无线点到多点系统的制作方法

专利名称：无线点到多点系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统，更具体讲，涉及无线点到多点(point tomultipoint)系统。
背景技术：
已知系统中一个基站发射电磁信号给分配到该基站的扇区内的用户单元，并从该用户单元接收电磁信号。用户设备被连到各用户单元，并且当基站从一个外部源(例如因特网)接收数据时，基站通过相应的用户单元转发数据给用户设备。在一种已知类型的系统中，基站指定被称为“争用周期”的某种时间间隔，其间用户单元有权反向发射给基站。如果一个用户单元有数据要转发给基站，用户单元就在争用周期间完成。
还有的已知无线系统没有争用周期但是它把可用时间分割为时隙，在其间允许每个用户反向发射给基站。时隙的数量直接与扇区中的用户数量有关。这种类型的系统往往包括将为从用户到基站的业务保留可用带宽的一部分并为从基站到用户的业务保留可用带宽的一定百分比的基站。
已知无线系统包括连接到与基站无线通信的一个用户单元的多个用户设备。当基站接收去往一个用户设备的一个以太网分组时，基站就查阅把每个用户设备与它的用户单元联系在一起的一个数据库表格。该表格包括用户设备的一个预定范围，例如八，在任何时间表格中的用户设备都可以被联系到一个表格中的用户单元。在表格中查找一个用户设备的地址时，这样的系统通过表格地址顺序查找想要的地址。因此，这样的表格被限定为用户设备的数量，其中用户设备可以被联系到任何给定的用户单元，因此当项目数量增加时使用表格效率就变得很差。为了减少条目数量，多个用户单元可以被连到一个交换机，然后在表格中提供交换机地址。

发明内容
本发明认识到并解决论述现有技术结构和方法的缺点。因此，本发明的一个目的是提供一种改进的无线点到多点系统。
通过一种具有被配置为从一个外部系统接收数据信号的接入点的点到多点无线系统实现了这个和其他目的。该接入点具有天线、处理器、以及和接入点天线通信并由接入点处理器控制发射对应数据信号的无线电磁信号给一个地理区域并从该区域接收无线电磁信号的电路。多个用户单元置于该区域内，每个用户单元具有天线、处理器、以及由接入点用户单元处理器控制发射无线电磁信号给用于和外部系统通信的接入点并从该接入点接收无线电磁信号的电路。该接入点至少部分地基于过去带宽的使用在用户单元中分配数据带宽以在接入点和用户单元之间发射信号。
一种根据本发明一个实施例用于分配点到多点系统中可用带宽的方法包括提供一个接入点。该接入点具有天线、处理器、以及和接入点天线通信并由接入点处理器控制发射无线电磁信号给一个地理区域并从该区域接收无线电磁信号的电路。该区域内提供多个用户单元，每个用户单元具有天线、处理器、及由接入点处理器控制发射无线电磁信号给用于和外部系统通信的接入点并从该接入点接收无线电磁信号的电路。该接入点至少部分地基于过去带宽的使用在用户单元中分配数据带宽以在接入点和用户单元之间发射信号。
一种根据本发明一个实施例的接线贴片阵列天线包括一个平面基座，基于该平面基座定义了一个底地平面和一个物理绝缘于该底地平面的反馈馈电位置点。多个接线贴片元件被配置为在一预定频率范围上谐振。每个接线贴片元件绝缘于该底地平面并且被置于该底地平面的基底上以使一个空气绝缘体被限制在接线贴片元件和底地平面之间。每个接线贴片元件定义了一个电连接到一个相应反馈馈电位置点的谐振部分。一个反馈馈电网络被确定在基底上并把反馈馈电位置点电连接到基底座上的一个或多个输出点。


对于本领域的一个普通熟练人员来说，本发明的完全可行的公开，包括其中的最佳模式，在说明书的其余部分参考附图进行了更具体地阐述，其中图1是一个说明根据本发明一个实施例的无线点到多点系统的框图；图2是图1所示的一个小区的框图；图3是图1所示的无线点到多点系统的功能框图说明；图4是一个根据本发明的一个实施例使用的接入点发射机和接收机的功能框图说明；图5是图4所示的发射机和接收机的电路框图；图6是根据本发明的一个实施例使用的地址表格项的图表说明；图7A是根据本发明的一个实施例的一个分组处理程序的流程图；图7B是根据本发明的一个实施例的一个分组处理程序的流程图；图8是根据本发明的一个实施例的用户单元发射机和接收机的功能框图说明；图9是根据本发明的一个实施例的查询轮询算法中的群体流程图说明；图10是根据本发明的一个实施例的查询轮询算法的部分流程图；图11是根据本发明的一个实施例的查询轮询算法的部分流程图；图12是根据本发明的一个实施例的查询轮询算法的部分流程图；图13是根据本发明的一个实施例的查询轮询算法的部分流程图；图14是根据本发明的一个实施例的查询轮询算法的部分流程图；图15是根据本发明的一个实施例的查询轮询算法的部分流程图；图16是根据本发明的一个实施例的查询轮询算法的部分流程图；图17是根据本发明的一个实施例的信息速率管理程序的流程图；图18A和18B是根据本发明的一个实施例的从接入点发射的命令和数据分组的图表说明；图19A和19B是根据本发明的一个实施例的从用户单元发射的命令和数据分组的图表说明；图20是根据本发明的一个实施例的天线阵列的透视图；图21是图20说明的天线阵列的后面视图；图22是根据本发明的一个实施例的天线阵列的背部顶俯视图；图23是根据本发明的一个实施例的天线阵列的局部顶视图；图24是图23中的天线的主板的顶视图；
图25是图23中的天线的次面板的仰视图；图26是根据本发明的一个实施例的天线阵列的局部顶视图。
在本说明书和幅图中参考标记的重复使用是为了代表本发明的同样或类似的特征或元件。
具体实施例方式
现在将详细参看本发明的优选实施例，其中一个或多个例子结合附图进行描述。借助于作为本发明的解释提供的每一个例子并不是本发明的限制。实际上，对于本领域的熟练人员很显然可以在本发明中作出修改和变形化而不脱离其范围或精神。例如，作为一个实施例的部分所说明或描述的特点可以用在另一个实施例上产生一个更进一步的实施例。因此，这样意图意味着就是本发明覆盖了象这样的进入附加的权利要求和它们的等价物范围内的修改和变形化。
A.系统配置一个由三个基站小区组成的点到多点固定无线网络系统10的示范性配置由如图1所示的三个基站小区组成。每个基站小区12，14和16被分为60度(60)覆盖区域，这里被称为“扇区”，其中分布有想要接入因特网或其他外部系统的用户。如图2所示，一个有六个接入点18的基站位于六个扇区20的中心。
图1所示的小区代表地理区域。如图2所示，在每个小区的中心，也就是在六个扇区的汇合点，是一个塔或其他合适的建筑，在其上对于每个扇区设置有一个面向各自扇区的接入点。就是说，接入点的集合包括基站。如下面更详细的描述，每个接入点包括一个天线，通过该天线接入点发射电磁信号给一个或多个用户单元22(图2)，并从用户单元22接收电磁信号。每个用户单元也包括一个天线和电路，用户单元通过它们从接入点接收去往连到用户单元的用户设备的数据传输的电路。一个用户单元也从它的用户设备发射数据给接入点。
为了避免扇区间的干扰，每个接入点使用一个区别于它相邻接入点的天线偏振极化和发射频率。在图2所示的例子中，相邻扇区在垂直和水平偏振极化之间交替变化。
此外，每个接入点工作在一个专用频率信道上。应该理解，FFC控制并分配通信系统中使用的频率带宽。在此所描述的本发明的实施例，例如，工作在从5.725GHz到5.850GHz的整个范围。频率范围被分为各个扇区工作的频率信道。每个扇区中的接入点和用户单元在它们的扇区载频(它位于信道中心)上使用一种具有高度不相关相移图案模式的正交相移键控形式的补码键控调制数据，。也典型的在无线LAN系统使用的补码键控，在本领域中应该好理解，因此在此就不详细讨论。此外，应该理解，也可以采用其他合适的调制技术，提供补码键控只是用于实例的目的。
5.725GHz-5.850GHz频带被分为六个信道，导致每个小区分为它的六个扇区，每个扇区在六个信道的一个上工作。通过在具有相反偏振极化的扇区内的小区中使用每个信道频率两次，可用信道的数量可以增加。例如假定，在图2中的对面的接入点AP1和AP4，和他们各自的用户单元工作在相同的频率上但是有不同的偏振极化。在这种安排中，每个小区使用三个信道中的每个信道两次。因为六个信道是可用，每个小区塔可以容纳六个接入点的两圈组环形，一个组圈环形在另一个上面，其中每个圈组环形使用不同组的三个频率信道。AP1和AP4间偏振极化和物理倾向的不同降低了两个接入点之间的干扰危险，但是接入点最好隔离屏蔽于另一个以提供更好的保护。
在接入点或接入点的两圈组环形之间可以使用任何合适的屏蔽。在圈环形之间提供屏蔽以防止干扰。例如，每个接入点可以在通向接入点扇区的凹面屏蔽中被接收。该屏蔽由覆盖有无线吸收材料的基本底层金属片制成。这样的屏蔽通常使用，因此在此就不进一步详细描述了。
回到图1，基站彼此安排很近以建立相邻小区12，14和16。每个基站通过一个有线或无线回路26与附近的因特网服务提供商点24进行通信。附近存在的ISP点包括一个路由器和通过电信连接32与因特网30通信的电话公司接口28。
图3提供了一个覆盖三个用户的单独扇区的框图说明，每个用户都连接到数据接口设备。通常，数据接口设备是一个交换机，计算机或其他以太网设备34，但它也可以是任何其他可以接收数据并把数据组成预定形式用于输出到一个通信系统的合适设备。基于以太网的照相机，例如，被用在安全系统以输出视频图像用于传送给边远地区。然而更通常地，设备34是具有通过以太网电缆36传送给用户接收机/发射机单元22的以太网卡的计算机。以太网连接非常常用，为了容易解释，当前的讨论给出了依照以太网实例的系统。
每个用户单元包括一对用于和一个接入点接收机/发射机18通信的天线阵列38和40。在下面更详细描述的天线阵列38和40是相反偏振极化的(例如水平和垂直)，以使用户单元可以以任何偏振极化通信。类似的，接入点18定义了水平和垂直片阵天线阵列42和44。
每个小区(图1)中的每个基站包括一个与基站处的每个接入点18通信的以太网交换机46。以太网交换机46通过回路26与附近路由器28的点通信。接着，路由器28通过电信接口与因特网30通信。
以太网交换机的配置和工作在本领域中应该是了解的。也应该理解，这样的交换机不仅可以被用来方便从接入点到附近路由器20的点的通信，也方便在同一小区内一个接入点到另一个的通信。因此，通过以太网交换机的相互连接，可以使用该系统方便在不同小区中的用户间通信。此外，该系统被用在一个本地网络而不连接到因特网上。例如，本地网可以包括一个单独的小区和多个与一个由服务器计算机控制的单独以太网交换机通信的接入点。打算送给不同扇区中一个用户的用户传输经接入点传送到以太网交换机，该交换机把传输转发给合适扇区的接入点。也可以安排系统以使同样扇区内的用户可以通过接入点彼此通信而不需与交换机通信。所有这样的通信可以使用TCP/IP协议实现，该协议在本领域中应该很好理解。
图4提供了一个接入点发射机/接收机18的功能框图说明，它接收以太网分组并发射相应的无线频率(RF)分组给用户单元(下行通信)并且，由于它从用户单元接收RF分组，所以输出相应的以太网分组给一个上游以太网系统(上行通信)。图4结合提供接入点电路框图的图5进行描述。
接入点在47通过一个从以太网连接到以太网交换机46(图3)的以太网端口48接收以太网分组。应该理解在本领域中以太网端口48是一个物理接口，例如一个电缆连接。
也应该理解，一个以太网分组是由一个前同步码，一个报头，一个有效负载和一个校验和组成的一序列比特。前同步码包括能使一个接收机的微处理器建立内部时钟以使接收机正确接收分组的定时信号。报头包括一个分隔符(一种把分组识别为以太网分组的固定形式的比特)，一个目的地址，一个源地址和一个长度域。有效负载是由分组传送的数据。以太网分组长度通常范围通常在从64字节到1514字节之间。为了支持虚拟LAN标记，当前系统支持长达1600字节的分组。应该理解在本领域中以太网分组结构在IEEE标准802.3中进行了定义。此外，在自接入点的下上游系统，以太网分组的内容和大小由一个更高位的协议(例如，TCP/IP)确定。更高位的协议对于本系统并不是关键的，因此在此就不做进一步的描述。在当前描述的实施例中，接入点仅需要识别分组并确定分组的目的地。
一个以太网分组收发信机50从以太网端口48接收分组并把分组通过一个本地总线54传送给一个缓冲存储器52。收发信机50包括一个物理层(PHY)组成部分56和一个介质访问控制(MAC)组成部分58。在一个实施例中，这些部分是纽约Hauppauge的标准微系统有限公司供应的集成电路(分别是LAN83C180和LAN91C110)。
一个微处理器60以比系统最大数据速率更快的并对于清空缓冲器52足够的速率查询轮询收发信机50，这个例子中是每秒钟10Mbits。刚一查询轮询收发信机，微处理器就通过系统总线64把缓冲器52中的任何分组传送给一个系统DRAM62。微处理器然后从分组报头中读取目的地地址来确定分组最后应指向哪个用户设备。接入点和用户单元微处理器用C编程以执行在此所描述的功能，然而应该理解可以使用任何合适的编程语言。
接入点经用户单元与它的扇区中的用户设备通信。这样，接入点维护在一个MAC-SU列表管理器69中(存储在SDRAM62)的一个动态表，该表把用户设备联系到各自连接的用户单元。一个单独的用户单元可以有连在它上的多个计算机或其他设备，例如作为一个通过用户单元与因特网或其他网络或设备通信的本地网络的一部分。因此，还要参照图6，MAC-SU列表具有多个项目102，每一个列出了在接入点扇区(通过它的用户识别号，或SUID，104)的一个用户单元和一个联系该用户单元的用户设备的MAC地址106。项目还包括一个相应于项目建立或更新的时间的时间堆栈标记108。
由于接入点基于由接入点管理的通信修改表格信息，因此MAC-SU列表是动态的。在目前描述的实施例，接入点在它从47的本地以太网端口或90处的RF的发射机/接收机接收进来的数据时建立并修改该表。例如，假定一个新系统装有用户单元和连在用户单元上的用户设备。在接入点接收对于用户设备的任何数据之前，MAC-SU列表是空的。它没有把用户设备和用户单元联系起来的项目。
这样，刚一接收到第一个分组和读取它的目的MAC地址，接入点微处理器不在MAC-SU列表中查找分组目的地址而且也不知道向哪个用户单元发送分组。接入点然后就向它扇区中的所有用户单元广播该分组，它们轮流接收该分组并把它提供给它们的用户设备。如果目标用户设备存在扇区中并接收分组，它就响应它的用户单元，用户设备单元然后把响应转发给接入点。
用户单元发送包括附加有用户单元SUID的用户设备MAC地址。接着，再次参照图4和5，在69微处理器60在MAC-SU列表中建立一个项目，该项目包括用户单元SUID104，用户设备的六字节MAC地址106，和完成项目的时间的时间堆栈标记108。如果接入点此后接收一个有同样地址的分组，微处理器就读取MAC-SU列表项目，识别与目的地址相关联的用户单元，并仅把分组发送给该识别用户单元。应该理解，目前描述的实施例虽然利用一个SUID号104识别MAC-SU列表中的用户单元，但是也可以使用任何合适的识别。当接入点接收目的地到其他用户设备的分组，它就继续建立MAC-SU列表。
在目前描述的实施例，MAC-SU列表达到2000条。微处理器使用一个基于因特网分组的目的地址的毯子(blanket)查找算法搜索这些项目。查找算法使用地址中的最后比特作为归类该搜索的一个索引。也就是，微处理器读取该目的地地址并把它移到MAC-SU列表中那些用户设备MAC地址有同样最后字节的那些项目。然后在该索引组内，对照而非整个2000个项目的表格，在索引组内执行查找。在索引组内，微处理器顺序接着读取每个用户设备地址，直到找到在以太网分组中的同一地址。如果微处理器找到想要的地址，接入点就选择项目中相应的用户单元地址并更新时间堆栈标记。
如果微处理器没有查找到想要的地址，由于需要接入点就指定分组为需要向扇区中的所有用户单元广播，如上所述，一旦从目标用户设备连上的用户单元接收到响应就建立一个新的MAC-SU列表项目。这样，MAC-SU列表就随着用户设备的数量增长。当MAC-SU列表是满的，并且微处理器需要建立另外的项目时，微处理器就扫描新项目要应用的索引组，查找并删除组中最久的项目(即，有最早时间堆栈标记的项目)，并输入新项目。此外，当为一个用户单元搜索任何索引组时，微处理器读取每个项目的时间堆栈标记并删除任何长于预定时期的项目，例如五分钟。以这种方式，系统持续更新MAC-SU列表以包括当前激活的那些用户设备。尤其是在MAC-SU列表大于或等于接入点扇区中在任何指定时间典型激活的用户设备的数量时，MAC-SU列表有助于和用户单元的通信以使接入点可以有效支持一个更大的用户设备数量。因此，应该理解，按照期望可以构造MAC-SU列表以具有对给定系统合适的许多项目数量。此外，还应该了解，为了在MAC-SU列表内查找目的地址可以采用各种查找算法。
图7A说明了在110一旦接收到下行因特网分组，由微处理器执行的步骤。微处理器首先在112检查分组是否是单播的，广播或是多点传播的。广播和多点传播在下面描述。然而通常，这些是打算向所有用户单元广播的分组，它们的目的地址域因而具有专门的MAC地址。在112如果进来的以太网分组的目的地域是用于广播或多点传播的，在114微处理器确定在MAC-SU列表中没有单个相应的用户单元并在114存在退出搜索路径程序。
如果一个分组具有一个用户设备的MAC地址，在116微处理器就读取分组目的地址的最后字节并在118移到那些在MAC-SU列表中用户设备MAC地址106有相同最后字节的项目。当在120移到该组中的第一个地址时，微处理器比较目的地址和表格MAC地址。如果它们匹配，在122微处理器就为项目更新时间堆栈108并在124返回用户单元SUID104。如上所述微处理器就知道RF数据分组要寄给哪个用户单元。
如果在120第一个项目没有匹配的用户设备MAC地址，微处理器就在126检查该项目的时间堆栈标记来确定它是否长于五分钟。如果是，在128就从MAC-SU列表删除该项目，并且在11 8微处理器返回到索引组中的下一项目。如果时间堆栈标记在126没有到时，在118微处理器就直接移到索引组中的下一项目。
该循环重复遍及索引组项目直到找到匹配或直到微处理器回顾检查所有索引组项目而没有找到匹配。如果没有找到匹配，微处理器就在130退出查找并如上面所讨论的向所有用户单元广播分组。
图7B说明了一旦在110接收一个上行分组时由微处理执行的步骤。在116，微处理器确定分组中用户设备MAC地址的最后字节并在118移到在MAC-SU列表中用户设备具有同样最后字节的那些项目。微处理器以对于下行分组同样的方式执行查找步骤120-128。在122更新时间堆栈标记之后，在124微处理器继续进行分组处理。然而如果在索引组中没有找到匹配，微处理器在130就建立一个新的项目，在132保存该项目并在124进行分组处理。
返回到图4和5，当微处理器在MAC-SU列表中查找与因特网分组目的地址相关的用户单元，微处理器就检查SU数据库67以确定用户单元是否有效。如下面所描述的，一个有效的用户单元是一个在SU数据库中存储其SUID并且接入点已经成功认证的用户单元。
微处理器在71检查用户单元是否超出它的可用信息速率。在当前描述的实施例中，每个用户单元被指定一个承诺信息速率(CIR)和一个最大信息速率(MIR)。CIR是系统承诺提供给用户单元的最小信息速率。也就是，用户单元将总是被分配该速率或更高速率。MIR是用户单元可用的最大信息速率。如果用户超过该MIR，或如果当用户单元超过CIR时MIR不可用，系统就不允许用户单元接收或发送数据分组直到用户单元的信息速率降回预定水平内。
通过在服务提供商和用户单元消费者之间的协定建立CIR和MIR。例如，一个希望保持1.5Mbits/sec可用性的用户消费者被指定一个1.5Mbits/sec的CIR。依赖于参与者之间的协定MIR可以被设定为1.5Mbits或更大。这样，假定系统的最大信息速率是10Mbits/sec，那么MIR可以被设定为数值在从1.5Mbits/sec到10Mbits/sec之间。
在71如果用户单元已经超过它的CIR/MIR，接入点就丢弃进来的以太网数据分组。这通常不会造成信息丢失，因为源设备通常重发该分组。用户监视一个用户单元的信息速率和用于比较信息速率和CIR/MIR限制的处理将在下面详细讨论。
在71如果用户单元没有超过它的CIR/MIR，微处理器就把进来的以太网分组放在先进先出的缓冲器73中。当该分组通过该缓冲器时，在75微处理器就构造一个将把该以太网分组传送给用户单元的无线频率分组。一个示意性的RF数据分组的结构在下面详细描述。然而简单地还是参照图18A和18B，一个RF数据分组66由一个有效负载部分68，一个MAC数据分组报头以及一个RF前同步码和报头72组成。该微处理器形成有效负载部分68和MAC数据分组报头70。一个基带处理器74随后形成RF前同步码和头72。
有效负载部分68是一个完整的以太网分组。MAC数据分组报头70包括用于路由和系统管理的信息。它还包括一个在接下来将被允许发回到接入点的接入点扇区中的用户单元的SUID。在76微处理器通过一个轮询算法选择该用户单元。该轮询算法在下面详细描述。
一旦形成MAC数据分组头，微处理器就通过系统总线64把报头和有效负载发送到一个现场可编程门阵列(FPGA)78。FPGA78包括把从系统总线64来的并行数据转换到一个用于串行输出到基带处理器的FIFO缓冲器80的并行到串行转换逻辑电路。该FPGA还包括基于FPGA的分组接收控制基带处理器的操作的发射/控制逻辑电路。该FPGA初始化基带处理器中的发射模式并在与基带处理器一致的时间把分组发送给基带处理器。
最好，基带处理器对MAC有效负载68和数据分组报头70加扰码。然后它把前同步码和报头72加到两个MAC分组部分。RF报头提供信息，一旦分组由接入点中频(IF)调制解调器82发送，为了促使使得接收，用户单元的IF调制解调器(未示出)就校准它的时钟以使分组的有效负载正确接收的信息。也就是，当前系统为每个分组初始化发送。一个合适的基带处理器/IF调制解调器对可以是加利福尼亚Irvine的Intersil公司供应的(型号分别是HFA3738和HFA3861B)。应该理解在本发明内可以利用各种传输技术和布置。这种方法在本领域中应该了解，因此在这里就不做进一步详细的讨论。
在发送分组给IF调制解调器82中，基带处理器74把得到的RF分组转换为滤波的I和Q数据流84和86。在90调制解调器82然后把I和Q数据流调制到IF频率并通过一个水平偏振极化的天线阵列42或一个垂直偏振极化的天线阵列44把分组发送给一个半双工RF收发信机88。由于RF分组被相位调制到一个载频信号上，因此I(同相)和Q(正交)提供调制解调器82实施调制的信号通过实施该调制的那个调制解调器提供角度信息，这应该很好理解。
在这里描述的实施例中，IF调制解调器82工作在大约480MHz的频率上。收发信机88把信号上变频到系统的5.8GHz工作频率上。如前面所指示的，接入点的工作频率可以是由联邦通信委员会指定范围内的多个信道中的一个。本发明并不限定于该频率范围并且可以工作在任何合适的无线环境内。
收发信机88以1Mbit/secBPSK从天线阵列42或44发射RF数据分组的RF前同步码和报头部分并以11Mbits/secQPSK发射MAC报头和有效负载。RF报头的更低数据速率有利于信号被噪声环境中的接收机的基带处理器捕获。一旦基带处理器为该分组的剩余部分接收设置时钟，对于该分组部分，更高的信息速率有利于发射速度。
接入点可以发射数据分组或命令分组。一个命令分组具有类似于数据分组的结构，因为它具有一个RF前同步码和报头，一个加扰码的分组报头和一个加扰码的有效负载。然而，由于不是去往一个用户设备的分组，为了用于管理系统，命令分组还包括用于管理系统的用户单元的指令。在下面提供一个更详细的命令和数据分组接收结构的例子。
不管由接入点发射的分组是一个命令分组或是一个数据分组，分组的MAC报头都包括一个发射许可(grant)，即下一个允许发射到接入点的用户单元的SUID。例如，假定接入点接收到一个去往一个连到用户单元A的用户设备的以太网数据分组。还假定，根据查询轮询算法，用户单元B是下一个有权发射给接入点的。接入点产生一个RF数据分组，在其中发射数据分组给用户单元A。在数据分组的MAC头内，接入点微处理器把用户单元B的SUID插入到发射许可域中。当收发信机88广播该数据分组时，在接入点扇区中的所有用户单元监视该发射。用户单元A从分组报头识别出数据分组中的有效负载是去往一个连到它的用户设备，就把该分组送往预期的设备。虽然忽略该有效负载然，用户单元B检测数据分组头中的发射许可并准备发射到接入点。
除非一个用户单元没有接收到一个发射许可，否则它就不发射到接入点。这样，在接入点发射一个分组后接着的一段时期中接入点仅寻找一个用户单元的发射。该等待周期与接入点和用户单元间的距离有关并且与用户单元接收发射许可和产生并发射一个响应的分组需要的处理时间有关。例如，一个分组占用大约100微秒在距离10英里的一个用户单元和接入点之间来回传播。假定由用户单元内的处理产生的延迟时间在200到300微秒范围之间，接入点在发出发射许可之后最好可以等待至少400微秒以接收一个从该用户单元的响应。
因此，在包括一个发射许可的数据分组发射之后，每个接入点等待基于接入点和最远可能用户单元之间的距离的一段时间以接收从标识的用户单元的应答。接入点被规划为一个最大范围，其中将分布用户单元。基于该范围内的最远距离，等待时间被规划入接入点。因此，例如，如果从接入点的最大范围是10英里，等待时间就被设定为425微秒。作为选择，接入点可以基于用户单元和接入点之间的实际距离动态设置等待时间，如下所述当新用户单元被添加在扇区中并且漫游时，根据需要当新用户单元被添加在扇区中并且在由接入点范围内时改变等待时间。
如果每个用户单元都被安排以使对一个发射许可的响应优先于所有其他的活动，每个用户单元就应该能够始终如一地在同一段时间对接入点发射许可进行响应。因此，如果一个用户单元在不同时间响应，这可能指示该用户单元已经移动漫游并需要重新认证。这样，接入点可以提供该变化的通知给系统管理员并，可选地终止所有与该用户单元的通信直到它重新认证。
接入点在分组发射后的等待时间中转换到接收模式。在90，在接收模式中，天线42和44在90被连接到收发信机88的放大器上。收发信机天线把天线从用户单元接收到的信号下变频到用于IF调制解调器82的IF频率。调制解调器82接收信号并把它的I和Q部分96和97传送给基带处理器74。如果信号的能量水平在安排到基带处理器中的预定门限(例如在-80dBm到-60dBm范围内)之上，基带处理器就随IF调制解调器启动自动增益控制环和IF调制解调器以使IF信号进入用于解调的可接收接受电压范围。
基带处理器接收并解码从用户单元接收的RF分组的前同步码和报头，恢复时钟并校准它自己以接收MAC数据分组头和有效负载。基带处理器把MAC分组报头从I和Q符号解映射为比特形式。类似于从接入点发送的RF分组，从用户单元来的MAC数据分组是加扰码的。基带处理器就解密MAC数据分组并通过一个同步串行端口把数据分组计时送出给FPGA78。FPGA把串行数据转换为并行，把并行数据存储在FIFO缓冲器98中并通知微处理器60数据已经到达。微处理器60恢复从FPGA通过系统总线64来的数据并从MAC数据分组提取原始以太网分组。如下面更详细的描述，类似于接入点建立的MAC数据分组，从用户单元来的MAC数据分组由一个报头和一个有效负载组成，如果该分组最终去往一个以太网系统，该有效负载就是一个以太网分组。在69微处理器更新MAC-SU列表(如在上面关于图7B的描述)，在71更新用户单元的吞吐量使用并在100把以太网分组通过系统总线64转发到以太网收发信机58并通过以太网端口48转发送到以太网交换机46(图3)。
前面的讨论假定用户单元用一个数据分组响应从接入点的发射许可。然而，无论用户单元是否有要发送的任何东西，用户单元都响应发射许可。如果它没有外出数据，用户单元就用一个封装返回接入点数据分组中发送的时间堆栈标记的命令分组的RF分组应答。这通知接入点在系统中用户单元继续存在和操作并允许接入点根据下面讨论的查询轮询算法进行工作。
如上面说明的，现在参照图8中提供的功能图表，用户单元结构类似于图5中所示的接入点结构。如图5所示，一个微处理器系统136表示为有一个微处理器，DRAM和闪存的一个单独框，但是应该理解这只是一个功能表示，并且如图5所示这些组成是分立离设备。因此，应该理解下面对“微处理器136”的参照是指在于系统内的微处理器。类似地，以太网收发信机56由一个物理层部分和一个介质访问部分组成。
在图8中138所指出的，用户单元还可以受屏蔽保护。在功能框图形式中所示，作为收发信机88的组成部分，基带处理器74和调制解调器82有由屏蔽138保护。用户单元收发信机结构与接入点收发信机结构相同。
当连到一个用户单元的一个用户设备想要通过本系统与因特网通信时，用户设备通过用户设备和用户单元之间建立的局域网或直接以太网连接输出一个可变长度的以太网分组给用户单元。以太网分组由微处理器136从以太网端口接收。微处理器136传送分组给内部系统DRAM并接着以与前面关于接入点所描述的类似方式形成一个MAC数据分组。由用户单元产生的MAC数据分组的格式不同于由接入点产生的数据分组的格式。这些不同将在下面进行更详细的描述。
微处理器136把MAC数据分组发送给FPGA78。FPGA把并行数据分组送往一个用于串行输出的FIFO缓冲器。
当用户单元检测到从接入点有作为发射许可的用户单元SUID的发射，微处理器就激活到基带处理器74的路径并通过一个同步串行端口输出串行化的MAC数据分组给基带处理器。基带处理器74对MAC数据分组加扰码，添加RF前同步码和报头控制字节，把得到的RF数据分组转换为滤波的I和Q数据流并把数据发送给调制解调器82。调制解调器然后把I和Q数据流调制到一个IF频率上。RF收发信机把调制的IF频率上变频到发射频率并通过天线38或40发射数据。类似于接入点，用户单元可以发射数据分组或命令分组。
当从接入点接收到一个发射时，用户单元的RF收发信机检测天线38或40上的能量。收发信机把信号频率转换到IF频率并输出I和Q数据流给基带处理器74。如果这些信号的能量在一个预定门限之上，基带处理器就用随调制解调器82启动自动增益控制环以使IF信号在用于解调的可接收电压范围内。
基带处理器首先解码前同步码和报头以恢复时钟，由此把基带处理器和进来的发射对准。类似于接入点的基带处理器，用户单元基带处理器然后解调MAC数据分组并通过一个同步并行端口把得到的信号发送给FPGA78。FPGA把串行数据转换为并行，把得到的信号存储在一个FIFO缓冲器中，并通知微处理器136信号到达。微处理器然后恢复通过一个系统总线从FPGA来的MAC数据分组并提取出原始以太网分组。由于有效负载是一个以太网分组，因此微处理器通过以太网端口(未示出)把分组输出给下游的以太网系统，它把分组送往在以太网分组报头标识的目的地。
当未加扰码的MAC分组报头指示分组是一个命令分组时，微处理器136就不把分组转发到下游设备，而是代替地，响应命令分组中的指示。
B.查询轮询程序返回到接入点的工作，基于数据带宽的用户单元使用分配给用户单元传输带宽。最初，术语“带宽”用在此本文其他地方是指接入点和它的用户单元通信的频率范围。然而如这里所使用的，“数据带宽”指在整个或部分频率范围上通信的可能机会。例如，“带宽”可以指每个用户以Mbit/sec的网络数据吞吐量。在10Mbit/sec的情况中，系统的最大数据吞吐量容量能力通过按照一组规则在扇区所有用户中划分给每个用户一部分固定的一部分周期时隙(例如一秒)来使用无线频率信道以接收或发射有效负载在扇区所有用户中划分周期时间间隔(例如一秒)来使用无线频率信号以接收或发射有效负载。因此，在此讨论的对当前例子的描述中，在接入点分配发射或接收数据带宽给用户单元所讨论的例子中的描述是指数据吞吐量的分配。
在本例中，接入点微处理器基于设计的一个查询算法选择分配给发射许可的下一个用户单元以降低对于多用户网络环境中普通传输形式的系统等待时间以降低在多用户网络环境中典型业务系统等待时间的轮询算法选择分配发射许可的下一用户单元。很普遍地，等待时间可以被认为是接入点和用户单元的通信引起的延迟。也就是，参照图3，如果一个基准时间被认为是在硬线连接上以太网交换机46和用户设备之间的通信所需要的时间，系统等待时间是基准时间和通过接入点18和用户单元22的这些点之间通信所需要的时间之差。在本例中，从接入点到用户单元的通信中引入了非常小的等待时间，因为受到CIR/MIR限制，当他们到达时接入点简单地把进来的以太网分组传送给它们期望的目的地。
然而上行传输业务需要关于在指定时间将允许哪些通信的不同类型的判定。例如，一个接入点可以定义在用户单元可以发射上行传输之后的一个指定时间段，或“争用”时期。在连接期间，接入点进入接收模式用于从用户单元发射的接收。然而，在本例中，接入点选择用户可以发射的顺序而不用连接争用周期。这样，对于上行传输的等待时间的主要来源是由接入点之间的发射许可之间的周期。
查询轮询算法为发射许可定义用户单元被选择的顺序。查询轮询算法中的优先级可以恒定基础通过用户单元操作者和服务提供商之间的协定被指定在一个恒定基础上。对于这样的用户单元，查询轮询算法指定优先级而不管用户单元发射的需要。然而，在该组之外，一个用户单元的发射优先级基于用户单元使用系统的频率升高或降低。这样分配带宽给更可能需要带宽的用户而不浪费时间监视较少激活用户单元，由此改善了较多激活活跃用户单元可能另外经历的等待时间。
系统通过指定给用户单元的定时器部分地定义带宽优先级，在本例中，定时器被指定给通过利用查询轮询算法分配发射许可的组中的用户单元。这些组保存在接入点的存储器中。接入点维护与每个查询轮询组相联系的用户单元SUIDs的列表，并且接入点微处理器至少部分地基于数据要求动态地把用户单元指定给不同组。这些组包括下面所讨论的其他信息。
参照图9，除了组0的每个查询轮询组的查询轮询定时器具有一个随着组中用户单元的数量改变的终止期到时周期。如下面更详细的描述，接入点微处理器重复检测每个组的定时以确定组中的用户单元是否被进行任何激活对组中的用户单元采取何种操作。因此通常，定时器的终止期长度与该组从微处理器接收的性能反向相关。也就是，微处理器处理器处理那些具有更长短定时器的组比处理更短长查询轮询定时器的组中的用户更频繁。
定时器长度随着组中的用户单元的数量改变。当微处理器查询轮询一个组时，它在移到下一个组之前将仅作用于该组中的一个用户。这样，当每个额外的用户单元被添加到该组中时，定时器长度就减小以使每个单独的用户单元经历的等待时间大约就象在该组中只有一个用户单元。
参照图9中的组2，例如，该组的初始定时器长度是60ms。如果在该组中有零个或一个用户单元，这将是定时器长度。在这种情况中，微处理器每60ms仅仅查询轮询该组1次。如果组2包括两个用户单元，定时器长度改变为40ms。而微处理器现在查询轮询组2更频繁，组中存在两个用户意味着微处理器仅每隔一次查询轮询作用于一个单独的用户单元。这样，从给定的用户单元来看，查询轮询频率从60ms到80ms。
初始定时器长度(Tmax)是一个组经历的最大定时器长度。但是，还有一个最小定时器长度(Tmin)。不管在组2中有多少用户单元，例如，实际的定时器长度(Tpoll)都不低于20ms。Tpoll根据基于组中的用户单元的数量(NS)的准则改变。对于组1到六和八，如果NS小于127，那么Tpoll＝(Tmax-Tmin)/(NS)+Tmin。
如果NS大于或等于127，那么Tpoll＝Tmin。
对于组7，如果NS小于11，并且如果T小于或等于(Tmax)/(NS)，那么Tpoll＝(Tmax)/(NS)。
如果NS小于11，并且，如果Tmin大于(Tmax)/(NS)，那么Tpoll＝Tmin。
如果NS大于或等于11，那么Tpoll＝Tmin。
因此，有零个或一个用户单元，定时器就在指定给该组的最大水平上。当添加用户单元时，定时器长度就减小直到达到定时器的最小值。此后不管添加到该组的用户单元有多少，定时器长度都保持一样。
微处理器还控制各组中用户单元的安置。除了指定到组7的用户单元之外，一个用户单元一次只能属于一个组。组7是一个固定等待时间查询轮询组。通过与服务提供商的协定，当在该组中的用户单元的数量小于11，这些用户单元可以保证至少在一个最小等待时间，也就是，至少一个最小用户单元查询轮询期。通过这样的一个协定覆盖的任何用户单元在系统中认证后都放置在组7中并且只要它保持激活就保留在那里。这些用户单元和其他所有用户单元，还进入包括组0到7的查询轮询顺序。
在系统启动时，所有的用户单元都属于组8。如图9中所示，依赖于该组中的用户数量，微处理器每五秒钟或直到100毫秒查询轮询组8一次。还参照图10，当在140微处理器查询轮询组8时，在142它首先检查用户组8的表格是否还多于十个用户单元。如果不是，在144微处理器就移动指针到列表中的下一个用户单元并在146检查该用户单元是否已经认证。
认证是由在该接入点扇区中的用户单元所在并工作的接入点的识别。当用户单元安置在扇区中时，系统操作员对为每个用户单元在存储在接入点的闪存61(图5)中的静态用户单元数据库中安排一次登录条项目。对于每个用户单元，操作员输入一个SUID(例如，与操作员指定的号码)，用户单元的MAC地址，用户单元的属性(也就是，为了查询轮询目的，它是否是一个优先级或常规用户单元)以及用户单元速率额定CIR和MIR。接入点使用存储的数据库来初始化一个在系统工作期间更新的动态数据库。动态数据库包括用于在此描述的各种表的数据。因此，例如，各组的表格是指向动态数据库中数据的SUID列表。
当用户单元进入数据库时，微处理器就把用户单元添加到组8的列表中。在这一点上，用户单元没有被认证，因为它没有接收和响应一个从接入点来的认证分组。因此，当在146微处理器对检验组8表格中的用户单元检验登录项时，看到用户单元还没有被认证，并且在148建立一个要求具有一个与发射许可域中的SUID匹配的SUID的SU用它的硬编码(hardcoded)以太网MAC地址来响应的认证请求命令分组。该分组进入用于发射的FIFO缓冲器80(图4)，并且在150微处理器退出组8程序进入查询轮询算法中的下一步骤。
在接入点发射命令分组后，它应该在接着的等待期中接收从用户单元返回的带有一个携带用户单元MAC地址的有效负载的一个命令分组。如果它匹配于存储在用于那个SUID的接入点SU数据库中的一个MAC地址，微处理器就为组8表格中的那个用户单元更新登录项以指示用户单元已经被认证。如果在148用户单元被认证，在152微处理器就把用户单元移入组6。
在步骤148和152微处理器把软件指针留在该用户单元上。当微处理器在查询轮询算法中返回到组8时，在146微处理器就检验下一个用户单元。
组8不仅包括新的用户单元，而且包括未能响应一个发射许可的已有用户单元。也就是，组8包括除了未激活或还没有认证的所有已经进入接入点数据库的用户单元。因此，尤其当多个用户单元离线时，组8可以包括几个用户单元是可能的。这样，如果在142组8在它的列表中包括大于十个的用户单元，微处理器就扫描组8列表并且在154选择最近发送认证分组的前四个用户单元。
当在组8列表中对前四个用户单元检验登录其项时，微处理器在156检查登录项目以观察用户单元是否用一个有效MAC地址响应。如果是，在158微处理器就把用户单元移到组6并且在154移动四个用户单元的下一个。如果在156用户单元还没有响应该认证分组，在154微处理器就移到四个用户单元的下一个。一个暂时的指针被用于移过四个用户单元并且一旦搜索完成就被删除。
返回图9，组6是位于组8和数据查询轮询组(即组7和组0到5)之间的中间位置，在把用户单元送到数据查询轮询组之前，接入点通过发送到用户单元的命令分组确认它们的范围和RF信号能量水平。命令分组包括接入点应用的一个时间堆栈标记，作为发射许可的期望的用户单元SUID，和一个功率水平改变指令。用户单元被安排立即响应该请求。因此，在接入点接下来的等待期间，用户单元用一个回送接入点时间堆栈标记的命令分组进行响应。通过把时间堆栈标记和接入点接收返回分组的时间相比较，接入点微处理器确定在接入点和用户单元之间的距离。如果功率水平改变指令非零，用户单元就根据该指令调整它的输出功率。
通常，测距/功率调整处理通过接入点发送到一个用户单元的六个测距/功率调整分组的五次循环组成。在每次循环内，接入点确定从用户单元的每个响应的范围和功率水平并在接入点对六个响应确定最大的计算范围和在接入点对六个响应测量的最大功率水平。在每次循环的最后分组中，接入点发送一个功率水平改变命令以适当地步进地增加并/降低用户单元的输出功率水平到一个期望水平。
如图9所示，如果在组中有两个或一个用户单元，接入点微处理器最多每90ms查询轮询组6一次。如果有更多的用户单元，微处理器就查询轮询该组更频繁，最小速率达到每8ms一次。
图11说明了在查轮询组6中微处理器执行的程序。如组8，组6被定义为存储器中用户单元的一个列表。该列表包括每个用户单元的SUID，基带处理器从六个请求循环期间从用户单元接收的所有过去功率水平响应所测量的最大功率水平，在循环中最后响应的功率水平，循环中确定的最小平均和最大范围，以及在循环中确定的最后范围。每次登录条项目还包括一个测距/功率水平测量定时器(最后测距或功率水平测量响应的一个时间堆栈标记加上一个固定时间间隔，例如100ms，定时器在那时到时)。
在160，微处理器顺序地移过在组6中用户单元的列表中接着的五个用户单元，检验每个的测距/功率水平测量定时器。接入点检查每个定时器的值以确定它是否已经到时(即，它是否长于当前时间)。如果在164没有一个用户单元定时器到时，在186微处理器就退出组6的查轮询。如果在164微处理器在五次检验中找到一个定时器已经过期的用户单元，微处理器就放一个指针在该用户单元商上并且在166检查以观察该用户单元是否已经完成所有五个测距/功率水平测量循环。如果是，那么为该用户单元完成功率水平测量，并且微处理器在168检查以按照与业务提供者的协定确定该用户单元是否是一个优先级用户。如果是，微处理器在170把该用户单元指定给组7并且在172指定给组4。也就是，如前所述，用户单元被放在优先级组7和可变组0到5中。微处理器然后在174把指针移动下一个用户单元并退出组6的查轮询。
如果在166微处理器还没有完成测距/功率水平测量循环，在176接入点就对用户单元检查一个“ping响应”定时器。下面所要讨论的这个上述定时器提供了一个是否用户单元已经对接入点发送的前一个分组响应的指示。如果用户单元未能响应或超过一定时间限制才响应以使它被认为离线，微处理器在177就把用户单元移回到组8并在174退出组6的查询轮询。
如果在176用户单元响应该查询轮询，在178位微处理器就检查以观察用户单元是否是在六个请求循环的最后。如果否，在186接入点生成一个测距请求分组并把分组发送给用户单元。由于该分组用于一个测距请求，因此功率水平测量改变指令是零。接入点把数据库指针留在该用户单元上并在184退出组6轮询。
当在186接入点从用户单元接收一个响应由接入点发送的测距分组的用户单元接收一个分组时，接入点为用户单元的测距/功率电平测量定时器的时间堆栈更新时间堆栈标记并存储从响应的分组时间堆栈标记计算的范围。如果接收的功率水平大于当前功率水平值，接入点还存储接收的功率水平最作为用户单元的功率水平值。
由于指针留在同一用户单元上，因此它是下一个组6查询轮询在160所检验的用户单元的第一个。如果用户单元的定时器已经到时，在178接入点就检查测距/功率水平测量顺序是否是在一个循环中六个请求的最后。如果是，在180接入点基于期望的功率水平和用户单元功率水平域(即，前五个响应的最大功率水平)之差为用户单元的收发信机(图8)的输出功率水平计算一个步进的增加或减小。如果差值大于4dB，增量(正的或负的)就等于4dB。如果差值小于4dB，增量就等于差值。
在182，接入点发送一个命令分组和一个指令给用户单元以通过在180确定的增量改变用户单元的功率输出水平。接入点在184把该指针留在用户单元上并退出组6的查询轮询。当在182接入点从用户单元接收一个响应接入点发送的功率水平测量分组的用户单元接收一个分组时，接入点为用户单元的测距/功率电平测量定时器的时间堆栈更新时间堆栈标记并把接收的功率水平存储在表格中作为最后的功率水平值。如果该功率水平还是最后六个响应的最大功率水平，就存储它作为最大功率水平。
如图11所示的，并返回图9，微处理器就把完成测距和功率水平测量程序的所有用户单元应用到组4。如果一个用户单元也是一个“优先级”用户，微处理器就也把该用户单元放在组7中。微处理器基于组0到5和7中用户的存在指定发射许可。这样，一旦一个用户单元进入这些组，它就有权接收一个发射许可。从AP到SU的下行数据不需要发射许可但是将由CIR/MIR管理器过滤。
接入点微处理器以倒序顺序地查询轮询这些组。也就是，微处理器查询轮询组7然后查询轮询组5到零。在每次查询轮询，微处理器首先检查看组查询轮询定时是否已经到时。如前所述，查询轮询定时器有一个默认最大值，其依赖于组中的用户能够降低到一个最小值。如果定时器还没有到时，微处理器就看是否有任何用户单元在该组中。如果该组包括用户单元，微处理器就查找一个具有可用CIR或MIR的用户单元。如果一个都没有存在，微处理器就移到下一个组。如果这样的一个用户单元存在，微处理器就选择它的SUID作为发射许可用于下一个出站RF数据分组。微处理器然后重新开始查询轮询程序。
在组7开始程序之前，微处理器提供一个一旦它的时钟到时就立即轮询组7的更大程度的确定性，一旦它的时钟到时就立即查询组7。此后组5开始剩余查询轮询，并且顺序移到组0之前，微处理器提供机会以第一次用更长的定时器查询轮询那些组。
微处理器依赖于它们发射数据到接入点和从接入点接收数据的频率在组0到5中移动用户单元。如前所述，一个激活的用户单元每次检测到它的SUID在发射许可中，它就响应接入点。如果用户单元没有任何可发射的，它就简单地用一个封装它的SUID和接入点时间堆栈的命令分组回应。对于查询轮询状态目的，不考虑这样的回应。另一方面，如果用户单元有一个用于发射给接入点的数据分组，用户单元就响应它发射许可的接收发射该数据分组。查询轮询算法不考虑这些发射。类似地，查询轮询算法不考虑接入点发送给用户单元的命令分组，但是考虑数据分组。
接入点跟踪从它的用户单元的数据分组接收和到用户单元的数据分组发射。特别地，接入点状态表格包括一个“最后通信时间堆栈标记”-一个指示什么时候最后数据分数被发射到用户单元或被从用户单元接收的时间堆栈标记。当一个随后的数据分组在接入点和同一用户单元之间的任一方向上发射时，接入点不考虑较早的时间堆栈标记。
如图9所示，每次微处理器更新用户单元的最后通信时间堆栈标记，微处理器还在查询轮询序列中前移用户单元前移。通常，一个用户单元一次向前移两个组，排除组1到组0。这样，如果一个数据分组在一个接入点和组5中的一个用户单元之间发射，微处理器就把该用户单元移到组3。用户单元从组3移到组1并从组1移到组0。如果用户接入点发射一个数据分组到组4中的一个用户单元或从该用户单元接收一个分组，微处理器就把该用户单元移到组2。在类似的情况下，用户单元从组2移到组1。
如果接入点在一个预定的间隔内没有从组0，1，2，3或4任何一个中的一个用户单元接收一个数据分组或没有发射一个分组到该用户单元，微处理器就把该用户单元下移一个组。如图9所示，该预定间隔随着每个组变化。因此，如果组0中的一个用户单元100ms都没有数据分组业务，该用户单元就降到组1。在组1中的一个500ms内都没有数据分组业务的用户单元降到组2。用于组2，3和4的定时器分别是两秒钟，两分钟，和三十分钟。
接入点还包括一个“ping响应”时间堆栈标记，每次接入点从用户单元接收一个应答分组它就被更新，不管该应答是一个命令分组或是一个数据分组。有时，微处理器确定当前时间和ping应答时间堆栈标记之差。如果接入点未能在300秒钟期间从发送到组1到7的任何一组中的一个用户单元的发射许可接收任何应答，微处理器就假定用户单元已经离线把该用户单元移到组8。如果不是这种情况，或如果该用户单元此后被置回线上，该用户单元就如前所述移到组6并移到数据查询轮询组。相应的，图9所示的轮询组完全描述了与接入点相关的所有用户单元的可能轮询状态。
如上所述，每个用户单元与一个指定信息速率(CIR)和一个最大信息速率(MIR)有关，上述信息通过和服务提供商的协议建立并在接入点以RF分组传输形式传送任何以太网业务自/至一个用户单元之前协商。相似的，接入点微处理器在轮询操作时也查阅CIR/MIR范围，以确定一个用户单元对于一个发射许可是否合格。因此，CIR/MIR范围不仅影响一个用户单元接收、发送数据的能力，并且因此影响用户单元在轮询组中的位置。
在轮询算法中，参考图12，微处理器仅检查组0至5以及组7中的用户单元的CIR和MIR，因为仅对这些组中的用户单元提供数据分组的发射许可。通常，图12反映了微处理器搜索轮询组0至8的顺序。在76(图4)发射许可轮询程序的开始188，微处理器在190检测以确定组8的轮询计时器是否到时。如果是，微处理器在192检测该组中是否有任何用户单元存在。如果是，微处理器在194对组8执行轮询程序(图10)。当完成轮询程序时，或者如果在192组8不存在用户单元，或者如果组8的计时器在190没有到时，微处理器在196检测组6的轮询计时器。
如果组6的计时器到时，微处理器在198检测以确定是否该组中存在任何用户单元。如果是，微处理器在200对组6执行轮询程序(图11)。当完成轮询程序时，或者如果在198组6中不存在用户单元，或者如果组6的计时器在196没有到时，微处理器在202检测来自RF分组构造器75(图4)的数据分组是否准备好。
如果在202RF分组构造器为空，这意味着没有为发射许可准备好数据分组。然后微处理器在204检测在RF发射FIFO缓存器80(图4)中是否准备好用于立即传输的任何分组。如果是，微处理器返回到轮询算法的开始188。
如果在分组构造器75或传输缓存器80(图4)中都没有分组，接入点在206创建一个短“PING”分组以确保接入点随着一个发射许可传输一个输出分组。这样，接入点确保了它重复给予用户单元发射回接入点的机会，更新了用户单元的脉冲响应时间标记。脉冲分组具有一个时间标记和一个发射许可，如轮询组7至0所确定的，否则就没有用户单元目的地址或有效负载。
如果在202分组构造器75(图4)中有准备好的输出分组，或如果在206接入点创建了一个脉冲分组，微处理器在208检测以确定是否组7的轮询计时器到时。如果是，微处理器在210检测该组以确定是否有任何用户单元存在该组中。如果是，微处理器在212对组7执行轮询程序(图13)。如果组7程序在214返回一个符合发射许可条件的用户单元地址，微处理器在216指定此用户单元SUID作为分组的发射许可，并将此分组转移到发射缓存器80(图4)。然后微处理器返回到轮询程序的开始188。
如果在214组7中不存在这样的用户单元，或如果在210组7没有用户单元，或如果在208组7计时器未到时，微处理器在218检测组5的计时器。对于组5重复上述程序，设若没有发现合格的用户单元，对于组4、3、2、1顺序重复。如果在220组1计时器未到时，或如果在222组1中不存在用户单元，或如果在224组1的轮询程序没有在226提供合格的用户单元，微处理器不检测计时器直接转移至组0。因此，如果经过其它组而没有发现合格的用户单元，微处理器总是检测组0。如果组0产生一个合格的用户单元，其SUID在216被附加作为一个输出分组的发射许可。如果没有，微处理器在228发送一个没有发射许可的分组到发送缓存器80(图4)并在188返回到轮询程序的开始。
图13示出对组7执行轮询程序212。在230，微处理器开始扫描组7中所有的用户单元。像组0至5一样，组7包括一个SUID列表。对于每一个SUID存在动态数据库的两段数据上次业务时间标记和脉冲响应时间标记。用户单元在各个表中以被接入点认证的顺序进行索引。
开始，组7表中的第一个用户单元和一个软件指针相联系。在230，微处理器从此用户单元开始并在232检测它的脉冲响应时间标记。如果时间标记太旧，微处理器在234将此用户单元移至组8列表，在236将此软件指针移至下一用户单元，并返回230以检查此用户单元。
如果在232用户单元的脉冲响应时间标记显示用户单元对其上次发射许可响应，微处理器在238检测用户单元CIR、MIR的可用性。如果CIR/MIR不可用，微处理器在236将软件指针移至下一用户单元并返回230检查下一用户单元。
如果微处理器经历了组7列表中的所有用户单元而在232和238没有发现合格的用户单元，软件指针再次留在初始用户单元，微处理器在240返回一个否定响应给图12中的步骤214。如果微处理器在步骤232和238发现了一个合格的用户单元，它在242选择其SUID并在240返回SUID至图12中的步骤214。同时微处理器将软件指针移至列表中的下一用户单元。因而，微处理器从此下一用户单元开始历经组7。
图14说明了对于组5执行轮询程序。除了微处理器仅扫描列表中的前5个用户单元，它与组7的程序相同，在当一进入搜索时就从软件指针所处的用户单元的下一用户单元开始。如果微处理器在步骤232和238在5个用户单元的子集中没有发现合格的用户单元，在240它就退出程序。如果微处理器发现了一个合格的用户单元，在242它返回用户SUID，然后在240退出。
图15说明对于组1至4的各个组轮询算法的执行。除了在脱机检测和CIR/MIR检测之间微处理器在244检测用户单元的上次业务时间标记之外，与组5的程序相同。因为每次接入点接收或发送一个数据分组自/至用户单元，微处理器更新用户单元的上次业务时间标记，当前时间和上次业务时间标记之间的差是最近用户单元要求数据带宽的衡量尺度。如果用户单元在对于特定组的时间范围内没有使用数据带宽(见图9)，微处理器在246将此用户单元下移一组。
此外，如果在238用户单元的CIR和MIR不可用，以及如果该用户单元在组1或2中，微处理器在246将此用户单元下移一组。
图16说明了对于组0执行轮询算法。它与组1至4的程序相同，主要区别在于微处理器浏览所有用户单元，而非前5个，直至发现一个合格的用户单元。此外，如果在238用户单元的CIR和MIR不可用，用户单元在246被下移至组2。
C.CIR/MIR管理图17说明微处理器在检测CIR/MIR可用性时执行的程序，微处理器从其保存在接入点数据库中的信息确定上述可用性。每个用户单元状态表项都有“CIR剩余”和“MIR剩余”项。仍使用上次业务时间标记并在此讨论中记为“IR时间标记”。在系统启动时，微处理器初始化所有用户单元的IR时间标记。即所有用户单元有几乎相同的时间标记。CIR保留项作为用户单元额定CIR值开始，而MIR保留值作为额定MIR值和额定CIR值之间的差值开始。例如，假定用户单元额定CIR值是1.5Mbps而其MIR是10Mbps。当微处理器在用户单元时隙在状态表中更新CIR/MIR保留值时，CIR是1.5Mbps而保留MIR是8.5Mbps。
每次接入点发射一个数据分组至或从特定用户单元接收一个数据分组，微处理器都递减状态表项中的CIR值。命令分组并不与CIR的使用相逆(countagainst)。如果CIR使用完(也就是在状态表的CIR值为0)，微处理器递减MIR。如果MIR也耗尽，微处理器使两个值都为0并丢弃分组。
当微处理器从以太网交换机46(图3)接收一个以太网分组并在MAC地址表中查找目的用户单元，微处理器在状态表中将此用户单元的CIR(或MIR，如果CIR终止)减去以太网分组有效负载中的比特数量。相似的，当接入点从一个用户单元接收一个RF分组，提取出一个至以太网交换机的封装的以太网分组时，接入点微处理器递减用户单元剩余的CIR或MIR。
再次参考图4，接入点检测CIR/MIR可用性两次(1)当在47接收到一个目去往用户设备的以太网分组时，以及(2)当在76为发射许可选择一个用户单元时。在第一种例子中，接入点检测CIR和MIR以察看用户设备是否有权接收系统中当前特定的分组。在第二种例子中，接入点预先检测CIR/MIR，从而为发射许可选定的用户单元可以在其CIR/MIR范围内发送一个分组。
参考图17，当接入点从以太网端口46(图3)接收一个分组时，如上所述，接入点微处理器在248搜索MAC-SU列表以查找与分组目的MAC地址相联系的用户单元地址。如果在250没有发现SUID，微处理器在252检测一个以太网广播滤波器。
在本领域中应该理解，一个接入点可能接收多种分组类型。某些高层协议使用广播类型分组。这些分组并不是送往一个信号目的设备，而要求它们应该被发送至接入点扇区中的所有(广播)或一些(多播)目的地。过多数量的该种分组，特别是如果在高业务量时期所接收的这种分组，有可能会降低系统性能。相应的，接入点在图17所示程序中250保留一个以太网广播“滤波器”作为判定块以确定是否转发该广播分组。从而，取决于系统需要，操作者可以允许或禁止以太网广播和多播分组。在现在描述的实施例中，以太网广播滤波器不影响ARP广播分组的广播。
如果在250停用广播滤波器，接入点在254设定得到的RF分组目的地址，将此分组广播至所有用户单元并在256发送至以太网有效负载FIFO73(图4)。如果滤波器可用，微处理器在258确定广播分组是否是一个地址解析协议(ARP)分组，如果不是，接入点在260丢弃该分组。
应该很好理解，一个ARP分组是一种以太网分组。一个以太网分组典型的具有源以及目的MAC地址。当一个用户设备，例如一个个人电脑，开始一个和PC有IP地址但不是MAC地址的系统的通信时，PC可能发送一个ARP分组请求一个目的地址。目的设备接收ARP分组并以具有目的MAC地址或一个其安全版本的ARP分组响应。
当用户设备最初被安装，它不知道可能需要通信的目的设备的MAC地址。因此，其通过接入点的初始传输将是一个ARP分组，通过用于用户设备的以太网端口返回的初始分组将是一个应答ARP分组。应答ARP分组具有用户设备的IP地址，但不是它的MAC地址，因此接入点需要广播该ARP分组至所有用户单元。如上所述，用户设备的用户单元响应广播，接入点将此关系加入到MAC-SU列表。
下游广播分组并不与用户单元CIR/MIR相逆。然而，如果广播分组从一个用户单元上行到来，所有形式的广播分组与CIR/MIR相逆。
当为发射许可选定一个用户单元，或当接入点从一个用户单元接收一个数据分组，或当接入点在250发现了一个进来的以太网分组的用户单元SUID时，微处理器在262检测用户单元的IR时间标记。如上所述，以一秒的回顾来测量一个用户单元的信息速率。如果用户单元的IR时间标记超过一秒，回顾时间到时，微处理器在264更新状态表中的IR时间标记、CIR值和MIR值。即，微处理器用当前时间标记替换旧的IR时间标记，并对用户单元用用户单元额定CIR和额定CIR/MIR差值重设保留的CIR和MIR。
如果时间标记在262未到时，微处理器在266检测用户单元CIR状态。如果CIR大于0，微处理器在状态表中将剩余的CIR值减去数据分组有效负载中的比特数，或者，如果比特数目大于剩余CIR，将CIR设为0，并且在256(1)发送以太网分组至缓存器73(图4)，或(2)发送所需RF分组至接收缓存器98(图4)，或(3)适当地在下一输出分组中指定用户单元MAC地址为发射许可。如果CIR检测是用于选定发射许可，省略步骤268。微处理器在270退出程序。
如果CIR检测是用于从用户单元接收的上流数据分组，以及如果在266CIR为0，微处理器退出程序并处理分组。如果CIR检测是用于发射许可或一个下行分组以及如果在266CIR为0，微处理器在272检测状态表以察看用户单元MIR是否大于0。如果不是，微处理器在260丢弃下游分组，或在一个发送轮询程序表明没有可用的CIR/MIR。如果MIR可用，微处理器在274检测以确定MIR阈值是否可用。
MIR阈值可由系统操作员编程，系统操作员可通过任何合适的方法，例如一个超级终端连接或一个远程登录会话，与接入点通信或控制接入点。MIR阈值是一个系统使用的测量尺度，高于阈值则MIR对于用户单元不可用。
如果MIR阈值可用，每次一个分组从RF接收机进入或一个分组进入以太网端口，微处理器在一秒的回溯期间监测所有的系统信息速率。例如，假定全部系统容量是10Mbps，默认MIR阈值是6Mbps。除非操作员禁用MIR阈值，微处理器通过接入点以逐秒为基础监测所有的数据业务。如果总信息速率超过阈值，接入点基于MIR容量不再允许任何用户单元的传出业务，或指定发射许可给任何用户单元。因此，当系统容量增加，MIR阈值禁止损害CIR使用的过度MIR使用。
如果在274MIR阈值可用，微处理器在276检测阈值以确定系统业务是否超过该阈值。如果没有，则用户单元MIR可用，微处理器在268和/或256采取适当动作。如果在276系统使用超过了MIR阈值，微处理器在260丢弃分组，或在发送轮询程序适当表明无可用CIR/MIR。
D.分组安排图18A和18B说明了从接入点下行流向用户单元的分组的示范性结构。如上所示，分组通常可被描述为命令分组或数据分组。前面通常描述的是数据分组66。它包括一个RF前同步和一个头72，一个扰码MAC数据分组头70，以及一个扰码有效负载68。MAC数据分组头有几个域。一个源接入点ID270是接入点的MAC地址。MAC数据分组长度272是MAC数据分组的长度，包括数据分组头以及有效负载。发射许可用户单元ID274是通过轮询算法为下一发送时隙选定的用户单元的MAC地址。
一个分组头校验和字段276包括下行流用户单元使用的校验和比特。当一接收到RF数据分组，用户单元就计算MAC数据头和有效负载中的比特数目。此总数的最后四字节应当与校验和字段276中的数目匹配。如果是，用户单元接受该分组。如果不是，用户单元假定存在发送或接收错误，并丢弃该分组。校验和的使用在本领域中很好理解。
如上所述，每个接收到的以太网分组包括一个目的MAC地址和一个有效负载。接入点微处理器从与以太网分组目的地址相对应的MAC-SU列表中查找用户单元SUID并将其放入字段280。接入点微处理器也提供发射许可用户SUID274，分组头校验和276，接入点ID270和数据分组长度272。以太网分组自己提供有效负载68。
因为有效负载68相对较大(在此例中，1600字节)，有可能在1600字节容量中将多个以太网分组装配在单个RF数据分组有效负载中。从而，微处理器读取每个进来的以太网数据分组长度并把这些分组，多达最多4个的以太网数据分组，组合至一个单一RF数据分组有效负载。相应的，MAC数据分组头70包括4对有效负载头字段280A/282A-280D/282D，每一个包括用户单元目的ID280和包含可用以太网数据分组的有效负载68相应部分284的长度282。
例如，假设接入点发送具有四个去往四个不同用户单元的有效负载的一个数据分组。由于在接入点区域里的所有的用户单元接收来自接入点的所有发射，四个用户单元的每一个在MAC数据分组头读取其SUID。通过读取有效负载长度282A-282D，用户单元微处理器知道其有效负载在有效负载部分284A-284D内的位置。从而，用户单元能够从全部RF数据分组有效负载68提取出其以太网数据分组。
命令分组以在286指明的形式给出。命令分组包括与RF数据分组的RF前同步和头72相同的一个RF前同步和一个头288。与RF数据分组相同，命令分组部分被编码并由一个命令分组头288和一个命令有效负载290组成。命令分组由接入点产生，用于不同功能，例如提供固件更新以及发布搜索和功率调整命令。
如MAC数据分组头一样，命令分组头由接入点微处理器生成。它包括一个源接入点标识字段292，一个命令分组长度字段294一个目的用户单元标识字段296，一个命令字段298，一个发射许可用户单元SUID300，和一个分组头校验和字段302。源接入点标识字段292，发射许可用户单元SUID300和分组头校验和字段302与数据分组相应域类似。然而，与数据分组不同，发射许可并不是由轮询算法确定。例如，在认证和测距分组，发射许可ID与用户单元目的地10相同。至于固件升级，用轮询算法来确定发射许可。通常，命令分组的发射许可域取决于命令的目的。
命令分组长度字段294是命令分组头和命令有效负载的总字节数。目的用户单元ID字段296是目的用户单元的MAC地址或，对于打算发送至所有用户单元的分组来说，是一个用于广播的特定SUID。
命令字段298指明命令的类型并提供用户单元产生和/或响应命令所需的任何可用参数。如果命令域没有足够空间，也可以包括此信息作为有效负载的一部分，有效负载携带伴随命令的任何数据。
命令分组可用于，例如，下载固件至用户单元。有时接入点通过一系列命令分组向用户单元广播程序更新。各分组的命令域标识(1)作为固件更新一部分的分组，(2)更新的版本号，(3)固件可应用的用户单元硬件，(4)一个唯一的标识符，指明在全部程序中有效负载编程段的位置。如果当前运行的固件版本号与分组版本号匹配，或如果在命令中没有被标识的相同的可用硬件，用户单元忽略该分组。然而，如果用户单元满足这些条件，用户单元接受分组并在本地缓存器中存储命令分组有效负载携带的程序码部分。
接入点在更新时发送的最后分组中插入一个校验和数。当用户单元接收到该分组并检测命令域的校验和时，用户单元将此校验和数与它用在更新中接收到的字节计算出的校验和比较。如果计算出的和用于新固件的接收到的校验和匹配，用户单元正确接收了整个固件下载，并更新其闪存为新接收的版本。
如果所述校验和不匹配，则用户单元继续从AP接收新的分组，并且重写先前使用的相同缓存位置。在最后一个分组被再次接收之后，用户单元再一次计算校验和并将其与接收的校验和相比较。最后，校验和区域，并且该用户单元更新其固件。
现在参考图19A和19B，在304中所示，从用户单元发送至接入点的命令分组与从接入点的下行流命令分组类似。与接入点命令分组一样，用户单元命令分组包括一个RF前同步和一个头306，一个编码命令分组头308和一个编码有效负载310。像接入点RF前同步和头一样，用户单元头306由基带处理器附加至RF分组。
命令分组头308包括一个源用户单元标识字段310，一个命令分组长度字段312，一个目的地接入点标识字段314，一个命令字段316和一个校验和字段318。源ID字段310包括一个始发用户单元SUID。命令分组长度字段312包括头308和有效负载310中的字节数目。命令字段316指明命令类型并可能包括相应数据。
用户单元主要响应于接收到的来自接入点的命令分组发送命令分组。例如，为响应测距请求，用户单元返回一个其命令域标识该分组是一个测距请求响应的命令分组，并包括在请求分组中的时间标记。在一些非正常情况例如可能指示失败的报警情况下，用户单元可以发起一个不是响应接入点命令的命令分组。例如，用户单元可以进行自我诊断，产生命令分组报告此种分析的结果。此时，用户单元创建命令分组并在存储器中存储该分组直至从接入点接收到一个发射许可。
命令分组有效负载310可以包括与命令有关的数据。有效负载可以包括例如诊断信息或由接入点命令分组发送的测试比特的回应。
一个上行流RF数据分组320与下行流RF数据分组66(图18)相似。它包括一个RF前同步和头322，一个编码MAC数据分组头324和一个编码MAC有效负载326。MAC数据分组头包括一个源用户单元ID328，一个MAC数据分组长度字段330，一个目的地接入点ID332和一个头校验和334。源用户单元ID字段328包括用户单元SUID。MAC数据分组长度字段330包括MAC数据分组头和有效负载的字节数。目的地接入点ID字段332包括接入点SUID。
与下行流数据分组相同，上行流数据分组可以包括多达四个不同目的地的分组。如果使用全部四个，每个有效负载部分336A-336D容纳一个相应的以太网数据分组。相应的长度字段338A-338D定义各个有效负载段的字节数。从而，当接收到RF数据分组，接入点读取有效负载长度，提取有效负载，经其以太网端口输出分析的以太网数据分组。
E.天线回到图3、5和8，每个接入点和用户单元包括一对分别水平和垂直极化的天线。应该理解任何合适的天线配置都可以使用。例如，层叠式电磁耦合贴片阵列天线(patch array antenna)可能包括一对一层叠在另一层之上的印刷电路板基片。每个板具有蚀刻多个接线元件的金属箔层。板之间没有电气连接，并由泡沫或空气隔开。层叠接线阵列在本领域中应该理解，并在Kai FongLee和Wei Chen的“微波传输带和印刷天线的进展(Advances in Microstrip andPrintedAntennas)”53-63(1997)中进行了描述。层叠贴片阵列可以用于定义较大的可达到带宽，例如12％，但生产相对较贵。
参考图20，根据本发明一个实施例的一个贴片阵列天线40具有印刷电路板基座342，其上布置有4行水平和竖直方向各分隔S距离的4个贴片元件344。在图20示出的实施例中，每个贴片由印模金属例如铜、黄铜或其他高传导率的金属制成。贴片是0.898”×0.898”的正方形，厚0.015”。每个贴片比基座522高0.1”，距离S是1.2”。
基座342由两面有铜箔层的R4003基底组成。在本实施例中，基座厚.035”，但它可被制成任何合适的厚度。基底厚0.32”，各箔层厚.0015”。箔层被蚀刻从而在一侧提供贴片元件的附着点，另一侧提供馈电网络。
每个贴片元件有两个接线至基座342。一个中央接线柱346从每个贴片元件344的中央压印并直接焊接在上层铜箔表面356上。如下面将详细描述的，铜箔表面356是一个地平面。然而，由于每个贴片元件主要在其边缘谐振，只有极小的电流流经中央柱和地平面之间的直接连接。
馈电柱350从每个贴片元件的边缘压印(stamped from the edge ofeachpatch element)。与中央柱不同，馈电柱350从贴片元件的低阻抗高谐振区域伸展，并传导与贴片元件检测到的电磁信号相应的电信号。为避免使此信号接地，地平面箔层356蚀刻一个去载区域352以容纳各馈电柱。如下面所述，地平面也规定了一个去载区域354用于容纳同轴接线柱。
馈电柱350可由通孔、导电引脚或其他装置连接至基座342另一侧348上规定的馈电线。馈电线由蚀刻在铜箔层中的联合馈电网络配置形成。
在本领域中，在印刷电路板上的箔层中蚀刻模板的过程应该很好理解。然而通常，在需要保留铜箔的这些区域上基座342的各个面上都分布有抗蚀刻材料。因此，抗蚀刻材料布满整个面356，除了去载区域352和354。在面348上，抗蚀刻材料分布在预期的馈电网络。然后对箔表面使用一种腐蚀剂去除所有未覆盖的铜箔区域。
在蚀刻之前或之后，在各去载区域352、354和359钻穿过基座342的通孔。除了通孔外，基座342的边缘和表面348和356被覆盖，基座放置在一个合适的电解槽内以准备通孔的圆柱表面去容纳铜溶液。当使用铜时，通孔为同轴连接器以及自馈电柱350至与在面348上的地平面分离的规定在面348上的馈电网络导电通路提供电连接。然后对去载区域352内的通孔使用焊锡膏，贴片元件344位于基座342之上，从而柱350可被去载区域内的通孔容纳。提供热能以使一个回流把柱350固定在电连接到通孔的去载区域中在。也可通过地平面和电路板穿孔以容纳中央柱346从而上述中央柱可被放入用于焊接至地平面的位置。
应该理解，可以使用不同方法将贴片元件连接到基座，并将元件与馈电网络电连接。例如，可经基座342插入一个引脚将柱350与馈电网络电连接。因此，也应该理解，在此描述的结构仅为举例。
同轴连接器358有一个中央导线360，伸展到去载区域354的通孔中，从而将中央导线与馈电网络在360连接(图21)。四个引脚359通过基底342以及地平面伸展并连接到同轴连接器的外部导线上，从而将同轴连接器固定在适当的位置上并使外部导线接地。
还参考图21，馈电网络是一个联合网络，组合从每个贴片元件接收的功率，并传送组合信号给同轴连接器358的中央导线360。在当前描述的实施例中，连接器358是一个50欧姆连接器，从其贴片元件以及通孔来看，各馈电点362相当于50欧姆阻抗。在5.77GHz，微波传输带部分364是在362的50欧姆阻抗和100欧姆微波传输带366之间的一个1/4波长70欧姆变换器。微波传输带366与相邻贴片元件100欧姆微波传输带并行组合形成变换器368。1/4波长70.7欧姆变换器368把得到的50欧姆连接变换至一个100欧姆微波传输带370。微波传输带370还与相邻100欧姆微波传输带并行组合为到一个100欧姆微波传输带374的一个70欧姆变换器372。微波传输带374，反过来，与相邻微波传输带并行组合为到一个100欧姆微波传输带378的一个70欧姆转换器376。100欧姆微波传输带378在50欧姆微波传输带轨迹380处并行组合相邻100欧姆微波传输带，380在360传送总功率至同轴连接器358。
因此，同轴连接器和联合馈电网络限定了一个到贴片元件的恒定为50欧姆阻抗网络。为了以最大效率运行，因此，贴片元件也应当存在一个近似50欧姆的阻抗。应该理解，贴片元件自身在一个其中阵列有一个在预期范围内的增益的辐射带宽上运行，例如17dB+/-1dB。在此描述的实施例中，辐射带宽在5.725GHz与5.850GHz之间。然而，贴片元件的阻抗随频率变化，元件仅在辐射带宽较小百分比上规定了一个给出容许阻抗匹配的阻抗，或反射系数。这一百分比规定了天线阵列的实际带宽。因此，例如一个具有辐射带宽中心频率为5.77GHz且有1％可达到带宽的天线阵列，工作频率范围是5.77GHz+/-0.029GHz，即中心频率左右的0.058GHz。
当然，被认为是容许的反射系数的范围取决于在给定系统中天线所要求的性能。反射系数是一个衡量从负载反射回多少能量与传输到负载的能量的比值的尺度。可认为在1.5至1.0范围之间的电压驻波比(VSWR)是好的，虽然2.0至1.0的VSWR也可接受。一个1.5VSWR对应一个0.20反射系数。一个2.0VSWR对应一个0.343反射系数和一个0.5dB失配损耗，该损耗意味着将损失可获得的增益的0.5dB。
在本领域中应该理解，几种因素影响贴片阵列的可达到的带宽。其中的首要因素是在贴片元件和地平面之间的电介质厚度和电介质损耗。在如图20和21所示的布局中，在贴片元件344和地平面356之间的电介质是空气。更进一步，因为基座342的上表面356规定了地平面，整个或348后侧可用于规定馈电网络。相应的，天线排列在规定网络物理结构以获得预期阻抗匹配时允许较大的自由度。
在此描述的实施例规定了一个接近2.5％的可达到的带宽，VSWR为1.51。然而，应该理解，可以改变不同的天线参数，例如元件距离地平面的高度，以及元件之间的间距S以折衷彼此相对的增益、带宽以及辐射旁瓣电平。此外，因为空气不能使贴片元件与地平面之间像非空气电介质一样耦合，取决于贴片元件的结构，最小化贴片元件间距S的能力受到，元件相互之间耦合趋势的限制。
更进一步，应该理解天线是可变化的。例如，贴片元件可规定为除正方形之外的其他形状并且可无需彼此共面。此外，自多个贴片元件的馈电柱可连接至一个规定适合阻抗匹配的网络的同一馈电点上。此外，贴片元件可被压印并用表面安装技术安装到安装在印刷电路板上以减少制造时间。
如上所述，各用户单元包括如图20和21所示的两个贴片阵列。图20所示阵列垂直极化。用户单元的第二贴片阵列与图20所示阵列相同，除了它可旋转90度建立一个水平极化。在优选实施例中，天线阵列布置在同一印刷电路板上，相互层叠。为改善天线的方向性比，由于馈电线耦合它可能被减小，馈电表面348的边缘接地至容纳天线和用户单元或接入点的金属外壳边缘。
自各天线阵列的同轴连接器连接至用户单元电路。用户单元微处理器控制一个选择两个连接器中的一个至用户单元的收发信机的电开关。
每个接入点也有一对布置在一个印刷电路板上的反向极化的天线阵列。电路板以及贴片元件与用户单元天线的电路板和贴片元件相似。图22说明了接入点天线电路板基座380的后表面。与四乘四的用户单元天线不同，接入点使用两个八乘一阵列382和384用于两个极化以容许60度左右10度的非对称波束。这两个单线阵列彼此平行置于同一电路板基底上。贴片元件相互以90度布置。垂直极化阵列44通过一个表面安装的电容或与馈电线382电气隔离的跳线384横越水平极化阵列的馈电线382。
每个用户单元在其存储器中包括列出了一个接入点可能广播的六个可能频率信道的表格。当用户单元在接入点扇区第一次激活时，用户单元微处理器顺序地把收发信机设定到表中所列各信道。在各信道设定中，微处理器控制自两个阵列的同轴连接器之间的电开关，从而用户单元在第一时间段自一个天线极化接收信号而在剩余的时间段从另一反向极化天线阵列接收信号，此时收发信机被设定在频率信道。微处理器使用户单元在各信道/极化设定保持在接收模式一段时间，该时间是一个与其希望从接入点接收到一个发射许可或可识别接入点期望最终发送发射许可有关的时间。由于用户单元，在此时，在上述参考图9描述的组8轮询算法之中，每个设定的计时器都说明该组的时间限制。
如果用户单元在该段时间内没有接收到一个发射许可，它移至下一信道/极化设定并通过这些设定循环直至接收到一个发射许可。当接收到授权时，此后用户单元保持在接收到发射许可的设定上。用户单元保持在该设定上直至重启或直到通过发自接入点的命令分组系统操作员手动改变设定。
图23至25说明了层叠电磁耦合贴片阵列天线的一个例子。天线包括一个主印刷电路板850和一个与主板850平行并位于其上的副板852。主板厚0.032”，由ROGERS R4003低损耗材料制成。垂直极化以及水平极化主贴片阵列854和856每个都包括通过联合馈电网络860连接至连接点862的16个0.473”×0.597”贴片元件858。与上述讨论的方式相似，贴片元件以及馈电网络由，布置在一个主板850上表面864上的铜箔层上蚀刻而成。
在各连接点862，一个通孔从主板850的上表面864穿过至主板的下表面(未示出)。底侧上的铜箔层(未示出)形成地平面。在连接点通孔周围以及尤其是布置在连接点周围的四个洞866各个的局部周围的铜地平面层形成去载(relief)区域(未示出)。在洞866里也可以提供通孔。在各连接点，与上述参考图20讨论的连接器一样的同轴连接器附加到主板的底侧，从而中央导线经通孔伸展电连接至分离的馈电网络。洞866容纳的引脚将连接器外导线接地。
垂直极化和水平极化附加贴片阵列870和872布置在副板852的底侧874上，从而阵列870和872通过一个充填空气的间隙面对主阵列854和856。在本实施例中，附加阵列位于高于主阵列0.170”处。附加贴片元件876尺寸为0.473”×0.793”，以与上述讨论的相似方式蚀刻在布置在底侧874上的铜箔层上。相对于主阵列贴片元件的附加阵列贴片元件的对准在图23中说明，该图覆盖了在主阵列之上的附加阵列。如本领域理解的，在副板上没有馈电网络，副板上表面也没有金属箔地平面(未示出)。副板852厚0.008”，用FR4材料制成。副板和主板用伸展在主板和副板里承接垫片的洞878之间的非导电垫片相互分离。可选的，或此外，板可被固定在用ABS材料制成的框架中。
图23-25说明了用户单元天线布局。图26表示一个接入点天线布局的覆盖图，与用户单元天线结构非常相似。主阵列形成在主板的顶侧上，附加阵列形成在副板的底侧上。主板和副板以与用户单元中的天线相同方式构成。与用户单元天线一样，接入点主阵列输出至蚀刻在主板顶侧的馈电网络，而副板没有馈电网络或地平面。地平面箔层形成在主板底侧上，一对同轴连接器连接到主板底侧，与用户单元天线的连接器相似。主阵列两侧的三个暗带表示主板上表面留下的接地区域。这些区域不影响天线性能，可被省略。在一个实施例中，对主板上的这些区域应用RF吸收剂材料以减小旁瓣(sidelobes)。
然而，在接入点天线中，垂直极化和水平极化贴片阵列以并行单线布局。对于用户单元阵列，附加贴片元件880横过一个空气间隔置于高于主贴片元件的8900.170”处，中间空气相隔。
因其较宽的可达到的带宽(例如12％)，电磁耦合贴片阵列天线可使用在实施例中，在上述实施例中接入点和用户单元可在两个频带之一，而不是一个单一频带，用相同天线通信。用图23-26所示天线，例如，可配置接入点和用户单元发送器/接收器在5.25-5.35GHz频带通信，同时也可在如上讨论的5.725-5.850GHz频带通信。
修改接入点和用户单元的发送器/接收器以允许在不同频带切换。例如，如图8中提供的所示功能框图，修改用户单元发送器/接收器以包括一个用于从4.77-5.37GHz调谐的本地晶振的宽带VCO/PLL。单个RF发射路径(即，图8所示直接从左至右上部的路径)被替换为两条平行路径，一个使用5.8GHz滤波器，另一个使用5.3GHz滤波器。提供两个SPST开关以允许在两条路经之间转换，并提供数字电路以控制开关。在接收器路径上，提供一个较宽频带的滤波器以覆盖两个频带。相似的，用一个宽带RF功率放大器替换功率放大器。对接入点发送器/接收器进行相似修改。这样的修改在本领域理解范围之内，因此在此不提供一个更详细的讨论。此外，在发送器和接收器电路中可以实现变化是显而易见的。
虽然上面描述了本发明的一个或多个优选实施例，但应该理解，所有本发明的任何以及等同实现都包括在其范围以及精神之内。描述的实施例仅为例子出现，并不是对于本发明的限制。因此，本领域普通技术人员应该理解，本发明不限于这些实施例，因为可以作出各种修改。因此，可以预期任何以及所有这样落入附加的权利要求字面上及等价范围内的实施例都包括在本发明中。
权利要求
1.一种点到多点无线通信系统，所述系统包括配置成用于接收来自外部系统的数据信号的一个接入点，该接入点具有天线、处理器、以及与接入点天线通信并由接入点处理器控制以发射相应于该数据信号的无线电磁信号至一个地理区域和/或从该地理区域接收无线电磁信号的电路；以及多个分布在该区域的用户单元，每个所述用户单元具有天线、处理器、由用户单元处理器控制以发送无线电磁信号至与外部系统通信的接入点和/或从与外部系统通信的接入点接收无线电磁信号的电路，其中接入点至少部分基于在过去在接入点和用户单元之间传输数据使用的带宽(“数据带宽”)在用户单元之间分配数据带宽。
2.如权利要求1的系统，其中接入点分配数据带宽的较高优先级给更近使用了数据带宽的用户单元。
3.如权利要求2的系统，其中接入点规定离散的用户单元的第一组群，基于用户单元使用数据带宽的频率把用户单元指派至第一组群，并基于用户单元分别被指派到的第一组群来分配数据带宽优先权给第一组群中的用户单元。
4.如权利要求3的系统，其中接入点规定一个第二用户单元组，其中指派一系列预定的用户单元至第二组，并且其中接入点分配预定数据带宽优先权给指派到第二组的用户单元。
5.如权利要求4的系统，其中接入点同时指派第二组中的用户单元至第一组群中。
6.如权利要求4的系统，其中接入点规定一个第三用户单元组群，其中在区域中新安置的用户单元以及处于关机状态的用户单元被指派到该第三用户单元组群，并且，其中，当所述用户单元符合预定条件时，接入点将一个用户单元从第三组移至第一组群。
7.如权利要求6的系统，其中，当低于最高优先权第一组的第一组用户单元使用数据带宽时，接入点指派该用户单元至一个较高优先权第一组，并且，当高于最低优先权第一组的第一组用户单元在预定时间内没有使用数据带宽时，将该用户单元指派至一个较低优先权第一组。
8.如权利要求7的系统，其中在第一组群中的预定时间不同。
9.如权利要求1的系统，其中接入点给用户单元指派数据带宽优先级，其中接入点基于用户单元数据带宽的使用而提升用户单元优先级，并且如果用户单元在预定时间内没有使用数据带宽就降低用户单元优先权级。
10.如权利要求1的系统，其中接入点为每个用户单元指派一个计时器，其中用户单元计时器的到时使得用户单元符合数据带宽分配的条件，如果有计时器已经到时的用户单元，接入点就在这些用户单元中选择一个用户单元以向其分配数据带宽，当用户单元使用数据带宽时，接入点重置用户单元的计时器为一个较短到时周期，直到一个最小到时周期，如果用户单元在预定时间内没有使用数据带宽，接入点重置用户单元的计时器为一个较长到时周期。
11.如权利要求10的系统，其中最小到时周期是0。
12.如权利要求10的系统，其中，接入点规定用户单元的离散的第一组群，以及其中，指派计时器给各第一组群，从而通过指派用户单元至各第一组群来指派用户单元给计时器。
13.如权利要求12的系统，其中多个第一组的每个第一组的计时器的到时周期与在所述第一组中的用户单元的数目相反地变化。
14.如权利要求12的系统，其中如果有用户单元到时的第一组，接入点从所述第一组中选择一个用户单元，并且当从所述第一组中选择一个用户单元时重置所述第一组的计时器。
15.如权利要求13的系统，其中所述多个第一组群中的各组的各计时器有一个最小值，而不管包括在所述第一组中的用户单元的数目。
16.如权利要求12的系统，其中接入点规定用户单元的第二组，指派预定系列的用户单元到第二组，指派一个计时器给第二组，如果有第一或第二组计时器的用户单元到时，接入点就在这些用户单元中选择一个用户单元以向其分配数据带宽，以及接入点在轮询第一组之前轮询第二组。
17.如权利要求1的系统，其中，向每个用户单元指派一个信息速率，该信息速率对应于在接入点和所述用户单元之间所使用的数据带宽速率，其中，接入点跟踪在接入点和用户单元之间使用的数据带宽的实际速率，以及，其中接入点仅在那些其实际信息速率处在用户单元的指派信息速率之中的用户单元中选择一个用户单元用于分配数据带宽。
18.如权利要求17的系统，其中指派信息速率包括一个指定部分和一个可变部分，并且其中可变部分是基于在接入点和用户单元之间的整个数据带宽的使用。
19.一种点到多点无线通信系统，该系统包括配置成用于从外部系统接收数据信号的多个接入点，每个接入点包括天线、处理器、与接入点天线通信以及由接入点处理器控制以发送相应于数据信号的无线电磁信号至一个地理区域和/或从该地理区域接收无线电磁信号的电路；以及多个分布在每个接入点区域的用户单元，每个所述用户单元具有天线、处理器、以及由用户单元处理器控制以发送无线电磁信号至与外部系统通信的用户单元接入点和/或从与外部系统通信的用户单元接入点接收无线电磁信号的电路，其中每个接入点规定离散的用户单元的第一组群，至少部分基于在接入点和用户单元之间使用的数据带宽传输数据(数据带宽)的频率指派其区域内的用户单元至第一组群，并基于把用户单元分别指派到的第一组而分配传输数据带宽优先权给第一组群中的用户单元，其中，当在低于最高优先权第一组的第一组用户单元中使用数据带宽时，接入点指派该用户单元至一个较高优先权第一组，以及，当在高于最低优先权第一组的第一组中的用户单元没有在预定时间内使用数据带宽时，指派该用户单元至一较低优先权第一组。
20.一种在点到多点无线通信系统中分配带宽可用性的方法，该方法包括步骤提供一个配置成用于接收来自外部系统的数据信号的接入点，该接入点包括天线、处理器、与接入点天线通信以及由接入点处理器控制以发送相应于数据信号的无线电磁信号至一个地理区域和/或从该地理区域接收无线电磁信号的电路，提供多个分布在该区域中的用户单元，每个所述用户单元具有天线、处理器、由用户单元处理器控制以发送无线电磁信号至接入点和/或从接入点接收无线电磁信号的电路，至少部分基于在过去在接入点和用户单元之间传输数据使用的带宽(“数据带宽”)在用户单元之间分配数据带宽。
21.如权利要求20的方法，其中分配步骤包括分配数据带宽的较高优先级给较近使用了数据带宽的用户单元。
22.如权利要求21的方法，包括规定用户单元的离散的第一组群，基于用户单元使用数据带宽的频率指派用户单元至第一组群，并基于用户单元分别被指派到的第一组群来分配数据带宽优先权给第一组群中的用户单元。
23.如权利要求20的方法，其中分配步骤包括，给用户单元指派数据带宽优先级，基于用户单元使用数据带宽提升用户单元优先级，并如果用户单元在预定时间内没有使用数据带宽则降低用户单元优先级。
24.如权利要求20的方法，其中分配步骤包括，为每个用户单元指派一个计时器，其中用户单元计时器的到时使得用户单元符合数据带宽分配的条件，如果有计时器到时的用户单元，就在用户单元中选择一个用户单元以分配传输数据带宽，当用户单元使用数据带宽时，重置用户单元的计时器为一个较短到时周期，直到一个最小到时周期，如果用户单元在预定时间内没有使用数据带宽，重置用户单元的计时器为一个较长到时周期。
25.如权利要求24的方法，包括规定用户单元的离散的第一组群，以及，其中，指派计时器给各第一组，从而通过指派用户单元至各第一组群而指派用户单元给计时器。
26.如权利要求25的方法，其中选择步骤包括，如果有计时器到时的第一组，就在该第一组的用户单元中选择一个用户单元，并且当从所述第一组中选择一个用户单元时重置所述第一组的计时器。
27.一种贴片阵列天线，该天线包括平面基座，其上规定了一个地平面和与该地平面电隔离的馈电点；多个贴片元件，配置成用于在预定频率范围内谐振，每个贴片元件与地平面隔离，布置在基座上高于地平面，从而在贴片元件和地平面之间有空气介质，以及规定了一个与相应的馈电点电连接的谐振部分；限定在基座上的馈电网络，其将馈电点电连接至基座上的一个或多个输出点。
28.如权利要求27的天线，其中在基座的第一平面侧规定地平面，在与基座第一侧相反的第二平面侧规定馈电网络。
29.如权利要求28的天线，其中基座由聚合物基底组成，其中地平面由聚合物基底的一侧上的金属箔片构成，馈电网络由聚合物基底的另一侧上的金属箔轨迹构成。
30.如权利要求29的天线，其中馈电网络是一个从馈电点延伸至一个单个输出点的联合网络。
31.如权利要求27的天线，其中每个贴片元件包括一个平面金属主部分。
32.如权利要求31的天线，其中主部分布置在公共平面里。
33.如权利要求32的天线，其中每个贴片元件包括一个从主部分的谐振区域延伸到基座并电连接至各分开的馈电点的金属连接器。
34.如权利要求33的天线，其中每个贴片元件包括一个从主部分的非谐振区延伸至基座的柱。
35.如权利要求33的天线，其中贴片元件的布置使得主部分和贴片元件的金属连接器成同一直线，并定义了一个天线极化。
36.一种贴片阵列天线，该天线包括一个具有基底的平面基座，其第一平面侧上被定义为一个金属箔地平面和与地平面电隔离并经基底延伸至该基底的一个相反第二侧的馈电点；多个配置成用于在预定频率范围内谐振的贴片元件，每个贴片元件与地平面隔离并布置在基座上高于地平面处从而在贴片元件和地平面之间有空气介质，包括规定了一个谐振区域的金属主部分，与其他贴片元件的主部分分布在同一公共平面里，以及包括一个从谐振区域延伸至基座并将谐振区域与相应的馈电点电连接的金属第一柱，其中，布置贴片元件以使贴片元件的主部分和第一柱在同一直线上并定义了一个天线极化；以及一个规定在基底第二面上将馈电位置与一个或多个基座上的输出点电连接的金属箔轨迹馈电网络。
37.如权利要求36的天线，其中每个贴片元件包括一个从主部分的非谐振区域延伸至基座的第二柱。
38.如权利要求36的天线，其中主部分是正方形的。
39.如权利要求37的天线，其中第一和第二柱压印在主部分上。
40.一种点到多点无线通信系统，该系统包括配置成用于接收来自外部系统的信号的一个接入点，该接入点具有天线、处理器、以及与接入点天线通信以及由接入点处理器控制以发送相应于该数据信号的无线电磁信号至一个地理区域和/或从该地理区域接收无线电磁信号的电路；以及多个分布在该区域的用户单元，每个所述用户单元具有天线、处理器、由用户单元处理器控制以发送无线电磁信号至与外部系统通信的接入点和/或从与外部系统通信的接入点接收无线电磁信号的电路，其中，每个接入点天线和用户单元天线包括平面基座，在其上规定了一个地平面和与地平面电隔离的馈电点；配置成用于在预定频率范围内谐振的多个贴片元件，每个贴片元件与地平面隔离，布置在基座上高于地平面处从而在贴片元件和地平面之间限定有空气介质，以及定义了一个与相应的馈电点电连接的谐振部分；限定在基座上的馈电网络，将馈电点电连接至基座上的一个或多个输出点。
41.如权利要求40的系统，其中在基座的第一平面侧规定为地平面，在与基座第一侧相反的第二平面侧规定为馈电网络。
42.如权利要求41的系统，其中基座由聚合物基底组成，其中地平面由聚合物基底一侧上的金属箔片构成，馈电网络由聚合物基底另一侧上的金属箔轨迹构成。
43.如权利要求40的系统，其中每个贴片元件包括一个平面金属主部分，主部分布置在一个公共平面里，以及每个贴片元件包括一个从主部分的谐振区域伸展到基座并电连接至相应馈电点的金属连接器。
44.如权利要求43的系统，其中每个贴片元件包括一个从主部分的非谐振区域伸展至基座的柱。
45.如权利要求43的系统，其中贴片元件的布置使得主部分和贴片元件的金属连接器成同一直线，并定义了一个天线极化。
46.如权利要求45的系统，其中每个接入点和用户单元包括一个第一所述天线和一个第二所述天线，分别调整为垂直和水平极化。
47.如权利要求46的系统，其中每个接入点和用户单元的电路配置为有选择地在第一天线和第二天线之间切换。
48.一种点到多点无线通信系统，该系统包括配置成用于接收来自外部系统的数据信号的一个接入点，该接入点包括天线、处理器、与接入点天线通信以及由接入点处理器控制以发送相应于该数据信号的无线电磁信号至一个地理区域和/或从该地理区域接收无线电磁信号的电路；以及多个分布在该区域的用户单元，每个所述用户单元具有天线、处理器、由用户单元处理器控制以发送无线电磁信号至与外部系统通信的接入点和/或从与外部系统通信的接入点接收无线电磁信号的电路，其中，每个接入点天线和用户天线包括一个具有基底的平面基座，在其上规定了一个地平面和与地平面电隔离并经基底从地平面延伸至基底的一个相反第二面的馈电点，多个配置成用于在预定频率范围内谐振的贴片元件，每个贴片元件与地平面隔离，布置在基座上高于地平面处从而在贴片元件和地平面之间限定有空气介质，包括规定了一个谐振区域的金属主部分并与其它贴片元件的主部分分布在公共平面里，包括一个从谐振区域延伸至基座并将谐振区域与相应的馈电点电连接的金属第一柱，以及其中，贴片元件的布置使得主部分和贴片元件的金属连接器成同一直线，并定义了一个天线极化，以及一个规定在基底第二侧上将馈电点与基座上的一个或多个输出点电连接的金属箔轨迹馈电网络。
49.如权利要求48的系统，其中每个贴片元件包括一个从主部分的非谐振区域延伸至基座的第二柱。
全文摘要
一种点到多点无线通信系统，包括一个接入点，具有天线、处理器、以及与接入点天线通信以及由接入点处理器控制以发送无线电磁信号至一个区域和/或从该区域接收无线电磁信号的电路。多个分布在该区域的用户单元，每个用户单元具有天线、处理器、由用户单元处理器控制以发送无线电磁信号至接入点和/或从接入点接收无线电磁信号的电路。接入点至少部分基于用户单元过去数据带宽的使用在用户单元之间分配数据带宽。
文档编号H04W72/04GK1507176SQ20031012332
公开日2004年6月23日 申请日期2003年10月1日 优先权日2002年10月1日
发明者云－希昂·K·许, 克里斯托弗·A·古斯塔夫, 云-希昂 K 许, 托弗 A 古斯塔夫 申请人:特兰戈系统公司