JP4358857B2 - アクセスポイントのアンテナ操向方法と隠れ端末の認識方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に無線ＬＡＮの分野に関し、詳細には、無線ＬＡＮ内でアクセスポイントを動作させるアンテナ操向アルゴリズムに関する。

様々な標準規格により、ポータブルコンピュータなどのリモートステーションは無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）内で移動し、無線周波数（ＲＦ）送信を使用して、有線ネットワークに接続されたアクセスポイント（ＡＰ）に接続できる。有線ネットワークは、多くの場合にディストリビューションシステム（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる。様々な標準規格には、ＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格とそれに対応する文字の改訂版（例えば８０２．１ｌｂや８０２．１１ｇなど）が含まれる。

リモートステーション内とアクセスポイント内の物理レイヤは、ステーションとアクセスポイントが通信する低レベルの伝送を提供する。物理レイヤの上には、例えば、認証、認証解除（ｄｅａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ）、プライバシー、接続（ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）、切断（ｄｉｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）などのサービスを提供するメディアアクセス制御（ＭＡＣ）レイヤがある。

動作中に、リモートステーションがオンラインになると、まずステーションの物理レイヤとアクセスポイントの物理レイヤとの間で接続が確立される。次に、ＭＡＣレイヤが接続できる。通常、リモートステーションとアクセスポイントでは、モノポールアンテナを使用して物理レイヤＲＦ信号を送信および受信する。

モノポールアンテナは、すべての方向に（一般的には垂直指向のエレメントに対して水平面内で）放射する。モノポールアンテナは、障害物による電波信号の反射や回折など、リモートステーションとアクセスポイントとの通信の品質を劣下させる作用の影響を受けやすい。障害物には、例えば壁、机、人などが含まれる。このような物体によって、マルチパス、標準の統計的なフェージング、レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）フェージングなどが発生する。結果として、このような作用によって引き起こされる信号劣化を軽減するための努力が払われてきた。

米国特許公開第２００２／０００８６７２号明細書 米国特許第６，５１５，６３５号明細書 米国特許公開第２００２／００３６５８６号明細書

ＲＦ信号の劣化を抑制する１つの技術は、２つのアンテナを使用してダイバシティを備えることである。リモートステーションとアクセスポイントのいずれかまたは両方において、２つのアンテナがアンテナダイバシティスイッチに接続される。２つのアンテナを使用してアンテナダイバシティを備える方法の背後にある理論は、任意の所与の時間において、２つのアンテナの少なくとも１つがマルチパスの影響を受けていない信号を受信する可能性が高いということである。したがって、このアンテナが、信号を送信／受信するためにアンテナダイバシティスイッチを使用してリモートステーションまたはアクセスポイントにより選択されるアンテナである。それにもかかわらず、無線ＬＡＮ内では、依然としてリモートステーションとアクセスポイントの間のＲＦ信号劣化に対処する必要がある。

アクセスポイントと選択されたリモートステーションが相互に通信していることを、特定のリモートステーションが知らず、このリモートステーションがアクセスポイントと通信しようとする場合は、さらに別の問題が発生する。結果として、アクセスポイントで競合が発生する。このことにより、隠れ端末（Ｈｉｄｄｅｎ Ｎｏｄｅ）問題と呼ばれる状況が発生する。これは、無線ＬＡＮ内のすべてのリモートステーションがネットワーク内にある他のすべてのリモートステーションと直接通信できるわけではないという事実による。

以上の背景に鑑みて、本発明の目的は無線ＬＡＮにおいて、アクセスポイントとリモートステーションの間の通信を、特に隠れ端末に関して改善することである。

簡単なダイバシティに優る改善が、無線ＬＡＮ内で使用するアクセスポイント（例えば無線ゲートウェイ）のアンテナ操向（ａｎｔｅｎｎａ ｓｔｅｅｒｉｎｇ）プロセスによって提供される。指向性アンテナは、ネットワークのスループットを向上し、アクセスポイントとリモートステーション（例えば無線のユーザデバイス）との間の範囲を拡張する。指向性アンテナは、多くの場合に無指向性アンテナより高い信号対雑音比を提供するので、リンクは高いデータ転送速度によって動作できる。

アンテナ操向プロセスは、アクセスポイントのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）レイヤ内に常駐でき、リモートステーションから信号を受信したときに物理レイヤから利用できる信号品質指標（ｍｅｔｒｉｃｓ）に基づいて、指向性アンテナの最適なパターンまたは好ましいパターンを選択する。

本発明の原理によれば、登録、認証、またはそれに続くアクセスポイントと選択されたリモートステーションとのデータ交換などのプロセスの間に、アクセスポイントのアンテナ操向のための好ましい方向が決定する。１つの実施形態では、アクセスポイントで動作するソフトウェアまたはファームウェアがこれを決定する。アクセスポイントのアンテナ制御ソフトウェア／ファームウェアは、リモートステーションのＩＤと最適な通信パフォーマンスを実現するためのそのステーションに関連付けられたアンテナ方向を格納するデータベースを構築してもよい。

一般的な８０２．１１装置において、指向性アンテナの好ましい角度を選択するための固有のダイバシティ選択回路で動作するハードウェアを使用してもよい。アクセスポイントは、シグナリング（ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）を使用してリモートステーションにプローブ応答信号を送信させ、アクセスポイントはプローブ応答信号の信号品質を測定する。アクセスポイントは、指向性アンテナモードでリモートステーションから受信した信号に対応する指標を、無指向性モードでリモートステーションから受信した信号に対応する指標と比較し、新しいアンテナスキャンを実行する必要があるかどうかを判定する。アクセスポイントで隠れ端末が存在すると判定した場合は、例えば８０２．１１標準規格で定義する送信要求／送信可（ＲＴＳ／ＣＴＳ：ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ／ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージングを使用して防止メカニズムを呼び出すことができる。

指向性アンテナを備えるアクセスポイントを増加させることの利点は２つある。つまり、個々のリモートステーションのスループットが向上することと、ネットワーク内でより多くのユーザをサポートできることである。多くのＲＦ環境において、リモートステーションで受信する信号レベルは、アクセスポイントがステーションの方に向けて成形されたアンテナビームを使用して送信することによって向上する。成形されたアンテナビームは、例えば通常はアクセスポイントに配置する無指向性アンテナに比べて３〜５ｄＢのゲインの効果が得られる。信号レベルの向上により、アクセスポイントとリモートステーションとのリンクは、特にカバリッジ範囲の外側帯域において、より高いデータ転送速度で動作できる。指向性アンテナの操向プロセスは、アクセスポイント内に常駐してリモートステーションの動作をサポートする。

より詳細には、本発明は無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）内でアクセスポイントを動作させる方法を対象とする。ここで、アクセスポイントは複数のリモートステーションと通信するための指向性アンテナを備えており、指向性アンテナは複数のアンテナパターンを備えている。本方法は、アクセスポイントと各リモートステーションとの間で複数のアンテナパターンに対応するそれぞれの測定された信号品質を関連付けることによって、アンテナデータベースを作成するステップを備えている。それぞれの測定された信号品質は、アクセスポイントによって各リモートステーションとの通信に基づいて決定される。

本方法は、リモートステーションごとにアンテナデータベースに基づいて好ましいアンテナパターンを決定するステップと、リモートステーションおよびそれに対応する通信のための好ましいアンテナパターンを選択するステップとをさらに備えている。アンテナデータベースに基づき、選択されたリモートステーションと通信する前に、そうした通信が実際にいつ行われるかを、選択されていないリモートステーションのいずれかが知らない可能性があるかどうかが判定される。

選択されていないリモートステーションのいずれかが、こうした通信が実際にいつ行われるか知らない可能性があるかどうかを判定するステップは、選択されたリモートステーションについて好ましいアンテナパターンに関連付けられた測定された信号品質を、同じ好ましいアンテナパターンを使用した場合の選択されていないリモートステーションに関連付けられたそれぞれの信号品質と比較するステップを備えている。測定されたそれぞれの信号品質は、受信信号強度表示（ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）、搬送波対干渉比（ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｒａｔｉｏ）、ビットあたりのエネルギー比（ｅｎｅｒｇｙ−ｐｅｒ−ｂｉｔ ｒａｔｉｏ）、信号対雑音比の少なくとも１つを含むことができる。

複数のアンテナパターンは、無指向性アンテナパターンを備えていてもよい。また、こうした通信が実際にいつ行われるか、選択されていないリモートステーションの少なくとも１つが知らないと判定された場合に、本方法は無指向性アンテナパターンを使用して要求のない（ｕｎｓｏｌｉｃｉｔｅｄ）送信可メッセージを複数のリモートステーションに送信するステップをさらに備えることができる。送信可メッセージは、複数のリモートステーションのいずれにも対応していない未使用のアドレスを備えている。

代替的に、こうした通信が実際にいつ行われるか、選択されていないリモートステーションの少なくとも１つが知らないと判定された場合に、本方法は、無指向性アンテナパターンを使用して順方向リンクで複数のリモートステーションに送信要求メッセージを送信するステップと、選択されたリモートステーションから送信可メッセージを受信するステップと、選択されたリモートステーションにデータフレームを送信するステップと、選択されたリモートステーションから肯定応答メッセージを受信するステップとをさらに備えることができる。逆方向リンクの場合に、本方法は、選択されたリモートステーションから送信要求メッセージを受信するステップと、選択されたリモートステーションに送信可メッセージを送信するステップと、選択されたリモートステーションからデータフレームを受信するステップと、選択されたリモートステーションに肯定応答メッセージを送信するステップとをさらに備えることができる。

アンテナデータベースの作成は、少なくとも３つの方法で実行できる。第１のアプローチは順方向リンクで制御フレームを使用すること、第２のアプローチは逆方向リンクで制御フレームを使用すること、さらに第３のアプローチはプローブ信号を使用することである。

順方向リンクで制御フレームを使用してアンテナデータベースを作成する方法は、複数の制御フレームとデータフレームを備えるパケットデータの交換に基づいて順方向リンクの複数のリモートステーションと通信するアクセスポイントを備えており、アンテナデータベースを作成するステップは、第１のリモートステーションから指向性アンテナの第１のアンテナパターンを使用して要求のある第１の制御フレームを受信するステップと、第１のデータフレームを第１のリモートステーションに送信するステップと、第１のリモートステーションから指向性アンテナの第２のアンテナパターンを使用して第２の制御フレームを受信するステップと、第１のアンテナパターンを使用して受信した第１の制御フレームの信号品質と第２のアンテナパターンを使用して受信した第２の制御フレームの信号品質とを測定するステップとを備えている。これらのステップは、残りのアンテナパターンについても繰り返される。

加えて、本方法は、リモートステーションごとに、第１のアンテナパターンを使用して受信した第１の制御フレームの信号品質と、第２のアンテナパターンを使用して受信した第２の制御フレームの信号品質とを測定するための受信のステップと送信のステップとを繰り返すステップをさらに備えている。受信した第１の制御フレームは送信可メッセージを含んでおり、受信した第２の制御フレームは肯定応答メッセージを含んでいる。

逆方向リンクで制御フレームを使用してアンテナデータベースを作成する方法は、第１のリモートステーションから指向性アンテナの第１のアンテナパターンを使用して第１の制御フレームを受信し、第２の制御フレームを第１のリモートステーションに送信し、第１のリモートステーションから指向性アンテナの第２のアンテナパターンを使用して第１のデータフレームを受信し、第１のアンテナパターンを使用して受信した第１の制御フレームの信号品質と第２のアンテナパターンを使用して受信した第１のデータフレームの信号品質とを測定するアクセスポイントを備えている。これらのステップは、残りのアンテナパターンについても繰り返される。

本方法は、リモートステーションごとに、第１のアンテナパターンを使用して受信した第１の制御フレームの信号品質と、第２のアンテナパターンを使用して受信した第１のデータフレームの信号品質とを測定するための受信のステップと送信のステップとを繰り返すステップをさらに備えている。受信した第１の制御フレームは送信要求メッセージを含んでおり、送信された第２の制御フレームは送信可メッセージを含んでいる。

プローブ信号を使用してアンテナデータベースを作成する方法は、全方位角と複数の指向性角を備える指向性アンテナに基づいており、アンテナデータベースを作成するステップは、第１のリモートステーションを選択するステップと、指向性アンテナの全方位角を使用して第１のプローブ信号を第１のリモートステーションに送信するステップと、全方位角を使用して、第１のプローブ信号に応答する第１のリモートステーションから受信した第１のプローブ応答信号を測定するステップとを備えている。第２のプローブ信号のそれぞれが指向性アンテナの複数の指向性角の各１つを使用して第１のリモートステーションに送信され、各指向性角を使用して、第２のプローブ信号のそれぞれに応答する第１のリモートステーションから受信した第２のプローブ応答信号が測定される。

プローブ信号を使用する場合に、本方法は、複数のリモートステーションから次のリモートステーションを選択するステップと、選択された次のリモートステーションに第１および第２のプローブ信号を送信するステップと選択された次のリモートステーションから受信した第１および第２のプローブ応答信号を測定するステップとを繰り返すステップとをさらに備えている。これらのステップは、複数のリモートステーションの残りのリモートステーションのそれぞれについて繰り返される。第１のプローブ信号は送信要求（ＲＴＳ）メッセージを含んでおり、第１のプローブ応答信号は送信可（ＣＴＳ）メッセージを含んでいる。さらに、第２のプローブ信号はＲＴＳメッセージを含んでおり、第２のプローブ応答信号はＣＴＳメッセージを含んでいる。

アクセスポイントは、ＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格とＩＥＥＥ ８０２．１６標準規格の少なくとも１つに基づいて動作する。指向性アンテナは、少なくとも１つの能動素子と複数の受動素子を備えている。

本発明の別の態様は、複数のアンテナパターンを備える指向性アンテナと、指向性アンテナに接続し、指向性アンテナを制御するコントローラを備える無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）のアクセスポイントを対象とする。コントローラは、各リモートステーションとの間で複数のアンテナパターンに対応するそれぞれの測定された信号品質を関連付けることによってアンテナデータベースを作成し、それによって複数のリモートステーションと通信する。それぞれの測定された信号品質は、各リモートステーションとの通信に基づいて決定される。

コントローラは、リモートステーションごとにアンテナデータベースに基づいて好ましいアンテナパターンを決定し、リモートステーションとそれに対応する通信のための好ましいアンテナパターンを選択する。アンテナデータベースに基づいて、選択されたリモートステーションと通信する前に、そうした通信が実際にいつ行われるかを、選択されていないリモートステーションが知らない可能性があるかどうかを判定する。

前述の、およびそれ以外の本発明の目的、機能、利点は、添付の図面に示す本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面は、必ずしも原寸に比例しておらず、本発明の原理を示すことが強調されている。

本明細書の以下の部分では、本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面を参照しながら、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態で実施でき、本明細書で説明する実施形態に限定されると解釈してはならない。むしろ、本開示を十分で完成されたものにするため、および本発明の範囲を当業者に詳細に説明するためにこうした実施形態が提示されている。全体を通じて、同じ番号は同じエレメントを表しており、プライム表記は代替の実施形態における同様のエレメントを示している。

図１Ａを参照しながら、まずディストリビューションシステム１０５を備える無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）１００について説明する。アクセスポイント１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、有線データネットワーク接続などの有線接続を経由してディストリビューションシステム１０５に接続する。アクセスポイント１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのそれぞれは、無線周波数（ＲＦ）信号を介して、リモートステーション１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃと通信可能なそれぞれのゾーン（ｚｏｎｅ）１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを備えている。リモートステーション１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、無線ＬＡＮのハードウェアとソフトウェアでサポートされており、ディストリビューションシステム１０５にアクセスする。以下の説明において、アクセスポイント、リモートステーション、およびゾーンを一般的に参照する場合は、それぞれ参照番号１１０、１２０、１１５を使用する。

本技術は、アクセスポイント１１０とリモートステーション１２０に、アンテナダイバシティを提供する。アンテナダイバシティにより、アクセスポイント１１０とリモートステーション１２０は、受信する信号の品質に基づいて、送信および受信の機能を備える２つのアンテナのいずれかを選択できる。２つのうち１つを選択するのは、マルチパスフェージングの場合に、１つの信号が２つの異なる経路をとることにより、一方のアンテナでは信号の相殺（ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）が発生し、他方では発生しないためである。別の例は、同一のアンテナで受信する２つの異なる信号によって干渉が発生する場合である。２つのアンテナのうち１つを選ぶ別の理由として、矢印１２５が示すように、リモートステーション１２０ｃが第３のゾーン１１５ｃから第１のゾーン１１５ａまたは第２のゾーン１１５ｂに移動するといった変化する環境がある。

図１Ｂは、図１Ａに示すネットワーク１００の一部のブロック図であり、本発明の原理を利用するアクセスポイント１１０ｂについて、指向性アンテナローブ（ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ ａｎｔｅｎｎａ ｌｏｂｅｓ）１３０ａ〜１３０ｉに関連してより詳細に示している。指向性アンテナローブ１３０ａ〜１３０ｉは、全体として参照番号１３０によっても示される。アクセスポイント１１０ｂは、その環境をスキャンする間に、アンテナローブ１３０を順次配列することによって、好ましいアンテナの方向を決定する。

スキャン中に、アクセスポイント１１０ｂは、図２Ａと図２Ｂにより詳細に示すように、指向性アンテナを使用してリモートステーション１２０ｂから送信されたＲＦ信号を探索してスキャンを行う。スキャンの各方向（すなわち角度またはアンテナパターン）で、アクセスポイント１１０ｂは信号またはプローブ応答を測定し、そのスキャン角度のそれぞれの指標（ｍｅｔｒｉｃ）を計算する。こうした指標の例には、受信信号の品質または信号環境の受信信号強度表示（ＲＳＳＩ：ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）、搬送波対干渉波（Ｃ／Ｉ：ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）、ビットあたりエネルギー比（ｅｎｅｒｇｙ−ｐｅｒ−ｂｉｔ ｒａｔｉｏ）（Ｅｂ／Ｎｏ）、または信号対雑音比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）など、その他の適切な基準が含まれる。当業者には言うまでもないが、これらの測定値の組合せによっても、最適なアンテナパターンまたは好ましいアンテナパターンが決定される。測定された信号の品質指標に基づき、アクセスポイント１１０ｂは、リモートステーション１２０ｂとの通信において好ましいアンテナの角度または方向を決定する。

スキャンを実行するのは、リモートステーション１１０ｂが認証され、ディストリビューションシステム１０５に接続する前でも後でもよい。したがって、最初のアンテナスキャンは、ＭＡＣレイヤ内で実行してもよい。代わりに、最初のスキャンはＭＡＣレイヤの外部で実行してもよい。同様に、スキャンは、リモートステーション１１０ｂが認証され、ディストリビューションシステム１０５に接続した後に、ＭＡＣレイヤ内で実行されてもよいし、ＭＡＣレイヤ外で起こるプロセスによって実行されてもよい。

図２Ａは、外付けの指向性アンテナアレイ２００ａを使用するアクセスポイント１１０を示す図である。指向性アンテナアレイ２００ａには、５つのモノポール受動アンテナエレメント２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、２０５ｅ、および１つのモノポール能動アンテナエレメント２０６が含まれる。受動アンテナエレメント２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、２０５ｅは、以下では参照番号２０５で総称する。指向性アンテナエレメント２００ａは、ＵＳＢポート２１５を経由してアクセスポイント１１０に接続する。指向性アンテナアレイ２００ａとアクセスポイント１１０とを接続する他の方法も、容易に使用できる。

指向性アンテナアレイ２００ａ内の受動アンテナエレメント２０５は、受信機にも送信機にも接続せず（ｐａｒａｓｉｔｉｃａｌｌｙ）、能動アンテナエレメント２０６に結合してスキャンを可能にする。スキャンにより、指向性アンテナアレイ２００ａの少なくとも１つのアンテナビームは、オプションで受動アンテナエレメント２０５の数に関連付けられた増分で３６０度回転できる。

指向性アンテナアレイ２００ａについての詳しい説明は、参照により開示全体が本明細書に組み込まれており、本発明の現在の譲受人に譲渡されている、２００２年１月２４日に公開された特許文献１に提示されている。指向性アンテナアレイ２００ａによって受信または送信された信号に基づいて、アンテナの方向を最適化する方法の例についても、特許文献１に説明されている。

さらに、指向性アンテナアレイ２００ａは無指向性（ｏｍｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）モードで使用でき、無指向性のアンテナパターンを備えることができる。アクセスポイント１１０は、無指向性パターンを使用して送信または受信できる。アクセスポイント１１０は、リモートステーション１２０に送信する場合、またはリモートステーション１２０から受信する場合に、選択した指向性アンテナを使用することもできる。

図２Ｂは、内蔵の指向性アンテナ２２０ｂを備えるアクセスポイント１１０の投影図である。この実施形態において、指向性アンテナアレイ２００ｂはＰＣＭＣＩＡカード２２０上にある。ＰＣＭＣＩＡカード２２０は、アクセスポイント１１０に装着されており、プロセッサ（図示せず）に接続している。指向性アンテナアレイ２００ｂは、図２Ａに示す指向性アンテナアレイ２００ａと同様の機能を備えている。

他の様々な形態の指向性アンテナアレイを使用できることを理解されたい。この例には、本発明の現在の譲受人に譲渡されており、参照により開示全体が本明細書に組み込まれている２００３年２月４日に出願した特許文献２、ならびに２００２年３月２８日に公開された特許文献３において説明されたアレイが含まれる。

図３Ａは、前述の受動アンテナエレメント２０５と能動アンテナエレメント２０６を含む指向性アンテナアレイ２００ａを詳細に示す図である。図３Ｂに関連して後述するように、指向性アンテナアレイ２００ａには、受動アンテナエレメントが電気的に結合するグラウンドプレーン（ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ）３３０も含まれる。

引き続き図３Ａを参照すると、指向性アンテナアレイ２００ａは、アンテナエレメント２０５ａと２０５ｅから角度を付けた指向性アンテナローブ３００を備える。これは、アンテナエレメント２０５ａと２０５ｅが反射モードにあり、アンテナエレメント２０５ｂ、２０３ｃ、２０５ｄが送信モードにあることを示している。換言すると、能動アンテナエレメント２０６と受動アンテナエレメント２０５が相互に結合することにより、指向性アンテナアレイ２００ａは、この場合、図示されたように受動エレメント２０５が設定されたモードにより方向付けられた指向性アンテナローブ３００をスキャンする。当業者には言うまでもないが、受動アンテナエレメント２０５の様々なモードの組合せによって、様々なアンテナローブ３００のパターンと角度が得られる。

図３Ｂは、受動アンテナエレメント２０５を反射モードまたは送信モードに設定するために使用できる回路の例を示す概略図である。反射モードは、代表的な長い破線３０５で示し、送信モードは短い破線３１０で示している。代表的なモード３０５と３１０は、それぞれ誘導性エレメント（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）３２０または容量性エレメント（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）３２５を経由してグラウンドプレーン３３０に結合することによって発生する。誘導性エレメント３２０または容量性エレメント３２５を経由した受動アンテナエレメント２０５ａの結合は、スイッチ３１５を使用して実行される。スイッチ３１５は、受動アンテナエレメント２０５ａをグラウンドプレーン３３０に結合できる機械的スイッチでも電気的スイッチでもよい。スイッチ３１５は、制御信号３３５を使用して設定される。

受動アンテナエレメント２０５ａは、誘電性エレメント３２０を経由してグラウンドプレーン３３０に結合すると、代表的な長い破線３０５に示すように実効的に伸長される。これは、能動アンテナエレメント２０６との相互結合を経由して受動アンテナエレメント２０５ａに結合するＲＦ信号の「バックボード（ｂａｃｋｂｏａｒｄ）」となっていると考えられる。図３Ａの場合は、受動アンテナエレメント２０５ａと２０５ｅの両方が、それぞれ誘導性エレメント３２０を経由してグラウンドプレーン３３０に接続される。同時に、図３Ａの例では、他の受動アンテナエレメント２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄが、それぞれ容量性エレメント３２５を経由してグラウンドプレーン３３０に電気的に接続される。

受動アンテナエレメントは、容量性エレメントに結合すると、代表的な短い破線３１０に示すように実効的に短縮される。すべての受動エレメント３２５を容量性エレメントに結合させると、指向性アンテナアレイ２００ａは実効的に無指向性アンテナになる。受動アンテナエレメント２０５とグラウンドプレーン３３０の間には、例えば遅延線（ｄｅｌａｙ ｌｉｎｅｓ）や集中定数インピーダンス（ｌｕｍｐｅｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅｓ）といった他の結合技術を使用してもよいことを理解されたい。

図９に進むと、指向性アンテナアレイ２００ａまたは２００ｂを使用して無指向性アンテナパターン９０５と指向性アンテナパターン９１０を生成するアクセスポイント１１０ｂを上から見た図（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｖｉｅｗ俯瞰図）が示されている。アクセスポイント１１０ｂは、複数のステーション１２０ａ〜１２０ｄと通信する。アクセスポイント１１０は通常は離れて設置されており、近くに障害物や移動する反射体（例えば壁の高い部分や天井）がないので、好ましいアンテナパターン方向の選択は、所定のリモートステーション１２０との接続中は変更されない場合が多い。

図示されたアクセスポイント１１０ｂは、指向性アンテナ２００ａを使用して、ダウンリンクのデータフレームを選択されたリモートステーション１２０ｃに送信できる。ほとんどのブロードキャストおよび制御フレームは、アクセスポイントで無指向性アンテナパターン９０５と利用可能な最小のデータ転送速度を使用することによって、すべてのリモートステーション１２０においてそれらを受信することを保証できる。指向性アンテナ２００ａは、ネットワーク１００のカバリッジ範囲を拡大しないが、リモートステーション１２０に送信されたデータフレームのデータ転送速度を向上させることができる。ネットワーク１００を経由して転送されたデータの大半がダウンリンク上に現れるので（例えばウェブページへのアクセス、ファイル転送など）、ダウンリンク速度の向上は効果的である。１つの選択肢は、アクセスポイント１１０ｂが無指向性モードでの受信を要求された場合に、空間切り替えダイバシティ（ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）を使用することである。リンクマージンを５ｄＢ増大させる可能性があるので、例えば３００％のスループット向上にも対応できる。

競合期間（ＣＰ：ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ）中に、選択されたリモートステーション１２０ｃからアクセスポイント１１０ｂに送信されたアップリンクデータフレームは、任意のリモートステーションがこのフレームを送信できるので、無指向性アンテナパターンを使用して受信される。大規模なフレームについては、ネットワーク構成からリモートステーションに対して送信要求／送信可（ＲＴＳ／ＣＴＳ）メカニズムの使用が要求され、無線媒体が予約されてもよい。この場合に、アクセスポイント１１０ｂは、指向性モードで受信することによってアップリンク上のデータ転送速度を向上できた。これは、リモートステーション１２０ｃに実装されたデータ転送速度選択アルゴリズムにある程度依存している。

ダウンリンクの伝送において、アクセスポイント１１０ｂは、競合期間中に無指向性パターンとより低いデータ転送速度を使用して小さなパケットを転送するように決定してもよい。この理由は、カバリッジ範囲の「もう一方」の側のリモートステーション（例えばリモートステーション１２０ｅ）は、そこから外れた方向に向けた、指向性アンテナパターン９１０からのアクセスポイント送信を聞き取ることができないことである。これはよく知られている「隠れ端末（ｈｉｄｄｅｎ ｎｏｄｅ）」問題であり、２つのリモートステーション１２０はお互いに聞き取ることができず、ついには同時に送信をすることになる。この場合では、２つのリモートステーションは１２０ｃと１２０ｅである。特に大きなデータフレームにおいて、この問題を防止する方法については、図７を参照しながら以下で説明する。

このように、アクセスポイント１１０の指向性アンテナパターンは、大規模なネットワークトラフィックであるリモートステーション１２０とのダウンリンクとアップリンクのデータフレーム交換において、高いデータ転送速度を提供できる。ネットワーク接続性は、アクセスポイント１１０の無指向性アンテナの公称ゲインに維持される。つまり、リモートステーション１２０は、アクセスポイント１１０に接続し、指向性アンテナ２００ａを使用しなくても接続を維持できる。

指向性アンテナ２００ａの無指向性ならびに指向性の特性を最大限に活用するために、表１に示す一連の規則を定義できる。表１には、アクセスポイント１１０と現在のアンテナ方向選択に関連付けられるリモートステーション１２０のアドレスが記載されている。表１は、８０２．１１標準規格（標準規格中の表２１と２２）からのフレームシーケンスに基づいてアンテナ方向を選択する例を示している。表１において、「Ｄｉｒ」は方向を、「ＵＬ」はアップリンクを、「ＤＬ」はダウンリンクを示している。

プロセスは、どんな場合に無指向性パターンを選択するか、およびどんな場合に指向性パターンを選択するかを決定する一連の規則によって説明できる。例えば、アクセスポイント１１０は、１つのリモートステーション１２０との間の送信または受信の合間に指向性パターンを選択してもよい。

アクセスポイント１１０のインターフェースを示すブロック図が図４に示されている。図示されたアクセスポイント１１０には、様々なサブシステムとレイヤが含まれている。アンテナサブシステム４０５には、指向性アンテナ２００ｂとサポートする回路、バス、および指向性アンテナを動作させるソフトウェアを含めてもよい。アンテナサブシステム４０５は、物理レイヤ４１０にインターフェースしてこのレイヤにＲＦ信号４１２を提供する。

物理レイヤ４１０は、ＲＦ信号４１２を処理してアンテナ操向プロセス４２０に対する信号品質測定値４１７を決定する。物理レイヤ４１０は、ＲＦ信号４１２に基づいて処理した信号を、ＭＡＣレイヤ４１５に送信する。ＭＡＣレイヤ４１５はタイミング制御メッセージ４２２を生成する。このメッセージはアンテナ操向プロセス４２０にも送信され、必要に応じてアンテナを無指向性モードまたは指向性モードに切り替える。

ＭＡＣレイヤ４１５は、さらにデータフレーム４２９を他のプロセス（図示せず）に送信する。図示された物理レイヤ４１０、ＭＡＣレイヤ４１５、およびアンテナ操向プロセス４２０は、コントローラ４００内に常駐してもよい。アンテナ操向プロセス４２０は、例えばスタンドアロンのメモリやプロセッサに内蔵されたメモリなどのメモリに格納してもよい。

アンテナ操向プロセス４２０は、各リモートステーション１２０がアンテナをスキャンする間に作成された受信信号品質測定値４１７の関数として、「アンテナテーブルもしくはデータベース」、または「方向テーブルもしくはデータベース」４２５を維持する。例えば、方向テーブル４２５には、ステーションＩＤおよびリモートステーション１２０との指向性をもった通信に対応するアンテナ方向（Ａ、Ｂ、Ｃ）を格納できる。方向テーブル４２５内のアンテナ方向が決定すると、アンテナ操向プロセス４２０を使用してアンテナサブシステム４０５に指向性アンテナ制御４２７が提供される。信号品質測定値４１７が、無指向性モードで最大のデータ転送速度をサポートできることを示す所定のしきい値を超えている場合は、アンテナ方向を無指向性（Ｏ）モードに保持してもよい。

以下の各段落では、指向性アンテナ２２０ｂをアクセスポイント１１０からリモートステーション１２０に向ける好ましい方向を決定するための、本発明による様々な技術について説明する。第１の技術では、空間ダイバシティ選択メカニズムを使用する。第２の技術では、アクセスポイント１１０とリモートステーション１２０の間で交換されるプローブ信号シーケンスを使用する。第３の技術では、アクセスポイント１１０における受信アンテナ方向の信号品質測定値を求める制御メッセージ（例えばＡＣＫやＣＴＳ）を使用する。第３の技術は、順方向と逆方向の両方のリンクに適用できる。

第１の技術では、現在の８０２．１１デバイスにアンテナ切り替えダイバシティのスキャン／制御が組み込まれていること、および８０２．１１ａ／８０２．１１ｇ／８０２．１ｌｎといった将来の８０２．１１デバイスも切り替えダイバシティをサポートすることが想定されている。第１の技術は、リモートステーション１２０が認証を行い、ステーション自体をネットワークに接続した後に適用できる。最初のアンテナスキャンは、ＭＡＣ／ネットワークレイヤプロトコル内で実行されることが想定されている。指向性またはマルチエレメントアンテナ２２０ａを使用すると、第１の技術ではダイバシティプロトコルを利用してアンテナ位置／選択を最新に維持できる。

次に図６を参照すると、第１の技術は以下のように機能する。図示されたアクセスポイント１１０’には、アンテナサブシステム４０５’に接続されたコントローラ６００’が含まれる。コントローラ６００’は、アンテナ制御信号にアクセスできる物理レイヤ４１０’とＭＡＣレイヤを備えている（図４）。ＭＡＣレイヤは、レジスタＡ ６０５ａ’とレジスタＢ ６０５ｂ’に選択したアンテナを書き込む。レジスタＡ ６０５ａ’には選択したアンテナ位置が格納され、レジスタＢ ６０５ｂ’は候補となるアンテナ位置が格納される。物理レイヤ４１０’は、マルチプレクサ６１０’とも通信している。物理レイヤ４１０’は、ダイバシティ選択スイッチ制御信号６０７’を一般的なダイバシティ選択制御法によってマルチプレクサ６１０’に送信するが、この場合では、ダイバシティ選択スイッチ制御信号はレジスタＡ ６０５ａ’の内容を使用するかレジスタＢ ６０５ｂ’の内容を使用するかを制御する。

選択されたアンテナ位置は、まずはネットワーク認証／接続プロトコル実行中に選択される。候補となるアンテナ位置は、他の任意のアンテナ位置でよい（無指向性モードを含む）。有効なパケットを受信した後、またはパケットを受信することなく所定の期間が経過した場合に、所定の順序によって候補となるアンテナ位置が変更される。

パケットが正常に受信された後で、物理レイヤ４１０’は両方のアンテナ位置についての受信信号品質指標（信号強度、信号対ノイズ率、マルチパス／イコライザー指標など）をＭＡＣレイヤに送信する。パケット受信中に、物理レイヤ４１０’は、ここで８０２．１１と同様に機能する。つまり、２つのアンテナ位置の間で切り替えを行い、パケットを受信するための最適なアンテナ位置を使用する。物理レイヤ４１０’で有効なパケットを受信した後に、２つのアンテナ位置の信号品質指標がＭＡＣレイヤに送信される。

ＭＡＣレイヤは、選択されたアンテナ位置と候補となるアンテナ位置の両方を更新する。選択されたアンテナ位置は、物理レイヤ４１０’から受信したデータに基づいて最適な位置に置き換えられる。フィルタリング／ヒステリシスを使用することによって、２つのアンテナ位置間の「ピンポンのように頻繁な切り替え（ｐｉｎｇ−ｐｏｎｇｉｎｇ）」を回避できる。

前述のように、この技術では現在の８０２．１１アンテナ切り替えダイバシティの方法を利用している。この第１の技術は、ハードウェア、ソフトウェア／ファームウェア、またはこれらの組合せを含むことができることを理解されたい。

次に図１０を参照しながら、空間ダイバシティに基づいてＷＬＡＮ １００内のアクセスポイント１１０を動作させる前述の方法のフロー図について説明する。本方法は、ブロック１０００において開始される。指向性アンテナ２２０ｂの現在の角度を使用して、リモートステーション１２０と通信するステップ（ブロック１０１０）を備えている。ブロック１０２０において、プリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）中にリモートステーション１２０と通信する指向性アンテナ２２０ｂの複数の他の角度についてスキャンを行う。ブロック１０３０において、リモートステーション１２０から現在の角度と複数の他の角度を使用して受信した各信号を測定する。ブロック１０４０において、プリアンブル中に、測定された信号に基づいて、現在の角度または複数の他の角度のうち１つを好ましい角度として選択し、リモートステーション１２０との通信を続行する。ブロック１０５０において本方法が終了する。

第２の技術は、アクセスポイント１１０からリモートステーション１２０へのＲＴＳメッセージの送信と、これに応答してリモートステーションからアクセスポイントに送信したＣＴＳメッセージの受信に基づいている。８０２．１１標準規格では、プローブ要求／プローブ応答の交換も規定されている。通常、この信号はリモートステーション１２０で他のステーション１２０へのリンクの品質を決定するために使用する。

アクセスポイント１１０において選択されたリモートステーション１２０に対する好ましい方向を決定するために使用する場合は、図８に示すように、アクセスポイント１１０は無指向性パターンと候補となる指向性パターン１３０のそれぞれを使用してプローブ要求信号８０５を送信し、それぞれのパターンで動作する間にリモートステーション１１０から返送されたプローブ応答信号８１０の信号品質を測定する。

この方法は、これらの応答フレーム８１０を測定することによって、前述のダイバシティ選択技術よりも信頼性の高い技術となっている。この第２の技術は、リモートステーション１２０がアクセスポイント１１０に接続した直後に、少なくとも一度使用するのが好ましい。ただし、さらにプローブ要求／プローブ応答信号を使用することによってネットワーク効率に影響が出るが、この交換は頻繁に行わなくてもよい。

次に、図１１を参照しながら、プローブ信号に基づいてＷＬＡＮ １００内のアクセスポイント１１０を動作させる前述の方法のフロー図について説明する。本方法は、ブロック１１００において開始され、リモートステーション１２０を選択するステップ（ブロック１１１０）と、指向性アンテナ２２０ｂの全方位角を使用して第１のプローブ信号を選択されたリモートステーションに送信するステップ（ブロック１１２０）と、第１のプローブ信号に応答する選択されたリモートステーションから、全方位角を使用して受信した第１のプローブ応答信号を測定するステップ（ブロック１１３０）とを備えている。

ブロック１１４０において、指向性アンテナ２２０ｂの複数の指向性角の１つを使用して第２のプローブ信号のそれぞれを選択されたリモートステーション１２０に送信し、ブロック１１５０において、第２のプローブ信号に応答する選択されたリモートステーションから各指向性角を使用して受信した第２のプローブ応答信号を測定する。ブロック１１６０において、選択されたリモートステーション１２０からの測定された第１のプローブ応答信号と測定された第２のプローブ応答信号のそれぞれをアンテナデータベースに格納する。

ブロック１１７０において、測定された第２のプローブ応答信号に基づいて、選択されたリモートステーション１２０への好ましい指向性角を選択する。ブロック１１８０において、全方位角からの測定された第１のプローブ応答信号を好ましい指向性角からの測定された第２のプローブ応答信号と比較する。第１のプローブ信号は送信要求（ＲＴＳ）メッセージを含んでおり、第１のプローブ応答信号は送信可（ＣＴＳ）メッセージを含んでいる。同様に、第２のプローブ信号はＲＴＳメッセージを含んでおり、第２のプローブ応答信号はＣＴＳメッセージを含んでいる。ブロック１１９０において、この比較に基づいて全方位角または好ましい指向性角を選択し、選択されたリモートステーション１２０との通信を続行する。ブロック１１９５において本方法は終了する。

第３の技術では、アクセスポイント１１０とリモートステーション１２０の間の標準的なデータ交換で使用される制御フレームを利用する。この技術は、順方向リンクの通信と逆方向リンクの通信の両方において使用できる。送信可（ＣＴＳ）メッセージと肯定応答（ＡＣＫ）メッセージは比較的低いデータ転送速度によって送信されるので、アクセスポイント１１０はこれらのメッセージを使用して無指向性パターン９０５と現在選択されている指向性パターン１３０とを比較できる。これについては、アンテナ選択のタイミングを図５Ａに破線で示している。これは、現在選択されている方向１３０が無指向性パターン９０５に対して優位を維持しているかどうか判定する方法として利用できる。この優位は、通常は所定のしきい値に基づいており、信号品質指標がほぼ同等の２つのアンテナパターンの間で頻繁な切り替えが発生するのを防止する。

例えば、ＣＴＳメッセージの間に、無指向性モードを利用してこのメッセージを受信し、第１の信号品質測定値を計算する。ＡＣＫメッセージの間に、テストアンテナ方向を使用してこのメッセージを受信し、第２の信号品質測定値を計算する。第１と第２の信号品質測定値を比較し、テストアンテナ方向を保存するかどうかを判定する。つまり、指向性モードは無指向性モードより高いゲインを提供するかどうかである。指向性アンテナの２つの異なる方向間で、比較をすることもできる。

図５Ｂに示すように、逆方向リンクのデータ送信の間に同様のタイプの測定と比較を行ってもよい。ＡＣＫメッセージの間に、アクセスポイント１１０は、信号品質の測定値を計算し、これを無指向性モードの測定値、または他の指向性モードの測定値と比較できる。選択されたリモートステーション１１０との複数の通信について比較を行ってから、別のアンテナ方向をスキャンしてもよい。

図４に示す方向テーブル４２５は、前述の無指向性および選択された指向性アンテナパターンによる１つまたは複数のプロセスからの信号品質測定値で拡張してもよい。優位性の低下が所定のしきい値を超える場合に、アクセスポイント１１０は無指向性の選択に戻り、前述の最初の２つの技術を使用してアンテナ検索を実行する。

リモートステーション１２０が省電力モードになった場合、またはデータ送信のないアイドル期間が長く続いた場合は、アクセスポイント１１０は無指向性パターンの選択に戻る。リモートステーション１２０が再びアクティブになった場合に、アクセスポイント１１０はもう一度別のアンテナ検索を実行してもよい。

次に、図１２と図１３を参照しながら、順方向リンクと逆方向リンクの制御フレームに基づいて、ＷＬＡＮ １００内のアクセスポイント１２０を動作させる方法のフロー図のそれぞれについて説明する。本方法は、ブロック１２００において開始され、リモートステーション１２０から指向性アンテナ２２０ｂの第１のアンテナパターンを使用して順方向リンクの第１の制御フレームを受信するステップ（ブロック１２１０）と、第１のデータフレームをリモートステーションに送信するステップ（ブロック１２２０）と、リモートステーションから指向性アンテナの第２のアンテナパターンを使用して第２の制御フレームを受信するステップ（ブロック１２３０）とを備えている。ブロック１２４０において、第１のアンテナパターンを使用して受信した第１の制御フレームの信号品質と、第２のアンテナパターンを使用して受信した第２の制御フレームの信号品質を測定する。ブロック１２５０において、第１のアンテナパターンに関連付けられた測定された信号品質と第２のアンテナパターンに関連付けられた測定された信号品質とを比較する。ブロック１２６０において、第２のアンテナパターンに関連付けられた測定された信号品質が第１のアンテナパターンに関連付けられた測定された信号品質を所定のしきい値だけ超えた場合は、リモートステーション１２０に第２のデータフレームを送信するために第２のアンテナパターンを選択する。受信した第１の制御フレームは送信可メッセージを含んでおり、受信した第２の制御フレームは肯定応答メッセージを含んでいる。ブロック１２７０において、本方法は終了する。

逆方向リンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ １００内でアクセスポイント１２０を動作させる方法は、ブロック１３００において開始され、リモートステーションから指向性アンテナ２２０ｂの第１のアンテナパターンを使用して第１の制御フレームを受信するステップ（ブロック１３１０）と、リモートステーションに第２の制御フレームを送信するステップ（ブロック１３２０）と、リモートステーションから指向性アンテナの第２のアンテナパターンを使用して第１のデータフレームを受信するステップ（ブロック１３３０）とを備えている。ブロック１３４０において、第１のアンテナパターンを使用して受信した第１の制御フレームの信号品質と、第２のアンテナパターンを使用して受信した第１のデータフレームの信号品質を測定する。ブロック１３５０において、第１のアンテナパターンに関連付けられた測定された信号品質と第２のアンテナパターンに関連付けられた測定された信号品質とを比較する。ブロック１３６０において、第２のアンテナパターンに関連付けられた測定された信号品質が第１のアンテナパターンに関連付けられた測定された信号品質を所定のしきい値だけ超えた場合は、アクセスポイント１１０からリモートステーション１２０に第２のデータフレームを送信するために第２のアンテナパターンを選択する。受信した第１の制御フレームは送信要求メッセージを含んでおり、送信された第２の制御フレームは送信可メッセージを含んでいる。ブロック１３７０において、本方法は終了する。

第４の技術は、隠れ端末防止技術であり、アクセスポイント１１０において指向性アンテナ２２０ｂを使用する場合に、隠れ端末の発生を抑制したり除去したりするための防止メカニズムを提供する。隠れ端末は、クセスポイント１１０と選択されたリモートステーション１２０との間の通信を、ネットワーク１００内のすべてのリモートステーション１２０が聞き取ることができるわけではない場合に発生する。したがって、聞き取ることができないリモートステーションは、媒体使用中に送信をする可能性がある。したがって、特にアクセスポイント１１０において競合が発生する。

アクセスポイント１１０からリモートステーション１２０に送信するデータがある場合に、制御プロセスは図４に示す方向テーブル４２５をスキャンして選択されたアンテナ方向を設定し、隠れ端末の可能性がないかを判定する。例えば、アクセスポイント１１０が選択されたアンテナ方向とは逆方向にあるリモートステーション１２０を探索するとする。

図７のタイミング図を参照すると、隠れ端末の可能性が存在すると制御ソフトウェアが判定した場合に、アクセスポイント１１０はまずアンテナ２２０ａの無指向性モードを使用して既知の使用されていないＭＡＣアドレスにＣＴＳメッセージを送信する。このプロセスは、ネットワーク内のすべてのリモートステーション１２０に交換が発生することを通知し、交換が終了するまで送信をしないように指示する役割を果たす。次に、アクセスポイント１１０は意図されたリモートステーション１２０用に選択したアンテナ方向に切り替わり、通信を続行する。隠れ端末問題を防止する別の方法は、所望のリモートステーション１２０との４ｗａｙのフレーム交換プロトコル（ＲＴＳ、ＣＴＳ、データ、ＡＣＫ）を実行することである。

隠れ端末の可能性がないと制御ソフトウェアが判定した場合は、アクセスポイント１１０がＣＴＳメッセージを送信せず、アクセスポイント１１０の適切な方向に設定されたアンテナを使用してただちに通信を開始できる。図５Ａに示すように、ネットワークプロトコルで必要とされる場合に、ＲＴＳメッセージは意図された受信機のアドレスを指定できるので、ＣＴＳメッセージは肯定応答としてアクセスポイント１１０に返される。

図７を参照しながら前述したプロセスにおいて、リモートステーション１２０で送信を停止するために必要なのはＣＴＳメッセージだけであり、ＲＴＳメッセージはアクセスポイント１１０から送信されないので効率がよくなる。標準８０２．１１プロトコルヘッダーのＩＤセクションに示されているリモートステーション１２０は、特定のリモートステーションでデータフレームを受信することを保証する。

次に図１４を参照しながら、隠れ端末の認識に基づいてＷＬＡＮ １００内のアクセスポイント１２０を動作させる方法のフロー図について説明する。本方法は、ブロック１４００で開始され、アクセスポイント１１０と各リモートステーション１２０との間で複数のアンテナパターンに対応するそれぞれの測定された信号品質を関連付けることによってアンテナデータベースを作成するステップ（ブロック１４１０）を備えている。それぞれの測定された信号品質は、アクセスポイント１１０によって各リモートステーション１２０との通信に基づいて決定される。ブロック１４２０において、リモートステーション１２０ごとにアンテナデータベースに基づいて好ましいアンテナパターンを決定し、ブロック１４３０において、リモートステーションと通信するための対応する好ましいアンテナパターンを選択する。ブロック１４４０において、アンテナデータベースに基づいて、選択されたリモートステーションと通信する前に、選択されていないリモートステーションがそうした通信が実際にいつ行われるかを知らない可能性があるかどうかを、判定する。これは、好ましいアンテナパターンを使用した場合の選択されたリモートステーションに関連付けられた測定された信号品質を、同様に好ましいアンテナパターンを使用した場合の選択されていないリモートステーションに関連付けられたそれぞれの信号品質と比較することによって決定される。

ブロック１４５０において、隠れ端末の可能性がある場合は、アクセスポイント１１０と選択されたリモートステーション１２０とが互いに通信することを通知するメッセージをブロードキャストする。前述のように、このブロードキャストは、リモートステーション１２０への無指向性アンテナパターンを使用した要求のない（ｕｎｓｏｌｉｃｉｔｅｄ）送信可メッセージの形態をとることができる。ＣＴＳは、リモートステーション１２０のいずれにも対応していない、未使用のアドレスを含んでいる。他の方法としては、４ｗａｙのフレーム交換プロトコル（ＲＴＳ、ＣＴＳ、データ、ＡＣＫ）が選択されたリモートステーション１２０で実行され、隠れ端末問題を防止する。ブロック１４６０において、本方法は終了する。

本発明について、その好ましい実施形態に関連して詳細に示し、説明してきた。添付の特許請求の範囲に示す本発明の範囲を逸脱することなしに、その形態および細部に様々な変更を加えることが可能なことは、当業者には理解されるであろう。例えば、アクセスポイントはＩＥＥＥ ８０２．１１標準には限定されない。当業者には言うまでもないが、前述のアクセスポイントのアンテナアルゴリズムは、他のタイプのＬＡＮ（ＩＥＥＥ ８０２．１６標準規格で定義するものなど）にも適用できる。

本発明の原理を使用する無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）を示す概略図である。 図１Ａに示すＷＬＡＮ内のアンテナスキャンを実行するアクセスポイントを示す概略図である。 外付けの指向性アンテナアレイを備える図１Ａのアクセスポイントを示す図である。 内蔵のＰＣＭＣＩＡカードに組み込まれた指向性アンテナアレイを備える図２Ａのアクセスポイントを示す図である。 図２Ａの指向性アンテナアレイを示す図である。 図３Ａに示す指向性アンテナのアンテナエレメントの状態を選択するためのスイッチを示す概略図である。 本発明の原理によるサブシステム、レイヤ、およびアンテナ操向プロセスを使用する図１Ａのアクセスポイントを示すブロック図である。 図４のアンテナ操向プロセスで選択的に使用される信号を示す図である。 図４のアンテナ操向プロセスで選択的に使用される他の信号を示す図である。 アンテナダイバシティ回路を使用した図４の他のブロック図である。 図４のアンテナ操向プロセスで選択的に使用される、隠れ端末技術を使用した信号を示す図である。 双方向のシグナリングを行う図１のネットワークを上から見た図である。 アンテナビームを示した図１のネットワークを上から見た図である。 本発明による空間ダイバシティに基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを動作させる方法を示すフロー図である。 本発明によるプローブ信号に基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを動作させる方法を示すフロー図である。 本発明による順方向リンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを動作させる方法を示すフロー図である。 本発明による逆方向リンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを動作させる方法を示すフロー図である。 本発明による隠れ端末認識に基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを動作させる方法を示すフロー図である。

Claims (21)

1. 無線ＬＡＮ内でアクセスポイントを動作させる方法であって、前記アクセスポイントは複数のリモートステーションと通信する指向性アンテナを備え、前記指向性アンテナは複数のアンテナパターンを備えており、
   前記アクセスポイントと各リモートステーションとの間で、前記複数のアンテナパターンに対応するそれぞれの測定された信号品質を関連付けることによって、アンテナデータベースを作成するステップであって、前記それぞれの測定された信号品質は前記アクセスポイントによって各リモートステーションとの通信に基づいて決定されることと、
   前記アンテナデータベースに基づいてリモートステーションごとに好ましいアンテナパターンを決定するステップと、
   リモートステーションと、それに対応する通信するための好ましいアンテナパターンとを選択するステップと、
   前記アンテナデータベースに基づいて、前記選択されたリモートステーションと通信する前に、選択されていないリモートステーションの中で隠れ端末が存在するかどうかを判定するステップであって、前記判定するステップは、前記選択されたリモートステーションに対する前記好ましいアンテナパターンに関連付けられた前記測定された信号品質を、同じ好ましいアンテナパターンを使用した場合の前記選択されていないリモートステーションに関連付けられた前記それぞれの信号品質と比較するステップを含むことと
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記複数のアンテナパターンは無指向性アンテナパターンを含み、前記選択されていないリモートステーションの中で少なくとも１つの隠れ端末が存在すると判定された場合は、前記無指向性アンテナパターンを使用して送信可メッセージを前記複数のリモートステーションに送信するステップであって、前記送信可メッセージは前記複数のリモートステーションのいずれにも対応しない未使用のアドレスを含むこと
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のアンテナパターンは無指向性アンテナパターンを含み、前記選択されていないリモートステーションの中で少なくとも１つの隠れ端末が存在すると判定された場合は、
   前記無指向性アンテナパターンを使用して、前記複数のリモートステーションに送信要求メッセージを順方向リンクで送信するステップと、
   前記選択されたリモートステーションから送信可メッセージを受信するステップと、
   前記選択されたリモートステーションにデータフレームを送信するステップと、
   前記選択されたリモートステーションから肯定応答メッセージを受信するステップと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記複数のアンテナパターンは無指向性アンテナパターン含み、前記選択されていないリモートステーションの中で少なくとも１つの隠れ端末が存在すると判定された場合は、
   前記選択されたリモートステーションから送信要求メッセージを逆方向リンクで受信するステップと、
   前記選択されたリモートステーションに送信可メッセージを送信するステップと、
   前記選択されたリモートステーションからデータフレームを受信するステップと、
   前記選択されたリモートステーションに肯定応答メッセージを送信するステップと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記アクセスポイントは、複数の制御フレームとデータフレームとを備えるパケットデータの交換に基づいて、順方向リンクにおいて前記複数のリモートステーションと通信し、前記アンテナデータベースを作成する前記ステップは、
   第１のリモートステーションから前記指向性アンテナの第１のアンテナパターンを使用して要求された（ｓｏｌｉｃｉｔｅｄ）第１の制御フレームを受信するステップと、
   前記第１のリモートステーションに第１のデータフレームを送信するステップと、
   前記第１のリモートステーションから前記指向性アンテナの第２のアンテナパターンを使用して第２の制御フレームを受信するステップと、
   前記第１のアンテナパターンを使用して受信した前記第１の制御フレームの信号品質と前記第２のアンテナパターンを使用して受信した前記第２の制御フレームの信号品質とを測定するステップと、
   残りのアンテナパターンについて前記各ステップを繰り返すステップと、
   リモートステーションごとに、前記第１のアンテナパターンを使用して受信した前記第１の制御フレームの信号品質と前記第２のアンテナパターンを使用して受信した前記第２の制御フレームの信号品質を測定するために受信する前記ステップと送信する前記ステップとを繰り返すステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記受信した第１の制御フレームは送信可メッセージを含み、前記受信した第２の制御フレームは肯定応答メッセージを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記アクセスポイントは、複数の制御フレームとデータフレームを備えるパケットデータの交換に基づいて、逆方向リンクの前記複数のリモートステーションと通信し、前記アンテナデータベースを作成する前記ステップは、
   第１のリモートステーションから前記指向性アンテナの第１のアンテナパターンを使用して第１の制御フレームを受信するステップと、
   前記第１のリモートステーションに第２の制御フレームを送信するステップと、
   前記第１のリモートステーションから前記指向性アンテナの第２のアンテナパターンを使用して第１のデータフレームを受信するステップと、
   前記第１のアンテナパターンを使用して受信した前記第１の制御フレームの信号品質と前記第２のアンテナパターンを使用して受信した前記第１のデータフレームの信号品質とを測定するステップと、
   他のすべてのアンテナパターンについて前記各ステップを繰り返すステップと、
   リモートステーションごとに、前記第１のアンテナパターンを使用して受信した前記第１の制御フレームの信号品質と、前記第２のアンテナパターンを使用して受信した前記第１のデータフレームの信号品質を測定するための受信する前記ステップと送信する前記ステップとを繰り返すステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記受信した第１の制御フレームは送信要求メッセージを含み、前記送信された第２の制御フレームは送信可メッセージを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記指向性アンテナは全方位角と複数の指向性角を備えており、前記アンテナデータベースを作成する前記ステップは、
   第１のリモートステーションを選択するステップと、
   前記指向性アンテナの前記全方位角を使用して、前記第１のリモートステーションに第１のプローブ信号を送信するステップと、
   前記全方位角を使用して、前記第１のプローブ信号に応答する前記第１のリモートステーションから受信した第１のプローブ応答信号を測定するステップと、
   前記指向性アンテナの前記複数の指向性角の各１つを使用して、前記第１のリモートステーションにそれぞれの第２のプローブ信号を送信するステップと、
   指向性角の各１つを使用して、前記それぞれの第２のプローブ信号に応答する前記第１のリモートステーションから受信した第２のプローブ応答信号を測定するステップと
   前記複数のリモートステーションから次のリモートステーションを選択するステップと、
   前記選択された次のリモートステーションに前記第１および第２のプローブ信号を送信するステップと、前記選択された次のリモートステーションから受信した前記第１および第２のプローブ応答信号を測定するステップとを繰り返すステップと、
   前記複数のリモートステーションの前記残りのリモートステーションのそれぞれについて、前記ステップ群を繰り返すステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記第１のプローブ信号は送信要求（ＲＴＳ）メッセージを含み、前記第１のプローブ応答信号は送信可（ＣＴＳ）メッセージを含むこと、および前記第２のプローブ信号はＲＴＳメッセージを含み、前記第２のプローブ応答信号はＣＴＳメッセージを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記アクセスポイントは、ＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格とＩＥＥＥ ８０２．１６標準規格の少なくとも１つに基づいて動作することを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記指向性アンテナは、少なくとも１つの能動エレメントと複数の受動エレメントを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）のアクセスポイントであって、
    複数のアンテナパターンを含む指向性アンテナと、
    前記指向性アンテナに接続されてそれを制御するためのコントローラとを備え、前記コントローラは、複数のリモートステーションと通信するように構成されており、前記コントローラは、
    前記複数のアンテナパターンに対応するそれぞれの測定された信号品質を各リモートステーションに関連付けることによって、アンテナデータベースを作成するステップであって、前記それぞれの測定された信号品質は各リモートステーションとの通信に基づいて決定されることと、
    前記アンテナデータベースに基づいてリモートステーションごとに好ましいアンテナパターンを決定するステップと、
    リモートステーションと、それに対応する通信するための前記好ましいアンテナパターンとを選択するステップと、
    前記アンテナデータベースに基づいて、前記選択されたリモートステーションと通信する前に、選択されていないリモートステーションの中で隠れ端末が存在するかどうかを判定するステップであって、前記判定するステップは、前記選択されたリモートステーションに対する前記好ましいアンテナパターンに関連付けられた前記測定された信号品質を、同じ好ましいアンテナパターンを使用した場合の前記選択されていないリモートステーションに関連付けられた前記それぞれの信号品質と比較するステップを含むことと
    を実行するよう構成されていることを特徴とするアクセスポイント。
14. 前記指向性アンテナは、少なくとも１つの能動エレメントと複数の受動エレメントを備えることを特徴とする請求項１３に記載のアクセスポイント。
15. 前記複数のアンテナパターンは無指向性アンテナパターンを備え、前記選択されていないリモートステーションの中で少なくとも１つの隠れ端末が存在すると前記コントローラが判定した場合に、前記コントローラは、前記無指向性アンテナパターンを使用して送信可メッセージを前記複数のリモートステーションに送信するよう構成されており、前記送信可メッセージは前記複数のリモートステーションのいずれにも対応しない未使用のアドレスを含むことを特徴とする請求項１３に記載のアクセスポイント。
16. 前記複数のアンテナパターンは無指向性アンテナパターン備え、および、前記選択されていないリモートステーションの少なくとも１つ中で少なくとも１つの隠れ端末が存在すると前記コントローラが判定した場合に、前記コントローラは、
    前記無指向性アンテナパターンを使用して、前記複数のリモートステーションに送信要求メッセージを順方向リンクで送信するステップと、
    前記選択されたリモートステーションから送信可メッセージを受信するステップと、
    前記選択されたリモートステーションにデータフレームを送信するステップと、
    前記選択されたリモートステーションから肯定応答メッセージを受信するステップと
    を実行するよう構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のアクセスポイント。
17. 前記複数のアンテナパターンは無指向性アンテナパターン備え、前記選択されていないリモートステーションの中で少なくとも１つの隠れ端末が存在すると前記コントローラが判定した場合に、前記コントローラは、
    前記選択されたリモートステーションから送信要求メッセージを逆方向リンクで受信するステップと、
    前記選択されたリモートステーションに送信可メッセージを送信するステップと、
    前記選択されたリモートステーションからデータフレームを受信するステップと、
    前記選択されたリモートステーションに肯定応答メッセージを送信するステップと、
    を実行し、
    前記コントローラは、リモートステーションごとに、前記第１のアンテナパターンを使用して受信した前記第１の制御フレームの信号品質と前記第２のアンテナパターンを使用して受信した前記第２の制御フレームの信号品質とを測定するために、受信する前記ステップと送信する前記ステップとを繰り返すよう構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のアクセスポイント。
18. 前記受信した第１の制御フレームは前記送信可メッセージを含み、前記受信した第２の制御フレームは前記肯定応答メッセージを含むことを特徴とする請求項１７に記載のアクセスポイント。
19. 前記指向性アンテナは全方位角と複数の指向性角とを備え、前記コントローラは、前記アンテナデータベースを作成するために、
    第１のリモートステーションを選択するステップと、
    前記指向性アンテナの前記全方位角を使用して、第１のプローブ信号を前記第１のリモートステーションに送信するステップと、
    前記全方位角を使用して、前記第１のプローブ信号に応答する前記第１のリモートステーションから受信した第１のプローブ応答信号を測定するステップと、
    前記指向性アンテナの前記複数の指向性角の各１つを使用して、それぞれの第２のプローブ信号を前記第１のリモートステーションに送信するステップと、
    各指向性角を使用して、前記それぞれの第２のプローブ信号に応答する前記第１のリモートステーションから受信した第２のプローブ応答信号を測定するステップとを実行し、
    前記コントローラは、
    前記複数のリモートステーションから次のリモートステーションを選択するステップと、
    次の所定のリモートステーションに前記第１および第２のプローブ信号を送信する前記ステップと、次の所定のリモートステーションから受信した前記第１および第２のプローブ応答信号を測定する前記ステップとを繰り返すステップと、
    前記複数のリモートステーションの前記残りのリモートステーションのそれぞれに対して、前記ステップ群を繰り返すステップと
    をさらに実行するよう構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のアクセスポイント。
20. 前記第１のプローブ信号は送信要求（ＲＴＳ）メッセージを含み、前記第１のプローブ応答信号は送信可（ＣＴＳ）メッセージを含むことと、前記第２のプローブ信号はＲＴＳメッセージを含み、前記第２のプローブ応答信号はＣＴＳメッセージを含むこととを特徴とする請求項１９に記載のアクセスポイント。
21. 前記コントローラは、ＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格とＩＥＥＥ ８０２．１６標準規格の少なくとも１つに基づいて動作するよう構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のアクセスポイント。

Images