专利名称：上行链路mu mimo媒体访问和错误恢复的系统和方法
技术领域：
本公开一般涉及无线通信领域，并且更具体地说，涉及用于改进无线环境中网络容量的系统及相关方法。
背景技术：
使用通信协议诸如IEEE 802. 11标准集的无线局域网(WLAN)通过空中提供使用无线信号传送数据的调制技术。802. 11标准集内的标准诸如IEEE 802. Iln提供了允许使用多输入多输出(MIMO)技术进行通信的特征。为了减少在多个发射STA之间的通信之间的等待时间，一些多载波通信站可配置成在时间和频率上并发地从多个发射STA接收通信。 IEEE802. 11诸如802. Ilac内的工作组正在确立用于基本服务集(BSS)中的非常高吞吐量的方法，以通过使用上行链路(UL)多用户(MU)MIMO技术增大网络容量。
发明内容
本发明的第一方面在于一种使用站(STA)进行上行链路多用户多输入多输出 (UL MU ΜΙΜΟ)通信的方法，包括在网络中竞争发射帧；发射所述帧，其中所述帧指示在所述STA处缓冲的数据；在传输机会(TXOP)期间接收第一轮询帧，其中通过竞争过程接收所述第一轮询帧，并且所述第一轮询帧标识在所述TXOP期间用于UL MU MIMO通信的多个站 (STA)；以及在所述传输机会(TXOP)期间发射MAC协议数据单元(MPDU)。本发明的第二方面在于一种在网络中进行上行链路多用户多输入多输出(UL MU ΜΙΜΟ)通信的方法，包括从多个站(STA)接收缓冲业务信息；在所述网络中竞争发射轮询帧；在传输机会(TXOP)中发射所述轮询帧，其中所述轮询帧标识用于所述UL MU MIMO通信的STA;响应于所述轮询帧从所述STA接收MAC协议数据单元(MPDU)，其中在所述TXOP期间并发地发送所述MPDU ；以及对于响应于所述轮询帧接收的MPDU，在所述TXOP期间发射多个块确认(BA)。本发明的第三方面在于一种站(STA)，包括媒体访问控制器(MAC)，用于接收数据以及生成MAC协议数据单元(MPDU)；物理层(PHY)，用于接收所述MPDU以及生成前导码和PHY报头；收发器阵列，配置成使用竞争过程向接收STA发射帧，其中所述帧指示在所述STA处缓冲的数据；在传输机会(TXOP)期间接收第一轮询帧，其中通过竞争过程接收所述第一轮询帧，并且所述第一轮询帧标识在所述TXOP期间用于UL MUMIMO通信的多个站 (STA)；以及在所述TXOP期间发射所述MPDU。
在说明书的结束部分特别指出并明确要求了有关本发明的主题。然而，本发明有关组织和操作方法以及其目的、特征和优点当与附图一起阅读时通过参考随后的具体实施方式
可最好地理解。图1是例证根据本发明实施例的无线通信网络的框图。
图2是根据本发明一些实施例的接收站的框图；图3是根据本发明一些实施例的UL MU MIMO操作的框图；图4是根据本发明一些实施例的UL MU MIMO的传输机会(TXOP)操作的框图；图5是根据本发明一些实施例的TXOP中错误恢复的框图；图6是根据本发明一些实施例的TXOP中错误恢复的框图；图7是根据本发明一些实施例的TXOP的框图；图8是根据本发明一些实施例的TXOP中错误恢复的框图；图9是根据本发明一些实施例的UL MU MIMO通信的流程图；以及图10是根据本发明一些实施例的UL MU MIMO通信的另一个流程图。还要认识到，为了例证的简化和清晰，图中例证的单元不一定按比例绘制。例如， 为了清晰起见，其中一些单元的尺寸可能相对于其它单元放大了。另外，在认为适当的情况下，附图标记在各图中重复使用以指示对应或类似的单元。
具体实施例方式在如下详细描述中，阐述了用于改进无线通信网络中通过公平媒体共享的通信并允许网络中错误恢复的许多具体细节，以提供对本发明实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员要理解，在没有这些具体细节的情况下也可以实施本发明。在其它情况下，众所周知的方法、过程、组件和电路未详细描述以免模糊了本发明的实施例。增大无线通信网络的基本服务集(BSS)的网络容量的一种方法是允许具上行链路(UL)多用户(MU)MIMO能力的站(STA)与未配置用于进行ULMU MIMO通信的STA之间的轮询传输机会(TXOP)支持和公平媒体共享。在本领域中另一个进步是为UL MU MIMO通信提供错误恢复。具UL MU MIMO通信能力的一些STA可不配置成在无线通信网络或媒体中竞争传送分组和数据。对于在媒体中不竞争的UL MU MIMO STA，当STA有分组要发射到接入点 (AP)时，它发射TXOP请求(TXR)。在接收到多个T)(R时，AP发射TX发送(TXS)以轮询无线通信网络中用于UL MUMIMO传输的STA。在这个实施例中，TXS标识正在轮询的STA，并设置用于该TXOP的网络分配矢量(NAV)。然而，在这个实施例中，如果在无线通信网络中还存在配置成在网络中竞争发射分组的STA，则在未配置成在网络中竞争的STA可发射它们的分组之前，未配置成竞争的那些STA将不得不等待AP轮询它们。将有帮助的是允许具UL MU MIMO能力的STA与未配置成在网络中竞争UL MU MIMO通信的STA之间的轮询TXOP支持和公平媒体共享。在那些实施例中，为UL MU MIMO通信提供错误恢复也会是有帮助的。现在转到附图，图1例证了网络诸如无线网络100中STA或平台的框图。可以通过无线通信站、移动台、高级站(an advanced station)、客户端、平台、无线通信装置、无线 AP、调制解调器、无线调制解调器、个人计算机(PC)、桌上型计算机、移动计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、服务器计算机、机顶盒、手持计算机、手持装置、个人数字助理(PDA)装置、手持PDA装置和/或上网本来实施本发明的一些实施例。备选或组合，STA或平台还可使用信号在无线网络100中通信，无线网络100 例如是局域网(LAN)、无线LAN(WLAN)、城域网(MAN)、无线MAN (WMAN)、广域网(WAN)、无线WAN(WffAN)、根据现有下一代毫米波(NGmS-D02/r0，2008年11月观日)、无线吉位联盟(WGA)、IEEE802. 11,802. Ila,802. lib,802. lie,802. llg,802. llh、802. lli,802. lln、 802. llac、802. 16,802. 16d、802. 16e标准和/或以上标准的将来版本和/或派生和/或长期演进(LTE)操作的装置和/或网络、个域网(PAN)、无线PAN(WPAN)、作为以上WLAN和/或 PAN和/或WPAN网络的一部分的单元和/或装置、单向和/或双向无线电通信系统、蜂窝无线电电话通信系统、蜂窝电话、无线电话、个人通信系统(PCS)装置、合并了无线通信装置的PDA装置、多输入多输出(MIMO)收发器或装置、单输入多输出(SIMO)收发器或装置、多输入单输出(MISO)收发器或装置、最大比率组合(MRC)收发器或装置、具有“智能天线”技术或多天线技术的收发器或装置等等。本发明的一些实施例可与一种或多种类型的无线通信信号和/或系统结合使用， 例如射频(RF)、红外(IR)、频分复用(FDM)、正交FDM (OFDM)、0FDMA、时分复用(TDM)、时分多址(TDMA)、扩展TDMA(E-TDMA)、通用分组无线电服务(GPRS)、扩展GPRS、码分多址(CDMA)、 宽带 CDMA (WCDMA)、CDMA 2000、多载波调制(MDM)、离散多音(Multi-Tone) (DMT)、蓝牙 (RTM),ZigBee (TM)等等。本发明的实施例可用在各种其它设备、装置、系统和/或网络中。在一个实施例中，无线网络100中的STA或平台可根据一个或多个IEEE 802. 11 标准和/或由相关联任务组开发的协议诸如802. IlTGac操作。根据这些协议和/或标准操作的STA可能需要实现至少两层。一层是802. IlMAC层(即OSI数据/链路层2)。一般而言，MAC层通过协调对共享无线电信道的访问来管理和保持802. 11装置之间的通信。 例如，MAC层可以执行诸如以下的操作扫描是否有802. 11装置、认证802. 11装置、将第一 STA与第二 STA相关联、执行诸如无线加密协议(WEP)、请求发送(RTQ和清除发送(CTS) 操作、节能操作、分段(fragmentation)操作等安全技术，以接收数据并生成MAC协议数据单元(MPDU)或聚集MPDU，以及其它任务。另一层是802. IlPHY层(即OSI物理层1)。PHY层可执行载波感测、传输和接收 802. 11帧的操作，以及其它任务。例如，PHY层可以并入诸如调制、解调、编码、解码、模数转换、数模转换、滤波等操作，以接收MPDU或A-MPDU，生成前导码和PHY报头，以及其它任务。 可使用专用硬件或通过软件模拟来实现PHY层。可使用专用硬件或专用软件或它们的组合来实现MAC层。如图1所例证的，无线网络100包括接收站(STA) 102和多个发射STA(STA) 104中的一个或多个。接收STA 102可以提供相关联发射STA 104之间的通信，并可以允许相关联的发射STA 104与一个或多个外部网络、诸如因特网通信。在一些实施例中，接收STA 102可以是无线接入点(AP)，诸如无线保真(WiFi)、全球互操作微波接入(WiMax)或宽带通信站，但是本发明的范围不限于这个方面，因为接收 STA 102几乎可以是任何通信站。在一些实施例中，发射STA 104可以是通信站(STA)或移动STA，诸如WiFi、WiMax或宽带通信站，但是本发明的范围不限于这个方面。本文在UL MU MIMO操作的上下文中指定接收STA 102和发射STA 104，然而，要理解到，每个接收STA 102和每个发射STA 104配置有用于在无线网络100中传输和接收信号的接收部件和发射部件。根据本发明的一些实施例，接收STA 102采用具有多于一个相关联发射STA 104 的多用户上行链路。在这些实施例中，可对于操作在所选相关联发射STA 104上的应用减少等待时间。这些应用可包含时间敏感应用，诸如通过IP的语音(VoIP)或流式传输的视频应用，其可具有时间敏感的分组传输要求。在一些实施例中，这些应用可包含具有服务质量(Q0Q级要求的应用。服务质量级要求可包含数据率要求、错误率要求和/或分组优先级要求。在一些实施例中，服务质量级要求可基于通信的信息内容。应用还可包含对时间较不敏感的应用，诸如传递尽力业务(best-effort traffic)以及背景业务的应用。虽然描述了减少时间敏感应用的等待时间的本发明的一些实施例，但是本发明的范围不限于这个方面，因为一些实施例同样可应用于操作在发射STA 104上的几乎任何通信应用。在一些实施例中，时间敏感的应用可以指的是具有分组等待时间要求的任何通信应用。在一些实施例中，还可以减少相关联通信站的功耗。在一些实施例中，接收STA 102可在多载波通信信道的相同频率副载波上通过两个或更多接收天线从两个或更多相关联发射STA 104基本上同时或并发地接收上行链路数据。在这些实施例中，接收STA 102 可使用从其接收传输的每个相关联发射STA的信道估计，在内部分开由两个或更多相关联发射STA104发射的上行链路数据。在一些实施例中，接收STA 102可利用来源于不同定位的相关联发射STA的天线分集。根据本发明的一些实施例，接收STA 102接收已从发射STA 104并发地发射的长和短频率交织的正交训练信号。通过接收STA 102的每个接收天线103来接收这些训练信号。接收STA 102通过使用之前生成的信道估计和之前生成的CFO估计执行迭代解码过程来从接收的训练信号为每一个发射STA 104生成信道估计和载波频率偏移(CFO)估计，从而从目前接收的训练信号删除由于载波频率偏移导致的正交性损失而引起的载波间干扰 (ICI)，。在一些实施例中，轮询发射STA 104以同时或并发地响应。每个发射STA 104可以使用部分标准前导码，使得发射STA 104—起形成虚拟MIMO系统。在收发器阵列中，接收STA 102相比为了解析由每个发射STA发射的空间流的所选发射STA 104的数量可具有相等或更大数量的天线103，其中收发器阵列配置用于接收和发射信号。在这些实施例中的一些中，在接收短训练字段(STF)和CRO校正期间执行初始CFO估计，连同在接收长训练字段(LTF)或前导码期间执行信道估计一起。在这些实施例中的一些中，每个分组可包含 STF、LTF、数据字段和循环前缀，但是本发明的范围不限于这个方面。图2是根据本发明一些实施例的接收站200的框图。接收站200可对应于接收 STA 102(图1)，但其它配置也可适用。发射STA 104(图1)可类似地配置，但是本发明的范围不限于这个方面。接收站200可以接收多载波通信信号201，诸如正交频分复用(OFDM) 信号或正交频分多址(OFDMA)信号，并且可以生成用于媒体访问控制(MAC)层220的物理 (PHY)层输出数据219。接收站200可包括在收发器阵列中从相关联发射STA 104(图1)接收通信的多个接收天线202、与每一个天线202相关联用于生成基带信号205的射频(RF)接收器电路204 以及用于生成与每个接收天线202相关联的数字信号207的模数转换(ADC)电路206。接收站200还可包括用于生成解调信号209的解调器208。在一些实施例中，解调器208可包括OFDM或OFDMA解调器，但是本发明的范围不限于这个方面。信号处理器210还可执行均衡，并且可解映射(demap)星座到每个副载波的频域符号，以生成与每个发射STA 104(图1)相关联的数据流211。在一些实施例中，信号处理器210可从接收的训练信号生成每一个发射STA 104(图1)的信道估计和载波频率偏移(CFO)估计。在一些实施例中，信号处理器210可以使用之前生成的信道估计和之前生成的 CFO估计来执行迭代解码过程以从目前接收的训练信号删除由于由载波频率偏移导致的正交性损失引起的载波间干扰(ICI)。接收站200还可包括用于对位211执行解交织操作的解交织器212和用于复用来自解交织器212的位以基于由位时钟230或帧时钟2 提供的边界信息生成帧215的复用器214。接收站200还可包括用于对帧215进行解码的解码器216和用于对解码帧进行解扰以生成PHY层输出数据219的解扰器(UnSCrambler)218，但是本发明的范围不限于这个方面。接收站200包含数据处理电路222，其可包含MAC层220。数据处理电路222可基于可用于通过多用户上行链路从发射STA接收通信信号的接收天线202的数量来选择预定数量的发射STA。在一些实施例中，接收站200可将高达4个接收天线202用于从高达4个相关联发射STA接收通信信号201。在一些实施例中，接收站200可将高达10个或更多接收天线202用于从高达10个或更多相关联发射STA接收通信信号201。在一些实施例中，接收站102可通过多载波通信信道发射和/或接收OFDM或 OFDMA通信信号。这些多载波通信信号可在预定频谱内，并且可包括多个正交副载波。在一些实施例中，正交副载波可以是紧密间隔的副载波。为了帮助实现紧密间隔的副载波之间的正交性，每个副载波可在其它副载波的基本上中心频率处具有零值(null)。在一些实施例中，为了帮助实现紧密间隔的副载波之间的正交性，每个副载波在符号周期内可具有整数个循环，但是本发明的范围不限于这个方面。在一些实施例中，在接收STA 102(图1)与相关联发射STA 104(图1)之间传递的多载波通信信号的频谱可包括5GHz频谱或2. 4GHz频谱。在这些实施例中，5GHz频谱可包含范围从大致4. 9GHz到5. 9GHz的频率，并且2. 4GHz频谱可包含范围从大致2. 3GHz到 2. 5GHz的频率，但是本发明的范围不限于这个方面，因为其它频谱也同样适用。在一些宽带和WiMax实施例中，通信的频谱可包括2与IlGHz之间的频率，但是本发明的范围不限于这个方面。天线202可包括定向或全向天线，例如包含双极天线、单级天线、贴片天线、环形天线、微带天线或适合于接收和/或传输RF信号的其它类型天线。虽然接收站200在图2 中例证为具有4个天线202和4个相关联接收信号路径，但是本发明的范围不限于这个方面。在一些实施例中，在收发器阵列中，接收站200可具有少到2个接收天线，以及多到10 个或更多天线。在一些实施例中，当信号处理电路210生成从单个相关联发射STA104(图1)接收的数据时，位时钟230可以向复用器214提供位边界。开关单元232可以有选择地将位时钟230或帧时钟2 与复用器214耦合。当基本上同时从两个或更多所选发射STA 104接收上行链路数据时，可以耦合帧时钟228，而当在不同时间从不同发射STA 104接收上行链路数据时(即当以标准模式通信时)，可以耦合位时钟230。接收STA 102和多个发射STA 104可使用UL MU MIMO技术在无线网络100中操作。图3是根据本发明一些实施例使用机会轮询机制(opportunistic polling mechanism) 的UL MU ΜΙΜΟ操作的框图。在这个实施例中使用两个发射STA 104和接收STA 102，然而在无线网络100中也可以提供附加的发射STA 104和/或接收STA 102。接收STA 102和多个发射STA 104形成对本领域技术人员而言已知的基本服务集(BSS)，其中站(例如102 和104)竞争发射数据帧或分组。BSS中的发射STA 104都可配置用于UL MU MIMO通信。 备选地，BSS中的发射STA 104的一个或多个子集可配置用于UL MU MIMO通信。表1中描述了数据帧的帧类型或子类型的实施例。
权利要求
1.一种使用站(STA)进行上行链路多用户多输入多输出(UL MUMIM0)通信的方法，包括在网络中竞争发射帧；发射所述帧，其中所述帧指示在所述STA处缓冲的数据；在传输机会(TXOP)期间接收第一轮询帧，其中通过竞争过程接收所述第一轮询帧，并且所述第一轮询帧标识在所述TXOP期间用于UL MUMIMO通信的多个站(STA)；以及在所述传输机会(TXOP)期间发射MAC协议数据单元(MPDU)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述STA是包括多个STA的基本服务集(BSS)的一部分，并且其中所述MPDU是聚集MPDU (A-MPDU)。
3.如权利要求2所述的方法，还包括在所述TXOP期间从接收STA接收第一块确认(BA)，其中所述BA响应于由所述AP接收的第二 MPDU ；从所述接收STA接收第二轮询帧； 重发所述MPDU ；以及接收响应于所述MPDU的第二 BA。
4.如权利要求1所述的方法，还包括在所述MPDU中插入所述缓冲数据。
5.如权利要求4所述的方法，其中通过增强分布式信道访问(EDCA)从接收STA发射所述第一轮询帧。
6.如权利要求4所述的方法，其中在超过平均媒体忙碌时间阈限之后从接收STA发射所述第一轮询帧。
7.一种在网络中进行上行链路多用户多输入多输出(UL MU ΜΙΜΟ)通信的方法，包括 从多个站(STA)接收缓冲业务信息；在所述网络中竞争发射轮询帧；在传输机会(TXOP)中发射所述轮询帧，其中所述轮询帧标识用于所述UL MU MIMO通信的STA ；响应于所述轮询帧从所述STA接收MAC协议数据单元(MPDU)，其中在所述TXOP期间并发地发送所述MPDU ；以及对于响应于所述轮询帧接收的MPDU，在所述TXOP期间发射多个块确认(BA)。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述多个站是在所述网络中竞争发射数据帧的基本服务集(BSS)的一部分。
9.如权利要求8所述的方法，还包括使用增强分布式信道访问(EDCA)在所述网络中竞争，并且其中所述MPDU是聚集MPDU (A-MPDU)。
10.如权利要求7所述的方法，还包括如果未从在所述轮询帧中标识的STA接收到 MPDU，则在所述TXOP期间发送第二轮询帧。
11.如权利要求10所述的方法，还包括响应于所述第二轮询帧接收所述MPDU。
12.如权利要求11所述的方法，还包括响应于接收到所述MPDU发送另一个BA。
13.一种站(STA)，包括媒体访问控制器(MAC)，用于接收数据以及生成MAC协议数据单元(MPDU)； 物理层(PHY)，用于接收所述MPDU以及生成前导码和PHY报头；收发器阵列，配置成使用竞争过程向接收STA发射帧，其中所述帧指示在所述STA处缓冲的数据； 在传输机会(TXOP)期间接收第一轮询帧，其中通过竞争过程接收所述第一轮询帧，并且所述第一轮询帧标识在所述TXOP期间用于ULMU MIMO通信的多个站(STA)；以及在所述TXOP期间发射所述MPDU。
14.如权利要求13所述的STA，其中通过软件例程实施所述MAC。
15.如权利要求13所述的STA，其中所述STA是包括多个STA的基本服务集(BSS)的一部分。
16.如权利要求13所述的STA，其中所述STA还配置成在所述TXOP期间从接收STA接收第一块确认(BA)，其中所述BA响应于由所述AP接收的第二 MPDU ；在所述TXOP期间从所述接收STA接收第二轮询帧； 在所述TXOP期间重发所述MPDU ；以及接收响应于所述MPDU的第二 BA。
17.如权利要求13所述的STA，还包括在所述MPDU中插入所述缓冲数据。
18.如权利要求13所述的STA，其中通过增强分布式信道访问(EDCA)从接收STA发射所述第一轮询帧。
19.如权利要求13所述的STA，其中在超过平均媒体忙碌时间阈限之后从接收STA发射所述第一轮询帧。
20.如权利要求14所述的STA，其中通过软件例程实施所述PHY。
全文摘要
本发明的名称为上行链路MU MIMO媒体访问和错误恢复的系统和方法，本文一般描述用于上行链路多用户多输入多输出(MU MIMO)媒体访问和错误恢复的系统和方法的实施例。可以描述和要求其它实施例。
文档编号H04B7/06GK102237920SQ20111011715
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者R·斯塔西, 宫效红 申请人:英特尔公司