使用全球衛星定位系統引導的射頻傳送及接收波束成形的方法與系統的製作方法

2023-11-06 01:28:57 2

專利名稱：使用全球衛星定位系統引導的射頻傳送及接收波束成形的方法與系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線系統，特別涉及一種具有波束成形性能的無線系統。
背景技術：
在計算機網絡中，無線存取點或基站提供無線通訊裝置連接至無線網絡，如無線 區域網路(wireless local area network,WLAN)、無線城域網絡(wireless metropolitan area network, MAN)或其它相關規範的網絡。該無線存取點或基站通常連接至一有線網 絡，無線通訊裝置(如計算機或印表機)與該有線網絡中的有線裝置即可通過該無線存取 點或基站傳遞數據。 全球衛星定位系統(global positioning system, GPS)廣泛地應用於手提式裝 置，如行動電話、MP3隨身聽或汽車電子中。今日，WLAN裝置通常內嵌於上述裝置或其它手 提式裝置中。 波束成形為一種信號處理技術，其用於感測數組的指向性信號傳輸與接收。在 無線裝置中，利用多個天線或多個收發機的波束成形方法已被用於增強信號強度及增 加一個或多個預傳送方向的信號距離。以往，已使用許多方法來執行波束成形以建立 初始連接。傳統技術包括使用數位訊號處理器(DSP processor)及現場可編程門陣列 (fieldprogra,ble gate array, FPGA)晶片用以在不同的型態(pattern)中進行搜尋。 然而，此技術也同時需要相當高的成本。 波束成形另一個常見的方法需要使用現有的等向性(isotropic)信號以建立初 始連接，接著執行波束成形以提升信噪比的值。使用此技術時，當距離增加時，信噪比的值 會開始下降，進而導致整體性能表現下滑。因此，使用此現有等向性信號的方法將受限於等 向性距離。 波束成形第三個方法，其包括使用多個天線和多個收發機以增強信號強度及信號 傳送距離。然而，待連接位置是未知的，所以經常因連接位置太遠無法達到而導致連接失 敗。所以，因為在錯誤的地點接收非引導(non-guided)波束或根本沒接收到任何信號證明 此為耗時且無效率的方法。 因此，需要一種傳送及接收波束成形的方法，其可克服上述實際操作上的問題。此 方法需是有成本效益、容易實現、有效率及有優異工作性能特性。本發明即滿足這些需求。

發明內容
本發明提出一種使用預載無線存取點位置的射頻傳送及接收波束成形的方法與 系統以滿足上述的需求。為達到上述目標，所述方法提供具有多個預載無線存取點位置的 無線網絡裝置；根據至少一個所述多個預載無線存取點位置對於存取點計算對應向量；調 控具有聽測封包的傳送波束朝向所述存取點；通過所述存取點計算頻道的狀態；以及通過 所述存取點傳送封包至所述無線網絡裝置以建立連接。
根據本發明的系統與方法，其優點為通過計算對應向量而向已知方向傳送波束成 形。本發明提供更多有效連接，相對的，傳統方法其傳送的信號可能無法被接收到，或接收 到的信號已相當微弱進而導致低傳輸量。根據本發明的系統與方法的第二優點，因為事先 確定存取點位置，進而提升傳送距離以及信號傳輸量。


圖1A圖示了無線網絡裝置系統；
圖IB圖示了無線網絡裝置與存取點通訊情形。；
圖2為對於無線網絡裝置決定的存取點的計算的對應向量圖3為無線網絡裝置與存取點用以建立連接的協議過程流程圖；以及
圖4圖示了傳統的以及根據本發明的全球衛星定位系統協助波束成形的傳送距
主要組件符號說明
10 無線網絡裝置系統 12 全球衛星定位系統
14 無線網絡裝置
16 電子羅盤
18 預載無線存取點
20 天線
200 無線網絡裝置系統
202 外部無線存取點
500 計算的對應向量 300-306 步驟
具體實施例方式
本發明涉及一種無線系統，特別涉及一種具有波束成形性能的無線系統。以下敘 述的表示是為使本領域技術人員能了解其內容並可據以實施，且提供於專利申請文件中。 優選實施例的不同修改和在此描述的一般性原則和特點對於本領域技術人員而言為明顯 的。因此，本發明不應受限於所示的實施例，而應基於上述原則和特點給予一致性的最寬廣 的範圍。 根據本發明的方法與系統使用具有預載的無線存取點位置的無線網絡裝置，以及 根據至少一個預載無線存取點位置而計算對應於存取點的對應向量。調控傳送波束及聽測 封包(sounding packet)朝向該存取點，最後該存取點傳送封包至無線網絡裝置以建立預 期的連接。根據本發明的方法與系統具有許多有優點，其描述如下。 根據本發明的方法與系統使用具有預載無線存取點位置的無線網絡裝置可以全 硬體形式實現或全軟體形式實現或同時包括硬體或軟體組件。根據本發明的實施例，本揭 露以軟體實現，其包括但不限於應用軟體、韌體、常駐軟體、微碼等。 此外，根據本發明的方法與系統使用具有預載的無線存取點位置的無線網絡裝置 可為電腦程式產品形式，其可存取計算機可讀取媒體，該計算機可讀取媒體提供計算機的程序代碼。計算機或任何指令執行系統的計算機可使用該程序代碼或連接至該程序代 碼。對於上述的描述，計算機可使用或計算機可讀取的媒體可以是任何裝置，其可包括、儲 存、傳遞、傳播或運送該被使用的程序，或連接至指令執行系統、裝置或設備。
該媒體可為電子式、磁式、光學式、電磁式、紅外線或半導體系統(或裝置或設備) 或傳播媒體。例如，計算機可讀取媒體包括半導體或固態內存、磁帶、可移除式計算機磁碟、 隨機存取內存、只讀存儲器、硬磁碟(rigid magnetic disk)及光碟片。目前光碟片包括 DVD、光碟只讀存儲器(compact disk-read-only memory, CD-ROM)、可讀寫光碟(CD-R/W)。 為詳細描述本發明特徵，請結合附圖並參照以下說明。 根據本發明實施利，圖1A圖示了無線網絡裝置系統10。無線網絡裝置系統10包 括無線網絡裝置14、全球衛星定位系統12及電子羅盤16。此外，該系統亦包括預載無線存 取點18。預載無線存取點18由多個不同位置的存取點組成，其中所述這些存取點可通過無 線網絡裝置14通訊連接。 圖IB圖示了無線網絡裝置200與一存取點202通訊情形。預載無線存取點18於 特定區域相應於存取點202。無線網絡裝置200預先儲存存取點202的位置至特定內存中， 如隨機存取內存、只讀存儲器或類似內存。 例如，一輛在舊金山(San Francisco)旅行的汽車，其裝配了無線網絡裝置200， 在這輛車中的無線網絡裝置200已有遍及舊金山特定預載無線存取點18的位置，其位置信 息儲存於內存中。例如，預載無線存取點18的位置可能為柯伊特塔(Coit Tower)。這輛 車中的無線網絡裝置200將與該預載無線存取點18聯通以辨別相應於柯伊特塔的存取點 202。接著，無線網絡裝置200判斷在柯伊特塔中的存取點202是否可與之聯通(也就是頻 道沒有被佔用)並可與之連接(如接下來圖2至圖4所描述)。 圖2為對於存取點202的計算的對應向量500，該存取點202是由無線網絡裝置 14'決定。 圖3為無線網絡裝置14與存取點202用以建立連接的協議過程流程圖。首先，經 由步驟300，無線網絡裝置14與電子羅盤16、全球衛星定位系統12及預載無線存取點18 相互聯通以確定一無線存取點的位置。接著，經由步驟302，參閱圖2及圖3，無線網絡裝置 14對於存取點202計算對應向量500以決定存取點202。在步驟304中，根據對於存取點 202計算的對應向量500，無線網絡裝置14調控傳送波束及聽測封包(sounding packet) 朝向存取點202。 該聽測封包可能含有多個幀，其幀包括繼承短訓練幀(legacy shorttraining frame, L-STF)、繼承長訓練幀(legacy long training frame, L-STF)、高傳輸量長訓練幀 (high-throughput long training frame, HT-LTF)及高傳輸量數據(high-throughput data)。該繼承幀參照之前IEEE 802. 11標準。該高傳輸量幀參照目前發展的IEEE 802. lln的草擬標準，其包括最近規格書的草擬文件〃 實體層部分技術規格889r7(PHY subsectionTech Spec)"，於此被納入；根據該草擬文件，本發明的技術特徵較佳地可一 並被納入。例如在專利申請號為US2008/0212538A1，名稱為多輸入多輸出系統的天線 選擇(Ante麗Selection for Multi-InputMulti-Output System)所描述的聽測封包 (sounding packet)。 最後，經由步驟306，根據所接受到的聽測封包，存取點202計算頻道狀態，調控傳送波束及發送一封包(圖未示)至無線網絡裝置14以建立連接。 圖4圖示了傳統的以及根據本發明的波束成形技術的性能表現特性圖。第一個波 形400顯示傳統波束成形技術或許增強信噪比的值，由此也僅增加傳輸量表現。然而，因為 受限於初始封包偵測，對傳送距離無任何影響。 相對的，第二個波形402顯示相比於傳統的波束成形技術，本發明的波束成形技 術具有顯著的優點。該優點是由於對於存取點計算的對應向量及根據預載無線存取點位置 預先得知傳送波束方向，進而增加無線裝置的傳送距離。因此，本發明的波束成形本質上增 加了信噪比的值及距離。 本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而本領域技術人員仍可能基於本發 明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修改。因此，本發明的保護範圍應不 限於實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發明的替換及修改，並為本申請的專利 保護範圍所涵蓋。
權利要求
一種使用波束成形以建立無線連接的方法，包括提供具有多個預載無線存取點位置的無線網絡裝置；根據所述多個預載無線存取點位置中的至少一個對存取點計算對應向量；調控具有聽測封包的傳送波束朝向所述存取點；通過所述存取點基於所述接收到的頻道狀態決定頻道的狀態；以及假使所述頻道的狀態可接受，則通過所述存取點傳送封包至所述無線網絡裝置以建立連接。
2. 根據權利要求1所述的方法，其還包括提供具有全球衛星定位系統及電子羅盤的所述無線網絡裝置。
3. 根據權利要求2所述的方法，其還包括利用所述羅盤及所述全球衛星定位系統計算所述對應向量，用以建立所述無線網絡裝置的位置。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中調控所述傳送波束的步驟包括基於所述計算的對應向量初始化一搜尋算法。
5. —種系統，包括無線網絡裝置，用以接收及傳送信息；電子羅盤；全球衛星定位系統；以及多個預載無線存取點位置，其中所述全球衛星定位系統、所述電子羅盤及所述多個預載無線存取點位置協同合作以辨別至少一個存取點以提供連接。
6. 根據權利要求5所述的系統，其中在接收到關於每一個新存取點的信息後，所述無線網絡裝置計算一個朝向所述存取點的對應向量，其中基於朝向所述存取點的對應向量，所述無線網絡裝置調控傳送波束及聽測封包以朝向所述存取點，其中所述存取點發送封包至所述無線網絡裝置，從而建立連接。
全文摘要
本發明涉及一種使用全球衛星定位系統引導的無線存取點的射頻傳送及接收波束成形的系統。所述方法包括提供具有多個預載無線存取點位置的無線網絡裝置；根據至少一個所述多個預載無線存取點位置對於存取點計算對應向量；調控具有聽測封包的傳送波束朝向所述存取點；通過所述存取點計算頻道的狀態；以及通過所述存取點傳送封包至所述無線網絡裝置以建立連接。
文檔編號H04B7/06GK101742400SQ20091014812
公開日2010年6月16日 申請日期2009年6月22日 優先權日2008年11月14日
發明者羅忠穩 申請人:雷凌科技股份有限公司