CN1830171A - 无线通信网络中用于分组聚集的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于聚集无线通信系统中的分组的方法和设备。选择将传输的数据并分组形成用于传输的帧。不是单独发送每一个帧，而是将帧进行分组并连同分组标记传输，分组标记告知接受者如何确认传输数据的成功接收。在预定的时间发送ACK，或在OFDMA网络的情况下一起由副载波划分。

Description

无线通信网络中用于分组聚集的方法和设备

技术领域

本发明一般涉及无线数据传输领域，尤其是涉及用于传输聚集中的多个数据分组的方法以及相关设备。

背景技术

数据传输日益变得普遍，并且与以前相比，数据正在为更多的理由以更多的方式传输。在本发明的上下文中，数据是在电子设备中执行某个任务所需要的信息位。数据传输是指从一个设备(或设备的组件)到另一个设备的这种信息的传输。

传统上，计算机存储了能够产生报告、进行计算或为以后参考而简单存储信息的数据，无论数据是通过人操作输入的还是以某种方式自动收集的。数据也可能被处理以产生更为复杂的表现-音频、视频或“多媒体”-或通过适当的接口操作机械设备。

想要传输数据的理由应该是显然的。在一个地方或许多地方收集的数据可以发送到另一个位置保管或在那执行一个任务。或者，数据可以简单地用于个人通信，正如用电子邮件所发生的。实际上，人的声音(以及其他声音)也能够转换成可传输的数据。应注意，虽然经常分别对待数据信息和语音信息，因为它们给传输信道施加略微不同的命令，为了描述本发明，“数据传输”将用来描述任何类型信息内容的发送，除非明确地声明了它们的差别或从上下文来看差别是显然的。

各种各样的互相连接现象促进了当前流行的数据传输。一个因素自然是计算装置在普通大众中的广泛利用。这些设备可以采用个人计算机、蜂窝电话、个人数字助理等形式。相应地，用于传输的可用信息的数量也增加了。这不仅包括上面提到的个人通信(如电子邮件)，而且包括很多文本、图形和用户能够请求并在很短时期内返回给用户的其他类型的文件。特别地，万维网构成了巨大数量的这种可用信息。最后，正如可能料想到的，对日益增加的信息内容的越来越多的使用是由许多通信、网络和系统支持的。这些许多数据传输信道连同它们各自的机制和协议总是再尝试发展成能够提供更快以及更为可靠的数据通信方法。

用于数据传输的第一通信信道当然是诸如铜的导电材料的导线或电缆。数据传输可以通过从一个计算装置延伸到另一个计算装置的专用线路或串行线路发生。也可以通过诸如公众交换电话网(PSTN)或近来的互联网这样的网络进行连接，在这些网络中，用于通信的电路可以如所需要的那样建立。特别地，可以使用机械开关建立通信电路以连接现有线路。它们也可以使用路由器逻辑创建，其中的路由器有决定某个信息应该从许多半永久现有选择中发送到哪里的软件开关。同样的原理可以利用局域网(LAN)用于较小规模的网络中，诸如在特定办公楼的办公室之间。

自然地，数据必须转换成用于传输的适当形式-以某种形式编码成预期的接受者可识别的代码。有许多用于编码的方法。在一些系统中，数据被组织为称为分组的离散单元，并且每个分组单独传输。每个数据分组必须分别标明地址以便其能够通过最有效的路线路由到它的目的地。每个分组也必须包含识别信息以便分组能够在它们的目的地以适当的顺序重新组合。传输需要的但随后丢弃的这个额外信息有时称为“开销”。其他类型的开销可能包括纠错信息，该信息用于在接收方的纠错算法中确定是否正确接收分组。系统设计可以包括可接受的错误率，这个比率部分定义了系统的服务质量(QoS)。可接收的错误率的增大自然使传输速率提高。不同的应用有不同的QoS要求。如果传送站意识到传输失败，那么可以重传没有被成功传输的分组。取决于系统的设计，接收机可以发送一个确认消息(ACK)以通知发射机已经正确地接收到数据，或者，如果数据没有正确接收到则发送一个否定应答消息(NAK)。在一些系统中，ACK和NAK两个消息都可以使用。信息传输中的延时也是决定QoS的一个重要的因素。正如下面所描述的，本发明致力于提高这两个QoS参数。

越来越流行的通信信道是无线链路，它能够使用射频范围内的电磁辐射通过空中接口传输数据。如同其他链路，这些无线信道变得更加有效并因此更加令人想使用。另外，无线链路当然允许移动性。发送站和接收站不局限于固定地点或带有基于有线网络接入的地点。蜂窝电话网是通过无线空中接口传输数据的系统的一个实例。然而，应注意的是，在这种网络中，空中接口仅仅是从源到目的地传输数据经过的部分路径。蜂窝网中的无线接入仅仅用于用户获得对网络基础结构的接入。

使用空中接口的另一个系统例子是无线局域网(WLAN)。图1是举例说明示例性WLAN 10的经选定组件的简化框图。图1的WLAN10包括从1到4列举的四个台站和一个接入点5。每个台站都是可操作的以便通过一个或多个射频链路与接入点通信。从接入点5到一个或多个台站的传输信道典型地称为下行链路，而在另一方向的传输称为上行链路。

应注意的是，在图1的配置中，正如上面提到的蜂窝网络一样，接入点5是固定的并且连接到更大的也许包括其他接入点的网络。这样的应用例如在大学里可能是有用的，在大学里位于各种各样物理位置的接入点允许学生和教职工利用无线通信建立网络连接。

图1中显示的在数字上可能有变化的台站的集合有时称为基本业务集(BSS)，包括接入点5，又称为基础结构BSS(If-BSS)。许多If-BSS可以连接在一起以形成一个扩展的服务集合(ESS)(未示出)。网络甚至能够从一个接入点到另一个接入点与站“切换”通信，以便用户在很少或不中断的通信会话期间可以物理上重新定位。除其他If-BSS之外，WLAN 10中的台站也可以接入更大的中心计算机和分别更广泛的网络，如因特网。

当然，图1的WLAN仅仅是示例性的，并且其他的网络结构是可能的。一些网络可以建立在特别的基础之上并建立许多没有固定的(或预先指定的)节点之间的通信。一些网络中的台站可操作以便彼此之间作为网络直接通信，在这种情况下接入点是不必要的。这样的网络可称为独立的BSS(IBSS)。而另一种类型的网络是网状网络，在这类网络中各种各样的通信站在某种意义上可以担当路由器，允许两个或更多的台站彼此之间通过中介而不是直接通信(以较低功率)。本发明可以应用于这些网络中的任何一种，而且以上的举例说明目的是示意性说明而不是限制。

虽然无线空中接口提供移动性优势，它在不牺牲QoS而增加容量方面提出了挑战。就其本性而言，无线电链路可能比导线或光纤电缆冒更大的信号失真和数据丢失的危险。

不过，随着无线通信越来越流行，对空中接口的需求也越来越大。不断地需要有用于更高效、更可靠地传输数据的新技术。本发明提供了这样的一种改进。

发明内容

本发明致力于一种为了更高效的无线传输用于将对数据进行分组分组为传输帧的方法以及相关设备。一方面，本发明是一种传送信息的方法，包括对数据进行分组、选择一组数据分组以及聚集传输帧的步骤，其中的传输帧包括所述选择的分组以及分组标记以便每个传输帧的接受者将能够提取想要发送给它们的数据。分组标记可简单地包括一个预期接受者或多个接受者的地址。在一些系统中，CRC字段可包括一个允许非接受者站在聚集数据交换期间休眠的值。所述分组标记也可以采用在PLCP首标和传输帧数据部分之间插入的传输映射的形式。所述分组标记还可以包括确认指令以便每个接受者都知道在何时以及如何确认接收到想要发送给它的数据。在OFDMA WLAN中，确认指令可包括在传输ACK消息中使用的副载波子集的分配。在可选的实施例中，副载波分配是由设计固定好的或由所传输的帧的数量决定。

另一方面，本发明是在WLAN中使用的接入点，WLAN包括用于选择数据分组的分组选择器，用于产生关于如何将所选分组聚集为传输帧的信息的分组标记发生器，用于组装包括所选分组和分组标记的传输帧的传输帧组装器。分组标记可包括用于告知每个接受者站如何确认其各个数据分组的接收，在这个实施例中接入点还包括确认指令发生器。

在另一方面，本发明是在WLAN中使用的移动台，包括当所接收的传输帧包含聚集数据时用于检测的分组标记检测器，用于从这种帧中提取打算发送给移动台的数据的数据提取器，以及用于根据如果有的话包含在传输帧中的所述确认指令产生确认消息的确认发生器。

在另一方面，本发明是在没有固定或特别的接入点的独立BSS(IBSS)中使用的移动台，包括用于选择数据分组的分组选择器，用于产生相关如何将所选分组聚集为传输帧的信息的分组标记发生器，用于组装包括所选分组和分组标记的传输帧的传输帧组装器；以及在当所接收的传输帧包含聚集数据时用于检测的分组标记检测器，用于从这种帧中提取打算发送给移动台的数据的数据提取器，以及用于根据系统需求或如果有的话包括在传输帧中的所述确认指令产生确认消息的确认发生器。

从下面简要概述的附图、本发明当前优选实施例的下面的详细描述以及所附权利要求书可获得本发明及其范围更为完整的理解。

附图说明

图1示出了示例性网络选定组件的简化框图，在此为无线局域网(WLAN)，本发明在该网络中有利地实现。

图2示出了用于描述在诸如图1的WLAN网络中的数据传输的典型方案的操作结构的各层的图表。

图3示出了可根据本发明分组聚集方案的实施例操作的移动台的选定组件的简化框图。

图4示出了可根据本发明分组聚集方案的实施例操作的WLAN接入点的选定组件的简化框图。

图4A示出了可根据本发明分组聚集方案的另一个实施例操作的WLAN接入点的选定组件的简化框图。

图5示出了根据现有技术的争用信道接入周期的时序图。

图6示出了根据现有技术的示例性争用信道数据传输序列的时序图。

图7示出了根据现有技术的基本(IEEE 802.11a)帧格式的框图。

图8示出了根据本发明的实施例的数据传输序列的时序图。

图9示出了根据本发明的实施例的建议帧格式的框图。

图10示出了通常用于无线数据传输中的前置码结构的框图。

图11示出了延迟及相关算法的结构的信号流图。

图12示出了图11的延迟及相关分组检测算法的响应的曲线图。

图13示出了不同ACK检测的曲线图。

图14示出了共同ACK检测的曲线图。

图15示出了用于不同信道估计的示例性OFDMA训练的曲线图。

图16示出了根据本发明的另一个实施例的聚集数据传输序列的时序图。

图17示意了基本MAC帧格式。

图18示意了根据本发明的实施例的聚集帧的格式。

图19示意了聚集帧控制字段的内容。

图20示出了根据本发明用于子类型字段的值的表格。

图21示出了根据本发明的实施例用于编码持续时间/ID字段的值的表格。

图22示出了根据本发明的实施例用于DA字段内容的值的表格。

图23示出了根据本发明的实施例与聚集的OFMDA ACK交换的聚集帧的时序图。

图24示意了根据本发明的实施例的OFMDA ACK帧2400的格式。

图25是根据本发明的实施例为聚集的OFMDA ACK消息提供副载波分配的表格。

具体实施方式

本发明致力于用于将数据分组聚集成多分组帧用于传输的方法以及相关设备。已经在本发明使用的模拟无线局域网(WLAN)应用中看到明显的效率和可靠性提高。在与此相关的附录中提供了这些模拟的某些结果，然而，除非明确地叙述了，否则权利要求书不要求特定的结果。

一般来讲，本发明实现于媒体接入控制(MAC)逻辑层并位于MAC层和物理层接口。这些术语参考ISO-OSI模型(图2中示意的)的逻辑层组织结构。然而，这种模型有它自己的变体，并且可以理解的是，当在此使用它的术语时，它们是想要包含其他方案中的相似功能或层。

例如，图2是示意用于在WLAN中传输数据的典型方案的结构的图表。应注意，任何两个通信设备将典型地每个都有一个发射机和接收机。在此情况下，同样的分层方法可应用于这两个设备。简而言之，在传统的ISO/OSI(国际标准化组织/开放式系统互连)模型220中，应用层227为终端用户提供网络服务，并与用户应用连接。表示层226将数据的本地表示转换为规范形式，反之亦然。会话层225管理通信装置和通信网络之间的通信。传输层224将数据划分为多个分段(数据报)用于传输，并重组接收到的数据流。网络层223处理数据的路由。数据链路层222将数据报放入用于传输的分组中。物理层221定义实际的传输信道。

根据OSI模型220修改的并在图2中参考作为LAN/OSI模型200的类似模型在应用层206中结合了ISO/OSI模型220的上面三层225-227。LAN/OSI模型200还示意了OSI模型200的数据链路层222是如何被划分成LAN/OSI模型200中的逻辑链路控制(LLC)层203和MAC层202的。从组织的角度来看，本发明大部分操作于MAC(子)层和物理层的接口。LLC(子)层203执行相关网络层204的数据链路层功能，如维持网络链路。MAC(子)层202执行与物理层201相关的数据链路层功能，如接入控制和编码数据用于传输。MAC子层202还处理传输定时、冲突避免以及错误检测任务。

图3是示意可根据本发明分组聚集方案的实施例操作的移动台300的选定组件的简化框图。移动台300包括可操作以在控制器325的引导下经天线315发送和接收无线电通信的发射机电路310和接收电路320。当信息正在被处理时，存储装置330可用来存储这些信息并可用于更长时间存储数据和应用。

根据本发明的实施例，移动台300还包括用于检查所接收的帧的分组标记检测器340，以确定该帧是否包括聚集分组。在一个实施例中，分组标记检测器340能够检测多种不同格式的分组标记的任何一种，以便移动台300在不同的WLAN中是可操作的。在图3的实施例中，移动台300还包括数据提取器345，其能够检查首标信息以提取寻址到移动台300的接收数据帧中的数据并丢弃其他的接收数据。最后，移动台300还包括一个用于生成适当ACK的确认消息发生器350。自然地，确认发生器350可操作以确定在何时需要ACK(NAK)、其格式以及在何时发送。

图4是示意可根据本发明分组聚集方案的实施例操作的接入点400的选定组件的简化框图。接入点400包括可操作以在控制器425的引导下经天线415发送和接收无线电通信的发射机电路410和接收电路420。网络接口435处理与基础设施节点(未示出)的通信。当信息正在被处理时，存储装置430可用来存储这些信息并可用于更长时间存储数据和应用。

根据本发明的实施例，接入点400还包括分组选择器460，对于给定的传输而言，其用于确定若有的话是哪些分组应该分组到一起。接入点400也包括用于生成标记的分组标记发生器465，该标记用于通知接受者相关包含聚集数据分组的传输帧的适当信息。数据帧组合器470构造包括聚集分组的数据帧，并且分组的标记将包括足够信息以便每个接收站都能够提取其预期的数据。它还可以包括由确认指令发生器475生成的确认指令以便每次分别正确地接收站响应。最后，接入点400包括用于确定各个接收机是否接收到其所预期的数据的确认检测器480。

本发明的某些实施例可以应用于至少包括一个接入点的WLAN中，多个台站可以通过这个接入点通信。然而，正如前面提到的，本发明的所有实施例都不要求固定的或其他形式的接入点存在。在某些应用中，一个台站有时候可以充当接入点而其他时候充当普通台站。例如，在其他的IBSS模式中，不需要任何台站服务作为网络的接入点就能发生通信。当然，在这种情况下，通信站将选择性地包括图3和图4中展现的功能组件以便它们中的一个或多个可以实现本发明。图4A是示意根据本发明的另一个实施例配置成以这种方式工作的移动台的选定组件的简化框图。应注意，图4A所展现的与图3及图4的那些类似的组件编有同样的参考号。这是为了方便，并不意味这样的组件必须出现在所有实施例的相同结构中。需要注意的是，优选的在这些各种各样的实施例中，可根据本发明的任何实施例通信的台站也能够与不可根据本发明的任何实施例通信的台站进行通信。最后，应注意的是，甚至于当与接入点或通过接入点通信时，移动台可以使用聚集，在这种情况下，仅有一个聚集帧接受者。

由于If-BSS中的许多台站需要越过同一空中接口(其通常但不是必须包括一个或多个不同的信道)时，必须提供不需要彼此连接而允许它们这样做的某种方式。一种方法是使用大量不同的频道以便每个通信链路分配给它自己。然而，就这种解决方案而言，可利用的带宽可能不足，尤其是考虑到必须为相邻BSS以这样的方式提供类似的频道分配以避免冲突时。

为“自由争用周期”提供的另一种在某些WLAN中使用的方法。即在某些WLAN中，各种各样的台站共享一个共同的无线电信道(或多个信道)，因此不得不去“竞争”。自然地，单个台站不会总是同时传输，所以给定的传输经常可以不受竞争传输的干扰而发送和接收。然而，随着站的数量及通信量的增加，两个或多个台站将可能在同一时刻传输(或至少在时间上足够接近而干扰相互的信号)。因为在给定的周期内仅允许一个台站传输，所以“自由争用周期”致力于解决这个问题。当然，根据预先确定的分配过程，不同的台站分配不同的周期。

另一方面，在基于争用的系统中，或在同时使用二者的系统的争用接入期间，也使用避免干扰的方式。通常，没有台站在当其检测到想要使用的信道被占用时会传输，此后在尝试其自己的传输之前等待一定的时间。图5更详细地解释了这个概念。

图5是示意根据现有技术的示例性争用信道数据传输序列500的时序图。序列500是从具有准备好传输的数据的WLAN站的角度来说明的。块(时间)510表明媒体忙；即，某一其他台站正在传输。在这个其他台站已经停止传输后，有数据要传输的台站将等待预先确定的一段时间，称为分布式帧间间隔(DIFS)时间520。在DIFS 520后的某个点525，该台站尝试数据传输。(一般来讲，一旦DIFS 520终止后，传输尝试525将立即发生，尽管这不是必定的情形。)

“冲突”发生在两个或多个台站大约在同一时间尝试在同一争用信道上传输的地方，且两者的传输都不成功。当正在传输的台站检测到有冲突时，其在做下一次传输尝试535之前等待一段随机的补偿时间530。应注意，如果以前传输发生过冲突的所有站进行另一次尝试之前选择一个随机的延迟，那么最可能的是他们各自的随机补偿将足够的不同以避免随后的冲突。甚至在没有发生冲突的地方，如果检测到空中接口忙，那么准备好传输的台站也典型地等待一段随机补偿时间530。假设在(传输或)尝试重发535时没有检测到冲突，则可发生实际的数据传输540。

在数据传输540之后，又有一段保护时间延时，在此称为短帧间间隔(SIFS)550。跟随SIFS 550之后，而且假定成功接收到数据传输，则从接收站返回确认消息(ACK)560给发送站。(注意，某些站即那些根据不同(非WLAN)协议操作的台站，可选地使用否定确认消息(NAK)来指示不成功。)然后可发生后续的数据传输(未示出)。

在IEEE 802.11方案中，上面概括描述的方法称为带有冲突检测的载波侦听多路接入(CSMA/CA)。这个系统的一个缺点是，当通信量增加时，冲突也增加且“总开销”时间量专用于AIFS(或DIFS)、SIFS以及随机补偿可能达到不令人满意的比例。(这可在图6中可以看到。)

图6是示意根据现有技术的示例性争用信道数据传输序列600的时序图。在这个例图中，传输序列600涉及四个台站，一个接入点(AP)和三个由STA₁到STA₃列举的其他台站。接入点有要发送到这三个其他台站中的每一个台站的数据。正如在图5示意的方案中，在此AP一直等到当前传输610完成并且在等待一段随机补偿时间间隔616之前还要延时第一DIFS 615，然后开始第一数据传输620(到STA₁)。和之前一样，AP(和STA₁)然后等待第一SIFS 625，此后STA₁发送第一确认消息(ACK₁)630。ACK₁完成之后，AP延时第二DIFS 635、第二随机补偿时间间隔636，此后其开始第二数据传输640(到STA₂)。在第二SIFS 645之后，第二个台站将传输它的ACK₂ 650。最后，在ACK₂(块650)以及第三DIFS 655终止和随机补偿时间间隔656之后，AP将第三个数据(块660)传输到STA₃并等待(直到SIFS 665之后)接收ACK₃(块670)。注意，在根据IEEE 802.11e(未示出)利用雇用信道接入的网络中，DIFS可能由AIFS(任意帧间间隔)取代。通常AIFS至少是DIFS，而且可被调整用于不同的通信类别。

正如应该理解的那样，该方案的问题是仅用于SIFS、DIFS以及DIFS发生时用于随机补偿的总开销时间量的增加，尤其是在较高的通信量级别。另外，每个数据传输(图6中的块620、640以及660)方案产生和MAC层的传输以及随同数据一起传输的物理层首标。这进一步加重了带有总开销的有限信道的负担，相对地留下很少的时间用于实际的数据传输。(需要注意的是，本发明也尝试减少物理层总开销负担。)

上面提到的物理层首标是数据承载传输“帧”的一部分。图7是示意根据现有技术在此即根据IEEE 802.11a的基本传输帧700的框图。帧700起始于用于同步目的的物理层会聚过程(PLCP)前置码710。注意，每个传输帧必须是同步的。在PLCP前置码710之后是PLCP首标720。如图7所示，PLCP首标720包括分别包含在字段721和723中的相关跟随数据的速率和长度信息。首标720的字段722是保留字段。首标720也包括奇偶字段724和位于其末端的尾部725。帧700的数据端口730包括正在传输的实际数据，该数据PLCP业务数据单元(PSDU)732中，位于服务字段731之后以及尾部733之前。必要时填充字符734跟随在尾部733。正如上面所提到的，PLCP首标和前置码是依据当前的IEEE 802.11a的，但仅仅是示意服从于将来的修订版。

为了减轻诸如这样的无线通信系统中的总开销负担，建议了一种新的传输方法。图8是示意根据本发明的实施例的数据传输序列800的时序图。在这种情况下，如图7中那样，假定接入点(AP)有经由无线信道发送到三个不同台站(从STA₁到STA₃的数据。然而，这个假定的目的是示意而非限制。在图8的实施例中，AP在完成之前的传输810之后延时第一DIFS 815。

在DIFS 815随后，AP等待一段随机补偿时间间隔816，然后发送一个传输帧820。在这个实施例中，帧820包括分别想要发送到台站STA₁、STA₂和STA₃的数据Data₁、Data₂和Data₃。分组传输帧820也包括分组标记(未示出)—允许各个台站检测哪个数据是发送给它们的信息。在分组帧820传输之后，本实施例中的台站按照数据发送的顺序进行响应。即，STA₁等待跟随传输帧820的SIFS 825之后传输ACK₁ 830。依次地，STA₂等待第二SIFS 835之后传输ACK₂840，然后STA₃传输其的ACK₃850之前等待SIFS 845。自然地，接入点AP能够在三个ACK消息之间进行区分以便通知每个台站成功地接收到它的数据。如果没有成功接收，则启动重传过程(未示出)，尽管丢失的数据不需要和在传输帧820中一起分组的其他(成功接收的)数据重新聚集。

很显然的是，当使用分组的传输帧820时，将会使用一个修改格式。然而，这并不是一个缺点，因为适应分组传输帧820的首标将取代现有技术中的许多首标的多重使用，如那些在图7中示意的以及上面所讨论的。虽然在本发明的优选实施例中，MAC首标保持原封不动，总开销节省仍然作为PLCP首标实现，且很少传输PLCP前置码。图9示出了用于与本发明的实施例一起使用的分组帧格式。图9是示意根据本发明的实施例所提议的帧格式900的框图。和图7的基本帧格式一样，分组帧格式起始于用于帧同步(由每一个有意接收的台站同步)的PLCP前置码910。跟随PLCP前置码之后的是PLCP首标920。在本发明的这个实施例中，PLCP首标920又包含一个速率字段921、长度字段923、奇偶字段924和尾部925。速率字段921和长度字段923之间的字段922为保留字段。

跟随PLCP首标920的是实际传输数据930。在图9中示意的帧900中，每一个预期接受者的数据字段被标记为PSDU₁ 932、PSDU₂ 933和PSDU_n 934。这些数据单元中的每一个都打算发送到预期接收站中的一个(或多个)，如图1的If-BSS中所示的台站1到台站4。从示意来看应该是显然的，任何数量的数据单元都可以插入到帧中，直到给定系统的限制。(当然，可能有实际的或优选设计的限制。)分组帧900的数据部分930起始于服务字段931且结束于尾部935，而且如果必要的话，结束于填充字符936。在这个实施例中，聚集帧(AF)首标937在服务字段931和PDSU₁ 932之间，且包括聚集控制信息。

当根据本发明使用分组帧格式时，为接收站指出哪一个数据字段包含发送给它们的数据是必要的。这种分组标记的提供可以以多种方式完成，例如简单地包括接收机地址，或者包括简单的传输映射。例如，在本发明的一个实施例中，传输映射可以在当要聚集的数据分组被挑选出来用于分组传输时创建，并且传输映射可以例如插入到(参考图9)分组帧格式的PLCP首标920和数据部分930之间。在本发明的一个实施例中，可以使用MAC首标中的子类型字段指示分组传输，即将类型字段设置为“数据”。(图17中示出了基本MAC帧格式，包括根据本发明的实施例用于保护MAC首标部分的循环冗余校验(CRC)。)

图18示意了根据本发明实施例的聚集帧1800的格式。聚集帧1800包括聚集帧控制部分1801。图19示意了聚集帧控制字段1901的内容。注意，在所示意的实施例中，聚集帧控制字段1901起始于和当前的IEEE 802.11帧控制字段呈现的相同的字段以便实现向后兼容。长度字段表明了聚集帧控制字段中的DA字段数量。另外，当根据本发明操作时，某些字段中的设置可能具有确定值。

图20是示意根据本发明用于子类型字段的值的表格2000。图21是示意根据本发明的实施例用于编码持续时间/ID字段的值的表格。当在聚集控制字段中设置持续时间/ID字段时，优选持续时间/ID字段设置为发送聚集帧中的所有聚集数据加上完成交换所需要的所有ACK和SIFS所需要的时间。例如，如果所有的都以不同移动台为目标，那么ACK和SIFS的数量就是MPDU/MMPDU的数量。如果送到多个数据单元发一个台站，那么仅仅需要一个来自那个台站的ACK，从而能够缩短持续时间值。在设置OFDMA中的持续时间/ID字段时，也可以做调整以减少所需要的ACK数量。

最后，图22是示意根据本发明的实施例用于DA字段内容的值的表格2200。注意，DA字段的内容与PMDU或MMPDU字段的地址1一致，即，DA#1包括MPDU#1地址1字段。在这个实施例中，如果子类型字段值为0000，那么仅存在DA#1字段。在DA指示广播或多播地址的情况下，接收机还验证来自实际聚集MPDU/MMPDU的BSSID。为了最小化用于交换的信道时间，优选广播、多播和无ACK的MPDU在最后一个的聚集帧中发送。

通常，与分组帧相相关的分组标记，如图9中示意的帧900，包括一个指示，即事实上该帧确实包含潜在地打算发送到不同接受者的多个数据分组，还包括某些信息以便接收站用来确定哪些数据传输是实际发送给它们的。另外，分组标记可以包含与生成和传输的方法相关以及应该使用的确认方法的信息。在这种指令出现的地方，所获得的优势由图6的时序图和图7的时序图之间的区别说明了。不是让每一个接收站在等待跟随数据传输结束的SIFS之后产生和传输ACK，而是指示这些站以被传输的信息(以及推测上接收的)顺序进行确认。在另一个实施例中，根据设计ACK简单地以帧聚集的顺序或以某些其它预定的顺序发送。如果一个或多个ACK丢失，例如当数据不正确地接收或STA超出范围时，那么STA正确地接收它们的数据，在适当的时间间隙简单地发送ACK。

参考图8的时序图，例如，帧900中的或与帧900相关的分组信息将包括用于STA₁完成数据传输之后等待一个SIFS后发送其的确认消息(ACK₁)的指令。反过来，台站STA₂和STA₃在分别发送它们的确认消息ACK₂和ACK₃之前将再等待一个标准的延迟时间。优选提供一个调整，例如，其中第二个台站在某个预先确定的时间间隔过去之后将发送确认消息(ACK₂)，即使STA₁由于某种原因不能发送ACK₁。在一个实施例中，STA₂在这种解决方案中将在其的确认消息ACK₂中包括一个暗示，即它没有成功等待ACK₁的传输并最后发送了其自己的确认。

图16是示意根据本发明的另一个实施例的聚集数据传输序列1600的时序图。注意在这个实施例中，如果每个STA已经正确地接收了发给它的数据，那么它返回一个聚集的ACk。例如，数据可以是MAC协议数据单元或MAC管理协议数据单元(MPDU/MMPDU)的形式。如果多个数据单元发送到单个的接收STA，那么仅仅需要单个ACK(从而其它的STA可以调整它们的ACK定时)。优选地，聚集帧控制字段中的持续时间值指向整个帧交换序列的末端，如图16所示。每一个单独的聚集ACK的持续时间值也可以指向整个帧交换序列的末端，同时最后一个的聚集ACK持续时间值设置为0。

在预期有多个接收站的地方，传输速度至少和最慢的台站的速度一样慢。然而，在一个实施例中，至少可以部分地基于预期接受者的接收能力来选择用于包含在传输帧中的分组，以便由于分组组的选择方式而不必使用可能更低的速度与具有较高速度能力的台站通信。

如上所述，本发明的这个方法在使用争用接入方案(或争用接入周期)的无线通信系统中是有用的。然而，该方法在例如IEEE 802.11PCF(单点协调功能)和HCCA(HCF(混合协调功能)控制信道接入—IEEE 802.11e)的自由争用方案中也是有用的。这种通信系统可以使用多种协议。当与使用正交频分复用(OFDM)的无线通信系统一起使用时，本发明的方法尤其有利。在OFDM中，通过采用反向快速傅立叶变换(IFFT)来创建时域信号，将数据符号映射为用于传输的相对大量的副载波或频率接收器。每个频率接收器与其它频率接收器都是正交的，以便它们不会(至少在理想的情况下)相互干涉。在接收机，使用快速傅立叶变换(FFT)将时域信号转换回频域信号，以便能够检测到原始传输的信息信号。OFDM比大多数其它方法更有效地利用了可用的频谱，并因此可以使用给定的传输带宽传输更多的数据。

在这种系统中，当在传输时WLAN中的多个台站与正交频分复用接入(OFDMA)中使用的单个接入点通信。在本发明的优选实施例中，当分组帧(如图9所示的帧900)的确认接收包含聚集分组数据时，台站使用分组帧传输ACK方案。上面(参考图8)描述的确认方案代表了在现有技术之上的改进，但在某些情形下不是最佳的，因为每个ACK仍是单个消息，该消息包含所有需要的开销，例如用于同步的首标。自然地，接收所传输的诸如分组帧900的分组帧的单个接收站不能聚集它们的确认。每个台站仅有产生它自己的确认消息所需要的信息。因此响应站一般(尽管、或许不是普遍地)能够组合分组帧用于传输到接入点。除非在特殊情况下，即使在包括能够聚集分组数据用于传输的单个台站的WLAN中，这种站通常也不能聚集返回给传输站的确认。

图23是示意根据本发明的实施例的聚集帧与聚集OFMDA ACK交换的时序图2300。在OFMDA ACK之后，网络返回到正常的信道接入过程。如果没有正确地接收一个或多个ACK，那么发射机可能简单地使用补偿和重传过程。图24示意了根据本发明的实施例的OFMDA ACK帧2400的格式。在这个实施例中，RA字段与相应MPDU/MMPDU的地址2字段相同。如果发送多个MPDU/MMPDU到单个接收机，那么该接收机发回同等数量的聚集OFDMA ACK帧(假设接收成功)。

如上所述，可以预先确定用于网络的副载波分配。图25是根据本发明的实施例为聚集的OFMDA ACK消息提供副载波分配的表格2500。在可选实施例中(未示出)，可以在传输聚集数据时进行分配。

在这个实施例中，为了克服其它方法的缺点，为每个预期的接受者分配一个OFMDA副载波的子集用于其自己单独的确认消息(ACk)的传输。因此由接收站传输的各自ACK实质上同时到达接入点，在此它们能够被解释。现在将描述用于处理所接收的这类确认的方法。

首先，需要修改用于诸如根据IEEE802.11标准操作的那些网络的前置码结构。为了参考，这个前置码结构在图10中示意。图10一般是展示在无线传输中使用的前置码结构1000的框图。在前置码1000中，所示意的字段A₁到A₇用于分组检测信息、AGC以及分集选择。字段A₈到A₁₀包含过程频率偏移估计和符号定时信息。而字段CP、C₁和C₂包含用于信道估计的信息以及精确频率偏移信息。根据本发明，前置码结构将使用同样短的训练符号。一旦检测到分组的边缘，就能够以正常的方式执行分组检测、频率同步以及时间同步。在分组检测中，借助延时及其相关算法，使用前置码起始处的短训练符号周期来检测接收分组的边缘。

该算法在数学上描述为：

$C_n=\underset{k=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n+k}{r}_{n+k+D}^{*}---\left(1\right)$

$P_n=\underset{k=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|r_{n+k+D}\left|\right|}^2---\left(2\right)$

其中D＝16，表示根据IEEE802.11A和IEEE802.11G标准所构造的前置码，而r_n是接收信号。那么判定统计量m_n计算为：

$m_n=\frac{{{|c}_n|}^2}{{{|p}_n|}^2}---\left(3\right)$

这个算法的示例性信号流在图11中显示了。图11是示意用于本发明的时延和相关算法的示例性结构的信号流图。经(p_n)²归一化，强制所有响应位于[0，1]之间，如图12的曲线图所示。图12是示意图11的延迟及相关分组检测算法的响应的曲线图。然而，根据本发明，需要检测最后一个分组的到达。图13和图14示意了分别检测两个ACK和本发明的组合ACK之间的区别。参考图14，最后到达的分组的适当边缘发生在峰值点。根据本发明，已经除去了归一化因子以允许决策阈值超过无穷大。一旦检测到分组，接收信号可以表示为：

               r_n＝r(nT_s-T_OFFSET)

               T_s＝KT_SYS

$T_{\mathrm{OFFSET}}=\frac{[\mathrm{0,1},...,k-1]}{k}{T}_{\mathrm{SYS}}---\left(4\right)$

其中k是用于系统时钟T_SYS的过度采样因子。在一个实施例中，T_SYS在60MHz操作，因为IFFT/FFT以20MHz进行采样，因此建立一个过度采样因子k＝3。选择T_OFFSET以便由于实际延时(一个随机变量)引起的误差最小。在这种场合，最大的T_OFFSET可以是T_SYS/2。模拟结果表明由符号定时量化生成的内载波干扰(ICI)是可以忽略的。然而，到达分组之间的相对时延限制为：

                    D_max＝[2R/cT_s]             (5)

其中R是DSS的以米为单位的支持半径，C是光速，而T_s如之前的定义(见等式4)。

给出总的接收信号r_n为：

$r_n=\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}{h}_i\⊗X_{n+D_i}---\left(6\right)$

由于循环前缀的原因，等式6中显示的到每个台站的传输信号之间的卷积以及其相应的信道脉冲响应(CIR)是循环的。这需要采用众所周知的频域乘积与时域卷积等价的傅立叶变换特性。

此外，基于傅立叶变换特性，每个延时致使频域中的一个相移。这些相移需要在频域中评估。根据本发明的这个实施例，为此目的修改了长训练符号。设计长训练符号来激励IFFT/FFT的52个副载波，如图15中所示。每个台站传输激励在OFDMA方案中分配的副载波群集的长训练符号部分。以这种方式，为感兴趣的副载波评估与每个延迟相关的相位。以正常的方式执行带有信道评估群集的检测。

用于IEEE 802.11a和IEEE 802.11g的副载波分配如下：

表1：用于数据的副载波分配和用于64Pts IFFT的导频音
								1ACK	2ACKs	3ACKs	4ACKs	5ACKs	6ACKs
User#1	[7:32 34:59]	[7:32]	[7:23]	[7:19]	[7:15]	[7:15]
							User#2	N/A	[34:59]	[24:32 34:42]	[20:32]	[16:24]	[16:24]
User#3	N/A	N/A	[43:59]	[34:46]	[25:32]	[25:32]
							User#4	N/A	N/A	N/A	[47:59]	[34:42]	[34:42]
User#5	N/A	N/A	N/A	N/A	[43:51]	[43:51]
							User#6	N/A	N/A	N/A	N/A	未用	[52:59]

需要注意的是，鉴于仅需要确定数据是否发送，所以测试用于白度或离散字母表确定的每个副载波群集就足够了。通过使用信号结构相关的时延，长训练符号的内在结构能够促进频域中的这个过程。在可选的实施例，由于没有正确检测其分组的台站不传输ACK消息，所以能够在副载波群集上执行简单白度测试(whiteness test)。在这个实施例中，在频域中执行的信道评估在每个副载波上使用1-分接头均衡操作。

先前的描述是用于实现本发明的优选例子，本发明的范围不必限制于本描述。本发明的范围由下列权利要求书定义。

固定参数(所有情况)
							PHY前置码长度	1.60E-05	s
OFDM符号长度	4.00E-06	s
							终端数量(最多8个)	8
数据/STA长度	1500
							数据部分编码	0.75
							数据部分调制
BPSK＝1
							QPSK＝2			用于计算的补偿窗口(利用宏指令工作)
16-QAM＝4
						64-QAM＝6	6
字节/副载波	0.5625			8
						SIFS	1.60E-05	s			5
DIFS	3.40E-05	s		10
						内容窗口	15				10
ACK分组长度	14	B		4
						MAC首标开销	28	B			5
WEP开销	4	B		13
情形1：传统的			情形2：原始聚集思想
						数据副载波数量	48		数据副载波数量			48
PHY首标长度	3	B	PHY首标长度		3					B
						PHY首标长度	4.00E-06	s	PHY首标长度			4.00E-06	s
数据部分长度(最大4095)包括SERVICE字段(2字节)	1500	B	数据部分长度(最大4095)包括SERVICE字段(2字节)		12000					B
数据部分长度	2.24E-04	s	数据部分长度		1.78E-03					s
数据传输长度PHY前置码+PHY首标+数据(一个终端)	2.44E-04	s	数据传输的长度PHY前置码+PHY首标+数据		1.80E-03					s
ACK分组长度	2.00E-05	s	ACK分组长度		2.00E-05					s
						ACK传输长度	4.00E-05		ACK传输长度			4.00E-05
						总传输时间	3.13E-03		总的传输时间			2.25E-03
			改进		8.85E-04
									改进％			28.25
						总吞吐量	3.00E+07		总吞吐量			4.18E+07

情形3：OFDMA ACK
			数据副载波数量	48
ACK载波数量	8
			PHY首标长度	3	B
			PHY首标长度	4.00E-06	s
			数据部分长度(最大4095)包括SERVICE字段(2字节)	12000	B
数据部分长度	1.78E-03	s
数据传输的长度PHY前置码+PHY首标+数据	1.80E-03	s
ACK分组长度	1.12E-04	s
			ACK传输长度	1.32E-04
			总的传输时间	1.95E-03
改进	1.18E-03
			改进％	37.82
总吞吐量	4.82E+07

Claims (25)

1、在根据信道接入协议传送分组化的数据的无线通信系统中，一种传送数据分组的改进方法，所述方法包括步骤：

在发送站中使将被传输的数据形成为多个分组；

从所述多个分组中选择用于聚集传输的一组分组；

在所述发送站中创建与所述选择的分组组相关的分组标记；以及

组装至少一个包含所述选择的分组组以及所述分组标记的传输帧。

2、根据权利要求1的方法，其中所述将被传输的数据包含具有多个字段的媒体接入控制(MAC)层首标，并且所述方法还包括设置MAC层首标字段的步骤。

3、根据权利要求1的方法，其中所述将被传输的数据包含具有多个字段的物理层首标，并且所述方法还包括设置物理层首标字段的步骤。

4、根据权利要求1的方法，还包括传送所述传输帧的步骤。

5、根据权利要求1的方法，还包括在至少一个接收站中接收所述传输帧的步骤。

6、根据权利要求5的方法，还包括在所述至少一个接收站中确定所述接收的传输帧是否包含分组标记的步骤。

7、根据权利要求6的方法，还包括步骤：

解码所述接收的传输帧；以及

从所述解码的帧中提取寻址到所述至少一个接收站的数据。

8、根据权利要求7的方法，还包括如果存在没有寻址到所述至少一个接收站的提取数据，则丢弃所述提取数据的步骤。

9、根据权利要求6的方法，还包括在所述接收站中生成确认消息(ACK)的步骤。

10、根据权利要求9的方法，还包括在生成所述ACK之前，确定所述分组标记是否包含ACK指令的步骤。

11、根据权利要求10的方法，其中如果存在ACK指令，所述生成ACK消息的步骤基于所述ACK指令而被执行。

12、根据权利要求11的方法，其中所述确认指令包含与ACK传输定时相关的信息。

13、根据权利要求12的方法，其中所述与ACK定时相关的信息根据数据分组在传输帧中组装的顺序而导出。

14、根据权利要求11的方法，其中所述无线通信系统可以根据正交频分复用接入(OFDMA)协议操作，并且所述ACK指令包含ACK副载波集分配，其中所述ACK副载波集是包含用于根据OFDM协议传输的副载波子集的群集。

15、根据权利要求11的方法，还包括从接收站接收至少一个ACK消息的步骤。

16、根据权利要求15的方法，其中所述至少一个ACK消息是多个ACK消息。

17、根据权利要求16的方法，其中所述多个ACK消息中的每一个都占用唯一的ACK副载波集。

18、根据权利要求17的方法，还包括使用延时和相关算法以检测所述多个ACK中的各个ACK的步骤。

19、根据权利要求17的方法，还包括使用白度测试以检测所述多个ACK的单个ACK的步骤。

20、在可用于在无线通信系统中通信的无线电台站中，一种用于数据分组通信的改进设备，所述设备包括：

第一无线台站中的发射机；

用于确定哪些数据分组将被分组到一起用以传输的分组选择器；

用于产生数据分组的分组标记的分组信息发生器；

用于组装包含所述确定的分组和分组标记的传输帧的传输帧组装器；

其中所述组装的传输帧将提供给所述发射机以传输到至少一个第二无线台站。

21、根据权利要求20的设备，其中所述无线通信系统是无线局域网(WLAN)。

22、根据权利要求21的设备，其中所述WLAN可根据OFDMA协议操作。

23、根据权利要求22的设备，其中所述第一无线台站是WLAN接入点(AP)。

24、根据权利要求23的设备，其中所述至少一个第二无线台站是多个无线台站。

25、根据权利要求24的设备，其中所述传输帧包含寻址到所述多个无线台站中的不同无线台站的分组。

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