使用已感知信號對噪聲及幹擾指示器網絡管理的方法及裝置的製作方法

2023-09-16 16:22:30

專利名稱：使用已感知信號對噪聲及幹擾指示器網絡管理的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明有關一般網絡管理，尤指使用一個在一接收端獲得的觀測信號參數以方便網絡管理，其中該參數作為一個感知信號對噪聲(及幹擾)的指示器(PSNI)。
背景技術：
這份說明書包含下面的英文縮寫AP 存取點(access point)BER位錯誤率(bit error rate)CCK互補碼移位鍵(complementary code keying)DSSS 直接序列展頻(direct sequence spread spectrum)EIRP 等效全向輻射功率(equivalent isotropically radiated power)ERP有效輻射功率(effective radiated power)FEC前向錯誤校正(forward error correction)FER幀錯誤率(frame error rate)MIB管理資料庫(management information base)OFDM 正交頻率多重分割(orthogonal frequency division multiplexing)PBCC 封包二進位迴旋編碼(packet binary convolutional coding)PHY物理層(physical layer)PLCP 物理層轉換通訊協議(physical layer conversion protocol)PMD實體媒體相依(physical medium dependent)PPDU PLCP通訊協議數據單元(PLCP protocol data unit)PSK相位位移鍵(phase shift keying)PSNI 感知信號對噪聲指示(perceived signal to noise indication)RPI接收功率指示器(received power indicator)
RSSI接收信號強度指示器(received signal strength indicator)SQ 信號品質(signal quality)STA 基地臺(station)現今的IEEE標準802.11被授與提供接口、量測和步驟來支持有效網絡管理的較高層的功能。目前，802.11標準已經定義許多物理參數，其中沒有任何一項完全合適網絡管理的目的。其中一個可量測參數的例子是接收信號強度指示器(RSSI)，其對每一個接收幀而言是可報告的參數但並不在該標準中表示出來，且沒有完全的明確規定。該標準鑑於RSSI而包含某些定義，但它保留RSSI在網絡管理的使用上造成的某些限制，因為從不同基地臺(STAs)的RSSI參數可能沒有一律地定義，因此不能做比較。
第二個建議的可量測參數是信號品質(SQ)，其也恰好是一個編碼同步的非量化指示器，但只適用於DSSS PHY調變而不適用於OFDM PHY調變。另一個可量測參數是RPI直方圖，其即使被量化或指明，都不能在任何橋接器上做目標量測。RPI直方圖從所有的資源包含802.11資源、雷達和所有其它幹擾源中來量測頻道功率，其對於依賴該RPI直方圖作為一個控制參數並沒有幫助。
目前的標準主要基於AP信號的量測來定義接收信號強度的指示(1)在相同的頻道、相同的物理層和相同的基地臺上；和(2)在不同的頻道、相同的物理層和相同的基地臺上。
重要地，包含不同物理層和相同或不同基地臺的量測，即使是被要求的，目前都沒有在該標準中提出。
網絡的管理需要比較性的PHY量測，如在切斷決定的使用上。下列形式為比較性的PHY量測。
1.比較在相同STA中相同頻道、相同PHY上的AP信號。
2.比較在不同STAs中相同頻道、相同PHY上的AP信號。
3.比較在相同STA中不同頻道、相同PHY上的AP信號。
4.比較在不同STAs中不同頻道、相同PHY上的AP信號。
5.比較在不同STAs中不同PHYs上的AP信號。
6.比較在相同STA中不同PHYs上的AP信號。
比較性的量測對網絡管理的切斷決定上是極為重要的。
RSSI，如同目前所定義的，只提供上述種類(1)和(3)。RSSI是一種由DSSSPHY或OFDM PHY接收的RF能量的量測。RSSI指示提供至多八位(256階層)。RSSI的允許值範圍從零到RSSI的最大值。這個參數是一個由能量的PHY的次要層所量測的，其該能量是在用來接收目前PPDU的天線上所觀察到的。RSSI被量測於PLCP前導(preamble)的接收期間。RSSI試圖以一個相對方式來使用，並且它是一個接收功率的單調遞增函數(monotonically increasing function)。
CCK、ER-PBCC如在18.4.5.11中描述八位數值的RSSI。
ERP-OFDM、DSSS-OFDM，如在17.2.3.2中描述的該八位的數值範圍從零到RSSI的最大值。
RSSI指示器的一些限制為RSSI是一個在天線連接點上的單調、相對功率指示器，其是指示要求信號、噪聲和幹擾功率的總和。在高干擾環境中，RSSI不是一個適當的要求信號品質指示器。RSSI沒有完整地指明沒有單元定義且沒有性能要求(準確性、保真性、可測試性)。因為有關RSSI指定的是如此的少，因此廣泛的執行變異被必定認為已經存在。不可能去比較不同產品的RSSI和也許甚至不能去比較相同產品內不同頻道/頻寬。
儘管RSSI在一個已知PHY內對於估算AP選項的使用上有所限制，但在比較不同的PHYs上並沒有用。RSSI必須為了DSSS和OFDM PHYs而再量測。RSSI清楚的在網絡管理的負載平衡和負載位移上是無用的，且一基地臺的RSSI的確與任何其它基地臺的RSSI是不相關的。

發明內容
本發明提供一個使用一信號參數，其為感知信號對噪聲指示的網絡管理方法(PSNI)；而並不使用RSSI，後者在指示上有許多嚴重的限制。較佳地，但非必須地，例如該PSNI參數的允許值可能為0到255。


本案藉助下列各種較佳實施例圖標及詳細說明，俾得一更深入了解圖1是本發明的PHY量測的選項；圖1a是本發明的獲得一輸入至FEC解碼器的技術流程圖；
圖2是在BER曲線指定的PSNI；以及圖3是PSNI說明點範例。
具體實施例方式
需要提供一個網絡管理的方法，考慮在所有不同情況下包含不同物理層和相同或不同的基地臺中AP信號的比較性量測。
之後描述的是一個特定的解調器，由一個量化的FER指示來指定的感知S/(N+I)的主觀估算器。下列被紀錄於實施例的描述中。
全部數字解調器使用追蹤迴路和複雜的後處理過程來解調接收的符號。許多內部的解調器參數正比於感知的S/(N+I)。一些例子為PSK基頻相位抖動、基頻誤差向量值(EVM)DSSS展開碼修正品質OFDM頻率追蹤和頻道追蹤穩定性解調器內部參數在逐個框架的基礎下是可用的。正比於模擬S/(N+I)的解調器參數在關於數據速率上是不變的。相同的參數可使用在任何的數據速率上。
解調器內部參數可在一個控制的環境中被指定和校正，其控制環境與在由速率、調變和FEC定義的兩個以上操作點的實際FER性能有關。這樣的解調器內部參數在幹擾和無幹擾(只有噪聲)的環境下估算FER性能，而且可用來作為PSNI的標準。做為一個有用的PSNI指示器，並不需要指明哪一個解調器內部參數來作為該解調器的標準，只需要說明該量化的指示器是如何相關於FER就足夠了。
注意下列的事項與對於網絡管理上PSNI的發明性使用有關PSNI如RSSI一樣被指定成為一個八位無號(unsigned)值，其具有增加S/(N+I)的單調增加。
PSNI對於感知S/(N+I)而言是對數放大的。PSNI是建立於一個提供FER的快速估算器的解調器內部參數。
指定橫跨一範圍內的PSNI輸出指示由兩個信號品質點所定義第一點在一個最小可用信號的品質水平，第二點在一個最大可用信號的品質水平。
對至少兩個FER點指定輸出值和輸出值的準確性，並且對每個有效的調變、FEC和數據速率結合指定一個FER點。
PSNI範圍可能橫跨S/(N+I)的操作範圍中低於40db的部分以涵蓋數據速率從1到54Mbps的高FERs，但可以使用較高或較低的範圍距離。
PSNI指示器是一個在解調器中感知、後處理信號對噪聲及幹擾(S/(N+I))比率的量測。對於感知信號對噪聲指示器(PSNI)參數允許值範圍從0到255(即八個二進位位)。該參數是由一個在RF降頻轉換(downconversion)之後所觀察的感知信號品質的PHY次要層所量測，且由一用來接收目前幀的解調器內部數位訊號處理參數所推知而來。PSNI在PLCP的前導和在全部接收幀上量測。PSNI試圖以一個相對方法來使用，且它是一個觀察的S/(N+I)的單調增加對數函數。PSNI準確性和範圍被指定在兩個不同FER操作情況的最小值。圖3對於PSNI放大到一個43dB的範圍提供範例說明點。
圖1表示PHY量測的選項，其可作為一個PSNI指示器。參考圖1的接收裝置10，以下一般意見對目前調變和編碼技術的廣大範圍是有效的。在A和B點的信號對噪聲比理論上相同但實際可能稍微不同，由於在射頻前端(radiofront end)12的增加損耗。在A/D轉換器14上的模擬轉數字之後的信號噪聲比也在理論上相同，而在關於量化誤差的噪聲上有微量的增加。
因此在一高性能系統中，在點A的噪聲信號比和輸入到解調器16和追蹤迴路的噪聲信號比之間只有一微小的差異。在簡單且低效能的系統中，點A的噪聲信號比和輸入到解調器16的噪聲信號比之間可能有一明顯的差異。在解調器16的輸出上(點C)的噪聲信號比不能夠直接通過位錯誤率(BER)來觀察。依照一個用來導致實際解調器執行損失的解調器性能曲線，在點C的BER與在點B的信號噪聲比有關。
相同地，按照一個用來產生實際FEC解碼器執行損失的FEC解碼器性能曲線而言，在FEC解碼器18(點D)的輸出與FEC解碼器的輸入有關。在幀檢查函數20的點E中的幀錯誤率(FER)是一個在點D的BER和錯誤分布統計的直接數學函數。執行的損失與幀檢查一般沒有直接的關係。一般來說，對於較低的BERs，FEC等於BER乘以幀的位大小。
在圖1接收裝置10的幀檢查函數20可以用一幀同步檢查來完成。在大部分的實際的設計中，每一個幀包含一個同步檢查，其指示(以高可靠性)該區塊是否被正確的接收。大部分一般的同位檢查是一個循環冗餘碼檢測(CRC，Cyclic Redundancy Checking)，但其它的技術亦是可能而且是可以接受的。假如不使用幀同步檢查，則用一個由FEC解碼器18的函數中得到的BER來估算FER。由該FEC解碼器18函數中來得到的BER輸入可以用一個已知的方法來完成，摘要如下(見圖1a)FEC解碼器的輸出一般是正確的。因此，得到並記錄該輸出(步驟S1和S2)。FEC的編碼規則用來創造一個正確輸入位的模型(步驟S3)且每一個位與對應實際上輸入至FEC解碼器並記錄的位做比較(步驟S4)。每一個比較增加一個計數值(步驟S5)。每一個不合(步驟S6)代表一個累計的輸入位錯誤(步驟S7)。得到的BER(步驟S9和S10)然後可以用該FEC解碼器的實際性能曲線去估算觀察到的FER(步驟S11)。這個比較(是否有錯誤-步驟S6)持續到一計數值N到達為止(步驟S8)，此時在步驟S7的計數值被視為BER(步驟S9)。
在這個方法中，以理論性能曲線來使用實際的執行損失允許一種將任何點上的信號噪聲量測關連到其它點上的信號噪聲量測的方法。
從一個網絡管理的觀點，傳送至使用者的信號品質最好由實際FER或觀察到的FER(點E)來表示。PSNI的概念提供一個直接關連全部STAs的觀測FER，而不管每一個STA不同的執行損失。這可由下列來完成1)基於在一個內部解調器參數的量測上，2)指定有關在特殊數據的速率/解調器/FEC結合點上觀察到的FER的PSNI指示器數值，且3)調整內部解調器參數的量測來解釋從量測點發生向下傳輸(downstream)的實際FEC解碼器損失。由於使用一個解調器內部的量測點，量測的信號品質已經包含STA的前端損失效應。由於指定關於觀察到的FER的PSNI指示器，實際解調器損失已經包含在內。由於調整該解調器的量測以產生實際FEC解調器的損失，因此所有STA可能使用的FEC解碼器可保持該指示器的有效性。
因為PSNI是建立於一個內部解調器參數上，所以可以在一個逐幀(frame-by-frame)基礎上量測和回報。在點C或E上的BER或FER量測需要許多用來準確量測的幀。因此，PSNI是一個實際、快速且可用的觀察信號品質指不器。
在點A或點B上可以快速量測模擬信號對噪聲之比，然而由於也不知道全部實行的損失甚至向下傳輸的總和，它們不能準確地關連到點E的觀測FER。
在這些方法中，網絡管理的PSNI的發明性使用是能更有效的執行、更快速量測、不需要STA執行的信息，因此在這裡的其它討論上是一項改進。
圖2表示本發明的BER曲線指定的PSNI。圖3表示PSNI放大至一個43dB範圍的說明範例點。
在RSSI之上的PSNI的優點包含下列PSNI的定義符合RSSI的需要，其中該PSNI是一個八位的無號值(對於DSSS PHYs)且正比於接收信號功率。PSNI可以在任何稱為RSSI的數據區塊中回報，使該PSNI指示器能廣泛的適合內層幀品質量測。PSNI MIB輸入值和回報/公布可進一步在802.11中取得授權使得該PSNI的改進可適用於更高層幀。
先前是一個PSNI指示器實施例和網絡管理方法的描述，該發明被設計來適用於所有的傳輸模式包含TDD、FDD、CDMA和其它無例外的模式。所描述的PSNI指示器與具有合理修改的方法也相同被設想到。因此所有類似的修改和變化都被考慮到本申請發明的領域中。
權利要求
1.一種決定一感知信號對噪聲指示(PSNI)的方法，用於一無線網絡的管理，其步驟包含將該PSNI建立在一參數上，其是由量測在一接收裝置的一給定地點上所得到的一信號而獲得；以及指定一PSNI指示值，其是與在該接收裝置得到的一幀錯誤率(FER)有關。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包含將該PSNI參數作為一位錯誤率(BER)和一幀錯誤率(FER)其中之一的一信號品質指示器，以促進該網絡的重新配置和管理來最佳化該網絡性能。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包含調整該參數以產生有關該量測點的一FER解碼器下遊的一解碼器損失。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包含調整該參數以產生有關該量測點的下遊損失。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於該參數是從該接收裝置中的一解調器中所獲得。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於該參數在數據速率上是不變的。
7.如權利要求4所述的方法，其特徵在於該參數是一基頻相位抖動和一基頻誤差向量值其中之一。
8.如權利要求4所述的方法，其特徵在於該參數是一展開碼修正品質。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包含獲得在該接收裝置的一接收天線的一輸出上的量測。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於該參數為一頻率追蹤和一頻道追蹤穩定性的其中之一。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於指定PSNI值的該步驟還包含指定該PSNI指示器數值，其相關於在至少一特定數據速率/解調器/前向錯誤校正(FEC)結合點上獲得到的該FER。
12.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包含得到在該接收裝置中所提供的一解調器的一內部點上的量測。
13.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包含在一無線前端的一輸出上獲得該量測點，其中該無線前端是該接收裝置的一部份。
14.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包含獲得在該接收裝置中所提供的一解調器的一輸出上的量測。
15.如權利要求1所述的方法，其特徵在於該PSNI與一感知信號對噪聲加幹擾值是呈對數比例關係。
16.一種用來管理無線網絡的方法，其步驟包含決定一感知信號對噪聲指示(PSNI)，其是藉助在一接收位置上的一存取點(AP)量測一信號，其中一信號對噪聲加幹擾值(S/N+I)是取決於該量測信號的一參數；以及調整該參數以補償有關該存取點的下遊損失。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於該信號在該接收位置的一解調器的一AP上被量測。
18.如權利要求16所述的方法，其特徵在於該信號在該接收位置的一接收器的一AP上被量測。
19.如權利要求16所述的方法，其特徵在於還包含轉換該信號為一基頻；以及提供一自動增益控制至該基頻信號，以使基頻功率維持不變。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於該PSNI是在該信號物理層(PHY)的接收、模擬轉數字和解調之後得到，其該信號物理層是特定於且直接與從一前向錯誤校正(FEC)解碼器得到的觀察幀錯誤率有關。
21.如權利要求20所述的方法，其特徵在於一幀錯誤率(FER)是從一幀檢查循環冗餘碼檢測(CRC)中得到。
22.一種用來管理無線網絡的裝置，其包含一決定裝置，用以決定一感知信號對噪聲指示(PSNI)，其是藉助在一存取點(AP)上量測一信號，其中該PSNI取決於該在該AP上所得到信號的一參數；以及一調整裝置，用以調整該參數以產生有關該量測點的解碼器下遊損失。
23.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於還包含一關連裝置，用以將該PSNI值關連至一有關該AP的幀錯誤率(FER)得到的下遊。
24.如權利要求23所述的裝置，其特徵在於該關連裝置還包含一指定裝置，用以指定該PSNI值，其相關於在至少一特定數據速率/解調器/前向錯誤校正(FEC)結合點上獲得到的該FER。
25.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於該AP是在一接收器中所提供的一解調器的一內部點。
26.如權利要求25所述的裝置，其特徵在於該AP是位於一接收天線的一輸出上，用以傳送一接收信號至該接收器。
27.如權利要求25所述的裝置，其特徵在於該AP是位於一無線前端的一輸出上，該無線前端為該接收器的一部份。
28.如權利要求25所述的裝置，其特徵在於該AP是位於一輸出上，該輸出是該接收器的一解調器。
29.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於該PSNI與一感知信號對噪聲加幹擾值是呈對數比例關係。
30.一種用來管理無線網絡的裝置，其包含一決定裝置，用以決定一感知信號對噪聲指示(PSNI)，其是藉助在一接收位置上的一存取點(AP)上量測一信號，其中一信號對噪聲加幹擾值(S/N+I)是由在一調解器接收該信號中該信號的一參數；以及一第一調整裝置，用以調整該參數以產生有關該解調器的下遊損失。
31.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於還包含一轉換裝置，用以轉換該信號為基頻；以及一提供裝置，用以提供一自動增益控制至該基頻信號以維持基頻功率不變。
32.如權利要求31所述的裝置，其特徵在於該AP是下傳至一接收器、一模擬對/數字轉換器和一解調器，且其是直接與從一前向錯誤校正(FEC)解碼器得到的一觀察幀錯誤率有關。
33.如權利要求32所述的裝置，其特徵在於一幀錯誤率(FER)是由使用一幀循環冗餘碼檢測(CRC)的裝置得到。
34.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於該調整裝置還包含一第二調整裝置，用以調整該參數以產生前向錯誤校正解碼器損失，其發生相關於該解調器的下遊。
35.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於還包含一前向錯誤校正(FEC)解碼器；一產生裝置，用以產生輸入至該解碼器的一正確輸入位的一重複；一比較裝置，用以比較具有輸入至該解碼器的一對應位的該產生輸入位，以決定一位錯誤率(BER)；以及一響應裝置，用以響應該BER和FEC解碼器輸出的方法，用以估算一幀錯誤率(FER)。
36.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於該參數是一基頻相位抖動和一基頻誤差向量值其中之一。
37.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於該參數是一展開碼修正品質。
38.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於該參數為一頻率追蹤和一頻道追蹤穩定性的其中之一。
39.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於還包含一裝置，用以使用一獲得的一PSNI作為一位錯誤率(BER)和一幀錯誤率(FER)其中之一的一信號品質指示，以促進該網絡的重新配置和管理，來最佳化網絡性能。
40.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於該AP是在一接收器中所提供的一解調器的一內部點。
41.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於該AP是位於一接收天線的一輸出上，用以傳送一接收信號至該接收裝置。
42.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於該AP是位於一無線前端的一輸出上，該無線前端為該接收器的一部份。
43.如權利要求30所述的裝置，其特徵在於該AP是位於為該接收裝置的一解調器的一輸出上。
全文摘要
使用感知信號對噪聲指示器(PSNI)的網絡管理的方法及裝置，特別是接收信號強度指示器，用以提供在網絡中大量基地臺的物理層量測，經由無線頻率功率或從每一個存取點上觀察的信號對噪聲以及幹擾，來報告、收集該量測，並且使用該報告的PSNI值作為一個傳送位錯誤率或幀錯誤率的信號品質指示器，來估算、再配置和管理多個基地臺，以方便將網絡或網絡性能最佳化。
文檔編號H04B15/00GK1910844SQ200480002176
公開日2007年2月7日 申請日期2004年1月9日 優先權日2003年1月14日
發明者約瑟夫·關, 史蒂芬·G·迪克 申請人:美商內數位科技公司