CN104080096A - 一种无线接入点 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线接入点，应用于室内天线分布式部署环境中，用于为无线终端提供接入服务，该无线接入点包括CPU、射频处理单元以及M个射频开关，每一射频开关包括第一引脚以及至少两个用于分别通过射频馈线连接到部署在不同室内区域中的至少两个天线的第二引脚；所述射频处理单元包括M个射频通道，每一射频通道连接到射频开关的第一引脚；所述CPU用于在需要发送报文时，先查询终端服务表中与无线终端对应的天线组合，所述射频处理单元用于在发送报文时根据CPU查询到的天线组合控制射频开关选通该查询到的天线组合包括的多个天线。本发明部署容易且成本较低，回避了功分器等高成本且难部署的手段，终端接入体验好。

Description

一种无线接入点

技术领域

本发明涉及WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）无线网络接入技术，尤其涉及一种利用天线进行分布式部署的无线接入点。 

背景技术

在MIMO（Multiple Input Mutiple Output，多路输入多路输出的无线传输技术）和智能天线技术日益发展的今天，采用智能天线技术的MIMO AP已经在室外覆盖上获得了广泛的应用。但对于室内分布式覆盖，由于其特殊的部署方式，基本上都是采用单频单流的传统AP，多频MIMO技术在室内分布式覆盖难以有很好的应用。 

请参考图1，对于室内分布式覆盖无线接入点（Access Point，AP）的设计来说，其通常是通过射频功率分配器（功分器）将一路射频信号分配至若干天线。每个天线通过馈线引入并安装在一个单独的区域（比如一个特定的房间）。通过扩展天线的数量，无线接入点的无线信号能够覆盖到所有天线所能覆盖的区域，这样可有效扩大单个无线接入点的覆盖范围，满足更大面积无线终端用户的接入需求。随着用户终端对接入稳定性、信号强度以及上网速率等方面的要求越来越高，这种已有的实现方案可能同时存在以下一个或者多个技术问题。 

第一，随着天线数量不断地扩展增加，每一个无线终端天线上分配到的信号功率就会减弱，天线数量越多，信号强度越弱。这种传统的室内分布式无线接入点在部署之初就必须权衡与协调无线信号覆盖区域大小与终端信号强度之间的矛盾。 

第二，由于现有室内分布式无线接入点安装的功分器或耦合器较多，工程安装费时且安装施工成本较高。 

第三，由于分布式无线接入点的发射功率普遍较客户端的发射功率高，过大的分配衰减和线路衰减客观上导致上行信号强度明显弱于下行信号强度，从而导致无线终端上网的上下行速率不对称。 

第四，在室内分布式覆盖中，如果要发挥MIMO技术的优势，传统的方法方式是并行部署多套分布式天馈系统，将MIMO AP的每一路射频信号分别引入到不同的覆盖区域，这样更是大大增加了工程难度、提高了成本。 

第五，现有室内分布式无线接入点由于分配衰减和线路衰减较大，难以支持较高频段（如5GHz频段），使得双频或多频部署在室内分布式系统中难以实现。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种无线接入点，应用于室内天线分布式部署环境中，用于为无线终端提供接入服务，该无线接入点包括CPU、N个射频处理单元以及N*M个射频开关，其中N为大于等于1的自然数，M为大于等于1的自然数，其特征在于： 

每一射频开关包括第一引脚以及至少两个用于分别通过射频馈线连接到部署在不同室内区域中的至少两个天线的第二引脚；并用于在射频单元的控制下将任意一个第二引脚与第一引脚相连实现选通该第二引脚对应连接的天线； 

所述射频处理单元包括M个射频通道，每一个射频通道对应连接到一个射频开关的第一引脚；其中 

所述CPU用于在需要发送报文给无线终端时，先查询终端服务表中与该无线终端对应的天线组合，将该报文以及查询到的天线组合提交给射频处理单元；所述射频处理单元用于在发送报文时根据CPU查询到的天线组合控制射频开关选通该查询到的天线组合包括的多个天线，然后通过射频通道经由 所述多个天线将报文发送出去。 

相较于现有技术，本发明部署容易且成本较低，回避了功分器等高成本且难以部署的实现手段，并且可以为用户的无线终端提供更好的接入体验，比如说提供更快的接入速率。 

附图说明

图1是现有技术中一种典型的利用天线在室内进行分布式部署的无线接入点的射频信号分配原理图。 

图2是本发明一种实施方式中无线接入点的逻辑架构图。 

图3是本发明一种实施方式中无线接入点在室内环境中的部署示意图。 

具体实施方式

请参考图2，为解决背景技术中所述一个或多个可能存在的技术问题，本发明提出一种新的适用于室内天线分布式部署环境的无线接入点设计方案。在一种优选的实施方式中，该无线接入点包括CPU、N（大于等于1的自然数）个射频处理单元以及N×M（M为大于等于1的自然数）个射频开关。其中该第一射频处理单元包括M个与射频开关的第一引脚对应连接的射频通道，所述每个射频开关包括P（大于或等于2的自然数）个第二引脚，每个射频开关P的第二引脚用于分别通过射频馈线连接到部署在不同室内区域中的P个独立的天线上，射频开关主要用于在射频单元的控制下将任意一个第二引脚与第一引脚相连实现选通该第二引脚对应连接的天线。 

请参考图3所示，在本发明一种典型的室内分布式部署无线接入方式中，该无线接入点包括第一及第二射频处理单元，其中第一射频处理单元工作在2.4G频段，而第二射频处理单元工作在5G频段。每个射频单元出三个同频的射频通道（Chain）C0、C1以及C2，每个射频通道连接到一个射频开关RFS的第一引脚。如前所述，射频开关可能包括多个第二引脚，也就是说可以在多个天线间进行选通切换，在本实施方式中，P等于2，此时该射频开 关可以理解为单刀双掷的射频开关。每个射频开关的两个第二引脚均通过合路器连接到一个独立的双频天线。在本发明中，第一射频处理单元以及第二射频处理单元的设计是对称的，因此可以使用合路器让两个射频单元输出的信号耦合到同一个双频天线。当然这里也可使用三频天线，广义上是一个多频天线。 

从图2中可以看出，射频处理单元三个射频通道上的射频信号经过三个不同的天线发射出去。也就是说无线接入点可以有由三个天线组成的天线组合可以使用，而通过控制射频开关的选通可以实现不同的天线组合来发送或者接收报文。请综合参考图2以及图3，在一种优选的方式中，图2的设计可以在图3的室内场景中进行分布式部署。从图2可知，天线1与天线6这一对天线共用第一射频处理单元的射频通道C0，控制射频开关可以使得射频通道C0的选通到天线1或者天线6上，当然天线1和天线6上不可能同时被选通。同样的道理，天线2与天线5这一对天线共用第一射频处理单元的射频通道C1，而天线3与天线4这一对天线共用第一射频处理单元的射频通道C2。在实际应用时，通过逻辑控制来调整三个射频开关的选通，从理论上讲，对于第一射频处理单元来说，其可以有8种由三个天线组成的天线组合可以使用。 

请参考图3，天线1-6分别通过射频馈线部署到房间1至房间6中，假设一个工作在2.4G的无线终端位于房间3中，此时对于该无线终端而言，一般情况下，天线2、天线3以及天线6组成的天线组合可以提供较佳的信号强度给该无线终端，这个天线组合可以形象地理解为无线终端可以“看到”的较佳天线组合。此时第一射频处理单元最好能够控制射频开关，使得C1、C2以及C0这三个射频通道是通过天线2、天线3以及天线6来收发报文的。 

在实际使用过程中，优选的部署方式是将每一射频通道下的天线对中的两个天线尽可能地部署在两个距离较远的区域（比如图3中的各个房间），而来自不同天线对的天线可以部署距离比较接近的两个区域。采用这样的部署方式，可以让无线终端同时“看到”三个信号都较强的天线。请参考图3， 假设天线3与天线6互换位置，则此时房间3中的无线终端可以看到的天线组合是天线1、天线2以及天线3，或者天线6、天线2以及天线3。无论是哪一个组合，由于天线1和天线6所在的位置与该无线终端相对较远，因此信号强度明显不如天线2以及天线3。此时天线组合综合的信号强度较差，能够提供的接入速率也会受到相应的影响。当然部署主要是使用者对本发明无线接入点的使用操作，与本发明的开发实现并无关系。 

在本发明中，射频处理单元可以通过逻辑控制机制来使用合理的天线组合为无线终端服务。切换的过程依赖于CPU的对于无线终端接入状况的感知。在一种优选的方式中，CPU通过终端信号强度参数来感知无线终端的接入状况。以下通过无线终端的典型行为过程来说明本发明的无线接入点是如何为无线终端提供更好的接入服务的。 

在本发明中，射频处理单元使用哪个天线组合是由射频控制子单元确定的。射频控制子单元可以理解为第一射频处理单元中的一个逻辑模块，为了方便理解，将其分离出来在图2中显示。事实上，在图2中，射频控制子单元的数量可以为2个，一个是第一射频处理单元的，另一个是第二射频处理单元的，为了简化逻辑原理，图2中仅仅示出一个。对于无线接入点接收信号来说，射频处理单元可以按照预定的时间间隔来变更天线组合接收报文，每次射频处理单元中的射频控制子单元可以控制三个射频开关切换到不同的天线组合上来接收报文。由于大部分无线接入点接收的灵敏度都比较强，因此即使接收时使用的天线组合对于无线终端而言不是较佳的，这个影响也是可以接受的。而且无线接入点的接收对应于无线终端的上行流量，因此即便接收上性能略差也可以被用户接收，因为用户大部分时候有访问网络的流量都是下行流量远大于上行流量，用户的上下行流量是典型的不对称模型。从无线接入点的发送方向上来看，当CPU需要向某个无线终端发送控制报文或者数据报文的时候，其将报文以及该无线终端对应的天线组合提交给第一射频处理单元，第一射频处理单元接收到之后可能会进行相应的缓存，当需要输出该报文时，则产生对应的射频信号，然后由自身的射频控制子单元控制 三个射频开关选通该天线组合所包括的多个天线。 

如前所述，当CPU需要发送报文给无线终端时，其需要知晓哪些天线构成的天线组合对于服务该无线终端而言是较佳的。在本发明中，CPU可以通过查询终端服务表来获取与该无线终端对应的天线组合，终端服务表中各个表项中的天线组合是一个较佳的天线组合，其事实上是一个参数，在发送报文时，射频控制单元可以根据这个参数来选通对应的多个天线。请参考表1的示例。 

无线终端标识	天线组合	信号强度
			MAC1	天线1，2，4	X1
MAC2	天线1，2，3	X2
			MAC3	天线2，3，6	X3
……	……	……

表1 

射频处理单元通过当前天线组合接收到射频信号之后会还原出对应的报文，然后将该报文以及对应的当前信号强度（即无线接入点接收到的信号强度）发送给CPU来处理。CPU首先根据发送该报文的无线终端的标识查询终端服务表，如果没有命中到对应表项则产生一个新的表项，将发送该报文的无线终端标识（比如报文的源MAC），当前天线组合以及当前信号强度对应更新到终端服务表的新表项中。CPU查询终端服务表时如果命中到对应的表项，则进一步判断当前天线组合与表项中的天线组合是否一致，如果一致则将终端服务列表中对应的信号强度更新为当前信号强度；如果不一致比较当前信号强度与该表项中的信号强度的差值是否达到预设的阈值，如果是则更新则将表项中天线组合与信号强度更新为当前天线组合以及当前信号强度。 

在初始无线终端未有发送任何报文的时候，在无线接入点的终端服务表中没有任何与该无线终端的对应表项，也就是说无线接入点并不知晓使用什么样的天线组合向其发送报文。事实上在无线局域网中，通信最早是由无线 接入点发起的，通常由无线接入点发送Beacon报文来宣告自身的存在，即告知无线终端本接入点的SSID，由无线终端选择是否接入该网络。在优选的实施方式中，CPU可以定期通过不同的天线组合来发送Beacon报文宣告无线网络的存在，CPU发送Beacon报文时，同样会告知射频处理单元该报文对应的天线组合这一参数，只不过由于Beacon是广播报文，所以没有必要查询所述终端服务表。如前所述天线组合的数量通常是有限的，比如8个，因此定期变更天线组合发送Beacon报文，可以确保所有区域中的无线终端都收到Beacon报文，也就是说本发明的处理机制不影响无线网络宣告自身的存在。 

如前所述射频处理单元会定期通过不同的天线组合来接收射频信号，一旦用户发送Beacon响应报文，无线接入点会通过当前天线组合接收到该报文。由于此时该无线终端第一次向无线接入点发送报文，因此终端服务表中肯定没有对应表项，也就是说查询是无法命中的，此时CPU会将该无线终端的标识（比如MAC地址）、当前天线组合以及信号强度更新到终端服务表中。 

然而这个被保存在终端服务表中的天线组合未必是较佳的，一方面，无线接入点是轮流使用不同天线组合进行接收的，因此无法保证第一次接收用户报文所使用的天线组合对于向无线终端发送报文来说是较佳的天线组合。另一方面，即便当前保存在终端服务表中这个天线组合是较佳的天线组合，但由于无线终端具有移动性，其可能从房间3移动到其他房间去，在其他房间中，较佳的天线组合会发生变化。此外还可能考虑到干扰或者新增障碍物等因素，对于发送报文给无线终端而言，较佳的天线组合是动态的。正是考虑到这些因素，本发明中，无线接入点的CPU在接收报文时来判断是否需要更新终端服务表，其目标是通过不断比较信号强度来更新终端服务表中用来服务无线终端的天线组合，使得该该表中保存天线组合尽可能地是一个较佳的天线组合。 

本发明所称的较佳天线组合是一种开发者的定义，其未必是最优的。举个最简单的例子来说，假设终端服务表中保存的天线组合1对应的信号强度 是20，而当前天线组合2对应的信号强度是21，此时未必一定要将终端服务表中的天线组合更新为当前天线组合2，这取决于开发者对阈值的选取。阈值的选取很灵活，可以根据实际应用的需要进行选择，可以选择为很小的，也可以选择稍大一些。如果阈值较大，则终端服务表中的天线组合会比较稳定，更新相对不会很频繁。如果阈值较小，则刚好相反。此外，当无线终端离开网络时，比如无线接入点主动解除其认证，或者终端主动下线，或者终端长时间无响应等，此时CPU可以将终端服务表中与该无线终端对应的表项删除，避免其占用过多资源。 

以上描述的是无线接入点包括一个射频处理单元的实施方式，请参考图2以及图3，容易理解的是，在其他实施方式中，无线接入点可以包括多个工作在不同频段的射频处理单元，此时无线接入点可以形象地理解为包括多个Radio，从网络层面可以理解为有多个SSID。在典型的实现中，如果无线接入点有2.4G及5G两个频段的射频处理单元时，需要对双频无线终端加以牵引。也就是说，如果一个无线终端同时支持2.4G和5G两个频段时，无线接入点的CPU可以通过拒绝服务等多种手段来将该无线终端牵引到5G这个频段上来，也就是说与5G射频处理单元来连接。这样就可以将部分终端从拥挤的2.4G频段牵引走，实现负载更加均衡的效果。 

通过以上的描述可以发现，本发明提供一种新的无线接入点射频部分设计架构，并利用接收过程来判断什么样的天线组合是适宜向无线终端发送报文的。在很大程度上提升了无线终端的接入体验，以802.11n为例，在上述实施方式中，理论上无线接入终端的接入速率在3×3MIMO下可以达到450Mbps。更为重要的是，本发明部署容易且成本较低，回避了功分器等高成本且难以部署的实现手段。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。 

Claims (9)

1.一种无线接入点，应用于室内天线分布式部署环境中，用于为无线终端提供接入服务，该无线接入点包括CPU、N个射频处理单元以及N*M个射频开关，其中N为大于或等于1的自然数，M为大于或等于1的自然数，其特征在于：

每一射频开关包括第一引脚以及至少两个用于分别通过射频馈线连接到部署在不同室内区域中的至少两个天线的第二引脚；并用于在射频单元的控制下将任意一个第二引脚与第一引脚相连实现选通该第二引脚对应连接的天线；

所述射频处理单元包括M个射频通道，每一个射频通道对应连接到一个射频开关的第一引脚；其中

所述CPU用于在需要发送报文给无线终端时，先查询终端服务表中与该无线终端对应的天线组合，将该报文以及查询到的天线组合提交给射频处理单元；所述射频处理单元用于在发送报文时根据CPU查询到的天线组合控制射频开关选通该查询到的天线组合包括的多个天线，然后通过射频通道经由所述多个天线将报文发送出去。

2.如权利要求1所述的无线接入点，其特征在于，所述CPU进一步用于在需要接收报文时，确定需要使用天线组合，然后将该天线组合发送射频处理单元，所述射频处理单元用于根据CPU确定的天线组合控制射频开关选通该天线组合包括的多个天线，然后通过所述多个天线接收报文。

3.如权利要求2所述的无线接入点，其特征在于，所述CPU进一步用于按照预定的时间间隔变更天线组合，并将天线组合发送给射频处理单元，射频处理单元根据CPU提供的天线组合控制射频开关选通对应的多个天线来接收无线终端的报文。

4.如权利要求2所述的无线接入点，其特征在于，所述射频处理单元进一步用于将接收到的报文以及对应的当前信号强度提交给CPU，

所述CPU进一步用于在收到报文后根据发送该报文的无线终端的标识查询终端服务表，如果没有命中对应表项，则将该无线终端标识、当前天线组合以及当前信号强度作为新的表项保存在该终端服务表中；

如果命中到对应的表项，则进一步判断用于接收该报文的当前天线组合与终端服务表中的天线组合是否一致，如果一致则将该表项中对应的信号强度更新为当前信号强度；如果不一致比较当前信号强度与该表项中的信号强度的差值是否达到预设的阈值，如果是则将该表项中的天线组合与信号强度更新为当前天线组合以及当前信号强度。

5.如权利要求1所述的无线接入点，其特征在于，所述天线为多频天线，该无线接入点包括工作在不同频段的第一及第二射频处理单元，其中每个射频处理单元共用相同数量的多频天线。

6.如权利要求4所述的无线接入点，其特征在于，所述CPU进一步用于将同时支持第一及第二射频处理单元工作频段的无线终端牵引到第二射频处理单元上。

7.如权利要求1所述的无线接入点，其特征在于，所述射频处理单元的M个射频通道为M个同频射频通道。

8.如权利要求1所述的无线接入点，其特征在于，所述CPU进一步用于定期变更发送Beacon所需使用的天线组合。

9.如权利要求1所述的无线接入点，其特征在于，所述M为大于或等于2的自然数。