專利名稱：無線局域網(wǎng)絡(luò)中的移動站的天線操控排程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在無線局域網(wǎng)絡(luò)中的移動站的天線操控排程。
背景技術(shù)：
無線數(shù)據(jù)通訊設(shè)備以廣泛使用于個人計算機應(yīng)用中，例如無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)裝置，其配置已相對較不昂貴，使用于家用計算機網(wǎng)絡(luò)中亦具有經(jīng)濟效益。
支持電子電機工程協(xié)會802.11(IEEE 802.11)標準與其它類似的聯(lián)網(wǎng)標準的技術(shù)使得站臺(STAs)，例如手提式計算機，能夠在移動時仍經(jīng)由無線保持連接至一WLAN，或是仍經(jīng)由紅外線通訊至接取點(APs)或其它STAs；該等標準是設(shè)計為數(shù)層的通訊協(xié)議。在STAs中的一物理層(PHY)提供了較低層級的傳輸工具，該等STAs是借其而進行通訊。一媒體接取控制層(MAC)是位于PHY之上，其提供了例如認證、解除認證、保密、關(guān)聯(lián)，以及解關(guān)聯(lián)等服務(wù)。
一般而言，一單極天線是于一STA處傳輸與接收PHY電磁訊號，此種天線含有一單一導(dǎo)線或插接的天線組件。自一單極天線所傳輸?shù)挠嵦柋举|(zhì)上是為全方向性的，亦即以一鉛直方向配置的該天線組件所傳送的訊號在水平平面上的所有方向中具有相同的訊號強度；同樣地，一單極天線的訊號接收亦為全方向性；因此單極天線在偵測一方向中的訊號時，并沒有能力區(qū)分來自另一方向的不同訊號的偵測。
單極天線對于STAs與APs間的通訊品質(zhì)降低的影響十分敏感，例如由在其間的物體(如墻面、桌子、人等)所引起的無線波訊號的反射或繞射；該等物體產(chǎn)生了多重路徑、常態(tài)的靜態(tài)衰退(statistical fading)，以及瑞雷衰退(Rayleighfading)等。
可操控式方向天線，亦即于空間中的一特定方向進行通訊的最佳化的天線，可使用于STAs內(nèi)以增進訊號接收，并增加了STAs與APs間的有效傳輸距離；此種天線已被廣知于習(xí)知技術(shù)中。
舉例而言，此處所并列的參考文獻美國專利第6,404,386號“用于相同頻率網(wǎng)絡(luò)的適配天線”(″Adaptive Antenna for Use in Same Frequency Networks″)是由Proc tor，Jr.等人于2002年6月11日所申請，其內(nèi)容描述了一方向性用戶天線裝置；該天線提供了復(fù)數(shù)的天線組件，其各耦合至一各別的信號控制組件(例如一切換開關(guān))。該天線陣列創(chuàng)造了一訊號的射束形成器以自用戶單元傳輸訊號，以及一方向性接收陣列以更有效偵測并接收自基地臺所傳輸?shù)挠嵦?；借由方向性接收與傳輸訊號，可有效降低多重路徑的衰減。許多用以決定各天線組件的訊號控制組件的適當配置的技術(shù)亦適用于此一設(shè)計。
此處亦并列了另一參考文獻美國專利第6,396,456號“用于無線通訊系統(tǒng)的堆疊式雙極天線“(″Stacked Dipole Antenna for Use in WirelessCommunications System″)其是由Chiang等人于2002年5月28日所申請；該一專利描述了一以印刷電路板(PCB)光蝕刻技術(shù)所制作的雙極天線，其是用于精確控制印刷結(jié)構(gòu)，以重復(fù)生產(chǎn)天線組件。此天線包含了由介電材料所制成的一平面基板，而能夠用以制造不昂貴的操控天線陣列。
在2002年1月24日所公告的美國專利公告第2002/0008672號專利“用于無線通訊系統(tǒng)的適配天線”(″Adaptive Antenna for Use in WirelessCommunication System″)中提供了一方向性天線陣列的詳細說明，該專利內(nèi)容亦并列入本發(fā)明的參考文獻。此處亦將說明借由該方向性陣列而根據(jù)所接收或傳輸?shù)挠嵦杹韺⑻炀€方向最佳化的方法的實施例內(nèi)容，且該等內(nèi)容同樣并列入本發(fā)明的參考文獻中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例包含了控制一方向性天線的方法與裝置，該方向性天線是由一具有一虛擬載波感知狀態(tài)與一物理載波感知狀態(tài)的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶站所使用；該天線是可以一全方向模式、一方向性模式與一最佳化操控模式而運作。本發(fā)明的實施例亦可包含一計算裝置。本發(fā)明實施例的運作包含了決定虛擬載波感知狀態(tài)、決定物理載波感知狀態(tài)、比較該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)，且若該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)不一致，則該天線是運作于全方向模式。本發(fā)明實施例的運作亦包含了選擇一較佳的來源識別碼、決定該用戶站識別碼、接收一具有一來源識別碼與一目標識別碼的時幀、決定該虛擬載波感知狀態(tài)、決定該物理載波感知狀態(tài)、比較該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)，且若該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)一致、該來源識別碼是較佳的來源識別碼、且目標識別碼并非用戶站識別碼，則該天線是運作于最佳化操控模式。
本發(fā)明實施例的運作亦包含了若該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)不一致，則該天線是運作于全方向模式。本發(fā)明實施例的運作亦包含了在該天線運作于最佳化操控模式時，則接收至少一額外時幀。


關(guān)于本發(fā)明之前述構(gòu)想與其它的構(gòu)想、特征與優(yōu)點將由下述實施例結(jié)合附圖的說明而更為顯明，其中同樣的組件符號是表示在不同圖式中的相同部分；附圖僅用以說明本發(fā)明的主要原理，而并不依實際比例排列與繪制。
圖1是為描述一無線網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
圖2是為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的一站臺(STA)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是為根據(jù)本發(fā)明所執(zhí)行的操控演算的流程圖。
具體實施例方式
下述為本發(fā)明的較佳實施例說明。
在本發(fā)明的部分實施例中，是使用可操控的方向性天線，其是熟知于相關(guān)技術(shù)中；特別是，在本發(fā)明的專利說明書中背景部分所說明者。下述內(nèi)容說明了方向性天線技術(shù)中與本發(fā)明相關(guān)部分的構(gòu)想。
符合本發(fā)明構(gòu)想的一可操控的方向性天線為一具有下列特性的裝置；其可設(shè)定為以一全方向模式與一最佳化操控模式其中之一模式而運作；該天線是連接至一控制裝置，以控制該天線在任何時間瞬間所設(shè)定的模式。當該天線運作于全方向模式，該天線本質(zhì)上在任何方向上的通訊均未最佳化；當該天線運作于方向性模式，其將具有兩種特性(a)使用該等天線所進行的通訊在某些方向上為較佳，以及(b)該控制裝置可在未移動時改變該方向或該等方向。注意該等特征并不受限于電磁頻譜的任一部份，亦即該天線的運作范圍無須限制于無線電頻帶中；并注意一可操控的方向性天線在實際上是由復(fù)數(shù)的天線組件所組成。
一可操控的方向性天線可運作以決定在目前的情形中要選擇哪一個方向來最佳化其方向性模式的功能。舉例而言，可測量來自一給定來源的訊號接收的相關(guān)品質(zhì)如何隨天線方向而變化；在此情形中，可于方向性模式中選擇一最佳功能的天線方向。天線的此一操作模式即被稱為最佳化操控，而稱執(zhí)行此最佳化操控的天線是運作于一最佳化操控模式中。注意該最佳化操控可借由例如在方向性模式中天線的不同方向的一連串的相關(guān)訊號強度測量而執(zhí)行，并注意一可操控的方向性天線的最佳化操控模式的執(zhí)行不須任何的額外的天線特征，最佳化操控的細節(jié)與策略則與本發(fā)明無關(guān)。
本發(fā)明的部分實施例使用了ANS/IEEE 802.11無線局域網(wǎng)絡(luò)標準與相關(guān)標準的實例，且特別是MAC層，是以該等標準(此后稱之為802.11 MAC協(xié)議)加以定義；該等標準已于相關(guān)領(lǐng)域中被熟知。以下將說明與本發(fā)明相關(guān)的該等標準的構(gòu)想，然而必須了解的是，亦可使用具有其它協(xié)議的無線設(shè)備操作。
802.11標準是無線媒體(WM)或簡單媒體的基礎(chǔ)，該等標準所定義者為用以執(zhí)行在一無線局域網(wǎng)絡(luò)點狀物理層(PHY)物理間的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDUs)傳送的媒體。在實際應(yīng)用上，該等PDU是經(jīng)由電磁波而傳送于空氣中，該傳送的一般頻率范圍為無線電頻率(RF)與紅外線頻率(IF)的頻帶。
該物理層物理可分為站臺與接取點；一站臺(STA)為任何包含了符合IEEE802.11的媒體接取控制(MAC)與至無線媒體的PHY接口的裝置。一典型的STA為一計算機，亦可使用其它裝置，例如手持裝置、可攜式數(shù)字助理(PDA)，以及移動電話等。一接取點(AP)為任何具有站臺功能的物理，其是經(jīng)由無線媒體而提供關(guān)聯(lián)的STAs接取至分布的服務(wù)，亦即LAN功能。通常一AP亦為一STA，非AP的STAs則通常為可攜式計算機或類似的裝置。
圖1說明了此一配置；STAs 101、102與103為可攜式輕便計算機或手持式計算機裝置，各STA 101、102或103是具有AP100的范圍。
這些標準的一整合部分為物理與虛擬載波功能，其是用于決定媒體的狀態(tài)；當任一功能指示出其為一忙碌的媒體時，該媒體便被判定為忙碌，否則則被判定為閑置。
該物理載波感知機制是端視于該PHY告知該MAC該媒體是忙碌或閑置；實際的決定是與該PHY的執(zhí)行有關(guān)。關(guān)于PHY的執(zhí)行是以習(xí)知于相關(guān)技術(shù)中，且其細節(jié)與本發(fā)明無關(guān)。
一虛擬載波感知機制是借由重新服務(wù)信息的分布而達成，其宣布了即將使用該媒體；此機制是于該MAC中執(zhí)行。在實際數(shù)據(jù)時幀前的RTS(備用以傳送)與CTS(清除以傳送)時幀的交換為該媒體重新服務(wù)信息的分布方式之一，該等RTS與CTS時幀包含一持續(xù)時間(Duration/ID)范圍，其定義了該媒體專用于傳輸實際數(shù)據(jù)時幀與回復(fù)的確認時幀(ACK)的時間周期。在來源STA(其傳送該RTS)或是在目標STA(其傳送該CTS)的接收范圍內(nèi)的所有STAs均獲悉該媒體的重新服務(wù)。
因此一STA可能無法自來源STA接收，直到知道了該媒體即將用來傳送一數(shù)據(jù)時幀；而這是非常重要的，因為例如當一STA在與一AP通訊時，亦即在其傳輸范圍內(nèi)，其便不需要位于使用同樣AP的另一STA內(nèi)；圖1便示意性地說明了這樣的情形，在此AP 100是位于三STAs 101、102與103的范圍內(nèi)，但STAs 102與103便在STA 100的范圍之外。
在各STA上的一網(wǎng)絡(luò)分配向量(NAV)是根據(jù)持續(xù)信息而維持為該媒體的未來流量的一預(yù)測值，該持虛信息是發(fā)布于在實際數(shù)據(jù)交換之前的RTS/CTS時幀中。載波感知機制結(jié)合了NAV狀態(tài)以及具有物理載波的STA的傳送器狀態(tài)，以決定該媒體的忙碌/閑置狀態(tài)。該NAV可為一計數(shù)器，其于該STA進行傳送時，以一均勻速率向下計數(shù)至零；當該計數(shù)器為零，該虛擬載波感知指示該媒體為閑置；當該計數(shù)器不為零，其指示為忙碌。
在任何時間中操作于802.11 MAC協(xié)議的每一STA能夠使用兩變量其一指示物理載波狀態(tài)(其是使用于布爾感知)，而另一則指示虛擬載波感知狀態(tài)與此狀態(tài)(其為零或是一正數(shù))的持續(xù)時間。
802.11MAC協(xié)議的另一樣重要特征為由一STA接收的每一MAC時幀包含了其來源與目標以及時幀長度的一識別碼。
在STAs上所執(zhí)行的部分實施例亦依賴兩變量其本身的STA識別碼(ID)以及較佳AP(亦即較佳來源)的一ID。
執(zhí)行于STAs的本發(fā)明部分實施例使用了可操控的方向性天線，其可借由此等STAs而控制；其使用此等天線以與其它STAs(包含Aps)進行通訊。在這些實施例中所執(zhí)行的通訊的最佳化本質(zhì)上包含在一STA內(nèi)操控天線的較佳方向于其較佳的Ap方向。
圖2描述了使用本發(fā)明的一實施例的STA的功能。天線陣列121、PHY 120、MAC 123與其它協(xié)議125的配置并不因本發(fā)明實施例的存在受到影響，亦即該STA仍符合IEEE 802.11；舉例而言，一多重組件天線陣列121的實施例的細節(jié)與其如何達成可操控性是可見于上述參考的專利文件。一模式控制演算器124為本實施例的一部份，其依賴MAC 123以提供其數(shù)據(jù)，如下述的說明。該模式控制演算器124控制了模式控制與最佳化單元122，使其具有三種模式方向性、全方向性與最佳化操控模式，其性質(zhì)已概述于于前述說明中。該模式控制與最佳化單元122的內(nèi)部功能則與本發(fā)明無關(guān)。
本發(fā)明的一實施例決定了一STA須為該全方向性模式、方向性模式，或是最佳化操控模式，亦即操控其本身的方向為關(guān)于其較佳AP的最佳配置。此決定伴隨著下列方式而行(亦如圖3的流程圖所示)。
該STA首先選擇一較佳AP。
當其天線為全方向性模式202或方向性模式201時，該STA監(jiān)視媒體；當該天線開始接受一MAC時幀時，該STA檢查虛擬與物理載波感知是否一致為狀態(tài)204或203。
若一為忙碌而另一為閑置，或反之亦然，則該STA的天線是處于該全方向性模式202，而該STA是等候下一個時幀的到來。
否則(亦即當虛擬與物理載波感知確實一致時)，該時幀的標頭是被譯碼于狀態(tài)206與205；接著比較該時幀的來源識別碼與該較佳AP的識別碼于狀態(tài)208與207。
若該來源識別碼并非該較佳AP的識別碼(亦即該時幀并非來自于該STA所控制的方向)、或是目標識別碼是該STA的識別碼(亦即該時幀帶來了該STA所欲的數(shù)據(jù))，則該天線的模式將不改變；其不是處于全方向性模式202、便是處于方向性模式201并指向更容易操控的方向。
若來源識別碼為較佳AP的識別碼(亦即該時幀是來自于該STA所控制的方向)，且目標識別碼是該STA的識別碼(亦即該時幀并未帶來該STA所欲的數(shù)據(jù))，則該天線便被替換為一或多個時幀周期的最佳化操控模式209；此一預(yù)期的周期可為所傳送的該時幀的預(yù)期長度(其決定于該時幀的標頭被譯碼時)，或是由NAV計數(shù)器的值所決定的傳輸預(yù)期周期。該天線是處于該最佳化操控模式209，直到下列兩事件其中之一發(fā)生(a)在預(yù)期時刻正常終止了傳送，其中該天線是處于該方向性模式201并指向在最佳化操控時所選擇的方向；或是(b)于一時幀212到達時，虛擬與物理載波感知不再一致210，其中該天線是處于全方向性模式202，而該STA等候下一個時幀的到來。
當該天線處于最佳化操控模式209，其方向是可利用來自較佳AP的訊號而改變，以將與該較佳AP之間的通訊最佳化。
注意上述的規(guī)則亦能同樣兼容于能夠支持MAC層所須特征的任何種類的PHY層。
特別是，該等通訊是可發(fā)生于電磁頻譜的任何一部份。
雖然本發(fā)明是已經(jīng)參照該較佳實施例而被特定的說明與描述，其需要了解的是，借由此領(lǐng)域的這些技術(shù)，在形式與細節(jié)上的不同改變是可以不背離被附加的權(quán)利要求所包含的本發(fā)明概念而執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種用以控制一方向性天線的方法，該方向性天線是由一具有一虛擬載波感知狀態(tài)與一物理載波感知狀態(tài)的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶站所使用；該天線可以一全方向模式與一方向性模式操作；該方法包含步驟決定該虛擬載波感知狀態(tài)；決定該物理載波感知狀態(tài)；比較該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)；以及若該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)不一致，則以該全方向模式操作該天線。
2.一種用以控制一方向性天線的方法，該方向性天線是由一具有一用戶站識別碼一虛擬載波感知狀態(tài)與一物理載波感知狀態(tài)的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶站所使用；該天線可以一全方向模式與一最佳化操控模式操作；該方法包含步驟選擇一較佳的來源識別碼；決定該用戶站識別碼；接收一具有一來源識別碼與一目標識別碼的時幀；決定該虛擬載波感知狀態(tài)；決定該物理載波感知狀態(tài)；比較該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)；以及若該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)一致、該來源識別碼為較佳的來源識別碼、且目標識別碼并非用戶站識別碼，則以該最佳化操控模式操作該天線。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包含若該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)不一致時，則以該全方向模式操作該天線。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包含在該時幀被完全接收之后，結(jié)束在該最佳化操控模式中的該天線操作。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包含當該天線以該最佳化模式操作時，接收至少一額外時幀。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于還包含在該額外時幀被完全接收之后，結(jié)束在該最佳化操控模式中的該天線操作。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包含在該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)并不一致時，結(jié)束在該最佳化操控模式操作該天線。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包含當該天線于該最佳化操控模式操作，而該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)不一致時，以一全方位模式操作該天線。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于中該較佳來源為一接取點。
10.一種具有一用戶站識別碼、一虛擬載波感知狀態(tài)與一物理載波感知狀態(tài)的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶站，其包含一天線，其于一全方向模式與一最佳化操控模式中運作；以及一計算裝置，該計算裝置在該虛擬載波感知狀態(tài)與該物理載波感知狀態(tài)一致、該來源識別碼為較佳所述的來源識別碼、且目標識別碼并非用戶站識別碼時，處理一接收到的時幀并以該最佳化操控模式操作該天線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于對使用可操控方向性的天線(121)進行通訊的無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)設(shè)備的排程最佳化的方法；此方法可使用IEEE 802.11群標準的媒體接取控制(MAC)層且與其兼容。該方法并不依賴任何特定的PHY層標準。
文檔編號H01Q25/04GK1663074SQ03813956
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月17日
發(fā)明者肯尼士·M·蓋內(nèi), 勞倫斯·羅伯特·佛瑞 申請人:美商智慧財產(chǎn)權(quán)授權(quán)股份有限公司