CN101103638A - 最佳化存取点信道选择的无线通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种最佳化一AP的信道选择的无线通信方法及系统。信道选择最佳化过程包含四个子过程：1)一测量过程；2)一候选信道决定过程；3)一信道选择过程；及4)一信道更新过程。决定用于支持由该AP进行的通信的候选信道。该候选信道系从一可容许信道集合(ACS)以每一候选信道之一测得干扰小于一已确定最大容许干扰为条件而选出。

Description

最佳化存取点信道选择的无线通信方法及装置

技术领域

本发明有关一种无线通信系统。更具体说，本发明有关为一存取点(AP)选择最适切作业信道。

背景技术

一无线通信系统运作所在的一无线链接的条件可能在任何时间改变。由于一无线传输/接收单元(WTRU)是移动的，该WTRU视其位置而定可能脱离或是在一或多个APs的范围内。

一通信系统的容量有时会因为频宽考量而受限。可供通信系统联络数据使用的通信信道的频宽容量是有限的，且必须分摊于复数个APs及可携式WTRUs。

当今有数种架构被用来提高无线通信系统的容量。信道(亦即频率)选择是这种架构其中一种，借以让一网络内的一个或多个APs选择一个或多个信道与其它相关WTRUs联络。AP信道选择的协调一般是以手动方式进行。但是，要响应于网络组态中的每一小变化以手动方式协调信道选择是非常不切实际的，因为这可能导致所有APs的一重新设计和重新组态。未经许可的频谱和外部干扰源也会造成手动协调无法充分解决的问题。此外，难以借助手动信道选择方式将信道指派成会使得相邻APs的讯务负载以一最大化整体系统容量的方式分摊于可用信道。

现有架构在有多个APs试图同时开机之时会遭遇另一问题。当一网络内发生此情况，所有APs尝试在相同时间做出一信道选择。因此，APs的信道选择不会是最佳的，因为每一AP并未将邻近APs的信道选择纳入考量。

自动地最佳化信道选择以避免与现有手动信道选择过程相关的前述问题的方法及装置会是极为有利的。

发明内容

本发明有关一种最佳化一AP的信道选择的无线通信方法及装置。该装置可为一AP及/或一集成电路(IC)。

信道选择最佳化过程包含四个子过程：1)一测量过程；2)一候选信道决定过程；3)一信道选择过程；及4)一信道更新过程。决定用于支持由该AP进行的通信的候选信道。该候选信道是从一可容许信道集合(ACS)以每一候选信道的测得干扰要小于一已确定最大容许干扰为条件选出。

附图说明

以下将以举例方式提结合附图对本发明进行详细说明已对于本发明能更为清楚的了解，附图中：

图1是一依据本发明之一无线通信系统的方块图；

图2是一依据本发明一实施例之一信道最佳化过程的流程图；以及

图3A图3B图3A和图3B是连在一起的，其为一依据本发明另一实施例的一信道选择过程的详细流程图。

具体实施方式

在下文中，术语″WTRU″非局限性包含一用户设备(UE)、一移动站、固定或移动用户单元、呼叫器、或任何其它能够在一无线环境中运作的类型的装置。

在下文中，术语″AP″非局限性包含一存取点、一基站、B节点、网点控制器、或任何其它类型的无线环境介接装置。

本发明的特征可被并入一IC内或被建构在一包括多个互连组件的电路内。

如下所述，本发明大体上可应用于无线局域网络(WLAN)技术，譬如大体上应用于IEEE 802.11及ETSI HyperLAN规格，然而还可将其应用在其它限制干扰无线系统譬如IEEE 802.15及IEEE 802.16。

图1是一依据本发明的无线通信系统100的方块图。无线通信系统100包括一AP 105及复数个WTRUs 110a-110n。AP 105经由一天线120通过一无线链接115与WTRUs 110a-110n联络。AP 105包含一收发器125、一信道选择器130、一测量单元135、一功率控制器140、一定时器145及一存储器150。收发器125经由天线120对WTRUs 110a-110n发出信号115a-115n且从该WTRUs接收信号115a-115n。

信道选择器130选择一用来与每一WTRU 110a-110n联络的信道。测量单元135测量支持AP 105的作业参数。测量单元135负责收集、处理并存储信道测量值，这种测量值非局限性包含：信道使用率(亦即信道繁忙的时间百分率)，外部(非802.11)干扰的位准，从接收封包测得的接收信号强度，及类似测量值。功率控制器140控制AP 105的传输功率。定时器145设定AP105进行某些作业的一或多个预定周期。存储器150为AP 105提供储存能力，包括记录诸如测量结果的数据。

图2是一依据本发明的信道最佳化过程200的流程图。信道最佳化是指选择一特定AP或APs网络在特定数据传输条件下使用的最佳信道(亦即频率)的过程。信道最佳化可为以手动方式或自动方式实行，且得为在部署时就开始进行或是在作业中动态进行。信道最佳化过程200可搭配无线局域网络(WLAN)应用(例如依据IEEE 802.11)实行。

如图2所示，信道最佳化过程200始于步骤205。信道最佳化过程200在正常系统作业中动态地决定最佳作业信道，不会让BSS内的相关WTRUs经历到一服务中断。在步骤210中，AP 105定期用短时间扫描复数个信道当中每一信道以避免对其相关用户造成服务中断，并且在这些信道上进行测量。在步骤215中，如果经判定AP正在一低负载周期、亦即没有BSS讯务且/或没有相关用户期间运作，AP 105引动该信道最佳化过程，借助以在一高系统负载期间取得的测量值为基础算出每一信道的″预料信道负载″的方式判断是否一新信道会更适合(步骤220)。在步骤225中，AP 105将其作业信道换成具备最低预料信道负载的信道。

在当今IEEE 802.11网络中，并没有让AP 105通知相关WTRU 110作业信道有一变化的机制(至少在基础标准中没有)。如果一AP 105改变信道，其每一相关WTRUs 110最终会理解到已丧失与AP 105的通信，且最终会开始搜寻一新AP。其很有可能在同一个AP的新作业信道上重新选择该AP。无论如何，问题在于WTRUs会从其丧失与AP的通信之时到其就新信道与该AP重新联系之时感觉到一服务中断。为避免服务中断，信道最佳化过程200会等到BSS(信元)内没有讯务时才改变信道。另一方面，IEEE 802.11标准当中的一些版本(即IEEE 802.11h及很可能会有的该标准的一未来版本)可能允许AP对其WTRU交信告知改变信道。在此情况中，信道最佳化过程200不一定要等到没有BSS讯务才进行。因此，信道最佳化过程200得以定期运行并且只要有需要就改变作业信道。

在所有情况中，信道最佳化过程200扫描信道的一序列(例如信道1-11的一列表)以检测可用的最佳信道。该信道可为依一预定顺序被扫描，或者该信道可为随机地被扫描。在此要强调的重点是信道扫描不是在没有BSS讯务的时候开始。信道扫描连续地贯彻于AP 105的正常作业全程中发生。举例来说，AP 105可能每0.5秒就花5毫秒聆听一不同信道。AP可能定期重复此事，每次扫描一不同信道。借助这样做，AP 105偷用媒体时间的1％(每500毫秒用5毫秒)扫描其它信道，对于相关用户造成极小的影响。信道序列不一定要包含所有可用信道。记录在每一信道上检测到的与每一AP有关的信息。此信息可包含(但不限于)在被扫描信道上运作的其它APs的身份，其它APs是否是同一ESS的一部分的指示，APs的信号强度，信道上的讯务量，以及信道上是否有任何其它干扰源。

对于每一被扫描信道，该过程判断：1)有哪些其它APs在该信道上运作；2)该APs是否是同一系统的一部分(亦即依据ESS)；3)该APs的信号强度；4)该信道上的讯务量；及5)该信道上是否有任何其它干扰源(例如非802.11干扰)。信道上的讯务量通常是就信道使用率测量，该信道使用率相当于接收器被一WLAN信号载波锁定的时间百分率。

扫描是定期且持续地发生。一旦信道最佳化过程被触发(亦即在没有BSS讯务及/或相关用户，或者单纯是一定期触发机制、例如每5分钟)，AP 105判断哪个信道提供最佳效能。举例来说，这可能是借助测量哪个信道具有最少量干扰或者其它APs是否是同一ESS的一部分的方式判断。视检测到的该其它APs是否是同一系统的一部分而定，AP能决定对于使用信道的选择更积极或较不积极。

在一替代实施例中，协调频率选择可借助以下方式完成：1)使APs相互交换有关其特质(例如负载、容量或位置)的信息；或2)有一能从每一AP得到信息且设定网络内所有APs的信道的集中式架构。就第一种情况来说，每一AP仍会自主地做出决定，但是交换的信息能允许有一较好决定(例如其可包含难以被另一AP从外部观测到的统计数据)。就第二种情况来说，从不同APs收集信息且将这种信息通知一集中单元或装置，此集中单元在收到信息后做出一决定且回头将此决定通知不同APs。

信道最佳化过程200被执行为在一目前信道正被使用的同时选择一最佳信道(例如一低负载信道)。信道最佳化过程200可被下述条件其中之一条件触发：1)上次执行最佳化信道选择的发生时间至少是T_Last秒以前；2)目前没有与AP联系的WTRUs之时；或3)在最近T_Free秒内都没有与AP往来的BSS讯务。据此，T_Last是从任何信道选择过程的上次引动到要触发信道最佳化过程200的最小流逝时间；且T_Free是从上次送往或来自AP的BSS封包转移到要触发信道最佳化过程200的最小流逝时间。

借助在前述触发条件中确保在触发最佳化信道选择之前会有至少T_Free秒没有BSS讯务且当时没有与AP 105联系的WTRUs，信道最佳化过程200不会打断任何外送数据转移譬如一声音来电、网络下载、及/或FTP转移。另一方面，如果有办法让AP 105通知相关WTRUs 110信道有一变化，最佳化信道选择过程200可定期运作而不必等候BSS讯务不存在。

图3A和图3B是连在一起的，其为一依据本发明的一信道最佳化过程300的详细流程图。信道选择最佳化300包含四个子过程：1)一测量过程305；2)一候选信道决定过程310；3)一信道选择过程355；及4)一信道更新过程380。

在测量过程305中，计算每一邻近BSS的平均负载

(i)。在一实施例中，测量单元135定期估算每一邻近BSS的负载。如果一BSS的任何负载估计值大于L_MIN，则将该估算周期的所有邻近BSSs的负载记入存储器150内。如果所有BSSs具有小于L_MIN的负载估计值，则忽略这些负载估计值。存储器150内只保留最新近的负载估计值N_{load_est}集合。

依据较佳实施例，AP 105在每一静音测量周期(SMP)聆听一ACS的一特定信道。AP 105在相继SMPs内轮流聆听每一信道，且测量ACS内每一信道的一个别测量集合。测量集合含有与ACS内的信道数量一样多的SMPs。在一已知SMP内，由测量单元135测量信道的信道使用率(CU)。CU相当于收发器125被载波锁定的时间百分率。由于在一SMP期间观测CU，导致AP 105载波锁定的所有封包是源自邻近BSSs。CU测量值代表着BSS外信道使用率。处理个别CU测量值以便获得每一测得BSS之一平均BSS负载

。要注意到信道上所有BSSs的BSS IDs会连同每一信道使用率测量值被记录下来。

仅有高负载测量值被记录以便避免不必要的历程记录(logging)。历程记录相当于测量值的记录或存储。如稍早所述，信道最佳化过程300仅在没有BSS讯务(亦即未被加载)之时运行。为减少记录测量值的数量，信道最佳化过程300仅存储预定数量的高负载测量值。

CU小于C_MIN的测量值被排除以便确保信道最佳化是以在一显著系统负载状态下取得的测量值为基础。换句话说，如果在一测量集合中呈现的CU测量值有任一个大于C_MIN，则记录这整个测量集合。另一方面，所有信道都是CU＜C_MIN的测量集合则被略去。测量集合可为每一信道的CU以及信道上所有BSSs的BSS IDs。

信道最佳化过程300以个别信道使用率测量值为基础决定其自有BSS的最佳信道。虽说信道最佳化应当是以在显著系统负载状态下取得的测量值为基础，信道最佳化过程300亦可为仅在系统负载已减轻的时执行。为避免庞大的测量历程记录，只有最新近的测量窗口N_SET被保留在存储器内。

回头参照第图3 A，在测量过程305中，以一BSS的个别负载为基础计算每一BSS的平均负载。在测量集合j期间于信道k上运作的BSSi的瞬时负载是以方程式(1)为基础：

$L(i,j)=\frac{C(k,j)}{N_{\mathrm{BSS}}(k,j)}$

方程式(1)

其中C(i，j)代表在测量集合j期间于信道k上的信道使用率且N_BSS(i，j)代表BSSs的数量。BSS i的平均负载依据方程式(2)被计算成所有被记录测量集合内的瞬时负载的平均值：

$\stackrel{\‾}{L}\left(i\right)=\max [1\%,\frac{1}{N_{\mathrm{SET}}}\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{SET}}}{\mathrm{\Σ}}}L(i,j)]$

方程式(2)

其中N_SET代表被记录测量集合的总数量。加上1％的最小平均BSS负载。计算每一BSS的平均负载的方法不局限于上述实例。

替代测量方式的范例参数列于下表2。熟熟悉本技艺的人员会理解到可在这些参数和数值之外还使用其它参数和数值或是以其它参数和数值取代。

符号	描述	类型	默认值
				C(k，j)	在测量集合j期间的信道k上信道使用率。一信道的信道使用率被定义成接收器被″载波锁定″的时间的百分率。此测量值是在一静音测量周期中取得；AP收到的所有封包系源自邻近BSSs。C代表BSS外信道使用率。	测量值	无
CMIN	高于此值的测量集合会被记录的最小信道使用率。	组态参数	10％
				NSET	被保留在存储器内的测量集合的移动窗口的大小。	组态参数	100

表2

在候选信道决定过程310中，AP 105检索最大容许干扰I_MAX(步骤315)，其为在任何已知信道上以一AP的基线范围为基础决定的最大容许干扰。较佳来说，用于候选信道决定过程310的I_MAX是依据方程式(3)算出：

I_MAX＝P_MXA-(RNG_base+RNB_adj)-(^C/_I)_{req_high}-M_I

方程式(3)

其中(RNG_base+RNG_adj)是AP 105覆盖的范围；且(C/I)_{req_high}被设定为一高速率封包(例如11Mbps)的必要载波功率干扰比。减去一余裕M_I以消除信道具备太过接近实际最大容许位准的干扰位准的可能。

从一ACS选出一第一信道(步骤320)。然后测量该信道的干扰I且以其与最大容许干扰I_MAX做比较(步骤325)。如果该信道的干扰I小于最大容许干扰I_MAX，则AP 105将该信道记入存储器150内一候选列表(步骤330)。如果该信道干扰I不小于最大容许干扰I_MAX，则AP 105检查ACS内是否还有任何信道存在(步骤335)。如果ACS内尚有信道存在，则AP 105从ACS选出下一个信道(步骤340)且过程300回到步骤325。如果ACS内不再有信道，则AP 105检查是否有任何可用候选信道(步骤345)。如果在步骤345中判定没有可用候选信道，则AP 105将I_MAX增加ΔdB(步骤350)，且信道最佳化过程300回到步骤320。如果在步骤345中判定至少有一候选信道存在，则进行信道选择过程355，如图3B所示。

信道选择过程355是以每一测得BSS的平均负载 以及目前BSS-信道映像β(k)。对所有信道计算出一预料信道使用率C_PRED(k)(步骤360)。C_PRED(k)代表利用来自高负载条件的负载估计值预料的信道k预料信道使用率。C_PRED(k)可能迥异于信道k的最新近信道使用率测量值。较佳以C_PRED而非仅利用最新近信道使用率测量值为基础选择信道，因为信道选择应当针对高负载条件最佳化。

就每一信道k来说，依据方程式(4)加总信道k上所有测得BSSs的平均负载：

$C_{\mathrm{PRED}}\left(k\right)=\underset{\∀i\∈\mathrm{\β}\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}\stackrel{\‾}{L}\left(k\right)$

方程式(4)

一旦算出所有候选信道的C_PRED，依据方程式(5)选择具备最小预料信道使用率的信道k：

K＝arg_kmin[C_PRED(k)]    方程式(5)

此时AP 105检查选择信道k是否不同于一目前信道(步骤370)。如果具备最小预料信道使用率的选择信道k同于目前信道，则信道选择过程355结束。如果选择信道k不同于目前信道，则其判断改变信道是否会有明显利益(步骤375)。一滞后标准H_C ^Opt确保改变信道会有一够大的利益。明确地说，只要是合乎以下条件的新信道就会被采用：

$C_{\mathrm{PRED}}(\mathrm{Current}\_\mathrm{channel})-C_{\mathrm{PRED}}\left(K\right)>H_C^{\mathrm{Opt}}$ 方程式(6)

否则就结束最佳化信道选择。

最佳化信道选择的范例参数列于下表3。熟悉本技术的人员会理解到可在这些参数和数值之外还使用其它参数和数值或是以其它参数和数值取代。

符号	描述	类型	默认值
				ACS	可容许信道集合	组态参数	{1，6，11}
TLast	从任何FS算法的上次引动到要触发最佳化FS的最小流逝时间。	组态参数	300秒
				TFree	从上次送往或来自AP的BSS封包转移到要触发最佳化FS的最小流逝时间。	组态参数	120秒
L(i)	邻近BSS i的估计负载。每300秒由功率控制算法的负载均衡过程判断每一BSS的负载。	内部参数	无
				LMIN	测量历程记录的最小负载。如果任一BSS具有L(i)＞LMIN，则记录所有测得BSSs的负载。	组态参数	10％
Nload_est	已记录负载估计值的滑移窗口的大小。	组态参数	2
				β(k)	在信道k上测到的BSSs的集合。此为已在最近静音测量周期内就信道k检测到之一BSSs IDs列表。	测量值	无
I(k)	在信道k上测得的干扰。I被测量为在未被接收器″载波锁定″(亦即接收器没接收任何封包)时的平均接收信号功率。	测量值	无
				RNGbase	基线范围(由路径丧失发现过程设定)	内部参数	无
RNGadj	范围调整(由负载均衡过程设定)	内部参数	无
				(C/I)	支持最大数据传输率的最小必要	组态参数	10dB

	载波功率干扰比
				PMAX	最大AP传输功率	组态参数	20dBm
IMAX	任何已知信道上以基线范围为基础决定的最大容许干扰	内部参数	无
				MI	被用于最大容许干扰位准IMAX的计算的干扰余裕	组态参数	3dB
Δ	在没有I＜IMAX的候选信道时使最大容许干扰IMAX增加的量，单位dB。	组态参数	3dB
				HC Opt	预料信道使用率的滞后标准。目前信道与新信道的预料信道使用率差必须超过此阈值	组态参数	10％

表3

一较简单的信道选择算法可能是仅仅依据有记录的信道使用率测量值(亦即选择在高负载条件下观测到最低信道使用率的信道)。但是，很可能发生邻近APs在一已知AP引动最佳化信道选择的前已经改变作业信道的情形。有记录的CU测量值无法准确表达在下一个高负载周期内的信道负载。因此，信道选择系以信道使用率之一预料值C_PRED为基础，而C_PRED系以估计BSS负载及最新近的BSS-信道映像为基础。

一旦信道选择过程355完成，如果选出一新信道则利用一信道更新过程380更新BSS信道。在信道更新过程380中，判断是否有任何WTRUs 110通过目前作业信道与AP 105联系(步骤385)。如果这样，AP 105首先必须对每一相关WTRU 110发送一解除关系讯息(步骤390)。然后AP 105将其作业信道换成新信道(步骤395)。如果没有WTRUs 110通过目前作业信道与AP 105联系，则AP 105将其作业信道换成新信道。

较佳从上次执行信道最佳化过程300起算至少经过T_Last秒。否则就无视触发标准。因此，T_Last的值会跟信道最佳化过程300的值相同。一旦从信道改变起算已经过T_Last，即每T_MEAS定期地评估二个触发条件。

虽然已在较佳实施例中就特定组合说明本发明的特征和组件，每一特征或组件得被单独使用或是以有或没有本发明其它特征和组件的多样组合使用。

Claims (15)

1.一种选择供一无线通信系统内的一存取点(AP)使用的至少一最佳信道的方法，该存取点具有至少一作业信道，该方法包括：

(a)计算复数个邻近基础服务集(BSSs)其中每一者的平均负载；以及

(b)从一供该存取点使用的可容许信道集合(ACS)内的信道当中决定候选信道；以及

(c)从该候选信道选出一信道做为一新作业信道。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：

(d)记录平均负载大于一阈值的每一邻近基础服务集的信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(c)还包括：

(c1)计算所有候选信道的预料信道使用率；

(c2)选择一具有最低信道使用率的信道；

(c3)判断该选择信道是否不同于一目前作业信道；以及

(c4)在该选择信道不同于该目前作业信道时，判断该目前作业信

道的信道使用率是否比该选择信道的信道使用率至少多出一预定阈值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(c)还包括：

(c5)在步骤(c3)中该选择信道与该目前作业信道相同时，结束最佳化信道选择过程。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(c)还包括：

(c6)在步骤(c4)中该目前作业信道的信道使用率未比该选择信道的信道使用率至少多出一预定阈值时，结束最佳化信道选择过程。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括：

(d)在步骤(c4)中该目前作业信道的信道使用率比该选择信道的信道使用率至少多出一预定阈值时判断是否有任何无线传输/接收单元(WTRU)通过该目前作业信道与该存取点相关；且

(e)解除于步骤(d)中判定的所有相关复数个无线传输/接收单元的关系。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(c)是在步骤(d)中判定没有相关无线传输/接收单元或是在执行步骤(e)之后执行。

8.一种存取点(AP)，用以在一无线通信系统内自动选择该存取点的一信道，该存取点包含：

(a)用来定期扫描复数个不同信道的构件；

(b)用来在该存取点正处于一低负载周期运作时引动一信道最佳化过程的构件，其中以高负载测量值为基础计算一预料信道负载，且该存取点选择并改变其作业信道为具备最低预料信道负载的信道。

9.一种存取点(AP)，用以在一无线通信系统中选择该存取点所使用的至少一最佳信道，该存取点具有至少一作业信道，该存取点包括：

(a)用来从一供该存取点使用的可容许信道集合(ACS)内的信道当中决定候选信道的构件；及

(b)用来从该候选信道选出一信道做为一新存取点作业信道的构件。

10.如权利要求9所述的存取点，其特征在于还包含：

(c)用来计算复数个邻近基础服务集(BSSs)其中每一者的平均负载的构件；及

(d)用来记录平均负载大于一阈值的每一邻近基础服务集的信息的构件。

11.一种用于在一无线通信系统内与复数个存取点(APs)通信的集成电路(IC)，该集成电路包含：

(a)一测量单元，其用于在该集成电路引动后测量一可容许信道集合(ACS)内的每一信道的测量作业参数；

(b)一功率控制器，其用于以该作业参数为基础控制该集成电路的传输功率；

(c)一信道选择器，其用于以该测得作业参数为基础选择一供该集成电路进行通信的信道；

(d)一定时器，其用于设定一时间周期，一信标帧在此周期内从该集成电路发出，用以向该复数个存取点通告该作业参数。

12.如权利要求11所述的集成电路，其特征在于该信标帧是在该时间周期内以其最大功率传输给该复数个存取点。

13.如权利要求11所述的集成电路，其特征在于还包含：

(e)一存储器，其用于存储该测得作业参数。

14.如权利要求11所述的集成电路，其特征在于该测量单元测量在一信道上检测到的每一邻近基础服务集(BSS)的一平均负载，且该信道选择器以候选信道上测得的干扰位准为基础选择候选信道并以该平均负载为基础从该候选信道当中选择一新信道。

15.如权利要求14所述的集成电路，其特征在于该候选信道是从一可容许信道集合(ACS)以该候选信道的一干扰位准小于信道上一最大容许干扰为条件而选出。

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