无线通信方法和无线通信设备与流程

本发明总体上涉及网络通信领域，更具体地，涉及wi-fi网络通信中的通信协议领域。

背景技术

近来的发展已经使得无线局域网(wirelesslocalareanetwork，wlan)能够被部署为用于室外使用。然而，在户外场景中，wlan中的无线信道通常受到例如由相关无线站(station，sta)的移动或者sta周围的快速移动物体所引起的多普勒效应的影响。结果，无线信道可能会在数据包传输期间随着时间而变化。如果在发送或接收数据包时没有考虑这种信道变化，则wlan系统中的传输性能将受到不利影响。

解决信道随时间变化问题的现有方法，涉及在数据包的数据字段(datafield)中插入“中间码”(mid-amble)，该中间码包括由接收设备用来执行信道估计并由此实时跟踪信道状况的训练符号。中间码可以是前导码中包含的高效短训练字段(highefficiency-shorttrainingfield，he-stf)或高效长训练字段(highefficiency-longtrainingfield，he-ltf)的重复。典型地，在预定的数据长度之后，例如在每个预定的传输时间或每个预定数量的正交频分复用(orthogonalfrequency-divisionmultiplexing，ofdm)符号之后，插入中间码。因此，只有当数据包的数据长度超过预定长度时才能使用中间码。

即使对于其数据长度超过预定长度的数据包，是否插入中间码也是可选性的，这取决于发送设备的具体实现。所以有必要告知接收设备是否存在中间码。为此，数据包前导码使用专用字段作为指示符。例如，如在ieee802.11系列标准和规范中那样，在前导码he-siga字段中的一比特“多普勒模式(dopplermode)”字段被定义为：指示数据包中是否包括任何多普勒模式中间码。然而，由于只有数据包超过一定长度，中间码才能使用，因而对于较短的数据包，“多普勒模式”字段不能提供任何有意义的指示，因此造成前导码中的指示比特的浪费。因此，对于这些较短的数据包而言，缺乏接收设备从接收的数据包中获取当前信道状况信息的机制。不幸地，现有的物理层会聚协议(physicallayerconvergenceprotocol，plcp)协议数据单元(protocoldataunit，ppdu)结构中所有的前导码比特位均已经被使用或被保留用于特定指示，由于这种限制，难以引入任何附加字段以在较短的数据包中报告信道状况。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种无线通信方法和无线通信设备，以解决上述问题。

本发明提供了一种无线通信方法，所述方法包括生成包括前导码和有效载荷的数据包以及使用无线信道发送所述数据包，其中生成所述数据包步骤包括：确定所述有效载荷的数据长度；如果确定所述数据长度大于第一阈值，设置所述前导码中的第一字段，以指示在所述数据包中是否存在多普勒模式中间码，其中将所述前导码中的第一字段设置为第一值，以指示在所述数据包中存在多普勒模式中间码，并且将所述多普勒模式中间码插入到所述有效载荷中，其中所述多普勒模式中间码包括训练符号，所述训练符号用于由接收所述数据包的设备进行无线信道的信道估计；以及如果确定所述数据长度小于所述第一阈值，设置所述前导码中的所述第一字段，以指示所述无线信道是否是时变信道。

本发明提供了一种无线通信方法，所述方法包括接收从无线信道传送的第一数据包以及解析所述第一数据包，其中所述解析所述第一数据包的步骤包括：如果确定所述第一数据包的数据长度小于第一阈值，使用所述第一数据包的前导码中的第一字段的值作为所述无线信道是否是时变信道的指示；以及如果确定所述第一数据包的所述数据长度大于所述第一阈值，使用所述第一字段的值作为在所述第一数据包的有效载荷中是否存在多普勒模式中间码的指示。

本发明提供了一种无线通信设备，包括存储器；耦接到所述存储器的处理器；以及包括信号处理器的收发器，所述收发器被配置为：接收从无线信道传送的第一数据包；以及如果确定所述第一数据包的数据长度小于第一阈值，使用所述第一数据包的前导码中的第一字段的值作为所述无线信道是否是时变信道的指示；以及如果确定所述第一数据包的所述数据长度大于所述第一阈值，使用所述第一字段的值作为在所述第一数据包的有效载荷中是否存在多普勒模式中间码的指示。

本发明提供了一种无线通信设备，包括存储器；耦接到所述存储器的处理器；以及包括信号处理器的收发器，所述收发器被配置为生成包括前导码和有效载荷的数据包，并使用无线信道发送所述数据包，其中生成所述数据包的步骤包括：确定所述有效载荷的数据长度；如果确定所述数据长度大于第一阈值，设置所述前导码中的第一字段，以指示在所述数据包中是否存在多普勒模式中间码，其中将所述前导码中的第一字段设置为第一值，以指示在所述数据包中存在多普勒模式中间码，并将所述多普勒模式中间码插入到所述有效载荷中，其中所述多普勒模式中间码包括训练符号，所述训练符号用于由接收所述数据包的设备进行无线信道的信道估计；以及如果确定所述数据长度小于所述第一阈值，设置所述前导码中的所述第一字段，以指示所述无线信道是否是时变信道。

本发明通过使用当前的前导码结构而不需要引入新的专用字段，有利地扩展了现有前导码字段的指示能力以及提供给接收设备的信息的范围，进一步增强了整体的wlan性能。

在结合附图阅读本发明的实施例的以下详细描述之后，本发明的各种目的、特征和优点将是显而易见的。然而，这里使用的附图仅以解释说明为目的，而不应被视为本发明的限制。

附图说明

在浏览了下文的具体实施方式和相应的附图后，本领域普通技术人员将更容易理解上述本发明的目的和优点。

图1示出了根据本发明实施例的示例性高效率ppdu的格式。

图2是根据本发明实施例描述了基于四种不同场景确定两用“多普勒模式”字段的值的示例性计算机控制过程的流程图。

图3是根据本发明实施例的基于四种不同场景设置两用“多普勒模式”字段的示例性计算机控制过程的流程图。

图4根据本发明实施例示出了示例性无线通信设备的配置的框图。

图5根据本发明实施例示出了示例性无线通信设备的配置的框图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。尽管结合了优选实施例来描述本发明，但应理解的是，这并不意味着本发明仅限制于这些实施例。相反，本发明旨在覆盖由所附权利要求限定的本发明精神和范围所包含的替代物、修改和等同物。此外，在本发明的实施例的下述详细描述中，阐述了诸多具体细节，以便透彻理解本发明。然而，本领域普通技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。公知的方法、过程、组件和电路没有进行详细描述，以避免不必要地模糊本发明的实施例的多个方面。虽然为了清楚起见，可以将方法描述为一系列编号的步骤，但步骤编号不一定指示步骤的顺序。应该理解的是，一些步骤可以被跳过、并行执行、或者无需保持严格的顺序来执行。附图是半示意性的，并且没有按比例绘制，特别地，一些尺寸仅仅是为了清晰呈现附图，而在附图中放大示出。类似地，尽管为了便于描述，附图中的视图通常以类似的方向显示，但大部分情况方向可以是任意的。通常，本发明可以以任何方向操作。

高效wlan中多普勒模式指示(dopplermodeindication)的双重用途(dual-use)

通过参考在ieee802.11系列规范和标准中定义的物理层会聚协议(physicallayerconvergenceprotocol，plcp)协议数据单元(protocoldataunit，ppdu)结构，详细描述本发明的实施例。然而，本发明不限于任何特定的数据包格式或结构，也不限于任何特定的行业标准或规范。

本发明的实施例中，通过将一字段重新定义为两用字段(dual-usefield)，其中该两用字段能够根据数据包中的数据长度来指示两组信息，从而扩展了现有ppdu前导码字段的指示能力。这两组信息都与信道状况特征(characterization)有关。对于长数据包而言，前导码中的两用字段用于指示数据包的数据字段是否包含有携载训练符号的任何中间码。因此，除了通过使用前导码中的训练符号来执行信道估计之外，接收设备还可以通过使用中间码中的训练符号来重复信道估计过程。通过这种方式，接收设备可以实时跟踪信道状况并相应地解析出数据字段。另一方面，对于短数据包，相同的字段用于指示传输当前数据包的信道是否如由发送设备所确定的那样是时变信道。因此，接收设备可以采取措施，来调整下一个数据包的调度和传输使之适应于该时变信道。因此，两用字段的指示可以有利地有助于增强反向链路(reverselink)传输性能。

图1示出了根据本发明实施例的示例性高效率(highefficiency，he)ppdu的格式，该heppdu在前导码中包括两用字段，以指示分别用于长数据包和短数据包的两组信息。长数据包是指数据包中的数据长度(例如kμs或m个符号，其中k和m是整数)大于预定长度；而短数据包是指数据包中的数据长度小于预定值。

在长数据包中，可以在每个预定的数据长度之后，将多普勒模式中间码插入到数据包中。如图1所示，长数据包100携带由中间码121和122分隔开的3个数据字段123、124和125，数据字段125之后由填充字段进行填充。数据字段123和124具有kμs或m个符号，而字段125具有较少的数据。前导码110包括短训练字段和长训练字段(“l-stf”、“l-ltf”、“he-stf”和“he-ltf”)以及信令字段(“l-sig”，“rl-sig”和“he-siga”)。中间码121和122携带训练符号，该训练符号由接收设备用来执行信道估计从而保持实时地跟踪信道状况。每个中间码可以是前导码中“he-ltf”和“he-stf”字段的重复。

he-siga字段111中包括一比特(one-bit)子字段(或“字段”)“多普勒模式”112，用于指示有效载荷(payload)中是否包含任何多普勒模式中间码。在该示例中，“多普勒模式”字段被设置为“1”，以指示在有效载荷120中应用了至少一个多普勒模式中间码。取决于发送设备的实施方式，中间码可能不应用于长数据包，在这种情况下，“多普勒模式”字段被设置为“0”。注意，在长数据包中设置“多普勒模式”字段为“1”并不一定表示发送设备已检测到用于传输当前数据包的信道当前是时变信道。

根据本发明的实施例，短数据包中的“多普勒模式”字段，用于指示发送设备是否已确定该信道是时变(time-varying)信道。如图所示，包含在短数据包150中的数据字段171小于预定长度，因此中间码不适用于有效载荷170。如果发送设备确定信道是时变的，则he-siga字段161中的“多普勒模式”字段162被设置为1；否则它被设置为0。

因此，分别对于长数据包和短数据包，ppdu中的“多普勒模式”字段被重新定义为用于指示两组信息的两用字段。通过使用当前的前导码结构而不需要引入新的专用字段，这有利地扩展了可提供给接收设备的信息的范围。此外，该字段还可以向接收设备提供信道变化的重要指示，并由此有助于来自接收设备的高效反向链路传输。接收设备可以调整随后的数据包传输以使之适应于信道变化(如下面更详细描述的)，由此增强了整体的wlan性能，尤其是当用于室外环境时。

图2是根据本发明实施例描述了基于四种不同场景确定两用“多普勒模式”字段的值的示例性计算机控制过程200的流程图。过程200可以在数据包生成和传输期间由发送设备执行。在步骤201，发送设备确定无线信道的多普勒度量(dopplermetric)是否大于多普勒阈值(第一阈值)。如果是，则意味着将用于发送当前数据包的无线信道是时变(time-variant)信道；否则，该信道可以被视为处于稳定状态(steady-state)或静止状态(static)。在步骤202，发送设备还确定数据包中的数据长度是否大于阈值长度(第二阈值)，例如kμs或m个符号。

如果在步骤201中确定多普勒度量大于第一阈值并且在步骤202中确定数据长度小于第二阈值，则“多普勒模式”字段被设置为“1”(步骤204)，用于指示该信道是时变信道。如果在步骤201中确定多普勒度量小于第一阈值并且在步骤202中确定数据长度小于第二阈值，则“多普勒模式”字段被设置为“0”(步骤205)，用于指示信道是非时变信道。当然，逻辑值也可以切换。

如果在步骤202确定数据长度大于第二阈值，则进一步确定是否插入多普勒模式中间码(步骤203)。如果是，则“多普勒模式”字段被设置为“1”(步骤206中)，以指示有效载荷中存在中间码；否则，“多普勒模式”被设置为“0”(步骤207)，以指示有效载荷中不存在中间码。当然，逻辑值可以切换。

本发明不限于任何可用于指示信道变化状态的特定多普勒度量。该度量可以集成一个或多个信道特征参数。例如，多普勒度量可以由对数据包中的ofdm符号和固定位置的导频码执行的信道估计而产生，数据包中的ofdm符号和固定位置的导频码是由发送设备先前接收。在一些实施例中，多普勒度量被定义为多个ofdm符号之间的信道估计的归一化差异。在一些其他实施例中，多普勒度量被定义为恒模(constantmodulus)调制的副载波的能量差，恒模调制的副载波例如二进制移位密钥(binaryshiftingkey，bpsk)调制的固定位置的导频码。各种示例性的多普勒度量定义和用于确定度量的过程，在题目为“signalingandfeedbackschemesoftime-varyingchannelsinhigh-efficiencywlan”的第15/342,299号美国专利申请中有更详细的描述。

图3是根据本发明实施例的基于四种不同场景设置两用“多普勒模式”字段的示例性计算机控制过程300的流程图。过程300可以由接收设备来执行，该接收设备接收例如根据过程200生成的数据包。接收设备检查接收到的数据包的前导码，以确定“多普勒模式”字段(步骤301)中的值以及有效载荷的数据长度。

如果“多普勒模式”字段是“1”并且数据长度小于预定阈值，则接收设备自动将“多普勒模式”指示解释为来自发送设备的时变(time-variant)信道状态的报告(步骤303)。接收设备可以进一步解析数据包，并且基于信道变化状态生成并发送后续数据包(步骤307)。在一些实施例中，由于接收设备识别出当前信道是时变信道，因此它可以决定在生成和发送后续数据包时，在其中嵌入中间码或固定位置导频码。在一些实施例中，接收设备可以决定将该时变信道从用于下一个多用户多输入多输出(multi-usermultipleinputmultipleoutput，mu-mimo)传输的信道中排除。因此，时变信道状态指示可以有利地促进mu-mimo分组并且增强mu-mimo性能。

在一些实施例中，由于通过时变信道至sta的传输不应该是波束成形的(beam-formed)，因此接收设备可以决定避免使用波束成形通过该信道向sta传输。在一些实施例中，响应于信道是时变信道的指示，接收设备对于后续经由该信道的传输可以采用链路自适应。特别地，接收设备可以选择适合于时变信道的调制和编码方案(modulationandcodingscheme，mcs)，其通常不同于适合于静态信道的mcs。接收设备还可以基于时变信道状态来调整数据包分段，用于传输下一个数据包。

通常，为了简化操作和节省功率，如果信道是静态的或非时变的信道，则多普勒模式中间码优选地不应用于数据包。如果“多普勒模式”为“0”并且数据长度小于预定阈值，则接收设备自动地将“多普勒模式”指示解释为来自发送设备的非时变信道状态的报告(步骤304)。因此，接收设备可以决定在生成和发送后续数据包时，不管其数据长度如何，不使用任何中间码或固定位置导频码(步骤308)。

如果接收设备在步骤302中确定数据长度大于阈值，则“多普勒模式”字段被解释为用于指示在有效载荷中是否存在多普勒模式中间码。更具体地说，如果“多普勒模式”字段是“1”，则接收设备将其解释为在有效载荷中插入有中间码的指示(步骤305)。因此，对数据包进行解析，包括：除了对前导码中的训练符号执行信道估计之外，还对中间码中的训练符号执行信道估计(步骤309)。如果“多普勒模式”字段为“0”，则接收设备自动将其解释为不存在中间码的指示(步骤306)。因此，仅对前导码中的训练符号执行信道估计(步骤310)，并且解析数据字段而不考虑中间码。

过程200和300可以被实现为软件逻辑、硬件逻辑、固件逻辑或其组合。

图4是根据本发明实施例示出了示例性无线通信设备400的配置的框图，无线通信设备400可生成具有两用“多普勒模式”字段的ppdu。设备400可以是apsta或非apsta，并且可以通过wlan将ppdu发送到另一个设备。设备400被配置为生成ppdu并且基于数据包长度为“多普勒模式”字段指定值，如参考图2的过程更详细描述的。

设备400可以是通用计算机或任何其他类型的计算设备或网络设备，包括主处理器430、存储器420和耦接到天线阵列401至404的收发器440。收发器440包括信号处理器410，信号处理器410具有传输路径的各种模块并且被配置为生成ppdu的每个部分或任何其他类型的通信发送单元。例如，信号处理器410包括发送先进先出(txfifo)411、编码器412、扰码器413、交织器414、星座映射器415、反向离散傅里叶变换器(inverseddiscretefouriertransformer，idft)417、以及保护间隔(guardinterval，gi)和视窗(windowing)插入模块416。信号处理器410还包括多普勒度量模块418，其被配置为计算多普勒度量并将计算的多普勒度量与阈值进行比较，以确定当前信道是否是时变信道。

存储器420存储包括重新定义的两用“多普勒模式”字段的ppdu格式421。ppdu生成模块422存储处理器可执行指令，该处理器可执行指令用于根据ppdu格式421生成数据以及ppdu的其他部分的配置。ppdu生成模块422可以决定用于传输短数据包的信道是否是时变信道，并且决定是否在长数据包中插入中间码。信号处理器410相应地生成前导码和中间码，如参照图1和图2更详细描述的。

图5根据本发明实施例示出了示例性无线通信设备500的配置的框图，该无线通信设备500可用于解析接收到的具有两用“多普勒模式”字段的ppdu。设备500可以是apsta或非apsta，并且可以通过wlan从另一个设备接收ppdu。设备500被配置为解析接收到的ppdu并且基于数据包长度确定时变信道状态。

设备500可以是通用计算机或任何其他类型的计算设备或网络设备，包括主处理器530、存储器520和耦接到天线阵列501至504的收发器540。收发器540包括具有接收路径的各种模块的信号处理器510，信号处理器510被配置为处理ppdu或任何其他类型的通信传输单元。例如，信号处理器510包括接收先进先出(rxfifo)511、同步器512、信道估计器和均衡器513、解码器514、解映射器515、解交织器516、快速傅里叶变换器(fastfouriertransformer，fft)517和解扰器518。

存储器520存储ppdu格式521，其中ppdu格式521包括用于重新定义“多普勒模式”字段的格式。ppdu处理模块522存储用于根据ppdu格式521解析ppdu的各个部分(包括前导码)的处理器可执行指令。一旦信号处理器510检测到数据包中的数据长度和“多普勒模式”字段的值，信号处理器510相应地处理前导码和中间码字段。此外，响应于信道变化状态的指示(“多普勒模式”＝1的短数据包)并且基于来自信道变化自适应模块523的指令，信号处理器510可以在生成并发送下一个数据包时，执行一个或多个自适应过程，如参考图1和图3详细描述的。

应该理解，图4和图5中的每个信号处理器可以包括本领域公知的各种其他合适的组件。各种组件可以以本领域公知的任何合适的方式实现，并且可以使用硬件逻辑、固件逻辑、软件逻辑或其组合来实现。此外，在一些实施例中，图4中的收发器410还可以包括接收路径中的组件，如参考图5中的收发器510所更详细描述的，反之亦然。

本发明根据优选的实施例进行了描述，然而，应当理解，本发明的范围不受所公开的实施例限制。相反地，本发明的保护范围应被认为覆盖所附权利要求的精神和范围内的多种变形和类似的设置，且与权利要求最宽的解释范围相符以包括这些修改和类似的结构。