CN105917717B - 用于上行链路ofdma传输的系统和方法 - Google Patents

用于上行链路ofdma传输的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供实施例以用于实施在WiFi网络等无线系统中的高效上行链路(uplink，UL)正交频分多址接入(orthogonal frequency division‑multiple access，OFDMA)传输。实施例方法包含通过接入点(access point，AP)向多个站点(station，STA)发送用于周期UL传输的调度信息，并且根据所述用于周期UL传输的调度信息向所述STA发送短同步信号(short synchronous signal，SSS)。所述方法进一步包含从所述STA接收作为响应于接收所述SSS的相应UL传输。通过所述多个STA中的每个STA在大约同一时间发送所述UL传输。所述STA在接收到所述SSS之后等待一个短帧间间隔(short interframe space，SIFS)时间，随后将所述UL传输发送到所述AP。

Description

用于上行链路OFDMA传输的系统和方法
本发明要求容志刚(Zhigang Rong)等人于2014年1月15日递交的发明名称为“用于上行链路OFDMA传输的系统和方法(System and Method for Uplink OFDMATransmission)”的第61/927,762号美国临时申请案的先申请优先权，该在先申请的内容好像全文复制一样以引入的方式并入本文本中。
技术领域
本发明涉及无线和WiFi通信，以及在特定实施例中，涉及用于上行链路正交频分多址接入(orthogonal frequency division-multiple access，OFDMA)传输的系统和方法。
背景技术
随着具有WiFi连接能力的用户设备或站点(station，STA)(例如，智能电话/平板计算机)的数目持续增加，接入点(access point，AP)以及STA的密度变得越来越高，发展中的城市地区的情况正是如此。由于WiFi系统的初始设计假定的是低密度AP和STA，因此高密度的AP和STA会使WiFi系统的效率较低。例如，目前用于无线通信的基于增强型分布式信道访问(enhanced distributed channel access，EDCA)的媒体接入控制(media accesscontrol，MAC)方案在具有高密度AP和STA的环境中不能有效地工作。因此，需要一种改进例如在高密度WiFi环境中的无线系统性能的方案。
发明内容
根据实施例，一种用于上行链路(uplink，UL)正交频分多址接入(orthogonalfrequency division-multiple access，OFDMA)传输的方法包含：通过接入点(accesspoint，AP)向多个站点(station，STA)发送用于周期UL传输的调度信息；以及根据用于周期UL传输的调度信息向STA发送短同步信号(short synchronous signal，SSS)。所述方法进一步包含从STA接收作为响应于接收SSS的相应UL传输。通过多个STA中的每个STA在大约同一时间发送UL传输。
根据另一实施例，一种支持UL OFDMA传输的AP包括至少一个处理器以及存储用于由所述至少一个处理器执行的程序的非易失性计算机可读存储介质。所述程序包含用以向多个STA发送用于周期UL传输的调度信息以及根据用于周期UL传输的调度信息向STA发送SSS的指令。所述程序包含用以从STA接收作为响应于接收SSS的相应UL传输的进一步指令，其中通过多个STA中的每个STA在大约同一时间发送UL传输。
根据另一实施例，一种用于UL OFDMA传输的方法包含：通过STA从AP接收用于周期UL传输的调度信息；以及根据用于周期UL传输的调度信息从AP接收SSS。所述方法进一步包含等待一个短帧间间隔(short interframe space，SIFS)时间；以及响应于接收SSS，向AP发送UL传输。
根据又一实施例，一种支持UL OFDMA传输的STA，所述STA包括至少一个处理器以及存储用于由所述至少一个处理器执行的程序的非易失性计算机可读存储介质。所述程序包含用以从AP接收用于周期UL传输的调度信息以及根据用于周期UL传输的调度信息从AP接收SSS的指令。所述程序包含进一步等待SIFS以及响应于接收SSS向AP发送UL传输的指令。
前文已相当广泛地概述了本发明的实施例的特征，以便可以更好地理解接下来的本发明的详细说明。下文中将描述本发明的实施例的另外的特征和优点，所述特征和优点形成本发明的权利要求书的主题。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以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，此类等效构造并未脱离如在所附权利要求书中所阐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，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1示出根据本发明的实施例的实例无线通信系统；
图2示出用于短同步信号(short synchronous signal，SSS)和上行链路(上行链路，UL)数据的实施例时序方案；
图3示出用于SSS和UL数据的另一实施例时序方案；
图4示出用于UL OFDMA传输的实施例方法；以及
图5是可以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。
在蜂窝系统(例如，长期演进(Long Term Evolution，LTE))中，已经展示正交频分多址接入(orthogonal frequency division-multiple access，OFDMA)能够在高密度环境中提供稳定的性能。OFDMA方案可以通过在系统带宽的不同部分上携载不同用户的流量来同时支持多个用户。OFDMA方案可以更有效地支持大量用户，例如当来自每个个别用户的数据流量较低时。OFDMA还能在来自一个用户的流量无法填满整个系统带宽的情况下避免浪费频率资源。这随着系统带宽变得越来越宽而变得更加有用。
例如，OFDMA可以用于上行链路(uplink，UL)传输，在本文中也被称作UL-OFDMA，以支持基于IP的语音传输(voice over Internet protocol，VoIP)服务。在这种情况下，来自每个用户的流量通常较低，并具有周期模式，例如，每20毫秒(millisecond，ms)一个包。为了传输VoIP包，要周期性地调度资源(例如，每20ms一次)。这会带来由消息的周期调度引起的一些开销。替代地，可以在通信开始时调度并保留周期资源，因此在中间通信时不再需要周期调度消息，从而产生较少开销。在LTE中，系统是同步的，其中系统中的eNB和所有UE遵循相同时钟。可以半持续方式分配周期资源，其中在通信开始时发生一次调度。这通过减少调度消息而节省了开销。由于系统是同步的且对于时序准确性的要求十分严格，因此使用UL-OFDMA是合适的。
然而，在WiFi系统中使用OFDMA方案因上行链路上的不同STA之间缺乏同步而更具有挑战性。由于在WiFi系统中对时序准确性的要求宽松，因此多个STA的时钟可能随着通信的继续而偏移，并且彼此之间的同步松散。因为UL-OFDMA传输要求多个STA的传输信号同时到达接收器，所以损失同步会导致UL-OFDMA失败。
本文中提供用于在无线系统中实施高效上行链路OFDMA传输的系统和方法实施例。所述实施例可以在具有高密度环境的无线通信系统中使用，例如，在包括相对大量STA和或AP的WiFi系统中使用。具体来说，AP用于发送或广播用于周期UL STA传输的调度信息。STA使用此信息使其唤醒时间与周期UL传输窗口同步。在每个调度周期间隔处，AP向被调度用于所述间隔处的UL的每个STA或一组STA发送短同步信号(short synchronous signal，SSS)。在接收到SSS后，所述组中的STA在时间短帧间间隔(short interframe space，SIFS)之后开始其UL传输。例如，SIFS可以是任何预定的合适等待时间和/或根据WiFi或其它通信标准。因此，每组STA可以被同步以在相应调度后的周期时间间隔开始UL传输，这减少了UL资源(例如，UL专用带宽)上的拥塞。
图1示出可以实施本文中的UL-OFDMA传输实施例的无线通信系统100的实例。无线通信系统100包含接入点(access point，AP)105，所述AP为一个或多个STA服务，例如站点(station，STA)110到116。AP105可以是能够与STA无线通信并允许STA接入因特网等网络的任何网络设备。AP 105接收源自STA 110到116的通信并接着将通信转发到其既定目的地，和/或(从一个或多个网络)接收目的地为STA 110到116的通信并接着将通信转发到既定STA。STA 110到116可以是具有无线通信能力的任何用户通信设备，例如，智能电话、平板计算机、传感器设备(例如，智能手表)或其它设备。除通过AP 105通信之外，一些STA还可以与彼此直接通信。例如，STA 116可以直接传输到STA 118。虽然图1仅示出一个AP 105，但是所述系统可以包含任何数目的AP。在实施例中，无线通信系统100是WiFi系统，其中AP和STA使用WiFi信号和连接进行通信。在其它实施例中，AP可以被称为基站点、演进型NodeB(eNB)、超微型小区或微微小区、通信控制器等。STA也可以被称为移动台、移动设备、用户设备(user equipment，UE)、终端、用户、订户等。
UL-OFDMA传输方案包含从STA 105将关于周期资源分配的调度信息发送到一组或多组STA。调度信息指示从AP向指定STA传输短同步信号(short synchronous signal，SSS)的周期调度。每组STA可以分配不同周期时序。此信息使得每组的指定STA唤醒并在针对所述组的调度时序接收SSS。因此，对于每组的STA成员，SSS的接收变得同步，并且不同组的STA在不同时序接收SSS。AP接着如调度信息中所指示的周期性地发送SSS。例如，AP可以大致每20ms一次地发送SSS。取决于信道的空闲/非空闲状态，SSS的时序还可以在所调度的周期时序附近改变，例如，在20ms的周期附近。为了节省开销，SSS可以仅占用基本上少量的OFDM符号(例如，一个符号)。在频率维度上，可以在多个STA的相应UL资源上传输SSS以实现简单的STA实施方案。SSS还可以采用确定设计序列的形式。在接收到调度信息之后，STA了解用于SSS的周期时序和频率资源，相应地唤醒并在所述周期时序附近的窗口中收听所述SSS。当STA检测到SSS时，STA在从接收到的SSS结束后等待时间短帧间间隔(shortinterframe space，SIFS)之后开始在周期调度资源上传输其UL流量。此等待时间减少了系统的STA之间在接入介质(资源)时的冲突。
图2示出根据UL-OFDMA方案的用于SSS和UL数据的实施例时序方案。使用此方法，可以在接收到SSS之后同步多个STA的时序。这使得多个STA的传输信号能够同时到达接收器，由此支持UL-OFDMA。通过将SSS传输限制到基本上少量的OFDM符号，例如一个，或在替代实施例中，两个、三个或四个，能够将用于发送SSS的开销减到最少。在图2中，示出用于包含(STA1和STA2)的单组STA的周期SSS和UL数据。然而，多组可以在不同组之间的不重叠时序具有类似的周期SSS和UL数据传输。
在以上实施例中，在用于所述组中的STA的多个资源单元上传输SSS。在另一实施例中，为了进一步减少SSS的开销，可以只在一个资源单元(例如，一个20MHz的信道)上为同一组中的所有的STA传输SSS。在此实施例中，AP在关于周期资源分配的调度信息中向STA通知SSS的频率位置。这通常会需要比以上实施例更复杂的STA实施方案，因为STA中的一些需要从一个信道切换到另一个信道以检测SSS。例如，如图3中所示，仅在对应于STA1的UL传输的信道上传输SSS。此外，在任何以上实施例中，SSS可以携载用于相应STA的功率控制信息。STA可以使用功率控制信息来调整其UL传输功率，由此避免UL-OFDMA中的远近问题。
以上实施例使得能够以相对较少的控制开销在UL上使用周期OFDMA，由此使资源使用更加高效。当支持高密度环境中的VoIP等服务时，所述方案是有利的。可以在智能电话、平板电脑、WiFi AP、无线路由器和其它消费型电子装置中实施所述实施例。
图4示出用于无线通信的上行链路OFDMA传输的实施例方法400。举例来说，方法400可以在AP与多个STA之间的WiFi系统中实施。在步骤410处，AP向STA发送(广播或单播)用于周期UL STA传输的调度信息。所述调度信息指示从AP到已被考虑的每组STA的SSS的周期时序。通过每20ms等选定间隔确定周期时序。调度信息还可以指示用于一组中的每个或所有STA的SSS的频率位置，例如哪个(哪些)信道对应于STA的UL传输。在步骤420处，AP在如调度信息中所指示的确定时间间隔发送SSS。STA在此时序或在此时序之前唤醒以接收SSS。在步骤430处，在接收到SSS后，STA等待一个短帧间间隔(short interframe space，SIFS)时间，随后开始使用OFDMA在上行链路上传输数据。
图5是可以用于实施各种实施例和上述算法的处理系统500的方框图。举例来说，处理系统500可以是智能电话、平板计算机、笔记本电脑或台式计算机等STA或UE的部分。所述系统也可以是AP或基站点等为STA或UE服务的网络实体或组件的部分。所述处理系统还可以是基站点等网络组件的部分。特定设备可利用所有所示的组件或所述组件的仅一子集，且设备之间的集成程度可能不同。此外，设备可以包括组件的多个实例，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500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501。处理单元501可包括中央处理器(CPU)510、存储器520、大容量存储设备530、视频适配器540，以及连接到总线的I/O接口560。所述总线可以为任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或者存储控制器、外设总线、音频总线等等。
所述CPU 510可包括任何类型的电子数据处理器。存储器520可包括任意类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory，DRAM)、同步DRAM(synchronous DRAM，SDRAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)或其组合等等。在实施例中，存储器520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。在实施例中，存储器520是非瞬时的。大容量存储器设备530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、程序和其它信息可通过总线访问。大容量存储器设备530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540以及I/O接口560提供接口以将外部输入以及输出设备耦合到处理单元上。如图所示，输入输出设备的实例包括耦合至视频适配器540的显示器590和耦合至I/O接口560的鼠标/键盘/打印机570的任意组合。其它设备可以耦合至处理单元501，可以利用额外的或更少的接口卡。举例来说，串行接口卡(未图示)可以用于为打印机提供串行接口。
处理单元501还包括一个或多个网络接口550，网络接口550可包括以太网电缆等有线链路，和/或到接入节点或者一个或多个网络580的无线链路。网络接口550允许处理单元501通过网络580与远程单元通信。例如，网络接口550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。在一个实施例中，处理单元501耦合到局域网或广域网上以用于数据处理以及与远程设备通信，所述远程设备例如其它处理单元、因特网、远程存储设施或其类似者。
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，各种元件或组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。示出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、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的实例可以由所属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 (20)

1.一种用于上行链路(uplink，UL)正交频分多址接入(orthogonal frequencydivision-multiple access，OFDMA)传输的方法，其特征在于，所述方法包括：
一个接入点(access point，AP)向多个站点(station，STA)发送用于周期UL传输的调度信息；
根据所述用于周期UL传输的调度信息向所述多个STA发送短同步信号(shortsynchronous signal，SSS)；以及
从所述多个STA接收作为响应于接收所述SSS的相应UL传输，其中所述多个STA中的每个STA在大约同一时间发送所述UL传输；
所述调度信息指示了用于向所述STA循环地发送所述SSS以及作为响应从所述多个STA中的每个STA接收所述相应UL传输的时间周期。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SSS是一个信号，它占用一个或少量的OFDM符号就足以向所述STA发信号了。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SSS是采用确定设计序列形式的信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
与所述SSS间隔开大约所述时间周期向所述STA发送第二SSS；以及
从所述多个STA中的每一个STA接收作为响应于接收所述第二SSS的相应UL传输，其中所述多个STA中的每个STA在大约同一时间发送所述第二SSS的相应UL传输。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在距离发送所述SSS至少一个短帧间间隔(short interframe space，SIFS)时间之后从所述多个STA中的每一个STA接收到所述UL传输。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
从所述AP向多个第二STA发送用于周期UL传输的第二调度信息；
根据所述第二调度信息向所述多个第二STA发送第二SSS；以及
从所述多个第二STA中的每一个STA接收作为响应于接收所述第二SSS的相应UL传输，其中所述多个第二STA中的每个STA在大约同一时间发送所述第二SSS的相应UL传输。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在与向所述STA发送所述SSS不同的时序向所述第二STA发送所述第二SSS。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二调度信息指示了用于向所述第二STA循环地发送所述第二SSS以及作为响应从所述多个第二STA中的每个STA接收所述相应UL传输的第二时间周期。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调度信息包括用于向所述STA发送所述SSS的频率资源信息。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在用于所述多个STA中的一个STA的UL传输的相同频率资源上向所述多个STA发送所述SSS。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在用于所述STA中的每一个STA的UL传输的相应频率资源上向所述STA中的所述每一个STA发送所述SSS。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SSS包括用于控制来自所述STA的所述UL传输的传输功率的功率控制信息。
13.一种支持上行链路(uplink，UL)正交频分多址接入(orthogonal frequencydivision-multiple access，OFDMA)传输的接入点(access point，AP)，其特征在于，所述AP包括：
至少一个处理器；以及
非易失性计算机可读存储介质，其存储用于由所述至少一个处理器执行的程序，所述程序被所述至少一个处理器执行后，使得所述至少一个处理器执行以下操作：
向多个站点(station，STA)发送用于周期UL传输的调度信息；
根据所述用于周期UL传输的调度信息向所述STA发送短同步信号(short synchronoussignal，SSS)；以及
从所述多个STA接收作为响应于接收所述SSS的相应UL传输，其中所述多个STA中的每个STA在大约同一时间发送所述UL传输；
所述调度信息指示了用于向所述STA循环地发送所述SSS以及作为响应从所述多个STA中的每个STA接收所述相应UL传输的时间周期。
14.根据权利要求13所述的AP，其特征在于，所述UL传输是WiFi信号。
15.一种用于上行链路(uplink，UL)正交频分多址接入(orthogonal frequencydivision-multiple access，OFDMA)传输的方法，其特征在于，所述方法包括：
一个站点(station，STA)从一个接入点(access point，AP)接收用于周期UL传输的调度信息；
根据所述用于周期UL传输的调度信息从所述AP接收短同步信号(short synchronoussignal，SSS)；
等待一个短帧间间隔(short interframe space，SIFS)时间；以及
响应于接收所述SSS，向所述AP发送UL传输；
所述调度信息指示了用于从所述AP循环地传输所述SSS以及作为响应从所述STA发送所述UL传输的时间周期。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
与所述SSS间隔开大约所述时间周期从所述AP接收第二SSS；以及
响应于接收所述第二SSS，向所述AP发送第二UL传输。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述SSS采用确定设计序列形式。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述调度信息指示了频率资源，所述STA在所述频率资源上接收所述SSS。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述SSS包括功率控制信息，所述STA使用根据所述功率控制信息的传输功率发送所述UL传输。
20.一种支持上行链路(uplink，UL)正交频分多址接入(orthogonal frequencydivision-multiple access，OFDMA)传输的站点(station，STA)，其特征在于，所述STA包括：
至少一个处理器；以及
非易失性计算机可读存储介质，其存储用于由所述至少一个处理器执行的程序，所述程序被所述至少一个处理器执行后，使得所述至少一个处理器执行以下操作：
从接入点(access point，AP)接收用于周期UL传输的调度信息；
根据所述用于周期UL传输的调度信息从所述AP接收短同步信号(short synchronoussignal，SSS)；
等待一个短帧间间隔(short interframe space，SIFS)时间；以及
响应于接收所述SSS，向所述AP发送UL传输；
所述调度信息指示了用于从所述AP循环地传输所述SSS以及作为响应从所述STA发送所述UL传输的时间周期。
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