TWI619306B - Beam mobile system for coordinating single base station antenna by mobile handheld device and method thereof - Google Patents

Abstract

一種移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法，其中該移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統係包含一基地台單元、一設置於該基地台單元上的智慧型天線單元、一相位控制單元、一乙太網路轉串列裝置單元、一移動手持裝置，其中該移動手持裝置係安裝有一波束移動相位軟體，輸出一波束移動相位指令的網路訊號，並透過乙太網路傳輸至該乙太網路轉串列裝置單元，而該乙太網路轉串列裝置單元能夠再將該波束移動相位指令轉換為該相位控制單元能夠接收之控制訊號，以由該相位控制單元進行控制該智慧型天線單元之波束移動相位。

Description

移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法

本發明係關於一種移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法，特別是指一種能夠控制智慧型天線單元之波束移動相位的波束移動系統及其方法。

隨著無線通訊需求的快速發展，無線通訊技術對於速率、容量、與品質的要求均越來越高，因此頻譜成為日益重要的資源，如何高效率的使用頻譜，成為一重要的課題；基此考量，智慧型天線即為提升頻譜使用率、系統容量與通訊品質的有效方法。

智慧型天線之天線端是以多個單元組成的陣列天線，相較於以往使用之全向性天線(Omni-directional Antenna)，容易受到雜訊干擾，限制了傳輸上的容量，陣列天線提高指向性，且智慧型天線可經由後端電路改變場型，達到掃描的功能藉以產生空間分集的效果，以提高系統涵蓋範圍、減低雜訊干擾、增加系統容量及通訊品質。

另外無線通信系統中，以無線基地台來講，無線通信電路的信號傳輸效能會受到所處環境的通道效應(channel effect)所影響，也常會因天線的擺放方向和位置的影響而降低。一般目前的做法是將基站天線使用手動或機械式調整來達到盡量將主波束指向使用者，但如此做法仍是非常不明確的，是否能 夠真的提高無線基地台之提升接收效能，是非常有疑慮的。

故針對上述情況，若能夠搭配手持裝置與應用數位式的程式控制相位切換，以使天線之主波束可以自主指向手持裝置之位置，以提升無線基地台的接收效能，如此應為一最佳解決方案。

本發明即在於提供一種移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法，係為一種能夠控制智慧型天線單元之波束移動相位的波束移動系統及其方法。

可達成上述移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統，係包含：一基地台單元；一智慧型天線單元，係設置於該基地台單元上，用以發送/接收無線射頻訊號，而該智慧型天線單元能夠輻射出所需之場型、以改變其波束移動相位；一相位控制單元，係與該智慧型天線單元及該基地台單元電性連接，包含有一微處理器，用以運算該智慧型天線單元之波束移動相位；一相移模組，係能夠依據該微處理器運算之結果，進行控制該智慧型天線單元之波束移動相位；一乙太網路轉串列裝置單元，係與該基地台單元及該相位控制單元電性連接，該乙太網路轉串列裝置單元能夠接收由一乙太網路所傳輸之網路訊號，並將其轉換為該相位控制單元能夠接收之控制訊號；以及一移動手持裝置，係安裝有一波束移動相位軟體，該波束移動相位軟體能夠輸出一波束移動相位指令，並藉由該移動手持裝置透過乙太網路傳輸至該乙太網路轉串列裝置單元，而該乙太網路轉串列裝置單元能夠再將該波束移動相位指令轉換為該相位控制單元能夠接收之控制訊號，以由該相位控制單元進行控制該智慧型天線單元之波束移動相 位。

更具體的說，所述基地台單元係為一無線網路基地台單元。

更具體的說，所述智慧型天線單元係為指向性天線或是陣列天線。

更具體的說，所述相移模組能夠輸出一電壓控制訊號進行控制該智慧型天線單元之波束移動相位。

更具體的說，所述智慧型天線單元更能夠依據可移動角度範圍定義出複數個對應不同波束移動相位之代碼，於該波束移動相位軟體上輸入其中一個代碼後，則輸出該波束移動相位指令使該智慧型天線單元朝向所指定的波束移動相位。

一種移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動方法，其步驟為：(1)開啟一移動手持裝置之波束移動相位軟體，並使該波束移動相位軟體與一基地台單元建立TCP連線；(2)使用該波束移動相位軟體進行掃瞄該基地台單元上之智慧型天線單元對該移動手持裝置之波束強度；以及(3)之後，再藉由該波束移動相位軟體透過一乙太網路輸出一波束移動相位指令，並經由轉換為一能夠控制該智慧型天線單元之波束移動相位的控制訊號，以使該智慧型天線單元能夠移動朝向該波束移動相位指令所指定之方向。

更具體的說，所述基地台單元係為一無線網路基地台單元。

更具體的說，所述於該波束移動相位軟體中輸入該基地台單元的IP位址及該基地台單元之區域網路下的PORT值，並進行登入以確定與該基地台單元建立TCP連線。

更具體的說，所述能夠依據該智慧型天線單元的可移動角度範圍定義出複數個不同的波束移動相位，並藉由該波束移動相位指令使該智慧型天線單元朝向所指定的波束移動相位。

1‧‧‧基地台單元

2‧‧‧智慧型天線單元

21‧‧‧單一天線模組

3‧‧‧相位控制單元

31‧‧‧微處理器

32‧‧‧相移模組

4‧‧‧乙太網路轉串列裝置單元

5‧‧‧移動手持裝置

51‧‧‧波束移動相位軟體

6‧‧‧乙太網路

7‧‧‧使用者

[第1圖]係本發明移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法之系統架構示意圖。

[第2圖]係本發明移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法之步驟流程示意圖。

[第3A圖]係本發明移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法之波束移動操作實施示意圖。

[第3B圖]係本發明移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法之波束移動操作實施示意圖。

[第3C圖]係本發明移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法之波束移動操作實施示意圖。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱第1圖，為本發明移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法之系統架構示意圖，由圖中可知，該移動手持裝置協調單一基站 天線之波束移動系統係包含一基地台單元1、一具有單一天線模組21之智慧型天線單元2、一相位控制單元3、一乙太網路轉串列裝置單元4、一移動手持裝置5，本實施例中，該基地台單元1係為無線網路基地台單元，而該智慧型天線單元2則是安裝設置於該基地台單元1上，用以發送/接收無線射頻訊號，而該智慧型天線單元2能夠輻射出所需之場型、以改變其波束移動相位； 而本實施例中，該相位控制單元3係介接於該基地台單元1及該智慧型天線單元2之間，而該相位控制單元3係包含有一微處理器31及一相移模組32，其中該微處理器31是用以運算該智慧型天線單元2之波束移動相位，而能夠達到有效地變動場型之運算方法有很多，本實施例是使用粒子群演算法、差分演算法、動態差異演算法、類電磁演算法做為運算，但其他能達到相同目的之運算法，亦屬於本發明所保護之範圍。

而該乙太網路轉串列裝置單元4是用以讓網路訊號來控制相位控制電路之中繼設備，本實施例中，該乙太網路轉串列裝置單元4是使用MOXA公司型號「nport5150」之產品，為了使該乙太網路轉串列裝置單元4能夠接收由一乙太網路6所傳輸之網路訊號，因此必須將「nport5150」接在基地台單元1之LAN端，因此其變成該基地台單元1所架構出的區網一部分，外網是看不到「nport5150」，所以要對其下指令，必須先連上該基地台單元1之WAN端，然後幫「nport5150」開一個埠口(port)。

而上述所使用的「nport5150」僅是其中一種實施用設備，任何能夠讓網路訊號來控制相位控制電路之中繼設備，皆能夠視為該乙太網路轉串列裝置單元4來使用。

而本發明之波束移動方法之步驟流程，如第2圖所示，其步驟為： (1)開啟一移動手持裝置之波束移動相位軟體，並使該波束移動相位軟體與一基地台單元建立TCP連線21；(2)使用該波束移動相位軟體進行掃瞄該基地台單元上之智慧型天線單元對該移動手持裝置之波束強度22；以及(3)之後，再藉由該波束移動相位軟體透過一乙太網路輸出一波束移動相位指令，並經由轉換為一能夠控制該智慧型天線單元之波束移動相位的控制訊號，以使該智慧型天線單元能夠移動朝向該波束移動相位指令所指定之方向23。

而本發明之移動手持裝置5係安裝有一波束移動相位軟體51，該波束移動相位軟體51能夠輸出一波束移動相位指令，並藉由該移動手持裝置5透過乙太網路6傳輸至該乙太網路轉串列裝置單元4，而該乙太網路轉串列裝置單元4能夠再將該波束移動相位指令轉換為該相位控制單元3能夠接收之控制訊號，以由該相位控制單元3進行控制該智慧型天線單元2之波束移動相位。

而波束移動之應用如第3A~3C圖所示，該波束移動相位軟體51係為一APP軟體(本實施例中將APP軟體命名為波束移動平台)，當使用者7要使用前，如第3A圖所示，則必須先輸入該基地台單元1的IP位址(140.138.178.173)、該基地台單元1之區域網路下的端口值(48569)，輸入完成後，則按壓「登入」，則如第3B圖所示，則顯示「登入成功！已建立TCP連線」，以告知使用者7該移動手持裝置5已與該基地台單元1建立TCP連線； 之後，如第3B圖所示，則會顯示「請點擊「掃描」以進行全域性掃描」，因此當使用者7點擊「掃描」後，則會如第3C圖所示，會顯示「掃描完成！共具有25個波束移動相位」，由於該智慧型天線單元2能夠預先設定其波束 移動相位的程度，於本實施例中則是將波束可移動相位範圍設定於+60度與-60度間規劃25個波束，每5度一個波束，因此+60度之波束代號為1，-60度波束代號為25，因此+15度波束代號為「10」，-15度波束代號為「16」，0度波束代號為「13」，由於該移動手持裝置5是正對於0度波束的方向，故當使用者7輸入「13」、並按壓「傳送」後，波束則會朝向0度方位打，故如此狀況下，該移動手持裝置5所接收到的訊號強度是最強。

本發明所提供之移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統及其方法，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：

1.本發明是用以以控制智慧型天線單元之波束移動相位，來使天線之主波束可以自主指向手持裝置之位置，以提升無線基地台的接收效能。

2.本發明主要是應用手機的內建偵測器以程式控制的方式，將其利用網際網路的方式與發射訊號的無線訊號發射器連結，以達到提升通訊效能的成果。

本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

Claims (7)

1. 一種移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統，係包含：一基地台單元；一智慧型天線單元，係設置於該基地台單元上，用以發送/接收無線射頻訊號，而該智慧型天線單元能夠輻射出所需之場型、以改變其波束移動相位；一相位控制單元，係與該智慧型天線單元及該基地台單元電性連接，包含有：一微處理器，用以運算該智慧型天線單元之波束移動相位；一相移模組，係能夠依據該微處理器運算之結果，進行控制該智慧型天線單元之波束移動相位；一乙太網路轉串列裝置單元，係與該基地台單元及該相位控制單元電性連接，該乙太網路轉串列裝置單元能夠接收由一乙太網路所傳輸之網路訊號，並將其轉換為該相位控制單元能夠接收之控制訊號；以及一移動手持裝置，係安裝有一波束移動相位軟體，其中能夠使用該波束移動相位軟體進行掃瞄該基地台單元上之智慧型天線單元對該移動手持裝置之波束強度，而該波束移動相位軟體能夠輸出一波束移動相位指令，並藉由該移動手持裝置透過乙太網路傳輸至該乙太網路轉串列裝置單元，而該乙太網路轉串列裝置單元能夠再將該波束移動相位指令轉換為該相位控制單元能夠接收之控制訊號，以由該相位控制單元進行控制該智慧型天線單元之波束移動相位；其中該智慧型天線單元更能夠依據可移動角度範圍定義出複數個對應不同波束移動相位之代碼，於該波束移動相位軟體上輸入其中一個代碼後，則輸出該波束移動相位指令使該智慧型天線單元朝向所指定的波束移動相位。
2. 如請求項1所述之移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系 統，其中該基地台單元係為一無線網路基地台單元。
3. 如請求項1所述之移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統，其中該智慧型天線單元係為指向性天線或是陣列天線。
4. 如請求項1所述之移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動系統，其中該相移模組能夠輸出一電壓控制訊號進行控制該智慧型天線單元之波束移動相位。
5. 一種移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動方法，其步驟為：開啟一移動手持裝置之波束移動相位軟體，並使該波束移動相位軟體與一基地台單元建立TCP連線；使用該波束移動相位軟體進行掃瞄該基地台單元上之智慧型天線單元對該移動手持裝置之波束強度；以及之後，再藉由該波束移動相位軟體透過一乙太網路輸出一波束移動相位指令，並經由轉換為一能夠控制該智慧型天線單元之波束移動相位的控制訊號，以使該智慧型天線單元能夠移動朝向該波束移動相位指令所指定之方向，另外更能夠依據該智慧型天線單元的可移動角度範圍定義出複數個不同的波束移動相位，並藉由該波束移動相位指令使該智慧型天線單元朝向所指定的波束移動相位。
6. 如請求項5所述之移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動方法，其中該基地台單元係為一無線網路基地台單元。
7. 如請求項6所述之移動手持裝置協調單一基站天線之波束移動方法，其中於該波束移動相位軟體中輸入該基地台單元的IP位址及該基地台單元之區域網路下的PORT值，並進行登入以確定與該基地台單元建立TCP連線。