TWI499228B - 射頻電路以及信號傳輸方法 - Google Patents

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Description

射頻電路以及信號傳輸方法
本發明係關於一種射頻電路以及信號傳輸方法。更詳細地說，本發明係關於一種降低天線設計困難度之射頻電路以及信號傳輸方法。
隨著無線通訊技術的發展及進步，行動電話系統已由早期的類比式行動電話系統(Advanced Mobile Phone System,AMPS)演化至第二代行動通訊系統(2nd-generation,2G)，再進步到目前的第三代行動通訊系統(3rd-generation,3G)，以及第四代行動通訊系統(4rd-generation,4G)，例如長期演進技術(Long Term Evolution,LTE)通訊系統及全球互通微波存取(Worldwide Interoperability for Microwave Access,WiMax)通訊系統。在行動電話系統的演進過程中，所使用的無線電頻譜不斷地增加，使得行動裝置所需支援的頻段也必須愈來愈多，這意味著行動裝置內部需要使用更多支天線來接收不同頻段的訊號，或者各支天線必須涵蓋更廣泛的頻率範圍。如此一來，將導致行動裝置的體積增加，亦會增加天線設計的困難度。
一般而言，在多輸入多輸出(Multi-input Multi-output,MIMO)的傳輸架構中，會設置一主天線與一次天線，而習知的射頻電路架構係將所有的射頻傳送接收路徑(Radio Frequency Transmission and Reception path,RF TRX path)全部連接至主天線上，並將所有 的射頻分集接收路徑(Radio Frequency Diversity Reception path,RF DRX path)全部連接至次天線上，使得主天線必須提供較高的性能，而次天線則可提供較低的性能。一般而言，主天線必須提供較寬的頻寬，而次天線的天線增益可比主天線的天線增益低3dB至6dB。
然而，在長期演進技術通訊系統的應用上，若還是使用傳統的射頻電路設計架構，則主天線於低頻部分所需的頻寬將大幅地增加；因此，若要將長期演進技術通訊系統的操作頻段涵括於天線的收訊範圍，基於行動裝置體積與使用上的限制，行動裝置的內建天線將無法提供如此大的頻寬。
綜上所述，如何設計一種可應用於長期演進技術通訊系統的射頻電路架構，使其可以降低行動裝置中天線的頻寬要求，進而有效減少天線所佔用的空間，同時降低天線設計的困難度，實為該領域之技術者亟需解決之課題。
本發明之一目的在於提供射頻電路。該射頻電路包含一射頻積體電路、一主天線以及一次天線。該主天線電性連接該射頻積體電路，用以傳送及接收至少一傳送/接收信號；該次天線電性連接該射頻積體電路，用以接收至少一分集接收信號；其中，該射頻積體電路更用以透過該主天線接收一特定分集接收信號，以及透過該次天線傳送及接收一特定傳送/接收信號。
本發明之另一目的在於提供一種用於一射頻電路之信號傳輸方法。該射頻電路包含一射頻積體電路、一主天線以及一次天線。該 主天線電性連接該射頻積體電路，用以傳送及接收至少一傳送/接收信號；該次天線電性連接該射頻積體電路，用以接收至少一分集接收信號。該信號傳輸方法包含下列步驟：(a)致能該射頻積體電路透過該主天線接收一特定分集接收信號；以及(b)致能該射頻積體電路透過該次天線傳送及接收一特定傳送/接收信號。
本發明之射頻電路透過利用主天線接收一特定分集接收信號，以及利用次天線傳送及接收一特定傳送/接收信號，俾使主天線的頻寬可有效地被降低，進而降低主天線的設計困難度。藉此，本發明係可克服習知技術中，行動裝置的內建天線無法提供足夠頻寬的缺點，同時具有減少天線所佔空間以及降低天線設計的困難度的優點。
在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，該技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。
以下將透過實施例來解釋本發明之內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。
本發明之第一實施例為一射頻電路1，其示意圖描繪於第1圖。射頻電路1包含一主天線11、一次天線13、一交換電路15、一交 換電路17、一射頻積體電路(Radio Frequency Integrated Circuit,RFIC)19、一第一傳輸路徑101、一第二傳輸路徑102以及複數條傳輸路徑103-110。
主天線11與交換電路15電性連接，次天線13與交換電路17電性連接，第一傳輸路徑101電性連接交換電路15與射頻積體電路19，第二傳輸路徑102電性連接交換電路17與射頻積體電路19，傳輸路徑103-107電性連接交換電路15與射頻積體電路19，傳輸路徑108-110電性連接交換電路17與射頻積體電路19。
其中，主天線11係透過交換電路15與傳輸路徑101及103-107電性連接，交換電路15用以選擇傳輸路徑101及103-107其中之一或其組合與主天線11電性連接；次天線13係透過交換電路17與傳輸路徑102及108-110電性連接，交換電路17用以選擇傳輸路徑102及108-110其中之一或其組合與次天線13電性連接。
須特別說明者，本發明所述之第一傳輸路徑101、第二傳輸路徑102及傳輸路徑108-110係可包含如濾波器、混波器(Mixer)、調諧器(Tuner)、解調器(Demodulator)或其它用以處理或調變信號之元件，俾可用以傳送適當的信號至主天線11、次天線13及射頻積體電路19；因此，第一傳輸路徑101、第二傳輸路徑102及傳輸路徑108-110的實施態樣並不用以限制本發明之範圍。
本發明之射頻電路1係可設置於一行動裝置中，舉例而言，該行動裝置可為一行動電話(cell phone)、一個人數位助理(Personal Digital Assistant；PDA)、一個人筆記型電腦(Personal Notebook)、一平板電腦(Tablet Personal Computer)或任一個具有無線通訊功能 之行動裝置，行動裝置的實施態樣並不用以限制本發明之範圍。
以下將詳述本發明之射頻電路1如何進行信號傳輸。首先，主天線11用以傳送及接收至少一傳送/接收(Transmission and Reception,TRX)信號，並透過傳輸路徑103-107傳送至射頻積體電路19；於本實施例中，主天線11係用以傳送及接收TRX信號112-116。次天線13用以接收至少一分集接收(Diversity Reception,DRX)信號，並透過傳輸路徑108-110傳送至射頻積體電路19；於本實施例中，次天線13係用以接收DRX信號132-134。
接著，主天線11更用以接收一特定DRX信號111，並透過第一傳輸路徑101傳送至射頻積體電路19；次天線13更用以傳送及接收一特定TRX信號131，並透過第二傳輸路徑102傳送至射頻積體電路19。最後，射頻積體電路19則用以處理自第一傳輸路徑101、第二傳輸路徑102及傳輸路徑103-110接收之信號；同理，射頻積體電路19亦可用以輸出特定TRX信號131至第二傳輸路徑102，以透過次天線13進行傳送，以及分別輸出TRX信號112-116至傳輸路徑103-107，以透過主天線11進行傳送。
須說明的是，特定TRX信號131、TRX信號112-116、特定DRX信號111以及DRX信號132-134係分別為一符合行動通訊系統規範之傳輸信號，且各自使用一預設的頻率範圍進行傳輸。舉例而言，其係可為符合通用移動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System,UMTS)、全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications,GSM)或長期演進技術(Long Term Evolution,LTE)通訊系統規範的傳輸信號，惟並不以此三種 通訊系統為限。
以下透過一具體實例作說明。於本實例中，TRX信號112為UMTS B1(Band 1)TRX信號；TRX信號113為UMTS B2(Band 2)TRX信號；TRX信號114為UMTS B5(Band 5)TRX信號；TRX信號115為GSM Quad-band TRX信號；TRX信號117為LTE B4(Band 4)TRX信號；特定DRX信號111為LTE B17(Band 17)DRX信號。上述TRX信號112-116及特定DRX信號111的頻率分佈範圍為734MHz至960MHz及1710MHz至2170MHz。因此，為了傳送及接收TRX信號112-116，以及接收特定DRX信號111，主天線11於低頻部分必須提供734MHz至960MHz的頻寬。
另一方面，DRX信號132為LTE B4 DRX信號；DRX信號133為UMTS B2 DRX信號；DRX信號134為UMTS B5 DRX信號；特定TRX信號131為LTE B17 TRX信號。上述DRX信號132-134及特定TRX信號131的頻率分佈範圍為704MHz至894MHz及1930MHz至2155MHz。因此，為了接收DRX信號132-134，以及傳送及接收特定TRX信號131，次天線13於低頻部分則需提供704MHz至894MHz的頻寬。
為清楚說明本發明的技術特徵，以下說明習知射頻電路的信號傳輸方式作為對比。習知的射頻電路係將所有的射頻傳送接收路徑全部連接至主天線上，以及將所有的射頻分集接收路徑全部連接至次天線。因此，以本實例而言，LTE B17 TRX信號將透過主天線傳送及接收，且LTE B17 DRX信號將透過次天線接收；其中，LTE B17 TRX信號的頻率範圍為704MHz至746MHz，LTE B17 DRX信號的頻率範圍為734MHz至746MHz。如此一來，主天線於低頻部分將必須提供704MHz至960MHz的頻寬，換算為頻寬百分比即必須提供約30.6%的頻寬百分比；而本發明射頻電路的主天線11於低頻部分則僅需提供約26.7%(734MHz至960MHz)的頻寬百分比，據此，本發明之射頻電路可有效降低主天線的頻寬需求。
更進一步而言，請參閱第2圖，在LTE通訊系統的規範中，B17的操作頻帶為704MHz至746MHz，即頻帶217；其中，704MHz至716MHz為傳送頻帶，即頻帶217a；734MHz至746MHz為接收頻帶，即頻帶217b。本發明之射頻電路1係藉由交換LTE B17 TRX信號與LTE B17 DRX信號的傳輸路徑，利用次天線13來傳送及接收LTE B17 TRX信號，利用主天線11接收LTE B17 DRX信號，進而使得主天線11僅需提供LTE B17 DRX信號的傳輸頻寬，即頻帶217b；而將頻率範圍較廣的LTE B17 TRX信號透過次天線13傳輸，即由次天線13提供頻帶217的傳輸頻寬。
換言之，主天線11操作於一第一工作頻帶201，於本實例中即為734MHz至960MHz；次天線13操作於一第二工作頻帶202，於本實例中即為704MHz至894MHz。該第一工作頻帶201與該第二工作頻帶202之間具有一非重疊頻帶203，即704MHz至734MHz，非重疊頻帶203低於第一工作頻帶201，次天線13係利用非重疊頻帶203傳送一特定傳送/接收信號，於本實例中即為LTE B17 TRX信號。
另一方面，次天線13的性能要求通常可比主天線11的性能要 求低。具體而言，主天線11具有一第一天線增益，次天線13具有一第二天線增益，該第二天線增益係可比該第一天線增益低約3dB，但不以3dB為限。如此一來，本發明之射頻電路架構將可大幅降低內建於行動裝置中主天線之設計困難度；同時，亦不會增加次天線之設計困難度。但有些情況下，該第二天線增益係也可高於該第一天線增益。
須特別說明者，上述實例係以LTE B17信號作說明，本發明之射頻電路亦可適用於其它頻段之信號，如LTE B11信號(傳送頻帶：1427.9MHz至1447.9MHz；接收頻帶：1475.9MHz至1495.9MHz)、LTE B12信號(傳送頻帶：698MHz至716MHz：接收頻帶：728MHz至746MHz)或LTE B21信號(傳送頻帶：1447.9MHz至1462.9MHz；接收頻帶：1495.9MHz至1510.9MHz)等，並不以上述所列舉之信號為限。
此外，本發明之射頻電路亦可適用於傳送頻帶之頻率範圍高於接收頻帶之頻率範圍的信號。舉例而言，請參閱第3圖，假設一特定傳送/接收信號的操作頻帶為2300MHz至2500MHz，即頻帶311；其中，傳送頻帶為2410MHz至2500MHz，即頻帶311a；接收頻帶為2300MHz至2390MHz，即頻帶311b。此時，主天線操作於一第一工作頻帶301，於本實例中假設為1710MHz至2390MHz；次天線操作於一第二工作頻帶302，於本實例中假設為2010MHz至2500MHz。同理，該第一工作頻帶與該第二工作頻帶之間具有一非重疊頻帶303，即2390MHz至2500MHz，非重疊頻帶303高於第一工作頻帶301，次天線係利用非重疊頻帶303傳送該特定傳送/ 接收信號。據此，特定傳送/接收信號的頻率範圍並不用以限制本發明之範圍。
本發明之第二實施例係為一種用於一射頻電路之信號傳輸方法。該射頻電路包含一射頻積體電路、一主天線以及一次天線，該主天線電性連接該射頻積體電路，用以傳送及接收至少一傳送/接收信號，該次天線電性連接該射頻積體電路，用以接收至少一分集接收信號。
第二實施例之信號傳輸方法包含下列步驟，首先，執行步驟(a)，致能該射頻積體電路透過該主天線接收一特定分集接收信號。接著，執行步驟(b)，致能該射頻積體電路透過該次天線傳送及接收一特定傳送/接收信號。
此外，該射頻電路更可包含一第一傳輸路徑以及一第二傳輸路徑，該第一傳輸路徑電性連接該主天線與該射頻積體電路，該第二傳輸路徑電性連接該次天線與該射頻積體電路。該信號傳輸方法之步驟(a)係為一致能該射頻積體電路透過該第一傳輸路徑自該主天線接收該特定分集接收信號之步驟；該步驟(b)係為一致能該射頻積體電路透過該第二傳輸路徑自該次天線傳送及接收該特定傳送/接收信號之步驟。
更進一步地，該主天線係操作於一第一工作頻帶，該次天線係操作於一第二工作頻帶，該第一工作頻帶與該第二工作頻帶之間具有一非重疊頻帶，該非重疊頻帶低於該第一工作頻帶，該步驟(b)係為一致能該次天線利用該非重疊頻帶傳送該特定傳送/接收信號之步驟。而於另一實施態樣中，該非重疊頻帶亦可高於該第一工作 頻帶。
除了上述步驟，第二實施例亦能執行第一實施例所描述之操作及功能，所屬技術領域具有通常知識者可直接瞭解第二實施例如何基於上述第一實施例以執行此等操作及功能，故不贅述。
綜上所述，本發明係透過交換一特定傳送/接收信號與一特定分集接收信號的傳輸路徑，利用主天線接收一特定分集接收信號，以及利用次天線傳送及接收一特定傳送/接收信號，俾使主天線的頻寬可有效地被降低，進而降低主天線的設計困難度。藉此，本發明係可克服習知技術中，行動裝置的內建天線無法提供足夠頻寬的缺點，同時具有減少天線所佔空間以及降低天線設計的困難度的優點。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
1‧‧‧射頻電路
101‧‧‧第一傳輸路徑
102‧‧‧第二傳輸路徑
103-110‧‧‧傳輸路徑
11‧‧‧主天線
111‧‧‧特定DRX信號
112-116‧‧‧TRX信號
13‧‧‧次天線
131‧‧‧特定TRX信號
132-134‧‧‧DRX信號
15‧‧‧交換電路
17‧‧‧交換電路
19‧‧‧射頻積體電路
201‧‧‧第一工作頻帶
202‧‧‧第二工作頻帶
203‧‧‧非重疊頻帶
217‧‧‧頻帶
217a‧‧‧頻帶
217b‧‧‧頻帶
301‧‧‧第一工作頻帶
302‧‧‧第二工作頻帶
303‧‧‧非重疊頻帶
311‧‧‧頻帶
311a‧‧‧頻帶
311b‧‧‧頻帶
第1圖係為本發明第一實施例之示意圖；第2圖係為本發明第一實施例之頻譜示意圖；以及第3圖係為本發明第一實施例之頻譜示意圖。
1‧‧‧射頻電路
101‧‧‧第一傳輸路徑
102‧‧‧第二傳輸路徑
103-110‧‧‧傳輸路徑
11‧‧‧主天線
111‧‧‧特定DRX信號
112-116‧‧‧TRX信號
13‧‧‧次天線
131‧‧‧特定TRX信號
132-134‧‧‧DRX信號
15‧‧‧交換電路
17‧‧‧交換電路
19‧‧‧射頻積體電路

Claims (11)

  1. 一種射頻電路，包含：一射頻積體電路；一主天線，電性連接該射頻積體電路，用以傳送及接收至少一傳送接收信號；以及一次天線，電性連接該射頻積體電路，用以接收至少一分集接收信號；其中，該主天線更用以接收一特定分集接收信號，以及該次天線更用以傳送及接收一特定傳送接收信號；其中，該特定分集接收訊號為該等分集接收信號其中之一，且該特定傳送接收信號為該等傳送接收信號其中之一。
  2. 如請求項1所述之射頻電路，更包含：一第一傳輸路徑，電性連接該主天線與該射頻積體電路，用以傳輸該特定分集接收信號；以及一第二傳輸路徑，電性連接該次天線與該射頻積體電路，用以傳輸該特定傳送接收信號。
  3. 如請求項1所述之射頻電路，其中該主天線操作於一第一工作頻帶，該次天線操作於一第二工作頻帶，該第一工作頻帶與該第二工作頻帶之間具有一非重疊頻帶，該非重疊頻帶低於該第一工作頻帶，該次天線係利用該非重疊頻帶傳送該特定傳送接收信號。
  4. 如請求項1所述之射頻電路，其中該主天線操作於一第一工作頻帶，該次天線操作於一第二工作頻帶，該第一工作頻帶與該第二工作頻帶之間具有一非重疊頻帶，該非重疊頻帶高於 該第一工作頻帶，該次天線係利用該非重疊頻帶傳送該特定傳送接收信號。
  5. 如請求項1所述之射頻電路，其中該主天線具有一第一天線增益，該次天線具有一第二天線增益，該第二天線增益係低於該第一天線增益。
  6. 一種用於一射頻電路之信號傳輸方法，該射頻電路包含一射頻積體電路、一主天線以及一次天線，該主天線電性連接該射頻積體電路，用以傳送及接收至少一傳送接收信號，該次天線電性連接該射頻積體電路，用以接收至少一分集接收信號，該信號傳輸方法包含下列步驟：(a)致能該主天線接收一特定分集接收信號；以及(b)致能該次天線傳送及接收一特定傳送接收信號；其中，該特定分集接收訊號為該等分集接收信號其中之一，且該特定傳送接收信號為該等傳送接收信號其中之一。
  7. 如請求項6所述之信號傳輸方法，其中該射頻電路更包含一第一傳輸路徑以及一第二傳輸路徑，該第一傳輸路徑電性連接該主天線與該射頻積體電路，該第二傳輸路徑電性連接該次天線與該射頻積體電路，該步驟(a)係為一致能該射頻積體電路透過該第一傳輸路徑自該主天線接收該特定分集接收信號之步驟，該步驟(b)係為一致能該射頻積體電路透過該第二傳輸路徑自該次天線傳送及接收該特定傳送接收信號之步驟。
  8. 如請求項6所述之信號傳輸方法，其中該主天線操作於一第一工作頻帶，該次天線操作於一第二工作頻帶，該第一工作頻帶與該第二工作頻帶之間具有一非重疊頻帶，該非重疊頻帶 低於該第一工作頻帶，該步驟(b)係為一致能該次天線利用該非重疊頻帶傳送該特定傳送接收信號之步驟。
  9. 如請求項6所述之信號傳輸方法，其中該主天線操作於一第一工作頻帶，該次天線操作於一第二工作頻帶，該第一工作頻帶與該第二工作頻帶之間具有一非重疊頻帶，該非重疊頻帶高於該第一工作頻帶，該步驟(b)係為一致能該次天線利用該非重疊頻帶傳送該特定傳送接收信號之步驟。
  10. 如請求項6所述之信號傳輸方法，其中該主天線具有一第一天線增益，該次天線具有一第二天線增益，該第二天線增益係低於該第一天線增益。
  11. 如請求項6所述之信號傳輸方法，其中該主天線具有一第一天線增益，該次天線具有一第二天線增益，該第二天線增益係高於該第一天線增益。
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