一种包含蜂窝接口和Wi-Fi接口的无线用户设备的操作系统和方法
【专利说明】一种包含蜂窝接口和W1-Fi接口的无线用户设备的操作系统和方法
[0001]本申请要求于2014年5月15日递交的申请号为14/279038的美国非临时申请的在先申请优先权，其要求于2013年5月15日递交的申请号为61/823732的美国临时申请的在先申请优先权，该两个在先申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
[0002]本发明涉及无线通信的系统和方法，在特定的实施例中，涉及包含蜂窝接口和W1-Fi接口的无线用户设备的操作系统和方法。
【背景技术】
[0003]许多无线智能设备，如智能手机和平板电脑，都配备有多个接口，以允许基于诸如LTE的蜂窝技术接入无线网络，以及基于W1-Fi技术接入其他无线网络，如图1所示。
[0004]图1是示出作为两个分离的物理实体的蜂窝基站(BS) 102和W1-Fi接入点(AP) 104的逻辑图。在实践中，这两个网络实体可以合设。蜂窝网络工作于许可的频段中，在许可的频段中，操作仅限于单一的运营商网络，且不允许与其他设备进行共享。在许可的频段中的操作使蜂窝网络能够支持复杂的资源共享机制和精确的同步。通常，使用专用控制信道将资源分配和同步信息从所述BS 102传输到用户设备(UE)106中。
[0005]另一方面，W1-Fi网络工作在未经许可的频段，在未经许可的频段中，普遍存在来自其他(非W1-Fi)设备的干扰。因此，使用带碰撞避免的载波侦听多址访问(CSMA/CA)随机分配站点(STA)1S的传输机会。上行(UL)和下行(DL)传输周期未被调度。这与蜂窝网络是相反的:在蜂窝网络中，UL和DL被调度，且该调度在所有参与的网络设备中得以保持。
【发明内容】
[0006]—实施例中的无线通信方法包括:将多个用户设备(UE)分组到UE集群中，以作为W1-Fi虚拟站点(V-STA)，其中，所述多个用户设备以无线的方式耦合到蜂窝基站(BS)中；与接入点(AP)通信，为所述V-STA竞争W1-Fi传输机会(TXOP)。在进一步的实施例中，所述蜂窝BS使用带碰撞避免的载波侦听多址访问(CSMA-CA)流程，代表所述UE集群竞争所述TXOP。在一个可替代的实施例中，所述UE集群中的一个UE被选择作为领导者UE去使用CSMA-CA流程代表所述UE集群竞争所述TXOP。
【附图说明】
[0007]为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中:
[0008]图1示出了蜂窝网络和W1-Fi网络；
[0009]图2示出了 UE集群；
[0010]图3示出了 W1-Fi传输机会；[0011 ] 图4示出了使用UL MU-MIMO的传输格式；
[0012]图5不出了传输格式；
[0013]图6示出了可以用于根据实施例实现，例如，此处描述的方法和设备的计算平台。
【具体实施方式】
[0014]下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
[0015]W1-Fi网络中的CSMA/CA操作会消极地影响已实现的网络吞吐量(使用CSMA/CA的媒体接入控制(MAC)效率通常不超过50% )，CSMA/CA在允许同时在UL和DL方向上的非同步接入无线介质方面有优势。
[0016]在一实施例中，考虑到蜂窝基站和W1-Fi AP合设于单一物理实体中的情况，所述单一物理实体将服务提供商的资源管理优化。分配蜂窝和W1-Fi资源，包括无线资源，以提升整体用户性能和体验。
[0017]在双无线系统中，一实施例提供了一种同步传输机制，同时，该机制也能维护未经许可频谱的共享机制。
[0018]在一实施例中，提供了一种蜂窝UE集群获取W1-Fi传输机会的机制，其中，所述蜂窝UE配备有如图1所示的蜂窝接口和W1-Fi接口。在所述获取的机会中，所述UE集群基于某种传输格式安排DL和UL传输，所述传输格式包括正交频分多址(OFDMA)。
[0019]在一实施例中，使用W1-Fi基础设施提升蜂窝性能。在一实施例中，介绍了作为竞争W1-Fi资源的虚拟单一实体的UE集群。在一实施例中，介绍了 UE TXOP,资源在所述UETXOP中被分配给所述集群的成员。在这些实施例中，提供了在所述UE TXOP中使用的各种传输格式。在一实施例中，使用许可的频段进行控制，使用W1-Fi频段传输数据。W1-Fi资源用于提升蜂窝网络性能，与蜂窝网络的拥塞状况无关。这些实施例可以在蜂窝和W1-Fi网络和设备中实现，例如，基站、接入点、用户设备、站点等。
[0020]图2示出了无线系统200中的UE集群202。数个蜂窝UE 204在尝试利用W1-Fi网络206提供的服务实现特定的目标。这个目标可以包括蜂窝分流以避免网络拥塞或通过允许所述UE 204利用用于设备到设备(D2D)通信的W1-Fi设备提高蜂窝网络效率。
[0021]因为蜂窝UE由蜂窝BS控制，所以，UE集群的形成由BS负责，所述UE集群可以被预先配置。形成集群的标准可以包括地理上的临近、是否有特定的特征等等。
[0022]所述UE集群作为虚拟站点(V-STA)呈现给所述W1-Fi网络206。所述V-STA用和其他W1-Fi STA 一样的方式竞争W1-Fi资源，例如，执行CSMA/CA和相关的退避流程。可以使用几种方法允许V-STA竞争介质。
[0023]例如，所述V-STA的成员可以选择一个UE代表所述集群去竞争所述介质。则所选择的UE即是领导者UE，其身份可以基于UE移动性协议从一个传输机会变成另外一个。
[0024]又如，所述蜂窝BS可以代表所述集群竞争所述介质。在本方案中，BS基础设施包括允许与W1-Fi AP关联且允许所述CSMA/CA流程的性能的模块。则接入所述介质和同步信息可以与使用蜂窝控制信道的集群UE通信。
[0025]和其他W1-Fi STA竞争的所述V-STA最终接入了所述介质，获取特定时段内的传输机会。图3示出了作为时间功能的典型信道占用。
[0026]图3示出了 UE集群和W1-Fi STA之间的传输机会(TXOP)的替代。在UE TXOP 302中，通过在所述TXOP时段内推迟其他设备的传输使之处于静默状态(即，不允许传输到所述介质中)，以免干扰所述UE集群的传输。
[0027]可以通过使用物理(PHY)或MAC帧头强行将一组站点的传输推迟到STATX0P 304。通常，通过欺骗使用所述PHY帧头的传统STA迫使所述传统STA在一段时间内保持静默。对于其他STA，使用MAC帧，例如，请求发送信号(RTS)帧和允许发送信令(CTS)帧，典型地是为了设置网络分配矢量(NAV)以及迫使STA在给定的时间段内保持静默。这两种方法在2012年3月的IEEE 802.11 “无线LAN媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)规范”中已描述，此处以并入的方式引入本文文本。
[0028]在一实施例中，所述UE集群中的成员忽略PHY或MAC层的静默请求，保持活跃状态以参与到即将发生的传输中。这个目的可以通过引入包含UE组的标识的新MAC帧实现，其中，所述TXOP是为所述新MAC帧获取的。相同的帧可以用于为其他STA设置所述NAV，其中，所述其他STA包括不是组内成员的UE。所述V-STA可以在所述UE TXOP起始时传输这个新的帧。相关的标识可以以和多用户多输入多输出(MU-Mnro)组标识包含在PHY前导中相同的方式包含在所述PHY帧头中。所述标识与UE集群标识相匹配，其中，所述UE集群标识可以由BS设置。
[0029]在来自多个UE的TXOP传输中，鼓励使用W1-Fi频谱以有效利用可用资源。传输格式可以有数种。
[0030]首先，允许成员UE按照和常规W1-Fi网络使用CSMA/CA相同的方式竞争介质。然后，所述传输格式使用基于OFDM的W1-Fi帧格式。然而，这种方法不能实现最优的预期吞吐量提升，因为其中存在W1-Fi竞争和帧开销。
[0031 ] 第二，使用已调度的机制，其中，成员UE在所述UE TXOP中预先规定的时刻进行传输/接收。然后，所述传输格式使用基于OFDM的W1-Fi帧格式。
[0032]第三，所有的成员UE同时在UL和DL中使用MUH\OMO。IEEE802.1lac支持DLMU-MIMO,所以，应该支持DL MU-MIMO的使用。图4示出了使用UL MU-MIMO的传输格式。UL MU-Mnro允许成员UE或其子集在UL方向上同时传输物理层汇聚流程(PLCP)协议数据单元(Prou) 404。在UL传输开始时，AP传输同步帧402以指示参与当前UL传输的UE并将这些UE同步。所述AP发送ACK 406，以指示传输成功，且所述ACK406是按顺序发送的，或者可能是利用DL MU-MIMO发送的。
[0033]第四，使用OFDMA进行UL和DL传输。例如，可以依照与LTE中定义的DL传输相同的格式使用0FDMA，其中，所述AP或BS将资源块分配到不同的UE。所述DL传输的格式在TS 36.211演进通用陆地无线接入(E-UTRA):物理信道和调制，TS 36.212演进通用陆地无线接入(E-UTRA):复用和信道编码，以及TS 36.213演进通用陆地无线接入(E-UTRA):物理层流程中进行定义，这些技术规范以引用的方式并入本文文本。LTE传输格式不后向兼容，不会被一些W1-Fi设备解析，例如，基于802.1ln或802.1lac的设备。如前述的建议，与传统站点后向兼容的新帧可以在所述UE TXOP起始时使用，以将这些站点中的NAV功能设置为预期的值。
[0034]第五，图5所不方式的传输格式500可以同时用于UL和DL传输。图5的格式可以看作纯LTE-OFDMA格式和纯IEEE 802.11-0FDM格式的折中格式。它将可用频谱划分成数个20MHz (也可以是其他划分)信道或片段，再将数个片段分配给各个用户。图5示出了为每个UE分配20MHz的信道和64个子载波的示例。
[0035]与LTE-0FDMA不同的是，图5所示帧的长度不受时间的限定。相反，最大帧长在所述UE TXOP的起始时被传播给UE集群的成员。可以配置所述最大帧长，以被所述AP为每个UE TXOP动态调节。任何需要将自己的帧与所述最大帧长对齐的时候，UE使用