TWI287921B - WLAN device having smart antenna system - Google Patents

Description

1287921 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種具有智慧型天線（Smart Antenna) 系統的無線區域網路裝置，特別有關於一種可在有限的頻‘ 寬和有限的空間下，增加使用者數目的無線區域網路裝 置。 【先前技術】 隨著無線區域網路（WLAN)的架設成本越來越低廉， 無線區域網路受到愈來愈多消費者的喜愛。在硬體方面不 但桌上型電腦與筆記型電腦内建了無線網路的功能，甚至 於掌上型電腦、平板電腦（Tablet PC)等產品，也紛紛提供 對無線網路的支援，除此之外，包括機場、咖啡廳、飯店 等許多公共場所都搭起了無線網路熱點（H〇t Spot)。 通常，一個無線區域網路包含有無線區域網卡 (WLAN Card)與網路橋接器（Access p〇int)。網路橋接器的 主要功能是扮演有線網路與無線網路間的連結橋樑。透過 網路橋接器，任何一台安裝有無線網路卡之個人電腦，均 可透過網路橋接器分享有線網路的資源。此外，網路橋接 盗本身也可兼具網路管理功能，能針對所連結的個人電腦 做必要的控管。 網路橋接器係透過無線網路卡的天線來與此天線所 涵蓋之細胞（Cell)中的使用者通訊。欲增加使用者數目 時’則蛣增加無線網路卡和天線的數目。一般而言，使用 者數目應該能夠隨著無線網路卡和天線的數目的增加而 增加，例如：兩張無線網路卡應可提供兩倍之使用者數量。 1287921 然而，由於習知之網路橋接器中的天線間會產生同頻 干擾，即使天線數目增加，不同的使用者同時對不同的天 線亦無法使用同一頻率，故在有限的頻寬和有限的空間 下’使用者可使用的頻率便受到相當大的限制。故而，使 用者數目無法卩现天線的數目而增加。而且，由於習知之網 路橋接器之複數個天線的輕射場形（Ra(Jiati〇n pattern)往 在有互相重疊的部分’故無法藉由兩個習知之網路橋接器 來確疋使用者的位置（即所謂的定位功能）。以上所述之網 路橋接器僅為舉例說明，其他例如：無線閘道器（Gateway) 等無線區域網路裝置亦有同樣的缺點。 因此’非常需要發展一種具有智慧型天線系統的無線 區域網路裝置，使得使用者的數目可隨天線的數目而增 加’並可藉由兩個無線區域網路裝置來達到定位的功能。 【發明内容】 本發明的目的就是在提供一種具有智慧型天線系統 的無線區域網路裝置，可以藉由增加天線的數目而增加使 用者的數目。 本發明的再一目的就是在提供一種具有智慧型天線 系統的無線區域網路裝置，可以藉由兩個無線區域網路裝 置來達到確定使用者位置的功能。 本發明的又一目的就是在提供一種具有智慧型天線 系統的無線區域網路裝置，藉以使其天線具有高增益 (Gain) ’而在使用與習知之無線區域網路裝置相同的發射 功率下’獲得依指數（Exp〇nential)關係倍增的通訊距離。 根據本發明之上述目的，提出一種具有智慧型天線系 1287921 統的無線區域網路裝置。依照本發明一較佳實施例，此具 有智慧型天線系統的無線區域網路裝置至少包括：複數個 無線區域網路收發模組（wlan Transceiver Module)，和 以一對一方式分別安裝在無線區域網路收發模組上之複 數個才曰向性天線（Directional Antenna)，其中此些指向性 天線係以環形陣列的方式等距分佈，而每一個指向性天線 係用來負責一細胞中之複數個使用者的通訊。 另外’依照本發明另一較佳實施例，此智慧型天線系 統的無線區域網路裝置至少包括：複數個無線區域網路收 發模組，和以安裝在無線區域網路收發模組上的複數個陣 列天線（Array Antenna)，其中每一個陣列天線係由複數個 全向性天線（Omni-directional Antenna)所組成，此些陣列 天線的幅射場型係被控制為指向性的幅射場型，而每一個 陣列天線係用來負責相對之二細胞中之複數個使用者的 通訊。 因此’應用本發明，使用者數目可隨天線的數目而增 加，並可藉由兩個無線區域網路裝置來達到確定使用者之 位置的功能，亦可使其天線具有高增益（Gain)，而能在使 用與習知之無線區域網路裝置相同的發射功率下，獲得依 指數關係倍增的通訊距離。 【實施方式】 請參照第1圖’其緣示根據本發明之一較佳實施例之 具有智慧型天線系統之無線區域網路裝置的運作示意 圖。本發明之無線區域網路裝置100具有無線區域網路收 發模組120a〜d ;以及指向性天線11 〇a〜d，其中指向性天 1287921 線110a〜d係分別安裝在無線區域網路收發模組md 上，而指向性天線1 l〇a〜d係以環形陣列的方式等距分佈 在無線區域網路裝置100的周邊上。由於指向性天線 H〇a〜d的幅射場型130a〜d係各自集中於單一方向，故指 向性天線110a〜d分別單獨負責細胞A〜D中之複數個使用 者140a〜d的通訊。因此，即使使用者14〇a〜d均使用同一 頻率來進行通訊，細胞A〜D中的通訊亦不會彼此相互干 擾。亦即，在有限的頻寬和有限的空間下，每一個指向性 天線均可充分利用其頻寬，毋需因天線間同頻干擾而受到 限制，故母增加一組指向性天線和無線區域網路收發模 組，便可增加一倍的使用者數量。如第1圖所示，無線區 域網路裝置100使用4組指向性天線和無線區域網路收發 模組，故其使用者數目便增加為單一天線模式的4倍。 以上所述之指向性天線和無線區域網路收發模組的 數目與位置僅為舉例說明，本發明可以依實際需要增減指 向性天線和無線區域網路收發模組的數目。例如，當無線 區域網路裝置使用6組指向性天線和無線區域網路收發 模組時’以環形陣列的方式等距分佈的6個指向性天線便 可以分別負責6個細胞的通訊，則其使用者的數目增加為 早 天線核式的6倍。而無線區域網路收發模組則可以為 無線區域網路卡。 請參照第2圖，其繪示使用本發明之一較佳實施例之 無線區域網路中之細胞的通訊示意圖。如第2圖所示，每 一個無線區域網路裝置負責周圍4個細胞的通訊，且每一 個天線的幅射場型沒有重疊，或幾乎沒有重疊，故當使用 1287921 者由細胞B跨越至細胞h，訊號換手（Hand〇ver)的處理相 當容易。而且，藉由無線區域網路裝置i 8〇中的指向性天 線190d和無線區域網路裝置1〇〇中的指向性天線u〇b， 使用者由細胞B跨越至細胞η時，其位置便可被確定， 而達到定位的功能。 另外，請參照第3圖，其緣示根據本發明之另一較佳 實施例之智慧型天線系統的運作示意圖。本發明之智慧型 天線系統亦可由安裝在無線區域網路收發模組上之陣列 天線210a和210b所組成，其中陣列天線21〇a(或21〇b) 係由複數個全向性天線（例如：偶極天線（Dip〇ie Antenna》 所組成’這些全向性天線係選自全向性天線群組204。陣 列天線的幅射場型被控制為指向性的幅射場型，藉以使陣 列天線21 0 a負貴相對之細胞B和細胞D中之複數個使用 者的通訊；而陣列天線2 1 Ob負責相對之細胞a和細胞C 中之複數個使用者的通訊。由於陣列天線210a的幅射場 型230a與陣列天線210b的幅射場型230b互不干擾，因 此，細胞A(或細胞C)與細胞B(或細胞D)中的使用者可 使用同一頻率。故使用兩組陣列天線和無線區域網路收發 模組，便可增加使用者數目為兩倍。 以上所述之陣列天線的數目與位置僅為舉例說明，本 發明可以實際需要增減陣列天線的數目，故本發明並不在 此限。 值得一提的是，本發明可適用於任何無線區域網路裝 置，例如：網路橋接器（Access Point)、無線閘道器 (Gateway)、無線交換器（Switch)、無線集線器（Hub)、無 1287921 線交換集線器（Switching Hub)以及無線交換路由器 (Switching Router)等。以下僅以網路橋接器的結構來做說 明： 請參照第4圖，其繪示應用本發明之具有智慧塑天線 系統之網路橋接器的結構示意圖。此網路橋接器具有··中 央處理器（CPU);分別安裝有智慧型天線310a〜d的無線 區域網路收發模組320a〜d ;同步動態隨機記憶@ (SDRAM)330;快閃記憶體334;串列埠336;重設（Reset)/ 監視器（Watchdog)IC 334和其發光二極體340;以及RJ-45 連接裝置358。 中央處理器（CPU) 300與無線區域網路收發模組 320a〜d間係以介面元件302a〜d來連接，而無線區域網路 收發模組320a〜d可為例如ΙΕΕΕ802·11α的技術標準、 IEEE802.11b的技術標準、IEEE802.11g的技術標準或前 述之技術標準的任意組合等。介面元件302a〜d可為例如 周邊零件連接介面（Peripheral Component Interface ; PCI)、迷你（Mini)PCI、PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)或 Cardbus 介面 等。而智慧型天線3 10a〜d可為如第1圖或第2圖所示之 天線。 中央處理器300與同步動態隨機記憶體330、快閃記 憶體334和串列埠336間係以系統匯流排（System Bus)332 來連接。中央處理器300與重設/監視器IC 334和其發光 二極體340間係以通用輸出輸入（GPIO)342來連接。另 外，中央處理器300係先以RJ-45介面352(例如：周邊零 11 1287921 件連接介面或迷你PCI)連接至媒體存取層（mac)/實體層 (PHY)354 ’ 再透過磁性構件（Magnetic Component ;如變 麼器）356連接至rj-45連接裝置358，藉以連結至區域網 路。 由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明的優點 為：使用者的數目隨天線的數目而增加、具有定位的功 能、以及其天線具有高增益，而能在使用與習知之無線區 域網路裝置相同的發射功率下，獲得依指數關係倍增的通 訊距離。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖為纷示根據本發明之一較佳實施例之具有智 慧型天線系統之無線區域網路裝置的運作示意圖。 第2圖為繪示使用本發明之一較佳實施例之無線區 域網路中之細胞的通訊示意圖。 第3圖為綠示根據本發明之另一較佳實施例之智讓 型天線系統的運作示意圖。 第4圖為繪示應用本發明之具有智慧型天線系統之 網路橋接器的結構示意圖。 【元件代表符號簡單說明】 100、180 :無線區域網路裝置 110a、110b :指向性天線 12 1287921 110c、110d :指向性天線 120a、120b:無線區域網路收發模組 120c、120d:無線區域網路收發模組 130a、130b :幅射場型 130c、130d :幅射場型 140a、140b :使用者 140c、140d :使用者 190d ··指向性天線 204 ··全向性天線群組 210a、210b :陣列天線 230a、230b :幅射場型 300 :中央處理器 302a、302b :介面元件 302c、302d :介面元件 310a、310b :智慧型天線 310c、310d :智慧型天線 320a、3 20b :無線區域網路收發模組 3 20c、320d :無線區域網路收發模組 330 :同步動態隨機記憶體 332 :系統匯流排 334 :快閃記憶體 336 :串列埠 340 :發光二極體 342 :通用輸出輸入

344 :重設/監視器1C 13 1287921 352 ·· RJ_45 介面 354 :媒體存取層/實體層 356 :磁性構件 358 : RJ-45連接裝置

Claims (1)

1 ·種具有智慧型天線系統（Smart Antenna)的無線 區域’”罔路裝置’其中該無線區域網路裝置的周圍依序環繞 有複數個細胞（Cells)，該無線區域網路裝置至少包括： 複數個無線區域網路收發模組（WLAN Transceiver Module);以及 複數個指向性天線（Directional Antenna)，以一對一 方式分別安裝在該些無線區域網路收發模組上，其中該些籲 指向性天線係以環形陣列的方式等距分佈，該些指向性: 線係以一天線對一細胞的方式分別負責該些細胞中之複 數個使用者的通訊，該些指向性天線的幅射範圍分別僅及 於該些細胞。 2·如申請專利範圍第1項所述之具有智慧型天線系統 的無線區域網路裝置，其中該些無線區域網路收發模組的 規格係選自於由IEEE802.1 la標準、IEEE802.1 lb標準、鲁 IEEE802.1 1g標準、以及其任意組合所組成之一族群。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之具有智慧型天線系統 的無線區域網路裝置’其中該無線區域網路裝置係選自於 由網路橋接器（Access Point)、無線閘道器（Gateway)、無 線交換器（Switch)、無線集線器（Hub)、無線交換集線器 (Switching Hub)以及無線交換路由器（Switching R〇uter) 所組成之一族群。 15 1287921 4.如申請專利範圍第1項所述之具有智慧型天線系統 的無線區域網路裝置，至少包括： 一中央處理器（CPU);以及 複數個介面元件，藉以分別連接該中央處理器至該些 無線區域網路收發模組。 5·如申請專利範圍第4項所述之具有智慧型天線系統 的無線區域網路裝置，其中該些係介面元件係選自於由周 邊零件連接介面（Peripheral Component Interface ; PCI)、 迷你（Mini)PCI、PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)以及 Cardbus 介面所組成之一 族群。 6·—種具有智慧型天線系統的無線區域網路裝置，其 中該無線區域網路裝置的周圍依序環繞有複數個細胞，該 無線區域網路裝置至少包括： 複數個無線區域網路收發模組；以及 複數個陣列天線（Array Antenna)，以一對一的方式分 別安裝在該些無線區域網路收發模組上，其中該些陣列天 線係由複數個全向性天線（Omni-directional Antenna)所組 成，該些陣列天線的幅射場型係被控制為一指向性的幅射 場型，該些陣列天線係以一天線對二細胞的方式分別負責 該些細胞其中之二者中複數個使用者的通訊，該些細胞其 中之该一者係位在相對於該無線區域網路裝置的位置，該 16 1287921 些陣列天線的幅射範圍分別僅及於該些細胞。 7·如申請專利範圍第6項所述之具有智慧型天線系統 的無線區域網路裝置，其中該些全向性天線為複數個偶極 天線（Dipole Antenna)。 8.如申請專利範圍第6項所述之具有智慧型天線系統 的…、線區域網路裝置，其中該些無線區域網路收發模組的 規格係選自於由！EEE8〇2.lla的技術料、阳⑽2 m 的技術標準、赃刪2.llg的技術標準、以及其任意組合 所組成之一族群。 9·如申請專利範圍第6項所述之具有智慧型天線系統 的無線區域網路裝置，其中該無線區域網路裝置係選自於 二路橋接器、無線閉道器、無線交換器、無線集線器： …線父換㈣H以及無線交換路由器所組成之一族群。 统的專利範圍第6項所述之具有智慧型天線系 、、先的無線區域網路裝置，至少包括： 一中央處理器；以及 複數個介面元件，藉以分別連接該中央處理器至該些 無線區域網路收發模組。 α “二 ⑴如申請專利範圍第10項所述之具有 統的無線區域網路裝置，其中該歧 … 一你；丨面件係選自於由 17 1287921 周邊零件連接介面（PCI)、迷你PCI、PCMCIA介面以及 Cardbus介面所組成之一族群。 12 · —種智慧型天線系統，其中該智慧型天線系統的 周圍依序環繞有複數個細胞，該智慧型天線系統至少包 括： 複數個指向性天線，以一對一的方式分別安裝在複數 個無線區域網路收發模組上，其中該些指向性天線係以環 形陣列的方式等距分佈，該些指向性天線係以一天線對一 細胞的方式分別負責該些細胞中之複數個使用者的通 訊，該些指向性天線的幅射範圍分別僅及於該些細胞。 13.如申請專利範圍第12項所述之智慧型天線系統， 其中孩些無線區域網路收發模組的規格係選自於由 IEEE802.1 U的技術標準、IEEE8〇2 m的技術標準、 IEEE802.1 1g的技術標準、以及其任意組合所_^ 群。 丨4.如申請專利範圍第12項所述之智慧型天線系統 適用於-無線區域網路裝置，其中該無線區域網路裝置係 選自於由網路橋接器、無線閑道器、無線交換器、無線集 線器、無線交換集線無線交換路由器所組成之—族 1 5 ·如申請專利範圍第 14項所述之智慧型天線系統， 18 1287921 其中該無線區域網路裝置至少包括： 一中央處理器；以及 複數個介面元件，藉以分別連接該中央處理器至該些~ 無線區域網路收發模組。

19