CN101765116B - 分布式多波束无线系统 - Google Patents

Abstract

无线网络具有多个节点，这些节点可由无线终端通过无线接入链路访问，它们通过使用多个定向天线波束的转接链路耦合。多个节点在添加节点和发生其他变化时是自组织和自适应的。新节点利用波束扫描来监听来自现有节点的信号并相应作出响应以加入网络。建立的节点各自重复在未使用的波束上发送欢迎消息，以由新节点接收。如果检测到因例如信道频率上的干扰所致的转接链路失效，则利用另一个频率自动恢复。可以利用间隔重叠波束和分集技术来增强波束扫描。

Description

分布式多波束无线系统

本申请是申请日为2003年11月21日，申请号为200380109595.4、发明名称为“分布式多波束无线系统”的中国专利申请的分案申请。

本发明涉及无线系统或通信网络，其包括多个分布式节点，在这些节点之间可以通过多波束或有向无线通信路径进行无线通信。

背景技术

为了促进无线系统或通信网络中的通信，希望提供多个无线接入和路由点(WARP)或节点，在它们之间可以通过无线链路进行通信，所述节点可选地通过一条或多条有线连接路径与通信网络通信，其中无线终端还通过无线链路与节点通信。为了简洁起见，将无线终端与节点通信所用的无线链路称为接入链路，而用于在节点之间进行通信的无线链路称为转接链路。

例如，在此类无线系统中，各节点可以分布在要提供无线接入服务的地理区域中，若干无线终端可以通过各种节点在它们之间和/或与网络进行通信。无线终端可以具有各种形式中的任何一种形式，而传送的信号可以包含任何期望形式的信息。常规方式下此类无线系统以分组通信模式工作，其中例如仅当节点正在发送或接收数据分组时才处于活动状态(发送或接收无线电信号)，否则处于静止或安静状态，在此状态下它仅监听业务，偶尔交换信令消息以管理无线系统。

例如，通过接入链路和转接链路进行的无线通信可以根据熟知的标准，如用于无线LAN(局域网)通信的IEEE 802.11标准来进行。常规方式下，将不同频带中的信道用于接入链路和转接链路；例如将2.4GHz频带中的信道(IEEE 802.11b)用于接入链路，而5.2和5.7GHz频带中的信道(IEEE 802.11a)用于转接链路。但可以不必如此，接入链路和转接链路还可以采用其他频带和/或二者均可采用相同的频带。

此类系统最好利用定向天线(即定向无线通信路径)为节点对之间的至少一些转接链路提供多波束，从而有利于在转接链路上复用信道频率。具体地说，定向天线波束可以提高增益，由此提供更大范围和定向波束方位图，这可以削弱不需要的共信道和相邻信道干扰(例如由多条转接链路上的同时传输引起的干扰)。每个节点可以提供任何期望数量和配置的定向天线波束，并且每个节点的各个波束可以彼此类似或不同。在常规技术下，所有节点都彼此类似，每个节点的所有波束也是彼此类似的；例如每个节点可以提供3、6、8或更多类似的波束，但是也可以提供任何其他数量(或多或少)的波束。

设计这种无线系统的一种熟知途径是采用费力的集中规划来解决诸如频率复用、时间上系统的可伸缩性(扩充或收缩)以及对变化的适应性。在采用严格频率复用规划的情况下，系统必须在干扰环境变化时重新进行设计；这对于在无执照的频带上工作的系统来说尤其成问题，而且从工作量和系统容量两方面来说成本都很高。如果系统需要扩充或修改，例如设置更多的节点，则采用集中规划的系统需要大量二次设计工作。

因此希望提供一种改进的无线系统，这种系统在添加和/或删除节点时和/或随系统环境变化时具有自组织或自适应性。

发明概述

根据本发明，提供一种节点检测方法，用于构成无线网络的节点之间的无线通信，所述方法包括如下步骤：从构成所述无线网络一部分的节点重复发送消息，以由任何新节点检测；并且在新节点上，监视对所述消息和/或无线网络业务的检测，对此检测进行响应，以及，在检测不到所述消息和/或无线网络业务的情况下，重复发送消息以由任何其他节点检测。

最好所述节点包括多波束定向天线。在此情况中，从构成所述无线网络一部分的节点重复发送消息，以由任何新节点检测的所述步骤包括：在未承载无线网络业务的天线波束上重复发送所述消息，并且在检测不到所述消息或无线网络业务的情况下从新节点重复发送消息以由任何其他节点检测的所述步骤最好包括：在多个天线波束中的每一个上重复发送所述消息，以及在新节点上监视对所述消息和/或无线网络业务的检测的所述步骤最好包括：利用多个天线波束中的每一个持续进行监视，最好采用所述节点的重叠天线波束子集来进行。

所述节点最好包括主接收路径和分集接收路径，在此情况下，利用多个天线波束中的每一个持续进行监视的所述步骤可以包括：利用所述主接收路径和分集接收路径同时监视具有不同方向的天线波束。所述主接收路径和分集接收路径可以利用例如空间分集或极化分集来提供，从而在性能和链路预算方面产生显著的好处。最好可优先选用正交极化(例如垂直和水平极化或以+/-45度或任何其他期望正交角度极化)的波束，以便有利于实现更紧凑的天线结构。

所述无线通信最好包括多个频率信道，并且在新节点上监视对所述消息和/或无线网络业务的检测的所述步骤最好包括：持续监视多个所述频率信道中的每一个，最好监视所有所述的频率信道。在检测不到所述消息或无线网络业务的情况下从新节点重复发送消息以由任何其他节点检测的所述步骤可以包括：利用多个所述频率信道中的每一个重复发送所述消息，最好使用所有所述频率信道。

所述方法最好还包括如下步骤：在利用给定频率与所述无线网络的另一个节点通信的每个节点中，编辑一个优选频率列表，以便在利用所述给定频率的所述通信失败的情况下可用于所述通信。所述方法还可以包括如下步骤：在利用给定频率与另一个节点通信的节点中，利用所述给定频率检测所述通信的失败，通过所述网络的其他通信路径(可以是有线的也可以是无线的)发送其列表中的优选频率的指示，以及向所述另一个节点发送消息，以使用所述优选频率来恢复所述失败的通信。

本发明的另一个方面提供一种用于无线接入网的节点，所述节点包括：用于与无线终端进行双向无线通信的无线接入系统；用于与所述网络的至少一个其他节点进行双向无线通信的转接无线系统；以及用于耦合要在所述无线接入系统和所述转接无线系统之间传送的信号的通信控制单元，所述控制单元安排用于根据上述方法来操作所述节点。

在这种节点中，所述转接无线系统最好包括多波束定向天线，并且最好所述转接无线系统及其天线包括主接收路径和分集接收路径。

本发明的另一个方面提供一种无线接入网，它包括多个均如上所述的节点；这种网络通常可以包括所述节点之一至通信网络的连接。

附图简介

由以下参考附图，通过示例作出的详细说明，可进一步理解本发明，附图中：

图1以示意图形式说明可以应用本发明实施例的分布式无线接入系统；

图2以示意图形式说明根据本发明实施例的图1所示系统中的节点；

图3说明自发现接收操作模式；图4显示相关的时序图；而图5显示根据本发明实施例的对应的节点流程图；

图6说明自发现发送操作模式；图7显示相关的时序图；而图8显示根据本发明实施例的对应的节点流程图；

图9显示再发现操作模式；图10显示相关的时序图；而图11和图12显示根据本发明实施例，与主节点和从节点分别对应的流程图；

图13以示意图说明根据本发明另一个实施例的节点的波束扫描操作模式；以及

图14是说明一个节点的天线波束重叠的曲线图。

发明的详细说明

图1显示了一个分布式无线接入网络或系统，它用于使具有适合终端的用户能够接入网络并接收各种服务，所述适合终端可以具有各种形式中的任何一种形式，其中一种形式表示为无线终端10。该系统包括分布在一定地理区域或服务区上的无线接入和路由点(WARP)或节点；以图1所示为例，其中表示了标记为1至6的6个节点，下文将对其作进一步描述。

终端10通过无线电链路向最近的节点发送信号，该链路称为接入链路，如图1中的箭头12所示。信号业务在节点对之间通过另一些无线电链路传送，所述另一些链路称为转接链路，在图1中由节点1至6的节点对之间的虚线14所示。通过这些链路，在同一局域网(LAN)和/或通信网内的终端10和另一个终端(未显示)之间传送信号，如图1连接到节点6的线条16所示。该系统还可以提供与专用转接节点以及这些专用转接节点之间的通信。

为了利于转接链路上的通信和信道频率复用，节点1至6将定向天线波束用于节点对之间的通信。为简明起见，例如，假定每个节点要提供8个波束，如图1中由代表节点1至6中每个节点的圆圈延伸出的对称布置的8个波瓣所示，而且假定各节点均是类似的。以实心表示每个节点用于各转接链路的波瓣或定向天线波束，以表示其用途。可以理解，每个节点可以提供任何期望数量的天线波束，而且这些波束经过布置可以提供任何期望的波束方向图或配置。

图2以示意图说明根据本发明实施例，图1所示系统的节点。在此实施例中，该节点包括：具有主路径天线和分集(DIV)路径天线21和22的无线接入系统20；提供去往或来自定向天线24的主路径信号和分集路径信号的转接无线系统23；向天线24发送提供波束切换控制信号以及在无线系统20和23之间提供信号传送的通信控制单元25；以及从能源(未显示，如电池或交流电源)向单元20、23和25提供电力的电源26。

在本发明的实施例中，无线接入系统20是在2.4GHz频带的信道中根据IEEE标准802.11b工作的双向无线系统，转接无线系统是在5.2GHz和5.7GHz频带的信道中根据IEEE标准802.11a工作的双向无线系统。不同的频带避免了两个无线系统之间的干扰，但在本发明的其他实施例中，两个无线系统均可以采用相同的频带和/或采用其他频率集。这种无线系统的应用广泛，无需在本文中进一步说明。

控制单元25用于耦合往返于无线接入系统20与转接无线系统23之间的信号分组，根据需要可能在单元25的存储器中对这些分组进行缓存或储存，以便通过相应的天线波束传送。虽然图2中未单独显示，但天线24为每个定向天线波束提供空间或极化分集。例如，天线24可以使用垂直极化为主信号路径提供极化分集，以及使用水平极化为分集信号路径提供极化分集。又如，天线24可以采用+/-45度(或其他正交角度)来提供极化分集，例如采用紧凑的双馈电贴片天线单元。

通过天线24，同样的定向天线波束既可用于信号发送又可用于信号接收。作为本发明的一些实施例中的一种替代方式，天线24可以包括一个单独的天线单元如一个全向天线，用于以类似的方式接收转接无线电信号。或者，采用更复杂的切换和/或合并方案，可通过合并多个定向天线波束的信号来更简洁地实现全向天线功能。

希望参考图1和图2所述的无线系统是自组织和自适应的，以便它最初可以自我设置，随后自我调整以适应环境变化如干扰、节点的增加、删除或修改(例如重新定位)以及可能发生的其他变化，而无需为适应这些变化而进行实质性的初始规划和后续的二次设计。根据本发明实施例的无线系统提供了这些优点，对此下文将进一步描述。

更具体地说，在根据本发明实施例的无线系统中，每个节点具有多种工作模式，这些模式可包括称为自发现接收模式和自发现发送模式、再发现模式以及波束扫描操作模式。

在未采用常规集中规划和设置的情况下，在节点初始部署和开机时，它(即其控制单元25)不具有有关如下事项的信息：它是否被设在含已在工作的其他节点的现有网络中或者它是否是新系统的第一个节点。为了确定此方面的信息，它进入自发现接收模式，下文将参考参考图3至图5对此予以描述。在此情况中，开始时假定该节点使用上述全向接收天线。

图3显示处于自发现接收模式下的节点2和已处于工作状态的节点1、3和5。如下进一步所述，网络中处于工作状态下的每个节点以相对随机的定时，至少每个期间T1发送欢迎消息一次(即重复发送)，以由任何新节点接听。图4是说明这些消息的时序图，本实例中这些消息由节点1、3和5分别在由这些节点导向新节点2的波束所对应的频率f1、f5和f8上的信道上发往新节点2。亦如图4所示，新节点2扫描每个信道频率(这里表示为f1到f8)，每个期间T1依次扫描一个频率，以便随着时间的过去在各工作节点的相应信道频率上检测这些工作节点的欢迎消息。虽然作为示例这里提及8个频率f1到f8，但可以有任何期望数量的信道频率。

此过程由图5中的流程图表示，其中图5所示流程图步骤的引用号在以下描述中于括号内给出。

参考图5，节点2选择其全向接收天线(30)，然后在期间T1内监视频率f上的信道(31)，以判断该信道上是否有信号活动(32)。如果在该监视信道上检测不到任何信号，它继续监视下一个信道频率(33)，并在监视循环中继续，直到所有信道频率(34)受到监视并且在未检测到任何活动的情况下发生超时。在这种情况下，节点2会断定它是新系统中的第一节点，并进入如下所述的自发现发送模式(35)。

在图3的实例中，节点2将检测频率f1、f5和f8上的活动，在每种情况下，所述活动可以包括如上所述的欢迎消息或信号业务。在前一种情况中，节点2发送针对接收到的欢迎消息的应答(36)(例如这可以全向发送，或者依次在节点2的每个定向波束上发送)，这导致与发送欢迎消息的节点通信，以就节点2进入网络进行协商(37)，并选择供节点2用于至网络的另一个节点的每条转接链路的波束(38)。这些步骤以任何期望的方式执行，并可以包括向节点2传送已在工作的节点已知悉的网络的有关信息。

如果节点2监听到信号业务而非欢迎消息，则它选择业务信号强度最强的波束和频率(39)，等待该业务暂停，并发送“新”消息以指示它的存在(40)。它随后等待响应(41)，在接收到这种响应时如上所述就进入网络进行协商(42)。如果在超时期限内没有响应(43)，则节点2如上所述继续处理下一个频率(33)。

图6显示处于自发现发送模式下的节点2，并且还显示了假定在节点2之后添加的节点1、3和5。图7是结合图8所示流程图步骤，表示自发现发送模式下节点操作的对应时序图。

如图8所示，在此模式下，节点2选择选择某个发射天线波束和频率(50)，并在每种情况下在如图7顶部所示的期间T内，在该波束和频率上间隔地发送消息“我在这儿”(51)并检查是否有应答(52)。在没有应答的情况下，节点2检查是否已在此频率在所有波束上发送该消息(53)，如果否，则选择下一个波束(54)以在第一循环继续；如果是，则检查是否已尝试所有频率(55)，如果否，则选择下一个频率(56)并在第二循环继续；如果是，则如上所述再次尝试接收模式(57)。如果节点2接收到应答，则节点2与应答节点通信(58)以协商形成一个网络。

图6显示节点2在频率f6上在相应波束上向节点1、3和5发送消息“我在这儿”。图7的顶部指示此频率f6，并显示节点2交替执行的发送(Tx)和接收(Rx)，每种情况下持续时间T。图7的其余部分显示节点1、3和5的监听和发送(应答)期间。对于每个监听期间，相应节点依次在频率f1至f8上监听，因为这些节点此时正处于如上所述的自发现接收模式下。对于节点5，图7中示出了对f1、f6和f8的监听时间。

如图7所示，对用于节点1的频率f6的监视或监听时间最初对应于节点2的接收时间，因此未检测到来自节点2的消息。然后，节点5在节点2正在发送时监视频率f6，如向下粗体箭头所示检测来自节点2的消息，并经过延迟时间T之后发送应答。延迟T确保当节点5发送应答时节点2正处于其接收模式，如向上粗体箭头所示。同样地，图7显示稍后节点3和1检测到来自节点2的消息并予以应答。

网络节点具有隐含的层次结构，根据该层次结构，与每条转接链路相关联的两个节点表现为主从关系。可以各种形式中的任何一种布置并形成该层次结构。例如，可以认为较靠近主通信网络接入点(例如图1中的线路16)的节点在该层次结构中的位置比远离该线路的节点的高。在没有这种接入点的情况下，即在孤立LAN的情况下，具有最大转接链路连通性的节点可以视为处于该层次结构中的最高位置。根据随机的选择或以任何其他期望的方式，可以将该层次结构中同级的链接节点指定为相应链路的主节点和从节点。

如果通过转接链路的通信变得不可靠，例如由于干扰的原因，则在该链路的主节点还通过至少一条其他转接链路连接时可以启动再发现模式。再发现模式通过利用网络通知从节点所要尝试的频率和天线波束而得以增强，下文将对此作进一步描述。只具有一条转接链路的节点在其唯一转接链路丢失时，会进入自发现接收模式。

图9显示节点1、2、3和5，其中节点2和5处于再发现模式下。假定节点2和5之间例如使用频率f2的转接链路(其中节点2和5被分别指定为此转接链路的主节点和从节点)因干扰而被阻断。在正常操作中，在相对空闲的时间里，每个节点编辑一个待用优选频率列表，对于这些频率，该节点(即节点中的信号检测器)可检测到对应于最小干扰的最小信号电平。例如，图9显示处于再发现模式下的节点2在信道频率f5上发射，此频率来自节点2的编辑列表，用作优选频率与节点5通信。

图10是表示处于再发现模式下主节点2和从节点5执行此操作的时序图，而图11和图12是分别说明这两个主从节点在再发现模式下对应步骤的流程图，其中编辑优选频率列表的操作分别表示为步骤60和70。

节点2(作为节点2和节点5之间的转接链路的主节点)确定转接链路(在频率f2上)已不再可用，如图10左方所示。节点2利用适当的波束和节点2的第一优选频率(本例中为f5)通过网络(即通过它的其他有效转接链路或任何其他可用的有线或无线通信路径一或者，可由网络启动此过程)通知节点5(图11中的步骤61)进入再发现模式，然后在其优选频率f5上发送“新频率请求”消息(62)并监听应答(63)，其中发送期间间隔出现，每个发送期间持续时间T，如图10右方所示。如果如下进一步所述有应答，则节点2通过已恢复的通信与节点5就用于这两个节点之间的持续通信的新频率进行协商(64)。如果节点2未收到应答，则在未超时且尚有待尝试的其他优选频率(65)的情况下，继续尝试下一优选频率(66)并在循环中继续；否则，继续(67)其他转接链路上的业务并重发如上所述的欢迎消息。

节点5在确定它作为从节点的与节点2的转接链路失效时，判断这是否是它的唯一转接链路(TL)(图12所示的步骤71)，如果是，则进入如上所述的自发现接收模式(72)。如果它至少还有一条其他转接链路，则通过网络(即它的其他转接链路)等待接收指令(73)，如果在超时期内未收到这种指令，则进入自发现发送模式(72)。在通过网络接收到所述指令时，节点5选择适当的波束并利用该指令所指示的频率(此处为f5)监听来自节点2的“新频率请求”消息(74)。在如图10中向下粗体箭头所示接收到该消息时，如图10向上粗体箭头所示，节点5(在节点2返回监听模式的某个延迟之后)以确认应答(75)，并继续协商新频率以用于与节点5继续通信(76)。此频率协商可以基于节点2和节点5二者的编辑列表中的优选频率。

从上述描述可以理解，再发现模式与自发现模式的不同之处在于：两个节点已经彼此知道用于转接链路的优选天线波束，此信息存储在每个节点的存储器中并可从中取回。因为与现有节点的转接链路的失效通常会归因于已用于该链路的信道上的无线电干扰，因此选择使用同一天线波束的另一频率信道可能恢复该转接链路。如果转接链路因其他变化，如引入该链路路径中的障碍物或节点位置或定位的变化)导致转接链路失效，则会相应地重复上述自发现过程。

如参考图3至5所述，自发现接收模式利用全向天线从任何方向接收信号，并进行频率扫描以涵盖所有频率信道。常规情况下，可以代之以采用定向天线波束来接收信号，理想情况下，通过控制单元25的波束切换控制对一个接收机进行切换，使其依此切换到各个天线波束，以实现波束扫描功能。或者，可以类似方式采用一个以上的接收机，最多每天线波束一个接收机，从而降低切换损失和扫描延迟。同样地可以采用一个或多个宽频带或多信道接收机来接收大部分或所有频谱，通过对RF信号进行下变频转换和数字信号处理来区分不同的信道。总之，在每个节点中，可以导出结果信息并加以存储，并针对诸如频率、波束、信号强度以及要在网络中用于减轻干扰和进行信号(例如数据分组)路由选择的信干比之类的参数而对其进行更新。

例如，将波束和频率扫描用于单转接链路接收机，开机时该接收机可在如上参考图3至5所述的自发现接收模式下工作，此外还以例如图8流程图中的循环所示的类似方式扫描天线波束(接收机依次连接到每个定向天线)以及频率。在此情况中，在使用任一波束检测到通信时，该节点可以停止扫描，在该波束上发送，并监听来自网络的确认，它对此予以响应，协商加入该网络。在此情况中，协商操作可以包括测试相邻的波束，以确保选择了用于通信的最优波束。此外，已连接的节点可以在此协商期间向该新节点传送有关其他节点、波束、频率等的信息，该新节点可以利用这些信息来帮助发现至该网络的多条连接。

如果在波束和频率扫描期间新开机的节点未检测到任何业务，则它进入与上述类似的自发现发送模式。

可以理解，较之于上述全向天线配置，定向天线波束扫描提供更大的天线增益，并由此提供针对现有通信的更高灵敏度。但是，它也增加了扫描所有波束和频率所需的时间，同时仍提供每个频率上每个波束的最小停留时间。稍后将在下面描述有效扫描速度上的改进。

已经连接在网络中的节点已在它用于转接链路通信的波束上发送信号，并在各个频率上监听这些波束上的信号，下文将对此作进一步描述；在这些发送/接收期间，通过这些天线波束可以监听到该节点或该节点可以接收到来自新节点的信号。每个这种已连接的节点还在给定期间内在每个未用天线波束上发送“欢迎”消息或分组至少一次，然后在给定期间内监听其每个未用天线波束上是否有来自新节点的信号至少一次，即重复进行。这确保了以类似于上述的方式检测到任何新节点。

如上所述，通过转接链路的通信方便地在数据分组中传送业务；在没有业务要通过两个节点之间的转接链路传送的情况下，这些节点不进行发送，而是相对静止。为了使这些静止节点准备好进行数据分组传送，有业务要发送的节点在至相关目的节点的天线波束上发送很小的ARTS(应用请求发送)分组，并等待确认(ACK)。每个静止节点处于称为邻域监听模式的模式下，其中，它监听ARTS分组，并在接收到该分组时予以确认。ARTS分组类似于常规的RTS(请求发送)消息，但它仅在较高的应用层上才有效。

图13显示节点1至4，其中节点2具有由节点1、3和4构成的邻节点，它通过图13所示的实心天线波束与这些邻节点通信。因此节点2在与节点1、3和4通信时分别采用表示为B8、B4和B2的波束，此时未使用表示为B1、B3和B5至B7的其他天线波束。

在其领域监听模式下，节点2的控制单元25依次选择每个波束B2、B4和B8，节点2在预定的时间内监听是否有任何ARTS分组或超过阈值的接收信号强度指示(RSSI)，并继续这种波束扫描，直到它检测到ARTS分组或超过阈值的RSSI为止，或者直到控制单元决定另一操作模式为止。可以理解，节点2存储有网络中先前通信期间已确定的有关如下项目的信息：相关波束、频率、信号极化和邻节点1、3和4的地址。响应接收到的ARTS分组，节点2在相关天线波束上以ACK应答，以通知发送ARTS分组的节点发送业务。

相反地，有业务要发送的节点最初在至相关目的节点的天线波束上发送ARTS分组，或最好是ARTS分组流，以增加目的节点波束扫描对准到相关天线波束的概率。节点2物理层在相关天线波束上以ACK应答有业务要发送的节点，节点2的转接链路控制层向有业务要发送的节点发送ACTS(应用清除发送)分组。从而，在这两个节点中使天线波束对准，并向目的节点2发送业务数据分组。

可以理解，在上述波束扫描期间，期间将接收机切换到相应波束的停留时间必须足够长，以便执行RSSI测量并报告测量结果。为了增加波束扫描的实际速率而不减少停留时间，可以单独地或以各种组合的形式采用各种技术，如下所述。

对于例如如上所述的8个天线波束，可以每隔45度设置一个波束的方式方便地设置这些波束，并且可能存在相当大的波束重叠，例如如图14所示，图14显示8个波束B1至B8的作为角度函数的归一化增益，所述角度相对于假定为波束B1中心方位的零度。间隔的波束B1、B3、B5和B7的增益曲线以虚线表示，可以看出，其他四个波束单独对所有方向角提供了合理的灵敏度。

因此，可以理解，通过在扫描中仅包括所述波束中间隔的波束，并依赖波束重叠来进行信号检测，便可以将例如自发现模式下的波束扫描期间减半。或者波束扫描可以间隔交织，例如按诸如B2、B4、B6、B8、B1、B3、B5、B7、B2、B4等的序列切换波束。转接链路控制可以将来自ARTS分组的节点标识或地址解码，以使它能够为每条转接链路选择最优波束。

可以理解，可以将类似的过程用于任何数量的天线波束。

如上所述，天线24利用例如垂直极化和水平极化提供主路径和分集路径。控制单元25可以安排用于独立地切换分集路径，以使例如主信号接收路径切换到具有某个朝向或方向的垂直极化天线波束，而分集信号接收路径切换到具有另一个(例如相反的)朝向和方向的水平极化的天线波束。

可以将上述两种技术，即间隔交织波束扫描和极化分集波束扫描相结合。例如，以M表示主接收路径，以D表示分集接收路径，以V表示垂直极化，以H表示水平极化以及以B1至B8表示波束，则扫描顺序可以是例如(M-B2-V，D-B4-H)，(M-B6-V，D-B8-H)，(M-B1-V，D-B3-H)，(M-B5-V，D-B7-H)等。可以理解，虽然本文提到垂直极化和水平极化，但可以采用任何其他的正交极化。

如上所述，所述节点具有层次结构，转接链路同样可以具有层次结构，该层次结构还可以是动态的(可以随时间变化)，领域监听模式下的波束扫描可以根据这种层次结构来执行，以使节点将最大资源(扫描时间或速率)给予最重要的转接链路或波束。例如，可以最高频率来扫描靠近网络连接(图1中的线路16)的转接链路，以将延迟降至最低。例如，如果图13中节点2确定它至节点1的转接链路是最重要的，则它可以利用加权的顺序，如B8、B2、B8、B4、B8等来执行其扫描。

此加权扫描可以与极化分集波束扫描相结合，例如与诸如(M-B8-V，D-B2-H)，(M-B8-V，D-B4-H)，(M-B8-V，D-B2-H)等的扫描顺序相结合，以使一个波束和极化永久性地监视节点的最重要链路，而将其他极化用于依此扫描其他波束。

由以上描述可以理解，本发明实施例可以非常有效的方式促进无线系统或网络的实施、操作和发展，以提供期望的通信服务。例如，本发明的实施例可用于以与根据IEEE标准802.11和802.16的已知系统兼容并容易由这种系统升级的方式，在具有很高服务要求或容易变化的选定区域中提供相对高的数据率无线LAN通信服务。

虽然以上描述了本发明的特定实施例及其变化，但可以理解，这些仅仅作为示例和说明给出，可以在权利要求书所限定的本发明的范围内进行各种修改、变化和调整。

Claims (25)

1.一种节点检测方法，用于构成无线网络的节点之间的无线通信，其特征在于该方法包括如下步骤：

从构成所述无线网络一部分的节点重复发送用于由任何新节点检测的消息；以及

在新节点上，监视对所述消息的检测和/或监视无线网络业务，响应对所述消息和/或无线网络业务的检测，在未检测到所述消息和/或无线网络业务的情况下重复发送用于由任何其他节点检测的消息；

其中所述无线通信系统包括多个频率信道，所述方法还包括在使用给定频率与所述无线网络的另一个节点进行通信的每个节点中编辑一个优选频率列表的步骤，以在该节点使用所述给定频率与所述另一节点进行的所述通信失败的情况下所述节点能够与所述另一节点基于二者的优选频率列表中的优选频率来协商新频率以用于与所述无线网络的所述另一个节点继续通信，

其中所述节点包括主接收路径和分集接收路径，并且在新节点上监视对所述消息的检测和/或监视无线网络业务的步骤包括利用所述主接收路径和分集接收路径同时监视具有不同方向的天线波束。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括在使用给定频率与另一个节点通信的所述节点中检测使用所述给定频率的所述通信的失败、经由所述无线网络的其他通信路径发送关于来自其列表的优选频率的指示、且向所述另一个节点发送使用所述优选频率来恢复所述失败的通信的消息的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述节点包括多波束定向天线，并且在新节点上在未检测到所述消息和/或无线网络业务的情况下重复发送用于由任何其他节点检测的消息的步骤还包括在多个天线波束的每一个上重复发送所述消息。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于在新节点上监视对所述消息的检测和/或监视无线网络业务的步骤包括利用多个天线波束中的每一个持续进行监视。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于利用多个天线波束中的每一个持续进行监视的步骤采用所述节点的重叠天线波束子集来进行。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述节点包括主接收路径和分集接收路径，并且利用多个天线波束中的每一个持续进行监视的步骤包括利用所述主接收路径和分集接收路径同时监视具有不同方向的天线波束。

7.一种用于包括多波束定向天线的无线网络节点检测其他无线网络节点的方法，其特征在于该方法包括：

在至少一个不携带无线网络业务的天线波束上：所述节点重复发送用于由任何新节点检测的消息；所述节点监视指示新节点的存在的对用于检测的消息的应答；

在至少一个携带无线网络业务的天线波束上：所述节点发送无线网络业务；所述节点监视指示新节点的存在的消息。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于它还包括：对于所述节点和其它节点之间的每个建立的转接链路：所述节点编辑优选频率的列表，以在相应的建立的转接链路失效的情况下恢复转接链路。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于它还包括：所述节点检测所述建立的转接链路中的一建立的转接链路的失效；所述节点使用来自其列表的优选频率经由所述网络的其他通信路径通知对应的其它节点进入再发现模式；且所述节点在所述优选频率上发送新频率请求消息以恢复所述失效的转接链路。

10.一种用于无线网络节点检测其他无线网络节点的方法，其特征在于所述方法包括：所述节点监视对消息的检测；所述节点监视无线网络业务；如果检测到了消息，则通过发送答复消息以指示所述节点的存在来响应对所述消息的检测；如果检测到了无线网络业务，则通过等待所述无线网络业务的暂停和在所述暂停期间发送消息来指示所述节点的存在来响应所述无线网络业务；以及如果检测不到所述消息或无线网络业务，则重复发送用于由任何其他节点检测的消息；其中所述节点包括主接收路径和分集接收路径，并且监视对所述消息的检测和/或监视无线网络业务的步骤包括利用所述主接收路径和分集接收路径同时监视具有不同方向的天线波束。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述节点包括多波束定向天线，且重复发送用于由任何其他节点检测的消息包括在多个天线波束中的每个天线波束上重复发送所述消息。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于监视对消息的检测和监视无线网络业务包括使用多个天线波束中的每个天线波束持续进行监视。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于它还包括在发送对检测所述消息的应答后为所述节点进入所述网络发起协商。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述节点包括至少一个多波束定向天线，且为所述节点进入所述网络发起协商包括：如果检测到了消息：测试与在其上检测到所述消息的天线波束邻近的天线波束；基于测试选择用于通信的最优天线波束；如果检测到了无线网络业务：测试与在其上检测到所述无线网络业务的天线波束邻近的天线波束；基于测试选择用于通信的最优天线波束。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于它还包括在所述节点进入所述网络后，在与其他节点之间不存在网络业务期间，所述节点监视由所述其他节点中的至少一个发送的应用请求发送ARTS分组。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于监视由所述其他节点中的至少一个发送的应用请求发送ARTS分组包括：所述节点从所述其他节点中的至少一个接收指示存在准备好发送给所述节点的网络业务的应用请求发送ARTS分组；所述节点发送对接收所述应用请求发送ARTS分组的确认，指示所述节点已准备好接收网络业务。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述节点包括至少一个多波束定向天线，且监视由所述其他节点中的至少一个发送的应用请求发送ARTS分组包括在全体天线波束中用于与所述其它节点通信的天线波束上监视预定的时间。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在全体天线波束中用于与所述其它节点通信的天线波束上监视预定的时间包括使用周期性模式监视少于全体的天线波束。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，使用周期性模式监视少于全体的天线波束包括监视所述波束中间隔的波束。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，波束扫描间隔交织。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述波束扫描包括按这样的序列切换波束：该序列包括包含偶数编号的天线波束的子集和包含奇数编号的天线波束的子集。

22.如权利要求10所述的方法，其特征在于它还包括，在所述节点进入所述网络后：接收关于优选频率的指示，以恢复先前建立的但失效的转接链路；以及接收使用所述优选频率来恢复所述失效的转接链路的消息。

23.一种用于无线接入网络的节点，其特征在于所述节点包括：用于与无线终端进行双向无线通信的接入无线系统；用于与所述网络的至少一个其他节点进行双向无线通信的转接无线系统；和用于耦合将在所述接入无线系统和所述转接无线系统之间传送的信号的通信控制单元；其中，所述通信控制单元使得节点：

监视对消息的检测和监视由所述网络的另一个节点发送的无线网络业务；通过发送答复来响应对所述消息的检测；通过等待所述无线网络业务的暂停和在所述暂停期间发送消息以指示所述节点的存在来响应无线网络业务；

重复发送用于由任何新节点检测的消息；监视指示新节点的存在的对用于检测的消息的应答；发送无线网络业务；监视指示新节点的存在的消息，

其中，所述节点包括主接收路径和分集接收路径，并且监视对消息的检测和监视由所述网络的另一节点发送的无线网络业务和/或监视指示新节点的存在的对用于检测的消息的应答和/或监视指示新节点的存在的消息包括利用所述主接收路径和分集接收路径同时监视具有不同方向的天线波束。

24.一种包括其中每一个如权利要求23所述的节点的多个节点的无线接入网络。

25.如权利要求24所述的无线接入网络，其特征在于该无线接入网络包括所述节点之一至通信网络的连接。