CN1902873B

CN1902873B - 在无线网络中使用信道自适应度量定位干扰设备

Info

Publication number: CN1902873B
Application number: CN2004800394205A
Authority: CN
Inventors: E·A·雅各布森
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: HK1103489A1; CN1902873A; US20050143011A1; WO2005067249A1; US7260361B2

Abstract

一种涉及在无线网络中如在无线局域网(WLAN)中检测干扰设备的方法、设备和系统。在使用正交频分复用(OFDM)和自适应比特装载(ABL)的无线网络中，自适应调制信息多少应该在上行链路和下行链路方向上对称。通过比较至少两个终端之间的通信信道在上行链路和下行链路方向中的调制自适应，识别出的差值可以指示在无线网络中存在潜在的干扰信号。如果已知或可以确定一个或多个感受到干扰的网络终端的位置，则可以估计所述潜在干扰信号的位置。对本发明设备的示例性实现，可以作为WLAN中的接入点(AP)。

Description

在无线网络中使用信道自适应度量定位干扰设备

发明背景

本发明实施例涉及用于在无线网络中检测干扰设备的方法和系统。尤其是而不是专门地，这些实施例涉及在无线局域网(WLAN)中检测无线电干扰源。

无线通信系统提出了一般与有线系统无关的特殊问题。例如，无线网络(例如，WLAN)中的许多设备使用全向天线广播和/或接收信号。全向信号传输用于在多个用户站之间提供同时的覆盖范围，而没有对任一具体用户集中传输功率。由于距离、障碍物、信号散射和/或信号反射，这常常可以导致传输的信号能量在多个用户之间被不均匀地接收。因此，传播达到无线网络中接收机的信号分量可能常常比所需的时间长。

另外，无线网络，诸如WLAN或蓝牙之类的利用不需注册的频谱的那些无线网络，可以感受到来自使用该无线网络频率范围内类似频带的其他非网络无线设备的干扰。非网络无线设备可能试图使用该无线网络中使用的相同信道资源，从而在该无线网络中造成干扰。因此，需要能够检测和/或定位一个(或多个)干扰设备，从而它们可以被关闭、移动到另一无干扰的位置、和/或变为使用不同的频谱。

附图说明

本发明的各个方面、特征和优点，将参照附图从本发明的下列描述中变得显而易见，而附图中相同的数字表示相同的元件，其中：

图1是根据本发明一个实施例的示例性无线网络的功能图；

图2是图1所示示例性无线网络中不同通信设备的上行链路/下行链路调制自适应的示例图；

图3是根据本发明一个实施例的在无线网络中检测干扰信号的方法的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的使用自适应调制的干扰检测通信设备的框图；以及

图5是说明在根据本发明各方面的通信设备中各自发送与接收序列的流程图。

具体实施方式

虽然下列详细描述可涉及利用正交频分复用(OFDM)的WLAN来描述本发明示例实施例，但是本发明的实施例不限于此，并且例如可以针对其他无线网络来实施，且使用其他无线网络中适用的其他调制方案。

下列发明的实施例可以用于各种应用，包括无线电系统的发射机和接收机，虽然本发明并不限于此方面。本发明范围内具体包含的无线电系统包括但不限于：无线局域网(WLAN)设备、无线个域网(WPAN)设备和无线广域网(WWAN)设备，该无线广域网(WWAN)设备包括网络接口设备和诸如网络接口卡(N1C)、基站、接入点(AP)、网关、网桥、集线器和网络入口之类的外围设备。而且，本发明范围内的无线电系统可以包括蜂窝无线电话系统、卫星系统、个人通信系统(PCS)、双向无线电系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、个人计算助理(PCA)，以及本质上可以是相关的且本发明原理可以适用的所有现存和/或未来出现的系统。

转向图1，本发明实施例可以适用的示例无线网络100，可以包括一个或多个无线网络接入站110和一个或多个无线用户站120、122、124、126和128。用户站120、122、124、126和128经由各种无线电链路与网络接入站110进行通信。

用户站120、122、124、126和128可以是能够向/从网络接入站110发送和/或接收无线电信息的任一设备或多个设备的组合。这种设备可以包括但不限于个人计算机(PC)(例如，台式PC 128和/或便携式计算机122、126)、手持式计算设备(例如，个人数字助理(PDA)124)和个人通信设备(例如，WLAN激活的蜂窝电话120)或与任一用于无线通信的前述设备结合使用的部件，例如网络接口卡(NlC)、无线路由器等。

网络接入站110用来便于建立与一个或多个用户站的无线电链路，潜在地，包括便于建立在用户站120、122、124、126和128与一个或多个经由有线网络(未示出)耦合于网络接入站110的设备之间的无线通信。网络接入站110可以是任一单独设备或多个适于该目的的设备的组合。在一个实施例中，网络站110可以是WLAN中的接入点(AP)，虽然本发明并不限于此方面。

如上简述，无线网络中的通信，例如网络接入站110与用户站120-126之间的通信，可以因其他非网络设备而退化，例如使用类似信道资源的无绳电话130。来自设备130的干扰和/或它在网络100内的位置，一般可能很难检测到，因为网络接入站110与用户站120-128之间通信的退化，常常源于其他的问题，例如散射、障碍物、和/或多径反射。

根据本发明的一个实施例，使用正交频分复用(OFDM)和自适应比特装载(ABL)的无线通信系统，可以适用于智能检测非网络的干扰设备(也称为“干扰信号”)。OFDM通过将宽带信道分割成大量的子信道进行工作。通过在每个子信道中放入副载波，每个副载波可以被独立调制，取决于该频带的具体窄带部分中的信号噪声比(SNR)特征。由于信道随时间变化，所以可以在每个副载波上进行进一步的自适应，以便不断优化信道的数据承载能力。该技术在此通常称为“自适应调制”。

在使用自适应调制技术(例如具有ABL的OFDM)的无线网络中，希望初始信息可以在两个通信终端之间进行交换，以便便于进行精确的调制自适应。仅仅考虑到信号传播，信道应该在两个通信终端之间的上行链路和下行链路的两个方向中都对称。然而，来自非网络设备的干扰可以破坏两个终端之间自适应调制的对称。因此，应该采用接入点(AP)或其他网络设备来大致确定欺诈干扰信号(rogueinterferer)的位置，通过检查其在下行链路流之间调制自适应和上行链路流的终端所请求的调制自适应中的差值。部分频带的干扰信号将引发它最靠近的站的下行链路/上行链路调制自适应中的最大差值。因此，通过比较受影响和未受影响的站感兴趣的频率范围中的自适应差值，知道感受到干扰的站的大致位置，大体上可以缩小干扰设备的搜索区域。

在利用具有ABL的OFDM的无线通信系统的一种示例情况中，初始握手通信可以被用来确定哪一个调制阶数(即，每个OFDM码元的比特数，例如，二进制移相键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)等)将被用来调制终端之间已调制数据信号中的每个副载波。例如，参照图1，用户站122可以向网络接入站110发送通信(例如，请求发送(RTS)的消息)，指示站122希望向网络站110发送数据消息。

当网络接入站110可用时，它可能在通信中向用户站122如此指示，例如使用清除发送(CTS)的消息。这表示容许发送数据消息。在此情况下，网络站110可以估计一个或多个频率相关信道特征，例如，增益可选择地加上来自用户站122的初始通信中每个副载波的相位或衰减，以便确定用于调制即将从用户站122发送的数据信息的每一副载波的适当调制自适应。

调制自适应可以在其中指定用于调制该数据消息中每个副载波的具体调制阶数。网络站110然后向用户站122发送调制阶数请求，例如作为CTS消息的一部分，指定用户站122如何调制数据消息的副载波。对于网络站110向用户站122发送的数据消息或对于网络100中设备之间的任何通信，可以执行此处理的逆操作。照此方式，在各个终端之间的通信，可以被自适应地调制到适合信道的条件。

参照图2，对于无线网络100中的各种链路(图1)，示出了上行链路和下行链路两个方向上的示例频域调制自适应。因为信号传播是对称的且无线电影响通常很小，所以调制自适应中的任何显著差异(由于每个副载波的信号干扰噪声比(SINR))很可能将起因于干扰。

在上行链路方向(即，到网络接入站的方向)和下行链路方向(即，来自网络接入站的方向)的两个方向中，示出了各种用户站1-N(表示图1示例中用户站120-128)的示例调制阶数请求。在短的时间帧中，在未感受到任何显著干扰的两个终端之间的通信信道的频率特征，应该在上行链路和下行链路两个方向上都保持相对相等(或对称)。这在图2中用站1(例如，用户站120(图1))的示例调制阶数请求示出，而站1的调制阶数请求在上行链路方向上非常类似于下行链路方向上的。因为站1和N与低功率干扰信号(即，无绳电话130)的距离合理，所以它们的链路在上行链路和下行链路两个方向上都对称。

然而，回头参照图1，因为用户站122(站2)和124(站3)最靠近干扰信号130，所以它们在上行链路和下行链路方向中的ABL差值最大，原因在于下行链路传输可以被干扰信号130破坏。

因此，如图2所示，站2和3的上行链路和下行链路方向上通信的调制阶数可以明显不同。因此，如果对上行链路和下行链路方向上通信的调制自适应进行比较，并识别出显著的差值，则可以假定可能存在干扰信号设备。

当超过上行链路和下行链路方向上调制自适应之间差值的阈值量值时，网络管理员(或其他人或设备)至少可以被告警在无线网络内可能存在干扰信号。优选地，如果知道或可以确定任一感受到干扰的无线设备(例如，站2)的位置，则可以确定最靠近干扰信号的位置。

当识别出两个或更多网络设备(例如，用户站124(站3)、128(站4)；图1和2)具有上行链路和下行链路自适应调制请求之间的差异时，对干扰信号的检测可以进一步被改进，和/或其更精确的位置可以被更好地估计。可以比较每个站的上行链路/下行链路调制自适应的差值量值，以确定哪个站具有最大差值，并因此最靠近干扰信号。

而且，尽管通常可能不知道无线网络中每个用户站的位置，但是越来越可能在多个站感受到干扰时知道(或可以确定)至少一个站的位置。在图2的示例情况中，可以发现站2-4感受到上行链路/下行链路调制自适应中的某些差值，而站2和3感受到差值的最大量值。因此，引发差值的干扰信号应该最可能处于最靠近站2和3的位置上，并且在大体靠近站4的某一位置内。如果知道站2-4的位置，则可以以合理的精度确定干扰信号的位置。然而，如果只知道(或可以确定)站2-4中的一个站的位置，则干扰信号只可以被跟踪到某个大体靠近已知站的位置。本发明还可以通过观察移动站在移动时自适应调制中的变化而得到改进，如果其运动可以被跟踪的话。例如，如果PDA/便携计算机的位置已知或可以被确定(例如，在其移动时进行跟踪)，则移动设备(例如，PDA或移动的便携计算机)还可以提供干扰信号邻近信息。该能力需要使用可以确定移动设备位置的某一定位/跟踪机制，而这种机制可以存在于或不存在于未来系统中。

转向图3，根据本发明一个实施例的用于在无线网络中检测干扰信号的方法300通常包括：比较310无线通信中的自适应调制信息，以便识别出上行链路和下行链路方向中的差值；以及确定315识别出的差值(如果有的话)是否超过阈值。如果一个或多个所识别的差值超过阈值，则可选择地产生345告警信号。

在一个优选实现中，方法300还可以包括：如果上行链路/下行链路方向中的调制自适应之间差值的量值超过阈值，则指明320每个站在其附近具有干扰信号。另外，如果确定325一个以上的站超过阈值，则可以彼此比较330每个站的调制自适应中差值的量值，用于在一个或多个站位置已知或被确定335时帮助估计340干扰信号的位置。

在对所有有效副载波使用自适应比特装载和恒定发射功率的一个实施例中，只有上行链路/下行链路方向中调制阶数的差值用于检测潜在的干扰设备。然而，其他的调制参数或信息，例如功率装载分配等，可以可替换地或另外在上行链路和下行链路方向上进行比较，以便确定干扰信号是否可能靠近正在通信的无线终端出现。

用于确定315站是否可能受到来自非网络设备的干扰的阈值是可任意选定的，并且可以被设置成酌减可以影响信道条件的其他类型的噪声或条件。而且，阈值可以这样设置，即如果需要，容许的干扰电平不会触发告警。另外，因为只发生一次的事件，例如移动着的非网络无线设备，可以只短暂地影响信道条件，所以例如可以对照相同站之间的上行链路/下行链路自适应调制信息之间的平均差值来选择和/或比较阈值。

无线网络中某些站的位置可以是已知的和/或被存储，且被用来估计340干扰信号的位置。还可以的是，站的位置不是已知的但可以使用公知的技术来确定，该技术用于这样定位无线电广播源，即估计信号强度、信号相位或三角测量技术。站信号的三角测量越来越可以进行，因为越来越多的无线电台开始使用多个发射天线。

如果被指明320具有可能干扰的一个或多个站的位置已知或可以被确定，则至少干扰信号关于该站已知位置的未定邻近可以被估计340。估计干扰信号位置的精度显著取决于无线网络中终端已知位置的数量和/或精度。对于本领域技术人员而言，对方法300的序列、特征和具体实施的许多可能的修改是显而易见的，本发明的实施例并因此不限于参照图3具体示出和描述的那些实施例。

图4示出了根据本发明一个实施例的能够在无线网络中检测干扰信号的设备400的示例框图。设备400可以被实现为诸如收发机或调制器之类设备的一部分，可以包括一个或多个用于快速傅里叶变换(FFT)和/或反向FFT变换的滤波器410和一个或多个用于发射和/或接收信号的天线420。然而，本发明的实施例主要使用设备400中的自适应调制部件450来实现。在一个实施例中，自适应调制部件450包括信道估计器452、自适应比特装载(ABL)处理部分454、一个或多个耦合于ABL处理部分454的存储器456、以及比较器458。

信道估计器452用于测量进入信号(例如，来自用户站1-N的；图2)的一个或多个频率相关信道特征。估计器452测量的具体信道特征可以基于所需自适应调制技术的类型而变化和/或被选择。在一个示例中，估计器442被配置成测量接收信号中副载波的增益，并且可选择地测量接收信号中副载波的相位或衰减。

测量的频率相关信道特征然后可以被ABL处理部分454使用，以确定发送站(未示出)即将使用的适当的自适应调制信息(例如，调制阶数)。自适应调制信息可以存储在存储器456中，用于产生调制自适应请求，和/或用于通过比较器458与先前使用的自适应调制信息进行比较，例如包括发射站请求的调制阶数。如果存在与比较器458进行通信的每个站(例如，站1-N)的上行链路和下行链路通信的自适应调制信息之间的差值，则比较器458输出该差值。此输出可以被处理部分459使用，以便与阈值进行比较、产生潜在干扰信号的告警和/或估计该干扰信号的地理位置。

设备400的部件和特征可以使用谨慎电路(discreet circuitry)、专用集成电路、逻辑和/或单芯片结构的任何组合来实现。而且，设备400的特征可以利用适用的微控制器、可编程序逻辑阵列和/或微处理器或前述事项的任何组合来实现。

应该理解，图4框图所示的示例设备仅仅是许多潜在实现的功能性描述的示例，而且图4中方块功能的划分、省略或包含，并不意味着用于实现这些功能的硬件部件、电路和/或元素应当在本发明的实施例中被划分、省略、或包含。

转向图5，示例性的接收和发送序列510、560被示出，用于根据本发明一个实施例的被配置成在无线网络中检测干扰信号的通信设备。在此示例中，使设备(即，站Y，其可以类似于图4所示的设备)能够在与另一站(即，站X)进行通信的期间检测干扰信号。在接收序列510中，站Y可以从站X接收512指示站X希望向站Y发送数据的请求发送(RTS)的消息，而接收序列510可以是上行链路方向的，或者是下行链路方向的，这取决于站Y是网络接入站还是用户站。站Y测量514接收的RTS消息中副载波的一个或多个频率相关信道特征，并确定516站X即将用来发送数据的调制阶数。调制阶数请求然后可以由站Y向站X发送518，作为清除发送(CTS)的消息的一部分。然后站X将根据站Y所请求的调制阶数调制即将被发给站Y的数据消息。站Y从站X接收519根据先前通过站Y发送的请求而调制的数据消息。站Y然后能够接收和处理来自站X的信号中的OFDM码元，因为站Y事先知道信号是如何被调制的。此闭环自适应机制提供了可以遵循随时间变化的信道特征的快速链接自适应。

在向站X的发送序列560中，可以执行相反的程序，其中，站Y发送562RTS消息和从站X接收564包括用于调制该传输的调制阶数的CTS消息。此时，站Y可以比较566站X所请求的调制阶数(从刚接收的CTS消息中知道的)与站X的站Y先前请求的调制阶数(先前存储)，查看是否在上行链路和下行链路方向的调制自适应上存在任何显著的差值。如果在上行链路和下行链路调制自适应之间不存在或者存在很少差值，则确定568站X附近不存在干扰信号。如果差值确实存在并且该差值大于阈值，则确定569站X附近具有可能的干扰信号。照此方式，单个站例如接入点或其他网络接入点，可以确定在它的通信范围内哪些站可以感受到来自非网络设备的干扰。

发明人考虑本发明的这些实施例可以集成为固定网路的一部分，例如，集成为结合网络管理软件使用的用于管理/监控多个网络接入点的干扰信号检测机制；或集成为用于在无线网络中各个接入点的检测机制。可替换地或另外地，本发明的这些实施例可以被实现为具体用来在无线网络中检测和/或定位干扰信号的手持式设备。

除非与物理可能性相反，发明人预见在此描述的方法：(i)可以以任何序列和/或以任何组合来执行；以及(ii)可以以任何方式组合的有关实施例的部件来执行。

虽然已经描述了本新颖发明的优选实施例，但是在不脱离本发明范围的前提下，许多变化以及修改是可以的，并且在此所述的实施例不由上述具体公开内容进行限定，而是应该只由所附权利要求及其法定等效物来限定。

Claims

1.一种在无线网络中检测干扰设备的方法，所述方法包括：

当至少两个终端之间的每个通信信道在上行链路和下行链路两个方向中的实际使用的自适应调制信息相同时，识别上行链路和下行链路两个方向中的所述自适应调制信息，比较识别得到的上行链路和下行链路两个方向中的所述自适应调制信息，如果识别得到的上行链路和下行链路两个方向中的所述自适应调制信息之间存在差值且所述差值超过阈值，则确定在无线网络中存在潜在的干扰信号。

2.权利要求1的方法，其中，所述通信信道采用正交频分复用OFDM以及自适应位加载ABL。

3.权利要求2的方法，其中，所述自适应调制信息包括上行链路方向中的调制阶数以及下行链路方向中的调制阶数。

4.权利要求1的方法，其中，所述自适应调制信息包括上行链路方向中的自适应功率负载以及下行链路方向中的自适应功率负载。

5.权利要求1的方法，还包括确定所述潜在干扰信号位于最靠近一个或多个网络设备的地理区，而所述网络设备具有上行链路与下行链路自适应调制信息之间差值的最大量值。

6.权利要求2的方法，其中，所述至少两个终端中之一包括接入点AP，并且其中，所述无线网络包括无线局域网WLAN。

7.一种用于在无线网络中检测干扰设备的设备，所述设备包括：

自适应调制部件，用于根据接收的请求调制阶数，自适应地调制信号；以及

比较器，其与所述调制部件进行通信，并适于当至少两个终端之间的每个通信信道在上行链路和下行链路两个方向中的实际使用的自适应调制信息相同时，识别上行链路和下行链路两个方向中的所述自适应调制信息，比较识别得到的上行链路和下行链路两个方向中的所述自适应调制信息，如果识别得到的上行链路和下行链路两个方向中的所述自适应调制信息之间存在差值且所述差值超过阈值，则确定在无线网络中存在潜在的干扰信号。

8.权利要求7的设备，还包括定位器部件，其被配置成基于与所述设备进行通信的网络设备的上行链路与下行链路方向中自适应调制信息之间所识别的差值，估计干扰设备相对于无线网络中其他网络设备的位置。

9.权利要求7的设备，其中，所述设备包括无线局域网WLAN的接入点AP。

10.权利要求7的设备，其中，所述自适应调制部件采用正交频分复用OFDM以及自适应位加载ABL。

11.权利要求7的设备，其中，所述设备包括手持式移动单元。

12.一种用于在无线网络中检测干扰设备的系统，所述系统包括：

收发机，用于发送和接收多载波信号的通信，所述多载波信号包括多个调制的副载波；以及

比较器单元，其与所述收发机耦合，被配置成当至少两个终端之间的每个通信信道在上行链路和下行链路两个方向中的副载波实际使用的调制阶数相同时，识别上行链路和下行链路两个方向中的所述调制阶数，比较识别得到的上行链路和下行链路两个方向中的所述调制阶数，如果识别得到的上行链路和下行链路两个方向中的所述调制阶数之间存在差值并且所述差值超过阈值，则确定在无线网络中存在潜在的干扰信号。

13.权利要求12的系统，还包括全向天线，其与所述收发机耦合，并用于广播和接收多载波信号。

14.权利要求12的系统，还包括定位器单元，其被配置成基于与所述收发机进行通信的每个网络设备的上行链路与下行链路方向中调制阶数之间的差值，识别所述干扰设备相对于无线网络中其他网络设备的近似位置。

15.权利要求12的系统，其中，所述多载波信号使用正交频分复用OFDM来调制。

16.权利要求12的系统，其中，所述系统包括无线局域网WLAN的接入点AP。

17.一种在无线网络中检测干扰设备的方法，所述方法包括：

当至少两个终端之间的每个通信信道在上行链路和下行链路两个方向中的副载波实际使用的自适应调制信息相同时，识别上行链路和下行链路两个方向中的所述自适应调制信息；

比较上行链路方向与下行链路方向之间副载波的自适应调制信息，以便确定是否存在差值；以及

如果所述差值超过阈值，则识别出干扰设备正在进行干扰。

18.权利要求17的方法，还包括确定最靠近具有上行链路与下行链路自适应调制信息之间差值的最大量值的网络设备的所述设备的位置。

19.权利要求18的方法，其中，比较自适应调制信息和识别出设备正在进行干扰在接入点执行。

20.权利要求19的方法，其中，确定所述设备的位置在与所述接入点分离的集中位置执行。

21.权利要求17的方法，其中，所述副载波被调制为正交频分复用OFDM信号。

22.权利要求17的方法，其中，所述无线网络包括无线局域网WLAN。

23.一种在无线网络中检测干扰设备的方法，所述方法包括：

使用在第一网络设备和第二网络设备之间传输的已调制的副载波，估计通信信道中一个或多个频率相关信道特征；

基于估计的频率相关信道特征，确定每个副载波的调制阶数；

当至少两个终端之间的每个通信信道在上行链路和下行链路两个方向中的副载波实际使用的调制阶数相同时，比较第一和第二网络设备之间上行链路和下行链路两个方向中通信的调制阶数，以便识别差值；

如果所述差值超过阈值，则确定在无线网络中存在潜在的干扰信号。

24.权利要求23的方法，其中，所述通信信道采用正交频分复用OFDM以及自适应位加载ABL。

25.权利要求23的方法，还包括比较每个副载波在上行链路方向中的自适应功率负载与在下行链路方向中的自适应功率负载，以便识别功率负载的差值。

26.权利要求23的方法，还包括估计位于最靠近一个或多个网络设备的地理区的潜在干扰信号的位置，而所述网络设备具有上行链路与下行链路调制阶数之间差值的最大量值。

27.一种用于在无线网络中检测干扰设备的设备，所述设备包括：

信道估计器，其被配置成通过网络设备估计通信信道的一个或多个信道特征；

调制适配器，其与所述信道估计器进行通信，并被配置成基于所估计的信道特征，确定所述网络设备的调制阶数以调制副载波；以及

比较器，其与所述调制适配器进行通信，并被配置成当至少两个终端之间的每个通信信道在上行链路和下行链路两个方向中的副载波实际使用的调制阶数相同时，通过所述网络设备比较上行链路方向中副载波的调制阶数与下行链路方向中副载波的调制阶数，如果在上行链路方向的调制阶数与下行链路方向的调制阶数之间存在差值，则识别所述差值；

28.权利要求27的设备，其中，所述设备包括无线局域网WLAN的接入点AP。

29.权利要求27的设备，其中，所述调制适配器采用正交频分复用OFDM以及自适应位加载ABL。

30.权利要求27的设备，其中，所述设备包括手持式移动单元。