CN105072701A

CN105072701A - 用于传送多信道ppdu的多信道通信站以及减少多信道无线网络中的辅助信道上的冲突的方法

Info

Publication number: CN105072701A
Application number: CN201510514616.5A
Authority: CN
Inventors: M.朴; R.J.斯泰西
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: JP5319038B2; BR112012033445A2; RU2014137898A; JP2014003616A; RU2012155706A; JP5746273B2; CN102960044B; JP2013535174A; WO2012006035A2; RU2534735C2; EP2983436B1; US8531980B2; EP2589172A2; EP2983436A1; CN102960044A; RU2569313C2; US20110317674A1; US20130308580A1; EP2589172A4; WO2012006035A3

Abstract

本发明涉及一种用于传送多信道PPDU的多信道通信站以及减少多信道无线网络中的辅助信道上的冲突的方法。在这里总体上描述了用于在主信道和高达三个或更多个辅助信道上通信的甚高吞吐量通信站和方法的实施例。可以在争用窗口期间执行短前导码检测以检测在争用窗口内开始的、辅助信道中的任何一个上的分组传输。还在争用窗口期间执行保护间隔检测以检测辅助信道中的任何一个上的分组传输的保护间隔。可以在争用窗口期间同时地执行短前导码检测和保护间隔检测以确定辅助信道中的任何一个是否忙。

Description

用于传送多信道PPDU的多信道通信站以及减少多信道无线网络中的辅助信道上的冲突的方法

技术领域

实施例涉及无线通信。一些实施例涉及通过多个信道传送分组（例如物理层会聚协议（PLCP）协议数据单元（PPDU））的多信道无线网络。一些实施例涉及根据包括IEEE802.11n和IEEE802.11ac标准的IEEE802.11标准之一进行操作的无线网络和设备。

背景技术

通过无线网络进行通信的一个问题是相邻基本服务集（BSS）的站的传输之间的冲突。常规地，采用冲突避免协议（例如具有冲突避免的载波侦听多址（CSMA/CA）协议）来帮助减少这些冲突。由于无线网络把采用更宽带宽的附加信道用于通信，因此冲突的可能性增大。这些附加信道可能包括主信道和一个或多个辅助信道。特别关注的是在没有把相同信道用作主信道的不同网络的站的传输之间的冲突。

因此，所需要的是可以帮助降低冲突的概率的多信道通信站和方法。所需要的是能够在辅助信道上检测其他无线网络的传输以帮助降低冲突的概率的多信道通信站和方法。

附图说明

图1示出根据一些实施例的相邻无线通信网络；

图2示出根据一些实施例的信道和拥塞感知（CCA）技术；

图3示出根据一些实施例的甚高吞吐量（VHT）通信站的功能框图；

图4A和4B示出根据一些实施例的冲突和冲突避免；以及

图5是根据一些实施例的用于在主信道和高达三个或更多个辅助信道上传送多信道PPDU的过程。

具体实施方式

下列描述和附图充分地示出特定实施例以使本领域技术人员能够实践它们。其他实施例可以结合结构的、逻辑的、电的、过程的和其他的改变。一些实施例的部分和特征可以被包括在其他实施例的部分和特征中或者代替其他实施例的部分和特征。在权利要求中阐述的实施例包括这些权利要求的所有可用等同物。

图1示出根据一些实施例的相邻无线通信网络。相邻无线通信网络可以包括两个或更多个基本服务集（BSS），例如甚高吞吐量（VHT）BSS100和高吞吐量（HT）BSS110。VHTBSS100可以包括VHT接入点（AP）104和一个或多个VHT通信站（STA）102，以及HTBSS110可以包括相邻HTAP114和一个或多个HT通信站（STA）112。VHTBSS100可以被配置成根据IEEE802.11ac进行操作。HTBSS110可以被配置成根据IEEE802.11n进行操作。

VHTBSS100可以利用主信道和高达三个或更多个辅助信道。另一方面，HTBSS110可以限于使用主信道和单个辅助信道。VHT通信站102和HT通信站112可以利用基于争用的冲突避免协议（例如CSMA/CA协议）来争用接入。

当VHTBSS100所利用的主信道不是HTBSS110所利用的相同主信道时，VHTBSS100的辅助信道中的一个或多个可能驻留在HTBSS110的主信道上。这会导致冲突的潜在增加。

根据一些实施例，VHT通信站102可以被配置成在主信道和高达三个或更多个辅助信道上传送数据单元（例如PPDU），以及HT通信站112可以被配置成在主信道和高达一个辅助信道上传送PPDU。VHT通信站102可以被配置成通过在VHTBSS100的辅助信道上检测分组来减少可能与HT通信站112发生的冲突。在这些实施例中，VHT通信站102可以在争用窗口期间执行短前导码（preamble）检测和保护间隔检测，以检测辅助信道中的任何一个上的分组传输。在下面更详细地描述这些实施例。

图2示出根据一些实施例的CCA技术。主信道208和高达三个或更多个辅助信道210可以由VHT通信站（例如VHT通信站102（图1））使用。根据实施例，VHT通信站102可以在争用窗口（CW）216期间执行短前导码检测（PD），以检测在争用窗口216内开始的、来自站（例如HTBSS110（图1）的HT通信站112（图1））的、辅助信道210中的任何一个上的分组传输。VHT通信站102还可以在争用窗口216期间执行保护间隔检测（GD）204，以检测辅助信道210中的任何一个上的分组传输的保护间隔。短前导码检测202和保护间隔检测204可以是在争用窗口216期间同时地执行的。在例如确认（ACK）分组212后提供的分布式协调功能（DCF）帧间间隔（DIFS）214之后执行保护间隔检测204和短前导码检测202。ACK分组212可能已经由VHTBSS100（图1）的AP104或由HTBSS110的AP114传送，从而确认先前从通信站接收到数据分组。ACK分组212还可能已经由通信站之一传送。

在辅助信道210上执行短前导码检测202以检测在争用窗口216中开始的信号的附加能力允许VHT通信站102在相邻BSS（例如HTBSS110）的信道上检测分组传输。不同于作为CSMA/CA协议的一部分的被常规地执行以检测信号的能量检测，短前导码检测202和保护间隔检测204可以检测将不能利用能量检测技术来检测的分组。例如，短前导码检测202和保护间隔检测204可以检测大大低于能量检测技术的能量检测阈值（例如低于能量检测技术的能量检测阈值高达20dB）的分组，该能量检测阈值对辅助信道来说常规地约为-62dBm。

由短前导码检测202或保护间隔检测204在辅助信道210之一上检测到的分组传输可以是相邻HTBSS110的HT通信站112的信号传输。相邻HTBSS110可以具有协同定位在VHTBSS100的辅助信道210之一上的其主信道。

VHT通信站102可以利用主信道208和高达三个或更多个辅助信道210来提供高达一千兆比特每秒（Gbps）及更大的传送速度。传送速度可以取决于所使用的天线的数目以及使用带宽。因此，传送速度可以显著地大于HT通信站（例如HT通信站112）的传送速率。主信道208可以具有20MHZ的带宽，以及每个辅助信道210可以具有20MHZ的带宽，以当使用三个辅助信道210时提供高达80MHz的使用带宽，并当使用高达四个附加辅助信道（未示出）时提供高达160MHz的使用带宽。另一方面，HT通信站112可以限于使用单个主信道和单个辅助信道。

短前导码检测202可以包括对包括指示分组的开始的短前导码的预定序列的检测。保护间隔检测204可以包括相关（例如自相关）以检测与分组的一个或多个帧内的OFDM符号的循环前缀相对应的重复模式。保护间隔检测204对循环前缀的检测可以指示分组内的有效帧。

可以执行短前导码检测202以检测在争用窗口216的时隙中开始的、辅助信道210中的任何一个上的分组前导码。短前导码检测202被配置成在争用窗口216的时隙内完成。在这些实施例中，争用窗口216可以包括多个时隙。短前导码检测202可以在这些时隙中的任何一个或多个内被执行，并且可以在开始短前导码检测202的时隙期间完成。短前导码检测202可以被配置成在争用窗口216期间连续地搜索短分组前导码。

可以在直接在基于争用的冲突避免协议（例如CSMA/CA协议）的回退计数器期满之前的点协调功能（PCF）帧间间隔（PIFS）206的间隔期间执行保护间隔检测204。当保护间隔检测204或短前导码检测202在辅助信道210之一上检测到分组传输时，将辅助信道210指定为忙辅助信道。当保护间隔检测204和短前导码检测202都未能在辅助信道210之一上检测到分组传输时，将辅助信道210指定为空闲辅助信道。

VHT通信站102还可以被配置成抑制在被指定为忙辅助信道的辅助信道210中的任何一个上进行传送。当主信道208空闲时，VHT通信站102还可以被配置成在主信道208和被指定为空闲辅助信道的辅助信道210中的任何一个或多个上传送PPDU。在主信道208以及辅助信道210中的至少一个上传送的PPDU可以被称作多信道PPDU。

VHT通信站102可以在一个主信道208和三个辅助信道210上通信。在一些其他实施例中，VHT通信站102可以在一个主信道208和七个辅助信道210上通信。

为了确定主信道208是空闲的还是忙的，VHT通信站102被配置成在主信道208上执行能量检测、短前导码检测202和保护间隔检测204。可以通过在争用窗口216期间测量主信道208中的信号电平来执行能量检测。可以在争用窗口216期间执行短前导码检测202以在主信道208上检测分组传输。可以在争用窗口216期间执行保护间隔检测204以检测主信道208上的分组传输的保护间隔。这样，VHT通信站102可以确定主信道208是空闲的还是忙的。在这些实施例中，可以在争用窗口216期间与在辅助信道210上执行的保护间隔检测204和短前导码检测202一起同时地执行在主信道208上执行的能量检测、短前导码检测202和保护间隔检测204。当确定主信道208在包括DIFS214加上争用窗口216的时间段内空闲时，VHT通信站102可以在主信道208和被指定为空闲辅助信道的辅助信道210中的任何一个上传送分组。

VHT通信站102还可以被配置成在主信道208上使用针对主信道208的接入的DCF来执行CSMA/CA协议，并抑制在辅助信道210上执行冲突避免协议（例如CSMA/CA协议）。在这些实施例中，冲突避免协议在主信道208上被执行，而不在辅助信道210上被执行。

VHT通信站102被配置成根据IEEE802.11ac、通过20MHz主信道208和高达三个或更多个20MHz辅助信道210与接入点104进行通信。在这些实施例中，主信道208可以被用于执行CSMA/CA协议以及用于与接入点104传送数据分组（例如PPDU）。辅助信道210中的一个或多个与主信道208一起可以被用于传送多信道数据分组（例如多信道PPDU）。例如，当信道是20MHz信道时，可以当VHT通信站102仅使用主信道208时传送20MHzPPDU。可以当VHT通信站102使用主信道208以及辅助信道210中的一个时传送40MHz多信道PPDU。可以当VHT通信站102使用主信道208以及辅助信道210中的两个时传送60MHz多信道PPDU。可以当VHT通信站102使用主信道208以及辅助信道210中的三个时传送80MHz多信道PPDU。可以当VHT通信站102使用主信道208以及高达四个附加辅助信道（未示出）时传送高达160MHz多信道PPDU。对于多信道PPDU，可以在由多信道PPDU所利用的每个20MHz信道上传送不同信息。

在这些实施例中的一些中，HTBSS110被配置成根据IEEE801.11n进行通信，所述IEEE801.11n将一个主信道和一个辅助信道用于通信。由短前导码检测202或保护间隔检测204在辅助信道210上检测到的分组可以是HTBSS110（图1）的主或辅助信道上的传输。因此，可以减少并可能消除与相邻BSS的冲突。应当注意，相同BSS的站之间的冲突一般不是问题，这是因为每个BSS可以将相同主信道用于802.11ac站和802.11n站这二者，并且站可以在其自己的BSS的主信道上容易地检测分组传输。在相同BSS中，11n和11ac站使用相同主信道，因此它们可以检测互相的传输，而没有由于辅助信道中未检测到的传输而引起的冲突问题。

图3示出根据一些实施例的VHT通信站的功能框图。VHT通信站300尤其可以包括通过空间分集天线311接收信号的前端电路310、短前导码检测模块302、保护间隔检测模块304、逻辑“或”电路306、以及介质接入控制（MAC）层电路308。VHT通信站300可以适合于用作VHT通信站102（图1），尽管其他配置也可能是适合的。

短前导码检测模块302可以被配置成对接收到的数据采样301执行短前导码检测202。保护间隔检测模块304可以被配置成对接收到的数据采样301执行保护间隔检测204（图2）。逻辑“或”电路306可以被配置成给MAC层电路308提供信道忙或信道空闲指示307，以将主信道208（图2）以及辅助信道210（图2）中的每个指定为忙或空闲。在这些实施例中，逻辑“或”电路306可以被配置成接收来自短前导码检测202和保护间隔检测204且针对主信道208和每个辅助信道210的检测输出，并给MAC层电路308提供信道忙或信道空闲指示307。逻辑“或”电路306的输出可以允许MAC层电路308将主信道208和每个辅助信道210指定为空闲或忙。

VHT通信站300可以使用多个空间分集天线311来实施MIMO通信技术，以通过主信道208和高达三个或更多个辅助信道210同时地传送多个数据流。在这些实施例中，VHT通信站300可以被配置成使用天线311中的单个天线来在辅助信道210上执行保护间隔检测204和短前导码检测202，尽管这不是要求，因为VHT通信站300可以利用高达四个或更多个天线311来在辅助信道210上执行保护间隔检测204和短前导码检测202。

尽管VHT通信站300被示作具有几个单独的功能元件，但是可以组合功能元件中的一个或多个，并且可以通过软件配置的元件（例如包括数字信号处理器（DSP）的处理元件和/或其他硬件元件）的组合来实现功能元件中的一个或多个。例如，一些元件可以包括一个或多个微处理器、DSP、专用集成电路（ASIC）、射频集成电路（RFIC）以及用于至少执行在这里描述的功能的各种硬件和逻辑电路的组合。VHT通信站300的功能元件可以指代在一个或多个处理元件上操作的一个或多个过程。

VHT通信站300可以是便携式无线通信设备，例如个人数字助理（PDA）、具有无线通信能力的膝上型或便携式计算机、智能电话、web平板、无线电话、无线手机、寻呼机、即时消息收发设备、数字照相机、接入点、电视、医疗设备（例如心率监视器、血压监视器等等）、或者可以无线地接收和/或传送信息的其他设备。

在VHTBSS100内操作的VHT通信站300可以被配置成通过包括主信道208和辅助信道210的其信道中的每个来传送正交频分复用（OFDM）通信信号。HTBSS110（图1）还可以被配置成通过其信道中的每个来传送OFDM通信信号。OFDM信号可以包括在多个正交子载波上调制的符号。每个信道可以包括预定数目的这些正交子载波。在一些示例实施例中，每个信道可以包括52个子载波，尽管这不是要求。

天线311可以包括一个或多个定向或全向天线，包括例如偶极天线、单极天线、贴片天线、环形天线、微带天线、或者适合于RF信号的传输的其他类型的天线。取代两个或更多个天线，可以使用具有多个孔的单个天线。在这些实施例中，每个孔可以被视为单独的天线。在一些多输入多输出（MIMO）实施例中，可以有效地分开天线311以利用空间分集以及可以在天线311中的每个与VHT接入点104（图1）之间产生的不同信道特性。可以以波长的高达1/10或更多来分开天线311。

图4A和4B示出根据一些实施例的冲突和冲突避免。如图4A和4B中所示，VHTBSS100（图1）的VHT通信站102可以在主信道208和被示作辅助信道210A、辅助信道210B和辅助信道210C的高达三个辅助信道210上通信。HTBSS100（图1）的HT通信站112可以在主信道408和辅助信道410上通信。在该实例中，由该HT通信站112所使用的主信道408与由VHT通信站102所使用的辅助信道210B一致。由HT通信站112所使用的辅助信道410与由VHT通信站102所使用的辅助信道210C一致。

如图4A中所示，VHT通信站102可能刚完成了通过主信道208和所有三个辅助信道210A、210B和210C的80MHz多信道PPDU传输，该传输是在每个信道确认分组412上确认的。如果VHT通信站102具有附加数据要传送，则VHT通信站102可以以在DIFS214加上争用窗口216的时间段内推迟和感测主信道208开始，以确定主信道208是空闲的还是忙的。

如上面所讨论的那样，VHT通信站102还可以感测三个辅助信道210A、210B和210C。因为相邻HTBSS110的HT通信站112知道VHT通信站102的先前传输的结束，因此HT通信站112还可以尝试通过推迟DIFS214加上争用窗口416的时间段来接入介质。在该实例中，HT通信站112的争用窗口416小于VHT通信站102的争用窗口216一个时隙（例如由于随机回退）。

如果HT通信站112确定至少一些信道空闲，则它可以在主信道408和辅助信道410上传送多信道PPDU414，主信道408和辅助信道410与由VHT通信站102所利用的辅助信道210B和210C相对应。如果VHT通信站102没有在辅助信道210中执行短前导码检测202，并且因为它可能需要10~14微秒之间来完成针对分组传输的CCA，那么VHT通信站102将必须在其争用窗口216的最后时隙218之前至少一个时隙开始保护间隔检测204。然而，在该实例中，由HT通信站112传送的多信道PPDU414从VHT通信站102的争用窗口216的最后时隙218开始，并且因此它不与可靠信号检测的GDCCA感测时间完全重叠。因此，VHT通信站102未能检测到从争用窗口216的最后时隙218开始的、由HT通信站112传送的多信道PPDU414。结果，VHT通信站102认为辅助信道210A、210B和210C是空闲的，并可以通过所有四个信道（208、210A、210B、210C）来传送多信道PPDU418，这与HT通信站112的PPDU414的传输相冲突。在该实例中，假定辅助信道210B或210C中的信号电平低于能量检测阈值电平，但是高于短前导码或保护间隔检测电平。

如图4B中所示，如果VHT通信站102在争用窗口216期间执行短前导码检测202（图2）和保护间隔检测204（图2），则可以检测到HT通信站112的PPDU414，从而使VHT通信站102将辅助信道210B和210C指定为忙。结果，VHT通信站102可以在主信道208和辅助信道210A上传送多信道PPDU419，从而避免与PPDU414的冲突。在该实例中，由于短前导码检测202可能仅花费约四微秒来在辅助信道210A、210B或210C之一中检测信号，因此可以在VHT通信站102的争用窗口216的最后时隙中完成短前导码检测202。

执行短前导码检测202可以被用来实现与所传送的帧的快速定时同步，这可以被用来帮助识别在辅助信道210上传送的OFDM符号的保护间隔的位置。保护间隔的知识降低了错误检测的概率。结果，与单独使用保护间隔检测可以实现的相比，当保护间隔检测跟在前导码检测之后时，可以实现检测灵敏度的提高。在这些实施例中，PPDU的预定结构可以包括短训练字段（STF）后跟长训练字段（LTF）后跟OFDM符号。每个OFDM符号可以具有保护间隔。在这些实施例中，当短前导码检测模块302识别PPDU的开始（例如通过识别短训练字段）时，保护间隔检测模块304可以被配置成识别PPDU的保护间隔很可能在哪儿出现，从而改进用于检测跟在长训练字段之后的保护间隔的灵敏度。短前导码检测模块302可以给保护间隔检测模块304提供其已检测到短前导码的指示（例如短训练字段）。

HTBSS110的HT通信站112一般仅在其辅助信道410中执行能量检测以检测信号传输，因为它是不大复杂的技术。结果，HT通信站112可能未能检测到来自相邻BSS（例如VHTBSS100）的站的、其辅助信道410上的一些传输，从而导致辅助信道410上冲突增加。由于HTBSS110仅利用单个辅助信道410，因此性能降低可以比针对VHTBSS100更能容忍，VHTBSS100使用三个和七个之间的辅助信道210。然而，VHTBSS100的VHT通信站102未能在其辅助信道210上检测到传输可能显著地降低网络性能。因此，在这里公开的改进的传输检测技术可能对VHT通信站102来说（特别是对被配置成根据IEEE802.11ac进行操作的VHT通信站来说）更重要。

图5是根据一些实施例的在主信道和高达三个或更多个辅助信道上传送多信道PPDU的过程。过程500可以由VHT通信站（例如VHT通信站102（图1））执行。

操作502包括：在争用窗口期间执行短前导码检测以检测在争用窗口内开始的、辅助信道中的任何一个上的分组传输。

操作504包括：在争用窗口期间执行保护间隔检测以检测辅助信道中的任何一个上的分组传输的保护间隔。可以在争用窗口期间同时地执行短前导码检测和保护间隔检测。

操作506包括：当保护间隔检测或短前导码检测在辅助信道上检测到分组传输时，将辅助信道指定为忙。

操作508包括：当保护间隔检测和短前导码检测都未能在辅助信道上检测到分组传输时，将辅助信道指定为空闲。在操作510中，VHT通信站可以自由地在主信道以及空闲的辅助信道中的任何一个或多个上传送多信道PPDU。

提供了摘要以符合37C.F.R.Section1.72(b)，其需要将允许读者确定技术公开的性质和要点的摘要。摘要是以下述为条件而被提交的：摘要将不被用来限制或解释权利要求的范围或含义。下列权利要求由此被结合到详细描述中，其中每项权利要求独立地作为单独的实施例。

Claims

1.一种被配置成在主信道和高达三个或更多个辅助信道上通信的通信站，所述通信站被配置成：

在争用窗口期间执行短前导码检测以检测在所述争用窗口内开始的、所述辅助信道中的任何一个上的分组传输；以及

在所述争用窗口期间执行保护间隔检测以检测所述辅助信道中的任何一个上的分组传输的保护间隔，

其中所述短前导码检测和所述保护间隔检测是在所述争用窗口期间同时地执行的。

2.根据权利要求1所述的通信站，其中，要由所述短前导码检测或所述保护间隔检测在所述辅助信道之一上检测的分组传输包括：具有协同定位在所述辅助信道之一上的其主信道的相邻基本服务集的通信站的分组传输。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，要检测的分组传输包括具有预定结构的协议数据单元，所述预定结构包括短训练字段后跟长训练字段后跟OFDM符号，每个OFDM符号具有保护间隔，

其中所述短前导码检测：

识别所述短训练字段；以及

基于对所述短训练字段的识别和所述协议数据单元的预定结构，识别所述协议数据单元的保护间隔的可能位置，以及

其中所述保护间隔检测包括：在由所述短前导码检测识别的所述协议数据单元的保护间隔的可能位置处执行保护间隔检测。

4.根据权利要求1所述的通信站，其中，所述保护间隔检测和所述短前导码检测是在分布式协调功能帧间间隔之后执行的，以及

其中所述分布式协调功能帧间间隔是在确认分组之后提供的。

5.根据权利要求4所述的通信站，其中，所述短前导码检测包括对包括指示分组传输的开始的短前导码的预定序列的检测，以及

其中所述保护间隔检测包括相关以检测与分组的一个或多个帧内的正交频分复用（OFDM）符号的循环前缀相对应的重复模式，其中对循环前缀的检测指示所述分组内的有效帧。

6.根据权利要求5所述的通信站，其中，所述短前导码检测被执行以检测在所述争用窗口的时隙中开始的、所述辅助信道中的任何一个上的分组前导码。

7.根据权利要求6所述的通信站，其中，所述短前导码检测被配置成在所述争用窗口的时隙内完成，以及

其中所述保护间隔检测是在直接在回退计数器期满之前的点协调功能帧间间隔的间隔期间执行的。

8.根据权利要求1所述的通信站，其中，当所述保护间隔检测或所述短前导码检测在所述辅助信道之一上检测到分组传输时，将所述辅助信道指定为忙辅助信道，以及

其中当所述保护间隔检测和所述短前导码检测都未能在所述辅助信道之一上检测到分组传输时，将所述辅助信道指定为空闲辅助信道。

9.根据权利要求8所述的通信站，其中，所述通信站被配置成：

抑制在被指定为忙辅助信道的辅助信道中的任何一个上进行传送；以及

当所述主信道空闲时，在所述主信道以及被指定为空闲辅助信道的辅助信道中的任何一个或多个上传送数据单元。

10.根据权利要求9所述的通信站，其中，为了确定所述主信道是空闲的还是忙的，所述通信站还被配置成：

在所述争用窗口期间在所述主信道中执行能量检测以确定所述主信道是空闲的还是忙的；

在所述争用窗口期间执行短前导码检测以在所述主信道上检测分组传输；以及

在所述争用窗口期间执行保护间隔检测以检测所述主信道上的分组传输的保护间隔。