CN1815915B - 多入多出通信设备及其信道扫描方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种可减少信道扫描时间的MIMO通信设备及其信道扫描方法。该信道扫描方法包括：接收输入的对信道扫描的请求；以及根据输入的请求通过独立地使用多个天线对多个信道同时进行扫描。该设备包括：控制单元，用于为扫描指定信道；帧生成单元，如果信道扫描是主动扫描，则其生成搜索帧；以及收发器单元，其包括多个天线，用于将由控制单元指定的信道分配给多个天线，通过多个天线发送由帧生成单元生成的搜索帧，并接收对发送的搜索帧的响应帧；其中，收发器单元分别为多个天线分配不同的信道。

Description

多入多出通信设备及其信道扫描方法
技术领域
本发明涉及信道扫描，更具体地说，涉及一种多入多出(MIMO)通信设备及其信道扫描方法。
背景技术
现有技术的无线通信装置已经基于语音业务被开发。然而，随着对高质量的多媒体业务的需求的增长，无线通信装置近来已转变为提供数据业务。这样，支持高速、高容量无线通信的技术正被开发。其中一种技术就是多入多出(MIMO)。
MIMO通信装置使用采用多个天线的电控定位的自适应阵列天线技术。MIMO通信装置以波束形状使定位变窄以形成多个独立的传输路径。图1显示了在MIMO通信设备中的数据传输。
图1示出现有技术MIMO通信装置的数据传输。
如图1所示，MIMO通信装置110并行地处理串行数据流，因此将多个串行数据流划分为通过多个天线发送到另一MIMO通信装置120的多个独立的流。其后，MIMO通信装置120对独立的数据流进行解码以将其恢复为原始串行数据流。
因此，与传统单入单出(SISO)通信装置相比，MIMO通信系统的优点在于其数据传输率随着天线数量的增多而提高。
MIMO通信装置要求信道扫描以登录到特定网络或设置新网络。例如，如果当漫游时MIMO通信装置产生独立基础业务集(IBSS)或搜索新的接入点(AP)，则首先要求信道扫描。具体地说，对于允许所有通信频段使用频谱而不在无线通信装置之间产生干扰的动态频率选择(DFS)技术来说，信道扫描是重要的。
这样的信道扫描分为主动扫描(active scanning)和被动扫描(passivescanning)。主动扫描以这样的方式进行：MIMO通信装置发送用于信道搜索的帧(下文中称为“搜索帧”)，并接收对该搜索帧的响应帧。被动扫描以这样的方式进行：每一信道处于等待状态以接收信标帧，其后接收信标帧。
然而，现有技术MIMO通信装置按与SISO通信设备相同的方式对所有信道进行连续信道扫描。例如，在主动扫描的情形中，MIMO通信装置的天线发送用于搜索一个信道的帧。换句话说，对于信道1到3的信道扫描，MIMO通信装置对第一信道1执行信道扫描。此时，MIMO通信装置的天线发送用于信道1的搜索帧。一旦完成对信道1的信道扫描，就执行对信道2的信道扫描。同样地，一旦完成对信道2的信道扫描，就执行对信道3的信道扫描。
这样，具有多个天线的现有技术MIMO通信装置按照与SISO通信设备相同的方式对所有信道连续地执行扫描。然而，这样的连续信道扫描效率低。
此外，如果现有技术MIMO通信装置按照与SISO通信设备相同的方式运行(例如，如果MIMO通信装置发送去往SISO通信装置的数据)，则除了用于数据发送的单个天线之外的天线是空闲的。
在这样的情形中，在现有技术MIMO通信装置中花费大量时间来执行信道扫描。这样对MIMO通信设备的快速漫游或DFS可能产生不利的影响。
发明内容
因此，已做出本发明来解决上述在现有技术中产生的问题，本发明的一方面在于提供一种可减少信道扫描时间的MIMO通信设备及其信道扫描方法。
本发明的其它方面将在下面的描述中被部分的阐释，并且通过下面的描述将对本领域技术人员变得清楚，或者本发明可通过实践而被理解。
根据本发明示例性实施例，提供一种信道扫描方法，该方法包括：接收对信道扫描的请求的输入；以及根据输入的对信道扫描的请求通过独立地使用多个天线同时扫描多个信道。
根据本发明另一示例性实施例，提供一种MIMO通信设备，该设备包括：控制单元，如果对信道扫描的请求被输入，则其指定用于扫描的信道；帧生成单元，如果请求的信道扫描是主动扫描，则其生成搜索帧；以及收发器单元，其包括多个天线，用于将由控制单元指定的信道分配给多个天线，以通过多个天线发送由帧生成单元生成的搜索帧，并接收对发送的搜索帧的响应帧，其中，收发器单元为多个天线分别分配不同的信道。
附图说明
通过下面结合附图对示例性实施例的进行的详细描述，本发明的上述和其他方面将会变得更加清楚，其中：
图1是示出现有技术MIMO通信装置的数据传输状态的示图；
图2是示出根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备的一部分栈结构的示图；
图3是示出IEEE 802.11标准的探测请求帧的示图；
图4是示出IEEE 802.11标准的探测响应帧的示图；
图5是示出根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备的结构的框图；
图6是示出根据本发明示例性实施例的信道扫描的过程的流程图；
图7是示出根据本发明示例性实施例的被动扫描的流程图；
图8是示出根据本发明示例性实施例的信道扫描的示例的示图；以及
图9是示出根据本发明示例性实施例的信道扫描的另一示例的示图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的示例性实施例。通过参照参考附图详细说明的示例性实施例，本发明的方面及实现这些方面的方法将变得清楚。然而，本发明不限于在此公开的示例性实施例，而是可按多种形式来实现。在描述中定义的诸如详细结构和部件的主旨仅被提供以帮助本领域普通技术人员全面理解本发明，本发明仅由所附权利要求的范围所定义。在本发明的整个描述中，相同的标号在不同的附图中始终表示相同部件。
图2是示出根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备的一部分栈结构的示图；
图2的栈结构包括媒体访问控制(MAC)层210、基带层220、以及射频(RF)层230。
如果从MAC层210的上层或MAC层210请求信道扫描，则可执行用于信道搜索的信道扫描。这样的信道扫描分为主动扫描和被动扫描。在主动扫描的情形中，MAC层210可设置用于信道扫描的搜索帧。例如，如果MIMO通信设备符合IEEE 802.11标准，则MAC层210可设置用于主动扫描的探测请求帧。
图3示出IEEE 802.11标准的探测请求帧。该探测请求帧包括设置业务集ID(SSID)和MIMO通信设备支持的传输率的两个字段。
由MAC层210生成多个搜索帧，生成的搜索帧被发送到基带层220。
基带层220对从MAC层210发送的每一搜索帧执行信号处理(例如调制和快速傅立叶逆变换，以及本领域公知的其它信号处理操作)。
RF层230通过多个天线输出由基带层220处理的搜索帧。RF层230通过多个天线输出多个搜索帧。RF层230分别将独立信道分配给各个天线，从而可将各个搜索帧输出到其各自的对应的信道。因此，根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备使用多个天线来执行独立信道的信道搜索。
可由MAC层210或基带层220来确定搜索帧将被输出到其的信道。
如果从已经接收到搜索帧的通信设备接收到对该搜索帧的响应帧时，RF层230将接收到的响应帧发送到基带层220。
基带层220对从RF层230发送的响应帧执行信号处理(例如解调、快速傅立叶变换、以及本领域公知的其它信号处理操作)，并将处理的响应帧发送到MAC层210。
MAC层210通过响应帧得到关于响应帧被发送到其的信道的状态的信息，并存储得到的信息。如果MIMO通信设备符合IEEE 802.11标准，则响应帧可以是探测响应帧或本领域公知的其它响应帧。
图4示出IEEE 802.11标准的探测响应帧。该探测响应帧可包括在信标帧中包含的所有参数，诸如SSID、跳频(FH)参数集、直扩序列(DS)参数集、无竞争(CF)参数集、以及IBSS参数集。
另一方面，如果信道扫描是被动扫描，则MAC层210处于等待状态以接收信标帧，而不生成搜索帧。此时，MAC层210控制RF层230，从而多个天线分别使用其独立信道。因此，RF层230可接收通过多个信道发送的信标帧。
接收的信标帧被发送到基带层220以经受一系列的信号处理步骤。其后，处理的信标帧被发送到MAC层210。因此，MAC层210通过这些信标帧得到关于信标帧被发送到其的信道的状态的信息，并存储该信息。
下面将参照图5描述根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备。
图5是示出根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备的框图。
MIMO通信设备包括信道扫描请求单元310、帧生成单元320、控制单元330、存储器单元340、以及收发器单元350。
信道扫描请求单元310将对信道扫描的请求发送到控制单元330。此时，信道扫描请求单元310可将信道的列表发送到控制单元330。控制单元330可对在该列表中注册的信道进行信道扫描。
信道扫描可被有规律地或无规律地请求，并且可以是主动扫描或被动扫描。
帧生成单元320在控制单元330的控制下生成用于信道扫描的搜索帧。帧生成单元330可生成多个搜索帧。如果根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备符合IEEE 802.11标准，则由帧生成单元320生成的搜索帧可以是如图3所示的探测请求帧，或本领域公知的其它搜索帧。搜索帧被发送到收发器单元350。
控制单元330控制帧生成单元320和收发器单元350根据来自信道扫描请求单元310的请求执行信道扫描。
如果信道扫描请求单元310请求主动扫描，则控制单元330控制帧生成单元320生成搜索帧。控制单元330指定通过其搜索帧将被输出的信道，并将关于该信道的信息发送到收发器单元350。
如果对搜索帧的响应帧从已经接收到该搜索帧的通信设备被发送，从而由MIMO通信设备接收，则控制单元330通过该响应帧得到关于通过其该响应帧被发送的信道的信息。
如果在输出搜索帧的信道中存在在其中发生接收事件的信道，该接收事件是例如，如果响应帧直到阈值时间过去之后才被发送，或者响应帧被发送，并且因此由MIMO通信设备接收这样的接收事件，则控制单元330指定将被切换到的新的信道。此时，控制单元330控制帧生成单元320生成新的搜索帧，并将关于新的搜索帧将通过其被输出的新的信道的信息发送到收发器单元350。该操作被重复，直到完成对所有信道的信道扫描。
另一方面，如果信道扫描请求单元310请求被动扫描，则控制单元处于等待状态以通过收发器单元350接收信标帧。控制单元330将关于将要接收信标帧的信道的信息发送到收发器单元350。如果收发器单元350接收到信标帧，则控制单元330可通过该信标帧得到关于通过其信标帧被发送并因此被接收的信道的状态的信息。
如果在被指定为等待状态以接收信标帧的信道中存在在其中发生接收事件的信道，该接收事件是例如，在阈值时间过去之前未接收信标帧的信道，或接收信标帧的信道这样的事件，则控制单元330指定将切换到的新的信道。控制单元330经由所述新的信道将关于处于等待状态以接收信标帧的新的信道的信息发送到收发器单元350。重复此操作直到完成对所有期望的信道的信道扫描。
如果收发器单元350使用多个天线352之一来执行SISO通信，则控制单元330可控制收发器单元350通过其余天线来执行信道扫描。
存储器单元340存储关于由控制单元330通过响应帧或信标帧标识的信道状态的信息。此外，存储器单元340可存储将被搜索的信道的列表。
收发器单元350包括多个天线352。在主动扫描的情形中，收发器单元350使用多个天线352来发送由帧生成单元320生成的搜索帧，并接收对该搜索帧的响应帧。因此，收发器单元350可同时发送多个搜索帧。收发器单元350为各个天线分配独立信道，从而多个搜索帧可分别通过它们各自的信道被输出。收发器单元350可从控制单元330获得用于输出搜索帧的信道的列表。
如果控制单元330执行信道切换，则收发器单元350在控制单元330的控制下将分配给特定天线的信道切换到新的信道。收发器单元350通过相应的天线通过所述新的信道发送搜索帧或接收响应帧。关于所述新的信道的信息可从控制单元330被发送到收发器单元350。
在被动扫描的情形中，收发器单元350使用多个天线352接收信标帧。收发器单元350将独立信道分配给各个天线，从而该各个天线可分别接收信标帧。收发器单元350可从控制单元330获得用于接收信标帧的信道的列表。
如果控制单元330执行信道切换，则收发器单元350在控制单元330的控制下将分配给特定天线的信道切换到新的信道。收发器单元350通过相应的天线从所述新的信道接收信标帧。关于所述新的信道的信息可从控制单元330被发送到收发器单元350。
同时，如果控制单元330在SISO通信期间使用多个天线352之一来执行信道扫描，则收发器单元350使用其余天线来发送搜索帧或接收信标帧。
下面将参照图6描述根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备的信道扫描过程。
图6是示出根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备的信道扫描过程的流程图。
如果从信道扫描请求单元310请求信道扫描(操作S110)，则MIMO通信设备根据对信道扫描的请求通过独立地使用多个天线来对多个信道执行扫描。
如果信道扫描被请求(操作S110)，则控制单元110确定请求的信道扫描是否是主动扫描(操作S115)。
如果请求的信道扫描是主动扫描，则帧生成单元320在控制单元330的控制下生成搜索帧(操作S120)。
控制单元330指定通过其由帧生成单元320生成的搜索帧将被输出的信道(操作S125)。
如果关于通过其搜索帧将被输出的信道的信息从控制单元330被发送，则收发器单元350将由控制单元330指定的信道分配给多个天线352，并将搜索帧发送到被分配了所述信道的天线(操作S130)。此时，收发器单元350分别为各个天线分配独立信道，从而多个天线352通过各个信道发送搜索帧。
此外，如果使用多个天线352之一来执行SISO通信，则收发器单元350可为其余天线分配信道，并通过所述其余天线发送搜索帧。
如果存在在其中发生接收事件的信道，例如，接收响应帧(操作S135)或直到阈值时间过去之后才接收响应帧(操作S140)的信道，则控制单元330得到关于相应的信道的状态的信息(操作S145)，并可将其存储在存储器单元340中(未示出该操作)。
其后，如果存在用于搜索的其余信道(操作S150)，则控制单元330控制帧生成单元320生成新的搜索帧，并将接收了响应帧或直到阈值时间过去之后才接收响应帧的信道切换到新的信道(操作S155)。
因此，收发器单元350将由控制单元330指定的新的信道分配给被分配了接收到响应帧或在阈值时间过去之后才接收到响应帧的信道的天线，并通过被分配所述新的信道的天线来发送搜索帧(S130)。
对每一天线352独立地执行这样的信道切换。
现将参照图7描述被动扫描(由信道扫描请求单元310请求)。
在被动扫描的情形中，控制单元330指定将要接收信标帧的信道(操作S210)，并处于等待状态以接收信标帧(操作S220)。
收发器单元350将由控制单元330指定的信道分配给多个天线352。收发器单元350将独立信道分配给各个天线，从而天线352可从独立信道分别接收信标帧。
此外，如果使用多个天线352之一来执行SISO通信，则收发器单元350可将所述信道分配给其余天线，并通过它们接收信标帧。
如果在分配给天线352的信道中存在在其中发生接收事件的信道，该接收事件是例如如果接收信标帧(操作S230)或在阈值时间过去之后才接收信标帧(操作S240)这样的事件，则控制单元330得到关于相应的信道的状态的信息(操作S250)，并可将其存储到存储器单元340。
如果存在将被搜索的其余信道(操作S260)，则控制单元330将接收到信标帧或直到阈值时间过去之后才接收信标帧的信道切换到新的信道(操作S270)。
因此，收发器单元350将由控制单元330指定的新的信道分配给被分配了接收信标帧或在阈值时间过去之后接收信标帧的信道的天线，并且控制单元330处于等待状态以通过被分配所述新的信道的天线来接收信标帧(操作S220)。
对每一天线352独立执行这样的信道切换。
图8示出根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备的信道扫描的示例。
如图8所示，在根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备中，按多个天线被独立地用于执行对于每个天线的独立信道的切换的方式来执行信道切换。
图9示出根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备的信道扫描的另一示例。
如图9所示，在根据本发明示例性实施例的MIMO通信设备中，通过多个天线之一来执行SISO通信，同时通过其余天线来执行信道扫描。
如上所述，在本发明示例性实施例中，由于同时对多个信道执行扫描，所以能够减少MIMO通信设备的信道扫描时间。
虽然已经为了示例性目的而描述了本发明示例性实施例，但本领域技术人员应理解，在不脱离在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。

Claims (18)

1.一种MIMO通信设备的信道扫描方法，该方法包括：
接收对信道扫描的请求；
通过独立地使用多个天线来同时扫描多个信道；
确定请求的扫描是主动扫描还是被动扫描；
如果信道扫描是主动扫描，则扫描多个信道的步骤包括：
生成搜索帧；
分别为所述多个天线分配不同的信道；以及
通过所述多个天线发送生成的搜索帧。
2.如权利要求1所述的信道扫描方法，其中，如果在被分配给所述多个天线的信道中存在在其中发生接收事件的信道，则扫描所述多个信道的步骤还包括：
将新的信道分配给被分配了在其中发生接收事件的信道的天线；以及
通过被分配所述新的信道的天线来发送搜索帧。
3.如权利要求2所述的信道扫描方法，其中，接收事件是接收对搜索帧的响应帧。
4.如权利要求2所述的信道扫描方法，其中，接收事件是在阈值时间内没有接收响应帧。
5.如权利要求1所述的信道扫描方法，其中，如果在多个天线中存在执行SISO通信的天线，则通过独立地使用多个天线中的除了执行SISO通信的天线之外的天线来对多个信道同时进行扫描。
6.一种MIMO通信设备的信道扫描方法，该方法包括：
接收对信道扫描的请求；
通过独立地使用多个天线来同时扫描多个信道；
确定请求的扫描是主动扫描还是被动扫描；
如果信道扫描是被动扫描，则扫描多个信道的步骤包括：
将不同的信道分别分配给多个天线；以及
等待以通过所述多个天线接收信标帧。
7.如权利要求6所述的信道扫描方法，其中，如果在被分配给多个天线的信道中存在在其中发生接收事件的信道，则扫描多个信道的步骤还包括：
将新的信道分配给被分配在其中发生接收事件的信道的天线；以及
等待以通过被分配所述新的信道的天线接收信标帧。
8.如权利要求7所述的信道扫描方法，其中，接收事件是接收信标帧。
9.如权利要求7所述的信道扫描方法，其中，接收事件是在阈值时间内没有接收信标帧。
10.一种MIMO通信设备，包括：
控制单元，如果输入对信道扫描的请求，则其为所述扫描指定信道；
帧生成单元，如果信道扫描是主动扫描，则其生成搜索帧；以及
收发器单元，包括多个天线，用于将由控制单元指定的信道分配给多个天线，以通过多个天线来发送由帧生成单元生成的搜索帧，并接收对发送的搜索帧的响应帧；
其中，收发器单元分别为多个天线指定不同的信道，并且控制单元控制帧生成单元和收发器单元独立地使用多个天线来同时扫描多个信道。
11.如权利要求10所述的MIMO通信设备，其中，如果在被分配给多个天线的信道中存在在其中发生接收事件的信道，则控制单元指定在其中发生接收事件的信道将被切换到的新的信道，并且收发器单元将所述新的信道分配给被分配了在其中发生接收事件的信道的天线，并通过被分配所述新的信道的天线来发送搜索帧。
12.如权利要求11所述的MIMO通信设备，其中，接收事件是接收对发送的搜索帧的响应帧。
13.如权利要求11所述的MIMO通信设备，其中，接收事件是在阈值时间内没有接收响应帧。
14.如权利要求10所述的MIMO通信设备，其中，如果信道扫描是被动扫描，则控制单元处于等待状态以通过收发器单元接收信标帧，并且帧生成单元不生成搜索帧。
15.如权利要求14所述的MIMO通信设备，其中，如果在被分配给多个天线的信道中存在在其中发生接收事件的信道，则控制单元指定该信道将被切换到的新的信道，收发器单元将由控制单元指定的新的信道分配给被分配了信道的天线，并通过被分配所述新的信道的天线来接收信标帧。
16.如权利要求15所述的MIMO通信设备，其中，接收事件是接收信标帧。
17.如权利要求15所述的MIMO通信设备，其中，接收事件是在阈值时间内没有接收信标帧。
18.如权利要求10所述的MIMO通信设备，其中，如果在多个天线中存在执行SISO通信的天线，则收发器单元将由控制单元指定的信道分配给所述多个天线的除了执行SISO通信的天线之外的天线。
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