(57)【要約】  方法または装置は、ステーションが８０２．１１プロトコルシステム内のアクセスポイント（ＡＰ）と通信するように指向性アンテナを向ける。この方法または装置は、ビーコンスキャン中に指向性アンテナを全方向パターンに設定することを含むことができる。選択したＡＰとの認証の後、この方法または装置は、アンテナビーム選択プロセスを実施して、各指向性アンテナスキャン角度に関して受信したビーコンフレームの信号対雑音比（ＳＮＲ）などのメトリックに基づいて、選択したＡＰと通信するための「最良の」方向を求める。この方法または装置は、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）層内に統合することができ、またはメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層と関連付けることができ、物理（ＰＨＹ）層から信号品質メトリックを受け取る。
2007524276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレスネットワーク内のステーションで指向性アンテナを操作する方法であって、
ワイヤレスネットワーク内のステーション内のステーション管理エンティティ（ＳＭＥ）および物理（ＰＨＹ）層の外部で、前記ＰＨＹ層から利用可能な少なくとも１つの信号品質メトリックに基づいて、前記ステーションに関連する指向性アンテナについてのアンテナビームパターンを選択すること、および
前記ワイヤレスネットワーク内の前記ステーションの外部のネットワーク装置と通信するために、前記指向性アンテナに前記選択したビームパターンを形成させること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
アンテナビームパターンを選択することは、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）層で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アンテナビームパターンを選択することは、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）層と通信するプロセスによって実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
アンテナビームパターンを選択することは、前記ＳＭＥからの要求に応じて実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アンテナビームパターンを選択することは、アンテナ探索プロセスの一部として複数のアンテナビームパターンを選択することを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
アンテナビームパターンを選択することは、ＭＡＣ層管理エンティティ（ＭＬＭＥ）に対するいくつかのＳＭＥ要求に応答して、最良のアンテナビームパターンを選択することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記アンテナビームパターンを選択することは、利用可能な複数のアンテナビームパターンを順序付け、前記ＰＨＹ層が前記複数のアンテナビームパターンのそれぞれに関連するそれぞれの信号品質メトリックを計算することを可能にする方式で、前記指向性アンテナに前記アンテナビームパターンを形成させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ＳＭＥからの「ｊｏｉｎ  ｒｅｑｕｅｓｔ」に応答して実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ステーションと前記ネットワーク装置との間の通信経路を改善することができるかどうかを判定するために実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
「ｒｅｓｅｔ  ｒｅｑｕｅｓｔ」、「ｓｔａｒｔ  ｒｅｑｕｅｓｔ」、または「ｓｃａｎ  ｒｅｑｕｅｓｔ」に応答して実行され、前記指向性アンテナのオムニパターンが自動的に選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの信号品質メトリックの高さは、前記指向性アンテナのオムニパターンを選択するのに十分であるとみなされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
選択されたアンテナビームパターンを前記指向性アンテナに形成させることは、ビーコンフレーム中に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ネットワーク装置にプローブ要求を送信し、前記プローブ要求に対する応答中に、前記指向性アンテナに前記選択されたアンテナビームパターンを形成させることをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのメトリックは、ビーコンフレームに応じて計算され、または前記ステーションから前記ネットワーク装置にプローブ要求を送信することに応答して、前記ネットワークノードから前記ステーションに送信されたプローブ応答フレームに応じて計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ワイヤレス装置はアクセスポイント（ＡＰ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
８０２．１１ネットワークで動作することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
ワイヤレスネットワークで指向性アンテナを操作する装置であって、
物理（ＰＨＹ）層から利用可能な少なくとも１つの信号品質メトリックに基づいて、前記ステーションに関連する指向性アンテナについてのアンテナビームパターンを選択する、ワイヤレスネットワーク内のステーション内のステーション管理エンティティ（ＳＭＥ）および前記ＰＨＹ層の外部のセレクタと、
前記ワイヤレスネットワーク内のネットワーク装置と通信するために、前記指向性アンテナに前記選択したビームパターンを形成させるアンテナ制御ユニットと
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記セレクタはメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層内にあることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記セレクタはメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層の外部にあることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記セレクタは、前記ＳＭＥからの要求に応じて前記アンテナビームパターンを選択することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記セレクタは、アンテナ探索プロセスの一部として複数のアンテナビームパターンを選択することを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記セレクタは、ＭＡＣ層管理エンティティ（ＭＬＭＥ）に対するいくつかのＳＭＥ要求に応答して、最良のアンテナビームパターンを選択することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記セレクタは、利用可能な複数のアンテナビームパターンを順序付け、前記アンテナ制御ユニットは、前記ＰＨＹ層が前記複数のアンテナビームパターンのそれぞれに関連するそれぞれの信号品質メトリックを計算することを可能にする方式で、前記指向性アンテナに前記アンテナビームパターンを形成させることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
前記セレクタは、ＳＭＥからの「ｊｏｉｎ  ｒｅｑｕｅｓｔ」に応答して前記アンテナビームパターンを選択することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２５】
前記ステーションと前記ネットワーク装置との間の通信経路を改善することができるかどうかを判定するためにアンテナ探索が実行されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２６】
前記セレクタは、「ｒｅｓｅｔ  ｒｅｑｕｅｓｔ」、「ｓｔａｒｔ  ｒｅｑｕｅｓｔ」、または「ｓｃａｎ  ｒｅｑｕｅｓｔ」に応答してアンテナビームパターンを選択し、前記指向性アンテナのオムニパターンが自動的に選択されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの信号品質メトリックの高さは、前記指向性アンテナのオムニパターンを前記セレクタが選択するのに十分であるとみなされることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２８】
前記アンテナ制御ユニットは、ビーコンフレーム中に、前記指向性アンテナに前記選択されたアンテナビームパターンを形成させることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２９】
前記ステーションは、前記ネットワーク装置にプローブ要求を送信し、前記アンテナ制御ユニットは、前記プローブ要求に対する応答中に、前記指向性アンテナに前記選択されたアンテナビームパターンを形成させることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのメトリックが、ビーコンフレームに応じて計算され、または前記ステーションから前記ネットワーク装置にプローブ要求を送信することに応答して、前記ネットワークノードから前記ステーションに送信されたプローブ応答フレームに応じて計算されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記ワイヤレス装置はアクセスポイント（ＡＰ）であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３２】
８０２．１１ネットワークで動作することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３３】
ワイヤレスネットワークで指向性アンテナを操作する装置であって、
ワイヤレスネットワーク内のステーション内のステーション管理エンティティ（ＳＭＥ）および物理（ＰＨＹ）層の外部で、前記ＰＨＹ層から利用可能な少なくとも１つの信号品質メトリックに基づいて、前記ステーションに関連する指向性アンテナについてのアンテナビームパターンを選択する手段と、
前記ワイヤレスネットワーク内のネットワーク装置と通信するために、前記指向性アンテナに前記選択したビームパターンを形成させる手段と
を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、８０２．１１ステーションのためのアンテナステアリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、その教示全体が参照により本明細書に組み込まれる２００３年６月１９日出願の米国仮出願第６０／４７９６４０号明細書の特典を主張するものである。
【０００３】
ＩＥＥＥ規格の８０２．１１グループは、ステーション（例えばポータブルコンピュータ）がファシリティ内で移動することを可能にし、ステーションが、分散システムと呼ばれる有線ネットワークに接続されたアクセスポイント（ＡＰ）への無線周波数（ＲＦ）伝送を介してワイヤレスローカルエリアネットワークに接続することを可能にする。ステーションおよびアクセスポイント内の物理層は、ステーションとアクセスポイントが通信する低レベル伝送手段を提供する。物理層の上には、同期、認証、認証解除、プライバシー、アソシエーション、ディスアソシエーションなどのサービスを提供するメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層がある。
【０００４】
動作の際には、ステーションがオンラインとなったとき、まずステーション内の物理層とアクセスポイント内の物理層との間で同期が確立される。次いでＭＡＣ層がそのＡＰを関連付け、認証する。
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０００８６７２号明細書、２００２年１月２４日公開、「Adaptive Antenna for Use in Wireless Communications System」
【特許文献２】米国特許第６５１５６３５号明細書、２００３年２月４日発行、「Adaptive Antenna for Use in Wireless Communication Systems」
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／００３６５８６号明細書、２００２年３月２８日公開、「Adaptive Antenna for Use in Wireless Communication Systems;」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、８０２．１１ステーションおよびアクセスポイントでは、物理層ＲＦ信号がモノポールアンテナによって送信および受信される。モノポールアンテナは全方向に、通常は垂直方向の素子では水平面内に放射する。モノポールアンテナは、壁、机、人などの介在する物体によって引き起こされる電波信号の反射または回折など、ステーションとアクセスポイントの間の通信の品質を低下させる効果の影響を受けやすい。こうした物体はマルチパス、正規統計フェージング（ｎｏｒｍａｌ  ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  ｆａｄｉｎｇ）、レイリーフェージングなどを生み出す。その結果、こうした効果によって引き起こされる信号劣化を軽減するための努力が払われてきた。
【０００７】
ＲＦ信号の劣化を打ち消すための一技法は、２つのアンテナを使用して、ある程度の間隔を置いて配置した２つのアンテナを使用して空間ダイバーシティを実現することである。２つのアンテナが、ステーションとアクセスポイントの一方または両方の中のアンテナダイバーシティスイッチに結合される。アンテナダイバーシティのために２つのアンテナを使用することの背後にある理論は、任意の所与の時間に、２つのアンテナの一方が、例えばマルチパスの効果を受けない信号を受信する可能性が高いということであり、そのアンテナが、信号アンテナダイバーシティスイッチを介してステーションまたはアクセスポイントが選択するアンテナである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
８０２．１１ワイヤレスネットワークのステーション側で使用される指向性アンテナのためのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層アンテナステアリングプロセスにより、単純なダイバーシティに勝る改善が得られる。指向性アンテナは、大部分のケースで信号品質の改善をもたらし、リンクがより高いデータ転送速度で動作することを可能にする。
【０００９】
本発明の原理による一実施形態は、ステーション内の８０２．１１ネットワークインターフェースカード内にあるステーション管理エンティティ（ＳＭＥ）および物理（ＰＨＹ）層の外部で（例えば、ＭＡＣ層で、またはＭＡＣ層と通信するプロセスで）動作する方法および装置を含む。この方法または装置は、アクセスポイント（ＡＰ）からフレームを受信するときにＰＨＹ層から利用可能な信号品質メトリックに基づいて、最良の指向性アンテナパターンを選択する。指向性アンテナの受動素子または能動素子に接続されたスイッチを駆動する単純な２線または３線デジタルインターフェースによって指向性アンテナを制御して、指向性アンテナに選択したビームパターンを形成させることができる。指向性アンテナはまた、全方向にほぼほぼ等しい利得を有するオムニモードで配置することもできる。
【００１０】
ステーションは、全方向モードでビーコンフレームを検出することにより、利用可能なアクセスポイントを調査する。特定のアクセスポイントとの同期中、ビーコンフレームを使用して、「最良の」アンテナ方向の探索を実施することができる。この方法または装置は、ビーコンフレームの受信中に全方向モードを再訪して、選択した「最良の」アンテナ方向で動作することの優位が保たれているかどうかを判定することをさらに含む。そうでない場合、後続の、「最良の」アンテナ方向の探索が実施される。
【００１１】
この方法または装置はまた、一連のプローブ要求を使用して、ＡＰからの事前定義された応答を引き起こすこともできる。各プローブ間で変化したアンテナビームパターンは、最良のアンテナビームパターンを求めるように要求する。このようにして、ビーコンフレーム中にアンテナビームがＡＰから離れる方向に向く場合でも、ビーコンフレームが見逃されない。
【００１２】
指向性アンテナでステーションを増強することの利点は２つある。（ｉ）個々のステーションへのスループットの向上、および（ｉｉ）より多くのユーザをネットワーク内でサポートできること。大部分のＲＦ環境では、成形アンテナビームを最強の信号の方向に向けることにより、ステーションで受信される信号レベルを向上させることができる。成形ビームは、一般に使用される全方向（「オムニ」）アンテナに勝る３〜５ｄＢの追加の利得を実現する。信号レベルの向上により、アクセスポイントおよびステーションが、特にカバレッジエリアの外縁で、より高いデータ転送速度で送信することが可能となる。これにより、そのステーションへの／からのスループットが向上するが、伝送時間が短縮されるのでネットワーク能力も向上する。例えば、より高いデータ転送速度を使用することにより、アクセスポイントおよび接続されるステーションがその伝送時間を半分に短縮することができる場合、ネットワークは２倍のユーザをサポートすることができる。
【００１３】
本発明の上記およびその他の目的、特徴、および利点は、添付の図面に示される以下の本発明の好ましい実施形態のより具体的な説明から明らかとなるであろう。添付の図面では、異なる各図全体を通して、同様の参照文字は同一の部分を指す。図面は必ずしも原寸に比例せず、本発明の原理を例示する際に強調を行っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施形態の説明を以下で行う。
【００１５】
伝統的に、ラインオブサイトのＲＦ通信リンクを介する信号品質を改善するのに指向性アンテナが使用されてきた。指向性アンテナは、何らかの形のビーム形成を使用して、送信および受信について特定の方向でのアンテナ利得を向上させる。信号品質を改善するように方向を調節または選ぶことができる。８０２．１１ワイヤレスアクセス媒体に対する応用において、指向性アンテナは、利得ならびに干渉防止および角度ダイバーシティを実現する。本発明は、８０２．１１ＭＡＣ層プロトコル内の指向性アンテナの最良のポインティング角度を求める方法を提供する。
【００１６】
指向性アンテナが信号品質すなわち信号対雑音比（ＳＮＲ）の向上を実現する能力は、統計的な性質である。あるマルチパス環境では、指向性アンテナは５ｄＢよりも高い利得を実現するが、他の環境では、全方向（「オムニ」）パターンよりも良好ではないことがある。全ネットワークカバレッジエリアにわたって平均を取ると、指向性アンテナを使用するシステムは、約１０％の時間に１０ｄＢの利得の向上、３０％の時間に５ｄＢなどを得ることがある。利得の量は、どれほどデータスループットを向上させることができるかということに言い換えられる。例えば８０２．１１ｂリンクでは、システムは、カバレッジエリアの縁部での最低の１Ｍｂｐｓの転送速度に対して、通常期待される最大１１Ｍｂｐｓのデータ転送速度を達成するのに６ｄＢの利得を必要とすることがある。８０２．１１ａまたは８０２．１１ｇリンクでは、システムは、最高データ転送速度５４Ｍｂｐｓを達成するのに１０ｄＢより高い利得を必要とすることがある。
【００１７】
通常、制御メッセージ（ビーコンフレームを含む）が、アクセスポイント（ＡＰ）から最低のデータ転送速度で送信され、それによってカバレッジエリア内のステーションのすべてが、制御メッセージを正しく受信することができる。アクセスポイントから単一ステーションに送信されるデータフレームをより高いデータ転送速度で送信してネットワーク効率を改善することができる。アクセスポイントが特定のステーションに対してより高い転送速度で送信することができるかどうかをアクセスポイントが判断する手段は８０２．１１規格では指定されていない。
【００１８】
指向性アンテナの一目的は、ステーションに、またはステーションから送られるデータフレームに関するスループットの向上を実現することであり、その向上を実現するためにアンテナ利得のすべてではないとしても大部分が使用されるので、ステーションは、特定のアクセスポイントとの同期に追従する指向性モードで動作することができ、スループットの向上という利点を有する。これにより、プロセスが単純化され、アクセスポイントを探索することに関連するビーコン走査時間が、従来のオムニアンテナを備えたステーションの場合と不変に保たれる。
【００１９】
図１Ａは、有線ネットワークなどの分散システム１０５を有するワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）１００のブロック図である。アクセスポイント１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃが、有線接続を介して分散システム１０５に接続される。各アクセスポイント１１０は、それぞれのゾーン１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを有し、その中で、各アクセスポイント１１０は、分散システム１０５にアクセスするようにワイヤレスローカルエリアネットワークハードウェアおよびソフトウェアでサポートされるステーション１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃとＲＦ信号を送信および受信することができる。
【００２０】
現在の技術は、アクセスポイント１１０およびステーション１２０にアンテナダイバーシティを与える。アンテナダイバーシティにより、２つのアンテナの一方を選択する能力を有するアクセスポイント１１０およびステーション１２０が、受信される信号の品質に基づいて送信デューティおよび受信デューティを供給することが可能となる。マルチパスフェージング、すなわちアンテナまでの２つの異なる経路を取る信号により一方のアンテナで信号相殺が発生するが他方では発生しない場合に、一方のアンテナが他方に優先して選択される。別の例は、同じアンテナで受信された２つの異なる信号によって干渉が引き起こされるときである。２つのアンテナの一方を選択するさらに別の理由は、ステーション１２０ｃが第３ゾーン１１５ｃと第１ゾーン１２０ａまたは第２ゾーン１２０ｂとの間で移動するときなど、環境の変化のためである。
【００２１】
図１Ｂは、ネットワーク１００のサブセットのブロック図であり、本発明の原理を利用する第２ステーション１２０ｂが、指向性アンテナローブ１３０ａ〜１３０ｉ（ローブ１３０と総称する）の表示と共により詳細に示されている。ステーション管理エンティティ（ＳＭＥ）からＪｏｉｎ  Ｒｅｑｕｅｓｔを受信した後、第２ステーション１２０ｂは、アンテナ探索中にローブ１３０を生成または形成し、選択したアクセスポイント１１０ａに対する最良の方向を決定する。アンテナ探索は、第２ステーション１２０ｂがアクセスポイント１１０ａによって放射されたビーコンを聴取する受動モードで行うことができる。８０２．１１システムでは、ビーコンは一般に１００ミリ秒ごとに送信される。したがって、９個のアンテナローブ１３０では、プロセスは、各アンテナ方向を走査して最良の角度を決定するのに約１秒かかる。能動走査モードでは、第２ステーション１２０ｂは、選択したアクセスポイント１１０ａにプローブを送信し、プローブに対する応答をアクセスポイント１１０ａから受信する。このプローブおよび応答プロセスを各アンテナスキャン角度について反復する。
【００２２】
アンテナ探索中、第２ステーション１２０ｂは、アクセスポイント１１０からの信号を求めて、図２Ａおよび図２Ｂにより詳細に示す指向性アンテナを使用する。各ビーム位置では、第２ステーション１１０ｂは、受信したビーコンまたはプローブ応答を測定し、その指向性ビームについてのそれぞれのメトリックを計算する。メトリックの例には、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）、信号対雑音比（ＳＮＲ）、ビット当りのエネルギー対全雑音（Ｅｂ／Ｎｏ）、または受信した信号または信号環境の品質のその他の適切な尺度が含まれる。メトリックに基づいて、第２ステーション１２０ｂは、ＳＭＥによって選択されるアクセスポイント１１０ａと通信するのに「最良の」方向を決定することができる。
【００２３】
ビーム選択探索は、第２ステーション１１０が分散システム１０５を認証し、分散システム１０５を関連付ける前または後で行うことができる。したがって、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）層内で初期アンテナスキャンを実施することができる。同様に、第２ステーション１２０ｂが分散システム１０５を認証し、分散システム１０５を関連付けた後で行われるビーム選択探索をＭＡＣ内で実施することができる。
【００２４】
図２Ａは、第１ステーション１２０ａのシャーシの外部にある指向性アンテナアレイ２００ａ（本明細書では同義で指向性アンテナ２００ａとも呼ぶ）を使用する第１ステーション１２０ａの図である。指向性アンテナアレイ２００ａは、５個のモノポール受動アンテナ素子２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、および２０５ｅ（受動アンテナ素子２０５と総称する）と、１つのモノポール能動アンテナ素子２０６とを含む。指向性アンテナ素子２００ａは、ユニバーサルシステムバス（ＵＳＢ）ポート２１５を介してステーション１２０ａに接続される。指向性アンテナアレイ２００ａ内のアンテナ２０５は、指向性アンテナアレイ２００ａの走査が可能となるように寄生的に能動アンテナ素子２０６に結合される。走査により、指向性アンテナアレイ２００ａの少なくとも１つのアンテナビームを、受動アンテナ素子２０５の数に関連する増分で、任意選択で３６０度も回転することができる。アンテナアレイ２００ａの詳細な議論が与えられている（例えば、参照によりその教示全体が本明細書に組み込まれる特許文献１参照。）。指向性アンテナアレイ２００ａによって受信信号または送信信号に基づいてアンテナ方向を最適化する例示的方法も特許文献１で論じられており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００２５】
指向性アンテナアレイ２００ａは、全方向モードで使用して全方向性アンテナパターン（図示せず）を提供することもできる。ステーション１２０は、別のステーション１２０が現在伝送を送信中であるかどうかを判定するために伝送を送信する前に全方向パターンを使用することができる（すなわち搬送波感知多元接続（ＣＳＭＡ））。ステーション１２０は、アクセスポイント１１０に送信するとき、またはアクセスポイント１１０から受信するとき、選択した指向性アンテナを使用することもできる。「アドホック」ネットワークでは、ステーション１２０は他のどのステーション１２０から受信することができるので、オムニだけのアンテナ構成に戻ることができる。
【００２６】
図２Ｂは、第１ステーション１２０ａの等角投影図である。この実施形態では、指向性アンテナアレイ２００ｂがＰＣＭＣＩＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃａｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）カード２２０上に配置される。ＰＣＭＣＩＡカード２２０は、第１ステーション１２０ａ内のプロセッサ（図示せず）にとって典型的な方式で第１ステーション１２０ａのシャーシ内に配設される。指向性アンテナアレイ２００ｂは、図２Ａを参照して上記で論じた指向性アンテナアレイ２００ａと同じ機能を提供する。
【００２７】
様々な他の形態の指向性アンテナアレイも使用できることを理解されたい。その例には諸アレイが含まれる（例えば、参照により教示全体が共に本明細書に組み込まれる特許文献２および３参照。）。
【００２８】
図３Ａは、上記で議論した受動アンテナ素子２０５および能動アンテナ素子２０６を含む指向性アンテナアレイ２００ａの詳細な図である。指向性アンテナアレイ２００ａはまた、図３Ｂを参照して以下で議論するように、受動アンテナ素子が電気的に結合されるグランドプレーン３３０も含む。
【００２９】
指向性アンテナアレイ２００ａは、アンテナ素子２０５ａおよび２０５ｅから離れる向きに角度が付いた指向性アンテナローブ３００を与える。これは、アンテナ素子２０５ａおよび２０５ｅが「反射」モードにあり、アンテナ素子２０５ｂ、２０５ｃ、および２０５ｄが「伝送」モードにあることを示す。言い換えれば、能動アンテナ素子２０６と受動アンテナ素子２０５との間の相互結合により、指向性アンテナアレイ２００ａが指向性アンテナローブ３００を走査することが可能となり、この場合、アンテナローブ３００は、受動素子２０５が設定されるモードの結果として、図示するような向きになる。受動アンテナ素子２０５の異なるモードの組合せの結果、異なるアンテナローブ３００のパターンおよび角度が得られる。
【００３０】
図３Ｂは、受動アンテナ素子２０５を反射モードまたは伝送モードに設定するのに使用することのできる例示的回路の略図である。反射モードは、代表的「延長」破線３０５によって示され、伝送モードは「短縮」破線３１０によって示される。代表的破線３０５および３１０は、それぞれ誘導性素子３２０または容量性素子３２５を介してグランドプレーン３３０に結合することによって引き起こされる。誘導性素子３２０または容量性素子３２５を介する受動アンテナ素子２０５ａの結合は、スイッチ３１５を介して行われる。スイッチは、この応用例に適した方式で受動アンテナ素子２０５ａをグランドプレーン３３０に結合することのできる機械式スイッチまたは電気式スイッチでよい。スイッチ３１５は、典型的なスイッチ制御方式で制御信号３３５を介して設定される。
【００３１】
インダクタ３２０を介してグランドプレーン３３０に結合されて、受動アンテナ素子２０５ａは、長い代表的破線によって示されるように実質上延長される。このことは、能動アンテナ素子２０６との相互結合を介して受動アンテナ素子２０５ａに結合されたＲＦ信号のための「バックボード」を提供すると考えることができる。図３Ａの場合、受動アンテナ素子２０５ａおよび２０５ｅはどちらも、それぞれの誘導性素子３２０を介してグランドプレーン３３０に接続される。同時に、図３Ａの例では、他の受動アンテナ素子２０５ｂ、２０５ｃ、および２０５ｄが、それぞれの容量性素子３２５を介してグランドプレーン３３０に電気的に接続される。容量性結合は、短い代表的破線３１０によって表されるように受動アンテナ素子を実質上短縮する。受動素子３２５のすべてを容量結合することにより、指向性アンテナアレイ２００ａが実質上全方向性アンテナにされる。
【００３２】
遅延線や集中インピーダンスなどの代替結合技法も受動アンテナ素子２０５とグランドプレーン３３０の間で使用できることを理解されたい。
【００３３】
図４は、物理媒体依存（ＰＭＤ）層参照モデル４００の図である。モデル４００は、ステーション管理エンティティ（ＳＭＥ）４０５、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）層４１０、および物理（ＰＨＹ）層４２５の間の関係を示す。ＳＭＥ４０５は通常、ステーション１２０ａのコンピュータ部分内で実行されるソフトウェアである。ＭＡＣ層４１０およびＰＨＹ層４２５は通常、ＰＣＭＣＩＡカード２２０などのワイヤレスネットワークインターフェースカード内の回路内で動作するファームウェアである。
【００３４】
ＭＡＣ層４１０は、ＭＡＣプロセス４１５およびＭＡＣ管理４２０を含む。ＰＨＹ層４２５は、コンバージェンス層４３０、ダイレクトシーケンススペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）物理層コンバージェンスプロシージャ（ＰＬＣＰ）サブレイヤ４３５、およびＰＭＤサービスアクセスポイント（ＳＡＰ）を定義するＤＳＳＳ物理媒体依存（ＰＭＤ）サブレイヤを含む。ＭＡＣ層４１０およびＰＨＹ層４２５の各構成要素の動作は当技術分野で周知である。ＭＡＣ層４１０およびＰＨＹ層４２５を導入する目的は、図５を参照して説明するアンテナ制御ユニット５００がＭＡＣ層に関連してどのようにステーション１２０ａに統合されるかに関する理解を与えることである。
【００３５】
図５に示すように、アンテナ制御ユニット５００が、破線５０２で示されるようにＭＡＣ層に統合され、または通信経路５０４を介してＭＡＣ層４１０と通信する。アンテナ制御ユニット５００はまた、関連する受動アンテナ素子２０５、または代替実施形態（例えばすべて能動のアンテナアレイ）での能動アンテナ素子のＲＦ特性を決定するインピーダンス装置３１２とも通信する。アンテナ制御ユニット５００は、制御ケーブル５０５を介してビーム選択制御信号５１５を送信することができ、同一のケーブル５０５を介してステータス情報５２０を受信することができる。ＰＨＹ層４２５は、通信ケーブル５１０を介して通信信号５２５を用いて指向性アンテナ２００ａの能動アンテナ素子２０６と通信する。
【００３６】
代替実施形態では、制御ユニット５００が、ＰＨＹ層４２５を介して指向性アンテナ２００ａにビーム選択制御信号５１５を送信する。そのような実施形態では、ＰＨＹ層４２５が信号フィードスルーまたはサポートに対処するように変更され、ケーブル５０５がＰＨＹ層４２５と指向性アンテナ２００ａの間で延びる。
【００３７】
アンテナ制御ユニット５００はハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアでよく、ＭＡＣ層４１０内に、またはＭＡＣ層４１０に並べて統合され、一定のメッセージがＳＭＥ５０４またはＰＨＹ層４２５から受け取られるときにＭＡＣ４１０から表示を受け取る。いくつかのＳＭＥ要求５３０に対するアンテナ制御ユニット５００による応答を表１に列挙する。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
ステーション１２０の初期化中、ＲｅｓｅｔＲｅｑｕｅｓｔ、ＳｔａｒｔＲｅｑｕｅｓｔ、およびＳｃａｎＲｅｑｕｅｓｔにより、アンテナ制御ユニット５００が指向性アンテナのオムニモードに戻る。ＪｏｉｎＲｅｑｕｅｓｔは、図６にさらに示されるアンテナ探索をトリガする。
【００４０】
次に図６を参照すると、ビーコンフレームの前、またはプローブ要求の前に各指向性アンテナビーム１３０ａ、１３０ｂ、．．．、１３０ｉが選択される。ビーコンフレームまたはプローブ応答フレームが受信されたとき、ＰＨＹ層４２５から受信された信号強度（ＲＳＳＩ）尺度および／または信号相関尺度がアンテナ制御ユニット５００に渡される。この実施形態では、プローブ要求がアンテナ制御ユニット５００によって生成される。全方向ビーム１３０に関する尺度が完全となった後、アンテナ２００ａの最良の指向性モードを選択するように決定が形成される。次いでアンテナ制御ユニット５００は、ＪｏｉｎＣｏｎｆｉｒｍ応答をＳＭＥ４０５に送って、選択されたアクセスポイント１１０との同期プロセス７２０を完了できることをＭＡＣ４１０に通知する。
【００４１】
図７は、本発明の原理に関連するＭＡＣベースのプロセス７００の一実施形態である。開始（ステップ７０５）に続き、ステーション１２０でのＭＡＣベースのプロセス７００がオムニアンテナパターンを選択し（ステップ７１０）、ステーション管理エンティティ（ＳＭＥ）４０５からのスキャン要求７００を待つ。ビーコン走査時間（すなわち、ステーションが「最良の」アクセスポイント１１０を突き止める間の時間）全体を通してオムニパターンが使用される。ビーコンスキャンの結果がＳＭＥ４０５にレポートされ、関連付けたいアクセスポイント１１０が選択される。Ｊｏｉｎ  ＲｅｑｕｅｓｔコマンドがＭＡＣ４１０に送られ、選択されたアクセスポイント１１０との同期が開始される（ステップ７１０）。この時点で（ステップ７１５）、ＭＡＣベースのビーム選択７００プロセスは、最良の指向性パターン１３０を求める初期アンテナ探索を実施する（ステップ７２０）。プロセス７００は、オムニを含む潜在的アンテナ方向のそれぞれで受信されたビーコンフレームの信号品質を記録する（ステップ７２０）。信号品質を記録するのにかかる時間は１秒未満であり、ビーコン間隔１００ｍ秒に基づいて最良の指向性パターンが決定される（ステップ７２０）。この時点で、ステーション１２０は、選択されたアンテナ方向に対して受信および送信し、Ｊｏｉｎ  Ｃｏｎｆｉｒｍ表示をＳＭＥに送る（ステップ７２０）。選択されたアンテナ方向は、ＲｅｓｅｔＲｅｑｕｅｓｔまたはＳｃａｎＲｅｑｕｅｓｔがＳＭＥから受信されるまで、またはアンテナ制御ユニットが別のアンテナ探索を行うことによってアンテナ選択を更新することを決定するまで維持される。
【００４２】
アンテナ選択を更新すべきかどうかを判定する１つの方法は、指向性選択とオムニパターンとの間の、受信される信号品質の差を監視することによるものである。この差、恐らくは４〜５ｄＢは、アンテナ方向が選択されるときに記録することができる。その後に、既知のビーコンフレーム伝送時間でオムニパターンに切り換えることにより、オムニパターンを使用して所定の割合のビーコンフレームを受信することができる。次いで、これらのフレームの信号品質を指向性パターンに関して受信されたものと比較し、指向性パターンの信号品質の優位が所定のしきい値未満に低下したかどうかをチェックする（ステップ７２５および７３０）。
【００４３】
あるいは、アンテナ制御は、最良のアンテナビームを決定するプローブ要求を開始することができる。これにより、各アンテナビーム１３０を通じてより高速な探索が可能となる。あるいは、プローブ要求技法は、ビーコンフレーム上でアンテナビーム１３０をサイクルするときに生じる可能性のあるこうしたフレームの潜在的損失をなくす。
【００４４】
あるいは、アンテナ指向性選択は、イベントドリブン的に、周期的に、またはランダムに、自動的に行うことができる。
【００４５】
カバレッジエリアの外縁での検出した信号レベルおよび雑音レベルの変動性に応じて、プロセスは、各アンテナ方向で複数の信号品質尺度を平均することができる。
【００４６】
アンテナ探索が実施された時点で（ステップ３）、得られた信号品質の高さが最高のデータ転送速度をサポートするのに十分であるとき、プロセスは、オムニアンテナパターンを任意選択で選択することができる。このことは、ステーションがアクセスポイントに近いときに行われる。
【００４７】
本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を具体的に図示し説明したが、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明内で形態および細部の様々な変更を行えることを当業者は理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】本発明の原理を利用するワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）の略図である。
【図１Ｂ】アンテナスキャンを実施する図１ＡのＷＬＡＮ内のステーションの略図である。
【図２Ａ】外部指向性アンテナアレイを有する図１Ａのステーションの等角投影図である。
【図２Ｂ】内部ＰＣＭＣＩＡカードに組み込まれる指向性アンテナアレイを有する図２Ａのステーションの等角投影図である。
【図３Ａ】図２Ａの指向性アンテナアレイの等角投影図である。
【図３Ｂ】図３Ａの指向性アンテナのアンテナ素子の状態を選択するのに使用されるスイッチの略図である。
【図４】図１Ａのステーション内で動作するステーション管理エンティティ（ＳＭＥ）媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層、物理（ＰＨＹ）層を含む層参照モデルである。
【図５】図２Ａの指向性アンテナと共に動作する図４の各層の高レベル概略図である。
【図６】図４の各層間で通信されるメッセージを示すメッセージシーケンスチャートである。
【図７】図１Ｂのアンテナビーム選択を実施するプロセスの流れ図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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