專利名稱：用于操作具有定向天線的無線站的新方案的制作方法
技術領域：
本發(fā)明針對無線建網(wǎng)。具體地，本發(fā)明關于操作使用了定向天線的無線站的方法。
背景技術：
近年來無線網(wǎng)絡已經(jīng)非常普及。日益增加的無線網(wǎng)絡的使用，連同數(shù)量有限的信道以及無節(jié)制的頻譜使用，其結果是傳輸之間的干擾日漸成為嚴重的問題。
使用定向(或者分區(qū))天線是減少干擾并增加無線網(wǎng)絡的范圍和容量的方法。通常，作為空間頻譜再使用的結果，增加了網(wǎng)絡容量，并且由于來自定向傳輸?shù)脑鲆嬖龃?，擴展了傳輸?shù)姆秶?br> 已經(jīng)提出定向天線來改善基于802.11的無線網(wǎng)絡的性能。然而，最初的802.11協(xié)議并非針對定向天線而設計。它假定將所有幀(RTS/CTS/DATA/ACK幀)作為由所有鄰近無線站接收的全向信號進行發(fā)送。當使用定向天線時，產(chǎn)生了諸如增大的隱藏站問題(hidden stationproblem)和消音(deafness)問題的新問題。它們增加了沖突的可能性。還沒有報導完全在802.11框架內(nèi)的令人滿意的解決方案。需要一種用802.11協(xié)議充分發(fā)掘定向天線的潛力的新方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及操作具有多個定向天線的無線站的方法。接收器與各天線關聯(lián)，并且，各接收器同時地偵聽來自遠程無線站的信號。退避計時器(backoff timer)與各接收器和天線關聯(lián)。當任一接收器接收到來自遠程站的發(fā)射時，該站起動與該接收器關聯(lián)的退避計時器。
當接收器接收到來自遠程站的發(fā)射時，本地站還可以存儲遠程站與接收來自該遠程站的信號的天線或接收器之間的關聯(lián)。所述站還可以存儲描述了所接收的無線信號的質(zhì)量的信息。當存儲信息時可以根據(jù)計時器設置來更新該質(zhì)量信息。
所述站還包括一個或者更多個發(fā)射模塊。各模塊可以使用多個定向天線中的任一定向天線發(fā)射信號。當發(fā)射模塊使用多個天線中的一個來發(fā)射信號時，所述站使用與該發(fā)射無關的其他天線繼續(xù)偵聽來自遠程無線站的信號。如果其他天線收到由發(fā)射模塊發(fā)射的信號，則所述站可以從接收器處收到的總信號中刪除由發(fā)射模塊發(fā)射的信號。為了確定刪除什么，所述站可以通過抑制(silence)鄰站，然后通過從各個定向天線發(fā)射信號來進行自校準過程。此外，可以在不抑制鄰站的情況下完成自校準。為了完成該自校準，所述站可以通過將多個空音(null tone)插入校準信號中來檢測沖突。
這些以及其他方面和優(yōu)點(隨后將明了)體現(xiàn)在下文中更充分說明和主張的結構和操作的具體細節(jié)中，需要參照構成其一部分的附圖，在附圖中通篇用相同的附圖標記表示相同的部件。


圖1示出具有兩個接收模塊和一個發(fā)射模塊的無線站。
圖2示出具有兩個接收模塊和兩個發(fā)射模塊的無線站。
圖3示出無線站的網(wǎng)絡中的S-MAC站。
圖4示出用于操作多個接收器來同時偵聽遠程無線站的過程。
圖5示出用于發(fā)射信號的過程。
圖6示出用于操作多個接收器來同時偵聽遠程無線站并存儲所接收到的信號的接收質(zhì)量的過程。
圖7示出操作無線站以在一個區(qū)中發(fā)送信號，同時在其他區(qū)中偵聽遠程無線站的方法。
圖8示出校準交叉天線信道系數(shù)的方法，該方法包括抑制鄰站。
圖9示出校準交叉天線信道系數(shù)的方法，該方法不包括抑制鄰站。
圖10示出具有三個接收模塊和兩個發(fā)射模塊的無線站的實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種稱為分區(qū)媒體訪問控制(“S-MAC”)的新方案，其使用多個定向天線和多個接收器來提供環(huán)繞站的360度覆蓋。該方案允許在某些區(qū)中進行發(fā)射的站在其他區(qū)中進行接收。它通過對遠程站在所有時間沿所有方向持續(xù)監(jiān)測信道解決了隱藏站問題和消音問題。S-MAC協(xié)議適合于自組織模式(ad hoc mode)和基礎架構模式(infrastructure mode)，并且可以容易地與使用全向天線的站進行互操作。實際上，S-MAC的分區(qū)操作對常規(guī)的全向站是透明的。常規(guī)站可以在所有站為全向的信念下運行，并且以標準的802.11MAC運行。
將S-MAC站的覆蓋區(qū)域分成M個區(qū)，定向天線i1至iM與各個區(qū)對應。由于天線的旁瓣和后瓣導致這些區(qū)可能交疊。站配備有M個接收模塊(“Rx”)以及一個或更多個發(fā)射模塊(“Tx”)。圖1示出S-MAC站100的結構的實施例。圖1中示出的實施例包括兩個天線8和10，兩個接收模塊2和4，以及一個發(fā)射模塊6，所述發(fā)射模塊6可以使用天線8或者天線10進行發(fā)送。各個Rx與對應的天線i連接，從而僅從區(qū)i接收信號。Tx模塊6可以切換到任何一個天線并發(fā)送相應的區(qū)中的信號。本發(fā)明旨在用于任何類型的無線站中，例如獨立型無線網(wǎng)關或者路由器，具有提供無線功能的插入卡的計算機，具有集成的無線硬件的膝上型計算機，具有集成的無線硬件的設備(例如冰箱)，蜂窩電話等等。部分12代表無線站使用的其他單元，諸如處理能力，存儲器等。
利用S-MAC可以使用多個發(fā)射器來進一步增強性能。圖2示出S-MAC站200的實施例，其包括與天線8和10關聯(lián)的、單獨的發(fā)射器6和14。此外，在多個發(fā)射器不能用同一個天線同時進行發(fā)送的限制下，多個發(fā)射器可以獨立地切換到任何一個天線。
將S-MAC站中的Tx和Rx模塊連接到單個MAC模塊，并且在物理層(“PHY”)，M個Rx模塊可以邏輯地分離。天線可以是固定寬束定向天線或者電控制天線陣列。對于后一種情況，不需要動態(tài)成束或者到達角估算。
圖3示出無線網(wǎng)絡300，其具有S-MAC一節(jié)點，即節(jié)點A，以及數(shù)個其他無線節(jié)點，即節(jié)點B-E，它們可以是任何類型的無線節(jié)點。在本示例中，節(jié)點A具有三個定向天線，各自與接收器Rx1、Rx2和Rx3(未示出)關聯(lián)。這產(chǎn)生了三個區(qū)，即區(qū)1、區(qū)2和區(qū)3。在本例中，接收器Rx1將接收來自節(jié)點B的信號。接收器Rx2將接收來自節(jié)點C和E的信號，而接收器Rx3將接收來自節(jié)點D和E的信號。注意，因為來自節(jié)點E的信號可被Rx2和Rx3兩個接收，所以將節(jié)點E視為仿佛它在兩個區(qū)中。
圖4示出用于操作多個Rx模塊以同時偵聽來自遠程節(jié)點的信號的過程。如操作18所示，當與S-MAC站關聯(lián)的Tx模塊不是在進行發(fā)射時，所有Rx模塊都從它們各自的天線進行偵聽。因為S-MAC站一直沿所有方向偵聽從遠程站到來的幀，所以它知道在它范圍內(nèi)的所有遠程站中哪一個沿它的路線進行了發(fā)射。通過檢查哪個天線收到該幀，它還知道這些鄰站位于哪個區(qū)中。
為了實現(xiàn)這個功能，S-MAC站利用與標準的分布式協(xié)同功能(“DCF”)過程類似的過程來保持并更新被稱為網(wǎng)絡分配向量(“NAV”)的退避計時器。與M個區(qū)以及N個發(fā)射器關聯(lián)的NAV表具有以下結構SNAV＝[NAVTX1，…，NAVTXN，NAV1，NAV2，…，NAVM]，其中NAVTX1至NAVTXN描述對N個Tx模塊的分配(忙時)，NAVi描述對i區(qū)中的信道的分配。當任一區(qū)中的發(fā)射涉及與NAVTX1至NAVTXN中的任一個對應的Tx模塊時，對所述NAVTX1至NAVTXN中的任一個進行設置，其中長度可以等于發(fā)射的持續(xù)時間(RTS/CTS/DATA/ACK四向交握(four way handshake)時間或者DATA/ACK雙向交握(two wayhandshake)時間)。對于區(qū)i中發(fā)生的任何傳輸按照標準的DCF過程設置NAVi，其中長度可以等于傳輸?shù)某掷m(xù)時間(RTS/CTS/DATA/ACK四向交握時間或者DATA/ACK雙向交握時間)，無論傳輸是涉及S-MAC站自身或者該傳輸介于任何兩個其他節(jié)點之間，至少其中一個位于區(qū)i中(并且由S-MAC節(jié)點的天線i接收其傳輸)。例如，如操作20-20”所示，如果S-MAC站中的任何Rx接收到在另一對站之間傳輸?shù)腞TS、CTS或者DATA幀，則該站在操作22-22”處相應地設置適當?shù)腘AVi?？赡艿氖牵琒-MAC站可以用其多于一個的接收器來接收相同的RTS或者CTS。在這種情況下，對這些區(qū)中的所有NAV進行了設置。注意，站不需要區(qū)分是傳輸?shù)脑凑具€是傳輸?shù)哪康牡卣臼褂肧-MAC。注意，表中沒有方向和束寬信息。這是因為各天線的方向和束寬是固定的，所以協(xié)議不知道這些信息。為了考慮不同天線的覆蓋區(qū)域之間的交疊，協(xié)議可以利用稍后說明的位置/鏈路質(zhì)量表。S-MAC節(jié)點使用其SNAV來確定它是否可以啟動到其他節(jié)點的發(fā)射，或者它是否可以肯定地響應(用CTS分組答復)來自其他節(jié)點的發(fā)射請求。
除了虛擬載波檢測，S-MAC站還需要執(zhí)行物理載波檢測(空閑信道評估)，這可以按照802.11標準完成。在S-MAC中，以每區(qū)為基礎用各自的Rx模塊完成物理載波檢測。只有相應的Rx檢測到物理介質(zhì)空閑，S-MAC站才能在給定區(qū)中發(fā)送或者響應RTS幀。
如圖5中所示，在S-MAC站用物理和虛擬載波檢測(檢查NAVi)確定i區(qū)中的信道空閑(32)，并且至少一個Tx模塊k(NAVTxk)空閑之后，它可以通過經(jīng)由天線i發(fā)送RTS來在i區(qū)啟動到其他站的發(fā)射(34)。它相應地設置NAVTxk以及NAVi，即操作36和38。如果它用Rxi成功地收到CTS幀，則隨后將經(jīng)由天線i進行DATA/ACK交換。如果沒有收到CTS，則它將重置NAVTxk以及NAVi。如果S-MAC站經(jīng)由天線i收到去往它自身的RTS幀，則在它檢查到NAVi以及至少一個Tx模塊k(NAVTxk)空閑后，它可以用CTS分組進行響應。它用RTS分組中通告的持續(xù)時間來適當?shù)卦O置NAVi和NAVTxk。
在S-MAC站可以經(jīng)由多個天線向其目的地進行發(fā)射的情況下，S-MAC站對所有這些區(qū)設置NAV。在沒有被其他傳輸阻塞的這些區(qū)中(其NAV沒有被設置)，S-MAC站選擇具有最佳鏈路質(zhì)量的區(qū)，下面將簡單描述。一旦做出決定，S-MAC站將使用該天線用于整個四向交握。例如，如果S-MAC節(jié)點想要啟動到另一個節(jié)點的發(fā)射，該另一個節(jié)點可以經(jīng)由天線i或者j(由用戶的位置寄存器表示)到達，則它需要檢查NAVi或NAVj是否未被設置。在這些沒有被阻塞的區(qū)中，它選擇具有到目的地最佳鏈路質(zhì)量的區(qū)(例如i區(qū))，并經(jīng)由天線i發(fā)送RTS分組，如果Tx(例如Txk)可用的話。它適當?shù)卦O置NAVi和NAVTxk。如果它經(jīng)由天線i和j從另一節(jié)點接收到去往它自身的RTS分組，則它首先檢查NAVi和NAVj以及NAVTx1至NAVTxN。如果NAVi和NAVj沒有都被設置，并且用于發(fā)射器的NAV中至少一個沒有被設置(例如NAVTxk)，則它將與RTS分組中的持續(xù)時間相對應地設置NAVi、NAVj以及NAVTxk，并且用CTS分組進行答復。如果NAVi或者NAVj被占用，或者沒有可用的Tx(NAVTx1至NAVTxN都被設置)，則它將不響應RTS分組。
如圖6中所示，S-MAC站可以知曉各關聯(lián)鄰站的位置(區(qū))以及其鏈路質(zhì)量。對于各鄰站A，所述鄰站可能包括自組網(wǎng)絡中的單跳(one-hop)鄰站或者采用基礎架構模式的關聯(lián)站，S-MAC站保持位置/鏈路質(zhì)量向量LA={(i,qiA),(i,qiA),···},]]>其中(i，qiA)對表示可以以可接受的鏈路質(zhì)量qiA(通過信號強度或者信噪比(“SNR”)測出)經(jīng)由天線i到達站A。對LA中的項以遞減的鏈路質(zhì)量進行排序。每當S-MAC站從A收接到幀時，它估算并比較來自所有天線的接收質(zhì)量，即操作40和40’，并更新LA，即操作44。
保持多個區(qū)中的位置信息增加了靈活性。例如，如果可以經(jīng)由一個以上的天線到達A，并且在發(fā)射時LA中第一區(qū)在SNAV中被阻塞，則S-MAC站可以經(jīng)由另一個未被阻塞的區(qū)與A通信。這減少了到站A的不必要的阻塞的機會。在不同天線之間的交疊覆蓋區(qū)實現(xiàn)了這種多樣性。注意，由于如旁瓣的天線圖案，這些交疊區(qū)經(jīng)常存在。S-MAC可以處理這些交疊，而無需束圖案的詳細信息。
設想由另一站向S-MAC站啟動四向交握，并且在S-MAC站由Rxi接收RTS幀。首先，檢查NAVi和NAVTx。如果它倆(以及物理載波檢測)都空閑，則將由Tx經(jīng)由天線i發(fā)送CTS幀，并且用RTS中的發(fā)射場的持續(xù)時間來更新NAVi和NAVTx。接收RTS或者CTS的其他站(全向或者S-MAC)將更新它們的NAV并考慮該信道保留。確保了信道后，啟動交握的站開始發(fā)送DATA幀，S-MAC站將用Rxi進行接收。在成功地收到DATA幀后，S-MAC站經(jīng)由區(qū)i發(fā)送其ACK。另一方面，如果S-MAC站發(fā)現(xiàn)NAVi或者NAVTx忙，則它將不響應RTS，并且其SNAV保持不變。在這種情況下，發(fā)送RTS的站將退避。
如果RTS被一個以上的Rx模塊成功接收，例如Rxi和Rxj，并且所有這些區(qū)中信道可用，如果S-MAC站發(fā)現(xiàn)在Rxi中接收質(zhì)量最佳(通過RTS幀的SNR測出)，則它將在區(qū)i中發(fā)送CTS。這可能發(fā)生在該其它站在區(qū)i和j的交疊區(qū)中的情況下。當在區(qū)i中發(fā)送CTS時，NAVi、NAVj和NAVTx全被更新。S-MAC站可能在不同區(qū)中成功地接收來自不同鄰站的一個以上的RTS幀。它可以根據(jù)這些區(qū)中的信道可用性以及諸如鏈路質(zhì)量和用戶優(yōu)先級的因素在競爭者中進行選擇。然后它經(jīng)由相應的天線向被選中的目標發(fā)送CTS，而忽略其余的。
為了處理用戶移動性，S-MAC站使計時器TA與STAA站的LA關聯(lián)，使LA軟狀態(tài)(soft-state)。計時器的持續(xù)時間取決于觀測到的站的移動性歷史，并且因站而異。每當從STAA收到幀時，重置TA并更新LA，如圖6中操作44所示。在當一段時間內(nèi)沒有從STAA接收到幀時，TA期滿。當TA期滿時，不擦除LA，但是將其標記為失效，并留作將來參考。
例如，對于用作接入點(“AP”)的站，如果在TA期滿之后AP需要啟動到STAA的傳輸，則AP將首先嘗試聯(lián)系在LA中列出的區(qū)中的STAA。AP可以使用序列搜索方法進行搜索，從LA中的第一區(qū)開始，然后在確定了STA不在該第一區(qū)中之后繼續(xù)移動到LA中的下一個區(qū)。例如，AP可以在以遞增的退避時間間隔發(fā)送了8個未響應RTS幀之后繼續(xù)移動。
另一種方法是在LA中列出的所有區(qū)中并行搜索。當使用單個發(fā)射器TX時，AP可以在所有區(qū)中復用RTS幀。通過復用，它試圖在所有這些區(qū)中盡快地進行搜索。在給定的區(qū)中，RTS幀之間的退避時間間隔和重新發(fā)射的限制需要遵照802.11規(guī)范。使用復用搜索算法，如果該站在正被搜索的區(qū)之一中，則它可能比序列搜索算法被快得多地定位，并且開銷更低；如果STA不在這些區(qū)中，則這可以以相同的開銷被快得多地檢測到。如果在LA中列出的區(qū)中沒有找到STAA，則AP將在剩余的區(qū)中啟動窮舉搜索。如果無論何處也不能到達STAA，則AP將判定STAA已經(jīng)離開了其覆蓋區(qū)或者被關閉。然后AP將終止STAA的關聯(lián)。
注意，WLAN網(wǎng)絡中的完全漫游解決方案包括MAC層和網(wǎng)絡層，因為站可能從一個AP的覆蓋區(qū)移動到另一個AP的覆蓋區(qū)，以及從AP的一個區(qū)移動到同一AP的另一區(qū)。對于第一種情況(AP間的切換)，兩個AP需要交換另外的信息，諸如網(wǎng)絡層分組，對于如認證這樣的任務，上下文傳遞以及移動IP(或者其他網(wǎng)絡層移動性管理協(xié)議)切換。對于第二種情況(區(qū)之間的切換)，S-MAC AP只需要通過僅更新位置/鏈路質(zhì)量向量，在MAC層將站從一個區(qū)切換到另一個區(qū)，使其對于網(wǎng)絡層是透明的。
當S-MAC站100從事不同區(qū)中的傳輸?shù)耐瑫r，它可以繼續(xù)監(jiān)測其他區(qū)中的信道。例如，當Tx正在一個區(qū)(例如區(qū)1)中進行發(fā)射時，Tx和Rx1將仍然以時分雙工模式運行，但是剩余的M-1個Rx模塊繼續(xù)在它們的區(qū)中偵聽。由于如旁瓣的天線圖案，剩余的Rx模塊可能接收到Tx發(fā)射的信號。因此，這些剩余的站可能需要刪除由Tx引起的干擾。注意，在具有多個發(fā)射器的實施例中，在每個Rx處，需要刪除來自多個同時傳輸?shù)母蓴_。圖7示出在具有天線1至M的站中的這個過程。一旦站確定了一個區(qū)是空閑的(50)，則站使用與該區(qū)對應的天線發(fā)射信號(52)。然而，因為接收模塊Rx2至RxM可能接收在區(qū)1中發(fā)射的信號，因此在操作54至55，站從Rx2至RxM接收的任何信號中刪去與從Tx發(fā)射的信號對應的分量。
可以在PHY層進行自干擾的刪除。用S-MAC，當Tx正在另一區(qū)j中進行發(fā)射的同時，Rxi繼續(xù)正確地進行接收。如果Rxi刪去了由Tx引起的干擾，則這可以實現(xiàn)。由于Rxi和Tx模塊是同一PHY層的部件，并且被相同的MAC模塊控制，因此Rxi知道所發(fā)射的信號。因此Rxi只需要估算天線i和j之間的信道增益Gij來刪除Tx信號。對于基于例如802.11a或g的方案的正交頻分復用(“OFDM”)，對不同區(qū)之間的給定信道增益應用快速傅立葉變換(“FFT”)之后，可以在Rx中容易地完成Tx信號的刪除。注意，所有802.11(a/b/g)PHY層已經(jīng)要求了信道估算。每一個幀從PLCP前同步碼(SYNC序列)開始，其用于接收器的信道估算。這里使用類似的SYNC序列。將從一個天線到另一個天線的信道估算稱為自校準，因為發(fā)射器和接收器都屬于同一站。
為了適當?shù)毓浪阈诺?，S-MAC站需要確保它自身的校準信號不被其他信號損壞。下面描述兩種方案，二者都確保無干擾的自校準。一種工作在MAC層并適用于所有類型的PHY，另一種工作在PHY層并適用于基于OFDM層的PHY層，如802.11a/g。
圖8示出MAC輔助的自校準。S-MAC站100在啟動自校準之前遵照常規(guī)的載波檢測/退避過程。首先，它在每個區(qū)中循環(huán)地發(fā)射RTS幀以抑制鄰站(60)。接著，它在所有區(qū)中循環(huán)地發(fā)射訓練碼元(training symbol)(SYNC)，用于天線對之間的信道估算(62)。由于在M個區(qū)中逐個地發(fā)送RTS，因此所通告的RTS幀的持續(xù)時間字段將逐漸減小，但是持續(xù)時間需要足以使該區(qū)中的站退避，直到已經(jīng)在所有M個區(qū)中都已發(fā)射了SYNC碼元。在發(fā)送了循環(huán)的RTS幀之后，循環(huán)地發(fā)射SYNC碼元。當在區(qū)i中發(fā)送時，在其他區(qū)中接收信號(64-64”)的每個Rxj(j≠i)可以估算信道增益Gij(即66-66”)，或者刪除所需的任何其他參數(shù)?？紤]信道對稱Gij＝Gji，可以選擇任一個來平均Gij和Gji以減小估算誤差，或者僅在一半的區(qū)中發(fā)送SYNC以降低開銷。調(diào)用此程序的頻繁程度取決于無線電傳播環(huán)境的動力學。由于在MAC層完成信道保留，因此它適用于所有PHY層。
另一種方案稱為用于OFDM的編碼導頻音輔助自校準，并且如圖9所示。在802.11a和g中使用OFDM來進行傳信。在編碼導頻音輔助自校準方案中，并非首先在MAC層獲取介質(zhì)。因此，自校準易受到來自其他傳輸?shù)母蓴_的影響，因此站可以在自校準過程期間檢測到?jīng)_突。
為了在PHY層檢測沖突，將編碼導頻音(空音)加入訓練碼元中(70)。這種沖突檢測方法的關鍵是生成二進制隨機序列X并使用該序列將空音插入訓練碼元中的位于與序列中的0對應的位置處。例如，對于802.11a系統(tǒng)，生成長度為52的序列，并將其映射到52個子載波(除DC音以外)，用于信道估算和沖突檢測。例如，使得X{-26，26}＝{x-26，...，x-1，0，x1，...x26)，其中xi＝0或者1。
序列中的每個0代表空導頻音(無信號發(fā)射)，序列中的每個1被映射到導頻音并用BPSK碼元進行調(diào)制。導頻音的調(diào)制遵照802.11a中的PLCP前同步碼(SYNC)的長訓練碼元L{-26，26}＝{l-26，...，l-1，0，l1，...l26)，其中l(wèi)i∈{1，-1)，并且L′{-26，26}＝{l′-26，...，l′-1，0，l′1，...l′26)，其中l(wèi)i′=xi*li(-26≤i≤26).]]>換言之，802.11a中SYNC的長OFDM訓練碼元L{-26，26}通過空音在頻域被刺穿(puncture)，所述空音的位置由隨機序列中的0確定。編碼的SYNC字L’{-26，26}用于信道估算和沖突檢測。可以向SYNC序列加入另外的長訓練碼元，用于更好的估算。
在遵照了標準信道檢測和退避之后，經(jīng)由天線i發(fā)送編碼的SYNC(72)。其他區(qū)中的接收碼元(74-74’)的每個接收器Rxj(j≠i)可以使用空音檢測可能的沖突(76-76’)，并且隨后使用導頻音估算信道增益Gij，如果通過Rxj檢測到空音中大的能量，則檢測到?jīng)_突(82-82’)，并且因此天線i和j之間的信道估算無效。一旦檢測到?jīng)_突，在AP稍后確定了信道可用之后可以重復自校準過程(84-84’)。如果沒有檢測到?jīng)_突(78-78’)，則通過導頻音之間進行插值來獲得天線I與j之間的信道估算(80-80’)。這種方案允許在信道估算的同時在空音中進行空閑信道評估(CCA)。
使用隨機設置的空音使得容易用另一S-MAC站發(fā)送的自校準信號來檢測沖突，以及用常規(guī)幀來檢測沖突。站可以使用其MAC地址和當前時間戳作為種子來生成其(偽)隨機序列。這降低了兩個站同時選擇同一序列的可能性。如果在序列中有太多的0或者太多的0相鄰，則應當丟棄該序列并應當生成新的序列。
與MAC控制的自校準方案類似，可以從信道對稱性中得到好處，并僅在一半的區(qū)中發(fā)送SYNC幀?？梢赃B續(xù)地或者單獨地發(fā)送M(或者M÷2)個SYNC字?？赡艿氖?，當發(fā)送SYNC時沖突可能僅在某些接收器中發(fā)生。在這種情況下，僅需要重復自校準過程來填充有沖突的部分。在沒有MAC開銷的情況下，信道使用遠少于MAC控制的方案。使用802.11a，發(fā)送SYNC所需的時間僅為16us。即使在考慮了由于沖突引起的所需重復嘗試之后總開銷也很小。自校準的頻繁程度取決于環(huán)境(諸如附近的反射器)改變的頻繁程度。即使以相對高的速率進行自校準開銷也非常小。
當天線之間的耦合很大時，Tx將向Rx呈現(xiàn)更強的干擾。這需要接收器具有更大的動態(tài)范圍。因此，具有小交叉相關的天線構造是優(yōu)選的。通過Tx的最大發(fā)射功率(“MaxTxPwr”)、不同天線之間的串擾(“CxTlk”)、需要的最小接收器靈敏度(“MinRxPwr”)以及OFDM信號的峰值與平均值之比(“PAR”)來確定Rx處的動態(tài)范圍(DR)，其中DR＝MaxTxPwr-CxTlk-MinRxPwr+PAR。
例如，考慮具有MinRxPwr＝-82dBm，PAR＝10dB的802.11a信號。如果MaxTxPwr＝15dBm并且CxTk＝23dB，則DR＝84dB，其可以由14位表示。具有65Msps的14位ADC對于此應用已足夠，并且可以買到現(xiàn)貨。對于3個區(qū)的情況考慮來自定向發(fā)射的增益，通過全向天線可以獲得另外4.7dB的增益。這等效于全向設置中的19.7dBm發(fā)射功率。在通常的室外環(huán)境中，傳播損耗正比于距離的四次方，這比具有全向天線的常規(guī)站多覆蓋73％的區(qū)域。這對于基礎架構模式中的接入點尤其有吸引力，在基礎架構模式中較高的容量和較大的覆蓋區(qū)域很重要。
由于S-MAC站一直在所有方向偵聽到來幀，它知曉其范圍內(nèi)沿其路線進行發(fā)射的所有站。這與具有全向天線的常規(guī)站相同。通過檢查哪個天線收到幀，它還可以知道這些鄰站位于哪個區(qū)中。然而，S-MAC站可以發(fā)送與全向站所發(fā)送的相同類型的鄰站發(fā)現(xiàn)幀(如基礎架構模式中AP發(fā)送的信標信號或者自組模式中發(fā)送的Hello幀)。在這些實施例中，S-MAC站可以在每個區(qū)中發(fā)送一次發(fā)現(xiàn)幀，使它自身被所有方向的鄰站知曉。此額外開銷(發(fā)送鄰站發(fā)現(xiàn)幀M次)使得鄰站發(fā)現(xiàn)過程僅比只具有全向站的網(wǎng)絡中的開銷稍多。
圖10示出本發(fā)明的另一個實施例，其使用兩個發(fā)射模塊Tx1和Tx2，以及三個接收器Rx1、Rx2、Rx3。該圖示出人們可以構造發(fā)射模塊、接收模塊以及可能構成S-MAC站的各種其他組成部分的一種可能方式。
該系統(tǒng)還包括永久或者可拆除的存儲器，諸如磁盤或光盤、RAM、ROM等，本發(fā)明的處理和數(shù)據(jù)結構可以在其上存儲并發(fā)布。也可以通過例如從網(wǎng)絡(諸如因特網(wǎng))下載來發(fā)布該程序。
S-MAC協(xié)議不改變經(jīng)過空中傳輸?shù)腗AC消息格式。這使得S-MAC節(jié)點與使用全向天線和標準802.11MAC協(xié)議的節(jié)點完全可互操作。因此，使用全向和定向天線的混合來操作網(wǎng)絡節(jié)點是可行的，并且可以將S-MAC節(jié)點逐漸地引入已經(jīng)使用的網(wǎng)絡以增大其容量而不會引起不兼容的問題。
本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點從詳細的說明書而明了，因此，所附權利要求意在覆蓋落入本發(fā)明的真實的精神和范圍內(nèi)的所有這些特征和優(yōu)點。此外，由于本領域技術人員可以容易地想到很多修改和變型，因此并不希望將本發(fā)明限制到所示和所述的確切構造和操作，因此認為所有適當?shù)男薷暮偷韧锫淙氡景l(fā)明的范圍。此外，本發(fā)明通過引用并入以下論文，“Enhancing 802.11 Wireless Networks with DirectionalAntenna and Multiple Receivers”，by Chenxi Zhu，Tamer Nadeem，andJonathan Agre，F(xiàn)ujitsu Laboratories of America，TechnicalMemorandum NoFLA-PCR-TM-21。
相關申請的交叉引用本發(fā)明涉及2005年4月8日在美國專利商標局提交的美國臨時申請No.60/669,381，并要求其優(yōu)先權，在此通過引用將其內(nèi)容并入。
權利要求
1.一種操作無線站的方法，包括以下步驟使第一退避計時器與第一接收器關聯(lián)，該第一接收器與第一定向天線關聯(lián)；使第二退避計時器與第二接收器關聯(lián)，該第二接收器與第二定向天線關聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括以下步驟在操作第一接收器以監(jiān)測來自遠程無線站的發(fā)射的同時，操作第二接收器以監(jiān)測來自遠程無線站的發(fā)射；響應于第一接收器檢測到來自遠程站的發(fā)射，啟動第一退避計時器；以及響應于第二接收器檢測到來自遠程站的發(fā)射，啟動第二退避計時器。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括響應于第一接收器檢測到來自遠程無線站的發(fā)射，存儲將第一接收器與被檢測到的遠程無線站相關聯(lián)的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，還包括當所述關聯(lián)被存儲時啟動第三計時器；以及在所述計時器期滿后，從第一天線發(fā)射第一搜索信號并且從第二天線發(fā)射第二搜索信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括響應于第一接收器檢測到來自遠程無線站的發(fā)射，存儲描述由第一接收器從被檢測到的遠程無線站接收的信號質(zhì)量的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括根據(jù)所存儲的數(shù)據(jù)選擇多個天線中的一個；以及從被選中的天線發(fā)射信號。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括在操作第一接收器以檢測來自遠程無線站的發(fā)射的同時，使用第二天線發(fā)射信號。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，還包括從第一接收器輸出的任何信號中進行刪除，刪除量對應于由第一接收器從第二天線接收的信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中由包括以下步驟的方法來確定刪除量的參數(shù)從第二天線發(fā)射訓練信號；在第一接收器處接收所述訓練信號；以及根據(jù)在第一接收器處所接收的訓練信號的值來確定所述參數(shù)。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述用于確定刪除量的參數(shù)的方法還包括在發(fā)射所述訓練信號之前，通過從所有天線發(fā)射信道保留信號來抑制任何相鄰遠程站。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述用于確定刪除量的參數(shù)的方法還包括在所述訓練信號中包括空音；以及確定在第一接收器處接收的所述訓練信號中是否包括所述空音。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括當遠程無線站不能對從第一天線發(fā)射的幀進行響應時，從第一天線發(fā)射第一搜索信號并從第二天線發(fā)射第二搜索信號。
13.一種實現(xiàn)了根據(jù)權利要求1-12中的任一項所述的方法的裝置。
14.一種計算機可讀介質(zhì)，包括使得計算機實現(xiàn)根據(jù)權利要求1-12中的任一項所述的方法的程序。
15.一種操作無線站的方法，包括使第一接收器與第一定向天線關聯(lián)；使第二接收器與第二定向天線關聯(lián)；從第二天線發(fā)射訓練信號；在第一接收器處接收所述訓練信號；以及根據(jù)在第一接收器處接收的所述訓練信號，計算從第一接收器輸出的所有信號中進行刪除所需的值的參數(shù)，刪除量對應于在第一接收器處從第二天線接收的信號。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括在發(fā)射所述訓練信號之前，通過從所有天線發(fā)射信道保留信號來抑制任何相鄰遠程站。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述訓練信號包括空音；以及所述站確定第一接收器處接收的所述訓練信號是否包括所述空音。
18.操作無線站的方法，包括接收從第一無線發(fā)射器發(fā)射的碼元；響應于對所述碼元沒有空音的確定，確定出來自第一無線發(fā)射器的發(fā)射與來自第二無線發(fā)射器的發(fā)射同時發(fā)生。
全文摘要
公開了一種無線站，其具有與多個定向天線中的每一個關聯(lián)的接收器以及網(wǎng)絡分配向量。接收器同時偵聽來自遠程站的幀。當任一接收器檢測到來自遠程站的幀時，該接收器啟動其關聯(lián)的NAV。所述站具有可以使用天線進行發(fā)射的一個或更多個發(fā)射器。當使用天線發(fā)射信號時，與任何非發(fā)射天線關聯(lián)的接收器繼續(xù)偵聽來自遠程站的信號。所述站從非發(fā)射天線接收的信號中刪除來自正在進行發(fā)射的天線的任何信號。為了進行刪除，所述站進行自校準過程。所述站可以通過抑制鄰站或者通過在所發(fā)送的校準信號中插入空音來進行自校準。
文檔編號H04B7/26GK1855745SQ200610073758
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月7日 優(yōu)先權日2005年4月8日
發(fā)明者朱晨曦, 塔默·納迪姆, 喬納森·拉塞爾·阿格雷 申請人:富士通株式會社