CN101755476B - 链路适配方案 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在支持多无线电信道通信方案的通信系统中减少干扰的方法，其中可以在发送器与接收器之间建立通信链路。在该方法中，发送器先确定(301)在发送器的干扰水平、然后基于确定的干扰水平来进行链路适配，其中链路适配包括应用(307)用于适配通信链路的信道捆绑以便从发送器向接收器在至少两个无线电信道上同时传输。

Description

链路适配方案
技术领域
本发明涉及一种减少通信系统中的干扰的方法。更具体而言，本发明涉及一种在各种通信系统中适用的新链路适配方案。本发明也涉及一种对应的计算机程序产品和通信设备。
背景技术
在无线通信网络中，无线信道的条件持续地改变。在许多情况下，改变如此明显以至于需要来自通信网络的反应以便继续满足传输要求。一种可能反应是链路适配。链路适配是一种在网络中应用的技术，其中不同物理层(PHY)模式可用于数据传输，并且它常规地由如下功能构成，该功能在给定信道条件之下选择适当PHY模式。物理层通过采用不同调制和信道编码方案来提供多个数据传输速率。
在现代无线局域网(LAN)和个域网(PAN)标准中，由调制和编码方案构成的多种PHY模式可用于数据传送。当前链路适配方案基于一些判决变量(比如分组错误率(PER)和/或移动站(MS)在空闲时间期间进行的信道质量测量)来选择可用PHY模式之一用于即将来临的数据传送。
Daji Qiao等人在IEEE transactions第1卷第4期(2002年10-12月)第278-292页、标题为“Goodput Analysis and Link Adaptationfor IEEE 802.11a wireless LANs”的发表文章中公开了链路适配算法的例子。这一算法和类似算法对于IEEE 802.11a/e无线LAN(WLAN)而言表现良好，但是它们针对单信道协议而设计并且当在多信道系统中使用时欠佳。尤其是当存在在不同用户的不同同时传输之间的多接入干扰(MAI)时，对活动用户之一在一个信道上使用的PHY模式并且因而对所用传输功率的调整改变了网络中的干扰情形。这样的结果是影响需要调整其传输特性的其它链路。因而，网络可能变得不稳定。因此需要一种在多信道系统中表现良好的改进链路适配算法。
发明内容
根据本发明的第一方面，提出一种如权利要求1所述的干扰减少方法。
尤其是在异步码分多址(CDMA)网络中，接收器的性能受同时用户的数目、在他们的传输之间的相对延迟和各干扰方的功率很大的影响。通过应用信道捆绑，发送器占用至少两个信道并且在使用两个信道的情况下将对它的接收器的潜在干扰方的数目减一。通过占用多个信道，发送器阻挡这些信道，从而其他用户在发送器占用这些信道之时不能使用这些信道。因此，增强多用户检测器(MUD)的性能从而在干扰检测器获得更高的干扰抑制以及更高的信号与干扰和噪声之比(SINR)。在一些情况下，这一SINR增强足以保持PHY模式不变并且受益于更低延迟。
另外，信道捆绑向链路提供更多容量，并且在使用更低PHY模式的情况下，这一方法可以因此补偿所需的更长传输时间。
根据本发明的第二方面，提供一种计算机程序产品，该产品包括用于在加载和运行于发送器的计算机装置上时实施根据本发明第一方面的方法的指令。
根据本发明的第三方面，提供一种如权利要求10所述的通信设备，该设备被布置用于实施根据本发明第一方面的方法。
附图说明
参照附图根据非限制示例实施例的下文描述将清楚本发明的其它特征和优点，附图中：
-图1是本发明的教导可以应用于其中的环境的框图；
-图2是根据本发明的能够应用信道捆绑的适配块的框图；
-图3是根据本发明实施例的简化流程图；
-图4示出了沿着时间线的四个传输信道，其中捆绑两个信道以用于同时传输；
-图5示出了数据传输在其上开始于不同时间瞬间的四个传输信道；
-图6示出了数据传输在其上同时开始的四个传输信道；并且
-图7是示出了仿真结果的图。
具体实施方式
在以下描述中将在多载波CDMA(MC-CDMA)系统中的编码分布式协调功能(C-DCF)的背景中更具体地描述本发明的一些非限制示例实施例。然而将理解本发明不限于这一环境而是本发明的教导同样可应用于采用其它多接入方案(如频分多址(FDMA))的通信系统中，只要它们采用多信道结构。
根据MC-CDMA方案操作的通信系统的例子是已经成为全球WLAN标准的IEEE 802.11a/e。从介质访问控制(MAC)层的观点看，通过使用MC-CDMA，频率信道划分成由不同扩频序列分离的数个信道。所述不同信道也可以称为码信道(cch)。作为I EEE 802.11MAC的基本访问机制的DCF通过使用具有冲突避免的载波感测多接入(CSMA/CA)在兼容设备之间实现自动介质共享。在设备开始传输之前，它感测无线介质以确定它是否空闲。如果介质看起来空闲，则传输可以继续，否则设备将等待直至进行中的传输结束。CSMA/CA机制在邻接帧传输之间要求最小指定间隔(space)。设备将在尝试传输之前保证介质对于指定的帧间间隔已经空闲。
分布式帧间间隔(DIFS)由在DCF下操作的设备用来传输数据帧。使用DCF的设备必须遵循两个介质访问规则：(1)仅当设备的载波感测机制确定该介质至少在DIFS时间内已经空闲时，才会允许该设备传输；以及(2)为了减少在访问介质的多个设备之间的冲突概率，站将在迟延之后或者在成功传输之后、在尝试传输另一帧之前选择随机回退(backoff)间隔。有数据分组要传输的设备在0与竞争窗口之间抽取如下随机数，该随机数确定回退计时器以时隙数为单位的持续时间。
图1示出了本发明的教导可以应用于其中的环境。在图1中示出了在这一例子中为移动电话手机101的无线通信设备101。在这一例子中，这些设备101被布置成根据IEEE 802.11a标准与接入点103通信。因此，在无线设备之间的通信通过空中发生。接入点103还可以将设备101发送的请求中继到服务器105。有线连接可以布置于接入点103与服务器105之间。在图1的布置中授权仅一个无线设备在某一个信道上在某一时间与接入点103通信。出于这一目的，无线设备利用如上文说明的CSMA/CA。然而，无线设备101可以通过使用其它信道来与相同接入点通信或者使用相同通信信道和相同或者不同通信协议来与其它接入点通信，由此在通信系统中引起干扰。
图2示出了作为通信设备101一部分的链路适配块201的简化框图。在本文上下文中没有描述通信设备101的其它元件，因为它们为本领域技术人员所知。链路适配块201包括图2中的三个块、即信道捆绑块203、PHY模式适配块205和功率控制块207。如从图中可见，这些块被布置成相互通信，从而当这些块之一在进行判决时，可以在进行判决时考虑其它块的操作。链路适配块201将确定的干扰水平作为输入并且输出具有所选PHY模式和传输功率水平的数个传输信道。根据实施例，所确定的干扰水平被输入到所有这三个块中。这些块的操作稍后将更详细描述。
图3示出了对根据本发明实施例的在通信系统中减少干扰的方法进行描绘的流程图。图1的流程图中描绘的方法可以应用于打算向接入点103传输数据的无线设备101中。
在步骤301中，无线设备101确定它打算用于传输的无线电信道上的干扰水平。为了确定干扰，它可以例如测量从接入点103接收的导频信号的信号与干扰之比(SIR)或者PER或者任何其它相关值。然后向链路适配块201馈送确定的干扰水平。然后在步骤303中比较干扰水平与预定的阈值。可以在链路适配块201中包含的各块中完成比较。可选地，可以有用于比较的一个元件，从而这一元件然后将通知链路适配块201中的其它块。也可以根据网络中的一些变量来动态调整该阈值。例如在传输数据时比在传输语音时容许更多干扰。因此，干扰阈值可以视传输类型而定。如果干扰水平在阈值以下，则无需链路适配，并且一旦存在使用预期调制和编码方案的空闲资源就可以在步骤305中进行传输。
然而，如果在步骤303中确定干扰水平不在阈值以下，则信道捆绑块203在步骤307中应用信道捆绑。在图4中示出了信道捆绑原理。在这一情况下，如图中所示在信道2和3上同时传输数据。信道1并不适合于传输，因为在回退时段期间检测到存在已经在这一信道上传输的另一终端。另一方面，信道2和3是空闲的，因为在回退时段(在这一例子中为四个时隙的时段)期间确定这些信道是空闲的。在这一例子中，信道4由于它被占用而在希望的时段期间并不适合于传输。即使在图4的例子中在信道4上的传输大致地在与信道2和3上的传输开始相同的时间结束，但情况并非一定如此。在这一情况下唯一重要的是，信道4在DIFS和回退时段期间被占用。由于在MC-CDMA系统的上下文中说明本发明，因此在图4中不同编码信道由它们的相应扩频码标识。当然，如果需要则无线设备101可以在多于两个信道上同时传输，其条件是有足够的空闲信道可用。
一旦判决应用信道捆绑，则并行开始多个回退处理。回退处理不一定必须具有相同回退参数。通常，即使回退参数在所有信道上相同，但是取决于信道上的业务(traffic)，一些回退倒计数将比其它回退倒计数更早结束。设备101然后可以在其上已经完成回退的不同信道上并行开始多个传输。存在两种可选方案：
-一旦已经完成回退，设备101在各信道上独立开始传输。在这一情况下，在不同信道上的传输通常并非同时开始。在图5中示出了这一点。
-设备101在多个信道上并行开始传输、但是等待直至已经完成某一数目(上至所有)信道上的回退以例如以更高“捆绑数据速率”并行传输数据。在图6中示出了这一点。
可以针对使用m个信道中的n个信道(n≤m)的站扩展这一过程，其中在p(p≤n)种情况下没有中断倒计数从而致使站在d(d≤p)个信道上开始并行传输。将注意在图5和图6中回退时段对于不同信道而言不同，而在图4中为数个信道选择共同回退时段。
然后在步骤309中确定是否需要改变PHY模式、即调制和/或编码方案。如果无需改变PHY模式，则可以在所选信道上传输数据。另一方面，如果在步骤309中确定需要改变PHY，则在步骤311中打算传输数据的无线设备101如在步骤309中判决的那样改变PHY。这由PHY模式适配块205完成。因此，如果完成信道捆绑调整和PHY模式改变，则该方法可以称为二维链路适配方法。然后在步骤305中传输数据。另外如果在步骤309中确定无需改变PHY，则在步骤305中传输数据而不改变PHY模式。此后该过程结束或者它可以通过在步骤301中确定干扰水平而再次重新开始。
IEEE 802.11a具有如表1中所示的八种PHY模式。例如，对于通过使用PHY模式3(即码速率为1/2的QPSK调制)来操作的链路，可以切换以在BPSK调制和码速率1/2的模式1中在两个并行信道上操作。在两种情况下，最终数据速率为12Mbps。因此，通过使用本发明的方法，如果需要则可以保持数据速率恒定。当然也有可能在PHY模式增加的多个信道上同时传输。这将意味着将在短得多的时间内完成传输。
  模式   调制   码速率   数据速率
  1   BPSK   1/2   6Mbps
  2   BPSK   3/4   9Mbps
  3   QPSK   1/2   12Mbps
  4   QPSK   3/4   18Mbps
  5   16-QAM   1/2   24Mbps
  6   16-QAM   3/4   36Mbps
  7   64-QAM   2/3   48Mbps
  8   64-QAM   3/4   54Mbps
表1：IEEE 802.11a的八种PHY模式
图7示出了一些仿真结果。针对第二干扰方的功率的五个不同值作为第一干扰方的功率的函数示出了在检测器(即在设备101)的SINR。图中的SINR值是在并发用户传输之间的相对延迟不同的10 000次运行上的平均值。该曲线图示出了性能随着干扰功率几乎线性下降。一个重要观测是MUD即使在所有三个干扰信号比载波强度高5dB的情况下仍然设法提供正SINR。这论证了检测器在存在高的多址干扰(MAI)时的干扰抑制能力。
通过信道捆绑来减少干扰对网络中的所有其它链路有正面影响，最少也能减少所应用的传输功率。其结果是在许多设备101的总干扰减少和功率节省。
在不能用所选PHY模式驱动连接的情况下，根据二维链路适配方案在转变到更稳健的PHY模式之前由传输设备使用信道捆绑是有益的。
链路适配算法也可以应用信道捆绑作为例如功率控制算法的功率调整的一种替代方案。因此，当从网络接收到降低传输功率的功率控制命令时，设备101将进行信道捆绑并且可能同时降低PHY模式而不调整传输功率。在这一情况下，功率控制块207将控制信道捆绑块和PHY模式适配块。可选地，链路适配算法可以结合例如功率控制算法的功率调整来应用信道捆绑。
本发明同样涉及一种能够在加载和运行于传输设备101的计算机装置上时实施本发明实施例的任何方法步骤的计算机程序产品。
本发明同样涉及一种布置成执行根据本发明实施例的任何方法步骤的集成电路。
尽管已经在附图和前文描述中具体地图示并描述了本发明，但是这样的图示和描述将视为是说明性的或者示范性而不是限制性的；本发明不限于公开的实施例。
本领域技术人员在实施要求保护的本发明时可以根据对附图、公开内容和所附权利要求书的研究来理解和实现对公开实施例的其它变化。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或者步骤，而不定冠词“一/一种”并不排除多个/多种。单个处理器或者其它单元可以实现权利要求中记载的数个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载不同特征这一纯粹事实并不表明不能有利地使用这些特征的组合。
计算机程序可以存储/分布在与其它硬件一起或者作为其它硬件的部分来供应的适当介质上、但是也可以用其它形式(比如经由因特网或者其它有线或者无线电信系统)来分布。权利要求书中的任何标号不应解释为限制本发明的范围。

Claims (8)

1.一种在支持多无线电信道通信方案的通信系统中减少干扰的方法，在该通信系统中可以在发送器(101)与接收器(103)之间建立通信链路，所述方法包括由所述发送器(101)执行的以下步骤：
-针对从所述发送器(101)到所述接收器(103)的传输来确定(301)在所述发送器的干扰水平；并且
-当且仅当所确定的干扰水平超过阈值时基于所确定的干扰水平来针对所述传输进行链路适配，其中所述链路适配包括应用(307)用于适配所述通信链路的信道捆绑，以便从所述发送器(101)向所述接收器(103)在至少两个无线电信道上同时传输；
其中所述发送器(101)能够从所述通信系统接收功率控制命令，所述方法还包括基于功率控制命令来应用信道捆绑。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述链路适配还包括调整(311)物理层模式，其中所述物理层模式至少由调制方案和/或编码方案限定。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在调整所述物理层模式之前进行所述信道捆绑。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法还包括所述发送器(101)从所述通信系统接收功率控制命令，并且基于所述功率控制命令来应用信道捆绑而不调整所述发送器(101)的传输功率。
5.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的方法，其中所述方法还包括所述发送器(101)从所述通信系统接收功率控制命令，并且基于所述功率控制命令结合所述发送器(101)的功率调整来应用信道捆绑。
6.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的方法，其中在已经应用所述信道捆绑之后所述传输在多个无线电信道上同时开始。
7.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的方法，其中在已经应用所述信道捆绑之后所述传输在不同无线电信道上在不同时间瞬间开始。
8.一种在支持多无线电信道通信方案的通信系统中的通信设备(101)，其中该通信设备(101)包括：
-用于针对从所述通信设备(10)到接收器(103)的传输来确定在所述通信设备(101)的干扰水平的装置；以及
-链路适配单元(201)，其被布置成当且仅当所确定的干扰水平超过阈值时基于所确定的干扰水平针对所述传输来执行用于减少所述通信系统中的干扰的链路适配，其中所述链路适配包括应用信道捆绑以便在至少两个不同的无线电信道上同时传输：
其中所述通信设备(101)能够从所述通信系统接收功率控制命令，以及基于功率控制命令来应用信道捆绑。
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