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Dokumentenidentifikation DE202005014251U1 02.03.2006
Titel Implementierung einer Smartantenne in einem drahtlosen lokalen Netzwerk
Anmelder InterDigital Technology Corporation, Wilmington, Del., US
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Aktenzeichen 202005014251
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 02.03.2006
Registration date 26.01.2006
Application date from patent application 09.09.2005
IPC-Hauptklasse H01Q 3/26(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein drahtlose lokale Netzwerke (WLANs) und insbesondere ein System zum Ausführen eines Verfahrens und Vorrichtungen zur Implementierung einer Smartantenne in einem WLAN, um die Verwendung einer Smartantenne in einem WLAN zu unterstützen und um Smartantennen-Fähigkeitsinformationen zwischen Stationen (STAs) in einem WLAN zu übertragen.

In einem WLAN, das im Infrastrukturmodus arbeitet, führt eine STA typischerweise eine Abtastung durch, um zu bewerten, welcher Zugangspunkt (AP) der beste Kandidat ist, um sie zu betreuen. Das von der STA durchgeführte Abtasten kann passiv oder aktiv sein. Beim passiven Abtasten horcht die STA auf Beacon-Rahmen, die von den APs gesendet werden. Beim aktiven Abtasten sendet die STA Probeanforderungen, und die APs antworten, indem sie eine Probeantwort an die STA senden.

Um die Abdeckung zu verbessern und den Durchsatz zu erhöhen, können APs mit advanced Antenna-Strukturen ausgestattet werden, welche es ihnen ermöglichen, das Strahlungsmuster (den Strahl), das sie verwenden, zu ändern. Der Begriff "Smartantenne", wie er hier verwendet wird, bedeutet einen Satz aus N Antennen, die verschiedene Strahlungsmuster haben, die typischerweise in ausgewählte Richtungen zeigen (oder im Fall einer Rundstrahlantenne nicht in irgendeine bestimmte Richtung zeigen). Der Sender und/oder der Empfänger eines Knotens (AP oder STA) wählt die geeignetste Antenne (oder "Strahl") für die Kommunikation mit seinem (seinen) Gegenpart(s) aus. Der geeignetste Strahl ist typischerweise der, der im Fall von dedizierten Verbindungen, in denen ein Knoten ein Paket an einen anderen spezifischen Knoten sendet, zu dem höchsten Verhältnis von Signal zu Interferenz plus Rauschen (SINR) an dem Empfangsknoten führt.

Die Verbesserung der Abdeckung ist eine Funktion der Position der STA, an welche der AP Pakete sendet und/oder des zeitlich veränderlichen Kanals. Da Beacon-Rahmen, die von einem AP gesendet werden, nicht auf eine bestimmte STA, sondern eher auf mehrere STAs zielen, neigen sie dazu, gleichmäßig über alle Richtungen (d.h. mit einem Rundstrahl) gesendet zu werden. Da es für einen AP ebenso wünschenswert ist, die Pakete von allen seinen verbundenen STAs zu hören, horcht der AP typischerweise unter Verwendung eines Rundstrahls auf den Kanal. Diese Art von Strahl ermöglicht es dem AP, selbst nachdem er von der STA eine Probeanforderung empfangen hat, nicht notwendigerweise, zu bestimmen, welcher Strahl der beste ist, um eine STA zu betreuen. Daher neigt auch eine Probeantwort dazu, unter Verwendung eines Rundstrahls gesendet zu werden.

Eine STA verwendet die Beacons (passives Abtasten) und die Probenanforderungen (aktives Abtasten) unter anderem, um die Qualität der Funkverbindungen (z.B. Signal-Rauschverhältnis (SNR)) zu bewerten, die sie von den verschiedenen APs erhalten könnte. Beacons und Probeantworten werden aus den oben beschriebenen Gründen von den APs typischerweise unter Verwendung eines Rundstrahls gesendet. Dies erzeugt eine Situation, in der eine STA auf der Basis der Empfangssignalqualität, die sie von den Beacons und/oder Probeantworten wahrnimmt, schätzen kann, daß ein gegebener AP der beste Kandidat ist, wenn dieser AP tatsächlich für die Übertragung der Verkehrsrahmen, die mit Richtstrahlen gesendet werden können, schlechter abschneidet als ein anderer AP.

1 zeigt ein beispielhaftes WLAN 100, das eine STA 102 und zwei APs, AP_A 110 und AP_B 120 umfaßt. Der AP_A 110 kann einen Rundstrahl 112 und mehrere Richtstrahlen 114, 116, 118 verwenden. Der AP_B 120 kann einen Rundstrahl 122 und mehrere Richtstrahlen 124, 126, 128 verwenden.

Die STA 102 mißt die Empfangsleistung der verschiedenen Strahlen, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1 – Gemessene Empfangssignalstärke an der STA 102

Die STA 102 kann über den Rundstrahl 112 von dem AP_A 110 stärkere Beacons und/oder Probeantworten empfangen als über den Richtstrahl 122 von dem AP_B 120. Dennoch wäre der AP_B 120 ein besserer Kandidat für das Senden von Verkehrsrahmen als der AP_A 110, da der AP_B 120 in einer besseren Position ist, um seine Advanced Antenna-Struktur zu nutzen und die Energie (über den Richtstrahl 124) in Richtung der STA 102 zu fokussieren.

In einem AP-basierten WLAN können zu einer gegebenen Zeit mehrere STAs mit einem gegebenen AP verbunden werden. Wenn das Mehrfachzugriffsschema Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionsverhinderung (CSMA/CA), wie etwa in 802.11-basierten WLANs, ist, ist jede STA dafür anfällig, zu jeder gegebenen Zeit ein Paket (ebenfalls als ein "Rahmen" bezeichnet) an ihrem verbundenen AP zu senden. Nachdem das Paket vollständig empfangen und decodiert wurde, bestimmt der AP basierend auf der in dem Medienzugriffssteuerungs-Anfangsblock (MAC-Anfangsblock) des Pakets enthaltenen Ursprungsadresse, welche seiner verbundenen STAs ein Paket gesendet hat. Der AP muß vor der Bestimmung des Ursprungs das ganze Paket empfangen haben, weil die Fehlererkennungsbits, welche sowohl den MAC-Anfangsblock als auch die MAC-Nutzlast abdecken, am Ende des Pakets empfangen werden.

In einer Maschenarchitektur können STAs (oder "Maschenknoten") auch mit Smartantennen ausgerüstet werden, um das SNR empfangener Signale zu verbessern, oder für andere Zwecke, wie etwa die Interferenzverringerung.

Das Mehrfachzugriffsschema in 802.11-basierten WLANs macht die Auswahl des geeignetsten Strahls für den Empfang von Paketen an dem AP schwierig, wenn mehr als eine STA mit dem AP verbunden ist. Dies liegt daran, daß STAs sich irgendwo um den AP herum befinden können und der geeignetste Strahl für jede STA daher im allgemeinen nicht der gleiche ist. Da die Kennung der STA nicht bekannt ist, bevor das Paket vollständig empfangen wurde, kann der AP diese Information nicht verwenden, um zu entscheiden, welche Antenne er für den Paketempfang verwenden soll. Das gleiche Problem tritt in einer Maschenarchitektur auf, in der ein Maschenknoten mit mehr als einem anderen Maschenknoten verbunden sein kann.

Um diese Schwierigkeit zu umgehen, sind mehrere Alternativen möglich, aber sie haben alle Nachteile.

  • 1) Der AP könnte sich selbst auf die Verwendung eines Rundstrahlmusters für alle Paketempfänge beschränken, wodurch er den möglichen Vorteil aus der Nutzung einer Smartantenne verlieren würde.
  • 2) Der AP könnte die Signale von mehreren Strahlen gleichzeitig verwenden und sie kombinieren oder den besten Strahl aus ihnen auswählen. Diese Lösung erhöht die Komplexität des Empfängers, weil die Signale von mehreren Strahlen demoduliert werden müssen.
  • 3) Der AP könnte direkt nach dem Beginn eines Paketempfangs in einer aufeinander folgenden Weise zwischen all seinen verfügbaren Strahlen umschalten, den Strahl nehmen, der die beste Signalqualität ergibt, und für die restliche Dauer des Paketempfangs auf diesen Strahl schalten. Dieser Ansatz hat den Nachteil, daß der AP riskiert, einige Bits nicht korrekt zu empfangen, während er für ein bestimmtes Paket weniger geeignete Strahle probiert, was zum Verlust des Pakets führt.
  • 4) Der AP könnte versuchen, die (in dem MAC-Anfangsblock des Pakets enthaltene) MAC-Adresse des Senders unter Verwendung einer Rundstrahlantenne zu decodieren, und dann den in dem MAC-Anfangsblock identifizierten geeignetsten Strahl für die STA für den Rest des Pakets verwenden. Das Problem bei diesem Ansatz ist, daß der MAC-Anfangsblock mit der gleichen Rate gesendet wird wie der Rest des Pakets. Wenn die Rundstrahlantenne nicht genügend Verstärkung für eine angemessene Signalqualität für die MAC-Nutzlast bietet, ist es unwahrscheinlich, daß der MAC-Anfangsblock korrekt decodiert würde. Im gegenteiligen Fall (wenn die Rundstrahlantenne genügend Verstärkung bieten würde) bestünde von vornherein keine Notwendigkeit, eine Smartantenne zu verwenden.
  • 5) Die STAs könnten gezwungen werden, jedes Paket unter Verwendung des Sendeaufforderungs/Auslösungsverfahrens (RTS/CTS-Verfahren) zu senden. Dies würde dem AP ermöglichen, die sendende STA vor der Ankunft des Datenpakets zu identifizieren. Dies geht jedoch aufgrund des Overhead der RTS- und CTS-Pakete auf Kosten einer erheblichen Durchsatzstrafe, was teilweise den Zweck der Verwendung von Smartantenne vereitelt.
  • 6) Der AP könnte die STAs abfragen, wobei er der Reihe nach verschiedene Strahlen verwendet. Dieser Ansatz hat zwei Probleme. Erstens ist es in einem System mit diskontinuierlichem Verkehr, wie etwa einem WLAN, schwierig, zu versuchen, die Zeit vorherzusagen, die auf jedem Strahl verbracht werden soll. Zweitens ist es in Anbetracht des notwendigen Überlapps zwischen Antennenmustern und den Unregelmäßigkeiten der Funkumgebung, wie etwa Abschattung, schwierig, zu verhindern, daß STAs auf eine Abfrage antworten, die unter Verwendung eines für sie weniger vorteilhaften (aber hörbaren) Strahls gesendet wurde.

In einem WLAN können Smartantennenfähigkeiten an dem AP, an der STA oder beiden vorhanden sein. Ohne einen vorherigen Austausch von Antennenfähigkeiteninformationen weiß der AP nicht, wie er seine Smartantennenmerkmale mit denen einer STA koordinieren soll und umgekehrt.

Die möglicherweise nachteilige Auswirkung auf ein WLAN durch den Nichtaustausch von Smartantennen-Fähigkeitsinformationen kann in dem folgenden Beispiel veranschaulicht werden. Angenommen, daß sowohl an einem AP als auch einer STA Smartantennen mit Schaltstrahlen verwendet werden und die Smartantennenfähigkeiten jedes Endes (zum Beispiel die Anzahl von Strahlmoden, die verfügbar sind und abgetastet werden müssen, ebenso wie die Zeitdauer, die benötigt wird, um jeden der verfügbaren Strahlen zu testen) dem anderen Ende aber nicht bekannt sind. Da weder der AP noch die STA die Smartantennenfähigkeiten ihres Empfangsendes kennen, muß jeder entweder: (1) Vermutungen anstellen, was die Smartantennenfähigkeiten des anderen Endes anbetrifft; oder (2) versuchen, seine eigenen Sendeantennenstrahlen zu testen, ohne zu wissen, daß das Empfangsende zur gleichen Zeit für sich allein eine Strahlsuche verwenden könnte.

Wenn die Smartantennenfähigkeiten an beiden Enden gegenseitig bekannt wären, könnten beide Vorrichtungen einfachen im voraus abgestimmten Regeln folgen, um Dienstverschlechterungen aufgrund von gleichzeitigem Strahlsuchen an beiden Enden zu vermeiden. Wenn zum Beispiel die "Strahlsuchzeit" (TSuch) sowohl für den AP als auch die STA bekannt ist, dann könnte eine einfache Regel, die nützlich sein könnte, sein, daß die Vorrichtung (der AP oder die STA), die nach der Verbindung zuerst ein Paket empfängt, in einem Versuch, dem anderen Ende (das die Übertragung begonnen hat) genug Zeit zu geben, seine eigene Strahlsuche durchzuführen, für die Dauer von TSuch warten sollte, bevor sie ihre eigene Strahlsuche beginnt.

Gegenwärtige Antennentechnologien verbessern den Empfang durch die Verwendung von Empfangs- und/oder Sendediversity. Diese Verfahren brauchen entweder lange, um irgendeine Verstärkung zu erzielen, oder liefern weniger Verstärkung als andernfalls möglich gewesen wäre. Außerdem müssen gegenwärtige Antennentechnologien häufig proprietäre Nachrichten verwenden, um die Antennenfähigkeit einer STA zu kennen. Bei Nichtvorhandensein dieser Information können die APs und STAs Antennenfähigkeiten nicht ausnutzen, um die Datenrate oder die Reichweite zu erhöhen.

Damit Smartantennenmerkmale wirksam funktionieren, sollten die Informationen über die Fähigkeiten der STA und des AP ausgetauscht werden. Der Austausch von Antenneninformationen ermöglicht auch die mögliche Koordination während der Optimierung von Smartantennenmerkmalen, wie etwa der Strahlauswahl, der Strahlabtastung, der Strahlbildung, dem Mehrfach-Eingang-Mehrfach-Ausgang (MIMO) und jeder anderen Fähigkeit, die ermöglicht, das Strahlmuster und/oder die Verstärkung der Antennen zu ändern.

Ein Verfahren zum Implementieren einer Smartantenne beim Aufbau einer Verbindung zwischen einer STA und einem AP in einem WLAN beginnt mit dem Senden eines Beacon-Rahmens durch den AP auf einem Antennenstrahl. Der Beacon-Rahmen wird an der STA empfangen, welche die Signalqualität des Beacon-Rahmens mißt. Der AP schaltet auf einen anderen Antennenstrahl und wiederholt das Verfahren, bis der Beacon-Rahmen auf allen Antennenstrahlen gesendet wurde. Die STA verbindet sich mit dem AP, der den Beacon-Rahmen mit der höchsten Signalqualität auf einem ihrer Antennenstrahlen sendet. Ein ähnliches Verfahren kann verwendet werden, wobei die STA einen Probenanforderungsrahmen an den AP sendet, der dann mit Probeantwortrahmen antwortet, die auf mehreren Antennenstrahlen gesendet werden.

Ein System zum Implementieren einer Smartantenne beim Aufbau der Verbindung zwischen einer STA und einem AP in einem WLAN umaßt einen Beacon-Rahmen, der von dem AP an die STA gesendet wird. Der Beacon-Rahmen umfaßt ein Feld, um eine Gesamtanzahl von Antennenstrahlen zu identifizieren, auf denen eine Übertragung stattfinden wird, und ein Feld, um den Strahl zu identifizieren, der gerade darauf gesendet wird.

Ein anderes System zum Implementieren einer Smartantenne zum Aufbau der Verbindung zwischen einer STA und einem AP in einem WLAN umfaßt einen von der STA an den AP gesendeten Probanforderungsrahmen und einen von dem AP an die STA gesendeten Probeantwortrahmen. Der Probeanforderungsrahmen umfaßt eine Anzeige, ob die STA mehrere Antennenstrahle von dem AP abtasten möchte. Der Probeantwortrahmen umfaßt ein Feld, um eine Gesamtanzahl von Antennenstrahlen zu identifizieren, auf denen eine Übertragung gemacht wird, und ein Feld, um den Strahl zu identifizieren, auf dem gerade gesendet wird.

Ein Verfahren zur Unterstützung der Verwendung einer Smartantenne in einem WLAN mit einem AP und einer STA beginnt mit der Auswahl eines Antennenstrahls durch den AP, der für die Kommunikation mit der STA verwendet werden soll. Die ausgewählte Strahlinformation wird von dem AP an die STA gesendet. Ein Paket wird von der STA an den AP gesendet, wobei das Paket die ausgewählte Strahlinformation umfaßt, wobei der AP den ausgewählten Strahl verwendet, um zumindest einen Teil des Pakets zu empfangen.

Ein System zur Unterstützung der Verwendung einer Smartantenne in einem WLAN mit einem AP und einer STA umfaßt ein erstes Paket und ein zweites Paket. Das erste Paket wird von dem AP an die STA gesendet und umfaßt eine ausgewählte Strahlanzeige, eine MAC-Adresse des AP und eine MAC-Adresse der STA. Die ausgewählte Strahlanzeige identifiziert einen Antennestrahl, der von dem AP für die Verwendung zur Kommunikation mit der STA ausgewählt wurde. Das zweite Paket wird von der STA an den AP gesendet und umfaßt die ausgewählte Strahlanzeige, wodurch der AP zumindest einen Teil des zweiten Pakets über den ausgewählten Strahl empfängt.

Ein System zum Austauschen von Smartantennen-Fähigkeiteninformationen zwischen einer sendenden STA und einer empfangenden STA in einem drahtlosen Kommunikationssystem umfaßt ein Antennenfähigkeiten-Informationselement (IE). Das Antennenfähigkeiten-IE wird vor der Datenübertragung zwischen der sendenden STA und der empfangenden STA von der sendenden STA an die empfangende STA gesendet. Wenn das Antennenfähigkeiten-IE in einem WLAN verwendet wird, kann es als Teil eines Verwaltungsrahmens gesendet werden.

Ein Verfahren zum Austauschen von Smartantennen-Fähigkeiteninformationen zwischen einer sendenden STA und einer empfangenden STA in einem drahtlosen Kommunikationssystem umfaßt die folgenden Schritte: Senden von Antennenfähigkeiteninformationen von der sendenden STA an die empfangende STA, Bestimmen, ob die empfangende STA die Antennenfähigkeiten der sendenden STA unterstützen kann, Anpassen der Einstellungen an der empfangenden STA, wenn die empfangende STA Antennenfähigkeiten der sendenden STA unterstützen kann, und Senden von Daten von der sendenden STA an die empfangende STA, wobei die Antennenfähigkeiten verwendet werden, wenn die empfangende STA die Antennenfähigkeiten der sendenden STA unterstützen kann.

Ein System zur Implementierung von Smartantennenmerkmalen in einem WLAN umfaßt einen AP und eine STA. Der AP umfaßt eine erste Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung, eine mit der ersten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundene erste Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung, wobei die erste Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie die Antennenfähigkeiten des AP bestimmt, indem sie die in der ersten Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung gespeicherten Informationen untersucht; einen mit der ersten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundenen ersten Sender/Empfänger; eine mit dem Sender/Empfänger verbundene erste Antenne; und eine mit dem Sender/Empfänger verbundene Strahlschaltvorrichtung, wobei die Strahlschaltvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie Strahlen der ersten Antenne umschaltet. Die STA umfaßt eine zweite Antenne; einen mit der zweiten Antenne verbundenen zweiten Sender/Empfänger, wobei der zweite Sender/Empfänger derart konfiguriert ist, daß er Antennenfähigkeiteninformationen von dem AP empfängt; eine mit dem zweiten Sender/Empfänger verbundene zweite Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung; eine mit der zweiten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundene zweite Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung, wobei die zweite Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie die von dem zweiten Sender/Empfänger empfangenen Antennenfähigkeiten des AP mit den aus der zweiten Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung abgerufenen Antennenfähigkeiten der Station vergleicht; und eine mit der zweiten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundene Stationseinstellungs-Anpassungsvorrichtung, wobei die Stationseinstellungs-Anpassungsvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie die Einstellungen der Station anpaßt, um Smartantennenfähigkeiten zu nutzen.

Ein detaillierteres Verständnis der Erfindung kann aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform erhalten werden, die beispielhaft gegeben wird und die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen ist, wobei:

1 ein Diagramm eines WLAN ist, das Rundstrahl- und Richtstrahl-Antennenstrahlmuster zeigt;

2 ein Diagramm eines Beacon-Rahmenformats zum Identifizieren von Antennenstrahlen ist;

3 ein Zeitsteuerdiagramm für passives Abtasten ist;

4 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Senden eines Beacon-Rahmens beim passiven Abtasten ist;

5 ein Diagramm eines Probeanfforderungsrahmens für die Verwendung beim aktiven Abtasten ist;

6 ein Diagramm eines Probeantwortrahmens für die Verwendung beim aktiven Abtasten ist;

7 ein Zeitsteuerdiagramm für aktives Abtasten ist;

8 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Senden eines Probeantwortrahmens beim aktiven Abtasten ist;

9 ein Diagramm ist, das die Übertragung von Datenpaketen zwischen einem AP und STAs zeigt;

10 ein Diagramm eines Rahmenformats ist, das Strahlanzeigeinformationen enthält, die von einer STA gesendet werden;

11 ein Diagramm eines Strahlanzeige-Nachrichtenformats ist, das von einem AP gesendet wird;

12a und 12b Diagramme von Rahmenformaten sind, die Strahlanzeigeinformationen enthalten, die von einem AP gesendet werden;

13a und 13b Diagramme von alternativen Rahmenformaten sind, die Strahlanzeigeinformationen enthalten, die von einem AP gesendet werden;

14 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Senden von Smartantenneninformationen durch einen AP und eine STA ist;

15 ein Flußdiagramm eines Beispiels für das in 14 gezeigte Verfahren ist;

16 ein Diagramm eines vorhandenen Fähigkeiteninformationsfelds ist;

17 ein Diagramm eines Teils eines Rahmens ist, der ein Antennenfähigkeiten-IE enthält;

18 ein Diagramm des in 17 gezeigten Antennenfähigkeiten-IE ist;

19 ein Flußdiagramm eines Verfahrens für den Austausch von Antennenfähigkeiteninformationen ist;

20 ein Flußdiagramm eines alternativen Verfahrens für den Austausch von Antennenfähigkeiteninformationen ist; und

21 ein Blockschaltbild eines Systems ist, das derart konfiguriert ist, daß es die vorliegende Erfindung implementiert.

Der Begriff "Station" (STA) umfaßt hier im weiteren eine drahtlose Sende/Empfangseinheit, ein Benutzergerät, eine feste oder mobile Teilnehmereinheit, einen Funkrufempfänger oder jede andere Art von Vorrichtung, die fähig ist, in einer drahtlosen Umgebung zu arbeiten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wenn hier im weiteren darauf Bezug genommen wird, umfaßt der Begriff "Zugangspunkt" (AP) eine Basisstation, einen Node B, eine Standortsteuerung oder jede andere Art von Schnittstellenvorrichtung in einer drahtlosen Umgebung, ist jedoch nicht darauf beschränkt.

Die vorliegende Erfindung löst das Strahlauswahlproblem sowohl für das passive Abtasten als auch für das aktive Abtasten. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein System zum Ausführen eines Verfahrens und eines Signalisierungsschemas, die in einem AP und einer STA implementiert werden können, um die Verwendung von Smartantennen an dem AP für den Empfang von Paketen von STAs zu ermöglichen. Das Verfahren kann im Fall einer Maschenarchitektur auch in Maschenknoten implementiert werden. Die vorliegende Erfindung behandelt den Antennenfähigkeiten-Informationsaustausch zwischen einem AP und einer STA und baut auf die aktuellen Nachrichten, die von den 802.11-Standards bereitgestellt werden, und ist vollständig abwärts kompatibel.

Passives Abtasten

Die vorliegende Erfindung stellt die Signalisierung und Unterstützung für einen AP zur Verfügung, um seinen Beacon auf mehreren Strahlen zu senden. Dies kann erreicht werden, indem, wie in 2 gezeigt, zu dem WLAN-Beacon-Verwaltungsrahmen zwei Felder hinzugefügt werden. Der sich ergebende Verwaltungsrahmen wird als ein Advanced Antenna (AA) Beacon-Rahmen 200 bezeichnet. Viele der Felder des Rahmens 200 sind in dem vorhandenen Beacon-Rahmen, wie er durch die 802.11-Standards definiert ist. Diese Felder umfassen die Rahmensteuerung 202, die Dauer 204, die Bestimmungsadresse (DA) 206, die Ursprungsadresse (SA) 208, die Grunddienstesatz-(BSS) Kennung (BSSID) 210, die Folgensteuerung 212, den Zeitstempel 214, das Beacon-Intervall 216, die Fähigkeiteninformation 218, das SSID-Informationselement (IE) 220, das unterstützte Raten-IE 222, das Frequenzsprung-(FH)/Verteilungssystem-(DS) Parametersatz-IE 224, das konkurrenzfreie (CE) Parametersatz-IE 226, das unabhängige BSS-(IBSS) Parametersatz-IE 228 und das Verkehrsanzeigekarten(TIM) IE 230.

Das erste neue Feld 232 des Rahmens 200 zeigt der STA an, daß die Beacon-Rahmen innerhalb eines AA-Beacon-Intervalls N mal gesendet werden, wobei N der Anzahl von Strahlen entspricht, auf denen der AP den Beacon senden wird. Das zweite neue Feld 234 identifiziert den Strahl, der zum Senden des Beacon verwendet wurde, d.h. die Strahlkennung. Wenn sie einen der von einem AP gesendeten mehreren AA-Beacon-Rahmen empfängt, ist die STA in der Lage, die Anzahl von Strahlen (232) zu identifizieren, die in dem von dem AP durchgeführten Strahldurchlauf enthalten sind, und sie ist auch in der Lage, die verschiedenen Versionen, die sie empfängt, zu unterscheiden, indem sie die Strahlkennung (234) anschaut.

Es wird bemerkt, daß das AA-Beacon-Intervall 216 auf den gleichen Wert oder einen anderen Wert als das Nicht-AA-Beacon-Intervall eingestellt werden kann. Damit das System in der Lage ist, Benutzern Dienste anzubieten, muß das AA-Beacon-Intervall größer als die Strahlabtastdauer sein, so daß Zeit übrig ist, um Verkehrsrahmen zu übertragen. Dies könnte zum Beispiel als eine Konfigurationshandhabungsregel durchgesetzt werden, welche einen Benutzer davon abhalten würde, den AP derart zu konfigurieren, daß die Strahlabtastung einen großen Teil der AA-Beacon-Intervalldauer benötigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die N AA-Beacon-Rahmen 200 zeitlich aufeinanderfolgend gesendet. Dies wird erreicht, indem man den AP eine kürzere Verzögerung (X) als den DIFS (verteilter Zwischenrahmenraum), aber größer als den SIFS (kurzen Zwischenrahmenraum) verwenden läßt, wenn er versucht, zwischen der Sendung von zwei Beacon-Rahmen auf das drahtlose Medium zuzugreifen. Jeder Wert von X zwischen SIFS und DIFS kann verwendet werden. Es sollte bemerkt werden, daß der AP immer noch einen ganzen DIFS warten müßte, wenn er auf das drahtlose Medium zugreift, um den ersten der N Beacon-Rahmen zu senden. Dies legt eine obere Grenze für den maximalen Zeitbetrag fest, den eine STA benötigen würde, um das Medium abzutasten, wenn sie einmal einen der von einem AP angekündigten N Beacons erkannt hat; wobei: Obere Grenze = (N–1) × (Beacon_Dauer + X)Gleichung 1

Mit anderen Worten hält dies eine STA davon ab, einen Kanal für einen unbestimmten Zeitbetrag abzutasten, ohne jemals zu wissen, ob alle N Beacons von dem AP gesendet wurden.

Das Zeitsteuerdiagramm für das passive Abtasten ist in 3 gezeigt. Bevor der AP das AA-Beacon-Intervall 300 beginnt, wartet er einen DIFS 302 ab. Am Beginn des AA-Beacon-Intervalls 300 sendet der AP den ersten Beacon-Rahmen 304. Zwischen Beacon-Rahmen 304 wartet der AP das Intervall X (306) ab, wobei X kürzer als der DIFS und größer als der SIFS ist.

Ein Verfahren 400 zum Senden eines AA-Beacon-Rahmens beim passiven Abtasten ist in 4 gezeigt. Das Verfahren 400 beginnt damit, daß der AP auf einem von N Antennenstrahlen einen AA-Beacon-Rahmen 200 sendet, wobei die aktuelle Strahlkennung 234 auf den aktuellen Strahl eingestellt ist (Schritt 402). Es wird bestimmt, ob der AA-Beacon-Rahmen auf allen N Strahlen gesendet wurde (Schritt 404). Wenn der AA-Beacon-Rahmen auf allen N Strahlen gesendet wurde, dann endet das Verfahren (Schritt 406). Wenn der AA-Beacon-Rahmen nicht auf allen N Strahlen gesendet wurde (Schritt 404), dann wartet das Verfahren das Intervall X ab (Schritt 408). Das Antennensystem schaltet dann auf den nächsten Strahl um (Schritt 408) und sendet den AA-Beacon-Rahmen 200 auf dem aktuellen Strahl, wobei die aktuelle Strahlkennung 234 auf den aktuellen Strahl festgelegt ist (Schritt 410), und das Verfahren macht mit Schritt 404 weiter. Es wird bemerkt, daß der Schritt Schalten auf den nächsten Strahl (Schritt 408) entweder vor oder nach dem Abwarten des Intervalls X durchgeführt werden kann.

Die von der STA verwendete Entscheidung, ob sie sich mit dem AP verbinden soll, ist implementierungsspezifisch. Ein Verfahren ist, den auf den Beacons wahrgenommenen Leistungspegel oder das SNR zu verwenden, um den AP auszuwählen, mit dem verbunden werden soll. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einer STA, dieses Verfahren zu verwenden, während die Tatsache, daß der AP mit einem Advanced Antenna-System ausgestattet ist, vollständig ausgenutzt wird.

Aktives Abtasten

Die vorliegende Erfindung behandelt auch ein System zum Ausführen von aktivem Abtasten, indem sie einer STA ermöglicht, den AP aufzufordern, Probeantworten auf mehreren Strahlen zu senden. Dies kann erreicht werden, indem zu dem WLAN-Probeanforderungsrahmen ein neues Feld hinzugefügt wird. Der sich ergebende Rahmen ist in 5 gezeigt und wird als ein AA-Probeanforderungsrahmen 500 bezeichnet. Viele der Felder des Rahmens 500 sind in dem vorhandenen Probeanforderungsrahmen, wie er durch die 802.11-Standards definiert ist. Diese Felder umfassen die Rahmensteuerung 502, die Dauer 504, die DA 506, die SA 508, die BSSID 510, die Folgensteuerung 512, das SSID-IE 514 und das unterstützte Raten-IE 516. Das neue Feld 518 des Rahmens 500 stellt dem AP eine Anzeige (als einen Ja- oder Nein-Wert) zur Verfügung, daß die STA alle Strahlen des AP abtasten möchte.

Außerdem werden zu dem WLAN-Probeantwortrahmen zwei neue Felder hinzugefügt. Der sich ergebende Rahmen ist in 6 gezeigt und wird als ein AA-Probeantwortrahmen 600 bezeichnet. Viele der Felder des Rahmens 600 sind in dem vorhandenen Probeantwortrahmen, wie er durch die 802.11-Standards definiert ist. Die Felder 602628 des Rahmens 600 sind die gleichen wie die Felder 202228 des Rahmens 200.

Das erste neue Feld 630 des Rahmens 600 zeigt der STA an, daß die AA-Probeantworten N mal innerhalb eines AA-Beacon-Intervalls gesendet werden, wobei N der Anzahl von Strahlen entspricht, auf denen der AP die Probeantwort senden wird. Das zweite neue Feld 632 identifiziert den Strahl, der verwendet wurde, um die AA-Probantwort zu senden; dies ist die Strahlkennung. Ein mit einem AA-System ausgestatteter AP antwortet auf die AA-Probeanforderung mit dem Senden mehrerer (N) AA-Probeantworten an die STA.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden zeitlich aufeinanderfolgend N AA-Probeantworten gesendet. Dies wird erreicht, indem man den AP eine kürzere Verzögerung (X) als den DIFS, aber größer als den SIFS verwenden läßt, wenn er versucht, zwischen der Übertragung von zwei AA-Probeantworten auf das drahtlose Medium zuzugreifen. Es sollte bemerkt werden, daß der AP immer noch einen ganzen DIFS warten müßte, wenn er auf das drahtlose Medium zugreift, um die erste der N Probeantworten zu senden. Dies legt eine obere Grenze für den maximalen Zeitbetrag fest, den eine STA warten müßte, wenn sie einmal eine der von einem AP gesendeten N Probeantworten empfangen hat; wobei: Obere Grenze = (N–1) × (Probeantwortdauer + X)Gleichung 2

Das Zeitsteuerdiagramm für das aktive Abtasten ist in 7 gezeigt. Nachdem die STA den AA-Probeanforderungsrahmen 700 sendet, wartet der AP einen DIFS 702 ab, bevor er den ersten AA-Probeantwortrahmen 704 sendet. Zwischen Probeantwortrahmen 704 wartet der AP das Intervall X (706) ab, wobei X kürzer als der DIFS und größer als der SIFS ist.

Ein Verfahren 800 zum Senden eines AA-Probeantwortrahmens beim aktiven Abtasten ist in 8 gezeigt. Das Verfahren 800 beginnt damit, daß die STA einen AA-Probeanforderungsrahmen 500 einschließlich der Einstellung der Anzeige 518 sendet, um alle Strahlen des AP abzutasten (Schritt 802). Der AP empfängt den AA-Probeanforderungsrahmen und wartet die DIFS-Zeitspanne ab (Schritt 804). Der AP sendet auf einem von N Antennenstrahlen einen AA-Probeantwortrahmen 600, wobei die aktuelle Strahlkennung 632 auf den aktuellen Strahl eingestellt ist (Schritt 806). Es wird bestimmt, ob der AA-Probeantwortrahmen auf allen N Strahlen gesendet wurde (Schritt 808). Wenn der AA-Probeantwortrahmen auf allen N Strahlen gesendet wurde, endet das Verfahren (Schritt 810). Wenn der AA-Probeantwortrahmen nicht auf allen N Strahlen gesendet wurde (Schritt 808), dann wartet das Verfahren das Intervall X ab (Schritt 812). Das Antennensystem schaltet dann auf den nächsten Strahl um (Schritt 812) und sendet den AA-Probe-Antwortrahmen 600 auf dem aktuellen Strahl, wobei die aktuelle Strahlkennung 632 auf den aktuellen Strahl eingestellt ist (Schritt 814), und das Verfahren macht mit Schritt 808 weiter. Es wird bemerkt, daß der Schritt Umschalten auf den nächsten Strahl (Schritt 812) entweder vor oder nach dem Abwarten des Intervalls X durchgeführt werden kann.

In Systemen nach bisherigem Stand der Technik konnte die Entscheidung, die von der STA bezüglich dessen getroffen wurde, mit welchem AP sie sich verbinden soll, die Funkverbindungsverstärkung, die aus der Advanced Antenna-Struktur an dem AP erzielt wird, nicht berücksichtigen. Dies bedeutete, daß die aus dem entweder passiven oder aktiven Abtasten der HF-Umgebung gesammelten Daten, bei denen die Beacon-Rahmen und die Probeantworten von APs in einer Rundstrahlweise gesendet werden, eine STA dazu führen könnten, sich mit einem AP zu verbinden, der eine schlechtere Leistung böte als ein anderer AP, wären die Verstärkungen der AA-Systeme berücksichtigt worden.

Mit der vorliegenden Erfindung ermöglichen die von einer STA beim Abtasten der HF-Umgebung gesammelten Daten ihr, zu bewerten, welcher AP fähig ist, die beste Funkverbindung bereitzustellen, wobei die Verstärkungen, die AA-Systeme bieten, wenn Verkehrsrahmen gesendet werden, berücksichtigt werden.

Strahlanzeige

9 ist ein Diagramm, das ein System 900 zeigt, welches gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet. Das System 900 umfaßt einen AP 902, eine erste STA (STA1) 904 und eine zweite STA (STA2) 906. Der AP 902 sendet auf einem Rundstrahl (oder Muster b0) 910, einem ersten Richtstrahl (b1) 912 mit der STA1 904 und einem zweiten Richtstrahl (b2) 914 mit der STA2 906. Während der Rundstrahl 910 fähig sein kann, von der STA1 904 und der STA2 906 (wenngleich schwach) empfangen zu werden, sind die Richtstrahlen 912, 914 die bessere Wahl.

Ein neues Feld, das hier im weiteren als "Strahlanzeige" bezeichnet wird, wird nach dem Konvergenzprotokoll-Anfangsblock der physikalischen Schicht (PLCP-Anfangsblock) der meisten Pakete hinzugefügt, die von einer STA an einen AP gesendet werden, und zeigt dem AP an, welche seiner Strahlen (oder Antennen) er auswählen sollte, um den Rest des Pakets (die MAC-Protokolldateneinheit (PDU)) zu empfangen. Es wird bemerkt, daß die Strahlanzeige nicht mit allen Paketen von der STA an den AP gesendet werden muß, weil von dem AP erwartet wird, daß gewisse Pakete (wie etwa eine Quittung (ACK) oder ein CTS) von einer bestimmten STA empfangen werden. Wenn der AP im voraus weiß, welche STA das nächste Paket senden wird, kann er den optimalen Strahl zum Empfang dieses Pakets auswählen, und die Strahlanzeige ist nicht notwendig. Die Strahlanzeige kann jedoch auch in diesen Paketen gesendet werden.

10 ist ein Diagramm eines Rahmenformats 1000, das die von einer STA gesendete Strahlanzeigeinformation umfaßt. Der Rahmen 1000 ist eine modifizierte Version einer PLCP-PDU (PPDU) und umfaßt eine PLCP-Präambel 1002, einen PLCP-Anfangsblock 1004, ein Strahlanzeigefeld 1006 und einen MAC-Rahmen 1008.

Diese Informationen werden von der STA bereitgestellt, die das Paket 1000 mit der minimalen Datenrate sendet. Der AP verwendet seine Rundstrahlantenne, um den PLCP-Anfangsblock 1004 und das Strahlanzeigefeld 1006 zu decodieren. Nach dem Decodieren des Strahlanzeigefelds 1006 wählt der AP den entsprechenden Strahl aus, um den Rest des Pakets 1008 zu empfangen, ohne daß er die Kennung der STA kennen muß, die das Paket 1000 sendet.

Die Strahlanzeige 1006 ist eine ganze Zahl zwischen 0 und Namax, wobei Namax die maximale Anzahl von Strahlen ist, die der AP verwenden kann. Der Wert von Namax kann entweder für alle mit dem System kompatiblen Vorrichtungen fest sein oder von dem AP in Beacon-Rahmen, Probeantwortrahmen oder anderen Verwaltungsrahmen signalisiert werden. Bevorzugt ist Namax eine relativ kleine ganze Zahl (d.h. 7 oder 15), um die Anzahl zusätzlicher Bits, die für das Strahlanzeigefeld 1006 benötigt werden, zu begrenzen. Einer der Werte wird bevorzugt als ein Voreinstellungswert für Situationen reserviert, wenn die STA nicht weiß, welchen Wert sie in dem Strahlanzeigefeld 1006 verwenden soll. Wenn dieser Voreinstellungswert verwendet wird, kann der AP einfach einen Strahl verwenden, der nicht in eine bestimmte Richtung zeigt (wie etwa ein Rundstrahlmuster).

Die STA bestimmt auf der Basis von Informationen, die von dem AP vor der AP-STA-Signalisierung bereitgestellt werden, welcher Wert in dem Strahlanzeigefeld 1006 verwendet werden soll. Die erforderlichen Informationen für diese Signalisierung bestehen aus der Strahlanzeige selbst zusammen mit den AP- und STA-MAC-Adressen. Wahlweise kann eine "Altersbegrenzung" hinzugefügt werden, um der STA eine maximale Zeit anzuzeigen, über die hinaus die Strahlanzeige für unzuverlässig oder ungültig erachtet wird. Die Altersbegrenzung kann ein fester Wert sein oder kann von Beacon-Rahmen, Probeantwortrahmen oder anderen Verwaltungsrahmen signalisiert werden. Im letzteren Fall kann die Altersbegrenzung von dem AP basierend auf STA-Mobilitätsüberlegungen adaptiv festgelegt werden.

Es gibt mehrere Signalisierungsmöglichkeiten für den AP, um die Strahlanzeigeinformation an die STA zu übertragen. Ein Verfahren für den AP ist, ein spezielles Paket (eine Strahlanzeigenachricht) zu senden, die nur die für diesen Zweck erforderlichen Informationen enthält (AP- und STA-Adressen, Strahlanzeige, wahlweise Altersbegrenzung). 11 ist ein Diagramm einer von einem AP gesendeten Strahlanzeigenachricht 1100. Die Nachricht 1100 umfaßt ein Strahlanzeigefeld 1102, ein AP-Adreßfeld 1104, ein STA-Adreßfeld 1106 und ein optionales Altersbegrenzungsfeld 1108. Die Reihenfolge der Felder 11021108 ist beispielhaft, und die Felder 11021108 der Nachricht 1100 können in jeder Reihenfolge sein.

In einer Unicast-Situation sendet die STA bevorzugt eine ACK zurück, so daß der AP das Paket 1100 erneut senden kann, wenn die STA es nicht erfolgreich empfangen hat. Wenn der AP die Strahlanzeige für mehrere STAs aktualisieren muß, kann er eine Multicast-Nachricht für diese STAs senden, die ihre jeweiligen Strahlanzeigewerte enthält.

Eine andere Signalisierungsmöglichkeit für den AP ist, die benötigten Informationen in ein Paket einzufügen oder huckezupacken, das andere für die STA bestimmte Daten enthält. Die Informationen könnten nach dem PLCP-Anfangsblock, nach der MAC-PDU oder als ein weiteres Feld in dem MAC-Anfangsblock hinzugefügt werden. 12a und 12b sind Diagramme von Rahmenformaten 1200, 1220, welche die von einem AP gesendeten Strahlanzeigeinformationen umfassen. Die Rahmen 1200, 1220 sind modifizierte Versionen der PPDU.

12a zeigt einen Rahmen 1200, der die Strahlanzeigeinformation nach dem PLCP-Anfangsblock hinzufügt. Der Rahmen 1200 umfaßt eine PLCP-Präambel 1202, einen PLCP-Anfangsblock 1204, ein Strahlanzeigefeld 1206, ein AP-Adreßfeld 1208, ein STA-Adreßfeld 1210, ein optionales Altersbegrenzungsfeld 1212 und einen MAC-Rahmen 1214.

12b zeigt einen Rahmen 1220, der die Strahlanzeigeinformation nach dem MAC-Rahmen 1214 hinzufügt. Die Felder des Rahmens 1220 sind die gleichen wie des Rahmens 1200, wobei sich die Reihenfolge der Felder unterscheidet.

Eine andere Signalisierungsmöglichkeit ist, einen Merker hinzuzufügen, der anzeigt, ob die Strahlanzeigeinformation vorhanden ist oder nicht. Dieser Merker würde dem AP ermöglichen, die Strahlanzeigeinformation nicht in jedem für die STA bestimmten Paket zu senden. Die Strahlanzeigeinformation kann regelmäßig (zum Beispiel alle fünf Sekunden einmal) und/oder auf einer ereignisgesteuerten Basis gesendet werden (zum Beispiel bei einer Änderung des gesendeten Strahl an dem AP zu einer gewissen STA).

13a und 13b sind Diagramme von alternativen Rahmenformaten 1300, 1320, welche die von einem AP gesendete Strahlanzeigeinformation unter Einbeziehung des Stahlanzeige-Informationsmerkers umfassen. Die Rahmen 1300, 1320 sind modifizierte Versionen der PPDU. 13a zeigt einen Rahmen 1300, der eine PLCP-Präambel 1302, einen PLCP-Anfangsblock 1304, einen Strahlanzeige-Informationsmerker 1306, ein Strahlanzeigefeld 1308, ein AP-Adreßfeld 1310, ein STA-Adreßfeld 1312, ein optionales Altersbegrenzungsfeld 1314 und einen MAC-Rahmen 1316 umfaßt. Der Merker 1306 wird nur gesetzt, wenn in dem Rahmen 1300 die Strahlanzeigeinformation (Felder 13081314) vorgesehen ist.

13b zeigt einen Rahmen 1320, der die Strahlanzeigeinformation nach dem MAC-Rahmen 1316 hinzufügt. Die Felder des Rahmens 1320 sind die gleichen wie des Rahmens 1300, wobei sich die Reihenfolge der Felder unterscheidet.

Die STA füllt das Strahlanzeigefeld 1006 in den STA-AP-Sendungen (Paket 1000) mit der von dem AP für diese STA signalisierten neuesten Strahlanzeige (1102, 1206, 1308), wenn diese neueste Signalisierung empfangen wurde, bevor ihre Altersbegrenzung abgelaufen ist (oder überhaupt). Andernfalls füllt die STA das Strahlanzeigefeld 1006, wie weiter oben erwähnt, mit dem Voreinstellungswert. Für jeden Wert der Strahlanzeige weiß der AP, welchem seiner eigenen Strahlen (oder Antennen) die Anzeige entspricht; die STA braucht diese Entsprechung nicht zu kennen.

14 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens 1400 zum Senden von Smartantenneninformation von einem AP und einer STA. Das Verfahren 1400 beginnt damit, daß der AP einen Strahl für die Kommunikation zu der STA auswählt und die Strahlanzeige auswählt, die dem ausgewählten Strahl entspricht (Schritt 1402). Obwohl nicht zwingend erforderlich, wählt der AP bevorzugt den Strahl, der den Signalpegel oder das Signal-Interferenz-Verhältnis (SIR) an seinem Empfänger maximiert. Es gibt eine Vielfalt an Verfahren, durch welche der AP erfahren kann, welcher Strahl das SIR für eine bestimmte STA maximiert.

Zum Beispiel kann der AP verschiedene Strahlen probieren, wenn er Pakete empfängt, die von einer bestimmten STA erwartet werden, und den Strahl nehmen, der die beste Qualität des Empfangssignals ergeben hat. Beispiele für erwartete Pakete umfassen: eine ACK, die der Übertragung eines Datenpakets an eine bestimmte STA folgt, und ein CTS-Paket, das der Übertragung eines RTS-Pakets an eine bestimmte STA folgt. Bei erwarteten Paketen kann es für die STA unnötig sein, das Strahlanzeigefeld 1006 nach dem PLCP-Anfangsblock 1004 hinzuzufügen, weil von dem AP erwartet wird, daß die Pakete von einer bestimmten STA gesendet werden, und der AP daher bereits wissen würde, welchen Strahl er verwenden soll.

Der AP sendet dann die Strahlanzeigeinformation an die STA (Schritt 1404). Die Strahlanzeigeinformation (wie weiter oben detaillierter erklärt) umfaßt die Strahlanzeige; die AP-Adresse, die STA-Adresse und eine optionale Altersbegrenzung für den Ablauf der Strahlanzeigeinformation. Das Verfahren 1400 nimmt an, daß die Altersbegrenzung in der Strahlanzeigeinformation vorhanden ist.

Es wird von der STA bestimmt, ob die Altersbegrenzung der Strahlanzeigeinformation erreicht wurde; d.h. ob die Strahlanzeigeinformation noch gültig ist (Schritt 1406). Wenn die Altersbegrenzung nicht erreicht wurde, dann stellt die STA die Strahlanzeige für ein zu übertragendes Paket auf den ausgewählten Strahl ein (Schritt 1408). Die STA sendet das Paket mit der Strahlanzeigeinformation auf dem ausgewählten Strahl (Schritt 1410). Der AP beginnt, das Paket von der STA auf dem Rundstrahl zu empfangen (Schritt 1412). Der AP decodiert die in dem Paket enthaltene Strahlanzeigeinformation und schaltet die Antenne auf den ausgewählten Strahl, um den Rest des Pakets zu empfangen (Schritt 1414). Das Verfahren endet dann (Schritt 1416).

Wenn die Altersbegrenzung der Strahlanzeigeinformation erreicht wurde, d.h. die Strahlanzeigeinformation nicht mehr gültig ist (Schritt 1406), dann stellt die STA die Strahlanzeige für ein zu übertragendes Paket auf den Rundstrahl (oder Muster) ein (Schritt 1420). Die STA sendet dann das Paket auf dem Rundstrahl (Schritt 1422). Der AP empfängt das Paket auf dem Rundstrahl (Schritt 1424), und das Verfahren endet (Schritt 1416). Da das Paket auf dem Rundstrahl gesendet wird (da das Paket von der STA die Strahlanzeigeinformation nicht enthält oder die STA die Strahlkennung auf den Voreinstellungswert eingestellt hat), besteht keine Notwendigkeit, daß der AP seinen Antennestrahl ändert.

15 zeigt ein Beispiel für das Verfahren 1400. In diesem Beispiel wird angenommen, daß der AP 1500 bereits entschieden hat, daß die besten Strahlen zum Kommunizieren mit der STA1 1502 und der STA2 1504 jeweils b1 und b2 sind (wie in 9 gezeigt).

15 zeigt eine mögliche Abfolge von Ereignissen, wobei die STA1 1502, die STA2 1504 und der AP 1500 miteinander kommunizieren. Zuerst möchte der AP ein Paket an die STA1 senden. Nachdem er Zugang zu dem Medium erhalten hat (Schritt 1510), schaltet der AP auf den Strahl b1 (Schritt 1512) und sendet ein Datenpaket, das eine Strahlanzeigenachricht mit der Strahlanzeige (b1) und einer Altersbegrenzung für die Verwendung dieser Strahlanzeige (fünf Sekunden) umfaßt, an die STA1 (Schritt 1514). Die STA1 sendet dann eine ACK an den AP (Schritt 1516). Ab diesem Zeitpunkt (und bis zu fünf Sekunden nach diesem Zeitpunkt) weiß die STA1, daß sie das Strahlanzeigefeld (1006) auf b1 einstellen sollte (Schritt 1518), falls sie ein Paket (1000, wie in 10 gezeigt) zu senden hat. Nach Empfang der ACK von der STA1 schaltet der AP seine Antenne auf ein Rundstrahlmuster (b0; Schritt 1520).

Als nächstes erhält der AP wieder Zugang zu dem Medium (Schritt 1522) und schaltet auf den Strahl b2 (Schritt 1524), um ein Paket, das eine Strahlanzeigenachricht mit der Strahlanzeige (b2) und einer Altersbegrenzung für die Verwendung dieser Strahlanzeige (fünf Sekunden) umfaßt, an die STA2 zu senden (Schritt 1526). Die STA2 sendet dann eine ACK an den AP (Schritt 1528). Die STA2 weiß für bis zu fünf Sekunden ab diesem Zeitpunkt, daß sie das Strahlanzeigefeld (1006) für jedes Paket (außer einer ACK oder einem CTS), das sie an den AP sendet, auf b2 einstellen sollte (Schritt 1530). Nach Empfang der ACK von der STA2 schaltet der AP seine Antenne auf ein Rundstrahlmuster (b0; Schritt 1532).

Die STA1 erhält dann Zugang zu dem Medium (Schritt 1534) und sendet ein Datenpaket an den AP, wobei das Strahlanzeigefeld (1006) auf b1 eingestellt ist (wobei vorausgesetzt wird, daß weniger als fünf Sekunden vergangen sind; Schritt 1536). Nach dem Decodieren des Strahlanzeigefelds schaltet der AP sofort auf den Strahl b1 (Schritt 1538) , um den Rest des Pakets zu decodieren (Schritt 1540). Nach dem Ende des Paketempfangs sendet der AP eine ACK an die STA1 (Schritt 1542) und schaltet seine Antenne auf das Rundstrahlmuster (b0; Schritt 1544).

Dann erhält die STA2 Zugang zu dem Medium (Schritt 1546) und sendet ein Datenpaket an den AP, wobei das Strahlanzeigefeld (1006) auf b2 eingestellt ist (vorausgesetzt, daß weniger als fünf Sekunden vergangen sind; Schritt 1548). Nach dem Decodieren des Strahlanzeigefelds schaltet der AP sofort auf den Strahl b2 (Schritt 1550), um den Rest des Pakets zu decodieren (Schritt 1552). Nach dem Ende des Paketempfangs sendet der AP eine ACK an die STA1 (Schritt 1554) und schaltet seine Antenne auf das Rundstrahlmuster (b0; Schritt 1556).

Es wird bemerkt, daß eine STA (entweder STA1 oder STA2) das Strahlanzeigefeld (1006) auf b0 (den Voreinstellungswert) einstellen würde, wenn die Alterbegrenzung der Strahlanzeigeinformation (in diesem Beispiel fünf Sekunden) abgelaufen ist.

Die Erfindung ermöglicht, sich die Smartantenne an dem AP zu Nutze zu machen, ohne daß sich irgendwelche größeren Schwierigkeiten ergeben. Das Hinzufügen des Strahlanzeigefelds in dem PLCP-Anfangsblock führt zu keinem übermäßigen Overhead, da die Anzahl möglicher Strahlen gewöhnlich auf acht oder weniger (d.h. drei oder vier Bits für das Strahlanzeigefeld) begrenzt werden kann.

Für Abwärtskompatibilitätszwecke kann einem Feld des PLCP-Anfangsblocks für die Pakete, die von STAs gesendet werden, welche die vorliegende Erfindung implementieren, ein neuer Wert gegeben werden, so daß der AP bestimmen kann, ob ein ankommendes Paket von einer STA gesendet wurde, welche die vorliegende Erfindung implementiert, oder nicht. Zum Beispiel könnte eines der gegenwärtig reservierten Bits in dem "Dienst-" Feld des PLCP-Anfangsblocks verwendet werden, um anzuzeigen, ob die STA diese Erfindung implementiert (und ob daher nach dem PLCP-Anfangsblock ein Strahlanzeigefeld ist oder nicht). Falls nicht, weiß der AP, daß er das Strahlanzeigefeld nach dem PLCP-Anfangsblock nicht erwarten sollte, und könnte einfach das Rundstrahlmuster verwenden, um den Rest des Pakets zu decodieren.

Die vorliegende Erfindung gilt auch in dem Fall einer Maschenarchitektur, bei der ein Maschenknoten dafür empfänglich ist, Pakete von mehr als einem anderen Maschenknoten zu empfangen. In diesem Fall spielt ein Maschenknoten die Rolle einer STA und eines AP, wie weiter oben beschrieben. Dies bedeutet, daß ein Maschenknoten A das Strahlanzeigefeld verwendet, wenn er an einen anderen Maschenknoten B sendet, wobei er den Wert der Strahlanzeige verwendet, den der Maschenknoten B vorher an den Maschenknoten A signalisiert hat. Im Gegensatz dazu verwendet der Maschenknoten B das Strahlanzeigefeld, wenn er an den Maschenknoten A sendet, wobei er den Wert der Strahlanzeige verwendet, die den Maschenknoten A vorher an den Maschenknoten B signalisiert hat.

Als eine Alternative dazu, ein Strahlanzeigefeld nach dem PLCP-Anfangsblock zu haben, könnte die STA ihre Adresse nach dem PLCP-Anfangsblock hinzufügen. Dies ist im Vergleich zu drei oder vier Bit für die Strahlanzeige keine so effiziente Lösung, weil die STA-Adresse 48 Bit lang ist. Eine andere Alternative wäre, das Strahlanzeigefeld mit einem frei wählbaren STA-Index zu ersetzen, welcher der STA von dem AP nach der Verbindung und/oder nachfolgender Signalisierung auf höheren Schichten zugewiesen wird. Der STA-Index könnte abhängig von der maximalen Anzahl verbundener STAs relativ kurz sein (weniger als zehn Bit als sein Maximalwert). Der AP würde den aktuell besten Strahl für den in der Präambel angegebenen STA-Index nachschlagen und verwenden. Der AP müßte dann nicht in jedem AP-STA-Paket eine Strahlanzeige an die STA signalisieren, aber es gäbe nach der PLCP-Präambel mehr zusätzliche Bits.

Antennenfähigkeiteninformationen

Ein Antennenfähigkeiten-Informationsfeld 1600, wie in einem Beacon-Rahmen, einem Verbindungsanforderungsrahmen, einem Verbindungsantwortrahmen und einem Probeantwortrahmen verwendet, hat, wie in 16 gezeigt, einige reservierte Bits. Das Fähigkeiteninformationsfeld 1600 umfaßt einen erweitertes Dienstatz-(ESS) Teilfeld 1602, ein IBSS-Teilfeld 1604, ein konkurrenzfreies (CF) abfragbares Teilfeld 1606, ein CF-Abfrageanforderungs-Teilfeld 1608, ein Datenschutz-Teilfeld 1610 und eine Anzahl reservierter Bits 1612. In den 802.11-Standards sind die Teilfelder 16021610 jeweils ein Bit lang, und es gibt 11 reservierte Bits 1612.

Die vorliegende Erfindung nutzt eines der reservierten Bits 1612 für die Übertragung von Antennenfähigkeiten-Informationen, indem sie eines der reservierten Bits als einen Merker verwendet, um anzuzeigen, ob Antennenfähigkeiteninformationen gesendet werden. Die Einzelheiten der Fähigkeiten einer Antenne sind Teil eines zusätzlichen IE, das an das Ende des Pakets angehängt wird, wenn der Antennenfähigkeiten-Informationsmerker gesetzt ist.

Das Antennenfähigkeiten-Informations-IE kann als Teil eines Verbindungsanforderungsrahmens, eines Verbindungsantwortrahmens, eine Probeanforderungsrahmens und eines Probeantwortrahmens aufgenommen werden. Ein Beispiel für einen Teil eines Verbindungsanforderungsrahmens 200, welcher dieses neue IE enthält, ist in 17 gezeigt. Der Rahmen 1700 umfaßt ein Fähigkeiteninformationsfeld 1702, ein Mithörintervallfeld 1704, ein SSID-IE 1706, ein unterstützte Raten-IE 1708, und ein Antennenfähigkeiten-IE 1710. Alternativ kann das Antennenfähigkeiten-IE 1710 zu jedem Verwaltungsrahmen, wie etwa einer Neuverbindungsanforderung, einer Neuverbindungsantwort oder einem Beacon, oder zu jedem Steuerungsrahmen oder zu Datenpaketen hinzugefügt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Antennenfähigkeiten-IE 1710 in einem Verwaltungsrahmen gesendet. Wenn das Antennenfähigkeiten-IE 1710 zu dem Probanforderungsrahmen und dem Probeantwortrahmen hinzugefügt wird, kann eine STA diese Informationen verwenden, bevor sie ein Verbindungsverfahren mit einem AP einleitet.

Das Antennenfähigkeiten-IE 1710 ist in 18 im Detail gezeigt und umfaßt ein Antennentechnologiefeld 1802, ein Anzahl unterstützter Strahlen-Feld 1804, ein Feld zum Anzeigen der Unterstützung von Sendeantenneninformation nach dem PLCP-Anfangsblock 1806, ein Diversity-Verfahrensfeld 1808, ein Feld zum Anzeigen der Unterstützung der Antennenmeßsignalisierung 1810 und ein Feld zum Anzeigen der Unterstützung mehrere Eingaben 1812, ist jedoch nicht darauf beschränkt. In dem IE 1710 können auch zusätzliche Antennenfähigkeiteninformationen enthalten sein.

In einer Ausführungsform umfaßt die minimale Menge an auszutauschender Information das Antennentechnologiefeld 1802, und der Rest der Felder kann optional sein. Es kann möglich sein, die restlichen Felder (d.h. die Felder 18041812) abzuleiten, wenn die Art der Antennentechnologie erst einmal bekannt ist.

Nachdem eine Seite (entweder der AP oder die STA) die Antennenfähigkeiteninformation von der sendenden Seite empfangen hat, stellt die Empfangsseite lokale Einstellungen für das Senden und/oder den Empfang, wie etwa die Anzahl der verwendeten Antennen, das Diversity-Verfahren, für das Senden den Empfang verwendete Smartantennentechnologien und zusätzliche Antennenmessungen, ein.

Im Fall, daß die Empfangsseite die Antennenfähigkeiten der Sendeseite nicht unterstützen kann, ist die sendende Seite nicht in der Lage, die speziellen Antennenmerkmale zu verwenden. Gewisse Antennentechnologien arbeiten nur richtig, wenn sowohl die Sendeseite als auch die Empfangsseite in der Lage sind, die Technologie zu nutzen. Ein Beispiel ist die MIMO-Technologie, die nur funktioniert, wenn sie auf beiden Seiten unterstützt wird.

19 zeigt ein Verfahren 1900 für den Austausch von Antennenfähigkeiteninformationen. Zum Zwecke der Diskussion des Verfahrens 1900 werden die Begriffe "sendende STA" und "empfangende STA" verwendet. Es wird bemerkt, daß sowohl die sendende STA als auch die empfangende STA ein AP oder eine STA sein können, so daß ein Austausch von Antennenfähigkeiteninformationen zwischen einem AP und einer STA oder zwischen zwei STAs in jede Richtung stattfinden kann.

Das Verfahren 1900 beginnt damit, daß die sendende STA ihre Antennenfähigkeiteninformationen in einem Antennenfähigkeiten-IE an die empfangende STA sendet (Schritt 1902). Die empfangende STA empfängt das Antennenfähigkeiten-IE (Schritt 1904) und bestimmt, ob sie die angeforderten Antennenfähigkeiten unterstützen kann. Wenn die empfangende STA die Antennenfähigkeiten der sendenden STA unterstützen kann (Schritt 1906), dann stellt die empfangende STA ihre Einstellungen darauf ein, die Antennenfähigkeiten der sendenden STA zu bedienen (Schritt 1908). Die empfangende STA sendet eine Bestätigung ihrer Antennenfähigkeiten an die sendende STA (Schritt 1910).

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens 1900 wird die Bestätigung an die sendende STA gesendet, bevor die empfangende STA ihre Einstellungen anpaßt (d.h. die Schritte 1908 und 1910 sind vertauscht). Während diese Nachricht eine Bestätigung der Antennenfähigkeiten der empfangenden STA ist, ist sie nicht notwendigerweise ein ACK-Signal. Wenn die empfangende STA einige, aber nicht alle Fähigkeiten der sendenden STA umfaßt, kann eine Aushandlung der Fähigkeiten stattfinden, um einen gemeinsamen Satz von Fähigkeiten zu erzielen, der verwendet werden soll. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die verwendeten Fähigkeiten ein kleinerer Fähigkeitensatz sein, der zu beiden STAs gehört.

Die sendende STA beginnt unter Verwendung der kommunizierten Antennenfähigkeiten zu senden (Schritt 1912), und das Verfahren endet (Schritt 1914).

Wenn die empfangende STA die Antennenfähigkeiten der sendenden STA nicht unterstützt (Schritt 1906), dann benachrichtigt die empfangende STA die sendende STA darüber, daß sie die angeforderten Antennenfähigkeiten nicht hat (Schritt 1916). Die sendende STA beginnt zu senden, ohne die angeforderten Antennenfähigkeiten zu verwenden (Schritt 1918), und das Verfahren endet (Schritt 1914).

20 ist ein Flußdiagramm eines alternativen Verfahrens 2000 für den Austausch von Antennenfähigkeiteninformationen zwischen einer sendenden STA 2002 und einer empfangenden STA 2004. Die sendende STA 2002 sendet ihre Antennenfähigkeiteninformation an die empfangende STA 2004 (Schritt 2010). Die empfangende STA 2004 sendet ihre Antennenfähigkeiteninformation an die sendende STA 2002 (Schritt 2012). Es wird bemerkt, daß die Schritte 2010 und 2012 in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können. Die Reihenfolge der Schritte 2010 und 2012 ist nicht kritisch, solange die Antennenfähigkeiteninformationen zwischen der sendenden STA 2002 und der empfangenden STA 2004 ausgetauscht werden. Wahlweise können die sendende STA 2002 und die empfangende STA 2004 Antennenfähigkeiten aushandeln, um einen gemeinsamen Satz von Antennenfähigkeiten zu finden, oder sie können Meßinformationen austauschen (Schritt 2014). Dieser optionale Schritt kann verwendet werden, um den Satz von Antennenmerkmalen, der verwendet werden soll, zu verfeinern.

Nach dem Austausch von Antenneninformationen (Schritte 2010, 2012) und jeglichem zusätzlichem Informationsaustausch (Schritt 2014) entscheiden sowohl die sendende STA 2002 als auch die empfangende STA 2004 lokal auf der Basis der lokal unterstützen Antennenfähigkeiten, welche Antennenmerkmale verwendet werden sollen (Schritte 2016, 2018).

Während die Übertragung von Antennenfähigkeiteninformationen im Hinblick auf ein WLAN beschrieben wurde, sind die Prinzipien dieses Konzepts ebenso auf jede Art von drahtlosem Kommunikationssystem anwendbar.

Systemimplementierung

21 ist ein Blockdiagramm eines Systems 2100, das derart aufgebaut ist, daß es verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung implementiert. Das System 2100 umfaßt einen AP 2102 und eine STA 2104. Der AP 2102 umfaßt eine Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung 2110, welche die Antennenfähigkeiten des AP 2102 bestimmt, indem sie die Antennenfähigkeiteninformationen prüft, die in einer Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung 2112 gespeichert sind, welche mit der Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung 2110 verbunden ist. Die Antennenfähigkeiten des AP 2102 werden von einem mit der Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung 2110 verbundenen Sender/Empfänger 2114 und einer mit dem Sender/Empfänger 2114 verbundenen Antenne 2116 ausgesendet. Eine Strahlschaltvorrichtung 2118 ist mit dem Sender/Empfänger 2114 verbunden und wird verwendet, um die Strahlen der Antenne 2116 umzuschalten.

Die STA 2104 empfängt die Antennenfähigkeiteninformationen von dem AP 2102 über eine Antenne 2120 und einen mit der Antenne 2120 verbundenen Sender/Empfänger 2122. Eine Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung 2124 ist mit dem Sender/Empfänger 2122 verbunden und vergleicht die Antennenfähigkeiten des AP 2102 mit den Antennenfähigkeiteninformationen der STA 2104, indem sie auf eine mit der Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung 2124 verbundene Antennenfähgikeiten-Informationsvorrichtung 2126 zugreift. Die Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung 2124 ist mit einer STA-Einstellungs-Anpassungsvorrichtung 2128 verbunden ist, welche die Einstellungen der STA 2104 anpaßt, um die Smartantennenfähigkeiten auszunutzen.

Es wird bemerkt, daß eine Aushandlung von Antennenfähigkeiten zwischen dem AP 2102 und der STA 2104 über die jeweiligen Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtungen 2110, 2124 stattfinden kann. Während das System 2100 als einen AP 2102 verwendend beschrieben wurde, kann der AP 2102 statt dessen eine andere STA in dem System 2100 sein.

Ausführungsformen

Ein System zum Ausführen eines Verfahrens zum Implementieren einer Smartantenne beim Einrichten einer Verbindung zwischen einer STA und einem AP umfaßt die folgenden Schritte (a) Senden eines Beacon-Rahmens durch den AP auf einem Antennenstrahl; (b) Empfangen des Beacon-Rahmens abn der STA; (c) Messen einer Signalqualität des Beacon-Rahmens an der STA; (d) Umschalten auf einen anderen Strahl; (e) Wiederholen der Schritte (a) – (d), bis der Beacon-Rahmen auf allen Antennenstrahlen gesendet wurde; und (f) Verbinden der STA mit dem AP, der den Beacon-Rahmen mit der höchsten Signalqualität auf einem seiner Antennenstrahlen sendet.

Ein System zum Ausführen eines Verfahrens zum Implementieren einer Smartantenne beim Einrichten einer Verbindung zwischen einer STA und einem AP umfaßt die folgenden Schritte: (a) Senden eines Probeanforderungsrahmens von der STA an den AP, wobei der Probeanforderungsrahmen eine Anzeige umfaßt, ob die STA mehrere Strahlen von dem AP abtasten möchte; (b) Senden eines Probeantwortrahmens von dem AP an die STA auf einem Antennenstrahl; (c) Empfangen des Probeantwortrahmens an der STA; (d) Messen einer Signalqualität des Probeantwortrahmens an der STA; (e) Umschalten auf einen anderen Antennenstrahl; (f) Wiederholen der Schritte (b) – (e), bis der Probeantwortrahmen auf allen Antennenstrahlen gesendet wurde; und (g) Verbinden der STA mit dem AP, der den Probeantwortrahmen mit der höchsten Signalqualität auf einem seiner Antennenstrahlen sendet.

Das Verfahren nach einem der vorhergehenden zwei Abschnitte, wobei das Verfahren nach dem Umschalten von Antennenstrahlen ein Intervall abwartet, bevor der Beacon-Rahmen gesendet wird, und wobei das Intervall größer als ein kurzer Zwischenrahmenraum und weniger als ein verteilter Zwischenrahmenraum ist.

System für die Implementierung einer Smartantenne beim Einrichten einer Verbindung zwischen einer STA und einem AP, das einen Beacon-Rahmen, der von dem AP an die STA gesendet wird, umfaßt.

System für die Implementierung einer Smartantenne beim Einrichten einer Verbindung zwischen einer STA und einem AP, das umfaßt: einen Probeanforderungsrahmen, der von der STA an den AP gesendet wird, wobei der Probeanforderungsrahmen eine Anzeige umfaßt, ob die STA mehrere Antennenstrahlen von dem AP abtasten möchte; und einen Probeantwortrahmen, der von dem AP an die STA gesendet wird.

Eine der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Beacon-Rahmen oder der Probeantwortrahmen ein Feld umfaßt, das die Gesamtanzahl von Antennenstrahlen identifiziert und/oder ein Feld umfaßt, das den aktuellen Antennenstrahl identifiziert.

System zum Ausführen eines Verfahrens zur Unterstützung der Verwendung einer Smartantenne in einem WLAN mit einem AP und einer STA, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Auswählen eines Antennenstrahls durch den AP, der für die Kommunikation mit der STA verwendet werden soll; Senden der ausgewählten Strahlinformation von dem AP an die STA; und Senden eines Pakets von der STA an den AP, wobei das Paket die ausgewählte Strahlinformation umfaßt, wobei der AP den ausgewählten Strahl verwendet, um zumindest einen Teil des Pakets zu empfangen.

System nach dem vorhergehenden Abschnitt, wobei der Auswahlschritt das Auswählen eines Antennenstrahls mit einem maximalen Signalpegel oder eines Antennenstrahls mit einem maximalen Signal-Interferenzverhältnis umfaßt.

System nach einem der vorhergehenden zwei Abschnitte, wobei der Sendeschritt umfaßt: das Senden einer Strahlanzeige und/oder einer Altersbegrenzung für die Strahlanzeige, wobei der ausgewählte Strahl nur verwendet wird, wenn die Altersbegrenzung nicht abgelaufen ist, und/oder der Medienzugriffssteuerungs-Adresse (MAC-Adresse) des AP und/oder der MAC-Adresse der STA.

System nach einem der vorhergehenden drei Abschnitte, wobei der Sendeschritt das Senden der ausgewählten Strahlinformation in einer getrennten Nachricht umfaßt.

System nach einem der vorhergehenden vier Abschnitte, wobei der Sendeschritt das Senden der ausgewählten Strahlinformation als Teil eines vorhandenen Rahmentyps umfaßt.

System nach einem der vorhergehenden fünf Abschnitte, wobei der Sendeschritt das Senden eines Strahlanzeige-Informationsmerkers umfaßt, um das Vorhandensein der ausgewählten Strahlinformation in dem Rahmen anzuzeigen.

System nach einem der vorhergehenden sechs Abschnitte, wobei der Sendeschritt vor dem Senden der ausgewählten Strahlinformation das Umschalten der Antenne des AP auf den ausgewählten Strahl umfaßt.

System nach einem der vorhergehenden sieben Abschnitte, wobei der Sendeschritt ferner nach dem Senden der ausgewählten Strahlinformation auf dem ausgewählten Strahl das Umschalten der Antenne des AP auf ein Rundstrahlmuster umfaßt.

System nach einem der vorhergehenden acht Abschnitte, das ferner nach dem erfolgreichen Empfang der ausgewählten Strahlinformation den Schritt Senden einer Quittung von der STA an den AP umfaßt.

System nach einem der vorhergehenden neun Abschnitte, das ferner die folgenden Schritte umfaßt: Empfangen eines ersten Teils des Pakets an dem AP über einen Rundstrahl, wobei der erste Teil des Pakets die ausgewählte Strahlinformation umfaßt; Umschalten der Antenne des AP auf den ausgewählten Strahl, wie in der ausgewählten Strahlinformation angegeben; und Empfangen eines zweiten Teils des Pakets an dem AP über den ausgewählten Strahl.

System nach einem der vorhergehenden zehn Abschnitte, wobei der Umschaltschritt das Decodieren des ersten Teils des Pakets umfaßt, um den ausgewählten Strahl zu bestimmen.

System für die Unterstützung der Verwendung einer Smartantenne in einem WLAN mit einem AP und einer STA, wobei das System umfaßt: ein erstes Paket, das von dem AP an die STA gesendet wird, wobei das erste Paket eine ausgewählte Strahlanzeige, eine Medienzugriffssteuerungsadresse (MAC-Adresse) des AP und eine MAC-Adresse der STA umfaßt, wobei die ausgewählte Strahlanzeige einen Antennenstrahl identifiziert, der von dem AP für die Verwendung zum Kommunizieren mit der STA ausgewählt wird; und ein zweites Paket, das von der STA an den AP gesendet wird, wobei das zweite Paket die ausgewählte Strahlanzeige umfaßt, wobei der AP zumindest einen Teil des zweiten Pakets über den ausgewählten Strahl empfängt.

System nach dem vorhergehenden Abschnitt, wobei das erste Paket als eine getrennte Nachricht von dem AP an die STA gesendet wird.

System nach einem der vorhergehenden zwei Abschnitte, wobei das erste Paket Teil eines vorhandenen Rahmentyps ist.

System nach einem der vorhergehenden drei Abschnitte, wobei das erste Paket ferner eine Altersbegrenzung für die ausgewählte Strahlanzeige umfaßt, wobei der ausgewählte Strahl nur verwendet wird, wenn die Altersbegrenzung nicht abgelaufen ist.

System nach einem der vorhergehenden vier Abschnitte, wobei das erste Paket ferner einen Strahlanzeige-Informationsmerker umfaßt, um das Vorhandensein der ausgewählten Strahlanzeige in dem Paket anzuzeigen.

System nach einem der vorhergehenden fünf Abschnitte, wobei: ein erster Teil des zweiten Pakets an dem AP über einen Rundstrahl empfangen wird, wobei der erste Teil des zweiten Pakets die ausgewählte Strahlanzeige umfaßt; der AP seine Antenne auf den ausgewählten Strahl schaltet, wie in der ausgewählten Strahlanzeige angegeben; und ein zweiter Teil des zweiten Pakets an dem AP über den ausgewählten Strahl empfangen wird.

System für den Austausch von Smartantennen-Fähigkeiteninformationen zwischen einer sendenden STA und einer empfangenden STA in einem drahtlosen Kommunikationssystem, das umfaßt: ein Antennenfähigkeiten-Informationselement, das zwischen der sendenden STA und der empfangenden STA vor der Datenübertragung zwischen den zwei STAs ausgetauscht wird, wobei das Antennenfähigkeiten-Informationselement die Informationen umfaßt, welche die Fähigkeiten der zwei STAs betreffen.

System nach dem vorhergehenden Abschnitt, wobei das drahtlose Kommunikationssystem ein WLAN ist, die sendende STA ein AP oder ein STA in dem WLAN ist und die empfangende STA eine STA in dem WLAN oder ein AP ist.

System nach einem der vorhergehenden zwei Abschnitte, wobei das Antennenfähigkeiten-Informationselement umfaßt: ein Antennentechnologiefeld und mindestens ein Feld, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Anzahl unterstützter Strahlen, einer Anzeige für die Unterstützung von Sendeantenneninformation nach dem Konvergenzprotokoll-Anfangsblock der physikalischen Schicht, einer Anzeige des Diversity-Verfahrens, einer Anzeige der Antennenmessungs-Signalisierungsunterstützung und einer Anzeige der Unterstützung mehrerer Eingaben besteht.

System nach einem der vorhergehenden zwei Abschnitte, wobei jedes Feld durch die empfangende STA aus dem Antennentechnologiefeld abgeleitet wird.

System nach einem der vorhergehenden drei Abschnitte, wobei das Antennenfähigkeiten-Informationselement als Teil eines Verwaltungsrahmens, eines Steuerungsrahmens oder eines Datenrahmens gesendet wird.

System nach einem der vorhergehenden vier Abschnitte, wobei das Antennenfähigkeiten-Informationselement zwischen der sendenden STA und der empfangenden STA jederzeit nach der Verbindung zwischen der sendenden STA und der empfangenden STA oder jederzeit nach einer Datenübertragung zwischen der sendenden STA und der empfangenden STA ausgetauscht wird.

System zum Ausführen eines Verfahrens zum Austauschen von Smartantennen-Fähigkeiteninformationen zwischen einer sendenden STA und einer empfangenden STA in einem drahtlosen Kommunikationssystem, das die folgenden Schritte umfaßt: Senden von Antennenfähigkeiteninformationen von der sendenden STA an die empfangende STA; Bestimmen, ob die empfangende STA die Antennenfähigkeiten der sendenden STA unterstützen kann; Anpassen von Einstellungen an der empfangenden STA, wenn die empfangende STA die Antennenfähigkeiten der sendenden STA unterstützen kann; und Senden von Daten von der sendenden STA an die empfangende STA unter Verwendung der Antennenfähigkeiten, wenn die empfangende STA die Antennenfähigkeiten der sendenden STA unterstützen kann.

System nach dem vorhergehenden Abschnitt, das ferner den Schritt Antworten mit einer Bestätigung der Antennenfähigkeiten der empfangenden STA an die sendende STA umfaßt.

System nach einem der vorhergehenden zwei Abschnitte, wobei der Antwortschritt vor dem Anpassungsschritt oder nach dem Anpassungsschritt durchgeführt wird.

System nach einem der vorhergehenden drei Abschnitte, wobei der Antwortschritt die Benachrichtigung der sendenden STA umfaßt, daß die empfangende STA nicht die angeforderten Antennenfähigkeiten hat.

System nach einem der vorhergehenden vier Abschnitte, wobei der Sendeschritt das Senden von Daten von der sendenden STA an die empfangende STA ohne die Verwendung der Antennenfähigkeiten umfaßt.

System nach einem der vorhergehenden fünf Abschnitte, wobei der Sendeschritt das Senden der Antennenfähigkeiteninformationen als Teil eines Verwaltungsrahmens umfaßt.

System nach einem der vorhergehenden sechs Abschnitte, wobei der Anpassungsschritt das Anpassen von mindestens einer Einstellung aus der Gruppe umfaßt, welche aus einer Anzahl verwendeter Antennen, einem Diversity-Verfahren, einer verwendeten Smartantennen-Technologie und zusätzlichen Antennenmessungen besteht.

System zum Ausführen eines Verfahrens zum Austauschen von Smartantennen-Fähigkeiteninformationen zwischen einer ersten STA und einer zweiten STA in einem drahtlosen Kommunikationssystem, das die folgenden Schritte umfaßt: Senden von Antennenfähigkeiteninformationen von der ersten STA an die zweite STA; und Senden von Antennenfähigkeiteninformationen von der zweiten STA an die erste STA.

System nach dem vorhergehenden Abschnitt, das ferner den Schritt lokales Entscheiden an der ersten STA und an der zweiten STA über die Antennenfähigkeiten umfaßt, die für zukünftiges Senden und Empfangen zwischen der ersten STA und der zweiten STA verwendet werden sollen.

System nach einem der vorhergehenden zwei Abschnitte, wobei der Entscheidungsschritt ohne zusätzliche Kommunikation zwischen der ersten STA und der zweiten STA durchgeführt wird.

System nach einem der vorhergehenden drei Abschnitte, das ferner der Schritt Vergleichen der Antennenfähigkeiten der ersten STA und der zweiten STA umfaßt, wobei der Entscheidungsschritt die Verwendung der Antennenfähigkeiten umfaßt, die sowohl von der ersten STA als auch der zweiten STA unterstützt werden.

System nach einem der vorhergehenden vier Abschnitte, das ferner den Schritt Austauschen von Meßinformationen zwischen der ersten STA und der zweiten STA umfaßt, wobei der Austauschschritt vor dem Entscheidungsschritt durchgeführt wird.

System nach einem der vorhergehenden fünf Abschnitte, das ferner den Schritt Aushandeln von Antennenfähigkeiteninformationen zwischen der ersten STA und der zweiten STA umfaßt, wobei der Aushandlungsschritt vor dem Entscheidungsschritt durchgeführt wird.

Ein System für die Implementierung von Smartanennenmerkmalen in einem WLAN umfaßt einen AP und eine STA. Der AP umfaßt eine erste Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung; eine mit der ersten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundene erste Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung, wobei die erste Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie die Antennenfähigkeiten des AP bestimmt, indem sie Informationen prüft, die in der ersten Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung gespeichert sind; einen mit der ersten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundenen ersten Sender/Empfänger; eine mit dem Sender/Empfänger verbundene erste Antenne; und eine mit dem Sender/Empfänger verbundene Strahlschaltvorrichtung, wobei die Strahlschaltvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie Strahlen der ersten Antenne umschaltet. Die STA umfaßt eine zweite Antenne; einen mit der zweiten Antenne verbundenen zweiten Sender/Empfänger, wobei der zweite Sender/Empfänger derart konfiguriert ist, daß er Antennenfähigkeiteninformationen von dem AP empfängt; eine mit dem zweiten Sender/Empfänger verbundene zweite Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung; eine mit der zweiten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundene zweite Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung, wobei die zweite Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie die Antennenfähigkeiten des AP, die von dem zweiten Sender/Empfänger empfangen werden, mit den Antennenfähigkeiten der STA, die aus der zweiten Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung abgerufen werden, vergleicht; und eine mit der zweiten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundene STA-Einstellungs-Anpassungsvorrichtung, wobei die STA-Einstellungs-Anpassungsvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie die Einstellungen der STA anpaßt, um Smartanennenfähigkeiten auszunutzen.

System nach dem vorhergehenden Abschnitt, wobei die erste Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung und die zweite Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert sind, daß sie ein Niveau von Antennenfähigkeiten aushandeln, das sowohl der AP als auch die STA unterstützen können.

Ein System für die Implementierung von Smartanennenmerkmalen in einem WLAN umfaßt einen AP und eine STA. Der AP umfaßt eine erste Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung; eine erste Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung, die derart konfiguriert ist, daß sie die Antennenfähigkeiten des AP bestimmt, indem sie Informationen prüft, die in der ersten Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung gespeichert sind; einen ersten Sender/Empfänger; eine erste Antenne; und eine Strahlschaltvorrichtung, die derart konfiguriert ist, daß sie Strahlen der ersten Antenne umschaltet. Die STA umfaßt eine zweite Antenne; einen zweiten Sender/Empfänger, der derart konfiguriert ist, daß er Antennenfähigkeiteninformationen von dem AP empfängt; eine zweite Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung; eine zweite Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung, die derart konfiguriert ist, daß sie die Antennenfähigkeiten des AP, die von dem zweiten Sender/Empfänger empfangen werden, mit den Antennenfähigkeiten der Station, die aus der zweiten Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung abgerufen werden, vergleicht; und eine Stationseinstellungs-Anpassungsvorrichtung, die derart konfiguriert ist, daß sie die Einstellungen der Station anpaßt, um Smartanennenfähigkeiten auszunutzen.

Obwohl die Merkmale und Elemente der vorliegenden Erfindung in den bevorzugten Ausführungsformen in bestimmten Kombinationen beschrieben werden, kann jedes Merkmal oder Element allein (ohne die anderen Merkmale und Elemente der bevorzugten Ausführungsformen) oder in verschiedenen Kombinationen mit oder ohne andere Merkmale und Elemente der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Während spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, könnten von einem Fachmann auf dem Gebiet viele Modifizierungen und Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Die obige Beschreibung dient zur Veranschaulichung und schränkt die bestimmte Erfindung in keiner Weise ein.


Anspruch[de]
  1. System für die Implementierung von Smartanennenmerkmalen in einem drahtlosen lokalen Netzwerk, das aufweist:

    einen Zugangspunkt (AP), der aufweist:

    eine erste Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung;

    eine mit der ersten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundene erste Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung, wobei die erste Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie die Antennenfähigkeiten des AP bestimmt, indem sie Informationen prüft, die in der ersten Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung gespeichert sind;

    einen mit der ersten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundenen ersten Sender/Empfänger;

    eine mit dem Sender/Empfänger verbundene erste Antenne; und

    eine mit dem Sender/Empfänger verbundene Strahlschaltvorrichtung, wobei die Strahlschaltvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie Strahlen der ersten Antenne umschaltet; und

    eine Station, die aufweist:

    eine zweite Antenne;

    einen mit der zweiten Antenne verbundenen zweiten Sender/Empfänger, wobei der zweite Sender/Empfänger derart konfiguriert ist, daß er Antennenfähigkeiteninformationen von dem AP empfängt;

    eine mit dem zweiten Sender/Empfänger verbundene zweite Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung;

    eine mit der zweiten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundene Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung, wobei die zweite Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie die Antennenfähigkeiten des AP, die von dem zweiten Sender/Empfänger empfangen werden, mit den Antennenfähigkeiten der Station, die aus der zweiten Antennenfähigkeiten-Informationsvorrichtung abgerufen werden, vergleicht; und

    eine mit der zweiten Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung verbundene Stationseinstellungs-Anpassungsvorrichtung, wobei die Stationseinstellungs-Anpassungsvorrichtung derart konfiguriert ist, daß sie die Einstellungen der Station anpaßt, um Smartanennenfähigkeiten auszunutzen.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die erste Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung und die zweite Antennenfähigkeiten-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert sind, daß sie ein Niveau von Antennenfähigkeiten aushandeln, das sowohl der AP als auch die Station unterstützen kann.
Es folgen 11 Blatt Zeichnungen






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