TWI292672B - Access point using directional antennas for uplink transmissions in a wlan - Google Patents

Description

1292672 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是與通訊系統領域相關，尤其是關於一種在一 8〇2·丄） 無線區域網路(WLAN)中以一方向性天線運作之存取點。 【先前技術】

在一個802.11無線區域網路中，存取點(Ap)係與無線使用 者父換資料，而這些無線使用者便稱為客戶站台(cs)，一個 典型的客戶站台範例便是以無線網路卡運作的個人電腦。 一個存取點包含一天線，用以發送下鏈信號至該客戶站 台，該存取點亦負責接收傳輸自每一個客戶站台的上鏈信 號0 2以在存取點傳輸和接收信號之天_最普遍形式，便是 王=位方向性單極n此種形式的天線包含—個單一線 或疋天線70件，其係連接至在該存取點内的收發器，該收 =接收傳輸自-客戶站台的反向鍊結信號，並轉發鍊結 k號至該客戶站台。 、由二單極天_發狀韻錢在魏上係為全方向性， 該，在水平面之所有方位上以相同的信號 性二二以早極天線疋件接收信號同樣地亦為全方向 方向之相同或不同仲之能力讀制來自另一個 夭綠無區別，因此，全方向性 相天線增般來說雜低，導 存取點存取該網路的範圍減少:u “ 會因低增糾衫向紅糕網路的產能也 1292672 為了改善效能，存取點可使用供下鏈傳輸之方向性天線， 但典型地，並不會以方向性天線接收上鏈傳輸，因為其無 法預測下一個客戶站台將於何時何處傳輸。一個存取點使 用方向性天線之方法便是在客戶站台傳輸資料封包之前發 送一個請求以發送(RTS)封包，該存取點以一全方向性天線 接收到該RTS封包之後，接著便切換至方向性天線，以便 接收隨之而來的上鏈資料封包。此方式的缺點便是關於該 資料封包傳輸會帶來額外的負擔，尤其是對小的資料封包 而言。 另一個方法便是使用無競爭時期(CFP)，存取點藉由輪詢該 客戶站口控制该上鏈傳輸，客戶站台僅能在由該存取點輪 珣之後傳輸，然而，CFP並非必要，且大多數廠商並未實 施CFP。除此之外，由於存取點並不知道哪一個客戶站台 有貧料要傳輸，因此也會增加額外的負擔。在最糟的情況 下，該存取點必須輪詢所有的客戶站台以找出有資料要傳 輪的客戶站台。 、 【發明内容】 鑒於上述的先前技術，本發明之目的在於，提供一種存取 點，其使用一方向性天線波束接收上鏈傳輸，而不會對上 鏈傳輸造成負擔。 根據本發明之此目的及其他目的、特徵、和優勢係藉由一 種在一 802.11無線通訊網路中，提供複數個客戶站台及一 存取點之間的上鏈傳輸，該存取點係以一個產生N天線波 束的天線陣列運作，且該上鏈傳輸係於—個包含複數個倒 1292672 窗期間發生。該方法包含：分派—波束識別號 馬、力各该Ν天線波束、為各該關於該存取點之客戶站台選 ，較佳天線波束、且分派一 IP位址給各該客戶站台。各 該分派IP位址之模數N係等於該波束識別號 = 選擇給該客戶料讀佳天職束。 〃係對應 該方法更包含將複數個倒退槽分成N群，其中各該倒退槽 群對應該N天線波束其中之―，且係分派給具有選定特^ 元線波束為其較佳天線波束之該客戶站台，該存取點選擇 該N天線波束其巾之—以接收來自具有敎特定天線波束 為其較佳天線波束之該客戶站台的上鏈傳輸，其中，該上 鏈傳輸係發生於分派給這些客戶站台之倒退槽中。/ 该N天線波束包含—全方向性天線波束及複數個方向性天 線波束，方向性天線波束係用以在來自該客戶站台之上鏈 傳輸期間改善該WLAN之產能，並增加該麵點和該客户 站台之間的通訊，這較佳地是在不造成該上鏈 負擔下完成。 分成各該倒退槽群以便在任-特料之各_退槽位置之 模數N會等於分派給具有特㈣退槽群之該客戶站台的波 束識別號碼’該競爭窗包含1023個倒退槽。 該802.11無線通訊網路細—分散協同功能模式運 作’其方法更包含：如果-觀頻道閒置的話，各該站台 進行感應’若如此，則在在該競爭窗内之其分派倒退窗二 開始上鏈傳輸至該存祕之前，會先特—個分舰框内 空間(DIFS)。 1292672 士果通減相置的話，且在複數_退槽通過之後仍 無上鏈傳輸，則該存取點可選擇全方向性天線波束，作為 •任何客戶站台開始與該存取點進行上鏈傳輸之較佳天線波 束。 如果該存取點決定該—客戶站台已經移動，使得需要更新 其幸乂佳天線波束’職存取點會停止至該客戶站台之傳 輸’根據對麟更新難天驗束讀束ID，更新較佳天 ❿線波束並更新分派IP位址。 本發明之另-個樣態便是產生一存取點，其包含一天線陣 列’用以產S N天線波束，以及一控制器，其係連接至該 天線陣列，用以選擇該N天線波束其中之，以接收來自客 戶站台之上鏈傳輸，其係於一競爭窗期間發生，該競爭窗 包含複數個倒退槽。一收發器係連接至該控制器及該複數 個天線陣列，且包含一個用以執行上述方法之倒退演算法 模組。 • 【實施方式】 本發明現在將參照圖式做更詳細的說明，並展示本發明之 較佳實施方式。然而，本發明將以許多不同形式實施，且 不應限制在本文所提出之實施方式中。反之，提供這些實 施方式以可徹底完全揭露，並將本發明之保護範圍完全傳 達給熟習此技藝之人士。全文中，相似的號碼代表相同的 元件。 清先多弟1圖及苐2圖’其係一種802.11無線區域網路 (\\^八叫10，其包含客戶站台12(1)_12(3)，以及一個以一天 1292672 線陣列16運作的存取點14，其中，可選擇一方向性天線波 束20(1)-20(2)，用以接收該客戶站台之上鏈傳輸，該客戶站 台可以符號12表示，而該方向性天線可以符號20表示。 該天線陣列16包含複數個天線元件18(1)-18(N)，用以產生 N天線波束，包含一或多個方向性天線波束2〇以及一全方

向性天線波束22。為了方便說明本發明，該天線陣列16可 為一三叉天線，其產生3個天線波束：舉例來說，兩個方 向性天線波束20(1)、20(2)、加上一個全方向性天線波束 22，其中，n = 3。舉例來說，該客戶站台12可為具有無線 網卡之個人電腦，且主要使用全方向性天線。 在來自該客戶站台12之上鏈傳輸期間，使用方向性天線波 束20可改善該WLAN 10的產量，並增加該存取點14及該 客戶站台之間的通訊範圍。此優點可在不造成該上鏈傳輸 之額外負擔下完成。 一個方向性天線波束20在大多數情況下也提供高的信號雜 訊比’因此使得該鍊結可以在較高的資料率下運作。802.llb 鍊結之PHY資料率係為丨小“、以及11Mbps，而搬山 之速率則為 6、9、12、18、24、36、48、以及541^。 叫的裝置支援跟8G2.11a |置相同的資料率 歡仙速率所支援的速率。 、十早且支板 ΪΓΠΓ14包含1束切換料3G，其係連接至該智慧型 元^X題含—收發11 32 ’其錢接波束切換單 換單元^係賴至魏料32，錢脑該波束切 、早疋，該控制器40肖包含—處理器42，用以執行— 1292672 天線操縱演算法18。 或者，該天線操縱演算法18可使用一 8〇211 pHY/MAC晶 片組運作，而取代所述之處理器42。該PHY/MAC晶片組 包含所述之PHY層43以及該MAC層44。 該IEEE 8〇2.11標準定義兩個運作模式：分散協同功能(dcf) 以及點協同功能(PCF)。該PCF模式係為—集中式MAC協 定’其支援無碰撞和受限於時_服務。該DCF模式則是 -種載波感應多重存取及碰到避免(CDSMA/CA)之形式， DCF模式之碰彳里避免部份包含一倒退機制或演算法π。 該DCF模式滿足-客戶站台12在其感測該頻道⑽係為閒 置並開始其競爭窗84之後’便必須等待—分散訊框内空間 (DIFS)時期82 ’如第3 ®所卿之DCF傳輸機制。在該 802.11標準中，最大可有_個倒退槽，該倒退槽演算法 並未標準化。目前’ 1023個時槽僅供繼llb/g標準使用， 未來的標準可能會使用列數量的軸，這對熟習此技藝 之人士來說是可輕易了解的。 通常，該客戶站台12可在其競爭窗84 _任何倒退時样 開始上鏈傳輸’然、而，為了讓存取點14知道哪—個^ 天線係給任—客戶站台12使用，根據本發明，該客戶站A 僅在特定倒退時槽上傳輸。各該站⑽分派—ιρ位址，: 將-較佳天敎束id歧識猶鱗錄址上，這 文中做更詳細的描述。該客戶站台12僅在允許分配认 較佳天線絲id之倒賴均輸，在各關簡中;^ 取點Μ將接著監聽分派給此時槽之天線模式。 子 1292672 在該WLAN 10巾提供财戶料12及該存賴i4之間之 上鏈傳輸的流額7，現在將參照第4圖討論。開始後(方 '塊1〇〇) ’在方塊102中，—波束識別號碼係分派給各該Ν 天線波束。為了方便說明，該存取點具有兩個方向性天線 波束20(1)、20(2)、以及-全方向性天線波束22。該全方向 性天線波束22係分派-波束id = 〇，右天線方向性天線波 束20係分派-波束id = i，而該左方向性天線波束2〇係分 • 派一波束记=2。總共有三個天線波束，因此，N = 3。 在方塊104中，執行與該客戶站台相關之認證及關聯。在 方塊106 +，選擇或發現與該存取點相關聯之各該客戶站 台12之較佳天線波束。根據該天線客戶料12相對於該 存取點14之位置，較佳的天線波束可為該方向性天線波束 20(1)、20(2)其中之-’或是全方向性天線波束22。 在方塊108中，各該客戶站台12係分派一個正位址，一個 動態主機配置通訊協定(DHCP)係由該存取點14使用以分 籲 派-個IP位址給與其相關之各該客戶站台12。根據本發 明，係分派一 IP位址，使得各該分派ιρ位址之模數n，^ 等於對應為該客戶站台12所選之較佳天線波束2〇之波束 識別號碼。 該IP位址分派機制係於第5圖中說明，右方向性天線波束 20(1)具有波束id = 1，左方向性天線波束2〇(2)具有波束w = 2，圖上未示的全方向性天線波束22具有波束Μ = 〇。 在該客戶站台12於第130節請求關聯，且該存取點14於 第140節回應之後，該存取點於第15〇節為各該客戶站△ 11 1292672 選擇較佳天線波束。於第160節，該存取點14分派一 IP 位址給一客戶站台，使付IP的最末8位元m〇(j (N)=波束 id，其中，N -天線波束號碼。該ιρν4位址具有4組以小 數點分開的八位元碼，為了讓計算簡單一些，僅會使用最 末一組的八位元。如第5圖所說明，該客戶站台丨以丨）、；^^) 在右方向性天線波束20(1)之下所分配之位址分別為 192·168·0·1以及192·168·0·4，而該客戶站台12(3)在左方向 籲性天線波束20(2)下所分配之ip位址則為192 168 〇.2。 mod即為IP位址的模運算，熟息此技藝之人士可輕易得 知，模運算是一種關於除法的運算，但回傳值則為餘數。

當執行各該IP位址之N模運算時，其中，在本實施例中N =3,結果便是為特定客戶站台12所驗佳天線波束之. 對IP位址192·168·0·1而言，其係分配給該客戶站台20^)， 1的3模數提供的餘數即$ i，對應的便是該右方向性天 線波束20(1)。客戶料12(2)亦分派給該右方向性天線波 參 束，因為其IP位址為192·168·0·4，“4”的3模數所得依然為 1亦即其&供的餘數亦為1，因此，還是對應到右方向 性天線波束20(1)。 對客戶站台2G(3)而言，其Ιρ位址為192 168 ()·2，“2，，的3 k數提供的餘數即為2,對應的便是該左方向性天線波束 20(2)。舉例來說，如果另一個客戶站台具有一分派正位址 為192·168·0·3，“3”的3模數提供的餘數即為〇，對應的便 是全方向性天線波束22。 在方塊110巾，該方法更包含將複數個倒退槽分成Ν群，

12 1292672 其中，每群倒退槽對應該N天線波束其中之一，且分派給 具有選擇特疋天線波束為其較佳天線波束之客戶站台12。 各該倒退槽群尤其細分，使得在—特定群之各該倒退槽位 置之N模數等於分派給具有此特定舰槽群之客戶站台的 波束id。 在此實施例中，在右方向性波束2〇⑴下之客戶站台12⑴、 12(2)，僅能在倒退槽！、4、7、1〇••中傳輸，在左方向性波 束20(2)下之客戶站台12(3)僅能在倒退槽2、5、8、u••中 傳輸，同樣地，在全方向性天線波束22下之客戶站台僅能 在倒退槽3 6、9、12···中傳輸。如果在任一這些倒退槽中 執行3模數運算，結果便是分派給具有這些時槽之客戶站 台12的波束id，舉例來說，倒退槽“ 1〇，，的3模數=丨，倒 退槽“11”的3模數=2，而倒退槽“ 12，，的3模數：=〇。 在方塊112中，該存取點η選擇該N天線波束其中之一以 接來自具有選擇特定天線波束為其較佳天線波束之客戶站 台的上鏈傳輸，其中，該上鏈傳輸係於分派給這些客戶站 台之倒退槽中發生。 該存取點14將使用該左方向性天線波束2〇(2)以於倒退槽 卜4、7、10···中進行接收，且將使用該右方向性天線波束 20(1)以於倒退槽2、5、8、11···中進行接收，且將使用全方 向性天線波束22以於倒退槽3、6、9、12···中進行接收。 由於各該客戶站台12總是監聽該媒體並更新其NAV，因 此，所有的客戶站台便於上一次媒體80忙碌至上一次媒體 忙碌+DIFS + 1023倒退槽的期間同步。如果mFS + 1〇23 1292672 倒退槽後在媒體80變為閒置而無傳輸，則該存取點丨4將 使用全方向性天線22接收，且該客戶站台將以802.11標準 所定義的方式傳輸。 如果客戶站台12由功率節省模式中喚醒，且並不知道上次 封包於何時傳輸的話，其會在開始傳輸之前，等待上至DIFS + 1023倒退槽時間。

如果在此期間有封包傳輸的話，則該客戶站台12便會知道 该存取點14何時將監聽該全方向性天線波束22,且可在該 存取點14使用該全方向性天線波束22時於一倒退槽時槽 開始傳輸。如果在此期間無封包傳輸的話，則該客戶站台 12便可開始傳輸，因為該存取點14係於DIFS+ 1023倒退 槽之後監聽該全方向性天線波束22。 在進入该WLAN 10的新客戶站台方面，當該存取點ι4使 用該全方向性天線波束22時，其將於該倒退時槽傳輸一認 迅凊求、一相關請求、或是一探針請求，在此實施例中， 該全方向性天線波束22之該倒退槽係為〇、3、6、9、12 。 虽该存取點14發現一客戶站台12已經移動且該站台之較 佳天線波束改變時，該存取點進行如下動作：終止傳輸= 包至該客戶站台12;使用DHCP通訊協定以更新該客:站 台之ip位址，使其可在正確的時間傳輸且該存取點14可於 正確的天線波束接收；以及使用新的IP位址開始傳輸至哕 客戶站台。最終，本發明之方法於方塊114終止。 儘管本發明之特徵和元件皆於實施例中以特定組合方 描述，但實施例中每一特徵或元件能獨自使用，而不 14 1292672 較佳實施方式之其他特徵或元件組合，或是與/不與本發明 之其他特徵和元件做不同之組合。儘管本發明已經透過較 佳實施例描述，其他不脫附本發明申請專利範圍之變型， 對熟習此技藝之人士來說還是顯而易見的。

15 1292672 【圖式簡單說明】 藉由下文中一較佳實施例之描述、所給予的範例，並參照 對應的圖式，本發明可獲得更詳細地瞭解，其中： 第1圖所示為根據本發明之WLAN示意圖，該WLAN包含 客戶站台，以及一存取點，其係以一個產生全方向性天線 波束和方向性天線波束之天線陣列運作； 第2圖所示為第1圖之存取點方塊圖； 第3圖所示為根據本發明在802.11 WLAN中之DCF模式時 間線； 第4圖所示為根據本發明在客戶站台和存取點間提供在 802.11無線通訊網路之上鏈傳輸流程圖；以及 第5圖所示為與第1圖之存取點相關之客戶站台的位址分 配機制圖。 1292672 【主要元件符號說明】 10 16 18(1>18(N) 20(1)、20(2)、22 130、140、150、160 AP CS DIFS DHCP IP 無線區域網路 天線陣列 天線元件 方向性天線波束 即 存取點 客戶站台 分散訊框内空間 動態主機配置通訊協定 位址

Claims (1)

1292672 於月/日修(更)正彻 十、申請專利範圍： 種用於在複數個客戶站台及一存取點間的8〇2」ι無 線通訊網路中提供上鏈傳輸之方法，該存取點係以Γ 產生N天線波束之天線陣列運作，且該上鏈傳輸係於 ^含複數個倒退槽之—競爭g中發生，該方法包含： 刀派波束識別號碼給各該N天線波束；

^與該存取點相關之各該客戶站台選擇—較佳天線波 束； 通=各該客戶料其所選之難天線波束； 將複數個倒退槽分成，各倒退槽群對應該N天線 ’且分祕具有觸㈣定天線波束為 較t天線波束之客戶站台；以及 由該存取點選擇該n天線波束其中之-，以接收來自 f有所選擇特定天線波輕錄佳天軸束之客戶站

口的上鏈傳輸’該上鍵雜係於分派給這 之倒退槽中發生。 一 祀口 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法， 根據分派一 IP位址給各客戶站 位址之一最後八位元組之 其中’該通知係 ，其中，各該分派IP u y 〜模數等於對應為該客戶 站口所選狀較敍線波束之波錢別號碼。 如申請專利範圍第2項所述之方法， 其中，各該倒退 槽群係加❹分，使得纽—特料 的N模數會等於分派給具有此特定倒退槽上=置 台的波束識別號碼。 站 18 3. 1292672 — 如申明專利範圍第1項所述之方法，其中，該8〇211 無線通訊網路係以一分散式協同功能(D C F)模式運 作，且如果一通訊頻道閒置時，更包含各客戶站台感 测功能，且如果如此，則在該競爭窗内之其分派倒退 槽上開始上鏈傳輪至該存取點之前，等待一分散式訊 框間空間(DIFS)時期。

5.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該N天線 波束包含-全方向性天線波束以及複數個方向性天線 波束。 6. 8.

9. 2請專纖圍第1顧叙方法，其中，該競爭窗 包含1023個倒退槽。=請專魏圍第1項所叙方法，更包含執行與該 客戶站台之認證及關聯。 如申請專利範圍第i項所述之方法，其中， 取點之該客戶站台係同步化。如申請專纖圍第5顿述之方法，其中，二頻道為閒置’且麵數_簡通過之後 =:皮f存取點選擇該全方向性天線波束為;： 線波束’以供任一客戶站台開始與該存取點 關於該存 鏈傳輸 天 之間的上 10·如申請專利範圍第1 取點判定一客戶站台 天線波束，則該存取 新該較佳天線波束， 項所述之雜，其巾，㈣ 已:移動’使得必須較: 點會終止讀轉客戶站A ^ 並根據對應該更新較佳天:波】 19 I292672 ,"r ， 之該波束id分派ip位址。 U.如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，如果一客 戶站台自一功率節省模式中喚醒，且不知道上一次一 資料封包何時傳遞，則該客戶站台在與該全方性向天 ，波束有關之一倒退槽開始上鏈傳輸至該存取點之 别，等待一預設量的時間加上該複數個倒退槽通過的 時間。 12·如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，如果該客 戶站台知道上一次該資料封包何時傳輸，則該客戶站 台知道該存取點將於何時監聽該全方向性天線波束， 並開始在與該全方向性天線波束有關之一倒退槽上進 行與該存取點之上鏈傳輸。 13·如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，與該存取 點有關之一新客戶站台係於與該全方向性天線波束有 關之倒退槽上開始與該存取點之上鏈傳輸。 14· 一種存取點，其包含： 一天線陣列，用以產生N天線波束； 一控制器，其與該天線陣列耦合，用以選擇該N天線 波束其中之一，以接收來自客戶站台之上鏈傳輸，其 係發生於包含複數個倒退槽之一競爭窗期間；以及 一收發裔，其與該控制器及該天線陣列麵合，且包含 一倒退演算法模組，用以執行下列動作·· 分派一波束識別號碼給各該N天線波束； 為與該存取點有關之各客戶站台選擇一較佳天線波 20 1292672 束；

n 站台其簡之較佳天線波束； 線:束轉’各倒退槽群對應該N天 ^皮束其中之―，且分派給具有所選擇 4天 東為其較佳天線波束之客戶站台；以及、天線竣 ，擇該Ν天線波束射之_，贿收來自

擇特定天線波束為其健天線波束之客戶.所選 鏈傳輪，該上鏈傳輸係於分派給這些客:的上 退槽中發生。 Ό之匈 15. 如申請專利範圍第Μ項所述之存取點，其中 係根據分派一 ΙΡ位址給各客戶站台，其中，各 位址之-最後八位元組之一 Ν模數等於對應為該# 站台所選擇之較佳天線波束之波束識別號碼。 16. 如申請專利範圍第15項所述之存取點，其中，該倒退

演算法模組細分各倒退槽群，使得在一特定群=各: 退槽位置的Ν模數會等於分派給具有此特定甸退槽群 之客戶站台的波束識別號碼。 曰 17·如申請專利範圍第14項所述之存取點，其中，該天線 陣列產生一全方向性天線波束以及複數個方向性天線 波東。 18·如申請專利範圍第14項所述之存取點，其中，該存取 點係於一 802.11無線通訊網路中運作。 19·如申請專利範圍第14項所述之存取點，其中，該競爭 窗包含1023個倒退槽。 21 f jpr ίΠ :== 項所述之存取點，其中，該收發 、^各戶站台有關之認證及關聯。 ==圍第14項所述之存取點，其中，該收發 °°係财存取點有關之客戶站台同步化。 如申請專利範園第17項所述之存取點，其中，如果一 =頻=閒置’且在複數個倒退槽通過之後無上鏈 =“亥控制器選擇該全方向性天線波束為其較佳 、本波束’以供任—客戶站台開始上鍵傳輸。 如申請專利範圍第14項所述之存取點， :發器判定-客戶站台已經移動，使得其較佳= 束必須更新的話，則該收發器會終 天線波 台，更新該較佳天線波束，並根據對應站 線波束之該波束id分派IP位址。Λ '較佳天