TWI390995B - 選擇性調整存取點天線配置以增強行動站涵蓋性之方法 - Google Patents

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Description

選擇性調整存取點天線配置以增強行動站涵蓋性之方法
本發明是關於無線通訊領域，本發明尤其是關於在一無線通訊系統中天線發射模式的控制。
在一無線區域網路(WLAN)系統中，分散式協同功能(Distributed Coordination Function,DCF)為一種基礎存取方法，用以支援在一最佳效果基礎上的非同步資料傳輸。WLAN系統的DCF模式是用以支援促進對所有站台公平存取頻道之爭用服務，用以達成此服務的多重存取機制係為載波感測多重存取碰撞避免協定(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)。站台偵測頻道是否忙碌的一個方式，便是藉由分析由其他WLAN使用者所發送之所有偵測封包，以及經由來自其他來源之相關信號強度偵測在頻道中的活動。
請參照第1圖，一種無線通訊系統100，其包含一存取點(AP)105，其係與複數個無線傳輸/接收單元(WTRUs)110、115及120通訊，亦即站台、終端。在AP 105涵蓋區域內但在互相涵蓋區域外的兩個WTRUs，係稱為互相隱蔽，如果兩個WTRUs互相「隱蔽」的話，第一WTRU無法偵測由第二WTRU所發送的信號，因此會使兩個WTRUs相互「碰撞避免」的能力失效。
該WLAN通訊協定使用「請求發送/清除發送(RTS/CTS)」握手機制以對抗碰撞效應，藉由相同的客戶，RTS/CTS能用以避免隱蔽終端問題。
請參照第2圖，當使用RTS/CTS時，一來源WTRU欲傳輸一訊框，在一分散式訊框間空間(DIFS)210指示該WTRU必須傳輸其封包持續時間到期之後，發送一RTS訊息205。如果目標WTRU成功地接收該RTS訊息205，則該目標WTRU在一短訊框間空間(SIFS)215到期之後會以一CTS訊息220回應，以確認來源WTRU允許傳輸，且預約該資料傳輸頻道。該來源WTRU接著發送一資料封包225，且該目標WTRU接著發送一確認訊息(ACK)230以確認成功接收該資料封包225。使用此握手機制，所有的WTRU有可能會接收至少兩訊息(RTS或是CTS)中的一個，因為該AP 105將傳輸此兩訊息之一，根據RTS及/或CTS訊息之接收，其他WTRUs能設定其資料傳輸期間之網路分配向量(NAV)225、230，接著在存取該頻道之前便建立一爭用窗(CW)245。此機制實際上替來源WTRU確保媒體被預留一段所需的持續時間，因此解決了隱蔽終端問題。
請參照第3圖，DCF模式運作亦支援大型媒體存取控制(MAC)通訊協定資料單元(MPDUs)之碎裂和重組。當MPDU之大小超過一配置閾值，其會分成較小的段落，接收器可分別地確認每一個片段。只有第一個片段使用RTS/CTS機制發送，除此之外，初始RTS/CTS訊息的持續時間範圍僅對第一片段負責，接續片段的持續時間資訊係由其他WTRU藉由前序片段之表頭及確認(ACK)訊息來判定。
隨著對LAN系統更高範圍及更高容量的需求增加，使得適應性天線的使用吸引了此類系統的目光，由於關於適應性天線技術的成本的關係，適應性天線的使用咸認對AP比對所有的WTRU來說有較多吸引力。
典型地，智慧天線系統使用一天線陣列，且形成指向電波以傳輸並接收無線信號。當增加的指向性幫助增加涵蓋性及信號雜訊比，且同時減少對鄰近基地台系統(BSSs)的干擾時，其亦削弱了在一給予的電波執行載波感應之WTRU能力，其係當該AP 105傳輸封包至在其他電波的WTRUs時。在此類系統中，由於位於電波中的WTRU在偵測由AP 105發送的RTS(在AP 105為來源的例子中)或CTS(當AP 105為目標時)具有很低的機率，因此除了AP 105所傳輸之WTRU外，使用該RTS/CTS握手機制並無法緩和隱蔽終端問題。
舉例來說，第1圖所示為WTRU 110及115位於電波1之狀態，其係傳輸封包至AP 105或由AP 105接收封包。假設WTRU 120位於WTRU 110之涵蓋限制外，且在不同的電波中(亦即電波5)而非WTRU 110及115所處之電波中(亦即電波1)，則很可能無法偵測由該AP 105發送至在電波1中WTRU 110及115的封包，此即視為隱蔽電波問題，且如果WTRU 120有資料要傳輸的話，將會導致資料碰撞。同樣地，WTRU 120在WTRU 110涵蓋限制外的事實亦被視為隱蔽終端問題，其亦會導致碰撞的可能性。因此，使用RTS和CTS握手機制並無法減輕隱蔽終端或隱蔽電波問題，因為WTRU 120無法偵測由WTRU 110透過電波1發送至該AP 105之RTS或CTS訊息，也無法偵測AP 105透過電波1發送至WTRU 110或115之RTS或CTS訊息。
因此便高度渴求一種成功地發送和接收資料封包而不會碰到隱蔽終端或隱蔽電波問題的方法。
本發明是一種用於包含複數個WTRUs及一AP之無線通訊系統的方法。
在一實施方式中，該AP係配置以經由至少一天線傳輸至少一資料封包至一或多個WTRUs。該AP配置該天線成為一寬電波配置，其涵蓋所需的服務區域。該AP經由該寬電波天線配置傳輸一RTS訊息到至少一該WTRUs，該AP等待以經由該寬電波天線配置接收來自至少一WTRU之CTS訊息。該AP決定最佳化的天線設定以便與一WTRU通訊，該AP接著配置該天線成為一窄電波配置且傳輸該至少一資料封包至該至少一WTRU，該AP等待以接收一確認訊息指示該資料封包已經由該至少一WTRU成功地接收，該AP接著配置該天線成為寬帶配置以因應接收該確認訊息。
該系統可為WLAN系統，其提供使用CSMA/CA之服務，如果該AP未能接收該CTS控制訊息，則該系統可執行傳輸失效程序，該AP可在傳輸該RTS控制訊息之前執行一MAC層通訊協定以獲得頻道存取。
在另一個實施方式中，該AP係配置以傳輸資料封包片段。該AP配置該天線成為一寬電波配置，其涵蓋所需的服務區域。該AP經由該寬電波天線配置傳輸一RTS訊息到至少一該WTRUs，該AP等待以經由該寬電波天線配置接收來自至少一WTRU之CTS訊息。該AP經由該寬電波天線配置傳輸一資料封包片段之第一部份至該至少一WTRU，該AP接著配置該天線成為一窄電波配置，且經由該窄電波天線配置傳輸該該資料封包片段之第二部分。
在該AP傳輸該資料封包片段之第二部分之後，該AP可配置該天線成為一寬電波配置，該AP等待以接收一確認訊息指示該資料封包片段已經由該至少一WTRU接收，如果該AP接收該確認訊息且還有更多的資料封包片段等著處理的話，則重複執行該程序。
如果該AP並未接收該確認訊息，該系統可執行一傳輸失效程序。該資料封包片段之第一部份可包含一前序、一PLCP表頭及一MAC表頭。
在另一實施方式中，該AP係配置以接收資料封包片段。該AP接收由至少一WTRU所發送之RTS控制訊息，該AP配置該天線成為一寬電波配置，該AP經由該寬電波配置傳輸一CTS訊息至該至少一WTRU，該AP配置該天線成為一窄電波配置，該AP等待以經由該窄電波天線配置接收一資料封包片段，如果該資料封包片段成功地被接收，則該AP配置該天線成為一寬電波配置，該AP發送一確認訊息至至少一WTRU，指示該資料封包片段以成功地接收。
如果該資料封包片段並未成功地被接收，則該AP可配置該天線成為一寬電波配置，該系統可執行一接收失敗程序。如果有更多的資料封包片段等著處理，則重複執行該程序。
較佳實施方式將參照圖式說明，其中相同的號碼代表相同的元件。
較佳地，本文所揭露之方法和系統使用一或多個無線傳輸/接收單元(WTRU)，此後，一WTRU包含但並未限制於一使用者設備(UE)、一行動台、一固定或行動用戶單元、一呼叫器或可在一無線環境下操作之任何形式之裝置。
本發明一種方法，其中一配備一適應性天線系統之存取點，當傳輸RTS、CTS及ACK封包時放寬其發射模式，且當傳輸及/或接收資料封包時使用更多的指向模式，在使用分段的例子中，僅PPDU包含持續時間之資訊的初始部分，會使用放寬的發射模式傳輸。
假設AP 105配備有適應性天線系統，其可集中其發射模式以傳輸及/或接收至/來自整體服務區域(亦即胞元)內之一特定區域。除此之外，AP 105可配置其適應性天線系統成為一寬發射模式以傳輸及/或接收，其涵蓋該胞元服務之整個區域。發射模式的放寬可透過不同的方法達成，包括但不限制於使用一區別全方位天線，或是調整電波形成閥以允許在所有方向中的同種涵蓋。當接收來自使用其寬電波之WTRU之傳輸時，AP 105決定最佳發射模式以傳輸至該WTRU或由該WTRU接收，舉例來說，該AP 105可使用接收封包之抵達角度測量，以決定一窄電波發射模式。
在預設狀態下，該AP 105之天線應該配置為一寬模式，其涵蓋服務胞元之整個區域。如此一來，閒置的AP 105可偵測及接收來自位於其涵蓋區域內之任何WTRU的傳輸。
當該AP 105有資料要傳輸至一ATRU且使用一窄電波時，該AP 105利用RTS/CTS握手機制，該初始RTS封包係使用寬電波傳輸，根據接收來自該目標WTRU之CTS封包，該AP 105配置其智慧天線且使用窄電波傳輸該資料封包。請注意AP 105可基於接收來自該WTRU之CTS封包來評估傳輸至該WTRU之最佳化天線參數。
第4圖所示為程序400流程圖，其包含根據本發明用以執行使用RTS/CTS機制的AP傳輸步驟，流程圖中所示之傳輸失敗程序係獨立執行，且不在本發明之保護範圍內。典型地，AP將重新嘗試該資料封包之傳輸，其係根據第一次嘗試之相同步驟，直到傳輸嘗試的最大量為止。
RTS/CTS握手機制造成小資料封包顯著的負擔。就其本身而論，RTS/CTS及電波形成之使用可根據資料封包大小來決定，例如基於閾值。更精確地說，小資料封包可使用寬電波直接傳輸，反之大資料封包可根據第4圖所描述之程序傳輸。
請參照第4圖之程序400，本發明解決了上述的隱蔽電波問題。在步驟405中，當一AP 105欲發送一封包至位於一特定電波之WTRU 110或是115時，該AP 105配置其天線成為一寬電波預設值(步驟410)，並且執行802.11 MAC層通訊協定以供頻道存取(步驟415)。該AP 105使用一寬發射模式傳輸一RTS控制訊息至該WTRU(步驟420)以確保在該胞元中的每一個使用者都能偵測到。在胞元內的每個使用者會被通知頻道預留的持續時間，其係由該RTS控制訊息指示。此避免了位於電波外的WTRU 120及位於電波內的目標WTRU 110或115之間的碰撞。
仍請參照第4圖，在步驟425中，該AP 105等待以經由該寬電波天線接收來自該至少一WTRU之CTS控制訊息，以因應該RTS控制訊息。如果AP 105未收到CTS訊息，則執行傳輸失敗程序(步驟430)。如果收到CTS訊息，則該AP 105會決定與WTRU通訊之最佳化天線設定(步驟435)。該AP 105接著配置該天線成為一窄電波配置(步驟440)，並傳輸該資料封包至該WTRU(步驟445)。在步驟450中，該AP 105等待以接收一ACK訊息，指示該資料封包已經由該WTRU成功地接收。如果AP 105未接收到一ACK訊息，則執行傳輸失敗程序(步驟430)。如果接收到ACK訊息，則步驟455中該AP 105將該天線配置回寬電波配置。
如果使用資料封包片段，該RTS/CTS控制封包僅在第一片段提供持續時間資訊。接續封包的持續時間資訊係於前序片段的MAC表頭及其ACK中傳送。隨著接收來自目標WTRU之CTS訊息，該AP 105使用其智慧天線之電波形成能力以傳輸該封包的剩餘部分，減少對鄰近胞元的干擾並改善其傳輸範圍。
第5圖所示為程序500之流程圖，其包含根據本發明用以執行使用RTS/CTS機制及片段之AP傳輸步驟。如同前例所述，RTS封包係使用寬電波傳輸，然而，當使用片段時，該AP 105使用該寬電波傳輸一資料封包(亦即片段)之前序、實體層整合協定(PLCP)表頭及MAC表頭，每一片段的剩餘部分仍用窄電波傳輸。
在步驟505中，當AP 105準備要發送封包至位於一特定電波之WTRU 110或115時，該AP 105配置其天線成為一寬電波預設值(步驟510)，並執行802.11 MAC層通訊協定以供頻道存取(步驟515)。該AP 105使用一寬發射模式傳輸一RTS控制訊息至該WTRU(步驟520)，以確保在該胞元中的每個使用者可偵測到。在步驟525中，該AP 105等待以經由該寬電波天線配置接收來自該WTRU之CTS控制訊息，以因應該RTS控制訊息。如果未收到CTS訊息，則執行傳輸失敗程序(步驟530)。
如果收到CTS訊息，則該AP 105會在一寬電波模式中傳輸一資料封包(亦即片段)之前序、實體層整合協定(PLCP)表頭及MAC表頭(步驟535)。該AP 105接著決定與WTRU通訊之最佳化天線設定(步驟540)。在步驟545中，該AP 105配置該天線成為一窄電波(亦即集中)傳輸，且接著　在步驟550中，該AP 105傳輸該片段的剩餘部分。在步驟555中，該AP 105將天線配置回預設(寬電波)配置。
在步驟560中，該AP 105等待以經由該寬電波天線配置接收來自至少一WTRU之CTS控制訊息，判定一ACK訊息是否由該WTRU所接收。如果未接收到一ACK訊息，則執行傳輸失敗程序(步驟530)。如果接收到ACK訊息，則判定是否尚有片段需傳輸(步驟565)，如果有至少一額外片段等待傳輸，則該程序500回到步驟535，藉此該AP 105在一寬電波模式下傳輸一資料封包(亦即片段)之前序、實體層整合協定(PLCP)表頭及MAC表頭。
一AP 105亦可使用其適應性天線以接收來自一WTRU之資料封包。在此例中，當接收資料封包時，該AP 105僅需集中其天線。該AP 105使用寬電波傳輸該CTS封包，且如果需要的話，傳輸該ACK封包。
第6圖所示為程序600之流程圖，其包含根據本發明用以執行具/不具資料封包片段之AP接收步驟。如同第1圖所示，如果WTRU 110有資料要發送至該AP 105，則其發送RTS訊息以便預留頻道一段封包傳輸持續時間。因為WTRU 120在WTRU 110範圍之外(隱蔽頻道)，WTRU 120將無法偵測由WTRU 110所發送的RTS訊息。然而，藉由執行第6圖之步驟，CTS封包會使用寬電波傳輸，因此AP 105便可確保WTRU 120接收到CTS封包，使得WTRU 120設定其NAV為資料封包傳輸持續時間，該頻道接著便為WTRU 110預留以便傳輸該資料封包。
請仍參照第6圖，一閒置AP 105接收到一RTS或其他訊息，指示一資料封包等著被發送至AP 105之目標位址(步驟605)。在步驟610中，該AP 105決定與該WTRU通訊之最佳化天線設定。在步驟615中，判定RTS訊息是否已被接收。如果在步驟615中判定RTS訊框已被接收，則該AP 105使用一寬電波傳輸一CTS控制訊息(步驟620)，且接著配置該天線為窄電波(亦即集中)以接收資料封包(步驟625)。如果在步驟615中判定RTS未被接收，則如果封包已經成功接收的話，該AP 105接著使用一寬電波天線配置以發送一ACK。
在步驟630中，判定封包是否已成功地由該AP 105所接收。如果封包未被成功地接收，該AP 105配置該天線成為一寬電波(步驟635)，且執行接收失敗程序(步驟640)。如果封包成功地被接收，則該AP 105配置該天線成為寬電波(步驟645)，且發送一ACK訊息至該WTRU(步驟650)。在步驟655中，判定是否尚有片段等待傳輸，如果有至少一額外片段等待傳輸，該程序600便回到步驟625，藉此該AP 105會配置該天線成為一窄電波(亦即集中)以接收。
儘管本發明已經以較佳實施例特定的呈現和描述，但熟習此技藝之人士應該知道，在不脫離本發明保護範圍下，在形式和細節上可做不同的變化。
ACK．．．確認
AP．．．存取點
CTS．．．清除發送
CW．．．爭用窗
DIFS．．．分散式訊框間空間
MAC．．．媒體存取控制
NAV．．．網路分配向量
PLCP．．．實體層整合協定
RTS．．．請求發送
SIFS．．．短訊框間空間
WTRU．．．無線傳輸/接收單元
100．．．無線通訊系統
105．．．AP
110、115、120．．．WTRUs
205．．．RTS訊息
210．．．DIFS
215．．．SIFS
220．．．CTS訊息
225‧‧‧資料封包
230‧‧‧ACK
225、230‧‧‧NAV
245‧‧‧CW
400‧‧‧根據本發明執行RTS/CTS機制的AP傳輸程序
500‧‧‧根據本發明執行RTS/CTS機制及片段的AP傳輸程序
600‧‧‧根據本發明執行具/不具資料封包片段的AP接收程序
第1圖所示為包含本發明之無線通訊系統。
第2圖所示為使用RTS/CTS機制之傳輸。
第3圖所示為使用RTS/CTS機制及分段之傳輸。
第4圖所示為一流程圖，其說明根據本發明方法之步驟，用以在第1圖之系統中使用不具備分段之RTS/CTS機制來執行AP傳輸。
第5圖所示為一流程圖，其說明根據本發明方法之步驟，用以在第1圖之系統中使用具備分段之RTS/CTS機制來執行AP傳輸。
第6圖所示為一流程圖，其說明根據本發明方法之步驟，用以在第1圖之系統中使用具備/不具備分段之RTS/CTS機制來執行AP接收。
ACK‧‧‧確認
CTS‧‧‧清除發送
CW‧‧‧爭用窗
DIFS‧‧‧分散式訊框間空間
NAV‧‧‧網路分配向量
RTS‧‧‧請求發送
SIFS‧‧‧短訊框間空間
WTRU‧‧‧無線傳輸/接收單元

Claims (8)

  1. 一種存取點(AP)，該AP包括：一天線，其配置以選擇性地經由一寬電波配置和經由一窄電波配置傳輸與接收，其中該配置係選擇以回應該AP的一判定；一傳輸元件，配置以經由該寬電波配置傳輸一請求發送(RTS)控制訊息；一接收元件，配置以經由該寬電波配置接收一清除發送(CTS)控制訊息；該傳輸元件更配置以經由該窄電波配置傳輸至少一資料封包，以回應該CTS控制訊息；以及該接收元件更配置以接收顯示已成功接收該資料封包之一確認訊息。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之AP，更包括：一媒體存取控制(MAC)元件，配置以執行一MAC層協定，以在傳輸該RTS控制訊息前獲取頻道存取。
  3. 一種存取點(AP)，該AP包括：一天線，其配置以選擇性地經由一寬電波配置和經由一窄電波配置傳輸與接收，其中該配置係選擇以回應該AP的一判定；一傳輸元件，配置以經由該寬電波配置傳輸一請求發送(RTS)控制訊息；一接收元件，配置以經由該寬電波配置接收一清除發送(CTS)控制訊息； 該傳輸元件更配置以經由該寬電波配置傳輸一資料封包片段的一第一部份，以回應該CTS控制訊息；該接收元件更配置以接收一確認訊息，該確認訊息顯示已成功接收該資料封包片段之該第一部份；以及該傳輸元件更配置以經由該窄電波配置傳輸該資料封包片段的一第二部份，以回應接收該確認訊息。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之AP，更包括：一媒體存取控制(MAC)元件，配置以執行一MAC層協定，以在傳輸該RTS控制訊息前獲取頻道存取。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之AP，更包括：該傳輸元件更配置以在該AP接收該確認訊息且有額外的資料封包片段可被處理的條件下，處理額外的資料封包片段。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之AP，其中該第一部分的該資料封包片段包括一前序、一實體層整合協定(PLCP)表頭與一媒體存取控制(MAC)表頭。
  7. 一種存取點(AP)，其包括：一天線，其配置以選擇性地經由一寬電波配置和經由一窄電波配置傳輸與接收，其中該配置係選擇以回應該AP的一判定；一接收元件，配置以經由該寬電波配置接收一請求發送(RTS)控制訊息；一傳輸元件，配置以經由該寬電波配置傳輸一清除發送(CTS)控制訊息；該接收元件更配置以經由該窄電波配置接收一資料封包； 以及該傳輸元件更配置以傳輸顯示該資料封包被成功地接收的一確認訊息。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的AP，更包括：在該資料封包沒有被成功地接收的一條件下，該接收元件更配置以經由該寬電波配置，接收一後續資料封包。
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