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CN105814932A - 带有可配置无线电台和天线资源的无线系统 - Google Patents

带有可配置无线电台和天线资源的无线系统 Download PDF

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CN105814932A
CN105814932A CN201480065399.XA CN201480065399A CN105814932A CN 105814932 A CN105814932 A CN 105814932A CN 201480065399 A CN201480065399 A CN 201480065399A CN 105814932 A CN105814932 A CN 105814932A
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Abstract

本发明公开了一种无线接入设备、系统和方法，用于提供多并发的无线电服务和对多无线电接入点或多无线电小型蜂窝基站的适应性管理。

Description

带有可配置无线电台和天线资源的无线系统
技术领域
本发明一般涉及无线通信系统。
背景技术
在例如无线保真(“WiFi”)通信中使用的无线接入点可以单独使用，或可以在无线局域网(WLAN)系统使用多个无线接入点。接入点(AP)需要对其强制功能和对可能要执行的可选功能进行管理。WLAN系统还需要提供协调功能来管理WLAN系统内的多个AP的合作与互动，例如，整个网络的无缝覆盖、WLAN上的运动用户的认证、无线电台干扰的管理、以及WLAN源的优化使用。该协调功能由通常由被称为网络控制器的器件来进行。网络控制器的主要目的是对网络上的各个元件的优化控制。
发明内容
本发明公开了一种通用可变AP架构。在一些实施方式中，该架构包括：通信接口；在背板处理器资源池中的多个处理器；包含能动态分配给多个可独立配置的天线的多个无线电台的无线电台池；将无线电台池内的多个无线电台和天线资源池内的多个可配置天线动态互连的接口矩阵；及包含多个可独立分配的可配置天线的天线资源池。
在一些实施方式中，管理程序优化分配和配置无线电台池内的多个无线电台、接口矩阵、天线资源池内的多个可配置天线，并且将无线设备关联到无线电台池内的无线电台以最大限度地利用可用频谱，提供无线电台资源的优化并向无线客户设备提供多种网络服务。可配置天线的一个特征在于，每个天线是独立可配置的以便向一个空间扇区发射指示射频，或者可选地配置为辐射到不同的空间扇区，或者可选地配置为辐射且由所述天线的波束图案来限定空间扇区。
管理程序基于多个输入来决定其资源分配，多个输入例如是，来自多个其他无线电台的多个无线电台的测得的射频信号，来自用户服务需求的流量和质量，来自服务提供者的网络配置和范围需求，无线电台池内的多个无线电台的性能，无线电台池内的无线电台的数量，接口矩阵的性能，天线资源池内的多个可配置天线的性能，天线资源池内的可配置天线的数量，要连接无线电台的无线设备的性能，等等。管理程序用于作决定的信息可以适用于通用可变AP，其可以是管理程序实现的那个，或者是从多个其他通用可变AP，或两者的组合。管理程序可以完全本地化地以软件和/或硬件实现在处理器资源池内，或者在设在一个集群的多个通用可变AP上分布式实施，以及可选的，在远程服务器上。
本文所公开的通用可变AP架构的具体实施方式提供以下优点中的一个或多个优点。通用可变AP架构提供缩放能力，使用多个无线电台以将所有无线电台优化应用于单元的不断变化的用途。进一步的优点是，此功能是以一个低功耗的紧凑空间所提供，而且多个天线是低剖面的模拟平面天线，如行波天线。
分布式管理程序的一些优点包括但不限于：(1)自组织网络(SON)功能：通用可变AP1501单元使用分布式算法自配置；(2)可扩展性(每个通用可变AP1501单元带来了自己的硬件和对网络的更高的处理能力)；(3)在移动性的情况下骨干网络的流量更少；(4)故障不是一个单一的点；(5)支持多点协作(COMP)管理，该管理是对配置在一个群集1505中的信道分配、功率水平、天线的管理，以提供超过每个通用可变AP1501的本地资源管理的更好的网络性能；(6)由云管理程序1402管理的为动态流量要求和RF干扰提供快速通用可变AP1501的重新配置，RF干扰是群集1505中通用可变AP1501的数量小于完整网络而导致的；(7)按照需求通过接通/关断单位/无线电台来进行高能效管理且关于基于机架的硬件WLAN控制器无需冷却；及(8)降低骨干网络的信息传递开销。
本文所公开的通用可变AP架构和管理程序可以部署和使用于各种规模和服务功能不同的网络拓扑结构：例如从WLAN到广域网(WAN)和WiFi网络和蜂窝/LTE网络或组合。
在此公开的一个或多个实施方式的细节将在附图和下面的内容中说明。通过说明书、附图和权利要求书的内容会使其它特征、方面和优点变得显而易见。
附图说明
图1示出了用于整合多个无线电台以扩展WiFiAP的原始容量的现有的架构。
图2A是示出按照本发明的一个实施方式的通用可变AP架构的框图。
图2B示出了如何采用漏波天线来提供分扇区切换。
图2C示出了可配置天线的两个可替代的实施方式。
图3示出了可配置天线的不同辐射图案。
图4是示出通用AP单元配置的框图。
图5示出了天线辐射图案。
图6示出了通用AP单元的可能配置。
图7示出了通用可变AP单元的另一个实施方式。
图8示出了可配置天线的配置。
图9示出了通用AP单元的示例性的配置。
图10示出了三个天线之一的配置。
图11示出了管理程序如何用于管理通用可变AP的无线电台和天线资源池，以作为流量要求和RF干扰的功能。
图12示出了扇区内的多个无线电台如何用于提供来自通用可变AP的不同服务。
图13示出了用于室外的通用可变AP的另一个实施方式。
图14示出了实施在云端服务器和可选的硬件无线LAN控制器上的管理程序的实施方式。
图15示出了分布于通用可变AP单元的群集的管理程序和在云端服务器实施顶层超多功能管理功能的实施方式。
图16是无线系统内的用于配置无线电台和天线源的示例性的处理过程的流程图。
在不同附图中的类似的附图标号代表类似的元件。
具体实施方式
在WLAN内有许多控制和管理多个AP的实施方式。例如，控制器可以被嵌入一个AP；控制器可以从AP被分离且在WLAN集中；或者控制器可以分布在WLAN内的AP之间。管理器可以类似地嵌入一个AP，可以从AP分离并集中到与WLAN内的多个AP往来信号的单独的管理控制台。此外，管理器和控制器可以驻留在WLAN之外，并且通过WAN或内部网或因特网接口到WLAN，通常被称为“在云端”。
在WLAN中，被无线控制器所控制的一组网络元件是嵌入一个或多个AP的无线电台。每个AP通常具有多个无线电台，可以由管理器进行配置以单独地或合作地进行操作，例如在单输入单输出(SISO)或在多输入多输出(MIMO)操作模式。一般来说，在AP的传输无线电台工作于MIMO模式，模块为MxN，对于一个幺正无线电台有M个天线、M无线链路和M个接口。在客户端接收机侧，客户端对于一个幺正无线电台具有N个天线、N个无线链路和N个接口。在这种单元中使用的天线可具有多种特性，可以是全向天线或定向天线或可配置的定向天线辐射器或它们的任意组合。由天线阵列规定的空间流的数目也可在操作过程中被管理和控制，但是重新配置的程度将通过天线的物理选择以及它们如何操作来确定。特别是定向天线使用数字波束成形和波束指向法能波束成形，以区分于模拟波束成形和波束指向法或模拟固定定向波束，具有在能被数字地构建的天线的数量和空间流的数量之间的自然折衷，使得空间流的最大数量总是比天线的数量少。
模拟阵列，尤其是模拟波束成形或定向的天线所构成的模拟天线阵列，并不受这种折衷的限制，空间流的最大数量可以与模拟天线的数量相同。其带来的好处是，在可能的情况下使用多个模拟波束成形和波束指向天线，或多个模拟固定定向天线，而不是数字波束形成和波束指向装置，在这种情况下空间流的最大数量只需要用到最少的天线且天线是可以装配进平面阵列的平面天线。
集成多个无线电台可以扩展WiFi接入点的原始容量。在图1示出了为实现这个目标的一个架构。该架构提供了方法和装置以用于通过加入更多的扇区、无线电台及天线来扩大AP单元的容量。该架构由一个单元组成，该单元包括接入点的环形阵列101，其中，每个单独的接入点102指定到一个固定的扇区，向每个扇区提供固定定向MIMO天线阵列103和幺正无线电台104。这种架构中公开的装置将射频从一个扇区和其两个相邻的扇区及非相邻的扇区隔离，以允许每个扇区接入点独立运作。
在操作上，在WiFi操作模式下，该架构将配置为使每个扇区在一个特定的无线频谱频带提供无线电台服务，在2.4GHz或5GHz频带，以最大发射功率和20MHz带宽的特定信道或所选择的光谱频带内的40MHz或80MHz或甚至160MHz的绑定通道，工作在802.11a、802.11b、802.11g、802.11n或802.11ac模式(以下也简称为802.11x)，与各模式相应的操作由IEEE802.11标准所允许。然而，尽管提供容量扩展，这种架构具有特殊的对其重新配置的可扩展性和可变性的限制。
阵列的每个扇区AP包括对于天线的专用无线电台和无线链路，例如提供3x3MIMO操作，需要一个幺正无线电台和3个专用天线。每个无线电台被永久地固定到专用的天线阵列以服务固定的扇区，并且只能向该扇区提供无线电台服务，在一个802.11x的配置，如果无线电台能力足够的话，优先进行MIMO操作模式。因为一个无线电台专用于一个扇区，一个扇区可以在同一时间仅在一个无线信道提供服务，或相反，一个扇区在同一时间只能分配一个专用信道。通过将一个无线电台永久专用于一个特定扇区，该扇区的无线电资源不能被重新分配给其他扇区，无法为有更多用户和需求更多数据吞吐量供应的空间区域提供服务。单元的原始累积数据的处理能力直接正比于扇区的数量，并且因此该单元的物理尺寸因为扇区的数量而膨胀。
定向天线从一个角弧进行辐射和接收，角弧由扇区的宽度所规定。用户105有可能由于各种因素无法与物理上最近或提供最好的链路质量的AP联系，如无线电台之间的负载平衡、在不同扇区的无线电台配置、及用户设备的能力。在室内模式的操作中，在无线电台大量散射的环境中，AP到用户的无线链路由不在客户端装置的用户的视线内但通过多路径反射r的辐射扇区来实现。然而，平均链路质量会比最近的AP低，这是由于每个多路径反射有着较长的传播路径和额外的射频信号的吸收。如果移送到室外环境，则由架构在图1中示出的相同的AP单元取得无线链路统计，在其中存在低散射和多路径，差别很大。低层次室外构建环境是比室内环境有更低的多路径的环境，用户可能只能有与视线内直接能看到的AP无线电台建立无线链路的功能。
AP单元一侧的流量或使用量可以与AP单元的另一侧不同。在这种情况下，图1的架构包括多个扇区AP，并且特别是当这种多扇区AP单元部署在有较低的多路径的位置，会导致在单元内的累积无线电台源的非最佳使用。单元的一侧可能被用户超负荷使用，而另一侧未充分利用。
图2A是一个通用可变AP架构200的框图。在一些实施方式中，通用可变AP架构200包括：(1)通信接口201；(2)在背板处理器资源池202内的多个处理器；(3)包括多个无线电台205的无线电台池203，优选为MIMO，其可动态地分配给可独立配置的天线207；(4)接口矩阵206，将无线电台池203内的多个MIMO无线电台205与天线资源池204内的多个可配置天线207动态互连；以及(5)包括多个可配置天线207的天线资源池204，可独立配置的多个天线。在架构200实现的方法是，把特定的无线电台205专用地分配及重分配到特定的可配置天线207且配置如此分配的可配置天线207。可配置天线207的一个特征是：每个天线可独立配置，以将指示射频发射到空间扇区，或者可选地配置为辐射到不同的空间扇区，或者可选地配置为辐射且扇区由所述天线的波束图案限定。
通信接口201提供了在处理器资源池202内的处理器与骨干网之间的接口。该通信接口用于经由处理器资源池202、通用可变AP200和要发送或接收来自连接于通用可变AP200的用户的数据面信息，接收和发送来自骨干网的控制面信息以进行控制和管理。通信接口201的一个具体实施方式是连接到光纤或双绞线以太网物理接口的以太网交换机。另一个实施方式是连接到DOCSIS电缆调制解调器的以太网交换机。通信接口201的另一个实施方式是一个公共分组无线电接口(CPRI)。
背板处理器资源池202包括多个处理器。这些处理器用于实现无线电台的强制和可选功能的管理的本地或分布式功能、无线网络控制器的本地或分布式功能、以及把特定的无线电台专用地分配及重分配到特定的天线且配置该天线的本地或分布式功能。该处理器还执行必要的通信协议，从而与无线骨干网络和无线客户端设备中的其他网络元件交互。
无线电台池203包括多个无线电台205。无线电台池内的每个无线电台的各种参数，例如发射功率、信道、带宽、SSID、安全性等等可独立配置。每个无线电台包括多个收发器、可选的物理层基带信号处理、链路层功能和多址接入控制层功能的全部或一部分。无线电台池内的每个无线电台也可以属于不同的无线技术，例如802.11a/b/g/n/ac/ad、GSM、WCDMA、LTE、802.16、802.22、专有的或标准化的无线回传技术等等。每个无线电台与处理器资源池202内的一个处理器接口。一个处理器可以与多个无线电台接口。在某些特定情况下，无线电台可以与通信接口201直接接口。可以在该架构中使用是的一个具体的无线电台的实施方式是PCIeWiFi模块卡。
接口矩阵206将多个无线电台205的射频端口与多个可配置天线207互连。作为来自处理器资源池202内的多个处理器和/或无线电台池203内的多个无线电台的控制信号的一个功能，该互联被动态设置。接口矩阵也将控制信号中的一部分与多个可配置天线207的控制端口互联。接口矩阵206能允许无线电台池203内的无线电台205的全部、一部分或一个单独的射频端口与全部、一部分或一个单独的可配置天线207互联。在一种极端的情况下，接口矩阵206可允许无线电台池203内的多个无线电台205的任何射频端口与天线资源池204内的多个可配置天线207的任何端口互连。对于其他极端情况下，接口矩阵包括无线电台205的射频端口和可重新配置天线207的端口之间的固定互连。
天线资源池204包括多个可配置天线207。每个可配置天线207具有射频信号端口和可选的的控制信号端口。天线资源池内的每个可配置天线207可独立配置。每个可配置天线也可具有不同的特性，如工作频带、辐射图案的波束宽度、天线增益、辐射图案的数量、连续或离散的波束转向、偏振类型、固定的或交换的正交偏振等等。
一个具体的实施方式是，天线资源池包含：多个固定定向天线、或可操纵的定向天线、或用于可被即时识别的辐射图案和/或偏振的天线、或这些天线的任何组合。在这种情况下，如图2A所示的通用可变AP200的架构是扇区接入点单元，包括由多个天线207的独立配置所确定的多个扇区。多个扇区的覆盖范围(波束宽度、主扇区角和发射功率)可通过把特定的无线电台专用地分配及重分配到特定的天线且配置该天线的方法动态改变。多个扇区可重叠或不重叠。在一个或更多的扇区内，多个无线电台可动态分配给多个天线。
本文所述的形式的行波天线的使用允许对于天线资源池204的低能耗的紧凑平面阵列设计。例如在阵列中使用的多个行波模拟天线可提供来自每个能被配置为切换其他波束的天线的定向波束的查询功能。应当认识到，具有固定定向、定向和可操纵、定向且可切换到另一辐射角所组成的特性的任何模拟或数字波束成形天线阵列能提供适合于天线资源池204的可配置天线阵列。天线资源池的一个优选特性是，多个低轮廓平面天线的每个天线包括多个固定定向天线、或可操纵的定向天线、或用于可被即时识别的辐射图案和/或偏振的天线、或这些天线的任何组合。
用于天线资源池204的可配置天线207的特定的实施方式是行波天线，如无源漏波天线、电子漏波天线、终端切换无源漏波天线、及终端切换电子漏波天线，所述天线是微带线形式的天线。通过例示的方式，在以下出版物中记载有定向、可操纵且可切换的漏波天线：“可切换波束扫描漏波天线”，电子快报，2000年3月30日，第36期，第7号，第596-7页和“性能增强的和对称全空间扫描终端交换的CRLHLWA”，IEEE天线和无线传播快报，第10卷，2011年，第709-712页，并且也记载于D.R.杰克逊、C.卡洛兹和T.伊藤所著的“漏波天线”，IEEE期刊，第100卷，第7号，第2194-2206页，2012年7月。
图2B示出了无源漏波天线229如何用于提供用控制信号236所控制的单独的单刀双掷开关237的状态来对使用终端切换的两个扇区的扇区切换。可配置天线207的一个具体的实施方式是漏波天线(LWA)。无源漏波天线是一种可根据设计和制造来选择辐射角度的行波波导天线。无源漏波天线是对称微带线波导的一个双端口设备。因为所述天线是对称的，所述天线可以与来自波导的两个端口中的任意一个的信号耦合并将在指定的角度辐射。通过将射频信号230耦合到无源漏波天线229的一个端口231，可以如图2B所示出的那样使波束在由天线宽边239测量的-a232的角度辐射。按照无源漏波天线229的设计，角度a可为正或负。通过将信号耦合到备用端口233，使波束在由天线宽边239测量的a234的角度辐射。这种双端口切换提供由每个扇区内的辐射波束的弧宽定义的两个扇区。在每个扇区中的辐射波束的弧宽240由漏波传输线229的长度238而定。通过天线的设计，两个扇区的辐射图案232和234可以重叠或不重叠。在这种方式下两个扇区可以组合以覆盖整个180°或一半的空间。该漏波天线是构建在接地平面235上的微带线天线，这防止了从背侧波瓣到器件的衬底的实质辐射。无源漏波天线229的双重性为背靠背，但不一定连体背靠背，可以提供完整的360°的四个扇区的空间覆盖。
图2C示出了可配置天线的两个替代性的实施方式。替代性的实施方式使用与图2B相同的结构，除了单刀双掷开关237被分离/组合器241和用于替代性的设计1的两个吸收单刀单掷开关242和243、用于替代性的设计2的两个反射单刀单掷开关244和245替代之外。通过适当地选择开关控制信号236，射频信号230可以被耦合到端口1231而在-a232的角度辐射，或耦合到端口2233以角度234辐射，或同时耦合到端口1231和端口2233同时在-a232和以角度234辐射。
207的替代性实施方式是电子漏波天线，其中带有后向到前向能力的波束的转向可通过对漏波天线的行进波导的性质进行电子式改变而确定，这记载于在刘，L.，C.卡洛兹和T.伊藤所著的“带有后向到前向扫描能力的主导模式漏波天线”，电子快报，第38卷，第1414-1416页，2002年。
因为LWA可由共模和差模两种模式激励，从而能实现偏振分集。如果LWA处于共模激励，则实现水平偏振，并且如果LWA以差模激发，则实现垂直偏振。因此，无论是水平偏振还是垂直偏振都是基于LWA的频率的一个角度方向来实现的。如果射频频率被改变，则该角度方向变化。例如，如果LWA在左手区域内共模激励，则向后波束带有水平偏振进行辐射，并且如果LWA在右手区域内差模激励，则向前波束带有垂直偏振进行辐射。因此，波束的弧所限定的扇区可使用替代性波束在相同的射频频率提供服务，并且如果模式隔离足够的话，这一个扇区可以有在相同的射频频率的两个数据流，这两个数据流对于数据通信应用而言足以区分。
天线资源池204的进一步的实施方案是多个无源漏波天线或电子漏波天线或这些可配置天线的组合所构成的阵列，具有互斥、优选正交、偏振。一个四端口LWA的例子能够提供一个象限内的垂直或水平偏振，这记载于M.R.哈什米和T.伊藤所著的“在带有中心孔的对称符合右/左手结构内的双模式漏波激励”，微波研讨会摘要(MTT)，2010IEEEMTT-S国际，卷，号，第9、12页，5月23-28日，2010IMS2010。
应该理解的是，多个天线207，一般为LWA，无论是无源漏波天线或电子漏波天线都可以被制造成作为印刷电路公板的阵列的多个可配置天线，或者多个所述阵列可在制造于多个印刷电路公板上，以组装或连体的形式，以构建天线资源池204。在通用可变AP200的一个优选实施方式中，物理元件201、202、203、205位于单元200的物理主体内，204也在单元内以实现单元的最大紧凑性同时提供单元200所希望的必要的空间波束覆盖。
图3示出可配置天线301(图2中的207)的不同的辐射图案，辐射图案可以实时经由控制信号被重新配置为七种配置302至308中的一种。此外，该可配置天线的偏振状态对于七种配置302至308中的每一种可以变为垂直或水平，或+45°或-45°。应当理解的是，可配置天线207可被配置成任何数量的预定配置，仅受到在可配置天线207所使用的特定天线技术的实现的限制。
可配置天线207在天线资源池204内的总数可以与无线电台池205内的无线电台的数量不同。配置于每个无线电台205的可配置天线的数量可以与无线电台池203内的数量不同。配置于无线电台203的每个可配置天线205的特性和配置不同。通用可变AP200提供的扇区的数量可以与无线电台池203内的无线电台205的数量不同。扇区的数量也可以与天线资源池204内的可配置天线207的数量不同。每个扇区或多个扇区可以有单独的SSID，或所有扇区可以有公共的SSID。
通过泛化的方式，通用可变AP200单元会有S个扇区和无线电台池203内的M个无线电台、在天线资源池204内的L个可配置天线和分配到无线电台m的Lm个可重新配置天线。通用可变AP200的重要特征是，多于一个的无线电台205和多于一个的可配置天线207能够向一个扇区或多于一个的扇区同时提供无线电台服务。因此，这种结构允许多个并发无线电台提供相同的技术的多个无线电台，在相同的频段提供差异化服务。以S＝4个扇区为例，每个扇区两对无线电台，并且所有无线电台工作在同一频带，例如在5GHzWiFi频带，这允许第一扇区向同一频带内的两个非重叠信道并发提供服务，第二扇区向同一频带内的两个非重叠信道并发提供服务，第三扇区向同一频带内的两个非重叠信道并发提供服务，第四扇区向同一频带内的两个非重叠信道并发提供服务。应该理解的是，通过接口矩阵206或通过对可配置天线207的重新配置且允许通用可变AP的负载平衡来使无线电台从一个扇区向备用扇区专用地分配或重新分配。因此通用可变AP的一个显著特征是，只需要很少的扇区就能提供相同的容量，例如4个扇区，每个扇区两个在同一频带上的两个分离的信道操作的无线电台并发操作，而在现有技术中需要8个扇区，其中每个扇区一个幺正无线电台，才能在同一信道计划的所有无线电台并发操作。
本发明的一种无线接入设备管理器实现了把特定的无线电台专用地分配及重分配到特定的天线且配置该天线的方法。以下无线接入设备管理器也被称为管理程序。管理程序可以以软件，硬件或软件和硬件的组合来实现。管理程序可以实现为存储在非临时性计算机可读存储介质(例如内存、硬盘、闪存)中的指令，其中，当由一个或更多的硬件处理器，例如服务器计算机上执行指令，能使一个或更多的硬件处理器执行操作。这些操作包括但不限于：对无线电台池203内的多个无线电台205、接口矩阵206、天线资源池204内的多个可配置天线207进行优化分配和配置，以及将无线设备关联到无线电台池203内的无线电台205以最大限度地利用可用频谱，提供无线电台源的优化利用和提供多种网络服务。管理程序的决策基于在一个或更多的输入，例如，来自多个其他无线电台的多个无线电台205的测定的射频信号、来自用户的服务需求的流量和质量、服务提供商所需的网络配置和覆盖范围、无线电台池203内的多个无线电台205的功能、无线电台池203内的无线电台205的数量、接口矩阵206的功能、天线资源池204内的多个可配置天线207的性能、天线资源池204内的可配置天线207的数量、即要连接到无线电台的无线设备的功能等。管理程序用来作决定的信息可适用到通用可变AP200，管理程序实现或来自其他通用可变AP200，或两者的组合。管理程序可以完全在处理器资源池局部实现，或者在一个群集内排列的多个通用可变AP200上分布式实现，以及可选的远程服务器上。当管理程序的全部功能在多个其他通用可变AP200或远程服务器上实现时，通信接口和处理器用于接收和解释来自其他网络实体的消息，且将来自通用可变AP200的消息向其它网络实体发送。
我们可以理解使用在图2A中所示的通用可变AP200的架构作为一个具体实施方式，每个天线207是带有图3所示的辐射图案的可配置的天线，并且每个无线电台是WiFi802.11n无线电台，可以克服现有技术的所有限制。我们也可以理解，所公开的架构是可变的和可扩展的：容量和特性可根据不同的部署和客户的要求自定义。通用可变AP200的概念提供了无限的可能配置情况：AP的架构不再是对新的服务的部署和最大的频谱利用的限制。
现在我们公开了实施方式的具体例子，以图示的方式，来示出所公开的架构的可变性。
在图4所述的通用AP单元401的配置中，通用可变AP单元401具有S＝4个空间扇区402到405，M＝8个无线电台和L＝22个可配置天线。所有无线电台都是802.11n模式。处理器资源池由四个处理器构成且所述通信接口是带有以太网交换机的1Gb以太网物理端口。在本实施方式中天线资源池被分离成两个阵列：一个在单元的前面，另一个在单元的背面。每个天线阵列包括11个可配置天线，其中两个在2.4GHz频段和九个在5GHz频段操作。每个天线阵列的可配置天线可以生成如图5所示的辐射图案501和502。宽边角位于每个辐射图案的底部(辐射图案501的503和辐射图案502的504)。接口矩阵是幺正接口矩阵且包括：固定的互连和图6给出的可能的通用可变AP。
对于该特定实施方式的管理程序可以实现多种配置。例如可以启用四个无线电台且多个可配置天线配置为使单个5GHz的无线电台覆盖扇区402～405中的每个扇区。另一个例子是启用八个无线电台且多个可配置天线配置为使两个无线电台覆盖扇区402～405中的每个扇区。与配置为覆盖同一个扇区的多个可配置天线相关的两个无线电台的配置可以不相同。在另一实施例中，启用八个无线电台且多个可配置天线配置为使三个无线电台与配置为覆盖前右扇区404的多个可配置天线相关联，一个无线电台与配置为覆盖前左扇区405的多个可配置天线相关联，三个无线电台与配置为覆盖后右扇区402的多个可配置天线相关联，一个无线电台与配置为覆盖后左扇区403的多个可配置天线相关联。无线电台的配置可以不相同。我们可以理解本实施例提供了大量的可能的配置，以适应通用可变AP401单位的资源，以满足瞬时流量的需求，有效地管理网络的干扰，利用可用频谱，并尽量减少单元的能耗。通用可变AP401单元可以配置成具有与配置为覆盖相同的扇区402到405且配置为用于不同的服务和功能的多个可配置天线相关联的多个无线电台。
在图7中示出通用可变AP701单元的另一个实施方式。其包括M＝8个无线电台，其中两个是802.11n无线电台，六个是802.11ac无线电台。天线资源池包括L＝22个天线。如图8所示两组两个可配置天线801(图2中的207)工作在2.4GHz频带，每个提供三种配置802至804。当两组可配置先天的辐射图案802装在通用可变AP701时每隔180°偏移。对应于辐射图案802的辐射图案示出为辐射图案702和703，分别对应两组两个可配置天线801中的每一组。如图3所示两组三个可配置天线301工作在5GHz频带，每个提供七种配置302至309。对应于辐射图案302的辐射图案示出为辐射图案704和705，分别为两个组的三可配置天线801。如图8所示，四个组的三可配置天线801的在5GHz频带上运行，每个可配置天线提供三种配置802至804。安装在通用灵活的AP701时，四组可配置天线802的辐射图案以90°每个偏移。由辐射图案示出对应于该辐射图案802的辐射图形706，707，708和709，分别为每四组三个可配置天线801的处理器资源池由四个处理器和所述通信接口是一个10千兆以太网物理端口的以太网交换机。单元结构的一个例子在图9中给出。单元可以被配置成具有与配置为具有覆盖重叠角度区域和配置为不同的服务和功能配置的天线的多个相关联的无线电台的多个。
本实施方式的特点是，管理程序可以配置多个可配置天线的每个发送或接收。例如，分配给通用可变AP1001的无线电台8的三个可配置天线301中的每一个都可按如图3所示的七个配置302至308中的一个进行配置。为了简化说明，倾向于只考虑如图10所示的三个天线中的一个的配置。对于信标或无源上行链路接收(即从非目标用户接收)，可配置天线以图3中的配置1302进行配置。此处的无线电台8提供360°辐射图案1004覆盖。当向给定用户进行发送或有针对性的接收时，可配置天线301可以以七种配置302至308中的任意一种和选定的偏振进行配置以改善链路质量，降低网络的干扰。例如，传输到用户A1002可以使用优化可配置天线辐射图案1005，传输到用户B1003可以使用优化可配置天线辐射图案1006。对于MIMO传输，在这个例子里多个天线可独立配置。如在实施例的方式中，对于3×3MIMO无线电台，传输到用户A1002可以使用用于MIMO阵列的第一可配置天线301的优化可配置天线辐射图案303，使用用于MIMO阵列的第二可配置天线301的优化可配置天线辐射图案305，并使用用于MIMO阵列的第三可配置天线301的优化可配置天线辐射图案308。需要注意的是，对于管理程序为每个发送或接收对多个可配置天线进行配置的可能性并不限定于室内环境，也可以在其他环境，如室外、体育场馆、城镇环境、组合环境、运动场等。具体而言，因为AP的可变性能够适应安装现场的要求，管理程序和通用可变AP的前安装成本负担较低。
图11示出管理程序如何用作对通用可变AP1101的无线电台和天线资源池进行管理来作为流量需求和射频干扰的一个功能。在低流量的情况下，与配置为360°覆盖1102的多个可配置天线相关联的单个无线电台被用于降低网络干扰和降低通用可变AP1101的功耗。作为实施例中的一种方式，随着流量的增加，管理程序可以启动额外的无线电台且对于辐射图案1103至1105相关联的多个可配置天线进行优化配置。对于在给定方向高流量需求，管理程序也可以添加多个无线电台且对相关联的多个可配置天线进行配置以在同一扇区1106和1107内辐射，同时与多个可配置天线相关联的其他无线电台配置为覆盖不同的扇区1108和1109。
图12示出了一个扇区内的多个无线电台如何用于为通用可变AP1201提供差异化服务。以与配置为在扇区1203内辐射的多个可配置天线相关联的无线电台为最佳服务或游客用户进行服务。该无线电台使用能承受来自在同信道频带传输的相邻的蜂窝网络和/或其他网络1206的高干扰的信道。该无线电台还可以配置为使用更小的带宽。干扰或高流量不会阻止向用户1205提供连接，但会降低向用户1205提供的服务质量。同时，以与配置为在扇区1204内辐射的多个可配置天线相关联的不同的无线电台为差异化用户1202提供服务。该无线电台配置为使用干扰较少的不同的信道，以较高的功率传输，允许较少的用户，只允许快速客户，并且进一步采用信道复用。与此无线电台相关的差异化用户1202因而有较高的服务质量(QoS)保证。
如图13所示的通用可变AP1301单元的另一个实施方式被命名为室外组合单元。该通用可变AP1301室外组合单元集成了LTE、2.4GHz和5GHz的WiFi和无线网状回程技术。无线电台资源池包括：两个LTE无线电台、两个WiFi802.11n无线电台、两个802.11ac的无线电台和两个大功率UNII-3的802.11ac无线电台。LTE无线电台可以仅为射频收发信机，在这种情况下，无线电台充当LTE远程无线电台头单元且它们使用CPRI通信接口来接收和发送样本，或者为与多个处理器共同工作的实施方式，完整的功能和功能所需的协议作为完整的LTE小型蜂窝网络。在天线资源池内的可配置天线包括：2.4GHz和5GHz的可配置天线、覆盖700-900MHz和1700-2100MHz的LTE频带的可配置天线、和窄束电子转向可配置天线。作为在图13示出的两个通用可变AP1301室外组合单元的不同技术的多个天线覆盖扇区1302至1306的配置的一个例子，窄束电子转向可配置天线可用于在许可或未许可波段使用任意合适的无线电台技术的两个或更多的通用可变AP组合单元1301之间的无线网状回程1305，或者提供对于高服务需求区域，例如热点，或低覆盖区域，例如盲区1306，的无线覆盖。该单元可以被配置为具有重叠覆盖范围的无线电台，这些无线电台为不同的服务和功能而配置，它可以实现每个用户的辐射图案和偏振选择以优化链路质量和干扰最小化。多技术实现不限于户外环境，并且可以在其他环境中应用，如室内、体育场馆、城镇等。
图14示出了一个实施方式，其中管理程序在云端服务器1402和可选的硬件无线局域网控制器1403实现。云端管理程序1402接收关于流量测量、射频测量、会话服务、客户端设备的功能、通用可变AP1401的功能，通用可变AP1401的当前配置等的消息，来自多个通用可变AP1401的消息通过骨干网传输，骨干网一般含有常见的网络元件，例如交换机或路由器。基于这些信息和基于来自实现在例如硬件无线局域网控制器1403的网络管理器的服务需求，管理程序查找特定无线电台205到特定可配置天线207的优化分配且对如此分配在通过可变AP中的每一个的可配置天线207进行分配。云端管理程序1402然后通过骨干网1404将无线电台资源池203、接口矩阵206和天线资源池203的配置命令发送给通用可变AP1401。
图15示出了一个实施方式，其中管理程序分布于通用可变AP1501单元的簇1506且顶层管理程序功能在云端服务器1502实现。顶层云端管理程序1502为顶层网络配置和监控负责。下面的管理功能来自通用可变AP1501内的硬件无线局域网控制器1403：移动管理，流量监控和整形。通用可变AP1501单元相互之间通过虚拟通信链路1503相互通信，虚拟通信链路1503通过骨干网络1504建立于通用可变AP1501之间，实现了分布式管理程序，以支持通用可变AP1501无线电台和天线资源池的有效管理和配置以及移动管理。每个通用可变AP1501可以通过骨干网1504内的来自已知邻近的通用可变AP1501的广播消息、通过顶层管理程序1502内的云端控制器信息或空中测量了解通用可变AP1501出现在网络中。多个通用可变AP1501组织起来成为簇1505，并选择一个通用可变AP1501作为簇头1506。
在分布式管理程序实现的一个可能的实施方案中，簇头1506收集有关流量测量、射频测量、会话服务、客户端设备的功能、通用可变AP1501的功能、通用可变AP1501当前配置等的消息，消息从在其簇1505内的多个通用可变AP1501发送。其也可以接收与来自网络中其它簇头1506或网络中通用可变AP1501或顶层管理程序1502的信息相同或为其子集的信息。通用可变AP1501只直接或通过簇头1506将必须信息报告给云端顶层管理程序1502(用于计费信息、交通概况、单元状态等的流量)。云端顶层管理程序1502向簇头1506提供网络配置、用户信息、QoS等级等。基于这些信息，管理程序查找特定无线电台205到特定可配置天线207的优化分配且对如此分配在簇1505内的可变AP1501中的每一个的可配置天线207进行分配。簇头1506然后通过虚拟链路1503将无线电台资源池203、接口矩阵206和天线资源池203的配置命令发送给簇1505内的通用可变AP1501。也可将该配置或其子集通过骨干网与其他簇头1506或网络内的通用可变AP1501或顶层管理程序1502通信。
在另一个可能的实施方案中，在簇1505内没有簇头。簇1505内的部分或全部的通用可变AP1501交换有关流量测量、射频测量、会话服务、客户端设备的功能、通用可变AP1501的功能、通用可变AP1501当前配置等的消息，消息从在其簇1505内的多个通用可变AP1501发送。簇1505内的通用可变AP1501也可以接收与来自网络中其它簇头1506或网络中通用可变AP1501或顶层管理程序1502的信息相同或为其子集的信息。云端顶层管理程序1502向簇头1506提供网络配置、用户信息、QoS等级等。通用可变AP1501只直接将必须信息报告给云端顶层管理程序1502(用于计费信息、交通概况、单元状态等的流量)。基于那些信息，在簇1505内的每个通用可变AP1501的管理程序的实例查找特定无线电台205到特定可配置天线207的优化分配且对如此分配在实现了超过功能管理器的实例的、或在簇1505内的通用可变AP1501中、或上述两者、或不在簇1505内的通用可变AP1501中的可配置天线207进行分配。簇1505内的通用可变AP1501然后通过虚拟链路1503交换信息，从而对簇1505内的所有通用可变AP1501中的无线电台资源池203、接口矩阵206和天线资源池203进行优化配置。也可将簇1505内的部分或所有通用可变AP1501的配置或其子集通过骨干网与其他簇头1506或其他通用可变AP1501或顶层管理程序1502通信。
第三个实施方式是上述两个实施方式的混合，在簇1505内有指定的簇头1506。簇头1506能实现管理程序功能的一个较大的子集，例如与网络内的其他通用可变AP1501的其他簇头1506通信，或决定要在簇1505内的所有通用可变AP1501中启用的无线电台。
图16是用于对无线系统内的无线电台和天线源进行配置的示例性的处理过程1600的流程图。处理过程1600可通过在图2A中所述的架构200来实现。
在一些实现方式中，处理过程1600可以如此开始：参照图2A所述，由无线接入设备的一个或更多的处理器将无线接入设备的多个可独立配置的无线电台分配给无线接入设备的多个可独立配置的天线(1602)。然后继续处理过程1600，参照图2A所述，使多个无线电台与多个可独立配置的天线接入互联(1604)。然后继续处理过程1600，参照图2A所述，配置可独立配置的天线以具有不同的天线特性(1606)。

Claims (47)

1.一种无线接入设备，其特征在于，包括：
包括多个可独立配置的无线电台的无线电台资源池；
耦合到所述无线电台资源池的接口矩阵，该接口矩阵配置为使多个无线电台与多个可独立配置的天线互联；以及
耦合到所述接口矩阵的天线资源池，该天线资源池包括多个可独立配置的天线。
2.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
进一步包括处理器资源池，该处理器资源池包括一个或更多的处理器，该一个或更多的处理器用于对所述无线电台、接口矩阵和天线进行配置。
3.根据权利要求2所述的无线接入设备，其特征在于，
进一步包括耦合到所述处理器资源池的通信接口，该通信接口配置为从网络接收和发送信息，从而把特定的无线电台专用地分配和重分配到特定的可配置天线并且配置如此分配的天线。
4.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
进一步包括耦合到一个或更多的所述无线电台的通信接口，该通信接口配置为从网络接收和发送信息，从而把特定的无线电台专用地分配和重分配到特定的可配置天线并且配置如此分配的天线。
5.根据权利要求3所述的无线接入设备，其特征在于，
一个或更多的无线电台直接连接到所述通信接口。
6.根据权利要求2所述的无线接入设备，其特征在于，
一个或更多的无线电台连接到单个处理器。
7.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
多个无线电台分配给一个空间扇区且配置为向该一个空间扇区提供服务。
8.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
所述接口矩阵配置为允许所述无线电台资源池内的无线电台的所有、部分或单个射频(RF)端口与所述天线资源池内的所有、部分或单个可配置天线互联。
9.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
所述天线资源池内的一个或更多的天线包括平面天线，平面天线用于使辐射图案或偏振动态配置为辐射到一个或更多的空间扇区。
10.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
所述天线资源池包括波束成形天线阵列。
11.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
一个或更多的天线是行波天线。
12.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
一个或更多的天线是平面天线。
13.根据权利要求11所述的无线接入设备，其特征在于，
一个或更多的行波天线是漏波天线。
14.根据权利要求13所述的无线接入设备，其特征在于，
一个或更多的漏波天线是超颖材料漏波天线。
15.根据权利要求11所述的无线接入设备，其特征在于，
多于一个的行波天线配置为至少两个波束重叠。
16.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
所述天线资源池包括一个或多更多的天线阵列，每个阵列包括多个可配置天线。
17.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
还包括工作在不同频率上的可配置天线。
18.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
还包括实施多于一种无线技术的多个无线电台。
19.根据权利要求16所述的无线接入设备，其特征在于，
所述阵列内的可配置天线是平面天线且制造在印刷电路公板上。
20.根据权利要求2所述的无线接入设备，其特征在于，
所述处理器资源池、无线电台资源池和接口矩阵位于一个物理单元内，并且所述天线资源池位于该物理单元外部。
21.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
多于一个的无线电台和对于一个的天线配置为向一个或更多的空间扇区提供不同的服务。
22.根据权利要求1所述的无线接入设备，其特征在于，
所述无线电资源池和天线资源池基于流量需求和射频(RF)干扰的功能进行配置。
23.一种在无线系统中对无线电台和天线源进行配置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将无线接入设备的多个可独立配置的无线电台分配给所述无线接入设备的多个可独立配置的天线；
通过所述无线接入设备的接口矩阵进行互联，将所述多个无线电台分配给所述多个可独立配置的天线；以及
对所述可独立配置的天线进行动态配置，使射频辐射到一个或更多的空间扇区。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过所述无线接入设备的通信接口从网络接收和发送信息，从而把特定的无线电台专用地分配和重分配到特定的可配置天线且配置如此分配的天线。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将多个无线电台动态分配给一个空间扇区；以及
对所述无线电台进行配置以向所述一个空间扇区提供不同的服务。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过所述接口矩阵允许所述无线电台资源池内的无线电台的所有、部分或单个射频(RF)端口与所述天线资源池内的所有、部分或单个可配置天线互联。
27.一种带有可配置无线电台和天线源的无线系统，其特征在于，包括：
配置为运行管理程序程序的远程服务器计算机；
耦合到所述远程服务器计算机的网络；以及
多个耦合到所述网络的无线接入设备，每个无线接入设备包括：
包括多个可独立配置的无线电台的无线电台资源池；
耦合到所述无线电台资源池的接口矩阵，该接口矩阵配置为使多个无线电台与多个可独立配置的天线互联；以及
耦合到所述接口矩阵的天线资源池，该天线资源池包括多个可独立配置的天线。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，
进一步包括处理器资源池，该处理器资源池包括一个或更多的处理器，该一个或更多的处理器用于对无线电台、接口矩阵和天线进行配置。
29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，
进一步包括耦合到所述处理器资源池的通信接口，该通信接口配置为从网络接收和发送信息，从而把特定的无线电台专用地分配和重分配到特定的可配置天线且配置如此分配的天线。
30.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，
所述管理程序至少部分地由多个无线接入设备中的一个来实现。
31.一种无线接入设备，其特征在于，包括：
配置为将多个无线电台分配给一个或更多的空间扇区的无线电台资源池，多个无线电台中的每个都提供射频通信信号；以及
耦合到所述无线电台资源池的天线资源池，该天线资源池包括独立地配置为将至少一个射频通信信号辐射到至少一个空间扇区的多个平面天线。
32.根据权利要求31所述的无线接入设备，其特征在于，
至少两个所述无线电台配置为向一个共同的或多于一个的空间扇区提供不同的服务。
33.根据权利要求31所述的无线接入设备，其特征在于，
至少两个所述无线电台配置为使用不同的射频通信技术提供射频通信信号。
34.根据权利要求31所述的无线接入设备，其特征在于，
进一步包括处理器资源池，该处理器资源池包括一个或更多的处理器，该一个或更多的处理器用于对所述无线电台资源池和天线资源池进行配置。
35.根据权利要求34所述的无线接入设备，其特征在于，
进一步包括耦合到处理器资源池的通信接口，该通信接口配置为从网络接收和发送信息，从而把特定的无线电台专用地分配和重分配到特定的可配置天线且配置如此分配的天线。
36.根据权利要求31所述的无线接入设备，其特征在于，
进一步包括耦合到一个或更多的无线电台的通信接口，该通信接口配置为从网络接收和发送信息，从而把特定的无线电台专用地分配和重分配到特定的可配置天线且配置如此分配的天线。
37.根据权利要求34所述的无线接入设备，其特征在于，
多于一个的无线电台连接到单个处理器。
38.根据权利要求31所述的无线接入设备，其特征在于，
多个无线电台分配给一个空间扇区且配置为同时对该一个空间扇区提供服务。
39.根据权利要求31所述的无线接入设备，其特征在于，
一个或更多的平面天线是行波天线。
40.根据权利要求31所述的天线接入设备，其特征在于，
一个或更多的平面天线是漏波天线。
41.根据权利要求40所述的天线接入设备，其特征在于，
一个或更多的漏波天线是超颖材料漏波天线。
42.根据权利要求34所述的天线接入设备，其特征在于，
所述处理器资源池和无线电台资源池位于一个物理单元内，天线资源池位于物理单元外部。
43.根据权利要求31所述的天线接入设备，其特征在于，
所述天线资源池包括一个或多更多的天线阵列，每个阵列包括多个可配置天线。
44.根据权利要求43所述的天线接入设备，其特征在于，
至少一个天线阵列制造在印刷电路公板上。
45.根据权利要求31所述的天线接入设备，其特征在于，
还包括工作在不同频率上的可配置天线。
46.根据权利要求31所述的天线接入设备，其特征在于，
还包括实施多于一种无线技术的多个无线电台。
47.根据权利要求31所述的天线接入设备，其特征在于，
至少两个所述空间扇区重叠。
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