一种无线接入装置及无线接入系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及网络【技术领域】，尤其涉及一种无线接入装置及无线接入系统，本发明实施例提供的无线接入装置包括至少两个天线体以及与每个天线体一一对应连接的射频模块，其中：所有天线体的辐射方向相互垂直，所有天线体的覆盖直径各不相同，所有射频模块的工作信道互不重叠。采用本发明实施例提供的无线接入装置可接入更多的终端，且本发明实施例提供的无线接入装置与相邻无线接入装置的干扰更小，各天线体的辐射信号之间的干扰也较小，可以很好地满足电子书包的应用需求。
【专利说明】一种无线接入装置及无线接入系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及网络【技术领域】，尤其涉及一种无线接入装置及无线接入系统。
【背景技术】
[0002] 随着无线网络技术的日益成熟，一种电子书包的应用得到越来越广泛的关注。电 子书包是一种利用信息化设备进行教学的便携式终端，可以存储和记载各种学习资料，电 子书包中设有多种电子卡插槽，学生可以插入课本卡、作业卡和字典卡进行日常的学习，还 能通过无线网络收发电子邮件，与其他学生交流学习心得。显然，电子书包的出现，预示着 一场全球性的教育革命，学生不再需要背负笨重的课本进入课堂。
[0003] 电子书包是一种基于无线接入的设备，需要通过无线接入点（AP，Access Point) 获取网络资源，因此AP的容量决定了电子书包的使用效果。
[0004] 现有的AP -台只能接入20个左右的用户，而一个教室的用户数一般会达到40-60 个，即现有的一台AP的容量较小，无法满足电子书包的应用需求。
[0005] 为了满足学生使用电子书包进行课堂的交互式学习，现有技术采用的是在每个教 室中部署多台AP。然而在一个教室部署多台AP时，需要对大量的AP进行安装和维护，消耗 大量的人力物力，并且由于无线频率资源有限，如果部署多台AP，AP之间会产生较严重的 干扰。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例提供了一种无线接入装置及无线接入系统，用以解决现有技术中存 在的无线接入点容量小的问题。
[0007] 本发明实施例提供一种无线接入装置，所述装置包括至少两个天线体以及与每个 天线体一一对应连接的射频模块，其中：
[0008] 所有天线体的辐射方向相互垂直，所有天线体的覆盖直径各不相同，所有射频模 块的工作信道互不重叠。
[0009] 采用本发明实施例提供的无线接入装置可接入更多的终端，且本发明实施例提供 的无线接入装置与相邻无线接入装置的干扰更小，各天线体的辐射信号之间的干扰也较 小，可以很好地满足电子书包的应用需求。
[0010] 可选地，所述装置包括三个天线体，分别为第一天线体、第二天线体和第三天线 体，以及与所述第一天线体连接的第一射频模块、与所述第二天线体连接的第二射频模块、 与所述第三天线体连接的第三射频模块，其中：
[0011] 所述第一天线体的辐射方向为第一方向，所述第二天线体的辐射方向为第二方 向，所述第三天线体的福射方向为第三方向，第一方向、第二方向和第三方向相互垂直；
[0012] 所述第一天线体的覆盖直径小于所述第二天线体的覆盖直径，所述第二天线体的 覆盖直径小于所述第三天线体的覆盖直径；
[0013] 三个射频模块的工作信道互不重叠。
[0014] 可选地，所述第一方向为房间的天花板指向地面的方向，所述第二方向为房间的 宽度方向，所述第三方向为房间的长度方向；或者，
[0015] 所述第一方向为房间的天花板指向地面的方向，所述第二方向为房间的长度方 向，所述第三方向为房间的宽度方向。
[0016] 具体地，所述第三天线体的覆盖面积大于房间的面积且所述第三天线体的覆盖直 径为所述第二天线体的覆盖直径的预设倍数，所述第二天线体的覆盖直径为所述第一天线 体的覆盖直径的预设倍数。
[0017] 具体地，所述第一射频模块的发送功率小于所述第二射频模块的发送功率，所述 第二射频模块的发送功率小于所述第三射频模块的发送功率。
[0018] 具体地，三个射频模块的工作信道分别为2. 4GHz频段下的信道1、信道6和信道 11中的一个信道；或者，
[0019] 三个射频模块的工作信道分别为5. 8GHz频段下的13个独立信道中的任意一个信 道。
[0020] 可选地，三个天线体分别固定在同一天线底板上；三个天线体之间使用一个铁架 进行隔离，所述铁架的一面固定在所述天线底板上，另一面与所述无线接入装置的顶盖贴 合。
[0021] 可选地，任意两个天线体之间的距离不小于预设距离。
[0022] 可选地，所述装置还包括与三个射频模块均连接的控制模块，其中：
[0023] 所述控制模块，用于确定房间内各待接入终端的信号强度值；将信号强度值最大 的m个终端连接至所述第一射频模块，断开所述m个终端中接入速率值最小的η个终端的 连接，并断开连接至所述第一射频模块的m-n个终端中接入速率值小于预设第一速率阈值 的终端的连接；将剩余的未连接成功的终端中信号强度值最大的m个终端连接至所述第二 射频模块，断开连接至所述第二射频模块的m个终端中接入速率值最小的η个终端的连接， 并断开连接至所述第二射频模块的m-n个终端中接入速率值小于预设第二速率阈值的终 端的连接；将剩余的未连接成功的终端连接至所述第三射频模块，并在连接至所述第三射 频模块的终端中存在接入速率值小于预设第三速率阈值的终端时，断开连接至所述第三射 频模块的终端中接入速率值小于预设第三速率阈值的终端的连接，并发出告警；其中，m = N/3+n，N为房间内待接入终端的数量，η为不小于0的整数。
[0024] 本发明实施例还提供一种无线接入系统，包含至少两个如上述所述的无线接入装 置，其中，各无线接入装置分别吊顶安装在各房间中间的天花板上，一个房间的无线接入装 置中覆盖直径最大的天线体对应的射频模块的工作信道，与相邻房间的无线接入装置中覆 盖直径最大的天线体对应的射频模块的工作信道不同。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例中无线接入装置的一结构示意图；
[0026] 图2为本发明实施例中无线接入装置的另一结构示意图；
[0027] 图3a为将本发明实施例提供的无线接入装置吊顶安装在房间中间的天花板上时 的信号覆盖示意图；
[0028] 图3b为将本发明实施例提供的无线接入装置吊顶安装在房间中间的天花板上时 的另一信号覆盖示意图；
[0029] 图4为本发明实施例中无线接入装置的天线体的结构示意图；
[0030] 图5为本发明实施例中无线接入装置的又一结构示意图；
[0031] 图6为将本发明实施例中的无线接入装置分别吊顶安装在3个房间中间的天花板 上时的信号覆盖示意图。
【具体实施方式】
[0032] 本发明实施例提供的无线接入装置包含至少两个射频模块，因此可以接入更多的 终端，由于无线接入装置中所有天线体的覆盖直径各不相同，因此与相邻无线接入装置的 干扰更小，由于无线接入装置中所有天线体的辐射方向相互垂直且所有射频模块的工作信 道互不重叠，因此各天线体的辐射信号之间的干扰也较小。
[0033] 下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步说明，但本发明不局限于下面的实 施例。
[0034] 如图1所示，本发明实施例提供的无线接入装置包括至少两个天线体以及与每个 天线体一一对应连接的射频模块，其中，所有天线体的辐射方向相互垂直，所有天线体的覆 盖直径各不相同，所有射频模块的工作信道互不重叠，图1中，天线体11与射频模块21连 接，天线体12与射频模块22连接。其中，本发明实施例方案中射频模块的主要功能是完成 基带信号和射频信号之间的转换，例如，射频模块21将接收到的基带信号转换成射频信号 通过天线体11发射到空间中，以及射频模块21将来自天线体11的射频信号转换成基带信 号。
[0035] 在一个具体实施例中，如图2所示，本发明提供的无线接入装置包括三个天线体， 分别为第一天线体31、第二天线体32和第三天线体33,以及与第一天线体31连接的第一 射频模块41、与第二天线体32连接的第二射频模块42、与第三天线体33连接的第三射频 模块43,其中：
[0036] 第一天线体31的辐射方向为第一方向，第二天线体32的辐射方向为第二方向，第 三天线体33的福射方向为第三方向，第一方向、第二方向和第三方向相互垂直；
[0037] 第一天线体31的覆盖直径小于第二天线体32的覆盖直径，第二天线体32的覆盖 直径小于第三天线体33的覆盖直径；
[0038] 三个射频模块的工作信道互不重叠。
[0039] 具体地，第一方向为房间的天花板指向地面的方向，第二方向为房间的宽度方向， 第三方向为房间的长度方向。
[0040] 具体地，第三天线体33的覆盖面积大于房间的面积且第三天线体33的覆盖直径 为第二天线体32的覆盖直径的预设倍数，第二天线体32的覆盖直径为第一天线体31的覆 盖直径的预设倍数。在一个具体实例中，预设倍数可以为两倍。
[0041] 具体地，第一射频模块41的发送功率小于第二射频模块42的发送功率，第二射频 模块42的发送功率小于第三射频模块43的发送功率。其中，射频模块的发送功率与对应 的天线体的覆盖直径之间存在一定的对应关系。
[0042] 例如，假设一个房间的尺寸为7米（宽）*10米（长），则可设置第一射频模块41 的发送功率为ldBm、第二射频模块42的发送功率为7dBm、第三射频模块43的发送功率为 13dBm，从而第一天线体31的覆盖直径为4米、第二天线体32的覆盖直径为8米、第三天线 体33的覆盖直径为16米。其中，第一射频模块、第二射频模块、第三射频模块的发送功率 按照6dB增加，是因为信号覆盖直径增加一倍，信号需要增强6dB。在具体实现过程中，可通 过无线接入装置内与各射频模块均连接的微控制单元（MCU，Micro Control Unit)对各射 频模块的发送功率进行设置。
[0043] 如图3a所示为将本发明实施例提供的无线接入装置吊顶安装在房间中间的天花 板上时的信号覆盖示意图。其中，第一天线体的覆盖形状为圆形，第二天线体和第三天线体 的覆盖形状均为椭圆形，第二天线体和第三天线体的覆盖直径为椭圆的长轴，第一天线体 的辐射方向为房间的天花板指向地面的方向，第二天线体的辐射方向为房间的宽度方向， 第三天线体的辐射方向为房间的长度方向，图3a中的长方形为房间的形状。
[0044] 从图3a中可以看出，第一天线体的覆盖范围最小，第二天线体的覆盖范围大于第 一天线体的覆盖范围，第三天线体的覆盖范围最大。这样的话，安装在本房间内的无线接入 装置的第一天线体的覆盖范围与安装在隔壁房间的无线接入装置的第一天线体的覆盖范 围不会重叠，从而大大减小了与相邻无线接入装置之间的干扰。因此，将本发明实施例提供 的无线接入装置吊顶安装在教室中间的天花板上时，学生可以高效地使用电子书包进行交 互式学习，减少出现无法接入无线网络的情况。
[0045] 可选地，第一方向为房间的天花板指向地面的方向，第二方向为房间的长度方向， 第三方向为房间的宽度方向。如图3b所示为将本发明实施例提供的无线接入装置吊顶安 装在房间中间的天花板上时的另一信号覆盖示意图。其中，第一天线体的辐射方向为房间 的天花板指向地面的方向，第二天线体的辐射方向为房间的长度方向，第三天线体的辐射 方向为房间的宽度方向。
[0046] 在具体实现过程中，上述预设倍数可根据实际情况进行设定，其设定的基本原则 为：保证第一天线体的有效覆盖面积与第二天线体的有效覆盖面积、第三天线体的有效覆 盖面积大致相等，从而实现终端的均衡接入（即每个射频模块接入的终端数大致相等）。其 中，第一天线体的有效覆盖面积为第一天线体的实际覆盖面积，第二天线体的有效覆盖面 积为第二天线体的实际覆盖面积与第一天线体的实际覆盖面积之差，第三天线体的有效覆 盖面积为第三天线体的实际覆盖面积与第二天线体的实际覆盖面积之差。以图3a所示为 例，第一天线体的有效覆盖面积为第一天线体对应的圆的面积，第二天线体的有效覆盖面 积为第二天线体对应的椭圆的面积与第一天线体对应的圆的面积之差，第三天线体的有效 覆盖面积为第三天线体对应的椭圆的面积与第二天线体对应的椭圆的面积之差。然而，由 于第三天线体的覆盖面积大于房间的面积，房间墙体对信号的损耗较大，第三天线体的有 效覆盖面积可稍大于第二天线体的有效覆盖面积。
[0047] 需要说明的是，本发明实施例提供的无线接入中的射频模块可工作在2. 4GHz频 段（2. 4GHz 至 2. 4835GHz)或 5. 8GHz 频段（5. 17GHz 至 5. 925GHz)，如果工作在 2. 4GHz 频段， 则图2中三个射频模块的工作信道分别为2. 4GHz频段下的信道1、信道6和信道11中的一 个信道；如果工作在5. 8GHz频段，则图2中三个射频模块的工作信道分别为5. 8GHz频段下 的13个独立信道（信道36、信道40、信道44、信道48、信道52、信道56、信道60、信道64、 信道149、信道153、信道157、信道161和信道165)中的任意一个信道，且三个射频模块的 工作信道互不重叠。本发明实施例提供的无线接入中的天线体为双频天线，可支持2. 4GHz 频段和5. 8GHz频段射频信号的接收和发射。
[0048] 较佳地，为了减小一个无线接入装置中三个天线体之间的辐射干扰，如图4所示， 三个天线体（第一天线体31、第二天线体32和第三天线体33)可分别固定在同一天线底 板401上，且三个天线体之间使用一个铁架402进行隔离，铁架的一面固定在天线底板401 上，另一面与无线接入装置的顶盖（图4中未示出）贴合，从而实现天线体之间的隔离。需 要说明的是，在具体实现过程中，铁架的形状并不局限于三角形，只要能够实现天线体之间 的隔离均可，例如，铁架的形状可以为四边形或五边形，任意两个天线体分别在铁架的一个 顶角的两边。天线底板的形状也并不局限于矩形，例如可以为圆形。
[0049] 较佳地，任意两个天线体之间的距离不小于预设距离，即保证两个天线体不会靠 太近。在一个具体实例中，预设距离可以为8厘米。
[0050] 较佳地，如图5所示，本发明实施例提供的无线接入装置还包括与三个射频模块 均连接的控制模块51，其中：
[0051] 控制模块51，用于确定房间内各待接入终端的信号强度值；将信号强度值最大的 m个终端连接至第一射频模块41，断开连接至第一射频模块41的m个终端中接入速率值最 小的η个终端的连接，并断开连接至第一射频模块41的m-n个终端中接入速率值小于预设 第一速率阈值的终端的连接；将剩余的未连接成功的终端中信号强度值最大的m个终端连 接至第二射频模块42,断开连接至第二射频模块42的m个终端中接入速率值最小的η个终 端的连接，并断开连接至第二射频模块42的m-n个终端中接入速率值小于预设第二速率阈 值的终端的连接；将剩余的未连接成功的终端连接至第三射频模块43,并在连接至第三射 频模块43的终端中存在接入速率值小于预设第三速率阈值的终端时，断开连接至第三射 频模块43的终端中接入速率值小于预设第三速率阈值的终端的连接，并发出告警；其中，m =N/3+n，N为当前房间的最大接入终端数，η为不小于0的整数。
[0052] 其中，第一速率阈值、第二速率阈值和第三速率阈值可全部相同、部分相同或全部 不同。在一个具体实现方式中，第一速率阈值大于第二速率阈值，第二速率阈值大于第三速 率阈值，例如，第一速率阈值为48Mbps (兆位每秒）、第二速率阈值为36Mbps、第三速率阈值 为24Mbps。在另一具体实现方式中，第一速率阈值等于第二速率阈值，第二速率阈值大于第 三速率阈值，例如，第一速率阈值和第二速率阈值均为48Mbps，第三速率阈值为24Mbps。在 又一具体实现方式中，第一速率阈值、第二速率阈值、第三速率阈值均相等，例如，第一速率 阈值、第二速率阈值和第三速率阈值均为24Mbps。
[0053] 具体地，终端在需要接入无线网络时，可向本发明实施例提供的无线接入装置发 送探测（Probe)帧，无线接入装置中的控制模块可基于终端发送的探测帧确定该终端的信 号强度值，其中，终端的信号强度值可以为接收信号强度指示值（RSSI，Received Signal Strength Indication)。在具体实现过程中，针对一个终端，控制模块可收集5次以上该终 端的信号强度值，并将收集的信号强度值中最大的3个信号强度值取平均作为最终确定的 该终端的信号强度值。
[0054] 控制模块在确定出各待接入终端的信号强度值后，首先将信号强度值最大的m个 终端连接至第一射频模块41，即将接入能力最强的m个终端优先接入覆盖范围最小的天线 体对应的射频模块。之后，再断开连接至第一射频模块41的m个终端中接入速率值最小的 η个终端的连接，此时，连接至第一射频模块41的终端的数量为m-n。在将m-n个终端连接 至第一射频模块41后，如果这m-n个终端中存在接入速率值小于预设第一速率阈值的终 端，则断开这m-n个终端中接入速率值小于预设第一速率阈值的终端的连接。
[0055] 接着，控制模块将剩余的未连接成功的终端中信号强度值最大的m个终端连接至 第二射频模块42,即将剩余的终端中接入能力最强的m个终端优先接入覆盖范围次小的天 线体对应的射频模块。之后，再断开连接至第二射频模块42的m个终端中接入速率值最小 的η个终端的连接，此时，连接至第二射频模块42的终端的数量为m-n。在将m-n个终端连 接至第二射频模块42后，如果这m-n个终端中存在接入速率值小于预设第二速率阈值的终 端，则断开这m-n个终端中接入速率值小于预设第二速率阈值的终端的连接。
[0056] 最后，控制模块将剩余的未连接成功的终端连接至第三射频模块43,并在连接至 第三射频模块43的终端中存在接入速率值小于预设第三速率阈值的终端时，断开连接至 第三射频模块43的终端中接入速率值小于预设第三速率阈值的终端的连接，并发出告警， 由此完成终端的均衡接入控制。其中，发出告警的目的是提示终端的接入速率过低，可能是 终端存在问题。在一个具体实例中，η的取值可以为3。
[0057] 其中，控制单元具体可以为中央处理器（CPU, Central Processing Unit)。
[0058] 基于本发明实施例所提供的无线接入装置，本发明实施例还提供一种无线接入系 统，包含至少两个如上述所述的无线接入装置，其中，各无线接入装置分别吊顶安装在各房 间中间的天花板上，一个房间的无线接入装置中覆盖直径最大的天线体对应的射频模块的 工作信道，与相邻房间的无线接入装置中覆盖直径最大的天线体对应的射频模块的工作信 道不同。较佳地，一个房间的无线接入装置中覆盖直径最大的天线体对应的射频模块的工 作信道，与相邻房间的无线接入装置中覆盖直径最小的天线体对应的射频模块的工作信道 相同。
[0059] 如图6所示为在3个房间中间的天花板上分别吊顶安装本发明实施例提供的无线 接入装置时的信号覆盖示意图。其中，房间1的无线接入装置中第三天线体对应的第三射 频模块的工作信道为信道1、房间2的无线接入装置中第三天线体对应的第三射频模块的 工作信道为信道11、房间3的无线接入装置中第三天线体对应的第三射频模块的工作信道 为信道1。其中，图6中的虚线为房间的墙体。基于此，安装在两个相邻房间内的两个无线 接入装置之间的干扰非常小。
[0060] 需要说明的是，本发明实施例提供的无线接入装置可应用于学校、展厅、会议室、 场馆等用户密集的场所。
[0061] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0062] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种无线接入装置，其特征在于，所述装置包括至少两个天线体以及与每个天线体 一一对应连接的射频模块，其中： 所有天线体的辐射方向相互垂直，所有天线体的覆盖直径各不相同，所有射频模块的 工作信道互不重叠。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括三个天线体，分别为第一天线 体、第二天线体和第三天线体，以及与所述第一天线体连接的第一射频模块、与所述第二天 线体连接的第二射频模块、与所述第三天线体连接的第三射频模块，其中： 所述第一天线体的辐射方向为第一方向，所述第二天线体的辐射方向为第二方向，所 述第三天线体的福射方向为第三方向，第一方向、第二方向和第三方向相互垂直； 所述第一天线体的覆盖直径小于所述第二天线体的覆盖直径，所述第二天线体的覆盖 直径小于所述第三天线体的覆盖直径； 三个射频模块的工作信道互不重叠。
3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于， 所述第一方向为房间的天花板指向地面的方向，所述第二方向为房间的宽度方向，所 述第三方向为房间的长度方向；或者， 所述第一方向为房间的天花板指向地面的方向，所述第二方向为房间的长度方向，所 述第三方向为房间的宽度方向。
4. 如权利要求2所述的装置，其特征在于， 所述第三天线体的覆盖面积大于房间的面积且所述第三天线体的覆盖直径为所述第 二天线体的覆盖直径的预设倍数，所述第二天线体的覆盖直径为所述第一天线体的覆盖直 径的预设倍数。
5. 如权利要求2所述的装置，其特征在于， 所述第一射频模块的发送功率小于所述第二射频模块的发送功率，所述第二射频模块 的发送功率小于所述第三射频模块的发送功率。
6. 如权利要求2所述的装置，其特征在于， 三个射频模块的工作信道分别为2. 4GHz频段下的信道1、信道6和信道11中的一个信 道；或者， 三个射频模块的工作信道分别为5. 8GHz频段下的13个独立信道中的任意一个信道。
7. 如权利要求2所述的装置，其特征在于， 三个天线体分别固定在同一天线底板上；三个天线体之间使用一个铁架进行隔离，所 述铁架的一面固定在所述天线底板上，另一面与所述无线接入装置的顶盖贴合。
8. 如权利要求2所述的装置，其特征在于， 任意两个天线体之间的距离不小于预设距离。
9. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与三个射频模块均连接的 控制模块，其中： 所述控制模块，用于确定房间内各待接入终端的信号强度值；将信号强度值最大的m 个终端连接至所述第一射频模块，断开所述m个终端中接入速率值最小的η个终端的连 接，并断开连接至所述第一射频模块的m-n个终端中接入速率值小于预设第一速率阈值的 终端的连接；将剩余的未连接成功的终端中信号强度值最大的m个终端连接至所述第二射 频模块，断开连接至所述第二射频模块的m个终端中接入速率值最小的η个终端的连接， 并断开连接至所述第二射频模块的m-n个终端中接入速率值小于预设第二速率阈值的终 端的连接；将剩余的未连接成功的终端连接至所述第三射频模块，并在连接至所述第三射 频模块的终端中存在接入速率值小于预设第三速率阈值的终端时，断开连接至所述第三射 频模块的终端中接入速率值小于预设第三速率阈值的终端的连接，并发出告警；其中，m = N/3+n，N为房间内待接入终端的数量，η为不小于0的整数。
10. -种无线接入系统，其特征在于，包含至少两个如权利要求1?9任一所述的无线 接入装置，其中，各无线接入装置分别吊顶安装在各房间中间的天花板上，一个房间的无线 接入装置中覆盖直径最大的天线体对应的射频模块的工作信道，与相邻房间的无线接入装 置中覆盖直径最大的天线体对应的射频模块的工作信道不同。
【文档编号】H04W16/26GK104159239SQ201410359004
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】洪鼎标 申请人:福建星网锐捷网络有限公司