CN101610144B

CN101610144B - 用子信于道-调制方式数据发送的方法和装置

Info

Publication number: CN101610144B
Application number: CN2009100895434A
Authority: CN
Inventors: 鲍东山; 刘谦雷; 刘慎发; 沈超; 刘飞; 徐泽元
Original assignee: Beijing Nufront Wireless Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Nufront Mobile Multimedia Technology Co Ltd
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: CN101610144A

Abstract

一种用于子信道-调制方式数据发送的方法，包括：利用第一调制编码方式由第一MAC帧构造第一物理帧单元的DATA部分，这里的第一调制编码方式是802.11a/g/n协议已经定义的调制编码方式；利用第二调制编码方式由第二MAC帧构造第二物理帧单元的DATA部分，这里的第二调制编码方式是基于子信道-调制方式的调制编码方式；将所述第一物理帧单元和第二物理帧单元合并形成一种物理帧单元的联合结构；发送包含有所述物理帧单元联合结构的物理层超帧。采用该方法不仅能够使当前传输的帧头被其它子信道-调制方式站点读懂，而且也能使这个帧头被802.11a/g/n站点读懂，从而使得在子信道-调制方式信号的传输中，能够实现现有802.11a/g/n站点对于子信道-调制方式站点的前向兼容。

Description

用子信于道-调制方式数据发送的方法和装置

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种用于子信道-调制方式数据发送的方法和装置。

背景技术

针对802.11a/g/n技术在物理层数据传输和MAC（媒介接入控制）接入上的不足，提出了一种子信道-调制方式技术和一种物理层超帧技术来分别提高无线局域网的物理层和MAC层的性能。在对子信道-调制方式技术的描述中，子信道是OFDM（正交频分复用）中的子载波信道的简称。

子信道-调制方式技术就在是OFDM符号的不同子信道根据信噪比的不同而采用不同的调制方式的技术：在高信噪比的子信道采用高阶调制，在低信噪比的子信道采用低阶调制，而在信噪比特别低的子信道则不传输数据。

物理层超帧由一组物理帧单元通过前后粘接而构成，其中第一个物理帧单元是一个完整的物理帧，后面其它的物理帧单元是一些(或一个)格式相同的简化的物理帧。简化的物理帧通过对完整的物理帧省去其部分或全部的前导等而构成。由于多个物理帧合并在一个物理实体中进行传输，通过采用物理层超帧技术，可以降低MAC接入的开销，提高系统的MAC吞吐。

无线局域网中的数据传输有时需要某些或全部的非当前接收站点读懂当前MAC帧的帧头信息，以达到站点间的协调工作。由于子信道-调制方式是发射站点与接收站点之间的一种私有调制方式，采用子信道-调制方式技术会存在如下两个问题：

（1）802.11a/g/n的站点将完全不能识别这样的物理帧或物理帧单元；

（2）其它的采用子信道-调制方式的站点将可以知道当前的物理帧或物理帧单元是用子信道-调制方式传输的，但并不能读得其帧头的信息。

因此，发射站点直接采用子信道-调制方式的物理帧或物理帧单元来传输数据时，就只能用于不需要将当前帧头信息传送给局域网内任何非当前通信站点的情形，这将限制子信道-调制方式技术的使用。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于子信道-调制方式数据发送的方法，以使当无线局域网站点采用子信道-调制方式技术传输数据时，其它子信道-调制方式站点和现有的802.11a/g/n站点能够读懂其帧头的信息。可以实现802.11a/g/n站点对于子信道-调制方式数据传输的前向兼容。

本发明实施例提供的一种用于子信道-调制方式数据发送的方法，包括：

采用第一调制编码方式对第一MAC帧进行调制，构造第一物理帧单元的数据DATA部分；该第一MAC帧封装有待传输MAC帧的帧头部分；所述第一调制编码方式为802.11a/g/n协议定义的调制编码方式；

第二调制编码方式对第二MAC帧进行调制，构造第二物理帧单元的DATA部分；该第二MAC帧封装有待传输MAC帧的帧体全部或部分；

将所述第一物理帧单元和第二物理帧单元合并形成物理帧单元的联合结构；

发送包括所述物理帧单元的联合结构的物理层超帧。

在一些可选的实施例中，在MAC协议中定义表示帧头精简的MAC帧的类型标识，以指示当前的MAC帧是帧头精简的MAC帧。

在一些可选的实施例中，用第二物理帧单元的SIGNAL符号中MCS域或Rate域的保留值来指示当前物理帧单元采用子信道-调制方式传输数据且所承载的MAC帧为帧头精简的MAC帧。

本发明实施例提供的一种用于子信道-调制方式数据发送的装置，包括：

第一单元，采用第一调制编码方式对第一MAC帧进行调制，构造第一物理帧单元的数据DATA部分；该第一MAC帧封装有待传输MAC帧的帧头部分；所述第一调制编码方式为802.11a/g/n协议定义的调制编码方式；

第二单元，采用第二调制编码方式对第二MAC帧进行调制，构造第二物理帧单元的DATA部分；该第二MAC帧封装有待传输MAC帧的帧体全部或部分；

第三单元，将所述第一物理帧单元和第二物理帧单元合并获得物理帧单元的联合结构；和，

第四单元，发送包括所述物理帧单元联合结构的物理层超帧。

在以上的描述中，调制阶数-码率是指调制阶数与码率的组合，高调制阶数-码率（即高的调制阶数与码率的组合）较之低调制阶数-码率（即低的调制阶数与码率的组合），可以使得系统在一个OFDM符号内承载更多的信息比特数或未编码比特数。

可以看出，采用上述技术方案不仅能够使当前传输的帧头被其它子信道-调制方式站点读懂，而且也能使这个帧头被802.11a/g/n站点读懂。

一方面，由于物理层超帧是在802.11a/g/n物理帧的SIGNAL符号中对其保留域作新的定义而实现的，802.11a/g/n站点在对此SIGNAL符号作解码时，不对该保留域作检测，另一方面，由于物理层超帧中的第一个物理帧是可以被802.11a/g/n站点识别的完整的物理帧，因此802.11a/g/n站点对于这种物理层超帧具有前向兼容性，它可以对物理层超帧的第一个物理帧单元作出检测，解析其中的信息。正是利用了802.11a/g/n站点对于物理层超帧的这种前向兼容性，在子信道-调制方式数据的传输中，我们把要让802.11a/g/n站点读懂的MAC帧头信息放在物理层超帧的第一个物理帧单元，并且对该单元采用802.11a/g/n的常规调制编码方式，从而可以实现802.11a/g/n站点对子信道-调制方式数据传输的前向兼容性。

说明书附图

图1是现有的802.11a/g的物理帧结构示意图；

图2是现有的802.11n的物理帧结构示意图；

图3是物理层超帧的结构示意图；

图4是简化的物理帧单元的结构示意图；

图5是802.11的MAC帧结构示意图；

图6是构造子信道-调制方式的物理帧单元的示意图；

图7是传输子信道-调制方式数据的物理帧单元联合结构的示意图；

图8是构造传输子信道-调制方式数据的物理帧单元联合结构的示意图；

图9是传输高调制阶数-码率的802.11a/g/n数据的物理帧单元联合结构的示意图

图10是构造传输高调制阶数-码率的802.11a/g/n数据的物理帧单元联合结构的示意图；

图11是用于子信道-调制方式数据发送的装置示意图。

具体实施方式

子信道——OFDM中的子载波信道的简称。

子信道-调制方式技术——采用OFDM技术进行数据传输时，对每个子信道根据信噪比的不同采用不同的调制方式的技术。通过该技术，可使OFDM信道的信道增益得到更为充分的利用，从而可以提高物理层数据传输的性能。子信道-调制方式的具体实现可参见专利申请2006101505850：“高数据速率正交频分复用无线局域网的实现方法与系统”。

基于子信道-调制方式的调制编码方式——该调制编码方式中的编码方式采用与802.11a/g/n相同的编码方式，而调制采用子信道-调制方式。子信道-调制方式是由发射站点与接收站点之间的信道所确定的，在某一个时刻，在一对发射-接收站点之间只存在一种子信道-调制方式。在时变的信道中，子信道-调制方式要根据信道的时变而作动态的改变。可参见专利申请2006101505850：“高数据速率正交频分复用无线局域网的实现方法与系统”。

子信道-调制方式数据——通过子信道-调制方式技术传输的数据。

子信道-调制方式帧——在802.11a/g/n系统的数据传输中，可以通过对其OFDM符号采用子信道-调制方式技术来提高物理层数据传输的性能，这种采用了子信道-调制方式的OFDM物理帧称为子信道-调制方式帧。

物理帧单元——分为完整的物理帧单元和简化的物理帧单元两种，完整的物理帧单元就是一个完整的物理帧，简化的物理帧单元通过对完整的物理帧省去其部分或全部的前导等而得到。

物理层超帧——将若干个物理帧单元通过前后粘接而构成的物理实体称为物理层超帧，其中第一个物理帧单元为完整的物理帧单元，后面的其它物理帧单元为约定格式的简化的物理帧单元。

802.11a/g定义的调制编码方式——对于802.11a网络和采用OFDM工作方式的802.11g网络，802.11协议共定义了8种调制编码方式，如BPSK调制-1/2码率、64QAM调制-3/4码率等，具体见IEEE的协议：“IEEE Std802.11-2007，IEEE Standard for Information Technology-Telecommunications and information exchange between systems-Localand metropolitan area network-Specificrequirements-Part 11：WirelessLAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)specifications”。

802.11n定义的调制编码方式——802.11n目前尚未确定最后的正式版，根据目前的草案(Draft)，802.11n的站点共存在77种调制编码方式，具体见协议草案：“IEEE P802.11n/D9.0，Draft Amendment to Standard forInformation Technology-Telecommunications and information exchangebetween systems-Local and Metropolitan networks-Specificrequirements-Part 11：Wireless LAN Medium Access Control(MAC)andPhysical Layer(PHY)specifications：Enhancements for HigherThroughput”。

802.11a/g的物理帧结构如图1所示，它由短前导、长前导、SIGNAL符号和DATA(数据)四部分所组成。其SIGNAL符号中存在一个Rate域，指出DATA部分所采用的调制编码方式。

802.11n的物理帧结构如图2所示，它由短前导、第一长前导、SIGNAL符号、1个或若干个后续性的长前导和DATA(数据)等部分所组成。其中的后续性的长前导部分又由数据长前导和扩展长前导两部分所组成。而在SIGNAL符号中存在一个MCS域，指出DATA部分所采用的调制编码方式。

在子信道-调制方式下，其物理帧结构与802.11a/g/n的物理帧结构相同，其不同点只是在于它的DATA部分是通过采用在不同的子信道应用不同的调制方式的子信道-调制方式技术产生的。DATA部分的这种子信道-调制方式的调制编码方式通过对SIGNAL符号中的MCS域(对应于与802.11n兼容的系统)或Rate域(对应于与802.11a/g兼容的系统)的保留值进行重新定义并在SIGNAL符号中指示出来。

物理层超帧的结构如图3所示，它由一组物理帧单元通过前后粘接而构成，其中第一个物理帧单元是一个完整的物理帧单元或完整的物理帧，其后的物理帧单元是简化的物理帧单元。图4给出了在802.11a/g/n系统或与其兼容的系统中，简化的物理帧单元构成的一个实施例，这种简化的物理帧单元由长前导、SIGNAL符号和DATA三部分所构成。

802.11a/g/n物理帧和子信道-调制方式帧的DATA部分的有效负荷为802.11的MAC帧，这些MAC帧由帧头、帧体和FCS三部分所构成，如图5所示。其中，FCS是MAC帧的校验部分，帧头和FCS两部分是每个MAC帧所必须的，帧体部分则可以没有。

图6示出了由MAC帧头和帧体构造子信道-调制方式的物理帧单元的过程。

首先，由帧头和帧体部分计算得到FCS，再加入FCS构成MAC帧；

然后，由MAC帧经过子信道-调制方式的编码调制流程得到子信道-调制方式帧的DATA部分；

最后，由DATA部分加上前导和SIGNAL符号得到子信道-调制方式的物理帧单元，该物理帧单元为完整的或简化的物理帧单元。

该物理帧单元可以作为一个单独的子信道-调制方式帧来进行发送，也可以作为构成物理层超帧的一个基本单元通过物理层超帧来进行发送。

由图6的流程所产生的子信道-调制方式帧的SIGNAL符号的MCS域(对应于802.11n)或Rate域(对应于802.11a/g)设置了802.11a/g/n协议不包含的定义值，因而不能被802.11a/g/n站点所识别。802.11a/g/n站点接收到这样的物理帧、然后对SIGNAL符号进行解码后，由于其中的MCS值或Rate值不能被识别，因而会认为SIGNAL符号被错误接收，进而会把这个帧丢弃，而不能从当前MAC帧头中提取有用信息。

不但如此，在同一局域网内工作的其它子信道-调制方式的站点虽然可以读懂上述子信道-调制方式帧的SIGNAL符号，但却不能对其DATA部分进行解调制，因而也不能读懂其MAC帧头和从该MAC帧头中提取信息，而这种信息的提取有的时候又是网络能够正常工作或稳定工作所必须的。

一方面，为了实现802.11a/g/n站点对子信道-调制方式数据传输的前向兼容，另一方面，也为了使局域网内的其它站点能够读懂当前MAC帧的帧头信息，可以构造一种由两个物理帧单元组成的联合结构。该联合结构由两个物理帧单元所构成，如图7所示。其中，第一个物理帧单元采用802.11a/g/n协议定义的调制编码方式，它可以被802.11a/g/n站点和其它子信道-调制方式站点所识别，而其DATA部分承载了子信道-调制方式帧所对应的MAC帧的帧头，在典型的应用中，该MAC帧的帧体的长度可以为0或者只承载少量的负荷；第二个物理帧单元采用基于子信道-调制方式的调制编码方式，其DATA部分承载了子信道-调制方式帧所对应的MAC帧的帧体，用于承载该帧体的MAC帧采用帧头精简的MAC帧。

图8示出了由待传输的MAC帧的帧头和帧体构造物理帧单元联合结构的过程。

首先，待传输的MAC帧头部分被封装成一个MAC帧，获得第一个MAC帧，一般而言，这个MAC帧的帧长可以是不受限制的，但在典型的应用中，该MAC帧帧体的长度为0或者只承载少量负荷；同时，待传输的MAC帧体的全部或大部分(如果在第一个MAC帧中已经承载了小部分数据的话)被封装成帧头精简的MAC帧，获得第二个MAC帧。

然后，对第一个MAC帧采用802.11a/g/n已经定义的调制编码方式构造出第一个物理帧单元的DATA部分，即获得DATA1；同时，对第二个MAC帧采用基于子信道-调制方式的调制编码方式构造出第二个物理帧单元的 DATA部分，即获得DATA2。

然后，由DATA1和DATA2分别构造出相应的物理帧单元。

最后，将两个物理帧单元合并，形成物理帧单元的联合结构。

可以通过将该物理帧单元的联合结构作为一个简单的物理层超帧来进行传输；也可以将该物理帧单元的联合结构和其它物理帧单元、其它联合结构一起构成一个长的物理层超帧来进行传输。

根据802.11的MAC协议，在DCF/EDCA工作方式下，MAC帧帧头中的Duration域的数值表示当前物理帧传输结束到当前通信信道占用结束之间的时长，局域网内的其它站点可以根据该Duration值计算出当前通信信道占用结束的时刻，在此时刻未到达前不竞争信道。在采用如图7或图8的物理帧单元联合结构进行数据传输时，在DCF/EDCA工作方式下，可以将该Duration值定义为当前物理帧单元传输结束到当前通信信道占用结束之间的时长，由于现有的802.11a/g/n站点会把当前的物理帧单元理解为是一个物理帧、把当前的物理帧单元的结束时间理解成是当前物理帧的结束时间，因此，802.11a/g/n站点将可以由该Duration值计算出当前通信信道占用结束的时刻，从而通过Duration值的这种设置，可以实现802.11a/g/n站点在计算信道占用时间上的前向兼容。

精简的MAC帧头可由两种方式来实现。

一种方式是在MAC协议中定义一种表示帧头精简的MAC帧的类型，如可以在Frame Control域中定义Type＝10、Subtype＝1101来表示当前的MAC帧是帧头精简的MAC帧，当接收站点接收到这样的MAC帧后，它将用同一个物理层超帧中的前一个物理帧单元的MAC帧头作为当前MAC帧体的帧头，但其Duration值将通过将前一个物理帧单元的Duration值减去当前物理帧单元的时长而得到。

另一种方式是用SIGNAL符号中的MCS域(对应于与802.11n兼容的系统)或Rate域(对应于与802.11a/g兼容的系统)的保留值来表示当前物理帧单元正使用子信道-调制方式传输数据且所承载的MAC帧为帧头精简的 MAC帧，在这种情况下，帧头精简的MAC帧的帧头长度可以为0，从而可退变为仅包含帧体和FCS两部分的MAC帧。

可以看出，在子信道-调制方式数据的传输中，采用上述的物理帧单元的联合结构来进行子信道-调制方式数据的传输，不仅能够使当前传输的帧头被其它子信道-调制方式站点读懂，而且也能使这个帧头被802.11a/g/n站点读懂。也就是说，采用前述的物理帧单元的联合结构来传输子信道-调制方式数据，可以实现现有802.11a/g/n站点对子信道-调制方式数据传输的前向兼容。这为子信道-调制方式技术在现有的802.11a/g/n无线局域网中的升级使用提供了极为有利的优势。

与此形成对照的是：在已经实现的无线局域网的升级中，一般却只能做到升级站点对未升级站点的后向兼容，而不能做到未升级站点对已升级站点的前向兼容。如802.11b站点不能对采用OFDM调制的802.11g的物理信号进行检测，802.11a/g站点也不能对采用green field模式的802.11n的物理信号进行检测。这种前向兼容的缺乏限制了升级技术的使用。如在802.11g的局域网中只要有一个802.11b站点，则整个局域网都必须采用802.11b的方式来传输数据。

上述的子信道-调制方式数据传输的方法可以推广使用到对高调制阶数-码率的802.11a/g/n数据的传输上。当无线局域网站点采用802.11a/g/n协议定义的调制编码方式传输数据、且这种调制编码方式为高调制阶数-码率时，这种调制编码方式也可能使局域网内的其它站点不能正确接收其帧头。这时，我们也可以采用构成物理帧单元联合结构的方式来解决这一问题。在这种情况下，待传输的MAC数据也被分割成两部分，其中，第一个部分主要是MAC帧头(典型应用中，其帧体的长度为0或可能包含少量负荷)，其在物理层采用802.11a/g/n协议的低调制阶数-码率的调制编码方式，并进一步构成第一个物理帧单元，第二个部分主要是帧体(典型应用中为全部或大部分帧体，帧头采用精简的帧头)，其在物理层采用802.11a/g/n协议的高调制阶数-码率的调制编码方式，并进一步构成第二个物理帧单元。将两个物理帧单元进行粘接得到物理帧单元联合结构，如图9所示。这样，可以实现局域网内的其它站点对传输的MAC帧头的正确接收。该物理帧单元联合结构的具体构造过程如图10所示，它与图8的差别主要在于物理帧单元所采用的调制编码方式上。

在这种物理帧单元的联合结构中，第二个MAC帧所采用精简的MAC帧头只能使用MAC层的方式来定义的方式，即前述的精简的MAC帧头实现方式中的第一种，因此，其帧头长度不能为0。

图11示出一种用于子信道-调制方式数据发送的装置。该装置包括：

第一单元S71，利用第一调制编码方式由第一MAC帧构造第一物理帧单元的DATA部分；第二单元S72，利用第二调制编码方式由第二MAC帧构造第二物理帧单元的DATA部分；第三单元S73，将第一物理帧单元和第二物理帧单元合并，获得物理帧单元的联合结构；第四单元S74，发送包括所述物理帧单元的联合结构的物理层超帧。

其中，第一个物理帧单元采用802.11a/g/n已经定义的调制编码方式，在典型应用中，第一MAC帧帧体的长度为0或只承载少量的负荷；第二个物理帧单元采用基于子信道-调制方式的调制编码方式或高调制阶数-码率的802.11a/g/n调制编码方式，第二MAC帧为帧头精简的MAC帧。

本领域技术人员可以明白，这里结合所公开的实施例描述的各种示例性的方法步骤和装置单元均可以电子硬件、软件或二者的结合来实现。为了清楚地示出硬件和软件之间的可交换性，以上对各种示例性的步骤和单元均以其功能性的形式进行总体上的描述。这种功能性是以硬件实现还是以软件实现依赖于特定的应用和整个系统所实现的设计约束。本领域技术人员能够针对每个特定的应用，以多种方式来实现所描述的功能性，但是这种实现的结果不应解释为背离本发明的范围。

利用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程的逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或者他们之中的任意组合，可以实现或执行结合这里公开的实施例描述的各种示例性的单元。通用处理器可能是微处理器，但是在另一种情况中，该处理器可能是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可能被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或者更多结合DSP核心的微处理器或者任何其他此种结构。

结合上述公开的实施例所描述的方法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或者这二者的组合。软件模块可能存在于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其他形式的存储媒质中。一种典型存储媒质与处理器耦合，从而使得处理器能够从该存储媒质中读信息，且可向该存储媒质写信息。在替换实例中，存储媒质是处理器的组成部分。处理器和存储媒质可能存在于一个ASIC中。该ASIC可能存在于一个用户站中。在一个替换实例中，处理器和存储媒质可以作为用户站中的分立组件存在。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于子信道-调制方式数据发送的方法，其特征在于，包括：

采用第二调制编码方式对第二MAC帧进行调制，构造第二物理帧单元的DATA部分；该第二MAC帧封装有待传输MAC帧的帧体全部或部分；

发送包括所述物理帧单元的联合结构的物理层超帧。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二调制编码方式是基于子信道-调制方式的调制编码方式或802.11a/g/n协议定义的调制编码方式。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述第二调制编码方式为802.11a/g/n协议定义的调制方式时，所述第二调制编码方式的调制阶数-码率高于所述第一调制编码方式的调制阶数-码率。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二MAC帧为帧头精简的MAC帧。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，在MAC协议中定义一种表示帧头精简的MAC帧的类型标识，以指示当前的MAC帧是帧头精简的MAC帧。

6、如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，用第二物理帧单元的SIGNAL符号中MCS域或Rate域的保留值来指示当前物理帧单元采用子信道-调制方式传输数据且所承载的MAC帧为帧头精简的MAC帧。

7、一种用于子信道-调制方式数据发送的装置，其特征在于，包括：

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二调制编码方式是基于子信道-调制方式的调制编码方式或802.11a/g/n协议定义的调制编码方式。

9、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二调制编码方式为802.11a/g/n协议定义的调制方式时，所述第二调制编码方式的调制阶数-码率高于所述第一调制编码方式的调制阶数-码率。

10、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二MAC帧为帧头精简的MAC帧。