具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络的制作方法
【专利摘要】一种具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络。所述网络的示例包括：多个天线，其各自具有定向增益方向图，至少一个天线位于第一接入点处，并且至少一个天线位于与第一接入点间隔开的第二接入点处，第一接入点处的至少一个天线被取向成在限定第一扇区的第一方向上具有最大增益，并且第二接入点处的至少一个天线被取向成在限定第二扇区的第二方向上具有最大增益；以及至少一个收发器，其耦合到天线以将被取向在第一扇区中的任何天线与被取向在第二扇区中的任何天线分离地进行排序。
【专利说明】具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络
【背景技术】
[0001]在许多无线网络中，例如以IEEE 802.11族的协议和相关联的芯片集的网络，上行链路传输(从本地单元到中央接入点的传输)和下行链路传输(从接入点到本地单元的传输)二者都是通过相同的信道发送的。“信道”可以是频道或时隙系统中的时隙。接入点具有全向天线，所述全向天线覆盖其周围的本地单元。本地单元通常具有低增益天线并且被放置在靠近地面处，而接入点具有高增益天线并且被提升到地面以上。利用带有冲突避免的载波感测多路访问(CSMA/CA)以分布式方式避免在向和自接入点以及它所覆盖的本地单元的传输之间的冲突。在具有多个接入点的大型网络中，在邻近的接入点中的传输之间对于对信道的访问可能存在干扰和争用。可以通过在邻近的接入点中选择正交(非重叠)信道来减轻这样的干扰和争用，但是随着网络变得越来越大，最终信道必须被重用。
【专利附图】
【附图说明】
[0002]附图不是按比例绘制的。它们通过示例图示了本公开。
[0003]图1是图示了具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络的示例的框图。
[0004]图2是在图1的示例中所使用的种类的定向天线的示例的天线增益图解。
[0005]图3是图示了具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络的另一示例的框图。
[0006]图4A和4B分别是根据另一示例的具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络的顶视图和侧视图。
[0007]图5是以顶视图而图示了具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络的另一示例的框图。
[0008]图6是在接入点中具有四个协调的扇区的无线网络的示例的顶视图。
[0009]图7是在接入点中具有三个协调的扇区的无线网络的示例的顶视图。
[0010]图8是在接入点中具有五个协调的扇区的无线网络的示例的顶视图。
[0011]图9是通过协调无线网络的扇区来减轻干扰的方法的示例的流程图。
[0012]图10是通过协调无线网络的扇区来减轻干扰的方法的另一示例的流程图。
[0013]图11是通过协调无线网络的扇区来减轻干扰的方法的另一示例的流程图。
【具体实施方式】
[0014]在附图中和在本描述中使用说明性示例和细节，但其它配置可以存在并且可以建议它们自己。诸如电压、温度、尺寸和组件值之类的参数是近似的。诸如上、下、顶部和底部之类的取向的术语只是为了方便起见而使用的，以指示组件相对于彼此的空间关系，并且除非如另行指示，否则相对于外部轴的取向不是严格的。为了清楚，没有详细描述一些已知的方法和结构。由权利要求限定的方法可以包括除所列出的那些之外的步骤，并且除非如在权利要求本身中有所指示，否则可以按不同于给定顺序的另一顺序来执行所述步骤。
[0015]本文所述的系统和方法可以以各种形式的硬件、软件、固件、专用处理器或其组合来实现。其中的至少一部分可以被实现为包括程序指令的应用，所述程序指令有形地体现在诸如硬盘、磁性软盘、RAM、ROM和⑶ROM之类的一个或多个程序存储设备上，并且通过包括合适架构的任何设备或机器是可执行的。一些或全部指令可以被远程存储；在一个示例中，远程所访问的指令的执行可以被称为云计算。构成的系统组件和过程步骤中的一些可以以软件实现，并且因此系统模块之间的连接或方法步骤的逻辑流可能不同，这取决于它们被编程所用的方式。
[0016]对于任何给定的无线网络可用的信道的数量是有限的，并且最终相同信道必须在网络的不同部分中被重用。随着传输数量增长，干扰更经常发生。当在一个接入点处接收来自本地单元的传输受到来自邻近接入点的传输所干扰时，干扰经常更严重。这是因为接入点天线相对高并且它们的信号相对强，而本地单元具有有限的功率、低增益天线以及有限的天线高度。在进行接收的接入点处所产生的信号与干扰加噪声比(SINR)对于正确的接收来说可能不够大。本地单元处的载波感测通常不能防止这种类型的干扰，因为本地单元处的干扰信号由于低天线增益和高度而可能非常弱。频分双工(FDD)、时分双工(TDD)和其它的提议已被成功地用于在诸如蜂窝式网络之类的一些种类的大型网络中减轻干扰。然而，在既不使用FDD也不使用TDD的协议中，诸如上面解释的在802.11族协议中的那些，在多个同时传输之间可能存在干扰，从而导致降级的性能。仍然存在对于这样的方式的需要:所述方式用以防止在具有多个接入点操作在相同信道上的无线网络中的传输之间的干扰。
[0017]图1给出具有协调的扇区102和104以减轻干扰的无线网络100的示例。该网络包括多个天线106和108,其各自具有定向增益方向图(gain pattern)。天线106位于第一接入点110处。天线108位于与第一接入点间隔开的第二接入点112处。天线106被取向成在限定第一扇区102的第一方向114上具有最大增益。天线108被取向成在限定第二扇区104的第二方向116上具有最大增益。收发器118耦合到天线。在这个示例中，两个接入点，虽然彼此间隔开，但是在一起足够靠近，使得单个收发器可以可行地用于这二者。在其它示例中，接入点彼此离得太远，以致不能使用单个收发器，因为收发器-天线线缆中的损耗将会过大，并且在这样的情况下，每个接入点将具有其自己的收发器。
[0018]将天线排序，使得第一扇区102中的任何天线与第二扇区104中的任何天线不是同时活动(active)的。在该示例中，通过收发器118中的排序元件120来实现排序。排序元件可以在控制收发器操作的软件中被部分地或完全地实现，或者它可以包括激活和去激活各种天线的硬连线电路。
[0019]在具有两个或更多收发器的一些示例中，排序元件包括网络时间同步协议。该时间同步协议可以被预计算，并且只要每个收发器具有准确的时间源，收发器就将激活和去激活各种扇区，使得它们不彼此冲突。在其它示例中，每个收发器包括GPS接收器或其它设备以获得共同的时钟信号，使得所有收发器时间同步。
[0020]在仍其它示例中，排序元件包括分离的控制器，其通过无线电传输或经由陆线而与各种收发器通信，如目前将结合图3来描述的。
[0021]图2给出H平面(磁化场)中增益方向图的示例，该增益方向图可以预期来自上述无线网络中所使用的种类的定向天线。天线被表示为图解的中心的点200。该图解表示俯视天线并且将天线的响应202示出为自轴204的角位移的函数的视图，所述轴204在0°处自天线径向延伸开。在轴204上，天线增益在其最大值。在离轴204的30°和330°处，增益下降约10分贝(dB)，并且在60°和300°之间，增益下降超过30dB。图2中所描绘的增益不是严格的，并且可以使用具有其它增益方向图的其它定向天线。
[0022]具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络的其它示例包括变化数量的接入点、天线和收发器。如图3中所示，接入点302处的天线300耦合到位于另一接入点306处的收发器304。天线300被取向成在限定扇区310的方向308上具有最大增益。位于接入点306处的天线312耦合到收发器304。天线312被取向成在限定扇区316的方向314上具有最大增益。扇区316指向成与扇区310相对。
[0023]接入点318包括被取向在不同扇区中的两个天线320和322。天线320被取向成在方向308上具有最大增益，所述方向是与天线300的方向相同的方向，从而将天线320置于扇区310中。类似地，天线322被取向成在方向314上具有最大增益，从而将天线322置于扇区316中。天线320和322耦合到收发器324。
[0024]接入点326包括至少两个收发器328和330。收发器328耦合到天线332。收发器330耦合到天线334。天线332被取向成在方向308上具有最大增益，所述方向是与天线300的方向相同的方向，从而将天线332置于扇区310中。类似地，天线334被取向成在方向314上具有最大增益，从而将天线334置于扇区316中。
[0025]在该示例中，所有收发器304、324、328和330与控制器336通信。控制器336将天线300、320和332 (所有这些天线都被取向在扇区310中)与被取向在扇区316中的天线312、322和334分离地进行排序。如上所述，在其它示例中，在单独收发器中、没有中央控制地实现各种扇区的排序。根据各种扇区中消息业务量的相对密度，诸如控制器336之类的中央控制器可以调整每个扇区活动的时间量。例如，控制器可以监控每个扇区中的消息业务量。如果一些扇区比其它的更忙，则控制器可以使得较忙的扇区比不太忙的扇区活动更长的时间段。
[0026]在图3中所示的无线网络的示例中，存在自彼此相对指向的两个扇区，并且存在四个接入点，其各自具有一个或两个天线。在其它示例中，可以存在比四个更多的接入点。而且，如目前将示出的，接入点中的各种接入点可以具有多于两个的天线，并且可以存在相对于彼此以各种角度而取向的多于两个的扇区。
[0027]接入点处定向天线的使用与现有802.11协议标准相兼容。排序各种扇区中的天线在802.11的框架内实现。例如，如果诸如GPS接收器之类的可靠时钟源可用，则由接收器提供的时钟信息可以用来排序各种扇区中天线的活动时间。在这种情况下，控制器336可以被实现为一个或多个GPS接收器，并且在一些示例中，每个接入点可以具有其自己的GPS接收器，从而消除一个接入点处的收发器与远程定位的控制器通信的任何必要。
[0028]在其它示例中，将天线排序可以通过控制器的层次来实现，所述控制器在层次中每一层处控制在层次中低于它们的接入点处的天线的活动时间。在每个小区中增加扇区数量的一种方式是为每个接入点配备有连接到被取向在不同方向上的不同定向天线的多个收发器。多个收发器可以被实现为两个或多个完全分离的单元，或被实现为具有内部开关以在任一时间激活一个或多个天线的单个收发器。
[0029]图4A和4B给出具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络400的示例。接入点402具有定向天线404,定向天线404具有定向方向图406,其中最大增益被取向成限定扇区408。接入点410具有定向天线412，定向天线412具有定向方向图414，其中最大增益被取向成限定扇区416。扇区408和416相对地指向，指着彼此。
[0030]接入点402附近的本地单元418具有天线420，并且接入点410附近的本地单元422具有天线424。天线404位于地面428以上相对长的距离426处，并且类似地，天线412位于地面以上相对长的距离430处。天线420位于地面以上相对短的距离432处，并且天线424位于地面以上相对短的距离434处。在该示例中，地面被示出为贯穿网络的平坦水平表面，但在其它示例中，地面可以不是平坦和水平的，并且一些接入点和本地单元相对于海平面可以具有比其它更高的高程。虽然本地单元很可能比接入点位于更靠近地面处，但这不是必需的，并且网络将恰当地运行，即使本地单元与接入点相比在地面以上被提升地更高。
[0031]天线404和412如上所述地耦合到一个或多个收发器(未示出)，并且也如上所述地被排序。当扇区408活动且扇区416不活动时,接入点402处的天线404可以从本地单元418接收信号436。然后，当扇区416活动且扇区408不活动时，本地单元422可以从接入点410处的天线412接收信号438。正用高功率辐射并且在地面以上处于高的高程的信号438可以一路传播到天线402，但是因为天线402那时不活动，信号438对天线402或对本地单元418将没有影响。如果两个天线同时都活动，并且如果与接入点410向本地单元422发送其信号的同时本地单元418要尝试向接入点402发送信号，则两个信号将到达接入点404，并且来自接入点410的信号可能压倒来自本地单元418的信号。在一个示例中，本地单元418和422与一个或多个控制器同步，使得它们只在它们所传输到的扇区活动时进行传输。在另一示例中，当任何扇区活动时，它轮询范围内的任何本地单元,并且本地单元仅在被轮询时响应。
[0032]图5给出具有九个接入点和两个扇区的网络的示例。第一扇区500被取向在第一方向502上，并且第二扇区504被取向在与第一方向502相对的第二方向506上。第一接入点508A具有第一定向天线510A，所述第一定向天线510A具有定向方向图512A，定向方向图512A被取向成在第一方向502上具有最大增益，以及第二定向天线514A，所述第二定向天线514A具有定向方向图516A，定向方向图516A被取向成在第二方向506上具有最大增益。类似地，第二至第九接入点508B至5081具有第一定向天线510B至5101，所述第一定向天线510B至5101具有定向方向图512B至5121，定向方向图512B至5121被取向成在第一方向502上具有最大增益，以及第二定向天线514B至5141，所述第二定向天线514B至5141具有定向方向图516B至5161，定向方向图516B至5161被取向成在第二方向506上具有最大增益。将接入点排序，以同时激活第一扇区500中的天线510A至5101，并且以同时激活第二扇区502中的天线514A至5141。在一些示例中，通过与所有收发器通信的中央控制器518来实现排序，且在其它示例中，收发器如先前所述那样实现排序。
[0033]图6给出具有各自在不同扇区中的四个定向天线的无线网络接入点600的示例。第一定向天线602具有定向方向图604，并且被取向成在第一方向606上具有最大增益。第二定向天线608具有定向方向图610，并且被取向成在第二方向612上具有最大增益。第三定向天线614具有定向方向图616，并且被取向成在第三方向618上具有最大增益。第四定向天线620具有定向方向图622，并且被取向成在第四方向624上具有最大增益。第二方向612与第一方向606形成角度626，第三方向618与第一方向形成角度628，并且第四方向624与第一方向形成角度630。每个方向与如先前示例中的扇区(未分别地示出)相对应。在该示例中，第一角度626是90°，第二角度628是180°，并且第三角度630是270°，从而导致第一和第三扇区彼此相对，并且第二和第四扇区彼此相对。在其它示例中，这些角度可以具有不同的值，这取决于其它接入点的位置和网络的物理参数。而且，取决于这些因素，每个扇区可以被分离地激活，或者可以有可能将天线排序，使得一次多于一个扇区活动；例如，彼此成直角的第一和第二扇区可以同时活动，并且同样地，第三和第四扇区可以同时活动。
[0034]图7给出具有各自在不同扇区中的三个定向天线的无线网络接入点700的示例。第一定向天线702具有定向方向图704，并且被取向成在第一方向706上具有最大增益。第二定向天线708具有定向方向图710，并且被取向成在第二方向712上具有最大增益。第三定向天线714具有定向方向图716，并且被取向成在第三方向718上具有最大增益。第二方向712与第一方向706形成角度720,并且第三方向718与第一方向形成角度722。每个方向与如先前示例中的扇区(未分别地示出)相对应。在该示例中，第一角度720是120°，并且第二角度628是240°，但在其它示例中，这些角度可以具有不同的值，这取决于其它接入点的位置和网络的物理参数。与先前的示例一样，每个扇区可以被分离地激活，或者可以有可能将天线排序，使得一次多于一个扇区活动。
[0035]图8给出具有各自在不同扇区中的五个定向天线的无线网络接入点800的示例。第一至第五定向天线802至810分别具有定向方向图812至820，并且被取向成在第一至第五方向822至830上具有最大增益。第二方向824与第一方向822形成角度832，第三方向826与第一方向形成角度834,第四方向828与第一方向形成角度836,并且第五方向830与第一方向形成角度838。每个方向与如先前示例中的扇区(未分别地示出)相对应。在该示例中，角度832是90°，角度834是120°，角度836是225°，并且角度838是315°。在其它示例中，这些角度可以具有不同的值，这取决于其它接入点的位置和网络的物理参数。而且，取决于这些因素，每个扇区可以被分离地激活，或者可以有可能将天线排序，使得一次多于一个扇区活动；例如，形成大于90°的角度的第一和第三扇区可以同时活动。
[0036]将天线排序的可替代方式是在两个或更多不同频率之间切换扇区中的天线，而不是在不同的时间开启和关断它们。不同频率的使用具有以下优点:更有效地利用天线，这以需要更复杂的收发器或者也许多个收发器(天线要使用的每个频率一个)为代价。如果接入点切换到不同频率，则必须向与该接入点通信的任何本地单元告知要使用哪个频率。在一个示例中，这通过接入点广播这样的宣告来实现:所述宣告为它将要切换到哪个频率。在另一示例中，在该时频率将改变的时间是预定的，并且该信息不仅用来从一个频率到另一个地将天线排序，而且还由本地单元使用，因此它们将知道在任何给定时间要使用哪个频率。
[0037]图9给出通过协调无线网络的扇区来减轻干扰的方法的示例。该方法包括:将第一接入点处的每个定向天线指派给被取向在天线的最大增益方向上的扇区，所述扇区被指派给所述天线(900)，将第二接入点处的每个定向天线指派给被取向在天线的最大增益方向上的扇区，所述扇区被指派给所述天线(902)，并且将一个扇区中天线的操作与另一扇区中天线的操作进行排序，以避免在从一个扇区中天线的传输以及向另一扇区中天线的传输之间的干扰(904)。
[0038]在一个示例中，扇区中的第一个一般被取向得与扇区中的第二个相对，并且在其它示例中，扇区中的第一个被取向得相对于第二个成某其它角度，如先前所论述那样。
[0039]如图10中所示，在一些示例中，通过在第一时间间隔期间激活被指派给扇区中第一个的所有天线(1000)并且在不与第一时间间隔重叠的第二时间间隔期间激活被指派给扇区中第二个的所有天线(1002)而将天线排序。在一些示例中，在第一时间间隔期间激活被指派给扇区中第三个的所有天线(1004)，并且在其它示例中，在不与第一和第二时间间隔重叠的第三时间间隔期间激活被指派给扇区中第三个的天线(1006)。可以如上所述地确定时间间隔，例如通过参考GPS信号(1008)或通过诸如NTP之类的网络时间同步协议(1010)。
[0040]在另一示例中，如图11中所示，通过在第一时间间隔期间在第一频率上操作第一扇区中的天线(1100)并且在该时间间隔期间在第二频率上操作第二扇区中的天线(1102)而将天线排序。在第二时间间隔期间，在第二频率上操作第一扇区中的所有天线(1104)，并且在第一频率上操作第二扇区中的所有天线(1106 )。
[0041]其中通过协调扇区来减轻干扰的无线网络提供密集的网络，所述密集的网络具有许多接入点，并且在从单独单元发送到它们的接入点的信号和同时从其它接入点发送到单独单元的信号之间具有很少干扰或没有干扰。在这样的网络中，单个天线塔可以用于若干天线，并且单个收发器可以与若干天线一起使用。
【权利要求】
1.一种具有协调的扇区以减轻干扰的无线网络，所述网络包括: 多个天线，其各自具有定向增益方向图，至少一个天线位于第一接入点处，并且至少一个天线位于与第一接入点间隔开的第二接入点处，第一接入点处的至少一个天线被取向成在限定第一扇区的第一方向上具有最大增益，并且第二接入点处的至少一个天线被取向成在限定第二扇区的第二方向上具有最大增益；以及 至少一个收发器，其耦合到天线以将被取向在第一扇区中的任何天线与被取向在第二扇区中的任何天线分离地进行排序。
2.根据权利要求1所述的无线网络，其中每个天线具有至少1dB的前至后增益比。
3.根据权利要求1所述的无线网络，其中一个接入点处的天线耦合到位于另一接入点处的收发器。
4.根据权利要求1所述的无线网络，其中接入点包括被取向在不同扇区中的至少两个天线。
5.根据权利要求1所述的无线网络，其中接入点包括至少两个收发器，至少两个收发器中的一个耦合到该接入点处的一个天线，并且另一个耦合到该接入点处的另一天线。
6.根据权利要求1所述的无线网络，其中接入点中的第一个包括被取向在不同扇区中并耦合到至少一个收发器的至少两个天线，并且接入点中的第二个包括被取向在不同扇区中并耦合到至少一个收发器的至少两个天线。
7.根据权利要求1所述的无线网络，其中第一扇区从第一接入点在与第二扇区相对的方向上突出，并且第二扇区从第二接入点在与第一扇区相对的方向上突出。
8.根据权利要求1所述的无线网络并且此外包括控制器，其与一个或多个收发器通信以通过使得收发器在与另一扇区中的天线不同的时间激活一个扇区中的天线而控制天线的排序。
9.根据权利要求1所述的无线网络并且此外包括控制器，其与网络中的任何收发器通信以通过使得收发器以与另一扇区中的天线不同的频率来激活一个扇区中的天线而控制天线的排序。
10.一种通过协调无线网络的扇区来减轻干扰的方法，所述方法包括: 将第一接入点处的每个定向天线指派给被取向在天线的最大增益方向上的扇区，所述扇区被指派给所述天线； 将第二接入点处的每个定向天线指派给被取向在天线的最大增益方向上的扇区，所述扇区被指派给所述天线；以及 将一个扇区中天线的操作与另一扇区中天线的操作进行排序，以避免在从一个扇区中天线的传输以及向另一扇区中天线的传输之间的干扰。
11.根据权利要求10所述的方法，其中天线的排序操作包括: 在第一时间间隔期间激活被指派给扇区中第一个的所有天线；以及 在不与第一时间间隔重叠的第二时间间隔期间激活被指派给扇区中第二个的所有天线。
12.根据权利要求11所述的方法并且此外包括在第一时间间隔期间激活被指派给扇区中第三个的所有天线。
13.根据权利要求11所述的方法并且此外包括在不与第一和第二时间间隔中任一个重叠的第三时间间隔期间激活被指派给扇区中第三个的所有天线。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，与扇区中第一个相对地来取向扇区中的第二个。
15.根据权利要求10所述的方法并且此外包括通过参考GPS信号来确定时间间隔。
16.根据权利要求10所述的方法并且此外包括通过网络时间同步协议来确定时间间隔。
17.根据权利要求10所述的方法，其中天线的排序操作包括: 在第一时间间隔期间在第一频率上操作被指派给扇区中第一个的所有天线； 在第一时间间隔期间在第二频率上操作被指派给扇区中第二个的所有天线； 在不与第一时间间隔重叠的第二时间间隔期间在第二频率上操作被指派给扇区中第一个的所有天线；以及 在第二时间间隔期间在第一频率上操作被指派给扇区中第二个的所有天线。
【文档编号】H04B7/04GK104247288SQ201280072846
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】G. 李 J., H. 埃特金 R., 李 S-J. 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业