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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein drahtlose Kommunikation.
Insbesondere betrifft die Erfindung Medium-Zugriffssteuerungs-(MAC)Datenblöcke und
Mechanismen, die es drahtlosen Geräten, die mehr als einer konkurrierenden
Antennenkonfiguration befähigt
sind, ermöglichen,
für irgendeine
solcher Konfigurationen durch MAC-Datenblöcke konfiguriert zu werden,
die von anderen drahtlosen Geräten,
wie Zugangspunkten, gesendet werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Anfänglich wurden
Computer meist typischerweise in allein stehender Weise verwendet.
Es ist nun für Computer
und andere Arten von elektronischen Geräten gängig, miteinander über Netzwerke
zu kommunizieren. Die Fähigkeit
von Computern, miteinander zu kommunizieren, führte zur Bildung von kleinen
Netzwerken, die zwei oder drei Computer enthalten, bis zu riesigen
Netzwerken, die hunderte oder gar tausende Computer enthalten. Netzwerke
können
arrangiert werden, um eine breite Auswahl an Fähigkeiten zu bieten. Zum Beispiel
können
vernetzte Computer eingerichtet werden, um es jedem Computer zu
ermöglichen,
ein zentralisiertes Massenspeicher-Gerät oder einen zentralisierten
Drucker zu teilen. Weiter ermöglichen
Netzwerke elektronische Post und zahlreiche andere Dienstarten.
Netzwerke wurden in verkabelter Gestaltung eingeführt, in
der jede Einheit im Netzwerk eine direkte physikalische elektrische
Verbindung zum Netzwerk besitzt. Seit kürzerem haben es Fortschritte
in kabelloser Technologie für
Netzwerkgeräte
möglich
gemacht, mit anderen über Funkfrequenz
(RF) oder andere Arten von drahtlosen Medien zu kommunizieren.
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Um
ein drahtloses Netzwerk zu implementieren, enthält jedes Gerät (Computer,
Zugangspunkt etc.) eine oder mehr Antennen, über die Daten übertragen
oder empfangen werden. Eine Art von Antennenkonfiguration wird als
Eineingang-Einausgang (SISO) bezeichnet und wird in 1 konzeptionell
dargestellt. Zwei Netzwerkstationen 10 und 12 werden
gezeigt, die miteinander kommunizieren. Die Stationen können Computer,
Zugangspunkte und dergleichen sein. In einer SISO-Konfiguration
enthält
jede der Stationen 10 und 12 eine einzelne Antenne 14 bzw. 16.
Jede der Stationen kann eigentlich mehrere Antennen besitzen, aber
es kann jeweils nur eine verwendet werden. Daten werden zwischen
den Stationen 10, 12 in einer Austauschsequenz über die
einzelne drahtlose Verbindung 18 übermittelt.
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Eine
beispielhafte Austauschsequenz ist in 2 dargestellt.
Eine der Stationen 10, 12 sendet einen Datenblock 20 an
die andere Station, die mit einem Rückmeldungs-Datenblock 22 antwortet.
Der Datenblock kann eine Einleitung 24, einen Nachrichtenkopf 26 und
Nutzdaten 28 enthalten. Ähnlich enthält der Rückmeldungs-Datenblock 22 eine
Einleitung 30, einen Nachrichtenkopf 32 und Nutzdaten 34.
Der Datenblock übermittelt
Daten an die Empfangsstation, und der Rückmeldungs-Datenblock informiert
die Sendestation darüber, dass
der Datenblock korrekt empfangen wurde. Wenn der Datenblock nicht
korrekt empfangen wurde (z. B. aufgrund Rauschen oder Interferenzen),
kann die Sendestation den Datenblock erneut senden.
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Die
insgesamt verstrichene Zeit, die benötigt wird, um den Datenblock 20 und
darauf folgenden Rückmeldungs-Datenblock 22 in
einer SISO-Antennenkonfiguration
zu übertragen,
wird in 2 als Zeit TSISO gezeigt. Bis
zu einem gewissen Umfang kann die im Datenblock 20 enthaltene
Information durch Verwendung einer Mehreingangs-Mehrausgangs-Konfiguration
(MIMO), wie der in 3 gezeigten, in einem kürzeren Zeitraum übertragen
werden. Wie gezeigt, enthalten die Stationen 10, 12 jeweils
ein Paar von Antennen, die mit dem Paar Antennen auf der anderen
Station kommunizieren. So kann zum Beispiel die Antenne 40 mit
den Antennen 44 und 46 kommunizieren, und die
Antenne 42 kann ebenso mit den Antennen 44 und 46 kommunizieren,
dadurch errichten sie vier gleichzeitig verfügbare Kommunikationsverbindungen 48, 50, 51 und 53 zwischen
den Stationen 10 und 12. Diese Art von MIMO-Konfiguration
wird als „2×2"-MIMO-Konfiguration
bezeichnet, und es existieren andere Arten von MIMO-Konfigurationen,
in denen mehr als zwei Antennen an jeder Station implementiert sind,
wie „4×4"-MIMO, etc.
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Der
Vorteil einer MIMO-Antennenkonfiguration wird im Hinblick auf 4a–4c dargestellt. 4a wiederholt
lediglich die SISO-Datenblock-Austauschsequenz
von 2. Wie oben vermerkt, ist der für die Übertragung des
Datenblocks und des Rückmeldungs-Datenblocks
benötigte
Zeitraum TSISO. 4b und 4c stellen
die Datenblock-Austauschsequenz unter Verwendung der 2×2-MIMO-Antennenkonfiguration von 3 dar.
Mit MIMO kann der Bitstrom in zwei Teile aufgetrennt werden, und
die Teile können
dann zeitgleich über
die vier Kommunikationsverbindungen 48, 50, 51 und 53 übertragen
werden. Demnach wird die insgesamt zur Übertragung der selben Information
benötigte
Zeit vorteilhaft reduziert. In 4c wird
der gesamte Zeitraum als TMIMO gezeigt, der kleiner ist als TSISO.
Die Zeitersparnis kommt großteils
von der Fähigkeit,
die Nutzdaten 28 des Datenblocks 24 in zwei kleinere
Felder 52 und 54 teilen zu können. Verschiedene Verfahren
sind bekannt um dies zu tun, so wie alle geraden Bits von Datenfeld 28 in
Feld 52 abzulegen und alle ungeraden Bits in Feld 54 abzulegen.
An der Empfangsstation können
die Datenteile 52 und 54 dann wieder zu einteiligen
Nutzdaten zusammengesetzt werden. Wenngleich das Datenfeld auseinandergeteilt
und parallel übertragen
werden kann, können
die Einleitung und die Kopffelder 24 und 26 nicht
zerteilt werden. Dennoch wird durch Übertragen des Datenblocks in
einer MIMO-Konfiguration
gegenüber
einer Ionventionellen SISO-Konfiguration erheblich Zeit gespart.
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Es
ist allgemein wünschenswert,
drahtlose Netzwerke bereitzustellen, die so flexibel wie möglich konfiguriert
werden können.
Zum Beispiel könnte
es für
manche Stationen erwünscht
sein, nur SISO zu sein, während
andere Stationen MIMO-Konfigurationen befähigt sind, so dass ein gemischtes
drahtloses MIMO/SISO-Netzwerk implementiert wird. Weiter noch könnte es
wünschenswert
sein, dass manche der MIMO-Stationen als 2×2-MIMO konfiguriert sind,
während
andere MIMO-Stationen 4×4-MIMO
sind. Es könnte
ebenso für manche
Stationen wünschenswert
sein, sich während
dem Arbeitsvorgang selbst für
verschiedene Arten von MIMO- oder SISO-Konfigurationen neu zu konfigurieren,
da sie mit verschiedenen Stationen im Netzwerk kommunizieren. Im
Allgemeinen wissen MIMO-Stationen eventuell nicht im Voraus, welche
Antennenkonfiguration verwendet werden sollte um einen eingehenden
Datenblock aus der Luft zu empfangen, oder um einen Datenblock an
eine andere Station zu übertragen,
oder gar welcher Arbeitsmodus (z. B. MIMO mit offenem Regelkreis,
MIMO mit geschlossenem Regelkreis, Strahlbildung, etc.) zu verwenden
ist. Ferner ist eine Lösung für dieses
Problem wünschenswert.
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US-A-5612960 beschreibt
ein drahtloses lokales Funknetzwerk, das eine Hauptstation und eine
oder mehrere abseits gelegene Stationen enthält. Wenn eine Diagnoseverbindung
zwischen zwei Stationen im Netzwerk aufgebaut wird, wird Diagnoseinformation
hinsichtlich der Integrität
der Verbindung gesammelt. Jede der Netzwerkstationen, die sich an
Diagnoseaktivitäten
beteiligt, überträgt einen
speziellen Diagnose-Datenblock, der einen diagnostischen Netzwerkidentifikationsbezeichner(NWID)-Schlüssel enthält, an die
anderen Stationen im Netzwerk.
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EP-A-1189389 beschreibt
ein Gerät
und Verfahren für
zentralisierte Sitzungsplanung während
ein DCF-Modus aktiv ist. Ein Zugangspunkt erstellt zentral einen
Plan individueller Sitzungen mit jeder Station. Dann kündigt er
jeder peripheren Station den Beginn der Sitzung durch einen Aufruf-Impuls
an, der die Antwortadresse einer MAC-Schicht der Station enthält. Das
adressierte periphere Gerät übermittelt
dann Daten von seiner MAC-Schicht.
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US 2001/0055283 beschreibt
ein drahtloses lokales Netzwerk mit vereinfachten HF-Anschlüssen, die konfiguriert
sind um Medium-Zugriffssteuerungs-Funktionen
auf niedriger Ebene bereitzustellen. Medium-Zugriffssteuerungs-Funktionen auf höherer Ebene
werden in einer Zellensteuerung bereitgestellt, der einen oder mehrere
HF-Anschlüsse
bedienen kann, die dazu fähig
sind, mit mindestens zwei lokalen Subnetzwerken zu operieren, die
gemeinsamen physikalischen Raum besetzen.
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WO 03/017608 beschreibt
eine digitale Oberfläche
für ein
drahtloses Kommunikationssystem, das Verstärkerregelung, Signaldetektion,
Datenblock-Synchronisation
und Trägerfrequenz-Offsetabschätzung und -Korrekturfähigkeit
vereinigt, konfiguriert für
Verwendung mit mehreren Empfangsantennen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung streben danach, einige der oben genannten
Probleme durch ein drahtloses Netzwerk zu beheben, in dem individuelle
drahtlose Stationen konfiguriert werden können, um jede einer Mehrzahl
von physikalischen Konfigurationen, inklusive Antennenkonfigurationen,
zu implementieren. Solche Antennenkonfigurationen können ohne
Einschränkung
Mehreingang-Mehrausgang (MIMO) und Eineingang-Einausgang (SISO)
enthalten. Verschiedene Arten von MIMO können ebenfalls implementiert
werden, so wie MIMO mit offenem Rekelkreis und MIMO mit geschlossenem Regelkreis.
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Entsprechend
einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren offenbart zur Implementierung
von Kommunikations-Datenblöcken
in einem drahtlosen Netzwerk, das eine Mehrzahl an drahtlosen Geräten besitzt und
in dem manche der Geräte
unterschiedlicher Konfigurationen in der physikalischen Schicht
befähigt
sind als andere der genannten Geräte. Dieses Verfahren enthält das Bilden
eines Anfrage-Datenblocks, der mindestens ein Bit enthält, in das
Information über
die Konfiguration der physikalischen Schicht kodiert ist, wobei die
Information über
die Konfiguration in der Lage ist anzugeben ob eine SISO-Antennenkonfiguration
zu verwenden ist oder ob eine MIMO-Antennenkonfiguration zu verwenden ist.
Das Verfahren enthält
weiter die Übermittlung
des Anfrage-Datenblocks an ein Empfangsgerät zur Dekodierung durch das
Empfangsgerät
und zur Konfiguration einer physikalischen Schicht des Empfangsgerätes in Übereinstimmung
mit der Information über
die Konfiguration der physikalischen Schicht, die im Anfrage-Datenblock
enthalten ist, wobei der Anfrage-Datenblock das Empfangsgerät auch dazu
veranlasst, zu untersuchen, ob es Information zurückzugeben hat.
Diese und andere Aspekte und Vorteile der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden erkennbar durch Untersuchen der
Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und Ansprüche, die
folgen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zur
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
wird nun auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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1 zwei
miteinander kommunizierende drahtlose Geräte unter Verwendung einer Eineingangs-Einausgangs(SISO)-Antennenkonfiguration
zeigt;
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2 eine
zur SISO-Konfiguration gehörige
Zeitablauf-Sequenz zeigt;
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3 die
drahtlosen Geräte
aus 1 zeigt, die miteinander unter Verwendung einer
Mehreingangs-Mehrausgangs(MIMO)-Antennenkonfiguration
kommunizieren;
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4a–4c zu
den SISO- und MIMO-Antennenkonfigurationen aus 1 und 3 gehörige Zeitablauf-Sequenzen
zeigt;
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5 ein
Systemdiagramm eines Paares drahtloser Stationen zeigt;
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6 ein
beispielhaftes drahtloses Netzwerk zeigt, das eine Mehrzahl an Stationen
und einen Zugangspunkt enthält;
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7 ein
IEEE 802.11e-Dienstgüte(QoS)-Datenpaket
zeigt, das dazu verwendet werden kann, Information über die
Konfiguration der physikalischen Schicht zu kodieren;
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8 eine
Ausführungsform
der Erfindung zeigt, in die Konfigurations-Information in ein Datenblock-Steuerfeld
kodiert ist, das im Datenblock von 7 enthalten
ist; und
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9 eine
andere Ausführungsform
zeigt, in der die Konfigurationsinformation in ein QoS-Steuerfeld kodiert
ist, das im Datenblock von 7 enthalten
ist.
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BEZEICHNUNG UND NOMENKLATUR
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Bestimmte
Ausdrücke
werden in der folgenden Beschreibung und den folgenden Ansprüchen durchgehend
verwendet, um auf bestimmte Systemkomponenten zu verweisen. Wie
ein Fachmann verstehen wird, bezeichnen Hersteller und Anbieter
von drahtloser Technologie Komponenten und Teilkomponenten mit unterschiedlichen
Namen. Dieses Dokument beabsichtigt nicht, zwischen Komponenten
zu unterscheiden, die sich im Namen, aber nicht in der Funktion
unterscheiden. Der Ausdruck „verbinden" oder „verbunden" soll entweder eine
direkte oder indirekte elektrische oder drahtlose Verbindung bezeichnen.
Daher kann, wenn ein erstes Gerät
mit einem zweiten Gerät
verbunden ist, diese Verbindung über
eine direkte elektrische Verbindung bestehen, oder über eine
indirekte elektrische oder drahtlose Verbindung über andere Geräte und Verbindungen. Der
Ausdruck „Datenblock" bezeichnet eine
grundlegende Kommunikationsstruktur, die übergeordnete Kopfinformation
und Dateninformation enthält.
Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen die Ausdrücke „Station" und „Gerät" allgemein drahtlose
Stationen (WSTAs) und Zugangspunkte (APs).
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Entsprechend
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist ein drahtloses Netzwerk implementiert, das eine
Mehrzahl von drahtlosen Stationen (sowohl Zugangspunkt- als auch
Nicht-Zugangspunkt-Stationen) enthält. Die Antennenkonfiguration
von mindestens einigen der Stationen ist dazu in der Lage, zu irgendeiner
von einer Mehrzahl von Konfigurationen konfiguriert zu werden. Das
Netzwerk kann andere Stationen enthalten, die nicht dazu in der
Lage sind, so konfiguriert zu werden. Zum Beispiel können manche
der Stationen SISO- und MIMO-Konfigurationen befähigt sein, während andere
Stationen nur konventionelle SISO-Antennenkonfigurationen besitzen.
Die bevorzugte Ausführungsform
erlaubt die Implementierung solcher ungleicher (d. h. inkompatibler)
Arten von Antennenkonfigurationen unter Stationen, die innerhalb
desselben Netzwerks betriebsfähig
sind. Des Weiteren sollte verstanden werden, dass zusätzlich oder
anstelle der Konfigurierbarkeit der Antennen-Teilsysteme der Stationen
andere Aspekte der Schnittstelle zwischen der Station und dem drahtlosen
Medium ebenso konfigurierbar sein können.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden im Zusammenhang mit
der 802.11-Familie von drahtlosen Standards beschrieben. Der 802.11-Standard
ist formell als „ISO/IEC
8802–11
International Standard (ANSI/IEEE Std 802.11)" bekannt, hier der Einfachheit halber
als der „802.11-Standard" bezeichnet. Er bietet
drahtlose Medium-Zugriffssteuerung (MAC) und Spezifikationen der physikalischen
Schicht (PHY). Das Konzept des 802.11e/D2.0a-Standards definiert,
auf Basis des 802.11-Standards, Erweiterungen der Medium-Zugriffssteuerung
(MAC) für
die Dienstgüte
(QoS). QoS bezeichnet allgemein eine Reihe von Diensten, die es
ermöglichen,
eine Mehrzahl von Anwendungen konkurrierend auszuführen, wobei
jede Anwendung hinsichtlich Latenz, Bandbreite, Priorität etc. anders
behandelt wird. QoS ermöglicht
es einer Mehrzahl von Anwendungen, mit einer Gesamtmenge an Bandbreite
ausgeführt
zu werden, die ansonsten möglicherweise
nicht ausreicht, um die Anforderungen der Anwendungen abzudecken. QoS
ermöglicht
es zum Beispiel, eine eher latenz-intolerante Anwendung in einer
Weise auszuführen,
die besondere Latenz-Anforderungen dieser Anwendung in Relation
zu anderen Anwendungen anerkennt und sich danach richtet. Im Allgemeinen
werden Netzwerkressourcen in einer Weise zugeteilt, die besondere
Anforderungen der Anwendungen berücksichtigt.
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Unter
Bezugnahme auf 5: es sind ein Paar von drahtlosen
Geräten
(auch „Stationen" genannt) 100 und 102 gezeigt,
die ein drahtloses Netzwerk 90 umfassen. Obwohl nur zwei
Stationen im drahtlosen Netzwerk 90 gezeigt sind, kann
das Netzwerk im Allgemeinen mehr als zwei Stationen enthalten. Jede
Station 100, 102 enthält Host-Logik 104 (z.
B. Notebook-Computer, Handheld-Computer,
PDA, etc.), die über
ein drahtloses Medium 112 unter Verwendung einer MAC-Teilschicht 106 und
einer PHY-Schicht 108 mit einer anderen Station kommuniziert.
Die MAC-Teilschicht 106 bietet eine Vielfalt von Funktionen
und Diensten zur Vereinfachung effizienter drahtloser Kommunikation
zwischen Stationen. Beispiele solcher Dienste beinhalten Senden
und Empfangen von Datenblöcken,
Sicherheit und anderes. Der Host 104 verwendet diese Dienste,
um Kommunikationen über
das drahtlose Medium 112 zu tätigen. Die PHY-Schicht 108 bietet
eine Schnittstelle zwischen der MAC-Schicht 106 und dem
drahtlosen Medium, und verbindet als solche mit einer oder mehreren
Antennen 110. MAC- und PHY-Schichten sind im Fachgebiet
gut bekannt und sind detaillierter in der Norm 802.11 beschrieben.
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Die
momentan etablierte Norm 802.11 definiert eine Struktur für diverse
Datenblock-Arten wie Steuer-Datenblöcke, Nutzdatenblöcke, und
Organisations-Datenblöcke. Die
folgende Erörterung
beschreibt diverse Modifikationen an der Datenblock-Struktur von
802.11, um PHY-Konfigurations-Information (z. B. MIMO, konventionelles
SISO, etc) einzuschließen,
wenn Kommunikationen zwischen drahtlosen Stationen und/oder Zugangspunkten
geplant werden. Die untenstehenden, bevorzugten Verbesserungen wurden
an vorhandenen Datenblock-Strukturen ausgeführt, so dass vorhandene Implementierungen
so weit wie möglich
verwendet werden können,
dadurch werden Entwicklungszeit und Kosten minimiert. Des Weiteren
vereinfacht der in der bevorzugten Ausführungsform gewählte Ansatz
der Verwendung vorhandener Datenblock-Arten die Abwärtskompatibilität. Die Implementierung
solcher Fähigkeiten
in 802.11-konformen Geräten
erfordert verschiedene Variationen des momentan etablierten Standards.
Diese Variationen wurden in die folgende Erörterung und die zugehörigen Figuren
implementiert. Es sollte jedoch verstanden werden, dass der Anwendungsbereich
der folgenden Veröffentlichung
und Ansprüche
nicht auf den Zusammenhang mit 802.11 beschränkt werden muss.
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Im
Zusammenhang mit 802.11 werden Datenblöcke indes als MAC-Protokoll-Dateneinheiten (MPDUs)
bezeichnet. Eine MPDU enthält
allgemein einen MAC-Kopf,
einen Datenanteil, und ein Datenblock-Prüfsequenz(FCS)-Feld. Die PHY-Schicht kann eine
PHY-Einleitung und einen PHY-Kopf, wie oben beschrieben, hinzufügen. Das
Datenfeld enthält
eine MAC-Dienst-Dateneinheit (MSDU) oder ein Fragment davon. Bezogen auf
die Netzwerkaktivität
kann die MAC 106 einer Station so programmiert sein, die
MSDUs bei Überschreitung einer
gegebenen Länge
zu fragmentieren. Jedes Fragment wird in einem getrennten Datenblock
mit seinem eigenen MAC-Kopf und eigener FCS-Information sowie seinem
eigenen PHY-Kopf und -Einleitung übertragen.
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Unter
Bezugnahme auf 6 enthält im folgenden Kontext ein
drahtloses Netzwerk eine Mehrzahl von Stationen 142–148,
in 6 dementsprechend als Station A-Station D bezeichnet.
Das Netzwerk enthält auch
einen Zugangspunkt (AP) 140, der Verbindung mit einem Draht-
und/oder Drahtleitungs-gebundenen Verteilungs-System bietet. Der
AP 140 enthält
des Weiteren einen „Koordinator" 149, der
vorzugsweise Bandbreiten-Organisation und Planung im drahtlosen
Medium betreibt. Der Koordinator 149 kann ein so genannter „Hybrid"-Koordinator sein, der momentan für das Konzept
des 802.11e/D2.0a-Standards geplant ist. Die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung bietet die Fähigkeit,
die PHY-Konfiguration einer drahtlosen Station zur Implementierung
von entweder einer konventionellen (SISO-) oder MIMO-Antennenkonfiguration
zu konfigurieren. Der 802.11-Standard enthält eine Reihe von Steuerungs-,
Organisations- und Daten-Blöcken,
wovon manche dazu verwendet werden, die Planung der Kommunikation
von Stationen und Zugangspunkten miteinander zu koordinieren. Entsprechend
der bevorzugten Ausführungsform
sind manche dieser planungsorientierten Nachrichten-Blöcke wie
unten beschrieben modifiziert, nicht nur um Kommunikationen zu planen,
sondern auch, um die während
der Kommunikation zu verwendende PHY-Konfiguration anzugeben.
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Es
wurde beobachtet, dass bestimmte Bits im MAC-Kopf bei der Bildung
von QoS-Datenblöcken
nicht benutzt werden. Manche, oder alle dieser Bits werden normalerweise
dazu verwendet, bestimmte Funktionen auszuführen, müssen aber auf bestimmte vordefinierte
Werte gesetzt werden oder werden in QoS-Datenblöcken nicht verwendet. Folglich
können
diese Bits in anderer Weise verwendet werden, beziehungsweise um Information über die
PHY-Konfiguration, einschließlich
MIMO-bezogener Details, zu kodieren. 7 zeigt
einen QoS-MAC-Datenblock 150.
Wie gezeigt, stimmt Datenblock 150 mit dem konventionellen
802.11-Datenblock-Protokoll insofern überein, als er einen MAC-Kopf 148,
einen Datenblock-Körper 168 und
eine Datenblock-Prüfsequenz
(FCS) 170 enthält.
Die FCS 170 ermöglicht
Fehlererkennung und ist dem konventionellen 802.11-Protokoll entsprechend
implementiert. Kopf 148 enthält vorzugsweise ein Datenblock-Steuerfeld 152, ein
Zeitdauer/ID-Feld 154, vier Adressfelder 156, 158, 160 und 164,
ein Sequenz-Steuerfeld 162, und ein QoS-Steuerfeld 166.
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Das
Steuerfeld 152 spezifiziert diverse Informationsteile wie
die Datenblock-Art
und Datenblock-Unterart-Zieladresse und wird nachfolgend detaillierter
im Hinblick auf 8 beschrieben. Das Zeitdauer/ID-Feld ist
16 Bit lang und variiert mit Datenblock-Art und -Unterart, Über-Datenblock-Periode
und QoS-Fähigkeiten der
sendenden Station. Bei manchen Datenblock-Arten und -Unterarten
transportiert das Zeitdauer/ID-Feld die Zuordnungskennung (AID)
der Station, die den Datenblock gesendet hat, während das Zeitdauer/ID-Feld
bei anderen Datenblock-Arten einen Zeitdauer-Wert transportiert,
der maßgebend
für die
verbleibende Anzahl an Mikrosekunden bis zu einer Übertragungs-Gelegenheit ist.
Die vier Adressfelder werden allgemein dazu verwendet, die grundlegende
Dienstsatz-Identifikation (BSSID), Quelladresse (SA), Sendestation-Adresse
(TA) und Empfangsstation-Adresse (RA) anzugeben, und sind abhängig von
der Datenblock-Art auf verschiedene Weisen kodiert. Das Sequenz-Steuerfeld 162 enthält allgemein
eine Sequenznummer und eine Fragmentnummer. Die Sequenznummer identifiziert
eine MSDU eindeutig und die Fragmentnummer identifiziert einen Unterteil
oder ein Fragment einer MSDU. Das QoS-Steuerfeld 166 ist
vorzugsweise ein 16-Bit-Feld, das die Verkehrs-Kategorie oder den Verkehrs-Strom, zu
der der Datenblock gehört,
und verschiedene andere QoS-bezogene Information über den
Datenblock, die mit Datenblock-Art und -Unterart variiert, identifiziert.
Der Datenblock-Körper 168 verkörpert die
Daten-Nutzlast des Datenblocks und wird dazu verwendet, um beliebige
Daten zu speichern, deren Übertragung
gewünscht
ist.
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Nun
werden unter Bezugnahme auf 8 die Bits
detaillierter gezeigt, die das Datenblock-Steuerfeld 152 enthalten.
Das Steuerfeld enthält
vorzugsweise ein Protokollversion-Feld 172, Art und Unterart-Felder 174 und 176,
TO und FROM DS Bits 178, 180, ein Mehrfragment-Bit 182,
Neuversuchs- und Energieverwaltungs-Bits 184 und 186,
ein Mehrdaten-Bit 188, ein Drahtverbindungs-ebenbürtiger Datenschutz-(WEP)Bit 190 und
ein vorwärts
gerichtete Fehlerkorrektur-(FEC)Bit 192. Die Zahlen entlang
der Unterseite der Datenblock-Steuerung geben die Bit-Nummern an.
Das Protokollversion-Feld 172 wird dazu verwendet, die
Version des implementierten Standards anzugeben. Die Art und Unterart-Felder 174 und 176 (Bits
2–3 bzw.
4–7) schreiben
die Datenblock-Funktionalität
und den -Einsatzzweck vor. Die TO und FROM DS Bits 178, 180 geben
an, ob der Datenblock für
das Verteilungs-System
(DS) bestimmt ist oder das DS verlässt. Das DS verbindet die verschiedenen
Zugangspunkte und andere zum Implementieren eines drahtlosen Netzwerks
notwendige Ausrüstung
miteinander. Das Mehrfragment-Bit 182 gibt an, ob weitere
mit der aktuellen MSDU verknüpfte Fragmente
zu beachten sind. Das Mehrdaten-Bit 188 gibt an, ob nach
der Übertragung
dieses Datenblocks weitere MSDUs für die adressierte Station in
einem Zugangspunkt (AP) gepuffert sind. Bits 11 und 12 enthalten Wiederholungs- 184 und
Energieverwaltungs- 186 -Bits, und werden unten detaillierter
angesprochen. Das WEP-Bit 190 gibt an, ob der Datenblock-Körper Information
enthält,
die mit dem WEP-Algorithmus, der ein in 802.11 spezifizierter, kryptographischer
Vertraulichkeits-Algorithmus ist, verarbeitet wurde. Schließlich kann das
FEC-Bit 192 gesetzt werden, um die vorwärts gerichtete Fehlerkorrektur,
wie üblicherweise
aufgefasst, zu aktivieren.
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Wie
oben vermerkt, bieten die vorgeschlagenen QoS-Erweiterungen für den 802.11e-MAC-Standard einen
erweiterten Satz von Funktionen, Formaten, Datenblock-Austausch-Sequenzen
und verwalteten Objekten zur Unterstützung der Behandlung mehrerer
Anwendungen, die alle unterschiedliche Ressourcen-Bedürfnisse
haben. Die QoS-Erweiterungen enthalten zum Teil einen Satz von acht
QoS-bezogenen Datenblöcken. Diese
Datenblöcke
sind unten in Tabelle I aufgelistet mitsamt den zu jedem Datenblock
dazugehörigen
Unterart-Bitwerten. Die zwei Art-Bits 3 und 2 sind vorzugsweise
für alle
in Tabelle I aufgelisteten Datenblock-Arten auf ,1' bzw. ,0' gesetzt um anzugeben,
dass die Blöcke
alle Daten-Blöcke
sind. Die Unterart-Bits 7–4
unterscheiden eine Datenart von einer anderen, und daher haben alle
QoS-bezogenen Daten-Blöcke
eindeutige Unterart-Werte. Tabelle I. QoS-Daten-Blöcke
| Daten-Block-Name | Unterart
(Bits 7654) | Beschreibung |
| QoS-Daten | 1000 | Überträgt Daten |
| QoS-Daten
+ CF-Ack | 1001 | Überträgt Daten
und quittiert vorhergehenden Datenblock |
| QoS-Daten
+ CF-Poll | 1010 | Überträgt Daten
und fragt bei Gerät
an |
| QoS-Daten
+ CF-Ack + CF-Poll | 1011 | Überträgt Daten
und Quittierung und fragt bei Gerät an |
| QoS
Null (keine Daten) | 1100 | |
| QoS
CF-Ack (keine Daten) | 1101 | Überträgt Quittierung
ohne Daten |
| QoS
CF-Poll (keine Daten) | 1110 | Fragt
bei Gerät
an, ohne Daten zu übertragen |
| QoS
CF-Ack + CF-Poll (keine Daten) | 1111 | Überträgt Quittierung
und fragt bei Gerät ohne
Daten an |
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Entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung wird PHY-Konfigurationsinformation
in QoS-Daten-Anfrage-Blöcken
kodiert, die vom Koordinator 149 zur Bereitstellung Contention-loser Übertragungs-Gelegenheiten
(TXOPs) für
QoS-fähige
drahtlose Stationen (QSTAs) verwendet werden. Des Weiteren sollte
verstanden werden, dass die TXOPs auch während einer Contention-Periode
bereitgestellt werden können,
und daher die bevorzugte Ausführungsform
auch auf Contention-Perioden zutrifft. Solche Daten-Anfrage-Blöcke werden
allgemein als QoS-Anfrage-Unterart-Datenblöcke bezeichnet und enthalten
die QoS CF-Poll-(keine Daten), QoS CF-Ack + CF-Poll-(keine Daten),
QoS-Daten + CF-Poll-, und QoS-Daten + CF-Ack + CF-Poll-Blöcke.
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Wieder
unter Bezugnahme auf 8 ist das Wiederholungs-Bit 184 (Bit
Nummer 11) wie vom 802.11e-Standard vorgeschrieben auf einen Wert
von 1 gesetzt, um zu kennzeichnen, dass der aktuelle Datenblock
eine erneute Übertragung
eines früheren
Datenblocks enthält
(der zum Beispiel aufgrund eines Übertragungsfehlers nicht empfangen
wurde). Der 802.11e-Standard legt weiter fest, dass das Wiederholungs-Bit für alle anderen
Datenblöcke
auf einen Wert von 0 gesetzt werden soll. Der 802.11e-Standard legt
weiter fest, dass das Energieverwaltungs-Bit 186 (Bit Nummer
12) dazu verwendet wird, die Energieverwaltungs-Modus der Station
zu kodieren. Der Standard sagt aus, dass der Wert dieses Feldes
in jedem Datenblock einer bestimmten Station innerhalb einer Datenblock-Austauschsequenz
konstant bleiben soll. Der Wert gibt den Modus an, in dem sich die
Station nach erfolgreicher Beendigung der Datenblock-Austauschsequenz
befinden wird.
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Es
wurde festgestellt, dass die Wiederholungs- und Energieverwaltungs-Bits
(Bits 11 und 12) in den QoS-Anfrage-Unterart-Datenblöcken nicht
verwendet werden. Als solche, und im Einklang mit der bevorzugten Ausführungsform,
werden die Wiederholungs- und Energieverwaltungs-Bits zu einem einzigen
Feld kombiniert und dazu verwendet, PHY-Konfigurationsinformation
zu kodieren. So verwendet die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung das
Wiederholungs-Bit und das Energieverwaltungs-Bit in den QoS-Anfrage-Unterart-Datenblöcken entgegen
deren vorgeschriebener Verwendung, obgleich solche Bits in anderen
Arten von Datenblöcken
immer noch für
die vorgesehene Anwendung (Wiederholung, Energieverwaltung) verwendet
werden. Jede einer Vielzahl von Kodierungs-Methodiken kann verwendet werden, und
welche PHY-Konfigurationsinformation genau kodiert wird, kann vom
einzelnen Entwickler festgelegt werden. Ein beispielhaftes Kodierungs-Schema
ist unten in Tabelle II gezeigt. Tabelle II. PHY-Konfigurations-Kodierung
| Bit
11 (zuvor Wiederholung) | Bit
12 (zuvor Energieverwaltung) | PHY-Konfiguration |
| 0 | 0 | Konventionelles
MIMO |
| 0 | 1 | |
| 1 | 0 | MIMO
mit geschlossenem Regelkreis |
| 1 | 1 | MIMO
mit offenem Regelkreis |
-
Auf
diese Weise kann bei einer Station angefragt werden, und der Anfrage-Datenblock gibt auch
die PHY-Konfiguration an, die von der angefragten Station (d. h.
die Station, die den QoS-Anfrage-Unterart-Datenblock empfängt) für eine zukünftige Datenblock-Kommunikation
implementiert werden soll. Die angefragte Station ist demnach aufgefordert,
mit einer Quittierung oder Daten, falls vorhanden, unter Verwendung
der angegebenen PHY-Konfiguration zu antworten. Wenn die angefragte
Station MIMO-Fähigkeit
besitzt, kann die anfragende Station der angefragten Station befehlen,
mit ihrer MIMO-Fähigkeit
zu antworten. Die angefragte Station implementiert die angegebene
PHY-Konfiguration,
wenn sie Datenblöcke
an die Station sendet, deren MAC-Adresse zur Empfangsadresse, die
vorzugsweise in das Adresse 4-Feld 164 kodiert ist, passt.
Das QoS-Steuerfeld, das unten detaillierter beschrieben wird, enthält ein Übertragungsgelegenheit(TXOP)-Feld, das
einen Wert angibt, der aussagekräftig
für den
Zeitbetrag ist, den eine angefragte Station hat, um ihre Datenblöcke als
Antwort auf den anfragenden Datenblock zu senden. Die angefragte
Station kann daher während diesem
TXOP-Zeitraum Datenblöcke
an andere Stationen senden, unter Verwendung der von Bits 11 und
12 vom Datenblock-Steuerfeld angegebenen PHY-Konfiguration. Die
angefragte Station kann Datenblöcke
an andere Stationen als die in Adresse 4 angegebene Station unter
Verwendung der konventionellen PHY-Konfiguration (d. h. SISO) und
nach Maßgabe
der angegebenen TXOP-Grenze schicken. Diese Ausführungsform bietet einen Mechanismus,
um Empfangsstationen über
die PHY-Konfiguration zu informieren, auf die sie sich zum Empfangen
von Datenblöcken
in den angegebenen Zeitintervallen einstellen müssen. Das gilt für Contention-lose Übertragung
sowohl in der Contention-losen Periode (CFP) als auch in der Contention-Periode (CP),
die Perioden sind, die denen mit gewöhnlicher Qualifikation auf
dem Fachgebiet gut bekannt sind.
-
Entsprechend
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird eine andere Methode verwendet, um PHY-Konfigurationsinformation
während
der Gruppe von Datenübertragungen
innerhalb einer gegebenen TXOP an eine Empfangsstation zu übertragen.
Diese alternative Ausführungsform
kodiert PHY-Konfigurationsinformation
in das QoS-Steuerfeld 166 (7) bei nicht-anfragenden QoS-Daten-Blöcken. Nun
unter Bezugnahme auf 9, enthält das QoS-Steuerfeld 166 einen
Verkehrs-Bezeichner (TID) 200, ein FEC-Bit 202, ein
ACK-Feld 204, ein reserviert/mehr-Bit 206, und
ein TXOP-Grenz/Warteschlangengrößen-Feld 208.
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Wie
oben beschrieben, gibt das TXOP-Grenz/Warteschlangengrößen-Feld 200 in
QoS-Anfrage-Unterart-Datenblöcken
die Zeitdauer an, in der Datenblock-Austausche von der angefragten Station
initiiert werden können.
In QoS-Daten-Unterart-Blöcken, die
keine CF-Poll-Funktionalität
(d. h. QoS-Daten, QoS-Daten + CF-Ack, QoS-Null (keine Daten), und
QoS CF-Ack (keine Daten)) enthalten und vom Hybrid-Koordinator übermittelt
werden, ist das TXOP-Grenz/Warteschlangengrößen-Unterfeld
reserviert. Entsprechend dem 802.11e-Standard setzen QSTAs dieses Feld bei
der Übertragung
auf 0 und ignorieren dieses Feld beim Empfang. In QoS-Daten-Unterart-Blöcken, die
keine CF-Poll-Funktionalität enthalten
und mittels einer drahtlosen QSTA (d. h., eine nicht-HCQSTA) übertragen
werden, gibt das TXOP-Grenz/Warteschlangengrößen-Feld die Menge an gepuffertem
Verkehr wie vom TID-Feld 208 angegeben für eine ausgehende
Verkehrs-Klasse oder einen Verkehrs-Strom an, nachdem die drahtlose
QSTA den Datenblock übermittelt,
der die Warteschlangengröße angibt.
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Das
FEC-Bit 202 gibt zusammen mit dem anderen FEC-Bit 192 im
Datenblock-Steuerfeld 150 an, ob der Datenblock in der
MAC-Unterschicht FEC-kodiert
ist. Das ACK-Feld 206 definiert die Quittierungs-Verfahrensweise
die angibt, ob eine sofortige Quittierung, eine nachfolgende Sammel-Quittierung,
oder keine Quittierung für
den Datenblock zurückzugeben
ist. Das TID-Feld 200 identifiziert die Verkehrs-Kategorie
oder den Verkehrs-Strom, zu dem die im Datenblock enthaltenen oder
angegebenen Daten gehören.
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Wie
oben angegeben, ist das Bit 206 im QoS-Steuerfeld 166,
das in 9 gezeigt ist, derzeitig hinsichtlich nicht-anfragenden
QoS-Daten-Blöcken
reserviert. Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform wird dieses Bit
allerdings dazu verwendet um anzugeben, dass in mindestens drei
Situationen ein anderer Datenblock von derselben Sendestation zur
selben Empfangsstation zu übertragen
ist, nämlich:
- (1) nach einem dem aktuellen Datenblock folgenden,
vorgegebenen Zeitraum, falls keine sofortige Quittierung erwartet
wird,
- (2) nach einem vorgegebenen Zeitraum, der auf die sofortige
Quittierung des aktuellen Datenblocks folgt, wenn eine sofortige
Quittierung erwartet wird, oder
- (3) nach einem vorgegebenen Zeitraum, der auf eine Gruppen-Quittierung
für das
aktuelle und vorherige Datenpakete folgt, wenn eine Gruppen-Quittierungs-Anfrage
und eine Gruppen-Quittierung nach dem aktuellen Datenblock zu erwarten
sind.
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Vorzugsweise
werden die Bits im Feld 208 (TXOPGrenzwert/Warteschlangengröße) eines
nicht-anfragenden QoS-Daten-Blocks auf einen Wert ungleich Null
gesetzt, um die PHY-Konfiguration, die bei der Übertragung des nächsten Datenblocks
von dieser Station zu verwenden ist, einschließlich der Übertragungs-Antennenkonfiguration
wie SISO, MIMO und dergleichen zu kodieren, wenn das reservierte
Bit 206 im QoS-Steuerfeld 160 auf einen Wert von
1 gesetzt ist. Alternativ wird das Feld 208 entsprechend
dem 802.11e-Standard gesetzt, wenn das Bit 206 im QoS-Steuerfeld
des aktuellen Datenblocks auf 0 gesetzt ist.
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Die
Konfiguration der beiden Unterfelder im QoS-Steuerfeld 166 in
nicht-anfragenden
QoS-Daten-Blöcken
ermöglicht
es der sendenden Station, die empfangende Station über die
PHY-Konfiguration zu informieren, die für den nächsten Datenblock zwischen
den beiden Stationen verwendet werden soll. Diese Funktion kann
sowohl mit Contention-freiem als auch mit Contention-basiertem Zugang
verwendet werden.
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Des
Weiteren integrieren die oben beschriebenen Ausführungsformen MIMO-Antennenkonfigurations-Fähigkeiten
unter verhältnismäßig minimaler Umgestaltung
in die 802.11e-MAC-Spezifikation. Die Ausführungsformen sind Modifikationen
an existierenden Datenblock-Arten.
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Die
obige Erörterung
ist dazu gedacht, erläuternd
für die
Prinzipien und verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung zu sein. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden
sich den Fachleuten zeigen, sobald die obige Offenbarung vollständig gewürdigt wurde.
Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche derart interpretiert werden,
dass sie alle diese Variationen und Modifikationen umfassen.