CN105874838B - 用于wlan中的重叠基本服务集的协调波束赋形的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了在WLAN场景中启用协调波束赋形(CB)机制的实施例。在实施例中，AP将反馈请求(FBR)帧发送到OBSS中的每一个STA。OBSS包括STA和包含所述AP的多个AP。AP随后从参与CB传输的STA的每一个STA接收反馈帧。反馈帧包括所述STA的信道状态信息(CSI)。CSI使发送AP能在下行链路执行CB。在实施例中，AP从启动CB传输的第二AP接收启动CB帧，并且随后在将FBR帧发送到STA的每一个之前，将ACK帧发送到第二AP。AP与参与CB传输的其他AP的每一个一起开始CB传输。

Description

用于WLAN中的重叠基本服务集的协调波束赋形的系统和方法
本申请要求于2014年7月24日提交的申请号为14/340,175、名称为“用于WLAN中的重叠基本服务集的协调波束赋形的系统和方法”的美国非临时专利申请的权益，在此并入该申请作为参考。
技术领域
本发明涉及网络通信，并且在具体的实施例中，涉及一种用于WLAN中的重叠基本服务集的协调波束赋形的系统和方法。
背景技术
无线局域网(WLAN)通常运行在未经许可的谱带中。用于在这些带中运行的规则强迫竞争设备分享可用资源并且当介质被检测到忙碌时推迟它们的预期传输。通常，WLAN使用正交频分多路复用(OFDM)传输格式，其中将所有的传输资源分配给单一设备。随机分配通常使用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)来实现。借助CSMA/CA，设备赢得对介质的访问，在至多预定的时间周期内传输它的数据，并且随后放弃该介质给其他设备用于竞争传输。协调波束赋形是一种通常使用在蜂窝通信系统中的机制，通过该机制许多无线设备在各自的干扰范围内能够将它们的信息同时传输到不同的目的地。通过使用波束赋形以将干扰消除或减少到可接受的水平，使得同时传输成为了可能。在此存在对于在包括重叠基本服务集的WLAN场景中有效实施波束赋形的系统和方法的需求。
发明内容
根据实施例，一种通过接入点(AP)使协调波束赋形(CB)能用于无线局域网(WLAN)中的重叠基本服务集(OBSS)的方法，包括所述AP将反馈请求(FBR)帧发送到多个基站(STA)的每一个。所述OBSS包括STA和包含AP的多个AP。该方法进一步包括从参与用于所述OBSS的CB传输的STA的每个STA接收反馈帧。所述反馈帧包括STA的信道状态信息(CSI)，该CSI使发送AP能在下行链路执行CB。
根据另一实施例，一种使CB能用于WLAN中的OBSS的AP包括处理器和存储由所述处理器执行的程序的非暂时计算机可读存储介质。所述程序包括用于将FBR帧发送到多个STA的每一个的指令。所述OBSS包括所述STA和包含所述AP的多个AP。所述程序包括进一步的指令用以从参与用于所述OBSS的CB传输的STA的每个STA接收反馈帧。所述反馈帧包括所述STA的CSI。该CSI使发送AP能在下行链路执行CB。
根据又一实施例，一种通过AP使CB能用于WLAN中的OBSS的方法包括所述AP从第二AP接收启动CB帧，所述第二AP启动用于OBSS的CB传输，其中OBSS包括多个AP和与所述AP相关联的多个STA。该方法进一步包括将确认(ACK)帧发送到所述第二AP，其中所述AP与所述第二AP一起参与所述CB传输。随后所述AP将FBR帧发送到所述STA的每一个，并且从参与所述CB传输的所述STA的每一个STA接收反馈帧。所述反馈帧包括所述STA的CSI，所述CSI使接收AP能在下行链路执行CB。随后所述AP与参与所述CB传输的所述其他AP的每一个一起开始所述CB传输。
根据再一实施例，一种使CB能用于WLAN中的OBSS的AP包括处理器和存储由所述处理器执行的程序的非暂时计算机可读存储介质。所述程序包括指令用以从第二AP接收启动CB帧，所述第二AP启动用于OBSS的CB传输，其中所述OBSS包括多个AP和与所述AP相关联的多个STA。所述程序进一步包括指令用于以将ACK帧发送到所述第二AP，其中所述AP与所述第二AP一起参与CB传输。所述指令进一步使所述AP能将FBR帧发送到所述STA的每一个，并且从参与所述CB传输的所述STA的每个STA接收反馈帧。所述反馈帧包括所述STA的CSI，其中所述CSI使接收AP能在下行链路执行CB。所述指令使AP能与参与所述CB传输的所述其他AP的每一个一起开始所述CB传输。
根据再一实施例，一种由WLAN中的OBSS中的STA执行的方法包括从AP接收FBR帧，其中所述OBSS包括包含所述AP的多个AP并且进一步包括包含所述STA的多个基站(STA)。所述方法进一步包括将反馈帧发送到所述AP，其中所述STA与所述AP一起参与CB传输。所述反馈帧包括所述STA的CSI。所述CSI使发送AP能在下行链路执行CB。
根据再一实施例，一种WLAN中的OBSS中的STA包括处理器和存储由处理器执行的程序的非暂时计算机可读存储介质。所述程序包括指令用以从AP接收FBR帧。所述OBSS包括包含所述AP的多个AP并且进一步包括包含所述STA的多个STA。所述程序进一步包括指令用以将反馈帧发送到所述AP，其中所述STA与所述AP一起参与CB传输。所述反馈帧包括所述STA的CSI。所述CSI使发送AP能在下行链路执行CB。
上文相当宽泛地概述了本发明实施例的特征以便可以更好的理解以下本发明的详细说明。将在下文中描述本发明实施例的附加特征以及优点，其形成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应该理解的是，所公开的构思以及具体实施例可以容易地用作为了实现本发明的相同目的而修改或设计其他结构或过程的基础。此外，本领域技术人员还应意识到，这种相同的构造不偏离随附权利要求所述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，现在参考下面结合附图的说明，在附图中：
图1是示出重叠基本服务集(OBSS)的场景的示图；
图2是示出协调波束赋形场景的示图；
图3是示出通过接入点(AP)启动CSI反馈过程的实施例的流程图；
图4示出反馈请求帧格式的实施例；
图5是示出通过带头AP启动协调传输的实施例的流程图；
图6是示出协调反馈数据序列的实施例的流程图；
图7是示出使用上行链路协调波束赋形的数据序列的实施例的流程图；以及
图8是可以用于实现各种实施例的处理系统的示图。
在不同附图中的相应数字和符号除非另有指示，否则通常指的是相应的组件。绘制附图以清楚地示出实施例的相关方面并且所述附图未必是按比例绘制的。
具体实施方式
在下面详细讨论了当前优选实施例的制成和使用。然而，应理解的是本发明提供了可以在多种特定环境中体现的许多可应用的发明构思。所讨论的具体实施例仅仅说明了制成和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。
图1显示了与一WLAN相对应的多个基本服务集(BSS)的实例。或者，这些集可以与多个WLAN相对应。BSS通过对应的服务集ID(在附图中以SSID1到SSID4来标记)来识别。每个BSS包括对应的接入点(AP)以及与该AP相关联的一个或多个基站(STA)。AP是任何通信设备，诸如无线调制解调器或路由器，其允许STA访问WLAN且与之通信。STA是允许用户或订阅者与AP、且由此与WLAN通信的任何用户通信设备。STA的实例包括智能手机、平板电脑，便携计算机、台式计算机、传感器设备(例如，智能手表)，以及具有WLAN(例如WiFi)能力的其他移动或通信设备。
多个BSS可以在有限的地理区域内彼此相对接近。例如，这些BSS可以属于公寓大楼中的不同的公寓，或者它们可以属于商业区中的不同机构。这种集在本文中被称为重叠BSS(OBSS)。由于这些BSS互相接近，因此来自不同集中的设备的信号会感受到显著的干扰，这影响通信质量。
本文公开了使WLAN场景中的协调波束赋形机制能够克服诸如在多个相对接近的BSS的情况下的干扰问题的系统和方法的实施例。使用协调波束赋形，可以(例如，经由调整波束方向、定位以及参数)调整不同集中的通信以减少与不同集相对应的信号的干扰。例如，波束赋形机制可以与在蜂窝通信系统中使用的波束赋形类似。
在典型的WLAN OBSS环境中，允许单一设备使用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)在任何点及时传输。这样，所有的其他设备推迟它们的传输以避免干扰。这种行为严重地限制了区域吞吐量。可以通过使用协调波束赋形来消除或减少设备间的干扰并且允许多个设备在相同的时间同时传输来提高区域吞吐量。
本文中的实施例使协调波束赋形允许许多相邻AP的同时传输，其中每个AP可以传输到与其相关联的一个或多个STA。这在文中称为下行链路(DL)协调波束赋形。波束赋形需要在所有参与设备之间交换的信道状态信息(CSI)。图2显示了协调波束赋形场景的实例。该场景包括位置上彼此接近的2个AP以形成WLAN OBSS。2个STA(STA11和STA12)与第一AP(AP1)相关联，并且3个其他的STA(STA21，STA22，和STA23)与第二AP(AP2)相关联。对于DL协调波束赋形，每个AP需要从所有的5个STA收集CSI信息。为了实现上述，每个AP可以视情况在任何时间开始CSI反馈过程。
图3显示了由其中一个AP，例如，AP1，启动CSI反馈过程的实施例。通过AP1将反馈请求(FBR)帧发送到参与协调波束赋形传输的每一个STA而开始该过程，其中一次发送一个FBR帧。例如，一旦决定参与用于包括多个AP以及与这些AP相关联的多个STA的OBSS的CB传输，通过AP1开始该过程。每一个FBR帧表明发送AP和目标STA的介质访问控制(MAC)地址。目标STA接收FBR触发了目标STA估计其自身与发送AP之间的信道。随后可以使用反馈帧将CSI从STA传输到AP。AP可以按照任何顺序将FBR帧发送到参与STA。AP可以按照与如图3所示的被传输FBR帧相同的顺序，从参与STA接收反馈帧。来自STA的反馈帧表明STA正在参与CB传输。如果未从STA接收到反馈帧，则AP1从CB传输中排除该STA。这意味着未发送反馈帧的STA将不被考虑为参与STA。因此从CB传输中(由参与AP)丢弃该STA。
图4显示了FBR帧的实施例。FBR帧包括物理层(PHY)头和MAC头。PHY头包括指示字段和用于通过STA估计信道信息的足够的训练字段。MAC头，例如，12字节字段，包括目标STA的MAC地址以及发送AP的MAC地址。
在如上所述的交换了AP和STA之间的FBR帧和反馈帧之后，当参与AP获得对无线介质的访问时，可以开始协调波束赋形(CB)数据交换。例如，将获胜的AP(获得了介质的AP)指定为用于随后数据交换的带头AP。通过将启动帧发送到OBSS中的其他参与AP，带头AP启动CB数据传输。图5显示了假设AP3为带头AP的交换启动帧和数据的实施例。通过将启动CB帧发送到AP1和AP2两者，AP3启动协调传输。AP1和AP2需要确认接收到了启动CB帧以表明它们参与协调传输的意图。来自AP的ACK帧表明AP正在参与CB传输。如果没有从AP收到确认(ACK)帧，则这表明AP已经拒绝了邀请。这意味着不发送ACK帧的AP将不被考虑为参与AP。因此，从CB传输中(由带头AP)丢弃该AP。随后来自参与AP的协调传输可以开始，这包括发生数据和确认帧的交换。带头AP(在该场景中的AP3)可以通过将服务周期结束(EOSP)帧发送到所有参与AP来结束协调传输。该EOSP可以被广播或被发送到每个AP。
图6显示了协调反馈数据序列的实施例。数据序列包括如下所述的AP和STA之间的数据和ACK帧的交换。在这个场景中，AP2是将启动CB帧发送到AP1的带头AP。在AP1确认启动CB帧以后，数据交换开始，其中每个AP发送数据。由这些AP在DL上使用协调波束赋形同时发送数据。AP随后通过将BA请求(BAR)帧发送到它们相对应的STA来收集(或请求)块确认(BA)帧。带头AP(AP2)首先发送它的BAR帧以从它的相关联STA请求BA帧。在一个实施例中，BAR帧被连续地依次(按时间)从AP发送到相对应的STA。如图6中的实例所示的，BA帧还能够以相对应的序列被STA发送回。
图7显示使用上行链路(UL)协调波束赋形的数据序列的实施例。在这种情况下，参与AP在DL上使用协调波束赋形并发地(同时)发送数据和BAR帧。如果在UL中也支持协调波束赋形，则STA可以通过在UL上使用协调波束赋形并发地发送它们的BA帧来响应BAR帧。
图8是可以用于实现各种实施例的处理系统800的框图。例如，处理系统800可以是WLAN中的AP、STA或访问控制器(AC)的一部分。具体的设备可以使用所有所示的组件，或仅使用组件的子集，并且集成度可因设备而异。此外，设备可以包括组件的多个实例，诸如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等。处理系统800可以包括装备有一个或多个输入/输出设备的处理单元801，所述输入/输出设备例如扬声器、麦克风、鼠标、触屏、小键盘、键盘、打印机、显示器等。处理单元801可以包括连接到总线的中央处理器(CPU)810、存储器820、大容量存储器830、视频适配器840以及I/O接口860。总线可以是包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、视频总线等的任何类型的数个总线架构的一个或多个。
CPU 810可以包括任何类型的电子数据处理器。存储器820可以包括任何类型的系统存储器，诸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)、以上组合等。在实施例中，存储器820可以包括用于启动的ROM、用于程序的DRAM和在执行程序时使用的数据存储。在实施例中，存储器820是非暂时的。大容量存储设备830可以包括任何类型的存储设备，其配置成存储数据、程序、和其他信息并且经由总线使得所述数据、程序，以及其他信息可访问。大容量存储器830可以包括，例如，固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等中的一个或多个。
视频适配器840和I/O接口860提供接口以将外部的输入和输出设备连接到处理单元。如所示的，输入和输出设备的实例包括连接到视频适配器840的显示器890以及连接到I/O接口860的鼠标/键盘/打印机870的任何组合。可以将其他设备连接到处理单元801，并且可以使用附加的或较少的接口卡。例如，可以使用串行接口卡(未显示)为打印机提供串行接口。
处理单元801还包括一个或多个网络接口850，其可以包括有线链路(诸如以太网电缆等)和/或无线链路以接入节点或一个或多个网络880。网络接口850允许处理单元801经由网络880与远程单元通信。例如，网络接口850可以经由一个或多个发射器/传输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，将处理单元801连接到局域网或广域网用于数据处理以及与远程设备(诸如，其他处理单元、互联网、远程存储设施等)的通信。
虽然在本公开中已经提供了数个实施例，然而仍应理解的是所公开的系统和方法在不偏离本发明精神或范围的情况下可以以许多其他的具体形式来体现。本发明实例被认为是说明性的而非限制性的，并且其意图不旨在限制文中所给出的细节。例如各种元件或组件可被组合或集成在另一系统中，或可以省略或不执行某些特征。
此外，在不偏离本公开的范围的情况下，可以将在各种实施例中不连续地或单独地描述和示出的技术、系统、子系统以及方法与其他的系统、模块、技术或方法相组合或集成。示出或讨论的彼此耦合或直接耦合或通信的其他项可通过不管是电、机械或其他的某个接口、设备或中间组件间接耦合或通信。本领域技术人员可以在不偏离此处公开的精神和范围的情况下确定并且可以作出改变、替代以及变更的其他实例。

Claims (16)

1.一种通过接入点AP使协调波束赋形CB能用于无线局域网WLAN中的重叠基本服务集OBSS的方法，所述方法包括：
所述AP将反馈请求FBR帧发送到多个基站STA的每一个，其中所述OBSS包括所述STA和包含所述AP的多个AP；
从参与用于所述OBSS的CB传输的所述STA的每个STA接收反馈帧，其中所述反馈帧包括所述STA的信道状态信息CSI，所述CSI使发送AP能在下行链路上执行CB；
将启动CB帧发送到所述OBSS中的其他AP的每一个；
从想要参与所述CB传输的所述其他AP的每一个接收确认ACK帧；
与参与所述CB传输的所述其他AP的每一个一起开始所述CB传输；
发送终止所述CB传输的服务周期结束EOSP帧，其中将所述EOSP帧发送到参与所述CB传输的所述其他AP的每一个。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述CB传输中丢弃没有收到其ACK帧的所述其他AP的每一个。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
一旦开始所述CB传输，便获取对无线介质的访问用于在所述OBSS中发送帧；
与参与所述CB传输的所述其他AP一起在下行链路将数据发送到参与所述CB传输的所述STA，其中与参与所述CB传输的所述其他AP一起使用CB发送所述数据；
将块ACK请求BAR帧发送到与所述AP相关联的每个STA；以及
从与所述AP相关联的每个STA接收块ACK BA帧。
4.根据权利要求3所述的方法，其中将所述BAR帧连续地依次发送到与所述AP相关联的每个STA。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在下行链路使用CB将所述BAR帧并发地发送到与所述AP相关联的每个STA，并且在上行链路经由CB从与所述AP相关联的每个STA并发地接收所述BA帧。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述CB传输中丢弃从其没有收到反馈帧的所述其他STA的每一个。
7.根据权利要求1所述的方法，其中到所述STA的每一个的FBR帧指示所述发送AP和目标STA的介质访问控制MAC地址。
8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述FBR帧连续地依次发送到所述STA的每一个。
9.一种使协调波束赋形CB能用于无线局域网WLAN中的重叠基本服务集OBSS的接入点AP，所述AP包括：
处理器；以及
存储由所述处理器执行的程序的非暂时计算机可读存储介质，所述程序包括指令用以：
将反馈请求FBR帧发送到多个基站STA的每一个，其中所述OBSS包括所述STA和包含所述AP的多个AP；
从参与用于所述OBSS的CB传输的所述STA的每个STA接收反馈帧，其中所述反馈帧包括所述STA的信道状态信息CSI，所述CSI使发送AP能在下行链路执行CB；
将启动CB帧发送到所述OBSS中的其他AP的每一个；
从想要参与所述CB传输的所述其他AP的每一个接收确认ACK帧；
与参与所述CB传输的所述其他AP的每一个一起开始所述CB传输；以及
向参与所述CB传输的所述其他AP发送终止所述CB传输的服务周期结束EOSP帧。
10.根据权利要求9所述的AP，其中所述程序包括进一步的指令用以：
一旦开始所述CB传输，便获取对无线介质的访问用于在所述OBSS中发送帧；
与参与所述CB传输的所述其他AP一起在下行链路将数据发送到参与所述CB传输的所述STA，其中与参与所述CB传输的所述其他AP一起使用CB发送所述数据；
将块ACK请求BAR帧发送到与所述AP相关联的每个STA；以及
从与所述AP相关联的每个STA接收块ACK BA帧。
11.根据权利要求9所述的AP，其中到所述STA的每一个的FBR帧指示所述发送AP和目标STA的介质访问控制MAC地址。
12.一种通过接入点AP使协调波束赋形CB能用于无线局域网WLAN中的重叠基本服务集OBSS的方法，所述方法包括：
所述AP从第二AP接收启动CB帧，所述第二AP启动用于OBSS的CB传输，其中所述OBSS包括多个AP和与所述AP相关联的多个基站STA；
将确认ACK帧发送到所述第二AP，其中所述AP与所述第二AP一起参与所述CB传输；
将反馈请求FBR帧发送到所述STA的每一个；
从参与所述CB传输的所述STA的每一个STA接收反馈帧，其中所述反馈帧包括所述STA的信道状态信息CSI，所述CSI使接收AP能在下行链路执行CB；
与参与所述CB传输的其他AP的每一个一起开始所述CB传输；以及
从所述第二AP接收终止所述CB传输的服务周期结束EOSP帧。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
与参与所述CB传输的所述其他AP一起在下行链路将数据发送到参与所述CB传输的所述STA，其中与参与所述CB传输的所述其他AP一起使用CB发送所述数据；
将块ACK请求BAR帧发送到与所述AP相关联的每个STA；以及
从与所述AP相关联的每个STA接收块ACK BA帧。
14.根据权利要求12所述的方法，其中到所述STA的每一个的所述FBR帧指示所述AP和目标STA的介质访问控制MAC地址。
15.一种使协调波束赋形CB能用于无线局域网WLAN中的重叠基本服务集OBSS的接入点AP，所述AP包括：
处理器；以及
存储由所述处理器执行的程序的非暂时计算机可读存储介质，所述程序包括指令用以：
从第二AP接收启动CB帧，所述第二AP启动用于OBSS的CB传输，其中所述OBSS包括多个AP和与所述AP相关联的多个基站STA；
将确认ACK帧发送到所述第二AP，其中所述AP与所述第二AP一起参与所述CB传输；
将反馈请求FBR帧发送到所述STA的每一个；
从参与所述CB传输的所述STA的每个STA接收反馈帧，其中所述反馈帧包括所述STA的信道状态信息CSI，所述CSI使接收AP能在下行链路执行CB；
与参与所述CB传输的其他AP的每一个一起开始所述CB传输；以及
从所述第二AP接收终止所述CB传输的服务周期结束EOSP帧。
16.根据权利要求15所述的AP，其中所述程序包括进一步的指令用以：
与参与所述CB传输的所述其他AP一起在下行链路将数据发送到参与所述CB传输的所述STA，其中与参与所述CB传输的所述其他AP一起使用CB发送所述数据；
将块ACK请求BAR帧发送到与所述AP相关联的每个STA；以及
从与所述AP相关联的每个STA接收块ACK BA帧。
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