天线切换布置及相应的设备的制作方法

本公开一般地涉及用于组合的室内和室外使用的接收器/发送器的接收和发送。

背景技术：

4g/lte(第四代-长期演进)技术(还称为“lte”)及其不同的变体(“双速4g”或“4g+”、“lte-a”(其中，a代表高级)、5g)为诸如智能电话、平板计算机、以及膝上型计算机之类的移动通信设备带来了宽带移动服务。使用该技术，用户可以访问高带宽需求的应用，例如，高清移动电视、视频会议、高质量视频流、以及视频文件下载。然而，仅当接收条件良好时，才可能使用这些带宽需求应用。室内覆盖由于穿墙传播损失而通常较差。低能耗建筑具有阻挡红外辐射的金属氧化物涂层窗(“低e窗”)。尽管这些类型的新材料在加热和冷却方面有效地节省了能源，但它们还将射频信号衰减为不期望的副作用。不良的室内接收不允许利用最初开发lte技术的服务。为解决该问题，服务提供商提出自动切换到室内wifi网络，或添加室内信号增强器或热点。这些是下面讨论的两个方案。第一方案要求服务提供商通过lte网络来向也在互联网上(经由服务提供商的网关)的客户端提供它提出的服务。这在提供商一方要求重要的投资。由于不是每个家庭/办公室都有室内wifi网络，并且通常对室内网络的访问进行保护以使得需要验证，因此对于漫游用户更难(若非不可能)实现。第二方案不存在第一方案的一些缺点，但从额外的成本以及增加的能耗的角度，仍然不能让人满意。在家庭/办公室或lte接收不足的其他建筑的每个空间中，都需要作为第二方案的一部分的另外的“永远在线”设备，这通常与低能耗要求相冲突，并且在低能耗建筑中是特别不期望的。

因此，期望具有不存在现有技术方案的缺点的用于改善lte室内接收/发送的设备和方法。

技术实现要素：

本公开旨在减轻现有技术的不便。

为了这个目的，本原理包括用于设备的天线切换布置。装置包括射频接收器和射频接收器-发送器。射频接收器和射频接收器-发送器被配置为在重叠的频带中同时操作。装置还包括外部天线连接、第一和第二内部天线，后者被配置为耦合到接收器-发送器的发送器部分；第一和第二rf开关，第一射频开关具有连接到射频接收器的公共极，第一射频开关被配置为在第一位置将射频接收器耦合到外部天线连接，或在第二位置将射频接收器耦合到第一内部天线。装置还包括第二射频开关，该第二射频开关具有连接到射频接收器-发送器的公共极，第二射频开关被配置为在第一位置将射频接收器-发送器耦合到第一射频开关的公共极，或在第二位置将射频接收器-发送器耦合到第一内部天线。

根据天线切换布置的变体实施例，装置还包括第三射频开关，其被配置为在第一位置将射频接收器-发送器的发送器部分耦合到外部天线连接，并且第三射频开关还被配置为在第二位置将射频接收器-发送器的发送器部分耦合到第二内部天线。

根据天线切换布置的变体实施例，第一射频开关和第三射频开关被配置用于位置的同步切换。

根据天线切换布置的变体实施例，装置还包括反相器，其被耦合到射频接收器并且被耦合到射频接收器-发送器的发送器部分，反相器将反相版本的射频接收器-发送器的发送器部分所发送的射频发送信号添加到射频接收器的射频信号输入。

根据天线切换布置的变体实施例，装置还包括控制单元，其被配置为将射频切换设置为射频接收器-发送器的第一和/或接收器部分所接收的至少一个射频信号的接收质量的函数。

根据天线切换布置的变体实施例，装置还包括控制单元，其被配置为将射频切换设置为到外部天线连接的外部天线的连接的检测的函数。

根据天线切换布置的变体实施例，当射频接收器-发送器的射频发送器部分在射频接收器的接收期间是活跃的时，第三射频开关被耦合到控制单元以将第三开关设置为位于第一位置，否则，将第三开关设置为位于第二位置。

本公开还涉及一种包括天线切换布置的设备，包括：射频接收器；射频接收器-发送器；射频接收器和射频接收器-发送器被配置为在重叠的频带中同时操作；外部天线连接；第一内部天线；第二内部天线，其被配置为耦合到接收器-发送器的发送器部分；第一射频开关；第二射频开关；第一射频开关具有连接到射频接收器的公共极，第一射频开关被配置为在第一位置将射频接收器耦合到外部天线连接，或在第二位置将射频接收器耦合到第一内部天线；以及第二射频开关，其具有连接到射频接收器-发送器的接收器部分的公共极，第二射频开关被配置为在第一位置将射频接收器-发送器的接收器部分耦合到第一射频开关的公共极，或在第二位置将射频接收器-发送器的接收器部分耦合到第一内部天线。

根据设备的变体实施例，天线切换布置还包括第三射频开关，其被配置为在第一位置将射频接收器-发送器的发送器部分耦合到外部天线连接，并且第三射频开关还被配置为在第二位置将射频接收器-发送器的发送器部分耦合到第二内部天线。

根据设备的变体实施例，第一射频开关和第三射频开关被配置用于位置的同步切换。

根据设备的变体实施例，它还包括反相器，其被耦合到射频接收器并且被耦合到射频接收器-发送器的发送器部分，反相器将反相版本的射频接收器-发送器的发送器部分所发送的射频发送信号添加到射频接收器的射频信号输入。

根据设备的变体实施例，它还包括控制单元，其被配置为将射频切换设置为射频接收器-发送器的第一和/或接收器部分所接收的至少一个射频信号的接收质量的函数。

根据设备的变体实施例，它还包括控制单元，其被配置为将射频切换设置为到外部天线连接的外部天线的连接的检测的函数。

根据设备的变体实施例，当射频接收器-发送器的射频发送器部分在射频接收器的接收期间是活跃的时，第三射频开关被耦合到控制单元以将第三开关设置为位于第一位置，否则，将第三开关设置为位于第二位置。

附图说明

通过对本公开的具体的非限制性实施例的描述，本原理的更多优势将显现。为描述可以获得本原理的优势的方式，通过参考附图中示出的特定实施例来呈现本原理的具体描述。附图描绘了本公开的示例性实施例，因此不被认为限制其范围。可以组合所描述的实施例以形成特定的有利实施例。在以下附图中，将不再描述与此前的附图中已经描述的项具有相同的参考标号的项，以避免不必要地模糊本公开。

将参考以下附图来描述示例性实施例：

图1a是根据本原理的混合设备的第一示例实施例的第一配置。

图1b是第一示例实施例的第二配置。

图1c是第一示例实施例的第三配置。

图2a是第二示例实施例的第一配置。

图2b是第二示例实施例的第二配置。

图2c是第二示例实施例的变体实施例。

图3是第三示例实施例。

图4是根据本原理的适用于用作外部天线的天线的辐射图。

具体实施方式

随着模拟到数字电视广播技术的转换，部分电磁频谱得以释放。这通常被称为“数字红利”。所释放的频率通常位于174至230mhz的频带(vhf，极高频)以及470至862mhz的频带(uhf，超高频)。数字红利的位置和大小因国家而异。因为存在对用于提供额外服务的额外频率的需求，因此数字红利已经获得了移动通信运营商的特别兴趣。vhf/uhf带在农村地区提供了良好的覆盖。对于本原理来说特别感兴趣的是上uhf带(790-862mhz)中的lte频率的分配，因为uhf带还用于数字地面电视(dtt)。室内dtt接收器通常使用先前用于模拟电视接收的外部(例如，屋顶)天线。

对于根据本原理的设备，例如在lte和dtt之间共享uhf带允许改善室内/室外发送/接收，同时优化能耗和成本。根据本原理的设备例如是用于组合的室内/室外使用的移动(nomadic)机顶盒(stb)、平板pc、膝上型pc、或智能手机。

在下文中，使用缩写“rx”、“tx”、以及“nc”，分别表示接收、发送、以及未连接。

在下文中，使用术语dtt。该术语用于包括根据例如dvb-t、dvb-t2、isdb-t、atsc、或dtmb的数字地面电视，dvb-t、dvb-t2、isdb-t、atsc、或dtmb分别针对数字视频广播-地面、数字视频广播-第二代地面、综合业务数字广播、高级电视系统委员会、以及数字地面多媒体广播。

图1a是根据本原理的设备的第一示例实施例的第一配置。设备例如是混合lte/dttstb。设备1包括前端100、dtt接收器16、lte接收器/发送器(或接收器-发送器)17，其中，17a是接收器部分，并且17b是发送机部分、以及信号处理/控制单元18。前端100包括两个rf开关13和15或高频开关(即特别适用于切换高频rf信号的开关，每个开关具有字母a和b所指示的两个可能的位置)、两个lna(低噪声放大器)11和12、bpf(带通滤波器)14。信号处理/控制单元18处理从lte/dtt接收器16和17输出的经解调的信号，并且输出用于数字电视的输出信号105，例如，根据hdmi(高清多媒体接口)。在该实施例中，信号处理/控制单元18还控制rf开关13和15的设置。两个内部(嵌入式)天线102和103被连接到设备1。第一内部天线102用于lte和dtt接收。第二内部天线103用于lte接收和发送。使用两个单独的内部天线允许使用多输入多输出(mimo)的lte改善接收。bpf14(还称为lte带阻滤波器)的作用是进一步减少同时lte发送由于内部天线的接近以及发送和接收频率的接近所引起的干扰而扰乱的dtt信号接收。内部天线102和103例如是印制在设备1的同一pcb(印刷电路板)上的冲压金属天线。利用所示出的rf开关的位置，即开关13位于位置13b并且开关15位于任意位置15a或15b，内部天线102用于dtt和lte接收二者。不存在连接到设备1的外部天线连接器10的外部天线。该配置典型地适用于设备1的室外使用。

图1b示出了设备1的第一示例实施例的第二配置。利用如所示出的来设置的rf开关13和15的位置，即开关13位于位置13a并且开关15位于位置15b，设备1被配置为使dtt接收器116从外部天线101接收rf信号，而内部天线102和103被连接到lte接收器/发送器17。该配置适用于室内lte接收充足或未被使用时的室内使用。在该配置中，dtt接收器16有利地从外部天线101接收其信号。

图1c示出了设备1的第一示例实施例的第三配置。利用如所示出的来设置的rf开关13和15的位置，即两个开关13和15位于位置13a/15a，lte接收器/发送器17的lte接收器以及dtt接收器16均被连接到外部天线101。lte发送器仍连接到内部天线。该配置适用于室内lte接收不足时的室内使用。

在图1b-图1c所示的配置中，与图1a的配置相比，lte发送信号较少干扰dtt接收信号，因为dtt接收天线和lte发送天线不再直接接近。根据变体实施例(未示出)，bpf14在开关13和15的这种配置中被绕开，这改善了dtt信号的接收质量，因为bpf14轻微地衰减dtt接收信号，特别是在与它所滤波的lte频率相邻近的频率。

根据图1a-图1c所示的第一实施例，lte发送器17b总是被连接到内部天线103。在不良lte接收条件下可能使用用于lte发送的内部天线，因为设备在一定程度上可以增加lte发送功率(但它不能影响接收到的lte/lte信号的功率)。因此，根据第一实施例的变体实施例，当室内lte接收不良时，设备1可以将开关13和15设置为位于图1c所描绘的位置以使得从外部天线101接收到lterx信号，并且增加使用内部天线103的ltetx信号的功率，以增加lte基站对lte发送信号的良好接收的机会。当然，增加发送功率还将增加设备1的功耗。针对室内使用来使用外部电源可以解决对增加的电源的要求。

图2a示出了根据本原理的还针对lte发送允许使用外部天线101的设备的第二实施例的第一配置。设备2包括具有额外的rf开关19的前端20，该rf开关19具有两个位置19a和19b。如开关之间的虚线所指示的，该开关的操作与开关13的操作相耦合：若开关13位于位置13a，则开关19位于位置19a；若开关13位于位置13b，则开关19位于位置19b。在所描绘的配置中，两个开关均被设置为位于位置b，以使得内部天线102和103用于dtt接收、lte接收、以及lte发送，由此在dtt和lte接收之间共享内部天线中的一个内部天线(102)，并且另一内部天线(103)用于lte发送和接收。当开关13位于位置13b时，开关15可以采用任意位置15a或15b。该配置对于室外使用是有利的。

图2b示出了根据本原理的设备2的第二实施例的第二配置，其中，开关13和19被设置为位于位置a。开关15被设置为位于位置15a，即lterx到外部天线101的连接。在该配置中，外部天线用于组合的lte接收/发送以及dtt接收。该配置对于室内使用是有利的。

在图2a-图2b的配置中，可能无法保证lte发送期间的良好dtt接收；相对强的lte发送信号的出现可能完全掩蔽任何dtt发送信号，或在去往dtt接收器16的dtt射频信号中造成干扰。这可能导致被称为宏阻塞的黑屏或显示伪像。lte发送与dtt接收的干扰取决于lte发送信号和dtt接收信号之间的频率间隔，并且取决于它们各自的发送/接收功率比。

图2c是根据本原理的设备的另一变体实施例，我们将称之为设备3，并且该设备进一步减少了lte发送和同时dtt接收之间的干扰。图2c的实施例有利地允许连续使用外部天线101用于lte发送，并且不干扰也使用外部天线101的同时dtt接收。在设备3的前端300中，存在于设备2的前端200中的lna11被移除并且由两个lna20和21替代，以使得对于dtt接收，来自外部天线101的未经放大的rf信号进入lte带阻滤波器14。仅当rf信号已经通过lte带阻滤波器并且lte信号已经被滤除时，其被lna20放大。通过lna21来放大来自外部天线的lte接收信号。根据设备3的变体实施例，若lte接收由于使用外部天线101而非使用内部天线102和103的增益而在没有放大的情况下是足够的，则不存在lna21。

在第二实施例中，开关13和19的操作被同步。这允许通过信号处理/控制单元18的简单操作。

图3是根据本原理的设备4的第三实施例，其减少了lte发送和同时dtt接收之间的干扰。在该实施例中，前端400包括未被耦合但由控制器18来独立地控制的开关13和19，以使得在与tdd接收同时的lte发送期间lte发送器被切换为使用内部天线103，否则lte发送器使用外部天线101。

根据用于避免lte发送和同时dtt接收之间的干扰并从而允许使用同一天线的同时lte发送和dtt接收的另一变体实施例(未示出)，通过主动噪音消除方法来将存在于dtt接收信号中的lte发送信号从dtt接收信号中移除。该主动噪音消除方法基于lte发送rf信号的相位反转(或180°相移，是一样的)，在去往dtt接收器16的rf信号中注入相位反转的lte发送rf信号。相位反转的lte发送信号用作消除dtt接收信号中的lte发送rf信号的出现的噪音消除信号。可以或可以不使用到dtt接收器16的路径中的另外的lte带阻滤波器14来滤除任何剩余的lterf信号。在该实施例中，采取另外的措施来避免噪声消除信号被注入到作为外部/内部天线101/102/103上的输出的lte发送信号中，例如，通过用作双工器的rf环行器。

根据另一变体实施例(未示出)，在开关19的极19a和外部天线101的连接之间插入rf信号衰减器。替代地，不使用/存在rf衰减器，并且设备的控制器18在dtt接收正在进行时减少lte发送功率。信号处理/控制器单元可以根据所检测的lte发送器的容量来抑制最大发送功率以联系基站；例如，从最低的可能的发送功率等级开始并且逐步增加发送功率，直到从lte接收确定已经成功联系基站。这些变体实施例、rf信号衰减器、或通过信号处理/控制单元来抑制lte发送功率减少了经由外部天线的lte发送的发射功率。使用rf信号衰减器或rf信号功率抑制至少提供了以下优势：1)保持发送功率等级低于最大合法允许等级(使用外部天线而不是内部天线增加lte发送的功率到超过最大合法允许等级的等级，若外部天线是定向天线，则特别是在天线指向的区域)；2)进一步减少了与设备中任意同时dtt接收的干扰；以及3)减少了设备的功耗。

作为任意上述实施例的另一变体实施例，设备仅包括一个可以用于ltetx/rx和dttrx二者的内部天线。

开关位置的控制

由信号处理/控制单元18如来自信号处理/控制单元18并且去往开关13、15、以及19的箭头所指示的来控制开关位置13、15、以及19。

根据特定实施例，信号处理/控制单元作为设备1、2、3或4到外部天线101的连接的检测的函数来控制开关13、15、以及19的位置。在该实施例中，向信号处理器/控制单元18通知设备1、2、3或4到外部天线101的连接。

根据不需要向信号处理器/控制单元18通知设备1、2、3或4到外部天线101的连接的变体实施例，信号处理/控制单元18监测所接收的rf信号的接收质量，并且根据观察到的接收质量来设置开关13、15、以及19的位置。可以以不同的方式来确定接收质量，例如，通过测量信噪比(snr)、载波噪声比(cnr)，通过测量误码率ber、以及接收信号强度指示(rssi)、参考信号接收功率(rsrp)、或参考信号接收质量(rsrq)。

例如，关于图1a-c的第一实施例：

●(室内使用)若控制单元18确定来自dtt接收器16的dtt接收质量低于所定义的等级，则控制单元18将开关13设置为位于位置13a，该位置13a将dtt接收器16的rf输入从内部天线102切换到外部天线101。利用开关13位于位置13a，由控制单元18来独立地决定开关15的位置：若来自lte接收器17a的lte接收质量等级低于所定义的等级，则控制单元18将开关15设置为位于位置15a(对应于图1c的配置)，否则，将开关15设置为位于位置15b(对应于图1b的配置)。在位置15a，外部天线101被耦合到lte接收器17a；在位置15b，内部天线102被耦合到lte接收器17a。

●(室外使用)若控制单元18确定来自dtt接收器16的dtt接收质量高于所定义的等级，则控制单元18将开关13设置为位于位置13b(对应于图1a的配置)，以使得内部天线102被耦合到dtt接收器16的rf输入。现在开关15可以无差别地保持在位置15a或15b，因为在任一位置lte接收器17a均被耦合到内部天线102。

例如，关于图2a-c的第二实施例：

●(室内使用)若控制单元18确定dtt接收质量等级低于所定义的等级，则它将开关13设置为位于位置13a，该位置13a将外部天线101耦合到dtt接收器16。由于开关13和19被可操作地耦合(它们的操作被同步)，因此开关19采用位置19a，从而将lte发送器17b(以及lte接收器17a的第二天线)耦合到外部天线101。利用开关13和19位于位置a，独立地操作开关15。若控制单元18确定通过lte接收器17a的lte接收不足，则控制单元18将开关15设置为位于位置15a，从而将lte接收器17a耦合到外部天线101(对应于图2b的配置)，否则，它将开关15设置为位于位置15b，从而将lte接收器17a耦合到内部天线102(未示出的配置)。

●(室外使用)若控制单元18确定dtt接收质量等级高于所定义的等级，则它将开关13设置为位于位置13b。因此，开关19由于开关被耦合而被设置为位于位置b。在该配置中，开关15的位置是不重要的。开关的配置对应于图2a。在该配置中，dtt接收器和lte接收器二者均使用(一个或多个)内部天线。

上表总结了所讨论的不同附图中所描绘的配置及其使用。

开关13、15、以及18不必由信号处理/控制单元18如所描绘的来操作，其他类型的组件，例如，中央处理单元；根据变体实施例，信号比较器可以根据本原理来操作开关13、15、以及19。根据另一变体实施例，由dtt接收器16和/或lte接收器/发送器17来直接控制开关操作。根据另一变体实施例，开关的操作从属于所检测的设备到外部天线的连接：若未检测到与外部天线的连接，则开关不被设置为位于使用外部天线的位置，即使在使用内部天线时dtt/lte接收质量等级低于所定义的等级。因此，若dtt/lte接收质量等级低于所定义的等级并且使用了(一个或多个)内部天线，则仅当检测到与内部天线的连接时才将开关设置为位于使用外部天线的位置。作为另一变体实施例，在设备的显示器上用消息来提示设备的用户，指示无线电信号的接收不足，并且若设备是在室内使用并且外部天线可用，则提示用户将设备连接到外部天线。

图4是叠加在全向天线801的增益图上的八木(yagi)定向外部天线800的增益图，其示出了定向天线在相对宽的张开角上可以提供与全向天线的增益相当的增益。本原理利用该特征来用于可能去往未与天线指向的dtt发送器相对准的基站的lte发送；若基站位于张开角802之内，则定向天线的增益与全向天线的增益相当或优于全向天线的增益。对于角度802之外的角度，定向天线的增益小于全向天线的增益，但由于外部天线的有利位置(例如，外部、屋顶等)，仍可足以与lte基站进行通信。

附图中的一些元件在所有实施例中可能未被使用或可能是不必要的。可以并行执行一些操作。除所示出的和/或描述的变体实施例之外的变体实施例是可能的，例如，信号处理单元与控制单元相分离的实施例。

如本领域技术人员将理解的，本原理的方面可被体现为系统、方法、或计算机可读介质。因此，本原理的方面可以采取以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)、或者对在本文一般地均可被定义为“电路”、“模块”、或“系统”的硬件和软件方面进行组合的实施例。此外，本原理的方面可以采用计算机可读存储介质的形式。可以利用一个或多个计算机可读存储介质的任意组合。

因此，例如，本领域技术人员将理解的是，本文呈现的图示表示体现本公开的原理的说明性系统组件和/或电路的概念图。类似地，将理解的是，任意流程、流程图、状态转换图、伪代码等表示实质上可以在计算机可读存储介质中进行表示并因此由计算机或处理器(不论这类计算机或处理器是否被明确示出)来执行的各种处理。

计算机可读存储介质可以采用体现在一个或多个计算机可读介质中的并且具有体现在其上的可以由计算机来执行的计算机可读程序代码的计算机可读程序产品的形式。如本文使用的计算机可读存储介质被视为非暂态存储介质，其被赋予在其中存储信息的固有能力，以及提供从中信息恢复的固有能力。计算机可读存储介质例如可以是但不限于：电、磁、光、电磁、红外、或半导体系统、装置、或设备、或上述项的任意适当的组合。将理解的是，尽管提供了可以应用本原理的计算机可读存储介质的更具体的示例，但以下仅是本领域普通技术人员容易理解的说明性的并且非详尽的列表：便携式计算机软盘、硬盘、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪速存储器)、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光存储设备、磁存储设备、或上述项的任意适当的组合。