CN104883711B - 一种增强型动态带宽机制及其收发装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强型动态机制，包括发起STA与响应STA两个部分，发起STA在整个NB MHz信道上同时发送N个带宽为B MHz的复制格式RTS帧；响应STA接收到RTS帧后，根据每个子信道上的NAV值，在子信道NAV值为0且连续子信道个数最多的子信道集中回复CTS帧，并在CTS帧中指示该子信道集带宽；发起STA根据接收到的CTS帧中指示的带宽信息，进行后续数据传输。本发明还公开了一种支持该动态带宽机制的收发装置。本发明提出的增强型动态机制及其收发装置使得响应STA在整个带宽不可用时，可以通过窄带宽传输，不用放弃传输；响应STA根据各个子信道的NAV值动态选择可用带宽传输，提高了频谱利用率。

Description

一种增强型动态带宽机制及其收发装置
技术领域
本发明涉及一种增强型动态带宽机制及其收发装置，属于无线通信系统技术领域。
背景技术
无线通信频谱资源日益稀缺及超高速数据传输速率的需求，毫米波频段超高速无线通信技术的发展越来越受到关注，成为未来无线通信技术中最具潜力的技术之一。
面向超高速无线接入的45GHz频段无线毫米波通信技术能够实现设备间10Gbps以上超高速无线传输。毫米波与低频段相比，其特点包括：一是可利用的频谱范围宽，信道容量大；二是易实现窄波束和高增益的天线，因而分辨率高，抗干扰性能好。
动态带宽机制是IEEE 802.11ac中引进的一种传输技术，具体原理为：发起站点(STA：station)想要进行80MHz带宽的数据传输，则在信道上发送四个20MHz复制格式请求发送(RTS：request-to-send)帧，并将RTS帧中的动态带宽指示设为Dynamic。响应STA收到RTS帧，若网络分配矢量值(NAV：network allocation vector)指示空闲，则在主信道及所有CCA在接收RTS帧前的点协调功能帧间距(PIFS：point coordination function inter-frame space)内指示空闲的次信道上，发送20MHz或20MHz复制格式的清除发送帧(CTS：clear-to-send)，并在CTS帧中指示可用信道的带宽，发起STA根据CTS帧中指示的带宽进行后续数据传输；若响应STA的NAV指示为忙，则不回复CTS帧。该机制允许STA在整个带宽不可用时，采取包含主20MHz信道在内的子带宽进行传输，提高了频谱利用率。然而IEEE802.11ac的动态带宽机制中，STA不能单独在次信道上传输，即主信道忙、次信道闲时，不能进行数据传输。
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种增强型动态带宽机制及其收发装置，通过设置多个NAV计时器，允许STA在第一个子信道不可用时，仍可通过其他空闲子信道进行传输，进一步提高频谱利用率。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
为了实现本发明所提出的动态带宽机制，物理层信令(SIG:signal)字段中需要包含Dynamic Bandwidth、BW和SubBand 3个子字段。这些子字段的具体结构及含义描述如下：
Dynamic Bandwidth子字段：指示是否允许采用动态带宽机制，1表示允许采用动态带宽机制，0表示不允许采用动态机制；
BW子字段：指示传输所占用的信道带宽；
SubBand子字段：指示STA采用动态带宽机制时，传输占用的第一个子信道索引号。
本发明提出一种增强型动态带宽机制，包括发起STA与响应STA两个部分：
1)发起STA的操作步骤如下：
1.1)发起STA在整个NB MHz信道上发送N个带宽为B MHz复制格式的RTS帧，RTS的接收地址设为响应STA的MAC地址。RTS帧SIG字段的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为NB MHz，SubBand子字段设为该NB MHz信道的第一个子信道的索引号。
1.2)如果发起STA接收到Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic的CTS帧，则在CTS帧中的SubBand子字段所指示的子信道上进行后续数据传输。后续数据的SIG字段的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为CTS帧中BW子字段的值，SubBand子字段设为CTS帧中SubBand子字段的值。
1.3)如果发起STA在CTSTimeout时间内没有接收到任何CTS帧，则重新竞争信道。CTSTimeout的计算公式如下：
TCTSTimeout＝TSIFS+TaSlotTime+TaPHY-RX-START-Delay (1)
其中，TCTSTimeout表示CTSTimeout的时间长度，TSIFS表示SIFS的时间长度，TaSlotTime表示一个时隙的时间长度，TaPHY-RX-START-Delay表示开始接收延迟。
2)响应STA的操作步骤如下：
2.1)响应STA接收到Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic的RTS帧后，检测其N个子信道的NAV值，NAV为0的子信道索引号构成集合T，T＝{n|NAV(n)＝0，1≤n≤N}，把集合T中连续的子信道索引组成集合Fj，1≤j≤e，e为连续子信道集的个数，F1∪...∪Fe＝T且F1∩...∩Fe＝0；在T的子集Fj中，选取元素个数最多的子集Fj组成集合Γ，最大元素个数为Lmax，元素个数为Lmax的子集个数为s，即 集合中第一个信道索引号记为fi.start，最后一个信道索引号为fi.end。
2.2)若Γ不是空集，响应STA在中任选一个元素，根据STA自身所能支持的发送带宽，从fi.start开始到fi.end结束，选取fi.start到fi.sup的连续子信道进行复制格式的CTS帧发送，其中fi.sup表示站点在信道集中所支持的最后一个信道的索引号,fi.sup≤fi.end，L＝fi.sup-fi.start表示站点在信道集中所支持的信道带宽数,1≤L≤Lmax。响应STA将CTS帧中SIG字段的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为LB MHz，SubBand子字段设为fi.start。
2.3)若Γ是空集，接收STA不回复CTS。
接入点(AP：access point)建立带宽为NB(N≥2)MHz的基本服务集(BSS：basicservice set)，该NB MHz信道包含N个连续的B MHz子信道，将整个子信道索引号的集合记为U。本发明为每个子信道均设置一个NAV计时器，用NAV(n)来指示第n个子信道的NAV值，其中1≤n≤N。所述NAV(n)的具体更新过为：STA接收到通过第n个子信道或者其他包含第n个子信道的信道带宽传输的帧，若该帧中的接收地址与自身的媒体介入控制层(MAC：mediaaccess control)地址不同且该帧承载的时长字段大于目前的NAV(n)值，则STA按照该帧承载的时长字段更新NAV(n)值；除上述情况外，其他情况不更新NAV(n)值。
本发明还提出一种支持上述增强型动态带宽机制的收发装置，包括发送端和接收端，所述发送端在整个NB MHz信道上同时发送N个带宽为B MHz的复制格式RTS帧，并根据接收到的CTS帧中指示的带宽信息进行后续数据传输；所述接收端接收到RTS帧后，根据每个子信道上的NAV值，在子信道NAV值为0且连续子信道个数最多的子信道集中回复CTS帧，并在CTS帧中指示该子信道集带宽。
有益效果：本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：接收端STA根据多个NAV计时器的信息，动态选择可以传输的信道。当主信道忙时，STA可以在单独的次信道上进行传输，而不必放弃传输，提高了频谱利用率。
附图说明
图1为本发明的动态带宽机制流程图；
图2为本发明实施例中采用的SIG字段；
图3为本发明实施例中接收端只有主信道可用示意图；
图4为本发明实施例中接收端只有次信道可用示意图；
图5为本发明实施例中接收端主、次信道均可用示意图；
图6为本发明实施例中接收端主、次信道均不可用示意图。
具体实施方式
下面以毫米波无线局域网(IEEE 802.11aj)为例，结合附图对本发明一种新型动态带宽机制及收发装置的具体实施方式作进一步详细说明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利。
IEEE 802.11aj系统中，STA支持动态带宽技术，1080MHz信道包含两个连续的540MHz子信道。
本发明实施例中，以两个STA：STA1、STA2为例，如图2所示：STA 1与STA2与一个1080MHz BSS关联，支持540/1080MHz的传输。针对上述情形，发起STA 1的操作步骤如下：
(a1)STA1在整个1080MHz信道上发送两个带宽为540MHz复制格式的RTS帧，RTS的接收地址设为STA2的MAC地址。RTS帧中的SIG字段中的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为1080MHz，SubBand子字段设为主540MHz；
(a2)如果STA1接收到Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic的CTS帧，则在CTS帧中的SubBand子字段所指示的子信道上进行后续数据传输。后续数据的SIG字段的DynamicBandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为CTS帧中BW子字段的值，SubBand子字段设为CTS帧中SubBand子字段的值。
(a3)若STA1在CTSTimeout时间内没有接收到任何CTS帧，则重新竞争信道。
STA2接收到Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic的RTS帧。STA2的子信道NAV值有4种情形：NAV(1)＝0但NAV(2)≠0，NAV(1)≠0但NAV(2)＝0，NAV(1)＝0且NAV(2)＝0，NAV(1)≠0且NAV(2)≠0。响应STA2的操作步骤如下：
(b1)若NAV(1)＝0但NAV(2)≠0，此时Γ＝{{主540信道}}。STA2在主540MHz信道上回复CTS帧，将CTS帧中SIG字段的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为540MHz，SubBand子字段设为主540MHz信道；
(b2)若NAV(1)≠0但NAV(2)＝0，此时Γ＝{{次540信道}}。STA2在次540MHz信道上回复CTS帧，将CTS帧中SIG字段的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为540MHz，SubBand子字段设为次540MHz信道；
(b3)若NAV(1)＝0且NAV(2)＝0，此时Γ＝{{1080信道}}。STA2在1080MHz信道上回复复制格式CTS帧，将CTS帧中SIG字段的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为1080MHz，SubBand子字段设为1080MHz信道；
(b4)若NAV(1)≠0且NAV(2)≠0，此时Γ为空集，STA2不回复CTS。

Claims (8)

1.一种增强型动态带宽方法，其特征在于，包括发起STA与响应STA两个部分，
1)发起STA的操作步骤如下：
1.1)发起STA在整个NB MHz信道上发送N个带宽为B MHz复制格式的RTS帧，RTS的接收地址设为响应STA的MAC地址；
1.2)如果发起STA接收到Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic的CTS帧，则在CTS帧中的SubBand子字段所指示的子信道上进行后续数据传输；
1.3)如果发起STA在CTSTimeout时间内没有接收到任何CTS帧，则重新竞争信道；
2)响应STA的操作步骤如下：
2.1)响应STA接收到Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic的RTS帧后，检测其N个子信道的NAV值，NAV为0的子信道索引号构成集合T，T＝{n|NAV(n)＝0，1≤n≤N}，U为整个子信道索引号的集合；把集合T中连续的子信道索引组成集合Fj，1≤j≤e，e为连续子信道集的个数，F1∪…∪Fe＝T且F1∩…∩Fe＝0；在T的子集Fj中，选取元素个数最多的子集Fj组成集合Γ，最大元素个数为Lmax，元素个数为Lmax的子集个数为s，即 集合中第一个信道索引号记为fi.start，最后一个信道索引号为fi.end；
2.2)若Γ不是空集，响应STA在中任选一个元素根据STA自身所能支持的发送带宽，从fi.start开始到fi.end结束，选取fi.start到fi.sup的连续子信道进行复制格式的CTS帧发送，其中fi.sup表示站点在信道集中所支持的最后一个信道的索引号,fi.sup≤fi.end，L＝fi.sup-fi.start表示站点在信道集中所支持的信道带宽数,1≤L≤Lmax；
2.3)若Γ是空集，接收STA不回复CTS。
2.如权利要求1所述的增强型动态带宽方法，其特征在于，所述RTS帧和CTS帧的SIG字段包含Dynamic Bandwidth、BW和SubBand 3个子字段。
3.如权利要求2所述的增强型动态带宽方法，其特征在于，所述步骤1.1)中发起STA将RTS帧SIG字段的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为NB MHz，SubBand子字段设为该NB MHz信道的第一个子信道的索引号。
4.如权利要求2所述的增强型动态带宽方法，其特征在于，所述步骤1.2)中发起STA将后续数据的SIG字段的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为CTS帧中BW子字段的值，SubBand子字段设为CTS帧中SubBand子字段的值。
5.如权利要求1所述的增强型动态带宽方法，其特征在于，所述步骤1.3)中CTSTimeout的计算公式如下：
TCTSTimeout＝TSIFS+TaSlotTime+TaPHY-RX-START-Delay (1)
其中，TCTSTimeout表示CTSTimeout的时间长度，TSIFS表示SIFS的时间长度，TaSlotTime表示一个时隙的时间长度，TaPHY-RX-START-Delay表示开始接收延迟。
6.如权利要求1所述的增强型动态带宽方法，其特征在于，所述步骤2.2)中第n个子信道的NAV(n)值的具体更新过程为：STA接收到通过第n个子信道或者其他包含第n个子信道的信道带宽传输的帧，若该帧中的接收地址与自身的MAC地址不同，且该帧承载的时长字段大于目前的NAV(n)值，则STA按照该帧承载的时长字段更新NAV(n)值；除上述情况外，其他情况不更新NAV(n)值。
7.如权利要求2所述的增强型动态带宽方法，其特征在于，所述步骤2.2)中响应STA将CTS帧中SIG字段的Dynamic Bandwidth子字段设为Dynamic，BW子字段设为LBMHz，SubBand子字段设为fi.start。
8.一种支持权利要求1-7任一项所述增强型动态带宽方法的收发装置，其特征在于，包括发送端和接收端，所述发送端在整个NB MHz信道上同时发送N个带宽为B MHz的复制格式RTS帧，并根据接收到的CTS帧中指示的带宽信息进行后续数据传输；所述接收端接收到RTS帧后，根据每个子信道上的NAV值，在子信道NAV值为0且连续子信道个数最多的子信道集中回复CTS帧，并在CTS帧中指示该子信道集带宽。
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