用于實現模塊化移動電子設備的無線電頻率通信的系統和方法與流程

本申請要求于2014年8月22日提交的美國臨時申請No.62/040,876的權益，其全部內容通過引用并入本申請。

技術領域

本發明一般涉及移動電子領域，更具體地涉及在移動電子領域中用于實現模塊化移動電子設備的無線電頻率(RF)通信的新的和有用的系統和方法。

背景技術：

移動電子設備設計的當前方法創建在功能性和設計方面都是靜態的設備。公司試圖通過生產具有不同功能和不同設計的大范圍的設備來解決這個問題。結果，這些設備的用戶被迫做出妥協；他們缺乏定制其移動設備的功能和設計的能力以真正滿足他們的需要和偏好。模塊化移動電子設備可以用于滿足用戶的需要和偏好。與所有移動電子設備一樣，如果模塊化移動電子設備包括用于無線電頻率(RF)通信的系統，則所述系統必須被仔細地設計和配置以達到高信號發送/接收質量。作為實現RF通信的一部分，這種設計和配置對于模塊化移動電子設備是特別困難的，因為模塊化移動電子設備的RF屬性極大地依賴于模塊化移動電子設備的配置。因此，在移動電子領域中需要創建用于實現模塊化移動電子設備的RF通信的系統以及方法。本發明提供這樣的新的和有用的系統和方法。

附圖說明

圖1是本發明實施例的系統的示意圖；

圖2是模塊的分解模型視圖；

圖3是包括本發明實施例的系統的天線的模塊蓋的模型視圖；

圖4是包括本發明實施例的系統的天線的模塊化移動電子設備機箱的模型視圖；

圖5是包括本發明實施例的系統的天線的模塊化移動電子設備機箱的模型視圖；

圖6是本發明實施例的系統的天線控制系統的示意圖；

圖7是本發明實施例的系統的天線路由系統的示意圖；

圖8是本發明實施例的系統的天線調諧系統的示例性示意圖；和

圖9是本發明實施例的方法的示意圖。

具體實施方式

本發明的發明實施例的以下描述不旨在將本發明限制于這些發明實施例，而是使得本領域的任何技術人員能夠制造和使用本發明。

用于實現模塊化移動電子設備功能的RF通信的系統和方法允許模塊化移動電子設備配置RF通信參數和/或組件以達到高通信質量。該系統和方法優選地應用于模塊化移動電子設備，模塊可以以不同的組合和/或取向使用。這種電子架構的高可變性能夠創建高度動態和可變的通信環境，系統和方法可以優選地適應于該環境。

無線通信是移動電子設備操作的重要部分。幾乎所有的無線通信標準都基于RF電磁波的發射和接收。通常在移動電子設備中使用的基于RF的通信標準的一些示例包括Wi-Fi、WiMax、藍牙、Zigbee、蜂窩標準(例如，GSM、CDMA、GPRS、EDGE、LTE)、CB無線電、AM無線電、FM無線電、NFC和RFID。

由于RF通信的性質，用于移動電子設備的RF通信系統應當被仔細地設計和配置以達到高信號質量。特別地，RF通信特別容易受到干擾問題的影響；隨著天線尺寸縮小，天線彼此靠近地放置，和/或天線靠近可能吸收、反射和/或再輻射RF場的物體，這些影響可能變得更顯著。用于移動電子設備的RF通信系統的設計者通常通過仔細地設計和定位天線和電源電路以考慮其他天線、移動電子設備(舉例來說，機箱)中的金屬物體以及用戶接觸(舉例來說，手觸摸或覆蓋天線)-不是天線、物理組件和電子設備的可變存在來處理這些問題。

模塊化移動電子設備可以包括各種各樣的天線(在數量和類型二者上)，并且可以支持許多物理和電氣配置。因此，用于模塊化移動電子設備的RF通信系統應當在跨各種模塊化移動電子設備配置中是穩健的。用于實現模塊化移動電子設備功能的無線電頻率(RF)通信的系統和方法(以下描述)使得模塊化移動電子設備能夠與互聯網和/或跨各種模塊化移動電子設備配置的其他電子設備無線通信。

通過使用用戶可移除模塊來優選地創建和/或修改模塊化移動電子設備。當連接多個模塊時，模塊優選地能夠聯盟以用作移動電子設備。由這樣的聯盟創建的移動電子設備由聯盟的模塊以及聯盟的參數來優選地表征，其由聯盟的模塊和實現模塊的聯盟的任何系統優選地確定。被配置為用作智能手機的模塊化移動電子設備是可能的移動電子設備的示例。可能的移動電子設備的其他示例包括被配置為用作平板電腦、膝上型計算機、媒體播放器、相機、測量設備、游戲系統、車輛計算設備、機頂盒和電視機的那些。

模塊優選地是用戶可移除的和可替換的，使得用戶能夠創建具有高度變化的形式和功能的移動電子設備。例如，用戶可以將相機模塊、閃存模塊、處理器模塊、電池模塊和顯示模塊連接到模塊化移動電子設備，以創建小而輕的相機。用戶稍后能夠添加蜂窩電話無線電模塊和麥克風/揚聲器模塊以創建相機電話。模塊優選地遵循開放和自由的標準，使得幾乎任何人都可以作為模塊開發人員。

由模塊聯盟提供的靈活性優選地允許多個有利的結果。考慮到降低成本，用戶可以只購買他們需要的模塊。用戶還能夠選擇在以后更換模塊或添加附加的模塊。結合起來，這兩個結果可以幫助增加遍及全世界的移動電子設備(以及在許多情況下，互聯網)的可訪問性，特別是對于其智能手機或PC當前不是良好價值主張的人們。例如，用戶可以以低價點購買系統和基本模塊集，并通過稍后添加模塊過渡到更高級的手機。這兩個結果還可以通過允許移動電子設備升級或修改而不是更換來幫助減緩電子廢物的產生。此外，因為模塊化移動電子設備與高度變化的形式和功能的模塊兼容，并且因為模塊優選地基于開放標準，所以模塊聯盟可以允許小型或專業公司制造模塊發揮他們的優勢，而不需要設計完整的移動電子設備。

一些示例模塊類型包括傳感器模塊、處理器模塊、存儲模塊、通信模塊、顯示模塊和電源模塊。傳感器模塊的示例包括加速度計模塊、GPS模塊、相機模塊、深度成像模塊、指紋讀取器模塊、生物測定模塊、麥克風模塊、數字/模擬輸入模塊、觸覺輸入模塊、紅外閃光模塊、計步器模塊、氣壓計模塊、磁力計模塊、和陀螺儀模塊。處理器模塊的示例包括應用程序處理器模塊和圖形處理器模塊。存儲模塊的示例包括非易失性閃存模塊和RAM模塊。通信模塊的示例包括Wi-Fi無線電模塊、GSM/CDMA無線電模塊、HDMI連接器模塊、NFC模塊、藍牙無線電模塊和USB連接器模塊。顯示模塊的示例包括觸摸屏LCD或OLED模塊、非觸摸圖形顯示模塊和電子墨水(e-ink)顯示模塊。電源模塊的示例包括電池模塊、太陽能板模塊和電池充電模塊。各種模塊優選地用于提供輸入、輸出、數據存儲、數據處理、通信、電源和計算設備的其他合適方面的各種選項和組合。注意，這些示例模塊類型絕不是窮舉或排他的；即模塊可以并入來自這些示例類型的許多類型或者完全不來自這些示例類型的功能，并且模塊可以附加地或替選地并入在此未描述的合適的功能。

模塊和模塊化移動電子設備是在美國臨時申請No.61/976,173和/或美國臨時申請No.61/976,195中優選地描述的那些，其全部內容通過引用并入本申請。模塊和模塊化移動電子設備可以附加地或替選地是任何合適的模塊和模塊化移動電子設備。

1.實現RF通信的系統

如圖1所示，用于實現模塊化移動電子設備的RF通信的系統100包括天線110和天線控制系統120。系統100優選地包括多個天線110，但是可替選地可以僅包括一個天線110。系統100優選地作為模塊化移動電子設備的部分操作，但是可以附加地或替選地作為任何合適系統的部分操作。

系統100通過提供允許RF數據的接收和/或發送的天線110來實現模塊化移動電子設備的RF通信。考慮到模塊化移動電子設備配置，系統100優選地還能夠通過天線控制系統120實現用于RF通信的高信號質量，天線控制系統120適配天線110的屬性和/或由天線110接收/發送的信號的屬性以增加信號質量。

天線110用于將傳導的電能轉換為RF波和/或反之亦然，從而實現RF通信的發送和/或接收。天線110優選地由導電材料(舉例來說，金屬)制成。天線110可附加地或替選地包括介電材料以修改天線110的屬性或提供機械支撐。

天線110可以是各種天線類型；例如貼片天線(包括矩形和平面倒F)、反射器天線、線天線(包括偶極天線)、蝶型天線、孔徑天線、環形感應天線和分形天線。多個天線110可以附加地包括一種或多種類型的天線，并且天線的類型能夠包括任何合適的變型。

天線110結構可以是靜態或動態的(舉例來說，包括根據天線的狀態可以電連接或隔離的多個區段的導線天線)。

多個天線110用導線優選地直接連接到收發器，但是可以附加地或替選地通過任何合適的方法連接到收發器。在本發明實施例的一個變型中，天線110通過天線控制系統120的組件(舉例來說，天線開關和/或濾波器)連接到收發器。

天線110優選地使用固定導線連接到收發器和/或天線控制系統120，但是可以附加地或替選地使用可移除接口(舉例來說，通過插頭和插座接口)連接到收發器和/或天線控制系統120。

天線110可以位于各種位置，包括在模塊化移動電子設備的模塊處，在模塊化移動電子設備的機箱處，和/或在任何其他合適的位置。

位于模塊處的天線110優選地包含在模塊內并且被連接到也包含在模塊內的收發器。附加地或替選地，模塊可包括天線接口以允許將天線110連接到未包含在模塊內的收發器，和/或位于模塊處的天線110可位于模塊上或以其它方式耦合到模塊。位于模塊內的天線110可以位于模塊內部的任何位置。位于模塊處的天線110可以與模塊的其他部分物理地區分；或者天線110可以集成到模塊的其他部分中。如圖2所示，示例模塊包括模塊基座，模塊印刷電路板(PCB)，模塊RF屏蔽件和模塊蓋。物理地區分的天線110可以放置在模塊處的任何合適的位置；例如，微帶天線110可以附接到模塊蓋附近的RF屏蔽件的表面。作為另一示例，天線可以插入到模塊蓋上的相應槽中。同樣，集成天線110可以集成到模塊的任何合適的部分中。在一個示例中，天線110被集成到模塊基座中。

在本發明實施例的一個變型中，模塊蓋是3D印刷的。如圖3所示，天線110可以被印刷為模塊蓋的部分。天線110可以被暴露或可以被電介質材料(其可以是任何透明度和外觀)覆蓋。在該變型中，天線110優選地用導電材料印刷(或電鍍等)，而模塊蓋的其余部分使用介電材料印刷。附加地或替選地，天線110和模塊蓋可以使用任何合適的材料印刷。

位于模塊化移動電子設備的機箱處的天線110可以以各種方式連接到收發器。例如，位于機箱處的天線110可以包括連接到模塊上的相應接口的天線接口，允許天線通過模塊(潛在地是模塊中的收發器)連接到收發器。

作為另一示例，天線110可以連接到包含在機箱內的導線，其允許天線110連接到模塊中和/或機箱中的收發器。在該示例中，天線110可以直接連接到收發器或間接連接；舉例來說，通過天線開關。這種天線110可以包含或耦合到機箱的任何部分；例如，天線110可以包含在附接到機箱的非導電外殼(舉例來說，端蓋天線)內，如圖4所示。

作為第三示例，機箱本身的部分可以用作天線110。如果機箱或機箱的部分用作天線110，則可以修改機箱以增強天線性能。如圖5所示，在一個示例中，使用機箱的一側形成天線110，其與機箱的其余部分(譬如，可以用作接地)電隔離。

系統100優選地包括各種天線110。至少天線110的子集能夠附接到模塊或者能夠反之從模塊化移動電子設備移除。替選地，所有天線110可以是從模塊化移動電子設備不可移除的。

天線110能夠被設計為以Wi-Fi、WiMax、藍牙、Zigbee、蜂窩(舉例來說，GSM、CDMA、GPRS、EDGE、LTE)、CB無線電、AM無線電、FM無線電、NFC、和/或RFID通信的頻率通信，但是可以附加地或替選地被設計為以任何合適的RF頻率通信。天線110可以在大的頻率范圍(寬帶)或更小的頻率范圍(窄帶)上發射/接收。天線110可以具有任何阻抗，可以在任何極化下有效地發射，并且可以根據任何合適的輻射模式進行發射/接收。

系統100的天線110優選地展現出天線多樣性；舉例來說，它們在諧振頻率、帶寬、增益、空間位置、天線類型、極化和輻射中的一個或多個方面彼此不同。天線多樣性允許天線110實現用于各種應用的發送/接收。特別地，系統100可以包括具有不同諧振頻率的天線110，以允許通過不同RF標準進行通信。系統100還可以包括具有相同諧振頻率但是間隔開的天線110，允許系統100補償多徑干擾或者用作多入多出(MIMO)系統。

天線控制系統120用于控制天線110如何與系統100接口。天線控制系統120可以控制天線110如何以各種方式與系統100接口，包括將天線110連接到收發器/從收發器斷開，將信號路由到天線110和/或收發器/從天線110和/或收發器路由信號，修改從天線110接收的信號/由天線110發射的信號，和/或修改天線110的電屬性(舉例來說，阻抗)。如圖6所示，天線控制系統120可以包括天線路由系統121、天線調諧系統122、天線濾波器123。

如圖7所示，天線路由系統121用于從收發器或模塊化移動電子設備的其他電路將信號路由到天線110/從天線110線將信號路由到收發器或模塊化移動電子設備的其他電路。天線路由系統121優選地包括天線開關，該天線開關允許天線110與模塊化移動電子設備的電路電連接或電隔離。天線110和/或收發器可以硬連線到天線路由系統121(或天線路由系統121)，但是天線110和/或收發器可以從天線路由系統121移除(舉例來說，經由插頭和插座接口連接)。同一模塊中的天線110和收發器可以具有到天線路由系統121的分離的接口或共享接口。天線路由系統121優選地集成到模塊化移動電子設備的機箱中，但是可以附加地或替選地集成到模塊或任何其他合適的位置。

如圖8所示，天線調諧系統122用于修改天線110的阻抗，如模塊化移動電子設備的一個或多個其他部件所示。通過修改天線110的阻抗，天線調諧系統122允許天線接收/發射頻率(即，功率傳輸高的頻率)的修改。天線調諧系統122可以連接到單個天線110或多個天線110。天線調諧系統122還用于提高在非諧振頻率下的諧振天線接收的效率。天線調諧系統122可以包括任何合適類型的天線調諧系統，舉例來說，T網絡、Pi網絡、SPC網絡、Z匹配網絡和RF MEMS匹配網絡。天線調諧系統122優選地與天線110共同定位，但是可以附加地或替選地位于模塊化移動電子設備(例如，模塊、機箱等)的任何合適的部分中。

天線濾波器123用于濾波從天線110接收/發射的信號。天線濾波器123優選地濾除天線110信號路徑中的噪聲和/或不期望的信號。天線濾波器123優選地通過抑制信號的不期望的特征或分量來過濾噪聲。天線濾波器123可以是線性或非線性、時不變或時變、模擬或數字、離散時間(采樣)或連續時間、被動或主動、無限脈沖響應或有限脈沖響應、或之前的任何組合或子集。天線濾波器123可以是電子濾波器、數字濾波器、機械濾波器、分布元件濾波器、波導濾波器或任何其它合適類型的濾波器。

天線控制系統120可以附加地或替選地包括用于控制天線控制系統120的軟件。用于控制天線控制系統120的軟件可以是天線控制系統120的部分，或者可以包含在任何其它合適的位置中；舉例來說，不包含天線控制系統120的模塊或模塊化移動電子設備的監控控制器。用于控制天線控制系統120的軟件優選地使得能夠控制天線控制系統120的任何可控或可配置方面；附加地或替選地，軟件可以僅實現控制天線控制系統120的可控或可配置方面的子集。例如，天線控制系統120可以與控制天線路由系統121的軟件交互，在模塊化移動電子設備中引導天線信號。

天線控制系統軟件優選地基于模塊化移動電子設備配置狀態來引導天線信號路由；配置狀態包括關于模塊類型的細節(舉例來說，包括模塊中收發器和/或天線的存在和類型)及其位置(即模塊連接到哪個接口)。如果機箱包括任何天線，則配置狀態可以附加地或替選地包括關于機箱天線的信息。

例如，天線控制系統軟件可以用于管理模塊化移動電子設備的輻射發射，以保持發射符合國際發射標準。

該配置狀態可以用于將收發器自動耦合到適當的天線。例如，天線控制系統軟件可以檢測到3G收發器位于耦合到天線路由系統121的第一接口，并且3G天線位于耦合到天線路由系統121的第二接口，然后基于檢測到的信息(舉例來說，包含在配置狀態內)在收發器和天線之間自動地路由信號。

2.實現RF通信的方法

如圖9所示，用于實現模塊化移動電子設備的RF通信的方法200包括監視RF通信S210，計算RF性能度量S220，以及基于RF性能度量適配RF通信S230。方法200用于允許模塊化移動電子設備配置RF通信系統以達到高通信質量。方法200優選地使得RF通信能夠按照模塊化移動電子設備的使用的特定情景來提高通信質量；舉例來說，如果設備顯著地依賴于Wi-Fi信號以創建良好的用戶體驗并且基本上較不顯著依賴于GPS信號，則方法200可以使得Wi-Fi通信質量優先于GPS通信質量。方法200優選地在基本上類似于系統100的RF通信系統上操作，但是可以附加地或替選地在任何合適的系統上操作。

步驟S210包括監視RF通信。步驟S210用于確定RF通信系統的RF信號質量；RF信號質量可以包括信號強度、噪聲、SNR和/或與RF信號質量相關的任何其它參數。例如，RF信號質量可以包括諸如丟棄數據包計數的RF信號相關度量。

如果RF通信系統使用多個通信標準，信道和/或頻率進行通信，則監視RF通信S210優選地包括監視用于完整集的標準，信道和/或頻率的RF通信；附加地或替選地，S210可以包括僅監視完整集的子集。

監視RF通信S210優選地包括使用RF通信系統的硬件監視RF通信(舉例來說，測量天線處的信號能量)，但是可以附加地或替選地包括使用任何其他合適的手段監視RF通信。例如，步驟S210可以包括從另一個RF通信系統接收關于由第一RF通信系統發送的信號的數據。更具體地，步驟S210可以包括在蜂窩電話天線處接收來自最近的蜂窩塔的傳輸，其包含與蜂窩電話的傳輸功率相關的數據；這可以用于指示蜂窩電話收發器增加或減少發射功率。監視RF通信S210優選地包括通過多個天線監視RF通信，但是可以附加地或替選地包括通過單個天線監視RF通信。

監視RF通信S210可附加地包括存儲、聚合、分析和/或以其他方式處理與RF信號質量相關的數據。例如，S210可以包括在十秒間隔上對特定天線的特定頻率的信號強度進行平均。

步驟S220包括計算RF性能度量。步驟S220用于提供RF通信系統相對于預期性能的執行的如何的測量。計算RF性能度量S220優選地包括基于由步驟S210收集的數據來計算RF性能度量，但是可以附加地或替選地包括基于任何合適的數據來計算RF性能度量。

計算RF性能度量S220優選地包括基于RF通信情景來計算RF性能度量。RF通信情景可以包括RF通信系統如何被使用，各種RF通信方法對用戶體驗和/或設備性能有多大程度的貢獻，RF通信系統位于哪里、時間、可用功率、歷史數據、制造商數據、眾包數據或與RF通信有關的任何信息。RF通信情景數據的一些示例包括：通信類型的通信使用(舉例來說，用于Wi-Fi的通信使用，用于LTE的通信使用等)，通信類型的電源使用，通信信道使用，通信類型的信號強度，通信類型的噪音，按時間的通信使用，關于通信使用的歷史數據，關于信號強度的歷史數據，關于信號強度的眾包數據，關于用戶如何與RF通信系統交互的歷史/預測/眾包數據，剩余電池百分比，附近通信伙伴(舉例來說，蜂窩塔、其他設備)位置和設備使用情景(舉例來說，設備正在被用于什么，諸如拍照、打電話等)。

計算RF性能度量S220可以附加地包括相對于性能基準評估RF性能度量。性能基準優選地是針對RF性能度量的情景相關的預期性能。性能基準可以由歷史數據、RF通信模型、制造商數據、眾包數據或任何其它合適的數據形成。性能基準優選地用于確定所計算的RF性能度量是否表示良好情況(舉例來說，其中RF性能接近或超過給定情景的預期的情況)或差情況(舉例來說，其中RF性能不接近給定情景的預期的情況)。RF性能度量和性能基準都可以用于適配RF通信，如步驟S230中所描述的。

步驟S230包括基于RF性能度量來適配RF通信。步驟S230用于適配RF通信系統參數以改善RF通信系統性能。可以基于在步驟S220中計算的一個或多個RF性能度量或以任何其它合適的方式(舉例來說，原始信號強度)來測量RF通信系統性能。步驟S230優選地包括通過識別已知的性能度量缺陷(舉例來說，檢測到Wi-Fi信號強度與期望值相比較低)并將那些缺陷與已知解決方案(其可以通過過去的實驗，通過制造商數據，通過眾包數據，或通過任何其他合適的源已知)相互關聯來確定RF通信適配。步驟230可以附加地或替選地包括通過任何合適的方法和/或使用任何合適的算法確定RF通信適配。

步驟S230優選地可以以各種方式來適配RF通信系統，包括適配天線屬性，適配收發器屬性，適配信號處理，適應通信類型，適配通信類型優先級或與RF通信相關的任何其它適配。例如，RF通信系統可以通過對RF通信系統的直接改變來適配；通過改變天線路由(舉例來說，與收發器斷開或連接天線)，改變信號類型，改變信號頻率，改變信號相位，調諧天線調諧系統，對信號應用濾波器，改變濾波器的屬性，改變來自天線的信號如何合并，改變收發器功率，和/或打開或關閉收發器。RF通信系統還可以通過與RF通信系統相關的間接改變來適配；例如，在處理器處使用一個通信協議的通信優先于使用另一個的通信；改變數據編碼；和/或將從非RF通信相關系統的能量重定向到RF通信系統。步驟S230可以附加地或替選地包括通知用戶可以改善RF系統性能的動作或配置改變。例如，方法200可以包括檢測由于用戶持有電話的方式而信號強度已經減弱，并且建議用戶以不同的方式持有電話。

在另一示例中，方法200在模塊化移動電子設備的RF通信系統上操作。在該示例中，方法200包括檢測具有RF收發器的兩個模塊被放置為彼此附近，引起干擾問題，以及建議用戶重新配置模塊定位。模塊定位可以包括使兩個或更多個模塊進一步分開的方向，模塊的特定定位或者重新布置一個或多個模塊的一般建議。

替選實施例優選地在存儲計算機可讀指令的計算機可讀介質中實施上述方法。指令優選地由與模塊化移動電子設備或具有RF通信系統的其他設備集成到計算機可執行組件優選地執行。計算機可讀介質可以存儲在任何合適的計算機可讀介質上，諸如RAM、ROM、閃存、EEPROM、光學設備(CD或DVD)、硬盤驅動器、軟盤驅動器或任何合適的設備。計算機可執行組件優選地是處理器，但是這些指令可以替選地或附加地由任何合適的專用硬件設備執行。

如本領域技術人員將從先前的具體實施例以及從附圖和權利要求中認識到的，可以對本發明的實施例進行修改和改變而不脫離所附權利要求中限定的本發明的范圍。