TWI526005B - 無線通訊終端機 - Google Patents

Description

無線通訊終端機

本發明係關於在居家環境內，寬帶傳輸視訊、聲訊或資料訊號用之終端機。尤指應用在按照標準IEEE 802.11作業之終端機架構，同時採用若干頻道。

按照標準IEEE 802.11a/b/g或11n，WiFi科技是目前在居家環境內，最廣用於寬帶無線傳輸之技術。標準IEEE 802.11n是就IEEE 802.11a/b/g稍加改進。明顯的是授權使用MIMO(多輸入多輸出)科技，這是一種多天線技術，得以改進傳輸位元率，及其在被干擾宰制的環境，諸如居家環境內的經久耐用。

標準IEEE 802.11n是在2.4至2.5和4.9至5.9GHz帶作業。此二帶在下文中稱為2.4GHz帶和5GHz帶。終端機的存在可同時在此二帶作業。專利申請案ER 2911739記載此等終端機。能夠同時收發2.4GHz帶內的訊號和4.9至5.9GHz帶內之訊號。5GHz帶用來傳輸視訊，而2.4GHz帶用來傳輸資料。

雖然基站的存在，實施把帶分裂成副帶，各在3G或4G行動電話製造技術範圍內，指派給使用者，如專利申請案US 2010/0166098所述，目前並無MIMO終端機同時使用在5GHz帶內之二頻道，由於頻道的頻率接近之故。尤其是目前沒有MIMO終端機可在WiFi界域內發生功能，即能夠同時收發很接近的頻道內所含之訊號。

本發明之一目的，在於擬議一種MIMO終端機，以克服前述缺點。

為此目的，本發明擬議一種無線通訊終端機，能夠在預定頻帶內同時收發視訊、聲訊或資料訊號，包括：MIMO裝置，能夠從基帶內n個訊號，產生在該預定 頻帶內之N個MIMO訊號，或從該預定頻帶內之N個MIMO訊號，產生基帶內之n個訊號，其中N>n≧2；M個天線，以收發N個MIMO訊號，其中M≧N/2；和交換裝置，把MIMO裝置連接到M個天線；其特徵為，MIMO裝置包括第一MIMO電路，能夠從基帶訊號，產生在該預定頻帶的第一副帶內之N1個MIMO訊號，或從該第一副帶內之N1個MIMO訊號，產生基帶訊號；和第二MIMO電路，能夠從基帶訊號，產生在該預定頻帶的第二副帶內之N2個MIMO訊號，或從該第一副帶內之N2個MIMO訊號，產生基帶訊號，其中N1+N2=N，該第一和第二副帶不疊合；又其中交換裝置包括第一和第二頻道，適於把該第一和第二MIMO頻道連接至天線，使各該M個天線能夠收發第一MIMO電路的N1個MIMO訊號之一，並同時收發第二MIMO電路的N2個MIMO訊號之一；又包括濾波裝置，與各天線關聯，並分別連接到第一和第二頻道，以便將第一副帶之MIMO訊號與第二副帶之MIMO訊號隔離，二者均由該天線收發。

因此，按照本發明，終端機之各天線連接到在預定頻帶的不同副帶內作業之二MIMO電路，而濾波裝置與各天線關聯，把經由天線收發的第一副帶之MIMO訊號，與第二副帶之MIMO訊號隔離。

按照特定具體例，預定頻帶相當於5GHz WiFi頻帶。第一副帶為頻帶〔4.9GHz,5.35GHz〕，而第二副帶為頻帶〔5.47GHz,5.875GHz〕。

在一變化例中，預定頻帶是數位被除數之頻帶〔790MHz-862MHz〕，見於UHF頻帶〔470MHz-790MHz〕內。

按照本發明變化例，天線係單一存取天線，而濾波器是雙訊。

按照特定具體例，交換裝置是由二交換電路構成，其一用於第一副帶之MIMO訊號，另一用於第二副帶之MIMO訊號。交換裝置因而包括第一和第二交換電路，分別把第一和第二MIMO電路連接到與各天線關聯之濾波裝置。

交換裝置宜又包括前端模組，安裝在該第一和第二交換電路之間；以及與各天線關聯之濾波裝置，以便把來自天線的MIMO訊號，和/或來自第一和第二MIMO電路的MIMO訊號放大。各前端模組包括例如低雜訊放大器，把旨在供第一和第二MIMO電路用的MIMO訊號放大，以及功率放大器，把旨在供天線用的MIMO訊號放大。此等放大器之任務，特別在於至少部份補償經與天線關聯的濾波裝置，和/或終端機之交換電流，引進的訊號損失。

交換電流宜又包括N1個帶通濾波器，安裝在第一MIMO電路和第一交換電路之間，其帶寬各明顯相當於第一帶通，以便過濾旨在供第一MIMO電路或來自第一MIMO電路之MIMO訊號；和/或N2個帶通濾波器，安裝在第二MIMO電路和第二交換電路之間，其帶寬明顯相當於第二帶通，以便過濾旨在供第二MIMO電路或來自第二MIMO電路之MIMO訊號。

最好是交換裝置又包括安裝在第一和第二MIMO電路以及第一和第二交換電路之間的放大機構，以放大來自第一和第二MIMO電路之MIMO訊號；安裝在第一和第二MIMO電路以及第一和第二交換電路之間的放大機構，以放大來自第一和第二交換電路之MIMO訊號。此等放大機構之任務，在於補償至少部份經由帶通濾波器引進的訊號損失。

按照特定具體例，終端機的電線是方向性天線，各涵蓋特殊角度扇區。以MIMO技術區分之關聯，在干擾繁多的環境，諸如居家環境內，在涵蓋面和績效上獲得重大增益。有利地是，M天線共同涵蓋360°角度扇區。

茲照附圖詳如下，即可更為明白本發明，以及其他目的、細節、特徵和優點。

本發明就以5GHz WiFi頻帶作業的MIMO無線傳輸系統之終端機範圍加以說明，該終端機能夠同時收發在此頻帶內之至少二訊號。

5GHz頻帶包括二副帶：第一副帶從5.150GHz至5.350GHz，稱為低副帶，而第二副帶於歐洲是從5.470GHz至5.725GHz，於美國則為5.470GHz至5.835GHz，稱為高副帶。低、高副帶二者接近，只分開120MHz，在終端機的傳輸和接收頻道內，需要實施有效的射頻濾波機構。須知在5GHz頻帶內傳輸所授權功率位準，視副帶(究是低或高)，和配備傳輸系統之區域而定。傳輸中授權之功率，對於某些部份之高副帶和低副帶，在美國比在歐洲高。

第1圖表示本發明終端機方塊圖，能夠同時收發5GHz頻帶內之訊號。包括基帶10之數位處理電路；MIMO裝置20，從經由電路10輸送的基帶訊號，發生在5GHz頻帶內之MIMO訊號，或從5GHz頻道內之MIMO訊號，產生基帶；交換裝置30，把MIMO裝置20連接至M個天線40，其中M≧N，而N代表MIMO訊號數。

按照本發明，MIMO裝置20能夠同時處理N個MIMO訊號，包括二獨立MIMO電路，其一20a能夠從基帶內的n個訊號，產生高副帶內之N1個MIMO訊號，或反過來，而另一MIMO電路20b能夠從基帶內的訊號，產生低副帶內之N2個MIMO訊號，或反過來，N係N1和N2之和(N=N1+N2)，而且N>n≧2。此外，各天線40能夠同時收發高副帶的N1個MIMO訊號之一，和低副帶的N2個MIMO訊號之一。

參見第1圖，MIMO電路20a包括N1個輸入終端機RX1至RXN1，以接收MIMO訊號，和N1個輸出終端機TX1至TXN1，以發出MIMO訊號。同此，MIMO電路20b包括N2個輸入終端機RX1至RXN2，以接收MIMO訊號，和N2個輸出終端機TX1至TXN2，以發出MIMO訊號。按照本發明，交換裝置30設計來把MIMO電路20a(高副帶)之一輸入或輸出終端機，和MIMO電路20b(低副帶)之一輸入或輸出終端機，選擇性連接到各天線40。

為此目的，交換裝置30包括二交換矩陣，其一32a旨在供高副帶之MIMO訊號，而另一32b旨在供低副帶之MIMO訊號。交換矩陣32a經由選擇器31a連接至MIMO電路20a之輸入和輸出終端機。選擇器31a因而與各對終端機RXi TXi,i[1..N1]關聯，把終端機RXi或終端機TXi選擇性連接至交換矩陣32a。同此，選擇器31b與各對終端機RXj TXj,j[1..N2]關聯，把終端機RXj或終端機TXj選擇性連接至交換矩陣32b。

交換裝置亦包括濾波裝置34，安裝在交換矩陣32a,32b和各天線40之間，把經由關聯天線收發的高副帶之MIMO訊號，與低副帶之MIMO訊號隔開。在圖示具體例中，濾波裝置34係雙重存取之雙訊器。各雙訊器經交換矩陣32a或32b以及選擇器31a或31b，連接至MIMO電路20a(高副帶)之輸入或輸出終端機，以及MIMO電路20b(低副帶)之輸入或輸出終端機。

交換裝置30宜包括M個前端模組33a，連接在交換矩陣32a和雙訊器34存取之一間，和M個前端模組33b，連接在交換矩陣32b和另一雙訊器存取之間，以放大經由終端機接收的MIMO訊號和/或發出的MIMO訊號。因此，按照本發明，各雙訊器34連接至前端模組33a和前端模組33b。

茲參見第2圖，表示第1圖終端機(包括M個基本方塊，各與M個天線40之一關聯)之基本方塊圖，詳述選擇器31a,31b以及前端模組33a,33b。此基本方塊圖包括介入處理關聯天線所收發MIMO訊號之全部電路。

各基本方塊圖因此包括雙訊器，連接於基本方塊圖之天線40。雙訊器34利用其存取之一，經選擇器31a、交換矩陣32a和前端模組33a，連接至MIMO電路20a(高副帶)，並利用另一存取，經選擇器31b、交換矩陣32b和前端模組33b，連接至MIMO電路20b(低副帶)。

前端模組33a包括低雜訊放大器332a，把天線40所接收高副帶MIMO訊號放大，以及功率放大器331a，把待發出的高副帶MIMO訊號放大。此等放大器經由第一SPDT(Single Pole Double Throw)開關330a，連接至交換矩陣32a，並經由第二SPDT開關333a，連接至雙訊器41之高副帶存取。

同理，前端模組33b包括低雜訊放大器332b，把天線40所接收低副帶MIMO訊號放大，和功率放大器331b，把待發出之低副帶MIMO訊號放大。此等放大器經SPDT開關330b，連接至交換矩陣32b，並經SPDT開關333b，連接至雙訊器34之低副帶存取。

放大器331a和331b的任務是至少可部份補償交換矩陣32a或32b和開關330a或330b引進之訊號損失。放大器332a和332b的任務是至少可部份補償濾波裝置34和開關333a或333b引進之訊號損失。

高、低副帶比較接近(低副帶最後頻道和高副帶最先頻道之間為120 MHz)，放大器331a和331b則明顯一致。同理，放大器332a和332b明顯一致。

前端模組置於交換電路和天線的濾波裝置之間，以補償此等元件引進之損失，致使要利用功率放大器331a和331b輸送的功率減到最小，而終端機在接收時的靈敏度提高。如此亦造成終端機組的耗電和散熱減少。

在交換矩陣32a的另一側，選擇器31a包括SPDT開關312a，以選擇MIMO電路20a之終端機TXi或終端機RXi，並連接至交換矩陣32a。選擇器31a宜包括帶通濾波器313a，帶寬明顯相當於高副帶。濾波器313a安裝在開關312a和交換矩陣32a之間。選擇器31a亦包括功率放大器310a，安裝在MIMO電路20a的終端機TXi和SPDT開關312a之間，以及低雜訊放大器311a，安裝在MIMO電路20a的終端機RXi和SPDT開關312a之間，至少部份補償經帶通濾波器313a引進的訊號損失。選擇器31b之一致電路，設在交換矩陣32b的另一側，此電路包括SPDT開關312b、帶通濾波器313b和二放大器310b,311b，此組安裝如上述選擇器31b。

高、低副帶比較接近(低副帶最後頻道和高副帶最先頻道之間為120 MHz)，終端機跨越二不同頻道(一頻道在低副帶，另一頻道在高副帶)之同時和單獨功用，造成一方面在雙訊器34的濾波器水準，另方面在帶通濾波器313a和313b水準之過濾拘限。

在濾波器34水準的過濾拘限，是以在雙訊器的高副帶存取(或低副帶存取)之放大器331a(或331b)和在低副帶存取(或高副帶存取)之接收臨限值，所發生有用頻道外之雜訊界定。在初步概算中，認定放大器331a明顯與放大器331b一致，而放大器332a明顯與放大器332b一致，存取雙訊器高副帶和存取低副帶間所需之隔離，稱為ISO_DIPL，必須如下：

ISO_DIPL=NF_PA+Gain_PA-NF_LNA+MARGE

其中：

NF_PA為放大器331a和331b之雜訊因數

Gain_PA為放大器331a和331b之增益

NF_LNA為放大器332a和332b之雜訊因數

MARGE為安全性邊緣。

例如考量放大器331a,331b,332a,332b有如下特點：NF_PA=10 dB，Gain_PA=30 dB，NF_LNA=5 dB，而邊緣5 dB，則在二雙訊器存取34之水準所需隔離為40 dB。

同理，在濾波器313a和313b水準之附加濾波拘限，係以MIMO電路20a(或20b)所發生MIMO訊號的有用頻帶外之雜訊界定，供傳輸和在MIMO電路20b(或20a)接收時必要之保護，以免在傳輸中降低終端機效能。所需拒斥主要是由MIMO電路的有用頻道外之散射決定。在初步概算中，此項所需拒斥以下式界定：

拒斥=NF_MIMO-NF_PA’+MARGE

其中：

NF_MIMO為MIMO電路20a和20b之表觀雜訊因數

NF_PA’為放大器310a和310b之雜訊因數

MARGE為安全性附加邊緣。

若放大器310a,310b和MIMO電路20a,20b，視為具有如下特性：NF_MIMO=41 dB，NF_PA’=10 dB，而邊緣為5 dB，則二濾波器313a和313b所需拒斥為36 dB。

此終端機可採用方向性天線，各涵蓋特定角度區段。最好是M個天線涵蓋360°之完全角度區段，天線之角度區段可疊合或不疊合。與各天線關聯之角度區段，再介入以交換裝置作業之天線選擇過程。

以資料和視訊訊號傳輸情況而言，低副帶宜用於傳輸資料訊號，而高副帶則用於傳輸視訊訊號。

第3圖為本發明包括二MIMO電路2*2之終端機例。在此圖中與第1和2圖中元件一致之元件，標示同樣參照符號。第3圖之終端機包括二MIMO電路2*2，其一20a在高副帶內作業，另一20b在低副帶內作業，連接至4個天線40，是否方向性均可，經由交換裝置，包括二個選擇器31a、二個選擇器31b、二個交換矩陣32a和32b、四個前端模組33a、四個前端模組33b，和四個雙訊器34。在因此此實施例中，N1=4，N2=4，N=N1+N2=8，而M=4。各天線40收發高副帶內之MIMO訊號和低副帶內之MIMO訊號。

雖然本發明已就特殊具體例加以說明，顯然不限於此，而是包括上述機構之所有技術等效物，及其在本發明範圍內之組合。

在圖示具體例中，雙訊器為雙存取，而天線為單存取。後者涵蓋高、低二副帶。此種總成可改用雙存取天線，在其存取之間隔離良好，並有單獨濾波器，安裝在各存取上。

在圖示具體例中，濾波器313a和313b置於MIMO電路和交換電路之後。亦可視為設在其他位置，例如在交換矩陣和SPDT開關330a,330b之間。

最後，在居家環境之寬帶多媒體網路部署範圍內，於此擬議的使用者終端機之特殊建築概念裡，得以在搜尋與方向性天線無論有無關聯之5 GHz帶時，得以實施雙帶MIMO WiFi之解決方案。此項概念得以同時或單獨傳輸跨越5 GHz帶內至少二頻道。此概念可延伸到諸如不受拘束之UHF帶，相當於數位被除數之頻帶。

10．．．基帶之數位處理電路

20．．．MIMO裝置

20a,20b．．．MIMO電路

30．．．交換裝置

31a,31b．．．選擇器

32a,32b．．．交換矩陣

33a,33b．．．前端模組

34．．．濾波裝置

40．．．天線

310a,310b．．．功率放大器

311a,311b．．．低雜訊放大器

312a,312b．．．SPDT開關

313a,313b．．．帶通濾波器

330a,330b．．．SPDT開關

331a,331b．．．功率放大器

332a,332b．．．低雜訊放大器

333a,333b．．．SPDT開關

第1圖為本發明終端機之方塊圖；

第2圖為第1圖基本方塊之詳細方塊圖；

第3圖為本發明包括在預定頻帶內二不同副帶內作業的二MIMO電路2×2之終端機部份方塊圖。

10．．．基帶之數位處理電路

20．．．MIMO裝置

20a,20b．．．MIMO電路

30．．．交換裝置

31a,31b．．．選擇器

32a,32b．．．交換矩陣

33a,33b．．．前端模組

34．．．濾波裝置

40．．．天線

Claims (10)

1. 一種無線通訊終端機，能夠在預定頻帶內同時收發訊號，包括：MIMO裝置(20)，能夠從基帶內n個訊號，產生在該預定頻帶內之N個MIMO訊號，或從該預定頻帶內之N個MIMO訊號，產生基帶內之n個訊號，其中N>n≧2；M個天線(40)，以收發N個MIMO訊號，其中M≧N/2；交換裝置(30)，把MIMO裝置連接到M個天線；其特徵為，MIMO裝置包括第一MIMO電路(20a)，能夠從基帶訊號，產生在該預定頻帶的第一副帶內之N1個MIMO訊號，或從該第一副帶內之N1個MIMO訊號，產生基帶訊號；和第二MIMO電路(20b)，能夠從基帶訊號，產生在該預定頻帶的第二副帶內之N2個MIMO訊號，或從該第一副帶內之N2個MIMO訊號，產生基帶訊號，其中N1+N2=N，該第一和第二副帶不疊合；又其中交換裝置(30)包括第一和第二頻道，適於把該第一和第二MIMO電路(20a,20b)連接至天線(40)，使各該M個天線能夠收發第一MIMO電路的N1個MIMO訊號之一，並同時收發第二MIMO電路的N2個MIMO訊號之一；又包括濾波裝置，各濾波裝置(34)與M個天線之個別天線關聯，並分別連接到第一和第二頻道，以便將第一副帶之MIMO訊號與第二副帶之MIMO訊號隔離，二個MIMO訊號同時由該天線收發者。
2. 如申請專利範圍第1項之終端機，其中預定頻帶相當於5GHz WiFi頻帶者。
3. 如申請專利範圍第2項之終端機，其中第一副帶為頻率範圍〔4.9GHz,5.35GHz〕，而第二副帶為頻率範圍〔5.47GHz,5.875GHz〕者。
4. 如申請專利範圍第1項之終端機，其中M天線(40)為 單一存取天線，而分別與各天線關聯之濾波裝置(34)係雙訊器者。
5. 如申請專利範圍第1項之終端機，其中交換裝置(30)包括第一和第二交換電路(32a,32b)，以便把第一和第二MIMO電路(20a,20b)分別連接至與各天線關聯之濾波裝置者。
6. 如申請專利範圍第5項之終端機，其中交換裝置(30)又包括第一和第二前端模組(33a,33b)，分別安裝在該第一和第二交換電路以及與各天線關聯的相對應過濾裝置之間，第一和第二前端模組各包括一放大器，把來自第一和第二MIMO電路之MIMO訊號放大者。
7. 如申請專利範圍第5項之終端機，其中交換裝置(30)又包括N1個帶通濾波器(313a)，安裝在第一MIMO電路和第一交換電路之間，各帶寬濾波器之帶寬相當於第一帶通，以便過濾旨在提供給第一MIMO電路或來自第一MIMO電路之MIMO訊號，和/或N2個帶通濾波器(313b)，安裝在第二MIMO電路和第二交換電路之間，其帶寬明顯相當於第二帶通，以過濾旨在提供給第二MIMO電路或來自第二MIMO電路之MIMO訊號者。
8. 如申請專利範圍第7項之終端機，其中交換裝置(30)又包括放大機構(310a,310b)，安裝在第一和第二MIMO電路與第一和第二交換電路之間，以放大來自第一和第二MIMO電路之MIMO訊號者。
9. 如申請專利範圍第7項之終端機，其中交換裝置(30)又包括放大機構(311a,311b)，安裝在第一和第二MIMO電路與第一和第二交換電路之間，以放大來自第一和第二交換電路之MIMO訊號者。
10. 如申請專利範圍第1項之終端機，其中天線(40)係方向性天線，各涵蓋特定角度區段，M個天線一起涵蓋最好360°角度區段者。