KR20190031486A - 지향성 무선 핫스폿 장치 및 지향성 안테나 포인팅 방법 - Google Patents

지향성 무선 핫스폿 장치 및 지향성 안테나 포인팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 분산된 셀을 갖는 이동 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치에 관한 것으로, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되며, 이 장치는: 인쇄 회로 기판; 지향성 안테나; 자력계와 같은 나침반; GPS 수신기와 같은 지리적 위치 확인 장치; 지향성 안테나에 실질적으로 수직인 축을 중심으로 인쇄 회로 기판을 회전시키기 위한, 실질적으로 편평한 압전 모터와 같은 전기 모터; 3G/4G/LTE/5G 모뎀과 같은 무선 모뎀 또는 외부 무선 모뎀을 수용하도록 배열된 소켓과 같은 수용 요소; 로컬 장치와의 통신을 위한 Wi-Fi 회로와 같은 로컬 통신 요소; 나침반 및 지리적 위치 확인 장치로부터의 방향 및 위치 데이터; 고정 송수신기의 위치 데이터를 기초로 하여, 지향성 안테나가 고정 송수신기 중 하나를 포인팅하게 하기 위한 방위 회전각(azimuthal rotation angle)을 계산하도록 구성된 마이크로프로세서; 및 하우징을 포함한다.

Description

지향성 무선 핫스팟 장치 및 지향성 안테나 포인팅 방법
본 발명은 지향성 안테나가 모바일 네트워크 내의 기지국을 포인팅하기 위해 회전될 수 있는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 장치의 회전을 제어하는 방법에 관한 것이다.
모바일 핫스팟(때로는 휴대용 핫스팟이라고 함)은 휴대 전화 네트워크와 같은 모바일 네트워크(또는 셀룰러 네트워크)에 무선 액세스를 제공하는 장치이다. 모바일 네트워크는 전형적으로 기지국이라고도 알려진 적어도 하나의 고정-위치 송수신기에 의해 각각 서비스되는, 셀이라 불리는 지상 영역(land areas)에 분산되어있다. 기지국은 셀에 음성, 데이터 및 기타의 전송에 사용될 수 있는 네트워크 커버리지를 제공한다. 모바일 핫스팟은 사용자(들)가 모바일 핫스팟을 통해 로컬 장치를 모바일 네트워크에 연결할 수 있게 하며, 이 모바일 핫스팟은 로컬 장치에 대하여 적어도 하나의 기지국에의 무선 커넥션 및 Wi-Fi 커넥션과 같은 로컬 커넥션을 가진다.
핫스팟과 기지국 간의 무선 커넥션에 대한 신호 대 잡음비(SNR)는 시스템의 성능에 영향을 미친다. 무선 통신에서, 무 지향성 안테나는 한 평면 내의 모든 방향으로 전파 파워를 균일하게 방사하는 안테나의 일종으로 평면 위 또는 아래의 앙각(elevation angle)에 따라 방사되는 파워가 감소하고 안테나 축에서는 0으로 떨어진다. 무 지향성 안테나는 장치가 물리적으로 이동되거나 회전되는 경우에도 일반적으로 잘 작동하므로 모바일 장치에 사용된다. 지향성 안테나(빔 안테나라고도 함)와 비교할 때 무 지향성 안테나의 단점은 이득(성능과 일치)이 낮다는 것이다.
기계적으로 조종 가능한 단일 지향성 안테나는 일반적으로 무 지향성 안테나보다 높은 성능으로 반구형 커버리지를 달성할 수 있다. 그러나, 기계 부품의 제어는 복잡하고 고비용이며, 사용자는 전형적으로 안테나가 포인팅해야 할 적절한 방향을 알리거나, 안테나를 수동으로 조정해야 할 것이다.
본 발명은 지향성 안테나를 포함하는, 구성 요소 및 요소의 어셈블리에 관한 것으로, 이 어셈블리는 지향성 안테나를 모바일 네트워크의 기지국(고정 송수신기)으로 자동으로 포인팅할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치에 관한 것이고, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되며, 이 장치는:
- 인쇄 회로 기판(PCB);
- 지향성 안테나;
- 자력계와 같은 나침반;
- GPS 수신기와 같은 지리적 위치 확인 장치;
- 지향성 안테나에 실질적으로 수직인 축을 중심으로 인쇄 회로 기판을 회전시키기 위한, 실질적으로 편평한 압전 모터와 같은 전기 모터;
- 3G/4G/LTE/5G 모뎀과 같은 무선 모뎀 또는 외부 무선 모뎀을 수용하도록 구성된 소켓과 같은 수용 요소;
- 로컬 장치와의 통신을 위한 Wi-Fi 회로와 같은 로컬 통신 요소;
- o 나침반 및 지리적 위치 확인 장치로부터의 방향 및 위치 데이터;
o 고정 송수신기의 위치 데이터를 기초로 하여,
지향성 안테나가 고정 송수신기 중 하나를 포인팅하도록 하기 위한 방위 회전각(azimuthal rotation angle)을 계산하도록 구성된 마이크로프로세서; 및
- 하우징을 포함한다.
바람직하게는 적어도 안테나, 나침반, 전기 모터 및 무선 모뎀은 인쇄 회로 기판 상에 장착되고, 그리고 전기 모터는 인쇄 회로 기판에 견고하게 연결된 제 1 모터 부분과 하우징에 견고하게 연결된 제 2 모터 부분을 포함한다. 이 실시예에서, 인쇄 회로 기판 및 하우징은 서로에 대해 회전 가능하다.
나침반 및 GPS로부터의 방향 및 위치 데이터 및 고정 송수신기의 위치 데이터에 기초하여, 마이크로프로세서는 지향성 안테나의 포인팅 방향을 계산 및 제어한다. 모바일 핫스팟은 거의 모든 표면에 배치되거나, 예를 들어, 차량에 탑재될 수 있는 휴대용 장치일 수 있다.
이 어셈블리는 모바일 네트워크에서 고 이득 지향성 안테나를 제공한다. 이 어셈블리는 전기 모터, 바람직하게는 압전 모터가 PCB 상에 직접 장착된 제 1 모터 부분과 PCB와 관련하여 회전하고 하우징에 견고하게 연결된 제 2 모터 부분을 갖는다는 장점을 가진다. 지향성 안테나를 포함하여 나머지 구성 요소가 PCB에 장착되는 이 설계는 견고하고 컴팩트한 시스템을 제공한다. 일 실시예에서 복잡한 기계적 운동 없이 하우징에 대한 PCB의 회전만 존재한다. 특히, 지향성 안테나가 비발디(Vivaldi) 안테나와 같은 평면 안테나인 경우, 이 시스템은 매우 얇게 만들어질 수 있다. 안테나가 PCB의 한쪽면에 배치되고 모터를 포함한 나머지 구성 요소가 PCB의 반대쪽면에 배치되면 공간이 더욱 최적화된다. 이러한 어셈블리의 개시된 구현예는 생산 공정을 더 간단하게 만든다.
본 명세서에 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치는 배터리로부터 인쇄 회로 기판으로의 전력의 전송 및/또는 인쇄 회로 기판과 추가 구성 요소 및 하우징 내부 또는 외부의 처리 유닛 간의 데이터 신호의 전송을 위한 하나 이상의 슬립 링을 더 포함할 수 있다. 슬립 링은 정지 구조에서 회전 구조로 전력 및/또는 전기 신호를 전송하는 데 유용하다. 그러나 안테나로부터의 RF 신호 및 복소 신호의 전송은 전형적으로 슬립 링에 의해 전송하기가 어렵다. 따라서, 안테나 신호를 처리하기 위한 지향성 안테나 및 처리 유닛이 회전 가능한 인쇄 회로 기판 상에 장착되어 있는, 본 명세서에 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치는 슬립 링을 통해 신호를 전송하지 않고 안테나에 의해 수신된 신호를 처리하는 간단한 방법을 제공한다.
회전하는 부분과 회전하지 않는 부분 사이에서 전력 및/또는 데이터 신호를 전송하는 것과 관련된 과제를 극복하기 위해, 지향성 무선 핫스팟 장치는 360 ° 또는 540 ° 또는 720 °와 같은 사전 정의된 각도 이상으로의 안테나 회전이 방지되도록 배열될 수 있다. 사전 정의된 각도에 도달하면, 케이블이 축 둘레에 감기는 것을 방지하기 위해, 예를 들어 360 ° 또는 사전 정의된 각도에 대응하는 값으로 안테나를 뒤로 이동시킬 수 있다. 사전 정의된 각도와 관련된 위치는 마이크로 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 회전 가능한 인쇄 회로 기판으로/으로부터의 전기 신호 및/또는 전력의 전달은, 바람직하게는 케이블이 적어도 사전 정의된 각도에 대응하는 회전에 견딜 수 있도록, 케이블의 가요성(flexible) 배열에 의해 제공된다.
PCB 압전 모터는 평평하고 PCB에 직접 장착되는 것이 바람직하다. 모터는 하우징에 부착된 요소에 연결될 수 있는 회전 가능한 회전자를 가진다. 이로 인해, 이 디자인은 견고하고도 평평한 완전한 회전 가능한 시스템을 구현한다.
본 발명은 또한 복수의 분산된 셀을 갖는 이동 네트워크에서 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동 포인팅하는 방법에 관한 것으로, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되며, 이 방법은:
a) 무선 통신 장치와 연관된 셀, 바람직하게는 무선 통신 장치가 캠프 온(camp on)하는 셀의 셀 ID를 식별하는 단계;
b) 셀 ID와 연관된 고정 송수신기에 대한 위치 데이터를 획득 또는 추출하는 단계;
c) 수평면에서 지향성 안테나의 방향에 대응하는 기준 방위각을 획득하는 단계;
d) 지향성 안테나의 로컬 위치를 획득하는 단계;
e) 고정 송수신기에 대한 위치 데이터 및 지향성 안테나의 로컬 위치에 기초하여, 지향성 안테나 및 고정 송수신기 간의 포인팅 방위각을 계산하는 단계;
f) 기준 방위각과 포인팅 방위각 간의 방위 회전각을 계산하는 단계;
g) 계산된 방위 회전각에 기초하여 지향성 안테나를 고정 송수신기를 향하도록 회전시키는 단계;
h) 연속적으로 또는 간격을 두고 a-g 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
현재 개시된 장치는 그것의 지향성 안테나가 자신이 활성화되어 있는 이동 네트워크 내의 기지국으로 자동으로 포인팅하는 방법을 사용할 수 있다. 이 방법이 복수의 기지국들과 관련하여 장치의 위치에 기초한 방향의 동적 조작(dynamic handling)을 이용한다고 말할 수 있다. 이 장치는 기지국의 위치를 파악하고 자신의 위치 및 방향을 지속적으로 업데이트하거나 또는 기지국에서 정보를 수신할 것이다. 따라서, 이 방법을 사용하는 장치는 그것이 정지 상태이고 하나의 셀을 캠프 온할 때, 및 이동 시나리오(예를 들어, 장치가 이동하는 차량 또는 선박에 장착되거나 배치되는 경우)에 모두 기능한다. 본 방법은 이동 시나리오를 동적으로 바람직하게는 실질적으로 실시간으로 처리하며, 재선택 프로세스에서 모바일 네트워크의 새로운 셀을 캠프 온하기 위해 무선 통신 장치가 업데이트될 때, 새로운 셀에 기초하여, 예컨대, 셀 ID, 대응하는 고정 송수신기의 위치 데이터, 포인팅 방위각 및 방위 회전각을 업데이트할 수 있다.
본 발명의 이러한 양상 및 다른 양상은 본 발명에 대한 다음의 상세한 설명에서 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 PCB 서브 시스템의 제 1 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 비발디 안테나는 PCB의 전면에 장착되고(도 1a), PCB 서브 시스템의 나머지 구성 요소들 PCB의 후면에 장착된다(도 1b).
도 2는 안테나가 원형 PCB 전면에 장착되고(도 2a), PCB 서브 시스템의 나머지 구성 요소들은 PCB의 후면에 장착된(도 2b) PCB 서브 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
도 3은 평면 지향성 안테나의 일례인 비발디 안테나를 도시한다.
도 4는 무선 핫스팟 장치의 하우징의 상부의 일 실시예를 도시한다.
도 5는 무선 핫스팟 장치의 하우징의 일 실시예를 도시한다.
도 6은 무선 핫스팟 장치의 하우징의 일 실시예의 단면을 도시한다.
도 7은 무선 핫스팟 장치의 하우징의 하부의 일 실시예를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 압전 PCB 장착형 모터의 일 실시예를 도시한다.
도 9는 중공 경성 샤프트 내에 슬립 링을 갖는 PCB 상에 장착되는 압전 PCB 장착형 모터의 일 실시예를 도시한다.
도 10은 지향성 무선 핫스팟 장치의 일 실시예를 도시하는데, 여기서 인쇄 회로 기판과 하우징은 견고하게 연결되고, 하우징과 인쇄 회로 기판은 고정 플레이트에 대해 회전 가능하다.
도 11은 나란히 배치되고 동일한 방향으로 포인팅하는 2개의 비발디 안테나를 포함하는 인쇄 회로 기판의 MIMO 버전을 도시한다.
도 12는 지향성 무선 핫스팟 장치의 다른 실시예를 도시한다.
도 13은 도 12의 지향성 무선 핫스팟 장치를 다른 각도로 도시한다.
도 14는 평면 지향성 안테나, 비발디 안테나 및 무 지향성 안테나의 일 실시예를 도시한다.
본 발명은 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치에 관한 것으로, 각 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버된다. 제 1 실시예에서, 이 장치는:
- 인쇄 회로 기판(PCB);
- 지향성 안테나;
- 자력계와 같은 나침반;
- GPS 수신기와 같은 지리적 위치 확인 장치;
지향성 안테나에 실질적으로 수직인 축을 중심으로 인쇄 회로 기판을 회전시키기 위한, 실질적으로 편평한 압전 모터와 같은 전기 모터;
- 3G/4G/LTE/5G 모뎀과 같은 무선 모뎀;
- 로컬 장치와의 통신을 위한 Wi-Fi 회로와 같은 로컬 통신 요소;
- o 나침반 및 지리적 위치 확인 장치로부터의 방향 및 위치 데이터, 및
o 고정 송수신기의 위치 데이터
를 기초로 지향성 안테나를 고정 송수신기 중 하나로 포인팅하기 위한 방위 회전각을 계산하도록 구성된 마이크로프로세서;
- 하우징을 포함하고,
안테나, 나침반, 전기 모터 및 무선 모뎀은 인쇄 회로 기판 상에 장착되고, 전기 모터는 인쇄 회로 기판에 견고하게 연결된 제 1 모터 부분 및 하우징에 견고하게 연결된 제 2 모터 부분을 포함한다. 선택적으로, 지리적 위치 확인 장치, 로컬 무선 통신 요소 및 마이크로프로세서와 같은 다른 구성 요소가 PCB 상에 장착될 수도 있다.
바람직하게는, 인쇄 회로 기판 및 안테나, 나침반, 지리적 위치 확인 장치, 전기 모터, 무선 모뎀, 로컬 무선 통신 요소 및 마이크로프로세서(또는 나머지 구성 요소)는 PCB 서브 시스템을 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 모터 부분은 PCB 서브 시스템이 하우징에 대해 회전될 수 있도록 회전 가능하게 연결될 수 있다.
제 2 실시예에서, 하우징 및 PCB는 서로 견고하게 연결될 수 있고, 조립체가 세워지는 플레이트와 같은 다른 고정 요소에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 나머지 조립체에 연결된 고정 요소는, 예를 들어, 평면 상에 배치되거나 지붕 또는 가구와 같은 임의의 다른 고정면에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 안테나는 인쇄 회로 기판 상에 장착되고, 인쇄 회로 기판과 하우징은 견고하게 연결되며, 하우징과 인쇄 회로 기판은 플레이트와 같은 다른 고정 요소에 대해 수평 회전 가능하다. PCB와 고정 요소 사이의 회전 가능 연결은 제 1 실시예에서의 PCB와 하우징 사이의 연결과 동일한 유형이고 동일한 구성 요소를 포함할 수 있다, 즉, 서로에 대해 회전 가능한 2 개의 부분을 갖는 전기 모터를 포함한다. 따라서, 일 실시예에서, 전기 모터는 인쇄 회로 기판에 견고하게 연결된 제 1 모터 부분과 고정 요소에 견고하게 연결된 제 2 모터 부분을 포함한다.
지향성 무선 핫스팟 장치의 나머지가 회전할 수 있는 베이스로서 고정 요소를 사용하는 한 이점은 소켓과 같은 슬롯 또는 수용 요소가 외부 무선 모뎀을 수용하도록 배열될 수 있다는 것이다. 바람직하게는, 외부 무선 모뎀 용 수용 요소는 하우징 상에 배치되거나 또는 적어도 하우징으로부터 접근 가능하다. 무선 모뎀은, 예를 들어, 사용자가 하우징 상에/안에 직접 플러깅할 수 있는 USB 모뎀일 수 있다. 이 실시예에서, 지향성 무선 핫스팟 장치는, 예를 들어, 그것의 정상 설정에서와 같이, 외부 무선 모뎀을 사용하도록 배열될 수 있지만, 무선 모뎀의 안테나 연결을 통해 지향성 무선 핫스팟 장치의 지향성 안테나를 사용하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 실시예에서, 이 장치는 USB 무선 모뎀과 같은 외부 무선 모뎀 및 지향성 무선 핫스팟 장치의 지향성 안테나를 사용하여 기지국과 무선 통신하도록 구성된다.
지향성 무선 핫스팟 장치는 SIM 카드 홀더를 더 포함할 수 있다. 지향성 무선 핫스팟 장치는 그 자신의 SIM 카드 홀더를 가질 수 있거나, 또는 대안으로서 외부 무선 모뎀이 SIM 카드 홀더를 포함할 수 있다. 지향성 무선 핫스팟 장치는 eSIM 또는 소프트 SIM을 더 포함할 수 있다. SIM 카드/SIM 카드 홀더는 PCB 서브 시스템의 일부인(하우징과 관련하여) 회전하는 부분 또는 하우징의 바닥면과 같은 고정 부분에 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 이 장치의 몇몇 장점은 모바일 네트워크에서 고 이득 지향성 안테나를 달성할 수 있다는 것, 및 전기 모터, 바람직하게는 압전 모터가 PCB 상에 직접 장착된 제 1 모터 부분과, PCB와 관련하여 회전하며 하우징에 견고하게 연결된 제 2 모터 부분을 갖는다는 것이다. 지향성 안테나를 포함하여 나머지 구성 요소가 PCB에 장착되는 이 설계는 견고하고 컴팩트한 시스템을 제공한다. 복잡한 기계적인 움직임 없이, 하우징과 관련하여 PCB의 회전만 존재한다(제 1 실시예).
일 실시예에서, 안테나는 인쇄 회로 기판의 전면에 장착되고, 나침반, 전기 모터, 무선 모뎀은 인쇄 회로 기판의 후면에 장착된다. 나머지 구성 요소는 PCB의 후면에 장착되는 것이 바람직하지만 원칙적으로 하우징의 다른 곳에 배치될 수도 있고 슬립 링을 통해 PCB 서브 시스템에 연결될 수도 있다.
구성 요소들의 전원은 충전식 배터리와 같은 배터리의 형태로 PCB 상에 놓일 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 이 장치는 PCB 상에 장착된 배터리 및/또는 전원공급 장치를 더 포함한다. 전원은 하나 또는 여러 개의 배터리를 포함할 수 있다. 전원/배터리는 PCB 서브 시스템의 일부일 수 있으며 반드시 PCB 자체에 배치될 필요는 없다. PCB 서브 시스템은 PCB 서브 시스템의 부분들을 함께 고정시키도록 배열된, 예를 들어 플라스틱으로 제조된 유지 또는 조립 요소와 같은 부가적 요소들을 포함할 수 있다. 따라서, PCB 서브 시스템은 전기 모터에 의해 하우징과 관련하여 회전될 수 있는 구성 요소들의 어셈블리로 볼 수 있다. 도 12-13은 다수의 배터리(37)가 PCB 서브 시스템의 일부인 조립 요소(40)상의 PCB 서브 시스템에 배열되어 있는 배열을 도시한다. 지향성 무선 핫스팟 장치가 지향성 데이터를 증명하기 위한 나침반 기능을 포함한다는 사실은 이 장치를 자기 간섭에 대해 민감하게 만들 수 있다. 본 발명자들은 회전하는 서브 시스템 내에 배터리를 통합함으로써, 아마도 나침반의 차폐와 함께, 나침반과 배터리 사이의 자기 변동이 감소된다는 것을 알게 되었다. 배터리의 위치는 자석과 관련하여 고정되어 있기 때문에 시스템을 작동시키기 위해서는 초기 교정만으로 충분할 수 있다. 대안으로서, 배터리 및/또는 전원공급 장치는 하우징 상에 장착되고, 이 장치는 배터리로부터 인쇄 회로 기판으로 전력을 전달하기 위한 제 1 슬립 링을 더 포함한다. 또한 바람직하게는 배터리에 연결되는 외부 전원이 존재할 수 있다. 따라서, 배터리는 PCB 시스템을 더 가볍게 만들기 위해 하우징 내부이지만, PCB 상은 아닌 곳에 배치될 수 있다. 슬립 링을 통해 통신할 수 있는 몇몇 구성 요소에 대해서도 마찬가지이다. 따라서, 장치는 회전 가능한 인쇄 회로 기판으로/으로부터 전기 신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 부가적인 슬립 링(들)을 더 포함할 수 있다. 안테나로부터의 RF 신호 및 복소 신호는 일반적으로 슬립 링에 의해 전달하기 어렵다. 따라서, 지향성 안테나 및 무선기기가 인쇄 회로 기판 상에 장착된, 본 명세서에 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치는 슬립 링을 통해 신호를 전송하지 않고 안테나에 의해 수신된 신호를 처리하는 간단한 방법을 제공한다.
마이크로프로세서는 별도의 구성 요소일 수 있다. 대안으로서, 무선 모뎀의 처리 용량은 방향을 계산하고 전기 모터를 제어하는 것과 같은 부가적 작업을 위해 사용될 수 있다. 마이크로프로세서는 지향성 안테나가 모바일 네트워크의 기지국 중 하나를 포인팅하도록 지향성 안테나를 회전시키도록 전기 모터를 제어하도록 구성될 수 있다. 지향성 안테나가 포인팅하는 기지국은 바람직하게는 이 장치가 캠프 온하는 네트워크 내의 셀과 연관된 기지국에 대응한다. 재선택이 발생하면, 지향성 안테나가 장치가 캠프 온하는 셀을 항상 포인팅하도록 다이내믹하게 업데이트될 수 있다.
현재 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치는 GSM, UMTS, LTE, HSDPA, HSUPA, HSPA +, TD-SCDMA, CDMA 및 WiMAX 기반 네트워크, 또는 3G, 4G 및 5G를 포함한 임의의 세대의 이동 통신 기술을 포함하여, 임의의 통신 표준 또는 프로토콜을 사용하여 임의의 모바일 네트워크에서 동작할 수 있다. 이 장치는 500 MHz 내지 60 GHz의 범위 또는 700 MHz 내지 30 GHz의 범위 또는 700 내지 2600 MHz의 범위, 특히 1600-2800 MHz의 범위 또는 1800-2600 MHz의 범위와 같은 일정 주파수 범위에서 동작하도록 구성될 수 있다.
PCB 서브 시스템의 최대 높이는 어떤 안테나 및 다른 구성 요소가 사용되는지, 그리고 그들이 PCB에 장착되는 방법에 의존한다. 평면 안테나를 사용함으로써, 매우 얇고 컴팩트한 PCB 서브 시스템을 구현할 수 있다. 일 실시예에서, PCB 서브 시스템의 최대 높이는 20mm 미만, 바람직하게는 15mm 미만, 보다 바람직하게는 10mm 미만, 훨씬 더 바람직하게는 7mm 미만이다.
지향성 안테나
지향성 안테나는 현재 개시된 지향성 핫스팟 장치에서 핵심적인 역할을 한다. 이 디자인을 가능한 한 얇고 콤팩트하게 만들기 위해, 비발디 안테나와 같은 평면 안테나를 사용할 수 있다. 비발디 안테나는 금속화된 유전체 플레이트로 만들어진 공동 평면 광대역 안테나이다. 중공 튜브의 형상을 가질 수 있는 공급 라인은 전형적으로 섹터 형상 영역으로 말단처리된(terminated) 마이크로스트립 라인을 통해 원형 공간을 여기시킨다. 원형 공진 영역으로부터, 에너지는 대칭적인 슬롯 라인을 통해 지수 패턴에 도달한다. 대안으로, 지향성 안테나는 파라볼 릭(parabolic) 안테나일 수 있다. 비발디 안테나의 경우, 안테나는 구리 시트와 같은 금속 시트로 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 평면 안테나를 사용함으로써 매우 얇고 컴팩트한 PCB 서브 시스템이 달성될 수 있다. 그러한 경우, 평면 지향성 안테나는 2mm 미만 또는 1mm 미만의 최대 높이를 가질 수 있다. 평면 지향성 안테나의 길이는 예를 들어 5-30cm 또는 10-30cm 또는 10-20cm일 수 있다. 일 실시예에서, 지향성 안테나는, 예를 들어, PCB 또는 PCB 서브 시스템의 플라스틱 커버 상에 접착되거나 또는 다른 방식으로 부착될 수 있는 금속 호일 조각이다.
비발디 안테나와 같은 평면 지향성 안테나는 바람직하게는 특정 주파수 범위에 대한 안테나 이득의 최적화를 위해 설계된다. 일례에서, 비발디 안테나는 레이돔없이 1.8-2.6 GHz에서 8-12 dBi의 이득을 달성하고 레이돔과 함께 1.8-2.6 GHz에서 8.4-12 dBi의 이득을 달성하도록 설계된다. 이러한 디자인이 도 1a에 도시되어 있다. 이 비발디 안테나는 테이퍼형 슬롯을 갖는 하나의 금속 시트를 포함한다. 본 실시예에서의 비발디 안테나(4)는 하나의 금속 시트의 하나의 상부 및 하부를 가지고, 그 사이에 테이퍼형 슬롯이 형성되어 있고, 이 때 상부 및 하부는 테이퍼형 슬롯에 실질적으로 수직인 서브 슬롯(홈)을 갖는다. 비발디 안테나의 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 이 실시예는 또한 비발디 안테나의 솔리드 부분(즉, 테이퍼형 슬롯이 없는 위치)에, 도면에서 좌측에 대한 원형 절단부를 갖는다.
현재 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치에서, PCB는 또한 실질적으로 원형 형상을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 평면 지향성 안테나는 또한 실질적으로 원형일 수 있거나, 또는 평면 지향성 안테나의 적어도 하나의 섹션은 PCB의 원형 에지를 따른다. 또한, 비발디 안테나와 인쇄 회로 기판은 인쇄 회로 기판과 안테나의 중심에 일치하는 구멍을 가질 수 있다. 이러한 디자인의 이유는 로드가 구멍을 통해 제 2 모터 부분과 하우징 사이에 견고하게 연결될 수 있기 때문이다. 일 실시예에서, PCB는 원형이고 안테나는 인쇄 회로 기판 영역의 적어도 50 %, 또는 인쇄 회로 기판 영역의 적어도 60 %, 또는 인쇄 회로 기판 영역의 적어도 70 %를 덮는다.
지향성 안테나는 인쇄 회로 기판의 제 1 면, 바람직하게는 상면 또는 전면에 장착될 수 있다. 지향성 안테나는 적절한 방식으로 PCB에 접착되거나, 볼트로 고정되거나, 부착될 수 있다. 따라서, 인쇄 회로 기판 및 지향성 안테나는 하나의 통합된 요소를 구성할 수 있다.
또한, 지향성 안테나는 바람직하게는 중공 튜브 형상의 공급 라인을 포함하는 것이 바람직하다.
지향성 무선 핫스팟 장치는 적어도 하나의 2 차 지향성 안테나를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 지향성 안테나가 사용되는 경우, 이 장치는 복수의 병렬 무선 데이터 신호(MIMO)를 처리하도록 배열될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 지향성 안테나 및 적어도 하나의 2차 지향성 안테나는 안테나 내의 다중 경로 전파를 이용하여 복수의 데이터 신호를 수신 및/또는 송신하도록 구성된다.
지향성 안테나 및 적어도 하나의 2차 지향성 안테나는 비발디 안테나와 같은 평면 안테나일 수 있다. 일 실시예에서, 평면 안테나 및/또는 비발디 안테나는 인쇄 회로 기판 상에 나란히 장착된다. 비발디 안테나의 테이퍼형 슬롯은 바람직하게는 동일한 방향으로 배열된다.
여러 개의 지향성 안테나를 사용하는 복수의 병렬 무선 데이터 신호의 경우, 데이터 경로는 지향성 안테나 및 적어도 하나의 2 차 지향성 안테나 각각에 대한 보충적인 무 지향성 안테나를 더 포함할 수 있다. 마찬가지로, 지향성 안테나 각각에 대해 별도의 Wi-Fi 회로가 존재할 수 있다.
전기 모터
지향성 안테나에 실질적으로 수직인 축(z 축)을 중심으로 인쇄 회로 기판을 회전시키기 위한 전기 모터는 바람직하게는 실질적으로 편평한 압전 모터이다. 압전 모터 또는 피에조(piezo) 모터는 전계가 인가될 때 압전 재료의 형상 변화에 기초한 전기 모터의 일종이다. PCB 모터는 PCB에 직접 장착될 수 있다. 고정자는 PCB 자체에서 밀링 아웃(mill out)될 수 있지만, 회전자는 고정자의 표면에 눌려져 기계 출력을 전달한다. 이 디자인은 매우 평평하고 컴팩트하게 만들어지며 모터는 PCB상의 마이크로 컨트롤러에 의해 직접 제어될 수 있다. 전기 모터의 제 1 부분은 인쇄 회로 기판에 장착된 프레임이다. 프레임은 10-50 mm 또는 30-50 mm의 길이 및 10-50 mm 또는 30-50 mm의 폭을 가질 수 있다. 전기 모터의 제 2 부분은 프레임 내부의 링이며, 이 링은 프레임에 대해 회전 가능하다. 이 링은 회전자라고도 불린다. 회전자 링은 프레임에 견고하게 연결된 고정자 링의 상부에 배치될 수 있다. 제 2 부분(회전자)은 인쇄 회로 기판에 실질적으로 평행한 판에 견고하게 연결될 수 있으며, 이 판은 하우징에 고정된다. 전술한 바와 같이, 전기 모터의 운동은 전형적으로 프로세싱 유닛에 의해 제어된다.
지향성 안테나가 인쇄 회로 기판의 전면에 장착되는 경우, 전동 모터는 인쇄 회로 기판의 하면 또는 후면과 같은 제 2 면에 장착될 수 있다.
대안으로서, 모터는 전체 회전을 다수의 동등한 단계로 분할하는 브러시리스 DC 전기 모터와 같은 스테퍼 모터일 수 있다. 대안으로서, 모터는 축을 중심으로 인쇄 회로 기판을 회전시키도록 구성된, 동기식 전기 모터 또는 임의의 유형의 전기 모터, 예를 들어 12V DC 모터일 수 있다. 모터의 크기는 특정 실시예에서 회전 할 부분의 특정 크기 및 장치의 회전 가능한 부분의 일부로서 선택되는 부분에 적합하게 적응되는 것이 바람직하다.
추가 구성 요소: 나침반, GPS, 내비게이션 참조 유닛, 자이로, 가속도계, 짐벌 등
지향성 무선 핫스팟 장치는 GPS 수신기와 같은 지리적 위치 확인 장치를 포함한다. 지리적 위치 확인 장치는 기지국과 관련하여 장치의 위치 파악에 사용될 수 있는 지향성 안테나의 로컬 위치를 제공하도록 배치된다. 또한, 지향성 안테나의 방향에 관한 정보는 지향성 안테나를 주어진 기지국으로 포인팅시키기 위한 방위 회전각을 계산하는 데 필요하다. 기준 방위각은 수평면에서의 지향성 안테나의 방향에 대응할 수 있다. 이 목적을 위해, 나침반 기능, 즉 지향성 안테나의 방향을 제공할 수 있는 장치가 필요하다. 나침반은 자기 나침반, 자이로 컴파스, 솔리드 스테이트 나침반 또는 심지어 GPS를 포함하는, 임의의 사용 가능한 나침반 솔루션일 수 있다. 일 실시예에서 자력계는 나침반으로서 사용된다. 자력계는 지향성 안테나와 함께 PCB 상에 장착되는 것이 바람직하다. 이 장치는 외부 간섭 자기장을 처리할 수 있도록 2차 나침반, 선택적으로 3 차 나침반을 더 포함할 수 있다. 따라서, 장치는 올바른 방향을 판정하기 위해 2 개 또는 3 개의 나침반, 또는 이들의 조합 또는 계산된 값들 중 임의의 것을 사용하도록 구성될 수 있다.
지향성 무선 핫스팟은 지향성 안테나의 방향의 보다 정확한 처리를 부가하기 위한 내비게이션 참조 유닛을 더 포함할 수 있다. 고급 네비게이션 참조 유닛의 일례는 12 개의 정밀 센서(자력계, 자이로, 가속도계, 기압계, 온도계 및 GNSS)를 포함하는 LT-1000 NRU 장치이다. 내비게이션 참조 유닛은 센서 융합 및 칼만 필터링을 사용하여 정확한 헤딩(heading), 롤, 피치, 포지션, 지면 속도, 지상 코스를 고 정밀도 및 해상도로 출력한다. 이 정보는 지향성 무선 핫스팟의 정밀도를 높이고 보다 복잡한 이동 시나리오를 다루는데 사용될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 내비게이션 참조 유닛은 지향성 안테나의 보다 정확한 방향을 획득하기 위해 나침반, 지리적 위치 확인 장치, 자이로 및 가속도계로부터의 데이터를 칼만 필터링하도록 구성된다.
지향성 무선 핫스팟 장치는 안테나의 방향의 급격한 변화를 보상 및/또는 취급함에 있어서 나침반을 보조하기 위한 자이로(gyro)를 포함할 수 있다. 지향성 무선 핫스팟 장치는 또한 장치의 롤 및/또는 피치를 측정하고 및/또는 수평 위치에 있지 않은 장치를 보상하기 위한 가속도계를 포함할 수 있다.
지향성 무선 핫스팟 장치는 로컬 장치와의 통신을 위해 Wi-Fi 회로와 같은 로컬 무선 통신 요소를 가질 수 있다. 지향성 무선 핫스팟 장치는 향상된 로컬 무선 통신을 위해 로컬 무선 통신 요소를 Wi-Fi 안테나와 같은 외부 안테나에 연결하기 위한 커넥터를 가질 수 있다.
현재 개시된 지향성 무선 핫스팟의 일 실시예에서, 로컬 통신 요소는 무선 통신 요소이다. 로컬 무선 통신 요소는 휴대 전화, 태블릿, PC 또는 임의의 장치와 같은 로컬 사용자 장치와 통신하도록 구성된 Wi-Fi 회로일 수 있다.
대안 및 추가 배열이 가능하다. 일 실시예에서, 지향성 무선 핫스팟 장치는 인쇄 회로 기판 상에 장착되거나 인쇄 회로 기판에 견고하게 연결된 제 1 무선 컴포넌트 및 하우징 또는 고정 요소 상에 장착된 제 2 무선 컴포넌트를 포함하며, 두 무선 컴포넌트는 무선 통신한다. 장치 내의 이러한 내부 무선 통신은 서로에 대해 회전 가능한 부분들 사이의 슬립 링을 통한 복합 데이터 신호의 송신을 회피할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자 또는 로컬 네트워크와 같은 사용자의 시스템과 통신하기 위한 로컬 통신 요소는 이더넷 케이블과 같은 네트워크 케이블에 의해 접속될 수 있다. 따라서, 지향성 무선 핫스팟 장치는 이더넷 포트와 같은 네트워크 포트를 더 포함할 수 있다. 이러한 솔루션에서 네트워크 케이블은 데이터 캐리어 및 전원공급 장치로서의 역할을 모두 수행할 수 있다. 네트워크 포트는 전력을 수신하고 데이터를 송신/수신하도록 적응될 수 있다. 지향성 무선 핫스팟 장치는 장치의 배터리를 충전하도록 구성된 태양 전지를 더 포함할 수 있다. 태양 전지는 배터리에 직접 연결되거나 PoE(Power over Ethernet) 연결을 통해 연결될 수 있다.
하우징
현재 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치의 하우징은 PCB 서브 시스템의 내부 설계 및 다른 내부 설계 선택에 따라 상이한 형상을 취할 수 있다. 일 실시예에서, 하우징은 비교적 편평한 원통형 하우징이다. 하우징은 도 4-7에 도시된 바와 같이 원통 형상 또는 테이퍼형 원통 형상과 같은 실질적으로 원형의 수평 단면을 가질 수 있다. 하우징은 회전하는 원형 PCB를 수용하기 위해 실질적으로 원통형일 수 있다. 하우징은 최대 높이가 15cm이거나 최대 높이가 12cm이거나 최대 높이가 10cm이거나 최대 높이가 5cm일 수 있다.
하우징은 하우징의 바닥면을 따라 테이퍼형 홈을 가질 수 있으며, 테이퍼형 홈은 상향으로 연장되는 형상을 가지며, 테이퍼형 홈은 장치를 벽, 천장 또는 로드 상의 마운팅에 부착하도록 구성된다. 물품 차량, 벽 등에 장치를 부착하기 위한 추가 수단이 또한 가능하다. 이 장치는 또한 장치가 세워지는 실질적으로 편평한 바닥면을 가질 수 있다.
지향성 무선 핫스팟 장치는 장치를 수평 위치로 유지하기 위한 짐벌(gimbal)을 더 포함할 수 있다. 짐벌은 한 축에 대한 대상의 회전을 허용하는 피벗형 지지체이다. 예를 들어, 선박에서, 일부 장비는 짐을 사용하여 수평선을 기준으로 똑바로 유지하여 선박의 피칭과 롤링을 보상한다.
하우징은 수평 방향으로 그리고 하우징 둘레로 연장되는 투명 스트립을 더 포함할 수 있다. 하우징 내부에는, 투명 스트립을 통해 하우징의 외부에서 볼 수 있는 지향성 안테나의 표시가 존재할 수 있다. 이를 통해 사용자는 항상 안테나 위치에 대해 알 수 있다.
지향성 안테나를 자동으로 포인팅하는 방법
본 발명은 또한, 복수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동으로 포인팅하는 방법에 관한 것으로, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되며, 이 방법은:
a. 무선 통신 장치와 연관된 셀, 바람직하게는 무선 통신 장치가 캠프 온하는 셀의 셀 ID를 식별하는 단계;
b. 셀 ID와 연관된 고정 송수신기에 대한 위치 데이터를 획득 또는 추출하는 단계;
c. 수평면 내의 지향성 안테나의 방향에 대응하는 기준 방위각을 획득하는 단계;
d. 지향성 안테나의 로컬 위치를 획득하는 단계;
e. 고정 송수신기에 대한 위치 데이터 및 지향성 안테나의 로컬 위치에 기초하여, 지향성 안테나 및 고정 송수신기 간의 포인팅 방위각을 계산하는 단계;
f. 기준 방위각과 포인팅 방위각 간의 방위 회전각을 계산하는 단계;
g. 계산된 방위 회전각에 기초하여 지향성 안테나를 고정 송수신기를 향하도록 회전시키는 단계;
h. 연속적으로 또는 간격을 두고 a-g 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
현재 개시된 장치는 자신의 지향성 안테나가 활성화되어 있는 모바일 네트워크 내의 기지국으로 자신의 지향성 안테나를 자동으로 포인팅시키는 방법을 사용할 수 있다. 이 방법은 복수의 기지국들과 관련된 이 장치의 위치에 기초한 방향의 동적 조작을 이용한다고 말할 수 있다. 셀 ID와 관련된 고정 송수신기에 대한 위치 데이터를 획득 또는 추출하는 단계는 관련 기지국의 모든 좌표를 포함하는, 데이터베이스, 잠재적으로 로컬 데이터베이스에 대한 액세스, 또는 대안으로서 그 위치에 대한 네트워크 및/또는 기지국 위치 정보를 갖는 것으로 해석될 수 있다. 대안으로서, 데이터베이스는 웹 기반 데이터베이스일 수도 있고, 이는 모바일 네트워크의 변경사항으로 장치가 업데이트되는 것을 가능하게 한다. 데이터베이스에 대한 액세스는 사용자 인터페이스를 통해 사용자가 직접 제어하거나 자동으로 제어 할 수
Figure pct00001
다. 지향성 안테나의 계산 및 위치 확인과 조합하여 네트워크 내의 복수의 셀 및 기지국의 동적 취급은 모바일 네트워크에서 본 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치를 제어하기 위한 효율적인 방법을 제공한다.
이 방법은 또한 재선택 시나리오를 포함하는 이동 시나리오를 처리할 수 있다. 예를 들어, 장치가 지리적으로 이동함으로 인해 무선 통신 장치가 모바일 네트워크의 새로운 셀을 캠프 온하도록 업데이트되고 하나의 셀의 측정된 신호 강도가 장치가 캠프 온하는 셀보다 강해진다면, 이 방법은 이 정보를 고려하여 셀 ID, 결과적으로 셀에 속하는 기지국의 위치 데이터, 포인팅 방위각 및 방위 회전각을 업데이트할 수 있다. 마지막으로, 지향성 안테나의 방향이 이에 따라 변경된다.
이 방법은 또한 기지의 여행에 대한 측정된 신호 강도 및/또는 재선택과 관련된 지리 정보 및 역사 및 통계 정보를 사용할 수 있다. 안테나가 지향성이기 때문에, 지향성 안테나가 B 셀을 포인팅함으로 인해 B 셀보다 장치에 가까운 A 셀로 재선택하지 않는 것이 가능하다. 이 경우, 이 방법은 지리적 데이터를 고려하고 지향성 안테나가 전형적으로 선택될 A 셀을 향하도록 포인팅시킬 수 있다. 기지의 여행의 경우, 이 방법은 동일한 여행에 대한 이전 재선택에 기반한 예상 재선택을 고려할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 재선택 프로세스는 고정 송수신기들의 위치 및 지향성 안테나의 로컬 위치에 관한 정보에 기초한다.
지향성 무선 핫스팟 장치가 스위치 온될 때, 장치가 네트워크 내의 셀(기지국과 함께)을 식별하고 캠프 온하는 초기화 프로세스가 시작될 수 있다. 기지국에 대한 위치 데이터가 획득되고, 이 위치 데이터에 기초하여 지향성 안테나가 기지국을 향하여 포인팅된다. 따라서, 본 개시 시퀀스에 따른 초기화 시퀀스는 각각의 셀이 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되는, 복수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크 내의 고정 송수신기로 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 자동으로 포인팅할 수 있고, 이 방법은:
a. 무선 통신 장치와 연관된 셀, 바람직하게는 무선 통신 장치가 캠프 온하는 셀의 셀 ID를 식별하는 단계;
b. 셀 ID와 연관된 고정 송수신기에 대한 위치 데이터를 획득 또는 추출하는 단계;
c. 수평면 내의 지향성 안테나의 방향에 대응하는 기준 방위각을 획득하는 단계;
d. 지향성 안테나의 로컬 위치를 획득하는 단계;
e. 고정 송수신기에 대한 위치 데이터 및 지향성 안테나의 로컬 위치에 기초하여, 지향성 안테나와 고정 송수신기 간의 포인팅 방위각을 계산하는 단계;
f. 기준 방위각과 포인팅 방위각 간의 방위 회전각을계산하는 단계;
g. 계산된 방위 회전각에 기초하여 지향성 안테나를 고정 송수신기를 향해 회전시키는 단계를 포함한다.
개시된 방법들은 현재 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치의 실시예에 의해 수행될 수 있다.
IP 코드는 물체가 먼지와 물에 저항하는 능력을 정의한다. IP65는 방진 및 세척이 가능함을 의미한다. 일 실시예에서, 본 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치는 IP65 등급의 변형으로 제공된다. 이 실시예에서, 하우징 및 다른 부분의 구성은 장치가 방진 및 방수가 되도록 배열된다.
도면의 상세한 설명
이제, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여보다 상세히 설명될 것이다. 이 도면은 예시적인 것이며, 현재 개시된 지향성 무선 핫스팟 장치의 일부 특징을 도시하기 위한 것일 뿐, 현재 개시된 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 1a 및 도 1b는 PCB 서브 시스템(2)의 제 1 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 비발디 안테나(4)는 PCB(3)의 전면(도 1a)에 장착된다. 비발디 안테나(4)는 SMA(SubMiniature version A) 커넥터(5)를 가진다. 본 실시예에서의 비발디 안테나(4)는 하나의 금속 시트의 하나의 상부 및 하나의 하부를 갖고 그 사이에 테이퍼형 슬롯이 형성되어 있고, 이 상부 및 하부는 테이퍼형 슬롯에 실질적으로 수직인 서브 슬롯(홈)을 갖는다. PCB(3)의 후면(도 1b)은 프로세싱 유닛(7), SIM 카드 홀더(8), 자력계(9), 무선 모뎀(10), Wi-Fi 회로(11), GPS(12), 가속도계(13), 자이로(14), 압전 모터(15), 압전 모터(15)를 제어하는 처리 유닛(17), 처리 유닛(7) 및/또는 무선 모뎀(10) 및 SMA 커넥터(5)와 같은 다른 구성 요소에 안테나(4)를 연결하기 위한 안테나 연결부(6)를 포함하는, 나머지 구성요소를 포함한다.
도 2는(평면형) 안테나(4)가 원형 PCB(3)의 전면(도 2a)에 장착되는 PCB 서브 시스템(2)의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 평면 안테나는 약 2mm의 높이를 갖는다. 처리 유닛(7), SIM 카드 홀더(8), 자력계(9), 무선 모뎀(10), Wi-Fi 회로(11), GPS(12), 가속도계(13), 자이로(14), 압전 모터(15), 압전 모터(15)를 제어하는 처리 유닛(17)을 포함하는 구성요소들은 은 PCB(3)의 후면에 장착된다.
이 실시예에서 PCB(3) 및 구성 요소는 대략 5-10 mm의 높이를 갖는다. 압전 모터(15)는 프레임(16)과 회전자 링(17)을 갖는다. PCB(3), 안테나(4) 및 압전 모터(15)는 일치하는 구멍(19)을 갖는다.
도 3은 테이퍼형 슬롯을 갖는 비발디 안테나(4)의 일례를 도시한다. 금속 시트는 하나의 상부 및 하나의 하부를 가지며, 이들의 대면 에지(18)는 상부와 하부 사이의 테이퍼형 슬롯을 형성한다. 테이퍼형 슬롯에는 PCB(3)를 관통하는 구멍(19)이 있다. 원형 절개부(20)도 있다.
도 4-7은 가능한 하우징 형상을 도시한다. 도 4는 치수의 표시를 갖는 무선 핫스팟 장치(1)의 하우징(21)의 상부의 일 실시예를 도시한다. 도 5는 치수가 표시된, 무선 핫스팟 장치(1)의 하우징(21)의 일 실시예를 도시한다. 하우징(21)은 장치를 벽, 천장 또는 막대의 마운팅에 부착하기 위해 하우징의 바닥면에 테이퍼형 홈(22)을 갖는다. 도 6은 무선 핫스팟 장치(1)의 하우징의 일 실시예의 단면도를 도시한다. 도 7은 치수의 표시를 갖는 무선 핫스팟 장치(1)의 하우징(21)의 하부를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 압전 PCB 장착형 모터(15)의 일 실시예를 도시한다. 도 8a는 나사(26)와 같은 파스너에 의해 무선 핫스팟 장치의 메인 PCB에 부착될 수 있는 추가의 PCB 형태의 프레임(16)을 보여주는 전면도이다. PCB 모터는 프레임(16)에 대해 회전 가능한 디스크(23)를 갖는다. 이 예에서, 디스크(23)는 분할된 내부 링(24)을 가지며, 이 아래에 압전 세라믹이 링을 밀기 위해 사용되고, 그에 따라 디스크 전체가 압착된다. 압전 모터의 기능은 당업자에게 명백 할 것이다. PCB 모터(15)는 샤프트가 부착될 수 있는 구멍(19)을 갖는다. 도 8b는 PCB 모터(15)의 측면도이다. 이 도면에서, PCB 계류기의 이 예는 전면의 디스크(23)에 견고하게 연결된 후면상의 제 2 디스크(25)를 갖는 것을 알 수 있다. 이 PCB 모터 용 무선 핫스팟 장치의 메인 PCB는 나사(26)의 헤드와 스토퍼 요소(27) 사이에 배열될 수 있다.
도 9는 중공의 강성 샤프트(30) 내에 슬립 링(29)을 갖는 PCB(3) 상에 장착된 압전 PCB 장착형 모터의 일 실시예를 도시한다. 슬립 링(29)은 슬립 와이어(28)를 가지며, 이것은, 예컨대, 비발디 안테나(4)의 개구를 통해 PCB(3)에 전원을 공급한다.
도 10은 인쇄 회로 기판(3)과 하우징(21)이 견고하게 연결되고, 하우징(21)과 인쇄 회로 기판(3)이 판 형태의 고정 요소(31)에 대하여 회전 가능한, 지향성 무선 핫스팟 장치(1)의 일 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 지향성 안테나(4)는 하우징의 상부에서 하우징(21)에 견고하게 연결된다. 본 실시예에서 인쇄 회로 기판(3) 및 지향성 안테나(4)가 하우징에 대해 견고하게 연결되기 때문에, 인쇄 회로 기판(3) 및 지향성 안테나(4)는 지지 요소(35)에 의해 지지될 수 있다. 외부 USB 무선 모뎀(32)은 이 실시예가 외부 무선 모뎀을 수신하도록 적응될 수 있음을 나타낸다. 지향성 무선 핫스팟 장치(1)를 고정 요소(31)에 대하여 회전시키기 위해 톱니 바퀴를 갖는 기어 모터(15)가 제 2 톱니 바퀴(35)와 맞물린다. 또한, 이 어셈블리는 슬립 링(29) 및 슬립 와이어(28)를 포함한다.
도 11은 동일한 방향으로 나란히 배치된 2 개의 비발디 안테나(4)를 포함하는 PCB(3)의 MIMO 버전을 도시한다. 이 시스템의 각 데이터 스트림에는 자신의 비발디 안테나(4), 추가적인 무 지향성 안테나(36) 및 Wi-Fi 구성 요소(11)를 가진다. PCB는 GPS(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
도 12는 지향성 무선 핫스팟 장치(1)를 회전시키기 위해 제 2 톱니 바퀴(38)와 맞물리는 톱니 바퀴(39)에 연결된 전기 DC 모터(15)를 갖는 지향성 무선 핫스팟 장치(1)의 일 실시예를 도시한다. 다수의 배터리(37)가 PCB 서브 시스템의 일부인 조립 요소(40) 상의 PCB 서브 시스템에 배열된다.
도 13은도 12의 지향성 무선 핫스팟 장치(1)를 다른 각도로 도시한다.
도 14는 테이퍼형 슬롯을 갖는 비발디 형 안테나(4)의 또 다른 예를 도시하며, 안테나(4)는 원형 PCB의 전면에 장착된다. 안테나는 원형의 절단부(20)를 갖는다. 추가적인 무 지향성 안테나(42)도 존재한다. 비발디 안테나(4)와 무 지향성 안테나(42) 모두 피드(43)를 갖는다. PCB의 중심에 원형 PCB를 관통하는 구멍과 회전 가능한 PCB 서브 시스템을 고정하기 위한 연결 요소(41)가 존재한다.
본 발명의 추가 세부사항
이제, 본 발명은 이하의 항목을 참조하여 더 상세하게 기술될 것이다.
1. 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치로서, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되며, 이 장치는:
- 인쇄 회로 기판(PCB);
- 지향성 안테나;
- 자력계와 같은 나침반;
- GPS 수신기와 같은 지리적 위치 확인 장치;
- 지향성 안테나에 실질적으로 수직인 축을 중심으로 인쇄 회로 기판을 회전시키기 위한, 실질적으로 편평한 압전 모터와 같은 전기 모터;
- 3G/4G/LTE/5G 모뎀과 같은 무선 모뎀 또는 외부 무선 모뎀을 수용하도록 배열된 소켓과 같은 수용 요소;
- 로컬 장치와의 통신을 위한 Wi-Fi 회로와 같은 로컬 통신 요소;
- o 나침반 및 지리적 위치 확인 장치로부터의 방향 및 위치 데이터;
o 고정 송수신기의 위치 데이터를 기초로 하여,
지향성 안테나가 고정 송수신기 중 하나를 포인팅하도록 하기 위한 방위 회전각(azimuthal rotation angle)을 계산하도록 구성된 마이크로프로세서; 및
- 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
2. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 안테나, 나침반, 전기 모터 및 무선 모뎀은 인쇄 회로 기판 상에 장착되고, 전기 모터는 인쇄 회로 기판에 견고하게 연결된 제 1 모터 부분과 하우징에 견고하게 연결된 제 2 모터 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
3. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 무선 핫스팟 장치로서, 인쇄 회로 기판과 하우징은 서로에 대해 회전 가능한 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
4. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 안테나, 나침반, 지리적 위치 확인 장치, 전기 모터, 무선 모뎀, 로컬 통신 요소 및 마이크로프로세서는 PCB 서브 시스템을 형성하고, 제 1 및 제 2 모터 부분은 PCB 서브시스템이 하우징에 대해 회전할 수 있도록 회전 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
5. 제 1 항목에 있어서, 상기 안테나는 상기 인쇄 회로 기판 상에 장착되고, 상기 인쇄 회로 기판과 상기 하우징은 견고하게 연결되고, 상기 하우징 및 인쇄 회로 기판은 플레이트와 같은 또 다른 고정 요소에 대해 수평 회전 가능한 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
6. 제 5 항목에 있어서, 전기 모터는 인쇄 회로 기판에 견고하게 연결된 제 1 모터 부분 및 고정 요소에 견고하게 연결된 제 2 모터 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
7. 제 5-6 항목들 중 어느 하나에 있어서, 이 장치는 지향성 무선 핫스팟 장치의 지향성 안테나 및 USB 무선 모뎀과 같은 외부 무선 모뎀을 사용하여 기지국과 무선 통신하도록 배열된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
8. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, SIM 카드 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
9. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, eSIM 또는 소프트 SIM을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
10. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, PCB 서브 시스템의 최대 높이는 20 mm 미만, 바람직하게는 15 mm 미만, 보다 바람직하게는 10 mm 미만, 더욱 더 바람직하게는 7 mm 미만인 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
11. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 장치는 500 MHz 내지 60 GHz 또는 700 내지 2600 MHz의 주파수 범위에서 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
12. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 모바일 네트워크는 이동 전화 네트워크 및/또는 터미널 네트워크 및/또는 LTE 기반 모바일 네트워크, 및/또는 3G 기반 모바일 네트워크 및/또는 5G 기반 모바일 네트워크인 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
13. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 안테나는 평면 안테나인 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
14. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 안테나는 바람직하게는 양면에 금속화된 유전체 플레이트로 만들어진 비발디 안테나인 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
15. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 안테나는 파라볼릭(parabolic) 안테나인 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
16. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 적어도 하나의 2차 지향성 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
17. 제 16 항목에 있어서, 지향성 안테나 및 적어도 하나의 제 2 지향성 안테나는 안테나에서의 다중 경로 전파를 이용하여 다수의 데이터 신호를 수신 및/또는 송신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
18. 제 16-17 항목 중 어느 하나에 있어서, 지향성 안테나 및 적어도 하나의 제 2 지향성 안테나는 비발디 안테나와 같은 평면 안테나인 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
19. 제 16-18 항목 중 어느 하나에 있어서, 평면 안테나는 인쇄 회로 기판 상에 장착되는, 바람직하게는 인쇄 회로 기판 상에 나란히 배열된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
20. 제 16-19 항목 중 어느 하나에 있어서, 지향성 안테나 및 적어도 하나의 2 차 지향성 안테나 각각에 대한 보충적인 무 지향성 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
21. 제 16-20 항목 중 어느 하나에 있어서, 지향성 안테나 및 적어도 하나의 2 차 지향성 안테나 각각에 대한 Wi-Fi 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
22. 제 14 항목에 있어서, 비발디 안테나는 구리 시트와 같은 금속 시트로 만들어진 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
23. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 안테나는 2mm 미만 또는 1mm 미만의 최대 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
24. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 안테나는 5-30cm 또는 10-30cm 또는 10-20cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
25. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 안테나는 인쇄 회로 기판의 상부 측 또는 전면 측과 같은 제 1 측면 상에 장착된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
26. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 안테나 및 인쇄 회로 기판은 하나의 통합 요소를 구성하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
27. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 안테나는, 바람직하게는 인쇄 회로 기판의 구멍을 통해 선택적으로 연장되는, 중공 튜브 형상의 공급 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
28. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 비발디 안테나는 테이퍼형 슬롯을 갖는 하나의 금속 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
29. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 비발디 안테나는 하나의 금속 시트의 하나의 상부 및 하나의 하부를 포함하고, 상부 및 하부 사이에 테이퍼형 슬롯이 형성되어 있고, 상부 및 하부는 테이퍼형 슬롯에 실질적으로 수직인 서브 슬롯을 갖는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
30. 제 28-29 항목들 중 어느 하나에 있어서, 비발디 안테나 및 인쇄 회로 기판은 인쇄 회로 기판 및 안테나의 중심에 일치하는 구멍을 가지며, 로드는 제 2 모터 부분과 하우징을 견고하게 연결하며, 로드는 구멍을 통해 연장된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
31. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 인쇄 회로 기판은 원형이고, 안테나는 인쇄 회로 기판 영역의 50 % 이상, 인쇄 회로 기판 영역의 60 % 이상 또는 인쇄 회로 기판 영역의 70 % 이상을 커버하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
32. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 배터리 및/또는 전원공급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
33. 제 32 항목에 있어서, 배터리는 상기 인쇄 회로 기판 상에 장착되고 및/또는 배터리는 PCB 서브 시스템의 일부분이며, 바람직하게는 PCB 서브 시스템은 PCB 서브 시스템의 부분들을 유지하도록 구성된 조립 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
34. 제 32 항목에 있어서, 배터리 및/또는 전원공급 장치는 하우징 상에 장착되고, 장치는 배터리로부터 인쇄 회로 기판으로 전력을 전달하기 위한 제 1 슬립 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
35. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 회전 가능한 인쇄 회로 기판으로/d으로부터 전기 신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 추가 슬립 링(들)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
36. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 이 장치는 360 ° 또는 540 ° 또는 720 °와 같은 사전 정의된 각도 이상으로 안테나의 회전이 방지되도록 배열된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
37. 제 36 항목에 있어서, 소정의 각도에 도달 할 때, 안테나는 360 °, 또는 사전 정의된 각도에 대응하는 값으로 뒤로 회전되는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
38. 제 36-37 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 사전 정의된 각도와 관련된 위치는 마이크로 컨트롤러에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
39. 제 36-38 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 회전 가능한 인쇄 회로 기판으로/으로부터의 전기 신호 및/또는 전력 전달은 바람직하게는 케이블이 사전 정의된 각도에 대응하는 회전을 견딜 수 있도록 하는 케이블의 가요 성 배열에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
40. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 로컬 통신 요소는 무선 통신 요소인 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
41. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 인쇄 회로 기판 상에 장착되거나 인쇄 회로 기판에 견고하게 연결된 제 1 무선 구성 요소 및 하우징 또는 고정 요소 상에 장착된 제 2 무선 구성 요소를 더 포함하며, 두 무선 구성 요소는 무선 통신하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
42. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 이더넷 포트와 같은 네트워크 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
43. 제 42 항목에 있어서, 네트워크 포트는 데이터 및 전력 모두를 무선 핫스팟 장치로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
44. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 네트워크 포트에 연결된 태양 전지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
45. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 전기 모터의 제 1 부분은 인쇄 회로 기판 상에 장착된 프레임인 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
46. 제 45 항목에 있어서, 프레임은 10-50 mm 또는 30-50 mm이고 폭은 10-50 mm 또는 30-50 mm의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
47. 제 45-46 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 전기 모터의 제 2 부분은 프레임 내부의 링이고, 이 링은 프레임에 대해 회전 가능한 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
48. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 제 2 부분은 인쇄 회로 기판에 실질적으로 평행 한 판에 견고하게 연결되고, 이 판은 하우징에 고정된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
49. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 전기 모터는 처리 유닛에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
50. 제 49 항목에 있어서, 프로세싱 유닛은 마이크로프로세서인 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
51. 제 49 항목에 있어서, 전기 모터는 인쇄 회로 기판의 제 2 면, 예컨대 하면 또는 후면에 장착된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
52. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 나침반은 수평면에서의 지향성 안테나의 방향에 대응하는 기준 방위각을 제공하도록 배열된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
53. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 2 차 나침반, 선택적으로 3 차 나침반을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
54. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 지리적 위치 확인 장치는 지향성 안테나의 로컬 위치를 제공하도록 배열된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
55. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 마이크로프로세서는 지향성 안테나를 회전시켜 그것이 고정 송수신기 중 하나를 포인팅하도록 전기 모터를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
56. 제 55 항목에 있어서, 고정 송수신기는 장치가 캠프 온하는 셀과 관련된 고정 송수신기에 대응하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
57. 제 55-56 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 지향성 안테나가 포인팅하도록 구성된 고정 송수신기는 장치가 캠프 온하는 셀로부터의 정보에 기초하여 다이내믹하게 업데이트되는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
58. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 내비게이션 참조 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
59. 제 58 항목에 있어서, 안테나 방향의 급격한 변화를 보상 및/또는 취급함에 있어서 나침반을 보조하기 위한 자이로(gyro)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
60. 제 58-59 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 장치의 롤 및/또는 피치를 측정하고 및/또는 장치가 수평 위치에 있지 않은 것을 보상하기 위한 가속도계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
61. 제 58-60 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 네비게이션 참조 유닛은 나침반, 지리적 위치 확인 장치, 자이로 및 가속도계로부터의 데이터를 칼만 필터링하여 지향성 안테나의 보다 정확한 방향을 얻도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
62. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 장치를 수평 위치로 유지하기 위한 짐벌을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
63. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 로컬 통신 요소를 Wi-Fi 안테나와 같은 외부 안테나에 연결하기 위한 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
64. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 하우징은 15cm의 최대 높이, 12cm의 최대 높이, 10cm의 최대 높이, 또는 5cm의 최대 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
65. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 하우징은 원통형 또는 테이퍼형 원통 형상과 같은 실질적으로 원형의 수평 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
66. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 하우징은 하우징의 바닥면을 따라 테이퍼형 홈을 가지며, 이 테이퍼형 홈은 장치를 벽, 천장 또는 막대상의 마운팅에 부착하도록 구성된 상향 연장된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
67. 상기 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 안테나는 인쇄 회로 기판의 전면에 장착되고, 나침반, 지리적 위치 확인 장치, 전기 모터, 무선 모뎀, 로컬 통신 요소 및 마이크로프로세서는 인쇄 회로 기판의 후면에 장착된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 핫스팟 장치.
68. 복수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동 포인팅하는 방법에 있어서, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되고, 이 방법은:
a) 무선 통신 장치와 연관된 셀, 바람직하게는 무선 통신 장치가 캠프 온하는 셀의 셀 ID를 식별하는 단계;
b) 셀 ID와 연관된 고정 송수신기에 대한 위치 데이터를 획득 또는 추출하는 단계;
c) 수평면에서 지향성 안테나의 방향에 대응하는 기준 방위각을 획득하는 단계;
d) 지향성 안테나의 로컬 위치를 획득하는 단계;
e) 고정 송수신기에 대한 위치 데이터 및 지향성 안테나의 로컬 위치에 기초하여, 지향성 안테나 및 고정 송수신기 간의 포인팅 방위각을 계산하는 단계;
f) 기준 방위각과 포인팅 방위각 간의 방위 회전각을 계산하는 단계;
g) 계산된 방위 회전각에 기초하여 지향성 안테나를 고정 송수신기를 향하도록 회전시키는 단계;
h) 연속적으로 또는 간격을 두고 a-g 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동 포인팅하는 방법.
69. 제 68 항목에 있어서, 무선 통신 장치는 재선택 프로세스에서 모바일 네트워크의 새로운 셀을 캠프 온하도록 업데이트되고, 셀 ID, 해당 고정 송수신기의 위치 데이터, 포인팅 방위각 및 방위 회전각은 새로운 셀 및 새로운 셀의 고정 송수신기쪽으로 회전된 지향성 안테나에 기초하여 업데이트되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동 포인팅하는 방법.
70. 제 68 항목에 있어서, 재선택 프로세스는 고정 송수신기의 위치 및 지향성 안테나의 로컬 위치에 관한 정보에 기초하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동 포인팅하는 방법.
71. 복수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동 포인팅하기 위한 초기화 시퀀스로서, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되고, 이 방법은:
a) 무선 통신 장치와 연관된 셀, 바람직하게는 무선 통신 장치가 캠프 온하는 셀의 셀 ID를 식별하는 단계;
b) 셀 ID와 연관된 고정 송수신기에 대한 위치 데이터를 획득 또는 추출하는 단계;
c) 수평면 내의 지향성 안테나의 방향에 대응하는 기준 방위각을 획득하는 단계;
d) 지향성 안테나의 로컬 위치를 획득하는 단계;
e) 고정 송수신기에 대한 위치 데이터 및 지향성 안테나의 로컬 위치에 기초하여, 지향성 안테나와 고정 송수신기 간의 포인팅 방위각을 계산하는 단계;
f) 기준 방위각과 포인팅 방위각 간의 방위 회전각을 계산하는 단계;
g) 계산된 방위 회전각에 기초하여 지향성 안테나를 고정 송수신기를 향해 회전시키는 단계를 포함한다.
72. 제 68-71 항목 중 어느 한 항목에 따른 방법을 수행하도록 구성된 제 1-67 항목 중 어느 한 항목에 따른 지향성 무선 핫스팟 장치.

Claims (20)

  1. 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치로서, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되며, 이 장치는:
    - 인쇄 회로 기판(PCB);
    - 지향성 안테나;
    - 자력계와 같은 나침반;
    - GPS 수신기와 같은 지리적 위치 확인 장치;
    - 상기 지향성 안테나에 실질적으로 수직인 축을 중심으로 상기 인쇄 회로 기판을 회전시키기 위한, 실질적으로 편평한 압전 모터와 같은 전기 모터;
    - 3G/4G/LTE/5G 모뎀과 같은 무선 모뎀 또는 외부 무선 모뎀을 수용하도록 배열된 소켓과 같은 수용 요소;
    - 로컬 장치와의 통신을 위한 Wi-Fi 회로와 같은 로컬 통신 요소;
    - o 상기 나침반 및 상기 지리적 위치 확인 장치로부터의 방향 및 위치 데이터;
    o 상기 고정 송수신기의 위치 데이터를 기초로 하여,
    상기 지향성 안테나가 상기 고정 송수신기 중 하나를 포인팅하도록 하기 위한 방위 회전각(azimuthal rotation angle)을 계산하도록 구성된 마이크로프로세서; 및
    - 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나, 상기 나침반, 상기 전기 모터 및 상기 무선 모뎀은 상기 인쇄 회로 기판 상에 장착되고, 상기 전기 모터는 상기 인쇄 회로 기판에 견고하게 연결된 제 1 모터 부분 및 상기 하우징에 견고하게 연결된 제 2 모터 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 하우징은 서로에 대해 회전 가능한 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판, 상기 안테나, 상기 나침반, 상기 지리적 위치 확인 장치, 상기 전기 모터, 상기 무선 모뎀, 상기 로컬 통신 요소 및 상기 마이크로프로세서는 PCB 서브 시스템을 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 모터 부분은 회전 가능하게 연결되어 상기 PCB 서브 시스템이 상기 하우징과 관련하여 회전 가능한 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지향성 안테나는 바람직하게는 양면이 금속화된 유전체 플레이트로 만들어진 비발디 안테나(Vivaldi antenna)인 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지향성 안테나는 상기 인쇄 회로 기판의 상면 또는 전면과 같은 제 1 면에 장착되는 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 비발디 안테나는 테이퍼형 슬롯을 갖는 하나의 금속 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 비발디 안테나 및 인쇄 회로 기판은 상기 인쇄 회로 기판 및 안테나의 중심에 일치하는 구멍을 가지며, 로드는 상기 제 2 모터 부분과 상기 하우징을 견고하게 연결하며, 상기 로드는 상기 구멍을 통해 연장된 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 배터리 및/또는 전원공급 장치를 더 포함하고, 상기 배터리는 상기 인쇄 회로 기판 상에 장착되고 및/또는 상기 배터리는 상기 PCB 서브 시스템의 일부이며, 바람직하게는 상기 PCB 서브 시스템은 상기 PCB 서브 시스템의 부분들을 유지하도록 구성된 조립 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 360 ° 또는 540 ° 또는 720 °와 같은 사전 정의된 각도 이상으로의 상기 안테나의 회전이 방지되도록 배열된 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 사전 정의된 각도에 도달 할 때, 상기 안테나는 360 °, 또는 상기 사전 정의된 각도에 대응하는 값으로 후방으로 회전되는 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 회전 가능한 인쇄 회로 기판으로/으로부터의 전기 신호 및/또는 전력 전달은, 바람직하게는 케이블이 상기 사전 정의된 각도에 대응하는 회전을 견딜 수 있도록, 케이블의 가요성 배열(flexible arrangement)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지리적 위치 확인 장치는 상기 지향성 안테나의 로컬 위치를 제공하도록 배열된 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 상기 지향성 안테나가 상기 고정 송수신기 중 하나를 포인팅하도록 상기 지향성 안테나를 회전시키도록 전기 모터를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 고정 송수신기는 상기 장치가 캠핑 온하는 셀과 관련된 고정 송수신기에 대응하는 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 지향성 안테나가 포인팅하도록 구성된 상기 고정 송수신기는 상기 장치가 캠프 온하는 셀로부터의 정보를 기초로 하여 다이내믹하게 업데이트되는 것을 특징으로 하는 다수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서의 통신을 위한 지향성 무선 핫스팟 장치.
  17. 복수의 분산된 셀을 갖는 이동 네트워크 내에서 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동 포인팅하는 방법으로서, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되며, 이 방법은:
    a) 상기 무선 통신 장치와 연관된 셀, 바람직하게는 상기 무선 통신 장치가 캠프 온하는 셀의 셀 ID를 식별하는 단계;
    b) 상기 셀 ID와 연관된 고정 송수신기에 대한 위치 데이터를 획득 또는 추출하는 단계;
    c) 수평면에서의 상기 지향성 안테나의 방향에 대응하는 기준 방위각을 획득하는 단계;
    d) 상기 지향성 안테나의 로컬 위치를 획득하는 단계;
    e) 상기 고정 송수신기에 대한 위치 데이터 및 상기 지향성 안테나의 로컬 위치에 기초하여, 상기 지향성 안테나 및 상기 고정 송수신기 간의 포인팅 방위각을 계산하는 단계;
    f) 상기 기준 방위각과 상기 포인팅 방위각 간의 방위 회전각을 계산하는 단계;
    g) 계산된 방위 회전각에 기초하여 상기 지향성 안테나를 상기 고정 송수신기를 향하도록 회전시키는 단계;
    h) 연속적으로 또는 간격을 두고 a-g 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 분산된 셀을 갖는 이동 네트워크 내에서 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동 포인팅하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 무선 통신 장치는 재선택 프로세스에서 상기 모바일 네트워크의 새로운 셀을 캠핑 온하도록 업데이트되고, 상기 셀 ID, 대응 고정 송수신기의 위치 데이터, 포인팅 방위각 및 방위 회전각은 상기 새로운 셀에 기초하여 업데이트되고, 그리고 상기 지향성 안테나는 상기 새로운 셀의 고정 송수신기 쪽으로 회전되는 것을 특징으로 하는 복수의 분산된 셀을 갖는 이동 네트워크 내에서 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동 포인팅하는 방법.
  19. 복수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동으로 포인팅하기 위한 초기화 시퀀스로서, 각각의 셀은 적어도 하나의 고정 송수신기에 의해 커버되며, 상기 방법은:
    a. 상기 무선 통신 장치와 연관된 셀, 바람직하게는 상기 무선 통신 장치가 캠프 온하는 셀의 셀 ID를 식별하는 단계;
    b. 상기 셀 ID와 연관된 고정 송수신기에 대한 위치 데이터를 획득 또는 추출하는 단계;
    c. 수평면 내의 상기 지향성 안테나의 방향에 대응하는 기준 방위각을 획득하는 단계;
    d. 상기 지향성 안테나의 로컬 위치를 획득하는 단계;
    e. 상기 고정 송수신기에 대한 위치 데이터 및 상기 지향성 안테나의 로컬 위치에 기초하여, 상기 지향성 안테나와 상기 고정 송수신기 간의 포인팅 방위각을 계산하는 단계;
    f. 상기 기준 방위각과 상기 포인팅 방위각 간의 방위 회전각을 계산하는 단계;
    g. 계산된 방위 회전각에 기초하여 상기 지향성 안테나를 상기 고정 송수신기를 향해 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 분산된 셀을 갖는 모바일 네트워크에서 무선 통신 장치의 지향성 안테나를 고정 송수신기로 자동으로 포인팅하기 위한 초기화 시퀀스.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 제 1 항 내지 제 16항에 따른 지향성 무선 핫스팟 장치.
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