CN101032086A - 使用自控再扫描操控无线局域网智能天线的方法 - Google Patents

Abstract

一种天线操控算法于持续使用期间末端及下一持续使用期间之前执行周期性再扫描。持续使用期间，不执行其它天线波束的再扫描。该操控算法周期性监控较佳天线波束所提供的正进行无线连结的品质计量。该品质计量是以信号品质计量及连结品质计量为基础于持续使用期间，若该品质计量下降低于特定门槛，则操控算法交换该较佳天线波束及该替代天线波束或激活再扫描该可得天线波束来选择新较佳天线波束。

Description

使用自控再扫描操控无线局域网智能天线的方法

技术领域

本发明是有关无线局域网(WLAN)领域，且特别有关一种操控操作于无线局域网中的智能天线算法的天线。

背景技术

智能天线技术是有关可改变无线波束传输及接收图案来适应无线通信系统操作其内的环境的天线。智能天线具有提供相当高无线连结增益而不增加超额成本或系统复杂性的优点。

智能天线技术数十年来已被用于无线通信系统，而最近被检视用于无线局域网。无线局域网中，客户站(CS)是为被移动端用户用来与相同无线局域网内的其它站或无线局域网外其它实体通信的装置。提供无线局域网中的分配服务的中央集线器是被称为存取点(APs)。存取点类似无线通信系统中的基地台。

客户站可被配置智能天线及促使该天线电子切换至特定方向性天线波束的天线操控算法。此促使客户站与其存取点通信而达成高效能。

如信号强度指示(RSSI)或信号噪声比(SNR)的信号品质信息，通常是被用来决定或操控较佳方向性天线波束。然而，当被接收信号包含未失真信号加随机噪声时，是很难精确测量该信号品质信息。此外，被接收信号本身可能失真而方向性干扰可能被增添于该被接收信号中。因此，信号品质信息可能不会单独永远为无线连结品质的可靠指示。此于具有很多来自其它客户站及存取点的干扰的无线环境中或其它噪声或干扰源中特别为真。

一旦方向性天线波束被选为智能天线，则若客户站移动或物体移入无线连结路径时，无线连结品质可能改变。结果，该被选择方向性天线波束可能不再为较佳天线波束。为了维持通信，其它可用天线波束可被再扫描来选择新较佳天线波束。如上述，当再扫描时，信号品质信息可能不会单独永远为无线连结品质的可靠指示。

发明内容

由于上述背景，因此本发明目的是提供操控无线局域网智能天线而更精确考虑无线连结品质的方法。

依据本发明的上述及其它目的，特色及优点是通过操作包含一存取点的无线局域网通信系统中的客户站的方法来提供，其中该客户站包含一种天线操控算法及响应该天线操控算法来选择多个天线波束之一的一智能天线。该方法包含选择一较佳天线波束及一替代天线波束，于不执行再扫描其它天线波束的持续使用波束期间使用较佳天线波束与存取点交换数据，及于持续使用期间周期性计算该较佳天线波束的被交换数据质量计量。

该计算可包含决定较佳天线波束的被交换数据至少一连结品质计量(LQM)，决定较佳天线波束的被交换数据信号品质计量(SQM)，及组合该至少一连结品质计量及该信号品质计量来计算较佳天线波束的品质计量。特别是该被交换数据可能被随机噪声扭曲时，除了信号品质计量之外，至少一连结品质计量可有利改善天线操控决定。

较佳天线波束的品质计量是被与交换门槛范围作比较。若该品质计量位于该交换门槛范围内，则该较佳天线波束是被与替代天线波束交换来继续与持续使用期间内的存取点交换数据。若该品质计量不位于该交换门槛范围内，则该方法进一步包含比较该品质计量及再扫描门槛来激活再扫描该多个天线波束以便选择一新较佳天线波束。

至少一连结品质计量是可以被交换数据的帧错误率(FER)至少一估计为基础。该至少一连结品质计量可包含一下链连结品质计量及一上链连结品质计量。当组合该下链连结品质计量及该上链连结品质计量时，加权因子可被使用。

无线局域网可包含一802.11无线局域网，而客户站包含具有估计被交换数据的帧错误率的多个帧计数器的一媒体存取控制(MAC)层。第一组计数器可被用于决定该下链连结品质计量，而第二组计数器可被用于决定该上链连结品质计量。

可替代是，连结品质计量可以对应天线波束的被交换数据转移速率为基础。该转移可通过对应天线波束的被交换数据产出及/或数据速率来定义。

信号品质计量可以被交换数据的被接收信号强度指示(RSSI)为基础。当组合该连结品质计量及该信号品质计量时，加权因子也可被使用。天线波束可包含多个方向性波束及全向性波束。

本发明另一观点是有关操作于包含一存取点的无线局域网通信系统中的一客户站。该客户站包含可产生多个天线波束的一交换波束天线，被耦合至该交换波束天线可选择该多个天线波束之一的一波束交换单元，及被耦合至该波束交换单元经由一被选择天线波束与该存取点交换数据的一收发器。一天线操控演算模块是执行上述天线操控演算以自控再扫描该收发器及该存取点间的数据交换。

附图说明

图1为依据本发明包含一存取点及以智能天线操作的一客户站的802.11无线局域网简单示意图。

图2为图1所示客户站方块图。

图3为依据本发明计算被用于选择天线波束的信号品质计量及连结品质计量的流程图。

图4为依据本发明操作智能天线自我监控再扫描的流程图。

图5为依据本发明操作智能天线周期性再扫描的流程图。

图6为依据本发明以媒体存取控制层所提供的状态计量为基础操作智能天线的流程图。

图7为依据本发明以媒体存取控制层所提供的功率计量为基础操作智能天线的流程图。

图8为依据本发明以天线操控演算层相关的定时器为基础操作智能天线的流程图。

具体实施方式

本发明现在将参考本发明较佳实施例被显示其中的附图作更完整说明。然而，本发明可被具体化为许多不同型式且不应被建构限制为在此说明的实施例。相反地，这些实施例是被提供使此揭示详尽且完整，且可完全表达本发明范围给熟悉本技术人士。遍及全文的相同标号是代表相同组件，而主符号是被用来标示替代实施例中的类似组件。

起初参考图1及图2，依据本发明的802.11无线局域网10包含一存取点12，及以一用户基础智能天线16操作的一客户站14。也被称为切换波束天线的该智能天线16是产生响应天线操控算法18的多个天线波束。通过智能天线16产生的天线波束包含方向性波束20及一全方向波束22。所述方向性波束20为与存取点12通信的一切换波束。

客户站14包含被连接至智能天线16的一波束切换单元30，及被连接至该波束切换单元的一收发器32。一控制器40是被连接至该收发器32及至该波束切换单元30。该控制器40包含用于执行该天线操控算法18的一处理器42。可替代是，该天线操控算法18可操作于802.11实体/媒体存取控制芯片组而非所述处理器42上。该实体/媒体存取控制芯片组包含所述实体层43及媒体存取控制层44。不论执行该天线操控算法18的处理器为何，该算法是经由外部主处理器42用于存取的媒体存取控制撷取或实体/媒体存取控制芯片组上使用通常被称为媒体存取控制软件之上媒体存取控制或媒体存取控制管理部分所提供的信息。

方向性波束20的使用是改善无线局域网10的产出并增加存取点12及客户站14间的通信范围。大多数例中，方向性波束20是提供高信号噪声比，促使连结以较高数据速率操作。802.11b连结的实体数据速率为1，2，5.5及11Mbps，而802.11a的速率为6，9，12，18，24，36，48及54Mbps。802.11g装置支持相同于802.11a装置的数据速率及802.11b速率所支持的速率。

如以下更详细讨论的天线操控算法18是用于802.11无线局域网客户站，特别是支持802.11a或802.11g者。该算法是以被获得自媒体存取控制层管理实体(MLME)及实体层管理实体(PLME)的特定品质计量计算及追踪为基础来选择天线波束。即使802.11无线局域网是针对天线操控算法18来讨论，但熟悉本技术人士可轻易明了该算法也可适用于其它局域网络类型。

虽然该算法的核心逻辑为实体/媒体存取控制芯片组或所述外部主处理器42实施所共享，但天线操控算法18仍视实施类型而有差异。例如，有关某些计量多快可被计算的两类实施之间是存在差异，其可再次导致效能差异。然而，天线操控算法18是被设计充分参数化来单一说明该两类实施。

现在参考图3，用于选择智能天线16的天线波束的品质计量(QM)被计算。该品质计量是以信号品质计量及连结品质计量为基础。为了说明本发明，智能天线16是产生6个方向性波束20及1个全方向波束22，总共7个天线波束。各方向性波束20是涵盖约60度方位角。

开始(块300)，启始扫描是于块302开始。熟悉本技术人士轻易明了信标周期可通过存取点12提供。所述例中，具有10个信标周期来累积将被扫描的各天线波束计量。每信标周期仅1天线波束的计量被决定。因此，该流程图是回路经过7个天线波束的总共70个信标周期，也就是从0至69的k范围。

品质计量已针对各天线波束的各10个信标周期被决定之后，平均品质计量是通过品质计量计算器50来决定。如以下更详细讨论，品质计量计算器50包含可决定信号品质计量的一信号品质模块52，及决定连结品质计量的一连结品质模块54。

块304中，天线波束指数n是被设定为被评估天线波束，也就是从1至7的n范围。n值是以k/N余数为基础来选择，其中N为将被扫描的天线图案数(也就是7)，而k为目前信标周期指数。对应被决定于块304的天线波束指数的天线波束是于块306处的信标周期T_BeaconPeriod被维持。

该信标周期T_BeaconPeriod为通常100微秒阶的周期或准周期时间区间。决定块308中，目前信标周期指数k是与N*M-1所界定的数量作比较。因为N为扫描的天线图案数量(也就是7)，而M为累积计量的信标周期数量(也就是10)，斯我以k是针对所述例被与数量69作比较。

块308处，每次目前信标周期指数k小于或等于N*M-1时，该方法是循环经过用于计算连结品质计量及信号品质计量的块310-318。信标周期指数k接着于块320处被增加1，而该方法轮回至块304用于下一个信标周期指数n。

一实施例中，连结品质计量最初被测量于媒体存取控制层44，且在此以若干计数器62的使用为基础。该计数器62是被用来提供一媒体存取控制帧侦测率(MFDR)，被定义为(1-MFER)，其中MFER为媒体存取控制帧错误率。

802.11媒体存取控制并不仅通过查看被标准化于802.11媒体存取控制层44中的计数器62来决定被传送至客户站(下链)或来自客户站(上链)的所有封包精确媒体存取控制帧侦测率。因此，例如不可计算精确下链(存取点12至客户站14)媒体存取控制帧侦测率。然而，具有计算与下链MPDR相关的计量，且可为测量下链品质的有用计量的方法。

例如，被定义于802.11媒体存取控制信息库(MIB)的某些计数器62可被用来产生下链，也就是客户站14经历接收来自存取点12的封包的连结中的连结品质估计。下链的媒体存取控制信息库计数器62的利益为dot11ReceivedFragmentCount，dot11MulticastFragmentCount，及dot11FCSErrorCount。

追踪被接收片段数的dot11ReceivedFragmentCount为任何被接收数据类型帧或针对此计数器的随选类型管理。操控算法18是追踪第k信标周期的此计数器增量Rx_Frag_Cnt(k)。

追踪被接收多播片段数的dot11MulticastFragmentCount为任何被接收数据类型帧或针对此计数器的管理。操控算法18是追踪第k信标周期的此计数器增量Rx_Mult_Cnt(k)。

追踪被接收帧数的任何类型dot11FCSErrorCount产生帧检查序列(FCS)错误。此计数器还可标示BSS的连结状况。天线操控算法18是追踪第k信标周期的此计数器增量Fcs_Err_Cnt(k)。

下链连结品质计量(DLQM)是被定义为：

$\mathrm{DLQM}=\frac{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{FCS}\_\mathrm{Err}\_\mathrm{Cnt}\left(k\right)}{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Rx}\_\mathrm{Frag}\_\mathrm{Cnt}\left(k\right)\\ +\mathrm{Rx}\_\mathrm{Mult}\_\mathrm{Cnt}\left(k\right)\\ +\mathrm{FCS}\_\mathrm{Err}\_\mathrm{Cnt}\left(k\right)\end{array}\right\}}$ 方程式1

被定义于方程式1的下链连结品质计量仍不给予下链中的精确帧错误率(因为i)分母仅计数管理及数据随选及多播类型，而分子计数因所有帧类型的帧检查序列错误造成的封包损失，及ii)分母也不区分因来自纯帧检查序列检查和错误的冲突造成的封包损失。

事实上，下链连结品质计量可能过度估计下链帧错误率。然而，若该限制被考虑通过如使用较若下链连结品质计量为帧错误率较精确估计器则被使用为高的门槛值来决定可接受帧错误率，则下链连结品质计量仍可为下链连结品质的有用指示。

同样地，上链(客户站14至存取点12)连结品质测量可被获得。媒体存取控制层管理实体计数器62为dot11ACKFailureCount，及dot11TransmittedFrameCount。dot11ACKFailureCount是追踪响应被传送自客户站的数据封包的下链确认(ACK)接收失败数。天线操控算法18是追踪第k信标周期的此计数器增量Ack_Fail_Cnt(k)。

dot11TransmittedFrameCount是计数成功下链帧传输总数。运算计数器是被定义为Tx_Frm_Cnt(k)，其中后者是追踪任何第k信标周期期间媒体存取控制层管理实体计数器dot11TransmittedFrameCount增量。

通过使用计数器Ack_Fail_Cnt(k)及Tx_Frm_Cnt(k)，上链连结品质计量(ULQM)可获得。此是依据以下的上链媒体存取控制封包错误率(MPER)估计：

$\mathrm{ULQM}=\frac{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Ack}\_\mathrm{Fail}\_\mathrm{Cnt}\left(k\right)}{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\{\mathrm{Tx}\_\mathrm{Frm}\_\mathrm{Cnt}\left(k\right)+\mathrm{Ack}\_\mathrm{Fail}\_\mathrm{Cnt}\left(k\right)\}}$ 方程式2

如下链连结品质计量(方程式1)例中，因为分母中的ACK失败可能来自存取点12处的冲突及帧检查序列检查和错误，所以方程式2的上链连结品质计量通常过度估计上链中的实际帧检查序列检查和错误率。然而，由于该限制被考虑，上链连结品质计量是有用当作下链品质测量。

较佳天线波束的搜寻是使用该下链连结品质计量及上链连结品质计量的估计。当以来自块314的各下链及上链计算为基础来决定块316中的连结品质计量时，加权因子被使用。该加权因子是小于1，且通常被选择用于强调下链计算对上链计算或反之亦然。该加权因子是小于1。

块318中，信号品质计量是针对目前n及k来决定。通常，驱动器位准处的实体层43最快可得的信号品质计量为被接收信号强度指示。被接收信号强度指示通常针对各封包被测量于实体层汇聚协议标头末端处且被提供至信号品质模块52。

802.11标准严格定义被接收信号强度指示为一相对量，也就是被接收信号强度指示并非接收器中任何点处的被接收信号功率真实测量。然而，视其可用格式及频率而定，被接收信号强度指示仍可为天线操控算法18为基础的有用计量。802.11无线局域网中，因为无线实体频道为下链及上链共享媒体，所以被接收信号强度指示较少程度地不仅保持接收也保持传输。当然，信号噪声比也可被使用。

块308处，当信标周期指数k大于N*M-1时，该方法是继续至块322来决定信号品质计量的加权因子。该加权因子是小于1，且通常被选择用于强调连结品质计量对信号品质计量。各天线波束指数n及各信标周期指数k的品质计量被计算于块324中。因为各天线波束有10品质计量计算，所以平均品质计量值是被获得于块326中。以各天线波束的平均品质计量为基础，具最高值的天线波束n是被选择于块328中。

候选或替代天线波束是以被决定于块328中的品质计量值为基础被进一步选择于块330中。也就是说，具次高品质计量值的天线波束n_c1及具第三高品质计量值的天线波束n_c2被选择。预设若较佳天线波束为方向性波束20，则替代天线波束的一为全方向波束22。一旦较佳及替代天线波束被选择，则系统前进至块332中的持续使用状态或周期。持续使用状态或周期中，该被选择天线波束是被使用于客户站14处于下一个P_SU假设信标周期用于所有帧的下链及上链，其中60＜P_SU＜6000且具有一默认值600。该方法结束于块334。

连结品质计量因此被计算来增加及改善信号品质计量以外的天线操控决定。连结品质计量是以802.11媒体存取控制处理中所操作的五个既存计数器所得信息为基础。如块304中所记述，两个帧错误率独立估计被获得，一为下链连结品质计量而另一为上链连结品质计量。802.11无线局域网媒体存取控制层管理实体是提供帧计数器来估计下链连结品质计量及上链连结品质计量。

使用帧错误率为基础的连结品质计量替代，媒体存取控制层44所提供的LENGTH(也就是产出)及RATE(速率)信息可被使用。LENGTH及RATE信息可从各被传送或接收媒体存取控制帧的802.11媒体存取控制层44获得。RATE模块64及LENGTH模块64是被用来提供下链(接收侧)及上链(传送侧)中的媒体存取控制层转移速率的估计。该被估计转移速率是于一周期时间每被传送或接收帧从LENGTH及RATE信息来计算。

天线操控算法18具有对以Mbps单位报告合理潜伏内的各第k预设信标周期末端处的第k预设信标周期中的第m被接收帧的RATE(速率)的媒体存取控制层44内的RATE_TX(m，k)的最低驱动器位准读取存取。该RATE还可被计算于上链。天线操控算法18还具有对报告合理潜伏内的各第k预设信标周期末端处的第k预设信标周期中的第m被接收帧的位表示的大小(SIZE)的媒体存取控制层44内的SIZE_RX(m，k)的最低驱动器位准读取存取。

天线操控算法18的其它观点是有关执行自我监控再扫描及周期性再扫描的方法。自我监控再扫描涉及监控目前被选择天线波束，而周期性再扫描涉及监控替代天线波束。

自我监控再扫描是通过天线操控算法18选择较佳天线波束之后于持续使用期间来执行。持续使用期间，其它天线波束的再扫描并不被执行。天线操控算法18周期性监控较佳天线波束所提供正进行无线连结的品质计量。该品质计量是以信号品质计量及连结品质计量为基础。若品质计量于持续使用期间下降低于特定门槛，则操控算法18是交换较佳天线波束及替代天线波束或激活再扫描可用天线波束来选择新较佳天线波束。

如上所述，若自我监控再扫描于任何持续使用期间触发事件发生，则天线操控18执行自我监控再扫描。持续使用期间，被选择图案品质计量是从来自M_SP最近预设信标周期的计量数据来计算，且被评估于每M_SP/2预设信标周期末端处。例如，M_SP为大于0且小于12的偶数，且具有默认值6。

自我监控再扫描触发事件是被定义为目前被选择图案品质计量采用与最后M_AVG最近先前评估周期中相同计量平均值相较的较低某些门槛值的事件。视被选择图案品质计量与平均值相较的下降量而定，目前被选择图案可被以较早被识别的候选图案交换，或再扫描所有N图案。同时，当自我监控再扫描发生时，排序周期性再扫描及持续使用期间的定时器被重设，而长度P_SU预设信标周期的新持续使用期间开始。

现在参考图4，使用自我监控再扫描操控智能天线16的流程图将被讨论。开始(块400)，较佳天线波束及替代天线波束是被选择于块402。于块404，数据是于再扫描其它天线波束不被执行的持续使用期间使用较佳天线波束被与存取点12交换。持续使用期间，被交换数据的品质计量是针对较佳天线波束被周期性计算于块406。于块408，该计算是针对较佳天线波束包含决定被交换数据的至少一连结品质计量。针对较佳天线波束的被交换数据的信号品质计量是被决定于块410。至少一连结品质计量及信号品质计量是被组合于块412来计算品质计量。较佳天线波束的品质计量是于块414与交换门槛范围作比较。

于块416，若品质计量位于交换门槛范围内继续与持续使用期间内的存取点12交换数据，则较佳天线波束被与替代天线波束交换。于块418，若品质计量不位于交换门槛范围内，则品质计量是与再扫描门槛作比较激活再扫描多个天线波束来选择新较佳天线波束。该方法是结束于块420。

周期性再扫描是于一持续使用期间末端及下一持续使用期间之前通过天线操控算法18来执行。持续使用期间，其它天线波束的再扫描并不被执行。当较佳天线波束被选择时，周期性再扫描是被执行于被选择的替代天线波束上。

天线操控算法18是监控替代天线波束的品质计量及较佳天线波束的品质计量。若较佳天线波束的品质计量低于任一替代天线波束的品质计量，则对应具有较高品质计量值的替代天线波束是被选择用于下一持续使用期间。

如上述，若自我监控再扫描于先前持续使用期间并不发生，则发生周期性再扫描。周期性再扫描决定计量是于(N_C+1)*M预设信标周期被计算于替代天线波束上，其中N_C为候选或替代天线波束数量。若本被选择天线波束为全方向性，则剩余替代天线波束将为方向性波束。若切换波束天线16具有7个天线波束而目前被选择天线波束为方向性天线波束，则替代天线波束之一将为全方向波束22，而另外替代天线波束将为方向性天线波束20。

周期性再扫描期间，天线波束是被扫描于所有被接收或被传送于所有替代天线波束上的所有帧上。随后，是否取代或维持既存被选择天线波束的决定将被作成。另一周期性再扫描发生之后，长度P_SU预设信标周期的新持续使用期间是开始。除了当先前持续使用期间发生自我监控再扫描触发事件或信号强度指示下降感应再扫描之外，此先前持续使用期间是继续周期性再扫描及持续使用固定，周期序列。

现在参考图5，使用周期性再扫描操控智能天线16的流程图将被讨论。开始(块500)，较佳天线波束及至少一替代天线波束是被选择于块502。于块504，数据是于再扫描其它天线波束不被执行的持续使用期间使用较佳天线波束被与存取点12交换。

持续使用期间末端及下一持续使用期间之前，较佳天线波束及各替代天线波束的被交换数据质量计量是被计算于块506。于块508，该计算是包含针对较佳天线波束决定被交换数据的至少一连结品质计量。针对较佳天线波束的被交换数据的信号品质计量是被决定于块510。至少一连结品质计量及信号品质计量是被组合于块512来计算较佳天线波束的品质计量。该决定及组合是被重复于块514来计算各替代天线波束的品质计量。

于块516，较佳天线波束的品质计量是被与替代天线波束的品质计量比较。于块518，若较佳天线波束的品质计量低于至少一替代天线波束的品质计量，则对应至少一该具有较高品质计量值的替代天线波束是被选择于下一个持续使用期间内继续与继续与存取点12交换数据。该方法是结束于块520。

本发明另一观点是响应媒体存取控制层执行的三个函数来操作天线操控算法18。该函数为MAC_STATUS，MAC_PowerMode及信标周期同步信息中的改变通知。媒体存取控制层44内的接续模块是与这些函数连结：状态72，功率74及同步化76。

MAC_STATUS函数72及MAC_PowerMode函数74是通知媒体存取控制层44内的媒体存取控制状态变化给天线操控算法18。该通知是确保媒体存取控制状态适当，使天线操控算法18得以操作。媒体存取控制层44所使用的信标周期同步信息76促使天线操控算法18维持与实际信标周期紧密同步。

客户站14内的媒体存取控制层44是与天线操控算法18通信来决定天线波束选择。天线波束选择期间，媒体存取控制层44主要函数是涉及客户站14开始时间期间接续运作于媒体存取控制层44中的若干媒体存取控制状态机器，如AuthreqService_Sta，AuthRspService_Sta，AsocService_Sta及Synchronization_Sta。

天线操控算法18本身仅需知道媒体存取控制状态机器的状态是否准备服务，而不需更详细媒体存取控制函数及程序。因此，被撷取状态计量MAC_STATUS 72是被定义于媒体存取控制层44处来计算所需被撷取信息。当MAC_STATUS值改变时，媒体存取控制层44是通知天线操控算法18来验证MAC_STATUS 72的状态。MAC_STATUS计量是被计算提供于方程式3中。天线操控算法18接着响应MAC_STATUS状态的改变。

$\mathrm{MAC}\_\mathrm{STATUS}\≡\left[\begin{array}{c}0,\mathrm{if}{S}_{\mathrm{SYNCH}\_}\mathrm{STATUS\; AND}{S}_{\mathrm{ASSOCIATION}\_}\mathrm{STATUS\; AND}{S}_{\mathrm{AUTH}\_}\mathrm{STATUS}=0\\ 1,S_{\mathrm{SYNCH}\_}\mathrm{STATUS\; AND}{S}_{\mathrm{ASSOCIATION}\_}\mathrm{STATUS\; AND}{S}_{\mathrm{AUTH}\_}\mathrm{STATATUS}=1\end{array}\right]$

方程式3

MAC_STATUS 72的三个不同状态是被监控来同步化天线波束选择函数及媒体存取控制状态机器。该三个不同状态是S_SCANNING，S_{AUTHENTICATION}及S_{(RE)ASSOCIATION}。

S_{SCANNING_}STATUS状态是标示客户站14已被成功与存取点12同步或异步。此状态也可被称为BSS状态。若客户站14已通过存取点同步，则状态为1。否则，状态为0。

从802.11标准看来，若媒体存取控制状态机器运作出BSS状态，则所有数据帧均不能传送于上链及下链。此例中，媒体存取控制层44仅接收信标帧，而拒绝任何申请数据帧。因此，BSS状态是被当作开始天线波束选择的条件。

S_{ASSOCIATION_}STATUS状态是标示客户站14已被成功与存取点12连结或中断。此状态也可被称为assoc状态。若客户站14已通过存取点连结，则状态为1。否则，状态为0。

S_{AUTH_}STATUS状态是标示客户站14已成功通过验证或反验证。此状态于802.11标准中是被称为auth_open状态或auth_key状态。若客户站14已通过验证，则状态为1。否则，状态为0。

从802.11标准看来，该验证服务是被所有客户站14用来建立其实体及其将与通信的存取点12。两类验证服务为开放系统及共享钥匙。开放系统验证违反较高网络层的内含假设。媒体存取控制层44仅验证媒体存取控制地址。共享钥匙验证需实行有线等效加密(WEP)选择，而该实体是通过共享，秘密，有线等效加密钥匙知识来呈现。无论被使用的验证服务类型为何，验证处理的状态结果将被当作开始天线波束选择的条件。

验证处理可视使用的验证协议而耗时。该验证服务可独立于连结服务被引用。已与存取点连结的客户站14(其先前被与验证)通常执行预先验证。然而，802.11标准并不要求客户站14预先验证存取点12，但须于连结可被建立之前作验证。

当所有三个管理程序，也就是扫描，验证及连结均被达成时，MAC_STATUS72是被设定为1。媒体存取控制层44接着通知该变化给天线操控算法18。天线操控算法18接着设定其SCAN_STATUS为1，也就是起始扫描期间，并开始如上述的起始扫描程序。同时，天线操控算法18的接续操作发生，如持续使用期间或不同类型再扫描。

若任何三个状态计量为0，则MAC_STATUS 72的值是改变为0。此改变再次从媒体存取控制层44被通知至天线操控算法18。天线操控算法18接续重设目前被选择天线波束为预设天线波束，如全方向波束22。天线操控算法18亦于起始扫描开始之前重设其定时器至右方，且起始扫描或开始之前重设其SCAN_STATUS为0。

参考图6所述流程图，通过天线操控算法18选择天线波束响应MAC_STATUS 72的改变通知现在将被讨论。开始(块600)，于块602，客户站14是被放置于电源开启状态。状态计量72是被计算于块604。状态计量72是标示以下事件状态：客户站14与存取点12的同步或异步，客户站14与该存取点的连结，及客户站通过存取点验证。当该事件被满足时，状态计量72具有一第一值，当任一事件不被满足时，是具有一第二值。

于块614，当状态计量72具有第一值时，多个天线波束是被扫描来选择较佳天线波束以便与存取点12交换数据。状态计量72是被监控于块616。于块618，当状态计量72从第一值被改变为第二值时，较佳天线波束是被改变为预设天线波束。该方法是结束于块620。

媒体存取控制层44还计算及维持功率计量S_{POWER_}STATUS 74。S_{POWER_}STATUS 74被用于通知省电模式状态的变化。功率计量74是经由读取媒体存取控制传输协调状态机器(Tx-Coordination)被媒体存取控制层44更新。此计量值改变时，媒体存取控制层44通知天线操控算法18。

功率计量S_{POWER_}STATUS 74的状态是标示客户站14已被唤醒或已被移入省电模式。此函数于802.11标准中被称为TxC_Idle状态或睡着状态。若客户站清醒，则状态为1。否则，状态为0。功率计量S_{POWER_}STATUS 74是被计算提供于方程式4。

$S_{\mathrm{POWER}\_}\mathrm{STATUS}\≡\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{ifCSi}\sin \mathrm{PowerSaveMode},\\ 1,\mathrm{ifCSi}\sin \mathrm{NormalPowerMode}\end{array}\right.$ 方程式4

媒体存取控制层44中的传输协调状态机器是使用所有站处的状态。媒体存取控制层44是于省电模式期间关闭传送器及接收器，而媒体存取控制层是于TRTT之前提升接收器功率。客户站14是维持其目前功率管理模式直到其经由将唤醒的成功帧交换来通知存取点12为止。功率计量S_{POWER_}STATUS 74的状态是被用来指导天线操控算法18重新开始正常天线操控操作或关闭该操作。

特别是，若功率计量S_{POWER_}STATUS 74从1改变为0，也就是客户站14进入省电模式，则天线操控算法18可保存目前被选择天线波数及任何替代天线波束的指数。天线操控算法18亦重设其定时器至持续使用期间末端或新周期性再扫描开始时，并接着设定其SCAN_STATUS，及通知媒体存取控制层44完成这些程序。也就是若功率计量S_{POWER_}STATUS 74从0改变为1，则天线操控算法18立即使用最后被保存被选择天线波束及替代天线波束来执行周期性再扫描。

参考图7说明的流程图，通过天线操控算法选择天线波束响应通知S_{POWER_}STATUS 74的改变现在将被讨论。开始(块700)，于块702，客户站14是被放置于电源开启状态。功率计量74是被计算于块704。功率计量74具有标示客户站14位于电源开启状态的第一值，及标示客户站14位于省电状态的第二值。于块706，当功率计量74具有第一值时，多个天线波束是被扫描来选择较佳天线波束及至少一替代天线波束以便与存取点12交换数据。于块708，功率计量74是被监控从第一值至第二值的改变。当功率计量74改变为标示客户站14位于省电状态的第二值时，天线波束选择是被储存用于较佳天线波束及至少一替代天线波束。该方法是结束于块712。

信标周期同步信息定时器计量T_bcn14也被定义，计算及维持于天线操控算法18来较佳同步其时序与媒体存取控制层44的实际定时器，且最终较佳同步化天线操控算法的预设信标周期及实际信标周期。

信标周期同步信息定时器计量T_bcn76为追踪天线操控算法18的预设信标区间的计数器。当此计数器达到特定预定数量时，天线算法18是询问媒体存取控制层44及读取媒体存取控制TSF值。天线操控算法18接着使用该被读取媒体存取控制定时器值来更新其本身定时器。此定时器是被用于天线操控算法18来校准该搜寻时间与信标周期。

除了各信标周期之外，天线操控算法18是周期性更新与实际信标周期的同步。更新周期之间，天线操控算法18维持预设信标周期的定时器，并针对各波束搜寻周期运算该定时器。当天线操控算法18接收来自媒体存取控制层44的更新输入时，其是更新预设信标周期的边界。第k预设信标周期上，目前预设信标周期的定时器值是被计算提供于方程式5中。

$T_{\mathrm{BCN}}\left(k\right)\≡\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{if\; k}=\mathrm{rem}(k,M\·\mathrm{TU})\≠0\\ \mathrm{BeaconPeriod}\left(\mathrm{integer}\right),\mathrm{if\; k}=\mathrm{rem}(k,M\·\mathrm{TU})=0\end{array}\right\}$ 方程式5

M*TU值为被选择用来表示天线操控算法18的定时器可操作而不需被媒体存取控制定时器更新的时间长度数字。Rem(x，y)为x除以y的余数。TU为长度为1024μs的时间单位。例如，因为TBTT通常为100TU(.100微秒)，M应至少为100倍数，如500或1000。参考图8描绘的流程图，通过天线操控算法选择天线波束响应算法18所维持的定时器现在将被讨论。开始(块800)，于块802，客户站14是接收来自存取点的信标帧来设定追踪该被接收信标帧的第一信标定时器。第一信标定时器是与天线操控算法18独立操作。于块804，第一信标定时器是周期性被与第二信标定时器同步，其是被操作于天线操控算法18还追纵被接收信标帧的信标周期。于块806，第二信标定时器是运作于各天线波束搜寻期间。该方法是结束于块808。

具有被呈现于上述说明及相关附图的传授启示的熟悉本技术人士将了解本发明的许多修改及其它实施例。因此，应了解本发明不限于被揭示的特定实施例，而该修改及实施例是预期被包含于所附的本申请权利要求范围内。

Claims (26)

1.一种操作包含一存取点的无线局域网通信系统中客户站的方法，该客户站包含一天线操控算法及响应该天线操控算法来选择多个天线波束之一的一智能天线，该方法包含：

选择一较佳天线波束及一替代天线波束；

于不执行再扫描其它天线波束的持续使用期间，使用该较佳天线波束与该存取点交换数据；

于持续使用期间周期性计算该较佳天线波束的该被交换数据的一品质计量，该计算包含：

决定该较佳天线波束的该被交换数据至少一连结品质计量；

决定该较佳天线波束的该被交换数据信号的一品质计量；及

组合该至少一连结品质计量及该信号品质计量来计算该品质计量；

比较该较佳天线波束的该品质计量及一交换门槛范围；及

若该品质计量在该交换门槛范围内，则交换该较佳天线波束及该替代天线波束以便继续于该持续使用期间内与该存取点交换数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于若该品质计量不在该交换门槛范围内，则进一步包含比较该品质计量及一再扫描门槛，来激活再扫描该多个天线波束以便选择一新较佳天线波束。

3如权利要求1所述的方法，其特征在于该替代天线波束包含一全方向波束。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该无线局域网包含一802.11无线局域网。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于该至少一连结品质计量是以该被交换数据的帧错误率至少一估计为基础。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于该至少一连结品质计量包含一下链连结品质计量及一上链连结品质计量。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于于组合该下链连结品质计量及该上链连结品质计量时，使用一加权因子。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于该无线局域网包含一802.11无线局域网，而该客户站包含一媒体存取控制层，其包含可估计该被交换数据的帧错误率的多个帧计数器；其中第一组计数器用于决定该下链连结品质计量，而第二组计数器用于决定该上链连结品质计量。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于该至少一连结品质计量是以该对应天线波束的该被交换数据转移速率为基础。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于该至少一连结品质计量是以该对应天线波束的该被交换数据的产出及数据速率至少之一为基础。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于该信号品质计量是以该被交换数据的被接收信号强度指示为基础。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于组合该连结品质计量及该信号品质计量时，使用一加权因子。

13.如权利要求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波束及一全向性波束。

14.一种于包含一存取点的无线局域网通信系统中操作的一客户站，该客户站包含：

一交换波束天线，可产生多个天线波束；

一波束交换单元，与该交换波束天线耦合，用以选择一较佳天线波束及一替代天线波束；

一收发器，与该波束交换单元耦合，以便于不执行再扫描其它天线波束的持续使用期间，经由该较佳天线波束与该存取点交换数据；

一天线操控演算模块，可运算天线操控算法，于该持续使用期间周期性计算该较佳天线波束的被交换数据质量计量，该计算包含：

决定该较佳天线波束的该被交换数据至少一连结品质计量；

决定该较佳天线波束的该被交换数据的一信号品质计量；

组合该至少一连结品质计量及该信号品质计量来计算该品质计量；及

该天线操控演算模块比较该较佳天线波束的该品质计量与一交换门槛范围，若该品质计量在该交换门槛范围内，则交换该较佳天线波束及该替代天线波束，以便于该持续使用期间内继续与该存取点交换数据。

15.如权利要求14所述的客户站，其特征在于若该品质计量不在该交换门槛范围内，则该天线操控演算模块进一步包含比较该品质计量及一再扫描门槛，用于激活再扫描该多个天线波束以便选择一新较佳天线波束。

16.如权利要求14所述的客户站，其特征在于该替代天线波束包含一全方向波束。

17.如权利要求14所述的客户站，其特征在于该无线局域网包含一802.11无线局域网。

18.如权利要求14所述的客户站，其特征在于该至少一连结品质计量是以该被交换数据的帧错误率至少一估计为基础。

19.如权利要求14所述的客户站，其特征在于该至少一连结品质计量包含一下链连结品质计量及一上链连结品质计量。

20.如权利要求19所述的客户站，其特征在于于组合该下链连结品质计量及该上链连结品质计量时，使用一加权因子。

21.如权利要求19所述的客户站，其特征在于该客户站包含一媒体存取控制层，其包含可估计该被交换数据的帧错误率的多个帧计数器；其中第一组计数器用于决定该下链连结品质计量，而第二组计数器用于决定该上链连结品质计量。

22.如权利要求14所述的客户站，其特征在于该至少一连结品质计量是以对应天线波束的该被交换数据的一转移速率为基础。

23.如权利要求14所述的客户站，其特征在于该至少一连结品质计量是以该对应天线波束的该被交换数据的产出及数据速率至少之一为基础。

24.如权利要求14所述的客户站，其特征在于该信号品质计量是以该被交换数据的被接收信号强度指示为基础。

25.如权利要求14所述的客户站，其特征在于于组合该连结品质计量及该信号品质计量时，使用一加权因子。

26.如权利要求14所述的客户站，其特征在于该多个天线波束包含多个方向性波束及一全向性波束。

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