无线网络中连通性恢复的方法和装置.pdf

本发明公开了一种用于无线网络中连通性恢复的方法和装置，包括执行天线训练过程以发现在至少两个站之间的第一和第二通信路径，根据质量标准对天线的发射和接收模式排序，报告在所述第一和第二通信路径上用于发射和接收信号的最佳发射模式和最佳接收模式，并基于发射模式和所述接收模式的质量在所选的通信路径上建立通信链路。

1.  一种无线个人区域网络(WPAN)中的通信方法，包括：
执行天线训练过程以发现在至少两个站之间的第一和第二通信路径；
根据质量标准对发射和接收模式排序；
向所述至少两个站报告用于在所述第一和第二通信路径上发射和接收信号的最佳发射模式和最佳接收模式；以及
基于所述发射模式和所述接收模式的质量在所选通信路径上建立所述至少两个站之间的通信链路。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
周期性地监测所述第一和第二通信路径；以及
更新所述至少两个站的所述第一和第二通信路径的最佳发射模式和最佳接收模式的状态。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
当所述通信链路中断时，切换到其它通信路径；以及
在所述其它通信路径上重新建立所述通信链路。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，执行包括：
发送来自两个或多个发射和接收模式的两个或多个训练序列；以及
为所述两个或多个发射和接收模式分配天线扇区号。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，报告包括：
由所述至少两个或多个站中的第一站接收两个或多个训练序列；
根据所述质量标准基于所述两个或多个训练序列确定所述第一和第二路径的最佳发射模式和最佳接收模式；以及
在所述第一站记录第一路径信息和第二路径信息，其中所述第一路径信息包含所述第一通信路径的最佳发射模式和最佳接收模式，并且所述第二路径信息包含所述第二通信路径的最佳发射模式和最佳接收模式。

6.  如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括：
向所述第二站报告所述第一路径信息和所述第二路径信息。

7.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，监测包括：
协商测试时间；
将所述测试时间插入到预留给两个或多个站的信道时间间隔中；以及
使用消息发送周期测试信号。

8.  如权利要求3所述的方法，其特征在于，切换包括：
测量通信链路质量参数；以及
如果所述通信链路质量参数低于阈值，则切换到其它通信路径上。

9.  一种无线通信设备，包括：
控制器，用于执行天线训练过程以发现到个人区域网络中的站的第一和第二通信路径，根据质量标准对天线的发射和接收模式排序，报告用于在所述第一和第二通信路径上发射和接收信号的最佳发射模式和最佳接收模式，并且基于所述发射模式和所述接收模式的质量标准在所选通信路径上建立通信链路。

10.  如权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，控制器周期性地监测所述第一和第二通信路径并更新所述第一和第二通信路径两者的最佳发射模式和最佳接收模式的状态。

11.  如权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，该控制器能够在所述通信链路中断时切换到其它通信路径上并在所述其它通信路径上重新建立通信链路。

12.  如权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储与主和次路径相关的发射和接收模式；以及
发射机，用于根据所述主和次路径中活动路径的发射和接收模式将两个或多个训练序列发射到预定方向上。

13.  如权利要求12所述的无线通信设备，其特征在于，所述控制器为所述两个或多个发射和接收模式分配天线扇区号。

14.  如权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，包括：
接收机，用于接收两个或多个训练序列；以及
其中所述控制器根据所述质量标准基于所述两个或多个训练序列确定第一和第二路径的最佳发射模式和最佳接收模式，并且在存储器中记录第一路径信息和第二路径信息，其中所述第一路径信息包含所述第一通信路径的最佳发射模式和最佳接收模式，并且所述第二路径信息包含所述第二通信路径的最佳发射模式和最佳接收模式。

15.  如权利要求14所述的无线通信设备，其特征在于，该控制器向所述站报告所述第一路径信息和该第二路径信息。

16.  如权利要求10所述的无线通信设备，其特征在于，该控制器用于协商测试时间，将所述测试时间插入到为与所述站的通信预留的信道时间间隔中并使用消息发送周期测试信号。

17.  如权利要求11所述的无线通信设备，其特征在于，包括：
测量模块，用于测量通信链路质量参数；以及
切换模块，用于在所述通信链路质量参数满足阈值时切换到其它通信路径。

18.  如权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，所述控制器包括媒体访问控制器(MAC)。

19.  如权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，所述设备包括无线个人区域网络(WPAN)的站。

20.  如权利要求19所述的无线通信设备，其特征在于，所述无线个人区域网络包括微微网，且所述无线通信设备包括微微网协调器(PNC)。

21.  一种无线通信设备，包括：
控制器，用于执行天线训练过程以发现到个人区域网络中的站的第一和第二通信路径，根据质量标准对天线的发射和接收模式排序，报告用于在所述第一和第二通信路径上发射和接收信号的最佳发射模式和最佳接收模式，并且基于所述发射模式和所述接收模式的质量标准在所选通信路径上建立通信链路；以及
自适应波束形成天线，用于在mm波通信链路上发射。

22.  如权利要求21所述的无线通信设备，其特征在于，所述控制器周期性地监测所述第一和第二通信路径并更新所述第一和第二通信路径的最佳发射模式和最佳接收模式的状态。

23.  如权利要求21所述的无线通信设备，其特征在于，所述控制器在通信链路中断时切换到其它通信路径上并在所述其它通信路径上重新建立通信链路。

24.  如权利要求21所述的无线通信设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储与主和次路径相关的发射和接收模式；以及
发射机，用于根据所述主和次路径中的活动路径的发射和接收模式将两个或多个训练序列发射到预定方向。

25.  如权利要求24所述的无线通信设备，其特征在于，所述控制器为所述两个或多个发射和接收模式分配天线扇区号。

26.  一种无线通信系统，包括：
无线通信设备，包括至少一控制器，所述控制器用于执行天线训练过程来发现到个人域网络中的站的第一和第二通信路径，根据质量标准对天线的发射和接收模式排序，报告用于在所述第一和第二通信路径上发射和接收信号的最佳发射模式和最佳接收模式，并且基于所述发射模式和所述接收模式的质量标准在所选通信路径上建立通信链路。

27.  如权利要求26所述的无线通信系统，其特征在于，所述控制器周期性地监测所述第一和第二通信路径并更新所述第一和第二通信路径的最佳发射模式和最佳接收模式的状态。

28.  如权利要求26所述的无线通信系统，其特征在于，所述控制器在所述通信链路中断时切换到其它通信路径上并在所述其它通信路径上重新建立通信链路。

29.  如权利要求26所述的无线通信系统，其特征在于，包括无线个人区域网络(WPAN)。

30.  如权利要求19所述的无线通信系统，其特征在于，包括微微网并且所述无线通信设备包括微微网协调器(PNC)。

无线网络中连通性恢复的方法和装置
背景技术
无线个人区域网(WPAN)是一种用于与个人邻近的计算设备(例如电话和个人数字助理)间的通信的网络。这些设备可能属于或不属于所讨论的个人。WPAN的覆盖范围可能是几米。WPAN可以用于个人设备本身之间的内部通信，或用于通过上行链路连接到更高级的网络和因特网。个人区域网可以有线连接到计算机总线上，该总线例如是通用串行总线(USB)和火线。
IEEE802.15.3工作组3c(TG3c)于2005年3月成立。TG3c正在开发一种用于现有802.15.3无线个人区域网(WPAN)标准802.15.3-2003的基于毫米波(mmWave)的可选物理层(PHY)。
该mmWave WPAN可以在包含由FCC 47CFR 15.255定义的57-64GHz未授权波段的波段中工作。该毫米波WPAN能够允许在较近的物理间隔上与WPAN的802.15族的所有其他微波系统的高度共存。
此外，毫米波WPAN能够允许超过2G比特/s的非常高的数据率的应用，例如高速因特网访问，流内容下载(例如视频点播、高清晰度电视(HDTV)、家庭影院等)，实时流和用于电缆替代品的无线数据总线。可提供超过3G比特/s的可选数据率。
但是，由于氧气吸收和穿越障碍时的高衰减，mmWave通信链路远远不如在较低频率(例如2.4GHz和5GHz波段)上的通信链路稳健。此外，mmWave通信链路倾向于使用定向天线来增加通信范围，并且定向天线的使用使得链路对移动性特别敏感。例如，该设备方位的微小改变或附近物体和/或人的移动都可能使该链路中断。因此，需要设计一种能够以最小服务中断快速恢复定向通信链路的机制。
附图说明
说明书的结尾部分特别指出并清楚地主张了视为本发明的主题。尽管如此，可在和附图一起阅读时参考以下详细描述最佳地理解本发明涉及的结构和操作方法，以及目的、特征及其优点，所述附图中：
图1为根据本发明的示例性实施例的无线通信网络的示意图；
图2为根据本发明的一些实施例的周期性监测和更新帧的方法流程图；
图3为根据本发明的实施例的切换路径的方法流程图；
图4为根据本发明的一些示例性实施例的无线通信设备的框图。
应当理解，为了描述的简单和清楚，图中所示的单元不必按比例画出。例如，为了清楚，一些单元的尺寸相比于其他单元放大。进一步地，在认为合适的地方，这些图中的附图标记可以重复使用以指示相应或类似的单元。
具体实施方式
在下面的详细描述中，为了透彻理解本发明，阐述了许多具体的细节。但是，本领域普通技术人员将理解能够在没有这些具体的细节的情况下实施本发明。在其他的示例中，公知的方法、过程、组件和电路没有被详细描述以免模糊本发明。
按照算法和对计算机存储器中数据位或二进制数字信号的运算的符号化表示给出以下详细描述的一部分。这些算法描述和表示可以作为数据处理领域中的技术人员向本领域中其他技术人员传达他们的工作的实质内容所使用的技术。
除非明确说明，否则正如从以下的讨论所显而意见的应当理解整个说明书的讨论中使用的术语——诸如“处理”、“计算”、“推算”、“确定”等——表示计算机或计算系统或类似的电子计算设备的动作和/或进程，所述计算机、计算系统、类似电子处理设备将计算机系统的寄存器和/或存储器内表示为物理(例如，电子)量的数据处理和/或变换为计算机系统的存储器、寄存器或其他这种信息存储或传输设备内类似地表示为物理量的其他数据。
应当理解本发明可以用于各种应用中。这里公开的电路和技术可以用于许多装置中，例如无线电系统的站，尽管本发明并不限于此。打算包含在本发明范围内的站包括仅作为示例的无线局域网(WLAN)站，无线个人区域网(WPAN)等。
打算包含在本发明范围内的各种类型的WPAN站包括但不限于移动站、接入点、用于接收和发射例如跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)、补码键控(CCK)、正交频分复用(OFDM)等扩频信号的站。
首先转到图1，其为根据本发明的典型实施例的无线通信网络100的示意图。无线通信网络100可以是WPAN。
根据本发明的一个示例性实施例，WPAN100可以按照IEEE 802.15.3工作组3c(TG3c)开发的标准操作。TG3c开发了用于现有802.15.3无线个人区域网(WPAN)标准802.15.3-2003的基于毫米波(mmWave)的可选物理层(PHY)。
根据本发明的一些示例性实施例，WPAN 100可包括微微网协调器(PNC)110、站120和站130。PNC 110可以是笔记本电脑、膝上计算机等，尽管本发明的范围不限于此。站120和130可包括相机、鼠标、耳机、扬声器、显示器和移动个人设备等。
WPAN100可包括作为一种用于IEEE 802.15.3WPAN的可能的拓扑结构的微微网，尽管本发明的范围不限于此。例如并根据本发明的一个实施例，该微微网可包括PNC110和多个从设备，例如在PNC110传输范围内的站120和130。如果需要，站120和130中的任何一个都可以作为PNC。
根据本发明的至少一个实施例，微微网中的信道时间基于超帧，其可以包含三个主要部分：信标，竞争访问周期(CAP)和信道时间分配周期(CTAP)。PNC可以通过广播信标分组为微微网提供基本定时。信标可用于为微微网设置定时分配和管理信息。站120和130可以通过接收该信标而使自己与PNC110同步。该CAP可以用于异步数据或通信命令。例如，在CAP期间的媒体访问机制可以是载波检测多路访问/冲突避免(CSMA/CA)。CTAP包含信道时间分配(CTA)和管理CTA(MCTA)。CTA可以用于命令，同步流和异步数据并且媒体访问基于TDMA。确保了CTA中的无冲突传输。
现在根据本发明的示例性实施例来描述用于发现和报告两设备的主路径和次路径的方法，该两设备例如是站120和130。
按照这个例子，假设存在至少两条路径，主路径140和次路径150。主路径140可以是源站(S)和目标站(D)之间的直接路径，源站例如是站120，目标站例如是站130，并且次路径140可以是从S到D的间接路径，其可能例如从墙160或紧临站的其他任何设备或物体反射过来。
如果需要，天线训练过程可以用于发现和报告到站120和130的主和次路径150和160的存在。在本发明的一个实施例中，为了报告所期望的信息，可以使用天线训练确认消息ATT ACK(下面所示)的流动示例。可以使用其它消息格式和其它消息。在这个示例中，“主波束索引”可用于报告用于TX模式的主路径信息，“候选波束索引”可以用于报告用于TX模式的次路径信息。在本发明的其他实施例中，可以使用两个以上的两条路径，并且可将字段“报告的路径数目”添加到ATT ACK消息中。该消息中的字段“单元ID”是用来识别该消息类型的ID。“长度”字段指示该消息的长度。“主阵列矢量”字段指示形成波束的天线阵列权矢量。“候选阵列矢量”字段指示形成波束的候选天线阵列权矢量。