CN107332592A - 天线对准系统及方法 - Google Patents

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Abstract

使用一种内含数据源或数据汇的无线收发装置，可在安装时实时量测传输质量。包括天线、数据源、基频收发单元、处理单元以及指示单元。数据源，用以产生数据封包。基频收发单元，用以透过天线发送或接收无线讯号，并发送数据封包。处理单元，用以根据数据封包取得无线讯号之传输质量，并根据传输质量产生指示信息。将传输质量以指示信息显示，可以用以指示协助天线安装者调整天线之指向。

Description

天线对准系统及方法
技术领域
本发明系有关于一种天线对准系统及方法，尤指一种发射端内含数据源，可产生数据封包以供接收端量测传输质量之无线设备及系统。
背景技术
随着通讯技术的发展，使用无线通信技术已成为当今世界上几乎无所不在的通讯架构，透过无线通信技术做为传输媒介的需求亦日益俱增。不论是点对点的通讯模式，或是无线接入点(基地台)与无线终端装置(如手机、笔记本电脑、个人数字助理、互联网家电等)个人与团体之间各种形式的无线通信正广泛的被使用。使用定向天线进行两端点之间的无线链接是常见的通讯手段。当无线频谱变得越来越拥挤，定向天线波束的方向性亦可避免或减轻与其他无线网络的干扰。此外，高增益定向天线亦可被用来促进无线网络的传输距离，增加信噪比(SNR)以提升网络质量等。抛物面天线常被用在定向通讯用途。两个抛物面天线需将其定向波束互相对准，以建立无线电链路。如果它们两者在可视距离以内，则可以肉眼地进行对准。若超过肉眼可视距离，一般可以使用诸如指南针或GPS定位等地理识别手段来准确地旋转天线，以建立初始接触。
一旦初始无线电接触被建立，安装者将进一步对诸如信号强度(RSSI)或数据吞吐量的性能数据进行计算，以微调抛物面天线的倾斜角度和方位角以获得最佳性能。室内无线电通信的电磁波则容易遭受如家具、墙壁和地面等物体反射或折射的影响。这些影响因素造成多重电磁波路径甚至可能因多重路径而互相抵消，使电磁波衰减。因此在室内的一对无线电收发设备，无论用目测，用地图的地理辅助，指南针或GPS定位都可能因多重路径问题而无法定订优化的天线指向。反而如信号强度(RSSI)或数据吞吐量等性能指针才能更好地辅助精确的天线安装。因此，若有简单方法提供诸如信号强度(RSSI)或数据吞吐量等性能指针，对于长距离和短距离的高性能数据无线电网络安装者十分重要。常用的基本的方式是在无线电设备上使用一排LED灯，以亮灯个数提示信号强度(RSSI)。但RSSI只是信号强度的指示，它不反映信号质量(Signal Quality)。信号质量(或称传输质量)通常代表信号强度，解调和译码的正确性，以及干扰的影响的总合。良好的无线电安装着重更好的信号质量，而非信号强度，以实现较高的带宽。
如果无线电安装人员需要针对信号质量做天线指向的调整，通常需要一系列测试设备。这是因为无线电设备的电子部分通常被划分成无线收发器(radio transceiver)，调变/解调基频(modulation/demodulation baseband)和有最终有通讯需求的客户端/服务器端的数据源(data source)/数据汇(data sink)等功能方块。客户端/服务器端的数据源/数据汇通常与无线收发器及调变/解调基频是分开的。这是因为无线电通常被设计成使用于许多不同的数据服务，而不仅仅是单一用途。在点对点微波安装时，客户端/服务器端数据源/数据汇就是位于两端的信号质量测试仪。这即是仿真实际的数据通信链路。在无线电通信中，众所周知的信号质量测试器包括用于连续数据质量测试的I-perf和Chariot。若需量测瞬时吞吐量，可利用两端计算机做档案传递(FTP)，即可当做客户端/服务器端数据源/数据汇。通过测量传输具有已知大小的文件所需的时间，可以测量数据传输质量。对于无线电安装者，若数据源/数据汇与无线收发器及基频电路能整合在一起，则天线定向时需要携带的设备就可以简省很多。同时，一旦天线被调整至最佳数据传输质量的指向，就可确知已经达到最佳收发状态。
发明内容
鉴于本发明之目的，在本发明中，数据源/数据汇或档案传递机制被整合到无线电本身。通常它是在无线电内可执行的软件。它能测量并显示数据传输的质量，以作为安装的参考。信号质量的显示可以整合至无线电本身，亦可做外部显示。例如LED，LCD，显示面板，振动器或蜂鸣器等即可以整合至无线电本身，作为安装辅助。若一智能型手机以无线方式连接到该无线电，则该智能型手机即可作为为显示器，将更为经济而且有各种表达信号质量的方式。因为信号质量可以数字显示，图形显示，振动或音阶表示。所有的现代手机通常有wifi功能，因此若该待安装的无线电也支持wifi，即可以手机辅助调整无线电的天线的指向。
本发明提供一种无线收发装置，包括：天线。发射端的数据源，产生数据封包。接收端的数据汇，根据所接收的数据封包量测传输质量。基频收发单元，用以透过上述天线发送或接收无线讯号，并发送及接收上述数据封包。处理单元，内含执行软件，以产生上述发射端的数据封包及担任接收端的数据汇，量测传输质量。以及指示单元，用以根据上述传输质量产生指示信息。
本发明提供一种天线对准系统，包括：第一无线收发装置，第二无线收发装置。第一无线收发装置包括：第一天线。第一处理单元，内含执行软件，用以产生数据封包。第一基频收发单元，用以透过上述第一天线发送或接收无线讯号以及发送上述数据封包。第二无线收发装置，包括：第二天线。第二基频收发单元，用以透过上述第二天线发送或接收上述无线讯号，并接收上述数据封包。第二处理单元，内含执行软件，用以根据所接收的上述数据封包的完整程度或传输速度决定传输质量。以及指示单元，用以根据上述传输质量产生指示信息。
本发明提供一种天线对准方法，由第一无线收发装置产生数据封包，经由第一无线收发装置之第一天线发送数据封包，透过第二无线收发装置之第二天线接收该数据封包，根据接收之数据封包的完整程度或传输速度决定传输质量以及根据上述传输质量产生指示信息。
附图说明
图1显示根据本发明一实施例所述之天线对准系统。
图2显示根据本发明一实施例所述天线对准系统正向传输质量测试及天线指向调整之流程示意图。
图3显示根据本发明一实施例所述之另一天线系统。
图4显示根据本发明一实施例所述之天线系统。
图5显示根据本发明一实施例所述之多重天线系统。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例对本发明进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1显示根据本发明一实施例所述之天线对准系统。如图1所示，根据本发明一实施例所述之天线系统包括第一无线收发装置100，第二无线收发装置110。第一无线收发装置100包括第一天线101，第一基频收发单元102以及第一处理单元103。第一处理单元103，内含执行软件，用以产生数据封包。第一基频收发单元102(经由调变、移频及放大等功能装置，未绘制)透过第一天线101发送数据封包至第二无线收发装置110。第二无线收发装置110包括第二天线111，第二基频收发单元112，以及第二处理单元113。第二基频收发单元112透过第二天线111(及放大、移频及解调变等功能装置，未绘制)接收来自第一无线收发装置100之数据封包。第二处理单元113内含执行软件，用以根据所接收的上述数据封包的完整程度或传输速度决定传输质量。第一无线收发装置100及第二无线收发装置110皆可包含其指示单元104及指示单元114，用以执行指示功能。以此天线对准系统为例，第二无线收发装置110之指示单元114，可根据传输质量产生指示信息，用以指示第二无线收发装置110之天线安装人员调整第二天线111之指向。第二基频收发单元112亦可透过第二天线111将传输质量回传至第一无线收发装置100，由第一基频收发单元102透过第一天线101接收，第一处理单元103内含之执行软件接收第二天线111发送来的传输质量，第一无线收发装置100之指示单元104可根据所接收之传输质量产生指示信息，用以指示第一无线收发装置100之天线安装人员调整上述第一天线之指向。
严格来说，上述传输质量系第一无线收发装置100发送、第二无线收发装置110接收(称为「正向」)之传输质量。通常若两端点的无线收发装置是同一设计型式，无论谁收谁发，其特性大致对称，上述动作即已完成两端天线指向的调整，毋需另进行第二无线收发装置110发送、第一无线收发装置100接收(称为「反向」)之传输质量测试及天线再调整。但若是两端的带宽、天线、调变及解调特性不同，尤其若正、反向电磁波的传输、干扰及反射特性不同，则反向的传输质量也可能具参考价值，且也可能会影响天线指向。反向的传输质量可由第二无线收发装置110透过第二天线111发送数据封包给第一无线收发装置100。第一无线收发装置100量测(反向)传输质量，再根据传输质量产生指示信息，指示安装人员调整第一天线101，或另将反向传输质量传送至第二无线收发装置110以协助其安装人员调整第二天线111之指向。经反复双向调整，即可获得正向及反向皆为理想之数据传输质量。
第一天线以及第二天线适用于任何形式之天线，如单极化天线、偶极天线、循环天线、槽孔天线、微带天线以及碟形天线等。大多数天线装置，尤其长距离通讯用之天线装置皆有指向性。在安装时，将指向天线逐步调整方向至增益最高之峰值(Peak)，是安装人员常见的步骤。在复杂的安装环境，尚有反射与干扰等因素，使天线增益最高之峰值不见得是传输质量最好、吞吐量最佳的状况。前述之指示信息系根据传输质量产生，因此为安装人员提供最直接的协助。
量测传输质量有二种方式。第一种方式，数据封包为固定大小的数据数据包。无线电波在空中传输因噪声干扰，会遗失部份封包。多数基频收发解决方案会遇封包遗失会重新传送，因而延长完整接收该组固定大小的数据数据包所需时间。根据完整接收该组数据数据包所需时间即可计算该无线传输链路的传输速率(如若干Mbps)做为其传输质量。第二种方式，数据封包为固定速率、不间断传送的数据数据流。因噪声干扰，部份封包会遗失。遇封包遗失时基频收发解决方案启动重新传送流程，不间断传送的数据数据流因需重复传送相同数据，因此每单位时间能接收之有效数据降低。根据每单位时间能接收之有效数据即是该无线传输链路的传输速率，即是其传输质量。
指示单元可为任何形式之感官指示，如使用装置内建之指示接口，LED灯号显示、装置之震动频率提示、喇叭或蜂鸣器的声响提示或是智能型装置亦可另行安装应用程序，以提供用户图形指示接口等。
图2显示根据本发明一实施例所述天线对准系统正向传输质量测试及天线指向调整之流程示意图。如图2所示，首先步骤S1是由第一无线收发装置100透过第一天线101发送数据封包给第二无线收发装置110，其中数据封包可为固定大小的数据数据包，亦可为固定速率、不间断传送的数据数据流。步骤S2，第二无线收发装置110量测传输质量。步骤S3，第二无线收发装置110根据传输质量产生指示信息。步骤S4，该指示信息指示安装人员调整第二天线111以取得第一无线收发装置100到第二无线收发装置110较佳的数据传输效率。步骤S5第二基频收发单元112透过第二天线111将传输质量回传至第一无线收发装置100，由第一基频收发单元102透过第一天线101接收，第一处理单元103内含之执行软件接收第二天线111发送来的传输质量。步骤S6第一无线收发装置100之指示单元104根据所接收之传输质量产生指示信息。步骤S7第一无线收发装置100指示其天线安装者根据该指示信息调整其天线。
图3显示根据本发明一实施例所述之另一天线系统。本发明同一原理可使用在一无线装置(称为「基地台」，即Access Point或简称AP)提供服务给多个无线装置(「用户」)的情况。如图3所示，根据本发明一实施例所述之天线系统包括第一无线收发装置及多个第二无线收发装置，第一无线收发装置为一基地台300及多个第二无线收发装置为多个用户310。基地台300及用户310都具有移频、放大及基频收发调变等功能方块，不再逐一详述。在本实施例中基地台300包括天线301，基频收发单元302，处理单元303以及指示单元304。用户310为基地台300所服务的多个无线终端装置(如智能行动装置)之其一，包括天线311，基频收发单元312，处理单元313以及指示单元314。
基地台端的处理单元303内含执行软件，用以产生数据封包。数据封包透过基频收发单元302及天线301发送，为用户310透过基频收发单元312及天线311接收。用户310端的处理单元313内含执行软件，用以根据所接收的上述数据封包的完整程度或传输速度决定传输质量。客户端的指示单元314可为智能行动装置之应用程序提供的用户接口，根据指示信息指示由用户调整或由应用程序自动调整客户端智能行动装置之天线311指向。传输质量亦可回传给基地台300，产生指示信息，由指示单元304内建的灯号显示，或是利用客户端的指示单元314的用户接口作为指示接口，根据该指示信息指示调整基地台端的天线301指向，以改善基地台300对用户310之信号质量。再者，考虑基地台300需为同一场域内多个用户310提供服务。若多个用户310在该场域分处不同位置，电波路径将各有不同之障碍、反射及干扰。此时基地台端的处理单元303可根据该多个用户310回传之传输质量，动态调整或依权重产生综合指示信息，根据综合指示信息调整基地台端的天线301之指向，以求同一场域内多个终端装置享有同一水平或依同一场域内不同地点重要性而有差异之无线传输质量。
图4显示根据本发明一实施例所述之天线系统。与无线收发装置400联机之用户设备之其一有能力产生数据封包，另一用户设备有能力根据所接收的数据封包的完整程度或传输速度决定传输质量，则此无线收发装置400尚可简化。如图4所示，根据本发明一实施例所述之天线系统包括无线收发装置400，第一用户410以及第二用户420。无线收发装置400及第二用户420都具有天线、移频、放大及基频收发调变等功能方块，不再逐一详述。第一用户410可为有线或无线装置。无线收发装置400包括天线401、基频收发单元402以及处理单元403。第一用户410以及第二用户420一般为智能行动装置，第一用户410包括天线411、基频收发单元412、处理单元413以及指示单元414，第二用户420包括天线421、基频收发单元422、处理单元423以及指示单元424。
第一用户410通常位于无线收发装置400附近，为无线收发装置400安装人员之辅助工具。第一用户的处理单元413内含执行软件，用以产生数据封包。数据封包透过天线411发送给无线收发装置400。无线收发装置400作为第一用户410以及第二用户420之中继节点，无线收发装置400将接收到的数据封包发送给第二用户420。第二用户的处理单元423内含执行软件，用以根据所接收的上述数据封包的完整程度或传输速度计算取得无线收发装置400对第二用户420的传输质量。根据传输质量产生指示信息，第二用户的指示单元424为智能行动装置之应用程序提供的用户接口，根据指示信息指示第二用户420调整或由应用程序自动调整第二用户的天线421指向。处理单元413亦可透过接收由第二用户420经由无线收发装置400回传的前述传输质量产生指示信息。邻近无线收发装置400的第一用户的指示单元414为第一用户智能行动装置之应用程序提供的用户接口，根据该指示信息指示无线收发装置400安装者即可调整其天线401指向，以改善无线收发装置400对第二用户420之信号质量。因智能行动装置之普及，本实施例中之无线收发装置400仅需在其附近有一容易与其进行无线连结之另一智能行动装置，即可省略其用以产生数据封包数据源之执行软件，由该另一智能行动装置(第一用户410)代替之，仍可进行无线收发装置400对其服务区内无线用户传输质量之优化。无线收发装置400的处理单元403仅留存在第一用户410及第二用户420之间中介数据封包及传输质量数据之功能。邻近无线收发装置400的第一用户410也可能使用另一替代无线电或有线连结(均未绘制)与无线收发装置400进行通讯，只要能透过无线收发装置400发射其数据封包，并从无线收发装置400取得第二用户420回传之信号质量即可。
图5显示根据本发明一实施例所述之多重天线系统。本发明同一原理亦可使用在无线装置具有多重天线(尤指多输入多输出即MIMO，接收波束形成即Beam Forming，或分频多任务即Frequency Multiplexing等多天线传输技术)的情况。如图5所示，根据本发明一实施例所述之多重天线系统包括第一无线收发装置500，第二无线收发装置510。第一无线收发装置500包括第一天线501A，第三天线501B，第一基频收发单元502以及第一处理单元503。第二无线收发装置510包括第二天线511A，第四天线511B，第二基频收发单元512以及第二处理单元513。第一无线收发装置500及第二无线收发装置510皆可包含其指示单元504及指示单元514，执行指示功能。
第一无线收发装置500透过多输入多输出(MIMO)或接收波束形成(Beam Forming)多天线传输技术使用第一天线501A及第三天线501B同时与第二无线收发装置510之第二天线511A及第四天线511B进行无线讯号通讯。第一天线501A及第三天线501B亦可同时单独与第二无线收发装置510之第二天线511A或第四天线511B进行无线讯号通讯，以获得接收波束形成或分频多任务等通讯技巧之传输增益。多输入多输出，接收波束形成或分频多任务/解多任务之运算分别在第一处理单元503及第二处理单元513单独或协同进行。第一处理单元503内含执行软件，用以产生第一天线501A及第三天线501B之MIMO，Beam Forming或分频多任务数据封包；第二处理单元513内含执行软件，用以根据第二天线511A及第四天线511B所接收的上述数据封包的完整程度或传输速度决定传输质量。利用前示例将天线调整至最佳传输质量之原理，第一无线收发装置500之指示单元504指示其安装人员根据第二无线收发装置510回授之传输质量，调整第一天线501A及第三天线501B之指向，以改善第一无线收发装置500对第二无线收发装置510之信号质量。即使MIMO或Beam-forming天线在复杂地形、有电波反射之场合已有自行调适至传输带宽最佳、信号最强之效果，安装人员若能根据指示信息将天线之物理位置先调整至一普遍之最佳值，再由MIMO或Beam-forming之运算机制依现场对象变化随时间再做调整，将可获得双重的优化效果。
综上所述，本发明符合发明专利要件，爰依法提出专利申请。惟，以上该者仅为本发明之较佳实施方式，本发明之范围并不以所述实施方式为限，举凡熟悉本案技艺之人士爰依本发明之精神所作之等效修饰或变化，皆应涵盖于以下申请专利范围内。

Claims (16)

1.一种天线对准系统，其特征在于，包括：
第一无线收发装置，包括：
第一天线；
第一处理单元，用以产生数据封包；
第一基频收发单元，用以发送或接收无线讯号，以及发送上述数据封包；以及
第二无线收发装置，包括：
第二天线；
第二基频收发单元，用以发送或接收上述无线讯号，并接收上述数据封包；
第二处理单元，用以根据所接收上述数据封包取得上述无线讯号之传输质量；以及
根据上述传输质量调整上述第一天线或第二天线之指向。
2.根据权利要求1所述的天线对准系统，其特征在于，上述第一无线收发装置更包括第三天线，上述第一天线及上述第三天线同时与上述第二天线进行无线讯号通讯。
3.根据权利要求2所述的天线对准系统，其特征在于，上述第二无线收发装置更包括第四天线，上述第一无线收发装置透过多输入多输出(multi-input and multi-output，MIMO)传输技术使用上述第一天线及上述第三天线与上述第二无线收发装置之上述第二天线及上述第四天线进行无线讯号通讯。
4.一种天线对准系统，其特征在于，包括：
第一无线收发装置，包括：
第一天线；
第一处理单元，用以产生数据封包；
第一基频收发单元，用以发送或接收无线讯号，以及发送上述数据封包；以及
多个第二无线收发装置，分别包括：
第二天线；
第二基频收发单元，用以发送或接收上述无线讯号，并接收上述数据封包；
第二处理单元，用以根据所接收上述数据封包取得上述无线讯号之传输质量；以及
上述第二无线收发装置分别回传上述传输质量，而上述第一无线收发装置接收上述传输质量，以产生综合指示信息，并根据上述综合指示信息调整上述第一天线之指向。
5.根据权利要求4所述的天线对准系统，其特征在于，上述第一无线收发装置更包括第三天线，上述第一天线及上述第三天线同时与上述第二天线进行无线讯号通讯。
6.根据权利要求5所述的天线对准系统，其特征在于，上述第二无线收发装置更包括第四天线，上述第一无线收发装置透过多输入多输出(multi-input and multi-output，MIMO)传输技术使用上述第一天线及上述第三天线与上述第二无线收发装置之上述第二天线及上述第四天线进行无线讯号通讯。
7.一种天线对准系统，其特征在于，包括：
无线收发装置，分别与第一用户及第二用户进行通讯，上述无线收发装置具中介数据封包及无线讯号之传输质量之功能；
上述第一用户，产生上述数据封包，并经由上述无线收发装置以无线方式提供至上述第二用户；
上述第二用户根据所接收上述数据封包取得上述传输质量并将上述传输质量回传给上述第一用户；
上述第一用户根据上述传输质量产生指示信息；
上述无线收发装置并据上述指示信息调整其天线之指向。
8.根据权利要求7所述的天线对准系统，其特征在于，上述第一无线收发装置更包括第三天线，上述第一天线及上述第三天线同时与上述第二天线进行无线讯号通讯。
9.根据权利要求8所述的天线对准系统，其特征在于，上述第二无线收发装置更包括第四天线，上述第一无线收发装置透过多输入多输出(multi-input and multi-output，MIMO)传输技术使用上述第一天线及上述第三天线与上述第二无线收发装置之上述第二天线及上述第四天线进行无线讯号通讯。
10.一种天线对准方法，其特征在于，包括下列步骤：
透过第一无线收发装置之第一处理单元产生数据封包；
透过上述第一无线收发装置之第一天线发送上述数据封包；
透过第二无线收发装置之第二天线接收上述数据封包；
根据接收之上述数据封包取得传输质量；
透过上述第二无线收发装置回传上述传输质量至上述第一无线收发装置；
根据上述传输质量产生指示信息；以及
根据上述指示信息调整上述第一天线或第二天线之指向。
11.根据权利要求10所述的天线对准方法，其特征在于，透过上述第一天线及上述第一无线收发装置之第三天线同时与上述第二天线进行无线讯号通讯。
12.根据权利要求11所述的天线对准方法，其特征在于，上述第一天线及上述第三天线与上述第二天线及上述第二无线收发装置之第四天线透过多输入多输出传输技术进行无线讯号通讯。
13.一种天线对准方法，其特征在于，包括下列步骤：
透过第一无线收发装置之第一处理单元产生数据封包；
透过上述第一无线收发装置之第一天线发送上述数据封包；
透过多个第二无线收发装置之第二天线分别接收上述数据封包；
根据接收之上述数据封包取得传输质量；
透过上述多个第二无线收发装置回传上述传输质量，并透过上述第一无线收发装置接收上述传输质量以产生综合指示信息，并根据上述综合指示信息指示调整上述第一天线之指向。
14.根据权利要求13所述的天线对准方法，其特征在于，透过上述第一天线及上述第一无线收发装置之第三天线同时与上述第二天线进行无线讯号通讯。
15.根据权利要求14所述的天线对准方法，其特征在于，上述第一天线及上述第三天线与上述第二天线及上述第二无线收发装置之第四天线透过多输入多输出传输技术进行无线讯号通讯。
16.一种天线对准方法，其特征在于，包括下列步骤：
透过第一用户产生数据封包，上述数据封包经由无线收发装置以无线方式提供至第二用户，上述第二用户根据所接收上述数据封包取得无线讯号之传输质量；
透过上述无线收发装置中介上述数据封包及上述传输质量；
上述第二用户经由上述无线收发装置回传上述传输质量至上述第一用户；
上述第一用户根据上述传输质量产生指示信息，以协助上述无线收发装置调整其天线之指向。
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