一种分布式无线信号可控建筑.pdf

一种分布式无线信号可控建筑，包括网关单元、第一房间和第二房间，第一房间中设置有第一天线面板，第二房间中设置有第二天线面板；网关单元能够输出数据信号；并且数据信号经过第一导线传输到第一房间的第一天线面板，并被转换为无线信号；数据信号还经过第二导线传输到第二房间的第二天线面板，并被转换为无线信号；第一天线面板和第二天线面板能够分别控制第一房间和第二房间内的无线信号。本方案结构简单，能够单独对每个房间进行独立的无线信号控制，从而满足家庭中不同人对健康和移动接入的不同需求。

1.  一种分布式无线信号可控建筑，包括网关单元(11)、第一房间和第二房间，第一房间中设置有第一天线面板(21)，第二房间中设置有第二天线面板(31)；网关单元(11)能够输出数据信号；并且数据信号经过第一导线(210)传输到第一房间的第一天线面板(21)，并被转换为无线信号；数据信号还经过第二导线(310)传输到第二房间的第二天线面板(31)，并被转换为无线信号；第一天线面板(21)和第二天线面板(31)能够分别控制第一房间和第二房间内的无线信号。

2.  根据权利要求1所述的建筑，其特征在于：第一天线面板(21)包括第一天线单元(213)和第一信号控制单元(211、212)，第二天线面板包括第二天线单元(313)和第二信号控制单元(311、312)；数据信号经过第一导线(210)传输，并经过第一信号控制单元后，由第一天线单元转换为无线信号；数据信号经过第二导线(310)传输，并经过第二信号控制单元后，由第二天线单元转换为无线信号；第一信号控制单元(211、212)和第二信号控制单元(311、312)能够分别控制传递给第一天线单元(213)和第二天线单元(313)的数据信号。

3.  根据权利要求2所述的建筑，其特征在于：第一信号控制单元包括第一开关(211)，第二信号控制单元包括第二开关(311)；其中第一开关(211)和第二开关(311)能够分别控制传递给第一天线单元(213)和第二天线单元(313)的数据信号。

4.  根据权利要求3所述的建筑，其特征在于：第一信号控制单元包括第一阻抗调整网络(212)，第二信号控制单元包括第二阻抗调整网络(312)；第一阻抗调整网络(212)和第二阻抗调整网络(312)能够改变自身阻抗并进而改变对应线路的阻抗；当线路的阻抗与天线单元(213、313)的阻抗接近匹配时，天线增益增强；当线路阻抗与天线单元(213、313)的阻抗远离匹配时，天线增益减小。

5.  根据权利要求4所述的建筑，其特征在于：第一天线面板(21)外立面设置第一调节旋钮(402)，用于调节第一阻抗调整网络(212)的阻抗大小。

6.  根据权利要求2所述的建筑，其特征在于：第一天线单元(213)和第二天线单元(313)的最大增益设计为其产生的无线信号不会穿透墙壁进入其他房间。

7.  根据权利要求1所述的建筑，其特征在于：网关单元(11)包括无线局域网控制器(101)和小型移动 通信基站(102)，无线局域网控制器(101)产生的无线局域网信号和小型移动通信基站(102)产生的移动通信信号经过第一公共接口(103)混合后传输给第一房间和第二房间。

8.  根据权利要求7所述的建筑，其特征在于：第一天线面板(21)中包括第二公共接口(203)、第三信号控制单元(221、222)和第三天线单元(223)，第二公共接口(203)将第一导线(210)传输来的数据信号分离为无线局域网信号和移动通信信号；其中无线局域网信号经过第一信号控制单元(211、212)后，由第一天线单元(213)转换为无线信号；移动通信信号经过第三信号控制单元(221、222)后，由第三天线单元(223)转换为无线信号。

9.  根据权利要求1-8所述的建筑，其特征在于：第一房间和第二房间的墙壁设置有电磁屏蔽材料。

10.  根据权利要求1-8所述的建筑，其特征在于：网关单元(11)与第一房间/第二房间之间的连接是星型、环型或者总线型拓扑结构。

一种分布式无线信号可控建筑
技术领域
本方案涉及建筑领域，具体涉及一种分布式无线信号可控建筑。
背景技术
随着通信和网络技术的发展，人们的生活越来越离不开移动通信和无线网络。在很多建筑和家庭住宅中，需要考虑移动通信网络和无线局域网络的覆盖。而由于建筑物的墙体会对无线信号产生阻挡和衰减，因此在建筑住宅中，为了实现无线信号的覆盖，往往采用了增大发射功率，或者在建筑住宅内设置多个分布式的级联无线设备来提高网络的覆盖范围。但另一方面，由于长期接触电磁辐射将对人体造成潜在的伤害。因此，家庭中的部分人群对电磁辐射比较敏感，例如家中的老人、孕妇和儿童，他们需要一个没有电磁辐射的家居环境，上述两方面存在着矛盾。
有公司推出了一种无线路由器，具有孕妇模式，该模式下路由器的发射功率会降低。但是这种无线路由器只能整体改变所覆盖范围内的无线信号功率，并不能根据家庭中不同人的需求进行不同的设置。
因此，需要有一种技术，能够根据家庭中不同人群的需求，对建筑、住宅内的无线信号进行个性化的控制和调节。例如对老人、孕妇和儿童，可以关闭他们周围的无线信号，同时家庭中的其他不敏感人群，仍然可以不受影响地继续使用移动通信和无线网络。据了解，目前市场上还未有这样的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种分布式无线信号可控建筑，其能够根据用户的要求，控制用户所处位置的无线信号。
本发明采用以下技术方案来实现：
一种分布式无线信号可控建筑，包括网关单元(11)、第一房间和第二房间，第一房间中设置有第一天线面板(21)，第二房间中设置有第二天线面板(31)；网关单元(11)能够输出数据信号；并且数据信号经过第一导线(210)传输到第一房间的第一天线面板(21)，并被转换为无线信号；数据信号还经过第二导线(310)传输到第二房间的第二天线面板(31)，并被转换为无线信号；第一天线面板(21)和第二天线面板(31)能够分别控制第一房间和第二房间内的无线信号。
优选地，第一天线面板(21)包括第一天线单元(213)和第一信号控制单元(211、212)，第二天线面板包括第二天线单元(313)和第二信号控制单元(311、312)；数据信号经过第一导线(210)传输，并经过第一信号控制单元后，由第一天线单元转换为无线信号；数据信号经过第二导线(310)传输，并经过第二信号控制单元后，由第二天线单元转换为无线信号；第一信号控制单元(211、212)和第二信号 控制单元(311、312)能够分别控制传递给第一天线单元(213)和第二天线单元(313)的数据信号。
优选地，第一信号控制单元包括第一开关(211)，第二信号控制单元包括第二开关(311)；其中第一开关(211)和第二开关(311)能够分别控制传递给第一天线单元(213)和第二天线单元(313)的数据信号。
优选地，第一信号控制单元包括第一阻抗调整网络(212)，第二信号控制单元包括第二阻抗调整网络(312)；第一阻抗调整网络(212)和第二阻抗调整网络(312)能够改变自身阻抗并进而改变对应线路的阻抗，当线路的阻抗与天线单元(213、313)的阻抗接近匹配时，天线增益增强；当线路阻抗与天线单元(213、313)的阻抗远离匹配时，天线增益减小。
优选地，第一天线面板(21)外立面设置第一调节旋钮(402)，用于调节第一阻抗调整网络(212)的阻抗大小。
优选地，第一天线单元(213)的增益设计为只覆盖第一房间内的空间。
优选地，网关单元(11)包括无线局域网控制器(101)和小型移动通信基站(102)，无线局域网控制器(101)产生的无线局域网信号和小型移动通信基站(102)产生的移动通信信号经过第一公共接口(103)混合后传输给第一房间和第二房间。
优选地，第一天线面板(21)中包括第二公共接口(203)、第三信号控制单元(221、222)和第三天线单元(223)，第二公共接口(203)将第一导线(210)传输来的数据信号分离为无线局域网信号和移动通信信号；无线局域网信号经过第一信号控制单元(211、212)后，由第一天线单元(213)转换为无线信号；移动通信信号经过第三信号控制单元(221、222)后，由第三天线单元(223)转换为无线信号。
优选地，第一房间和第二房间的墙壁设置有电磁屏蔽材料。
优选地，网关单元(11)与第一房间/第二房间之间的连接是星型、环型或者总线型拓扑结构。
本发明的有益效果是：通过本方案，能够单独对每个房间进行独立的无线信号控制，从而可以满足家庭中不同人对健康和移动接入的不同需求。
附图说明
图1是本方案建筑的俯视图。
图2是本方案实施方式一的功能结构图。
图3是本方案实施方式一的天线面板外立面图。
图4是本方案实施方式二的功能结构图。
图5是本方案实施方式二的天线面板外立面图。
具体实施方式
实施方式一
对于大多数家庭住宅来说，存在的无线信号主要有两种，第一种是移动通信信号，包括2G、3G、4G信号。第二种是无线局域网络信号，主要是WIFI信号。本方案在家庭网关(11)中设置一个无线局域网(WLAN)控制器(101)和一个毫微微蜂窝基站(Femtocell)(102)(参见附图1、2)，并与外界通过宽带网络相连。
毫微微蜂窝基站(Femtocell)是一种小型、低功率的无线设备，其经过宽带连接到移动通信服务商的网络并支持数量有限的移动终端，并能够适用所有移动通信标准，包括GSM、CDMA2000、TD-SCDMA和LTE网络等。毫微微蜂窝的工作范围通常可以覆盖一个家庭住宅的范围。由于其覆盖范围小，因此毫微微蜂窝的传输功率相对较低，通常小于100mW。当然，本方案也不限于Femtocell基站，还可以采用其他类似的小型移动通信基站，例如微微蜂窝基站、微蜂窝基站等。
无线局域网(WLAN)控制器的设备可以采用无线路由器，通过宽带连接到互联网。当然，也不限于无线路由器，还可以使用其他类似的网络设备，例如交换机、集线器等等。
家庭网关中的WLAN控制器从外界接收网络数据，毫微微蜂窝基站从外界接收移动通信数据，上述数据经过第一公共接口(103)混合，混合后的信号通过导线支路(210、310)传送到各个房间的天线面板(21、31)。
导线支路(210、310)使用同轴电缆或光缆来实现。同轴电缆优选50欧姆阻抗的同轴电缆。使用光缆时，家庭网关和天线面板处需要设置光电转换部件。导线支路可以采用星型拓扑结构的连接方式(如图2所示)，从第一公共接口同时连接到各个房间的天线面板；也可以采用环型拓扑结构的连接方式(未图示)，从第一公共接口依次连接各个房间的天线面板(21、31)，还可以采用总线型拓扑结构。。
在每个房间中设置一个天线面板(21、31)，该天线面板类似于家庭中使用的开关面板结构，其包括内部空间和外立面。每个天线面板包括信号控制单元和天线单元(213、313)，其中信号控制单元进一步包括开关(211、311)和/或阻抗调整网络(212、312)。信号控制单元设置在天线面板内部空间。
天线单元可以采用如图3所示的外置式天线，然后通过天线面板的外立面上设置的天线接口与阻抗调整网络(212、312)相连；也可以采用内置式天线，例如微带天线，设置在天线面板内部空间。天线面板可以设置在房间的建筑结构表面，包括墙壁，地面和顶面的任意位置。
开关(211、311)能够控制传输到天线单元的信号的通断，阻抗调整网络(212、312)能够调节线路的阻抗，天线单元(213、313)能够将传输来的信号转换为无线信号发射出去，并接收无线信号。
开关(211、311)采用触点开关或同轴开关来实现，包括铁氧体、PIN管、FET等开关器件，并在天线面板的外立面上设置天线开关按钮(401)进行控制(参见附图3)，当用户需要打开或关闭无线信号时，可以通过天线开关按钮(401)来实现。
阻抗调整网络(212、312)能够调节线路阻抗，其由天线面板的外部面板上的调节旋钮(402)控制。 可以通过可变电阻、可变电容、可变电感等组件来实现。当用户需要增大无线信号的功率时，通过旋钮(402)调节阻抗调整网络(212、312)的阻抗，使整个线路的阻抗与天线单元的阻抗接近匹配，此时天线增益变大；当用户需要减小无线信号的功率时，通过旋钮(402)调节阻抗调整网络(212、312)的阻抗，使线路阻抗与天线单元的阻抗远离匹配，此时天线增益变小。调节旋钮(402)也可以设计成从小到大的多个档位，供用户切换。
在天线面板中，数据信号经过开关(211、311)、阻抗调整网络(212、312)后，由天线单元(213、313)转换为无线信号发射。由于墙壁对无线信号具有较高的阻挡衰减作用，例如WIFI信号通过钢筋混凝土墙将衰减至少15-30db。因此每个房间内的天线单元(213、313)的最大增益可以设计为足够小，使得发射的无线信号不会穿透墙壁进入其他房间(当发射的无线信号经过墙壁后的功率低于检测仪器的最低阈值时可视为该无线信号不会穿透墙壁)。从而实现每个房间的无线信号能够单独控制。当老人、孕妇和儿童进入一个房间时，可以减小或者关闭该房间的无线信号。而同时，其他房间的人员不受影响。
天线单元还能够接收终端设备发出的上行无线信号，包括移动通信信号和无线局域网信号。并将信号通过导线传递给家庭网关。此时家庭网关处的第一公共接口(103)能够对接收到的上行信号进行分离，采用的手段可以是频率选择器、带通滤波器等，然后将分离后的无线局域网信号和移动通信信号分别传送给WLAN控制器和小型移动通信基站。
对天线面板的开关(211、311)和阻抗调整网络(212、312)的控制还可以设计为遥控方式，例如通过红外、蓝牙、Zigbee等方式，还可以通过网络远程控制。此时可以省略天线面板的按钮和旋钮，并在天线面板设置相应的控制接口。
本方案中，每个家庭仅需要在网关处设置一个小型移动通信基站和WLAN控制器。在每个房间的天线面板中设置天线和对天线的信号控制单元，因此明显不同于现有的无线设备级联分布方案。并且由于信号通过导线的传输损耗要远远低于无线信号的穿墙损耗，因此将信号通过导线传送到每个房间，再通过每个房间内的天线发射，要比无线信号直接经过多道墙壁阻挡的衰减小。因此在每个房间中只需采用小增益的天线，就能够实现所有空间的完全覆盖。可见本方案的有益效果还包括：在降低发射功率、减少电磁污染的前提下，提高了无线网络的覆盖效果。
优选地，本方案还可以在每个房间的四周墙壁设置电磁屏蔽材料，例如金属网或者电磁屏蔽涂料，从而可以阻挡房间外部的电磁辐射影响，提高房间内的无线信号控制效果。当每个房间的天线功率足够小，产生的无线信号无法穿墙的时候，房间与房间之间的电磁屏蔽材料可以省略，此时只在房间朝向建筑外部的墙壁设置电磁屏蔽材料即可。
此外，家庭网关(包括小型移动通信基站和WLAN控制器)周围可以进一步设置电磁屏蔽部件。家庭网关也可以设置到家庭住宅外部的特定位置，例如公共仪表间、网络间等。从而进一步减小住宅内的电 磁辐射。
另外，各个房间仅仅是不同的天线，其发射的无线信号完全相同，均来源于同一个小型移动通信基站以及WLAN控制器。因此当用户从一个房间进入另一个房间，不需要重新选择网络，可以保证无线接入的稳定性。这也是现有的分布式无线设备级联方案所不具备的优点。
上述方案还可以适用于办公建筑环境，例如对一家公司而言，有些女员工怀孕后，对无线网络环境比较敏感，此时可以将孕妇集中在一个房间内办公，并单独关闭该房间内的无线网络，而其他员工的工作不受影响。
上述方案还可以适用于保密单位。由于无线数据产生的电磁波信号容易发生泄密，当临时性的保密需要时，例如项目开发、保密会议等，可以临时关闭建筑内的无线网络信号。直到保密期间结束后，再开通无线网络信号。
实施方式二
本实施方式与实施方式一基本相同，区别在于，本实施方式进一步考虑在每个房间的天线面板(21、31)中设置第二公共接口(203、303)，其对接收到的信号进行分离。由于移动通信信号包括了2G、3G、4G等多种频段的信号，例如GSM的频段在900MHZ和1800GHZ，TD-SCDMA在1.8GHZ-1.9GHZ、WCDMA在2.13GHZ-2.14GHZ，无线局域网信号频段范围则是2.4GHZ。移动通信信号和无线局域网信号的频率不同，因此在同一根导线中传递互相不受影响。
分离信号采用的手段可以是频率选择、带通滤波器等，将接收到的信号分离为无线局域网信号和移动通信信号(参见附图4-5)。然后无线局域网信号经过第一路中的开关(211、311)、阻抗匹配网络(212、312)和天线(213、313)发射出去。移动通信信号经过第二路中的开关(221、321)、阻抗匹配网络(222、322)和天线(223、323)发射出去。其中第一路中的开关(211)、第二路中的开关(212)分别受天线面板外部的WIFI天线开关按钮(401)和移动通信天线开关按钮(403)控制，第一路中的阻抗匹配网络(212)、第二路中的阻抗匹配网络(222)分别受天线面板外部的WIFI调节旋钮(402)和移动通信调节旋钮(404)控制。
由于每个天线的频段范围是有限的，因此通过将无线局域网信号和移动通信信号分离后通过不同的天线发射，将可以提高各自的发射性能。并且用户也可以分别控制无线局域网的无线信号和移动通信的无线信号，能够满足用户的不同需求。
显然，本方案中的移动通信和无线局域信号的控制方案可以单独实施。例如仅设置小型家庭移动通信基站，并在每个房间内仅对移动通信信号进行单独控制，也可以仅设置WLAN控制器，在每个房间内 仅对无线局域网信号(WIFI)进行控制。
另外，本方案也适用于其他无线网络信号的控制，例如蓝牙、Zigbee、WiMax等，同样可以参考本方案实施。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本方案的方法及其核心思想。应当指出，在不脱离本方案原理的前提下，还可以对本方案进行若干改进，这些改进也同样落入本方案权利要求的保护范围内。