CN102215091B - 在无线网络中通信的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MUMIMO无线网络中的传统操作。在一个既包括能够使用宽信道的新设备又包括只能使用窄信道的传统设备的网络中，网络控制器可以定义哪些装置将使用哪些窄信道来并发地发送上行链路确认。进一步地，网络控制器可以基于在设备的传输在网络控制器处的接收信号强度，来按照组来调度这些设备进行响应。

Description

在无线网络中通信的方法和装置

背景技术

依照工业标准IEEE802.11n的无线通信设备可以在具有40MHz带宽的信道(由两个连续的20MHz的信道构成)上通信，然而，较老的传统设备可能只能在20MHz的信道上通信。为了允许这两种类型的设备在同一网络中协同运作，802.11n设备可以在40MHz的宽信道上接收下行链路传输，但是在组成宽信道的每个较窄的20MHz信道上同时发送其上行链路确认。由于这些传统设备能够在至少一个窄信道上接收该确认并对该确认进行解码，这就使这些传统设备知道它们的窄信道繁忙，所以这些传统设备不会在那期间发送干扰信号。然而，如果下行链路传输是针对多个802.11n设备的，那么这些802.11n设备必须顺序地发送其确认，以避免互相干扰。这些顺序发送不必要地占用了原本可由其它设备使用的那些信道上的时间。

附图说明

可以通过参考用于解释本发明实施例的下面的描述和附图来理解本发明的一些实施例。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的无线通信网络。

图2示出了根据本发明实施例在网络控制器和四个移动装置之间的通信序列。

图3示出了根据本发明实施例基于RSSI分组在网络控制器和七个移动设备之间的通信序列。

图4示出了根据本发明实施例在多个信道上重复来自设备的传输的通信序列。

图5示出了根据本发明实施例使用MU MIMO的通信序列。

图6示出了根据本发明实施例使用轮询确认的通信序列。

图7示出了根据本发明的实施例网络控制器为上行链路确认分配信道的流程图。

具体实施方式

在下面的描述中，给出了许多具体的细节。但是，应当理解的是，可以在没有这些具体的细节的情况下，实施本发明的实施例。在其它例子中，为了不使对本描述的理解变得模糊，没有详细地示出公知的电路、结构和技术。

提及“一个实施例”、“一种实施例”、“示例性实施例”、“各种实施例”等，表示本发明的如此描述的实施例可以包含特定的特征、结构或特性，但是并不是每一个实施例都必须包含这些特定的特征、结构或特性。而且，一些实施例可以具有针对其它实施例描述的特征中的一些、全部或零个。

在下面的描述和权利要求中，可以使用术语“耦合的”和“连接的”以及它们的派生词。应当理解的是，这些术语并不旨在作为彼此的同义词。相反，在特定的实施例中，“连接的”用于表示两个或更多个元件彼此直接物理或者电接触。“耦合的”用于表示两个或更多个元件彼此协同运作或交互，但是它们可以具有或可以不具有介入它们之间的物理或电部件。

如各权利要求中使用的，除非另行指定，否则使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来描述普通元件，只是表示正在提及相同元件的不同实例，并不旨在暗示这样描述的元件必须在时间上、空间上、等级上或以任何其它方式按照给定的顺序。

本发明的各实施例可以实现在硬件、固件、软件中的一个中或其任意组合中。本发明也可以实现为包含在计算机可读介质内或上的指令，该指令可以被一个或多个处理器读取和执行，以能够执行本文描述的操作。计算机可读介质可以包括用于以一个或更多计算机可读的形式存储信息的任何机制。例如，计算机可读介质可以包括有形的存储介质，例如但不限于只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备等等。

术语“无线”可用来描述通过使用经调制的电磁辐射通过非实体介质来传输数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不暗示关联的装置不包含任何电线，尽管在一些实施例中可能不包含。无线设备可以包括至少一个天线、至少一个无线单元以及至少一个处理器，其中无线单元的发射机通过天线发送表示数据的信号，并且无线单元的接收机通过天线接收表示数据的信号，而处理器可以处理将要发送的数据以及已经接收的数据。处理器也可以处理既不被发送、也不被接收的其它数据。

如本文中所使用的，术语“网络控制器”(NC)旨在涵盖至少部分地对网络中其它装置进行的无线通信进行调度和控制的设备。NC也可以称为基站(BS)、接入点(AP)、中心点(CP)或者可能出现用于描述网络控制器功能的任何其它术语。

如本文中所使用的，术语“移动设备”(MD)旨在涵盖无线通信至少部分地被网络控制器调度和控制的那些设备。MD也可以称为移动节点、STA、用户站(SS)、用户设备(UE)或者可能出现用于描述移动设备功能的任何其它术语。移动设备在这种通信期间可以移动，但是移动不是必需的。

如本文中所使用的，术语“同时的”传输表示两个或更多个传输在时间上完全相互重叠；而术语“并发的”传输表示两个或更多个传输在时间上至少部分重叠，但是可能具有在时间上不重叠的传输部分(例如，当具有不同长度的两个传输同时开始但在不同时间结束时)。术语“同时的”和“并发的”可以类似地应用于对来自不同设备的不同信号的接收。

如本文中所使用的，术语“频率信道”表示具有特定中心频率和带宽的发送(或者接收)，而“空间信道”表示发送或者接收在物理空间上是定向的。在一些情况下，不同的频率信道可以并发地使用单个空间信道，和/或不同的空间信道可以并发地使用同一个频率信道。

如本文中所使用的，“窄”信道是在频谱中具有预定带宽的频率信道，而“宽”信道是具有由这些窄信道中的多个窄信道所占用的频谱的组合部分的频率信道。在一些实施例中，宽信道仅仅包含连续的窄信道，但是在其它实施例中，这些窄信道不必是连续的，即，包括在宽信道中的两个窄信道可以被不包括在该宽信道中的一个或多个窄信道分隔开。为了便于描述，本文中常常可以将窄信道描述为具有20MHz带宽，而可以将宽信道描述为具有窄信道带宽的整数倍的带宽，但是其它实施例可以使用不同于20MHz的窄信道带宽。在本文中，除非特别地描述为宽信道或者空间信道，否则术语“信道”是指窄频率信道。

如本文中所使用的，术语“多用户多输入多输出(MU MIMO)发送”表示多个设备可以在相同的标称中心频率上各自从一个或多个天线进行发送，使得组合发送同时产生来自每个设备的一个或多个空间信道(其中这种空间信道的数目受到发送设备处的发射天线数目的限制)。类似地，术语“MU MIMO接收”表示可以同时从多个不同的发送设备接收具有相同标称中心频率的多个信号，每个发送设备使用一个或多个天线来发送一个或多个空间信道，并且这些空间信道中的每一个可以被独立地解码。

在各种实施例中，网络控制器在宽信道上向不同的移动设备进行发送可以指示，在传输中移动设备中的每一个可以使用哪个(哪些)窄信道来采用确认进行响应。所有的移动设备可以通过在不同信道上发送它们的确认，来发地发送它们的确认，而不互相干扰。NC应当具有对在不同信道上接收的不同确认进行解码的能力。在其它实施例中，网络控制器可以以如下各种方式来为那些确认分配信道和/或调度时间：这些方式解决了处理这些确认的当前手段的特定问题。

图1示出了根据本发明实施例的无线通信网络。在网络100中，网络控制器(NC)与多个移动设备(MD-1至MD-7)无线地进行通信，该多个移动设备可以位于离该NC不同的方向。设备NC和MD-1至MD-7中的每一个都可以包含至少一个处理器、至少一个存储器、至少一个无线单元以及至少一个天线，其中每个无线单元可以将数字数据转换为射频(RF)信号用于发送，并将接收到的RF信号转换为数字数据。在一些实施例中，该NC可以包含多个无线单元和多个天线，并且可以通过使用MU MIMO技术，在不同的空间信道、但是相同的频率信道(窄或宽)上与多个移动设备中的每一个并发地通信。在这一例子中，该NC与七个MD通信，暗示了在该NC中至少有七个天线，这允许了在需要那么多的时候，每个MD有一个空间信道。然而，这些数目仅仅是举例，也可以使用其它数量的无线单元和天线。

图2示出了根据本发明实施例在网络控制器和四个移动设备之间的通信序列。所示的通信发生在四个窄信道上，其中将四个窄信道标注为20MHz信道，并且可以组合为单个的80MHz的宽信道。尽管在该例子中示出了四个具有20MHz带宽的窄信道，但是也可以使用其它数目的窄信道和/或其它信道带宽。

图2示出了NC在四个20MHz的窄信道中的每一个上同时发送前导码-A，使得这些窄信道中的任何一个都可以由接收设备用于同步信号。前导码-A也可以用于定义哪些窄信道用于组成随后的宽信道。在前导码-A之后，在宽信道(在这个例子中是80MHz)上发送前导码-B，从而允许接收设备在80MHz的信道上进行同步。然后，数据部分跟随在80MHz的宽信道上。

然后，接收设备(MD1-MD4)中的每一个可以向NC发送回确认，每个确认在独立的窄信道上。通过并发地(以及甚至可能同时地)而不是顺序地发送其确认，可以在只发送一个确认所花费的时间之后空出所有四个窄信道以供它用。虽然宽信道可以用于确认，但是这样的话，将必须顺序地发送确认。进一步地，在该区域内的传统设备可能无法充分地解码宽信道，以知晓该信道是繁忙的，因此可能尝试发送将会干扰确认的信号。

为了保证移动设备MD1-MD4中的每一个使用不同的窄信道用于各自的确认，NC可以在下行链路传输期间为每一个移动设备分配一窄信道。可以在下行链路传输中的任何可行位置中设置这种分配。该分配的形式可以是任何可行的形式，例如但不限于信息单元、表、索引指针、简单的信道编号等等。

虽然每个MD可以使用不同的信道来发送其确认，但是一个信道上的较强的信号仍然可能干扰另一信道上的较弱的信号。对于频分多址(FDMA)通信，这尤其是一个问题，FDMA通常要求：1)MD以非常低的带外发射来发送信号，以及2)NC具有非常紧密的数字滤波器。这两个方案都增加了硬件的复杂度和费用。本发明有多个实施例可以用于解决这一问题，而不具有这种复杂度/费用，在下面描述这些实施例。

为了降低一个信道上的较强的信号可能干扰另一信道上的较弱的信号的可能性，NC可以根据接收信号的相对信号强度来分配信道和/或响应时间。NC可以通过检测来自每个MD的上行链路传输的信号强度，来确定和维持每个MD的接收信号强度指示符(RSSI)，从而提供了对来自每个MD的信号强度在随后的上行链路通信中可能将有多强的预测。由于信号强度取决于可以频繁改变的许多因素(例如发射机和接收机间的距离、信号路径上的障碍物、天线的方向、发射机的功率电平等等)，所以可能需要频繁的检测。

这种知识可以用于通过根据MD的RSSI值来对MD进行分组而产生良好的效果。NC可以通过只调度具有类似RSSI值(即，在彼此的预定范围内)的MD在相同时间进行发送，来降低一个信道上的较强的信号压倒另一信道上的较弱的信号的可能性。对于有效的操作而言，RSSI应当如何接近地匹配可能取决于很多因素，对于这些因素的详细讨论已超出了本文的范围。

图3示出了根据本发明实施例基于RSSI分组在网络控制器和七个移动设备之间的通信序列。在这一例子中，NC先前已经确定MD 1、3、5和6(见图1)具有的RSSI在值上足够接近，使得MD1、3、5和6可以在并发响应中被分在一组，以及MD 2、4和7具有的RSSI也在值上足够接近以一起调度其响应。于是，给MD 1、3、5和6分配四个特定信道，并调度MD 1、3、5和6来在这四个信道上同时发送它们的确认。类似地，分配MD 2、4和7，以在该相同的四个信道中的三个信道上、但是在比MD 1、3、5和6稍晚的时间并发地发送MD 2、4和7的确认。这一技术降低了对于MD传输功率控制的需求，但是仍然可以使用功率控制来进一步降低RSSI中的差异。

图4示出了根据本发明实施例在多个信道上重复来自设备的传输的通信序列。在图4中，指导每个MD在两个相邻的信道上同时发送其确认。除了增加对出现在多于一个信道上的消息进行成功解码的可能性以外，NC也可以选择只在非相邻的信道上进行接收。例如，NC通过对来自MD-1的、仅在最上端的信道上的确认进行解码，以及对来自MD-2的、仅在最下端的信道上的确认进行解码，来获得正在使用的信道之间的最大间隔。虽然MD 3和4必须在晚些时候进行发送，进而占用更多的网络时间，但是在非常嘈杂的环境中，这会是合理的折中方式。

图5示出了根据本发明实施例使用MU MIMO的通信序列。在这个例子中，具有两个MU MIMO空间信道，一个空间信道包含MD 1和2，另外一个空间信道包含MD 6和7。由于与MD 6和7相比，MD 1和2处于离NC的完全不同的方向上(见图1)，所以在所述两个空间信道之间维持无线间隔应当是不困难的。在第一空间信道内，首先调度MD-1在所有四个信道上发送其确认，而后是在相同的四个信道上的来自MD-2的确认。在另一空间信道上，首先调度MD-6在所有四个信道上发送其确认，而后是在相同的四个信道上的来自MD-7的确认。注意，在这两个空间信道上，可并发地使用相同的频率信道，这是因为空间信道是高度定向的。

图6示出了根据本发明实施例使用轮询确认的通信序列。在先前的例子中，在正被确认的下行链路通信中调度每个确认的定时和/或信道分配。然而，在一些实施例中，可以单独地调度确认。在图6的例子中，对来自MD 1和2的确认进行预调度，但是通过块确认请求(BAR)轮询来请求来自MD 3和4的确认，该BAR轮询是NC在初始下行链路传输后的某一时间发送的。所示的实施例示出了在每一个正在使用的20MHz窄信道上发送的独立的BAR，但是其它实施例可以不同(例如，在80MHz的宽信道上发送的单个BAR)。

虽然已经独立地描述了各种技术(即，图2的信道分配，图3的RSSI分组，图4的信道重复，图5的MU MIMO，图6的轮询确认)，但是这些独立的技术可以根据需要进行组合，以利用它们独特的优点。

图7示出了根据本发明实施例网络控制器为上行链路确认分配信道的流程图。在流程图700中，在710，网络控制器可以定义由可用窄信道中的多个窄信道构成的宽信道。该宽信道随后可以用于去往多个移动设备的下行链路传输的至少一部分，并且可以要求接收移动设备在特定的窄信道上发送上行链路确认，来指示对该下行链路传输的成功接收。可以给每个移动设备分配这些窄信道中一个或多个以在发送其确认期间使用，并且可以在下行链路传输中发送该分配。

在720、730和740处示出了三种用于分配信道的技术。并列地示出了这三种技术，原因在于任何一种技术都可以单独使用，或者与其它技术中的一种或两种组合使用，来确定信道的分配。在720处示出了表示了基于类似的RSSI值将移动设备组织成组，在先前描述图3的文字中包含了该内容。在730处示出了基于MU MIMO的考虑来分配信道，在先前描述图5的文字中包含了该内容。在740处示出了为移动装置分配重复信道以供使用，在先前描述图4的文字中包含了该内容。

不管使用哪种技术或者技术组合来分配信道，在750，NC可以通过以下操作来使移动设备意识到这些分配：进行去往移动设备的下行链路传输，该下行链路传输包括对移动设备在发送确认时应当使用哪些信道的指示。在一些实施例中，移动设备在发送其确认之前，可能必须被轮询。在其它实施例中，可以基于所依据的标准或者其它考虑，来预定确认的定时。在任一种情况下，在760，可以在指定的一个或多个信道上并且在指定的一个或多个时间接收确认。

虽然前面示出的例子假定用于上行链路确认的窄信道与组成下行链路宽信道的那些窄信道相同，但是，在一些实施例中，用于确认的窄信道可以不同于下行链路中使用的窄信道。当用于下行链路的信道仅仅是所有可用信道的一部分时，这种灵活性可以允许NC在快速变化的网络状况下，更加高效地利用可用信道。

前述描述旨在进行说明，而不是限制。本领域技术人员将会想到各种变化。那些变化旨在包括在本发明的各种实施例中，本发明仅仅受到随后的权利要求的限制。

Claims (17)

1.一种用于在无线网络中通信的装置，包括：

无线网络控制器(NC)，其包括处理器、存储器和无线单元，所述无线单元在多个窄信道中的每一个上同时向多个设备发送第一前导码，然后在包括所述多个窄信道的一个宽信道上向所述多个设备发送第二前导码，然后在所述宽信道上向所述多个设备发送下行链路传输，所述下行链路传输包含指示所述多个设备中的每一个设备在发送针对所述下行链路传输的确认期间将使用所述多个窄信道中的哪一个或哪些窄信道的信息。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述指示窄信道的信息包括在介质访问控制(MAC)报头中。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述NC在发送所述传输之后，并发地接收来自所述多个设备的确认。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述信息还包括定时信息，所述定时信息指示所述多个设备中的每一个设备将在何时发送其响应。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述NC：

基于每一个设备的接收信号强度指示符(RSSI)的值将所述设备分为至少两个组；以及

使单个组中的设备并发地发送其确认。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述单个组中的设备的RSSI具有在彼此的预定范围内的值。

7.如权利要求5所述的装置，其中，所述RSSI是所述NC根据先前接收的来自所述设备的信号的信号强度来确定的。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述信息指示给所述设备中的至少一个设备分配所述多个窄信道中在其上同时发送特定确认的多个窄信道。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述网络控制器在两个窄信道上读取来自所述多个设备中的两个设备的确认，其中，所述两个窄信道由至少一个其它窄信道分隔开。

10.一种在无线网络中通信的方法，包括：

在多个窄信道中的每一个上同时向多个设备发送第一前导码；

在包括所述多个窄信道的一个宽信道上向所述多个设备发送第二前导码；

在所述宽信道上向所述多个设备发送下行链路传输，所述下行链路传输包含指示所述多个设备中的每一个设备在发送针对所述下行链路传输的确认期间将使用所述多个窄信道中的哪一个或哪些窄信道的信息。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述指示窄信道的信息包括在介质访问控制(MAC)报头中。

12.如权利要求10所述的方法，包括：在所述发送之后，并发地接收来自所述多个设备的确认。

13.如权利要求10所述的方法，其中，所述信息包括定时信息，所述定时信息指示所述多个设备中的每一个设备将在何时发送其响应。

14.如权利要求10所述的方法，还包括：

将所述设备分为至少两个组，其中，组中的设备具有在彼此的预定范围内的接收信号强度指示符(RSSI)；以及

向单个组中的设备发送进一步的信息，以使所述单个组中的设备并发地发送其确认。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述RSSI是根据先前接收的来自所述设备的信号的信号强度来确定的。

16.如权利要求10所述的方法，包括：向特定设备分配所述多个窄信道中的多个特定窄信道，以指示所述特定设备将在所述多个特定窄信道中的全部特定窄信道上并发地发送特定确认。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：在两个窄信道上读取来自所述多个设备中的两个设备的确认，其中，所述两个窄信道由至少一个其它窄信道分隔开。