專利名稱：無線網絡的媒體接入控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是無線網絡的媒體接入控制方法及系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明通過利用SDMA(空分多址接入)兼容接入點，來說明以高于現(xiàn)有WLAN(無線局域網)裝置的吞吐量為特征的新型WLAN用協(xié)議。本系統(tǒng)同時向多個空間分布的用戶提供服務，其結果，使WLAN的有效吞吐量最高增加到“N倍”(“N”是波束數(shù)及AP(接入點)能夠同時支持的收發(fā)器數(shù))。
背景技術：
WLAN(無線局域網)應用領域極其廣泛。例如，存在這樣的情況下在企業(yè)內用戶通常是在桌上使用筆記本電腦，有時會轉移到會議室等地方；或連接到安裝有無線接入器、包括諸如機頂盒、媒體播放器、因特網入口或顯示面板、攝像機、筆記本電腦之類的家庭AV(音像)服務器的接入點，接入存儲因特網或家庭AV服務器上的媒體。WLAN也可以應用到在數(shù)據服務的移動用戶能夠接入的辦公大樓前廳及咖啡店等蜂窩熱點。
IEEE802.11(參照非專利文獻1)是提供計算機及其他裝置到網絡的無線連接的高成本效率比方案。借助信號處理和調制技術方面的新進展，已經將該標準擴展來以更高的數(shù)據傳輸速率(參照非專利文獻2、非專利文獻3)支持新的物理層。根據研究，現(xiàn)在的802.LL系統(tǒng)的主要制約是MAC(媒體接入控制)層，其結果隨著數(shù)據傳輸速率的加快，出現(xiàn)了吞吐量飽和的問題(參照非專利文獻4)。IEEE 802.11工作小組確認了關于當前WLAN改進基于MAC(媒體接入控制)及PHY(物理層)提高WLAN吞吐量的必要性(參照非專利文獻5)。被提出的重要課題之一就是對當前系統(tǒng)的支持/辨識的必要性(參照非專利文獻5、非專利文獻6)。
非專利文獻1～非專利文獻6如下非專利文獻1“Local and Metropolitan Area Networks-SpecificRequirements-Part 11Wireless LAN Medium Access Control(MAC)andPhysical Layer(PHY)specifications”，IEEE Std 802.11-1999，IEEE，August1999“局域網和城域網-特定的需要-Part 11無線局域網媒體接入控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范”，IEEE標準802.11-1999，IEEE，1999年8月。
非專利文獻2“Local and Metropolitan Area Networks-SpecificRequirements-Part 11Wireless LAN Medium Access Control(MAC)andPhysical Layer(PHY)specificationsHigher-Speed Physical Layer Extension inthe 2.4GHz Band”，IEEE Std 802.11b-1999，IEEE，September 1999“局域網和城域網-特定的需要-Part 11無線局域網媒體接入控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范2.4GHz頻段較高速物理層擴展”，IEEE標準802.11b-1999，IEEE，1999年9月。
非專利文獻3“Local and Metropolitan Area Networks-SpecificRequirements-Part 11Wireless LAN Medium Access Control(MAC)andPhysical Layer(PHY)specificationsHigher-Speed Physical Layer Extension inthe 5 GHz Band”，IEEE Std 802.11a-1999，IEEE，September 1999“局域網和城域網-特定的需要-Part 11無線局域網媒體接入控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范5GHz頻段較高速物理層擴展”，IEEE標準802.11a-1999，IEEE，1999年9月。
非專利文獻4Y.Xiao & J.Rosdahl，“Throughput Analysis for IEEE 802.11aHigher Data Rates”，doc.IEEE 802.11/02-138r0，March 2002“針對IEEE802.11a更高的數(shù)據速率的吞吐量分析”，doc.IEEE 802.11/02-138r0，2002年3月。
非專利文獻5J.Rosdahl et al，“Draft Project Allocation Request(PAR) forHigh Throughput Study Group”，doc.IEEE 802.11/02-798r7，March 2003“高吞吐量研究小組的草稿工程分配需求”doc.IEEE 802.11/02-798r7，2003年3月。
非專利文獻6E.Perahia，A.Stephens，S.Coffey，“Backward CompatabilityCase Studies”，doc.IEEE 802.11-03/307r0，May 2003“向后兼容情況研究”doc.IEEE 802.11-03/307r0，2003年5月。
根據現(xiàn)在的應用及將來所能考慮到的應用，由現(xiàn)有的WLAN(無線局域網)支持的數(shù)據傳輸速率足夠了(非專利文獻7J.del Prado，K.Challapali，SShankar and P.Li，“Application Characteristics for HT Usage Scenarios”，doc.IEEE 802.11-03/346r0，May 2003“針對HT使用情景的應用特色”IEEE802.11-03/346r0，2003年5月)。由于WLAN傳統(tǒng)上包括時分多址接入方式裝置，所以網絡能夠同時支持的高速數(shù)據傳輸應用的用戶數(shù)量就成了問題。這個問題可以歸納為對更高吞吐量的需求的問題。實現(xiàn)更高吞吐量的方法是增加在比基于國際標準化組織(ISO)開放系統(tǒng)雙向連接(OSI)模式的層2還要高的層或者媒體接入控制層中測定的數(shù)據傳輸速率。為了滿足增加包含單一無線接入點和多個無線終端的一個基本服務組的全部無線終端的總吞吐量所需的條件，在接入點測定無線局域網系統(tǒng)的吞吐量。
雖然增加可利用的RF(射頻)頻譜也是一種解決方案，但是這不是一個選項。這是因為可利用的頻譜資源是有限的，而且已經配備在其他應用上去了。另外，由于新系統(tǒng)要和當前裝置有向后兼容性，所以必須適合于頻譜屏蔽及已經使用的信道化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供能夠提高網絡總吞吐量的無線網絡媒體接入控制方法及系統(tǒng)。本發(fā)明利用基于裝備有可實行SDMA的多波束天線的接入點(AP)的協(xié)議和系統(tǒng)來解決上述技術問題。使用SDMA的AP利用AP(接入點)天線的空間選擇性，同時向同一頻道上的多個WLAN用戶提供服務。根據AP能同時形成的同時天線波束數(shù)量及AP可利用的收發(fā)機數(shù)量，能夠提高WLAN網絡的總吞吐量。
為了提高吞吐量，本發(fā)明關于MAC子層以及PHY(物理層)擴展進行敘述。對于MAC的變更是以對基于多波束天線系統(tǒng)的TDMA(時分多址接入)/TDD(時分數(shù)據)系統(tǒng)的本質請求為依據的。本說明中也公開這樣一種技術在開發(fā)新系統(tǒng)時，如果該系統(tǒng)被應用到不明確使用SDMA的WLAN，則在提高吞吐量的同時也帶來了效率更高的電力消耗。
本發(fā)明適用于包括裝備有多波束天線的SDMA兼容的AP及由多個終端的依據802.11的WLAN。AP及終端全都使用本文要詳細敘述的協(xié)議。檢測出WLAN存在的終端首先嘗試與關聯(lián)WLAN關聯(lián)。在本發(fā)明中，敘述了兩種關聯(lián)過程(1)對于傳統(tǒng)終端，以及(2)對于配備有新協(xié)議的終端關聯(lián)。如果關聯(lián)關聯(lián)成功，則AP把終端分配到特定的小組，并設定終端定時同步，以便只能在被分配給該小組的期間才能夠進行發(fā)送。小組的形成和分配是根據能夠決定各用戶的位置并使其波束結構動態(tài)地適應用戶的配置的AP，或使用廣泛地適用于整個覆蓋區(qū)域的固定波束的AP來執(zhí)行的。在本發(fā)明中，對小組分配所需要的方向/波束搜索機制進行說明。AP在跨越所有小組內的全部波束的發(fā)送上行鏈接及下行線路的情況下、執(zhí)行同步。對于下行線路進行幀整合，并通過去除掉幀間的間隙和前導碼來節(jié)約帶寬。在上行線路的情況下，說明基于調度的輪詢及基于監(jiān)視競爭的接入機制。根據由哪個終端執(zhí)行功率控制以及節(jié)電來公開接入機制。舉例說明最小化并方便對來自不合格終端(妨礙高吞吐量網絡正規(guī)的通信)的輸入的檢測的技術。當檢測出不合格/未經授權的終端存在時，AP會命令該終端轉移到其他信道去。
總體上來看，本發(fā)明的主要目的是用于敘述WLAN系統(tǒng)及協(xié)議，并實現(xiàn)高吞吐量。
本發(fā)明要明確，對于WLAN上的所有業(yè)務AP都是障礙。通過把本發(fā)明應用在WLAN上，能把吞吐量擴大到“n倍”，網絡能以更高的應用數(shù)據傳輸速率和更好的服務質量向更多的用戶提供服務。本發(fā)明所述技術把對各終端/用戶機器需要的變更控制在最小限度內，同時改善自網絡到AP的安裝上的復雜性和在降低成本方面做出貢獻。本發(fā)明詳細敘述的協(xié)議棧使傳統(tǒng)網絡裝置檢測以及把它們切換到其它信道變得容易，并且能夠使分配為高吞吐量WLAN使用的信道上的吞吐量最佳化。本發(fā)明也敘述通過功率控制，把對利用本發(fā)明的裝置對使用同一信道的其他用戶的影響控制到最小限度。本發(fā)明還描述節(jié)電技術?？傮w上講，使用本技術可以放寬需要的電池條件，帶來更加小型化、輕量化的終端/裝置的設計。
作為結論，本發(fā)明的影響可以歸納為2點(1)增加WLAN的總吞吐量；以及(2)使價格低、結構簡單且體積小的形狀系數(shù)的用戶機器/終端的設計和制造都變得容易。


圖1是表示使用SDMA并包括3個終端和SDMA兼容AP的無線局域網(WLAN)的示例的示意圖；圖2是表示由監(jiān)視接入期間(靠AP控制)和非監(jiān)視接入期間所構成的超幀的結構，以及指示監(jiān)視及非監(jiān)視接入模式結束的方法的示意圖；圖3是表示作為配備WLAN MAC的分級協(xié)議棧的WLAN協(xié)議棧的示意圖；
圖4是表示能夠動態(tài)地根據空間配置創(chuàng)建用于用戶分組的波束的動態(tài)波束形成AP(接入點)的示意圖；圖5是表示動態(tài)地形成的2組波束的示意圖，其中所述2組波束由AP形成、以便覆蓋由1組波束不能覆蓋的多個用戶(接收范圍模式可以根據用戶和業(yè)務量最佳化)；圖6是表示使用訓練序列命令獲得終端的信息序列的示意圖，它是在關聯(lián)后交換的信息序列，以便于指定終端方向并在長時間停止活動期間、有大的響應損耗或輪詢幀之后再獲得終端(如正文說明，根據接收機的實現(xiàn)、特別是在動態(tài)波束形成AP(圖3)中對應波束選擇，需要這樣的信令)；圖7是表示為了經常更新用戶位置而內置在AP中的裝置的示意圖，更新用戶位置是在使用分組接收用的初級波束和位置更新用的次級波束同時形成的2個波束、由終端到AP的分組發(fā)送存在時，動態(tài)更新AP的用戶位置的方法；圖8是表示識別用戶位置的方法的流程圖，包括AP使用圖7的裝置來識別用戶位置的步驟；圖9是表示固定波束AP的示意圖，所述固定波束AP能夠形成分別由覆蓋整個空間的3個波束構成的2組波束；圖10是表示2個相鄰扇形波束的實際波束模式的示意圖，圖解當基于轉移寬度為0(垂直滾降)的波束需要無數(shù)天線因子這一事實作出完全覆蓋2個相鄰波束的嘗試時所發(fā)生的重合，同時，也表示旁瓣產生的、從1個波束空間到別的波束空間的干擾；圖11是表示終端起動序列HMSC(混合微電路)的示意圖，總結了終端采用的起動序列；圖12是表示監(jiān)視接入模式定時結構的示意圖，是基于由每組3個波束構成的2個波束組所組成的系統(tǒng)的監(jiān)視接入模式定時結構(定時被2個組分割，其開始與結束分別由波束開始和波束結束信標指示)；圖13是表示關于1個組的監(jiān)視接入模式的示例圖，是監(jiān)視接入模式的到達以及發(fā)出發(fā)送結構(在此例中，組期間被分割成1個上行線路階段和1個下行線路階段；該圖表示在不同的波束的到達以及發(fā)出發(fā)送之間同AP的同步)；以及圖14是表示監(jiān)視接入模式的到達以及發(fā)出發(fā)送結構(含Dummy/Pad發(fā)送)的示意圖(本圖是圖12所示的示例的放大，表示通過使下行線路階段上所有波束發(fā)送時間同步，而使用Dummy/Pad發(fā)送來防止未經授權的終端對媒體接入的方法)。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。
在此，首先公開使用執(zhí)行媒體接入控制的空分多址接入的WLAN網絡上的終端以及接入點用裝置及機制。為了使本發(fā)明容易理解，采用以下定義。
“WLAN”是指無線局域網。WLAN包含依靠無線接入技術，向移動終端提供LAN服務的任意數(shù)目的裝置或節(jié)點。
“終端(STA)”是指能夠接入由WLAN提供的服務的裝置。
“接入點(AP)”是指具有控制對網絡的接入并維持其定時作用的WLAN內的終端。作為其他服務，起著作為WLAN內的終端接入其他網絡裝置的橋梁作用。
“空分多址接入(SDMA)”是指采用通過空間上的物理分離和波束指向性發(fā)送/接收信號的收發(fā)機功能，使多個無線收發(fā)機能夠同時使用同一頻譜進行通信的接入機制。
“媒體”是指由WLAN管理的無線信道。
“多波束天線”是指為使交叉/波束間干擾最小并實現(xiàn)SDMA(空分多址接入)，而在不同方向上能夠形成不同波束的天線系統(tǒng)。
“媒體接入控制(MAC)層”是指為了接入網絡媒體，而一般由所有終端所使用的網絡協(xié)議。
“物理(PHY)層”是指網絡上實際收發(fā)信號的收發(fā)機。能夠推廣為由來自MAC的會聚層及控制層等幾個子層所構成。
“信標幀”是指由AP周期性發(fā)送的幀，一般表示超幀的開始，并向WLAN內所有的STA(終端)傳送網絡固有的信息。
“下行線路”是指產生從接入點向各終端的通信的發(fā)送信道。
“上行線路”是指產生從各終端向接入點的通信的發(fā)送信道。
“超幀”是指接入點或網絡協(xié)調器使相關的所有節(jié)點都服從管理的網絡幀定時結構。
“監(jiān)視接入模式”是指在其中各終端遵循由AP或網絡協(xié)調器所定義的特定接入規(guī)則的WLAN超幀操作模式。
“非監(jiān)視接入模式”是指在其中各終端對媒體執(zhí)行在無管制競爭接入的WLAN超幀操作模式。
“組”是指由一個或多個不重復的波束的形成，AP同時能覆蓋的終端的集合。
“組ID”是指被分配給屬于特定組的各終端的識別符，可以靠這個識別符把共同的命令(組播)傳送至各終端。
“組期間”是指AP形成天線波束覆蓋特定用戶組的時間量。
“波束開始信標幀”是指AP所發(fā)送的、通知WLAN上符合的組及波束的用戶組期間開始的信息。
“波束結束信標幀”是指AP所發(fā)送的、通知符合的組的用戶在其他組的期間內斷開電源的信息。
“輪詢及監(jiān)視競爭接入幀”是指AP所發(fā)送的、通知特定的組及波束的用戶上行發(fā)送的日程及監(jiān)視競爭接入周期的幀。
“響應幀間隔(RIFS)”是指來自WLAN內不同的終端的連續(xù)發(fā)送間的最小時間間隔。一般比媒體強占所需要的最小時間要少，因此可以用于響應以及確認響應幀。
“強占幀間隔(PIFS)”是指希望對媒體接入的AP進行觀測的時間間隔。PIFS比RIFS還大，但比CIFS要小，所以AP可以得到比STA優(yōu)先級高的接入。
“競爭幀間隔(CIFS)”是在終端開始競爭前，即開始非輪詢發(fā)送前，必須觀察媒體成為空閑狀態(tài)的最小時間。CIFS在幀間隔中為最大。
“未經授權的終端”是指完全未遵從WLAN協(xié)議的終端，或與現(xiàn)在的LAN定時未準確地同步的終端，在WLAN中，采取發(fā)生沖突/干擾一類舉動的終端。
在以下的說明中，為了便于說明的目的，定義了特定的號碼、時刻、結構、協(xié)議名和其他參數(shù)，以便充分理解本發(fā)明，但本領域普通技術人員也會明白，本發(fā)明不用這些細節(jié)也可以實現(xiàn)。在其他示示例中，為了不使本發(fā)明的內容產生不必要的歧義，眾所周知的結構部分及模塊用方框圖來表示。
為了充分理解本發(fā)明，下面說明操作過程、信息數(shù)據結構及計算方法。雖然使用了特定的數(shù)據結構，但是這些僅僅旨在舉例說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明實施之時，所屬領域技術人員會明白要根據實際使用狀況，補充新的信息，并省略特定的部分。
圖1表示由AP(101)和多個STA(102-104)所構成的典型的WLAN網絡。出于攜帶性和移動性的需要，SAT一般使用小型簡單的無指向性或接近無指向性波束模式的天線，一方面，通常作為固定基礎網絡裝置的接入點，可以形成空間上分離的不同波束(SDMA波束105-107)，把相互的交叉/干擾控制在最小。
配備有多波束天線的AP能夠形成無指向性波束模式，也能夠在不同方向上形成一組波束。當接通電源時，STA執(zhí)行無線網絡搜索。STA首先搜索以固定間隔由AP廣播的信標幀(201)，以便在STA間保持同步并發(fā)送網絡固有信息。為了在所有終端間取得同步，更新現(xiàn)有終端，并向新終端通知網絡固有信息，周期性地廣播信標幀。2個連續(xù)信標之間的間隔被稱之為超幀(202)。為了充分利用多波束天線(常駐AP)型WLAN的特性，需要AP調整波束形成，以便使各終端的收/發(fā)信定時一致，而同時最佳化信道的頻帶使用率。MAC超幀存在2類操作模式或期間(i)監(jiān)視接入模式或期間(203)(在這一模式下，AP使用多波束天線系統(tǒng))、以及(ii)非監(jiān)視接入模式或期間(204)(在這一模式下，AP以向傳統(tǒng)終端提供服務為主要目的，使用無指向性天線模式)?？紤]說明上的方便，圖2表示關于2種接入模式分別各舉1例來表示超幀，但這并不排除在超幀中出現(xiàn)的任意模式的多個示例的一般情況。AP分別采用“監(jiān)視接入結束幀”(205)及“非監(jiān)視接入結束幀”(206)通知任一種接入模式的結束。為使頻帶利用最佳化，這些幀也可以和AP所發(fā)送的、諸如信標之類的其他幀合并。
為基于上述情況使數(shù)據發(fā)送變?yōu)榭赡?，采用如圖3所示的協(xié)議棧來支持WLAN上的高吞吐量數(shù)據發(fā)送。媒體接入控制技術可以大致分為基于競爭(301)和基于輪詢(302)2大類，兩者都類似上述非專利文獻1及非專利文獻8(“Draft Supplement to LAN/MAN Specific Requirements-Part 11Wireless Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)specificationsMAC Enhancements for Quality of Service(QoS)”，IEEE Std 802.11e/D4.2，F(xiàn)ebruary 2003“針對局域網和城域網特定需要起草的補充-part11無線媒體接入控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范增強MAC來提高服務質量(QoS)”IEEE標準802.11e/D4.2，2003年2月)所述的內容?；诟偁幍慕尤霗C制相當于非專利獻1的分布式控制功能(DCF)及非專利文獻8的HCF競爭方式信道接入或擴張分布式控制功能(EDCF)?；谳喸兊男诺澜尤胂喈斢诜菍＠墨I1的集中式控制功能(PCF)及非專利文獻8的HCF控制信道接入。在上述描述中，HCF是指混合控制功能。
在圖3中，波束接入協(xié)調器(303)使高吞吐量方式下的WLAN操作變?yōu)榭赡埽⑼ㄟ^調整AP和STA間的數(shù)據傳送和利用網絡上的多波束天線的功能，來實現(xiàn)高吞吐量。如圖3所示的協(xié)議棧MAC(304)及PHY(305)實體靠管理實體(306)進行控制。
本發(fā)明的中心是使上述2個協(xié)調器功能的使用變得容易的波束接入協(xié)調器，以及實現(xiàn)對來自能夠形成多波束的AP的多個數(shù)據流的同時發(fā)送/接收的新接入機制。基于波束形成功能，使用波束接入協(xié)調器的管理實體(306)進而控制使用基于輪詢及競爭的接入機制的數(shù)據轉換。
信標幀是通知WLAN的存在及其ID，并且具有定時基準作用的廣播通信幀。在信標上還包括協(xié)議參照號碼(高吞吐量終端/傳統(tǒng)終端)、天線類型(無指向性/指向性)、天線波束類型(動態(tài)波束形成/固定波束)及含有方向搜索功能的WLAN功能/特征的組合。信標幀可用以下結構描述。
Beacon{WLAN ID/*unique identifier for the AP & WLAN*WLAN Capability/Protocol Type/*protocol set & features of the AP*Beacon Repetition Rate/*rate of recurrence of this frame*/Supervised Access Duration/*duration of multi-beam operation*/}關聯(lián)請求(Association Request)是請求關聯(lián)特定的WLAN的STA所發(fā)送的命令，可以包含以下信息要素。
AssociationRequest{WLAN ID/*unique identifier for the AP & WLAN*/Group ID/*common identification for a set of beams*/Beam ID/*identification of an individual beam*/STA ID/Address/*unique address of the station*/STA Capability/*protocol set and features of the station*/
}關聯(lián)響應(Association Response)是AP對預先提出關聯(lián)請求的STA發(fā)送的接受或是拒絕STA的請求的命令/幀?？梢园韵滦畔⒁?。
AssociationResponse{WLAN ID/*unique identifier for the AP & WLAN*/Group ID/*common identification for a set of beams*/Beam ID/*identification of an individual beam*/STA ID/Address/*unique address of the station*/Association Status/*result of the association request*/}獲取請求(Acquisition Request)是由AP發(fā)送的命令，用于請求終端發(fā)送訓練序列，以便參照終端識別AP的方向。獲取請求的信息內容可以用以下結構描述。
AcquisitionRequest{Source Address(AP)/*unique identification of initiator of the frame*/Destination Address/*unique identification of addressed station*/Duration/Length of Training Sequence}組ID分配(Group-ID Assign)是AP向終端發(fā)送的命令幀，用于把終端分配給波束組。組ID分配的信息內容可以用下列結構描述。
GroupIDAssign{Source Address(AP)/*unique identification of initiator of the frame*/Destination Address/*unique identification of addressed station*/Group ID/*common identification for a set of beams*/Beam ID/*identification of an individual beam*/}波束開始信標(Beam Start Beacon)是被廣播到特定的波束及組的STA并指示其信標/組的操作開始的幀，可以包含以下信息要素。
BeamStartBeacon{WLAN ID/*unique identifier for the AP & WLAN*/WLAN Capability/Protocol ID/*protocol set & features of the WLAN*/Group ID/*common identification for a set of beams*/Beam ID/*identification of an individual beam*/Group Duration/*active time for current Group of beams*/Group Repetition Rate/*rate of recurrence of this rrame*/Downlink Schedule/*timing structure for downlink transmissions*/}波束結束信標(Beam End Beacon)是被廣播到特定波束及組的STA并指示該信標/組的操作結束的幀，可以包含以下信息要素。
BeamEndBeacon{WLAN ID/*unique identifier for the AP & WLAN*/WLAN Capability/Protocol ID/*protocol set & features of the WLAN*/Group ID/*common identification for a set of beams*/Beam ID/*identification of an individual beam*/Sleep Duration/*duration of inactivity for current beam*/}輪詢及監(jiān)視競爭通知幀(Poll+Supervised Contention AnnouncementFrame)是由AP發(fā)送到特定波束的STA組并定義基于輪詢的媒體接入及基于競爭的信道接入的幀。該幀所含的信息可以用下列結構描述。
Poll+SupervisedContentionAnnouncement{{AddressSTA1，GrantTime1，GrantDuration1，GrantType1}{AddressSTA2，GrantTime2，GrantDuration2，GrantType2}{AddressSTAN，Grant TimeN，GrantDurationN，GrantTypeN){Group Address，Grant Time，GrantDuration，SupervisedContention}
}SDMA兼容WLAN可以具有裝備有不同天線功能的AP。在特定系統(tǒng)中，為了使關于用戶的空間配置的收信可能范圍(覆蓋)最佳化，可以從陣列加權系數(shù)庫選擇不同的波束組合。圖4示出能夠形成3個同時波束(即AP具有3個收發(fā)機)的系統(tǒng)示例。在圖4里，AP(401)采用寬波束(402)以低用戶/業(yè)務密度覆蓋空間，采用窄波束(403)以高用戶/業(yè)務密度覆蓋空間。AP這樣做的目的就是要把不同組及波束的用戶間的業(yè)務/使用率的分布式控制在最小限度，在所有組波束中維持同樣的業(yè)務量/利用模式。當不能采用不同的波束同時覆蓋所有的用戶，并且同時在不同的波束中嘗試取得用戶數(shù)/業(yè)務的平衡時，AP把用戶歸類到2組波束，并交替地執(zhí)行這2組的輻射。圖5示出在3個非重復波束中的2組(404及405)的例子。附圖標記404表示組A的波束，附圖標記405表示組B的波束。以上述情況為基礎，也假設波束重疊的同樣情況。
在圖4所示的系統(tǒng)中，AP可能不能以那些波束覆蓋所有的用戶空間。因此，如圖2所示，為能夠檢測出新終端的存在，并使其關聯(lián)，有必要周期性返回非監(jiān)視接入模式。新的終端檢測信標幀，并在非監(jiān)視接入模式(即AP無指向性時)下發(fā)出關聯(lián)請求。關聯(lián)請求(Association Request)可以把組ID和波束ID字段設定為空值，并采用上述結構。因此，當AP決定接受終端時，它把組及波束ID設定為0，可以靠關聯(lián)響應來回復。使用如后面要講的組ID分配(Group-ID Assign)幀可以給終端分配組/波束ID。
用于如圖4所示的系統(tǒng)的波束形成，取決于用戶的位置/方向的在AP上的知識。下面，依靠圖6所示的信息發(fā)送，說明AP可以取得STA相對方向的方法及裝置。在關聯(lián)信令發(fā)送(502)結束后，AP將包含按上述結構描述的信息的獲取請求命令(501)發(fā)送給STA。終端在RIFS期間(503)后，以某期間(如幀中字段所指示地那樣)所發(fā)送的預定訓練序列(505)組成的獲取響應(504)來回答。訓練序列期間取決于AP的實現(xiàn)，即波束數(shù)、波束切換速度、接收機鎖定時間。如上所述，獲取時間取決于系統(tǒng)實現(xiàn)。因此，根據系統(tǒng)的不同，可以通過將上行幀的前導碼作為訓練序列使用，來識別方向，并回避對圖6的訓練序列的需要。
根據系統(tǒng)實現(xiàn)，可以(必須)以不同的精度由AP識別方向。方法之一是在訓練序列的發(fā)送時，AP在各種可用波束之間進行切換。根據以最大信號強度(不同波束功率增益差歸一化后)接收用戶發(fā)送的波束來決定用戶的方向。
理想地，AP所形成的每個波束應該使在所期望的波束寬度內的增益變動為最小，因此滾降必須是極尖鋭的“扇形”。這樣設計的好處是，發(fā)送不同發(fā)送信號的波束能夠相鄰地配置，而缺點是用戶從某波束移向別的波束時，會看丟用戶。圖6中所述信息發(fā)送技術可解決這個問題。但是，為了實現(xiàn)這一點，系統(tǒng)必須返回到非監(jiān)視接入模式，所以實質上產生了開銷。圖7表示經常更新關于APSTA位置的裝置，而圖8表示以下的流程圖。在AP(602)使用初級波束(601)接收來自目標用戶(603)的分組時，類似的扇形設計的次級波束(604)在初級波束鄰域進行掃描。如果以波束角度(次級波束中心角605)表示各掃描位置，由于其波束的形狀，接收功率電平(在(607)測定)在2個不同的位置、即波束的端部發(fā)生瞬變現(xiàn)象(在(608)檢測)。AP將接下來發(fā)生瞬變現(xiàn)象的2個波束位置所圍起來的角度的平分線確認為用戶的位置。該定位可以在上行發(fā)送時及在AP的響應幀的接收時(610)執(zhí)行。通過執(zhí)行這樣的用戶位置的動態(tài)更新，來在必要時調整其波束模式，必要時使用組ID分配(Group-ID Assign)，適當?shù)剡M行STA對不同組的再分配，并降低獲取請求信令的使用，其結果媒體可以有效利用。
引進如(608)所示的瞬變接收功率檢測器，在檢測時間和波束接收范圍的精度之同，建立左右為難的關系。另外，在檢測瞬變現(xiàn)象時，檢測器把從相鄰波束與/或信道信息接收到的干擾考慮進去較為妥當。如(608)所示，依靠簡單方法的接收功率的精確識別，圖8所示的算法可從脫離循環(huán)，并在終端位置結束。
當識別出用戶位置時，如果不能同時覆蓋所有用戶，則根據用戶的空間配置、業(yè)務量及AP能同時形成的波束數(shù)，AP可以把用戶分組。同樣，把適當?shù)慕M及波束ID分配到各個終端。即使使用圖7所示的連續(xù)更新機制，STA留下還是有可能不被AP檢測出來而從波束空間中出來。在上行線路業(yè)務頻度極低的STA時，這種可能性特別高。出現(xiàn)這種情況時，可以用輪詢的失敗或來自STA的響應形式檢測出來。AP通過鄰接STA的原始波束的波束來發(fā)出新的組ID分配(Group-ID Assign)，嘗試STA的獲取。最壞的情況是，AP必須發(fā)出新的獲取請求。在STA的情況下，從波束空間出來意味著STA無法檢測出本身所屬的組波束開始信標(Beam Start Beacon)及波束結束信標(Beam End Beacon)。遇到這種情況，終端必須中斷所有節(jié)電操作，并檢測新的組ID分配(Group-ID Assign)或補捉請求(Acquisition Request)。當AP再次獲取終端并再次建立波束開始信標及波束結束信標之間的同步時，STA再次進入節(jié)電狀態(tài)，而其他組期間處于睡眠狀態(tài)。
考慮使用覆蓋整個空間的固定波束的其他AP多波束天線系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)示例如圖9所示。這里，AP(701)為了覆蓋整個空間，而使用分別具有3個波束的2組(702-703)波束。附圖標記702表示組A的波束，附圖標記703表示組B的波束。如上所述，多波束系統(tǒng)所期望的特性是“扇形”波束，即具有一樣的通過頻帶增益和極尖鋭的滾降的波束。但是，實際上要實現(xiàn)極尖銳滾降是不可能的(如圖10所示)，而在鄰接的波束間會產生某種程度的重疊(704)。另外，附圖標記705表示來自組B的波束對組A波束的旁瓣干擾。在這種情況下，顯然需要至少2個被配置成相互相鄰的波束組。在圖9所示的系統(tǒng)中，到達方向檢測被簡化為僅在2個組之間切換、來識別用戶存在的波束。AP能夠利用關聯(lián)請求(Association Request)的前導碼指示在關聯(lián)響應(Association Response)階段，使用波束ID及組ID來分別識別被分配的用戶波束和組。由于相鄰波束間的重疊，可以考慮2種(1)因終端存在于非重復區(qū)域而只受到1個波束輻射的情況，以及(2)終端存在于重復區(qū)域的情況。位于重復區(qū)域的終端可分配在任意組里。這可以(通過使用關聯(lián)請求Association-Request幀的組ID及波束ID字段)由終端進行請求，而是否接受基于為把不同組的不同波束間利用的波束寬度變化控制在最小限度上而由AP執(zhí)行的負荷/業(yè)務平衡算法的判定取決于AP。
與按照用戶位置和業(yè)務量使波束覆蓋最佳化的動態(tài)波束系統(tǒng)不同，固定波束系統(tǒng)使用覆蓋整個空間的波束。因此，電源接通后，掃描媒體的終端會根據終端存在于非重復區(qū)域和重復區(qū)域的哪一個，以檢測出1組或2組波束開始信標(Beam Start Beacon)的任意一個。當存在于非重復區(qū)域時，終端可依靠檢測出的波束開始信標(Beam Start Beacon)及波束結束信標(Beam EndBeacon)決定波束ID和組ID。終端可以將該信息包括在該波束上行發(fā)送的監(jiān)視競爭期間內執(zhí)行的關聯(lián)信令里。當存在于重復區(qū)域時，可以表示終端在任意一組的監(jiān)視競爭接入期間內開始關聯(lián)請求(Association Request)后，并且哪一組都可以檢測出來。在下行線路期間，AP以關聯(lián)響應(AssociationResponse)來響應，對于該終端所期望的組，可以承認該終端的關聯(lián)，或者嵌入(對于由AP決定的負荷/業(yè)務量等要素)指示關聯(lián)別的組的信息。
STA隨著時間的經過移動，進入別的波束/組的接收范圍的可能性極高。AP以輪詢失敗或來自終端的響應的形式，來檢測是否進入別的范圍。對應的措施是以發(fā)送新的組ID或與原波束相鄰的波束給定其輪詢的形式來進行。最壞的情況是不得不發(fā)出新的獲取請求。由1個組的波束移到別的組的波束的終端，無法在預定時刻檢測出本身所屬的原本的組的波束開始信標及波束結束信標。這時，終端必須中斷所有的節(jié)電操作，并檢測出在相鄰組的期間所發(fā)送的新的組ID分配(Group-ID Assign)。當終端取得新的組ID并建立了波束開始信標和波束結束信標的同步后，終端再次進入節(jié)電狀態(tài)，并在其他組的期間中進入睡眠狀態(tài)。
基于上述說明，裝備有能夠覆蓋整個空間的多波束兼容天線的WLAN不需要使用有規(guī)律性的反復發(fā)生的非監(jiān)視接入期間?？墒?，當傳統(tǒng)終端當被檢測出來時，就需要返回非監(jiān)視接入模式。在動態(tài)波束形成系統(tǒng)的情況下，AP為了使在最初覆蓋的波束空間不存在的新終端檢測和關聯(lián)成為可能，有規(guī)律的非監(jiān)視接入期間變得必要。因此，在2個系統(tǒng)之間存在著左右為難的關系。即動態(tài)波束形成系統(tǒng)只覆蓋用戶存在的區(qū)域，所以更有效地利用監(jiān)視接入期間的所有波束，為檢測出新的終端而需要非監(jiān)視期間，一方面，固定波束系統(tǒng)和用戶配置無關地同樣覆蓋空間，僅在傳統(tǒng)終端被檢測出來時返回非監(jiān)視接入模式。
圖11是對于上述2個不同的天線系統(tǒng)(動態(tài)波束形成及固定波束形成)的終端采用的起動序列的HMSC描述。附圖標記801是終端檢測WLAN內容的掃描及檢測階段。在固定波束系統(tǒng)(802)中，按照附圖標記803所示的信息路徑，終端走向上述關聯(lián)及組分配的步驟。在動態(tài)波束系統(tǒng)(804)中，終端走向以上述附圖標記805所示的步驟。由圖可明顯得知，終端的位置可使用圖6及附圖標記806所示的系統(tǒng)化的訓練序列獲得，或使用信息路徑(807)所示的幀發(fā)送的前導碼獲得。
基于分別各有3個波束的2組示例，圖12表示超幀監(jiān)視接入期間的定時結構。附圖標記901是組“A”的波束1中由AP以廣播的波束開始信標(BeamStart Beacon)幀。同樣，對組“A”的波束2及3的波束開始信標(Beam StartBeacon)，以附圖標記902統(tǒng)一表示，而附圖標記903統(tǒng)一表示組“B”的波束開始信標(Beam Start Beacon)。各波束開始信標通知特定的波束的特定組的用戶開始操作，并通知該組(GroupDuration)專用的監(jiān)視接入模式以及對當前的組(GroupRepetitionRate)的用戶通知下一個組的定時。在本結構中，這是以速度單位參數(shù)表示的，但也可以用時間單位參數(shù)來表示。在組“A”期間(904)，屬于組“B”的用戶必須選擇中止活動來節(jié)電。相反，在組“B”期間(905)，屬于組“A”的用戶必須選擇中止活動來節(jié)電。能與上述一并使用的替代機制是，AP廣播波束結束信標(Beam End Beacon)，在特定的組的終端通知不要接入媒體，或是到下一組期間或非監(jiān)視接入期間之前執(zhí)行節(jié)電。對應于組“A”及“B”的波束結束信標(Beam End Beacon)分別以附圖標記906及附圖標記907表示。圖12表示使用對每個組1個的2個組期間的監(jiān)視接入模式內的時分概念。但是，這不是在同一監(jiān)視接入期間幾個交替發(fā)生的組期間排除一般的情況。
包含在波束開始信標(Beam Start Beacon)里的DownlinkScheduleElement是包括對于種種關聯(lián)STA的下行發(fā)送的媒體分配/輪詢的結構。為了容易進一步地細化節(jié)電，即為了對沒有預定下行發(fā)送的接收的終端的節(jié)電，DownlinkScheduleElement能夠通知為了開始本實施形態(tài)下面說明的上行線路階段而使用的下行發(fā)送階段的結束定時或輪詢及監(jiān)視競爭通知(Poll+Supervised Contention Announcement)幀的開始定時。
為了回避與其他波束的沖突(起因于假定各終端使用無指向性天線)及AP本身發(fā)生的沖突(由于RF(射頻)部分的實際設計的絕緣性不完全)，AP有必要經常對所有波束取得發(fā)送接收操作的同步?；趫D12的示例，圖13表示監(jiān)視接入期間的組“A”期間(1001)的細節(jié)。在發(fā)送中的下行線路及上行線路階段的分離及波束上的同步分別用附圖標記1002和附圖標記1003表示。為了容易圖解及說明，在圖上把組“A”期間分為上行線路及下行線路階段來表示。但是，這并不排除在某個組期間內發(fā)生多個上行線路及下行線路階段的情況。
為了有效利用頻帶，可以集中特定波束的下行線路的幀(即以AP為起點的幀)。由此，傳統(tǒng)用于區(qū)別2個獨立發(fā)送的幀相互之間幀間隔的排除變得容易(因為下行線路全部以AP為起點，所以沒有完全獨立)。作為幀間隔排除的結果，在幀的開始，只有1個共享前導碼(1004)就足夠，并且能夠進一步降低使用的頻帶。所有接收機和這個共享前導碼取得同步，并可以依存于MAC層，來解釋和接入下行線路中符合的部分。如圖所示，因為下行線路共享同一信號源(AP)，所以能夠進一步用波束開始信標集中。如上所述，波束開始信標(1005)因為包含下行線路的時候由哪個終端接收數(shù)據的信息，所以如果未含在這一列表內的終端收到此信息，則在下行線路階段可以進入節(jié)電狀態(tài)。
在特定組內的所有波束的下行發(fā)送結束時，AP發(fā)出上行線路請求/輪詢。這在組內的最長下行發(fā)送(在圖13示例中是波束2)中可以集中發(fā)出?？墒侨绻麍?zhí)行這種集中，則在屬于沒有預定下行發(fā)送的波束以及組的終端間的節(jié)電利用將被排除。這是因為如果執(zhí)行節(jié)電，則終端就失去了和下行發(fā)送的同步。圖13表示在最長的下行發(fā)送的1RIFS(1007)后被發(fā)送的、在全部波束中取得同步的輪詢及監(jiān)視競爭通知(Poll+Supervised ContentionAnnouncement)幀(1006)。這將使得在下行線路節(jié)電模式下的終端為了接收輪詢及監(jiān)視競爭通知(Poll+Supervised Contention Announcement)幀，而再次建立與AP的同步。
如上述結構所示，輪詢及監(jiān)視競爭通知(Poll+Supervised ContentionAnnouncement)幀(1006)通知AP希望從特定波束的終端接收的上行發(fā)送調度。上述結構的各字段是表示對于特定的終端(AddressSTA)的許可/輪詢細節(jié)的實際結構。GrantTime表示目標終端預定開始該發(fā)送的時刻，GrantDuration表示STA被允許接入媒體的時間或期間。應用GrantType字段，AP向STA表示輪詢意圖，即對預約請求的響應，或者過去發(fā)送的下行線路幀等的確認響應的請求。輪詢及監(jiān)視競爭通知(Poll+Supervised ContentionAnnouncement)幀的最后要素通知對于預定組及波束所有用戶的監(jiān)視競爭接入期間的開始。要注意競爭方式的業(yè)務只在下一個下行線路周期才被許可。對信道所有的上行線路的接入必須在波束結束信標幀(1008)的1RIFS之前完成，以便AP能夠再次進行媒體控制。
AP必須把多個輪詢嵌入在輪詢及監(jiān)視競爭通知(Poll+SupervisedContention Access)幀(1006)中，并允許以不同波束的不同長度的上行線路分組的、基于競爭的發(fā)送。當AP依次執(zhí)行輪詢時，在發(fā)送輪詢幀(下行線路發(fā)送)前，需要獲取媒體看其是否和所有的波束的媒體取得同步。因此，當不同波束的分組尺寸差別大時，結果會發(fā)生不必要的頻帶損失。另外，關于終端天線的功能沒有任何假設，所以來自任意終端的無指向性上行發(fā)送使其他終端既無法觀測媒體是否空閑，也不能作為傳統(tǒng)載波偵聽技術結果來發(fā)送。因此，當進行被輪詢的上行接入時，被輪詢的終端需要取決于包括在輪詢中的定時信息，并忽略傳統(tǒng)載波偵聽機制?？墒?，各終端間的功率控制(后述)極順利時，載波偵聽機制能夠檢測出空閑的媒體(實際上有連續(xù)發(fā)送的時候)。在這種情況下，只可以對充分遠離的波束上的組的用戶預測發(fā)生，即可以假設某波束的2個終端不是互相隱蔽的終端。
因為AP使用指向性天線，所以能夠接收2個在空間上相離的上行發(fā)送。因此，多波束天線MAC即使在監(jiān)視競爭接入期間也對提高吞吐量有貢獻。
需要注意到，為了AP接收機取得與來自下一個終端的發(fā)送的同步，位于2個連續(xù)的上行發(fā)送之間的間隔是必須的。這個“防護時間”(圖13的附圖標記1013所示)是防止因本地時鐘的漂移或不準確而在2個預定的發(fā)送之間的沖突所必需的。防護時間必須以下面的方式引進，即，使2個連續(xù)的發(fā)送之間的實際時間間隔等于或小于CIFS期間，并比RIFS期間長。
可以看出，圖13的下行線路期間(1002)，在不同波束的下行發(fā)送時間里存在偏差的可能性。這是由于在空間上分離的不同用戶中存在不同的業(yè)務量而產生的。來自AP的發(fā)送由于本來具有指向性，所以如上所述在某個時間里，只有1個用戶組“檢測”這些發(fā)送。在圖13的例子中是組“A”。根據上述協(xié)議，組“B”的用戶在這一期間內不進行發(fā)送。但是，未經授權的終端(也有傳統(tǒng)基于競爭的接入WLAN終端的情況)存在于組“A”的波束1接收范圍時，未經授權的終端有可能檢測出附圖標記1009所示的媒體空閑時間。為了使沖突的可能性變小(也是為了以此提高WLAN吞吐量)，AP可以采用發(fā)送Dummy/Pad數(shù)據的機制，使發(fā)送時間和波束2一致。這一例子如圖14所示。圖中附圖標記1010、1011表示波束1及波束3的Dummy/Pad發(fā)送數(shù)據的發(fā)送，目的是使本身和波束2(1012)一致，使共享該波束的未經授權的終端在下行線路階段無法嘗試基于競爭的接入。附圖標記1012表示其結果，波束1及波束3的下行線路和波束2一致。雖然這一機制防止存在于現(xiàn)在有效的組(在該例中是組“A”)中的未經授權的終端對媒體接入，使沖突的可能性變小，但是，卻不能應對存在于組“B”的未經授權的終端在組“A”期間發(fā)送的情況。AP雖然無法回避這種情況，可是通過檢查在上行線路階段接收的確認響應，能夠檢測出這種情況。如果接收到關于以不同的波束同時進行下行發(fā)送的所有幀表示否定的確認響應，則可能性最高的原因正是因為未經授權的終端造成的。AP可以切換到非監(jiān)視接入模式，或檢測出未經授權的終端并隨時采取請求該終端移到別的信道上去之類的對策。
在上行線路中，在輪詢及監(jiān)視競爭通知(Poll+Supervised ContentionAnnouncemnet)期間為確認響應而被輪詢的終端在接收到的下行線路數(shù)據中含有錯誤時，必須以表示否定的確認響應幀來回答。換言之，終端應該發(fā)送表示否定的確認響應和表示肯定的確認響應兩者。以此方法，能夠回避監(jiān)視接入期間的定時結構由于喪失幀而發(fā)生變更，并回避比防護時間(比CIFS短，比RIFS長)長的“媒體無音區(qū)間”，進而能夠回避基于競爭的未經授權的終端對媒體的接入。同樣的方法也能適用于輪詢對象的頻帶分配。終端沒有要發(fā)送的數(shù)據時，在所分配的期間內也應該維持發(fā)送狀態(tài)。
為發(fā)送要求穩(wěn)定的QoS水平的流，可以假設AP在預約請求階段提供滿足終端所指定的、對特定頻帶及延遲的要求的服務(有計劃的輪詢)。AP也可以根據頻帶的利用狀況，拒絕預約請求。在傳統(tǒng)WLAN(即不使用多波束天線的傳統(tǒng)系統(tǒng))中，所有的終端同時共享媒體。因此，從頻帶的預約觀點來看，AP只要跟蹤1個(無指向性)波束就行了。多波束天線方式的WLAN把空間(及其中的用戶)分割為多個波束。因而，AP能按照終端以這些波束中的1個所進行的預約請求，使該波束的預約變得容易。流的接收方可以根據AP的不同存在于被接入的不同波束或者別的網絡之中。因此，多波束天線方式的WLAN需要包含進行預約的流的發(fā)送目的地地址的預約請求。以這些信息為基礎，AP識別發(fā)送目的地的終端/業(yè)務接收方的位置。如果接收方是WLAN本身，則AP必須在受理預約請求前，保證在上行線路、下行線路雙方可利用的適當資源。
依賴于多波束天線方式系統(tǒng)的利用，(根據方向和波束模式)可變的增益要素被追加到連接估算上。利用該增益可以降低終端或接入點任一方發(fā)送的必要條件，并能夠節(jié)約電池，以抑制對同一信道的其他用戶的干擾。發(fā)送功率按分組單位、以和1個分組的響應時間類似的速度來調整。因為WLAN使用時分雙工(TDD)，所以在上行線路以及下行線路使用同一信道，并且以一個連接進行的測定也可以適用相反線路。以下說明用于實現(xiàn)功率控制下面的機制。向AP(或終端)發(fā)送分組的終端(或AP)包括幀使用的發(fā)送功率電平。這是用有效負載(按接收方的MAC子層來解釋)或物理會聚子層(包括數(shù)據傳輸速度、擾頻器信息等)中任意一種進行編碼。原來發(fā)送的幀的接收機比較實際接收的功率(可根據測定接收信號的強度決定)和用于發(fā)送(被發(fā)送幀編碼)的實際功率電平，決定發(fā)送時使用的剩余功率。因此，在下一發(fā)送中，終端能夠減少相當于該剩余的發(fā)送功率，使實質的消費功率及對信道的其他用戶產生的干擾變小。
如上所述，本發(fā)明的特征可以歸納如下。
(1)在無線網絡中提高網絡的總吞吐量的媒體接入控制方法及系統(tǒng)，包括接入點(AP)，裝備有SDMA兼容多波束天線及同時分別連接到不同天線波束的多個收發(fā)機；以及(ii)1臺或一臺以上終端，分散在無線LAN的接收空間上。
(2)適用于上述(1)所述系統(tǒng)的定時結構，該定時結構包括(i)被周期性發(fā)送的信標幀，用于通知無線網絡的存在，并向所述網絡上的各終端提供定時基準；(ii)“監(jiān)視接入模式”，是接入點用以通過控制對無線信道的接入并調整與用戶的發(fā)送，從而有效地提高網絡吞吐量的期間，以便于利用天線特性并在同一信道上實現(xiàn)多個同時發(fā)送；(iii)“非監(jiān)視接入模式”，是接入點被配置成無指向性模式并且各終端自由地接入信道以便能夠使用傳統(tǒng)載波偵聽技術進行發(fā)送的期間；以及(iv)信號發(fā)送信令，接入點由此而開始或結束監(jiān)視或非監(jiān)視接入期間。
(3)實現(xiàn)上述(1)所述方法及系統(tǒng)的協(xié)議棧，包括(i)媒體接入控制(MAC)層，用于定義多個無線終端接入共有媒體的接入規(guī)則；(ii)物理層，用于在無線信道上進行實際的數(shù)據發(fā)送和接收；以及；(iii)管理實體，用于為了提高無線網絡整體的吞吐量，而管理和調整(i)及(ii)所述的層的操作。
(4)上述(3)所述協(xié)議棧的(i)所述的媒體接入控制(MAC)層以及上述(1)所述的系統(tǒng)，包括(i)基于競爭的接入機制，由此使用載波偵聽機制，并且各終端基于1組的規(guī)則競爭發(fā)送媒體；(ii)基于輪詢的信道接入機制，由此接入點在維持特定終端預先指定的服務質量水平的同時，能夠滿足特定終端的頻帶請求；以及(iii)波束接入協(xié)調器，用于通過調整各終端和接入點間的數(shù)據傳輸，使用(i)及(ii)所述的媒體接入機制，來利用多波束天線的功能，實現(xiàn)高吞吐量。
(5)靠AP廣播，向分布在網絡上的各終端通知WLAN的存在，提供定時基準的上述(2)中(i)所述的信標幀，包括對所述無線網絡惟一的標識符，由此各終端可以唯一且明確地識別接入點，進而識別特定網絡；(ii)通過接入點的實現(xiàn)被特別定義的無線網絡功能及協(xié)議有關信息；(iii)對通過無線網絡上的接入點廣播的信標的使用頻率進行描述的信息；以及(iv)作為無線網絡以監(jiān)視接入模式操作的期間，由此使傳統(tǒng)終端在該超幀期間不執(zhí)行關聯(lián)或發(fā)送，其結果是使這些發(fā)送/沖突所帶來的、對無線網絡吞吐量的影響達到最小。(6)上述(5)的(ii)所述的描述各終端(或AP)的功能及協(xié)議的信息，包括(i)協(xié)議參照號碼，使得終端的媒體接入控制協(xié)議種類能夠被確認；(ii)天線種類及模式；(iii)天線切換/操作功能；(iv)終端方向探測/定位功能。
(7)由希望關聯(lián)特定無線網絡的終端發(fā)送的、包含(i)、(iv)及(v)所述的信息要素并根據網絡構成及終端功能再任意包含(ii)及(iii)所述的信息要素，降低信令的開銷的關聯(lián)請求幀，包括(i)為了通知AP終端希望關聯(lián)WLAN，以信標接收的上述(5)中(i)所述的無線網絡識別符；(ii)通過檢測有無后述的(11)及(12)分別記述的“波束開始信標”及“波束結束信標”由終端決定的、在其范圍包括終端且該終端希望關聯(lián)的波束組的組識別符；(iii)通過檢測有無后述(11)以及(12)分別記述的“波束開始信標”及“波束結束信標”由終端決定的、在其范圍包括終端且該終端希望關聯(lián)的特定波束的波束識別符；(iv)為使AP在下一個通信中能夠唯一地識別的終端本身的地址；(v)讓AP決定可否關聯(lián)，承認關聯(lián)時，讓其決定對那個終端提供最佳服務的方法的、有關該終端實現(xiàn)的上述(6)所述的協(xié)議的特征及功能的信息。
(8)接入點對于上述(7)記載的關聯(lián)請求幀所發(fā)送，承諾或拒絕終端的請求的關聯(lián)響應幀請求，包含(i)、(iv)及(v)所述的信息要素，以及根據網絡的構成、AP和終端的功能以及所發(fā)送的關聯(lián)請求的結構再任意包含(ii)及(iii)所述的信息要素，其中，(i)用于確認和響應終端生成的上述(7)所述的關聯(lián)請求的、上述(5)中(i)所述的無線網絡識別符；(ii)AP與該終端通信使用的波束組的組識別符；(iii)AP與該終端通信使用的波束的波束識別符；(iv)關聯(lián)響應的發(fā)送目的地的終端本身的地址；(v)有關請求狀態(tài)(即，成功或失敗)以及AP支持的特征及功能的信息。
(9)AP對終端請求發(fā)送某個期間預先決定的訓練序列，AP應用這一發(fā)送，識別該終端對AP的空間位置的獲取請求，包括(i)進行獲取請求的終端的地址；(ii)作為獲取請求的發(fā)送目的地的終端的地址；(iii)請求向指定地址的終端發(fā)送的訓練序列的發(fā)送期間或長度。
(10)為了更進一步的收發(fā)操作而分配給特定的波束組的、由AP向終端發(fā)送的組ID分配幀，包括(i)AP地址/WLAN的ID；(ii)組ID分配幀的發(fā)送目的地的終端的地址；(iii)由AP決定的、分配給指定地址的終端的組ID；(iv)由AP和在指定地址的終端進行下一個通信時使用的波束的波束識別符。
(11)由AP向特定的波束及組的終端廣播的、向該波束組的用戶表示操作開始的波束開始信標幀，包括(i)使各終端能識別發(fā)送源的AP的地址/WLAN的ID；(ii)上述(6)所述的有關無線網絡的功能和協(xié)議的信息；(iii)所述波束組ID；(iv)所述波束的波束ID；(v)所述組的有效期間，即在AP為了控制其他組的用戶而切換到別的天線模式前、與所述組的用戶進行發(fā)送接收的期間；(vi)使所述組及波束的各終端能夠相互取得同步的、發(fā)送波束開始信標的頻率；(vii)在當前的組期間AP生成的下行發(fā)送調度。
(12)AP對特定波束及組的各終端廣播的、向該組的用戶表示操作結束的波束結束信標，包括(i)使各終端能識別發(fā)送源的AP的地址/WLAN的ID；(ii)上述(6)所述的有關無線網絡的功能和協(xié)議的信息；(iii)所述波束組ID；(iv)所述波束的波束ID；(v)所述用戶可以采用使消費功率容易降低的操作方式的、上述組為非有效狀態(tài)的期間。
(13)AP向特定波束的各終端發(fā)送的、定義在無線媒體的基于輪詢的媒體接入及基于競爭的接入的調度的輪詢及監(jiān)視競爭通知幀，包括(i)分別分配給各終端的輪詢列表；(ii)宣布把媒體作為已知為監(jiān)視競爭接入期間的指定的期間的基于上行線路競爭的接入用的信息要素。
(14)在上述(13)中(i)所述的分配給各終端的輪詢列表，包括(i)被允許基于輪詢的接入的終端的地址；(ii)輪詢時刻，即終端可以開始發(fā)送的時刻；(iii)輪詢期間，即終端能夠執(zhí)行發(fā)送的期間；(iv)用于向終端表示輪詢是用于預先請求頻帶的流，或者以請求過去發(fā)送的下行線路幀等的接收確認的輪詢或許可的目的。
(15)使用能夠形成“扇形”波束的SDMA兼容天線的AP，特征在于(i)對于屬于該波束的用戶，在接收功率電平的變動抑制在最小限度的通頻帶上的比較穩(wěn)定的增益；以及(ii)通過抑制由于從某波束發(fā)送到別的波束的用戶的發(fā)送而產生的干擾使AP在更小的間隔生成波束，提高頻譜效率并由此得到高吞吐量、尖鋭的滾降，即狹窄的轉移寬度。
(16)使用能夠裝備多波束天線并動態(tài)生成波束的上述(15)所述的AP的WLAN系統(tǒng)，具有下面的功能(i)使各個用戶的空間配置和對每個業(yè)務負荷接收的范圍模式最佳化；(ii)靠空間的配置使用戶分組，以此把組和波束不同的用戶間的業(yè)務差異/使用率的差異抑制在最小限度的功能。
(17)使用上述(2)所述的定時結構的上述(16)所述的WLAN系統(tǒng)，包括(i)為向在不對應上述(16)中(i)說明的現(xiàn)有天線模式的區(qū)域存在的新終端提供接收范圍/檢測，使用無指向性波束模式周期性地發(fā)送的上述(5)所述的信標幀；(ii)為了讓用于監(jiān)視接入期間的現(xiàn)有天線模式的接收范圍內不存在的新終端的檢測和關聯(lián)變得容易，新終端從上述(5)所述的多址信標可推測出的周期性反復的非監(jiān)視接入期間；(iii)為了執(zhí)行通知相應的組/波束期間的開始與結束并向接收范圍內的各終端通知波束和波束組ID的服務，在組期間不同的波束中執(zhí)行上述(11)及上述(12)所述的波束開始及波束結束信標的發(fā)送；(iv)在后述(27)中(ii)所述的所述波束的監(jiān)視競爭接入模式時被呼叫的、在開始上述(7)及上述(8)所述的關聯(lián)信令的發(fā)送的現(xiàn)有波束的接收范圍內存在的終端；(v)在(ii)所述的非監(jiān)視接入期間，在開始上述(7)及上述(8)所述的關聯(lián)信令的發(fā)送的現(xiàn)有波束的接收范圍不存在的終端；(vi)利用上述(8)中(ii)及(iii)所述的信息要素，被分配了組及波束ID的(iv)所述的終端；(vii)利用上述(10)所述的幀被分配了組及波束ID(v)所述的終端；(viii)能夠用上述(10)所述的信令對終端隨時再分配新的組ID的AP。
(18)實現(xiàn)上述(17)中(vii)所請求的功能，為了對應在用戶進行移動，其結果上述(17)中(viii)呼叫發(fā)生時，根據需要識別某個終端的組及波束ID的方法，包括下面步驟(i)AP把上述(9)所述的獲取請求幀發(fā)送給終端；(ii)終端以預定的訓練序列，響應(i)的請求；(iii)AP切換可生成的種種波束，并將用戶的位置檢測為位于訓練序列以(用不同的增益使波束歸一化的)最大強度被接收的波束的方向上；(iv)代替(iii)用后述(19)所述的方法及裝置，識別終端的初期位置，更新用戶位置。
(19)基于終端執(zhí)行的所有上行發(fā)送，為了通過讓AP預測終端的移動性把使用上述(18)的方法和與此同時發(fā)生的開銷控制在最小限度，AP連續(xù)更新用戶位置的方法及裝置，步驟包括(i)使用靜態(tài)的且用于接收來自終端的發(fā)送的、具有上述(15)所述的特性的初級波束；(ii)使用掃描初級波束附近的、具有上述(15)所述的特性的可控制的次級波束；(iii)識別接收功率電平中存在的瞬變現(xiàn)象的次級波束的角度位置；(iv)由在上述(iii)的2個波束位置的范圍所決定的角度平分線而給出終端位置。
(20)使用裝備上述(15)所述的多波束天線的AP的WLAN系統(tǒng)，系統(tǒng)至少具有2個組ID，用一組固定波束能夠覆蓋整個空間，以使相鄰波束間的重復為最小。
(21)使用只由監(jiān)視接入模式組成的幀結構，并提高媒體使用效率的上述(20)所述的WLAN系統(tǒng)，特征包括(i)為了進行通知相應的組/波束期間的開始和結束，把波束及波束組ID通知給接收范圍內各終端的服務，在組期間不同的波束中分別發(fā)送上述(11)及上述(12)所述的波束開始及波束結束信標；(ii)終端依靠后述的(27)中(ii)所述的所述組/波束監(jiān)視競爭接入模式時被呼叫的、上述(7)及上述(8)所述關聯(lián)信令，檢測向接入點指示終端存在區(qū)域的組/波束ID；(iii)AP對應于(ii)所述的關聯(lián)信令，并向終端分配組/波束ID，而在存在于2個組的波束間重疊區(qū)域的終端的情況下，使組內不同的波束的用戶的業(yè)務差異最佳化；(iv)AP用上述(10)所述的信令，隨時可以進行向終端再分配新的組ID。
(22)上述(16)及上述(21)所述的WLAN系統(tǒng)的AP及各終端的、檢測并處理終端移動性的功能，包括(i)AP根據連續(xù)的輪詢失敗或觀察來自終端的確認響應，檢測終端的移動；(ii)AP使用鄰接原波束的波束，向看丟的終端發(fā)送新的組ID分配；(iii)如果AP無法用(ii)所述的方法再獲取終端，則再次發(fā)送上述(18)所述的獲取請求信令；(iv)則終端檢測出輪詢失敗或來自AP的確認響應的失敗及/或所分配的組的波束開始及波束結束信標喪失以高的概率發(fā)生的情況下，中斷所有節(jié)電操作，并且AP用(ii)及(iii)的步驟進行該終端的再獲取。
(23)為了在下一操作期間前，讓特定的組的終端的節(jié)電操作變得容易，要進行上述(2)中(ii)所述的監(jiān)視接入期間的不同組的期間分割，步驟包括(i)用上述(11)及上述(12)所述的波束開始及波束結束信標向上述組的用戶通知組的操作期間的開始及結束；(ii)對特定的組的所有的波束執(zhí)行波束開始及波束結束信標的發(fā)送的同步。
(24)上述(LL)中(vii)所述的波束開始信標的下行線路調度要素的編入，其目的是(i)表示由發(fā)送目的地的地址、發(fā)送的長度及進行所述發(fā)送的時刻組成的下行線路調度；(ii)表示下行發(fā)送調度，即對應于上述(13)所述的輪詢及監(jiān)視競爭通知幀的發(fā)送時間的結束，并使在所給定的組期間沒有接收下行發(fā)送的預定的終端在該組期間的下行線路期間能夠執(zhí)行節(jié)電。
(25)對于同組內不同波束的發(fā)送，為了回避實際RF(射頻)成分不完全分離而產生和其他波束的沖突及在AP本身沖突，所進行的傳輸集中及同步化，包括(i)以所述組的終端為目標，由對應上述(24)所述的下行線路調度要素的所有下行發(fā)送組成的下行線路階段；(ii)采用在上述(4)中(ii)及(iii)所述的基于輪詢的接入及基于競爭的接入機制兩者、由終端向AP進行的發(fā)送所組成的上行線路階段。
(26)應用上述(11)中(vii)所述的波束開始信標的上述(25)中(i)所述的下行發(fā)送階段的所有下行發(fā)送的集中，通過采用下面的步驟(i)使用使得所有接收機能夠取得同步的、接入點為波束開始信標發(fā)送的共同前導碼；以及(ii)消除下行幀間的幀間隔，能夠抑制不必要的開銷并提高媒體利用效率。
(27)使用上述(13)所述的所有嵌入上行輪詢的輪詢及監(jiān)視競爭通知的上行發(fā)送階段的開始，為把單獨輪詢引起的開銷抑制在最小限度，并使上述(25)所述的單獨輪詢的發(fā)送用的再同步化不再需要，包括(i)在輪詢及監(jiān)視競爭通知幀的調度所包含的許可/輪詢期間，各終端發(fā)送的輪詢接入階段；(ii)緊接著輪詢接入階段、直到波束結束信標預定的發(fā)送為止都被允許的監(jiān)視競爭階段。
(28)在處理各終端的本地時鐘漂移現(xiàn)象后，將上述(14)及上述(27)中(i)所述的調度所包含的連續(xù)的輪詢發(fā)送期間的時間用作防護時間，假設媒體空閑期間比RIFS長而比CIFS短。
(29)把由于使用不按照上述(1)所述WLAN系統(tǒng)協(xié)議的載波偵聽的未經授權的終端而發(fā)生的沖突抑制在最小限度的方法，步驟包括(i)發(fā)送“Dummy”或“Pad”數(shù)據，并使所有波束的發(fā)送時間均等化，防止使用未經授權的載波偵聽方式的終端檢測出空媒體，由此回避來自未經授權的終端的發(fā)送，從而消除給定的組的不同波束引起的下行線路時間的差異；(ii)以在上行線路階段的確認響應為目的輪詢的各終端發(fā)送表示否定響應的確認響應幀，即各終端忽視確認響應請求，從而在發(fā)送結構中不允許超過CIFS期間的間隙。
(30)在無線網絡上檢測并處理未經授權的終端的存在，為上述(1)所述的方法，包括(i)如果在同一時刻觀測到在所有波束上發(fā)送都以失敗結束，則檢測為有未經授權的終端存在；(ii)在(i)檢測為未經授權的終端存在檢測的情況下，切換到非監(jiān)視接入模式，并指示該未經授權的終端轉移到別的信道。
(31)上述(1)所述系統(tǒng)中接入點為了資源預約請求執(zhí)行流許可的方法，包括(i)分析流的發(fā)送源的地址及發(fā)送目的地的地址，判斷兩個地址是否都存在于同一無線網絡內；(ii)對AP受理請求前(對于使用無指向性天線的系統(tǒng)的傳統(tǒng)示例)，請求保證在一個或另一個組/波束中的資源利用。
(32)上述(1)記載的系統(tǒng)的用戶(AP及各終端)執(zhí)行功率控制，并限制對其他用戶的信道干擾，從而降低發(fā)送功率，并由此節(jié)約電池，包括(i)將用于特定幀/分組的發(fā)送的發(fā)送功率電平嵌入發(fā)送信號中；(ii)在接收機中測定對特定分組發(fā)送的接收功率；(iii)比較通過對在(i)的發(fā)送中編碼的信息進行解碼所得到的數(shù)值和(ii)的數(shù)值，并相應地調整(i)的分組的發(fā)送機所傳輸來的下一個分組的發(fā)送功率。
本說明書是根據2003年7月18日申請的日本專利第2003-276987號。其內容全部包含于此作為參考。
產業(yè)上利用的可能性本發(fā)明能夠適用于使用本文詳述的協(xié)議，由裝備多波束天線的對應SDMA的AP及終端構成的802.11方式的WLAN。
權利要求
1.一種無線網絡的媒體接入控制系統(tǒng)，包括(i)接入點，裝備有SDMA兼容多波束天線及同時分別連接到不同天線波束的多個收發(fā)機；以及(ii)1臺或一臺以上終端，分散在無線LAN的接收空間上。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包含定時結構，該定時結構包括(i)被周期性發(fā)送的信標幀，用于通知無線網絡的存在，并向所述網絡上的各終端提供定時基準；(ii)監(jiān)視接入模式，是接入點用以通過控制對無線信道的接入并調整與用戶的發(fā)送，從而有效地提高網絡吞吐量的期間，以便于利用天線特性并在同一信道上實現(xiàn)多個同時發(fā)送；(iii)非監(jiān)視接入模式，是接入點被配置成無指向性模式并且各終端自由地接入信道以便能夠使用傳統(tǒng)載波偵聽技術進行發(fā)送的期間；以及(iv)信令，接入點由此而開始或結束監(jiān)視或非監(jiān)視接入期間。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括協(xié)議棧，該協(xié)議棧包括(i)媒體接入控制層，用于定義多個無線終端接入共有媒體的接入規(guī)則；(ii)物理層，用于在無線信道上進行實際的數(shù)據發(fā)送和接收；以及(iii)管理實體，用于為了提高無線網絡整體的吞吐量，而管理和調整所述媒體接入控制層及所述物理層的操作。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述媒體接入控制層包括(i)基于競爭的接入機制，由此使用載波偵聽機制，并且各終端基于1組的規(guī)則競爭發(fā)送媒體；(ii)基于輪詢的信道接入機制，由此接入點在維持特定終端預先指定的服務質量水平的同時，能夠滿足特定終端的頻帶請求；以及(iii)波束接入協(xié)調器，用于通過調整各終端和接入點間的數(shù)據轉發(fā)，并使用所述基于競爭及所述基于輪詢的信道接入機制來利用多波束天線的功能，實現(xiàn)高吞吐量。
5.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述信標幀由接入點廣播，并具有向分散在網絡上的各終端通知WLAN的存在，并提供定時基準的功能，包括(i)對所述無線網絡惟一的標識符，由此各終端可以唯一且明確地識別接入點，進而識別特定網絡；(ii)通過接入點的實現(xiàn)被特別定義的無線網絡功能及協(xié)議有關信息；(iii)對通過無線網絡上的接入點廣播的信標的使用頻率進行描述的信息；以及(iv)作為無線網絡以監(jiān)視接入模式操作的期間，由此使傳統(tǒng)終端在該超幀期間不執(zhí)行關聯(lián)或發(fā)送，其結果是使這些發(fā)送/沖突所帶來的、對無線網絡吞吐量的影響達到最小。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述無線網絡功能及協(xié)議有關信息包括(i)協(xié)議參照號碼，使得終端的媒體接入控制協(xié)議種類能夠被確認；(ii)天線種類及模式；(iii)天線切換/操作功能；以及(iv)終端方向探測/定位功能。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述終端在希望關聯(lián)特定無線網絡時，發(fā)送包含下面(i)、(iv)及(v)所述的信息要素并根據網絡構成及終端功能再任意包含(ii)及(iii)所述的信息要素的、降低信令的開銷的關聯(lián)請求幀(i)無線網絡識別符，是在用于通知接入點終端希望關聯(lián)WLAN的信標幀中接收到的；(ii)通過檢測有無波束開始信標及波束結束信標，由終端決定的、在其范圍包括終端且該終端希望關聯(lián)的波束組的組識別符；(iii)通過檢測有無波束開始信標及波束結束信標，由終端決定的、在其范圍包括終端且該終端希望關聯(lián)的特定波束的波束識別符；(iv)為使接入點在下一個通信中能夠唯一地識別的終端本身的地址；以及(v)有關該終端實現(xiàn)的協(xié)議的特征及功能的信息，它決定與接入點可否關聯(lián)，并在接受關聯(lián)時，決定對那個終端提供最佳服務的方法。
8.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點相應于所述關聯(lián)請求幀，發(fā)送接受或拒絕每個終端的請求的關聯(lián)響應幀請求，并包含下面(i)、(iv)及(v)所述的信息要素，還根據網絡的配置、所述接入點和終端的功能以及所發(fā)送的關聯(lián)請求的結構而任意包含(ii)及(iii)所述的信息要素(i)無線網絡識別符，用于確認和響應終端生成的關聯(lián)請求；(ii)接入點與該終端通信使用的波束組的組識別符；(iii)接入點與該終端通信使用的波束的波束識別符；(iv)關聯(lián)響應的發(fā)送目的地的終端本身的地址；以及(v)有關請求的狀態(tài)(即，成功或失敗)以及接入點支持的特征及功能的信息。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點對終端請求發(fā)送預定期間預先決定的訓練序列，利用該發(fā)送來發(fā)送特定對自己的該終端的空間位置的獲取請求，所述獲取請求包括(i)進行獲取請求的終端的地址；(ii)作為獲取請求的發(fā)送目的地的終端的地址；以及(iii)所請求的訓練序列的發(fā)送期間或長度，以便向指定終端發(fā)送地址。
10.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點向終端發(fā)送為了更進一步的發(fā)送/接收操作而分配給特定的波束組的組ID分配幀，所述組ID分配幀包括(i)接入點的地址/WLAN的ID；(ii)組ID分配幀的發(fā)送目的地的終端的地址；(iii)由接入點決定的、分配給指定地址的終端的組ID；以及(iv)由接入點在和指定地址的終端進行下一個通信時使用的波束的波束識別符。
11.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點對于特定的波束組的各終端廣播向該波束組的用戶指示操作開始的波束開始信標幀，所述波束開始信標幀包括(i)使各終端能識別發(fā)送源的接入點的地址/WLAN的ID；(ii)有關無線網絡的功能和協(xié)議的信息；(iii)所述波束組ID；(iv)所述波束的波束ID；(v)所述組的有效期間，即在接入點為了控制其他組的用戶而切換到別的天線模式前、與所述組的用戶進行發(fā)送接收的期間；(vi)使所述組及波束的各終端能夠相互取得同步的、發(fā)送波束開始信標的頻率；以及(vii)在當前組期間、接入點生成的下行發(fā)送的調度。
12.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點向每個特定的波束組的終端廣播向該波束組的用戶指示操作結束的波束結束信標，所述波束結束信標包括(i)使各終端能識別發(fā)送源的接入點的地址/WLAN的ID；(ii)有關無線網絡的功能和協(xié)議的信息；(iii)所述波束組ID；(iv)所述波束的波束ID；以及(v)所述用戶能夠采用使消費功率容易降低的操作方式的、所述組為非有效狀態(tài)的期間。
13.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點對特定的波束組的各終端發(fā)送定義基于無線媒體輪詢的媒體接入及基于競爭的接入調度的輪詢及監(jiān)視競爭通知幀，所述輪詢及監(jiān)視競爭通知幀包括(i)分別分配給各終端的輪詢列表；以及(ii)宣布把媒體作為已知為監(jiān)視競爭接入期間的指定的期間的基于上行線路競爭的接入用的信息要素。
14.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述輪詢列表包括(i)允許基于輪詢的接入的終端的地址；(ii)輪詢時刻，即終端可以開始發(fā)送的時刻；(iii)輪詢期間，即終端能夠執(zhí)行發(fā)送的期間；以及(iv)用于向終端指示輪詢是用于預先請求頻帶的流，或者請求過去發(fā)送的下行線路幀等的接收確認的輪詢或許可的目的。
15.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點使用能夠形成扇形波束的SDMA兼容天線，特征在于(i)對于屬于該波束的用戶，在接收功率電平的變動抑制在最小限度的通頻帶上的比較穩(wěn)定的增益；以及(ii)尖銳的滾降，即狹窄的轉移寬度，使得通過抑制從某波束發(fā)送到別的波束的用戶的發(fā)送而產生的干擾使接入點在更小的間隔生成波束，提高頻譜效率并由此得到高吞吐量。
16.一種使用能夠裝備多波束天線并動態(tài)生成波束的、如權利要求15所述的接入點的WLAN系統(tǒng)，具有下面的功能(i)使各個用戶的空間配置和對每個業(yè)務負荷接收的范圍模式最佳化；以及(ii)靠空間的配置使用戶分組，以此把組和波束不同的用戶間的業(yè)務差異/使用率的差異抑制在最小限度的功能。
17.使用如權利要求2所述的定時結構的、如權利要求16所述的WLAN系統(tǒng)，包括(i)為向在不對應于現(xiàn)有天線模式的區(qū)域中存在的新終端提供接收范圍/檢測，而使用無指向性波束模式周期性地發(fā)送的、如權利要求5所述的信標幀；(ii)為了讓用于監(jiān)視接入期間的現(xiàn)有天線模式的接收范圍內不存在的新終端的檢測和關聯(lián)變得容易，新終端從如權利要求5所述的多址信標可推測出的周期性反復的非監(jiān)視接入期間；(iii)為了執(zhí)行通知相應的組/波束期間的開始與結束并向接收范圍內的各終端通知波束和波束組ID的服務，在組期間不同的波束中執(zhí)行如權利要求11及如權利要求12分別所述的波束開始及波束結束信標的發(fā)送；(iv)在波束的監(jiān)視競爭接入模式下被呼叫的、在開始如權利要求7及如權利要求8分別所述的關聯(lián)信令的發(fā)送的現(xiàn)有波束的接收范圍內存在的終端；(v)在所述非監(jiān)視接入期間，不在在開始如權利要求7及如權利要求8所述的關聯(lián)信令的發(fā)送的現(xiàn)有波束的接收范圍的終端；(vi)存在于利用如權利要求8所述的信息要素將組及波束ID分配到的所述接收范圍內的終端；(vii)不存在于利用上述如權利要求10所述的幀將組及波束ID分配到的所述接收范圍內的終端；以及(viii)能夠用上述如權利要求10所述的信令對終端隨時再分配新的組ID的接入點。
18.一種用在具備媒體和接入點的無線網絡的媒體接入控制方法，包括下面步驟(i)接入點把獲取請求幀發(fā)送給終端；(ii)終端以預定的訓練序列，響應所述獲取請求；(iii)接入點切換可生成的種種波束，并將用戶的位置檢測為位于訓練序列以最大強度被接收的波束的方向上；以及(iv)識別終端的初期位置后，更新用戶位置。
19.如權利要求18的方法，其中，由所述接入點連續(xù)更新用戶位置的步驟包括步驟(i)使用靜態(tài)的且用于接收來自終端的發(fā)送的、具有如權利要求15所述的特性的初級波束；(ii)使用掃描所述初級波束附近的、具有如權利要求15所述的特性的可控制次級波束；(iii)識別接收功率電平中存在過渡現(xiàn)象的次級波束的角度位置；以及(iv)由2個波束位置的范圍所決定的角度平分線而給出終端位置。
20.一種使用裝備如權利要求15所述的多波束天線的接入點的WLAN系統(tǒng)，至少具有2個組ID，用一組固定波束能夠覆蓋整個空間，以使相鄰波束間的重復為最小。
21.如權利要求20所述的WLAN系統(tǒng)，其中(i)接入點為了進行通知相關的組/波束期間的開始和結束，而把波束及波束組ID通知給接收范圍內的各終端的服務，在組期間不同的波束中分別發(fā)送如權利要求11及如權利要求12所述的波束開始及波束結束信標；(ii)終端根據組/波束的監(jiān)視競爭接入模式下被呼叫的、如權利要求7及如權利要求8所述關聯(lián)信令，檢測向接入點指示終端存在區(qū)域的組/波束ID；(iii)接入點對應于所述關聯(lián)信令，并向終端分配組/波束ID，而在存在于2個組的波束間重疊區(qū)域的終端的情況下，使組內不同的波束的用戶的業(yè)務差異最佳化；以及(iv)接入點用如權利要求10所述的信令，隨時可以進行向終端再分配新的組ID。
22.一種用在具備終端和接入點的無線網絡中的媒體接入控制方法，包括下面步驟(i)接入點根據連續(xù)的輪詢失敗或觀察來自終端的確認響應，檢測終端的移動；(ii)接入點使用鄰接原波束的波束，向看丟的終端發(fā)送新的組ID分配；(iii)如果接入點無法用所述(ii)的步驟再獲取終端，則再次發(fā)送如權利要求18所述的獲取請求信令；(iv)在終端檢測出輪詢失敗或來自接入點的確認響應的失敗及/或所分配的組的波束開始及波束結束信標喪失以高的概率發(fā)生的情況下，中斷所有節(jié)電操作，并且接入點用所述(ii)及(iii)的步驟進行該終端的再獲取。
23.一種用在具備終端和接入點的無線網絡中的媒體接入控制方法，為了在下一操作期間前，讓特定的組的終端的節(jié)電操作變得容易而進行的、由監(jiān)視接入期間的組的期間分割，包括下面步驟(i)用如權利要求11及如權利要求12所述的波束開始及波束結束信標向上述組的用戶通知組的操作期間的開始及結束；以及(ii)對特定的組的所有的波束執(zhí)行波束開始及波束結束信標的發(fā)送的同步。
24.在上述權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述波束開始信標的下行線路調度要素(i)表示由發(fā)送目的地的地址、發(fā)送的長度及進行所述發(fā)送的時刻組成的下行線路調度；以及(ii)表示下行發(fā)送調度，即對應于所述輪詢及監(jiān)視競爭通知幀的發(fā)送時間的結束，并使在所給定的組期間沒有接收下行發(fā)送的預定的終端在該組期間的下行線路期間能夠執(zhí)行節(jié)電。
25.一種用在具備終端和接入點的無線網絡中的媒體接入控制方法，為了回避由于實際RF成分不完全分離而產生的、和其他波束的沖突及在接入點本身沖突，以下列方式集中并同步化借助于同一組內的不同波束的發(fā)送(i)以所述組的終端為目標，由對應如權利要求24所述的下行線路調度要素的所有下行發(fā)送組成的下行線路階段；以及(ii)采用如權利要求4所述的基于輪詢的接入及基于競爭的接入機制兩者、由終端向AP進行的發(fā)送所組成的上行線路階段。
26.如權利要求25的方法，其中，所述下行線路階段通過采用下面的步驟集中所有下行發(fā)送、抑制不必要的開銷并提高媒體利用效率(i)使用使得所有接收機能夠取得同步的、接入點為波束開始信標發(fā)送的共同前導碼；以及(ii)消除下行幀間的幀間隔。
27.如權利要求25的方法，其中，為了使得單獨輪詢引起的開銷抑制達到最小，并使用于單獨輪詢的發(fā)送的再同步化不再需要，所述上行線路階段包括(i)輪詢接入階段，在其中，在輪詢及監(jiān)視競爭通知幀的調度所包含的許可/輪詢期間，各終端進行發(fā)送；以及(ii)緊接著輪詢接入階段、直到波束結束信標預定的發(fā)送為止都被允許的監(jiān)視競爭階段。
28.如權利要求27的方法，其中，在處理各終端的本地時鐘漂移現(xiàn)象后，將所述調度所包含的連續(xù)的輪詢發(fā)送期間的時間用作防護時間，假設媒體空閑期間比RIFS長而比CIFS短。
29.一種用在具備終端和接入點的無線網絡中的媒體接入控制方法，其中，為了把由于使用不按照WLAN系統(tǒng)的協(xié)議的載波偵聽的未經授權的終端而發(fā)生的沖突抑制在最小限度，所述媒體接入控制方法包括步驟(i)發(fā)送Dummy或Pad數(shù)據，并使所有波束的發(fā)送時間均等化，防止使用未經授權的載波偵聽方式的終端檢測出空媒體，由此回避來自未經授權的終端的發(fā)送，從而消除給定組的不同波束引起的下行線路時間的差異；以及(ii)以在上行線路階段的確認響應為目的輪詢的各終端發(fā)送表示否定響應的確認響應幀，即各終端忽視確認響應請求，從而在發(fā)送結構中不允許超過CIFS期間的間隙。
30.一種用在具備終端和接入點的無線網絡中的媒體接入控制方法，為了在無線網絡上檢測并處理未經授權的終端的存在，所述媒體接入控制方法包括步驟(i)如果在同一時刻觀測到在所有波束上發(fā)送都以失敗結束，則檢測為有未經授權的終端存在；以及(ii)在檢測為所述未經授權的終端存在的情況下，切換到非監(jiān)視接入模式，并指示該未經授權的終端轉移到別的信道。
31.一種用在具備終端和接入點的無線網絡中的媒體接入控制方法，為了接入點為資源預約請求而執(zhí)行流許可，所述媒體接入控制方法包括步驟(i)分析流的發(fā)送源的地址及發(fā)送目的地的地址，并判斷兩個地址是否都存在于同一無線網絡內；以及(ii)對接入點受理請求前，請求保證在一個或另一個組/波束中的資源利用。
32.一種用在具備終端和接入點的無線網絡中的媒體接入控制方法，其中，為了接入點及各終端執(zhí)行功率控制，并限制對其他用戶的信道干擾，從而降低發(fā)送功率，并由此節(jié)約電池，所述媒體接入控制方法包括步驟(i)將用于特定幀/分組的發(fā)送的發(fā)送功率電平嵌入發(fā)送信號中；(ii)在接收機中測定對特定分組發(fā)送的接收功率；以及(iii)比較通過對在所述發(fā)送中編碼的信息進行解碼所得到的數(shù)值和所述測定結果，并相應地調整由所述分組的發(fā)送機所傳輸來的下一個分組的發(fā)送功率。
全文摘要
提供能夠應用于利用WLAN實現(xiàn)高吞吐量的方法及系統(tǒng)。WLAN的接入點(AP)是用于SDMA兼容的多波束天線系統(tǒng)。這里公開了基于以下兩種類型的天線的系統(tǒng)動態(tài)波束形成以及固定波束天線。公開了實現(xiàn)到/從AP兼容SDMA的同時發(fā)送的機制以及協(xié)議，由此提高頻譜效率并實現(xiàn)更高吞吐量。還公開了貢獻于提高電池性能和終端小型化節(jié)能及功率控制技術，以及降低信道干擾的技術。
文檔編號H04B7/26GK1826762SQ20048002073
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權日2003年7月18日
發(fā)明者勞爾·馬利克, 陳必耀 申請人:松下電器產業(yè)株式會社