利用碼分復(fù)用的爭(zhēng)用仲裁的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】利用碼分復(fù)用的爭(zhēng)用仲裁
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專(zhuān)利文件根據(jù)35U.S.C.§ 119(a)和巴黎公約要求于2014年I月13日提交的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)第PCT/CN2014/070530號(hào)以及2014年9月11日提交的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)第PCT/CN2014/086307號(hào)的優(yōu)先權(quán)。上述專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。
[0003]背景
[0004]本專(zhuān)利文件涉及無(wú)線通信。
[0005]無(wú)線通信系統(tǒng)能夠包括一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)(AP)與一個(gè)或多個(gè)無(wú)線工作站(STA)通信的網(wǎng)絡(luò)。接入點(diǎn)能夠?qū)y帶管理信息、控制信息或用戶數(shù)據(jù)的無(wú)線電信號(hào)發(fā)射至一個(gè)或多個(gè)無(wú)線工作站，并且工作站還能夠通過(guò)時(shí)分雙工(TDD)在相同頻率信道中將無(wú)線電信號(hào)發(fā)射至接入點(diǎn)或者通過(guò)頻分雙工(FDD)以不同頻率發(fā)射至接入點(diǎn)。
[0006]IEEE 802.11是指定用于無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的異步時(shí)分雙工技術(shù)。WLAN的基本單元為基本服務(wù)集(BSS)。中控型BSS (infrastructure BSS)為具有工作站的通過(guò)與接入點(diǎn)(AP)相關(guān)聯(lián)以連接至有線網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)的BSS。在BSS中，接入點(diǎn)與工作站通過(guò)使用載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)與沖突避免(CSMA/CA)技術(shù)(一種用于多路訪問(wèn)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腡DD機(jī)制)而共享相同頻率通道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本專(zhuān)利文件描述了多種技術(shù)，除此之外，還描述基于代碼的偵聽(tīng)多路訪問(wèn)與爭(zhēng)用仲裁(CBSMA/CA)機(jī)制，以提高無(wú)線通信中的介質(zhì)使用效率并減小傳輸延遲。
[0008]在一個(gè)方面中，提供了用于工作站的、在虛擬的基于代碼的偵聽(tīng)多路訪問(wèn)與爭(zhēng)用仲裁(CBSMA/CA)機(jī)制下?tīng)?zhēng)用介質(zhì)的方法。在一些實(shí)施例中，CBSMA/CA能夠管理幾個(gè)符號(hào)內(nèi)的爭(zhēng)用時(shí)間段，這相比于傳統(tǒng)的CSMA/CA機(jī)制極大地提高了介質(zhì)使用的效率。
[0009]在另一個(gè)方面中，提供了用于有CBSMA/CA能力的工作站的、將虛擬代碼映射到用于傳輸?shù)奈锢泶a中并調(diào)節(jié)虛擬代碼間隔以控制在爭(zhēng)用請(qǐng)求中代碼使用的密度的方法。在一些實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)節(jié)，有CBSMA/CA能力的AP能夠控制在爭(zhēng)用周期中傳輸爭(zhēng)用請(qǐng)求幀的沖突概率以及在HEWOP中傳輸PPDU幀的沖突概率，而無(wú)需增加傳統(tǒng)CSMA/CA的時(shí)域中的爭(zhēng)用窗口。這將在爭(zhēng)用期間減少在介質(zhì)使用中所浪費(fèi)的時(shí)間。
[0010]在另一個(gè)方面中，在CBSMA/CA的爭(zhēng)用請(qǐng)求幀中提供了專(zhuān)用前導(dǎo)碼，以允許其他工作站通過(guò)空閑信道評(píng)估(CCA)檢測(cè)機(jī)制來(lái)偵聽(tīng)介質(zhì)忙碌并且允許有CBSMA/CA能力的AP檢測(cè)爭(zhēng)用請(qǐng)求幀的傳輸。專(zhuān)用前導(dǎo)碼字段的前三個(gè)字段向后兼容傳統(tǒng)規(guī)格。由于專(zhuān)用前導(dǎo)碼字段的固定值，CBSMA/CA機(jī)制允許其他工作站檢測(cè)多個(gè)被傳輸?shù)膶?zhuān)用前導(dǎo)碼。另外，爭(zhēng)用請(qǐng)求幀的專(zhuān)用前導(dǎo)碼可以被用于降低爭(zhēng)用請(qǐng)求的錯(cuò)誤檢測(cè)以及錯(cuò)誤觸發(fā)HEWOP的概率。
[0011]在另一個(gè)方面中，提供了一種方法，其在爭(zhēng)用仲裁幀中利用專(zhuān)用前導(dǎo)碼來(lái)允許其他工作站通過(guò)CCA檢測(cè)機(jī)制偵聽(tīng)介質(zhì)忙碌并且允許CBSMA/CA爭(zhēng)用工作站獲得爭(zhēng)用仲裁幀。類(lèi)似于爭(zhēng)用請(qǐng)求幀的專(zhuān)用前導(dǎo)碼字段，爭(zhēng)用仲裁幀的專(zhuān)用前導(dǎo)碼可以用于降低爭(zhēng)用仲裁的錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤觸發(fā)HEWOP的概率。
[0012]在另一個(gè)方面中，提供了一種方法，其通過(guò)在碼域中將正交序列(例如，CAZAC (恒幅零自相關(guān)))或Zadoff-Chu序列分配到每個(gè)爭(zhēng)用工作站而使用來(lái)自不同工作站的可區(qū)分的多個(gè)爭(zhēng)用請(qǐng)求幀。利用Zadoff-Chu序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性，AP可能夠區(qū)分來(lái)自不同工作站的爭(zhēng)用請(qǐng)求幀。
[0013]在另一個(gè)方面中，提供了一種方法，其通過(guò)串接兩個(gè)或多于兩個(gè)Zadoff-Chu符號(hào)來(lái)增加實(shí)際爭(zhēng)用代碼間隔的方法，這將提供一條靈活的途徑以增加物理爭(zhēng)用間隔，從而減少由于單個(gè)符號(hào)中的Zadoff-Chu序列的較小可用數(shù)目而導(dǎo)致的沖突概率。
[0014]在再一個(gè)方面中，提供了一種方法，其使得CBSMA/CA爭(zhēng)用工作站通過(guò)爭(zhēng)用仲裁幀得知關(guān)于即將到來(lái)的HEWOP的獲勝工作站。多個(gè)獲勝工作站能夠按照從CBSMA/CA AP發(fā)送的爭(zhēng)用仲裁幀中的代碼出現(xiàn)的次序順序地發(fā)射或接收PH)U，或者利用OFDMA或UL MU-MIMO機(jī)制同時(shí)發(fā)射。以這種方法，AP能夠在HEWOP中調(diào)度與多個(gè)工作站的通信，以便減小在下行傳輸和上行傳輸之前的切換時(shí)間。
[0015]在再一個(gè)方面中，提供了一種如何保護(hù)CBSMA/CA的爭(zhēng)用周期和HEWOP傳輸?shù)闹芷谝詼p少來(lái)自其他鄰近工作站的干擾的方法。
[0016]在所附附圖、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中闡述了以上方面及其實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1顯示了無(wú)線通信系統(tǒng)中的中控型BSS的實(shí)例。
[0018]圖2顯示了 IEEE 802.11的DCF中的現(xiàn)有技術(shù)CSMA/CA機(jī)制的實(shí)例。
[0019]圖3顯示了 IEEE 802.11的EDCA中的傳輸開(kāi)銷(xiāo)的實(shí)例。
[0020]圖4顯示了在CW = 128處不同數(shù)目工作站的沖突概率的實(shí)例。
[0021 ] 圖5A顯示了 CBSMA/CA機(jī)制的實(shí)例。
[0022]圖5B顯示了 CBSMA/CA幀結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
[0023]圖5C顯示了 CBSMA/CA幀的L-SIG設(shè)置的實(shí)例。
[0024]圖顯示了 HE-SIG的實(shí)例。
[0025]圖6A顯示了用于非AP工作站的CBSMA/CA過(guò)程的實(shí)例。
[0026]圖6B顯示了用于AP的CBSMA/CA過(guò)程的實(shí)例。
[0027]圖7顯示了虛擬爭(zhēng)用間隔和實(shí)際爭(zhēng)用間隔的實(shí)例。
[0028]圖8顯示了控制沖突概率的實(shí)例。
[0029]圖9顯示了在HEWOP中一個(gè)獲勝工作站的傳輸?shù)膶?shí)例。
[0030]圖10顯示了在HEWOP中多個(gè)獲勝工作站的傳輸?shù)膶?shí)例。
[0031]圖11顯示了控制包括接入點(diǎn)和多個(gè)工作站的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的操作的示例性方法。
[0032]圖12顯示了用于控制包括接入點(diǎn)和多個(gè)工作站的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的操作的示例性裝置。
[0033]圖13顯示了在無(wú)線設(shè)備處實(shí)施的示例性方法。
[0034]圖14顯示了示例性無(wú)線通信裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本文件描述了使用基于代碼的偵聽(tīng)與爭(zhēng)用仲裁(CBSMA/CA)機(jī)制來(lái)提高基于爭(zhēng)用的無(wú)線通信中的傳輸效率的多路訪問(wèn)的技術(shù)、機(jī)制、設(shè)備和系統(tǒng)。
[0036]在IEEE 802.11中，基本服務(wù)集(BSS)是無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的基本結(jié)構(gòu)單元。在無(wú)線電覆蓋區(qū)域中關(guān)聯(lián)的無(wú)線工作站(也稱為工作站)建立BSS并且提供WLAN的基本服務(wù)。
[0037]圖1示出了中控型BSS的實(shí)例。BSSl和BSS2為中控型BSS。BSSl包含一個(gè)接入點(diǎn)(API)和若干非AP工作站STAlU STA12和STA13。APl保持與工作站STAlU STA12和STA13相關(guān)聯(lián)。BSS2包含一個(gè)接入點(diǎn)(AP2)和兩個(gè)非AP工作站STA21和STA22。AP2保持與工作站STA21和STA22相關(guān)聯(lián)。中控型BSSl和BSS2可以經(jīng)由APl和AP2相互連接或者通過(guò)分布式系統(tǒng)(DS)連接至服務(wù)器。與其他工作站相關(guān)聯(lián)且專(zhuān)用于管理BSS的中心站被稱為接入點(diǎn)(AP)。在AP周?chē)⒌腂SS稱為中控型BSS。
[0038]IEEE 802.11無(wú)線通信支持多路訪問(wèn)且提供兩種類(lèi)型的訪問(wèn)控制機(jī)制以用于多個(gè)工作站來(lái)訪問(wèn)介質(zhì):
[0039]A)分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)
[0040]B)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)。
[0041 ] PCF (或其增強(qiáng)版HCCA)為在基于IEEE 802.11的WLAN中使用的中央控制的多路介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)機(jī)制。PCF存在于AP中以協(xié)調(diào)BSS內(nèi)的通信。在偵聽(tīng)到介質(zhì)空閑后AP等待PIFS以爭(zhēng)用介質(zhì)。利用比DCF更高的優(yōu)先權(quán)，AP能夠比其他工作站更早地爭(zhēng)用介質(zhì)并且將CF輪詢幀(CF-Poll frame)發(fā)送至有PCF能力的工作站以調(diào)度其傳輸。如果被輪詢的工作站沒(méi)有要發(fā)送的幀，那么其應(yīng)將空幀傳輸至AP。否則，被輪詢的工作站將采用該傳輸機(jī)會(huì)來(lái)將其數(shù)據(jù)幀通過(guò)介質(zhì)發(fā)送至AP。
[0042]由于PCF(或HCCA)將輪詢機(jī)制用于多路訪問(wèn)控制，即，其在時(shí)間上交替地輪詢所有關(guān)聯(lián)的工作站以檢查它們是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，當(dāng)在部署(比如公共區(qū)域或會(huì)議室的熱點(diǎn))的情況下存在大量關(guān)聯(lián)的工作站時(shí)，它可能遇到信道效率問(wèn)題。當(dāng)關(guān)聯(lián)的工作站的數(shù)目較大而活動(dòng)的工作站(即，希望將數(shù)據(jù)包發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)的工作站)數(shù)目較少時(shí)，PCF輪詢機(jī)制不是十分有效的并且導(dǎo)致大量的介質(zhì)浪費(fèi)。
[0043]另一方面，DCF依靠載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)與沖突避免(CSMA/CA)機(jī)制來(lái)控制多路介質(zhì)訪問(wèn)。每個(gè)工作站實(shí)現(xiàn)CSMA/CA功能。在訪問(wèn)無(wú)線介質(zhì)之前，工作站必須利用CSMA/CA偵聽(tīng)介質(zhì)占用。如果工作站偵聽(tīng)到介質(zhì)忙碌，則它必須等待且在稍后時(shí)間重試偵聽(tīng)介質(zhì)。如果工作站偵聽(tīng)到介質(zhì)空閑，則它將等待某個(gè)幀間間隔(IFS)且然后進(jìn)入爭(zhēng)用窗口(CW)。為了支持多個(gè)工作站訪問(wèn)介質(zhì)，每個(gè)工作站在經(jīng)由介質(zhì)傳輸之前必須退避隨機(jī)時(shí)間使得對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn)可以進(jìn)行平均分配。
[0044]圖2示出了在當(dāng)前802.11規(guī)范下的DCF的CSMA/CA機(jī)制的實(shí)例。工作站偵聽(tīng)介質(zhì)。如果偵聽(tīng)到介質(zhì)忙碌，則工作站延遲，直到當(dāng)在介質(zhì)上檢測(cè)的最后一幀被正確地接收時(shí)介質(zhì)被確定為空閑加上等于xIFS的時(shí)間段為止。如果工作站將要發(fā)送控制幀(比如ACK)，那么它在傳輸之前必須等待短幀間間隔(SIFS)的時(shí)間。如果工作站將要傳輸管理幀，那么它必須等待點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)幀間間隔(PIFS)。如果工作站將要傳輸數(shù)據(jù)幀，那么它在進(jìn)入爭(zhēng)用窗口之前必須等待分布式(協(xié)調(diào)功能)幀間間隔(DIFS)或仲裁幀間間隔(AIFS)或增長(zhǎng)的幀間間隔(EIFS)。
[0045]為了允許多個(gè)工作站爭(zhēng)用介質(zhì)，DCF CSMA/CA機(jī)制在等待xIFS時(shí)間段后在爭(zhēng)用窗口中使用退避時(shí)間控制機(jī)制。在爭(zhēng)用窗口中的每個(gè)工作站必須退避隨機(jī)時(shí)間以在時(shí)域中平均分布傳輸從而減少?zèng)_突。退避時(shí)間被定義為
[0046]退避時(shí)間=隨機(jī)O X時(shí)隙方程式(I)
[0047]其中，隨機(jī)O =均勻分布在區(qū)間[0，CW]上的偽隨機(jī)整數(shù)，且CW為整數(shù):
[0048]Cff最小彡Cff ( Cff最大方程式(2)
[0049]在IEEE 802.11中使用的現(xiàn)有CSMA/CA機(jī)制在每個(gè)傳輸中具有巨大開(kāi)銷(xiāo)，并且特別是在大量工作站共享同一介質(zhì)且將要同時(shí)傳輸時(shí)存在介質(zhì)使用效率的問(wèn)題。
[0050]圖3顯示了在當(dāng)前IEEE 802.11 CSMA/CA機(jī)制下的介質(zhì)空閑中的等待時(shí)間的實(shí)例。在爭(zhēng)用時(shí)間間隔中，等待時(shí)間包含仲裁幀間間隔(AIFS)和關(guān)于退避時(shí)間的爭(zhēng)用窗口(CW)。這個(gè)等待時(shí)間用于減小爭(zhēng)用周期中的沖突概率。
[0051]圖4顯示了在CW= 128處不同數(shù)目工作站的沖突概率的示例性曲線圖400。在同一時(shí)間爭(zhēng)用介質(zhì)的工作站(沿橫軸繪制)越多，則沖突的概率(沿縱軸繪制)越大。隨著爭(zhēng)用工作站的數(shù)目達(dá)到某個(gè)水平，沖突概率將非常高(例如，大于90%)。因此，可期望的是增加爭(zhēng)用窗口的大小以減小沖突概率。
[0052]但是，增加爭(zhēng)用窗口大小將會(huì)降低介質(zhì)使用效率。在CW= 128處，平均等待時(shí)間約為64時(shí)隙，這導(dǎo)致了較低的介質(zhì)使用效率。
[0053]除了在CSMA/CA機(jī)制上的開(kāi)銷(xiāo)，用于平均分享通話時(shí)間(air time)的下行或上行TXOP分配在爭(zhēng)用期間產(chǎn)生關(guān)于AP的公平問(wèn)題。當(dāng)許多工作站與AP關(guān)聯(lián)且處于活動(dòng)傳輸狀態(tài)中時(shí)，根據(jù)CSMA/CA或EDCA機(jī)制，每個(gè)關(guān)聯(lián)的工作站和AP的傳輸機(jī)會(huì)的概率是相同的。但是，AP是BSS的聚合點(diǎn)以將全部DL幀發(fā)送至全部關(guān)聯(lián)的工作站。如果AP在爭(zhēng)用TXOP中與其他工作站具有相同概率，那么隨著關(guān)聯(lián)的工作站的數(shù)目增加則AP進(jìn)入TXOP的機(jī)會(huì)將越來(lái)越低。這將導(dǎo)致隨著關(guān)聯(lián)工作站的數(shù)目達(dá)到特定閾值DL吞吐量迅速下降。
[0054]本文件公開(kāi)了稱為基于代碼的偵聽(tīng)多路訪問(wèn)與爭(zhēng)用仲裁(CBSMA/CA)的信道訪問(wèn)機(jī)制。在一些實(shí)施例中，公開(kāi)的技術(shù)能夠用于提高介質(zhì)使用效率。在一些實(shí)施例中，公開(kāi)的技術(shù)能夠用于提高用戶體驗(yàn)，例如，通過(guò)降低網(wǎng)絡(luò)延遲。
[0055]在一個(gè)有利的