专利名称：为ieee802.11无线局域网的链路适配生成和更新发送速率的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统。尤其是，本发明涉及基于被测量的接收信号强度来生成和更新发送速率参照表，并且使用这个参照表来更加精确地调整在IEEE802.11无线局域网(WLAN)中的各个站点的发送速率。
发明描述IEEE802.11标准为无线局域网(WLAN)指定了介质访问控制(MAC)和物理特征来支持物理层单元。IEEE802.11标准定义在国际标准ISO/IEC8802-11，“信息技术——电信和信息交换区域网络”1999版中，在此一并引用以作参考。
IEEE802.11物理层(PHYs)根据不同的调制和信道编码方案定义了多个发送速率，使得帧的发送可以根据某个特定时间在接收者和它自己之间的无线信道环境来在多个速率之间选择一个。通常，发送速率越低，发送越可靠。用于选择发送速率的多种不同的方法已经被提出，但是它们关于链路环境在发送者和接收者之间需要某种通信。例如，发送STA需要知道各种发送速率下在接收端的信号-干扰比(SIR)和帧出错率，来断定在给定的时间的最佳发送速率。而且，IEEE802.11标准没有提到在来自不同供应商的设备之间的内部可操作性，它也许包括也许不包括选择正确发送速率的装置。
因此，本发明提供一种能够根据从接收的帧中测量出来的接收信号强度(RSS)来提供动态速率匹配的新的算法。该发明算法完全独立于接收方，并且在STA的当前MAC操作中不需要作任何改变。
发明内容
本发明涉及在无线局域网(WLAN)中根据从接收的帧中测量出来的接收信号强度(RSS)来调整发送速率的系统和方法。
本发明的一个方面涉及一种在多个发送速率中决定移动站点的发送速率的方法，该方法包括以下步骤由移动站点接收的多个输入帧中测量一个平均接收信号强度(RSS)值；将平均RSS值与具有一个将特定帧长度的数据以多个的发送速率中的一个发送所需的最小RSS的预定参考表相比；基于所述比较结果，为新帧的后续发送选择一个移动站点的新的发送速率。该方法进一步包括步骤判定新帧是否是先前帧的重传；如果是这样，判定新帧以前已经重传的次数是否超过一个预定数目；以及，如果重传次数大于预定数目，那么将新的发送速率设置为下一个较低的速率，而无需考虑比较结果。如果新帧不是先前帧的重传，那么判定新帧的长度；将平均RSS值与预定参考表中的用于以多个发送速率中的一个来发送新帧的所需最小RSS相比。然后，将新帧的发送速率设值为与小于平均RSS但又是预定表中最大的最小RSS相对应的速率。
根据本发明的另一个方面，根据基于之后接收到的响应帧所判断的新帧的发送是否成功来更新预定参考表的最小RSS值；以及，如果不成功，用平均RSS值更新预定参考表。如果新帧的发送是成功的，对来自响应帧的所接收的信号强度(RSS)进行测量，，如果从响应帧测量的RSS小于预定参考表中的当前最小RSS值，则更新预定参考表。更进一步，如果新帧是重传帧，当测量的RSS值大于预定参考表中用于下一个更高速率的最小RSS值时，更新预定参考表。
本发明的另一个方面涉及一种在多个发送速率中决定移动站点的发送速率的系统，该系统包括接收器电路，用来解调一个输入帧；功率测量电路，用来测量接收的输入帧的接收信号强度(RSS)；处理器，耦合到功率测量电路，用来计算平均RSS和基于与预定参考表的比较结果为新帧的发送选择一个新的发送速率，预定参考表包括特殊帧长以所述多个发送速率中的一个发送所需的最小RSS；以及，存储器，耦合到处理器，用来为后续检索存储预定参考表和所述平均RSS。系统进一步包括发送电路，该电路根据新发送速率调制新帧。
本发明前述的和其他特征和优点通过结合附图由下面更加详细地对优选实施例的描述来说明，附图中的参考数字在所有视图中指相同部分。
图1是描述了根据被采用的本发明实施例的无线通信系统的结构的简化框图；图2描述了根据本发明实施例的在特殊基本服务设备(BSS)中的接入点和各个站点的简化电路图；图3是根据本发明实施例的用于调整发送速率的发送参考的图示；图4是描述根据本发明实施例的生成和更新发送参考的操作步骤的流程图；图5是描述根据本发明实施例的选择发送速率的操作步骤的流程图；图6是描述根据本发明实施例的更新发送参考的操作步骤的流程图；具体实施方式
在特别参照图1的系统框图对本发明进行描述的同时，可以理解，根据本发明的装置和方法也可采用其他基础结构，其中一个站点通过无线媒介与另一个站点通信。
图1描述了根据被采用的本发明实施例的代表性的网络。如图1所示，接入点(AP)2被耦合到多个移动站点(STAi)10，它们通过无线链路互相通信以及和AP通信。本发明的关键原理在于接收性能和信道行为无关，帧出错概率是根据在接收方的信躁比(SNR)，其发送速率和长度。通常，发送STA通过保持来自被接收STA所发送的帧的被测量的RSS的轨迹，可以估计相应的路径损耗和信道行为。应当注意，在典型的IEEE802.11STA执行中，RSS对于介质访问控制(MAC)协议是可行的。因此，只要接收STA为它的发送使用固定的发送功率水平，那么在RSS中的改变可以被用来为后来的帧的发送提供一个机制来生成和更新发送速率参照，从而实现以完全正确的发送速率发送帧。
参照图2，AP和图1的WLAN中的各个STA可以包括一个具有如图2的框图所示的结构的系统。AP和STA都可以包括接收器12，解调器14，功率测量电路16，存储器18，控制处理器20，计时器22，调制器24，和发送器26。虽然可以参照通常在描述特别的移动站点中使用的术语来描述，但是描述和概念同样可以应用到其他处理系统，包括具有与图2所示的不同结构的系统。处理器20可以描述成，也就是微处理器，中央处理单元，计算机，电路卡，特定用途集成电路(ASICs)。存储器18可以描述成，也就是基于盘的光学或磁的存储单元，电子存储器，以及这些和其他存储设备的部分或混合。然而在其他实施例中，可以通过硬件电路替换软件指令或者与软件指令混合来执行本发明。
在操作中，接收器12和发送器26被耦合到天线(未示出)来把所接收和想要发送的的数据经由解调器14和调制器24分别转换成相应的数字数据。功率测量电路16在处理器20的控制之下操作来监测其上所接收的帧的RSS。关于其他站点的RSS经估计并存储在存储器18中，存储器18与处理器20耦合以便数据的后续检索。同一BSS中的有关其他站点的所估计的RSS得到更新，并在后面操作中用来生成一个参考表，用于选择正确发送速率。计时器22用来消除存储在存储器18中的过时的RSS估计。在实施例中，当由于无线信道的时间变动性以及WLANSTAs的潜在移动性趋向改变时，将RSS更新。
通过举例的方式，图3描述了根据本发明的实施例的算法(以后解释)选择正确发送速率来生成和更新的发送参照表。各个时候STA发送一个具有特殊长度的帧以及接收一个相应的应答信号，发送STA根据在参照表中所测量的RSS来生成或更新在后面发送帧时使用的门限。一旦为不同的帧间距(也就是，0-100字节，100-1000字节，和1000-2400字节)建立RSS门限，发送STA根据从来自接收STA的帧测量出来的RSS来适配发送速率。注意到在RSS中的改变指示了在发送STA和接收STA之间的无线链路中的环境正在改变。如图3所示，描述的门限指示什么是特殊发送PHY速率的需要的最小RSS值。例如，如果从被接收STA发送的帧监控RSS的STA监测RSS变得低于门限中的一个(也就是，由于在接收STA和发送STA之间增加的距离)，下一个发送尝试可以以一个较低的速率来确定正确的帧的接收。
现在，参照图4-6来详细描述根据本发明的生成和更新参照表的算法。
下面是在图4-6所用的值的列表
简要地，帧长度区间，j＝{1，2，3}，代表不同的帧尺寸分别为0-100字节，100-1000字节，和1000-2400。数据速率I＝{1，2，3，4}代表四个可用数据速率中的一个，在这个例子中也就是1，2，5.5和11Mbps。为各个区间定义RSS门限。门限“Th[i，j]”代表最小“RSS_avg”值来在长度区间“j”以数据速率“i”发送帧。因此，各个STA将具有12个门限“Th[i，j]”。因此，“Th[i，j]”是用于长度区间“j”内的帧的数据速率“i”和“i-1”之间的界限。例如，“Th[2，3]”是用来保证在PHY模式3(也就是，5.5Mbps)下长度在1000字节到2400字节之间的帧的正确发送的最小“RSS_avg”值。如果“RSS_avg”标准值低于“Th[2，3]”，长于1000字节的帧将在PHY模式1(也就是，1Mbps)或2(也就是，2Mbps)下被发送。注意到“X”和“Y”的值被设计者指定，但也可以根据情况来改变。
图4描述了根据从特殊移动单元从接收STA接收的帧中测量的RSS来调整发送速率的整个操作。在步骤100，在任何给定的空闲状态期间，移动单元被配置来在两个模式下操作(1)接收模式；和，(2)发送模式。在步骤110，在接收模式期间，根据步骤112中对任何寻址到它自己的或者从接收STA被广播/组播的帧的接收，在步骤114发送STA将使用从被接收的帧中测量的RSS来更新“RSS_avg”。注意到在图4中所示的框图是用于在基础服务设置中的802.11STA操作，在这个例子中，所有的帧一直发送给它的AP或者从它的AP接收。因此，在这提到的接收STA一直是AP。在步骤114更新“RSS_avg”根据下面的公式被执行RSS_avgnew＝a3*RSS_avgold+a4*RSS，其中a3和a4满足条件a3+a4＝1，a3≥0，a4≥0，和RSS代表当前接收信号强度。
在发送模式期间，在步骤102，STA发送一个请求信号给发送数据，然后在步骤104选择基于“RSS_avg”，门限，帧尺寸，和再传尝试的次数的值来选择发送速率(以后参照图5详细描述)。在这儿，当从被接收的帧中测量出来的平均RSS通过参照表中的某些门限，进行速率匹配，参照表包括为一个特殊发送速率所需要的最小RSS值。然后，在步骤106STA以所选择的发送速率来发送帧。在步骤108，根据是否发送成功，STA更新参照表中的相关“门限”(以后参照图6详细描述)。如果应答信号没有被接收来响应发送的帧，发送速率可以根据再传次数被降低。
图5描述了在图4的步骤104中提到的选择正确发送速率的速率选择算法。在步骤200，当有帧需要被发送时算法执行的第一个操作是检查帧长度以及将将相应值指定给变量“j”。在步骤202，下一步是将变量“i”指定为用于长度区间“j”中的帧的最近速率(“Rtx[j]”)。注意到最高发送速率，i＝4，经常在初始的时候被选择。速率选择算法将根据再传标识来区分。在步骤204，如果当前发送尝试是再传并且在步骤220再传次数超过“Y”，那么在步骤224降低发送速率。在步骤206，如果不是再传，如果需要，那么从被AP接收的帧中测量的“RSS_avg”值与门限比较来调整数据速率。
注意到在开始时，发送参照表不可用；然而，当STA根据如图5所示的步骤来发送多个不同的分组时，参照表将在图4的“门限”更新步骤108过程中生成。因此，为了完成图5中的剩余的操作步骤，假设至少一部分参照表已经被生成。如上所述的从步骤200到步骤204的过程被重复，并且如果发送不成功以及再传的次数超过值“Y”，那么分别在步骤220和步骤222，在步骤224速率选择算法将降低数据速率，STA进行到步骤206。在步骤206(b)，如果“RSS_avg”值高于“门限值”并且当前“i”值小于4(I＜4)，那么在步骤210“RSS_avg”与相同帧长度的下一个更高的发送速率门限比较，如果“RSS_avg”仍然比下一个更高的发送速率门限要高，那么在步骤210下一个更高的发送速率被选择，因此在步骤216将发送速率改变为下一个更高的速率。同时，如果在步骤206(c)“RSS_avg”值低于“门限”以及当前“i”值大于1(i＞1)，那么在步骤212“RSS_avg”与发送速率门限相比较。注意到在这儿“RSS_avg”的实际值与门限“Th[i，j]”减去“X”相比较。“X”代表了滞后保护，以避免算法降低了一个不需要降低的数据速率。如果“RSS_avg”值比“门限值减去X”小，那么在步骤214下一个更低发送速率被选择，然后在步骤216将发送速率改为下一个更小的速率。
参照图6，一旦要求回应的帧，也即应答(ACK)帧发送完毕，就更新门限“Th[i，j]。注意到从上述过程，速率选择算法选择速率“i”用于发送，因为那时Th[i，j]＜RSS_avg≤Th[i，j+1]。在步骤300如果以速率“i”来发送是成功的，那么在步骤302STA从应答帧来测量RSS并且继续进行门限更新。更新该门限的算法如下Th[i，j]new＝a1*Th[i，j]old+a2*RSS..............................(1)，其中a1+a2＝1，a1≥0，a2≥0以及RSS代表从最后接收的帧中测量出的所接收信号强度。在步骤304被测量的RSS与门限“Th[i，j]”比较。如果被测量的RSS小于当前门限并且当前“i”值大于1(i＞1)，在步骤304b，这意味着当RSS_avg与刚才测量的RSS同样小时，STA可以以数据速率“i”发送，因此门限“Th[i，j]”被降低，在步骤306。另一方面，如果被测量的RSS大于门限“Th[i+1，j]”以及当前“i”值小于4(i＜4)，在步骤304(a)，根据当前发送尝试是否为再传，发送应该被设定以更高数据速率“i+1”，在步骤310。也就是，如果当前发送是以速率“i”的再传，因为以速率“i+1”发送对于当前“RSS_avg”是失败的，那么该算法更新门限“Th[i+1，j]”的值，在步骤312。如果304(a)和304(b)都失败，STA在308设置再传标识并且继续操作。
同时，如果以速率“i”发送不成功，在步骤300，这意味着“Th[i，j]”被设置的太小。STA在步骤320设置再传标识。在这情况下，需要增加门限。为了更新，STA将使用最后被测量的“RSS_avg”来替换在Eq.(1)中的RSS来更新“Th[i，j]”，在步骤322。作为结果，在下一个发送中，STA应该以较低的数据速率发送。
从上面内容很容易看出，本发明具有不同于现有技术的优点，选择特定发送的决定仅仅根据从被接收的帧测出的接收信号强度由发送STA来决定。而且，选择正确发送速率的算法不会对当前IEEE802.11WLAN媒介接入控制规范中作任何改变。
当本发明的优选实施例被描述时，本领域技术人员将理解到可以有各种改变和修改，不脱离本发明基本范围的等同物也适合这些单元。另外，可以在不脱离中心范围的情况下使用各种修改来适配特殊环境和本发明的教导。因此，认识到本发明不限于作为实施本发明的最佳模式而公开的特殊实施例，但是本发明包括包括在下面的权利要求的范围中的所有实施例。
权利要求
1.一种在多个发送速率中决定移动站点的发送速率的方法，该方法包括以下步骤(a)从所述的移动站点接收的多个输入帧中测量一个平均接收信号强度(RSS)值；(b)将所述平均RSS值与具有一个将特定帧长度的数据以多个所述的发送速率中的一个发送所需的最小RSS的预定参考表相比；(c)基于所述比较结果，为新帧的后续发送选择一个所述移动站点的新的发送速率。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤判定所述新帧是否是先前帧的重传；如果是，判定所述的新帧以前已经重传的次数是否超过一个预定数目；和，如果重传次数大于预定数目，那么不管所述比较结果如何，将所述新的发送速率设置为下一个较低的速率。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括步骤如果所述新帧不是先前帧的重传，那么判定所述新帧的长度；将所述平均RSS值与所述预定参考表中的用于以多个所述发送速率中的一个来发送所述新帧的所需最小RSS相比；和，将所述新帧的发送速率设值为与小于所述平均RSS但又是所述预定表中最大的最小RSS相对应的速率。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述平均RSS值根据下面的公式来计算RSS_avgnew＝a3*RSS_avgold+a4*RSS，其中a3和a4满足条件a3+a4＝1，a3≥0，a4≥0，和RSS代表当前接收信号强度。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤由所述移动站点以所述新的发送速率发送所述新帧。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括步骤根据基于之后接收到的响应帧所判断的所述新帧的发送是否成功来更新所述预定参考表的最小RSS值；和，如果不成功，用所述平均RSS值更新所述预定参考表。
7.如权利要求6所述的方法，进一步包括步骤如果所述新帧的发送是成功的，从所述响应帧测量接收信号强度(RSS)；当所述从所述响应帧测量的RSS小于所述预定参考表中的当前最小RSS值时更新所述预定参考表；和，当如果所述新帧是重传帧所述测量的RSS值大于所述预定参考表中用于下一个更高速率的最小RSS值时，更新所述预定参考表。
8.如权利要求6所述的方法，其中更新所述预定参考表的最小RSS值是根据下面的公式执行的Th[i，j]new＝a1*Th[i，j]old+a2*RSS，其中Th[i，j]代表最小RSS，i代表不同的数据速率，j代表不同的帧长度，RSS代表所述输入帧的当前接收信号强度，以及a1和a2满足条件a1+a2＝1，a1≥0，a2≥0。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤将所述平均RSS值存储在一个存储介质中一个预定时间阶段。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述输入帧被一个接入点(AP)所发送。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述输入帧被另一个移动站点P)所发送。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述移动站点为各个通信到的接收移动站点保留预定参考表。
13.一种在多个发送速率中决定移动站点的发送速率的系统，该系统包括接收器电路，用来解调一个输入帧；功率测量电路，用来测量所述接收的输入帧的接收信号强度(RSS)；处理器，耦合到所述功率电路，用来计算平均RSS和基于与预定参考表的比较结果为新帧的发送选择一个新的发送速率，所述预定参考表包括特殊帧长以所述多个发送速率中的一个发送所需的最小RSS；和，存储器，耦合到所述处理器，用来为了后续检索存储所述预定参考表和所述平均RSS。
14.如权利要求13所述的系统，进一步包括发送电路，用来基于所述新的发送速率来调制所述新帧。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述处理器根据以下公式被执行来更新所述平均RSSRSS_avgnew＝a3*RSS_avgold+a4*RSS，其中a3和a4满足条件a3+a4＝1，a3≥0，a4≥0，而RSS代表当前接收信号强度。
16.如权利要求13所述的系统，其中所述处理器进一步用来执行判定所述新帧是否是先前帧的重传；如果是，判定所述的新帧以前已经重传的次数是否超过一个预定数目。
17.如权利要求13所述的系统，其中所述处理器进一步用来执行如果所述新帧的重传次数大于预定数目，基于所述预定表将当前发送速率降低为下一个较低的速率。
18.如权利要求13所述的系统，其中所述处理器进一步用来执行将所述平均RSS值与所述预定参考表中的用于发送所述新帧的所需最小RSS相比；和，将所述新帧的发送速率设值为与小于所述平均RSS但又是所述预定表中最大的最小RSS相对应的速率。
19.如权利要求13所述的系统，其中所述处理器进一步用来执行根据基于之后接收到的响应帧所判断的所述新帧的发送是否成功来更新所述预定参考表的最小RSS值；和，如果不成功，用所述平均RSS值更新所述预定参考表。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述处理器进一步用来执行如果所述新帧的发送是成功的，从所述响应帧测量接收信号强度(RSS)；当所述从所述响应帧测量的RSS小于所述预定参考表中的当前最小RSS值时更新所述预定参考表；和，当如果所述新帧是重传帧所述测量的RSS值大于所述预定参考表中用于下一个更高速率的最小RSS值时，更新所述预定参考表。
21.如权利要求19所述的系统，其中所述处理器用来根据下面的公式执行对最小RSS的更新Th[i，j]new＝a1*Th[i，j]old+a2*RSS，其中Th[i，j]代表最小RSS，i代表不同的数据速率，j代表不同的帧长度，RSS代表所述输入帧的当前接收信号强度，以及a1和a2满足条件a1+a2＝1，a1≥0，a2≥0。
22.如权利要求13所述的系统，其中所述处理器进一步用来执行通知所述新帧的发送是否成功，以及更新所述平均RSS。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述处理器根据以下公式被执行来更新所述平均RSSRSS_avgnew＝a3*RSS_avgold+a4*RSS，其中a3和a4满足条件a3+a4＝1，a3≥0，a4≥0，而RSS代表当前接收信号强度。
24.如权利要求13所述的系统，其中将所述平均RSS值存储在一个存储介质中一个预定时间阶段。
25.如权利要求13所述的系统，其中所述输入帧被一个接入点(AP)所发送。
26.如权利要求13所述的系统，其中所述输入帧被一个移动站点所发送。
全文摘要
提供一种方法和系统，用于确定无线局域网(WLAN)中的多个站点间的发送速率。各个移动站点基于来自被接收的帧的接收信号强度(RSS)来计算当前链路环境，并且根据预定标准调整发送速率，该标准根据后续信号的发送是否成功来更新。
文档编号H04L29/08GK1672363SQ03817471
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月7日 优先权日2002年7月25日
发明者J·德普拉多, S·蔡 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司