TWI262030B - Method for steering a smart antenna for a WLAN using a periodic re-scan - Google Patents

Description

1262030 九、發明說明： 發明領域 本發明係有關WLAN(無線區域網路)領域，且更特別有 關一種操控操作於WLAN中之智慧天線演算法之天線。 發明背景 智慧天線技術係有關可改變無線波束傳輸及接收圖案 來適應無線通信系統操作其内之環境之天線。智慧天線具由 提供相當高無線連結增益而不增加超額成本或系統複雜性 之優點。 智慧天線技術數十年來已被用於無線通信系統，而最近 被檢視用於WLAN。WLAN中，客戶站(CS)係為被行動端使 用者用來與相同WLAN内之其他站或WLAN外其他實體通 信之裝置。提供WLAN中之分配服務之中央集線器係被稱 為存取點(APs)。存取點類似無線通信系統中之基地台。 客戶站可被配置智慧天線及促使該天線電子切換至特定 方向性天線波束之天線操控演算法。此促使客戶站與其存取 點通信而達成高效能。 如信號強度指標(RSSI)或信號雜訊比(SNR)之信號品質 資訊，通常係被用來決定或操控較佳方向性天線波束。然 而’當被接收信號包含未失真信號加隨機雜訊時，係很難精 確測里该彳s號品質資§礼。此外’被接收信號本身可能失直而 1262030 =向性干擾可能被增添於該被接收信射。因此，信號品所 貧訊可㈣物_峨爾標。此於^ 有很多來自其他客戶站及存取點之谓之無_境中或其 他雜訊或干擾源^特別為真。 /、 -旦扣性讀録_树敍線，縣客戶站移動 或物體移人無線連結路徑時，無線連結品質可能改變。结 果，該被卿拍性场縣可鮮縣触场波束。為° 了維持通信’其他可肤線波束可被再掃縣選擇新較佳天 線，束。如上述，當再掃描時，信號品質魏可能不會單獨 永遠為無線連結品質之可靠指標。 發明内容 由於上述背景，因此本發明目的係提供操控肌觸智 慧天線而更精確考慮無線連結品質之方法。 依據本發明之此及其他目的，特色及優點储由操作包 含一存取點之WLAN通㈣、齡之客戶站之方法來提供， 其^客戶站係包含—種天線操控演算法及回應該天線操 '絲選擇複數天線波束之—之-智慧天線。該方法包 含着-触天線波纽至少―替代天線波束，及於不執行 再知也其他天線波权持續使帛波束期間使綠佳天線波 束與存取點交換資料。 持續使用顧結束及下—持續使㈣間之前，較佳天線 1262030 波束及各替代天線波束之被交換資料品質計量係被計算。該 计异可包含決定較佳天線波束之被交換 資料至少一連結品 貝口十里(LQM) ’決定較佳天線波束之被交換資料信號品質計 i(SQM)，及組合該至少—連結品質計量及該信號品質計量 來计异較佳天線波束之品質計量。制是馳交換資料可能 破隨機雜訊扭曲時，除了信號品質計量之外，至少一連結品 貝计量可有利改善天線操控決定。 计异各替代天線波束之替代品質計量之決定及組合係被 重複。較佳天線波束之品質計量係被與替代域波束之品質 计1比較。若品質計量小㈣代天線波束品f計量至少之 則對應具有較南值之該至少—替代品質計量之替代天線 波束係被選為繼續與下—個㈣使關_之存取點交換 資料。 有大於較佳天線波束品質計量之複數替代品質計量， ^亥破選擇替代天線波束舞應具有最高替代品質計量之 :代天線波束。具有次高替代品f計量之替代天線波束係被 選為新替代天線波束。 至少-連結品質計量係可以被交換資料之巾貞錯誤率 (咖)至少—估計為細。駐少―連結品質計量可包含一 下鏈連結品質計量及-上鏈m計量。當組合該下鍵連 結品質計量及該上鏈連結品f計量時，加顧子可被使用。 1262030 WLAN可包含一 802.11WLAN，而客戶站係包含具有估 計被交換資料之幀錯誤率之複數幀計數器之一媒體存取押 制(MAC)層。第-組計數器可被用於決定該下鏈連結品質^ 量，而第二組計數器可被用於決定該上鏈連結品質計量。 可替代是，連結品質計量可以對應天線波束之被交換資 料轉移速率為基礎。該轉移可藉由對應天線波束之被交換資 料產出及/或資料速率蚊義。信號品質計量可以被交換資料

之被接收仏號強度指標(RSSI)為基礎。纽合該連結品質計 里及该域品質計量時，加權因子亦可被使用。天線波束可 包含複數方向性波束及全向性波束。 本發明另—誠係有嶋作於包含-存取點之WLAN 通㈣統中之—客戶站。該客戶站係包含可產生複數天線波 束之-交換波束天線，_合_交換波束天線可選擇該複 ，天線波束之―之—波束交解元，及被耦合波束交換 =元、、、工由被遥擇天線波束與該存取點交換資料之一收發 '天線編空演异模組係執行上述天線操控演算以週期性 再掃!田4收發⑨及該存取點間之資料交換。 圖示簡單說明 第圖係為依據本發明包含一存取點及以智慧天線操作之一 客戶站之8GZ11WLAN簡單圖示。 第2圖係為第—圖所示客户站方塊圖。 1262030 第㈣係為依據本發明計算被用於選擇天線波束之信號品質 計量及連結品質計量之流程圖。 第4圖係為依據本發明操作智慧天線自控再掃描之流程圖。 第5圖係為依據本發明操作智慧天線週期性再掃描之流程 圖。 第6圖係為依據本發明間體存取控所提供之狀態計量 為基礎操作智慧天線之流程圖。 第7圖係為依據本㈣以舰存取控獅所提供之功率計量 為基礎操作智慧天線之流程圖。 第8圖係為依據本發日肢天線操控演算層相關之計時器為基 礎操作智慧天線之流程圖。 較佳實施例之詳細說明 本發明現在將參考本發明較佳實施例被顯示其中之附 圖作更完整說明。然而，本發明可被具體化為許多不同型式 且不應被建構限制為在此說明之實施例。相反地，這些實施 例係被^供使此揭示詳盡且完整，且可完全表達本發明範圍 給熟練技術人士。遍及全文之相似數字係代表相似元件，而 主符號係被用來標示替代實施例中之類似元件。 起初參考第1及第2圖，依據本發明之802.11WLAN10 係包含一存取點12，及以一用戶基礎智慧天線16操作之一 客戶站14。亦被稱為切換波束天線之該智慧天線16係產生 Ι26203Ό 回應天線操控演算法I8之複數天線波束。藉由智慧天線Μ 產生之天線波束係包含方向性波束20及一全方向波束。 所述方向性波束20係為與存取點12通信之一切換波束。 參 —客戶站14係包含被連接至智慧天線16之—波束切換單 凡30，及被連接至該波束切換單元之一收發器^。一控制 器:〇係被連接至該收發器32及至該波束切換單元％。雜 制器40係包含用於執行該天線操控演算法18之一處理^ 可曰代疋，该天線操控演算法18可操作於8〇2·η實體/ 媒體存取控制晶片組而非所述處理器42上。該實體/媒體存 取控制晶版係包含所述實體層及舰存取控制層44。 不論執行該天_控法18之處理器為何，該演^法係 經由外部主處理器42用於存取之媒體存取控制擷取或實骱 媒體存取控H組上制通常被稱為舰存取控制軟體 之上媒體存取控制或媒體存取控制管理部分所提供之資訊。 =束2G之__ WLA屬之以並增加存 及客戶站14間之通信軸。大多數财，方向性波 束2〇係提供高錢雜，做辆咪高資 :連結之實體資料咖 802·"=逮率係為 6’9’12，18,24,36’48及54、。 g 1置係支援相同於8〇2Ua裝置 _b速率所域之速率。 诚丰及 1262030 如以下更詳細討論之天線操控演算法18係用於 802.UWLAN客戶站，特別是支援8〇2 Ua或8〇2 ug者。 該演算法係雜·自媒體存取控管理實體(紙娜)及 實體層管理實體(PLME)m計量料 來選擇天線波束。即使购1WLAN係針對天線操控鮮法 18來討論’但熟練技術人切輕㈣瞭該轉法亦可適用於 其他區域網路類型。 雖然該演算法之核心邏輯係為實體/媒體存取控制晶片 組或所述外料絲H 42實__，但天_控演算法 仍視實施類型而有差異。例如’有關某些計量多快可被計 算之兩類實施之間係存在差異，其可再次導致效能差異。然 而，天線操控法18係被設計充分參數化來單一說明該 兩類實施。 現在參考第3圖’用於選擇智慧天線16之天線波束之品 質計量(QM)係被計算。該品質計餘以錢品f計量及連結 品質計量為基礎。為了制本發明，智慧天線16係產生6 個方向性波束20及1個全方向波束22,總共7個天線波束。 各方向性波束20係涵蓋約6〇度方位角。 開始(塊300)，啟始掃描係於塊3〇2開始。熟練技術人士 輪易明瞭信標週射藉由存取點12提供。所述例中，具有 10她標週期來累積將被掃描之各天線波束計量。每信標週 12 1262030 期僅1天線波束之計量被決定。因此，該流程圖係迴路經過 7個天線波束之總共70個信標週期，也就是從〇至69之k 範圍。 品質計量已針對各天線波束之各丨〇個信標週期被決定 之後’平均品質計量係藉由品質計量計算器5〇來決定。如 以下更詳細討論，品質計量計算器5〇係包含可決定信號品 質計量之一信號品質模組52,及決定連結品質計量之一連結 品質模組54。 塊304中’天線波束指數^係被設定為被評估天線波束， 也就是從1至7之η範圍。η值係以k/N餘數為基礎來選擇， 其中N係為將被掃描之天線圖案數(也就是7)，而k係為目 前信標週期指數。對應被決定於塊304之天線波束指數之天 線波束係於塊306處之信標週期TBeae()nPeri(xi被維持。 该仏“週期TBeae()nperi()d係為通常1〇〇微秒階之週期或準 週期時間區間。決定塊3〇8中，目前信標週期指數k係被與 N*M-1所界定之數量作比較。因為N為掃描之天線圖案數量 (也就是7)，而M為累積計量之信標週期數量(也就是ι〇)， 斯我以k係針對所述例被與數量69作比較。 塊308處，每次目前信標週期指數k小於或等於_^ 時，該方法係循環經過用於計算連結品質計量及信號品質計 量之塊310-318。信標週期指數]^接著於塊32〇處被增加j， 13 Ι26203Ό 而該方法輪回至塊3〇4用於下—個信標週期指數η。 -貫施例中’連結品質計量最初侧量於髓存取控制 層44，且在此以若干計數器62之使用為基礎。該計數器纪 係被用來提供一媒體存取控_偵測率(MFDR)，被定°義為 (1-MFER) ’其巾MFER係為媒體存取控制巾貞錯誤率。 說11媒體存取控制並不僅藉由查看被標準化於8〇2 i! 媒體存取控制層44中之計數器62來決定被傳送至客户站(下 鏈)或來自客戶站(上鏈)之所有封包精確媒體存取控制㈣ 測率。因此’例如不可計算精確下鏈(存取點12至客戶站⑷ 媒體存取控制巾貞伽j率。絲，具有計算與下鏈MpDR相關 之計量，且可為測量下鏈品質之有用計量之方法。 例如，被定義於802.11媒體存取控制資訊庫(MIB)之某 些计數為、62可被用來產生下鏈，也就是客戶站14經歷接收 來自存取點12之封包之連結中之連結品質估計。下鏈之媒 體存取控制資訊庫計數器62之利益係為 dotl IReceivedFragmentCount ^ dotl IMulticastFragmentCount > 及 dotllFCSErrorCount。 追蹤被接收片段數之dotl IReceivedFragmentCount係為 任何被接收資料類型幀或針對此計數器之隨選類型管理。操 控次异法18係追蹤第k信標週期之此計數器增量 Rx^Frag Cnt(k) 〇 1262030 追縱被接收多播片段數之dotl IMulticastFragmentCount 係為任何被接收資料類型幀或針對此計數器之管理。操控演 算法18係追蹤第k信標週期之此計數器增量 Rx—Mult—Cnt(k) 〇 追蹤被接收幀數之任何類型dotllFCSErrorCount係產生 幀檢查序列(FCS)錯誤。此計數器亦可標示BSS之連結狀

況。天線操控演算法18係追蹤第k信標週期之此計數器增 量 Fcs_Err_Cnt〇〇 〇 下鏈鏈結品質計量(DLQM)係被定義為： DLQM k 一 Err 一 Cnt(k) Rx — Frag _ Cnt(k) + Rx Mult _Cnt(k) > k + FCS _ Err _Cnt{k)\ 方程式1 被定義於方程式1之下鏈連結品質計量仍不給予下鏈中 之精確幀錯誤率（因為i)分母僅計數管理及資料隨選及多播 類型，而分子計數因所有幀類型之幀檢查序列錯誤造成之封 包損失’及ii)分母亦不區分因來自純巾貞檢查序列檢查和錯誤 之衝突造成之封包損失。 事實上，下鏈連結品質計量可能過度估計下鏈幀錯誤 率。然而’若該限制係被考慮藉由如使用較若下鏈連結品質 計量為幀錯誤率較精確估計器則被使用為高之門檻值來決 定可接受幀錯誤率，則下鏈連結品質計量仍可為下鏈連結品 15 1262030 質之有用指標。 同樣地，上鏈(客戶站14至存取點12)連結品質測量可被 獲得。媒體存取控制層管理實體計數器62係為 dotllACKFailureCount ’ 及 dotllTransmittedFrameCount。 dot 11 ACKFailureCount係追蹤回應被傳送自客戶站之資料封 包之下鏈確認(ACK)接收失敗數。天線操控演算法18係追蹤 弟k U示週期之此计數器增量Ack_Fail_Cnt(k)。 dot 1 HYansmittedFrameCount係計數成功下鏈幀傳輸總 數。運异计數器係被定義為Tx一Frm_Cnt(k)，其中後者係追 任何第k k標週期期間媒體存取控制層管理實體計數器 dotl lTransmittedFrameCoimt 增量。 藉由使用计數态 Ack一Fail一Cnt(k)及 Tx—Frm一Cnt(k)，上 鏈連結品質計量(ULQM)係可獲得。此係依據以下之上鏈媒 體存取控制封包錯誤率(MPER)估計： ULOM^ ^ck_Fail_Cnt{k^ ^{Tx—Fnn — Cnt(k) + Ack—Fail — Cnt(k)} 万％式 2 如下鏈連結品質計量(方程式1)例中，因為分母中之ACK 失敗可此來自存取點12處之衝突及幀檢查序列檢查和錯 為，所以方程式2之上鏈連結品質計量通常過度估計上鏈中 之貫際幀檢查序列檢查和錯誤率。然而，由於該限制被考 慮，上鏈連結品質計量係有用當作下鏈品質測量。 16 1262030 較佳天線波束之搜尋係使用該下鏈連結品質計量及上鏈 連結品質計量之估計。當以來自塊314之各下鏈及上鏈計算 為基礎來決疋塊316中之連結品質計量時，加權因子係被使 用。該加權因子係小於1，且通常被選擇用於強調下鏈計算 對上鏈計算或反之亦然。該加權因子係小於1。 塊318中，彳§號品質計量係針對目前n及k來決定。通 常，驅動器位準處之實體層43最快可得之信號品質計量係 為被接收信號強度指標。被接收信號強度指標通常針對各封 包被測量於實體層匯聚協定標頭末端處且被提供至信號品 質模組52。 802.11標準係嚴格定義被接收信號強度指標為一相對 量，也就是被接收信號強度指標並非接收器中任何點處之被 接收信號功率真實測量。然而，視其可用格式及頻率而定， 被接收信號強度指標仍可為天線操控演算法18為基礎之有 用計量。802.11WLAN中，因為無線實體頻道為下鏈及上鏈 共旱媒體，所以被接收信號強度指標較少程度地不僅保持接 收亦保持傳輸。當然，信號雜訊比亦可被使用。 塊308處，當信標週期指數k大於n*M-1時，該方法係 繼續至塊322來決定信號品質計量之加權因子。該加權因子 係小於1，且通常被選擇用於強調連結品質計量對信號品質 計量。各天線波束指數η及各信標週期指數k之品質計量係

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取控制層管理實體係提計數器來料下鏈連結品質計 量及上鏈連結品質計量。 使用幢錯誤率為基礎之連結品質計量替代，媒體存取控 Ι26203Ό 被計算於塊324中。因為各天線波束有10品質計量計算， 所以平均品質計量值係被獲得於塊326中。以各天線波束之 平均品質計量為基礎，具最高值之天線波束!!係被選擇於塊 328 中。 候選或替代天線波束係以被決定於塊328中之品質計量 值為基礎被進一步選擇於塊330中。也就是說，具次高品質 計量值之天線波束ncl及具第三高品質計量值之天線波束 係被選擇。預設若較佳天線波束為方向性波束2〇，則替代天 線波束之一係為全方向波束22。一旦較佳及替代天線波束被 選擇’則系統前進至塊332 t之持續使用狀態或週期。持續 使用狀態或週射，該被選擇天線波束係被使麟客戶站14 處於下一個Psu假設信標週期用於所有幀之下鏈及上鏈，其 中60<Psu<60〇〇且具有一預設值_。該方法結束於塊辦。 連結品質計量因此被計算來增加及改善信號品質計量以 外之天線#控決定。連結品料量係以媒體存取控制 地里中所作之五個既存計數器所得資訊為基礎。如塊撕 =記=，兩_錯誤率獨立估計係被獲得，-為下鏈連結 口口貝片里而另-為上鏈連結品f計量。败11肌颜媒體存 18 1262030 制層44所提供之LENGTH(也就是產出)及rate(速率)資訊 可被使用。LENGTH及RATE資訊可從各被傳送或接收媒體 存取控制幀之802.11媒體存取控制層44獲得。rate模組 64及LENGTH歡64係被用來提供下鏈(接收側)及上鏈(傳 达側)中之舰存取㈣層轉移速率之料。_估計轉移速 率係於-週期時間每被傳送或接收舰LENGTH及 資訊來計算。 天線操控演算法18係具有對以勘供單位報告合理潛伏 内之各第k預設信標週期末端處之第k職信標週期中之第 m被接收幢之rate(速率）之媒體存取控制層44内之 μτετχ(_之最低轉器位準讀取存取。該亦可被計 算於上鏈。天、轉控_法18亦具有聽告合理潛伏内之 各第k預4㈣期末端處之第k預設信標週射之第爪被 接收幅之位元表示之SIZE(大小)之媒體存取控制層料内之 SIZEr^m之最低驅動器位準讀取存取。 、冰操U去18 t其他觀闕有陳行自控再掃描 週撒再田之方法。自控再掃描涉及監控目前被選擇天 線波束，㈣雛贿财及驗敎天線波束。 自控再掃描係藉由天線操控演算法丨 束之後於持續使用_絲彳+ M 天線波 U執仃。持械用期間，其他天線波 T田亚不雜行。天_控演算法Μ觸性監控較 19 1262030 佳天線波束所提供正進行無線連結之品質計量。該品質計量 係以信號品質計量及賴品質計量絲礎。若品質計量於持 續使用期間下降低於特定，則操控演算法18係交換較 佳天線波束及替代天線波束或啟動再掃描可用天線波束來 選擇新較佳天線波束。 如上述，若自控再掃描於任何持續使關_發事件發 則天線操控18係執行自控再掃描。觸使用期間，被 選擇圖案品質計量係從來自Msp最近預設信標職之計量資 料來計算’且被評估於每Msp/2預設信標週期末端處。例如; MSP為大㈣且祕12之偶數，且具有預設值6。 —自控再掃描觸發事件係被定義為目前被選擇圖案品質計 量採用與最後Mavg最近先前評估週期中相同計量平均值相 較之較低某些門播值之事件。視被選擇圖案品質計量與平均 值相較之下降量喊，目驗·_可_較早被識別之 =選^案交換，或再掃描所有N _。同時，當自控再掃描 =生時’排序週期性再掃描及持續使用躺之計時器係被重 而長度Psu預设信標週期之新持續使用期間係開始。 。在’考第4圖’使用自控再掃描操控智慧天線之流 程_皮討論。開始(塊4〇〇)，較佳天線波束及替代天線波束 係被選擇於塊4〇2。於塊4〇4，資料係於再掃描其他天線波 束不被執行之持續使用期間使用較佳天線波束被與存取點 1262030 12交換。持續使用期間，被交換資料之品質計量係針對較卢 天線波束被週期性計算於塊406。於塊408，該計算係係針 對較佳天線波束包含決定被交換資料之至少一連結品質計 量。針對較佳天線波束之被交換資料之信號品質計量係被決 定於塊410。至少—連結品f計量及信號品質計量係被组合 於塊412來計算品質計量。較佳天線波束之品質計量係於: 414與交換門檻範圍作比較。 於塊416 ’若品質計量位於交換門播範圍内繼續與持續 使用期間内之存取點12交換資料，聰佳天線波束被與替 代天線波束交換。於塊，若品質計量不位於交換門播範 圍内’則品質計量係與再掃描門檻作比較啟動再掃描複數天 線波絲選擇新較佳天線波束。該方法係結束於塊42〇。 週雛再掃描係於一持續使用期間末端及下一持續使用 期間之前藉由天線操控演算法18來執行。持續使用期間， 其他天線波束之再掃描並不被執行。倾佳天驗束被選擇 時，週期性再掃描係減練被轉之替代天線波束上。 天線操控演算法1S係監控替代天線波束之品質計量及 較佳天線波束之品質計量。若較佳天線波束之品質計量低於 任-替代天線波束之品質計量，卿應具有較高品質計量值 之替代天線波束係被選擇用於下—持續使用期間。 如上述’若自控再掃描於讀持續使用_並不發生，

21 1262030 則發生週脑再掃描。週雛再掃描決定計量胁(NC+1)*M 預設信標週期被計算於替代天線波束上，其中^係為候選 或替代天線波束數量。若本被選擇天線波束係為全方向性， 則剩餘替代天線波束將為方肖性波束。若切換波束天線16 具有7個天線波束而目前被選擇天線絲係為方向性天線波 束則曰代天線波束之一將為全方向波束22,而另外替代天 線波束將為方向性天線波束20。 週期性再掃描顧，天線波束係被掃描於所有被接收或 被傳送於職f代天驗束上之所有巾貞上。_，是否取代 或維持既存被天線波权決定將㈣成。另—週期性再 掃描發生之後’長度Psu預設信標週期之新持續使用期間係 開始。除了當先前_使_間發生自控再掃描觸發事件或 b虎強度指標下降祕再掃描之外，此先前持續使用期間^ 繼續週期性再掃描及持續使用固定，週期序列。 現在參考第5圖，使用週期性再掃描操控智慧天線W 之机私圖將被討論。開始(塊5〇〇)，較佳天線波束及至少一铁 代天線波束係被選擇於塊502。於塊504，資料係於再浐栌 其他天線波束不被執行之持續使用期間使用較佳天線波束 被與存取點12交換。 持續使用期間末端及下一持續使用期間之前，較佳天線 波束及各替代天線波束之被交換資料品f計量係被計算= 'B) 22 1262030 塊506。於塊508 ’該計算係包含針對較佳天線波束決定被 交換資料之至少一連結品質計量。針對較佳天線波束之被交 換資料之信號品質計量係被決定於塊510。至少一連結品質 計量及信號品質計量係被組合於塊512來計算較佳天線波束 之品質計量。該決定及組合係被重複於塊514來計算各替代 天線波束之品質計量。 於塊516，較佳天線波束之品質計量係被與替代天線波 束之品質計量比較。於塊518，若較佳天線波束之品質計量 低於至少一替代天線波束之品質計量，則對應至少一該具有 較高品質計量值之替代天線波束係被選擇於下—個持續使 用期間内繼續與繼續與存取點12交換龍。該方法係結束 於塊520。

/、甘平^工利滑现订之三個函J 來操作天絲控料法18。該函數_ MAC STATus 步㈣之改魏 存取控制層44内之接娣yμ 示1 功率74及同步化76。 狀心72’ MAC_STATUS 函數 通知媒體存仲_ ~Ρ_Μ_函數％儀 Γ 内之聰存取控嫩_化給天綠 沾一法18。該通 Λ 線操控演奴18得印#聰躲㈣雜適當，使天 紅作。媒體存取控制層44所使用之传 23 1262030 標週期同步資訊76係促使天_控_法18 _與實際信 標週期緊密同步。 : 客戶站U内之媒體存取控制層44係與天線操控演算法 .· 丨8通信來蚊天驗束獅。天驗束烟，媒體存取 控制層44主要函數係涉及客戶站14開始時間期間接續運作 於媒體存取控 44中之若預體存取控制狀態機器，如

AuthreqService一Sta，AuthRspService—Sta，AsocService Sta w 及 Synchronization_Sta。 天線操控〉貝异法18本身僅需知道媒體存取控制狀態機 為之狀恶是否準備服務，而不需更詳細媒體存取控制函數及 程序。因此，被擷取狀態計量MAC一STATUS 72係被定義於 媒體存取控制層44處來計算所需被擷取資訊。卷 MAC一STATUS值改變時，媒體存取控制層44係通知天線操 控演算法18來驗證MAC一STATUS 72之狀態。 春 MAC-STATUS計量係被計算提供於方程式3中。天線操控 演算法18接著回應MAC_STATUS狀態之改變。 0,if Ssynch_STATUS AND Sassociati〇n_sTATUS AND Sauth_STATUS = 〇 MAC_ STATUS = 」，if sSYNCH一STATUSSass〇ciati〇n—STATUSSauth STATUS = 1 方程式3 MAC-STATUS 72之三個不同狀態係被監控來同步化天

24 1262030 線波束選擇函數及媒體存取控制狀態機器。該三個不同狀態 係 sSCANNING，sAUTHENTICATION 及 s(RE)ASS0CIATI0N 〇

SsCANNING— STATUS狀悲係標示客戶站14已被成功與存 取點12同步或非同步。此狀態亦可被稱為BSS狀態。若客 戶站14已通過存取點同步，則狀態為丨。否則，狀態為〇。 從802.11標準看來，若媒體存取控制狀態機器運作出 BSS狀態，則所有資料幀均不能傳送於上鏈及下鏈。此例中， 媒體存取控制層44僅接收信標幀，而拒絕任何申請資料幀。 因此，BSS狀態係被當作開始天線波束選擇之條件。 SASS〇CIAtI〇n—STATUS狀態係標示客戶站14已被成功與 存取點12連結或中斷。此狀態亦可被稱為ass〇c狀態。若客 戶站14已通過存取點連結，則狀態為i。否則，狀態為〇。 SAUTH— STATUS狀態係標示客戶站14已成功通過驗證 或反驗證。此狀態於802.11標準中係被稱為如也一〇{^11狀態 或auth一key狀態。若客戶站14已通過驗證，則狀態為卜否 則，狀態為0。 從802.11標準看來，該驗證服務係被所有客戶站14用 來建立其實體及其將與通信之存取點12。兩類驗證服務係為 開放系統及共享銳。開放系、統驗證係違反較高網路層之内 含假設。媒體存取控制層44僅驗證媒體存取控制位址。共 孚鍮匙驗證係需實行有線等效加密(WEp)選擇，而該實體係 1262030 享’秘密，有線等效加密鱗知識來呈現。無論被使 服務麵物，驗驗之狀態結果將被當作開始 天線波束選擇之條件。

驗證處理可視使用之驗證協定而耗時。該驗證服務可獨 立於連結服務被引用。已與存取點連結之客戶站㈣先前 被與驗證)通常執行預先驗證。然而，耻u鮮並不要求客 ^户站η預先驗證存取點12，但須於連结可被建立之前作驗 、士田所有二個官理程序，也就是掃描’驗證及連結均被達 成:MAC—STATUS 72係被設定為卜媒體存取控制層44 接著通知該變化給天_控法18。天線操控演算法Μ 接著設定其SCAN—STATUS為i，也就狄始掃描期間，並 1始如上述之起始掃描程序。同時’天線操控演算法18之 、、只操作务生，如持績使用期間或不同類型再掃描。 若任何二個狀態計量為〇，則MAC—STATUS 72之值係 改滅為〇。此改變再次從媒體存取控制層44被通知至天線操 匕馮异法18。天線操控演算法18接續重設目前被選擇天線 波束為預設天線波束，如全方向波束22。天線操控演算法 18亦於起始掃描開始之前重設其計時器至右方，且起始掃描 或開始之前重設其SCAN—STATUS為0。 參考第6圖所述流程圖，藉由天線操控演算法18選擇天

26 1262030 線波束回應MAC—STATUS 72之改變通知現在將被討論。開 始(塊600)，於塊602，客戶站14倾放置於電源開啟狀態。 狀態計量72係被計算於塊6〇4。狀態計量η係標示以下事 件狀態：客戶站14與存取點12之同步或非同步，客戶站14 與該存取點之連結，及客戶站藉由存取點驗證。#該事件被 滿足時’狀態計量72係具有—第―值，#任—事件不被滿 足時，係具有一第二值。 /於塊614,當狀態計量72具有第一值時，複數天線波束 係被掃描來麟較佳天線絲以便與存取點12交換資料。 狀態計量72係被監控於塊616。於塊618，當狀態計量72 攸第-值被改變為第二辦，較佳天線波束係被改變為預設 天線波束。該方法係結束於塊62〇。 媒體存取控制層44亦計算及維持功率計量 SP0WElSTATUS 74。Spower^STATUS 74 係被用於通知省電 杈式狀態之變化。功率計量74係經由讀取媒體存取控制傳 輸協調狀態機器(Tx-Coordination)被媒體存取控制層44更 新。此計量值改變時，媒體存取控制層44係通知天線操控 演算法18。 功率計量SP0WER一STATUS 74之狀態係標示客戶站14已 被喚醒或已被移入省電模式。此函數於8〇2· 1丨標準中係被稱 為TxC一Idle狀態或睡著狀態。若客戶站清醒，則狀態為工。 27 1262030 否則，狀態為〇。功率計量SpowelSTATUS 74係被計算提 供於方程式4。

SpowER .STATUS . |0, if CS is in Power Save Mode, 口、 if CS is in Normal Power Mode 方备* 式 4 媒體存取控制層44中之傳輸協調狀態機器係使用所有 站處之狀態。媒體存取控制層Μ係於省電模式期間關閉傳 达為及接收器，而媒體存取控制層係於TRTT之前提升接收 隊 ϋ功率。客戶站14係維持其目前神f理模式直到其經由 將喚醒之成功幀交換來通知存取點12為止。功率計量 SP_^STATUS 74之狀態係被用來指導天線操控演算法18 重新開始正常天線操控操作或關閉該操作。 特別是，若功率計量SP0WER^STATUS 74從1改變為〇， 也就是客戶站14進入省電模式，則天線操控演算法18可保 存目4被選擇天線波數及任何替代天線波束之指數。天線操 j 控演算法I8亦重設其計喃至_使職間末端或新週期 性再掃描開始時，並接著設定其SCAN—STATUs，及通知媒 體存取控制層44完成這些程序。也就是若功率計量 Spower—STATUS 74從〇改變為卜則天線操控演算法u立 即使用最後被保存被選擇天線波束及替代天線波束來執行 週期性再掃描。 參考第7圖說明之流程圖，藉由天線操控演算法選擇天 ，5y 28 1262030 線波束回應通知SP0WER_STATUS 74之改變現在將被討論。 開始(塊700)，於塊702，客戶站14係被放置於電源開啟狀 怨。功率計量74係被計算於塊704。功率計量74係具有標 示客戶站14位於電源開啟狀態之第一值，及標示客戶站14 位於省電狀悲之第二值。於塊706，當功率計量74呈有第一 值時，複數天線波束係被掃描來選擇較佳天線波束及至少_

替代天線波束以便與存取點12交換資料。於塊7〇8，功率計 量74係被監控從第一值至第二值之改變。當功率計量％改 變為標示客戶站14位於省電狀態之第二值時，天線波束選 擇係被儲存麟較佳天線波束及至少—替代天線波束。該方 法係結束於塊712。 信標週期同步資訊計時器計量Tbcnl4亦被定義，計算及 維持於天線難法I8來較麵步其時序與媒體存取押 制層44之實際計時器，且最終較佳同步化天線操控演雜 之預設信標週期及實際信標週期。 信標週期同步資訊計時器計量U係為追縱天線糾 演算法18之預設信魏間之計數[當崎數ϋ達到特定 預定數量時，天線、;_ 18彳__存取控· 44 ρ 取媒體存取控制挪值。天線操控演算法⑹妾著使用兮: 讀取媒體存取㈣計_縣更新其本料喃。^ 係被用於天線操控演算法18來校準該鱗時間與信標^ 29 .'V、 a^^2〇3〇 與實认軸之外’场歡轉*18係職性更新 係維持預設储购之视2間，天_控演算法18 該計日士哭备 °十才為，並針對各波束搜尋週期運算 …二Ά線操控演算法18接收來自媒體存取控制層 作4輸场，其係更新預雜標週期之邊界。第k預設 处’目_設信標週敵計喃值係被計算提供於 万矛王式5中。 方程式5 T〇i)三 0 if k = rem(kM ·τυ) * 0 {細咖~域細e㈣，ifk = rem(kM,Tu) 士口口M TU值係為被選擇用來表示天線操控演算法18之計 日以可操作而不需被媒體存取控制計時器更新之時間長度 數字。Rem(x，y)係為X除以y之餘數。τυ係為長度為聰 // s之時間單位。例如’因為TBTT通常為1〇_⑽微秒)， Μ應至少為⑽倍數’如，或麵。參考第8圖描繪之流 程圖，藉由天線操控演算法選擇天線波束_演算法Μ所 維持之計時器現在將被討論。開始(塊動），於塊搬，客戶 站14係接收來自存取點之信標巾貞來設定追蹤該被接收信標 幢之第-信標計時器。第一信標計時器係被與天線操控演算 法18獨立刼作。於塊804,第一信標計時器係週期性被與第 二信標計時器同步，其係被操作於天線操控演算法18亦追 縱被接收信標幀之信標週期。於塊806，第二信標計時器係

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運作於各天驗賴尋顧。财㈣絲於塊_。 具有被壬現於上述說明及相關圖示之傳授利益之熟練技 術人士將了解本發明之許多修改及其他實施例。因此，應了 解本發明不限於被揭示之特定實施例，而該修改及實施例係 預期被包含於附帶申請專利範圍内。 31 1262030 元件符號說明： CS客戶站 AP存取點 DLQM下鏈連結品質計量 MAC媒體存取控制 η天線波束指數範圍從1至7 ιι〇ι次南品質計置值之天線波束

DL下鏈 k目前信標週期指數 LQM連結品質計量 PHY實體 Μ累積計量之信標週期數量(也就是1〇) Ν將被掃描之天線圖案數(也就是7) 第三高品質計量值之天線波束 SQM信號品質計量 UL上鍵 TBeaconPeriod信標週期 ULQM上鍵連結品質計量 12存取點 14客戶站

16智慧天線、切換波束天線 20方向性波束 30波束切換單元 40控制器 43實體層 50品質計量計算器 54連結品質模組 64 RATE模組 18天線操控演算法 22全方向波束 32收發器 42處理器 44媒體存取控制層 52信號品質模組 62計數器 66 LENGTH 模組 76同步化、信標週期同步資訊 32 1262030 72狀態計量、MAC_STATUS函數 74 功率計量 Spower^STATUS、MAC—PowerMode 函數

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Claims (1)

11262030 十、申請專利範圍： 4 1· 一種操作包含一存取點的WLAN通信系統中的客戶站的 - 方法，該客戶站包含一天線操控演算法及回應該天線操控演 算法來選擇複數天線波束之一的一智慧天線，該方法包含： 選擇一較佳天線波束及至少一替代天線波束； 於不執行再掃描其他天線波束之持續使用期間，使用該較佳 天線波束與該存取點交換資料； 該持續使用期間末端及下一持續使用期間之前，計算該較佳 天H束及錢代天驗权被交歸料品i計量，該計算 '包含 t 、疋/較彳土天線波束之该被交換資料的至少一連結品質計 量， 決定該較佳天線波束之該被交換資料信號品質計量，及 • & σ Θ至少—連結品質計量及該信號品質計量來計算該較 佳天線波束之該品質計量，及 重複口亥决疋及、植合來計算各替代天線波束之替代品質計量； 車乂。亥較t天線波束之該品質計量與鱗代天線波束之該 品質計量；及 若該=質計量小於該替代品質計量至少之一，則選擇對應具 =車又HJ值之忒至少一替代品質計量之該替代天線波束以便 繼續與該下-持續使關間内之該存取點交換資料。 34 1262030 2·如申請專利範圍第丨項之方法，其中若具有大於該較户天 線波束品質計量之複數替代品質計量，_被選擇替代天線 波束是對應具有最高替代品質計量之替代天線波束。 3.如申請專利_第2項之方法’進—步包含選擇具有次高 替代品質計量之㈣代天·束為新錢天線波束。 4·如申請專利範圍第W之方法，其中該替代天線波束包含 一全方向波束。 5·如申明專利範圍第1 J員之方法，其中該wlan包含一 802.11 WLAN 〇 6_如申明專利範圍帛1項之方法，其中該至少一連結品質計 量是以該被交換資料之幀錯誤率至少一估計為基礎。 7·如申請專利範圍第丨項之方法，其中該至少一連結品質計 里疋包S下鏈連結品質計量及一上鏈連結品質計量。 8·如申請專利範圍第7項之方法，其中於組合該下鏈連結品 質計量及該上鏈連結品質計量時使用一加權因子。 9·如申凊專利範圍第7項之方法，其中該WLAN包含一 8G2J1WLAM’ _客戶站包含一媒體存取控制層，其包含 之丨貞錯誤率之複數麟數器；而其中第 -組計數If是用於決定該τ鏈連結品質計量，而第二組計數 态是用於決定該上鏈連結品質計量。 1〇H專利㈣第丨項之方法，其中該至少—連結品質 35 1262030

...v.:!y 計量是以該對應天線波束之該被交換資料的一轉移速率為 基礎。 11.如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一連纟士口巧 計量是以該對應天線波束之該被交換資料之產出及資料速 率至少之一為基礎。 12·如申請專利範圍第1項之方法，其中該信號品質計量是 以該被交換資料之被接收信號強度指標為基礎。

13.如申請專利範圍第1項之方法，其中於組合該連結品質 計量及該信號品質計量時使用一加權因子。 14·如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數天線波束包 含複數方向性波束及一全向性波束。 15. —種於包含一存取點之WLAN通信系統中操作的客戶 站，該客戶站包含：

一交換波束天線，用於可產生複數天線波束； -波束父換單元，與該交換絲天_合，崎擇—較佳天 線波束及至少一替代天線波束； -收發器’與該波束交換單端合，以便於不執行再掃描其 他天線波束之持續制_，經由該較佳天線波束與該存取 點交換資料；及 一天線操控鱗模組’可運算天賴控鮮，且於該持續使 用期間末端及下使用期間之前，計算雜佳天線波束 36 1262030 及各替代天線波束之被交換資料品質計量，該計算包含 決定該較佳天線波束之該被交換資料的至少一連結品質計 量， ‘ 決定該較佳天線波束之該被交換資料信號品質計量，及 組合該至少一連結品質計量及該信號品質計量來計算該較 佳天線波束之該品質計量，及 重複該決定及組合來計算各替代天線波束之替代品質計量； 该天線操控演算模組係比較該較佳天線波束之該品質計量 與該替代天線波束之該品質計量，若該品質計量小於該替代 品質計量至少之一，則選擇對應具有較高值之該至少一替代 品質計量之該替代天線波束以便繼續與該下一持續使用期 間内之該存取點交換資料。 16. 如申請專利範圍第15項之客戶站，其中若具有大於該較 it天、’泉波束4 ^之複數替代品質計量’ _被選擇替代 天線波束是對應具有最高替代品質計量之替代天線波束。 17. 如申請專利範圍第16項之客戶站，進-步包含選擇具有 次南替代㈣計量之_代天、錢麵㈣代天線波束。 18·如申請專利範圍第15項之客 各戶站’其中該替代天線波束 包含一全方向波束。 19·如申請專利範圍第15項之客 谷戶站，其中該WLAN包含 一 802.11 WLAN、 1262030 正, 20. 如申請專利範圍第15項之客戶站，其中該至少一連結品 質計量是以該被交換資料之幀錯誤率至少一估計為基礎。 21. 如申請專利範圍第15項之客戶站，其中該至少一連結品 質計量是包含一下鏈連結品質計量及一上鏈連結品質計量。 22. 如申請專利範圍第21項之客戶站，其中於組合該下鏈連 結品質計量及該上鏈連結品質計量時使用一加權因子。 23. 如申請專利範圍第21項之客戶站，其中該WLAN包含 一 802.11WLAN，而該客戶站包含一媒體存取控制層，其包 含可估計該被交換資料之幀錯誤率之複數幀計數器；而其中 第一組計數器是用於決定該下鏈連結品質計量，而第二組計 數器是用於決定該上鏈連結品質計量。 24·如申請專利範圍第15項之客戶站，其中該至少一連結品 質計量是以該對應天線波束之該被交換資料的一轉移速率 為基礎。 25·如申請專利範圍第15項之客戶站，其中該至少一連結品 質計量是以該對應天線波束之該被交換資料之產出及資料 速率至少之一為基礎。 26.如申請專利範圍第15項之客戶站，其中該信號品質計量 是以該被交換資料之被接收信號強度指標為基礎。 27·如申請專利範圍第15項之客戶站，其中於組合該連結品 質計量及該信號品質計量時使用一加權因子。 38

1262030 28.如申請專利範圍第15項之客戶站，其中該複數天線波束 包含複數方向性波束及一全向性波束。

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