CN100463432C - 使用多个天线的无线家用局域网系统 - Google Patents
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Abstract
这里公开了使用多个天线的无线家用LAN系统,和在通信系统中的无线接入点(AP)装置,用于为闭合特定区域内所包括的多个终端提供无线接入服务,包括:以预定距离的间隔在闭合特定区域中排列的并且被有选择地激活的多个无线模块;以及与无线模块有线连接的控制代理,用于控制在终端的区域中执行的通信和控制使用所激活的无线模块的与外部网络的连接。该装置使用单个控制器和连接到该控制器的多个天线,仅仅在需要通信服务的特定区域中有选择地激活天线,从而其可以解决性能异常和小区间频率干扰问题。而且,该装置控制传播波束集中在最小区域上,从而提高安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统,并且更具体地,涉及一种在无线LAN系统中使用的接入点(AP)。
背景技术
最近,关于最近已经被引入市场的、能够支持54Mbps的传送速率的高速无线设备,已经将IEEE 802.11a/g确定为最新的无线局域网(WLAN)技术标准。对于家用网络中所包括的家用电器的联网技术的用户需求正在增长,已经建议将该联网技术作为WLAN技术的主要应用。许多开发者已经对WLAN技术进行了深入的研究,试图提高无线速度和数据吞吐量,并且正在进行使用IEEE 802.11TGb标准化组的多输入多输出(MIMO)技术来将无线链路速度提高到200Mbps的预定速度的尝试。媒体接入控制(MAC)层将资源请求方案应用于随机接入方案,以提高无线资源的效率,从而可以将MAC输出提高80%。
图1是示出了传统无线LAN环境的概念示意图。参照图1,多个AP(接入点)11、13、15、和17分别构成了独立的小区11a、13a、15a、和17a。在这种情况下,虽然AP13和15使用不同的信道(即,信道#11和信道#1),但是不期望的重叠部分出现,从而引起信号干扰。而且,当AP15和17使用相同的信道(例如,信道#1)时,在边界区域可能遇到严重的干扰。
为了实施无线家用LAN网络系统,必须消除在小区规划期间产生的小区间干扰和性能异常现象。但是,如果使用传统的IEEE 802.11标准来实施多小区AP环境,则会产生小区间频率干扰现象和在小区边缘处所产生的性能异常,从而导致输出电平的降低和传输延迟的增加。
用于构造传统无线家用LAN网络系统的小区规划方案在安排小区时可能会遇到困难,并且可能遇到所不期望的覆盖空洞(coverage hole)。移动终端不能在覆盖空洞中接收无线信号,导致通信失败。当终端想要从在无线家用LAN网络中的当前接入AP移动到另一个AP时,必须对AP施加探测、再关联和验证功能,导致相当长的切换等待时间。
在传统家用LAN方案中AP覆盖较大的小区区域。因此,如果将家用LAN环境或建筑物LAN环境如此构建,则来自AP的无线信号可能超出家或建筑物区域,从而使得未授权终端能够接收AP和授权终端之间的通信分组,导致安全问题。
发明内容
因此,考虑到上述问题而提出了本发明,并且本发明的一个目的是提供一种通信系统,用于在实现无线LAN的小区规划期间,将无线设备和MAC设备彼此分开,从而可以消除小区间干扰和性能异常。
本发明的另一个目的是提供一种通信系统,用于可变地构建带有MAC设备的单个AP和不带有MAC设备的多个无线设备以管理预定区域,从而有效地管理服务区域。
本发明的另一个目的是提供一种通信系统,用于使用单个AP和单个MAC设备来覆盖相对宽的区域,从而减少总的系统构建费用。
本发明的再一个目的是提供一种通信系统,用于将多个RF(射频)设备连接到用户所期望的位置,从而有效地使用RF资源。
本发明的再一个目的是提供一种通信系统,用于将RF设备的服务区域减小到相对小的区域,从而提高安全性。
本发明的再一个目的是提供一种通信系统,用于测量终端的密度,并且根据测量结果将信道动态地分配给终端,从而有效地平衡负载。
根据本发明的一个方面,可以通过在通信系统中提供无线接入点(AP)装置来实现上述和其他目的,该无线AP装置用于给闭合特定区域中所包括的多个终端提供无线接入服务,具有以预定距离的间隔在闭合特定区域中排列的、被有选择地激活的多个无线模块;以及与无线模块有线连接的控制代理,用于根据区域中所包括的终端的分布将相同的信道或不同的信道分配给无线模块,控制在终端区域中执行的通信和使用所激活的无线模块与外部网络的连接。
最好,将无线模块固定于限定区域的天花板或墙壁上,并且当被激活时,无线模块形成多个小区,其指示终端的通信允许区域,并且同时将小区排列成彼此重叠。
最好,控制代理根据区域中所包括的终端的分布将相同的信道或不同的信道分配给无线模块。而且,最好控制代理根据区域中所包括的终端的分布将相同或不同的信道分配给无线模块,并且当通信量负载集中于分配有特定信道的无线模块的小区时,将默认信道分配给相邻小区,从而使通信量分布均匀。
每个无线模块最好包括:A/D转换器,用于将从每个终端接收的模拟信号转换为数字信号;和信号处理单元,用于产生包括终端的接收信号强度指示(RSSI)、分配信道索引、和天线索引的控制信号,并且将控制信号发送到控制代理。
最好,控制代理包括:用于每个信道的多个MAC(媒体接入控制)单元,用于管理分配有相同信道的多个天线;和切换模块,用于处理从每个无线模块接收的控制信号,并且将处理结果发送给MAC单元。
根据本发明的另一方面,每个无线模块包括:固定到限定区域的天花板或墙壁的多个墙壁出口(wall-outlet)模块;和与墙壁出口模块连接的插入型(plug-type)天线模块。
最好,将天线模块连接到墙壁出口模块,并且通过与控制代理交换信号来激活天线模块。当将它们连接到天线时,每个墙壁出口模块最好还形成指示通信允许区域的小区,并且将墙壁出口模块排列成使得小区彼此重叠。
最好,控制代理根据在区域中所包括的终端的分布,将相同或不同的信道分配给无线模块,并且当通信量负载集中在分配有特定信道的无线模块的小区时,将默认信道分配给相邻小区,从而使通信量分布均匀。控制代理最好根据在区域中所包括的终端的分布,将相同或不同的信道分配给无线模块。
最好,每个无线模块包括:A/D转换器,用于当连接于天线模块时,将从每个终端接收的模拟信号转换为数字信号;和信号处理单元,用于产生包括终端的接收信号强度指示(RSSI)、分配信道索引、和天线索引的控制信号,并且将控制信号发送到控制代理。
最好,控制代理包括:用于每个信道的多个MAC(媒体接入控制)单元,用于管理分配有相同信道的多个天线模块;和切换模块,用于处理从每个墙壁出口模块接收的控制信号,并且/或者处理从无线模块接收的控制信号,将处理结果发送给MAC单元。
根据本发明的另一方面,切换模块被集成到控制代理中或与控制代理分开,从而经由一个数据总线连接到控制代理,并且经由各个数据总线连接到无线模块。
最好,无线AP装置还包括多个切换模块,其经由各个数据总线连接于控制代理,或经由仅仅一个数据总线分支连接于预定数目的无线模块。
最好,根据无线模块的数目,增加或减少MAC单元的数目。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明,将可以清楚地理解本发明的上述和其他的目的、特点和其他优点,其中:
图1为示出了传统无线LAN环境的概念示意图;
图2示出了根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统;
图3为示出了根据本发明优选实施例的、图2的控制代理(control agent)的内部部件的方框图;
图4为示出了在根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统中使用的天线单元的方框图;
图5为示出了根据本发明优选实施例的、用于将天线模块连接到无线家用LAN系统的墙壁出口模块的方法的概念示意图;
图6为示出了在根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统中的示例情况的概念示意图,在该示例情况中将相同的信道分配给其每一个都包括天线模块的多个墙壁出口模块;
图7为示出了在根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统中分配给其每一个都包括天线模块的多个墙壁出口模块的不同信道的概念示意图;
图8为示出了根据本发明的另一个优选实施例的无线家用LAN系统的方框图;
图9为示出了根据本发明的、根据终端分布的变化而关于各个天线的信道分配变化的概念示意图;和
图10为示出了在根据本发明的无线家用LAN系统环境中用于仅仅为需要的区域提供无线通信服务的方法的概念示意图。
具体实施方式
现在,将参照附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中,相同的附图标记表示相同或类似的部件,即使在不同的附图中对这些部件进行描述。在下面的说明中,将省略合并与此的已知功能和配置的详细描述,从而防止使本发明的主题变得不清楚。
图2示出了根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统。
参照图2,根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统包括控制代理21和多个墙壁出口模块25,该墙壁出口模块25分布于预定区域中,并且经由数据总线20连接到控制代理21。天线模块连接到每个墙壁出口模块25,形成微微小区(pico-cell)服务区域26。在这种情况下,如果将相同的信道分配给一些相邻的天线模块23,则可以形成较宽的合并小区,例如28和29。
图3为方框图,示出了根据本发明优选实施例的、图2的控制代理的内部部件。控制代理21包括:切换模块31,用于处理通过数据总线20的控制线从每个天线模块23(在图4中说明)接收的控制信息;多个MAC单元35a、35b和35c,用于根据切换模块31的控制信号来处理各个信道的数据;以及信道调度器37,用于将信道分配给各个天线模块23。
MAC单元的数目可以响应于天线模块的数目而增加或减少。
图4为示出了在根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统中使用的天线单元的方框图。参照图4,天线模块23包括:A/D转换器41,用于将从终端(未示出)接收的信号转换为数字信号;控制信号发生器43,用于从A/D转换器41接收数字信号,合并接收信号的接收信号强度指示(RSSI)、使用的信道索引(CH#)、和对应的天线索引(Ant#),从而产生控制信号;以及第二消息处理模块45,用于处理以消息形式从控制信号发生器43产生的控制信号,和将处理结果发送到控制代理21。
连接到墙壁出口模块25的天线模块23形成微微小区服务区域26。控制代理21包括基带和MAC设备,用于处理各个信道,从而其动态地将信道或端口分配给天线。
图5为示出了根据本发明优选实施例的、用于将天线模块连接到无线家用LAN系统的墙壁出口模块的方法的概念示意图。墙壁出口模块25固定于家中的天花板或墙壁上。因此,由连接到天线模块23的墙壁出口模块来确定小区区域。
图6为示出了在根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统中的示例情况的概念示意图,在该示例情况中将相同的信道分配给其每一个都包括天线模块23的多个墙壁出口模块25。参照图6,将四个天线模块23安置于位于预定位置的墙壁出口模块25,从而它们通过相同的信道提供服务。在这种情况下,将相同的信道(例如,信道#6)分配给所有的天线模块23,从而由相同的MAC单元对它们进行管理。比如,如果将预定的信道(信道#6)分配给四个天线模块23,则由图3中所示的MAC单元35b来对所有天线模块进行管理。
图7为示出了在根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统中分配给其每一个都包括天线模块的多个墙壁出口模块的不同信道的概念示意图。参照图7,将相同的信道(信道#6)分配给两个天线模块23a和23b,并且将预定的信道(信道#1)分配给其他天线模块23c和23d。在这种情况下,由与信道#6相关联的MAC单元35b来管理天线模块23a和23b,并且由与信道#1相关联的MAC单元35c来管理其他天线模块23c和23d。
将在下面说明上述无线家用LAN系统的操作。
在从终端接收到数据时,天线模块23调制接收数据的频率,通过数据线将所调制的数据发送到控制代理21,并且,同时,使用天线控制器通过控制线将数据RSSI、当前天线的端口号、和天线的信道号发送给控制代理21。在接收通过控制线所接收的信息时,控制代理21估计当前天线的数据量,并且根据估计结果而改变信道。比如,假如将分配给端口号‘1’的特定天线的当前使用信道确定为编号‘1’,并且由于在对应信道中存在大量数据而需要通信量分配,则控制代理21将具有端口号‘1’的天线的信道号改变为信道号‘6’。
图8为示出了根据本发明的另一个优选实施例的无线家用LAN系统的方框图。
参照图8,根据本发明的另一优选实施例,将多个切换模块21a、21b、21c、和21d分别分配给多个数据总线分支20a、20b、20c、和20d,从而它们控制连接到各个数据总线分支20a、20b、20c、和20d的各个墙壁出口模块25的数据通信。相反地,本发明的上述优选实施例将切换模块31安装于控制代理21中。
在这种情况下,所有墙壁出口模块25-1到25-12通过公共控制信道20-5向控制代理21发送控制信号/从控制代理21接收控制信号,并且分配有相同信道的墙壁出口模块共享相同的数据信道。比如,分配有信道#1的墙壁出口模块25-3、25-6、25-7、25-8和25-9共享相同的数据信道20-1,分配有信道#6的墙壁出口模块25-2、25-4、25-5、和25-11共享相同的数据信道20-2,并且分配有信道#11的墙壁出口模块25-1、25-10、和25-12共享相同的数据信道20-3。尽管根据本发明的另一个优选实施例的、分配有相同信道的墙壁出口模块只共享一个数据信道,但是可以将一个数据信道提供给每个墙壁出口模块。
尽管根据本发明的另一个优选实施例的、使用总线拓扑将一个切换模块分配给每个数据总线,但是经由各个数据总线连接墙壁出口模块25-1到25-12,从而可以以星型拓扑来实现它们。
图9为示出了根据本发明优选实施例的、根据终端分布的变化而关于各个天线的信道分配变化的概念示意图。参照图9,给总的天线分配信道号#1以同目标物体通信。如果由于增加的数据量而使得特定天线要求较高的输出功率,则为其分配另一个信道。如果移动终端将其天线从信道号#6移动到另一个天线号,则其使用默认信道#1来执行再关联,从而不需要执行扫描操作。因此,如果在网络中包括的通信量模式改变为另一模式,则根据改变的通信量模式来动态操作信道分配操作。
图10为示出了在根据本发明优选实施例的无线家用LAN系统环境中用于仅仅为需要的区域提供无线通信服务的方法的概念示意图。参照图10,将天线模块25安置于天花板上。在从控制代理21接收控制信号时,有选择地激活天线模块25,从而通信服务仅仅对特定区域是可用的。
从上面说明可以明显看出,根据本发明的无线家用LAN系统使用单个控制器和多个与该控制器连接的天线,只在需要通信服务的特定区域中有选择地激活天线,从而其可以解决性能异常和小区间频率干扰的问题。而且,无线家用LAN系统控制传播波束集中于最小区域,从而提高了安全性。
当通信量负载在特定区域集中时,无线家用LAN系统使用默认信道来分配通信量负载,从而其可以保持恒定的输出电平。该无线家用LAN系统根据小区区域的通信环境,只将资源动态地分配给需要的区域,从而其可以有效地管理资源。并且,该无线家用LAN系统具有非常小的小区区域和低的传输功率,使得终端节省能量从而能使用更长的时间,并且提高安全性。
虽然就说明的目的公开了本发明的优选实施例,但是本领域的技术人员应该理解,只要不偏离在所附的权利要求中所公开的本发明的范围和精神,各种改进、增加和替换都是可能的。
Claims (19)
1.一种在通信系统中的无线接入点装置,用于为在闭合特定区域中所包括的多个终端提供无线接入服务,包括:
多个天线模块,以预定距离的间隔在闭合特定区域中排列、且被有选择地激活;以及
与天线模块有线连接的控制代理,用于根据区域中所包括的终端的分布将相同的信道或不同的信道分配给天线模块,控制在闭合特定区域中执行的通信和控制使用所激活的天线模块的与外部网络的连接。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,当将多个小区激活时,天线模块形成指示通信允许闭合特定区域的多个小区,并且将固定天线模块排列成彼此重叠。
3.根据权利要求2所述的装置,其中控制代理根据区域中所包括的终端的分布将相同或不同的信道分配给天线模块,并且当通信量负载集中于分配有特定信道的天线模块的小区时,将默认信道分配给相邻小区,从而提供均匀的通信量分布。
4.根据权利要求1所述的装置,其中多个天线模块的每一个包括:
A/D转换器,用于将从终端接收的模拟信号转换为数字信号;和
信号处理单元,用于产生包括终端的接收信号强度指示RSSI、分配信道索引、和天线索引的控制信号,并且将控制信号发送到控制代理。
5.根据权利要求4所述的装置,其中控制代理包括:
多个媒体接入控制单元,即MAC单元,用于管理分配有相同信道的多个天线模块;和
切换模块,用于处理从每个天线模块接收的控制信号,并且将处理结果发送给MAC单元。
6.根据权利要求1所述的装置,其中多个天线模块的每一个包括:
固定到限定区域的天花板或墙壁上的多个墙壁出口模块;和
可与墙壁出口模块连接的插入型天线模块,
其中,该多个天线模块与控制代理交换信号,其中控制代理根据闭合特定区域中所包括的终端的分布来将相同的信道或不同的信道分配给天线模块。
7.根据权利要求6所述的装置,其中当将墙壁出口模块连接到插入型天线模块时,通过与控制模块交换信号来激活该插入型天线模块及天线模块,每个被激活的天线模块形成指示通信允许区域的小区,并且被排列成使得小区彼此重叠。
8.根据权利要求6所述的装置,其中控制代理根据在闭合特定区域中所包括的终端的分布,将相同的信道或不同的信道分配给天线模块,并且当通信量负载集中在分配有特定信道的天线模块的小区时,将默认信道分配给相邻小区,从而提供均匀的通信量分布。
9.根据权利要求6所述的装置,其中控制代理根据在闭合特定区域中所包括的终端的分布,将相同的信道或不同的信道分配给天线模块。
10.根据权利要求6所述的装置,其中多个天线模块的每一个包括:
A/D转换器,用于当连接于插入型天线模块时,将从每个终端接收的模拟信号转换为数字信号;和
信号处理单元,用于产生包括终端的接收信号强度指示RSSI、分配信道索引、和天线索引的控制信号,并且将控制信号发送到控制代理。
11.根据权利要求10所述的装置,其中控制代理包括:
多个媒体接入控制单元,即MAC单元,用于管理分配有相同信道的多个插入型天线模块;和
切换模块,用于处理从每个墙壁出口模块接收的控制信号,并且将处理结果发送给MAC单元。
12.根据权利要求6所述的装置,其中插入型天线模块包括:
A/D转换器,用于当连接于墙壁出口模块时,将从终端接收的模拟信号转换为数字信号;和
信号处理单元,用于产生包括终端的接收信号强度指示RSSI、分配信道索引、和天线索引的控制信号,并且将控制信号发送到控制代理。
13.根据权利要求12所述的装置,其中控制代理包括:
多个媒体接入控制单元,即MAC单元,用于管理分配有相同信道的多个插入型天线模块;和
切换模块,用于处理从插入型天线模块接收的控制信号,并且将处理结果发送给MAC单元。
14.根据权利要求4所述的装置,其中控制代理还包括:
多个MAC单元,用于管理分配有相同信道的多个天线模块。
15.根据权利要求14所述的装置,还包括:
切换模块,用于处理从天线模块接收的控制信号,并且将处理结果发送给控制代理。
16.根据权利要求15所述的装置,其中将切换模块集成于控制代理中。
17.根据权利要求15所述的装置,其中将切换模块与控制代理分开,经由数据总线将该切换模块连接到控制代理,并且经由各个数据总线将该切换模块连接到多个天线模块。
18.根据权利要求14所述的装置,还包括:
多个切换模块,其经由各个数据总线连接于控制代理,和经由仅仅一个数据总线分支连接于预定数目的天线模块。
19.根据权利要求14所述的装置,其中根据天线模块的数目,增加或减少MAC单元的数目。
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