CN101674673A - 用于可靠的直接链路访问的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于可靠的直接链路访问的方法和设备。一种建立通过相同网络的两个站之间的直接链路的通信的保护时间的无线通信装置和方法。该方法包括配置至少一个天线用于直接链路建立，切换到监听模式，以及等待用于传输的信道时间分配(CTA)。在接收到CTA之后，源站根据信道时间分配值向目标站发送第一帧，以及从目标站接收第二帧，以完成CTA的建立。

Description

用于可靠的直接链路访问的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于可靠的直接链路访问的方法和设备。
背景技术
无线个人区域网络(WPAN)是在一个人附近、用于计算装置(例如个人装置，如电话和个人数字助理)之间的通信的网络。WPAN的可达范围可以是例如数米。WPAN可用于例如个人装置本身之间的人与人之间的通信，或者用于经由上行链路连接到较高层网络、如因特网。
IEEE 802.11ad在2008年形成。IEEE 802.11ad正在为现有802.15.3无线个人区域网络(WPAN)标准、如IEEE 802.15.3-2003制订基于毫米波(mmWave)的备选物理层(PHY)。这个mmWave WPAN可工作在FCC 47CFR 15.255和其它管理机构所定义的包括57-64GHz无需许可频带的频带，并且可称作“60GHz”。毫米波WPAN可允许极高的数据速率(例如每秒2千兆位(Gbps)以上)应用，例如高速因特网访问、流播内容下载(例如视频点播、高清晰电视(HDTV)、家庭影院等)、实时流播以及用于电缆替代的无线数据总线。
但是，由于弗林斯传输公式、氧吸收以及通过障碍物的高衰减，mmWave通信链路明显地不如工作在较低频率(例如2.4GHz和5GHz频带)的链路那么健壮。另外，mmWave通信链路可使用定向天线和/或天线阵列来增加通信范围和操作速率。定向天线的使用使链路对移动性非常敏感。例如，装置取向的细微变化或者附近物体和/或人的移动可能干扰链路。
在IEEE 802.11规范中，载波侦听机制通过当存在载波时不发送帧来解决帧干扰问题。对于任何装置的相等(全向)载波侦听的IEEE802.11假设对于基于CSMA/CA的WLAN是非常基础的，而物理载波侦听是多址访问的重要机制。
全向载波侦听的这种假设在60GHz频谱中不是有效的。工作在mmWave频率(例如60GHz)的通信链路具有明显衰减。为了满足链路预算要求，可使用定向天线。直接或定向天线的大量使用的一个结果是，载波侦听指示在发射器以及在接收器处可能不相同。例如，某个站可能不侦听另一个站所传送的帧的物理和虚拟载波。另外，某个站可能不侦听两个互连站的物理和虚拟载波。
WPAN 60GHz网络的一个显著缺点在于，当同一个信道由两个相邻网络使用并且用于传输的重叠信道时间被分配给两个网络的站(例如信道时间分配(CTA))时，可能发生干扰。
发明内容
本发明涉及一种为源站与目标站之间的通信保留时间的方法，包括，在所述源站处：
配置至少一个天线用于直接链路建立；
切换到监听模式，并且等待用于传输的信道时间分配；
根据信道时间分配值向目标站发送第一帧；以及
接收来自所述目标站的第二帧以完成通信的保护时间的建立，其中所述保护时间的建立使相邻网络的站在所述保护时间期间停止传输。
本发明涉及一种无线通信装置，包括：
配置至少一个天线用于直接链路建立的波束形成器；以及
通信处理器，用于监听另一个站的信号，等待用于传输的信道时间分配，并根据网络分配矢量值来建立与目标站的通信的保护时间，其中所述保护时间的建立使相邻网络的站在所述保护时间期间停止传输。
本发明涉及一种无线通信系统，包括：
源站和目标站，其中所述源站包括：
配置至少一个天线用于直接链路建立的波束形成器；以及
通信处理器，用于监听另一个站的信号，等待用于传输的信道时间分配，并根据网络分配矢量值来建立与目标站的通信的保护时间，其中所述保护时间的建立使相邻网络的站在所述保护时间期间停止传输。
附图说明
在本说明书的结束部分具体指出作为本发明的主题并且明确要求其权益。但是，通过结合附图参照以下详细描述，可最佳地理解关于本发明的操作的组织和方法及其目的、特征、优点，在附图中：
图1是根据本发明的示范实施例的无线通信网络的示意图示；
图2是示出根据本发明的示范实施例的两个无线网络的重叠通信时间的时序图的示意图示；
图3是根据本发明的示范实施例的两个通信网络的通信时间分配的时序图；
图4是根据本发明的实施例的mmWaveDTS帧的示意图示；以及
图5是根据本发明的一些示范实施例、防止信道时间分配受到另一个无线网络的干扰的方法的流程的示意图示。
将理解，为了说明的简洁和清晰，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一部分元件的尺寸可能相对于其它元件有所扩大。此外，在认为适当的情况下，参考标号可在附图中重复，以指明对应或相似的元件。
具体实施方式
在以下详细描述中，提出大量具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员会理解，即使没有这些具体细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免使本发明模糊不清。
根据对计算机存储器中的数据位或二进制数字信号的操作的算法和符号表示来提供以下详细描述的一些部分。这些算法描述和表示可以是数据处理领域的技术人员用于向本领域的其它技术人员传达其工作主旨的技术。
除非明确说明，否则从以下论述中可清楚地知道，在整个说明书中，采用诸如“处理”、“计算”、“推算”、“确定”等术语的论述表示计算机或计算系统或者类似的电子计算装置的动作和/或过程，其中所述计算机或计算系统或者类似的电子计算装置操作表示为计算系统的寄存器和/或存储器中的物理(如电子)量的数据和/或将其转换为类似地表示为计算系统的存储器、寄存器或者其它这种信息存储或传输装置中的物理量的其它数据。本文所使用的术语“一个”定义为一个或者多于一个。本文所使用的术语“多个”定义为两个或者多于两个。本文所使用的术语“另一个”定义为至少第二个或更多。本文所使用的术语“包括”和/或“具有”定义为“非限制性地包括”。本文所使用的术语“耦合”定义为采用例如机械、电、数字、直接、通过软件、通过硬件等任何期望形式的操作连接。
应当理解，本发明可用于各种应用中。虽然本发明不限于这个方面，但是，本文公开的电路和技术可用于许多设备(例如无线电系统的站)中。要包含在本发明的范围之内的站包括，仅作为示例，无线局域网(WLAN)站、无线个人网络(WPAN)等。
要在本发明的范围之内的多种类型的WPAN站包括但是并不局限于移动站、接入点、用于接收和传送例如跳频扩展频谱(FHSS)、直接序列扩展频谱(DSSS)、补码键控(CCK)、正交频分复用(OFDM)等扩展频谱信号的站。
首先来看图1，示出根据本发明的示范实施例的无线通信网络100的示意图示。无线通信网络100可包括例如WPAN/WLAN。例如，无线通信网络100可按照IEEE 802 802.11任务组ad(TGad)所制订的标准进行操作。TGad正在制订WLAN的60GHz频带中的极高吞吐量的增强。
根据本发明的这个示范实施例，无线通信网络100、如60GHzWPAN可包括站110、120、130、140、150和160。站110、120、130、140分别示为站(STA)，例如STAA、STA B、STA C、STA D、STA E和STA F。虽然本发明的范围并不局限于这个方面，但是站110、120、130、140、150和160可包括例如相机、鼠标、耳机、扬声器、显示器、移动个人装置等设备。
此外，根据本发明的一个示范实施例，例如STA A 110和STA B120、STA C 130和STA D 140以及STA E 150和STA F 160的一对站可共享专用基础服务集(PBSS)的直接链路。例如，PBSS#1125可包括STA A 110和STA B 120并且可以能够建立直接链路115，PBSS#2145可包括STA C 130和STA D 140并且可以能够建立直接链路135，以及PBSS#3165可包括STA E 150和STA F 160并且可以能够建立直接链路155。应当理解，网络PBSS#1125、PBSS#2145和PBSS#3是相邻网络，它们无法在网络之一所建立的通信的保护时间期间进行传送。另外，直接链路115、135和155在需要时可共享同一个信道。
根据本发明的这个示范实施例，STA A 110可包括通信处理器132、收发器134、波束形成器136和一个或多个天线138。通信处理器132可包括存储介质131以及用于将无线媒体保留固定时间段的网络分配矢量(NAV)定时器131。这个时间段可由站用于载波侦听，但本发明的范围并不局限于这个方面。
通信处理器132可以是能够执行指令以便操作和/或控制根据本发明的实施例的无线通信装置的任何处理器(例如60GHz WPAN媒体访问控制器(MAC))。收发器134可包括多个发射器(TX)和多个接收器(RX)。天线139可包括偶极天线、天线阵列、内部天线、单极天线等。根据本发明的实施例，STA B 120、STA C 130、STA D 140和STA E 150可包括与STA A 110相似的体系结构，并且STA A 110的描述也可与STA B 120、STA C 130、STA D 140和STA E 150相关。
根据本发明的一个实施例，每对站(例如STA A和STA B、STA C和STA D、STA E和STA F)可配置其天线(例如天线138)用于直接链路(例如直接链路115、135和155)建立(establishment)。一对站可包括源站和目标站，例如，在需要时，STA C 130可以是源站，而STA D 140可以是目标站。一对站可在需要时通过使用请求发送(RTS)/清除发送(CTS)握手来保留通信的保护时间。
根据本发明的实施例，保留的时间可由作为向相应目标站进行数据传递的源的站来分配。源站还可允许目标站通过使用反向方法来发送数据。在任何分配的保留的时间，两个站均可从合作方接收确认(ACK)和/或数据。在需要时，源和目标站都可以是保留的时间的拥有者。
有利的是，保留的时间保护将允许由不超过一对干扰合作站在保留的时间期间通过建立的链路传送数据和/或ACK。
在操作中，例如STA A 110、即源站可配置天线138以便建立与目标站(例如STA B 120)的直接链路115。通信处理器132可配置天线138以便通过执行存储介质131中存储的指令来建立直接链路115。例如，存储介质可包括闪速存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等。通信处理器132可根据期望多输入多输出(MIMO)方案控制收发器134和波束形成器135来设置天线136，但是应当理解，本发明的实施例并不局限于这个示例。
此外，当直接链路被建立并且站处于监听模式时，通信处理器132可更新NAV定时器138。例如，通信处理器132可将NAV定时器138声明(assert)为在任何接收的帧的时长字段中接收的值。NAV定时器138能以全局时钟(未示出)的速度运行。在需要时，NAV定时器138可以倒计数，并且可锁定在零值。通信处理器132可通过接收包含可等于声明NAV定时器值的帧中的媒体访问控制(MAC)地址的MAC地址的帧来重置NAV定时器。当接收的帧的时长字段比NAV定时器剩余值要短时，NAV定时器值可以不改变。
根据本发明的一些示范实施例，通信处理器132在需要时可生成干扰报告。如果站(例如STA A 110)接收具有建立NAV的时长的任何帧，则站例如可将它作为干扰指示向PBSS中心点(PCP)报告，该NAV穿越(cross)预先分配的CTA的边界。站可将它作为干扰指示向PBSS中心点(PCP)报告。例如，干扰报告可包括干扰者的MAC地址。MAC地址允许PCP区分PBSS间与PBSS内干扰。此外，在PBSS内的情况下，干扰报告可用于频率空间再使用判定制定，但是本发明的范围并不局限于这个方面。
来看图2，示出根据本发明的示范实施例的两个无线网络(例如PBSS)的重叠通信时间的时序图200的示意图示。根据本发明的示范实施例，可将用于传输的信道时间分配给每对站和/或PBSS(例如PBSS#2STA C和STA D以及PBSS#3STA E和STA F)。分配的信道时间在本文中将称作信道时间分配(CTA)。根据这个示例，PBSS#2和PBSS#3的CTA可能重叠，并且可能在重叠时间期间引起干扰。为了避免重叠CTA，可提供根据本发明的实施例的受保护的CTA。
来看图3，示出根据本发明的示范实施例的两个通信网络的通信时间分配的时序图。根据这个示例，示出包括一对站STA C 130和STAD 140的PBSS#2145和包括一对站STA E 150和STA F 160的PBSS#3165的时序图。根据这个示例，PBSS#2145的STAC 130和STA D 140处于监听模式，并且在监听时间310期间等待用于传输的信道时间分配(CTA)。同时，PBSS#3165的STA E 150和STA F 160已经建立了直接链路并且设置了受保护的CTA 320。
按照根据本发明的实施例的一个示例，在受保护的CTA 320期间，STA F 160可发送RTS 330，而STA E 150可用CTS 340(它在WPAN领域中又可称作mmWaveCTS)进行响应。STA C 130可接收RTS 330，并且可为受保护的CTA 320的剩余时长设置NAV 350。
在PBSS#2145，在监听时间310之后，可提供CTA 345。应当注意，CTA 345的一部分与受保护的CTA 320的一部分重叠。在受保护的CTA期间，STA D 140可发送RTS 355，以及如果在STA C 130中NAV值不等于零，则STA C 130可发送拒绝发送(DTS)帧，例如mmWaveDTS 360。STA D 140可等待预定时间；例如，延迟365可通过发送RTS 370并且接收CTS 380来设法建立与STA C 130的直接链路。剩余CTA 390可用于通信，但是本发明的范围并不局限于这个方面。
来看图4，示出根据本发明的实施例的帧的示意图示。虽然本发明的范围并不局限于这个示例，但是帧400可包括以下字段：帧类型字段410，例如单向链路或双向链路的链路类型字段420，时长(duration)字段430，接收地址字段440，NAV源地址字段460和CRC字段470。
根据这个示例，时长字段430可包括要受保护的CTA时间的时长。在需要时，接收地址字段440可以是例如目的站(intended station)的地址，以及循环冗余校验(CRC)字段470可用于保护帧400的完整性。
根据本发明的示范实施例，帧类型字段可包括帧类型的信息。例如，帧类型可以是RTS(例如mmWaveRTS)、CTS(例如mmWaveCTS)、DTS(例如mmWaveDTS)等。例如，在mmWaveDTS帧类型中，NAV源地址字段450和NAV目标地址字段470可分别包括源STA的地址和目标STA的地址。在需要时，源STA和目标STA可交换RTS帧和mmWaveCTS帧，以便建立NAV。接收地址字段440可包括mmWaveDTS对其进行响应的直接前一个RTS帧的传送地址字段(未示出)的副本。根据另一个示例，在需要时，在mmWaveDTS帧中，时长字段430可设置成NAV时长值(例如mmWaveDTS时间+SIFS)，NAV源地址字段450和NAV目标地址字段460可包括相邻网络的站的地址。应当理解，本发明的实施例可包括可提供用于建立受保护的CTA的期望功能性的其它帧结构。
来看图5，示出根据本发明的一些示范实施例、防止信道时间分配受到另一个无线网络的干扰的方法的流程的示意图示。虽然本发明的范围并不局限于这个方面，但是该方法可通过WPAN的站(例如STAA、STA B、STA C、STA D、STA E、STA F)配置它们的天线用于直接链路建立(文本框510)开始。例如，在需要时，PBSS#1125的STA A110和STA B 120可配置它们的天线以便建立直接链路115。多对站(例如STA A 110和STA B 120)、各PBSS(例如PBSS#1125)的站可切换到监听模式，并且可等待CTA分配(文本框520)。例如，在需要时，CTA分配可由微微网控制器、基站和/或站来进行。
根据本发明的一个实施例，一对站可包括源站和目标站。例如，源站和目标站可处于监听模式不少于网络协议所设置的预定义时间(该预定义时间在IEEE 802.11ad标准中可称作minListeningTime)，该预定义时间先于保留CTA的保护时间之前的CTA的开始。这个时间又可称作保留的时间保护，并且可允许PBSS的一对站通过直接链路进行通信而没有对其它PBSS的其它对站的通信的干扰，但是本发明的范围并不局限于这个方面。
为了保留保护时间，源站和目标站可以为数据和确认传输及接收保持相同的天线配置。例如，源站可在分配的时隙中传送帧(例如RTS帧)(文本框560)。在需要时，RTS帧、例如帧400可至少包括目标站的地址以及要保护的时间的时长。但是，如果NAV不等于零(菱形框540)，则源站可以不发出RTS帧。
在本发明的其它实施例中，如果NAV的值大于零，则源站可以不发出RTS。但是，如果NAV的值大于零并且它接收到的最后一个RTS帧包含设置成单向的字段类型，则目标站可发出RTS，同时源站可侦听任何类型的载波。另外，如果NAV的值为零并且剩余CTA时间太短而不能完成事务，则目标站可以不发出RTS，但是应当理解，本发明的范围并不局限于本发明的这个实施例。
如果NAV不等于零，则源站可以不向目标站发送RTS帧(文本框560)。根据一个示例，源STA可在保留的时间开始和/或在保留的时间内的网络分配矢量(NAV)到期时和/或在保留的时间内且不在NAV时间中的任何其它点发送RTS帧。根据第二示例，源STA可在预定时间、如minListeningTime期间发出RTS帧一次。在需要时，源STA可使用与用于数据帧传输相同的天线配置来传送RTS帧。
目标STA可将RTS帧中的地址与其MAC地址进行比较，以及如果该地址等于目标STA MAC地址、如NAV目标地址460，则可用CTS帧进行响应(文本框560)。根据另一个示范实施例，如果RA等于STA MAC地址并且NAV不等于零，则目标STA可用mmWaveCTS帧来响应所接收的RTS帧(文本框570)。
根据另一个示例，源STA可发送mmWaveDTS帧。源STA可发送mmWaveDTS帧，作为对预期但未接收的CTS帧的响应。mmWaveDTS帧的时长字段(例如时长字段430)中的值可使用目标STA(例如存储介质131)中存储的最长NAV时长来计算。
决定用mmWaveCTS帧和/或mmWaveDTS帧来响应RTS帧的目标STA可在接收到RTS帧的时间之后在由网络协议所确定的预定义时间(例如短帧间空间(SIFS)时间)发送期望帧。根据一个示例，在需要时，mmWaveDTS可在预期CTS帧的开始之后的时隙传送。
目标STA可使用与用于ACK帧和/或数据帧传输相同的天线配置来传送mmWaveCTS和mmWaveDTS帧。源STA可接收来自目标STA的CTS(文本框570)，并且建立受保护的CTA。根据本发明的实施例，受保护的CTA又可称作通信的保护时间。在通信的保护时间期间，这对站可传送和接收数据帧、管理帧和RTS/CTS帧等(文本框580)，同时保护时间的建立使相邻网络(例如PBSS)的站在保护时间期间停止它们的传输。在需要时，这对站可向微微网控制器发送干扰报告(文本框590)。
虽然本文说明和描述了本发明的某些特征，但是本领域的技术人员现在会想到多种修改、替换、变更以及等效方案。因此要理解，所附权利要求书意在涵盖落入本发明的真实精神之内的所有这类修改和变更。

Claims (26)

1.一种为源站与目标站之间的通信保留时间的方法，包括，在所述源站处：
配置至少一个天线用于直接链路建立；
切换到监听模式，并且等待用于传输的信道时间分配；
根据信道时间分配值向目标站发送第一帧；以及
接收来自所述目标站的第二帧以完成通信的保护时间的建立，其中所述保护时间的建立使相邻网络的站在所述保护时间期间停止传输。
2.如权利要求1所述的方法，包括：
为数据和确认传输及接收保持相同的天线配置。
3.如权利要求1所述的方法，包括：
当没有接收到所述第二帧时发送第三帧，其中所述第三帧包括含有等于零的源站网络分配矢量值的时长字段。
4.如权利要求1所述的方法，包括：
接收第三帧而不是所述第二帧，其中所述第三帧包括大于零的网络分配矢量值。
5.如权利要求3所述的方法，其中，接收所述第二帧包括：
接收清除发送(CTS)帧，其中所述CTS帧包括源站地址和目标站地址。
6.如权利要求3所述的方法，其中，接收所述第三帧包括：
接收拒绝发送(DTS)帧，其中所述DTS帧包括所述相邻网络的所述站的地址。
7.如权利要求1所述的方法，其中，传送所述第一帧包括：
传送请求发送(RTS)帧。
8.一种无线通信装置，包括：
配置至少一个天线用于直接链路建立的波束形成器；以及
通信处理器，用于监听另一个站的信号，等待用于传输的信道时间分配，并根据网络分配矢量值来建立与目标站的通信的保护时间，其中所述保护时间的建立使相邻网络的站在所述保护时间期间停止传输。
9.如权利要求8所述的无线通信装置，包括：
收发器，用于根据信道时间分配值向目标站发送第一帧并接收来自所述目标站的第二帧，以完成所述通信的保护时间的建立。
10.如权利要求9所述的无线通信装置，其中，所述收发器能够在没有接收到所述第二帧时发送第三帧，其中所述第三帧包括具有等于零的无线通信装置的网络分配矢量值的时长字段。
11.如权利要求9所述的无线通信装置，其中，所述收发器能够接收第三帧而不是所述第二帧，其中所述第三帧包括具有大于零的网络分配矢量值的时长字段。
12.如权利要求9所述的无线通信装置，其中，所述第二帧包括：清除发送(CTS)帧，其中所述CTS帧包括源站地址和目标站地址。
13.如权利要求9所述的无线通信装置，其中，所述第三帧包括：拒绝发送(DTS)帧，其中所述DTS帧包括所述相邻网络的所述站的地址。
14.如权利要求9所述的无线通信装置，其中，所述第一帧包括请求发送(RTS)帧。
15.如权利要求8所述的无线通信装置，其中，所述通信处理器包括网络分配矢量(NAV)定时器，并且能够将所述NAV定时器声明为在接收的帧的时长字段中接收的值。
16.如权利要求15所述的无线通信装置，其中，所述NAV定时器能够以全局时钟的速度运行。
17.如权利要求15所述的无线通信装置，其中，所述NAV定时器能够倒计数，并且锁定在零值。
18.如权利要求15所述的无线通信装置，其中，所述通信处理器能够通过接收包含等于声明所述NAV定时器值的帧中的媒体访问控制(MAC)地址的MAC地址的帧来重置所述NAV定时器。
19.如权利要求15所述的无线通信装置，其中，所述通信处理器能够将所述时长字段的值与所述NAV定时器值的值进行比较，以及当所接收的帧的所述时长字段的值比所述NAV定时器剩余值要长时改变所述NAV定时器值。
20.一种无线通信系统，包括：
源站和目标站，其中所述源站包括：
配置至少一个天线用于直接链路建立的波束形成器；以及
通信处理器，用于监听另一个站的信号，等待用于传输的信道时间分配，并根据网络分配矢量值来建立与目标站的通信的保护时间，其中所述保护时间的建立使相邻网络的站在所述保护时间期间停止传输。
21.如权利要求20所述的无线通信系统，其中，所述源站包括：
收发器，用于根据所述信道时间分配值向目标站发送第一帧并接收来自所述目标站的第二帧，以完成所述通信的保护时间的建立。
22.如权利要求21所述的无线通信系统，其中，所述收发器能够在没有接收到所述第二帧时发送第三帧，其中所述第三帧包括等于零的所述无线通信装置的网络分配矢量值。
23.如权利要求21所述的无线通信系统，其中，所述收发器能够接收第三帧而不是所述第二帧，其中所述第三帧包括具有大于零的网络分配矢量值的时长字段，并且所述第二帧的类型与所述第三帧的类型不同。
24.如权利要求21所述的无线通信系统，其中，所述第二帧包括：清除发送(CTS)帧，其中所述CTS帧包括源站地址和目标站地址。
25.如权利要求21所述的无线通信系统，其中，所述第三帧包括：拒绝发送(DTS)帧，其中所述DTS帧包括所述相邻网络的所述站的地址。
26.如权利要求21所述的无线通信系统，其中，所述第一帧包括请求发送(RTS)帧。
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