DE19959715A1 - Gerät zum drahtlosen Empfang von Funksignalen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum drahtlosen Empfang von Funksignalen, wie sie z. B. in nicht drahtgebundenen Netzwerken ("Wireless Network") übertragen werden. In diesen Netzwerken tritt häufig das Problem auf, daß durch Reflektionen an Wänden, Decken und Einrichtungsgegenständen die Feldstärkeverteilung im Raum sehr inhomogen ist. Dies kann dazu führen, daß am Ort der Empfangsantenne das zu empfangende Signal sehr stark gedämpft ist, während es nur wenige Zentimeter daneben annähernd ungedämpft empfangbar ist. Erfindungsgemäß ist daher eine Signalauswerteschaltung vorgesehen, welche die Empfangsfeldstärke fortgesetzt auswertet. Sobald die Empfangsfeldstärke einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet, reagiert eine Antriebseinheit mit einer Veränderung der räumlichen Lage der Antenne.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum drahtlosen Empfang von Funksignalen, insbesondere ein Gerät, welches in ein drahtloses Netzwerk eingebunden ist. Ausgangspunkt für die Erfindung ist ein Gerät, welches zum Empfang der Funksignale des Netzwerkes mit einer Antenne ausgerüstet ist, wobei das Antennensignal an einen Tuner abgegeben, und schließlich einer Signalauswerteschaltung zugeführt wird. Die Signalauswerteschaltung ermittelt unter anderem die Empfangsfeldstärke.

Bei der Einrichtung von nicht drahtgebundenen Netzwerken ("Wireless Network") tritt häufig das Problem auf, daß durch Reflektionen an Wänden, Decken und Einrichtungsgegenständen die Feldstärkeverteilung im Raum sehr inhomogen ist. Dies kann dazu führen, daß am Ort der Empfangsantenne das zu empfangende Signal sehr stark gedämpft ist, während es nur wenige Zentimeter daneben annähernd ungedämpft empfangbar ist. Derartige Netzwerke können z. B. bei der Vernetzung von Geräten der Unterhaltungselektronik Anwendung finden.

Im Stand der Technik ist es bekannt, dieses Problem dadurch zu lösen, daß anstatt der einzigen Antenne zwei Antennen verwendet werden, die einen bestimmten Abstand voneinander haben. Ausgewertet wird dabei das Signal mit der größeren Feldstärke oder das Summensignal beider Antennen. Dennoch kann es aber passieren, daß sich beide Antennen an Orten befinden, an denen die Feldstärke zu einem bestimmten Zeitpunkt sehr gering ist.

Beispielsweise ist es möglich, daß von einer ersten Antenne, die ein gerade noch akzeptables Empfangssignal empfängt, auf die zweite Antenne umgeschaltet wird, deren Nutzsignal noch schlechter ist. Aus diesem Grund kann die Umschaltung von einer Antenne zur anderen nur dann erfolgen, wenn vorher mit entsprechenden Hilfsmitteln festgestellt wurde, daß der Empfang mit der anderen Antenne besser ist. Es ist daher nicht möglich, im regulären Empfangsbetrieb die Antennen umzuschalten, auch wenn dies durch rasche Änderungen der Empfangsfeldstärke wünschenswert wäre, die z. B. durch sich in einem Raum bewegende Personen hervorgerufen werden.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zu schaffen, das eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Empfangsqualität aufweist. Diese Aufgabe wird durch ein Gerät nach Anspruch 1 gelöst.

Zweckmäßigerweise kann die Antriebseinheit mit Führungsmitteln versehen sein, welche die Bewegung der Antenne in einer Ebene ermöglichen. Konstruktiv besonders einfach ist es, wenn die Führungsmittel in der Art eines Drehtisches beispielsweise als Kreisring ausgebildet sind. Der Kreisring kann an seiner äußeren Umfangsseite einer Verzahnung versehen sein, in welcher ein Antriebsritzel eines Antriebsmotors eingreift.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Führungsmittel als translatorisch bewegbare Führungsschienen ausgebildet sein. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Translationsrichtungen der Führungsschienen senkrecht zueinander orientiert sind. Mit einer solchen Anordnung ist es innerhalb der Bewegungshub der Führungsschienen möglich, beliebige Bewegungen der Antenne auszuführen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Führungsschienen über einen Spindelantrieb angetrieben sind.

Um sicherzustellen, daß auch eine fortgesetzte Bewegung der Antenne in einer einzigen Drehrichtung nicht dazu führen kann, daß ein Antennenkabel abgedreht wird, kann es vorteilhaft sein, das Antennensignal mit einem Übertrager von der bewegten Antenne zu einem ortsfesten Schaltungsteil zu übertragen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren anzugeben, um eine bewegbare Antenne in eine Position mit größerer Empfangsfeldstärke nachzuführen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die Feldstärkeverteilung in einem Raum,

Fig. 2 die Anordnung einer beweglichen Antenne in einem Gerät,

Fig. 3a und 3b ein Ausführungsbeispiel einer beweglichen Antenne in einer Ansicht von oben und von der Seite,

Fig. 4a und 4a ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine bewegliche Antenne in einer Ansicht von oben und von der Seite und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Schaltung, welche die Empfangsfeldstärke auswertet und die Bewegung der Antenne steuert.

Die in Fig. 1 dargestellte Grafik zeigt die Ergebnisse von Feldstärkemessungen in einem 25 × 50 cm großen Bereich eines Zimmers, d. h. das in Fig. 1 dargestellte Gitter hat eine Rastergröße von ungefähr 3 cm. Helle Bereiche, die in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet sind, zeigen Gebiete mit großer Feldstärke, während dunkle Bereiche, die mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet sind, Gebiete mit kleiner Feldstärke andeuten. Die Zuordnung der Dämpfung des Signales zu den einzelnen Graustufen ist aus dem Balken im unteren Bereich der Fig. 1 ersichtlich. In Fig. 1 ist deutlich zu erkennen, daß es Bereiche gibt, in denen das Signal nahezu ungedämpft empfangen werden kann, während in anderen Bereichen das Signal sehr gedämpft vorliegt. Dabei bilden die Bereiche starker Dämpfung zusammenhängende Streifen, welche die Bereiche geringer Dämpfung einschließen. Die Messungen wurden im Frequenzbereich von 2.4 Gigahertz durchgeführt, d. h., die Abstände dieser beobachteten Streifen entsprechen ungefähr der einfachen Wellenlänge des Signals. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß es bei einem Gerät, welches mit zwei umschaltbaren Antennen ausgerüstet ist, durchaus vorkommen kann, daß sich beide Antennen in einem Bereich befinden, wo nur schwache Signale empfangen werden können. Andererseits macht die Figur ebenfalls deutlich, daß sich in unmittelbarer Nachbarschaft von einem Gebiet mit nur geringer Empfangsfeldstärke mit großer Wahrscheinlichkeit ein Gebiet mit hoher Empfangsfeldstärke befindet. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zu nutze.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Gerät schematisch dargestellt, welches als Ganzes mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet ist. Das Gerät 4 ist von einem Gehäuse 6 umgeben, welches eine Hauptplatine 7 aufnimmt. Weiterhin ist in dem Gehäuse 6 eine bewegbare Antenne 8 auf einem bewegbaren Träger angeordnet. Der Verstellweg der Antenne braucht dabei nicht größer als ungefähr eine Wellenlänge des Funksignals sein, d. h. bei Netzwerken, die im Gigahertzbereich arbeiten, genügt es, wenn der Verstellweg ungefähr einige Zentimeter beträgt. Wie ebenfalls auch in Fig. 1 ersichtlich ist, genügt es jedoch nicht, wenn die Antenne nur translatorisch bewegbar ist, da es vorkommen könnte, daß die Translationsbewegung zufälligerweise entlang eines Streifens mit niedriger Empfangsfeldstärke verläuft. Folglich muß die Antenne in wenigstens zwei unterschiedlichen Richtungen bewegbar sein, weil jede beliebige Bewegung aus zwei Translationsbewegungen zusammengesetzt sein kann, deren Bewegungsrichtungen senkrecht zueinander orientiert sind. Nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Bewegung der Antenne entlang eines Kreisbogens.

In Fig. 3a ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer bewegbaren Antenne 8 in einer Draufsicht von oben dargestellt. Die Antenne 8 ist auf einem kreisringförmigen Drehtisch 11 angeordnet, dessen Außenumfang 12 verzahnt ist. In einem Ausschnitt ist die Verzahnung 13 vergrößert dargestellt, in welcher ein Antriebsritzel 14 eines Motors 16 eingreift. In Fig. 3b ist die Anordnung in einer Ansicht von der Seite dargestellt. Der Drehtisch 11 ist auf einem Lager 17 drehbar gelagert, so daß der Drehtisch 11 durch den Motor 16 in Umdrehung versetzt werden kann. Das Lager 17 ist mit Halterungen 18 mit einer Grundplatte 19 verbunden, die auch den Motor 16 trägt. Die Antenne ist über einen Hohlleiter 21 an einen Übertrager 22 angeschlossen, der das empfangene Antennensignal drahtlos von dem drehbaren Drehtisch 11 zu der feststehenden Grundplatte 19 überträgt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß kein Kabel abgedreht wird, wenn nicht der Drehtisch 11 aufgrund besonderer Umstände nur in einem Drehsinne bewegt würde. Der Durchmesser des Drehtisches 11 kann bespielsweise 10 cm bis 15 cm betragen.

Fig. 4a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Ansicht von oben. In einem Rahmen 31 sind zwei translatorisch bewegbare Führungsschienen 32 und 33 angeordnet. Die Antenne 8 ist auf einem Antennenhalter 34 befestigt, der durch vier Führungszapfen 36 auf den Führungsschienen 32 und 33 jeweils längs verschieblich gelagert ist. Durch die kreuzweise Anordnung der Führungsschienen 32, 33 bleibt der Antennenhalter 34 an der Stelle fixiert, wo sich die Führungsschienen überkreuzen. Ein Mittelzapfen 37 ragt im Zentrum des Antennenhalters 34 unterhalb der Führungsschienen hervor. Der Mittelzapfen 37 greift in eine Aufnahme 38 eines Schwenkarmes 39 ein. Der Schwenkarm ist mittels eines Motors 41 verschwenkbar. Die Führungsschienen 32, 33 sind in dem Rahmen 31 gleitend gelagert, so daß sich bei einem Verschwenken des Schwenkarmes 39 eine Drehbewegung der Antenne entlang der als Linie 42 eingezeichneten Kreisbahn ergibt. Die Antenne 8 selbst ist auf dem Antennenhalter 34 drehbar gehaltert, so daß es möglich ist, die Antenne mit einem Antennenkabel 43 direkt anzuschließen, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Antennenkabel beispielsweise während einer fortgesetzten Kreisbewegung der Antenne verdreht wird. Zweckmäßigerweise ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Antennenkabel nach oben weggeführt, so daß es sich nicht in den Führungsschienen oder in dem Schwenkarm verfangen kann.

Bei einem, in der Zeichnung nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel, sind die Führungsschienen an wenigstens einem Ende mit Gewindehülsen versehen, in die eine drehbare Gewindespindel eingreift. Durch Drehen der Gewindespindeln werden die Führungsschienen in translatorischer Richtung bewegt, so daß sich wiederum die Antenne auf der in Fig. 4a dargestellten Kreisbahn bewegt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt der Antrieb der Führungsschienen durch Antriebselemente aus sogenannten Memory-Metallen, deren Länge in erheblichem Umfang veränderbar ist. Gesteuert wird die Längenausdehnung z. B. über eine Temperaturveränderung, die durch einen Stromfluß in dem Memory-Metall hervorgerufen wird.

Für die Erfindung selbst ist es jedoch unerheblich, auf welche Art und Weise die räumliche Position der Antenne verändert wird. Weiterhin ist es auch unerheblich, ob die Bewegung der Antenne tatsächlich einer Kreisbahn folgt. Aus den eingangs genannten Gründen ist es jedoch zweckmäßig, wenn die Bewegung von einer Geraden abweicht.

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung dargestellt, welche die Empfangsfeldstärke auswertet und hiervon abhängig, die Bewegung der Antenne steuert. Das Signal der Antenne 8 wird an einen Tuner 43 abgegeben und einem Demodulator 44 zugeführt, der es an eine nicht dargestellte Signalverarbeitungsschaltung abgibt. Das Ausgangssignal des Tuners wird gleichgerichtet und in einem A/D-Wandler 46 in einen Digitalwert umgewandelt, welcher die aktuelle Amplitude des Tunersignals beschreibt. Dieser Digitalwert wird in einem Mikroprozessor 47 gemäß eines bestimmten Programmes ausgewertet, welches im folgenden noch beschrieben werden wird. Abhängig von dieser Signalauswertung gibt der Mikroprozessor Steuerbefehle an eine Treiberschaltung 48 ab, welche den Motor 41 entsprechend ansteuert.

Die in soweit beschriebene Erfindung funktioniert folgendermaßen:
Während des Betriebs des Gerätes wird die Antenne ständig um kleine Strecken aus ihrer gegenwärtigen Position herausgeführt, die im folgenden als Mittelposition bezeichnet wird. Die Antenne 8 führt eine Schwingung kleiner Amplitude um die Mittelposition aus, wobei die Auslenkung z. B. ± 15° betragen kann. Diese Schwingungsbewegung ist durch den Mikroprozessor 47 gesteuert. An den Endpunkten sowie in der Mitte dieser Schwingungsbewegung wird die Empfangsfeldstärke von dem Mikroprozessor 47 ausgewertet. Aus diesen Meßwerten wird durch Vergleich der jeweiligen Empfangsfeldstärken berechnet, ob sich die Mittelposition der Antenne an einem lokalen Minimum, an einem Maximum oder in einem Übergangsbereich befindet. Ist beispielsweise die Empfangsfeldstärke in der Mitte der Schwingungsbewegung am kleinsten, wird die Antenne in Richtung auf das Maximum der Empfangsfeldstärke zu bewegt. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Mittelposition der Schwingung so verstellt, daß sie mit demjenigen Wendepunkt zusammenfällt, an dem zuvor die maximale Empfangsfeldstärke gemessen wurde. Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Betrag der Verstellbewegung auch größer oder kleiner sein. Sollte die Empfangsfeldstärke an der Mittelposition am größten sein, wird die Lage der Mittelposition nicht verändert. Dieser Vorgang wird während des Betriebes des Gerätes ständig wiederholt, weil die Bereiche großer bzw. kleiner Empfangsfeldstärke in der Regel nicht statisch im Raum sind. Sobald sich die Reflexionsbedingungen im Raum ändern, wie es z. B. durch bewegende Personen hervorgerufen wird, ändert sich auch die Feldstärkeverteilung. Daher muß die oben beschriebene Regelung schnell genug arbeiten um auch Schwankungen dieser Art ausgleichen zu können.

Dieses Verfahren kann vorteilhafterweise auch während des laufenden Empfangsbetriebes ausgeführt werden, weil nicht zu befürchten ist, daß die Empfangsfeldstärke plötzlich so weit abfällt, daß kein Empfang eines Nutzsignals mehr möglich ist.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei bewegbare Antennen vorgesehen. Während des Betriebs bleibt diejenige der beiden Antennen unbeweglich, die zu einem bestimmten Zeitpunkt den besseren Empfang hat. Die andere Antenne führt die oben beschriebene Schwingungsbewegung aus, bis die Antenne ein lokales Maximum der Empfangsfeldstärke errreicht hat, d. h., bis die Lage der Mittelposition nicht mehr verändert wird. Übertrifft die Empfangsfeldstärke der zweiten Antenne diejenige der ersten, so schaltet der Mikroprozessor von der ersten Antenne auf die zweite um. Bei diesem Ausführungsbeipiel ist sichergestellt, daß während des Empfangsbetriebes eine gleichmäßigere Empfangsfeldstärke zur Verfügung steht.

Bei einer Abwandlung dieses letztgenannten Ausführungsbeispiels sind zwei Antennen auf einem Drehtisch angeordnet. Eine erste Antenne ist gegenüber dem Drehtisch bewegbar gehaltert, so daß diese auch bei stillstehendem Drehtisch eine kreisbogenförmige Schwingungsbewegung in Umfangsrichtung ausführen kann. Im Gegensatz dazu verändert die zweite Antenne ihre Position nur dann, wenn sich der Drehtisch dreht. Die Lage der Antennen ist dabei so gewählt, daß die zweite Antenne und der Schwingungsmittelpunkt der ersten Antenne dieselbe radiale Position aufweisen.

Bei dieser Antennenanordnung wird stets die zweite Antenne zum Empfang des Nutzsignals verwendet, während die erste Antenne dazu dient, die Empfangsbedingungen in der unmittelbaren Umgebung der zweiten Antenne zu ermitteln. Sollte das zu dem Ergebnis führen, daß in einer anderen Drehstellung des Drehtisches bessere Empfangsbedingungen herrschen, wird der Drehtisch nachgeführt.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sich die Empfangsbedingungen für die zweite Antenne nur langsam ändern und daß in dem Empfangssignal keine Diskontinuitäten durch Umschalten zwischen zwei Antennen auftreten.

Claims (10)

1. Gerät zum drahtlosen Empfang von Funksignalen mit einer Antenne und einer Signalauswerteschaltung, welche die Empfangsfeldstärke ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (8) bewegbar ausgebildet ist, daß eine Antriebseinheit die Antenne während des Empfangsbetriebs aus einer Ruheposition auslenkt, daß währenddessen eine Signalauswerteschaltung die Empfangsfeldstärke auswertet und ein Steuersignal an die Antriebseinheit (14; 41, 39) abgibt, worauf die Antriebseinheit die räumliche Lage der Mittelposition der Antenne im Sinne einer zunehmenden Empfangsfeldstärke verändert.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit Führungsmittel (11; 32, 33) umfaßt, welche die Bewegung der Antenne in einer Ebene ermöglichen.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel in der Art eines Drehtisches (11) ausgebildet sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch als Kreisring ausgebildet ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisring an einer Umfangsseite (12) mit einer Verzahnung (13) versehen ist, in welche ein Antriebsritzel (14) eines Antriebsmotors (14) eingreift.

6. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel translatorisch bewegbare Führungsschienen (32, 33) umfassen.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel aus zwei Führungsschienen gebildet sind, deren Translationsrichtungen senkrecht zueinander orientiert sind.

8. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Antenne ein Übertrager (22) angeschlossen ist, welcher geeignet ist, um das Antennensignal von den bewegbaren Führungsmitteln auf den feststehenden Teil des Gerätes drahtlos zu übertragen.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer zweiten bewegbaren Antenne ausgerüstet ist.

10. Verfahren zum Nachführen einer bewegbaren Antenne in eine Position, in der eine größere Empfangsfeldstärke vorliegt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

• a) die Antenne wird aus einer Mittelposition in Form einer Schwingung ausgelenkt,
• b) an der Mittelposition und an den Wendepunkten der Schwingung wird die Empfangsfeldstärke gemessen,
• c) die gemessenen Empfangsfeldstärken werden miteinander verglichen,
• d) wenn die gemessene Empfangsfeldstärke an einem Wendepunkt größer ist als an der Mittelposition wird die eine neue Mittelposition gewählt, die näher bei dem genannten Wendepunkt liegt als die ursprüngliche Mittelposition und
• e) wenn die gemessene Empfangsfeldstärke an der Mittelposition größer ist als an den Wendepunkten, wird die Lage der Mittelposition nicht verändert.