专利名称：防辐射移动通信终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防辐射移动通信终端，尤其是能大幅降低电磁波人体辐射的移动通信终端。
背景技术：
现在移动通信终端(以下简称为终端)的最大射频发射功率一般在0.125-2W之间。尽管终端发射功率不大，但因为离人体比较近，在通话状态紧贴头部，造成的电磁波辐射远比通信基站大。降低移动通信系统电磁波辐射的主要任务就是降低终端对人体辐射的电磁波剂量。
为了降低终端的电磁辐射，已经申请专利的技术有手机防辐射贴膜和手机屏蔽套等，声称可以降低终端的电磁辐射。其实，这种贴膜或者屏蔽套在阻碍电磁波向人体辐射时，很可能同时阻碍了终端发射的电磁波向基站的传播，或者基站发射的电磁波向终端的传播，因为移动通信系统有功率控制功能，当无线通路衰减变大时，移动通信系统会让终端和基站都提高射频发射功率来补偿通路衰减。这样不仅不能降低终端辐射，而且终端会因为提高发射功率而浪费宝贵的电池能量。如果这样的手机防辐射贴膜和手机屏蔽套屏蔽效能太高，导致无线通路衰减过大，终端和基站使用最高发射功率也不能抵抗无线通路衰减，则会引起通信被阻断。
我们知道基站向终端发射的下行射频信号在空中传播，可以通过直射、反射、折射、多次反射等方式到达终端，能够到达终端的射频信号经过的途径被称为无线路径。终端向基站发射的上行射频信号经过同样的无线路径到达基站。对于移动通信系统来说，上下行信道为对称频段或者是同频时分双工，上下行无线路径是一样的。根据无线环境，终端和基站可以保持多条无线路径进行通信，这多条无线路径达到终端的方向也可能不同。如果一条无线路径的下行通路衰减比较小，信号质量比较好，那么在这条无线路径的上行通路衰减也比较小，到达基站的上行信号质量也比较好。
现在终端的天线一般是水平面全向发射和接收的，其实只有往基站的无线路径上的电磁波能量用于通信，其他方向上的电磁波能量被白白浪费，给周围环境造成电磁波辐射污染。如果终端能够通过方向性的天线，识别最好质量的无线路径的方向，在这个方向上进行发射和接收，而不用全向天线发射，则给用户远离电磁辐射提供了可能。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种防辐射移动通信终端，能大幅降低终端发射的电磁波对人体辐射。
本发明的另一个目的是节省终端射频发射功率，并且提高终端在小区切换、小区边缘等环境下的通信质量。
为了实现上述目的，通过配置多波束天线形成无线路径空分多址。用户根据手持终端的相对位置，标记出多波束天线中背离人体方向的波束，作为期望射频发射的波束。本发明终端有两路下行接收处理能力，可以依次估计出多波束天线上所有波束接收的基站信号的质量，找到最好质量无线路径方向上的波束，终端自动用该波束进行发射和接收。终端用于发射和接收的波束称为收发波束。当终端发现没有使用用户期望的射频发射的波束进行发射时，向用户发出辐射提醒。由用户改变终端方位，终端选择最好质量无线路径方向上的波束作为新的收发波束，当切换到用户期望射频发射的波束收发射频信号时，人体就可以避免终端的电磁辐射。
因为本发明不是简单阻碍终端的射频信号发射，而是通过估计基站下行信号的质量，在最好质量路径上进行收发，保证了无线信号空中连接。使用较高增益多波束天线发射和接收，节省了终端和基站的发射功率，提高了终端在小区切换、小区边缘等环境下的通信质量，对移动通信系统没有任何不良影响。在用户配合调整下，因为波束天线的方向性，本发明终端理论上能100％避免人体接受来自终端的电磁辐射。实际上，人体接受的电磁波剂量取决于各个波束间的隔离度以及波束的旁瓣，一般至少能将人体电磁波辐射剂量降低15-35dB。
本发明防辐射移动通信终端的主要工作步骤如下a，用户根据手持移动通信终端的相对位置，在用户辐射提醒模块中标记出多波束天线中背离人体方向的波束，作为期望的终端射频发射的波束；b，终端开始射频发射前，通过收发模块和接收模块估计所有波束接收的基站信号的质量，选择质量最好的一个波束连接到收发模块，作为终端收发波束，用这个波束进行上行发射和下行接收；c，在空闲波束中依次选择一个波束连接到接收模块，接收模块处理该波束接收的基站信号，并估计出该波束基站信号的质量；收发模块估计出当前收发波束基站信号的质量；d，波束管理模块根据步骤c估计的质量，判断出最好质量波束，如果当前收发波束不是该最好质量波束，则将该最好质量波束切换作为收发波束；e，用户辐射提醒模块检查收发波束是否为用户期望的终端射频发射的波束，不是则发出辐射提醒，本次通信没有终止则返回步骤c。
图1，是普通终端的结构图；图2，是第一实施例终端的结构图；图3，是第一实施例终端的多波束天线方向图和通信中用户头部存在射频辐射的示意图；图4，是第一实施例终端切换收发波束后头部避免辐射的示意图；图5，是第一实施例终端小区切换同时需要切换收发波束的示意图；图6，是本发明终端提醒用户注意电磁辐射和自动用最好质量波束收发的总体流图；图7，是第二实施例终端的结构图；图8，是第三实施例终端的结构图；图9，是第四实施例终端的结构图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明的第一实施例中，如图2所示，比普通终端(如图1所示)增加了多路信号选择开关204、接收模块207、波束管理模块209、用户辐射提醒模块212。普通终端用的是全向天线1，本实施例终端使用有三个波束201、202、203的多波束天线211。三个波束的方向图301、302、303(如图3所示)组合在一起形成360度的水平面方向全向覆盖。这些波束都可以接收和发射，波束的宽度可以不同。多路信号选择开关204工作于射频环节。接收模块207包含RF收信机205、ADC 206、下行基带物理层处理模块208。收发模块5和普通终端的一样，包含RF收发信机2、ADC/DAC 3、上/下行基带物理层处理模块4。接收模块207和收发模块5具有相同的下行信号处理能力，如下行专用信道、广播信道、寻呼信道处理，以及邻区搜索、基站信号质量估计等，形成两路下行处理能力。收发模块5主要负责和基站上下行通信。接收模块207分时处理空闲波束上的基站信号。基带高层处理模块210比普通终端的基带高层处理模块6功能复杂一些，负责合并收发模块5和接收模块207输出的基站下行数据，在小区切换时，控制波束管理模块209将收到切换邻区信息的波束连接给收发模块5，以及控制小区切换等其他的高层处理功能。用户辐射提醒模块212，由用户根据手持终端的方位，预设可以避免终端上行射频辐射的波束，并检查当前收发波束是否是该波束，不是则发出辐射提醒。
多路信号选择开关204受波束管理模块209控制，负责不同波束和接收模块207、收发模块5的信号连接。在终端通信中，波束管理模块209处理接收模块207和收发模块5送来的各波束基站信号质量估计信息，判断最好质量无线路径。当发现接收模块207处理波束的信号质量更好时，发送指令给多路信号选择开关204，将这个波束连接给收发模块5作为终端的收发波束，用它发送和接收射频信号。波束管理模块209还负责依次连接除收发波束外的波束给接收模块207，这样收发模块5和接收模块207就可以分析终端上所有方向来的基站下行信号，确定当前最好质量的无线路径。通过这个过程的循环，不管终端如何移动，总可以保持和基站的空中连接。
图3、图4、图5都是顶视图。如图3，第一实施例终端304的三个波束201、202、203的方向图分别是301、302、303。波束201、202、203的位置已经在终端上固化。一般终端使用时相对于人体的方位比较固定(如通话时，正面即键盘和显示屏面对着头部)。从图3中，终端相对于人体的位置，可以看出方向图303的波束是背离头部305的，终端在其波束203上发射信号时对头部没有辐射。用户根据这样手持终端的方位，预设波束203是期望的射频发射的波束，方向图303用实线表示。用方向图301或者302发射时，会使头部受到电磁辐射，图中用点划线表示。这个时候终端判断出最好下行路径在方向图301的位置。终端选择的收发波束是方向图301的波束201。用户的头部305部分受到辐射。用户辐射提醒模块212通过和用户预设参数比较，发现这个波束并非期望射频发射的波束，则向用户发出辐射提醒。由用户主动调整终端的方位。
如图4，当用户调整终端304到如图所示的方位时，终端会自动切换方向图303的波束203作为收发波束。用户辐射提醒模块212和用户预设参数比较后，不会发出辐射提醒。这时用户通过没有辐射提醒，知道当前终端的位置没有人体辐射，则保持这样的方位进行通信，从而避免了用户头部被辐射。
假设图3中使用普通终端，用全向天线发射上行信号。为了保证上行信号的质量，移动通信系统的功率控制功能会使该普通终端向基站306方向的射频信号强度和本实施例终端的一样。因为普通终端天线全向发射，整个头部都受到这样强度的辐射，而本实施例终端只是头部部分受到辐射。所以当本发明终端不在用户期望的波束进行上行发射时，它对人体的电磁波辐射剂量肯定不大于普通终端。在本实施例中，只有约一半的头部受到辐射，头部受到的射频能量约降低一半。当本实施例终端变化到图4中的位置时，在波束方向图303方向发射信号，理论上人体完全不受电磁辐射，但实际天线的旁瓣很难压得很低，其辐射剂量一般比普通终端低15-35dB。
如图5，当本第一实施例终端在通信状态下走近另一个基站507时(基站507和306不在同一个站址)，当前通信小区还在基站306，收发波束为方向图303的波束203，这个方向无法得到基站507的下行信号，而接收模块207通过处理方向图302的波束202，可以接收到基站507的公共信道和广播消息。基带高层处理模块210收到来自接收模块207的邻区信息。在满足小区切换条件时，基带高层处理模块210根据切换邻区信息来源于波束202，则在小区切换的同时将波束202连接到收发模块5，波束202作为终端的收发波束。这时，在小区切换同时调整到新小区的无线路径，以保证新小区的上下行无线通信正常。因为波束202不是用户期望的射频发射波束，用户辐射提醒模块212会向用户发出辐射提醒。
WCDMA、CDMA IS95、CDMA2000、TD-SCDMA标准的移动通信系统有同频的软切换和更软切换技术。因为本发明终端多波束天线增益高于软切换或者更软切换的增益，因此不使用软切换和更软切换也能保证上下行通信质量。如图5所示，如果进行不同站址基站306和507的软切换或者更软切换时，则必须在方向图303、302方向上同时发射上行信号，这样会导致用户头部受到电磁辐射。因此在这种情况下，最好使用具有瞬间软(或者更软)合并功能的硬切换。本实施例终端在瞬间启动303和302两个方向同时发射上行信号，终端切换到基站507后，只在方向图302上发射上行信号。这样既保证了小区切换通信质量，又将电磁辐射降到最低。
终端在待机状态下，需要接收当前小区的寻呼信息、搜索邻区信息，就需要收发波束一直能保持到基站的无线路径方向。终端可以通过跟踪基站的下行公共信道的质量，调整收发波束向着基站的无线路径方向，但这样不停地跟踪会消耗额外的电能和其他资源。本发明终端在待机状态下，将所有波束全部连接到收发模块5或者接收模块207，形成全向接收，以不错过所有方向的基站下行信号，而不循环搜索最好无线路径。也可以专门配置一个全向天线用于待机状态的全向接收。当终端需要发射上行信号时，接收模块207和收发模块5同时搜索最好质量波束，加快处理速度，找到最好质量波束后配置给收发模块5进行发射接收。
图6表示了本发明终端提醒用户注意电磁辐射和自动用最好质量波束收发的总体流图。步骤601，用户从固化在终端中的所有波束中标识出期望上行发射的波束。根据多波束天线的波束个数和波束方向分布，以及使用终端时相对于人体的方位，确定背离人体方向的波束，这个期望上行发射的波束可以是一个或几个。
步骤602，为终端处于待机状态，下行全向接收。在步骤603中，如果需要上行发射，则步骤604中，启动接收模块207和收发模块5同时搜索基站下行信号最好质量的波束，加快最好质量波束确定。步骤605，找到最好质量波束作为终端的收发波束，启动上下行正常通信。步骤606，依次切换一个空闲波束给接收模块，进行下行处理和下行信号质量估计；同时，收发模块估计收发波束的下行信号质量。
在步骤607中，判断当前终端是否处于小区切换状态？如果是，则由基带高层处理模块210控制是否切换波束；如果不是，则按照本通信小区下行信号的质量估计结果选择收发波束。步骤608，判断发现切换邻区的波束是收发波束吗？如果不是，在步骤609，终端进行小区切换同时，将发现切换邻区的波束作为收发波束；否则不处理。步骤610，判断本通信小区的下行最好质量的波束是收发波束吗？如果不是，在步骤611，将最好质量的波束作为收发波束；否则不处理。步骤612检查当前收发波束是用户期望的波束吗？如果不是，通过步骤613提醒用户调整终端方位；否则不处理。步骤614判断本次通信是否已经终止？如果通信没有终止，返回到步骤606继续所有波束下行质量估计；如果通信已经终止，通过步骤615恢复待机状态下的下行全向接收，并返回待机状态的步骤602。
本发明的第二实施例中，如图7所示，将多路信号选择开关704放在RF收发信机2的后级，负责切换中频信号。因为基站下行信号已经经过了放大、混频成为中频信号，比天线接收的射频信号强度大很多倍。与第一实施例比较多路信号选择开关704引入的损失小，性能更好。每个波束后需要配置一个RF收发信机，负责上下行的中频信号和射频信号转换。其控制流程、使用方法和第一实施例原理一致。
本发明的第三实施例中，如图8所示，将多路信号选择开关804放在ADC/DAC 3的后级，负责切换基带数字信号。因为切换的是数字信号，多路信号选择开关804不会引入任何性能损失。与前两个实施例比较性能更好。每个波束后需要配置一个RF收发信机和一个ADC/DAC模块，负责上下行的基带信号和射频信号的转换。其控制流程、使用方法和第一实施例原理一致。
本发明的第四实施例中，如图9所示，多波束天线911仅有两个波束901、902，一个波束方向图朝终端的正面(键盘和显示屏面)，一个波束方向图朝终端的背面，两个波束实现全向360度覆盖。一般终端在通信时都是正面朝向人体，这样只要使用朝终端背面的波束进行发射接收时，终端发射的电磁波就不会经过人体了。这是本发明思想最低成本的实现方法。
通过上述实施例介绍，本发明终端的多波束天线在具有两个或者两个以上的波束时，就具有很好的避免人体辐射的能力。波束数越低成本也越低，易于生产，但波束增益低，射频发射功率要大些。波束数越高，终端结构越复杂，波束更窄，增益更高，需要的射频发射功率越小，而且发射的电磁波波束窄，可以更好地控制电磁波的发射方向。上述实施例中介绍的多波束天线方向图都是水平面方向的，其实本发明也适用于采用空间全向多波束天线，各个波束的空间方向图叠加在一起能覆盖整个自由空间，使终端能接收到更多方向的无线信号，具有更好通信能力，尤其适合城市中无线路径复杂或者小区垂直覆盖等场合。
本发明防辐射移动通信终端通过自动跟踪，确定收发波束，无论无线路径为视距或者非视距，终端在移动、方位改变、小区切换时都能保持和基站的通信。对移动通信系统和终端本身都没有任何影响，反而通过多波束天线，提高了天线的发射和接收增益，降低了终端和基站的射频发射功率，保证了无线通信质量，减少了电磁辐射的污染。对于终端用户，可以完全避免终端的电磁辐射。因为这时终端发射的电磁波不经过人体，消除了终端的人体衰减，也提高了部分增益。
对于本领域技术人员而言，本发明所提供的防辐射移动通信终端装置和方法，应当不仅限于移动电话系统，还可以应用于其他一些无线移动通信终端、无线LAN终端等。
同时，对于本领域技术人员而言，本发明所提供的防辐射移动通信终端装置和方法，可以用于GSM(Global System for Mobile communications全球移动通信系统)、GPRS(General Packet Radio Service通用分组无线业务)、EDGE(Enhanced Data rate for GSM Evolution改进数据率GSM服务)、WCDMA(宽带码分多址)、CDMA IS95、CDMA2000、TD-SCDMA等蜂窝移动通信系统中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，因此，本发明的保护范围应当由权利要求书的内容确定。
权利要求
1，一种防辐射移动通信终端，包括一个多波束天线，用于形成无线路径的空分多址；一个收发模块，用于处理终端上行和基站下行信号，并估计基站下行信号的质量；一个接收模块，用于处理基站下行信号，并估计基站下行信号的质量，与收发模块的下行处理功能完全一样，形成两路下行处理能力；一个多路信号选择开关，用于连接、切换多波束天线的波束到接收模块和收发模块；一个波束管理模块，用于根据收发模块和接收模块估计的所有方向波束的下行信号质量，判别无线路径的最好质量波束，控制将最好质量波束作为收发波束；一个基带高层处理模块，用于合并收发模块和接收模块输出的基站下行数据，在小区切换的同时将收到切换邻区信息的波束作为收发波束；一个用户辐射提醒模块，用于用户预设期望的终端射频发射的波束，并检查当前的收发波束是否是期望的终端射频发射的波束，不是则发出辐射提醒。
2，如权利要求1所述的一种防辐射移动通信终端，其特征在于多波束天线有两个或者两个以上的波束，每个波束都可发射和接收，所有波束的方向图叠加起来形成水平面全向或者空间全向覆盖。
3，如权利要求1所述的一种防辐射移动通信终端，其特征在于多路信号选择开关可以在射频环节或者中频环节或者数字基带环节将各个波束和收发模块、接收模块连接。
4，如权利要求1所述的一种防辐射移动通信终端，其特征在于收发模块包含，RF收发信机、ADC/DAC、上/下行基带物理层处理模块。
5，如权利要求1所述的一种防辐射移动通信终端，其特征在于接收模块包含，RF收信机、ADC、下行基带物理层处理模块。
6，如权利要求1所述的一种防辐射移动通信终端，其特征在于收发模块和接收模块都有下行专用信道、广播信道、寻呼信道处理，以及邻区搜索、基站信号质量估计的处理能力。
7，如权利要求1所述的一种防辐射移动通信终端，其特征在于适用于采用以下一种标准的蜂窝移动通讯终端中或其他一些无线移动通信终端、无线LAN终端中GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、CDMA IS95、CDMA2000、TD-SCDMA。
8，一种用于防辐射移动通信终端中的方法，其中包括步骤a，用户根据手持移动通信终端的相对位置，在用户辐射提醒模块中标记出多波束天线中背离人体方向的波束，作为期望的终端射频发射的波束；b，终端开始射频发射前，通过收发模块和接收模块估计所有波束接收的基站信号的质量，选择质量最好的一个波束连接到收发模块，作为终端收发波束，用这个波束进行上行发射和下行接收；c，在空闲波束中依次选择一个波束连接到接收模块，接收模块处理该波束接收的基站信号，并估计出该波束基站信号的质量；收发模块估计出当前收发波束基站信号的质量；d，波束管理模块根据步骤c估计的质量，判断出最好质量波束，如果当前收发波束不是该最好质量波束，则将该最好质量波束切换作为收发波束；e，用户辐射提醒模块检查收发波束是否为用户期望的终端射频发射的波束，不是则发出辐射提醒，本次通信没有终止则返回步骤c。
9，如权利要求8所述的一种用于防辐射移动通信终端中的方法，其特征在于步骤a中，期望的终端射频发射的波束数量为一个或者几个。
10，如权利要求8所述的一种用于防辐射移动通信终端中的方法，其特征在于当终端进行小区切换时，在小区切换的同一时刻，基带高层处理模块将获得本次切换邻区信息的波束作为收发波束。
11，如权利要求8所述的一种用于防辐射移动通信终端中的方法，其特征在于终端在待机状态时，为下行全向接收模式。
12，如权利要求8所述的一种用于防辐射移动通信终端中的方法，其特征在于适用于采用以下一种标准的蜂窝移动通讯终端中或其他一些无线移动通信终端、无线LAN终端中GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、CDMA IS95、CDMA2000、TD-SCDMA。
13，如权利要求8所述的一种用于防辐射移动通信终端中的方法，其特征在于在WCDMA、CDMA IS95、CDMA2000、TD-SCDMA标准的移动通信系统中进行同频、不同站址小区切换时，使用硬切换。
全文摘要
一种防辐射移动通信终端，包括多波束天线、多路信号选择开关、收发模块、接收模块、波束管理模块、基带高层处理模块、用户辐射提醒模块。多波束天线将无线路径进行空分多址，终端跟踪基站下行信号的最好质量波束，自动将其作为收发波束，进行发射和接收。用户根据手持终端的方位，在用户辐射提醒模块中预设背离人体方向的波束。当终端没有使用该波束进行收发时，提醒用户改变终端方位，直到在该波束上发射和接收信号，从而避免人体电磁辐射。
文档编号H01Q3/00GK1805297SQ200510023178
公开日2006年7月19日 申请日期2005年1月10日 优先权日2005年1月10日
发明者胡淑欣 申请人:胡淑欣