CN103002448B

CN103002448B - 一种无线局域网信道配置方法及装置

Info

Publication number: CN103002448B
Application number: CN201110277799.5A
Authority: CN
Inventors: 罗振东; 万屹
Original assignee: Research Institute of Telecommunications Transmission Ministry of Industry and Information Technology
Current assignee: China Academy of Information and Communications Technology CAICT
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2018-04-17
Anticipated expiration: 2031-09-19
Also published as: CN103002448A

Abstract

本发明涉及一种无线局域网信道配置方法，包括发送L‑STF、L‑LTF、L‑SIG、VHT‑STF和VHT‑SIG‑A时采用100MHz信道以及发送VHT‑LTF、VHT‑SIG‑B和数据符号时采用120MHz信道，所述100MHz信道的频率范围为5735MHz到5835MHz，所述120MHz信道的频率范围为5725MHz+k×0.3125MHz到5845MHz+k×0.3125MHz(0≤k≤16)。该无线局域网信道配置装置包括：100MHz信道模块和120MHz信道模块。本发明充分利用了我国在5725MHz‑5850MHz的无线局域网可用频段，将最大信道带宽提高至120MHz，大幅提高频谱利用率和数据吞吐量，并且能够与现有IEEE 802.11系统保持良好的兼容和共存，使现有标准中已有的技术方案尽量得到重用，具有良好的技术延续性，可以有效降低研发成本，并与现有无线局域网产业保持良好衔接。

Description

一种无线局域网信道配置方法及装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种无线局域网信道配置方法及装置。

背景技术

无线局域网(WLAN)是指利用无线通信技术进行数据传输的局域网技术。当前国际主流的WLAN技术是由基于IEEE 802.11a/b/g/n系列标准的Wireless Fidelity(Wi-Fi)技术，最高传输速率可达600Mbps。随着无线视频等宽带无线数据业务的快速增长，对无线局域网的传输能力又提出了更高的要求。当前，IEEE正在制定下一代无线局域网技术标准IEEE 802.11ac，工作在5GHz频段，目标吞吐量将超过1Gbps。为了大幅提高无线局域网的传输速率，IEEE 802.11ac除了采用多输入多输出(MIMO)和正交频分复用(OFDM)等技术之外，还将在原有的20MHz和40MHz信道之上，支持更大的信道带宽(比如：80MHz信道和160MHz信道)，从而成倍提高无线局域网的数据吞吐量。

(a)现有信道方案

与现有的IEEE 802.11a/b/g/n相比，IEEE 802.11ac除了支持原有的20MHz和40MHz信道之外，还将支持更大的信道带宽。目前，IEEE 802.11ac标准已经确定支持80MHz信道和160MHz信道。根据我国当前的频谱划分情况，我国在5GHz频段上的无线局域网可用频段为5725MHz-5850MHz，共有125MHz连续频谱，因而只能使用20MHz、40MHz和80MHz信道。图1示出了IEEE 802.11ac在5725MHz-5850MHz频段上的信道划分方案，其中包括1个80MHz、2个40MHz和5个20MHz信道。

IEEE 802.11ac的信道由数据子载波、导频子载波、直流子载波和保护子载波四种子载波构成，相邻子载波间隔为312.5kHz，直流子载波和保护子载波上的发送信号为0(即不发送数据)。每个信道的起始频率(即最低频率)为该信道中第一个子载波(即频率最低的子载波)的中心频率，信道的截止频率(即最高频率)等于起始频率加上信道带宽。两个相邻信道的边界是低频信道的截止频率，也是高频信道的起始频率。

IEEE 802.11ac信道的具体结构与发射符号的种类有关，其发射符号分为前导码符号和数据符号两大类。前导码符号在数据符号之前发射，用以传送基本的训练序列和信令信息，指导接收端的正常工作。IEEE 802.11ac共有7种前导码符号，按发射顺序依次为L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-SIG-A、VHT-STF、VHT-LTF和VHT-SIG-B，前3种符号是与早期IEEE802.11标准兼容的前导码符号，主要用以保证后向兼容和不同版本设备的共存；后4种符号是IEEE 802.11ac特有的前导码符号，主要用于指导IEEE 802.11ac设备的工作。

L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-SIG-A和VHT-STF具有相同的信道结构，由若干个20MHz子信道构成。对于同一种发射符号的不同20MHz子信道，各种子载波的数目和相对位置均相同。如图2所示，每一个20MHz子信道共有52个数据/导频子载波、1个直流子载波，11个保护子载波(下边带6个、上边带5个)。需要注意的是，L-STF、L-LTF和VHT-STF没有导频子载波；L-SIG和VHT-SIG-A有4个导频子载波，子载波编号均为-21、-7、7和21；L-STF和VHT-STF的部分数据子载波发送信号为0。

VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号具有相同的信道结构，各种子载波的数目和位置均相同。图3给出了20MHz的VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号的信道结构，其中包括52个数据子载波、4个导频子载波、1个直流子载波和7个保护子载波(下边带4个、上边带3个)，导频子载波编号为-21、-7、7和21。

图4给出了VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号的40/80MHz信道结构，其中包括3个直流子载波、11个保护子载波(下边带6个、上边带5个)、n个数据子载波和m个导频子载波。对于40MHz信道，n＝108，m＝6，导频子载波编号为-53、-25、-11、11、25和53；对于80MHz信道，n＝234，m＝8，导频子载波编号为-103、-75、-39、-11、11、39、75和103。

(b)存在的技术问题

从图1不难看出，现有的20/40/80MHz信道方案并未充分利用我国频谱资源。在我国的125MHz可用带宽内，最大仅能利用其中的100MHz带宽，相当多的频谱资源无法利用，而且单信道最大只能支持80MHz，也限制了无线局域网数据吞吐量的提升。

实际上，IEEE 802.11ac信道以20MHz作为基本带宽，在我国的125MHz可用频谱范围内，最大可以使用120MHz带宽进行传输。然而，由于IEEE802.11系列标准最初并未考虑到我国频谱的实际情况，现有20/40/80MHz信道所处的位置导致在我国的可用频段内无法再增加20/40/80MHz信道，因此要想提高频谱利用效率，最可行的办法就是将信道带宽提升至120MHz。

要想达到上述目标，首先要解决的技术问题是如何与现有IEEE 802.11系统实现兼容和共存。换句话说，所提出的方法要能尽可能沿用现有IEEE802.11ac的技术方案，并保证工作在120MHz信道上的设备能够与工作在其他信道上的设备共存工作。然而，根据现有20/40/80MHz信道划分方案(如图1)，已划分信道的100MHz带宽所处的位置并不理想，距离我国可用频段的左右边界分别有10MHz和15MHz的距离，使得120MHz信道难以与现有信道对齐，可能引发严重的兼容和共存问题。因此，如何进行合理的信道配置，使无线局域网设备在我国5GHz可用频段内既能实现120MHz带宽的数据传输，又能满足兼容和共存的要求，成为了一项亟待解决的技术挑战。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出一种无线局域网的信道配置方法及装置，能够在保持与现有IEEE 802.11系统兼容和共存的基础上，大幅提高我国5GHz可用频段的频谱使用效率，提高无线局域网数据吞吐量。

本发明提出的无线局域网信道配置方法，包括：

发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时采用100MHz信道以及发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号时采用120MHz信道，其中，所述100MHz信道的频率范围为5735MHz到5835MHz；所述120MHz信道的频率范围为5725MHz+k×0.3125MHz到5845MHz+k×0.3125MHz(0≤k≤16)。

作为上述技术方法的优选，发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时采用的所述100MHz信道由5个相邻的20MHz子信道构成。

作为上述技术方法的优选，每个所述20MHz子信道由连续64个子载波构成。

作为上述技术方法的优选，对于L-STF、L-LTF和VHT-STF，每个所述20MHz子信道由52个数据子载波、11个保护子载波和1个直流子载波构成，若用-32至31的整数对这些子载波按频率从低到高的顺序进行编号，则直流子载波编号为0，保护子载波编号为-32、-31、-30、-29、-28、-27、27、28、29、30和31，其余为数据子载波。

作为上述技术方法的优选，对于L-SIG和VHT-SIG-A，每个所述20MHz子信道由48个数据子载波、4个导频子载波、11个保护子载波和1个直流子载波构成，若用-32至31的整数对这些子载波按频率从低到高的顺序进行编号，则直流子载波编号为0，导频子载波编号为-21、-7、7和21，保护子载波编号为-32、-31、-30、-29、-28、-27、27、28、29、30和31，其余为数据子载波。

本发明所述的信道配置方法具有如下特征：发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号时采用的所述120MHz信道由子信道A、子信道B和22个保护子载波构成，其中，所述子信道A由连续245个子载波构成；所述子信道B由连续117个子载波构成；所述整个120MHz信道共有22个所述保护子载波。

作为上述技术方法的优选，所述子信道A包括234数据子载波、8个导频子载波和3个直流子载波；用-122至122的整数对所有子载波按频率从低到高的顺序进行编号，将编号为-1、0和1的子载波配置为直流子载波，将编号为-103、-75、-39、-11、11、39、75和103的子载波配置为导频子载波，将其余子载波配置为数据子载波，再将3个直流子载波与3个连续的数据子载波互换，使所述直流子载波的中心频率与发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时的其中一个所述20MHz子信道的所述直流子载波中心频率(或相邻20MHz子信道的边界频率)相同。

作为上述技术方法的优选，所述子信道B包括108个数据子载波、6个导频子载波和3个直流子载波，并有如下两种子载波配置方法。

第一种子载波配置方法为：用-58至58的整数对这些子载波按频率从低到高的顺序进行编号，将编号为-1、0和1的子载波配置为直流子载波，将编号为-53、-25、-11、11、25和53的子载波配置为导频子载波，再将其余子载波配置为数据子载波。

第二种子载波配置方法为：先采用所述的第一种子载波配置方法对子信道B的子载波进行配置，再将3个直流子载波与3个连续的数据子载波互换，使所述直流子载波的中心频率与发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时的其中一个所述20MHz子信道的所述直流子载波中心频率(或相邻20MHz子信道的边界频率)相同。

作为上述技术方法的优选，所述120MHz信道的上边带有R个用于调节带外辐射的连续的保护子载波，下边带有L个用于调节带外辐射的连续的保护子载波，子信道A与子信道B之间有M个用以调节两个子信道之间的频率间隔的连续的保护子载波，其中，R、L和M均为非负整数，且R+L+M＝22。

同时，本发明还提供一种无线局域网信道配置装置，包括：

100MHz信道模块，所述的100MHz信道模块能够在发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时启用；

120MHz信道模块，所述120MHz信道模块能够在发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号时启用。

附图说明

图1为现有技术的IEEE 802.11ac信道划分方案(5725MHz-5850MHz)示意图；

图2为现有技术的L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-SIG-A和VHT-STF的每个20MHz子信道结构示意图；

图3为现有技术的VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号的20MHz信道结构示意图；

图4为现有技术的VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号的40/80MHz信道结构示意图；

图5为本发明提出的信道配置方法的带宽占用情况示意图；

图6为本发明提出的发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-SIG-A和VHT-STF时的100MHz信道结构示意图；

图7为本发明提出的发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号时的120MHz信道结构示意图；

图8为本发明提出的发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号的120MHz信道结构的一个实例。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

如图5所示，本发明提出无线局域网信道配置方法，包括：

当发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-SIG-A和VHT-STF符号时，采用5735MHz-5835MHz的100MHz信道，与IEEE 802.11ac在该频段上的5个20MHz信道完全对齐，使得工作在20/40/80MHz信道的IEEE 802.11设备也能有效识别出L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-SIG-A和VHT-STF，从而保证良好的兼容和共存。

当发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号时，采用120MHz信道，可以充分利用我国的可用频率资源，大幅提高数据吞吐量。120MHz信道的起始频率为f1＝5725MHz+k×0.3125MHz，截止频率为f2＝5845MHz+k×0.3125MHz，0≤k≤16。当k＝8时，120MHz信道刚好位于5725MHz-5850MHz的中心区域。

作为一种优选方案，发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时采用的所述100MHz信道由5个相邻的20MHz子信道构成。

作为一种优选方案，如图6所示，每个所述20MHz子信道由连续64个子载波构成。

当发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-SIG-A和VHT-STF时，各种子载波的数目和位置与IEEE 802.11ac现有的5个20MHz信道保持一致，使工作在其他信道上的IEEE 802.11设备也能有效识别出这些前导码符号，从而保证良好的兼容和共存。

对于L-STF、L-LTF和VHT-STF，每个所述20MHz子信道由52个数据子载波、11个保护子载波和1个直流子载波构成，若用-32至31的整数对这些子载波按频率从低到高的顺序进行编号，则直流子载波编号为0，保护子载波编号为-32、-31、-30、-29、-28、-27、27、28、29、30和31，其余为数据子载波。

对于L-SIG和VHT-SIG-A，每个所述20MHz子信道由48个数据子载波、4个导频子载波、11个保护子载波和1个直流子载波构成，若用-32至31的整数对这些子载波按频率从低到高的顺序进行编号，则直流子载波编号为0，导频子载波编号为-21、-7、7和21，保护子载波编号为-32、-31、-30、-29、-28、-27、27、28、29、30和31，其余为数据子载波。

每个子信道的数据、导频、直流和保护子载波的数目和位置与对应频段的IEEE802.11ac的20MHz信道相同(详见图2)。因此，本发明能够在保持与现有IEEE 802.11系统兼容和共存，具有良好的技术延续性，可以有效降低研发成本，并与现有无线局域网产业保持良好衔接。

如图7所示，发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号时采用的所述120MHz信道由连续384个子载波构成，其中包括由连续245个子载波构成的子信道A和由连续117个子载波构成的子信道B，以及22个保护子载波。系统占据120MHz信道带宽，从而大幅提高我国可用频段的频谱使用效率。

作为一种优选方案，子信道A由234数据子载波、8个导频子载波和3个直流子载波构成，其子载波配置方法为：首先，用-122至122的整数对所有子载波按频率从低到高的顺序进行编号；将编号为-1、0和1的子载波配置为直流子载波，将编号为-103、-75、-39、-11、11、39、75和103的子载波配置为导频子载波，再将其余子载波配置为数据子载波；最后，将3个直流子载波与3个连续的数据子载波互换，使其直流子载波的中心频率与发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时的其中一个20MHz子信道的直流子载波中心频率(或相邻20MHz子信道的边界频率)相同。实际上，子信道A是在IEEE 802.11ac数据符号的80MHz信道的数据、导频和直流子载波的基础上，调整3个直流子载波位置而得到的，调整后的直流子载波中心与发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-SIG-A和VHT-STF时的一个20MHz子信道的直流子载波(或相邻20MHz子信道边界上的保护子载波)相同，这意味着无论发送何种符号，处于该位置上的子载波的发送信号始终为0，接收机可将该子载波作为整个发射信号的直流子载波。所述的子信道A尽量使用了IEEE 802.11ac现有的80MHz信道设计，保持了良好的技术延续性。

作为一种优选方案，子信道B由108个数据子载波、6个导频子载波和3个直流子载波构成，并有如下两种子载波配置方法。第一种子载波配置方法为：用-58至58的整数对子信道B的子载波按频率从低到高的顺序进行编号，将编号为-1、0和1的子载波配置为直流子载波，将编号为-53、-25、-11、11、25和53的子载波配置为导频子载波，再将其余子载波配置为数据子载波。第二种子载波配置方法为：先采用所述的第一种子载波配置方法对子信道B的子载波进行配置，再将3个直流子载波与3个连续的数据子载波互换，使所述直流子载波的中心频率与发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时的其中一个所述20MHz子信道的所述直流子载波中心频率(或相邻20MHz子信道的边界频率)相同。

所述子信道B的第一种子载波配置方法使子信道B的数据、导频和直流子载波数目和相对位置与IEEE 802.11ac数据符号的40MHz信道保持一致，充分利用了现有的信道设计。所述子信道B的第二种子载波配置方法在第一种子载波配置方法的基础上，对直流子载波位置进行了调整，保证在无论发送何种符号时，处于直流子载波中心位置上的子载波的发送信号始终为0，接收机可将该子载波作为整个发射信号的直流子载波。所述子信道B的两种子载波配置方法均以IEEE 802.11ac现有的40MHz信道设计为基础，保持了良好的技术延续性。

作为一种优选方案，所述120MHz信道还包括位于上边带的R个连续的保护子载波、位于下边带的L个连续的保护子载波和两个子信道之间的M个连续的保护子载波。R、L和M均为非负整数，满足R+L+M＝22；M用于调节两个子信道之间的频率间隔，R和L用于调节信道的带外辐射。子信道A所处频段可以比子信道B高，也可以比其低。

在图8示出的VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号的120MHz信道结构的实施例中，120MHz信道位于5725MHz-5850MHz频段的中心，起始频率为5727.5MHz(即k＝8)，图8中用0至383的整数对所有子载波按频率从低到高的顺序进行编号；子信道A位于低频段，其直流子载波编号为183、184和185，直流子载波中心频率为5785MHz，与图6中给出的第3个20MHz子信道的直流子载波中心频率相同；子信道B位于高频段，采用第一种子载波配置方法，其直流子载波编号为314、315和316，直流子载波中心频率为5825.9375MHz；该信道的14个导频子载波编号为30、58、94、122、144、172、208、236、262、290、304、326、340和368，其中前8个导频子载波位于子信道A内，后6个导频子载波位于子信道B内；保护子载波数目分别为R＝11、M＝1和L＝10。

VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号的120MHz信道在尽可能沿用IEEE802.11ac现有的40MHz和80MHz信道设计的基础上，充分利用了我国在5725MHz-5850MHz的无线局域网可用频段，能够大幅提高我国可用频段的频谱使用效率和无线局域网的数据吞吐量。

同时，本发明还提供一种无线局域网信令发送装置，包括：

无线局域网信道配置方法及装置，充分利用了我国在5725MHz-5850MHz的无线局域网可用频段，将最大信道带宽提高至120MHz，大幅提高频谱利用率和数据吞吐量。本发明能够与现有IEEE 802.11系统保持良好的兼容和共存，使现有标准中已有的技术方案尽量得到重用，具有良好的技术延续性，可以有效降低研发成本，并与现有无线局域网产业保持良好衔接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换的，均应涵盖在本发明的权利要求的保护范围当中。

Claims

1.一种无线局域网信道配置方法，其特征在于，包括发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时采用100MHz信道以及发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号时采用120MHz信道，其中，

所述100MHz信道的频率范围为5735MHz到5835MHz，发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时采用的所述100MHz信道由5个相邻的20MHz子信道构成；

所述120MHz信道的频率范围为5725MHz+k×0.3125MHz到5845MHz+k×0.3125MHz，其中0≤k≤16，

发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号时采用的所述120MHz信道由子信道A、子信道B和保护子载波构成，其中，

所述子信道A由连续245个子载波构成；

所述子信道B由连续117个子载波构成；

整个所述120MHz信道共有22个所述保护子载波；

进一步地，

所述子信道A包括234数据子载波、8个导频子载波和3个直流子载波；用-122至122的整数对所有子载波按频率从低到高的顺序进行编号，将编号为-1、0和1的子载波配置为直流子载波，将编号为-103、-75、-39、-11、11、39、75和103的子载波配置为导频子载波，将其余子载波配置为数据子载波，再将3个所述直流子载波与3个连续的所述数据子载波互换，使所述直流子载波的中心频率与发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时的其中一个所述20MHz子信道的所述直流子载波中心频率或相邻20MHz子信道的边界频率相同；

所述子信道B包括108个数据子载波、6个导频子载波和3个直流子载波，并能够采用如下两种子载波配置方法之一进行配置：

第一种子载波配置方法：用-58至58的整数对子信道B的子载波按频率从低到高的顺序进行编号，将编号为-1、0和1的子载波配置为直流子载波，将编号为-53、-25、-11、11、25和53的子载波配置为导频子载波，再将其余子载波配置为数据子载波；

第二种子载波配置方法：先采用所述的第一种子载波配置方法对子信道B的子载波进行配置，再将3个直流子载波与3个连续的数据子载波互换，使所述直流子载波的中心频率与发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时的其中一个所述20MHz子信道的所述直流子载波中心频率或相邻20MHz子信道的边界频率相同。

2.根据权利要求1所述的信道配置方法，其特征在于，每个所述20MHz子信道由连续64个子载波构成。

3.根据权利要求1所述的信道配置方法，其特征在于，对于L-STF、L-LTF和VHT-STF，每个所述20MHz子信道由52个数据子载波、11个保护子载波和1个直流子载波构成，若用-32至31的整数对这些子载波按频率从低到高的顺序进行编号，则直流子载波编号为0，保护子载波编号为-32、-31、-30、-29、-28、-27、27、28、29、30和31，其余为数据子载波。

4.根据权利要求1所述的信道配置方法，其特征在于，对于L-SIG和VHT-SIG-A，每个所述20MHz子信道由48个数据子载波、4个导频子载波、11个保护子载波和1个直流子载波构成，若用-32至31的整数对这些子载波按频率从低到高的顺序进行编号，则直流子载波编号为0，导频子载波编号为-21、-7、7和21，保护子载波编号为-32、-31、-30、-29、-28、-27、27、28、29、30和31，其余为数据子载波。

5.根据权利要求1所述的信道配置方法，其特征在于，所述120MHz信道的上边带有R个用于调节带外辐射的连续的保护子载波，下边带有L个用于调节带外辐射的连续的保护子载波，子信道A与子信道B之间有M个用以调节两个子信道之间的频率间隔的连续的保护子载波，其中，R、L和M均为非负整数，且R+L+M＝22。

6.一种无线局域网信道配置装置，其特征在于，包括：

根据权利要求1-5任一项所述的信道配置方法配置的100MHz信道模块和120MHz信道模块，

其中，

所述100MHz信道模块能够在发送L-STF、L-LTF、L-SIG、VHT-STF和VHT-SIG-A时启用；

所述120MHz信道模块能够在发送VHT-LTF、VHT-SIG-B和数据符号时启用。