CN111320043B - 用于可靠和安全的无线数据传输的智能波束形成 - Google Patents

Abstract

提供的是包含用于为可靠和安全的无线数据传输而执行智能波束形成的系统、方法的实施例。实施例能够包含接收在井道中操作的电梯轿厢的至少一个参数和基于收到的参数来确定转向角。实施例也能够包含基于确定的转向角来执行天线阵列的波束形成和至少部分基于波束形成过程来从天线阵列传送数据。

Description

用于可靠和安全的无线数据传输的智能波束形成

技术领域

本发明涉及为可靠和安全的无线数据传输而执行智能波束形成，并且更具体地说，涉及为电梯系统中可靠和安全的无线数据传输而执行智能波束形成。

背景技术

在当今的环境中，无线通信能易于受来自各种各样的来源的干扰影响。在电梯系统中，一些乘客可由于电梯轿厢结构和其它物体造成的干扰而经历到无线网络的降低的连接性或连接性的丢失。在用于下一代电梯系统的通信系统中可存在优化无线链路可靠性和安全性的需要。

发明内容

根据一实施例，提供一种用于为可靠和安全的无线数据传输而执行智能波束形成的系统。所述系统包括：可操作地耦合到一个或多个传感器的控制器，其中所述一个或多个传感器被配置成监视井道中的电梯轿厢的至少一个参数；以及被配置成与第二通信节点进行通信的包含第一天线阵列的第一通信节点。所述系统还能够包括可操作地耦合到所述第一通信节点和所述一个或多个传感器的波束形成控制模块，其中所述波束形成控制模块被配置成确定用于所述第一天线阵列的一个或多个天线的转向角。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含第二通信节点，其包含第二天线阵列并且被可操作地耦合到所述波束形成控制模块，其中所述波束形成控制模块被配置成确定用于所述第二天线阵列的一个或多个天线的转向角。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含指示在所述井道中所述电梯轿厢的位置或所述电梯轿厢的速度至少之一的至少一个参数。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含按照在所述井道中所述电梯轿厢的所述位置的函数来计算的转向角。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例包含按照所述电梯轿厢的所述速度的函数来计算的转向角。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含通过基于所述转向角来将所述第一天线阵列或所述第二天线阵列中的一个或多个天线进行电子转向，实现所述转向角。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含通过基于所述转向角来将所述第一天线阵列或所述第二天线阵列中的一个或多个天线进行机械转向，实现所述转向角。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含多个天线阵列，其中沿井道分布所述天线阵列。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含在所述电梯轿厢在所述井道中行进时执行所述波束形成。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含波束形成控制模块，所述波束形成控制模块被定位在所述控制器、所述第一通信节点或所述第二通信节点至少之一中。

根据另一实施例，提供一种用于为可靠和安全的无线数据传输而执行智能波束形成的方法。所述方法包括接收在井道中操作的电梯轿厢的至少一个参数以及基于所述至少一个参数来确定转向角。所述方法还能够包括基于所确定的转向角来执行第一天线阵列的波束形成以及至少部分基于波束形成来从所述第一天线阵列传送数据。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含基于所述至少一个参数来执行用于第二天线阵列的波束形成；以及基于所述至少一个参数来从所述第二天线阵列传送数据到所述第一天线阵列。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含使用指示在所述井道中所述电梯轿厢的位置或所述电梯轿厢的速度至少之一的至少一个参数。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含按照所述井道中所述电梯轿厢的所述位置的函数来计算所述转向角。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含按照所述电梯轿厢的所述速度的函数来计算所述转向角。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含通过基于所述转向角将所述第一天线阵列或所述第二天线阵列中的一个或多个天线进行电子转向来执行的波束形成。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含通过将所述第一天线阵列中的一个或多个天线或所述第二天线阵列中的一个或多个天线进行机械转向来执行的波束形成。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含在所述电梯轿厢在所述井道中行进时更新用于所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的所述波束形成。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含确定所述转向角在以下各项至少之一中被执行：被配置成控制所述电梯轿厢的电梯控制器、包含第一天线阵列的接入节点、或包含第二天线阵列的通信节点。

除本文中描述的特征中的一个或多个特征外，或者作为备选方案，另外实施例能够包含在所述井道中布置多个天线阵列。

本公开的实施例的技术效果包含通过执行优化的波束形成技术，改进无线通信质量和可靠性。

除非另有明确指示，前述特征和元件可非排他性地以各种组合进行组合。根据以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得更加明显。然而，应该理解，以下描述和附图旨在本质上是说明性和解释性的而非限制性的。

附图说明

本公开通过示例来说明并且不被限制于附图，附图中相似参考标号指示类似元件。

图1是可采用本公开的各种实施例的电梯系统的示意图示；

图2描绘了根据一个或多个实施例的系统；

图3描绘了根据一个或多个实施例，用于执行智能波束形成的流程图；

图4描绘了根据一个或多个实施例，用于执行智能波束形成的另一流程图。

具体实施方式

在电梯从电梯轿厢与站电梯设备之间的有线通信布置转变到无线通信架构时，应考虑无线通信信道的质量和安全性。在一些无线通信系统中，全向天线被用于通信。然而，由于全向天线在所有方向上传送信号，因此，它们可遭受到增大的功率消耗和降低的信号质量。转变到无线连接对于确保在使用有线连接时所获得的相同级别的安全、可靠性和安全性提出了新挑战。

本文中描述的技术利用天线阵列而不是全向天线，并且由此，由于它将无线信号的主波束转向预期的无线接收器而改进了通信的质量。另外，由于无线数据在空间上被限于在从传送器辐射的主波束中，因此，安全性被增大。因此，除非另一接收器已将自身放置在天线与预期接收器之间，否则，预期接收器外的任何接收器更难以截接无线信号。本文中描述的技术规定了利用有关通信系统操作所在的环境的先验信息，而用于天线阵列的转向角计算的快速算法。

图1是电梯系统101的透视图，该电梯系统包含电梯轿厢103、配重105、受拉构件107、导轨109、机器111、位置参考系统113和控制器115。电梯轿厢103和配重105通过受拉构件107被彼此连接。受拉构件107可包含或者被配置为例如绳、钢缆和/或涂层钢带。配重105配置成平衡电梯轿厢103的负载并且配置成促进电梯轿厢103相对于配重105在电梯井道117内且沿导轨109同时地并且在反方向上移动。

受拉构件107接合机器111，其是电梯系统101的头顶结构的一部分。机器111配置成控制在电梯轿厢103与配重105之间的移动。位置参考系统113可被安装在电梯井道117顶部的固定部分上，诸如在承轨或导轨上，并且可配置成提供与电梯井道117内电梯轿厢103的位置有关的位置信号。在其它实施例中，位置参考系统113可被直接安装到机器111的移动组件，或者可被定位在如本领域所熟知的其它位置和/或配置中。如本领域所熟知的，位置参考系统113能够是用于监视电梯轿厢和/或配重的位置的任何装置或机构。例如且不是限制，如本领域技术人员将领会的，位置参考系统113能够是编码器、传感器或其它系统，并且能够包含速度感测、绝对位置感测等。

控制器115如所示出的被定位在电梯井道117的控制器室121中，并且配置成控制电梯系统101的操作且特别地电梯轿厢103的操作。例如，控制器115可提供驱动信号到机器111以控制电梯轿厢103的加速、减速、置平（leveling）、停止等。控制器115可也配置成接收来自位置参考系统113或任何其它期望的位置参考装置的位置信号。沿导轨109在电梯井道117内向上或向下移动时，电梯轿厢103可停止在控制器115所控制的一个或多个层站125。虽然在控制器室121中示出，但本领域技术人员将领会到，控制器115能够被定位和/或配置在电梯系统101内的其它地点或位置中。在一个实施例中，控制器可被远程或在云中定位。

机器111可包含马达或类似驱动机构。根据本公开的实施例，机器111配置成包含电驱动马达。用于马达的供电设施可以是任何电源，包含电网，其与其它组件组合被供应到马达。机器111可包含曳引轮，其将力传递到受拉构件107以在电梯井道117内移动电梯轿厢103。

虽然通过包含受拉构件107的挂绳系统来示出和描述，但采用在电梯井道内移动电梯轿厢的其它方法和机构的电梯系统可采用本公开的实施例。例如，实施例可在使用直线马达将运动传递到电梯轿厢的无绳电梯系统中被采用。实施例也可在使用液压升降机将运动传递到电梯轿厢的无绳电梯系统中被采用。图1只是为说明性和解释目的而呈现的非限制性示例。

在其它实施例中，系统包括在楼层之间和/或沿单个楼层移动乘客的输送系统。此类输送系统可包含自动扶梯、人员运输器等。相应地，本文中描述的实施例未被限于电梯系统，诸如图1中示出的电梯系统。

现在参照图2，示出了根据一个或多个实施例，用于执行智能波束形成的系统200。系统200包含控制器210，诸如图1中示出的控制器。控制器210能够被配置成无线控制电梯轿厢220。控制器210能够使用第一通信节点（诸如具有第一天线阵列240的接入点230）和布置在电梯轿厢220上具有第二天线阵列260的第二通信节点250进行通信。在一些实施例中，电梯轿厢220中的乘客能够使用通信节点250和接入点230接入网络（未示出）。在一个或多个实施例中，通信节点230、250能够被用于双向通信，或者通信节点230、250能够在传输或接收模式中操作。

在一个或多个实施例中，电梯轿厢220的位置和电梯轿厢220在行进的速度能够由可操作地耦合到电梯轿厢220的一个或多个传感器270、280检测到。传感器270、280能够被安置在电梯轿厢220上或者在电梯井道中。传感器270、280能够被用来监视电梯系统的一个或多个参数以执行下面描述的波束形成过程。在一些实施例中，参照图3讨论的波束形成控制模块300接收来自电梯控制器210的一个或多个参数。波束形成控制模块300能够计算用于电梯轿厢节点220的转向角

和用于接入点230的转向角

。波束形成控制模块300能够通过确定电梯轿厢220在井道中的位置p和使用电梯轿厢220离接入点230的距离d来确定转向角θ，其中原点O能够被用作参考点来执行计算。在一个实施例中，电梯轿厢220在井道中的位置p可由电梯控制器210、电梯轿厢220上的计算装置或者通过任何所需方法来确定。另外，波束形成控制模块300能够在电梯轿厢220在井道中行进时，使用指示电梯轿厢220正在行进的速度的速度s来调整波束形成。在一个或多个实施例中，波束形成通过对来自天线阵列的一个或多个信号进行相移来完成。在其它实施例中，天线阵列能够被手动或机械定位在某个方向上以实现转向角。

现在参照图3，示出的是根据一个或多个实施例，被配置成计算在一个或多个天线阵列之间的转向角的波束形成控制模块300。波束形成控制模块300先测量电梯位置p和速度s以配置计算节点220的转向角

（框310）。传感器270、280能够被用来执行测量，或者测量能够从电梯控制器210获得。接着，计算通信节点250的最佳转向角

（框320）。在一个或多个实施例中，能够使用三角学(trigonometry)来计算最佳转向角。考虑等式1，其提供：

（等式1）

其中d和p'分别等于在电梯轿厢220的顶部上放置的天线阵列260与接入点230之间沿x方向和y方向的距离。等式1是用于计算最佳转向角的非限制性示例。应理解的是，其它公式能够被用于确定最佳转向角，诸如使用能够将信号的反射作为因素计入的多路径而不是使用视线计算的那些公式。另外，使用电梯速度（大小和方向）来执行转向角的精调，或者使用优化算法来最大化接收功率。如所示出的，转向角

是位置和速度的函数。接着，为天线阵列260的每个天线m设置相移器值β _m 以执行波束形成（框330）。转向角

随后被传送到接入点230以计算转向角

（框340）。转向角

等于

（350）。在确定转向角

后，设置用于天线阵列240的每个天线的相移器值β _n （框360）。在一些实施例中，重复进行波束形成控制过程流程以优化无线通信。在一个或多个实施例中，电梯的位置能够被用来执行波束形成，而在其它实施例中，电梯轿厢220的速度参数 s 能够被用来进一步优化用于通信的天线阵列的配置。也就是说，将速度参数 s 并入波束形成计算中能够是可选的。此外，在一些实施例中，天线阵列240、260能够独立于彼此执行波束形成过程。

图4描绘了根据一个或多个实施例，用于在电梯系统中执行智能波束形成的方法400的另一流程图。方法400在框402开始，并且继续到框404，框404规定由波束形成控制模块接收在井道中操作的电梯轿厢的至少一个参数。框406规定基于所述至少一个参数来确定转向角。方法400在框408规定基于确定的转向角来执行第一天线阵列的波束形成。框410规定至少部分基于波束形成来从所述第一天线阵列传送数据。方法400能够在框412结束，或者步骤404-410能够被重复以优化通信性能。

技术效果和益处包含改进下一代电梯中的通信可靠性（更佳的链路质量）和安全性（更受限的无线信号）。

如上所述，实施例可以采用处理器实现的过程和例如处理器的用于实践那些过程的装置的形式。实施例也可以采用包含体现在有形介质（诸如网络云存储装置、SD卡、闪存驱动器、软盘、CD ROM、硬盘驱动器或任何其它计算机可读存储介质）中的指令的计算机程序代码的形式，其中，当计算机程序代码被加载到计算机中并由计算机执行时，计算机变成为用于实践实施例的装置。实施例还可以采用例如无论是存储在存储介质中、加载到计算机中和/或由计算机执行、还是通过某种传输介质（诸如通过电线或电缆、通过光纤、或经由电磁辐射）传输的计算机程序代码的形式，其中，当计算机程序代码被加载到计算机并由计算机执行时，计算机变成为用于实践实施例的装置。当在通用微处理器上实现时，计算机程序代码段配置微处理器以创建特定的逻辑电路。

用语“大约”旨在包含与基于在提交申请时可用的设备的制造公差和/或特定量的测量关联的误差度。

本文中使用的术语只是用于描述具体实施例的目的，而不旨在限制本公开。在本文使用时，除非上下文另有明确指示，否则，单数形式“一（a或an）”以及“该”也旨在包含复数形式。将进一步理解的是，用语“包括（comprise和/或comprising）”在本说明书中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

本领域技术人员将领会，各种示例实施例在本文中被示出和描述，其各自具有在具体实施例中的某些特征，但本公开并非如此地被限制。相反，本公开能够被修改以结合此前未描述但与本发明的范围相称的任何数量的变化、变更、替换、组合、子组合或等效布置。另外，尽管本公开的各种实施例已被描述，但要理解的是，本公开的方面可只包含描述的实施例中的一些。相应地，本公开不要被视为受前面描述限制，而是只受随附权利要求的范围限制。

Claims (19)

1.一种用于为可靠和安全的无线数据传输执行智能波束形成的系统，所述系统包括：

可操作地耦合到一个或多个传感器的控制器，其中所述一个或多个传感器被配置成监视井道中的电梯轿厢的至少一个参数；

包含第一天线阵列的第一通信节点，所述第一通信节点被配置成与第二通信节点进行通信；以及

可操作地耦合到所述第一通信节点和所述一个或多个传感器的波束形成控制模块，其中所述波束形成控制模块被配置成确定所述第一天线阵列的一个或多个天线的转向角，

其中，所述第二通信节点包含第二天线阵列并且被可操作地耦合到所述波束形成控制模块，其中所述波束形成控制模块被配置成基于所述第一天线阵列的一个或多个天线的确定的转向角而确定所述第二天线阵列的一个或多个天线的转向角。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个参数指示在所述井道中所述电梯轿厢的位置或所述电梯轿厢的速度中至少之一。

3.如权利要求2所述的系统，其中按照在所述井道中所述电梯轿厢的所述位置的函数来计算所述转向角。

4.如权利要求3所述的系统，其中按照所述电梯轿厢的所述速度的函数来计算所述转向角。

5.如权利要求1所述的系统，其中通过基于所述转向角来将所述第一天线阵列或所述第二天线阵列中的一个或多个天线进行电子转向，实现所述转向角。

6.如权利要求1所述的系统，其中通过基于所述转向角来将所述第一天线阵列或所述第二天线阵列中的一个或多个天线进行机械转向，实现所述转向角。

7.如权利要求1所述的系统，进一步包括多个天线阵列，其中沿井道分布所述天线阵列。

8.如权利要求7所述的系统，其中在所述电梯轿厢在所述井道中行进时执行所述波束形成。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述波束形成控制模块被定位在所述控制器、所述第一通信节点或所述第二通信节点的至少之一中。

10.一种用于为可靠和安全的无线数据传输执行智能波束形成的方法，所述方法包括：

由波束形成控制模块接收在井道中操作的电梯轿厢的至少一个参数；

基于所述至少一个参数来确定第一通信节点的第一天线阵列的一个或多个天线的转向角，其中所述第一通信节点被配置成与具有第二天线阵列的第二通信节点进行通信；

基于所确定的转向角来执行第一天线阵列的波束形成；以及

至少部分基于波束形成来从所述第一天线阵列传送数据，

其中，基于所述第一天线阵列的一个或多个天线的确定的转向角而确定所述第二天线阵列的一个或多个天线的转向角。

11.如权利要求10所述的方法，进一步包括基于所述第二天线阵列的一个或多个天线的确定的转向角来执行第二天线阵列的波束形成；以及

基于所述至少一个参数来从所述第二天线阵列传送数据到所述第一天线阵列。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述至少一个参数指示在所述井道中所述电梯轿厢的位置或所述电梯轿厢的速度中至少之一。

13.如权利要求12所述的方法，其中按照所述井道中所述电梯轿厢的所述位置的函数来计算所述转向角。

14.如权利要求12所述的方法，其中按照所述电梯轿厢的所述速度的函数来计算所述转向角。

15.如权利要求11所述的方法，其中通过基于所述转向角来将所述第一天线阵列或所述第二天线阵列中的一个或多个天线进行电子转向，执行波束形成。

16.如权利要求11所述的方法，其中通过将所述第一天线阵列中的一个或多个天线或所述第二天线阵列中的一个或多个天线进行机械转向，执行波束形成。

17.如权利要求11所述的方法，进一步包括在所述电梯轿厢在所述井道中行进时更新所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的波束形成。

18.如权利要求11所述的方法，其中确定所述转向角在以下各项至少之一中被执行：被配置成控制所述电梯轿厢的电梯控制器、包含所述第一天线阵列的第一通信节点、或包含所述第二天线阵列的第二通信节点。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括在所述井道中布置多个天线阵列。

Images