CN111556568A - 在无线局域网中的无线装置以及相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线装置在无线局域网络中执行空间复用。当接收到一个封包时，该无线装置从封包的第一部分测量接收到的信号质量，基于该封包的头部中的信息，决定正确解码该封包的负载所需的信号质量。该无线装置比较该所接收的信号质量与该所需的信号质量，如果该所接收的信号的质量低于该所需的信号质量，该无线装置发送在时间与频率上与该封包的第二部分重迭的信号。此外，该无线装置可识别识别该封包的基本服务集(BSS)识别符(BSSID)。当该BSSID指示该封包是间‑BSS封包时，该无线装置在接收该封包的帧校验序列(FCS)之前发送与该封包在时间与频率上重迭的信号。

Description

在无线局域网中的无线装置以及相关方法
交叉引用
本申请是要求2019年1月4日提交的申请号为62/788,180的美国临时专利申请案的优先权。上述列出的申请案内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明的实施例是关于无线通信，更具体来说，是关于在无线通信网络中的空间复用(spatial reuse)。
背景技术
在无线局域网(wireless local-area networks,WLANs)中时间、空间以及频率资源的利用提供优化的频带与响应时间给用户。无线装置日益增长的密度以及有限的对于无线使用的可用频谱都对WLAN的性能具有负面的影响。
一种增加WLAN的效率的方法是空间再利用，其中无线装置在一个相同的网络空间内通过重新使用频率来同时发送信号。然而，由于WLAN的流行，日益常见的情况是多个WLAN在一个相同的地理空间内同时存在，其具有重迭的信号覆盖。空间复用的增强可显著增加无线媒介的再使用。
发明内容
在一个实施例中，提供一种在无线局域网中操作的无线装置以及相关方法。无线装置包含天线、收发器、存储器以及处理电路。该处理电路耦接于该存储器，该处理电路执行指令以：从封包的第一部分测量接收到的信号质量；基于该封包的头部中的信息，决定正确解码该封包的负载所需的信号质量；比较该所接收的信号质量与该所需的信号质量；以及响应于该所接收的信号的质量低于该所需的信号质量的决定，使得该收发器发送在时间与频率上与该封包的第二部分重迭的信号，该第二部分在该第一部分之后。
在另一实施例中，提供一种在无线局域网中操作的无线装置以及方法。无线装置包含天线、收发器、存储器以及处理电路。该处理电路耦接于该存储器，该处理电路执行指令以：基于封包的头部的媒体存取控制(MAC)头部的信息识别该封包的基本服务集(BSS)识别符(BSSID)；以及响应于从该封包的该BBSID得出的该封包是间-BSS封包的决定，使得该收发器在该封包的帧校验序列(FCS)之前发送在时间与频率上与该封包重迭的信号以携带该封包。
空间复用的增强可显著增加无线媒介的再使用。
对于本领域技术人员来说，在阅读本发明的多种实施例以及相关附图之后，可理解其他方面与特征。
附图说明
本发明是通过举例来示范说明，而举例并非是本发明的限制，在附图与附件中的参考索引指示相同的元件。需注意的是，在说明书中一个实施例中的不同的参考对于该实施例来说可能并非必须，并且这些参考代表的含义为至少一个。更进一步，当一个特定功能、结构或者特征与一个实施例联系在一起描述，对于本领域技术人员而言，该特定功能、结构或者特征也同样可以在实施例中实现，而无论直接说明或者暗示。
图1是依据本发明实施例的WLAN的示意图。
图2A是依据本发明实施例的封包结构的举例说明。
图2B是依据本发明另一实施例的封包结构的举例说明。
图3是依据本发明实施例的WLAN中空间复用的方法的流程图。
图4是依据本发明另一实施例的WLAN中空间复用的方法的流程图。
图5是依据本发明的实施例的操作在WLAN中的无线装置的元件示意图。
具体实施方式
在后续的描述中，说明了多种细节。然而，对于本领域技术人员而言，可理解本发明的多种实施例可不具有这些特定细节而实现。在其他的实施例中，众所周知的电路、结构以及技术在本发明中没有被详细解释，以避免对于本发明的实施例的理解不当。但可了解是，对于本领域技术人员而言，该发明可实现而不需要解是所有技术细节。本领域技术人员可实现本发明而不需要过多的实验。
本发明的实施例可以在无线通信网络中增强空间复用的效率，例如在WLAN中。在一个实施例中，空间复用的决定是基于所接收到的封包的信号质量。在另一个实施例中，空间复用的决定是基于所接收的封包的来源。在两个实施例中，无线装置可在无线装置接收到封包负载之前开始空间复用。
图1是依据本发明的实施例的WLAN100的举例说明。WLAN100包含多个基本服务集(Basic Service Sets,BSSs)，例如BSS102、BSS104与BSS106。每一BSS可包含一个或者多个存取点(access points,APs)以及一个或者多个站点(stations,STAs)。在图1中的每一个AP与STA可以是高吞吐(high-throughput,HT)装置、超高吞吐(very high-throughput,VHT)装置、高效(high-efficiency,HE)装置、非-高吞吐(non-HT)装置或者传统装置(legacy device)。STA与AP可依据IEEE 802.11通信标准通信，包含IEEE 802.11ax、IEEE802.11a/g/n/ac、IEEE 802.11的扩展或者修正以及其他无线通信标准。举例来说，BSS102包含一个AP121与STA150a、150b与150c；BSS104包含AP141与STA150d；并且BSS106包含AP161与STA150e。简略来说，在图1中的STA被统称为STA150。
在一个实施例中，STA150可以是不具有固定位置的移动装置。在一个实施例中，STA150可以是用户设备，包含而并不限制于，蜂窝电话、智能电话、手持无线装置、无线穿戴装置、平板电脑、笔记本电脑、物联网装置或者其他可发送并且接收使用IEEE 802.11标准，例如IEEE 802.11ax，或者其他无线标准的装置。
对于BSS102，BSS104与106是重叠的BSS(OBSS)，由于其无线覆盖可与BSS102重叠。因此，BSS104与106被分别称为OBSS104与OBSS106。在BSS102内发送与接收的一个封包(也称为一帧)被称为内-BSS封包(intra-BSS packet)；从OBSS104或者OBSS106发送并且由BSS102接收的封包被称为间-BSS封包(inter-BSS packet)。因此，一个内-BSS封包可与一个间-BSS封包基于封包来源(例如发送方)来区分。
在一个实施例中，AP121配置为依据接收到的封包的信号质量、参考正确解码封包数据所需的数据率，来决定是否以空间复用传输信号。所接收的封包可以是一个间-BSS封包或一个内-BSS封包。所接收的信号质量可以通过接收信号强度指示(received signalstrength indicator,RSSI)来测量，其是一个指示在接收射频(RF)信号中的强度等级的测量。此外，所接收的信号质量可以通过信噪比(Signal-to-Noise ratio,SNR)或者其他准则测量。
在另一个实施例中，AP121配置为依据所接收的封包是否是一个间-BSS封包或内-BSS封包来决定是否以空间复用来传输信号。一旦AP121决定封包是间-BSS封包，AP121可立即开始空间复用，在该封包的尾部的帧检查序列(Frame Check Sequence,FCS)之前。
在这两个实施例中，当AP121决定执行空间复用时，由AP121所发送的信号可与所接收的封包在时间以及频率上重迭。由于AP可基于所接收的封包的头部来做出决定，空间复用可与封包负载在同时或者在其之前开始。该“早开始”空间复用期间能够允许AP121更多的时间来利用分配给所接收的封包的时间-与-频率资源，并且因此，增强在WLAN中空间复用的效率。
图2A是依据本发明的实施例的无线装置，例如AP121，所接收的封包200的格式的示意图。封包200也称为物理层汇聚协议(PhysicalLayer Convergence Procedure(PLCP)Protocol)数据单元(PPDU)。封包200包含物理层头部；例如PLCP头部210、媒体存取控制(Medium Access Control,MAC)头部220、携带封包数据的负载230以及一个尾部280。PLCP头部210进一步包含SIG栏215以携带信号信息，例如关于用于编码负载230的调制与编码策略(Modulation and Coding Scheme,MCS)的信息。AP121可在频率通道(frequencychannel,Fc)接收封包200。AP121监控在频率通道Fc接收的封包来侦测Fc的空间复用的机会。
在一个实施例中，在接收封包200的过程中，AP121从PLCP头部210或者其中一部分来测量所接收的信号质量。举例来说，AP121可在PLCP头部210的前缀部分213中测量所接收的信号质量。此外，AP121可从封包200的其他部分而不局限于PLCP头部210来测量所接收的信号质量。所接收的信号质量测量可以是RSSI测量、SNR测量或者其他的测度的测量。
在AP121测量所接收的信号质量之后，AP121比较所接收的信号质量与正确解码负载230所需的信号质量。正确解码负载230所需的信号质量通常高于正确解码PLCP头部210所需的信号质量，例如由于所需的数据率的不同。AP121可依据在SIG栏215中的MCS来决定正确解码负载230所需的信号质量。AP121可设置为存储与不同的数据率以及相应的所需信号质量等级对应的不同的MCS。如果所接收的信号质量低于所需的信号质量，AP121能够以空间复用重新开始发送。亦即，AP121能够使用与封包200相同的频率Fc在与封包200发送的时间内重迭的时间内发送一个封包。
图2A举例说明了在前述信号資料的测量与比较之后AP121能够开始空间复用。举例来说，如果所接收的信号质量是基于所接收前缀213测量的，空间复用可以在SIG栏215被AP121接收与处理之后开始。更具体来说，空间复用可在一个再使用期间240中的任一时间点开始，该再使用期间240从指定MCS的头部部分的尾端扩展至封包200的尾端，例如空间复用可以紧邻SIG栏215之后开始。因此，AP121可以在接收和处理MAC头部220之前开始空间复用。由于MAC头部220包含封包200从何处发送的源BSS的指示，依据该实施例，AP121可开始空间复用而不需要识别源BSS。此外，如果所接收的信号质量是使用封包200中在SIG栏215之后的至少一部分测量的，AP121可在测量所接收的信号质量并且比较之后开始空间复用，而不需要识别源BSS。
参考回图1中的举例说明，如果来自OBSS的封包的所接收的信号质量对于AP121正确解码其负载而言过差(低于一个预定阈值)，AP121可以开始空间复用而不需要识别封包的来源为OBSS104(即不需要识别封包作为一个间-BSS封包)。因此，即使封包的MAC头部由于较差的信号质量不能解码，AP121可决定开始空间复用。
图3是依据本发明的实施例在WLAN中由无线装置所执行的方法300的流程图。图1中的WLAN100可作为WLAN的一个举例说明。方法300在步骤310开始，无线装置测量来自封包的第一部分的信号质量。在步骤320，无线装置基于封包的头部的信息决定解码封包的负载所需的信号质量。在该实施例中，封包的头部可以是PLCP头部。在一个实施例中，无线装置以数据率决定正确解码封包负载所需的信号质量，其中数据率对应于在头部中表示的MCS。在步骤330，无线装置比较所接收的信号质量与所需的信号质量。如果所接收的信号质量低于所需的信号质量，在步骤340，无线装置发送一个在时间与频率上与该封包的第二部分重迭的信号，该第二部分在第一部分之后。在一个实施例中，无线装置发送该信号至其他无线装置，例如AP或者STA。在一个实施例中，无线装置是AP，例如图1中的AP121、141或161。在一个实施例中，无线装置在接收到关于MCS的信息之后立即发送信号。
图2B是依据本发明的实施例的无线装置，例如图1中的AP121，所接收的封包201的格式的举例说明。封包201也称为PPDU。封包201包含物理层头部，例如PLCP头部211、MAC头部221、携带数据的负载231以及尾部281。封包201可与图2A所示的封包200具有相同的内容，然而，在图2A中所示的一些栏在图2B中用以说明空间复用的不同实施例。MAC头部221包含地址栏225，其进一步包含BSS识别(BSSID)栏。BSSID栏包含一个BSSID，识别该封包从哪个BSS发送而来。在一些封包中，没有BSSID栏(例如发送请求(Request to Send(RTS))封包)，地址栏225可包含接收端地址(RA)栏与发送端地址(TA)栏，来代替BSSID栏。MAC头部221、负载231与尾部281共同形成了MAC协议数据单元(MAC Protocol Data Unit(MPDU))260。封包201包含MPDU 260。在一个实施例中，封包201包含单独的MPDU。在另一实施例中，封包201可包含多于一个的MPDU。尾部281包含FCS285，其包含应用错误校验码(例如CRC-32)至MAC头部221与负载231的结果。
AP121可在频率通道(frequency channel,Fc)接收封包201。AP121监控在频率通道Fc接收的封包来侦测Fc的空间复用的机会。在一个实施例中，AP121监视封包201的MAC头部221来识别BSSID或者可指示封包201发送来源的BSS的其他指示。参考回图1，如果MAC头部221的地址栏225包含BSSID，其与BSS102(即接收AP121的BSS)的BSSID不匹配，那么AP121识别封包201为间-BSS封包。如果MAC头部221的地址栏225包含BSSID，其与BSS102的BSSID匹配，那么AP121识别封包201为内-BSS封包。该BSSID可从BSSID栏(如果存在)侦测，或者从在地址栏225中TA或RA栏侦测。图2B绘示了AP121可以在BSSID识别为间-BSS之后开始空间复用，而不需等到FCS285的接收。更具体来说，空间复用可在再使用期间250中的任一时间点开始，再使用期间从识别BSSID的栏扩展至封包201的结束，例如AP121可在BSSID识别为间-BSS之后立即开始空间复用。
图4是依据本发明的实施例由在WLAN中的无线装置执行的方法的流程图。图1中的WLAN100可作为WLAN的一个举例说明。方法400在步骤410开始，无线装置基于一个封包的头部识别封包的BSSID。如果BSSID指示封包是间-BSS封包，在步骤420，无线装置在接收到该封包的FCS之前，发送与该封包时间以及频率上重迭的信号。
在一个实施例中，无线装置是AP，例如图1中的AP121、141或161。在一个实施例中，封包包含一个单独的MPDU。
图5是依据本发明的实施例的无线装置500(也称为装置500)的功能元件的示意图。装置500可以是图1中的AP121、141、161或STA150中的任意一个。装置500可设置为执行一个或多个所述的功能以及/或者方法。
装置500包含天线510、收发器520包含一个发送器以及一个接收器、处理电路530以及存储器540。存储器540可包含计算机可读程序代码，当处理电路530执行计算机可读程序代码时，使得处理电路执行上述实施例所述的操作，例如图3中的方法300以及图4中的方法400。存储器540的非限制性举例包含：计算机-可读存储器或者存储装置、随机存取记忆体(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)、以及/或者其他存储装置与媒介。
在一个实施例中，处理电路530可包含一个或者多个处理器或者处理器核心，其可以是通常目的、特殊目的或者其组合。在另一个实施例中，处理电路530可包含控制器、逻辑电路、或其类似。在一个实施例中，处理电路530可包含电路，例如数字信号处理器(digitalsignal processors(DSPs))、图像处理单元(graphics processing units(GPUs))以及/或者其他硬件电路。
天线510可在无线通信中使用，例如在WLAN、多进多出(MIMO)通信、蓝牙等等中使用。天线510适用于IEEE 802.11家族的多种标准。天线510与收发器520耦接，以发送以及/或者接收RF信号。收发器520可依据IEEE 802.11标准或者其他说明WLAN的标准在WLAN允许的频带发送以及/或者接收RF信号。在一个实施例中，装置500可包含多个天线。
在一些实施例中，装置500可配置为依据一个或者多个特定通信标准，例如IEEE802.11标准、IEEE 802.11标准的扩展或者修正、或者其他说明WLAN的标准，来通信，尽管本发明的范围并不受此限制。
在一些实施例中，装置500可以是可携带无线通信装置的一部分，例如具有无线通信能力的笔记本或者可携带计算机、平板电脑、无线电话、智能手机、无线耳机、传呼机、游戏机、信息娱乐装置、即时信息装置、数码相机、物联网装置、电视、多媒体装置、存取点(AP)、基站、或者其他可无线接收以及/或者发送信息的装置。在一些实施例中，装置500可进一步包含一个或者多个用户界面元件，例如键盘、显示器、触摸屏、扩声器等等。
尽管装置500举例说明为具有多种独立的功能模块，一个或者多个功能模块可通过软件以及/或者硬件配置元件来组合。更进一步，装置500可包含附加或者替换功能元件，该附加或者替换的功能元件是通过软件以及/或者硬件设置元件来实现。
多种功能元件或者模块已经被详细说明。本领域技术人员可理解，功能模块可优先通过电路(专用电路或者通用电路，其在一个或者多个处理器以及编码指令的控制下操作)实施，其通常包含传感器，其设置为依据所描述的功能与操作来控制电路的操作。
此外，所描述的所有流程图可通过一组示例性步骤来讨论。这些流程图举例说明了由本发明的实施例实现的具体的操作的顺序，可理解这些顺序仅仅是举例说明(例如，替换的实施例可以不同的顺序执行上述操作、组合某些操作、重迭某些操作等等)。
虽然所描述的技术方案是基于IEEE 802.11系统来讨论的，可理解所描述的技术可适用于任何类型的无线通信标准，以及/或者装置。
尽管本发明已经以上述多种实施例描述，本领域技术人员可理解本发明并不仅仅局限于上述实施例，并且可以基于所述的权利要求的精神与范围的多种变型来实现。上述说明因为仅仅为举例说明，而并非为范围限制。

Claims (20)

1.一种操作在无线局域网(WLAN)的装置，包含：
天线；
收发器；
存储器，存储指令；以及
处理电路，耦接于该存储器，该处理电路执行指令以：
从封包的第一部分测量接收到的信号质量；
基于该封包的头部中的信息，决定正确解码该封包的负载所需的信号质量；
比较该所接收的信号质量与该所需的信号质量；以及
响应于该所接收的信号的质量低于该所需的信号质量的决定，使得该收发器发送在时间与频率上与该封包的第二部分重迭的信号，该第二部分在该第一部分之后。
2.根据权利要求1所述的操作在无线局域网(WLAN)的装置，其特征在于，该头部是物理层聚合协议(PLCP)头部。
3.根据权利要求1所述的操作在无线局域网(WLAN)的装置，其特征在于，该处理电路设置为：以对应于该头部中说明的调制与编码策略(MCS)的数据率，决定正确解码负载所需的信号质量。
4.根据权利要求3所述的操作在无线局域网(WLAN)的装置，其特征在于，该处理电路设置为：使得该收发器在再使用期间内的一个时间点发送该信号，该再使用期间从指定该MCS的头部部分扩展至该封包的尾部。
5.根据权利要求1所述的操作在无线局域网(WLAN)的装置，其特征在于，该处理电路设置为：使得该收发器发送该信号，而不使用该封包发送来源的第一识别基本服务集(BSS)。
6.根据权利要求1所述的操作在无线局域网(WLAN)的装置，其特征在于，该处理器设置为：测量一个接收信号强度指示(RSSI)作为该接收的信号质量。
7.一种在无线局域网(WLAN)中操作的方法，包含:
从封包的第一部分测量接收到的信号质量；
基于该封包的头部中的信息，决定正确解码该封包的负载所需的信号质量；
比较该所接收的信号质量与该所需的信号质量；以及
响应于该所接收的信号的质量低于该所需的信号质量的决定，使得该收发器发送在时间与频率上与该封包的第二部分重迭的信号，该第二部分在该第一部分之后。
8.根据权利要求7所述的操作在无线局域网(WLAN)的方法，其特征在于，该头部是物理层聚合协议(PLCP)头部。
9.根据权利要求7所述的操作在无线局域网(WLAN)的方法，其特征在于，以对应于该头部中说明的调制与编码策略(MCS)的数据率，决定正确解码负载所需的信号质量。
10.根据权利要求9所述的操作在无线局域网(WLAN)的方法，其特征在于，进一步包含：使得该收发器在再使用期间内的一个时间点发送该信号，该再使用期间从指定该MCS的头部部分扩展至该封包的尾部。
11.根据权利要求7所述的操作在无线局域网(WLAN)的方法，其特征在于，进一步包含：使得该收发器发送该信号，而不使用该封包发送来源的第一识别基本服务集(BSS)。
12.根据权利要求7所述的操作在无线局域网(WLAN)的方法，其特征在于，测量该所接收的信号质量进一步包含：测量一个接收信号强度指示(RSSI)。
13.一种操作在无线局域网(WLAN)的装置，包含：
天线；
收发器；
存储器，存储指令；以及
处理电路，耦接于该存储器，该处理电路执行指令以：
基于封包的头部的媒体存取控制(MAC)头部的信息识别该封包的基本服务集(BSS)识别符(BSSID)；以及
响应于从该封包的该BBSID得出的该封包是间-BSS封包的决定，使得该收发器在该封包的帧校验序列(FCS)之前发送在时间与频率上与该封包重迭的信号。
14.根据权利要求13所述的操作在无线局域网(WLAN)的装置，其特征在于，该封包包含一个单独的MAC协议数据单元(MPDU)，该MPDU具有在该封包尾部的该FCS。
15.根据权利要求13所述的操作在无线局域网(WLAN)的装置，其特征在于，该处理电路设置为：当在该MAC头部的该BBSID不能匹配接收该封包所在的BSS的标识时，使得该收发器发送该信号。
16.根据权利要求13所述的操作在无线局域网(WLAN)的装置，其特征在于，该BSSID是从该头部的以下一栏中至少一个来识别：BSSID栏、发送器地址(TA)栏以及接收器地址(RA)栏。
17.一种在无线局域网(WLAN)中操作的方法，包含：
基于封包的头部的媒体存取控制(MAC)头部中的信息识别该封包的基本服务集(BSS)识别符(BSSID)；以及
响应于从该封包的该BBSID得出的该封包是间-BSS封包的决定，使得在接收到该封包的帧校验序列(FCS)之前发送在时间与频率上与该封包重迭的信号。
18.根据权利要求17所述的操作在无线局域网(WLAN)的方法，其特征在于，该封包包含一个单独的MAC协议数据单元(MPDU)，该MPDU具有在该封包尾部的该FCS。
19.根据权利要求17所述的操作在无线局域网(WLAN)的方法，其特征在于，进一步包含：
当在头部的该BBSID不能匹配接收该封包所在的BSS的标识时，使得该收发器发送该信号。
20.根据权利要求17所述的操作在无线局域网(WLAN)的方法，其特征在于，该BSSID是从该头部的以下一栏中至少一个来识别：BSSID栏、发送器地址(TA)栏以及接收器地址(RA)栏。
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