短物理层控制帧的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种将控制帧从发射实体(EE1)发送到接收实体(ER1)的方法，该控制帧(RTS1)包含所谓的“第一层”头部字段(SIG’)，其旨在传输与第一层相关的信息，该方法包括使用第一调制技术的调制步骤、以及在调制步骤之前的将与第二层相关的信息插入到所述第一层头部字段的步骤。
【专利说明】短物理层控制顺
【技术领域】
[0001] 本发明的领域是使用无线电、电或光传输信道的通信系统，且更具体而言，是在多 个发送或接收实体之间共享信道时使用控制帖进行的所述信道的管理。
【背景技术】
[0002] 在无线电通信系统、电力线通信和无线光通信中，传输信道是共享资源，其受到共 享该信道的各个发送和接收实体之间的干扰W及经过信道的各个数据帖之间的冲突的扰 乱。为了使数据帖交换更为可靠，在数据帖交换之前和之后在发送实体和接收实体之间交 换所谓的"控制"帖。
[000引数据帖和控制帖是相同的格式。图1示出了帖的组成，W数据帖DATA1和S个控 制帖RTS0、CTS0和ACK0的IE邸802. ll(WiFi)标准例子为基础。该帖包括所有下列部分；
[0004] -PLCP (物理层汇聚协议）头部，包括字段STF (短训练字段）、LTF (长训练字段） 和SIG (信号字段），
[0005] -MAC(介质访问控制）头部，其具有表示帖类型的帖控制字段（例如，DATA表示数 据帖或者ACK表示确收帖），W及一个或多个字段尤其可W是源MAC地址字段、目的MAC地 址字段和/或Duration字段（帖交换的持续时间），
[0006] -MAC数据，如果帖是控制帖，则该MAC数据不存在，
[0007] - W及其他字段例如FCS (帖校验序列）、尾部、填充。
[000引 STF字段是不变的，并且被用于时间同步。LTF字段被用于频率同步，并且SIG字 段被用于去往接收器的信令数据。
[0009] 使用OFDM(正交频分多路复用）调制对字段和数据进行调制。帖被表示为连续的 OFDM码元。
[0010] 在基于IE邸802. 11标准的局域网所使用的走层0SI (开放系统互联）通信模型 中，PLCP子层是物理层的一部分，该是第一层和最低的一层。MAC子层是数据链路层的一部 分，该是模型的第二层。在接收到控制帖的数据时，实体的化CP子层首先检测使用STF字 段开始的帖。如果WiFi帖的时间同步是正确的，则帖被解调，并且结果被返回到MAC子层。 MAC子层使用FCS字段来检查帖的完整性，并且依赖于该结果，它还使用MAC头部来检查帖 是否确实去往该实体。类似地，生成数据帖或控制帖的机制还需要前两层即物理层和数据 链路层之间的交互。
[0011] 为了使数据帖的交换更为可靠，首先通过发送实体来发送RTS(请求发送）类型的 控制帖。所述控制帖旨在将信道保留一段确定的持续时间。接收实体通过发送CTS(清除 发送）类型的控制帖来响应。该控制帖旨在确认信道保留一段校正的持续时间。发送实体 然后发送数据帖，接收实体W ACK(确收）类型的控制帖对其进行响应。
[0012] 类似地存在PSP0化（节能轮询）类型的控制帖，发送实体在退出待命周期时发送 该PSP0化类型的控制帖，W用信号向发送实体通知它准备接收数据帖。如果发送实体实际 具有要发送到接收实体的数据帖，它会该么做。否则，它向接收实体发送ACK类型的控制 帖。
[0013] SIFS(短帖间序列）周期允许传输所设及的实体从发送模式变化为接收模式（或 者相反）的时间。如果需要，该周期被包含在MAC头部的Duration字段的值的计算中。
[0014] 数据帖的数据大小可变，从用于互联网协议电话的大约100字节、或者在机器之 间交换的数据的127字节、到用于视频的几千字节。基于IE邸802. 11a标准，发送100字节 可能需要40 y S，而发送1500字节的分组可能需要多达2064 y S。W基于传输信道状况来 优化的速度，例如W 16QAM(16态正交幅度调制）技术的36Mbit/s，对构成MAC部分（头部 和数据）的所有字节进行调制。
[00巧]W低于MAC部分的速度，例如BPSK (二进制相移键控）的6Mbit/s，对SIG字段（24 字节）进行调制，该使得SIG字段比MAC层的字段更为鲁椿。原因是，取决于所使用的速度， 被调制的信号具有不同的范围；速度越高，信号范围越短并且接收时错误的风险越高。
[0016] 基于IE邸802. 11a标准，（具有20字节MAC头部的）控制帖对传输信道的占用 在32 y S的量级。针对相对较短的数据帖可能带来大约40 y S信道占用的数据流量，控制 帖因此相对于数据帖（也被称为"有效载荷"帖）来说有较大的流量份额。在控制帖占用 的带宽存在问题的机器之间的IP语音流量W及数据流量的情形下尤其如此。
[0017] 此外，相对于控制帖的其余部分W较高速度调制的MAC头部的存在降低了其鲁椿 性，并且构成了控制帖的调制和解调操作的复杂性因素。对于具有实质功率限制的发送或 接收实体，诸如在机器间的交换中所设及的那些实体，复杂性因素带来了同样是问题的功 耗。
[0018] 专利申请US 2009/0092039A1公开了一种用于发送数据帖的方法，其中，MAC头部 被插入到SIG字段，但其中保留了帖部分，除了用于化CP子层的对SIG字段施加的调制之 夕F，还需要使用MAC子层的调制技术来调制。
[0019] 因此需要一种解决方案，不会出现该些劣势。
【发明内容】
[0020] 本发明通过一种由发射实体向接收实体发送控制帖的方法来改善状况，该控制帖 包含所谓的第一层头部字段，其旨在传输与第一层相关的信息，该方法包括使用第一调制 技术的调制步骤，W及在该调制步骤之前，将和第二层相关的信息插入到所述第一层头部 字段的步骤。
[0021] 凭借本发明，控制帖中不再需要第二层头部。该释放了旨在处理第二层头部的第 一层头部。与现有技术相比，该方法因此允许缩短控制帖的长度，并且还允许仅使用单个调 制技术而不是两个（每层一个）。
[0022] 根据现有技术，例如使用WiFi,在MAC头部传输与MAC层（第二层）相关的信息， 即控制帖类型及其参数。根据现有技术，还存在化CP层（第一层）的SIG字段，所述字段 旨在传输用于处理MAC头部所需的信息。根据本发明，与MAC层相关的信息（即控制帖类 型及其参数）被插入到SIG字段。该首先释放了 MAC头部，其不再被插入到控制帖，其次释 放了 SIG字段的原始用途。
[002引根据现有技术，（具有20字节MAC头部的）WiFi控制帖对传输信道的占用在32 US 的量级。对于根据本发明的（没有MAC头部的）WiFi控制帖来说，该持续时间是20 y S的 量级。
[0024] 使用本发明，由于控制帖不再包含与MAC层相关的字段或头部，不需要使用与该 MAC层相关的调制技术的任何调制。保留的仅有使用与化CP层相关的调制技术的SIG字段 的调制，它比与MAC层相关的调制技术更为鲁椿和简单。
[0025] 可W理解，凭借本发明，控制帖更短，并且发送实体仅需要实现单个模式的调制， 后者与第一层相关，它刚好是最鲁椿的。该允许降低数据流量中的控制帖使用的带宽、增加 其传输鲁椿性、并降低发送实体中的调制操作的数量和复杂度。
[0026] 根据本发明的一个方面，所插入的与第二层相关的信息包括来自包含下列信息的 组的至少一个信息：
[0027] ?与控制帖类型任LCP类型）相关的一条信息，
[0028] ?与发送实体和接收实体之间的交互的持续时间值UR)相关的一条信息，
[0029] ?发送实体的一个标识符（Partial TA)
[0030] ?接收实体的一个标识符（Partial RA)
[0031] 有利地，使用插入到与第一层相关的头部字段的信息，可W得到两个实体之间的 数据帖交互所需的各种控制帖类型。
[0032] 下表作为示例列出了用于WiFi的主控制帖的SIG字段的组成：
[0033]
【权利要求】
1. 一种由发射实体（EE1)向接收实体（ER1)发送控制帧的方法，该控制帧（RTS1)包含 所谓的第一层头部字段（SIG'），该第一层头部字段旨在传输与第一层相关的信息，特征在 于，该方法包括将与第二层相关的信息插入到所述第一层头部字段的步骤（E3)，以及使用 与第一层相关的调制技术的单个调制步骤（E4)。
2. 如权利要求1所述的发送控制帧的方法，特征在于，所插入的与第二层相关的信息 包括来自至少包含下列信息的组的至少一条信息： ?与控制帧类型（PLCP类型）相关的一条信息， ?与发送实体和接收实体之间的交互的持续时间（DUR)相关的一条信息， ?发送实体的一个标识符（Partial TA) ?接收实体的一个标识符（Partial RA)
3. -种由接收实体（ER1)从发送实体（EE1)接收控制帧的方法，该控制帧（RTS1)包括 头部字段（SIG'），该头部字段旨在传输与第一层相关的信息， 特征在于，所述方法包括使用与第一层相关的调制技术的单个解调步骤（R2)，以及从 被解调的头部字段中提取与第二层相关的信息的提取步骤（R3)。
4. 一种由发送实体（EE1)向接收实体（ER1)发送数据帧的方法，特征在于，它包括在发 送数据帧（DATA1)的步骤之前的下列步骤： ?发送保留请求控制帧（RTS1)，该保留请求控制帧旨在保留发送实体和接收实体之间 的通信信道，该保留请求控制帧是根据如权利要求1所述的用于发送控制帧的方法来发送 的， ?接收保留确认控制帧（CTS1)，该保留确认控制帧旨在向发送实体确认所述接收实体 对通信信道的保留，该保留确认控制帧是根据如权利要求3所述的用于接收控制帧的方法 来接收的。
5. -种由接收实体（ER1)从发送实体（EE1)接收数据帧的方法，特征在于，它包括在接 收数据帧（DATA1)的步骤之后的发送确收控制帧（ACK1)的步骤，该确收控制帧旨在向发送 实体确收所述数据帧的接收，该确收控制帧是根据如权利要求1所述的用于发送控制帧的 方法来发送的。
6. 如权利要求5所述的用于接收数据帧的方法，特征在于，所述接收数据帧的步骤之 前是发送待命退出指示控制帧的步骤，该待命退出指示控制帧旨在向发送实体通知所述接 收实体已经退出待命模式并且准备接收数据帧，该待命退出指示控制帧是根据如权利要求 1所述的用于发送控制帧的方法来发送的。
7. -种由发送实体（EE1)向接收实体（ER1)发送控制帧的设备（100)，该控制帧 (RTS1，CTS1，ACK1)包括头部字段（SIG1，，SIG"，SIG"'），该头部字段旨在传输与第一层相 关的信息， 特征在于，所述设备包括将与第二层相关的信息插入到与第一层相关的头部字段的单 元（180)、以及使用和第一层相关的调制技术来对所述头部字段进行调制的调制器（360)。
8. -种由接收实体（ER1)从发送实体（EE1)接收控制帧的设备，该控制帧 (RTS1，CTS1，ACK1)包括头部字段（516'，316"，316"'），该头部字段旨在传输与第一层相关 的信息， 特征在于，所述设备包括：用于使用与第一层相关的调制技术对所述头部字段进行解 调的解调器（350)、以及用于从与第一层相关的头部字段提取与第二层相关的信息的单元 (280)〇
9. 一种由发送实体（EE1)向接收实体（ER1)发送数据帧的设备（300)，特征在于，它包 括： ?如权利要求7所述的用于发送控制帧的设备（100)，其能够产生保留请求控制帧 (RTS1)，该保留请求控制帧旨在为数据帧（DATA1)保留发送实体和接收实体之间的通信信 道， ?如权利要求8所述的用于接收控制帧的设备（200)，其能够处理保留确认控制帧 (CTS1)，该保留确认控制帧旨在向发送实体确认所述接收实体对通信信道的保留。
10. -种由接收实体（ER1)从发送实体（EE1)接收数据帧的设备（400)，特征在于，它 包括： ?如权利要求7所述的用于发送控制帧的设备（100)，其能够产生确收控制帧（ACK1)， 该确收控制帧旨在向发送实体确收所述接收实体对数据帧（DATA1)的接收。
11. 一种控制信号，其承载由发送实体发送并且去往接收实体的控制帧，该控制帧的特 征在于，它包括与第一层相关的字段（SIG'，SIG"，SIG"'，SIG""），该字段是使用和第一层 相关的调制技术来调制的，该字段包括与第二层相关的信息。
12. -种连接到通信网络的发送实体（EE1)，特征在于，它包括如权利要求9所述的用 于发送数据帧的至少一个设备（300)。
13. -种连接到通信网络的接收实体（ER1)，特征在于，它包括如权利要求10所述的用 于接收数据帧的至少一个设备（400)。
14. 一种通信系统，特征在于，它包括如权利要求12所述的至少一个发送实体和如权 利要求13所述的至少一个接收实体。
15. -种计算机程序，特征在于，它包含指令，在如权利要求1所述的发送控制帧的方 法被处理器执行时，该指令用于实现该方法的步骤。
16. -种计算机程序，特征在于，它包含指令，在如权利要求3所述的接收控制帧的方 法被处理器执行时，该指令用于实现该方法的步骤。
【文档编号】H04L1/16GK104488207SQ201380038747
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】P.克里斯廷, L.卡里乌 申请人:奥林奇公司