BRPI0415521B1 - Método de comunicação em uma rede de comunicação sem fio e estação correspondente - Google Patents

Método de comunicação em uma rede de comunicação sem fio e estação correspondente Download PDF

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Abstract

"método de comunicação em uma rede de comunicação sem fio, estação e rede correspondentes". a invenção diz respeito a um método de comunicação em relação a estações de transmissão/recepção (1, 2) em uma rede de comunicação sem fio, em cujo método, primeiros quadros multirreceptores (rts, cts) são trocados entre uma estação e uma pluralidade de outras estações, e segundos quadros monorreceptores (data, ack) são trocados entre uma estação de transmissão e uma estação de recepção, os primeiros quadros sendo transmitidos de uma maneira onidirecional. de acordo com a invenção, os segundos quadros são transmitidos de uma maneira direcional a fim de aumentar a capacidade total da rede. além disso, a transmissão de uma maneira onidirecional é efetuada em um modo mais robusto do que a transmissão de uma maneira direcional.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
A invenção diz respeito a um método de comunicação com relação a estações de transmissão/recepção (1, 2) em uma rede de comunicação sem fio, em cujo método, primeiros qua-dros multirreceptores são trocados entre uma estação e uma pluralidade de outras estações e segundos quadros monorre- ceptores são trocados entre uma estação de transmissão e uma estação de recepção, os primeiros quadros sendo transmitidos de uma maneira onidirecional.
A invenção se destina mais particularmente a uma rede de comunicação sem fio de empresa ou doméstica que usa, por exemplo, o padrão americano IEEE 802.11a/g ou o padrão europeu Hiperlan/2 do ETSI. (European Telecommunications Standards Institute).
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
O desempenho de comunicação sem fio é limitado, principalmente em um espaço fechado, pela atenuação da po-tência do sinal com distância, ruído, interferência com ou-tro equipamento elétrico, e também pelo efeito de multicami- nho devido à reflexão das ondas nos obstáculos tais como pa-redes. Estes problemas de desempenho são expostos no artigo “System Applications for Wireless Indoor Communications”, da A.S. Acampora, publicado em agosto de 1987 no “IEEE communi-cations magazine - volume 25, No. 8”.
No padrão IEEE 802.11a/g, as comunicações entre as estações fixas ou móveis da rede, mais particularmente com- putadores e pontos de acesso (ou nós da rede)t são efetuadas pela transferência de: - quadros de controle, de pequenos tamanhos, tais 4 como os assim chamados quadros "RTS" e "CTS", significando respectivamente "Solicitação para Enviar" e "Permissão para Enviar", usados para controlar o acesso ao meio, e "ACK" significando "Acusar Recebimento" para confirmar a recepção dos dados, - quadros de dados, assim chamados quadros "DATA", 10 usados para a transmissão dos dados e possivelmente contendo uma grande quantidade de informação, - e quadros de gerenciamento usados para trocar ' informação de gerenciamento de rede que são transmitidos do mesmo modo que os quadros de dados.
O mecanismo de acesso básico entre as estações, chamado "DCF" ("Função de Coordenação Distribuída"), segue o protocolo "CSMA/CA" ("Múltiplo Acesso com Verificação de I Portadora com Prevenção de Colisão") descrito a seguir, para evitar colisões entre quadros: - Uma primeira estação que deseja despachar dados para uma segunda estação transmite um quadro RTS para todas as estações localizadas em seu campo de transmissão, para reservar seus meios de comunicação por certo período, enquanto indica a fonte, o destino e a duração da transação. - A segunda estação responde, se o meio estiver livre, a todas as estações em seu campo de transmissão para sinalizar sua aceitação da transferência de dados com um quadro CTS, contendo a mesma informação que o quadro RTS. - Todas as estações sem ser as duas estações que estão se comunicando, tendo recebido pelo menos um dos quadros RTS ou CTS configuram, com base na informação recebida, um "WAV" ("Vetor de Alocação de Rede"), que é por assim dizer um período durante o qual eles param todas as atividades de maneira a não perturbar a transferência de dados. - Após o recebimento do quadro CTS, a primeira estação despacha os dados a ser transferidos para a segunda estação em um ou mais quadros DATA. - A segunda estação recebe os dados e despacha um quadro ACK para a primeira estação para sinalizar o recebimento. correto dos dados.
Os quadros RTS e CTS são quadros multirreceptores que têm que ser recebidos por todas as estações da rede que estão propensas a se comunicar com as duas estações, enquanto os quadros DATA e ACK são quadros monorreceptores que têm que ser recebidos somente pelas duas estações que estão se comunicando.
Atualmente, em uma rede de comunicação sem fio, cada estação da rede usa antenas onidirecionais para despachar todos os tipos de quadros indicados acima. A extensão da cobertura, a robustez da rede e a capacidade total de transferência de dados dependem do modo de transmissão utilizado pela camada física da antena. Estes modos físicos são definidos pelos seus tipos de modulação e suas taxas FEC (significa "Correção Antecipada de Erro"). Para os padrões IEEE 802.11a/g e o padrão Hiperlan/2, estes modos são definidos pelas tabelas 1 e 2 com suas capacidades totais. Em cada tabela, os modos são classificados do modo mais robusto (menor capacidade total) para o modo menos robusto (maior capacidade total) . Em um dado tipo de modulação (por exemplo, BPSK) , os modos sao classificados da menor taxa FEC 5 (por exemplo, 1/2 BPSK) para a maior taxa FEC (por exemplo, 3/4 BPSK) Tabela 1 - Hiperlan/2
Figure img0001
Tabela 2 - IEEE 802.11a/g
Figure img0002
Estes padrões usam uma modulação OFDM, desta ma- neira, os modos dados anteriormente correspondem à modulação das subportadoras.
Quanto mais extensa a cobertura, tanto maior o número de comunicações robustas que são configuradas, e tanto s menor a capacidade total. Quando uma comunicação é feita em modo robusto, por exemplo, 1/2 BPSK, a cobertura é extensa, porém a capacidade total é baixa, enquanto que, quando uma comunicação é feita em modo elevado, por exemplo, 3/4 64QAM, a capacidade total é maior, porém a cobertura é restringida (ver padrão IEEE 802.11a/g para outros modos de transmis- são) . Consequentemente, uma rede de comunicação sem fio com estações equipadas com antenas onidirecionais exibe cobertura limitada e uma capacidade total de comunicação relativamente baixa. Além disso, as comunicações estão sujeitas aos efeitos de multicaminho que degradam a operação da rede. A- lém do mais, são conhecidos certos sistemas que usam diver- sidade de antena na recepção para melhorar o desempenho.
SUMARIO DA INVENÇÃO
O objetivo da invenção é melhorar as comunicações em uma rede de comunicação sem fio, tal como indicado ante- riormente, pelo aumento da capacidade total da rede de uma maneira geral.
Mais particularmente, a invenção é um método de comunicação com relação a estações de transmissão/recepção em uma rede de comunicação sem fio, em cujo método, primei- ros quadros multirreceptores são trocados entre uma estação e uma pluralidade de outras estações e segundos quadros mo- norreceptores são trocados entre uma estação de transmissão e uma estação de recepção. Os primeiros quadros são transmi- tidos de uma maneira onidirecional. Os segundos quadros são transmitidos de uma maneira direcional. Com o método de comunicação de acordo com a invenção, a transmissão onidire- x cional (tanto quando transmitindo como recebendo) é efetuada em um modo mais robusto do que a transmissão direcional.
De acordo com um recurso adicional do método de acordo com a invenção, a transmissão mais robusta é efetuada com uma menor capacidade total do que a transmissão menos robusta. Com o método de comunicação de acordo com a inven- ção, cada estação da rede é equipada com uma antena onidirecional para a transmissão dos quadros RTS e CTS, em particular, e com uma ou mais antenas direcionais para a transmissão dos quadros DATA e ACK. Este arranjo proporciona um au- . mento na capacidade total e na qualidade da comunicação en- tre as estações e, em particular, intensifica a capacidade total das mensagens monorreceptoras.
Com o método de comunicação de acordo com a inven- I ção, os quadros monorreceptores são modulados por uma modu lação com um primeiro número de fases, os quadros multirre- ceptores são modulados por uma modulação com um segundo número de fases, e o primeiro número de fases é maior do que o segundo número de fases.
Preferivelmente, os quadros monorreceptores são modulados por uma modulação com mais do que duas fases e os quadros multirreceptores são modulados por uma modulação de duas fases.
De acordo com um recurso adicional do método de acordo com a invenção, os quadros monorreceptores são codi- ficados com uma primeira taxa de correção antecipada de er-ro, os quadros multirreceptores são codificados com uma segunda correção antecipada de erro, e a primeira taxa é maior do que a segunda taxa.
De acordo com uma modalidade particular da inven- ção, os quadros monorreceptores e os quadros multirrecepto-res são modulados pela mesma modulação.
De acordo com um outro aspecto da invenção, a transmissão está em conformidade com um dos padrões perten- centes ao conjunto que compreende: - Hiperlan tipo 2; e - IEEE 802.11a
A transmissão pode estar adicionalmente em confor-midade com IEEE 802.11g. A invenção se estende até uma estação de transmis são e/ou recepção para uma rede de comunicação sem fio. A estação é planejada para transmitir e/ou receber quadros I multirreceptores de uma maneira onidirecional e para trans mitir e/ou receber quadros monorreceptores de uma maneira direcional. Mais precisamente, a estação compreende dispositivos para transmitir e/ou receber quadros multirreceptores de uma maneira onidirecional e dispositivos para transmitir e/ou receber quadros monorreceptores de uma maneira direcional, a transmissão de uma maneira onidirecional sendo efetu- ada de um modo mais robusto do que a transmissão de uma maneira direcional.
De acordo com uma modalidade da invenção, a esta-ção é adaptada para transmitir e/ou receber quadros monorre- ceptores que são modulados por uma modulação com um primeiro número de fases e quadros multirreceptores que são modulados por uma modulação com um segundo número de fases, o primeiro número de fases sendo maior do que o segundo número de fa- ses.
De acordo com uma modalidade particular da invenção, a estação é adaptada para transmitir e/ou receber quadros monorreceptores que são modulados por uma modulação com mais do que duas fases e quadros multirreceptores que são modulados por uma modulação de duas fases.
De acordo com uma modalidade da invenção, a estação é adaptada para transmitir e/ou receber quadros monorreceptores que são codificados com uma primeira taxa de correção antecipada de erro e quadros multirreceptores que são codificados com uma segunda correção antecipada de erro, a primeira taxa sendo maior do que a segunda taxa.
De acordo com uma modalidade particular da invenção, a estação é adaptada para transmitir e/ou receber quadros monorreceptores e quadros multirreceptores que são mo- dulados pela mesma modulação.
A estação de transmissão/recepção de acordo com a invenção compreende pelo menos uma antena onidirecional e uma ou mais antenas direcionais, por exemplo, quatro antenas direcionais orientadas a 90° uma em relação à outra.
De acordo com um outro aspecto da invenção, as es tações são adaptadas para transmitir em conformidade com um dos padrões pertencentes ao conjunto que compreende: - Hiperlan tipo 2; e - IEEE 802.11a
As estações são adicionalmente adaptadas para transmitir em conformidade com IEEE 802.11g.
A invenção se estende adicionalmente a uma rede de comunicação sem fio que compreende uma ou mais tais estações de transmissão/recepção.
LISTA DE FIGURAS
O método e a estação de acordo com a invenção são descritos com mais detalhes a seguir e ilustrados pelos de- senhos.
A Figura 1 é um esquema que ilustra o método de comunicação em uma rede de comunicação sem fio de acordo com a invenção.
A Figura 2 ilustra muito diagramaticamente uma re- de usando o método de acordo com a invenção.
A Figura 3 mostra muito diagramaticamente uma es-tação equipada com quatro antenas direcionais e com uma an- tena onidirecional de acordo com a invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Está ilustrado na figura 1, por meio de um esquema muito diagramático, o método de comunicação sem fio de acordo com a invenção para a transferência de dados em alta capacidade total entre duas estações 1, 2. A estação 1 despacha um primeiro quadro multirreceptor RTS de uma maneira o- nidirecional (antena onidirecional 11). A estação 2 em res posta ao recebimento do quadro RTS (em sua antena onidirecional 21) despacha um quadro multirreceptor CTS. Em resposta ao recebimento do quadro CTS (em sua antena onidirecional 11) a estação 1 despacha um quadro monorreceptor DATA (pelo caminho de uma antena direcional 12). Em resposta ao recebimento do quadro DATA (em uma antena direcional 22), a estação 2 retorna um quadro monorreceptor ACK (antena 22) que é recebido pela estação 1 na antena 12.
Portanto, deve-se entender que com o método de a- cordo com a invenção, os quadros multirreceptores, tais como RTS e CTS, são despachados pelas estações da rede com a ajuda de antenas onidirecionais, enquanto que os quadros monor- receptores, tais como DATA e ACK, são despachados e recebidos pelas estações com a ajuda de antenas direcionais.
Está representada na figura 2 a topologia de uma rede de comunicação sem fio de acordo com a invenção com quatro estações 1, 2, 3 e 4. Certamente, uma rede de comuni- cação sem fio de acordo com a invenção pode compreender um maior número de estações. Esta figura representa a cobertura representada pelo círculo 5 que corresponde ao uso da antena onidirecional da estação 1 (e de uma estação de recepção u~ sando uma antena onidirecional) quando a estação 1 despacha o quadro multirreceptor RTS. Também está representada a cobertura representada pelo círculo 6 que corresponde ao uso da antena onidirecional da estação 2 (e de uma estação de recepção usando uma antena onidirecional) quando a estação 2 despacha o quadro multirreceptor CTS. Finalmente, está re- presentada a cobertura representada pela elipse 7 quando as estações 1 e 2 usam suas antenas direcionais para a transmissão dos quadros monorreceptores DATA e ACK.
As estações 1 a 4 podem ser computadores fixos ou móveis, pontos de acesso da rede ou aparelhos de áudio e vídeo .
Na comunicação entre as estações 1 e 2, a estação 3 recebe o quadro RTS que contém a informação na duração da comunicação entre as estações 1 e 2. Além disso, a estação 4 recebe o quadro CTS que também contém a informação a respeito da duração da comunicação entre as estações 1 e 2 em virtude da topologia de rede ilustrada na figura 2. Como conse- qüência, as estações 3 e 4 podem configurar uma NAV de tal modo a permanecerem inativas pelo menos durante a comunicação com as antenas direcionais entre as estações 1 e 2.
Certamente, as estações 1 e 2 devem usar algoritmos conhecidos para determinar a melhor antena direcional tanto para recepção como transmissão.
Em particular, a escolha da melhor antena direcional para transmissão e recepção pode ser baseada na análise de quadros de testes trocados entre as duas estações e de medição da potência do sinal recebido, com atualização de uma tabela em cada estação, onde uma antena direcional de uma estação está casada em correspondência com uma antena direcional da outra estação, as antenas direcionais das duas estações sendo utilizadas tanto para transmissão como para recepção.
O uso de antenas onidirecionais de acordo com um modo de baixa capacidade total de transmissão para despachar quadros multirreceptores, de pequenos tamanhos e por isso não necessitam ser transmitidos com uma alta capacidade total, permite cobertura muito boa da rede, limitando assim ao máximo a interferência e as colisões entre os quadros e permitindo outras redes vizinhas detectar atividades, estas últimas sendo assim capazes de mudar para um outro canal para realizar suas comunicações.
Além disso, o uso de antenas de transmis são/recepção direcionais de acordo com um modo de alta capacidade total para a transferência dos quadros monorreceptores, que são quadros de grandes tamanhos, torna possível aumentar a capacidade total de comunicação na rede. Além dis- so, em virtude de suas diretividades, as antenas direcionais melhoram as relações sinal-ruído e sinal-interferência e, consequentemente, melhoram o ganho da antena na transmissão e na recepção, resultando em uma melhoria total na comunicação na rede.
Uma estação tal como a estação 1 está representada muito diagramaticamente na figura 3, compreendendo uma antena onidirecional tal como a 11, representada simbolicamente por um círculo, e quatro antenas direcionais 12a, 12b, 12c e 12d que estão dispostas em um mesmo plano, porém orientadas a 90° uma em relação à outra.
A antena onidirecional 11 pode ser arranjada a fim de transmitir e/ou receber quadros multirreceptores no modo robusto de transmissão (por exemplo, quadros multirreceptores são modulados por uma modulação bifásica, por exemplo, 1/2 BPSK) e cada antena direcional 12a a 12d pode ser arran jada a fim de transmitir ou receber quadros monorreceptores em um modo maior (por exemplo, quadros monorreceptores são modulados por uma modulação com mais do que duas fases, por exemplo, QPSK, 8PSK, 3/4 16 ou 64QAM). Deve-se entender que a transmissão mais robusta é efetuada em uma menor capacidade total do que a transmissão menos robusta. Mais no geral, a transmissão mais robusta é baseada em um modo físico de menor capacidade total. Por exemplo, os quadros multirreceptores são modulados por um modo físico, por exemplo, 1/2 BPSK (resp. 1/2 QPSK), e quadros monorreceptores são modulados por um modo físico de maior capacidade total, por exemplo, 1/2 QPSK (resp. 3/4 QPSK, ou 3/4 16QAM, ou 2/3 64QAM, ou 3/4 64QAM).
Assim, de acordo com uma outra modalidade da invenção, os quadros multirreceptores são modulados por uma modulação de quatro fases, por exemplo, 1/2 QPSK (resp. 3/4 QPSK), e quadros monorreceptores são modulados por uma modulação com mais do que quatro fases, por exemplo, 1/2 16QAM (resp. 3/4 16QAM, ou 2/3 64QAM, ou 3/4 64QAM).
De acordo com uma outra modalidade da invenção, os quadros multirreceptores são modulados por uma modulação de quatro fases com uma menor taxa FEC, por exemplo, 1/2 QPSK (resp. 1/2 16QAM), e quadros monorreceptores são modulados por uma modulação de quatro fases com uma maior taxa FEC, por exemplo, 3/4 QPSK (resp. 3/4 16QAM).
Certamente, uma estação de acordo com a invenção pode compreender uma quantidade maior ou menor do que quatro antenas direcionais. Uma estação configurada para implementar o método de comunicação de acordo com a invenção permanece certamente compatível em relação a uma comunicação com estações que não aplicam o princípio de comunicação de acor- do com a invenção.
A invenção pode ser aplicada a outros padrões além dos padrões IEEE 802.11a/g ou Hiperlan/2, desde que as comu-nicações sejam efetuadas por meio de quadros multirrecepto-res e de quadros monorreceptores.

Claims (13)

1. Método de comunicação em relação a estações de transmissão/recepção (1, 2) em uma rede de comunicação sem fio, em cujo método, primeiros quadros multirreceptores (RTS, CTS) são trocados entre uma estação e uma pluralidade de outras estações, e segundos quadros monorreceptores (DATA, ACK) são trocados entre uma estação de transmissão e uma estação de recepção, os primeiros quadros multirrecepto- res (RTS, CTS) sendo transmitidos de uma maneira onidirecio- nal e os segundos quadros monorreceptores (DATA, ACK) sendo transmitidos de uma maneira direcional, CARACTERIZADO pelo fato de que os quadros monorreceptores são modulados mediante modulação com um primeiro número de fases e os quadros multirreceptores são modulados mediante modulação com um se-gundo número de fases, o primeiro número de fases sendo mai-or do que o segundo número de fases, e em que os quadros mo- norreceptores são codificados com um primeira taxa de corre-ção antecipada de erro e os quadros multirreceptores são co-dificados com um segunda taxa de correção antecipada de er-ro, a primeira taxa sendo maior do que a segunda taxa.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a transmissão mais robusta é efetuada em uma menor capacidade total do que a transmissão menos robusta.
3. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que os quadros monorreceptores são modulados por uma modulação com mais do que duas fases e em que os quadros multirreceptores são modulados por uma mo- dulação de duas fases.
4. Método, de acordo com reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os quadros monorreceptores e os quadros multirreceptores são modulados pela mesma modulação.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a transmissão é em conformidade com um dos padrões pertencentes ao conjunto que compreende: - Hiperlan tipo 2; e - IEEE 802.11a.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a transmissão é em conformidade com IEEE 802.11g.
7. Estação de transmissão e/ou recepção (1, 2, 3, 4) para uma rede de comunicação sem fio, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita estação compreende um dispositivo para transmitir e/ou receber quadros multirreceptores de uma ma-neira onidirecional e um dispositivo para transmitir e/ou receber quadros monorreceptores de uma maneira direcional,em que os quadros monorreceptores são modulados mediante modu-lação com um primeiro número de fases e os quadros multirre- ceptores são modulados mediante modulação com um segundo nú-mero de fases, o primeiro número de fases sendo maior do que o segundo número de fases, e em que os quadros monorrecepto- res são codificados com um primeira taxa de correção anteci-pada de erro e os quadros multirreceptores são codificados com um segunda taxa de correção antecipada de erro, a pri- meira taxa sendo maior do que a segunda taxa.
8. Estação, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que os quadros monorreceptores são modulados por uma modulação com mais do que duas fases e em que os quadros multirreceptores são modulados por uma mo-dulação de duas fases.
9. Estação, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que os quadros monorreceptores e os quadros multirreceptores são modulados pela mesma modulação.
10. Estação, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende pelo menos uma antena onidirecional (11) e uma ou mais antenas direcionais (12a, 12b, 12c, 12d).
11. Estação, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende quatro antenas di-recionais orientadas a 90° uma em relação à outra.
12. Estação, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a transmissão é em conformidade com um dos padrões pertencentes ao conjunto que compreende: - Hiperlan tipo 2; e - IEEE 802.11a.
13. Estação, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a transmissão é em conformidade com IEEE 802.11g
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