アクセスポイント、および、プローブ信号に基づくアクセスポイントのアンテナ方向を操作する方法
無線ローカルエリアネットワーク内のアクセスポイントを操作する方法が提供される。アクセスポイント（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ）は、複数のリモート局（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）と通信するための指向性アンテナを含み、指向性アンテナは、全方向角度と、複数の指向性角度を含む。この方法は、複数のリモート局からリモート局の１つを選択することと、全方向角度の指向性アンテナを介して、選択されたリモート局に第１のプローブ信号を送信することと、第１の信号に応答して選択されたリモート局から全方向角度を介して受信される第１のプローブ応答信号を測定することとを含む。第２のプローブ信号に同じことを行うよりも、選択されたリモート局からの第１のプローブ応答信号と第２のプローブ応答信号がアンテナデータベースに格納される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ローカルエリアネットワークの分野に関し、詳細には、無線ローカルエリアネットワーク内で稼動するアクセスポイントのためのアンテナの方向操作アルゴリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の標準により、携帯型コンピュータなどのリモート局を無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内で移動し、無線周波（ＲＦ）送信を介して、有線ネットワークに接続されたアクセスポイント（ＡＰ）に接続することが可能になっている。有線ネットワークは、しばしば、分配システムと呼ばれる。各種の標準には、ＩＥＥＥ８０２．１１標準と、それに対応する、例えば８０２．１１ｂや８０２．１１ｇなどの文字改訂版（ｌｅｔｔｅｒ ｒｅｖｉｓｉｏｎ）が含まれる。
【０００３】
リモート局とアクセスポイントの物理層は、局とアクセスポイントが通信するための低レベルの送信を提供する。物理層の上には、例えば認証、認証解除、プライバシー、関連付け、関連付け解除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】
動作時に、リモート局がオンライン状態になると、初めに、その局の物理層とアクセスポイントの物理層の間に接続が確立される。そして、ＭＡＣ層が接続することができる。通例は、リモート局とアクセスポイントに対して、モノポールアンテナを使用して物理層のＲＦ信号が送受信される。
【０００５】
モノポールアンテナは、すべての方向に放射し、一般には垂直方向を向いた素子に対しては水平面に放射する。モノポールアンテナは、間にある物体によって生じる無線波信号の反射や回折など、リモート局とアクセスポイント間の通信の品質を低下させる影響を受けやすい。間にある物体は、例えば壁、机、人などである。そうした物体は、マルチパス、通常の統計的フェーディング、レイリーフェーディングなどを引き起こす。その結果、そのような影響によって生じる信号の劣化を緩和する努力がなされてきた。
【０００６】
【特許文献１】米国特許公開第２００２／０００８６７２号
【特許文献２】米国特許第６，５１５，６３５号
【特許文献３】米国特許公開第２００２／００３６５８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＲＦ信号の劣化を抑制する技術の１つは、２つのアンテナを使用してダイバーシティを提供するものである。２つのアンテナは、リモート局とアクセスポイントの１つまたは両方でアンテナダイバーシティスイッチに結合される。アンテナの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基盤となる理論は、所与の時に、それらのアンテナの少なくとも１つがマルチパスの影響がない信号を受信する可能性があるというものである。その結果、このアンテナが、信号の送受信のためにアンテナダイバーシティスイッチを介してリモート局またはアクセスポイントが選択するアンテナとなる。それでもなお、無線ローカルエリアネットワーク内のリモート局とアクセスポイントの間でＲＦ信号の劣化に対処する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した背景に鑑みて、本発明の目的は、無線ローカルエリアネットワーク内のアクセスポイントとリモート局との間の通信を改良することである。
【０００９】
無線ローカルエリアネットワークで使用されるアクセスポイント（無線ゲートウェイ）のためのアンテナ方向操作プロセスを通じて、単純なダイバーシティを上回る改良が提供される。指向性アンテナが、ネットワークのスループットを向上させ、アクセスポイントとリモート局（無線ユーザデバイス）との間の範囲を拡大する。指向性アンテナは、大半の場合は全方向性アンテナよりも高い信号対雑音比を提供し、したがって、リンクがより高いデータレートで動作することを可能にする。
【００１０】
アンテナ方向操作プロセスは、アクセスポイントのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層に存在することができ、リモート局から信号を受信すると物理層から得られる信号品質の測定基準に基づいて最適あるいは好ましい指向性アンテナパターンを選択する。
【００１１】
本発明の原理によれば、アクセスポイントと選択されたリモート局の間の登録、認証、あるいはそれに続くデータ交換などのプロセス中に、方向が操作されるアクセスポイントアンテナのための好ましい方向が判定される。一実施形態では、アクセスポイントで動作するソフトウェアまたはファームウェアがこの判定を行う。アクセスポイントのアンテナ制御ソフトウェア／ファームウェアは、リモート局の識別と、そのリモート局に関連付けられた、最適な通信動作を実現するためのアンテナ方向とを含むデータベースを構築することができる。
【００１２】
ハードウェアを用いて、好ましい指向性アンテナ角度を選択するために典型的な８０２．１１機器に固有のダイバーシティ選択回路とともに動作することができる。アクセスポイントは、シグナリングを使用して、リモート局からプローブ応答信号を送信させることができ、アクセスポイントは、プローブ応答信号の信号品質を測定する。アクセスポイントは、指向性アンテナモードでリモート局から受信された信号に対応する測定基準値を、全方向性モードでリモート局から受信された信号に対応する測定基準値と比較して、新たなアンテナスキャンを行うべきかどうかを判定することができる。隠れノードがあるとアクセスポイントが判定した場合、アクセスポイントは、例えば８０２．１１標準で定義されるＲＴＳ／ＣＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ／ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージングを使用する防御機構を起動することができる。
【００１３】
アクセスポイントを指向性アンテナで増強することの利益には、個々のリモート局へのスループットが向上することと、ネットワーク内でより多くのユーザをサポートできることの２つである。大半のＲＦ環境では、リモート局で受信される信号レベルは、局の方向を向いた成形アンテナビームを使用してアクセスポイントから送信させることによって改善することができる。成形アンテナビームは、アクセスポイントに一般に配置される全方向性アンテナに比べて例えば３〜５ｄＢの利得の優位を提供することができる。信号レベルが上がると、アクセスポイントとリモート局間のリンクが、特に有効範囲の外縁部で、より高いデータレートで動作することができる。指向性アンテナ方向操作プロセスは、アクセスポイントに存在してリモート局との間の動作を支援する。
【００１４】
より詳しくは、本発明は、ＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法を対象とし、アクセスポイントは、複数のリモート局と通信するための指向性アンテナを備える。指向性アンテナは、全方向角度と、複数の指向性角度を備える。この方法は、複数のリモート局の中からリモート局の１つを選択することと、選択されたリモート局に指向性アンテナの全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信することと、第１のプローブ信号に応答して、選択されたリモート局から全方向角度を介して受信される第１のプローブ応答信号を測定することとを備える。
【００１５】
この方法はさらに、指向性アンテナの複数の指向性角度それぞれを介して、選択されたリモート局に個々の第２のプローブ信号を送信することと、個々の第２のプローブ信号に応答して、選択されたリモート局から各指向性角度を介して受信される第２のプローブ応答信号を測定することとを備える。選択されたリモート局からの測定された第１のプローブ応答信号と測定された個々の第２のプローブ応答信号は、アンテナデータベースに格納される。
【００１６】
この方法はさらに、測定された第２のプローブ応答信号に基づいて選択されたリモート局に好ましい指向性角度を選択することと、全方向角度からの測定された第１のプローブ応答信号と、好ましい指向性角度からの測定された第２のプローブ応答信号とを比較することとを備えることができる。選択されたリモート局との通信を継続するために、比較に基づいて全方向角度または好ましい指向性角度を選択することができる。好ましい指向性角度に伴う、測定された信号が、全方向角度に伴う測定信号を所定の閾値だけ上回る場合は、好ましい指向性角度を選択することができる。
【００１７】
この方法はさらに、複数のリモート局から次のリモート局を選択することと、選択された次のリモート局に第１および第２のプローブ信号を送信することを繰り返すことと、選択された次のリモート局から受信される第１および第２のプローブ応答信号を測定することとを備えることができる。選択された次のリモート局からの測定された第１のプローブ応答信号と、測定された個々の第２のプローブ応答信号がアンテナデータベースに格納される。選択、送信、および格納は、残りのリモート局ごとに繰り返される。
【００１８】
第１のプローブ信号は、ＲＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、第１のプローブ応答信号は、ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなることができる。同様に、第２のプローブ信号もＲＴＳメッセージからなり、第２のプローブ応答信号もＣＴＳメッセージからなることができる。
【００１９】
測定は、受信信号強度指示、搬送波対干渉比、ビット当たりのエネルギー比、および信号対雑音比の少なくとも１つを判定することからなることができる。全方向角度の選択と、複数の指向性角度のスキャンは、アクセスポイントのＭＡＣ（メディアアクセス制御）層で行うことができる。
【００２０】
この方法はさらに、一定の期間にわたってアクセスポイントと選択されたリモート局間の通信が行われない場合は、選択されたリモート局についてのアンテナデータベースを更新することを備えることができる。この更新は、選択されたリモート局への第１および第２のプローブ信号の送信と、選択されたリモート局から受信される第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返すことを含むことができる。
【００２１】
アクセスポイントは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準またはＩＥＥＥ８０２．１６標準に基づいて動作することができる。指向性アンテナは、少なくとも１つのアクティブ素子と複数のパッシブ素子を備えることができる。本発明の別の態様は、全方向角度と複数の指向性角度を備える指向性アンテナと、その指向性アンテナを制御するために指向性アンテナに接続されたコントローラとを備えたアクセスポイントを対象とする。
【００２２】
コントローラは、複数のリモート局からリモート局の１つを選択し、選択されたリモート局に指向性アンテナの全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信し、第１のプローブ信号に応答して選択されたリモート局から全方向角度を介して受信される第１のプローブ応答信号を測定する。コントローラはさらに、指向性アンテナの複数の指向性角度それぞれを介して、選択されたリモート局に個々の第２のプローブ信号を送信し、個々の第２のプローブ信号に応答して、選択されたリモート局から各指向性角度で受信される第２のプローブ応答信号を測定し、選択されたリモート局からの、測定された第１のプローブ応答信号と測定された個々の第２のプローブ応答信号をアンテナデータベースに格納する。
【００２３】
本発明の前述した、およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に図示される、以下の本発明の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになろう。図面は、必ずしも実物大ではなく、本発明の原理を説明するために強調が置かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態が図示される添付図面を参照して本発明をより完全に説明する。しかし、本発明は、多数の異なる形態で実施することができ、ここに記載される実施形態に制限されるものと解釈すべきでない。ここに記載される実施形態は、この開示が綿密かつ完全なものとなり、本発明の範囲を完全に当業者に伝えるように提供される。説明を通じて同様の要素は同様の参照符号で示し、主要要素表記（ｐｒｉｍｅ ｎｏｔａｔｉｏｎ）を使用して代替実施形態の同様の要素を示す。
【００２５】
初めに図１Ａを参照して、分配システム１０５を有する無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）１００を説明する。アクセスポイント１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃは、有線データネットワーク接続などの有線接続を介して分配システム１０５に接続される。アクセスポイント１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃはそれぞれ、無線周波（ＲＦ）信号を介してリモート局１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃと通信することができる個々のゾーン１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを有する。リモート局１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、分配システム１０５にアクセスするための無線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。以下の説明では、アクセスポイント、リモート局、ゾーン全般を指す際には、個々の参照符号１１０、１２０、１１５を使用することができる。
【００２６】
現在の技術は、アクセスポイント１１０とリモート局１２０にアンテナダイバーシティを提供する。アンテナダイバーシティは、アクセスポイント１１０とリモート局１２０が、受信される信号の品質に基づいて２つのアンテナの１つを選択して、送受信の動作（ｄｕｔｙ）を提供できるようにする。一方のアンテナではなくもう一方のアンテナを選択する理由の１つは、２つの異なる経路をとる信号によって一方のアンテナで信号の相殺が発生するが、もう一方のアンテナでは発生しないマルチパスフェーディングが発生した場合に生じる。別の理由の例は、同じアンテナで受信される２つの異なる信号のために干渉が発生する場合である。２つのアンテナの１つを選択するさらに別の理由は、矢印１２５で示すようにリモート局１２０ｃが第３のゾーン１１５ｃから第１または第２のゾーン１１５ａ、１１５ｂに持ち運ばれる場合など、変化する環境によるものである。
【００２７】
図１Ｂは、図１Ａに示すネットワーク１００のサブセットのブロック図であり、指向性アンテナローブ１３０ａ〜１３０ｉとの関連で、本発明の原理を用いるアクセスポイント１１０ｂがより詳細に示される。指向性アンテナローブ１３０ａ〜１３０ｉ全般は、参照符号１３０でも示される。アクセスポイント１１０ｂは、そのアクセスポイントの環境をスキャンする際にアンテナローブ１３０を順に試して、好ましいアンテナ方向を判定する。
【００２８】
スキャンの際に、アクセスポイント１１０ｂは、図２Ａおよび２Ｂにより詳細に示すように指向性アンテナを使用して、リモート局１２０ｂから送信されるＲＦ信号を求めてスキャンする。スキャン方向（すなわち角度あるいはアンテナパターン）ごとに、アクセスポイント１１０ｂは、信号あるいはプローブ応答を測定し、そのスキャン角度の個々の測定基準値を計算する。測定基準の例には、受信信号または信号環境の品質の受信信号強度指示（ＲＳＳＩ）、搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）、ビット当たりのエネルギー比（Ｅｂ／Ｎｏ）、あるいは、信号対雑音比（ＳＮＲ）などの他の適当な測定基準が含まれる。当業者には容易に理解されるように、上記の測定の組み合わせを行って、最適な、または好ましいアンテナパターンを決定することもできる。測定された信号品質の測定基準に基づいて、アクセスポイント１１０ｂは、リモート局１２０ｂと通信するための好ましいアンテナ角度または方向を決定する。
【００２９】
スキャンは、リモート局１１０ｂが認証され、分配システム１０５に関連付けられる前に行っても、後に行ってもよい。したがって、最初のアンテナスキャンは、ＭＡＣ層内で行われることができる。あるいは、最初のスキャンは、ＭＡＣ層の外部で行われてもよい。同様に、リモート局１１０ｂが認証され、分配システム１０５に関連付けられた後に行われるスキャンは、ＭＡＣ層の中で行われても、ＭＡＣ層の外部で行われるプロセスによって行われてもよい。
【００３０】
図２Ａは、外部の指向性アンテナアレイ２００ａを使用するアクセスポイント１１０の図である。指向性アンテナアレイ２００ａは、５つのモノポールパッシブアンテナ素子２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、および２０５ｅと、１つのモノポールのアクティブアンテナ素子２０６を含む。以下では、パッシブアンテナ素子２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、および２０５ｅ全般を参照符号２０５で参照する。指向性アンテナ素子２００ａは、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ポート２１５を介してアクセスポイント１１０に接続される。指向性アンテナアレイ２００ａとアクセスポイント１１０間の他のタイプの接続を容易に許容することができる。
【００３１】
指向性アンテナアレイ２００ａのパッシブアンテナ素子２０５は、アクティブアンテナ素子２０６に無給電結合されて、スキャンを可能にする。スキャンとは、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、パッシブアンテナ素子２０５の数に関連する増分単位で、場合によっては３６０度回転させることができることを意味する。
【００３２】
指向性アンテナアレイ２００ａの詳しい解説が、２００２年１月２４日に公開された米国特許公開「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ」に提供される（特許文献１）。同特許の全開示内容は、参照により本明細書に組み込まれ、本発明の現在の譲受人に譲渡される。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、同特許で論じられる。
【００３３】
指向性アンテナアレイ２００ａは、全方向モードで使用して、全方向性のアンテナパターンを提供することもできる。アクセスポイント１１０は、送信または受信に全方向性のパターンを使用することができる。アクセスポイント１１０は、リモート局１２０との間の送受信を行う際に、選択された指向性アンテナを使用してもよい。
【００３４】
図２Ｂは、内部の指向性アンテナ２２０ｂを有するアクセスポイント１１０の等角図である。この実施形態では、指向性アンテナアレイ２００ｂは、ＰＣＭＣＩＡカード２２０上にある。ＰＣＭＣＩＡカード２２０は、アクセスポイント１１０によって搬送され、プロセッサ（図示せず）に接続される。指向性アンテナアレイ２００ｂは、図２Ａに示す指向性アンテナアレイ２００ａと同じ機能を備える。
【００３５】
各種の他の形態の指向性アンテナアレイを使用できることは理解されよう。その例には、２００３年２月４日に発行された米国特許「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ」（特許文献２）と、２００２年３月２８日に公開された米国特許公開「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」（特許文献３）に記載されるアレイが含まれ、同特許の全教示は、参照により本明細書に組み込まれ、本発明の現在の譲受人に譲渡される。
【００３６】
図３Ａは、上記のパッシブアンテナ素子２０５とアクティブアンテナ素子２０６を含む指向性アンテナアレイ２００ａの詳細図である。指向性アンテナアレイ２００ａは、図３Ｂを参照して下記で説明するように、パッシブアンテナ素子が電気的に結合された接地面３３０も含む。
【００３７】
引き続き図３Ａを参照すると、指向性アンテナアレイ２００ａは、アンテナ素子２０５ａおよび２０５ｅから離して角度がつけられた指向性アンテナローブ３００を提供する。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、２０５ｄが送信モードにあることを表す。すなわち、アクティブアンテナ素子２０６とパッシブアンテナ素子２０５との相互結合により、指向性アンテナアレイ２００ａが指向性アンテナローブ３００をスキャンすることが可能になり、ローブ３００は、この場合は、図に示すように、パッシブ素子２０５が設定されたモードの結果として方向が合わせられる。当業者には容易に理解されるように、パッシブアンテナ素子２０５を異なるモードで組み合わせると、異なるアンテナローブ３００のパターンと角度が得られる。
【００３８】
図３Ｂは、パッシブアンテナ素子２０５を反射モードまたは送信モードに設定するために使用することができる例示的回路の略図である。反射モードは、代表的な長い点線３０５で表し、送信モードは、短い点線３１０で表す。代表的なモード３０５および３１０は、それぞれ、誘導素子３２０または容量素子３２５を介して接地面３３０に結合することによって生じる。誘導素子３２０または容量素子３２５を通じたパッシブアンテナ素子２０５ａの結合は、スイッチ３１５を介して行われる。スイッチ３１５は、パッシブアンテナ素子２０５ａを接地面３３０に結合することができる機械スイッチまたは電気スイッチである。スイッチ３１５は、制御信号３３５を介して設定される。
【００３９】
誘導子３２０を介して接地面３３０に結合されるのは、パッシブアンテナ素子２０５ａであり、その場合のアンテナ素子２０５ａは、長い代表点線３０５で示すように、図では長く示している。これは、アクティブアンテナ素子２０６との相互結合を介してパッシブアンテナ素子２０５ａに結合された、ＲＦ信号のための「バックボード」を提供するものとみなすことができる。図３Ａの場合は、パッシブアンテナ素子２０５ａと２０５ｅの両方が、個々の誘導素子３２０を介して接地面３３０に接続される。同時に、図３Ａの例では、他のパッシブアンテナ素子２０５ｂ、２０５ｃ、および２０５ｄは、個々の容量素子３２５を介して接地面３３０に電気接続される。
【００４０】
この容量結合は、短い代表点線３１０で表すように、実質上パッシブアンテナ素子を短くする。すべてのパッシブアンテナを容量結合３２５すると、実質上、指向性アンテナアレイ２００ａが全方向性アンテナになる。例えば遅延線や集中インピーダンスなど、パッシブアンテナ素子２０５と接地面３３０間には代替の結合技術も使用してよいことを理解されたい。
【００４１】
図９に飛ぶと、指向性アンテナアレイ２００ａまたは２００ｂの使用を通じて全方向性アンテナパターン９０５と指向性アンテナパターン９１０を生成するアクセスポイント１１０ｂを上から見た図（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｖｉｅｗ）が提供される。アクセスポイント１１０ｂは、複数の局１２０ａ〜１２０ｄと通信する。アクセスポイント１１０は通常、近くに障害物あるいは移動する反射体がない遠隔に設置される（壁の上の方や天井など）ので、好ましいアンテナパターン方向の選択は、所与のリモート局１２０との接続の始めから最後まで恐らくは変化しない。
【００４２】
図のアクセスポイント１１０ｂは、選択されたリモート局１２０ｃに送信されるダウンリンクのデータフレームには、指向性アンテナ２００ａを利用することができる。大半の同報通信フレームおよび制御フレームには、アクセスポイントは、全方向性アンテナパターン９０５と、利用できる最も低いデータレートを使用して、すべてのリモート局１２０がフレームを受信することを保証することができる。指向性アンテナ２００ａは、ネットワーク１００の有効範囲を拡大するとは限らないが、リモート局１２０に送信されるデータフレームのデータレートを増大することができる。ネットワーク１００を通じて転送されるデータの大部分はダウンリンクで発生する（ウェブページへのアクセス、ファイル転送など）ので、ダウンリンクレートの増大は、有益である。選択肢の１つは、アクセスポイント１１０ｂが全方向性モードでの受信を要求される場合に、切り替えられた空間ダイバーシティを使用するものである。５ｄＢの潜在的な追加リンクの余裕で、例えば３００％のスループットの増大に対処する。
【００４３】
競合期間（ＣＰ）中に選択されたリモート局１２０ｃからアクセスポイント１１０ｂに送信されるアップリンクのデータフレームは、どのリモート局もそのフレームを送信した可能性があるので、全方向性のアンテナパターンを使用して受信される。大きなフレームの場合は、ネットワーク構成が、リモート局がＲＴＳ／ＣＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ／ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）機構を使用して無線媒体を確保することを要求する場合がある。その場合、アクセスポイント１１０ｂは、指向性モードで受信してアップリンクのデータレートを増大することができる。これは、リモート局１２０ｃで実装されるデータレートの選択アルゴリズムに多少依存する。
【００４４】
ダウンリンク送信では、アクセスポイント１１０ｂは、競合期間には全方向性のパターンとより低いデータレートを使用して小さなパケットを送信することを決定することができる。この理由は、有効範囲の「反対」側にあるリモート局（リモート局１２０ｅなど）が、その局と離れた方向を向いた指向性アンテナパターン９１０からのアクセスポイント送信を受信しない可能性があるためである。これは、２つのリモート局１２０が相互の通信を受信せず、同時に送信をやめてしまう、よく知られた「隠れノード」問題である。この場合、２つのリモート局は１２０ｃと１２０ｅである。特にデータフレームが大きい場合にこの問題を回避する方法は、下記で図７を参照して説明する。
【００４５】
したがって、アクセスポイント１１０の指向性アンテナパターンは、ネットワークトラフィックの大半を占める、リモート局１２０とのダウンリンクおよびアップリンクのデータフレーム交換に、より高いデータレートを提供することができる。ネットワークの接続性は、アクセスポイント１１０の全方向性アンテナの名目上の利得とともに維持される。すなわち、リモート局１２０は、指向性アンテナ２００ａを使用せずに、アクセスポイント１１０に関連付けることができ、接続を維持することができる。
【００４６】
表１に提供する規則のセットは、指向性アンテナ２００ａの全方向性と指向性を利用するように定義されることができる。表１は、現在アクセスポイント１１０に関連付けられているリモート局１２０のアドレスと、それらの現在のアンテナ方向の選択を含む。表１は、８０２．１１標準からのフレームの連続に基づく、例示的なアンテナ方向の選択を詳細に示すことができる（同標準の表２１および２２）。表１では、「Ｄｉｒ」は方向を表し、「ＵＬ」はアップリンクを意味し、「ＤＬ」はダウンリンクを意味する。
【００４７】
【表１】
【００４８】
いつ全方向性のパターンを選択し、いつ指向性パターンを選択するかを決定する規則のセットでプロセスを記述することができる。例えば、アクセスポイント１１０は、１つのリモート局１２０との間で送信または受信する際に、時間間隔中には指向性パターンを選択することができる。
【００４９】
アクセスポイント１１０のインタフェースを示すブロック図が図４に示される。図のアクセスポイント１１０は、各種のサブシステムと層を含む。アンテナサブシステム４０５は、指向性アンテナ２００ｂと、指向性アンテナを稼動させるためのサポート回路、バス、およびソフトウェアを含むことができる。アンテナサブシステム４０５は、物理層４１０とのインタフェースをとり、物理層４１０にＲＦ信号４１２を提供する。
【００５０】
物理層４１０は、ＲＦ信号４１２を処理し、アンテナ方向操作プロセス４２０への信号品質の測定値４１７を決定する。物理層４１０は、ＲＦ信号４１２に基づいて、処理された信号をＭＡＣ層４１５に送る。ＭＡＣ層４１５は、タイミング制御メッセージ４２２を生成し、このメッセージ４２２も、必要とされる時にアンテナを全指向性モードまたは指向性モードに切り替えるためにアンテナ方向操作プロセス４２０に送られる。
【００５１】
ＭＡＣ層４１５は、データフレーム４２９も他のプロセス（図示せず）に送る。図の物理層４１０、ＭＡＣ層４１５、およびアンテナ方向操作プロセス４２０は、コントローラ４００の中に存在することができる。アンテナ方向操作プロセス４２０は、例えば、独立型メモリ、あるいはプロセッサに内蔵されたメモリなどのメモリに記憶されることができる。
【００５２】
アンテナ方向操作プロセス４２０は、各リモート局１２０のアンテナスキャンの際に行われる受信信号品質の測定値４１７に応じた「アンテナテーブルまたはデータベース」あるいは「方向テーブルまたはデータベース」４２５を保持する。例えば、方向テーブル４２５は、局ＩＤと、そのリモート局１２０と指向性通信するための対応するアンテナ方向（Ａ、Ｂ、Ｃ）を格納することができる。方向テーブル４２５のアンテナ方向が決定されると、アンテナ方向操作プロセス４２０が使用されて、指向性アンテナ制御４２７をアンテナサブシステム４０５に提供する。信号品質の測定値４１７が閾値を上回り、最も高いデータレートが全方向性モードでサポートできることを意味する場合、アンテナ方向は、全方向性（Ｏ）モードに維持されることができる。
【００５３】
以下の段落では、指向性アンテナ２２０ｂをアクセスポイント１１０からリモート局１２０に向ける好ましい方向を決定する、本発明による各種技術を説明する。第１の技術では、空間ダイバーシティ選択機構を用いる。第２の技術は、アクセスポイント１１０とリモート局１２０間で交換されるプローブ信号の連続を用いる。第３の技術では、アクセスポイント１１０で受信アンテナ方向の信号品質測定を行わせる制御メッセージ（ＡＣＫやＣＴＳなど）を用いる。第３の技術は、順方向および逆方向両方のリンクに適用することができる。
【００５４】
第１の技術は、現在の８０２．１１デバイスが、アンテナ切り替えダイバーシティのスキャン／制御機能を組み込んでおり、８０２．１１ａ／８０２．１１ｇ／８０２．１１ｎなどの将来の８０２．１１デバイスも切り替えダイバーシティに対応することを前提とする。第１の技術は、リモート局１２０が認証され、ネットワークに関連付けられた後に適用することができる。最初のアンテナスキャンは、ＭＡＣ／ネットワーク層プロトコル内で行われるものと想定する。指向性または多素子のアンテナ２２０ａの場合、第１の技術は、ダイバーシティプロトコルを利用してアンテナの位置／選択を更新された状態に保つことができる。
【００５５】
次いで図６を参照すると、第１の技術は次のように機能する。図のアクセスポイント１１０’は、アンテナサブシステム４０５’に接続されたコントローラ６００’を含む。コントローラ６００’は、アンテナ制御信号へのアクセス権が与えられた物理層４１０’と、ＭＡＣ層（図４）を備える。ＭＡＣ層は、アンテナの選択をレジスタＡ６０５ａ’とレジスタＢ６０５ｂ’に書き込む。レジスタＡ６０５ａ’は、選択されたアンテナ位置を保持し、レジスタＢ６０５ｂ’は、候補のアンテナ位置を保持する。物理層４１０’は、マルチプレクサ６１０’とも通信することができる。物理層４１０’は、ダイバーシティ選択切り替え制御信号６０７’を典型的なダイバーシティ選択制御の方式でマルチプレクサ６１０’に送るが、この場合は、ダイバーシティ選択切り替え制御信号は、レジスタＡ６０５ａ’の内容が使用されるか、レジスタＢ６０５ｂ’の内容が使用されるかを制御する。
【００５６】
選択されたアンテナ位置は、初めに、ネットワーク認証／関連付けプロトコルの際に選択される。候補アンテナ位置は、他のどのアンテナ位置でもよい（全方向モードを含む）。候補アンテナ位置は、有効なパケットが受信された後、または所定の時間にわたってパケットが受信されなかった後に、所定の順序で変更される。
【００５７】
問題なくパケットを受信すると、物理層４１０’は、両方のアンテナ位置についての受信信号品質の測定基準値（信号強度、信号対雑音比、マルチパス／等化器の測定基準など）をＭＡＣ層に送る。パケットの受信中に、物理層４１０’は、現在８０２．１１の場合と同じように、すなわち２つのアンテナ位置で切り替え、パケットの受信のために最適なアンテナ位置を使用するように機能する。物理層４１０’で有効にパケットが受信されると、２つのアンテナ位置についての信号品質の測定基準値がＭＡＣ層に送られる。ＭＡＣ層は、選択されたアンテナ位置と候補アンテナ位置の両方を更新する。選択されたアンテナ位置は、物理層４１０’から受け取られたデータに基づいて、最適な位置に置き換えられる。フィルタリング／ヒステレシスを用いて２つのアンテナ位置間の「往復（ｐｉｎｇ−ｐｏｎｇｉｎｇ）」を回避してもよい。
【００５８】
先に述べたように、この技術は、現在の８０２．１１アンテナ切り替えダイバーシティ方法を利用する。この第１の技術は、ハードウェア、ソフトウェア／ファームウェア、またはそれらの組み合わせを含んでよいことは理解されよう。
【００５９】
次いで図１０を参照して、空間ダイバーシティに基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１１０を稼動させる上記の方法のフローチャートを解説する。開始（ブロック１０００）から、この方法は、ブロック１０１０で、指向性アンテナ２２０ｂの現在の角度を使用してリモート局１２０と通信することを含む。ブロック１０２０で、プリアンブル中にリモート局１２０と通信するために、指向性アンテナ２２０ｂの複数の代替の角度でのスキャンが行われる。ブロック１０３０で、リモート局１２０から現在の角度を介して受信された個々の信号と、複数の代替角度で受信された個々の信号が測定される。ブロック１０４０で、プリアンブル中に、リモート局１２０との通信を継続するために、測定された信号に基づいて、現在の角度または複数の代替角度の１つが好ましい角度として選択される。方法はブロック１０５で終了する。
【００６０】
第２の技術は、アクセスポイント１１０からリモート局１２０へのＲＴＳメッセージの送信と、それに応答してリモート局からアクセスポイントに送信されるＣＴＳメッセージの受信に基づく。８０２．１１標準は、プローブ要求／プローブ応答の交換も定義し、通例はその応答がリモート局１２０によって使用されて、他の局１２０とのリンクの品質を判定する。
【００６１】
図８に示すように、選択されたリモート局１２０への好ましい方向を決定するためにアクセスポイント１１０でこの技術が使用される場合、アクセスポイント１１０は、プローブ要求信号８０５を全方向パターンと各可能な方向パターン１３０で送信し、個々のパターンで動作しながら、リモート局１１０から送り返されるプローブ応答信号８１０の信号品質を測定する。
【００６２】
その応答フレーム８１０の測定のために、この技術は、上記のダイバーシティ選択技術よりも信頼性のある技術になる。この第２の技術は、リモート局１２０がアクセスポイント１１０に関連付けられた直後に少なくとも１回用いられることが好ましい。しかし、追加的なプローブ要求／プローブ応答信号を使用するとネットワークの効率に影響があるが、その交換はそれほど頻繁でない可能性がある。
【００６３】
次いで図１１を参照して、プローブ信号に基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１１０を操作する上記の方法のフローチャートを解説する。開始（ブロック１１００）から、この方法は、ブロック１１１０でリモート局１２０を選択すること、ブロック１１２０で、選択されたリモート局に指向性アンテナ２２０ｂの全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信すること、ブロック１１３０で、第１のプローブ信号に応答する、選択されたリモート局から全方向角度で受信された第１のプローブ応答信号を測定することを含む。
【００６４】
ブロック１１４０で、個々の第２のプローブ信号が指向性アンテナ２２０ｂの複数の指向性角度のそれぞれを介して、選択されたリモート局１２０に送信され、ブロック１１５０で、個々の第２のプローブ信号に応答して、選択されたリモート局から各指向性角度を介して受信された第２のプローブ応答信号が測定される。ブロック１１６０で、測定された第１のプローブ応答信号と、選択されたリモート局１２０からの個々の測定された第２のプローブ応答信号が、アンテナデータベースに記憶される。
【００６５】
ブロック１１７０で、測定された第２のプローブ応答信号に基づいて、選択されたリモート局１２０に好ましい指向性角度が選択される。１１８０で、全方向角度からの測定された第１のプローブ応答信号が、好ましい指向性角度からの測定された第２のプローブ応答信号と比較される。第１のプローブ信号は、ＲＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、第１のプローブ応答信号は、ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなる。同様に、第２のプローブ信号もＲＴＳメッセージからなり、第２のプローブ応答信号もＣＴＳメッセージからなる。ブロック１１９０で、選択されたリモート局１２０と通信を継続するために、比較に基づいて全方向角度または好ましい指向性角度が選択される。方法はブロック１１９５で終了する。
【００６６】
第３の技術は、アクセスポイント１１０とリモート局１２０の間の通常のデータ交換で使用される制御フレームを活用する。この技術は、順方向リンクの通信と逆方向リンクの通信の両方で使用することができる。ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）と肯定応答（ＡＣＫ）メッセージは、低いデータレートで送信されるので、アクセスポイント１１０は、それらのメッセージを使用して、全方向パターン９０５を現在選択されている指向性パターン１３０と比較することができる。これを図５Ａに示し、アンテナを選択するタイミングを点線で示す。これは、現在選択されている方向１３０が全方向パターン９０５よりも優位を保ってきたかどうかを判定する方法として機能することができる。この優位は、通例、ほぼ同じ信号品質の測定基準値を有する２つのアンテナパターンで頻繁に切り替えられるのを防ぐための所定の閾値に基づく。
【００６７】
例えば、ＣＴＳメッセージ中に、全方向モードを使用してＣＴＳメッセージを受信して第１の信号品質測定値を計算することができる。ＡＣＫメッセージの際に、テストアンテナ方向を使用してＡＣＫメッセージを受信して第２の信号品質測定値を計算することができる。第１の信号品質測定値と第２の信号品質測定値との比較が行われ、テストアンテナ方向を記憶すべきかどうかの判定が行われる。すなわち、指向性モードが、全方向モードよりも高い利得を提供するかどうかが判定される。２つの異なる指向性アンテナ方向間で比較を行ってもよい。
【００６８】
図５Ｂに示すように、逆方向リンクのデータ送信の際にこれと同じタイプの測定と比較を行うことができる。ＡＣＫメッセージ中に、アクセスポイント１１０は、信号品質測定値を計算し、その値を全方向モードの測定値または他の指向性モードの測定値と比較することができる。比較は、別のアンテナ方向をスキャンする前に、選択されたリモート局１１０との何回かの通信にわたって行ってよい。
【００６９】
図４の方向テーブル４２５は、全方向のアンテナパターンおよび選択された指向性アンテナパターンについて上述したプロセスからの信号品質測定値で増強することができる。優位が所定の閾値を下回った場合、アクセスポイント１１０は、全方向パターンの選択に戻り、上記の最初の２つの技術の１つを使用してアンテナの探索を行う。
【００７０】
リモート局１２０が省電力モードになる、またはデータ転送が行われない長いアイドル期間を有する場合は、アクセスポイント１１０は、全方向パターンの選択に戻る。リモート局１２０が再びアクティブになると、アクセスポイント１１０は、改めてアンテナ探索を行うことができる。
【００７１】
次いで図１２および１３を参照して、順方向リンクおよび逆方向リンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１２０を操作する方法の個々のフローチャートを説明する。開始（ブロック１２００）から、この方法は、ブロック１２１０で、順方向リンクで、リモート局１２０から指向性アンテナ２２０ｂの第１のアンテナパターンを介して第１の制御フレームを受信することと、ブロック１２２０で第１のデータフレームをリモート局に送信することと、ブロック１２３０で、リモート局から指向性アンテナの第２のアンテナパターンを介して第２の制御フレームを受信することとを含む。ブロック１２４０で、第１のアンテナパターンを介して受信された第１の制御フレームの信号品質と、第２のアンテナパターンを介して受信された第２の制御フレームの信号品質が測定される。ブロック１２５０で、第１のアンテナパターンに関連する個々の測定信号品質と、第２のアンテナパターンに関連する個々の測定信号品質が比較される。第２のアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質が、第１のアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質を所定の閾値だけ上回る場合は、ブロック１２６０で、リモート局１２０に第２のデータフレームを送信するために第２のアンテナパターンが選択される。受信される第１の制御フレームはＣＴＳメッセージからなり、受信される第２の制御フレームは、肯定応答メッセージからなる。方法はブロック１２７０で終了する。
【００７２】
逆方向リンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１２０を操作する方法は、開始（ブロック１３００）から、ブロック１３１０で、リモート局から指向性アンテナ２２０ｂの第１のアンテナパターンを介して第１の制御フレームを受信することと、ブロック１３２０で、リモート局に第２の制御フレームを送信することと、ブロック１３３０で、リモート局から指向性アンテナの第２のアンテナパターンを介して第１のデータフレームを受信することとを含む。ブロック１３４０で、第１のアンテナパターンを介して受信された第１の制御フレームの信号品質と、第２のアンテナパターンを介して受信された第１のデータフレームの信号品質が測定される。ブロック１３５０で、第１のアンテナパターンに関連付けられた個々の測定信号品質と、第２のアンテナパターンに関連付けられた個々の測定信号品質が比較される。第２のアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質が、第１のアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質を所定の閾値だけ上回る場合は、ブロック１３６０で、リモート局１２０にアクセスポイント１１０から第２のデータフレームを送信するために第２のアンテナパターンが選択される。受信される第１の制御フレームは、ＲＴＳメッセージからなり、送信される第２の制御フレームは、ＣＴＳメッセージからなる。方法はブロック１３７０で終了する。
【００７３】
第４の技術は、アクセスポイント１１０で指向性アンテナ２２０ｂを使用して隠れノードの発生を低減または解消する場合に防止機構を提供する隠れノード防止技術である。隠れノードは、ネットワーク１００内のリモート局１２０のすべてが、アクセスポイント１１０と選択されたリモート局１２０との間の通信を受信することができない時に発生し、したがって、受信することができないリモート局は、媒体が使用中の時に送信する可能性がある。これは、特にアクセスポイント１１０で衝突を発生させる。
【００７４】
アクセスポイント１１０がリモート局１２０に送信するデータを有する場合、制御プロセスは、図４の方向テーブル４２５をスキャンして潜在的な隠れノードがあるかどうかを判定することにより、選択されるアンテナ方向を設定する。例えば、アクセスポイント１１０は、選択されたアンテナ方向と反対の方向にあるリモート局１２０を探すことができる。
【００７５】
図７のタイミング図を参照すると、制御ソフトウェアが隠れノードの可能性があると判定した場合、アクセスポイント１１０は、まず、アンテナ２２０ａの全方向モードを使用して、既知の使用されていないＭＡＣアドレスにＣＴＳメッセージを送信する。このプロセスは、ネットワーク中のすべてのリモート局１２０に、交換が行われようとしており、その交換が終了するまで送信しないように通知する役目を果たす。そして、アクセスポイント１１０は、意図されるリモート局１２０のための選択されたアンテナ方向に切り替え、通信が進行する。隠れノードの問題を防止する別の手法は、所望のリモート局１２０との間で４種のフレーム交換プロトコル（ＲＴＳ、ＣＴＳ、データ、およびＡＣＫ）を行うものである。
【００７６】
制御ソフトウェアが、隠れノードの可能性がないと判定した場合、アクセスポイント１１０は、ＣＴＳメッセージを送信しなくてよく、アクセスポイント１１０のアンテナが適正な方向に設定されると直ちに通信が開始することができる。ネットワークプロトコルによって要求される場合は、ＲＴＳメッセージを意図される受信機にアドレス指定することができ、その結果、図５Ａに示すようにＣＴＳメッセージが肯定応答としてアクセスポイント１１０に返される。
【００７７】
図７を参照して説明したプロセスでは、ＣＴＳメッセージのみでリモート局１２０に送信をやめさせることができるため、ＲＴＳメッセージがアクセスポイント１１０から送信されないので、効率が向上することに留意されたい。標準的な８０２．１１プロトコルのヘッダのＩＤセクションで指示されるリモート局１２０が、指定されたリモート局がデータフレームを受信することを保証する。
【００７８】
次いで図１４を参照して、隠れノードを認識することに基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１２０を操作するフローチャートを説明する。開始（ブロック１４００）から、この方法は、ブロック１４１０で、アクセスポイント１１０と各リモート局１２０の間に、複数のアンテナパターンに対応する個々の測定された信号品質を関連付けることにより、アンテナデータベースを作成することを含む。個々の測定信号品質は、各リモート局１２０との通信に基づいてアクセスポイント１１０によって判定される。リモート局１２０ごとに、ブロック１４２０でアンテナデータベースに基づく好ましいアンテナパターンが判定され、通信すべきリモート局とそれに対応する好ましいアンテナパターンがブロック１４３０で選択される。ブロック１４４０で、アンテナデータベースに基づき、選択されたリモート局と通信する前に、選択されていないリモート局で、そのような通信が実際に行われた時に認識されない可能性があるリモート局があるかどうかが判定される。これは、選択されたリモート局の好ましいアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質を、同じ好ましいアンテナパターンを使用した時の選択されないリモート局に関連付けられた個々の信号品質と比較することによって判定される。
【００７９】
隠れノードの可能性がある場合は、ブロック１４５０でメッセージが同報通信されて、アクセスポイント１１０と選択されたリモート局１２０が相互と通信することを知らせる。上記で指摘したように、この同報通信は、全方向アンテナパターンを介したリモート局１２０への自発的なＣＴＳメッセージの形をとることができる。ＣＴＳは、どのリモート局１２０にも対応しない未使用のアドレスを有する。あるいは、選択されたリモート局１２０との間で４種のフレーム交換プロトコル（ＲＴＳ、ＣＴＳ、データ、およびＡＣＫ）を行って隠れノードの問題を防止する。方法はブロック１４６０で終了する。
【００８０】
好ましい実施形態を参照して本発明を詳細に図示し、説明したが、当業者には、頭記の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく各種の形態および詳細の変更を加えてよいことは理解されよう。例えば、アクセスポイントは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準に限定されない。当業者には容易に理解されるように、上記で述べたアクセスポイントのアンテナアルゴリズムは、ＩＥＥＥ８０２．１６標準で定義されるものなど、他の種類のローカルエリアネットワークに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１Ａ】本発明の原理を使用した無線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行う図１ＡのＷＬＡＮ内のアクセスポイントの略図である。
【図２Ａ】外部の指向性アンテナアレイを有する図１Ａのアクセスポイントの図である。
【図２Ｂ】内部のＰＣＭＣＩＡカードに内蔵された指向性アンテナアレイを有する図２Ａのアクセスポイントの図である。
【図３Ａ】図２Ａの指向性アンテナアレイの図である。
【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ために使用されるスイッチの略図である。
【図４】本発明の原理によるサブシステム、層、およびアンテナ方向操作プロセスを用いる図１Ａのアクセスポイントのブロック図である。
【図５Ａ】図４のアンテナ方向操作プロセスで任意で使用される信号図である。
【図５Ｂ】図４のアンテナ方向操作プロセスで任意で使用される代替の信号図である。
【図６】アンテナダイバーシティ回路が用いられる、図４の代替ブロック図である。
【図７】図４のアンテナ方向操作プロセスで任意で使用される隠れノード技術を使用する信号図である。
【図８】双方向シグナリングを備える図１のネットワークを上から見た図である。
【図９】アンテナビームを示した図１のネットワークを上から見た図である。
【図１０】本発明による空間ダイバーシティに基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【図１１】本発明によるプローブ信号に基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【図１２】本発明による順方向のリンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【図１３】本発明による逆方向のリンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【図１４】本発明による隠れノードの認識に基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ローカルエリアネットワークの分野に関し、詳細には、無線ローカルエリアネットワーク内で稼動するアクセスポイントのためのアンテナの方向操作アルゴリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の標準により、携帯型コンピュータなどのリモート局を無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内で移動し、無線周波（ＲＦ）送信を介して、有線ネットワークに接続されたアクセスポイント（ＡＰ）に接続することが可能になっている。有線ネットワークは、しばしば、分配システムと呼ばれる。各種の標準には、ＩＥＥＥ８０２．１１標準と、それに対応する、例えば８０２．１１ｂや８０２．１１ｇなどの文字改訂版（ｌｅｔｔｅｒ ｒｅｖｉｓｉｏｎ）が含まれる。
【０００３】
リモート局とアクセスポイントの物理層は、局とアクセスポイントが通信するための低レベルの送信を提供する。物理層の上には、例えば認証、認証解除、プライバシー、関連付け、関連付け解除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】
動作時に、リモート局がオンライン状態になると、初めに、その局の物理層とアクセスポイントの物理層の間に接続が確立される。そして、ＭＡＣ層が接続することができる。通例は、リモート局とアクセスポイントに対して、モノポールアンテナを使用して物理層のＲＦ信号が送受信される。
【０００５】
モノポールアンテナは、すべての方向に放射し、一般には垂直方向を向いた素子に対しては水平面に放射する。モノポールアンテナは、間にある物体によって生じる無線波信号の反射や回折など、リモート局とアクセスポイント間の通信の品質を低下させる影響を受けやすい。間にある物体は、例えば壁、机、人などである。そうした物体は、マルチパス、通常の統計的フェーディング、レイリーフェーディングなどを引き起こす。その結果、そのような影響によって生じる信号の劣化を緩和する努力がなされてきた。
【０００６】
【特許文献１】米国特許公開第２００２／０００８６７２号
【特許文献２】米国特許第６，５１５，６３５号
【特許文献３】米国特許公開第２００２／００３６５８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＲＦ信号の劣化を抑制する技術の１つは、２つのアンテナを使用してダイバーシティを提供するものである。２つのアンテナは、リモート局とアクセスポイントの１つまたは両方でアンテナダイバーシティスイッチに結合される。アンテナの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基盤となる理論は、所与の時に、それらのアンテナの少なくとも１つがマルチパスの影響がない信号を受信する可能性があるというものである。その結果、このアンテナが、信号の送受信のためにアンテナダイバーシティスイッチを介してリモート局またはアクセスポイントが選択するアンテナとなる。それでもなお、無線ローカルエリアネットワーク内のリモート局とアクセスポイントの間でＲＦ信号の劣化に対処する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した背景に鑑みて、本発明の目的は、無線ローカルエリアネットワーク内のアクセスポイントとリモート局との間の通信を改良することである。
【０００９】
無線ローカルエリアネットワークで使用されるアクセスポイント（無線ゲートウェイ）のためのアンテナ方向操作プロセスを通じて、単純なダイバーシティを上回る改良が提供される。指向性アンテナが、ネットワークのスループットを向上させ、アクセスポイントとリモート局（無線ユーザデバイス）との間の範囲を拡大する。指向性アンテナは、大半の場合は全方向性アンテナよりも高い信号対雑音比を提供し、したがって、リンクがより高いデータレートで動作することを可能にする。
【００１０】
アンテナ方向操作プロセスは、アクセスポイントのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層に存在することができ、リモート局から信号を受信すると物理層から得られる信号品質の測定基準に基づいて最適あるいは好ましい指向性アンテナパターンを選択する。
【００１１】
本発明の原理によれば、アクセスポイントと選択されたリモート局の間の登録、認証、あるいはそれに続くデータ交換などのプロセス中に、方向が操作されるアクセスポイントアンテナのための好ましい方向が判定される。一実施形態では、アクセスポイントで動作するソフトウェアまたはファームウェアがこの判定を行う。アクセスポイントのアンテナ制御ソフトウェア／ファームウェアは、リモート局の識別と、そのリモート局に関連付けられた、最適な通信動作を実現するためのアンテナ方向とを含むデータベースを構築することができる。
【００１２】
ハードウェアを用いて、好ましい指向性アンテナ角度を選択するために典型的な８０２．１１機器に固有のダイバーシティ選択回路とともに動作することができる。アクセスポイントは、シグナリングを使用して、リモート局からプローブ応答信号を送信させることができ、アクセスポイントは、プローブ応答信号の信号品質を測定する。アクセスポイントは、指向性アンテナモードでリモート局から受信された信号に対応する測定基準値を、全方向性モードでリモート局から受信された信号に対応する測定基準値と比較して、新たなアンテナスキャンを行うべきかどうかを判定することができる。隠れノードがあるとアクセスポイントが判定した場合、アクセスポイントは、例えば８０２．１１標準で定義されるＲＴＳ／ＣＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ／ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージングを使用する防御機構を起動することができる。
【００１３】
アクセスポイントを指向性アンテナで増強することの利益には、個々のリモート局へのスループットが向上することと、ネットワーク内でより多くのユーザをサポートできることの２つである。大半のＲＦ環境では、リモート局で受信される信号レベルは、局の方向を向いた成形アンテナビームを使用してアクセスポイントから送信させることによって改善することができる。成形アンテナビームは、アクセスポイントに一般に配置される全方向性アンテナに比べて例えば３〜５ｄＢの利得の優位を提供することができる。信号レベルが上がると、アクセスポイントとリモート局間のリンクが、特に有効範囲の外縁部で、より高いデータレートで動作することができる。指向性アンテナ方向操作プロセスは、アクセスポイントに存在してリモート局との間の動作を支援する。
【００１４】
より詳しくは、本発明は、ＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法を対象とし、アクセスポイントは、複数のリモート局と通信するための指向性アンテナを備える。指向性アンテナは、全方向角度と、複数の指向性角度を備える。この方法は、複数のリモート局の中からリモート局の１つを選択することと、選択されたリモート局に指向性アンテナの全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信することと、第１のプローブ信号に応答して、選択されたリモート局から全方向角度を介して受信される第１のプローブ応答信号を測定することとを備える。
【００１５】
この方法はさらに、指向性アンテナの複数の指向性角度それぞれを介して、選択されたリモート局に個々の第２のプローブ信号を送信することと、個々の第２のプローブ信号に応答して、選択されたリモート局から各指向性角度を介して受信される第２のプローブ応答信号を測定することとを備える。選択されたリモート局からの測定された第１のプローブ応答信号と測定された個々の第２のプローブ応答信号は、アンテナデータベースに格納される。
【００１６】
この方法はさらに、測定された第２のプローブ応答信号に基づいて選択されたリモート局に好ましい指向性角度を選択することと、全方向角度からの測定された第１のプローブ応答信号と、好ましい指向性角度からの測定された第２のプローブ応答信号とを比較することとを備えることができる。選択されたリモート局との通信を継続するために、比較に基づいて全方向角度または好ましい指向性角度を選択することができる。好ましい指向性角度に伴う、測定された信号が、全方向角度に伴う測定信号を所定の閾値だけ上回る場合は、好ましい指向性角度を選択することができる。
【００１７】
この方法はさらに、複数のリモート局から次のリモート局を選択することと、選択された次のリモート局に第１および第２のプローブ信号を送信することを繰り返すことと、選択された次のリモート局から受信される第１および第２のプローブ応答信号を測定することとを備えることができる。選択された次のリモート局からの測定された第１のプローブ応答信号と、測定された個々の第２のプローブ応答信号がアンテナデータベースに格納される。選択、送信、および格納は、残りのリモート局ごとに繰り返される。
【００１８】
第１のプローブ信号は、ＲＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、第１のプローブ応答信号は、ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなることができる。同様に、第２のプローブ信号もＲＴＳメッセージからなり、第２のプローブ応答信号もＣＴＳメッセージからなることができる。
【００１９】
測定は、受信信号強度指示、搬送波対干渉比、ビット当たりのエネルギー比、および信号対雑音比の少なくとも１つを判定することからなることができる。全方向角度の選択と、複数の指向性角度のスキャンは、アクセスポイントのＭＡＣ（メディアアクセス制御）層で行うことができる。
【００２０】
この方法はさらに、一定の期間にわたってアクセスポイントと選択されたリモート局間の通信が行われない場合は、選択されたリモート局についてのアンテナデータベースを更新することを備えることができる。この更新は、選択されたリモート局への第１および第２のプローブ信号の送信と、選択されたリモート局から受信される第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返すことを含むことができる。
【００２１】
アクセスポイントは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準またはＩＥＥＥ８０２．１６標準に基づいて動作することができる。指向性アンテナは、少なくとも１つのアクティブ素子と複数のパッシブ素子を備えることができる。本発明の別の態様は、全方向角度と複数の指向性角度を備える指向性アンテナと、その指向性アンテナを制御するために指向性アンテナに接続されたコントローラとを備えたアクセスポイントを対象とする。
【００２２】
コントローラは、複数のリモート局からリモート局の１つを選択し、選択されたリモート局に指向性アンテナの全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信し、第１のプローブ信号に応答して選択されたリモート局から全方向角度を介して受信される第１のプローブ応答信号を測定する。コントローラはさらに、指向性アンテナの複数の指向性角度それぞれを介して、選択されたリモート局に個々の第２のプローブ信号を送信し、個々の第２のプローブ信号に応答して、選択されたリモート局から各指向性角度で受信される第２のプローブ応答信号を測定し、選択されたリモート局からの、測定された第１のプローブ応答信号と測定された個々の第２のプローブ応答信号をアンテナデータベースに格納する。
【００２３】
本発明の前述した、およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に図示される、以下の本発明の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになろう。図面は、必ずしも実物大ではなく、本発明の原理を説明するために強調が置かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態が図示される添付図面を参照して本発明をより完全に説明する。しかし、本発明は、多数の異なる形態で実施することができ、ここに記載される実施形態に制限されるものと解釈すべきでない。ここに記載される実施形態は、この開示が綿密かつ完全なものとなり、本発明の範囲を完全に当業者に伝えるように提供される。説明を通じて同様の要素は同様の参照符号で示し、主要要素表記（ｐｒｉｍｅ ｎｏｔａｔｉｏｎ）を使用して代替実施形態の同様の要素を示す。
【００２５】
初めに図１Ａを参照して、分配システム１０５を有する無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）１００を説明する。アクセスポイント１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃは、有線データネットワーク接続などの有線接続を介して分配システム１０５に接続される。アクセスポイント１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃはそれぞれ、無線周波（ＲＦ）信号を介してリモート局１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃと通信することができる個々のゾーン１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを有する。リモート局１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、分配システム１０５にアクセスするための無線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。以下の説明では、アクセスポイント、リモート局、ゾーン全般を指す際には、個々の参照符号１１０、１２０、１１５を使用することができる。
【００２６】
現在の技術は、アクセスポイント１１０とリモート局１２０にアンテナダイバーシティを提供する。アンテナダイバーシティは、アクセスポイント１１０とリモート局１２０が、受信される信号の品質に基づいて２つのアンテナの１つを選択して、送受信の動作（ｄｕｔｙ）を提供できるようにする。一方のアンテナではなくもう一方のアンテナを選択する理由の１つは、２つの異なる経路をとる信号によって一方のアンテナで信号の相殺が発生するが、もう一方のアンテナでは発生しないマルチパスフェーディングが発生した場合に生じる。別の理由の例は、同じアンテナで受信される２つの異なる信号のために干渉が発生する場合である。２つのアンテナの１つを選択するさらに別の理由は、矢印１２５で示すようにリモート局１２０ｃが第３のゾーン１１５ｃから第１または第２のゾーン１１５ａ、１１５ｂに持ち運ばれる場合など、変化する環境によるものである。
【００２７】
図１Ｂは、図１Ａに示すネットワーク１００のサブセットのブロック図であり、指向性アンテナローブ１３０ａ〜１３０ｉとの関連で、本発明の原理を用いるアクセスポイント１１０ｂがより詳細に示される。指向性アンテナローブ１３０ａ〜１３０ｉ全般は、参照符号１３０でも示される。アクセスポイント１１０ｂは、そのアクセスポイントの環境をスキャンする際にアンテナローブ１３０を順に試して、好ましいアンテナ方向を判定する。
【００２８】
スキャンの際に、アクセスポイント１１０ｂは、図２Ａおよび２Ｂにより詳細に示すように指向性アンテナを使用して、リモート局１２０ｂから送信されるＲＦ信号を求めてスキャンする。スキャン方向（すなわち角度あるいはアンテナパターン）ごとに、アクセスポイント１１０ｂは、信号あるいはプローブ応答を測定し、そのスキャン角度の個々の測定基準値を計算する。測定基準の例には、受信信号または信号環境の品質の受信信号強度指示（ＲＳＳＩ）、搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）、ビット当たりのエネルギー比（Ｅｂ／Ｎｏ）、あるいは、信号対雑音比（ＳＮＲ）などの他の適当な測定基準が含まれる。当業者には容易に理解されるように、上記の測定の組み合わせを行って、最適な、または好ましいアンテナパターンを決定することもできる。測定された信号品質の測定基準に基づいて、アクセスポイント１１０ｂは、リモート局１２０ｂと通信するための好ましいアンテナ角度または方向を決定する。
【００２９】
スキャンは、リモート局１１０ｂが認証され、分配システム１０５に関連付けられる前に行っても、後に行ってもよい。したがって、最初のアンテナスキャンは、ＭＡＣ層内で行われることができる。あるいは、最初のスキャンは、ＭＡＣ層の外部で行われてもよい。同様に、リモート局１１０ｂが認証され、分配システム１０５に関連付けられた後に行われるスキャンは、ＭＡＣ層の中で行われても、ＭＡＣ層の外部で行われるプロセスによって行われてもよい。
【００３０】
図２Ａは、外部の指向性アンテナアレイ２００ａを使用するアクセスポイント１１０の図である。指向性アンテナアレイ２００ａは、５つのモノポールパッシブアンテナ素子２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、および２０５ｅと、１つのモノポールのアクティブアンテナ素子２０６を含む。以下では、パッシブアンテナ素子２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、および２０５ｅ全般を参照符号２０５で参照する。指向性アンテナ素子２００ａは、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ポート２１５を介してアクセスポイント１１０に接続される。指向性アンテナアレイ２００ａとアクセスポイント１１０間の他のタイプの接続を容易に許容することができる。
【００３１】
指向性アンテナアレイ２００ａのパッシブアンテナ素子２０５は、アクティブアンテナ素子２０６に無給電結合されて、スキャンを可能にする。スキャンとは、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、パッシブアンテナ素子２０５の数に関連する増分単位で、場合によっては３６０度回転させることができることを意味する。
【００３２】
指向性アンテナアレイ２００ａの詳しい解説が、２００２年１月２４日に公開された米国特許公開「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ」に提供される（特許文献１）。同特許の全開示内容は、参照により本明細書に組み込まれ、本発明の現在の譲受人に譲渡される。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、同特許で論じられる。
【００３３】
指向性アンテナアレイ２００ａは、全方向モードで使用して、全方向性のアンテナパターンを提供することもできる。アクセスポイント１１０は、送信または受信に全方向性のパターンを使用することができる。アクセスポイント１１０は、リモート局１２０との間の送受信を行う際に、選択された指向性アンテナを使用してもよい。
【００３４】
図２Ｂは、内部の指向性アンテナ２２０ｂを有するアクセスポイント１１０の等角図である。この実施形態では、指向性アンテナアレイ２００ｂは、ＰＣＭＣＩＡカード２２０上にある。ＰＣＭＣＩＡカード２２０は、アクセスポイント１１０によって搬送され、プロセッサ（図示せず）に接続される。指向性アンテナアレイ２００ｂは、図２Ａに示す指向性アンテナアレイ２００ａと同じ機能を備える。
【００３５】
各種の他の形態の指向性アンテナアレイを使用できることは理解されよう。その例には、２００３年２月４日に発行された米国特許「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ」（特許文献２）と、２００２年３月２８日に公開された米国特許公開「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」（特許文献３）に記載されるアレイが含まれ、同特許の全教示は、参照により本明細書に組み込まれ、本発明の現在の譲受人に譲渡される。
【００３６】
図３Ａは、上記のパッシブアンテナ素子２０５とアクティブアンテナ素子２０６を含む指向性アンテナアレイ２００ａの詳細図である。指向性アンテナアレイ２００ａは、図３Ｂを参照して下記で説明するように、パッシブアンテナ素子が電気的に結合された接地面３３０も含む。
【００３７】
引き続き図３Ａを参照すると、指向性アンテナアレイ２００ａは、アンテナ素子２０５ａおよび２０５ｅから離して角度がつけられた指向性アンテナローブ３００を提供する。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、２０５ｄが送信モードにあることを表す。すなわち、アクティブアンテナ素子２０６とパッシブアンテナ素子２０５との相互結合により、指向性アンテナアレイ２００ａが指向性アンテナローブ３００をスキャンすることが可能になり、ローブ３００は、この場合は、図に示すように、パッシブ素子２０５が設定されたモードの結果として方向が合わせられる。当業者には容易に理解されるように、パッシブアンテナ素子２０５を異なるモードで組み合わせると、異なるアンテナローブ３００のパターンと角度が得られる。
【００３８】
図３Ｂは、パッシブアンテナ素子２０５を反射モードまたは送信モードに設定するために使用することができる例示的回路の略図である。反射モードは、代表的な長い点線３０５で表し、送信モードは、短い点線３１０で表す。代表的なモード３０５および３１０は、それぞれ、誘導素子３２０または容量素子３２５を介して接地面３３０に結合することによって生じる。誘導素子３２０または容量素子３２５を通じたパッシブアンテナ素子２０５ａの結合は、スイッチ３１５を介して行われる。スイッチ３１５は、パッシブアンテナ素子２０５ａを接地面３３０に結合することができる機械スイッチまたは電気スイッチである。スイッチ３１５は、制御信号３３５を介して設定される。
【００３９】
誘導子３２０を介して接地面３３０に結合されるのは、パッシブアンテナ素子２０５ａであり、その場合のアンテナ素子２０５ａは、長い代表点線３０５で示すように、図では長く示している。これは、アクティブアンテナ素子２０６との相互結合を介してパッシブアンテナ素子２０５ａに結合された、ＲＦ信号のための「バックボード」を提供するものとみなすことができる。図３Ａの場合は、パッシブアンテナ素子２０５ａと２０５ｅの両方が、個々の誘導素子３２０を介して接地面３３０に接続される。同時に、図３Ａの例では、他のパッシブアンテナ素子２０５ｂ、２０５ｃ、および２０５ｄは、個々の容量素子３２５を介して接地面３３０に電気接続される。
【００４０】
この容量結合は、短い代表点線３１０で表すように、実質上パッシブアンテナ素子を短くする。すべてのパッシブアンテナを容量結合３２５すると、実質上、指向性アンテナアレイ２００ａが全方向性アンテナになる。例えば遅延線や集中インピーダンスなど、パッシブアンテナ素子２０５と接地面３３０間には代替の結合技術も使用してよいことを理解されたい。
【００４１】
図９に飛ぶと、指向性アンテナアレイ２００ａまたは２００ｂの使用を通じて全方向性アンテナパターン９０５と指向性アンテナパターン９１０を生成するアクセスポイント１１０ｂを上から見た図（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｖｉｅｗ）が提供される。アクセスポイント１１０ｂは、複数の局１２０ａ〜１２０ｄと通信する。アクセスポイント１１０は通常、近くに障害物あるいは移動する反射体がない遠隔に設置される（壁の上の方や天井など）ので、好ましいアンテナパターン方向の選択は、所与のリモート局１２０との接続の始めから最後まで恐らくは変化しない。
【００４２】
図のアクセスポイント１１０ｂは、選択されたリモート局１２０ｃに送信されるダウンリンクのデータフレームには、指向性アンテナ２００ａを利用することができる。大半の同報通信フレームおよび制御フレームには、アクセスポイントは、全方向性アンテナパターン９０５と、利用できる最も低いデータレートを使用して、すべてのリモート局１２０がフレームを受信することを保証することができる。指向性アンテナ２００ａは、ネットワーク１００の有効範囲を拡大するとは限らないが、リモート局１２０に送信されるデータフレームのデータレートを増大することができる。ネットワーク１００を通じて転送されるデータの大部分はダウンリンクで発生する（ウェブページへのアクセス、ファイル転送など）ので、ダウンリンクレートの増大は、有益である。選択肢の１つは、アクセスポイント１１０ｂが全方向性モードでの受信を要求される場合に、切り替えられた空間ダイバーシティを使用するものである。５ｄＢの潜在的な追加リンクの余裕で、例えば３００％のスループットの増大に対処する。
【００４３】
競合期間（ＣＰ）中に選択されたリモート局１２０ｃからアクセスポイント１１０ｂに送信されるアップリンクのデータフレームは、どのリモート局もそのフレームを送信した可能性があるので、全方向性のアンテナパターンを使用して受信される。大きなフレームの場合は、ネットワーク構成が、リモート局がＲＴＳ／ＣＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ／ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）機構を使用して無線媒体を確保することを要求する場合がある。その場合、アクセスポイント１１０ｂは、指向性モードで受信してアップリンクのデータレートを増大することができる。これは、リモート局１２０ｃで実装されるデータレートの選択アルゴリズムに多少依存する。
【００４４】
ダウンリンク送信では、アクセスポイント１１０ｂは、競合期間には全方向性のパターンとより低いデータレートを使用して小さなパケットを送信することを決定することができる。この理由は、有効範囲の「反対」側にあるリモート局（リモート局１２０ｅなど）が、その局と離れた方向を向いた指向性アンテナパターン９１０からのアクセスポイント送信を受信しない可能性があるためである。これは、２つのリモート局１２０が相互の通信を受信せず、同時に送信をやめてしまう、よく知られた「隠れノード」問題である。この場合、２つのリモート局は１２０ｃと１２０ｅである。特にデータフレームが大きい場合にこの問題を回避する方法は、下記で図７を参照して説明する。
【００４５】
したがって、アクセスポイント１１０の指向性アンテナパターンは、ネットワークトラフィックの大半を占める、リモート局１２０とのダウンリンクおよびアップリンクのデータフレーム交換に、より高いデータレートを提供することができる。ネットワークの接続性は、アクセスポイント１１０の全方向性アンテナの名目上の利得とともに維持される。すなわち、リモート局１２０は、指向性アンテナ２００ａを使用せずに、アクセスポイント１１０に関連付けることができ、接続を維持することができる。
【００４６】
表１に提供する規則のセットは、指向性アンテナ２００ａの全方向性と指向性を利用するように定義されることができる。表１は、現在アクセスポイント１１０に関連付けられているリモート局１２０のアドレスと、それらの現在のアンテナ方向の選択を含む。表１は、８０２．１１標準からのフレームの連続に基づく、例示的なアンテナ方向の選択を詳細に示すことができる（同標準の表２１および２２）。表１では、「Ｄｉｒ」は方向を表し、「ＵＬ」はアップリンクを意味し、「ＤＬ」はダウンリンクを意味する。
【００４７】
【表１】
【００４８】
いつ全方向性のパターンを選択し、いつ指向性パターンを選択するかを決定する規則のセットでプロセスを記述することができる。例えば、アクセスポイント１１０は、１つのリモート局１２０との間で送信または受信する際に、時間間隔中には指向性パターンを選択することができる。
【００４９】
アクセスポイント１１０のインタフェースを示すブロック図が図４に示される。図のアクセスポイント１１０は、各種のサブシステムと層を含む。アンテナサブシステム４０５は、指向性アンテナ２００ｂと、指向性アンテナを稼動させるためのサポート回路、バス、およびソフトウェアを含むことができる。アンテナサブシステム４０５は、物理層４１０とのインタフェースをとり、物理層４１０にＲＦ信号４１２を提供する。
【００５０】
物理層４１０は、ＲＦ信号４１２を処理し、アンテナ方向操作プロセス４２０への信号品質の測定値４１７を決定する。物理層４１０は、ＲＦ信号４１２に基づいて、処理された信号をＭＡＣ層４１５に送る。ＭＡＣ層４１５は、タイミング制御メッセージ４２２を生成し、このメッセージ４２２も、必要とされる時にアンテナを全指向性モードまたは指向性モードに切り替えるためにアンテナ方向操作プロセス４２０に送られる。
【００５１】
ＭＡＣ層４１５は、データフレーム４２９も他のプロセス（図示せず）に送る。図の物理層４１０、ＭＡＣ層４１５、およびアンテナ方向操作プロセス４２０は、コントローラ４００の中に存在することができる。アンテナ方向操作プロセス４２０は、例えば、独立型メモリ、あるいはプロセッサに内蔵されたメモリなどのメモリに記憶されることができる。
【００５２】
アンテナ方向操作プロセス４２０は、各リモート局１２０のアンテナスキャンの際に行われる受信信号品質の測定値４１７に応じた「アンテナテーブルまたはデータベース」あるいは「方向テーブルまたはデータベース」４２５を保持する。例えば、方向テーブル４２５は、局ＩＤと、そのリモート局１２０と指向性通信するための対応するアンテナ方向（Ａ、Ｂ、Ｃ）を格納することができる。方向テーブル４２５のアンテナ方向が決定されると、アンテナ方向操作プロセス４２０が使用されて、指向性アンテナ制御４２７をアンテナサブシステム４０５に提供する。信号品質の測定値４１７が閾値を上回り、最も高いデータレートが全方向性モードでサポートできることを意味する場合、アンテナ方向は、全方向性（Ｏ）モードに維持されることができる。
【００５３】
以下の段落では、指向性アンテナ２２０ｂをアクセスポイント１１０からリモート局１２０に向ける好ましい方向を決定する、本発明による各種技術を説明する。第１の技術では、空間ダイバーシティ選択機構を用いる。第２の技術は、アクセスポイント１１０とリモート局１２０間で交換されるプローブ信号の連続を用いる。第３の技術では、アクセスポイント１１０で受信アンテナ方向の信号品質測定を行わせる制御メッセージ（ＡＣＫやＣＴＳなど）を用いる。第３の技術は、順方向および逆方向両方のリンクに適用することができる。
【００５４】
第１の技術は、現在の８０２．１１デバイスが、アンテナ切り替えダイバーシティのスキャン／制御機能を組み込んでおり、８０２．１１ａ／８０２．１１ｇ／８０２．１１ｎなどの将来の８０２．１１デバイスも切り替えダイバーシティに対応することを前提とする。第１の技術は、リモート局１２０が認証され、ネットワークに関連付けられた後に適用することができる。最初のアンテナスキャンは、ＭＡＣ／ネットワーク層プロトコル内で行われるものと想定する。指向性または多素子のアンテナ２２０ａの場合、第１の技術は、ダイバーシティプロトコルを利用してアンテナの位置／選択を更新された状態に保つことができる。
【００５５】
次いで図６を参照すると、第１の技術は次のように機能する。図のアクセスポイント１１０’は、アンテナサブシステム４０５’に接続されたコントローラ６００’を含む。コントローラ６００’は、アンテナ制御信号へのアクセス権が与えられた物理層４１０’と、ＭＡＣ層（図４）を備える。ＭＡＣ層は、アンテナの選択をレジスタＡ６０５ａ’とレジスタＢ６０５ｂ’に書き込む。レジスタＡ６０５ａ’は、選択されたアンテナ位置を保持し、レジスタＢ６０５ｂ’は、候補のアンテナ位置を保持する。物理層４１０’は、マルチプレクサ６１０’とも通信することができる。物理層４１０’は、ダイバーシティ選択切り替え制御信号６０７’を典型的なダイバーシティ選択制御の方式でマルチプレクサ６１０’に送るが、この場合は、ダイバーシティ選択切り替え制御信号は、レジスタＡ６０５ａ’の内容が使用されるか、レジスタＢ６０５ｂ’の内容が使用されるかを制御する。
【００５６】
選択されたアンテナ位置は、初めに、ネットワーク認証／関連付けプロトコルの際に選択される。候補アンテナ位置は、他のどのアンテナ位置でもよい（全方向モードを含む）。候補アンテナ位置は、有効なパケットが受信された後、または所定の時間にわたってパケットが受信されなかった後に、所定の順序で変更される。
【００５７】
問題なくパケットを受信すると、物理層４１０’は、両方のアンテナ位置についての受信信号品質の測定基準値（信号強度、信号対雑音比、マルチパス／等化器の測定基準など）をＭＡＣ層に送る。パケットの受信中に、物理層４１０’は、現在８０２．１１の場合と同じように、すなわち２つのアンテナ位置で切り替え、パケットの受信のために最適なアンテナ位置を使用するように機能する。物理層４１０’で有効にパケットが受信されると、２つのアンテナ位置についての信号品質の測定基準値がＭＡＣ層に送られる。ＭＡＣ層は、選択されたアンテナ位置と候補アンテナ位置の両方を更新する。選択されたアンテナ位置は、物理層４１０’から受け取られたデータに基づいて、最適な位置に置き換えられる。フィルタリング／ヒステレシスを用いて２つのアンテナ位置間の「往復（ｐｉｎｇ−ｐｏｎｇｉｎｇ）」を回避してもよい。
【００５８】
先に述べたように、この技術は、現在の８０２．１１アンテナ切り替えダイバーシティ方法を利用する。この第１の技術は、ハードウェア、ソフトウェア／ファームウェア、またはそれらの組み合わせを含んでよいことは理解されよう。
【００５９】
次いで図１０を参照して、空間ダイバーシティに基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１１０を稼動させる上記の方法のフローチャートを解説する。開始（ブロック１０００）から、この方法は、ブロック１０１０で、指向性アンテナ２２０ｂの現在の角度を使用してリモート局１２０と通信することを含む。ブロック１０２０で、プリアンブル中にリモート局１２０と通信するために、指向性アンテナ２２０ｂの複数の代替の角度でのスキャンが行われる。ブロック１０３０で、リモート局１２０から現在の角度を介して受信された個々の信号と、複数の代替角度で受信された個々の信号が測定される。ブロック１０４０で、プリアンブル中に、リモート局１２０との通信を継続するために、測定された信号に基づいて、現在の角度または複数の代替角度の１つが好ましい角度として選択される。方法はブロック１０５で終了する。
【００６０】
第２の技術は、アクセスポイント１１０からリモート局１２０へのＲＴＳメッセージの送信と、それに応答してリモート局からアクセスポイントに送信されるＣＴＳメッセージの受信に基づく。８０２．１１標準は、プローブ要求／プローブ応答の交換も定義し、通例はその応答がリモート局１２０によって使用されて、他の局１２０とのリンクの品質を判定する。
【００６１】
図８に示すように、選択されたリモート局１２０への好ましい方向を決定するためにアクセスポイント１１０でこの技術が使用される場合、アクセスポイント１１０は、プローブ要求信号８０５を全方向パターンと各可能な方向パターン１３０で送信し、個々のパターンで動作しながら、リモート局１１０から送り返されるプローブ応答信号８１０の信号品質を測定する。
【００６２】
その応答フレーム８１０の測定のために、この技術は、上記のダイバーシティ選択技術よりも信頼性のある技術になる。この第２の技術は、リモート局１２０がアクセスポイント１１０に関連付けられた直後に少なくとも１回用いられることが好ましい。しかし、追加的なプローブ要求／プローブ応答信号を使用するとネットワークの効率に影響があるが、その交換はそれほど頻繁でない可能性がある。
【００６３】
次いで図１１を参照して、プローブ信号に基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１１０を操作する上記の方法のフローチャートを解説する。開始（ブロック１１００）から、この方法は、ブロック１１１０でリモート局１２０を選択すること、ブロック１１２０で、選択されたリモート局に指向性アンテナ２２０ｂの全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信すること、ブロック１１３０で、第１のプローブ信号に応答する、選択されたリモート局から全方向角度で受信された第１のプローブ応答信号を測定することを含む。
【００６４】
ブロック１１４０で、個々の第２のプローブ信号が指向性アンテナ２２０ｂの複数の指向性角度のそれぞれを介して、選択されたリモート局１２０に送信され、ブロック１１５０で、個々の第２のプローブ信号に応答して、選択されたリモート局から各指向性角度を介して受信された第２のプローブ応答信号が測定される。ブロック１１６０で、測定された第１のプローブ応答信号と、選択されたリモート局１２０からの個々の測定された第２のプローブ応答信号が、アンテナデータベースに記憶される。
【００６５】
ブロック１１７０で、測定された第２のプローブ応答信号に基づいて、選択されたリモート局１２０に好ましい指向性角度が選択される。１１８０で、全方向角度からの測定された第１のプローブ応答信号が、好ましい指向性角度からの測定された第２のプローブ応答信号と比較される。第１のプローブ信号は、ＲＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、第１のプローブ応答信号は、ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなる。同様に、第２のプローブ信号もＲＴＳメッセージからなり、第２のプローブ応答信号もＣＴＳメッセージからなる。ブロック１１９０で、選択されたリモート局１２０と通信を継続するために、比較に基づいて全方向角度または好ましい指向性角度が選択される。方法はブロック１１９５で終了する。
【００６６】
第３の技術は、アクセスポイント１１０とリモート局１２０の間の通常のデータ交換で使用される制御フレームを活用する。この技術は、順方向リンクの通信と逆方向リンクの通信の両方で使用することができる。ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）と肯定応答（ＡＣＫ）メッセージは、低いデータレートで送信されるので、アクセスポイント１１０は、それらのメッセージを使用して、全方向パターン９０５を現在選択されている指向性パターン１３０と比較することができる。これを図５Ａに示し、アンテナを選択するタイミングを点線で示す。これは、現在選択されている方向１３０が全方向パターン９０５よりも優位を保ってきたかどうかを判定する方法として機能することができる。この優位は、通例、ほぼ同じ信号品質の測定基準値を有する２つのアンテナパターンで頻繁に切り替えられるのを防ぐための所定の閾値に基づく。
【００６７】
例えば、ＣＴＳメッセージ中に、全方向モードを使用してＣＴＳメッセージを受信して第１の信号品質測定値を計算することができる。ＡＣＫメッセージの際に、テストアンテナ方向を使用してＡＣＫメッセージを受信して第２の信号品質測定値を計算することができる。第１の信号品質測定値と第２の信号品質測定値との比較が行われ、テストアンテナ方向を記憶すべきかどうかの判定が行われる。すなわち、指向性モードが、全方向モードよりも高い利得を提供するかどうかが判定される。２つの異なる指向性アンテナ方向間で比較を行ってもよい。
【００６８】
図５Ｂに示すように、逆方向リンクのデータ送信の際にこれと同じタイプの測定と比較を行うことができる。ＡＣＫメッセージ中に、アクセスポイント１１０は、信号品質測定値を計算し、その値を全方向モードの測定値または他の指向性モードの測定値と比較することができる。比較は、別のアンテナ方向をスキャンする前に、選択されたリモート局１１０との何回かの通信にわたって行ってよい。
【００６９】
図４の方向テーブル４２５は、全方向のアンテナパターンおよび選択された指向性アンテナパターンについて上述したプロセスからの信号品質測定値で増強することができる。優位が所定の閾値を下回った場合、アクセスポイント１１０は、全方向パターンの選択に戻り、上記の最初の２つの技術の１つを使用してアンテナの探索を行う。
【００７０】
リモート局１２０が省電力モードになる、またはデータ転送が行われない長いアイドル期間を有する場合は、アクセスポイント１１０は、全方向パターンの選択に戻る。リモート局１２０が再びアクティブになると、アクセスポイント１１０は、改めてアンテナ探索を行うことができる。
【００７１】
次いで図１２および１３を参照して、順方向リンクおよび逆方向リンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１２０を操作する方法の個々のフローチャートを説明する。開始（ブロック１２００）から、この方法は、ブロック１２１０で、順方向リンクで、リモート局１２０から指向性アンテナ２２０ｂの第１のアンテナパターンを介して第１の制御フレームを受信することと、ブロック１２２０で第１のデータフレームをリモート局に送信することと、ブロック１２３０で、リモート局から指向性アンテナの第２のアンテナパターンを介して第２の制御フレームを受信することとを含む。ブロック１２４０で、第１のアンテナパターンを介して受信された第１の制御フレームの信号品質と、第２のアンテナパターンを介して受信された第２の制御フレームの信号品質が測定される。ブロック１２５０で、第１のアンテナパターンに関連する個々の測定信号品質と、第２のアンテナパターンに関連する個々の測定信号品質が比較される。第２のアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質が、第１のアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質を所定の閾値だけ上回る場合は、ブロック１２６０で、リモート局１２０に第２のデータフレームを送信するために第２のアンテナパターンが選択される。受信される第１の制御フレームはＣＴＳメッセージからなり、受信される第２の制御フレームは、肯定応答メッセージからなる。方法はブロック１２７０で終了する。
【００７２】
逆方向リンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１２０を操作する方法は、開始（ブロック１３００）から、ブロック１３１０で、リモート局から指向性アンテナ２２０ｂの第１のアンテナパターンを介して第１の制御フレームを受信することと、ブロック１３２０で、リモート局に第２の制御フレームを送信することと、ブロック１３３０で、リモート局から指向性アンテナの第２のアンテナパターンを介して第１のデータフレームを受信することとを含む。ブロック１３４０で、第１のアンテナパターンを介して受信された第１の制御フレームの信号品質と、第２のアンテナパターンを介して受信された第１のデータフレームの信号品質が測定される。ブロック１３５０で、第１のアンテナパターンに関連付けられた個々の測定信号品質と、第２のアンテナパターンに関連付けられた個々の測定信号品質が比較される。第２のアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質が、第１のアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質を所定の閾値だけ上回る場合は、ブロック１３６０で、リモート局１２０にアクセスポイント１１０から第２のデータフレームを送信するために第２のアンテナパターンが選択される。受信される第１の制御フレームは、ＲＴＳメッセージからなり、送信される第２の制御フレームは、ＣＴＳメッセージからなる。方法はブロック１３７０で終了する。
【００７３】
第４の技術は、アクセスポイント１１０で指向性アンテナ２２０ｂを使用して隠れノードの発生を低減または解消する場合に防止機構を提供する隠れノード防止技術である。隠れノードは、ネットワーク１００内のリモート局１２０のすべてが、アクセスポイント１１０と選択されたリモート局１２０との間の通信を受信することができない時に発生し、したがって、受信することができないリモート局は、媒体が使用中の時に送信する可能性がある。これは、特にアクセスポイント１１０で衝突を発生させる。
【００７４】
アクセスポイント１１０がリモート局１２０に送信するデータを有する場合、制御プロセスは、図４の方向テーブル４２５をスキャンして潜在的な隠れノードがあるかどうかを判定することにより、選択されるアンテナ方向を設定する。例えば、アクセスポイント１１０は、選択されたアンテナ方向と反対の方向にあるリモート局１２０を探すことができる。
【００７５】
図７のタイミング図を参照すると、制御ソフトウェアが隠れノードの可能性があると判定した場合、アクセスポイント１１０は、まず、アンテナ２２０ａの全方向モードを使用して、既知の使用されていないＭＡＣアドレスにＣＴＳメッセージを送信する。このプロセスは、ネットワーク中のすべてのリモート局１２０に、交換が行われようとしており、その交換が終了するまで送信しないように通知する役目を果たす。そして、アクセスポイント１１０は、意図されるリモート局１２０のための選択されたアンテナ方向に切り替え、通信が進行する。隠れノードの問題を防止する別の手法は、所望のリモート局１２０との間で４種のフレーム交換プロトコル（ＲＴＳ、ＣＴＳ、データ、およびＡＣＫ）を行うものである。
【００７６】
制御ソフトウェアが、隠れノードの可能性がないと判定した場合、アクセスポイント１１０は、ＣＴＳメッセージを送信しなくてよく、アクセスポイント１１０のアンテナが適正な方向に設定されると直ちに通信が開始することができる。ネットワークプロトコルによって要求される場合は、ＲＴＳメッセージを意図される受信機にアドレス指定することができ、その結果、図５Ａに示すようにＣＴＳメッセージが肯定応答としてアクセスポイント１１０に返される。
【００７７】
図７を参照して説明したプロセスでは、ＣＴＳメッセージのみでリモート局１２０に送信をやめさせることができるため、ＲＴＳメッセージがアクセスポイント１１０から送信されないので、効率が向上することに留意されたい。標準的な８０２．１１プロトコルのヘッダのＩＤセクションで指示されるリモート局１２０が、指定されたリモート局がデータフレームを受信することを保証する。
【００７８】
次いで図１４を参照して、隠れノードを認識することに基づいてＷＬＡＮ１００内のアクセスポイント１２０を操作するフローチャートを説明する。開始（ブロック１４００）から、この方法は、ブロック１４１０で、アクセスポイント１１０と各リモート局１２０の間に、複数のアンテナパターンに対応する個々の測定された信号品質を関連付けることにより、アンテナデータベースを作成することを含む。個々の測定信号品質は、各リモート局１２０との通信に基づいてアクセスポイント１１０によって判定される。リモート局１２０ごとに、ブロック１４２０でアンテナデータベースに基づく好ましいアンテナパターンが判定され、通信すべきリモート局とそれに対応する好ましいアンテナパターンがブロック１４３０で選択される。ブロック１４４０で、アンテナデータベースに基づき、選択されたリモート局と通信する前に、選択されていないリモート局で、そのような通信が実際に行われた時に認識されない可能性があるリモート局があるかどうかが判定される。これは、選択されたリモート局の好ましいアンテナパターンに関連付けられた測定信号品質を、同じ好ましいアンテナパターンを使用した時の選択されないリモート局に関連付けられた個々の信号品質と比較することによって判定される。
【００７９】
隠れノードの可能性がある場合は、ブロック１４５０でメッセージが同報通信されて、アクセスポイント１１０と選択されたリモート局１２０が相互と通信することを知らせる。上記で指摘したように、この同報通信は、全方向アンテナパターンを介したリモート局１２０への自発的なＣＴＳメッセージの形をとることができる。ＣＴＳは、どのリモート局１２０にも対応しない未使用のアドレスを有する。あるいは、選択されたリモート局１２０との間で４種のフレーム交換プロトコル（ＲＴＳ、ＣＴＳ、データ、およびＡＣＫ）を行って隠れノードの問題を防止する。方法はブロック１４６０で終了する。
【００８０】
好ましい実施形態を参照して本発明を詳細に図示し、説明したが、当業者には、頭記の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく各種の形態および詳細の変更を加えてよいことは理解されよう。例えば、アクセスポイントは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準に限定されない。当業者には容易に理解されるように、上記で述べたアクセスポイントのアンテナアルゴリズムは、ＩＥＥＥ８０２．１６標準で定義されるものなど、他の種類のローカルエリアネットワークに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１Ａ】本発明の原理を使用した無線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行う図１ＡのＷＬＡＮ内のアクセスポイントの略図である。
【図２Ａ】外部の指向性アンテナアレイを有する図１Ａのアクセスポイントの図である。
【図２Ｂ】内部のＰＣＭＣＩＡカードに内蔵された指向性アンテナアレイを有する図２Ａのアクセスポイントの図である。
【図３Ａ】図２Ａの指向性アンテナアレイの図である。
【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ために使用されるスイッチの略図である。
【図４】本発明の原理によるサブシステム、層、およびアンテナ方向操作プロセスを用いる図１Ａのアクセスポイントのブロック図である。
【図５Ａ】図４のアンテナ方向操作プロセスで任意で使用される信号図である。
【図５Ｂ】図４のアンテナ方向操作プロセスで任意で使用される代替の信号図である。
【図６】アンテナダイバーシティ回路が用いられる、図４の代替ブロック図である。
【図７】図４のアンテナ方向操作プロセスで任意で使用される隠れノード技術を使用する信号図である。
【図８】双方向シグナリングを備える図１のネットワークを上から見た図である。
【図９】アンテナビームを示した図１のネットワークを上から見た図である。
【図１０】本発明による空間ダイバーシティに基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【図１１】本発明によるプローブ信号に基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【図１２】本発明による順方向のリンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【図１３】本発明による逆方向のリンクの制御フレームに基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【図１４】本発明による隠れノードの認識に基づいてＷＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法のフローチャートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内のアクセスポイントを操作する方法であって、前記アクセスポイントは、複数のリモート局と通信するための、全方向角度と複数の指向性角度を含む指向性アンテナを備え、前記方法は、
前記複数のリモート局の中からリモート局の１つを選択するステップと、
前記選択されたリモート局に前記指向性アンテナの前記全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信するステップと、
前記第１のプローブ信号に応答して、前記選択されたリモート局から前記全方向角度を介して受信される第１のプローブ応答信号を測定するステップと、
前記指向性アンテナの前記複数の指向性角度それぞれを介して、前記選択されたリモート局に個々の第２のプローブ信号を送信するステップと、
前記個々の第２のプローブ信号に応答して、前記選択されたリモート局から各指向性角度を介して受信される第２のプローブ応答信号を測定するステップと、
前記選択されたリモート局からの前記測定された第１のプローブ応答信号と前記測定された個々の第２のプローブ応答信号をアンテナデータベースに格納するステップと
を具えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記測定された第２のプローブ応答信号に基づいて、前記選択されたリモート局に好ましい指向性角度を選択するステップと、
前記全方向角度からの前記測定された第１のプローブ応答信号と、前記好ましい指向性角度からの前記測定された第２のプローブ応答信号とを比較するステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記選択されたリモート局との通信を継続するために、前記比較に基づいて前記全方向角度または前記好ましい指向性角度を選択するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記好ましい指向性角度に伴う前記測定された信号が、前記全方向角度に伴う前記測定信号を所定の閾値だけ上回る場合は、前記好ましい指向性角度が選択されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記複数のリモート局から次のリモート局を選択するステップと、
前記選択された次のリモート局への前記第１および第２のプローブ信号の送信と、前記選択された次のリモート局から受信される前記第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返すステップと、
前記選択された次のリモート局からの前記測定された第１のプローブ応答信号と、前記測定された個々の第２のプローブ応答信号とを前記アンテナデータベースに格納するステップと、
前記選択、送信、および格納ステップを、前記複数のリモート局の残りのリモート局ごとに繰り返すステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第１のプローブ信号は、ＲＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、前記第１のプローブ応答信号は、ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、前記第２のプローブ信号は、ＲＴＳメッセージからなり、前記第２のプローブ応答信号は、ＣＴＳメッセージからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記測定は、受信信号強度指示、搬送波対干渉比、ビット当たりのエネルギー比、および信号対雑音比の少なくとも１つを判定することからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記全方向角度の選択と、前記複数の指向性角度のスキャンは、前記アクセスポイントのＭＡＣ（メディアアクセス制御）層で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
一定の期間にわたって前記アクセスポイントと前記選択されたリモート局間の通信が行われない場合は、前記選択されたリモート局についての前記アンテナデータベースを更新するステップをさらに具え、前記更新は、前記選択されたリモート局への前記第１および第２のプローブ信号の送信と、前記選択されたリモート局から受信される前記第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返すことを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記アクセスポイントは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準およびＩＥＥＥ８０２．１６標準の少なくとも１つに基づいて動作することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記指向性アンテナは、少なくとも１つのアクティブ素子と複数のパッシブ素子を備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）のアクセスポイントであって、
全方向角度と複数の指向性角度を備える指向性アンテナと、
前記指向性アンテナを制御するために該指向性アンテナに接続されたコントローラと
を具え、
前記コントローラは、
複数のリモート局の中からリモート局の１つを選択し、
前記選択されたリモート局に前記指向性アンテナの前記全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信し、
前記第１のプローブ信号に応答して、前記選択されたリモート局から前記全方向角度を介して受信される第１のプローブ応答信号を測定し、
前記指向性アンテナの前記複数の指向性角度それぞれを介して、前記選択されたリモート局に個々の第２のプローブ信号を送信し、
前記個々の第２のプローブ信号に応答して、前記選択されたリモート局から各指向性角度を介して受信される第２のプローブ応答信号を測定し、
前記選択されたリモート局からの前記測定された第１のプローブ応答信号と前記測定された個々の第２のプローブ応答信号をアンテナデータベースに格納する
ことを特徴とするアクセスポイント。
【請求項１３】
前記指向性アンテナは、少なくとも１つのアクティブ素子と複数のパッシブ素子を具えたことを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項１４】
前記コントローラは、物理層とメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層を備え、前記全方向角度の選択と、前記複数の指向性角度のスキャンは、前記ＭＡＣ層で行われることを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項１５】
前記コントローラはさらに、前記測定された第２のプローブ応答信号に基づいて、前記選択されたリモート局に好ましい指向性角度を選択し、前記全方向角度からの前記測定された第１のプローブ応答信号を、前記好ましい指向性角度からの前記測定された第２のプローブ応答信号と比較することを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記選択されたリモート局との通信を継続するために、前記比較に基づいて前記全方向角度または前記好ましい指向性角度を選択することを特徴とする請求項１５記載のアクセスポイント。
【請求項１７】
前記好ましい指向性角度に伴う前記測定信号が、前記全方向角度に伴う前記測定信号を所定の閾値だけ上回る場合は、前記好ましい指向性角度が選択されることを特徴とする請求項１６記載のアクセスポイント。
【請求項１８】
前記コントローラはさらに、
前記複数のリモート局から次のリモート局を選択し、
前記選択された次のリモート局への前記第１および第２のプローブ信号の送信と、前記選択された次のリモート局から受信される前記第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返し、
前記選択された次のリモート局からの前記測定された第１のプローブ応答信号と、前記測定された個々の第２のプローブ応答信号とを前記アンテナデータベースに格納し、
前記選択、送信、および格納ステップを、前記複数のリモート局の残りのリモート局ごとに繰り返す
ことを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項１９】
前記第１のプローブ信号は、ＲＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、前記第１のプローブ応答信号は、ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、前記第２のプローブ信号は、ＲＴＳメッセージからなり、前記第２のプローブ応答信号は、ＣＴＳメッセージからなることを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項２０】
前記コントローラは、一定の期間にわたって前記選択されたリモート局との通信が行われない場合は、前記選択されたリモート局についての前記アンテナデータベースを更新し、前記更新は、前記選択されたリモート局への前記第１および第２のプローブ信号の送信と、前記選択されたリモート局から受信される前記第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返すことを含むことを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項１】
無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内のアクセスポイントを操作する方法であって、前記アクセスポイントは、複数のリモート局と通信するための、全方向角度と複数の指向性角度を含む指向性アンテナを備え、前記方法は、
前記複数のリモート局の中からリモート局の１つを選択するステップと、
前記選択されたリモート局に前記指向性アンテナの前記全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信するステップと、
前記第１のプローブ信号に応答して、前記選択されたリモート局から前記全方向角度を介して受信される第１のプローブ応答信号を測定するステップと、
前記指向性アンテナの前記複数の指向性角度それぞれを介して、前記選択されたリモート局に個々の第２のプローブ信号を送信するステップと、
前記個々の第２のプローブ信号に応答して、前記選択されたリモート局から各指向性角度を介して受信される第２のプローブ応答信号を測定するステップと、
前記選択されたリモート局からの前記測定された第１のプローブ応答信号と前記測定された個々の第２のプローブ応答信号をアンテナデータベースに格納するステップと
を具えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記測定された第２のプローブ応答信号に基づいて、前記選択されたリモート局に好ましい指向性角度を選択するステップと、
前記全方向角度からの前記測定された第１のプローブ応答信号と、前記好ましい指向性角度からの前記測定された第２のプローブ応答信号とを比較するステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記選択されたリモート局との通信を継続するために、前記比較に基づいて前記全方向角度または前記好ましい指向性角度を選択するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記好ましい指向性角度に伴う前記測定された信号が、前記全方向角度に伴う前記測定信号を所定の閾値だけ上回る場合は、前記好ましい指向性角度が選択されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記複数のリモート局から次のリモート局を選択するステップと、
前記選択された次のリモート局への前記第１および第２のプローブ信号の送信と、前記選択された次のリモート局から受信される前記第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返すステップと、
前記選択された次のリモート局からの前記測定された第１のプローブ応答信号と、前記測定された個々の第２のプローブ応答信号とを前記アンテナデータベースに格納するステップと、
前記選択、送信、および格納ステップを、前記複数のリモート局の残りのリモート局ごとに繰り返すステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第１のプローブ信号は、ＲＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、前記第１のプローブ応答信号は、ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、前記第２のプローブ信号は、ＲＴＳメッセージからなり、前記第２のプローブ応答信号は、ＣＴＳメッセージからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記測定は、受信信号強度指示、搬送波対干渉比、ビット当たりのエネルギー比、および信号対雑音比の少なくとも１つを判定することからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記全方向角度の選択と、前記複数の指向性角度のスキャンは、前記アクセスポイントのＭＡＣ（メディアアクセス制御）層で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
一定の期間にわたって前記アクセスポイントと前記選択されたリモート局間の通信が行われない場合は、前記選択されたリモート局についての前記アンテナデータベースを更新するステップをさらに具え、前記更新は、前記選択されたリモート局への前記第１および第２のプローブ信号の送信と、前記選択されたリモート局から受信される前記第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返すことを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記アクセスポイントは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準およびＩＥＥＥ８０２．１６標準の少なくとも１つに基づいて動作することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記指向性アンテナは、少なくとも１つのアクティブ素子と複数のパッシブ素子を備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）のアクセスポイントであって、
全方向角度と複数の指向性角度を備える指向性アンテナと、
前記指向性アンテナを制御するために該指向性アンテナに接続されたコントローラと
を具え、
前記コントローラは、
複数のリモート局の中からリモート局の１つを選択し、
前記選択されたリモート局に前記指向性アンテナの前記全方向角度を介して第１のプローブ信号を送信し、
前記第１のプローブ信号に応答して、前記選択されたリモート局から前記全方向角度を介して受信される第１のプローブ応答信号を測定し、
前記指向性アンテナの前記複数の指向性角度それぞれを介して、前記選択されたリモート局に個々の第２のプローブ信号を送信し、
前記個々の第２のプローブ信号に応答して、前記選択されたリモート局から各指向性角度を介して受信される第２のプローブ応答信号を測定し、
前記選択されたリモート局からの前記測定された第１のプローブ応答信号と前記測定された個々の第２のプローブ応答信号をアンテナデータベースに格納する
ことを特徴とするアクセスポイント。
【請求項１３】
前記指向性アンテナは、少なくとも１つのアクティブ素子と複数のパッシブ素子を具えたことを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項１４】
前記コントローラは、物理層とメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層を備え、前記全方向角度の選択と、前記複数の指向性角度のスキャンは、前記ＭＡＣ層で行われることを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項１５】
前記コントローラはさらに、前記測定された第２のプローブ応答信号に基づいて、前記選択されたリモート局に好ましい指向性角度を選択し、前記全方向角度からの前記測定された第１のプローブ応答信号を、前記好ましい指向性角度からの前記測定された第２のプローブ応答信号と比較することを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記選択されたリモート局との通信を継続するために、前記比較に基づいて前記全方向角度または前記好ましい指向性角度を選択することを特徴とする請求項１５記載のアクセスポイント。
【請求項１７】
前記好ましい指向性角度に伴う前記測定信号が、前記全方向角度に伴う前記測定信号を所定の閾値だけ上回る場合は、前記好ましい指向性角度が選択されることを特徴とする請求項１６記載のアクセスポイント。
【請求項１８】
前記コントローラはさらに、
前記複数のリモート局から次のリモート局を選択し、
前記選択された次のリモート局への前記第１および第２のプローブ信号の送信と、前記選択された次のリモート局から受信される前記第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返し、
前記選択された次のリモート局からの前記測定された第１のプローブ応答信号と、前記測定された個々の第２のプローブ応答信号とを前記アンテナデータベースに格納し、
前記選択、送信、および格納ステップを、前記複数のリモート局の残りのリモート局ごとに繰り返す
ことを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項１９】
前記第１のプローブ信号は、ＲＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、前記第１のプローブ応答信号は、ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ−ｔｏ−ｓｅｎｄ）メッセージからなり、前記第２のプローブ信号は、ＲＴＳメッセージからなり、前記第２のプローブ応答信号は、ＣＴＳメッセージからなることを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【請求項２０】
前記コントローラは、一定の期間にわたって前記選択されたリモート局との通信が行われない場合は、前記選択されたリモート局についての前記アンテナデータベースを更新し、前記更新は、前記選択されたリモート局への前記第１および第２のプローブ信号の送信と、前記選択されたリモート局から受信される前記第１および第２のプローブ応答信号の測定とを繰り返すことを含むことを特徴とする請求項１２記載のアクセスポイント。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００７−５２５０６６（Ｐ２００７−５２５０６６Ａ）
【公表日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１７４３７（Ｐ２００６−５１７４３７）
【出願日】平成１６年６月１８日（２００４．６．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１９６０４
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１４４６０
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（５０４４０７１０３）アイピーアール ライセンシング インコーポレイテッド (51)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１８日（２００４．６．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１９６０４
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１４４６０
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（５０４４０７１０３）アイピーアール ライセンシング インコーポレイテッド (51)
【Ｆターム（参考）】
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