CN102342047B - 校准具有多扇区天线的终端的方法，网格网络终端和网格网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在网格广播网络中校准具有多扇区天线的终端的方法，所述网格广播网络包括至少一个其它终端。所述方法包括以下步骤：选择要校准的终端天线的扇区之一，通过所选择的扇区接收由网络中出现的其它终端中的每一个传送的标识信号以及关于所接收的信号电平的信息，以及对于每个扇区在要校准的终端的存储器中存储网络中出现的终端的不同的标识信号以及关于接收的信号电平的信息。

Description

校准具有多扇区天线的终端的方法,网格网络终端和网格网络
技术领域
本发明涉及一种用于在网格网络中校准包括多扇区天线（multi-sector antenna）的终端的方法。本发明还涉及一种包括这种多扇区天线的网格网络终端以及将不同的终端连接在一起的网格网络。 
背景技术
包括多天线或者多扇区天线的终端具体地用于标准802.11或者802.16的MIMO(多输入多输出)类型装置中，并且更具体地用于在网格网络的环境中，在所述网格网络的环境中，使用扇区天线来对经由波束成形（beamforming）技术将数据路由到网络的不同节点进行授权。 
很清楚，由于使用定向天线来最大化传输信道的能力(capacity)而增加终端系统的效率。事实上，它们使得能够显著地减少干扰，所述干扰是只要它们达到业务量的某个密度或者等级时作为网络能力的突然下降的起因。 
已知为“专用移动”网络的网络通过跨越无线介质的移动节点组的节点之间的连接来定义。这些节点可以自由地并且动态地组织它们自身并且由此创建已知为专用移动网络的任意的和临时的网络拓扑，由此使得终端能够互连。 
在由无线链路互连的固定节点和移动节点的组合上构建网格网络。 
在标准802.11中，考虑因特网接入。在这种类型的网络中，仅仅某些节点（网格节点）具有与因特网的直接连接，剩余的节点作为中继点。事实上，对于不一定占有通信基础设施的区域中的每个网络点而言，取代对因特网接入的要求，使用多跳技术并且某些节点因此起路由器的作用。 
这样的构思是基于相同网络节点上的2个不同的无线电系统的使用，一个对例如2.4GHz的802.11g标准上的客户端应用服务，而另一个无线电在5GHz波段中的802.11a标准上操作并且参与主干网格网络的多跳路由。 
一方面，网格网络具有减少尺寸的蜂窝环境中的同信道链路，另一方面，CSMA/CA(带有避免冲突的载波感测多路接入)类型的802.11的MAC(介质访问控制)结构使得在共享的时间操作信道之间的每个链路以便避免分组冲突，结果在空间重用上是非常差的并且因此网络的传输能力降低。 
除了使用全向天线之外，使能节点之间的无线链路也是相邻节点之间的干扰源。 
另外，使用诸如已知为MIMO(多输入多输出)或者波束成形天线的多天线技术之类的概念。 
在专利US2007/0153817中描述了网格网络架构并且在附图1中示出。该专利一方面要求在每个节点N使用定向双波段天线，由此使得能够减少相邻节点上的干扰。根据路由请求来定位以虚线表示的扇区。描述了同时在2.4GHz和5GHz相应频率上操作的“多跳”方法。由此，在每个路由时利用该装置，必须重新计算节点之间的不同链路并且确定最适配于扇区扫描的天线的扇区。本发明目的在于克服这些缺陷。 
发明内容
本发明涉及一种用于在网格广播网络中校准具有双波段多扇区天线的终端的方法，所述网格广播网络包括至少一个其它终端。其特征在于以下步骤：选择要校准的终端天线的至少一个扇区，通过所选择的扇区接收由网络中出现的其它终端中的每一个传送的标识信号以及所接收的信号电平的信息，以及对于每个选择的扇区在要校准的终端的存储器中存储网络中出现的终端的不同的标识信号以及关于接收的信号电平的信息。 
在另一实施例中，通过来自与每个扇区相关联的开关部件的命令来进行对要校准的终端的每个天线扇区的选择。 
优选地，该方法适用于网格网络的所有终端。 
优选地，以定期的间隔来重复该校准。 
本发明还是一种网格网络的终端，所述网格网络包括至少一个其它终端，并且该终端包括多扇区天线。 
该终端还包括存储器，用于为每个天线扇区存储所接收的、由网格网络中出现的其它终端中的每一个传送的标识信号以及所接收的信号的电平信息，由此使得能够关于网络的其它终端来校准所述终端。 
优选地，多扇区天线是双波段。 
优选地，开关部件与每个天线扇区相关联由此使得能够相继地(successive) 选择每个天线扇区。 
优选地，低通滤波器或者陷波滤波器与每个天线扇区相关联。 
本发明还是一种由多个终端形成的网格网络。 
本发明具有以下优点：使得能够在网格网络的终端之间的连接期间进行终端的天线扇区优化选择。 
附图说明
在参照附图来阅读以下进行的描述时，将更清晰地展现前述发明的特征和优点以及其它，在附图中： 
已经描述的图1示出了基于扇区天线的网格网络的拓扑， 
图2示出根据本发明的用于校准网格网络的方法的阶段(phase)， 
图3示出多扇区双波段天线的拓扑， 
图4a和4b示出了维瓦尔第轮廓(Vivaldi profile)6扇区天线的侧面(side)的实施例， 
图5示出根据本发明的网格网络中的传输配置。 
具体实施方式
本发明的原理是操作网络的校准阶段，所述校准阶段使得在位于网络节点的每个终端(接入点)处能够同时分析关于识别在其环境中出现的终端方面和关于识别的终端的接收电平方面的其接收配置，该阶段通过在该终端的天线扇区的360°上的顺序扫描来实现，从该扫描得出的信息被存储在每个终端的存储器中。 
在图2的图示中概括的本方法是基于要校准的终端对SSID(服务集标识符)标识符的接收，其是由所考虑的网络的另一终端传送的网络标识分组首标中包括的信息。 
对于所考虑的网络的每个终端，由此在每个终端的存储器中存储这些标识符以及相关联的信号电平信息RSSI(接收信号强度指示)。 
与每个节点相关联的每个终端因此在存储器中占有它的环境的制图(cartography)类型。这种伪地理定位使得每个终端能够在天线的扇区扫描期间在其存储器中存储邻近标识符以及它们的接收的功率电平。 
这种地理定位的精度与依赖于扫描的粒度(granularity)的接收的最大功 率准则相联系并且由此与作为所考虑的天线的扇区数目的函数的、所考虑的天线的方向性相联系。 
其还依赖于环境，然而在静态的外部环境中，接收的最大功率仍然强烈地与主传输路径相关。使用所记录的制图，由此确定主传输路径。 
在高终端密度的情况下，具有接收的最大功率的波束不一定被定向为朝向传送器终端，这是由于干扰可能对信号接收进行干扰。 
重要的是定期地重复该校准以适配于环境中的任何改变。根据本发明，在接收关于网格网络的稳定性的信息时，以能够被隔开的定期的间隔来重复该方法。相反，任何记录的或者被信号通知的环境改变自动地导致对网格网络的重新校准。 
图2的图示示出了对位于网格网络的节点上的终端的校准的示例。该校准然后开始于第一步骤200，第一步骤200对网络的要校准的第一终端T0进行初始化。由此记录该终端的天线的特性以及扇区的数目，例如6个扇区。 
下一步骤201是启动所述扇区之一(例如，标号1的扇区)并且在识别网格网络中它的环境中出现的终端方面以及在所识别的终端的接收电平方面分析其的接收能力。在步骤202期间，如果接收不可能，则将该不能接收的信息与所考虑的天线的启动的扇区相关联地进行存储。 
相反，所考虑的信息例如是基于由所考虑的网络的每个终端传送的、网络标识分组的首标中包括的SSID(服务集标识符)标识符的接收。 
在步骤202到206期间，由此在要校准的终端处以及所选择的天线的扇区处，在存储器中存储所考虑的其它n个终端中的每一个的标识信息SSID1到SSDn、对应于不同网络终端的RSSI1到RSSIn的RSSI(接收信号强度指示)信号电平信息。该阶段之后是步骤207，步骤207对应于以在该终端的天线的N个扇区的360°上顺序分析的方式来开启根据要校准的终端的天线的扇区。然后经由与步骤202-206对应的步骤在每个终端的存储器中存储从该扫描得出的信息。当已经为天线的所有N个扇区记录了该信息时，则终止校准，这对应于最终的步骤，步骤208。 
图3示出诸如用于例如本发明的多扇区双波段天线的拓扑。 
该双波段天线包括例如6个扇区S1-S6。依赖于网络的密度和尺寸，其可以包括更多或者更少的不同的数目。 
事实上，网络越密集，则它对于天线显著的分区越感兴趣。 
该天线例如优选地被印制在锥形的槽类型(Vivaldi)平面上或者是偶极子或者Yagi(八木天线)，天线扇区中的每一个可以覆盖应用所针对的2个频域，用于客户端服务的波段2.4GHz或用于多跳路由服务的波段5GHz。双工器使得能够确保RF信号的双向隔离。 
每个天线扇区经由与开关K相关联的低通或者自适应陷波滤波器F1-F6的中介连接到双工器。该开关K根据命令信号授权信号的传送或者接收(Tx/Rx)。由一天线扇区接收信号或者同时由一个或者若干天线扇区发送信号。该开关K例如被确保经由PIN二极管或者AsGa开关。 
该滤波器减少不同信道之间的干扰。 
由此经由双工器的中介在RF接入2.4GHz和5GHz上、在一个扇区上接收或者传送波段2.4GHz和5GHz的信号。滤波器的控制信号、以及这些开关的控制信号来自于MAC(介质访问控制)控制单元。 
图4示出与前述拓扑对应的被扇区化的Vivaldi天线的实施例。 
该双波段天线架构在5GHz波段的单个天线宽带RF接入中编组，由MAC(介质访问控制)命令单元控制的动态扇区化功能使得能够从与方向性相联系的性能中受益，2.4GHz波段的RF接入、每个RF接入上的频率选择提供装置由此确保2.4和5GHz无线电块的同时起作用所需要的隔离。 
5GHz接入在多扇区天线的两侧(图4a)之一编组，而2.4GHz接入在另一侧编组(图4b)。2.4GHz波段滤波器与5GHz接入相关联，而5GHz波段滤波器与2.4GHz接入相关联。优选地以超高频技术来制造这些滤波器，使得它们由于减少的尺寸而能够被插入到每个RF接入中。 
本发明使得可以在2个操作频率上同时选择若干天线扇区。由此，可以在若干不同方向中进行传输。 
图5示出根据本发明的在网络段上的传输配置。 
为了通过与客户端f和h对应的终端Tf和Th请求与终端Ta对应的因特网接入，经由终端Tb、Tc和Td组织MAC命令单元管理的第一路由。 
这些终端Ta、Tb、Tc、Td、Te、Th和Tf中的每一个然后依据根据每个终端的校准信息请求的路由来操作多扇区天线的预定位。 
由此，在终端Th的校准信息中，存储了以需要的2.4GHz频率、经由多扇区天线的扇区S3的中介而优化与终端Td的通信。 
终端Tc的校准信息使得能够经由天线的扇区2管理与终端Tb以及经由 扇区6与终端Td的5GHz的路由链路并且经由扇区3管理与终端Tf的2.4GHz的客户端链路。终端Tc的天线由此共同地管理以5GHz与其它终端的路由链路以及以2.4GHz与终端Tf的客户端链路。 
然而，看起来这种构思在干扰方面的效率一方面依赖于天线的方向性，另一方面依赖于网络的地理密度，并且还依赖于相邻扇区的隔离能力。事实上，路由链路在相同频带的不同信道上操作，看起来，不管天线的选择，信道之间的能量干扰传输。为此目的，并且为了改进传输的选择性并且由此限制缺乏方向性和5GHz的开关的不理想的隔离度固有的干扰，已经在每个天线扇区中插入了低通或者可调节的陷波滤波器。由此将5GHz的滤波器阻带分配给路由中涉及的那些扇区的相邻扇区，在密集蜂窝环境中改进了这些扇区的隔离度并且实现了附加角选择性。 

Claims (8)

1.一种用于在网格广播网络中校准具有多扇区天线的终端的方法，所述网格广播网络包括至少一个其它终端，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
选择要校准的终端的天线的扇区，
通过所选择的扇区接收由网格广播网络的其它终端的每一个传送的标识信号SSID以及对应的信号电平信息RSSI，
切换到天线的另一扇区，并且为天线的每个其他扇区重复上述选择和接收步骤，以便进行天线的所有扇区的360°上的顺序分析，以及
对于每个选择的扇区，在要校准的终端的存储器中存储所接收到的由其他终端的每一个传送的不同的标识信号SSID以及所接收到的对应的信号电平信息RSSI。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过与每个扇区相关联的开关部件的命令来进行对要校准的终端的天线扇区的选择。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法适用于每个天线扇区的至少一个操作频率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以定期的间隔来重复该校准。
5.一种网格网络的终端，所述网格网络包括至少一个其它终端，并且该终端包括多扇区天线，其特征在于，该终端还包括：存储器，用于为每个天线扇区存储所接收的由网格网络中出现的其它终端中的每一个传送的标识信号SSID以及所接收的对应的信号电平信息RSSI；以及与每个天线扇区相关联的开关部件，用于使得能够进行每个天线扇区的相继选择以便进行多扇区天线的所有天线扇区上的顺序分析，由此使得能够关于网络的其它终端来校准所述终端。
6.根据权利要求5所述的网格网络的终端，其特征在于，多扇区天线是双波段。
7.根据权利要求6所述的网格网络的终端，其特征在于，低通滤波器或者陷波滤波器与每个天线扇区相关联。
8.一种由多个如权利要求5-7中任一项所述的终端形成的网格网络。
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