CN1855745B - 操作提供环绕其覆盖的无线站中多个定向天线的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种无线站，其具有与多个定向天线中的每一个关联的接收器以及网络分配向量。接收器同时侦听来自远程站的帧。当任一接收器检测到来自远程站的帧时，该接收器启动其关联的NAV。所述站具有可以使用天线进行发射的一个或更多个发射器。当使用天线发射信号时，与任何非发射天线关联的接收器继续侦听来自远程站的信号。所述站从非发射天线接收的信号中删除来自正在进行发射的天线的任何信号。为了进行删除，所述站进行自校准过程。所述站可以通过抑制邻站或者通过在所发送的校准信号中插入空音来进行自校准。

Description

操作提供环绕其覆盖的无线站中多个定向天线的方法和装置

技术领域

本发明针对无线建网。具体地，本发明关于操作使用了定向天线的无线站的方法。

背景技术

近年来无线网络已经非常普及。日益增加的无线网络的使用，连同数量有限的信道以及无节制的频谱使用，其结果是传输之间的干扰日渐成为严重的问题。

使用定向(或者分区)天线是减少干扰并增加无线网络的范围和容量的方法。通常，作为空间频谱再使用的结果，增加了网络容量，并且由于来自定向传输的增益增大，扩展了传输的范围。

已经提出定向天线来改善基于802.11的无线网络的性能。然而，最初的802.11协议并非针对定向天线而设计。它假定将所有帧(RTS/CTS/DATA/ACK帧)作为由所有邻近无线站接收的全向信号进行发送。当使用定向天线时，产生了诸如增大的隐藏站问题(hidden stationproblem)和消音(deafness)问题的新问题。它们增加了冲突的可能性。还没有报导完全在802.11框架内的令人满意的解决方案。需要一种用802.11协议充分发掘定向天线的潜力的新方案。

发明内容

本发明涉及操作具有多个定向天线的无线站的方法。接收器与各天线关联，并且，各接收器同时地侦听来自远程无线站的信号。退避定时器(backoff timer)与各接收器和天线关联。当任一接收器接收到来自远程站的发射时，该站起动与该接收器关联的延时定时器。

当接收器接收到来自远程站的发射时，本地站还可以存储远程站与接收来自该远程站的信号的天线或接收器之间的关联。所述站还可以存储描述了所接收的无线信号的质量的信息。当存储信息时可以根据计时器设置来更新该质量信息。

所述站还包括一个或者更多个发射模块。各模块可以使用多个定向天线中的任一定向天线发射信号。当发射模块使用多个天线中的一个来发射信号时，所述站使用与该发射无关的其他天线继续侦听来自远程无线站的信号。如果其他天线收到由发射模块发射的信号，则所述站可以从接收器处收到的总信号中删除由发射模块发射的信号。为了确定删除什么，所述站可以通过抑制(silence)邻站，然后通过从各个定向天线发射信号来进行自校准过程。此外，可以在不抑制邻站的情况下完成自校准。为了完成该自校准，所述站可以通过将多个空音(null tone)插入校准信号中来检测冲突。

这些以及其他方面和优点(随后将明了)体现在下文中更充分说明和主张的结构和操作的具体细节中，需要参照构成其一部分的附图，在附图中通篇用相同的附图标记表示相同的部件。

附图说明

图1示出具有两个接收模块和一个发射模块的无线站。

图2示出具有两个接收模块和两个发射模块的无线站。

图3示出无线站的网络中的S-MAC站。

图4示出用于操作多个接收器来同时侦听远程无线站的过程。

图5示出用于发射信号的过程。

图6示出用于操作多个接收器来同时侦听远程无线站并存储所接收到的信号的接收质量的过程。

图7示出操作无线站以在一个区中发送信号，同时在其他区中侦听远程无线站的方法。

图8示出校准交叉天线信道系数的方法，该方法包括抑制邻站。

图9示出校准交叉天线信道系数的方法，该方法不包括抑制邻站。

图10示出具有三个接收模块和两个发射模块的无线站的实施例。

具体实施方式

本发明是一种称为分区媒体访问控制(“S-MAC”)的新方案，其使用多个定向天线和多个接收器来提供环绕站的360度覆盖。该方案允许在某些区中进行发射的站在其他区中进行接收。它通过对远程站在所有时间沿所有方向持续监测信道解决了隐藏站问题和消音问题。S-MAC协议适合于自组织模式(ad hoc mode)和基础架构模式(infrastructure mode)，并且可以容易地与使用全向天线的站进行互操作。实际上，S-MAC的分区操作对常规的全向站是透明的。常规站可以在所有站为全向的信念下运行，并且以标准的802.11MAC运行。

将S-MAC站的覆盖区域分成M个区，定向天线i₁至i_M与各个区对应。由于天线的旁瓣和后瓣导致这些区可能交叠。站配备有M个接收模块(“Rx”)以及一个或更多个发射模块(“Tx”)。图1示出S-MAC站100的结构的实施例。图1中示出的实施例包括两个天线8和10，两个接收模块2和4，以及一个发射模块6，所述发射模块6可以使用天线8或者天线10进行发送。各个Rx与对应的天线i连接，从而仅从区i接收信号。Tx模块6可以切换到任何一个天线并发送相应的区中的信号。本发明旨在用于任何类型的无线站中，例如独立型无线网关或者路由器，具有提供无线功能的插入卡的计算机，具有集成的无线硬件的膝上型计算机，具有集成的无线硬件的设备(例如冰箱)，蜂窝电话等等。部分12代表无线站使用的其他单元，诸如处理能力，存储器等。

利用S-MAC可以使用多个发射器来进一步增强性能。图2示出S-MAC站200的实施例，其包括与天线8和10关联的、单独的发射器6和14。此外，在多个发射器不能用同一个天线同时进行发送的限制下，多个发射器可以独立地切换到任何一个天线。

将S-MAC站中的Tx和Rx模块连接到单个MAC模块，并且在物理层(“PHY”)，M个Rx模块可以逻辑地分离。天线可以是固定宽束定向天线或者电控制天线阵列。对于后一种情况，不需要动态成束或者到达角估算。

图3示出无线网络300，其具有S-MAC一节点，即节点A，以及数个其他无线节点，即节点B-E，它们可以是任何类型的无线节点。在本示例中，节点A具有三个定向天线，各自与接收器Rx₁、Rx₂和Rx₃(未示出)关联。这产生了三个区，即区1、区2和区3。在本例中，接收器Rx₁将接收来自节点B的信号。接收器Rx₂将接收来自节点C和E的信号，而接收器Rx₃将接收来自节点D和E的信号。注意，因为来自节点E的信号可被Rx₂和Rx₃两个接收，所以将节点E视为仿佛它在两个区中。

图4示出用于操作多个Rx模块以同时侦听来自远程节点的信号的过程。如操作18所示，当与S-MAC站关联的Tx模块不是在进行发射时，所有Rx模块都从它们各自的天线进行侦听。因为S-MAC站一直沿所有方向侦听从远程站到来的帧，所以它知道在它范围内的所有远程站中哪一个沿它的路线进行了发射。通过检查哪个天线收到该帧，它还知道这些邻站位于哪个区中。

为了实现这个功能，S-MAC站利用与标准的分布式协同功能(“DCF”)过程类似的过程来保持并更新被称为网络分配向量(“NAV”)的退避计时器。与M个区以及N个发射器关联的NAV表具有以下结构：SNAV＝[NAV_TX1，…，NAV_TXN，NAV₁，NAV₂，…，NAV_M]，其中NAV_TX1至NAV_TXN描述对N个Tx模块的分配(忙时)，NAV_i描述对i区中的信道的分配。当任一区中的发射涉及与NAV_TX1至NAV_TXN中的任一个对应的Tx模块时，对所述NAV_TX1至NAV_TXN中的任一个进行设置，其中长度可以等于发射的持续时间(RTS/CTS/DATA/ACK四向交握(four way handshake)时间或者DATA/ACK双向交握(two wayhandshake)时间)。对于区i中发生的任何传输按照标准的DCF过程设置NAV_i，其中长度可以等于传输的持续时间(RTS/CTS/DATA/ACK四向交握时间或者DATA/ACK双向交握时间)，无论传输是涉及S-MAC站自身或者该传输介于任何两个其他节点之间，至少其中一个位于区i中(并且由S-MAC节点的天线i接收其传输)。例如，如操作20-20”所示，如果S-MAC站中的任何Rx接收到在另一对站之间传输的RTS、CTS或者DATA帧，则该站在操作22-22”处相应地设置适当的NAV_i。可能的是，S-MAC站可以用其多于一个的接收器来接收相同的RTS或者CTS。在这种情况下，对这些 区中的所有NAV进行了设置。注意，站不需要区分是传输的源站还是传输的目的地站使用S-MAC。注意，表中没有方向和束宽信息。这是因为各天线的方向和束宽是固定的，所以协议不知道这些信息。为了考虑不同天线的覆盖区域之间的交叠，协议可以利用稍后说明的位置/链路质量表。S-MAC节点使用其SNAV来确定它是否可以启动到其他节点的发射，或者它是否可以肯定地响应(用CTS分组答复)来自其他节点的发射请求。

除了虚拟载波检测，S-MAC站还需要执行物理载波检测(空闲信道评估)，这可以按照802.11标准完成。在S-MAC中，以每区为基础用各自的Rx模块完成物理载波检测。只有相应的Rx检测到物理介质空闲，S-MAC站才能在给定区中发送或者响应RTS帧。

如图5中所示，在S-MAC站用物理和虚拟载波检测(检查NAV_i)确定i区中的信道空闲(32)，并且至少一个Tx模块k(NAV_Txk)空闲之后，它可以通过经由天线i发送RTS来在i区启动到其他站的发射(34)。它相应地设置NAV_Txk以及NAV_i，即操作36和38。如果它用R_xi成功地收到CTS帧，则随后将经由天线i进行DATA/ACK交换。如果没有收到CTS，则它将重置NAV_Txk以及NAV_i。如果S-MAC站经由天线i收到去往它自身的RTS帧，则在它检查到NAV_i以及至少一个Tx模块k(NAV_Txk)空闲后，它可以用CTS分组进行响应。它用RTS分组中通告的持续时间来适当地设置NAV_i 和NAV_Txk。

在S-MAC站可以经由多个天线向其目的地进行发射的情况下，S-MAC站对所有这些区设置NAV。在没有被其他传输阻塞的这些区中(其NAV没有被设置)，S-MAC站选择具有最佳链路质量的区，下面将简单描述。一旦做出决定，S-MAC站将使用该天线用于整个四向交握。例如，如果S-MAC节点想要启动到另一个节点的发射，该另一个节点可以经由天线i或者j(由用户的位置寄存器表示)到达，则它需要检查NAV_i或NAV_j是否未被设置。在这些没有被阻塞的区中，它选择具有到目的地最佳链路质量的区(例如i区)，并经由天线i发送RTS分组，如果Tx(例如Txk)可用的话。它适当地设置NAV_i和NAV_Txk。如果它经由天线i和j从另一节点接 收到去往它自身的RTS分组，则它首先检查NAV_i和NAVj以及NAV_Tx1至NAV_TxN。如果NAV_i和NAV_j没有都被设置，并且用于发射器的NAV中至少一个没有被设置(例如NAV_Txk)，则它将与RTS分组中的持续时间相对应地设置NAV_i、NAV_j以及NAV_Txk，并且用CTS分组进行答复。如果NAV_i或者NAV_j被占用，或者没有可用的Tx(NAV_Tx1至NAV_TxN都被设置)，则它将不响应RTS分组。

如图6中所示，S-MAC站可以知晓各关联邻站的位置(区)以及其链路质量。对于各邻站A，所述邻站可能包括自组网络中的单跳(one-hop)邻站或者采用基础架构模式的关联站，S-MAC站保持位置/链路质量向量：

$L_A=\{(i,q_i^A),(j,q_i^A),...\},$

其中(i，q_i ^A)对表示可以以可接受的链路质量q_i ^A(通过信号强度或者信噪比(“SNR”)测出)经由天线i到达站A。对L_A中的项以递减的链路质量进行排序。每当S-MAC站从A收接到帧时，它估算并比较来自所有天线的接收质量，即操作40和40’，并更新L_A，即操作44。

保持多个区中的位置信息增加了灵活性。例如，如果可以经由一个以上的天线到达A，并且在发射时L_A中第一区在SNAV中被阻塞，则S-MAC站可以经由另一个未被阻塞的区与A通信。这减少了到站A的不必要的阻塞的机会。在不同天线之间的交叠覆盖区实现了这种多样性。注意，由于如旁瓣的天线图案，这些交叠区经常存在。S-MAC可以处理这些交叠，而无需束图案的详细信息。

设想由另一站向S-MAC站启动四向交握，并且在S-MAC站由Rx_i接收RTS帧。首先，检查NAV_i和NAV_Tx。如果它俩(以及物理载波检测)都空闲，则将由Tx经由天线i发送CTS帧，并且用RTS中的发射场的持续时间来更新NAV_i和NAV_Tx。接收RTS或者CTS的其他站(全向或者S-MAC)将更新它们的NAV并考虑该信道保留。确保了信道后，启动交握的站开始发送DATA帧，S-MAC站将用Rx_i进行接收。在成功地收到DATA帧后，S-MAC站经由区i发送其ACK。另一方面，如果S-MAC站发现NAV_i或者NAV_Tx 忙，则它将不响应RTS，并且其SNAV保持不变。在这种情况下，发送RTS的站将退避。

如果RTS被一个以上的Rx模块成功接收，例如Rx_i和Rx_j，并且所有 这些区中信道可用，如果S-MAC站发现在Rx_i中接收质量最佳(通过RTS帧的SNR测出)，则它将在区i中发送CTS。这可能发生在该其它站在区i和j的交叠区中的情况下。当在区i中发送CTS时，NAV_i、NAV_j和NAV_Tx 全被更新。S-MAC站可能在不同区中成功地接收来自不同邻站的一个以上的RTS帧。它可以根据这些区中的信道可用性以及诸如链路质量和用户优先级的因素在竞争者中进行选择。然后它经由相应的天线向被选中的目标发送CTS，而忽略其余的。

为了处理用户移动性，S-MAC站使计时器T_A与STA_A站的L_A关联，使L_A软状态(soft-state)。计时器的持续时间取决于观测到的站的移动性历史，并且因站而异。每当从STA_A收到帧时，重置T_A并更新L_A，如图6中操作44所示。在当一段时间内没有从STA_A接收到帧时，T_A期满。当T_A 期满时，不擦除L_A，但是将其标记为失效，并留作将来参考。

例如，对于用作接入点(“AP”)的站，如果在T_A期满之后AP需要启动到STA_A的传输，则AP将首先尝试联系在L_A中列出的区中的STA_A。AP可以使用序列搜索方法进行搜索，从L_A中的第一区开始，然后在确定了STA不在该第一区中之后继续移动到L_A中的下一个区。例如，AP可以在以递增的退避时间间隔发送了8个未响应RTS帧之后继续移动。

另一种方法是在L_A中列出的所有区中并行搜索。当使用单个发射器TX时，AP可以在所有区中复用RTS帧。通过复用，它试图在所有这些区中尽快地进行搜索。在给定的区中，RTS帧之间的退避时间间隔和重新发射的限制需要遵照802.11规范。使用复用搜索算法，如果该站在正被搜索的区之一中，则它可能比序列搜索算法被快得多地定位，并且开销更低；如果STA不在这些区中，则这可以以相同的开销被快得多地检测到。如果在L_A中列出的区中没有找到STA_A，则AP将在剩余的区中启动穷举搜索。如果无论何处也不能到达STA_A，则AP将判定STA_A已经离开了其覆盖区或者被关闭。然后AP将终止STA_A的关联。

注意，WLAN网络中的完全漫游解决方案包括MAC层和网络层，因为站可能从一个AP的覆盖区移动到另一个AP的覆盖区，以及从AP的一个区移动到同一AP的另一区。对于第一种情况(AP间的切换)，两个AP需 要交换另外的信息，诸如网络层分组，对于如认证这样的任务，上下文传递以及移动IP(或者其他网络层移动性管理协议)切换。对于第二种情况(区之间的切换)，S-MAC AP只需要通过仅更新位置/链路质量向量，在MAC层将站从一个区切换到另一个区，使其对于网络层是透明的。

当S-MAC站100从事不同区中的传输的同时，它可以继续监测其他区中的信道。例如，当Tx正在一个区(例如区1)中进行发射时，Tx和Rx₁将仍然以时分双工模式运行，但是剩余的M-1个Rx模块继续在它们的区中侦听。由于如旁瓣的天线图案，剩余的Rx模块可能接收到Tx发射的信号。因此，这些剩余的站可能需要删除由Tx引起的干扰。注意，在具有多个发射器的实施例中，在每个Rx处，需要删除来自多个同时传输的干扰。图7示出在具有天线1至M的站中的这个过程。一旦站确定了一个区是空闲的(50)，则站使用与该区对应的天线发射信号(52)。然而，因为接收模块Rx₂至Rx_M可能接收在区1中发射的信号，因此在操作54至55，站从Rx₂至Rx_M接收的任何信号中删去与从Tx发射的信号对应的分量。

可以在PHY层进行自干扰的删除。用S-MAC，当Tx正在另一区j中进行发射的同时，Rx_i继续正确地进行接收。如果Rx_i删去了由Tx引起的干扰，则这可以实现。由于Rx_i和Tx模块是同一PHY层的部件，并且被相同的MAC模块控制，因此Rx_i知道所发射的信号。因此Rx_i只需要估算天线i和j之间的信道增益G_ij来删除Tx信号。对于基于例如802.11a或g的方案的正交频分复用(“OFDM”)，对不同区之间的给定信道增益应用快速傅立叶变换(“FFT”)之后，可以在Rx中容易地完成Tx信号的删除。注意，所有802.11(a/b/g)PHY层已经要求了信道估算。每一个帧从PLCP前同步码(SYNC序列)开始，其用于接收器的信道估算。这里使用类似的SYNC序列。将从一个天线到另一个天线的信道估算称为自校准，因为发射器和接收器都属于同一站。

为了适当地估算信道，S-MAC站需要确保它自身的校准信号不被其他信号损坏。下面描述两种方案，二者都确保无干扰的自校准。一种工作在MAC层并适用于所有类型的PHY，另一种工作在PHY层并适用于基于 OFDM层的PHY层，如802.11a/g。

图8示出MAC辅助的自校准。S-MAC站100在启动自校准之前遵照常规的载波检测/退避过程。首先，它在每个区中循环地发射RTS帧以抑制邻站(60)。接着，它在所有区中循环地发射训练码元(training symbol)(SYNC)，用于天线对之间的信道估算(62)。由于在M个区中逐个地发送RTS，因此所通告的RTS帧的持续时间字段将逐渐减小，但是持续时间需要足以使该区中的站退避，直到已经在所有M个区中都已发射了SYNC码元。在发送了循环的RTS帧之后，循环地发射SYNC码元。当在区i中发送时，在其他区中接收信号(64-64”)的每个Rx_j(j≠i)可以估算信道增益G_ij(即66-66”)，或者删除所需的任何其他参数。考虑信道对称G_ij＝G_ji，可以选择任一个来平均G_ij和G_ji以减小估算误差，或者仅在一半的区中发送SYNC以降低开销。调用此程序的频繁程度取决于无线电传播环境的动力学。由于在MAC层完成信道保留，因此它适用于所有PHY层。

另一种方案称为用于OFDM的编码导频音辅助自校准，并且如图9所示。在802.11a和g中使用OFDM来进行传信。在编码导频音辅助自校准方案中，并非首先在MAC层获取介质。因此，自校准易受到来自其他传输的干扰的影响，因此站可以在自校准过程期间检测到冲突。

为了在PHY层检测冲突，将编码导频音(空音)加入训练码元中(70)。这种冲突检测方法的关键是生成二进制随机序列X并使用该序列将空音插入训练码元中的位于与序列中的0对应的位置处。例如，对于802.11a系统，生成长度为52的序列，并将其映射到52个子载波(除DC音以外)，用于信道估算和冲突检测。例如，使得

X_{-26，26}＝{x_-26，...，x_-1，0，x₁，...x₂₆}，其中x_i＝0或者1。

序列中的每个0代表空导频音(无信号发射)，序列中的每个1被映射到导频音并用BPSK码元进行调制。导频音的调制遵照802.11a中的PLCP前同步码(SYNC)的长训练码元：

L_{-26，26}＝{l_-26，...，l_-1，0，l₁，...l₂₆}，其中l_i ∈{1，-1}，

并且

L′_{-26，26}＝{l′_-26，...，l′_-1，0，l′₁，...l′₂₆}，其中l_i′＝x_i*l_i(-26≤i≤26)。

换言之，802.11a中SYNC的长OFDM训练码元L_{-26，26}通过空音在频域被刺穿(puncture)，所述空音的位置由随机序列中的0确定。编码的SYNC字L’_{-26，26}用于信道估算和冲突检测。可以向SYNC序列加入另外的长训练码元，用于更好的估算。

在遵照了标准信道检测和退避之后，经由天线i发送编码的SYNC(72)。其他区中的接收码元(74-74’)的每个接收器Rx_j(j≠i)可以使用空音检测可能的冲突(76-76’)，并且随后使用导频音估算信道增益G_ij。如果通过Rx_j检测到空音中大的能量，则检测到冲突(82-82’)，并且因此天线i和j之间的信道估算无效。一旦检测到冲突，在AP稍后确定了信道可用之后可以重复自校准过程(84-84’)。如果没有检测到冲突(78-78’)，则通过导频音之间进行插值来获得天线I与j之间的信道估算(80-80’)。这种方案允许在信道估算的同时在空音中进行空闲信道评估(CCA)。

使用随机设置的空音使得容易用另一S-MAC站发送的自校准信号来检测冲突，以及用常规帧来检测冲突。站可以使用其MAC地址和当前时间戳作为种子来生成其(伪)随机序列。这降低了两个站同时选择同一序列的可能性。如果在序列中有太多的0或者太多的0相邻，则应当丢弃该序列并应当生成新的序列。

与MAC控制的自校准方案类似，可以从信道对称性中得到好处，并仅在一半的区中发送SYNC帧。可以连续地或者单独地发送M(或者M÷2)个SYNC字。可能的是，当发送SYNC时冲突可能仅在某些接收器中发生。在这种情况下，仅需要重复自校准过程来填充有冲突的部分。在没有MAC开销的情况下，信道使用远少于AAC控制的方案。使用802.11a，发送SYNC所需的时间仅为16us。即使在考虑了由于冲突引起的所需重复尝试之后总开销也很小。自校准的频繁程度取决于环境(诸如附近的反射器)改变的频繁程度。即使以相对高的速率进行自校准开销也非常小。

当天线之间的耦合很大时，Tx将向Rx呈现更强的干扰。这需要接收器具有更大的动态范围。因此，具有小交叉相关的天线构造是优选的。通过Tx的最大发射功率(“MaxTxPwr”)、不同天线之间的串扰(“CxTlk”)、 需要的最小接收器灵敏度(“MinRxPwr”)以及OFDM信号的峰值与平均值之比(“PAR”)来确定Rx处的动态范围(DR)，其中

DR＝MaxTxPwr-CxTlk-MinRxPwr+PAR。

例如，考虑具有MinRxPwr＝-82dBm，PAR＝10dB的802.11a信号。如果MaxTxPwr＝15dBm并且CxTk＝23dB，则DR＝84dB，其可以由14位表示。具有65Msps的14位ADC对于此应用已足够，并且可以买到现货。对于3个区的情况考虑来自定向发射的增益，通过全向天线可以获得另外4.7dB的增益。这等效于全向设置中的19.7dBm发射功率。在通常的室外环境中，传播损耗正比于距离的四次方，这比具有全向天线的常规站多覆盖73％的区域。这对于基础架构模式中的接入点尤其有吸引力，在基础架构模式中较高的容量和较大的覆盖区域很重要。

由于S-MAC站一直在所有方向侦听到来帧，它知晓其范围内沿其路线进行发射的所有站。这与具有全向天线的常规站相同。通过检查哪个天线收到帧，它还可以知道这些邻站位于哪个区中。然而，S-MAC站可以发送与全向站所发送的相同类型的邻站发现帧(如基础架构模式中AP发送的信标信号或者自组模式中发送的Hello帧)。在这些实施例中，S-MAC站可以在每个区中发送一次发现帧，使它自身被所有方向的邻站知晓。此额外开销(发送邻站发现帧M次)使得邻站发现过程仅比只具有全向站的网络中的开销稍多。

图10示出本发明的另一个实施例，其使用两个发射模块Tx₁和Tx₂，以及三个接收器Rx₁、Rx₂、Rx₃。该图示出人们可以构造发射模块、接收模块以及可能构成S-MAC站的各种其他组成部分的一种可能方式。

该系统还包括永久或者可拆除的存储器，诸如磁盘或光盘、RAM、ROM等，本发明的处理和数据结构可以在其上存储并发布。也可以通过例如从网络(诸如因特网)下载来发布该程序。

S-MAC协议不改变经过空中传输的MAC消息格式。这使得S-MAC节点与使用全向天线和标准802.11MAC协议的节点完全可互操作。因此，使用全向和定向天线的混合来操作网络节点是可行的，并且可以将S-MAC节点逐渐地引入已经使用的网络以增大其容量而不会引起不兼容的问 题。

本发明的许多特征和优点从详细的说明书而明了，因此，所附权利要求意在覆盖落入本发明的真实的精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域技术人员可以容易地想到很多修改和变型，因此并不希望将本发明限制到所示和所述的确切构造和操作，因此认为所有适当的修改和等同物落入本发明的范围。此外，本发明通过引用并入以下论文，“Enhancing 802.11 Wireless Networks with DirectionalAntenna and Multiple Receivers”，by Chenxi Zhu，Tamer Nadeem，andJonathan Agre，Fujitsu Laboratories of America，TechnicalMemorandum No：FLA-PCR-TM-21。

相关申请的交叉引用 

本发明涉及2005年4月8日在美国专利商标局提交的美国临时申请No.60/669,381，并要求其优先权，在此通过引用将其内容并入。 

Claims (14)

1.一种操作基于IEEE 802.11族的无线站的方法，该无线站包括多个定向天线，该方法包括以下步骤：

使第一退避计时器与第一接收器关联，该第一接收器与第一定向天线关联；

使第二退避计时器与第二接收器关联，该第二接收器与第二定向天线关联；

操作所述第一和第二接收器以与单独的媒体访问控制模块通信；

当通过所述单独的媒体访问控制模块操作所述第二接收器以对于来自远程无线站的发射进行监测、并且当使用所述第二定向天线发射信号时，操作所述第一接收器，以通过所述单独的媒体访问控制模块对于来自远程无线站的发射进行监测；

响应于所述第一接收器检测到来自远程无线站的发射，启动所述第一退避计时器；以及

响应于所述第二接收器检测到来自远程无线站的发射，启动所述第二退避计时器。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

在操作第一接收器以监测来自远程无线站的发射的同时，操作第二接收器以监测来自远程无线站的发射。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

响应于第一接收器检测到来自远程无线站的发射，存储将第一接收器与被检测到的远程无线站相关联的数据。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

一旦将所述第一接收器与被检测到的远程无线站相关联，就启动第三计时器；以及

在所述第三计时器期满后，从第一定向天线发射第一搜索信号并且从第二定向天线发射第二搜索信号。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

响应于第一接收器检测到来自远程无线站的发射，存储描述由第一接收器从被检测到的远程无线站接收的信号质量的数据。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

根据所存储的数据选择所述第一或第二定向天线中的一个；以及

从被选中的定向天线发射信号。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

从由所述第二定向天线输出的任何信号中进行删除，从所述第二定向天线的删除量，表示能被所述第二定向天线接收的由所述第一定向天线发射的信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中由包括以下步骤的方法来确定删除量的参数：

从第二定向天线发射训练信号；

在第一定向天线处接收所述训练信号；以及

根据在第一定向天线处所接收的训练信号的值来确定在第二定向天线与第一定向天线之间的信道的信道参数；并且

根据在第二定向天线与第一定向天线之间的信道参数和由第一定向天线发射的信号来确定所述删除量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述用于确定删除量的参数的方法还包括：

在发射所述训练信号之前，通过从所有定向天线发射信道保留信号来抑制任何相邻远程站。

10.根据权利要求8所述的方法，其中按照正交频分复用多载波调制发送所述训练信号，并且所述用于确定所述删除量的参数的方法还包括：

作为包括在正交频分复用多载波的所述训练信号中的空音，发射无信号的子载波；以及

确定在第一定向天线处接收的所述训练信号中是否在所述空音的所述子载波位置包括除空音外的其他信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其中基于在对应于训练信号中的所述空音的所述子载波处接收的除空音外的其他信号检测冲突。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括：

当远程无线站不能对从第一定向天线发射的帧进行响应时，从第一定向天线发射第一搜索信号并从第二定向天线发射第二搜索信号。

13.根据权利要求1所述的方法，其中使所述多个定向天线及各自的接收器与所述单独的媒体访问控制模块通信，并且

基于一删除量删除在任何发射定向天线与接收定向天线之间的干扰，该删除量基于在所述发射定向天线与所述接收定向天线之间的信道参数和由所述发射定向天线发射的信号来计算。

14.根据权利要求7所述的方法，其中所述删除基于在所述第一和第二定向天线之间的信道估算，且所述信道估算包括：

以所述第一定向天线接收从所述第二定向天线在子载波中发射了作为空音的无信号的正交频分复用多载波信号；

响应于确定了所接收到的正交频分复用多载波信号在由第二定向天线发射作为空音的无信号所用的子载波中包含除空音外的其它信号，将来自第一定向天线的发射与来自远程天线站的发射同时发生检测为冲突；以及

按照所检测的冲突重复信道估算。

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