收发异质射频信号的无线通讯装置 |
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| 申请号 | CN201410554620.X | 申请日 | 2014-10-17 | 公开(公告)号 | CN104270166B | 公开(公告)日 | 2016-07-20 |
| 申请人 | 中磊电子(苏州)有限公司; 中磊电子股份有限公司; | 发明人 | 陈建铭; 江孟谦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种收发异质射频 信号 的无线通讯装置。本发明的无线通讯装置包含：第一天线、第二天线、第一收发器、第二收发器与 控制器 。第一收发器藉由第一收发路径而控制第一天线根据第一无线通讯标准收发第一 射频信号 。第二收发器藉由第二收发路径而控制第二天线根据第二无线通讯标准收发第二射频信号。在无线通讯装置与终端装置根据第二无线通讯标准建立连线而处于加入连线阶段，控制器调降传送第一射频信号的传输功率，或调降接收第二射频信号的灵敏度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种无线通讯装置，其特征在于，包含： |
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| 说明书全文 | 收发异质射频信号的无线通讯装置技术领域背景技术[0002] 由于大多国家会对无线电波频谱加以管制，许多无线通讯标准必须采用有限的开放频段。例如：紫蜂(ZigBee)规范与无线区域网络(WiFi)规范的操作频率均为工业/科学/医学频段(Industrial Scientific Medical band，简称为ISM)。由于两个规范的频段均落于2.4GHz，故ZigBee信号与WiFi信号易相互影响。 [0003] 现有技术降低干扰的做法是，调整ZigBee信号与WiFi信号的工作频率，将ZigBee信号与WiFi信号的工作频率远离。例如：使用2.475GHz作为ZigBee信号的传输频段，以及使用2.412GHz作为WiFi信号的传输频段。但是，此种做法对阻隔干扰的改善效果有限。 发明内容[0004] 本发明的目的在于，在Zigbee加入连接阶段降低WiFi信号对Zigbee天线造成的影响，进而使Zigbee连接能顺利建立。 [0005] 本发明的实施例提出一种无线通讯装置，包含：一第一天线，根据一第一无线通讯标准收发一第一射频信号；一第一收发器，藉由一第一收发路径而连接于该第一天线；一第二天线，根据一第二无线通讯标准收发一第二射频信号；以及一第二收发器，藉由一第二收发路径而连接于该第二天线，其中在该无线通讯装置与一终端装置根据该第二无线通讯标准建立连线而处于一加入连线阶段，该无线通讯装置调降传送该第一射频信号的传输功率。 [0006] 本发明的实施例提出另一种无线通讯装置，包含：一第一天线；一第一收发器，藉由一第一收发路径而控制该第一天线根据一第一无线通讯标准收发一第一射频信号；一第二天线；一第二收发器，藉由一第二收发路径而控制该第二天线根据一第二无线通讯标准收发一第二射频信号；以及一控制器，在该无线通讯装置与该终端装置根据该第二无线通讯标准建立连线而处于一加入连线阶段，该控制器调降传送该第一射频信号的传输功率，或调降接收该第二射频信号的灵敏度。 附图说明[0008] 图1A于无线通讯装置同时设置两个WiFi天线与一个Zigbee天线的示意图； [0009] 图1B于无线通讯装置内排列两个WiFi天线与一个Zigbee天线的示意图； [0010] 图2本发明第一实施例的WiFi收发路径的示意图； [0011] 图3于无线通讯装置设置一个WiFi天线与一个Zigbee天线的示意图； [0012] 图4A为WiFi收发路径于暂态设定时采用芯片天线的示意图； [0013] 图4B为WiFi收发路径于暂态设定时采用衰减模块搭配WiFi天线的示意图； [0014] 图4C为使用π型衰减器作为衰减模块的示意图； [0015] 图4D为使用T型衰减器作为衰减模块的示意图； [0016] 图4E为WiFi收发路径于暂态设定时采用芯片天线搭配衰减模块的示意图； [0017] 图5为WiFi收发路径的又一实施例的示意图； [0018] 图6为通过Zigbee天线传送接收Zigbee信号的示意图； [0019] 图7为切换Zigbee天线的一实施例的示意图； [0020] 图8为切换Zigbee天线的另一实施例的示意图； [0021] 图9为切换Zigbee天线的又一实施例的示意图。 具体实施方式[0022] 为让使用者能更便利的使用无线通讯产品，具有整合异质无线信号传输功能的无线通讯产品亦逐渐推出。针对同时作为Zigbee协调器(coordinator)以及作为WiFi分享器(AP)的无线通讯装置，内部会同时设置WiFi天线与Zigbee天线。 [0023] 根据Zigbee规范，Zigbee终端装置(end device)或路由器(router)可使用协调器提供的Zigbee连线。例如，将两个Zigbee产品，一为Zigbee无线通讯装置(router)，另一为Zigbee终端装置(sensor)加入连线(join process)。两个Zigbee产品连线成功后，代表两个产品可通过Zigbee规范相互传输数据。一旦Zigbee终端装置被触发，即可通知Zigbee无线通讯装置。 [0024] 为了建立Zigbee连线，Zigbee终端装置与无线通讯装置将互相交握(handshake)。通过交握，Zigbee终端装置与无线通讯装置开始进行Zigbee加入连线阶段。与Zigbee一般连线阶段相较，Zigbee信号在加入连线阶段较容易受到WiFi信号的干扰。一旦连线后，于Zigbee终端装置的触发与否较不易受WiFi信号的干扰。Zigbee终端装置要能被触发的前提是与Zigbee无线通讯装置间已经完成连线阶段。本发明实施例的无线通讯装置根据是否处于Zigbee加入连线阶段，动态调整WiFi天线的传输功率及/或Zigbee天线的接收灵敏度(sensitivity)，提升成功建立Zigbee连线的机率。 [0025] 进一步分析可以发现，对Zigbee连接造成干扰的WiFi信号来源可分为两类。其一为，无线通讯装置自其外部接收的WiFi信号(下称第一类WiFi干扰信号)；其二为，来自同在无线通讯装置内的WiFi收发器所传送的WiFi信号(下称第二类WiFi干扰信号)。其中，第一类WiFi干扰信号是由其他的WiFi通讯装置产生后，经过开放空间传送传到无线通讯装置内，这类干扰讯号经空气而被衰减(Air loss)。相较之下，第二类WiFi干扰信号未经过太多的衰减即干扰同装置中相邻的Zigbee收发器。 [0026] 第一类WiFi干扰信号经过远距离传送，其干扰强度大幅衰减，对Zigbee收发器的干扰较弱。第二类WiFi干扰信号对Zigbee收发器的影响却很大。当Zigbee收发器被第二类WiFi干扰信号后，可能导致Zigbee收发器无法正常接收由Zigbee终端装置所发出的建立Zigbee连线的请求。如此一来，Zigbee终端装置便无法顺利与无线通讯装置建立Zigbee连线。 [0027] 设计者在设置无线通讯装置的WiFi天线与Zigbee天线的位置时，会尽量使两者的实体距离拉远，以便减少第二类WiFi干扰信号对Zigbee信号產生影响。目前业界产品以轻薄短小为趋势，很多无线通讯装置产品的既有体积有限(例如：10cm*10cm*2cm)。基于此种空间限制下，WiFi天线与Zigbee天线摆设位置的安排，对降低Zigbee收发器被干扰的改善程度相当有限。 [0028] 根据本发明构想的实施例，在Zigbee终端装置与无线通讯装置进入Zigbee加入连线阶段时，切换无线通讯装置控制WiFi及/或Zigbee收发路径的方式。此种切换WiFi及/或Zigbee收发路径的方式能让Zigbee收发器在连线阶段期间，减少受到第二类WiFi干扰信号的影响。采用此种切换方式的无线通讯装置，较容易使Zigbee终端装置顺利连接Zigbee网络。 [0029] 请参见图1A，其是于无线通讯装置同时设置两个WiFi天线与一个Zigbee天线的示意图。无线通讯装置1包含：控制器10、WiFi收发器11、第一WiFi天线13、第二WiFi天线15、Zigbee收发器12与Zigbee天线14。其中，WiFi收发器11通过WiFi收发路径17控制第一WiFi天线13、第二WiFi天线15收发WiFi信号。Zigbee收发器12通过Zigbee收发路径16控制Zigbee天线14收发Zigbee信号。 [0030] 控制器10用于选取及设定WiFi收发器11及/或Zigbee收发器12。此外，控制器10还可通过通用输入输出接脚(General Purpose Input/Output，简称为GPIO)控制WiFi收发路径17与Zigbee收发路径16的设定方式。 [0031] 根据WiFi规范，无线通讯装置1可同时通过第一WiFi天线13与第二WiFi天线15共同收发WiFi信号。或者，无线通讯装置1可单独利用第一WiFi天线13收发WiFi信号。 [0032] 请参见图1B，其是于无线通讯装置内排列两个WiFi天线与一个Zigbee天线的示意图。第一WiFi天线13设置于与Zigbee天线14正交的方向。例如，利用同一款天线，将第一WiFi天线13设置于垂直方向；以及将Zigbee天线14设置在水平方向。此种以正交方向设置第一WiFi天线13与Zigbee天线14的作法，有较佳的天线隔离度(antenna isolation)，能降低第一WiFi天线13对Zigbee天线14造成的干扰。 [0033] 另一方面，第二WiFi天线15则设置于与第一WiFi天线13不同的座向。第二WiFi天线15传输的WiFi信号，会对Zigbee天线14接收Zigbee信号时形成干扰，但控制器10可依据本发明的构想切换WiFi信号的传输路径。通过控制WiFi收发路径的方式，便可降低WiFi信号对Zigbee天线14造成的影响。 [0034] 请参见图2，其是本发明第一实施例的WiFi收发路径的示意图。WiFi收发路径17介于WiFi收发器11与第一WiFi天线13、第二WiFi天线15间。 [0036] 射频开关17a连接于控制器10的GPIO，由控制器10根据无线通讯装置1是否处于Zigbee加入连线阶段而利用GPIO输出不同位准的电压。射频开关17a再根据GPIO的位准，进行切换方式。 [0037] 本发明将控制器10在Zigbee加入连线阶段所采用的设定称为暂态设定；以及将控制器10在Zigbee加入连线阶段以外(例如：Zigbee一般连线阶段)所采用的设定称为常态设定。 [0038] 在图2的实施例中，当控制器10采用暂态设定时，射频开关17a将WiFi收发器11连接至开路17b。此时无线通讯装置1通过第一WiFi天线13，与其他WiFi装置进行传输。此实施例的控制器10采用常态设定时，射频开关17a导通WiFi收发器11与第二WiFi天线15。此时无线通讯装置1同时使用第一WiFi天线13与第二WiFi天线15传送WiFi信号。常态设定时，WiFi收发器11通过天线13及天线15发射WiFi信号。例如，天线13路径及天线15路径各发射15dBm，两支天线总功率为18dBm。于暂态设定收发器11仅通过天线13发射WiFi信号，此时总功率为15dBm，较常态设定少了3dB，如此可降低WiFi信号对Zigbee信号的干扰，进而提升Zigbee终端装置与无线通讯装置1建立连线的成功率。 [0039] 由于第一WiFi天线13与Zigbee天线14使用同一款天线且彼此以正交方向排列，有较佳的天线隔离度，第一WiFi天线13传送的WiFi信号较不对Zigbee天线14形成干扰。另一方面，由于第二WiFi天线15在Zigbee加入连线阶段并不会传送WiFi信号，故不会对Zigbee信号的接收形成干扰。由此可知，本案的无线通讯装置在Zigbee加入连线阶段较不易受到第二类WiFi干扰信号的影响，能提升Zigbee终端装置与无线通讯装置1建立连线的成功率。 [0040] 完成Zigbee加入连线阶段后，此时第二类WiFi干扰信号很难将Zigbee连线中断。 [0041] 请参见图3，其是于无线通讯装置设置一个WiFi天线与一个Zigbee天线的示意图。在图3中，无线通讯装置3包含：控制器30、WiFi收发器31、WiFi天线33、Zigbee收发器32与Zigbee天线34。其中，WiFi收发器31通过WiFi收发路径37控制WiFi天线33收发WiFi信号。 Zigbee收发器32通过Zigbee收发路径36控制Zigbee天线34收发Zigbee信号。 [0042] 控制器30用于选取及设定WiFi收发器31及/或Zigbee收发器32。此外，控制器30还可通过GPIO设定WiFi收发路径37与Zigbee收发路径36的导通方式。 [0043] 如前所述，根据WiFi规范，无线通讯装置可使用单独一个WiFi天线或同时使用两个天线传送WiFi信号。以下所述关于切换WiFi收发路径的实施例，可应用于图1的第一WiFi天线13、第二WiFi天线15，或图3的WiFi天线33。为便于说明，以下说明是以图3的WiFi天线33为例。 [0044] 图4A、图4B、图4C图说明WiFi收发路径采用射频开关搭配两个子天线的实施例。此实施例在WiFi收发路径内设置射频开关，并将WiFi天线进一步分为两个子天线。控制器藉由对射频开关的控制，选择实际用于传送WiFi信号的子天线。根据本发明的构想，具有较低传输功率(例如：10dBm)的子天线用于Zigbee加入连线阶段，具有较高传输功率(例如：15dBm)的子天线用于Zigbee加入连线阶段以外的期间。 [0045] 请参见图4A，其是WiFi收发路径于暂态设定时采用芯片天线(Chip Antenna)的示意图。此实施例选用两种款式的天线作为WiFi子天线，其中第一子天线413传送WiFi信号的效率与增益(Gain)较佳；第二子天线417b传送WiFi信号的效率与增益较差。例如：第二子天线417b可使用芯片天线。 [0046] WiFi收发器411通过射频开关417a电连接于第一子天线413与第二子天线417b。其中射频开关417a进一步被控制器的GPIO控制。因此，射频开关417a根据GPIO的位准，决定应将WiFi收发器411导通至第一子天线413或第二子天线417b。 [0047] 于Zigbee加入连线阶段，射频开关417a将导通WiFi收发器411与第二子天线417b。此实施例将射频开关417a与第二子天线417b间的导通方式，定义为WiFi收发路径417的暂态设定，此时由于第二子天线417b的辐射效率较低，较不容易干扰Zigbee天线进行Zigbee信号的接收，故能提升Zigbee终端装置与无线通讯装置建立Zigbee连线的成功机率。控制器在Zigbee加入连线阶段外采用常态设定，此时射频开关417a将导通WiFi收发器411与第一子天线413。 [0048] 请参见图4B，其是WiFi收发路径于暂态设定时采用衰减模块搭配WiFi天线的示意图。此实施例可选用相同款式或不同款式的天线作为WiFi子天线。于Zigbee加入连线阶段，控制器采用暂态设定设定WiFi收发路径，此时射频开关437a将WiFi收发器431经由衰减模块437b导通至第二子天线437c。于Zigbee加入连线阶段外，控制器采用常态设定，设定WiFi收发路径，此时射频开关437a将WiFi收发器431直接导通至第一子天线433。 [0049] 在暂态设定时，衰减模块437b将WiFi信号的传输功率衰减后，再由第二子天线437c将WiFi信号传送至无线通讯装置的外部。 [0050] 本发明实施例搭配使用的衰减模块并不需要限定。请参见图4C、图4D，其是衰减模块的示意图。例如：衰减模块437b可使用图4C的π型衰减器(attenuator)438。π型衰减器438由一个第一电阻R1与两个第二电阻R2所组成，用于衰减WiFi信号的传输功率。又如：衰减模块437b亦可为图4D所示的T型衰减器439。T型衰减器439由两个第一电阻R1与一个第二电阻R2所组成，用于衰减WiFi信号的传输功率。 [0051] 由于第二子天线437c传送的WiFi信号经过衰减模块437b后，具有较低的WiFi传输功率，因而较不容易对Zigbee天线形成干扰。此时，Zigbee天线较能顺利接收Zigbee终端装置所传送的请求，建立双方连线。所以，此实施例能在Zigbee加入连线阶段，提升Zigbee终端装置与无线通讯装置建立Zigbee连线的成功机率。 [0052] 请参见图4E，其是WiFi收发路径于暂态设定时采用芯片天线搭配衰减模块的示意图。此图所示相当于结合图4A、图4B的作法，即，同时采用功率较低的芯片天线，并配合π型衰减器降低WiFi传送信号的功率。 [0053] 于Zigbee加入连线阶段，控制器采用暂态设定控制WiFi收发路径457，此时射频开关457a将通过衰减模块457b导通至第二子天线457c。于Zigbee加入连线阶段，控制器采用常态设定控制WiFi收发路径457，此时射频开关457a导通至第一子天线453。 [0054] 请参见图5，其WiFi收发路径的又一实施例的示意图。此实施例的WiFi收发路径57包含两个射频开关57a、57b，这两个射频开关57a、57b可采用射频开关。射频开关57a、57b间可以两种方式连接，一为经由直接连线57c连接，一为经由衰减模块57d连接。 [0055] 随着Zigbee连线阶段的改变，控制器利用GPIO控制WiFi收发路径，进而决定射频开关57a、57b的连接方式。在Zigbee加入连线阶段，控制器采用暂态设定。此时，WiFi收发器51传出的WiFi信号，会经由射频开关57a、衰减模块57d、射频开关57b传送至WiFi天线53。基于使用衰减模块57d的缘故，此时WiFi信号的发射功率较低，较不容易对Zigbee形成干扰，进而提升Zigbee终端装置与无线通讯装置建立连线的成功机率。于Zigbee非连线阶段，控制器切换为常态设定。此时WiFi收发器51传出的WiFi信号，将通过射频开关57a、直接连线 57c与射频开关57b导通至WiFi天线53。 [0056] 前述的实施例是改变对WiFi收发路径的控制方式。本发明的另一类型实施例，则改变对Zigbee收发路径的控制方式。请参见图6，其是通过Zigbee天线64传送接收Zigbee收发器62信号的示意图。位于此图式上方的箭头代表Zigbee信号的传送路径，位于此图式下方的箭头代表Zigbee信号的接收路径。 [0057] 功率放大器663(Power Amplifier，简称为PA)用于放大Zigbee传送信号、低杂讯放大器664(Low Noise Amplifier，简称为LNA)用于放大Zigbee接收信号。射频开关665则用来切换传送路径或接收路径。 [0058] 请参见图7，其是切换Zigbee收发路径的一实施例的示意图。此实施例假设Zigbee收发路径75包含无线射频前端芯片(RF front end chip)78与切换模块76。 [0059] 无线射频前端芯片78内部整功率放大器783、低杂讯放大器784、射频开关785。Zigbee收发器72连接至无线射频前端芯片78，且无线射频前端芯片78通过切换模块76而连接至Zigbee天线74。切换模块76包含射频开关76a、76b、直接连线76c与衰减模块76d。 [0060] 当Zigbee收发器72用于传送Zigbee信号时，切换模块76维持使Zigbee信号在射频开关76a、76b间经由直接连线76c接收。换言的，Zigbee信号由Zigbee收发器72发出后，经过无线射频前端芯片78、切换模块76至Zigbee天线74传出。切换模块76并不会主动对无线通讯装置传出的Zigbee信号进行衰减。 [0061] 另一方面，当Zigbee收发器72用于接收Zigbee信号时，控制器对切换模块76提供两种设定方式。一为在Zigbee一般连线阶段使用的常态设定，另一为在Zigbee加入连线阶段使用的暂态设定。 [0062] 采用常态设定时，经由Zigbee天线74接收的Zigbee信号经由射频开关76b、直接连线76c与射频开关76a间传送至无线射频前端芯片78。此时，Zigbee收发器72接收灵敏度维持正常。当Zigbee接收灵敏度极优时，有可能将WiFi的干扰讯号接收进来，造成Zigbee无法顺利连线。例如，接收灵敏度为-100dBm时，容易受WiFi干扰；接收灵敏度为-95dBm时，可改善受WiFi干扰问题 [0063] 采用暂态设定时，在射频开关76b、76a间传送的Zigbee信号，将因为通过衰减模块76d而减弱。此时，Zigbee收发器72接收灵敏度变差。例如，接收灵敏度从-100dBm变成- 95dBm。 [0064] 在Zigbee加入连线阶段，无线通讯装置调降接收灵敏度，使加入连线阶段较不容易接收到由WiFi收发器发射的干扰。因此，通过在Zigbee收发路径75使用衰减模块76d的作法，可提升Zigbee终端装置与无线通讯装置间建立Zigbee连线的成功率。 [0065] 请参见图8，其是切换Zigbee天线的另一实施例的示意图。Zigbee收发器82通过功率放大器863、射频开关865与Zigbee天线84发射Zigbee信号。另一方面，Zigbee终端装置所传出的Zigbee信号则经由Zigbee天线84、低杂讯放大器864、切换模块866传送至Zigbee收发器82。 [0066] 在此实施例中，无论是在Zigbee加入连线阶段或是在Zigbee一般连线阶段，无线通讯装置通过Zigbee天线84传送Zigbee信号的传输功率可维持一致。 [0067] 另一方面，无线通讯装置在接收Zigbee信号时，控制器会依据Zigbee加入连线阶段与Zigbee一般连线阶段的不同，通过GPIO控制位在Zigbee收发路径86的切换模块866。切换模块866包含射频开关866a、866b，直接连线866c与衰减模块866d。在Zigbee加入连线阶段，由Zigbee天线84接收的Zigbee信号会由衰减模块866d衰减。因此，在Zigbee加入连线阶段，Zigbee天线84接收Zigbee信号的灵敏度相对较低。换言之，使Zigbee天线84在Zigbee加入连线阶段较不容易受WiFi信号干扰。因此，图8的架构可提升Zigbee终端装置与无线通讯装置间建立Zigbee连线的成功率。 [0068] Zigbee完成连线阶段后，此时第二类WiFi干扰信号很难将Zigbee连线中断。连线阶段完成后，射频开关866a、866b经由直接连线866c而导通，维持Zigbee天线84原本的接收灵敏度。 [0069] 请参见图9，其是切换Zigbee天线的又一实施例的示意图。针对WiFi天线与Zigbee天线之间相隔过近(例如小于12公分)的应用，Zigbee收发路径96可在Zigbee传送路径与Zigbee接收路径采取不对称的架构。即，于传送路径中采用功率放大器963，但在接收路径中不使用低杂讯(噪声)放大器。 [0070] Zigbee收发器92通过功率放大器963、射频开关965与Zigbee天线94将Zigbee信号传出。另一方面，Zigbee终端装置所传出的Zigbee信号则经由Zigbee天线94、射频开关965传送至Zigbee收发器92。采用此种架构时，接收灵敏度相较于有低杂讯放大器的架构低，从而提升建立Zigbee连线的成功率。 [0071] 前述实施例分别说明如何在Zigbee加入连线阶段，分别针对WiFi信号调降传输功率、针对Zigbee信号调降接收灵敏度。实际应用时，无线通讯装置亦可在Zigbee加入连线阶段同时控制WiFi收发路径与Zigbee收发路径。 [0072] 即便在Zigbee加入连线阶段(大约1～2分钟)调降WiFi的传输功率及/或Zigbee的接收灵敏度，WiFi仍可以正常传送与接收；Zigbee也可顺利建立连线。于Zigbee加入连线阶段结束后，第二类WiFi干扰信号很难中断Zigbee连线，此时再通过Zigbee接收路径恢复原先的接收灵敏度及/或通过WiFi路径恢复WiFi的传输功率。 |
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