CN103476043B - 一种智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点 - Google Patents

Abstract

一种智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点。采用4阵元天线阵列、利用智能天线的窄波束形成技术进行波束扫描，接入点在扫描波束上发送信标，然后等待一定的时间，接收用户站点对信标的响应，或者接收用户站点的探测请求，接入点就可以确定周围站点的数量和方位，相当于提供了全向或扇区覆盖。当发现有用户请求时，使用指向用户站点的窄波束为用户提供接入。由于扫描窄波束即时覆盖角度比全向360度覆盖小得多，同时由于窄波束的聚能效应，也可以降低接入点的发射功率，有效降低无线局域网对同频段其他无线设备的干扰强度和干扰概率；同时由于用户接入波束变窄，降低了用户请求时其他同频段无线设备对接入点接收的干扰概率。

Description

一种智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点

技术领域

本发明涉及无线通信系统，具体涉及采用智能天线窄波束形成技术的无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Network）接入点，减小对同频段无线设备干扰和减小同频段无线设备对无线局域网系统内用户站点干扰。

背景技术

无线局域网系统通常有一个接入点，用于传播或中继无线信号。然后，这些信号被移动站点、用户站点、客户站点等( 在此被统称为站点) 接收，使得通信得以进行。例如，站点可以是一台配备有无线局域网(WLAN)卡的笔记本电脑( 在此被称为无线笔记本电脑)、移动电话。

无线局域网系统通常提供双向通信，从而接入点能够与站点( 如一台无线笔记本电脑) 交换数据或进行“对话”，且站点也能够与接入点交换数据或进行“对话”。实际上，有两个独立的无线链路供这两个信号传输，分别被看作下行链路和上行链路。

无线局域网采用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波侦听多点接入/冲突避免）协议。CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。

WLAN网络已经获得了广泛的应用，现在几乎所有的笔记本电脑和相当部分的移动终端都内置WLAN芯片，支持WLAN功能。无线局域网一般采用全向天线或扇区天线。由于无线局域网工作在ISM频段，同频段有包括蓝牙等其他无线设备。随着WLAN网络覆盖的扩大和应用的深入，WLAN和同频段无线设备如蓝牙设备等，彼此之间的干扰问题也越来越突出。

预多波束智能天线技术是提高用户信号信噪比、规避干扰，同时又尽量不干扰其他同频段设备的有效技术。多波束智能天线技术最早应用于军用设备中，近年来，随着通信技术的发展，该技术逐渐进入移动通信领域并获得了比较广泛的应用，特别是在第三代移动通信系统——TD-SCDMA系统中，取得了良好的使用效果。

WLAN系统中使用的智能天线技术，一般仅使用波束切换技术，这种技术是在射频实现的，不能跟踪用户的移动，并且对于波达方向与期望接收方向接近的干扰，无法保证期望信号免受干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中的不中提供一种智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点。

为了解决上述问题采用以下技术方案：一种智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点，包括一个智能天线阵列，提供1个窄波束；和接入点电路和天线波束形成电路；所述天线波束形成电路包括控制逻辑、模式选择器、扫描波束数字加权移相器、用户接入波束数字加权移相器、多路复用电路和射频前端；

所述接入点电路通过所述天线波束形成电路以扫描模式或用户接入模式连接到所述智能天线阵列，在所述扫描模式上，扫描波束数字加权移相器控制智能天线产生窄波束循环扫描360度全向，在所述用户接入模式上，用户接入波束数字加权移相器产生指向用户站点的窄波束，并使窄波束自适应地跟踪用户站点的移动；

提供信号传送路径电路，同时将相同的基带信号经过加权移相处理和变频处理连接到所述智能天线的每个天线阵元上。

其中所述的智能天线阵列包括4根均匀直线排列的阵元，阵元间距λ/2，其中λ是所使用无线频点的波长。

其中所述的天线波束形成电路包括控制逻辑，所述控制逻辑连接到所述信号传送路径电路，在所述的扫描模式下，可控地将基带的信标帧通过扫描波束数字加权移相器分别发送到各射频前端，再发送到智能天线中各相应阵元，再通过扫描窄波束发射出去，或者将智能天线各阵元中接收到的用户站点探测帧信号经过各相应射频前端发送到扫描波束数字加权移相器，经扫描波束数字加权移相器合并后再传送到基带；控制逻辑控制信号传送路径电路，在所述的用户接入模式上，将基带产生的用户控制管理信息或载荷信息，传送到用户接入波束数字加权移相器，再分发到各射频前端，再传送到智能天线中的各阵元，通过指向用户站点的窄波束发射出去，或者将智能天线各阵元中接收到的用户信息经过各相应射频前端处理传送到用户接入波束数字加权移相器，经过用户接入波束数字加权移相器的加权、合并处理，传送到基带，进而传送到媒体访问控制和网络处理。

在所述扫描模式中，波束扫描的顺序是：0度波束和180度波束、30度波束和330度波束、60度波束和300度波束、90度波束、-90度波束、120度波束和240度波束、150度波束和210度波束，其中，0度指智能天线阵列的法线方向。

还包括一个波束加权参数表，所述扫描波束数字加权移相器，使用波束加权参数表的信息形成各方位窄波束。

其中所述的波束加权参数表存储各方位波束的形成加权参数。

接入点电路和天线波束形成电路还提供：信号接收路径电路，将来自智能天线每个阵元上的信号连接到接收电路上。

其中所述的信号接收路径电路包括：射频前端电路，与所述智能天线中的相应阵元相连。

将智能天线预多波束技术引入WLAN系统中，减少WLAN设备对同频段其他无线设备（例如，蓝牙设备）的电磁干扰，也可以减少同频段其他无线设备对WLAN接入点接收的干扰概率。采用预多波束扫描技术来提供全向或扇区的覆盖。系统预先确定多个窄波束的角度位置，按照这些角度位置依次循环扫描，在扫描每个角度位置时，系统在那个窄波束上发送信标帧或者接收用户站点的探测请求，从而确定周围用户站点的数量和位置。当在某一角度位置发现有用户接入请求，则暂时中断扫描，进入用户接入模式，和用户站点进行双向通信。直到用户接入请求结束，再继续中断的扫描。

由于扫描窄波束即时覆盖角度比全向360度覆盖小得多，同时由于窄波束的聚能效应，也可以降低接入点的发射功率，有效降低无线局域网对同频段其他无线设备的干扰强度和干扰概率；同时由于用户接入波束变窄，降低了用户请求时其他同频段无线设备对接入点接收的干扰概率。

附图说明

图1显示一个适合本发明实施例的无线局域网系统。

图2显示用于本发明实施例的预多波束方向性图。

图3显示一个适合本发明实施例的无线局域网接入点的方框示意图。

图4显示图3无线局域网接入点的实施例运行图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1 所示，显示一个无线局域网接入点的覆盖区域。具体地，图1显示无线局域网系统100，其中接入点110适合在覆盖区101内提供无线网络通信。可以理解，在覆盖区101内的无线局域网站点（如站点120）都可以建立和接入点110的双向通信，但是接入点110和用户站点120的双向通信不是建立在全向覆盖上，而是建立在窄波束102上，作为用户接入使用的窄波束，窄波束120将跟踪用户的移动，始终指向并覆盖用户站点120，除非用户结束请求或者离开覆盖区101。

接入点110使用智能阵列天线111产生的狭窄波束循环扫描覆盖区域。只有在狭窄波束内的用户站点才可以向接入点发送探测请求或接收接入点的信标帧等信息。例如站点120可以和接入点110通信，而站点130不可以。但狭窄波束是在全向360度内循环扫描的，当狭窄波束覆盖站点130区域时，则站点130可以和接入点110通信，而站点120不可以。当站点130是同频段其他制式无线设备（例如，蓝牙）时，就可以避免接入点110和站点130间的相互干扰。

当由于狭窄波束覆盖使得接入点110可以和站点120通信时，这种无线通信是双向的。依照本发明实施例，通过使用IEEE802.11协议，在接入点110和站点120之间可以建立双向通信链接。

图2显示本发明实施例使用的天线方向性图。其中，圆形区域220是接入点110通过智能天线阵列111进行窄波束形成并在360︒全向内扫描一周所 覆盖的区域，代表全向覆盖，即是狭窄波束201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212的组合覆盖效果。本实施例中，天线阵111中包括4根天线，组成均匀直线阵。狭窄波束201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212是将智能天线阵111中各根天线上的信号依次进行的相位偏移所形成的波束，每个波束的宽度在30度左右。其中，，在本实施例中，，即可产生从201到212的各狭窄波束。本实施例中采用波束加权系数表来保存各角度狭窄波束的加权系数。

如图3所示，系统300显示一个采用均匀直线阵天线实现接入点的信息包发送和接收的实施例。图3所示实施例采用基带电路320、媒体访问控制电路330、网络处理电路340，本实施例的天线信号相位选择电路310，包括多路复用电路311、扫描波束数字加权移相器313、用户接入波束数字加权移相器314、模式选择器315和控制逻辑316，从扫描波束数字加权移相器313和用户接入波束数字加权移相器314分别输出/输入4路信号，连接到4个射频前端，再连接到均匀直线阵天线111中的4个阵元中，经过4个天线阵元的干涉效应形成发送和接收的狭窄波束。

实施例的控制逻辑316根据网络处理电路340的控制指令：波束扫描模式或用户接入波束赋形模式来进行控制。在波束扫描模式下，下行基带信号是信标帧或鉴权信息，控制逻辑316控制模式选择器315将基带320的信标信息或鉴权信息传输到波束扫描数字加权移相器313，波束扫描数字加权移相器313将加权移相后的信标或鉴权信息分为4路，通过4路射频前端发送到智能天线的4个阵元上，狭窄波束201～212中的一个或2个，例如，4路相位都为0，产生波束201和207。在每一扫描位置，狭窄波束停留一定的时间，以等待狭窄波束覆盖的站点，如站点120的响应，如果在一定时间内，接入点110没有收到响应，则意味着该狭窄波束覆盖的区域没有站点要发送信息或没有站点，等待时间到，就转入下一波束位置赋形，如波束202和212；在波束扫描模式下，上行信号是用户站点发送的探测请求，当扫描波束覆盖用户站点时，接入点可以接收到用户站点的探测请求，探测请求的接收路径和下行信号路径相反，从智能天线阵列111，到射频前端317a～317d，再到多路复用器311，经过扫描波束数字加权移相器313的加权移相和合并处理，经过模式选择器315，送到基带320，经过媒体访问控制330，送到网络处理340进行分析处理。如果接入点110收到站点的响应（如，站点120的响应），则转入用户波束赋形进程。在用户波束赋形模式下，控制逻辑316控制模式选择器315将基带320用户信息和用户波束赋形数字加权移相器314接通，站点可以进行上行信息传输，接入点也可以进行下行信息传输；当站点移动时，用户波束赋形数字加权移相器314中的自适应算法可以跟踪用户站点的位置。自适应波束赋形算法可以采用最小均方算法或者最小二乘算法。用户请求结束，则系统结束用户波束赋形模式，返回到波束扫描模式。继续进行窄波束循环扫描。

图4显示在控制逻辑316的控制下，模式选择器315和扫描波束数字加权移相器313、用户接入波束数字加权移相器314的运行次序。系统开始运行后，首先进入扫描模式，在流程401，系统从方位0开始波束扫描，首先赋形0︒波束和180︒波束，在流程402，接入点110发送信标帧，在流程403，接入点110接收用户站点的探测请求，流程404判断是否有用户请求，如果有用户请求，就进入用户接入波束赋形模式，在流程405，波束赋形数字加权移相器314从网络处理340得到用户的方位信息，在流程406中，系统查加权系数表，得到窄波束加权参数，在流程407中，用户接入波束数字加权移相器输出加权后的用户信息，智能天线赋形覆盖用户的窄波束，并在其上建立和用户的双向通信，并跟踪用户移动，直到用户结束请求，由流程408根据网络处理340的指示判断用户请求是否结束，如果用户请求结束，由流程409发出释放用户赋形波束的命令，然后返回到波束扫描模式。流程410判断扫描波束在此位置停留时间的定时器是否已到期，如果定时器已经到期，则进行下一方位的波束扫描。在本实施例中，波束扫描的顺序是：0度波束和180度波束、30度波束和330度波束、60度波束和300度波束、90度波束、-90度波束、120度波束和240度波束、150度波束和210度波束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点，其特征是：包括一个智能天线阵列，提供1个窄波束；和接入点电路和天线波束形成电路；

所述接入点电路通过所述天线波束形成电路以扫描模式或用户接入模式连接到所述智能天线阵列，在扫描模式上，扫描波束数字加权移相器控制智能天线产生窄波束循环扫描360度全向，在用户接入模式上，用户接入波束数字加权移相器产生指向用户站点的窄波束，并使窄波束自适应地跟踪用户站点的移动；

信号传送路径电路，同时将相同的基带信号经过加权移相处理和变频处理连接到所述智能天线的每个天线阵元上；

所述天线波束形成电路包括控制逻辑、模式选择器、扫描波束数字加权移相器、用户接入波束数字加权移相器、多路复用电路和射频前端；所述控制逻辑连接到信号传送路径电路，在所述的扫描模式下，可控地将基带的信标帧通过扫描波束数字加权移相器分别发送到各射频前端，再发送到智能天线中各相应阵元，再通过扫描窄波束发射出去，或者将智能天线各阵元中接收到的用户站点探测帧信号经过各相应射频前端发送到扫描波束数字加权移相器，经扫描波束数字加权移相器合并后再传送到基带；控制逻辑控制信号传送路径电路，在所述的用户接入模式上，将基带产生的用户控制管理信息或载荷信息，传送到用户接入波束数字加权移相器，再分发到各射频前端，再传送到智能天线中的各阵元，通过指向用户站点的窄波束发射出去，或者将智能天线各阵元中接收到的用户信息经过各相应射频前端处理传送到用户接入波束数字加权移相器，经过用户接入波束数字加权移相器的加权、合并处理，传送到基带，进而传送到媒体访问控制和网络处理。

2.根据权利要求1所述的智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点，其特征是：其中所述的智能天线阵列包括4根均匀直线排列的阵元，阵元间距λ/2，其中λ是所使用无线频点的波长。

3.根据权利要求1所述的智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点，其特征是：在所述扫描模式中，波束扫描的顺序是：0度波束和180度波束、30度波束和330度波束、60度波束和300度波束、90度波束、-90度波束、120度波束和240度波束、150度波束和210度波束，其中，0度指智能天线阵列的法线方向。

4.根据权利要求1所述的智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点，其特征是：还包括一个波束加权参数表，所述扫描波束数字加权移相器，使用波束加权参数表的信息形成各方位窄波束。

5.根据权利要求4所述的智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点，其特征是：其中所述的波束加权参数表存储各方位波束的形成加权参数。

6.根据权利要求1所述的智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点，其特征是：接入点电路和天线波束形成电路还提供：信号接收路径电路，将来自智能天线每个阵元上的信号连接到接收电路上。

7.根据权利要求6所述的智能天线扫描覆盖和接入的无线局域网接入点，其特征是：其中所述的信号接收路径电路包括：射频前端电路，与所述智能天线中的相应阵元相连。