TWI238610B - Antenna steering for an access point based upon probe signals - Google Patents

Description

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發明範疇 本發明關於無線區域網路之範疇’特定古之 無線區域網路内運作之存& ° 糸關於在 丈W I孖取點的天線操控演算法。 發明背景 、有各種標準容許遠端站（譬如可攜式電腦）在一益 區域網路（WLAN )内移動且經由射頻（RF )傳輸連 連接到一有線網路之一存取點（Ap)。該有線網路通= 稱為接線系統（distribution system)。上述各種標準 包含IEEE 8 0 2· 11標準及其對應字母修訂版本，嬖如 802.11b和802.11g。 β 在遠端站内及在存取點内之一實體層提供低階傳輸藉 以讓此等站與存取點通信。在該實體層之上有一媒體存^ 控制（MAC )層提供譬如認證、解除認證、隱私權、建立 關聯及解除關聯等服務。 在作業中’當一遠端站上線時，首先會在該站及存取 點内的實體層之間建立連線。然後才會連接MAC層。一般 而言，就遠端站和存取點來說，實體層RF信號係利用單極 天線發射和接收。 一單極天線以所有方向輻射，就一鉛直取向元件來說 大體上係以一水平平面輪射。單極天線易於發生遠端站與 存取點之間的通信品質劣化，譬如因居間物體導致無線電 波信號反射或繞射。居間物體舉例來說包含牆壁、桌子牙 人。此等物體產生多路徑、常態統計衰落、瑞利

1238610 五、發明說明（2) 一 (Ray 1 e 1 gh )衰落等。因此，曾有對於減輕因此等效應造 成之信號劣化的努力。 一種用來抵銷RF信號之劣化的技術是使用二個天線來 提供分集作用。此二天線被耦接至處於遠端站和存取點其 中之一或二者兼具的一天線分集開關。使用二個天線以求 天線分集效果的基礎理論是：不管在任何給定時間，該等 天線當中至少一天線很可能會收到一未受多路徑效應影響 的信號。因此，此天線即是遠端站或存取點經由該天線^ 集開關選取進行發射/接收信號的天線。但仍有需要解決 無線區域網路内之遠端站與一存取點間之RF信號劣化的問 發明概述 有鑑於上述背景，本發明之一目的是改善無線區域網 路内一存取點與遠端站之間的通信。 一種超越單純分集作用之改良係透過一種用在無線區 3網路之存取點（亦即無線閘道）的天線操控程序。定向 2線改善網路的流通量，且加大存取點與遠端站（亦即盔 :使：者裝置）間的範圍。-定向天線在大多數情況下提 二二尚於全向天線的信噪比，從而容許鏈結以較高數據傳 務j 率運作。 r μ亥天線操控私序可為存在於存取點之媒體存取控制 AC )層内，且以從遠端站接收信號後可由實體層提供 信號品質度量為基礎選取一最佳或較佳定向天線排列。

Ϊ238610 五、發明說明（3) 與—選ί 士 =:之原則，在譬如登錄、認證或後續存取點 點天線之數據交換的過程中，判定受操控存取 軟妒式土触車又仏方向。在一實施例中，由在存取點運作之 建二Γ人”此莉％。該存取點天線控制軟體/動體可 以達到= = ϊ =及與該站相關之天線方向的資料庫 運作^ 3 2 ^ ί傳統8(3 2·11設備之固有分集選擇電路 遠端站發射二探測ί向,ί角度。存取點可利用發信導致 應信號之作號口暂n #υ ’其中該存取點測量該探測響 模式從遠；：：到。該存取點可比較對應於以-定向天線 模式從遠端站收至對上對應於以-全向天線 天線掃描作業。j ^§#u的度$以判定是否應當進行一新 用譬如802 1 1椤準：取點判斷出現隱藏的節點，其可能利 ⑴，引 ' 疋向天線加諸於存取3¾古雔舌Λ21 + 遠端站之流通量以肉：，重好處··增進對個別 多·環境中L收到之的能力。在大 一瞄準該站之方向之敕 。號位準仵經由讓存取點用 整形天線射束舉似办二/ θ、、’射束發射的方式而改善。該 之全向天線的3 — 5· 7優於傳統上部署於存取點 點與遠端站之間的#^ 。加大的信號位準容許存取 在覆波區之外』數據傳輸速率運#，特別是 以支援與遠端#的作^ ° &線操㉟程序存在於存取點内 第10胃 1238610 五、發明說明（4) 更特定言之，本發明針對一種操作WLAN内之存取點的 方法，該存取點包括一用來與複數個遠端站通信的定向天 線。該定向天線包括一全向角度及複數個定向角度。該方 法包括從該等複數個遠端站當中選取一遠端站，經由該定 向天線之全向角度將一第一探針信號發射給該選定遠端 站，且測量經由該全向角度從該選定遠端站收到之一回應 於該第一探針信號的第一探測響應信號。 該方法更包括經由該定向天線之複數個定向角度的每 一角度將一相應第二探針信號發射給該選定遠端站，且測 量經由每一定向角度從該選定遠端站收到之一回應於該相 應第二探針信號的第二探測響應信號。來自該選定遠端站 之測得第一探測響應信號和相應測得第二探測響應信號被 儲存在一天線資料庫内。 該方法可更包括以該測得第二探測響應信號為基礎選 取用於該選定遠端站之一較佳定向角度，且比較得自該全 向角度之測得第一探測響應信號與得自該較佳定向角度之 測得第二探測響應信號。可以該比較為基礎選取該全向角 度或較佳定向角度用來繼續與該選定遠端站通信。倘若與 該較佳定向角度相關之測得信號超過與該全向角度相關之 測得信號一預定閾值則可選用該較佳定向角度。 該方法可更包括從該等複數個遠端站當中選取下一個 遠端站，對該下一個選定遠端站重複發射第一和第二探針 信號的步驟以及測量從該下一個選定遠端站收到之第一和 第二探測響應信號的步驟。從該下一個選定遠端站收到之

第11頁 1238610 — 五、發明說明（5) 測得第—探 存在天線資 驟' 發射步 該第~ 第一探測響 地，該第二 信號可包括 該測量 波一干擾比、 全向角度之 媒體存取控 該方法 特定時間沒 庫。該更新 針信號以及 應信號的步 該存取 為基礎運作 被動元件。 度和複數個 進行控制之 該控制 定向天線之 號’且測量 測響應信號和相應 料庫内。對剩下的 驟及儲存步驟。 探針信號可包括一 應信號可包括一清 探針信號可包括一 一 C T S訊息。 步驟可包括判定一 •一能量-位元比和 選擇及複數個定向 制（M A C )層進行< 可更包括當該存取 有通信之時更新用 可包括重複對該選 測量從該選定遠端 測得第二探測響應信號被儲 每一遠端站重複該選取步 請求發送（R T S )訊息且該 除發送（CTS )訊息。相似 R T S訊息且該第二探測響應 接收信號強度讀數、一載 一信噪比至少其中之一。該 角度之掃描可為在存取點之 ) 點與該選定遠端站間有一段 於該選定遠端站之天線資料 定遠端站發射第一和第二探 站收到之第一和第二探測響 點可為以IEEE 802.1 1標準或IEEE 802.1 6標準 。該定向天線可包括至少一主動元件和複數個 本發明之另一觀點係針對一種包括有一全向角 定向角度之一定向天線及一連接於該定向天線 控制器的存取點。 器從複數個遠端站當中選取一遠端站，經由該 全向角度對該選定遠端站發射一第一探針信 經由忒全向角度從該選定遠端站收到之一回應

第12頁 !238610 五、發明說明（6) " ' ------- ^ j第如針^唬的第一探測響應信號。該控制器更經由 ^定向天線之複數個定向角度的每一角度將一相應第二探 ==，發射給該選定遠端站，剩量經由每一定向角度從該 ¥疋逖=站收到之一回應於該相應第二探針信號的第二探 =響應#唬，且將來自該選定遠端站之測得第一探測響應 信號和相應測得第二探測響應信號儲存在一天線資 内。 、 以上及其他本發明目標、特徵和優點將會在下文繪於 所附圖式之本發明較佳實施例的更特定說明中顯露。該等 圖式並不一定依比例繪製，重點在於繪出本發明的原則。 較佳實施例詳細說明 h 以下參照繪出本發明較佳實施例之所附圖式更詳細地 兒月本發明。然本發明亦可以許多不同形式實施且不應被 閣釋為僅限於本說明書所述實施例；這些實施例只是用來 讓本說明書更為透徹完整，且對熟習此技藝者而言會完全 涵蓋本發明的範圍。全部内容以相同數字標示相同元件， 且在替代實施例中使用重音記號指示相似元件。 一開始參照第1 A圖說明具有一接線系統1 〇 5的無線區 域網路（WLAN ) 100。存取點110a、110b和ll〇c經由有線 連接譬如有線數據網路連接方式連接至接線系統丨〇5。每 一存取點11 0a、11 0b和11 0 c有一能夠經由射頻（rf )信號 與运端站120a、120b、120c通信的相應區域115a、115b、 115c。遠端站120a、120b、120c配備無線區域網路硬體和

1238610 五、發明說明（Ό 軟體以存取接線系統1 〇 5。在以下說明中，當欲對存取 點、遠端站和區域做出一總稱性稱呼時，可分別使用參考 數字 110、120 和 115。 當前技術為存取點1 1 〇和遠端站丨2 〇提供天線分集。天 線分集谷弄存取點11 〇和遠端站1 2 0以收到的信號品質為基 礎選取兩天線其中一者來提供發射和接收工作。撇開其他 天線而選取一天線的一個理由發生在有多路徑衰落的情 況，其中一採用兩個不同路徑的信號會在一天線導致信號 抵銷作用’但在另一天線不會。另一實例是因同一天線收 到之二個不同信號造成干擾之時。選取兩天線其中一者的 另一理由係因為環境改變，譬如當一遠端站12〇c如箭頭 125所示被從第三區ii5c帶到第一或第二區H5a、n5b之 時0 第1B圖係第ία圖所示網路100之一子集的方塊圖，其 中更詳細地繪出一運用本發明原則之存取點丨1 〇 b的定向天 線波瓣130a-130i。定向天線波瓣130a-130i亦會被總體標 示為參考數字1 30。存取點11 〇b在一環境掃描過程中依序 透過天線波瓣1 3 0以判定一較佳天線方向。 在一掃描過程中，存取點110b使用一如第2A圖和第2B 圖更詳細繪出之定向天線掃描搜索遠端站丨2 〇 b發射的RF信 號。在每一掃描方向（亦即角度或天線圖案），存取點 11 Ob測量一信號或探測響應且計算該掃描角度之一相應度 量。度量之實例包含接收信號強度讀數（RSS丨），載波一 干擾比（C/I )，能量—位元比（Eb/No )，或是接收信號

第14頁 1238610 五、發明說明（8) 或信號環境之品質的其他適當度量，譬如信噪比 Γ:R天V二些量測值之一組合亦可被用來判本定最佳或較 哲正如熟習此技藝者所能輕易理解。依據此 量，存取點ii〇"j定與遠端站i2〇b通信 之較佳天線角度或方向。 105 :人等之掃之可為在遠端站n〇b已被認證…接線系統 i 後發生。0此，起始天線掃描可能是在 ϋ 士元成ϋ擇’起始天線掃描可為在MAC層以外 广成。相似地’在遠端站n〇b已經認證且已與接線系統 〇5'·，σ δ之後發生的掃描可為在ΜΑ(：層内完成或是由發生在 MAC層以外的程序完成。 第圖係一使用一外部定向天線陣列20〇a之存取點 Π0的簡圖。定向天線陣列2〇〇a包含五個線 件加a、205b、205c、漏和版以及一個線 凡件 2 06。被動天線元件2〇5a、2〇5b、2〇5c、2〇5d*2〇5e 在下文總體以參考數字2〇5標示。定向天線陣列2〇〇&經由 一通用序列匯流排（USB)埠2l5連接至存取點U〇 C定向 天線陣列20 0a與存取點110間亦接受其他類型的連接。 定向天線陣列2 〇 〇 a内的被動天線元件2 〇 5被寄生地耦 接於主動天線元件2 〇 6以允許掃描。在本說明書中，、、掃 描”意指定向天線陣列20 0a之至少一天線波束能以與被動 天線疋件20 5之數量相關的增量旋轉，其視需要能旋轉36〇 度。 疋向天線陣列2 〇 〇 a之一詳細說明提供於2 〇 〇 2年1月2 4

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曰々開之發明名稱為、、用於無線通信系統之適應性天線 的美國專利公開案第20 02/〇〇 〇8672號内，該案以引用的方 式併入本文中且其已被讓渡給本發明之現有受讓人。以定 向天線陣列20 0a所收到或發射之信號為基礎最佳化天線 向的範例方法亦揭示於該案。 定向天線陣列2 0 0a亦可被用於一全向模式以提供_全 向天線圖案。存取點11 〇可採用一全向圖案進行發射或接 收。存取點1 1 0亦可在對遠端站丨20發射或從該遠端站接收 之時使用選定的定向天線。 第2B圖係一具備一内部定向天線22〇b之存取點1 10的 等角透視圖。在此實施例中，定向天線陣列2 〇 〇 b位於一 PCMCIA卡22 0上。PCMCIA卡220係由存取點110攜載且連接 於一處理器（圖中未示）。定向天線陣列2〇〇b提供與第2A 圖所示定向天線陣列2〇〇a相同的功能。 應理解到尚有眾多其他形式的定向天線陣列可用。實 例包含揭示於2 〇 〇 3年1月4日授證之發明名稱為、、用於無線 通信系統之適應性天線，的美國專利第6 5 1 5 6 3 5號以及 20 0 2年3月28日公告之發明名稱為、、用於無線通信系統之 適應性天線〃的美國專利公告案第2 〇 〇 2 / 0 0 3 6 5 8 6號，二者 以引用的方式併入本文中且其已被讓渡給本發明之現有受 讓人。 第3 A圖係一如前所述包含被動天線元件2 0 5和主動天 線元件2 0 6之定向天線陣列2 0 0 a的詳細圖。定向天線陣列 200 a亦包含一與被動天線元件電耦合的接地面330，如下

1238610 五、發明說明（ίο) 文參照第3B圖所述。 仍參照第3 A圖’定向天飨陵 八跟陣列2 〇 〇 a提供一從天線元件 20 5a和20 5e斜向離開的定向夭綠、士 ^〇λ促1，、攸大琛兀忏 9Π, , οη, ^ ^ π η Π天線波瓣30 0。此為天線元件 205a和205e處於一反射模或Β工μ ^ ^ u 误式且天線元件20 5b、20 5c和20 5d 處於一透射模式的徵兆。換句今％ ^ ^ ^ 为Ί活說，主動天線元件2 〇 6盥 被動天線元件2 0 5之間的相互耦 天 WUb” > , 反祸接谷許定向天線陣列2 0 0a 知描定向天線波瓣3 0 〇，在太宏彳丨士 οπ. ^ , a 长冬案例中，該波瓣因被動元件 205之既設模式而被如圖所示邋A , a” 奸 u m不導向。如熟習此技藝者所能 理解，被動天線元件2 0 5之不团描人人a丄 冋杈式組合會造成不同的天 線波瓣30 0圖案和角度。

第3B圖係-能被用來將被動天線元件m設定為反射 模式或透射模式之範例電路的簡圖。反射模式由一代表性 ^虛線305標$，且透射模式由_短虛線31()標#。代表性 模式3 05和310分別是經由一電感元件32〇或一電容元件325 耦接於一接地面330的方式造成。被動天線元件2〇5a通過 電感兀件320或電容元件325的耦接係經由一開關31 5進 行。開關3 1 5可為一能將被動天線元件2 〇 5 a耦接於接地面 3 30的機械開關或電氣開關。開關3丨5係經由一控制信號 3 3 5設定。

經由電感器3 2 0耦接於接地面3 3 0的是被動天線元件 2 0 5 a ’其如較長代表性虛線3 〇 5所示被有效地延長。此可 視為是為一經由被動天線元件2〇5a與主動天線元件2 0 6之 相互耦接而被耦合於被動天線元件2〇5a的RF信號提供一 、、後擔板（backboard )〃 。在第3A圖案例中，被動天線

第17頁 1238610 五、發明說明（11) 元件205a和205e二者經由相應電感元件320連接於接地面 3 3 0。在此同時’在第3 A圖實例中，其他被動天線元件 205b、205c和205d經由相應電容元件325電連接於接地面 33 0 〇 電谷搞合作用使被動天線元件如較短代表性虛線3 1 〇 所示有效地縮短。全部被動元件3 2 5之電容耦合作用使定 向天線陣列2 0 0 a有效地成為一全向天線。應理解到亦可將 替代的耗接技術用在被動天線元件2〇5與接地面33〇之間， 例如延時線和集總阻抗。 跳到第9圖，其提供藉由運用定向天線陣列2 〇 〇 a或 20Ob使存取點11 0b產生一全向天線圖案9〇5和一定向天線 圖案910的俯視圖。存取點丨丨卟與多個站12〇&—i2〇d通信。 由於存取點110通常被遠距安裝為在其附近沒有障礙物或 移動反射器（例如被安裝在牆上高處或天花板上），較佳 ^線圖案方向之選擇很可能不會在與一給定遠#站12〇連 線的全程中發生變化。 圖示存取點11〇b可能運用一定向天線200a將下行鏈結 ΐ Γ:發Ϊ給一選定遠端站120c。就大多數廣播和控制 攄：i Ϊ i點可使用全向天線圖案905和最低可用數 21!1確保所有遠端站120都會收到。定向天線 ίΓΓΛΛ訊框的數據傳輸速率。加大的下行鍵結傳 ，因為在網路10°上轉移的絕大部分數據 月‘.、具疋在下仃鏈結（例如網頁存取1案轉移）。有一選

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五、發明說明（12) 項是在存取點1 1 〇 b被要求以全向模式接收之時運用交換式 空間分集。舉例來說，5 dB之可能增加的鏈結餘裕提供 3 0 0 %的流通增加量。 由選定遠端站120c在爭用週期（CP)内發送給存取點 11 Ob之上行鏈結數據訊框係利用全向天線圖案接收，因為 任何遠端站皆可能發射該訊框。就大訊框來說，網路組態 可此要求遠端站採用請求發送/清除發送（r T s / c T S )機制 以預訂無線媒體。在此情況中，存取點11 Ob可以一定向攝 式接收以加大上行鏈結的數據傳輸速率。這多少是取決於 在退端站120c運用之數據傳輸速率選擇演算法。 在下行鏈結傳輸中，存取點110b可能決定在爭用週期 内使用全向圖案和一較低數據傳輸速率來發射小封包。其 原9因為在收斂m則上之一遠端站（譬如遠端站、 點二ϊ Ϊ聽到從背對其指向之定向天線圖案發出的存取 個遠：站二。Λ為眾所熟悉的、、隱藏節點"問題’其中兩 在以中，相沒5聽到對方且在同一時間結束發射。 題、该二运端站是120c和120e。一種避免此問 明。、疋、’大數據訊框有效的方法在下文參照第7圖說 通主體之線圖案能為與身為網路交 提供較父換之了行鏈結和上行鏈結數據訊框 之全向二專輪迷率。網路連線被維持在存取點11。 點no結合且唯\遠增/。也就是說，遠端站12〇能與存取 且維持連線而無須使用定向天線2〇〇a。

第19頁 1238610 五、發明說明（13) 如表1所提供之規則集合得被定義為利用定向天線 2 0 0 a之全向和定向特性的優點。表1包含現時與存取點i i 〇 相關之遠端站1 2 0的位址及其現行天線方向選擇。表i可以 依據8 0 2· 11標準（表21和22在其内）之訊框序列為基礎描 述範例天線方向選擇。在表1内，、、D i r "指方向，、、u l " 指上行鏈結，且、、DL "指下行鏈結。 表1 一範例天線選擇規則 斤夕1J Dir 天線選擇 "U才示 DL 全向 數據 —RTS-CTS 數~~ ~~DL ~ I1T 定向 參見第5A圖 一程序可由一判定何時選取全向圖案及何時選取一定 圖案的規則集合說明。舉例來說，存取點110可在對單 ;個遠端站120發射或接收時的時間間隔内選取-定向圖 取點11 Γ:人存广："°之介面的方塊圖繪於第4圖。圖示存 向天線22〇b及用來摔W W \天線子系統405可包含定 軟體。天線子系統4::實援電路、匯流排和 號412。 以興貫體層410交界且對後者提供RF信 實體層41〇處理RF信號 定信號品質量測值。實妒_天綠操控私序420判

貫體層41〇以RF信號412為基礎對MAC 1238610 五、發明說明（14) 層415發送處理後信號。MAC層415產生計時控制訊息422， 後者亦被發送給天線操控程序4 2 0以便在需要時將天線切 換成全向模式或定向模式。 MAC層415也將數據訊框429發送給其他程序（圖中未 示）。圖示實體層410、MAC層415和天線操控程序420可為 存在於一控制器40 0内。天線操控程序420舉例來說可為儲 存在一 a己憶體内’該記憶體可為一獨立的記憶體或是一處 理器内之一嵌入記憶體。 天線操控程序4 2 0保有在每一遠端站1 2 〇之天線掃描過 程中做出的接收信號品質量測值4 1 7之一函數的、、天線表 或資料庫或是、、方向表或資料庫"。舉例來說，方向表 425可儲存一站id及一用來與遠端站12〇定向通信的對應天 線方向（A、B、C )。一旦判定方向表425内之天線方向， 即利用天線操控程序4 2 0對天線子系統4 〇 5提供定向天線控 制427。若信號品質量測值417高於一預定閾值表示能在全 向模式下支援較高數據傳輸速率，則可將天線方向保持在 全向（〇 )模式。 下文說明依據本發明用來判定將一定向天線22〇b從一 存取點11 0指向一遠端站1 2 0之較佳方向的各種技術。第一 種技術運用一空間分集選擇機制。第二種技術利用在存取 點11 〇與遠端站1 2 0間交換之探針信號序列。第三種技術利 用控制訊息（例如ACK或CTS)在存取點11〇做出接收天線 方向之k唬品質ϊ測值。第三種技術可應用於前向和反向 鏈結二者。

IH^I _ $ 21頁 1238610 五、發明說明（15) 第一種技術假設現有的802. u裝置納入天線交換 集掃描/控制且未來的8 0 2 · 1 1裝置孽如 、 8〇2，lla/802.llg/802.lln也會支援交換式分集。該 技術在一遠端站12〇已經認證且已與一網路結合之後可 $。其假設起始天線掃描係在MAC/網路層協定内完使 用一定向或多元件天線22〇a ’該第一技術能 使天線位置/選擇保持更新。 』用刀集協疋 ，今參照第6圖’該第一技術的作用如下。圖示存取點 6 0 0, 於天線子系統4〇5’之控制器_，。控制器 及-二@""7@賦予對天線㈣信號之存取的實體層41 〇’以 60 5 上 該MAC層將天線選擇寫入暫存器Α 和暫存器6 605b’内。暫存器人6〇5&，容納 且^ Μ _’容納_候補天線位置。實體層 二Π: 6」0,通信。實體層41°，以-傳統分集選 ? 式對多工盗61〇發送—分集選擇開關控制信號 βηςΜ ’但在此情況中係使用控制暫存器A 605a，或暫存器B 之内谷的分集選擇開關控制信號。 ® Ϊ選疋天線位置係一開始就在網路認證/結合協定期 出。該候補天線位置是任何其他天線位置（包含一全 $模式）。該候補天線位置在已收到一有效封包之後或是 過-段預定時間沒有收到任何封包之後以一預定順序 改變。 # u在成功地收到一封包之後，實體層41 〇,對^^層發送 ’’十對該二天線位置的接收信號品質度量（信號強度、信噪

第22頁 1238610 五、發明說明 比、多路徑/等化器度量等）。在封包接收過程中，實體 層410如同現在用於802. 1 1般地運作；也就是說，在該二 天線位置之間切換並且使用對封包接收而言最好的天線位 置。在實體層4 1 0收到有效封包之後，將該二天線位置之 信號品質度量發送給MAC層。MAC層更新選定天線位置以及 候補天線位置。該選定天線位置被換成以從實體層41〇，收 到之數據為基礎最佳的位置。可利用濾波/遲滞作用來避 免兩天線位置之間的、、乒乓現象（ping —p〇nging) β 。 如前所述’此技術利用現有8〇2· u天線交換式分集方 法的優點。應理解到此第一技術可包含硬體、軟體/動體 或以上之組合。 今參照第1 0圖，其將說明以空間分集為基礎操作一 W L A N 1 0 0内之一存取點11 0的前述方法的流程圖。從起點 (方塊1 0 0 0 )開始，該方法包括利用定向天線2 2 〇 b之一現 行角度與遠端站1 2 0通信，如方塊1 0 1 0。在方塊1 〇 2 0進行 的是在前導碼期間掃過定向天線22 Ob用來與遠端站12〇通 化之複數個替用角度。在方塊1 0 3 0進行的是測量經由現行 角度和複數個替用角度從遠端站1 2 0收到的相應信號。在 方塊1 0 4 0，於該前導碼期間以測得信號為基礎選取該現行 角度或是複數個替用角度其中一角度為一繼續與遠端站 1 2 0通信的較佳角度。該方法在方塊1 0 5結束。 第二種技術係以存取點110對遠端站120之RTS訊息的 發射以及遠端站對存取點回應發射之CTS訊息的接收為基 礎。802· 11標準亦定義一探測要求/探測響應交換，此通

第23頁 1238610 五、發明說明（17) 常被遠端站1 2 0用來判定μ # 在被存取點110用來他站120的鏈結品質。 向方向（如第8圖所示）=疋，一選定遠端站12〇之較佳指 可能定向圖案130發射—二、、則二==η〇以全向、圖案及每一 運作的同時測量從遠端站二’？5唬’且在从相應圖案 號品質。 、绞站110回送之探測響應信號810的信 _此2響應訊框810之測量使其成為比前述分集選擇 術更有靠的技術。此第二技術最好至少是在一遠端站i Μ 已與存取點11 0結合之後立即使用。雖說使用額外的 要求/探測響應信號會對網路效率造成影響，但此拖 可能不常發生。 '

今參照第11圖，其將說明以探針信號為基礎操作一 WLAN 100内之一存取點11〇的前述方法的流程圖。從起點 (方塊11 0 0 )開始，該方法包括在方塊1 11 0選取一遠端站 120 ’在方塊1120經由定向天線220b之全向角度對該選定 遠端站發射一第一探針信號，且在方塊11 3 0測量經由該全 向角度從該選定遠端站收到之一回應於該第一探針信號的 第一探測響應信號。 U 在方塊1140，經由定向天線200b之複數個定向角度當 中的每一角度對選定遠端站120發射一相應第二探針信 號，且在方塊11 5 0測量經由每一定向角度從該選定遠端站 收到之一回應於該相應第二探針信號的’第二探測響應信 號。在方塊11 6 0，將來自選定遠端站1 2 0之測得第一探測 響應信號和相應測得第二探測響應信號儲存在一天線資料

第24頁 ϋ 1238610 ----^ 五、發明說明（18) 庫内。 在方塊11 7 0，以該等測得第二探測響應信號為基礎針 對選定遠端站120選取一較佳定向角度。在方塊1180，比 較得自該全向角度之測得第一探測響應信號與得自該較佳 定向角度之測得第二探測響應信號。該第一探針信號包括 一請求發送（RTS )訊息且該第一探測響應信號包括一清 除發送（cts )訊息。相似地，該第二探針信號包括一RTS 訊息且該第二探測響應信號包括一CTS訊息。在方塊 11 9 0，以該比較為基礎選取該全向角度或該較佳定向角度 繼續與選定遠端站1 2 0通信。該方法在方塊11 9 5結束。 第三種技術運用被用在存取點11 〇與遠端站1 2 〇間之常 態數據交換的控制訊框。此技術可被用在前向鏈結通信以 及反向鏈結通信二者内。由於清除發送（CTS )和確認 (ACK )訊息係以較低數據傳輸速率發送，存取點11 〇可用 這些訊息比較全向圖案905與現在選用的定向圖案13〇。此 繪於第5 A圖，圖中在天線選擇計時上有虛線。其可當作用 來判定現在選用方向130是否會保有其超越全向圖案9〇5之 優勢的方法。此優勢通常是以一預定閾值為基礎以免在具 有相似信號品質度量的兩個天線圖案之間頻繁切換。 舉例來說，在C T S訊息期間， 息以計算一第一信號品質量測值 可用全向模式接收此訊 。在ACK訊息期間，可用 一測試天線方向接收此訊息以計算一第二信號品質量測 值。進行該第一和第二信號品質量測值的比較並且判斷該 測試天線方向是否應被儲存。也就是說，定向模式是否提

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亦可進行二個不同定向天線方 供^一南於全向松式的增益 向之間的比較。 第4圖之方向表425可加上爽白俞、十、和产 方向天線圖案的信號品質量2自：=之全向和選定 nrt點"°回復為全向選擇且利用上述前兩 種技術其中之一進行天線搜尋。 萬一遠端站1 20進入一節能模式或是長時間沒有數據 轉移的閒置期，存取點"0回復為全向圖案選擇。當遠端 站120變得再次活躍，存取點UG可進行另一次天線搜尋。 今參照第1 2圖和第1 3圖，分別說明以前向和反向鏈結 内之控制Λ框為基礎操作一社AN 1⑽内之一存取點丨2〇的 方法的流程圖。從起點（方塊丨2 〇 〇 )開始，該方法包括在 方塊1210在一前向鏈結内經由定向天線22〇13之一第一天線 圖案從遠端站1 2 0接收一第一控制訊框，且在方塊丨2 2 〇將 一第一數據訊框發射給該遠端站，且在方塊丨230經由該定 向天線之一第二天線圖案從該遠端站接收一第二控制訊 框。在方塊1 240測量一經由該第一天線圖案收到之第一控 制訊框的信號品質以及一經由該第二天線圖案收到之第二 控制訊框的信號品質。在方塊丨2 5 〇比較與該第一和第二天 線圖案相關的相應測得信號品質。若與該第二天線圖案相 關之測得信號品質超過與該第一天線圖案相關之測得信號 品質一預定閾值，則在方塊1 2 6 0選取該第二天線圖案用以 對遠端站1 2 0發射一第二數據訊框。收到的第一控制訊框 包括一清除發送訊息，且收到的第二控制訊框包括一確認 1238610 五、發明說明（20) 訊息。該方法在方塊1 2 7 0結束。 用來以反向鏈結内之控制訊框為基礎操作—WLAN 1〇〇 内之一存取點1 2 0的方法包括從起點（方塊丨3 〇 〇 )開始， 在方塊1310經由定向天線220b之一第一天線圖案從遠端站 接收一第一控制訊框，在方塊132〇將一第二控制訊框發 射給該遠端站，且在方塊1 330經由該定向天線之一第二天 線圖案從該遠端站接收一第一數據訊框。在方塊134〇測量 一經由該第一天線圖案收到之第一控制訊框的信號品質以 及一經由該第二天線圖案收到之第一數據訊框的信號品 質。在方塊1 35 0比較與該第一和第二天線圖案相關的相應 測仟佗號品質。若與該第二天線圖案相關之測得信號品質 超過與該第一天線圖案相關之測得信號品質一預定閾值， 則在方塊1 360選取該第二天線圖案讓存取點11〇對遠端站 I 2 0發射一第二數據訊框。收到的第一控制訊框包括一請 求發送訊息，且發射的第二控制訊框包括一清除發送訊 息。該方法在方塊1 3 70結束。 第四種技術是一隱藏節點保護技術，其在存取點丨j Q ，用一疋向天線22Ob時提供一保護機制以減少或消弭隱藏 ^點的^生率。隱藏節點發生在並非網路1 〇 〇内所有遠端 II 2 0都此聽到存取點11 Q與一選定遠端站i 2 〇間的通信之 日寸，，此未曾聽到的遠端站可能會在媒體被使用之時發 射。=會造成碰撞，特別是在存取點11 〇。 。當f取點11 〇具有要發射給一遠端站120的數據，控制 耘序以掃描第4圖之方向表425的方式設定所選天線方向以

第27頁 1238610 五、發明說明（21) 判定是否有潛在隱藏節點。舉例來說，存取點1 1 Q可就相 反於選定天線方向的方向尋找遠端站120。 參照第7圖之計時圖，倘若控制軟體判定有可能存在 隱藏節點，存取點11 0首先利用天線2 2 0 a之全向模式對_ 已知未使用的MAC位址發射一CTS訊息。此程序係用來告知 網路内所有遠端站120有一交換作業要發生且在交換完'"成 以前不會發射。然後存取點11 0切換成預期遠端站丨2〇的選 定天線方向並進行通信。防止隱藏節點問題的另一方案是 與一期望运端站120進行四向訊框交換協定（rts 數據及ACK)。 倘若控制軟體判定不可能有隱藏節點，存取點丨丨〇不 會發送CTS訊息且可在存取點11 〇天線設定成正確方向之時 立即開始通信。偏若網路協定有要求，RTS訊息得被送給 預期的接收器，導致一 CTS訊息回到存取點丨丨〇當作確認訊 息，如第5 A圖所示。 要注意到在參照第7圖所述之程序中，效能因RTS訊息 不是由存取點110發射而提升，因為要使遠端站12〇停止發 射就只需要CTS訊息。在標準802·丨丨協定標頭之ID段内指 出的遠端站1 20確保該指定遠端站收到數據訊框。 今參照第1 4圖，說明以隱藏節點辨識為基礎操作一 WLAN 100内之一存取點12〇的方法。從起點（方塊14〇〇 ) 開始，該方法包括在1410藉由在存取點u〇與每一遠端站 1 2 0之間以對應於複數個天線圖案之相應測得信號品質為 關聯的方式創造一天線資料庫。㉟等相應測得信號品質係

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^取點UG/X其與每-遠料12G之通信為基礎判定。在 认H20以忒天線資料庫為基礎判定用於每一遠端站wo ί — Ϊ佳：線圖案，且在方塊1 430選取一遠端站及對岸較 佳天線圖案以進行诵秤。—七&彳j , Λ 1 ]τ應罕乂 Α ^ S Λ ^ ^ ^在方塊1 440，以該天線資料庫為 二，二在與=& m端站通信之前判定是否有任何未被選取 的m 站可旎會在此等通信實際發生之時還不知道。此 :比較與該選定遠端站之較佳天線圖案相關 :、 ^與未被選取遠端站使用㈣較佳天㈣ 應信號品質的方式判定。 9的相 倘若可能有一隱藏節點，則在方塊1 450廣播一 存取點11 0與選定遠端站丨2〇正要互相通信的訊息。如 述，此廣播可為呈一經由全向天線圖案發送給遠端站 之主動清除發送訊息的形式。該CTS有一不對應於任 端站120的未使用位址。另一選擇，與選定遠端站12〇逐一 四向訊框交換協定（RTS、CTS、數據及ACK )以防隱藏^丁 點問題。該方法在方塊1 4 6 0結束。 〜 即 雖說以上已參照本發明之較佳實施例特定地以圖和 子説明本發明’熟習此技藝者會理解到可不脫離申請專， 範圍項所涵蓋之發明範圍就形式和細節做出多樣變^。2 例來說，存取點並不侷限於I EEE 8 0 2 · 11標準。如前所、，牛 之存取點天線演算法如熟習此技藝者所能輕易理解可庭a 於其他類型的區域網路’譬如I E E E 8 0 2. 1 6標準所定義、 區域網路。

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域網路（WLAN )的簡 第1 A圖係一運用本發明原則之無線區 圖0 進行天線掃描之一存取點 第1B圖係一第1A圖之WLAN内正在 的簡圖。 圖存取點的簡 第2 A圖係一具有外部定向天線陣列之第1 a 圖0 中該定向天線陣列被 圖。 線之一天線元件狀態 第2 B圖係一第2 A圖存取點的簡圖，其 併入一内部PCMCIA卡内。 第3 A圖係一第2 A圖定向天線陣列的簡 第3B圖係一用來選取一第3A圖定向天 的開關的簡圖。 第4圖係一運用依據本發明原則之子系統、層和一天線操 控程序之第1 A圖存取點的方塊圖。 ’、 第5 A圖係一視需要用於第4圖天線操控程序的信號簡圖。 第5 B圖係一視需要用於第4圖天線操控程序的替代信號簡 圖0 第6圖係一第4圖之替代方塊圖，其中使用天線分集電路。 第7圖係一視需要用於第4圖天線操控程序之運用隱藏節點 技術的信號簡圖。 第8圖係一具備雙向發信之第1圖網路的俯視圖。 第9圖係一具備天線波束讀數之第1圖網路的俯視圖。 第1 0圖係一依據本發明以空間分集為基礎操作WLAN之存取 點的方法的流程圖。 第1 1圖係一依據本發明以探針信號為基礎操作WLAN之存取

第30頁 1238610 圖式簡單說明 點的方法的流程圖。 第1 2圖和第1 3圖分別是依據本發明 以前向和反向鏈結内的 控制訊框為基礎操作WLAN之存取點的方法的流程圖。 第14圖係一依據本發明以隱藏節點辨識為基礎操作WLAN之 存取點的方法的流程圖。 元件符號說明： 100 ^ WLAN 無線區域網路 1〇5 接線糸統 110 ^ 110’ 、 110a 、 ll〇b 、 11 0 c、A P 存取點 115a "115b ^115c 相應 區域 120 ^ 120a 、 120b 、 120c 、 12 0d 遠端站 125 箭頭 200a 、2 0 0 b 定向天線陣列 205 被動天線元件 2 0 5a 、205b 、 205c 、 205d 、2 05e 天線元件 206 主動天線元件 215 通用序列匯流排（USB )埠 220 PCMCIA 卡 220a 定向或多元件天線 220b 内部定向天線 300 定向天線波瓣 305 代表性長虛線 310 短虛線 315 開關 320 電感器（元件） 325 電谷元件（被動元件） 330 接地面 335 控制信號 400 控制器 405、 k 40 5’天線子系統 410 ^ 41G’實體層 412 RF信號

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第32頁 圖式簡單說明 415 MAC層 417 遠接收信號品質量測值 420 天線操控程序 422 計時控制訊息 425 方向表 427 定向天線控制 429 數據訊框 6 0 0’ 控制器 60 5a， 暫存器A 6 0 5b5 _ 暫存器B 61(Γ 多工器 60 7, 分集選擇開關控制信號 810 複響應信號 905 全向天線圖案 910 定向天線圖案 CP 爭用週期 MAC 媒體存取控制 RTS/CTS 請求發送/清除發送 ACK 確認 RF 射頻

Claims (1)

1238610 六、申請專利範圍 1. 一種操作無線區域網路（WLAN )内之存取點的方法， 該存取點包含用來與複數個遠端站通信之一定向天線，該 定向天線包含一全向角度及複數個定向角度，該方法包 括： 從該等複數個遠端站當中選取一遠端站； 經由該定向天線之全向角度發射一第一探針信號至該 選定遠端站； 測量經由該全向角度從該選定遠端站所接收之一第一 探測響應信號，以回應該第一探針信號； 經由該定向天線之複數個定向角度的每一角度，發射 一相應第二探針信號至該選定遠端站； 測量經由每一定向角度從該選定遠端站所接收之一第 二探測響應信號，以回應該相應第二探針信號；且 將來自該選定遠端站之所測量第一探測響應信號和該 相應測量第二探測響應信號儲存在一天線資料庫内。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其更包括： 以該測量第二探測響應信號為基礎，選取用於該選定 遠端站之一較佳定向角度；以及 比較得自該全向角度之該測量第一探測響應信號與得 自該較佳定向角度之該測量第二探測響應信號。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其更包括以該比較為 基礎選取該全向角度或該較佳定向角度，用以繼續與該選 定遠端站通信。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中，當與該較佳定

第33頁 1238610 六、申請專利範圍 向角度相關之該測量信號超過與該全向角度相關之測量信 號一預定閾值時，則選取該較佳定向角度。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其更包括： 從該等複數個遠端站中選取一下一個遠端站； 對該下一個選定遠端站重複發射第一和第二探針信號 的步驟以及測量從該下一個選定遠端站收到之第一和第二 探測響應信號的步驟； 將來自該下一個選定遠端站之該測量第一探測響應信 號和該相應測量第二探測響應信號儲存在該天線資料庫 内；以及 對剩下的每一遠端站重複該選取步驟、發射步驟及儲 存步驟。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一探針信號 包括一請求發送（RTS )訊息及該第一探測響應信號包括 一清除發送（CTS )訊息；且其中該第二探針信號包括一 RTS訊息及該第二探測響應信號包括一CTS訊息。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該測量包括判定 一接收信號強度讀數、一載波-干擾比 '一能量-位元比和 一信噪比至少其中之一。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該全向角度之選 擇及複數個定向角度之掃描係在該存取點之媒體存取控制 (MAC)層進行。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其更包括當該存取點 與該選定遠端站間有一段特定時間沒有通信時，更新用於

第34頁 1238610 六、申請專利範圍 該選定遠端站之天線資料庫，該更新包括重複對該選定遠 端站發射第一和第二探針信號以及測量從該選定遠端站所 接收之第一和第二探測響應信號的步驟。 10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該存取點係以一 IEEE 8 0 2. 1 1標準和一IEEE 8 0 2. 1 6標準當中至少一標準為 基礎運作。 11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該定向天線包括 至少一主動元件和複數個被動元件。 12. —種無線區域網路（WLAN )之存取點，其包括： 一定向天線，其包括一全向角度和複數個定向角度； 及 一連接於該定向天線進行控制之控制器，該控制器 從複數個遠端站中選取一遠端站， 經由該定向天線之全向角度，發射一第一探針信號 至，該選定遠端站 測量經由該全向角度從該選定遠端站所接收之一第 一探測響應信號，以回應於該第一探針信號， 經由該定向天線之複數個定向角度的每一角度將一 相應第二探針信號發射給該選定遠端站， 測量經由每一定向角度從該選定遠端站所接收之一 第二探測響應信號，以回應於該相應第二探針信號，以及 將來自該選定遠端站之該測量第一探測響應信號和 該相應測量第二探測響應信號儲存在一天線資料庫内。 13. 如申請專利範圍第1 2項之存取點，其中該定向天線包

第35頁 1238610 六、申請專利範圍 括至少一主動元件和複數個被動元件。 14. 如申請專利範圍第1 2項之存取點，其中該控制器包括 一實體層和一媒體存取控制（MAC )層，且其中該全向角 度之選擇及該等複數個定向角度之掃描是在該MAC層進 行。 15. 如申請專利範圍第1 2項之存取點，其中該控制器更以 該等測量第二探測響應信號為基礎，選取用於該選定遠端 站之一較佳定向角度；及比較來自該全向角度之該測量第 一探測響應信號與來自該較佳定向角度之該測量第二探測 響應信號。 16. 如申請專利範圍第1 5項之存取點，其中該控制器以該 比較為基礎，選取該全向角度或較佳定向角度，用來繼續 與該選定遠端站通信。 17. 如申請專利範圍第1 6項之存取點，其中當與該較佳定 向角度相關之該測量信號超過與該全向角度相關之測量信 號一預定閾值時，則選取該較佳定向角度。 18. 如申請專利範圍第1 2項之存取點，其中該控制器更進 行下列步驟： 從該等複數個遠端站當中選取一下一個遠端站； 對該下一個選定遠端站重複發射第一和第二探針信號 的步驟以及測量從該下一個選定遠端站所接收之第一和第 二探測響應信號的步驟； 將從該下一個選定遠端站所接收之該測量第一探測 響應信號和相應測量第二探測響應信號儲存在該天線資料

第36頁 1238610 六、申請專利範圍 庫内；以及 對剩下的每一遠端站重複該選取步驟、發射步驟及 儲存步驟。 19. 如申請專利範圍第1 2項之存取點，其中該第一探針信 號包括一請求發送（RTS )訊息及該第一探測響應信號包 括一清除發送（CTS )訊息；且其中該第二探針信號包括 一RTS訊息及該第二探測響應信號包括一CTS訊息。 20. 如申請專利範圍第1 2項之存取點，其中該控制器在該 存取點與該選定遠端站間有一段特定時間沒有通信之時， 更新用於該選定遠端站之天線資料庫，該更新包括重複對 該選定遠端站發射第一和第二探針信號以及測量從該選定 遠端站所接收之第一和第二探測響應信號的步驟。

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