CN1582539A - 用于链路自适应和发射功率控制的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在第一节点与第二节点之间的链路上传送信息的方法，包括将一个帧从第一节点发送到第二节点的步骤。所述帧包含了能够判定链路模式的链路数据。一旦在第二节点接收到所述帧，则使用所述帧中包含的链路数据来确定链路模式，并且使用所确定的链路模式来将数据从第二节点发送到第一节点。

Description

用于链路自适应和发射功率控制的方法

相关申请

本申请要求根据2001年11月8日提交的美国临时申请60/344,610而享有优先权，所述申请的全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及链路自适应，尤其涉及一种不在通信节点之间传送链路模式信息的链路自适应的方法。

背景技术

IEEE 802.11无线LAN(WLAN)标准开发于1997年，它能够在不同的节点之间执行无线LAN通信。所述IEEE 802.11标准是用一个全新的物理层而被扩展的，该物理层基于OFDM(正交频分多路复用)并且与若干种高阶QAM(正交振幅调制器)星座图(constellation)以及允许七种数据速率之多的不同卷积编码速率结合使用。IEEE 802.11b为2.4GHz的频带指示了一个相似的标准，其中同样对所述标准实施了标准化并且所述标准考虑到了不同的数据速率。

标准化机构和任何一种现有的链路自适应算法都没有定义用于发送链路自适应控制消息的交换机制。缺乏这种用于链路自适应消息的交换机制则为802.11的执行带来了极大障碍。设计人员需要依赖于那些是否实行了正确链路自适应选择的间接指示。这些间接指示的实例包括某些返回确认的存在与否。这样一来则需要某种用于在没有明确链路模式信令的情况下控制链路自适应的方法。

发明概述

本发明是使用一种用于在第一节点和第二节点之间链路上传送信息的系统和方法来克服前述和其他问题的。其中将一个帧从第一节点发送到第二节点。所述帧包含了能使第二节点为将要进行的传输确定一种链路模式的链路数据。在第二节点接收所述帧，其中使用了帧内包含的数据来对第一节点到第二节点的链路模式做出判定。然后，可以使用判定的连接模式来执行第二节点到第一节点的传输。

附图简述

为了提供关于本发明的进一步理解而在此包含并且引入构成本发明一部分的附图描述了本发明的实施例，其中所述实施例与说明书一起足以说明本发明的原理。在这些附图中：

图1描述的是一个传统的链路自适应处理；

图2描述的是一个依照本发明的方法的链路自适应处理；

图3是一个对就图2所描述的方法进行说明的流程图；

图4描述的是在闭环环境内部的本发明的方法；以及

图5是一个描述了图4所示方法的框图。

示范性实施例的详细说明

现在将引用所述附图，尤其将对图1加以引用，其中描述了传统的链路自适应处理的一个实例。在处理10，节点A发送一个能使节点B确定接收质量的帧。节点B在某种算法或处理15内部使用这个信息，以便为从节点A向节点B的通信选择一种最佳链路模式。随后，在20，节点B将推荐的链路自适应(LA)模式通知节点A。而节点A则把推荐的链路模式用于后续传输25。该过程将会重复用于后续通信并且能够针对变化的链路状况来进行连续自适应。所述过程与闭环发射功率控制相似，并且有可能集成到功率控制电路内部。

在某些无线系统中，其中一个节点可以是在物理上依附于一个接入网。所述接入网可以决定使用某种链路模式，而其他节点则只提供链路模式建议或者只发送测量报告。由于节点A与节点B并非相互等价，因此这将会导致产生一个不易从图1看出的轻微的非对称性。而这种系统的主要问题则在于，没有为IEEE 802.11定义明确的信令方法，因此所述方法只有在用链路自适应信令来扩展所述标准的情况下才是适用的。

目前有这样一种用于802.11的可能的链路自适应方案，该方案缺少一种明确的链路自适应反馈机制，它使用了一个间接反馈，其中可以通过利用返回确认存在与否的事实来使用所述间接反馈。链路模式则是作为响应的一个函数而被斜升或斜降的。然而，这种方法需要持续进行一定时间的通信，以便能够发现一个合适的速率。在有必要故意引入帧误差来确定工作点时，这种斜升/斜降链路速率的方法并不是非常有效的。

而需要用于链路自适应的信令方案的问题在于：在闭环系统内部实施的关于传统链路自适应系统的方法需要在实体之间传送信息。现在参考图2，其中提出了一种依照本发明的开环链路自适应方法。这种方法可以通过使用在众多无线系统中可用的信道互易性来加以实现。然而，在这里需要附加的信息来启用所述方案。首先必须提供关于所发射的是哪些功率帧的信息，并且还必须提供接收节点的干扰电平(最好在一个指示干扰电平字段中提供)。所述干扰电平可以由频谱分布来进行描述。

现在参考相对于图2的图示以及图3的流程图所描述和说明的方法。一开始，在步骤30，节点A的发射功率电平和干扰电平保存在一个将要从节点A发送到节点B的帧中。另外，在步骤35，在所述帧内包含了某种能够做出信道判定的装置。实质上，在这里存在两种评估信道的方式，其中一种是所谓的导频序列(也可称为导频、导频符号、信道估计序列/符号)，另一种则是借助于所谓的盲信道估计。盲信道估计并不是非常普遍，它不依赖于规定的导频序列，而是将那些传送符号(或相似信息)和一定特性的数据用于所使用的调制。例如，可以使用认可的调制幅度和/或相位的信息来确定信道信息。对导频序列的情况而言，熟悉训练序列的接收机可以做出很好的信道估计。对不同的系统而言，导频序列的设计也是不同的，此外，对不同的调制方法而言，导频序列的设计也不相同。举例来说，用于802.11a的导频序列据此是在所述标准中规定的。在步骤40，节点A将所述帧从节点A发送到节点B，并且所述帧在步骤45得到接收。

在IEEE 802.11协议中，举例来说，所述帧可以是一个由接入点(AP)发布到一个站(STA)的CF-POLL帧。节点A会在同一CF-POLL帧内传送所用发射功率和预期接收功率。后者则依赖于节点A上所遭受的干扰电平并且由此即为接收功率电平。

当节点B在步骤45从节点A接收了所述帧之后，节点B将会具有为从节点B发送到节点A的后续消息选择链路速率/模式所需要的全部必要信息。通过使用这个信息，在步骤50，节点B确定链路速率/模式。此外，节点B还可以对先前进行的通信以及在确定链路模式方面(仍)有关联的导出信道信息加以考虑。应该注意的是，与相对于图1所描述的系统相比，节点B为从节点B到节点A的传输确定了链路模式，其中节点B为从节点A到节点B所进行的传输确定了链路模式。应该注意的是，可以用多种方式来实施那些用于确定链路速率/模式的特定算法或方法，其中所述算法和方法使用了在从节点A接收的帧中提供的信息。

然而也可以使用不同的方法。其中一种方法可以是应用一种有益于整个网络的无线电资源管理策略，或是一种用以使单独节点在没有特别涉及产生的干扰和损害其他通信的情况下优化自身性能的策略。802.11网络中的策略与后者更为相近，也就是说，每一个节点试图是自己的性能增至最大。有鉴于此，每个节点都可以来争取选择一个链路调制解调器以及发射功率，这种方式使节点吞吐量最大花。可选的，在将吞吐量增至最大的同时，每个节点还可以选择不在使用最快链路模式的时候以过大的功率来进行发送，由此(在每次使用电池的时候)节省发射功率并延长电池使用期限。

一种引入了本发明特征的选择链路模式的典型方法是，在将吞吐量增至最大的条件下(并且相对于随意接近于最高速率的最高速率模式来说)，将节点B的发射功率降至最低。上述处理可以由一个输出的目标函数fq＝f(SLM，PTX，H，I)来概念化，其中SLM是所有链路模式的集合，PTX是处于节点B的许可发射功率范围以内的发射功率，H是从节点A到节点B的已确定信道(我们假设了信道互易性或是至少接近于互易性)，I是节点A的干扰电平。举例来说，目标函数可以是预期的吞吐量，但是也可以使用其他优化标准(例如分组差错率)。现在我们可以实行目标函数fq必须满足的某个最小质量条件Qmin。随后，则为所允许的PTX范围测试那些处于集合SLM内部的链路模式。满足条件Qmin并耗费最低功率PTX的组合将被选择。换句话说，如果不能改变PTX，则选择提供了最佳质量的链路模式，其中所述最佳质量是由fq给出的。

非常重要的是，应该指出，尽管我们论述的是链路自适应，但是所述链路自适应通常不只限于改变链路模式(信号星座图和前向纠错编码)，如果发射功率不是一个固定电平，那么其中还有可能包含功率控制。然而，在初始的802.11标准中，发射功率是固定的，因此链路自适应只包括链路模式方面的变化(也就是星座图和FEC)。在步骤55，从节点B到节点A的传输是使用所确定的链路模式来执行的。

现在参考图4和5，其中描述了所建议的启用闭环链路自适应的开环链路自适应方法的一种扩展。所述处理的第一部分与相对于图2所描述的部分相似，其中在步骤60，节点A的发射功率电平和干扰电平保存在了一个将要从节点A发送到节点B的帧中。

另外，在步骤65，在所述帧的内部包含了某种允许进行信道判定的装置。实质上，目前有两种评估信道的方式，其中一种即为所谓的导频序列，另一种则借助了先前描述的所谓的盲信道估计。在步骤70，节点A将所述帧从节点A发送到节点B并且所述帧是在步骤75得到接收的。当节点B在步骤75接收了来自节点A的帧之后，节点B会使后续消息选择链路速率/模式所需要的必要信息，从节点B发送到节点A。通过使用这个消息，在步骤80，节点B确定链路速率/模式。在步骤85，从节点B到节点A的传输是使用所确定的链路模式来执行的。

一旦在节点A使用所确定的自适应模式接收到了来自节点B的传送，则在步骤90，节点A确定是否在从节点B到节点A的传输中使用了最佳链路模式。如果使用了最佳链路模式，则将控制权返回到步骤60并且将发射机功率电平和干扰电平信息存入一个帧内部，以便将其回送到节点B。然而，如果确定没有使用最佳链路模式，那么在95，节点A可以将所指示的发射功率电平、干扰电平或二者组合的版本存入将要回送到节点B的帧的内部，以便操作指示的发射功率电平、干扰电平或是二者的组合，由此为从节点B开始的后续传输实施一个链路模式变更。在节点B，这将会导致产生链路模式判定，从而提供一个实际更为优化的链路模式。而缺少最佳链路模式有可能是不恰当设置功率电平或者信道传输内部存在测量差错的结果。这种情况则会持续到实现一个最佳链路模式为止。

如果如上所述调节链路速率边缘，那么，如果与所述通信串音的其他站误解链路速率边缘，则有可能发生一种特定的情况。举例来说，所述问题在于：在节点A，依照闭环扩展的指示干扰电平(或发射功率电平)可能致使其它站在晚些时候使用错误的链路自适应或发射功率。是否这是一个重要问题并不确定。然而为了避免这个问题，在这里提出了两种需要进行标准化的方法。这些实施方式则是可选的。

首先应该指出的是，某些帧只能在一个帧交换序列中最先发送。这种帧的实例是802.11中的RTS、CTS和CF-POLL。由于它只对执行用于前两个帧的任何闭环自适应有少许意义，因此这些帧永远不会包含经过调整的指示干扰电平，并且由此总是能在串话通信的时候使其他站确定正确的发送参数。应该得到标准化则是信号为哪些帧纠正了指示干扰电平(或是发射功率电平)等级。

第二种方法是以将一个比特添加到PLCP服务字段为基础的，所述字段规定了是否显示正确的参数。关于这个比特的一种解释是它表示了使用的是开环还是闭环模式。在开环中，其他STA可以不受限制地使用那些没有约束的信息，但是如果表示闭环，则其他STA应该更加小心的使用所述信息。实际上，开环是为前两个帧而被表示的。

闭环扩展的一个附加优点在于：它可以在链路并非互逆的时候使用，例如在部署了多种天线分集方案的时候。此外，当链路自适应和功率控制是在互补但却不同的信噪比区域中进行操作时，闭环扩展还可以直接适用于将开环功率控制扩展成闭环功率控制。

尽管已经在802.11的环境中描述了本发明，但是本领域技术人员很容易注意到所述发明也适用于相似条件有效的其他标准和系统等等。

所指示的“干扰字段”和“发射功率字段”也可以涉及矢量而不仅仅是标量。其原因在于链路模式不仅可以包括单个无线电信道上的多种信号星座图(或一般的任意的调制模式)和前向纠错，而且还包含了多个并行的无线电信道，并且只要发射机、接收机或是二者使用了多个天线，就可以使用相关的编码和调制。事实上，在使用N个发送天线和M个接收天线的时候将会具有M*N个信道。这被称为一个MIMO信道(多输入多输出)并且可以与前向纠错编码结合使用，以便提高牢固性、频谱效率或是同时提高这两种特性。

一种替换方案是发射机具有N个天线以及接收机只具有一个天线。这种类型的信道称为MISO(多输入单输出)，它主要用于增强通信牢固性。尽管作为概念还存在SIMO信道(单输入多输出)，但是由于发射机只具有一个天线，因此没有必要在发送端使用一个矢量指示。目前已经开发了不同类型的前向纠错编码方法，并且由于针对MIMO/MISO通信区域的研究领域相对较新，因此在最近几年仍会将所述方法用于MIMO和MISO。目前研发的分类仍旧缺少MIMO/MISO编码，因此在这个研究领域盛行多种名称。可以在MIMO/MISO信道上使用的编码实例是STC(时空编码)、MIMO码(仅用于MIMO)、发送分集(只用于MISO)、MISO码(只用于MISO)、BLAST(Bell实验室的分层时空)码(只用于MIMO)。

可以相信，虽然这里是将本发明作为特定实施例来加以显示和描述地，但是依照以上描述，本发明的操作和结构将会变得显而易见，在没有脱离权利要求所定义的本发明范围的情况下，可以在其中进行多种变化和修改。

Claims (26)

1.一种用于在第一节点和第二节点之间的链路上传送信息的方法，包括如下步骤：

(a)将一个帧从第一节点发送到第二节点，所述帧包含了链路数据；

(b)在第二节点接收所述帧；

(c)在第二节点使用链路数据来确定从第二节点到第一节点的链路模式；以及

(d)使用所确定的链路模式来从第二节点向第一节点传送数据。

2.权利要求1的方法，其中链路数据包括发射功率电平、干扰电平以及用于信道确定的装置。

3.权利要求1的方法，其中链路数据还包括一个导频序列。

4.权利要求2的方法，还包括在将所述帧发送到第二节点之前，将发射功率电平和干扰电平存入所述帧的步骤。

5.权利要求2的方法，其中干扰电平还包括频谱分布。

6.权利要求1的方法，还包括为后续帧传输重复执行步骤(a)～(d)的步骤。

7.权利要求1的方法，还包括使用链路数据来确定发送功率的步骤。

8.权利要求1的方法，还包括如下步骤：

在第一节点接收那些从第二节点发送的数据；

确定是否使用了一种最佳链路模式来将数据从第二节点发送到第一节点；

如果没有使用最佳链路模式，则将下一个帧从第一节点发送到第二节点，其中所述第二个帧包含了经过调节的链路数据。

9.权利要求8的方法，还包括在第二节点使用经过调节的链路数据来确定一个新的链路模式的步骤。

10.权利要求8的方法，其中选择经过调节的链路数据来充分实现最佳信道模式。

11.权利要求1的方法，其中链路数据包含矢量。

12.一种用于在第一节点和第二节点之间的链路上传送信息的方法，包括如下步骤：

(a)将一个帧从第一节点发送到第二节点，所述帧包含了链路数据，其中所述链路数据包含了发送功率电平、干扰电平以及用于信道判定的装置；

(b)在第二节点接收所述帧；

(c)在第二节点使用链路数据来确定一种从第二节点到第一节点的链路模式；

(d)使用所确定的链路模式来将数据从第二节点发送到第一节点；

(e)在第一节点接收那些从第二节点发送的数据；

(f)确定是否使用了一种最佳链路模式来将数据从第二节点发送到第一节点；以及

(g)如果没有使用最佳链路模式，则将下一个帧从第一节点发送到第二节点，其中第二个帧包含了经过调整的链路数据，并且其中将会选择经过调整的链路数据来充分实现最佳链路模式。

13.权利要求12的方法，还包括在将所述帧发送到第二节点之前将发射功率电平和干扰电平存入所述帧的步骤。

14.权利要求12的方法，还包括为后续帧传输重复执行步骤(a)～(g)的步骤。

15.权利要求12的方法，还包括使用链路数据来确定发射功率的步骤。

16.权利要求12的方法，其中干扰电平还包括频谱分布。

17.权利要求12的方法，还包括在第二节点使用经过调整的链路数据来确定一种新的链路模式的步骤。

18.一种通信系统，包括：

一个第一节点，它被配置成将一个帧从第一节点发送到第二节点，其中所述帧包含了链路数据；以及

一个第二节点，它被配置成在第二节点接收所述帧，在第二节点使用链路数据来确定从第二节点到第一节点的链路模式，以及使用所确定的链路模式来从第二节点向第一节点传送数据。

19.权利要求18的通信系统，其中链路数据包括发射功率电平、干扰电平以及用于信道确定的装置。

20.权利要求19的通信系统，其中第一节点在将所述帧发送到第二节点之前保颦蹙保存了发射功率电平和干扰电平。

21.权利要求19的通信系统，其中干扰电平还包括频谱分布。

22.权利要求18的通信系统，其中第二节点为从第一节点开始的后续帧传输重复执行接收、确定和发送的步骤。

23.权利要求18的通信系统，其中第二节点使用链路数据来确定发射功率。

24.权利要求18的通信系统，其中第一节点还在第一节点接收那些从第二节点发送的数据，确定是否使用了一种最佳链路模式来将数据从第二节点发送到第一节点，并且如果没有使用最佳链路模式，则将下一个帧从第一节点发送到第二节点，其中所述第二个帧包含了经过调节的链路数据。

25.权利要求24的通信系统，其中第二节点在第二节点使用经过调整的链路数据来确定一个新的链路模式。

26.权利要求24的通信系统，其中选择经过调整的链路数据来充分实现最佳链路模式。

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