CN102355312B - 无线通信系统中智能天线测量支持 - Google Patents

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Abstract

一种在无线通信系统中以智能天线进行测量的方法，该无线通信系统具有数个STAs。首先由第一STA发送测量请求至第二STA，至少二个测量分组是由该第二STA传输至该第一STA。每一测量分组是在该第一STA上使用不同的天线波束接收。该第一STA在每该测量分组上执行测量，且根据测量结果选择天线波束方向。

Description

无线通信系统中智能天线测量支持
本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2005/031655，国际申请日为2005年9月7日，进入中国国家阶段的申请号为200580030246.2，名称为“无线通信系统中智能天线测量支持”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明是关于一种无线通信系统，本发明尤其是关于在该无线通信系统中，利用智能天线有效测量的装置和方法。
背景技术
在无线局域网络中(WLAN)，接入点(AP)及站台(STA)可装备智能天线，举例来说，多重波束/指向天线系统。AP和STA两者皆需要执行测量以决定传输至或接收自另一个STA的最佳波束，具有多个波束的STAs一般是在不同的波束上执行扫瞄，以便估测哪一个是服务它们的最好波束。由AP及/或STAs所执行的扫瞄，可使用虚设分组、数据分组、802.11确认(ACK)、或是广播分组进行，而测量则必需要频繁地更新才可。
在AP上，波束切换算法使用来自STA的分组进行天线测量，最佳的波束(基于所接收的分组测量，例如，一接收功率或是信号与干扰加噪声比(SINR))接着便用已传输分组至该STA。在STA上，现行的波束切换算法可使用数据分组或是信标，以决定正确的接收及该AP的传输天线/波束。此种天线测量方式并非很有效率，这是因为要获得足够的测量以决定每一个STA的正确波束是很耗时间的。
此种波束选择方法的另一个问题在于，对接收和传输两者的波束选择方面，其是基于对接收分组所做的测量。然而，实际上，传输的最佳波束可能不会与接收的最佳波束相同(尤其是在频分双工系统方面)。
发明内容
一种在无线通信系统中以智能天线进行测量的方法，该无线通信系统具有数个STAs。首先由第一STA发送测量请求至第二STA，至少二个测量分组是由该第二STA传输至该第一STA。每一测量分组是在该第一STA上使用不同的天线波束接收。该第一STA在每该测量分组上执行测量，且根据测量结果选择天线波束方向。
一种在无线通信系统中以智能天线进行测量的方法，该无线通信系统具有数个STAs。首先由第一STA发送测量请求至第二STA，至少二个测量分组是由该第二STA传输至该第一STA。每一测量分组是在该第一STA上使用不同的天线波束传输。该第二STA接收每该测量分组且在每该测量分组上执行测量。该第二STA根据该测量结果产生测量报告，且发送该测量报告至该第一STA。该第一STA选择根据该测量报告选择一天线波束方向。
一种在无线通信系统中以智能天线进行测量的系统，其包含第一STA和一第二STA。该第一STA包含一第一传输器/接收器；第一天线，其是连接至该第一传输器/接收器；测量分组请求装置，其是连接至该第一传输器/接收器；测量分组分析装置，其是连接至该第一传输器/接收器；以及波束改变装置，其是连接至该第一传输器/接收器及该测量分组分析装置。该第二STA包含第二传输器/接收器；第二天线，其是连接至该第二传输器/接收器；测量分组请求接收装置，其是连接至该第二传输器/接收器；以及测量分组传输装置，其是连接至该第二传输器/接收器及该测量分组请求接收装置。
一种在无线通信系统中以智能天线进行测量的系统，其包含第一STA和一第二STA。该第一STA包含第一传输器/接收器；第一天线，其是连接至该第一传输器/接收器；测量分组请求装置，其是连接至该第一传输器/接收器；测量分组传输装置，其是连接至该第一传输器及该测量分组请求装置；波束改变装置，其是连接至该第一传输器/接收器及该测量分组传输装置；以及测量报告分析装置，其是连接至该第一传输器/接收器及该波束改变装置。该第二STA包含第二传输器/接收器；第二天线，其是连接至该第二传输器/接收器；测量分组请求接收装置，其是连接至该第二传输器/接收器；以及测量报告产生装置，其是连接至该第二传输器/接收器及该测量分组分析装置。
附图说明
通过下文中较佳实施例的描述、所给予的范例，参照对应的图式，本发明可获得更详细地了解，其中：
图1所示为测量请求分组示意图；
图2所示为测量分组示意图；
图3所示为测量报告分组示意图；
图4所示为执行天线测量的方法流程图；
图5所示为图4所示方法的信号示意图；
图6所示为执行天线测量的第二方法流程图；
图7所示为图6所示方法的信号示意图；
图8所示为物理层整合协议(PLCP)帧格式示意图；以及
图9所示为根据图4及图6所示的方法，用于通信测量信息的系统示意图。
具体实施方式
此后，专用术语「站台(STA)」，其包含但并未限制于，无线传输/接收单元、用户设备、固定或移动用户单元、呼叫器或可在无线环境下操作的任何形式的装置。当本文此后提到专用术语「接入点(AP)」，其包含但并未限制于，站台、节点B、站台控制器、或是在无线环境下任何形式的接口装置。
本发明不但解决智能天线的测量支持的问题，且可于AP、非APSTA或两者实施。本发明提供一种信号发送机制，以获得介于两站台之间每一传输或接收天线的接收信号强度指针(RSSI)或是SINR测量，亦提供扫瞄之间正确地更新接收测量的机制。
本发明使用一种动作帧用以天线测量，藉此产生一种新的动作帧的种类，其是称为「天线测量」。此动作帧的种类包含一测量请求分组、测量回应分组以及虚设测量分组的动作字段，动作帧目前定义于WLAN标准中(亦即802.11k、802.11e)。本发明的测量分组亦可为分离控制分组或是管理分组的一部分。
图1所示为根据本发明的一测量请求分组100，该测量请求分组100包含传输或接收分组102的数量、传输天线信息104、请求形式106、以及测量报告请求108等字段。传输或接收分组102的数量是根据如衰退环境及时间的参数来选择天线，在一实施例中，一较佳值是每天线10个分组。该传输天线信息104包含天线波束识别或是任何其它可用以识别一个天线或一组天线的信息。两个可能的请求形式106将于下文参照图4及图6解释，然而，值得注意的是，有很多可能的方式来发送于请求形式字段106中所指示的测量并获取响应。测量报告请求字段108包含SNR测量参数及RSS测量参数。
图2所示为根据本发明的测量分组200，该测量分组200包含天线识别信息202及现行分组序列号204。该天线识别信息202包含天线波束识别或任何可用以识别一个天线或一组天线的信息。
图3所示为根据本发明的测量报告分组300，该测量报告分组300包含序列信息302(该分组的序列号)、天线信息304(亦即天线识别信息)、测量RSSI值306、以及测量SNR值308。
测量请求和回应可由STA或AP开始，测量请求分组100及测量回应分组300可于该STA与该AP相连时的任何时候发送，该STA可被允许使用这些技术，以在连结至该AP前测量来自每一天线或发送至每一天线的信号。
图4所示为用以测量介于两个STAsSTA1及STA2之间分组交换的方法400流程图，其是根据本发明的第一实施例。该方法400是以STA1发送测量请求分组至STA2(步骤402)开始。STA2接收该测量请求分组(步骤404)并发送ACK至STA1(步骤406)。STA2接着传输测量分组至STA1(步骤408)。STA1接收该测量分组且测量该测量分组的RSSI及/或SNR(步骤410)。如果于测量请求分组中所指定的所有分组皆已传输，则会做出决定。
如果所有的分组尚未被传输，则STA1会改变其接收波束(步骤414)。STA2在传输下一个分组之前(步骤408)会等待一个短的帧间空间(SIFS)(步骤416)。在一较佳的实施例中，STA2会等待SIFS，然而，等待时间可变更，且可多于或少于该SIFS。等待时间的变化是与切换天线波束所需的时间长度、系统封锁的精确度、以及任何其它与时间相关的特定实施相关。如果所有的分组已被传输(步骤412)，则该STA1会根据所有的测量RSSI及/或SNR值选择该传输波束(步骤418)，且该方法随后终止(步骤420)。
图5所示为方法400的信号示意图，显示介于STA1502和STA2504之间的分组交换。STA1502发送一测量请求分组506至STA2504。STA2504在发送一ACK510以回应测量请求分组506之前，会等待SIFS508。STA2504接着连续地发送多个测量分组5121…512n，每一测量分组512是由SIFS514分开。在该SIFS其间，STA1502改变其接收波束，使得每一分组5121…512n是于不同的波束上接收。STA1502接着使用每一分组502的接收信号强度以选择正确的波束。
图6所示为用以测量介于两个STAsSTA1及STA2之间分组交换的方法600流程图，其是根据本发明的第二实施例。该方法600是以发送测量请求分组至STA2(步骤602)开始。STA2接收该测量请求分组(步骤604)且发送ACK至STA1(步骤606)。STA1从波束发送测量请求(步骤608)。STA2接收该测量分组且测量该分组的RSSI及/或SNR(步骤610)。无论所有的由测量请求分组所指定的测量分组是否已经传输，都会做出决定(步骤612)。如果所有的测量分组尚未被传输，则该STA1改变该传输波束(步骤614)，等待SIFS(步骤616)，且由新波束发送分组(步骤608)。在一较佳的实施例中，STA2会等待SIFS，然而，等待时间可变更，且可多于或少于该SIFS。等待时间的变化是与切换天线波束所需的时间长度、系统封锁的精确度、以及任何其它与时间相关的特定实施相关。
如果所有的分组已经被传输了(步骤612)，则STA2会根据所有接收的测量分组产生测量报告(步骤620)。STA2发送该测量报告给STA1(步骤622)且STA1对该测量报告发送ACK至STA2(步骤624)。STA1根据该测量报告选择传输波束(步骤626)，随后该方法终止(步骤628)。
图7所示为方法600的信号示意图，显示介于STA1702和STA2704之间的分组交换。STA1702发送测量请求分组706至STA2704。STA2704在发送ACK710以因应该测量请求分组706之前会等待SIFS708。STA1702在由波束发送测量分组7141…714-n至STA2704之前会等待SIFS712。每一测量分组714是由不同的波束发送，且STA1702发送于另一个波束上的测量分组714之前会等待SIFS716。STA2704接收该测量分组714且测量每该分组。在所有的测量分组由STA2704接收之后，STA2704会产生测量报告分组718，且将其发送至STA1702。STA1702接着在该测量报告分组718的接收后，随即发送ACK至STA2704。STA1702接着根据该测量报告分组718选择波束方向。
测量请求和报告信息可搭载于数据分组、管理分组或是控制分组上。物理层信号发送可于不同的波束送出，此信号发送可被发送使得其透过相同的物理层信号(例如前序)或波束信息来识别不同的波束，这些测量信号可于分组中送出(而不需等待SIFS)。
本发明亦可被动测量以更新该接收信号强度，来自传输器的接收信号强度可能会随着切换波束或是不同的技术而有所改变。在缺乏任何关于传输器节点所使用的天线通知下，接收器可能最终会在正确的波束上对接收(或传输)做出不正确的决定。传输分组包含波束识别或是不同的方法指示，此信息可由接收器使用以便更新该接收测量信息。
传输天线信息在物理层会合协议(PLCP)表头之后或是在媒体存取控制(MAC)表头中立即发送。该信息可为预先定义的信号模式，以指示全方向波束或是天线波束识别，此模式亦可用以指示不同的技术(如果有的话)。
图8是为根据本发明的PLCP帧格式800示意图。PLCP帧800包含前序802、信号字段804、表头错误检查(HEC)806、以及物理层服务数据单元(PSDU)810。本发明增加一个新的字段至PLCP帧800，即一传输/接收天线识别808。藉由在PLCP表头之后增加传输天线信息可维持向下兼容性，在MAC表头中亦可增加一个额外的信息字段，以指示传输天线识别。
本发明提供一个有效的方法以测量至/来自波束或指向天线的信号强度。现行的802.11标准并未定义天线测量的方法，虚设分组或信标的使用很没有效率且浪费时间，而且，其限制指向天线在衰退环境及漫游中的使用。本发明允许STA使用不同的波束来传输和接收。
图9所示为配置以传播测量信息的系统900示意图，其是根据上述分别参照图4和图6的方法400和600。该系统900包含第一STA(STA1)902以及第二STA(STA2)904。系统900所示两个分离的STAs是以讨论为目的，每一STA可以所有所示的组件建构。
该第一STA902包含测量分组请求装置910，其连接至传输器/接收器912，其连接至天线914。测量分组传输装置916连接至该测量分组请求装置910及该传输器/接收器912。测量分组分析装置918连接至该传输器/接收器912。波束改变装置920连接至该传输器/接收器912、该测量分组传输装置916、以及该测量分组分析装置918。测量报告分析装置922连接至该传输器/接收器912以及该波束改变装置920。
该第二STA904包含天线930，其连接至传输器/接收器932。测量分组请求接收装置934连接至该传输器/接收器932。测量分组传输装置936连接至该传输器/接收器932及该测量分组请求接收装置934。测量分组分析装置938连接至该传输器/接收器932。测量报告产生装置940连接至该传输器/接收器932及该测量分组分析装置938。
当实施该方法400时，该系统900是配置以如下运作。该测量分组请求装置910产生测量分组请求，其发送至传输器/接收器912以传输至该第二STA904。该传输器/接收器932接收该测量分组请求，并将其转送至该测量分组请求接收装置934。该测量分组请求接收装置934产生ACK，其被发送至该第一STA902。
在发送该ACK之后，该测量分组请求接收装置934发送信号至该测量分组传输装置936，以便开始发送测量分组至该第一STA902。当测量分组于该第一STA902接收时，该传输器/接收器912转送该测量分组至该测量分组分析装置918，在该处进行测量分组的RSSI及/或SNR的测量。如果所有请求的测量分组尚未被接收，该测量分组分析装置918便发送信号至波束改变装置920，以改变该第一STA902的接收波束以接收额外的测量分组。
如果有所有的请求测量分组已经被接收，该测量分组分析装置便根据先前的测量值选择合适的传输波束，且接着发送一所选传输波束的该波束改变装置920。
当实施该方法600，该系统900是配置以如下运作。该测量分组请求装置910产生测量分组请求，其是被发送至该传输器/接收器912以传输至该第二STA904。该传输器/接收器932接收该测量分组请求，并将其转送至该测量分组请求接收装置934。该测量分组请求接收装置934产生ACK，其是被发送至该第一STA902。
在接收ACK之后，该测量分组请求装置910立即发送信号至该测量分组传输装置916，以便开始传输测量分组至该第二STA904。在测量分组接收之后，该传输器/接收器932转送该测量分组至该测量分组分析装置938，并在该处测量该分组。如果所有的请求测量分组并未被传输，该测量分组传输装置916便发送信号至该波束改变装置918，以便在发送下一个测量分组之前改变该传输波束。
如果所有的请求测量分组皆已经传输，则该测量报告产生装置940便产生测量报告，其被发送至该第一STA902。该测量报告被转送至该测量报告分析装置922，其根据该测量报告为该第一STA902选择传输波束。该测量报告分析装置922将该所选波束发送至该波束改变装置920，以便改变该第一STA902的传输波束。
实施例
1.一种在具有数个STAs的无线通信系统中以智能天线执行测量的方法，其步骤是包含：由第一STA发送一测量请求至第二STA；由该第二STA连续地或同时地传输至少二测量分组至该第一STA；在该第一STA上使用一不同天线波束接收每该测量分组；在该第一STA上对每该测量分组执行测量；以及根据该测量结果在该第一STA上选择一天线波束方向。
2.如实施例1所述的方法，其中该测量请求包含数个欲传输的测量分组。
3.如先前任一实施例所述的方法，其中该传输步骤包含：等待介于传输测量分组间的帧间空间。
4.如实施例3所述的方法，其中该帧间空间是为一短帧间空间(SIFS)、小于一SIFS、及超过一SIFS其中之一。
5.如先前任一实施例所述的方法，其中该执行步骤包含：测量每该测量分组的接收信号强度指针(RSSI)。
6.如实施例5所述的方法，其中该选择步骤包含：根据该测量的RSSI值选择传输波束方向。
7.如先前实施例1-4中任一所述的方法，其中该执行步骤包含：测量每该测量分组的信号噪声比(SNR)。
8.如实施例7所述的方法，其中该选择步骤包含：根据该测量的SNR值选择一传输波束方向。
9.如先前实施例1-4中任一所述的方法，其中该执行步骤包含：测量每该测量分组的接收信号强度指针(RSSI)及信号噪声比(SNR)。
10.如实施例9所述的方法，其中根据该测量的RSSI值及SNR值选择传输波束方向。
11.如先前任一实施例所述的方法，其步骤更包含：在该测量请求之后，由该第二STA立即发送确认至该第一STA。
12.如先前任一实施例所述的方法，其步骤更包含：在接收到测量分组之后，改变在该第一STA上的该天线的该接收波束成不同的波束，藉此，在该第一STA上的该天线使用不同的波束以接收下一个测量分组。
13.一种在具有数个STAs的无线通信系统中以智能天线执行测量的方法，其步骤是包含：由第一STA发送测量请求至第二STA；由该第一STA连续地或同时地传输至少二测量分组至该第二STA，每该传输分组是使用不同天线波束传输；在该第二STA上接收每该测量分组；在该第二STA上对每该测量分组执行测量；根据该测量结果在该第二STA上产生测量报告；由该第二STA发送该测量报告至该第一STA；以及根据该测量报告在该第一STA上选择一天线波束方向。
14.如实施例13所述的方法，其中该测量请求包含数个欲传输的测量分组。
15.如先前任一实施例所述的方法，其中该传输步骤包含：等待介于传输测量分组间的帧间空间。
16.如实施例15所述的方法，其中该帧间空间是为短帧间空间(SIFS)、小于一SIFS、及超过一SIFS其中之一。
17.如先前任一实施例所述的方法，其步骤更包含：在该测量请求之后，由该第二STA立即发送确认至该第一STA。
18.如先前任一实施例所述的方法，其步骤更包含：在接收到一测量分组之后，改变在该第一STA上的该天线的该接收波束成不同的波束，藉此，在该第一STA上的该天线使用一不同波束以接收下一个测量分组。
19.如先前任一实施例所述的方法，其步骤更包含：在该测量请求之后，由该第一STA立即发送确认至该第二STA。
20.一种在无线通信系统中以智能天线进行测量的系统，其包含第一STA和一第二STA。该第一STA包含第一传输器/接收器；第一天线，其连接至该第一传输器/接收器；测量分组请求装置，其连接至该第一传输器/接收器；测量分组分析装置，其连接至该第一传输器/接收器；以及波束改变装置，其连接至该第一传输器/接收器及该测量分组分析装置。该第二STA包含第二传输器/接收器；第二天线，其连接至该第二传输器/接收器；以及测量分组传输装置，其连接至该第二传输器/接收器及该测量分组请求接收装置。
21.如实施例20所述的系统，其中该测量分组请求装置配置以发送一测量分组请求，并接收来自该第二站台的一确认，该站台接收该测量分组请求。
22.如实施例20或21所述的系统，其中该测量分组分析装置配置以由该第二站台接收测量分组、测量该测量分组、并发送一选择波束至该波束改变装置。
23.如实施例20-22任一所述的系统，其中该测量分组请求接收装置配置以自该第一站台接收测量分组请求、发送一确认至该第一站台，其接收该测量分组请求、并发送至该测量分组传输装置以便发送测量分组至该第一站台。
24.如实施例20-23任一所述的系统，其中该测量分组传输装置配置以发送测量分组至该第一站台。
25.一种在无线通信系统中以智能天线进行测量的系统，其包含第一STA和一第二STA。该第一STA包含一第一传输器/接收器；第一天线，其连接至该第一传输器/接收器；测量分组请求装置，其连接至该第一传输器/接收器；测量分组传输装置，其连接至该第一传输器及该测量分组请求装置；波束改变装置，其连接至该第一传输器/接收器及该测量分组传输装置；以及测量报告分析装置，其连接至该第一传输器/接收器及该波束改变装置。该第二STA包含第二传输器/接收器；第二天线，其连接至该第二传输器/接收器；测量分组请求接收装置，其连接至该第二传输器/接收器；以及测量报告产生装置，其连接至该第二传输器/接收器及该测量分组分析装置。
26.如实施例25所述的系统，其中该测量分组请求装置是配置以发送测量分组请求，并接收来自该第二站台的确认，该站台是接收该测量分组请求。
27.如实施例25或26所述的系统，其中该测量分组传输装置配置以发送该测量分组至该第二战台。
28.如实施例25-27任一所述的系统，其中该测量分组传输装置配置以发送信号志该波束改变装置，以改变该第一站台的传输波束。
29.如实施例25-28所述的系统，其中该测量报告分析装置是配置以由该第二站台接收测量报告、根据该测量报告为该第一站台选择传输波束、并发送信号至该波束改变装置，以改变该第一站台的该传输波束至该所选择的波束。
30.如实施例25-29所述的系统，其中该测量分组请求接收装置配置以由该第一站台接收测量分组请求，并发送确认至该第一站台，其是接收该测量分组请求。
31.如实施例25-30所述的系统，其中该测量分组分析装置是配置以由该第一站台接收该测量分组、测量该测量分组、并转送该测量至该测量报告产生装置。
32.如实施例25-31所述的系统，其中该测量报告产生装置是配置以由该测量分组分析装置接收该测量，并产生一测量报告以送至该第一站台。
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，其它不脱附本发明的权利要求的变型对熟习此技艺的人士来说还是显而易见的。上述说明书内容是以说明为目的，且不会以任何方式限制特别发明。

Claims (11)

1.一种用于无线通信中的波束选择的方法，所述方法包括：
从第一站台发送测量请求分组，该测量请求分组包括用于测量分组数量的字段，其中所述测量请求分组被发送至第二站台；
从所述第二站台接收多个测量分组，其中所述第一站台针对每一测量分组使用不同接收波束；
对所述多个测量分组中的每一者进行测量；以及
基于所述测量来选择波束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收所述多个测量分组包括等待介于接收所述多个测量分组中的每一个测量分组之间的帧间空间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述帧间空间为短帧间空间SIFS。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收与所述测量请求分组相关联的确认。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个测量分组中的每一个测量分组包括传输天线信息，其中所述传输天线信息包括天线波束识别或是用于识别天线的信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一站台为接入点AP。
7.一种第一站台，所述第一站台包括：
天线，被配置用于
向第二站台发送测量请求分组，该测量请求分组包括用于测量分组数量的字段；
在第一波束上接收第一测量分组；
在第二波束上接收第二测量分组；
对所述第一测量分组和所述第二测量分组进行测量；以及
波束改变装置，被配置用于基于对所述第一测量分组和所述第二测量分组所进行的测量，选择传输波束。
8.根据权利要求7所述的第一站台，其特征在于，所述天线被配置用于接收由帧间空间分开的所述第一测量分组和所述第二测量分组。
9.根据权利要求7所述的第一站台，其特征在于，所述天线被配置用于接收由短帧间空间SIFS分开的所述第一测量分组和所述第二测量分组。
10.根据权利要求7所述的第一站台，其特征在于，所述第一测量分组或所述第二测量分组包括传输天线信息，其中所述传输天线信息包括天线波束识别或是用于识别天线的信息。
11.根据权利要求7所述的第一站台，其特征在于，所述第一站台为接入点AP。
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