TWI393373B

TWI393373B - 使用位置引導或全球衛星定位系統引導之射頻傳送及接收波束成形的方法與系統

Info

Publication number: TWI393373B
Application number: TW98121539A
Authority: TW
Inventors: Chung-Wen Dennis Lo
Original assignee: Mediatek Inc
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2013-04-11
Also published as: TW201032507A; CN101808416A

Description

使用位置引導或全球衛星定位系統引導之射頻傳送及接收波束成形的方法與系統

本發明係關於一種無線系統，特別係關於一種具有波束成形性能之無線系統。

在電腦網路中，無線存取點或基地台提供無線通訊裝置連結至無線網路，如無線區域網路(Wireless Local Area Network，WLAN)、無線都會網路(Wireless Metropolitan Area Network)或其他相關規範之網路。該無線存取點或基地台通常連接至一有線網路，無線通訊裝置(如電腦或印表機)與該有線網路中之有線裝置即可透過該無線存取點或基地台傳遞資料。

定位裝置如全球衛星定位系統(global positioning system，GPS)已廣泛地應用於手提式裝置，如行動電話、MP3隨身聽或汽車電子中。今日，WLAN裝置通常內嵌於上述裝置或其他手提式裝置中。

波束成形(Beamforming)為一種訊號處理技術，其用於感測陣列之指向性訊號傳輸與接收。在無線裝置中，利用多個天線或多個收發機之波束成形方法已被用於增強訊號強度及增加一或多個預傳送方向之信號距離。以往，已使用許多方法來執行波束成形以建立一初始連接。一傳統技術其包含使用數位訊號處理器(DSP processor)及場域可程式化閘陣列(field programmable gate array，FPGA)晶片用以在不同的型態(pattern)中進行搜尋。然而，此技術也同時需要相當高的成本。

波束成形另一個常見的方法需要使用習知之等向性(isotropic)訊號以建立初始連結，接著執行波束成形以提升訊雜比之值。使用此技術時，當距離增加時，訊雜比之值會開始下降，進而導致整體性能表現下滑。因此，使用此習知等向性訊號之方法將受限於等向性距離。

波束成形第三個方法，其包含使用多個天線和多個收發機以增強訊號強度及訊號傳送距離。然而，待連結位置是未知的，所以經常因連接位置太遠無法達到而導致連結失敗。所以，因為在錯誤的地點接收非引導(non-guided)波束或根本沒接收到任何訊號證明此為耗時且無效率的方法。

因此，需要一種傳送及接收波束成形的方法，其可克服上述實際操作上的問題。此方法需是有成本效益、容易實現、有效率及有優異工作性能特性。本發明即滿足這些需求。

本發明提出一種使用預載無線存取點位置之射頻傳送及接收波束成形的方法與系統以滿足上述之需求。為達到上述目標，該方法與系統提供具有如全球衛星定位系統之一定位系統之一無線網路裝置；提供一存取點，該存取點廣播其位置；根據該位置計算從該裝置朝向該存取點之一相關向量；調控具有一發聲封包之一傳送波束朝向該存取點；藉由該存取點計算一頻道之狀態；以及藉由該存取點傳送一封包至該無線網路裝置以建立一連結。

根據本發明之系統與方法，其一優勢為藉由計算相關向量而向已知方向傳送波束成形。本發明提供更多有效連結，相對的，傳統方法其傳送之訊號可能無法被接收到，或接收到之訊號已相當微弱進而導致低傳輸量。根據本發明之系統與方法之第二優勢，其因為事先確定存取點位置，進而提升傳送距離以及訊號傳輸量。

本發明係關於一種無線系統，特別係關於一種具有波束成形性能之無線系統。以下敘述之表示是為使本發明所屬技術領域中具有通常知識者能瞭解其內容並可據以實施，且提供於專利申請書及其需求之內文中。較佳實施例之不同修改和在此描述的一般性原則和特點對於熟習本項技術者而言為明顯的。因此，本發明不應受限於所示之實施例，而應基於上述原則和特點給予一致性的最寬廣之範圍。

根據本發明之方法與系統使用具有預載之無線存取點位置之無線網路裝置，以及根據至少一預載無線存取點位置而計算朝向一存取點之一相關向量。調控一傳送波束及一發聲封包(sounding packet)朝向該存取點，最後該存取點傳送一封包至無線網路裝置以建立一預期之連結。根據本發明之方法與系統具有需多有優點，其描述如下。

根據本發明之方法與系統使用具有預載無線存取點位置之無線網路裝置可以全硬體形式實現或全軟體形式實現或同時包含硬體或軟體元件。根據本發明之一實施例，本揭露係以軟體實現，其包含但不限於應用軟體、韌體、常駐軟體、微碼等。

此外，根據本發明之方法與系統使用具有預載之無線存取點之無線網路裝置可為電腦程式產品形式，其可存取電腦可讀取媒體或電腦可讀取媒體，該電腦可讀取媒體提供電腦之程式碼。一電腦或任何指令執行系統之電腦可使用該程式碼或連結至該程式碼。對於上述之描述，一電腦可使用或電腦可讀取之媒體可以是任何裝置，其可包含、儲存、傳遞、傳播或運送該被使用之程式，或連結至指令執行系統、裝置或設備。

該媒體可為電子式、磁式、光學式、電磁式、紅外線或半導體系統(或裝置或設備)或傳播媒體。例如，電腦可讀取媒體包含半導體或固態記憶體、磁帶、可移除式電腦磁片、隨機存取記憶體、唯讀記憶體、硬磁碟(hard magnetic disk)及光碟片。目前光碟片包含DVD、光碟唯讀記憶體(compact disk-read-only memory，CD-ROM)、可讀寫光碟(CD-R/W)。為詳細描述本發明特徵，請搭配圖式並參照以下說明。

根據本發明實施利，圖1A繪示一無線網路裝置系統10。無線網路裝置系統10包含一無線網路裝置14、二全球衛星定位系統12之定位裝置及一電子羅盤16。在此類型系統中，有多種方式可以取得無線存取點之位置。如圖1B所示之第一系統，系統10'包含預載無線存取點位置18'。預載無線存取點位置指示關於特定區域存取點所在位置。

圖1C繪示在圖1B中之無線網路裝置系統與一存取點202通訊的情形。預載無線存取點18'於特定區域相應於存取點202。在一實施例中，無線網路裝置系統14'儲存存取點202之位置至特定記憶體中，如隨機存取記憶體、唯讀記憶體或類似記憶體。

例如，一輛在舊金山(San Francisco)旅行的汽車，其裝配了無線網路裝置系統10’，在這輛車中的無線網路裝置14'根據預載無線存取點位置18'已有遍及舊金山特定預載無線存取點之位置，其位置資訊儲存於記憶體中。例如，根據預載無線存取點位置18'一無線存取點之位置可能為柯伊特塔(Coit Tower)。這輛車中的無線網路裝置系統10'根據預載無線存取點位置18'將與無線存取點通聯以辨別相應於柯伊特塔之存取點202。接著，無線網路裝置10'判斷在柯伊特塔中之存取點202是否可與之通聯(也就是頻道沒有被佔用)並可與之連結。

在另一個系統中，具有一已知位置之一無線存取點經由有線或無線網路廣播其位置資訊至其他裝置。圖2為一廣播其位置之無線存取點202'之示意圖。無線存取點202'包含一無線通訊裝置15、一網路存取裝置17及一全球衛星定位系統裝置19之定位裝置。經由全球衛星定位系統裝置19，無線存取點202'取得其位置並廣播其位置至無線網路系統，如圖1C所示之無線網路系統10'。經由網路或其他方法可收集部署之無線存取點位置以供其他應用之用。

如圖3所示，當一無線存取點經由無線網路廣播其位置至無線網路裝置10a及10b時，其可使用波束成形技術傳送該位置資訊。對於裝置10a及10b該無線存取點掃瞄全部或可能方向以達一寬廣之覆蓋範圍進而提供該存取點位置及頻道資訊。

圖4為朝向無線網路裝置決定的存取點之計算之一相關向量500。利用在網路裝置中之預載無線存取點位置或藉由提供一廣播其位置之無線存取點以計算該向量。

圖5為無線網路裝置14'與存取點用以建立連結之協議過程流程圖。首先，經由步驟300，無線網路裝置14'與電子羅盤16及全球衛星定位系統12相互通聯以確定一無線存取點之位置。接著，經由步驟302，參閱圖4及圖5，無線網路裝置14'朝向存取點計算一相關向量以決定存取點位置。在步驟304中，根據計算朝向存取點之相關向量，無線網路裝置14'調控一傳送波束及一發聲封包(sounding packet)朝向存取點。

該發聲封包可能含有多個訊框，其訊框包含繼承短訓練訊框(legacy short training frame，L-STF)、繼承長訓練訊框(legacy long training frame，L-STF)、高傳輸量長訓練訊框(high-throughput long training frame，HT-LTF)及高傳輸量資料(high-throughput data)。該繼承訊框係參照之前IEEE 802.11標準。該高傳輸量訊框係參照目前發展之IEEE 802.11n之草擬標準，其包含最近規格書的草擬文件"實體層部分技術規格889r7(PHY subsection Tech Spec)"，於此被納入；根據該草擬文件，本發明之技術特徵較佳地可一併被納入。例如在專利申請號US2008/0212538 A1，名稱為多輸入多輸出系統之天線選擇(Antenna Selection for Multi-Input Multi-Output System)所描述之發聲封包(sounding packet)。

最後，經由步驟306，根據所接受到之發聲封包，存取點估測頻道狀態，調控傳送波束及發送一封包(圖未示出)至無線網路裝置14'以建立連結。

圖6繪示傳統以及根據本發明之波束成形技術之性能表現特性圖。第一個波形400顯示傳統波束成形技術或許可增強訊雜比之值。然，藉此也僅增加傳輸量表現，且，因為受限於初始封包偵測，對傳送距離無任何影響。

相對的，第二個波形402顯示相較於傳統之波束成形技術，本發明之波束成形技術具有顯著的優點。該優點係由於計算朝向存取點之相關向量及根據預載無線存取點位置預先得知傳送波束方向，進而增加無線裝置之傳送距離。因此，本發明之波束成形本質上增加了訊雜比之值及距離。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10、10'、10A、10B．．．無線網路裝置系統

12、12'．．．全球衛星定位系統

14、14'．．．無線網路裝置

15．．．無線通訊裝置

16、16'．．．電子羅盤

17．．．網路存取裝置

18'．．．預載無線存取點

19．．．全球衛星定位系統裝置

20、20'．．．天線

202、202'．．．無線存取點

500．．．計算之相關向量

300-306．．．步驟

圖1A繪示根據本發明之一實施例之無線網路裝置系統；

圖1B繪示根據本發明之另一實施例之無線網路裝置系統；

圖1C繪示在圖1B中之無線網路裝置系統與一存取點通訊情形；

圖2為一廣播其位置之無線存取點之示意圖；

圖3顯示一無線存取點經由無線網路廣播其位置至無線網路裝置；

圖4為朝向無線網路裝置決定的存取點之計算之相關向量圖；

圖5為無線網路裝置與存取點用以建立連結之協議過程流程圖；以及

圖6繪示傳統以及位置(全球衛星定位系統)協助之波束成形技術之傳送距離。

10．．．無線網路裝置系統

12．．．全球衛星定位系統

14．．．無線網路裝置

16．．．電子羅盤

20．．．天線

Claims

一種使用波束成形以建立一無線連結之方法，包含：提供具有一定位裝置之一無線網路裝置；提供一存取點，該存取點廣播其位置；該無線網路裝置根據該位置計算從該無線網路裝置朝向該存取點之一相關向量；該無線網路裝置調控具有一發聲封包之一傳送波束朝向該存取點；該存取點基於該接收到之發聲封包而決定一頻道之狀態；以及假使該頻道之狀態可接受，則藉由該存取點傳送一封包至該無線網路裝置以建立一連結。
根據請求項1之方法，其另包含：提供具有一全球衛星定位系統及一電子羅盤之該無線網路裝置。
根據請求項2之方法，其另包含：利用該羅盤及該全球衛星定位系統計算該相關向量，以建立該無線網路裝置之位置。
根據請求項1之方法，其中調控該傳送波束之步驟包含基於該計算之相關向量初始化一搜尋演算法。
根據請求項1之方法，其中定位裝置包含一第二全球衛星定位系統。
一種電腦可讀取媒體，其包含使用波束成形以建立一無線連結之複數個程式指令，該複數個程式指令用以執行：提供具有一定位裝置之一無線網路裝置；提供一存取點，該存取點廣播其位置；該無線網路裝置根據該位置計算從該無線網路裝置朝向該存取點之一相關向量；該無線網路裝置調控具有一發聲封包之一傳送波束以朝向該存取點；該存取點基於接收到之發聲封包而決定一頻道之狀態；以及假使該頻道之狀態可接受，則藉由該存取點傳送一封包至該無線網路裝置以建立一連結。
根據請求項6之電腦可讀取媒體，其另包含複數個指令用以：提供具有一全球衛星定位系統及一電子羅盤之該無線網路裝置。
根據請求項6之電腦可讀取媒體，其另包含複數個指令用以：利用一羅盤及一全球衛星定位系統計算一相關向量，以建立該無線網路裝置之位置。
根據請求項6之電腦可讀取媒體，其另包含複數個指令用以：基於該計算之相關向量初始化一搜尋演算法。
根據請求項6之電腦可讀取媒體，其中該定位裝置包含一第二全球衛星定位系統。
一存取點，包含：一定位裝置；以及一裝置，用以經由該定位裝置廣播位置資訊至複數個無線網路裝置，其中該定位裝置及該裝置協同合作以通訊連接至少一無線網路裝置；其中在接收到關於每一個新存取點之資訊後，該無線網路裝置計算一個朝向該存取點之相關向量，其中基於朝向該存取點之相關向量，該無線網路裝置調控一傳送波束及一發聲封包以朝向該存取點，其中該存取點發送一封包至該無線網路裝置，從而建立一連結。
根據請求項11之存取點，其中該定位裝置包含一第二全球衛星定位系統。
根據請求項11之存取點，其中該存取點經由無線網路廣播其位置至該些無線網路裝置，以及利用一波束成形技術傳送該資訊，其中對於該些無線網路裝置該存取點掃瞄可能方向以達一寬廣之覆蓋範圍，進而提供該存取點位置及頻道資訊。