DE102017000130A1

DE102017000130A1 - Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Ausrichten von Richtantennen

Info

Publication number: DE102017000130A1
Application number: DE102017000130.8A
Authority: DE
Inventors: Christopher M. Anderson
Original assignee: Taoglas Group Holdings Ltd Ireland
Current assignee: Taoglas Group Holdings Ltd Ireland
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2017-01-09
Publication date: 2017-07-20
Also published as: US20170207530A1; GB201700395D0; TW201725785A; CN107069220A; GB2546417A; FR3046896A1

Abstract

Offenbart werden Vorrichtungen, Systeme und Verfahren, die die Verwendung einer Rundstrahl- und einer Richtantenne mischen, um eine Mindestleistung der Rundstrahlantenne sicherzustellen, während die Möglichkeit geschaffen wird, dass die Richtantenne die optimale Richtung findet, in die sie gerichtet ist, und so Signalpegel über das hinaus erhöht, was die Rundstrahlantenne selbst liefern würde. Dadurch werden höhere Signalpegel ermöglicht, was zu einer zuverlässigeren Kommunikation und einem höheren Datendurchsatz führt.

Description

QUERVERWEIS
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Ammeldung Nr. 62/278,684, eingereicht am 14. Januar 2016, mit dem Titel Devices, Systems and Methods for Aiming Directenional Antenna, und der US-Anmeldung 15/397,061, eingereicht am 3. Januar 2017, mit dem Titel Devices, Systems and Methods for Aiming Directenional Antennas, wobei beide Anmeldungen durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
HINTERGRUND
Gegenwärtig nutzen mobile Vorrichtungen, dienstanfordernde WLAN-Geräte und eine breite Vielfalt anderer Funksysteme Rundstrahlantennen, d. h. nicht gerichtete Antennen, da den Vorrichtungen nicht bekannt ist, in welche Richtung eine Richtantenne auszurichten ist, und die Verwendung einer verkehrt ausgerichteten eine Richtantenne zu einem niedrigeren Signalpegel (oder allgemein einer mangelhafteren Leistung) als die Verwendung einer Rundstrahlantenne rührt.
Ohne Kenntnis des Standorts einer Gegenstelle wäre die Standardwahl für eine Antenne typischerweise eine Rundstrahl- oder zumindest eine minimal ausgerichtete Antenne (MDA) wie eine ungerichtete Antenne (NDA). Das Signal einer MDA ist jedoch im Vergleich zu einer stark gerichteten Antenne relativ schwach und daher von geringer Qualität. Dieses minderwertige Signal kann mehrere Nachteile mit sich bringen, darunter beispielsweise eine Beschränkung des Datendurchsatzes bei Systemen, bei denen auf der Datenqualität basierende multiple Bitraten verwendet werden. Dagegen kann eine hochgradig gerichtete Antenne mit hoher Verstärkung, wenn sie direkt auf die Gegenstelle ausgerichtet ist, ein starkes, qualitativ hochwertiges Signal mit mehreren praktischen Vorteilen bieten, darunter die Maximierung der Datendurchsatzraten bei einem Multi-Bitraten-Kommunikationsschema und die Minimierung verpasster Übertragungen.
Ohne Kenntnis des Standorts der Gegenstelle sind die Nachteile einer hochverstärkenden Richtantenne am ausgeprägtesten, da bei jeder anderen als der spezifischen Ausrichtung ein minderwertiges Signal geliefert wird.
Gegenwärtige Antennenausrichtungsmethodologien bzw. -algorithmen beruhen auf der vorherigen Kenntnis des Standorts des entfernten Endes einer Kommunikationsverbindung und der physikalischen Ausrichtung der örtlichen Antenne oder nutzen eine absolute oder relative Messung der Signalstärke durch eine einzelne Antenne. So wird beispielsweise gemäß der 802.11b die Antennendiversität durch das sehr rasche Umschalten zwischen zwei Antennen implementiert. Wenn eine eingehende Nachricht erfasst wird, schaltet der Empfänger zwischen den beiden Antennen um, wobei er bei jeder Antenne an einem bekannten Punkt in der Einleitung der Nachricht eine Messung der Signalstärke vornimmt. Die Antenne mit dem Signal mit der höheren Qualität die Antenne, die für den Rest der Nachricht verwendet wird.
Feste oder mobile Implementationen einer Funkverbindung (wie feste, WLAN-Dienste anfordernde Geräte, die mit einer festen Gegenstelle kommunizieren), bei denen das dienstanfordernde Gerät eine hochverstärkenden Richtantenne nutzt, würden davon profitieren, zur Ausrichtung dieser Antenne ohne vorherige Kenntnis des Standorts des entfernten Funkgeräts geeignet zu sein. Daher besteht Bedarf an einem System, das dafür sorgt, das eine Richtantenne ohne Eingriff des Benutzers automatisch ausgerichtet wird, während das minimale Leistungsniveau aufrechterhalten wird, das eine ungerichtete oder minimal gerichtete Antenne bietet.
ZUSAMMENFASSUNG
Durch das offenbarte System wird ein Abstrich bei der Auswahl des Antennentyps zur Maximierung der Signalqualität und des Datendurchsatzes bei drahtlosen Kommunikationssystemen gelöst. Dieses Verfahren und die zugehörige Hardware ermöglichen ein einfaches Verfahren, bei dem eine Richtantenne ohne eine Intervention seitens des Benutzers und ohne ein Absinken der Verbindungsleistung unter die von der ungerichteten Antenne gelieferte automatisch ausgerichtet wird. Dieses System und dieses Verfahren sind insbesondere bei Funksystemen nutzbar, die multiple Zeichen- oder Bitraten unterstützen, so dass selbst über eine schlechte Verbindung nach wie vor Nachrichten ausgetauscht werden können, eine Verbesserung der Leistungsübertragungsbilanz jedoch einen erhöhten Durchsatz ermöglicht.
Durch eine autonome Steuerung der Richtantenne und Vergleichen der relativen Signalqualität mit der einer ungerichteten Antenne kann ein Such- und Optimierungsschema realisiert werden, das die ausgegebene Antenneneinspeisung auswählt, die das Signal mit der höchsten Qualität liefert, wodurch eine überlegene Leistung des Antennensystems erzielt werden kann. Im schlechtesten Fall ist der Ausgang des Systems während des Suchmodus die ungerichtete Einspeisung. Anderenfalls berücksichtigt das Verfahren das Signal mit der höheren Qualität von der direkt auf die Gegenstelle ausgerichteten Richtantenne. Dies ermöglicht höhere Signalpegel, was zu einer zuverlässigeren Kommunikation und einem höheren Datendurchsatz führt.
Bei einigen Konfigurationen werden zwei Antennen mit zwei unterschiedlichen Richtfaktoren bzw. Direktionalitäten bzw. Richtcharakteristiken verwendet, bei anderen Konfigurationen wird eine Richtantenne mit einer ungerichteten Antenne zusammengestellt.
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft eine einstellbare Kommunikationsvorrichtung. Geeignete Vorrichtungen umfassen: eine erste Antenne mit einem ersten Richtfaktor bzw. Direktionalität bzw. Richtcharakteristik, die mit einem entfernten Endes einer drahtlosen Kommunikationsverbindung an einem unbekannten Standort kommuniziert; eine mit dem entfernten Ende der drahtlosen Kommunikationsverbindung kommunizierende zweite Antenne mit einem zweiten Richtfaktor bzw. Direktionalität bzw. Richtcharakteristik, der um eine Größenordnung von 3 dB oder mehr größer als der erste Richtfaktor ist, wobei die zweite Antenne so konfigurierbar ist, dass sie so gelenkt wird, dass sie auf das entfernte Ende der drahtlosen Kommunikationsverbindung gerichtet wird; einen Antennentreiber, der so konfiguriert ist, dass er eine Ausrichtung der zweiten Antenne mit dem höheren Richtfaktor bzw. Direktionalität bzw. Richtcharakteristik steuert; und einen Vergleichsalgorithmus, der so konfiguriert ist, dass er die empfangene Signalqualität sowohl von der ersten Antenne als auch von der zweiten Antenne bewertet bzw. evaluiert und zumindest einen Signaleingang sowohl von der ersten Antenne und als auch von der zweiten Antenne vergleicht, um ein Feedback-Signal zu erzeugen, um den Antennentreiber anzuweisen, die zweite Antenne in eine Ausrichtung zu lenken, wobei der Vergleichsalgorithmus eine Qualität sowohl eines ersten Eingangs von der ersten Antenne als auch eines zweiten Eingangs von der zweiten Antenne bestimmt, um festzustellen, welcher unter dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang eine höhere Qualität aufweist, und wobei ferner, wenn das Signal der ersten Antenne eine höhere Qualität aufweist, das Signal von der ersten Antenne ausgewählt wird und eine Leitungseinspeisung an den Ausgang geleitet wird, an dem eine Reihe von Such- und Optimierungsanweisungen ausgeführt werden, und der Antennentreiber auf eine Ausrichtung der zweiten Antenne eingestellt wird, und wenn das Signal der zweiten Antenne eine höhere Qualität aufweist, das Signal von der zweiten Antenne ausgewählt wird. Bei einigen Konfigurationen ist die zweite Antenne ohne die Verwendung beweglicher Teile durch das vom Antennentreiber empfangene Treibersignal elektronisch lenkbar. Zudem kann die zweite Antenne durch Ansteuern eines oder mehrerer Stellglieder als Reaktion auf das Treibersignal von dem Antennentreiber physikalisch lenkbar sein. Überdies kann die erste Antenne so konfiguriert dass, dass sie in ein Gehäuse eingesteckt wird, das die zweite Antenne enthält. Bei einigen Konfigurationen kann die zweite Antenne über mehrere Freiheitsgrade gelenkt werden. Die Gegenstelle kann ein WLAN-Zugangspunkt oder eine Mobilfunk-Basisstation sein. Abhängig von der Anwendung kann die Antenne über 1 bis 3 Freiheitsgrade gelenkt werden. Bei einem Satelliten würden beispielsweise 3 Freiheitsgrade verwendet.
Ein zusätzlicher Aspekt der Offenbarung betrifft eine einstellbare Kommunikationsvorrichtung mit: einer ungerichteten oder minimal gerichteten Antenne, die mit einem WLAN-Zugangspunkt an einem unbekannten Standort kommuniziert, der ein erstes Signal erzeugt; einer zweiten Antenne, die mit dem WLAN-Zugangspunkt kommuniziert, wobei die zweite Antenne so konfiguriert ist, dass ihr Winkel physikalisch so vergrößert und verkleinert wird, dass sie auf den WLAN-Zugangspunkt gerichtet wird, der ein zweites Signal erzeugt; einem Antennentreiber, der so konfiguriert ist, dass er eine Ausrichtung der zweiten Antenne steuert; und einem Vergleichsalgorithmus, der so konfiguriert ist, dass drei oder mehr unter einer aktuellen ersten Signalqualität, einer vorhergehenden ersten Signalqualität, einer aktuellen zweiten Signalqualität und einer vorhergehenden zweiten Signalqualität bewertet bzw. evaluiert und auf der Grundlage einer Signalqualität der bewerteten bzw. evaluierten Signale ein Feedback-Signal an einen Ausgang erzeugt, wobei, wenn entweder das aktuelle erste Signal oder das vorhergehende erste Signal von der ungerichteten Antenne eine höhere Qualität als entweder das aktuelle zweite Signal oder das vorhergehende zweite Signal von der zweiten Antenne aufweist, entweder das aktuelle erste Signal oder das vorhergehende erste Signal als Leitungseinspeisung ausgewählt und an den Ausgang geleitet wird, wenn eine Reihe von Such- und Optimierungsanweisungen ausgeführt wird.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft Verfahren zur Betätigung einer einstellbaren Kommunikationsvorrichtung. Geeignete Verfahren umfassen die Schritte: Empfangen eines ersten Signals von einer ersten ungerichteten Antenne; Empfangen eines zweiten Signals von einer zweiten Richtantenne; Bestimmen einer Qualität des ersten Signals und einer Qualität des zweiten Signals; Ausgeben einer Einspeisung eines Signals mit einer höheren Qualität, das unter dem ersten Signal und dem zweiten Signal ausgewählt wird; und wobei ein Optimierungsprotokoll ausgeführt wird, wenn das erste Signal ausgewählt wird. Das Verfahren kann auch den Schritt umfassen: (a) Ändern einer Richtung, Ausrichtung oder Polarisierung der zweiten Antenne; (b) Empfangen eines nachfolgenden Signals von der zweiten Antenne und (c) Bestimmen einer Qualität des nachfolgenden Signals von der zweiten Antenne, wobei die Schritte (a) bis (c) wiederholt werden, wenn eine Qualität des nachfolgenden Signals der zweiten Antenne geringer als die Qualität des Signals von der ersten Antenne ist. Zusätzliche Schritte können einen oder mehrere der folgenden umfassen: inkrementelle Feinabstimmung eines Ausrichtungswinkels oder einer Polarisierung der Richtantenne, wenn die Signalqualität der ersten Antenne mit der Signalqualität der zweiten Antenne übereinstimmt oder höher als diese ist; und/oder Überwachen einer relativen Qualität des Signals der zweiten Antenne und des Signals der ersten Antenne, wobei der Schritt des Analysierens wiederholt wird, wenn die Stärke des Signals von der ersten Antenne die Stärke des Signals von der zweiten Antenne übersteigt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft einstellbare Kommunikationsvorrichtungen mit: einer ersten Antenneneinrichtung mit einem ersten Richtfaktor bzw. Direktionalität bzw. Richtcharakteristik, die mit einem entfernten Ende einer drahtlosen Kommunikationsverbindung an einem unbekannten Standort kommuniziert; einer mit dem entfernten Ende der drahtlosen Kommunikationsverbindung kommunizierenden zweiten Antenneneinrichtung mit einem zweiten Richtfaktor bzw. Direktionalität bzw. Richtcharakteristik, der größer als der Richtfaktor der ersten Antenne ist, wobei die zweite Antenneneinrichtung so konfigurierbar ist, dass sie so gelenkt wird, dass sie auf das entfernte Ende der drahtlosen Kommunikationsverbindung gerichtet wird; einer Antennentreibereinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Ausrichtung oder Polarisierung der zweiten Antenneneinrichtung steuert; und einem Vergleichsalgorithmus, der so konfiguriert ist, dass er eine Qualität eines oder mehrerer Signale sowohl von der ersten Antenneneinrichtung als auch von der zweiten Antenneneinrichtung bewertet bzw. evaluiert, zumindest einen Signaleingang sowohl von der ersten Antenneneinrichtung als auch von der zweiten Antenneneinrichtung vergleicht, um ein Feedback-Signal zu erzeugen, um einen Antennentreiber anzuweisen, die zweite Antenneneinrichtung in eine bevorzugtere Ausrichtung oder Polarisierung zu lenken, wobei der Vergleichsalgorithmus eine Qualität sowohl eines ersten Eingangs von der ersten Antenneneinrichtung als auch eines zweiten Eingangs von der zweiten Antenneneinrichtung bestimmt, um festzustellen, welcher unter dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang eine höhere Qualität aufweist, und wobei ferner, wenn das Signal der ersten Antenne eine höhere Qualität aufweist, das Signal der ersten Antenne ausgewählt wird und eine Leitungseinspeisung an einen Ausgang gesendet wird, an dem eine Reihe von Such- und Optimierungsanweisungen ausgeführt werden, und die Antennentreibereinrichtung auf eine Ausrichtung oder Polarisierung der zweiten Antenneneinrichtung eingestellt wird, und das Signal von der zweiten Antenne ausgewählt wird, wenn der zweite Eingang von der zweiten Antenne eine höhere Qualität aufweist. Bei einigen Konfigurationen, ist die zweite Antenneneinrichtung ohne die Verwendung beweglicher Teile durch das von der Antennentreibereinrichtung empfangene Treibersignal elektronisch lenkbar. Zudem kann die zweite Antenneneinrichtung durch Ansteuern eines oder mehrerer Stellglieder als Reaktion auf das Treibersignal von der Antennentreibereinrichtung physikalisch lenkbar sein. Die erste Antenneneinrichtung kann auch so konfiguriert sein, dass sie in ein Gehäuse eingesteckt wird, das die zweite Antenneneinrichtung enthält. Die zweite Antenneneinrichtung kann auch über mehrere Freiheitsgrade gelenkt werden. Die Gegenstelle kann ein WLAN-Zugangspunkt sein, oder eine Gegenstelle ist eine Mobilfunk-Basisstation.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft eine einstellbare Kommunikationsvorrichtung mit: einer ungerichteten Antenneneinrichtung, die mit einem WLAN-Zugangspunkt an einem unbekannten Standort kommuniziert, der ein erstes Signal erzeugt; einer zweiten Antenneneinrichtung, die mit dem WLAN-Zugangspunkt kommuniziert, wobei die zweite Antenneneinrichtung so konfiguriert ist, dass ihr Winkel physikalisch so inkrementiert und dekrementiert wird, dass sie auf den WLAN-Zugangspunkt gerichtet wird, der ein zweites Signal erzeugt; einer Antennentreibereinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Ausrichtung der zweiten Antenneneinrichtung steuert; und einem Vergleichsalgorithmus, der so konfiguriert ist, dass er drei oder mehr unter einer Qualität eines aktuellen ersten Signals, einer Qualität eines vorhergehenden ersten Signals, einer Qualität eines aktuellen zweiten Signals und einer Qualität eines vorhergehenden zweiten Signals bewertet bzw. evaluiert, um auf der Grundlage einer Signalqualität der bewerteten bzw. evaluierten Signale ein Feedback-Signal an einen Ausgang zu erzeugen, wobei entweder das aktuelle erste Signal oder das vorhergehende erste Signal als Leitungseinspeisung ausgewählt und an einen Ausgang geleitet wird, wenn entweder das aktuelle erste Signal oder das vorhergehende erste Signal von der omnidirektionalen Antenneneinrichtung bzw. Rundstrahlantenneneinrichtung eine höhere Qualität als entweder das aktuelle zweite Signal oder das vorhergehende zweite Signal von der zweiten Antenne aufweist und wobei ferner, eine Reihe von Such- und Optimierungsanweisungen ausgeführt werden, wenn.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Betätigung einer einstellbaren Kommunikationsvorrichtung, das die Schritte umfasst: Empfangen eines ersten Signals von einer ersten Antenneneinrichtung; Empfangen eines zweiten Signals von einer zweiten Antenneneinrichtung; Bestimmen einer Qualität des ersten Signals und einer Qualität des zweiten Signals; Ausgeben einer Einspeisung eines Signals mit einer höheren Qualität, das unter dem ersten Signal und dem zweiten Signal ausgewählt wird; und wobei eine Optimierungsprotokoll ausgeführt wird, wenn das erste Signal ausgewählt wird. Zudem können die Verfahren umfassen: (a) Ändern einer Richtung oder Polarisierung der zweiten Antenneneinrichtung; (b) Empfangen eines nachfolgenden Signals von der zweiten Antenneneinrichtung; und (c) Bestimmen einer Qualität des nachfolgenden Signals von der zweiten Antenneneinrichtung, wobei die Schritte (a) bis (c) wiederholt werden, wenn eine Qualität des nachfolgenden Signals der zweiten Antenneneinrichtung geringer als die Qualität des Signals von der ersten Antenneneinrichtung ist. Gemäß einigen Aspekten der Verfahren kann der Ausrichtungswinkel einer zweiten Antenne inkrementell feineingestellt werden, wenn die Signalqualität der ersten Antenne mit der Signalqualität der zweiten Antenneneinrichtung übereinstimmt oder höher als diese ist. Zudem kann das Verfahren das Überwachen einer relativen Qualität des Signals der zweiten Antenne und des Signals der ersten Antenne umfassen, wobei der Schritt des Analysierens wiederholt wird, wenn die Stärke des Signals von der ersten Antenne die Stärke des Signals von der zweiten Antenne übersteigt.
AUFNAHME DURCH BEZUGNAHME
Sämtliche Veröffentlichungen, Patente und Patentanmeldungen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, werden durch Bezugnahme im gleichen Maße hierin aufgenommen, als würde jede einzelne Veröffentlichung, jedes einzelne Patent bzw. jede einzelne Patentanmeldung eigens und einzeln zur Aufnahme durch Bezugnahme aufgeführt. Siehe beispielsweise die am 2. März 2006 veröffentlichte US 2006/0044112 A1 von Bridgelall, ”Wearable RFID Reader und System”; die am 1. November 2007 veröffentlichte US 2007/0253395 A1 von Graves, ”Wireless Network Detector”; die am 29. November 2007 veröffentlichte US 2007/0275664 A1 von Uhl, ”Method and System for Improving Wireless Link Performance”; die am 25. Januar 2000 veröffentlichte US 6,018,646 A von Myllymaki et al., ”Power Consumption Monitor and Alarm for a Mobile Means of Communication”; die am 1. April 2003 veröffentlichte US 6,542,083 B1 von Richley et al., ”Electronic Tag Position Detection Using Radio Broadcast”; die am 26. August 2003 veröffentlichte US 6,611,696 B2 von Chedester et al., ”Method and Apparatus for Aligning the Antennas of a Millimeter Wave Communication Link Using a Narrow Band Oscillator and a Power Detector”; die am 28. Februar 2006 veröffentlichte US 7,005,980 B1 von Schmidt, ”Personal Rescue System”; die die am 13. April 2010 veröffentlichte US 7,696,887 B1 von Echavarria, ”Personal Tracking and Communication System”; die am 27. Juli 2010 veröffentlichte US 7,764,171 B2 von Cheng et al., ”Adjusting a Communications Channel Between Control Unit and Remote Sensor”; die am 27. August 2013 veröffentlichte US 8,519,906 B2 von Richards et al., ”Locating System”; die am 18. November 2014 veröffentlichte US 8,892,049 B2 von Rosenblatt et al., „Handheld Electronic Devices with Antenna Power Monitoring”; die am 9. Dezember 2014 veröffentlichte US 8,909,190 B2 von Carson, „Portable Wireless Compatibility Detection, Location and Communication Device”; die am 3. Februar 2015 veröffentlichte US 8,947,528 B2 von Hinman et al., ”Container Classification Identification Using Direktenional-Antenna RFID”; am 7. April 2015 veröffentlichte US 9,000,887 B2 von Linsky et al., ”Container Classification Identification Using Direktenional-Antenna RFID” und die am 5. Mai 2015 veröffentlichte US 9,024,749 B2 von Ratajczyk, ”Tactile and Visual Alert Device Triggered by Received Wireless Signals”.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die neuartigen Merkmale der Erfindung sind in den beiliegenden Ansprüchen im Einzelnen aufgeführt. Ein besseres Verständnis der Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus einer Bezugnahme auf die folgende genaue Beschreibung, in der veranschaulichende Ausführungsformen aufgeführt sind, bei denen die Prinzipien der Erfindung genutzt werden, und auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Blockdiagramm auf höherer Ebene ist, das die Funktionsweise einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung zeigt;
2 einen beispielhaften Algorithmus zum Vergleichen einer Signalqualität zeigt, der zur Erläuterung von Status und Schaltvorgängen eine Funktionsweise eines beispielhaften Algorithmus zum Vergleichen der Signalqualität aufzeigt, der als endliche Zustandsmaschine beschrieben ist;
3 einen Algorithmus zum Vergleichen der Signalqualität im Betrieb zeigt, womit ein spezifisches Beispiel im Einzelnen dargestellt wird, um Auslösepunkte für die Signalqualität aufzuzeigen;
die 4–6 einen Überblick über Beispiele der algorithmischen Suche, Feinabstimmung und Aufrechterhaltung zeigen; und
7 zeigt einen Bausatz, der einen kommerziellen Ansatz für die Vorrichtung bietet, die eine Nachrüstung bestehender Systeme ermöglichen würde.
GENAUE BESCHREIBUNG
In 1 ist ein Blockdiagramm des Systems auf höherer Ebene dargestellt. Im Kontext dieses Kommunikationssystems stellt die Gegenstelle 100 das entfernte Endes einer drahtlosen Kommunikationsverbindung dar, wobei die genaue geographische Lage der Gegenstelle 100 unbekannt ist. Beispiele des Kommunikationssystems gemäß diesem Schema können beispielsweise dahingehend angebracht werden, dass sie ein WLAN 802.11 und Mobilfunk-Kommunikationssysteme sowie sämtliche anderen Systeme umfassen, die eine entfernte drahtlose Gegenstelle aufweisen.
Das in dem Blockdiagramm beschriebene System kann aus einem festen oder mobilen System bestehen, wobei sich die Gegenstelle 100, die eine WLAN Gegenstelle oder eine Mobilfunk-Basisstation umfasst, in Bezug auf das System an einem unbekannten Standort und in einer unbekannten Ausrichtung befindet. Das System kann bei einem Signal von höherer Qualität als der durch eine minimal gerichtete Antenne wie eine omnidirektionale Antenne bzw. Rundstrahlantenne (eine erste Antenne oder ein Untersystem einer ersten Antenne) auflösbaren ankommen. Es wird darauf hingewiesen, dass die maximal zulässige Geschwindigkeit, bei der das offenbarte System noch funktioniert, auf die Geschwindigkeit begrenzt ist, bei der das System noch in der Lage ist, zu konvergieren und sich auf eine Ausrichtung festzulegen, bei der die Signalqualität der Richtantenne allgemein über der der minimal gerichteten Antenne bleibt.
Eine minimal gerichtete Antenne (MDA) 120 oder eine ungerichtete Antenne (NDA) kann in einem Gesamtsystem als eines von zwei Antennenuntersystemen fungieren. Die MDA 120 kann in Form einer beliebigen Antenne mit wenig oder keinem Richtfaktor bzw. Direktionalität bzw. Richtcharakteristik implementiert werden, beispielsweise als eine leicht erhältliche Standard-Rundstrahlantenne bzw. standard omnidirektionale Antenne. Eine Antennenleitungseinspeisung ist mit einem Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität als einer von zwei zusammentreffenden Leitungseinspeisungen verbunden, die die Vergleichseinrichtung als Eingang aufnimmt. Wie dargestellt, erhält die hoch ausgerichtete Antenne (HDA) 110 oder die Richtantenne (DA) ein HDA-Signal 112, das über eine Leitungseinspeisung 114 der HDA in das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität eingespeist wird, und die MDA 120 erhält ein MDA-Signal 122, das über eine MDA Leitungseinspeisung 124 in das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität eingespeist wird. Die Differenz zwischen den Verstärkungen der beiden Antennen beträgt typischerweise 3 dB oder mehr. Jede der Antennen empfängt einen eingehenden HF-Energieeingang und erzeugt ein weitergeleitetes Ausgangssignal, das an das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität gesendet und als Eingang von der MDA 120 oder der HDA 110 empfangen wird. Die Qualität des weitergeleiteten Ausgangssignals von jeder der Antennen wird verwendet, um festzustellen, welche Antenne genutzt werden soll.
Das zweite Antennenuntersystem besteht aus einer hoch ausgerichteten Antenne (HDA) 110 wie einer Richtantenne (DA), die von dem Treiber physikalisch oder elektronisch mobil gesteuert werden kann, so dass dor ein Signal aus jeder innerhalb ihrer Konstruktionsparameter (der der zweiten Antenne) zulässigen Ausrichtung empfängt und sendet. Ein Beispiel einer elektronischen Steuerung einer HDA erfolgt über mehrere Antennen, wobei beispielsweise eine Strahlerzeugungsstrategie im AC-Protokoll 802.11 implementiert wird.
Während des Betriebs kann die HDA 110 schließlich in eine relative Ausrichtung gelenkt werden, die in Bezug auf die Gegenstelle 100 optimiert wird, um ein Signal von höherer Qualität als das von der MDA 120 zu erhalten. Das System kann sich auch dynamisch an eine sich verändernde Signalqualität und Ausrichtung anpassen. Das Signal 112 der HDA wird dem Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität zugeführt.
Das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität kann wunschgemäß ausschließlich durch Hardware, als Software, beispielsweise in einem Mikrocontroller, oder in Form eines Hybriden aus beidem implementiert werden.
Auf höherer Ebene empfängt das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität jeweils das HDA-Signal 112 und das MDA-Signal 122 als Antennenzuleitungen 114, 124 von der HDA 110 und der MDA 120 und vergleicht dann die Signalqualität des HDA-Signals 112 und des MDA-Signals 122. Danach wird ein Ausgang 132 des Qualitätsvergleichsmodules erzeugt, der den Ausgang der Einspeisung mit der höchsten Signalqualität an das Treibermodul 160 liefert.
Wenn das HDA-Signal 112 eine geringere Qualität als das MDA-Signal 122 aufweist, implementiert das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität einen unter einer Vielzahl von Algorithmen, um das Treibermodul 160 zu veranlassen, die HDA 110 neu auszurichten, um die HDA 110 entsprechend einem unter einer Vielzahl von Signaloptimierungsschemata auf die Gegenstelle 100 zu richten, beispielsweise durch Lenken des Strahls der HDA 110 durch schrittweises bzw. inkrementelles Inkrementieren und Dekrementieren als Teil eines Steuerkreises.
Das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität kann jede beliebige Anzahl an Schemata nutzen, um zu bestimmen, welche der beiden Antennen, die einen Signaleingang an das Vergleichsmodul liefern, die bessere Signalqualität bietet. Diese kann beispielsweise die Größe, die Codekorrelation oder eine Kombination dieser umfassen. Das System stellt einen direkten Vergleich zwischen den beiden Signalen an, die analysiert werden, um festzustellen, welches Signal verwendet werden sollte, und kann durch weitere Abtastungen in alle Richtungen in immer kleineren Schritten fortfahren, die maximale Differenz zwischen den beiden Signalen zu finden.
Das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität ist so konfigurierbar, dass es eine Ausrichtung der HDA 110 über das Treibermodul 160 indirekt einstellt. Das Treibermodul 160 kann ausschließlich durch Hardware, als Software, beispielsweise in einem Mikrocontroller, oder als Hybrid aus beidem implementiert werden. Das Treibermodul 160 ist so konfigurierbar, dass es ein Steuersignal von dem Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität empfängt, das einer Sollausrichtung entspricht, die das Treibermodul 160 dann in erforderliche zeitvariante Treibersignale umsetzt, die entweder zum direkten Ansteuern der HDA 110 bei einem elektronisch lenkbaren Strahl oder zum indirekten Ansteuern über die Steuerung von Stellgliedern 170 erforderlich sind, die die physikalische Neuorientierung der HDA 110 antreiben. Die Stellglieder können über jede geeignete Einrichtung angetrieben werden, einschließlich beispielsweise einer Wechselstrom-Hochspannungsquelle, manuelle Manipulation, etc.
Das Treibermodul 160 kann eine Sollausrichtung in ein zum Lenken einer Position der HDA 110 zum Erzielen der Sollausrichtung der HDA 110 erforderliches Ansteuersignal 162 umwandeln. Das Ansteuersignal 162 kann direkt an die HDA 110 übermittelt werden. Alternativ können Stellglieder 170 verwendet werden, wenn die HDA 110 zur Neuausrichtung der Antenne eine physikalische Bewegung erfordert. Die Stellglieder 170 können jedem gebräuchlichen Stellgliedtyp angehören, einschließlich Elektromotoren, pneumatischen, hydraulischen oder sonstigen Einrichtungen zum Herbeiführen einer durch elektrische Signale gesteuerten Bewegung. Abhängig von der Anwendung kann die Antenne über 1 bis 3 Freiheitsgrade gelenkt werden. Ein Satellit würde beispielsweise 3 Freiheitsgrade nutzen.
Hat das Treibermodul 160 die HDA 110 einmal zur Aktualisierung ihrer Ausrichtung auf die Sollausrichtung veranlasst, ist eine vollständige Programmschleife durchlaufen, und das HDA-Signal 112 von der HDA 110 folgt in dieser neuen Ausrichtung der gleichen vorhergehenden Einspeiseleitung in das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität, um seine relative Qualität gegenüber der Signalqualität der MDA 120 zu messen.
Die vorstehend genannte Feedbackschleife ermöglicht eine Annäherung einer Diversität der Algorithmen zur Optimierung der Suche und der Signalqualität an das bestmögliche Signal für einen gegebenen Standort der offenbarten Vorrichtung.

Spezifische Anwendungen umfassen: TABELLE 1 ANWENDUNGEN

Ausrichtung von X am Standort von X	auf Y am Standort von Y
Radio	Radiosender
Fernseher	Fernsehsender
Satelliten	Satellit
Seefunk	Sender der Marine oder der Küstenwache
WLAN	WLAN-Sendeanlage
Mobilfunk	Mobilfunk-Sender
Empfang	Sendeantenne

2 zeigt ein Beispiel einer möglichen Implementierung des Algorithmus für das Vergleichsmodul für die Signalqualität auf höherer Ebene. Gemäß diesem Beispiel befindet sich das Modul ist in einem von drei Zuständen: Suchphase 230, Feinabstimmungsphase 240 oder Aufrechterhaltungsphase 250.
Nachstehend wird zur Vereinfachung der Beschreibung die Signalqualität der HDA- und MDA-Signale jeweils als Q_HDA und Q_MDA bezeichnet. Ähnlich werden die Leitungseinspeisungsignale der HDA und der MDA jeweils als S_HDA und S_MDA bezeichnet, und die in einem Winkel 'a' ausgerichtete HDA kann durch HDA(a) repräsentiert werden.
Der in 2 dargestellte Ausgangsstatus des Vergleichsmoduls 130 (1) für die Signalqualität ist die Suchphase 230, in der die Leitungseinspeisung S_MDA an den Ausgang geleitet wird. In diesem Status wird die Ausrichtung der HDA gemäß einer beliebigen Anzahl an Suchalgorithmen eingestellt, beispielsweise durch einfaches Inkrementieren des Strahlwinkels, bis Q_HDA Q_MDA übersteigt.
Gilt einmal Q_HDA > Q_MDA, werden zwei Aktionen ausgelöst. Erstens ist S_HDA, das nun das Signal mit der höchsten Qualität ist, das Signal, das an den Ausgang des Moduls geleitet wird. Zweitens wird der Status des Systems dann auf die Feinabstimmungsphase 240 umgeschaltet.
In der Feinabstimmungsphase 240 wird die Ausrichtung der HDA gemäß einer beliebigen Anzahl an Signaloptimirungsschemata eingestellt, beispielsweise durch einfaches Inkrementieren des Ausrichtungswinkels der HDA, bis der Winkel zur Maximierung von Q_HDA identifiziert ist.
Da das System nur in den Feinabstimmungsstatus eintreten kann, wenn HDA eine höhere Qualität als MDA aufweist, wird S_HDA ohne Bedingungen an den Ausgang des Moduls geleitet, während sich das Modul in diesem Status befindet.
Ist die Ausrichtung, in der Q_HDA maximiert wird, einmal identifiziert, wird der Status des Moduls erneut in die Aufrechterhaltungsphase 250 umgeschaltet.
Das Modul 130 zum Vergleichen der Signalqualität (1) verbringt den Hauptteil seiner Betriebszeit in der Aufrechterhaltungsphase 250, da es Sinn und Zweck sowohl des Suchschemas in der Suchphase 230 als auch des Signaloptimierungsschemas in der Feinabstimmungsphase 240 ist, sich ihrer Zielsetzung jeweils in der kürzest möglichen Zeit anzunähern.
Um in die Aufrechterhaltungsphase einzutreten, muss Q_HDA größer als Q_MDA sein und sich ebenso in einer Ausrichtung befinden, in der die eigene Signalqualität maximal ist. Ziel der Aufrechterhaltungsphase 250 ist daher die Aufrechterhaltung der vorab eingestellten optimalen Ausrichtung der HDA bei gleichzeitiger Überwachung der relativen Qualität der MDA.
Während der Aufrechterhaltungsphase 250 bleibt die Leitungseinspeisung S_HDA das Signal, das an den Ausgang des Moduls geleitet wird.
Wenn Q_HDA erneut unter Q_MDA absinkt, löst dies zwei Aktionen aus. Erstens wird nun, da S_MDA das Signal mit der höchsten Qualität ist, S_MDA die Leitungseinspeisung, die an den Ausgang des Moduls geleitet wird. Zweitens erfolgt als nächstes ein Zurückschalten des Status des Moduls in die Suchphase 230, um erneut eine Ausrichtung für die HDA zu finden, bei der Q_HDA > Q_MDA gilt, wodurch der Zyklus wiederholt wird.
3 zeigt ein Beispiel einer möglichen Implementation des Algorithmus zum Vergleichen der Signalqualität. Das zeitbasierte Diagramm ist in drei aufeinander folgende Bereiche unterteilt; die Suchphase 330, die Feinabstimmungsphase 340 und die Aufrechterhaltungsphase 350, die gemeinsam drei unterschiedliche Phasen dieser Implementierung darstellen. Nach der Aufrechterhaltungsphase 350 auf der äußersten rechen Seite, würde der Status wieder in eine neue Suchphase zurückgeschaltet.
Die (horizontale) Zeitachse in diesem Diagramm zeigt ein Szenario bei einem tatsächlichen Einsatz, bei dem zwei getrennt gemessene Signalqualitätsniveaus (vertikale Achse) von der MDA (hell dargestellt) und von der HDA (dunkel dargestellt) zum Auslösen von Änderungen des Status führen.
Die Signalqualität der MDA ist bei diesem Szenario zeitübergreifend mehr oder weniger konstant, wie es bei einer MDA wie einer Rundstrahlantenne bzw. omnidirektionalen Antenne zu erwarten wäre. Dagegen variiert die HDA-Qualität basierend auf ihrem Winkel um Größenordnungen. In diesem Diagramm ist der Winkel der HDA unten in dem Diagramm angegeben, um Winkelerhöhungen zu demonstrieren. In diesem Diagramm ist der Winkel der HDA aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung willkürlich so dargestellt, dass er in Schritten von 5 Grad erhöht wird, die Erhöhungsschritte können jedoch eine wesentlich geringere Größe aufweisen, um die bestmögliche Signalqualität für die HDA zu erzielen.
Signalereignisse, die einen Statusübergang in einen anderen Status veranlassen, sind von einem gestrichelten Oval umrandet. Beginnend mit der Suchphase an dem am weitesten links gelegenen Ende des Diagramms, an dem der Winkel der HDA beliebig auf 0 eingestellt ist, ist eine Signalqualität der HDA gezeigt, die erheblich geringer als die Signalqualität der MDA ist. Der Winkel der HDA wird gemäß dem Algorithmus der Suchphase um gleichmäßige Winkelvergrößerungsschritte erhöht, bis ein Winkel der HDA von 30 Grad zu einer Signalqualität 330' in der Suchphase führt, bei der Q_HDA Q_MDA übersteigt und das System den Status in die Feinabstimmungsphase 340 umschaltet.
In der Feinabstimmungsphase 340 wird bei diesem besonderen Algorithmus für die Feinabstimmungsphase der Winkel 'a' der HDA kontinuierlich vergrößert, wobei eine Erhöhung der entsprechenden Q_HDA(a) gemessen wird. Gemäß diesem Diagramm fällt bei einem Winkel von 45 Grad die Signalqualität der HDA schließlich auf eine Signalqualität 340' in der Feinabstimmungsphase, wodurch angezeigt wird, dass die unmittelbar vorhergehende Erhöhung der Winkel war, bei dem die Signalqualität maximiert wurde.
Ist der Winkel der HDA, bei dem die Qualität maximal ist, einmal bekannt, setzt der Algorithmus den Winkel auf den maximierenden Winkel, bei diesem Szenario auf 40 Grad zurück. Ist dieser maximierende Winkel eingestellt, wird der Status des Moduls in die Aufrechterhaltungsphase 350 umgeschaltet. In der Aufrechterhaltungsphase wird bei dieser speziellen Version des Algorithmus für die Aufrechterhaltungsphase der Winkel der HDA konstant gehalten, und die relative Signalqualität der beiden Antennen wird überwacht. Die Überwachungsphase ist typischerweise der Status, in dem das Modul den Hauptteil seiner Betriebszeit verbringt.
Wenn schließlich die relative Höherwertigkeit von Q_HDA so abnimmt, dass die MDA nun hinsichtlich der Signalqualität 350' in der Aufrechterhaltungsphase das Signal mit der besten Qualität liefert, zeigt dies, dass die HDA gegenüber der Gegenstelle nicht mehr länger optimal positioniert ist, und das Modul wechselt erneut den Status, dieses Mal zurück zum Status einer neuen Suchphase, um wie zuvor durch Vergrößern des aktuellen Winkels der HDA und Ausführen des Algorithmus der Suchphase einen neuen optimalen Winkel zu finden.
3 zeigt, wie die offenbarte Vorrichtung im schlechtesten Fall die Signalqualität einer MDA, beispielsweise einer Rundstrahlantenne bzw. omnidirektionalen Antenne, ausgibt und im besten Fall eine erheblich höhere Signalqualität von einer hochverstärkenden Richtantenne liefert, die direkt auf eine Gegenstelle mit einem bis dahin unbekannten Standort ausgerichtet ist.
Die 4 bis 6 beschreiben eine Version der Algorithmen für die Such-, Feinabstimmungs- und Aufrechterhaltungsphase genauer, um eine Möglichkeit für die Implementierung jedes Moduls aufzuzeigen.
Gemäß 4 ist die Zielsetzung auf höherer Ebene die Veränderung des Ausrichtungswinkels 'a' der HDA, bis Q_HDA(a) > Q_MDA gilt.
Das Signal 410 der HDA (S_HDA) und das Signal 420 der MDA (S_MDA) werden in die Vergleichseinrichtung 432 eingespeist, die den Bool'schen Ausdruck Q_HDA(a) > Q_MDA überprüft. Ist der Ausdruck falsch (NEIN), vergrößert das Modul 'a' durch ein Neuausrichtungssignal an das Treibermodul 434. Ein aktualisiertes Signal HDA(a) wird als das Signal 410 an die HDA gesendet. Dann wird ein aktualisiertes S_HDA zur Neubewertung in die Vergleichseinrichtung 432 zurück gespeist. Dieser Prozess kann in einer durchgehenden, sich wiederholenden Schleife erfolgen. Wenn der Ausdruck das Ergebnis wahr ergibt (JA), wird davon ausgegangen, dass S_HDA die höhere Signalqualität aufweist, und das Signal wird als die eine Leitungseinspeisung zur Weiterleitung an den Ausgang 436 ausgewählt, bevor das Modul den Status auf die Feinabstimmungsphase 438 umschaltet.
5 beschreibt eine Version eines Algorithmus, der die Feinabstimmungsphase implementiert (die der Feinabstimmungsphase 240 gemäß 2 entspricht). Eine Zielsetzung der Feinabstimmungsphase auf höherer Ebene ist das Erzielen einer Ausrichtung, bei der Q_HDA maximiert wird. Bei dem beschriebenen Beispiel der Implementation ist S_HDA die einzige bei der Bewertung verwendete Leitungseinspeisung, und der Winkel 'a' repräsentiert die Ausrichtungsvariable der HDA.
Eine Leitungseinspeisung des Signals 510 der HDA, S_HDA, gelangt zur Bewertung in die Vergleichseinrichtung 542, in der Q_HDA(a) mit dem unmittelbar vorhergehenden Q_HDA(a-1) 542' verglichen wird. Wenn der Ausdruck Q_HDA(a) ≥ Q_HDA(a-1) das Ergebnis wahr ergibt (JA), erfolgen zwei Aktionen. Erstens wird das aktuelle Q_HDA(a) ist gespeichert als vorhergehendes Q_HDA 542', und zweitens werden die nächsten Anweisungen 544 zum Inkrementieren der Ausrichtung an das Treibermodul gesendet, was zu einer Aktualisierung von S_HDA(a) 512 führt, das in der nächsten Wiederholung der Schleife von der Vergleichseinrichtung 542 wieder neu bewertet bzw. evaluiert werden kann.
Wenn das Ergebnis der Bewertung des Ausdrucks der Vergleichseinrichtung 542 falsch ist (NEIN), erfolgen zwei Aktionen. Erstens werden Anweisungen an das Treibermodul gesendet, um 'a' auf den unmittelbar vorhergehenden Winkel zurückzusetzen, bei dem Q_HDA 546 maximiert wurde. Zweitens schaltet das Modul nach der Maximierung von Q_HDA den Status in die Aufrechterhaltungsphase 548 (die der Aufrechterhaltungsphase 250 gemäß 2 entspricht).
6 beschreibt eine Version eines Algorithmus, durch den die Aufrechterhaltungsphase implementiert wird. Die Zielsetzung der Aufrechterhaltungsphase auf höherer Ebene ist es, die HDA in der Ausrichtung zu halten, die als diejenige festgestellt wurde, in der Q_HDA maximal ist, und durch durchgehendes Überwachen in die Suchphase zurückzuschalten, wenn Q_HDA < Q_MDA gilt. Bei dem beschriebenen Beispiel einer Implementation erfolgt keine Bewegung oder Steuerung der HDA. Sowohl S_HDA 610 als auch S_MDA 620 werden einer eine Vergleichsfunktion 652 zugeführt, um den Ausdruck Q_HDA < Q_MDA zu bewerten.
Wenn die Vergleichseinrichtung den Ausdruck als falsch bewertet (NEIN), setzt die Vergleichseinrichtung die Überwachung der beiden Zuleitungen fort. Ergibt der Operator der Vergleichseinrichtung die Bewertung wahr (JA), erfolgen zwei Aktionen. Erstens wird nun angenommen, dass S_MDA die höhere Signalqualität aufweist, und es wird als die eine Leitungseinspeisung zur Weiterleitung an den Ausgang 654 ausgewählt. Als nächstes schaltet das Modul den Status zurück in die Suchphase 656 (die der Suchphase 230 gemäß 2 entspricht), um den Prozess zum Finden eines Winkels neu einzuleiten, der Q_HDA optimiert.
7 liefert ein Beispiel einer von vielen möglichen Methoden zur kommerziellen Verpackung des Systems. Gemäß diesem Beispiel sind die HDA 710, das Modul 730 zum Vergleichen der Signalqualität, das Treibermodul 760 und sämtliche Stellglieder 770 in einem einzigen physikalischen Modulpaket enthalten, das als Teil eines spezialisierten, selbstoptimierenden HDA-Bausatzes verkauft, vermietet oder lizenziert werden kann.
Der selbstoptimierende HDA-Bausatz wird als Erweiterung für eine allein arbeitende MDA-Antenne installiert. Die Installation erfolgt zunächst durch Ausstecken der vorhandenen Leitungseinspeisung der MDA 780' aus ihrem früheren Leitungseingang und, statt dessen, Einstecken der Einspeisung der MDA direkt in eine Buchse an dem MDA-Bausatz 730', die elektrisch an den MDA-Leitungseingang für das Modul 730 zum Vergleichen der Signalqualität angeschlossen ist. Der Leitungsausgang des HDA-Bausatzes kann dann direkt in den zuvor von der MDA 780' genutzten Leitungseingang eingesteckt werden. Auf diese Weise kann jedes MDA-System mit dem HDA-Bausatz nachgerüstet werden, und der HDA-Bausatz gibt stets das Signal mit der höchsten Qualität unter den Signalen der HDA 710 und der MDA 720 aus.
Beispiel
Wenn das System in einem Satelliten verwendet wird, kann das System so konfiguriert sein, dass über 360 Grad eine Drehung in Schritten von 5 Grad im Urzeigersinn erfolgt, dann wird die Richthöhe um 5 Grad erhöht, und dann erfolgt im Gegenuhrzeigersinn eine schrittweise bzw. inkrementelle Rückführung über 360 Grad, bevor die Erhöhung der Richthöhe und die Drehung erforderlichenfalls wiederholt werden. Die Annahme lautet, dass das fragliche Funkgerät gleichzeitig sowohl eine ungerichtete Antenne (NDA) als auch eine Richtantennen (DA) empfangen kann, so dass die Qualität der von den beiden Antennen empfangenen Signale des gleichen eingehenden Pakets verglichen werden kann. Wenn die Qualität des von der NDA ausgegebenen Signals, das von der Einrichtung zum Vergleichen der Signalqualität als Signaleingang empfangen wird, besser als die Qualität des von der DA ausgegebenen Signals ist, das von der Einrichtung zum Vergleichen der Signalqualität als Signaleingang empfangen wird, wird die Ausrichtung oder Polarisierung der DA eingestellt, bis die Signalqualität der DA höher als die der NDA ist.
Es werden Vorrichtungen, Systeme und Verfahren offenbart, bei denen die Verwendung einer Rundstrahl- und einer Richtantenne kombiniert werden, um eine Mindestleistung der Rundstrahlantenne bzw. omnidirektionalen Antenne sicherzustellen, während die Möglichkeit geboten wird, dass die Richtantenne die optimale Richtung findet, in die sie gerichtet ist, um so die Signalpegel über das hinaus zu erhöhen, was die Rundstrahlantenne allein liefern würde. Dies ermöglicht höhere Signalpegel, die zu einer zuverlässigeren Kommunikation und zu einem höheren Datendurchsatz führen.
Obwohl hier bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist für Fachleute offensichtlich, dass diese Ausführungsformen ausschließlich beispielhaft aufgeführt werden. Fachleuten werden sofort zahlreiche Varianten, Veränderungen und Ersetzungen in den Sinn kommen, ohne dass von der Erfindung abgewichen würde. Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, dass bei der praktischen Anwendung der Erfindung zahlreiche Alternativen zu den hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche den Rahmen der Erfindung definieren und dass Verfahren und Strukturen, die in den Rahmen der Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen, durch diese abgedeckt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006/0044112 A1 [0016]
US 2007/0253395 A1 [0016]
US 2007/0275664 A1 [0016]
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US 6542083 B1 [0016]
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US 7696887 B1 [0016]
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US 8892049 B2 [0016]
US 8909190 B2 [0016]
US 8947528 B2 [0016]
US 9000887 B2 [0016]
US 9024749 B2 [0016]

Claims

Einstellbare Kommunikationsvorrichtung mit: einer ersten Antenne mit einem ersten Richtfaktor, die mit einem entfernten Ende einer drahtlosen Kommunikationsverbindung an einem unbekannten Standort kommuniziert; einer mit dem entfernten Ende der drahtlosen Kommunikationsverbindung kommunizierenden zweiten Antenne mit einem zweiten Richtfaktor, der größer als der erste Richtfaktor ist, wobei die zweite Antenne so konfigurierbar ist, dass sie in eine von vorgegebenen Ausrichtungen gelenkt wird, wobei zumindest eine der vorgegebenen Ausrichtungen auf das entfernte Ende der drahtlosen Kommunikationsverbindung gerichtet ist; einem Antennentreiber, der so konfiguriert ist, dass er eine Ausrichtung der zweiten Antenne steuert; und einem Vergleichsalgorithmus, der so konfiguriert ist, dass er eine Qualität eines oder mehrerer Eingangssignale jeweils von der ersten Antenne und der zweiten Antenne bewertet und zumindest ein Eingangssignal jeweils von der ersten Antenne und von der zweiten Antenne vergleicht, um ein Routen- bzw. Leitwegsignal zur Anweisung des Antennentreibers zur Steuerung der zweiten Antenne in eine Ausrichtung zu erzeugen, wobei die Vergleichseinrichtung eine Qualität sowohl eines ersten Eingangs von der ersten Antenne als auch eines zweiten Eingangs von der zweiten Antenne bestimmt, um festzustellen, welcher unter dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang eine höhere Qualität aufweist, und wobei ferner das Signal von der ersten Antenne ausgewählt wird und eine Leitungseinspeisung an einen Ausgang gesendet wird, an dem eine Reihe von Such- und Optimierungsanweisungen ausgeführt werden, und der Antennentreiber auf eine Ausrichtung der zweiten Antenne eingestellt wird, wenn der erste Eingang von der ersten Antenne eine höhere Qualität aufweist, und das Signal von der zweiten Antenne ausgewählt wird, wenn der zweite Eingang von der zweiten Antenne eine höhere Qualität aufweist.
Einstellbare Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Antenne durch das vom Antennentreiber empfangene Treibersignal ohne die Verwendung beweglicher Teile elektronisch lenkbar ist und/oder wobei die zweite Antenne durch Ansteuern eines oder mehrerer Stellglieder als Reaktion auf das Treibersignal von dem Antennentreiber physikalisch lenkbar ist.
Einstellbare Kommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Antenne so konfiguriert ist, dass in ein Gehäuse eingesteckt wird, das die zweite Antenne enthält. und/oder wobei die zweite Antenne über mehrere Freiheitsgrade gelenkt werden kann.
Einstellbare Kommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gegenstelle ein WLAN-Zugangspunkt oder eine Mobilfunk-Basisstation ist.
Einstellbare Kommunikationsvorrichtung mit: einer Rundstrahlantenne, die mit einem WLAN-Zugangspunkt an einem unbekannten Standort kommuniziert, der ein erstes Signal erzeugt; einer zweiten Antenne, die mit dem WLAN-Zugangspunkt kommuniziert, wobei die zweite Antenne so konfiguriert ist, dass ihr Winkel physikalisch vergrößert und verkleinert wird, um die zweite Antenne auf den WLAN-Zugangspunkt zu richten, der ein zweites Signal erzeugt; einem Antennentreiber, der so konfiguriert ist, dass eine Ausrichtung der zweiten Antenne steuert bzw. regelt; und einer Vergleichseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie drei oder mehr unter der Qualität eines aktuellen ersten Signals, der Qualität eines vorhergehenden ersten Signals, der Qualität eines aktuellen zweiten Signals und der Qualität eines vorhergehenden zweiten Signals bewertet, um auf der Grundlage einer Signalqualität der bewerteten Signale ein Leitsignal für einen Ausgang zu erzeugen, wobei entweder das aktuelle erste Signal oder das vorhergehende erste Signal als Leitungseinspeisung ausgewählt und zum Ausgang geleitet wird, wenn entweder das aktuelle erste Signal oder das vorhergehende erste Signal von der Rundstrahlantenne eine höhere Qualität als entweder das aktuelle zweite Signal oder das vorhergehende zweite Signal von der zweiten Antenne aufweist, und wobei ferner eine Reihe von Such- und Optimierungsanweisungen ausgeführt werden.
Verfahren zum Betreiben einer einstellbaren Kommunikationsvorrichtung, das die Schritte umfasst: Empfangen eines ersten Signals von einer ersten multidirektionalen Antenne; Empfangen eines zweiten Signals von einer zweiten Richtantenne; Bestimmen einer Qualität des ersten Signals und einer Qualität des zweiten Signals; Ausgeben einer Einspeisung eines unter dem ersten Signal und dem zweiten Signal ausgewählten Signals mit einer höheren Qualität; und wobei ein Optimierungsprotokoll ausgeführt wird, wenn das erste Signal ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner den Schritt umfasst: (a) Ändern einer Richtung der zweiten Antenne; (b) Empfangen eines nachfolgenden Signals von der zweiten Antenne; und (c) Bestimmen einer Qualität des nachfolgenden Signals von der zweiten Antenne, wobei die Schritte (a) bis (c) wiederholt werden, wenn die Qualität des nachfolgenden Signals der zweiten Antenne geringer als die Qualität des Signals von der ersten Antenne ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das ferner die Schritte umfasst: inkrementelles Feinabstimmen eines Ausrichtungswinkels der Richtantenne, wenn die Signalqualität der ersten Antenne mit der Signalqualität der zweiten Antenne übereinstimmt oder höher als diese ist; und/oder Überwachen einer relativen Qualität des Signals der zweiten Antenne und des Signals ersten Antenne, wobei der Schritt des Analysierens wiederholt wird, wenn die Stärke des Signals von der ersten Antenne die Stärke des Signals von der zweiten Antenne übersteigt.
Einstellbare Kommunikationsvorrichtung mit: einer ersten Antenneneinrichtung mit einem ersten Richtfaktor, die mit einem entfernten Ende einer drahtlosen Kommunikationsverbindung an einem unbekannten Standort kommuniziert; einer mit dem entfernten Ende der drahtlosen Kommunikationsverbindung kommunizierenden zweiten Antenneneinrichtung mit einem zweiten Richtfaktor, der größer als die erste Richtfaktor ist, wobei die zweite Antenneneinrichtung so konfigurierbar ist, dass sie in eine von vorgegebenen Ausrichtungen gelenkt wird, wobei zumindest eine der vorgegebenen Ausrichtungen auf das entfernte Ende der drahtlosen Kommunikationsverbindung gerichtet ist; einer Antennentreibereinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Ausrichtung der zweiten Antenneneinrichtung steuert bzw. regelt; und einem Vergleichsalgorithmus, der so konfiguriert ist, dass er eine Qualität eines oder mehrerer Signale sowohl von der ersten Antenneneinrichtung als auch von der zweiten Antenneneinrichtung bewertet und zumindest einen Signaleingang von sowohl der ersten Antenneneinrichtung als auch der zweiten Antenneneinrichtung vergleicht, um ein Leitsignal zu erzeugen, um die Antennentreibereinrichtung anzuweisen, die zweite Antenneneinrichtung in eine Ausrichtung zu lenken, wobei die Vergleichseinrichtung eine Qualität sowohl eines ersten Eingangs von der ersten Antenneneinrichtung als auch eines zweiten Eingangs von der zweiten Antenneneinrichtung bestimmt, um festzustellen, welcher unter dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang eine höhere Qualität aufweist, und wobei ferner das Signal von der ersten Antenne ausgewählt wird und eine Leitungseinspeisung an einen Ausgang gesendet wird, an dem eine Reihe von Such- und Optimierungsanweisungen ausgeführt werden, und die Antennentreibereinrichtung auf eine Ausrichtung der zweiten Antenneneinrichtung eingestellt wird, wenn der erste Eingang von der ersten Antenne eine höhere Qualität aufweist, und das Signal von der zweiten Antenne ausgewählt wird, wenn der zweite Eingang von der zweiten Antenne eine höhere Qualität aufweist.
Einstellbare Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zweite Antenneneinrichtung ohne die Verwendung beweglicher Teile durch das von der Antennentreibereinrichtung empfangene Treibersignal elektronisch lenkbar ist und/oder wobei die zweite Antenneneinrichtung durch Ansteuern eines oder mehrerer Stellglieder als Reaktion auf das Treibersignal von der Antennentreibereinrichtung physikalisch lenkbar ist.
Einstellbare Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste Antenneneinrichtung so konfiguriert ist, dass sie in ein Gehäuse eingesteckt wird, das die zweite Antenneneinrichtung enthält, und/oder wobei die zweite Antenneneinrichtung durch mehrere Freiheitsgrade gelenkt werden kann.
Einstellbare Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei die Gegenstelle ein WLAN-Zugangspunkt oder eine Mobilfunk-Basisstation ist.
Einstellbare Kommunikationsvorrichtung mit: einer Rundstrahlantenneneinrichtung, die mit einem WLAN-Zugangspunkt an einem unbekannten Standort kommuniziert, der ein erstes Signal erzeugt; einer zweiten Antenneneinrichtung, die mit dem WLAN-Zugangspunkt kommuniziert, wobei die zweite Antenneneinrichtung so konfiguriert ist, dass ihr Winkel physikalisch vergrößert und verkleinert wird, um die zweite Antenne auf den WLAN-Zugangspunkt zu richten, der ein zweites Signal erzeugt; einer Antennentreibereinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Ausrichtung der zweiten Antenneneinrichtung steuert; und einer Vergleichseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie drei oder mehr unter der Qualität eines aktuellen ersten Signals, der Qualität eines vorhergehenden ersten Signals, der Qualität eines aktuellen zweiten Signals und der Qualität eines vorhergehenden zweiten Signals bewertet, um auf der Grundlage einer Signalqualität der bewerteten Signale ein Leitsignal für einen Ausgang zu erzeugen, wobei, wenn entweder das aktuelle erste Signal oder das vorhergehende erste Signal von der Rundstrahlantenneneinrichtung eine höheren Qualität als entweder das aktuelle zweite Signal oder das vorhergehende zweite Signal von der zweiten Antenne aufweist, entweder das aktuelle erste Signal oder das vorhergehende erste Signal als Leitungseinspeisung ausgewählt und an den Ausgang geleitet wird, und wobei ferner eine Reihe von Such- und Optimierungsanweisungen ausgeführt werden.
Verfahren zum Betreiben einer einstellbaren Kommunikationsvorrichtung, das die Schritte umfasst: Empfangen eines ersten Signals von einer ersten Antenneneinrichtung; Empfangen eines zweiten Signals von einer zweiten Antenneneinrichtung; Bestimmen einer Qualität des ersten Signals und einer Qualität des zweiten Signals; Ausgeben einer Einspeisung eines aus dem ersten Signal und dem zweiten Signal ausgewählten Signals mit einer höheren Qualität; und wobei ein Optimierungsprotokoll ausgeführt wird, wenn das erste Signal ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 das ferner die Schritte umfasst: (a) Ändern einer Richtung der zweiten Antenneneinrichtung; (b) Empfangen eines nachfolgenden Signals von der zweiten Antenneneinrichtung; und (c) Bestimmen einer Qualität des nachfolgenden Signals von der zweiten Antenneneinrichtung, wobei die Schritte (a) bis (c) wiederholt werden, wenn die Qualität des nachfolgenden Signals der zweiten Antenneneinrichtung geringer als die Qualität des Signals von der ersten Antenneneinrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, das ferner die Schritte umfasst: inkrementelles Feineinstellen eines Ausrichtungswinkels der zweiten Antenne, wenn die Signalqualität der ersten Antenneneinrichtung mit der Signalqualität der zweiten Antenne übereinstimmt oder höher als diese ist; und/oder Überwachen einer relativen Qualität des Signals von der zweiten Antenne und des Signals von der ersten Antenne, wobei der Schritt des Analysierens wiederholt wird, wenn die Stärke des Signals von der ersten Antenne die Stärke des Signals von der zweiten Antenne übersteigt.