JP4520304B2 - Ｗｌａｎ用アンテナをステアリングする方法及び装置 - Google Patents

Description

ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．１１標準によれば、複数のステーションが施設内を移動する場合において、ワイヤードネットワークに接続されたＡＰ（access point）へのＲＦ（radio frequency）伝送によって、ＷＬＡＮ（wireless local area network）への接続を維持する仕様が定義されている。これら複数のステーションの物理層とアクセスポイントとは、通信を行うためステーションとアクセスポイントによって使用される変調形式とシグナリング形式を制御する。物理層の上位に、ＭＡＣ（medium access control）層が存在するが、このＭＡＣ層は、認証、認証解除、プライバシ、関連付け、関連付け解除などのサービスを提供する。

動作時、ステーションがオンラインになると、当該ステーションの物理層と複数のＡＰとが、まず、互いにワイヤレス通信を確立し、次に、ＭＡＣ層が、ＡＰを介したネットワークへのアクセスを確立する。

典型的に、８０２．１１準拠の複数のステーション又は複数のＡＰにおいては、信号はＲＦ信号であり、モノポールアンテナによって送受信される。モノポールアンテナは、通常、水平面上の全方向に伝送を行う。モノポールアンテナは、ステーションとＡＰの間の通信の品質を低下させるもの、例えば、壁、机、人間等が介在することにより生じるＲＦ信号の反射や回折と、マルチパスと、普通のフェージングと、Rayleighフェージング、等の影響を受け易い。このため、これらの影響による信号劣化を緩和させるための努力が払われてきた。

「アンテナダイバシティ」として知られた技法によれば、ＲＦ信号の劣化に影響され難くなる。アンテナダイバシティにおいては、アンテナダイバシティスイッチを介して送受信機に接続された２基のアンテナを使用する。アンテナダイバシティで２基のアンテナを使用するのは、任意の時点において、これら２基のアンテナのうちの１基が、例えばマルチパスフェージングの影響を受けていない信号を受信する可能性があるという理論的背景がある。これら２基のアンテナを使用するシステムは、影響を受けていないアンテナを、アンテナダイバシティスイッチにより選択している。

アンテナダイバシティ技法を使用すれば、より強度の高いＲＦ信号を受信しているダイバシティアンテナを選択することによって、ＲＦ信号の品質を低下させるマルチパスフェージングその他の影響に起因する信号劣化の改善を図ることができる。しかし、各ダイバシティアンテナは、オムニ指向性アンテナ（例えば、モノポールアンテナ）であるので、このアンテナを利用するシステムは、アンテナを干渉源の方向に向けないようにすることができず、あるいは１基のオムニ指向性アンテナがもともと提供する利得よりも大きな利得を得ることができない。

８０２．１１プロトコルを使用するステーション又はＡＰが、システム性能を向上させるため、指向性アンテナを使用するならば、より好ましいであろう。

したがって、本発明の原理によれば、ワイヤレスＡＰを有するＥＳＳ（Extended Service Set）ネットワークその他のネットワーク構造において、ステーションがＡＰ（access point）と通信を行うため、８０２．１１プロトコルシステムにおいて、指向性／多素子アンテナ（directional/multi-element antenna）の方向をステアリング（steering）する技法を提供する。この手法は、現行の８０２．１１プロトコルの枠内で行うことができるので、ネットワーク効率への影響は最小になる。特に指摘しない限り、本明細書で「８０２．１１プロトコル」又は「８０２．１１標準」という場合には、８０２．１１、８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、及び８０２．１１ｇプロトコル又は標準が含まれる。

本発明の一実施形態では、上記の技法は、８０２．１１準拠のステーションが認証を行い、ワイヤードネットワークに接続されたネットワークＡＰに関連付けされる前後に動作に入らせることができる。ここでは、ワイヤードネットワークは分散システムとも呼ばれるが、いずれの用語も使用する。初期アンテナスキャンは、ＭＡＣ（medium access control）層で行われるものと仮定する。パッシブスキャンを行う場合は、ステアリングプロセスは、とり得るアンテナポジションを繰り返しとりながら、ビーコン信号その他の予め定めた信号に関連付けをした信号メトリックスをモニタして、最良のアンテナ指向方向を決定する。アクセスプローブ（access probing）が使用されるアクティブスキャンを行う場合は、プロセスは、とり得るアンテナポジションを繰り返しとりながら、プローブ応答信号に関連付けされた信号メトリックスをモニタして、最良のアンテナポジションを決定する。

ひとたび当該ステーションが認証を行い、ネットワークと関連付けされると、受信信号レベルが閾値未満になったとの判断に基づき（これは任意選択である）、追加のスキャンを行う。

ＷＬＡＮ（wireless local area network）環境において指向性アンテナが用いられると、ユーザにとっては、レンジ（range）およびデータ速度が改善され、ネットワークにとっては、ネットワーク効率が向上する。

本発明の上記目的と、その他の目的、特徴、および利点が、添付の図面に示された本発明の好ましい実施形態についての以下のより具体的な説明から明らかになるであろう。同一の参照符号は、異なる図面においても同一部分を示す。図面は必ずしも実寸を等しく変倍したものではなく、本発明の原理を説明するために強調した部分もある。

以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。

図１Ａは、分散システム１０５を有するＷＬＡＮ（wireless local area network）１００のブロック図である。ＡＰ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、ワイヤードＬＡＮ（wired local area network）などのワイヤード接続によって、分散システム１０５に接続される。各ＡＰ１１０は、それぞれ別個のゾーン１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを有し、これらゾーンにおいて、ＡＰは、ＷＬＡＮ用ハードウェアおよびソフトウェアによって分散システム１０５へのアクセスがサポートされるステーション１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃとの間で、ＲＦ信号を送受信することができる。

図１Ｂは、ネットワーク１００のサブセットのブロック図であり、本発明の原理を採用する第２のステーション１２０ｂを詳細に示す。第２のステーション１２０ｂは、指向性アンテナアレイから、指向性アンテナローブ１３０ａ〜１３０ｉ（一括して、ローブ１３０という。）を生じさせる。ここに、指向性アンテナアレイは指向性アンテナともいう。図２Ａを詳細に説明する。第２のステーション１２０ｂは、環境をスキャンして「最良の」ＡＰ１１０ａ、１１０ｂの方向を決定するため、指向性アンテナアレイを使用している。

このスキャンはパッシブモードで行うことができ、このパッシブモードにおいては、第２のステーション１２０ｂは、ＡＰ１１０ａ、１１０ｂによって送出されるビーコン信号をリッスン（listen）する。８０２．１１準拠のシステムにおいては、ビーコン信号は、一般に、１００msecごとに送出される。そこで、ローブが９個あるアンテナローブ１３０の場合においては、このプロセスによれば、アンテナローブの全方向を１周して、最良の角度を決定するのに、約１secかかる。

アクティブスキャンモードでは、第２のステーション１２０ｂは、ＡＰ１１０ａ、１１０ｂにプローブ信号を送信し、ＡＰ１１０ａ、１１０ｂからプローブ信号に対する応答を受信する。このプローブプロセスおよび応答プロセスは、各アンテナスキャン角で繰り返すことができる。

引き続き図１Ｂを説明する。パッシブスキャン又はアクティブスキャンのいずれかにおいて、第２のステーション１２０ｂは、ＡＰ１１０からの信号をサーチしてＲＦ通信路（RF airways）をスキャンするため、指向性アンテナアレイを使用する。各スキャン方向で、第２のステーション１２０ｂは、受信ビーコン信号又はプローブ応答を測定し、スキャン角ごとに個々にメトリックを計算する。メトリックの例には、ＲＳＳＩ（received signal strength indication）、Ｃ／Ｉ（carrier-to-interference ratio）、ＳＮＲ（Ｅｂ／Ｎｏ）、又は受信信号もしくは信号環境の品質に対する適正な尺度がある。メトリックスに基づいて、第２のステーション１２０ｂは、「ベストの（best）」方向を決定して、ＡＰ１１０ａ、１１０ｂの一方と通信することができる。

これらスキャンは、第２のステーション１２０ｂが認証を行い、分散システム１０５と関連付けする前又は関連付けした後に、行うことができる。そこで、初期アンテナスキャンは、ＭＡＣ層内で行うことができる。あるいはまた、初期スキャンを、ＭＡＣ層外で行うこともできる。同様に、第２のステーション１２０ｂが認証を行い、分散システム１０５と関連付けした後に行われるスキャンは、ＭＡＣ層内で行うことができ、あるいはＭＡＣ層外で行われる処理によって行うことができる。

図２Ａは、指向性アンテナアレイ２００ａを備えた第１のステーション１２０ａの図である。本実施形態では、指向性アンテナアレイ２００ａは、第１のステーション１２０ａのシャシー外にある。

指向性アンテナアレイ２００ａには、５つのモノポールパッシブアンテナ素子２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、２０５ｅ（パッシブアンテナ素子２０５と総称する）と、１つのモノポールアクティブアンテナ素子２０６とが含まれる。指向性アンテナアレイ２００ａは、ＵＳＢ（universal system bus）ポート２１５を介して、第１のステーション１２０ａに接続されている。

指向性アンテナアレイ２００ａ内のパッシブアンテナ素子２０５は、ビーム角方向を容易に変えるため、アクティブアンテナ素子２０６に寄生的に結合されている。ビーム角方向を変更することにより、少なくとも１つのアンテナビームは、パッシブアンテナ素子２０５の本数に関連する角度分づつ、３６０°回転させることができる。３６０°未満の回転も可能であり、さらに細分した角度づつ方向を変えることも可能である。

実施形態の中には、指向性アンテナアレイ２００ａは、オムニ指向性又は実質的オムニ指向性アンテナパターン（図示せず）によって規定されるオムニ指向性モードをサポートする実施形態もある。ステーション１２０は、オムニ指向性アンテナパターンを、伝送前キャリアセンスのために使用することができ、あるいはオムニ指向性モードに対する指向性モードの現性能を比較することにより評価するために使用することができる。「アドホック」ネットワーク（ad hoc network）においては、他のステーション１２０と任意方向で通信できるので、ステーション１２０は、指向性がオムニ指向性のみであるアンテナ構成に戻ることができる。

図２Ｂは、ＰＣＭＣＩＡ（personal computer memory card international association）カード２２０に配置された指向性アンテナアレイ２００ｂを含む第１のステーション１２０ａの別の実施形態である。ＰＣＭＣＩＡカード２２０は、典型的には、第１のステーション１２０ａのシャシーに収容されている。ＰＣＭＣＩＡカード２２０は、典型的なコンピュータバスを介して、第１のステーション１２０ａ内のプロセッサ（図示せず）と通信する。ＰＣＭＣＩＡカード２２０として配置される指向性アンテナアレイ２００ｂは、既に図２Ａに関連して説明したスタンドアロン型指向性アンテナアレイ２００ａと同じ機能を提供する。

これは当然のことであるが、その他の種々の形態の指向性アンテナを使用することができる。例えば指向性アンテナアレイ２００ｂには、複数のパッシブアンテナ素子に電磁的に結合された１本のアクティブアンテナ素子を含めることができる。別の実施形態では、指向性アンテナアレイ２００には、複数のアクティブアンテナ素子と、複数のパッシブアンテナ素子とを含めることができる。さらに別の実施形態では、指向性アンテナアレイ２００には、複数のアクティブアンテナ素子と、１本のパッシブアンテナ素子とを含めることができる。さらにまた別の実施形態では、指向性アンテナアレイ２００には、アクティブアンテナ素子のみを含めることができる。

図３Ａは、既に図２Ａおよび図２Ｂに関連して説明したが、複数のパッシブアンテナ素子２０５と１本のアクティブアンテナ素子２０６とを含む指向性アンテナアレイ２００ａの詳細図である。同図に示すように、指向性アンテナアレイ２００ａは、パッシブアンテナ素子２０５が電気的に接続されるグランドプレーン３３０も含むことができる。

動作中、指向性アンテナアレイ２００ａは、提供する指向性アンテナローブ３００を、アンテナ素子２０５ａおよび２０５ｅに対してある角度をなすようにすることができる。これは、アンテナ素子２０５ａ、２０５ｅが「反射」モード（reflective mode）で、アンテナ素子２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄが、「透過」モード（transmissive mode）であることを意味する。言い換えると、アクティブアンテナ素子２０６とパッシブアンテナ素子２０５とが相互結合しているので、パッシブアンテナ素子２０５のモード設定によって、指向性アンテナローブ３００の方向を制御することができる。当然に、異なるモードを組み合わせることにより、アンテナローブ３００のパターンと角度を異ならせることができる。

図３Ｂは、パッシブアンテナ素子２０５ａを反射モード又は透過モードに設定するのに使用できる例示的な回路の概略図である。反射モードは「引き伸ばされた」破線３０５によって表され、透過モードは、「縮められた」破線３１０によって表される。これら破線３０５、３１０は、パッシブアンテナ素子２０５ａに関連付けされた電気的終端も表す。例えば、パッシブアンテナ素子２０５ａをインダクタンス素子３２０を介してグランドプレーン３３０に電気的に接続することによって、パッシブアンテナ素子２０５ａは、反射モードに設定され、他方、パッシブアンテナ素子２０５ａを容量素子３２５を介してグランドプレーン３３０に電気的に接続することによって、パッシブアンテナ素子２０５ａは透過モードに設定される。

パッシブアンテナ素子２０５ａは、インダクタンス素子３２０又は容量素子３２５を介して、より一般にはリアクタンス素子を介して、スイッチ３１５によって、電気的に接続することができる。スイッチ３１５は、機械的又は電気的スイッチであって、この応用例に適した方式で、パッシブアンテナ素子２０５ａをグランドプレーン３３０又はリアクタンス素子に電気的に接続することができるスイッチとすることができる。スイッチ３１５は、典型的なスイッチ制御方式で、制御信号３３５によって、セットされる。

図３Ａの指向性アンテナアレイ２００ａの例においては、パッシブアンテナ素子２０５ａ及び２０５ｅは、どちらも、個別のインダクタンス素子３２０を介してグランドプレーン３３０に接続されている。同時に、図３Ａの例では、他のパッシブアンテナ素子２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄは、それぞれ、容量素子３２５を介してグランドプレーン３３０に電気的に接続されている。すべてのパッシブ素子２０５を容量結合することによって、指向性アンテナアレイ２００ａがオムニ指向性アンテナビームパターンを形成する。

これは当然のことであるが、パッシブアンテナ素子２０５とグランドプレーン３３０との間に、他の電気的終端デバイス、例えば遅延線路や集中インピーダンスも使用することができる。

以上、８０２．１１プロトコルと指向性アンテナの動作との概要を説明したが、以下では、ＳＭＥ（Station Management Entity）及び８０２．１１プロトコルを使用した、指向性アンテナのステアリングについて詳細に説明する。

図８はＳＭＥ８００、ＭＡＣ層８０５、及び物理層８１０についての一般的な構成を示すが、これを８０２．１１スタックということもある。この構成では、ＳＭＥ８００がＭＡＣ層８０５及び物理層８１０と通信を行う。ＳＭＥ８００は、層独立エンティティ（layer-independent entity）であって、このエンティティは、個別の管理プレーンとしてビュー（view）でき、ＭＡＣ層８０５及び物理層８１０から「off to the side」で駐在することができる。ＳＭＥ８００、ＭＡＣ層８０５、及び物理層８１０は、種々のメディア、例えば、システムバス、物理ケーブル相互接続、又はネットワーク接続を介して、通信を行うことができる。例えば、ＳＭＥ８００は、ステーション１２０ａとして使用されているパーソナルコンピュータにおいて実行されている、スタンドアロンのソフトウェアアプリケーション又はアプレットとすることができる。ＭＡＣ層８０５及び物理層８１０は、ステーション１２０ａにインストールされる、プラグインＰＣＩ又はＰＣＭＣＩＡカード２２０において動作する、ソフトウェア又はファームウェアとして、実装することができる。本実施形態では、ＭＡＣ層８０５及び物理層８１０は、８０２．１１標準準拠の標準的なプロトコルを使用している。そこで、ＳＭＥ８００は、例えば、Internet（図示せず）上のサーバからダウンロードすることができ、ＭＡＣ層８０５及び物理層８１０とプラグアンドプレイ方式で対話することができる。

指向性アンテナアレイ２００ａから構成の異なるアンテナアレイへの更新又は交換を容易にするため、ＳＭＥ８００を部分的又は全体的に更新することができる。ＳＭＥ８００にはインタフェースドライバ（図示せず）を含めることができる。このインタフェースドライバは、ＳＭＥ８００の一部にもでき、別個のモジュールとして提供されることもある。このインタフェースモジュールは、アンテナコントローラ８１５にコマンドを送信することができ、アンテナコントローラ８１５からフィードバックを受信することができる。指向性アンテナアレイ２００ａは、「ベストの」ＡＰ１１０をサーチするためのスキャン時において、コマンドに従ってアンテナビームをステアリングする。

８０２．１１標準によれば、ＭＡＣ層８０５は、指向性アンテナ２０５ａその他のアンテナを介して伝送されるＲＦ信号に関する信号メトリックス、例えばＳＮＲを決定することができる。ＭＡＣ層８０５は、ＲＦ信号をベースバンド信号に変換し、あるいはベースバンド信号をＲＦ信号に変換するため、物理層８１０を採用している。ＭＡＣ層８０５は、信号関連パラメータ、例えば、ＲＳＳＩ（received signal strength indication）と、ＳＱ（signal quality）と、指示データ速度（indicated data rate）を提供するため、物理層８１０を使用している。ＭＡＣ層８０５は、１つのアンテナビーム方向に関連付けされたデータの形式か、又は複数のアンテナビーム方向に関連付けされたデータのテーブルの形式で、メトリックスを、ＳＭＥ８００に提供することができる。ＳＭＥ８００は、コマンド又はリクエストを使用して、ＭＡＣ層８０５にメトリックスを提供させることができる。

動作時、ＳＭＥ８００は、ＭＡＣ層８０５に対して、指向性アンテナアレイ２００ａの個々のビーム角に関連付けをしたメトリックスを提供させることができる。ＳＭＥ８００は、当該メトリックスと予め定めた基準とに基づいて、指向性アンテナアレイ２００ａを、ＡＰ１１０に関連付けをした選択方向に向けることができる。

パッシブスキャンにおいては、指向性アンテナアレイ２００ａによって受信された個々のビーム角でのＲＦエネルギーの関数として、メトリックスを、ＭＡＣ層８０５により決定させることができる。例えば、第１のＡＰ１１０ａから受信されたビーコン信号の信号強度についてのメトリックスを、第２のＡＰ１１０ｂから受信されたビーコン信号の信号強度より、大きくすることができる。アクティブスキャンにおいては、ＳＭＥ８００は、ＭＡＣ層８０５により、（ｉ）ＡＰ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの少なくとも１つに物理層８１０を介して信号を伝送させ、（ｉｉ）ＡＰ１１０からの応答を測定させる、ことができる。

ＭＡＣ層８０５は、予め計算又は測定されたメトリックスに基づいて、メトリックス又はメトリックステーブルをＳＭＥ８００に提供することもできる。例えば、周期型イベント又はイベントドリブンイベントは、ＭＡＣ層８０５にメトリックスを決定させ、「必要に応じて」、「リクエストに応じて」、又は予め定めた基準に基づいて、メトリックスをＳＭＥ８００に提供させることができる。ステーション１２０ａは、ＡＰ１１０を介して分散システムに接続することができ、ＭＡＣ層８０５は、分散システムに接続する前又は後に、メトリックスをＳＭＥ８００に提供することができ、任意選択であるが、予め選択された方式で、提供することができる。

ＳＭＥ８００は、コマンドをアンテナコントローラ８１５に発行することができ、アンテナコントローラ８１５は、制御信号８２０を指向性アンテナアレイ２００ａに送信する。制御信号８２０は、指向性アンテナアレイ２００ａ内のアンテナ素子２０５に関連付けしたリアクタンス３２０、３２５との接続状態を変更することができ、これによりアンテナのビーム角が変更される。ＳＭＥ８００は、ＭＡＣ層８０５に、アンテナのビーム角に関連付けをしたメトリックスを提供させることによって、このような動作をコーディネートすることができる。例えば、ＳＭＥ８００は、アンテナビームの角度を、ステップアンドホールド（step-and-hold）方式で変化させるように、指向性アンテナアレイ２００に命令することができ、他方で、メトリックスが各アンテナビーム角において各ＡＰ１１０に関連付けされるまで、対応するウェイトアンドメジャ（wait-and-measure）方式で信号強度を測定するように、ＭＡＣ層８０５に命令することができる。

これらメトリックスに基づいて、ＳＭＥ８００は、アンテナビームをＡＰ１１０に関連付けされた方向にステアリングするように、アンテナコントローラ８１５に、さらにコマンドを発行することができる。例えば、当該アンテナビームを、直接、ＡＰ１１０ａの方向にステアリングすることができ、あるいは、このＡＰ１１０ａに関連付けされている強度のマルチパスの方向にステアリングすることができる。このようにして、ＳＭＥ８００は、ステーション１２０ａを、選択されたＡＰ１１０ａと関連付けするため、ベストのパスを使用することができる。

ＳＭＥ８００は、予め定められた順、イベント駆動順、またはランダムな順による指向性アンテナアレイ２００ａによってオムニ指向性ビーム角を起動して、選択されたアンテナビーム方向が依然としてＡＰ１１０ａと通信するための最も適正な方向であるかどうかを決定する。これらメトリックスは、１つのＡＰ１１０ａか、又は複数のＡＰ１１０ａ、１１０ｂに関するビーム角に対応することができる。

関連付けるのにベストのＡＰ１１０をスキャン（すなわち、サーチ）するとき、ＳＭＥ８００は、複数のビーム角と複数のビーコン信号とに対するメトリックスを返すように、ＭＡＣ層８０５に命令するか又は要求することができる。アンテナビーム方向を変えると通信パスがより良くなるかどうかを決定するとき、ＳＭＥ８００は、再スキャンを行うことができる。この再スキャンはアイドル期間において（すなわち、データの送受信が行われていないときに）行うことができ、又は、この再スキャンを非アイドル期間に「織り込む」ことができるが、これは本例においては使用されていない。あるいは、測定される信号を送受信するためか、又はプローブ要求を伝送するため、未使用ビットもしくはバイト、又は予め定めたオーバヘッドビットもしくはバイトを、使用することができる。

本発明の一実施形態では、ＳＭＥ８００は、（ｉ）所定のＡＰに対するベストのビーム方向を求めて、あるいは（ｉｉ）特定のＡＰを定めず、ベストのビーム方向を求めて、スキャンすることができる。いずれの場合も、ＳＭＥ８００は、複数のビーム角及び少なくとも１つのビーコン信号に対するメトリックス又はメトリックステーブルを返すように、ＭＡＣ層８０５にさせる（すなわち、命令又は要求する）ことができる。メトリックス又はメトリックステーブルに基づいてベストのビーム方向を選択した後、ＳＭＥ８００は、図３Ａ及び図３Ｂに関連して既に説明した技法を用いて、指向性アンテナアレイ２００ａのアンテナビームを選択方向に向ける。

図４は、ＷＬＡＮ１００（図１Ｂ）で使用するため、本発明の原理によるステーション１２０によって実行されるプロセス４００のフローチャートである。プロセス４００は、ステーション１２０内のプロセッサによって実行されるＳＭＥ８００のコマンドのサブセットの具体例である。

プロセス４００は、ステーション１２０がパワーオンされるステップ４０５から開始される。ステップ４１０で、ステーション１２０は初期化プロセスを実行する。ステーションの初期化４１０後のある時点で、プロセス４００は、８０２．１１プロトコルのＭＡＣ層及び物理層と通信を行うコマンドを実行するルーチン４１１に入る。ルーチン４１１は、まず物理層と通信し（ステップ４１３）、ついでＭＡＣ層と通信する（ステップ４１７）。

物理層との通信（ステップ４１３）には、セットアップ４１５が含まれるが、セットアップ４１５においては、８０２．１１プロトコルの物理層で、初期化プロセス及び通信プロセスが実行される。物理層で実行される他のプロセスも、プロセス４００のステップ４１３で実行される。

ＭＡＣ層との通信（ステップ４１７）では、プロセス４００は、ステップ４２０に進み、ステーション１２０が「ベストの」アンテナ指向角（antenna pointing angle）を決定するため、パッシブスキャンとアクティブスキャンのどちらを使用するかを、決定する（ステップ４２０）。仮にパッシブスキャンが使用される場合には、プロセス４００は、パッシブスキャンルーチン４２５（図６）に進む。仮にアクティブスキャンが使用される場合には、プロセス４００は、アクティブスキャンルーチン４３０（図７）に進む。パッシブスキャンルーチン又はアクティブスキャンルーチンの後、プロセス４００は、ステップ４３５に進み、選択されたスキャンルーチン４２５又は４３０によって、ＡＰ１１０が突き止められたかどうかを決定する（ステップ４３５）。

仮にＡＰ１１０が突き止められなかった場合には、プロセス４００は、予め定めたタイムアウトに達するまで、引き続きＡＰ１１０を突き止めるためスキャンを行う（ステップ４２０〜４３０）。タイムアウトに達した場合には、オムニ指向性モードがデフォルトとして使用される。仮にＡＰ１１０が突き止められた場合には、プロセス４００は、セットアッププロセスに進む（ステップ４４０）。このセットアッププロセスにおいては、再びＭＡＣ層が採用される。このセットアッププロセス（ステップ４４０）では、８０２．１１プロトコルによって定義されているような、認証、プライバシ、関連付けを実行することができる。セットアップ（ステップ４４０）後、プロセス４００は、ステーション／分散システム動作プロセス４４５（図５）に進む。

図５はステーション／分散システム動作プロセス４４５のフローチャートであり、このプロセス４４５はステーション１２０においてＳＭＥレベルで実行される。プロセス４４５には、ステーション１２０ａにおける典型的な動作が含まれるが、このプロセス４４５は、ＡＰ１１０を介したステーション１２０ａと分散システム１０５の間のインタフェースをサポートする。プロセス４４５は、「ベストの」方向を決定するため、アンテナビーム方向を再評価することもできる。アンテナビーム方向の再評価は、（ｉ）周期的に、（ｉｉ）受信信号その他の信号の品質メトリックスのレベルが予め定めた閾値未満である場合に、又は（ｉｉｉ）他のイベントドリブンもしくは非イベントドリブン基準に基づいて、行うことができる。ここで説明する例は、第１のステーション１２０ａで実行されるカウントダウンタイミングモデルに基づいている。

図５を説明する。プロセス４４５は、ステップ５０５から開始される。ステップ５１０で、プロセス４４５は、ステーション１２０がまだ分散システム１０５に接続されているかどうかを判断する。仮にステーション１２０が接続されている場合には、ステップ５１５で、プロセス４４５は、受信信号レベルを計算する。ステップ５２０で、プロセス４４５は、信号レベルが予め定めた閾値未満であるかどうかを判断する。仮にこの信号レベルが予め定めた閾値未満である場合には、プロセス４４５は、ステップ５２５に進み、ステップ５２５において、ステーション／分散システム動作を続行する。

ステップ５３０で、プロセス４４５は、信号レベルカウントダウンタイマが０に等しいかどうかを判断する。仮に信号レベルカウントダウンタイマが０に等しい場合には、プロセス４４５は、ステップ５１０に戻り、ステップ５１０において、ステーション１２０ａがそのＡＰ１１０ａを介して分散システム１０５にまで接続されているかどうかを判断する。仮に信号レベルカウントダウンタイマが０に等しくない場合には、プロセス４４５は、ステップ５２５に進む。この信号レベルカウントダウンタイマは、プロセス４４５の適切なステップ、例えばステップ５１０において、典型的な方式で再初期化することができる。

ステップ５２０で、仮に信号レベルが予め定めた閾値未満である場合には、プロセス４４５は、ステップ５３５に進み、パッシブスキャンルーチン４２５（図６）又はアクティブスキャンルーチン４３０（図７）を実行する。スキャンルーチンの一方を実行した後、プロセス４４５は、ステップ５４０に進み、ステーション１２０が新しいＡＰ１１０を介して分散システム１０５にアクセスすることを選択したかどうかを判断する。仮にＡＰ１１０ａが変更されない場合には、プロセス４４５は、ステップ５２５に進む。仮に新しいＡＰが選択された場合には、プロセス４４５は、ステップ４４０に進み、上述したように、８０２．１１プロトコルのＭＡＣレベルで、認証、プライバシ、及び関連付けが実行される。

仮にステーション１２０ａが、もはやＡＰ１１０を介して分散システム１０５に接続されていない場合には（例えば、ユーザの指示によるステーションパワーダウン、アウトオブレンジ（out-of-range））、プロセス４４５は、ステップ５４５に進み、ユーザによってステーション１２０ａがパワーダウンされたかどうかを判断する。仮にステーション１２０ａがパワーダウンされた場合には、プロセス４４５は、ステップ５５５に進み、図４の物理層セットアップ（ステップ４１５）に戻る。本実施形態においては、物理層セットアップ（ステップ４１５）に戻るのは、ステーション１２０ａと選択ＡＰ１１０との間の通信が、通信エラー又はアウトオブレンジエラーによって遮断されたとの仮定の下に、行われる。仮にステーション１２０ａがパワーダウンされた場合には、プロセス４４５は、ステップ５５０に進み、典型的な方式で、ステーション１２０ａをパワーダウンする。

図６は、図４で提示されたパッシブスキャンルーチン４２５のフローチャートである。パッシブスキャンルーチン４２５は、カウンタｉに０をセットするステップ６０５から開始される。ステップ６１０で、ルーチン４２５は、すべてのアンテナ角が試験されたかどうかを判断する。仮にすべてのアンテナ角度が試験されていない場合には、ルーチン４２５は、ステップ６１５に進み、ステーション１２０ａは、ＡＰビーコン信号を角度ｉで受信する。言い換えると、アンテナ角に角度ｉをセットして、ビーコン信号をリスン（listen）する。ステップ６２０で、ビーコン信号が測定される。ステップ６２５で、パッシブスキャンルーチン４２５は、ビーコン信号メトリックスを計算する。指向性アンテナアレイ２００ａ（図２）によってサポートされる次の角度を選択するため、ステップ６３０で、カウンタｉをインクリメントする。ルーチン４２５は、ステップ６１０に進み、すべてのアンテナビーム角が試験されるまで、上記のステップを繰り返す。

すべてのアンテナビーム角の試験が済んだ後、ルーチン４２５は、ステップ６３５に進み、ＡＰ１１０と通信するのに「ベストの」角度であるアンテナ角を選択する。角度の選択は、ＲＳＳＩ、Ｃ／Ｉ、Ｅｂ／Ｎｏ、又は当技術分野で一般に知られている他の信号品質尺度を含む種々の基準に基づいて、行うことができる。パッシブスキャンルーチン４２５は、ステップ６４０で、呼び出しルーチン（図４又は図５）に戻り、処理を続行する。

図７は、図４で提示されたアクティブスキャンルーチン４３０のフローチャートである。アクティブスキャンルーチン４３０は、カウンタｉに０を設定するステップ７０５から開始される。ステップ７１０で、ルーチン４３０は、すべてのアンテナ角が試験されたかどうかを判断する。仮に試験されていない場合には、ルーチン４３０は、ステップ７１５に進む。

ステップ７１５で、ルーチン４３０は、指向性アンテナアレイ２００ａを使用して、ＡＰ１１０にＲＦ信号によるプローブを送信する。ステップ７２０で、ルーチン４３０は、ＡＰ１１０からプローブ応答を受信する。ステップ７２５で、アクティブスキャンルーチン４３０は、プローブ応答を測定する。ステップ７３０で、アクティブスキャンルーチン４３０は、プローブ応答のメトリックスを計算する。次のアンテナ角を試験するため、ステップ７３５で、カウンタｉをインクリメントする。

すべてのアンテナ角で上記のプロセスを繰り返した後、ステップ７４０で、アクティブスキャンルーチン４３０は、ステーション１２０ａとＡＰ１１０との間で最良又は最適の信号品質を提供するアンテナ角を選択する。ステップ７４５で、アクティブスキャンルーチン４３０は、図４又は図５の呼び出しルーチンに戻る。

上述した実施形態を実施するのに使用される方法及び装置は、８０２．１１ネットワークその他のワイヤレスネットワーク、例えばBluetoothネットワークで使用することができる。

図４〜図７のプロセスは、ソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアで実装することができる。ソフトウェアで実装する場合には、ソフトウェアは、任意のコンピュータ可読媒体、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は磁気ディスクにストアすることができる。ストレージをステーション１２０ローカルに持つことができ、あるいはワイヤード又はワイヤレスネットワーク、例えば分散システム１０５を介して、ＡＰ１１０からダウンロードすることもできる。ソフトウェアは、汎用プロセッサ又は特定用途向けプロセッサによってロードし、実行することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を参照して、本発明を具体的に示し説明したが、添付の特許請求の範囲により確定される本発明の範囲から逸脱しない限り、形態及び細部を種々変更できることは、当業者にとって当然のことである。

本発明の原理を採用したＷＬＡＮの概略図である。 アンテナスキャンを行う図１ＡのＷＬＡＮ内のステーションの概略図である。 外付け指向性アンテナアレイを有する図１Ａのステーションを示す図である。 内蔵ＰＣＭＩＡカードに組み込まれた指向性アンテナアレイを有する図２Ａのステーションを示す図である。 図２Ａの指向性アンテナアレイを示す図である。 図３Ａの指向性アンテナのアンテナ素子の状態を選択するのに使用されるスイッチの概略図である。 図１のステーションによって使用される第１のプロセスのフローチャートである。 図１のステーションによって使用される第２のプロセスのフローチャートである。 図４及び図５のプロセスによって使用されるパッシブスキャンルーチンのフローチャートである。 図４及び図５のプロセスによって使用されるアクティブスキャンルーチンのフローチャートである。 図２Ａのステーションで実行されるソフトウェア要素及びハードウェア要素の図である。

Claims (19)

1. 指向性アンテナを操作する方法であって、
   複数のアンテナ角のそれぞれのメトリックスがＭＡＣ層において計算されるようにするステップと、
   前記ＭＡＣ層とは離れているＳＭＥに前記メトリックスを提供するステップと、
   前記ＳＭＥからの、前記メトリックスを含む入力に基づいて、アクセスポイントに関連付けられた最良のアンテナ角にアンテナを向けるステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. それぞれのアンテナ角についてのアクセスポイント信号を前記ＭＡＣ層において受信するステップをさらに含み、前記アクセスポイント信号は、前記メトリックスのそれぞれを計算するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記アクセスポイント信号のそれぞれは各アクセスポイントから受信されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記ＭＡＣ層の前記最良のアンテナ角に関連付けられたアクセスポイントにアクセスするステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記アクセスポイント信号はビーコン信号であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記ビーコン信号を測定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記最良のアンテナ角は前記ビーコン信号の信号品質測定値に基づくことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記信号品質測定値は、ＳＮＲ（signal-to-noise ratio）、Ｅｂ／Ｎｏ（energy-per-bit per total noise）、ＲＳＳＩ（received signal strength indication）、およびＣ／Ｉ（carrier-to-interference ratio）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記ＭＡＣ層は、前記アンテナ角の前記指向性アンテナによる受信エネルギーの関数として前記メトリックスを決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. モバイルステーションであって、
    アクセスポイントと関連付けられた最良のアンテナ角に指向性アンテナを向けるＳＭＥと、
    複数のアンテナ角のそれぞれについて、前記ＳＭＥの要求で前記最良のアンテナ角を決定するために前記ＳＭＥによって使用されるメトリックスを計算するＭＡＣ層と
    を備え、
    前記ＭＡＣ層は前記ＳＭＥの外部にあることを特徴とするモバイルステーション。
11. 前記メトリックスに基づいて前記ＳＭＥから入力を受け取る指向性アンテナに結合されたアンテナコントロールユニットをさらに備えたことを特徴とする請求項１０に記載のモバイルステーション。
12. アクセスポイント信号は前記アンテナ角のそれぞれについて前記ＭＡＣ層によって受信され、前記アクセスポイント信号は前記メトリックスのそれぞれを計算するために前記ＭＡＣ層によって使用されることを特徴とする請求項１１に記載のモバイルステーション。
13. 前記ＳＭＥは、前記ＭＡＣ層に前記メトリックスを計算させることを特徴とする請求項１１に記載のモバイルステーション。
14. 前記ＳＭＥは、前記指向性アンテナによって受信されたエネルギーの関数として、前記アンテナ角のそれぞれについてのメトリックスを前記ＭＡＣ層に決定させることを特徴とする請求項１３に記載のモバイルステーション。
15. 前記ＳＭＥは、前記ＭＡＣ層に、前記アクセスポイントへ信号を送信させ、前記アクセスポイントからの応答を測定させることを特徴とする請求項１３に記載のモバイルステーション。
16. 前記アクセスポイント信号はビーコン信号であることを特徴とする請求項１２に記載のモバイルステーション。
17. 前記ビーコン信号を測定することをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のモバイルステーション。
18. 前記最良のアンテナ角は前記ビーコン信号の信号品質測定値に基づくことを特徴とする請求項１７に記載のモバイルステーション。
19. 前記信号品質測定値は、ＳＮＲ（signal-to-noise ratio）、Ｅｂ／Ｎｏ（energy-per-bit per total noise）、ＲＳＳＩ（received signal strength indication）、およびＣ／Ｉ（carrier-to-interference ratio）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１８に記載のモバイルステーション。

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