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Hintergrund der Erfindung
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein kabelloses lokales Netzwerk (Wireless
Local Area Network, WLAN) und insbesondere auf Systeme für
die WLAN-Übertragung mit reduziertem Leistungskonsum und
für die Koexistenz von WLAN und anderen Typen von kabellosen Übertragungen
(im Allgemeinen Bluetooth, WiMAX oder anderen) mit höheren
Download-Raten.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER
TECHNIK
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Kabellose
lokale Netzwerke (WLAN)-Module sind in mobilen elektronischen Geräten,
wie z. B. Notebooks, Zellentelefone, tragbare Spielgeräte,
tragbare Multimedia-Wiedergabegeräte, globale Positionierungssysteme(GPS)-Empfänger
und anderen eingebaut, und werden verwendet, um kabellos mit denn
Internet verbunden zu sein, um Web-Seiten anzusehen, um Emails zu
senden und zu empfangen, um online zu chatten/diskutieren, um Multimedia-Inhalte
herunterzuladen und abzuspielen und anderes.
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Da
mobile elektronische Geräte typischerweise eine begrenzte
Batterieleistung bereitstellen, ist die Verlängerung des
Batterielebens ein essenzielles technisches Ziel für einen
Fachmann auf diesem Gebiet. Somit kann die Verringerung des Stromkonsums
eines eingebetteten WLAN-Moduls die Lebenszeit des mobilen elektronischen
Geräts verlängern.
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Mobile
elektronische Geräte sind in steigendem Maße nicht
nur mit WLAN-Modulen, jedoch auch mit Bluetooth, WiMAX-Modulen oder
anderen versehen, um die Konnektivität, mit unterschiedlichen
Partnergeräten oder dem Internet zu verbessern. Da sowohl
beide, die kabellosen WLAN- und Bluetooth/WiMAX Technologien, das
gleiche Spektrum teilen und typischerweise in einer engen physikalischen
Umgebung angeordnet sind, wenn sie in Betrieb sind, Interferenzen
können zwischen ihnen auftreten, falls eine Übertragungs-
oder die Empfangsschlitze nicht entsprechend geplant sind. Die Länge
der Zeitfenster, die den WLAN-Modulen zugeordnet sind, variieren
typischerweise mit dem Bandbreitenbedürfnis des Bluetooth
und/oder WiMAX-Moduls. Somit sind die Effizienz und die flexible
Verwendung des zugeordneten Fensters, um gepufferte Daten von einem
Zugriffspunkt/Access Point oder Station zu empfangen, so wie weniger
Strom zu konsumieren, die Reduzierung der Interferenzwahrscheinlichkeit
mit anderen WLAN-Geräten oder anderes, ebenfalls wichtig
für die Koexistenz von WLAN und Bluetooth/WiMAX.
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Kurzer Überblick über
die Erfindung
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Eine
Ausführungsform eines Systems für die Koexistenz
von Wireless Local Area Network (WLAN) und einem anderen Typ von
kabelloser Übertragung wird bereitgestellt. Ein kabelloses Übertragungsmodul
ist konfiguriert, um Daten in zwei Slots/Schlitzen separiert durch
ein erhältliches Fenster zu übertragen oder zu empfangen.
Ein WLAN-Modul im Stromsparmodus ist konfiguriert, um Informationen
bezüglich des erhältlichen Fensters zu erlangen,
und überträgt eine Polling-Anfrage (PS-Proll)
in einer unterstützten Rate, die höher ist als
jegliche Basisrate in dem erhältlichen Fenster, um gepufferte
Daten von einem Access-Punkt (AP) zu erlangen. Die unterstützte
Rate ist kodiert in einem unterstützten Ratensatz, während
die Basisrate kodiert ist in einem Basisratensatz, beide werden
durch den AP verlautet/mitgeteilt.
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Eine
Ausführungsform eines Systems für eine WLAN-Übertragung
wird bereitgestellt, umfassend zumindest ein Radiofrequenz(RF)-Modul,
ein Basisband-Modul und eine Media-Access-Control(MAC)-Einheit. Die
MAC-Einheit ist konfiguriert, um ein PS-Poll in einer unterstützten
Rate, die höher ist als die Basisrate, über das
RF-Modul und das Basisband-Modul zu übertragen, um gepufferte
Daten von einem AP zu erlangen.
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Eine
Ausführungsform eines Verfahrens zur WLAN-Übertragung
wird bereitgestellt, umfassend zumindest einen Schritt. Ein PS-Poll
wird übertragen in einer unterstützten höheren
Rate, größer als jegliche Basisrate, um gepufferte
Daten von einem AP zu erlangen.
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Eine
detaillierte Beschreibung wird in den folgenden Ausführungsformen
gegeben, mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung kann besser verstanden werden durch Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung und Beispiele mit Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen, wobei:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Wireless Local Area Networks (WLAN)
zeigt;
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2 zeigt
eine Hardware-Architektur einer Ausführungsform eines WLAN-Moduls;
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3 ist
ein Diagramm, das exemplarisch die Interaktionen für das
Liefern von Informationen zeigt, die anzeigen, dass ein WLAN-Modul
in einen Stromspar-Power Saving(PS)-Modus eintritt;
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform eines
Media Access Control(MAC)-Rahmenformates zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das eine exemplarische Interaktionen für
das Erlangen von gepufferten Paketen von einem Access-Punkt (AP)
zeigt;
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6 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Rahmenaustauschs zum Erlangen von
gepufferten Paketen entlang einer Zeitlinie;
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7 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens
zum Erlangen von gepufferten Daten von einem AP darstellt;
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8 zeigt
ein schematisches Diagramm, das eine PS-Poll-Übertragung
zeigt und die Bestätigung in einer Basisrate und einer
unterstützten Rate;
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9A und 9B zeigen
unterstützte Raten-Element-Formate und erweiterte Unterstützungsraten-Element-Formate;
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10 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Zellentelefons, das an einem WLAN
und einem Personal Area Network(PAN)/Persönliches Umgebungs
Netzwerk teilnimmt;
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11 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Interferenz zwischen WLAN und
Bluetooth zeigt;
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12 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Zellentelefons, das an einem WLAN
und einem WiMAX teilnimmt;
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13 ist
ein schematisches Diagramm, das die Interferenzen zwischen WLAN
und WiMAX zeigt;
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14 zeigt
eine Hardware-Architektur einer Ausführungsform eines Systems
für die Koexistenz von WLAN und Bluetooth/WiMAX-Modulen;
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15 ist
ein schematisches Diagramm, das eine HV3-Paket-Übertragung
in jedem sechsten Slot zeigt;
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16 ist
ein Diagramm, das einen exemplarischen Verbindungsstatus für
den asynchronen verbindungsorientierten Link (ACL) zeigt;
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17 ist
ein Diagramm, das Lausch-Anchor/Anker-Punkte zeigt;
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18 ist
ein Diagramm, das eine Datenübertragung zwischen einem
Master- und Slave-Gerät zeigt;
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19 ist
ein Diagramm einer beispielhaften TDD-Rahmenstruktur für
mobiles WiMAX;
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20 ist
ein Diagramm einer beispielhaften Zeitrelevanz von DL-MAP und UL-MAP
(TDD);
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21 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Rahmenaustauschs, um gepufferte
Pakete in einer Zeitlinie mit Bluetooth/WiMAX-Paket-Übertragungen
zu erlangen;
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22 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens
zum Erlangen von gepufferten Daten von einen AP in einem koexistierenden
System zeigt;
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23 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Rahmenaustauschs der unterschiedliche
Raten verwendet zum Erlangen von gepufferten Paketen in einer Zeitlinie
mit einer Bluetooth/WiMAX-Paket-Übertragung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
folgende Beschreibung ist die beste Ausführungsform zur
Ausführung der Erfindung. Die Beschreibung wurde zum Zwecke
der Darstellung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung gemacht,
und sollte nicht in beschränkender Weise betrachtet werden.
Der Schutzumfang der Erfindung ergibt sich aus den beigefügten Ansprüchen.
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Ein
kabelloses lokales Netzwerk (WLAN) ist typischerweise als eine Erweiterung
eines verkabelten LANs innerhalb eines Gebäudes implementiert
und kann die letzten Meter einer Verbindung zwischen einem verkabelten
Netzwerk und einem mobilen oder feststehenden Gerät bereitstellen.
WLAN basiert auf dem IEEE 802.11-Standard. Die
meisten WLAN arbeiten im lizenzfreien 2.4 GHz Frequenzband und haben
Durchsatzraten von mehr als 2 Mbps. Der 802.11g-Standard ist
nur eine direkte Sequenz und stellt Durchsatzraten von mehr als
11 Mbps bereit. Der 802.11g-Standard arbeitet mit
einer Maximum-Roh-Datenrate von 54 Mbit/s, oder von 19 Mbit/s netto
Durchsatz. Wie in 11 gezeigt wird, ist ein Zugriffspunkt/Access
Point/Basisstation 111 oder 113 mit dem LAN durch
die Verwendung von einem Internetkabel 120 verbunden. Die
Zugriffspunkte (APs) 111 und 113 erlangen speichern
und übertragen typischerweise Daten zwischen dem WLAN und
der verkabelten Netzwerk-Infrastruktur. Jeder Zugriffspunkt kann
im Durchschnitt zwanzig Geräte unterstützen und hat
eine Abdeckung von 20 m in einem Bereich mit Hindernissen (Wänden,
Treppen, Aufzüge) und bis zu 100 m in Bereichen mit ununterbrochener
Sichtlinie. Ein WLAN-Modul 131a, 133a, 135a oder 137a verbindet
den Benutzer über einen Zugriffspunkt 111 oder 113 mit
dem Rest des LANs und kann ausgestattet sein mit oder voll integriert
sein innerhalb eines mobilen oder festen Geräts, wie zum
Beispiel einem Personal Computer 131, einem Notebook 131 oder
tragbaren Spielgerät 135, einem zellularen Telefon 137 oder
anderen.
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Die
Hardware-Architektur einer Ausführungsform eines WLAN-Moduls 20 (kann
ebenfalls als eine Nicht-AP-Station bezeichnet werden), wie in 2 gezeigt,
umfasst zumindest eine Antenne 210, ein Funkfrequenz (RF)
Modul 220, ein Basisband-Modul 230 und eine Medien-Zugriffs-Kontroll
(MAC) Einheit 240, die mit Strom versorgt werden durch
eine installierte Batterie 250. Das RF-Modul 220 empfängt
kabellose Funkfrequenz-Signale, konvertiert die empfangenen Signale
in Basisband-Signale, die durch ein Basisband-Modul 230 bearbeitet
werden oder empfängt Basisband-Signale vom Basisband-Modul 230 und
konvertiert die empfangenen Signale in kabellose Funkfrequenz-Signale,
die an den Zugangspunkt/Basisstation 111 oder 113 übertragen
werden. Das RF-Modul 220 führt die Radiofrequenz-Konvertierung
durch. Ein Mixer, der auf dem RF-Modul 220 angeordnet ist,
multipliziert die Basisband-Signale mit einem Träger, der
in der Funkfrequenz eines WLANs oszilliert. Das Basisband-Modul 230 konvertiert
weiterhin die Basisband-Signale in Digital-Signale und bearbeitet
die digitalen Signale und umgekehrt. Die Hartware-Schaltkreise beziehen
sich auf analoge zu digitale Konvertierung (ADC)/Digital-zu Analog-Konvertierung
(DAC), Gain-Anpassung, Modulation/Demodulation, Kodierung/Dekodierung
usw. und sind im Basisband-Modul 230 installiert. Die MAC-Einheit 240 führt ein
Carrier Sense Multiple Access mit einer Collision Avoidance/Verhinderungs(CSMA/CA)-Mechanismus durch.
Das CSMA/CA-Protokoll arbeitet wie folgt. Die MAC-Einheit 240,
die darauf wartet zu übertragen, lauscht am Medium mit
der Hilfe der Antenne 210, RF-Modul 220 und Basisband-Modul 230.
Falls das Medium 230 belegt ist (im Allgemeinen überträgt
ein anderes WLAN-Gerät), so verschiebt die MAC-Einheit 240 die Übertragung
auf einen späteren Zeitpunkt. Falls das Medium für
eine spezifische Zeit als frei erkannt wird (benannt als Distributed
Inter Frame Space (DIFS) im Standard), dann ist die MAC- Einheit 240 berechtigt,
Pakete zu übertragen. Die AP 111 oder 113 überprüft
den Cyclic Redundancy Check (CRC)/zyklische Redundanz-Überprüfung
Code der empfangenen Pakete und sendet Bestätigungspakete
(ACK). Ein Empfang der ACK zeigt der MAC-Einheit 240 an,
dass keine Kollision aufgetreten ist. Falls die MAC-Einheit 240 kein
ACK empfängt, überträgt sie die Fragmente,
bis sie ein ACK empfängt oder es wird weggeworfen nach
einer Anzahl von erneuten Übertragungen.
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Um
die Batterie-Lebensdauer zu verlängern, geht das WLAN-Modul
131a,
133a,
135a oder
137a in einen
Strom-Spar(PS)-Modus (auch als Schlaf-Modus bezeichnet) für
lange Zeitperioden. Eine Information, die anzeigt, dass in den PS-Modus
nach dem Übertragen dieses Rahmens, eingetreten wird, wird
ebenfalls an die AP
111 oder
113 gemeldet, wie
in
3 gezeigt. Die Information wird durch ein Power-Management-Bit
420 eines
Rahmen-Kontrollfeldes
410 der MAC-Daten
400 übertragen,
wie in
4 gezeigt. Im Folgenden behält die AP
111 oder
113 einen
kontinuierlich aufgefrischten Rekord des WLAN-Moduls
131a,
133a,
135a und
137a,
die im aktuellen PS-Modus arbeiten, und puffert die Pakete, die
an das WLAN-Modul adressiert sind, bis das WLAN-Modul die Pakete
spezifisch durch Senden einer Polling-Anfrage (kurz in PS-Poll)
Anfragt. Als Teil eines Beacon/Warn-Rahmens überträgt
die AP
111 oder
113 periodisch Information, die
anzeigen, welche WLAN-Module Pakete haben, die im AP gepuffert sind,
wobei die Information in eine, Verkehrsindikations-Karten-(TIM)Informationselement
des Rahmen-Körper-Feldes
460 der MAC-Daten
400 transportiert
wird. Somit wachen die WLAN-Module
131a,
133a,
135a und
137a periodisch
auf, um Beacon/Warn-Rahmen zu empfangen. Wenn dort eine Anzeige
ist, die anzeigt, dass zumindest ein Paket am AP
111 oder
113 gespeichert
ist und auf die Zustellung wartet, dann bleibt das korrespondierende
WLAN-Modul wach und sendet ein PS-Poll an die AP, um die gepufferten
Pakete zu erlangen. Die Signalisierung zwischen diesen für
die Erlangung der gepufferten Pakete kann aus
5 entnommen
werden. Weiterhin, falls dort eine Anzeige ist, die anzeigt, dass
mehr Daten am AP
111 oder
113 in den empfangenen
Datenrahmen oder Managementrahmen gespeichert sind, welche in einem
weiteren Datenbit
430 des Rahmen-Kontrollfelds
410 der
MAC-Daten
400 transportiert wird, dann bleibt das korrespondierende
WLAN-Modul wach und sendet einen PS-Poll an die AP. Der Beacon-Rahmen,
PS-Poll, Bestätigung und Datenrahmen können unterschieden
werden durch den Typ und die Untertyp-Bits
440 und
450 des
Rahmen-Kontrollfeldes
410 der MAC-Daten
400. Details
der Werte können aus folgender Tabelle entnommen werden:
| Typ
des Wertes | Typ
der Beschreibung | Untertyp
des Wertes | Untertyp
der Beschreibung |
| 00 | Management | 0001 | Association
Response/Zugeordnete Antwort |
| 00 | Management | 0011 | Reassociation
Response/Wiederzugeordnete Antwort |
| 00 | Management | 0101 | Probe
Response /Prüf Antwort |
| 00 | Management | 1000 | Beacon/Warn |
| 01 | Kontrolle | 1010 | PS-Poll |
| 01 | Kontrolle | 1101 | Bestätigung |
| 10 | Daten | 0000 | Daten |
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Die
2007 802.11 Spezifikation (ISBN 0-7381-5656-9)
zeigt, dass die Kontrollrahmen, die einen Rahmenaustausch initiieren, übertragen
werden sollen in einer der Basisraten in dem BSS-Basis RateSet-Parameter
des Beacon-Rahmens. Der Basis-Ratensatz enthält typischerweise
1 M und 2 M-Bytes pro Sekunde (b/s). 6 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Rahmenaustauschs zum Erlangen von
gepufferten Paketen in einer Zeitlinie. Nach dem Empfangen eines
PS-Poll 610 in einer Basisrate, antwortet die AP 111 oder 113 mit
einer Bestätigung 630 in einer Rate, die gleich
oder langsamer ist als die Empfangsrate des PS-Poll. Die Ausgabe
eines PS-Poll 610 in 1 und 2 Mb/s können 352 und
176 Mikrosekunden (μs) jeweils benötigen und die
Ausgabe der Bestätigung 620 mit 1 und 2 Mb/s können
304 μs und 152 μs jeweils betragen. Es versteht sich,
dass die längere Zeitdauer, die das WLAN-Modul verwendet,
um das PS-Poll zu übertragen oder die Bestätigung
zu empfangen, mehr Batterieleistung konsumiert. Daraus ergibt sich,
dass die PS-Poll-Übertragung und der Bestätigungsempfang
in einer Basisrate typischerweise längerer Zeit bedarf
und somit mehr Batterieleistung konsumiert als in einer höheren
Rate.
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Um
die Bearbeitungszeit und/oder Strom zu sparen, wird in einer Ausführungsform
ein Verfahren eingeführt, um das PS-Poll in einer unterstützten
Rate (optimal wird 24 Mb/s erreicht) in einem ersten Anlauf zu übertragen.
Theoretisch können die korrespondierenden Bestätigungen
und die gepufferten Daten später erfolgreich erlangt werden.
Die erhöhte Datenrate kann jedoch die Bit-Fehlerrate (BER)
erhöhen oder die effektive Reichweite verkürzen,
was in einem nicht erfolgreichen Empfangen des PS-Polls durch die
AP resultiert. Daraus ergibt sich, dass die vorgeschlagene Ausführungsform
das PS-Poll in einer Basisrate mit folgenden Anläufen überträgt,
wenn die gepufferten Daten nicht erfolgreich erlangt werden. Ein
Ablauf, wie er in 7 gezeigt wird, wird wiederholt
durchgeführt, wenn die WLAN-Module 131a, 133a, 145a oder 137a aufwachen. Am
Anfang werden Informationen durch die WLAN-Module 131a, 133a, 135a oder 137a unter
Berücksichtigung eines Daten-Pufferstatus erlangt, der
anzeigt, ob Daten in der AP (Schritt S. 711) gepuffert
sind. Die Information kann von einem volatilen Speicher erlangt
werden, der von einem TIM-Informationselement des Rahmen-Körperfeldes 460 erkannt
wird, von den MAC-Daten 400 von einem vorher empfangenen
Beacon-Rahmen oder von einem weiteren Datenbit 430 eines
vorher empfangenen Daten- oder Managementrahmens. Der Prozess endet,
wenn keine gepufferten Daten mehr herunterzuladen sind. Wenn gepufferte
Daten herunterzuladen sind, werden unterstützte und Basisratensätze,
die durch die AP mitgeteilt wurden, vom gepufferten Speicher erlangt
(Schritt S. 731). Die unterstützten und die Basisratensätze
können vorhergehend von einem Beacon, einer Probeantwort,
einem Zugeordneten-Antwort- oder einer Wiederzuordnungssantwort Managementrahmen
erlangt werden und im Speicher gepuffert werden. Mit dem Managementrahmen
wird jede unterstützte Rate, die in dem BSSBasicRateSet-Parameter
codiert ist, als ein Oktett mit dem signifikanten Bit (MSB, Bit
7) auf 1 gesetzt und die Bits 6 bis 0 werden auf die Datenrate gesetzt. 9A und 9B zeigen jeweils
die unterstützten Ratenelement-Formate und die erweiterten
unterstützten Ratenelement-Formate. Zum Beispiel ist eine
2,25 Mb/s-Rate, die in dem BSSBasicRateSet-Parameter enthalten ist,
codiert als X'85'. Raten, die nicht in dem BSSBasicRateSet-Parameter
enthalten sind mit einer auf 0 gesetzten MSB, codiert und die Bits
6 bis 0 werden auf einen entsprechenden Wert von einer vorbestimmten
zulässigen Bereichstabelle gesetzt (z. B. eine 2 Mb/s-Rate,
die nicht im BSSBasicRateSet-Parameter enthalten ist, wird codiert
als X'04'). Eine unterstützte Rate wird von dem erlangten
unterstützten Ratensatz (Schritt S. 733) ausgewählt
und ein PS-Poll wird an die AP in der ausgewählten Rate
(Schritt S. 735) übertragen, um die Übertragungszeit
und den Stromkonsum zu reduzieren. So werden z. B. um 352 μs
und 304 μs beim Übertragen des PS-Poll und das
Antworten mit einer Bestätigung mit einem 1 Mb/s (eine
Basisrate) jeweils konsumiert, wie in 811 und 813 der 8 gezeigt,
wo hingegen 110 μs und 34 μs konsumiert werden
durch Übertragung der gepufferten 240 Bytes eines Voice
over Internet Protocols (VoIP)-Pakets bei 24 Mb/s und der Antwort
mit einer Bestätigung in 24 Mb/s (eine der jeweils unterstützten
Raten), wie in 815 und 817 der 8 gezeigt.
In diesem Falle wird der Großteil der benötigten
Zeit (ca. 82%) dafür aufgebracht, um die Bestätigung
des PS-Poll in einer langsamen Basisrate zu übertragen.
Bei 24 Mb/s wird die Übertragungszeit der PS-Polls reduziert
auf 34 μs, wie in 831 der 8 gezeigt,
das darin resultiert, dass die Bestätigungsübertragungszeit
auf 34 μs reduziert wird. Danach wird versucht, die gepufferten
Daten, die auf eine Bestätigung folgen, zu empfangen (Schritt
S. 739). Der Prozess endet, wenn die geforderten Daten
erfolgreich empfangen wurden. Ein fehlerhafter Datenempfang kann bestimmt
werden, wenn keine Bestätigung durch das WLAN-Modul nach
10 μs (auch bezeichnet als kürzester Zwischenrahmen-Abstand,
SIFS), folgend auf die Ausgabe eines PS-Polls, empfangen wird. Anderenfalls
ist es notwendig, dass das PS-Poll erneut übertragen wird,
bis die gepufferten Daten erfolgreich erlangt werden. In jedem darauffolgenden
Versuch wird eine Basisrate von dem erlangten Basisratensatz (Schritt
S. 751) ausgewählt und ein PS-Poll wird an die
AP in der ausgewählten Rate übertragen (Schritt
S. 735), um das PS-Poll mit einer geringeren BER oder einer
längeren effektiven Reichweite auszuliefern.
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Aus
der 10 wird deutlich, dass ein zellulares Telefon 1031 mit
einem WLAN über ein WLAN-Modul 1031a verbunden
sein kann und weiterhin mit einem Bluetooth-Handset 1033 (oder
einem Bluetooth-Autoradio oder anderen) durch Bluetooth-Module 1031b und 1033b kommuniziert.
Bluetooth ist ein offenes kabelloses Protokoll zum Austausch von
Daten über eine kurze Distanz von festen und mobilen Geräten
zur Erzeugung eines Persönlichen-Bereichs-Netzwerken (PANs).
Die VoIP-Daten vom Internet können durch die WLAN-Verbindung
erlangt werden und umgekehrt. Dann kann das zellulare Telefon 1031 die
Sprachdaten durch das aufgebaute PAN an das Bluetooth-Handset 1033 übertragen
und empfängt Sprachsignale, die durch ein Mikrofon eines
Bluetooth-Handsets 1033 über das Bluetooth-Modul 1031b aufgefangen
wurden. Das Bluetooth-Handset 1033 kann ebenfalls als kabelloser
Kopfhörer verwendet werden, um Musik abzuspielen, die vom
zellularen Telefon 1031 geliefert wird. WLAN und Bluetooth
belegen jeweils einen Bereich des 2,4 GHz Industriellen, Wissenschaftlichen
und Medizinischen (ISM)-Bandes, das 83 MHz breit ist. Wie in 11 gezeigt
wird, verwendet Bluetooth ein Frequency Hopping Spread Spectrum
(FHSS) und ist berechtigt, zwischen 79 unterschiedlichen 1 MHz-beabstandeten
Kanälen in dem Band zu springen. WLAN verwendet Direct
Sequence Spread Spectrum (DSSS) anstatt des FHSS. Sein Träger
verbleibt zentriert auf einem Kanal, der 22 MHz breit ist. Wenn
das WLAN-Modul 1031a und das Bluetooth-Modul 1031b im
gleichen Bereich arbeiten, belegt der 22 MHz-weite WLAN-Kanal den
gleichen Frequenzbereich wie die 22 der 79 Bluetooth-Kanäle,
die ein 1 MHz breit sind. Wenn eine Bluetooth-Übertragung
in einer Frequenz stattfindet, die innerhalb des Frequenzbereichs
liegt, der durch eine gleichzeitige WLAN-Übertragung belegt
wird, kann ein bestimmter Grad von Interferenz auftreten, abhängig
von der Stärke eines jeden Signals. Da beide, sowohl das
WLAN-Modul 1031a als auch das Bluetooth-Modul 1031b,
sich das Spektrum teilen und oftmals in einer engen physikalischen
Umgebung zueinander angeordnet sind, ist die Verhinderung von Interferenzen
zwischen ihnen notwendig.
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IEEE
802.16 (WiMAX) stellt einen Standard für kabellosen
Breitband-Zugriff bereit und ist entwickelt für außen
und weit entfernte Trägerklassen-Anwendungen mit einen
hohen Durchsatz. Wie aus 12 deutlich
wird, kann ein zellulares Telefon 1231 über ein
WLAN-Modul 1231a verbunden sein und weiterhin eine WiMAX
Basisstation 1251 durch ein WiMAX-Modul 1231b belegen,
wobei ein WLAN-Zugriffspunkt 1201 innerhalb der 802.16-Zelle
angeordnet ist. Die 802.16 Standard unterstützt
sowohl das lizenzierte als auch lizenzbefreite Spektrum, wobei 802.16a den
Betrieb in dem 2–10 GHz-Band spezifiziert, das Rohdaten-Raten
bis zu 75 Mb/s mit variablen Kanal-Bandbreiten von 1.5 MHz bis 20
MHz unterstützen. Das WiMAX-Modul 1231b kann Orthogonal
Frequenz-Division Multiplexing (OFDM) mit 20 MHz-Bandbreite verwenden.
Drei nicht überlappende Kanäle können
verwendet werden, wie in 13 gezeigt,
mit den Markierungen CH131 bis CH133. Das WLAN-Modul 1231a kann
Direct-Sequence-Spread-Spectrum (DSSS) mit einer 22MHz breiten Bandbreite
verwenden. Insgesamt kann es bis zu 11 überlappende Kanäle,
die durch ein WLAN beansprucht wurden, in einem ISM-Band geben.
Wenn eine WiMAX-Übertragung in einer Frequenz stattfindet,
die innerhalb des Frequenzbereichs liegt, der durch eine simultane
WLAN-Übertragung belegt wird, kann ein bestimmtes Maß von
Interferenz auftreten, abhängig von der Starke eines jeden
Signals. Daraus ergibt sich, dass ein Vermeiden von Interferenzen
zwischen WiMAX- und WLAN-Übertragungen wichtig ist.
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Die
Hardware-Architektur einer Ausführungsform eines koexistierenden
Systems 1400 umfasst zumindest ein WLAN-Modul 1410,
ein Bluetooth/WiMAX-Modul 1430 und einen Schiedsrichter 1451,
die durch ein Batterie-Modul 1471 versorgt werden, wie
in 14 gezeigt wird. Jedes der WLAN- und Bluetooth/WiMAX-Module 1410 und 1430 weist
eine Antenne 1411 oder 1431, ein Basisband-Modul 1415 oder 1435 und eine
MAC-Einheit 1417 oder 1437 auf. Ein Fachmann auf
dem Gebiet kann die Antennen 1411 und 1431 in eine
einzige Antenne integrieren und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Das RF-Modul 1433 führt ähnliche Operationen
durch, wie das RF-Modul 220 bei der Kommunikation mit dem
Bluetooth-Handset 1033 oder der WiMAX-Basisstation 1251 und
wird im Folgenden lediglich kurz beschrieben. Das Bluetooth/WiMAX-Basisband-Modul 1435 führt ähnliche
Operationen durch, wie das Basisband-Modul 230 und wird
im Folgenden lediglich kurz beschrieben. Für den Betrieb
der WLAN MAC-Einheit 1417 wird Bezug genommen auf die obige Beschreibung
der MAC-Einheit 240. Der Schiedsrichter 1451 koordiniert
das Senden-Empfangen zwischen der WLAN MAC-Einheit 14717 und
der Bluetooth/WiMAC-Einheit 1437 durch Beanspruchung von
Zeitschlitzen für ihre Verbindungen, um Interferenzen zwischen
ihnen zu verhindern.
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Der
Bluetooth-Server 1033 kann als Master-Gerät arbeiten,
das das PAN-Modul kontrolliert, und das Bluetooth-Modul 1430 kann
als Slave-Gerät arbeiten, das kabellos mit dem Master-Gerät
verbunden ist. Zwei Typen von Verbindungen können für
die Kommunikation zwischen einem Master-Gerät und einem
Slave-Gerät verwendet werden: SCO/eSCO (synchron verbindungsorientierte/erweiterte
synchron verbindungsorientierte) Links/Verbindungen; und ACL (asynchron
verbindungsorientierte) Verbindungen. Die SCO/eSCO-Verbindung (auch
als synchronisierte Verbindung bezeichnet) ist eine symmetrische
Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem Master-Gerät und
einem spezifischen Slave-Gerät. Das Master-Gerät
hält den SCO/eSCO-Link /Verbindung durch verwenden von
reservierten Zeitschlitzen in regelmäßigen Intervallen
aufrecht. Nach dem Aufbau einer SCO/eSCO-Verbindung werden einige
synchrone Pakete (wie HV- und DV-Pakete), die typischerweise für
Sprachübertragung verwendet werden, nicht erneut übertragen.
Das Master-Gerät sendet synchrone Pakete in wiederkehrenden
Intervallen, z. B. alle 2, 4 oder 6 Zeitschlitze, abhängig
vom Pakettyp, der für die Übertragung verwendet
wird, wobei jeder Schlitz typischerweise ist 625 μs. HV-
und DV-Pakete werden typischerweise über die SCO-Verbindung übertragen
und EV- Pakete werden typischerweise über die eSCO-Verbindung übertragen.
Exemplarische HV3-Paketübertragungen aller sechs Schlitze
werden in 15 gezeigt. Die ACL-Verbindung
(auch als asynchrone Verbindung bezeichnet) ist eine Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung zwischen
dem Master-Gerät und allen Slawe-Geräten, die
in einem PAN teilnehmen. Kein Schlitz ist reserviert für
den ACL-Link. Das Master-Gerät baut einen ACL-Link auf
einer Per-Schlitzbasis zu jedem Slawe-Gerät auf. Nach dem
Aufbauen der ACL-Verbindung (im Allgemeinen Eintreten in einen Verbindungsstatus),
werden ACL-Pakete (wie z. B. DM, DH und AUX-Pakete) typischerweise
für die Datenübertragung verwendet. Zusätzlich überträgt
das Mastergerät regelmäßig Pakete, um
Slawe-Geräte mit dem Kanal zu synchronisieren. Ein beispielhafter
Verbindungszustand für eine ACL-Verbindung wird in 16 gezeigt.
Während des aktiven Modus des Verbindungsstatus 1610 partizipieren
beide, Master- und Slave-Geräte, aktiv auf einem Kanal.
Das Master-Gerät plant die Übertragung basierend
auf dem Verkehrsbedarf zu und von unterschiedlichen Slawe-Geräten.
Falls ein aktives Slawe-Gerät nicht adressiert wurde, schläft
das aktive Slawe-Gerät bis zur nächsten Master-Übertragung.
Während eines Lauschmodus des Verbindungsstatus 1630 werden
die Slots, auf denen ein Slawe-Gerät lauscht, reduziert,
um den Strom zu sparen. Zusätzlich schaltet, während
des Lauschmodus 1630, nach Empfangen des Sniff-Anker-Punkts
das Mastergerät zwischen dem Übertragen und Empfangen
von Paketen an und von einem Slawe-Gerät beim Lauschversuche
enthaltend 2, 4, 6 oder 8 Slots oder mehr um.. 17 zeigt
die Sniff-Anker-Punkte. Die Sniff-Anker-Punkte sind regelmäßig
beabstandet mit einem Intervall von Tsniff..
Während eines aktiven Modus eines Verbindungsstaus M1610 überträgt
das Mastergerät Daten zu einem Slawe-Gerät in
einem der Master-zu-Slawe Slots. Während des Sniff-Modus 1630 überträgt
ein Mastergerät Daten zu einem Slawe-Gerät in
einem oder mehreren der Master-zu-Slave-Zeitschlitzen eines Lauschversuches
nach einem Sniff-Anker-Punkt (im Allgemeinen ein Sniff-Versuch von
Tsniff der 17 nach einem Lausch-Anker-Punkt). 18 ist
ein Diagramm, das eine Datenübertragung zwischen Master-
und Slawe Geräten darstellt. In beiden Aktiv- und Lausch-Modi überträgt
ein Slawe-Gerät Daten an ein Master-Gerät in einem
Slawe-zu-Master-Schlitz nach Empfangen der Daten von dem Master-Gerät
in einem vorhergehenden Master-zu-Slawe-Schlitz. Ein Slawe-Gerät
kann ein Daten-Paket (auch als übertragene Daten bezeichnet)
oder ein Null-Paket (auch als eine Bestätigung bezeichnet)
an ein Master-Gerät nach Empfangen eines Poll/Null-Pakets
(auch als Pollen durch den Master-Knoten bezeichnet) oder eines
Daten-Paket (auch als empfangene Daten bezeichnet) von dem Master-Gerät übertragen.
Um ein Abbrechen des ACL-Links während eines aktiven Modus 1610 zu
verhindern, lauscht ein Slave-Gerät regelmäßig
in einen Master-zu-Slawe-Zeitschlitz und während des Lausch-Modus 1630 lauscht
ein Slawe-Gerät in einem Master-zu-Slawe-Slot, wenn die
Lausch- Anker-Punkte erreicht werden. Es sollte verstanden werden,
dass der ACL-Link zu einem Slave-Gerät automatisch durch
ein Master-Gerät beendet wird, falls keine Antwort, nach
einer vorbestimmten Anzahl von Pollings oder Übertragungen
empfangen wird, oder für eine vorbestimmte Zeitperiode.
Aus 10 ist zu erkennen, dass das zellulare Telefon 1031 und
das Bluetooth-Handset/Kopfhörer 1033 kompatibel
mit Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) sein kann. Ein uni-direktionaler
2-Kanal Stereo-Audio-Strom, wie z. B. MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, Advanced
Audio Coding (AAC), Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC) oder
andere Audio-Ströme können vom Bluetooth-Modul 1430 an
den Bluetooth-Kopfhörer geliefert werden unter Verwendung
der ACL-Verbindung. Der Schiedsrichter 1451 kann nicht
verwendete Bluetooth-Schlitze für das WLAN-Modul 1410 belegen,
um gepufferte Pakete vom AP 1011 zu erlangen.
-
Aus
der 14 wird deutlich, dass die WiMAX MAC-Einheit 1437 einen
Downlink-Unterrahmen von der WiMAX-Basis-Station 10251 erlangen
kann, der Rahmen-Konfigurationsinformation bereitstellt, wie z.
B. eine MAP-Nachrichtenlänge, das Modulations- und Codierungs-Schema
und die verwendbaren Unterträger. Wie in 19 gezeigt,
beginnt der Downlink-Unterrahmen mit einer Downlink-Präambel,
die für physikalische Layer-Prozeduren, wie z. B. Zeit-
und Frequenz-Synchronisation und initiale Kanal-Schätzung
verwendet wird. Das WiMAX-Modul 1430 kann Daten-Regionen
innerhalb eines Rahmens belegen und diese Belegungen werden in den
Uplink- und Downlink-MAP-Nachrichten (DL-MAP and UL-MAP) 1910 spezifiziert,
die folgend auf einen Rahmen-Kontroll-Header bzw. – Kopf
(FCH) 1920 übertragen werden. 20 zeigt,
dass die DL-MAP-Nachricht die Slot-Belegung des aktuellen DL-Unterrahmens
für alle Benutzer, umfassend das WiMAX-Modul 1430 spezifiziert,
während die UL-MAP-Nachricht, die Slot-Belegung des nächsten
UL-Unterrahmens spezifiziert. Der Schiedsrichter 1451 kann
entsprechend ungenutzte WiMAX-Slots für das WLAN-Modul 1410 belegen,
um gepufferte Pakete von der AP 1011 zu erlangen.
-
Die
unverwendeten Slots, die oben genannt wurden (können ebenso
als erhältliche Fenster bezeichnet sein), zwischen den
zwei Bluetooth oder WiMAX-Übertragungen, können
jedoch zu kurz sein, um sicherzustellen, dass die gepufferten Pakete
erfolgreich erlangt werden können, wenn ein PS-Poll unter
Verwendung der Basis-Rate übertragen wird. Zum Beispiel,
da das erhältliche Fenster für eine Bluetooth
A2DP-Übertragung oder andere, bezeichnet als t1 in
der 21, um 800 μs oder weniger liegt, interferiert
die BT/WiMAX-Paket-Übertragung während t2 mit der gepufferten Paket-Übertragung 2130,
die auf ein PS-Poll in 1 oder 2 Mb/s folgt und die Bestätigung 2150 kann
nicht an die AP 1011 oder 1201 geantwortet werden.
Weiterhin, wie bereits diskutiert wurde, wird bei der Verwendung
der Basisrate (im Allgemeinen eine geringere Rate) zum Senden des
PS-Polls mehr Batterieleistung und Bearbeitungszeit konsumiert,
während das Verwenden der unterstützten Raten
(im Allgemeinen höhere Raten) dazu führen kann,
dass ein nicht erfolgreiches Empfangen des PS-Polls aus der höheren
BER oder dem kürzeren effektiven Bereich resultiert. Eine
Ausführungsform eines Verfahrens, wie in 22 gezeigt
und einer WLAN MAC-Einheit 1417 ausgeführt, wird
eingeführt, um die genannten Nachteile auszugleichen und
effizient die gepufferten Pakete von der AP zu erlangen. Die erhältliche Fensterlänge,
Basisraten-Sätze und unterstützende Ratensätze
werden vom WLAN-Modul 1031a, 1231a oder 1410 (insbesondere 1417)
erlangt, sobald diese aufwachen (Schritt S2211). Die erhältliche
Fensterlänge kann von einem Schlitz erlangt werden, der
durch einen Schiedsrichter 1451 (auch bezeichnet als zentralisiertes Scheduling)
verplant wird, oder durch eine WLAN-MAC-Einheit 1417 angefordert
werden und darauffolgend durch den Schiedsrichter 1451 (auch
bezeichnet als Ad-hoc-Anfrage und -Antwort) bestätigt wird.
Die Basis und unterstützten Ratensätze können
von einem gepufferten Speicher erlangt werden, der sie von einen
Beacon, Probe-Response, Association-Response oder Reassociation-Response
Management-Rahmen erlangt, wie bereits oben beschrieben wurde. Es
wird festgelegt, in einen unterstützten Raten-Modus einzutreten,
wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt wird
(Schritt S2231):
- (1) die erhältliche
Fensterlänge ist nicht ausreichend genug, um die gepufferten
Pakete zu erlangen, die auf PS-Poll in jeglicher Basis-Rate erfolgen;
- (2) die verbleibende Batterieleistung ist geringer als der vorbestimmte
Grenzwert; und
- (3) eine Stärke des Empfangssignals von der AP 1011 oder 1201 übersteigt
einen vorbestimmten Grenzwert.
-
Anderenfalls
wird ein Basis-Raten-Modus bestimmt (Schritt S2231). Im Basis-Raten-Modus
wird eine Rate ausgewählt von dem Basis-Ratensatz (Schritt
S2251) und ein PS-Poll wird in der ausgewählten Basis-Rate
an die AP 1011 oder 1201 übertragen (Schritt
S2253). In dem unterstützten Raten-Modus wird eine Rate
aus dem unterstützten Ratensatz (Schritt S2271) ausgewählt
und ein PS-Poll wird in der ausgewählten unterstützten
Rate an die AP 1011 oder 1201 übertragen
(Schritt S2273). Es versteht sich, dass beim unterstützten
Raten-Modus, wie er im unteren Teil der 23 gezeigt
wird, die gepufferte Paket-Übertragung 2310 und
die korrespondierende Bestätigung 2330, die auf
ein PS-Poll folgen, und der korrespondierenden ACK-Rahmen in 24
Mb/s in das erhältliche Fenster t1 passen,
welches kleiner ist als 800 μs, was eine Interferenz mit
der Bluetooth/WiMAX-Paket-Übertragung verhindert.
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Auch
wenn die Erfindung durch Beispiele und den Bezug auf bevorzugte
Ausführungsformen beschrieben wurde versteht es sich, dass
die Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Ein Fachmann
auf diesem Gebiet kann weiterhin eine Vielzahl von Veränderungen
und Modifikationen durchführen, ohne vom Schutzumfang und
Geist der Erfindung abzuweichen. Daraus ergibt sich, dass der Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Ansprüche
und Äquivalente definiert werden soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - IEEE 802.11-Standard [0034]
- - 802.11g-Standard [0034]
- - 802.11g-Standard [0034]
- - ISBN 0-7381-5656-9 [0037]
- - IEEE 802.16 [0040]
- - 802.16 Standard [0040]
- - 802.16a [0040]