CN101124787A - 使用方向性天线供wlan上链传输的存取点 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用方向性天线波束接收来自客户站台的上链传输的存取点，该方向性天线波束系由一天线数组所产生，不同的方向性天线波束系分派不同的波束识别号码，而各客户站台则选择较佳地天线波束。在不同天线波束区域内的客户站台使用在竞争窗内的分派倒退槽初始其上链传输。存取点则选择对应于分派给该倒退槽的方向性天线波束的较佳方向性天线波束。

Description

使用方向性天线供WLAN上链传输的存取点
技术领域
本发明是与通信系统领域相关，尤其是关于一种在一802.11无线局域网络(WLAN)中以一方向性天线运作的存取点。
背景技术
在一个802.11无线局域网络中，存取点(AP)系与无线使用者交换数据，而这些无线使用者便称为客户站台(CS)，一个典型的客户站台范例便是以无线网络卡运作的个人计算机。一个存取点包含一天线，用以发送下链信号至该客户站台，该存取点亦负责接收传输自每一个客户站台的上链信号。
用以在存取点传输和接收信号的天线的最普遍形式，便是全方位方向性单极天线，此种形式的天线包含一个单一线或是天线组件，其系连接至在该存取点内的收发器，该收发器接收传输自一客户站台的反向炼结信号，并转发炼结信号至该客户站台。
由一单极天线所发送的传输信号在特征上系为全方向性，这表示说，该信号系在水平面的所有方位上以相同的信号强度发送，以单极天线组件接收信号同样地亦为全方向性。一个单极天线在检测一方向的信号与检测来自另一个方向的相同或不同信号的能力并无区别，因此，全方向性天线的天线增益一般来说都很低，导致客户站台能经由该存取点存取该网络的范围减少。除此之外，网络的产能也会因低增益的全方向性天线产生不良的影响。
为了改善效能，存取点可使用供下链传输的方向性天线，但典型地，并不会以方向性天线接收上链传输，因为其无法预测下一个客户站台将于何时何处传输。一个存取点使用方向性天线的方法便是在客户站台传输数据封包之前发送一个请求以发送(RTS)封包，该存取点以一全方向性天线接收到该RTS封包之后，接着便切换至方向性天线，以便接收随的而来的上链数据封包。此方式的缺点便是关于该数据封包传输会带来额外的负担，尤其是对小的数据封包而言。
另一个方法便是使用无竞争时期(CFP)，存取点通过轮询该客户站台控制该上链传输，客户站台仅能在由该存取点轮询之后传输，然而，CFP并非必要，且大多数厂商并未实施CFP。除此之外，由于存取点并不知道哪一个客户站台有数据要传输，因此也会增加额外的负担。在最糟的情况下，该存取点必须轮询所有的客户站台以找出有数据要传输的客户站台。
发明内容
鉴于上述的先前技术，本发明的目的在于，提供一种存取点其使用一方向性天线波束接收上链传输，而不会对上链传输造成负担。
根据本发明的此目的及其它目的、特征、和优势系通过一种在一802.11无线通信网路中，提供多个客户站台及一存取点之间的上链传输，该存取点系以一个产生N天线波束的天线数组运作，且该上链传输系于一个包含多个倒退槽的竞争窗期间发生。该方法包含：分派一波束识别号码给各该N天线波束、为各该关于该存取点的客户站台选择一较佳天线波束、且分派一IP地址给各该客户站台。各该分派IP地址的模数N系等于该波束识别号码，其系对应选择给该客户站台的较佳天线波束。
该方法更包含将多个倒退槽分成N群，其中各该倒退槽群对应该N天线波束其中之一，且系分派给具有选定特定天线波束为其较佳天线波束的该客户站台，该存取点选择该N天线波束其中之一以接收来自具有选定特定天线波束为其较佳天线波束的该客户站台的上链传输，其中，该上链传输系发生于分派给这些客户站台的倒退槽中。
该N天线波束包含一全方向性天线波束及多个方向性天线波束，方向性天线波束系用以在来自该客户站台的上链传输期间改善该WLAN的产能，并增加该存取点和该客户站台之间的通信范围，这较佳地是在不造成该上链传输的负担下完成。
分成各该倒退槽群以便在任一特定群的各该倒退槽位置的模数N会等于分派给具有特定倒退槽群的该客户站台的波束识别号码，该竞争窗包含1023个倒退槽。
该802.11无线通信网路系以一分散协同功能(DCF)模式运作，其方法更包含：如果一通信频道闲置的话，各该站台进行感应，若如此，则在在该竞争窗内的其分派倒退窗上开始上链传输至该存取点之前，会先等待一个分散帧内空间(DIFS)。
如果一通信频道闲置的话，且在多个倒退槽通过之后仍无上链传输，则该存取点可选择全方向性天线波束，作为任何客户站台开始与该存取点进行上链传输的较佳天线波束。
如果该存取点决定该一客户站台已经移动，使得需要更新其较佳天线波束，则该存取点会停止至该客户站台的传输，根据对应该更新较佳天线波束的波束ID，更新较佳天线波束并更新分派IP地址。
本发明的另一个样态便是产生一存取点，其包含一天线数组，用以产生N天线波束，以及一控制器，其系连接至该天线数组，用以选择该N天线波束其中的，以接收来自客户站台的上链传输，其系于一竞争窗期间发生，该竞争窗包含多个倒退槽。一收发器系连接至该控制器及该多个天线数组，且包含一个用以执行上述方法的倒退算法模块。
附图说明
图1所示为根据本发明的WLAN示意图，该WLAN包含客户站台，以及一存取点，其系以一个产生全方向性天线波束和方向性天线波束的天线数组运作；
图2所示为图1的存取点方块图；
图3所示为根据本发明在802.11WLAN中的DCF模式时间线；
图4所示为根据本发明在客户站台和存取点间提供在802.11无线通信网路的上链传输流程图；以及
图5所示为与图1的存取点相关的客户站台的地址分配机制图。
具体实施方式
本发明现在将参照图式做更详细的说明，并展示本发明的较佳实施方式。然而，本发明将以许多不同形式实施，且不应限制在本文所提出的实施方式中。反的，提供这些实施方式以可彻底完全揭露，并将本发明的保护范围完全传达给熟习此技艺的人士。全文中，相似的号码代表相同的组件。
请先参照图1及图2，其系一种802.11无线局域网络(WLAN)10，其包含客户站台12(1)-12(3)，以及一个以一天线数组16运作的存取点14，其中，可选择-方向性天线波束20(1)-20(2)，用以接收该客户站台的上链传输，该客户站台可以符号12表示，而该方向性天线可以符号20表示。
该天线数组16包含多个天线组件18(1)-18(N)，用以产生N天线波束，包含一或多个方向性天线波束20以及一全方向性天线波束22。为了方便说明本发明，该天线数组16可为一三叉天线，其产生3个天线波束：举例来说，两个方向性天线波束20(1)、20(2)、加上一个全方向性天线波束22，其中，N＝3。举例来说，该客户站台12可为具有无线网卡的个人计算机，且主要使用全方向性天线。
在来自该客户站台12的上链传输期间，使用方向性天线波束20可改善该WLAN 10的产量，并增加该存取点14及该客户站台之间的通信范围。此优点可在不造成该上链传输的额外负担下完成。
一个方向性天线波束20在大多数情况下也提供高的信号噪声比，因此使得该炼结可以在较高的数据率下运作。802.11b炼结的PHY数据率系为1、2、5.5、以及11Mbps，而802.11a的速率则为6、9、12、18、24、36、48、以及54Mbps。802.11g的装置支持跟802.11a装置相同的数据率，且支持802.11b速率所支持的速率。
该存取点14包含一波束切换单元30，其系连接至该智能型天线16，以及包含一收发器32，其系连接至该波束切换单元。一控制器40系连接至该收发器32，且连接至该波束切换单元30，该控制器40尚包含一处理器42，用以执行一天线操纵算法18。
或者，该天线操纵算法18可使用一802.11PHY/MAC芯片组运作，而取代所述的处理器42。该PHY/MAC 芯片组包含所述的PHY层43以及该MAC层44。
该IEEE 802.11标准定义两个运作模式：分散协同功能(DCF)以及点协同功能(PCF)。该PCF模式系为一集中式MAC协议，其支持无碰撞和受限于时间的服务。该DCF模式则是一种载波感应多重存取及碰到避免(CDSMA/CA)的形式，DCF模式的碰撞避免部份包含一倒退机制或算法47。
该DCF模式满足一客户站台12在其感测该频道80系为闲置并开始其竞争窗84之后，便必须等待一分散帧内空间(DIFS)时期82，如图3所说明的DCF传输机制。在该802.11标准中，最大可有1023个倒退槽，该倒退槽算法并未标准化。目前，1023个时隙仅供802.11b/g标准使用，未来的标准可能会使用不同数量的时隙，这对熟习此技艺的人士来说是可轻易了解的。
通常，该客户站台12可在其竞争窗84内的任何倒退时隙开始上链传输，然而，为了让存取点14知道哪一个方向性天线系给任一客户站台12使用，根据本发明，该客户站台仅在特定倒退时隙上传输。各该站台系分派一IP地址，且将一较佳天线波束id或是识别建立于此地址上，这将在下文中做更详细的描述。该客户站台12仅在允许分配给其的较佳天线波束id的倒退槽上传输，在各该倒退槽中，该存取点14将接着监听分派给此时隙的天线模式。
在该WLAN 10中提供该客户站台12及该存取点14之间的上链传输的流程图7，现在将参照图4讨论。开始后(方块100)，在方块102中，一波束识别号码系分派给各该N天线波束。为了方便说明，该存取点具有两个方向性天线波束20(1)、20(2)、以及一全方向性天线波束22。该全方向性天线波束22系分派一波束id＝0，右天线方向性天线波束20系分派一波束id＝1，而该左方向性天线波束20系分派一波束id＝2。总共有三个天线波束，因此，N＝3。
在方块104中，执行与该客户站台相关的认证及关联。在方块106中，选择或发现与该存取点关联的各该客户站台12的较佳天线波束。根据该天线客户站台12相对于该存取点14的位置，较佳的天线波束可为该方向性天线波束20(1)、20(2)其中之一，或是全方向性天线波束22。
在方块108中，各该客户站台12系分派一个IP地址，一个动态主机配置通信协议(DHCP)系由该存取点14使用以分派一个IP地址给与其相关的各该客户站台12。根据本发明，系分派一IP地址，使得各该分派IP地址的模数N，会等于对应为该客户站台12所选的较佳天线波束20的波束识别号码。
该IP地址分派机制系于图5中说明，右方向性天线波束20(1)具有波束id＝1，左方向性天线波束20(2)具有波束id＝2，图上未示的全方向性天线波束22具有波束id＝0。
在该客户站台12于第130节请求关联，且该存取点14于第140节响应之后，该存取点第150节为各该客户站台选择较佳天线波束。于第160节，该存取点14分派一IP地址给一客户站台，使得IP的最末8位mod(N)＝波束id，其中，N＝天线波束号码。该IPv4地址具有4组以小数点分开的八位码，为了让计算简单一些，仅会使用最末一组的八位。如图5所说明，该客户站台12(1)、12(2)在右方向性天线波束20(1)的下所分配的IP地址分别为192.168.0.1以及192.168.0.4，而该客户站台12(3)在左方向性天线波束20(2)下所分配的IP地址则为192.168.0.2。
mod即为IP地址的模运算，熟悉此技艺的人士可轻易得知，模运算是一种关于除法的运算，但回传值则为余数。当执行各该IP地址的N模运算时，其中，在本实施例中N＝3，结果便是为特定客户站台12所选较佳天线波束的id。
对IP地址192.168.0.1而言，其系分配给该客户站台20(1)，“1”的3模数提供的余数即为1，对应的便是该右方向性天线波束20(1)。客户站台12(2)亦分派给该右方向性天线波束，因为其IP地址为192.168.0.4，“4”的3模数所得依然为“1”，亦即其提供的余数亦为1，因此，还是对应到右方向性天线波束20(1)。
对客户站台20(3)而言，其IP地址为192.168.0.2，“2”的3模数提供的余数即为2，对应的便是该左方向性天线波束20(2)。举例来说，如果另一个客户站台具有一分派IP地址为192.168.0.3，“3”的3模数提供的余数即为0，对应的便是全方向性天线波束22。
在方块110中，该方法更包含将多个倒退槽分成N群，其中，每群倒退槽对应该N天线波束其中之一，且分派给具有选择特定天线波束为其较佳天线波束的客户站台12。各该倒退槽群尤其细分，使得在一特定群的各该倒退槽位置的N模数等于分派给具有此特定倒退槽群的客户站台的波束id。
在此实施例中，在右方向性波束20(1)下的客户站台12(1)、12(2)，仅能在倒退槽1、4、7、10…中传输，在左方向性波束20(2)下的客户站台12(3)仅能在倒退槽2、5、8、11…中传输，同样地，在全方向性天线波束22下的客户站台仅能在倒退槽3、6、9、12…中传输。如果在任一这些倒退槽中执行3模数运算，结果便是分派给具有这些时隙的客户站台12的波束id，举例来说，倒退槽“10”的3模数＝1，倒退槽“11”的3模数＝2，而倒退槽“12”的3模数＝0。
在方块112中，该存取点14选择该N天线波束其中之一以接来自具有选择特定天线波束为其较佳天线波束的客户站台的上链传输，其中，该上链传输系于分派给这些客户站台的倒退槽中发生。
该存取点14将使用该左方向性天线波束20(2)以于倒退槽1、4、7、10…中进行接收，且将使用该右方向性天线波束20(1)以于倒退槽2、5、8、11…中进行接收，且将使用全方向性天线波束22以于倒退槽3、6、9、12…中进行接收。
由于各该客户站台12总是监听该媒体并更新其NAV，因此，所有的客户站台便于上一次媒体80忙碌至上一次媒体忙碌+DIFS+1023倒退槽的期间同步。如果DIFS+1023倒退槽后在媒体80变为闲置而无传输，则该存取点14将使用全方向性天线22接收，且该客户站台将以802.11标准所定义的方式传输。
如果客户站台12由功率节省模式中唤醒，且并不知道上次封包于何时传输的话，其会在开始传输之前，等待上至DIFS+1023倒退槽时间。
如果在此期间有封包传输的话，则该客户站台12便会知道该存取点14何时将监听该全方向性天线波束22，且可在该存取点14使用该全方向性天线波束22时于一倒退槽时隙开始传输。如果在此期间无封包传输的话，则该客户站台12便可开始传输，因为该存取点14系于DIFS+1023倒退槽之后监听该全方向性天线波束22。
在进入该WLAN 10的新客户站台方面，当该存取点14使用该全方向性天线波束22时，其将于该倒退时隙传输一认证请求、一相关请求、或是一探针请求，在此实施例中，该全方向性天线波束22的该倒退槽系为0、3、6、9、12…。
当该存取点14发现一客户站台12已经移动且该站台的较佳天线波束改变时，该存取点进行如下动作：终止传输封包至该客户站台12；使用DHCP通信协议以更新该客户站台的IP地址，使其可在正确的时间传输且该存取点14可于正确的天线波束接收；以及使用新的IP地址开始传输至该客户站台。最终，本发明的方法于方块114终止。
尽管本发明的特征和组件皆于实施例中以特定组合方式所描述，但实施例中每一特征或组件能独自使用，而不需与较佳实施方式的其它特征或组件组合，或是与/不与本发明的其它特征和组件做不同的组合。尽管本发明已经透过较佳实施例描述，其它不脱附本发明申请专利范围的变型，对熟习此技艺的人士来说还是显而易见的。

Claims (23)

1.一种用于在多个客户站台及一存取点间之一802.11无线通信网路中提供上链传输的方法，该存取点系以一产生N天线波束的天线数组运作，且该上链传输系于包含多个倒退槽之一竞争窗中发生，该方法包含：
分派一波束识别号码给各该N天线波束；
为与该存取点相关的各该客户站台选择一较佳天线波束；
通知各该客户站台其所选的较佳天线波束；
将多个倒退槽分成N群，各倒退槽群对应该N天线波束其中之一，且分派给具有所选择特定天线波束为其较佳天线波束的客户站台；以及
由该存取点选择该N天线波束其中之一，以接收来自具有所选择特定天线波束为其较佳天线波束的客户站台的上链传输，该上链传输系于分派给这些客户站台的倒退槽中发生。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该通知系根据分派一IP地址给各客户站台，其中，各该分派IP地址之一最后八字节之一N模数等于对应为该客户站台所选择的较佳天线波束的波束识别号码。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，各该倒退槽群系加以细分，使得在任一特定群的各倒退槽位置的N模数会等于分派给具有此特定倒退槽群的客户站台的波束识别号码。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该802.11无线通信网路系以一分布式协同功能(DCF)模式运作，且如果一通信频道闲置时，更包含各客户站台感测功能，且如果如此，则在该竞争窗内的其分派倒退槽上开始上链传输至该存取点之前，等待一分布式帧间空间(DIFS)时期。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该N天线波束包含一全方向性天线波束以及多个方向性天线波束。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该竞争窗包含1023个倒退槽。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，更包含执行与该客户站台的认证及关联。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，关于该存取点的该客户站台系同步化。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，如果一通信频道为闲置，且在多个倒退槽通过之后无上链传输，则该存取点选择该全方向性天线波束为该较佳天线波束，以供任一客户站台开始与该存取点之间的上链传输。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果该存取点判定一客户站台已经移动，使得必须更新其较佳天线波束，则该存取点会终止传输至该客户站台，更新该较佳天线波束，并根据对应该更新较佳天线波束的该波束id分派IP地址。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，如果一客户站台自一功率节省模式中唤醒，且不知道上一次一数据封包何时传递，则该客户站台在与该全方性向天线波束有关之一倒退槽开始上链传输至该存取点之前，等待一预设量的时间加上该多个倒退槽通过的时间。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，如果该客户站台知道上一次该数据封包何时传输，则该客户站台知道该存取点将于何时监听该全方向性天线波束，并开始在与该全方向性天线波束有关之一倒退槽上进行与该存取点的上链传输。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与该存取点有关之一新客户站台系于与该全方向性天线波束有关的倒退槽上开始与该存取点的上链传输。
14.一种存取点，其包含：
一天线数组，用以产生N天线波束；
一控制器，其与该天线数组耦合，用以选择该N天线波束其中之一，以接收来自客户站台的上链传输，其系发生于包含多个倒退槽之一竞争窗期间；以及
一收发器，其与该控制器及该天线数组耦合，且包含一倒退算法模块，用以执行下列动作：
分派一波束识别号码给各该N天线波束；
为与该存取点有关的各客户站台选择一较佳天线波束；
通知各该客户站台其所选的较佳天线波束；
将多个倒退槽分成N群，各倒退槽群对应该N天线波束其中之一，且分派给具有所选择特定天线波束为其较佳天线波束的客户站台；以及
选择该N天线波束其中之一，以接收来自具有所选择特定天线波束为其较佳天线波束的客户站台的上链传输，该上链传输系于分派给这些客户站台的倒退槽中发生。
15.根据权利要求14所述的存取点，其特征在于，该通知系根据分派一IP地址给各客户站台，其中，各分派IP地址之一最后八字节之一N模数等于对应为该客户站台所选择的较佳天线波束的波束识别号码。
16.根据权利要求15所述的存取点，其特征在于，该倒退算法模块细分各倒退槽群，使得在一特定群的各倒退槽位置的N模数会等于分派给具有此特定倒退槽群的客户站台的波束识别号码。
17.根据权利要求14所述的存取点，其特征在于，该天线数组产生一全方向性天线波束以及多个方向性天线波束。
18.根据权利要求14所述的存取点，其特征在于，该存取点系于一802.11无线通信网路中运作。
19.根据权利要求14所述的存取点，其特征在于，该竞争窗包含1023个倒退槽。
20.根据权利要求14所述的存取点，其特征在于，该收发器执行与该客户站台有关的认证及关联。
21.根据权利要求14所述的存取点，其特征在于，该收发器系与该关联客户站台同步化。
22.根据权利要求17所述的存取点，其特征在于，如果一通信频道为闲置，且在多个倒退槽通过之后无上链传输，则该控制器选择该全方向性天线波束为其较佳天线波束，以供任一客户站台开始上链传输。
23.根据权利要求14所述的存取点，其特征在于，如果该收发器判定一客户站台已经移动，使得其较佳天线波束必须更新的话，则该收发器会终止传输至该客户站台，更新该较佳天线波束，并根据对应该更新较佳天线波束的该波束id分派IP地址。
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