用于在无线局域网（WLAN）系统中传送信标传输的系统和方法.pdf

一种用于在无线局域网(WLAN)通信系统中发送信标传输的方法(100)包括在第一信道上使用第一方向(D1)的定向天线来发送第一信标，该无线局域网(WLAN)通信系统在一个或多个信道上操作。然后，在第一信道上使用第二方向的定向天线来发送第二信标。然后，重复这个过程使得第一信标和第二信标在预定信标间隔之后。第一信标在目标信标传输时间(TBTT)开始其传输，且第二信标在第一信标的传输之后在由天线交换时间限定的连续时段内开始其传输。

1.  一种用于在操作在多个信道上的无线局域网(WLAN)通信系统中发送信标传输的方法，包括：
a)在第一信道上使用在第一方向上的定向天线发送第一信标；
b)在所述第一信道上使用在至少一个第二方向上的定向天线发送第二信标；以及
c)在预定信标间隔后重复a)和b)。

2.  一种用于在操作在多个信道上的无线局域网(WLAN)通信系统中将信标传输发送到不同扇区的方法，包括：
a)在第一虚拟目标信标传输时间(TBTT)在一个扇区中在第一信道上发送第一信标信号；
b)在第二虚拟TBTT在至少一个其他扇区中在至少一个第二信道上发送第二信标信号；
c)在预定信标间隔后重复a)到b)。

3.  一种用于在操作在多个信道上的无线局域网(WLAN)中提供扇区信标传输以促进快速扇区发现和扇区间切换的方法，包括：
a)在第一虚拟目标信标传输时间(TBTT)在第一扇区中在第一信道上发送第一信标信号，以及在由天线交换时间限定的连续时段内在第二扇区中在所述第一信道上发送至少第二信标信号；
b)在第二虚拟目标信标传输时间(TBTT)在第三扇区中在第二信道上发送至少第三信标信号；
c)在预定信标间隔后重复a)到b)。

4.  一种操作在多个信道上的无线局域网(WLAN)通信系统，包括：
至少一个接入点(AP)，用于提供至少一个扇区中的通信；
连接到所述接入点的至少一个定向天线，用于向所述至少一个扇区发送射频(RF)信号；以及
其中在第一信道上使用在第一方向上的所述至少一个定向天线来发送第一信标，并且在由天线交换时间限定的预定间隔后在所述第一信道上使用在至少一个第二方向上的定向天线来发送至少一个第二信标。

5.  如权利要求4所述的无线局域网(WLAN)通信系统，其中所述第一信标在目标信标传输时间(TBTT)开始它的传输。

6.  如权利要求5所述的无线局域网(WLAN)通信系统，其中所述预定信标间隔被限定为连续TBTT之间的时间。

7.  如权利要求4所述的无线局域网(WLAN)通信系统，其中所述至少一个扇区包括WLAN覆盖区域。

8.  如权利要求4所述的无线局域网(WLAN)通信系统，其中定时同步功能(TSF)定时器被包括在信标传输中，用于计算唯一的目标信标传输时间(TBTT)。

9.  如权利要求4所述的无线局域网(WLAN)通信系统，其中所述AP向客户端通知扇区专用信息，用于促进快速扇区发现和扇区间切换。

10.  如权利要求9所述的无线局域网(WLAN)通信系统，其中所述扇区专用信息包括扇区号、定时同步功能(TSF)定时。

用于在无线局域网(WLAN)系统中传送信标传输的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及无线网络接入点(AP)，更特别地，涉及通过具有定向天线的AP进行的信标传输。
背景技术
电气和电子工程师协会(IEEE)标准以许多方式定义了信标传输，包括在基础设施模式下来自接入点(AP)的传输、在“自组模式”下来自无线局域网(WLAN)和客户端的传输。本领域的技术人员将认识到，在WLAN环境中，所述“客户端”是使用AP来建立与其它用户或设备的无线通信的用户或移动站。而且，技术人员将认识到，WLAN中的目标信标传输时间(TBTT)由称为“定时同步功能”的公共网络定时器或TSF定时器和信标间隔来控制。在信标及其它管理消息中携带的这两个信息元素允许在为AP和该AP服务的所有客户端所共用的每个信标间隔期间有唯一的TBTT。该TBTT仅表示信标的目标或预期传输时间。然而，实际上，信标传输可能由于诸如干扰、加载等各种因素而被延迟。
虽然IEEE标准决定系统的体系结构，但是未明确定义由分区AP所进行的信标传输方法。本领域的技术人员将认识到分区AP是具有形成多个扇区的多个定向天线的AP。如本文所述，术语“扇区”和“定向天线”可以互换使用。而且，标准对具有多级AP和/或客户端的网络中的功能的定义更少。
这种网络中需要解决的一个问题包括：在客户端处进行的用来识别和发现相同AP的扇区的“邻居”发现过程。此发现过程在现行标准中未有定义。此外，由于客户端不知道或者标准未定义服务AP的扇区的信标传输时间，其中所述服务AP是客户端与之相关的AP，所以无法实现往返于多个扇区的业务的智能调度(用于站点分集和高效的先接后离(make-before-break)切换)。基于未决业务通知的业务接收的高效调度也是不可能的。换言之，客户端不能在没有高度的信令开销的情况下辨别从哪个天线及在什么时间间隔收听业务。现有技术图1示出了这样的无线网络100，其中，无线接入点101使用限定扇区103、105、107以及109的定向天线。如果客户端111正在从扇区109过渡到扇区103，则重要的是客户端111及时地从接入点101的扇区103接收信标业务。
因此，客户端111可能无法高效地调度上行链路业务，因为它可能不知道其当前扇区何时发送其信标或主动接收业务。这将导致便携式客户端处的不必要的重新传输和功率消耗。当不同的天线在不同的频率上操作时，这些问题的复杂性增加，需要改善在无线局域网中传播信标的方法。
附图说明
在附图中，相同的附图标记在单独的视图中自始至终表示相同或功能上类似的元素，且所述附图连同以下详细说明一起并入本说明书并构成本说明书的一部分，用于进一步示出各种实施例并说明全部依照本发明的各种原理和优点。
图1是包括接入点的现有技术无线网络的图示，其中具有在相同AP内从一个定向天线到另一定向天线的扇区间切换。
图2示出了由接入点所进行的扇区信标传输的时间图，其中扇区在相同信道上。
图3示出了由接入点所进行的扇区信标传输的时间图，其中扇区在不同信道上。
图4示出了由接入点所进行的扇区信标传输的时间图，其中扇区使用混合信道方案。
图5是示出了由客户端进行的扇区发现过程的流程图。
图6是示出了相同接入点的扇区之间的扇区间切换的流程图。
技术人员将认识到，图中的元素是为简单和明了而示出的，且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元素的尺寸相对于其它元素而被放大，以帮助改善对本发明的实施例的理解。
具体实施方式
在详细描述依照本发明的实施例之前，应注意到，所述实施例主要在于与在无线局域网(WLAN)中发送和接收信标信号有关的方法步骤和装置部件的组合。相应地，已在附图中在适当时用常规符号表示了所述装置部件和方法步骤，仅示出了与理解本发明的实施例有关的那些特定细节，以免由于对受益于本说明书的本领域普通技术人员来说显而易见的细节而使得本发明的公开不明显。
在本文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等关系术语可以仅仅用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区别开，而不一定要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。术语“包括”、“包含”或其任何其它变体意图是涵盖非排他性包括，使得包括元素列表的过程、方法、物件、或装置不仅包括那些元素，而且可以包括未明确列出或为此类过程、方法、物件、或装置所固有的其它元素。前面是“包括”的元素在没有更多约束的情况下不排除包括该元素的过程、方法、物件、或装置中的附加相同元素的存在。
将认识到，本文所述的本发明的实施例可以使用一个或多个常规处理器或唯一存储的程序指令，该唯一存储的程序指令控制所述一个或多个处理器连同某些非处理器电路一起执行本文所述WLAN中的发送和接收信标信号的一些、大多数、或全部功能。所述非处理器电路包括但不限于无线电接收机、无线电发射机、信号驱动器、时钟电路、电源电路、以及用户输入设备。同样地，这些功能可以解释为在WLAN中执行发送和/或接收信标信号的方法的步骤。作为替代，一些或所有功能可以由不具有存储的程序指令的状态机或在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实现，在ASIC中，每个功能或某些功能的一些组合被作为定制逻辑而实现。当然，可以使用两种方法的组合。因此，本文已描述了用于这些功能的方法和装置。此外，可以预期，本领域的技术人员虽然可能进行了由例如可用时间、当前技术、以及经济方面的考虑所激发的重大努力和许多设计选择，但在受到本文所公开的构思和原理的引导时，将容易地能够用最低限度的实验来生成此类软件指令和程序及IC。
如图2-6所述，本发明包括各种实施例，所述实施例的解决方案包括控制AP行为和客户端行为以促进客户端处的扇区发现和扇区间切换的部件。这些部件包括1)AP行为，其中，AP以预定方式在其不同的扇区上发送信标并将细节告知客户端；以及2)客户端行为，其利用由AP提供的辅助进行高效的扇区发现和扇区间切换。这允许客户端收听由AP作出的关于它的其它扇区的通知并使用该信息来发现其本身的“可到达性”或与这些扇区进行通信的能力。
关于AP行为和扇区信标传输和通知，AP的职责是在可预测时间在其每个扇区中发送信标。AP随后将关于扇区信标传输时间和信道号的信息告知客户端。扇区天线(未示出)可以在相同信道、不同信道或混合组合(即一些在一个信道上且一些在另一信道上)上操作。以下说明示出了这三种情况的每一种的信标传输方法以及AP可以用来告知客户端关于扇区信标传播的通知方法。
图2示出了其中AP扇区全部在相同信道上操作的扇区信标传输时间线。在图示中，D1、D2、D3、D4表示各个AP扇区方向，而C1表示单个信道。因此，在本示例中，扇区天线在相同信道(C1)上；扇区信标按照从目标信标传输时间(TBTT)开始的顺序在相应定向天线(D1到D4)上被独立发送并被天线交换时间分离。天线交换时间被最小地限定为从一个定向天线到另一个(或者，作为替代，将同一定向天线从一个方向交换到另一个)的交换期间所引起的延迟。在一个实施例中，所述天线交换时间可以考虑由AP在一个扇区中发送扇区信标与准备好在另一扇区中发送扇区信标之间引起的全部延迟(例如硬件元素的交换、软件元素的交换等等)。在一个实施例中，一个或多个定向天线(D1到D4)是相同的物理天线，其交换方向以服务于四个扇区。因此，所述四个扇区中的每一个使用信标({D1，C1}、{D2，C1}、{D3，C1}、{D4，C1})，每个信标在每个相应扇区的它们的相应方向(背对背(back to back)地在每个定向天线的方向上)被发送。这些信标在时间上仅由用来将AP天线从一个扇区交换到一个扇区的时间来分离。AP用相同的TBTT或TSF定时器来发起信标传播。换言之，仅生成TBTT的单个的唯一值，并且其被AP用来进行信标传输，且被客户端用来进行信标接收。图2示出了开始于TBTT的D1扇区信标，后面是D2、D3以及D4扇区信标。对于本领域的技术人员来说明显的是，可以“动态地(on the fly)”改变扇区信标的传输顺序。这允许所有扇区中的客户端具有公平的信标等待时段，该公平的等待时段提高便携式设备的功率节省。
图3示出了图2所示实施例的替代实施例，其中，信标传输在时间上由不可忽略的偏移分离，其中扇区出于一致性或其它原因而使用不同信道(C1、C2、C3、C4)。与如图2所示的使每个扇区位于相同信道上相反，本实施例中的主要区别在于，在扇区之间进行交换的同时，引起不可忽略的天线和频率或信道交换延迟。因此，每次天线和信道交换将携带一些额外的系统开销。在这种情况下，背对背信标传输可能引起不必要的交换开销。因此，扇区信标在时间上被远远大于天线交换时间加信道交换时间的一些不可忽略的“信道间偏移”隔开。扇区信标在相应定向天线(D1、D2、D3、D4)和信道(C1、C2、C3、C4)上被发送，被不可忽略偏移、即远远大于天线和信道交换时间的“信道间偏移”所分离。在本实施例中，存在使用四个信道的四个扇区，其中，使用定向天线来在其信道上发送四个信标。这些信标被“信道间偏移”所分离。由于以不同的时间间隔来发送扇区信标，所以每个扇区需要其自己的TSF定时器和TBTT。因此，在AP中有四个虚拟TBTT(每个扇区一个)。如图3所示，每个扇区信标在其自己的虚拟TBTT，即在TBTT_C1、TBTT_C2、TBTT_C3和TBTT_C4被发送。请注意，所述四个扇区和四个信道仅是示例。在本发明的另一实施例中，信道C1、C2、C3、C4是完全相同的。在本发明的另一实施例中，可能有“n”个信道和“m”个天线，其中“n”小于“m”，且仍然使用如上所述的方案，使用“m”个虚拟TBTT。
在另一实施例中，图4示出了扇区信标传输，其中，每个扇区操作为图2和图3中所公开的扇区的混合。因此，相同信道上的扇区被关联到单个虚拟TBTT并在该虚拟TBTT被背对背地发送。然而，存在“m”个虚拟TBTT，其中，“m”是给定AP的所有扇区之中的信道的总数。虚拟TBTT被不可忽略的“信道间偏移”分隔开。在本示例中，扇区D1和D2使用信道C1，且扇区D3和D4使用信道C2。用于D1和D3的信标的虚拟TBTT被信道间偏移分隔开。类似地，设计了新的扇区D5以供信道C3使用，且扇区D6和D7被用于信道C4。如图4所示，每个信道具有其自己的唯一虚拟TBTT，即TBTT_C1、TBTT_C2、TBTT_C3和TBTT_C4。在本发明的另一实施例中，信道C1、C2、C3、C4是完全相同的。在本发明的其它实施例中，在对天线和信道进行适当分组的情况下，可以重新利用信道的任何组合。
在操作中，AP需要将一些扇区专用信息告知客户端，以便促进快速的扇区发现和扇区间切换。此信息可以包括诸如扇区号、虚拟TSF定时(用于计算虚拟TBTT)和信道数量等信息。具体地说，客户端可以使用扇区号来区别各个扇区，以便确定其关联性。本领域的技术人员将认识到，所述扇区号可以被携带在例如信标/探测响应/关联响应等管理帧内部。因此，AP可以使用许多已知技术进行此类通知。
如本文所述，TSF定时器被携带在信标及其它管理消息中，并用来计算对应于单一AP以及与之相关的所有客户端的信标间隔中的唯一TBTT。这又帮助客户端预测其AP的TBTT。在图2所述的实施例中，再次使用这种方法，因为需要有信标间隔中的唯一TBTT。然而，在本发明的许多随后的实施例中，存在支持相同信标间隔中的多个虚拟TBTT的需要以支持具有多个扇区的AP的高效信标传输。此外，客户端需要能够至少预测与他们关联的扇区的虚拟TBTT。为了确定此位置，在每个相应扇区的信标和探测响应中发送虚拟TSF定时器值。这些值可以取代可以在另一专有字段中携带的TSF定时器值，或者可以根据如本文所述的扇区信息元素(IE)来推断。
虚拟TSF定时器值使用以下等式来计算：
TSF_timerCi＝Master_TSF_Timer+(i-1)*Offset
其中，i＝信道号；Master_TSF_Timer是AP中的正在运行的(或被连续记录的)主要或真实TSF定时器；并且Offset是信道间偏移。
对本领域的技术人员来说将显而易见的是，所述等式采用每个信道的虚拟TSF定时器，但是这可以通过相应地解释“i”值和偏移而被推广至包括每个扇区或每个扇区的组的虚拟TSF定时器。
此外，可以添加新型信息元素(本文中称为扇区信息元素)以携带关于其它扇区信标的所有信息以使客户端处的扇区发现变得容易。这可以由信标/关联响应/探测响应来携带。关于图4，所述扇区IE可以包括表1中所示的一个或多个字段。然而，本领域的技术人员将认识到，虚拟TBTT可以是基于扇区的(而非基于信道)，其中，可以就扇区或任何其它替换而言推广此信息。
所述“信道数量”是给定AP的扇区所使用的信道的总数。例如在图4中，有四个使用的信道。所述“信道号[i]”是由TSF_timerCi为其表示虚拟TSF定时器的信道号。应注意的是，虚拟TBTT值按照i(i＝1，2....n，其中n＝信道数量)的递增次序。例如在图4中，有四个使用的信道，即n＝4。此外，信道号C1、C2、C3、C4分别是1、2、3、4。例如，信道号[2]是2。所述“扇区数量[i]”是“信道号[i]”上的扇区数量。例如，在图4中，信道C3中的扇区数量是1。因此，信道号[3]是3，且扇区数量[3]＝1。所述“偏移”是如图4所示的信道间偏移。表1示出了扇区IE字段的示例。
表1.扇区IE字段的示例值