CN104704753A - 用于无线局域网的载波聚合的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了用于提高无线网络的载波聚合的实施例。将多个带宽信道分配给基本服务集(BSS)以供传输。具体而言，所述带宽信道被划分为与多个主信道或替代主信道对应的多个信道段。信道段可能还包括一个或多个额外辅信道。随后在所述网络中广播与所述BSS的所述信道段对应的所述主信道或替代主信道的位置。当通信台或AP接收该BSS信息时，它搜索所述BSS的可用主信道或替代主信道以开始传输。在检测到未用于另一传输的可用主信道或替代主信道之后，所述通信台或AP在与所述检测到的主信道或替代主信道对应的所述信道段上发送数据。

Description

用于无线局域网的载波聚合的系统和方法
本发明要求2013年10月23日递交的发明名称为“用于无线局域网的载波聚合的系统和方法(System and Method for Carrier Aggregation for WirelessLocal Area Networks)”的第14/061,464号美国非临时申请案以及2012年10月24日递交的发明名称为“用于WLAN广义载波聚合的系统和方法(Systemand Method for WLAN Generalized Carrier Aggregation)”的第61/717,919号美国临时申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。
技术领域
本发明涉及无线网络通信领域，以及在具体实施例中，涉及一种用于无线局域网的载波聚合的系统和方法。
背景技术
任何网络设计的目标之一在于实现更高的数据速率。根据通信理论，任意物理(PHY)层设计所能实现的数据速率(例如，以兆比特每秒(bps)来度量)与信道带宽(例如，以兆赫兹(Hz)来度量)成正比。与窄信道相比，更宽的信道通常可以维持更高的数据速率。在许多联网场景下，例如，由于控制或频谱可用性，只有具有窄带宽的信道是可用的。在这些情况下，可以通过组合或聚合多个窄信道形成更宽的信道来构建更宽的信道。实现该分组的技术被称作载波聚合。然而，当为无法使用整个聚合带宽范围的传统系统分配更大的聚合带宽时，现有的无线局域网(WLAN)载波聚合技术会浪费带宽资源。需要处理这些情形的改进后的载波聚合方案。
发明内容
根据实施例，一种由网络部件实施无线网络的载波聚合的方法包括向包含所述无线网络的多个通信台和一个接入点的基本服务集(BSS)分配多个带宽信道以供传输。所述方法还包括将所述带宽信道划分为与所述带宽信道中的多个主信道对应的多个信道段。随后在所述网络中广播所述BSS的所述信道段的所述主信道的位置。
根据另一实施例，一种由通信设备实施的用于支持无线网络中的载波聚合的方法包括接收指示BSS的多个主信道的BSS信息。所述主信道对应于所述BSS的多个信道段。所述方法还包括在决定开始传输之后，寻找所述BSS的可用但未使用的主信道。在检测到所述BSS的可用但未使用的主信道之后，在与所述检测到的主信道对应的所述信道段上发送帧。
根据另一实施例，一种用于无线网络的载波聚合的网络部件包括至少一个处理器和非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储由所述至少一个处理执行的程序。所述程序包括进行以下操作的指令：向包含所述无线网络的多个通信台和一个接入点的BSS分配多个带宽信道以供传输。将所述带宽信道划分为与所述带宽信道中的多个主信道对应的多个信道段。所述程序还包括进行如下操作的指令：在所述网络中广播所述BSS的所述信道段的所述主信道的位置。
根据又一实施例，一种支持无线网络中的载波聚合的通信设备包括至少一个处理器和非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储由所述至少一个处理器执行的程序。所述程序包括进行如下操作的指令：接收指示BSS的多个主信道的BSS信息。所述主信道对应于所述BSS的多个信道段。所述程序还包括进行如下操作的指令：在确定开始传输之后，寻找所述BSS的可用但未使用的主信道；以及在检测到所述BSS的可用但未使用的主信道之后，在与所述检测到的主信道对应的所述信道段上发送帧。
上文相当宽泛地概述了本发明的实施例的特征，目的是让人能更好地理解下文对本发明的详细描述。下文中将描述本发明的实施例的额外特征和优点，其形成本发明的权利要求书的标的物。所属领域的技术人员应了解，所公开的概念和具体实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构或过程的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效构造不脱离所附权利要求书中所提出的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：
图1示出了一种无线局域网(WLAN)；
图2示出了一种现有的WLAN载波聚合；
图3示出了使用现有的WLAN载波聚合时传统通信台对基本服务集(BSS)吞吐量的影响；
图4示出了用于WLAN的改进载波聚合方案的实施例；
图5示出了用于WLAN的载波聚合方案的另一实施例；
图6示出了用于WLAN的载波聚合方案的另一实施例；
图7示出了用于无线网络的载波聚合的实施例方法；
图8示出了用于无线网络的载波聚合的另一实施例方法；以及
图9是可用于实施各种实施例的处理系统的图。
除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
具体实施方式
下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
图1所示为包含一个或多个通信台(STA)110以及连接到服务提供商网络130的接入点(AP)120的无线局域网(WLAN)100。STA 110可以是任意设备，例如手机、便携式计算机、平板电脑、智能传感器、手持式或消费型电子设备，以及具有与Wi-Fi网络交互的Wi-Fi(或IEEE 802.11)接口的其它用户设备。这些设备还可能够与其它类型的通信网络交互，这些通信网络包括蜂窝网络。AP 120为连接的STA 110提供对服务提供商网络130的访问以向STA 110提供各种服务(例如，IP数据服务)。AP 120和一个或多个STA可以形成基本服务集(BSS)，BSS是IEEE 802.11 WLAN的基本构建块。AP 120将BSS用信号通知给STA 110，STA 110竞争使用BSS以供传输(例如，每次一个STA 110)。BSS通常可以由服务集标识(SSID)标识，SSID可由AP 120配置并向STA 110进行广播。
WLAN和蜂窝(LTE-A)标准均支持载波聚合。图2所示为常见WLAN场景下的现有载波聚合方案200，在该场景下，可用频谱(未经许可的)被划分为20兆赫兹(MHz)的信道。在IEEE 802.11n中引入主(P)和辅(S)(也称为非主)信道的概念以将信道带宽扩展至40MHz。每个40MHz信道由主20MHz信道和辅20MHz信道组成。利用主信道以确保与传统设备的后向兼容，其中AP使用传统帧格式在主信道上发送管理和控制帧。IEEE802.11ac扩展了IEEE 802.11n中引入的概念以支持最高160MHz的更宽信道。图2所示为使用连续的20MHz信道构建更宽信道的场景。IEEE 802.11ac也支持使用非连续信道。
图3所示为传统通信台对BSS吞吐量的影响。传统a和传统n分别指传统IEEE 802.11a通信台和传统IEEE 802.11n通信台。在WLAN中，为整个基本服务集(BSS)定义P和至少一个S。在WLAN中使用P和S信道限制了可用频谱的使用。P信道的位置和S信道相对P信道的位置确定AP和BSS的工作信道。根据该WLAN载波聚合范例，当获取P信道并且(例如，由STA)用于传输时，保持可用的同一BSS中的其它信道不允许被其它传输使用，因为P信道以及整个BSS已被访问或使用。由于可用信道无法用于其它传输，所以带宽资源以及吞吐量被浪费。例如，传统a访问介质时使用主信道发送帧。BSS内的剩余的20MHz信道可用但无法使用，因为传统a利用主信道用于传输。类似地，传统n可只使用整个BSS中的40MHz，从而导致BSS中存在未使用的20MHz信道。由于未使用的20MHz信道无法用于其它传输，所以带宽资源被浪费。
本文提供的实施例用于提高WLAN和使用具有主信道和辅信道的类似载波聚合的其它网络的载波聚合。例如，可在Wi-Fi网络和设备中实施实施例，例如Wi-Fi接入点、Wi-Fi通信台等等。这些实施例使用多个主信道或在同一BSS中的替代主信道以允许不同的传输访问BSS，如下所述。这些实施例还包括带间载波聚合。由于更多的传输可以使用BSS内的信道，所以可以节省或使用可用(非授权)频谱带宽资源，这样提高了网络的总体吞吐量并允许有限资源上(例如，由STA发起)的更多传输。
图4所示为改进的载波聚合方案400的实施例。为了允许有效利用可用频谱，可以在BSS中使用多个主信道。通过使用多个主信道，不同的传输可以覆盖所有可用频谱或可用频谱中的相当大一部分。网络或AP可使用对应的主信道将频谱划分为不同的带宽聚合信道。例如，在该场景下使用三个20MHz主信道。第一主信道定义了20MHz信道(不需要辅信道)，而第二和第三主信道分别定义了40MHz和80MHz信道。考虑到通信台带宽要求，AP可以指引关联通信台竞争合适的主信道。例如，传统通信台可以使用可用的20MHz信道，而支持更多带宽的其它通信台可以使用40MHz和80MHz信道。每个通信台通过分配和使用对应的P信道获取BSS的对应部分。还可以使用多个主信道识别具有相同或不同带宽的专用下行(DL)和上行(UL)信道。例如，在BSS内，可以分配(分别为20MHz和40MHz的)第一和第二主信道用于UL传输，而可以使用第三主信道用于DL传输。辅信道还用于UL和DL传输，与对应的P信道一样。方案400有效地将BSS划分为单独的带宽段以服务一个以上的传输。在实施例中，BSS中对应P信道定义的每个段带宽可以分配有对应的BSS ID。
图5所示为另一载波聚合方案500的实施例。为了允许有效利用可用频谱，除了P信道之外，还可以在BSS内使用至少一个替代主(P')信道。例如，建立160MHz的BSS，其中定义至少一个替代主(P')信道以将BSS带宽划分为至少两个信道。在图5的场景下，P信道定义了第一80MHz信道部分，P'信道定义了第二80MHz部分。然而，可以包含更多的P'信道以定义两个以上部分。当主信道繁忙，例如服务传统通信台时，可以使用(由P'信道定义的)剩余BSS部分服务其它通信台。如果P'信道定义的带宽可用并且未被通信台通过P信道使用，则这些带宽可以由其它通信台使用。使用P信道或P'信道发送的帧可以由发送的帧的PHY或媒体接入控制(MAC)头中的字段指示。
图6示出了另一载波聚合方案600的实施例。在该方案中，扩展载波聚合以包含带间载波聚合。具体而言，在多个频段(或频谱带宽的非连续部分)之间扩展BSS。例如，在图6的场景下在两个频段之间扩展BSS。每个频段都具有自己的主信道和辅信道，这些信道可以用于后向兼容和/或共存。还可以使用主信道和替代主信道，例如类似于方案500定义不同的频段。此外，BSS的每个频段可以进一步被划分成可以由不同传输使用的多个部分。可以如方案400中使用多个P信道或如方案500中使用P和P'信道进一步划分BSS的单个频段。
图7所示为用于无线网络的载波聚合的实施例方法700，该方法可对应于上述任意一种实施例方案400、500和600。方法700可由AP或网络控制器等网络部件实施。在步骤710中，为BSS选择多个带宽信道。这些信道可能具有相同带宽，例如为20MHz，或不同带宽。此外，这些信道可以是连续或非连续的(例如，频谱的单独频段)。在步骤720中，使用多个主信道，或一个主信道和至少一个替代主信道将BSS划分为多个段以定义每个段。除P或P'信道之外，一个或多个S信道可被包含在任意段中。P或P'信道还可以位于形成BSS的非连续频段中。在步骤730中，每个段的P、P'和S信道的位置在网络中，例如对任意监听的STA和/或AP进行广播。在步骤740中，方法700在P或P'信道的位置处监听任意定义的段上的传输。
图8所示为用于无线网络的载波聚合的实施例方法800，该方法可对应于上述任意一种实施例方案400、500和600。方法800可由STA或AP实施以确定用于传输的信道带宽。在步骤810中，接收BSS信息，指示BSS中的主信道、替代主信道(如果包含)以及辅信道。在步骤820中，在确定开始传输(或检测)之后，STA或AP检查BSS中是否存在空闲或未使用的段用于例如UL或DL上的传输。例如，STA或AP检查是否存在空闲的P信道。或者，如果P信道已被使用，那么STA或AP检查是否存在空闲的P'信道。在步骤830中，在检测到空闲的P或P'信道之后，使用为P或P'信道定义的带宽信道发送(或检测/接收)帧。信道可以是包含辅信道的多个信道的聚合。信道还可以位于BSS的一个或多个非连续频段中。在一场景下，STA或AP可检查是否存在专门用于UL或DL传输的空闲信道(例如，空闲的P或P'信道)。
图9是可用于实施各种实施例的示例处理系统900的方框图。具体装置可以利用所示的所有部件，或仅部件的子集，且集成水平随装置而异。例如，该设备包括WLAN或Wi-Fi系统的AP和STA。此外，设备可包含部件的多个实例，例如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。处理系统900可包括配备一个或多个输入设备，如麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘等的处理单元901。另外，处理系统900可配备一个或多个输出设备，例如，扬声器、打印机、显示器等。处理单元可以包括中央处理器(CPU)910、存储器920、大容量存储器设备930、视频适配器940以及连接至总线995的I/O接口990。
总线995可是一个或多个任意类型的若干总线架构，包括存储总线或存储控制器、外设总线以及视频总线等等。所述CPU910可包括任意类型的电子数据处理器。存储器920可包括任意类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)或其组合等等。在实施例中，存储器920可包括在开机时使用的ROM以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。大容量存储设备930可包括任意类型的存储设备，其用于存储数据、程序和其它信息，并使这些数据、程序和其它信息通过总线995访问。大容量存储设备930可包括如下项中的一种或多种：固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。
视频适配器940和I/O接口990提供接口以耦合外部输入输出设备至处理单元。如图所示，输入输出设备的示例包括耦合到视频适配器940的显示器960和耦合到I/O接口990的鼠标/键盘/打印机970。其它设备可以耦合到处理单元901，且可以利用更多或更少的接口卡。例如，可使用串行接口卡(未示出)将串行接口提供给打印机。
处理单元901可以包括一个或多个网络接口950，网络接口可包括有线链路，如以太网电缆等等，和/或无线链路以接入节点或不同网络。网络接口950允许处理单元901通过一个或多个网络980与远程单元通信。比如，网络接口950可以通过一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在实施例中，处理单元901耦合至局域网或广域网用于数据处理并与远程设备通信，远程设备可包括其它处理单元、互联网、远程存储设施等等。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (22)

1.一种由网络部件实施无线网络的载波聚合的方法，其特征在于，所述方法包括：
向包含所述无线网络的多个通信台和一个接入点的基本服务集(BSS)分配多个带宽信道以供传输；
将所述带宽信道划分为与所述带宽信道中的多个主信道对应的多个信道段；以及
在所述网络中广播所述BSS的所述信道段的所述主信道的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述对应的主要信道可用并且未用于传输时，所述BSS的主信道对应的信道段可用于传输。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主信道包括主信道和替代主信道，并且当所述替代主信道可用并且未用于传输时，所述BSS的所述替代主信道对应的信道段可用于传输。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述BSS的主信道对应的信道段还包括至少一个辅信道，以及所述方法进一步包括使用所述对应的主信道广播所述BSS的所述至少一个辅信道的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信道段的所述主信道和所述辅信道具有相同的带宽。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在非连续频段上分配所述BSS的所述信道段。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
为所述BSS的所述信道段分配不同的BSS ID；以及
为所述信道段广播所述BSS ID。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述对应的主信道的所述位置处监听所述信道段上的传输。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络部件是所述无线网络的所述接入点。
10.一种由通信设备实施的用于支持无线网络中的载波聚合的方法，其特征在于，所述方法包括：
接收指示BSS的多个主信道的基本服务集(BSS)信息，其中所述主信道对应于所述BSS的多个信道段；
在决定开始传输之后，寻找所述BSS的可用但未使用的主信道；以及
在检测到所述BSS的可用但未使用的主信道之后，在与所述检测到的主信道对应的信道段上发送帧。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述主信道包括主信道和替代主信道，以及所述方法进一步包括：
在所述主信道上检测到当前传输之后，检测所述替代主信道是否可用且未使用；以及
在检测到所述替代主信道可用且未使用之后，在所述替代主信道对应的所述信道段上发送帧。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述BSS的主信道对应的信道段还包括一个或多个辅信道，以及所述方法进一步包括使用所述一个或多个辅信道在所述检测到的主信道对应的所述信道段上发送帧。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述信道段具有不同的带宽。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述BSS的所述信道段位于非连续频段。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通信设备是所述无线网络的接入点或通信台。
16.一种用于无线网络的载波聚合的网络部件，其特征在于，所述网络部件包括：
至少一个处理器；以及
非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储由所述至少一个处理执行的程序，所述程序包括进行以下操作的指令：
向包含所述无线网络的多个通信台和一个接入点的基本服务集(BSS)分配多个带宽信道以供传输；
将所述带宽信道划分为与所述带宽信道中的多个主信道对应的多个信道段；以及
在所述网络中广播所述BSS的所述信道段的所述主信道的位置。
17.根据权利要求16所述的网络部件，其特征在于，当所述对应的主信道可用并且未用于传输时，所述BSS的主信道对应的信道段可用于传输。
18.根据权利要求16所述的网络部件，其特征在于，所述主信道包括主信道和替代主信道，并且当所述替代主信道可用并且未用于传输时，所述BSS的所述替代主信道对应的信道段可用于传输。
19.根据权利要求16所述的网络部件，其特征在于，所述信道段专门用于所述接入点和所述通信台之间的下行、上行或者下行和上行传输。
20.一种支持无线网络中的载波聚合的通信设备，其特征在于，所述通信设备包括：
至少一个处理器；以及
非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储由所述至少一个处理器执行的程序，所述程序包括进行如下操作的指令：
接收指示BSS的多个主信道的基本服务集(BSS)信息，其中所述主信道对应于所述BSS的多个信道段；
在决定开始传输之后，寻找所述BSS的可用但未使用的主信道；以及
在检测到所述BSS的可用但未使用的主信道之后，在与所述检测到的主信道对应的信道段上发送帧。
21.根据权利要求20所述的通信设备，其特征在于，所述主信道包括主信道和替代主信道，以及所述程序进一步包括进行如下操作的指令：
在所述主信道上检测到当前传输之后，检测所述替代主信道是否可用且未使用；以及
在检测到所述替代主信道可用且未使用之后，在所述替代主信道对应的所述信道段上发送帧。
22.根据权利要求20所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备是所述无线网络的接入点或通信台，以及所述无线网络是无线局域网(WLAN)或Wi-Fi网络。
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