CN1788479A - 用于在无线lan中分配比特的信令 - Google Patents

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Abstract

本发明建议，在分散或者集中组织对传输媒体、优选地IEEE802.11系统的访问的情况下，由发送站向接收站发送导频信号，并且随后由接收站根据所接收的导频信号来计算分配表。由该接收站将该分配表传输到发送站，因此可以基于该分配表进行随后的数据交换。

Description

用于在无线LAN中分配比特的信令
本发明涉及一种用于在使用多种传输模式的情况下在具有对传输媒体的集中或者分散组织的访问的通信系统中传输数据的方法。本发明尤其涉及用于在基于CSMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免)的访问系统中进行自适应调制的信令方案。
在移动无线电传输中的一个重大问题是移动无线电信道的频率选择性。由具有大的传播时间差的多径传播引起的频率选择性导致接收信号的严重的线性失真，该严重的线性失真使得需要使用昂贵的校正器或者Viterbi检测。克服频率选择信道的缺点的合适的手段是所谓的自适应调制(AM)，该自适应调制将在下面更详细地描述。
在OFDM(正交频分复用)系统中，自适应调制被用来减小频率选择衰减信道的缺点。该自适应调制增加数据吞吐量，但也增加有效距离。在这种情况下，经由单个子载波来传输数据。
下面，简短地说明自适应调制的原理。发送站经由无线电信道将数据传输到接收站。在该发送站中，要发送的数据首先通过编码器被编码，并且通过交织器(Interleaver)被嵌套。随后，数据根据信道特性利用不同的调制值(Modulationswertigkeit)被调制。用于此的适当的调制字符/方法是例如已知的具有相应调制值1、2、4和6的幅/相移键控方法BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等。在信噪比高时，可以利用高的位数来调制相应的子载波，而在信噪比小时，少量的位数就足够了。该信噪比通常在接收站中被估计，并且针对单个子载波被转换为所谓的位承载表。例如，这种位承载表可以包含关于信噪比的信息或者替代地包含每个单个子载波所要求的调制值。该位承载表被传输给发送站，因此该发送站可以为自适应调制而相应地控制信号分离器DEMUX和多路复用器MUX。
信号分离器DEMUX将从交织器收到的比特流引导到分别被分配确定的调制值的调制器MOD1、...、MODn-1、MODn。在此情况下，调制器MOD1例如可以是BPSK调制器，而调制器MODn可以是64QAM调制器。于是，通过多路复用器MUX使在相应的调制之后所收到的指针经受逆快速傅立叶变换IFFT，其中所述多路复用器同样通过位承载表来控制。在那里，指针被转换为用于传输的相应的子载波，并且随后被向上调制到载频上。
在接收站中，该过程基本上相反地进行。首先，通过作为指针的单个子载波的快速傅立叶变换而获得数据。紧接着的信号分离器DEMUX根据位承载表将数据分配给适当的解调器。经由多路复用器MUX把从解调器DEMOD1、...、DEMODn-1、DEMODn获得的比特流提供给解交织器和信道解码器。
如上所述，可以将所期望的位承载表从发送站传输到接收站以用于自适应调制。在此情况下，要点是，该位承载表典型地必须在接收站中基于RSSI(无线电信号强度指示)或者SNR(信号噪声/干扰比)来计算并且传输给发送站。针对TDD方案(时分双工)，通常在位承载表有效的时间间隔内采用WSS信道(宽平稳)。
在标准IEEE 802.11a中详细说明了媒体访问控制(MediumAccess Control，MAC)和无线电LAN系统的物理特性。根据该标准的媒体访问控制单元应该鉴于其对传输媒体的访问权依赖于频谱的可用性来支持物理层的组成部分。
原则上，两种协调可能性可供访问使用：集中式访问功能和分布式访问功能。只要网络处于运行中，在集中式访问功能(点协调功能，PCF)的情况下协调功能逻辑就只在一个站中或者在终端组(基本服务组，BSS)的一个终端中是有效的。与之相反，只要网络处于运行中，在分布式访问功能(分布式协调功能，DCF)的情况下相同的协调功能逻辑在每个站或者终端组的每个终端中有效。
为此，图1示出了根据标准IEEE 802.11的分布式访问系统(DCF)的数据交换的数据帧结构。关于在本文中所使用的缩写和概念，请参考该标准。根据图1，参与通信的有：发送站、接收站和其他。在等待时间、即所谓的DCF帧间间隔(DIFS)之后，发送站向网络传输RTS信号(Ready to Send，准备发送)。在短的等待时间(短帧间间隔，SIFS)之后，接收站发送CTS信号(Clear to Send，清除发送)，其中接收站利用该CTS信号表明其准备好接收。又在短的等待时间SIFS之后，发送站将要传输的数据(Data)发送到网络中。在传输和等待时间SIFS之后，接收站利用确认消息ACK(确认)来确认数据的接收。这里，等待时间SIFS和DIFS为16μs或者34μs。
在其他通信用户中，将矢量NAV(网络分配矢量)设置为RTS或者CTS信号的开始，所述矢量说明，多长时间不能由相应的站在无线电媒体(Wireless Medium)上进行传输。
只有当在接收站的确认ACK之后经过了等待时间DIFS，才能再次访问无线电系统。在紧接着的竞争窗口、即所谓的“ContentionWindow”中，为了避免冲突而延迟一段随机的退避(Backoff)时间。
在图2中示出了图1中所示的帧的帧格式或者数据包格式。在这方面尤其有意义的是发送站和接收站之间的相互协调和因此各自的寻址。因此，具有六个八位位组的又被编码的发送地址TA(TransmitterAddress)位于RTS帧中。同样，在CTS帧中，具有六个八位位组的接收站地址被编码。由发送站发送的数据帧在地址块“地址2”中包含目标地址。由接收站发送回用于确认的ACK帧又包含接收站地址RA(Receiver Address)，因此发送站可以明确地分配该确认。
本发明的任务在于，给出一种方法，该方法保证简单地执行自适应调制。
为了解决该任务，按照本发明规定一种用于在使用多个传输模式的情况下在包括大量站的、具有对传输媒体的有组织的访问的通信系统中传输数据的方法，通过由发送站向接收站发送至少一个导频信号，其中发送站可以被理解为是当前传输的源的站，而接收站可以被理解为是传输的宿的站，所以按照本发明，每个站按照当前状态可以是发送器或者接收器，并且从而必须能够执行两种角色的本发明步骤。按照本发明，另外由接收站根据所接收的导频信号来计算关于所述传输模式的分配表/承载表，由接收站向发送站发送该分配表，以及在应用所述传输模式之一的情况下按照所述分配表从发送站向接收站或者从接收站向发送站发送数据信号。
因此，也可以在多路访问系统、例如CSMA系统(载波侦听多路访问)中基于按照本发明的位承载信令方案而使用自适应调制。然而，对于所述自适应调制来说绝对必需的是，所期望的位承载表被正确地从接收站传输到发送站。如果情况不是如此，那么可能出现严重的干扰。通过应用所述位承载信令方案，完全能够实现自适应调制后的数据包的传输，所述传输通过该自适应调制对包差错更加不灵敏。
特别有利地，所建议的解决方案可被应用于具有分布式访问的CSMA/CA方案(冲突避免)，其中使用RTS信号(准备发送)、CTS信号(清除发送)和用于为数据传输保留公共媒体的NAV(网络分配矢量)，并且必要时也使用用于确认数据接收的确认消息ACK(确认)。因此，在基本水平上，自适应调制可被应用于基于CSMA/CA访问的OFDM系统(正交频分复用)或者MC/CDMA系统(多载波码分多址)。
如上所述，本发明方法可被非常有利地用于IEEE 802.11标准化的系统。在此情况下，能够发送导频，用于在RTS信号中为分布式访问计算位承载表。另外，合理的是，在RTS信号中发送站向接收站询问，该接收站是否能够进行自适应调制以及必要时执行在物理层范围内的附加功能、即所谓的PHY扩展。
类似地，有利的是，接收站在CTS信号中向发送站询问自适应调制和必要时其他PHY扩展的可执行性。同时，接收站能够在CTS信号中向发送站发送基于所述导频所计算出来的分配表或者位承载表。
关于两个通信终端设备的借助于自适应调制的双向数据通信，需特别强调的是，每个终端设备不仅可以是发送站，也可以是接收站。在IEEE 802.11a标准的范围中，借助于两个OFDM数据符号来传输所述位承载表是有意义的，其中所述OFDM数据符号分别由24个数据位(或者48个分别借助于速率R＝0.5被编码的码位)组成。
可以在接收站的CTS信号中实现对特定PHY扩展的使用的确认。
不仅在集中式访问的情况下，而且在分布式访问的情况下，只要在发送站或者接收站中不存在当前的位承载表，就应该利用固定的调制方案来进行数据传输。
两种系统、即具有分布式访问的系统和具有集中式访问的系统能够在时间上被相互嵌套，因此能够并行地同时使用分别特定的组成部分。
尤其是在集中组织的访问的情况下，优选地在具有点协调功能(PCF)或者混合协调功能(HCF)的IEEE 802.11系统中，通过已经利用分配表的传输相应地对随后的数据进行自适应调制来实现改进。
现在，借助于附图对本发明进行更详细的描述，其中：
图1示出根据标准IEEE 802.11的DCF(分布式协调功能)数据交换的信令方案；
图2示出根据图1所示的数据交换的数据包结构；
图3示出OFDM子载波的传统调制；
图4示出OFDM子载波的自适应调制；
图5示意性地示出根据本发明的“请求发送”(RTS)和“清除发送”(CTS)帧的扩展；
图6示出根据本发明的RTS帧的帧格式；
图7示出根据本发明的CTS帧的帧格式；
图8示出如按照本发明方法得出的用于编码或者调制的分配表的实施例，其中每种分配规定用于确定的子载波的编码和调制。
图9示出利用本发明方法可实现的有效距离；
图10示出利用本发明方法可达到的数据速率；
图11示出基于通信系统的移动的移动站的速度的、传统调制和自适应调制之间的比较。
下述的实施例是本发明的优选实施形式。
如图3所示，基于“正交频分复用”OFDM的通信系统的所有子载波都获得相同的调制字符，其中所述通信系统使用传统调制。
而在使用自适应调制的OFDM通信系统中，为了子载波的调制而构成相邻子载波组，为所述相邻子载波组分别单独地针对每组分配调制字符。
根据本发明，RTS/CTS帧中如图5中所示的小扩展是可能的解决方案的至少一部分，该解决方案用于在使用自适应调制的通信系统中执行信令方法。
图6以详细的图示示出根据本发明扩展的RTS帧。如从图中可以看出的那样，能够通过占用所述帧、例如“子类型”字段的未使用的位组合来实现根据本发明的扩展，以便在RTS帧内用信令通知，站(终端)能够应用自适应调制。在所示的实例中，这可以通过“子类型”字段中未使用的位组合0011来实现。
因此，用作传输的宿的站测定RTS帧的子载波，并且以由此得出的位承载表来应答。随后，该可用于自适应调制的表在CTS帧内被传输到作为传输的源的、即上述的启动传输的站。该过程可从图7中得出，其中所述“源站”紧接着根据该位承载表对由其传输的数据进行调制。
在图8中示出了这种位承载表的一个例子。如可以看出的那样，能够从该表中所包含的分配信息推导出，例如在对每子载波组3位寻址时，对于传输来说基本上存在八种可能的PHY模式(在4位寻址时对应于2地址位-16PHY模式)，其中此外可以分别为16个子载波组的每组推导出一种编码，例如每个分配表有3位/子载波组×16组/OFDM符号＝48位＝6字节。只要分配表通过48个借助于BPSK被调制的并且具有编码率R＝1/2的OFDM子载波来传输，则为此需要2个OFDM符号。
如在图9中所示，这导致在应用自适应调制时通过使用本发明方法可以实现有效距离的显著增加。
此外，也实现数据吞吐量的显著增加。
从图11中可以得出，在步行者的速度时自适应调制胜过传统(固定)调制，在这期间速度大于或者反过来等于15km/h。
如所示，可以通过根据本发明的RTS/CTS在吞吐量和速率方面明显地加强自适应调制的有利的使用，其中本发明方法附加地以其在实施方面的简单性而出众。

Claims (20)

1.用于在使用多个传输模式的情况下在包括大量站的、具有对传输媒体的有组织的访问的通信系统中传输数据的方法，通过
a)由发送站向接收站发送至少一个导频信号，
b)由所述接收站根据所接收的导频信号来计算关于所述传输模式的分配表，
c)由所述接收站向所述发送站发送所述分配表，以及
d)在使用所述传输模式之一的情况下根据所述分配表从所述发送站向所述接收站或者从所述接收站向所述发送站发送数据信号(Data)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，分布式地进行所述有组织的访问。
3.按照权利要求1或者2所述的方法，根据IEEE 802.11来规定其基础。
4.按照上述权利要求之一所述的方法，其中在RTS消息中传输所述导频信号。
5.按照上述权利要求之一所述的方法，其中所述分配表包括用于自适应调制的位承载表和/或用于媒体访问层“MAC层”的扩展的扩展数据，所述媒体访问层的扩展超越标准IEEE 802.11a或者物理层的其他标准。
6.按照上述权利要求之一所述的方法，其中由发送站在RTS消息中询问自适应调制和/或媒体访问层MAC层的扩展，其中所述媒体访问层的扩展超越所述标准IEEE 802.11a。
7.按照上述权利要求之一所述的方法，其中所述接收站的关于自适应调制和/或所述媒体访问层的扩展的询问和/或确认在CTS消息中传输，其中所述媒体访问层的扩展超越所述标准IEEE 802.11a。
8.按照上述权利要求之一所述的方法，其中在CTS消息中传输所述接收站的所述分配表。
9.按照上述权利要求之一所述的方法，其中通信终端设备不仅包含发送功能，而且还包含接收功能，并且或者从所述接收站向所述发送站传输分配表，或者从所述发送站向所述接收站传输分配表。
10.按照上述权利要求之一所述的方法，其中所述分配表被应用在数据传输包(Data)中。
11.按照上述权利要求之一所述的方法，其中为了传输所述分配表，使用至少一个数据符号、优选地两个分别由48位组成的OFDM数据符号。
12.按照上述权利要求之一所述的方法，其中在CTS消息中确认所述媒体访问层的特定扩展的使用，其中所述媒体访问层的特定扩展超越所述标准IEEE 802.11a。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，集中式地进行所述有组织的访问。
14.按照权利要求13所述的方法，其中只要不存在关于所述传输模式的分配表，要发送的数据就利用固定的调制方案来调制。
15.按照权利要求13或者14所述的方法，其中所述分配表包括用于自适应调制的位承载表和/或用于物理层的扩展的扩展数据，所述物理层的扩展超越标准IEEE 802.11a或者物理层的其他标准。
16.按照上述权利要求之一所述的方法，其中所述通信系统是优选地按照IEEE 802.11标准的多路访问系统并尤其是CSMA系统。
17.按照上述权利要求之一所述的方法，其中所述传输模式至少部分地由自适应调制得出。
18.用于发送数据信号的方法，其中按照权利要求1至12之一所述的方法和按照权利要求13至17之一所述的方法在时间上被相互嵌套。
19.按照上述权利要求之一所述的方法，其中所述分配表通过经GRAY编码的位对调制值进行寻址。
20.按照上述权利要求之一所述的方法，其中使用IEEE 802.11标准的字段“类型”或者字段“子类型”的未使用的位组合，以便扩展RTS/CTS信令。
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CN105007147A (zh) * 2014-10-15 2015-10-28 魅族科技（中国）有限公司 一种无线通信方法、装置及系统
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