TWI305097B - Transmitting and protecting long frames in a wireless local area network - Google Patents

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TWI305097B TW094147005A TW94147005A TWI305097B TW I305097 B TWI305097 B TW I305097B TW 094147005 A TW094147005 A TW 094147005A TW 94147005 A TW94147005 A TW 94147005A TW I305097 B TWI305097 B TW I305097B
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1305097 九、發明說明： 【發明所屬之技術^貝域】 發明領域 本發明係有關-種在無線區域網路中發送與保護長訊 5 框之技術。 L先前技術】 發明背景 今日之通訊行業中，通訊協定與技術之快速進步是相 當常見的。為了促進新系統之廣泛部署，經常需作重大的 10努力來確定新的通訊技術與系統能與先前的系統與裝置相 容，本文中參照為“傳統”的系統或裝置。 上述媒體接取控制（MAC)準位之通量是無線區域網路 (WLAN)的一個重要參數。取得更多通量之一方式是於空中 鏈路中使用更長的訊框，這可降低標頭之附加負擔與訊框 15間之暫停。该類長訊框可建構為MAC準位協定資料單元 (MPDU)之序連（或聚合），並以一單一實體協定資料單元 (PPDU)來傳送。然而傳統WLAN中每個ppDU僅允許一個 MPDU。 較新一代系統提議之較長訊框會造成與傳統系統之互 20用性的問題，如同一般用於傳統系統中避免碰撞之技術並 非設計來適應較新一代系統之較長訊框的傳輸。 因此’提供較長訊框能力與降低訊框碰撞之系統將是 令人期待的。 C赛^明内笔L迴 1305097 發明概要 本發明係有關一種於一無線網路中通訊之方法，該方 法包含下列步驟：發射由多個媒體接取控制(MAC)協定資 料單元(MPDU)所組成之一聚合訊框，其中該聚合訊框之一 5第—MPDU具有由一傳統無線區域網路(WLAN)裝置可讀 取之一格式，該裝置僅可讀取具有一單一MPDU之訊框。 圖式簡單說明 本發明之實施例的各觀點、特徵與優點，將從下列本 發明之敘述並參照後附圖式而變得更加明顯，其中相同數 10 字表示相同元件，而其中： 第1圖是一根據本發明之一實施例，顯示使用於無線網 路之一範例訊框架構的方塊圖； 第2圖是一無線網路中，用於防止碰撞之長訊框傳輸與 同僚站台的競爭防止週期之一範例時序圖 ;以及 15 第3圖是一根據本發明之各種不同觀點，用於傳送與接 收長訊框之一無線設備的一範例實施例之功能方塊圖。 【實施冷式】 較佳實施例之詳細說明 儘管下列詳述可說明本發明有關無線區域網路(WLAN) 之範例實施例，但本發明並不侷限於此，並可應用於可取 知·相同優點之其他類型的無線或有線網路中。該類網路包 括’但不偈限於，與無線廣域網路(WWAN)相關聯之網路 ’諸如一般分封無線服務(GPRS)、增強型GPRS(EGPRS)、 寬頻分碼多重擷取系統(WCDMA)、分碼多重擷取系統 1305097 (CDMA)、與CDMA 2000系統或其他類似系統、無線都會區 域網路(WMAN)，諸如包括由全球互通微波接取(wiMAX) 聯盟支援的無線寬頻接取系統、無線個人區域網路(Wpan) 等等。 5 下列發明實施例可用於各種不同應用中，包括一無線 電系統之發射器、接收器與/或收發器，雖然本發明並不侷 限於此觀點。特別包括於本發明之範疇中的無線電系統包 > 括，但不侷限於，網路介面卡(NIC)、網路配接器、行動台 、基地台、存取點(AP)、閘道、橋接器、集線器與無線電 10話。此外，本發明實施例之範疇中的無線電系統可包括蜂 巢式無線電話系統、衛星系統、個人通訊系統(pcs)、雙向 無線電系統、雙向呼叫器、個人電腦(PC)與相關週邊設備 、個人數位助理(PDA)、個人計算附件、以及本質上相關並 與本發明實施例之原則可適當應用的所有現存與未來產生 15 之系統。 一下列發明實施例於示範WLAN之上下文中，使用正交 勿頻多工(OFDM)技術來加以說明，雖然本發明並不侷限於 此觀點。 電機電子工程師學會(IEEE)完成著名的IEEE 802.11 20 (1999)WLAN之一初始標準。此標準使用直接順序或跳頻展 頻技術而以每秒1與2百萬位元之資料速率來指定一24億赫 錄的操作頻率。該IEEE 802.11工作團隊已發行三種802.li 標準之附錄：802.1 la(58億赫茲頻帶之〇FDM)(ISO/IEC 8802-11:1999)、802_llb(24億赫茲頻帶之直接順序）(1999與 1305097 1999 Cor.-1/2001)、與8〇2.1lg(24億赫兹頻帶之〇FDM)(2003) 。特別是使用OFDM之802.11a與802.11g的該等系統，於本 文中可個別或集體地參照為“傳統”WLAN。 該IEEE 802.11a標準指定將橫跨52個分離副載波之一 5資訊信號分開的一0FDM實體層，以提供資料之傳輸。該 ofdm實體層之主要目的是發射該802 n mac層導引之 MAC(媒體接取控制）協定資料單元(MpDU)。該〇FDM實體 層分為兩部分：該PLCP(實體層收斂程序）與該PMD(實體媒 體相依)副層。該PLCP副層準備MAC協定資料單元(MPDU) 10用以傳輸’並從該無線媒體遞送進入之訊框至該MAC層。 該PLCP副層藉由將MPDU對映至適合該PMD傳輸之一訊 框格式，來將該MAC層對該PMD副層之相依性最小化。如 先前所敘述，對於諸如IEEE 802.11 a之傳統系統而言，每個 PPDU僅允許一個MPDU。 15 然而’新一代高通量（HT)WLAN之最近提議，諸如該 等打算採取IEEE 802. lln標準之提議；於一單一訊框中定義 包括MPDU之一聚合的一PPDU訊框。使用較長訊框之問題 是可交互運用性的議題，會於具有現存（亦即，傳統)裝置與 較新一代HT裝置兩者之WLAN中產生。
20 使用任何類型的載波感測多重接取(CSMA)之WLAN 無法完全避免碰撞。當兩個或更多站台開始同時發射、或 當某些站台於其他站台已完成發射前發射，即發生碰撞。 已遭受碰撞之訊框無法適當接收並且應重新提出，這會降 低WLAN之通量。因此，為了保持較高通量，接下來若將 '1305097 5fl框變得較長，降低碰撞會變得更加重要。 • 若多個站台同時開始發射，稱為虛擬載波感測之一
Mac機構有時可用來避免發生之碰撞。該目前站台計晝使 用其本身傳輸之時間間隔時，此機構會將期間資訊傳播至 5其他站台。於接取該媒體之一條件時，該MAC層會檢查其 網路分配向量(NAV)之數值，其為常駐於每一站之一計數器 ’其可表示餘留在一分享頻道上由上方站台發射之時間總 φ 量。一站台嘗試送出一訊框前該NAV必須是零。發射一目 前訊框之期間，一站台根據訊框之長度與資料速率來計算 10 送出下一訊框或訊框順序所需之時間總量。該站台將該期 間攔位代表該時間之一數值放置於該目前訊框之標頭。站 台接收該訊框時’其檢查該期間欄位數值並用來作為設定 其對應NAV之基礎。此程序必須保留該分享頻道之一時間 分配以供該傳送站台發射。 15 虛擬載波感測可使用碰撞避免技術，於發射與接收站 φ 之間來實施要求傳送(RTS)與清除傳送(CTS)之傳訊程序， 其中同僚站台可從RTS/CTS訊息中擷取數值以更新NAV。 然而’由於隱滅郎點’’的問題，例如一同僚站台無法接收 該CTS(由於其地理位置或鏈路障礙）時，同僚站台便無 20法一直準確更新，這會造成重複傳輸因此而碰撞。 一 PPDU訊框之PLCP標頭中的一實體（PHY)層機構包 括一攔位來識別共同指出該訊框之期間之大小與速率。因 此，其他站台可明白空中一目前訊框之期間，並延緩其本 身傳輸直到該訊框期間已結束。然而，既然傳統WLAN系 (8 9 1305097 統建構來支援每一 PPDU僅有一個MPDU，則傳統WLAN PPDU訊框之現存PLCP標頭，便不設計來包括大到足以說 明新一代WLAN之較長PPDU訊框的期間之一數字。 來到第1圖，現將說明可應付一或更多前述議題之一 5 PPDU訊框架構100。各種不同實施例中，訊框100之資料負 載（顯示於第1圖該PHY服務資料單元(PSDU)150)可由若干 MPDU 160、172、174、176所組成。該第一MPDU 160建構 以具有一傳統格式（其中支援任何保留的訊框類型），而資料 B 負載150之剩餘MPDU(例如，172、174、176)可以是任何格 10 式。 一實施例中，該正交分頻多工(OFDM)PLCP標頭可組 配來使用一保留欄位112來指出該PPDU訊框100是一聚合( 或是長)訊框。
PLCP標頭110之長度攔位114可設為一數值來識別該多 15 重MPDU訊框資料負載150之僅有第一 MPDU 160的一位元 組計數，而非該整個訊框架構之長度。此方法中，即使剩 餘MPDU 172、m、176與一傳統裝置無關，一傳統裝置仍 能夠讀取訊框100之該第一MPDU 160。既然標頭110之長度 欄位114無法正確識別訊框1〇〇之長度，則信號可包括來識 20 別訊框末端(EOF)，例如，該PHY準位之欄位180。 此外，根據各種不同實施例，該第一MPDU 160之期間 欄位162中的NAV值，可設定來識別該聚合訊框1〇〇之剩餘 期間-MPDU 172、174、176之總期間。 於是’例如根據服務欄位112中之保留位元，該聚合訊 10 1305097 .'框100可用來於新一代HTWLAN裝置之間通訊，而每一ΗΤ . WLAN裝置可識別該聚合訊框100。因此該等HT WLAN裝 置可不考量PLCP標頭110之長度欄位114，反倒是處理該訊 框直到遭遇該EOF信號180。 5 傳統站台可使用該長訊框10 0之資訊來更新其NAV機 構，使其本身傳輸延缓直到該聚合訊框結束。例如，只有 pLCP標頭110之長度欄位114中敘述的部分(例如，只有第一 0 個MPDU)’ 一傳統站台之phy才可收集並供應至該MAC。 既然該第一MPDU 160是一傳統格式，該傳統站台MAC便 10 能處理並從期間攔位162擷取該NAV值。之後，即使一傳統 站台可能無法了解整個聚合訊框1〇〇，該傳統站台之NAV機 構仍可被準確更新以適用長訊框。 第1圖亦顯示該PHY層之範例OFDM符號的產生，雖 然本發明並不侷限於此觀點，但其仍可用於實施該聚合訊 15 框° 鲁 來到第2圖，聚合訊框1〇〇之格式於RTS/CTS方法中對 於碰撞保護也是有用的。如本範例所示，一Ητ站台2〇2欲 發射時，其可發出帶有一期間值之— RTS訊息，該期間值宣 稱來保護該預期CTS與聚合訊框之期間順序。此時包括傳 20統裝置之任何站台，會聽到該RTS已更新NAV來抑制NAV1 時間週期之期間時發射(；例如，站台2〇8所顯示）。該nav實 際上涵蓋該CTS與該聚合訊框之起始。 該所欲之接收器HT裝置204,諸如一存取點（Ap)、網格 節點或其他站台，之後可發出包含一期間值之一CTs訊息 11 1305097 心月間值長到足以保瘦整個聚合訊框可由該發射HT站台 202傳送。所有聽到該CTS之站台，例如，站台206與209， 可於該長訊框之期間宣稱NAV。由於本發明實施例提議之 長訊框架構(例如，100)，可聽見RTS但無法繼續從CTS取得 5 NAV值之該等站台（例如，站台208)，可根據該發射訊框本 身中的值(例如，第1圖中；該第一MPDU之攔位162中的期 間值），來延長其NAV(與其不發射週期）來涵蓋整個聚合訊 框。該延長之未發射週期以第2圖之站台208中的一虛線來 顯示。 10 觀察上述實施例之實施，即使於包括傳統與HT站台兩 者之一混合環境下’使用長訊框仍可達到改良之HT WLAN 效能。再者，聚合訊框之RTS/CTS保護的需求可被降低， 因此與RTS/CTS相關聯之附加負擔可降低，此甚至可增加 通量。最後，當例如，遭遇隱藏節點問題時，本發明實施 15 例可使用RTS/CTS來改善網路效能。 來到第3圖，於一無線網路中使用之一範例設備3〇〇可 包括一主機系統360、一處理電路350，其可以是如本文所 述適合產生長訊框之任何元件或元件的組合與/或機器可 讀碼。一範例實施中，電路350可包括一基頻處理電路353 2〇 、一媒體接取控制器電路354、以及若有需要可包括一射頻 (RF)介面310。MAC可組合從主機360取得MSDU之MPDU ，並可於每一聚合訊框初始時插入包括上述聚合訊框之一 期間值的一虛擬MPDU。基頻處理電路353附加該相關PLCP 標頭 110與EOF 180。 12 Ϊ305097 MAC以及基頻電路350與/或rf介面3i〇可包括MAC層 處理、PHY鏈路層處理以及/或者如先前所述用於傳送與/ 或接收長訊框之RF處理所需的任何硬體、軟體與/或韌體元 件。 5 設備300可以是一無線行動台，諸如一蜂巢式電話、一 個人數位助理、電腦、個人娛樂裝置、無線路由器，一網 路接取站台，諸如一WLAN存取點（Ap)、一網格節點或其 他配備與/或其網路配接器。因此，設備3〇〇之功能與/或特 定組態可隨適當的需求而改變。 1〇 設備300之70件與特徵可使用離散電路、特定應用之積 體電路(ASIC)、邏輯閘體與/或單一晶片架構之任何組合來 貝靶。再者，设備300之特徵可使用微控制器、可程式化邏 輯陣列與/或微處理^或者前述適當使肖之任何組合來實 施。 15 應體 < 第3圖之方塊圖中所示之設備3GG是許多潛在實 施中唯：力月b性敘述的範例。因此，伴隨圖式中描述之方 塊功能的分割、省略或包括，並不意味實施該等功能之硬 體元件電路、軟體與/或構件必須於本發明之實施例中組 合、分割、省略、或包括。 20設備3〇0之實施例可使用單一輸入單-輸出（SIS〇)系 統來實&然而，特定的替代實施可使用具有多支天線別 、319的多輸入多輸出(ΜΙΜΟ)架構。 除非出現實體對立的可能性，否則該等發明者期望本 文敘述之方法可以任何順序與/或以任何組合來實施；而個 13 1305097
別實施例之元件可以任何方法來組合D 雖然已敘述本新發明之範例實施例，但在不違背本發 明之範下可作許多變動與修改。因此本發明實施例並不 文上述特定揭示内容所限制，反而應僅侷限於後附之申請 5專利範圍與其合法等效元件的範脅中。 C圖式簡單說明】
第1圖是一根據本發明之一實施例，顯示使用於無線網 路之—範例訊框架構的方塊圖； 第2圖是一無線網路中，用於防止碰撞之長訊框傳輸與 10同僚站台的競爭防止週期之一範例時序圖；以及 第3圖是一根據本發明之各種不同觀點，用於傳送與接 收長訊框之一無線設備的一範例實施例之功能方塊圖。
【主要元件符號說明 100…訊框架構 110…標頭 112···保留欄位/服務欄位 114…長度攔位 150···資料負載 160、172、174、176…媒體接 取控制協定資料單元 162···期間欄位 180…欄位 202、208…高通量站台 204…接收器高通量裝置 206、209…站台 300…範例設備 310···射頻介面 350…處理電路 353…基頻處理電路 354…媒體接取控制器電路 360…主機系統

Claims (1)

1305097 十、申請專利範圍： 1. 一種於無線網路中通訊之方法，該方法包含下列步驟： 發射由多個媒體接取控制（MAC)協定資料單元 (MPDU)所組成之一聚合訊框，其中該聚合訊框之一第 一MPDU具有可由一傳統無線區域網路(WLAN)裝置 讀取之一格式，該裝置僅可讀取具有一單一MPDU之 訊框。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一MPDU具有 實質符合電機電子工程師學會(IEEE) 802.11格式之一 格式。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該聚合訊框包括一 實體層收斂程序(PLCP)，並具有實質符合電機電子工程 師學會(IEEE) 802.11a格式之一格式。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該聚合訊框包括了 包括有一長度欄位之一實體層收斂程序(PLCP)標頭，該 長度攔位具有用以識別僅該第一 MPDU之一長度的一 數值。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一 MPDU包括 用於識別該聚合訊框之一期間的一期間值。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該聚合訊框更包含 一訊框末端(EOF)指示符。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其更包含於發射前的下 列步驟： 插入該第一 MPDU來作為包含供該傳統WLAN裝置
15 1305097 用之一期間值的一個MPDU，以更新其網路分配向量 (NAV)歷經該聚合訊框之一期間。 8. —種使用於無線網路中之設備，該設備包含： 一處理電路，用於形成包含多個MAC協定資料單元 (MPDU)之一訊框，其中該訊框之一第一 MPDU包括用 於識別該訊框之一期間的一期間值。 9. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該處理電路包含一 基頻處理電路以及與該基頻處理電路通訊耦合之一個 MAC電路。 10. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該處理電路係組配 來使用正交分頻多工(OFDM)法以調變該訊框。 11. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該訊框包括具有一 長度欄位之一標頭，該長度欄位具有識別該第一MPDU 之一長度的一數值。 12. 如申請專利範圍第9項之設備，其更包含耦合至該處理 電路之一射頻(RF)介面，該RF介面包括用於多輸入多輸 出（ΜΙΜΟ)操作之至少兩支天線。 13. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該設備包含一行動 台或一網路接取站台之至少一部分。 14. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該期間值係提供來 更新不包括整個訊框之一傳統裝置的一網路分配向量 (NAV)。 15. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該訊框之該第一 MPDU以與該聚合訊框之其他MPDU不同的速率來發
16 1305097 射。 16. 如申請專利範圍第11項之設備，其中該標頭更包括用來 將該訊框識別作為一聚合訊框的一個位元。 17. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該訊框更包含一訊 框末端(EOF)指示符。 18. —種使用於無線網路中之系統，該系統包含： 用以產生訊框之一處理電路，每一訊框包含一標頭 與多個媒體接取控制(MAC)協定資料單元(MPDU)，其 中每一訊框之該標頭包括只識別該訊框之一第一 MPDU的一長度之一數值； 與該處理電路通訊耦合之一射頻(RF)介面；以及 與該RF介面耦合用以進行多輸入多輸出（ΜΙΜΟ)通 訊之至少兩支偶極天線。 19. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該系統包含一行動 台或一網路接取站台之至少一部分。 20. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該無線網路包含一 無線區域網路(WLAN)。 21. 如申請專利範圍第18項之系統，其中每一訊框之該第一 MPDU具有實質符合電機電子工程師學會（IEEE) 802.11a格式之一架構。 17
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