用一個2.4GHz收發電路與一個5GHz收發電路以在2.4GHz與5GHz頻帶分別取得數據服務與影音服務，以提升整體網路服務的品質。
不過，由於用戶並非總是同時需要2.4GHz頻帶的數據服務和5GHz頻帶的影音服務，所以當只需要數據服務時，網路設備中5GHz的相關電路便會閒置；反之，只需要影音服務時，則是2.4GHz的相關電路處於閒置。如此，閒置的電路形同資源的浪費。
有鑑於此，本發明之一目的，在於提供一種多模切換之無線收發裝置及其多模切換方法，其具有可在多個頻帶彈性進行切換的無線收發介面，以避免先前技術會造成電路閒置的問題。
本發明之另一目的，在於提供一種多模切換之無線收發裝置及其多模切換方法，其可視無線用戶在各個頻帶的頻寬需求，將無線收發介面在各頻帶間彈性進行切換，以提升整體無線服務的品質。
在本發明之一實施例中，揭露了一種多模切換之無線收發裝置，包含：第一射頻收發電路，用以執行第一頻帶之射頻訊號的收發；第二射頻收發電路，用以執行第一頻帶或第二頻帶之射頻訊號的收發；第一頻率合成器，用以產生第一頻帶之第一載波；第二頻率合成器，用以產生第二頻帶之第二載波；切換電路，耦接至第一頻率合成器與第二頻率合成器，用以將第一載波輸出至第一射頻收發電路，並依據控制訊號，決定輸出第一載波與第二載波兩者之一至第二射頻收發電路；以及射頻控制器，用以產生控制訊號。
在本發明之另一實施例中，揭露了一種用於無線收發裝置之多模切換方法，該無線收發裝置包含第一無線收發介面與第二無線收發介面。該多模切換方法包含：啟動第一無線收發介面，其中第一無線收發介面係操作於第一頻帶；啟動第二無線收發介面，其中第二無線收發介面可操作於第一頻帶或是第二頻帶；以及依據無線收發裝置在第一頻帶與第二頻帶各別的頻寬需求，將第二無線收發介面切換於第一頻帶與第二頻帶間。
在本發明之另一實施例中，揭露了一種多模切換之無線收發裝置，包含：N個射頻收發電路，每一射頻收發電路可執行M個頻帶之任一頻帶之射頻訊號的收發，其中N與M皆大於一；M個頻率合成器，分別用以產生各該M個頻帶之對應載波；切換電路，耦接至該M個頻率合成器，用以依據控制訊號，分別決定輸出該M個對應載波其中之一至各該N個射頻收發電路；以及射頻控制器，用以產生控制訊號。
本發明之眾多實施例係為多模式無線收發裝置，用以於複數個頻帶間彈性進行切換，為方便說明，本發明之眾多實施例中的該複數個頻帶係以2.4GHz與5GHz為例，然非為本發明之限制。換言之，若有其他頻帶可供應用，本發明亦可應用於其他頻帶。
第1圖係本發明之多模切換之無線收發裝置之一實施例的方塊圖，其中，無線收發裝置10包含射頻收發電路11與12、頻率合成器13與14、切換電路15及射頻控制器16。射頻收發電路11與12可從基頻電路接收基頻訊號，將其轉換為第一頻帶或第二頻帶之射頻訊號，分別經由天線111與121傳送出去；射頻收發電路11與12亦可分別經由天線111與121接收第一頻帶或第二頻帶之射頻訊號，將其轉換為基頻訊號，送至基頻電路進行後續的訊號處理。頻率合成器13與14可分別產生第一頻帶之第一載波與第二頻帶之第二載波，送至切換電路15。該頻率合成器可以是由壓控振盪器(Voltage Controlled Oscillator,VCO))來實現。切換電路15包含多工器151與152，多工器151可依據射頻控制器16產生之控制訊號161，決定輸出第一載波與第二載波兩者之一至射頻收發電路11，以產生對應頻帶之射頻訊號；多工器152可依據控制訊號161，決定輸出第一載波與第二載波兩者之一至射頻收發電路12，以產生對應頻帶之射頻訊號。因此，藉由控制訊號161，可控制射頻收發電路11與12各自於第一頻帶與第二頻帶間進行切換。
射頻控制器16可依據無線收發裝置10在第一頻帶與第二頻帶上之各別頻寬需求，來產生控制訊號161，使射頻收發電路11與12可動態地在頻帶間切換，以及時因應變動的頻寬需求。例如，當第一頻帶與第二頻帶皆有頻寬需求時，可將射頻收發電路11與12分別切換至第一頻帶與第二頻帶，但當第一頻帶(或第二頻帶)的頻寬需求突然大增時，則可將射頻收發電路11與12暫時皆切換至第一頻帶(或第二頻帶)，以處理此突增的需求；或者，當第一頻帶(或第二頻帶)不再有頻寬需求時，可將射頻收發電路11與12皆切換至第二頻帶(或第一頻帶)，以提升此頻帶的訊號收發速度與品質。因此，射頻控制器16可藉由控制訊號161來彈性調度頻寬，以因應各頻帶變動的頻寬需求。此外，當第一頻帶與第二頻帶各具有多個頻道(每一頻道之載波頻率各不相同)時，射頻控制器16還可產生控制訊號162與163，其中控制訊號162被送至頻率合成器13，以控制其產生第一頻帶之任一頻道的載波，而控制訊號163被送至頻率合成器14，以控制其產生第二頻帶之任一頻道的載波。因此，射頻控制器16可結合控制訊號161、162及163，以分別控制射頻收發電路11與12要切換至哪一頻帶的哪一頻道。
在一較佳實施例中，無線收發裝置10係應用於無線區域網路(WLAN)中。第2圖係顯示無線收發裝置10應用於無線區域網路之硬體架構之一實施例，其中，無線收發裝置10係內含於無線模組20中，而無線模組20係經由主機控制介面(host controller interface)21與一主機相連。例如，無線模組20可為支援IEEE 802.11規格之無線網路晶片或無線網路卡，主機可為個人電腦或筆記型電腦，而主機控制介面可為通用序列匯流排(USB)介面或高速週邊元件互連(PCI或PCI-E)介面。如第2圖所示，無線模組20還包含媒介存取控制(MAC)層電路22與實體層(physical layer，PHY)電路23。實體層電路23除了包含無線收發裝置10，還包含基頻電路231，用以處理基頻訊號。MAC層電路22包含MAC電路221與222，分別用以執行第一頻帶與第二頻帶的存取控制，例如，MAC電路221與222可發出存取控制訊號，經由基頻電路231送至射頻控制器16，以控制其產生所需的控制訊號161~163。
在目前之無線區域網路中，常用的頻帶為2.4GHz頻帶與5GHz頻帶，若假設第一頻帶為5GHz頻帶，第二頻帶為2.4GHz頻帶，則在此較佳實施例中，當射頻收發電路11與12分別在第一頻帶與第二頻帶間進行切換時，共可形成四種操作模式I~IV，如第3圖所示，其中模式I是射頻收發電路11與12皆操作於5GHz頻帶，由於IEEE 802.11n規格有支援多重輸入輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)的功能，因此當無線收發裝置10切換至模式I時，就5GHz頻帶而言，無線收發裝置10是處於二發射二接收(2T2R)狀態，但就2.4GHz頻帶而言，則是進入待命(standby)狀態；模式II是射頻收發電路11與12分別操作於5GHz與2.4GHz頻帶，因此當無線收發裝置10切換至模式II時，就5GHz與2.4GHz頻帶而言，無線收發裝置10皆是處於一發射一接收(1T1R)狀態。同理，模式III是射頻收發電路11與12分別操作於2.4GHz與5GHz頻帶，因此當無線收發裝置10切換至模式III時，在5GHz與2.4GHz頻帶皆是處於1T1R狀態；模式IV是射頻收發電路11與12皆操作於2.4GHz頻帶，因此當無線收發裝置10切換至模式IV時，在2.4GHz頻帶是處於2T2R狀態，在5GHz頻帶則是進入待命狀態。由此可知，若無線收發裝置10在5GHz頻帶中於各工作狀態(即2T2R狀態、1T1R狀態及待命狀態)間進行切換，則同時在2.4GHz頻帶中須對應地切換工作狀態，反之亦然。例如，若無線收發裝置10在5GHz頻帶中從2T2R狀態切換至1T1R狀態，則同時在2.4GHz頻帶中，須從待命狀態切換至1T1R狀態；若在2.4GHz頻帶中從待命狀態切換至2T2R狀態，則同時在5GHz頻帶中，須從2T2R狀態切換至待命狀態；其餘情形可依此類推。
在此較佳實施例中，無線收發裝置10可依據其在第一頻帶與第二頻帶上之各別頻寬需求，在前述四種操作模式間切換。至於第一頻帶與第二頻帶之各別頻寬需求，則視使用者所要求的無線服務而定。由於使用者在要求無線服務時，往往是藉由執行相關應用軟體來達成，因此無線收發裝置10可依據使用者所選取執行的應用軟體，來判斷第一頻帶與第二頻帶之各別頻寬需求。在前述無線區域網路的例子中，數據服務多使用2.4GHz頻帶，而影音服務則使用5GHz頻帶。數據服務主要包含網際網路服務，如網頁瀏覽、電子郵件收發、即時通訊等等，無線收發裝置10可作為用戶端裝置，連上已與網際網路連線的接取點(access point)，來取得網際網路服務。在影音服務方面，則是將無線收發裝置10視為軟體接取點(software AP)，以無線傳輸方式提供影音資料給其他電腦或消費性電子產品(consumer electronics，如電視或投影機等)來播放。因此，依據數據服務與影音服務的使用情形，可彈性地動態切換無線收發裝置10的操作模式，例如，當使用者要求用2.4GHz連線到網際網路以取得數據服務，但沒有5GHz的影音服務需求時，可將無線收發裝置10切換至操作模式IV(請參閱第3圖)，在2T2R狀態下上網，以加強數據服務的品質；之後，當使用者也想使用影音服務時，則可將無線收發裝置10切換至操作模式II或操作模式III，使數據服務與影音服務各在1T1R狀態進行。再例如，若影音資料量很大或是要提高影音服務品質，可將無線收發裝置10切換至操作模式I，以2T2R狀態來傳輸影音資料，此時若同時有上網需求，則由於上網所收發的數據資料常是間歇性的(如瀏覽網頁時，在網頁下載完成後，直至使用者點選下一個網頁前，通常不需再接收數據資料)，所以無線收發裝置10僅需在有數據資料要接收時，或是在沒有數據資料但有連線資料(如接取點的信標(beacon)，用以維持連線狀態)要接收時，切換至操作模式II或III，並在數據資料或連線資料接收完畢後切回操作模式I，即可同時確保影音服務的品質，又維持數據服務的連線狀態。
另外，無線收發裝置10還可依據頻帶特性及無線服務本身的服務品質(QoS)要求，來調整對第一頻帶與第二頻帶的頻寬需求。舉例而言，2.4GHz頻帶的干擾源較多，因此對於需要穩定性或即時性(real-time)的無線服務，即使所需的資料吞吐率(throughput)不高，均將其歸入5GHz的頻寬需求。
較佳地，第一頻帶與第二頻帶各別的頻寬需求具有對應的優先序，而無線收發裝置10可比較不同頻寬需求的優先序，來切換操作模式，例如，射頻控制器16可依據優先序的高低，產生控制訊號161，來達到切換操作模式的效果，以使優先序高的頻寬需求優先被處理。此優先序可依據各頻帶所提供的無線服務來設定，例如，5GHz頻帶與2.4GHz頻帶分別提供影音服務與數據服務，所以將5GHz頻帶的頻寬需求之優先序設定為高於2.4GHz頻帶的頻寬需求。另外，此優先序亦可依據頻寬需求產生的時間點先後來設定，例如，若2.4GHz頻帶之頻寬需求先於5GHz頻帶產生，則將此2.4GHz頻帶的頻寬需求之優先序設定為高於5GHz頻帶的頻寬需求。
較佳地，無線收發裝置10可執行第一頻帶與第二頻帶的流量控制(flow control)。舉例而言，無線收發裝置10(或無線模組20)可預先設定2.4GHz頻帶與5GHz頻帶對於無線資源(即射頻收發電路11與12)的使用時間比或是資料吞吐率比，比如設為1:1，即代表2.4GHz頻帶與5GHz頻帶對於無線資源可各自使用相同的時間長度，或是產生同樣的資料吞吐率。如此，無線收發裝置10便能控制其在第一頻帶與第二頻帶的資料流量。
第1圖之實施例可推廣至具有三個或更多射頻收發電路及頻帶的情形，例如，無線收發裝置可包含N個射頻收發電路、M個頻率合成器、一切換電路以及一射頻控制器，N與M皆大於一(N=M=2即為無線收發裝置10)。每一射頻收發電路可執行M個頻帶之任一頻帶之射頻訊號的收發，該M個頻率合成器則分別用以產生該M個頻帶之對應載波，而該切換電路可依據該射頻控制器所產生之控制訊號，選取對應之頻率合成器進行輸出，以為各射頻收發電路提供各自所需之載波。因此，此無線收發裝置可具有M＊N種操作模式，並可藉由控制訊號來切換操作模式。
第4圖係本發明之用於無線收發裝置之多模切換方法之一實施例的流程圖。在此實施例中，無線收發裝置包含第一無線收發介面與第二無線收發介面，可各自操作於第一頻帶或是第二頻帶。當此實施例應用於第1圖之無線收發裝置10時，第一無線收發介面係由射頻收發電路11及天線111所提供，而第二無線收發介面由射頻收發電路12及天線121所提供。步驟41中，啟動第一無線收發介面，使其操作於第一頻帶或第二頻帶；步驟42中，啟動第二無線收發介面，使其操作於第一頻帶或第二頻帶。因此，依據第一與第二無線收發介面所在的頻帶(第一或第二頻帶)，無線收發裝置可組合出如第3圖所示的四種操作模式，其中第一與第二頻帶分別為5GHz與2.4GHz頻帶。步驟43中，依據無線收發裝置在第一頻帶與第二頻帶各別的頻寬需求，將第一無線收發介面與第二無線收發介面分別切換於第一與第二頻帶之間。
較佳地，若無線收發裝置有支援多重輸入輸出(MIMO)功能，則當無線收發裝置與操作於第一頻帶(例如是5GHz)之第一無線裝置(或第一無線網路)建立第一連線時，可於連線建立過程中，告知對方自己為具有2T2R的傳輸能力，如此第一連線即可在2T2R、1T1R及待命等三種工作狀態間切換，此時，1T1R與待命狀態可視為兩種不同程度的省電狀態。同樣地，當無線收發裝置與操作於第二頻帶(例如是2.4GHz)之第二無線裝置(或第二無線網路)建立第二連線時，亦可於連線建立過程中，告知對方自己為具有2T2R的傳輸能力，則第二連線亦可在2T2R、1T1R及待命等三種工作狀態間切換。當然，第一與第二連線之工作狀態的切換需互相配合，同時進行，例如，當第一連線從2T2R狀態切換至1T1R狀態時，第二連線需同時從待命狀態切換至1T1R狀態，此時就第一連線而言，第一無線裝置會認為無線收發裝置將其中一個無線收發介面關閉以省電，但實際上，無線收發裝置是將此無線收發介面挪用至第二連線；其他第一與第二連線之工作狀態的切換情形，可依此類推。因此，藉由使用可彈性切換工作頻帶的無線收發介面，無線收發裝置僅利用兩個無線收發介面，就能分別建立兩個具有2T2R之最高傳輸能力的連線。
換言之，在本發明之實施例中，無線收發裝置係包括N個射頻收發電路，可於第一頻帶建立一N發射N接收的連線以及於第二頻帶建立一N發射N接收的連線。以第2圖為例，無線收發裝置10係包括2個射頻收發電路，可於第一頻帶建立一2T2R的連線以及於第二頻帶建立一2T2R的連線。當然，在另一實施例中，無線收發裝置僅包括1個射頻收發電路，於第一頻帶建立一1T1R的連線以及於第二頻帶建立一1T1R的連線，該無線收發裝置在各頻帶間彈性進行切換，以提升整體無線服務的品質。
較佳地，步驟43係依據第一頻帶與第二頻帶各別的頻寬需求所對應的優先序高低，將第一與第二無線收發介面分別切換於第一與第二頻帶間。例如，可將第一頻帶的頻寬需求之優先序設定為高於第二頻帶的頻寬需求；再例如，在第一頻帶與第二頻帶各別的頻寬需求中，可將先產生的頻寬需求之優先序設定為高於後產生的頻寬需求。
以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明之範圍。大凡熟知此類技藝人士皆能明瞭，適當而作些微的改變及調整，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍。
10‧‧‧無線傳收裝置
11、12‧‧‧射頻收發電路
111、121‧‧‧天線
13、14‧‧‧頻率合成器
15‧‧‧切換電路
151、152‧‧‧多工器
16‧‧‧射頻控制器
161、162、163‧‧‧控制訊號
20‧‧‧無線模組
21‧‧‧主機控制介面
22‧‧‧MAC層電路
221、222‧‧‧MAC電路
23‧‧‧實體層電路
231‧‧‧基頻電路
41~43‧‧‧本發明之用於無線收發裝置之多模切換方法之一實施例流程
第1圖係本發明之多模切換之無線收發裝置之一實施例的方塊圖。
第2圖係顯示無線收發裝置10應用於無線區域網路之硬體架構之一實施例。
第3圖係顯示第1圖之無線收發裝置之四種操作模式。
第4圖係本發明之用於無線收發裝置之多模切換方法之一實施例的流程圖。
10．．．無線傳收裝置
11、12．．．射頻收發電路
111、121．．．天線
13、14．．．頻率合成器
15．．．切換電路
151、152．．．多工器
16．．．射頻控制器
161、162、163．．．控制訊號

Claims (12)

  1. 一種無線收發裝置，包含：一第一射頻收發電路，用以執行一第一頻帶及一第二頻帶兩者其中之一之射頻訊號的收發；一第二射頻收發電路，用以執行該第一頻帶及該第二頻帶兩者其中之一之射頻訊號的收發；一第一頻率合成器，用以產生該第一頻帶之一第一載波；一第二頻率合成器，用以產生該第二頻帶之一第二載波；一切換電路，直接耦接至該第一頻率合成器之一輸出與該第二頻率合成器之一輸出，依據一控制訊號以輸出該第一載波與該第二載波兩者之一至該第一射頻收發電路，並依據該控制訊號，輸出該第一載波與該第二載波兩者之一至該第二射頻收發電路；以及一射頻控制器，用以產生該控制訊號；其中，該射頻控制器係依據該第一頻帶與該第二頻帶各別的頻寬需求，產生該控制訊號；其中，在一第一模式下，該第一射頻收發電路以及該第二射頻收發電路於該第一頻帶同時進行收發；在一第二模式下，該第一射頻收發電路以及該第二射頻收發電路分別於該第一頻帶與該第二頻帶同時進行收發。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無線收發裝置，其中，在一第三模式下，該第一射頻收發電路以及該第二射頻收發電路於該第二頻帶同時進行收發。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無線收發裝置，其中該射頻控制器係依據該第一頻帶與該第二頻帶各別的該頻寬需求所對應的優先序高低，產生該控制訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之無線收發裝置，其中該第一頻帶的該頻寬需求之優先序係高於該第二頻帶的該頻寬需求。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之無線收發裝置，其中在該第一頻帶與該第二頻帶各別的該頻寬需求中，先產生的頻寬需求之優先序係高於後產生的頻寬需求。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之無線收發裝置，其中，倘若當該第一頻帶的該頻寬需求是高於該第二頻帶的該頻寬需求時，則該射頻控制器產生之該控制訊號會使該第一射頻收發電路及該第二射頻收發電路同時地用以執行該第一頻帶之射頻訊號的收發；倘若當該第一頻帶的該頻寬需求是低於該第二頻帶的該頻寬需求時，則該射頻控制器產生之該控制訊號會使該第一射頻收發電路與該第二射頻收發電路同時地各自執行該第一頻帶之射頻訊號以及該第二頻帶之射頻訊號的收發。
  7. 一種用於一無線收發裝置之多模切換方法，該無線收發裝置包含一第一無線收發介面與一第二無線收發介面，該第一無線收發介面係由一第一射頻收發電路 及一第一天線所提供，該第二無線收發介面係由一第二射頻收發電路及一第二天線所提供，該多模切換方法包含：啟動該第一無線收發介面，其中該第一無線收發介面之該第一射頻收發電路係操作於一第一頻帶及一第二頻帶兩者其中之一；啟動該第二無線收發介面，其中該第二無線收發介面之該第二射頻收發電路可操作於該第一頻帶及該第二頻帶兩者其中之一；以及依據該無線收發裝置在該第一頻帶與該第二頻帶各別的頻寬需求，將該第二無線收發介面切換於該第一頻帶與該第二頻帶間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之多模切換方法，其中該第一無線收發介面還可操作於該第二頻帶，該多模切換方法更包含：依據該無線收發裝置在該第一頻帶與該第二頻帶各別的該頻寬需求，將該第一無線收發介面切換於該第一頻帶與該第二頻帶間；其中，在一第一模式下，該第一射頻收發電路以及該第二射頻收發電路於該第一頻帶同時進行收發；在一第二模式下，該第一射頻收發電路以及該第二射頻收發電路分別於該第一頻帶與該第二頻帶同時進行收發。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之多模切換方法，其中當該無線收發裝置支援多重輸入輸出(MIMO)時，該切 換方法更包含：分別在該第一頻帶與該第二頻帶中，將該無線收發裝置於二發射二接收(2T2R)狀態、一發射一接收(1T1R)狀態及待命(standby)狀態之間進行切換，其中，在該第一頻帶中之狀態切換係對應於在該第二頻帶中之狀態切換。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之多模切換方法，其中，係依據該第一頻帶與該第二頻帶各別的該頻寬需求所對應的優先序高低，將該第一無線收發介面與該第二無線收發介面分別切換於該第一頻帶與該第二頻帶間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之多模切換方法，其中該第一頻帶的該頻寬需求之優先序係高於該第二頻帶的該頻寬需求。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之多模切換方法，其中在該第一頻帶與該第二頻帶各別的該頻寬需求中，先產生的頻寬需求之優先序係高於後產生的頻寬需求。
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