於無線區域網路中實施智能天線的製作方法

2023-07-27 14:26:51

專利名稱：於無線區域網路中實施智能天線的製作方法
技術領域：
本發明是相關於無線區域網路(wireless local area networks(WLANs))，以及特別地是，相關於在一WLAN中實施一智能天線的方法以及裝置，以支持在一WLAN中使用一智能天線，以及用於在一WLAN中的站臺(STAs)之間傳送智能天線能力信息。
背景技術：
典型地，在一於基礎建設模式(infrastructure mode)下操作的WLAN中，一STA會執行掃描，以評估哪一個接入點(AP)是提供其服務的最佳候選人，而該STA所執行的掃描則可以是被動的、或是主動的。在被動掃描中，該STA會聽從所述APs所發送的信標幀(beacon frames)，而在主動掃描模式中，該STA則是會發送出探針請求，然後，所述APs即通過發送一探針響應至該STA而做出反應。
為了增強覆蓋範圍以及增加吞吐量(throughput)，APs是可以配備以先進的天線結構，以使得它們可以改變其所使用的輻射場型(波束)。在此，所使用的名詞″智能天線″即表示，一組具有不同輻射場型的N個天線，典型地是，會指向所選擇的方式(或者是，在全方向性天線的例子中，不指向任何特性的方向)，其中，一個節點(AP或STA)的傳送器及/或接收器會選擇做合適的天線(或″波束″)，以與其相對應者進行溝通，而該最合適的天線則典型地是，在一個節點會傳送一信息包至另一個特殊節點的專屬連接(dedicated connections)例子中，於接收節點處具有最高的信號與幹擾及噪聲比(signal-to-interference-plus-noise ratio，SINR)。
覆蓋範圍的增加是為該AP發送出信息包的該STA的位置、及/或時變信道(time-varying channel)的位置的函數。因為一AP所發送至的信標幀並不會瞄準一特別的STA，而是會瞄準許多的STA，因此，它們是會傾向於均勻地橫跨所有方向來進行發送(也即，利用一全方向性波束)，而類似地，也因為其是需要一AP從其所有相關的STAs處聽取信息包，所以，該AP典型地會利用一全方向性波束來聽取信道，不過，此種類型的波束並一定可以讓該AP決定哪一個波束是服務一STA的最佳波束，甚至是在其已經自該STA接收一探針請求之後，因此，一探針響應也傾向於利用一全方向性波束來進行傳送。
一STA除了會使用信標(被動掃描)以及探針請求(主動掃描)來進行評估之外，還可利用由所述不同的APs所獲得的無線連結的質量(例如，信號對噪聲比(SNR))來進行評估。典型地，信標以及探針回應是所述APs，基於上述的理由，利用一全方向性波束所發送的，而如此所會產生的狀況則是，一STA是可以基於其自所述信標及/或探針響應所察覺的已接收信號質量，而在一AP事實上將會比另一個用於傳送可以利用具方向性的波束而進行發送的流量幀(trafficframes)的AP執行的更差的時候，將此假設的AP評估為最佳的候選人。
圖1是顯示一示範的WLAN 100，包括一STA 102以及二個APs，AP_A 110以及AP_B 120。AP_A 110是可以利用一全方向性波束112以及複數個方向性波束114，116，118，AP_A 120則是可以利用一全方向性波束122以及複數個方向性波束124，126，128。
該STA 102是會測量在表1中所顯示的各式波束的已接收功率。
表1 於STA 102處所測量的已接收信號功率

比起經由全方向性波束122而自AP_B 120接收，該STA 102可以經由全方向性波束112而自AP_A 110接收較強的信標、及/或探針回應，不過，用於傳送流量幀時，AP_B 120就比AP A_110是更好的候選人，因為AP_B 120位在一個利用其先進天線結構並將能量聚焦朝向該STA 102(經由方向性波束124)的較佳位置。
在一以AP為基礎的WLAN中，多個STA是可以在一設定的時間點時與一設定的AP產生關聯。若是該多重接入計劃是為一載波感測多重接入/碰撞避免(carriersense multiple access/collision avoidance(CSMA/CA))時，例如，以802.11作為基礎的WLANs，則任何STA都容易受到影響而在任何設定的時間點傳送一信息包(也稱之為一″幀″)至與其相關的AP，其中，該AP會在一信息包已經完全被接收且被解碼之後，以在該信息包的媒體接入控制(medium access control(MAC))標頭(header)中所包含的來源地址作為基礎而決定與其相關的STAs中的哪一個傳送了該信息包，而該AP在做出該來源決定之前則是必須要完成整個信息包接收，因為涵蓋該MAC標頭以及MAC載荷(MAC payload)兩者的錯誤檢測位是在該信息包的末端進行接收。
在一網狀配置(mesh architecture)中，STAs(或是″網狀節點(mesh nodes)″)是也可以配備以智能天線，以改善所接收的信號的SNR、或是為了例如減少幹擾的其它目的。
在以802.11作為基礎的WLANs中，該多重接入計劃是在有多於一個的關聯於STA的AP時，使得在該AP處進行最適當用於接收信息包的波束的選擇產生困難，而這則是因為STAs是可以位在該AP周圍的任何位置，也因此，對每一個STA來說，一般而言，最適合的波束並不相同，再者，由於該STA的本質在該信息包被完整接收之前為未知，因此，該AP並無法利用此信息來決定要選擇哪一個天線來接收信息包。而相同的問題也會發生在一個網狀節點可以連結至多於一個的網狀節點的網狀配置中。
為了防止此困難的發生，是有數種的替代方案，不過，它們也都具有缺點。
1)該AP可以將其本身限制為使用一種全方向性場型來接收所有的信息包，不過，因此也會喪失了利用一智能天線所獲得的潛在可能性。
2)該AP可以使用同時來自多個波束的信號，然後將它們結合、或是選擇它們的中最佳的波束。不過，此解決方案會增加該接收器的複雜度，因為來自多個波束的所述信號必須要進行解調變。
3)該AP可以在一接收到信息包之後馬上以一連續的方式在其可獲得的波束之間進行切換，挑選造成最佳信號質量的波束，然後再切換至此波束，以用於該信息包接收的剩餘持續期間。不過，此方法所具有的缺點卻是，該AP在其嘗試較少的合適於一特別信息包的波束的同時，其正冒著會不正確接收一些位的風險，因而會造成該信息包的遺失。
4)該AP可以利用一全方向性天線而嘗試地解碼發送者的該MAC地址(包含在該信息包的該MAC標頭中)，然後再將於該MAC標頭中所識別的最適合於該STA的波束使用於該信息包的剩餘部分。不過，此方法所具有的問題卻是，該MAC標頭是會以與該信息包的剩餘部分一樣的速率進行傳送，因此，若是該全方向性天線無法為該MAC載荷的足夠信號質量提供足夠的增益時，則就不太可能該MAC標頭會正確地進行解碼，而在相反的例子中(若是該全方向性天線確實地提供了足夠的增益時)，則是一開始就不需要使用一智能天線。
5)所述STAs可以被迫於利用請求發送/清除發送(Request-to-Send/Clear-to-Send，RTS/CTS)程序來發送每一個信息包，而此將會使得該AP可以在該數據信息包到達之前即識別出該發送的STA，不過，此卻會由於該RTS及CYS信息包的冗餘作業而付出重要吞吐量損失的代價，因而部分地擊敗使用智能天線的目的。
6)該AP可以輪流地利用不同的波束來輪詢(poll)STAs。不過，此方法有兩個問題，第一，當其於一具有突發流量(bursty traffic)的系統中，例如，一WLAN中，試圖要預測於每一個波束上所花的時間時會產生困難，第二，在考慮到天線場型以及無線環境的不規則，例如，陰影(shadowing)，之間的必要重迭的時候，要避免STAs對利用一對它們而言為次理想(但可聽取)的波束所發送的一輪詢來產生反應是有困難的。
在一WLAN中，智能天線能力可以存在於AP、於STA、或是兩者，而在沒有事先交換天線能力信息的情形下，該AP並不會知道如何協調其以及一STA的智能天線特徵，反之也然。
該由於未交換智能天線信息能力所造成的對於一WLAN的潛在不利影響是於接下來的實例中舉例說明。假設一AP以及一STA兩者都使用切換波束智能天線(switched-beam smart antennas)，但每一端的智能天線能力(舉例而言，可獲得且需要進行掃描的波束模式的數量，以及測試所述可獲得波束的每一個所需要的時間持續期間)對另一端仍為未知時，則因為該AP或是該STA都不知道其接收端的該智能天線能力，所以，其每一個都將必須要(1)猜測關於另一端的智能天線能力，或是(2)在不知道該接收端可能於同時間使用其所擁有的一波束搜尋的情形下測試其所擁有的傳送天線波束。
若是位在兩端的所述智能天線能力對彼此為已知時，則兩個裝置就都可以依循簡單、預先同意的規則，以避免同時間在兩端上的波束搜尋所造成的服務降級，舉例而言，若是該″波束搜尋時間″(Tsearch)對該AP以及該STA皆為已知時，則一簡單而有用的規則就可能會是，在嘗試給予(已開始進行傳送的)另一端足夠的時間來引導其所擁有的波束搜尋的時候，於產生關聯之後會首先接收一信息包的裝置(該AP或該STA)是應該在其開始其所擁有的波束搜尋之前先等待持續期間Tsearch。
目前的天線技術是通過使用接收及/或傳送密度來增強接收，而這些技術不是需要較長的時間來獲得任何增益，就是提供比起其它方法較少的增益，此外，目前的天線技術常常需要使用專有信息(proprietary messages)才能知道一STA的天線能力，而在缺乏此信息的情形下，所述APs以及STAs就無法利用天線能力來增加數據率、或範圍。
為了使得智能天線特徵能更有效率地運作，有關該STA以及該AP的能力的信息是應該要進行交換，再者，交換天線信息也使得在智能天線特徵的最佳化期間的可能協調成為可能，例如，波束選擇，波束掃描，波束形成，多輸入多輸出(multiple input multiple output，MIMO)，以及使得允許改變波束場型及/或天線增益的任何其它能力成為可能。

發明內容
一種用於在建立於一WLAN中的一STA以及一AP之間的關聯時、實施一智能天線的方法的一開始為，該AP在一天線波束上傳送一信標幀，而該信標幀則是會於該STA處被接收，且該STA是會測量該信標幀的一信號質量，然後，該AP會切換至一不同的天線波束，並且重複該方法，直到該信標幀已經在所有的天線波束上完成傳送為止，接著，該STA乃會與在其天線波束的其中之一上利用最高信號質量而傳送該信標幀的AP產生關聯。一個類似的方法也可以使用於會發送一探針請求幀至該AP的該STA的中，而該AP則是接著會利用在多個天線波束上發送的探針響應幀作為響應。
一種在建立於一WLAN中的一STA以及一AP之間的關聯時、實施一智能天線的系統包括，一自該AP發送至該STA的信標幀，其中，該信標幀會包括一用以識別將會進行傳送的天線波束的總數的欄位，以及一用以識別當前正在其上進行傳送的波束的欄位。
另一種在建立於一WLAN中的一STA以及一AP之間的關聯時、實施一智能天線的系統包括一自該STA發送至該AP的探針請求幀，以及一自該AP發送至該STA的探針回應幀，其中，該探針請求幀乃會包括一有關該STA是否要掃描來自該AP的多個天線波束的指示，並且，該探針響應幀乃會包括一用以識別將會進行傳送的天線波束的總數的欄位，以及一用以識別當前正在其上進行傳送的波束的欄位。
一種用於支持一智能天線在一包括一AP以及一STA的WLAN中的使用的方法，一開始為，該AP選擇一天線波束，以用於與該STA進行溝通，然後，該所選擇的波束信息會自該AP被發送至該STA，以及一信息包會自該STA被傳送至該AP，且該信息包的中會包括該所選擇的波束信息，藉此，該AP可以使用該所選擇的波束來接收該信息包的至少一部份。
一種用於支持一智能天線在一包括一AP以及一STA的WLAN中的使用的系統，其包括一第一信息包以及一第二信息包。該第一信息包是自該AP發送至該STA，並會包括一選擇波束指示符，該AP的一MAC地址，以及該STA的一MAC地址，其中，該所選擇波束指示符是會識別該AP所選擇的一天線波束，以用於與該STA進行溝通。該第二信息包是自該STA被發送至該AP，並會包括該所選擇波束指示符，藉此，該AP即可以經由該所選擇波束而接收該第二信息包的至少一部份。
一種用於在一無線通訊系統中的一傳送STA以及一接收STA之間交換智能天線能力信息的系統包括，一天線能力信息單元(information element，IE)，而該天線能力IE則是會在該傳送STA以及該接收STA之間的數據傳送之前，自該傳送STA發送至該接收STA，且當使用於一WLAN的中時，該天線能力IE可以加以發送為一管理幀的部分。
一種用於在一無線通訊系統中的一傳送STA以及一接收STA之間交換智能天線能力信息的方法包括下列步驟自該傳送STA發送天線能力信息至該接收STA，決定該接收STA是否能夠支持該傳送STA的所述天線能力，若是該接收STA可以支持該傳送STA的所述天線能力時，調整於該接收STA處的設定，以及若是該接收STA可以支持該傳送STA的所述天線能力時，利用所述天線能力而將數據自該傳送STA傳送至該接收STA。
一種用於在一WLAN的中實施智能天線特徵的系統包括一AP以及一STA。該AP包括一第一天線能力決定裝置；連接至該第一天線能力決定裝置的一第一天線能力信息裝置，且該第一天線能力決定裝置乃加以建構以通過檢驗儲存在該第一天線能力信息裝置的中的信息而決定該AP的所述天線能力；連接至該第一天線能力決定裝置的一第一傳送器/接收器；連接至該傳送器/接收器的一第一天線；以及連接至該傳送器/接收器的一波束切換裝置，且該波束切換裝置乃加以建構以切換該第一天線的波束。該SAT包括一第二天線；連接至該第二天線的一第二傳送器/接收器，且該第二傳送器/接收器乃加以建構以自該AP接收天線能力信息；連接至該第二傳送器/接收器的一第二天線能力決定裝置；連接至該第二天線能力決定裝置的一第二天線能力信息裝置，且該第二天線能力決定裝置乃加以建構以對接收自該第二傳送器/接收器的該AP的所述天線能力以及擷取自該第二天線能力信息裝置的該STA的所述天線能力進行比較；以及連接至該第二天線能力決定裝置的一STA設定調整裝置，且該STA設定調整裝置是加以建構以調整該STA的所述設定，以利用智能天線能力。


有關本發明的更詳細了解是可以通過接下來一作為舉例的較佳實施例的敘述而加以獲得，並且，是可以關聯於附圖而進行了解，其中圖1為一顯示全方向性以及方向性天線波束場型的WLAN的示意圖；圖2為一用於識別天線波束的信標幀格式的示意圖；圖3為一被動掃描的時序圖；
圖4為一種用於在一被動掃描中傳送一信標幀的方法的流程圖；圖5為一使用於主動掃描中的探針請求幀各式的示意圖；圖6為一使用於主動掃描中的探針請請求幀格式的示意圖；圖7為一主動掃描的時序圖；圖8為一種用於在一主動掃描中傳送一探針請求幀的方法的流程圖；圖9為顯示在一AP以及STAs之間的數據信息包傳送的示意圖；圖10為一STA所發送的一包含波束指示符信息的幀格式的示意圖；圖11為一AP所發送至的一波束指示符信息格式的示意圖；圖12a以及圖12b為一AP所發送的包含波束指示符信息的幀格式的示意圖；圖13a以及圖13b為一AP所發送的包含波束指示符信息的替代幀格式的示意圖；圖14為一種通過一AP以及一STA而傳送智能天線信息的方法的流程圖；圖15為在圖14中所顯示的該方法的一實例的流程圖；圖16為一既存能力信息欄位的示意圖；圖17為一包含一天線能力IE的幀的示意圖；圖18為在圖17中所顯示的該天線能力IE的示意圖；圖19為一種交換天線能力信息的方法的流程圖；圖20為交換天線能力信息的一替代方法的流程圖；以及圖21為一配置以實施本發明的系統的方塊圖。
具體實施例方式
此後，該名詞″站臺(station)″(STA)包括，但不限於，一無線傳輸/接收單元，一用戶設備，一固定或移動用戶單元，一呼叫器，或是能夠在一無線環境中操作的任何其它形式裝置。當於之後提及時，該名詞″接入點(access point)″(AP)包括，但不限於，一基站，一節點B，一位置控制器，或是在一無線環境中的任何其它形式接口裝置。
本發明是解決於被動掃描以及主動掃描兩者中的波束選擇問題，本發明也相關於一種可以在一AP以及一STA中實施的方法以及信號發送計劃，以使得在該AP處使用智能天線而自STAs接收信息包成為可能，其中，該方法在一網狀配置的例子中也可以加以實施於網狀節點中，此外，本發明會尋址在一AP以及STA之間的天線能力信息交換，並且，是依照802.11標準所提供的當前信息所建立，以及是完全向後兼容(backward compatible)。
被動掃描本發明提供用於一AP的信號發送以及支持，以於多個波束上發送其信標，而此則是可以通過增加兩個欄位到WLAN信標管理幀，如圖2中所示，之中而加以達成，所得到的管理幀是稱之為一先進天線(Advanced Antenna，AA)信標幀200。該幀200的許多欄位正如所述802.11標準所定義的既存欄位一樣，而這些欄位則是包括，幀控制202，持續期間204，目標地址(destinationaddress，DA)206，來源地址(source address，SA)208，基本服務集合(basicservice set，BSS)識別(BSSID)210，順序控制(sequence control)212，時間戳(timestamp)214，信標間距(beacon interval)216，能力信息218，SSID信息單元(information element，IE)220，支持速率(supported rates)IE 222，跳頻/分配系統參數集合IE(frequency hop(FH)/distribution system(DS)parameter set IE)224，無競爭參數集合IE(contention free(CF)parameter set IE)226，獨立BSS(IBSS)參數集合IE 228，以及流量指示映像(traffic indication map，TIM)IE 230。
該幀200的第一個新欄位232是指示該STA，所述信標幀在一AA信標間距的範圍內是被發送了N次，其中，N是對應於該AP將於其上發送該信標的波束的數量，而第二個新欄位234則是在於識別已被用於傳送該信標的波束，也即，波束識別符(beam identifier)，因此，當接收由一AP所發送的多個AA信標幀的其中任一時，該STA能夠識別被包含在該AP所執行的波束掃描中的波束的數量，並且，其也能夠通過察看該波束識別符(234)而識別不同的版本。
要注意的是，該AA信標間距216是可以加以設定為與該非AA間距相同、或是不同的數值，而為了使得該系統能夠提供用戶服務，該AA信標間距則是必須要大於該波束掃描持續期間，因此才有時間剩下來傳送流量幀。此是可以強制實施行為，舉例而言，一建構管理規則，而避免一用戶以該信標掃描佔據大部分該AA信標間距時間的方式而建構該AP。
在一較佳實施例中，所述N個AA信標幀200會於時間上連續地進行發送。此可以通過讓該AP在試著要接入於兩信標幀的傳送間的無線媒體時，使用一較分布式幀間間隔(Distributed Inter-Frame Space，DIFS)為短但較短幀間間隔(Short Inter-Frame Space，SIFS)為大的延遲(X)而加以達成。在此，應該要注意的是，該AP在接入該無線媒體以用於傳送所述N個信標幀的第一個時，仍然需要等待一個完整的DIFS，而此則是將一上限設置在一STA一旦已檢測到一AP所通知的所述N個信標幀的其中之一時，其掃描該媒體所需要的時間的最大值，藉此上限＝(N-1)×(信標持續期間+X)方程式1換言之，此是避免了一STA在未曾得知該AP是否已經傳送所有所述N個信標的情形下，以未決定量的時間來掃描一信道。
該被動掃描的時序圖是顯示於圖3的中。在該AP開始該AA信標間距300之前，其是會等待一個DIFS 302，然後，在該AA信標間距300的一開始，該AP是會傳送該第一信標幀304，而在信標幀304之間，該AP則是會等待該間距X(306)，其中，X是較該DIFS為短，但較該S IFS為大。
一種用於在一被動掃描中傳送一AA信標幀的方法400是顯示於圖4中。於該方法400的一開始，該AP是於N個天線波束的其中之一上傳送一AA信標幀200，且該當前波束識別符234是加以設定為該當前波束(步驟402)，然後，依照該AA信標幀是否已經於所有N個波束上進行傳輸而做出決定(步驟404)，其中，若是該AA信標幀已經在所有N個波束上進行傳送，則該方法終止(步驟406)，而若是該AA信標幀尚未在所有N個波束上進行傳送時(步驟404)，則該方法會等待該間距X(步驟408)，接著，該天線系統會切換至下一個波束(步驟408)，並在當前的波束上傳送該AA信標幀200，且該當前波束識別符234是加以設定為該當前波束(步驟410)，然後，該方法接續步驟404。在此，要注意的是，該切換至下一個波束的步驟(步驟408)是可以在等待該間距X之前、或之後執行。
該STA是否關聯於該AP所使用的決定具有實施特異性，其中，一個方法是，使用在所述信標上所察覺的功率位準或是SNR來選擇要進行關聯的AP，此外，本發明允許一STA在使用此方法的同時，完全利用該AP已配備有一先進天線系統的事實。
主動掃描本發明還通過允許一STA請求該AP在多個波束上發送探針響應而尋址主動掃描，而此則是可以通過將一新的欄位增加至該WLAN探針請求幀而加以達成，該所得到的幀是顯示於圖5中，並且，是稱之為一AA探針請求幀500。該幀500的許多欄位是正如所述802.11標準所定義的既存探針請求幀一樣，而這些欄位則是包括幀控制502，持續期間504，DA 506，SA 508，BSSID 510，順序控制512，SSID IE 514，以及支持速率IE516，而該幀500的該新欄位則是會將一有關該STA要掃描該AP的所有波束的指示(以一是、或否的數值)提供至該AP。
此外，兩個新的欄位是會被增加至該WLAN探針響應幀，所得到的幀是顯示於圖6的中，並且，是被稱之為一AA探針回應幀600，而該幀600的許多欄位則正如所述802.11標準所定義的既存探針請求幀一樣，其中，該幀600的欄位602-628是與該幀200的欄位202-228一樣。
該幀600的該第一個新欄位是指示該STA，該AA探針響應在一AA信標間距的範圍是被發送了N次，其中，N是對應於該AP將於其上發送該探針回應的波束的數量，而該第二個新欄位632則是在於識別已被用於傳送該AA探針響應的波束，也就是，波束識別符，並且，一配備以一AA系統的AP會通過將多個(N)AA探針回應發送至該STA而回應該AA探針請求。
在一較佳實施例中，所述N個AA探針響應會於時間上連續地進行發送。此可以通過讓該AP在試著要接入於兩AA探針響應的傳送間的無線媒體時，使用一較DIFS為短但較SIFS為大的延遲(X)而加以達成。在此，應該要注意的是，該AP在接入該無線媒體以用於傳送所述N個探針響應的第一個時，仍然需要等待一個完整的DIFS，而此則是將一上限設置在一STA一旦已接收到一AP所發送的所述N個探針響應的其中之一時，其需要等待的時間的最大值，藉此上限＝(N-1)×(探針回應持續期間+X)方程式2
該主動掃描的時序圖是顯示於圖7中。在該STA發送該AA探針請求幀700之後，該AP會在發送該第一個探針回應幀704之前等待一個DIFS 702，然後，在探針響應幀704之間，該AP則是會等待該間距X(706)，其中，X是較該DIFS為短，但較該SIFS為大。
一種用於在一主動掃描中傳送一AA探針響應幀的方法800是顯示於圖8中。於該方法800的一開始，該STA會發送一AA探針請求幀500，包括將該指示符518設定為掃描該AP的所有波束(步驟802)，然後，該AP會接收該AA探針請求幀，並等待該DIFS期間(步驟804)，接著，該AP會在N個天線波束的其中之一上傳送一AA探針響應幀600，且該當前波束識別符632是加以設定為該當前波束(步驟806)，再者，依照該AA探針響應幀是否已經於所有N個波束上進行傳輸而做出決定(步驟808)，其中，若是該AA探針響應幀已經在所有N個波束上進行傳送時，則該方法終止(步驟810)，而若是該AA探針響應幀尚未在所有N個波束上進行傳送時(步驟808)，則該方法會等待該間距X(步驟812)，接著，該天線系統會切換至下一個波束(步驟812)，並在當前的波束上傳送該AA探針響應幀600，且該當前波束識別符632是加以設定為該當前波束(步驟814)，然後，該方法接續步驟808。在此，要注意的是，該切換至下一個波束的步驟(步驟812)是可以在等待該間距X之前、或之後執行。
在現有技術的系統中，一STA所做出的有關哪一個AP要產生關聯的決定並不會考慮到於該AP處的該先進天線結構所獲得的無線連結增益，此即表示，在所述信標幀以及探針響應是APs利用一全方向性的方式而加以發送的該RF環境中，通過掃描，無論是被動、或是主動，所收集到的數據可以將一STA導向與一會提供較另一AP更差的效能的AP產生關聯，並已考慮到獲得自所述AA系統的增益。
通過本發明，在考慮到所述AA系統於流量幀進行傳輸時將會提供的增益的情形下，當掃描該RF環境時，一STA所收集的數據是使得對哪一個AP能夠提供最佳無線連結的評估成為可能。
波束指示符圖9是為依照本發明而進行操作的一系統900的圖式。該系統900包括一AP 902，一第一STA(STA 1)904，以及一第二STA(STA 2)906，其中，該AP 902會在一全方向性波束(或模式，b0)910上進行傳送，在一第一方向性波束(b1)912上與該STA 1 904一起進行傳送，以及在一第二方向性波束(b2)914上與該STA 2 906一起進行傳送，並且，在該全方向性波束910能夠為STA 1 904以及STA 2 906(雖然是微弱地)所接收的同時，所述方向性波束912，914是較佳的選擇。
一新的欄位，在此稱之為一″波束指示符″，是會增加在自一STA發送至一AP的大部分信息包的物理層會聚協議(Physical Layer ConvergenceProtocol，PLCP)標頭之後，以用於指示該AP其應該選擇其波束(或天線)的哪一個，進而接收該信息包的剩餘部分(MAC協議數據單元(MAC protocoldata unit，PDU))，在此，要注意的是，該波束指示符並不需要與所有的信息包一起自該STA被發送至該AP，因為某些信息包(例如，一確認(ACK)或一CTS)是預期要通過該AP而自一特殊的STA進行接收，若是該AP事先得知哪一個STA將會發送下一個信息包時，則其可以選擇最佳的波束，以用於接收該信息包，在此，該波束指示符並非為必要的，不過，該波束指示符也可以在這些信息包的中進行傳送。
圖10為一包括一STA所發送的該波束指示符信息的幀格式1000的示意圖。該幀1000為一PLCP PDU(PPDU)的一修飾版本，以及包括一PLCP前導碼(PLCP preamble)1002，一PLCP標頭1004，一波束指示符欄位1006，以及一MAC幀1008。
此信息是通過該STA傳送該信息包1000，以最小的數據速率，而加以提供。該AP是會使用其全方向性天線來解碼該PLCP標頭1004以及該波束指示符欄位1006，並且，在解碼該波束指示符欄位1006之後，該AP可以在不需要知道對於發送該信息包1000的該STA的識別的情形下，選擇相對應的波束來接收該信息包1008的剩餘部分。
該波束指示符1006為一介於0以及Namax之間的整數，其中，Namax為該AP可使用的波束的最大數量，而Namax的數值則可以是對兼容於該系統的所有裝置皆為固定，或是在信標幀中、在探針響應幀中、或是其它管理幀中通過該AP而進行信號發送，較佳地是，Namax為一相對而言較小的整數(也即，7或是15)，以便限制該波束指示符欄位1006所需要的額外位的數量，並且，所述數值的其中之一是較佳地預留為該8TA不知道要在該波束指示符欄位1006中使用什麼數值的狀況時的一默認值(default value)，而當使用此默認值，該AP就可以簡單的使用未指向在一特殊方向中(例如，一全方向性場型)的波束。
該STA會在AP至STA的信號發送之前，以該AP所提供的信息作為基礎，而決定要在該波束指示符欄位1006中使用哪一個數值。此信號發送所需要的信息是由該波束指示符其本身以及所述AP以及STA MAC地址所構成，可選擇地是，一″年齡限制(age limit)″可以加以增加，以指示該STA在該波束指示符信息被視為不可靠、或是無效之外的一最大時間，並且，該年齡限制可以是一固定的數值，或者可以是來自信標幀、探針響應幀、或是其它管理幀的信號發送，而在稍後的例子中，該年齡限制則是可以通過AP、並以對STA移動性的考慮作為基礎而進行設定。
該AP將該波束指示符信息傳輸至該STA具有數種信號發送的可能性，而其中一個方法則是，該AP會發送僅包含此目的(AP以及STA尋址，波束指示符，可選擇的年齡限制)所需要的信息的一特殊信息包(一波束指示符信息)。圖11為一AP所發送的一波束指示符信息1100的示意圖，其中，該信息1100包括一波束指示符欄位1102，一AP地址欄位1104，一STA地址欄位1106，以及一可選擇性年齡限制欄位1108，在此，所述欄位1102-1108的順序是作為示範之用，也即，該信息1100的所述欄位1102-1108可以有任何的順序。
在一單點傳播(unicast)的情況中，較佳地是，該STA會往回發送一ACK，因此，若是該STA並未連續地接收該信息包時，該AP就可以重新傳送該信息包1100，此外，若是該AP必須為了數個STAs而更新該波束指示符時，則其可以將一包含這些STAs分別的波束指示符數值的多點傳播信息(multicastmessage)發送給它們。
該AP發送信號的另外一種可能性則是將該所需要的信息插入、或背負至一包含其它指定該STA的數據的信息包之上，而該信息則是可以增加在該PLCP標頭之後，在該MAC PDU之後，或是在該MAC標頭中作為另一個欄位。圖12a以及圖12b即為包含一AP所發送的該波束指示符信息的幀格式1200，1220的示意圖，而所述幀1200，1220則為該PPDU的修飾版本。
圖12a是顯示將該波束指示符信息增加在該PLCP標頭之後的一幀1200，該幀1200包括有一PLCP前導1202，一PLCP標頭1204，一波束指示符欄位1206，一AP地址欄位1208，一STA地址欄位1210，一可選擇性年齡限制欄位1212，以及一MAC幀1214。
圖12b則是顯示一將該波束指示符信息增加在該MAC幀1214之後的幀1220，而該幀1220的欄位則是與該幀1200的所述欄位相同，其中的不同僅在於所述欄位的順序。
另一種發送信號的可能性則是增加一用以指示該波束指示符信息是否存在的標記符，而該標記符則是使得該AP可以不需要在每一個朝向該STA的信息包中都發送該波束指示符信息，也即，該波束指示符信息可以周期性地(舉例而言，每五秒一次)，及/或以事件驅動作為基礎(舉例而言，以在該AP處傳送至某一STA的波束中的改變作為基礎)而進行發送。
圖13a以及圖13b為替代幀格式1300，1320的示意圖，其包括一AP所發送的該波束指示符信息，並合併有該波束指示符信息標記符，且所述幀1300，1320是該PPDU的修飾版本。圖13a顯示一幀1300，包括一PLCP前導1302，一PLCP標頭1304，一波束指示符信息標記符1306，一波束指示符欄位1308，一AP地址欄位1310，一STA地址欄位1312，一可選擇性年齡限制欄位1314，以及一MAC幀1316，其中，該標記符1306僅有在該波束指示符信息(欄位1308-1314)若被提供在該幀1300的中時才會進行設定。
圖13b則是顯示一將該波束指示符信息增加在該MAC幀1316之後的幀1320，而該幀1320的欄位則是與該幀1300的所述欄位相同，其中的不同僅在於所述欄位的順序。
該STA會在所述STA至AP的傳送(信息包1000)中的該波束指示符欄位1006裡填上由該AP為了此STA所發送的最新波束指示符(1102，1206，1308)，而這是在此最新的信號發送若是於其年齡限制屆期之前即已被接收的時候，否則，該STA就會將該波束指示符欄位1006填上該默認值，正如上述，再者，對該波束指示符的每一個數值而言，該AP會知道其波束(或天線)的哪一個是與該指示符相對應的，而該STA並不需要知道此相應性。
圖14為一種用於通過一AP以及一STA來傳送智能天線信息的方法1400的流程圖。於該方法1400的一開始，該AP會選擇一用於與該STA溝通的波束，以及選擇對應於該所選擇波束的波束指示符(步驟1402)，在此，雖然非為強制，但較佳地是該AP選擇會讓在其接收器端的該信號位準、或該信號幹擾比(signal-to-interference ratio，SIR)最大化的波束，而該AP則是可以通過各式各樣的方法來學習哪一個波束對一特殊的STA來說會最大化該SIR。
舉例而言，該AP在接收預期來自一特別的STA所的信息包時，可以嘗試不同的波束，並且，可以挑選造成該已接收信號的最佳質量的波束，而所預期的信息包的實例則是包括緊接在一數據信息包至一特別STA的傳送之後的一ACK，以及緊接在一RTS信息包至一特別STA的傳送之後的一CTS信息包，再者，通過所預期的信息包，該STA並沒有必要將該波束指示符欄位1006增加在該PLCP標頭1004之後，因為該AP是預期所述信息包會通過某一STA而進行發送，並且因此，該AP將會已經知道要使用哪一個波束。
接著，該AP會將該波束指示符信息發送至該STA(步驟1404)，其中，該波束指示器信息(正如前面較清楚解釋的)是包括該波束指示符，該AP的地址，該STA的地址，以及一可選擇的年齡限制作為該波束指示符信息的終結，此外，該方法1400是假設該年齡限制有出現在該波束指示符信息之中。
然後，會做出該波束指示符信息是否已經被達到，也即，該波束指示符信息是否仍然有效，的決定(步驟1046)，若是該年齡限制尚未達到時，則該STA就加以設定為會將一信息包的該波束指示符傳送至該所選擇的波束(步驟1048)，然後，該STA會在該所選擇的波束上發送具有該波束指示符信息的信息包(步驟1410)，該AP開始在該全方向性波束上接收來自該STA的該信息包(步驟1412)，然後，該AP會解碼被包含在該信息包的中的該波束指示符信息，並且將該天線切換至該所選擇的波束，以接收該信息包的剩餘部分(步驟1414)，接著，該方法終止(步驟1416)。
若是該波束指示符信息的該年齡限制已經達成，也即，該波束指示符信息不再是有效時(步驟1406)，則該STA即加以設定為一信息包的該波束指示符會被傳送至該全方向性波束(或場型，步驟1420)，接著，該STA會於該全方向性波束上發送該信息包(步驟1422)，該AP會在該全方向性波束上接收該信息包(步驟1424)，然後，該方法終止(步驟1416)。在此，因為該信息包是在該全方向性波束上進行傳送(由於來自該STA的該信息包並未包括該波束指示符信息、或是該STA已經將該波束指示符設定為該默認值)，因此，該AP並不需要改變其天線波束。
圖15是顯示該方法1400的一實例。在此實例中，其是假設該AP 1500已經決定與STA 1 1502以及STA 2 1504溝通的最佳波束是分別為b1以及b2(如圖9中所示)。
圖15是顯示事件的一可能順序，其中，STA 1 1502，STA 2 1504，以及該AP1500是會彼此進行溝通。首先，該AP意欲於傳送一信息包至STA 1，而在獲得對媒體的接入(步驟1510)之後，該AP即切換至波束b1(步驟1512)，並且將一數據傳送至STA 1，包括一波束指示符信息，並伴隨著該波束指示符(b1)以及使用此波束指示符的一年齡限制(五秒鐘，步驟1514)，接著，STA1將一ACK發送至該AP(步驟1516)，而從這個時間開始(以及至從這個時間起的五秒鐘)，STA 1得知，其若必須傳送一信息包至該AP，則其應該要將該波束指示符欄位(1006)設定為b1(步驟1518)，而在自STA 1接收該ACK之後，該AP就會將其天線切換至一全方向性場型(b0，步驟1520)。
接下來，該AP再次獲得對該媒體的接入(步驟1522)，並且會切換至波束b2(步驟1524)，以將一信息包傳送至STA 2，包括一波束指示符信息，並伴隨著該波束指示符(b2)以及使用此波束指示符的一年齡限制(五秒鐘，步驟1526)，接著，STA 2會將一ACK發送至該AP(步驟1528)， 並且，STA2是得知，為了要將任何信息包(除了一ACK、或一CTS)傳送至該AP，其就應該要在從這個時間起的五秒鐘內將該波束指示符欄位(1006)設定為b2(步驟1530)，然後，在自STA 2接收該ACK之後，該AP就會將其天線切換至一全方向性場型(b0，步驟1532)。
接著，STA 1獲得對該媒體的接入(步驟1534)，並會將一數據信息包傳送至該AP，且該波束指示符欄位(1006)加以設定為b1(假設流逝的時間少於五秒鐘，步驟1536)，再者，於解碼該波束指示符欄位之後，該AP會立即地切換至波束b1(步驟1538)，以解碼該信息包的剩餘部分(步驟1540)，而在該信息包接收終止之後，該AP則是會將一ACK發送至STA 1(步驟1542)，並將其天線切換至該全方向性場型(b0，步驟1544)。
然後，STA 2獲得對該媒體的接入(步驟1546)，並會將一數據信息包傳送至該AP，且該波束指示符欄位(1006)乃加以設定為b2(假設流逝的時間少於五秒鐘，步驟1548)，再者，於解碼波束指示符欄位之後，該AP會立即地切換至波束b2(步驟1550)，以解碼該信息包的剩餘部分(步驟1552)，而在該信息包接收終止之後，該AP則是會將一ACK發送至STA 1(步驟1554)，並將其天線切換至該全方向性場型(b0，步驟1556)。
應該要注意的是，若是該波束指示符信息的該年齡限制已經屆滿時(在此例子中為五秒鐘)，則一STA(STA 1、或是STA 2)就會將該波束指示符欄位(1006)加以設定為b0(該默認值)。
本發明是使得在不需要造成任何重大不便的情形下可以於該AP處利用該智能天線，並且，在該PLCP標頭中增加該波束指示符欄位並不會造成過量的冗餘作業，因為可能波束的數量通常是可以被限制為八、或是更少(例如，對該波束指示符欄位而言，三、或四個位)。
為了向後兼容的目的，該PLCP標頭的一個欄位是可以被賦予一新的數值，以用於傳送自實施本發明的STAs的信息包，因此，該AP就可以決定一輸入的信息包是否已經傳送自實施本發明的一STA，舉例而言，在該PLCP標頭的″服務(service)″欄位中，目前所保留的位的其中之一就可以被用以指示該STA是否實施了本發明(，以及因此，是否將會有一波束指示符欄位位在該PLCP之後)，若是答案為否時，則該AP就會知道其不應該預期在該PLCP標頭之後的波束指示符欄位，而可以簡單地使用該全方向性場型來解碼該信息包的剩餘部分。
本發明也可以應用在一網狀節點容易受到來自多於一個的其它網狀節點的信息包的影響的一網狀配置例子中。在該例子中，一網狀節點是扮演一STA以及一AP的角色，如上所述，此即表示，一網狀節點A會利用該網狀節點B已事先發送信號至網狀節點A的該波束指示符的數值，而在傳送至另一個網狀節點B時使用該波束指示符欄位，相反地，網狀節點B則是會利用該網狀節點A已事先發送信號至網狀節點B的該波束指示符的數值，而在傳送至網狀節點A時使用該波束指示符欄位。
作為在該PLCP標頭之後具有一波束指示符欄位的替代，該STA可以將其地址增加在該PLCP標頭之後，不過，此並非為一有效率的解決方法，因為該STA地址，相較於該波束指示符的三、或四個位，是有48個位長。另外一種替代方案是，以該AP根據關聯性及/或之後較高層的信號發送而指派的到達該STA的一任意STA索引來取代該波束指示符欄位，依據相關聯的STAs的最大數量，該STA索引是可以相對而言較短(其最大值少於十個位)，而該AP則是會進行查詢，並將該當前的最佳波束用於該前導中所具體載明的該STA索引，在此，該AP並不需要在每一個AP至STA的信息包中都接著將一波束指示符發送至該STA，但將會有更多個額外位落在該PLCP前導之後。
天線能力信息一能力信息欄位1600，正如在一信標幀，一關聯請求幀，一關聯回應幀，以及一探針響應幀中所使用的一樣，是具有如圖16所示的一些保留位。該能力信息欄位1600會包括一擴展服務集合(extended service set，ESS)次欄位1602，一IBSS次欄位1604，一無競爭(CF)可輪詢(pollable)次欄位1606，一CF輪詢請求次欄位1608，一隱私次欄位1610，以及一些保留的位1612。在802.11標準中，所述次欄位1602-1610的每一個為一個位長，並且，是具有11個保留位1612。
本發明是通過將所述保留位的其中之一作為一指示天線能力信息是否將會進行傳送的標記符，而將所述保留位1612的其中之一利用於傳送天線能力信息，此外，若是該天線能力信息標記符加以設定時，則一個天線的能力的詳細內容則會是依附於該信息包的末端的一額外IE的部分。
該天線能力信息IE可以被包含成為一關聯請求幀、一關聯回應幀、一探針請求幀、以及一探針回應幀的部分，而一個包含此新IE的關聯請求幀200的一部份的實例則是顯示於圖17中，該幀1700包括一能力信息欄位1702，一傾聽間距欄位(listen interval field)1704，一SSID IE 1706，一支持速率IE 1708，以及一天線能力IE 1710，或者，二者擇一地，該天線能力IE 1710可以增加到任何的管理幀，例如，一重新關聯請求，一重新關聯回應，或是一信標，之上、增加到任何控制幀之上、或是增加至數據信息包之上。而在一較佳實施例中，該天線能力IE 1710則是以一管理幀的形式來進行發送，再者，若是該天線能力IE 1710被增加至該探針請求幀以及該探針響應幀之上時，則一STA就可以在起始一關聯於一AP的程序之前先行使用此信息。
該天線能力IE 1710的詳細內容是顯示於圖18中，並且，其包括，但不限於，一天線技術欄位1802，一些支持波束欄位1804，一用以指示在該PLCP標頭之後、傳送天線數據的支持的欄位1806，一傳遞技術欄位1808，一用以指示天線測量信號發送的支持的欄位1810，以及一用以指示多個輸入的支持的欄位1812，此外，額外的天線能力信息是也可以被包括在該IE 1710之中。
在一實施例中，待交換信息的最大量會包括該天線技術欄位1802，而剩下的所述欄位則為可選擇的，再者，一旦該天線技術形式為已知的時候，其也有可能擷取所述剩下的欄位(也即，欄位1804-1812)。
在一側(AP或是STA)接收了來自傳送側的天線能力信息之後，該接收側會調整用於傳送及/或接收的局部設定，例如，所使用的天線數量，分集的方法(diversity method)，用於傳送/接收的智能天線技術，以及額外的天線測量。
若是發生該接收側無法支持該傳送側的天線能力的時候，則該傳送側將會無法使用特殊的天線特徵，某些天線技術僅有在該傳送側以及該接收側兩者都能夠利用該技術的時候才能正確地進行操作，其中的一個即為MIMO技術，其僅在兩側都獲得支持的時候才能運作。
圖19是顯示一種用於交換天線能力信息的方法1900。而為了達到討論該方法1900的目的，是加以使用所述名詞″傳送STA″以及″接收STA″，不過，要注意的是，該傳送STA以及該接收STA兩者都可以是一AP或是一STA，因此，天線能力信息的交換，無論是以哪個方向，是可以發生在一AP以及一STA之間、或是兩個STAs之間。
於該方法1900的一開始，該傳送STA會將其天線能力信息發送至在一天線能力IE的中的該接收STA(步驟1902)，而該接收STA會接收該天線能力IE(步驟1904)，並會決定其是否可以支持所述所請求的天線能力，若是該接收STA可以支持該傳送STA的所述天線能力時(步驟1906)，則該接收STA就會調整其設定來掌控該傳送STA的天線能力(步驟1908)，並且，該接收STA會將有關其天線能力的一確認發送至該傳送STA(步驟1910)。
在該方法1900的一替代實施例中，該確認會在該接收STA調整其設定之前先行被發送至該傳送STA(也即，步驟1908以及1910彼此轉換)，而在此信息是該接收STA的天線能力的一確認的同時，其並非必然是一ACK信號，若是該接收STA具有一些，但不是所有都是，該傳送STA的所述能力時，則就會發生能力之間協商，以達成一待使用能力的共同集合(common set)。在一較佳實施例中，所述所使用的能力將會是屬於兩個STAs的較小能力集合。
該傳送STA利用所述已溝通的天線能力而開始進行傳送(步驟1912)，然後，該方法終止(步驟1914)。
若是該接收STA並不支持該傳送STA的天線能力時(步驟1906)，則該接收STA就會將其並不具有所述所請求的天線能力的情形通知該傳送STA(步驟1916)，所以，該傳送STA就會在不使用所述所請求的天線能力的情形下開始進行傳送(步驟1918)，然後，該方法終止(步驟1914)。
圖20為一種用於在一傳送STA 2002以及一接收STA 2004之間交換天線能力信息的替代方法2000的流程圖。該傳送STA 2002會將其天線能力信息發送至該接收STA 2004(步驟2010)，該接收STA 2004會將其天線能力信息發送至該傳送STA 2002(步驟2012)，在此，要注意的是，步驟2010以及2012是可以以相反的順序執行，也即，步驟2010以及2012的順序並非關鍵，只要該天線能力信息在該傳送STA 2002以及該接收STA 2004之間可以進行交換即可，可選擇地是，該傳送STA 2002以及該接收STA 2004可以協商天線能力，以發現一共同天線能力集合、或者可以交換測量信息(步驟2014)，而此可選擇的步驟則是可以被使用來精煉所使用的天線特徵集合。
在該天線信息的交換(步驟2010，2012)以及任何額外的信息交換(步驟2014)之後，該傳送STA 2002以及該接收STA 2004兩者都會以受到局部支持的所述天線能力作為基礎而局部地決定要使用哪一個天線特徵(步驟2016，2018)。
在天線能力信息的傳輸已經就WLAN方面而進行敘述的同時，此種概念的原則也同樣地可以應用於任何形式的無線通信系統。
系統實施圖21為一種加以建構以實施本發明的各種觀點的系統的方塊圖。該系統2100包括一AP 2102以及一STA 2104，其中，該AP 2102包括一天線能力決定裝置2110，其會通過檢驗儲存在一連接於該天線能力決定裝置2110的天線能力信息裝置2112的中的天線能力信息而決定該AP 2012的所述天線能力，並且，該AP 2102的所述天線能力會通過連接至該天線能力決定裝置2110的一傳送器/接收器2114以及一連接至該傳送器/接收器2114的天線2116而發送出去，再者，一波束切換裝置2118會連接至該傳送器/接收器2114，並且，會被以切換該天線2116的所述波束。
該STA 2104會經由一天線2120以及一連接至該天線2120的傳送器/接收器2122而接收該AP 2102的該天線能力信息。一天線能力決定裝置2124會被連接至該傳送器/接收器2122，並且，是會通過接入連接至該天線能力決定裝置2124的一天線能力信息裝置2126而進行該AP 2102的所述天線能力與該STA 2104的該天線能力信息之間的比較。該天線能力決定裝置2124是會被連接至一STA設定調整裝置2128，其中，該STA設定調整裝置會為了利用所述智能天線能力而調整該STA 2104的所述設定。
要注意的是，在該AP 2102以及該STA 2104之間的天線能力的協商是可以經由該分別的天線能力決定裝置2110，2124而發生。此外，在該系統2100已經利用一AP 2102而加以敘述的同時，在該系統2100的中的該AP 2102也是可以由另外的STA所取代。
實施例一種用於在建立一STA以及一AP之間的關聯時實施一智能天線的方法包括下列步驟(a)該AP在一天線波束上傳送一信標幀；(b)於該STA處接收該信標幀；(c)於該STA處測量該信標幀的一信號質量；(d)切換至一不同的天線波束；(e)重複步驟(a)-(d)，直到該信標幀已經在所有的天線波束上完成傳送為止；以及(f)使該STA與在其天線波束的其中之一上利用最高信號質量而傳送該信標幀的AP產生關聯。
一種於建立一STA以及一AP之間的關聯時實施一智能天線的方法包括下列步驟(a)自該STA發送一探針請求幀到達該AP，其中，該探針請求幀會包括一有關該STA是否要掃描來自該AP的多個波束的指示；(b)將來自該AP的一探針響應幀於一天線波束上傳送至該STA；(c)於該STA處接收該探針回應幀；(d)於該STA處測量該探針響應幀的一信號質量；(e)切換至一不同的天線波束；(f)重複步驟(b)-(e)，直到該探針響應幀已經在所有的天線波束上完成傳送為止；以及(g)使該STA與在其天線波束的其中之一上利用最高信號質量而傳送該探針響應幀的AP產生關聯。
在根據前述兩段其中之一的方法中，該方法是會在傳送該信標幀之前，以及在切換天線波束之後等待一間距，以及該間距是會大於一短的幀間間隔並小於一分布式幀間間隔。
一種用於在建立一STA以及一AP之間的關聯時實施一智能天線的系統包括一自該AP發送至該STA的信標幀。
一種用於在建立一STA以及一AP之間的關聯時實施一智能天線的系統包括一自該STA發送至該AP的探針請求幀，其中，該探針請求幀會包括一有關該STA是否要掃描來自該AP的多個天線波束的指示；以及一自該AP發送至該STA的探針回應幀。
在前述實施例的其中任一之中，該信標幀或是該探針響應幀乃會包括一識別天線波束的總數的欄位、及/或一識別當前天線波束的欄位。
一種用於支持一智能天線在一包括一AP以及一STA的WLAN中的使用的方法包括下列步驟該AP選擇一天線波束，以用於與該STA進行溝通；自該AP將該所選擇的波束信息發送至該STA；以及自該STA將一信息包傳送至該AP，且該信息包的中會包括該所選擇的波束信息，藉此，該AP可以使用該所選擇的波束來接收該信息包的至少一部份。
在根據前述段落的方法中，該選擇步驟包括，利用一最大信號位準而選擇一天線波束、或是利用一最大信號對幹擾比而選擇一天線波束。
在根據前述二段落其中之一的方法中，該發送步驟包括，發送下列的其中之一或多個一波束指示符；一用於該波束指示符的年齡限制，其中，該所選擇的波束將僅能在該年齡限制尚未屆期時使用；該AP的媒體接入控制(medium access control，MAC)地址；以及該STA的MAC地址。
在根據前述三段落其中之一的方法中，該發送步驟會包括，於一分開的信息中發送將該所選擇的波束信息。
在根據前述四段落其中之一的方法中，該發送步驟包括，將該所選擇的波束信息發送為一既存幀形式的一部分。
在根據前述五段落其中之一的方法中，該發送步驟進一步包括，發送一波束指示符信息標記符，以在該幀的中指示所選擇的波束信息的存在。
在根據前述六段落其中之一的方法中，該發送步驟包括，在發送該所選擇的波束信息之前，先將該AP的該天線切換至該所選擇的波束。
在根據前述七段落其中之一的方法中，該發送步驟進一步包括，在於該所選擇的波束上發送該所選擇的波束信息之後，將該AP的該天線切換至一全方向性場型。
在根據前述八段落其中之一的方法中，還包括根據該所選擇波束信息的成功接收而將來自該STA的一確認發送至該AP的步驟。
在根據前述九段落其中之一的方法中，還包括下列步驟於該AP處經由一全方向性波束接收該信息包的一第一部份，其中，該信息包的該第一部份乃會包括該所選擇波束信息；將該AP的該天線切換至如該所選擇波束信息中所載明的該所選擇波束；以及於該AP處經由該所選擇波束接收該信息包的一第二部分。
在根據前述十段落其中之一的方法中，該切換步驟包括，對該信息包的該第一部份進行解碼，以決定該所選擇波束。
一種用於支持一智能天線在一包括一AP以及一STA的WLAN中的使用的系統包括自該AP發送至該STA的一第一信息包，其中，該第一信息包會包括一所選擇的波束指示符，該AP的一媒體接入控制(MAC)地址，以及該STA的一MAC地址，其中，該所選擇波束指示符會識別該AP所選擇的一天線波束，以用於與該STA進行溝通；以及自該STA發送至該AP的一第二部分，且該第二部分包括該所選擇波束指示符，藉此，該AP會經由該所選擇波束而接收該第二信息包的至少一部份。
在根據前述段落的系統中，該第一信息包是自該AP作為一分開的信息而發送至該STA。
在根據前述二段落的系統中，該第一信息包為一既存幀形式的部分。
在根據前述三段落的系統中，該第一信息包進一步包括一用於該所選擇波束指示符的年齡限制，其中，該所選擇波束將僅能在該年齡限制尚未屆期時使用。
在根據前述四段落的系統中，該第一信息包進一步包括一波束指示符信息標記符，以在該信息包的中指示所選擇的波束指示符的存在。
在根據前述五段落的系統中，該第二信息包的一第一部份是會於該AP處經由一全方向性波束而加以接收，其中，該第二信息包的該第一部份會包括該所選擇波束指示符；該AP會將其天線切換至如該所選擇波束指示符中所載明的該所選擇波束；以及該第二信息包的一第二部分會於該AP處經由該所選擇波束而加以接收。
一種用於在一無線通訊系統中的一傳送STA以及一接收STA之間交換智能天線能力信息的系統包括，一天線能力信息單元，以在該傳送STA以及該接收STA之間的數據傳送之前，於該兩個STAs之間進行交換，且該天線能力信息單元包括有關該兩個STAs的所述能力的信息。
在根據前述段落的系統中，該無線通訊系統為一WLAN，該傳送STA為在該WLAN之中的一AP、或是一STA，以及該接收STA為在該WLAN之中的一STA、或是一AP。
在根據前述二段落其中之一的系統中，該天線能力信息單元包括一天線技術欄位以及至少一選自下列群組的欄位支持波束的數量，一有關在物理層會聚協議標頭之後的傳送天線信息的支持的指示符，一有關分集技術的指示符，一有關天線測量信號發送支持的指示符，以及一有關多輸入支持的指示符。
在根據前述二段落其中之一的系統中，每一個欄位皆是通過該接收STA而衍生自該天線技術欄位。
在根據前述三段落其中之一的系統中，該天線能力信息單元是加以發送為一管理幀，一控制幀，或是一數據幀的部分。
在根據前述四段落其中之一的系統中，該天線能力信息單元是會在該傳送STA以及該接收STA產生關聯之後的任何時間、或是在該傳送STA以及該接收STA之間的一數據傳輸之後的任何時間點，於該傳送STA以及該接收STA之間進行交換。
一種用於在一無線通訊系統中的一傳送STA以及一接收STA之間交換智能天線能力信息的方法是包括下列步驟，自該傳送STA發送天線能力信息至該接收STA；決定該接收STA是否能夠支持該傳送STA的所述天線能力；若是該接收STA可以支持該傳送STA的所述天線能力時，調整於該接收STA處的設定；以及若是該接收STA可以支持該傳送STA的所述天線能力時，利用所述天線能力而將數據自該傳送STA傳送至該接收STA。
在根據前述段落的方法的中，還包括，利用有關該接收STA的天線能力的一確認而回復該傳送STA的步驟。
在根據前述二段落其中之一的方法中，該回復步驟是在該調整步驟之前、或是該調整步驟之後執行。
在根據前述三段落其中之一的方法中，該回復步驟包括通知該傳送STA有關該接收STA並不具有所述所請求的天線能力的情形。
在根據前述四段落其中之一的方法中，該傳送步驟包括，在不使用所述天線能力的情形下，自該傳送STA傳送數據至該接收STA。
在根據前述五段落其中之一的方法中，該發送步驟包括將所述天線能力信息發送成為一管理幀的部分。
在根據前述六段落其中之一的方法中，該調整步驟包括，調整選自下列群組至少其中之一的設定所使用的天線數量，分集方法，所使用的智能天線技術，以及額外的天線測量。
一種用於在一無線通訊系統中的一第一STA以及一第二STA之間交換智能天線能力信息的方法，該方法包括下列步驟自該第一STA發送天線能力信息至該第二STA；以及自該第二STA發送天線能力信息至該第一STA。
在根據前述段落的方法中，還包括下列步驟，在該第一STA以及在該第二STA處，局部地決定所述天線能力，以用於該第一STA以及該第二STA之間的未來傳送以及接收。
在根據前述二段落其中之一的方法中，該決定步驟是在該第一STA以及該第二STA之間沒有任何額外的溝通的情形下執行。
在根據前述三段落其中之一的方法中，還包括下列步驟比較該第一STA以及該第二STA的所述天線能力，其中，該決定步驟包括，使用該第一STA以及該第二STA兩者都支持的所述天線能力。
在根據前述四段落其中之一的方法中，還包括下列步驟，在該第一STA以及該第二STA之間交換測量信息，且該交換步驟是在該決定步驟之前執行。
在根據前述五段落其中之一的方法中，還包括下列步驟，在該第一STA以及該第二STA之間協商天線能力信息，且該協商步驟是在該決定步驟之前執行。
一種用於在一WLAN的中實施智能天線特徵的系統包括一AP以及一STA。該AP包括一第一天線能力決定裝置；連接至該第一天線能力決定裝置的一第一天線能力信息裝置，且該第一天線能力決定裝置是加以建構以通過檢驗儲存在該第一天線能力信息裝置的中的信息而決定該AP的所述天線能力；連接至該第一天線能力決定裝置的一第一傳送器/接收器；連接至該傳送器/接收器的一第一天線；以及連接至該傳送器/接收器的一波束切換裝置，其中，該波束切換裝置是加以建構以切換該第一天線的波束。該SAT包括一第二天線；連接至該第二天線的一第二傳送器/接收器，且該第二傳送器/接收器是加以建構以自該AP接收天線能力信息；連接至該第二傳送器/接收器的一第二天線能力決定裝置；連接至該第二天線能力決定裝置的一第二天線能力信息裝置，且該第二天線能力決定裝置是加以建構以對接收自該第二傳送器/接收器的該AP的所述天線能力以及擷取自該第二天線能力信息裝置的該STA的所述天線能力進行比較；以及連接至該第二天線能力決定裝置的一STA設定調整裝置，且該STA設定調整裝置是加以建構以調整該STA的所述設定，以利用智能天線能力。
在根據前述段落的系統中，該第一天線能力決定裝置以及該第二天線能力決定裝置是加以建構以對該AP以及該STA兩者都可以支持的天線能力的位準進行協商。
雖然本發明的特徵以及組件已經於特殊結合的較佳實施例中完成敘述，但是，每一個特徵或組件都可以單獨使用(在不需要所述較佳實施例的其它特徵以及組件的情形下)、或者可以使用為與本發明其它特徵及組件一起、或不一起的各式結合，在本發明的特殊實施例已經加以顯示以及敘述的同時，許多的修飾以及變化對熟悉本技術的人而言都可以在不脫離本發明的範圍的情形下完成，上述的敘述是作為舉例之用，並不會對本發明有任何特殊的限制。
權利要求
1.一種用於在一無線區域網路中建立一站臺(STA)以及一接入點(AP)間的關聯時實施一智能天線的方法，包括下列步驟(a)在一天線波束上通過該AP傳送一信標幀；(b)於該STA處接收該信標幀；(c)於該STA處測量該信標幀的一信號質量；(d)切換至一不同的天線波束；(e)重複步驟(a)-(d)，直到該信標幀已經在所有的天線波束上完成傳送為止；以及(f)將該STA與會在其天線波束的其中之一上利用最高信號質量而傳送該信標幀的AP產生關聯。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該信標幀包括一識別天線波束的總數的欄位。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該信標幀包括一識別當前天線波束的欄位。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法在傳送該信標幀之前、以及切換天線波束之後等待一間距。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，該間距大於一短幀間間隔，並少於一分布式幀間間隔。
6.一種用於在一無線區域網路中建立一站臺(STA)以及一接入點(AP)間的關聯時實施一智能天線的方法，包括下列步驟(a)將一探針請求幀自該STA發送至該AP，其中，該探針請求幀包括一有關該STA是否要掃描來自該AP的多個波束的指示；(b)在一天線波束上將一探針回應幀自該AP傳送至該STA；(c)於該STA處接收該探針回應幀；(d)於該STA處測量該探針響應幀的一信號質量；(e)切換至一不同的天線波束；(f)重複步驟(b)-(e)，直到該探針響應幀已經在所有的天線波束上完成傳送為止；以及(g)將該STA與在其天線波束的其中之一上利用最高信號質量而傳送該探針響應幀的AP產生關聯。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，該探針回應幀包括一識別天線波束的總數的欄位。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，該探針回應幀包括一識別當前天線波束的欄位。
9.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，該方法在傳送該信標幀之前、以及切換天線波束之後等待一間距。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，該間距大於一短幀間間隔，並少於一分布式幀間間隔。
11.一種用於在一無線區域網路中建立一站臺(STA)以及一接入點(AP)間的關聯時實施一智能天線的系統，包括一自該AP發送至該STA的信標幀，該信標幀包括一用以識別將在其上完成傳送的天線波束的總數的欄位；以及一用以識別當前正在傳輸的波束的欄位。
12.一種用於在一無線區域網路中建立一站臺(STA)以及一接入點(AP)間的關聯時實施一智能天線的系統，包括一自該STA發送至該AP的探針請求幀，該探針請求幀包括一有關該STA是否要掃描來自該AP的多個天線波束的指示；以及一自該AP發送至該STA的探針回應幀，該探針回應幀包括一用以識別將在其上完成傳送的天線波束的總數的欄位；以及一用以識別當前正在傳輸的波束的欄位。
13.一種用於在一包括一接入點(AP)以及一站臺(STA)的無線區域網路(WLAN)中支持一智能天線的使用的方法，包括下列步驟通過該AP選擇一天線波束，以用於與該STA進行溝通；自該AP將該所選擇的波束信息發送至該STA；以及自該STA將一信息包傳送至該AP，且該信息包會包括該所選擇的波束信息，藉此，該AP使用該所選擇的波束來接收該信息包的至少一部份。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，該選擇步驟包括利用一最大信號位準而選擇一天線波束。
15.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，該選擇步驟包括利用一最大信號對幹擾比而選擇一天線波束。
16.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，該發送步驟包括發送一波束指示符，該AP的媒體接入控制(MAC)地址，以及該STA的MAC地址。
17.根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，該發送步驟還包括發送一用於該波束指示符的年齡限制，其中，該所選擇的波束將僅能在該年齡限制尚未屆期時使用。
18.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，該發送步驟還包括於一分開的信息中發送該所選擇的波束信息。
19.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，該發送步驟包括將該所選擇的波束信息發送為一既存幀形式的一部分。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，該發送步驟進一步包括，發送一波束指示符信息標記符，以在該幀之中指示所選擇的波束信息的存在。
21.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，該發送步驟包括，在發送該所選擇的波束信息之前，先將該AP的該天線切換至該所選擇的波束。
22.根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，該發送步驟進一步包括，在該所選擇的波束上發送該所選擇的波束信息之後，將該AP的該天線切換至一全方向性場型。
23.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於還包括在該所選擇波束信息的成功接收時，將來自該STA的一確認發送至該AP的步驟。
24.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟於該AP處經由一全方向性波束接收該信息包的一第一部份，其中，該信息包的該第一部份包括該所選擇的波束信息；將該AP的該天線切換至如該所選擇波束信息中所載明的該所選擇波束；以及於該AP處經由該所選擇波束接收該信息包的一第二部分。
25.根據權利要求24所述的方法，其特徵在於，該切換步驟包括，對該信息包的該第一部份進行解碼，以決定該所選擇波束。
26.一種用於在一無線區域網路(WLAN)中支持一智能天線的使用的系統，該無線區域網路包括一接入點(AP)以及一站臺(STA)，該系統包括一自該AP發送至該STA的第一信息包，且該第一信息包包括一所選擇的波束指示符、該AP的一媒體接入控制(MAC)地址以及該STA的一MAC地址，其中，該所選擇波束指示符會識別由該AP所選擇的一天線波束，以用於與該STA進行溝通；以及一自該STA發送至該AP的第二信息包，該第二信息包是包括該所選擇波束指示符，藉此，該AP經由該所選擇波束而接收該第二信息包的至少一部份。
27.根據權利要求26所述的系統，其特徵在於，該第一信息包是從該AP作為一分開的信息而發送至該STA。
28.根據權利要求26所述的系統，其特徵在於，該第一信息包為一既存幀形式的部分。
29.根據權利要求26所述的系統，其特徵在於，該第一信息包進一步包括一用於該所選擇波束指示符的年齡限制，其中，該所選擇波束將僅能在該年齡限制尚未屆期時使用。
30.根據權利要求26所述的系統，其特徵在於，該第一信息包進一步包括一波束指示符信息標記符，以在該信息包中指示所選擇的波束指示符的存在。
31.根據權利要求26所述的系統，其特徵在於該第二信息包的一第一部份是會於該AP處經由一全方向性波束而加以接收，且該第二信息包的該第一部份包括該所選擇波束指示符；該AP將其天線切換至如該所選擇波束指示符中所載明的該所選擇波束；以及該第二信息包的一第二部分是於該AP處經由該所選擇波束而加以接收。
32.一種用於在一無線通訊系統中一傳送站臺以及一接收站臺之間交換智能天線能力信息的系統，包括一天線能力信息組件，以在該傳送站臺以及該接收站臺之間的數據傳送前，於該兩個站臺之間進行交換，且該天線能力信息單元包括有關該兩個站臺的所述能力的信息。
33.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該無線通訊系統為一無線區域網路(WLAN)，該傳送站臺為在該WLAN中的一接入點，以及該接收站臺為在該WLAN的中的一站臺。
34.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該無線通訊系統為一無線區域網路(WLAN)，該傳送站臺為在該WLAN中的一站臺，以及該接收站臺為一接入點。
35.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該無線通訊系統為一無線區域網路(WLAN)，該傳送站臺為在該WLAN中的一站臺，以及該接收站臺為在該WLAN的的另一站臺。
36.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該天線能力信息單元包括一天線技術欄位。
37.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該天線能力信息單元還包括至少一選自下列群組的欄位支持波束的數量、一有關在物理層會聚協議標頭之後的傳送天線信息的支持的指示符、一分集技術的指示符、一天線測量信號發送支持的指示符，以及一多輸入支持的指示符。
38.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該至少一欄位的各欄位是通過該接收站臺而衍生自該天線技術欄位。
39.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該天線能力信息單元是加以發送為一管理幀的部分。
40.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該天線能力信息單元是加以發送為一控制幀的部分。
41.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該天線能力信息單元是加以發送為一數據幀的部分。
42.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該天線能力信息單元是會在該傳送站臺以及該接收站臺產生關聯後的任何時間點，於該傳送站臺以及該接收站臺之間進行交換。
43.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於，該天線能力信息單元在該傳送站臺以及該接收站臺之間的一數據傳輸之後的任何時間點，於該傳送站臺以及該接收站臺之間進行交換。
44.一種用於在一無線通訊系統中的一傳送站臺以及一接收站臺之間交換智能天線能力信息的方法，包括下列步驟自該傳送站臺發送天線能力信息至該接收站臺；決定該接收站臺是否能夠支持該傳送站臺的所述天線能力；若是該接收站臺可以支持該傳送站臺的所述天線能力時，調整於該接收站臺處的設定；以及若是該接收站臺可以支持該傳送站臺的所述天線能力時，利用所述天線能力而將數據自該傳送站臺傳送至該接收站臺。
45.根據權利要求44所述的方法，其特徵在於還包括，利用該接收站臺的天線能力的一確認而回復該傳送站臺的步驟。
46.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，該回復步驟是在該調整步驟之前執行。
47.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，該回復步驟是在該調整步驟之後執行。
48.根據權利要求45所述的方法，其特徵在於，該回復步驟包括通知該傳送站臺有關該接收站臺並不具有所述所請求的天線能力。
49.根據權利要求48所述的方法，其特徵在於，該傳送步驟包括，在不使用所述天線能力的情形下，自該傳送站臺傳送數據至該接收站臺。
50.根據權利要求44所述的方法，其特徵在於，該發送步驟包括將所述天線能力信息發送成為一管理幀的部分。
51.根據權利要求44所述的方法，其特徵在於，該調整步驟包括調整選自下列群組至少其中之一的設定所使用的天線數量、一分集方法、所使用的智能天線技術以及額外的天線測量。
52.一種用於在一無線通訊系統中的一第一站臺以及一第二站臺之間交換智能天線能力信息的方法，包括下列步驟自該第一站臺發送天線能力信息至該第二站臺；以及自該第二站臺發送天線能力信息至該第一站臺。
53.根據權利要求52所述的方法，其特徵在於包括下列步驟在該第一站臺以及在該第二站臺處，局部地決定所述天線能力，以用於該第一站臺以及該第二站臺之間的未來傳送以及接收。
54.根據權利要求53所述的方法，其特徵在於，該決定步驟是在該第一站臺以及該第二站臺之間沒有任何額外的溝通的情形下執行。
55.根據權利要求53所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟比較該第一站臺以及該第二站臺的所述天線能力，其中，該決定步驟包括，使用該第一站臺以及該第二站臺兩者都支持的所述天線能力。
56.根據權利要求53所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟在該第一站臺以及該第二站臺之間交換測量信息，且該交換步驟是在該決定步驟之前執行。
57.根據權利要求53所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟在該第一站臺以及該第二站臺之間協商天線能力信息，且該協商步驟是在該決定步驟之前執行。
58.一種用於在一WLAN的中實施智能天線特徵的系統，包括一接入點(AP)，包括一第一天線能力決定裝置；一第一天線能力信息裝置，連接至該第一天線能力決定裝置，且該第一天線能力決定裝置是加以建構以通過檢驗儲存在該第一天線能力信息裝置中的信息而決定該AP的所述天線能力；一第一傳送器/接收器，連接至該第一天線能力決定裝置；一第一天線，連接至該傳送器/接收器；以及一波束切換裝置，連接至該傳送器/接收器，且該波束切換裝置用於切換該第一天線的波束；以及一站臺，包括一第二天線；一第二傳送器/接收器，連接至該第二天線，且該第二傳送器/接收器用於自該AP接收天線能力信息；一第二天線能力決定裝置，連接至該第二傳送器/接收器；一第二天線能力信息裝置，連接至該第二天線能力決定裝置，且該第二天線能力決定裝置用於對接收自該第二傳送器/接收器的該AP的所述天線能力以及擷取自該第二天線能力信息裝置的該站臺的所述天線能力進行比較；以及一站臺設定調整裝置，連接至該第二天線能力決定裝置，且該站臺設定調整裝置用於調整該站臺的所述設定，以利用智能天線能力。
59.根據權利要求58所述的系統，其特徵在於，該第一天線能力決定裝置以及該第二天線能力決定裝置用於對該AP以及該站臺兩者都可以支持的天線能力的位準進行協商。
全文摘要
一種用於在一無線區域網路中建立一站臺(STA)以及一接入點(AP)間的關聯時實施一智能天線的方法，其是從通過一AP而在一天線波束上傳送一信標幀(beacon frame)開始，然後，該信標幀是於該STA處被接收，且該STA會測量該信標幀的一信號質量，接著，該AP會切換至一不同的天線波束，並且重複該方法，直到該信標幀已經在所有的天線波束上完成傳送為止，最後，該STA會與該在其天線波束的其中之一上利用最高信號質量而傳送該信標幀的AP產生關聯。類似的方法也可以使用在該STA將一探針請求幀發送至該AP、且該AP接著利用在多個天線波束上發送的探針響應而產生反應的情況。
文檔編號H04W16/28GK101048944SQ200580030585
公開日2007年10月3日 申請日期2005年9月7日 優先權日2004年9月10日
發明者保羅·馬裡內爾, 亞蒂·錢德拉, 車尹赫, 文森·羅伊 申請人:美商內數位科技公司