本发明专利技术公开了一种多波束选择智能天线通信装置及其通信方法。该装置通过天线阵列的天线阵元组合，组成不同的无线波束对连接的工作站进行扫描，找到信号最强的路径，产生定向波束与之连接，确保终端与AP之间是最短路径。该装置包括：工作站监测单元，其用于实时检测连接的工作站，记录下工作站的MAC地址；波速扫描算法单元，其用于在360度的空间范围，用定向波束扫描，找到RSSI最佳的波束；底层通信单元，其用于发送命令控制流到一个天线控制系统的FPGA逻辑控制模块，通过FPGA逻辑控制模块控制电气开关和电容管来调节天线阵列组成的特定波形。本发明专利技术还公开该装置的通信方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无线通讯
的一种多波束选择智能天线通信装置及其通信方法，尤其涉及一种多波束选择智能多波束选择智能天线通信装置及其通信方法。
技术介绍
随着WIFI技术的不断发展和完善，WIFI已经成为人们日常生活不可或缺的通信手段，也成为政府和企业青睐的极其方便的通信技术。尤其是在新一轮的智慧城市建设热潮中，WIFI技术必将大放异彩。然而，在WIFI商用的过程中出现了诸多问题，这些问题很多已经严重影响到终端用户的用户体验。1.系统容量问题很多用户都深有体会，在医院、咖啡厅、展厅或者商场等人口密集的区域，明明有免费的WIFI信号而且信号强度很强，能连接上，但就是无法上网。这是因为WIFI标准协议是冲突检测/冲突避免的策略，连接终端达到32个以上后，用户上网的请求增多，竞争带宽很严重，造成大家都无法通信。就像高速路是3车道，但是上高速的却有10条车流，拥塞造成车流缓慢，甚至停滞而根本没办法流通。2.干扰问题例如在大的会议室安装无线AP(无线访问接入点(Wireless Access Point))是一个很头痛的问题。如会议室容量100-200人，要满足100-200人同时上网，需要在会议室安装多个AP，则由于会议室空间有限，多个AP之间的无线电磁波相互干扰非常严重，会导致用户连接AP的体验明显下降。3.AP覆盖范围不足问题大部分的AP采用的是全向天线设计，会造成电磁波能量发散，为了增大覆盖范围，只能简单的增大AP的无线发射功率，大的发射功率，在射频参数设计和调节上，难度系数加大，做不好，反而会造成接收灵敏度下降。4.WIFI定位问题全向天线在接收终端过来的数据包时，无法判断方向，只能判断以AP为中心，距离多少米半径的范围。
技术实现思路
为了解决上述至少一个技术问题，本专利技术提出了一种多波束选择智能天线通信装置及其通信方法。本专利技术的解决方案是：一种多波束选择智能天线通信装置，通过天线阵列的天线阵元组合，组成不同的无线波束对连接的工作站进行扫描，找到信号最强的路径，产生定向波束与之连接，确保终端与AP之间是最短路径；该多波束选择智能天线通信装置包括：工作站监测单元，其用于实时检测连接的工作站，记录下工作站的MAC地址；波速扫描算法单元，其用于在360度的空间范围，用定向波束扫描，找到RSSI最佳的波束；底层通信单元，其用于发送命令控制流到一个天线控制系统的FPGA逻辑控制模块，通过FPGA逻辑控制模块控制电气开关和电容管来调节天线阵列组成的特定波形。作为上述方案的进一步改进，该底层通信单元包括：全局函数添加子单元，其用于添加对FPGA逻辑控制模块的GPIO管脚操作的全局函数，提供给智能天线阵列驱动使用；控制函数编写子单元，其用于编写FPGA逻辑控制模块的DATA_PIN和CLK_PIN两个管脚的控制函数；接口函数编写子单元，其用于根据FPGA逻辑控制模块的串行通信协议，编写发送控制命令bits流的接口函数，该函数通过调用上述的DATA-PIN和CLK_PIN的管脚控制函数实现。作为上述方案的进一步改进，该工作站监测单元包括：更新子单元，其用于在AP启动进入工作状态后，随时都有工作站接入或离开，从而对工作站的
变化实时更新状态和MAC地址列表；代码设计子单元，其用于在MAC地址列表的更新算法；两个结构变量子单元，一个用于记录和获取新MAC地址，另一个用于记录每个工作站对应的最大RSSI值和波束序号。进一步地，该代码设计子单元采用冒泡算法，新旧两张表对比，将新MAC插入旧表，整合成新表。作为上述方案的进一步改进，该波速扫描算法单元包括：波束扫描子单元，其用于先将整个空间分成多个等分域，做波束扫描；左右倾角变化子单元，其用于将左右两个信号强度与一个基准的值进行比较，如果值一样，停止继续扫描；如果比基准值小，缩小角度继续扫描；如果比基准值大，将最大那个做为新基准值，继续做左右倾角变化扫描。进一步地，当整个空间分成8等分域，每个域占45°；每两个相邻域之间，22.5°是临界点，扫描的左右倾角次序：加减11°，加减6°，加减3°，加减2°，加减1°。本专利技术还提供一种多波束选择智能天线通信方法，通过天线阵列的天线阵元组合，组成不同的无线波束对连接的工作站进行扫描，找到信号最强的路径，产生定向波束与之连接，确保终端与AP之间是最短路径；该多波束选择智能天线通信方法包括：实时检测连接的工作站，记录下工作站的MAC地址；在360度的空间范围，用定向波束扫描，找到RSSI最佳的波束；发送命令控制流到一个天线控制系统的FPGA逻辑控制模块，通过FPGA逻辑控制模块控制电气开关和电容管来调节天线阵列组成的特定波形。作为上述方案的进一步改进，该底层通信包括以下步骤：添加对FPGA逻辑控制模块的GPIO管脚操作的全局函数，提供给智能天线阵列驱动使用；编写FPGA逻辑控制模块的DATA_PIN和CLK_PIN两个管脚的控制函数；根据FPGA逻辑控制模块的串行通信协议，编写发送控制命令bits流的接口函数，该函数通过调用上述的DATA-PIN和CLK_PIN的管脚控制函数实现。作为上述方案的进一步改进，该工作站监测方法包括以下步骤：在AP启
动进入工作状态后，随时都有工作站接入或离开，从而对工作站的变化实时更新状态和MAC地址列表；在MAC地址列表的更新算法：采用冒泡算法，新旧两张表对比，将新MAC插入旧表，整合成新表；记录和获取新MAC地址，记录每个工作站对应的最大RSSI值和波束序号。作为上述方案的进一步改进，该波速扫描算法包括以下步骤：先将整个空间分成多个等分域，做波束扫描；做左右倾角变化子，将左右两个信号强度与一个基准的值进行比较，如果值一样，停止继续扫描；如果比基准值小，缩小角度继续扫描；如果比基准值大，将最大那个做为新基准值，继续做左右倾角变化扫描。本专利技术得到以下有益效果：1.全向空间扫描：天线阵列将全向360度空间分为8个小区域，通过开关控制可实现全空间内的扫描。2.采集客户端信号强度数据形成功率谱，判断终端用户的具体方位：通过天线阵列的定向波束全向空间扫描后，系统采集终端用户各个方向的信号强度数据形成功率谱，根据功率谱可判定终端用户的具体方位。3.可实时更新用户的具体方位：系统可实现广播模式和工作模式的周期性切换，广播模式下系统可快速的更新用户的最新方位信息。4.扩充整机系统容量：无线通信较多的采用信道竞争机制，在公共场所，终端用户比较多的时候，如果采用常规的全向天线势必造成大量用户竞争同一个信道，竞争窗口增大，导致信道堵塞。若采用切换式定向天线阵列，相比全向天线而言则可在某时段内减小天线覆盖角度，从而减小用户竞争激烈程度，减小竞争窗口，提高整机的系统容量。5.有利于提高天线增益，增加整机覆盖距离：由于切换式天线采用定向天线替代全向天线，定向天线比较容易做成高增益天线，天线增益提高可增加整机的覆盖距离。6.有利于减少整机之间的相互干扰：在有多个整机同时覆盖同一片区域的
情况下，若整机采用常规的全向天线，天线的最大增益同时指向覆盖区，必然导致整机之间的相互干扰增大。而采用定向波束切换式天线阵列，由于不同时刻天线的指向性不同，整机之间天线最大增益指向重叠的概率减小，整机之间的干扰减小本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多波束选择智能天线通信装置，其特征在于：通过天线阵列的天线阵元组合，组成不同的无线波束对连接的工作站进行扫描，找到信号最强的路径，产生定向波束与之连接，确保终端与AP之间是最短路径；该多波束选择智能天线通信装置包括：工作站监测单元，其用于实时检测连接的工作站，记录下工作站的MAC地址；波速扫描算法单元，其用于在360度的空间范围，用定向波束扫描，找到RSSI最佳的波束；底层通信单元，其用于发送命令控制流到一个天线控制系统的FPGA逻辑控制模块(11)，通过FPGA逻辑控制模块(11)控制电气开关和电容管来调节天线阵列组成的特定波形。
【技术特征摘要】
1.一种多波束选择智能天线通信装置，其特征在于：通过天线阵列的天线阵元组合，组成不同的无线波束对连接的工作站进行扫描，找到信号最强的路径，产生定向波束与之连接，确保终端与AP之间是最短路径；该多波束选择智能天线通信装置包括：工作站监测单元，其用于实时检测连接的工作站，记录下工作站的MAC地址；波速扫描算法单元，其用于在360度的空间范围，用定向波束扫描，找到RSSI最佳的波束；底层通信单元，其用于发送命令控制流到一个天线控制系统的FPGA逻辑控制模块(11)，通过FPGA逻辑控制模块(11)控制电气开关和电容管来调节天线阵列组成的特定波形。2.如权利要求1所述的多波束选择智能天线通信装置，其特征在于：该底层通信单元包括：全局函数添加子单元，其用于添加对FPGA逻辑控制模块(11)的GPIO管脚操作的全局函数，提供给智能天线阵列驱动使用；控制函数编写子单元，其用于编写FPGA逻辑控制模块(11)的DATA_PIN和CLK_PIN两个管脚的控制函数；接口函数编写子单元，其用于根据FPGA逻辑控制模块(11)的串行通信协议，编写发送控制命令bits流的接口函数，该函数通过调用上述的DATA-PIN和CLK_PIN的管脚控制函数实现。3.如权利要求1所述的多波束选择智能天线通信装置，其特征在于：该工作站监测单元包括：更新子单元，其用于在AP启动进入工作状态后，随时都有工作站接入或离开，从而对工作站的变化实时更新状态和MAC地址列表；代码设计子单元，其用于在MAC地址列表的更新算法；两个结构变量子单元，一个用于记录和获取新MAC地址，另一个用于记录每个工作站对应的最大RSSI值和波束序号。4.如权利要求3所述的多波束选择智能天线通信装置，其特征在于：该代码设计子单元采用冒泡算法，新旧两张表对比，将新MAC插入旧表，整合成新表。5.如权利要求1所述的多波束选择智能天线通信装置，其特征在于：该波速扫描算法单元包括：波束扫描子单元，其用于先将整个空间分成多个等分域，做波束扫描；左右倾角变化子单元，其用于将左右两个信号强度与一个基准的值进行比较，如果值一样，停止继续扫描；如果比基准值小，缩小角度继续扫描；如果比基准值大...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚定军，卢苇，傅强，
申请(专利权)人：深圳前海智讯中联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。