TWI262668B

TWI262668B - Antenna steering for an access point based upon spatial diversity

Info

Publication number: TWI262668B
Application number: TW093117772A
Authority: TW
Inventors: John E Hoffmann; Kevin P Johnson; George Rodney Nelson Jr; John A Regnier
Original assignee: Ipr Licensing Inc
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-09-21
Also published as: JP4469849B2; TW200513061A; EP1634390A1; US7587173B2; KR20060011894A; WO2004114546A1; JP2007525065A; US20050063340A1; MXPA05013814A; BRPI0411499A; NO20060263L; CA2529422A1; EP1634390A4

Description

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發明範疇本發明關於無線區域網路之範疇，特

Ta Μ ^ IJU ^ °之係關於在無線 &域；路内運作之存取點的天線操控演算法。發明背景 ΐί許遠端站（譬如可攜式電腦）在-無線區域，-罔路（WLAN)内移動且經由射頻（RF)傳輸連接至已連到-有線網路之-存取點（AP)。該有線網路通常被稱為接線系統（ distribution system)。上述各種標準包含 IEEE 80 2· 11標準及其對應字母修訂版本，譬如8〇2 iib和 802.11g〇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取控制 (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，就一錯直取向元件來說大體上係以一水平平面輻射。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、桌子和人。此等物體產生多路徑、常態統計衰落、瑞利（Ray leigh)

第7頁 1262668 五、發明說明（2) — 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。種用來抵銷RF#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 =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分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信號劣化的問題。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运端站之間的通信。一種超越單純分集作用之改良係透過一種用在無線區域網路之存取點（亦即無線閘道）的天線操控程序。定向天線改善網路的流通量，且加大存取點與遠端站（亦即無線使用者裝置）間的範圍。一定向天線在大多數情況下提供一南於全向天線的信噪比，從而容許鏈結以較高數據傳輸速率運作。该天線操控程序可為存在於存取點之媒體存取控制 (mac)層内，且以從遠端站接收信號後由實體層提供之信號品質度量為基礎選取一最佳或較佳定向天線圖案。依據本發明之原則，在譬如登錄、認證或後續存取點與一

1262668 五、發明說明（3) 選定遠端站間線之一較佳方或韌體做出此一包含遠端站到最佳可運用以選取站發射號之信從遠端從遠端掃描作如 80 2, 發一保以一定站之流 Μ環境準該站天線射向天線遠端站波區之援與遠更特定化通信硬體搭較佳的一探測號品質站收到站收到業。若 • 11標準護機制向天線通量以中，遠之方向束舉例的3-5 之間的外頻帶站的言之， ;數據交換的，中1定受操控存取點天 =在一實，由在存取點運作之軟體該存取點天線控制軟體/勒體可建立. 身:及與該站相關之天線方向的資料庫以達效成。 1己：統8 0 2.1 1設備之固有分集選擇電路運作取點可利用發信導致遠端 :〜^ 存取點測量該探測響應信 c點可比較對應於以一定向天線模式之ί = ί對上對應於以-全向天線模式存ίί:度置以判定是否應當進行一新天線所定義的節點’其可能利用譬。明x运/清除發送（RTS/CTS)引加堵於存取點有雔舌及支援網路內爭=處··增進對個別遠端山友、”罔路内更多使用者的能。 ::收=信號位準得經由讓存取點用一猫來以；射ir的方式而改善。該整形 dB増益好卢=於傳統上部署於存取點之全鏈結以較ΐI二ί的信號位準容許存取點與。該定向Γ ΐ據傳輸速率運作，特別是在覆作業。D線操控程序存在於存取點内以支本發明針對— 種操作WLAN内之存取點的方

$ 9頁 1262668 五、發明說明（4) 法，該存取點包括一用來與至少一遠端站通信的定向天線。該方法包括利用該定向天線之一現行角度與該至少一遠端站通信，且從該定向天線之複數個替用角度當中掃描出用來與該至少一遠端站通信之一替用角度。該方法更包括測量經由該現行角度及該替用角度從該至少一遠端站收到的相應信號，且以該等測得信號為基礎選取該現行角度或該替用角度做為繼續與該至少一遠端站通信之一較佳角度。該現行角度之選擇及該替用角度之掃描可為在存取點之 MAC層進行。倘若與該替用角度相關之測得信號超過與該現行角度相關之測得信號一預定閾值，該替用角度可被選為較佳角度。測量相應信號可包括判定一接收信號強度讀數、一載波-干擾比、一能量-位元比和一信嗓比至少其中之一。與至少一遠端站進行之通信可為以包括一前導碼 (preamb 1 e)和一數據訊框之封包數據的交換為基礎。經由現行角度和替用角度收到之相應信號係在同一前導碼期間被測量。掃描該替用角度可更包括在相同前導碼期間掃描複數個替用角度。該測量可包括在相同前導碼期間測量經由每一替用角度從該至少一遠端站收到之相應信號，使得該現行角度或複數個替用角度其中一角度被選為較佳角度。複數個替用角度可為以一預定順序為基礎被掃描。該方法可更包括儲存該至少一遠端站之較佳角度，且在下

第10頁 1262668 五、發明說明（5) 一前導碼期間，該存儲較佳角度變成一新的現行角度並且重複各步驟以選取該新現行角度或替用角度。另一選擇，倘若在一段預定時間量之後該存取點未收到新的封包數據，則該存儲較佳角度即變成一新的現行角度並且重複上述各步驟以選取該新現行角度或替用角度。複數個替用角度其中一角度可包括一全向角度。該定向天線可包含至少一主動元件以及複數個被動元件。該存取點舉例來說可為以IEEE 8 0 2. 1 1標準或IEEE 8 0 2· 16標準為基礎運作。然本發明並不侷限於這些標準。本發明之另一觀點係針對一種包括一定向天線之存取點，且一控制器連接於該定向天線以供控制。該控制器進行下列工作：選取該定向天線用來與至少一遠端站通信之一現行角度；從該定向天線之複數個替用角度當中掃描出用來與該至少一遠端站通信之一替用角度；測量經由該現行角度及該替用角度從該至少一遠端站收到的相應信號；且以該等測得信號為基礎選取該現行角度或該替用角度做為繼續與該至少一遠端站通信之一較佳角度。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。以下參照繪出本發明較佳實施例之所附圖式更詳細地說明本發明。然本發明亦可以許多不同形式實施且不應被闡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

1262668 五、發明說明（6) --- 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i 〇 5的無線區域網路（WL A N) 1 0 0。存取點1 1 〇 a、1 1 〇 b和1 1 〇 c經由有線連接譬如有線數掾網路連接方式連接至接線系統丨〇 5。每一存取點11 Oa、Π Ob和1 1 Oc有一能夠經由射頻（RF)信號與遠端站120a、120b、120(：通4吕的相應區域1 1 5a、1 1 5b、 115c。遠端站120a、120b、120c配備無線區域網路硬體和軟體以存取接線系統1 05。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1 1 5。少當前技術為存取點1 1 〇和遠端站1 2 0提供天線分集。天線分集容許存取點Π0和遠端站120以收到的信號品質為基礎^ 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^ 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1 2 0 c如箭頭1 2 5所示被從第三區11 5 c帶到第一或第二區115a、115 b之時。第1 B圖係第1 A圖所示網路1 〇〇之一子集的方塊圖，其中更詳細地繪出一運用本發明原則之存取點1 1 Ob的定向天線波瓣1 3 0 a - 1 3 0 i。定向天線波瓣1 3 0 a - 1 3 0 i亦會被總體標示為參考數字1 3 〇。存取點1 1 〇 b在一環境掃描過程中依序透過 1262668 五、發明說明（7) 130以判定一較佳天線方向。繪出之定^ ^ : 4，存取^ 11 〇b使用一如第2ABI寿口 2B更詳細掃描搜索遠端站12〇,發射的rf信號。每實以且計算該掃描角度之-相應度[度量之 Λ信號強度讀數（彻），載波-干擾比環境之《位70比（Eb/No)，或是接收信號或信號貝的其他適當度量，譬如信噪比（snr)。這此

正如孰羽^合亦可被用來判定最佳或較佳的天線圖案，旦六*技藝者所能輕易理解。依據此等測得信號品質 ί =向子取點UOb判定與遠端站120b通信之較佳天線角度 2二可為在遠端站11 0b已被認證且已與接線系統1 05 二I t别或之後發生。因此，起始天線掃描可能是在MAC 曰兀成。另一選擇，起始天線掃描可為在MAC層以外完 1人相似地’在遠端站丨丨〇b已經認證且已與接線系統丨〇 5 ^己之後發生的掃描可為在MAC層内完成或是由發生在mAC 層以外的程序完成。

第2 A圖係一使用一外部定向天線陣列2 〇〇 &之存取點1 i 〇的簡圖。定向天線陣列2 〇〇 a包含五個單極被動天線元件. 2 0 5a、2 0 5b、2 0 5c、2 0 5d和2 0 5e以及一個單極主動天線元件2 0 6。被動天線元件2〇5a、2〇5b、2〇5c、2 0 5d和2 0 5 e在下文總體以參考數字2 〇 5標示。定向天線陣列2 0 0 a經由一通用序列匯流排（USB)埠2 1 5連接至存取點11 0。定向天

第13頁 1262668 五、發明說明（8) —--- 線陣列2 0 0 a與存取點11 〇間亦接受其他類型的連接。定向天線陣列2 0 Oa内的被動天線元件2 〇 5被寄生地主動天線元件2 0 6以允許掃描。在本說明盒中；意指定向天線陣列·之至少一天線波束曰:以與凡件2 0 5之數量相關的增量旋轉，其視需要能旋轉3 μ度^ 定向天線陣列2 0 0a之一詳細說明提供於2〇〇年24日二門之發明名稱為、、用於無線通信系統之適應性天線，，的^ 專利公開案第2 0 0 0 / 0 0 0 8 6 7 2號内，該案以引用的方式&入本文中且其已被讓渡給本發明之現有受讓人。以定^天線陣列2 0 0 a所收到或發射之信號為基礎最佳化天線方向的範例方法亦揭示於該案。定向天線陣列2 0 0 a亦可被用於一全向模式以提供一全向天線圖案。存取點110可採用一全向圖案進行發射A或接收。存取點1 1 0亦可在對遠端站1 2 〇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22〇1)之存取點11〇的等角透視圖。在此實施例中，定向天線陣列2〇〇b位於一 pcMCU 卡^20上。PCMCIAt 22〇係由存取點11〇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 0 0a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 0 0 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 63 5號以及2 0 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

1262668 五、發明說明（9) 線//的美國專利公告案第2 0 0 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20 〇a的詳細圖。定向天線陣列2〇〇a 亦包含一與被動天線元件電耦合的接地面3 3 〇，如丁文來照第3B圖所述。 ’ 仍參照第3ASI，定向天線陣列2 0 0 a提供一從天線元件2〇5a 和2 0 5e斜向離開的定向天線波辦3 0 0。此為天線元件2〇5a 和2 0 5 e處於一反射模式且天線元件2 0 5b、2 0 5c和2 0 5d處於 /透射模式的徵兆。換句話說，主動天線元件2〇6與被動天線元件2 0 5之間的相互耦接容許定向天線陣列2〇〇a掃描定向天線波瓣3 0 0 ’在本案例中，該波瓣因被動元件2 q 5之既設模式而被如圖所示導向。如熟習此技藝者所能理解，被動天線元件2 0 5之不同模式組合會造成不同的天線波瓣 3 〇〇圖案和角度。第3 B圖係一能被用來將被動天線元件2 〇 5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長虛線3 0 5標示，且透射模式由一短虚線3丨〇標示。代表性模式 3 0 5和3 1 0分別是經由一電感元件3 2 〇或一電容元件3 25耦接於一接地面3 3 0的方式造成。被動天線元件2〇5&通過電感元件3 2 0或電容元件3 2 5的耦接係經由一開關3丨5進行。開關含15可為一能將被動天線元件2〇5a麵接於接地面33〇的機械開關或電氣開關。開關3 1 5係經由一控制信號3 3 5設定。經由電感器3 2 0柄接於接地面3 3 0的是被動天線元件2 〇 5 a，

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其如較長代表性虛線3 Ο 5所示被有效地延長。此可視為是為一經由被動天線元件20 5a與主動天線元件2〇 6之相互$ 接而被搞合於被動天線元件2 0 5_ RF信號和5 e一者經由相應電感元件3 2 0連接於接地面3 3 0。在此同k，在第3 A圖實例中，其他被動天線元件2 〇 5 b、2 〇 5 c和 2 0 5 d經由相應電容元件3 2 5電連接於接地面33 〇。電容耗合作用使被動天線元件如較短代表性虛線3丨〇所示有效地縮短。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搞接技術用在被動天旅元件2 〇5與接地面3 3 0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2 〇〇 b使存取點1 1 0 b產生一全向天線圖案9 〇 5和一定向天線圖案9 1 〇的俯視圖。存取點11 Ob與多個站120a-1 20 d通信。由於存 I，11 0通常被遠距安裝為在其附近沒有障礙物或移動反 $為（例如被安裝在牆上高處或天花板上），較佳天線圖 *方向之選擇很可能不會在與一給定遠端站1 2 〇連線的全程中發生變化。圖不存取點11 0 b可能運用一定向天線2 0 0 a將下行鏈結數據，^發射給一選定遠端站120c。就大多數廣播和控制訊框來.兒’存取點可使用全向天線圖案9 〇 5和最低可用數據傳、古、方一、則罕以確保所有遠端站1 2 0都會收到。定向天線2 0 0 a無法'加大網路1 0 0的涵蓋面積，但可能提高發送給遠端站1 2 0

第16頁 1262668 五、發明說明（11) =數據訊框的數據傳輸速率。加大的下行鏈結傳輸速率有、好處，因為在網路100上轉移的絕大部分數據明顯是在 T行鏈結,(例如網頁存取1案轉移）。有一選項是在存隹點1 1 0 bi皮，求以全向模式接收之時運用交換式空間分 :、舉例來次，5 d B之可能增加的鏈結餘裕提供3 〇〇%的流通增加量。由4，遠ί而站1 2 0 c在爭用週期（cp)内發送給存取點1 1 〇 b ^上行鏈結數據訊框係利用全向天線圖案接收，因為任何延端=可能發射該訊框。就大訊框來說，.網路組態可能要求退端站採用申請發送/清除發送（RTS/CTS)機制以預訂無線媒體。_在此情況中，存取點11Gb可以-定收以加大上行鏈結的數據傳輸速率。這多少是取決於端站120c運用之數據傳輸速率選擇演算法。、' < f下行鏈結傳輸中，存取點110b可能決定在爭用週期内使全向圖案和一較低數據傳輸速率來發射小封 1 為在收斂區、、另一，，侧上之—遠端站（譬如遠端站 :法聽到從背對其指向之定向天線圖案發出的存取内容。此為眾所熟悉的、、隱藏節點問題，1 f輸站120互相沒有聽到對方且在同一時間結束發射。> 固遂端況中，該二遠端站是120c和120e。一種避免、在此十月 =對大數據訊框有效的方法在下文參照第？圖說題。特別是以存取點11 〇處之定向天線圖案能為與身炎… 。體之遠端站120交換之下行鏈結和上行鏈結數摅路交通主較高的數據傳輸速率。網路連線被維捭产廉汛框提供付仕存取點丨丨〇之全

第17頁 !262668 五、發明說明（12) 's-一__ 向天線的標稱增益。也就是說，遠端站 ^ 結合且維持連線而無須使用定向天: 2 0能與存取點1 1 0 丄主深2 0 〇 a。如表1所提供之規則集合得被定義為利全向和定向特性的優點。表1包含賴疋向天線2 0 0 a之运端站1 20的位址及其現行天線方向選/、取點11 〇相關之 8 〇 2 . 1 1標準（表2 1和2 2在其内）之气^ 框擇表1可以依據例天線方向選擇。在表1内，、、d i γ ^序列為基礎描述範行鏈結，且、、DL"指下行鏈結。 3方向’ 、、U1/指上

表1 -範例天線選擇規則夢列 Dir 天線選才 Ip DL 全向數據 DL -定向 pS-CTS數據 UL : 全向/定一程序可由一判定何時選取全向、 Ρ 圖案及何時選取一宗Λ 案的規則集合說明。舉例來說，存取疋向圖廿取點11 〇可在對單一個运s而站1 2 0發射或接收時的時間間隔内選取一定向圖案一示出存取點11 0之介面的方塊圖繪於第4圖。圖示存'取點 11 0包含多個子系統和層。一天線子系統4.0 5可包含定向天線2 2 0 b及用來操作該定向天線的支援電路、匯流排和軟體。天線子系統4 0 5與實體層41 0交界且對後者提供RF信號 412。實體層41 0處理RF信號4 1 2立對〆天線操控程序..4 2 0判定信號品質量測值。實體層4 1 〇以奸侦號.4 1 2為基礎對MAC層4 1 5

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發送處理後信號。MAC層4 1 5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。 ' M A C層4 1 5也將數據訊框4 2 9發送給其他程序（圖中未示）。圖示貝體層410、MA C層4 1 5和天線操控程序4 2 〇可為存在於一控制器4 0 0内。天線操控程序4 2 0舉例來說可為^ 存在一記憶體内，該記憶體可為一獨立的記憶體或是一严理器内之一嵌入記憶體。义天線操控程序420保有在每一遠端站12〇之天線掃描過程中做出的接收信號品質量測值41 7之一函數的、、天線表或資料庫”或是、、方向表或資料庫a 。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南（A、B、C)。一旦判定方向表42 5内之天線方向，即利用天線操控程序420對天線子系統4〇5提供定向天線控制 4/ 7。若信號品質量測值4 1 7高於一預定閾值表示能在全向挺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22〇賧一存取點110指向一遠端站120之較佳方向的各種技術。第_種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120間交換之探測信號序列。第三種技術利控制訊息（例如ACK或CTS)在存取點110做出接收天 2 :唬品質量測*。第三種技術可應用於前向和反向鏈、、、σ ---0

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五、發明說明（14) 第一種技術假設現有的8 0 2 · 1 1裝置納入天線交換式分集掃描/控制且未來的8 0 2 . 1 1裝置譬如 8 0 2 · 1 1 a / 8 0 2 · 1 1 g / 8 0 2 · 1 1 η也會支援交換式分集。該第一技·術在一遠端站1 2 〇已經認證且已與一網路結合之後可用。其假設起始天線掃描係在MAC/網路層協定内完成。使用一定向或多元件天線2 2 0 a，該第一技術能利用分集協定使天線位置/選擇保持更新。今參照弟6圖’該第一技術的作用如下。圖示存取點 1 1 0 ’包含一連接於天線子系統4 〇 5，之控制器6 0 〇，。控制哭 6 0 0’包括一被賦予對天線控制信號之存取的實體層41〇，二及一 MAC層.（第4圖）。該MAC層將天線選擇寫入暫存器A 6 0 5 a’和暫存器B 6 0 5b，内。暫存器A 6 0 5a，容納選定的天線位置’且暫存器B 6 0 5b，容納一候補天線位置。實體層 41 〇亦與一多工器6 1 〇，通信。實體層4 1 0，以一傳統分集選擇控制2式對多工器610,發送一分集選擇開關控制信號 6 0 7 ，’但在此情況中係使用控制暫存器A 6 0 5 a，或暫存器β j 之内容的分集選擇開關控制信號。 4 k疋天線位置係一開始就在網路認證/結合協定期間選出。該候補天線位置是任何其他天線位置（包含一全向模式）^ °亥候補天線位置在已收到一有效封包之後或是在經過段預疋時間沒有收到任何封包之後以一預定順序改變。，成功地收到一封包之後，實體層4 1 0，對MAC層發送針對該二天線位置的接收信號品質度量（信號強度、信噪比

第20頁 1262668 、發明說明（15) 多路徑/等化器度量等）。在封裝接收過程中，者 410’如同現在用於8 0 2· 11般地運作；也就是說，K 3二天線位置之間切換並且使用對封包接收而言最好的天=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;^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ngUg),,。如前所述，此技術利用現有8 0 2. 1 1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/韌體或以上之組合。今參照第10圖，其將說明以空間分集為基礎操作一 WLAN 1 0 0内之一存取點1 1 〇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 0 b之一現行角度與返端站1 2 0通信，如方塊1 0 1 〇。在方塊1 〇 2 〇進行的是在前導碼期間掃過定向天線2 2 0 b用來與遠端站1 2 0通信之複數個替用角度。在方塊丨〇 3 〇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 20收到的相應信號。在方塊 1 〇 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 〇 5結束。第二種技術係以存取點1 1 〇對遠端站1 2 0之RTS訊息的發射以及返站對存取點回應發射之C T §訊息的接收為基礎。8 0 2 · 1丨標準亦定義一探測要求/探測響應交換，此通

第21頁 1262668 五、發明說明（16) _ —__ 常被遠端站1 2 0用來匈八一 |在被存取點110用來匈$對f他站120的鏈結品質。向（如第8圖所示）時义，一選定遠端站1 20之較佳指向方定向圖案1 3 0發射—探測^取點11 0以全向圖案及每一可能的同時測量從遠端站彳、1 f信號，且在以相應圖案運作質。回送之探測響應信號8 1 〇的信號品此等響應訊框81〇之測量、有靠的技術。此第-#成為比刖述分集選擇技術更存取點U0結合之後—立W敢田好至少是在一遠端站120已與探測響應信號會對網& 。雖說使用額外的探測要求/ 常發丄。相路夕文率造成影響'但此等交換可能不丨;〇二\弟一1將說明以探測信號為基礎操作- wlan 1100)門C°的前述方法的流程圖。從起點（方塊 I在方i i二娘ί方法包括在方塊1110選取—遠端站120，發」广一二:定向天線2 2 0b之全向角度對該選定遠端站社弟、土木/則信號，且在方塊11 3 0測量經由該全向角度 iί ΐ端站收到之一回應於該第一探測信號的第一探田。 ^ :塊1140,緩由定向天線2〇〇b之複數個定向角度當中的 ^ :角度對選定遠端站12〇發射一相應第二探測信號，且 _。塊1丨^則夏經由每一定向角度從該選定遠端站收到之 t，應於該相應第二探測信號的第二探測響應信號。在方 Λ 1 6 0 ’將來自選定遠端站i 2 0之測得第一探測響應信號 °目應測得第二探測響應信號儲存在一天線資料庫内。

第22 1 1262668 五、發明說明（17) 在方塊Π 70，以該等測得第二探測響應信號為基礎针對選定遠端站1 2 0選取一較佳定向角度。在方塊1丨8 0，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^ 角度之測得第二探測響應信號。該第一探測信號包括—申請發送（RTS)訊息且該第一探測響應信號包括一清除發送（C T S)訊息。相似地’该弟一板測信號包括一 r τ 拿且該第二探測響應信號包括一 CTS訊息。在方塊i丨9 〇，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1 1 9 5結束。第三種技術運用被用在存取點1 1 0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2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u 〇可用這些訊息比較全向圖案9 0 5與現在選用的定向圖案13〇。此給^於第 5A圖，圖中在天線選擇計時上有虛線。其可當作用j判定現在選用方向13 0是否會保有其超越全向圖案9〇5之優勢的 f法。此優勢通常是以一預定閾值為基礎以免在具有相似 ^號品質度量的兩個天線圖案之間頻繁切換。. 舉例來說’在CTS訊息期間，可用全向模式接收此訊息以什算一第一信號品質量測值。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p進 2該第一和第二信號品質量測值的比較並且判斷該測試天、本方向是否應被儲存。也就是說’定向模式是否提供一高於全向模式的增益。亦可進行二個不同定向天線方向之間

第23頁 1262668 五、發明說明（18) 的比較。第4圖之方向表4 2 5可加上來自前述程序之全向和選定方向天線圖案的信號品質量測值。倘若優勢低落到一預定閾值以下，則存取點1 1 0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 2 0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11 0回復為全向圖案選擇。當遠端站1 2 0 變得再次活躍，存取點11 0可進行另一次天線搜尋。今參照第1 2和1 3圖，分別說明以前向和反向鏈結内之控制訊框為基礎操作一 WLAN 100内之一存取點120的方法的流程圖。從起點（方塊1 2 0 0)開始，該方法包括在方塊1 2 1 0 在一前向鏈結内經由定向天線2 2 0 b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1 2 2 0將一第一數據訊框發射給該遠端站，且在方塊1 2 3 0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 2 4 0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1 2 5 0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認證訊息。該方法在方塊1 2 7 0結束。

第24頁 1262668 五用、發明說明（19) __ 來以反向鏈結内之控制訊框為基礎操作— 一存取點120的方法包括從起點（方塊13〇 UN 1〇〇内之塊131〇經由定向天線22 0 b之一第—天線圖案開在方一第一控制訊框，在方塊1 3 2 0將一第二# 遇、站接收 5亥达端站’且在方塊1 3 3 0經由該定向天線之忙 '射給案從該遠端站接收一第一數據訊框。在方塊—第二天線圖由該第一天線圖案收到之第一控制訊框的信量一經經由该第二天線圖案收到之第一數據訊框的作=以及一方塊1 3 5 0比較與該第一和第二天線圖案相叩貝。在號品質。若與該第二天線圖案相關之測得传，^目應測得信該第一天線圖案相關之測得信號品質一預品質超過與塊1 3 6 0選取該第二天線圖案讓存取點丨丨〇對^值’則在方第一數據訊框。收到的第一控制訊框包括—^站、1 2 0發射息，且發射的第二控制訊框包括一清除發 =求發送訊在方塊1 3 7 0結束。、σΐ1心。該方法第四種技術是一隱藏節點保護技術，其在存疋向天線2 2 0 b時提供一保護機制以減少咬彳用的發生率。哼荈銘f j：於斗士， H弓耳fe藏節點 + 隐藏即，、，，占赉生在並非網路1 〇〇内所古、土山都能聽到存取點110與一選斤有延鳊站120 此未曾鈐糾坫、责w 、疋逡知站120間的通信之時，因迕忐、，二的u而占可能會在媒體被使用之時發射。—4 撞’特別是在存取點110。之4射。廷會畜存取點11〇具有要菸鉍从以掃描第4圖之方向丄、、、β 一遠端站1 2 0的數據，控制程序是否有潜在隱藏節點的方式設定所選天線方向以判定舉例來說，存取點11 〇可就相反於

第25頁 1262668 五、發明說明（20) 選參々Λτ 即定天線方向的方向尋找遠端站1 2 〇。照第7圖之計時圖，倘若控制軟體判定有可能兹點，存取點1 1 0首先利用天線2 2 〇 &之全向模式對一 ^ 未使用的MAC位址發射一 CTS訊息。此程序係用來告知σ 内所有遠端站1 2 0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110切換成預期遠端站的選定月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遠端站120進行四向訊框交換協定（RTS、cts、數據及 ACK) 〇倘力彳工制权體判疋不可能有隱藏節點，存取點11 〇不會發送CTS訊息且可在存取點110天線設定成正確方向之時立即開始通，。_若網路協定有要求，RTS訊息得被送給預期的接收态，導致一 CTS訊息回到存取點i丨〇當作認證訊息，如第5A圖所示。，注意到在參照第7圖所述之程序中，效能因RTS訊息不是存取點11 0發射而提升，因為要使遠端站i 2〇停止發射就 =需要CTS訊息。在標準8 0 2_ u協定標頭之ID段内指出的返端站yo確保該指定遠端站收到數據訊框。了參第14圖，說明以隱藏節點辨識為基礎操作一 WLAN 兮之^一存取點的方法。從起點（方塊1 40 0)開始， =料處l括在1410藉由在存取點110與每一遠端站120之間 „天線圖案之相應測得信號品質為關聯的方 "11 -〇以\—盘天—線食土料庫。該等相應測得信號品質係由存取點 110以其與母一遠端站120之通信為基礎判定。在方塊1420

1262668 、發明說明（21) 以天案與該天線資料座发甘 μ ,, 線圖案，且在定用於每一遠端站120之—較佳以進行通信。在=選取一遠端站及對應較佳天線圖可能會在此等通該選定遠端站之較佳天線圖案相關的測得信號y = 質的方式判定。门“天線圖案日“目關的相應信號品倘若可能有一隱藏節點’則在方塊1 45 0廣播—遠點1順定遠端站120正要互相通信的訊息。取此廣播可，王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有一不對應於任竭未使用位址。另一選擇，肖選定遠端站訊框父換協定（RTS、CTS、數據及ACK)以節^丁門題。該方法在方塊“⑼結束。 >、職即點問雖說以上已參照本發明之較佳實施例特定地以々—翊明本發明’熟習此技藝者會理解到可不脫離申，‘ ：β 項所涵盡之發明範圍就形式和細節做出多樣變^。= 說，存取點並不侷限於丨ΕΕΕ 8 0 2·丨丨標準。如/ 取點天線演算法如熟習此技藝者所能輕易理 a子他類型的區域網路，譬如IEEE 8 0 2.1 6標準τ應用^ 網路。 I疋義的區域

1262668 圖式簡單說明第1 A圖係一運用本發明原則之無線區域網路（WLAN)的簡圖，第1 B圖係一第1 A圖之WLAN内正在進行天線掃描之一存取點的簡圖；第2 A圖係一具有外部定向天線陣列之第1 A圖存取點的簡圖，第2B圖係一第2A圖存取點的簡圖，其中該定向天線陣列被併入一内部P C M C I A卡内；第3A圖係一第2A圖定向天線陣列的簡圖；第3B圖係一用來選取一第3A圖定向天線之一天線元件狀態的開關的簡圖；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弟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5B圖係一視需要用於第4圖天線操控程序的替代信號簡圖；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10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測信號為基礎操作WLAN之存取

1262668

點的方法的流程圖；第1 2和1 3圖分別是依據本發明訊框為基礎操作WLAN之存取點第1 4圖係一依據本發明以隱藏存取點的方法的流程圖。以前向和反向鏈結内的控制的方法的流程圖；且節點辨識為基礎操作WLAN之元件符號說明： I 0 5接線糸統 110’ 110’，110a-110c存取 II 5 a - 11 5 c相應區域 1 3 0a-1 30 i定向天線波瓣 2 0 5 a- 2 0 5 e被動天線元件 2 1 5通用序列匯流排 3 0 0定向天線波瓣 3 15開關 3 2 0電 1 0 0無線區域網路 1 2 0 a - 1 2 Q c遠端站 1 2 5箭頭 2 0 0 a ’ 2 0 0 b定向天線陣列 2 0 6主動天線元件 220PCMCIA卡 3 0 5，3 1 0代表性虛線元件 3 2 5電容元件.

4 0 0 ’ 6 0 0 ’控制器、 410，410’實體層 4 1 7信號品質量測值 4 2 0天線操控程序 6 1 0 ’多工器

3 3 0接地面 3 3 5控制信號 4 0 5，4 0 5’天線子系統 412RF信號 415MAC層 4 2 2計時控制訊息 4 2 5方向表 4 2 7定向天線控制 4 2 9數據訊框 6 0 5 a’，6 0 5 b’暫存器81 0響應信號 9 0 5全向天線圖案 6 0 7 ’分集選擇開關控制信號 9 1 0定向天線圖案

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Claims

六、申請專利範圍 1 . 一種操作無線區域網路（W L A N)内之存取點的方法，該存取點包含用來與至少一遠端站通信之一定向天線，該通信係以包括一前導碼和一數據訊框之封包數據的交換為基礎，該方法包括：在一相同前導碼期間，利用該定向天線之一現行角度與該至少一遠端站通信；在該相同前導碼期間，掃描從該定向天線之該複數個替用角度，用以與該至少一遠端站通信；在該相同前導碼期間，測量經由該現行角度及該複數個替用角度從該至少一遠端站所接收的相應信號；以及在該相同前導碼期間，以該等測得信號為基礎選取該現行角度或該複數個替用角度其中之一做為繼續與該至少一遠端站通信之一較佳角度。 2. 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及複數個被動元件。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等複數個替用角度其中一角度包括一全向角度。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該現行角度之選擇及該替用角度之掃描是在該存取點之媒體存取控制 (MAC)層進行。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中當與該替用角度相關之測得信號超過與該現行角度相關之測得信號一預定閾值，將該替用角度選為該較佳角度。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中測量該等相應信

第30頁道泣替換頁六、申請專利範圍號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。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等複數個替用角度係以一預定順序為基礎被掃描。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其更包括儲存該至少一遠端站之較佳角度，且在下一前導碼期間，該存儲較佳角度變成一新的現行角度並且重複該等步驟以選取該新現行角度或替用角度。

9. 如申請專利範圍第1項之方法，其更包括儲存該至少一遠端站之較佳角度，且當在一段預定時間量之後該存取點未接收新的封包數據時，則該儲存較佳角度即變成一新的現行角度並且重複該等步驟以選取該新現行角度或替用角度。 1 0.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標準至少其中一標準為基礎而運作。

1 1 . 一種操作無線區域網路（WLAN)中之存取點的方法，該存取點包含一定向天線，用以基於封包數據之一交換而與至少一遠端站通信，該封包數據包含一前導碼和一數據訊框，該方法包括：在一前導碼期間，利用該定向天線之一現行角度與該至少一遠端站通信；在相同前導碼期間，掃過該定向天線用來與該至少一遠端站通信的複數個替用角度；

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六、申請專利範圍測量經由該現行角度及該等複數個替用角度從該至少一遠端站所接收的相應信號；以及在相同前導碼期間，以該等測得信號為基礎，選取該現行角度或該等複數個替用角度其中一角度以做為繼續與該至少一遠端站通信之一較佳角度。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該定向天線包括至少一主動元件及複數個被動元件。 1 3.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該等複數個替用角度其中一角度包括一全向角度。

1 4.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中當與該等複數個替用角度其中一角度相關之測得信號超過與該現行角度相關之測得信號一預定閾值，將該一替用角度選為該較佳角度。 1 5.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中測量該等相應信號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σ喿比至少其中之一。 1 6.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該等複數個替用角度係以一預定順序為基礎被掃描。

1 7.如申請專利範圍第1 1項之方法，其更包括儲存該至少一遠端站之較佳角度，且在下一前導碼期間，該存儲較佳角度變成一新的現行角度並且在該下一前導碼期間重複該等步驟以選取該新現行角度或替用角度。 1 8.如申請專利範圍第1 1項之方法，其更包括儲存該至少一遠端站之較佳角度，且當在一段預定時間量之後該存取

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六、申請專利範圍點未接收新的封包數據時，則該儲存較佳角度即變成一新的現行角度並且在一下一前導碼期間重複該等步驟以選取該新現行角度或替用角度。 1 9. 一種無線區域網路（WLAN)之存取點，其包括：一定向天線；及一控制器，其連接於該定向天線用以控制該天線，該控制哭口 σ 選取該定向天線之一現行角度，用來與至少一遠端站通信，該通信係以包括一前導碼和一數據訊框之封包數據的交換為基礎，在一相同前導碼期間，從該定向天線之複數個替用角度中掃描出用來與該至少一遠端站通信之一替用角度；在該相同前導碼期間，經由該現行角度及該替用角度，測量從該至少一遠端站所接收的相應信號；以及在該相同前導碼期間，以該等測得信號為基礎選取該現行角度或該替用角度做為繼續與該至少一遠端站通信之一較佳角度。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之存取點，其中該定向天線包括至少一主動元件及複數個被動元件。 2 1.如申請專利範圍第1 9項之存取點，其中該等複數個替用角度其中一角度包括一全向角度。 2 2 .如申請專利範圍第1 9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，且該現行角度之選擇及該替用角度之掃描是在該MAC層進行。

第33頁 H· , i<|M ·ηιιim _,-r 一— . 麻 ^^**·*^1 山：.“仏..，，“、V.轚-* 山修(氡)正,:;触 i ........................II--------------------------------------—------- 六、申請專利範圍 2 3 .如申請專利範圍第1 9項之存取點，其中當與該替用角度相關之測得信號超過與該現行角度相關之測得信號一預定閾值，該替用角度被該控制器選為該較佳角度。 2 4 .如申請專利範圍第1 9項之存取點，其中該等測得信號包括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。 2 5 .如申請專利範圍第1 9項之存取點，其中掃描該替用角度包括在該相同前導碼期間掃描複數個替用角度；且其中該控制器在該相同前導碼期間，經由每一替用角度，測量從該至少一遠端站所接收之相應信號，使得該現行角度或該等複數個替用角度其中一角度被選為該較佳角度。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之存取點，其中該等複數個替用角度係以一預定順序為基礎被掃描。 2 7 .如申請專利範圍第1 9項之存取點，其中該控制器包括一用來儲存該至少一遠端站之較佳角度的記憶體，且在下一前導碼期間，該儲存較佳角度成為一新的現行角度並且由該控制器重複該等步驟以選取該新現行角度或替用角度。 2 8 .如申請專利範圍第1 9項之存取點，其中該控制器包括一用來儲存該至少一遠端站之較佳角度的記憶體，且當在一段預定時間量之後該控制器未接收新的封包數據，則該存儲較佳角度即成為一新的現行角度並且由該控制器重複該等步驟以選取該新現行角度或替用角度。

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