TWI572241B - 無線網路基地台及相關的天線選擇方法 - Google Patents

Description

無線網路基地台及相關的天線選擇方法

本發明係有關於無線網路基地台，尤指一種自無線網路基地台的一天線群組中選擇出至少一最佳天線的方法。

當一電子裝置，例如筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦等等，連線到一具有多支天線的無線網路基地台(Access point)之後，無線網路基地台會進行一訓練程序以傳送多個訓練封包(training packet)至電子裝置，之後再根據電子裝置因應該多個訓練封包的回應以決定出適合該電子裝置的一組最佳天線，或是天線的最佳方向性，以達到最佳的連線品質。

然而，電子裝置與無線網路基地台之間的連線品質會影響到傳送訓練封包的成敗，進而影響到訓練程序是否可以順利完成。詳細來說，當連線品質好的時候，無線網路基地台可以順利地決定出最佳天線；然而，當連線品質差的時候，電子裝置收到訓練封包的時間會拉長，但在訓練封包傳送速率不變的情形下，會造成無線網路基地台送出大量的封包，因此，在網路連線品質差以及封包數暴增的情形下，傳送端逾時(TX time out)的機率會大幅增加，進而造成訓練程序無法順利完成。若是訓練程序無法完成，則會影響到無線網路基地台之最佳天線的選擇，嚴重的話會造成電子裝置的傳輸效率變差，且傳送資料的成功率也會降低。

因此，本發明的目的之一在於提供一種自無線網路基地台的一天線群組中選擇出一最佳天線或是一組最佳天線的方法，其可以避免訓練程序 因為連線品質變差而受到影響，以解決先前技術的問題。

根據本發明一實施例，一種無線網路基地台包含有一天線群組、 一無線網路模組以及一處理器，其中當該無線網路基地台與一電子裝置連線，並操作在一訓練階段以決定出適合該電子裝置的至少一最佳天線時，該處理器根據該無線網路基地台與該電子裝置之間的一連線狀態來決定出多個訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度，並將該多個訓練封包透過該無線網路模組以及該天線群組傳送至該電子裝置。

根據本發明另一實施例，揭露了一種一無線網路基地台的天線選 擇方法，其中該無線網路基地台包含一天線群組，該天線群組包含多支天線，且該天線選擇方法包含有：與一電子裝置連線，並操作在一訓練階段；根據該無線網路基地台與該電子裝置之間的一連線狀態來決定出多個訓練封包(training packet)的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度；將該多個訓練封包傳送至該電子裝置；以及根據該電子裝置因應該多個訓練封包的回應來決定出適合該電子裝置的至少一最佳天線。

110‧‧‧無線網路基地台

112‧‧‧處理器

113‧‧‧對照表

114‧‧‧無線網路模組

116‧‧‧天線群組

120‧‧‧電子裝置

200~222、300~312‧‧‧步驟

第1圖為依據本發明一實施例之無線網路基地台的示意圖。

第2圖為依據本發明一實施例之自無線網路基地台的天線群組中選擇出一組最佳天線的方法的流程圖。

第3圖為第2圖中步驟212的細部流程圖。

請參考第1圖，第1圖為依據本發明一實施例之無線網路基地台 110的示意圖。如第1圖所示，無線網路基地台110係以有線或是無線的方式連接到網路，並作為一中介點以使得一電子裝置120可以透過無線網路基地台110與其他可上網的裝置互相連接以及傳送資訊。無線網路基地台110主要包含了一處理器112、一無線網路模組114以及一天線群組116，其中處理 器112包含了一對照表113，且天線群組116包含了多支天線。此外，在本實施例中，天線群組116中所包含之多支天線中可以分別是單向性、全向性或多方向性(例如，2個方向性)天線；而在一實施例中，天線群組116中的每一支天線係為一天線陣列，且該天線陣列包含了多個指向性天線，而該天線陣列中的多個指向性天線均可被選擇性地開啟或關閉。

在本實施例中對照表113記載了無線網路基地台110所使用的一 調變及編碼策略碼(Modulation and Coding Scheme code，MCS code)及其對應之連線強度的等級，以及每一個等級所對應到的訓練封包(training packet)數量、訓練封包之間的延遲時間、以及訓練封包長度，其中對照表113的內容可參考以下的表一，需注意的是，表一的內容僅為範例說明，而非是作為本發明的限制。

在表一中，連線品質分為n個等級，等級越高代表連線強度越差， 而隨著連線強度的降低，訓練封包的封包數量越少、訓練封包之間的延遲時間越長、且訓練封包的封包長度則越短。另外，在表一中，S可為10、X可為2微秒(μs)、C可為2微秒、K可約為1000位元組，但這些數值僅為範例說明，非本發明的限制。

請參考第2圖，第2、3圖為依據本發明一實施例之自無線網路基地台110的天線群組116中選擇出一組最佳天線的方法的流程圖，其中在以下的說明中，係假設天線群組116中的每一支天線係為一天線陣列，且該天 線陣列包含了多個指向性天線，而第2、3圖的流程係用來自每一支天線中選擇出一個指向性天線，以得到一組最佳天線。舉例來說，假設天線群組116有三支天線，而每一個天線均包含了兩個指向性天線，則第2、3圖的流程係自該三支天線分別選擇出一個指向性天線，而這三個被選出的指向性天線及形成一組最佳天線。參考第2、3圖及以上所示的表一，流程如下所述。

在步驟200中，無線網路基地台110正在等待新裝置的連線，亦 即此時無線網路基地台110尚未與電子裝置120進行連線。在步驟202中，電子裝置120與無線網路基地台110進行連線，並進行連線初始化的操作，其中在這個階段，無線網路基地台110會傳送多個非訓練封包(non-training packet)至電子裝置120，例如使用一“Ping”(Packet InterNet Grope)命令來傳送一網際網路控制訊息協定(Internet Control Message Protocol，ICMP)封包，而無線網路基地台110中的無線網路模組114此時會根據電子裝置120的回應來計算出一暫時的MCS碼，以供目前與電子裝置120連線與傳遞封包時使用。

在步驟204中，無線網路基地台110開始進入訓練階段，以決定 出適合電子裝置120的一組最佳天線；在步驟206中，無線網路基地台110切換天線群組116中每一支天線的方向性，亦即從每一個支天線中選擇其中一個指向性天線；且在步驟208中，無線網路基地台110切換不同的MCS碼以在接下來的步驟中使用此切換後的MCS碼來與電子裝置120進行訓練封包傳遞。在步驟210中，無線網路基地台110讀取所接收之封包的接收訊號強度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)。

在步驟212中，無線網路基地台110開始進行訓練封包發送程序， 詳細來說，請參考第3圖，第3圖為訓練封包發送程序的細部流程圖。在步驟300中，處理器112會先取得電子裝置120的媒體存取控制位址(Media Access Control Address，MAC address)，之後在步驟302中，處理器112進行查表程序，並根據連線狀態來決定出封包數量、封包之間的延遲時間、以及 封包長度。在本實施例中，處理器112係利用目前所使用的MCS碼以自對照表113中決定出無線網路基地台110與電子裝置120之間的連線強度等級n，並再根據上述表一中的公式來計算出封包數量、封包之間的延遲時間、以及封包長度。

在步驟304中，處理器112根據步驟302中查表所決定出的封包 數量，以確認在接下來的一特定時間內所需要傳送的封包數量，並在步驟306中開始根據步驟302中所決定出的封包長度來開始傳送出第一個訓練封包到電子裝置120中，接著在步驟308中處理器112繼續根據步驟302中所決定出的封包之間的延遲時間來傳送下一個訓練封包到電子裝置120中。在步驟310中，處理器112判斷是否所有的訓練封包都已經傳送完畢，亦即判斷訓練封包發送階段是否已完成，若是，則進入步驟312中，反之則回到步驟308以繼續傳送下一個訓練封包。在步驟312中，處理器112判斷訓練封包的傳送均已成功完成，若是，則進入第2圖所示的步驟214；反之，則回到步驟300以重新開始訓練封包發送程序。

在步驟214中，處理器112讀取電子裝置120因應訓練封包所回 傳的回應封包。詳細來說，當電子裝置120成功收到一個訓練封包時，就會立即傳送一個回應封包至無線網路基地台110以告知訓練封包已確實收到，因此，步驟214中處理器112會讀取電子裝置120所回傳的回應封包，並計算所接收到的回應封包個數。

在步驟216中，處理器112根據所接收到的回應封包的個數，來 計算出無線網路基地台110與電子裝置120之間的實質連線速率。舉例來說，假設無線網路基地台110傳送10個封包到電子裝置120，但是電子裝置120只成功接收到5個訓練封包，故只回傳了5個回應封包到無線網路基地台110，則此時無線網路基地台110與電子裝置120之間的實質連線速率便只有預設連線速率的一半，亦即，若是預設連線速率是975Mbps，則實質連線速率便是487.5Mbps(975/2=487.5)。需注意的是，在本步驟中所決定出的實質連線 速率是用來表示目前所使用之天線的傳輸品質，而在本發明的其他實施例中，實質連線速率亦可用其他具有類似意義的指標/數值來代替，例如訓練封包的傳送成功率/失敗率...等等。

在步驟218，處理器112判斷是否所有的MCS碼都已經切換完成， 若是，則流程進入步驟220，反之則回到步驟208以切換其他尚未進行訓練封包發射程序的MCS碼。

在步驟220，處理器112判斷是否所有的天線都已經切換完成， 若是，則流程進入步驟222，反之則回到步驟206以切換其他尚未進行訓練封包發射程序的天線。

在步驟222中，處理器112根據各個天線在步驟210中得到的接 收訊號強度指示(RSSI)以及步驟216中所到的實質連線速率，來計算出適合電子裝置120的一組最佳天線，並使用所決定的該組最佳天線來作為後續無線網路基地台110與電子裝置120之間的傳輸媒介。

如上所述，在第2、3圖所示的流程中，由於訓練封包的封包數量、 封包之間的延遲時間、以及封包長度可以根據目前無線網路基地台110與電子裝置120之間連線強度/速率來動態地調整，因此，可以改善在先前技術中傳送訓練封包時所遭遇到的問題，進而提升訓練階段的成功率。

需注意的是，在第以上有關於第2、3圖的說明內容中，訓練封包 的封包數量、封包之間的延遲時間、以及封包長度係都會根據MCS碼來動態地調整，然而，在其他的實施例中，訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、以及封包長度中三者可以僅有一或兩者會根據MCS碼來動態地調整，這些設計上的變化應隸屬於本發明的範疇。

在本發明的另一實施例中，第2圖中的步驟208、218可以自流程 中移除，而由於步驟202中無線網路基地台110操作在訓練階段之前所計算出之暫時的MCS碼可以反映出此時無線網路基地台110與電子裝置120之間的連線品質，故此時步驟302中的查表程序可以使用步驟202中所決定出的 MCS碼，以自上述表一進行查表來得到對應的連線強度等級，並再據以決定出訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、以及封包長度。

另一方面，在上述實施例中，無線網路基地台110都是使用MCS碼來決定出連線狀態(連線強度等級)，然而，在本發明之其他實施例中，無線網路基地台110可以使用任何可以用來表示連線狀態的參數，例如任何有關於連線強度、連線速率、連線品質的參數，來決定出訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、及/或封包長度，這些設計上的變化應隸屬於本發明的範疇。

此外，雖然在以上第2、3圖的說明中係決定出一組最佳天線，然而，在本發明的另一實施例中，亦可只決定出一支最佳天線來作為後續的傳輸使用，由於本領域具有通常知識者在閱讀過以上的說明後應能了解如何實施，故細節在此不予贅述。

簡要歸納本發明，在本發明之無線網路基地台中，係可根據當時的連線品質來動態地調整在訓練階段時多個訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度，以使得決定出最佳天線的流程可以順利的完成。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

212、300~312‧‧‧步驟

Claims (13)

1. 一種無線網路基地台(Access Point)，包含有：一天線群組，包含有多支天線；一無線網路模組，耦接於該天線群組；以及一處理器，耦接於該無線網路模組；其中當該無線網路基地台與一電子裝置連線，並操作在一訓練階段以決定出適合該電子裝置的至少一最佳天線時，該無線網路基地台切換多個不同的調變及編碼策略碼(Modulation and Coding Scheme，MCS)來與該電子裝置進行通訊，其中針對任一調變及編碼策略碼，該處理器根據該調變及編碼策略碼來決定出多個訓練封包(training packet)的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度，並將該多個訓練封包透過該無線網路模組以及該天線群組傳送至該電子裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線網路基地台，其中該天線群組中的每一支天線均包含有多個指向性天線，且當該無線網路基地台操作在該訓練階段時，該無線網路基地台自每一支天線中選擇出一指向性天線，以決定出適合該電子裝置的一組最佳天線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線網路基地台，其中該處理器根據該調變及編碼策略碼以決定出無線網路基地台與該電子裝置之間的一連線強度等級，且該處理器根據該連線強度等級來決定出該多個訓練封包的封包數量，且當該連線強度等級越差時，該多個訓練封包的封包數量也越少。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無線網路基地台，其中該處理器根據該調變及編碼策略碼以決定出無線網路基地台與該電子裝置之間的一連線強度等級，且該處理器根據該連線強度等級來決定出該多個訓練封包之間 的延遲時間，且當該連線強度等級越差時，該多個訓練封包之間的延遲時間則越長。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無線網路基地台，其中該處理器根據該調變及編碼策略碼以決定出無線網路基地台與該電子裝置之間的一連線強度等級，且該處理器根據該連線強度等級來決定出該多個訓練封包的封包長度，且當該連線強度等級越差時，該多個訓練封包的封包長度則越短。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無線網路基地台，其中該處理器另包含一對照表，其中該對照表記載該多個調變及編碼策略碼的多個連線強度等級，以及每一個連線強度等級所對應到的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度；以及該處理器根據該調變及編碼策略碼以自該對照表中決定出該多個訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無線網路基地台，其中當該連線強度等級越差時，該多個訓練封包的封包數量越少、該多個訓練封包之間的延遲時間則越長、且該多個訓練封包的封包長度則越短。
8. 一種一無線網路基地台(Access point)的天線選擇方法，其中該無線網路基地台包含一天線群組，該天線群組包含多支天線，以及該天線選擇方法包含有：與一電子裝置連線，並操作在一訓練階段；切換多個不同的調變及編碼策略碼(Modulation and Coding Scheme，MCS)來與該電子裝置進行通訊，其中針對任一調變及編碼策略碼：根據該調變及編碼策略碼來決定出多個訓練封包(training packet)的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度；將該多個訓練封包傳送至該電子裝置；以及根據該電子裝置在該多個不同的連線狀態下因應該多個訓練封包的回應 來決定出適合該電子裝置的至少一最佳天線。
9. 如申請專利範圍第8項所述之天線選擇方法，其中該天線群組中的每一支天線均包含有多個指向性天線，且當該無線網路基地台操作在該訓練階段時，該無線網路基地台自每一支天線中選擇出一指向性天線，以決定出適合該電子裝置的一組最佳天線。
10. 如申請專利範圍第8項所述之天線選擇方法，其中根據該無線網路基地台與該電子裝置之間的該調變及編碼策略碼來決定出該多個訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度的步驟包含有：根據該調變及編碼策略碼以決定出無線網路基地台與該電子裝置之間的一連線強度等級，並根據該連線強度等級來決定出該多個訓練封包的封包數量，且當該連線強度等級越差時，該多個訓練封包的封包數量也越少。
11. 如申請專利範圍第8項所述之天線選擇方法，其中根據該無線網路基地台與該電子裝置之間的該調變及編碼策略碼來決定出該多個訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度的步驟包含有：根據該調變及編碼策略碼以決定出無線網路基地台與該電子裝置之間的一連線強度等級，並根據該連線強度等級來決定出該多個訓練封包之間的延遲時間，且當該連線強度等級越差時，該多個訓練封包之間的延遲時間則越長。
12. 如申請專利範圍第8項所述之天線選擇方法，其中根據該無線網路基地台與該電子裝置之間的該調變及編碼策略碼來決定出該多個訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度的步驟包含有：根據該調變及編碼策略碼以決定出無線網路基地台與該電子裝置之間的一連線強度等級，並根據該連線強度等級來決定出該多個訓練封包的封包長度，且當該連線強度等級越差時，該多個訓練封包的封包長度則越短。
13. 如申請專利範圍第8項所述之天線選擇方法，其中該無線網路基地台包含一對照表，其中該對照表記載該多個調變及編碼策略碼的多個連線強度等級，以及每一個連線強度等級所對應到的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度，且根據該無線網路基地台與該電子裝置之間的該調變及編碼策略碼來決定出該多個訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度的步驟包含有：根據該調變及編碼策略碼以自該對照表中決定出該多個訓練封包的封包數量、封包之間的延遲時間、或是封包長度，其中當該調變及編碼策略碼所對應到的該連線強度等級越差時，該多個訓練封包的封包數量越少、該多個訓練封包之間的延遲時間則越長、且該多個訓練封包的封包長度則越短。