专利名称：在sdma中填充时空信道的制作方法
空分多址(SDMA)是一种允许在拥有多个天线的无线接入点(AP)和其他无线设备(移动站点)之间有多个独立传输的技术。SDMA通过使接入点能够使用不同空间信道同步地向/从多个站点发送和接收信号，增加现有无线局域网(WLAN)的吞吐量，提供了性能上的优越性。然而，存在使SDMA减少上行链接和下行链接中的空闲信道的需求。
在说明书的最后部分特别提出并清楚的声明了作为发明的主题内容。然而，通过在阅读附图时参考以下详细描述，会最好的理解本发明，包括操作的组织和方法，连同其主题、特征和优点。
图1阐述了包括接入点(AP)和移动站点的网络；图2阐述了根据本发明，用于下行链接传输的协议。
图3阐述了根据本发明的协议，该协议包括接入点生成的调度，用于上行链接传输。
图4阐述了根据本发明的协议，该协议包括由接入点生成的多个调度，用于上行链接传输。
图5阐述了在受保护区间末端插入分段的传输；和图6阐述了在受保护区间末端插入码率调节的传输。
可以理解的是，为了阐述的简单和清晰，附图中所阐述的元件没有必要按照比例绘制。例如，为了清晰，一些元件的尺寸可能相对于其他元件进行了放大。此外，考虑恰当的是，附图中重复的附图标记指示相应的或者类似的元件。
具体实施例方式
在以下详细描述中，阐述了若干具体细节，以提供对本发明的彻底理解。然而，本领域技术人员应该知道，没有这些具体细节也能够实现本发明。为了不使当前本发明变得模糊不清，在其他例子中，已知的方法、过程、元件和电路不再详细描述。
在以下的描述和权利要求中，可能使用术语“耦连”和“连接”以及它们的衍生词。应该理解的是，不应该认为这些术语是彼此相同的。相反，在特定实施例中，“连接”可以用于指示两个或者更多的元件直接物理的或者电气的相互接触。“耦连”意思是两个或者更多的元件直接物理的或者电气的进行接触。然而，“耦连”还可以表示两个或者更多的元件没有直接相互接触，而仍然相互作用或者相互影响。
图1示出了包括接入点(AP)110和移动站(STA)120、130、140和150的网络100。在一些实施例中，无线网络100是无线局域网(WLAN)。例如，移动站120、130、140和150中的一个或者多个和接入点110的操作可以符合诸如ANSI/IEEE标准802.11，1999版的无线网络协议，尽管该协议不是对本发明的限定。如这里所采用的，术语“802.11”指任何过去的、现在的或者将来的802.11标准，或者其拓展，包括但是不局限于1999版。移动站120、130、140和150可以是能够在网络100中通信的任何类型的终端或移动站。例如，移动站可以是计算机、个人数字助理、无线蜂窝电话、家庭音频或视频设备等。
接入点110使用信号122与移动站120(也称为“STA1”)通信。接入点110还可以使用信号132与移动站130(也称为“STA2”)通信，使用信号142与移动站140(也称为“STA3”)通信，使用信号152与移动站150(也称为“STA4”)通信。信号122、132、142和152通过自由空间中的无线信道在接入点110和各个移动站之间通信。
接入点110包括处理器160和射频(RF)收发器，以便从一个或者多个天线接收和发送经过调制的信号。可以提供模拟前端收发器作为独立集成模拟电路，或者可以替换的，将其嵌入到处理器160中作为混合模式集成电路。所接收的经过调制的信号经过低频转换、滤波、并转换为数字信号。接入点110还包括调度器170、分段器180和码率调节器190，这里将进一步描述它们的特点。
图2阐述了根据本发明用于下行链接传输的协议。信道访问标志着接入点和移动站点之间的双向通信的开始。通过由接入点发送广播受保护的时间间隔的Clear-To-Send(CTS)帧，从而访问信道，但是也可以使用广播受保护的时间间隔的其他方案。由接入点110声明受保护的时间间隔，从而在该时间间隔过程中没有移动站点争夺媒介。时间间隔的长度可以等于被缓存的包的长度，该长度等于在802.11e标准中的传输时机(TXOP)，或者不限定本发明的另外一个时间段。接入点110使用为所有站点所缓存的数据包填充M个空间信道。注意，该特征是与传统的空分多址(SDMA)系统相对立的，在传统的空分多址(SDMA)系统中，接入点仅仅使用为M个站点所缓存的数据包填充M个空间信道。
因此，在SDMA下行链接中，并且在时刻t0之前，接入点110选定已经缓存数据的移动站。调度器170(见图1)调度要传输到所选定的移动站的数据包，该数据包可以具有不同长度，并且如图所示，基于传输时间排列要在每个空间信道上发送的上述数据包。调度器170的一个特征是通过计算包长度的不同以便及时用信号填充空间信道，使SDMA的系统资源被有效利用。因此，调度器170的特征显著提高了在受保护的时间间隔(开始于时刻t0)过程中空间信道上的SDMA的吞吐量，在该受保护的时间间隔中将数据包传输到移动站。
通过在任何时刻为M个站点调度通信量，调度器170填充M个空间信道，这里M是小于或者等于接入点处天线的数量N的恒量。为了描述方便并且通过例子，在任何时刻，N个天线可以形成用于M个站点的M个空间信道。在所有时刻，调度器170填充M个空间信道时，系统网络100的吞吐量显著地增加。调度器170的算法运行以使M个信道的使用最大化，使M个信道的吞吐量最大化，使受空间信道之间干扰影响的平均比特差错率最小化，使平均延时最小化。
根据本发明的一个方面，自适应天线阵列与形成算法的波束联合使用，以实现在每个空间蜂窝中的空间分集并执行SDMA。即，通过选择性地使用不同的信号增益对不同的天线传感器供电，直接形成天线所输出的信号，从而在空间蜂窝的一部分中的远程终端或者移动站可以与接入点110通信，同时在空间蜂窝的不同部分中的其他远程移动站可以与相同的接入点通信，即使是它们采用相同的声调集和编码。
在本发明的另外一个方面中，SDMA的下行链接中的接入点110首先选择一组具有缓存数据的移动站，然后使用自适应天线阵列形成空间信道，以将数据发送到移动站。为了在空间信道上传输数据，接入点获得天线资源，以形成该空间信道，还有能力为在空中出现的等待中的移动站形成新的信道。
特别是，接入点广播Clear-To-Send(CTS)包，以在特定时间段内占有媒介。然后在任意时刻仅使用两个空间信道将数据包发送到移动站点120、130、140和150。在所述的下行链接的例子中，调度器170为移动站120指定两个数据包，即标示为Ack+数据1和数据1。调度器170并不是同时将数据包放在两个空间信道中，因为移动站120可能不带有多个天线以同时接收两个包。因此，调度器170并不使用标示为数据2的数据包或者标示为Ack+数据3的数据包与后面的标识为数据1的数据包的位置进行交换。此外，为了提高信道效率并且增加吞吐量，调度器170的算法并不使用标示为数据4的数据包与标示为数据1的数据包进行交换。
图3阐述了根据本发明的协议，该协议包括接入点生成的调度，用于上行链接传输。在上行链接中，调度器170首先根据关于站的通信量信息，例如，包的大小，队列长度和优先级，为不同的移动站调度传输间隔。接入点110可以通过轮询或者从移动站点120、130、140和150的复背式反馈(piggy-back feedback)，请求该信息。调度器170的最佳目标与用于下行链接所列的那些相同。如图所示，接入点将该调度广播发送到所有的移动站并监听上行链接包。上行链接数据包的确认可以在正常的下行链接包中发送。
接入点广播调度包，以便既声明传输时机(或者间隔)，又在特定时间段内占有媒介。在移动站120、130、140和150接收到所广播的调度后，被寻址的站点通过在特定间隔内发送它们的数据包进行响应。将移动站120(STA1)指定给两个时间间隔，该站点在第一个时间间隔中发送两个包，在第二个时间间隔中发送一个包。接入点110可以使用全向天线广播调度，这是由于调度指向了移动站120、130、140和150全体，在每个时刻仅仅有两个空间信道可用。
图4阐述了根据本发明协议，该协议包括由接入点110生成的多个调度，用于上行链接传输。如果基于距离，全向天线不能到达移动站，则可以通过拥有更高天线增益的空间信道发送几个调度包来代替一个调度包。附图阐述了两个调度包的例子，其中，第一个调度包是为移动站120(STA1)和130(STA2)准备的，第二个调度包是为移动站140(STA3)和150(STA4)准备的。换句话说，第一个调度包使用指向STA1和STA2的空间信道来调度上行时间间隔，第二个调度包使用指向STA3和STA4的空间信道来调度上行时间间隔。
图5阐述了在受保护的间隔的末端插入分段以提高信道效率的数据包的传输。接入点110(见图1)中的分段器180和移动站120、130、140和150中的分段器单元可以使用分段来完全填充下行链接中的空间信道。例如，接入点可以填充相互邻接的数据包的信道，并且将受保护的间隔末端的一些包分段，尽管该例子不是对发明的限定。如图所示，将为移动站150(STA4)准备的数据包分段，以适合于受保护的间隔。注意，由于通过不同的空间信道将数据包数据2和数据3发送到不同的移动站，它们相互邻接放置，不需要用短帧内间隔(SIFS)进行隔离。
图6阐述了在受保护的间隔末端插入码率调节的数据包的传输。码率调节改变包中前向纠错(FEC)码的码率，并可以用于填充时空信道。码率调节能够用于受保护的间隔中的多个包。注意，较高的码率增加丢包的几率，较低的码率可以增加数据包的长度。接入点和移动站可以通过改变码率和形成合理的交替使用，调节包长度。由于接入点通常不苛求功率，因此降低码率以填充信道是所期望的。如图所示，后面的数据1包的码率已经被降低，从而提高了它的可靠性而不会降低系统的吞吐量。
现在应该明显的是，根据本发明的特征，包括诸如分段、数据业务调度、添加差错率控制比特位和获得天线资源以形成依靠空中的空间信道的特征，可以使用媒介访问控制(MAC)协议提高SDMA系统的效率。
这里已经阐述和描述了本发明的特定特征，对于本领域技术人员来说现在能够存在各种修改、替代、改变和等价。因此，应该理解的是，附带的权利要求意图涵盖所有落入本发明实质精神之中的那些修改和改变。
权利要求
1.一种设备，包括在接入点中的调度器，用于基于传输时间提供对可变长度包的调度，以在空间信道上传输到移动站上。
2.权利要求1的设备，还包括自适应天线阵列，与形成算法的波束联合使用，以实现在空间分集并执行空分多址(SDMA)，其中自适应天线阵列根据调度改变波束权重。
3.权利要求1的设备，其中下行链接中的调度器为不同的移动站提供传输间隔的调度。
4.权利要求1的设备，其中调度基于包大小计算到移动站的业务量信息。
5.权利要求1的设备，其中调度基于队列长度计算到移动站的业务量信息。
6.权利要求1的设备，其中调度基于优先级计算到移动站的业务量信息。
7.权利要求1的设备，其中接入点在受保护的时间间隔内将多个调度发送到移动站。
8.权利要求7的设备，其中多个调度的第一调度被发送给第一移动站，第二调度被发送给第二移动站。
9.权利要求1的设备，其中接入点使用为所有移动站所缓存的数据包来填充空间信道。
10.一种设备，包括在接入点中的调度器，用于在上行链接中从至少一个移动站接收业务量信息，其中业务量信息用于在下行链接中调度包到至少一个移动站。
11.权利要求10的设备，其中在接入点中的调度器在空间信道中提供经过调度的可变长度的包给至少一个移动站。
12.权利要求10的设备，其中接入点轮询从至少一个移动站点获得包的大小信息。
13.权利要求10的设备，其中接入点轮询以便从至少一个移动站获得队列长度信息。
14.权利要求10的设备，其中接入点轮询以便从至少一个移动站点获得优先权信息。
15.权利要求10的设备，其中接入点从至少一个移动站接收复背式反馈以获得包的大小信息。
16.权利要求10的设备，其中接入点从至少一个移动站接收复背式反馈以获得队列长度信息。
17.权利要求10的设备，其中接入点从至少一个移动站接收复背式反馈以获得优先权信息。
18.权利要求10的设备，其中接入点将一个上行链路信息包的肯定应答以正常下行链路包发送到至少一个移动站。
19.一种系统，包括网络中的移动站；和具有调度器接入点，将编码比特添加到数据包中以在空间信道中发送到至少一个移动站点。
20.权利要求19的系统，还包括码率调节器，用于在数据包传输的受保护的间隔中将码率调节添加到至少一个数据包中。
21.权利要求19的系统，其中码率调节器改变数据包中前向纠错(FEC)码的码率，以填充时空通道。
22.权利要求19的系统，其中接入点提供一个包，以在某一时间段内占有媒介，并且调度器通过不同时将至少一个移动站的数据包放在两个空间信道中，控制两个空间信道上的通信业务量。
23.一种无线局域网(WLAN)，包括移动站；和接入点，将分段插入受保护的间隔中的至少一个数据包中，以发送到至少一个移动站。
24.权利要求23的WLAN，还包括在至少一个移动站中的分段器单元，用于使用分段来填充在到访问站点的下行链路传输中的时空信道。
25.权利要求23的WLAN，其中接入点填充相互邻接的数据包的信道，并将受保护的间隔中的至少一个数据包分段。
26.一种用于媒介访问控制(MAC)协议的方法，包括基于传输时间调度在接入点中的可变长度的包，以在空间信道中发送到移动站点。
27.权利要求26的方法，还包括为等待中的移动站获得接入点中的天线资源，以形成在空中的空间信道。
28.权利要求26的方法，还包括在受保护的间隔内对至少一个数据包分段，以发送到至少一个移动站。
29.权利要求26的方法，还包括使用码率调节以改变至少一个可变长度包中的前向纠错(FEC)码的码率，以填充空间通道。
全文摘要
媒介访问控制(MAC)协议提高了SDMA系统的效率，包括用于分段、数据业务调度、调节差错率控制比特位和获得天线资源以形成在空中的空间信道的特征。
文档编号H04L1/00GK1902861SQ200480039593
公开日2007年1月24日 申请日期2004年12月23日 优先权日2003年12月30日
发明者X·E·林, Q·李 申请人:英特尔公司