灵活无线通信和蜂窝电话系统的方法及设备.pdf

一种包括灵活无线手机的无线通信系统，所述无线手机具有为在多个系统中工作而选择的模块化电子组件。所述无线手机可被配置成可分离地连接多个卡匣，以便提供通用通信设备。可选择卡匣，以便替换手机内的一个或多个已有卡匣，从而提供不断变化的灵活性，包括为手机选择不同的功能集，以及在不同无线系统内的兼容工作。还提供了升级和重构蜂窝电话机和无线通信设备，以便在不同系统内工作的方法。具有初始的可分离卡匣的灵活无线电话机可包括稍后替换的卡匣，以便改进或改变电话机的功能集，并且还可使用户能够利用供另一不同的无线系统使用的不同的内部电子器件，替换手机的内部电子器件。从而通过安装具有所选无线电话系统内的所需功能集的卡匣，在移动到新的无线系统之后，消费者仍能够使用相同的灵活无线手机。

1.  一种无线蜂窝电话手机，包括：
支持至少一个蜂窝电话网络系统的一组选择的移动电话特征的至少一个无线通信组件；以及
一个被配置成连接多个模块化蜂窝电话卡匣的接口，一次连接一个卡匣，每个所述卡匣具有至少一个无线通信电子组件，所述无线通信电子组件之一是天线，所述无线通信电子组件具有一组选择的移动电话特征。

2.  根据权利要求1所述的无线无线蜂窝电话手机，其中该接口包括一个或多个用于射频信号的插针。

3.  一种无线通信设备，包括：
无线通信手机，具有第一组的至少一个无线通信组件，并且具有手机接口，所述至少一个无线通信组件支持至少一种选择的无线通信系统，所述手机接口与第一组的至少一个无线通信组件通信，并且配置所述第一组的至少一个无线通信组件与至少一个模块化卡匣通信；和
模块化卡匣，具有第二组的至少一个无线通信组件，第二组的无线通信组件之一是天线，第二组的至少一个无线通信组件提供一组无线通信特征，具有与所述第二组的至少一个无线通信组件通信的卡匣接口，所述卡匣接口可分离地连接手机接口，以便在所述第一和第二组的至少一个无线通信组件之间提供的共享耦合。

4.  根据权利要求3所述的设备，其中所述至少一个无线通信组件包括天线。

5.  根据权利要求3所述的设备，其中所述接口包括接口插针，并且其中至少一个接口插针被用于射频信号。

6.  根据权利要求5所述的设备，其中所述卡匣还包括一个卡匣天线/手机天线切换结构。

7.  一种用于更新可配置的蜂窝电话手机的模块化蜂窝电话卡匣套件，包括：
预付费更换蜂窝卡匣，具有至少一个无线通信电子组件，所述无线通信电子组件具有用于至少一种蜂窝电话系统的一组选择的移动电话特征，并且所述预付费更换蜂窝卡匣具有支持至少一种蜂窝电话系统的操作的蜂窝电话手机连接接口；以及
一组电话手机的更新指令。

8.  一种用于更新可配置的蜂窝电话手机的模块化蜂窝电话卡匣套件，包括：
替换蜂窝电话卡匣，具有至少一个无线通信电子组件，其中一个所述无线通信电子组件是一个天线，所述无线通信电子组件具有用于至少一种蜂窝电话系统的一组选择的移动电话特征，并且所述替换蜂窝电话卡匣具有支持至少一种蜂窝电话系统的操作的蜂窝电话手机连接接口，至少一个接口插针被用于射频信号；以及
一组电话手机的更新指令。

9.  根据权利要求8所述的蜂窝电话卡匣套件，其中该卡匣还包括一个卡匣天线/手机天线切换结构。

灵活无线通信和蜂窝电话系统的方法及设备
技术领域
本发明涉及无线通信装置及相关设备。更具体地说，本发明涉及适于供不同的无线通信系统和功能集使用的可互换的无线电信组件的灵活系统。
背景技术
当前的无线通信和蜂窝电话产品的提供商正在不断地开发新的设备及相关服务。随着这些无线通信发展越来越依赖于移动通信设备的功能能力，在消费者试图跟上最新的适用技术的同时，这些便携式装置的相关费用持续增长。
目前适用的蜂窝电话网络系统的数目使试图保持服务及设备的状态的消费者承担沉重的经济负担。另外还加重了设备生产商的负载，为了覆盖市场上的所有系统，设备生产商必须制造几种形式的无线设备。一般说来，全世界不同国家内的移动电话靠不同的无线网络系统或标准来工作，所述不同的无线网络系统或标准可大致分入模拟或数字系统中。牢固建立起来的模拟系统的例子包括主要在美国和拉美，澳大利亚，新西兰，俄罗斯和亚-太国家中使用的AMPS。其它类型的模拟网络包括在欧洲，俄罗斯及亚-太国家内使用的ETACS和NMT。同时，无线通信领域中数字技术的新出现已在全球内自然产生其自身的一批数字无线系统。例如，移动通信全球标准(GSM)主要用在亚-太国家中，并被多数人看作是欧洲的数字标准。其中常见的数字系统包括在许多国家中使用的DCS 1800。PCS-1900和D-AMPS是在一定程度上，在美国，加拿大及多数亚-太国家中使用的其它数字系统。其它的数字系统包括TDMA IS-136，个人手持式系统，及欧洲数字无绳电话(DECT)。虽然和模拟网络系统相比，数字网络系统较新，但是普遍认为数字系统将继续提供更多的蜂窝电话功能及改进的传输安全性。目前，随着其它提供商进入无线通信市场，并试图建立更多的标准，新的无线通信系统和协议正在不断出现。
存在几种缓慢形成，但是在许多国家内仍未广泛利用或接受的新的无线技术。目前，个人通信系统(PCS)，码分多址(CDMA)系统，以及现在在美国东部地区中使用的Omnipoint系统是非常需要的。随着这些系统逐步被认可并且更易于使用，消费者将从使用诸如AMPS或TDMA之类无线标准的老系统转移到这些新开发的技术。遗憾的是，在目前的无线电话机技术的情况下，转移到新系统通常需要购买新的电话设备。由于目前的无线电话机被设计成供特定系统使用，因此这些无线电话机通常不能与其它系统一起使用。例如，为TDMA网络系统设计的电话机不能与GSM网络系统一起使用。各个无线网络具有其自身的指定频率和协议，并且这些无线电话机内所含的支持电子器件通常被设计成只在这些规定参数内工作。
在每种特定网络系统中，建立无线标准，通常无线标准可被定义为系统内的无线组件，例如基站，手机及交换机的制造及操作规范。无线标准可进一步规定诸如无线电话机如何与基站通信，基站如何把信号转发给另一基站，以及将使用哪些类型的信号之类的规则和协议。
大多数国家在特定类型的蜂窝电话网络系统中，为用户指定了不同的频率。每种系统内的特定无线标准通常许可无线标准的不同实现，包括载波频率范围内的变化。标准的多种实现通常需要不同的手机，因为这些实现中的每种实现实际上代表另一种无线系统或子系统。不同的无线系统使用的频率可约为800MHz～2.1GHz或更高。对于在800MHz频段工作的蜂窝电话来说，无线芯片组通常由硅形成。但是对于在2.1GHz频段内工作的器件来说，通常需要诸如GaAs之类的不同材料。于是，甚至在为不同系统制造地电话机中，使用不同的芯片工艺技术。事实上，相同的无线网络系统可包括需要不同的手持式蜂窝电话机的无线标准的多种实现或多个子系统。例如，即使在几大洲中采用GSM标准，由于每种系统内的频率范围不同，全世界各个地区实质上实现不同的无线系统。另一方面，存在少数定域系统，例如始终在美国国内实现的AMPS系统，从而无线系统和无线标准相互扩张。在不存在与无线标准的规范不一致的那些情况下，或者如果只有一种实现有效，则无线系统实际上变成和无线标准相同。
随着新型蜂窝电话机的引入，目前的无线系统间普遍缺乏统一性的情况仍在继续。但是，从原理上，这些无线器件中的绝大多数可被分成两个基本部分。一部分包含绝大多数的支持特定无线通信系统的基本电子器件，并可称为内部电子器件。另一部分可包含剩余的电话机组件，例如显示器，扬声器，麦克风，小键盘，电池，并可称为外部组件。内部电子器件通常含有用于与特定无线系统一起工作的特定组件。现今，至少存在两种与无线电话机的内部组件及外部组件相关的工业成本趋势。第一种趋势涉及这两部分的相对成本的变化。内部电子器件的成本一直在显著降低。更简单的无线芯片组降低了设计成本，大规模生产提供了更经济的计算机芯片。但是，出于各种原因，例如，外部组件技术的成熟性，以及对增大外部组件复杂性的要求，外部组件的成本并未快速下降。随着这种趋势的发展，在无线电话机成本中，外部组件所占百分比较大。观察到的第二种趋势是无线电话机总成本的增大。未来的先进无线电话机很可能含有更昂贵的组件，例如彩色有效矩阵显示器，先进的微处理器，大容量存储器，因特网接入系统和电子邮件系统，以及改进的外壳材料和组件材料。多数的增加成本归因于无线电话机的外部组件。这种成本趋势将会进一步增大外部组件相对于内部电子器件成本的比较成本。和内部电子器件的成本日益降低的情况不同，先进的无线电话机中的外部组件的成本很可能会增长。无线通信和蜂窝电话工业未准备好适应日益增长的新型无线电话机成本，以及日益增大的无线网络系统的数目。
无线通信和蜂窝电话工业还正在经受可用网络服务和功能的范围的同步增长。本质上，无线电话功能可被看作是与其基本操作不太相关的手持式装置的所需能力，例如呼叫者ID，最后号码重呼，快速拨号，文本消息收发，语音消息录制，信号强度指示符，和电话号码及信息存储。特定无线电话和网络系统的所有功能可被称为功能集。为了延长无线电话机的使用寿命，当出现新的可用功能时，消费者应能够改变无线电话机的功能集。否则，由于缺少最新的功能和能力，电话机将在相当短的时间内过时。缺少可扩展的功能集仍然是无线通信和蜂窝电话机工业远未解决的问题。现今，一些无线数字电话机可在用户界面菜单内包括为目前不可用的服务预留的保留位置。以后，当在系统中实现了新的功能时，当启用时，手机可能已支持这些预期的功能。当然，制造商必须面对不断地预先考虑未来的各种可能功能，并在用户-界面菜单中为这些功能保留足够的空间的艰巨任务。当在用户-界面菜单中可见到这些功能，但是这些功能无作用时，一开始，这些预期功能还会在消费者间导致混乱。
在大多数情况下，现今适用的多数蜂窝电话机可被认为是不灵活的，因为它们不能支持多个无线系统或者简单的电话机功能集升级。目前，无线电话机的功能集有限或者未被展开。无线电话机通常被设计成具有特定的固定功能或有限范围的功能。为了获得超出手机能力之外的更多功能，通常必须购买另一无线电话机。例如，用户可购买目前典型的能够存储电话号码，以及自动开始发出呼叫的无线电话机。下一年可引入具有以前不存在的功能部件的新型无线电话机，所述功能部件可包括允许用户把姓名，地址及电话号码存入电话机中，并访问它们的字母数字小键盘。就目前的无线电话机而言，用户很可能需要购买一种全新的电话机，以便获得该功能或者未来的其它任何功能。网络系统本身也发生了很大的改变，足以要求用户更新电话设备。网络系统将很快开始提供数据速率更高的服务，例如GPRS，并且如果用户希望使用这些更高的数据速率，则需要一种与这些新的数据速率相兼容的新型电话机。现在，虽然为了新的功能集或者不同的网络系统，而购买另一无线电话机是可接受的，因为基本的无线电话机相当便宜，但是由于更先进的无线电话机的总成本持续增长，未来所需费用将更大。例如，当用户为TDMA系统购买2000$的无线电话机时，如果转换到另一系统，例如CDMA IS-95系统，为了更换无线电话机，将花费数额大体相同的金钱。消费者的移动性日益增大，特别是在商业环境中，并且转换无线电话系统的可能性或要求非常高。该限制实际上设置了无线电话机制造商收取电话机费用的价格限度，因为如果当在不久的将来，改进或更新到不同的系统或功能集时，不得不更换无线电话机，多数消费者不会购买昂贵的无线电话机。虽然价格更昂贵的无线电话机可能非常有用，并且提供目前存在的多数功能，但是由于消费者害怕逐渐过时，其销售额可能非常有限。对于在全球内移动，并且选择购买多个无线电话机的那些个人来说，会进一步大大增大不方便性。由于用户通常把重要的电话号码和信息存储在特定的电话机中，使用多个电话机用于各个系统，极不方便。例如，不同设备的使用通常涉及每个电话机的用户必须学习的新用户界面。另外还不得不把所有的信息重新输入多个电话机中，或者使之保持同步，以便与各个装置中的当前信息一致。
如上所述，由于服务升级或者转移到另一无线系统，经常购买新的设备。对于渴望功能集更新或不同系统内的服务的多数当前用户来说，购买新的电话机是一种相当简单，并且可行的解决方案。今天，无线电话机相当便宜，并且当预订新服务时，通常还以最低的费用提供无线电话机。但是随着高性能蜂窝电话设备的成本持续增长，对于渴望达到最新技术水平的设备的消费者来说，反复购买新设备将是不切实际的。可以在手机中嵌入支持一个以上的无线系统所必需的组件。例如，由于数字系统的覆盖率可能仍然不够，已为使用两种标准，例如TDMA和AMPS的蜂窝服务设计了双重模式电话机。在某些区域中，用户有时可能需要接入诸如AMPS之类的备用网络。但是，这些电话机不能支持初始设计其时所考虑的数目有限的系统之外的其它系统。例如，在欧洲不能使用TDMA/AMPS双重模式电话机，因为它与GSM系统不兼容。用户可能会被要求使用能够与另一网络系统一起工作的另一电话机。为现今使用中的每种已知无线系统而设计的无线电话机将非常大，并且极其昂贵。无论如何，该设备仍然会与未来开发的适用系统不兼容。
具有相当昂贵的外部组件的在先系统的另一例子包括本身与相同的III型PC卡一起工作的膝上型计算机和蜂窝电话。为手持式蜂窝电话或计算机的选择操作，以受限的方式配置所述PC卡。所述PC卡还包括需要诸如耳机和相应的手持式插孔之类的附件，难看且易坏的突出组件，以及相当复杂的用户接口的额外复杂性。III型PC卡还局限于AMPS无线系统或协议，并且提供装入电话机中的，不能更换或升级的固定功能集。此外，在降低包括在各个产品中的共有无线组件的成本或需要的尝试中，PC卡只能与特定的手持式蜂窝电话机和兼容的膝上型计算机一起工作。具体地说，PC可用在膝上型计算机中，以支持AMPS数据通信，或者用在电话机中，用于AMPS语音通信。这种III型PC卡不是为其它无线系统而设计的，并且只包括特定于AMPS系统的组件。另外，由于支持PCMCIA标准的成本较高，因此该PC卡较为昂贵。例如，PCMCIA标准要求所有信号呈数字形式，该数字化过程增大了PC卡和电话机的成本。最后，该PC卡不支持膝上型计算机或电话机中的天线，从而限制了PC卡的通用性。正如上面描述的其它装置的情况一样，只是简要地介绍了这种昂贵的计算机和手持式系统，并且这种计算机和手持式系统提供的无线产品相当不灵活，只能供某一无线标准和有限的功能使用。具有相当昂贵的组件的现有系统的另一例子是在2000年1月出现的摩托罗拉9550卫星电话。这种电话主要是为与铱星卫星网络通信而生产的，但是借助可添加到卫星电话上，并可从卫星电话上除去的可拆卸的盒子，允许该电话机与其它地面网络一起使用。遗憾的是，该卫星电话的内部电子器件专用于铱星网络，并且不能被改变或去除，从而使所述电话不必要地变得非常贵重，体积非常大。另外，所述盒子不能使用电话机中的天线，带有已附着在盒体上的天线。盒子天线是不可缩回或者不可拆卸的，从而使盒子变得更为庞大。另外，所述盒子是专为9550卫星电话而设计的，而不是为其它电话机而设计的。目前的无线通信系统和服务始终缺乏灵活性，使消费者没有合理或者费用低廉的备选方法在延长的时段内保持设备的先进性。
世界范围内，多个网络系统的存在不仅引发了关于消费者的问题，而且还导致了关于电话机制造商的问题。不是制造一种可在全世界内使用的电话机，制造商必须为全世界的各个网络系统设计单独的无线装置，以便把无线装置销售给全世界的无线用户。仅仅为了单独占领美国市场，制造商必须制造一个电话机设计的六种不同型号。由于设计每种电话机型号，其花费大约为$10M，耗时1年以上，这确实是一个重要的问题。
为制造商解决该问题的可行方案非常少。一些公司提供设备制造商可将其插入电话机结构中的无线模块，并且对于现今使用的多个无线系统来说，都存在这样的模块。遗憾的是，把一个模块加入电话机结构中的努力完全不同于把另一模块加入同一电话机结构中的努力，因为电话机和不同模块之间的连接是不同的。从而，不能建立一种能够把不同的模块用于不同标准的电话机结构。另外，多数适用模块的大小和形状并不适合于某些设备结构，例如无线电话机。模块并不具有它们自身的集成天线，从而依赖于设备提供天线。这要求设备的天线被设计成能够与目前及未来的所有无线系统一起工作，这是一个几乎不可能实现的任务。最后，模块未被设计成是可去除的，从而没有为升级无线设备，或者在多个系统中使用该无线设备作好准备。始终缺乏灵活的无线设备设计已对希望向全世界的无线用户提供电话机的制造商施加了相当重的负担。
发明内容
本发明提供目的在于灵活无线通信系统的方法和设备。为了在多种不同的模拟或数字系统内工作，可选择具有模块化电子组件的灵活无线手机。手机可被配置成可分离地连接各种模块化卡匣，以便提供通用通信设备。可选择卡匣，用于替换手机内的一个或多个已有卡匣，从而提供不断变化的灵活性，包括为手机选择不同的功能集，以及在不同的无线系统内的兼容工作。本发明的另一方面提供相对于不同的系统或同一系统内更快的数据速率，升级和重构蜂窝电话机和无线通信设备的方法。一开始，可选择带有初始的可分离卡匣的灵活无线电话机，以后，可用其它卡匣替换所述初始的可分离卡匣，以便提高或改变电话机的功能集。这里提供的灵活无线电话机还使用户能够用具有供另一不同的无线系统使用的不同的内部电子器件的另一卡匣，替换含有某一无线系统的内部电子器件的可分离卡匣。从而，通过安装具有选择的无线电话系统内的所需功能集的卡匣，在移动到新的无线系统之后，用户仍然能够继续使用相同的灵活无线电话机。对于无线设备制造商来说，本发明也是有益的。设备制造商只需要设计一种型式的设备，并且根据哪种卡匣与所述设备相连，可使该种型式的设备能够与不同的网络系统一起工作。事实上，制造商可以发送不具有卡匣的通信设备，而把选择卡匣的工作留给用户去做。这可节省制造商的开发费用和时间，因为和设计具有内装的内部电子器件的通信设备相比，设计使用可市场上买到的卡匣的通信设备要简单得多。工业界还未立即认识到或者公开解决当前的无线电话产品的不变性。现有设备的不变性未得到重视的原因在于当前的无线电话机的成本结构，所述成本结构不能以较少的费用实现无线电话设备或服务的升级。由于内部电子组件的成本占现今常见的无线电话机的成本的相当大的一部分，事实上，替换这些部分相当于购买一个新的设备。但是由于无线通信的持续发展，正在出现一个更昂贵的高端蜂窝电话机或手机的市场，所述高端蜂窝电话机或手机提供更多的功能及更全的功能集。这些便携式设备的外部组件将很快变得比其相应的内部电子器件更昂贵，并且在这些市场中，不灵活的无线通信系统的问题将变得更普遍。不灵活的无线电话机和系统的继续存在可进一步归因于继续鼓励消费者购买新设备的产业惯例。通常，这将加强对新的无线电话机的需要，非常类似于购买最新或改进的计算机硬件和软件产品的趋势。另外，用户自身可能只是未认识到当前对可升级和通用手持式电话机的需要。目前的无线市场继续强调，同时消费者坚持要求，更小和更轻的设备。从而，无线电话机制造商的某些主要目标不得不是生产能够畅销的尽可能小或轻的设备。目前，用户并不关心设备不能与不同的系统一起工作的问题。许多消费者甚至没有认识到无线电话机和系统的不灵活性，于是不能表达对更可行的备选方案的需要。由于不灵活的无线电话机的问题未得到重视，目前存在的解决方案完全不适宜。
本发明以对灵活无线电话机和系统的需要为目标。根据本发明形成的蜂窝电话机的组件可被替换，以便支持不同的无线系统的工作，和/或改变电话机的功能集。作为本发明的结果，借助最少的开发努力，制造商可设计一种可在目前及未来的任意系统中使用的灵活无线设备，取决于所述设备中使用的组件。本发明还以对包括模块化功能，以便和任意无线系统一起使用的无线电话机，以及具有可扩展或可升级的功能集，以便适应未来的用户要求的无线通信和蜂窝电话机系统的需要为目标。例如，可选择模块化蜂窝电话机卡匣套件，用于更新可配置的手持式蜂窝电话机，所述套件包括具有提供蜂窝电话系统的一组选择的移动电话功能的无线通信电子组件的替换蜂窝卡匣。该卡匣可包括被配置成用于连接具有已支持某一蜂窝电话系统的操作的已有蜂窝卡匣的手持式蜂窝电话机的接口。套件还可包括通过用替换蜂窝卡匣替换现有的蜂窝卡匣，升级手持式蜂窝电话机的一组指令。卡匣组件可包括RF/IF子系统，基带子系统，语音处理子系统和电源管理子系统。组件可被集成到至少一个计算机芯片上，并可支持各种系统，包括AMPS无线系统，GSM系统，TDMA系统，或者它们的任意组合。替换蜂窝电话机卡匣可以是符合规定的PCMCIA标准的PC卡，也可以不是所述PC卡。
本发明的另一变化包括用于升级可配置的无线通信设备的无线通信集成电路套件，所述套件包括一个或多个模块化集成电路，所述模块化集成电路具有提供至少一个无线通信系统内一组预定的升级后功能的多个无线电子组件。计算机芯片可包括用于连接支持该组预定功能的工作的无线通信设备的接口。还可包括用于升级所述可配置的无线通信设备的指令。
在本发明的又一个实施例中，提供了一种通用手持式无线蜂窝电话机，所述电话机包含至少一个无线通信组件，所述至少一个无线通信组件支持蜂窝电话网络系统的一组选择的移动电话功能。在该电话机中可形成一个用于连接多个模块化蜂窝电话机卡匣的接口，每个卡匣具有提供一组独特的所选移动电话功能的多个无线通信电子组件。手机可包括微控制器，微处理器和具有计算机操作系统的存储器。手持式蜂窝电话机的接口基本上符合由PCMCIA建立的PC卡标准，并可包括被配置成插槽或端口的，用于智能卡，红外通信，与其它无线或非无线设备的数据交换的多个接头。通过使不同的模块化蜂窝电话机卡匣与手机相连，所述手机可带有用于改变选择的一组移动电话功能或蜂窝电话网络的一组指令。
本发明的另一实施例提供一种通用无线通信设备，所述设备包含具有由支持至少一个所选无线通信系统的至少一个无线通信组件组成的第一组无线通信组件的无线通信手机。所述手机可包括与由被配置成和多个模块化卡匣通信的至少一个无线通信组件组成的第一组无线通信组件通信的手机接口。具有第二组组件的模块化卡匣可通过与第二组组件通信的卡匣接口，向手机提供一组无线通信功能。卡匣可分离地与手机接口相连，以便在第一组无线通信组件和由至少一个无线通信组件组成的第二组无线通信组件之间提供共享耦接或访问。模块化卡匣可具有至少一个用于控制无线通信设备，集成电路，或者无线通信子系统的任意组合的微控制器。电话机还可包括向通信设备提供可控电源的智能电池。模块化卡匣和无线通信手机可被配置成符合选择的PCMCIA标准。无线通信手机还可具有多个插槽或开孔，并可包括夹持卡匣并把卡匣隐藏在手机内的可分离盖板。
在根据本发明提供的另一实施例中，可相对于若干无线系统，实现一个通用无线系统。该实施例的手机可包括支持第二和第二蜂窝系统的通信组件。形成于手机中的接口可通过被配置成与可分离地连接手机的第一卡匣，与提供第一蜂窝系统的功能的第一模块化卡匣通信。第二模块化卡匣通过被配置成可分离地连接手机接口的第二卡匣接口，可提供第二蜂窝系统的一组功能。第一蜂窝系统和第二蜂窝系统可以是相同或不同的无线蜂窝系统。第一组和第二组无线通信功能也可以相同或不同。从而可根据本发明重构通用蜂窝电话机。无线通信手机可具有与手机中的第一组无线通信组件通信的手机接口。可选择具有提供蜂窝系统的所选功能的第二组组件的第一模块化卡匣。该卡匣可包括一个与第二组组件通信，并被配置成可分离地连接手机接口的接口。可提供一组用于重构无线通信手机的指令，包括下述步骤：选择具有由至少一个无线通信组件组成的第三组无线通信组件，和与由至少一个无线通信组件组成的第三组无线通信组件通信，并被配置成可分离地连接手机接口的第二卡匣接口的第二模块化卡匣，所述第三组无线通信组件提供第二蜂窝系统的第二组无线通信功能，使第一模块化卡匣接口与手机接口分开，并使第二卡匣接口与手机接口相连。第一组和第二组无线通信功能可以不同或相同，并且第一和第二蜂窝系统也可不同或相同。
另外，本发明的原理可应用于用于交换语音，数据，视频或其它任意类型的可传输信息的各种无线通信设备，包括(但不局限于)智能电话机，手持式计算机及运输车辆。
本发明的另一方面包括各种形成并操纵灵活无线通信系统的方法。例如，本发明提供一种重构灵活无线通信设备的方法，所述方法包括下述步骤：选择具有与至少一个手机接口通信的无线通信组件的无线手机，和具有关于第一无线通信系统的第一组预选功能，并且通过所述至少一个手机接口，可分离地与手机相连的第一个可分离无线通信卡匣；使所述第一个可分离无线通信卡匣与所述至少一个手机接口分开；选择具有关于第二无线通信系统的第二组预选功能，并被配置成与连接所述至少一个手机接口的第二无线通信卡匣；使所述第二无线通信卡匣与所述至少一个手机接口相连，从而重构灵活无线通信设备，以便和第二无线通信卡匣一起工作。可使多个无线通信卡匣和形成于无线手机内的其它手机接口相连。第一无线通信系统可以和第二无线通信系统相同或不同，类似地，第一和第二可分离无线通信卡匣可提供相同或者不同的一组预选功能。可分离的无线通信卡匣甚至可支持一个以上的无线蜂窝通信系统。
这里还提供了一种升级蜂窝电话机的方法，所述方法包括下述步骤：选择与第一可分离蜂窝电话机卡匣相连的手持式蜂窝电话机，所述第一可分离蜂窝电话机卡匣包括提供某一特定无线系统的一组已有功能的无线电子组件；使第一可分离蜂窝电话机卡匣与手持式蜂窝电话机分开；用包括提供所述无线系统的一组更新功能的无线电子组件的第二可分离蜂窝电话机卡匣，替换第一可分离蜂窝电话机卡匣。
通过提供根据本发明的灵活无线通信设备，手机可使用更长的时间，而不会很快过时。由于同一电话机可用于多个系统，只要求操作者学习或熟悉单个设备的操作，并把用户数据保存在某一中心存储单元中。灵活无线电话机还允许诸如环球旅行者之类的个人只学习和操作一个电话机的用户界面。通过用为其它系统设计的组件，替换电话机的所有或部分内部电子器件，同一电话机可和不同的无线系统一起使用。通过用能够实现新功能的其它电子组件替换已有的电子组件，电话机甚至可获得新的功能。这里描述的灵活电话机提供了通过简单地替换卡匣，升级电话机的简便方法，替换卡匣可如同替换便携式电子设备内的电池那样容易。这种卡匣类型的替换系统甚至可比电路板替换更稳固。另外，模块性便于维修诸如蜂窝电话机之类的通信手机。当通信设备出故障时，可简单地替换卡匣，从而提供一种更经济的解决方案。
此外，本发明的灵活电话机减少了开发无线设备的设计和测试工作，因为制造商可使用易于获得的已设计、测试和批准的卡匣。并且，最后得到的灵活设备可用在任意系统中。目前可获得的模块仍需测试及各种批准机构的批准，并且目前模块的设计并不允许用户交换模块。根据本发明的原理提供的手持式电话机还可包括可替换的天线。初始的手持式电话机可被进一步修改，以便提供大量的最佳频率，而在目前的某些电话机中，电路板组合件的替换并不允许替换天线组件。灵活电话机还可相当容易地接触卡匣组件，便于替换。同时，目前的手机并不是为用户级升级或重构而设计的，并且并不打算对内部组件的接触。目前的大多数蜂窝电话机不是开放的，并且即使当能够接触它们的内部时，重新装配也是非常困难的。目前的蜂窝电话机的电路板，模块及其它内部电子器件不易被改变。拆卸目前的通信设备会带来当重新装配时，发射有害辐射的危险，或者未经许可或非法的通信信号的传输。但是，这里提供的手机卡匣可事先制造，并可继续符合FCC。此外，与制造商事实上以所选的任意方式放置的目前的电路板和模块相反，可按照预定的或统一的方式，或者在预定的位置，容易地替换卡匣。不同的厂家可根据组件组合体之间的标准化接口构形，例如由PCMCIA确定的接口构形，生产手机和卡匣组件。这种模块化结构使得能够相当简便地替换内部电子器件。由于目前的大多数设备包括相对集成，以便满足选择的尺寸和重量参数的内部硬连线组件，因此这些设备不能提供本发明提供的模块性，灵活性及可升级性。同时，这里提供的无线通信手机和卡匣系统的模块性提供了各种灵活性。手机和卡匣组合体并不需要安装在固定位置的特定子系统或组件。卡匣和手机都不需要包含特定结构或固定结构的调制解调器或者其它任何电子组件。于是，这里描述的灵活无线系统提供了一种改变无线设备支持的功能集和/或无线系统，以便有效地延伸其实用性及产品使用期限的有效方式。
当进一步研究说明书和附图时，本发明的其它目的和优点将是显而易见的。虽然下述说明可能含有描述本发明的具体实施例的具体细节，但是这不应被理解为对本发明范围的限制，而仅仅是对优选实施例的举例说明。对于本发明的各个方面来说，本领域普通技术人员熟知的多种变化都是可能的。
附图说明
图1是图解说明包括手持式蜂窝电话机和供不同的蜂窝网络系统或标准，例如AMPS和GSM无线系统使用的多个卡匣的灵活无线通信系统的简图。
图2A是可安装在灵活无线蜂窝电话机中的含有内部无线通信组件的可分离移动电话机系统卡匣的透视图。
图2B是模块化移动电话机卡匣的简化侧视图，图解说明了可包括用于连接手持式无线电话机的现用插针和保留插针的手机/卡匣接口。
图3A描述了一种可分离的蜂窝电话机系统卡匣，所述卡匣是具有未被封闭在保护性外壳内的集成电路的印刷电路板。
图3B是以单个GSM集成电路的形式形成的可分离的系统卡匣的简化透视图。
图3C是具有PCMCIA III型或其它PC卡构形的系统卡匣的透视图。
图4是具有内部安装的卡匣的手持式蜂窝电话机的剖视图，所述卡匣具有伸出手机之外的天线。
图5是具有便于接近模块化无线系统卡匣的铰接盖板的灵活无线电话机的简化透视图，卡匣平常可被隐藏起来，可通过摆动打开盖板而接近卡匣，从而避免拆开整个手机。
图6是根据本发明形成的具有用于多个卡匣的多个端口的灵活无线电话机的简化透视图。
图7是根据本发明的另一方面形成的具有大触摸屏和卡匣的灵活模块化智能电话机，其中所述智能电话机可被分成两个独立组件。
图8是本发明的另一实施例，该实施例是具有可与至少一个选择的无线系统，例如GSM一起工作的卡匣的灵活无线PDA。
图9是用于灵活蜂窝电话机的，支持可扩展的功能集的无线电话机小键盘的简化前视图。
图10是图解说明根据本发明形成的系统卡匣是如何扩展灵活无线电话机的现有功能集的简化流程图。
图11是图解说明蜂窝电话机卡匣的内部电子组件的方框图。
图12是图解说明一种包括内部电子器件和各种外部手机组件的典型无线蜂窝电话机的各个组件的方框图。
图13是图解说明了本发明的提供成本降低的灵活无线电话机和系统卡匣的备选实施例的方框图，这里RF/IF系统和天线与卡匣分离，并且包含在手机中。
图14是图解说明另一种灵活无线电话机和卡匣系统的方框图，除了手机专用微控制器或微处理器及包括扬声器和麦克风在内的外部组件之外，大部分内部电子组件可包含在卡匣中。
图15表示了一种灵活无线电话机和卡匣系统，所述系统包括位于手机内的，用于存储诸如电话号码之类用户数据的独特存储器，所述存储器可通过数据总线与卡匣内的微控制器通信。
图16表示了含有支持多个无线通信标准的一个或多个可互换的卡匣和设备的简化系统。
图17是具有用于连接或面接包括PDA，车载远程通信设备及电话机在内的各种设备的一系列插针及至少一个同轴插针的卡匣的放大透视图。
图18是图解说明用于对应连接设备组件和系统的同轴插针和插针位置的接口插针图表。
具体实施方式
本发明提供灵活且通用的无线通信系统的方法和设备。可单独地，或者结合本发明的其它变化和其它各个方面，考虑下述说明中所述实施例的特定特征。
图1示意地图解说明了根据本发明的原理形成的灵活的无线通信系统10。无线系统10可包括手持式蜂窝电话机12和一个或多个模块化卡匣14A和14B。分离的卡匣14A和14B可支持全世界范围内不同蜂窝网络标准和射频的工作，包括AMPS，GSM，或者其它任何无线系统或协议。虽然多数蜂窝电话共用共同的基础结构，但是它们通常包含有各种不同的外部组件。为了方便下面对本发明的描述，应理解无线电话可被定义为特定无线系统或网络内的通信装置。无线电话的例子包括蜂窝电话，无绳电话，个人手持式电话机，红外电话及智能电话，手持式无线计算机，甚至是具有无线能力的运输车辆。比较而言，有线电话的例子一般包括依赖于诸如双扭软线或RJ-11软线之类的硬连接的陆线通信装置。无线电话通常更小，并且便于携带，但是在重量或大小方面变化极大。这里描述的手机及卡匣的物理特征可发生极大的变化，并可遵守已知的蜂窝电话设计或者在未来开始的那些蜂窝电话设计。
如图1中所示，利用预先选择的卡匣14A，灵活的无线电话12可在AMPS无线系统内工作。该设备可包括基本的灵活手机12和包括无线系统10内的功能集的一个预选卡匣14A或14B。虽然以相当简化的方式描述了图1中所示的手机，不过本发明可包括同样可修改的高度复杂的无线电话设计。在未来可从市场上买到含有附加功能部件，并且适用于本发明的其它灵活的无线电话。手机12可在多个无线系统内工作，并可选择地与第二预选卡匣14B相连，以便与GSM或者其它任何系统一起工作。用于GSM无线系统的第二卡匣14B可包括和AMPS卡匣14A相同或相似的组件，配线及机械功能部件，但是无线组件可被配置成用于在GSM系统中工作。对本领域中的普通技术人员来说，用于各种特定无线通信系统的这些卡匣内的特定射频及各个无线组件都是众所周知的，如同Philips Semiconductors for WirelessCommunications Handbook(1997)中所述，该文献作为参考整体包含于此。
在本发明的另一实施例中，以具有类似于图1中所示的一组卡匣的蜂窝电话套件的形式，提供了一个通用无线蜂窝电话系统。该无线套件可包括具有至少支持第一和第二蜂窝系统的第一组无线通信组件的无线通信手机，所述第一组无线通信组件至少包括一个无线通信组件。第一和第二蜂窝系统可以是相同或者不同的系统，或者无线标准，例如AMPS或GSM，或者可以是具有不同的工作频率范围和不同的数据速率的相似无线系统。所述手机还可包括与第一组无线通信组件通信的手机接口。可提供具有第二组无线通信组件的第一模块化卡匣，所述第二组无线通信部件包括为第一蜂窝系统提供第一组功能的至少一个无线通信组件。形成的第一卡匣可具有与第一卡匣内的第二组无线组件通信的接口。所述卡匣接口还可被配置成可拆卸地与手机或者手机接口连接。另外，在所述套件或系统中，可包括有具有第三组无线通信组件的第二模块化卡匣，所述第三组无线通信组件包括为第二蜂窝系统提供第二组功能的至少一个无线通信组件。类似地，可提供与第二卡匣内的第三组组件通信的第二卡匣接口。所述第二卡匣接口也可被配置成可拆卸地与手机接口连接。应理解每个卡匣内的第一组及第二组无线通信功能部件可提供一批相同或不同的服务。在所有情况下，但是在不同的无线系统中，卡匣可提供或支持完全相同的功能，例如呼叫等待及呼者方ID。为了在同一系统内，在相同的手机上实现费用低廉的操作，可选择一组全新的功能部件。
这里提供的模块化卡匣和灵活的手机可继续支持各种无线系统中的扩展或者改进功能。例如，就蜂窝电话的日常操作而论，可基本上按照和现今的其它无线电话相同的方式使用灵活手机。用户可在对话过程中发出和接收电话呼叫，并且同时进行所选择的其它适用的手机功能，包括会议呼叫，呼叫等待或转发。但是，当用户希望或不得不在不同的无线系统中进行操作，或者希望使用同一无线系统内的不同功能或数据速率时，不应象对于现今的无线电话的情况那样，要求用户转换到另一无线电话机。相反，用户可利用替换卡匣，容易地改变现有的卡匣，以支持不同的无线系统内的操作。在所选择的卡匣内可同时添加全新的功能集，以便使用手机提供的其它能力。从而，在不同无线系统提供服务的区域之间移动的用户可继续使用同一部手机，并且在同一系统的一组不同工作频率内，或者在同一系统的不同数据速率的情况下，用户可继续使用同一部手机。
图2A图解说明了可安装在灵活无线蜂窝电话机中的可分离的移动电话系统卡匣20。按照公认的产品标准，可容易地改变这里描述的无线通信卡匣的整体构形。例如，本质上，蜂窝电话卡匣可被配置为具有I型、II型或III型PCMCIA构形，或者紧致闪光记录卡构形的PC卡。卡匣可符合所选择的任何标准，包括当前或者未来的紧致闪光PCMCIA标准。另外，卡匣还可包括支持一个或多个无线通信系统的天线(图中未示出)。为了接收全世界内的各种无线系统的RF电波或信号，可选择许多不同的天线。于是，可相对于卡匣，为任意特定的天线组件，选择适当的形状，大小和长度。天线也可是可收缩的，或者相对于匣体，具有固定的长度或安放在固定的位置。另一方面，最好提供带有可拆卸的天线的卡匣，这便于修理，或者支持新的或不同的无线系统内，工作频率的改变。或者说，最好提供具有支持手机或卡匣中的天线的能力的卡匣。卡匣和手机可交换软件和硬件信号，以便协商并确定使用哪个天线。卡匣，天线，手机或无线系统的其它任何组件及这里描述的组件的整体外形和颜色，可按照当前的规范或者未来形成的规范，发生变化。例如，卡匣内的无线通信组件可直接暴露或封闭在由透明材料形成的外壳内，或者在某种程度上，操作者可看见所述无线通信组件。另一方面，无线通信组件可看不见地完全隐藏在由塑料或其它适当的材料形成的外壳内。当卡匣与手机相连时，至少部分卡匣是看得见的，或者组件被完全隐藏，操作者看不见所述组件。
如图2A中图解说明的模块化蜂窝电话卡匣20可作为用于更新可配置的手持式蜂窝电话机(图中未示出)的套件的一部分而提供。卡匣套件可包括具有为至少一个蜂窝电话系统，提供一组或一批选择的移动电话功能的无线通信组件的替换蜂窝卡匣20。这些功能可包括无线电话所支持或提供的任何功能。可形成具有配置成连接手持式蜂窝电话机的联接器的卡匣接口。蜂窝手机有时可能已具有支持至少一个蜂窝电话系统的操作的现有蜂窝卡匣，并可用替换卡匣20更新或升级。卡匣套件可包括通过利用替换的蜂窝卡匣替换现有的蜂窝卡匣，更新手持式蜂窝电话机的一组指令。可以任何形式提供所述指令，包括与卡匣一同包装的一页标准书面指令，直接印刷在包装或卡匣上的说明，存储在电子媒体，例如录像带或软盘上的指令，或者提供替换卡匣的指令的其它任何方式。可关于包括由卡匣的无线通信组件支持的AMPS或GSM系统的至少一个蜂窝电话系统，包装蜂窝电话卡匣套件。单个综合的模块化卡匣可支持多个蜂窝电话标准，例如AMPS和TDMA系统，或者这些系统的其它任何组合。卡匣可具有支持预付费无线预订服务的能力，在所述预付费无线预订服务中，用户可购买具有规定的与手机一同使用的分钟数的卡匣。当用完所述规定的分钟数时，用户可向该卡匣中增加更多的分钟数，返回该卡匣，或者丢弃该卡匣。结合一组适当的可互换的卡匣，利用相同的灵活手机，可支持许多不同的无线通信系统或协议。
根据本发明的原理形成的模块化卡匣可包括各种各样的无线通信组件和子系统。任意这些子系统可与卡匣组件相对地交替安装在相应的手机中。卡匣中的无线通信组件可包括射频/中频(RF/IF)子系统。RF/IF子系统还可包括任意数目的发射器和接收器，并且还可包括IF处理电路，以便进一步降低或处理RF信号。另外，RF/IF子系统可含有用于处理或生成选择的信号的频率合成组件。卡匣内的另一种可能的子系统包括具有数字信号处理器的基带子系统。其它可能的子系统的目的在于语音处理及功率管理。另一种子系统可赋予卡匣根据手机的能力，配置其操作的能力。任意这些子系统或相关无线电子组件都可被集成到至少一个计算机芯片上。所述至少一个计算机芯片还可包括至少一个微控制器，一个中央处理器，一个微处理器，一个存储器或者一个数字信号处理器。
图2A中所示的模块化卡匣20可具有确定的电插针结构。卡匣接口22可包括被配置成与相应的手持式蜂窝手机接口(图中未示出)通信的接口插针24。在本发明的一个实施例中，手机和卡匣接口可符合1995 PC卡标准的机械规范。卡匣接口22或其特殊的插针结构可基本上或者完全符合任意指定年确定的PC卡标准，或者符合类似于PC卡插针结构的其它机械设计。一旦使卡匣与手机相连，或者插入手机中，则沿着卡匣接口22形成的插孔24可与手机接口内的对应插针配合。接口插针24可包括可使用的插针和保留的插针。可使用的插针对应于支持特定手机中的特定功能的现用插针。保留的插针对应于目前无用的插针，所述目前无用的插针是为未来利用不同的手机，或者不同的无线系统内要添加的功能而保留的。卡匣提供的插孔指定符合手机/卡匣接口的特定插针功能。可选择任何适宜的插针结构，并且所述插针结构可包括下述插针编号安排及指定功能：1.GND；2.GND₂；3.VCC1；4.VCC2；5.V_REF；6.V_SS；7.SCL(I²C Bus)；8.SDA(I²C Bus)；和9.电源触发。天线插针可以是10.ANT₁和11.ANT₂。用于LCD的一组插针可包括12.V₀；13.V_LCD；和14.V_DD。下述一组插针可分配给麦克风操作：15.IN₁(模拟音频输入)；16.IN₂(模拟音频输入)；17.麦克风增益控制；18.VOX输出；及扬声器：19：OUT₁(模拟音频输出)；和20.OUT₂(模拟音频输出)。小键盘插针可包括：21.小键盘数据和22.小键盘中断。电池插针可以是：23.正、24.负。其它现用和保留插针可规定如下：25.保留；26.RF旁路；27.DATA_in；28.DATA_out；29.RSSI(接收信号强度指示器)；30.TEST；31.CLK；32.电池电量满指示；33.电池电量低指示；34.电池充电器被连接；35-36.充电电池输出；37.装置使用中指示器；38-40.电池级别插针(SCI，I_osc，SCAN)；41.电池电压检测器(VAC)；42-76(其它插针)。对于附加功能来说，插针77-84可以是用于未来升级或改进的保留插针。如果需要，插针77-84也可用于向卡匣提供辅助电源及接地。应理解所有插针不必只与一个特定的无线系统或电路相连。例如，除了那些明确提及的集成电路之外，SCL和SDA(I²C)接口插针还可与其它集成电路相连。各种微控制器，例如Phillips P83CL580可包含在卡匣中，并且也与SCL及SDA插针相连。虽然在卡匣部分中几乎可形成无线子系统的任意组合，但是，实际上，某些无线通信组件，例如液晶显示器(LCD)与卡匣相对地存在于手机中。可根据所属领域中的普通技术人员已知并采用的表示方法，实现由卡匣和相应手机支持的选择功能的特定插针结构及插针编号的分配。
对于任意数目的包括68-插针结构的PC卡插针构型来说，手机/卡匣接口可包括现有插针和非现有插针。特殊的插针可完全支持手机和卡匣内的操作功能，如上所述，其它插针可被保留，以备之需。例如，手机可具有保留的插针，即使卡匣和手机不支持当前的任何相应功能。保留的插针被包含在手机和卡匣接口内，以便当未来需要时，可进行扩展。例如，当操作其它灵活无线电话机需要更多的现有插针时，可启用同一68-插针接口内可用数目的保留插针，以支持新的功能。
这里描述的卡匣的保留插针结构有效地扩展采用的接口规范的使用期限，同时在提供用户服务方面，提供另一层次的控制水平。通过保留供未来之用的插针，当以后开发的功能需要额外的插针时，制造商不必重新设计新的接口。例如，制造商最初可根据公认的规范和结构，向其用户提供无线电话机，以支持当前的一组功能。但是，随后可为其无线电话机开发诸如红外端口之类的其它功能部件。红外端口可与卡匣/手机接口中的另外两个插针一起工作，以便与卡匣交换数据。由于手机/卡匣接口包括保留的插针，制造商可为红外端口分配或指定任意数目的未用或者可用插针。缺少这种保留插针结构很可能会导致需要花费较大的费用产生包括新的部件设计和加工的新接口。同时，本发明的保留插针还提供一种方式，利用这种方式，制造商可限制或控制特定手机内可使用的功能部件的范围。和用户当前愿意支付的相比，手机完全能够向用户提供更多的功能。于是，用户可配有适宜的卡匣，所述卡匣具有相当有限的一组功能及组件，以便通过现有插针支持这些选择的功能部件。这种情况下，保留的卡匣插针实质上不服务于任何即时的功能。虽然手机实际上可支持其它的功能，在没有具有相应组件和指定的可用插针的适宜卡匣的情况下，这些其它功能是不可使用的。具体地说，灵活的无线电话机可包括当前未被选择的功能部件的特定控制器或按钮，所述控制器或按钮仍然可把信号发送给卡匣接口中的选择插针。由于卡匣只能实现或者只能支持某些功能，并且不包括支持未选择的功能，或者选择的对应手机插针的适当组件，因此这种情况下，控制器发送给卡匣的信号实质上被忽略。但是，可用支持性无线组件代替替换卡匣，从而利用当启用时，识别选择的插针和/或信号，以便实现所选择的功能的对应接口获得所述功能。按照相同的方式，通过替换手机内的卡匣，可容易地实现服务升级。例如，手机接口可包括手机上的重拨(RDL)键，用于提供最后输入号码的重拨功能，以及用于特殊或者当前未定义的功能的特殊(SPL)键。当所选择的卡匣不支持或不定义特殊功能时，从SPL或者特殊指令键，发送给卡匣的手机信号将被忽略。但是，电话机制造商随后可决定提供通过触摸保留的SPL键而激活的单触应急号码911功能。于是，可用还包括应急拨号功能的卡匣替换只具有RDL功能的现有卡匣。替换卡匣将包括提供这种添加的功能的适当组件和指令，并且现在将识别通过分配给SPL键的插针发送的信号。换档键(SFT)或者其它任意类型的定义键可提供给定的接口和插针构形内的更多的其它保留功能。从而，借助替换卡匣，同一个无线电话机至少可获得一个新功能或者一组新功能。在小键盘上或者单独的控制器上，使用手机接口内的保留插针和按键，可向这里描述的灵活的无线电话机提供更多的扩展能力。从而，对于不同无线系统内的手机的操作，以及所述手机的可用功能来说，都可获得更高水平的灵活性和升级。
图2B图解说明了具有卡匣接口的另一模块化移动电话卡匣25，所述卡匣接口可包括用于连接手持式无线电话机的可用插针26和保留插针28。手机和卡匣之间的接口都可包括不同于常规的PC卡构形的互补插针结构或连接元件。接口可包括多种不同类型的连接器，插孔及插针构形，或者信号传输结构。该妆口还可包括用于连接天线的同轴连接器。类似地，保留的插针结构可被用于提供当前未被手机或卡匣使用的连接器。这些连接中的至少一部分连接被保留，并在以后被未来的手机/卡匣组合用于提供以后开发的其它功能。此外，可实现安放完全采用诸如1995 PC卡标准或其它任何PC卡标准之类特殊标准的卡匣的灵活无线电话机。本发明的PC卡实施例的一个主要优点在于PC卡实现被广泛看作是常见并且得到证实的标准。但是，利用适当的适配器或接口，可把先前根据特定的标准配置的无线手机修改成符合现有的或者更新的卡匣构形。当整体采用PC卡构型时，将据此修改手机的某些组件，以便符合系统要求。例如，在经过PC卡接口传送之前，可在手机中对去往扬声器和麦克风的模拟音频信号进行数字化处理。诸如显示器，扬声器之类的其它无线通信组件，以及其它手机控制信号也可符合PC卡总线结构的数字信号参数。另一方面，PC卡也可被严格地仅仅用作机械标准。本发明的这个相对简单的实施例可在某些方面影响PC卡标准，并且仅仅借用PC卡标准的物理规范。对于某些应用来说，卡匣的形状通常可类似于具有68个连接器的PC卡。类似地，互补的手机插槽也可被配置成PC卡插槽。于是，可按照工业PC标准，或者选择的制造商规范，绘制这里提供的无线通信卡匣的插针分配图。基本上符合PC卡标准的卡匣既有优点，又有缺点。PC卡标准使卡匣不得不具有内部天线，并且不允许卡匣使用手机中的天线。当手机是和卡匣相比，可提供功率更高的天线的车载无线电话机时，这一点很重要。PC卡是昂贵的支持接口，因为需要多个数据和地址插针。PC卡标准不支持手机和卡匣之间的模拟通信，于是，如同AMPS卡匣的情况一样，即使所有的音频信号不必被数字化，也要求手机对所有的音频信号进行数字化。PC卡标准并不向语音信号和数据信号提供单独的通信插针，从而使得难以制造既具有语音能力，又具有数据能力的手机。最后，PC卡标准迫使卡匣采用对于某些手机应用来说，可能过宽的形状因素。
图3A是本发明的提供可拆卸的蜂窝电话系统卡匣30的另一实施例，所述可拆卸的蜂窝电话系统卡匣30是以具有未被封闭在保护外壳内，从而暴露出内部电子器件的集成电路的印刷电路板的形式提供的。事实上，这里描述的灵活的无线电话机的卡匣完全没有外壳。卡匣可包括利用透明材料封闭的部分暴露的部分。从外部看得见的这些系统可包括控制系统，数字信号处理器(DSP)，RF/IF系统，或者甚至用于存储相关信息的RAM组件。电路板结构提供的触点32可与手机通信。正如可替换的计算机主板或者印刷电路板的情况一样，无外壳的卡匣具有特殊的优点，例如提供重量较轻，尺寸较小，或者成本更低廉的组件。但是，对于某些应用来说，这种结构所提供的保护性遮盖比所希望的少，并且安装或连接需要更加小心。当在手机内安装时，手机外壳可提供封存及足够的遮盖。
也可以图3B中图解说明的可拆卸的单个集成的计算机芯片34的形式，形成根据本发明提供的可互换的无线系统卡匣。例如，可直接从手机上，或者甚至从作为子组件的另一卡匣上拆下支持GSM系统内的无线通信的集成电路34。此外，在这里描述的灵活手机或卡匣中，可单独更新或替换包括数字信号处理器(DSP)在内的各个子系统。可提供具有恰当选择的组件的完整的无线通信集成电路套件，用于升级可配置的无线通信设备。该套件可包括具有多个无线电子器件，在至少一个无线通信系统内，提供升级后的一组预定功能的模块化集成电路。所形成的计算机芯片34可具有用于连接支持所提供的一组预定功能的操作的无线通信设备的接口36。该套件还包括通过使模块化集成电路与可配置的无线通信设备相连，升级所述设备的指令。微处理器或者其它任何组件可包括执行各种功能的单个或一组可拆卸的集成电路或计算机芯片。于是，可在易于更换的芯片组或单个IC上提供特定标准内的所需功能。例如，为了从一个数字系统改变到另一数字系统，可替换选择或最小数目的组件，例如数字信号处理器或者只读存储器。通过把设备配置成包括一个或多个可拆卸的无线组件，以便甚至允许进行重大的变更，例如在模拟和数字系统之间转换，可增大无线电话机的灵活性及耐用性。
图3C提供了根据本发明形成的系统卡匣38的另一实施例。卡匣38可包括III型或具有相同机械规范的其它种类的PC卡内的无线组件。虽然在工业上广泛遵循PCMCIA标准，不过为了促进这里提供的无线手机的灵活性，可设计其它的卡匣构形。但是，PC卡实现提供了了多种独特优点。PC卡和PC卡插槽是目前适用的标准通用部件。此外，不同数目的PC卡类型构形提供了各种尺寸的卡匣，以便容纳用于诸如AMPS之类系统的PC卡中的所选无线电子器件，用于信号和控制的PC卡标准中的适当数目的插针或连接。为了降低电话机和计算机PC卡之间的混淆风险，更方便的是修改可拆卸的无线装置的外壳，以便包括与计算机的无意直接连接降至最少的独特插槽或凹槽39。
本发明的另一种变化提供一种包括有如图4中所示的内装卡匣44的无线手持式蜂窝电话机42。内部替换提供了通常隐藏起来看不见的卡匣44，同时可允许与该卡匣相连的天线46伸出手机42。天线46还可形成为卡匣44的一部分，并且手机42可包括允许天线伸出手机外壳的开孔48。对于这种无线电话机设计来说，用户可拆开手机更换卡匣44。虽然这种结构需要更多的时间来调换或更新卡匣，但是这种结构可以较简单的线条产生更美观的手机42。当每隔几年才更换一次卡匣时，关于卡匣44和手机42的这种设计特别有用。本发明的另一种变化可提供一种混合设计，该设计是内部构形和外部构形的组合。手机42的外观可类似于现今的任何无线电话机。手机42可包括各种组件，例如扬声器50，麦克风52，显示器54，电源按键硬连线控制器56及小键盘58。手机42还可含有各种类型及各种数目的控制键60。在手机42中还可选择各种子系统或无线通信组件，包括微控制器或微处理器，以及具有计算机操作系统的存储器。电池62可分离地与手机42相连。电池62可包括电量指示器和适当的充电监视电路。基本的蜂窝电话机组件，扬声器50，麦克风52及小键盘58可补充以更先进或者更复杂的组件，并可实现包括IEEE 1394火线(firewire)标准，或者通常串行总线通信标准在内的各种设计规范。无线电话机40的内部电子器件可放置在可滑入滑出手机42的可拆卸的卡匣44内。手机/卡匣接口可包括插槽并可使卡匣44与手机42相连。插槽可相对于手机42固定卡匣44，并可把卡匣导向位于接口之后的插针。这种形状的插槽还可防止以错误的方式插入卡匣。
如图4中所示，模块化的蜂窝电话机卡匣可内装在手机内。可以具有一组指令的套件的形式一起提供手机和卡匣，所述一组指令用于通过为手机选择不同的模块化蜂窝电话机卡匣，改变所选择的一组移动电话功能，或者改变网络系统。这样，当与不同的卡匣配合时，手机可获得改进或扩展的功能。卡匣可具有提供至少一个蜂窝电话系统的一组选择的移动电话功能的无线通信组件。所形成的卡匣接口可与手机接口通信，以便支持选择的蜂窝电话系统的无线通信组件的操作。手机可包括至少一个支持由卡匣提供的功能及至少一个蜂窝电话网络系统的一组所选移动电话功能的无线通信组件。手机可包括有用于连接匹配的卡匣的接口或插槽。插槽可包括手机/卡匣接口。在某些方面，手机中的插槽可类似于便携式计算机上的PC卡插槽，或者家用游戏机上的游戏卡插槽。虽然物理上，卡匣类似于PC卡或游戏卡，但是实际上，卡匣含有为无线电话机而产生的内部电子器件。插槽的一部分可包括手机/卡匣接口，而手机/卡匣接口又包括用于连接卡匣的适当插针。插槽和卡匣可被加工成防止错误插入卡匣的形状。手机中的接口或插槽连接也可被配置成连接多个模块化的蜂窝电话卡匣，每个所述卡匣具有提供一组所选移动电话功能的多个无线通信电子组件。接口可基本上遵守由PCMCIA确定的PC卡标准，例如III型插槽标准。接口可提供用于连接手机上的天线的同轴插针，并可提供硬件和软件协议，手机和卡匣可使用所述协议，协商以手机和卡匣的能力为基础的工作特性。在手机中可形成被配置成用于连接PC卡，无线组件卡匣，智能卡，或者包括用于红外通信的红外端口的其它任何附件的插槽的多个接口。
可用可分离的或者硬连线的外围设备配置图4中所示的通用手持式无线蜂窝电话机，以便获得各种操作功能。手机可包括由可物理压下的按键组成的小键盘，或者由计算机提供的按键图象或图标的触摸显示屏。另外，手机还可具有各种各样的显示器，包括有效矩阵显示器。手机还可包括用于与其它无线或非无线设备通信的数据交换接口。对于常见的蜂窝电话应用来说，手机可具有被配置成与免于用手的蜂窝电话附件，尤其是用于在汽车之类移动交通工具中操作的附件一起工作的接口。
如图5中所示，这里提供的灵活的无线电话机可具有便于接近封闭的模块化无线系统卡匣70的铰接盖板。卡匣70可被隐藏起来，平常看不见它，并可简单地通过摆动门或面板72而接近卡匣，从而避免拆开整个手机75。另外，这种结构可类似于当前适用的PC卡及游戏卡。虽然当放置在手机75内时，卡匣70也可被隐藏起来而看不见，但是手机的活动门或易于移动的部分72可便于容易地接近卡匣，从而可快速更换该卡匣。手机75可以既美观，又便于更换卡匣70。此外，在没有复杂设备和技术高超的工作人员的情况下，可容易地实现升级。可利用包括具有支持蜂窝系统的第一组无线通信组件的无线通信手机的套件，实现对这里描述的灵活的无线蜂窝电话机的升级或重编程序的步骤。可包括与所述一组无线组件相连或通信的手机接口。另外，该套件可包括也具有提供第一蜂窝系统的第一组无线通信功能的第二组无线通信部件的第一模块化卡匣。第一卡匣可具有与第二组无线通信组件通信的接口，并被配置成可拆卸地连接手机接口。该套件还包括用于重构无线通信手机的一组指令。例如，具有第三组无线通信组件的第二模块化卡匣可提供第二蜂窝系统的第二组无线通信功能。第二卡匣可具有与第三组无线组件通信的第二卡匣接口，并可被配置成可拆卸地连接手机接口。通过分离手机和第一卡匣之间的接口连接，可使第一模块化卡匣与手机分开。甚至当关闭手机电源时，也可使第一模块化卡匣与手机分开。之后，通过手机和第二卡匣之间的接口连接，可使第二卡匣与手机连接。甚至当打开手机电源时，也可使第二卡匣与手机相连。第一组和第二组无线通信功能可以相同或不同，并且也可提供相同或者更新的功能集。在操作人员选择返回先前系统的情况下，转换回先前的系统仅仅涉及重新使用手机中的初始卡匣。当用户停留在欧洲时，这便于用户很容易地转换到GSM系统，当在美国旅行时，能够灵活地在AMPS无线系统内进行操作。在各种场合下，可使用具有相同存储信息的同一手机。此外，当用户选择使用当前的无线电话机支持的更多功能时，用户不必购买另一电话机。用户可以仅仅选择向无线电话机提供扩展的功能集的替换卡匣。如上所述，也可提供支持一个以上的无线系统的多系统卡匣。当某一无线服务适用于两个或更多的不同系统时，正如现有的双重模式电话机的情况一样，可提供支持其它系统的一个或多个卡匣。对于频繁地在两个或多个不同系统之间移动的用户来说，多系统卡匣特别有用。也可提供预付费的无线卡匣。用户不必申请特定网络系统上的预订服务，但是可购买该系统的预付费卡匣，并使用已与该卡匣结合在一起的分钟数。这种相当简单的用这里提供的设备替换卡匣的方法，易于在任意指定时间支持一个或两个系统。
图5中所示的灵活手机75可包括许多组件，例如扬声器77，麦克风79，显示器80，电源按键硬连线控制器，小键盘84及电池。这些组件中的每个组件都可安装在手机外壳或机体86上，并可与手机/卡匣接口(图中未示出)电连接。扬声器77可安装在手机75上，并可被分配或连接位于手机接口内的OUT1和GND插针。扬声器77可包括与现有的手持式无线电话机设计或系统相兼容的各种发声组件，所述发声组件包括如同在现有文献，例如Phillips数据手册IC1中所述的Phillips TDA 7050T芯片。TDA 7050T可位于卡匣内，并可与诸如OUT1，OUT2及GND之类的插针相连。麦克风79也具有两个通向接口，或者位于接口内的接线，也可与IN1和GND插针相连。麦克风79可包括如同在工业文献，例如Philips数据手册中描述的，与现有的无线手机设计相兼容的各种声接收组件。另外，Phillips SA5752芯片可位于卡匣70上，并可与诸如IN1，IN2，GND，麦克风增益控制及VOX输出之类的适当插针相连。显示器80可以是液晶显示器(LCD)，并且如Philips技术手册中所述，可按照所属技术领域中普通技术人员熟知的方式，与Phillips PCF2116系列中的LCD显示控制器相连。所述控制器至少具有与接口的6个接线，例如SCL，与接口上的SCL插针相连的I²C总线，SDA，与接口上的SDA插针相连的I²C总线，根据众所周知的技术计算的V₀，V_LCD，V_DD和V_ss，并连接到接口上的适当的电压插针。这些电压可由卡匣中的电源管理组件提供。电源按键硬连线控制器可与Power Toggle插针相连，而Power Toggle插针又与开关电话机的电源管理组件相连。除了这些及其它传统的蜂窝电话功能之外，可使用小键盘84把指令输入手机75中。这些指令可以是电话号码或者使用某一功能的命令。小键盘84可用作具有较少按键的PC/AT键盘，并且能够根据按下的特定按键，把PC/AT键盘信号发送给接口。
根据本发明的原理形成的其它灵活的无线电话机还可包含用于多个卡匣的多个端口。无线通信手机的手机接口可被配置成可分离地连接多个模块化卡匣。根据需要，具有相同或不同构形的一个或多个卡匣可同时与手机相连。手机可具有用于多个卡匣的多个插槽。另外，一个卡匣可被分成或者象征性地分成两个或多个卡匣。多个卡匣可使用替换组件的灵活性更大。可以只替换所选择的那部分内部电子器件，而不是替换整个内部电子器件。例如，一部分可含有RF/IF电子器件，另一部分可含有剩余的内部电子器件。当一个不同的无线系统只要求更换RF/IF电子器件时，由于可以更换只含有RF/IF的卡匣，并且该卡匣具有较少的组件，因此转换到该无线系统的费用较低。这些及其它优点可由这里给出的整体的灵活无线结构提供。手机还可包括用于有助于更大并且更为灵活的便携式设备的其它可分离组件的其它端口。
如图6中所示，1～n个卡匣(n＞1)可与手机88相连，手机88具有用于同时或者有选择地连接多个卡匣接口(图中未示出)的许多插槽。这种原理可进一步扩展到一个无线电话机中的n个卡匣，在所述无线电话机中装有n个插槽。可为每个手机插槽选择各种插针构形。手机可包括被赋予一个5连接器构形的小键盘：复位，V_ss，数据，GND及时钟中断。复位连接器不一定被使用，V_ss可与手机接口上的适当的电压插针相连。同样，数据连接器可与手机接口上的小键盘数据插针相连，时钟可与接口上的小键盘中断插针相连。Phillips 87C751微控制器芯片或类似的控制电路可被放置在卡匣中，并且可与数据和中断插针相连。87C751及其它兼容控制器可把PC/AT型键盘信号转换为Phillips I²C总线信号。之后，该总线信号被发送给主微控制器。可按照已知的技术，并且遵守公认的工业标准，例如在现有的Phillips手册中说明的那些工业标准，实现这种转换及信号传输。此外，电池可被包含在具有显示器，以便显示电池电量的手机中。也可为手机选择智能电池，所述智能电池可具有用于连接充电器的独立触点。智能电池还可含有监视电池，控制充电及显示电池电量的电路。如同已知的文献，例如Phillips手册中所述，诸如Phillips SAA1500T之类的计算机芯片可用于实现这些及其它功能。通常，电池可负责无线电话机中的电池管理，并可在三个插针：正，负及保留插针与手机接口相连。根据卡匣的电源管理，可能需要更多的插针。这些接线直接通向卡匣中的电源管理组件。卡匣的电源管理组件可控制或向电话机供电，并可直接或间接地从手机中的智能电池接收电力。这样，通过各种接口插针，可用电力可由电源管理组件传送给其它卡匣组件及手机。另外还可具有自动断电能力。另外，天线可作为另一独立或集成的卡匣组件包含于其中。手机接口还可包括为未来的各种灵活的无线电话机而保留的ATN1和ANT2插针，所述未来各种无线电话机可具有在手机中也包含有天线的不同设计。在这种构形中，两个插针可用于连接卡匣。天线可通过ANT1插针，与卡匣中的天线硬件相连，ATN1插针又可与Phillips SA601(或SA611，SA620或SA621)及传输放大器相连。这些天线插针也可呈同轴连接器的形式，以便得到更好的天线效率。天线硬件可包括复式滤波器，阻抗匹配组件，及可选的分集电子器件。对于传输和接收来说，复式滤波器带通824-849MHz及869-894MHz范围内的频率，从而一个天线可同时用于发送和接收信号。可相对于这些或其它选择的频率调谐该天线。另外还可以使用两个天线来实现额外的信号分集。
这里提出的原理通常可应用于许多无线语音和数据通信系统。虽然多数举例说明的实施例以诸如蜂窝电话机之类的广域语音设备为目标，但是本发明也可应用于无绳电话。本发明还适用于普通大众更易于用其联系世界内任意地方的卫星电话系统。当根据这里描述的结构进行改进，以便在具有更高数据速率及可升组的功能集的不同无线系统内工作时，目前价格约为$3000的这些设备的使用年限将更长，并且更具有吸引力。类似地，也可如同这里所述那样配置诸如寻呼机或调制解调器之类的数据传输设备，以便提供更灵活的无线设备和系统。总之，本发明适用于无线通信系统方面的设备。例如，本发明提供的灵活性可应用于在不同的系统或标准内工作的智能电话，个人数字助理(PDA)或者运输车辆。
图7提供了具有大触摸屏，并包括可分离的系统卡匣92的灵活的智能电话机90。本发明的其它实施例可包括诸如Nokia 9000通信器之类各种智能电话机的灵活无线电话机结构。智能电话机通常被描述为除其它许多功能之外，还可提供诸如日期簿，联系人管理器，待做事项列表之类管理器功能，并可使用诸如因特网上的那些无线服务的无线电话机。如同本质上被结合成一个设备的手持式计算机和无线电话机一样，智能电话机提供许多当前的功能及未来的功能。在某些方面，智能电话机实质上可被看作是先进的无线电话机，并可按照本发明进行改进。灵活的智能电话机90具有如上所述的灵活的无线电话机的许多优点，另外还具有类似于计算机的操作之类的附加功能。尽管当与无线电话机相比时，它们的尺寸一般较大，在该设备的内部和外部组件之间可安置模块化卡匣92和接口，以便提供在各种各样的不同无线系统内，支持通用操作的灵活的电子装置。为了促进灵活的智能电话机90或无线电话机的模块性，可把手机部分进一步分成几个可分离的部分。在由一个或多个模块化卡匣支持的基本配置的手机中，可添加各种任意外围设备或者其它计算机附件或装置，所述一个或多个模决化卡匣包括按照至少一个无线标准工作的内部电子器件。例如，手机可包括可分离的显示器94或者小键盘96。显示器94通过连接器98，可分离地与包括无线系统卡匣92的电话机小键盘96相连。模块化卡匣92可与仅仅是不包括可拆卸的外围设备或附加的整体设备的任意部分相连。其它通用无线语音通信设备也可包括具有支持选择的无线通信系统的第一组无线通信组件的无线通信手机。该无线通信手机可包括与第一组无线通信组件相连或通信的手机接口。此外，手机接口可被配置成与一个或多个模块化卡匣通信。每个模块化卡匣可具有提供一组无线通信功能的另一组无线通信组件。该卡匣还可包括一个与第二组组件通信的接口，所述接口可分离地与手机接口相连。连接的接口可提供第一组和第二组无线通信组件间的共享耦合或访问。手机还可包括可移动的盖板，以便把卡匣夹持并隐藏在手机内。模拟化卡匣可包括至少一个用于控制无线通信装置的微控制器，或者至少一个选自数字信号处理器集成电路，只读存储器集成电路及快速存储器集成电路的集成电路。各种各样的无线通信子系统可包含在卡匣内，例如集成的RF或基带处理子系统，或者语音处理子系统，或者可控制电话机中，向通信装置提供受控电源的智能电池的电源管理子系统。通用无线语音通信设备可具有模块化卡匣和被配置成基本上或者完全遵守选择的PCMCIA标准的多个无线通信手机接口。
图8是本发明的另一实施例，该实施例提供了灵活的个人数据助理(PDA)100。除了执行常规的电话机操作之外，PDA 100可包括按照类似于智能电话机的方式，以个人管理器的形式，帮助管理个人信息的电子组件。PDA 100通常使用屏幕102显示信息，并支持各种操作系统。该电话机的用户界面可以是任意类型的用户界面，包括菜单驱动的界面。显示器102或用户界面可采用各种显示技术，包括LCD，包括诸如薄膜晶体管(TFT)之类的有效矩阵LCD在内的平板LCD。另外，PDA 100的机体112可包括常规的无线组件，例如天线104，扬声器106及麦克风108。PDA 100还可包括支持至少一个预先选择的无线标准的无线通信卡匣110，以及用于可分离地连接PDA100的机体的兼容接口(图中未示出)。该PDA 100可被配置成具有模块化卡匣的移动无线通信设备，所述模块化卡匣包括提供至少一个无线通信系统的一组选择功能的由至少一个电子组件组成的第一组无线通信电子组件，并可被配置成具有由至少一个电子组件组成的第二组无线通信电子组件的无线通信手机，所述第二组无线通信电子组件具有为多个模块化卡匣配置的，用于与模块化卡匣通信的手机接口，以便可以接触由至少一个电子组件组成的第一组无线通信电子组件。所述无线通信设备可以是在蜂窝电话系统中工作的语音通信设备，或者诸如寻呼机之类的数据交换设备。卡匣电子器件可在能够传输语音、视频和数据信号的广域网或局域网内支持该设备的操作。
图9提供了可选择供这里说明的任意灵活设备使用的无线电话机小键盘。图解说明的按键可补充以其它按键，以便支持该灵活设备的各种可扩展功能集。该手机小键盘允许用户利用发送(SEND)，结束(END)或换档(SFT)键输入无线电话机接收和处理的号码或指令。这些指令可包括电话号码或命令。灵活无线电话机小键盘可类似于常规的无线电话机中使用的小键盘，实现多种功能，并且还包括根据本发明增加的优点。例如，灵活无线电话机小键盘可转发指令，从而实现有用的功能，并且还可转发表面上不提供任何可识别功能的指令。如图9中所示，SFT键的操作非常类似于计算机键盘上的选择键。在按下SFT键之后，按下从1-6的任意数字，可分别启动卡匣内的特定功能，例如，显示电池寿命，信号强度或存储器再调用，或者验证手机号码。同时，在按下SFT之后，按下7，8或9，会执行或启动其它功能，或者在被选择供未来升级使用之前，什么操作也不进行。但是，用户可用具有不同或相同功能集的另一卡匣，或者带有实现替换卡匣和电话机所支持的新功能的更高版本的软件的另一卡匣替换该卡匣。第一个卡匣可忽略SFT 7信号，而替换卡匣可识别SFT 7信号，并实现新增加的功能，例如拨打“911”或者卡匣支持的其它预定功能。从而，本发明的另一方面提供一种通过初始选择无线手机，重构灵活无线通信设备的方法，所述无线手机具有与至少一个手机接口通信的无线通信组件，以及具有关于第一无线通信系统的第一组预选功能的第一可分离无线通信卡匣，所述无线通信卡匣通过所述至少一个手机接口，可分离地与所述手机相连。所述第一可分离无线通信卡匣可与所述至少一个手机接口断开。可选择具有关于第二无线通信系统的第二组预选功能的第二无线通信卡匣，所述第二无线通信卡匣被配置成与所述至少一个手机接口相连。所述第二无线通信卡匣可与所述至少一个手机接口连接，以便重构所述灵活无线通信设备，从而与所述第二无线通信卡匣一起工作。另外，多个无线通信卡匣可以可分离地与在无线手机内形成的其它手机接口相连。也可选择符合预选构形或确定标准的一个或多个卡匣。替换卡匣可包括支持相同或不同无线通信系统的电子组件。可在卡匣和手机之间完成组件的分配，以便降低被替换卡匣中相同组件的数目，或者使被替换卡匣中相同组件的数目降至最小，尤其是对于同一无线系统内相对简单的服务升级更是如此。类似地，替换卡匣可根据相同或不同的无线标准，提供相同或不同的功能集。
如图10中所示，根据本发明形成的多个卡匣可有效扩展灵活无线电话机的功能集。本发明的这种变化也可提供升级蜂窝电话机的方法，其中手机与具有提供特定无线系统的一组已有功能的无线电子组件的第一可分离蜂窝电话机卡匣相连。第一可分离蜂窝电话机卡匣A可与手持式蜂窝电话机断开。第一可分离蜂窝电话机卡匣A可被具有提供该无线系统的一组升级功能的无线电子组件的第二可分离蜂窝电话机卡匣B替换。这些步骤可被简化为一组指令，并可与设备一起被组装为套件或系统。例如，当用户借助小键盘数据和小键盘中断插针输入SFT 1命令时，小键盘可向卡匣A的接口发送适当的信号，从而实现重拨功能。按下SFT 8不提供卡匣A内的任何功能，并可对应于保留信号，供未来之用。卡匣A内的微控制器接收转发的小键盘命令，并根据该卡匣是否支持该键击，实现某一功能，或者忽略该信号。替换卡匣B可提供相同或不同的无线系统内的一组新功能。当按下SFT 1时，替换卡匣B可继续执行重拨功能，并且现在当按下SFT 8时，可执行新的功能，例如拨打“911”。对于本领域的普通技术人员来说，有关电子组件的信号之间的连接及相互作用的具体细节是众所周知的，并在诸如Phillips手册之类的文献中进行了说明，该文献作为参考整体包含于此。
图11-15图解说明了这里提供的手机和卡匣内的不同组件之间的各种关系。可把这些组件在手机和卡匣之间分成不同的预选小组，以便实现包括(但不局限于)蜂窝电话的无线通信设备的灵活操作。图11提供了图解说明了无线通信卡匣的内部电子组件的方框图。该简化图可包括其它卡匣子系统和组件的表示。对于包括许多无线标准的常见无线通信子系统中所含组件的卡匣，可选择任意数目的无线半导体。不考虑具体实现或通信系统，诸如蜂窝电话机之类的无线设备共有能够实现诸如语音或数据之类信息的传输的普通功能。例如，当操作者对手机讲话时，手机中的麦克风把声音转换为电信号。电信号可被引向语音处理子系统130内的语音处理器组件(VPC)。VPC过滤该信号，并将其发送给具有基带处理器子系统126的基带处理器组件(BPC)，所述基带处理器子系统126处理该信号，以便进行调制。随后，该信号被传给RF/IF组合，以便进行实际调制。该信号最终被传给天线，天线将该信号转换为无线电信号。当电话机接收到无线电波时，手机的天线通常把无线电波传送给RF/IF组件。RF/IF组件过滤该信号，并为BPC对该信号进行解调。BPC可对输入的基带信号进行处理和解码，并且随后将其传送给VPC。VPC对该信号进行均衡及其它修改，以使该信号可识别。扬声器把来自于语音处理器的信号转换为可被收听者感知的发射声音或话音。这些普通步骤和过程之后通常跟随大多数形式的无线通信，并且本发明采用了这些普通步骤和过程。随着关于把不同但是相关的组件合并到单个器件或者计算机芯片上的技术发展，这里提供的所选子系统的替换可进一步促进近来集成更多子系统的趋势。这些灵活手持式电话机和卡匣可被看作支持无线通信的可互换并且集成的组件的组合。
如图11中所示，专用服务微控制器(SSMC)114可放置在卡匣部分116中，并控制各个子系统之间相当大部分的相互作用。SSMC114可发出各种命令，包括何时打开手持式无线电话机，在各个时刻发出哪些信号，以及何时转换到另一信道。手机专用微控制器组件(HSMC)118可控制为手机选择的操作逻辑电路，并可与数据接口122相连，以便与外围设备通信。例如，HSMC可控制或实现手机组件120内的功能，例如，为手机处理存储器体系结构，实现自动回叫，实现音量和显示控制，控制电池，以及并不特定于无线系统的其它任何任务。在某些构形中，SSMC 114及HSMC 118可被集成并位于同一计算机芯片上。此外，SSMC 114或HSMC 118可包括RAM和/或ROM组件，或者其它存储器组件。也可用用于不同系统的具有相似功能的其它组件替换无线手机卡匣中的其它组件。例如，为了在GSM无线系统中工作，可提供一个可分离的卡匣，所述卡匣包括RF/IF子系统124和天线125，基带处理器系统126，电源管理系统128及选择的其它组件。可为另一不同的无线系统内的操作修改并专门设计具有类似组件的另一卡匣。这些卡匣可被配置成使用也可结合本发明一起使用的智能卡。虽然这些类型的本身具有集成电路的模块化装置包括用于它们的相应设备的附加功能，但是这里规定的原理简化并提高了它们在多个无线系统内的使用灵活性。根据本发明形成的可分离的卡匣及灵活手机可有效地支持完全不同的无线系统的操作。
图12是图解说明用于手持式无线蜂窝电话机132的各种外部手机组件的方框图。手机的内部电子器件136可放置在永久地或者可分离地连接在手机外壳上的分离的卡匣134内。这里可提供许多不同的卡匣组件变化，因为至少可把无线电话机组合件分成截然不同的两部分，即一个手机及至少一个卡匣。例如，通常放置在卡匣内的某些组件实际上可置于卡匣134外，并放置在手机132内。通常包含在手机132中的其它组件也可位于卡匣134中。可以多种方式完成组件的分配，以便实现不同的灵活性目标，并满足不同无线系统的要求。当回顾普通的无线电话机结构时，可进一步说明提供多组件分离的原理。灵活无线电话机可包括位于外壳内的许多组件，例如麦克风系统138，扬声器系统140，电池142，小键盘系统144，硬连线手机控制器146，显示器或LCD系统148，天线，数据接口系统150，RF/IF组件，基带处理器，语音处理器，SSMC，HSMC，以及电源管理组件。应指出的是小键盘不必是PC-AT键盘，也不必具有规定的布局。目前，任何小键盘构形都可和无线电话机一起使用。电话机甚至可具有如同包括个人标识号锁定功能的安全系统，甚至可具有可借助小键盘控制启动的跟踪恢复系统。类似地，显示器，麦克风，扬声器，天线或外壳也存在许多变化。手机可包括向用户提供可视信息的显示装置。当显示器被更新时，卡匣中的微控制器可向显示器发送I²C信号。手机外壳可以是无线电话机的物理构架，并可把手机组件保持在一个设备内。手机还可包括用于连接卡匣的看得见的或隐藏的插槽。也可使用许多不同类型的电池结构。可选择一个以上的电池，甚至可在手机和卡匣之间分离和分配电源管理组件。手机甚至可被配置成支持充电器及各种其它附件。电池可包括充电组件，并实现诸如向卡匣内的电源管理子系统供电之类的功能。电源管理子系统可控制并把来自电池的电能转换给无线电话机内的其它系统。电源管理子系统还可包括控制当无线电话机实际使用时，当无线电话机被打开，但是处于空闲，睡眠或待机模式时，或者当处理器降速工作时，控制能耗的电路。此外，电话机可实现通过宽域网(WAN)或包括诸如“蓝牙”之类局域无线网络(LAWN)的局域网(LAN)，进行通信的硬件和软件。数据接口系统可支持该功能，并且还可支持数据无线网络内的操作，例如双向寻呼服务。
图13是图解说明本发明的包括灵活无线电话机和系统卡匣的备选实施例的方框图。该构形的系统可降低系统的费用，因为RF/IF系统152和天线154与卡匣160分离，并且包含在手机170中。手机专用微处理器156也可位于手机170中，以便进一步降低卡匣160中的组件数目，从而降低卡匣的尺寸和成本。同时，数据158和扬声器/麦克风162系统也可包含在手机170中。这些手机组件不能够再升级，从而不能借助该构形改变电话机的功能集。当天线位于手机170中时，由于模块化卡匣没有伸出的天线，因此卡匣160的尺寸可以相当小，并可形成相当简单的结构。但是，由于种种原因，当把卡匣和天线包含在一起时，可避免分别替换卡匣和天线，因此最好把天线配置在系统的卡匣160中。也可为单个天线优化卡匣电子器件，例如阻抗匹配和其它最佳条件选择。如果天线未包含在手机中，则可进一步简化天线和卡匣之间的电路的复杂性。当更新或转变到一个新的系统时，可避免分别调换两个天线和卡匣组件，并可降低关于哪个天线对应于哪个卡匣的混淆风险。本发明的另一优选实施例提供了一种自适应系统，其中卡匣可选择使用卡匣中的天线，或者选择使用手机中的可选天线。手机和卡匣可协商在给定情况下，适于使用哪个天线。例如，当在电话机中时，卡匣可选择使用卡匣自身的内部天线，当在具有大功率天线的运输车辆中时，卡匣可选择使用车辆的天线。手机中的天线本身又是可分离的。本发明再次向子系统提供了多种不同类型的划分和可能的组合，增大了灵活性。但是，对于灵活无线电话机的手机来说，最好包括至少一个诸如扬声器之类的电子组件。手机外壳可还包含其它组件及相关的电连接。另外，手机组件可通用，并可和多个无线系统一起工作。当手机包括不能和多个无线系统一起使用的组件时，这会限制系统提供灵活无线电话机的能力。例如，当手持式电话机含有只能与AMPS标准一起使用，并且不能在GSM系统内工作的滤波器时，电话机提供灵活无线电话机的能力将受到限制。但是，如果当与另一无线系统时通信时，可控制地禁用或绕过AMPS滤波器，则可提供供多个系统使用的灵活电话机。可与多种不同无线系统一起工作的手机滤波器可提供灵活无线电话机。
图14中图解说明了这里提供的另一种灵活无线电话机和卡匣系统。除了手机专用微控制器或微处理器182及诸如数据系统184和扬声器/麦克风子系统186之类的外部组件之外，大部分内部电子组件可包含在卡匣180中。手机专用微处理器182不必与卡匣180结合在一起，并且可以永久地与手机190硬连线连接，或者可包括在单独的卡匣中。如上所述，当在与卡匣180相对的手机190中设置所选的子系统时，借助这种类型的构形，具有特殊的好处。
这里还提供了如图15中图解说明的另一种灵活无线电话机和卡匣系统。手机210内可包含有用于存储诸如电话号码之类的用户数据的独特读/写存储器子系统202。该存储器可通过数据总线与放置在卡匣200中的微控制器相连并通信。这种可选组合可用于存储用户数据。该可选存储器组件还允许用户存储诸如电话号码及姓名之类的信息，或者诸如移动标识号(MIN)之类的无线系统专用数据。在某些应用中，最好包括有存储用户数据的存储器。存储器可放置在手机210或卡匣200内。存储器可位于手机中，从而当替换卡匣200时，或者当通过替换卡匣，升级手机或者使之转换到另一不同的无线系统时，不会丢失用户信息。另一方面，存储器可包含在第二卡匣或微型闪光记录卡中。第二卡匣可被配置为PCMCIA存储卡，智能卡，诸如GSM电话机中使用的用户标识模块(SIM)，或者可与相应的手机端口或插槽相连的其它一些可分离的结构。当存储器与卡匣分离时，可利用包括地址插针，数据插针和控制插针的数据总线增大这里描述的手机/卡匣接口插针输出。接口可提供跨越手机/卡匣接口的数据访问。数据总线可包括如同和在Phillips的技术文献中描述的某些AMPS实现一同提出的8-位数据总线，如同和GSM实现一同提出的16-位数据总线，诸如PCI或插件总线之类的32-位数据总线，或者诸如通用串行总线(USB)或IEEE-1394之类的串行总线。可包含在手机内的其它组件还有，例如用于连接手机，从而免除手动操作的外部插头，使无线电话机与调制解调器或计算机相连的数据接口204，用于电池寿命报警及其它信号的辅助LED，以及用于诸如扬声器/麦克风206音量控制，振铃音量控制及背面照明之类参数的其它控制装置。对于某些应用来说，最好把这些可选组件包含在灵活无线电话机中，从而可提供更通用，更实用的无线电话机。电话机可避免包含这些辅助组件，从而可符合相当简单的设计结构。
在本发明的另一实施例中，图16表示了允许不同的卡匣通过公用的手机/卡匣接口，与各种各样的手持式设备一起工作的灵活无线设备系统。所述手持式设备可以是无线电话机，无线PDA，无线运输车辆，或者其它任意无线设备。每个设备含有与支持各种无线系统，包括IS-136，AMPS，IDEN，GSM及IS-95的卡匣紧密配合的手机/卡匣接口。这些接口符合相同的电学规范及机械规范，允许任意数目的卡匣与任意数目的设备相配合，只要卡匣与设备都支持相同的电学规范和机械规范。从而，通过为所需的系统选择适当的卡匣，并使该卡匣与车辆，电话机或PDA中的接口相匹配，一个车辆，电话机或PDA可使用多个无线系统。
图16中的灵活无线设备系统1600表示了卡匣1605是如何根据设备1615A-1615C的特性，配置其操作的。例如，系统1600可允许卡匣指示是使用卡匣1605中所含的天线1610，还是使用设备1615A或1615B中所含的天线1620A或1620B。当把卡匣1605放在无线电话机1615A中时，卡匣1605F和电话机1615A可借助通过接口(图中未示出)发送的电信号传递信息。使用该信息，卡匣1605F可认识到当与电话机1615A连接时，不能使用卡匣1605F中的天线1610，从而使用电话机的天线1620A发送和接收无线电信号，而不是使用卡匣的天线1610。当把卡匣放入车辆1615B中时，卡匣1605G和车辆1615B也可借助通过接口(图中未示出)发送的电信号传递信息。使用该信息，卡匣1605可认识到虽然卡匣1605G中的天线1610可用，但是车辆1615B中的天线1620B功率更大，于是应使用车辆1615B中的天线1620B。当把卡匣1605H放入PDA 1615C中时，卡匣1605H和PDA1615C可借助通过接口(图中未示出)发送的电信号传递信号。卡匣1605H可认识到PDA 1615C中没有天线，从而卡匣1605H使用卡匣1605H中的可伸缩天线1610发送和接收无线电信号。
图17和18表示了这种公用手机/卡匣接口1705是如何被构造成支持这里提供的灵活无线系统的。如图17中所示，卡匣1605可含有当卡匣1605与设备中的接口紧密配合时，连接接口1705上的32个插针的32针插孔1715。卡匣1605还可包含用于连接接口上的一个或多个同轴插头的一个或多个同轴插孔1710。如图18中所示，可按照图2B中保留插针的相同方式保留插针3、4、6、8、24和26。插针2、7、9、13、20和30可用于接地。插针19、23、25、27和29可用于向内部电子器件供电。插针10可用于向卡匣1605中的其它电子器件供电。插针1、31和32可用于支持利用在诸如直接串行，通用串行总线(USB)，IEEE 1394之类常见行业标准，或者专有数据传输方案的串行数据通信。卡匣1605和手机可通过接口1705发送信息，以便确定使用哪种传输方案，或者可使用插针28确定是否使用直接串行或USB进行传输。通过这些插针发送的数据可包括在行业或专有消息接发方案中常见的AT命令。插针5可用于帮助卡匣选择是使用手机中的天线，还是使用卡匣1605中的天线1610。在该判定中，以及在其它操作特性的协商中，也可使用通过插针1和32发送的数据。插针11、12、21和22可用于通过接  1705传递模拟语音信号。这免除了手机对语音信号进行数字化的负担，并将该负担施加于卡匣1605上，从而提供组件较少的手机。另外还便于在AMPS系统内更有效地传输语音。插针14可用于使卡匣1605和接口1705的操作复位。插针15、16、17和18可用于通过接口1705传递脉码调制(PCM)语音信号。这可利用在许多手机和设备中常见的已有PCM电子器件，降低了卡匣1605的处理负载。卡匣1605可把其操作配置成根据通过插针1和32，或者手机和卡匣1605自身的模拟和PCM插针，在手机和卡匣1605之间传递的信号，使用模拟语音插针或PCM插针。插针A1和A2可用于在卡匣1605和手机上的天线之间传递RF信号。
虽然已参考上面详细说明的各种应用，说明了本发明，优选实施例及方法的这些说明及举例并不意味着对本发明的限制。应明白本发明的所有方面并不局限于这里陈述的依赖于各种条件和变化的具体描述，构形或相对比例。对于本领域中的技术人员来说，当参考本公开文献时，本发明的各种实施例在形式及细节方面的各种修改，以及本发明的其它变化都是显而易见的。于是，附加的权利要求所覆盖将覆盖所述实施例的落入本发明精神和范围内的所有这些修改、变化或等同物。