CN101536433A - 在无线多用户多跳中继网络中传送分组 - Google Patents

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Abstract

一种在中继网络中传送分组的方法。利用一组连接在一组移动台与中继站之间传送多个分组。各移动台与所述中继站之间有一个连接。所述多个分组被聚合于所述中继站与基站之间的单一连接上。

Description

在无线多用户多跳中继网络中传送分组
技术领域
本发明总体上涉及无线多用户移动网络，尤其涉及无线移动多用户多跳网络。
背景技术
正交频分复用(OFDM)是在许多无线网络(例如，根据IEEE802.11a/g和IEEE 802.16/16e标准设计的网络)的物理层(PHY)上使用的一种调制技术。OFDMA是基于OFDM的一种多址接入方案。在OFDMA中，将独立各组正交音(子信道)和时隙分配给多个收发机(用户)，以使该收发机能够并发通信。作为示例，IEEE 802.16/16e标准已采用OFDMA作为用于在低于11GHz的频率下的非视距(non-line-of-sight(NLOS))通信的多信道接入机制。
图1A示出了以引用的方式并入本文中的常规的基于OFDMA的蜂窝网络100，例如根据IEEE 802.16/16e标准的无线网络。该网络将操作限于点对多点的拓扑结构，其中只存在两种类型的网络实体，即基站(BS)和移动台(MS)。BS管理并且协调与连接101-103上的特定小区中的MS的所有通信。各MS仅与BS直接通信，并且只有BS与基础设施110或该网络的“主干”通信。也就是说，在MS与BS之间只有一跳。MS之间的所有通信必须经过BS。此外，在BS与各MS之间有一个连接。
由于针对某些频谱，信号强度会沿该连接显著减少，因此无线服务的覆盖区域通常为受限的地理大小。另外，阻滞和随机衰减常常导致接收不良的区域，甚至盲点区域。以往，这个问题已经通过按照较密集的方式配置BS得以解决。然而，尤其是BS的高成本以及它们之间干扰的潜在增加，使这种变得方法不那么理想。
如针对另选方法的图1B所示，可以使用基于中继的网络150。该网络括多个移动台(MS)和/或用户站(SS)。相对低成本的中继站RS扩展了该BS的范围。这些站中的一些(MS1和SS1)利用连接C1和C2与该BS直接通信。其它站(MS2、MS3及SS2)利用连接C3、C4、及C5与该RS直接通信，并且利用两跳经由对应的连接151与该BS间接通信。显然，该RS与BS(中继链路)之间的链路上的通信可能成为瓶颈。
为有效的改进，需要改进该中继站与基站之间的通信方式。
发明内容
一种在中继网络中传送分组的方法。利用一组连接，在一组移动台与中继站之间传送多个分组。在各移动台与所述中继站之间有一个连接。所述多个分组聚合于所述中继站与基站之间的单一连接上。
附图说明
图1A是现有技术无线移动网络的示意图；
图1B是现有技术无线移动中继网络的示意图；
图2是根据本发明的一个实施方式的无线移动中继网络的示意图；
图3是现有技术OFDMA帧的框图；
图4是根据本发明的实施方式的OFDMA帧的框图；
图5是现有技术DL_MAP_IE的格式的框图；
图6-8是根据本发明的一个实施方式的UL_MAP_E的格式的框图；
图9是根据本发明的一个实施方式的增强封装的格式的框图；
图10是根据本发明的实施方式的具有分片的增强封装的格式的框图；
图11是根据本发明的一个实施方式的EP-SH消息的定义表。
具体实施方式
定义
为了阐明并描述本发明，在本文中定义并相应地使用如下术语。
基站(BS)
用于提供用户设备与基础设施或网络主干之间的无线通信的设备。
用户站(SS)
用于提供用户设备与基站(BS)之间的通信的通用设备组。
移动台(MS)
要在移动中或者在不特定位置处使用的无线收发器。除非另外具体指明，否则该MS总是用户站(SS)。
中继站(RS)
一种无线收发器，其功能是在其它站之间对数据和控制信息进行中继，以执行支持多跳通信的处理。
连接
在物理层，连接从一个站的RF发送器经由一个或更多个发送天线出发，通过无线信道，再经由一个或者更多个接收天线到另一个站的RF接收器。物理上，该连接利用预定组的子信道和时隙来传送RF信号。在逻辑层，连接中所关注的部分从该发送器中协议栈的介质访问层(MAC)出发，到达该接收器的介质访问层。逻辑上，该连接承载该数据和控制信息作为单一比特流。
MAC服务数据单元(MSDU)
在给定层的协议中规定的数据集，该数据集包括该层的协议控制信息，并且可能包括该层的用户数据。
MAC协议数据单元(MPDU)
协议的给定层的协议数据单元，该协议数据单元包括来自更高层的服务数据单元和该层的协议控制信息。突发是属于同一连接的连续MPDU的序列。
网络结构
如针对本发明的一个实施方式的图2所示，网络200利用一组连接(C1、C2、C3)将分组从一组移动台(MS)传送到中继站(RS)。各移动台与该中继站之间有一个连接。该中继站和基站(BS)使用单一连接210来传送分组。该BS也可使用直接连接C4和C5与其它MS和SS进行通信。该BS可与基础设施220进行通信。
可利用使用了预定组的频率和时间周期的OFDMA来传送分组。时间被划分为连续的多个帧。各帧可包括下行链路(DL)子帧和上行链路(UP)子帧。资源分配的基本单位是时隙，一个时隙在时域中包括多个OFDMA符号，而在频域中包括一个子信道。
图3示出了常规的DL315子帧和UL326子帧。在相关申请中对这些帧进行了更详细的描述。在以引用的方式并入本文的IEEE 802.16e标准中，再现并且详细描述了这些帧。DL子帧以前导码311开始。前导码311用于在MS/SS处的同步和信道估计。在紧随该前导码之后的OFDMA符号中，该BS发送下行链路MAP(DL-MAP)312、帧控制报头(FCH)313、以及上行链路MAP(UP-MAP)314消息，以向MS/SS通知在当前帧中分别在DL和UL中分配(调度)给MS/SS的对应资源。基于从BS接收的该调度，MS/SS能够确定何时(例如OFDMA符号)、何地(例如子信道)分别在DL子帧中接收以及在UL子帧中发送。所使用的连接具有标识CID。
该UL子帧以测距子信道322和信道质量指示符(CQICH)321开始。
在两个连续的子帧之间插入相应的时间间隙，例如TTG 330和RTG340。该时间间隙使得收发器能够在发送模式与接收模式之间转换。
应该理解，分组“遍布”该帧的子载波和时隙。
根据IEEE 802.16标准，为了传送服务流比特流(通信量)的目的，BS与MS/SS介质访问控制(MAC)层之间建立并保持有单向映射。即使用无连接协议(例如，IP)来实现该服务流，该连接也能承载全部通信量。
在如图1A所示的常规点对多点(PMP)网络中，资源分配在每连接的基础上由BS执行，并且全部MS基本被平等对待。对于适度大小的单跳PMP网络而言这是有意义的。然而，随着连接的数量增加，开销会使MAC的效率降低多达50％。发生劣化的原因主要有两个。
第一，由于实际数据位没有精确地映射到指派的OFDMA符号和子信道，所以分配给各连接的资源不能得到充分利用。由于这种映射的效率低，需要在分组的末尾附加填充位，导致如图3阴影所示的资源浪费。
第二，一个DL MAP信息单元(DL MAP IE)通常包括只针对一个连接的调度。更糟糕的是，UL MAP信息单元只能包括针对一个连接的调度。随着连接数量的增加，这种设计变得不方便和效率低。当对图1B的中继网络中的BS和RS之间的连接151，或者一对RS之间的连接151应用当前的IEEE 802.16e OFDMA协议时，由于这里存在数量巨大的连接，所以加剧了上述问题。
因此，为了在中继网络中提高IEEE 802.16e协议的效率，我们进行如下改进。
第一，如图2所示我们将MS和RS之间的连接聚合(aggregate)为RS与BS之间的单一聚合连接(中继链路)210。
第二，如图4-9所示，我们将MPDU分组级联(concatenate)起来。注意，浪费的资源(阴影)降低。图4具体示出了该聚合和级联。如在此所定义的，突发(415和425)是属于同一连接的连续MPDU序列。
第三，我们如图9所示对MSDU分组进行封装。
增强的MPDU级联
利用MPDU级联，在上行链路方向或下行链路方向中任一方向上将多个顺序的MPDU级联为单个发送突发，而不管这些MPDU是否属于同一连接。图5示出了根据常规IEEE 802.16标准的DL MAP IE的格式。字段(field)CID存储连接标识。在上行链路中，将对常规数据通信量的分配规定为以时隙为单位的时长，而分配的起始点是基于UL-MAP中出现的在先分配来确定的。
为了在单个信息单元(IE)中承载多个连接的标识符(CID)，我们如图6和图7所示地修改该UL MAPIE。在该标准中描述了这些字段的详细内容。可以实现多连接，同时仍保持向后兼容。出于简洁的目的，除非另有说明，否则所有下文描述都依据RS与BS之间发生的通信。
在适当的情况下，RS可将来自多个MS并具有相同QoS要求的一组连接聚合为到BS的单一连接。为了传递与该组连接相关联的资源分配信息，在UL-MAP消息中应首先出现图6所示的UL_MAP_IE。CID字段包含RS与BS之间的中继链路上建立的相应连接的标识符，而持续时间(Duration)字段则覆盖了分配给属于该逻辑组的全部连接的总资源。
与BS直接通信的任意MS仍然能够对图6中的UL_MAP_IE进行解码，从而计算分配给其自身的资源的起始点。
图6的UL_MAP_IE后面跟着图7的UL MAP，该图7的UL MAP指示出由图6的在前UL_MAP_IE所覆盖的全部独立连接的标识符。因为图7的UL_MAP_IE遵循IEEE 802.16e标准规定的UL MAP扩展-2IE(ULMA Pext ended-2 IE)格式，全部常规MS在接收时简单地跳过该信息单元，因此提供了向后兼容。
如果不考虑向后兼容，例如所有MS/SS都理解根据本发明的协议，则如图8所示，能够设计更有效的UL_MAP_IE。这种UL_MAP_IE的设计严格遵循IEEE 802.16e所使用的相同方法来扩展该DL_MAP_IE。提供了两组新的子字段。
被置于图8的UL_MAP_IE的起始位置处的第一个新的子字段是N_CID，其指示了由该信息单元(IE)承载的连接标识符的数量。该N_CID子字段后紧跟的是N_CID数量个CID，这些CID由该UL_MAP消息对其分配资源。
如图6-8所示，结合图5的常规DL_MAP_IE，根据本发明的UL_MAP_IE可提供必要且足够的信令支持以容纳多个连接。因此，MPDU级联能够在数据平面内进行，以在RS与BS之间的中继链路上实现更高的效率。如图4中定性地所示，总管理平面开销(例如，UL_MAP_IE等)以及由映射效率低引起的开销得以明显降低，由此改进了MAC协议效率。
增强的MSDU封装
在常规IEEE 802.16/16e标准中定义的封装机制本质上是MSDU封装。然而，该封装将其范围限定于仅来自相同连接的MSDU。这尤其对根据上述连接聚合的RS与BS之间的中继链路上的单一连接210设置了高限制性的约束。
为了放宽由常规封装机制所施加的限制并且扩展在MSDU级进行封装的适应性，我们对在中继链路上的通信提供了一种新的移动多跳中继(MMR)封装。如图9所示，已封装MSDU 910以通用MAC报头(GMH)920开始，接着是各种增强封装子报头(EPSH，参见图1)、常规子报头(xSH)930、以及各个MSDU 950。该EP(即MMR MSDU封装)子字段指示了出当前MPDU包括利用增强封装机制而封装的MSDU以及相应的增强封装子报头(EP-SH)。
很明显，该EP-SH与常规的报头相当类似。确实，该EP-SH仅能从常规MAC报头中去除的子字段是报头校验和(HCS)965以及循环冗余校验(CRC)960。其它所有子字段都被保留，而许多配置(例如，安全保护、加密密钥、MCDU长度以及CID 970)能够以每MSDU为基础而变化。
常规封装处理的输出(即已封装MSDU)也能加入该增强的MSDU封装。在这种情况下，将一个增强封装子报头(EP-SH)直接设置在已封装MSDU的常规封装的第一子报头(PSH)的前面。结果，该MPDU可包括封装子报头(PSH)和增强封装子报头(EP-SH)两者。
增强的MSDU封装处理也可与分片(fragmentation)处理共存。如图10所示，EP-SH针对将要被分片的MSDU只出现一次，并且应被插入第一片段的分片子报头(FSH)之前。上述EP-SH与FSH之间的关系也适用于能够进行ARQ的连接，只要这种连接被管理成似乎能够进行分片即可，而不管实际上是否真的能够进行分片。
或者，我们可以在常规的普通MAC报头(GMH)中使用类型(Type)字段的最高有效位(most significant bit)(例如，位#5)来指示是否存在增强封装子报头(EP-SH)。表明存在EP-SH的另一个选择是使用长度为六位的类型字段的组合值。
此外，由于该增强封装子报头(EP-SH)包括综合的信息集合，因此能够支持丰富的附加功能集，例如以每MSDU为基础附加CRC等。
EP-SH的详细定义如图11所示。
虽然通过优选实施方式的示例而描述了本发明，但应该理解，在本发明的精神和范围内可进行各种其它调整和修改。因此，所附权利要求的目的在于覆盖落入本发明的真正精神和范围内的全部这些变型和修改。

Claims (2)

1.一种用于在中继网络中传送分组的方法，所述方法包括以下步骤：
利用一组连接在一组移动台与一个中继站之间传送多个分组，在各移动台与所述中继站之间有一个连接；
将所述多个分组聚合起来；以及
利用单一连接在所述中继站与基站之间传送聚合后的多个分组。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个分组包括MPDU分组和MSDU分组，并且所述方法进一步包括以下步骤：
将该组连接的所述MDPU分组级联为所述单一连接上的单一突发；并且
将该组连接的所述MSDU分组封装为所述单一连接上的一个MPDU分组。
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