CN1849788A - Sdma训练操作 - Google Patents

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Abstract

在使用空分多址(SDMA)技术的网络中的训练阶段期间，可以触发网络分配向量的帧类型可被使用在训练阶段中，以阻止不需要的设备在训练阶段期间进行发送。

Description

SDMA训练操作
背景
为了解决无线数据通信系统所面临的日益增长的带宽需求问题，正在开发多种技术以允许多个设备通过共享单条信道来与单个基站通信。在一种这样的技术中，假设多个移动设备位于距基站足够不同的方向上，则基站可以在相同的频率上同时向这些移动设备发送单独的信号或者从这些设备接收单独的信号。为了从基站进行发送，可以从多个空间上分离的天线中的每一个同时地发送不同的信号，使得合并的(combined)发送是定向的，即，想要发往每一个移动设备的信号可以在该移动设备的方向上相对较强，而在其他方向上相对较弱。类似地，基站可以通过多个空间上分离的天线中的每一个，在相同的频率上同时从多个独立的移动设备接收合并的信号，并且通过适当的信号处理将从多个天线接收到的合并信号分割为来自每个移动设备的单独信号，使得接收也是定向的。
在目前提出的规范下，例如IEEE 802.11(IEEE是位于3 Park Avenue，17th floor，NewYork，New York的电气电子工程师学会的缩写)，控制发送和接收二者的定向特性所需的参数可能根据多种不同的因素而变，包括每个移动设备距基站所处的方向。由于这些因素不能在操作之前得知，甚至会在操作期间发生改变，所以它们无法被预先编程到系统中。
附图说明
参考以下描述和用来图示说明本发明的实施方案的附图，可以理解本发明。在附图中：
图1根据本发明的实施方案示出了用于训练操作的通信网络的图。
图2和3根据本发明的一些实施方案示出了训练操作的时序图。
图4、5和6根据本发明的一些实施方案示出了各种帧类型的格式。
图7根据本发明的实施方案示出了在基站中的一种操作方法的流程图。
图8根据本发明的实施方案示出了在移动设备中的一种操作方法的流程图。
图9根据本发明的实施方案示出了基站的框图。
图10根据本发明的实施方案示出了移动设备的框图。
具体实施方式
在以下描述中阐述了大量具体的细节。然而，可以理解，没有这些具体的细节也可以实现本发明的实施方案。此外，没有详细示出公知的方法、结构和技术，以免模糊了对所述描述的理解。
提及“一个实施方案”、“实施方案”、“示例性的实施方案”、“各种实施方案”等是指如此描述的本发明的实施方案可以包括具体的特征、结构或特性，但不是每个实施方案都必须包括该具体的特征、结构或特性。此外，短语“在一个实施方案中”的重复使用不一定是指相同的实施方案，尽管有这种可能。
在以下描述和权利要求书中，可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解，这些术语不意味着彼此是同义词。相反，在具体的实施方案中，“连接”可被用来指两个或更多的元件彼此之间直接物理接触或电接触。“耦合”可以是指两个或更多的元件彼此之间直接物理接触或电接触或两个或更多的元件彼此之间不直接相互接触，但仍彼此协同工作或交互。
使用在这里，除非特别指出，常见的形容词“第一”、“第二”、“第三”等在用来描述普通的事物时，仅仅意味着所提及的是相近事物的不同实例，而不是指如此描述的事物一定在时间上、空间上，在等级上，或者以任何其他方式具有给定的顺序。
除非特别指出，从以下讨论中可以清楚地认识到，在整篇说明书的讨论中使用诸如“处理”、“计算”、“运算”等术语时是指计算机或计算系统、或者类似的电子计算设备的动作和/或处理过程，所述计算机或计算系统、或者类似的电子计算设备将表示为物理量(例如，电量)的数据操纵和/或转换为类似表示为物理量的其他数据。
类似地，术语“处理器”可以指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据，以将该电子数据转换为可以存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何设备或者设备的一部分。“计算平台”可以包括一个或多个处理器。
在本篇文献的上下文中，术语“无线”及其派生词可被用来描述可以使用调制的电磁辐射，通过非固态介质来传送数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不意味着相关的设备不包含任何有线线路，尽管在一些实施方案中可能是这样的。
与通用的行业术语一致，术语“基站”、“接入点”和“AP”在这里可以互换地用来描述可以无线地并且与多个其他电子设备基本同步地通信的电子设备，而术语“移动设备”和“STA”可以互换地用来描述所述多个其他电子设备中的任何一个，该设备可以具有移动后仍然可通信的能力，尽管移动不是一个必要条件。然而，本发明的范围不限于用这些术语标注的设备。类似地，术语“空分多址”和SDMA可以互换地使用。使用在这里，这些术语意图包括以下通信技术：可以通过多个不同的天线，基本同时地从相同的设备发送不同的信号，使得合并发送的信号导致发往不同设备的不同信号以相同的频率在基本不同的方向上发送；和/或包括以下通信技术：可以通过多个天线，从不同方向上的不同设备处以相同的频率基本同时地接收到不同的信号，并且可以通过适当的处理将这些不同的信号相互分离。术语“相同的频率”用在这里可以包括在某一精确的频率处因带宽容差、多普勒频移适应(Doppler Shift adaptation)、参数漂移等引起的轻微偏差。两个或更多个向不同设备的发送被认为是基本同时的，只要每个向不同设备的发送的至少一部分是同时发生的，但不意味着不同的发送一定要同时开始和/或同时结束，尽管可以如此。类似地，两个或更多个从不同设备的接收被认为是基本同时的，只要从不同设备的每个接收的至少一部分是同时发生的，但不意味着不同的接收一定要同时开始和/或同时结束，尽管可以如此。用术语SDMA代表的词语有时可以使用其他变体，例如但不限于用“space”替换“spatial”，用“diversity”替换“division”。本发明的各种实施方案的范围意图包含在术语命名上的这些不同。
本发明的各种实施方案可以使用网络分配向量来防止其他设备干扰某一具体移动设备的训练操作。在一些实施方案中，请求发送帧和/或清除发送帧可以引发其他设备在训练序列期间在一段指定的时间量中不进行发送。在其他实施方案中，专门类型的数据帧可被用于相同的目的。
图1根据本发明的实施方案示出了用于SDMA训练的通信网络的图。所图示的通信网络的实施方案示出了一个AP 110，它可以与距该AP不同方向上的多个STA 131-134通信。使用这里所描述的技术，AP 110可以采用SDMA训练阶段(training phase)来确定在相同的频率上基本同时地向多个STA中的每一个发送不同信号，并且在相同的频率上基本同时地从多个STA中的每一个接收不同信号所需的参数，然后可以使用这些参数来使能(enable)这种基本同时的通信。
虽然AP 110被显示为具有四个天线120，以使用SDMA技术同时与多达四个STA进行无线通信，但是其他实施方案可以具有其他的设置(例如，AP 110可以具有两个、三个、或者四个以上的天线)。每个STA可以具有至少一个与AP 110进行无线通信的天线。在一些实施方案中，STA天线可被调适为全方向工作，但是在其他实施方案中，STA天线可被调适为定向工作。在一些实施方案中，STA可以位于固定的位置上，但是在其他实施方案中，至少一部分STA可以在多个通信序列(communications sequences)期间和/或在多个通信序列之间移动。在一些实施方案中，AP可以位于固定的位置上，但是在其他实施方案中，AP可以在多个通信序列期间和/或在多个通信序列之间移动。
图2根据本发明的实施方案示出了训练阶段的一个实施例的时序图。在图2中，从基站向外的发送位于标示为AP的线上，而从三个移动设备向外的发送分别位于标示为STA1、STA2和STA3的线上。虽然在本实施例中示出了三个STA，但是遵循这里所描述的原理，在训练操作中也可以使用其他数量的STA。在图2中，在标注末尾处的数字1、2或3(例如DATA NULL1、ACK3等)可以分别指向或从STA1、2或3的发送。在图示的实施方案中，AP被示出为向STA1发送数据空帧(DATA NULL)作为训练轮询(training poll)。在一些实施方案中，数据空帧可以是在数据段具有0字节的数据帧，但是其他实施方案也可以使用不同的格式(例如，数据段可以由空字符组成，等等)。STA1随后以一个确认(ACK)作为训练响应而作出响应。然后，AP可以处理接收到的ACK信号，以导出用于STA1的SDMA操作的参数。在AP和STA1之间的交换后，AP可以向STA2发送DATA NULL作为训练轮询，STA2可以用ACK作为训练响应对其进行响应。然后，AP可以处理ACK2信号，以导出用于STA2的SDMA操作的参数。然后，在AP和STA3之间发生类似的交换。这些发送操作的一些或全部可以是从发送设备向外全方向的，但是各种实施方案在这方面并不受限。
在训练响应期间，与进行响应的STA不同的设备应当避免发送，因为它们的信号可能会与在AP的天线上从进行响应的STA接收的信号发生干扰，从而可能导致导出错误的参数。每个数据空帧可以包括包含持续时间指示符的字段，该字段定义了到该训练交换序列结束时间TET之前所剩的剩余时间。在一些实施方案中，持续时间指示符可以用微秒来表示，但是本发明的各种实施方案在这方面并不受限。在由持续时间指示符所指定的时间内，如同在网络分配向量(NAV)的图中所示的，所有接收到数据空帧的STA除了在轮询中被寻址的那一个之外(包括未示出以及未在训练序列中，但是工作在相同频率上的那些STA)都可以进入自压抑(self-imposed)时段，在该时段期间，STA将不发起任何发送操作，除了响应于来自AP的轮询发出ACK之外。因此，STA2可以确认轮询DATA NULL2，STA3可以确认轮询DATA NULL3，但是这些及其他STA(在本实施例中除了STA1之外)在指示的时间内不应当进行其他发送。在图示的实施例中，在接收到DATA NULL1轮询时没有一个NAV是可操作的，因此，STA1可以以其他类型的响应来应答，如果AP请求STA1这么做的话。然而，在图示的实施例中，STA1只被请求以ACK作出响应。
AP可以在发送DATA NULL帧前，基于AP想要在指示的操作期间发生的发送和响应来计算NAV的持续时间。DATA NULL2可以包含类似的NAV指示符，它具有更小的值，因为在发送DATA NULL2时更靠近TET了。DATA NULL3也可以包含NAV，定义了到相同的终点TET之前的时间。对于一些STA而言，在不同的DATA NULL中包含的不同NAV可能是冗余的，因为它们定义了相同的终点。然而，一些STA可能一开始处于休眠状态或者由于其他原因不能接收初始DATA NULL，因此将需要接收后面的NAV，以知道在训练时段期间保持静默(silence)。接收了先前DATA NULL的STA也可以使用后面的DATA NULL来重新校准它们的NAV时段，但是本发明的各种实施方案在这方面并不受限。
在来自不同设备的连续发送之间示出了帧间间隔(IFS)。IFS可以是不希望进行任何发送的一个定义的时间段，但本发明在这方面并不受限。各种实施方案可以在标明的所有或部分地方，或者不在任何地方使用这样的时间间隔。IFS可以具有统一的持续时间，或者可以根据不同的标准具有不同的持续时间。这些时间间隔可以服务于不同目的，例如：1)允许在AP和各个STA的定时上的差，2)允许有时间在接收和发送之间进行所需的处理，3)允许收发机有时间在发送和接收模式之间切换，4)其他。
图3示出了类似于图2的时序图，除了初始训练轮询被示为请求发送(RTS)，并且初始训练响应被示为清除发送(CTS)外。RTS也可以包含一个持续时间字段，该字段包含NAV值。如前所述，接收到RTS但是未被寻址的STA可以在指示的时间内避免发送，除了响应于AP轮询的ACK之外。CTS也可以包含一个持续时间字段，该字段指定了一个NAV值，该值指示了到时间TET之前所剩的时间。听到被发送给AP的CTS的STA可以以和前述类似的方式，由CTS持续时间字段来建立(或重新校准)NAV。在一些实施方案中，只有当被寻址的STA已经没有活动的(active)NAV时，才会响应于RTS发送CTS，因而RTS/CTS交换可被限于序列中的第一次交换，这是因为由于所述活动的NAV，在后面的交换中将不能获得CTS。
尽管RTS、CTS、ACK和数据空帧在其他应用中可以有其他用途，但是它们以这里所描述的方式可被用于SDMA训练操作。在一些操作中，这些帧在SDMA训练操作中的使用可以仅仅是AP的份内工作，即，STA可以在不知道它们的响应是否将被用于SDMA训练的情况下作出所述响应，而AP将以规定用于SDMA训练的方式来处理接收的响应。
图4、5和6根据本发明的各种实施方案示出了各种类型帧的格式。图4示出了RTS帧的格式，图5示出了CTS和/或ACK帧的格式，图6示出了数据帧的格式(空数据帧在数据段中可以具有0字节)，但本发明的各种实施方案不限于示出的格式。每一帧的帧控制字段的内容可以指定它是哪一类型的帧，并且指定其他有用的信息。注意，在这些实施例中每一类型的帧都包含持续时间字段，它可被用来指示NAV。各种地址字段可被用来指定目标设备和/或源设备的地址。CRC字段可以包含校验值，它可被用来验证接收帧的完整性，例如但不限于循环冗余校验(CRC)值。序列控制字段可以包含有助于跟踪多个相关发送的信息，但是当数据空帧被用作训练轮询时，这可能有用也可能没用。
图7根据本发明的实施方案示出了基站中的一种操作方法的流程图。虽然在图7和8中示出的流程图仅仅覆盖了特定的操作，但是在示出的操作之前、之后和/或期间也可以发生其他操作。在流程图700中，在710，基站可以计算一个持续时间值(例如，NAV的值)，该值可以定义当前训练阶段的结束。该持续时间值可以是预期在当前训练阶段期间发生的所有事件的总和，这些事件例如是后续轮询、响应和帧间间隔，但本发明的各种实施方案在这方面并不受限。在720，训练轮询可以被发送到被具体寻址的移动设备，该训练轮询包括计算出的持续时间值。在一些实施方案中，训练轮询可以包括RTS帧或数据空帧，但本发明的各种实施方案不受限于此方式。在730，基站可以从被寻址的移动设备接收到训练响应。如果对于当前训练阶段而言所有的移动设备都已被轮询，如740处所示，那么在750处可以开始或者继续其他的处理(未描述)。如果在当前训练阶段中还有额外的待轮询的移动设备，则处理可以返回到710，以计算下一轮询的正确持续时间值。在图示的实施方案中，在前一移动设备的训练交换已经完成后，为每个新的训练交换计算新的持续时间值。其他实施方案可以使用其他技术，例如但不限于在轮询所指示的任何移动设备之前，在训练阶段中计算所有轮询的持续时间值。
图8根据本发明的实施方案示出了移动设备中的操作方法的流程图。在流程图800中，在810处，移动设备接收到包含持续时间值(例如但不限于在图7中的710处计算处的持续时间值)的训练轮询。在一些实施方案中，训练轮询可以是RTS帧或数据空帧，但是本发明的各种实施方案不限于此方式。在820，每个持续时间值设置一次计时器，并且计时器开始对所指示的定时间隔进行计时，该定时间隔可以在训练阶段结束时结束。在一些实施方案中，计时器中的值可被调整为从某一具体时间开始，而不是从启动计时器的那一时刻开始。在830，可以检查轮询中的目的地地址，以确定正在执行这些操作的移动设备是不是轮询被寻址到的移动设备。如果是，则移动设备可以在840处通过发送正确的帧类型而对训练轮询作出响应。在一些实施方案中，该响应可以是CTS或ACK，但是本发明的各种实施方案不限于此方式。如果在830处地址不匹配，则移动设备可以等待1)计时器到期和2)接收到下一训练轮询两者中先发生的事件，如850、870和810所指示的。如果计时器先到期，意味着训练阶段结束，则处理可以前进到860进行未示出的其他处理。如果先接收到另一个训练轮询，则处理可以在810处再次开始，可以重复上述操作。如果新的训练轮询有一个持续时间值，则计时器中的值可以在820处被重置为新的值，或者可替换地，可以跳过框820以利于保留计数器中的当前值。
图9根据本发明的实施方案示出了基站的框图。计算平台950可以完成适合于基站的处理，它可以包括一个或多个处理器，在一些实施方案中，所述一个或多个处理器中的至少一个处理器可以是数字信号处理器(DSP)。在图示的实施方案中，AP 110具有四个天线120，但是其他实施方案可以具有两个、三个或四个以上的天线。对于每个天线，基站110可以具有调制器/解调器920、模数转换器(ADC)930和数模转换器(DAC)940。解调器-ADC的组合可以将从天线接收的射频信号转换成适合于计算平台950处理的数字信号。类似地，DAC-调制器的组合可以将来自计算平台950的数字信号转换成适于通过天线来发送的射频信号。如果需要的话，其他未示出的组件也可以被包括在图示的框图中，例如但不限于放大器、滤波器、振荡器、多个ADC和/或DAC(虽然这里只示出了一个)，等等。
图10根据本发明的实施方案示出了移动设备的框图。图示的移动设备131的组件可以包括计算平台1050、天线1021、调制器/解调器1020、ADC 1030和DAC 1040，它们可以在功能上类似于图9中类似命名的组件，但是图10的设备被示出为具有单个天线/调制器/解调器/ADC/DAC的组合，并且计算平台1050可以完成前面针对移动设备而不是基站所描述的操作，但是本发明的各种实施方案在这些方面并不受限。
本发明的各种实施方案可以用硬件、固件和软件之一或它们的组合来实现。本发明的实施方案也可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，这些指令可以由计算平台来读取和执行，以完成这里所描述的操作。机器可读介质可以包括用于存储或发送具有机器(例如计算机)可读形式的信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机访问存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存器件；电、光、声或其他形式的传播信号(例如载波、红外线信号、数字信号等)，以及其他介质。
以上描述只是示例性的而非限制性的。本领域的技术人员可以实现多种变体方案。这些变体方案想要被包括在本发明的多种实施方案中，它们仅由所附权利要求书的精神和范围来限定。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
第一电子设备，该设备被调适来完成：
确定网络分配向量的值；以及
向第二电子设备发送轮询，该轮询包括所述值。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述值是指定直到涉及所述第二电子设备和第三电子设备的训练阶段结束时为止的时间的值。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述发送轮询的操作包括发送请求发送帧。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述发送轮询的操作包括发送数据空帧。
5.如权利要求1所述的装置，还包括接收对所述轮询的响应。
6.如权利要求5所述的装置，还包括处理所述响应，以确定空分多址通信的参数。
7.如权利要求5所述的装置，其中所述接收响应的操作包括接收清除发送帧。
8.如权利要求5所述的装置，其中所述接收响应的操作包括接收确认帧。
9.如权利要求5所述的装置，其中所述第一电子设备包括至少四个天线，以在所述接收响应后，使用空分多址技术与所述第二电子设备通信。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述第一电子设备还包括耦合到所述至少四个天线的计算平台。
11.如权利要求9所述的装置，其中所述第一电子设备还包括至少四个调制器/解调器，其中在所述至少四个天线中的每一个天线和所述计算平台之间耦合着至少一个调制器/解调器。
12.一种方法，包括：
发送轮询，该轮询包括一个值，该值指示了用于空分多址通信的训练阶段的持续时间；以及
接收对所述轮询的响应；
其中所述持续时间指示了直到所述训练阶段结束时为止的时间。
13.如权利要求12所述的方法，还包括在所述发送之前确定所述值。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述值指示了网络分配向量。
15.如权利要求12所述的方法，还包括处理所述响应，以确定空分多址通信的参数。
16.一种提供指令的机器可读介质，所述指令在由处理平台执行时导致所述处理平台完成以下操作，包括：
确定直到训练阶段结束时为止的时间的值；以及
向电子设备发送轮询，该轮询包括所述值。
17.如权利要求16所述的介质，其中发送操作包括发送请求发送帧。
18.如权利要求17所述的介质，其中所述操作还包括接收响应于所述轮询的清除发送帧的操作。
19.如权利要求16所述的介质，其中发送操作包括发送数据空帧。
20.如权利要求19所述的介质，其中所述操作还包括接收响应于所述轮询的确认帧的操作。
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