专利名称：智能天线的控制系统及报文发送方法
技术领域：
本发明涉及通信技木，尤其涉及ー种智能天线的控制系统及报文发送方法。
背景技术：
目前，智能天线技术越来越受到关注。国际电联已经明确将智能天线技术作为三代以后移动通信技术发展的主要方向。无线局域网(Wireless Local Area Network,简称为WLAN)系统引入智能天线技术，可以扩大其传播范围，提高信号传输的可靠性，使得系统能够以高速率传输数据，具有抗衰落、抗干扰、増加系统容量和实现移动台定位等特点。多波束智能天线是两类主要智能天线中的ー种，其利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随阵元数目的确定而确定。随着用户在小区中的移动，接入点可以选择不同的相应波束，使接收信号最強。现有技术中，多波束智能天 线的控制系统示意图可以如图I所示，其中，中央处理器(Central Processing Unit,简称为CPU)通过G ロ接收到待发送的数据报文，将待发送的数据报文存储在存储器内，如双倍速率同步动态随机存储器(Double Data Rate，简称为DDR)中。对存储器中存储的待发送的数据报文进行一系列协议上的处理后传递给无线网卡芯片，由无线网卡芯片按照与CPU中相同的算法对待发送的数据报文进行天线波束的配置，并将待发送的数据报文及其天线配置通过射频信号的方式发送给智能天线，以控制智能天线按照天线配置将待发送的数据报文发送出去。多波束智能天线的控制系统中还可以包括正-本征-负(PositiveIntrinsic Negative,简称为PIN)开关,该开关的主要作用在于由于智能天线不仅可以发送数据，而且可以接收数据，通常情况下，需要这个开关来切换发送数据或接收数据。上述多波束智能天线的控制系统中，无线网卡芯片需要对每ー个待发送的数据报文按照与CPU中相同的算法进行天线波束的配置，对无线网卡芯片的兼容性提出了很高的要求，如果要同时兼顾处理速度，该无线网卡芯片的成本就会大幅度提高。
发明内容
为了有效降低智能天线控制系统中对无线网卡芯片的兼容性的要求，并提高控制系统的处理速率，本发明提供ー种智能天线的控制系统，包括中央处理器、无线网卡芯片和天线控制芯片；所述中央处理器用于将待发送的数据报文队列同步发送给无线网卡芯片和天线控制芯片，并向所述天线控制芯片发送所述待发送的数据报文队列中各数据报文对应的天线波束配置；所述无线网卡芯片用于按照数据报文队列中数据报文的顺序将各数据报文发送给智能天线；所述天线控制芯片用于如果检测到所述无线网卡芯片开始向所述智能天线发送数据报文，则按照所述数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，井根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。
本发明还提供了ー种智能天线的报文发送方法，包括天线控制芯片接收中央 处理器发送的数据报文队列及队列中各数据报文对应的天线波束配置，所述数据报文队列与所述中央处理器发送给无线网卡芯片的数据报文队列同步更新；如果所述天线控制芯片检测到所述无线网卡芯片开始向智能天线发送数据报文，则按照所述数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，并根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。本发明还提供了ー种智能天线的报文发送方法，包括中央处理器将待发送的数据报文队列同步发送给无线网卡芯片和天线控制芯片，并向所述天线控制芯片发送所述待发送的数据报文队列中各数据报文对应的天线波束配置，以使所述天线控制芯片检测到所述无线网卡芯片开始向智能天线发送数据报文，则按照所述数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，井根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。本发明的技术效果是中央处理器将数据报文队列同步发送给无线网卡芯片和天线控制芯片，并将数据报文队列中各数据报文对应的天线波束配置发送给天线控制芯片，天线控制芯片可以检测到无线网卡芯片何时开始发送数据报文，则按照数据报文队列中数据报文的顺序，找到相应的天线波束配置，根据获得的天线波束配置来控制天线发送数据报文。不仅对无线网卡芯片兼容性不再要求，而且，天线控制芯片不需要根据每ー个数据报文计算天线波束配置，提高了天线控制系统的整体处理速度。
图I为现有技术中提供的多波束智能天线的控制系统示意图；图2为本发明实施例一提供的智能天线的控制系统结构示意图；图3为本发明实施例ニ提供的智能天线的报文发送方法流程图；图4为本发明实施例三提供的智能天线的报文发送方法流程图；图5为本发明实施例四提供的天线波束配置的训练流程图；图6为本发明实施例五提供的智能天线的报文发送方法流程图；图7为本发明实施例六提供的智能天线的报文发送方法流程图。
具体实施例方式图2为本发明实施例一提供的智能天线的控制系统结构示意图，如图2所示，该智能天线的控制系统可以包括CPU、无线网卡芯片和天线控制芯片。其中，CPU用干将待发送的数据报文队列同步给无线网卡芯片和天线控制芯片，井向天线控制芯片发送该待发送的数据报文队列中各个数据报文对应的天线波束配置。无线网卡芯片用于按照接收到的数据报文队列中数据报文的顺序将各数据报文发送给智能天线。天线控制芯片用于如果检测到无线网卡芯片开始向智能天线发送数据报文，则按照数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，井根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。图2中所示的G ロ、存储器以及PIN开关均为现有技术，故在本发明实施例中不做赘述。
需要说明的是，智能天线的控制系统通常可以位于接入点(Access Point，简称为AP)当中，而AP中通常会包括复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable LogicDevice,简称为CPLD)，本发明实施例中提供的天线控制芯片可以复用AP中的CPLD实现其功能，而且不会为AP带来进一歩的硬件费用。本发明实施例提供的CPU还可以用于通过训练流程获得上述天线波束配置。具体的训练流程会在后续的方法实施例中予以描述。本发明实施例提供的智能天线的控制系统，中央处理器将数据报文队列同步发送给无线网卡芯片和天线控制芯片，发送给天线控制芯片的还有数据报文队列中各数据报文对应的天线波束配置，天线控制芯片可以检测到无线网卡芯片何时开始发送数据报文，则按照数据报文队列中数据报文的顺序，找到相应的天线波束配置，根据获得的天线波束配置来控制天线发送数据报文。不仅对无线网卡芯片兼容性不再要求，而且，天线控制芯片不需要根据每ー个数据报文计算天线波束配置，提高了天线控制系统的整体处理速度。基于图2所示的智能天线的控制系统，图3为本发明实施例ニ提供的智能天线的 报文发送方法流程图，该方法包括301、天线控制芯片接收中央处理器发送的数据报文队列及队列中各数据报文对应的天线波束配置，数据报文队列与中央处理器发送给无线网卡芯片的数据报文队列同步更新；302、如果天线控制芯片检测到无线网卡芯片开始向智能天线发送数据报文，则按照数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，井根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。其中，天线控制芯片可以通过如上方式检测无线网卡芯片何时开始向智能天线发送数据报文检测无线网卡芯片上的GPIO引脚电平的高低。通常情况下，电平由高到低，或者由低到高都可以表征无线网卡芯片开始发送数据报文。举例说明，一旦天线控制芯片检测到无线网卡芯片的GPIO引脚电平由高到低(或者由低到高)的跳变，说明无线网卡芯片要将当前数据报文队列中的第一个数据报文发送给智能天线，这时，天线控制芯片按照自身保存的当前数据队列中的第一数据报文所对应的天线波束配置来控制智能天线，当该第一个数据报文发送完成，本次数据报文的发送过程完毕，天线控制芯片继续检测无线网卡芯片的GPIO引脚电平。上述实施例是从天线控制芯片的角度描述了智能天线的报文发送方法，下面从CPU的角度对智能天线的报文发送方法做更详细的描述。基于图2所示的智能天线的控制系统，图4为本发明实施例三提供的智能天线的报文发送方法流程图，该方法包括401、中央处理器将待发送的数据报文队列同步发送给无线网卡芯片和天线控制芯片，井向天线控制芯片发送该待发送的数据报文队列中各数据报文对应的天线波束配置，以使所述天线控制芯片检测到所述无线网卡芯片开始向智能天线发送数据报文，则按照所述数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，井根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。具体的，中央处理器接收到待发送的数据报文，可以是通过图2中所示的G ロ接收到的。在已知的天线波束配置中，根据数据报文的目的网卡来选择天线波束配置。例如，该智能天线所在AP可以向4个目的STA发送数据报文，那么，已知的天线波束配置中，就有分别对应于这4个目的STA的网卡的最优天线波束配置。该已知的天线波束配置可以通过天线波束配置的训练流程获得。如图5所示的本发明实施例四提供的天线波束配置的训练流程图，该天线波束配置的训练流程可以包括501、获得智能天线的下行信道利用率；502、根据获得的下行信道利用率确定训练报文的发送频率；如果下行信道利用率低于或者等于第一预设值，则提高训练报文的发送频率，例如连续发送600个训练报文；如果下行信道利用率高于第二预设值，则降低训练报文的发送频率，例如10分钟之内发送600个训练报文。
第一预设值和第二预设值的具体数值可以根据网络环境、硬件条件等多方面因素进行设定。ー种可能的情况下，第一预设值可以与第二预设值的数值相等。503、采用全向配置的方式将训练报文按照确定的发送频率发送给目的网卡；这里需要说明的是，假设AP的智能天线可以向36个方向上发送数据，那么，全向配置即可以理解为该智能天线向全部36个方向上发送训练报文。如果该AP的智能天线可以向4个目的STA的网卡发送数据报文，那么，这4个目的STA的网卡可以分别接收到在36个方向上发送的训练报文。训练报文发送时,可以采用最低的服务质量(Quality of Service,简称为QoS)优先级进行发送，可以有效減少对于实际链路通信的影响。504、对发送给每个目的网卡的训练报文在全向配置的方式下每个方向的丢包率进行统计；进ー步的，还可以统计发送给每个目的网卡的训练报文在各个方向配置下的信噪比。505、获得每个目的网卡丢包率最低的方向上的天线波束配置。如果ー个目的网卡在两个方向上的丢包率是相同的，则可以选择信噪比较大的方向上的天线波束配置作为该目的网卡的最优天线波束配置。上述所说的训练报文可以但不限于采用长度为1500字节的数据帧，每个天线都配置发送N个这样的数据报文。报文类型为训练报文，以太网类型为88BD，这个类型目前尚未使用，所以一般来说不会去处理，这样就不需要目的网卡回复智能天线，而是直接采用硬件回复的ACK进行丢包率和信噪比的统计。大大节约了目的网卡的消耗，也加快了统计的速度。图6为本发明实施例五提供的智能天线的报文发送方法流程图，在图4所示的智能天线的报文发送方法的基础上，该方法还可以包括402、CPU获得各目的网卡的数据报文的丢包率，如果超过预设个数的目的网卡的数据报文的丢包率大于预设丢包率，则触发天线波束配置的训练流程。这里需要说明的是，此时获得的即为最优天线波束配置下的数据报文的丢包率，可以有效衡量该最优天线波束配置是否仍然满足系统要求。图7为本发明实施例六提供的智能天线的报文发送方法流程图，在图4或者图6所示的智能天线的报文发送方法的基础上，该方法还可以包括
403、CPU统计两次天线波束配置的训练流程之间的时间间隔，如果时间间隔大于预设时间，则再次触发天线波束配置的训练流程。定时对天线波束配置进行训练甚至是更新，可以更好地保证智能天线的发送准确率。本发明实施例提供的方案，中央处理器将数据报文队列同步发送给无线网卡芯片和天线控制芯片，发送给天线控制芯片的还有数据报文队列中各数据报文对应的天线波束配置，天线控制芯片可以检测到无线网卡芯片何时开始发送数据报文，则按照数据报文队列中数据报文的顺序，找到相应的天线波束配置，根据获得的天线波束配置来控制天线发送数据报文。不仅对无线网卡芯片兼容性不再要求，而且，天线控制芯片不需要根据每ー个数据报文计算天线波束配置，提高了天线控制系统的整体处理速度。本领域普通技术人员可以理解实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于ー计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管參照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.ー种智能天线的控制系统，其特征在于，包括中央处理器、无线网卡芯片和天线控制芯片； 所述中央处理器用于将待发送的数据报文队列同步发送给无线网卡芯片和天线控制芯片，并向所述天线控制芯片发送所述待发送的数据报文队列中各数据报文对应的天线波束配置； 所述无线网卡芯片用于按照数据报文队列中数据报文的顺序将各数据报文发送给智能天线； 所述天线控制芯片用于如果检测到所述无线网卡芯片开始向所述智能天线发送数据报文，则按照所述数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，井根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。
2.根据权利要求I所述的控制系统，其特征在于，所述中央处理器还用于通过如下训练流程获得天线波束配置 获取智能天线的下行信道利用率； 根据所述下行信道利用率确定训练报文的发送频率； 采用全向配置的方式将训练报文按照确定的发送频率发送给各目的网卡； 对发送给每个目的网卡的训练报文在所述全向配置的方式下每个方向的丢包率进行统计； 获得各目的网卡丢包率最低的方向上的天线波束配置。
3.ー种智能天线的报文发送方法，其特征在于，包括 天线控制芯片接收中央处理器发送的数据报文队列及队列中各数据报文对应的天线波束配置，所述数据报文队列与所述中央处理器发送给无线网卡芯片的数据报文队列同步更新； 如果所述天线控制芯片检测到所述无线网卡芯片开始向智能天线发送数据报文，则按照所述数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，井根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在干，所述天线控制芯片通过检测无线网卡芯片上的GPIO引脚电平的高低来获知所述无线网卡芯片开始向智能天线发送数据报文。
5.ー种智能天线的报文发送方法，其特征在于，包括 中央处理器将待发送的数据报文队列同步发送给无线网卡芯片和天线控制芯片，井向所述天线控制芯片发送所述待发送的数据报文队列中各数据报文对应的天线波束配置，以使所述天线控制芯片检测到所述无线网卡芯片开始向智能天线发送数据报文，则按照所述数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，井根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述无线波束配置通过如下训练流程获得 获取智能天线的下行信道利用率； 根据所述下行信道利用率确定训练报文的发送频率； 采用全向配置的方式将训练报文按照确定的发送频率发送给各目的网卡； 对发送给每个目的网卡的训练报文在所述全向配置的方式下每个方向的丢包率进行统计； 获得各目的网卡丢包率最低的方向上的天线波束配置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在干，所述根据所述信道利用率确定训练报文的发送频率包括 如果所述信道利用率低于或者等于第一预设值，则提高所述训练报文的发送频率； 如果所述信道利用率高于第二预设值，则降低所述训练报文的发送频率。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述训练报文采用最低的服务质量优先级进行发送。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 获得各目的网卡的数据报文的丢包率，如果超过预设个数的目的网卡的数据报文的丢包率大于预设丢包率，则触发所述天线波束配置的训练流程。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 获得两次天线波束配置的训练流程之间的时间间隔，如果所述时间间隔大于预设时间，则再次触发天线波束配置的训练流程。
全文摘要
本发明提供一种智能天线的控制系统及报文发送方法。系统包括中央处理器、无线网卡芯片和天线控制芯片；所述中央处理器用于将待发送的数据报文队列同步发送给无线网卡芯片和天线控制芯片，并向所述天线控制芯片发送所述待发送的数据报文队列中各数据报文对应的天线波束配置；所述无线网卡芯片用于按照数据报文队列中数据报文的顺序将各数据报文发送给智能天线；所述天线控制芯片用于如果检测到所述无线网卡芯片开始向所述智能天线发送数据报文，则按照所述数据报文队列中数据报文的顺序获得各数据报文对应的天线波束配置，并根据对应的天线波束配置控制智能天线对各数据报文的发送。
文档编号H04B7/06GK102868431SQ201210200669
公开日2013年1月9日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者邱延朝 申请人:福建星网锐捷网络有限公司