TWI515965B - 具有可適性切換準則的天線切換系統 - Google Patents

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Description

具有可適性切換準則的天線切換系統
本發明大體上係關於無線通信電路，且更特定言之，係關於具有無線通信電路之電子裝置，無線通信電路具有多個天線。
諸如攜帶型電腦及蜂巢式電話之電子裝置常常具備無線通信能力。舉例而言，電子裝置可使用遠程無線通信電路，諸如蜂巢式電話電路及WiMax(IEEE 802.16)電路。電子裝置亦可使用短程無線通信電路，諸如WiFi®(IEEE 802.11)電路及Bluetooth®電路。
天線效能影響使用者利用電子裝置之無線能力的能力。若天線效能並不令人滿意，則呼叫可能會被切斷或資料傳送率可變得不合需要地低。為了確保天線效能滿足設計準則，有時可能需要提供具有多個天線之電子裝置。在一些情形下，裝置內之控制電路可能夠在天線之間切換以確保正使用最佳天線來處置呼叫訊務。
迅速切換至最佳天線之能力可幫助確保無線通信不被擾亂。同時，不應犧牲準確性。在現實環境中，多種因素可影響天線效能，該等因素諸如路徑損失波動及涉及外部物件在天線之部分上的瞬時存在之天線阻擋事件。若不加以注意，則天線切換回應可迅速但不準確或準確但緩慢。
因此，將需要能夠提供諸如具有多個天線之裝置的電子裝置判定如何在操作期間在天線之間切換的改良方式。
可提供含有無線通信電路之電子裝置。該無線通信電路可包括耦接至多個天線之射頻收發器電路。
可使用該等天線搜集信號強度量測且可產生對應的信號強度差量測。該差量測可反映該等天線中之一者是否正展現比其他天線優越之效能。若判定替代天線勝於當前使用之天線而執行，則可將該替代天線切換至使用中。
可在該電子裝置中使用控制演算法處理信號強度差量測以判定是否切換天線。可使用具有不同速度之基於時間之平均濾波器來對該等信號強度差量測進行濾波。可比較對應經濾波之差量測與諸如天線切換臨限值之天線切換準則。
該電子裝置可在差量測緩慢波動之環境(有時被稱作緩慢衰退環境)中操作，且可在該等差量測較迅速波動之環境(有時被稱作快速衰退環境)中操作。
該等平均濾波器可包括緩慢濾波器及快速濾波器。該緩慢濾波器可對相對長時段內之該等差量測求平均以在緩慢衰退及快速衰退環境兩者中產生準確結果。該快速濾波器可對較短時段內之該等差量測求平均以允許該控制演算法相比單獨使用該緩慢濾波器之可能情況更迅速地對差量測波動作出回應。
可比較該緩慢濾波器之輸出及該快速濾波器之輸出與各別緩慢濾波器及快速濾波器臨限值，以判定是否請求代替當前作用中天線而將替代天線切換至使用中。
可基於在該等經濾波之差量測之間隨時間展現多少變化的計算來即時調整該快速濾波器臨限值。在該快速濾波器之輸出接近於該緩慢濾波器之輸出的快速衰退環境中，可使用控制演算法之快速濾波器分支減小快速濾波器臨限值以允許天線切換速度增加。在該快速濾波器之輸出與該緩慢濾波器之輸出不同的緩慢衰退環境中，可增加快速濾波器臨限值以確保控制演算法之快速濾波器分支不產生不準確之天線切換請求。為了確保該裝置在自快速衰退環境轉變至緩慢衰退環境時適當地作出回應，關於裝置移動之資訊或其他資料可用於進行臨限值調整。
本發明之其他特徵，其性質及各種優勢將自隨附圖式及較佳實施例之以下詳細描述更顯而易見。
電子裝置可具備無線通信電路。無線通信電路可用以支援多個無線通信頻帶中之無線通信。無線通信電路可包括經配置以實施天線分集系統之多個天線。
天線可包括迴圈天線、倒F天線、帶狀天線、平面倒F天線、槽孔天線、包括一種以上類型之天線結構的混合型天線，或其他合適天線。天線之導電結構可由諸如以下各者之導電電子裝置結構形成：導電外殼結構(例如，接地平面及周邊導電外殼部件之部分或其他外殼結構)、基板上之跡線(諸如，塑膠、玻璃或陶瓷基板上之跡線)、可撓性印刷電路板(「撓曲電路」)上之跡線、剛性印刷電路板(例如，纖維玻璃填充之環氧樹脂板)上之跡線、經圖案化之 金屬箔片的區段、導線、導體條帶、其他導電結構或由此等結構之組合形成的導電結構。
在圖1中展示可具備一或多個天線(例如，兩個天線、三個天線、四個天線、五個或五個以上天線等)之類型的說明性電子裝置。電子裝置10可為攜帶型電子裝置或其他合適電子裝置。舉例而言，電子裝置10可為膝上型電腦、平板電腦、稍較小的裝置(諸如，腕錶裝置、懸掛式裝置、頭戴式耳機裝置、耳機裝置或其他可佩戴或小型裝置)、蜂巢式電話、媒體播放器等。
裝置10可包括外殼，諸如外殼12。有時可被稱作機殼之外殼12可由塑膠、玻璃、陶瓷、纖維複合物、金屬(例如，不鏽鋼、鋁等)、其他合適材料或此等材料之組合形成。在一些情形下，外殼12之部分可由介電質或其他低導電率材料形成。在其他情形下，外殼12或組成外殼12之結構中之至少一些結構可由金屬元件形成。
裝置10可在需要時具有諸如顯示器14之顯示器。顯示器14可(例如)為併有電容性觸控電極之觸控式螢幕。顯示器14可包括由發光二極體(LED)、有機LED(OLED)、電漿單元、電子墨水元件、液晶顯示器(LCD)組件或其他合適的影像像素結構形成之影像像素。防護玻璃層可覆蓋顯示器14之表面。顯示器14之諸如周邊區20I之部分可為非作用的且可缺少影像像素結構。顯示器14之諸如矩形中心部分20A之部分(由虛線20劃界)可對應於顯示器14之作用部分。在作用顯示區20A中，影像像素之陣列可用以為使用 者顯示影像。
覆蓋顯示器14之防護玻璃層可具有開口，諸如用於按鈕之圓形開口16及諸如揚聲器埠開口18之揚聲器埠開口(例如，用於使用者之耳用揚聲器)。裝置10亦可具有其他開口(例如，顯示器14及/或外殼12中用於容納音量按鈕、響鈴按鈕、睡眠按鈕及其他按鈕之開口、用於音頻插孔、資料埠連接器、抽取式媒體插槽等之開口)。
外殼12可包括圍繞顯示器14及裝置10之矩形輪廓延伸的周邊導電部件，諸如帶槽框或金屬帶(作為一實例)。若需要，周邊導電部件可用於形成裝置10之天線。
天線可作為延伸元件或可附接結構沿著裝置10之邊緣位於裝置10之後部或前部上或位於裝置10中之其他處。藉由有時作為一實例在本文中描述之一合適配置，裝置10可具備在外殼12之下端24處的一或多個天線及在外殼12之上端22處的一或多個天線。使天線位於裝置10之對置端處(亦即，當裝置10具有圖1中所展示之類型的細長矩形形狀時，在顯示器14及裝置10之較窄端部區處)可允許此等天線形成於距與顯示器14之導電部分(例如，在顯示器14之作用區20A中的像素陣列及驅動器電路)相關聯的接地結構適當距離處。
若需要，第一蜂巢式電話天線可位於區24中且第二蜂巢式電話天線可位於區22中。用於處置諸如全球定位系統信號之衛星導航信號或諸如IEEE 802.11(WiFi®)信號或Bluetooth®信號之無線區域網路信號的天線結構亦可提供 於區22及/或24中(作為單獨的額外天線或作為第一及第二蜂巢式電話天線之部分)。天線結構亦可提供於區22及/或24中以處置WiMax(IEEE 802.16)信號。
在區22及24中，開口可形成於導電外殼結構與印刷電路板及組成裝置10之其他導電電組件之間。此等開口可填充有空氣、塑膠或其他介電質。導電外殼結構及其他導電結構可充當裝置10中之天線的接地平面。區22及24中之開口可充當開槽孔天線或閉槽孔天線中之槽孔，可充當迴圈天線中由導電材料路徑包圍之中心介電區，可充當使天線諧振元件(諸如，帶狀天線諧振元件)或倒F天線諧振元件(諸如，由裝置10中之導電周邊外殼結構之部分形成的倒F天線諧振元件)與接地平面分離之空間，或可另外充當形成於區22及24中之天線結構之部分。
天線可形成於相同的區22及24中(亦即，天線可形成於各自涵蓋蜂巢式電話頻帶或感興趣之其他通信頻帶之同一集合的區22及24中)。歸因於佈局約束或其他設計約束，可能不需要使用相同的天線。更確切而言，可能需要使用不同設計來在區22及24中實施天線。舉例而言，區24中之第一天線可涵蓋感興趣之所有蜂巢式電話頻帶(例如，四個或五個頻帶)，且區22中之第二天線可涵蓋藉由第一天線處置之四個或五個頻帶的子集。亦可使用區24中之天線處置藉由區22中之天線處置的頻帶之子集(或區22中之天線處置藉由區24中之天線處置的頻帶之子集)之配置。調諧電路可用以即時調諧此類型之天線以涵蓋頻帶之第一子 集或頻帶之第二子集且藉此涵蓋感興趣之所有頻帶。
圖2中展示電子裝置10可操作之系統的示意圖。如圖2中所展示，系統11可包括無線網路設備，諸如基地台21。基地台(諸如，基地台21)可與蜂巢式電話網路或其他無線網路連接設備相關聯。裝置10可經由無線鏈路23(例如，蜂巢式電話鏈路或其他無線通信鏈路)與基地台21通信。
裝置10可包括控制電路，諸如儲存及處理電路28。儲存及處理電路28可包括儲存器，諸如硬碟機儲存器、非揮發性記憶體(例如，快閃記憶體或經組態以形成固態磁碟機之其他電可程式化唯讀記憶體)、揮發性記憶體(例如，靜態或動態隨機存取記憶體)等。儲存及處理電路28中之處理電路及諸如無線通信電路34中之控制電路的其他控制電路可用以控制裝置10之操作。此處理電路可基於一或多個微處理器、微控制器、數位信號處理器、基頻處理器、電力管理單元、音訊編碼解碼器晶片、特殊應用積體電路等。
儲存及處理電路28可用以執行裝置10上之軟體，諸如網際網路瀏覽應用程式、網際網路語音通信協定(VOIP)電話呼叫應用程式、電子郵件應用程式、媒體播放應用程式、作業系統函式等。為了支援與諸如基地台21之外部設備之互動，儲存及處理電路28可用於實施通信協定。可使用儲存及處理電路28實施之通信協定包括網際網路協定、無線區域網路協定(例如，IEEE 802.11協定-有時被稱作WiFi®)、諸如Bluetooth®協定的用於其他短程無線通信鏈 路之協定、IEEE 802.16(WiMax)協定、諸如長期演進(LTE)協定之蜂巢式電話協定、全球行動通信系統(GSM)協定、分碼多重存取(CDMA)協定及通用行動電信系統(UMTS)協定等。
電路28可經組態以實施控制裝置10中之天線之使用的控制演算法。舉例而言，電路28可組態無線電路34以切換特定天線以用於傳輸及/或接收信號。在一些情形下，電路28可用於搜集感測器信號及反映所接收信號(例如，所接收傳呼信號、所接收語音呼叫訊務、所接收控制頻道信號、所接收資料訊務等)之品質的信號。可在裝置10中進行之信號品質量測的實例包括位元錯誤率量測、信雜比量測、關於與傳入無線信號相關聯之功率量之量測、基於接收信號強度指示符(RSSI)資訊之頻道品質量測(RSSI量測)、基於接收信號碼功率(RSCP)資訊之頻道品質量測(RSCP量測)、基於信號對干擾比(SINR)及信雜比(SNR)資訊之頻道品質量測(SINR及SNR量測)、基於諸如Ec/lo或Ec/No資料之信號品質資料之頻道品質量測(Ec/lo及Ec/No量測)等。此資訊可用於控制正使用哪一天線。亦可基於其他準則進行天線選擇。
輸入-輸出電路30可用以允許將資料供應至裝置10且允許將資料自裝置10提供至外部裝置。輸入-輸出電路30可包括輸入-輸出裝置32。輸入-輸出裝置32可包括觸控式螢幕、按鈕、操縱桿、點按式選盤(click wheel)、滾輪、觸控板、小鍵盤、鍵盤、麥克風、揚聲器、音頻發生器、振 動器、相機、加速度計(運動感測器)、環境光感測器及其他感測器、發光二極體及其他狀態指示器、資料埠等。使用者可藉由經由輸入-輸出裝置32供應命令來控制裝置10之操作，且可使用輸入-輸出裝置32之輸出資源來接收狀態資訊及來自裝置10之其他輸出。
無線通信電路34可包括由一或多個積體電路、功率放大器電路、低雜訊輸入放大器、被動射頻(RF)組件、一或多個天線及用於處置RF無線信號之其他電路形成的RF收發器電路。
無線通信電路34可包括諸如全球定位系統(GPS)接收器電路35之衛星導航系統接收器電路(例如，用於接收在1575 MHz下之衛星定位信號)。收發器電路36可針對WiFi®(IEEE 802.11)通信處置2.4 GHz頻帶及5 GHz頻帶，且可處置2.4 GHz Bluetooth®通信頻帶。電路34可使用蜂巢式電話收發器電路38用於處置在蜂巢式電話頻帶(諸如，在850 MHz、900 MHz、1800 MHz、1900 MHz及2100 MHz下之頻帶及感興趣之其他蜂巢式電話頻帶)中之無線通信。無線通信電路34可在需要時包括用於其他短程及遠程無線鏈路之電路(例如，WiMax電路等)。無線通信電路34可(例如)包括用於接收無線電及電視信號之無線電路、傳呼電路等。在WiFi®及Bluetooth®鏈路及其他短程無線鏈路中，無線信號通常用以在數十或數百呎範圍內輸送資料。在蜂巢式電話鏈路及其他遠程鏈路中，無線信號通常用以在數千呎或哩範圍內輸送資料。
無線通信電路34可包括天線40。可使用任何合適之天線類型來形成天線40。舉例而言，天線40可包括具有諧振元件之天線，該等天線係由以下各者形成：迴圈天線結構、片狀天線結構、倒F天線結構、閉槽孔天線結構及開槽孔天線結構、平面倒F天線結構、螺旋天線結構、帶狀天線、單極、偶極、此等設計之混合等。不同類型之天線可用於不同頻帶及頻帶之組合。舉例而言，一種類型之天線可用於形成區域無線鏈路天線，且另一種類型之天線可用於形成遠端無線鏈路天線。如結合圖1所描述，在裝置10中可存在多個蜂巢式電話天線。舉例而言，在裝置10之區24中可存在一蜂巢式電話天線，且在裝置10之區22中可存在另一蜂巢式電話天線。此等天線可為固定的或可為可調諧的。
裝置10可藉由控制電路控制，控制電路經組態以儲存且執行用於實施控制演算法(例如，天線分集控制演算法及其他無線控制演算法)之控制程式碼。如圖3中所展示，控制電路42可包括儲存及處理電路28(例如，微處理器、記憶體電路等)且可包括基頻處理器58。基頻處理器58可形成無線電路34之部分且可包括記憶體及處理電路(亦即，基頻處理器58可被視為形成裝置10之儲存及處理電路的部分)。
基頻處理器58可經由路徑48將資料提供至儲存及處理電路28。路徑48上之資料可包括與所接收信號之無線(天線)效能量度相關聯的原始資料及經處理之資料，無線(天線) 效能量度諸如接收功率、傳輸功率、訊框錯誤率、位元錯誤率、基於接收信號強度指示符(RSSI)資訊之頻道品質量測、基於接收信號碼功率(RSCP)資訊之頻道品質量測、基於信號對干擾比(SINR)及信雜比(SNR)資訊之頻道品質量測、基於諸如Ec/lo或Ec/No資料之信號品質資料之頻道品質量測、關於是否正自蜂巢式電話塔台接收對應於來自電子裝置之請求之回應(應答)的資訊、關於網路存取程序是否已完成之資訊、關於在電子裝置與蜂巢式塔台之間的蜂巢式鏈路上正請求多少重新傳輸之資訊、關於是否已接收發信號訊息之損失的資訊及反映無線電路34之效能的其他資訊。此資訊可藉由儲存及處理電路28及/或處理器58分析，且作為回應，儲存及處理電路28(或在需要時，基頻處理器58)可發出用於控制無線電路34之控制命令。舉例而言，儲存及處理電路28可在路徑52及路徑50上發出控制命令。
無線電路34可包括諸如射頻收發器電路60之射頻收發器電路及射頻前端電路62。射頻收發器電路60可包括一或多個射頻收發器，諸如收發器57及63(例如，在天線之間共用的一或多個收發器，每一個天線一個收發器等)。在圖3之說明性組態中，射頻收發器電路60具有與路徑(埠)54相關聯(且可與路徑44相關聯)之第一收發器(諸如，收發器57)及與路徑(埠)56相關聯(且可與路徑46相關聯)之第二收發器(諸如，收發器63)。收發器57可包括傳輸器(諸如，傳輸器59)及接收器(諸如，接收器61)或可含有僅接收器(例 如，接收器61)或僅傳輸器(例如，傳輸器59)。收發器63可包括傳輸器(諸如，傳輸器67)及接收器(諸如，接收器65)或可含有僅接收器(例如，接收器65)或僅傳輸器(例如，傳輸器67)。
基頻處理器58可自儲存及處理電路28接收待傳輸之數位資料，且可使用路徑46及射頻收發器電路60來傳輸對應射頻信號。射頻前端62可耦接於射頻收發器60與天線40之間，且可用以將藉由傳輸器59及67產生之射頻信號輸送至天線40。射頻前端62可包括射頻切換器、阻抗匹配電路、濾波器及用於形成天線40與射頻收發器60之間的介面之其他電路。
可經由射頻前端62、諸如路徑54及56之路徑、諸如埠54處之接收器61及埠56處之接收器65的在射頻收發器60中之接收器電路及諸如路徑44及46之路徑將藉由天線40接收之傳入射頻信號提供至基頻處理器58。基頻處理器58可將此等所接收信號轉換成提供至儲存及處理電路28之數位資料。基頻處理器58亦可自所接收信號提取指示收發器當前調諧至的頻道之信號品質之資訊。舉例而言，基頻處理器及/或控制電路42中之其他電路可分析所接收信號以產生位元錯誤率量測、關於與傳入無線信號相關聯之功率量之量測、強度指示符(RSSI)資訊、接收信號碼功率(RSCP)資訊、信號對干擾比(SINR)資訊、信雜比(SNR)資訊、基於諸如Ec/lo或Ec/No資料之信號品質資料之頻道品質量測等。此資訊可用於控制在裝置10中使用哪一(些)天線。舉 例而言，在控制電路42上執行之控制演算法可用以基於諸如此等量測之信號強度資料量測來將特定天線切換至使用中。
射頻前端62可包括用以將收發器57連接至天線40B且將收發器63連接至天線40A或者將收發器57連接至天線40A且將收發器63連接至天線40B之切換器。切換器可藉由經由路徑50自控制電路42接收之控制信號組態。舉例而言，電路42可調整切換器以選擇正使用哪一天線來傳輸射頻信號(例如，當需要在兩個天線之間共用收發器60中之單一傳輸器時)或正使用哪一天線來接收射頻信號(例如，當需要在兩個天線之間共用單一接收器時)。
在需要時，可藉由選擇性地啟動及撤銷啟動收發器而不使用前端62中之切換器來進行天線選擇。舉例而言，若需要使用天線40B，則可啟動收發器57(其可經由電路62耦接至天線40B)，且可撤銷啟動收發器63(其可經由電路62耦接至天線40A)。若需要使用天線40A，則電路42可啟動收發器63且撤銷啟動收發器57。此等做法之組合亦可用以選擇正使用哪些天線來傳輸及/或接收信號。
可使用在控制電路42上實施之控制演算法(例如，使用儲存及處理電路28及基頻處理器58之控制電路及記憶體資源)執行控制操作，諸如與組態無線電路34以經由天線40中之所要者傳輸或接收射頻信號相關聯的操作。
當裝置10中之天線藉由諸如使用者之手的外部物件阻擋時，當裝置10置放成靠近干擾適當天線操作之物件時或歸 因於其他因素(例如，裝置相對於其周圍環境之定向等),可擾亂天線操作。為了確保使用最佳天線，裝置10可監視每一天線上接收之信號且可基於經監視之信號將適當天線切換至使用中以用於處置裝置10之無線通信訊務。
在裝置10之電路上執行的天線切換演算法可用以基於所接收信號之經評估之信號品質來自動執行天線切換操作。無論何時當前使用之天線上的天線效能相對於可用替代天線已降級或在已滿足其他天線切換準則時，天線切換演算法可指導裝置10選擇新天線以用於處置無線信號(例如，蜂巢式電話信號或其他無線訊務)。藉由此類型之配置，不必同時使用多個天線及相關聯之電路用於處置無線信號，藉此最小化電力消耗。
裝置10具有第一天線及第二天線之配置有時作為實例描述於本文中。然而，此僅為說明性的。裝置10可在需要時使用三個或三個以上天線。裝置10可使用實質上相同(例如，在頻帶涵蓋範圍上、在效率上等)之天線，或可使用其他類型之天線組態。
在執行天線切換操作時，裝置10可使用任何合適的信號品質量度來量測信號強度。作為一實例，裝置10可量測接收信號功率，可搜集接收信號強度指示符(RSSI)資訊，可搜集接收信號碼功率(RSCP)資訊，或可搜集關於接收信號強度之其他資訊。
可針對裝置10中之每一天線搜集接收信號強度資訊。舉例而言，若裝置10包括上部天線及下部天線，則可搜集在 上部天線及下部天線兩者中接收之信號的信號強度。可藉由天線切換控制演算法處理上部天線及下部天線之接收信號強度。切換演算法可使用切換準則及經量測之所接收天線信號強度即時判定是否應切換裝置10中之天線指派。若滿足切換準則，則可交換天線。若(例如)藉由比較接收信號強度資料與臨限值設定而判定下部天線正受到阻擋，則可代替下部天線將上部天線切換至使用中。
為了確保裝置10在多種環境條件期間保持回應，可即時調整切換準則(亦即，一或多個切換臨限值或其他切換演算法參數)。裝置10基於接收信號強度之經量測之值調整一或多個臨限值的配置有時可被稱作可適性臨限值配置。
為了抑制雜訊同時確保對改變條件作出迅速回應，可將基於時間之平均濾波器應用於接收信號強度量測。可使用各自具有不同的相關聯濾波特性之多個濾波器。舉例而言，可存在兩個、三個或三個以上濾波器，該等濾波器中之每一者具有不同的相關聯濾波特性。藉由有時可作為實例描述於本文中之一合適配置，裝置10可使用一對基於時間之濾波器。
基於時間之濾波器可對在相對長時段內之信號求平均(有時被稱作緩慢濾波)及對在相對短時段內之信號求平均(有時被稱作快速濾波)。緩慢濾波器產生準確資料，但不會對真實信號強度之突變快速地作出回應。快速濾波器快速地作出回應。然而，因為快速濾波器相比緩慢濾波器對較短時間窗內之信號求平均，所以經快速濾波之信號強度 量測相比緩慢濾波器信號強度傾向於有更多雜訊。因此，相比經緩慢濾波之信號量測，可能有必要比較快速濾波之信號量測與較大臨限值，以避免假警報(亦即，避免在不適當時間切換天線之情形)。
在需要時，來自外部源之輸入可用於進行天線切換決策。來自外部源之輸入可包括(例如)來自裝置10中之一或多個感測器的資訊。作為一實例，來自輸入-輸出裝置32中之加速度計的資料可用以產生關於裝置10之運動的資訊。加速度計資料可用以判定裝置10是在迅速移動環境中(例如，在小汽車或其他移動載具內)抑或突然停止移動。諸如全球定位系統(GPS)資料之衛星導航系統接收器資料亦可用以判定裝置10之速度(亦即，裝置10是正在移動抑或靜止)。關於裝置移動之資訊及其他外部資料可用以即時調整臨限值及其他天線切換準則。舉例而言，來自GPS接收器或加速度計之運動資訊或其他資料可用以確保裝置10在裝置10於運動之後停下來時快速調整天線切換臨限值。
在圖4中展示在控制裝置10中之天線指派時所涉及之說明性步驟的流程圖。圖4之實例涉及具有兩個天線(例如，區22及24中之上部天線及下部天線)之裝置10的組態。
在步驟100之操作期間，可針對兩個天線中之每一者進行信號強度量測。詳言之，可針對天線中之第一者(亦即，正用以處置裝置10之無線訊務的當前天線)量測信號強度RC，且可針對天線中之第二者(亦即，可用以代替當 前天線之替代天線)量測信號強度RA。接著可計算此等信號強度之間的差(亦即，信號強度△R=RA-RC)。
在接收器分集功能可用於無線電路34中時(亦即，在電路基頻處理器58支援接收分集操作之裝置10的組態中)，接收器65及61及對應第一及第二天線可用於接收信號。在接收器分集功能不可用之情形下，通常一次僅使用裝置10中之天線中之一者(亦即，當前天線)來傳輸及接收無線通信訊務。為了判定另一天線(亦即，替代天線)上之所接收信號之信號強度，裝置10可藉由以下步驟來對替代天線上之接收信號強度進行取樣：瞬時使用與替代天線相關聯之接收器來搜集及處理傳入信號或瞬時將替代天線切換至使用中以搜集信號強度樣本而不擾亂當前作用中天線處置其無線訊務之能力。
可使用無線電路34(例如，收發器電路60)及控制電路42(例如，基頻處理器58及/或電路28)來執行圖4之操作(諸如，信號量測及信號處理活動)。在天線之間的經計算之信號強度差指示替代天線相比當前天線正接收較弱信號或相比當前天線正接收僅稍強信號時，裝置10可維持裝置10中之當前天線指派。在天線之間的經計算之信號強度差指示替代天線相比當前天線正接收強足夠量之信號時，裝置10可組態無線電路34使得代替當前天線將替代天線切換至使用中。
可使用具有不同的相關聯時間窗(平均週期)的基於時間之濾波器來對天線之所接收信號的信號強度之間的差(亦 即，反映在兩個天線之間所接收天線信號強度相差多少的差量測△R)求時間平均(時間濾波)。可使用任何合適的濾波方案(例如，線性平均濾波器、偏好更近活動之加權平均濾波器、有限脈衝回應(FIR)濾波器或無限脈衝回應(IIR)濾波器等)。如圖4中所展示，可將兩個不同濾波器應用於經量測之△R資料。可在步驟102應用緩慢濾波器(亦即，對在諸如0.5至2秒之時段或其他合適時段的相對長時段內之經量測之△R值求平均的濾波器)。將緩慢濾波器應用於△R之原始量測值在緩慢濾波器之輸出處產生△R之經緩慢濾波之版本。可在步驟104應用快速濾波器(亦即，對在諸如50至150 ms之時段或其他合適時段的相對短時段內之經量測之△R值求平均的濾波器)。將快速濾波器應用於經量測之差值△R在快速濾波器之輸出處產生△R之經快速濾波之版本。
可在步驟112之操作期間將天線切換準則應用於經量測之△R資料的經緩慢濾波之版本。舉例而言，可在步驟112比較經量測之△R資料的緩慢濾波器版本與臨限值(有時被稱作緩慢臨限值或緩慢濾波器臨限值)。亦可在步驟110之操作期間將天線切換準則應用於經量測之△R資料的經快速濾波之版本。舉例而言，可在步驟110比較經量測之△R資料的快速濾波器版本與臨限值(有時被稱作快速臨限值或快速濾波器臨限值)。
步驟110及112之比較運算的結果可用以產生切換天線之對應請求。舉例而言，若△R之經快速濾波之版本大於快 速濾波器臨限值△fast，則可在步驟110產生切換天線之請求。若△R之經緩慢濾波之版本大於緩慢濾波器臨限值△slow，則可在步驟112產生切換天線之請求。可藉由布林(Boolean)值表示所產生之請求(例如，邏輯「1」可表示交換天線之請求且邏輯「0」可表示維持天線指派之當前集合之需要)。
在步驟114之操作期間，裝置10可使用控制電路42將對應命令發出至無線電路34。藉由一合適配置，可使用邏輯「或」(OR)函數處理在步驟110及112產生之請求。若在步驟110處不產生交換天線之請求且若在步驟112處不產生交換天線之請求，則裝置10可在步驟114處拒絕交換天線。若步驟110之快速臨限值比較運算或步驟112之緩慢臨限值比較運算指示將交換天線(或若步驟110及步驟112兩者之操作指示應交換天線)，則裝置10可在步驟114切換天線使得用替代天線代替當前天線。在切換之後，新選定天線可用以接收及/或傳輸裝置10之射頻信號。在接收器分集可用於裝置10中之情形下，裝置10可使用兩個天線接收信號同時使用新選定天線用於傳輸。裝置10可繼續使用圖4之步驟來確保始終將最佳天線切換至使用中。
在差信號△R之量值緩慢變化的情形下，步驟102之經快速濾波之輸出可密切追蹤△R。為了在經快速濾波之輸出歸因於△R之迅速向上波動而快速升高時避免過早的天線切換，可能需要將△fast設定為比△slow高之值。舉例而言，△fast之預設(未調整)值可為10 dB(作為一實例)且 △slow之(通常固定)值可為3 dB(作為一實例)。一般而言，△fast及△slow可具有為約0.5至13 dB之值(作為實例)。
在△R之經緩慢濾波及經快速濾波之版本的值彼此接近之環境中，使用圖4中所展示之程序的快速濾波器分支將通常產生可與使用圖4中所展示之程序的經緩慢濾波之分支產生之天線切換請求相當的天線切換請求。在此類型之情形下，可能需要可適性地降低△fast之值。舉例而言，可能需要將△fast降低至等於△slow或可與△slow相當之位準。以此方式降低△fast允許裝置10相比其他可能情況更快速地對△R之中等大小的變化作出回應。
為了允許調整快速臨限值△fast或其他天線切換準則，可能需要判定△R之經緩慢濾波之版本與經快速濾波之版本之間的變化(V)。如圖4中所展示，可在步驟106計算△R之經緩慢濾波之版本與經快速濾波之版本之間的變化。可使用任何合適的量度來測量△R之經緩慢濾波之版本與經快速濾波之版本之間的變化量(例如，準則偏差、方差、基於經緩慢濾波之資料之平均值充當均值的準則偏差計算之變化值、平方和等)。
在變化V為小的時，經快速濾波之資料的量值接近於經緩慢濾波之資料(亦即，經快速濾波之資料準確且將不會導致假警報及過早切換)。因此，在步驟110基於經快速濾波之資料進行切換決策為可接受的。此情形可藉由依據V之減小之值來降低△fast之值來實現。在變化V為大的時，基於經快速濾波之資料的潛在不準確切換決策可藉由升高 △fast來抑制。
無論何時△R之值快速地變化(有時被稱作快速衰退)，經緩慢濾波之資料與經快速濾波之資料之間的變化V皆傾向於為低的。裝置10可在快速移動時(例如，在裝置10位於移動載具中時)經受△R之相對迅速變化。
無論何時△R之值緩慢地變化(有時被稱作緩慢衰退環境)，經緩慢濾波之資料與經快速濾波之資料之間的變化V皆傾向於為高的。裝置10可在裝置10正緩慢移動或靜止時經受緩慢衰退。
在快速衰退環境(諸如，移動汽車內部)中之持續操作之後，變化V之值通常將為低的且△fast將減小至對應低值。若汽車突然停止，則裝置10可自快速衰退環境迅速轉變至緩慢衰退環境。為了最少化假警報及不合需要之天線切換，可能需要無論何時感測器、衛星導航系統信號(GPS資料)或其他資料揭露裝置10已自快速衰退環境轉變至緩慢衰退環境時(例如，在GPS或感測器資料偵測到裝置10已自移動環境轉變至靜止環境時)，皆自動地增加△fast之值。藉由圖4之線116說明使用GPS資料、感測器資料及其他資料來充當至臨限值調整步驟108之輸入。
在步驟108期間的對臨限值△fast之調整或其他天線切換準則調整可以逐步方式進行(例如，藉由使△fast即刻返回至預設較高△fast值)，可相對緩慢地進行(例如，無來自輸入116之影響)，或可以中等速度進行(例如，相比即刻改變較緩慢，但藉由使用輸入116，相比其他可能狀況較快 速)。
在步驟110及112中在天線之間進行比較時，可能需要考慮不同天線接收效率及最大傳輸功率限制。舉例而言，若第一天線之傳輸效率比第二天線上之接收效率大1 dB，則可將1 dB補償偏差添加至臨限值比較，以確保考慮第一天線之有利傳輸效能。作為另一實例，若第二天線之最大傳輸功率比第一天線之最大傳輸功率低3 dB(例如，歸因於遵照特定吸收率限制之需要)，則可在判定切換至使用第二天線是否將有利時考慮此3 dB效能限制。
圖5之曲線圖說明當裝置10在緩慢衰退環境(例如，△R隨約0.4至0.5秒之時間常數改變的環境)中時且當在天線阻擋事件期間實際△R(裝置10中之天線的相對效能之實際值)之改變的量值相對小(例如，小於10 dB)時如何使用圖4之操作來切換裝置10中之天線。在t0與t1之間的時間期間，當前天線未受到阻擋且勝於替代天線5 dB而執行。在時間t1處，當前天線藉由外部物件阻擋。結果，在時間t1處，替代天線勝於當前天線4 dB而執行。
為了判定是否自當前天線切換至替代天線，裝置10將緩慢濾波器應用於信號△R以產生經緩慢濾波之△R，且將快速濾波器應用於信號△R以產生經快速濾波之△R。因為圖5情形中之裝置10在緩慢衰退環境中，所以經快速濾波之△R密切追蹤信號△R，而在時間t0與t1之間，經緩慢濾波之△R接近於實際△R之實際值。
因為裝置10正在緩慢衰退環境中操作，所以經緩慢濾波 之△R與經快速濾波之△R之間的變化V為大的。在步驟108之操作期間，裝置10因此將臨限值△fast維持於其10 dB之標稱(預設)值。因為△fast保持在10 dB，所以裝置10不會在時間tf處展現假警報(亦即，不會在時間tf處切換天線，此係因為在時間tf處經快速濾波之△R小於△fast)。
在時間t1處之△R(實際)的突然轉變使信號△R增加。經快速濾波之△R遵循△R，但因為△fast經設定為相對高值10 dB，所以步驟110之比較運算不會產生來自控制演算法之快速分支的交換天線之請求。
在時間t1之後，經緩慢濾波之△R的值升高直至此值在時間t2處超過△slow(在此實例中為3 dB)。在經緩慢濾波之△R超過△slow時，步驟112之比較運算產生交換天線之請求。因此，裝置10在時間t2處交換天線(圖4之步驟114)。當在時間t2處代替當前天線將替代天線切換至使用中時，裝置10之適當地接收及傳輸信號之能力恢復。在大於時間t2之時間t處，當前天線勝於替代天線4 dB而執行且不發生切換。
圖6之曲線圖說明裝置10在快速衰退環境(例如，△R隨約2至10毫秒之時間常數改變的環境)中可如何對天線阻擋事件作出回應，在快速衰退環境中，在天線阻擋事件期間實際△R之量值之改變為相對小的(例如，小於10 dB)。因為裝置10在圖6實例中正在快速衰退環境中操作，所以經快速濾波之△R並不追蹤△R，而是表示量值接近於實際△R之△R的準確平均值。在此情形下，經緩慢濾波之△R與經快 速濾波之△R之間的變化V為小的。在V為小的時，裝置10可適性地調整△fast，如藉由在圖6之曲線圖中依據時間減小△fast之值所展示。△fast之減小之值幫助裝置10基於來自控制演算法之快速濾波器分支的決策快速地切換天線。
在時間t1處，當前天線受到阻擋，從而使實際△R增加至4 dB(指示替代天線勝於當前天線4 dB而執行)。經緩慢濾波之△R不會在時間t1之後對△R之改變作出快速回應。然而，經快速濾波之△R快速地作出回應。在時間t2處，經快速濾波之△R超過臨限值△fast且作為回應，代替當前天線將替代天線切換至使用中。
圖7說明在天線阻擋事件引起實際△R之相對大改變(大於10 dB)的情形下裝置10之效能。在圖7實例中，裝置10正在緩慢衰退環境中操作。歸因於緩慢衰退環境，經緩慢濾波之△R及經快速濾波之△R在t1之前的時間t處實質上不同。結果，變化V相對高且△fast保持在其標稱值10 dB。在時間t1處，當前天線受到阻擋。經緩慢濾波之△R緩慢地作出回應且不超過△slow。然而，經快速濾波之△R快速地作出回應。在時間t2處，經快速濾波之△R超過△fast(例如，10 dB)，且裝置10將替代天線代替當前天線而交換至使用中。圖7實例展示控制演算法之快速濾波器分支如何可甚至在緩慢衰退環境中仍發出準確的天線切換請求，其限制條件為在天線阻擋事件期間之實際△R的改變大於△fast之預設值。
如圖6及圖7實例中所說明，天線切換控制演算法中之快 速濾波器分支的存在允許裝置10比僅含有緩慢分支之裝置中將可能的情況更迅速地將最佳天線切換至使用中。在條件允許時(例如，在圖6之快速衰退環境下)，可減小快速臨限值△fast之值以增加裝置10可對瞬時天線降級事件作出回應之速率。
圖8說明在裝置10最初在快速衰退環境下操作且隨後在緩慢衰退環境下操作之情形下裝置10之效能。舉例而言，此類型之情形可在使用者正使用在停止之移動汽車中的裝置10時出現(在時間t3處)。在快速衰退環境中之操作期間，△fast自其預設值10 dB可適性地減小至其最小值3 dB。
在時間t3處，裝置10正操作之環境自快速衰退環境改變至緩慢衰退環境。裝置10可使用GPS資料、加速度計資料或其他外部輸入偵測在時間t3處之操作環境的此改變。作為回應，裝置10可增加△fast以防止假警報(亦即，歸因於經快速濾波之△R超過減小之3 dB △fast臨限值的情形之不適當天線觸發請求)。如藉由線200所展示，例如，△fast可在時間t3處即刻恢復至其預設值10 dB。如藉由線202所展示，△fast可在需要時逐漸恢復(無來自輸入116之回饋)。藉由線204說明之另一可能性涉及增加△fast恢復至適當位準之速度以超出線202之相對低速度。線204可對應於計算變化V之速度回應於偵測到快速衰退狀態與緩慢衰退狀態之間的轉變而瞬時增加之方案。在圖8實例中，與線202相關聯之臨限值調適方案的使用可在時間t4處導致不合需要 之天線切換事件。此情形可藉由使用諸如與線200相關聯之方案或與線204相關聯之方案的加速採用方案來避免。
在需要時，選用之計時器操作可併入至控制演算法中。藉由使用計時器，裝置10上之控制演算法可強加每單位時間滿足特定臨限值條件特定數目次之天線切換要求。舉例而言，計時器可併入至控制演算法之緩慢濾波器分支(及/或控制演算法之快速濾波器分支)中。藉由使用計時器，可在諸如緩慢濾波器分支之△slow的大小(或快速濾波器分支之△fast的大小)之天線切換臨限值之大小與每單位時間必須滿足臨限值條件之次數之間進行取捨。若(例如)要求每15 ms臨限值被超過5次，則可相對於將在缺少計時器之情況下使用之臨限值降低臨限值之量值。要求每15 ms臨限值被超過5次之計時器限制之使用僅為說明性的。可在需要時使用指定在執行天線切換操作之前每單位時間臨限值必須被超過之次數的其他合適限制值。此外，可即時可適性地調整計時器限制或其他基於時間之準則(替代進行對諸如△slow及△fast之臨限值的可適性調整或除進行此等可適性調整以外)。可在圖4之步驟110及112的操作期間應用及調整諸如此等準則之選用之時序準則(且可進行對諸如△slow及△fast之臨限值的選用之可適性調整)。
儘管在具有具不同濾波速度(例如，緩慢及快速)之兩個濾波器之配置的情境下描述圖4之說明性天線切換操作，但更多時間平均濾波器分支可在需要時併入至控制演算法中。舉例而言，控制演算法可包括具有各別緩慢、中等及 快速濾波特性之三個分支。
前述內容僅說明本發明之原理，且可由熟習此項技術者在不脫離本發明之範疇及精神的情況下進行各種修改。
10‧‧‧電子裝置
11‧‧‧系統/網路
12‧‧‧外殼
14‧‧‧顯示器
16‧‧‧用於按鈕之圓形開口
18‧‧‧揚聲器埠開口
20‧‧‧虛線
20A‧‧‧矩形中心部分/作用顯示區
20I‧‧‧周邊區
21‧‧‧基地台
22‧‧‧裝置之區/外殼之上端
23‧‧‧無線通信鏈路
24‧‧‧裝置之區
28‧‧‧儲存及處理電路
30‧‧‧輸入-輸出電路
32‧‧‧輸入-輸出裝置
34‧‧‧無線通信電路
35‧‧‧全球定位系統(GPS)接收器電路
36‧‧‧收發器電路
38‧‧‧蜂巢式電話收發器電路
40‧‧‧天線
40A‧‧‧天線
40B‧‧‧天線
42‧‧‧控制電路
44‧‧‧路徑
46‧‧‧路徑
48‧‧‧路徑
50‧‧‧路徑
52‧‧‧路徑
54‧‧‧路徑(埠)
56‧‧‧路徑(埠)
57‧‧‧收發器
58‧‧‧基頻處理器
59‧‧‧傳輸器
60‧‧‧射頻收發器電路
61‧‧‧接收器
62‧‧‧射頻前端電路
63‧‧‧收發器
65‧‧‧接收器
67‧‧‧傳輸器
116‧‧‧輸入/線
圖1為根據本發明之實施例的具有具多個天線之無線通信電路的說明性電子裝置之透視圖。
圖2為根據本發明之實施例的無線網路之示意圖，該無線網路包括基地台及具有具多個天線之無線通信電路的說明性電子裝置。
圖3為根據本發明之實施例的包括多個天線及用於控制天線之使用之電路的說明性無線電路之圖。
圖4為根據本發明之實施例的在控制具有多個天線之電子裝置之操作以確保使用最佳天線時所涉及的說明性操作之流程圖。
圖5為展示根據本發明之實施例的在天線之間的所接收信號強度之差相對小及信號強度波動相對緩慢的環境中如何可將天線切換準則應用於經量測之天線信號強度以判定何時切換天線的曲線圖。
圖6為展示根據本發明之實施例的在天線之間的信號強度之差相對小及信號強度波動相對迅速的環境中如何可將天線切換準則應用於經量測之天線信號強度以判定何時切換天線的曲線圖。
圖7為展示根據本發明之實施例的在天線之間的信號強度之差相對大的環境中如何可將天線切換準則應用於經量 測之天線信號強度以判定何時切換天線的曲線圖。
圖8為展示根據本發明之實施例的如何可基於外部輸入(諸如，來自衛星定位系統接收器或感測器之移動資料)來調整天線切換準則之曲線圖。
116‧‧‧輸入/線

Claims (23)

  1. 一種用於使用具有至少兩個天線之一電子裝置之方法，選擇性地使用該等天線中之一者以處置無線通信訊務，該方法包含：藉由該等天線獲得反映在該等天線之間所接收天線信號強度相差多少之差量測；將具有不同濾波速度之第一及第二濾波器應用於該等差量測以產生各別第一及第二經濾波之差量測；及將天線切換準則應用於該等第一經濾波之差量測及該等第二經濾波之差量測以判定是否代替該等天線中之一第二者將該等天線中之一第一者切換至使用中以處置該無線訊務。
  2. 如請求項1之方法，其中應用該天線切換準則包含：比較該等經濾波之差量測中之至少一者與一臨限值。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包含即時調整該臨限值。
  4. 如請求項3之方法，其中調整該臨限值包含：回應於該等第一經濾波之差量測與該等第二經濾波之差量測之間的一經計算之變化而調整該臨限值。
  5. 如請求項4之方法，其進一步包含：搜集關於該電子裝置是否正自一快速衰退環境轉變至一緩慢衰退環境之資訊，其中調整該臨限值包含回應於該經搜集之資訊而調整該臨限值。
  6. 如請求項5之方法，其中搜集該資訊包含：藉由一衛星定位系統接收器產生移動資料。
  7. 如請求項5之方法，其中搜集該資訊包含：藉由一加速度計定位系統接收器產生移動資料。
  8. 如請求項1之方法，其中應用該天線切換準則包含：比較該等第一經濾波之差量測與一第一臨限值；及比較該等第二經濾波之差量測與不同於該第一臨限值之一第二臨限值。
  9. 如請求項8之方法，其進一步包含即時調整該第二臨限值。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包含：計算在該等第一經濾波之差量測與該等第二經濾波之差量測之間展現多少變化。
  11. 如請求項10之方法，其中調整該第二臨限值包含：回應於該經計算之變化而調整該第二臨限值。
  12. 一種用於操作具有第一及第二天線之一電子裝置之方法，其中該等天線中之一者經選擇性地切換至使用中以充當處置該電子裝置之無線通信訊務的一當前作用中天線，該方法包含：量測與經由該第一天線接收天線信號相關聯之一第一信號強度；量測與經由該第二天線接收天線信號相關聯之一第二信號強度；藉由計算該第一經量測之信號強度與該第二經量測之信號強度之間的差來產生差量測；將一第一平均濾波器應用於該等差量測以產生第一經 濾波之差量測；將一第二平均濾波器應用於該等差量測以產生第二經濾波之差量測；及將天線切換準則應用於該等第一經濾波之差量測及該等第二經濾波之差量測以判定該等天線中之哪一者將充當該當前作用中天線。
  13. 如請求項12之方法，其中應用該天線切換準則包含：比較該等第一經濾波之差量測與一第一臨限值；及比較該等第二經濾波之差量測與不同於該第一臨限值之一第二臨限值。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包含在該電子裝置之操作期間調整該第二臨限值。
  15. 如請求項14之方法，其中調整該第二臨限值包含：計算在該第一經濾波之差量測與該第二經濾波之差量測之間存在多少變化；及回應於該經計算之變化之減小而降低該第二臨限值。
  16. 如請求項15之方法，其中調整該第二臨限值包含：回應於判定該電子裝置之移動已變慢而增加該第二臨限值。
  17. 一種電子裝置，其包含：無線電路，其包括至少第一及第二天線及耦接至該第一天線及該第二天線之射頻收發器電路；及控制電路，其經組態以控制該無線電路將該第一天線及該第二天線中之一選定者切換至使用中以處置該電子裝置之無線通信訊務，其中該控制電路及該無線電路經 組態以執行以下步驟：獲得反映在該等天線之間所接收天線信號強度相差多少之差量測；將具有不同的各別濾波速度之第一及第二基於時間之平均濾波器應用於該等差量測以產生各別第一及第二經濾波之差量測；及將天線切換準則應用於該等第一經濾波之差量測及該等第二經濾波之差量測以判定是將該第一天線抑或該第二天線切換至使用中以處置該無線通信訊務。
  18. 如請求項17之電子裝置，其中該天線切換準則包含第一及第二臨限值，且其中該控制電路及該無線電路經進一步組態以執行以下步驟：比較該等第一經濾波之差量測與該第一臨限值以判定是否產生一第一天線切換請求；及比較該等第二經濾波之差量測與該第二臨限值以判定是否產生一第二天線切換請求。
  19. 如請求項18之電子裝置，其中該控制電路及該無線電路經進一步組態以處理該第一天線切換請求及該第二天線切換請求以判定是否切換正使用之該第一天線及該第二天線中之哪一者來處置該無線通信訊務。
  20. 如請求項18之電子裝置，其中該控制電路及該無線電路經進一步組態以在該電子裝置在一無線網路中之操作期間即時調整該第二臨限值。
  21. 一種用於操作具有第一及第二天線之一電子裝置之方 法，其中該等天線中之一者經選擇性地切換至使用中以充當處置該電子裝置之無線通信訊務的一當前作用中天線，該方法包含：量測與經由該第一天線接收天線信號相關聯之一第一信號強度；量測與經由該第二天線接收天線信號相關聯之一第二信號強度；藉由計算該第一經量測之信號強度與該第二經量測之信號強度之間的差來產生差量測；將具有不同濾波速度之第一及第二濾波器應用於該等差量測以產生各別第一及第二經濾波之差量測；及將天線切換準則應用於該等第一經濾波之差量測及該等第二經濾波之差量測以判定該等天線中之哪一者將充當該當前作用中天線，其中應用該天線切換準則包含藉由至少該等第一經濾波之差量測及該等第二經濾波之差量測之一者計算指示每單位時間一天線切換臨限值被超過多少次的一值。
  22. 如請求項21之方法，其中該第一濾波器及該第二濾波器包含平均濾波器，其中應用該天線切換準則包含比較該值與一極限。
  23. 如請求項22之方法，其進一步包含在該電子裝置在一無線網路中之操作期間即時調整該極限。
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