利用碼分復(fù)用的爭用仲裁的制作方法
【專利說明】利用碼分復(fù)用的爭用仲裁
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本專利文件根據(jù)35U.S.C.§ 119(a)和巴黎公約要求于2014年I月13日提交的國際專利申請第PCT/CN2014/070530號以及2014年9月11日提交的國際專利申請第PCT/CN2014/086307號的優(yōu)先權(quán)。上述專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
[0003]背景
[0004]本專利文件涉及無線通信。
[0005]無線通信系統(tǒng)能夠包括一個或多個接入點(AP)與一個或多個無線工作站(STA)通信的網(wǎng)絡(luò)。接入點能夠?qū)y帶管理信息、控制信息或用戶數(shù)據(jù)的無線電信號發(fā)射至一個或多個無線工作站，并且工作站還能夠通過時分雙工(TDD)在相同頻率信道中將無線電信號發(fā)射至接入點或者通過頻分雙工(FDD)以不同頻率發(fā)射至接入點。
[0006]IEEE 802.11是指定用于無線局域網(wǎng)(WLAN)的異步時分雙工技術(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與接入點(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，接入點與工作站通過使用載波偵聽多路訪問與沖突避免(CSMA/CA)技術(shù)(一種用于多路訪問和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腡DD機制)而共享相同頻率通道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本專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多路訪問與爭用仲裁(CBSMA/CA)機制，以提高無線通信中的介質(zhì)使用效率并減小傳輸延遲。
[0008]在一個方面中，提供了用于工作站的、在虛擬的基于代碼的偵聽多路訪問與爭用仲裁(CBSMA/CA)機制下爭用介質(zhì)的方法。在一些實施例中，CBSMA/CA能夠管理幾個符號內(nèi)的爭用時間段，這相比于傳統(tǒng)的CSMA/CA機制極大地提高了介質(zhì)使用的效率。
[0009]在另一個方面中，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用請求中代碼使用的密度的方法。在一些實施例中，通過調(diào)節(jié)，有CBSMA/CA能力的AP能夠控制在爭用周期中傳輸爭用請求幀的沖突概率以及在HEWOP中傳輸PPDU幀的沖突概率，而無需增加傳統(tǒng)CSMA/CA的時域中的爭用窗口。這將在爭用期間減少在介質(zhì)使用中所浪費的時間。
[0010]在另一個方面中，在CBSMA/CA的爭用請求幀中提供了專用前導(dǎo)碼，以允許其他工作站通過空閑信道評估(CCA)檢測機制來偵聽介質(zhì)忙碌并且允許有CBSMA/CA能力的AP檢測爭用請求幀的傳輸。專用前導(dǎo)碼字段的前三個字段向后兼容傳統(tǒng)規(guī)格。由于專用前導(dǎo)碼字段的固定值，CBSMA/CA機制允許其他工作站檢測多個被傳輸?shù)膶Ｓ们皩?dǎo)碼。另外，爭用請求幀的專用前導(dǎo)碼可以被用于降低爭用請求的錯誤檢測以及錯誤觸發(fā)HEWOP的概率。
[0011]在另一個方面中，提供了一種方法，其在爭用仲裁幀中利用專用前導(dǎo)碼來允許其他工作站通過CCA檢測機制偵聽介質(zhì)忙碌并且允許CBSMA/CA爭用工作站獲得爭用仲裁幀。類似于爭用請求幀的專用前導(dǎo)碼字段，爭用仲裁幀的專用前導(dǎo)碼可以用于降低爭用仲裁的錯誤檢測和錯誤觸發(fā)HEWOP的概率。
[0012]在另一個方面中，提供了一種方法，其通過在碼域中將正交序列(例如，CAZAC (恒幅零自相關(guān)))或Zadoff-Chu序列分配到每個爭用工作站而使用來自不同工作站的可區(qū)分的多個爭用請求幀。利用Zadoff-Chu序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性，AP可能夠區(qū)分來自不同工作站的爭用請求幀。
[0013]在另一個方面中，提供了一種方法，其通過串接兩個或多于兩個Zadoff-Chu符號來增加實際爭用代碼間隔的方法，這將提供一條靈活的途徑以增加物理爭用間隔，從而減少由于單個符號中的Zadoff-Chu序列的較小可用數(shù)目而導(dǎo)致的沖突概率。
[0014]在再一個方面中，提供了一種方法，其使得CBSMA/CA爭用工作站通過爭用仲裁幀得知關(guān)于即將到來的HEWOP的獲勝工作站。多個獲勝工作站能夠按照從CBSMA/CA AP發(fā)送的爭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機制同時發(fā)射。以這種方法，AP能夠在HEWOP中調(diào)度與多個工作站的通信，以便減小在下行傳輸和上行傳輸之前的切換時間。
[0015]在再一個方面中，提供了一種如何保護CBSMA/CA的爭用周期和HEWOP傳輸?shù)闹芷谝詼p少來自其他鄰近工作站的干擾的方法。
[0016]在所附附圖、說明書和權(quán)利要求書中闡述了以上方面及其實施方案的細節(jié)。
【附圖說明】
[0017]圖1顯示了無線通信系統(tǒng)中的中控型BSS的實例。
[0018]圖2顯示了 IEEE 802.11的DCF中的現(xiàn)有技術(shù)CSMA/CA機制的實例。
[0019]圖3顯示了 IEEE 802.11的EDCA中的傳輸開銷的實例。
[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例。
[0021 ] 圖5A顯示了 CBSMA/CA機制的實例。
[0022]圖5B顯示了 CBSMA/CA幀結(jié)構(gòu)的實例。
[0023]圖5C顯示了 CBSMA/CA幀的L-SIG設(shè)置的實例。
[0024]圖顯示了 HE-SIG的實例。
[0025]圖6A顯示了用于非AP工作站的CBSMA/CA過程的實例。
[0026]圖6B顯示了用于AP的CBSMA/CA過程的實例。
[0027]圖7顯示了虛擬爭用間隔和實際爭用間隔的實例。
[0028]圖8顯示了控制沖突概率的實例。
[0029]圖9顯示了在HEWOP中一個獲勝工作站的傳輸?shù)膶嵗?br>[0030]圖10顯示了在HEWOP中多個獲勝工作站的傳輸?shù)膶嵗?br>[0031]圖11顯示了控制包括接入點和多個工作站的無線網(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和多個工作站的無線網(wǎng)絡(luò)的操作的示例性裝置。
[0033]圖13顯示了在無線設(shè)備處實施的示例性方法。
[0034]圖14顯示了示例性無線通信裝置。
【具體實施方式】
[0035]本文件描述了使用基于代碼的偵聽與爭用仲裁(CBSMA/CA)機制來提高基于爭用的無線通信中的傳輸效率的多路訪問的技術(shù)、機制、設(shè)備和系統(tǒng)。
[0036]在IEEE 802.11中，基本服務(wù)集(BSS)是無線局域網(wǎng)(WLAN)的基本結(jié)構(gòu)單元。在無線電覆蓋區(qū)域中關(guān)聯(lián)的無線工作站(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的實例。BSSl和BSS2為中控型BSS。BSSl包含一個接入點(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包含一個接入點(AP2)和兩個非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)且專用于管理BSS的中心站被稱為接入點(AP)。在AP周圍建立的BSS稱為中控型BSS。
[0038]IEEE 802.11無線通信支持多路訪問且提供兩種類型的訪問控制機制以用于多個工作站來訪問介質(zhì):
[0039]A)分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)
[0040]B)點協(xié)調(diào)功能(PCF)。
[0041 ] PCF (或其增強版HCCA)為在基于IEEE 802.11的WLAN中使用的中央控制的多路介質(zhì)訪問控制(MAC)機制。PCF存在于AP中以協(xié)調(diào)BSS內(nèi)的通信。在偵聽到介質(zhì)空閑后AP等待PIFS以爭用介質(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會來將其數(shù)據(jù)幀通過介質(zhì)發(fā)送至AP。
[0042]由于PCF(或HCCA)將輪詢機制用于多路訪問控制，即，其在時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，當在部署(比如公共區(qū)域或會議室的熱點)的情況下存在大量關(guān)聯(lián)的工作站時，它可能遇到信道效率問題。當關(guān)聯(lián)的工作站的數(shù)目較大而活動的工作站(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，PCF輪詢機制不是十分有效的并且導(dǎo)致大量的介質(zhì)浪費。
[0043]另一方面，DCF依靠載波偵聽多路訪問與沖突避免(CSMA/CA)機制來控制多路介質(zhì)訪問。每個工作站實現(xiàn)CSMA/CA功能。在訪問無線介質(zhì)之前，工作站必須利用CSMA/CA偵聽介質(zhì)占用。如果工作站偵聽到介質(zhì)忙碌，則它必須等待且在稍后時間重試偵聽介質(zhì)。如果工作站偵聽到介質(zhì)空閑，則它將等待某個幀間間隔(IFS)且然后進入爭用窗口(CW)。為了支持多個工作站訪問介質(zhì)，每個工作站在經(jīng)由介質(zhì)傳輸之前必須退避隨機時間使得對介質(zhì)的訪問可以進行平均分配。
[0044]圖2示出了在當前802.11規(guī)范下的DCF的CSMA/CA機制的實例。工作站偵聽介質(zhì)。如果偵聽到介質(zhì)忙碌，則工作站延遲，直到當在介質(zhì)上檢測的最后一幀被正確地接收時介質(zhì)被確定為空閑加上等于xIFS的時間段為止。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)的時間。如果工作站將要傳輸管理幀，那么它必須等待點協(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，那么它在進入爭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)或增長的幀間間隔(EIFS)。
[0045]為了允許多個工作站爭用介質(zhì)，DCF CSMA/CA機制在等待xIFS時間段后在爭用窗口中使用退避時間控制機制。在爭用窗口中的每個工作站必須退避隨機時間以在時域中平均分布傳輸從而減少沖突。退避時間被定義為
[0046]退避時間=隨機O X時隙方程式(I)
[0047]其中，隨機O =均勻分布在區(qū)間[0，CW]上的偽隨機整數(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機制在每個傳輸中具有巨大開銷，并且特別是在大量工作站共享同一介質(zhì)且將要同時傳輸時存在介質(zhì)使用效率的問題。
[0050]圖3顯示了在當前IEEE 802.11 CSMA/CA機制下的介質(zhì)空閑中的等待時間的實例。在爭用時間間隔中，等待時間包含仲裁幀間間隔(AIFS)和關(guān)于退避時間的爭用窗口(CW)。這個等待時間用于減小爭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。在同一時間爭用介質(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。隨著爭用工作站的數(shù)目達到某個水平，沖突概率將非常高(例如，大于90%)。因此，可期望的是增加爭用窗口的大小以減小沖突概率。
[0052]但是，增加爭用窗口大小將會降低介質(zhì)使用效率。在CW= 128處，平均等待時間約為64時隙，這導(dǎo)致了較低的介質(zhì)使用效率。
[0053]除了在CSMA/CA機制上的開銷，用于平均分享通話時間(air time)的下行或上行TXOP分配在爭用期間產(chǎn)生關(guān)于AP的公平問題。當許多工作站與AP關(guān)聯(lián)且處于活動傳輸狀態(tài)中時，根據(jù)CSMA/CA或EDCA機制，每個關(guān)聯(lián)的工作站和AP的傳輸機會的概率是相同的。但是，AP是BSS的聚合點以將全部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進入TXOP的機會將越來越低。這將導(dǎo)致隨著關(guān)聯(lián)工作站的數(shù)目達到特定閾值DL吞吐量迅速下降。
[0054]本文件公開了稱為基于代碼的偵聽多路訪問與爭用仲裁(CBSMA/CA)的信道訪問機制。在一些實施例中，公開的技術(shù)能夠用于提高介質(zhì)使用效率。在一些實施例中，公開的技術(shù)能夠用于提高用戶體驗，例如，通過降低網(wǎng)絡(luò)延遲。
[0055]在一個有利的