JP7236548B2 - アンテナシステム及びネットワーク機器 - Google Patents

Description

本発明は、ネットワーク通信技術に関し、特にアンテナシステム及びネットワーク機器に関する。

スマートアンテナの動作原理は、アンテナの主ビームを移動端末信号の到着方向に合わせ、且つサイドローブ或いはゼロ方向を干渉信号の到着方向に合わせることで、移動端末信号を十分に効果的に利用しながら干渉信号を削除や抑制する目的を果たすことにある。

ここでの図面は、明細書に組み込まれて明細書の一部を構成し、本発明に合致する実施例を示しつつ、明細書の記載とともに本発明の仕組みを解釈するために用いられる。
本発明に係るアンテナシステムの模式図である。 本発明に係るアンテナシステムの別の模式図である。 本発明に係るアンテナシステム１００におけるモータとアンテナユニットの接続構成図である。 本発明に係るアンテナシステム１００におけるアンテナユニット１０１に対応する２つの制限構造と外部制御機器との接続構成図である。 本発明に係るアンテナの回転角度範囲の模式図である。 本発明に係るネットワーク機器の構成図である。 本発明に係るネットワーク機器におけるプロセッサ６０１とモータとの接続模式図である。 本発明に係るネットワーク機器の実施例の構成図である。

現在、スマートアンテナは、主にビーム切替アンテナと適応アンテナアレイとに分けられる。

ビーム切替アンテナは、複数の狭ビームアンテナによって構成される。ここでの狭ビームアンテナとは、放射パターンのビーム幅が所定ビーム幅よりも小さいアンテナを指す。ビーム切替アンテナのうちの各狭ビームアンテナは、ゲインが相対的に大きく、カバー距離が相対的に遠い。１人のユーザは、ビーム切替アンテナのうちの１つ又は１群の狭ビームアンテナを選択して当該ユーザへサービスを提供してもよい（即ち、動作状態である）。ユーザが変更され、又はユーザの位置が変更されたときに、前に当該ユーザへサービスを提供した１つ又は複数の狭ビームアンテナをオフにし、当該ユーザへサービスを提供するために、前にオフ状態であった少なくとも１つの狭ビームアンテナをオンにする。ビーム切替アンテナの放射角度は、ビーム切替アンテナを構成する狭ビームアンテナの数にマッピングする。しかし、ハードウェアの設計制限により、ビーム切替アンテナを構成する狭ビームアンテナの数が多すぎることができないため、ビーム切替アンテナは、切り替え可能な放射角度を多く持つことが不可能であり、ビーム切替アンテナの放射方向制御は、制限されてしまう。

適応アンテナアレイは、複数のアンテナによってアレイが形成される。適応アンテナアレイは、動作時に動作環境及びユーザ位置を基に信号処理システムを介して、最適なアンテナ組み合わせ方式を算出可能である。算出された最適なアンテナ組み合わせ方式で動作するように各アンテナを制御することにより、異なる動作環境、異なるユーザの位置に適応可能であり、非必要な干渉も回避することができる。適応アンテナアレイが異なるアンテナ組み合わせ方式で多放射方向を実現したが、アンテナ組み合わせ方式は、専門の信号処理システムによって特定される必要があり、コストが高い。

上記ビーム切替アンテナ及び適応アンテナアレイの欠陥を解決すべく、本発明は、図１に示すアンテナシステムを提供する。当該アンテナシステムは、ネットワーク機器に用いられ、ここでのネットワーク機器は、例えば、アクセスポイント（ＡＰ：Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）であってもよい。

図１に示すアンテナシステム１００は、主に、アンテナユニット１０１と、アンテナユニット１０１の回転を制御するための制御装置２００とを備える。

一例では、アンテナユニット１０１は、単入力単出力（ＳＩＳＯ：Ｓｉｎｇｌｅ－Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）システムに用いられる１つのアンテナによって構成され、又は多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）システムに用いられる複数のアンテナによって構成されてもよい。

制御装置２００は、アンテナユニット１０１と外部制御機器３００とにそれぞれ接続されている。制御装置２００は、外部制御機器３００から送信された回転指令を受信し、受信した回転指令に基づいて、アンテナユニット１０１が目標角度まで回転するように制御する。一例では、ここでの外部制御機器３００は、上記ネットワーク機器におけるプロセッサ、例えばＣＰＵであってもよい。

これによって分かるように、本発明では、制御装置２００を介してアンテナユニット１０１の回転を制御することにより、アンテナユニット１０１の放射方向を変更可能であり、アンテナユニットの多放射角度の切替を実現する。

更に、本発明では、制御装置２００を介してアンテナユニット１０１の回転を制御するので、多放射方向を実現するために狭ビームアンテナを別途追加する必要がなくなり、ビーム切替アンテナに比べて、少ないアンテナ（群）でより多くの放射方向を実現可能であり、スマートアンテナ効果を達成する。

より更に、本発明では、制御装置２００を介してアンテナユニット１０１の回転を制御するので、信号処理システムを専ら利用して多放射方向を実現するための最適なアンテナ組み合わせ方式を算出する必要がなくなり、適応アンテナアレイよりも、コストが大幅に低減される。

図１に、アンテナシステム１００が１つのみのアンテナユニット１０１を含むことは、例として示される。具体的に実施する際に、アンテナシステム１００におけるアンテナユニットの数は、１以上であってもよく、詳細は、実際の需要及びシナリオ空間に応じて設置され得る。例えば、実際の需要及びシナリオ空間に応じて、アンテナシステム１００が最大１０個のアンテナユニットを収容することを許容すると特定されれば、アンテナシステム１００におけるアンテナユニットの数は、１０以下となる。図２は、アンテナシステム１００がＮ個のアンテナユニットを含む例示を示す。

説明すべきことは、アンテナシステム１００におけるアンテナユニット１０１の数が１よりも大きいときに、アンテナシステム１００における異なるアンテナユニットは、その放射パターン、ローブ幅が同じであってもよく異なってもよい。本発明では、具体的に限定されない。

また、アンテナシステム１００におけるアンテナユニット１０１の数が１よりも大きいときに、アンテナシステム１００における異なるアンテナユニットは、アンテナの動作可能な周波数帯が同一のバンドに属してもよく、異なるバンドに属してもよい。本発明では、具体的に限定されない。

アンテナシステム１００がＮ（Ｎは、１よりも大きい）個のアンテナユニットを含むときに、本発明において、制御装置２００は、Ｎ個のアンテナユニットを同時に制御可能である。ただ、その際、外部制御機器３００からの回転指令に制御すべきアンテナユニットの識別子を付加する必要がある。このように、制御装置２００が対応するアンテナユニットを的確に制御することは、保証される。

図１又は図２において、制御装置２００は、モータを備えてもよい。

一例では、モータの数がアンテナユニットの数に等しく、各モータが、一つのアンテナユニットに接続され、接続されたアンテナユニットの回転を駆動する。図３は、図２に示すアンテナユニットを例として、アンテナシステム１００におけるモータ及びアンテナユニットの接続構造を示す。

具体的に実施する際に、各モータが一つのアンテナユニットに接続されるとは、具体的に言えば、各モータの回転軸が一つのアンテナユニットに固定接続されることを指す。一例では、各モータの回転軸は、固定構造を介して１つのアンテナユニットに固定接続されてもよい。ここでの固定構造は、例を挙げると、釘等であってもよい。

一例では、各モータは、受信した回転指令に基づいて当該モータの回転軸の回転を制御することにより、当該回転軸に固定接続されたアンテナユニットが目標角度まで回転するように駆動する。本発明では、各モータの回転軸が一つのアンテナユニットに固定接続された後、各モータは、回転指令を受信すると、回転軸の回転を制御する。回転軸が１つのアンテナユニットに固定接続されたため、モータが回転軸の回転を制御するときに、回転軸の回転により、回転軸に固定接続されたアンテナユニットの回転を連動させて、アンテナユニットの回転に対する制御は、最終的に実現される。

説明すべきことは、本発明において、１つの実施例として、上記モータが具現化するときにステッピングモータであってもよい。これに応じて、上記回転指令には、回転方向、回転ステップ数が付加される。各モータは、回転指令を受信すると、回転指令に付加された回転方向、回転ステップ数に応じて回転軸の回転を制御することにより、回転軸に固定接続されたアンテナユニットが回転ステップ数に対応する目標角度まで回転するように駆動する。

上述した通り、アンテナユニットがモータの回転軸の駆動によって回転し、モータ自身は、アンテナユニットの現在位置が分からず、更に、仮にアンテナユニットの初期位置が特定されても、モータの回転軸の長期回転により、誤差が蓄積される。また、非正常な運転、例えば停電により、誤差も引き起こされる。したがって、アンテナユニットの位置を便利にキャリブレーションするために、アンテナユニットの回転経路にアンテナユニットに対応する少なくとも１つの制限構造を設けてもよい。

一例では、各アンテナユニットは、２つの制限構造に対応する。各制限構造は、制限イベントを検出したときに状態を変換し、前記制限イベントは、制限構造がアンテナユニットにタッチすることと、制限構造とアンテナユニットとの間の距離が所定条件を満たすこととを少なくとも含む。ここでの所定条件は、実際の状況に応じて設定される。

本発明では、アンテナユニットに対応する制限構造は、上記外部制御機器３００に接続されている。図４は、アンテナシステム１００におけるアンテナユニット１０１に対応する２つの制限構造と外部制御機器３００との接続構造を示す。アンテナユニット１０１の回転経路に制限構造が設けられた後、当該制限構造を設置した位置を、外部制御機器３００に記録する。外部制御機器３００は、何れかの制限構造の状態変換が発生したと検出したときに、当該状態変換が発生した制限構造の位置に基づいて、アンテナユニットの現在位置を特定する。即ち、アンテナユニットの位置キャリブレーションは、実現される。

説明すべきことは、本発明において、外部制御機器３００は、制限構造の状態変換が発生したと検出したときに、更に制御指令を生成して当該制限構造に対応するアンテナユニットに接続された制御装置へ送信してもよい。制御指令は、アンテナユニットが制限イベントの後で引き続き元の回転方向に沿って回転することを阻止するために用いられる。当該制御指令により、アンテナユニットが制限構造に到着した後でも引き続き元の回転方向に沿って回転することは、禁止可能であり、アンテナユニットの破損は、回避される。

本発明では、アンテナユニット（例えば、図１に示すアンテナユニット１０１）は、３６０度の範囲内で回転するのではなく（実際の応用にそんな必要もない）、その回転の角度が物理空間及びモータの制御精度の制限を受ける。そこで、本発明では、予め物理空間及びモータの制御精度に応じてアンテナユニットへ回転角度範囲を設定し、アンテナユニットを当該設定された回転角度範囲内で回転させる。例えば、回転角度が４５°以下であり、回転精度が約１°である。図５は、アンテナの回転角度範囲を例示する。

アンテナの回転角度範囲に基づくと、一例において、上記アンテナユニットの回転経路にアンテナユニットに対応する制限構造を設けるとは、具体的に、アンテナユニットに対応する一方の制限構造を当該アンテナユニットの所定回転角度範囲における最大角度に対応する位置に設け、他方の制限構造を前記所定回転角度範囲における最小角度に対応する位置に設けることを指す。具体的に実施するときに、１つの例として、上記所定の回転角度範囲における最小角度に対応する位置とは、アンテナユニットが回転を開始していない初期位置を指す。

１つの実施例として、上記制限構造は、制限スイッチであってもよい。制限スイッチは、具体的に、接触型のスイッチ又は非接触型のスイッチであってもよい。制限スイッチが接触型のスイッチであるときに、アンテナユニットが制限スイッチにタッチすると、制限スイッチの状態は、変化し、例えば、元の第１状態から第２状態に変換される。制限スイッチが非接触型のスイッチ（例えば、リードスイッチ、光電スイッチ、誘導スイッチ等）であるときに、制限スイッチは、所定距離内でアンテナユニットを感知すると、制限スイッチの状態が変化する。

以上では、本発明に係るアンテナシステムについて記述したが、以下では、本発明に係るアンテナシステムが用いるネットワーク機器について記述する。

図６は、本発明に係るネットワーク機器の構成図である。本発明では、当該ネットワーク機器は、具現化するときにＡＰであってもよい。

図６に示すネットワーク機器は、主にプロセッサ６０１及び上述したアンテナシステム１００を備える。

プロセッサ６０１は、アンテナシステム１００の外部制御機器としてアンテナシステム１００に接続され、アンテナシステム１００における制御装置へ回転指令を送信する。

アンテナシステム１００における制御装置２００は、アンテナユニット１０１に接続され、プロセッサ６０１から送信された回転指令を受信し、受信した回転指令に基づいてアンテナユニット１０１が目標角度まで回転するように制御する。

具体的に実施するときに、プロセッサ６０１は、アンテナシステム１００における各アンテナユニット１０１の放射方向に関連するパラメータに基づいて、指定のアルゴリズムを用いて、各アンテナユニットが回転して到着すべき目標角度を算出し、その後、目標角度情報を回転指令に付加してアンテナシステム１００における制御装置２００へ送信する。このように、制御装置２００は、受信した回転指令に基づいて、アンテナユニット１０１が目標角度まで回転するように制御する。

一例では、上記のパラメータは、信号強度、チャネル占有率、信号対雑音比、サービスされる端末の数等を含むが、それらに限定されない。

一例では、上記指定のアルゴリズムは、ビーム切替アンテナの切替アルゴリズムに類似してもよい。

これで、図６に示すネットワーク機器の構造記述は、完了する。

本発明では、上述したように、アンテナシステム１００は、各アンテナユニットに対応する制限構造を更に備える。

本発明では、プロセッサ６０１は、アンテナユニットに対応する制限構造に接続され、制限構造の状態変換が発生したと検出したときに、当該状態変換の発生した制限構造の位置に基づいてアンテナユニットの現在位置を特定することにより、アンテナユニットの位置キャリブレーションを実施する。

更に、本発明では、プロセッサ６０１は、制限構造の状態変換が発生したと検出したときに、更に制御指令を生成して当該制限構造に対応するアンテナユニットに接続された制御装置へ送信し、前記制御指令は、アンテナユニットが制限イベントの後で引き続き元の回転方向に沿って回転することを阻止するために用いられる。当該制御指令により、アンテナユニットが制限構造に到着した後でも引き続き元の回転方向に沿って回転することは、禁止可能であり、アンテナユニットの破損は、回避される。

本発明では、プロセッサ６０１は、制御バス（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂｕｓ）を介してアンテナシステム１００における制御装置２００に接続されることにより、制御バスを介して制御装置２００へ回転指令を送信する。アンテナシステム１００における制御装置２００がモータを含み、モータの数がアンテナの数に等しいことを例とすると、図７は、ネットワーク機器におけるプロセッサ６０１とモータとの接続模式図を例示する。

以下では、１つの具体的な実施例により、本発明のネットワーク機器においてアンテナの多放射方向の制御を如何に実現するかについて記述する。

図８は、本発明に係るネットワーク機器の実施例の構成図である。図８に示すように、当該ネットワーク機器は、プロセッサ８０１及びアンテナシステム８０２を備えてもよい。プロセッサ８０１は、ＣＰＵ８０１であってもよい。

図８において、アンテナシステム８０２は、Ｎ個のアンテナユニット（８０２ａ＿１～８０２ａ＿Ｎ）及びＮ個のステッピングモータ（８０２ｂ＿１～８０２ｂ＿Ｎ）を含む。アンテナシステム８０２では、各ステッピングモータの回転軸が一つのアンテナユニットに固定接続されている。

一例では、ネットワーク機器は、Ｎ個の無線周波数送受信手段（図８ではＲＦ ＴＲで表される）（８０３ｃ＿１～８０２ｃ＿Ｎ）を更に備え、各無線周波数送受信手段の一端はプロセッサ８０１に接続され、他端は無線周波数ケーブルを介してアンテナシステム８０２における対応する１つのアンテナユニットに接続され、プロセッサ８０１とアンテナユニットとの間でアンテナ情報を転送する。

アンテナユニット８０２ａ＿１を例とし、他のアンテナユニットの仕組みは、類似する。

プロセッサ８０１は、アンテナユニット８０２ａ＿１の放射方向に関連するパラメータを収集する。一例では、ここでのパラメータは、信号強度、チャネル占有率、信号対雑音比、サービスされる端末の数等を含むが、それらに限定されない。

プロセッサ８０１は、収集されたパラメータを基に指定のアルゴリズムを用いてアンテナユニット８０２ａ＿１の回転の方向（例えば、時計回り又は反時計回り）及びステップ数を算出する。一例では、上記指定のアルゴリズムは、ビーム切替アンテナの切替アルゴリズムに類似してもよい。

プロセッサ８０１は、回転方向、回転ステップ数を回転指令に付加してステッピングモータ８０２ｂ＿１へ送信する。

ステッピングモータ８０２ｂ＿１は、回転指令を受信し、回転指令に付加された回転方向、回転ステップ数に応じて回転軸の回転を制御する。通常、ステッピングモータの各ステップに対応する回転角度は、一定である。１ステップに対応する回転角度が２度であることを例とし、回転方向が時計回りであり、且つ回転ステップ数が５であると仮定すれば、ステッピングモータ８０２ｂ＿１が回転軸を制御して時計回りに１０度回転させることは、表される。

アンテナユニット８０２ａ＿１は、ステッピングモータ８０２ｂ＿１の回転軸に固定接続されている。ステッピングモータ８０２ｂ＿１は、回転軸の回転を制御すると、アンテナユニット８０２ａ＿１の回転を駆動する。例えば、ステッピングモータ８０２ｂ＿１は、回転軸を制御して時計回りに１０度回転させると、アンテナユニット８０２ａ＿１が時計回りに１０度回転することを連動させる。

アンテナユニット８０２ａ＿１の回転がアンテナユニット８０２ａ＿１の放射方向を変更するため、アンテナユニット８０２ａ＿１の放射方向の多角度制御が実現され、スマートアンテナ効果が達成される。

ステッピングモータを介してアンテナユニットの回転を制御するため、アンテナユニット８０２ａ＿１の放射方向が変更可能であり、アンテナユニットの多放射方向が実現される。以上は、アンテナユニット８０２ａ＿１を例としたが、他のアンテナユニットについても原理が類似するため、ここで一々繰り返し説明しない。

これで、実施例の記述は、完了する。

上述したのは、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を制限するためのものではない。本発明の精神及び原則内でなされた如何なる変更、均等物による置換、改良等も、本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (10)

1. アンテナシステムであって、
   前記アンテナシステムは、ネットワーク機器に用いられ、
   少なくとも１つのアンテナユニットと、前記少なくとも１つのアンテナユニットの回転を制御するための制御装置と、各アンテナユニットに対応する少なくとも１つの制限構造と、を備え、
   前記制御装置は、前記少なくとも１つのアンテナユニットと外部制御機器とにそれぞれ接続され、前記外部制御機器から送信された回転指令を受信し、受信した回転指令に基づいて、前記少なくとも１つのアンテナユニットが目標角度まで回転するように制御し、
   前記少なくとも１つの制限構造は、非接触型であり、前記アンテナユニットの回転経路上に設けられ、前記アンテナユニットの位置をキャリブレーションし、制限イベントを検出したときに状態を変換し、
   前記制限イベントは、前記少なくとも１つの制限構造とこれに対応する前記アンテナユニットとの間の距離が所定条件を満たすことを含み、
   前記少なくとも１つの制限構造が前記外部制御機器に接続されることにより、前記外部制御機器は、何れかの前記制限構造の状態変換が発生したと検出したときに、当該状態変換が発生した前記制限構造の位置に基づいて、当該制限構造に対応する前記アンテナユニットの現在位置を特定し、制御指令を生成して当該制限構造に対応する前記アンテナユニットに接続された前記制御装置へ送信し、前記制御指令は、当該アンテナユニットが前記制限イベントの後で引き続き元の回転方向に沿って回転することを阻止するために用いられる、
   ことを特徴とするアンテナシステム。
2. 前記制御装置は、少なくとも１つのモータを備え、
   前記少なくとも１つのモータの数は、前記少なくとも１つのアンテナユニットの数に等しく、各モータは、１つのアンテナユニットに接続され、接続されたアンテナユニットの回転を駆動することを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
3. 各モータの回転軸は、１つのアンテナユニットに固定接続され、
   各モータは、受信した回転指令に基づいて当該モータの回転軸の回転を制御することにより、当該モータの回転軸に固定接続されたアンテナユニットが目標角度まで回転するように駆動することを特徴とする請求項２に記載のアンテナシステム。
4. 前記モータは、ステッピングモータであり、
   前記回転指令には、回転方向及び回転ステップ数が付加され、
   前記目標角度は、前記回転ステップ数に対応する角度であることを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナシステム。
5. 各アンテナユニットは、単入力単出力（ＳＩＳＯ）システムに用いられる１つのアンテナによって構成され、又は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムに用いられる複数のアンテナによって構成されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のアンテナシステム。
6. 各アンテナユニットは、２つの制限構造に対応し、一方の制限構造は、当該アンテナユニットの所定回転角度範囲のうちの最大角度に対応する位置に設けられ、他方の制限構造は、前記所定回転角度範囲のうちの最小角度に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
7. ネットワーク機器であって、
   前記ネットワーク機器は、プロセッサと、請求項１から６の何れか一項に記載のアンテナシステムとを備え、
   前記プロセッサは、前記アンテナシステムの外部制御機器として前記アンテナシステムに接続され、回転指令を前記アンテナシステムにおける制御装置へ送信することを特徴とするネットワーク機器。
8. 前記プロセッサは、アンテナユニットごとに、当該アンテナユニットに関連するパラメータを収集し、前記パラメータに基づいて指定のアルゴリズムを用いて当該アンテナユニットが回転して到着すべき目標角度を特定し、前記目標角度を前記回転指令に付加して、当該アンテナユニットに接続された制御装置へ送信し、前記パラメータは、当該アンテナユニットの放射方向に関することを特徴とする請求項７に記載のネットワーク機器。
9. 前記プロセッサは、前記アンテナシステムにおける何れかのアンテナユニットに対応する制限構造の状態変換が発生したと検出したときに、当該状態変換が発生した制限構造の位置に基づいて、対応するアンテナユニットの位置を特定することを特徴とする請求項７に記載のネットワーク機器。
10. 前記プロセッサは、前記アンテナシステムにおける何れかのアンテナユニットに対応する制限構造の状態変換が発生したと検出したときに、更に制御指令を生成して前記アンテナシステムにおける当該アンテナユニットに接続された制御装置へ送信し、前記制御指令は、前記アンテナユニットが制限イベントの後で引き続き元の回転方向に沿って回転することを阻止するために用いられることを特徴とする請求項９に記載のネットワーク機器。

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