CN101809954A - 用于移动微波存取全球互通(WiMAX)系统中的媒体存取控制(MAC)开销减小的压缩的MAC报头结构 - Google Patents

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Abstract

一种分组数据结构，包括压缩的媒体存取控制(MAC)报头结构，它能够显著减小用于例如因特网协议上的语音(VoIP)和交互游戏的小有效负载应用的MAC报头开销，并且增加这类应用的容量。在各个实现中，该分组数据结构可在设计成根据例如802.16e-2005标准和/或演进IEEE 802.16m标准的电子和电气工程师协会(IEEE)标准来操作的移动微波存取全球互通(WiMAX)系统中使用。描述各个实施例并且要求其权利。

Description

用于移动微波存取全球互通(WiMAX)系统中的媒体存取控制(MAC)开销减小的压缩的MAC报头结构
背景技术
移动微波存取全球互通(WiMAX)是用于固定和移动宽带网络以实现包含数据、流传送视频和语音的宽带数据服务的宽带无线技术。移动WiMAX系统可根据以下标准来操作：例如，电子和电气工程师协会(IEEE)802.16e-2005标准，“Air Interface for Fixed and MobileBroadband Wireless Access Systems”(2005年2月)；以及演进IEEE802.16m标准，“Advanced Air Interface”。
IEEE 802.16e-2005的媒体存取控制(MAC)层最初从电缆上数据服务接口规范(DOCSIS)标准继承。对于IEEE 802.16e-2005和移动WiMAX，每个MAC协议数据单元(PDU)包含通用MAC报头之后跟随有效负载或者服务数据单元(SDU)和循环冗余校验(CRC)。CRC是4个八位字节，并且基于IEEE 802.3，并且对于包含MAC报头和有效负载的整个MAC PDU来运算。
通用MAC报头(GMH)和带宽请求(BW-REQ)报头是MAC报头的两种类型。如IEEE 802.16e-2005中定义的，GMH的大小是6个八位字节：报头类型(HT)(1位)、加密控制(EC)(1位)、有效负载类型(6位)、保留(Rsv)(1位)、CRC指示符(CI)(1位)、加密密钥序列(EKS)(2位)、Rsv(1位)、有效负载长度最高有效位(LEN MSB)(3位)、有效负载长度最低有效位(LEN LSB)(8位)、连接标识符最高有效位(CID MSB)(8位)、连接标识符最低有效位(CID LSB)(8位)和报头校验序列(HCS)(8位)。BW-REQ报头的大小也是6个八位字节：HT(1位)、EC(1位)、带宽请求类型(3位)、带宽请求最高有效位(BR MSB)(11位)、带宽请求最低有效位(BR LSB)(8位)、CID MSB(8位)、CID LSB(8位)和(HCS)(8位)。
MAC报头的大小对于例如因特网协议上的语音(VoIP)和交互游戏的某些应用是显著的开销，这些应用都是延迟敏感的并且通常包含频繁的小的有效负载。依赖于所采用的语音编解码器的类型，例如以自适应多速率(AMR)编解码器作为示例，VoIP实时传输协议(RTP)有效负载的大小通常小于40个八位字节(例如，对于ITU-T G.729是20个八位字节)。因此，封装在MAC PDU中的VoIP分组由于尾随CRC和MAC报头的大小而可能具有25％到50％之间的开销。此外，在VoIP和交互游戏应用中，常规MAC报头中的字段的大多数通常没有完全使用。
IEEE 802.16e-2005标准被设计用于数据应用并且具有最大灵活性。然而，来自蜂窝运营商对于增加的VoIP容量的不断增加的需求以及例如交互游戏的新的应用的出现均要求MAC开销减小技术以及对常规MAC报头的更有效的备选方案。
附图说明
图1示出根据各个实施例的包括压缩的MAC报头结构的分组数据结构。
图2A-C示出根据各个实施例的紧凑连接标识符(CCID)值选择。
图3示出根据各个实施例的移动WiMAC系统。
图4示出根据各个实施例的MAC报头开销减小逻辑流程。
图5示出根据各个实施例的存储MAC报头开销减小逻辑的制造的物品。
具体实施方式
各个实施例针对包括压缩的MAC报头结构的分组数据结构，它能够为例如VoIP和交互游戏应用的小有效负载应用显著减小MAC报头开销，并且由此增加这类应用的容量。在各个实现中，分组数据结构可在设计成根据IEEE 802.16e-2005标准和/或演进IEEE 802.16m标准来操作的移动WiMAX系统中使用。
能领会，虽然为了说明的目的而可在移动WiMAX系统和/或IEEE802.16e-2005和IEEE 802.16m标准的上下文中描述示范实施例，但是，根据所述实施例，本文所述的方面和优点可适用于改进其它无线通信系统和标准。例如，一些实施例可与根据现有IEEE 802.11、802.11a、802.11b、802.11e、802.11g、802.11h、802.11i、802.11n、802.16、802.16d、802.16e标准以及上述标准的演进或派生、将来版本来操作的装置和/或网络兼容。
图1示出分组数据结构100的一个实施例。如图所示，分组数据结构100可包括压缩的MAC报头结构102。在各个实现中，压缩的MAC报头结构102可布置成简化例如VoIP和交互游戏的小分组应用的内容和/或为其去除冗余。压缩的MAC报头结构102可包括紧凑连接标识符(CCID)字段104、分组长度字段106、加密控制(EC)字段108、CRC指示符(CI)字段110和报头校验序列(HCS)字段112。分组数据结构100还可包括用户数据有效负载字段114和帧校验序列(FCS)字段116。
在各个实施例中，CCID字段104可布置成包含用于标识基站与移动台之间的传输或管理连接的m位CCID值。当被建立时，连接可包括基站与移动台之间在下行链路(DL)或上行链路(UL)方向中的单向逻辑链路。在各个实现中，DL和UL连接可包括例如用于发射用户数据业务流的传输连接以及用于发射MAC控制和/或信令数据的管理连接。
每个m位CCID值可用作对于用于具体用户的通过空中接口的数据和/或MAC管理发射的临时唯一地址。m位CCID值可具有比用于GMH或BW-REQ报头的常规连接标识符(CID)更少数量的位。在一示范实施例中，m位CCID值可包括4位(例如，m＝4)。但是，能领会，还可利用m的其它值来减小MAC报头开销的大小，只要CCID值包含比用于GMH或BW-REQ报头的完全16位CID更少数量的位(例如，m＜＜16)。注意，m位CCID值可在DL或UL方向中使用，并且可用于取代传输连接CID以及管理连接(例如基本、主要和辅助)CID。
分组长度字段106可布置成包含n位分组长度值，其用于指示将包含在用户数据有效负载字段114中的用户数据有效负载的大小。在各个实施例中，n位分组长度值可包括如6那么少的位，这与适合于VoIP和交互游戏应用的64个八位字节的用户数据有效负载的最大大小对应。例如，基于用于VoIP和交互游戏有效负载的可用统计模型的统计分析暗示，VoIP用户分组的平均长度小于40个八位字节(例如，用于3GPP AMR语音编解码器的7至33个八位字节)，并且交互游戏用户分组的平均长度小于64个八位字节。因此，分组长度字段106可包含如6位那么小的n位分组长度值。在示范实施例中，n位分组长度值可包括6位(例如，n＝6)。但是，能领会，可利用n的其它值。
EC字段108可布置成包含用于指示用户数据有效负载的加密的1位EC值。在各个实现中，用户数据有效负载可被加密或者不加密。在一示范实施例中，EC值可在设置为1(例如，EC＝1)时指示用户数据有效负载是加密的，否则(例如，EC＝0)指示用户数据有效负载没有加密。能领会，可利用用于指示用户数据加密的其它机制。
CI字段110可布置成包含1位CI值，其用于指示FCS字段116中CRC值(一般已知为FCS)跟随用户数据有效负载。在各个实现中，CRC值可在加密之后基于压缩的MAC报头102和用户数据有效负载字段114来运算。CRC值的使用可依赖于用户应用。在一示范实施例中，CI值可在设置为1(例如，CI＝1)时指示用户数据有效负载之后跟随CRC值，否则(例如，CI＝0)指示没有CRC值跟随用户数据有效负载。但是，能领会，可利用用于指示CRC值的其它机制。
HCS字段112可布置成包含k位报头校验序列(HCS)值，以便为压缩的MAC报头结构102提供错误保护。在一示范实施例中，HCS字段112中包含的k位(0＜＝k＜8)HCS值将跟随并且专有地对于压缩的MAC报头结构102的其它字段(即，CCID、长度、EC和CI)来运算。在各个实现中，推荐循环冗余校验4(CRC-4)、即4位CRC用于开销减小。
用于单个用户有效负载的检测和解码的过程如下所述。所接收MAC报头的CRC被运算并且对照HCS值来比较。如果HCS校验成功，则检测CCID、长度、EC和CI字段。否则，如果HCS校验失败，则丢弃分组，并且不发射否定确认(NACK)。如果启用CRC(例如，CI＝1)，则运算分组的CRC并对照CRC字段值来比较。如果CRC校验成功，则对有效负载进行解码，并且发射ACK(确认)。如果CRC校验失败，并且如果允许重发，则发送NACK，并且请求重发。
在各个实现中，包括压缩的MAC报头结构102的分组数据结构100可以较低开销来实现例如VoIP和交互游戏数据分组的小数据分组的更有效处理。例如，依赖于系统配置，MAC报头开销对于小分组应用可减小多达60％的因子。能领会，在一些实施例中，与GMH(6个八位字节)和CRC(4个八位字节)对应的常规10八位字节开销对于每个用户数据分组可减小到与压缩的MAC报头字段102(2个八位字节)和FCS字段116(2个八位字节)对应的4个八位字节。MAC报头开销的这种减小可直接转换成用于例如VoIP和交互游戏的小分组应用的更高容量和性能，而这些应用预期将主导蜂窝网络的服务供应。
可指明包括压缩的MAC报头结构102的分组数据结构100用于由例如VoIP和交互游戏应用的一个或多个小分组应用来使用。但是，能领会，实施例在此方面中不受限制。例如，压缩的MAC报头结构102可在将受益于MAC报头开销减小的各种小分组应用中发现可应用性。在一些实施例中，压缩的MAC报头结构102的使用可基于常规MAC报头和CRC相对用户数据有效负载的关系来采用。例如，如果对应于常规MAC报头(例如，GMH或BW-REQ报头)和CRC的开销与用户数据有效负载的比率将大于某个阈值(例如，25％)，则通过利用压缩的MAC报头结构102能获得显著的MAC开销减小。
在各个实现中，包括压缩的MAC报头结构102的分组数据结构100可实现为将通过基站与移动台之间的移动WiMAX空中接口来发射的MAC PDU。例如，移动WiMAX空中接口可支持OFDMA技术，并且MACPDU可在OFDMA帧内实现。能领会，压缩的MAC报头结构102没有在包含基站和移动台实现的移动WiMAX空中接口上施加任何附加的复杂性。
OFDMA技术可涉及用于将带宽细分成多个频率副载波的复用操作。通过在发射之前跨副载波对信息进行编码和交织，OFDMA技术可改进多径性能。在通过OFDM帧来实现时，MAC PDU可包含在DL子帧或UL子帧中。例如，用于TDD(时分双工)操作的OFDM帧可包括DL和UP子帧，并且MAC PDU可包含在DL子帧内的DL突发中或者包含在UL子帧内的UL突发中。
除了MAC PDU之外，OFDM帧可包括各种控制信息，例如用于同步的前同步码(preamble)、用于帧配置信息(例如，突发简档(burstprofile)、突发长度)的帧控制报头(FCH)、指示UL使用的上行链路媒体存取协议图(UL-MAP)、指示DL使用的下行链路图(DL-MAP)、用于随机接入(random access)和调整(例如，时间、频率、功率)及带宽请求的UL测距子信道、用于报告信道状态信息的UL信道质量指示符信道(CQICH)以及用于混合自动重复请求(HARQ)ACK/NACK信令的UL确认(ACK)信道。
能领会，所述的实施例可通过设计成根据IEEE 802.16e-2005标准和/或演进IEEE 802.16m标准来操作的无线装置的MAC层来实现。例如，基站或移动台的MAC层可将所述实施例的方面作为提取用户数据有效负载所要求的DL和/或UL分组检测和解码过程的部分来实现，以便显著增加例如VoIP和交互游戏的小分组应用的容量和性能。
还能领会，可能必需的是，区分压缩的MAC报头结构与常规MAC报头(例如，GMH和BW-REQ报头)的使用，以便所述实施例与根据例如IEEE 802.16e-2005的现有IEEE标准来操作的传统装置和/或网络以及与根据上述标准的演进(例如，IEEE 802.16m)或派生、将来版本来操作的装置和/或网络兼容。注意，GMH的当前结构和内容不允许添加版本控制或者任何其它指示符。
OFDMA帧可包含多个区(zone)，其中能实现子信道的完全使用(FUSC)或者子信道的部分使用(PUSC)。置换区可包括DL或UL中使用相同置换方案的多个邻接OFDMA符号。DL子帧或UL子帧可含有多于一个置换区。置换公式可将子信道映射到OFDMA符号中的物理副载波。置换公式对于DL和UL以及对于FUSC和PUSC方案可变化。
在一些实施例中，压缩的MAC报头结构102可专有地用于某些置换区中，例如与VoIP和/或交互游戏用户业务对应的置换区。时分复用(TDM)技术可用于将传统移动WiMAX系统所支持的置换区与IEEE802.16m系统所支持的新置换区分离。在这类实施例中，压缩的MAC报头结构102能专有地在用于VoIP和交互游戏用户业务分配的新置换区中使用，以确保新的和传统的终端能被调度并且从基站接收服务。
在各个实施例中，可在建立基站与移动台之间的连接之前指示压缩的MAC报头结构102的使用，以便确保新的和传统的移动台能调度并且从基站接收服务。基站可定期向服务扇区发射链路描述消息，例如指示DL信道的特性的下行链路信道描述符(DCD)消息以及指示UL信道的特性的上行链路信道描述符(UCD)消息。UCD和DCD消息可含有突发简档信息、调制信息、错误校正信息、前同步码长度等等。在一些实施例中，由基站定期发送的DCD和/或UCD消息可包括指示m位CCID值的大小的长度值。通过在DCD和/或UCD消息中通告m位CCID值的长度，附连到基站的新的和传统的移动台均可预先知道预期包括m位(例如，m＝4)的连接标识符。CCID的大小(即，m的值)也能由IEEE 802.16m标准指定为固定值，并且因此通告将不是必需的。
为了创建连接，基站和移动台可交换各种消息，例如动态服务流添加(DSA)消息。对于例如预供给的服务流的某些服务流，连接创建可由基站发起。在这类情况下，基站可向移动台发送DSA请求(DSA-REQ)消息，并且移动台可通过向基站发送DSA响应(DSA-RSP)消息来确立连接的创建。对于例如非预供给的服务流的其它服务流，连接创建可由移动台发起。在这类情况下，移动台可发送DSA-REQ消息，并且基站可用DSA-RSP消息来响应，以确立连接的创建。
在一些实施例中，能在建立基站与移动台之间的连接之前使用一个或多个DSA消息(例如，DSA-REQ消息和/或DSA-RSP消息)中包含的类型长度值(TLV)发信号通知压缩的MAC报头结构102的使用。TLV值可指示压缩的MAC报头结构102将用于要在基站与移动台之间建立的特定连接。通过在连接创建之前发信号通知，压缩的MAC报头结构102甚至能用于传统区中而不使传统移动台混乱。
图2A示出CCID值选择的一个实施例。在各个实现中，可对基站与移动台之间建立的连接指派m位CCID值，其中m＜＜16位。能领会，与使用常规完全16位CID相比，使用CCID值减小唯一传输连接的数量。为了减轻这个缺点，CCID值的集合可根据某些供给来选取。
如图所示，常规16位CID的集合包含m位CCID值的若干集合。m位CCID值的每个集合可包括2m个不同CCID值(例如，16个不同CCID值，其中m＝4)。在各个实施例中，基站可布置成根据某种映射在服务扇区中在用户传输连接之间指派常规CID，使得CID通过共同部分来分组。例如，基站可对具有相同MSB部分(例如，最高有效12个位)的16位CID分组，并且可保持对可用的并且由移动台使用中的CID的认知。
如图2B中所示，在各个实现中，一组16位CID的MSB部分可以相同。因此，可截去完全16位CID的共同部分(例如，12位MSB部分)，而仅保持不同部分(例如，4位LSB部分)。m位CCID值的每个集合可包括通过共同MSB部分所分组的截去的16位CID的LSB部分。在各个实施例中，基站可根据某种映射将CCID值指派给用户传输连接，使得每个CCID值可包括从截去的16位CID的4位LSB部分导出的m位值(例如，m＜＜16)。
在概念上，以这种方式截去CID与IEEE 802.16e-2005标准中所述的减小的CID(Reduced CID)(RCID)的概念相似，其中RCID是当前已指派并且由移动台使用中的CID的集合的LSB部分。但是，根据所述实施例，能使用截去来克服对于能同时指派给特定用户业务的唯一CCID值的数量的限制。
如图2C中所示，在一备选实现中，16位CID可划分为两个部分。CID的MSB部分可标识用户(即，用户ID)，而CID的LSB部分可标识与特定用户对应的管理或传输连接(即，用户连接ID)。可通过共同或专用信令或消息传递信道发信号通知用户ID，而通过CCID字段，用户连接ID能指定为压缩的MAC报头的部分。在这种情况下，用户连接ID和CCID值相同。
图3示出移动WiMAX系统300的一个实施例。在各个实施例中，移动WiMAX系统300可根据IEEE 802.16e-2005标准和/或演进IEEE802.16m标准来操作。能领会，本文所述的方面和优点可应用于改进其它无线通信系统和标准。
移动WiMAX系统300可支持各种通信和/或调制技术，例如频分复用(FDM)、正交FDM(OFDM)、正交频分多址(OFDMA)、可伸缩OFDMA(S-OFDMA)、编码OFDM(COFDM)、时分复用(TDM)、时分多址(TDMA)、扩展TDMA(E-TDMA)、时分双工(TDD)、频分双工(FDD)、正交相移键控(QPSK)、偏移QPSK(OQPSK)、差分QPSK(DQPSK)、正交幅度调制(QAM)、N状态QAM(N-QAM)、差分QAM(DQAM)以及其它技术。
移动WiMAX系统300可采用各种编码技术，例如CRC、前向错误校正(FEC)、CRC、自动重复请求(ARQ)、混合ARQ(HARQ)、快速信道反馈、卷积码(CC)、卷积涡轮码(Convolution Turbo Code)(CTC)、块涡轮码(Block Turbo Code)、低密度奇偶码校验(LDPC)以及其它技术。
移动WiMAX系统300可支持各种加密技术，例如高级加密标准(AES)加密、高级存取内容系统(AACS)加密、数据加密标准(DES)加密、三重DES(3DES)加密、Rivest、Shamir和Adleman(RSA)加密、椭圆曲线密码术(ECC)加密以及其它技术。
移动WiMAX系统300可利用各种天线技术，例如多输入多输出(MIMO)、自适应MIMO(A-MIMO)、单输入多输出(SIMO)、多输入单输出(MISO)、自适应或高级天线系统(AAS)和/或其它智能或多天线技术。
移动WiMAX系统300可根据不同类型的系统来提供语音和/或数据通信功能性，例如码分多址(CDMA)系统、全球移动通信系统(GSM)系统、北美数字蜂窝(NADC)系统、OFDMA系统、TDMA系统、E-TDMA系统、窄带高级移动电话服务(NAMPS)系统、例如宽带CDMA(WCDMA)、CDMA-2000的3G系统以及通用移动电话系统(UMTS)系统、具有GPRS的GSM系统(GSM/GPRS)、CDMA/1xRTT系统、全球演进增强数据率(EDGE)系统、EV-DO系统、数据和语音演进(EV-DV)系统、高速下行链路分组接入(HSDPA)系统、高速上行链路分组接入(HSUPA)系统、多载波调制(MDM)系统、离散多音(DMT)系统、蓝牙(RTM)系统、ZigBee(TM)系统以及其它系统。
移动WiMAX系统300可根据一个或多个协议来传递、管理或处理信息，例如MAC协议、物理层(PHY)协议、物理层会聚协议(PLCP)、动态主机配置协议(DHCP)、文件传送协议(FTP)、微小FTP(TFTP)、简单网络管理协议(SNMP)、异步传送模式(ATM)协议、帧中继协议、系统网络架构(SNA)协议、传输控制协议(TCP)、因特网协议(IP)、TCP/IP、X.25、超文本传送协议(HTTP)、用户数据报协议(UDP)、多用途因特网邮件扩展(MIME)协议、网关控制协议、媒体网关控制协议(MGCP)、简单网关控制协议(SGCP)、会话宣告协议(SAP)、会话描述协议(SDP)、会话发起协议(SIP)、远程语音协议(RVP)、RVP控制协议(RVPCP)、实时流传送协议(RTSP)、实时传输协议(RTP)、同步化多媒体综合语言(SMIL)协议、因特网流传送媒体联盟(ISMA)协议以及其它协议。
如图所示，移动WiMAX系统300可包括耦合到MS 304的BS 302。按照对于性能约束或设计参数的给定集合所期望的，BS 302和MS 304可作为硬件、软件或者它们的任何组合来实现。BS 302可包括或者实现为无线装置或系统，例如WiMAX基站、中继站(RS)、移动多跳中继BS(MMR-BS)、网络集线器、网关、路由器等等。MS 304可包括或者实现为无线装置或系统，例如无线客户端装置、用户终端、膝上型计算机、便携计算机、个人计算机(PC)、笔记本PC、手持计算机、服务器计算机、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、组合蜂窝电话/PDA、VoIP电话、智能电话、寻呼机、消息传递装置、媒体播放器、数字音乐播放器、游戏装置、机顶盒(STB)、器具(appliance)、顾客场所装备(CPE)、无线接入点(AP)、调制解调器、全球定位系统(GPS)装置、基于位置的服务(LBS)装置、导航系统和其它无线装置或系统。
一般来说，无线装置可包括用于无线通信的一个或多个无线接口和/或组件，例如一个或多个发射器、接收器、收发器、芯片组、放大器、滤波器、控制逻辑、网络接口卡(NIC)、天线等等。收发器的示例可包含MIMO收发器、SIMO收发器、MISO收发器、多接收器链(MRC)收发器等等。天线的示例可包含内部天线、外部天线、单极天线、曲折单极天线(meandered monopole antenna)、偶极天线、平衡天线、印刷螺旋天线(printed helical antenna)、芯片天线(chipantenna)、陶瓷天线、平面倒F天线(PIFA)、螺旋天线、端馈天线、全向天线、圆极化天线、微带天线、分集天线、双天线(dual antenna)、天线阵列以及其它天线。
虽然图3可通过举例的方式而示出有限数量的装置，但是能领会，移动WiMAX系统300可包含用于给定实现的附加装置或节点。例如，WiMAX系统300可包含多个基站和若干移动台。另外，BS 302可形成接入服务网络(ASN)的部分，并且耦合到接入服务网络网关(ASN-GW)。ASN-GW可将BS 302耦合到连接性服务网络(CSN)，其包括内容服务、支持系统、路由器、服务器(例如，应用服务器、AAA服务器、DNS/DHCP服务器)、用户数据库、网关装置和其它组件。CSN可接入其它CSN、应用服务提供商(ASP)网络和/或因特网。在一些实施例中，MS 304可形成例如局域网(LAN)、无线LAN(WLAN)、无线保真(WiFi)网络、城域网(MAN)、无线MAN(WMAN)、广域网(WAN)、无线WAN(WWAN)、个域网(PAN)、无线PAN(WPAN)等等的网络的部分或者与其连接。
BS 302和MS 304可布置成传递一种或多种类型的信息，例如媒体信息和控制信息。媒体信息一般可指表示打算用于用户的内容的任何数据，例如图像信息、视频信息、图形信息、音频信息、语音信息、文本信息、数字信息、字母数字符号、字符符号等等。控制信息一般可指表示打算用于自动化系统的命令、指令或控制字的任何数据。例如，控制信息可用于路由通过系统的媒体信息，或者指示节点以某种方式来处理媒体信息。
可以从以及向多个不同装置或网络传递媒体和控制信息。在各个实现中，媒体信息和控制信息可分段成一系列分组。每个分组可包括例如具有根据位、字节、八位字节等等来表示的固定或变化大小的离散数据集合。能领会，所述实施例的方面可应用于各种类型的通信内容或格式，例如帧、片段(fragment)、信元(cell)、窗口、单元以及其它通信内容或格式。
在各个实施例中，媒体和控制信息可通过BS 302与MS 304之间的无线通信信道来传递。无线通信信道的示例非限制地可包含无线电信道、红外线信道、射频(RF)信道、RF谱的部分和/或一个或多个授权或免授权频带。无线通信信道可布置成支持BS 302与MS 304之间的一个或多个点到点连接。多个连接可共享物理无线通信信道的资源(带宽、时间、频率、码和空间)。
为了建立用于在移动WiMAX系统300内传递信息的无线通信信道，BS 302和MS 304可执行各种要求的操作，例如DL同步、测距、能力协商、认证、注册和IP连接性操作，以实现网络接入。
BS 302可定期向服务扇区发射链路描述消息，例如指示DL信道的特性的DCD消息以及指示UL信道的特性的UCD消息。UCD和DCD消息可含有突发简档信息、调制信息、错误校正信息、前同步码长度等等。在一些实施例中，由BS 302基站定期发送的DCD和/或UCD消息可包括指示CCID值的大小(例如，m位)的长度值。通过在DCD和/或UCD消息中通告m位长度值，附连到BS 302的MS 304以及其它新的和传统的移动台可预先知道预期m位CCID值(例如，m＜＜16)。
MS 304可扫描并且检测来自BD 302的DCD和UCD消息，以得到DL和UL参数并与DL同步。MS 304可从BS 302接收上行链路媒体存取协议图(UL-MAP)消息和下行链路图(DL-MAP)消息。UL-MAP和DL-MAP可分别指示UL和DL的使用，并且定义例如突发开始时间和子信道分配的控制信息。UL-MAP消息可含有指示UL子帧期间其中MS304能发射的时隙的信息元素(IE)。BS 302可使用例如上行链路带宽分配调度的调度技术来确定UL-MAP、IE和时隙。
MS 304可向BS 302发送测距请求消息。MS 304可使用最小发射功率来发射测距请求消息。如果BS 302没有响应，则MS 304可使用更高发射功率来发送附加的测距请求消息，直到从BS 302接收到测距响应。来自BS 302的测距响应消息可指示成功或要求的时间、频率和/或功率校正。如果要求校正，则MS 304可进行要求的校正，并且发射另一个测距请求。
在成功测距之后，MS 304可向BS 302报告能力以用于协商。BS302可基于这类能力来对MS 304接受或拒绝接入。MS 304可在DL中向BS 302发送请求的调制和编码方案(MCS)。MCS可支持具有可变码率和重复率的自适应调制和编码(AMC)。MCS可包含例如基带调制(例如，QPSK、16QAM、64QAM)、FEC的类型(例如，CC、CTC)、编码率(例如，1/2、2/3、3/4、5/6)、重复率(例如，x2、x4、x6)等等的信息。MS 304可向BS 302发送信道质量指示符(CQI)报告，该报告指示例如物理载波对接口加噪声比(CINR)、有效CINR、MIMO模式、所选子信道等等的信道条件。
在成功的能力协商之后，BS 302可认证MS 304，并且提供必需信息(例如证书、算法、协议)，以使MS 304能够支持加密/解密。MS304和BS 302可交换注册请求和响应消息。注册可涉及交换各种参数，例如IP版本支持、管理的/非管理的支持、ARQ支持、分类支持、CRC支持、流程控制以及其它参数。MS 304可得到IP地址和其它参数，以建立IP连接性并且下载操作参数。
为了在移动WiMAX系统300内通信，BS 302和MS 304可根据各种服务质量(QoS)等级和/或参数来操作。QoS等级的示例可包含未经请求的许可服务(UGS)、实时轮询服务(rtPS)、扩展rtPS(ErtPS)、非实时轮询服务(nrtPS)和尽力而为型(BE)服务流。UGS可指定用于例如VoIP和交互游戏的应用的最大维持速率、最大等待时间容限和抖动容限。rtPS可指定用于例如流传送音频和视频的应用的最小保留速率、最大维持速率、最大等待时间容限和业务优先级。ErtPS可指定用于包含具有活动检测的语音的例如VoIP的应用的最小保留速率、最大维持速率、最大等待时间容限、业务优先级和抖动容限。nrtPS可指定用于FTP应用的最小保留速率、最大维持速率和业务优先级。BE服务流可指定用于例如电子邮件、环球网(web)浏览和数据传送的应用的最大维持速率和业务优先级。
为了支持QoS并且在任何数据发射之前，MS 304和BS 302的MAC层可建立各种类型的连接。在各个实施例中，MS 304和BS 302的MAC层可包括若干功能MAC层组件或模块。如图3中所示，例如，BS 302的MAC层可包括MAC会聚子层(CS)组件306和MAC共同部分子层(CPS)组件308，以及MS 304的MAC层可包括MAC CS组件310和MAC CPS组件312。MAC CS组件306、312可布置成执行例如对于外出分组(outbound packet)的分组分类和进入分组(inbound packet)的分组重构的操作以及根据所述实施例的其它操作。MAC CPS组件308、312可布置成执行例如外出分组的分组调度和进入分组的分组处理的操作以及根据所述实施例的其它操作。
要领会，所述的MAC层组件可通过一个或多个芯片或集成电路(IC)来实现，并且可包括例如硬件和/或软件，例如将由逻辑装置(例如，处理器、核、控制器、计算机等)执行的逻辑(例如，指令、数据、代码等)。可执行逻辑可在逻辑装置的内部或外部存储在一种或多种类型的计算机可读存储媒体上，例如易失性或非易失性存储器、可拆卸或不可拆卸存储器、可擦除或不可擦除存储器、可写或可重写存储器等等。还要领会，所述实施例示出示范实现，并且功能组件和/或模块可通过与所述实施例一致的各种其它方式来实现。此外，这类组件或模块所执行的操作对于给定实现可组合和/或分离，并且可由更大数量或者更少数量的组件或模块来执行。
MS 304和BS 302的MAC层所提供的连接可支持各种类型的发射，例如发送方与指定接收方之间的单播发射(例如，点到点)、发送方与多个指定接收方之间的多播发射(例如，点到多点)、发送方与覆盖区域内的所有接收方之间的广播发射以及其它发射。连接的类型可根据将发射的数据的类型和/或数据业务流的方向来定义。
当数据在MAC层接收以用于发射时，外出分组与服务流关联。服务流可包括将从BS 302发射到MS 304或者将从MS 304发射到BS 302的分组的单向流。服务流可与特定QoS以及例如带宽、等待时间、抖动和其它QoS参数的各种参数关联。对于特定的服务流，一个或多个连接在BS 302与MS 304之间建立以用于传递分组。一般来说，当数据会话在BS 302与MS 304之间开始时建立连接，并且在完成数据会话之后拆掉连接。
为了创建连接，BS 302与MS 304可交换例如DSA消息的各种消息。对于例如预供给的服务流等一些服务流，连接创建可由BS 302来发起。在这类情况下，BS 302可向MS 304发送DSA-REQ消息。MS304可通过向BS 302发送DSA-RSP消息来确立连接的创建。对于例如非预供给的服务流的其它服务流，连接创建可由MS 304来发起。在这类情况下，MS 304可发送DSA-REQ消息，并且BS 302可用DSA-RSP消息来响应，以确立连接的创建。
在一些实施例中，能在建立基站与移动台之间的连接之前使用一个或多个DSA消息(例如，DSA-REQ消息和/或DSA-RSP消息)中包含的TLV来发信号通知压缩的MAC报头结构102的使用。TLV值可指示压缩的MAC报头结构102将用于要在BS 302与MS 304之间建立的特定连接。通过在连接创建之前发信号通知，压缩的MAC报头结构102甚至能在传统区中由BS 302和MS 304使用而不使传统移动台混乱。
当被建立时，每个连接可包括BS 302与MS 304之间在DL或上行链路UL方向中的单向逻辑链路。在各个实施例中，DL和UL连接可包括例如用于发射用户数据业务流的传输连接以及用于发射MAC控制和/或信令数据的管理连接。如图3中所示，例如，DL连接314和UL连接316可在BS 302与MS 304之间建立。要领会，DL连接314和UL连接316为了说明而非限制的目的而示出，并且对于给定实现可建立更大或更少数量的UL和DL连接。
在各个实施例中，BS 302与MS 304之间建立的一个或多个用户连接可通过CCID值来标识。每个CCID值可用作对于与具体用户对应的通过空中接口的数据和MAC管理发射的临时唯一地址。每个CCID可包括m位值(例如，m＜＜16位)。在一示范实施例中，每个CCID值可包括4位。在各个实现中，每个m位CCID值(例如，4位CCID值)的值可如上所述地来选择。例如，BS 302可根据某种映射将CCID值指派给用户传输连接，使得每个CCID值可包括从截去的16位CID(例如，GMH CID)的4位LSB部分导出的m位值(例如，m＜＜16)。在另一个示例中，通过将16位CID划分为(16-m)位用户ID和m位用户连接ID，BS 302可将CCID值指派给用户传输/管理连接，其中每个CCID值可包括等于用户连接ID的m位值。
如图3中所示，例如，DL连接314可通过CCID-1来标识，而UL连接316可通过CCID-x来标识，其中x根据所述实施例可表示任何正整数值。在这个示例中，要将通过DL连接314从BS 302传输到MS 304的数据分组可包括具有频繁的小的有效负载(例如，多达64个八位字节)的VoIP数据或交互游戏数据。当在BS 302的MAC层接收时，数据分组可与服务流关联，并且由MAC CS组件306基于CCID-1来分类。
在与服务流关联之后，数据分组可封装在MAC PDU 318内，并且进行排队以用于通过DL连接314的发射。在各个实施例中，MAC PDU318可通过OFDMA帧来实现。例如，MAC PDU 318可包含在OFDMA帧的DL子帧中。
MAC PDU 318可包括分组数据结构100，如以上参照图1所述的。例如，MAC PDU 318可包括压缩的MAC报头结构102，其包含含有CCID-1的m位值的CCID字段104。在一些实施例中，压缩的MAC报头结构102可专有地用于为VoIP和/或交互游戏用户业务所指明的置换区中。在BS 302，MAC PDU 318可由MAC CPS组件308来调度，并且通过由CCID-1所标识的DL连接314来发射。
如上所述，分组数据结构100可用于DL和UL两个方向中。因此，在一些实施例中，MAC PDU 318可包括压缩的MAC报头结构102，其包含含有CCID-x的m位值的CCID字段104。在这类实施例中，MAC PDU318可通过由CCID-x所标识的UL连接316来传输。
如上所述，CCID值可用于取代用于BS 302与MS 304之间的传输连接的常规传输CID(例如，16位GMH CID)。但是能领会，CCID值也可用于取代例如基本、主要和辅助CID的常规管理连接标识符。管理连接可包括DL或UL连接，并且可对应于包含基本、主要和辅助QoS等级的管理业务的不同QoS等级。管理连接例如可用于动态管理与特定服务流关联、定义空中接口上的发射排序和调度的QoS参数。
为了保持连接之间的QoS，BS 302可对于每个连接评估BW-REQ消息，并且将带宽许可给MS 304以及其它移动台。在各个实施例中，带宽可在CCID基础上来请求，并且分配给特定连接和/或特定移动台(例如，MS 304)。例如，MS 304可在争用期期间向BS 302发送BW-REQ消息。该BW-REQ消息可报告每个连接的当前队列大小以指示带宽需求。在各个实现中，可响应轮询而使用单播发射技术、使用争用方法和/或使用其它请求机制来定期请求带宽。
图4示出用于MAC报头开销减小的逻辑流程400的一个实施例。在各个实施例中，逻辑流程400可由各种系统和/或装置来执行，并且可实现为按照对于设计参数的给定集合所期望的硬件、软件和/或它们的任何组合。例如，逻辑流程400可由逻辑装置(例如，计算机)和/或将由逻辑装置执行的逻辑(例如，计算机程序指令)来实现。为了说明而非限制的目的，参照图1。
逻辑流程400可包括指示压缩的MAC报头结构102的使用(框402)。压缩的MAC报头结构102可包括CCID字段104，它布置成包含用于标识基站与移动台之间的DL或UL连接的m位CCID值(例如，m＜＜16)。在各个实施例中，可在建立基站与移动台之间的连接之前指示压缩的MAC报头结构102的使用，以便确保新的和传统的移动台均能调度并且从基站接收服务。
在一些实施例中，由基站定期发送的DCD和/或UCD消息可通告m位CCID值的长度。在一些实施例中，可使用一个或多个DSA消息(例如，DSA-REQ消息和/或DSA-RSP消息)中包含的TLV来发信号通知压缩的MAC报头结构102的使用。在一些实施例中，压缩的MAC报头结构102可专有地用于某些置换区中，例如与VoIP和/或交互游戏用户业务对应的置换区。
逻辑流程400可包括建立连接(框404)。连接可包括基站与移动台之间在DL或UL方向中的单向逻辑链路。在各个实现中，DL和UL连接可包括用于发射用户数据业务流的传输连接或者用于发射MAC控制和/或信令数据的管理连接。连接可由移动台和基站的MAC层来建立。
逻辑流程400可包括将CCID值指派到该连接(框406)。在各个实施例中，m位CCID值可用作临时唯一地址，并且包含比常规CID更少数量的位。注意，m位CCID值可在DL或UL方向中使用，并且可用于取代传输连接CID以及管理连接(例如，基本、主要和辅助)CID。在一些实施例中，基站可根据某种映射将CCID值指派给用户传输连接，使得每个CCID值可包括从截去的16位CID(例如，GMHCID)的4位LSB部分导出的m位值(例如，m＜＜16)。在一备选实施例中，通过将16位CID划分为(16-m)位用户ID和m位用户连接ID，基站可将CCID值指派给用户传输/管理连接，其中每个CCID值可包括等于用户连接ID的m位值。
逻辑流程400可包括将用户数据有效负载封装在包括压缩的MAC报头结构102的分组数据结构100中(框408)。在各个实施例中，用户数据分组可与服务流关联，并且根据CCID值来分类。在与服务流关联之后，数据分组可封装在分组数据结构100内，并且进行排队以用于发射。分组数据结构100可通过MAC PDU和/或OFDMA帧来实现。
在一些实施例中，包括压缩的MAC报头结构102的分组数据结构100可用于封装小数据分组，例如VoIP和交互游戏数据分组。在一些实施例中，用户数据有效负载的最大大小是64个八位字节，这是适合于VoIP和交互游戏应用的。压缩的MAC报头结构102可包括分组长度字段106，其包含如6位那么小的n位分组长度值(例如，n＝6)。
逻辑流程400可包括通过连接来传递包括压缩的MAC报头结构102(包含CCID值)的分组数据结构100(框410)。在各个实施例中，分组数据结构100可在MAC层来调度，并且通过CCID值所标识的连接来发射。能领会，在一些情况下，与GMH(6个八位字节)和CRC(4个八位字节)对应的常规10八位字节开销对于每个用户数据分组可减小到与压缩的MAC报头字段102(2个八位字节)和FCS字段116(2个八位字节)对应的4个八位字节。MAC报头开销的这种减小可直接转换成用于例如VoIP和交互游戏应用的这类小分组应用的更高容量和性能。
图5示出制造的物品500的一个实施例。如图所示，物品500可包括存储MAC报头开销减小逻辑504的计算机可读存储媒体502。根据所述实施例，物品500可由各种系统和/或装置来实现。
物品500和/或计算机可读存储媒体502可包含能够存储数据的一种或多种类型的计算机可读存储媒体，包含易失性存储器或非易失性存储器、可拆卸或不可拆卸存储器、可擦除或不可擦除存储器、可写或可重写存储器等等。物品500和/或计算机可读存储媒体502可存储包括可执行计算机程序指令的MAC报头开销减小逻辑504，所述可执行计算机程序指令在由计算机执行时使计算机执行根据所述实施例的方法和/或操作。
MAC报头开销减小逻辑504可包括或者实现为软件、软件模块、应用、程序、子例程、指令、指令集、计算代码、字、值、符号或者它们的组合。可执行计算机程序指令可包含任何适当类型的代码，例如源代码、编译代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码和诸如此类。可执行计算机程序指令可根据预定义计算机语言、方式或语法来实现，用于指示计算机执行某个功能。指令可使用任何适当的高级、低级、面向对象、可视、编译的和/或解释的编程语言来实现，例如C、C++、Java、BASIC、Perl、Matlab、Pascal、Visual BASIC、汇编语言以及其它语言。
本文陈述了许多具体细节，以提供实施例的透彻理解。但是，本领域的技术人员将领会，实施例没有这些具体细节也可实行。在其它情况下，没有详细描述公知的操作、组件和电路，以免混淆实施例。能领会，本文所公开的具体结构和功能细节可以是代表性的，而不一定限制实施例的范围。
还值得注意的是，对于“各个实施例”“一个实施例”或“一实施例”的任何引用表示结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性包含在至少一个实施例中。因此，短语“在各个实施例中”、“在一个实施例中”或者“在一实施例中”在贯穿本说明书的位置中的出现不一定都是指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何适当的方式组合在一个或多个实施例中。
虽然一些实施例可能示出和描述为包括执行各种操作的示范功能组件或模块，但是能领会，这类组件或模块可由一个或多个硬件组件、软件组件和/或它们的组合来实现。
附图的一些可包含流程图。虽然这类附图可包含特定逻辑流程，但是能领会，逻辑流程只提供一般功能性的示范实现。另外，逻辑流程不一定必须以提出的顺序来执行，除非另外地指示。另外，逻辑流程可由硬件元件、由计算机执行的软件元件或者它们的任何组合来实现。
一些实施例可实现为包括计算机可读存储媒体的制造的物品，所述计算机可读存储媒体存储用于执行如本文所述的各种操作的可执行计算机程序指令。在这类实施例中，计算机可包含使用硬件和/或软件的任何适当组合来实现的任何适当的计算机平台、装置、系统或诸如此类。
除非明确地另外声明，否则能领会，例如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”或诸如此类的术语是指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，其操纵寄存器和/或存储器内表示为物理量(例如，电)的数据和/或将其变换成存储器、寄存器或者其它此类信息存储、发射或显示装置内类似地表示为物理量的其它数据。
值得注意的是，一些实施例可使用表达“耦合”和“连接”及其派生词来描述。这些术语并非旨在作为用于彼此的同义词。例如，一些实施例可使用术语“连接”和/或“耦合”来描述，以指示两个或更多元件处于与彼此的直接物理或电接触中。然而，术语“耦合”还可表示两个或更多元件不处于与彼此的直接接触中，但是还仍然与彼此交互或合作。关于软件元件，例如，术语“耦合”可指接口、消息接口、API、交换消息等等。
虽然如上所述已经示出实施例的某些特征，但本领域的技术人员现在将想到许多修改、替换、改变以及等效物。因此要理解，所附权利要求旨在涵盖落入实施例的真实精神之内的所有此类修改和改变。

Claims (20)

1.一种存储在计算机可读媒体上的减小媒体存取控制(MAC)开销的分组数据结构，所述分组数据结构包括：
包括紧凑连接标识符(CCID)字段的压缩的媒体存取控制(MAC)报头结构，所述CCID字段包含用于标识连接的m位CCID值，所述连接包括基站与移动台之间在下行链路或上行链路方向中的单向逻辑链路，所述m位CCID值具有比用于通用MAC报头(GMH)或带宽请求(BW-REQ)报头的连接标识符(CID)更少数量的位。
2.如权利要求1所述的分组数据结构，所述m位CCID值包括4位。
3.如权利要求1所述的分组数据结构，还包括分组长度字段以包含n位分组长度值、包括加密控制(EC)字段以包含1位EC值、包括循环冗余校验(CRC)指示符字段(CI)以包含1位CI值、以及包括报头校验序列(HCS)字段以包含k位HCS值。
4.如权利要求3所述的分组数据结构，所述n位长度值包括6位。
5.如权利要求3所述的分组数据结构，所述k位HCS值包括4位。
6.如权利要求1所述的分组数据结构，还包括用户数据有效负载字段以包含具有64个八位字节的最大分组长度的用户数据有效负载。
7.如权利要求5所述的分组数据结构，所述用户数据有效负载包括因特网协议上的语音(VoIP)数据和交互游戏数据中的至少一项。
8.如权利要求1所述的分组数据结构，还包括帧校验序列(FCS)字段以包含包括2个八位字节的CRC值。
9.如权利要求1所述的分组数据结构，包括MAC协议数据单元(PDU)。
10.如权利要求1所述的分组数据结构，包括正交频分多址(OFDMA)帧。
11.一种设备，包括：
媒体存取控制(MAC)层，包括建立基站与移动台之间在下行链路或上行链路方向中的单向逻辑链路并且将m位紧凑连接标识符(CCID)值指派到所述连接的一个或多个组件，所述m位CCID值具有比用于通用MAC报头(GMH)或带宽请求(BW-REQ)报头的连接标识符(CID)更少数量的位。
12.如权利要求11所述的设备，包括根据一个或多个电子和电气工程师协会(IEEE)标准来操作的无线装置。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述IEEE 802.16标准包括IEEE 802.16e-2005和IEEE 802.16m中的一个或多个。
14.一种包括耦合到天线的如权利要求11所述的设备的系统。
15.一种方法，包括：
建立连接，所述连接包括基站与移动台之间在下行链路或上行链路方向中的单向逻辑链路；
将m位压缩的连接标识符(CCID)值指派到所述连接，所述m位CCID值具有比用于通用MAC报头(GMH)或带宽请求(BW-REQ)报头的连接标识符(CID)更少数量的位；以及
通过所述连接来传递包括压缩的媒体存取控制(MAC)报头结构的分组数据结构，所述压缩的MAC报头结构包括包含所述CCID值的CCID字段。
16.如权利要求15所述的方法，其中，指明所述压缩的MAC报头结构用于在一个或多个置换区中专有地使用。
17.如权利要求15所述的方法，还包括：通过在链路描述消息中通告所述CCID值的长度来指示所述压缩的MAC报头结构的使用。
18.如权利要求15所述的方法，还包括：使用动态服务流添加(DSA)消息中包含的类型长度值(TLV)来指示所述压缩的MAC报头结构的使用。
19.如权利要求15所述的方法，还包括：根据某种映射向传输连接指派CCID值，使得每个CCID值包括从截去的GMH CID或BW-REQCID的最低有效位(LSB)部分导出的m位值。
20.一种制造的物品，包括存储可执行计算机程序指令的计算机可读存储媒体，所述可执行计算机程序指令在由计算机执行时使所述计算机执行如权利要求15所述的方法。
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