СОГЛАСУЮЩАЯ СХЕМА ДЛЯ АДАПТИВНОГО СОГЛАСОВАНИЯ ИМПЕДАНСА В РАДИОУСТРОЙСТВАХ Российский патент 2013 года по МПК H04W4/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в целом, относится к схемам для адаптивного согласования импеданса в радиоустройствах.

Уровень техники

Радиоустройства обычно используются в беспроводных ноутбуках, беспроводных бытовых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны и т.п., для обеспечения беспроводного соединения с сетью. В понимании настоящего документа, импеданс радиоантенны может изменяться, если пользователь дотрагивается до устройства рукой или под воздействием других близлежащих предметов, что может отрицательно сказаться на работе радиоустройства.

Также, в понимании настоящего документа, предпочтительно не просто найти решение для вышеобозначенной проблемы, а сделать это таким образом, чтобы оно подходило бы не только для полудуплексного режима, при котором изменение импеданса антенны принимающего устройства не обязательно влияет на работу передающего устройства, но также и для дуплексного режима, при котором изменение импеданса антенны обычно влияет на работу передающего устройства.

Раскрытие изобретения

В системе имеется приемопередающее устройство, взаимодействующее с антенной, и согласующая сеть, через которую проходит канал связи между антенной и приемопередающим устройством. Согласующая сеть включает в себя, по меньшей мере, первый набор согласующих элементов, переключаемых из первой конфигурации, в которой, по меньшей мере, первый согласующий элемент из набора находится вне канала связи, и второй конфигурации, в которой через первый согласующий элемент проходит канал связи. Процессор управляет согласующей сетью для образования первой и второй конфигураций, а также для определения первого и второго соответствующих критериев оценки работы. Процессор образует конфигурацию, имеющую наилучший критерий оценки работы.

Согласующие элементы могут быть конденсаторами, индуктивностями или резисторами. В некоторых вариантах осуществления критерием оценки работы является индикатор мощности принятого сигнала (RSSI), а именно средний RSSI.

В отдельных примерах предусматривается, что система может функционировать, по меньшей мере, в первом и втором диапазонах частот. В этом случае согласующая сеть может включать в себя, по меньшей мере, второй набор согласующих элементов, при этом первый набор согласующих элементов выбирается процессором, если система работает в первом диапазоне частот, а второй набор согласующих элементов выбирается процессором, если система работает во втором диапазоне частот.

Приемопередающее устройство может быть отрегулировано, как это описано более подробно ниже, для работы с первой и второй конфигурациями, в целях облегчения эксплуатации в дуплексном режиме во время использования согласующей сети. Набор согласующих элементов может образовывать π-образную конфигурацию, Т-образную конфигурацию или L-образную конфигурацию, а настоящие принципы могут использоваться, без ограничения, с персональной связью (PCS), TDMA, GSM, Edge, UTMS, CDMA 1x-RTT, 1X-EVDO, 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, Wimax, LTE.

В другом аспекте система включает в себя приемопередающее устройство, взаимодействующее с антенной. Приемопередающее устройство включает в себя принимающее и передающее устройства. Через согласующую схему приемопередающего устройства проходит канал связи между антенной и приемопередающим устройством. Согласующая схема включает в себя первый набор согласующих элементов, переключаемых из первой конфигурации, в которой, по меньшей мере, первый согласующий элемент из набора находится вне канала связи, и второй конфигурации, в которой через первый согласующий элемент проходит канал связи. Процессор управляет согласующей схемой для образования первой и второй конфигураций, а также для определения первого и второго соответствующих критериев оценки работы. Процессор образует конфигурацию, имеющую наилучший критерий оценки работы. Приемопередающее устройство может быть сконфигурировано для использования с согласующей схемой таким образом, чтобы согласующая схема использовалась в дуплексных режимах.

В еще одном аспекте, способ заключается в определении того, соответствует ли показатель эффективности принимающего устройства пороговым значениям. Только в том случае, если индекс не соответствует пороговым значениям, способ включает в себя образование нескольких конфигураций для того, чтобы схема согласования импеданса взаимодействовала с радиоантенной и определяла показатель эффективности принимающего устройства для каждой конфигурации. Способ включает в себя образование одной из конфигураций в схеме на основе определения показателя эффективности принимающего устройства.

Образование нескольких конфигураций может осуществляться только в том случае, если принимающее устройство не осуществляет активный сеанс передачи данных. Также, регулирование передающего устройства, связанного с принимающим устройством, может осуществляться для использования эффекта схемы согласования импеданса. Кроме этого, способ также может заключаться, в не ограничивающих примерах, в определении модуляции, используемой в настоящий момент для взаимодействия с принимающим устройством, при этом пороговые значения зависят от используемой в настоящий момент модуляции.

Детали настоящего изобретения, как с точки зрения его структуры, так и его использования, станут более понятны с учетом прилагаемых чертежей, на которых схожие позиции обозначены схожими номерами и где:

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана блок-схема типового радиоустройства с настоящей согласующей схемой;

на фиг.2 показана блок-схема типовой согласующей схемы в соответствии с принципами настоящего изобретения;

на фиг.3 показана временная диаграмма типовой логики, реализованной в согласующей схеме;

на фиг.4 показана схема просмотровой таблицы пороговых значений; и

на фиг.5-7 показаны альтернативные согласующие схемы.

Осуществление изобретения

Радиоустройство 10 по фиг.1, которое может быть встроено в портативное электронное устройство 11, такое как переносной компьютер или беспроводной телефон, включает в себя антенну 12, передающую и принимающую сигналы из согласующей схемы 14, пример которой описан ниже со ссылкой на фиг.2. Согласующая схема 14 может быть соединена с одним или несколькими фильтрующими компонентами, такими как дуплексные антенны. На приведенном примере согласующая схема 14 взаимодействует с дуплексной антенной 16 сотовой связи, дуплексной антенной 18 персональной связи (PCS), а также с дуплексной антенной стандарта «Долгосрочное развитие» (LTE) или переключателем 20 приема/передачи (T/R).

В свою очередь, компоненты 16-20 взаимодействуют с принимающим устройством/понижающим преобразователем 22 радиочастотного (РЧ) приемопередающего устройства 24. Принимающее устройство/понижающий преобразователь преобразует сигналы РЧ в промежуточную частоту (IF), которая отправляется на демодулятор 25 IQ (совпадение по фазе/сдвиг по фазе на 90 градусов) принимающего устройства главного процессора 26 для демодуляции IF в основной частотный диапазон, обрабатываемый главным процессором.

В установке, раскрытой до текущего момента, также имеется передающая часть, а именно в процессоре 26 имеется модулятор 28 IQ передающего устройства для модулирования сигналов основного диапазона в IF, которые преобразуются с повышением частоты в РЧ повышающим преобразователем 30 приемопередающего устройства 24. При рассмотрении трех схем передачи в том виде, как они показаны на не ограничивающем примере по фиг.2, повышающий преобразователь 30 направляет РЧ-сигналы на фильтр 32 сотовой связи, который взаимодействует с сотовым радиоусилителем мощности 34, который, в свою очередь, может быть соединен с направленным ответвителем 36 сотовой связи. Направленный ответвитель 36 сотовой связи взаимодействует с дуплексной антенной 16 сотовой связи, как это показано.

Также повышающий преобразователь 30 посылает РЧ-сигналы на фильтр 38 PCS, который взаимодействует с радиоусилителем мощности 40 PCS, который, в свою очередь, может взаимодействовать с направленным ответвителем связи 42 PCS. Направленный ответвитель связи 42 PCS взаимодействует с показанной дуплексной антенной 18 PCS. В примере, показанном на фиг.2, повышающий преобразователь 30 посылает РЧ-сигналы на фильтр 44 LTE, который взаимодействует с радиоусилителем мощности 46 LTE, который, в свою очередь, может взаимодействовать с направленным ответвителем связи 48 LTE. Направленный ответвитель связи 48 LTE взаимодействует с показанной дуплексной антенной LTE или переключателем 20 приема/передачи. При необходимости, все три ответвителя связи 36, 42, 48 могут взаимодействовать друг с другом, а, по меньшей мере, один ответвитель связи 48 может взаимодействовать с мощным детектором 50 приемопередающего устройства 24 с целью, которая будет вскоре раскрыта.

Завершая описание по фиг.1, главный процессор 26 может использовать управляющий регистр переключателя или устройство ввода/вывода 52 для конфигурирования согласующей схемы 14 в соответствии с описанными ниже принципами. Также, процессор 26 может осуществлять доступ к памяти, такой как дисковая память или твердотельная память, например флэш-память 54, в которой может храниться, помимо прочего, просмотровая таблица, более подробно описанная ниже.

На фиг.2 подробно показана типовая согласующая схема 14. В согласующей схеме 14 может быть лишь один набор согласующих элементов, однако, в приведенном примере в согласующей схеме 14 имеется три набора 56, 58, 60 согласующих элементов 62, каждый набор взаимодействует с соответствующей дуплексной антенной 16-20, как это показано. Переключатель 64, управляемый процессором 26, определяет какой из наборов 56-60 согласующих элементов взаимодействует с антенной 12. Совершенно очевидно, что процессор 26 соответствующим образом конфигурирует переключатель 64 для конкретного режима, в котором используется радиоустройство 10. Таким образом, удается избежать объемного и относительно громоздкого набора согласующих элементов, поскольку соответствующие наборы 56-60 согласующих элементов предпочтительно могут быть меньшего размера т.к. они настраиваются только на тот частотный диапазон, которому они соответствуют, например диапазон сотовой связи, PCS или LTE.

На примере, представленном на фиг.2, согласующие элементы в отдельном наборе являются конденсаторами, которые соединены друг с другом параллельно, как это показано, образуя π-образную конфигурацию. Как вариант, могут использоваться Т-образные или L-образные конфигурации согласующих элементов, как это более подробно описано ниже со ссылкой на фигуры 5-7. Вместо конденсаторов, менее предпочтительно можно использовать катушки индуктивности или резисторы. Каждый набор 56-60 согласующих элементов может быть заземлен, как это показано, при помощи соответствующих оппозитных катушек индуктивности "I". При необходимости, катушки индуктивности "I" также могут быть подключены или отключены от схемы в ходе конфигурирования согласующей схемы 14.

Типовая логика процессора 26 при конфигурировании согласующей схемы 14 показана на фиг.3. Начиная с этапа 66 подачи питания и подключения к сети, в некоторых вариантах осуществления логика может переходить к этапу принятия решений, обозначенному ромбом 68, для определения того, проходит ли через радиоустройство 10 активный вызов или другая передача данных. Также, может быть произведено обнуление счетчика "n".

При наличии текущего сеанса логика может переходить к блоку 70 для обхода описанного ниже процесса настройки до завершения сеанса и образования конфигурации по умолчанию для сети согласующихся элементов в согласующей схеме 14. В других вариантах осуществления процесс настройки может проходить независимо от того является ли сеанс активным.

На показанном ниже примере, при отсутствии активных сеансов (либо сразу после подачи питания, когда проверка активного сеанса в ромбе 68 принятия решений не осуществляется) логика переходит к блоку 72 для проверки критериев оценки работы. В одном из вариантов осуществления, процессор 26 определяет индикатор мощности принятого сигнала (RSSI) в приемо-передающем устройстве. В других вариантах осуществления могут использоваться другие критерии оценки работы, например, соотношение сигнал/шум, коэффициент битовой ошибки и т.п.

Также в блоке 72 процессор 26 определяет текущий используемый протокол модуляции. В примере по фигурам 1 и 2 текущим протоколом является протокол сотовой связи, PCS или LTE.

Далее в ромбе 74 принятия решений процессор 26 определяет, нарушает ли критерий оценки работы (например, RSSI) пороговые значения чувствительности для используемого протокола модуляции. Это может быть осуществлено путем доступа к памяти 54 для введения в просмотровую таблицу поровых значений RSSI для текущего используемого протокола модуляции. Пример таблицы рассматривается далее со ссылкой на фиг.4. При необходимости просмотровые пороговые значения могут быть сопоставлены с текущими мгновенными значениями RSSI, однако на примере, показанном на фиг.3, процессор 26 рассчитывает средние значения RSSI на основе множественных циклов, например двух или более, и сравнивает средние фактические значения RSSI с пороговыми значениями из ромба 74 принятия решений.

Если фактические значения RSSI не противоречат пороговым значениям, в некоторых вариантах осуществления, в целях избежания излишней обработки, логика может переходить к ромбу 76 принятия решений для определения того, соответствует ли количество недавних поверок RSSI в ромбе 74 принятия решений пороговому значению, например 2. Если не соответствует, то "n" увеличивается на единицу в блоке 78, а логика возвращается снова к блоку 72. С другой стороны, если "n" соответствует пороговому значению, то логика переходит к блоку 70.

В случае если значение RSSI не соответствует пороговому значению из ромба 74 принятия решений, в некоторых вариантах осуществления, логика может включать в себя дополнительную проверку в ромбе 80 принятия решений с целью определения того установлен ли коэффициент усиления малошумного усилителя (LNA) принимающего устройства на максимальное значение, устанавливая его на максимальное значение в блоке 82, если он не был установлен. В любом случае, настройка выбранного набора 56-60 согласующих элементов 62 в согласующей схеме 14 начинается в блоке 84, где первый согласующий элемент 62 включается в схему, а RSSI записывается в блоке 86, затем второй элемент и так далее, записывают значения RSSI, по мере того как согласующие элементы постепенно, по одному включаются в схему. При необходимости, в менее предпочтительных вариантах осуществления, постепенно включаться могут сразу по два или более элемента 62. После того как все согласующие элементы 62 были соответствующим образом включены, в блоке 88 происходит выбор конфигурации с наивысшим RSSI. Таким образом, например, если первые три элемента 62 обеспечивают наивысший RSSI, то тогда для согласующей схемы 14 в блоке 88 выбирается именно эта конфигурация. Способ завершается на этапе 89.

На фиг.4 показана типовая, не ограничивающая просмотровая таблица 90, которая может храниться на носителе 54 и использоваться в блоке 74.

Настоящие принципы предполагают их использование в ряде протоколов связи, включая, но ограничиваясь, персональную связь (PCS), TDMA, GSM, Edge, UTMS, CDMA 1x-RTT, 1X-EVDO, 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, Wimax, LTE. Также настоящие принципы предполагают их использование как в полудуплексных, так и в дуплексных режимах, причем в последнем случае ухудшение качества передачи удается избежать за счет включения в стандартную программу регулировки передающего устройства эффекта согласующей схемы 14.

В частности, во время регулировки передающего устройства, согласующие элементы вышеописанного принимающего устройства включаются в схему и выключаются из схемы в различных комбинациях, по отдельности или группами. Это позволяет менять импеданс передающего устройства, что, в свою очередь, может влиять на выходную мощность передающего устройства, коэффициент усиления, побочные радиоизлучения и т.д. Соответственно, для оптимизации работы передающего устройства, во время регулировки передающее устройство настраивается для каждой комбинации согласующих элементов. Схема передающего устройства может настраиваться путем установки определенного коэффициента усиления, входной мощности и т.п. для каждого импеданса, образуемого комбинацией согласующих элементов. Параметры передающего устройства для каждого импеданса могут храниться в градуировочной таблице, доступ к которой может осуществляться во время эксплуатации таким образом, чтобы согласующие элементы в принимающем устройстве включались в схему и выключались из схемы как это описано выше, параметры передающего устройства, соответствующие определенным импеданса изменяются для оптимизации производительности передающего устройства.

На фиг.5 показана Т-образная согласующая схема 100, в которой два набора 102, 104 согласующих элементов соединены с общей пересекающей линией 106, один конец которой соединен с переключателем, а другой конец соединен с дуплексной антенной или переключателем приема/передачи. На фиг.6 и 7 показаны L-образные схемы, в которых согласующая схема 108 соединена с пересекающей линией 110, которая, в свою очередь, соединена с переключателем и дуплексной антенной или переключателем приема/передачи, как это показано. Различие между фиг.6 и 7 заключается в том, что на фиг.6 пересекающая линия 110 заземлена через индуктивность 112 со стороны дуплексной антенны/переключателя приема/передачи, тогда как на фиг.7 она заземлена через индуктивность 112 со стороны переключателя.

Хотя в настоящем документе конкретная СОГЛАСУЮЩАЯ СХЕМА ДЛЯ АДАПТИВНОГО СОГЛАСОВАНИЯ ИМПЕДАНСА В РАДИОУСТРОЙСТВАХ была показана и описана в деталях, следует понимать, что объект изобретения, предлагаемый настоящим изобретением, ограничен лишь пунктами формулы изобретения.

Например, согласующая схема 14 может быть, полностью или частично, перемещена в микросхему приемопередающего устройства. Кроме этого, логика по фиг.3 может быть, полностью или частично, реализована как часть стандартной компьютерной программы.

Изобретение относится к системам для адаптивного согласования импедансов в радиоустройствах, использующихся для обеспечения беспроводного соединения с сетью, и предназначено для осуществления управления мощностью передачи с учетом качества передачи информации идентификации пользовательского оборудования. Изобретение раскрывает схему согласования импеданса для радиоустройства, которое принимает сигналы с антенны и имеет собственные согласующие элементы, такие как конденсаторы, постепенно включаемые в схему, конфигурация согласующих элементов позволяет получать максимальный индикатор мощности принятого сигнала (RSSI), который затем используется вплоть до следующей проверки или изменения импеданса антенны. Влияние согласующей схемы учитывается в стандартной программе регулировки передающего устройства, так чтобы согласующая схема могла работать как в полудуплексном, так и дуплексном режимах. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система для адаптивного согласования импеданса в радиоустройстве, содержащая:
по меньшей мере одну антенну;
по меньшей мере одно приемопередающее устройство, взаимодействующее с антенной;
согласующую схему, через которую проходит канал связи между антенной и приемопередающим устройством, при этом согласующая схема содержит:
по меньшей мере первый набор согласующих элементов, переключаемых из первой конфигурации, в которой по меньшей мере первый согласующий элемент из набора находится вне канала связи, и второй конфигурации, в которой через первый согласующий элемент проходит канал связи; и
процессор, управляющий согласующей схемой для образования первой и второй конфигураций, а также для определения первого и второго соответствующих критериев оценки работы, причем процессор создает конфигурацию, имеющую наилучший критерий оценки работы,
при этом первый и второй наборы согласующих элементов соединены с общей пересекающей линией, конец первой части пересекающей линии соединен с переключателем, устанавливающим указанные первую и вторую конфигурации, а вторая часть пересекающей линии соединена с дуплексной антенной или переключателем приема/передачи, причем пересекающая линия заземлена между указанными первыми и вторыми согласующими элементами.

2. Система по п.1, в которой согласующие элементы являются конденсаторами.

3. Система по п.1, в которой согласующие элементы являются индуктивностями или резисторами.

4. Система по п.1, в которой критерием оценки работы является индикатор мощности принятого сигнала (RSSI).

5. Система по п.4, в которой критерием оценки работы является среднее значение индикатора мощности принятого сигнала (RSSI).

6. Система по п.1, в которой система выполнена с возможностью функционирования по меньшей мере в первом и втором частотных диапазонах, а согласующая схема дополнительно содержит по меньшей мере второй набор согласующих элементов, причем первый набор согласующих элементов выбирается процессором при работе системы в первом частотном диапазоне, а второй набор согласующих элементов выбирается процессором при работе системы во втором частотном диапазоне.

7. Система по п.1, в которой приемопередающее устройство включает в себя приемное устройство и передающее устройство, причем передающее устройство отрегулировано с учетом первой и второй конфигураций.

8. Система по п.1, в которой пересекающая линии заземлена между указанными первым и вторым наборами согласующих элементов через индуктивность.

9. Система по п.6, в которой первый и второй частотные диапазоны выбраны из диапазонов, соответствующих персональной связи (PCS), TDMA, GSM, Edge, UTMS, CDMA 1x-RTT, 1X-EVDO, 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, Wimax, LTE.

10. Система для адаптивного согласования импеданса в радиоустройстве, содержащая:
по меньшей мере одну антенну;
по меньшей мере одно приемопередающее устройство, взаимодействующее с антенной, причем приемопередающее устройство включает в себя принимающее устройство и передающее устройство;
согласующую схему, через которую проходит канал связи между антенной и приемопередающим устройством, причем согласующая схема содержит:
по меньшей мере первый набор согласующих элементов, переключаемых из первой конфигурации, в которой по меньшей мере первый согласующий элемент из набора находится вне канала связи, и второй конфигурации, в которой через первый согласующий элемент проходит канал связи; и
процессор, управляющий согласующей схемой для образования первой и второй конфигураций, а также для определения первого и второго соответствующих критериев оценки работы, при этом процессор образует конфигурацию, имеющую наилучший критерий оценки работы, а приемопередающее устройство выполнено с учетом согласующей схемы таким образом, что согласующая схема используется в дуплексных режимах,
при этом первый и второй наборы согласующих элементов соединены с пересекающей линией, причем пересекающая линия соединена с переключателем, устанавливающим указанные первую и вторую конфигурации, и с дуплексной антенной или переключателем приема/передачи, при этом пересекающая линия заземлена через индуктивность между указанными дуплексной антенной или переключателем приема/передачи и первым набором согласующих элементов.

11. Система по п.10, в которой согласующие элементы являются конденсаторами.

12. Система по п.10, в которой критерием оценки работы является индикатор мощности принятого сигнала (RSSI).

13. Система по п.10, в которой процессор не реконфигурирует согласующую схему, когда приемопередающее устройство осуществляет активный прием или передачу запроса.

14. Система по п.10, в которой система выполнена с возможностью функционирования по меньшей мере в первом и втором частотных диапазонах, а согласующая схема дополнительно содержит по меньшей мере второй набор согласующих элементов, при этом первый набор согласующих элементов выбирается процессором при работе системы в первом частотном диапазоне, а второй набор согласующих элементов выбирается процессором при работе системы во втором частотном диапазоне.

15. Система по п.10, в которой первый набор согласующих элементов образует π-образную конфигурацию, или Т-образную конфигурацию, или L-образную конфигурацию.

16. Система по п.14, в которой первый и второй частотные диапазоны выбраны из диапазонов, соответствующих персональной связи (PCS), TDMA, GSM, Edge, UTMS, CDMA 1x-RTT, 1X-EVDO, 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, Wimax, LTE.

17. Способ адаптивного согласования импеданса в радиоустройстве, характеризующийся тем, что:
определяют, соответствует ли показатель эффективности принимающего устройства пороговому значению;
образуют несколько конфигураций для схемы согласования импедансов, взаимодействующей с радиоантенной, в случае если показатель не достигает порогового значения;
определяют показатель эффективности принимающего устройства для каждой конфигурации; и
образуют одну из конфигураций в схеме на основе действия по определению показателя эффективности принимающего устройства и
выполняют действие по образованию нескольких конфигураций лишь в случае, если принимающее устройство не осуществляет активный сеанс передачи данных,
при этом схема согласования импедансов включает в себя по меньшей мере первый набор согласующих элементов и переключатель конфигурации для образования по меньшей мере двух из указанных конфигураций, причем первый набор согласующих элементов соединен с пересекающей линией, а пересекающая линия соединена с переключателем конфигурации и с дуплексной антенной или переключателем приема/передачи.

18. Способ по п.17, в котором выполняют регулировку передающего устройства, связанного с принимающим устройством, для учета влияния схемы согласования импеданса.

19. Способ по п.17, в котором определяют текущую модуляцию, используемую в связи с принимающим устройством, и используют пороговое значение в зависимости от текущей модуляции.