用于使用WIFI信号阈值的方法及相关联的WIFI站点与流程

本发明涉及电信领域。在此领域内，本发明更具体地涉及WIFI网络以及包括到WIFI网络的接入点的家庭网关或公共网关，并且还涉及WIFI终端。

背景技术：

具体地，WIFI网络利用基于IEEE 802.11无线电网络标准以及到所述无线电网络标准的扩展的(通常集中到一起被称为“WIFI”(如“无线保真”)的无线传输技术。到IEEE 802.11标准的最新扩展寻求增大小型区域中的WIFI终端和接入点的密度。这种环境需要用于利用受限制的频谱资源来公平地服务客户的合适的机制。具体地，在2.4千兆赫兹(GHz)频带中，WIFI频谱被细分为12个信道，仅其中的三个信道完全不相交。

网关的一个功能是建立客户端终端与宽带网络(通常是例如私有网关的非对称数字用户线路(ADSL)类型的有线网络)之间的接口。出于此目的，网关具有至少一个到宽带网络的WIFI接入点。网关还执行调制解调器和路由器功能。接入点被设置为所考虑的频带(2.4GHz、5GHz等)中的各WIFI信道之一。

假定到WIFI信道的接入基于共享接入，则需要接入协议，并且最常用的接入协议是载波监听多路接入/冲突避免(CSMA/CA)协议，如在段落9.1“MAC架构”的9.1.1“DCF”[1]中的802.11-2007标准中描述的。其操作如下。

具有用于传输的信息的每个站点、接入点、或客户端终端在争用阶段过程中完成到信道的接入。站点在争用阶段过程中监听信道。如果在预定义的被称为“回退”时间(其特定于每个站点)的等待时间过程中未检测到信号，则站点可开始在对其具体时间进行倒计时结束时在信道上发射。

那个机制依赖于在每个站点上指示信道是繁忙还是空闲的空闲信道评估(CCA)函数。CCA阈值对应于功率阈值。如果接收信号在此阈值之上，则信道繁忙，否则信道空闲。通过802.11标准来设置这些阈值。目前，有两种类型的阈值，一种类型仅用于检测能量，并且另一种类型用于检测WIFI信号(通过检测物理层中的物理层汇聚协议(PLCP)前导的小于20分贝(dB))。

IEEE 802.11标准已经限定了CCA阈值，从而使得它们尽可能的低以便为正在进行的发射提供最大的保护。这些CCA阈值常常具有当以dBm(相对于一个毫瓦特的分贝)表示时为负的值。

然而，在非常密集的、使用同一WIFI信道的相邻小区可能非常接近的环境中(诸如在体育场中或者在会议大厅中)，这种CCA阈值不能够使得在多个小区之间重复使用频谱，即使在同时发射的情况下可由其目的地正确接收信号(因为每个链路的最小“信噪干扰比”(SINR)足够大)。在非常高密度环境的这种情况下，发现的是可与接入点仅建立一条无线电链路，即使可成功建立五到十倍之多的同时通信。

为了提高这种情况下的性能，并且如图1所示，802.11标准限定了发射功率控制(TPC)机制和空闲信道评估控制(CCAC)机制两者，亦被称为动态灵敏度控制(DSC)。

发射功率控制(TPC)适配在于减小给定区域中的所有站点和接入点(AP)的发射功率。结果，每个站点的保护区域被减少，并且属于不同小区的相同信道之间的共信道干扰(CCI)级别下降。因此，这使得在使用同一WIFI信道时在与给定小区相邻的小区中同时发射是可能的。

TPC机制常规地在以集中式组织进行操作的蜂窝网络中使用。基站以同步且顺序的方式服务终端客户中的所有终端客户。那个机制操作的非常好，但是仅对与实现TPC机制的站点相邻的站点有益。针对受益于TPC机制的站点，其满足使得相邻站点实现所述机制。机制与WIFI标准兼容，并且其可由WIFI站点使用。然而，假定仅对与实现TPC机制的那些站点相邻的站点有益，则站点不实现所述机制。

在未被许可的频带(诸如在WIFI中使用的那些频带)中，习惯的作法是在接入信道时搜索良好级别的攻击性。TPC机制不具有足够的攻击性，因为受到支持的是未实现解决方案的多方。

第二机制或CCAC在于增大给定区域中的所有站点和接入点(AP)的CCA阈值。此机制也减少了保护区域。此机制比TPC机制更好的被适配用于WIFI环境，因为其产生了与图2a和图2b中示出的相同效果，所述附图根据时间绘制了数据速率。然而，此CCAC机制的确支持实现所述机制的站点。

在高密度环境中利用频谱资源时此改进也需要考虑所谓的“传统”站点的存在。这些站点是更旧一代的站点，即与比对所考虑的使用的机制进行标准化的版本更早的WIFI标准的版本兼容的站点。

针对TPC机制，早代的站点(即“传统”设备)不会减小其发射功率。因此它们受到比正在实现TPC机制的“TPC”站点更多的保护。传统站点在给定区域中的存在消除了频谱重新利用的影响。在传统站点和TPC站点两者同时存在的区域中，极大地减小了观察数据速率，如图3a所示，所述附图根据将传统站点和实现TPC的站点进行混合的时间来绘制数据速率。

针对CCAC机制，传统站点既不会减小实现对CCA的控制的站点的数据速率，也不会减小对频谱的重复利用。因此，总数据速率非常高，如图3b所示，所述附图根据将传统站点和实现CCA控制的站点进行混合的时间来绘制数据速率。然而，传统站点则常处于“饥饿”情况下：它们并不设法接入信道，因此它们失去了极大的优势。因此，在实现CCAC的站点与不实现其的站点之间存在公平性的问题。

技术实现要素：

本发明在于区域被WIFI站点密集占用的环境中。本发明提出了确定阈值的方法以用于提升频谱重复使用，同时保证公平接入站点之间的信道(不管所述站点是同一代还是不同代)。

根据本发明，所述使用WIFI信号阈值的方法包括由以下各项组成的步骤：

-在WIFI发射器和接收器对中的至少一个WIFI站点中结合使用被减小第一阈值的发射功率和被增大第二阈值的接收灵敏度阈值，其中，所述阈值之和由确定值来界定。

-WIFI发射器和接收器对由经由自组织网络进行通信的两个站点构成，或者其由接入点以及与所述接入点相关联并且与所述接入点进行通信的客户端终端构成。因此，结合使用涉及发射器与接收器之间的通信信道。或者使用是两个站点之间的结合，其中，发射器通过第一值减小其发射功率，并且接收器通过第二值减小其接收灵敏度。或者在可以是发射器或接收器的同一站点中共同执行通过第一值减小发射功率以及通过第二值减小接收灵敏度。

增大(CCAC)接收灵敏度阈值CCA导致减少了在站点周围检测信号的区域，即导致了接收灵敏度的减小。并且当在此检测区域中检测到信号时，来自站点的电流传输被延迟。因此，在站点周围的检测区域的减少导致了发射数量的增大，所述发射可以潜在地同时发生(重用空间)并且来自覆盖被减少之前的检测区域的给定区域或此区域的一部分中的其他站点。然而，利用“传统”站点，减小了发射的机会，因为它们经常在其检测区域中检测信号，由于它们不能增大其CCA阈值。因此，与增大所述对的站点之一的CCA阈值共同地减小发射功率给予了所考虑的给定区域中的传统站点更多接入信道的机会，所述传统站点继续以最大功率进行发射。因此，所述方法使得在站点之间重建公平是可能的。因此，此结合使用使得增大可在空间上重复利用频谱的程度是可能的。

给定区域由发射器和接收器对、多个接入点及其相关联站点、或者基本服务集(BSS)中的一个或多个基本服务集来限定。基本服务集由接入点以及与所述接入点相关联的站点一起组成，即位于接入点的WIFI小区或覆盖范围内的站点。这些站点是客户端终端。

术语“客户端终端”用于意指适合用于与WIFI接入点进行通信的任何设备，诸如膝上型计算机、个人数字助理(PDA)型设备、智能电话等。

在具体实现方式中，所述方法为使得：所述WIFI站点发射器和接收器对属于由多个接入点确定的区域，所述区域确定与所存在的接入点一样多的基本服务集(BSS)。

在具体实现方式中，所述方法为使得：所述第一值通过乘法系数与所述第二值相关联。

在具体实现方式中，所述方法为使得：所述WIFI站点发射器和接收器对由接入点以及与所述接入点相关联的客户端终端形成。

在具体实现方式中，所述方法为使得：用于减小所述发射功率的所述第一值由所述客户端终端确定并且由所述接入点使用，并且用于增大所述接收灵敏度阈值的所述第二值由所述客户端终端使用。

在具体实现方式中，所述方法为使得：用于减小发射功率的所述第一值由所述接入点确定并且由所述客户端终端使用以便减小其发射功率，并且用于增大所述接收灵敏度阈值的所述第二值由所述客户端终端使用。

在具体实现方式中，所述方法为使得：所述接入点限定基本服务集，所述接入点向所述站点发射对所述基本服务集的请求，从而使得所述站点使用如由所述接入点确定的用于减小发射功率的所述第一值。

在具体实现方式中，所述方法为使得：用于减小发射功率的所述第一值、以及如由所述客户端终端确定的用于增大所述接收灵敏度阈值的所述第二值由所述客户端终端使用。

在具体实现方式中，所述方法进一步包括由以下各项组成的步骤：在所述发射器和接收器对的所述WIFI站点之一中，基于通过所述对的WIFI通信信道接收的功率来确定用于占用那个信道的剩余裕量，所述确定值等于所述剩余裕量。

剩余裕量对应于相对于标准阈值而修改CCA加上相对于标准功率而修改发射功率的dB之和。

在具体实现方式中，所述方法为使得：所述发射器是接入点并且所述站点是客户端终端，并且从由与所述站点相关联的所述接入点发射的信标的功率来计算通过所述信道接收的所述功率。

在具体实现方式中，所述方法为使得；当所述站点是客户端终端时，根据由所述发射器和接收器对的所述接入点进行的数据发射来计算通过所述信道接收的所述功率。

在具体实现方式中，所述方法为使得：当所述站点是接入点时，根据来自所述发射器和接收器对的所述客户端终端的数据发射来计算通过所述信道接收的所述功率。

此外，本发明还提供基本服务集的WIFI站点。所述WIFI站点包括：

-用于基于通过所述信道接收的功率来确定用于占用WIFI信道的剩余裕量的装置；以及

-用于结合使用被减小第一阈值的发射功率和被增大第二阈值的接收灵敏度阈值从而使得所述两个阈值之和由所述剩余裕量来界定的装置。

附图说明

本发明的其他特性和优点从参照通过非限制性示例的方式给出的附图而作出的以下描述中显现出来。

图1示出了TPC和CCAC机制。

图2a针对利用和不利用TPC实现方式的各种发射模式绘制了随时间变化的数据速率。

图2b针对利用或不利用CCAC(＝DSC)实现方式的各种发射模式绘制了随时间变化的数据速率。

图3a针对利用或不利用用于传统站点与和实现TPC的站点的混合的TPC实现方式的各种发射模式绘制了随时间变化的数据速率。

图3b针对利用或不利用用于传统站点与实现CCAC的站点的混合的CCAC(＝DSC)实现方式的各种发射模式绘制了随时间变化的数据速率。

图4表示由确定数量的接入点AP限定的给定区域。

图5是本发明的方法的实现方式的简图。

图6是本发明的方法的实现方式的简图。

图7是本发明的方法的实现方式的简图。

图8是本发明的WIFI站点的结构的简化图。

图9是在利用BSS的分布进行模拟的过程中所考虑的区域的简图。

图10a、图10b和图10c是累积分布函数(CDF)曲线，示出了在来自传统站点、或者来自应用本发明的方法的站点、以及如通过模拟获得的上行链路(UL)和下行链路(DL)上共享的数据速率。

具体实施方式

WIFI接入点包括各种设置，包括用于标识WIFI小区的设置，参数作为服务集标识符(SSID)对本领域技术人员来说是已知的。每个小区的SSID不同并且限定了在本发明含义中的接入点。

在操作中，接入点定期广播无线信标帧以便表明其存在，其中，此帧通过缩写“信标”对本领域技术人员来说是已知的。此帧包含如针对接入点而设置的SSID。

当站点寻求经由WIFI接入点来建立通信时，其必须在第一步中通过发现这种接入点来开始。通过无源监听同时扫描无线电频带以便利用接入点来检测信标以及因此附近网关的存在、或者通过发射“探测请求”帧通过探测无线电频带的信道来作出有源搜索从而执行这一发现。在第一种情况下，站点可随后发射通过使用检测的接入点的SSID而被定址到那个接入点的“探测请求”请求，以便获得未在信标中广播的附加信息。接入点SSID通过指示网关的发射能力(具体地，其在已经连接至网关的用户数量给定的情况下的能力)的“探测响应”帧来作出响应。在第二种情况下，如果存在接入点，其利用响应探测帧做出响应。

在第二步骤中，站点和接入点通常实施相互识别。

关联步骤则是必要的，从而使得站点可通常针对远程目的地经由接入点发送数据。

当站点是客户端终端时，优选的是在执行本发明的方法之前已经与接入点相关联。站点形成与接入点相关联的发射器和接收器对。站点形成与接入点相关联的BSS的一部分。此设置形成了由确定数量的接入点AP限定的给定区域的一部分。图4中示出了此区域。确定数量的接入点可以例如是礼堂、体育场等内存在的接入点。

在由图5的简图示出的实现方式中，站点计算用于占用WIFI信道(即通过其与接入点AP相关联的信道)的剩余裕量增量_X。剩余裕量被确定为是由站点接收的功率Rx_功率减去预定义裕量M之间的差。通过示例的方式，可以参考从站点与其相关联的接入点接收的信标帧来确定接收的功率。通过示例的方式，通过采用标准化阈值CCA_标准化形式或采用可调参数M(例如，20dB)形式的标准来指定预定义的裕量M。

在包括接入点和站点的对内联合实现通过值增量_TPC减小发射功率以及通过值增量_CCA增大接收灵敏度阈值。此结合使用符合这两个值增量_TPC加增量_CCA之和由剩余裕量来界定的约束。

在具体实现方式中，值增量_CCA等于值增量_TPC乘以因数。在具体实现方式中，此因数等于一。

在具体实现方式中，在每次向与其相关联的接入点发射的过程中，站点以由增量_TPC减小的标准化功率进行发射。并且在每次接收过程中，站点相对于接收灵敏度的标准化阈值水平(CCA)而通过值增量_CCA增大其接收灵敏度阈值。

当站点是接入点时，其可以以类似于站点的方式实现本发明的方法。在图6的简图中示出了此具体实现方式。实现方式的差异在于确定接收功率水平的方式。接入点确定接收功率Rx_功率，例如，相对于从站点接收的数据帧或控制帧。优选地，当多个站点与同一接入点相关联时，其从与其相关联的各站点中选择最弱的接收功率。

在上述实现方式的变型中，由与其相关联的接入点来使用由客户端终端站点确定的值增量_TPC。并且由客户端终端使用由客户端终端站点确定的值增量_CCA。因此，在接入点和站点对内，接入点通过值增量_TPC来降低其发射功率，并且共同地，客户端终端通过值增量_CCA增大其接收灵敏度阈值。

在实现方式中，在确定值增量_TPC之后，客户端终端向接入点发射请求以便通过值增量_TPC来增大向其进行发射的发射功率。当具有多个与接入点相关联的客户端终端时，接入点通过将接收客户端终端的值增量_TPC用于每次发射来适配其发射功率，或者其可以从已经由相关联客户端终端返回至其的值增量_TPC中选择一个值。选择可以在于使用最小的值。

在图7示出的实现方式中，BSS的客户端终端确定值增量_CCA和增量_TPC并请求接入点通过控制帧的方式通过增量_TPC减小其发射功率。接入点取决于其能力来确认请求。接入点可确定值增量_TPC并请求客户端终端通过此值增量_TPC降低其发射功率，所述客户端终端通过控制帧向其发射。

在实现方式中，所述方法以集中式方式发生。在这种情况下，区域的接入点连接至控制器和/或它们相互之间交换控制帧。通过示例的方式，集中式高密度网络的典型示例是礼堂或体育场内的网络。

位于给定区域中的接入点AP由中心实体(控制器)控制，所述中心实体实施对AP所属的管理网络的各种配置和管理。在这种计划的部署中，控制器可从其AP收集关于由每个AP使用的WIFI信道的状态的信息，例如，以活跃(“探测”)的方式。

此部署场景接近蜂窝部署：对WIFI信道的选择以及AP的放置进行优化以便向一定数量的用户提供有效服务。在这种类型的场景下，AP的控制器具有关于用于使用以便实现每用户最大数据速率的最佳参数的信息。

然后可在控制器处对用于优化阈值的算法进行集中或部分集中，所述控制器与各AP进行通信并且对其进行配置。利用集中式算法，控制器向AP告知在AP处使用的最佳阈值以及用于发射至与其连接的站点STA的最佳阈值。

使用上述实现方式之一来确定阈值。控制器或接入点之一则可通过应用确定的规则来确定阈值的最佳值。规则之一可以包括将第二阈值(增量_CCA)设置为定值。

在另一实现方式中，所述方法在区域中的每个站点初始化时以分散的方式发生。使用上述实现方式之一来确定阈值。非受控高密度网络的典型示例是在大学宿舍中遇到的网络，并且所述网络由学生的网关组成。

图8示出了使用以上描述的实现方式之一来实现确定WIFI信号阈值的方法的站点的简化结构，所述结构如下所述。

这种站点STA包括包含缓冲存储器的存储器Mem_R、处理器单元μP_R(例如具有由执行本发明的用于确定WIFI信号阈值的方法的计算机程序Pg_R控制的微处理器)。

在初始化时，并且通过示例的方式，计算机程序代码Pg_R的指令可以在由处理单元μP_R的处理器执行之前被加载到随机存取存储器(RAM)中。处理单元μP_R接收通过WIFI信道发射的信号作为输入。处理单元μP_R的处理器应用计算机程序Pg_R的指令来执行如以上描述的用于确定WIFI信号阈值的方法。为此，站点基于在此信道中的接收功率Rx_功率来计算用于占用WIFI信道的剩余裕量增量_X，并且其具有用于结合使用通过第一阈值增量_TPC来减小发射功率以及通过第二阈值增量_CCA来增大接收灵敏度阈值的装置，其中，所述两个阈值之和由所述剩余裕量来界定。这些装置由微处理器控制并且形成处理器单元μP_R的一部分。

在优选实现方式中，本发明的用于确定WIFI信号阈值的方法的步骤是由并入到电子电路(如芯片)中的程序指令确定的，这些指令自身可以被安排在如客户端终端和/或接入点的电子设备中。当此程序(或其模块)被加载到计算构件(诸如处理器)或然后在被执行程序的控制下进行操作的等效构件中时，本发明的用于确定WIFI信号阈值的方法可以同样很好地被实现。

因此，本发明还提供了计算机程序(或其各模块)，具体为在数据介质之上或之中并且适用于实现本发明的计算机程序。程序可以使用任何编程语言并且可以是源代码、目标代码或者是介于源代码与目标代码之间的代码的形式，如是部分编译形式，或是用于实现本发明的方法的任何其他令人期望的形式。

数据介质可以是能够存储程序的任何实体或设备。例如，所述介质可以包括存储装置(如只读存储器(ROM)，例如致密盘(CD)ROM或微电子电路ROM)、或实际上其可以包括磁记录装置(例如，软盘或硬盘)。

可替代地，数据介质可以是所述程序所并入的集成电路，所述电路被适配成用于执行所讨论的方法或在执行所述方法时使用。

此外，程序可以转换为可经由电缆或光缆、通过无线电或通过其他手段传递的可传输形式(如电信号或光信号)。具体地，可以从互联网型网络中下载本发明的程序。

图9是在利用BSS的分布进行模拟的过程中所考虑的区域的简图。区域具有七个BSS，每个BSS具有八个站点(客户端终端)和一个接入点。在与接入点相关联的八个站点之中，有一个为传统站点的站点。用于利用此拓扑而采取的模拟的设置如下：重复利用频率＝3；发射功率＝15dBm；每个站点的上行链路(UL)数据速率为每秒4兆比特(Mbps)，每个站点的下行链路(DL)数据速率为4Mbps；以及裕量M＝20dB。剩余裕量增量_X＝增量_TPC+增量_CCA。图10a、图10b和图10c示出了通过模拟针对具有传统站点或者具有应用本发明的方法的站点的上行链路(UL)和下行链路(DL)数据速率分布(CDF)而获得的曲线。

参考

[1]IEEE 802.11-2007，段落9.1“MAC架构”9.1.1“DCF”。