KR20040029174A

KR20040029174A - 피어-투-피어 네트워크에서 적응성 안테나를 사용하여신호를 검출하는 방법

Info

Publication number: KR20040029174A
Application number: KR10-2004-7003723A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에이. 주니어 프록터
Original assignee: 탠티비 커뮤니케이션즈, 인코포레이티드
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2004-04-03
Also published as: WO2003023895A2; US7586880B2; US20030048770A1; MXPA04002364A; WO2003023895A3; CA2468021A1; EP1436854A2; NO20041080L; CN1568585A; US20040196822A1; KR20070055634A; BR0212793A; AU2002341656B2; US7224685B2; JP2005503061A

Abstract

본 발명에 따르면, 무선 근거리 통신망(CLAN)과 같은 무선 데이터 네트워크에서 증가된 간섭 저항을 제공하기 위해 적응성 안테나 신호 식별 처리가 제공된다. 적응성 안테나는 접근점(access point)에 위치하고 수신 신호에 대해 여러 도달 방향각으로 조정될 수 있다. 관련 무선 수신 장치는 두 개의 다른 신호 검출 모드를 사용한다. 제 1 모드에서, 지향성 안테나 어레이는 단방향 게인 패턴을 가지도록 설정된다. 이러한 모드에서, 수신 신호의 초기부의 특정 식별 파라미터는 소스 식별자와 같이 검출된다. 만일 수신 신호가 이전에 검출되지 않았다면, 안테나 어레이는 최상의 수신 신호 메트릭을 제공하는 방향 설정을 스캔하여 결정한다. 수신 신호의 최상 방향 설정되면, 이러한 설정은 동일한 신호를 수신하는 향후 사용에 대해 저장된다. 만일 수신 신호가 이전에 검출되었다면, 시스템은 대신에 특정 검출 신호에 대한 수신을 위해 마지막으로적으로 알려진 방향으로 지향성 안테나를 조정할 수 있다. 데이터 프레임의 페이로드와 같은 동일 신호의 이후부가 수신되면, 지향성 안테나가 잠재적인 새로운 최상 각도를 계속 스캔할 수 있다. 본 발명이 제 1 노드로부터 수신된 메시지가 제 2 노드로 넘겨지는 중계 기능에서 사용될 때, 최상 수신의 기록된 방향은 제 2 노드에 대해 검색되고 안테나 어레이가 신호를 제 2 노드에 전송하는데 사용될 때 사용된다. 인접 노드로의 전파를 위한 최상 안테나 각도의 저장은 IP 어드레스를 저장하는 룩업 테이블내에 포함된 것과 같은 외부 룩업 테이블과 유사한 방식으로 제어 기능에 의해 처리될 수 있다.

Description

피어-투-피어 네트워크에서 적응성 안테나를 사용하여 신호를 검출하는 방법 {METHOD OF DETECTION OF SIGNALS USING AN ADAPTIVE ANTENNA IN A PEER-TO-PEER NETWORK}

기업 환경에서, 무선 근거리 통신망(LAN)은 일반적으로 현존하는 유선망과 클라이언트 컴퓨터 그룹 사이에 마지막으로 링크로서 구현된다. 오늘날의 기업 환경은 이동 노동력이 증가되고 있다는 특징을 가지며, 이러한 노동력은 대부분의 시간을 기능적, 조직적 및 지리적 경계를 넘나들며 일하고 있다. 종종 이들 대부분의 생산적 활동 시간은 자신들의 책상으로부터 떨어진 사람들과의 만남속에서 이루어진다. 그러므로, 휴대용 계산장치의 사용자들은 자신들의 개인용 책상에까지 도달할 수 있는 네트워크를 통해 자신들의 데이터 파일에 접근할 필요가 있다. 무선 LAN은 이러한 환경에 매우 적합하며, 이동하면서 작업하는 근로자에게 네트워크 접속에 대한 자유로움을 충분히 제공한다. 이러한 네트워크는 회의실, 카페테리아 또는 심지에 원격 지점과 같은 기업내 어느 곳으로부터의 정보에 접근을 제공한다. 무선 LAN은 빌딩 또는 학교내 설정을 통해 기업 네트워크의 전체 자원 및 서비스에접근할 수 있도록 한다. 이와 같이, 이들은 광범위한 사업 영역에 대한 주요 해법이 되고 있다.

무선 LAN 활용의 효과에 영향을 주는 하나의 중요 요인은 이러한 장비에서 입수할 수 있는 역사적으로 제한된 처리량이었다. 1997년 미국 전기전자 학회 (IEEE) 무선 LAN 표준 802.11에 의해 규정된 2Mbps(초당 메가비트) 데이터율은 현재 너무 느려서 대부분의 기업의 요구조건을 지원하지 못하는 것으로 간주된다. 추가의 고데이터율 전송을 지원하여야 할 필요성을 인식하여, 최근 IEEE는 11Mbps의 데이터 전송 속도를 규정하는 802.11b 표준을 비준했다. 802.11b 표준으로, 무선 LAN은 레거시 유선 이더넷 인프라구조와 대적할 만한 처리량을 달성할 수 있을 것으로 예상된다. 대적할 만한 데이터 속도를 제공하는 것을 보장하는 신규 무선 네트워크 시스템은 가정용 RF, 브루투스 및 제 3세대 디지털 셀룰러 전화 시스템을 포함한다.

이러한 피어-투-피어 네트워크에서, 개별 컴퓨터 노드는 동일한 주파수 통신 네트워크에서 동작한다. 즉, 이들 시스템은 실제로 다수의 마지막으로 노드가 동일한 주파수 캐리어상에서 동일한 시간에 전송하는 코드분할 다중접속(CDMA)과 같은 신호 변조 체계를 사용한다. 이러한 시스템은 시스템 통신 처리시 참여하지 않는 장비의 인터페이스로 인해 상당한 품질 저하를 경험한다. 예를 들면, 무선 LAN 시스템은 전형적으로 무허가 무선 주파수 대역에서 동작한다. 그러므로 이들 대역에서 동작하는 다른 무선 LAN 시스템 및 공포된 LAN 표준에 따라 동작할 필요가 없는 장비는 제어될 수 없다. 이러한 비시스템 노드로부터의 이들 전송은 무선 LAN의 성능을 상당히 감소시킨다. 데이터율이 증가됨에 따라, 이러한 인터페이스에 대한 자화율 또한 상당히 증가된다.

여러 다른 문제가 무선 통신 시스템에 존재한다. 이들 문제중 하나가 소위 다중경로 페이딩이고, 이에 의해 송신기(기지국 또는 다른 이동 가입자 유닛)로부터 전송된 무선 주파수 신호가 원하는 수신기로의 루트를 차단하는 간섭을 받게된다. 예를 들어, 신호는 전송의 직접 경로내에 있지 않은 빌딩과 같은 물체에 의해 반사되고, 최초 신호의 반사된 버전으로 수신기에 재지향된다. 이러한 예에서, 수신기는 실제로 동일한 무선 신호의 두 개 버전을 포함한다: 최초 버전 및 반사 버전. 각각의 수신된 신호가 동일한 주파수를 가지지만 반사 신호에 대해 더 긴 전송 경로로 인해 서로 위상이 어긋나기 때문에, 최초 및 반사 신호는 서로 소거되는 경향이 있다. 이는 수신된 신호의 누락 또는 페이딩을 야기한다.

단일 엘리먼트 안테나를 사용하는 무선 유닛은 이러한 다중경로 페이딩에 매우 민감하다. 단일 엘리먼트 안테나는 전송된 신호가 송신되는 방향을 검출할 수 없으며, 혼자서는 임의의 특정 방향의 신호를 더욱 정확하게 검출 또는 수신하기 위해 동조 또는 감쇠될 수 없다. 그러므로 지향성 안테나는 다중경로 페이딩 및 어느 정도 유사한 문제점을 경감할 수 있는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 무선 데이터 전송 시스템 특히, 이러한 시스템에서 지향성 안테나를 사용하기 위한 기술에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 구현된 시스템의 블록 다이어그램이다.

도 2a 및 도 2b는 전송 신호를 포맷하기 위해 사용될 수 있는 매체 접근 제어(MAC) 계층 데이터 프레임 또는 메시지의 예들을 제공한다.

도 3은 제 1 실시예에 따라 수신 신호를 처리하기 위해 안테나 제어기에 의해 수행된 단계들의 순서이다.

도 4는 제 2 실시예에 따른 안테나 제어기에 대한 프로세서 다이어그램이다.

도 5는 제어기가 수행할 수 있는 또 다른 프로세서이다.

도 6은 메시지와 승인을 도시한다.

도 7은 안테나 각도 설정과 합치하도록 승인 억제를 사용하는 단계들의 순서이다.

도 8은 안테나 각도 설정과 합치하도록 무경쟁 기간(contention-free period)을 사용하는 단계들의 순서이다.

본 발명은 시스템 노드간에 전송된 물리 계층 무선 신호를 격리시키는 데 보조하는 적응성 지향성 안테나를 사용하는 무선 데이터 네트워크에서 사용된다. 제어기는 방출 및/또는 수신된 에너지의 영향을 최소화하기 위한 안테나 장치를 구성할 수 있다. 특히 안테나 장치는 전형적으로 다중 안테나 엘리먼트 및 위상 시스터, 능동 엘리먼트 혹은 수신 및 전송 신호의 위상에 영향을 주기 위해 독립적으로 변화될 수 있는 다수의 조정가능 장치를 포함한다. 그러므로, 안테나 장치는 전송 또는 수신 신호에 대해 여러 도달 방향각으로 방향지정 또는 조정될 수 있다.

적응성 안테나는 두 개의 다른 신호 검출 노드를 사용하는 무선 수신 장치의 사용을 가능케 한다. 제 1 수신 모드에서, 제어기는 안테나가 단방향 설정을 가지도록 설정한다. 이러한 모드는 수신 신호가 식별되지 않았거나 또는 링크층 접속이 설정되지 않았을 때 사용된다. 안테나가 특정 방향각으로 설정되는 제 2 수신 모드는 수신 신호가 식별되거나 링크층 접속이 설정된 이후 사용된다.

안테나 어레이 모드를 결정하기 위해 수신된 신호의 식별을 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다단계 처리가 사용된다.

처리의 제 1 단계에서, 지향성 안테나는 단방향 게인 패턴을 가지도록 제어된다. 상기 모드에서, 후속의 전송(incoming transmission)이 먼저 수신될 때, 신호 초기 부분의 특정한 식별 변수가 검출된다. 예를 들어, 이들은 무선 LAN 신호의 매체 접속 제어(Media Access Control, MAC) 계층 부분의 전제부에 인코딩된 소스 식별기일 수 있다.

만일 수신 신호가 이미 검출되었다면, 제어기는 특정한 검출 신호의 추가 부분을 수신하기 위해 마지막으로 알려진 최적 방향으로 지향성 안테나를 조종한다.

만일 수신 신호가 아직 검출되지 않았다면, 제어기는 지향성 안테나를 스캔하여 최적 수신 신호 측정기준(metric)을 제공하는 방향 설정을 결정한다. 이는,예를 들어, 가능한 안테나 각도 설정의 각도 검색(angular search)으로서, 그리고 각각의 후보 방향에 대해 수신 신호 측정기준을 시험하는 것으로서 진행될 수 있다. 수신 신호 측정기준은, 예를 들어, 수신 신호 강도, 비트 에러율, 노이즈 파워 또는 다른 비교 가능한 척도일 수 있다. 일단 최적 안테나에 대한 지향성 설정이 결정되면, 그 설정은 식별된 신호를 수신할 때의 미래의 용도를 위해 저장된다.

전제부에 후속되는 데이터 프레임의 페이로드(payload) 부분과 같은, 동일한 신호의 추가 부분이 수신될 때, 지향성 안테나 어레이가 모든 시간 동안 지시 모드(directive mode)로 최적 신호 측정기준을 탐색하기를 계속하면서, 잠재적인 새로운 각도를 스캔하기를 계속하도록 동작될 수 있다. 일단 신호 전송이 종결된다면, 신호의 식별에 따른, 마지막으로 알려진 신호에 대한 최적 각도가 동일한 신호의 미래의 수신시에 사용된다.

제 2 실시예에서, 이전의 실시예서와 같이, 본 발명은 또한 전방향 및 안테나의 지향성 모드 모두를 사용한다. 본 프로세서의 제 1 단계에서, 안테나 어레이는 전방향 모드로 설정된다. 그 후에 수신 신호의 제 1 부분이 송신 요구(Request to Send, RTS) 메시지와 같은 링크 계층 구축 메시지가 수신될 때를 결정하기 위해 조사된다. RTS가 검출된 후에, RTS의 송신자 정보는 마지막으로 알려진 도착 각도를 결정하기 위해 사용된다. 그 후에 상기 어레이는 예를 들어 송신 허가(Clear to send, CTS) 메시지의 연속적인 전송을 위해 상기 방향으로 조정된다. CTS의 승인이 기대될 때 후속(follow-on) 단계가 사용될 수 있고; CTS 승인이 수신된다면, 안테나가 적당한 방향으로 조종된다는 것이 알려진다. 그러나, 만일 CTS의 승인이 수신되지 않는다면, 안테나 각도는 후보 각도의 스캐닝을 통해 재-구축되어야 한다고 가정된다.

전술한 실시예는 특히 접근 노드나 다른 중앙 베이스 유닛(central base unit)에서 특히 유용하다.

본 발명의 또 다른 실시에는 다음과 같은 어레이를 사용할 수 있다. 송신 요구(RTS)와 같은 초기 링크 계층 전송이 지향성 모드에서 의도된 수신기로 송신될 수 있다. 이러한 실시예는 송신자가 의도된 수신자에 대한 가능성있는 방향에 관한 정보를 저장한 곳에서 특히 유용하다. 그 후에 상기 유닛은 동일한 각도로 설정된 안테나로써 수신 모드에 있는 전송 허가(CTS)를 수신하기 위해 대기한다.

만일 CTS가 수신된다면, 방향이 정확하고 링크 계층 접속이 구축되었다고 가정된다.

그러나, 만일 CTS가 특정 시간 내에 수신되지 않았다면, 제어기는 전방향 모드로 상기 어레이를 재설정하고, 링크 계층 접속의 구축을 다시 시도한다.

본 발명이 피어-투-피어(peer-to-peer) 네트워크에 배치될 때, 본 발명은 또한 제 1 노드로부터 제 2 노드까지 메시지를 릴레이할 디바이스와 접속되어 사용될 수 있다. 이러한 기능은 무선 인터넷 프로토콜(IP) 네트워크의 라우터(router) 기능과 유사하다. 이러한 응용에서, 검출 프로세서 동안에, 최적 수신 신호 측정기준을 제공하는 각도가 전술한 바와 같은 네트워크의 많은 노드에 대한 수신 모드 동안에 기록되었다. 따라서, 메시지가 제 2 노드로 릴레이될 필요가 있는 제 1 노드로부터 수신될 때마다, 만일 신호가 제 2 노드로부터 이미 수신되었다면, 기록된최적 수신 방향이 검색되어, 안테나 어레이가 제 2 노드에 신호를 전송하기 위해 사용될 때 사용된다. 인근 노드로의 전파를 위한 최적 안테나 각도의 저장은 IP 어드레스와 연관된 룩업 테이블 엔트리에 포함되는 것과 같은, 다른 라우터 룩업 테이블 기능과 유사한 방식인 제어 기능에 의해 처리될 수 있다.

본 발명의 전술한 목적과 기타 목적, 특징 장점은 유사한 참조 문자가 다른 도면을 통해 동일한 부분을 나타내는 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 더 특정한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 도면들은 필수적으로 스케일링된 것은 아니고, 대신에 본 발명의 사상을 나타내기에 적합하도록 강조되었다.

도 1은 다수의 말단 노드들(12) 사이의 무선 접속을 제공하는 네트워크 및 엑세스 포인트 장비(14)를 통한 인터넷(18)과 같은 데이터 네트워크와 같은, 본 발명의 배치될 수 있는 무선 데이터 통신 네트워크(10)의 상위 레벨 블록 다이어그램이다.

특히, 제 1 무선 랜(LAN)(11-1)이 노드들(12-1-1, 12-1-2, ...12-1-n)에 의해 형성되었다. 상기 노드들(12-1)은 서로 통신하고, 특히 포맷된 무선 신호를 사용하는 제 1 엑세스 포인트(first access point, 14-1)와 통신한다. 지향성 안테나 어레이(20-1)가 제 1 무선 랜(11-1)에서 엑세스 포인트(14-1)로써 사용된다. 엑세스 포인트(14-1)는 게이트웨이(16-1)를 통해 수신 무선 주파수 신호를 인터넷 통신에 적당한 TCP/IP 포맷과 같은 적당한 무선 포맷으로 변환시키는 것을 맡는다. 게이트웨이(16-1)는 라우터, 스위치 또는 다른 인터넷 기반의 장치일 수 있다.

유사한 제 2 무선 랜(11-2)이 노드들(12-2-p), 안테나(20-2), 엑세스 포인트(14-2) 및 게이트웨이(16-2)와 연관된다.

각각의 노드들(12)은 전형적으로 무선 네트워크 인터페이스 카드(NIC)가 설치된 휴대용 개인 컴퓨터(PC)인 원격국을 포함한다. 개인 휴대 단말기(PDA), 데스크탑 계산 장비 및 다른 네트워크가능한 장치와 같은 다른 타입의 계산 장비도 가능하다.

엑세스 포인트(AP, 14-1)는 무선 네트워크(10)와, 인터넷(18)과 같은 유선 네트워크 사이의 일종의 브리지(bridge) 역할을 한다. 엑세스 포인트(14-1)는 무선 네트워크에 사용된 물리적 계층 시그널링에 대한 기지국으로 역할을 하여, 유선 네트워크 상으로 다중 무선 노드들(12-1-1, ... 12-1-n)에 대한 접근을 집합시킨다. 엑세스 포인트(14)는 통상적으로 무선 수신 및 송신 장비 및 IEEE 802.11 이더넷 인터페이스와 같은 유선 네트워크 인터페이스로 구성된다. 만일 엑세스 포인트(14)가 다른 네트워크로의 접속을 제공하려고 한다면, 예를 들어 802.1 브리징 표준(Bridging Standard), 및 방화벽 등과 같은 다른 소프크웨어에 합치하는 브리징 소프트웨어를 통상적으로 포함할 수 있다. 그것은 더 높은 계층 데이터 네트워킹 프로토콜의 견지로부터 라우터 또는 브리지로서 역할을 한다.

표준 무선 램 시그널링 장비에 덧붙여, 또한 엑세스 포인트(14-1)가 유닛 식별과 같은 노드들(12)에 대한 식별 정보 및 각도와 같은 연관된 안테나 설정 변수를 저장할 수 있는 테이블(25)을 포함한다. 어레이 제어기(30)는 각도의 특정에 의한 것과 같이 특정한 안테나(20-1) 방향을 조종하게 한다. 엑세스 포인트(14-1)에서의 신호 수신 장비는 또한 수신 신호 강도 표시(RSSI), 비트 에러율(BER), 노이즈 파워 레벨 또는 수신 신호 품질의 다른 척도와 같은, 수신 신호 측정기준을 결정할 수 있는 검출 회로를 포함한다.

도 2A 및 도 2B는 무선 LAN 규격 IEEE 802.11b에 설명된 바와 같은 메시지 또는 프레임 구조의 포맷을 도시한다. 메시지는 MAC(Media Access Control) 계층 프리앰블, 헤더, 및 페이로드 부분이나 PSDU(Protocol Specific Data Unit)로 구성된다. IEEE 802.11의 메시지들은 도 2A에 도시된 메시지와 관련하여 사용되는 것과 같은 긴 프리앰블 유형뿐만 아니라 도 2B에 도시된 바와 같은 짧은 프리앰블-유형 중 어느 하나일 수 있다. 상이한 프레임 포맷들은 상이한 데이터율들을 지원하는 것과 관련된다. 도 2A에 도시된 프레임 포맷은 페이로드 부분을 변조하기 위해서 1Mbps 또는 2Mbps로 각각 인코딩된 DBPSK(Double Binary Phase Shift Keying)나 DQPSK(Double Quadrature Phase Shift Keying) 중 어느 하나를 사용한다. 도 2B의 프레임 포맷은 5.5Mbps 또는 11Mbps의 데이터율을 구현하기 위해서 DQPSK를 활용한다.

두 프레임 포맷들 모두에 대해서는 그 프레임의 프리앰블 및 헤더 부분들은 데이터 페이로드 부분들보다 더욱 강력한 인코딩 방식을 활용한다는 것을 또한 주목하자. 이는 잡음이 존재하는 경우에 헤더 및 프리앰블이 더욱 신뢰적으로 검출될 수 있게 한다.

도 2A나 도 2B에 도시된 포맷들 중 어느 하나의 프리앰블은 SFD 부분과 같은 특정 전송기의 식별을 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 무선 네트워크 신호들을 수신하기 위한 처리의 흐름도를 나타낸다. 그 처리는 액세스 포인트(14)가 노드들(12)로부터 신호들을 수신하였을 때 상기 액세스 포인트(14)에서 수행되며, 통상적으로는 물리적인 계층 처리 동안에 수행될 수 있다.

제 1 휴지(idel) 단계 300로부터, 각각의 엑세스 포인트(14)와 연관된 안테나(20)는 처음에 전방향 모드로 설정된다. 그 전방향 모드에서는, 수신된 신호의프리앰블 부분 및/또는 헤더가 검출되는 상태 320가 시작된다. 상태 330에서는, 수신된 신호의 처음 부분을 그것을 고유하게 식별하기 위해서 검사가 이루어진다. 만약 수신된 신호가 알려지지 않는다면, 예컨대 신호를 발송한 노드(12)가 이전에 확인되지 않는다면, 안테나는 상태 322에서 각도 탐색 모드로 설정된다. 그 모드에서는, 따라서 안테나(20)가 최대 수신 신호 강도의 방향, 신호 품질, 가장 낮은 BER(Bit Error Rate) 또는 다른 신호 품질 메트릭을 찾기 위해서 지향성 각도들의 시퀀스를 보측한다(step). 상태 323에서는, 그 각도가 결정되었을 때, 그것은 기록되며, 장치와 연관된 테이블 엔트리(25)같은 그 장치의 식별 정보와 연관된다. 도 1에 도시된 바와 같은 테이블은 그것의 메시지 루팅 테이블의 일부로서 액세스 포인트(14)에 의해 유지될 수 있다.

여하튼, 액세스 포인트(14)는 상태 324로 들어갈 수 있는데, 그 상태에서는 활성 수신들 동안에 최대의 각도가 연속적으로 조정되는 동시에 프레임의 페이로드 데이터 부분을 수신한다. 만약 프레임의 수신이 손실되거나 그렇지 않으면 완료된다면, 마지막의 최적 알려진 각도가 테이블에 기록되고, 처리과정은 처음 상태 310로 돌아간다.

만약 상태 330로부터 신호가 식별될 수 있었다면, 예컨대 신호가 전송 노드(12)로부터 이전에 수신되었다면, 처리과정은 상태 325로 진행하고, 그 상태에서는 마지막으로 알려진 각도가 테이블(25)에서 발견된다. 그러한 마지막으로 알려진 각도는 어레이를 마지막으로 알려진 위치로 향하도록 조정하기 위해서 제어기(30)에 의해 사용된다. 다음으로, 어레이는 상태 326에서 신호의 페이로드부분을 적어도 수신하기 위해 그 마지막으로 알려진 위치에 존재한다. 그로부터, 상태 324는 페이로드 부분이 수신되고 있을 때 계속해서 시작될 수 있고, 그로인해 신호는 계속해서 조정되는 동시에 그것은 활성되며, 임의의 업데이트가 테이블(25)에 기록된다.

만약 유닛이 중계 모드에 있다면 상태 326로부터 상태 328가 시작되는데, 그 모드에서는 최적 수신 각도가 그 동일 노드로의 후속하는 전송을 위해 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 약간 변형된 처리의 다이아그램이다. 도 4의 처리에 대한 다수의 단계들은 도 3의 단계들에 어느 정도 상응한다. 예컨대, 제 1 휴지 단계 300로부터, 안테나(20)는 처음에 단계 310에서 전방향 모드로 설정된다. 그러나, 그러한 실시예에서는 더 높은 계층 레벨 시그널링이 검사된다. 예컨대, 단계 315에서, RTS(Request to Send) 메시지가 링크 계층에서와 같이 검출된다. 단계 330에서는, 만약 발신측이 알려진 식별을 가지고 있는지를 알기 위해서 메시지가 다시 검사된다. 만약 그렇다면, 단계 325 및 326가 이전처럼 시작되는데, 전송자와 연관있는 마지막으로 알려진 각도가 단계 325에서 결정되고 안테나(20)가 단계 326에서 마지막으로 알려진 각도로 향하도록 조정된다. 그 경우에, 유닛은 상기 마지막으로 알려진 방향으로 현재 설정된 안테나를 통해 단계 340에서 CTS(Clear to Send) 메시지를 전송할 것이다.

그러나 만약 단계 330에서 검출된 RTS의 식별이 통보되지 않는다면, 각도 탐색이 상태 322에서 진행되고, 최적 수신 상태의 ID 및 각도가 단계 323에서 기록된다. 단계 324는 이전과 같이 각도가 조정될 수 있는 동시에 활성 페이로드 데이터가 수신되고 있는 경우에 계속된다. 단계 345는 신호 검출이 손실되거나 및/또는 메시지의 마지막(EOM : end of message)이 수신될 때 시작된다.

마지막으로 알려진 각도가 상태 326에서 조정되는 경우로 돌아가면, CTS(Clear to Send) 메시지가 단계 340에서 전송된다. 다음으로, CTS 승인이 단계 342에서 대기된다. 그 승인은 통상적으로 미리 결정된 시간 동안 내에 수신되거나 그렇지 않으면 타임-아웃 상황이 이루어진다. 만약 승인이 수신되면, 그 지정된 각도는 상태 344에서 허가될 것이며, 다음으로 처리과정은 단계 324로 진행할 수 있다. 그러나, 만약 타임-아웃이 단계 342에서 발생하면, 안테나(20)가 조정되었던 각도는 좋지 않았으며 그로 인해 각도 탐색 상태 322가 시작되어야 한다는 것이 가정된다.

앞서 언급한 방법은 액세스 노드나 중앙 기지국 유닛으로의 응용을 적용하는데 있어 특히 유용하며, 상기 액세스 노드나 중앙 기지국은 다수의 원격 가입자 유닛들을 제공되도록 의도된다.

그러나, 본 발명의 또 다른 실시예는 다음과 같이 가입자 유닛에서 유리하도록 적용될 수 있다. 그러한 동작 세트는 도 5에 도시된다. 제 1 단계 500에서, 안테나는 지향성 모드로 설정된다. 예컨대, 가입자가 기지국이 존재하는 후보 방향에 대해서 정해진 정보를 가질 것이라는 것이 통상적이다. 단계 510에서, RTS(Request to Send) 메시지는 지향성 모드에서 전송된다. 단계 520에서, 만약 CTS(Clear to Send) 메시지가 기지국으로부터 다시 수신된다면, 그 안테나 방향 설정이 단계 522에서 허가되었다는 것이 가정되며, 링크 계층 통신들이 단계 524에서 진행될 수 있다.

그러나 만약 단계 520에서, 타임-아웃 기간 내에 어떠한 CTS도 수신되지 않는다면, 안테나가 부정확하게 설정되었다고 가정된다. 따라서, 전방향 모드가 단계 528에서 시작되고, RTS 메시지가 단계 540에서 전송된다. 처리과정은 도 3 및/또는 도 4에 설명된 것과 유사한 지점에서부터 진행하는데, 즉, 각도 탐색이 단계 544에서 안테나를 적절하게 설정하기 위해 수행되며, 그 설정은 단계 548에서 기록된다.

도 5는 통상적인 네트워크 컴퓨터 환경에서 전송될 수 있는 상위 레벨 메시지들의 시퀀스를 도시한다. 특히, 엑세스 포인트(14-1)나 원격국(12)일 수 있는 소스국이 메시지(610)를 전송한다. 메시지(610)는 앞서 설명된 프리앰블, 헤더, 및 페이로드 부분들을 갖는 하나 이상의 패킷으로 구성될 수 있다. 그 메시지는 비교적 상세한 메시지일 수 있거나, 또는 접속을 설정하고 추가의 정보를 전송하라는 요청과 같은 비교적 간단한 메시지일 수 있다.

메시지(610)의 수신에 응답하여, 착신국은 승인 메시지(612)를 보내도록 기대된다. 그러한 승인 메시지(612)는 알려진 승인(ACK) 포맷인 헤더나 페이로드 부분을 특별히 갖는 헤더 부분 및 프리앰블 부분을 가질 수 있다. 더 높은 계층의 프로토콜은 예컨대 링크 계층에 구현될 수 있다.

본 발명은 안테나를 연습시키는 것을 돕기 위해서 다른 프로토콜들을 호출하도록 그러한 더 높은 계층 프로토콜 유닛을 사용할 수 있게 한다.

승인 메시지(612)는 착신국에서 적절한 메시지(610)를 수신하였을때 전송된다. 그러나, 어떠한 승인도 착신국으로부터 전송되지 않는 상황(614)이 존재할 수도 있다. 이는 통상적으로 메시지가 착신국에서 미리 결정된 시간 기간 내에 수신되지 않은 경우에 이루어진다. 그러한 방식으로, 소스는 메시지(610)를 재전송하기 위해 통보될 것이다. 그러한 승인 프로토콜은 인터넷 데이터 통신에서 사용되는 전송 제어 프로토콜/인터넷 프로토콜(TCP/IP) 프로토콜의 데이터 통신 네트워크 유형에 널리 보급된 사용에서의 상위 계층 프로토콜의 유형이다.

특정 상황들에서 더 높은 계층 프로토콜 정보를 사용하는것은 필수적일 수 있는데, 물리 계층 프로토콜들은 데이터 프레임을 복조할 시간을 허용하지 않으며/또는 프리앰블 부분에서 전송 스테이션의 식별을 포함하지 않는다. 상기 프로토콜들은 임의의 복조가 발생하지 않으면 트랜스미터가 종료하는 것을 알지 못하는 문제점을 갖는다. 그러나, 신호를 복조하기 위한 시간이 주어지지 않는다. 예를 들면, 전체 프레임이 처리된 이후 까지는 수신 품질을 결정할 수 없다. 이는 프레임을 위해 사용되는 특정 코딩에 따라 결정될 수 있다. 추가로, 특정 프로토콜들은 적절한 방항으로 효과적으로 조정되기 위해 안테나 어레이에 대하여 시간 내에 최적의 방향을 식별하도록 간격이 너무 짧은 프리앰블 부분들을 사용할 수 있다. 예를 들면, 802.11B 표준이 이점에 있어서는 어쩌면 적절할 수도 있다. 그러나, 802.11A 무선 LAN 표준과 같은 프로토콜들은 충분한 기간의 프리앰블을 제공할 수 없다. 추가로, 무선 LAN 프로토콜들은 이더넷과 유사한 무선 링크 프로토콜을 통해 동작한다. 특히, 긍정 응답 무선 링크 프로토콜이 사용된다. 예를 들어, 정확히 수신된 패킷들이 승인되는 반면에, 부정확하게 수신된 패킷들은 그렇지 못한 경우이다. 따라서, 비-승인 검사가 무선 링크 프로토콜 계층 및/또는 상위 레벨 계층들에서 수행될 수 있다.

본질적으로, 프로세스는 도 6과 같이 도시된다. 초기 휴지 상태(600)동안 점유 어레이(20)는 먼저 전방향 상태로 조정된다.

다음 상태 712에서, 전송이 수신된다. 상기 패킷이 정확히 수신되면, 정상적으로 전송된 승인(612)이 억제되는 상태 714로 입력된다. 그러므로, 유니트는 어떤 승인도 전송되지 않는 모드(614)에 들어간다. 이는 안테나에 대한 각도가 세팅될 수 있는 상태 716으로의 입력을 허가한다. 상태 714에서 승인의 억제는 상태 718에서 패킷의 제 2 수신을 야기한다. 상태 720에서, 상기 제 2 수신은 수신된 품질이 비교된다. 만약, 수신된 품질이 충분하지 않으면, 프로세스는 승인이 다시 억제되는 단계 714로 귀환한다. 단계 714 부터 720는 단계 720에서 적절히 수신된 패킷의 품질이 결정될 때까지 계속적으로 수행된다. 품질이 결정되면, 제어는 승인이 현재 전송되는 상태 722로 진행한다. 세팅된 각도는 유니트와의 후속 통신을 위해 유니트의 식별과 함께 기록된다.

특정 상황들에서 상태 712에서 패킷이 수신될 때, 유니트의 식별이 결정될 수 있다면, 도 3에 도시된 것과 같이 상태 716에서 각도는 다시 적절히 세팅되는 것이 시도된다. 예를 들어, 상태 712에서 원격 유니트의 식별이 수신된 패킷으로부터 수행될 수 있다면, 단계 714 내지 720과 관련된 각도의 탐색은 더 신속하게 진행된다.

본 명세서에서 중요한 점은 상위 계층 프로토콜이 안테나 어레이 세팅을 최적화하는 목적으로 패킷을 재전송하기 위해 사용되는 것이다. 다른 프로토콜은 이를 원인으로 하거나, 유니트들은 유사한 결과들을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 비-경쟁 윈도우가 이른바 PCF 또는 HCF 모드를 사용하는 특정 프로토콜들에 의해 셋업될 수 있다. PCF 모드에서, 특정 시간 기간동안 유니트들이 전송될 액세스 포인트에 의해 제어될 수 있는 최적의 각도를 디스커버링하기 위한 수단이 제공된다. 따라서, 유니트의 식별이 미리 통보되면, 안테나가 그 수신 이전에 통신을 위해 마지막으로 알려진 방향으로 조정될 수 있다. 따라서, 제어 메세지들은 전방향 모드 동안 셋업될 수 있으며, 그후에 원격 유니트로의 전송시 지향성 모드는 HCF 또는 하이브리드 조정 기능에서 결정될 수 있다.

도 8을 참조로하여, 802.11 액세스 포인트(12)는 본질적으로 두개의 모드, 분배된 조정 기능(DCF) 모드(810) 및 포인트 조정 기능(PCF) 모드(830)를 갖는다. DCF 모드에서, 통신은 기본적으로 경쟁되기 때문에, 가입자 유니트들 중 임의의 하나(12)가 임의의 시점에서 액세스 포인트(14)로 메세지들을 전송하도록 시도될 수 있다. PCF 모드(830)는 때때로 비-경쟁 통신이 가능한 모드를 제공하도록 사용된다. 따라서, PCF 모드 동안, 시스템은 특정 가입자 유니트(12)가 다른 가입자 유니트들(12)과의 임의의 충돌에 상관없이 무선파들로의 독점적인 액세스를 수행할 수 있으며, 액세스 포인트(814)에 메세지들을 전송할 수 있는 것을 보장한다.

따라서, DCF 모드(810)와 관련된 하나의 상태 812에서, 액세스 포인트(14)는 이후 시간에서 특정 가입자 유니트들(12)로부터 승인된 비-경쟁 지역들(CF)로의 요청들을 산발적으로 수신한다. 결국, PCF 모드는 상태 830에 입력된다. 상기 상태에서, 안테나는 먼저 전방향 모드(832)로 전송된다. 다음 상태 834에서, 표지 신호는 모든 가입자 유니트들(12)에 전송되어 PCF 모드가 입력되었음을 나타낸다. 이는 모든 유니트들이 비-경쟁 기간이 승인되는지를 결정하기 위해 입력되는 폴링 정보를 수신하기 위한 신호이다. 그후에 폴 신호가 상태 834에 전송된다. 상태 834에서 폴 신호에 대한 응답은 PCF 모드동안 비-경쟁 액세스가 승인되기 위한 가입자 유니트들(12) 중 하나의 특정 식별자를 결정한다. 임의의 주어진 PCF 모드동안 다수의 상이한 가입자 유니트들(12)은 독점적인 사용이 허가될 수 있거나 비-경쟁 기간이 허가될 수 있다.

비-경쟁 기간들을 요구하는 가입자 유니트들(12)의 스케쥴로부터, 상태 834에서 액세스 포인트는 그들의 목록 상에서 제 1 유니트를 폴링한다. 폴 메세지는 특정 식별된 가입자 유니트(12)를 위해 안테나를 마지막으로 알려진 위치 또는 정확한 각도로 조정함으로써 전송한다. 상기 특정 PCF 메세지는 그후에 단계 838에서 비-경쟁 메세지로 전송된다. 단계 834 내지 838은 그후에 가입자 유니트들의 각각이 결국 CF가 비-경쟁 기간에 방향 변경이 허가되는 것을 요구할 때까지 계속적으로 수행된다. 각각의 후속하는 가입자 유니트(12)가 비-경쟁 기간동안 액세스되면, 안테나는 특정 가입자 유니트(12)와 관련된 PCF 메세지들을 전송하기 이전에 상태 836에서 각각의 적절한 방향으로 조정될 것이다. 상태 838에서 비-경쟁 프로세싱이 종료되면, 액세스 유니트는 그후에 안테나 어레이(20)를 다시 전방향 모드로 조정할 수 있으며, 따라서 상태 840에서 비-경쟁 기간의 종료 메세지가 모든 가입자 유니트들에게 전송되어 상기 가입자 유니트들은 PCF 모드가 종료되었음을 인식하고, 시스템은 단계 810에서 DCF 모드로 되돌아 간다.

개시된 실시예의 전술된 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 이용하기에 용이하도록 하기 위하여 제공되었으며, 이들 실시예에 대한 여러 가지 변형은 당 업자에세 자명하며, 여기서 한정된 포괄적인 원리는 본 발명의 사용 없이도 다른 실시예에 적용될 수 있다.

Claims

지향성 안테나를 사용하는 제 1국이 무선 물리 계층 신호 프로토콜을 사용하여 제 2국과 통신하는 무선 데이터 통신시스템을 동작시키기 위한 방법으로서,

데이터 패킷을 포함하는 무선신호가 상기 제 1국에 의하여 수신될때를 결정하는 단계와;

상기 제 2국으로부터의 제 1전송부분으로부터, 상기 제 1국에 상기 무선신호를 전송한 제 2국의 식별자를 결정하는 단계와;

상기 제 2국의 결정된 식별자를 사용하여 상기 지향성 안테나에 대한 파라미터를 결정하는 단계와;

상기 제 2국으로부터 다음 신호전송 부분을 수신하는 동안, 상기 식별된 제 2국에 대한 파라미터들에 따라 상기 지향성 안테나를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제 1국은 액세스 포인트이며, 상기 제 2국은 원격 국인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제 1국은 원격 국이며, 상기 제 2국은 액세스 포인트인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 수신부는 프레임의 프리앰블인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 수신된 신호의 제 1부분은 일련의 패킷들중 제 1패킷인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 다음 전송은 프레임의 나중 부분인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 다음 전송은 일련의 전송된 프레임들중 나중 프레임인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 지향성 안테나는 조정가능한 다중 안테나 엘리먼트들의 어레이인 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 데이터 프레임의 프리앰블 부분은 다음 전송부분보다 더 강한 변조방식으로 인코딩되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 프리앰블 부분은 다수의 가능한 프리앰블 포맷들중 한 포맷을 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 프리앰블 부분은 전송자 식별자를 포함하며, 상기 페이로드는 다음으로 전송된 프레임들로 간주되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 안테나 어레이 파라미터들은 상기 제 2국의 식별자와 연관되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13항에 있어서, 상기 유닛 식별자 및 안테나 파라미터들은 상기 제 1 및 제 2 국사이의 순방향 통신들과 연관된 네트워크 층 어드레스와 연관된 테이블에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13항에 있어서, 상기 네트워크 어드레스는 인터넷 프로토콜 어드레스이며, 상기 제 1 국은 네트워크 계층 메시징을 위한 루팅 기능들을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제 2국의 식별자로부터 안테나 파라미터들의 식별자를 결정하는 것이 가능하지 않는 경우에, 상기 제 2국으로부터의 통신들을 수신하기 위한 최적 방향을 결정하기 위하여 안테나 파라미터 세팅을 탐색하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 제 2전송국의 식별자를 결정하는 상기 단계는 상기 안테나가 전방향 모드에서 동작하는 동안 수신된 통신부분으로부터 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 강하고 낮은 코딩 변조 타입은 제 1부분의 전송동안 사용되며, 높은 코딩 변조 타입은 상기 제 2국으로부터의 나중 전송부분동안 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17항에 있어서, 상기 식별정보는 상기 전송의 높은 코딩부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17항에 있어서, 상기 지향성 안테나는 상기 나중 전송부분들이 수신되기 전에 나중에 알려진 방향으로 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 19항에 있어서, 상기 나중 전송부분들은 다음으로 전송된 데이터 프레임들일 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항에 있어서, 상기 전송하는 제 2국의 식별자가 알려지지 않은 경우에 통신을 수신하기 위한 최적 방향을 결정하기 위하여 상기 지향성 안테나를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 21항에 있어서, 상기 식별자는 제 1프레임의 수신후에 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서, 상기 최적 방향이 결정된후에 식별된 유닛으로부터 수신된 신호의 다음처리에 사용하기 위한 방향 정보 및 상기 유닛 식별정보를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제 1국으로부터 상기 제 2국으로 클리어 투 센드(CTS;Clear to Send) 지시자를 전송하는 단계와;

상기 클리어 투 센드(CTS) 신호의 긍정응답의 수신을 청취하는 단계와;

상기 긍정응답이 수신되는 경우에, 상기 지향성 안테나의 현재 세팅이 충분한지를 결정하는 단계와;

상기 긍정응답이 수신되지 않은 경우에, 다른 전송각도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1국이 무선 물리 계층 신호를 사용하여 제 2국과 통신하는 통신 네트워크를 동작시키기 위한 방법으로서,

안테나 어레이에 대한 전방향 모드를 세팅하는 단계와;

상기 제 2국으로부터의 전송을 제 1국에서 수신하는 단계와;

상기 수신된 전송으로부터 상기 제 2국의 식별자를 결정하는 단계와;

상기 식별된 유닛에 대해 마지막으로 알려진 위치의 방향으로 상기 지향성 안테나를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
제 25항에 있어서, 상기 제 1국은 액세스 포인트이며, 상기 제 2국은 원격 국인 것을 특징으로 하는 방법.
제 25항에 있어서, 상기 제 1국은 원격 국이며, 상기 제 2국은 액세스 포인트인 것을 특징으로 하는 방법.
제 25항에 있어서, 상기 제 1전송부분은 데이터 프레임의 프리앰블인 것을 특징으로 하는 방법.
제 25항에 있어서, 상기 제 1전송부분은 제 1 패킷인 것을 특징으로 하는 방법.
제 25항에 있어서, 다음 전송은 데이터 프레임의 나중부분인 것을 특징으로 하는 방법.
제 25항에 있어서, 다음 전송은 나중에 전송된 패킷인 것을 특징으로 하는방법.
제 28항에 있어서, 상기 프리앰블 부분은 전송자의 식별자를 포함하는 완전한 데이터 프레임인 것을 특징으로 하는 방법.
제 25항에 있어서, 전송하는 제 2국의 식별자를 결정하는 상기 단계는 상기 안테나가 전방향 모드에서 동작하는 동안 수신된 전송부분으로부터 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 33항에 있어서, 상기 식별자는 상기 전송의 높은 코딩된 부분내에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 25항에 있어서, 상기 지향성 안테나는 나중 전송부분들이 시작되기전에 마지막으로 알려진 방향으로 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 25항에 있어서, 상기 제 2국의 식별자가 결정되지 않는다면, 상기 전송유닛으로부터 통신들을 수신하기 위한 최적 방향을 결정하기 위하여 일련의 후보 방향들을 통해 상기 지향성 안테나를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 36항에 있어서, 상기 최적 방향이 결정된후에, 상기 식별된 유닛으로부터 수신된 신호들의 다음 처리를 위하여 사용하는 방향정보 및 유닛 식별정보를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5항에 있어서, 알려진 일련의 전송 패킷들의 시퀀스동안, 패킷 손실없이 상기 안테나 어레이를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 38항에 있어서, 패킷 긍정응답 메커니즘을 사용하여 임의의 손실 데이터를 복원하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 38항에 있어서, 무선링크 제어 프로토콜(RLP) 메커니즘에 응답하여 손실된 패킷들을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 및 제 2국이 정보를 교환하며 무선 물리 계층 신호를 사용하여 통신을 수행하는 통신시스템 ― 상기 제 1국은 지향성 안테나를 사용함 ― 을 동작시키기 위한 방법으로서,

무선신호가 상기 제 2국으로부터 상기 제 1국에서 수신될때를 결정하는 단계와;

물리계층보다 높은 프로토콜 계층의 메시지들을 이용하여 특정 제 2국으로부터의 데이터의 전송 및 재전송을 제어하는 단계와;

높은 계층 프로토콜들로 전송된 메시지들을 이용하여 상기 안테나 어레이를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
제 41항에 있어서, 상기 프로토콜 속성값들은 상기 안테나 어레이 조정을 최적화하기 위하여 데이터 패킷을 재전송하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 42항에 있어서, 상기 프로토콜 속성값은 상기 제 1국으로부터 상기 제 2국으로 리턴된 긍정응답(ACK)인 것을 특징으로 하는 방법.
제 43항에 있어서, 상기 긍정응답 메시지는 상기 제 2국으로부터 상기 제 1국으로 재전송을 수행하기 위하여 억제되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 44항에 있어서, 상기 긍정응답 억제는 상기 안테나 적응 듀티 사이클을 감소시키기 위하여 N번의 전송중 한 전송에서만 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 43항에 있어서, 상기 제 1긍정응답 억제후에, 상기 특정 제 2국으로부터의 과거 전송 히스토리에 기초하여 안테나 각도를 결정하기 위하여 전송이 수신되는 제 2국을 식별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 41항에 있어서, 상기 프로토콜 유닛은 요구 투 센드(RTS; Request to Send) 및 클리어 투 센드(CTS) 프로토콜 데이터 유닛들을 이용하여 특정 제 2국으로부터 프레임들을 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 41항에 있어서, 상기 프로토콜 유닛들은 단지 특정 제 2국만이 전송하도록 요구하는 포인트 조정 기능(PCF) 엔티티들인 것을 특징으로 하는 방법.