CN109698716A

CN109698716A - 一种智能天线系统的控制方法及系统

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Publication number: CN109698716A
Application number: CN201910055746.5A
Authority: CN
Inventors: 徐振
Original assignee: TP Link Technologies Co Ltd
Current assignee: TP Link Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2019-04-30

Abstract

本发明公开了一种智能天线系统的控制方法，智能天线系统包括至少两条以上天线，包括：确定各个天线的覆盖角度，以使得各个天线切换为不同的指向；检测到客户端加入无线网络，获取所述各个天线接收到所述客户端的信号强度；获取所述信号强度最强的天线，确定为第一天线；根据所述第一天线的指向，获取客户端方向；其中，所述客户端方向为所述第一天线的指向；根据所述客户端方向，调整剩余天线的方向为所述客户端的方向。本发明还公开一种智能天线系统的控制系统。采用本发明实施例，可以实现全向的信号覆盖，各个天线均指向客户端方向，发送和接收的信号强度增强，提高了无线覆盖范围和速率。

Description

一种智能天线系统的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种智能天线系统的控制方法及系统。

背景技术

无线路由器可以看作一个转发器，将家中墙上接出的宽带网络信号通过天线转发给附近的无线网络设备(笔记本电脑、支持wifi的手机、平板以及所有带有WIFI功能的设备)。

无线路由器基本上都有天线，有的无线路由器只有一根天线，有的有两根天线、四根天线或五根天线。不同代次的无线路由器传输速率不一样，使用的IEEE协议不一样，天线的发送信息速率也相应的升级。对于支持IEEE 802.11g协议的无线路由器，一般配备的是1根天线，最高支持54Mbps的传输速率。支持IEEE802.11n的无线路由器，一般配备2-3根天线，每根天线最高支持150Mbps的传输速率。支持IEEE 802.11ac协议的新式无线路由器一般配备4-6根天线，每根天线最高支持433Mbps的速率。无线路由器的传输速率越大所用的天线也就越多，即最新的无线路由器天线越多传输速率也越高，这用到一种叫MIMO(multiple input multiple output)也就是“多路输入多路输出”的概念。在多个天线发送信号的同时，也有多个天线接受信号，这样就可以进行时分和频分复用了，在同一时间和同样频段下相应的发送和接受更多的信息，这样就可以扩大信道的容量。

无线路由器在使用时，由于房子的结构多种多样，建筑物的遮挡导致某些空间接收到无线信号微弱，甚至无法收到信号，需要一种方案可以增强接收与发送的信号强度，提高无线覆盖范围和速率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种智能天线系统的控制方法及系统，能增强接收与发送的信号强度，提高无线覆盖范围和速率。

第一方面，本发明实施例提供了一种智能天线系统的控制方法，所述智能天线系统包括至少两条以上天线，所述方法包括：

确定各个天线的覆盖角度，以使得各个天线切换为不同的指向；

检测到客户端加入无线网络，获取所述各个天线接收到所述客户端的信号强度；

获取所述信号强度最强的天线，确定为第一天线；

根据所述第一天线的指向，获取客户端方向；其中，所述客户端方向为所述第一天线的指向；

根据所述客户端方向，调整剩余天线的方向为所述客户端的方向。

在第一方面的第一种可能实现方式中，在所述根据所述客户端方向，调整剩余天线的方向为所述客户端的方向之后，还包括：

实时检测所述第一天线的信号强度；

当所述第一天线的信号强度变化超出预设范围时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，所述当所述第一天线的信号强度变化超出预设范围时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线包括：

当所述第一天线的信号强度小于预设阈值时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述方法还包括：

所述客户端的数量大于一个；

分别获取各个客户端对应的所述第一天线；

在所述第一天线的指向均不同时，将剩余天线均分至对应于各个所述第一天线的小组；

将各个所述第一天线的小组内的天线调整为其对应的所述第一天线的指向。

在第一方面的第四种可能实现方式中，所述确定各个天线的覆盖角度包括：

根据当前使用的天线数量，确定各个天线的覆盖角度。

第二方面，本发明实施例提供了一种智能天线系统的控制系统，所述智能天线系统包括至少两条以上天线，所述智能天线系统的控制系统包括：

角度确定模块，用于确定各个天线的覆盖角度，以使得各个天线切换为不同的指向；

信号强度获取模块，用于检测到客户端加入无线网络，获取所述各个天线接收到所述客户端的信号强度；

第一天线确定模块，用于获取所述信号强度最强的天线，确定为第一天线；

客户端方向获取模块，用于根据所述第一天线的指向，获取客户端方向；其中，所述客户端方向为所述第一天线的指向；

第一调整模块，用于根据所述客户端方向，调整剩余天线的方向为所述客户端的方向。

在第二方面的第一种可能实现方式中，所述信号强度获取模块还用于实时检测所述第一天线的信号强度；所述第一天线确定模块还用于当所述第一天线的信号强度变化超出预设范围时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线。

结合第二方面的第一种可能实现方式，在第二方面的第二种可能实现方式中，所述第一天线确定模块用于：

结合第二方面的第一种可能实现方式，在第二方面的第三种可能实现方式中，当所述客户端的数量大于一个时，所述第一天线确定模块还用于分别获取各个客户端对应的所述第一天线；

所述智能天线系统的控制系统还包括：

分组模块，用于在所述第一天线的指向均不同时，将剩余天线均分至对应于各个所述第一天线的小组；

第二调整模块，用于将各个所述第一天线的小组内的天线调整为其对应的所述第一天线的指向。

在第二方面的第四种可能实现方式中，所述角度确定模块包括：

根据当前使用的天线数量，确定各个天线的覆盖角度。

与现有技术相比，实施本发明实施例具有如下有益效果：各个天线方向性互补，可以实现全向的信号覆盖，客户端查看到的信号强度不会因为天线具有指向性的原因偏低，各个天线均指向客户端方向，发送和接收的信号强度增强，提高了无线覆盖范围和速率，根据第一次客户端接入信号强度即可判断客户端方向，避免轮训或者方向扫描，避免占用通信时间。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例一提供的一种智能天线系统的控制方法流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种智能天线系统的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

智能天线又称自适应天线阵列、可变天线阵列、多天线。智能天线指的是带有可以判定信号的空间信息(比如传播方向)和跟踪、定位信号源的智能算法，并且可以根据此信息，进行空域滤波的天线阵列。它由天线阵、波束形成网络、波束形成算法三部分组成，通过满足某种准则的算法去调节各阵元信号的加权幅度和相位，从而调节天线阵列的方向图形状，以达到增强所需信号抑制干扰信号的目的。

实施例一,

参见图1，本发明实施例提供了一种智能天线系统的控制方法，所述智能天线系统包括至少两条以上天线，所述智能天线系统的控制方法可以由多天线的无线路由器实施，包括：

S11、确定各个天线的覆盖角度，以使得各个天线切换为不同的指向；具体的，各个天线的覆盖角度相加在水平方向图、垂直方向图或其他方向图上均表现为360度；

S12、检测到客户端加入无线网络，获取所述各个天线接收到所述客户端的信号强度；

S13、获取所述信号强度最强的天线，确定为第一天线；

S14、根据所述第一天线的指向，获取客户端方向；其中，所述客户端方向为所述第一天线的指向；

S15、根据所述客户端方向，调整剩余天线的方向为所述客户端的方向。

在本发明实施例中，所述智能天线系统由多个天线阵列组成。每个天线阵列可以均为相同的全向天线，也可以均为指向天线，优选为指向天线，每个天线在同一时间只能工作在指定方向，定向天线在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线，定向天线能比全向天线具有高增益。通过切换天线指向方式的方法实现360°的覆盖范围，但同一时间仅可以实现一定角度的覆盖。

在本发明实施例中，智能天线由三部分组成：实现信号空间过采样的天线阵、对各阵元输出进行加权合并的波束成型网络、重新合并权值的控制部分。在移动通信应用中为便于分析、旁瓣控制和DOA(到达方向)估计，天线阵多采用均匀线阵或均匀圆阵。控制部分(即算法部分)是智能天线的核心，其功能是依据信号环境，选择某种准则和算法计算权值。相对于现有的一种非对称性无线路由器，路由器本体上设有至少一根以上全向天线，设置在路由器本体内部的一转动马达及设置在路由器本体上的一转盘，所述转盘上设有至少一根以上指向天线，使用机械式转动方式实现定向天线方向改变，其方向选择和方向切换耗时极长(至少秒级别)，会严重影响无线通信的速率和效率，本发明实施例的智能天线系统使用射频开关实现天线方向的选择及切换时间极短(纳秒级别)，从效率和速率上有着极大提高。

具体的，多天线的路由器其实施本发明实施例的工作过程如下：在多天线的路由器发送Beacon阶段，即信标阶段，根据确定各个天线的覆盖角度，将不同天线切换为其对应的不同指向，并同时实现各个天线的覆盖角度相加在水平方向图(在其他实施例中可以是垂直方向图或其他方向图)上表现为360度；当接收到客户端申请加入信号后，根据各个指向天线接收到的信号强度，选取信号强度最强的天线为第一天线，并将所述第一天线的指向确定为客户端方向，当与该客户端通信时，全部天线均切换为所述客户端方向的方式通信。

进一步地，所述确定各个天线的覆盖角度包括：

根据当前使用的天线数量，确定各个天线的覆盖角度。

在本发明实施例中，路由器具有多个天线，根据当前使用的天线数量，确定各个天线的覆盖角度，以使得各个天线切换为不同的指向，且各个天线的覆盖角度相加在水平方向图上表现为360度。例如，当前使用的天线共有4根，为了实现4根天线的的覆盖角度相加在水平方向图上表现为360度，则第一根天线覆盖0～90度，第二根天线覆盖90～180度，第三根天线覆盖180～270度，第四根天线覆盖270～360度，本发明实施例对此不作具体限定。

进一步地，在所述根据所述客户端方向，调整剩余天线的方向为所述客户端的方向之后，还包括：

实时检测所述第一天线的信号强度；

在本发明实施例中，实施检测所述第一天线的信号强度，在所述第一天线的信号强度变化超出预设范围时，确定当前所述第一天线对应的所述客户端有移动，则需要重新确定所述对应的所述第一天线，以保证能接收到所述客户端的信号强度均较强。

进一步地，所述第一天线的信号强度变化超出预设范围时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线包括：所述第一天线的信号强度小于预设阈值时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线。

在本发明实施例中，所述第一天线的信号强度小于预设阈值时，则说明所述第一天线对应的所述客户端有移动，需要重新确定所述客户端对应的天线。例如，路由器有四根天线，接收所述客户端信号的信号强度最强的为天线1，则确定所述天线1为所述第一天线，在所述天线1的接收的所述客户端的信号强度小于预设阈值时，说明客户端已经远离所述天线1的覆盖角度范围，此时重新获取四根天线接收的所述客户端的信号强度，检测到信号强度最强的为天线2，则确定所述客户端当前对应的第一天线为天线2，由此将天线2的方向确定所述客户端的方向，将除去当前所述第一天线的其余三根天线的指向切换为所述第一天线的指向，例如所述第一天线即天线2的指向为90～180度，则其余三根的天线均切换为90～180度。

在本发明实施例中，客户端方向发生变化，方向切换也仅在一次通信时间内进行，时间极短，其方向切换方式与全部通信天线切换为所述客户端方向的方式一致，相对于通过转盘、各个天线切换轮训，都需要多个通信周期，较长的时间，切换过程对通信质量影响较大，本发明实施例能实现较快时间的切换。

进一步地，步骤S12～S15的过程为表示一个客户端接入所述智能天线系统时所述智能天线系统的工作场景。在现有技术中，所述智能天线系统在同一时间仅能够与一个客户端进行通信，此时，当有另一客户端接入所述智能天线系统时，重复步骤S12～S15的步骤。

更进一步地，所述智能天线系统在同一时间还能够与多个客户端进行通信，此时所述方法还包括：

所述客户端的数量大于一个；

分别获取各个客户端对应的所述第一天线；

需要说明的是，当有多个客户端依次接入时，就分别记录各个客户端的方向，与其通信时切换为相应的方向即可。路由器在与一个客户端通信时，也不是全部时间都在通信，存在一个占空比的情况，即通信中有时间间隙，在该时间间隙中，天线切换成信标阶段的全向模式，保证与其他客户端的连接并发送beacon，基于Wifi通信协议的要求，路由器会间隔一段时间，发送Beacon广播，其包含路由器的一些信息，以方便客户端连接。

在本发明实施例中，示例性的，所述路由器具有四根当前能使用的天线，包含两个应用场景：

(1)当所述路由器只能与一个客户端进行通信时，接收到客户端1申请加入信号后，根据四个天线接收到的信号强度，获取信号强度最强的天线，确定为第一天线，所述第一天线的指向为客户端1的方向，当与客户端1通信时，全部通信天线切换为所述客户端1的方向的方式通信；接收到客户端2申请加入信号后，同样根据四个天线接收到的信号强度，选取信号强度最强的天线，确定为第一天线，所述第一天线的指向为客户端2的方向，当与客户端2通信时，全部通信天线切换为所述客户端2的方向的方式通信；

(2)当所述路由器能与两个以上的客户端进行通信时，比如当客户端1与客户端2同时与所述路由器进行通信，可以让一部分天线工作在客户端1的方向，另外一部分天线工作在客户端2的方向；如典型四天线系统中，有两个客户端，有些路由器支持同时与两个客户端通信，则可以让天线1、2为一组工作在客户端1的方向，天线3、4为一组工作在客户端2的方向。

与现有技术相比，实施本发明实施例具有如下有益效果：

本发明公开的智能天线系统的控制方法，各个天线方向性互补，可以实现全向的信号覆盖，客户端查看到的信号强度不会因为天线具有指向性的原因偏低，各个天线均指向客户端方向，发送和接收的信号强度增强，提高了无线覆盖范围和速率，根据第一次客户端接入信号强度即可判断客户端方向，避免轮训或者方向扫描，避免占用通信时间。认为客户端有移动，重新切换不同天线为不同方向，即便客户端方向发生变化，方向切换也仅在一次通信时间内进行，时间极短。当多个客户端同时工作时，可以让一部分天线工作在客户端A方向，另外一部分天线工作在客户端B方向，分别为各个客户端配备相应的天线进行通信，提高通信效率和质量。

实施例二

参见图2，本发明实施例提供了一种智能天线系统的控制系统，所述智能天线系统包括至少两条以上天线，所述智能天线系统的控制系统包括：

角度确定模块21，用于确定各个天线的覆盖角度，以使得各个天线切换为不同的指向；具体的，各个天线的覆盖角度相加在水平方向图、垂直方向图或其他方向图上均表现为360度；

信号强度获取模块22，用于检测到客户端加入无线网络，获取所述各个天线接收到所述客户端的信号强度；

第一天线确定模块23，用于获取所述信号强度最强的天线，确定为第一天线；

客户端方向获取模块24，用于根据所述第一天线的指向，获取客户端方向；其中，所述客户端方向为所述第一天线的指向；

第一调整模块25，用于根据所述客户端方向，调整剩余天线的方向为所述客户端的方向。

进一步地，所述信号强度获取模块22还用于实时检测所述第一天线的信号强度；所述第一天线确定模块23还用于当用于所述第一天线的信号强度变化超出预设范围时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线。

进一步地，所述第一天线确定模块23用于：所述第一天线的信号强度小于预设阈值时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线。

进一步地，所述智能天线系统在同一时间还能够与多个客户端进行通信，当所述客户端的数量大于一个时，所述第一天线确定模块还用于分别获取各个客户端对应的所述第一天线；所述智能天线系统的控制系统还包括：

分组模块26，用于在所述第一天线的指向均不同时，将剩余天线均分至对应于各个所述第一天线的小组；

第二调整模块27，用于将各个所述第一天线的小组内的天线调整为其对应的所述第一天线的指向。

进一步地，所述角度确定模块21包括：

根据当前使用的天线数量，确定各个天线的覆盖角度。

实施本实施例具有如下有益效果：

所述智能天线系统的各个天线方向性互补，可以实现全向的信号覆盖，客户端查看到的信号强度不会因为天线具有指向性的原因偏低，各个天线均指向客户端方向，发送和接收的信号强度增强，提高了无线覆盖范围和速率，根据第一次客户端接入信号强度即可判断客户端方向，避免轮训或者方向扫描，避免占用通信时间。认为客户端有移动，重新切换不同天线为不同方向，即便客户端方向发生变化，方向切换也仅在一次通信时间内进行，时间极短。当多个客户端同时工作时，可以让一部分天线工作在客户端A方向，另外一部分天线工作在客户端B方向，分别为各个客户端配备相应的天线进行通信，提高通信效率和质量。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，在某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。其次，本领域技术人员也应知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模拟一定是本发明所必须的。

Claims

1.一种智能天线系统的控制方法，其特征在于，所述智能天线系统包括至少两条以上天线，所述方法包括：

获取所述信号强度最强的天线，确定为第一天线；

2.根据权利要求1所述的智能天线系统的控制方法，其特征在于，在所述根据所述客户端方向，调整剩余天线的方向为所述客户端的方向之后，还包括：

实时检测所述第一天线的信号强度；

3.根据权利要求2所述的智能天线系统的控制方法，其特征在于，所述当所述第一天线的信号强度变化超出预设范围时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线包括：

4.根据权利要求1所述的智能天线系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述客户端的数量大于一个；

分别获取各个客户端对应的所述第一天线；

5.根据权利要求1所述的智能天线系统的控制方法，其特征在于，所述确定各个天线的覆盖角度包括：

根据当前使用的天线数量，确定各个天线的覆盖角度。

6.一种智能天线系统的控制系统，其特征在于，所述智能天线系统包括至少两条以上天线，所述智能天线系统的控制系统包括：

7.根据权利要求6所述的智能天线系统的控制系统，其特征在于，所述信号强度获取模块还用于实时检测所述第一天线的信号强度；所述第一天线确定模块还用于当所述第一天线的信号强度变化超出预设范围时，重新确定所述客户端对应的所述第一天线。

8.根据权利要求7所述的智能天线系统的控制系统，其特征在于，所述第一天线确定模块用于：

9.根据权利要求6所述的智能天线系统的控制系统，其特征在于，当所述客户端的数量大于一个时，所述第一天线确定模块还用于分别获取各个客户端对应的所述第一天线；

所述智能天线系统的控制系统还包括：

10.根据权利要求6所述的智能天线系统的控制系统，其特征在于，所述角度确定模块包括：

根据当前使用的天线数量，确定各个天线的覆盖角度。