TWI778417B - 智慧型天線系統 - Google Patents

Abstract

一種智慧型天線系統，其包含複數個天線、無線網路控制器、處理器以及複數個切換電路。複數個天線分別用以接收無線基地台所傳輸的複數個無線訊號。無線網路控制器，用以根據天線接收的無線訊號，提供分別對應於無線訊號的複數個接收訊號強度指示。處理器與無線網路控制器電性耦接，且耦接於該些天線，用以根據接收訊號強度指示產生分別對應於天線的複數個控制訊號。切換電路耦接於處理器，且分別與天線耦接，用以分別根據控制訊號切換天線的輻射場型以使無線訊號的接收訊號強度指示實質上相同且不低於一臨界值。

Description

智慧型天線系統

一種智慧型天線控制方法與智慧型天線系統，特別是關於一種可切換幅射場型的智慧型天線控制方法與智慧型天線系統。

在小型化攜帶式產品的運用中，如筆記型電腦、手機、平板電腦等，天線最常採用空間分集(Spatial diversity)技術，來克服不可知的訊號傳播環境與干擾。空間分集需要至少兩個天線，以及一定的隔離距離來實現遠場近似全向性(Omni-Directional)的輻射場型，進而不漏接任何角度的訊號，達到網路吞吐量(Throughput)增加的效果。

然而，當天線實際應用於於筆記型電腦裡，常受產品內部空間限制及器件干擾影響，以及接收到的訊號會受環境障礙物影響產生接收死角的問題。

本揭示文件提供一種智慧型天線控制方法，其用於控制智慧型天線系統，智慧型天線系統包含複數個天線、無線網路控制器以及處理器，智慧型天線控制方法包含：利用天線分別接收無線基地台所傳輸的複數個無線訊號；利用無線網路控制器提供分別對應於天線接收的無線訊號的複數個接收訊號強度指示至處理器；利用該處理器根據接收訊號強度指示產生分別對應於天線的複數個控制訊號；以及分別根據控制訊號切換天線的輻射場型，以使無線訊號的接收訊號強度指示實質上相同且不低於一臨界值。

本揭示文件提供一種智慧型天線系統，其包含複數個天線、無線網路控制器、處理器以及複數個切換電路。複數個天線分別用以接收無線基地台所傳輸的複數個無線訊號。無線網路控制器，用以根據天線接收的無線訊號，提供分別對應於無線訊號的複數個接收訊號強度指示。處理器與無線網路控制器電性耦接，且耦接於該些天線，用以根據接收訊號強度指示產生分別對應於天線的複數個控制訊號。切換電路耦接於處理器，且分別與天線耦接，用以分別根據控制訊號切換天線的輻射場型以使無線訊號的接收訊號強度指示實質上相同且不低於一臨界值。

上述的智慧型天線控制方法與智慧型天線系統的優點之一，在於能夠藉由處理器根據偵測到的訊號強度調整天線的幅射場，進而改善訊號死角的問題。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用來限定本發明，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明揭示內容所涵蓋的範圍。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

第1圖為根據本揭示文件一實施例所繪示的智慧型天線系統100的示意圖。如第1圖所示，智慧型天線系統100包含複數個天線Ant1~Ant4、無線網路控制器110、處理器120以及複數個切換電路130。無線網路控制器110與處理器120電性耦接，且天線Ant1~Ant4分別透過一對應的切換電路130與處理器120耦接。

在一些實施例中，天線Ant1~Ant4為可切換輻射場型之天線，且用以分別接收一無線基地台AP (如後述第5A圖之基地台AP)所傳輸的複數個無線訊號。無線網路控制器110則根據上述天線Ant1~Ant4接收的複數個無線訊號的品質及/或強度分別提供對應的訊號強度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)I1~I4至處理器120。

在一些實施例中，訊號強度指示I1~I4正相關於網路吞吐量(Throughput)與信噪比(signal-to-noise ratio，簡稱S/N)。舉例來說，若天線Ant14接收到的無線訊號的訊號強度指示I1低於一預設值，則代表使用者從天線Ant1接收到的無線訊號的品質，例如網路吞吐量與信噪比較差，導致連線傳輸速率較慢或是連線訊號不穩，其餘依此類推。

因此，本揭示文件藉由處理器120根據上述接收訊號強度指示I1~I4產生分別對應於天線Ant1~Ant4的複數個控制訊號CS1~CS4，切換電路130再分別根據控制訊號CS1~CS4切換天線Ant1~Ant4的輻射場型，以使天線Ant1~Ant4接收到的無線訊號的接收訊號強度指示I1~I4相同且不低於一臨界值，以達到較佳的通訊效果。

第2圖為根據本揭示文件一實施例所繪示的切換電路130的示意圖。切換電路130的每一者包含開關元件131以及複數個阻抗電路210~240，其中阻抗電路210~240的阻抗值彼此不同。開關元件131包含第一端E1、第二端E2以及第三端E3。開關元件131的第一端E1耦接處理器120以接收控制訊號 CS1~CS4中的對應一者(例如控制訊號CS1)。開關元件131的第二端E2耦接天線Ant1~Ant4中的對應一者(例如，天線Ant1)的一耦合點G。開關元件131的第三端E3耦接於複數個連接點N1~N4。阻抗電路210~240分別耦接於連接點N1~N4以及接地端GND之間。

操作上，切換電路130根據控制訊號CS1使開關元件131選擇性將阻抗電路210~240的其中之一與天線Ant1的耦合點G互相導通，以使天線Ant1產生複數個不同的幅射場型。前述天線Ant1的操作流程亦適用於天線Ant2~Ant4，以使天線Ant2~Ant4各自產生複數個不同的幅射場型，為簡潔起見，在此不再贅述。

在一些實施例中，天線Ant1~Ant4可設計為倒F形天線(Inverted-F antenna)，並可藉由調整天線Ant1~Ant4上的饋入點F與接地點之間的距離調整輸入阻抗。

在一些實施例中，開關元件131可由射頻開關或是相位控制器來實現。

在一些實施例中，阻抗電路210~240可分別由不同的電路元件，例如電阻、電感或是電容或上述一或多者的組合來實現。

在一些實施例中，切換電路130可透過通用型之輸入輸出介面(General-Purpose Input/Output, GPIO)或行動產業處理器接口(Mobile Industry Processor Interface, MIPI)與處理器120耦接。

在一些實施例中，處理器120可由微控制器(MCU)、特定應用積體電路(ASIC)、現場可程式化邏輯陣列(FPGA)或中央處理器(CPU)來實現。

第3圖為根據本揭示文件一實施例所繪示的安裝於行動裝置300的智慧型天線系統100的示意圖。如第3圖所示，智慧型天線系統100可安裝於行動裝置300，例如筆記型電腦之中。在一些實施例中，無線網路控制器110和處理器120可安置於筆記型電腦之底座中，而天線Ant1~Ant4則可安置於筆記型電腦顯示螢幕的邊框之中。

第4圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的智慧型天線控制方法400的流程圖。第5A圖為根據本揭示文件一實施例所繪示的智慧型天線系統100初始輻射場型的俯視圖。第5B圖為根據第5A圖的實施例所繪示的初始輻射場型的立體圖。第6A圖為根據本揭示文件一實施例所繪示的智慧型天線系統100切換後的輻射場型的俯視圖。第6B圖為根據第6A圖的實施例所繪示的切換後的輻射場型的立體圖。智慧型天線控制方法400適用於智慧型天線系統100。為了方便說明，第4圖的智慧型天線控制方法400將搭配第5A~5B圖以及6A~6B圖說明。

於步驟S401，行動裝置300利用天線Ant1~Ant4分別接收無線基地台AP所傳輸的複數個無線訊號，而天線Ant1~Ant4分別具有預設的輻射場型R1a~R4a。舉例來說，在第5A~5B圖的實施例中，當俯視(亦即，沿著-z方向觀看)行動裝置300時，天線Ant1與天線Ant3具有指向第一方向(亦即，-y方向)的輻射場型R1a和R3a，天線Ant2與天線Ant4具有指向第一方向之相反方向(亦即，+y方向)的幅射場型R2a和R4a，而無線基地台AP設於行動裝置300的第一方向上(亦即，-y方向)。

於步驟S402，利用無線網路控制器110提供分別對應於天線Ant1~Ant4接收的無線訊號的複數個接收訊號強度指示I1~I4至處理器120。

舉例來說，在第5A~5B圖的實施例中，天線Ant1與天線Ant3的輻射場型R1a和 R3a的指向朝向無線基地台AP的所在位置，因而無線網路控制器110會判斷天線Ant1與天線Ant3接收到較強的的無線訊號。因此，無線網路控制器110分別將天線Ant1與天線Ant3代表較佳訊號品質的訊號強度指示I1和I3傳送至處理器120。另一方面，天線Ant2與天線Ant4的幅射場型R2a和R4a的指向反向於無線基地台AP的所在位置，因而無線網路控制器110會判斷天線Ant2與天線Ant4接收到較弱的無線訊號。因此，無線網路控制器110分別將天線Ant2與天線Ant4代表較差訊號品質的訊號強度指示I2和I4傳送至處理器120。

於步驟S403，處理器120判斷上述接收訊號強度指示I1、I2、I3和I4中是否有一或多者小於臨界值。若是，則處理器120會接著執行步驟S404以切換天線Ant1~Ant4中對應一或多者的輻射場型，以使接收訊號強度指示I1、I2、I3和I4實質上相同且不低於前述臨界值。若否，則處理器120會保持天線Ant1~Ant4目前的輻射場型並結束執行智慧型天線控制方法400。

舉例來說，在第5A~5B圖的實施例中，於步驟S403，處理器120判斷接收訊號強度指示I2和I4小於臨界值，則於步驟S404，處理器120產生具有對應數值的控制訊號CS2和CS4以將第5A~5B圖中的天線Ant2與天線Ant4的輻射場型R2a和R4a切換至第6A~6B圖所示的輻射場型R2a’和R4a’。另一方面，由於處理器120判斷接收訊號強度指示I1和I3不小於臨界值，則處理器120會利用控制訊號CS1和CS3使天線Ant1與天線Ant3的輻射場型R1a和R3a保持相同，亦即輻射場型R1a和R3a於第5A~5B圖和第6A~6B圖中保持相同。

詳細而言，請再參考第1圖和第2圖，控制訊號CS1~CS4各自可以是多位元的訊號，並具有預設的數值(例如0)。以第2圖為例，控制訊號CS1可以為2位元的訊號且具有預設數值0(以二進位表示為00)，因而開關元件131預設將天線Ant1的接地端G與阻抗電路210互相導通，使得天線Ant1具有預設的輻射場型R1a。

在一些實施例中，若處理器120於步驟S403判斷訊號強度指示I1不小於臨界值，則處理器120會於步驟S404將控制訊號CS1維持於預設數值0。因此，開關元件131會將接地端G與阻抗電路210維持互相導通。

在另一些實施例中，若處理器120於步驟S403判斷訊號強度指示I1小於臨界值，則處理器120會於步驟S404切換控制訊號CS1之數值，而使開關元件131切換接地端G的導電路徑。例如，處理器120可以於步驟S404將控制訊號CS1之數值由0切換至1(以二進位表示為01)，則開關元件會將接地端G切換為與阻抗電路220互相導通。如此一來，天線Ant1便會自預設的輻射場型R1a切換至新的輻射場型。前述透過控制訊號CS1切換天線Ant1之輻射場型的操作流程，亦適用於天線Ant2~Ant4以及控制訊號CS2~CS4，為簡潔起見，在此不重複贅述。

在一些實施例中，智慧型天線系統100可以多次執行步驟S403與S404，以多次切換天線Ant1~Ant4中對應一或多者的輻射場型，直到天線Ant1~ Ant4的訊號強度指示I1~I4實質上相同且皆不小於臨界值。

第7A圖為根據本揭示文件另一實施例所繪示的智慧型天線系統100初始輻射場型的俯視圖。第7B圖為根據第7A圖的實施例所繪示的初始輻射場型的立體圖。第8A圖為根據本揭示文件另一實施例所繪示的智慧型天線系統100切換後的輻射場型的俯視圖。第8B圖為根據第8A圖的實施例所繪示的切換後的輻射場型的立體圖。

如第7A~7B圖所示，天線Ant1~Ant4具有預設的輻射場型R1b~R4b，為了簡潔起見，在此不再贅述。於第7A~7B圖的實施例中，無線基地台AP設於行動裝置300的第二方向上(亦即，-x方向)。由於天線Ant1~Ant4的幅射場型R1b~R4b未指向無線基地台AP的所在位置，導致無線網路控制器110判斷天線Ant1~Ant4接收到較弱的無線訊號，因而無線網路控制器110會回傳均小於臨界值的訊號強度指示I1~I4。

因此，於步驟S404，處理器120會將控制訊號CS1~CS4各自從預設數值切換至適當之數值，以將天線Ant1~Ant4的幅射場型R1b~R4b切換至如第8A~8B所示之指向第二方向(亦即，-x方向)的幅射場型R1b’~R4b’，以使接收訊號強度指示I1~I4實質上相同且不低於臨界值。

綜上所述，藉由操作智慧型天線控制方法400，處理器120根據接收訊號強度指示產生分別對應於該些天線的複數個控制訊號，並分別根據該些控制訊號切換天線的輻射場型，以使無線訊號的該些接收訊號強度指示相同且不低於臨界值，以達到較佳的通訊效果。

在上述多個實施例中，無線基地台AP與行動裝置300的相對位置不限於上述第一方向與第二方向上，天線Ant1~Ant4的數量以及預設幅射場型的指向也不以本揭示文件為限。

另外，切換電路130中阻抗電路的數量亦不以本揭示文件為限，而可以依據實際需求來設計。例如，切換電路130可以包含8個阻抗電路，且控制訊號CS1~CS4可以各自為3位元訊號。又例如，切換電路130可以包含16個阻抗電路，且控制訊號CS1~CS4可以各自為4位元訊號，依此類推。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:智慧型天線系統 Ant1~Ant4:天線 110:無線網路控制器 120:處理器 130:切換電路 AP:無線基地台 131:開關元件 210~240:阻抗電路 E1:第一端 E2:第二端 E3:第三端 G:耦合點 F:饋入點 N1~N4:連接點 GND:接地端 300:行動裝置 400:智慧型天線控制方法 S401,S402,S403,S404:步驟 R1a~R4a,R1b~R4b:輻射場型 R2a’,R4a’,R1b’~R4b’:輻射場型 I1,I2,I3:接收訊號強度指示 CS1~CS4:控制訊號

第1圖文根據本揭示文件一實施例所繪示的智慧型天線系統的示意圖。 第2圖為根據本揭示文件一實施例所繪示的切換電路的示意圖。 第3圖為根據本揭示文件一實施例所繪示的安裝於行動裝置的智慧型天線系統的示意圖。 第4圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的智慧型天線控制方法的流程圖。 第5A圖為根據本揭示文件一實施例所繪示的智慧型天線系統初始輻射場型的俯視圖。 第5B圖為根據第5A圖的實施例所繪示的初始輻射場型的立體圖。 第6A圖為根據本揭示文件一實施例所繪示的智慧型天線系統切換後的輻射場型的俯視圖。 第6B圖為根據第6A圖的實施例所繪示的切換後的輻射場型的立體圖。 第7A圖為根據本揭示文件另一實施例所繪示的智慧型天線系統初始輻射場型的俯視圖。 第7B圖為根據第7A圖的實施例所繪示的初始輻射場型的立體圖。 第8A圖為根據本揭示文件另一實施例所繪示的智慧型天線系統切換後的輻射場型的俯視圖。 第8B圖為根據第8A圖的實施例所繪示的切換後的輻射場型的立體圖。

400:智慧型天線控制方法

S401,S402,S403,S404:步驟

Claims (6)

1. 一種智慧型天線系統，包含：複數個天線，分別用以接收一無線基地台(AP)所傳輸的複數個無線訊號；一無線網路控制器，用以根據該些天線接收的該些無線訊號，提供分別對應於該些無線訊號的複數個接收訊號強度指示(RSSI)；一處理器，與該無線網路控制器電性耦接，且耦接於該些天線，用以根據該些接收訊號強度指示產生分別對應於該些天線的複數個控制訊號；以及複數個切換電路，耦接於該處理器，且分別與該些天線耦接，用以分別根據該些控制訊號切換該些天線的輻射場型以使該些無線訊號的該些接收訊號強度指示實質上相同且不低於一臨界值，其中該些切換電路的每一者包含：一開關元件，耦接於複數個連接點、該些天線中的該對應一者的一耦合點以及該處理器，且用於依據該第一控制訊號與該第二控制訊號將該耦合點選擇性地與該些連接點中的一或多者互相導通；以及複數個阻抗電路，分別耦接於該些連接點以及一接地端之間。
2. 如請求項1所述之智慧型天線系統，其中該處理器更用於執行以下判斷：若該些接收訊號強度指示的一者小於該臨界值時，該 處理器產生具有一預設數值的一控制訊號；以及若該些接收訊號強度指示的一者大於該臨界值時，該處理器該將該控制訊號切換至不同於該預設數值的另一數值，且其中具有該另一數值的該控制訊號用以切換該些天線中對應一者的輻射場型，而具有該預設數值的該控制訊號用以保持該些天線中該對應一者的輻射場型。
3. 如請求項1所述之智慧型天線系統，其中該開關元件為射頻開關或相位控制器。
4. 如請求項1所述之智慧型天線系統，其中該些阻抗電路為電阻、電感或是電容。
5. 如請求項1所述之智慧型天線系統，其中該些無線訊號每一者的該接收訊號強度指示正相關於該些無線訊號每一者的一信噪比。
6. 如請求項1所述之智慧型天線系統，其中該處理器為微控制器、特定應用積體電路、現場可程式化邏輯陣列或中央處理器。

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