用于照准定向天线的设备、系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于照准定向天线的设备、系统和方法。所公开的是混合使用全向和定向天线以确保全向天线的最低性能同时产生以下可能性的设备、系统和方法，所述可能性为：定向天线将发现对准的最优方向并因此自己提高信号水平，所述信号水平超过全向天线将会提供的信号水平。这允许更高的信号水平，其会带来更可靠的通信和更高的数据吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
用于照准定向天线的设备、系统和方法交叉引用本申请主张2016年1月14日提交的、题为Devices，SystemsandMethodsforAimingDirectionalAntenna(用于照准(aim)定向天线的设备、系统和方法)的美国临时申请号62/278,684的利益，通过引用将该申请并入本文。
技术介绍
当前，移动设备、Wifi客户端和各种各样的其它无线电系统使用全向天线，即，非定向天线，由于设备不知道把定向天线对准哪个方向，以及使用对准错误方向的定向天线会导致比使用全向天线更低的信号水平(或者一般地更差的性能)。在不知道远程站点位置的情况下，默认的天线选择通常将会是全向天线或至少最低限度定向的天线(MDA)，诸如非定向天线(NDA)。然而，与高度定向天线相比，MDA的信号相对较弱，并且因而具有更低的质量。该较低质量信号可能具有若干缺陷，包括例如在基于数据质量采用多比特率的方案中限制了数据吞吐量。相反，高增益、高度定向天线在直接照准远程站点的情况下可以提供具有若干实际优势的强健、高质量的信号，所述优势包括最大化多比特率通信方案中的数据吞吐率以及最小化误传。在不知道远程站点位置的情况下，高增益定向天线的缺点变得最为显著，在除了其特定对准之外的每个方向中提供较差质量的信号。当前的天线对准方法或算法依赖于对通信链路的远端的位置以及本地天线的物理方向的先验知识，或者使用来自单个天线的绝对或相对信号强度测量结果。例如，802.11b通过在两个天线之间非常快速地切换来实现天线分集。当检测到传入消息时，接收机在两个天线之间切换，在消息前导码中的已知点处从每个天线取得信号强度测量结果。具有更高质量信号的天线是用于所述消息的其余部分的天线。在其中客户端使用高增益定向天线的无线电链路的固定或移动实现(诸如与固定的远程站点的通话的固定Wi-Fi客户端)将会得益于在没有远程无线电的位置的先验知识的情况下能够对准该天线。因此，所需要的是一种提供在没有用户干预的情况下自动对准定向天线、同时保持由非定向天线或最低限度的定向天线提供的最低的性能水平的系统。
技术实现思路
所公开的系统解决天线类型选择中的权衡以用于最大化无线通信系统中的信号质量和数据吞吐量。该方法和相关联的硬件允许一种简单的方法，其在没有用户干预且链路性能没有降低至低于由非定向天线提供的性能的情况下自动对准定向天线。该系统和方法在支持多个符号或比特率使得在较差链路上仍可以交换消息而是改进链路预算允许提高吞吐量的无线电系统中具有特定使用。通过自主控制定向天线并将相对信号质量与非定向天线的信号质量进行比较，可以实现选择提供最高质量信号并因此较好的天线系统性能的输出天线馈送的搜索和优化方案。在最坏的情况下，当在搜索模式中时，系统的输出将是非定向馈送。否则，所述方法将允许直接对准远程站点处的定向天线的更高质量信号。这允许更高的信号水平，其会带来更可靠的通信和更高的数据吞吐量。在一些配置中，使用了有两个不同定向性的两个天线，在其它配置中，将定向天线与非定向天线配对。本公开的一个方面指向一种可调通信设备。合适的设备包括：具有第一定向性的第一天线，其与具有未知位置的无线通信链路的远端通信；第二天线，具有以3dB或更多的阶数大于第一定向性的第二定向性，第二天线与所述无线通信链路的所述远端通信，其中第二天线可配置用于被操控以便照准朝向所述无线通信链路的所述远端；天线驱动器，被配置成控制第二更高定向性天线的方向；以及比较器算法，被配置成评估来自第一天线和第二天线中的每一个的接收信号质量，并比较来自第一天线和第二天线中的每一个的至少一个信号输入来生成反馈信号以指导所述天线驱动器操控第二天线朝向一方向，其中所述比较器算法确定来自第一天线的第一输入和来自第二天线的第二输入中的每一个的质量以识别第一输入和第二输入中的哪个具有更高的质量，并且此外其中，如果第一天线信号具有更高的质量，则选择第一天线信号并将线路馈送路由至在其处执行一组搜索和优化指令的输出，并且所述天线驱动器被调整为第二天线的方向，以及如果第二天线信号具有更高的质量，那么选择第二天线信号。在一些配置中，第二天线在无需使用移动零件(part)的情况下通过从所述天线驱动器接收的驱动器信号而是可电子操控的。附加地，第二天线可以通过响应于来自所述天线驱动器的驱动器信号致动一个或多个致动器而是可物理操控的。附加地，第一天线可以被配置成插入容纳第二天线的外壳中。在一些配置中，可以通过多个自由度操控第二天线。所述远程站点可以是Wi-Fi接入点或者蜂窝基站。依据本申请，可以通过1到3的自由度操控天线。例如，卫星可以使用3个自由度。本公开的附加方面指向一种可调通信设备，包括：非定向天线或最低限度定向的天线，其与生成第一信号的具有未知位置的Wi-Fi接入点通信；第二天线，与所述Wi-Fi接入点通信，其中第二天线被配置成在物理上、在角度上递增和递减以对准朝向生成第二信号的Wi-Fi接入点；天线驱动器，被配置成控制第二天线的方向；以及比较器算法，被配置成评估当前第一信号质量、先前第一信号质量、当前第二信号质量和先前第二信号质量中的三个或更多个，并基于所评估信号的信号质量向输出生成反馈信号，其中如果来自所述非定向天线的当前第一信号或先前第一信号中的任一者的质量具有比来自第二天线的当前第二信号或先前第二信号中的任一者更高的质量，则当前第一信号或先前第一信号中的一个被选为线路馈送并被路由至输出，如果执行一组搜索和优化指令的话。本公开的仍另一方面指向操作可调通信设备的方法。合适的方法包括以下步骤：从第一非定向天线接收第一信号；从第二定向天线接收第二信号；确定第一信号的质量和第二信号的质量；输出选自第一信号和第二信号的更高质量信号的馈送；以及其中如果选择了第一信号，则执行优化协议。方法还可以包括以下步骤：(a)改变第二天线的定向、方向或极化；(b)从第二天线接收随后的信号；以及(c)确定来自第二天线的随后信号的质量，其中，如果第二天线的随后信号的质量低于来自第一天线的信号的质量，则重复步骤(a)到(c)。附加步骤可以包括以下中的一个或多个：当第一天线的信号质量等于或好于第二天线的信号质量时，递增地细化(refine)定向天线方向角或极化；和/或监控第二天线信号与第一天线信号的相对质量，其中如果第一天线信号强度超过第二天线信号强度，则重复分析步骤。本公开的又一方面指向可调通信设备，包括：具有第一定向性的第一天线部件，其与具有未知位置的无线通信链路的远端通信；第二天线部件，其具有大于第一天线的定向性的第二定向性，所述第二天线部件与所述无线通信链路的远端通信，其中第二天线部件可配置用于被操控以照准朝向所述无线通信链路的远端；天线驱动器部件，被配置成控制第二天线部件的方向或极化；以及比较器算法，被配置成评估来自第一天线部件和第二天线部件中的每一个的一个或多个信号的质量，比较来自第一天线部件和第二天线部件中的每一个的至少一个信号输入来生成反馈信号以指导天线驱动器操控第二天线部件朝向更优选的方向或极化，其中所述比较器算法确定来自第一天线部件的第一输入和来自第二天线部件的第二输入中的每一个的质量以识别第一输入和第二输入中的哪个具有更高的质量，并且此外其中，如果第一天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调通信设备，包括：具有第一定向性的第一天线，与具有未知位置的无线通信链路的远端通信；第二天线，具有大于第一定向性的第二定向性，第二天线与所述无线通信链路的所述远端通信，其中第二天线可配置用于被操控至预定义方向中的一个，其中所述预定义方向中的至少一个照准朝向所述无线通信链路的所述远端；天线驱动器，被配置成控制第二天线的方向；以及比较器算法，被配置成评估来自第一天线和第二天线中的每一个的一个或多个输入信号的质量，并比较来自第一天线和第二天线中的每一个的至少一个输入信号来生成路由信号以指导所述天线驱动器操控第二天线朝向一方向，其中所述比较器确定来自第一天线的第一输入和来自第二天线的第二输入中的每一个的质量以识别第一输入和第二输入中的哪个具有更高的质量，并且此外其中，如果来自第一天线的第一输入具有更高的质量，则选择第一天线信号并将线路馈送路由至在其处执行一组搜索和优化指令的输出，并且所述天线驱动器被调整为第二天线的方向，以及如果来自第二天线的第二输入具有更高的质量，那么选择第二天线信号。

【技术特征摘要】
2016.01.14 US 62/278684;2017.01.03 US 15/3970611.一种可调通信设备，包括：具有第一定向性的第一天线，与具有未知位置的无线通信链路的远端通信；第二天线，具有大于第一定向性的第二定向性，第二天线与所述无线通信链路的所述远端通信，其中第二天线可配置用于被操控至预定义方向中的一个，其中所述预定义方向中的至少一个照准朝向所述无线通信链路的所述远端；天线驱动器，被配置成控制第二天线的方向；以及比较器算法，被配置成评估来自第一天线和第二天线中的每一个的一个或多个输入信号的质量，并比较来自第一天线和第二天线中的每一个的至少一个输入信号来生成路由信号以指导所述天线驱动器操控第二天线朝向一方向，其中所述比较器确定来自第一天线的第一输入和来自第二天线的第二输入中的每一个的质量以识别第一输入和第二输入中的哪个具有更高的质量，并且此外其中，如果来自第一天线的第一输入具有更高的质量，则选择第一天线信号并将线路馈送路由至在其处执行一组搜索和优化指令的输出，并且所述天线驱动器被调整为第二天线的方向，以及如果来自第二天线的第二输入具有更高的质量，那么选择第二天线信号。2.根据权利要求1所述的可调通信设备，其中第二天线在无需使用移动零件的情况下通过从所述天线驱动器接收的驱动器信号而是可电子操控的。3.根据权利要求1所述的可调通信设备，其中第二天线通过响应于来自所述天线驱动器的驱动器信号致动一个或多个致动器而是可物理操控的。4.根据权利要求1所述的可调通信设备，其中第一天线被配置成插入容纳第二天线的外壳中。5.根据权利要求1所述的可调通信设备，其中能够通过多个自由度操控第二天线。6.根据权利要求1所述的可调通信设备，其中远程站点是Wi-Fi接入点。7.根据权利要求1所述的可调通信设备，其中远程站点是蜂窝基站。8.一种可调通信设备，包括：全向天线，与生成第一信号的具有未知位置的Wi-Fi接入点通信；第二天线，与所述Wi-Fi接入点通信，其中第二天线被配置成在物理上、在角度上递增和递减以将第二天线对准朝向生成第二信号的Wi-Fi接入点；天线驱动器，被配置成控制第二天线的方向；以及比较器，被配置成评估当前第一信号质量、先前第一信号质量、当前第二信号质量和先前第二信号质量中的三个或更多个以基于所评估信号的信号质量生成路由信号以用于输出，其中如果来自所述全向天线的当前第一信号或先前第一信号中的任一者的质量具有比来自第二天线的当前第二信号或先前第二信号中的任一者更高的质量，则当前第一信号或先前第一信号中的一个被选为线路馈送并被路由至所述输出，并且此外其中，执行一组搜索和优化指令。9.一种操作可调通信设备的方法，包括以下步骤：从第一多向天线接收第一信号；从第二定向天线接收第二信号；确定第一信号的质量和第二信号的质量；输出选自第一信号和第二信号的更高质量信号的馈送；以及其中如果选择了第一信号，则执行优化协议。10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：(a)改变第二天线的定向；(b)从第二天线接收随后的信号；以及(c)确定来自第二天线的随后信号的质量，其中，如果第二天线的随后信号的质量低于来自第一天线的信号的质量，则重复步骤(a)到(c)。11.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：当第一天线的信号质量等于或好于第二天线的信号质量时，递增地细化定向天线方向角。12.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：监控第二天线信号与第一天线信号的相对质量，其中如果第一天线信号强度超过第二天线信号强度，则重复分...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·M·安德森，
申请(专利权)人：陶格拉斯集团控股公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE