无线通信站、用于无线通信的系统以及在无线网络中通信的方法与流程

该申请要求2010年12月16日提交的美国专利申请序列号12/969,954的优先权，其通过引用而完全合并于此。

实施例关于毫米波通信网络。一些实施例关于使用毫米波频率来通信的无线个人区域网(wpan)和无线局域网(wlan)。一些实施例涉及根据对于60ghz中非常高吞吐量的无线千兆比特联盟(wigig)规范和ieee802.11ad规范而操作的毫米波网络。一些实施例涉及根据对于高速率wpan的ieee802.15.3规范而操作的毫米波网络。

背景技术：

毫米波带具有可用频谱并且能够比微波频带提供明显更高水平的吞吐量。由于毫米波信号的明显更高的衰减水平和定向性质，毫米波设备(即，站)大体上采用高度定向天线以及射束形成技术用于通信。毫米波频带的一些关键用途可包括到无线显示器的传送、无线对接、sync&go、实时视频流播和高清晰度电视(hdtv)流播等等。为了实现这些关键用途，毫米波设备可需要发现彼此并且交换能力和服务信息。由于需要高度定向天线和射束形成技术，这在毫米波网络中是更加困难的。

从而，大体上需要毫米波站和用于毫米波网络中的站和信息发现的方法。还需要的是适合于在毫米波wpan或毫米波wlan中使用的用于站和信息发现两者的简化且统一帧格式方案。

附图说明

图1图示根据一些实施例的毫米波(mmw)基本服务集(bss)；

图2图示根据一些实施例的中央协调器与非中央协调器站之间的通信；

图3图示根据一些实施例的两个非中央协调器站之间的通信；

图4图示根据一些实施例的站能力信息元素(ie)；

图5图示根据一些实施例的信息请求动作帧；

图6图示根据一些实施例的信息-响应动作帧；以及

图7图示根据一些实施例的毫米波站的功能框图。

具体实施方式

下列描述和图充分图示特定实施例以使本领域内技术人员能够实践它们。其他实施例可包含结构的、逻辑的、电气的、过程和其他变化。一些实施例的部分和特征可包括在其他实施例中或代替其他实施例中的那些部分和特征。在权利要求中阐述的实施例涵盖那些权利要求的所有可用等同物。

图1图示根据一些实施例的mmwbss。mmwbss100包括可使用毫米波来通信的多个mmw站104。mmw站104、中央协调器102中的一个可作为mmwbss100的中央协调器而操作以协调mmw站104之中的通信并且控制对无线介质的访问。

在一些实施例中，中央协调器102可广播信标帧，其指示信标间隔(通信在其期间发生)长度。该信标帧可由其他mmw站104接收，由此允许其他mmw站104知晓何时将出现下一个信标间隔。中央协调器102和mmw站104可利用定向天线并且可采用射束形成、射束转向或射束定向技术以在其间通信。在下文更详细地描述这些实施例。

根据一些实施例，提供对于站和信息发现两者的简化且统一帧格式方案。该帧格式方案可适合于在mmwwpan和mmwwlan两者中使用。如在下文更详细描述的，通过使用站能力信息元素、信息请求动作帧和信息-响应动作帧，mmwbss100的mmw站104可能够发现彼此并且交换站能力信息使得例如mmw站104a和mmw站104b等非中央协调器设备可以采用对等(p2p)方式直接通信。

在一些实施例中，中央协调器102和mmw站104配置成作为个人bss(pbss)的一部分而操作。中央协调器102可以是作为pbss的中央协调器而操作的pbss控制点(pcp)，并且pbss可配置成根据无线千兆比特联盟(wigig或wga)规范或ieee802.11规范(例如对于在未许可60ghz频带上操作的多千兆比特速度无线通信技术的任务组ad(ieee802.11ad)草案规范)来操作。pbss可配置成根据wigig媒体-访问控制(mac)或物理层(phy)规范(版本1.0或随后)来操作，但这不是要求。在一些其他实施例中，pbss可配置成根据对于高速率wpan的ieee802.15.3规范(其包括ieee802.15.3任务组3c(tg3c))操作。

在一些实施例中，中央协调器102和mmw站104包括基础设施bss(ibss)。中央协调器102可以是作为ibss的中央协调器操作的接入点(ap)。ibss可配置成根据上文引用的wigig规范或ieee802.11ad规范操作。

mmw站104可包括无线显示设备、膝上型和便携式计算机、移动通信设备(例如，手机、智能电话或个人数字助理(pda))、硬驱动器和其他存储设备、数字音频播放器(例如，mp3播放器)、web平板电脑、无线耳机、寻呼机和即时消息发送设备、数字拍摄装置、电视、医疗装置(例如，心率监测仪、血压监测仪，等)或可使用毫米波来接收和/或传送信息的其他设备。

通过使用本文描述的帧格式方案，mmw站104可发现彼此并且交换站能力信息，其可允许其之间的p2p通信。例如，可实现对于膝上型计算机的无线对接和sync&go技术。此外，膝上型计算机将能够确定无线显示设备确实是显示器而不是例如无线硬驱动器，这将允许膝上型计算机无线使用显示器。手机可能够发现并且确定mp3播放器的能力使得它可以使音乐文件与mp3播放器同步。与膝上型电脑(其可作为中央协调器102而操作)关联的mmw站104可能够发现彼此、获悉彼此的能力并且随后在其之间建立无线连接。

在根据常规ieee802.11规范配置的常规wlan或wifi网络中，站和服务发现不太重要，因为wlan设备使用微波频率(其相比mmw频率具有较少定向性)并且因为wlan设备大体上配置成与接入点直接通信。

图2图示根据一些实施例的中央协调器102与非中央协调器站104a之间的通信。例如mmw站104a(图1)等非中央协调器站可配置成在与bss100(图1)关联202期间将站能力ie204传送到中央协调器102。站能力ie204可配置成向中央协调器102提供站能力信息。非中央协调器站104a还可配置成将信息请求动作帧206传送到目标站来发现或请求关于bss100的一个或多个其他mmw站104(图1)的信息。目标站可以是中央协调器102(如在图2中图示的)或其他mmw站中的一个(例如，非中央协调器站104b(图1))。非中央协调器站104a可从目标站(例如，中央协调器102)接收信息-响应动作帧208，其包括所请求的信息。

在一些实施例中，未经征求的信息-响应动作帧210可未经mmw站104中的一个的征求(即，未响应于信息-请求动作帧206)而例如由中央协调器102发送，来向bss100的mmw站104提供更新信息。在这些实施例中的一些中，未经征求的信息-响应动作帧210可在使新的mmw站104与bss100关联时或在使mmw站104与bss100解除关联时由中央协调器102传送到关联的mmw站104。未经征求的信息-响应动作帧210可包括所有当前关联的mmw站104的站能力信息并且可包括中央协调器102的站能力信息。未经征求的信息-响应动作帧210还可在任何时间由中央协调器102发送。

在这些实施例中，未经征求的信息-响应动作帧210由中央协调器102到与bss100关联的所有mmw站104的传送允许当前关联的mmw站104维持关于其他当前关联的mmw站104的最新信息。未经征求的信息-响应动作帧210还可由非中央协调器站104发送来直接向bss100中的一个或多个其他非中央协调器站104提供信息更新。

如在下文更详细描述的，在站能力ie204中提供、在信息-请求动作帧206中请求和/或提供或在信息-响应动作帧208中提供的站能力信息允许mmw站104知晓其他mmw站104的能力。站能力信息可包括射束形成能力、天线数量和天线能力、每天线的元件数量、支持的调制和调制能力、支持的信道和多用户(mu)多输入多输出(mimo)能力等等中的一个或多个。该信息交换可允许非中央协调器站104随后对其之间的后续通信进行射束形成训练。

图3图示根据一些实施例的两个非中央协调器站之间的通信。发起非中央协调器站304a可将信息-请求动作帧306传送到另一个非中央协调器站304b来发现或请求关于其他非中央协调器站304b的信息。该其他非中央协调器站304b可配置成通过传送包括请求的信息的信息-响应动作帧308而作出响应。在一些实施例中，发起非中央协调器站304a可在发起非中央协调器站304a已经从中央协调器102(图1)接收关于其他非中央协调器站304b的站能力信息后将信息-请求动作帧306传送到其他非中央协调器站304b，但这不是要求。

发起非中央协调器站304a可对应于非中央协调器站104a(图1)并且其他非中央协调器站304b可对应于非中央协调器站104b(图1)。

图4图示根据一些实施例的站能力ie。站能力ie400可适合于用作站能力ie204(图2)并且可从一个mmw站104(图1)传送到另一个mmw站104来向其他mmw站104提供站能力信息。在一些实施例中，站能力ie400可由mmw站104在与bss100(图1)的关联202(图2)期间传送到中央协调器102(图1)来向中央协调器102提供站能力信息。

在一些实施例中，一个或多个站能力ie400可作为信息-请求动作帧206(图2)或信息-请求动作帧306(图3)的一部分而被包括在内以在帧内提供站能力信息。一个或多个站能力ie400还可作为信息-响应动作帧208(图2)或信息-响应动作帧308(图3)的一部分而被包括在内以在帧内提供站能力信息。

根据一些实施例，站能力ie400可包括发送mmw站(例如，mmw站104a(图1))的站(sta)地址402、发送mmw站的关联标识符(aid)404以及发送mmw站的站能力信息406。站地址402可以是发送mmw站的mac地址，并且关联id404可已经在关联202期间由中央协调器102指派。站能力信息406可包括发送mmw站的站能力信息并且可包括发送mmw站的至少一些基本能力。如在下文更详细论述的，包括在站能力ie400中的信息可在被请求时在信息-响应动作帧208(图2)中或在未经征求的信息-响应动作帧210(图2)中由中央协调器102分配。

图5图示根据一些实施例的信息-请求动作帧500。信息-请求动作帧500可适合于用作信息-请求动作帧206(图2)和信息-请求动作帧306(图3)。在一些实施例中，例如非中央协调器站104a(图1)等发送mmw站可将信息-请求动作帧500传送到目标站来发现或请求关于bss100(图1)中的一个或多个其他mmw站104(图1)的信息。目标站可以是中央协调器102(图1)或其他mmw站中的一个(例如，非中央协调器站104b)。

在一些实施例中，信息-请求动作帧500还可包括发送mmw站的站能力信息。发送mmw站还可将信息-请求动作帧500配置成除发送mmw站的站能力信息外还包括对于发送mmw站所已知的其他mmw站104的站能力信息。信息-请求动作帧500可允许发送mmw站发现其他mmw站104或请求关于bss100的一个或多个其他mmw站104的信息。

在一些实施例中，信息-请求动作帧500包括至少目标地址字段503和请求ie字段504。该目标地址字段503可包括目标站的地址，并且请求字段504可配置成指示发送mmw站正从目标站(例如，中央协调器102或例如mmw站104b等非中央协调器站)请求的信息元素的类型。

当将信息-请求动作帧500传送到中央协调器102(如在图2中图示的)时并且当目标地址字段503包括广播地址时，发送mmw站可请求关于与中央协调器102关联的所有其他mmw站104的信息。请求ie字段504可允许发送mmw站规定正从目标站请求哪些类型的ie。在一些实施例中，可在请求ie字段504中请求几乎任何类型的ie。

如进一步在图5中图示的，信息-请求动作帧500还可包括：类别字段501，用于指示信息-请求动作帧500是能适用于mmwbss的帧；和动作字段502，用于指示信息请求动作帧500正请求信息。在一些实施例中，类别字段501、动作字段502和请求ie字段504可根据ieee802.11ad规范的节7.3.2.12来配置，但这不是要求。

当将信息-请求动作帧500传送到另一个非中央协调器站(例如非中央协调器站304b(如在图3中图示的))时，目标地址字段503可包括非中央协调器站104b的mac地址，其指示发送mmw站正直接从其他非中央协调器站104b请求关于其他非中央协调器站104b的信息。因此，对等的非中央协调器站可发现彼此并且请求关于彼此的信息。此外，该信息交换可允许在对等的非中央协调器站之间进行的直接链路建立(dls)。

因此，信息-请求动作帧500可由mmw站104使用来请求关于bss100中的单个站或关于bss100中的所有关联mmw站104的信息。如果mmw站104正请求仅关于bss100(图1)中的单个mmw站104的信息，请求站可将帧中的目标地址字段503设置成该单个mmw站104的mac地址。如果mmw站104正请求关于bss100中的所有mmw站104的信息，它可将帧中的目标地址字段503设置成广播地址并且可将信息-请求动作帧500传送到中央协调器102。

在一些实施例中，信息-请求动作帧500还可包括站能力字段505，其包括关于发送mmw站(即，源站)的站能力信息和关于对于发送mmw站已知的其他mmw站104的站能力信息。信息-请求动作帧500还可包括可选的ie提供字段506，其包括发送mmw站正向目标站提供的实际ie。在这些实施例中，信息-请求动作帧500可提供发送mmw站(即，源站)的能力和任何其他ie。这使两个mmw站104之间的握手的数量减少。

如在图5中图示的，站能力字段505可包括在每个mmw站(其站能力信息正被提供)的信息-请求动作帧500中。如也在图5中图示的，还可为提供的每个ie提供ie提供字段506。如也在图5中图示的，一个或多个供应商特定ie507也可包括在信息-请求动作帧500中。因此，提供适合于在mmwwpan或mmwwlan中使用的用于站和信息发现两者的简化且统一帧格式方案。

图6图示根据一些实施例的信息-响应动作帧600。该信息-响应动作帧600可适合于用作信息-响应动作帧208(图2)或信息-响应动作帧308(图3)。该信息-响应动作帧600可由mmw站未经征求或响应于信息-请求动作帧500(图5)的接收而传送。当信息-响应动作帧600响应于信息-请求动作帧500而发送时，它可称为征求的信息-响应动作帧，因为它由另一个mmw站请求。当信息-响应动作帧600未响应于信息-请求动作帧500而发送时，它可称为未经征求的信息-响应动作帧210(图2)。

根据在图6中图示的实施例，信息-响应动作帧600可包括目标地址字段603和请求ie字段604。目标地址字段603可包括在征求信息-响应动作帧600时目标站(即，接收信息-响应动作帧600的站)的地址。在未征求信息-响应动作帧600时，目标地址字段603可包括广播地址。

请求ie字段604可配置成指示在信息-响应动作帧600中提供的信息元素的类型。信息-响应动作帧600还可包括一个或多个可选的站能力字段605，用于指示一个或多个mmw站104的站能力。信息-响应动作帧600还可包括一个或多个可选的ie提供字段606，用于包括传送信息-响应动作帧600的mmw站104正向接收信息-响应动作帧600的mmw站104提供的实际信息元素。如还在图6中图示的，信息-响应动作帧600还可包括分别与字段501、502和507类似的类别字段601、动作字段602和一个或多个供应商特定字段607，如上文论述的。

图7图示根据一些实施例的mmw站700的功能框图。该mmw站700可适合于用作mmw站104(图1)中的任一个，其包括中央协调器102(图1)。mmw站700可包括一个或多个天线701，其可配置成用于采用定向方式或采用非定向方式传递毫米波信号。根据实施例，mmw站700可将天线701配置成用于非定向通信以便建立与另一个mmw站的初始联络，并且可将天线701配置成用于在建立与其他mmw站的初始联络后的定向通信。在这些实施例中，从其他站接收或从中央协调器102接收的站能力信息可用于定向通信。在一些实施例中，可进行射束形成训练并且可对定向通信采用射束形成系数。

mmw站700可包括mmwphy层702、mac层704和存储器706。在一些实施例中，mmw站700可根据用于在未许可的60ghz频带上操作的多千兆比特速度无线通信技术的wigigphy和mac规范(或ieee802.11ad规范)来实现mmwphy层702和mac层704。存储器706可配置成存储从其他mmw站接收、供在与其他mmw站通信中使用的站能力信息等等。

尽管mmw站700图示为具有若干单独功能元件，这些功能元件中的一个或多个可组合并且可由软件配置的元件(例如处理元件，其包括数字信号处理器(dsp))和/或其他硬件元件的组合来实现。例如，一些元件可包括一个或多个微处理器、dsp、专用集成电路(asic)、射频集成电路(rfic)和用于进行至少本文描述的功能的各种硬件和逻辑电路的组合。在一些实施例中，mmw站700的功能元件可指在一个或多个处理元件上操作的一个或多个过程。

天线701可包括一个或多个定向或全向天线，其包括例如偶极天线、单极天线、贴片天线、环形天线、微带天线或适合于传送rf信号的其他类型的天线。在一些实施例中，可使用具有多个孔径的单个天线来代替两个或以上的天线。在这些实施例中，每个孔径可视为单独天线。在一些mimo实施例中，天线701可被有效地分开以利用空间分集和可在天线701中的每个天线与发送mmw站的天线之间产生的不同的信道特性。

在一些实施例中，根据2009年9月15日提交、题为“millimeter-wavecommunicationstationandmethodforschedulingassociationbeamformingtrainingwithcollisionavoidance”的美国专利申请序列号12/559,770[案卷号884.i91us1]，mmw站700可配置成进行具有碰撞避免的关联射束形成训练(a-bft)。在一些实施例中，根据2009年10月6日提交、题为“millimeter-wavecommunicationstationandmethodformultiple-accessbeamforminginamillimeter-wavecommunicationnetwork”的美国专利申请序列号12/574,140[案卷号884.i94us1]，mmw站700可配置成进行多接入射束形成和射束形成训练。

参考图1-6，根据一些实施例，mmw站104和中央协调器102可实现一组协议规程。例如，发送mmw站104将信息-请求动作帧500传送到bss100中的目的地站104，其中请求ie504的长度字段设置成零，来确定目的地mmw站是否仍在bss100中存在并且是否在发送mmw站104的范围内。

发送mmw站104(例如非中央协调器站104a)可传送信息-请求动作帧500，其包括它的站能力信息元素400和其他信息元素。然而，发送mmw站104(例如非中央协调器站104a)可被禁止将另一个站的站能力信息包括在信息-请求动作帧500内。

如上文论述的，发送mmw站104可将信息-响应动作帧600作为对信息-请求动作帧500的响应而传送，或可未经征求地发送它。如果发送mmw站104正提供关于bss100的单个其他mmw站的信息，发送mmw站104可将信息-响应动作帧600中的目标地址字段603设置成该单个其他mmw站的mac地址。如果发送mmw站104正在信息-响应动作帧600中提供关于bss100中的所有站的信息，它可将信息-响应动作帧600中的目标地址字段603设置成广播地址。

根据一些实施例，响应站104(站104或中央协调器102)可配置成将由请求信息的站所请求的信息元素包括在信息-响应动作帧600中。响应站104(站104或中央协调器102)还可配置成响应于接收的信息-请求动作帧500(其中请求mmw站所征求的是关于不是bss100的成员的单个站的信息)发送具有空有效载荷的信息-响应动作帧600，并且响应站是中央协调器102(或本身不是响应站的站)。否则，响应站可发送具有请求站所请求的信息的信息-响应动作帧600。

实施例可在硬件、固件和软件中的一个或组合中实现。实施例还可实现为存储在计算机可读存储装置上的指令，其可由至少一个处理器读取并且执行来进行本文描述的操作。计算机可读存储装置可包括用于采用由机器(例如，计算机)可读形式存储信息的任何非暂时性机构。例如，计算机可读存储装置可包括只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁盘存储介质、光存储介质、闪速存储器装置和其他存储装置和介质。在一些实施例中，系统100可包括一个或多个处理器并且可用存储在计算机可读存储设备上的指令来配置。

提供本摘要以遵守37c.f.r.节1.72(b)，要求摘要从而允许读者确定本技术公开的本质和要点。要理解，提交摘要不是为了限制或解释权利要求的范围或含义。下面的权利要求由此并入详细描述中，其中每个权利要求立足于它自身而作为单独实施例。