CN114980351B - 通信装置与碰撞侦测方法 - Google Patents

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Abstract

一种通信装置包括无线收发装置与碰撞侦测装置。无线收发装置用以从无线传输通道接收无线信号，其中无线信号包括确认分组，确认分组包括对应于多个已传送分组的确认信息。碰撞侦测装置耦接无线收发装置，用以接收确认分组，根据对应于已传送分组的确认信息判断无线传输通道内是否发生碰撞，并且对应地产生侦测结果。碰撞侦测装置根据确认分组中具有预定确认状态的确认信息的分布判断是否发生碰撞，并且当碰撞侦测装置判断具有预定确认状态的确认信息集中分布于确认分组的一个区段时，侦测结果显示为发生碰撞。

Description

通信装置与碰撞侦测方法
技术领域
本发明是关于一种应用于通信装置内的碰撞侦测以及传输参数调整机制，尤指一种可有效侦测碰撞的碰撞侦测方法，以及根据侦测结果有效减少碰撞发生的传输参数调整方法。
背景技术
载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access，缩写CSMA)及碰撞避免(Collision Avoidance，缩写CA)为无线传输系统中一种避免或是减少碰撞的方式。然而，CSMA及CA并不能完全避免碰撞或是干扰对于整个传输所带来的影响，尤其是在WiFi使用的2GHz/5GHz等免费通道中，由于多个不同的通信系统同时分享着有限的频宽，且彼此无法侦测，因此碰撞更容易发生。
为了减少碰撞的发生，有效率的侦测碰撞的情形将是非常重要的课题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种有效率的侦测碰撞方法。
根据本发明的一个实施例，一种通信装置包括无线收发装置与碰撞侦测装置。无线收发装置用以自无线传输通道接收无线信号，其中无线信号包括确认分组，确认分组包括对应于多个已传送分组的确认信息。碰撞侦测装置耦接无线收发装置，用以接收确认分组，根据对应于已传送分组的确认信息判断无线传输通道内是否发生碰撞，并且对应地产生侦测结果。碰撞侦测装置根据确认分组中具有预定确认状态的确认信息的分布判断是否发生碰撞，并且当碰撞侦测装置判断具有预定确认状态的确认信息集中分布于确认分组的一个区段时，侦测结果显示为发生碰撞。
根据本发明的另一个实施例，一种碰撞侦测方法，包括：接收确认分组，其中该确认分组包括对应于多个已传送分组的确认信息；以及根据对应于所述多个已传送分组的确认信息判断无线传输通道内是否发生碰撞，以对应地产生侦测结果。其中根据对应于已传送分组的确认信息判断无线传输通道内是否发生碰撞，以对应地产生侦测结果的步骤还包括：根据确认分组中具有预定确认状态的确认信息的分布判断是否发生碰撞；以及当判断具有预定确认状态的确认信息集中分布于确认分组的一个区段时，产生显示为发生碰撞的侦测结果。
附图说明
图1是显示根据本发明的一个实施例所述的通信装置的示例方块图。
图2是显示一个消息流示例。
图3是显示应用分组聚合的消息流示例。
图4是显示根据本发明的一个实施例所述的示例位图。
图5是显示根据本发明的一个实施例所述的另一示例位图。
图6是显示根据本发明的一个实施例所述的又一示例位图。
图7是显示根据本发明的一个实施例所述的传送端操作流程示例。
图8是显示根据本发明的一个实施例所述的碰撞侦测及传输参数调整方法示例流程图。
具体实施方式
图1是显示根据本发明的一个实施例所述的通信装置的示例方块图。通信装置100可包括至少天线110、碰撞侦测装置120、无线收发装置130以及处理器140。值得注意的是，图1为简化的通信装置示意图，其中仅显示出与本发明相关的元件。本领域普通技术人员均可理解，通信装置应当可包含许多未示于图1的元件，以实施无线通信及相关的信号处理的功能。
无线收发装置130透过天线110传送或自无线传输通道接收无线信号。碰撞侦测装置120耦接无线收发装置130，用以根据接收到的分组执行碰撞侦测，以判断是否在无线传输通道内发生碰撞。处理器140耦接碰撞侦测装置120与无线收发装置130，用以根据侦测结果调整至少一个传输参数。
为了阐述本发明的操作，图1中是将碰撞侦测装置120绘制于无线收发装置130与处理器140外，以区分碰撞侦测、分组收送与传输参数调整的操作。然而，必须注意的是，在本发明的实施例中，碰撞侦测装置120可被实现为无线收发装置130或处理器140内部以作为无线收发装置130或处理器140的一部分，亦可被实现为设置于无线收发装置130或处理器140外的独立装置。因此，本发明并不限于任一种实施方式。
根据本发明的一个实施例，通信装置100可依循802.11通信规范所规定的通信协议运作，例如，通信装置100可以是无线通信系统内的接入点(Access Point，缩写AP)装置，也可以是终端装置(Station)。在802.11n中，加入了分组/帧聚合(frame aggregation)的概念，将多个分组合在一起变成一个分组，其包含了介质访问控制(Medium AccessControl，缩写MAC)层服务数据单元聚合(Aggregation MAC Service Data Unit，缩写A-MSDU)和MAC层协议数据单元聚合(Aggregation MAC Protocol Data Unit，缩写A-MPDU)两种聚合方式。
图2为A-MSDU与A-MPDU两种聚合方式的示意图。A-MSDU主要是将MAC层服务数据单元MSDU(在图中标示为MSDU以求简明)打上首部(Header，于图中标示为HDR以求简明)之后成为MSDU子帧，且于必要时可加入一些填充数据(Padding，于图中标示为PDD以求简明)，接着再将许多MSDU子帧(例如，图中所示的MSDU子帧#1～MSDU子帧#N)聚合在一起成为一个MAC层服务数据单元聚合A-MSDU(于图中标示为A-MSDU以求简明)。A-MSDU会再加上MAC层首部(MAC Header，于图中标示为MACHDR以求简明)和尾部的帧检查序列(Frame CheckSequence，于图中标示为FCS以求简明)侦错，成为一个MAC层协议数据单元MPDU(于图中标示为MPDU以求简明)。而MPDU打上定界符(delimiter)之后成为MPDU子帧(例如，图中所示之MPDU子帧#1～MPDU子帧#N)，或称MPDU分组，且于必要时可加入一些填充数据(Padding，于图中标示为PDD以求简明)。之后再将许多MPDU分组聚合在一起成为一个MAC层协议数据单元聚合A-MPDU(于图中标示为A-MPDU以求简明)。A-MPDU可再加上物理层首部(PhysicalHeader，于图中标示为PHYHDR以求简明)。通过一次性发送多个MPDU分组，减少了发送每个消息所需的前导码(Preamble)与首部(Header)等，从而提高系统吞吐量。
图3是显示应用分组聚合的消息流示例。在接收到传送端(例如，通信装置100)所传送包含多个MPDU分组(例如，MPDU[0]～MPDU[N-1])(或称MPDU子帧)的一个A-MPDU 300之后，接收端将主动回传一个块确认(BA)分组320，以通知传送端各MPDU分组的接收状态。块确认(BA)是通过使用一个确认帧来完成对多个MPDU分组的应答，以在聚合应用中降低确认帧的数量。
在本发明的实施例中，通信装置100可进一步利用BA分组执行碰撞侦测，以得知无线传输通道内是否发生碰撞，并且可进一步根据碰撞侦测结果决定是否需调整至少一个传输参数。
根据本发明的一个实施例，无线收发装置130可自无线传输通道接收无线信号，其中可包括确认分组。确认分组可包括对应于多个已传送分组的确认信息。碰撞侦测装置120可自无线收发装置130接收确认分组，根据其中的确认信息判断无线传输通道内是否发生碰撞，并且对应地产生侦测结果。在本发明的实施例中，碰撞侦测装置120根据确认分组中具有预定确认状态的确认信息的分布情况来判断是否发生碰撞。当判断具有预定确认状态的确认信息集中分布于确认分组的一个区段时，碰撞侦测装置120将产生显示为发生碰撞的侦测结果。
更具体的说，在本发明的实施例中，前述确认分组可以是如图3所示的块确认分组320。块确认分组可包括块确认位图(bitmap)字段。块确认位图字段包括多个确认位，各确认位对应于多个已传送的MPDU分组的其中一个。例如，在图3的示例中，BA的位图可包括N个位(确认位)，各个位对应于A-MPDU中的一个MPDU分组。各确认位可被接收端设定为预定确认状态或非预定确认状态，例如，0或1。当确认位被设定为非预定确认状态(例如，1)时，其可代表肯定的确认(Ack)，用以表示对应的MPDU分组有正确被接收端收下。当确认位元被设定为预定确认状态(例如，0)时，其可代表否定的确认(Nack)，用以表示接收端无法成功地收下对应的MPDU分组，或者表示接收端发生接收错误。
根据本发明的一个实施例，碰撞侦测装置120可取得确认位图中的一部分确认位，并计算此部分确认位中被设定为预定确认状态的位数量，其中此部分确认位可以是位图中连续的确认位。例如，位图中相邻或接续排列的位，或者对应于已传送的MPDU分组中具有连续编号(例如，前述的编号0～(N-1))或连续索引值、或者依序被传送的多个分组。当被设定为预定确认状态的确认位数量大于一临界值时，碰撞侦测装置120可判断具有预定确认状态的确认信息集中分布于确认分组的一个区段。在此实施例中，确认位即为前述确认信息的一种表现。
根据本发明的一个实施例，碰撞侦测装置120可利用滑动窗口(sliding window)依序自位图中选择一部分连续的确认位。
图4是显示根据本发明的一个实施例所述的示例位图。在此示例中，假设位图包含了32个确认位，因此位图的长度L＝32。位图的长度L亦相当于一个A-MPDU分组内所包含的MPDU分组数量。此外，在此示例中，滑动窗口410可被设计为用以选取连续8个确认位，因此滑动窗口410的长度X＝8。碰撞侦测装置120可利用滑动窗口410自位图中选择连续8个确认位，并计算选取出的连续8个确认位中被设定为二元值”0”的确认位的数量，以得到图中所示的窗口内的错误数量计算结果。在计算出第一个窗口内的错误数量后，碰撞侦测装置120可将滑动窗口410在位图中位移一个位，并重复以上计算操作，以得到对应于各滑动窗口的计算结果。
假设一个窗口内的错误数量被标记为{S1,S2…S(L-X+1)}，其中Si代表第i个窗口内的错误数量，碰撞侦测装置120可进一步判断是否有任一个窗口内的错误数量大于临界值Err_TH。根据本发明的一个实施例，所述临界值可与位图中被设定为预定确认状态的确认位的总数相关。在此示例中，被设定为二元值”0”的确认位的总数M＝12，临界值Err_TH可被设定为M*Th，其中系数Th可被设定为0<Th≦1，例如，Th＝0.5，则在此示例中Err_TH＝12*0.5＝6。若统计出的错误数量{S1,S2…S(L-X+1)}之中有任一个S大于临界值Err_TH，例如，图4中的S10＝7>6，碰撞侦测装置120可判断此A-MPDU分组中所发生的错误过于集中，并可判断过于集中的错误可能是因A-MPDU分组发生碰撞所导致的。若可判断出传送此A-MPDU分组时发生碰撞，则在执行速率调整(Rate Adaption)或者其他传输参数调整的判断时，便可排除此A-MPDU分组(以下段落将有更详细的介绍)。
图5是显示根据本发明的一个实施例所述的另一示例位图。在此示例中，L＝32、X＝8、M＝12且Th＝0.5，其与前一示例相同。然而，此示例的错误分布与前一示例不同。由于此示例所统计出的错误数量{S1,S2…S(L-X+1)}均小于临界值Err_TH，例如，其中的最大值S4＝4<6，碰撞侦测装置120可判断此A-MPDU分组中所发生的错误大体是均匀地分布，并可判断均匀地发生的错误可能是由于信噪比(Signal to Noise Ratio，缩写SNR)不足所导致的。若可判断出传送此A-MPDU分组时并未发生碰撞，则于执行传输参数调整的判断时，便可纳入此A-MPDU分组。
图6是显示根据本发明的一个实施例所述的又一示例位图。于此示例中，L＝32、X＝8、M＝22且Th＝0.5。由于此示例所统计出的错误数量{S1,S2…S(L-X+1)}均小于临界值Err_TH，例如，其中的最大值S2＝6<11，碰撞侦测装置120可判断此A-MPDU分组中所发生的错误大体是均匀地分布，并可判断均匀地发生的错误可能是由于信噪比不足所导致的。若可判断出传送此A-MPDU分组时并未发生碰撞，则于执行传输参数调整的判断时，便可纳入此A-MPDU分组。
根据本发明的一个实施例，滑动窗口长度X、系数Th等相关参数可根据实际的传输参数(例如，接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication，缩写RSSI)、接收信号的SNR、接收信号的误差向量幅度(Error Vector Magnitude，缩写EVM)、无线传输通道特性等)动态调整。例如，在本发明的一个实施例中，假设接收信号的SNR较大，代表传输通道的噪声较小，分组的接收会比较稳定，此时X和Th可被设定为较小的数值，如此可较容易侦测到碰撞，避免执行过度或没必要的传输参数调整。
反之，当接收信号的SNR较小时，代表传输通道的噪声较大，此时X和Th可被设定为较大的数值，如此分组的接收错误比较不容易被误侦测/判断为发生碰撞，藉此可执行必要的传输参数调整。换言之，在本发明的一个实施例中，接收信号的SNR越大，滑动窗口长度X与系数Th可被设定的越小，接收信号的SNR越小，滑动窗口长度X与系数Th可被设定的越大。
类似地，在本发明的一个实施例中，接收信号的EVM越小或RSSI越大，滑动窗口长度X与系数Th可被设定的越小，因EVM越小或RSSI越大可代表分组的接收会比较稳定，藉此可提高碰撞侦测灵敏度。反之，接收信号的EVM越大或RSSI越小，滑动窗口长度X与系数Th可被设定的越大，以减少碰撞的误侦测。
图7是显示根据本发明的一个实施例所述的传送端操作流程示例。传送端(例如，通信装置100)可传送至少一个A-MPDU分组，并且接收对应的BA分组。在取得BA分组后，传送端可根据BA分组内所夹带的信息执行碰撞侦测与传输参数调整。在较佳实施例中，传送端可利用各A-MPDU分组所对应的碰撞侦测结果辅助传输参数调整的执行，例如，根据碰撞侦测结果修正分组错误率的计算结果，以避免执行过度或无助于改善传输效能的参数调整。
举例而言，假设通信装置100在一段时间内收集到10个BA分组BA1～BA10，碰撞侦测装置120可根据各BA分组内所夹带的信息执行碰撞侦测，以分别判断于传送这10个BA分组所对应的A-MPDU分组时是否发生碰撞，并将侦测结果提供给处理器140。若侦测结果显示为在传送第三个A-MPDU分组时发生碰撞，则处理器140可在统计分组错误率时排除第三个BA分组BA3，仅根据剩余的9个BA分组计算已传送的MPDU分组总数以及发生接收错误的MPDU分组总数。假设处理器140根据多个接收到的BA分组内容统计出1000个已传送的MPDU分组中有300个MPDU分组发生接收错误(包含无法被正确地或成功地接收等情况)，若以此统计结果会计算出分组错误率为30％。然而，处理器140可进一步根据以上所介绍的碰撞侦测操作判断300个MPDU分组中有哪些是因为碰撞而产生接收错误。例如，300个接收错误的MPDU分组中有250个MPDU分组是包含在被判断为发生碰撞的A-MPDU分组之中，则处理器140可扣除250个MPDU分组后重新计算分组错误率，得出修正过的分组错误率为6.7％，并根据此分组错误率决定如何调整传输速率(其调整幅度将小于分组错误率为30％的情况)，或者可决定无须调整传输速率。如此一来，可避免误判需降低传输速率的情境。
在本发明的实施例中，除前述传输速率外，传输参数亦可选自一个群组包括竞争窗口长度、要求传送/允许传送的传送机制的启用、重送机制的启用、分组聚合机制的启用、发送机会的使用以及该发送机会的时间长度。
例如，在802.11系统中的等待时间是一个分散式协调功能(DistributedCoordination Function，缩写DCF)帧间隔(DCF IFS，缩写DIFS)加上一段随机产生的竞争窗口(Contention Window)。在本发明的实施例中，除了分组错误率之外，处理器140也可根据侦测结果计算分组碰撞率。当处理器140判断分组碰撞率过高时，可调整竞争窗口的选取方式，例如，放大随机选取的数值范围，以调整竞争窗口长度，进而降低碰撞的机率。
举另一例，802.11通信规范中定义了要求传送(Request to Send，缩写RTS)-允许传送(Clear to Send，缩写CTS)与CTS2SELF两种传送机制/保护机制，但并没有指定使用的时机。在本发明的实施例中，处理器140可根据侦测结果判断是否启用要求传送/允许传送等机制。例如，当碰撞率过高时，决定于后续的分组传送启用此机制。
举又一例，由于广播分组(Broadcast或Multicast packet)无对应的确认回复(Acknowledge)，因此传送端无法得知接收端是否正确收到广播分组。在本发明的实施例中，处理器140可根据侦测结果判断是否启用重送机制。例如，当碰撞率过高时，决定重送广播分组。
举又一例，处理器140可根据侦测结果判断是否停用分组聚合(frameaggregation)机制，或者适度的调整分组聚合的个数，以达到最佳的通道使用效率。例如，当碰撞率过高时，决定于后续传送停用分组聚合机制或者减少分组聚合的个数。
举又一例，802.11e(QoS)通信规范中定义了发送机会(TxOP)来作为增加通道使用效率的手段，而参数TxOP limit代表了一次发送最大长度。在TxOP期间，分组会一个接着一个发送而不需要重新竞争通道使用权，然而，一旦在TxOP期间发生碰撞，很有可能会导致连续性的分组碰撞，进而影响通道使用效率。在本发明的实施例中，处理器140可根据侦测结果判断是否使用发送机会，以及/或调整TxOP的时间长度。例如，当碰撞率过高时，决定于后续传送停用发送机会或者缩短TxOP的时间长度。
图8是显示根据本发明的一个实施例所述的碰撞侦测及传输参数调整方法示例流程图。其中，步骤S806为可选的步骤。
步骤S802:通信装置接收确认分组，该确认分组包括对应于多个已传送分组的确认信息。
步骤S804:根据确认信息判断无线传输通道内是否发生碰撞，以对应地产生侦测结果。
步骤S806:根据侦测结果调整至少一个传输参数。
综上所述，藉由分析发生接收错误的分组的分布情况，可有效率地侦测碰撞，以区分接收错误是否因发生碰撞所造成，或是因传输参数设定不佳所造成。此外，碰撞侦测结果可进一步用于辅助传输参数的调整，使得传输效能可有效被改善。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
附图标记说明
100:通信装置
110:天线
120:碰撞侦测装置
130:无线收发装置
140:处理器
300:A-MPDU
320:块确认分组
410,510,610:滑动窗口

Claims (10)

1.一种通信装置，包括：
无线收发装置，用以自无线传输通道接收无线信号，其中该无线信号包括确认分组，该确认分组包括对应于多个已传送分组的确认信息；以及
碰撞侦测装置，耦接该无线收发装置，用以接收该确认分组，根据对应于多个已传送分组的确认信息判断该无线传输通道内是否发生碰撞，并且对应地产生侦测结果，
其中该碰撞侦测装置根据该确认分组中具有预定确认状态的确认信息的分布判断是否发生碰撞，并且当该碰撞侦测装置判断具有预定确认状态的确认信息集中分布于该确认分组的一个区段时，该侦测结果显示为发生碰撞。
2.如权利要求1所述的通信装置，更包括：
处理器，耦接该碰撞侦测装置，用以根据该侦测结果调整至少一个传输参数。
3.如权利要求1所述的通信装置，其中该确认分组为一个块确认分组，包括块确认位图字段，该块确认位图字段包括多个确认位，并且各确认位对应于所述多个已传送分组的其中一个。
4.如权利要求3所述的通信装置，其中各确认位被设定为预定确认状态或非预定确认状态，该碰撞侦测装置计算所述多个确认位中的至少一部分连续的确认位中被设定为预定确认状态的确认位的数量，并且当该数量大于临界值时，该碰撞侦测装置判断具有预定确认状态的确认信息集中分布于该确认分组的一个区段。
5.如权利要求4所述的通信装置，其中该碰撞侦测装置还计算所述多个确认位中被设定为预定确认状态的确认位的总数，并且该临界值与该总数相关。
6.一种碰撞侦测方法，包括：
接收确认分组，其中该确认分组包括对应于多个已传送分组的确认信息；以及
根据对应于所述多个已传送分组的确认信息判断无线传输通道内是否发生碰撞，以对应地产生侦测结果，
其中根据对应于所述多个已传送分组的确认信息判断该无线传输通道内是否发生碰撞，以对应地产生侦测结果的步骤还包括：
根据该确认分组中具有预定确认状态的确认信息的分布判断是否发生碰撞；以及
当判断具有预定确认状态的确认信息集中分布于该确认分组的一个区段时，产生显示为发生碰撞的侦测结果。
7.如权利要求6所述的碰撞侦测方法，其中该确认分组为块确认分组，包括块确认位图字段，该块确认位图字段包括多个确认位，并且各确认位对应于所述多个已传送分组的其中一个。
8.如权利要求7所述的碰撞侦测方法，其中各确认位元被设定为预定确认状态或非预定确认状态，并且其中根据该确认分组中具有预定确认状态的确认信息的分布判断是否发生碰撞的步骤还包括：
计算所述多个确认位中的至少一部分连续的确认位中被设定为预定确认状态的确认位的数量；以及
当该数量大于临界值时，判断具有预定确认状态的确认信息集中分布于该确认分组的一个区段。
9.如权利要求8所述的碰撞侦测方法，其中该临界值与所述多个确认位中被设定为预定确认状态的确认位的总数相关。
10.如权利要求8所述的碰撞侦测方法，还包括：
利用滑动窗口依序自所述多个确认位中选择一部分连续的确认位。
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