專利名稱：用于嵌入用戶通信終端的個(gè)域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及個(gè)域網(wǎng)(PAN，Personal Area Network)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及無(wú)線 PAN(WPAN)和無(wú)線傳感器網(wǎng)(WSN，Wireless Sensor Network)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)，諸如ZigBee節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，該節(jié)點(diǎn)嵌入諸如移動(dòng)電話、智能電話等的用戶通信終端。
背景技術(shù)：
WPAN、WSN和類似網(wǎng)絡(luò)正在變得日益重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S將新類型增值服務(wù)提供給用戶。藍(lán)牙(IEEE標(biāo)準(zhǔn)802. 15. 1)和ZigBee (IEEE標(biāo)準(zhǔn)802. 15. 4)是用于WPAN和WSN的標(biāo)準(zhǔn)的例子，WPAN和WSN在最近幾年變得普及。具體地說(shuō)，ZigBee收發(fā)機(jī)因?yàn)樗鼈兊牡凸暮蚙igBee節(jié)點(diǎn)在“ad-hoc”網(wǎng)中自配置本身從而允許數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)間接傳輸?shù)搅硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的能力而被感興趣地考慮。除此之外，將模擬收發(fā)機(jī)前端和用來(lái)管理完全通信協(xié)議的功能都集成在單個(gè)芯片中的可能性使得能夠在智能卡裝置(像在諸如能夠在GSM(通用移動(dòng)通信系統(tǒng))和UMTS (通用移動(dòng)電信系統(tǒng))網(wǎng)中操作的移動(dòng)電話的移動(dòng)通信終端中使用的用戶身份模塊(SIM))及多媒體卡(MMC) 內(nèi)嵌入ZigBee節(jié)點(diǎn)。無(wú)線通信接口在SIM卡內(nèi)的集成在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。例如，WO 01/95605公開(kāi)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括SIM模塊和GSM終端，該SIM模塊具有連接到藍(lán)牙從單元的常規(guī)GSM SIM卡，該GSM終端包括藍(lán)牙主單元。SIM與終端的通信通過(guò)所述藍(lán)牙單元發(fā)生。EP 1738602和EP 181M07公開(kāi)了用于可在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中操作的移動(dòng)終端的SIM卡， SIM卡包括無(wú)線電收發(fā)機(jī)模塊，該無(wú)線電收發(fā)機(jī)模塊旨在用于不通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通信。按這種方式，得到ZigBee-SIM(Z-SIM)，即嵌入有ZigBee節(jié)點(diǎn)的SIM卡，該ZigBee節(jié)點(diǎn)能夠與 WPAN交互，并因而能夠?qū)⑿碌脑鲋捣?wù)提供給最終用戶；此外，ZigBee節(jié)點(diǎn)集成在SIM卡中允許用戶即使當(dāng)改變移動(dòng)電話時(shí)也保持與WPAN網(wǎng)絡(luò)的連接功能。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)人已經(jīng)觀察到，WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)在用戶終端內(nèi)的集成，例如在與用戶終端結(jié)合使用的智能卡，像用在移動(dòng)電話中的SIM卡上的集成盡管在幾個(gè)方面是有利的，但常常會(huì)引起無(wú)線電覆蓋范圍的問(wèn)題。在移動(dòng)電話中，SIM卡典型地插入位于電池組下面的槽中。電池組以及移動(dòng)終端的其它組件相對(duì)于電磁場(chǎng)起屏蔽的作用并且強(qiáng)烈地衰減信號(hào)，這些信號(hào)由WPAN節(jié)點(diǎn)收發(fā)機(jī)發(fā)射和/或應(yīng)當(dāng)由其接收。由于這個(gè)原因，強(qiáng)烈地減小嵌入SIM 卡的WPAN節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍。本申請(qǐng)人解決如下問(wèn)題克服嵌入將在用戶終端中使用的智能卡的PAN節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍的減小。
基本上，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，用于擴(kuò)展被嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電范圍。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器適于被包括在用戶終端中并且包括無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，可操作用于從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收無(wú)線電信號(hào)，并將接收的信號(hào)重發(fā)到用戶終端外，和電源模塊，可操作用于從它恰好浸沒(méi)在其中的電磁場(chǎng)中提取電能，并且存儲(chǔ)提取的電能，以便將存儲(chǔ)的電力提供給無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器。電源模塊可以包括整流天線和電容器。優(yōu)選地，電容器是超級(jí)電容器，特別是碳納米管電容器。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器可以包括另外的無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，該無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器可操作用于從用戶終端外接收無(wú)線電信號(hào)，并且將它們重發(fā)到嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器可以包括控制單元，該控制單元配置成可操作用于管理無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器與嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。具體地，控制單元可操作用于尋找由預(yù)定試運(yùn)行標(biāo)識(shí)符識(shí)別的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，該預(yù)定試運(yùn)行標(biāo)識(shí)符是分配給由嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò)的試運(yùn)行標(biāo)識(shí)符；聯(lián)接到由試運(yùn)行標(biāo)識(shí)符識(shí)別的網(wǎng)絡(luò)；從嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收運(yùn)行參數(shù)；以及使用接收的運(yùn)行參數(shù)聯(lián)接到嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)?；蛘撸刂茊卧刹僮饔糜趯ふ姨幱谠囘\(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)處于試運(yùn)行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，監(jiān)視和比較從用戶終端內(nèi)接收的無(wú)線電信號(hào)和從用戶終端外接收的無(wú)線電信號(hào)的強(qiáng)度，以及如果從用戶終端內(nèi)接收的無(wú)線電信號(hào)比從用戶終端外接收的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)，則與處于試運(yùn)行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器的組件可由可附著到用戶終端的電池上的膜支撐。該膜優(yōu)選地是柔性的和易彎的，以便允許它至少部分地包裹電池。用戶終端可以具體地是移動(dòng)電話。嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是ZigBee 節(jié)點(diǎn)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可被嵌入由用戶終端用于其操作的智能卡中，特別是SIM卡中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)適于被嵌入用戶終端；該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)包括被嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，和無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，適于被包括在用戶終端中，并可操作用于擴(kuò)展無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電范圍，該無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器依照本發(fā)明的以前方面。優(yōu)選地，為了智能卡的供電，在所述智能卡上提供超級(jí)電容器，用于臨時(shí)存儲(chǔ)由用戶終端電池供應(yīng)的能量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器不要求對(duì)用戶終端、智能卡以及電池的硬件進(jìn)行任何修改；它能夠應(yīng)用于已經(jīng)使用的用戶終端。


本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)由其某些實(shí)施例的如下詳細(xì)描述將是顯然的，這些實(shí)施例僅作為非限制性例子而提供；參考附圖將最好地理解如下描述，在附圖中圖1示意地示出了用戶終端，具體地說(shuō)移動(dòng)電話，其中，可有利地采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方案；圖2圖示地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的SIM卡，該SIM卡要聯(lián)接到圖1的移動(dòng)電話并且嵌入有ZigBee節(jié)點(diǎn)；圖3示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于ZigBee節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器的外觀；圖4示意地示出了圖3的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，該無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器附著到移動(dòng)電話的電池上；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器的示意功能方塊圖；圖6較詳細(xì)地描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器的結(jié)構(gòu)；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過(guò)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖，該過(guò)程用于無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器與嵌入移動(dòng)電話的ZigBee節(jié)點(diǎn)的聯(lián)接；圖8是圖7的聯(lián)接過(guò)程的示意流程圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)聯(lián)接過(guò)程的示意流程圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，在圖1中，示意地示出了用戶終端100，其中，可有利地采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方案。用戶終端100具體地說(shuō)是手持裝置，更具體地說(shuō)，在考慮的例子中，是可在諸如GSM網(wǎng)或UMTS網(wǎng)的移動(dòng)電話網(wǎng)中操作的移動(dòng)電話或智能電話。移動(dòng)電話100包括外殼105，該外殼105通常包括殼體10 和后蓋10 ；在外殼105內(nèi)容納電話的內(nèi)部組件； 移動(dòng)電話組件由于本身是已知的，所以既沒(méi)有被示出，也不再詳細(xì)地描述；移動(dòng)電話組件包括無(wú)線電收發(fā)機(jī)，用于經(jīng)由移動(dòng)電話網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線通信；控制單元；用戶接口，包括顯示器、 鍵盤(pán)、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)。移動(dòng)電話100與SIM卡110結(jié)合操作，該SIM卡110是可插入在移動(dòng)電話殼體105中提供的槽中的智能卡，并主要致力于移動(dòng)電話網(wǎng)中的用戶驗(yàn)證目的。移動(dòng)電話105的操作所需的電源由電池115提供，該電池115容納在外殼105內(nèi)。典型地，當(dāng)插入專用槽時(shí)，SIM卡110在外殼105后側(cè)被電池115覆蓋，而在外殼前側(cè)，SIM卡110被移動(dòng)電話的組件(例如，移動(dòng)電話電子裝置、鍵盤(pán))覆蓋。移動(dòng)電話100并入有WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)，特別是ZigBee節(jié)點(diǎn)。具體地說(shuō)，在考慮的例子中，ZigBee節(jié)點(diǎn)被嵌入SIM卡110，如在圖2中描繪的那樣，從而SIM成為Z-SIM。Z-SIM 卡包括塑料板200，該塑料板200具有組件卡側(cè)205和觸點(diǎn)卡側(cè)210，該觸點(diǎn)卡側(cè)210與組件卡側(cè)205相對(duì)；組件卡側(cè)205是卡110的附著有SIM芯片215的一側(cè)；觸點(diǎn)卡側(cè)210是卡110的在其上提供電氣觸點(diǎn)的一側(cè)，這些電氣觸點(diǎn)適于接觸在移動(dòng)電話110的Z-SIM卡槽中提供的對(duì)應(yīng)接觸端，用來(lái)與移動(dòng)電話電路交互。對(duì)于組件卡側(cè)205，也附著ZigBee芯片 220，并且形成ZigBee天線225。ZigBee芯片220與SIM芯片215接口，以便能夠采用SIM 芯片215的功能(例如，加密功能)和移動(dòng)電話電路的功能，例如向用戶顯示相關(guān)信息和接受用戶命令。Z-SIM卡110的構(gòu)造細(xì)節(jié)在EP 1738602和EP 181M07中提供，這兩個(gè)文件在這里通過(guò)引用而并入。基本上，ZigBee芯片220包括射頻(RF)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)模塊或收發(fā)機(jī)、 用于基帶信號(hào)處理的模塊、以及微處理器/微控制器，該微處理器/微控制器編程成執(zhí)行用于ZigBee節(jié)點(diǎn)功能的管理和控制程序。要指出的是，不要將這理解成本發(fā)明的限制，本發(fā)明在WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)放置在移動(dòng)電話，或更一般地，用戶終端的另一位置的情形下也應(yīng)用良好。在移動(dòng)電話100中提供ZigBee節(jié)點(diǎn)使用戶能夠利用移動(dòng)電話連接到WPAN或WSN， 并因而能夠享受除了由移動(dòng)電話網(wǎng)提供的那些服務(wù)之外的新服務(wù)。例如，駐留在移動(dòng)電話 100上的應(yīng)用程序(例如，可從移動(dòng)電話網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)站下載的Java小程序)可在通過(guò)SIM 進(jìn)行驗(yàn)證之后利用^gBee節(jié)點(diǎn)來(lái)啟動(dòng)對(duì)于用戶的若干不同服務(wù)。如在上文中討論的那樣，在用戶終端內(nèi)，特別是在移動(dòng)電話的SIM卡內(nèi)集成WPAN 或WSN節(jié)點(diǎn)可能引起WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍的問(wèn)題。由于SIM卡在移動(dòng)電話內(nèi)的通常位置，移動(dòng)電話電池以及像電路之類的其它移動(dòng)電話組件相對(duì)于無(wú)線電信號(hào)起屏蔽作用，并因而強(qiáng)烈衰減無(wú)線電信號(hào)，該無(wú)線電信號(hào)由WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射和/或應(yīng)當(dāng)由 WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)接收。由于這個(gè)原因，強(qiáng)烈地減小嵌入SIM卡的WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍。無(wú)線電覆蓋范圍減小的另外根源可源自如下事實(shí)移動(dòng)電話可能被放在包中或口袋中。根據(jù)本發(fā)明，提供一種無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，以提高并入移動(dòng)電話100，具體地嵌入SIM卡110的WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍。圖3和4示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300的外觀。 無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300采取柔性、易彎膜305的形式，該膜305適于按這樣一種方式折疊并圍繞電池115，從而當(dāng)折疊時(shí)，它呈現(xiàn)第一表面部分30 和第二表面部分30 ，該第一表面部分30 位于外電池側(cè)115a (在使用中面對(duì)移動(dòng)電話100的后面的電池側(cè))，該第二表面部分30 位于內(nèi)電池側(cè)115b (在使用中面對(duì)SIM卡110的電池側(cè))。膜305可以在其內(nèi)表面上設(shè)有粘合劑，以便附著到電池表面上。圖5是在本發(fā)明實(shí)施例中的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300的示意功能方塊圖?；旧希瑹o(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300包括RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505，該RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505 由能量提取器模塊510供電。RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505實(shí)施如下功能接收由集成在SIM卡 110上的ZigBee節(jié)點(diǎn)發(fā)射的RF信號(hào)OS (輸出信號(hào))，具體地說(shuō)，接收由ZigBee天線225發(fā)射的RF信號(hào)，并且將它們作為轉(zhuǎn)發(fā)的輸出信號(hào)R-OS重發(fā)到移動(dòng)電話100外，并且優(yōu)選地而非限制性地，接收由WPAN或WSN網(wǎng)的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)射的RF信號(hào)IS (輸入信號(hào))，并且將它們作為轉(zhuǎn)發(fā)的輸入信號(hào)R-IS重發(fā)到集成在SIM卡110上的ZigBee節(jié)點(diǎn)。RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505也可實(shí)施其它功能-這些功能將在以后詳細(xì)地描述，用于管理無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300與集成在SIM卡110上的ZigBee節(jié)點(diǎn)的聯(lián)接。能量提取器模塊510通過(guò)從它浸沒(méi)在其中的電磁場(chǎng)中提取能量并存儲(chǔ)提取的能量，向RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505提供電力。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300的結(jié)構(gòu)的更詳細(xì)畫(huà)面示于圖6中。RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505包括第一單工轉(zhuǎn)發(fā)器60 ，該第一單工轉(zhuǎn)發(fā)器60 可操作用于接收由ZigBee節(jié)點(diǎn)發(fā)射的輸出RF信號(hào)0S，并且將它們作為轉(zhuǎn)發(fā)的輸出信號(hào)R-OS重發(fā)到移動(dòng)電話100外。優(yōu)選地，RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505包括第二單工轉(zhuǎn)發(fā)器60 ，該第二單工轉(zhuǎn)發(fā)器60 可操作用于接收由WPAN或WSN網(wǎng)的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)射的輸入RF信號(hào)IS，并且將它們作為轉(zhuǎn)發(fā)的輸入信號(hào)R-IS重發(fā)到集成在SIM卡110上的ZigBee節(jié)點(diǎn)。如一般在RF信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)中已知的那樣，單工轉(zhuǎn)發(fā)器是一種電子裝置，該電子裝置接收信號(hào)并以更高電平和/或更高功率重發(fā)該信號(hào)，或者重發(fā)信號(hào)到障礙物的另一側(cè)，使得該信號(hào)能夠覆蓋更長(zhǎng)距離而沒(méi)有降質(zhì)。觀察到的是一般地，由于ZigBee芯片220中的ZigBee節(jié)點(diǎn)RF收發(fā)機(jī)的相對(duì)有限RF功率，預(yù)期在輸出信號(hào)OS方面將經(jīng)歷集成在SIM卡110上的ZigBee節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍由于移動(dòng)電話組件/電池的屏蔽效應(yīng)而減小的主要問(wèn)題；由于ZigBee接收機(jī)的靈敏度，并且也鑒于由WPAN或WSN的未嵌入用戶終端的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)可較強(qiáng)的事實(shí)，SIM 卡110上的ZigBee節(jié)點(diǎn)對(duì)輸入信號(hào)IS的接收應(yīng)當(dāng)經(jīng)歷較少問(wèn)題。因而，提供具有第一單工轉(zhuǎn)發(fā)器60 的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300可能就足夠了。然而，第二單工轉(zhuǎn)發(fā)器60 的提供對(duì)于改進(jìn)集成在用戶終端中，例如兩個(gè)移動(dòng)電話中的兩個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)之間的通信性能可能是有用的。具體地說(shuō)，第一單工轉(zhuǎn)發(fā)器60 從布局的觀點(diǎn)看按這樣一種方式構(gòu)造，即當(dāng)易彎膜305施加到電池115上時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)器的RF接收機(jī)RX和相關(guān)天線610-1位于面對(duì)SIM卡110 的內(nèi)電池側(cè)115b，而轉(zhuǎn)發(fā)器的RF發(fā)射機(jī)TX和相關(guān)天線610-2位于面對(duì)移動(dòng)電話100的后面的外電池側(cè)life。類似地，第二單工轉(zhuǎn)發(fā)器60 的布局是這樣的，當(dāng)膜305施加到電池 115上時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)器的RF接收機(jī)RX和相關(guān)天線615-1位于外電池側(cè)115a，而轉(zhuǎn)發(fā)器的RF發(fā)射機(jī)TX和相關(guān)天線615-2位于內(nèi)電池側(cè)1Mb。RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505還包括控制單元620，例如微處理器/微控制器，該控制單元620可操作用于執(zhí)行控制程序/固件，以便控制單工轉(zhuǎn)發(fā)器60fe、6(^b的操作，并實(shí)施以后描述的用于管理無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300與集成在SIM卡110上的ZigBee節(jié)點(diǎn)的聯(lián)接的其它功能。能量提取器模塊510從它浸沒(méi)在其中的電磁場(chǎng)中收獲能量，存儲(chǔ)它并將電力供給到RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505。在本發(fā)明的實(shí)施例中，能量提取器模塊510包括整流天線；如在本領(lǐng)域已知的那樣，整流天線是一種類型的天線，能夠直接將微波能量轉(zhuǎn)換成DC (直流) 電。整流天線可例如由一個(gè)二極管或多個(gè)二極管625構(gòu)成，這些二極管625放置在天線630 的偶極子之間。二極管整流微波在天線中感應(yīng)的電流。肖特基二極管是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兙哂械碗妷航岛透咚俣龋⒁虼擞捎趥鲗?dǎo)和切換浪費(fèi)少量功率。天線630可以具有按多元相控陣排列的元件，具有網(wǎng)狀圖案反射器元件以使它定向；天線630的布局優(yōu)選地基本上跨越膜305的全部寬度延伸，以便能夠從移動(dòng)電話100的內(nèi)側(cè)和外側(cè)捕獲電磁場(chǎng)波。由整流天線收獲的能量存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)電容器635中。根據(jù)優(yōu)選發(fā)明實(shí)施例，電容器635是超級(jí)電容器。超級(jí)電容器(也被稱作超電容器)是與普通電容器相比具有高得多的能量密度的電容器，典型地處于比高容量電解電容器大幾千倍的數(shù)量級(jí)。具體地說(shuō)，在優(yōu)選發(fā)明實(shí)施例中，超級(jí)電容器635是碳納米管電容器，它可采取薄、輕、柔性膜的形式。從構(gòu)造觀點(diǎn)看，天線610-1、610-2、615_1及615-2與在SIM卡110上存在的ZigBee 天線225相比，可具有更大尺寸，以便即使采用比較適中的發(fā)射功率，也能實(shí)現(xiàn)相當(dāng)大的無(wú)線電覆蓋范圍。天線610-1和615-1之一或兩者以及天線630也可以實(shí)現(xiàn)成唯一天線；同樣，天線615-2可以在原理上與天線610-1或天線630或兩者實(shí)現(xiàn)成單個(gè)天線。然而，將它們形成為分離的不同天線允許依據(jù)它們的功能來(lái)調(diào)整它們的設(shè)計(jì)；例如，天線630的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化用于高效地收獲由移動(dòng)電話100的電路發(fā)射的電磁場(chǎng)，該電路典型地按基本上比ZigBee節(jié)點(diǎn)高的功率水平進(jìn)行發(fā)射。另外，形成不同天線允許采納適于限制天線的相互干擾的布局，這些天線在使用中位于電池的不同側(cè)。天線630也可實(shí)現(xiàn)成兩個(gè)天線，一個(gè)在使用中位于電池的內(nèi)側(cè)，而另一個(gè)在外則；這允許優(yōu)化內(nèi)電池側(cè)上的天線，不僅為了從周?chē)姶艌?chǎng)收獲能量，而且為了執(zhí)行天線615-2的功能。組成無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300的柔性膜305可直接由移動(dòng)電話用戶手動(dòng)附著到電池上；應(yīng)當(dāng)注意膜305的適當(dāng)布置第一表面部分30 應(yīng)當(dāng)附著到外電池側(cè)115a，而第二表面部分30 應(yīng)當(dāng)附著到內(nèi)電池側(cè)11 ，以便充分利用無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300的組件的優(yōu)化設(shè)計(jì)；然而，偶然誤放置并沒(méi)有嚴(yán)重后果，并且不會(huì)損害無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器的功能。或者，組成無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300的膜305可直接由電池制造商附著到電池上作為標(biāo)簽。由于其有限的成本，兩個(gè)或更多個(gè)無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器也可以施加到電池上。在操作中，無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300起WPAN或WSN節(jié)點(diǎn)的作用，特別是像 ZigBee節(jié)點(diǎn)，并且如在上文中提到的那樣，RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器模塊505的控制單元620控制無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300與嵌入移動(dòng)電話100的ZigBee節(jié)點(diǎn)的聯(lián)接。下文，將描述用于無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300與移動(dòng)電話100內(nèi)的ZigBee節(jié)點(diǎn)的聯(lián)接的兩種示范技術(shù)。當(dāng)不與任何ZigBee網(wǎng)相聯(lián)時(shí)，無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300可處于體眠、低功耗狀態(tài)(然而，能量提取器模塊510始終是活動(dòng)的，從而保持超級(jí)電容器635被充電)。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300定期地醒來(lái)，以便確定任何ZigBee信號(hào)的存在。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300也可由移動(dòng)電話中的ZigBee節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)，例如通過(guò)發(fā)送在能量提取器模塊510中感應(yīng)出電容器635兩端的相應(yīng)電壓變化的啟動(dòng)代碼；這些電壓變化由控制單元620檢測(cè)，該控制單元620作為結(jié)果啟動(dòng)無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300。參照?qǐng)D7的狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖和圖8的流程圖，根據(jù)第一聯(lián)接技術(shù)，無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300適于執(zhí)行自配置過(guò)程。當(dāng)啟動(dòng)嵌入移動(dòng)電話的ZigBee節(jié)點(diǎn)時(shí)，它進(jìn)入試運(yùn)行階段 (塊805)，在該試運(yùn)行階段，它起ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器的作用(ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是建立網(wǎng)絡(luò)的ZigBee節(jié)點(diǎn)，知道其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的全部節(jié)點(diǎn)，并管理關(guān)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息以及正在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)送/接收的信息)，該ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有預(yù)定的擴(kuò)展PAN標(biāo)識(shí)符(EPID) “試運(yùn)行EPID”; EPID是由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò)的全局唯一 PAN標(biāo)識(shí)符(并用來(lái)避免不同網(wǎng)絡(luò)之間的PAN ID沖突)。當(dāng)啟動(dòng)無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300時(shí)，例如當(dāng)它醒來(lái)時(shí)，它進(jìn)行搜索可用網(wǎng)絡(luò)的掃描，并且如果發(fā)現(xiàn)任何網(wǎng)絡(luò)，則它尋找具有預(yù)定EPID的網(wǎng)絡(luò)(在圖7中EPID = χ ；狀態(tài) 705及塊810)。一旦無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300發(fā)現(xiàn)具有試運(yùn)行EPID的網(wǎng)絡(luò)(由嵌入移動(dòng)電話的ZigBee節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò))，無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300就臨時(shí)聯(lián)接到這樣的網(wǎng)絡(luò) (狀態(tài)710和塊815)。移動(dòng)電話中的ZigBee節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在能夠利用必要的操作參數(shù)來(lái)配置無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器(塊820)，諸如從這時(shí)起將使用的新的運(yùn)行EPID (在圖7中EPID = y)、要利用的信道、安全級(jí)、可能要使用的網(wǎng)絡(luò)密鑰。優(yōu)選地，無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300的無(wú)線電覆蓋范圍在試運(yùn)行階段被故意減小，以便避免無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300與可能處于試運(yùn)行狀態(tài)的外部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的可能性；通過(guò)動(dòng)態(tài)地改變無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器中的轉(zhuǎn)發(fā)器的傳輸功率，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線電覆蓋范圍的動(dòng)態(tài)設(shè)置；通過(guò)改變?cè)诳刂茊卧?20的寄存器中存儲(chǔ)的二進(jìn)制代碼，可動(dòng)態(tài)地改變傳輸功率，這些寄存器設(shè)置希望的傳輸功率、以及從開(kāi)始傳輸功率到最終傳輸功率的傳輸功率掃描(這些寄存器通常存在于ZigBee節(jié)點(diǎn)中)。在無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300已經(jīng)由嵌入移動(dòng)電話的ZigBee節(jié)點(diǎn)配置之后，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都遷移到新的網(wǎng)絡(luò)(狀態(tài)715和塊825)，運(yùn)行EPID (EPID = y)由SIM卡上的ZigBee 節(jié)點(diǎn)傳送到無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300的無(wú)線電覆蓋范圍被恢復(fù)到其全容量。在嵌入移動(dòng)電話的ZigBee節(jié)點(diǎn)需要作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)路由器操作的情況下，例如為了建立與其中嵌入ZigBee節(jié)點(diǎn)的其它移動(dòng)電話/用戶終端的對(duì)等通信，移動(dòng)電話100中的ZigBee節(jié)點(diǎn)可將重新配置命令發(fā)出到無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300，以便將它帶回試運(yùn)行階段(從狀態(tài)715轉(zhuǎn)變到狀態(tài)70 ；無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300將因此重新開(kāi)始搜索具有試運(yùn)行EPID的可用網(wǎng)絡(luò)。一旦無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器發(fā)現(xiàn)這樣的網(wǎng)絡(luò)-該網(wǎng)絡(luò)同樣是由移動(dòng)電話中的ZigBee節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò)，后者就利用適當(dāng)參數(shù)來(lái)重新配置無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300，以便使它在新的網(wǎng)絡(luò)中操作。用來(lái)將無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300聯(lián)接到移動(dòng)電話中的ZigBee節(jié)點(diǎn)(而非另一個(gè)網(wǎng)絡(luò))的第二種可能技術(shù)如下。參照?qǐng)D9的流程圖，當(dāng)啟動(dòng)無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300時(shí)，例如當(dāng)它醒來(lái)時(shí)，它傾聽(tīng)ZigBee信號(hào)的接收(塊905)。如果沒(méi)有檢測(cè)到ZigBee信號(hào)(塊910，離開(kāi)分支“否”)， 則無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器返回到休眠狀態(tài)(塊915)。如果發(fā)現(xiàn)ZigBee信號(hào)(塊910，離開(kāi)分支“是”)，則無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300獲得網(wǎng)絡(luò)EPID (塊920)。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300然后與EPID的接收同步地并且對(duì)于試運(yùn)行階段期間的整個(gè)ZigBee傳輸，估計(jì)由天線615-1接收的信號(hào)是否恒定地存在并且與由天線610-1接收的信號(hào)相比具有顯著較低的強(qiáng)度(塊925)。在否定情況下，即如果不滿足以上條件(塊925，離開(kāi)分支“否”)，則無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器返回到休眠狀態(tài)(塊930)。如果滿足以上條件(塊925，離開(kāi)分支“是”)， 則無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300理解ZigBee傳輸是來(lái)自移動(dòng)電話中的ZigBee節(jié)點(diǎn)，并且與后者相聯(lián)接，存儲(chǔ)適當(dāng)?shù)呐渲脜?shù)(塊935)。一旦無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300已經(jīng)聯(lián)接到移動(dòng)電話中的ZigBee節(jié)點(diǎn)，前者就成為用于ZigBee節(jié)點(diǎn)的RF信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器。除了從移動(dòng)電話中的ZigBee節(jié)點(diǎn)發(fā)送/接收信號(hào)期間以及當(dāng)移動(dòng)電話正在移動(dòng)電話網(wǎng)上通信時(shí)存在的電磁場(chǎng)中收獲能量之外，無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器300的超級(jí)電容器 635的再充電可以由SIM卡上的ZigBee節(jié)點(diǎn)直接管理。例如，ZigBee節(jié)點(diǎn)可以產(chǎn)生載波； 除非采用碰撞避免算法，在超級(jí)電容器的再充電期間，ZigBee節(jié)點(diǎn)不能從外部節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)，并且為了使超級(jí)電容器再充電而使用的載波可能使外部網(wǎng)絡(luò)經(jīng)受干擾。另一種技術(shù)可能要求移動(dòng)電話中的ZigBee節(jié)點(diǎn)發(fā)送虛數(shù)據(jù)(例如，使用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CA機(jī)制產(chǎn)生的應(yīng)用級(jí)分組序列)。根據(jù)本發(fā)明的解決方案允許顯著地提高嵌入用戶終端的ZigBee節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電覆蓋范圍。另外，由于無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器的存在，能夠減小移動(dòng)電話中的ZigBee節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，為了減小來(lái)自電池115的ZigBee芯片220的峰值電流排出，并因而減小整體SIM卡峰值電流排出(它根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不超過(guò)50mA)，超級(jí)電容器可集成在SIM卡110上，以提供能量的臨時(shí)存儲(chǔ)。具體地說(shuō)，超級(jí)電容器可以采取膜230的形式， 該膜230附著到SIM卡110上。盡管參考ZigBee節(jié)點(diǎn)描述了本發(fā)明，但一般本發(fā)明可應(yīng)用于任何WPAN或WSN節(jié)
點(diǎn)ο考慮到其某些示范實(shí)施例在這里已經(jīng)呈現(xiàn)了本發(fā)明。聯(lián)系描述實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)討論的各個(gè)特征，可以與其它實(shí)施例的任一個(gè)的特征相結(jié)合。對(duì)于描述實(shí)施例的幾種變化也是可能的，而且盡管沒(méi)有詳細(xì)描述的其它實(shí)施例，也落在附屬權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于擴(kuò)展嵌入用戶終端(100)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(220、225)的無(wú)線電范圍的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器(300)，包括無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(605a)，可操作用于從所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收無(wú)線電信號(hào)，并且將接收的信號(hào)重發(fā)到用戶終端外，和電源模塊(510)，可操作用于從它恰好浸沒(méi)在其中的電磁場(chǎng)中提取電能，并存儲(chǔ)提取的電能，以便將存儲(chǔ)的電力提供給所述無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，所述無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器適于被包括在所述用戶終端中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，其中，所述電源模塊包括整流天線 (630,625)和電容器(635)。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，其中，所述電容器是超級(jí)電容器，特別是碳納米管電容器。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，包括另外的無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(60 ),該無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(605b)可操作用于從用戶終端外接收無(wú)線電信號(hào)， 并且將它們重發(fā)到嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，還包括控制單元 (620)，該控制單元(620)配置成可操作用于管理無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器與嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，其中，所述控制單元可操作用于 尋找由預(yù)定試運(yùn)行標(biāo)識(shí)符識(shí)別的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，該預(yù)定試運(yùn)行標(biāo)識(shí)符是分配給由嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò)的試運(yùn)行標(biāo)識(shí)符； 聯(lián)接到由試運(yùn)行標(biāo)識(shí)符識(shí)別的網(wǎng)絡(luò)； 從嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收運(yùn)行參數(shù)；以及使用接收的運(yùn)行參數(shù)聯(lián)接到嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，其中，所述控制單元可操作用于 尋找處于試運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)處于試運(yùn)行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，監(jiān)視和比較從用戶終端內(nèi)接收的無(wú)線電信號(hào)和從用戶終端外接收的無(wú)線電信號(hào)的強(qiáng)度，以及如果從用戶終端內(nèi)接收的無(wú)線電信號(hào)比從用戶終端外接收的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)，則與處于試運(yùn)行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，其中，其組件可由可附著到用戶終端的電池上的膜支撐。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，其中，所述膜是柔性的和易彎的，從而允許它至少部分地包裹所述電池。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，其中，所述用戶終端是移動(dòng)電話。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，其中，嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是ZigBee節(jié)點(diǎn)。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器，其中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)嵌入由用戶終端用于其操作的智能卡中，特別是SIM卡中。
13.一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，適于被嵌入用戶終端，所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)包括 嵌入用戶終端的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)020、225)，和無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器(300)，適于被包括在用戶終端中，并可操作用于擴(kuò)展所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電范圍， 其特征在于，所述無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器是根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，當(dāng)根據(jù)權(quán)利要求10時(shí)，其中，為了智能卡的供電，在所述智能卡上提供超級(jí)電容器O30)，用于臨時(shí)存儲(chǔ)由用戶終端的電池提供的能量°
全文摘要
一種用于擴(kuò)展嵌入用戶終端(100)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(220、225)，例如集成在移動(dòng)電話的SIM卡上的ZigBee節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電范圍的無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器(300)，包括無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(605a)，可操作用于從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收無(wú)線電信號(hào)，并且將接收的信號(hào)重發(fā)到用戶終端外；和電源模塊(510)，可操作用于從它恰好浸沒(méi)在其中的電磁場(chǎng)中提取電能，并且存儲(chǔ)提取的電能，以便將存儲(chǔ)的電力提供給無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器。無(wú)線電覆蓋范圍擴(kuò)展器適于被包括在用戶終端中，例如，它可以是可附著到用戶終端的電池上的柔性易彎的膜。
文檔編號(hào)H04W88/04GK102308663SQ200880132764
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者C·伯瑞安, F·L·百利菲梅內(nèi), G·穆拉托萊, V·貝拉 申請(qǐng)人:意大利電信股份公司