[发明专利]用于导引无线通信的定向天线的系统和方法

说明书

技术领域

【0001】本公开一般涉及无线数据通信；且更具体地讲，涉及使用波束转换或其它定向天线技术的无线数据通信系统，以及涉及转向度量(steering metric，SM)的计算，以能够最优化天线位置(天线指向方向)。

背景技术

【0002】无线通信数据系统可以在两个或多于两个网络部件之间进行数据传送。一个例子是无线局域网(WLAN)系统，其广泛应用于基于IEEE标准802.11x(数据速率为6-54兆比特每秒Mbps)将家庭或办公室中的网络部件连接起来。对于一定的发送功率(通常由法律限制)，无线系统的工作范围一般随着数据速率的增大而减小。一般的无线网络部件(诸如WLAN接入点(AP))采用全向天线来接收和发送数据，原因是网络部件一般不了解需要无线连接的其它网络部件的方位。

【0003】定向天线通过将发送或接收的能量集中到一个较窄的波束上而具有使增益增大并由此扩大通信范围的期望特性。使用许多已知的方法来产生这种定向波束，包括转换天线，天线单元的相控阵列及其它方法。一种这样的方法被称为波束转换天线。波束转换天线具有多个通常相同的波束，每个波束覆盖的角范围是360度的一部分，并且波束转换天线被定向以在不同的方向引导波束能量。例如，6波束天线有6个约60度宽的波束，每个波束的方向一般与另一波束相隔60度，以覆盖整个360度。与全向天线相比，这种天线提供了提高的增益，并且发送和接收范围扩大。

【0004】将这种定向天线应用在无线数据通信系统中一般要求有确定最佳天线位置的自动化装置，以用于在指定时刻与其它网络部件进行通信。“天线位置”指的是定向波束的角位置或全向模式。一般，要尝试许多个给定天线位置中的每一个位置，以确定哪个位置的效果最好。每次尝试都评价直接或间接地表示数据质量的参数，并将每个位置的结果进行比较以确定用于通信的最佳位置。一种广泛使用的这类参数是所接收的信号强度指示(RSSI)，其一般可作为模拟或数字数据从网络部件接收器中的自动增益控制(AGC)电路获得。

【0005】在较低的数据速率，以及/或者在具有最少多路径的环境中，使用RSSI来确定最佳天线位置可能是非常有效的。当天线位置变化时，确定RSSI通常比确定包错误率(PER)更简单和更快捷。这样，通过在低数据速率下使用RSSI减少了训练时间和数据开销。

【0006】然而，在较高的数据速率下，与RSSI相比，多路径更多地影响所接收数据的质量(由包错误率PER度量)。使用具有比峰值低的RSSI的天线位置，PER可能明显更好。许多无线通信系统支持变化范围大的数据速率。例如，WLAN标准802.11g提供范围一般为6-54Mbps的数据速率。在不利的传输路径条件(长距离，高多路径(highmulti-path)，来自其它网络部件的干扰)下使用比较低的速率，而在较好的条件下使用比较高的速率。在如此宽范围的带宽上仅使用PER或RSSI来确定最佳天线位置不是最优的。因此，需要一种在使用定向天线无线通信系统时有效优化天线定位的系统和方法，它使开销(不直接携带用户信息的数据位)最少并且与传统使用的方法和系统相比，训练时间相对较短。

发明内容

【0007】本申请描述了一种通过计算在多个天线位置中每一个位置的转向度量(SM)，确定无线通信系统中定向天线的最佳天线位置(指向角和/或方位角和/或倾斜角)的系统和方法。该转向度量是接收器增益G(间接测量RSSI)，包错误率(PER)和经验得出的常数的函数。然后选择具有最高转向度量值的天线位置作为最佳位置使用。所述方法即使在变化范围大的数据速率下也能改善天线位置的优化。而且，确定最佳天线位置所需的数据开销(训练位)减少。

附图描述

【0008】图1是示例性的现有技术WLAN系统的典型的范围与数据速率图。

【0009】图2是示例性的现有技术WLAN系统的全向和定向天线的天线增益的极座标图。

【0010】图3是采用定向波束转换天线和转向度量计算系统来确定最佳天线位置的无线网络部件的方块图。

具体实施方式

【0011】图1是典型802.11 WLAN系统中已知的数据速率和范围之间的一般关系图。垂直轴102表示数据速率，单位为Mbps(兆比特每秒)；水平轴104表示相对距离的无量纲度量值。所达到的实际距离依赖于除数据速率以外的许多因素，诸如发送功率，路径上遇到的阻碍，干扰信号和多路径的量和特性。图110表明在最高数据速率(数据点106)的范围不到在最低数据速率(数据点108)的范围的1/3。