CN108112066A - 在极高密度环境中的无线操作 - Google Patents

Abstract

通常在免许可频段中使用的、用于基于竞争的自适应调制网络的协议和算法。还公开了一种无线系统，其中高调制速率的数据包被确定优先于低速率的数据包，该无线系统被配置为处理来自多个用户便携式设备的通信信号，该无线系统具有接入点，所述接入点能够针对逐个用户将接入点发射功率动态调节至在不考虑在链路上观测到的干扰的情况下达到来自每个用户便携式设备的目标信噪比所需的最低水平。该无线系统还能够针对逐个用户将接入点发射机功率和接收机灵敏度动态调至达到最高可能调制速率所需的最低水平。

Description

在极高密度环境中的无线操作

技术领域

本申请涉及无线通信系统。更为具体地，本发明涉及对通常在免许可频段（如Wi-Fi）中使用的基于竞争的自适应调制网络的协议和算法的改进。这些改进使得在高密度区域的操作成为可能。

背景技术

随着智能移动设备（例如，iPhone、黑莓和其他智能手机）的出现和极其普及，数据使用已增长到由带宽饥渴设备导致的网络拥塞已引起迫在眉睫的频谱危机的程度，该频谱危机是对美国移动通信的未来的最大威胁。该频谱危机的证据是明显的，尤其是在2009年1月的总统就职典礼上（成千上万人聚集起来见证了这一历史事件）。据记载，蜂窝网络变得拥塞无比，以致于无法打电话。同样地，蜂窝网络拥塞已成为几乎每一较多观众场合中常见的全球事件。

目前，大多数无线网络都被优化以实现最大范围及覆盖，以此降低给定区域所需的设备成本。为达到该目的，在基站或接入点（AP）上均使用具有更高的无线电功率、更好的接收灵敏度和高增益的天线。但在极高密度的应用中（例如特别事件、临时事件、紧急事件、大型体育场等），用户密度极高；有时处于用户/每平方米的级别。在这种情况下，应大大增加AP的数量，以通过重复使用整个场所的频率来实现期望的容量。遗憾的是，这种密度上的增加还大大降低了网络中AP之间干扰的概率，从而失去重复使用的潜力。此外，应限制（通常错误地）由很远距离处连接到AP（因此具有低信号电平及低数据速率）的用户便携式设备。

蜂窝分裂是在整个蜂窝通信行业中一种常用的在可用频谱稀缺的情况下增加网络容量的技术。蜂窝网络的名称源自于用于提供覆盖区域的部署技术。被称作宏基站收发器系统（BTS）的高功率射频收发器部署在屋顶和高塔上，且通过使用高增益定向天线产生毗邻排列的通常描绘成六边形蜂窝状晶格结构的“蜂窝”。这些BTS元件均通过T1或T3有线电路与通向“蜂窝网络”的中心网络元件互连。

随着容量的增长，BTS系统在提高无线电信号效率的同时，增加了额外的射频信道。第一代BTS采用支持每载波单个蜂窝用户的模拟移动电话系统（AMPS）。AMPS被支持每载波三个蜂窝用户的时分多址（TDMA）所取代。蜂窝技术通过二十年的改进和新的协议，即GSM、CDMA、2G、3G、4G、新的调制格式和智能天线/多输入多输出（MIMO）系统，已稳步发展，使得针对蜂窝网络的射频频谱的使用现已高度优化，以致使用现有网络基础设施蜂窝位置不可能再获得显著的容量增益。

因此，已引入蜂窝分裂技术以提供进一步的容量。此外，分布式天线系统（DAS）被引入以用于在办公建筑中提供更好的覆盖。近来，针对高容量应用，已引入覆盖受限的微蜂窝和微微蜂窝。

显然，蜂窝/无线通信行业的演进已随着许可频段的蜂窝网络的频谱和空间效率上的大大改进，由较大的宏蜂窝转移至较小的微微蜂窝。

由于多个无线服务共享相同频段的影响以及提高覆盖的需要，免许可频段网络的演进路径稍有不同。免许可频段网络（例如Wi-Fi）成为首先组合先进的频谱和空间技术来实现高频谱和空间效率的网络。但与许可频段蜂窝网络趋势不同，免许可频段网络由于受到低发射功率（通常为25mW（14dBm））的限制，故而从很小的蜂窝开始，成长为达到足以覆盖房屋的蜂窝尺寸。免许可频段网络已进步到满足工业科学医疗（ISM）频段规定限制4W（36dBm）以提供大型热点（例如，大型购物中心或火车站）的覆盖的程度。

免许可频段产品在其网络规划/自适应技术上也不同。蜂窝网络的蜂窝尺寸由发射功率、使用的调制格式或在CMDA系统的情况下由使用的扩频码进行定义，并由网络设计师以及（近来）用于优化蜂窝位置和尺寸的自动化软件工具进行设计。免许可蜂窝本质上是自治的，没有用来设置蜂窝尺寸的中央控制结构。每个免许可收发机采用技术以最高可用发射功率实现最大蜂窝尺寸。Wi-Fi无线电设备采用频谱（调制速率自适应）和空间（例如，最大比合并和空间时间区块编码）技术来实现最大可能的蜂窝尺寸。

调制速率自适应算法在Wi-Fi行业中有广泛的记载，用于在最高吞吐量达到最大覆盖的目标。这些算法是针对载波侦听多址访问/冲突避免（CSMA/CA）协议而设计的，其中，如果发射的数据包未被确认，则发射机调节/降低调制速率并以相同的最大允许功率水平再次重新发射该数据包。速率自适应算法由无线芯片制造商提供并形成所有Wi-Fi和无线设备的实际操作，这样所有设备同样地运作以在最高调制速率处实现最大覆盖。

这些算法在适用于标准的无线网络中，但不适于受到干扰限制的极高容量场合，例如，运动场馆、户外音乐会、紧急事件、临时事件（例如，狂欢节、主题公园）以及一些极高密度的城市环境，在这些场合中用户密度可以以每平方米用户数的数量级来度量。

发明内容

本申请解决在存在高干扰的情况下极高容量无线网络的独特和创新方面。在这些环境下，数以千计的无线用户可在空间有限的场所主动地同时接入网络。典型示例为棒球运动场，数以千计的智能手机用户试图接入无线网络，以上传比赛的视频或照片，或者下载即时回放或其他此类信息。所有这些智能手机用户位于同一运动场内部，该运动场可度量为约200m×300m（60,000平方米），且可容纳100,000以上用户，这导致每平方米1.6个用户的密度。

经针对触及而优化得到的标准无线AP可看到运动场中多达一半的用户，但显然无法支持数以千计的智能手机用户（所有智能手机用户均试图访问因特网）所需的吞吐量。由于高度竞争、干扰和冲突使得吞吐量低得无法接受。增加足量的常规无线AP来满足容量需求仍无法解决该问题，因为这些附加的AP会看到彼此且产生自干扰。本申请解决免许可无线网络的特别为极高容量环境而设计的关键方面。

根据本发明的第一方面，提供一种无线系统，该无线系统被配置为处理来自多个用户便携式设备的通信信号。该无线系统优选地包括多个接入点，每个接入点具有处理器，所述处理器被配置为针对逐个用户将接入点发射机功率和接收机灵敏度动态调节至达到最高可能调制速率所需的最低水平。

根据本发明的第二方面，提供一种无线系统，该无线系统被配置为对去往和来自多个用户便携式设备的通信信号进行处理。该无线系统包括多个接入点，每个接入点具有处理器，所述处理器被配置为针对逐个用户将接入点发射功率动态调节至在不考虑链路上观察到的干扰的情况下达到来自每个用户便携式设备的目标预定信噪比所需的最低水平。

在某些实施例中，该无线系统可包括监测并维护所有相关用户便携式设备的接收信号强度指示的表格的接入点。该接入点到设备的发射功率和接收灵敏度还可被调节至达到期望信噪比所需的最低水平。

在替代实施例中，接入点根据接收信号强度指示在时分双工系统中调节发射功率和接收灵敏度。无线系统的接入点还可针对每个数据包进行发射功率调节。

在替代实施例中，无线系统可使用双重模式算法，该双重模式算法能够进行动态功率控制以保持最高数据调制速率和动态调制速率调节以降低调制速率，以用于与常规的设备或应用相比可具有不同需求的临时设备。该双重模式算法可针对每种情况使功率提高或使调制速率降低。

根据本发明的第三方面，提供一种无线系统，该无线系统被配置为处理来自多个用户便携式设备的通信信号。该无线系统包括多个无线接入点，每个接入点具有处理器，所述处理器被配置为在处理低速率数据包之前处理高调制速率的数据包。

在某些实施例中，该无线系统使用一算法来根据每个数据包的调制速率为该数据包分配一信用额度，其中，分配给每个数据包的信用额度可与该数据包的调制速率成正比或者不与该数据包的调制速率成正比。该无线系统可在发射队列中搜索一具有信用的数据包，且其中，该具有信用的数据包排队进入接入点，且具有该速率的数据包的信用额度被降低。该无线系统能够通过降低信用额度或通过将数据包移到远离队列头部的位置来惩罚该数据包。

以下术语和定义将适用于本申请：

本文使用的术语“通信/传送（communicate，communicating）”包括从源向目的地传达数据，且包括向通信介质、系统、信道、网络、设备、电线、线缆、光纤、电路和/或链路输送数据，以传达至目的地，且本文使用的术语“通信（communication）”表示这样传达或输送的数据。本文使用的术语“通信设施（communications）”包括通信介质、系统、信道、网络、设备、电线、线缆、光纤、电路和链路中的一种或多种。

本文使用的术语“处理器”表示用硬件、有形植入的软件或这两者实现的、可编程或不可编程的处理设备、装置、程序、电路、部件、系统和子系统。本文使用的术语“处理器”包括但不限于一个或多个计算机、硬线电路、信号修正设备和系统、用于控制系统的设备和机器、中央处理单元、可编程设备和系统、现场可编程门阵列、专用集成电路、片上系统、由离散元件和/或电路构成的系统、状态机、虚拟机、数据处理器、处理设施和上述任何组合。

本文使用的术语“存储器”和“数据存储器”表示用于临时或永久地保存数据并提供所保存的数据的一个或多个数据存储设备、装置、程序、电路、部件、系统、子系统、存储单元和存储介质。

本文使用的术语“便携式用户设备”表示能够由用户随身携带的电气或非电气设备，或者能够置于能够由用户携带的物体（例如，公文包、钱包）之上或之中或由用户携带的物体所持的电气或非电气设备，该电气或非电气设备具有至少一项主要的有益于用户的功能，该电气或非电气设备包括但不限于移动电话、个人数字助理（PDA）、黑莓设备、无线电设备、电视机、游戏系统（例如，Gameboy^™设备）、笔记本电脑、手提式电脑/台式机、GPS设备、个人音频设备（例如，MP3播放器或iPod^™设备）、DVD播放器、两用无线电设备、个人通信设备、远程信息处理设备、远程控制设备、无线耳机、手表、便携式数据存储设备（例如，Thumb^™ 驱动器）以及组合任何上述设备或其功能的任何设备。

附图说明

通过参考以下说明书和附图，将容易理解本发明的这些优点和其他优点，其中：

图1a为示出发射接入点和接收接入点之间的通信的高级图；

图1b为示出接入点的图；

图1c为示出发射接入点和接收接入点之间的通信的方框图；

图2为示出基于信噪比的调制速率控制的图；

图3为示出下游业务优先化的第一实施例的流程图；

图4为示出对向（subtending）网络管理元件的图；以及

图5为示出对到来的无线电信号的数字控制的方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。在以下描述中，对已知的功能或结构不作详细描述，因为它们会在不必要的细节上使本发明难以理解。

本文描述了可用于大大提高数据网络的覆盖和效率的一些步骤、方法和/或解决方案。这些步骤、方法和/或解决方案可包括对下列一种或多种进行管理：静态功率控制、动态功率控制、基于SNR的调制速率、下游业务优先化、外来数据包拒绝、数据包解聚合、接纳控制、广播控制和/或物理网络设计。每一步骤、方法和/或解决方案可单独应用或与一个或多个其他步骤、方法和/或解决方案组合应用。

静态功率控制。第一解决方案可以是应用静态功率控制。本实施例公开的系统并不是将蜂窝尺寸最大化，而是将蜂窝尺寸限制为维持适当功能所需的最小尺寸。该最小尺寸可通过AP之间的间隔和与用户便携式设备之间的距离来确定。本发明介绍一种将发射功率和/或接收灵敏度降至实现最优的AP到用户链路所需的最低水平的系统。

降低发射功率和接收灵敏度的重要益处在于降低自干扰。位于相同或邻近信道上的AP（尤其是如果安装在较高的位置和/或在彼此视线（line-of-sight，LOS）以内）会互相干扰。将功率降低至用户便携式设备的水平以下（通常约为15dBm）无法进一步提高系统性能。尽管可以手动调节发射功率和接收灵敏度，但必须针对逐个站点、逐个AP来进行。这种方法是可行的，但会很耗时，容易出错，并且在临时部署中特别繁琐。

本文公开的系统能够自动进行所有调节。例如，可根据一AP从邻居AP测得的功率来调节功率和灵敏度。

参见图1a，接收AP 102b可通过特定的管理帧向发射AP 102a返回消息，该特定的管理帧具有从发射AP 102接收的功率（Rx-PWR）的指示。发射AP 102a随后根据预设设置或动态设置对其功率进行调节，通常以实现期望水平的蜂窝重叠106。蜂窝重叠106是一个或多个AP 102相重叠（例如，发射AP 102a和邻居接收AP 102b）的覆盖区域。

期望的蜂窝重叠106量可以是在不受邻近AP 102干扰的情况下提供足够覆盖所需的重叠量。预设设置可以是存储值或值的集合，该预设设置可根据期望的蜂窝重叠106量来提高或降低AP 102的功率。

对蜂窝重叠106的尺寸进行管理是很重要的，因为较大的蜂窝重叠106影响市区和建筑物内部的服务输送，在市区和建筑物内部，服务主要依赖于网络带宽，而缺乏隔离限制了人口稠密区域的网络带宽。典型的基于WLAN的语音（VoWLAN）网络在2.4GHz通常需要约20%的蜂窝重叠106，在5GHz通常需要大约为15%到20%的蜂窝重叠106，其中，WLAN数据设计可使用5%到10%的AP 102蜂窝重叠106。蜂窝重叠106的目的在于确保无线电设备在靠近蜂窝边界时可检测并连接到备选AP 102。通过最小化给定客户在蜂窝边界的数据速率变化和重传量，无线电设备能够以最小连接中断来改变AP 102。最佳VoWLAN蜂窝边界推荐可为约-67dBm。

例如，如果AP 102以功率“X”来操作，但蜂窝重叠106过大，则AP 102的功率可降低至预设值“X-Y”，从而减小或最小化（例如，约20%）重叠。但如果蜂窝重叠106过小或不存在，则AP 102的功率可提高至第二预设功率值“X+Z”（其中，“Y”可以等于或不等于“Z”），从而将蜂窝重叠106增大至期望的蜂窝重叠106尺寸。

作为存储的预设设置的替代，可根据蜂窝重叠106度和蜂窝重叠106量动态地提高或降低AP 102的功率调节量。该动态系统可被配置为保持优选的蜂窝重叠106量，其中，可提高或降低每个AP 102的功率，以便维持期望的蜂窝重叠106量。

现在参见图1b，每个AP 102可包括处理器112、电源118、天线116、有线通信链路114、接口118（例如，RF收发器、RF前端等等）和存储设备（包括RAM 110和ROM 108）。

现在参见图1c，对图1a的系统进行更为详细的描述。接收AP 102b的天线116b接收到来自发射AP 102a的具有Rx-PWR的管理数据包，并将该具有Rx-PWR的管理数据包通过接口118b发送至处理器112b。处理器112b对数据进行处理与操作，以确定是否应调节功率以及是否应提高或降低功率。为了对数据进行处理与操作，处理器112b可被配备为运行可存储在ROM 108b中的软件。由AP 102收集或产生的数据可存储到RAM 110b或存储到ROM 108b中用于较长时间的保留。由AP 102收集或产生的数据也可传送到另一AP 102或具备有线或无线通信能力的任何其他设备。处理器112b和其他硬件由电源118b供电，该电源118b可以是交变电流或直流电流（例如，常规的线电流、电池能、太阳能、风能等等）。在某些实施例中，作为天线116a和无线接口118a的补充或替代，AP 102a还可使用有线通信链路114a与AP102b通信。

现在参见图4，当多个无线电设备406彼此接近时，与各AP 402相连通的对向网络管理元件404可使用收集到的数据（例如，信号强度、距离等等）作出与每个AP 402处的调节相关的更好判定。针对每个AP 402，该网络管理元件404允许通过解析来自一个或多个周边AP 402的Rx-PWR消息以及该AP与周边的一个或多个AP 402之间的已知距离来调节该AP402的功率和灵敏度。

例如，如果对向网络管理元件404确定AP 402a和402c均具有高信号强度，但相互非常接近，则对向网络管理元件404可使AP 402a/402c之一或二者均降低输出功率。类似地，如果对向网络管理元件404确定AP 402a和402c均具有低信号强度，则对向网络管理元件404可使AP 402a/402c之一或二者均提高输出功率。在某些实施例中，针对一AP 402，对向网络管理元件404可发现单个AP 402上具有多个无线电设备406，作为响应，对向网络管理元件404可提高周边AP 402的功率。

AP位置通常通过经纬度（long-lat）坐标来确定，该经纬度坐标可手动输入（例如，在安装时）或利用（例如，与AP集成在一起的）GPS接收机来计算。

通常，无线电发射功率可以在软件控制下很容易地调节。Joo Hyung Lee的美国专利公布文本No. 2008/0220803中公开一种调节发射功率的示例方法，其全部内容通过引用并入本文。Lee教导了通过获取接收信号的信号强度参数值来调节发射功率的方法。而后，该方法响应于接收信号强度参数值来请求提高（稍后再降低）发射功率。根据这些值，可计算出在累积时间内针对接收信号的累积信号强度参数值。可根据累积的信号强度参数值来调节信号强度参数值下限（或信号强度参数值上限）。Wen-Pin Lin的美国专利公布文本No.2010/0197340中公开另一调节发射功率的示例方法，其全部内容通过引用并入本文。与Lee所教导的方法类似，Lin教导了一种方法，其中从远程单元（通过通信协议）接收提供与蜂窝网络通信系统的基站的发射部件相关的功率水平的请求。而后，响应于从远程单元接收到请求，对信号的功率水平进行测量，并由发射部件提供该信号的功率水平，以及从基站通过通信协议向远程单元提供所测得的功率水平。

但对完全集成的无线电设备来说降低接收灵敏度较为困难。参见图5，到来的无线电信号502的增益元件可为数字控制506（例如，自动增益控制）的，且通常设置在低噪声放大器（LNA）504之后而在接收机508之前。该方法可行，但实施费用昂贵。同期的一些集成无线电设备能够提供对接收机的增益控制。在这些无线电设备中，针对控制的简单软件修改用于改变增益设置，从而降低灵敏度。

动态功率控制。另一方法为应用动态功率控制。本申请介绍了一种发射功率和/或接收灵敏度控制的独特方式（称为动态功率控制）。动态功率控制能够确定在AP处从一个或多个便携式设备接收到的功率水平，而后根据从一个或多个便携式设备接收到的功率水平将由AP发射的功率调节到与一个或多个便携式设备通信所需的最小功率水平。例如，AP可确定从用户便携式设备接收的功率（Rx-PWR）。而后根据各便携式设备的预设设置或动态设置调节AP的发射功率。

常规的无线AP试图通过保持恒定单一的发射功率水平和恒定的接收灵敏度来最大化蜂窝覆盖。这通常通过降低操作调制速率来实现，以便在用户便携式设备远离且信噪比（SNR）降低时使用较低的调制速率。数据速度输送通常直接与SNR相关。例如，数据速度1Mbps可需要0dBm的SNR，而54Mbps的数据速度可需要25dBm的SNR。因此，所需SNR随着数据速率的提高而提高。

除了静态功率控制，本实施例在保持最高的可能调制速率的情况下，可针对逐个数据包动态地降低发射功率和接收灵敏度。这样，本实施例降低了干扰噪声基底和数据包持续时间。

一般来说，高容量蜂窝很小以容纳大量用户。通常，这些高容量蜂窝的直径处于小于约20m（约65英尺）的级别（其中AP位于中心）。当然，无线电信号强度随着距离上远离AP而降低。在某些情况下，例如，如果AP通常以+26dBm的EIRP进行发射，则通过静态功率控制，该功率可降低到+16dBm（例如，根据AP处的接收功率水平），因此，大大降低了自干扰。采用+16dBm的发射功率，位于距离AP最远达20m的自由空间的用户可发现如下静态RSSI简表：

距离（米）	静态 RSSI简表(dBm)
		1	-24
2.5	-32
		5	-38
10	-44
		20	-50

例如，AP发射功率可允许10dB的主体阴影（body shadowing）和10dB的衰落余量（fademargin），共20dB的衰落余量。衰落余量是为足够的系统增益或灵敏度而提供的容纳（例如，在便携式设备不具有明晰的视线或被阻隔时的）预期衰落的设计容差，其目的在于确保对所需的服务质量的维持。换言之，衰落余量是在不使系统性能降到指定阈值以下的情况下接收信号水平降低的量。

然而，利用同样的示例，连接到AP的许多用户无需较大的20dB衰落余量（例如，如果用户具有到AP的明晰视线或者保持其便携式设备不被遮蔽或阻隔）。在这种情况下，可动态地降低发射到该用户的功率，从而在不牺牲性能的情况下限制干扰。

尽管静态功率控制可能有助于限制蜂窝的干扰（如上示例中所述，改善了10dB），但这是假设所有用户需要相等的发射功率水平，通常不一定总是这种情况。动态功率控制通过不断调节AP发射功率和接收灵敏度来修订该错误概念，从而将AP发射功率和接收灵敏度降低到通过静态功率控制（或其他预设值）设置的极限以下。该方法使得每个用户便携式设备仅接收保持最高调制速率所需的功率，限制了总的系统级干扰。

返回至上述示例，如果与AP相距10米的用户便携式设备具有3dB的主体阴影（bodyshadowing）和7dB的衰落余量要求，则AP可将通过该设备观察到的功率从固定值-44dBm降低至例如-60dBm。如果该与AP相距10米的设备指向不同的方向，使得阴影可由3dB增至10dB，则AP会动态地将发射功率提高7dB以弥补该用户的增大的阴影。

动态功率控制算法针对每个用户保持允许的发射功率和接收灵敏度，并持续调节该功率以保证用户保持最大调制速率。因而，在保持最低可能发射功率和接收灵敏度的同时，空中传输突发时间缩短。

动态功率控制算法具有双重优点：（1）进一步降低在高容量场合中总的干扰功率；以及（2）通过对所有传输使用最高调制速率缩短了空中传输突发时间。

对一种双重模式算法进行描述，该双重模式算法不仅使用动态功率控制以保持最高数据吞吐量/调制速率，而且包括动态调制速率调节以针对临时设备或例如语音呼叫（其与常规的设备或应用相比可具有不同需求）降低调制速率。在该模式中，该双重算法允许根据具体情况（例如，针对特定客户卡或针对特定客户应用）提高功率或降低调制速率，以便对特定的允许情况进行处理。

基于SNR的调制速率控制。现在参见图2，对基于信噪比（SNR）的调制速率控制图进行描述。许多同期的无线电设备执行自动调制速率控制，在该自动调制速率控制中链路任一端的调制速率可被调节至在给定距离处的最大可能调制速率。通常，调制速率算法可降低速率直至可达到所需的误码率。调制速率算法通常通过等待将从接收设备接收的肯定确认信号（ACK）来完成速率的所述降低。但在具有高干扰的高容量情况下，这通常可导致所选择的调制速率低于为达到来自特定用户便携式设备的给定SNR可能需要的调制速率（即，如果期望的用户便携式设备在附近但受到干扰）。这里我们对为达到给定的调制速率所需的干扰水平和SNR水平进行区分。

为了克服这一问题，本实施例公开了一系统，在该系统中每个AP持续监测并维护所有相关用户便携式设备的接收信号强度指示（RSSI）的表格。可将AP的针对发往每个设备的单播数据包的发射（Tx）功率和接收（Rx）灵敏度调节至为达到期望SNR所需的最低水平，且可使用针对该SNR所必需的调制速率。该最低水平可根据使用中的设备所需的SNR水平由存储在AP的存储器中的预设或动态设置来确定。如同在常规的系统中，这可以是对上述动态功率控制的增量增强，在该动态功率控制中可响应于链路上的误码率来调节调制速率。在信道互逆的时分双工（TDD）系统中可根据RSSI调节Tx功率和Rx灵敏度。TDD利用时分复用来分隔向外信号和返回信号。TDD在半双工通信链路上模仿全双工通信。时分双工系统的示例可包括：用于室内移动通信的UMTS 3G的补充空中接口TD-CDMA；中国TD-SCDMA 3G移动电话空中接口； DECT无线电话；基于载波侦听多址访问的半双工分组模式网络，如双线或集线器型以太网（hubbed Ethernet）、无线局域网和蓝牙可被视为TDD系统（尽管它们并非具有固定帧长的TDMA）；IEEE 802.16 WiMAX；以及PACTOR。

AP可针对每个数据包进行此调节。由于在这些环境中装置通常相当缓慢地移动，故也可使用最高达几秒的固定时间间隔。此外，为了简化对无线电设备的控制，仅使用少量预设的候选增益值而非连续范围的紧密间隔的值即得到可接受的结果。

此外，在高干扰环境中，冲突导致重传，这些通常出现于较低调制速率。持续的冲突甚至导致数据包的启动调制速率的降低。这使得很多用户便携式设备以低速率操作，从而再次使整个系统减速。在这种情况下，本文描述的该系统将重传调制速率限制在仅较高水平（即便在冲突出现时）。而且，调制速率可设置为针对广播数据包或管理数据包到达所有客户的最高可能调制速率，而非使用最低速率。该最高可能速率根据每个用户设备的已知功率水平以及（因此）调制速率来计算。

下游业务优先化。下游业务优先化可为能够对其操纵以提高下游效率和吞吐量的另一因子。当以不同调制速率操作的用户便携式设备与AP进行通信时，低速率用户（例如，传送1Mbps数据包的用户）可抑制高速率用户（例如，传送54Mbps数据包的用户）并降低AP的总的下游效率。本文公开的系统允许更为频繁地发射较高速率的下游数据包，从而优化空中链路的总效率。

现在参见图3，该系统可使用算法300，该算法300将正比于数据包的调制速率值的字节信用分配给每个速率（例如，54Mbps数据包可接收的信用为1Mbps数据包可接收信用的54倍）。以提高总的下游效率和吞吐量。在特定数据包排到AP之前318，该算法在发射队列302中搜索（起始于队列的头）仍留有剩余信用的数据包304。如果算法找到具有信用的数据包310，则立即将该数据包排到AP 318，并降低针对那个速率的剩余信用320。如果没找到具有信用数据包，则该算法发射位于队列头的下一数据包314。这使得队列中较高速率数据包跳至较低速率数据包之前，这样可更为有效地使用信道上的发射时间（air-time）。

当该算法用尽所有信用并选择头数据包进行发射314时，该算法重置针对所有速率的信用316。已发射的数据包的重试次数还可视为该数据包对信道的占用。相应地，可惩罚针对特定速率的信用（例如，通过取消或降低信用值）。为保持数据包的顺序，将所有数据包保持在一个队列中可为优选的（而不是针对每个速率使用单独的队列）。

外来数据包拒绝。在高容量系统中，目的地为AP（非网络的部分）的所有数据包可不必要地消耗AP资源。本系统可在AP中的最低处理层拒绝和/或丢弃那些外来数据包。这可通过检查数据包的头部中的目的地媒体接入控制（MAC）地址来完成。存在由电气电子工程师协会（IEEE）管理的至少三个编号空间（numbering space），该至少三个编号空间通常用于制定MAC地址：MAC-48、EUI-48和EUI-64。IEEE要求以“EUI-48”和“EUI-64”为名的商标，其中“EUI”代表扩展的唯一标识符。如果MAC地址与AP地址（或其邻居）不匹配，则不再对该数据包进行处理。

数据包解聚合。许多同期的无线电协议提供一种在发射前将多个短数据包聚合为单个较长数据包的手段，以防止由发射很多短数据包所导致的额外开销，进而提高总的吞吐量。这种方法的缺点可在于特定设备可能长期“处于运行中”拒绝访问其他设备。在这一高容量系统中，可选择性地禁用聚合特征，且对较短数据包进行单独发射。

接纳控制。当许多用户便携式设备尝试访问AP时，AP最终可被淹没。因此，控制对AP的接入是有利的。这可以是一种接纳控制的形式，且可以以多种方式来完成。首先，可根据设备的数量来控制接入。一旦连接的设备数量超过预设数量，则任何其它的设备被拒绝。因此，到每个连接的用户便携式设备的总吞吐量可在AP处被限制。

其次，可根据设备的接收信号水平（RSSI）来限制设备的接入。低信号强度设备以较低吞吐量执行，占用更多发射时间且阻止较高强度（因而较高吞吐量的设备）的接入。因此，AP可拒绝较低信号强度的设备的接入，从而提高连接到AP的所有设备的总性能。

在多数情况下，设备拒绝可以在协议中的最低层执行。例如，在Wi-Fi系统中，可使用探测请求或关联请求管理消息。如果对特定AP的接入被拒绝，则可执行自动方式的负载均衡，因为用户便携式设备可尝试连接到范围之内的任何其他可能不那么拥塞的AP。

广播控制。对这些无线电网络的性能特别有害的是广播数据包。示例性广播数据包包括：动态主机配置协议（DHCP）和地址解析协议（ARP）。DHCP是用于使使用TCP/IP的计算机的配置自动化的互联网协议。DHCP可用于自动分配IP地址，以输送TCP/IP协议栈配置参数（例如，子网掩码和默认路由器）并提供其他配置信息（例如，打印机地址、时间和新闻服务器）。ARP是用于将IP地址转换为诸如以太网地址之类的物理地址（例如，DLC地址）的网络层协议。希望获得物理地址的主机向TCP / IP网络广播ARP请求。接着，处在网络中具有该请求中的IP地址的主机以其物理硬件地址来回复。

在下游中，仅需的广播数据包为ARP响应、DHCP响应、DHCP ACK和DHCP NAK。在本实施例中，AP可阻止所有其他的广播消息。此外，AP可阻止对关联用户便携式设备未使用的MAC地址的DHCP广播响应。AP还可阻止对关联用户便携式设备未使用的IP地址的ARP响应。

物理网络设计。物理网络设计的各个方面也很重要。特别地，特定的AP天线用于降低AP之间的干扰。可使用具有高衰减旁瓣的窄波束定向天线和/或下倾天线，以降低同信道和相邻信道干扰。

在AP通过无线回程链路互连的应用中，接入天线可安置在低处以避免自干扰，而回程天线可设置在尽可能接近视线（LoS）条件的较高处，以确保最高性能回程链路。

尽管已参考部分、特征等的特定设置对各个实施例进行了描述，但这些并不意在穷举所有可能的排列或特征，实际上许多其他实施例、修改和变形对本领域技术人员是明确的。因此，应理解本发明可以以不同于上以上具体描述的方式实现。

Claims (20)

1.一种无线系统，被配置为处理来自多个用户便携式设备的通信信号，该无线系统包括：

多个接入点，每个接入点具有一处理器，所述处理器被配置为针对逐个用户将接入点发射机功率和接收机灵敏度动态调节至达到最高可能调制速率所需的最低水平。

2.根据权利要求1所述的无线系统，其中，每个处理器将相应的接入点发射功率和接收灵敏度调节至预设极限以下。

3.根据权利要求2所述的无线系统，其中，便携式设备仅接收保持高调制速率所需的功率。

4.根据权利要求1所述的无线系统，其中，接入点发射功率水平被设置为允许高调制速率进行操作。

5.根据权利要求1所述的无线系统，其中，所述无线系统使用能够进行动态功率控制和动态调制速率调节的双重模式算法。

6.根据权利要求5所述的无线系统，其中，所述双重算法允许针对逐个情况提高功率或降低调制速率。

7.一种无线系统，被配置为处理来自多个用户便携式设备的通信信号，该无线系统包括：

多个无线接入点，每个接入点具有处理器，所述处理器被配置为针对逐个用户将接入点发射功率动态调节至在不考虑链路上观察到的干扰的情况下达到来自每个用户便携式设备的目标信噪比所需的最低水平。

8.根据权利要求7所述的无线系统，其中，所述接入点监测并维护针对所有相关用户便携式设备的接收信号强度指示的表格。

9.根据权利要求8所述的无线系统，其中，所述接入点发射功率和接收灵敏度被调节至达到期望信噪比所需的最低水平。

10.根据权利要求7所述的无线系统，其中，所述接入点根据接收信号强度指示调节发射功率和接收灵敏度。

11.根据权利要求7所述的无线系统，其中，所述接入点可针对每个数据包进行发射功率调节。

12.一种无线系统，被配置为处理来自多个用户便携式设备的通信信号，该无线系统包括：

多个无线接入点，每个接入点具有一处理器，所述处理器被配置为在处理低速率的数据包之前对高调制速率的数据包进行处理。

13.根据权利要求12所述的无线系统，其中，所述无线系统使用一算法来根据每个数据包的调制速率为该数据包分配一信用额度。

14.根据权利要求13所述的无线系统，其中，所述无线系统在发射队列中搜索具有信用的数据包，且其中，所述具有信用的数据包被排在进入接入点的队列中且该数据包的信用额度被降低。

15.根据权利要求12所述的无线系统，其中，所述无线系统对一数据包进行惩罚。

16.根据权利要求15所述的无线系统，其中，所述无线系统通过降低所述信用额度来对数据包进行惩罚。

17.根据权利要求15所述的无线系统，其中，所述无线系统通过将数据包移至远离队列头部的位置来对该数据包进行惩罚。

18.根据权利要求13所述的无线系统，其中，分配给每个数据包的信用额度与每个数据包的所述调制速率成正比。

19.一种用于处理来自多个用户便携式设备的通信信号的方法，所述多个用户便携式设备位于具有多个接入点的无线系统中，每个接入点具有一处理器，所述方法包括：

每个接入点处理器针对逐个用户将接入点发射机功率和接收机灵敏度动态调节至达到最高可能调制速率所需的最低水平。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，每个处理器将相应的接入点发射功率和接收灵敏度调节至预设极限以下。