TWI816081B - 天線調整方法及通訊裝置 - Google Patents

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鄭明杰
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一種天線調整方法，適用於具有指向型天線的通訊裝置，包括：透過指向型天線於既定位置朝第一方向接收無線訊號源所輸出的無線訊號，並取得對應於第一方向的第一接收功率值，其中第一方向與指向型天線所對應的最小增益方向之間具有第一夾角；透過指向型天線於既定位置朝第二方向接收無線訊號源所輸出的無線訊號，並取得對應於第二方向的第二接收功率值，其中第一方向與第二方向具有第二夾角；根據第一接收功率值、第二接收功率值、指向型天線的最大增益值、第一夾角及第二夾角計算最佳接收角度；及根據最佳接收方位角調整指向型天線。

Description

天線調整方法及通訊裝置
本發明是關於一種天線調整方法及通訊裝置，尤其關於一種根據對應於不同角度的接收功率的變化計算最佳接收位置的天線調整方法及通訊裝置。
具有無線連網能力的通訊裝置已大量使用於日常生活中，然而當使用者於室內使用無線連網裝置時，若遇到訊號不良的狀況，使用者必須嘗試調整天線的接收角度以改善通信品質，但往往無法準確找出最適合的角度與方向。此外，目前用來偵測訊號強度的方式通常使用RSSI技術，然而使用RSSI技術必須花費較多的計算時間，教不適合一般使用者進行操作，因此如何以較簡單的方式指示使用者調整天線角度為目前所需解決的問題。
有鑑於此，需要一種可利用多個對應於不同接收角度的接收功率值來推算對應於無線訊號源的最佳接收角度的天線調整方法及通訊裝置。
本發明提供一種天線調整方法，適用於具有指向型天線的通訊裝置，所述方法包括：透過所述指向型天線於既定位置朝第一方向接收無線訊號源所輸出的無線訊號，並取得對應於所述第一方向的第一接收功率值，其中所述第一方向與所述指向型天線所對應的最小增益方向之間具有第一夾角；透過所述指向型天線於所述既定位置朝第二方向接收所述無線訊號源所輸出的所述無線訊號，並取得對應於所述第二方向的第二接收功率值，其中所述第一方向 與所述第二方向具有第二夾角；根據所述第一接收功率值、所述第二接收功率值、所述指向型天線的最大增益值、所述第一夾角及所述第二夾角計算最佳接收角度；及根據所述最佳接收方位角調整所述指向型天線。
本發明還提供一種通訊裝置，所述通訊裝置包括指向型天線及處理單元。所述指向型天線用以於既定位置分別朝第一方向及第二方向接收無線訊號源所輸出的無線訊號，其中所述第一方向與所述指向型天線所對應的最小增益方向之間具有第一夾角，及所述第一方向與所述第二方向具有第二夾角。所述處理單元用以取得對應於所述第一方向的第一接收功率值及對應於所述第二方向的第二接收功率值，並根據所述第一接收功率值、所述第二接收功率值、所述指向型天線的最大增益值、所述第一夾角及所述第二夾角計算最佳接收角度。
根據本發明一實施例，其中所述處理單元更透過快速傅立葉變換演算法取得所述第一接收功率值及所述第二接收功率值。
根據本發明另一實施例，其中所述通訊裝置更根據所述最佳接收角度、對應於所述既定位置的路徑損耗及所述第一接收功率值與所述第二接收功率值之一者計算所述通訊裝置與所述無線訊號源的距離。
根據本發明另一實施例，其中所述通訊裝置更根據以下路徑損耗方程式計算所述距離：L=20log 10 f+Nlog 10 d+p f (n)
其中，L為所述路徑損耗，f為傳輸頻率，N為路徑損耗常數，d為所述通訊裝置與所述無線訊號源的所述距離，及p f (n)為樓板穿透損耗因數。
以下結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
10:通訊系統
100:無線訊號源
200:通訊裝置
210:無線傳輸單元
211:指向型天線
220:處理單元
230:儲存單元
Grmax:指向型天線峰值最大增益
O:既定位置
Pr1、Pr2:接收功率值
S301~S305:步驟流程
θ1:第一方向與指向型天線最小增益方向的夾角
θ2:第一方向與第二方向的夾角
第1圖為根據本發明一實施例所述的行跡追蹤系統的方塊圖。
第2圖為根據本發明一實施例所述的通訊裝置200以不同方向接收無線訊號的示意圖。
第3圖為根據本發明一實施例所述的天線調整方法的流程圖。
有關本發明之裝置及方法適用之其他範圍將於接下來所提供的詳述中清楚易見。必須瞭解的是下列的詳述以及具體的實施例，當提出有關天線調整方法及通訊裝置的示範實施例時，僅作為描述的目的以及並非用以限制本發明的範圍。
第1圖為根據本發明一實施例所述的通信系統10的方塊圖。通信系統10至少包括一無線訊號源100及通訊裝置200。無線訊號源100與通訊裝置200用以透過射頻訊號進行無線訊號傳輸。通訊裝置200可為智慧手機、平板電腦、或筆記本等可連網裝置，且至少包括無線傳輸單元210、處理單元220及儲存單元230。無線傳輸單元210至少包括一指向型天線211，用以於既定位置朝至少兩個方向自無線訊號源100接收無線訊號，並輸出對應於每個接收方向的接收功率值。處理單元220用以自無線傳輸單元210取得接收功率值，根據接收功率值、兩個接收方向之間的夾角、指向型天線211的最大增益方向及最小增益方向等參數計算最佳接收角度及無線訊號源100與通訊裝置200值之間的距離。其中，處理單元220可為例如專用硬體電路或者通用硬體(例如，單一處理器、具平行處理能力的多處理器、圖形處理器或者其它具有運算能力的處理器)，且於執行程式碼或者軟體時，提供之後所描述的功能。儲存單元230可為硬碟、隨身碟等非揮發性儲存裝置，用以儲存對應於不同無線訊號源的最佳接收角度、執行前述計算所需的公式及相關參數等，以供處理單元220進行存取。此外，通訊裝置200更可包括顯示單元或聲音單元等(未顯示於第1圖中)，用以輸出對應於最佳接收角度的指示訊號，例如圖示或聲音的指引等。
第2圖為根據本發明一實施例所述的通訊裝置200以不同方向接收無線訊號的示意圖。於此一示例中，指向型天線211首先於既定位置O朝第一方向D1接收無線訊號源100所輸出的無線訊號，並取得對應於第一方向D1的第一接收功率值Pr1。其中，由於指向型天線211的最大增益方向與最小增益方向皆為已知，因此處理單元220可得知第一方向D1與指向型天線211所對應的最小增益方向之間的第一夾角θ1。接著，指向型天線211於既定位置自第一方向D1旋轉第二角度(即第二夾角θ2)至第二方向D2，再以第二方向D2接收 無線訊號源100的無線訊號，並取得對應於第二方向D2的第二接收功率值Pr2。其中，第一接收功率值Pr1及第二接收功率值Pr2可透過無線傳輸單元210中的晶片藉由快速傅立葉變換演算法取得。由於對應於第一方向D1的第一增益值Gr1及對應於第二方向D2的第二增益值Gr2可根據第一接收功率值Pr1、第二接收功率值Pr2、傳輸功率Pt、傳輸增益Gt及線路損耗L計算而得。又，在與無線訊號源100的距離不變的情況下，第一增益值Gr1與第二增益值Gr2的差值會等於第一接收功率值Pr1與第二接收功率值Pr2的差值。接著，在第二夾角θ2為已知的前提下，處理單元220更可根據第一方向D1、第二方向D2與最小增益方向的夾角及指向型天線211的最大增益值Grmax來分別求得第一增益值Gr1及第二增益值Gr2，藉此即可推算第一方向D1或第二方向D2與對應於最大增益方向的最佳接收方向的夾角。值得注意的是，第2圖中所示的第一夾角θ1及第二夾角θ2僅為本發明的示例，其角度大小及旋轉方向可因使用者需求自行定義，並不以本發明的示例為限。
舉例來說，根據公式(1)-(3)配合第2圖的內容，在與無線訊號源的距離位置與無線訊號源皆不變的情況下，第二增益值Gr2與第一增益值Gr1的差值等於第二接收功率值Pr2與第一接收功率值Pr1的差值。
Gr1=Pr1-Pt-Gt+L (1)
Gr2=Pr2-Pt-Gt+L (2)
Gr2-Gr1=Pr2-Pr1 (3)
又，根據公式(4)、(5)，第一增益值Gr1與第二增益值Gr2可根據接收方向與指向型天線211對應於最小增益方向的第一夾角θ1求得。因此透過公式(3)、(6)的計算方法，第二增益值Gr2與第一增益值Gr1的差值可透過兩種不同的方法計算而得，而在第二接收功率值Pr2與第一接收功率值Pr1的差值、旋轉角度(即第二角度θ2)、最大增益值Grmax皆為已知的情況下，處理單元220即可求得第一夾角θ1。最後，處理單元220可根據第一夾角θ1得知指向型天線211最大增益方向與第一方向D1的夾角(即最佳接收角度)。此外，處理單元220更可根據最佳接收角度透過顯示單元或聲音單元藉由圖示或聲音的指引來指示使用者將通訊裝置200轉到對應於無線訊號源的最佳接收角度。
Figure 110103722-A0305-02-0006-1
Figure 110103722-A0305-02-0007-2
Figure 110103722-A0305-02-0007-3
根據本發明另一實施例，處理單元220於求得第一方向D1與最小增益方向的第一夾角θ1後，更可透過公式(1)結合路徑損耗方程式(7)計算距離d。其中，L為路徑損耗、f為傳輸頻率、N為路徑損耗常數、d為所述通訊裝置與所述無線訊號源的所述距離及pf(n)為樓板穿透損耗因數。而由於第一增益值Gr1、第一接收功率Pr1、傳輸功率Pt、傳輸增益Gt、傳輸頻率f、路徑損耗常數N及樓板穿透損耗因數pf(n)皆可從產品資訊中取得，因此處理單元220即可根據上述參數及公式(1)、公式(7)推得距離d。值得注意的是，路徑損耗常數N會因通訊裝置200的位置及訊號的頻寬而有所不同。舉例來說，室內、室外、不同的頻寬皆分別對應至不同的路徑損耗常數值。
L=20log 10 f+Nlog 10 d+p f (n) (7)
第3圖為根據本發明一實施例所述的天線調整方法的流程圖。於步驟S301，指向型天線211於既定位置O朝第一方向D1接收無線訊號源100所輸出的無線訊號，並取得對應於第一方向D1的第一接收功率值Pr1。於步驟S302，指向型天線211於既定位置O自第一方向D1旋轉第二角度(即第二夾角θ2)以朝向第二方向D2。於步驟S303，指向型天線211接收無線訊號源100所輸出的無線訊號，並取得對應於第二方向D2的第二接收功率值Pr2。於步驟S304，處理單元220取得第一方向D1與指向型天線211對應於最小增益方向的第一夾角θ1，並根據第一接收功率值Pr1、第二接收功率值Pr2、指向型天線的最大增益值Grmax及第一夾角θ1計算最佳接收角度。於步驟S305，處理單元220根據最佳接收角度輸出指示以調整指向型天線211。
值得注意的是，儘管上述方法已在使用一系列步驟或方框之流程圖的基礎上描述，但本發明不局限於這些步驟的順序，並且一些步驟可不同於其餘步驟的順序執行或其餘步驟可同時進行。此外，本領域技術人員將可理解在流程圖中所示的步驟並非唯一的，其可包括流程圖的其它步驟，或者一或多個步驟可被刪除而不會影響本發明的範圍。
綜上所述，根據本發明一些實施例所提出的天線調整方法及通訊裝置，透過快速傅立葉變換演算法搭配指向型天線的特性，通訊裝置可在不需 要與其他無線裝置連接的前提下，藉由偵測對應於不同接收角度的接收功率來完成最佳接收角度的計算，並可透過顯示單元或聲音單元等來指示使用者，以提供使用者最佳的無線網路體驗。
值得注意的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
S301~S305:步驟流程

Claims (8)

  1. 一種天線調整方法，適用於具有指向型天線的通訊裝置，包括：透過所述指向型天線於既定位置朝第一方向接收無線訊號源所輸出的無線訊號，並取得對應於所述第一方向的第一接收功率值，其中所述第一方向與所述指向型天線所對應的最小增益方向之間具有第一夾角；透過所述指向型天線於所述既定位置朝第二方向接收所述無線訊號源所輸出的所述無線訊號，並取得對應於所述第二方向的第二接收功率值，其中所述第一方向與所述第二方向具有第二夾角，其中所述無線訊號源的位置維持固定；根據所述第一接收功率值、所述第二接收功率值、所述指向型天線的最大增益值、所述第一夾角及所述第二夾角計算最佳接收角度；其中，所述第一夾角根據以下公式進行計算：
    Figure 110103722-A0305-02-0009-4
     其中，θ1為所述第一夾角，θ2為第二夾角，Grmax為所述指向型天線的最大增益值，Pr1為所述第一接收功率值，Pr2為所述第二接收功率值；根據所述第一夾角得知所述指向型天線最大增益方向與所述第一方向的夾角，所述夾角為所述最佳接收角度；及根據所述最佳接收角度調整所述指向型天線。
  2. 如請求項1所述的天線調整方法，其中所述通訊裝置更透過快速傅立葉變換演算法取得所述第一接收功率值及所述第二接收功率值。
  3. 如請求項1所述的天線調整方法，其中所述通訊裝置更根據所述最佳接收角度、對應於所述既定位置的路徑損耗及所述第一接收功率值與所述第二接收功率值之一者計算所述通訊裝置與所述無線訊號源的距離。
  4. 如請求項3所述的天線調整方法，其中所述通訊裝置更根據以下路徑損耗方程式計算所述距離：L=20log 10 f+Nlog 10 d+p f (n)其中，L為所述路徑損耗，f為傳輸頻率，N為路徑損耗常數，d為所述通訊裝置與所述無線訊號源的所述距離，及pf(n)為樓板穿透損耗因數。
  5. 一種通訊裝置，包括：指向型天線，用以於既定位置分別朝第一方向及第二方向接收無線訊號源所輸出的無線訊號，其中所述第一方向與所述指向型天線所對應的最小增益方向之間具有第一夾角，及所述第一方向與所述第二方向具有第二夾角，其中所述無線訊號源的位置維持固定；及處理單元，用以取得對應於所述第一方向的第一接收功率值及對應於所述第二方向的第二接收功率值，並根據所述第一接收功率值、所述第二接收功率值、所述指向型天線的最大增益值、所述第一夾角及所述第二夾角計算最佳接收角度，其中所述處理單元還根據以下公式計算所述第一夾角：
    Figure 110103722-A0305-02-0010-5
     其中，θ1為所述第一夾角，θ2為第二夾角，Grmax為所述指向型天線的最大增益值，Pr1為所述第一接收功率值，Pr2為所述第二接收功率值；所述處理單元還根據所述第一夾角得知所述指向型天線最大增益方向所述第一方向的夾角，所述夾角為所述最佳接收角度。
  6. 如請求項5所述的通訊裝置，其中所述處理單元更透過快速傅立葉變換演算法取得所述第一接收功率值及所述第二接收功率值。
  7. 如請求項5所述的通訊裝置，其中所述通訊裝置更根據所述最佳接收角度、對應於所述既定位置的路徑損耗及所述第一接收功率值與所述第二接收功率值之一者計算所述通訊裝置與所述無線訊號源的距離。
  8. 如請求項7所述的通訊裝置，其中所述通訊裝置更根據以下路徑損耗方程式計算所述距離：L=20log 10 f+Nlog 10 d+p f (n)其中，L為所述路徑損耗，f為傳輸頻率，N為路徑損耗常數，d為所述通訊裝置與所述無線訊號源的所述距離，及pf(n)為樓板穿透損耗因數。
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