TWI505652B - 天線系統及設定其最佳天線單元的方法 - Google Patents

Description

天線系統及設定其最佳天線單元的方法

本發明是有關於一種天線系統及其設定方法，特別是指一種可自動設定最佳天線單元的天線系統及其設定方法。

多重輸入輸出(multiple-input-multiple-output，簡稱為MIMO)是目前通用的無線通訊技術，已廣泛應用於第三代行動通訊(簡稱為3G)或第四代行動通訊(簡稱為4G)的各式通訊系統，其中如無線路由器(router)等裝置即為常見的應用實例。

參照圖1，為一種應用多重輸入輸出技術的天線系統9的示意圖，該天線系統9包含一控制電路91、數個電連接於控制電路91的射頻模組92、93，以及多個電連接於射頻模組92的天線單元94、95與電連接於射頻模組93天線單元96、97。控制電路91可藉由射頻模組92、93，而分別控制天線單元94、95或者天線單元96、97進行無線信號的收發。舉例來說，上述天線單元94、96可以是設置於電子裝置(如無線路由器)的外接式天線，而天線單元95、97則是電子裝置的內建式天線。此種應用多重輸入輸 出技術的天線系統9收發無線信號時，天線單元94、96必須成組配合運作，天線單元95、97也必須成組配合運作，但天線系統9在同一時間中只會啟動其中一組天線單元。

在此情況下，使用者操作電子裝置時，雖可藉由電子裝置的開關自行切換由射頻模組92、天線單元94或95構成的信號傳輸路徑進行無線信號收發，或由另一條射頻模組93、天線單元96或97構成的信號傳輸路徑進行無線信號收發，但使用者切換上述信號傳輸路徑的依據，通常是依照當下的主觀網路使用經驗來選擇信號傳輸路徑。也就是說，使用者若覺得其中一組的無線傳輸效果不佳，則嘗試以另一組來進行無線傳輸，但此種操作模式未參考一個客觀的網路品質資訊來選擇信號傳輸路徑，屬於較無效率的操作方式。

此外，上述天線系統9運作時，其限制天線單元94、95與天線單元96、97必須分別成組配合運作，無法彈性調整天線單元94、95、96、97的配對使用組合(例如無法以天線單元94配合天線單元97)，所以會限制天線系統9的配對彈性，而影響天線系統9的性能表現

因此，本發明之目的，即在提供一種天線系統。該天線系統可依據客觀的無線信號測試數據而自動設定最佳的工作天線單元，且各個天線單元的配對組合具有彈性，而能呈現最佳的性能表現。

於是，本發明天線系統，包含一控制模組、多 個電連接於該控制模組的射頻模組，及多個天線組。該等天線組的數量對應該等射頻模組，且各包括多個可收發無線信號的天線單元。各該天線組的天線單元電連接於一相同的射頻模組，且各該天線組的天線單元電連接的射頻模組彼此相異。其中，該控制模組透過各該射頻模組，令對應各該射頻模組之天線組的該等天線單元分別接收一無線測試信號，且分析該等無線測試信號而記錄一對應的品質指標值，並設定各該天線組的最高品質指標值的一天線單元為各該天線組的工作天線單元，而令各該天線組的工作天線單元相互配合，並藉由對應的各該射頻模組進行無線信號的收發。

在一實施態樣中，該控制模組包括一基頻電路及一電連接於該基頻電路與該等射頻模組的射頻電路。該基頻電路分析該等無線測試信號並記錄對應的該等品質指標值，且設定各該天線組的工作天線單元，而透過該射頻電路控制該等射頻模組與對應的天線組的工作天線單元進行無線信號的收發。

進一步來說，該等射頻模組各包括一電連接於該射頻電路的多頻帶收發單元、一電連接於該多頻帶收發單元的頻帶切換器，以及一電連接於該頻帶切換器與各該對應的天線組之天線單元的天線切換器。該基頻電路透過該射頻電路與各該頻帶切換器設定各該天線單元的工作頻帶，且透過各該天線切換器設定各該天線組的工作天線單元，並由各該多頻帶收發單元收發各該工作天線單元接收 或發射的無線信號。

較佳地，各該天線組之天線單元的數量相互對應，且每一天線組的該等天線單元的頻帶可為相同或互補。

進一步來說，該等品質指標值係有關於傳輸該等無線測試信號的訊雜比。

本發明的另一目的，在提出一種設定前述天線系統的工作天線單元的方法。

於是，本發明的設定方法，包含以下步驟：(A)該控制模組透過各該射頻模組，令對應各該射頻模組之天線組的天線單元分別接收一無線測試信號，並分析該等無線測試信號而記錄一對應的品質指標值；及(B)該控制模組分析各該天線單元的品質指標值，並分別設定各該天線組的最高品質指標值的一天線單元為該天線組的工作天線單元。

較佳地，於該步驟(B)之後還包含一步驟(C)：該控制模組令各該天線組的工作天線單元相互配合，並藉由對應的各該射頻模組進行無線信號的收發。

在一實施態樣中，於該步驟(A)該無線測試信號的接收、分析步驟，以及該等品質指標值的記錄步驟，是由其中一天線組的所有天線單元分別依序執行完成後，再由另一天線組的所有天線單元依序執行。

較佳地，該等品質指標值係有關於傳輸該等無線測試信號的訊雜比。

本發明的功效在於：

1.該天線系統依據各天線單元的品質指標值而自動設定各天線組的工作天線單元，能確保天線系統以最佳的工作天線單元進行無線信號傳輸。

2.各天線組之間的天線單元可依據控制模組的設定而彈性組合配對，能提升天線系統的運作彈性並增進系統效能。

100‧‧‧天線系統

1‧‧‧控制模組

11‧‧‧基頻電路

12‧‧‧射頻電路

2‧‧‧第一射頻模組

21‧‧‧第一多頻帶收發單元

22‧‧‧第一頻帶切換器

23‧‧‧第一天線切換器

3‧‧‧第一天線組

31‧‧‧第一天線單元

32‧‧‧第一天線單元

33‧‧‧第一天線單元

4‧‧‧第二射頻模組

41‧‧‧第二多頻帶收發單元

42‧‧‧第二頻帶切換器

43‧‧‧第二天線切換器

5‧‧‧第二天線組

51‧‧‧第二天線單元

52‧‧‧第二天線單元

53‧‧‧第二天線單元

6‧‧‧第三射頻模組

61‧‧‧第三多頻帶收發單元

62‧‧‧第三頻帶切換器

63‧‧‧第三天線切換器

7‧‧‧第三天線組

71‧‧‧第三天線單元

72‧‧‧第三天線單元

73‧‧‧第三天線單元

S1~S3‧‧‧流程步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一系統方塊圖，說明一目前的天線系統；圖2是一系統方塊圖，說明本發明天線系統的一較佳實施例；圖3是一流程圖，說明該天線系統設定其最佳天線單元的流程步驟；

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。

參閱圖2，為本發明天線系統100的較佳實施例，該天線系統100可應用於無線路由器等無線傳輸裝置，但其應用領域不以此種裝置為限。

天線系統100包含一控制模組1、第一射頻模 組2、一第一天線組3、一第二射頻模組4、一第二天線組5、一第三射頻模組6及一第三天線組7。

控制模組1包括一基頻電路11及一電連接於基頻電路11與該等射頻模組2、4、6的射頻電路12。本實施例中，基頻電路11是一基頻晶片(baseband IC)，可執行類比/數位訊號的處理與儲存，並能發出指令控制射頻電路12、射頻模組2、4、6與天線組3、5、7運作。射頻電路12是一射頻晶片(radio frequency IC)，可執行基頻信號與射頻信號的轉換、處理與傳輸。但上述基頻電路11與射頻電路12的實施態樣可視需要而對應設計，不以此處揭露的內容為限。

該等射頻模組2、4、6電連接於射頻電路12，且各包括一多頻帶收發單元(multi-band transmit/receive module)、一頻帶切換器(band switch)及一天線切換器(antenna selection swtich)。也就是說，本實施例中第一射頻模組2包括一第一多頻帶收發單元21、一第一頻帶切換器22及一第一天線切換器23，第二射頻模組4包括一第二多頻帶收發單元41、一第二頻帶切換器42及一第二天線切換器43，且第三射頻模組6包括一第三多頻帶收發單元61、第三頻帶切換器62及一第三天線切換器63。

上述多頻帶收發單元21、41、61電連接於射頻電路12，且分別電連接於其對應的頻帶切換器22、42、62，可藉由其傳輸並增益各天線組3、5、7收發的無線信號。

頻帶切換器22、42、62分別電連接於其對應的多頻帶收發單元21、41、61，並分別電連接於對應的天線切換器23、43及63，可由基頻電路11透過射頻電路12，而令頻帶切換器22、42、62設定各天線組3、5、7的工作頻帶。

天線切換器23、43、63分別電連接於其對應的頻帶切換器22、42、62以及天線組3、5、7，其受控於基頻電路11而設定各個天線組3、5、7當下進行無線信號收發的工作天線單元，此部分技術內容會在後續段落詳細說明。

在此要說明的是，本實施例雖以三個射頻模組2、4、6為例進行說明，但是天線系統100的射頻模組的設置數量與內部構件可視需要而對應調整，因此上述說明內容僅用於說明本發明的實施態樣，不應以此限制本發明的實施範圍。

天線組3、5、7的數量對應該等射頻模組2、4、6，各包括多個可收發無線信號的天線單元。各該天線組的天線單元電連接於一相同的射頻模組，且各該天線組的天線單元電連接的射頻模組彼此相異，此外各該天線組之天線單元的數量相互對應。

本實施例中，天線組3、5、7各包括三個天線單元，也就是說第一天線組3包括三個第一天線單元31、32、33，第二天線組5包括三個第二天線單元51、52、53，且第三天線組7包括三個第三天線單元71、72、73。 其中，第一天線單元31、32、33電連接於第一射頻模組2的第一天線切換器23，第二天線單元51、52、53電連接於第二射頻模組4的第二天線切換器43，且第三天線單元71、72、73電連接於第三射頻模組6的第三天線切換器63。

上述天線單元可以是內建式天線或外露式天線，且各個天線單元可以是支援全頻帶信號傳輸的天線，或是只支援部分頻帶的天線。進一步來說，天線系統100中的每一天線組3、5、7的天線單元的頻帶還可以是彼此完全相同或互補設計，讓天線系統100能進行全頻帶的信號傳輸。但要特別說明的是，本實施例各個天線組3、5、7的天線單元數量雖以三個為例進行說明，但是各個天線單元的數量可視需要而調整，不以此處的說明內容為限。

參閱圖2與圖3，以下說明本發明的天線系統100在所有天線單元中，用於自動設定最佳工作天線單元的執行步驟。

步驟S1：控制模組1透過各個射頻模組2、4、6，令其對應的天線組3、5、7的第一天線單元31、32、33與第二天線單元51、52、53以及第三天線單元71、72、73分別接收一無線測試信號，且控制模組1分析各個天線單元及其對應的射頻模組2、4、6傳輸來的無線測試信號而分別對應記錄為一品質指標值。該品質指標值是各天線單元與其對應的射頻模組2、4、6構成的信號傳輸通道，所傳輸的無線測試信號的訊雜比(signal-to-noise ratio)，可評估各個信號傳輸通道的信號傳輸品質。

本實施例中，該無線測試信號的接收、分析步驟，以及該等品質指標值的記錄步驟，是由其中一天線組的所有天線單元分別依序執行完成後，再由另一天線組的所有天線單元依序執行。

例如，基頻電路11設定該測試步驟由第一天線組3、第二天線組5與第三天線組7依序執行，且進行第一天線組3的測試時，是由第一天線單元31、32、33依序執行。也就是說，基頻電路11透過第一天線切換器23設定由第一天線單元31先接收無線測試信號，第一天線單元31接收的無線測試信號經過第一射頻模組2、射頻電路12的傳輸、轉換至基頻電路11，隨後基頻電路11分析該無線測試信號的訊雜比，並記錄為一對應的品質指標值，以便於後續步驟比較各個訊號傳輸路徑的品質優劣。而後，基頻電路11再依序進行第一天線單元32、33與第二天線單元51、52、53以及第三天線單元71、72、73所對應的品質指標值分析，並將其品質指標值儲存於內。

然而，上述測試、分析的執行步驟僅為本實施例的其中一種實施方式，不應以此為限。舉例來說，各個天線單元對應的品質指標值分析可以不限定以一個天線組為單位進行，例如上述測試、分析順序可以調整為第一天線單元31、第二天線單元51、第三天線單元71、第一天線單元32、第二天線單元52、第三天線單元72...之順序交錯進行，也能達成同樣的功效。

此外，本實施例的品質指標值雖然是以訊雜比作為分析指標，但上述測試、分析步驟也可以用不同的特性值作為分析指標，而不以訊雜比為限。

步驟S2、S3：完成上述品質指標值的分析測試後，基頻電路11分析比較各天線組3、5、7的天線單元的品質指標值，並分別透過第一天線切換器、第二天線切換器與第三天線切換器設定各天線組3、5、7中最高品質指標值的一天線單元為各該天線組的工作天線單元。例如，經分析比較後，基頻電路11可將第一天線組3中的第一天線單元31設定為該天線組的工作天線單元，並設定第二天線組5、第三天線組7的工作天線單元為第二天線單元52與第三天線單元73。

隨後，控制模組即可透過第一射頻模組2與其對應的工作天線單元(如第一天線單元31)、第二射頻模組4與其對應的工作天線單元(如第二天線單元52)，以及第三射頻模組6與其對應的工作天線單元如(第三天線單元73)相互配合，進行無線信號的收發，而能以較佳的天線單元執行多重輸入輸出(MIMO)的無線傳輸。

藉由上述技術內容，裝設於電子裝置(如無線路由器)的天線系統100可配合由無線基地台發出的無線測試信號，自動執行上述測試、分析、設定流程，以確保電子裝置的無線傳輸品質。較佳地，上述自動測試、分析、設定流程可在電子裝置啟動後自動執行，且每間隔一段預設時間後會自動重新執行一次，以確保電子裝置隨時保持 最佳的無線傳輸品質。此外，上述流程除了可以由電子裝置自動執行，也可以由使用者觸發設置於電子裝置的開關後，而對應地執行該流程。因此，上述流程具有多種應用態樣，且不以特定態樣為限。

綜上所述，本發明天線系統100是由系統依據各天線單元的品質指標值而自動設定各天線組3、5、7的工作天線單元，此方式能確保天線系統以客觀的測試指標，自動設定最佳的工作天線單元進行無線信號的傳輸。另一方面，天線系統100由多個天線單元執行多重輸入輸出的信號傳輸時，不受限於要使用同一組天線組的天線單元，能藉由各組天線組的最佳天線單元相互配合以進行傳輸流程，此設計能提升天線系統100的運作彈性，並增進其運作效能。故本發明天線系統100確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧天線系統

1‧‧‧控制模組

11‧‧‧基頻電路

12‧‧‧射頻電路

2‧‧‧第一射頻模組

21‧‧‧第一多頻帶收發單元

22‧‧‧第一頻帶切換器

23‧‧‧第一天線切換器

3‧‧‧第一天線組

31‧‧‧第一天線單元

32‧‧‧第一天線單元

33‧‧‧第一天線單元

4‧‧‧第二射頻模組

41‧‧‧第二多頻帶收發單元

42‧‧‧第二頻帶切換器

43‧‧‧第二天線切換器

5‧‧‧第二天線組

51‧‧‧第二天線單元

52‧‧‧第二天線單元

53‧‧‧第二天線單元

6‧‧‧第三射頻模組

61‧‧‧第三多頻帶收發單元

62‧‧‧第三頻帶切換器

63‧‧‧第三天線切換器

7‧‧‧第三天線組

71‧‧‧第三天線單元

72‧‧‧第三天線單元

73‧‧‧第三天線單元

Claims (9)

1. 一種天線系統，包含：一控制模組；多個射頻模組，分別電連接於該控制模組；及多個天線組，數量對應該等射頻模組，且各包括多個可收發無線信號的天線單元，各該天線組的天線單元電連接於一相同的射頻模組，且各該天線組的天線單元電連接的射頻模組彼此相異，其中，該控制模組透過各該射頻模組，令對應各該射頻模組之天線組的該等天線單元分別接收一無線測試信號，且分析該等無線測試信號而分別記錄一對應的品質指標值，並設定各該天線組的最高品質指標值的一天線單元為各該天線組的工作天線單元，而令各該天線組的工作天線單元相互配合，並藉由對應的各該射頻模組進行無線信號的收發。
2. 如請求項1所述之天線系統，其中，該控制模組包括一基頻電路及一電連接於該基頻電路與該等射頻模組的射頻電路，該基頻電路分析該等無線測試信號並記錄對應的該等品質指標值，且設定各該天線組的工作天線單元，而透過該射頻電路控制該等射頻模組及其對應的天線組的工作天線單元進行無線信號的收發。
3. 如請求項2所述之天線系統，其中，該等射頻模組各包括一電連接於該射頻電路的多頻帶收發單元、一電連接於該多頻帶收發單元的頻帶切換器，以及一電連接於該 頻帶切換器與各該對應的天線組之天線單元的天線切換器，該基頻電路透過該射頻電路與各該頻帶切換器設定各該天線單元的工作頻帶，且透過各該天線切換器設定各該天線組的工作天線單元，並由各該多頻帶收發單元收發各該工作天線單元接收或發射的無線信號。
4. 如請求項1所述之天線系統，其中，各該天線組之天線單元的數量相互對應，且每一天線組的該等天線單元的頻帶可為相同或互補。
5. 如請求項1所述之天線系統，其中，該等品質指標值係有關於傳輸該無線測試信號的訊雜比。
6. 一種設定一天線系統的工作天線單元的方法，該天線系統包含一控制模組、多個射頻模組及多個天線組，該等天線組各包括多個電連接於一相同的射頻模組的天線單元，該方法包含以下步驟：(A)該控制模組透過各該射頻模組，令對應各該射頻模組之天線組的天線單元分別接收一無線測試信號，並分析該等無線測試信號而記錄一對應的品質指標值；及(B)該控制模組分析各該天線單元的品質指標值，並分別設定各該天線組的最高品質指標值的一天線單元為該天線組的工作天線單元。
7. 如請求項6所述之方法，其中，於該步驟(B)之後還包含一步驟(C)：該控制模組令各該天線組的工作天線單元相互配合，並藉由對應的各該射頻模組進行無線信號的收 發。
8. 如請求項6所述之方法，其中，於該步驟(A)該無線測試信號的接收、分析步驟，以及該等品質指標值的記錄步驟，是由其中一天線組的所有天線單元分別依序執行完成後，再由另一天線組的所有天線單元依序執行。
9. 如請求項6所述之方法，其中，該等品質指標值係有關於傳輸該等無線測試信號的訊雜比。