CN101023689B - 使用媒体存取控制信息操作wlan中智能天线的方法 - Google Patents

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Abstract

一种以一切换波束天线于包含多个传送器的WLAN中操作的通信装置。该切换式波束天线可产生多个天线波束。一种操作该通信装置的方法，包含从操作于该WLAN内的该多个传送器接收信号，识别包含媒体存取控制信息的该接收信号，及决定包含媒体存取控制信息的各接收信号的品质度量。传送器是以该品质度量为基础被选择。扫描该天线波束，以从该被选择传送器接收包含媒体存取控制信息的该信号。决定与各被扫描天线波束相关的品质度量。接着以该品质度量为基础选择该被扫描天线波束之一，以用于与该被选择传送器通信。

Description

使用媒体存取控制信息操作WLAN中智能天线的方法
技术领域
本发明是有关无线通信领域，更特别有关与无线通信装置一起使用的智能天线。
背景技术
无线通信系统中，通信装置可包含产生多个方向性天线波束的一智能天线。当操控于无线区域网络(WLAN)时，传统操控方向性天线波束的方法是以测量被接收于物理层(PHY)的原始信号强度为基础。通常，通信装置尝试于特定测量时间间隔操控方向性天线波束至被接收信号平均强度被最大化的方向。
缺点是该通信装置无法识别信号来源而盲目地最大化被接收信号强度。较具智能的方案中，通信装置是通过网络的中央存取协调器，也就是存取点或基地台来倾听周期性或准周期性被传送的传播信号。例如，传播信号包含信标帧。
通信装置操控方向性天线波束至被接收自该信标帧的信号强度被最大化的方向。此例中，该站是依靠有关来自存取点的传播信标帧的传送时间定其信息。该系统还测量不同方向性天线波束的信标帧的被接收信号强度。此测量是通过周期性扫描各波束信号强度，使用来自存取点的信标帧周期性传送时间的知识锁定该信标帧来执行。
以媒体存取控制(MAC)不可知最大化被接收信号品质，如被接收信号强度指标(RSSI)或信号杂讯比(SNR)为基础的天线波束操控方法是存在问题。通常很难精确测量物理层信号品质指标，特别是若信号杂讯或干扰比的品质指标不良时。此是因很难于接收器处知道目前被接收信号是否包含未失真信号加上随机杂讯，或被接收信号本身是否失真或方向性干扰是否也被添加于该被接收信号中。
甚至于以倾听如已知于周期性或准周期性时间间隔被传送自存取点的信标帧信号的传播信号为基础的更具智能的天线波束操控方法中，仍然会有问题。该周期是已知或可被传送，而该不同天线波束可被操控来测量不同测量间隔的被接收信标帧信号强度且接着被比较。
因为信标帧仅为准周期性，且可因为不良接收环境或WLAN信号传送精确时点漏失而遗漏，所以问题之一是信标帧信号不能精确知道。目前系统另一问题是相当长时间延迟，通常为100微秒阶，通信装置必须等待接收WLAN中的信标帧封包。
因为每100微秒每天线波束只有一信标帧封包被接收，且因为确保信号强度可靠测量是需每天线波束若干封包接收，所以若波束搜寻仅依靠接收信标帧，则扫描搜寻“最佳天线波束”需耗费秒阶或更长的长时间。针对某些因为波束搜寻期间(包含可能产生不良通信的波束)该应用不能容许通信可能降级而必须的快速波束搜寻应用，依靠周期性接收封包化传播信号的操控方法所引起的该长延迟可能是明显的问题。
例如，缺乏智能使用被接收媒体存取控制封包信息下的WLAN信号测量会产生问题。当媒体存取控制封包状信息不被使用时，无线WLAN站非常难以分辨较佳天线波束方向及非预期天线波束方向。
发明内容
由于上述背景，本发明目的是使用被包含于媒体存取控制封包中的信息来降低接收路径及传送路径中的天线操控问题。
本发明为一种智能天线为基础系统中操控天线波束的方法。该系统可盲目地最大化测量间隔内被接收的所有帧的接收能量。该系统还可以周期性被传送自存取点的信号传送时点的知识为基础来扫描不同天线波束。可以识别及区分不同WLAN媒体存取控制封包地址来同时测量信号或链路品质及被接收于测量间隔内的所有被接收帧的封包状测量信息。通过使用WLAN媒体存取控制封包状地址及品质信息，不同天线波束的信号或链路品质测量与依靠未知媒体存取控制封包地址及封包状品质信息的频值测量的传统方法相较下更快且更精确。
同时，波束搜寻图案及外型也可被选择性成形。也就是说，天线波束可被操控朝向预期来源/目标，远离非预期来源/目标，朝向平衡与该来源/目标通信链路加强的方向，或压缩与该非预期来源/目标的链路，如共信道干扰存取点(AP)。天线波束是使用适当媒体存取控制封包信息来操控。
天线操控逻辑的一实施例是以被传送自媒体存取控制的品质度量为基础。这些品质度量包含被接收信号强度指标，及标示目前各媒体存取控制封包被使用该操控方法的该站传送的传送速率的被传送封包物理层速率值。
附加品质度量包含被传送封包长度值，其可标示被包含于被使用该操控方法的该站传送的各封包中的媒体存取控制封包数据部分中的位组数，及被使用该操控方法的该站传送的封包有关的各802.11无线区域网络媒体存取控制层计数器(于802.11标准中被称为dot11计数器)的值。所有这些品质度量可于媒体存取控制标头中获得。
另一实施例中，WLAN站是运用依据本发明的操控方法来传送数据型封包至其预期目的地站。
传送天线操控逻辑是涉及被传送自媒体存取控制的品质度量，且包含如标示目前各媒体存取控制封包被使用该操控方法的该站传送的传送速率的被传送封包物理层速率值。该品质度量还包含被传送封包长度值，其可标示被包含于被使用该操控方法的该站传送的各封包中的媒体存取控制封包数据部分中的位组数，及各802.11无线区域网络媒体存取控制层计数器值。
另一实施例是涉及操控客户站接收来自两不同存取点站的信号的智能天线。第一站是位于接近第二站方向及其对向的方向，而第三站及第一站间的距离是小于第二站及第一站间的距离。智能天线操控站可操控接收天线波束来最小化第二站的能量。最小化第二站的能量可同等地最小化第一站所接收的干扰，并增加信号干扰杂讯比(SINR)。
附图说明
从以下较佳实施例及附图说明可获得本发明更详细理解，其中：
图1为依据本发明WLAN站从相同独立基本服务组(IBSS)内的另一站接收数据封包的方块图。
图2为依据本发明运用智能天线操控逻辑的WLAN接收器上层方块图。
图3为描绘依据本发明接收天线操控逻辑的方块图。
图4为依据本发明运用智能天线操控方法的WLAN站方块图。
图5为描绘依据本发明传送天线操控逻辑的方块图。
图6为依据本发明从相似方向接收来自两存取点站的信号的客户站方块图。
图7为依据本发明从反方向接收来自两存取点站的信号的客户站方块图。
具体实施方式
本发明为一种智能天线为基础的系统中操控天线波束的方法。该系统可盲目地最大化测量间隔内被接收的所有帧的接收能量。该系统还可以周期性被传送自存取点的信号传送时点的知识为基础来扫描不同天线波束。
可以识别及区分不同WLAN媒体存取控制封包地址来同时测量信号或链路品质及被接收于测量间隔内的所有被接收帧的封包状测量信息。通过使用WLAN媒体存取控制封包状地址及品质信息，不同天线波束的信号或链路品质测量与依靠未知媒体存取控制封包地址及封包状品质信息的频值测量的传统方法相较下更快且更精确。
同时，波束搜寻图案及外型可被选择性成形。意指天线波束可被操控朝向预期来源/目标，远离非预期来源/目标，朝向平衡与该来源/目标通信链路加强的方向，或压缩与该非预期来源/目标的链路，如共信道干扰存取点(AP)。如图2所示，天线波束可使用适当媒体存取控制封包信息来操控。
依据802.11标准，各WLAN封包包含一媒体存取控制标头，其可包含媒体存取控制地址信息，包含基本服务组识别(BSSID)，来源地址(SA)，目的地地址(DA)，传送站地址(TA)及接收站地址(RA)。媒体存取控制标头可视封包类型而包含一个或更多地址。
另一例是被描绘于图2，其中封包为被使用依据本发明的该操控方法的站20经由图1所示无线媒体30从相同独立基本服务组(IBSS)内的另一站10接收的802.11WLAN数据帧类型。目的地地址，源地址及基本服务组识别是被嵌入媒体存取控制标头中。目的地地址，源地址及基本服务组识别的各不同组合是表示来源及目的地站间的无线媒体。
例如，各站10，20可为存取点，通信装置或基地台。各站10，20包含可产生多个天线波束的一切换式波束天线，被连接至该切换式波束天线以选择该多个天线波束之一波束选择器，及一收发器，被连接至该切换式波束天线及该波束选择器以接收来自操控于WLAN内的多个传送器的信号。将被更详细解释的收发器是进一步包含可支援依据本发明的该操控的若干不同模块。
该操控演算可存取及使用媒体存取控制层信息，包含IEEE 802.11标准WLAN管理帧类型的帧(封包)的来源及目的地媒体存取控制地址。此信息包含信标帧，探测要求帧，探测回应帧，认证帧，去认证帧，连结要求帧，连结回应帧，反连结要求帧，反连结回应帧及分离帧。
该操控演算可直接存取及使用可用媒体存取控制层信息来搜寻来自可用天线波束的最佳天线波束来接收数据。可用媒体存取控制层信息包含被报告自该站所接收的各802.11WLAN媒体存取控制封包的IEEE 802.11WLAN物理层收敛协议(PLCP)标头部份的被接收信号强度指标值；标示刚被运用操控方法的该站接收的目前各媒体存取控制封包被其传送者传送的传送速率的被接收封包速率值；标示被包含于各被接收封包中的媒体存取控制封包数据部分中的位组数的长度值；及与被接收自其他站的封包有关的IEEE 802.11标准中被称为dot11计数器的各802.11WLAN媒体存取控制层计数器值。在此被称为封包者包含IEEE 802.11WLAN标准中所有被定义类型及子类型封包或帧。
该操控演算是存取及使用可用天线波束来接收天线操控。媒体存取控制层信息是如特定来源媒体存取控制来源地址特定的被接收封包错误率(及相反地，封包成功率)，被接收帧平均物理层传送率，及被接收媒体存取控制封包的数据部分平均短期产出。
图2所示的天线操控逻辑一实施例是被进一步描绘于图3。被传送自媒体存取控制层的品质度量包含被接收信号强度指标1004，标示目前各媒体存取控制封包被使用依据本发明的操控方法的该站传送的传送速率的被传送封包物理层速率值1001，及标示被包含于被使用依据本发明的操控方法的该站传送的各被传送封包中的媒体存取控制封包数据部分中的位组数的被传送封包长度值1002，及被使用依据本发明的操控方法的该站传送的封包有关的各802.11WLAN媒体存取控制层计数器1003(于802.11标准中被称为dot11计数器)的值，其均可于媒体存取控制标头中获得。
被传送封包物理层速率值1001，被传送封包长度值1002，及各802.11WLAN媒体存取控制层计数器的值1003被传送至品质度量计算器1005，其可产生衍生品质度量，包含特定来源媒体存取控制地址特定的被接收封包错误率(及相反地，封包成功率)，特定来源媒体存取控制地址特定的被接收帧平均物理层传送率，及特定来源媒体存取控制来源地址特定的被接收媒体存取控制封包的数据部分平均短期产出。
衍生品质度量及直接获得品质度量及对应媒体存取控制地址均被传送自天线波束选择器1009，其中最佳天线波束是以可获得信息为基础被决定用于通信。接收天线波束选择器1009可使用一个或更多品质度量及一对应媒体存取控制地址来操控接收天线波束。一实施例中，天线波束选择器1009可使用特定媒体存取控制地址当作仅有品质度量接收所有被接收自WLAN站的封包的被接收信号强度指标1004。
该操控演算可直接存取及使用可用媒体存取控制层信息来搜寻来自可用天线波束的最佳天线波束来传送数据。可用媒体存取控制层信息包含标示目前各媒体存取控制封包被运用操控方法的该站传送的传送速率的被传送封包物理层速率值；标示被包含于各运用操控方法的该站传送的各封包中的媒体存取控制封包数据部分中的位组数的被传送封包长度值；及与被运用操控方法的该站传送的封包有关的各802.11WLAN媒体存取控制层计数器长度值。
该操控演算是存取及使用媒体存取控制层信息，如特定目的地媒体存取控制目的地地址特定的被接收封包错误率，被接收封包平均物理层传送速率，及被传送媒体存取控制封包的数据部分平均短期产出。
图4描绘WLAN站40运用操控方法传送数据类型封包至其预期目的地站50的另一实施例。媒体存取控制目的地地址是通过媒体存取控制地址撷取器304撷取，而品质度量是通过品质度量撷取器305撷取。被撷取品质度量及媒体存取控制目的地地址是相关联且被传送至天线操控逻辑301，其可决定与具特定媒体存取控制地址的目的地站通信的最佳传送天线波束。媒体存取控制数据是被重新格式化为正确帧，且通过WLAN站物理层调变，及经由预定天线波束300被传送。
图4的传送天线操控逻辑被进一步描绘于图5。被传送自媒体存取控制层的品质度量包含直接获得媒体存取控制层信息，如目前各媒体存取控制封包被运用操控方法的该站传送的传送速率的被传送封包物理层速率值2001，及标示被包含于被运用操控方法的该站传送的各封包中的媒体存取控制封包数据部分中的位组数的被传送封包长度值2002，及与被运用操控方法的该站传送的封包有关的各802.11WLAN媒体存取控制层计数器(IEEE 802.11标准中被称为dot11计数器)的值2003。
被传送封包物理层速率值2001，被传送封包长度值2002，及各802.11WLAN媒体存取控制层计数器的值2003是被传送至品质度量计算器2005，其可计算衍生品质度量，包含特定来源媒体存取控制地址特定的被接收封包错误率2006(及相反地，封包成功率)，特定来源媒体存取控制地址特定的被传送封包2007平均物理层传送率，及特定来源媒体存取控制来源地址特定的被传送封包2008的数据部分平均短期产出。
衍生品质度量及直接获得品质度量及对应媒体存取控制地址均被传送自传送天线波束选择器2009，其中最佳传送天线波束是以可获得信息为基础被决定用于与具特定媒体存取控制地址的站通信。传送天线波束选择器2009可使用一个或更多品质度量及一对应媒体存取控制地址来操控传送天线波束。实施例中，传送天线波束选择器2009可使用平均短期传送产出当作取有品质度量。
操控方法可使用被接收及/或被传送媒体存取控制封包的媒体存取控制地址信息来识别，分类及监视预期来源及/或预期目的地，及使用被接收及/或被传送媒体存取控制封包的媒体存取控制地址信息来识别，分类及监视非预期来源及/或非预期目的地。
当运用智能天线操控方法的WLAN站与一个以上站通信时，其可识别与各这些站相关的品质度量，监视这些站状况，及将这些站分为预期来源/目的地及非预期来源/目的地。视实际环境(如站的几何位置)而定，智能天线操控站可选择最大化往/返预期站的能量或最小化往/返预期站的能量。
最后目的是最大化信号干扰杂讯比，其可导致较高产出。图6描绘智能天线操控客户站61接收来自存取点站62及存取点站63的信号实施例。站62及站63是位于类似相对于站61的方向，而站62是较站63更靠近站61。若站63不存在，则智能天线操控客户站61可操控接收天线波束至站62。
另一实施例被描绘于图7，其中智能天线操控客户站71是接收米自存取点站72及存取点站73的信号。站72是位于相对于站71更接近站73反方向的方向，而站72及站61间的距离是小于站73及站71间的距离。智能天线操控站71可操控接收天线波束来最小化来自站73的能量。最小化站73的能量同样地最小化站71所接收的干扰并产生最大信号干扰杂讯比。
操控波束天线的一替代方法是使用高于媒体存取控制层的层所提供的效能信息来搜寻最佳天线波束。例如，当传输控制协议(TCP)被用于WLAN上的文件转移时，具有智能天线系统的接收站可针对各被扫描波束旋转其波束一段相当长测量间隔，且各波束测量间隔期间，该系统可测量使用该特定波束所获得的传输控制协议层或应用层数据产出。
此方法通过物理层信号强度为基础仅操控天线来减轻操控波束至干扰源的潜在问题。然而，与目前发明的媒体存取控制层封包状扫描相较下，因为该方法通常较媒体存取控制封包状测量耗费更多时间，所以其需要过长测量间隔。
有了以上说明及相关附图所呈现的传授利益，熟悉本技术人士心中将浮现出本发明许多修改及其他实施例。因此，应了解本发明不限于所揭示的特定实施例，修改及实施例均被预期包含于所附的本申请权利要求范围内。

Claims (16)

1.一种于包含多个传送器的无线区域网络(WLAN)中操作一通信装置的方法，该通信装置包含可产生多个天线波束的一切换式波束天线，该方法包含：
接收来自于该WLAN内操作的该多个传送器的信号；
识别包含媒体存取控制信息的该接收信号，该媒体存取控制信息包含于一封包内，该媒体存取控制信息包含用于各封包的一来源地址及一目的地地址；
决定包含媒体存取控制信息的各接收信号的一品质度量；
以该品质度量为基础选择一传送器；
扫描该多个天线波束，用以从该所选择传送器接收包含媒体存取控制信息的该信号，及决定与各被扫描天线波束相关的一品质度量；及
以该品质度量为基础，选择该被扫描天线波束之一与该所选择传送器通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包含将该所选择天线波束与该所选择传送器的该来源地址相关联，使得当一接续封包以该相同来源地址所接收时，该相同天线波束是用来接收该媒体存取控制信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包含：
周期性扫描该多个天线波束，用于从该不被选择传送器接收包含媒体存取控制信息的该信号，并决定与各被扫描天线波束相关的一品质度量；
比较该不被选择传送器相关的该品质度量及该所选择传送器相关的该品质度量；及
以该比较为基础选择该被扫描天线波束之一与该不被选择传送器通信。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包含：
识别不提供包含媒体存取控制信息的信号的该传送器；及
避免于不提供包含媒体存取控制信息的信号的该被识别传送器方向选择天线波束。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于决定各接收信号的该品质度量是以与此相关的该媒体存取控制信息为基础，该媒体存取控制信息包含一接收信号强度指标值、一标示该信号被传送的一传送速率的接收封包速率值、一标示包含于该信号的一数据部分中的位组数的长度值及dotll计数器值至少其中之一。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于决定各接收信号的该品质度量是以与此相关的该媒体存取控制信息为基础，该媒体存取控制信息包含一接收封包错误率、一封包成功率、一接收帧平均物理层传送率，及该信号的一数据部分平均短期产出至少其中之一。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该多个天线波束包含多个方向性天线波束。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该多个天线波束包含多个方向性天线波束及一全方向性天线波束，该全方向性天线波束是用来识别包含媒体存取控制信息的该接收信号，而一方向性天线波束是用来与该所选择传送器通信。
9.一种操作于包含多个传送器的一无线区域网络(WLAN)中的通信装置，该通信装置包含：
一切换式波束天线，可产生多个天线波束；
一波束选择器，与该切换式波束天线连接，用以选择该多个天线波束之一；
一收发器，连接至该切换式波束天线及该波束选择器，以接收来自于该WLAN内操作的该多个传送器的信号，该收发器包含：
一媒体存取控制模块，可识别包含媒体存取控制信息的该接收信号，该媒体存取控制信息包含于一封包内，该媒体存取控制信息包含用于各封包的一来源地址及一目的地地址；及
一品质度量模块，可决定包含媒体存取控制信息的各接收信号的一品质度量；
该波束选择器以该品质度量为基础选择一传送器，及扫描该多个天线波束，用于从该所选择传送器接收包含媒体存取控制信息的该信号；
该品质度量模块可决定与各被扫描天线波束相关的一品质度量；及
该波束选择器以该品质度量为基础，选择该被扫描天线波束之一而与该所选择传送器通信。
10.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于该收发器将该所选择天线波束与该所选择传送器的该来源地址相关联，使得当一接续封包以该相同来源地址接收时，该相同天线波束是用来接收该媒体存取控制信息。
11.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于该波束选择器可周期性扫描该多个天线波束，以从该不被选择传送器接收包含媒体存取控制信息的该信号；其中该品质度量模块可决定与各被扫描天线波束相关的一品质度量，并比较与该不被选择传送器相关的该品质度量及与该所选择传送器相关的该品质度量；及其中该波束选择器以该比较为基础选择该被扫描天线波束之一与该不被选择传送器通信。
12.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于该媒体存取控制模块识别不提供包含媒体存取控制信息的信号的该传送器；及其中该波束选择器可避免于不提供包含媒体存取控制信息的信号的该所识别传送器方向选择天线波束。
13.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于该收发器进一步包含：
一信号强度指标模块，可决定各接收信号的一接收信号强度；
一速率模块，可决定标示各信号被传送的传送速率的一接收封包速率值；
一长度模块，可决定标示包含于各信号的一数据部分中位组数的一长度值；
一计数器，可计数各信号的一接收封包数；及
其中该品质度量模块以与此相关的该媒体存取控制信息为基础，决定各接收信号的该品质度量，该媒体存取控制信息包含来自该信号强度指标模块的信号强度指标值、来自该速率模块的该接收封包速率值、来自该长度模块的该长度值及该计数器值至少其中之一。
14.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于该收发器进一步包含：
一接收封包错误率模块，可决定各信号的被接收封包错误率；
一封包成功率模块，可决定各信号的一接收封包成功率；
一传送率模块，可决定各信号的一接收帧平均物理层传送率；
一产出模块，可决定各信号的一数据部分平均短期产出；
其中该品质度量以与此相关的该媒体存取控制信息为基础来决定各接收信号的该品质度量，该媒体存取控制信息包含该接收封包错误率、该封包成功率、各信号的接收帧平均物理层传送率及各信号的数据部分平均短期产出至少其中之一。
15.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于该多个天线波束包含多个方向性天线波束。
16.根据权利要求9所述的通信装置，其特征在于该多个天线波束包含多个方向性天线波束及一全方向性天线波束，该全方向性天线波束是用来识别包含媒体存取控制信息的该接收信号，而方向性天线波束是用来与该所选择传送器通信。
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