用于多无线电设备共存的mac协调架构以及用于通过边带信道连接的方法

专利名称：用于多无线电设备共存的mac协调架构以及用于通过边带信道连接的方法
用于多无线电设备共存的MAC协调架构以及 用于通过边带信道连接的方法
科技发展准许大量语音、视频、成像以及数据信息数字化和压缩。 演进的应用大大增加了大量数据从一个装置到另一个装置或者通过 网络到另 一个系统的传递。计算机有处理这种数据传递的更快的中央 处理单元以及显著增加的存储能力。
在移动的、台式的或者手持的设备之间传递这种信息可能涉及同 频带中两个或者更多无线接入信道的同步操作并且导致干扰问题。需 要用于操作无线电设备(radios)的改进的电路以及方法以减轻干扰问 题。
附图概述
在本说明书的总结部分具体地指出并且清楚地要求了本发明的 主题。然而，当和附图一起阅读本发明时，关于其组织以及操作方法， 连同其目的、特征以及优势都可以通过参考以下详细描述最好地理 解，其中
图l是一个框图，示出了根据本发明的多无线电设备平台无线装 置，所述多无线电设备平台无线装置包括通过用于启动(enable)所述多 个无线电设备的控制总线连接的调度协调器；
图2和3是时序图，示出了 MAC协调器和无线电设备的预留过
程；
图4是所述预留过程以及所述MAC协调器启动以及控制所述无 线电装置(radio device)的流程图；以及
图5和6示出了将所述MAC协调器连接到所述多个无线电设备 的控制总线的实施方式。应该理解，为了图示的简单和清楚，在图中示出的单元不一定按 比例绘制。举例来说，为了清楚， 一些单元的尺寸可以相对于其他单 元被放大。另外，在认为适当的地方，参考标号在图之间重复以表明 相应的或者类似的单元。
详细描述
在以下详细描述中，为了提供对本发明透彻理解，阐述了大量特 定细节。然而，所属领域的技术人员会理解本发明可以在没有这些特 定细节的情况下被实践。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方 法、步骤、部件以及电路以免使本发明难以理解。


图1中示出的实施方式显示了无线通信装置10,其包含多个无线
电设备，以4更允许与其他通过空气(over-the-air)的通信装置之间的通 信。通信装置10举例来说可以在诸如提供基于IEEE 802.11标准的无 线局域网(WLAN)基础技术的无线保真(Wi-Fi)、基于IEEE 802.16的 WiMax和移动WiMax、准许近距离内通信的IEEE 802.15中的无线个 域网(WPAN)、使用近距离无线电链路(IO米以内)的BluetoothTM(蓝 牙)、以及是提供高速WPAN的新兴技术的、IEEE 802.15.3a中的超宽 带(UWB)等无线网络中操作，但本发明不限于只在这些网络中操作。
该简单化的实施方式示出了为了适应调制/解调(多个)天线与收发 信机的耦合。在分立的架构中，无线电装置包括专用的无线电前端 (RFE)12、基带处理器14以及媒体访问控制(MAC)16。因此，模拟前 端收发信机12可以是连接到处理器14的独立射频(RF)分立元件 (discrete),所述处理器14取出指令、形成译码、管理操作对象并且执 行适当的动作，然后存储结果。处理器14可以包括基带和应用处理 功能以及利用一个或者多个处理器内核来处理应用功能并且允许处 理工作负荷在内核间分担。
该实施方式也示出了并置在通信装置10的同一平台中用于与其 他装置一起提供在射频/位置空间中通信的能力的多个无线电设备子
6系统。该组合架构18示出了共享7>共的射频前端28的、与MAC 20 结合的基带处理器以及另一个与MAC22结合的基带处理器。通过嵌 入基带处理器和MAC, RF前端28的资源共享提供了成本减少。为 了减轻接收到的信号之间的干扰， 一种协调机制协调无线电设备A、 无线电设备B以及无线电设备C控制硬件部件以及共享频谱的操作。 根据本发明的实施方式，该架构包括MAC协调器40，所述MAC协 调器40在々某体访问控制(MAC)层提供协调来为多无线电设备共存启 动和控制同时的操作。
此外，该图示出了具有分立架构的无线电设备A而无线电设备B 和C示出了组合架构。注意无线电设备B中的MAC块20和22共享 同一 RFE但是有不同的基带处理器，而在无线电设备C中MAC块 24和26共享同一基带处理器和同一RFE。图l也显示了无线电设备 之间可能的冲突可以发生的条件。例如，MAC块16可以处理在无线 电设备A中接收到的信号并且与处理无线电设备B中接收到的信号的 MAC块20共享相同的或者相邻的频i普。另外的冲突可能性在其中 MAC块20和22共享同一 RFE的无线电设备B中示出并且MAC块 22可以基于频谱处理提供对MAC块24中正被处理的信号的干扰的 信号。还有另外的资源冲突的可能性在无线电设备C中被示出，在无 线电设备C中MAC块24和26共享同一RFE以及同一基带处理器。
现有技术802.11网络已经使用请求发送(RTS)以及清除发送帧 (CTS)在站数量增加时維护吞吐量并且减少被称为"隐藏终端，，问题 中的分组冲突的数量。有RTS/CTS的情况下，发送节点通过发送RTS 帧发起该过程而目标节点用CTS帧回复。这些使用RTS/CTS预留方 案的现有技术可以调整业务以适应业务负荷增加以及减少数据分组 传输中的冲突。
然而，MAC协调40使用不同于RTS/CTS预留方案的技术启动 并且控制平台中的无线电装置。根据本发明的实施方式，MAC协调 40通过在时间域中为多个无线电设备交织原子操作(atomic operations)启动并且控制无线电装置。注意措词"原子操作"定义为按照MAC协 议发送或者接收操作的不间断序列。"原子操作"的例子可以包括但不 限于802.11中的RTS-CTS-DATA-ACK序列以及802.16e中超帧的报 头、下4亍链路和上行链路部分。无线电i殳备A、无线电设备B以及无 线电设备C可以从MAC协调器40请求为此无线电设备预留的时间片 或者预留。在该预留的时间片期间，选定的无线电设备在没有同一平 台中的其他无线电装置活动的情况下执行(多个)原子操作。
这样，MAC协调器40解决了该平台中无线电设备之间的竟争来 保证多个无线电设备可以在交迭的或者相邻的频带中没有干扰和冲
突地操作。MAC协调器40也可以解决共享部件(举例来说诸如共享 RFE或者共享基带处理器等)的无线电设备之间的竟争。此外，无线电 设备请求MAC协调器40调度和预留交织的时间片，在所述时间片中 选定的无线电设备是活动的而通信装置10中的其他无线电设备被禁 止是活动的。
MAC协调器40如图1所示使用装置ID表42、策略引擎44、注
线电设备之间的竟争。策略引擎44存储并且实施预定义的或者平台 专用的安全操作条件组。在注册装置表46中存储和维护调整该平台 专用安全操作条件的当前规则列表。例如，该安全操作条件可以规定 如果两个或者更多MAC共享相同的(多个)硬件部件则不准许并行的 发射和/或接收操作。举个其它的例子，该安全操作条件可以规定不同 无线电设备中的两个MAC可以基于诸如发射功率、接收机灵敏度、 天线隔离、接收机电路系统中滤波器的存在或者不存在等被认可的参 数，在相邻的频谱中并行操作(发射或者接收)。这样，策略引擎44存 储并且实施确定多个无线电装置是否可以同时操作的规则组。
MAC协调器40使用注册装置表46在注册无线电装置的MAC实 体时，在本地指配唯一的装置标识符来克服48比特MAC地址开销。 这样，装置ID表42的每一个条目包括向MAC协调器40发送注册请
8求的无线电装置的48比特MAC地址，也包括是协调器所指配的标识 符的装置ID。就其功能，装置ID表42起48比特MAC地址和指配 的装置ID之间的映射变换器的作用。在装置注册之后，该无线电设 备可以用先前指配的装置ID与MAC协调器40通信。
注册装置表46存储无线电装置提供的静态信息。除协调器指配 的标识符以外，注册装置表46中的条目可以包括除其他参数和特征 之外关于用于注册的服务的预留类型、用于无线电装置的操作的中心 频率、用于无线电装置的频带范围、无线电装置的发射功率、无线电 装置的接收机灵敏度以及无线电装置的接收机饱和度的信息。应该注 意到这些例子作为可存储在注册装置表46中的信息的示例被提供， 但是该表不受限制并且可以存储其他类型的信息。
MAC协调器40也为每个冲突域维护频i普分配表，其中冲突域指 共享频谱和/或共享(多个)硬件部件的装置组。可以为操作在2.4 GHz 频带上的802.1 lb/g以及802.16无线电装置维护一个频谱分配表50， 而可以为5 GHz频带中的UWB、 802.16e以及802,1 la装置维护另一 个频谱分配表50。还可以为建立在组合插件板(combo card)上的802.11 以及802.16装置维护又一个频谱分配表50。例如，频谱分配表可以(除 了別的以夕卜)包括请求预留的无线电装置的身份、开始时间即预留的原 子操作开始的时间、结束时间即预留的原子操作结束的时间、以及预 留的优先级(由咨询的策略引擎设置)，以解决以后的冲突。调度器48 负责与不同的无线电装置通信并且使频谱分配表50保持最新。
在一个描述预留策略的实施例中，低优先级的控制帧可以在尝试 发送帧连续失败之后^C改为高优先级。作为另一个实施例，如果无线 电装置连续数次在信标时段被协调器拒绝参与，在信标时段中的低优 先级原子操作可以被改为高优先级原子操作。对于数据帧，语音帧可 以被归为高优先级数据而best-effort帧可以被归为低优先级数据。这 样，MAC协调通过给予一个无线电设备比其他无线电设备更高的优 先级并且预留公共共享的资源供有优先权的无线电设备使用，提供了一套避免冲突的方法。
MAC协调器40支持两种类型的协调机制，即响应机制 (on-demand mechanism)和4,送才几制(push mechanism)。图2通过显示在 执行原子操作之前的、而后紧跟来自MAC协调器40的准予/拒绝接 收的来自单个无线电装置的预留请求的发起，以示出响应机制。如果 MAC协调器40准予预留请求则无线电装置执行由参考号码202指示 的原子操作。在该图中也示出了无线电装置对于预留的请求，但是准 予决定是滞后的并且在原子操作的开始时间之后被收到，因此无线电 装置不能服从协调器做的决定(准予/拒绝)。换句话说，如果回复没有 在原子操作的开始时间之前被收到，则无线电装置不执行由参考号码 204指示的操作。
使用推送协议(Pushprotocol), MAC协调器40告知无线电装置它 们对频谱的使用必须中断的时间。通过向无线电装置提供这个时间信 息，无线电装置请求的用来发送的时间片可以被分配并且严格实施以 便无线电设备之间的冲突可以被避免。然而，在通告的时刻之前，频 谱都可用并且如果有的话无线电设备可以为它们的原子操作使用频 谱。如果被告知的无线电装置中的一个识别出它可以在通告的时刻之 前执行原子操作，则它可以进行自发的预留并且发送此行为之后 (postpartum)的更新/通知。图3示出了诸如无线电设备A等被通知的 无线电装置中的一个，举例来说，识别出它可以在通告的、由无线电 设备B获得的时刻之前执行原子操作并且MAC协调器40被通知来更 新它的预留表。
图4显示了根据本发明各种实施方式的流程图，所述流程图示出 了可以被用来为通信装置10中的多个无线电设备调度和控制行为的 算法或过程。方法400或者其部分由无线电装置结合MAC协调器40 来执行。方法400不受执行该方法的特定器件类型、软件单元或者系 统限制。并且，方法400中的各种动作可以按照呈现的顺序执行，或 者可以按不同的顺序执行。在方法400中，做了关于是否MAC(以图1中的MAC 16、MAC20和22以及MAC 24和26为代表)需要执行原子操作的决定(见块402)。MAC发送请求信息给MAC协调器40。 MAC协调器40如块404所示接收对于预留的请求。在块406中，MAC协调器40发送回复消息，所述回复消息既可以是准予消息也可以是拒绝消息。如果MAC协调器40为原子搡作预留时隙，则该MAC接收到的准予消息允许原子操作在预留的时间片中被执行(见块408)。然而，如果该预留没有被准予，则发送到该MAC的拒绝消息不允许原子操作。
这样，通信装置10中的无线电设备发送"请求"消息并且MAC协调器40接收该"请求"消息。MAC协调器40咨询策略引擎44来确定是否准予或者拒绝预留请求。如果被准予，调度器部件48预留时间片或者时隙，在所述时间片或者时隙中原子操作可以被调度执行。此预定从那个时间开始有效并且没有其他无线电设备可以使用该时隙或者使用公共的或与其他无线电设备共享的资源。此预定将从分配表中被移除。
图5和6示出被通信装置10中的各种无线电设备用作与MAC协调器40的通信接口的边带信号的实施方式。"N"个分立的无线电设备可以通过使用该通信接口同时操作来保证无线电发送和接收在MAC级被协调以避免冲突。MAC协调也控制可以共享公共的RF前端(举例来说诸如WiFi/WiMax組合插件板)的无线电设备的活动。并且，MAC协调允许来自共享公共无线电设备电路系统的不同基带单元的发送和接收。
这两个图显示了 "请求，，和"回复"操作以及所有其他MAC协调消息可以在使用边带信号通过控制总线被发送的"N"字节的串中被编码。如这两个图所示，控制总线为时钟信号CK、消息开始信号MS、提供从无线电设备到MAC协调器40的定向的信号的4比特数据输入总线(DI)以及另 一从MAC协调器40到无线电设备的4比特定向的数据输出总线(DO)提供信号路径。
ii在操作中，当 一个无线电设备计划使用无线信道发送或者接收数
据时，它将经边带接口从MAC协调器40请求时隙。MAC协调器40通过查找它的集成的(integrated)分配表处理该请求。才艮据当前存在的分配，MAC协调器40通过经同样的边带接口发送回"回复"来准予或者拒绝请求的预定。在"准予，，的情况下，相应的预定加入到分配表。对于有高优先级的无线电设备，该"回复"可以不必要，因为"准予"是基于优先级状态而采用的。在其他应用中，MAC协调器40采耳又主动来告知多个无线电"i殳备关于当前可用的空余时隙。
至此，应该显而易见的是当两个无线电设备在同 一个平台中操作时，本发明的实施方式允许更好的服务质量以及更高的数据率。本发明准许实时无线电设备分组协调并且减小分组丢失的可能及减少分组的再发送。在多无线电设备平台中增加MAC协调器来控制无线电设备的活动也通过保证无线电设备参与信标/信令时段(beaconing/signaling period)维护了网络连通性。尽管无线电装置可以在交迭的或者相邻的频带中操作和/或共享部件，本发明准许在多个操作约束下调度无线电设备活动。本发明的实施方式使无线电设备干扰最小化并且使带宽利用率最大化。
本发明的某些特点已经在本文中被示出和描述，而所属领域的技术人员将会想到许多修改、置换、变化和等效物。因此，应该理解所附的权利要求意图是覆盖所有落在本发明的真正实质的范围内的修改和变化。
权利要求
1.一种装置，包含多无线电设备平台中的第一和第二无线电设备；以及调度协调器，所述调度协调器与所述第一和第二无线电设备耦合，以使所述第一和第二无线电设备能够在所述第一和第二无线电设备请求的时隙期间操作。
2. 如权利要求1所述的装置，其中所述调度协调器通过总线提供对第一和第二无线电设备的中央控制来从所述第一和第二无线电设备中之一接收请求消息，并且通过所述总线提供准予消息或者拒绝消 台
3. 如权利要求l所述的装置，其中所述调度协调器包括 策略引擎，所述策略引擎存储用于确定是否举予或者拒绝预留请求的平台专用才喿作条件组。
4. 如权利要求l所述的装置，其中所述调度协调器包括 调度器，所述调度器预留时隙，操作可以在所述时隙中被调度执行。
5. 如权利要求l所述的装置，其中所述调度协调器包括 第一频语分配块，为操作在2.4 GHz频带上的无线电装置维护所述第一频谱分配块；以及第二频谱分配块，为操作在5 GHz频带上的无线电装置维护所述 第二频谱分配块，其中所述第一和第二频谱分配表包括请求所述预留 的无线电装置的身份。
6. 如权利要求5所述的装置，其中所述第一和第二频谱分配表还 包括开始时间以及结束时间，所述开始时间是预留的操作开始的时 间，所述结束时间是预留的操作结束的时间。
7. 如权利要求5所述的装置，其中所述第一和第二频谱分配表还 包括预留的优先级，以解决与所述第一和第二无线电设备的冲突。
8. —种多无线电设备平台，包含 第一和第二无线电设备；调度协调器；以及总线接口，所述总线接口用来传递从所述第一无线电设备到所述 调度协调器的、请求准予所述第 一无线电设备时隙的请求消息以及从 所述调度协调器到所述第一无线电设备的准予消息，以便协调所述第 一无线电设备与所述第二无线电设备的无线电发送和接收。
9. 如权利要求8所述的多无线电设备平台，其中所述总线接口使 所述第 一无线电设备和所述第二无线电设备与所述调度协调器耦合， 以避免与所述第 一和第二无线电设备的无线电发送和接收的沖突。
10. 如权利要求8所述的多无线电设备平台，其中所述总线接口 通过控制总线传递编码的字节串。
11. 如权利要求8所述的多无线电设备平台，其中所述控制总线 包括从所述第一和笫二无线电设备向所述调度协调器提供信号的4比 特数据总线以及从所述调度协调器向所述第 一和第二无线电设备提 供信号的另一 4比特数据总线。
12. 如权利要求8所述的多无线电设备平台，其中所述调度协调 器控制由所述第 一和第二无线电设备共享的RF前端的活动。
13. 如权利要求8所述的多无线电设备平台，其中所述调度协调 器控制共享公共无线电设备电路系统的第一和第二基带单元的活动。
14. 一种用于多无线电设备平台的方法，包含由第一无线电设备经控制总线向中央调度协调器发出用来预留 用于执行操作的时隙的请求消息。由所述中央调度协调器为所述第 一无线电设备预留所述时隙并 且经所述控制总线以准予消息回应；以及当所述准予消息被接收到时，由所述第一无线电设备在所述时隙 中执行所述操作。
15. 如权利要求14所述的方法，还包括存储策略引擎使用的、用于确定是否准予向所述中央调度协调器 发出的请求消息的平台专用操作条件组。
16. 如权利要求14所述的方法，还包括使用为操作在2.4 GHz频带中的无线电装置维护的第 一频谱分配 块；以及使用为操作在5 GHz频带中的无线电装置维护的第二频谱分配 块，其中所述第一和第二频谱分配表包括所述第一无线电设备的身 份。
17. —种对于多无线电设备平台使用推送协议的方法，包含 使用MAC协调器通知已注册了推送协议的第一无线电装置关于第二无线电装置已经进行了预留；以及向所述已注册了推送协议的第 一无线电装置推送信息，所述信息 包括关于为所述第二无线电装置预留的时间片的信息。
18. 如权利要求17所述的方法，其中所述第一无线电装置使用所 述关于为所述第二无线电装置预留的时间片的信息，这包括在决定执行操作时知道何时频谱和资源被占用。
19. 如权利要求18所述的方法，其中所述第一无线电装置使用所 述关于为所述第二无线电装置预留的时间片的信息，这包括通知所述MAC协调器它正在利用所述时间片来使用所述频谱。
20. 如权利要求17所述的方法，还包含由所述MAC协调器在接收到来自所述第一无线电装置的通知之 后更新预留表。
全文摘要
一种具有多无线电设备平台的无线装置包括通过控制总线连接的调度协调器，以使所述无线电设备能够通过在所述无线电设备请求的时隙期间进行操作来共享频谱、避免冲突、减轻干扰以及控制共享的硬件部件。
文档编号H04W76/04GK101641883SQ200880009650
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月26日 优先权日2007年3月29日
发明者C·刘, H·-Y·刘, N·林克-维特施, R·维尔豪尔, S·库帕, X·郭 申请人:英特尔公司