CN105191469A - 一种包含蜂窝接口和Wi-Fi接口的无线用户设备的操作系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一实施例中的无线通信方法包括：将多个用户设备(UE)分组到UE集群中，以作为Wi-Fi虚拟站点(V-STA)，其中，所述多个用户设备以无线的方式耦合到蜂窝基站(BS)中；与接入点(AP)通信，为所述V-STA竞争Wi-Fi传输机会(TXOP)。在进一步的实施例中，所述蜂窝BS使用带碰撞避免的载波侦听多址访问(CSMA-CA)流程，代表所述UE集群竞争所述TXOP。在一个可替代的实施例中，所述UE集群中的一个UE被选择作为领导者UE去使用CSMA-CA流程代表所述UE集群竞争所述TXOP。

Description

一种包含蜂窝接口和Wi-Fi接口的无线用户设备的操作系统和方法
本申请要求于2014年5月15日递交的申请号为14/279038的美国非临时申请的在先申请优先权，其要求于2013年5月15日递交的申请号为61/823732的美国临时申请的在先申请优先权，该两个在先申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及无线通信的系统和方法，在特定的实施例中，涉及包含蜂窝接口和Wi-Fi接口的无线用户设备的操作系统和方法。
背景技术
许多无线智能设备，如智能手机和平板电脑，都配备有多个接口，以允许基于诸如LTE的蜂窝技术接入无线网络，以及基于Wi-Fi技术接入其他无线网络，如图1所示。
图1是示出作为两个分离的物理实体的蜂窝基站(BS)102和Wi-Fi接入点(AP)104的逻辑图。在实践中，这两个网络实体可以合设。蜂窝网络工作于许可的频段中，在许可的频段中，操作仅限于单一的运营商网络，且不允许与其他设备进行共享。在许可的频段中的操作使蜂窝网络能够支持复杂的资源共享机制和精确的同步。通常，使用专用控制信道将资源分配和同步信息从所述BS102传输到用户设备(UE)106中。
另一方面，Wi-Fi网络工作在未经许可的频段，在未经许可的频段中，普遍存在来自其他(非Wi-Fi)设备的干扰。因此，使用带碰撞避免的载波侦听多址访问(CSMA/CA)随机分配站点(STA)108的传输机会。上行(UL)和下行(DL)传输周期未被调度。这与蜂窝网络是相反的：在蜂窝网络中，UL和DL被调度，且该调度在所有参与的网络设备中得以保持。
发明内容
一实施例中的无线通信方法包括：将多个用户设备(UE)分组到UE集群中，以作为Wi-Fi虚拟站点(V-STA)，其中，所述多个用户设备以无线的方式耦合到蜂窝基站(BS)中；与接入点(AP)通信，为所述V-STA竞争Wi-Fi传输机会(TXOP)。在进一步的实施例中，所述蜂窝BS使用带碰撞避免的载波侦听多址访问(CSMA-CA)流程，代表所述UE集群竞争所述TXOP。在一个可替代的实施例中，所述UE集群中的一个UE被选择作为领导者UE去使用CSMA-CA流程代表所述UE集群竞争所述TXOP。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1示出了蜂窝网络和Wi-Fi网络；
图2示出了UE集群；
图3示出了Wi-Fi传输机会；
图4示出了使用ULMU-MIMO的传输格式；
图5示出了传输格式；
图6示出了可以用于根据实施例实现，例如，此处描述的方法和设备的计算平台。
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。
Wi-Fi网络中的CSMA/CA操作会消极地影响已实现的网络吞吐量(使用CSMA/CA的媒体接入控制(MAC)效率通常不超过50％)，CSMA/CA在允许同时在UL和DL方向上的非同步接入无线介质方面有优势。
在一实施例中，考虑到蜂窝基站和Wi-FiAP合设于单一物理实体中的情况，所述单一物理实体将服务提供商的资源管理优化。分配蜂窝和Wi-Fi资源，包括无线资源，以提升整体用户性能和体验。
在双无线系统中，一实施例提供了一种同步传输机制，同时，该机制也能维护未经许可频谱的共享机制。
在一实施例中，提供了一种蜂窝UE集群获取Wi-Fi传输机会的机制，其中，所述蜂窝UE配备有如图1所示的蜂窝接口和Wi-Fi接口。在所述获取的机会中，所述UE集群基于某种传输格式安排DL和UL传输，所述传输格式包括正交频分多址(OFDMA)。
在一实施例中，使用Wi-Fi基础设施提升蜂窝性能。在一实施例中，介绍了作为竞争Wi-Fi资源的虚拟单一实体的UE集群。在一实施例中，介绍了UETXOP，资源在所述UETXOP中被分配给所述集群的成员。在这些实施例中，提供了在所述UETXOP中使用的各种传输格式。在一实施例中，使用许可的频段进行控制，使用Wi-Fi频段传输数据。Wi-Fi资源用于提升蜂窝网络性能，与蜂窝网络的拥塞状况无关。这些实施例可以在蜂窝和Wi-Fi网络和设备中实现，例如，基站、接入点、用户设备、站点等。
图2示出了无线系统200中的UE集群202。数个蜂窝UE204在尝试利用Wi-Fi网络206提供的服务实现特定的目标。这个目标可以包括蜂窝分流以避免网络拥塞或通过允许所述UE204利用用于设备到设备(D2D)通信的Wi-Fi设备提高蜂窝网络效率。
因为蜂窝UE由蜂窝BS控制，所以，UE集群的形成由BS负责，所述UE集群可以被预先配置。形成集群的标准可以包括地理上的临近、是否有特定的特征等等。
所述UE集群作为虚拟站点(V-STA)呈现给所述Wi-Fi网络206。所述V-STA用和其他Wi-FiSTA一样的方式竞争Wi-Fi资源，例如，执行CSMA/CA和相关的退避流程。可以使用几种方法允许V-STA竞争介质。
例如，所述V-STA的成员可以选择一个UE代表所述集群去竞争所述介质。则所选择的UE即是领导者UE，其身份可以基于UE移动性协议从一个传输机会变成另外一个。
又如，所述蜂窝BS可以代表所述集群竞争所述介质。在本方案中，BS基础设施包括允许与Wi-FiAP关联且允许所述CSMA/CA流程的性能的模块。则接入所述介质和同步信息可以与使用蜂窝控制信道的集群UE通信。
和其他Wi-FiSTA竞争的所述V-STA最终接入了所述介质，获取特定时段内的传输机会。图3示出了作为时间功能的典型信道占用。
图3示出了UE集群和Wi-FiSTA之间的传输机会(TXOP)的替代。在UETXOP302中，通过在所述TXOP时段内推迟其他设备的传输使之处于静默状态(即，不允许传输到所述介质中)，以免干扰所述UE集群的传输。
可以通过使用物理(PHY)或MAC帧头强行将一组站点的传输推迟到STATXOP304。通常，通过欺骗使用所述PHY帧头的传统STA迫使所述传统STA在一段时间内保持静默。对于其他STA，使用MAC帧，例如，请求发送信号(RTS)帧和允许发送信令(CTS)帧，典型地是为了设置网络分配矢量(NAV)以及迫使STA在给定的时间段内保持静默。这两种方法在2012年3月的IEEE802.11“无线LAN媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)规范”中已描述，此处以并入的方式引入本文文本。
在一实施例中，所述UE集群中的成员忽略PHY或MAC层的静默请求，保持活跃状态以参与到即将发生的传输中。这个目的可以通过引入包含UE组的标识的新MAC帧实现，其中，所述TXOP是为所述新MAC帧获取的。相同的帧可以用于为其他STA设置所述NAV，其中，所述其他STA包括不是组内成员的UE。所述V-STA可以在所述UETXOP起始时传输这个新的帧。相关的标识可以以和多用户多输入多输出(MU-MIMO)组标识包含在PHY前导中相同的方式包含在所述PHY帧头中。所述标识与UE集群标识相匹配，其中，所述UE集群标识可以由BS设置。
在来自多个UE的TXOP传输中，鼓励使用Wi-Fi频谱以有效利用可用资源。传输格式可以有数种。
首先，允许成员UE按照和常规Wi-Fi网络使用CSMA/CA相同的方式竞争介质。然后，所述传输格式使用基于OFDM的Wi-Fi帧格式。然而，这种方法不能实现最优的预期吞吐量提升，因为其中存在Wi-Fi竞争和帧开销。
第二，使用已调度的机制，其中，成员UE在所述UETXOP中预先规定的时刻进行传输/接收。然后，所述传输格式使用基于OFDM的Wi-Fi帧格式。
第三，所有的成员UE同时在UL和DL中使用MU-MIMO。IEEE802.11ac支持DLMU-MIMO，所以，应该支持DLMU-MIMO的使用。图4示出了使用ULMU-MIMO的传输格式。ULMU-MIMO允许成员UE或其子集在UL方向上同时传输物理层汇聚流程(PLCP)协议数据单元(PPDU)404。在UL传输开始时，AP传输同步帧402以指示参与当前UL传输的UE并将这些UE同步。所述AP发送ACK406，以指示传输成功，且所述ACK406是按顺序发送的，或者可能是利用DLMU-MIMO发送的。
第四，使用OFDMA进行UL和DL传输。例如，可以依照与LTE中定义的DL传输相同的格式使用OFDMA，其中，所述AP或BS将资源块分配到不同的UE。所述DL传输的格式在TS36.211演进通用陆地无线接入(E-UTRA)：物理信道和调制，TS36.212演进通用陆地无线接入(E-UTRA)：复用和信道编码，以及TS36.213演进通用陆地无线接入(E-UTRA)：物理层流程中进行定义，这些技术规范以引用的方式并入本文文本。LTE传输格式不后向兼容，不会被一些Wi-Fi设备解析，例如，基于802.11n或802.11ac的设备。如前述的建议，与传统站点后向兼容的新帧可以在所述UETXOP起始时使用，以将这些站点中的NAV功能设置为预期的值。
第五，图5所示方式的传输格式500可以同时用于UL和DL传输。图5的格式可以看作纯LTE-OFDMA格式和纯IEEE802.11-OFDM格式的折中格式。它将可用频谱划分成数个20MHz(也可以是其他划分)信道或片段，再将数个片段分配给各个用户。图5示出了为每个UE分配20MHz的信道和64个子载波的示例。
与LTE-OFDMA不同的是，图5所示帧的长度不受时间的限定。相反，最大帧长在所述UETXOP的起始时被传播给UE集群的成员。可以配置所述最大帧长，以被所述AP为每个UETXOP动态调节。任何需要将自己的帧与所述最大帧长对齐的时候，UE使用填充。利用所需的尽可能多的OFDM符号将MAC帧编码，使之达到所述最大帧长。
尽管传输带宽会因为所述最大帧长而被浪费，但图5所示的格式是后向兼容的，其中，每个帧的前几个OFDM符号可以用于通过在PPDU起始处添加传统前导码的方式欺骗传统站点。
相同的传输格式可以同时用于UL和DL方向上。在这两种情况下，所述AP或所述BS在传输开始前将所述UE集群的成员同步。可以在图5所示的传输格式上方的每个成员载波中应用MU-MIMO。
图6是处理系统600的方框图，该处理系统可以用来实现本文公开的设备和方法。特定装置可利用所有所示的组件或所述组件的仅一子集，且装置之间的集成程度可能不同。此外，设备可以包括部件的多个实例，例如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等。处理系统600可以包括配备一个或多个输入/输出设备，例如扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、按键、键盘、打印机、显示器等的处理单元602。处理单元602可以包括中央处理器(CPU)604、存储器606、大容量存储器设备608、视频适配器610以及连接至总线614的I/O接口612。
总线614可以是任意类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或存储控制器、外设总线、视频总线等等。所述CPU604可包括任何类型的电子数据处理器。存储器606可包括任意类型的非瞬时性系统存储器，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。在一实施例中，存储器可包括在开机时使用的ROM以及执行程序时使用的程序和数据存储器的DRAM。
大容量存储器设备608可包括任意类型的非瞬时性存储设备，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访问。大容量存储器设备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610以及I/O接口612提供接口以将外部输入以及输出装置耦合到处理单元上。如所图示，输入以及输出装置的实例包含耦合到视频适配器上的显示器616以及耦合到I/O接口上的鼠标/键盘/打印机618。其它装置可以耦合到处理单元上，并且可以利用额外的或较少的接口卡。例如，可使用如通用串行总线(USB)(未示出)等串行接口将接口提供给打印机。
处理单元602还包含一个或多个网络接口620，所述网络接口可以包括例如以太网电缆或其类似者等有线链路，和/或用以接入节点或不同网络622的无线链路。所述网络接口620允许处理单元通过所述网络和远程单元通信。举例来说，网络接口620可以经由一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一实施例中，处理单元耦合到局域网或广域网上以用于数据处理以及与远程装置通信，所述远程装置例如其它处理单元、因特网、远程存储设施或其类似者。
虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但此描述并不意图限制本发明。所属领域的技术人员在参考该描述后，将会明白说明性实施例的各种修改和组合，以及本发明其他实施例。因此，所附权利要求书意图涵盖任何此类修改或实施例。

Claims (26)

1.一种包含蜂窝空口和无线保真(Wi-Fi)空口的第一用户设备(UE)的无线通信方法，其特征在于，所述方法包括：
所述第一UE接收来自基站(BS)的蜂窝消息，指示所述UE与至少一个其他UE组成UE集群；
所述第一UE根据蜂窝时间信息在虚拟站点(V-STA)传输机会(TXOP)中与所述UE集群同步地将数据传输到接入点(AP)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择所述第一UE为所述UE集群的领导者，其中，所述方法还包括：所述第一UE代表所述UE集群竞争所述V-STATXOP。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一UE使用带碰撞避免的载波侦听多址访问(CSMA-CA)流程竞争所述V-STATXOP。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UE集群在所述V-STATXOP内通过许可的蜂窝控制信道进行协调。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从包含正交频分多址接入(OFDMA)、单载波FDMA(SC-FDMA)以及已调度的多址接入的组中选择所述V-STATXOP中的传输机制。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
所述第一UE从所述AP处接收最大帧长；
当在所述V-STATXOP中传输的所述第一UE的帧的长度小于所述最大帧长时，填充所述帧，使所述帧与所述最大帧长对齐。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，在所述V-STATXOP中传输数据还包括：所述第一UE与所述UE集群中的其他UE配合使用多用户多输入多输出(MU-MIMO)。
8.一种无线通信的方法，其特征在于，包括：
蜂窝基站将多个用户设备(UE)分组到UE集群，以作为Wi-Fi虚拟站点(V-STA)与接入点(AP)通信；
所述BS将蜂窝消息传输到所述多个UE，指示所述多个UE成为所述UE集群的成员。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述BS是所述UE集群的领导者，其中，所述方法还包括：所述BS代表所述UE集群竞争Wi-Fi传输机会(TXOP)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述蜂窝BS具有AP功能，代表所述UE集群竞争Wi-FiTXOP。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述蜂窝BS使用带碰撞避免的载波侦听多址访问(CSMA-CA)流程竞争所述Wi-FiTXOP。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：所述BS在所述V-STATXOP内通过许可的蜂窝控制信道协调所述UE集群。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：所述BS调度多个UE用于在所述V-STATXOP中进行传输/接收。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：为所述UE集群中的每个UE分配数个子载波，用于在所述V-STATXOP中进行传输/接收。
15.一种无线通信的方法，其特征在于，包括：
接入点(AP)与用户设备(UE)集群的领导者通信，代表所述UE集群竞争虚拟站点(V-STA)传输机会(TXOP)；
所述AP将所述V-STATXOP授予所述UE集群；
所述AP在所述V-STATXOP内从所述UE集群接收数据。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其中，与所述UE集群的领导者通信包括：与所述UE集群中的第一UE通信。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其中，与所述UE集群的领导者通信包括：与所述UE集群中的基站(BS)协调UE通信。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，与所述领导者通信包括：使用带碰撞避免的载波侦听多址访问(CSMA-CA)流程。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，从包含正交频分多址接入(OFDMA)、单载波FDMA(SC-FDMA)以及已调度的多址接入的组中选择所述V-STATXOP中的传输机制。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：所述AP迫使不在所述UE集群中的其他站点(STA)在所述V-STATXOP中处于静默状态。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，迫使所述其他STA处于静默状态包括：将物理(PHY)或媒体接入控制(MAC)领导者传输到所述其他STA，使所述其他STA静默一段时间。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括：将所述UE集群的标识包含在所述PHY或MAC领导者中，以指示所述UE集群在所述V-STATXOP内保持活跃。
23.一种第一用户设备(UE)，其特征在于，包括：
蜂窝空口；
无线保真(Wi-Fi)空口；
处理器；
非瞬时性计算机可读存储介质，用于存储所述处理器执行的程序，所述程序包括用于实现以下操作的指令：
从基站(BS)处接收蜂窝消息，所述蜂窝消息用于指示所述UE和至少一个其他UE成为UE集群的成员；
根据蜂窝时间信息在虚拟站点(V-STA)传输机会(TXOP)中与所述UE集群同步将数据传输到接入点(AP)。
24.一种基站(BS)，其特征在于，包括：
处理器；
非瞬时性计算机可读存储介质，用于存储所述处理器执行的程序，所述程序包括用于实现以下操作的指令：
将多个用户设备(UE)分组到UE集群，以作为Wi-Fi虚拟站点(V-STA)与接入点(AP)通信；
将蜂窝消息传输到所述多个UE，指示所述多个UE成为所述UE集群的成员。
25.一种接入点(AP)，其特征在于，包括：
处理器；
非瞬时性计算机可读存储介质，用于存储所述处理器执行的程序，所述程序包括用于实现以下操作的指令：
与用户设备(UE)集群的领导者通信，代表所述UE集群竞争虚拟站点(V-STA)传输机会(TXOP)；
将所述V-STATXOP授予所述UE集群；
在所述V-STATXOP内从所述UE集群接收数据。
26.一种在未经许可的频段中进行蜂窝无线传输并与无线保真(Wi-Fi)设备共存的方法，其特征在于，包括：
一组用户设备(UE)在虚拟站点(V-STA)传输机会(TXOP)中根据蜂窝时间信息进行同步数据传输，其中，所述一组用户设备中的每一个都支持蜂窝空口和Wi-Fi空口，当所述UE中的一个被选为领导者时，通过蜂窝控制信道进行协调，或者当基站(BS)被选为领导者时，通过接入点和所述BS之间的直接通信进行协调。
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