CN103532600A - Wlan的扇形天线系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及WLAN的扇形天线系统。在通信网络（3）中，一个接入点可使用两个全向天线（1）或一个全向天线和多个扇形天线。移动站可使用扇形天线。全向天线可包括两个或两个以上扇形天线（2）。

Description

WLAN的扇形天线系统
本申请是申请号为200480038148.9、国际申请日为2004年12月23日、发明名称为“WLAN的扇形天线系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及WLAN的扇形天线系统。
背景技术
扇形天线被用于基站或无线系统的接入点以改善无线通信的性能。但通常移动站不使用扇形天线。作为代替，无线局域网（WLAN）采用两个安装在膝上电脑上的全向天线来提供空间分集以抵御多路衰落。然而，一旦将天线安装在膝上型电脑上则实际的辐射图就远非全向的了。因此，全向天线只可提供差的覆盖区域，导致实际辐射图中的深度零点（deep null）并显著地降低了性能。WLAN网络的设备操作需要提供显著改善性能的方向图的天线系统。
附图说明
说明书的结论部分特定指出并清楚地要求了被认为是本发明的主题。然而，在阅读附图中最好参照下列详细说明来理解本发明的组织和操作方法及其目的、特征和优点，在附图中：
图1示出WLAN网络中的天线辐射图，其中接入点（AP）使用两个全向天线而移动站使用按照本发明的扇形天线。
图2和3示出WLAN网络中的天线辐射图，其中接入点（AP）使用全向和扇形天线，其中一个扇区对应于图1中一个扇形天线；
图4示出四个天线的天线辐射图，其中膝上型电脑的显示器的每个上角各放置两个天线。
图5示出放置在显示器的两侧边缘的上部而非角上的四个天线的天线辐射图。
图6示出扇形天线的各种实施例。
应理解，为了简化和清楚图解，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚，一些元件的尺寸可能被相对于其它元件夸大。另外，在认为合适的情况下，在图中重复一些标号来指示相应或相似的元件。
详细说明
在下列详细说明中，为了提供本发明的完整理解列出了许多特定细节。然而，本领域的技术人员应理解本发明可以不用这些特定细节来实现。在其它例子中，熟知的方法、程序、元件和电路不再详细说明，以不混淆本发明。
在下列说明书和权利要求中，可能使用术语“耦合的”和“连接的”以及它们的派生词。应理解这些术语不应确定为彼此的同义词。而在特定实施例中，“连接的”可用于表示两个或两个以上相互元件直接物理或电接触。“耦合的”可指两个或两个以上非直接相互接触但仍相互合作或作用的元件。
图1示出网络100中的天线辐射图，包括：接入点（AP）110和移动站（STA）120、130和140。在一些实施例中，无线网络100是无线局域网（WLAN）。例如，移动站120、130和140中的一个或多个和接入点110可按诸如ANSI/IEEEStd.802.11，1999版本之类的无线网络标准操作，虽然这不是本发明的一个限制。如这里所使用的，术语“802.11”指任何过去、现在或将来的IEEE802.11标准或其延伸，包括但不限于1999版本。移动站120、130和140可以是任何类型的能在网络100中通信的移动站。例如，移动站可以是计算机、个人数字助理、有无线功能的便携式电话、家用音频或视频设备等。
接入点110使用信号122与移动站120（又称为“STA1”）通信。接入点110还可使用信号132与移动站130（又称为“STA2”）通信，且接入点110还可使用信号142与移动站140（又称为“STA3”）通信。信号122、132和142通过接入点和各种移动站之间的自由空间中的无线信道传送，且在本实施例中，接入点110使用两个全向天线而移动站（STA）120、130和140使用按照本发明的扇形天线。
图2和3示出WLAN网络中的天线辐射图，其中接入点（AP）使用全向和扇形天线，其中一个扇区对应于图1中一个扇形天线。在任何时间通常选择使用仅一个天线，但可以同时使用多个扇形天线来形成虚拟全向天线。移动站仅使用按照本发明的扇形天线。
参见图2，在接入点110，天线可配置成：（1）两个全向天线；（2）两个或两个以上扇形天线（例如，四个扇形天线和由四个扇形天线形成的一个虚拟全向天线）；（3）一个专用全向天线（不是由扇形天线形成的）和两上以上扇形天线；或（4）两组或两组以上扇形天线，其中至少一组形成一个全向天线。
应指出各扇区不一定是相同尺寸。例如，当考虑（2）中的四个扇形天线时，一个扇区基本上可覆盖约50度具有较高的天线增益而另一扇形可覆盖约110度具有较低的天线增益，虽然此辐射图不是本发明的限制。当然可以有某些其它天线辐射图和天线组合。通过以适合的方式合适地安装扇形天线，各种扇形的组合可覆盖0-360度的辐射图作为有效的全向天线。还应指出移动站120、130和140可具有通常配置有仅两个或两个以上扇形天线的天线。
参见图3，接入点110和移动站120、130和140上的多个扇形天线或扇形天线的子集通常可以以主辐射峰值相互互补的方式放置。覆盖角度的重叠常被故意引入且有益于获取分集增益。由于天线安装的物理限制，各扇形天线的覆盖尺寸在相互比较时可不同。该论点适用于接入点和移动站。本图示出具有两个扇形天线的天线配置。两个天线可以被放置在互补的方向上以通过重叠覆盖360度。天线辐射图典型的是覆盖两个相反方向的隙缝天线。
在一个实施例中，在接入点采用两个全向天线并在移动站采用扇形天线以提供空间分集来抵御多路径衰落。信号质量在多个天线上可急剧地变化，因此选择两个天线中的一个用于发送和接收。在此切换式天线系统中，选择具有最佳信号质量的天线来与单个天线相比改善收发机的性能。天线信号质量的差异通常被称为天线分集增益。
在基础结构模式中，初始RTS/CTS交换证实不存在冲突并保留信道。此双向交换可有作训练周期，而移动站选择接收到最佳接入点信号的扇形天线。另选地，各移动站可使用选择算法来选择具有最佳信号质量的扇形天线。
在直接链路或特设模式中，接入点可向移动站发送空数据包。可以将通过移动站的扇形天线接收到的空数据包用于确定具有最佳信号的扇形天线。然后，移动站使用所选择的扇形天线将ACK包发送回接入点。接入点接收该ACK包，并通过选择过程选择具有最佳ACK信号质量的全向天线来发送后续数据包。注意由接入点110所使用的全向天线可以由多个扇形天线的组合形成并用于在网络中发送信标。
注意，扇形天线可以在其指向方向的相反方向上具有低增益，因此，位于相反方向上的移动站可能不能检测到指向方向上的传输。它可以允许保持接入点和移动站之一之间的RTS/CTS交换不被检测且信道不被保留。其它移动站则可以竞争占用的介质。所幸的是“始发站”的扇形天线通常面对“响应站”的扇形天线。通过发送RTS和CTS，“始发站”和“响应站”可向其它移动站通知到来的数据包。
图4示出膝上型电脑的显示器的每个上角中分别放置的两个天线410和另两个天线420的天线辐射图。扇形天线的放置对避免来自(笔记本)计算机的干扰很重要。计算机本身发射覆盖WLAN频带的显著的干扰信号（例如：时钟信号、总线信号）。为了避免拾取干扰，不将扇形天线放置在计算机的同一点上，而是如图中所示那样分布并指向外。
图5示出放置在显示器的两侧边缘的上部而非角上的四个天线的天线辐射图。扇形天线的放置与图4中所示的实施例的不同之处在于图4示出两个天线各挤在两个角，而图5中两上天线空间上和垂直上分离。另外，如图所示，沿膝上型电脑的显示器的一侧放置的天线510和520示出扇形天线向外指。
图6示出可以沿膝上型计算机的显示器的侧面放置的扇形天线的各种实施例。标号（1）的实施例具有两个扇形天线，其中扇形天线600和610各覆盖至少180度。标号（2）的另一实施例具有三个扇形天线，其中如图所示扇形天线630和640基本上覆盖90度而扇形天线620覆盖约180度。标号（3）的另一实施例具有四个扇形天线，其中扇形天线650、660、670和680各覆盖至少90度。
应指出用多个扇形天线来形成全向天线允许采用循环延迟分集（CDD）技术。这里所述的用于接入点110的扇形天线可以使用CDD。尤其是，第一扇形天线可提供非延迟信号，而第二扇形天线或各附加扇形天线可提供传输信号的循环移位版本。
用多个扇形天线来形成全向天线还在多频带系统中提供优点，其中关于各子频带的信息可以用单个载波（基于脉冲的）或多载波正交频分路复用（OFDM）技术来传送。通过跨子频带交织码元，超宽带（UWB）系统可以维持相同的发射功率，就好象它们在使用整个带宽一样。多个扇形天线中每一个可用于在特定子频带上传送信息。也就是说，不同的扇形天线可以传送不同的频调。
现在很明显可以用本发明的特征来增强RF系统。接入点可以使用两个全向天线或一个全向天线和多个扇形天线，而移动站使用扇形天线。另外，全向天线可包括两个或两个以上扇形天线。
虽然这里图解和说明了本发明的某些特征，本领域的技术人员将能想到许多修改、替换、变化和等效物。因此，应理解所附权利要求旨在覆盖所有这些落在本发明的真正精神中的修改和变化。

Claims (17)

1.一种系统，其特征在于，包括：
移动站，仅仅包括位于互补位置的扇形天线以覆盖全向辐射图，移动站选择接收到基于请求发送RTS/允许发送CTS交换的最佳接入点信号的扇形天线；和
接入点，它包括由第一和第二扇形天线形成的虚拟全向天线，且所述第一和第二扇形天线组合成使它们的主辐射峰值相互互补，并形成带有重叠的全向辐射图，所述第一扇形天线传送第一频调而所述第二扇形天线传送不同于所述第一频调的第二频调。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一扇形天线传送第一信号而所述第二扇形天线传送在相位上比所述第一信号延迟的第一信号。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接入点还包括一全向天线。
4.一种通信网络，包括：
具有至少两个全向天线的接入点，其中第一全向天线由多个扇形天线的组合形成，第二全向天线由第一和第二扇形天线组成，且所述第一和第二扇形天线组合成使它们的主辐射峰值相互互补，且形成带有重叠的全向辐射图，所述第一和第二扇形天线同时工作于发射模式；以及
移动站，仅仅包括位于互补位置的扇形天线以覆盖全向辐射图，所述移动站选择接收到基于请求发送RTS/允许发送CTS交换的最佳接入点信号的扇形天线。
5.如权利要求4所述的通信网络，其特征在于，所述多个扇形天线的组合形成的所述第一全向天线包括具有覆盖基本上0-90度的辐射图的一个扇区和覆盖基本上180-270度的辐射图的另一扇区的第一扇形天线。
6.如权利要求4所述的通信网络，其特征在于，由所述多个扇形天线的组合形成的第一全向天线包括一个具有覆盖基本上90-180度的辐射图的一个扇区和覆盖基本上270-360度的辐射图的另一扇区的第二扇形天线。
7.如权利要求4所述的通信网络，其特征在于，由所述多个扇形天线的组合形成的所述第一全向天线包括第一和第二扇形天线，所述第一扇形天线具有基本上0-180度的辐射图而所述第二扇形天线具有基本上180-360度的辐射图。
8.如权利要求7所述的通信网络，其特征在于，所述第一扇形天线传送第一信号而所述第二扇形天线传送在相位上比第一信号延迟的第一信号。
9.如权利要求4所述的通信网络，其特征在于，由所述多个扇形天线的组合形成的所述第一全向天线包括三个具有辐射图的扇形天线，它们组合形成所述第一全向天线。
10.如权利要求9所述的通信网络，其特征在于，所述三个扇形天线包括：具有覆盖基本上0-90度的辐射图的第一扇形天线，具有覆盖基本上90-180度以及270-360度的辐射图的第二扇形天线和具有基本上覆盖180-270度的辐射图的第三扇形天线。
11.如权利要求4所述的通信网络，其特征在于，由所述多个扇形天线的组合形成的所述第一全向天线包括四个具有辐射图的扇形天线，它们组合形成所述第一全向天线。
12.如权利要求11所述的通信网络，其特征在于，所述四个扇形天线各覆盖约0-90度的辐射图并被合适地定位以形成所述第一全向天线。
13.如权利要求4所述的通信网络，其特征在于，所述两个全向天线允许使用循环延迟分集技术。
14.如权利要求8所述的通信网络，其特征在于，所述多频带系统中的第一和第二扇形天线接收跨子频带的交织码元。
15.如权利要求8所述的通信网络，其特征在于，选择所述第一扇形天线或所述第二扇形天线用于接收最佳移动站信号。
16.如权利要求4所述的通信网络，其特征在于，将第一全向天线放置在膝上电脑的显示器的一角并将第二全向天线放置在另一角。
17.如权利要求4所述的通信网络，其特征在于，沿膝上电脑的显示器的一侧放置第一全向天线并沿显示器的另一侧放置第二全向天线。
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