CN100438348C - 用于无线区域网路（wlan）的接入点及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用来操作无线局域网络(WLAN)内的接入点的方法。该接入点包含一用来与多个远程站通信的定向天线，且该定向天线包含多个天线图案。该方法包含通过使该接入点与每一远程站之间以对应于所述多个天线图案的一相应测得信号质量建立关联的方式产生一天线数据库。所述相应测量信号质量由该接入点以其与每一远程站的通信为基础判定。该方法还包含为每一远程站以该天线数据库为基础判定一较佳天线图案，且选取一远程站及与其通信得对应较佳天线图案。且以该天线数据库为基础及在与该选定远程站通信前，通过比较与该选定远程站的较佳天线图案相关的测量信号质量及与使用相同较佳天线图案的所述未被选取远程站相关的相应信号质量，从而判定是否有任何未被选取的远程站还不知道在经由该对应较佳天线图案的该选定远程站和接入点间的通信实际是否发生。

Description

用于无线区域网路（WLAN）的接入点及其操作方法

技术领域

本发明关于无线局域网络的范畴，特定言之是关于在无线局域网络内运作的接入点的天线操控算法。

背景技术

有各种标准容许远程站(譬如可携式计算机)在一无线局域网络(WLAN)内移动且经由射频(RF)传输连接至已连接到一有线网络的一接入点(AP)。该有线网络通常被称为接线系统(distribution system)。上述各种标准包含IEEE 802.11标准及其对应字母修订版本，譬如802.11b和802.11g。

在远程站内及在接入点内的一物理层提供低阶传输藉以让此等站与接入点通信。在该物理层之上有一媒体接入控制(MAC)层提供譬如认证、解除认证、隐私权、建立关联及解除关联等服务。

在作业中，当一远程站上线时，首先会在该站及接入点内的物理层之间建立联机。然后才会连接MAC层。一般而言，就远程站和接入点来说，物理层RF信号利用单极天线发射和接收。

一单极天线以所有方向辐射，就一铅直取向组件来说大体上以一水平平面辐射。单极天线易于发生远程站与接入点之间的通信质量劣化，譬如因居间物体导致无线电波信号反射或绕射。居间物体举例来说包含墙壁、桌子和人。此等物体产生多路径、常态统计衰落、瑞利(Rayleigh)衰落等。因此，曾有对于减轻因此等效应造成的信号劣化的努力。

一种用来抵销RF信号的劣化的技术是使用二个天线来提供分集作用。此二天线被耦接至处于远程站和接入点其中之一或二者兼具的一天线分集开关。使用二个天线以求天线分集效果的基础理论是：不管在任何给定时间，所述天线当中至少一天线很可能会收到一未受多路径效应影响的信号。因此，此天线即是远程站或接入点经由该天线分集开关选取进行发射/接收信号的天线。但仍有需要解决无线局域网络内的远程站与一接入点间的RF信号劣化的问题。

此外，在一远程站不知道接入点与一选定远程站正在进行通信且此远程站试图与该接入点进行通信之时会发生另一问题。因此会在接入点发生碰撞，这造成一被称为隐藏节点问题的情况，此是因为在一无线局域网络内并非每一远程站都能跟该网络内的每一其它远程站直接通信。

发明内容

有鉴于上述背景，本发明的一目的是改善无线局域网络内一接入点与远程站之间的通信、特别是隐藏节点方面。

一种超越单纯分集作用的改良是通过一种用在无线局域网络的接入点(亦即无线网关)的天线操控程序。定向天线改善网络的流通量，且加大接入点与远程站(亦即无线使用者装置)间的范围。一定向天线在大多数情况下提供一高于全向天线的信噪比，从而容许链接以较高数据传输速率运作。

该天线操控程序可为存在于接入点的媒体接入控制(MAC)层内，且以从远程站接收信号后可由物理层提供的信号质量度量为基础选取一最佳或较佳定向天线排列。

依据本发明的原则，在譬如登录、认证或后续接入点与一选定远程站间的数据交换的过程中，判定受操控接入点天线的一较佳方向。在一实施例中，由在接入点运作的软件或韧体做出此判断。该接入点天线控制软件/韧体可建立一包含远程站身份及与该站相关的天线方向的数据库以达到最佳化通信效能。

可运用硬件搭配传统802.11设备的固有分集选择电路运作以选取较佳的定向天线角度。接入点可利用发信导致远程站发射一探测响应信号，其中该接入点测量该探测响应信号的信号质量。该接入点可比较对应于以一定向天线模式从远程站接收的信号的度量对上对应于以一全向天线模式从远程站接收的信号的度量以判定是否应当进行一新天线扫描作业。若接入点判断出现隐藏的节点，其可能利用譬如802.11标准所定义的请求发送/清除发送(RTS/CTS)引发一保护机制。

以一定向天线加诸于接入点有双重好处：增进对个别远程站的流通量以及支持网络内更多使用者的能力。在大多数RF环境中，远程站接收的信号位准得经由让接入点用一瞄准该站的方向的整形天线射束发射的方式而改善。该整形天线射束举例来说可提供一优于传统上部署于接入点的全向天线的3-5dB增益好处。加大的信号位准容许接入点与远程站之间的链接以较高数据传输速率运作，特别是在覆波区的外频带。该定向天线操控程序存在于接入点内以支持与远程站的作业。

更特定言之，本发明针对一种操作无线局域网络(WLAN)内的接入点的方法，该接入点包含一用来与多个远程站进行通信的定向天线，该定向天线包含多个天线图案，该方法包括：通过使该接入点与每一远程站之间以对应于所述多个天线图案的一相应测量信号质量建立关联的方式产生一天线数据库，所述相应测量信号质量是基于该接入点以其与每一远程站的通信而判定；为每一远程站以该天线数据库为基础判定一较佳天线图案；选取一远程站及与其通信的对应较佳天线图案；以及以该天线数据库为基础及在与该选定远程站通信之前，通过比较与该选定远程站的较佳天线图案相关的测量信号质量及与使用相同较佳天线图案的所述未被选取远程站相关的相应信号质量，从而判定是否有任何未被选取的远程站还不知道在经由该对应较佳天线图案的该选定远程站和接入点间的通信实际是否发生。

测得的相应信号质量可包括一接收信号强度读数、一载波-干扰比、一能量-比特比和一信噪比至少其中之一。

所述多个天线图案可包括一全向天线图案，且倘若经判定所述未被选取远程站当中至少一站会在此等通信实际发生之时还不知道，则该方法可更包括经由该全向天线图案对所述多个远程站发送一有源清除发送讯息。该清除发送讯息有一不对应于所述多个远程站当中任一站的未使用地址。

另一选择，倘若经判定所述未被选取远程站当中至少一站会在此等通信实际发生之时还不知道，则该方法可更包括经由该全向天线图案以一前向链接方向对所述多个远程站发射一请求发送讯息，从该选定远程站接收一清除发送讯息，对该选定远程站发射一数据帧，且从该选定远程站接收一确认讯息。就一反向链接方向来说，本发明可更包括从该选定远程站接收一请求发送讯息，对该选定远程站发射一清除发送讯息，从该选定远程站接收一数据帧，且对该选定远程站发射一确认讯息。

产生天线数据库的步骤可由至少三种方式进行。一种方案是利用一前向链接内的控制帧，第二种方案是利用一反向链接内的控制帧，第三种方案是利用探测信号。

利用一正向链接内的控制帧产生天线数据库的步骤包括使该接入点与所述多个远程站在一前向链接内以包含多个控制帧和一数据帧的封包数据交换为基础进行通信，且产生天线数据库的步骤包括：经由该定向天线的一第一天线图案从该第一远程站接收一征求第一控制帧，对该第一远程站发射一第一数据帧，经由该定向天线的一第二天线图案从该第一远程站接收一第二控制帧，测量经由该第一天线图案接收的第一控制帧的信号质量及经由该第二天线图案接收的第二控制帧的信号质量。针对剩下的每一天线图案重复以上步骤。

此外，该方法更包括针对每一远程站重复该接收步骤和该发射步骤以测量经由该第一天线图案接收的第一控制帧的信号质量及经由该第二天线图案接收的第二控制帧的信号质量。被接收的该第一控制帧包括一清除发送讯息，且被接收的该第二控制帧包括一确认讯息。

利用一反向链接内的控制帧产生天线数据库的步骤包括使该接入点经由该定向天线的一第一天线图案从一第一远程站接收一第一控制帧，对该第一远程站发射一第二控制帧，经由该定向天线的一第二天线图案从该第一远程站接收一第一数据帧，且测量经由该第一天线图案接收的第一控制帧的信号质量及经由该第二天线图案接收的第一数据帧的信号质量。针对剩下的每一天线图案重复以上步骤。

该方法更包括针对每一远程站重复该接收步骤和该发射步骤以测量经由该第一天线图案接收的第一控制帧的信号质量及经由该第二天线图案接收的第一数据帧的信号质量。被接收的该第一控制帧包括一请求发送讯息，且被发射的第二控制帧包括一清除发送讯息。

利用探测信号产生天线数据库的步骤以包含一全向角度及多个定向角度的定向天线为基础，且产生天线数据库的步骤包括选取一第一远程站，经由该定向天线的全向角度对该第一远程站发射一第一探测信号，且测量经由该全向角度从该第一远程站接收的一响应于该第一探测信号的第一探测响应信号。经由该定向天线的多个定向角度当中的每一角度对该第一远程站发射一相应第二探测信号，且测量经由每一定向角度从该第一远程站接收的一响应于该相应第二探测信号的第二探测响应信号。

在使用探测信号时，该方法更包括从所述多个远程站当中选取下一个远程站，对该下一个选定远程站重复发射第一和第二探测信号的步骤以及测量从该下一个选定远程站接收的第一和第二探测响应信号的步骤。针对所述多个远程站当中剩下的每一远程站重复以上步骤。该第一探测信号包括一请求发送(RTS)讯息且该第一探测响应信号包括一清除发送(CTS)讯息，该第二探测信号包括一RTS讯息且该第二探测响应信号包括一CTS讯息。

该接入点以一IEEE 802.11标准和一IEEE 802.16标准至少其中一标准运作。该定向天线包括至少一有源组件和多个无源组件。

本发明的另一观点针对一种用于无线局域网络(WLAN)的接入点，其包括：一定向天线，其包含有多个天线图案；及一控制器，其连接于该定向天线，用以控制该定向天线，该控制器通过进行下列步骤与多个远程站通信：通过与每一远程站相关的对应于所述多个天线图案之一相应测得信号质量，以产生一天线数据库，为每一远程站以该天线数据库为基础判定一较佳天线图案，选取一远程站及与其通信的对应较佳天线图案，以及以该天线数据库为基础且在与该选定远程站通信之前，通过比较与该选定远程站的较佳天线图案相关的测量信号质量及与使用相同较佳天线图案的所述未被选取远程站相关的相应信号质量，从而判定是否有任何未被选取的远程站还不知道在该选定远程站和经由该对应较佳天线图案的接入点间的通信实际是否发生。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1A是一运用本发明原则的无线局域网络(WLAN)的简图；

图1B是一图1A的WLAN内正在进行天线扫描的一接入点的简图；

图2A是一具有外部定向天线阵列的图1A接入点的简图；

图2B是一图2A接入点的简图，其中该定向天线阵列被并入一内部PCMCIA卡内；

图3A是一图2A定向天线阵列的简图；

图3B是一用来选取一图3A定向天线的一天线组件状态的开关的简图；

图4是一运用依据本发明原则的子系统、层和一天线操控程序的图1A接入点的方块图；

图5A是一视需要用于图4天线操控程序的信号简图；

图5B是一视需要用于图4天线操控程序的替代信号简图；

图6是一图4的替代方块图，其中使用天线分集电路；

图7是一视需要用于图4天线操控程序的运用隐藏节点技术的信号简图；

图8是一具备双向发信的第1图网络的俯视图；

图9是一具备天线波束读数的第1图网络的俯视图；

图10是一依据本发明以空间分集为基础操作WLAN的接入点的方法的流程图；

图11是一依据本发明以探测信号为基础操作WLAN的接入点的方法的流程图；

图12和图13分别是依据本发明以前向和反向链接内的控制帧为基础操作WLAN的接入点的方法的流程图；且

图14一依据本发明以隐藏节点辨识为基础操作WLAN的接入点的方法的流程图。

具体实施方式

以下参照绘出本发明较佳实施例的所附图式更详细地说明本发明。然本发明亦可以许多不同形式实施且不应被阐释为仅限于本说明书所述实施例；这些实施例只是用来让本说明书更为透彻完整，且对熟习此技艺者而言会完全涵盖本发明的范围。全部内容以相同数字标示相同组件，且在替代实施例中使用重音记号指示相似组件。

一开始参照图1A说明具有一接线系统105的无线局域网络(WLAN)100。接入点110a、110b和110c经由有线连接譬如有线数据网络连接方式连接至接线系统105。每一接入点110a、110b和110c有一能够经由射频(RF)信号与远程站120a、120b、120c通信的相应区域115a、115b、115c。远程站120a、120b、120c配备无线局域网络硬件和软件以接入接线系统105。在以下说明中，当欲对接入点、远程站和区域做出一总称性称呼时，可分别使用参考数字110、120和115。

当前技术为接入点110和远程站120提供天线分集。天线分集容许接入点110和远程站120以收到的信号质量为基础选取两天线其中一者来提供发射和接收工作。撇开其它天线而选取一天线的一个理由发生在有多路径衰落的情况，其中一采用两个不同路径的信号会在一天线导致信号抵销作用，但在另一天线不会。另一实例是因同一天线收到的二个不同信号造成干扰之时。选取两天线其中一者的另一理由是因为环境改变，譬如当一远程站120c如箭头125所示被从第三区115c带到第一或第二区115a、115b之时。

图1B是图1A所示网络100的一子集的方块图，其中更详细地绘出一运用本发明原则的接入点110b的定向天线波瓣130a-130i。定向天线波瓣130a-130i亦会被总体标示为参考数字130。接入点110b在一环境扫描过程中依序通过天线波瓣130以判定一较佳天线方向。

在一扫描过程中，接入点110b使用一如图2A和图2B更详细绘出的定向天线扫描搜索远程站120b发射的RF信号。在每一扫描方向(亦即角度或天线图案)，接入点110b测量一信号或探测响应且计算该扫描角度的一相应度量。度量的实例包含接收信号强度读数(RSSI)，载波-干扰比(C/I)，能量-比特比(Eb/No)，或是接收信号或信号环境的质量的其它适当度量，譬如信噪比(SNR)。这些量测值的一组合亦可被用来判定最佳或较佳的天线排列，正如熟习此技艺者所能轻易理解。依据此等测得信号质量度量，接入点110b判定与远程站120b通信的较佳天线角度或方向。

此等扫描可为在远程站110b已被认证且已与接线系统105结合之前或之后发生。因此，起始天线扫描可能是在MAC层内完成。另一选择，起始天线扫描可为在MAC层以外完成。相似地，在远程站110b已经认证且已与接线系统105结合之后发生的扫描可为在MAC层内完成或是由发生在MAC层以外的程序完成。

图2A是一使用一外部定向天线阵列200a的接入点110的简图。定向天线阵列200a包含五个单极无源天线组件205a、205b、205c、205d和205e以及一个单极有源天线组件206。无源天线组件205a、205b、205c、205d和205e在下文总体以参考数字205标示。定向天线阵列200a经由一通用序列总线(USB)端口215连接至接入点110。定向天线阵列200a与接入点110间亦接受其它类型的连接。

定向天线阵列200a内的无源天线组件205被寄生地耦接于有源天线组件206以允许扫描。在本说明书中，“扫描”意指定向天线阵列200a的至少一天线波束能以与无源天线组件205的数量相关的增量旋转，其视需要能旋转360度。

定向天线阵列200a的一详细说明提供于2002年1月24日公开的发明名称为“用于无线通信系统的适应性天线”的美国专利公开案第2002/0008672号内，该案以引用的方式并入本文中且其已被让渡给本发明的现有受让人。以定向天线阵列200a所收到或发射的信号为基础最佳化天线方向的范例方法亦揭示于该案。

定向天线阵列200a亦可被用于一全向模式以提供一全向天线图案。接入点110可采用一全向图案进行发射或接收。接入点110亦可在对远程站120发射或从该远程站接收之时使用选定的定向天线。

图2B是一具备一内部定向天线220b的接入点110的等角透视图。在此实施例中，定向天线阵列200b位于一PCMCIA卡220上。PCMCIA卡220是由接入点110携载且连接于一处理器(图中未示)。定向天线阵列200b提供与图2A所示定向天线阵列200a相同的功能。

应理解到尚有众多其它形式的定向天线阵列可用。实例包含揭示于2003年1月4日授证的发明名称为“用于无线通信系统的适应性天线”的美国专利第6515635号以及2002年3月28日公告的发明名称为“用于无线通信系统的适应性天线”的美国专利公告案第2002/0036586号，二者以引用的方式并入本文中且其已被让渡给本发明的现有受让人。

图3A是一如前所述包含无源天线组件205和有源天线组件206的定向天线阵列200a的详细图。定向天线阵列200a亦包含一与无源天线组件电耦合的接地面330，如下文参照图3B所述。

仍参照图3A，定向天线阵列200a提供一从天线组件205a和205e斜向离开的定向天线波瓣300。此为天线组件205a和205e处于一反射模式且天线组件205b、205c和205d处于一透射模式的征兆。换句话说，有源天线组件206与无源天线组件205之间的相互耦接容许定向天线阵列200a扫描定向天线波瓣300，在本案例中，该波瓣因无源组件205的既设模式而被如图所示导向。如熟习此技艺者所能理解，无源天线组件205的不同模式组合会造成不同的天线波瓣300图案和角度。

图3B是一能被用来将无源天线组件205设定为反射模式或透射模式的范例电路的简图。反射模式由一代表性长虚线305标示，且透射模式由一短虚线310标示。代表性模式305和310分别是经由一电感组件320或一电容组件325耦接于一接地面330的方式造成。无源天线组件205a通过电感组件320或电容组件325的耦接是经由一开关315进行。开关315可为一能将无源天线组件205a耦接于接地面330的机械开关或电气开关。开关315是经由一控制信号335设定。

经由电感器320耦接于接地面330的是无源天线组件205a，其如较长代表性虚线305所示被有效地延长。此可视为是为一经由无源天线组件205a与有源天线组件206的相互耦接而被耦合于无源天线组件205a的RF信号提供一“后挡板(backboard)”。在图3A案例中，无源天线组件205a和205e二者经由相应电感组件320连接于接地面330。在此同时，在图3A实例中，其它无源天线组件205b、205c和205d经由相应电容组件325电连接于接地面330。

电容耦合作用使无源天线组件如较短代表性虚线310所示有效地缩短。全部无源组件325的电容耦合作用使定向天线阵列200a有效地成为一全向天线。应理解到亦可将替代的耦接技术用在无源天线组件205与接地面330之间，例如延时线和集总阻抗。

跳到图9，其提供通过运用定向天线阵列200a或200b使接入点110b产生一全向天线图案905和一定向天线图案910的俯视图。接入点110b与多个站120a-120d通信。由于接入点110通常被远距安装为在其附近没有障碍物或移动反射器(例如被安装在墙上高处或天花板上)，较佳天线图案方向的选择很可能不会在与一给定远程站120联机的全程中发生变化。

图标接入点110b可能运用一定向天线200a将下行链接数据帧发射给一选定远程站120c。就大多数广播和控制帧来说，接入点可使用全向天线图案905和最低可用数据传输速率以确保所有远程站120都会收到。定向天线200a无法加大网络100的涵盖面积，但可能提高发送给远程站120的数据帧的数据传输速率。加大的下行链接传输速率有其好处，因为在网络100上转移的绝大部分数据明显是在下行链接(例如网页接入、档案转移)。有一选项是在接入点110b被要求以全向模式接收之时运用交换式空间分集。举例来说，5dB的可能增加的链接余裕提供300％的流通增加量。

由选定远程站120c在争用周期(CP)内发送给接入点110b之上行链接数据帧利用全向天线图案接收，因为任何远程站皆可能发射该帧。就大帧来说，网络组态可能要求远程站采用请求发送/清除发送(RTS/CTS)机制以预订无线媒体。在此情况中，接入点110b可以一定向模式接收以加大上行链接的数据传输速率。这多少是取决于在远程站120c运用的数据传输速率选择算法。

在下行链接传输中，接入点110b可能决定在争用周期内使用全向图案和一较低数据传输速率来发射小封包。其原因为在收敛区“另一”侧上的一远程站(譬如远程站120e)无法听到从背对其指向的定向天线图案发出的接入点传输内容。此为众所熟悉的“隐藏节点”问题，其中两个远程站120互相没有听到对方且在同一时间结束发射。在此情况中，该二远程站是120c和120e。一种避免此问题、特别是对大数据帧有效的方法在下文参照图7说明。

是以接入点110处的定向天线图案能为与身为网络交通主体的远程站120交换的下行链接和上行链接数据帧提供较高的数据传输速率。网络联机被维持在接入点110的全向天线的标称增益。也就是说，远程站120能与接入点110结合且维持联机而无须使用定向天线200a。

如表1所提供的规则集合得被定义为利用定向天线200a的全向和定向特性的优点。表1包含现时与接入点110相关的远程站120的地址及其现行天线方向选择。表1可以依据802.11标准(表21和22在其内)的帧序列为基础描述范例天线方向选择。在表1内，“Dir”指方向，“UL”指上行链接，且“DL”指下行链接。

表1-范例天线选择规则

序列	Dir	天线选择
				信标	DL	全向
数据	DL	定向	参见图5A
				RTS-CTS数据	UL	全向/定向	参见图5B

一程序可由一判定何时选取全向图案及何时选取一定向图案的规则集合说明。举例来说，接入点110可在对单一个远程站120发射或接收时的时间间隔内选取一定向图案。

一示出接入点110的界面的方块图绘于图4。图标接入点110包含多个子系统和层。一天线子系统405可包含定向天线220b及用来操作该定向天线的支持电路、总线和软件。天线子系统405与物理层410交界且对后者提供RF信号412。

物理层410处理RF信号412且对一天线操控程序420判定信号质量量测值。物理层410以RF信号412为基础对MAC层415发送处理后信号。MAC层415产生计时控制讯息422，后者亦被发送给天线操控程序420以便在需要时将天线切换成全向模式或定向模式。

MAC层415也将数据帧429发送给其它程序(图中未示)。图标物理层410、MAC层415和天线操控程序420可为存在于一控制器400内。天线操控程序420举例来说可为储存在一内存内，该内存可为一独立的内存或是一处理器内的一嵌入内存。

天线操控程序420保有在每一远程站120的天线扫描过程中做出的接收信号质量量测值417的一函数的“天线表或数据库”或是“方向表或数据库”。举例来说，方向表425可储存一站ID及一用来与远程站120定向通信的对应天线方向(A、B、C)。一旦判定方向表425内的天线方向，即利用天线操控程序420对天线子系统405提供定向天线控制427。若信号质量量测值417高于一预定阈值表示能在全向模式下支持较高数据传输速率，则可将天线方向保持在全向(O)模式。

下文说明依据本发明用来判定将一定向天线220b从一接入点110指向一远程站120的较佳方向的各种技术。第一种技术运用一空间分集选择机制。第二种技术利用在接入点110与远程站120间交换的探测信号序列。第三种技术利用控制讯息(例如ACK或CTS)在接入点110做出接收天线方向的信号质量量测值。第三种技术可应用于前向和反向链接二者。

第一种技术假设现有的802.11装置纳入天线交换式分集扫描/控制且未来的802.11装置譬如802.11a/802.11g/802.11n也会支持交换式分集。该第一技术在一远程站120已经认证且已与一网络结合之后可用。其假设起始天线扫描是在MAC/网络层协议内完成。使用一定向或多组件天线220a，该第一技术能利用分集协议使天线位置/选择保持更新。

今参照图6，该第一技术的作用如下。图标接入点110’包含一连接于天线子系统405’的控制器600’。控制器600’包括一被赋予对天线控制信号的接入的物理层410’以及一MAC层(图4)。该MAC层将天线选择写入缓存器A 605a’和缓存器B 605b’内。缓存器A 605a’容纳选定的天线位置，且缓存器B 605b’容纳一候补天线位置。物理层410’亦与一多任务器610’通信。物理层410’以一传统分集选择控制方式对多任务器610’发送一分集选择开关控制信号607’，但在此情况中是使用控制缓存器A 605a’或缓存器B 605b’的内容的分集选择开关控制信号。

该选定天线位置是一开始就在网络认证/结合协议期间选出。该候补天线位置是任何其它天线位置(包含一全向模式)。该候补天线位置在已收到一有效封包之后或是在经过一段预定时间没有收到任何封包之后以一预定顺序改变。

在成功地收到一封包之后，物理层410’对MAC层发送针对该二天线位置的接收信号质量度量(信号强度、信噪比、多路径/均衡器度量等)。在封包接收过程中，物理层410’如同现在用于802.11般地运作；也就是说，在该二天线位置之间切换并且使用对封包接收而言最好的天线位置。在物理层410’收到有效封包之后，将该二天线位置的信号质量度量发送给MAC层。MAC层更新选定天线位置以及候补天线位置。该选定天线位置被换成以从物理层410’收到的数据为基础最佳的位置。可利用滤波/迟滞作用来避免两天线位置之间的“乒乓现象(ping-ponging)”。

如前所述，此技术利用现有802.11天线交换式分集方法的优点。应理解到此第一技术可包含硬件、软件/韧体或以上的组合。

今参照图10，其将说明以空间分集为基础操作一WLAN 100内的一接入点110的前述方法的流程图。从起点(方块1000)开始，该方法包括利用定向天线220b的一现行角度与远程站120通信，如方块1010。在方块1020进行的是在前导码期间扫过定向天线220b用来与远程站120通信的多个替用角度。在方块1030进行的是测量经由现行角度和多个替用角度从远程站120收到的相应信号。在方块1040，于该前导码期间以测得信号为基础选取该现行角度或是多个替用角度其中一角度为一继续与远程站120通信的较佳角度。该方法在方块105结束。

第二种技术是以接入点110对远程站120的RTS讯息的发射以及远程站对接入点响应发射的CTS讯息的接收为基础。802.11标准亦定义一探测要求/探测响应交换，此通常被远程站120用来判定对其他站120的链接质量。

在被接入点110用来判定对一选定远程站120的较佳指向方向(如第8图所示)时，接入点110以全向图案及每一可能定向图案130发射一探测要求信号，且在以相应图案运作的同时测量从远程站110回送的探测响应信号810的信号质量。

此等响应帧810的测量使其成为比前述分集选择技术更有靠的技术。此第二技术最好至少是在一远程站120已与接入点110结合之后立即使用。虽说使用额外的探测要求/探测响应信号会对网络效率造成影响，但此等交换可能不常发生。

今参照图11，其将说明以探测信号为基础操作一WLAN 100内的一接入点110的前述方法的流程图。从起点(方块1100)开始，该方法包括在方块1110选取一远程站120，在方块1120经由定向天线220b的全向角度对该选定远程站发射一第一探测信号，且在方块1130测量经由该全向角度从该选定远程站收到的一响应于该第一探测信号的第一探测响应信号。

在方块1140，经由定向天线200b的多个定向角度当中的每一角度对选定远程站120发射一相应第二探测信号，且在方块1150测量经由每一定向角度从该选定远程站收到的一响应于该相应第二探测信号的第二探测响应信号。在方块1160，将来自选定远程站120的测得第一探测响应信号和相应测得第二探测响应信号储存在一天线数据库内。

在方块1170，以所述测得第二探测响应信号为基础针对选定远程站120选取一较佳定向角度。在方块1180，比较得自该全向角度的测得第一探测响应信号与得自该较佳定向角度的测得第二探测响应信号。该第一探测信号包括一请求发送(RTS)讯息且该第一探测响应信号包括一清除发送(CTS)讯息。相似地，该第二探测信号包括一RTS讯息且该第二探测响应信号包括一CTS讯息。在方块1190，以该比较为基础选取该全向角度或该较佳定向角度继续与选定远程站120通信。该方法在方块1195结束。

第三种技术运用被用在接入点110与远程站120间的常态数据交换的控制帧。此技术可被用在前向链接通信以及反向链接通信二者内。由于清除发送(CTS)和确认(ACK)讯息是以较低数据传输速率发送，接入点110可用这些讯息比较全向图案905与现在选用的定向图案130。此绘于图5A，图中在天线选择计时上有虚线。其可当作用来判定现在选用方向130是否会保有其超越全向图案905的优势的方法。此优势通常是以一预定阈值为基础以免在具有相似信号质量度量的两个天线图案之间频繁切换。

举例来说，在CTS讯息期间，可用全向模式接收此讯息以计算一第一信号质量量测值。在ACK讯息期间，可用一测试天线方向接收此讯息以计算一第二信号质量量测值。进行该第一和第二信号质量量测值的比较并且判断该测试天线方向是否应被储存。也就是说，定向模式是否提供一高于全向模式的增益。亦可进行二个不同定向天线方向之间的比较。

图4的方向表425可加上来自前述程序的全向和选定方向天线图案的信号质量量测值。倘若优势低落到一预定阈值以下，则接入点110回复为全向选择且利用上述前两种技术其中之一进行天线搜寻。

万一远程站120进入一节能模式或是长时间没有数据转移的闲置期，接入点110回复为全向图案选择。当远程站120变得再次活跃，接入点110可进行另一次天线搜寻。

今参照图12和图13，分别说明以前向和反向链接内的控制帧为基础操作一WLAN 100内的一接入点120的方法的流程图。从起点(方块1200)开始，该方法包括在方块1210在一前向链接内经由定向天线220b的一第一天线图案从远程站120接收一第一控制帧，且在方块1220将一第一数据帧发射给该远程站，且在方块1230经由该定向天线的一第二天线图案从该远程站接收一第二控制帧。在方块1240测量一经由该第一天线图案收到的第一控制帧的信号质量以及一经由该第二天线图案收到的第二控制帧的信号质量。在方块1250比较与该第一和第二天线图案相关的相应测得信号质量。若与该第二天线图案相关的测得信号质量超过与该第一天线图案相关的测得信号质量一预定阈值，则在方块1260选取该第二天线图案用以对远程站120发射一第二数据帧。收到的第一控制帧包括一清除发送讯息，且收到的第二控制帧包括一确认讯息。该方法在方块1270结束。

用来以反向链接内的控制帧为基础操作一WLAN 100内的一接入点120的方法包括从起点(方块1300)开始，在方块1310经由定向天线220b的一第一天线图案从远程站接收一第一控制帧，在方块1320将一第二控制帧发射给该远程站，且在方块1330经由该定向天线的一第二天线图案从该远程站接收一第一数据帧。在方块1340测量一经由该第一天线图案收到的第一控制帧的信号质量以及一经由该第二天线图案收到的第一数据帧的信号质量。在方块1350比较与该第一和第二天线图案相关的相应测得信号质量。若与该第二天线图案相关的测得信号质量超过与该第一天线图案相关的测得信号质量一预定阈值，则在方块1360选取该第二天线图案让接入点110对远程站120发射一第二数据帧。收到的第一控制帧包括一请求发送讯息，且发射的第二控制帧包括一清除发送讯息。该方法在方块1370结束。

第四种技术是一隐藏节点保护技术，其在接入点110使用一定向天线220b时提供一保护机制以减少或消弭隐藏节点的发生率。隐藏节点发生在并非网络100内所有远程站120都能听到接入点110与一选定远程站120间的通信之时，因此未曾听到的远程站可能会在媒体被使用之时发射。这会造成碰撞，特别是在接入点110。

当接入点110具有要发射给一远程站120的数据，控制程序以扫描图4的方向表425的方式设定所选天线方向以判定是否有潜在隐藏节点。举例来说，接入点110可就相反于选定天线方向的方向寻找远程站120。

参照图7的计时图，倘若控制软件判定有可能存在隐藏节点，接入点110首先利用天线220a的全向模式对一已知未使用的MAC地址发射一CTS讯息。此程序是用来告知网络内所有远程站120有一交换作业要发生且在交换完成以前不会发射。然后接入点110切换成预期远程站120的选定天线方向并进行通信。防止隐藏节点问题的另一方案是与一期望远程站120进行四向帧交换协议(RTS、CTS、数据及ACK)。

倘若控制软件判定不可能有隐藏节点，接入点110不会发送CTS讯息且可在接入点110天线设定成正确方向之时立即开始通信。倘若网络协议有要求，RTS讯息得被送给预期的接收器，导致一CTS讯息回到接入点110当作确认讯息，如图5A所示。

要注意到在参照图7所述的程序中，效能因RTS讯息不是由接入点110发射而提升，因为要使远程站120停止发射就只需要CTS讯息。在标准802.11协议标头的ID段内指出的远程站120确保该指定远程站收到数据帧。

今参照图14，说明以隐藏节点辨识为基础操作一WLAN 100内的一接入点120的方法。从起点(方块1400)开始，该方法包括在1410通过在接入点110与每一远程站120之间以对应于多个天线图案的相应测得信号质量为关联的方式创造一天线数据库。所述相应测得信号质量由接入点110以其与每一远程站120的通信为基础判定。在方块1420以该天线数据库为基础判定用于每一远程站120的一较佳天线图案，且在方块1430选取一远程站及对应较佳天线图案以进行通信。在方块1440，以该天线数据库为基础且在与选定远程站通信之前判定是否有任何未被选取的远程站可能会在此等通信实际发生之时还不知道。此是由比较与该选定远程站的较佳天线图案相关的测得信号质量及与未被选取远程站使用相同较佳天线图案时相关的相应信号质量的方式判定。

倘若可能有一隐藏节点，则在方块1450广播一表达出接入点110与选定远程站120正要互相通信的讯息。如前所述，此广播可为呈一经由全向天线图案发送给远程站120的有源清除发送讯息的形式。该CTS有一不对应于任何远程站120的未使用地址。另一选择，与选定远程站120进行四向帧交换协议(RTS、CTS、数据及ACK)以防隐藏节点问题。该方法在方块1460结束。

虽说以上已参照本发明的较佳实施例特定地以图和文字说明本发明，熟习此技艺者会理解到可不脱离申请专利范围项所涵盖的发明范围就形式和细节做出多样变化。举例来说，接入点并不局限于IEEE 802.11标准。如前所述的接入点天线算法如熟习此技艺者所能轻易理解可应用于其它类型的局域网络，譬如IEEE 802.16标准所定义的局域网络。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (28)

1.一种操作无线局域网络(WLAN)内的接入点的方法，该接入点包含一用来与多个远程站进行通信的定向天线，该定向天线包含多个天线图案，该方法包括：

通过使该接入点与每一远程站之间以对应于所述多个天线图案的一相应测量信号质量建立关联的方式产生一天线数据库，所述相应测量信号质量是基于该接入点以其与每一远程站的通信而判定；

为每一远程站以该天线数据库为基础判定一较佳天线图案；

选取一远程站及与其通信的对应较佳天线图案；以及

以该天线数据库为基础及在与该选定远程站通信之前，通过比较与该选定远程站的较佳天线图案相关的测量信号质量及与使用相同较佳天线图案的所述未被选取远程站相关的相应信号质量，从而判定是否有任何未被选取的远程站还不知道在经由该对应较佳天线图案的该选定远程站和接入点间的通信实际是否发生。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：测量相应信号质量的步骤包括判定一接收信号强度读数、一载波-干扰比、一能量-比特比或一信噪比。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多个天线图案包括一全向天线图案；且其中若经判定所述未被选取远程站中至少其一会在所述通信实际发生之时还不知道，则该方法还包括经由该全向天线图案发送一有源清除发送讯息至所述多个远程站，该清除发送讯息具有一不对应于任何所述多个远程站的未使用地址。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多个天线图案包括一全向天线图案；且其中若经判定所述未被选取远程站中至少其一会在所述通信实际发生之时还不知道，则该方法还包括：

经由该全向天线图案在一前向链接中发射一请求发送讯息至所述多个远程站；

从该选定远程站接收一清除发送讯息；

发射一数据帧至该选定远程站；以及

从该选定远程站接收一确认讯息。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多个天线图案包括一全向天线图案；且其中若经判定所述未被选取远程站中至少其一会在所述通信实际发生之时还不知道，则该方法更包括：

在一反向链接中从该选定远程站接收一请求发送讯息；

发射一清除发送讯息至该选定远程站；

从该选定远程站接收一数据帧；且

发射一确认讯息至该选定远程站。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该接入点与所述多个远程站在一前向链接中，以包含多个控制帧和一数据帧的封包数据交换为基础，进行通信，且产生天线数据库，包括：

经由该定向天线的一第一天线图案从一第一远程站接收一征求第一控制帧；

发射一第一数据帧至该第一远程站；

经由该定向天线的一第二天线图案从该第一远程站接收一第二控制帧；

测量经由该第一天线图案所接收的该第一控制帧的一信号质量及经由该第二天线图案所接收的该第二控制帧的一信号质量；以及

针对任何剩下的天线图案重复以上步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：还包括针对每一远程站重复该接收步骤和该发射步骤以测量经由该第一天线图案所接收的第一控制帧的信号质量及经由该第二天线图案所接收的第二控制帧的信号质量。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：该所接收的该第一控制帧包括一清除发送讯息，且该所接收的该第二控制帧包括一确认讯息。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该接入点与所述多个远程站在一反向链接内以包含多个控制帧和一数据帧的封包数据交换为基础进行通信，且产生天线数据库，其包括：

经由该定向天线的一第一天线图案从一第一远程站接收一第一控制帧；

发射一第二控制帧至该第一远程站；

经由该定向天线的一第二天线图案从该第一远程站接收一第一数据帧；

测量经由该第一天线图案所接收的该第一控制帧的一信号质量及经由该第二天线图案所接收的该第一数据帧的一信号质量；以及

针对任何剩下的天线图案重复以上步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：包括针对每一远程站重复该接收步骤和该发射步骤以测量经由该第一天线图案所接收的该第一控制帧的一信号质量及经由该第二天线图案所接收的该第一数据帧的一信号质量。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所接收的该第一控制帧包括一请求发送讯息，且所发射的该第二控制帧包括一清除发送讯息。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该定向天线包括一全向角度及多个定向角度，且产生天线数据库，其包括：

选取一第一远程站；

经由该定向天线的全向角度发射一第一探测信号至该第一远程站；

测量经由该全向角度从该第一远程站所接收的一第一探测响应信号，以响应该第一探测信号；

经由该定向天线的多个定向角度中的每一角度，发射一相应第二探测信号至该第一远程站；以及

测量经由每一定向角度从该第一远程站接收的一第二探测响应信号，以响应该相应第二探测信号。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：还包括：

从所述多个远程站中选取一下一个远程站；

对该下一个选定远程站重复发射第一和第二探测信号的步骤，以及测量从该下一个选定远程站所接收的第一和第二探测响应信号的步骤；以及

针对所述多个远程站中任何剩下的远程站重复以上步骤。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于：该第一探测信号包括一请求发送(RTS)讯息及该第一探测响应信号包括一清除发送(CTS)讯息，且其中该第二探测信号包括一RTS讯息及该第二探测响应信号包括一CTS讯息。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该接入点基于一IEEE 802.11标准和一IEEE 802.16标准至少其中一标准运作。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该定向天线包括至少一有源组件和多个无源组件。

17.一种用于无线局域网络(WLAN)的接入点，其包括：

一定向天线，其包含有多个天线图案；及

一控制器，其连接于该定向天线，用以控制该定向天线，该控制器通过进行下列步骤与多个远程站通信：

通过与每一远程站相关的对应于所述多个天线图案之一相应测得信号质量，以产生一天线数据库，

为每一远程站以该天线数据库为基础判定一较佳天线图案，

选取一远程站及与其通信的对应较佳天线图案，以及

以该天线数据库为基础且在与该选定远程站通信之前，通过比较与该选定远程站的较佳天线图案相关的测量信号质量及与使用相同较佳天线图案的所述未被选取远程站相关的相应信号质量，从而判定是否有任何未被选取的远程站还不知道在该选定远程站和经由该对应较佳天线图案的接入点间的通信实际是否发生。

18.如权利要求17所述的接入点，其特征在于：该定向天线包括至少一有源组件和多个无源组件。

19.如权利要求17所述的接入点，其特征在于：所述测量信号质量包括一接收信号强度读数、一载波-干扰比、一能量-比特比和一信噪比至少其中之一。

20.如权利要求17所述的接入点，其中所述多个天线图案包括一全向天线图案；且其中当该控制器判定至少一所述未被选取远程站会在所述通信实际发生之时还不知道，则该控制器经由该全向天线图案发送一清除发送讯息至所述多个远程站，该清除发送讯息具有一不对应于所述多个远程站中任一站的未使用地址。

21.如权利要求17所述的接入点，其特征在于：所述多个天线图案包括一全向天线图案；且其中当该控制器判定所述未被选取远程站当中至少一站在所述通信实际发生之时还不知道，则该控制器进行下列步骤：

经由该全向天线图案在一前向链接内发射一请求发送讯息至所述多个远程站；

从该选定远程站接收一清除发送讯息；

发射一数据帧至该选定远程站；以及

从该选定远程站接收一确认讯息。

22.如权利要求17所述的接入点，其特征在于：所述多个天线图案包括一全向天线图案；且其中当该控制器判定所述未被选取远程站中至少一站在所述通信实际发生之时还不知道，则该控制器进行下列步骤：

在一反向链接内从该选定远程站接收一请求发送讯息；

发射一清除发送讯息至该选定远程站；

从该选定远程站接收一数据帧；以及

发射一确认讯息至该选定远程站。

23.如权利要求22所述的接入点，其特征在于：该控制器针对每一远程站重复该接收步骤和该发射步骤，以测量经由该第一天线图案所接收的第一控制帧的一信号质量及经由该第二天线图案所接收的第二控制帧的一信号质量。

24.如权利要求22所述的接入点，其中所接收的该第一控制帧包括该清除发送讯息，且所接收的该第二控制帧包括该确认讯息。

25.如权利要求17所述的接入点，其特征在于：该定向天线包括一全向角度及多个定向角度；且其中该控制器进行下列步骤以产生天线数据库：

选取一第一远程站；

经由该定向天线的全向角度，发射一第一探测信号至该第一远程站；

测量经由该全向角度从该第一远程站所接收的一第一探测响应信号，以响应该第一探测信号；

经由该定向天线的多个定向角度当中的每一角度发射一相应第二探测信号至该第一远程站；及

测量经由每一定向角度从该第一远程站所接收的一第二探测响应信号，以响应该相应第二探测信号。

26.如权利要求25所述的接入点，其特征在于：该控制器更进行下列步骤：

从所述多个远程站中选取一下一个远程站；

对该下一个选定远程站重复发射第一和第二探测信号的步骤以及测量从该下一个选定远程站所接收的第一和第二探测响应信号的步骤；及

针对所述多个远程站中剩下的每一远程站重复以上步骤。

27.如权利要求25所述的接入点，其特征在于：该第一探测信号包括一请求发送(RTS)讯息及该第一探测响应信号包括一清除发送(CTS)讯息，且其中该第二探测信号包括一RTS讯息且该第二探测响应信号包括一CTS讯息。

28.如权利要求17所述的接入点，其特征在于：该控制器基于一IEEE802.11标准和一IEEE 802.16标准至少其中一标准运作。

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