CN1871872A - 无线通信网络、对应的台站和网络中的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种关于无线通信网络中的发射/接收台站(1，2)的通信方法，在该方法中，在一台站和多个其它台站之间交换第一多接收机帧(RTS，CTS)，并且在发射台站和接收台站之间交换第二单接收机帧(DATA，ACK)，以全向的方式发送第一帧。根据本发明，以定向的方式发送第二帧，以便增大网络的吞吐量。此外，按照比采用定向方式的发送更健壮的方式来实现采用全向方式的发送。

Description

无线通信网络、对应的台站和网络中的通信方法
技术领域
本发明涉及一种关于无线通信网络中的发射/接收台站(1，2)的通信方法，在该方法中，在一台站(station)和多个其它台站之间交换第一多接收机帧，并且在发射台站和接收台站之间交换第二单接收机帧，以全向的方式发送所述第一帧。
更具体地说，本发明意欲用于使用例如IEEE802.11a/g美国标准或ETSI(欧洲电信标准协会)的Hiperlan/2欧洲标准的公司或家庭无线通信网络。
背景技术
无线通信的性能主要在封闭空间中受到信号功率随距离的衰减、噪声、与其它电气设备的干扰、以及由于离开诸如墙壁的障碍物的波的反射而导致的多径效应限制。在由A.S.Acampora于1987年8月在“IEEE communicationsmagazine-volume 25；No.8”中发表的文章“System Applications for WirelessIndoor Communications”中阐述了这些性能问题。
在IEEE802.11a/g标准中，网络的固定或移动台、更具体地说是计算机和接入点(或网络的节点)之间的通信受到传递以下帧的影响：
-大小较小的控制帧，例如：所谓的“RTS”和“CTS”帧，其分别代表“请求发送(Request To Send)”和“清除发送(Clear To Send)”，用来控制对媒体的访问；以及“ACK”，其代表对于证实数据的接收的“确认”，
-数据帧，即所谓的“DATA”帧，用于数据的发送，并且有可能包含大量信息，
-以及管理帧，用于交换按照与数据帧相同的方式发送的网络管理信息。
被称为“DCF”(“分布式协调功能”)的台站之间的基本接入机制遵循在下文中描述的“CSMA/CA”协议(“具有冲突避免的载波侦听多点接入”)，以便避免帧之间的冲突：
-希望将数据传送给第二台站的第一台站将RTS帧发送给位于其发射场内的所有台站，以便将它们的通信介质预留某个持续时间，同时指示该事务的源、目的地和持续时间。
-如果所述介质空闲，则第二台站响应其发射场中的所有台站，以便利用包含与RTS帧相同的信息的CTS帧来发信号通知其接收所述数据的传递。
-除了正在通信的这两个台站之外，已经接收到RTS或CTS帧中的至少一个的所有台站基于所接收的信息设置“NAV(网络分配矢量)”，即它们在其中停止所有活动以便不打扰该数据传递的周期。
-在接收到CTS帧之后，第一台站在一个或多个DATA帧中传送要传递给第二台站的数据。
-第二台站接收该数据，并将ACK帧传送给第一台站，以便发信号通知所述数据的正确接收。
RTS和CTS帧是必须由有可能与这两个台站通信的网络的所有站接收的多接收机帧，而DATA和ACK帧是仅必须由正在通信的这两个台站接收的单接收机帧。
目前，在无线通信网络中，网络的每个台站使用全向天线来传送上面指出的所有类型的帧。覆盖范围的广度、网络的健壮性和数据传递的吞吐量取决于天线的物理层所使用的发送模式。这些物理模式是通过它们的调制类型和它们的FEC(代表“前向纠错”)速率定义的。对于IEEE802.11a/g标准和Hiperlan/2标准，利用其吞吐量而由表1和2定义这些模式。在每个表中，从较健壮的模式(较低吞吐量)到较不健壮的模式(较高吞吐量)将这些模式分类。在给定的调制类型(例如BPSK)处，从较低的FEC速率(例如BPSK 1/2)到较高的FEC速率(例如BPSK 3/4)将这些模式分类。
  模式   吞吐量(Mb/s)
  BPSK 1/2   6
  BPSK 3/4   9
  QPSK 1/2   12
  QPSK 3/4   18
  16QAM 9/16   27
  16QAM 3/4   36
  64QAM 3/4   54
        表1-HiperLan/2
  模式   吞吐量(Mb/s)
  BPSK 1/2   6
  BPSK 3/4   9
  QPSK 1/2   12
  QPSK 3/4   18
  16QAM 1/2   24
  16QAM 3/4   36
  64QAM 2/3   48
  64QAM 3/4   54
        表2-IEEE 802.11a/g
这些标准使用OFDM调制，因此上面给出的模式对应副载波的调制。
覆盖范围越广，所建立的健壮通信的数目越大，并且吞吐量越低。当以健壮的模式、例如BPSK 1/2进行通信时，覆盖范围广，但是吞吐量低，而当以较高的模式、例如64QAM 3/4进行通信时，吞吐量较大，但是覆盖范围受到限制(对于其它发送模式，参见IEEE 802.11a/g标准)。因此，具有配备了全向天线的台站的无线通信网络表现出有限的覆盖范围和相对低的通信吞吐量。此外，所述通信遭受到使网络的操作恶化的多径效应。而且，在接收中使用天线分集来提高性能的某些系统是公知的。
发明内容
本发明的目的是通过以一般的方式增大网络的吞吐量，来改善如上文中所指出的那样的无线通信网络中的通信。
更具体地说，本发明是一种关于无线通信网络中的发射/接收台站的通信方法，在该方法中，在一台站和多个其它台站之间交换第一多接收机帧，并且在发射台站和接收台站之间交换第二单接收机帧。以全向的方式发送第一帧。以定向的方式发送第二帧。对于根据本发明的通信方法，按照比定向发送更健壮的方式来实现(发送和接收时的)全向发送。
按照根据本发明的方法的另一特征，以比最不健壮的发送更低的吞吐量来实现最健壮的发送。对于根据本发明的通信方法，网络的每个台站配备有：全向天线，具体地说用于发送RTS和CTS帧；以及一个或多个定向天线，用于发送DATA和ACK帧。这一布置具体通过增加单接收机消息的吞吐量而提供了台站之间的吞吐量和通信质量的提高。
对于根据本发明的通信方法，利用具有第一数目的相位的调制来调制单接收机帧，利用具有第二数目的相位的调制来调制多接收机帧，并且相位的第一数目高于相位的第二数目。
优选的是，利用具有多于两个相位的调制来调制单接收机帧，并且利用两个相位的调制来调制多接收机帧。
按照根据本发明的另一特征，利用第一前向纠错速率将单接收机帧编码，利用第二前向纠错将多接收机帧编码，并且第一速率高于第二速率。
根据本发明的特定实施例，利用相同的调制来调制单接收机帧和多接收机帧。
根据本发明的另一方面，所述发送依照属于包括以下内容的集合的标准之一：
-Hiperlan类型2；和
-IEEE 802.11a。
所述发送还可以依照IEEE 802.11g。
本发明扩展到无线通信网络的发射和/或接收台站。所述台站被设计为以全向的方式发送和/或接收多接收机帧，并且以定向的方式发送和/或接收单接收机帧。更准确地说，所述台站包括用于以全向的方式发送和/或接收多接收机帧的部件、以及用于以定向的方式发送和/或接收单接收机帧的部件，按照比采用定向方式的发送更健壮的方式来实现采用全向方式的发送。
根据本发明的一个实施例，所述台站被适配为发送和/或接收利用具有第一数目的相位的调制进行调制的单接收机帧、以及利用具有第二数目的相位的调制进行调制的多接收机帧，所述相位的第一数目高于所述相位的第二数目。
根据本发明的特定实施例，所述台站被适配为发送和/或接收利用具有多于两个相位的调制进行调制的单接收机帧、以及利用两个相位的调制进行调制的多接收机帧。
根据本发明的一个实施例，所述台站被适配为发送和/或接收利用第一前向纠错速率编码的单接收机帧、以及利用第二前向纠错编码的多接收机帧，所述第一速率高于所述第二速率。
根据本发明的特定实施例，所述台站被适配为发送和/或接收利用相同的调制进行调制的单接收机帧和多接收机帧。
根据本发明的发射/接收台站包括至少一个全向天线和一个或多个定向天线，例如相对于彼此以90°定向的4个定向天线。
根据本发明的另一方面，所述台站被适配为依照属于包括以下内容的集合的标准之一来进行发送：
-Hiperlan类型2；和
-IEEE 802.11a。
所述台站还被适配为依照IEEE 802.11g进行发送。
本发明进一步扩展到包括一个或多个这种发射/接收台站的无线通信网络。
附图说明
根据本发明的方法和台站在下文中更详细地进行描述，并由附图示出。
图1是图示根据本发明的无线通信网络中的通信方法的示意图。
图2非常概略地图示了使用根据本发明的方法的网络。
图3非常概略地示出了根据本发明的、配备有四个定向天线和一全向天线的台站。
具体实施方式
利用非常概略的示意图在图1中图示了根据本发明的、用于在台站1、2之间以高吞吐量传递数据的无线通信方法。台站1以全向的方式(全向天线11)传送第一多接收机帧RTS。站2响应于(在其全向天线21上)接收到RTS帧而传送多接收机帧CTS。响应于(在其全向天线11上)接收到CTS帧，台站1(通过定向天线12)传送单接收机帧DATA。响应于(在定向天线22上)接收到DATA帧，台站2返回由台站1在天线12上接收的单接收机帧ACK(天线22)。
因此，所理解的是：对于根据本发明的方法，网络的台站借助于全向天线传送诸如RTS和CTS的多接收机帧，而所述台站借助于定向天线传送和接收诸如DATA和ACK的单接收机帧。
在图2中示出了根据本发明的、具有4个台站1、2、3、4的无线通信网络的拓扑。当然，根据本发明的无线通信网络可以包括更大数目的台站。此图示出了由圆圈5代表的覆盖范围，所述覆盖范围对应当台站1传送多接收机帧RTS时使用台站1的全向天线(以及使用全向天线的接收台站)。还示出了由圆圈6代表的覆盖范围，所述覆盖范围对应当台站2传送多接收机帧CTS时使用台站2的全向天线(和使用全向天线的接收台站)。最后示出了当台站1和2使用其定向天线来发送单接收机帧DATA和ACK时由椭圆7代表的覆盖范围。
台站1至4可以是固定或移动计算机、网络的接入点或音频和视频装置。
在台站1和2之间的通信中，台站3接收RTS帧，该RTS帧包含关于台站1和2之间的通信的持续时间的信息。另外，台站4凭借在图2中示出的网络拓扑接收CTS帧，该CTS帧也包含关于台站1和2之间的通信的持续时间的信息。因此，台站3和4能够以至少在台站1和2之间利用定向天线进行的通信期间保持不活动这样的方式来设置NAV。
当然，台站1和2必须使用公知的算法来确定接收和发送中的最佳定向天线。
具体地说，对发送和接收中的最佳定向天线的选择可以基于对在这两个台站之间交换的测试帧的分析、以及对在每个台站中利用表的更新接收的信号功率的测量结果的分析，其中，与另一台站的定向天线相一致地匹配台站的定向天线，这两个台站的定向天线均可用于发送和接收。
根据低吞吐量的发送模式将全向天线用于传送大小较小的多接收机帧并且因此不需要以高吞吐量来发送它允许非常好的网络覆盖范围，从而将帧之间的干扰和冲突进行最大限度的限制，并且允许其它相邻网络检测活动，这样，后面的这些网络能够切换到另一信道以进行它们的通信。
另外，根据高吞吐量模式将定向发送/接收天线用于传递单接收机帧使得有可能增大网络中的通信吞吐量，其中所述单接收机帧是大小较大的帧。此外，借助于它们的定向性，定向天线提高了信噪比和信扰比，并且因此提高了发送和接收上的天线增益，从而导致网络中的通信的整体改善。
在图3中非常概略地表示出诸如台站1的台站，其包括诸如由圆圈象征性地表示的11的全向天线以及安放在一个并且同一平面内但是相对于彼此以90°定向的4个定向天线12a、12b、12c和12d。
可以布置全向天线11，以便以健壮的发送模式发送和/或接收多接收机帧(例如，利用诸如BPSK 1/2的两个相位的调制来调制多接收机帧)，并且可以布置每个定向天线12a至12d，以便以较高的模式发送或接收单接收机帧(例如，利用诸如QPSK、8PSK、16或64QAM3/4的具有多于两个相位的调制来调制单接收机帧)。应当理解，以比最不健壮的发送更低的吞吐量来实现最健壮的发送。更一般地说，最健壮的发送基于较低吞吐量的物理模式。例如，利用诸如BPSK 1/2(相应的(resp.)QPSK 1/2)的物理模式来调制多接收机帧，并且利用诸如QPSK 1/2(相应的QPSK3/4、或16QAM3/4、或64QAM2/3、或64QAM 3/4)的较高吞吐量的物理模式来调制单接收机帧。
因此，根据本发明的另一实施例，利用诸如QPSK 1/2(相应的QPSK 3/4)的四个相位的调制来调制多接收机帧，并且利用诸如16QAM 1/2(相应的16QAM 3/4、或64QAM2/3、或64QAM 3/4)的多于4个相位的调制来调制单接收机帧。
根据本发明的另一实施例，利用诸如QPSK 1/2(相应的16QAM 1/2)的具有较低FEC速率的四个相位的调制来调制多接收机帧，并且利用诸如QPSK3/4(相应的16QAM 3/4)的具有较高FEC速率的四个相位的调制来调制单接收机帧。
当然，根据本发明的台站可以包括多于或少于4个定向天线。当然，被配置为实现根据本发明的通信方法的台站对于与没有应用根据本发明的通信原理的台站的通信保持兼容。
如果通过多接收机帧和单接收机帧来实现通信，则可以将本发明应用到除了IEEE802.11a/g或者Hiperlan/2标准以外的标准。

Claims (18)

1.一种关于无线通信网络中的发射/接收台站(1，2)的通信方法，在该方法中，在一台站和多个其它台站之间交换第一多接收机帧(RTS，CTS)，并且在发射台站和接收台站之间交换第二单接收机帧(DATA，ACK)，以全向的方式发送所述第一帧，所述方法特征在于，以定向的方式发送所述第二帧，并且按照比采用定向方式的发送更健壮的方式来实现采用全向方式的发送。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以比最不健壮的发送更低的吞吐量来实现最健壮的发送。
3.如权利要求1和2中的任一项所述的方法，其特征在于，利用具有第一数目的相位的调制来调制单接收机帧，并利用具有第二数目的相位的调制来调制多接收机帧，并且所述相位的第一数目高于所述相位的第二数目。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用具有多于两个相位的调制来调制单接收机帧，并且利用两个相位的调制来调制多接收机帧。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，利用第一前向纠错速率将单接收机帧编码，并利用第二前向纠错将多接收机帧编码，并且所述第一速率高于所述第二速率。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用相同的调制来调制单接收机帧和多接收机帧。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述发送依照属于包括以下内容的集合的标准之一：
-Hiperlan类型2；和
-IEEE 802.11a。
8.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述发送依照IEEE 802.11g。
9.一种用于无线通信网络的发射和/或接收台站(1，2，3，4)，其特征在于，所述台站包括用于以全向的方式发送和/或接收多接收机帧的部件、以及以定向的方式发送和/或接收单接收机帧的部件，按照比采用定向方式的发送更健壮的方式来实现采用全向方式的发送。
10.如权利要求9所述的台站，其特征在于，利用具有第一数目的相位的调制来调制单接收机帧，并利用具有第二数目的相位的调制来调制多接收机帧，并且所述相位的第一数目高于所述相位的第二数目。
11.如权利要求10所述的台站，其特征在于，利用具有多于两个相位的调制来调制单接收机帧，并且利用两个相位的调制来调制多接收机帧。
12.如权利要求9至11中的任一项所述的台站，其特征在于，利用第一前向纠错速率将单接收机帧编码，并利用第二前向纠错将多接收机帧编码，并且所述第一速率高于所述第二速率。
13.如权利要求12所述的台站，其特征在于，利用相同的调制来调制单接收机帧和多接收机帧。
14.如权利要求9至13中的任一项所述的台站，其特征在于，其包括至少一个全向天线(11)和一个或多个定向天线(12a，12b，12c，12d)。
15.如权利要求9至14中的任一项所述的台站，其特征在于，其包括相对于彼此以90°定向的4个定向天线。
16.如权利要求9至15中的任一项所述的台站，其特征在于，所述发送依照属于包括以下内容的集合的标准之一：
-Hiperlan类型2；和
-IEEE 802.11a。
17.如权利要求9至15中的任一项所述的台站，其特征在于，所述发送依照IEEE 802.11g。
18.一种无线通信网络，其特征在于，其包括根据权利要求9至17之一的若干发射和/或接收台站(1，2，3，4)。
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