專利名稱：分布式多波束無線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線系統(tǒng)或通信網(wǎng)絡(luò)，其包括多個分布式節(jié)點，在這些節(jié)點之間可以通過多波束或有向無線通信路徑進(jìn)行無線通信。
背景技術(shù)：
為了促進(jìn)無線系統(tǒng)或通信網(wǎng)絡(luò)中的通信，希望提供多個無線接入和路由點(WARP)或節(jié)點，在它們之間可以通過無線鏈路進(jìn)行通信，所述節(jié)點可選地通過一條或多條有線連接路徑與通信網(wǎng)絡(luò)通信，其中無線終端還通過無線鏈路與節(jié)點通信。為了簡潔起見，將無線終端與節(jié)點通信所用的無線鏈路稱為接入鏈路，而用于在節(jié)點之間進(jìn)行通信的無線鏈路稱為轉(zhuǎn)接鏈路。
例如，在此類無線系統(tǒng)中，各節(jié)點可以分布在要提供無線接入服務(wù)的地理區(qū)域中，若干無線終端可以通過各種節(jié)點在它們之間和/或與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。無線終端可以具有各種形式中的任何一種形式，而傳送的信號可以包含任何期望形式的信息。常規(guī)方式下此類無線系統(tǒng)以分組通信模式工作，其中例如僅當(dāng)節(jié)點正在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)分組時才處于活動狀態(tài)(發(fā)送或接收無線電信號)，否則處于靜止或安靜狀態(tài)，在此狀態(tài)下它僅監(jiān)聽業(yè)務(wù)，偶爾交換信令消息以管理無線系統(tǒng)。
例如，通過接入鏈路和轉(zhuǎn)接鏈路進(jìn)行的無線通信可以根據(jù)熟知的標(biāo)準(zhǔn)，如用于無線LAN(局域網(wǎng))通信的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。常規(guī)方式下，將不同頻帶中的信道用于接入鏈路和轉(zhuǎn)接鏈路；例如將2.4GHz頻帶中的信道(IEEE 802.11b)用于接入鏈路，而5.2和5.7GHz頻帶中的信道(IEEE 802.11a)用于轉(zhuǎn)接鏈路。但可以不必如此，接入鏈路和轉(zhuǎn)接鏈路還可以采用其他頻帶和/或二者均可采用相同的頻帶。
此類系統(tǒng)最好利用定向天線(即定向無線通信路徑)為節(jié)點對之間的至少一些轉(zhuǎn)接鏈路提供多波束，從而有利于在轉(zhuǎn)接鏈路上復(fù)用信道頻率。具體地說，定向天線波束可以提高增益，由此提供更大范圍和定向波束方位圖，這可以削弱不需要的共信道和相鄰信道干擾(例如由多條轉(zhuǎn)接鏈路上的同時傳輸引起的干擾)。每個節(jié)點可以提供任何期望數(shù)量和配置的定向天線波束，并且每個節(jié)點的各個波束可以彼此類似或不同。在常規(guī)技術(shù)下，所有節(jié)點都彼此類似，每個節(jié)點的所有波束也是彼此類似的；例如每個節(jié)點可以提供3、6、8或更多類似的波束，但是也可以提供任何其他數(shù)量(或多或少)的波束。
設(shè)計這種無線系統(tǒng)的一種熟知途徑是采用費力的集中規(guī)劃來解決諸如頻率復(fù)用、時間上系統(tǒng)的可伸縮性(擴(kuò)充或收縮)以及對變化的適應(yīng)性。在采用嚴(yán)格頻率復(fù)用規(guī)劃的情況下，系統(tǒng)必須在干擾環(huán)境變化時重新進(jìn)行設(shè)計；這對于在無執(zhí)照的頻帶上工作的系統(tǒng)來說尤其成問題，而且從工作量和系統(tǒng)容量兩方面來說成本都很高。如果系統(tǒng)需要擴(kuò)充或修改，例如設(shè)置更多的節(jié)點，則采用集中規(guī)劃的系統(tǒng)需要大量二次設(shè)計工作。
因此希望提供一種改進(jìn)的無線系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在添加和/或刪除節(jié)點時和/或隨系統(tǒng)環(huán)境變化時具有自組織或自適應(yīng)性。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供一種節(jié)點檢測方法，用于構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間的無線通信，所述方法包括如下步驟從構(gòu)成所述無線網(wǎng)絡(luò)一部分的節(jié)點重復(fù)發(fā)送消息，以由任何新節(jié)點檢測；并且在新節(jié)點上，監(jiān)視對所述消息和/或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的檢測，響應(yīng)此檢測，在檢測不到所述消息的情況下，重復(fù)發(fā)送消息以由任何其他節(jié)點檢測。
最好所述節(jié)點包括多波束定向天線。在此情況中，從構(gòu)成所述無線網(wǎng)絡(luò)一部分的節(jié)點重復(fù)發(fā)送消息，以由任何新節(jié)點檢測的所述步驟包括在未承載無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的天線波束上重復(fù)發(fā)送所述消息，并且在檢測不到所述消息或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的情況下從新節(jié)點重復(fù)發(fā)送消息以由任何其他節(jié)點檢測的所述步驟最好包括在多個天線波束中的每一個上重復(fù)發(fā)送所述消息，以及在新節(jié)點上監(jiān)視對所述消息和/或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的檢測的所述步驟最好包括利用多個天線波束中的每一個持續(xù)進(jìn)行監(jiān)視，最好采用所述節(jié)點的重疊天線波束子集來進(jìn)行。
所述節(jié)點最好包括主接收路徑和分集接收路徑，在此情況下，利用多個天線波束中的每一個持續(xù)進(jìn)行監(jiān)視的所述步驟可以包括利用所述主接收路徑和分集接收路徑同時監(jiān)視具有不同方向的天線波束。所述主接收路徑和分集接收路徑可以利用例如空間分集或極化分集來提供，從而在性能和鏈路預(yù)算方面產(chǎn)生顯著的好處。最好可優(yōu)先選用正交極化(例如垂直和水平極化或以+/-45度或任何其他期望正交角度極化)的波束，以便有利于實現(xiàn)更緊湊的天線結(jié)構(gòu)。
所述無線通信最好包括多個頻率信道，并且在新節(jié)點上監(jiān)視對所述消息和/或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的檢測的所述步驟最好包括持續(xù)監(jiān)視多個所述頻率信道中的每一個，最好監(jiān)視所有所述的頻率信道。在檢測不到所述消息或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的情況下從新節(jié)點重復(fù)發(fā)送消息以由任何其他節(jié)點檢測的所述步驟可以包括利用多個所述頻率信道中的每一個重復(fù)發(fā)送所述消息，最好使用所有所述頻率信道。
所述方法最好還包括如下步驟在利用給定頻率與所述無線網(wǎng)絡(luò)的另一個節(jié)點通信的每個節(jié)點中，編輯一個優(yōu)選頻率列表，以便在利用所述給定頻率的所述通信失敗的情況下可用于所述通信。所述方法還可以包括如下步驟在利用給定頻率與另一個節(jié)點通信的節(jié)點中，利用所述給定頻率檢測所述通信的失敗，通過所述網(wǎng)絡(luò)的其他通信路徑(可以是有線的也可以是無線的)發(fā)送其列表中的優(yōu)選頻率的指示，以及向所述另一個節(jié)點發(fā)送消息，以使用所述優(yōu)選頻率來恢復(fù)所述失敗的通信。
本發(fā)明的另一個方面提供一種用于無線接入網(wǎng)的節(jié)點，所述節(jié)點包括用于與無線終端進(jìn)行雙向無線通信的無線接入系統(tǒng)；用于與所述網(wǎng)絡(luò)的至少一個其他節(jié)點進(jìn)行雙向無線通信的轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)；以及用于耦合要在所述無線接入系統(tǒng)和所述轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)之間傳送的信號的通信控制單元，所述控制單元安排用于根據(jù)上述方法來操作所述節(jié)點。
在這種節(jié)點中，所述轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)最好包括多波束定向天線，并且最好所述轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)及其天線包括主接收路徑和分集接收路徑。
本發(fā)明的另一個方面提供一種無線接入網(wǎng)，它包括多個均如上所述的節(jié)點；這種網(wǎng)絡(luò)通常可以包括所述節(jié)點之一至通信網(wǎng)絡(luò)的連接。
附圖簡介由以下參考附圖，通過示例作出的詳細(xì)說明，可進(jìn)一步理解本發(fā)明，附圖中

圖1以示意圖形式說明可以應(yīng)用本發(fā)明實施例的分布式無線接入系統(tǒng)；圖2以示意圖形式說明根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1所示系統(tǒng)中的節(jié)點；圖3說明自發(fā)現(xiàn)接收操作模式；圖4顯示相關(guān)的時序圖；而圖5顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的對應(yīng)的節(jié)點流程圖；圖6說明自發(fā)現(xiàn)發(fā)送操作模式；圖7顯示相關(guān)的時序圖；而圖8顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的對應(yīng)的節(jié)點流程圖；圖9顯示再發(fā)現(xiàn)操作模式；圖10顯示相關(guān)的時序圖；而圖11和圖12顯示根據(jù)本發(fā)明實施例，與主節(jié)點和從節(jié)點分別對應(yīng)的流程圖；
圖13以示意圖說明根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的節(jié)點的波束掃描操作模式；以及圖14是說明一個節(jié)點的天線波束重疊的曲線圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明圖1顯示了一個分布式無線接入網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)，它用于使具有適合終端的用戶能夠接入網(wǎng)絡(luò)并接收各種服務(wù)，所述適合終端可以具有各種形式中的任何一種形式，其中一種形式表示為無線終端10。該系統(tǒng)包括分布在一定地理區(qū)域或服務(wù)區(qū)上的無線接入和路由點(WARP)或節(jié)點；以圖1所示為例，其中表示了標(biāo)記為1至6的6個節(jié)點，下文將對其作進(jìn)一步描述。
終端10通過無線電鏈路向最近的節(jié)點發(fā)送信號，該鏈路稱為接入鏈路，如圖1中的箭頭12所示。信號業(yè)務(wù)在節(jié)點對之間通過另一些無線電鏈路傳送，所述另一些鏈路稱為轉(zhuǎn)接鏈路，在圖1中由節(jié)點1至6的節(jié)點對之間的虛線14所示。通過這些鏈路，在同一局域網(wǎng)(LAN)和/或通信網(wǎng)內(nèi)的終端10和另一個終端(未顯示)之間傳送信號，如圖1連接到節(jié)點6的線條16所示。該系統(tǒng)還可以提供與專用轉(zhuǎn)接節(jié)點以及這些專用轉(zhuǎn)接節(jié)點之間的通信。
為了利于轉(zhuǎn)接鏈路上的通信和信道頻率復(fù)用，節(jié)點1至6將定向天線波束用于節(jié)點對之間的通信。為簡明起見，例如，假定每個節(jié)點要提供8個波束，如圖1中由代表節(jié)點1至6中每個節(jié)點的圓圈延伸出的對稱布置的8個波瓣所示，而且假定各節(jié)點均是類似的。以實心表示每個節(jié)點用于各轉(zhuǎn)接鏈路的波瓣或定向天線波束，以表示其用途。可以理解，每個節(jié)點可以提供任何期望數(shù)量的天線波束，而且這些波束經(jīng)過布置可以提供任何期望的波束方向圖或配置。
圖2以示意圖說明根據(jù)本發(fā)明實施例，圖1所示系統(tǒng)的節(jié)點。在此實施例中，該節(jié)點包括具有主路徑天線和分集(DIV)路徑天線21和22的無線接入系統(tǒng)20；提供去往或來自定向天線24的主路徑信號和分集路徑信號的轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)23；向天線24發(fā)送提供波束切換控制信號以及在無線系統(tǒng)20和23之間提供信號傳送的通信控制單元25；以及從能源(未顯示，如電池或交流電源)向單元20、23和25提供電力的電源26。
在本發(fā)明的實施例中，無線接入系統(tǒng)20是在2.4GHz頻帶的信道中根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11b工作的雙向無線系統(tǒng)，轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)是在5.2GHz和5.7GHz頻帶的信道中根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11a工作的雙向無線系統(tǒng)。不同的頻帶避免了兩個無線系統(tǒng)之間的干擾，但在本發(fā)明的其他實施例中，兩個無線系統(tǒng)均可以采用相同的頻帶和/或采用其他頻率集。這種無線系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，無需在本文中進(jìn)一步說明。
控制單元25用于耦合往返于無線接入系統(tǒng)20與轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)23之間的信號分組，根據(jù)需要可能在單元25的存儲器中對這些分組進(jìn)行緩存或儲存，以便通過相應(yīng)的天線波束傳送。雖然圖2中未單獨顯示，但天線24為每個定向天線波束提供空間或極化分集。例如，天線24可以使用垂直極化為主信號路徑提供極化分集，以及使用水平極化為分集信號路徑提供極化分集。又如，天線24可以采用+/-45度(或其他正交角度)來提供極化分集，例如采用緊湊的雙饋電貼片天線單元。
通過天線24，同樣的定向天線波束既可用于信號發(fā)送又可用于信號接收。作為本發(fā)明的一些實施例中的一種替代方式，天線24可以包括一個單獨的天線單元如一個全向天線，用于以類似的方式接收轉(zhuǎn)接無線電信號?；蛘撸捎酶鼜?fù)雜的切換和/或合并方案，可通過合并多個定向天線波束的信號來更簡潔地實現(xiàn)全向天線功能。
希望參考圖1和圖2所述的無線系統(tǒng)是自組織和自適應(yīng)的，以便它最初可以自我設(shè)置，隨后自我調(diào)整以適應(yīng)環(huán)境變化如干擾、節(jié)點的增加、刪除或修改(例如重新定位)以及可能發(fā)生的其他變化，而無需為適應(yīng)這些變化而進(jìn)行實質(zhì)性的初始規(guī)劃和后續(xù)的二次設(shè)計。根據(jù)本發(fā)明實施例的無線系統(tǒng)提供了這些優(yōu)點，對此下文將進(jìn)一步描述。
更具體地說，在根據(jù)本發(fā)明實施例的無線系統(tǒng)中，每個節(jié)點具有多種工作模式，這些模式可包括稱為自發(fā)現(xiàn)接收模式和自發(fā)現(xiàn)發(fā)送模式、再發(fā)現(xiàn)模式以及波束掃描操作模式。
在未采用常規(guī)集中規(guī)劃和設(shè)置的情況下，在節(jié)點初始部署和開機(jī)時，它(即其控制單元25)不具有有關(guān)如下事項的信息它是否被設(shè)在含已在工作的其他節(jié)點的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中或者它是否是新系統(tǒng)的第一個節(jié)點。為了確定此方面的信息，它進(jìn)入自發(fā)現(xiàn)接收模式，下文將參考參考圖3至圖5對此予以描述。在此情況中，開始時假定該節(jié)點使用上述全向接收天線。
圖3顯示處于自發(fā)現(xiàn)接收模式下的節(jié)點2和已處于工作狀態(tài)的節(jié)點1、3和5。如下進(jìn)一步所述，網(wǎng)絡(luò)中處于工作狀態(tài)下的每個節(jié)點以相對隨機(jī)的定時，至少每個期間T1發(fā)送歡迎消息一次(即重復(fù)發(fā)送)，以由任何新節(jié)點接聽。圖4是說明這些消息的時序圖，本實例中這些消息由節(jié)點1、3和5分別在由這些節(jié)點導(dǎo)向新節(jié)點2的波束所對應(yīng)的頻率f1、f5和f8上的信道上發(fā)往新節(jié)點2。亦如圖4所示，新節(jié)點2掃描每個信道頻率(這里表示為f1到f8)，每個期間T1依次掃描一個頻率，以便隨著時間的過去在各工作節(jié)點的相應(yīng)信道頻率上檢測這些工作節(jié)點的歡迎消息。雖然作為示例這里提及8個頻率f1到f8，但可以有任何期望數(shù)量的信道頻率。
此過程由圖5中的流程圖表示，其中圖5所示流程圖步驟的引用號在以下描述中于括號內(nèi)給出。
參考圖5，節(jié)點2選擇其全向接收天線(30)，然后在期間T1內(nèi)監(jiān)視頻率f上的信道(31)，以判斷該信道上是否有信號活動(32)。如果在該監(jiān)視信道上檢測不到任何信號，它繼續(xù)監(jiān)視下一個信道頻率(33)，并在監(jiān)視循環(huán)中繼續(xù)，直到所有信道頻率(34)受到監(jiān)視并且在未檢測到任何活動的情況下發(fā)生超時。在這種情況下，節(jié)點2會斷定它是新系統(tǒng)中的第一節(jié)點，并進(jìn)入如下所述的自發(fā)現(xiàn)發(fā)送模式(35)。
在圖3的實例中，節(jié)點2將檢測頻率f1、f5和f8上的活動，在每種情況下，所述活動可以包括如上所述的歡迎消息或信號業(yè)務(wù)。在前一種情況中，節(jié)點2發(fā)送針對接收到的歡迎消息的應(yīng)答(36)(例如這可以全向發(fā)送，或者依次在節(jié)點2的每個定向波束上發(fā)送)，這導(dǎo)致與發(fā)送歡迎消息的節(jié)點通信，以就節(jié)點2進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)商(37)，并選擇供節(jié)點2用于至網(wǎng)絡(luò)的另一個節(jié)點的每條轉(zhuǎn)接鏈路的波束(38)。這些步驟以任何期望的方式執(zhí)行，并可以包括向節(jié)點2傳送已在工作的節(jié)點已知悉的網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)信息。
如果節(jié)點2監(jiān)聽到信號業(yè)務(wù)而非歡迎消息，則它選擇業(yè)務(wù)信號強(qiáng)度最強(qiáng)的波束和頻率(39)，等待該業(yè)務(wù)暫停，并發(fā)送“新”消息以指示它的存在(40)。它隨后等待響應(yīng)(41)，在接收到這種響應(yīng)時如上所述就進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)商(42)。如果在超時期限內(nèi)沒有響應(yīng)(43)，則節(jié)點2如上所述繼續(xù)處理下一個頻率(33)。
圖6顯示處于自發(fā)現(xiàn)發(fā)送模式下的節(jié)點2，并且還顯示了假定在節(jié)點2之后添加的節(jié)點1、3和5。圖7是結(jié)合圖8所示流程圖步驟，表示自發(fā)現(xiàn)發(fā)送模式下節(jié)點操作的對應(yīng)時序圖。
如圖8所示，在此模式下，節(jié)點2選擇選擇某個發(fā)射天線波束和頻率(50)，并在每種情況下在如圖7頂部所示的期間T內(nèi)，在該波束和頻率上間隔地發(fā)送消息“我在這兒”(51)并檢查是否有應(yīng)答(52)。在沒有應(yīng)答的情況下，節(jié)點2檢查是否已在此頻率在所有波束上發(fā)送該消息(53)，如果否，則選擇下一個波束(54)以在第一循環(huán)繼續(xù)；如果是，則檢查是否已嘗試所有頻率(55)，如果否，則選擇下一個頻率(56)并在第二循環(huán)繼續(xù)；如果是，則如上所述再次嘗試接收模式(57)。如果節(jié)點2接收到應(yīng)答，則節(jié)點2與應(yīng)答節(jié)點通信(58)以協(xié)商形成一個網(wǎng)絡(luò)。
圖6顯示節(jié)點2在頻率f6上在相應(yīng)波束上向節(jié)點1、3和5發(fā)送消息“我在這兒”。圖7的頂部指示此頻率f6，并顯示節(jié)點2交替執(zhí)行的發(fā)送(Tx)和接收(Rx)，每種情況下持續(xù)時間T。圖7的其余部分顯示節(jié)點1、3和5的監(jiān)聽和發(fā)送(應(yīng)答)期間。對于每個監(jiān)聽期間，相應(yīng)節(jié)點依次在頻率f1至f8上監(jiān)聽，因為這些節(jié)點此時正處于如上所述的自發(fā)現(xiàn)接收模式下。對于節(jié)點5，圖7中示出了對f1、f6和f8的監(jiān)聽時間。
如圖7所示，對用于節(jié)點1的頻率f6的監(jiān)視或監(jiān)聽時間最初對應(yīng)于節(jié)點2的接收時間，因此未檢測到來自節(jié)點2的消息。然后，節(jié)點5在節(jié)點2正在發(fā)送時監(jiān)視頻率f6，如向下粗體箭頭所示檢測來自節(jié)點2的消息，并經(jīng)過延遲時間T之后發(fā)送應(yīng)答。延遲T確保當(dāng)節(jié)點5發(fā)送應(yīng)答時節(jié)點2正處于其接收模式，如向上粗體箭頭所示。同樣地，圖7顯示稍后節(jié)點3和1檢測到來自節(jié)點2的消息并予以應(yīng)答。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有隱含的層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)該層次結(jié)構(gòu)，與每條轉(zhuǎn)接鏈路相關(guān)聯(lián)的兩個節(jié)點表現(xiàn)為主從關(guān)系?？梢愿鞣N形式中的任何一種布置并形成該層次結(jié)構(gòu)。例如，可以認(rèn)為較靠近主通信網(wǎng)絡(luò)接入點(例如圖1中的線路16)的節(jié)點在該層次結(jié)構(gòu)中的位置比遠(yuǎn)離該線路的節(jié)點的高。在沒有這種接入點的情況下，即在孤立LAN的情況下，具有最大轉(zhuǎn)接鏈路連通性的節(jié)點可以視為處于該層次結(jié)構(gòu)中的最高位置。根據(jù)隨機(jī)的選擇或以任何其他期望的方式，可以將該層次結(jié)構(gòu)中同級的鏈接節(jié)點指定為相應(yīng)鏈路的主節(jié)點和從節(jié)點。
如果通過轉(zhuǎn)接鏈路的通信變得不可靠，例如由于干擾的原因，則在該鏈路的主節(jié)點還通過至少一條其他轉(zhuǎn)接鏈路連接時可以啟動再發(fā)現(xiàn)模式。再發(fā)現(xiàn)模式通過利用網(wǎng)絡(luò)通知從節(jié)點所要嘗試的頻率和天線波束而得以增強(qiáng)，下文將對此作進(jìn)一步描述。只具有一條轉(zhuǎn)接鏈路的節(jié)點在其唯一轉(zhuǎn)接鏈路丟失時，會進(jìn)入自發(fā)現(xiàn)接收模式。
圖9顯示節(jié)點1、2、3和5，其中節(jié)點2和5處于再發(fā)現(xiàn)模式下。假定節(jié)點2和5之間例如使用頻率f2的轉(zhuǎn)接鏈路(其中節(jié)點2和5被分別指定為此轉(zhuǎn)接鏈路的主節(jié)點和從節(jié)點)因干擾而被阻斷。在正常操作中，在相對空閑的時間里，每個節(jié)點編輯一個待用優(yōu)選頻率列表，對于這些頻率，該節(jié)點(即節(jié)點中的信號檢測器)可檢測到對應(yīng)于最小干擾的最小信號電平。例如，圖9顯示處于再發(fā)現(xiàn)模式下的節(jié)點2在信道頻率f5上發(fā)射，此頻率來自節(jié)點2的編輯列表，用作優(yōu)選頻率與節(jié)點5通信。
圖10是表示處于再發(fā)現(xiàn)模式下主節(jié)點2和從節(jié)點5執(zhí)行此操作的時序圖，而圖11和圖12是分別說明這兩個主從節(jié)點在再發(fā)現(xiàn)模式下對應(yīng)步驟的流程圖，其中編輯優(yōu)選頻率列表的操作分別表示為步驟60和70。
節(jié)點2(作為節(jié)點2和節(jié)點5之間的轉(zhuǎn)接鏈路的主節(jié)點)確定轉(zhuǎn)接鏈路(在頻率f2上)已不再可用，如圖10左方所示。節(jié)點2利用適當(dāng)?shù)牟ㄊ凸?jié)點2的第一優(yōu)選頻率(本例中為f5)通過網(wǎng)絡(luò)(即通過它的其他有效轉(zhuǎn)接鏈路或任何其他可用的有線或無線通信路徑-或者，可由網(wǎng)絡(luò)啟動此過程)通知節(jié)點5(圖11中的步驟61)進(jìn)入再發(fā)現(xiàn)模式，然后在其優(yōu)選頻率f5上發(fā)送“新頻率請求”消息(62)并監(jiān)聽?wèi)?yīng)答(63)，其中發(fā)送期間間隔出現(xiàn)，每個發(fā)送期間持續(xù)時間T，如圖10右方所示。如果如下進(jìn)一步所述有應(yīng)答，則節(jié)點2通過已恢復(fù)的通信與節(jié)點5就用于這兩個節(jié)點之間的持續(xù)通信的新頻率進(jìn)行協(xié)商(64)。如果節(jié)點2未收到應(yīng)答，則在未超時且尚有待嘗試的其他優(yōu)選頻率(65)的情況下，繼續(xù)嘗試下一優(yōu)選頻率(66)并在循環(huán)中繼續(xù)；否則，繼續(xù)(67)其他轉(zhuǎn)接鏈路上的業(yè)務(wù)并重發(fā)如上所述的歡迎消息。
節(jié)點5在確定它作為從節(jié)點的與節(jié)點2的轉(zhuǎn)接鏈路失效時，判斷這是否是它的唯一轉(zhuǎn)接鏈路(TL)(圖12所示的步驟71)，如果是，則進(jìn)入如上所述的自發(fā)現(xiàn)接收模式(72)。如果它至少還有一條其他轉(zhuǎn)接鏈路，則通過網(wǎng)絡(luò)(即它的其他轉(zhuǎn)接鏈路)等待接收指令(73)，如果在超時期內(nèi)未收到這種指令，則進(jìn)入自發(fā)現(xiàn)發(fā)送模式(72)。在通過網(wǎng)絡(luò)接收到所述指令時，節(jié)點5選擇適當(dāng)?shù)牟ㄊ⒗迷撝噶钏甘镜念l率(此處為f5)監(jiān)聽來自節(jié)點2的“新頻率請求”消息(74)。在如圖10中向下粗體箭頭所示接收到該消息時，如圖10向上粗體箭頭所示，節(jié)點5(在節(jié)點2返回監(jiān)聽模式的某個延遲之后)以確認(rèn)應(yīng)答(75)，并繼續(xù)協(xié)商新頻率以用于與節(jié)點5繼續(xù)通信(76)。此頻率協(xié)商可以基于節(jié)點2和節(jié)點5二者的編輯列表中的優(yōu)選頻率。
從上述描述可以理解，再發(fā)現(xiàn)模式與自發(fā)現(xiàn)模式的不同之處在于兩個節(jié)點已經(jīng)彼此知道用于轉(zhuǎn)接鏈路的優(yōu)選天線波束，此信息存儲在每個節(jié)點的存儲器中并可從中取回。因為與現(xiàn)有節(jié)點的轉(zhuǎn)接鏈路的失效通常會歸因于已用于該鏈路的信道上的無線電干擾，因此選擇使用同一天線波束的另一頻率信道可能恢復(fù)該轉(zhuǎn)接鏈路。如果轉(zhuǎn)接鏈路因其他變化，如引入該鏈路路徑中的障礙物或節(jié)點位置或定位的變化)導(dǎo)致轉(zhuǎn)接鏈路失效，則會相應(yīng)地重復(fù)上述自發(fā)現(xiàn)過程。
如參考圖3至5所述，自發(fā)現(xiàn)接收模式利用全向天線從任何方向接收信號，并進(jìn)行頻率掃描以涵蓋所有頻率信道。常規(guī)情況下，可以代之以采用定向天線波束來接收信號，理想情況下，通過控制單元25的波束切換控制對一個接收機(jī)進(jìn)行切換，使其依此切換到各個天線波束，以實現(xiàn)波束掃描功能?；蛘?，可以類似方式采用一個以上的接收機(jī)，最多每天線波束一個接收機(jī)，從而降低切換損失和掃描延遲。同樣地可以采用一個或多個寬頻帶或多信道接收機(jī)來接收大部分或所有頻譜，通過對RF信號進(jìn)行下變頻轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理來區(qū)分不同的信道?？傊诿總€節(jié)點中，可以導(dǎo)出結(jié)果信息并加以存儲，并針對諸如頻率、波束、信號強(qiáng)度以及要在網(wǎng)絡(luò)中用于減輕干擾和進(jìn)行信號(例如數(shù)據(jù)分組)路由選擇的信干比之類的參數(shù)而對其進(jìn)行更新。
例如，將波束和頻率掃描用于單轉(zhuǎn)接鏈路接收機(jī)，開機(jī)時該接收機(jī)可在如上參考圖3至5所述的自發(fā)現(xiàn)接收模式下工作，此外還以例如圖8流程圖中的循環(huán)所示的類似方式掃描天線波束(接收機(jī)依次連接到每個定向天線)以及頻率。在此情況中，在使用任一波束檢測到通信時，該節(jié)點可以停止掃描，在該波束上發(fā)送，并監(jiān)聽來自網(wǎng)絡(luò)的確認(rèn)，它對此予以響應(yīng)，協(xié)商加入該網(wǎng)絡(luò)。在此情況中，協(xié)商操作可以包括測試相鄰的波束，以確保選擇了用于通信的最優(yōu)波束。此外，已連接的節(jié)點可以在此協(xié)商期間向該新節(jié)點傳送有關(guān)其他節(jié)點、波束、頻率等的信息，該新節(jié)點可以利用這些信息來幫助發(fā)現(xiàn)至該網(wǎng)絡(luò)的多條連接。
如果在波束和頻率掃描期間新開機(jī)的節(jié)點未檢測到任何業(yè)務(wù)，則它進(jìn)入與上述類似的自發(fā)現(xiàn)發(fā)送模式。
可以理解，較之于上述全向天線配置，定向天線波束掃描提供更大的天線增益，并由此提供針對現(xiàn)有通信的更高靈敏度。但是，它也增加了掃描所有波束和頻率所需的時間，同時仍提供每個頻率上每個波束的最小停留時間。稍后將在下面描述有效掃描速度上的改進(jìn)。
已經(jīng)連接在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點已在它用于轉(zhuǎn)接鏈路通信的波束上發(fā)送信號，并在各個頻率上監(jiān)聽這些波束上的信號，下文將對此作進(jìn)一步描述；在這些發(fā)送/接收期間，通過這些天線波束可以監(jiān)聽到該節(jié)點或該節(jié)點可以接收到來自新節(jié)點的信號。每個這種已連接的節(jié)點還在給定期間內(nèi)在每個未用天線波束上發(fā)送“歡迎”消息或分組至少一次，然后在給定期間內(nèi)監(jiān)聽其每個未用天線波束上是否有來自新節(jié)點的信號至少一次，即重復(fù)進(jìn)行。這確保了以類似于上述的方式檢測到任何新節(jié)點。
如上所述，通過轉(zhuǎn)接鏈路的通信方便地在數(shù)據(jù)分組中傳送業(yè)務(wù)；在沒有業(yè)務(wù)要通過兩個節(jié)點之間的轉(zhuǎn)接鏈路傳送的情況下，這些節(jié)點不進(jìn)行發(fā)送，而是相對靜止。為了使這些靜止節(jié)點準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)分組傳送，有業(yè)務(wù)要發(fā)送的節(jié)點在至相關(guān)目的節(jié)點的天線波束上發(fā)送很小的ARTS(應(yīng)用請求發(fā)送)分組，并等待確認(rèn)(ACK)。每個靜止節(jié)點處于稱為鄰域監(jiān)聽模式的模式下，其中，它監(jiān)聽ARTS分組，并在接收到該分組時予以確認(rèn)。ARTS分組類似于常規(guī)的RTS(請求發(fā)送)消息，但它僅在較高的應(yīng)用層上才有效。
圖13顯示節(jié)點1至4，其中節(jié)點2具有由節(jié)點1、3和4構(gòu)成的鄰節(jié)點，它通過圖13所示的實心天線波束與這些鄰節(jié)點通信。因此節(jié)點2在與節(jié)點1、3和4通信時分別采用表示為B8、B4和B2的波束，此時未使用表示為B1、B3和B5至B7的其他天線波束。
在其領(lǐng)域監(jiān)聽模式下，節(jié)點2的控制單元25依次選擇每個波束B2、B4和B8，節(jié)點2在預(yù)定的時間內(nèi)監(jiān)聽是否有任何ARTS分組或超過閾值的接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)，并繼續(xù)這種波束掃描，直到它檢測到ARTS分組或超過閾值的RSSI為止，或者直到控制單元決定另一操作模式為止?？梢岳斫?，節(jié)點2存儲有網(wǎng)絡(luò)中先前通信期間已確定的有關(guān)如下項目的信息相關(guān)波束、頻率、信號極化和鄰節(jié)點1、3和4的地址。響應(yīng)接收到的ARTS分組，節(jié)點2在相關(guān)天線波束上以ACK應(yīng)答，以通知發(fā)送ARTS分組的節(jié)點發(fā)送業(yè)務(wù)。
相反地，有業(yè)務(wù)要發(fā)送的節(jié)點最初在至相關(guān)目的節(jié)點的天線波束上發(fā)送ARTS分組，或最好是ARTS分組流，以增加目的節(jié)點波束掃描對準(zhǔn)到相關(guān)天線波束的概率。節(jié)點2物理層在相關(guān)天線波束上以ACK應(yīng)答有業(yè)務(wù)要發(fā)送的節(jié)點，節(jié)點2的轉(zhuǎn)接鏈路控制層向有業(yè)務(wù)要發(fā)送的節(jié)點發(fā)送ACTS(應(yīng)用清除發(fā)送)分組。從而，在這兩個節(jié)點中使天線波束對準(zhǔn)，并向目的節(jié)點2發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分組。
可以理解，在上述波束掃描期間，期間將接收機(jī)切換到相應(yīng)波束的停留時間必須足夠長，以便執(zhí)行RSSI測量并報告測量結(jié)果。為了增加波束掃描的實際速率而不減少停留時間，可以單獨地或以各種組合的形式采用各種技術(shù)，如下所述。
對于例如如上所述的8個天線波束，可以每隔45度設(shè)置一個波束的方式方便地設(shè)置這些波束，并且可能存在相當(dāng)大的波束重疊，例如如圖14所示，圖14顯示8個波束B1至B8的作為角度函數(shù)的歸一化增益，所述角度相對于假定為波束B1中心方位的零度。間隔的波束B1、B3、B5和B7的增益曲線以虛線表示，可以看出，其他四個波束單獨對所有方向角提供了合理的靈敏度。
因此，可以理解，通過在掃描中僅包括所述波束中間隔的波束，并依賴波束重疊來進(jìn)行信號檢測，便可以將例如自發(fā)現(xiàn)模式下的波束掃描期間減半?；蛘卟ㄊ鴴呙杩梢蚤g隔交織，例如按諸如B2、B4、B6、B8、B1、B3、B5、B7、B2、B4等的序列切換波束。轉(zhuǎn)接鏈路控制可以將來自ARTS分組的節(jié)點標(biāo)識或地址解碼，以使它能夠為每條轉(zhuǎn)接鏈路選擇最優(yōu)波束。
可以理解，可以將類似的過程用于任何數(shù)量的天線波束。
如上所述，天線24利用例如垂直極化和水平極化提供主路徑和分集路徑。控制單元25可以安排用于獨立地切換分集路徑，以使例如主信號接收路徑切換到具有某個朝向或方向的垂直極化天線波束，而分集信號接收路徑切換到具有另一個(例如相反的)朝向和方向的水平極化的天線波束。
可以將上述兩種技術(shù)，即間隔交織波束掃描和極化分集波束掃描相結(jié)合。例如，以M表示主接收路徑，以D表示分集接收路徑，以V表示垂直極化，以H表示水平極化以及以B1至B8表示波束，則掃描順序可以是例如(M-B2-V，D-B4-H)，(M-B6-V，D-B8-H)，(M-B1-V，D-B3-H)，(M-B5-V，D-B7-H)等?？梢岳斫?，雖然本文提到垂直極化和水平極化，但可以采用任何其他的正交極化。
如上所述，所述節(jié)點具有層次結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)接鏈路同樣可以具有層次結(jié)構(gòu)，該層次結(jié)構(gòu)還可以是動態(tài)的(可以隨時間變化)，領(lǐng)域監(jiān)聽模式下的波束掃描可以根據(jù)這種層次結(jié)構(gòu)來執(zhí)行，以使節(jié)點將最大資源(掃描時間或速率)給予最重要的轉(zhuǎn)接鏈路或波束。例如，可以最高頻率來掃描靠近網(wǎng)絡(luò)連接(圖1中的線路16)的轉(zhuǎn)接鏈路，以將延遲降至最低。例如，如果圖13中節(jié)點2確定它至節(jié)點1的轉(zhuǎn)接鏈路是最重要的，則它可以利用加權(quán)的順序，如B8、B2、B8、B4、B8等來執(zhí)行其掃描。
此加權(quán)掃描可以與極化分集波束掃描相結(jié)合，例如與諸如(M-B8-V，D-B2-H)，(M-B8-V，D-B4-H)，(M-B8-V，D-B2-H)等的掃描順序相結(jié)合，以使一個波束和極化永久性地監(jiān)視節(jié)點的最重要鏈路，而將其他極化用于依此掃描其他波束。
由以上描述可以理解，本發(fā)明實施例可以非常有效的方式促進(jìn)無線系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的實施、操作和發(fā)展，以提供期望的通信服務(wù)。例如，本發(fā)明的實施例可用于以與根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11和802.16的已知系統(tǒng)兼容并容易由這種系統(tǒng)升級的方式，在具有很高服務(wù)要求或容易變化的選定區(qū)域中提供相對高的數(shù)據(jù)率無線LAN通信服務(wù)。
雖然以上描述了本發(fā)明的特定實施例及其變化，但可以理解，這些僅僅作為示例和說明給出，可以在權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、變化和調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)點檢測方法，用于構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間的無線通信，其特征在于包括如下步驟從構(gòu)成所述無線網(wǎng)絡(luò)一部分的節(jié)點重復(fù)發(fā)送消息，以由任何新節(jié)點檢測；以及在新節(jié)點上，監(jiān)視對所述消息和/或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的檢測，響應(yīng)這種檢測，并且在檢測不到所述消息或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的情況下，重復(fù)發(fā)送消息以由任何其他節(jié)點檢測。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述節(jié)點包括多波束定向天線，并且從構(gòu)成所述無線網(wǎng)絡(luò)一部分的節(jié)點重復(fù)發(fā)送消息以由任何新節(jié)點檢測的所述步驟包括在未承載無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的天線波束上重復(fù)發(fā)送所述消息。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述節(jié)點包括多波束定向天線，并且在檢測不到所述消息或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的情況下從新節(jié)點重復(fù)發(fā)送消息以由任何其他節(jié)點檢測的所述步驟包括在多個天線波束中的每一個上重復(fù)發(fā)送所述消息。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述節(jié)點包括多波束定向天線，并且在新節(jié)點上監(jiān)視對所述消息和/或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的檢測的所述步驟包括利用多個天線波束中的每一個持續(xù)進(jìn)行監(jiān)視。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于利用多個天線波束中的每一個持續(xù)進(jìn)行監(jiān)視的所述步驟利用所述節(jié)點的重疊天線波束的子集。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述節(jié)點包括主接收路徑和分集接收路徑，并且利用多個天線波束中的每一個持續(xù)進(jìn)行監(jiān)視的所述步驟包括同時利用所述主接收路徑和分集接收路徑監(jiān)視具有不同方向的天線波束。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的方法，其特征在于所述無線通信包括多個頻率信道，并且在新節(jié)點上監(jiān)視對所述消息和/或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的檢測的所述步驟包括持續(xù)監(jiān)視多個所述頻率信道中的每一個。
8.如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的方法，其特征在于所述無線通信包括多個頻率信道，并且在檢測不到所述消息或無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的情況下從新節(jié)點重復(fù)發(fā)送消息以由任何其他節(jié)點檢測的所述步驟包括利用多個所述頻率信道重復(fù)發(fā)送所述消息。
9.如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的方法，其特征在于所述無線通信包括多個頻率信道，所述方法還包括如下步驟在利用給定頻率與所述無線網(wǎng)絡(luò)的另一個節(jié)點通信的每個節(jié)點中，編輯一個優(yōu)選頻率列表，以便在利用所述給定頻率的所述通信失敗的情況下可用于所述通信。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括如下步驟在利用給定頻率與另一個節(jié)點通信的節(jié)點中，利用所述給定頻率檢測所述通信的失敗，通過所述網(wǎng)絡(luò)的其他通信路徑發(fā)送其列表中的優(yōu)選頻率的指示，以及向所述另一個節(jié)點發(fā)送消息，以使用所述優(yōu)選頻率來恢復(fù)所述失敗的通信。
11.一種用于無線接入網(wǎng)的節(jié)點，所述節(jié)點包括用于與無線終端進(jìn)行雙向無線通信的無線接入系統(tǒng)；用于與所述網(wǎng)絡(luò)的至少一個其他節(jié)點進(jìn)行雙向無線通信的轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)；以及用于耦合要在所述無線接入系統(tǒng)和所述轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)之間傳送的信號的通信控制單元，所述控制單元安排用于按照權(quán)利要求1至6中任何一項所述的方法來操作所述節(jié)點。
12.如權(quán)利要求11所述的節(jié)點，其特征在于所述轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)包括多波束定向天線。
13.如權(quán)利要求12所述的節(jié)點，其特征在于所述轉(zhuǎn)接無線系統(tǒng)及其天線包括主接收路徑和分集接收路徑。
14.一種包括多個均如權(quán)利要求11所述的節(jié)點的無線接入網(wǎng)。
15.如權(quán)利要求14所述的無線接入網(wǎng)，其特征在于包括將所述節(jié)點之一連接到通信網(wǎng)絡(luò)的連接。
全文摘要
無線網(wǎng)絡(luò)具有多個節(jié)點，這些節(jié)點可由無線終端通過無線接入鏈路訪問，它們通過使用多個定向天線波束的轉(zhuǎn)接鏈路耦合。多個節(jié)點在添加節(jié)點和發(fā)生其他變化時是自組織和自適應(yīng)的。新節(jié)點利用波束掃描來監(jiān)聽來自現(xiàn)有節(jié)點的信號并相應(yīng)作出響應(yīng)以加入網(wǎng)絡(luò)。建立的節(jié)點各自重復(fù)在未使用的波束上發(fā)送歡迎消息，以由新節(jié)點接收。如果檢測到因例如信道頻率上的干擾所致的轉(zhuǎn)接鏈路失效，則利用另一個頻率自動恢復(fù)。可以利用間隔重疊波束和分集技術(shù)來增強(qiáng)波束掃描。
文檔編號H01Q3/26GK1745550SQ200380109595
公開日2006年3月8日 申請日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者A·史密斯, D·斯蒂爾, K·H·特奧, K·吳 申請人:北方電訊網(wǎng)絡(luò)有限公司