用于实现模块化移动电子设备的无线电频率通信的系统和方法与流程

本申请要求于2014年8月22日提交的美国临时申请No.62/040,876的权益，其全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明一般涉及移动电子领域，更具体地涉及在移动电子领域中用于实现模块化移动电子设备的无线电频率(RF)通信的新的和有用的系统和方法。

背景技术：

移动电子设备设计的当前方法创建在功能性和设计方面都是静态的设备。公司试图通过生产具有不同功能和不同设计的大范围的设备来解决这个问题。结果，这些设备的用户被迫做出妥协；他们缺乏定制其移动设备的功能和设计的能力以真正满足他们的需要和偏好。模块化移动电子设备可以用于满足用户的需要和偏好。与所有移动电子设备一样，如果模块化移动电子设备包括用于无线电频率(RF)通信的系统，则所述系统必须被仔细地设计和配置以达到高信号发送/接收质量。作为实现RF通信的一部分，这种设计和配置对于模块化移动电子设备是特别困难的，因为模块化移动电子设备的RF属性极大地依赖于模块化移动电子设备的配置。因此，在移动电子领域中需要创建用于实现模块化移动电子设备的RF通信的系统以及方法。本发明提供这样的新的和有用的系统和方法。

附图说明

图1是本发明实施例的系统的示意图；

图2是模块的分解模型视图；

图3是包括本发明实施例的系统的天线的模块盖的模型视图；

图4是包括本发明实施例的系统的天线的模块化移动电子设备机箱的模型视图；

图5是包括本发明实施例的系统的天线的模块化移动电子设备机箱的模型视图；

图6是本发明实施例的系统的天线控制系统的示意图；

图7是本发明实施例的系统的天线路由系统的示意图；

图8是本发明实施例的系统的天线调谐系统的示例性示意图；和

图9是本发明实施例的方法的示意图。

具体实施方式

本发明的发明实施例的以下描述不旨在将本发明限制于这些发明实施例，而是使得本领域的任何技术人员能够制造和使用本发明。

用于实现模块化移动电子设备功能的RF通信的系统和方法允许模块化移动电子设备配置RF通信参数和/或组件以达到高通信质量。该系统和方法优选地应用于模块化移动电子设备，模块可以以不同的组合和/或取向使用。这种电子架构的高可变性能够创建高度动态和可变的通信环境，系统和方法可以优选地适应于该环境。

无线通信是移动电子设备操作的重要部分。几乎所有的无线通信标准都基于RF电磁波的发射和接收。通常在移动电子设备中使用的基于RF的通信标准的一些示例包括Wi-Fi、WiMax、蓝牙、Zigbee、蜂窝标准(例如，GSM、CDMA、GPRS、EDGE、LTE)、CB无线电、AM无线电、FM无线电、NFC和RFID。

由于RF通信的性质，用于移动电子设备的RF通信系统应当被仔细地设计和配置以达到高信号质量。特别地，RF通信特别容易受到干扰问题的影响；随着天线尺寸缩小，天线彼此靠近地放置，和/或天线靠近可能吸收、反射和/或再辐射RF场的物体，这些影响可能变得更显着。用于移动电子设备的RF通信系统的设计者通常通过仔细地设计和定位天线和电源电路以考虑其他天线、移动电子设备(举例来说，机箱)中的金属物体以及用户接触(举例来说，手触摸或覆盖天线)-不是天线、物理组件和电子设备的可变存在来处理这些问题。

模块化移动电子设备可以包括各种各样的天线(在数量和类型二者上)，并且可以支持许多物理和电气配置。因此，用于模块化移动电子设备的RF通信系统应当在跨各种模块化移动电子设备配置中是稳健的。用于实现模块化移动电子设备功能的无线电频率(RF)通信的系统和方法(以下描述)使得模块化移动电子设备能够与互联网和/或跨各种模块化移动电子设备配置的其他电子设备无线通信。

通过使用用户可移除模块来优选地创建和/或修改模块化移动电子设备。当连接多个模块时，模块优选地能够联盟以用作移动电子设备。由这样的联盟创建的移动电子设备由联盟的模块以及联盟的参数来优选地表征，其由联盟的模块和实现模块的联盟的任何系统优选地确定。被配置为用作智能手机的模块化移动电子设备是可能的移动电子设备的示例。可能的移动电子设备的其他示例包括被配置为用作平板电脑、膝上型计算机、媒体播放器、相机、测量设备、游戏系统、车辆计算设备、机顶盒和电视机的那些。

模块优选地是用户可移除的和可替换的，使得用户能够创建具有高度变化的形式和功能的移动电子设备。例如，用户可以将相机模块、闪存模块、处理器模块、电池模块和显示模块连接到模块化移动电子设备，以创建小而轻的相机。用户稍后能够添加蜂窝电话无线电模块和麦克风/扬声器模块以创建相机电话。模块优选地遵循开放和自由的标准，使得几乎任何人都可以作为模块开发人员。

由模块联盟提供的灵活性优选地允许多个有利的结果。考虑到降低成本，用户可以只购买他们需要的模块。用户还能够选择在以后更换模块或添加附加的模块。结合起来，这两个结果可以帮助增加遍及全世界的移动电子设备(以及在许多情况下，互联网)的可访问性，特别是对于其智能手机或PC当前不是良好价值主张的人们。例如，用户可以以低价点购买系统和基本模块集，并通过稍后添加模块过渡到更高级的手机。这两个结果还可以通过允许移动电子设备升级或修改而不是更换来帮助减缓电子废物的产生。此外，因为模块化移动电子设备与高度变化的形式和功能的模块兼容，并且因为模块优选地基于开放标准，所以模块联盟可以允许小型或专业公司制造模块发挥他们的优势，而不需要设计完整的移动电子设备。

一些示例模块类型包括传感器模块、处理器模块、存储模块、通信模块、显示模块和电源模块。传感器模块的示例包括加速度计模块、GPS模块、相机模块、深度成像模块、指纹读取器模块、生物测定模块、麦克风模块、数字/模拟输入模块、触觉输入模块、红外闪光模块、计步器模块、气压计模块、磁力计模块、和陀螺仪模块。处理器模块的示例包括应用程序处理器模块和图形处理器模块。存储模块的示例包括非易失性闪存模块和RAM模块。通信模块的示例包括Wi-Fi无线电模块、GSM/CDMA无线电模块、HDMI连接器模块、NFC模块、蓝牙无线电模块和USB连接器模块。显示模块的示例包括触摸屏LCD或OLED模块、非触摸图形显示模块和电子墨水(e-ink)显示模块。电源模块的示例包括电池模块、太阳能板模块和电池充电模块。各种模块优选地用于提供输入、输出、数据存储、数据处理、通信、电源和计算设备的其他合适方面的各种选项和组合。注意，这些示例模块类型绝不是穷举或排他的；即模块可以并入来自这些示例类型的许多类型或者完全不来自这些示例类型的功能，并且模块可以附加地或替选地并入在此未描述的合适的功能。

模块和模块化移动电子设备是在美国临时申请No.61/976,173和/或美国临时申请No.61/976,195中优选地描述的那些，其全部内容通过引用并入本申请。模块和模块化移动电子设备可以附加地或替选地是任何合适的模块和模块化移动电子设备。

1.实现RF通信的系统

如图1所示，用于实现模块化移动电子设备的RF通信的系统100包括天线110和天线控制系统120。系统100优选地包括多个天线110，但是可替选地可以仅包括一个天线110。系统100优选地作为模块化移动电子设备的部分操作，但是可以附加地或替选地作为任何合适系统的部分操作。

系统100通过提供允许RF数据的接收和/或发送的天线110来实现模块化移动电子设备的RF通信。考虑到模块化移动电子设备配置，系统100优选地还能够通过天线控制系统120实现用于RF通信的高信号质量，天线控制系统120适配天线110的属性和/或由天线110接收/发送的信号的属性以增加信号质量。

天线110用于将传导的电能转换为RF波和/或反之亦然，从而实现RF通信的发送和/或接收。天线110优选地由导电材料(举例来说，金属)制成。天线110可附加地或替选地包括介电材料以修改天线110的属性或提供机械支撑。

天线110可以是各种天线类型；例如贴片天线(包括矩形和平面倒F)、反射器天线、线天线(包括偶极天线)、蝶型天线、孔径天线、环形感应天线和分形天线。多个天线110可以附加地包括一种或多种类型的天线，并且天线的类型能够包括任何合适的变型。

天线110结构可以是静态或动态的(举例来说，包括根据天线的状态可以电连接或隔离的多个区段的导线天线)。

多个天线110用导线优选地直接连接到收发器，但是可以附加地或替选地通过任何合适的方法连接到收发器。在本发明实施例的一个变型中，天线110通过天线控制系统120的组件(举例来说，天线开关和/或滤波器)连接到收发器。

天线110优选地使用固定导线连接到收发器和/或天线控制系统120，但是可以附加地或替选地使用可移除接口(举例来说，通过插头和插座接口)连接到收发器和/或天线控制系统120。

天线110可以位于各种位置，包括在模块化移动电子设备的模块处，在模块化移动电子设备的机箱处，和/或在任何其他合适的位置。

位于模块处的天线110优选地包含在模块内并且被连接到也包含在模块内的收发器。附加地或替选地，模块可包括天线接口以允许将天线110连接到未包含在模块内的收发器，和/或位于模块处的天线110可位于模块上或以其它方式耦合到模块。位于模块内的天线110可以位于模块内部的任何位置。位于模块处的天线110可以与模块的其他部分物理地区分；或者天线110可以集成到模块的其他部分中。如图2所示，示例模块包括模块基座，模块印刷电路板(PCB)，模块RF屏蔽件和模块盖。物理地区分的天线110可以放置在模块处的任何合适的位置；例如，微带天线110可以附接到模块盖附近的RF屏蔽件的表面。作为另一示例，天线可以插入到模块盖上的相应槽中。同样，集成天线110可以集成到模块的任何合适的部分中。在一个示例中，天线110被集成到模块基座中。

在本发明实施例的一个变型中，模块盖是3D印刷的。如图3所示，天线110可以被印刷为模块盖的部分。天线110可以被暴露或可以被电介质材料(其可以是任何透明度和外观)覆盖。在该变型中，天线110优选地用导电材料印刷(或电镀等)，而模块盖的其余部分使用介电材料印刷。附加地或替选地，天线110和模块盖可以使用任何合适的材料印刷。

位于模块化移动电子设备的机箱处的天线110可以以各种方式连接到收发器。例如，位于机箱处的天线110可以包括连接到模块上的相应接口的天线接口，允许天线通过模块(潜在地是模块中的收发器)连接到收发器。

作为另一示例，天线110可以连接到包含在机箱内的导线，其允许天线110连接到模块中和/或机箱中的收发器。在该示例中，天线110可以直接连接到收发器或间接连接；举例来说，通过天线开关。这种天线110可以包含或耦合到机箱的任何部分；例如，天线110可以包含在附接到机箱的非导电外壳(举例来说，端盖天线)内，如图4所示。

作为第三示例，机箱本身的部分可以用作天线110。如果机箱或机箱的部分用作天线110，则可以修改机箱以增强天线性能。如图5所示，在一个示例中，使用机箱的一侧形成天线110，其与机箱的其余部分(譬如，可以用作接地)电隔离。

系统100优选地包括各种天线110。至少天线110的子集能够附接到模块或者能够反之从模块化移动电子设备移除。替选地，所有天线110可以是从模块化移动电子设备不可移除的。

天线110能够被设计为以Wi-Fi、WiMax、蓝牙、Zigbee、蜂窝(举例来说，GSM、CDMA、GPRS、EDGE、LTE)、CB无线电、AM无线电、FM无线电、NFC、和/或RFID通信的频率通信，但是可以附加地或替选地被设计为以任何合适的RF频率通信。天线110可以在大的频率范围(宽带)或更小的频率范围(窄带)上发射/接收。天线110可以具有任何阻抗，可以在任何极化下有效地发射，并且可以根据任何合适的辐射模式进行发射/接收。

系统100的天线110优选地展现出天线多样性；举例来说，它们在谐振频率、带宽、增益、空间位置、天线类型、极化和辐射中的一个或多个方面彼此不同。天线多样性允许天线110实现用于各种应用的发送/接收。特别地，系统100可以包括具有不同谐振频率的天线110，以允许通过不同RF标准进行通信。系统100还可以包括具有相同谐振频率但是间隔开的天线110，允许系统100补偿多径干扰或者用作多入多出(MIMO)系统。

天线控制系统120用于控制天线110如何与系统100接口。天线控制系统120可以控制天线110如何以各种方式与系统100接口，包括将天线110连接到收发器/从收发器断开，将信号路由到天线110和/或收发器/从天线110和/或收发器路由信号，修改从天线110接收的信号/由天线110发射的信号，和/或修改天线110的电属性(举例来说，阻抗)。如图6所示，天线控制系统120可以包括天线路由系统121、天线调谐系统122、天线滤波器123。

如图7所示，天线路由系统121用于从收发器或模块化移动电子设备的其他电路将信号路由到天线110/从天线110线将信号路由到收发器或模块化移动电子设备的其他电路。天线路由系统121优选地包括天线开关，该天线开关允许天线110与模块化移动电子设备的电路电连接或电隔离。天线110和/或收发器可以硬连线到天线路由系统121(或天线路由系统121)，但是天线110和/或收发器可以从天线路由系统121移除(举例来说，经由插头和插座接口连接)。同一模块中的天线110和收发器可以具有到天线路由系统121的分离的接口或共享接口。天线路由系统121优选地集成到模块化移动电子设备的机箱中，但是可以附加地或替选地集成到模块或任何其他合适的位置。

如图8所示，天线调谐系统122用于修改天线110的阻抗，如模块化移动电子设备的一个或多个其他部件所示。通过修改天线110的阻抗，天线调谐系统122允许天线接收/发射频率(即，功率传输高的频率)的修改。天线调谐系统122可以连接到单个天线110或多个天线110。天线调谐系统122还用于提高在非谐振频率下的谐振天线接收的效率。天线调谐系统122可以包括任何合适类型的天线调谐系统，举例来说，T网络、Pi网络、SPC网络、Z匹配网络和RF MEMS匹配网络。天线调谐系统122优选地与天线110共同定位，但是可以附加地或替选地位于模块化移动电子设备(例如，模块、机箱等)的任何合适的部分中。

天线滤波器123用于滤波从天线110接收/发射的信号。天线滤波器123优选地滤除天线110信号路径中的噪声和/或不期望的信号。天线滤波器123优选地通过抑制信号的不期望的特征或分量来过滤噪声。天线滤波器123可以是线性或非线性、时不变或时变、模拟或数字、离散时间(采样)或连续时间、被动或主动、无限脉冲响应或有限脉冲响应、或之前的任何组合或子集。天线滤波器123可以是电子滤波器、数字滤波器、机械滤波器、分布元件滤波器、波导滤波器或任何其它合适类型的滤波器。

天线控制系统120可以附加地或替选地包括用于控制天线控制系统120的软件。用于控制天线控制系统120的软件可以是天线控制系统120的部分，或者可以包含在任何其它合适的位置中；举例来说，不包含天线控制系统120的模块或模块化移动电子设备的监控控制器。用于控制天线控制系统120的软件优选地使得能够控制天线控制系统120的任何可控或可配置方面；附加地或替选地，软件可以仅实现控制天线控制系统120的可控或可配置方面的子集。例如，天线控制系统120可以与控制天线路由系统121的软件交互，在模块化移动电子设备中引导天线信号。

天线控制系统软件优选地基于模块化移动电子设备配置状态来引导天线信号路由；配置状态包括关于模块类型的细节(举例来说，包括模块中收发器和/或天线的存在和类型)及其位置(即模块连接到哪个接口)。如果机箱包括任何天线，则配置状态可以附加地或替选地包括关于机箱天线的信息。

例如，天线控制系统软件可以用于管理模块化移动电子设备的辐射发射，以保持发射符合国际发射标准。

该配置状态可以用于将收发器自动耦合到适当的天线。例如，天线控制系统软件可以检测到3G收发器位于耦合到天线路由系统121的第一接口，并且3G天线位于耦合到天线路由系统121的第二接口，然后基于检测到的信息(举例来说，包含在配置状态内)在收发器和天线之间自动地路由信号。

2.实现RF通信的方法

如图9所示，用于实现模块化移动电子设备的RF通信的方法200包括监视RF通信S210，计算RF性能度量S220，以及基于RF性能度量适配RF通信S230。方法200用于允许模块化移动电子设备配置RF通信系统以达到高通信质量。方法200优选地使得RF通信能够按照模块化移动电子设备的使用的特定情景来提高通信质量；举例来说，如果设备显著地依赖于Wi-Fi信号以创建良好的用户体验并且基本上较不显著依赖于GPS信号，则方法200可以使得Wi-Fi通信质量优先于GPS通信质量。方法200优选地在基本上类似于系统100的RF通信系统上操作，但是可以附加地或替选地在任何合适的系统上操作。

步骤S210包括监视RF通信。步骤S210用于确定RF通信系统的RF信号质量；RF信号质量可以包括信号强度、噪声、SNR和/或与RF信号质量相关的任何其它参数。例如，RF信号质量可以包括诸如丢弃数据包计数的RF信号相关度量。

如果RF通信系统使用多个通信标准，信道和/或频率进行通信，则监视RF通信S210优选地包括监视用于完整集的标准，信道和/或频率的RF通信；附加地或替选地，S210可以包括仅监视完整集的子集。

监视RF通信S210优选地包括使用RF通信系统的硬件监视RF通信(举例来说，测量天线处的信号能量)，但是可以附加地或替选地包括使用任何其他合适的手段监视RF通信。例如，步骤S210可以包括从另一个RF通信系统接收关于由第一RF通信系统发送的信号的数据。更具体地，步骤S210可以包括在蜂窝电话天线处接收来自最近的蜂窝塔的传输，其包含与蜂窝电话的传输功率相关的数据；这可以用于指示蜂窝电话收发器增加或减少发射功率。监视RF通信S210优选地包括通过多个天线监视RF通信，但是可以附加地或替选地包括通过单个天线监视RF通信。

监视RF通信S210可附加地包括存储、聚合、分析和/或以其他方式处理与RF信号质量相关的数据。例如，S210可以包括在十秒间隔上对特定天线的特定频率的信号强度进行平均。

步骤S220包括计算RF性能度量。步骤S220用于提供RF通信系统相对于预期性能的执行的如何的测量。计算RF性能度量S220优选地包括基于由步骤S210收集的数据来计算RF性能度量，但是可以附加地或替选地包括基于任何合适的数据来计算RF性能度量。

计算RF性能度量S220优选地包括基于RF通信情景来计算RF性能度量。RF通信情景可以包括RF通信系统如何被使用，各种RF通信方法对用户体验和/或设备性能有多大程度的贡献，RF通信系统位于哪里、时间、可用功率、历史数据、制造商数据、众包数据或与RF通信有关的任何信息。RF通信情景数据的一些示例包括：通信类型的通信使用(举例来说，用于Wi-Fi的通信使用，用于LTE的通信使用等)，通信类型的电源使用，通信信道使用，通信类型的信号强度，通信类型的噪音，按时间的通信使用，关于通信使用的历史数据，关于信号强度的历史数据，关于信号强度的众包数据，关于用户如何与RF通信系统交互的历史/预测/众包数据，剩余电池百分比，附近通信伙伴(举例来说，蜂窝塔、其他设备)位置和设备使用情景(举例来说，设备正在被用于什么，诸如拍照、打电话等)。

计算RF性能度量S220可以附加地包括相对于性能基准评估RF性能度量。性能基准优选地是针对RF性能度量的情景相关的预期性能。性能基准可以由历史数据、RF通信模型、制造商数据、众包数据或任何其它合适的数据形成。性能基准优选地用于确定所计算的RF性能度量是否表示良好情况(举例来说，其中RF性能接近或超过给定情景的预期的情况)或差情况(举例来说，其中RF性能不接近给定情景的预期的情况)。RF性能度量和性能基准都可以用于适配RF通信，如步骤S230中所描述的。

步骤S230包括基于RF性能度量来适配RF通信。步骤S230用于适配RF通信系统参数以改善RF通信系统性能。可以基于在步骤S220中计算的一个或多个RF性能度量或以任何其它合适的方式(举例来说，原始信号强度)来测量RF通信系统性能。步骤S230优选地包括通过识别已知的性能度量缺陷(举例来说，检测到Wi-Fi信号强度与期望值相比较低)并将那些缺陷与已知解决方案(其可以通过过去的实验，通过制造商数据，通过众包数据，或通过任何其他合适的源已知)相互关联来确定RF通信适配。步骤230可以附加地或替选地包括通过任何合适的方法和/或使用任何合适的算法确定RF通信适配。

步骤S230优选地可以以各种方式来适配RF通信系统，包括适配天线属性，适配收发器属性，适配信号处理，适应通信类型，适配通信类型优先级或与RF通信相关的任何其它适配。例如，RF通信系统可以通过对RF通信系统的直接改变来适配；通过改变天线路由(举例来说，与收发器断开或连接天线)，改变信号类型，改变信号频率，改变信号相位，调谐天线调谐系统，对信号应用滤波器，改变滤波器的属性，改变来自天线的信号如何合并，改变收发器功率，和/或打开或关闭收发器。RF通信系统还可以通过与RF通信系统相关的间接改变来适配；例如，在处理器处使用一个通信协议的通信优先于使用另一个的通信；改变数据编码；和/或将从非RF通信相关系统的能量重定向到RF通信系统。步骤S230可以附加地或替选地包括通知用户可以改善RF系统性能的动作或配置改变。例如，方法200可以包括检测由于用户持有电话的方式而信号强度已经减弱，并且建议用户以不同的方式持有电话。

在另一示例中，方法200在模块化移动电子设备的RF通信系统上操作。在该示例中，方法200包括检测具有RF收发器的两个模块被放置为彼此附近，引起干扰问题，以及建议用户重新配置模块定位。模块定位可以包括使两个或更多个模块进一步分开的方向，模块的特定定位或者重新布置一个或多个模块的一般建议。

替选实施例优选地在存储计算机可读指令的计算机可读介质中实施上述方法。指令优选地由与模块化移动电子设备或具有RF通信系统的其他设备集成到计算机可执行组件优选地执行。计算机可读介质可以存储在任何合适的计算机可读介质上，诸如RAM、ROM、闪存、EEPROM、光学设备(CD或DVD)、硬盘驱动器、软盘驱动器或任何合适的设备。计算机可执行组件优选地是处理器，但是这些指令可以替选地或附加地由任何合适的专用硬件设备执行。

如本领域技术人员将从先前的具体实施例以及从附图和权利要求中认识到的，可以对本发明的实施例进行修改和改变而不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围。