对在无线通信网络中传输的消息进行调制的方法和通信终端的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种无线通信网络中的通信终端。该通信终端包括：接收机，其被配置成以第一传输速率从无线通信网络中的通信设备接收包括介质访问控制(MAC)帧的第一消息；消息生成器，其被配置成响应于接收到的第一消息而生成第二消息，该第二消息包括控制响应帧；以及发射机，其被配置成以第二传输速率发送控制响应帧，其中第二传输速率低于或等于第一传输速率；以及其中，第二传输速率依赖于通信设备和通信终端之间的下行链路通信和上行链路通信之间的质量差异。还公开了对在无线通信网络中传输的消息进行调制的方法。
【专利说明】对在无线通信网络中传输的消息进行调制的方法和通信终
上山
ii而
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年11月9日提交的新加坡专利申请号201108265-8的优先权，为此通过弓丨用将其全部内容结合于此以用于任何目的。
【技术领域】
[0003]各个实施例一般涉及无线通信网络中的通信终端以及无线通信网络中的消息传输方法的领域。
【背景技术】
[0004]对于即使不是全部也是大多数的服务提供商(SP)来说，由于成本和无线资源的短缺，仅通过升级现有设备或者构建更多新的蜂窝来满足移动数据流量对网络容量的需求是有挑战的。另一方面，由于几乎每台智能电话都具有WiFi芯片组，对于SP来说一种有前途的替代是构建WiFi网络并将尽可能多的蜂窝数据流量卸载到WiFi。这是因为部署WiFi热点的成本相对较低，并且相应的射频带是免费的。预期数百万的接入点(AP)会被SP部署。
[0005]预测利用WiFi卸载获得的成本节省是显著的。部署多接入(WiFi和3G)卸载策略的SP可以预期每年有处于约20%到约25%的范围内的节省。可以观察到从某些SP热点发生的连接数量的显著增加，例如从2008年的19.7百万连接增加到2009年的86.2百万连接。这转化为约400%的增长。在美国市场，到2013年为止，SP每年可以节省300亿?400亿美元之间。
[0006]WiFi卸载帮助SP以更低的成本来提供更好的移动数据服务。然而，多种挑战(例如非对称链路)阻止了 WiFi卸载技术被开发到其充分的潜能。
[0007]WiFi覆盖面由无线传输功率、天线增益以及传播路径损失来确定。
[0008]总体发射传输功率在政府管制之下。依赖于使用的管辖，对于各向同性点到多点(PM)模式，WiFi的发送功率限制的范围一般是从I到4WEIRP (等效各向同性辐射功率)。使用高增益天线并被放置在屋顶，该功率限制一般足以使接入点(AP)达到约Ikm的覆盖距离(基于下行链路传输)。另一方面，移动电话中的功率水平一般更低，并且天线增益由于成本、功耗或形状因数等限制而受限。移动电话的天线高度受到环境限制，并且不可能被任意改变。这些限制和约束导致从移动电话到AP (基于上行链路传输)的小得多的到达范围，其在室内环境中典型地小于50m。传输范围的差异导致AP和移动电话之间的非对称的下行链路和上行链路连接，并使得AP的实际覆盖面被缩短几倍或许多倍。
[0009]在下行链路传输中，AP可以以高天线增益之上的更高功率发送到移动端。预期下行链路吞吐量或覆盖面可以明显更高、并与传输功率成比例。然而，下行链路吞吐量或覆盖面在超过特定范围后就不会再有任何进一步的改善。原因在于更差的上行链路连接。这是因为WiFi中的下行链路数据传输周期需要上行链路控制信令得到完成。下行链路吞吐量I网络中的通信终端。该通信终端包括接同络中的通信设备接收包括介质访问控制句应于接收到的第一消息而生成第二消息，0置成以第二传输速率发送控制响应帧，其I其中，第二传输速率依赖于通信设备和通0的质量差异。
6线通信网络中传输的消息进行调制的方3络中的通信设备接收包括介质访问控制I而生成第二消息，其中第二消息包括控制其中第二传输速率低于或等于第一传输速.信终端之间的下行链路通信和上行链路通
记一般始终指代相同的部分。附图不一定理上。为了清楚起见，各个特征/元素的尺[0022]图7A和7B示出根据各个实施例的OFDM系统中的符号重复的示例；
[0023]图8A和8B示出根据各个实施例的仅具有前同步码的ACK消息的示例；
[0024]图9A和9B示出根据各个实施例的仅具有前同步码并具有寻址能力的ACK消息的示例；
[0025]图10示出根据各个实施例的具有受限寻址能力的仅前同步码传输的示例；
[0026]图1lA和IlB示出根据各个实施例的具有增强的前同步码和SIG/ACK帧的ACK消息的示例；并且
[0027]图12示出根据各个实施例的没有SIG的图1lA和IlB中的ACK消息的示例。【具体实施方式】
[0028]以下详细描述涉及附图，其通过举例说明的方式示出可以实践本发明的特定细节和实施例。以足够的细节来描述这些实施例，使得本领域技术人员能够实践本发明。其他实施例可以被利用和构造，并且可以作出逻辑变更而不偏离本发明的范围。各个实施例不一定互相排斥，因为某些实施例可以与一个或多个其他实施例组合以形成新的实施例。
[0029]为了使本发明可以容易地得到理解并产生实际效果，现在将通过示例而不是限制的方式并参考附图来描述特定的实施例。
[0030]各个实施例可以为非对称通信流量中的高效传输提供可靠的上行链路控制信令。
[0031]各个实施例可以提供蜂窝WIFI卸载的方法。
[0032]在各个实施例中，可以提供一种接入点和移动台之间的非对称下行链路和上行链路数据通信的方法，以提高来自移动台(MS)的上行链路信号的物理层汇聚协议(PLCP)的传输可靠性，并与来自接入点的下行链路数据信号传输的质量相匹配。
[0033]图1示出当前的IEEE 802.11标准中的正交频分复用(OFDM)PLCP帧格式100。PLCP帧100包括三个部分:PLCP前同步码102、信号(SIGNAL) 104和数据(DATA) 106。PLCP前同步码102由下述要素构成:短训练字段(ST)或“短训练序列”的10次重复，以及长训练字段(LT)或“长训练序列”的两次重复，在该长训练字段前面是保护间隔(GI)(图1中未示出)，分别用于接收机中的AGC(自动增益控制)收敛、分集选择、同步捕获(timingacquisit1n)、以及粗频率采集和信道估算和细频率采集。SIGNAL部分104包含控制信息例如数据速率108、保留位110、长度112、奇偶校验位114、尾标116等。根据调制，以最鲁棒的1/2速率二进制相移键控(BPSK)调制来发送SIGNAL 104。以依赖于DATA类型并且在SIGNAL 104中指示的数据速率108来发送DATA部分106ODATA部分106包含服务(SERVICE)位118、物理层服务数据单元(PSDU) 120、尾标122、以及填充位124。SIGNAL 104和SERVICE位118形成PLCP头126。
[0034]对于ACK信号，ACK帧在DATA部分106中被编码，并且跟随PLCP前同步码102和SIGNAL 104后被发送。在DATA部分106中编码的上行链路ACK帧的传输速率与在移动端接收的下行链路数据帧的传输速率至少基本相同。例如，根据IEEE 802.11-2012标准，以主要速率或替代速率来发送与接收到的帧对应的ACK帧。主要速率被定义为基本速率集合中的最高速率或者小于或等于接收到的帧的速率的最高强制速率。替代速率满足以下要求:所得到的帧的持续时间与主要速率的帧的持续时间相同。
[0035]术语“强制速率”是根据IEEE 802.11标准被分配用于通信的传输速率。例如，IEEE卜接收到的第一消息而生成第二消息，该第[5置成以第二传输速率发送控制响应帧，其之其中，第二传输速率依赖于通信设备和通0的质量差异。
；示辅助数据传输即发送和/或接收数据信5。例如，通信终端可以是但不限于站(31'八)机或膝上型电脑。
括移动设备或站。
设备”可以表示网络的节点，其与通信终端；站或子站或接入点或调制解调器或线缆或接入点。
’可以是根据1现2 802.11通信标准的通信I 网络可以是由服务提供商($)部
〕6可以被组合成单个封装，被称为收发器。
0第二传输速率发送时可以具有第一帧持续时间，该第一帧持续时间比第二帧持续时间长，其中通过以主要速率发送控制响应帧来确定第二帧持续时间。术语“主要速率”可以在IEEE802.11标准的上下文中被如上定义。
[0047]仅为了说明性的目的，第二传输速率和主要速率之间的关系的示例可以提供如下。在当前的IEEE 802.11标准中，与上行链路传输速率最接近(更低)的强制/基本速率(例如与第二传输速率类似)被用于控制响应帧。例如，假设在系统中支持10个强制速率(即调制或编码方案或MCS0-9)，且MCS编号越高，速率越高。如果下行链路传输使用速率MCS9，则当前的IEEE 802.11标准请求控制响应帧使用主要速率MCS9。相反，依赖于上行链路和下行链路连接之间的非对称程度，本发明的各个实施例使用更低的第二传输速率(即速率MCSO到MCS8)。如果该程度仅是一个速率的差异，则使用速率#8 (即低一个级别)。如果该程度是9个速率的差异，则使用速率MCSO (即低9个级别)。
[0048]在另一示例中，假设MCS9是可选速率并且不是基本速率集合中的速率。如果下行链路传输使用速率MCS9，则当前的IEEE 802.11标准请求控制响应帧使用速率MCS8，因为在该情形下MCS8是主要速率。速率MCS8低于速率MCS9。在该示例中，本发明的各个实施例使用低得多的第二传输速率(即比速率MCS8更低的任意速率)。
[0049]在各个实施例的上下文中，术语“消息”一般表示从一个实体发送到至少另一个实体的短?目息。消息可以是包或族。
[0050]术语“质量”主要由传输频率和传输介质的特征来决定。
[0051]在一个实施例中，质量差异可以包括传输范围的差异、传输功率水平的差异、发送或接收天线增益的差异、吞吐量或覆盖面的差异或者连接性差异中的至少一个。
[0052]第二传输速率低于或等于第一传输速率以及第二传输速率依赖于通信设备和通信终端之间的下行链路通信和上线链路通信之间的质量差异，使得来自通信终端的上行链路传输可靠性与来自通信设备的下行链路传输的质量相匹配。
[0053]在各个实施例中，控制响应帧可以包括帧校验序列(FCS)位以及通信终端的标识和通信设备的标识中的至少一个。
[0054]如这里所使用，术语“标识”可以表示地址。
[0055]在各个实施例中，可以从用于通信终端和通信设备之间的信道的传输速率的集合中选择第二传输速率；并且集合中的每个传输速率可以低于或等于第一传输速率。
[0056]术语“信道”表示用于通信终端和通信设备之间的通信的无线信道。
[0057]例如，可以基于传输功率、天线增益以及通信终端的能力从最适合于信道的传输速率的集合中选择第二传输速率。
[0058]在各个实施例中，第二消息还可以包括SIGNAL字段，其包括关于奇偶校验位和尾标位的信息。在某些示例中，该信息还可以包括传输速率和控制响应帧的长度。
[0059]发射机还可以配置成以第三传输速率发送SIGNAL字段；以及其中，第二传输速率与第三传输速率相同。
[0060]在一个实施例中，第三传输速率可以被固定在最低强制速率。术语“强制速率”可以被如上定义，并且可以表示IEEE 802.11标准中提供的固定速率。应该理解，以最鲁棒的速率或者以最低传输速率(即具有最可靠的MCS)来发送SIGNAL字段。该最低传输速率在系统中被固定，并且是系统中的最低强制速率。换句话说，还可以以用于SIGNAL字段的最鲁棒速率或者最低传输速率(即具有最可靠的MCS)来发送控制响应帧。
[0061]在各个实施例中，SIGNAL字段和控制响应帧可以配置成被组合到单个帧或第二SIGNAL字段(被称为新SIGNAL字段)中。SIGNAL字段和控制响应帧可以被组合和压缩。在这些实施例的上下文中，关于SIGNAL字段和控制响应帧的组合的术语“组合”可以表示SIGNAL字段和控制响应被互相附加，或者SIGNAL字段和控制响应可以被编码从而形成单个帧或第二 SIGNAL帧。
[0062]单个帧可以包含尾标位、标识(或地址)位以及FCS位。单个帧可以是冗余信息被去除的新SIGNAL字段。在该实施例中，冗余位例如速率和长度位以及奇偶校验位可以被忽略。这样，新SIGNAL字段可以被缩短；由此允许该新SIGNAL字段的传输更为高效。
[0063]在各个实施例中，第二消息还可以包括前同步码，其包括上面定义的短训练字段(ST)和长训练字段(LT)。ST字段可以由短训练序列的重复构成，且LT字段可以由长训练序列的重复构成。可以以新的最可靠的速率发送包括ST和LT的重复的第二消息。根据各个实施例，新的最可靠的速率可以与用于第二消息的不同构造的最可靠的速率不同。
[0064]在相同的实施例中，前同步码还可以包括以不同预定顺序重复2次或更多次的ST和LT。ST字段可以包括多个短训练序列，且LT字段可以包括多个长训练序列。ST字段和LT字段可以以预定顺序或模式被布置和/或重复2到多次。
[0065]第二消息可以包括前同步码，该前同步码后面跟随着SIGNAL字段和控制响应帧。
[0066]例如，第一消息可以具有比第二消息更高的传输速率。第一消息可以包括下行链路信号的至少一部分。下行链路信号一般表示从接入点发送到移动设备的信号。第二消息可以包括上行链路信号的至少一部分。上行链路信号一般表示从移动设备发送到接入点的信号。
[0067]如果第二消息是响应于接收到的消息(或者第一消息)而发送的确认(ACK)帧或信号，则术语“响应于”可以表示“对接收的确认”。
[0068]在各个实施例中，第二消息的控制响应帧可以包括ACK帧。在某些示例中，控制响应帧可以包括但不限于块ACK帧或者块ACK(BA)帧或者清除发送(CTS)帧。
[0069]例如，第一消息可以是请求发送消息，且第二消息可以是清除发送(CTS)消息。
[0070]在一个示例中，控制响应帧的传输速率可以包括处于从2次重复1/2速率(有效地为1/4速率)二进制相移键控(BPSK)到3/4速率64-正交幅度调制(QAM)的范围内的调制速率。
[0071]在另一实施例中，控制响应帧和SIGNAL字段可以包括多个OFDM符号，每个OFDM符号包括多个符号；并且消息生成器204还可以配置成使用以预定顺序重复的符号来生成第二消息。如这里所使用，术语“0FDM符号”不同于“多个符号”中的术语“符号”。该符号在OFDM符号内被重复。换句话说，消息生成器204可以配置成生成第二消息，其中符号以预定顺序在副载波级别上被重复。例如，消息生成器204可以配置成使用重复2次或3次或4次或5次或6次或7次或8次或更多次的符号来生成第二消息。
[0072]消息生成器可以配置成使用以不同预定顺序重复的符号来生成第二消息。
[0073]在某些示例中，通信终端200还可以包括块编码器(block coder)，其被配置成对符号进行编码。块编码器可以包括空间时间块编码器(STBC)或空间序列块编码器(SFBC)。应该理解，也可以使用其他块编码器。[0074]在一个示例中，消息生成器204还可以配置成使用前向纠错(FEC)编码来对控制响应帧和信号字段进行编码。例如，FEC编码可以包括1/2速率低密度奇偶校验(LDPC)编码或turbo编码或乘积编码。应该理解，编码形式还可以适于对控制响应帧和信号字段进行编码。
[0075]在第二方面，如图3所示提供了一种对在无线通信网络300中传输的消息进行调制的方法。在302，可以以第一传输速率从无线通信网络中的通信设备接收包括介质访问控制(MAC)帧的第一消息。在304，可以响应于接收到的第一消息而生成第二消息，其中第二消息包括控制响应帧。在306，可以以第二传输速率发送控制响应帧，其中第二传输速率低于或等于第一传输速率；以及其中，第二传输速率依赖于通信设备和通信终端之间的下行链路通信和上行链路通信之间的质量差异。
[0076]在各个实施例中，方法300还可以包括以第三传输速率发送SIGNAL字段，其中第二传输速率与第三传输速率相同。
[0077]在一个实施例中，发送控制响应帧306和SIGNAL字段可以包括:在单个帧中或者作为新的SIGNAL字段来发送控制响应帧和SIGNAL字段。
[0078]术语“消息”、“第一消息”、“第二消息”、“无线通信网络”、“通信设备”、“响应于”、“控制响应帧”、“信号字段”、“传输速率”、“单个帧”和“质量”可以如上定义。
[0079]在各个实施例中，控制响应帧和SIGNAL字段可以包括多个正交频分复用(OFDM)符号，每个OFDM符号包括多个符号；并且该方法还可以包括使用以预定顺序重复的符号来生成第二消息。
[0080]术语“0FDM符号”和“符号”可以如上定义。
[0081]在各个实施例中，生成第二消息可以包括:使用重复2次或3次或4次或5次或6次或7次或8次或更多次的符号来生成第二消息。生成第二消息还可以包括:使用以不同预定顺序重复的符号来生成第二消息。
[0082]可以如一组示例性方案所述来提供各个实施例，所述一组示例性方案使得AP和移动台能够继续数据通信，即使它们之间的下行链路和上行链路不对称。来自移动台的上行链路信号的物理层会聚协议(PLCP)的传输可靠性可以被提升，并与来自AP的下行链路数据信号传输的质量相匹配。
[0083]在各个示例性方案中，上行链路控制信号的可靠性可以被提升，以补偿与下行链路传输相比较差的传输功率和天线增益。使用ACK信号来描述示例性方案。应该理解，类似的方案也可以应用于其他控制信号例如块ACK/CTS。
[0084]没有PLCP格式变更的可靠上行链路控制信令
[0085]隐含(implicative)ACK 检测
[0086]各个实施例可以提供一种通信设备(例如AP)，其包括:接收机，其被配置成从无线通信网络中的通信终端(例如移动端)接收ACK消息，其中ACK消息已经被生成以对通信设备发送的下行链路数据的接收进行确认；以及检测器，其被配置成检测ACK消息的一部分以推断ACK帧的存在。ACK消息的一部分可以包括ACK消息的前同步码或其一部分。ACK消息的一部分不包括ACK帧。
[0087]根据各个示例的该方案实际上是接收机检测方案。它不会对PLCP帧(图1)作出任何修改或尝试增强上行链路控制信令传输。相反，它仅依赖于智能前同步码检测以推导ACK消息。这种方案基于以下事实:可以比诸如SIGNAL字段(SIG)(例如图1的SIGNAL104)和(例如图1的DATA 106中的)ACK帧之类的PLCP的其他部分的解码更可靠地检测前同步码的存在。
[0088]图4示意性地示出移动端400上的ACK帧传输。在从AP404接收到下行链路数据402之后，移动台在固定的短间隔即短帧间间隔(SIFS) 410之后发送ACK帧406，该ACK帧406前面是PLCP前同步码408。
[0089]在WiFi中，PLCP前同步码408具有多个目的，并且对于执行同步捕获、频率采集和信道估算来说很重要。由于同步和信道估算对于系统性能而言至关紧要，前同步码408被可靠地设计并且对各种情况具有鲁棒性。同步捕获/频率采集之前的第一步骤是检测信号的存在。对前同步码408的存在的检测的敏感级别高于PLCP SIG 412或最可靠的DATA部分的解码，例如具有典型的5到6dB裕量。
[0090]在智能前同步码检测方案中，可以使用为前同步码408提供的该性能裕量来提高ACK消息的接收可靠性。作为对移动端发送的ACK帧406进行明确解码的替代，接收机仅检测ACK消息的前同步码408的存在、并推断移动端对数据包的成功接收。由于在AP的下行链路数据402之后的一个SIFS 410处，移动端发送ACK消息的PLCP前同步码408，所以如果移动端已经发送出一个ACK消息则AP会知道期待ACK消息的定时。
[0091]在该时段或检测窗口期间，AP可以感测信道、并检测前同步码408的存在。检测的一种方式是将接收信号与PLCP前同步码408中的短训练(ST)字段414进行匹配。另一种方法是如图4所示尝试检测从ST 414到长训练字段(LT)416的传递时间(transit1ntime)。
[0092]还可以利用LT 416、从LT 416到SIG 412的传递时间418或者ST414、LT 416或传递时间418的任意组合来检测移动端发送出的ACK消息的前同步码408的存在。一旦检测至IJ，AP认为ACK消息被成功接收、并继续进行其他传输或处理。由于对前同步码存在的检测具有比真实ACK消息的解码更高的敏感性，所以这转化为上行链路控制信号的更长范围。
[0093]具有最可靠调制的ACK巾贞传输
[0094]在当前的WiFi规范(标准)中，用于ACK传输的调制和编码模式与在移动端接收的下行链路传输速率关联。响应于接收到的下行链路帧，移动台以低于或等于接收到的帧的速率的最高基本速率或物理层(PHY)的强制速率来发送ACK帧(例如图4中的ACK帧406)。
[0095]由于总是以最低且最鲁棒的调制模式来发送SIG字段(例如图4中的SIG 412)、并且可以利用比SIG更高的调制来发送ACK帧，所以AP能够对SIG进行解码、但是会在对ACK包进行解码的过程中遇到错误。
[0096]在各个实施例中，当出现非对称链路并且在上行链路上发送ACK消息时，ACK帧的调制和编码速率被降低为与SIG字段相同的级别。
[0097]图5示出根据各个实施例的ACK消息500，其ACK帧502的传输速率被固定为SIG504字段的传输速率。ACK消息500可以包括ST 506和LT 508，其可以指代图4中的ST 414和 LT 416。
[0098]例如，ACK帧502和SIG 504可以由表示图2中的消息生成器204生成的第二消息的控制响应帧和SIGNAL字段。[0099]依据ACK传输的可靠性或覆盖面的增益可以是显著的，并且可以依赖于所使用的下游数据的调制和编码速率，所述下游数据之后跟随着原始的ACK帧传输。例如，如果下行链路传输是从1/2速率QPSK到3/4速率64-QAM，则使用1/2速率BPSK ACK帧而获得的增益的范围可以是从3_17dB。
[0100]由于SIG字段和ACK帧的调制和编码速率相同即最可靠的速率，所以SIG字段和ACK帧可以被组合以提供新的SIG字段。冗余信息可以被移除，以提升效率。例如，在原始SIG中存在速率和长度字段。由于ACK帧的速率被固定，所以不需要在SIG字段中具有速率指示。ACK帧的长度被固定，并且SIG字段中的长度字段也是冗余的。SIG字段的尾标位和奇偶校验位可以分别与ACK帧中的尾标位和FCS位合并。
[0101]具有新的调制的ACK帧和SIG字段的传输
[0102]在“具有调制的ACK帧传输”的以上章节中，ACK帧传输的调制模式被修改，以便提高ACK帧的可靠性。
[0103]为了进一步提高ACK传输的可靠性并在当前的PLCP前同步码格式下推进性能边界，可以通过引入新的调制或FEC编码来提升用于SIG字段和ACK帧的传输的调制和编码模式。这基于以下假设:PLCP前同步码(例如图4中的前同步码408)所提供的可靠性具有比当前利用BPSK调制的1/2速率卷积码所编码的SIG字段的解码更高的裕量。提高BPSK调制或1/2速率卷积码的可靠性会闭合前同步码(例如图4中的前同步码408)和SIG字段(例如图4中的SIG412)之间的性能间隙，且由此扩展ACK帧传输的到达范围。
[0104]图6示出ACK消息600，其中SIG602和ACK帧604这两者的传输模式被引入和修改。ACK消息600可以包括ST 606和LT 608，其可以表示图4中的ST 414和LT 416或者图5中的ST 506和LT 508。这反应了对当前WiFi规范的进一步更改。例如，ACK帧604和SIG602可以表示图2中的消息生成器204所生成的第二消息的控制响应帧和SIGNAL字段。
[0105]提高当前的BPSK和1/2速率卷积编码的可靠性的一种方式是在OFDM传输中引入符号重复。
[0106]图7A和7B示出OFDM系统中的符号重复的两个示例，其中fl到f8表示副载波、并且阴影表示副载波上发送的数据。在这两个示例中(图7A和7B)，每个数据符号(阴影)可以被重复两次但以不同的模式重复。两次重复向被发送的符号提供3-dB的增益。为了获得OFDM信号的更大增益，可能会需要更多的重复例如4、8次重复。应注意的是，其他模式也是可能的，并且不同的模式还可以导致不同的实现复杂度、分集增益和功率效率。此外，还可以按照与空间时间块编码(STBC)或空间频率块编码(SFBC)类似的方式对重复进行进一步块编码。
[0107]改善当前调制的另一方式是在SIG 602和ACK帧604中引入增强的FEC编码方案，例如1/2速率LDPC、Turbo编码、乘积码以及各种变体或者更低速率的编码(例如1/4或更低速率的卷积编码)。这些增强的FEC编码可以具有相对于1/2速率卷积编码的各种编码增益。由于LDPC(低密度奇偶校验)编码为WiFi中的数据传输提供了选项，所以与其他增强FEC编码相比，在SIG 602和ACK帧604中引入LDPC的障碍数量更少。增强的FEC编码方案仅在高信噪比(SNR)区域中趋向于优越，并且在接收机上引入实质的编码复杂度。因此它的吸引力比符号重复方案要小。
[0108]具有新的PLCP帧或前同步码的可靠上行链路控制信令[0109]上述所有示例性方案都基于当前的PLCP前同步码，从而对当前的WiFi规范进行有限的更改。实现的最大可靠性受限于当前的前同步码性能。下面描述没有该限制的其他示例性方案。这些示例性方案可以实现明显的增益。
[0110]仅前同步码传输
[0111]各个实施例可以提供一种通信终端(例如移动端)，其包括:消息生成器，其被配置成作为对来自无线通信网络中的通信设备(例如AP)的消息的接收的确认来生成ACK消息。ACK消息可以包括前同步码,其具有一组ST和至少一个结尾单元(end unit)。
[0112]在某些情况下，例如如在蜂窝数据卸载中那样，移动台在使用WiFi时没有干扰的顾虑，不需要移动端发送AP地址和分组大小信息。在该情况下，移动台仅需要发送前同步码(例如图4中的408)，而无需发送当前的WiFi规范下的普通ACK消息(例如如图4所示)中强制的SIG(例如图4中的412)和DATA(例如图4中的ACK帧406)部分。
[0113]AP需要检测ACK消息的前同步码(例如图4中的408)的存在，而无需寻找SIG(例如图4中的412)和DATA(例如图4中的ACK帧406)部分。可靠的检测是可能的，因为在移动端已经发送出一个ACK消息的情形下AP知道期待该ACK消息的正确定时。检测方法可以与上述类似。
[0114]由于仅前同步码(例如图4中的408)被发送，所以可以根据可靠性的需要来设计前同步码。这样的前同步码的示例如图8A所示。在图8A中，被发送的前同步码800包括多个ST。在图8A中，这些ST被标记为STa 802而不是ST，以表示STa 802的成分或基本序列可以与当前的ST(例如图4中的ST 414)不同。例如，图4中的当前的ST414包括用于20MHz OFDM PHY的总共8 μ s的持续时间的10个短训练序列。对于相同的系统，STa 802可以仅由总共4μ s持续时间的5个短训练序列构成，因为该系统中的基本符号持续时间是4μ S，这与CCA(空闲信道评估)时间相同。10个训练序列中的前5个可以被用于信号检测。
[0115]在设计STa 802的数量时，可以调整以控制前同步码可靠性。将STa802的数量加倍会提供3dB的处理增益。可以根据要获得的目标增益来确定STa 802的数量。为了促进接收机(AP)上的检测，最后一组训练序列可以不同于其余训练序列以表示前同步码的结束，如图8A中的EoP 804。例如，最后的ST可以被设置为负符号EoP = -STa，即它的每个位/码片的符号与前一 STa 802的相反。EoP 804可以使用与STa 802或ST(例如图4中的ST414)不同的基本训练序列。EoF 804还可以被用于与精确的2次握手定时相关联。该信息可以在接收机处被使用以提高前同步码800的检测可靠性。
[0116]图8B示出一个变体，其中多个EoP 804被包括在前同步码800中，以提高前同步码800的结尾的检测可靠性。EoP 804的数量可以不同于之前的STa 802并且可以更小。
[0117]具有寻址能力的前同步码
[0118]各个示例可以提供通信终端(例如移动端)，其包括:消息生成器，其被配置成作为对来自无线通信网络中的通信设备(例如AP)的消息的接收的确认来生成ACK消息。ACK消息可以包括前同步码，其具有带MAC地址的两个或多个ST。
[0119]仅前同步码传输与上述隐含ACK检测的相似性在于，两种ACK消息都被隐含在前同步码中。不利方面是，两者都不会如正常的ACK消息中那样传递MAC地址。因此，无法为AP提供验证发送站的身份的能力。[0120]如这里所使用，被缩写为MAC地址的术语“介质访问控制地址”是指为物理网络段上的通信而分配给网络接口的唯一标识符。MAC地址被用于多种网络技术以及包括以太网的大部分IEEE 802网络技术。MAC地址被用在OSI参考模型的介质访问控制协议子层中。
[0121]在下面描述的示例中，仅前同步码传输可以扩展有寻址能力。
[0122]图9A示出短训练序列900的集合。在图9A中，短训练序列的2个主要集合STa902和STb 904被用于表示二进制的“I”或“O”。其后面跟随着少量的结尾EoP 906。在该方案中，可以以缩减形式的地址(即少于48位)表示48位的MAC地址。由于无法期待很多相邻的AP在同一区域中共存，所以存在通过该缩减集合的MAC地址来唯一地寻址AP的可能性。例如，AP的地址可以用8位来表示。STa 902和STb 904然后可以以形成8位地址的方式来配置(图9A示出101101的6位地址)。
[0123]为了检测嵌入有地址的前同步码并对该地址信息进行解码，AP处的接收机需要将接收到的信号与训练序列的两个集合STa 902和STb 904进行匹配。由于AP知道其期待的站的地址(例如图9A中的101101)，它使用表示“I”的序列STa 902来关联到来的信号。一旦存在匹配，接收机就被触发，以将下一信号与对应于“O”的STb 904关联。该过程继续，直到接收机确认信号与它期待的序列匹配。如果在任何阶段都没有匹配，则接收机认为没有ACK信号从期望的站被发送/接收。
[0124]通过向AP/站分配不同的训练序列集合，AP可以区分来自不同站的前同步码。然而，与具有MaC地址的ACK帧相比，图9A中的区分能力有更多限制。为了提高寻址能力，可以事先定义更多的短训练序列集合。例如，可以定义64个短训练序列的集合STtlST1...ST630在该情形下，短训练序列的每个集合可以表示唯一的6位字符串出4 = 26)。通过连接这些集合中的8个，可以表示48位(6*8)的唯一 MAC地址。在图9B的前同步码908中，示出了标记为SI^KKSTpU'SI^l^STpie的4个短训练序列的集合，每个短训练序列表示6位二进制“I”和“O”的字符串。这之后跟随着少量的EoP 918。在该方案中，48位的MAC地址被唯一地表示。图9B示出4个集合或24位即000000-000001-001001-000010。在接收机上，AP需要通过将信号与多个序列一个接一个地进行关联来对期待序列的集合进行解码。可以看到，接收机的复杂度相应地增加。
[0125]具有新的前同步码和新的SIG/ACK帧的PLCP
[0126]如上所述，仅前同步码传输具有受限的寻址能力，且因此会导致多个站/AP之间的干扰。为了详细说明，图10中示出了该情况的示例，其中两个移动端(STA1 1000和STA21002)同时与其各自的AP (API 1004和AP2 1006)进行通信。AP2 1006期待来自STA2 1002的ACK-2 1008。由于因某些原因STA2 1002没有接收到其数据，所以它不会发送ACK-21008。同时，STAl 1000刚刚成功地从APl 1004接收到数据分组并向APl 1004答复ACK-1 1010。由于在该情形下AP2 1006在STAl 1000传输的范围内，所以AP2 1006无意中听到ACK-1 1010。如果AP2 1006期待仅前同步码传输，所以它将仅检测前同步码。无意中听到的ACK-1 1010中的前同步码将于是把ACK-1 1010作为ACK-2 1008、并导致AP2 1006错误地认为其数据已经被STA2 1002成功地接收。
[0127]各个示例可以提供一种通信终端(例如移动端)，其包括:消息生成器，其被配置成作为对来自无线通信网络中的通信设备(例如AP)的消息的接收的确认来生成ACK消息。ACK消息可以包括前同步码，其具有多个ST以及多个LT。[0128]为了实现上行链路控制信令的实质增益并且不损害寻址能力，需要如图1lA所示的增强的前同步码以及增强的SIG/ACK帧。与图4中的原始PLCP格式相比，图1lA中的新的PLCP格式1110具有更长的ST 1102和LT 1104以及SIG 1106和ACK帧1108，使得可以针对PLCP帧1100的所有部分实现更高的可靠性。在图1lA中，ST 1102和LT 1104都被加倍以实现近似3-dB的增益。在其他示例中，ST 1102和LT 1104还可以被重复多次以便具有更高的可靠性。此外，还可以以更长的持续时间来重新设计ST 1102和LT 1104。例如，当前的ST(例如图4中的ST 414)包含10个短训练序列。作为图1lA中具有20个训练序列的替代，序列的数量还可以被保持为10个但将每个序列的长度加倍。类似地，LT 1104中的长训练序列也可以被加长，而不是重复原始的LT(例如图4中的LT 416)。
[0129]图1lA所示的前同步码设计1100对当前的规范进行了很小的改动，因为ST或LT的基本成分或序列保持相同。因此，可以在接收机上使用具有相同的序列生成器和前同步码相关器的类似检测器。此外，很容易与具有原始PLCP帧格式(如图4所见)的普通站共存。一方面，遵循原始PLCP帧格式(图4)的遗留站将不能够同步到新的PLCP信号(图11A)，因为它把图1lA中的第二 LT 1104当做SIG帧(例如图4中的SIG 412)并且不能成功地解码。即，遗留站不会由于新的格式1100而困惑。
[0130]另一方面，如果需要，符合如图1lA所示的新的PLCP格式1100的新设备能够用单个集合的ST和LT序列生成器或相关器来对当前的帧格式(图4)以及新格式(图11A)进行解码。如果该设备仅对新的PLCP格式1100感兴趣，则它也能够区分两种类型的信号并且不会困惑。
[0131]就关注的SIG 1106和ACK帧1108而言，用于它们的MAC帧格式保持不变。然而，它们的实际持续时间被延长。这是由于与上述类似地引入了更可靠的调制和编码方案。例如，使用如图7A和7B所示例的符号重复方法，SIG和ACK帧的物理传输时间可以被加倍。在需要这两部分的更多增益时，重复速率需要被增加。两个部分的物理持续时间也可以被相应地增加。
[0132]图1lB示出用于新的前同步码和SIG/ACK帧的替代设计1110。在图1lB中，作为对被分开的PLCP的各部分进行重复的替代，其重复整个PLCP帧1112、1114。然而，应该理解的是，图1lB中的设计由于不连续部分而需要缓冲数据、需要与普通前同步码设备共存、并需要让多个处理运行。
[0133]没有SIG 的 PLCP
[0134]图1lA和IlB中的PLCP格式1100、1110可以在效率方面进一步改善，如图12所示，其中使用包括2个集合的ST 1202和2个集合的LT 1204的PLCP格式1200，而将SIG字段去除。根据图1可观察到，SIG部分104旨在传递数据速率和帧长度。由于该方案中的ACK帧1206被固定为最可靠的调制模式，所以不需要交换数据速率和帧长度。这样，该传输时间可以得到节省。此外，ACK帧持续时间还可以被缩短并变得高效。当前的ACK帧(例如图4中的406)由以下要素构成:2字节的控制字段、2字节的持续时间字段、6字节的接收机地址字段、以及4字节的CRC校验。由于只期望把6字节用于MAC地址，所以如果增强的PHY模式所提供的可靠性足够，则ACK帧1206可以被缩短为与具有或没有CRC校验字段的MAC地址相对应的6字节或10字节。
[0135]WiFi卸载成为服务器提供商从遗留的蜂窝网络迁移移动数据服务需求的关键技术。然而，WiFi AP和移动台上的传输功率差异导致的链路非对称严重地限制了 WiFi AP的覆盖面并增加了整体网络部署成本。在上述示例性方案中，增强的可靠性增加了上行链路信令的覆盖面而不会增加传输功率，由此在WiFi卸载网络中缓解非对称传输的挑战。
[0136]在各个实施例的上下文中，应用于数值的术语“大约”或“近似”包括精确值以及该值的+/-5%的变化。
[0137]措辞“至少基本上”可以包括“精确地”或其+/-5%的变化。作为示例而不是限制，措辞“A至少基本上与B相同”可以包括A和B精确相同或者A可以在例如B的值的+/-5%变化之内或反之亦然的实施例。
[0138]尽管特别参考特定的实施例示出并描述了本发明，本领域技术人员应该理解的是，可以在形式和细节方面作出各种变更而不偏离所附权利要求定义的本发明的精神和范围。本发明的范围由此由所附权利要求来表示，且因此旨在包含权利要求的等效的含义和范围之内的所有变更。
【权利要求】
1.一种无线通信网络中的通信终端，所述通信终端包括: 接收机，其被配置成以第一传输速率从所述无线通信网络中的通信设备接收包括介质访问控制(MAC)帧的第一消息； 消息生成器，其被配置成响应于接收到的第一消息而生成第二消息，所述第二消息包括控制响应帧； 发射机，其被配置成以第二传输速率发送所述控制响应帧，其中所述第二传输速率低于或等于所述第一传输速率；以及其中，所述第二传输速率依赖于所述通信设备和所述通信终端之间的下行链路通信和上行链路通信之间的质量差异。
2.如权利要求1所述的通信终端，其中所述控制响应帧包括:帧校验序列(FCS)位；以及所述通信终端的标识和所述通信设备的标识中的至少一个。
3.如权利要求1或2所述的通信终端，其中所述质量差异包括下述中的至少一个--传输范围的差异，传输功率水平的差异，传输或接收天线增益的差异，吞吐量或覆盖面的差异，或者连接性差异。
4.如权利要求1至3中任一项所述的通信终端，其中从用于所述通信终端和所述通信设备之间的信道的传输速率的集合中选择所述第二传输速率；以及其中，所述集合中的每个传输速率低于或等于所述第一传输速率。
5.如权利要求4所述的通信终端，其中基于所述通信终端的传输功率、天线增益和能力从所述传输速率的集合中选择 所述第二传输速率。
6.如权利要求1至5中任一项所述的通信终端，其中所述第二消息还包括:第一SIGNAL字段，其包括关于奇偶校验位和尾标位的信息。
7.如权利要求6所述的通信终端，其中所述发射机还被配置成以第三传输速率发送第一 SIGNAL字段；以及其中，所述第二传输速率与所述第三传输速率相同。
8.如权利要求7所述的通信终端，其中所述第三传输速率被固定在最低的强制速率。
9.如权利要求7所述的通信终端，其中所述第一SIGNAL字段和所述控制响应帧配置成被组合到单个帧或第二 SIGNAL字段中。
10.如权利要求9所述的通信终端，其中所述单个帧或所述第二SIGNAL字段包含尾标位、标识位和FCS位；其中所述单个帧或所述第二 SIGNAL字段的长度比所述控制响应帧的长度与所述第一 SIGNAL字段的长度的组合更短。
11.如权利要求1至10中任一项所述的通信终端，其中所述第二消息还包括:前同步码，其包括由短训练序列的重复组成的短训练字段(ST)，以及由长训练序列的重复组成的长训练字段(LT)。
12.如权利要求11所述的通信终端，其中所述前同步码还包括:以不同的预定顺序重复2次或更多次的ST和LT。
13.如权利要求1至12中任一项所述的通信终端，其中所述通信终端是移动设备或站。
14.如权利要求1至13中任一项所述的通信终端，其中所述通信设备是接入点。
15.如权利要求1至14中任一项所述的通信终端，其中所述控制响应帧包括下述中的任何一个:确认(ACK)帧，块ACK (BA)帧，或者清除发送(CTS)帧。
16.如权利要求9至15中任一项所述的通信终端，其中所述控制响应帧以及所述第一或第二 SIGNAL字段包括:多个正交频分复用(OFDM)符号，每个OFDM符号包括多个符号；以及其中，所述消息生成器还被配置成使用以预定顺序重复的符号生成所述第二消息。
17.如权利要求16所述的通信终端，其中所述消息生成器被配置成使用重复2次、或3次、或4次、或5次、或6次、或7次、或8次、或更多次的符号来生成所述第二消息。
18.如权利要求17所述的通信终端，其中所述消息生成器被配置成使用以不同的预定顺序重复的符号来生成所述第二消息。
19.如权利要求1至18中任一项所述的通信终端，其中所述无线通信网络是根据IEEE802.11通信标准的通信网络。
20.如权利要求19所述的通信终端，其中所述第一传输速率被用于确定主要速率；以及其中，所述控制响应帧在以所述第二传输速率发送时具有第一帧持续时间，所述第一中贞持续时间比第二帧持续时间更长，其中通过以所述主要速率发送所述控制响应帧，来确定所述第二帧持续时间。
21.—种对在无线通信网络中传输的消息进行调制的方法，所述方法包括: 以第一传输速率从所述无线通信网络中的通信设备接收包括介质访问控制(MAC)帧的第一消息； 响应于接收到的第一消息而生成第二消息，其中所述第二消息包括控制响应帧；以及 以第二传输速率发送所述控制响应帧，其中所述第二传输速率低于或等于所述第一传输速率；以及其中，所述第二传输速率依赖于所述通信设备和通信终端之间的下行链路通信和上行链路通信之间的质量差异。
22.如权利要求21所述的方法，还包括:以第三传输速率发送SIGNAL字段，其中所述第二传输速率与所述第三传输速率相同。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述第三传输速率被固定在最低的强制速率。
24.如权利要求22所述的方法，其中发送所述控制响应帧和所述SIGNAL字段包括:在单个帧中或作为新的SIGNAL字段发送所述控制响应帧和所述SIGNAL字段。
25.如权利要求22至24中任一项所述的方法，其中所述控制响应帧和所述SIGNAL字段包括:多个正交频分复用(OFDM)符号，每个OFDM符号包括多个符号；以及其中，所述方法还包括:使用以预定顺序重复的符号来生成所述第二消息。
26.如权利要求25所述的方法，其中生成所述第二消息包括:使用重复2次、或3次、或4次、或5次、或6次、或7次、或8次、或更多次的符号来生成所述第二消息。
27.如权利要求26所述的方法，其中生成所述第二消息包括:使用以不同的预定顺序重复的符号来生成所述第二消息。
【文档编号】H04W28/22GK104041115SQ201280066408
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2011年11月9日
【发明者】J·S·帕特马孙塔拉姆, 雷中定, 王海光, 黄安团, 郑寿康, 邱玮良, C·M·J·提奥 申请人:新加坡科技研究局