CN1871793B - 以天线分集模式操作无线通信网络的发射/接收站的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于以天线分集的模式操作无线通信网络的发射/接收站3的方法，此站具有多个接收天线4，所述方法在于：相继地在每个接收天线上收听网络的两个其它发射/接收站1和2之间的通信，然后分析每个接收天线上的收听质量，以便从所述多个接收天线中识别与所述其它两个发射/接收站之一建立最佳通信链路的接收天线。

Description

以天线分集模式操作无线通信网络的发射/接收站的方法
技术领域
本发明涉及一种用于以天线分集的模式操作无线通信网络的发射/接收站的方法。
更具体地说，本发明意欲用于使用IEEE802.11美国标准或ETSI(“欧洲电信标准协会”)的Hiperlan/2欧洲标准的无线通信网络，其中，在网络的站之间存在直接链路。
背景技术
具体地说，在IEEE802.11标准的情况下，无线通信网络可以是“自组织(ad hoc)”网络，在该网络中，不存在接入点，并且每个站可以与该网络的所有其它站通信。也可以使通信网络集中化(即，BSS代表“基本服务集”)。在此情况下，站仅与“AP”类型的一个站(“接入点”)通信。
对于Hiperlan/2标准，站可以是两种类型：“CC”类型的站(“中央控制器”)和MT类型的站(“移动终端”)。
此外，通信链路可以是三种类型：“下行链路”类型的链路(从CC站到MT站的下行链路)；“上行链路”类型的链路(从MT站到CC站的上行链路)；“直接链路”类型的链路(两个MT站之间的直接链路)。
在这种无线通信网络中，网络的两个站之间的通信链路可能会被诸如人的经过之类的障碍物切断，这有可能影响网络的性能。为了使网络对噪声和干扰比较不敏感，网络的每个站以天线分集的模式操作，并且定期地从其多个接收天线中识别与网络的其它发射/接收站建立最佳通信链路的接收天线。
在IEEE802.11标准中，网络的固定或移动台、更具体地说是计算机和接入点(或网络节点)之间的通信通过传递以下帧来进行：
-大小较小的控制帧，例如：所谓的“RTS”和“CTS”帧，其分别代表“请求发送(Request To Send)”和“清除发送(Clear To Send)”，用来控制对媒体的访问；以及“ACK”，其代表用于证实数据接收的“确认”，
-数据帧，即所谓的“DATA”帧，用于数据的传输，并且有可能包含大量信息，
-管理帧，用于交换网络管理信息。
被称为“DCF”(“分布式协调功能”)的网络站之间的通信机制(即，用于访问通信介质的机制)使用“CSMA/CA”通信协议(“具有冲突避免的载波侦听多点接入”)并在下文中进行描述：
-希望将数据传送给第二站的第一站将RTS帧发送给处于其发射辐射中的所有站，以便将通信介质预留某个持续时间。RTS帧包含“MAC ID”发射站的标识符(“媒体访问控制标识”)、和接收这些数据的站的标识符以及这两个站之间的通信的持续时间。
-如果所述介质空闲，则第二站响应处于其发射辐射中的所有站，以便利用包含与RTS帧相同的信息的CTS帧来发信号通知其接受了所述数据的传递。
-除了正在通信的这两个站之外，已经接收到RTS或CTS帧中的至少一个的所有站基于所接收的信息建立它们的“NAV(网络分配矢量)”指示符，即它们在其中停止所有活动以便不打扰数据传递的周期。
-在接收到CTS帧之后，第一站在一个或多个DATA帧中传送要传递给第二站的数据。
-第二站接收该数据，并将ACK帧传送给第一站，以便发信号通知所述数据的正确接收。
在编号为1335545的公开的欧洲专利申请中，以天线分集的模式操作的接收站在进行DATA帧的传输之前使用由发射站生成的测试帧。这些测试帧用于从所述多个接收天线中识别与发射站建立最佳通信链路的接收天线。该识别机制基于在测试帧的接收方面对信号功率的测量(所谓的“RSS”测量-“接收信号强度”)。该识别机制可以通过对也组成已知序列的前导码进行测量而更加有效。使用此方法，测试帧的传输占用了带宽，从而降低了网络的性能。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于以天线分集的模式操作无线通信网络的发射/接收站的方法，利用该方法，没有必要使用特定的测试帧。
出于这一目的，本发明是一种以天线分集的模式操作无线通信网络的发射/接收站的方法，此站具有多个接收天线。该方法在于：
·相继地在每个接收天线上收听网络的两个其它发射/接收站之间的通信，
·分析每个接收天线上的收听质量，以便从所述多个接收天线中识别与所述其它两个发射/接收站之一建立最佳通信链路的接收天线。
根据本发明的特定实施例，网络的这两个其它发射/接收站之一是网络的接入点。
根据本发明的另一实施例，当接收到确认帧时证实对收听质量的分析。
利用此方法，在所述站中，在其不活动的周期(即，由NAV指示符限定的被预定的介质的周期)期间进行对用于以天线分集的模式操作的接收天线的选择。利用根据本发明的方法，所述站不再使用测试帧来以天线分集的模式操作。因此，根据本发明的方法有助于提高无线通信网络的性能，而不使带宽下降。
根据本发明的方法可以表现出以下特征：
·对收听质量的分析基于在来源于所述其它站的帧的接收方面对信号功率的测量；
·对收听质量的分析基于来源于所述其它站的帧的数据与预定数据的比较。
根据本发明的一个实施例，对于第一个测试的天线，对收听质量的分析基于在来源于其它站的帧的接收方面对信号功率的测量和前导码与预定数据的比较的组合，而对于要测试的其它天线，对收听质量的分析基于在来源于所述其它站的帧(DATA)的接收方面对信号功率的测量。
根据特定实施例，第一个测试的天线是其所述相关联的测量组合是最旧的一个的天线。
根据另一特定实施例，前导码与预定数据的比较是相关性测量。
本发明扩展到被具体设计用于实现上文所述的本发明的方法的发射/接收站、以及包括这种发射/接收站的无线通信网络。
附图说明
现在更详细地描述本发明，并且本发明由附图示出。
图1非常概略地示出了根据本发明的、具有发射/接收站的无线通信网络。
图2是图示根据本发明的、用于以天线分集的模式操作站的方法的第一实现的非常概略的示意图。
图3是图示根据本发明的、用于以天线分集的模式操作站的方法的第二实现的非常概略的示意图。
图4是图示根据本发明的、用于以天线分集的模式操作站的方法的第三实现的非常概略的示意图。
具体实施方式
在图1中图示了根据本发明的、具有发射/接收站3的无线通信网络的拓扑，所述发射/接收站3具有多个接收天线4。在此无线通信网络中，示出了能够互相通信的两个其它站1和2。当然，根据本发明的无线通信网络可以包括更大数目的站。站1至3可以是固定或移动的，例如计算机、网络的接入点或者音频和视频设备。网络的接入点被定义为网络的通信管理者。
图1中的圆圈5概略地表示当站1传送RTS和DATA帧时站1的发射天线的发射辐射。以相同的方式，利用圆圈6来表示当站2传送CTS和ACK帧时站2的发射天线的发射辐射。
如可以在图1中看到的那样，站3被放置在站1和2的辐射区域中，使得在站1和2之间的通信期间，站3可以接收RTS、CTS、DATA和ACK帧。
根据本发明，站3使用在站1和2之间交换的帧在其接收天线4中识别与例如站1建立最佳通信链路的天线。
图2是图示根据本发明的、用于以接收天线分集的模式操作站3的方法的第一示例实现的示意图。
在7，站3拾取由站1发送的RTS帧，此RTS帧为站1服务，以便为了与站2通信而预定通信介质。
在8，站3从RTS帧中提取站1的MAC ID地址，并将此MAC ID地址存储在表中，此外，站3从RTS帧中提取NAV指示符(图2中的方框9)。
如上所述，NAV指示符是指示站1和2将交换CTS、DATA和ACK帧的时间的信息项。
在10，站3现在拾取由站2发送的CTS帧。站3也可以从此CTS帧中提取站1的MAC ID以便将其以及NAV指示符的持续时间存储在所述表中。另外，站3从CTS帧中提取同样指示站1的MAC ID的“RA”(“接收机地址”)。
在11，站3现在处于收听在站1和2之间交换的DATA帧的阶段，并且在第一接收天线4上拾取由站1发送的第一DATA帧。
在12，站3通过测量DATA帧的接收方面的信号功率，进行对天线4上的收听质量的分析，并且在13，站3将此测量结果记录在与当前接收天线4的标识符相对应的表中。站3通过返回用于另一当前接收天线4的步骤11并且识别站1而继续其处理。因此，站3对于其整个接收天线4的集合相继地将处理操作11、12、13的循环链接到一起，以便获得其中具有接收天线4与对应于站1的各种测量值的对应的表。对信号功率的这一测量可以是已知的RSS类型的测量。
将理解的是：发送一个或多个DATA帧的持续时间除以用于接收天线4上的RSS测量的时间给出了将能够在站1和2之间的事务(transaction)期间在一个或多个处理循环11、12、13中被扫描的接收天线4的数目。
在14，当完成站1和2之间的事务时，站3在上述表的基础上识别在接收时与站1建立最佳通信链路的接收天线4。最佳通信链路对应于信号最大功率的测量。
通过在15拾取由站2发送的ACK帧，站3证实在步骤14中进行的对接收天线4的识别。随后，站3将使用此天线4来与站1通信。
站3被设计为对于网络中发送DATA帧的每个其它站重复图2示出的处理，以便相继地更新其包含RSS测量结果的表。
站3可以被设计为通过站1的若干事务，进行与网络的站(例如站1)相关联的RSS测量表的更新。
图3是图示根据本发明的、用于以接收天线分集的模式操作站3的方法的第二示例实现的示意图。
在20，站3拾取由站1发送的RTS帧，以便为了与站2通信而预定所述介质。在21，站3从RTS帧中提取站1的MAC ID地址，所述地址被存储在表中，就像NAV指示符那样(方框22)。
在23，站3拾取由站2发送的CTS帧。
在24，站3现在处于收听在站1和2之间交换的帧的阶段，并且在第一接收天线4上拾取由站1发送的DATA帧。此DATA帧包括具体包含同步数据的前导码。
在25，站3通过逐位比较同步数据和预先记录的数据来进行对接收天线4上的收听质量的分析。这些预先记录的数据是例如同步序列的24位的交替的0和1。
在26，站3在此比较之后进行错误分析，以便评估所考虑的天线4上的接收质量。此错误分析的结果被记录在与当前接收天线4的标识符相对应的表中(方框27)。
通过在28拾取由站2发送的ACK帧，站3证实在步骤27中进行的错误分析。
将理解的是：将通过对来源于站1的若干DATA帧的分析来完成用于接收天线4的对应表。与站1建立最佳通信链路的天线是在比较前导码时表现出最低错误水平的天线。此外，站3可以被设计为对于发送DATA帧的网络的每个其它站重复图3示出的处理，并且不断地更新包含错误分析结果的表。
在图3中示出的用于以天线分集的模式操作的天线识别选择方法表现出良好的可靠性，并且可以补充在图2中示出的方法。
图4是图示根据本发明的、用于以接收天线分集的模式操作站3的方法的第三示例实现的示意图。在图4上，我们仅表示出站3拾取在两个其它站1和2之间交换的帧的情况。为清楚起见，我们没有表示出站3与另一站交换帧的通常情况。
在30，站3拾取由站1发送的RTS帧，以便为了与站2通信而预定所述介质。在31，站3从RTS帧中提取站1的MAC ID地址，所述地址被存储在表中，就像NAV指示符那样(方框32)。
在33，站3拾取由站2发送的CTS帧。
在34，站3现在处于收听在站1和2之间交换的帧的阶段，并且在第一接收天线4上拾取由站1发送的DATA帧。此DATA帧包括具体包含同步数据的前导码。
在35，站3通过比较同步数据和预先记录的数据来进行对第一接收天线4上的收听质量的分析。通过将DATA帧的前导码与预定数据相比较，我们得到表征当前测试的天线4的接收性能的置信度指示符。这一比较可以是相关性测量(measure)。根据本发明，可以如此使用基于前导码的任何质量测量，作为在FR 0115892中定义的测量。在HiperLan/2的框架中，在DiL阶段期间交换的帧的BBC部分是足够长以进行这种测量的前导码。
在36，在前导码分析之后，站3通过测量DATA帧的接收方面的信号功率来进行对第一接收天线4上的收听质量的分析。对信号功率的这一测量可以是已知的RSS类型的测量。
这样，在37，将此功率电平测量与在35进行的前导码测量组合，以获得改进的RSS测量。该组合可以是两种测量的加权和。然后，在38将这一改进的RSS测量存储在表中。
站3通过返回步骤36以用于第二接收天线4并且通过识别站1来继续其处理。对于这个其它接收天线4，使用在DATA帧61的接收方面对信号功率的简单测量。因此，站3对于剩余的整个接收天线4的集合相继地将处理操作36、37、38的循环链接到一起，以便获得其中具有接收天线4与对应于站1的各种测量值的对应的表。
通过在39拾取由站2发送的ACK帧，站3证实先前的测量。
将理解的是：将通过对来源于站1的若干DATA帧的分析来完成用于接收天线4的对应表。与站1建立最佳通信链路的天线是表现出最大组合测量的天线。
此外，站3可以被设计为对于网络中发送DATA帧的每个其它站重复在图4中示出的处理，并且不断地更新包含分析结果的表。
根据本发明的特定实施例，我们估计其改进的RSS测量的第一个测试的天线是天线4中不具有与其相关联的改进的RSS测量的一个。如果所有天线4均具有与它们相关联的改进的RSS测量，则第一个测试的天线4是其改进的RSS测量为最旧的一个的天线。
利用根据本发明的方法，在无线通信网络的每个站的不活动周期期间进行用于以接收天线分集的模式操作的天线的识别，从而不影响此网络的性能。
对以天线分集的模式操作的站中的最佳接收天线的选择有助于增大站的接收增益并且减小干扰，从而限制接收时的错误。另外，提高了网络的可靠性，从而使得有可能减小用来补偿信号功率衰减的错误容限，并且达到更长的范围或更大的吞吐量。
在站之间DATA帧的交换非常多的网络中，根据本发明的方法特别有利。因此，所述测量被非常快地刷新，而没有任何带宽的降低。具体地说，根据本发明的方法非常适合于繁忙的网络。
当然，如果通信网络允许网络站之间的直接链路，则可以将本发明应用到其它通信标准。
在Hiperlan/2标准的情况下，CC站以接收天线分集的模式操作，并且对于每个MT站，利用根据本发明的方法、在两个其它MT站之间的直接链路连接期间识别用于与所考虑的MT站通信的接收天线。另外，每个MT站从其各个接收天线中识别用于在下行链路连接期间与CC站建立最佳通信链路的接收天线。此外，每个MT站从其各个接收天线中识别用于在上行链路连接期间与MT站建立最佳通信链路的接收天线。
对于集中式网络(即，BSS中的IEEE802.11)，也可以将本发明应用于站。在AP和另一站之间的通信期间，所有站以接收天线分集的模式操作，从而从其各个接收天线中识别用于与AP站建立最佳通信链路的接收天线。

Claims (15)

1.一种以天线分集的模式操作无线通信网络的发射/接收站(3)的方法，该站具有多个接收天线(4)，所述方法的特征在于：
相继地在每个接收天线上收听(11，24)网络的两个其它发射/接收站(1，2)之间的通信，
分析每个接收天线上的收听质量(12，25，26)，以便从所述多个接收天线中识别与所述其它两个发射/接收站之一建立最佳通信链路的接收天线，所述分析基于来源于所述其它站的帧(DATA)的数据与预定数据的比较(25，26)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络的两个其它发射/接收站(1，2)之一是网络的接入点。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其特征在于，在接收到确认帧时证实对收听质量的分析。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其特征在于，对收听质量的分析基于在来源于所述其它站的帧(DATA)的接收方面对信号功率的测量(12)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于第一个测试的天线，对收听质量的分析基于在来源于其它站的帧(DATA)的接收方面对信号功率的测量(36)和前导码与预定数据的比较(35)的组合，而对于要测试的第二天线，对收听质量的分析基于在来源于所述其它站的帧(DATA)的接收方面对信号功率的测量(12)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，第一个测试的天线是其所述相关联的测量(36)和比较(35)的组合是最旧的一个的天线。
7.根据权利要求5和6中的任一个所述的方法，其特征在于，所述比较是相关性测量。
8.一种用于在无线通信网络中以天线分集的模式操作的、具有多个接收天线(4)的发射/接收站，其特征在于包括：
用于相继地在每个接收天线上收听(11，24)网络的两个其它发射/接收站(1，2)之间的通信的装置，
用于分析每个接收天线上的收听质量(12，25，26)、以便从所述多个接收天线中识别与所述其它两个发射/接收站之一建立最佳通信链路的接收天线的装置，所述分析基于来源于所述其它站的帧(DATA)的数据与预定数据的比较(25，26)。
9.根据权利要求8所述的站，其特征在于，所述网络的两个其它发射/接收站(1，2)之一是网络的接入点。
10.根据权利要求8和9中的任一项所述的站，其特征在于，当接收到确认帧时证实对收听质量的分析。
11.根据权利要求8至9中的任一项所述的站，其特征在于，对收听质量的分析基于在来源于所述其它站的帧(DATA)的接收方面对信号功率的测量(12)。
12.根据权利要求11所述的站，其特征在于，对于第一个测试的天线，对收听质量的分析基于在来源于其它站的帧(DATA)的接收方面对信号功率的测量(36)和前导码与预定数据的比较(35)的组合，而对于要测试的第二天线，对收听质量的分析基于在来源于所述其它站的帧(DATA)的接收方面对信号功率的测量(12)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，第一个测试的天线是其所述相关联的测量(36)和比较(35)的组合是最旧的一个的天线。
14.根据权利要求12和13中的任一项所述的站，其特征在于，所述比较是相关性测量。
15.一种无线通信网络，其特征在于，该网络包括根据权利要求8至9中的任一项所述的一个或多个站。
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