專利名稱：在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中使用自適應(yīng)天線檢測(cè)信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)這項(xiàng)發(fā)明一般地涉及無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，具體地說涉及在這樣的系統(tǒng)中使用定向天線的技術(shù)。
在公司中，無線的局域網(wǎng)(LAN)通常是作為在現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)和一群客戶計(jì)算機(jī)之間的最后鏈路實(shí)現(xiàn)的。今天的交易環(huán)境是以花費(fèi)許多時(shí)間在穿越功能的、組織的和地域的邊界的隊(duì)伍中工作愈加移動(dòng)的勞動(dòng)人口為特色。他們的大部分生產(chǎn)時(shí)間時(shí)常發(fā)生在遠(yuǎn)離他們的辦公桌召開的會(huì)議中。所以，便攜式計(jì)算機(jī)設(shè)備的使用者需要通過延伸到他們的個(gè)人桌面的網(wǎng)絡(luò)存取他們的數(shù)據(jù)文件。無線的LAN很好地適合這種環(huán)境，從而提供許多需要的自由在網(wǎng)絡(luò)中訪問移動(dòng)的工作者。這樣的網(wǎng)絡(luò)提供對(duì)來自企業(yè)之內(nèi)任何地方(例如，來自會(huì)議室、自助餐廳、或甚至是遠(yuǎn)程分公司)的信息的訪問。無線的LAN連接性提供對(duì)跨越建筑物或校園設(shè)置的公司網(wǎng)絡(luò)的全部資源和服務(wù)的訪問。同樣，它們近乎變成用于范圍寬廣的交易應(yīng)用的主流解決方案。
影響無線的LAN部署的效力的一個(gè)關(guān)鍵問題是歷史上采用這樣的設(shè)備可用的有限的吞吐量。1997年最初的電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)的無線LAN標(biāo)準(zhǔn)802.11規(guī)定的每秒二百萬位(Mbps)數(shù)據(jù)率現(xiàn)在被認(rèn)為太慢，無法支持大部分交易需求。認(rèn)識(shí)到需要支持附加的更高的數(shù)據(jù)率傳輸，IEEE最近批準(zhǔn)了規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)11Mbps的802.11b標(biāo)準(zhǔn)。采用802.11b標(biāo)準(zhǔn)，無線LAN預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)可與遺留的有線乙太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施相當(dāng)?shù)耐掏铝?。允諾提供可比的數(shù)據(jù)速度的新興的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括Home RF(主射頻)、BlueTooth(藍(lán)芽)和第三代數(shù)字式移動(dòng)電話系統(tǒng)。
在這些對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，個(gè)人計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)在相同頻率的通信網(wǎng)絡(luò)中工作。換言之，這些系統(tǒng)利用諸如碼分多址(CDMA)之類的信號(hào)調(diào)制方案，其中許多末端節(jié)點(diǎn)實(shí)際上同時(shí)在相同的射頻載波上傳輸。這樣的系統(tǒng)可能經(jīng)歷由不參與系統(tǒng)通信過程的設(shè)備的干擾造成的重大的質(zhì)量降級(jí)。例如，無線的LAN系統(tǒng)通常在未經(jīng)授權(quán)的射頻頻帶中工作。其它類型的無線電設(shè)備在這些頻帶中操作，所以不要求依照已頒布的LAN標(biāo)準(zhǔn)操作的設(shè)備不能受控。來自這樣的非系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的這些傳輸能大大降低無線LAN的性能。因此，隨著數(shù)據(jù)率增加，對(duì)這樣的干擾的敏感性也增加。
各種不同的其它問題是在無線通信系統(tǒng)中固有的。一個(gè)這樣的問題是所謂的多路徑衰落問題，借此從發(fā)送器(要么是基站、要么是另一個(gè)移動(dòng)用戶單元)傳輸?shù)纳漕l信號(hào)可能在前往預(yù)期的接收器途中遇到干擾。例如，信號(hào)可能被不在傳輸?shù)闹苯勇窂街械慕ㄖ镏惖奈矬w反射，然后作為原始信號(hào)的反射版本被改發(fā)到接收器。在這樣的例證中，接收器實(shí)際上接收同一無線電信號(hào)的兩個(gè)版本原始版本和反射版本。因?yàn)槊總€(gè)收到的信號(hào)都在同一頻率，但是相位由于反射信號(hào)的傳輸路徑比較長(zhǎng)互不相同，所以原始信號(hào)和反射信號(hào)可能傾向于相互抵消。這導(dǎo)致收到的信號(hào)的漏失信息或衰落。
使用單一元素天線的無線電單元對(duì)這樣的多路徑衰落是非常容易受影響的。單一元素天線沒有確定被傳輸?shù)男盘?hào)是從哪個(gè)方向發(fā)送的途徑而且不能被調(diào)諧或衰減，以便在它自己操作的任何特定的方向上更精確地檢測(cè)或接收信號(hào)。所以，定向天線能在某種程度上減輕多路徑衰落和類似的問題兩者是已知的。
本發(fā)明的概述本發(fā)明被用在使用自適應(yīng)定向天線陣來幫助隔離在系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)奈锢韺訜o線電信號(hào)的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中?？刂破髂芘渲锰炀€裝置以使幅射的和/或收到的能量的影響達(dá)到最大值。明確地說，天線裝置通常包括多重天線單元和同樣數(shù)目的可以為了影響收到的和/或傳輸?shù)男盘?hào)的相位被單獨(dú)改變的可調(diào)裝置，例如移相器、無源元件或相似的東西。
所以，天線裝置能相對(duì)于被傳輸?shù)幕虮唤邮盏男盘?hào)被定向或操縱到各種不同的抵達(dá)方位角。
自適應(yīng)天線使用利用兩種截然不同的信號(hào)檢測(cè)模式的無線電接收設(shè)備。在第一種接收模式中，控制器把天線設(shè)置到全向設(shè)定。這種模式在收到的信號(hào)尚未被標(biāo)識(shí)或者鏈路層尚未建立起來的時(shí)候被使用。把天線設(shè)置到特定的方位角的第二種接收模式是在接收信號(hào)已被標(biāo)識(shí)或者鏈路層連接已建立起來之后使用的。
依照本發(fā)明使用收到的信號(hào)的標(biāo)識(shí)確定天線陣模式的實(shí)施方案，一個(gè)多步驟程序被使用。
在該程序的第一個(gè)步驟中，定向天線陣可能被這樣控制，以致它具有全向增益圖。在這種模式中，當(dāng)引入的傳輸是信號(hào)被首先收到的時(shí)候，該信號(hào)的初始部分的某個(gè)標(biāo)識(shí)參數(shù)被檢測(cè)。例如，這些可能是在無線局域網(wǎng)(LAN)信號(hào)的Media Access Control(MAC)(媒體訪問控制)層部分的前同步碼部分中編碼的來源標(biāo)識(shí)符。
如果收到的信號(hào)先前已被檢測(cè)，控制器將把定向天線操縱到最后知道的最佳方向以便接收特定的檢測(cè)信號(hào)的深層部分。
如果收到的信號(hào)先前尚未被檢測(cè)，那么控制器掃描定向天線以便確定提供最好的收到的信號(hào)的度量的方向設(shè)定。這能繼續(xù)進(jìn)行，例如，作為可能的天線角度設(shè)定的角度搜尋，并且對(duì)每個(gè)備選方向測(cè)試收到的信號(hào)的度量。例如，收到的信號(hào)的度量可能是收到的信號(hào)強(qiáng)度、誤碼率、噪音功率、或其它可比較的度量。一旦用于天線的最佳方向設(shè)定被確定下來，那個(gè)設(shè)定被保留供將來在接收被標(biāo)識(shí)的信號(hào)時(shí)使用。
當(dāng)同一信號(hào)的深層部分(例如，數(shù)據(jù)幀中跟在前同步碼部分后面的有效載荷部分)被接收的時(shí)候，能操作定向天線陣，繼續(xù)掃描潛在的新角度，從而始終在某個(gè)定向模式中繼續(xù)尋找最好的信號(hào)度量。一旦信號(hào)傳輸被斷定，對(duì)于那個(gè)信號(hào)最后知道的最佳角度連同信號(hào)的標(biāo)識(shí)一起供將來接收能夠相同的信號(hào)使用。
在第二實(shí)施方案中，如同在先前的實(shí)施方案中那樣，本發(fā)明也使用天線的全向模式和定向模式兩者。在這個(gè)程序的第一個(gè)步驟中，天線陣被設(shè)置到全向模式。然后，檢驗(yàn)收到的信號(hào)的第一部分，以確定何時(shí)收到諸如請(qǐng)求發(fā)送(RTS)信息之類的鏈路層建立信息。在RTS被檢測(cè)之后，用于RTS的發(fā)送器的標(biāo)識(shí)信息被用來確定最后知道的抵達(dá)角度。然后，陣列被操縱到這個(gè)用于諸如清除發(fā)送(CTS)信息之類的信息的后續(xù)傳輸?shù)姆较?。?dāng)CTS的肯定應(yīng)答隨后被聽到的時(shí)候，接下來的步驟可能被使用；如果CTS的肯定應(yīng)答被收到，那么天線被操縱到適當(dāng)?shù)姆较蚴且阎?。然而，如果CTS的肯定應(yīng)答未被收到，則假定天線角度必須通過掃描備選角度被重建。
上述的實(shí)施方案在訪問節(jié)點(diǎn)或其它中央基本單元特別有用。
本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施方案能使用陣列如下。最初的鏈路層傳輸例如，請(qǐng)求發(fā)送(RTS)可能按定向模式被發(fā)送到預(yù)期的接收器。這個(gè)實(shí)施方案在發(fā)送器具有關(guān)于有可能用于預(yù)期的接收器的方向的儲(chǔ)存信息的場(chǎng)合特別有用。該單元然后等候按接收模式用天線組合對(duì)同樣的角度接收清除發(fā)送(CTS)指示。
如果CTS被收到，那么假定該方向是正確的，而且鏈路層連接被建立起來。
然而，如果CTS在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未被收到，控制器把陣列重新設(shè)置到全向模式，而且再一次嘗試建立鏈路層連接。
當(dāng)本發(fā)明被配置在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)候，它也可能被用在與負(fù)責(zé)把信息從第一節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到第二節(jié)點(diǎn)的裝置的連接中。這個(gè)功能性類似于路由器在Internet Protocol(IP)(網(wǎng)際協(xié)議)有線網(wǎng)絡(luò)中的功能。在這樣的應(yīng)用中，在檢測(cè)過程中，提供最佳的接收信號(hào)度量的角度如同前面描述的那樣針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的許多節(jié)點(diǎn)在接收模式期間被記錄下來。所以，每逢從第一節(jié)點(diǎn)收到需要被轉(zhuǎn)發(fā)到第二節(jié)點(diǎn)的信息的時(shí)候，如果已經(jīng)從那個(gè)第二節(jié)點(diǎn)收到信號(hào)，那么它的被記錄的最佳接收方向當(dāng)天線陣被用來把信號(hào)傳輸?shù)降诙?jié)點(diǎn)的時(shí)候被取回使用。用于向鄰近節(jié)點(diǎn)傳播的最佳天線角度的儲(chǔ)存能以類似于其它路由器查詢表功能的方式借助控制功能進(jìn)行處理，例如，被包含在IP地址相關(guān)聯(lián)的查詢表?xiàng)l目之中。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是在其中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)的方框圖。
圖2A和2B提供可以被用來格式化被傳輸?shù)男盘?hào)的媒體訪問控制(MAC)層數(shù)據(jù)幀或信息的實(shí)例。
圖3是為了依照第一實(shí)施方案處理收到的信號(hào)由天線控制器完成的各個(gè)步驟的序列。
圖4是依照第二實(shí)施方案天線控制器的處理流程圖。
圖5是控制器可能完成的另一種處理。
圖6舉例說明信息及其肯定應(yīng)答。
圖7是為確定天線角度設(shè)定使用肯定應(yīng)答抑制的各個(gè)步驟的序列。
圖8是為確定天線角度設(shè)定使用無爭(zhēng)用期的各個(gè)步驟的序列。
本發(fā)明的上述的和其它的目標(biāo)、特征和優(yōu)勢(shì)從下面用同樣的參考符號(hào)在不同的視圖中處處表示同一部份的附圖舉例說明的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的更具體的描述將變得顯而易見。這些附圖不必然依比例繪制，而是把重點(diǎn)放在舉例說明本發(fā)明的原則上。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述圖1是可能將本發(fā)明配置在其中的無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)10的高水平的方框圖，例如，用來在許多末端節(jié)點(diǎn)12和諸如英特網(wǎng)18之類的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間通過訪問點(diǎn)設(shè)備14提供無線連接的網(wǎng)絡(luò)。
明確地說，第一無線局域網(wǎng)(LAN)11-1是通過節(jié)點(diǎn)12-1-1、12-1-2、...、12-1-n形成的。這些節(jié)點(diǎn)12-1使用專門格式化的無線電信號(hào)相互通信并且與第一訪問點(diǎn)14-1通信。定向天線陣20-1是在第一無線的LAN11-1中與訪問點(diǎn)14-1一起使用的。訪問點(diǎn)14-1負(fù)責(zé)將收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成它們適當(dāng)?shù)挠芯€格式，例如適合英特網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)16-1通信的TCP/IP格式。網(wǎng)關(guān)16-1可能是路由器、開關(guān)或其它的互聯(lián)網(wǎng)裝置。
類似的第二無線LAN 11-2包括節(jié)點(diǎn)12-2-p、天線20-2、訪問點(diǎn)14-2和網(wǎng)關(guān)16-2。
每個(gè)節(jié)點(diǎn)12包括通常是配備無線網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)的便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的遠(yuǎn)程站。其它類型的計(jì)算機(jī)設(shè)備，例如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、臺(tái)式計(jì)算設(shè)備和其它可聯(lián)網(wǎng)的裝置，都是可能的。
訪問點(diǎn)(AP)14-1在無線網(wǎng)絡(luò)10和諸如英特網(wǎng)18之類的有線網(wǎng)絡(luò)之間起一種橋的作用。訪問點(diǎn)14-1對(duì)于在無線網(wǎng)絡(luò)中使用的物理層發(fā)信號(hào)起基站的作用，把對(duì)多重?zé)o線節(jié)點(diǎn)12-1-1、...、12-1-n的訪問聚集到有線網(wǎng)絡(luò)上。訪問點(diǎn)14通常由無線電接收器和傳輸器設(shè)備和諸如IEEE 802.11乙太網(wǎng)接口之類的有線網(wǎng)絡(luò)接口組成。如果訪問點(diǎn)14將提供對(duì)其它網(wǎng)絡(luò)的連接，它可能通常包括符合802.1橋接標(biāo)準(zhǔn)之類的標(biāo)準(zhǔn)的橋接軟件和防火墻之類的其它軟件。所以，從較高層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的觀點(diǎn)，它充當(dāng)路由器或橋。
除了標(biāo)準(zhǔn)的無線LAN發(fā)信號(hào)設(shè)備之外，訪問點(diǎn)14-1也包含能夠儲(chǔ)存用于節(jié)點(diǎn)12的標(biāo)識(shí)信息(例如，單元標(biāo)識(shí))和相關(guān)聯(lián)的天線設(shè)置參數(shù)(例如，角度)的表25。陣列控制器30允許操縱天線20-1的特定的方向，例如通過規(guī)定一個(gè)角度。訪問點(diǎn)14-1中的信號(hào)接收設(shè)備也包含能夠確定接收信號(hào)度量例如，收到的信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)、誤碼率(BER)、噪音功率水平或接收信號(hào)質(zhì)量的其它這樣的度量的檢測(cè)電路。
圖2A和2B舉例說明信息或幀結(jié)構(gòu)的格式，例如，在無線的LAN規(guī)范IEEE802.1 1b中描述的。信息由媒體訪問控制(MAC)層前同步碼、標(biāo)題和有效載荷部分或Protocol Specific Data Unit(PSDU)(協(xié)議專用數(shù)據(jù)單元)組成。IEEE 802.11中的信息可能要么是在圖2A中展示的在連接中與信息一起使用的長(zhǎng)前同步碼型，要么是如圖2B所示的短前同步碼型。不同的幀格式與支持不同的數(shù)據(jù)率相關(guān)聯(lián)。圖2A中展示的幀格式使用分別以1Mbps或2Mbps編碼的Double Binary Phase Shift Keying(DBPSK)(雙二進(jìn)制相移鍵控)或Double Quadrature PhaseShift Keying(DQPSK)(雙求積相移鍵控)調(diào)制有效載荷部分。圖2B中的幀格式利用DQPSK實(shí)現(xiàn)5.5Mbps或11Mbps的數(shù)據(jù)率。
另外，請(qǐng)注意就兩種幀格式而言，幀的前同步碼和標(biāo)題部分都利用比數(shù)據(jù)有效載荷部分更健壯的編碼方案。這允許在有噪音存在時(shí)更可靠地檢測(cè)標(biāo)題和前同步碼。
在圖2A或2B中展示的任一格式的前同步碼都包括特定的發(fā)送器的指示，例如在SFD部分中。
圖3舉例說明用來依照本發(fā)明接收無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的程序的流程圖。該程序是在訪問點(diǎn)14接收來自節(jié)點(diǎn)12的信號(hào)的時(shí)候在訪問點(diǎn)14中完成的，而且通?？梢栽谖锢韺犹幚砥陂g執(zhí)行。
從第一個(gè)空載步驟300，與各自的訪問點(diǎn)14相關(guān)聯(lián)的天線20最初被設(shè)定到全向模式。在這個(gè)全向模式中，然后進(jìn)入狀態(tài)320，在該狀態(tài)中檢測(cè)收到的信號(hào)的前同步碼部分和/或標(biāo)題。在狀態(tài)330中，檢驗(yàn)收到的信號(hào)的初始部分，以便唯一地識(shí)別它。如果收到的信號(hào)是未知的，例如，開始信號(hào)的節(jié)點(diǎn)12以前尚未被看到，那么在狀態(tài)322中，天線被設(shè)置在角度搜尋模式中。所以，在這種模式中，天線20步進(jìn)通過方向角的序列尋找最大的接收信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)質(zhì)量、最低的誤碼率(BER)或其它的信號(hào)質(zhì)量度量。在狀態(tài)323中，當(dāng)這個(gè)角度被確定下來的時(shí)候，它被記錄下來并且與裝置標(biāo)識(shí)信息相關(guān)聯(lián)，例如與那個(gè)裝置相關(guān)聯(lián)的表?xiàng)l目25。圖1所示的表可能被訪問點(diǎn)14作為它的信息路由選擇表的一部份保存。
無論如何，然后訪問點(diǎn)14可能進(jìn)入狀態(tài)324，在該狀態(tài)中在主動(dòng)接收期間，最佳角度在接收該幀的有效載荷數(shù)據(jù)部分的同時(shí)被不斷地調(diào)整。然后，如果該幀的接收被遺失或以別的方式完成，那么最后知道的最佳角度被記錄在表中，而且處理返回到初始狀態(tài)310。
如果從狀態(tài)330開始信號(hào)能夠被標(biāo)識(shí)，例如，信號(hào)先前已從發(fā)射節(jié)點(diǎn)12收到，那么處理繼續(xù)進(jìn)行到狀態(tài)325，在該狀態(tài)中已知的最后角度是在表25中查到的。然后，這個(gè)已知的最后角度被控制器30用來把陣列操縱到已知的最后位置。然后，在狀態(tài)326中陣列至少在接收該信號(hào)的有效載荷部分期間始終保持在這個(gè)已知的最后位置。從那里，可以在有效載荷部分被接收之時(shí)繼續(xù)進(jìn)入狀態(tài)324，借此角度在它活躍的時(shí)候被不斷地調(diào)整而且任何更新隨后被記錄在表25中。
如果單元處在中繼模式，可以從狀態(tài)326進(jìn)入狀態(tài)328，在這種情況下最佳接收角度可能被用來把后續(xù)的傳輸送到那個(gè)相同的節(jié)點(diǎn)。
圖4是也可以依照本發(fā)明使用的略微修改的程序的圖表。在圖4中程序各個(gè)步驟的數(shù)字或多或少地對(duì)應(yīng)于圖3中的步驟。例如，從第一個(gè)空載步驟300開始，天線20將在步驟310中被最初設(shè)置到全向模式。然而，在這個(gè)實(shí)施方案中，較高層水平發(fā)信號(hào)被檢驗(yàn)。例如，在步驟315中，請(qǐng)求發(fā)送(RTS)信息被檢測(cè)，例如在鏈路層。在步驟330中，該信息被再一次檢驗(yàn)以便看一看始發(fā)者是否有已知的標(biāo)識(shí)。如果如此，步驟325和326如同先前那樣繼續(xù)進(jìn)行，在這種場(chǎng)合與那個(gè)發(fā)送器相關(guān)聯(lián)的已知的最后角度在步驟325中被確定下來，而且天線20在步驟326中被操縱到已知的最后角度。在這個(gè)例證中，該單元然后將在步驟340中用現(xiàn)在被設(shè)置到已知的最后角度的天線發(fā)送清除發(fā)送(CTS)信息。
然而，回到步驟330，如果被檢測(cè)的RTS的標(biāo)識(shí)是未知的，那么在狀態(tài)322中角度搜尋繼續(xù)進(jìn)行，而且在步驟323中記錄最佳接收狀態(tài)的ID和角度。步驟324如同先前那樣繼續(xù)進(jìn)行，在這種情況下在接收活躍的有效載荷信息的同時(shí)可以調(diào)整角度。當(dāng)信號(hào)檢測(cè)結(jié)果被遺失和/或信息的末端(EOM)被收到的時(shí)候，可以進(jìn)入步驟345。
請(qǐng)把注意力返回到在狀態(tài)326中操縱已知的最后角度的例證，在步驟340中發(fā)送清除發(fā)送(CTS)信息。接下來，在步驟342中等待CTS的肯定應(yīng)答?？隙☉?yīng)答通常將在預(yù)定數(shù)量的時(shí)間內(nèi)被收到，或相反存在暫停條件。如果肯定應(yīng)答被收到，那么規(guī)定的角度被假定是認(rèn)可的，然后在狀態(tài)344中處理可以繼續(xù)進(jìn)行到步驟324。然而，如果在步驟342中暫停確實(shí)發(fā)生，那么假定天線20被操縱到的角度是惡劣的，所以必須進(jìn)入角度搜尋狀態(tài)322。
上述的方法在把申請(qǐng)應(yīng)用于訪問節(jié)點(diǎn)或中心基站單元時(shí)是特別有用的，其中想要的是為許多遠(yuǎn)程用戶單元服務(wù)。
然而，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案能在用戶單元中適用于如下利益。這組操作是在圖5中舉例說明的。在第一個(gè)步驟500中，天線被設(shè)置到定向模式。例如，共同的通常是用戶將具有關(guān)于它在哪個(gè)方向有基站存在的備選方向的給定的信息。在步驟510中，按定向模式發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送(RTS)信息。在步驟520中，如果從基站返回的清除發(fā)送(CTS)信息被收到，那么在步驟522中假定天線方向設(shè)定被認(rèn)可，而且鏈路層通信可以在步驟524中繼續(xù)進(jìn)行。
然而，如果在步驟520中在暫停周期內(nèi)沒有收到CTS，則假定天線未被正確地放置。因此，在步驟528中進(jìn)入全向模式并且在步驟540中發(fā)送RTS信息。然后處理從類似于在圖3和/或圖4中描述的那個(gè)點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行，即，在步驟544中為了適當(dāng)?shù)卦O(shè)置天線完成角度搜尋，而且在步驟548中記錄設(shè)定。
圖5舉例說明可以在典型的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)環(huán)境中發(fā)送的較高水平的信息的序列。明確地說，可能要么是訪問點(diǎn)14-1要么是遠(yuǎn)程站12的來源站發(fā)送信息610。信息610可有由一個(gè)或多個(gè)具有先前描述過的前同步碼、標(biāo)題和有效載荷部分的信息包組成。信息可能是比較詳細(xì)的信息，也可能是比較簡(jiǎn)單的信息，例如，建立連接和發(fā)送深層信息的請(qǐng)求。
作為對(duì)收到信息610的響應(yīng)，預(yù)期目的地站將返回肯定應(yīng)答信息612。這個(gè)肯定應(yīng)答信息612可以具有前同步碼部分和標(biāo)題部分，后者明確地具有標(biāo)題或作為已知的肯定應(yīng)答(ACK)格式的有效載荷部分。例如，較高層協(xié)議可能是在鏈路層實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明可以利用這些較高層協(xié)議單元調(diào)用有助于訓(xùn)練天線的其它協(xié)議。
肯定應(yīng)答信息612是在目的地站收到適當(dāng)?shù)男畔?10之時(shí)發(fā)送的。然而，情況也可能退出614，在這種情況下沒有肯定應(yīng)答從目的地發(fā)送出來。如果信息在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)在目的地未被收到，通常將這樣做。以那種方式，來源將知道嘗試轉(zhuǎn)發(fā)信息610。這個(gè)肯定應(yīng)答協(xié)議是在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的典型的較高層協(xié)議，在英特網(wǎng)數(shù)據(jù)通信中使用的典型的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)協(xié)議。
在某些環(huán)境中使用較高層協(xié)議信息可能變成必要的，其中物理層協(xié)議不允許將數(shù)據(jù)幀解調(diào)的時(shí)間和/或在前同步碼部分中不包含發(fā)送站的標(biāo)識(shí)。這樣的協(xié)議出現(xiàn)一個(gè)問題，因?yàn)樵跊]有某種類型的解調(diào)發(fā)生的情況下沒有辦法知道發(fā)射器末端。然而，依次沒有信號(hào)解調(diào)時(shí)間或沒有信號(hào)解調(diào)時(shí)間。例如，確定接收質(zhì)量直到完整的幀被處理之后才可能是可能的。這可能取決于供幀使用的特殊編碼。除此之外，某些協(xié)議可能使用持續(xù)時(shí)間太短無法及時(shí)識(shí)別把這個(gè)天線陣有效地操縱到適當(dāng)?shù)姆较虻淖罴逊较虻那巴酱a部分。例如，802.11B標(biāo)準(zhǔn)在這方面可能是可接受的。然而，諸如802.11無線LAN標(biāo)準(zhǔn)之類的協(xié)議不可能提供持續(xù)時(shí)間充足的前同步碼。除此之外，無線LAN協(xié)議對(duì)類似于乙太網(wǎng)的類似的無線電通信鏈路協(xié)議有影響。具體地說，肯定的肯定應(yīng)答無線電通信鏈路協(xié)議被使用。例如，如果正確接收的信息包被確認(rèn)，反之不正確接收的信息包則不被確認(rèn)。因此，非-肯定應(yīng)答測(cè)試可以是在無線電通信鏈路協(xié)議層和/或更高水平的層完成的。
本質(zhì)上，程序被展示在圖6中。對(duì)于初始的空載狀態(tài)600，用戶陣列20首先被操縱到全向狀態(tài)。
在下一個(gè)狀態(tài)712中，傳輸被接收。當(dāng)這個(gè)信息包被正確地接收的時(shí)候，進(jìn)入狀態(tài)714，在該狀態(tài)中將被正常發(fā)送的肯定應(yīng)答612被抑制。所以，單元進(jìn)入沒有肯定應(yīng)答被發(fā)送614的模式。這允許進(jìn)入狀態(tài)716，在該狀態(tài)中天線的角度可以被調(diào)整。在狀態(tài)714中抑制肯定應(yīng)答引起在狀態(tài)718中二次接收信息包。在狀態(tài)720中就這個(gè)二次接收，比較接收質(zhì)量。如果接收質(zhì)量不適當(dāng)，那么處理環(huán)回到狀態(tài)714，在該狀態(tài)中肯定應(yīng)答再一次被抑制。步驟714到720被連續(xù)地執(zhí)行，直到在狀態(tài)720中確定收到的信息包有可接受的質(zhì)量為止。在這個(gè)發(fā)生的時(shí)候，控制轉(zhuǎn)到狀態(tài)722，在該狀態(tài)中肯定應(yīng)答現(xiàn)在被發(fā)送。然后，將設(shè)定角度與該單元的標(biāo)識(shí)一起記錄下來用于以后與那個(gè)單元通信。
人們應(yīng)該理解在某些例證中在712中收到信息包之時(shí)，如果單元的標(biāo)識(shí)能夠被確定，那么角度可能在狀態(tài)716中第二次嘗試之時(shí)得到更適當(dāng)?shù)脑O(shè)定，例如，在圖3展示的那樣。例如，如果遠(yuǎn)程單元的標(biāo)識(shí)在狀態(tài)712中能夠由收到的信息包構(gòu)成，那么與步驟714到720相關(guān)聯(lián)的角度搜尋能更迅速地繼續(xù)進(jìn)行。
在這里請(qǐng)注意重要的是較高層協(xié)議正在被用來為了優(yōu)化天線陣設(shè)定強(qiáng)迫轉(zhuǎn)播信息包。其它的協(xié)議屬性或單元可能被用于相似的結(jié)果。例如，無爭(zhēng)用的窗口能被某些使用所謂的PCF或HCF模式的協(xié)議建立起來。在PCF模式中，提供用來發(fā)現(xiàn)能受一些單元在某個(gè)時(shí)段期間將被發(fā)射的訪問點(diǎn)控制的最佳角度的方法。因此，單元的標(biāo)識(shí)是預(yù)先知道的，天線能在它的接收之前被操縱到適合通信的已知的最后方向。因此，控制信息可能在全向模式期間建立起來，然后，在向遠(yuǎn)程單元發(fā)射的時(shí)候，定向模式能在HCF或Hybrid Coordination Function(混合協(xié)調(diào)功能)中被確定下來。
現(xiàn)在把注意力更具體地轉(zhuǎn)到圖8，802.11訪問點(diǎn)12本質(zhì)上有兩種模式，包括分布式相關(guān)功能(DCF)模式810和點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)模式830。在DCF模式中，通信基本上是基于爭(zhēng)用的，借此任何一個(gè)用戶單元12都可能被允許嘗試在任何點(diǎn)及時(shí)地把信息發(fā)送給訪問點(diǎn)14。PCF模式830時(shí)常被進(jìn)入，以便提供一種模式，在該模式中無爭(zhēng)用通信是可能的。因此，在PCF模式中的時(shí)候，系統(tǒng)對(duì)特定的用戶單元12保證它將能夠具有對(duì)無線電波的獨(dú)家訪問并且能夠把信息發(fā)送給訪問點(diǎn)814，與其它的用戶單元12沒有任何沖突。
因此，在與DCF模式810相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)812中，訪問點(diǎn)14在偶爾發(fā)生的基礎(chǔ)上接受來自稍后將作為被授權(quán)的無爭(zhēng)用區(qū)(CF)的特定的用戶單元12的請(qǐng)求。最后，在狀態(tài)830中進(jìn)入PCF模式。在這個(gè)狀態(tài)中，天線首先被送到全向模式832。在下一個(gè)狀態(tài)834中，標(biāo)志信號(hào)被發(fā)送給所有的用戶單元12以指出正在進(jìn)入PCF模式。是否它們將會(huì)被允許一個(gè)爭(zhēng)用，這是給所有偵聽即將來臨的輪詢信息的單元的信號(hào)，以便確定它們是否將被授權(quán)無爭(zhēng)用期。然后，輪詢信號(hào)在狀態(tài)834發(fā)送出去。對(duì)狀態(tài)834中的輪詢信號(hào)的響應(yīng)確定在PCF模式期間將被授權(quán)無爭(zhēng)用訪問的用戶單元12之一的特定的標(biāo)識(shí)符。人們應(yīng)該理解在任何給定的PCF模式期間，許多不同的用戶單元12可能被授權(quán)獨(dú)家使用或者可能相繼地被授權(quán)無爭(zhēng)用期。
依據(jù)它的已請(qǐng)求無爭(zhēng)用期的用戶單元12的時(shí)間表，訪問點(diǎn)在狀態(tài)834輪詢?cè)谒哪夸浬系牡谝粋€(gè)這樣的單元。輪詢信息通過把天線操縱到適合特定的被標(biāo)識(shí)的用戶單元12的已知的最后位置或正確的角度被發(fā)送。然后，這個(gè)特定的PCF信息在步驟838中作為無爭(zhēng)用信息被發(fā)送。然后，步驟834到838是不斷地執(zhí)行，直到每一個(gè)已經(jīng)請(qǐng)求CF的用戶單元最后被批準(zhǔn)它們?cè)跓o爭(zhēng)用期輪到的機(jī)會(huì)為止。在每個(gè)后續(xù)的這樣的用戶單元12在無爭(zhēng)用期間被訪問的時(shí)候，在狀態(tài)836中天線將在對(duì)特定的用戶單元12發(fā)送相關(guān)的PCF信息之前被操縱到它相應(yīng)的適當(dāng)?shù)姆较?。然后，在狀態(tài)838中的無爭(zhēng)用處理的結(jié)尾，訪問單元可能操縱天線陣20回到全向模式，以致在狀態(tài)840中無爭(zhēng)用期結(jié)束信息可能被發(fā)送給所有的用戶單元，使它們可以理解PCF模式的結(jié)尾已經(jīng)到達(dá)而且系統(tǒng)現(xiàn)在將在狀態(tài)810中返回DCF模式。
雖然這項(xiàng)發(fā)明已結(jié)合其優(yōu)選實(shí)施方案被具體地展示和描述，但是熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人將理解在形式和細(xì)節(jié)方面的各種不同的改變可以在不脫離用權(quán)利要求書囊括的本發(fā)明的范圍情況下完成。
權(quán)利要求
1.一種用來操作無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的方法，其中第一站使用無線物理層信號(hào)傳輸協(xié)議與第二站通信，而且第一站使用定向天線，所述方法包括下述步驟確定包含數(shù)據(jù)包的無線信號(hào)何時(shí)被第一站收到；依據(jù)來自第二站的傳輸?shù)牡谝徊糠执_定曾把無線信號(hào)發(fā)射給第一站的發(fā)射第二站的標(biāo)識(shí)；使用確定下來的第二站的標(biāo)識(shí)確定用于定向天線陣的參數(shù)；以及在接收來自第二站的信號(hào)傳輸?shù)暮罄m(xù)部分期間，依照用于被標(biāo)識(shí)的第二站的參數(shù)操縱定向天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一站是訪問點(diǎn)，而第二站是遠(yuǎn)程站。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一站是遠(yuǎn)程站，而第二站是訪問點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中首先收到的部分是一幀的前同步碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中收到的信號(hào)的第一部分是一系列信息包中的第一個(gè)信息包。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中后續(xù)的傳輸是在一幀中比較遲的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中后續(xù)的傳輸是在一系列被發(fā)射的幀中比較遲的幀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中定向天線是多重天線單元的可操縱陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中數(shù)據(jù)幀的前同步碼部分是用比傳輸中跟在后面的部分更健壯的調(diào)制方案編碼的。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中前同步碼部分可能具有眾多可能的前同步碼格式之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中前同步碼部分包含發(fā)送器標(biāo)識(shí)，而有效載荷被看作是后來發(fā)送的幀。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中天線陣參數(shù)與第二站的標(biāo)識(shí)相關(guān)聯(lián)。
13.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中單元標(biāo)識(shí)和天線參數(shù)被儲(chǔ)存在與在第一和第二站之間的轉(zhuǎn)發(fā)通信相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)層地址相關(guān)聯(lián)的一張表中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中網(wǎng)絡(luò)地址是網(wǎng)際協(xié)議地址，而且第一站完成適合網(wǎng)絡(luò)層通訊聯(lián)系的路由選擇功能。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下述步驟如果不可能依據(jù)第二站的標(biāo)識(shí)確定天線參數(shù)的標(biāo)識(shí)，則搜索天線參數(shù)設(shè)定以便確定接收來自第二站的通信的最佳方向。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定發(fā)射第二站的標(biāo)識(shí)的步驟從在天線按全向模式操作之時(shí)收到的通信的某個(gè)部分發(fā)生。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中健壯的較低的編碼的調(diào)制類型是在第一部分的傳輸期間使用的，而較高的編碼的調(diào)制類型是在來自第二站的傳輸?shù)谋容^遲的部分期間使用的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中標(biāo)識(shí)信息位于傳輸?shù)妮^高的編碼部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中定向天線是在傳輸?shù)谋容^遲的部分被收到之前被操縱到最后知道的方向。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中傳輸?shù)谋容^遲的部分也可能是后續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀。
21.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括下述步驟如果傳輸?shù)诙镜臉?biāo)識(shí)是未知的，則操縱定向天線以便確定用于接收通信的最佳方向。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中標(biāo)識(shí)是在收到第一幀之后確定的。
23.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括下述步驟在最佳方向被確定之后，與在從被標(biāo)識(shí)的單元收到的信號(hào)的后續(xù)處理中使用的單元標(biāo)識(shí)信息一起儲(chǔ)存方向信息。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下述步驟把Clear toSend(CTS)(清除發(fā)送)指示從第一站發(fā)送到第二站；注意聽清除發(fā)送信號(hào)的肯定應(yīng)答的接收；如果收到這樣的肯定應(yīng)答，則確定當(dāng)前的定向天線設(shè)置(值)是充份的；如果沒有收到肯定應(yīng)答，那么為傳輸確定不同的角度。
25.一種用來操作通信網(wǎng)絡(luò)的方法，其中第一站使用無線物理層傳輸信號(hào)與第二站通信，而且包括下述步驟為天線陣設(shè)置全向模式；在第一站接收來自第二站的傳輸；確定依據(jù)收到的傳輸確定第二站的標(biāo)識(shí)；以及按照最后知道的被標(biāo)識(shí)的單元的位置的方向操縱定向天線。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中第一站是訪問點(diǎn)，而第二站是遠(yuǎn)程站。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中第一站是遠(yuǎn)程站，而第二站是訪問點(diǎn)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中傳輸?shù)牡谝徊糠质菙?shù)據(jù)幀的前同步碼。
29.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中傳輸?shù)牡谝徊糠质堑谝恍畔?br> 30.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中后續(xù)的傳輸是數(shù)據(jù)幀的比較遲的部分。
31.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中后續(xù)的傳輸是比較遲傳輸?shù)男畔?br> 32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中前同步碼部分是包含發(fā)送器的標(biāo)識(shí)的完全的數(shù)據(jù)幀。
33.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中確定傳輸?shù)诙镜臉?biāo)識(shí)的步驟從在天線正在按全向模式操作之時(shí)收到的傳輸?shù)哪硞€(gè)部分開始發(fā)生。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中標(biāo)識(shí)被包含在傳輸?shù)妮^高的編碼部分中。
35.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中定向天線是在傳輸?shù)谋容^遲的部分開始之前被操縱到最后知道的方向。
36.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，進(jìn)一步包括下述步驟如果第二站的標(biāo)識(shí)未被確定，操縱定向天線通過一系列的備選方向以確定適合接收來自傳輸單元的通信的最佳方向。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，進(jìn)一步包括下述步驟在確定最佳方向之后，與在從被標(biāo)識(shí)的單元收到的信號(hào)的后續(xù)處理中使用的單元標(biāo)識(shí)信息一起儲(chǔ)存方向數(shù)據(jù)。
38.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括下述步驟在已知的一系列被轉(zhuǎn)移的信息包的序列中，在不關(guān)心信息包遺失的情況下操縱天線。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，進(jìn)一步包括下述步驟使用信息包肯定應(yīng)答機(jī)制恢復(fù)任何失去的數(shù)據(jù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，進(jìn)一步包括下述步驟依靠無線電鏈路控制協(xié)議(RLP)機(jī)制恢復(fù)失去的信息包。
41.一種用來操作通信系統(tǒng)的方法，其中第一和第二站交換信息，通信使用無線物理層傳輸信號(hào)發(fā)生，第一站使用定向天線，所述方法包括下述步驟確定在第一站何時(shí)收到來自第二站的無線信號(hào)；利用在比物理層高的協(xié)議層的信息控制來自特定的第二站的數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)播；以及使用按較高層協(xié)議傳輸?shù)男畔⒉倏v天線陣。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中協(xié)議屬性被用來迫使數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)播用于優(yōu)化天線陣操縱的目的。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中協(xié)議屬性是從第一站返回到第二站的肯定應(yīng)答(ACK)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中為了迫使轉(zhuǎn)播從第二站到第一站，肯定應(yīng)答信息受到抑制。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中肯定應(yīng)答抑制是僅僅依據(jù)許多次(N次)傳輸之一完成的，以便降低天線適應(yīng)的忙閑度。
46.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，進(jìn)一步包括下述步驟在第一肯定應(yīng)答抑制之后，識(shí)別來自它的傳輸正在被接收的第二站，以便基于來自特定的第二站的過去的傳輸歷史為天線確定某個(gè)角度。
47.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中協(xié)議單元利用Request to Send(RTS)(請(qǐng)求發(fā)送)和清除發(fā)送(CTS)協(xié)議數(shù)據(jù)單元保證來自特定的第二站的幀的傳輸。
48.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中之時(shí)協(xié)議單元是僅僅請(qǐng)求特定的第二站傳輸?shù)腜oint Coordination Function(PCF)(點(diǎn)配位函數(shù))實(shí)體。
全文摘要
一種在諸如無線局域網(wǎng)(LAN)(11－1，11－2)之類的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中提供增大的抗干擾能力的自適應(yīng)天線信號(hào)標(biāo)識(shí)處理，自適應(yīng)天線(20－1，20－2)位于訪問點(diǎn)(14－1，14－2)并且能相對(duì)于收到的信號(hào)被操縱到各種不同的抵達(dá)方位角。相關(guān)聯(lián)的無線電接收設(shè)備利用兩種截然不同的信號(hào)檢測(cè)模式。在第一種模式中，定向天線陣被設(shè)定到具有全向增益圖。在這種模式中，收到的信號(hào)的初始部分的某些標(biāo)識(shí)參數(shù)(例如，來源標(biāo)識(shí)符)被檢測(cè)。如果收到的信號(hào)先前尚未被檢測(cè)，那么天線陣被掃描，以確定提供最佳的接收信號(hào)度量的方向設(shè)定。一旦用于接收信號(hào)的最佳方向設(shè)定被確定下來，那個(gè)設(shè)定就被保留供將來在接收相同的信號(hào)時(shí)使用。如果收到的信號(hào)已經(jīng)被檢測(cè)，系統(tǒng)將改為把定向天線操縱到最后知道的適合接收特定的檢測(cè)信號(hào)的最佳方向。在接收同一信號(hào)的深層部分(例如，數(shù)據(jù)幀的有效負(fù)載部分)的時(shí)候，定向天線陣能夠繼續(xù)掃描潛在的新的最佳角度。當(dāng)這項(xiàng)發(fā)明按中繼功能配置的時(shí)候，在這種情況下從第一節(jié)點(diǎn)(12－1－1，12－2－2，12－1－n)收到的信息將被轉(zhuǎn)發(fā)到第二節(jié)點(diǎn)(12－2－p)，它被記錄下來的最佳接收方向是為第二節(jié)點(diǎn)(12－2－p)取回的而且在天線陣(20－1，20－2)被用來把信號(hào)發(fā)送給第二節(jié)點(diǎn)(12－2－p)的時(shí)候被使用。儲(chǔ)存用于向鄰近節(jié)點(diǎn)傳播的最佳天線角能夠以類似于其它的路由器查詢表的方式被控制功能處理，例如被包含在儲(chǔ)存IP地址的查詢表(25)中。
文檔編號(hào)H04L12/28GK1568585SQ02820281
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2002年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月13日
發(fā)明者小詹姆斯·A·普羅克特 申請(qǐng)人:訊捷通訊公司