专利名称：射频传送及接收波束成形的方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线系统，特别涉及一种具有波束成形性能的无线系统。
背景技术：
在计算机网络中，无线接入点或基站将无线通讯装置连接至无线网络，如无线局 (Wireless Local Area Network, WLAN)(Wireless Metropolitan
Area Network)或其他相关规范的网络。该无线接入点或基站通常连接至有线网络，无线通 讯装置(如计算机或打印机)与该有线网络中的有线装置即可通过该无线接入点或基站传 递数据。定位装置如全球卫星定位系统(global positioning system, GPS)已广泛地应用 于手提式装置，如移动电话、MP3随身听或汽车电子中。目前，WLAN装置通常内嵌于上述装 置或其他手提式装置中。波束成形(Beamforming)为一种信号处理技术，其用于感测阵列的指向性信号传 输与接收。在无线装置中，利用多个天线或多个收发机的波束成形方法已被用于增强信号 强度及增加一个或多个预传送方向的信号距离。以往，已使用许多方法来执行波束成形以 建立初始连接。传统技术包含使用数字信号处理器(DSP processor)及现场可编程门阵列 (field programmable gate array, FPGA)晶片用以在不同的型态(pattern)中进行搜寻。 然而，此技术也同时需要相当高的成本。波束成形另一个常见的方法需要使用现有的各向同性的(isotropic)信号以建 立初始连接，接着执行波束成形以提升信噪比的值。使用此技术时，当距离增加时，信噪比 的值会开始下降，进而导致整体性能表现下滑。因此，使用此现有各向同性的信号的方法将 受限于各向同性的距离。波束成形第三个方法，其包含使用多个天线和多个收发机以增强信号强度及信号 传送距离。然而，待连接位置是未知的，所以经常因连接位置太远无法达到而导致连接失 败。所以，因为在错误的地点接收非引导(non-guided)波束或根本没接收到任何信号证明 此为耗时且无效率的方法。因此，需要一种传送及接收波束成形的方法，其可克服上述实际操作上的问题。此 方法需是有成本效益、容易实现、有效率及有优异工作性能特性。本发明即满足这些需求。
发明内容
本发明提出一种使用预载无线接入点位置的射频传送及接收波束成形的方法与 系统以满足上述的需求。为达到上述目标，该方法与系统提供具有如全球卫星定位系统的 定位系统的无线网络装置；提供接入点，该接入点广播其位置；根据该位置计算从该装置 朝向该接入点的相关向量；调控具有发声封包的传送波束朝向该接入点；通过该接入点计 算频道的状态；以及通过该接入点传送封包至该无线网络装置以建立连接。根据本发明的系统与方法，其一个优点为通过计算相关向量而向已知方向传送波束成形。本发明提供更多有效连接，相对的，传统方法其传送的信号可能无法被接收到，或 接收到的信号已相当微弱进而导致低传输量。根据本发明的系统与方法的第二个优点是， 其因为事先确定接入点位置，因而提升了传送距离以及信号传输量。
图1A描述了根据本发明的一个实施例的无线网络装置系统；图1B描述了根据本发明的另一实施例的无线网络装置系统；图1C描述了在图1B中的无线网络装置系统与接入点通讯情形；图2为广播其位置的无线接入点的示意图；图3显示无线接入点经由无线网络广播其位置至无线网络装置；图4为朝向无线网络装置决定的接入点的计算的相关向量图；图5为无线网络装置与接入点用以建立连接的协议过程流程图；以及图6描述了传统以及位置(全球卫星定位系统)协助的波束成形技术的传送距 罔。主要元件符号说明10,10' 、10A、10B12、12'14、14'1516、16'1718'1920、20'202、202'500300-306
无线网络装置系统 全球卫星定位系统 无线网络装置 无线通讯装置 电子罗盘 网络存取装置 预载无线接入点 全球卫星定位系统装置 天线
无线接入点 计算的相关向量 步骤
具体实施例方式本发明涉及一种无线系统，特别涉及一种具有波束成形性能的无线系统。以下叙 述的表示是为使本领域技术人员能了解其内容并可据以实施，且提供于专利申请书及其需 求的内文中。优选实施例的不同修改和在此描述的一般性原则和特点对于被领域技术人员 而言为明显的。因此，本发明不应受限于所示的实施例，而应基于上述原则和特点给予一致 性的最宽广的范围。根据本发明的方法与系统使用具有预载无线接入点位置的无线网络装置，以及根 据至少一个预载无线接入点位置而计算朝向接入点的相关向量。调控传送波束及发声封包 (sounding packet)朝向该接入点，最后该接入点传送封包至无线网络装置以建立预期的 连接。根据本发明的方法与系统具有许多优点，其描述如下。根据本发明的方法与系统使用具有预载无线接入点位置的无线网络装置可以全
4硬件形式实现或全软件形式实现或同时包含硬件或软件元件。根据本发明的一个实施例， 本实施例以软件实现，其包含但不限于应用软件、固件、常驻软件、微代码等。此外，根据本发明的方法与系统使用具有预载无线接入点的无线网络装置可为计 算机程序产品形式，其可存取计算机可读取媒体或计算机可使用媒体，该计算机可读取媒 体提供计算机的程序码。计算机或任何指令执行系统的计算机可使用该程序码或连接至该 程序码。对于上述的描述，计算机可使用或计算机可读取的媒体可以是任何装置，其可包 含、储存、传递、传播或运送该被使用的程序，或连接至指令执行系统、装置或设备。该媒体可为电子式、磁式、光学式、电磁式、红外线或半导体系统(或装置或设备) 或传播媒体。例如，计算机可读取媒体包含半导体或固态存储器、磁带、可移除式计算机磁 片、随机存取存储器、只读存储器、硬磁碟(hard magnetic disk)及光碟片。目前光碟片包 含 DVD、光碟只读存储器(compact disk-read-only memory, CD-ROM)、可读写光碟(CD-R/ W)。为详细描述本发明特征，请搭配图式并参照以下说明。根据本发明实施利，图1A描述了无线网络装置系统10。无线网络装置系统10包 含无线网络装置14、全球卫星定位系统12的定位装置及电子罗盘16。在此类型系统中，有 多种方式可以取得无线接入点的位置。如图1B所示的第一系统，系统10'包含预载无线接 入点位置18'。预载无线接入点位置指示关于特定区域接入点所在的位置。图1C描述了在图1B中的无线网络装置系统与接入点202通讯的情形。预载无线 接入点18'于特定区域相应于接入点202。在一实施例中，无线网络装置系统14'将接入 点202的位置存储至特定存储器中，如随机存取存储器、只读存储器或类似存储器。例如，一辆在旧金山(San Francisco)旅行的汽车，其装配了无线网络装置系统 10'，在这辆车中的无线网络装置14'根据预载无线接入点位置18'已有遍及旧金山的 特定预载无线接入点的位置，其位置信息储存于存储器中。例如，根据预载无线接入点位 置18'，无线接入点的位置可能为柯伊特塔(Coit Tower)。这辆车中的无线网络装置系统 10'根据预载无线接入点位置18'将与无线接入点通信以辨别相应于柯伊特塔的接入点 202。接着，无线网络装置10'判断在柯伊特塔中的接入点202是否可与之通信(也就是频 道没有被占用)并可与之连接。在另一个系统中，具有已知位置的无线接入点经由有线或无线网络广播其位置信 息至其他装置。图2为广播其位置的无线接入点202'的示意图。无线接入点202'包含 无线通讯装置15、网络存取装置17及全球卫星定位系统装置19的定位装置。经由全球卫 星定位系统装置19，无线接入点202'取得其位置并广播其位置至无线网络系统，如图1C 所示的无线网络系统10'。经由网络或其他方法可收集部署的无线接入点位置以供其他应 用Z用o如图3所示，当无线接入点经由无线网络广播其位置至无线网络装置10a及10b 时，其可使用波束成形技术传送该位置信息。对于装置10a及10b该无线接入点扫瞄全部 或可能方向以达到宽广的覆盖范围进而提供该接入点位置及频道信息。图4为朝向无线网络装置决定的接入点的计算的相关向量500。利用在网络装置 中的预载无线接入点位置或通过提供广播其位置的无线接入点以计算该向量。图5为无线网络装置14'与接入点用以建立连接的协议过程流程图。首先，经由 步骤300，无线网络装置14'与电子罗盘16及全球卫星定位系统12相互通信以确定无线接入点的位置。接着，经由步骤302，参阅图4及图5，无线网络装置14'朝向接入点计算相 关向量以决定接入点位置。在步骤304中，根据计算的朝向接入点的相关向量，无线网络装 置14'调控传送波束及发声封包(sounding packet)朝向接入点。该发声封包可能含有多个帧，其帧包含继承短训练帧(legacy shorttraining frame, L-STF)、继承长训练帧(legacy long training frame, L-STF)、高传输量长训练帧 (high-throughput long training frame, HT-LTF)及高传输量数据(high-throughput data) 0该继承帧参照之前的IEEE802.il标准。该高传输量帧参照目前发展的 IEEE 802. lln的草拟标准，其包含最近规格书的草拟文件"实体层部分技术规格 889r7(PHYsubsection Tech Spec)“，于此被纳入；根据该草拟文件，本发明的技术特征优 选地可一并被纳入。例如在专利申请号US2008/0212538A1，名称为多输入多输出系统的天 线选择(Antenna Selection for Multi-InputMulti-Output System)中所描述的发声封 包(sounding packet)。最后，经由步骤306，根据所接受到的发声封包，接入点估测频道状态，调控传送波 束及发送封包(图未示出)至无线网络装置14'以建立连接。图6描述了传统以及根据本发明的波束成形技术的性能表现特性图。第一个波形 400显示传统波束成形技术或许可增强信噪比的值。然而，由此也仅增加传输量表现，且，因 为受限于初始封包侦测，对传送距离无任何影响。相对的，第二个波形402显示相比于传统的波束成形技术，本发明的波束成形技 术具有显著的优点。该优点是由于计算朝向接入点的相关向量及根据预载无线接入点位置 预先得知传送波束方向，进而增加了无线装置的传送距离。因此，本发明的波束成形本质上 增加了信噪比的值及距离。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发 明的指示及揭示而作种种不背离本发明实质的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不 限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为权利要求书所涵盖。
权利要求
一种使用波束成形以建立无线连接的方法，包含提供具有定位装置的无线网络装置；提供接入点，该接入点广播其位置；根据该位置计算从该装置朝向该接入点的相关向量；调控具有发声封包的传送波束朝向该接入点；通过该接入点基于该接收到的频道状态而决定频道的状态；以及假使该频道的状态可接受，则通过该接入点传送封包至该无线网络装置以建立连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其另包含提供具有全球卫星定位系统及电子罗盘的该无线网络装置。
3.根据权利要求2所述的方法，其另包含利用该罗盘及该全球卫星定位系统计算该相关向量，以建立该无线网络装置的位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中调控该传送波束的步骤包含基于计算的该相关向 量初始化搜寻演算法。
5.根据权利要求1所述的方法，其中定位装置包含第二全球卫星定位系统。
6.接入点，包含定位装置；以及装置，用以经由该定位装置广播位置信息至多个无线网络装置，其中该定位装置及该 装置协同合作以通讯连接至少一个无线网络装置。
7.根据权利要求6所述的接入点，其中在接收到关于每一个新接入点的信息后，该无 线网络装置计算一个朝向该接入点的相关向量，其中基于朝向该接入点的相关向量，该无 线网络装置调控传送波束及发声封包以朝向该接入点，其中该接入点发送封包至该无线网 络装置，从而建立连接。
8.根据权利要求6所述的接入点，其中该定位装置包含第二全球卫星定位系统。
9.根据权利要求6所述的接入点，其中该接入点经由无线网络广播其位置至所述无线 网络装置，以及利用波束成形技术传送该信息，其中对于所述无线网络装置该无线接入点 扫瞄可能方向以达到宽广的覆盖范围，进而提供该接入点位置及频道信息。
全文摘要
本发明涉及一种射频传送及接收波束成形的方法与系统。该方法与系统包含提供具有定位系统的无线网络装置；提供接入点，该接入点广播其位置；根据该位置计算从该装置朝向该接入点的相关向量；调控具有发声封包的传送波束朝向该接入点；通过该接入点计算频道的状态；以及通过该接入点传送封包至该无线网络装置以建立连接。
文档编号H04B7/06GK101808416SQ20091015778
公开日2010年8月18日 申请日期2009年7月27日 优先权日2009年2月17日
发明者罗忠稳 申请人:雷凌科技(新加坡)有限公司