CN101606410A - 无线通信系统 - Google Patents

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CN101606410A CNA2007800509081A CN200780050908A CN101606410A CN 101606410 A CN101606410 A CN 101606410A CN A2007800509081 A CNA2007800509081 A CN A2007800509081A CN 200780050908 A CN200780050908 A CN 200780050908A CN 101606410 A CN101606410 A CN 101606410A
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Abstract

可让至少一台用户设备访问的接入点，所述用户设备可以是无线设备或有线局域网设备。所述接入点具有射频收发电路，该射频收发电路用于通过无线链路与从多个可用基站中选择出来的一个基站通信；还具有天线，该天线具有用于射频信号的发射和接收的、可调节的优先方向。控制电路基于无线链路上可获得的数据传输速率、为所述天线选择一个优先方向，从而使所述接入点能与一个基站建立无线连接。

Description

无线通信系统
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统，特别是一种包括无线接入点、具有无线回程线路的无线通信系统。
背景技术
无线接入点正变得普通，其使个人电脑或其它类似设备的用户可与所述接入点建立无线连接。所述接入点具有接入网络的线路，例如让个人电脑用户接入因特网的线路。
数据卡也是众所周知的，其可以插入个人电脑或其它设备，使该设备在蜂窝电话网络之上建立连接。因此所述数据卡包括合适的射频电路和合适的数据处理电路，以使通话被置于蜂窝电话网络之中。可将这种数据卡插入无线接入点中，使该无线接入点具有无线回程线路，该无线回程线路接入所述蜂窝电话网络，然后连接任何具有网络连接的其它设备。这种类型的数据卡通常具有全向天线，有可能使它们能够与蜂窝电话网络的多个基站建立连接。
当一个设备能与多个可用基站建立无线连接时，公认最好是与这样的基站建立必需的连接：该基站提供的连接具有最佳的可用信噪比，或者可满足某些质量标准。
不过，本发明在上述公认原则的基础上前进了一步，在有些场合，最重要的标准是在所选无线连接上可获得的数据传输速率。
发明内容
根据本发明的第一个方面，其提供一种接入点操作方法，其中所述接入点可让至少一台用户设备访问，且该接入点包括射频收发电路，该射频收发电路用于通过无线信道与从多个可用基站中选择的一个基站通信，所述方法包括：
基于所述多个可用基站的无线链路上可获得的数据传输速率来选择所述基站。
根据本发明的第二个方面，其提供一接入点，包括：第一访问接口，可供至少一台用户设备访问；射频收发电路，该射频收发电路用于通过无线链路与一个从多个可用基站中选择出来的基站通信；控制电路，该控制电路用于测定所述多个可用基站通过无线链路通信时、可获得的数据传输速率。
本发明的优点是，所述接入点可与提供可接受的高数据传输速率的基站建立无线连接，这使得所述接入点可为连接到该接入点的用户设备提供高的数据传输速率。
附图说明
为了更好地理解本发明，以及为了展示本发明如何起作用，下面通过示例的方式、参考附图来对本发明进行详细说明；其中：
图1为根据本发明一个方面的第一无线通信系统的方框图；
图2为展示图1所示系统内一个接入点的更详细的方框图；
图3为展示图2中接入点的一个部分的更详细的方框图；
图4展示了根据本发明另一个方面的、图2所示接入点的操作方法的流程图；
图5为展示根据本发明一个方面的第二通信系统的方框图；
图6为图5所示系统中一个接入点的更详细的方框图。
具体实施方式
图1展示了包含无线接入点(AP，Access Point)12的无线通信环境10。所述无线接入点12为装备有合适的移动通信设备14的用户提供无线接入，所述移动通信设备14例如可以是膝上型电脑或其它便携式设备。所述无线接入点12例如可根据802.11标准族中的一种标准(例如通常称为WiFi或WiMax的标准)进行操作。作为选择，所述无线接入点12可以是例如GSM毫微微基站(GSM pico base station)，或者任何其它基站或提供局域无线覆盖的接入点。为了达到这一目的，无线接入点12包括第一天线16，该第一天线16可以是例如全向天线。
这样，移动通信设备14和接入点12的覆盖范围之内装备的其它合适设备的用户就可将数据传输至接入点12和从接入点12输出数据。为了使移动通信设备14的用户能与其他用户通信，或者能够下载数据(例如从网站上下载数据)，接入点12需要连接到合适的网络。
在图1所示的实施例中，无线接入点12位于无线通信环境10内，城市的许多地方都是这种环境，其中，无线接入点12位于多个蜂窝基站的覆盖面积内，在图示实施例中，所述多个蜂窝基站为第一基站(BS1)18、第二基站(BS2)20和第三基站(BS3)22。众所周知，这些蜂窝基站18、20、22中的每一个均连接到公共交换电话网(Public SwitchedTelephone Network，简称PSTN)(未图示)或者分组数据网络，使基站能够在各自的覆盖范围内接收和发送来自移动电话用户和其它合适通信设备用户的声音和数据。
根据本发明，所述接入点12具有合适的天线24和射频通信电路(图1中未示出)，该电路使所述接入点与一些或所有的蜂窝基站18、20、22建立连接。通过与其中一个蜂窝基站建立连接，所述接入点12可在用户14和PSTN上的可访问位置之间传输数据。例如，所述接入点可建立用户14与网站之间的连接，以使用户14能够从该网站上下载东西。因此，接入点12用各自的蜂窝网络提供回程数据。在另一图示实施例中，用户设备可为VoIP[IP(Internet Protocol，互联网协议)上的语音]电话，其通过具有蜂窝网络上的回程线路的接入点12、与具有互联网连接的另一VoIP电话建立IP连接。
图2更详细地展示了接入点12的构成。如前所述，接入点12具有第一天线16，该第一天线16用于根据802.11标准族的标准、与配有合适的移动通信设备的用户通信，天线16例如可为全向天线，以使该天线可在接入点12周围的整个区域内与合适的移动通信设备通信。
天线16连接至局域网覆盖的射频电路26，这在根据上述标准操作的接入点内经常可以找到。例如，当接入点12根据802.11标准族中的一个标准操作时，所述局域网覆盖的射频电路26能将接收到的信号转化为合适的数据流，并能将传入的数据转化为信号，该信号用于根据所述标准通过无线接口传输。
所述局域网覆盖的射频电路26连接至蜂窝网覆盖的射频电路28，这在根据有关标准或标准族操作的移动通信设备中经常可以找到。例如，当接入点12要与根据GSM标准操作的蜂窝基站(例如，基站18、20、22中的一个基站)建立连接时，所述蜂窝网覆盖的射频电路28就会包括适当的GSM电路。类似地，当接入点12还要与根据UMTS标准操作的蜂窝基站(例如，基站18、20、22中的一个基站)建立连接时，所述蜂窝网覆盖的射频电路28还会包括适当的UMTS电路。
在图示的本发明实施例中，所述蜂窝网覆盖的射频电路28与功率控制电路30相连，这一点将在下文详述。
所述功率控制电路30与天线方向控制电路32相连，该天线方向控制电路32又与蜂窝天线24相连。
所述蜂窝网覆盖的射频电路28、所述功率控制电路30、以及所述天线方向控制电路32均在控制器34的控制下工作。
接入点12接收来自电源36的电力。电源36可为市电电源或者电化学电池，或者也可以是利用周围环境发电的电源，如太阳能电源、或风能电源、或风能/太阳能混合电源。
接入点12在管理系统38的控制下工作。管理系统38可设置在远程计算机上，并可控制接入点12的运作。例如，管理系统38可通过现有的局域网(LAN)连接至接入点12，或者可与接入点12无线连接，例如使远程管理系统38配置通过ftp或通过(为此目的而设立的)网站的连接。这样，管理系统38可以控制接入点的安全，决定允许哪台用户设备与其建立连接。
图3是接入点12的一部分的更详细的方框图。特别地，图3更详细地展示了蜂窝网覆盖的射频电路28、功率控制电路30、天线方向控制电路32和蜂窝天线24。
如图3所示，天线24包括四个天线元件24a、24b、24c、24d，但也可根据需要设置任意数量的天线元件。特别地，具有8个天线元件的天线可能更适合本实施例。所有这些天线元件24a、24b、24c、24d都是定向的。也就是说，在方位上，每个天线元件24a、24b、24c、24d优先在一个方向上传输信号，并对在这个方向上接收信号最灵敏。这些优先方向最好是完全不同的，并围绕所述方位等距分布，这使得天线24基本为全方位的全向天线。但天线24也可由优先方向非等距分布的天线元件构成，这时天线24不是全向天线，但至少是有些定向的。
如上所述，蜂窝网覆盖的射频电路28连接至功率控制电路30，这在图3中有详细的展示。特别地，所述功率控制电路30包括双工器42，用于分开和结合处在有关蜂窝网内射频发送和接收频率上的信号。
这样，从蜂窝网覆盖的射频电路28发出的信号通过双工器42后，在到达天线方向控制电路32之前，先到达功率放大器44。设置功率放大器是为了能够放大这种情况下通常在移动用户设备中存在的信号，从而使所述接入点能够与这样的蜂窝基站(例如图1所示的基站18、20、22中的一个基站)建立连接：该基站比蜂窝基站通常能够访问的基站更远。功率放大器44的放大度由控制器34通过沿控制线46传输的信号决定。
类似地，从天线24和天线方向控制电路32接收到的信号先通过低噪声放大器48，再通过双工器42到达蜂窝网覆盖的射频电路28。设置所述低噪声放大器48是为了能够放大在这种情形下移动用户设备中通常存在的信号，从而使所述接入点与与这样的蜂窝基站(例如图1所示的基站18、20、22中的一个基站)建立连接：该基站比蜂窝基站通常能够访问的基站更远。低噪声放大器48的放大度由控制器34通过沿控制线50传输的信号决定。
通过功率放大器44之后，发出的信号被分开，并通过各自的增益控制元件，在图示实施例中是可控衰减器52a、52b、52c、52d，并通过各自的双工器54a、54b、54c、54d，到达各自的天线元件24a、24b、24c、24d。
类似地，从天线元件24a、24b、24c、24d接收的信号通过各自的双工器54a、54b、54c、54d，到达各自的增益控制元件，在图示实施例中是可控衰减器52a、52b、52c、52d，然后被结合起来并传输至低噪声放大器48。
每个可控衰减器52a、52b、52c、52d的衰减度均由控制器34通过沿控制线或线组58的信号决定。
因此，通过控制输入和输出天线元件24a、24b、24c、24d的每条信号通道的衰减度，可以改变天线24的有效波束形状(effective beam shape)。也就是说，如果每个可控衰减器52a、52b、52c、52d和56a、56b、56c、56d提供相等的衰减度，或者根本不提供衰减度，那么天线元件24a、24b、24c、24d就会发射振幅相等的信号，并以相等的灵敏度接收信号，这样，根据天线元件24a、24b、24c、24d各自的优先方向，天线24可以有效地实现全向化。
反之，如果输入和输出其中一个天线元件24a、24b、24c、24d的信号路径中的信号没有衰减，或者只有很小的衰减，而与此同时，输入和输出其它天线元件24a、24b、24c、24d的信号路径中的信号却大大衰减，那么天线24的有效波束形状就与其信号没有衰减或者只有很小衰减的那个天线元件的有效波束形状极其相似。
也就是说，通过适当地控制所述可控衰减器52a、52b、52c、52d和56a、56b、56c、56d，可使天线24高度定向。
通常，可以这样控制所述可控衰减器52a、52b、52c、52d和56a、56b、56c、56d：以同样的方式控制输入和输出有关天线元件24a、24b、24c、24d的信号路径中的成对的衰减器52a、56a；52b、56b；52c、56c；以及52d、56d；以使天线24在上行链路和下行链路中具有相同的波束形状和大小，但这对于本发明而言不是必需的。
虽然上文论述了本发明的可控衰减器位于输入和输出天线元件的信号路径内的实施例，但本发明也可以提供一种波束切换天线，该天线具有切换器，用于使有关天线元件切入或切出所述信号路径。因此，通过将仅仅一个或少量的天线元件切入所述信号路径，可使所述天线24高度定向。
此外选择性地，所述天线可包括仅仅很少量的天线元件，这使它们构成定向天线，该定向天线具有用于改变天线方向的装置(例如机械转动装置)。
控制天线24、使该天线变得稍微有些定向，这样做的好处是：从接入点12到其中一个蜂窝基站、以及从该蜂窝基站到接入点12的传输路径受多路传输的影响更小。例如，如果接入点12的天线24是定向的，其优先方向指向已与该天线建立了连接的蜂窝基站，则所述接入点很可能较少受到该蜂窝基站发射的信号的反射信号的影响，因为这些反射信号很可能来自与所述优先方向不同的方向。
图4是个流程图，该图展示了根据本发明一个方面的一种方法。该方法开始于步骤70，然后是步骤72，在该步骤72中选择波束方向。如上所述，可通过对输入和输出有关天线元件24a、24b、24c、24d的信号传输路径中的可控衰减器52a、52b、52c、52d和56a、56b、56c、56d进行适当控制来选择波束方向。例如，可通过依次选择不衰减输入和输出天线元件24a、24b、24c、24d的信号路径中的信号，从而依次选择类似那些天线元件的优先方向的波束方向。
当所述天线为波束切换天线时，可通过依次将不同的天线元件切入所述信号路径中来选择不同的波束方向。当所述天线为可转向天线时，可通过依次旋转所述天线来选择不同的波束方向。
在步骤74中，确定接入点12是否能够在选择的波束方向上与蜂窝网络建立连接。如果能够，测量该连接上可获得的数据传输速率并予以存储。例如，参见图1，即使所述3个基站18、20、22均由同一移动网络运营商提供，它们也可以是不同类型的基站。例如，可以一个为GSM基站、一个为UMTS基站、一个为允许高速上行分组接入(HSUPA)和/或高速下行分组接入(HSDPA)的UMTS基站。在这种情形下，允许HSUPA或HSDPA的UMTS基站与不允许HSUPA或HSDPA的UMTS基站相比，前者可允许比后者更高的数据传输速率，虽然后者允许的数据传输速率也高于GSM基站。
接入点12可能需要用于回程要求的高数据传输速率，以给用户提供高的可用数据传输速率，所述用户如用户14，例如当用户14在使用因特网连接、例如用于VoIP电话时。在这种情形下，对于接入点12来说有利的一点是能够确保接入点12可与一个基站建立连接，该基站可提供适当高的数据传输速率连接。
反之，通常建立包含基站18、20、22的蜂窝网络，使得当接入点12进入该蜂窝网络时、能够与可提供最高质量链接的基站建立连接，所述最高质量例如基于信号的信噪比测量而定。不过，接入点12也可与周围的几个基站建立质量尚可接受的连接。
因此，在步骤74中，使接入点12的天线24变得高度定向会限制该天线与周围基站建立连接的能力。对于每个可能的方向，接入点12可能只能与周围基站中的一个基站建立连接，从而测定该连接上的数据传输速率。
在步骤76中，判断是否所有可能的波束方向均已被测试过；如果不是，程序返回步骤72，并持续到所有可能的波束方向均已被测试过为止；此时，程序进入到步骤78，在该步骤选择一个波束方向。在本发明的一个实施例中，控制器34内安装的软件选择波束方向，在这些波束方向可获得最高的数据传输速率。在本发明的另一个实施例中，控制器34可以在其它标准的基础上、从多个提供可接受的数据传输速率的波束方向中选择一个波束方向。在其它实施例中，所述控制器34为用户或管理系统38提供基于可能的波束方向可获得的数据传输速率方面的信息，从而可选择一个合适的波束方向。
因此，通过改变波束方向，接入点12可根据其需要、有效地迫使蜂窝网络在接入点12与特定蜂窝基站之间建立连接。
在本发明的一个实施例中，控制器34还可选择一个替代波束方向，该替代波束方向可提供与替代蜂窝基站的连接，以在由于某些原因导致连接第一选择基站失败时使用。
当天线为波束可定义天线(beam definable antenna)或波束切换天线时，可进行这种替代波束方向的选择。在这两种情形下，即使第一选择波束方向在使用中时，也要将所述替代波束方向保持在能够起作用的状态。
如上所述，控制器34还可通过功率控制电路30来提高发送和接收的信号的功率，以使接入点12能够建立与蜂窝基站的连接，即使该接入点12可能并不位于这些蜂窝基站的正常覆盖范围之内。
图5为根据本发明一个方面的可选通信系统的方框图。该系统也提供了接入点92，该接入点92位于无线通信环境10内，特别是位于第一基站(BS1)18、第二基站(BS2)20和第三基站(BS3)22的覆盖范围内，构成一个或多个蜂窝电话网络的一部分。
根据本发明，所述接入点12具有合适的天线24，以及让该接入点12可与一些或所有的蜂窝基站18、20、22建立连接的射频通信电路。
图6为展示接入点92的构成的更详细的方框图。特别地，所述接入点92包括局域网接口94，该接口94例如可为以太网接口，所述局域网接口可让一台或多台电脑14或其它设备与其建立连接。与电脑的连接可以是有线连接或无线连接。所述局域网接口94与蜂窝网覆盖的射频电路28、功率控制电路30、天线方向控制电路32、以及蜂窝天线24相连接，所有这些连接均已体现在上文对图2和图3的描述中，这里就不再细述。在这种情形下，可简单地在个人电脑如电脑14中提供接入点92的功能，因此这样的电脑可能不是便携式设备。
根据本发明的一个方面，接入点92进行图4所示的过程，以提供电脑14的用户想要通过接入点92传输的数据的回程线路。
在一个优选实施例中，蜂窝网覆盖的射频电路28被设置在数据卡上，例如所谓的3G数据卡。正如人们所知，这种数据卡通常可插入移动设备如便携式计算机中，以使该便携式计算机的用户可通过有关的蜂窝网络进行通信。在本发明中，所述数据卡可插入接入点12或接入点92中，以使与该接入点无线或有线连接的设备的用户可通过有关蜂窝网络进行通信。
因此，本发明提供一个系统，在该系统中，蜂窝网络可用于为特定位置的接入点提供高速数据传输服务，即使用户位于蜂窝网络通常不能提供高速数据传输服务的位置。

Claims (23)

1.一种接入点操作方法，其特征在于：所述接入点适于让至少一台用户设备接入，且所述接入点包括射频收发电路，该射频收发电路用于通过无线链路与选自多个可用基站的一个基站通信，所述方法包括：基于与所述多个可用基站连接的无线链路上可获得的数据传输速率来选择所述一个基站。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述接入点让至少一台用户设备通过第二无线网络接入。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述接入点让至少一台用户设备通过WiFi无线链路接入。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述接入点让至少一台用户设备通过WiMax链路接入。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述接入点让至少一台用户设备通过有线局域网接入。
6.根据前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于：还包括自动选择所述基站。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当基站通过其各自的无线链路提供的可获得数据传输速率最高时，自动选择该基站。
8.根据前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于：
顺序测定与多个可能的天线波束方向中的每一个波束方向相关联的、可获得的数据传输速率；以及
在该可获得的数据传输速率的基础上，选择一个波束方向，以供将来使用。
9.接入点，包括：
第一访问接口，该第一访问接口适于让至少一台用户设备访问；
射频收发电路，该射频收发电路用于通过无线链路与从多个可用基站中选择出来的一个基站通信；
控制电路，该控制电路用于测定所述多个可用基站通过无线链路通信时、可获得的数据传输速率。
10.根据权利要求9所述的接入点，其特征在于，包括：
天线，该天线具有多个天线元件；以及
波束方向控制电路，该波束方向控制电路包括变幅调整装置，该变幅调整装置设在与所述天线元件相关联的多条信号路径中的每一条中。
11.根据权利要求10所述的接入点，其特征在于：通过控制所述波束方向控制电路调节所述天线的波束方向，然后测定在该波束方向上通过无线链路可获得的数据传输速率，使该控制电路测定连接至多个可用基站中的一个或多个基站的无线链路上可获得的数据传输速率。
12.根据权利要求10所述的接入点，其特征在于：所述接入点为所述天线自动选择波束方向，以便与所述多个可用基站中的一个基站建立具有可接受的数据传输速率的无线连接。
13.根据权利要求12所述的接入点，其特征在于：所述接入点还为所述天线自动选择第二波束方向，以便获得与所述多个可用基站中另一个基站的储备无线连接。
14.根据权利要求9所述的接入点，其特征在于，包括：
天线，该天线具有多个天线元件；以及
波束方向切换电路，该波束方向切换电路用于将各个天线元件切入和切出与所述天线元件相关联的多个信号路径。
15.根据权利要求14所述的接入点，其特征在于：所述天线元件中的至少两个被同时切入各自的信号路径，而与此同时，至少一个其它的天线元件被切出其信号路径。
16.根据权利要求9所述的接入点，其特征在于：所述第一访问接口适于让一台用户设备访问，以构成VoIP电话。
17.根据权利要求9所述的接入点，其特征在于：具有太阳能电源。
18.根据权利要求9或14所述的接入点，其特征在于：具有风能电源。
19.一种接入点操作方法，其特征在于：所述接入点适于让至少一台用户设备访问，且所述接入点包括：
射频收发电路，该射频收发电路用于通过无线链路与从多个可用基站中选择出来的一个基站通信；和
天线，该天线具有用于射频信号的发射和接收的、可调节的优先方向；
所述方法包括：
操作所述接入点，从而使所述天线具有优先方向，该优先方向是基于天线与所选基站的无线连接上可获得的数据传输速率来选择的。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，包括：
在初始阶段，操作所述接入点，以使所述天线依次具有多个优先方向；以及
对于每一个优先方向，测定可建立的无线连接上可获得的数据传输速率。
21.接入点，其特征在于：该接入点适于让至少一台用户设备访问，且该接入点包括：
射频收发电路，该射频收发电路用于通过无线链路与从多个可用基站中选择出来的一个基站通信；
天线，该天线具有用于射频信号的发射和接收的、可调节的优先方向；和
控制电路，该控制电路基于无线链路上可获得的数据传输速率、为所述天线选择一个优先方向，从而使所述接入点能与一个基站建立无线连接。
22.根据权利要求21所述的接入点，其特征在于：所述天线具有多个天线元件；且所述接入点还包括波束方向控制电路，该波束方向控制电路包括变幅调整装置，该变幅调整装置设在与所述天线元件相关联的多条信号路径中的每一条中。
23.根据权利要求21所述的接入点，其特征在于：所述天线具有多个天线元件；且所述接入点还包括波束方向切换电路，该波束方向切换电路用于将各个天线元件切入和切出与所述天线元件相关联的多个信号路径。
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