无线网络的快速链路自适应以及传输功率控制的制作方法
【专利摘要】一种开回快速链路自适应方案被提出于一正交频分多工系统中。存取点首先传送包括开回链路基准的一下行链路封包至无线基地台。开回链路基准包含下行链路封包的传输功率加上存取点的接收器灵敏度。无线基地台量测下行链路封包的接收信号强度指示值。无线基地台接着实施开回链路自适应以及根据开回链路基准以及接收信号强度指示决定调变与编码方案(MCS)。开回链路自适应方案特别适用智能型电表/感测器网络以减少额外的消耗以及增加链路的容量。
【专利说明】无线网络的快速链路自适应以及传输功率控制
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本发明主张美国临时申请案号61/452，056，标题为“无线网络的快速链路自适应以及传输功率控制”，有效申请日2011/3/11的优先权，此临时申请案的标的在此引入本文作为参考。
【技术领域】
[0003]所揭露的实施例为有关无线网络通讯，以及特别有关于无线通讯系统的快速链路适应以及传输功率控制。
【背景技术】
[0004]许多应用为要求以有效率以及低成本的方式搜集以及分配大规模的信息。举例来说，读取电/瓦斯表将耗费许多人力资源，以及通过电线自大规模感测器搜集数据为非常昂贵。无线网络为针对大规模的信息搜集以及分配提供便利以及低成本的解决方法。根据IEEE802.15.4g的无线智能型电表服务网络，其操作于任何地区性可用凭证豁免频带，具有达成大规模自智能型电表搜集信息的无线效果。IEEE802.1lah任务团队也专注于发展符合大规模信息搜集以及分配的需求的下一代无线区域网络。
[0005]链路自适应可根据时变通道的情况修改调变与编码方案(MCS)以增加系统的处理量。链路自适应的支援可通过请求以及回馈程序。举例来说，传送装置发送一调变与编码方案请求以及接收装置发送一调变与编码方案回馈。不同的接收装置工具可具有不同的接收灵敏度水准，接收装置通常可根据通道的情况对合适的调变与编码方案作更精准的决定。然而，链路自适应的请求以及回馈程序需要额外的信号交换。其导入可观的额外消耗以及功率消耗。
[0006]无线电表/感测器网络的一重要特征为数据流量的工作周期非常低以及封包大小非常小。举例来说，电表或感测器数据的搜集可能为每隔几分钟、几小时或几天。除此之夕卜，电表或感测器至存取点的最大传输可能为一单一封包传输。对具有如此低的工作周期以及如此小的封包大小的通讯而言，减少由信号交换协议或缓慢聚合的协议所导致的额外消耗以改进效率以及节省功率为重要的。无线电表/感测器网络另一个重要特征为无线电表/感测器装置普遍为电池供电而且这些电池需要提供装置多年的使用期限。因此有效的功率控制方案为非常重要的。第一，功率控制可以节省许多传输功率(以及总功率消耗)。第二，功率控制也有助于减少与其他重叠的基本服务单元的干扰。在庞大的基本服务单元中，重叠的基本服务单元的干扰会造成严重的问题限制网络处理量以及效率。根据前面的观察，极度需要快速链路自适应以及有效的传输功率控制方案。
【发明内容】
[0007]本发明揭露一种开回快速链路自适应方案被提出于一正交频分多工系统中。存取点(AP)首先传输包括开回链路基准的下行链路封包至无线基地台。开回链路基准包含下行链路封包的传输功率加上存取点的接收器灵敏度。无线基地台量测下行链路封包的接收信号强度指示值(RSSI)。无线基地台接着实施开回链路自适应以及根据开回链路基准以及接收信号强度指示值决定调变与编码方案(MCS)。无线基地台接着利用所决定的调变与编码方案传输上行链路封包。开回链路自适应方案特别适用于智能型电表/感测器网络因为其减少额外的支出以及增加链路的容量。
[0008]本发明揭露一种开回链路自适应为遵循开回链路自适应以及传输功率控制方案。当存取点成功地接收第一上行链路传输后，嵌入闭回链路基准(CLM)至接收确认信号中或嵌入另一循讯封包(polling packet)至下个下行链路封包中。闭回链路基准为通过上行链路封包的接收信号强度减存取点的接收器灵敏度定义之。根据闭回链路基准，无线基地台于之后的上行链路传输实施闭路链路自适应。
[0009]OLM以及CLM可为PHY标头、MAC标头或特定区域的部分。于一范例中，一信息元素包括一位元组元素，跟随其后为一位元组开回链路基准。于另一范例中，一信息元素包括一位元组元素ID,接着为一位元组链路基准,依序包含一位元类型区域以及七位元开回链路基准或闭回链路基准区域。一位元类型区域指示链路基准区域为开回链路基准或闭回链路基准区域。
[0010]接下来将对另一实施例以及优点提出详细的叙述。此摘要并非用以定义本发明。本发明根据权利要求定义之。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为根据一新的观点描述具有无线智能型电表/感测器网络的一正交频分多工系统。
[0012]图2为根据一新的观点描述存取点以及提供开回链路自适应的无线基地台的简化方块图。
[0013]图3为描述开回链路自适应的流程。
[0014]图4为描述实施于快速链路自适应的不同状态的低工作周期。
[0015]图5为描述于一存取点以及一无线基地台之间利用开回链路基准的链路自适应的一示范实施例。
[0016]图6为根据一示范实施例所描述的利用开回链路基准以及闭回链路基准两者的链路自适应。
[0017]图7为根据另一示范实施例所描述的利用开回链路基准以及闭回链路基准两者的链路自适应。
[0018]图8A、8B为描述包括开回链路基准和(或)闭回链路基准的信息元素的范例。
[0019]图9为根据一新的观点有关快速链路自适应方案的流程图。
【具体实施方式】
[0020]接着将对本发明的示范实施例提出详细的叙述，相关的例子描述于对应的图式。
[0021]链路自适应为无线通讯系统中常用的方案。于链路自适应中，调变、编码以及其他信号以及协议参数以无线电链路的时变情况为基础。于GSM增强数据率演进中，利用速率自适应演算法根据无线电通道的品质修改调变与编码方案。举例来说，在良好通道情况下，发送器利用大的调变方案或高编码速率以增加数据速率。另一方面，在不良的通道情况下，发送器利用小的调变方案或低编码速率以减少数据速率。发送器必定需要一些通道知识以进行适应调变。适应调变系统通过开发发送器的通道基地台信息(CSI)以改进传输速率，和(或)位元错误速率。特别是模拟无线传播环境的衰落通道，与并未于发送器利用通道知识的系统相比，具有链路自适应的系统显示较好的性能增加。
[0022]图1为根据一新的观点描述具有无线智能型电表/感测器网络的正交频分多工(OFDM)系统。OFDM系统100包括存取点AP101、第一无线基地台STA102、一第二无线基地台STA103以及复数无线智能型电表/感测器104-106。每一个无线装置通过对应的无线电链路与APlOl沟通。一般而言，无线电链路的通道情况包括路径损耗、与源自其他发送器的无线电信号冲突、接收器灵敏度以及剩余的发送器功率余量等。
[0023]于无线网络的大的基本服务单元(BSS)中，一些基地台为接近存取点以及一些基地台为远离存取点。不同状态的路径损耗变化相当地大。因此，不同射频链路的通道情况亦变化相当地大。如图1所示的范例，当APlOl与STA103之间的距离为800公尺时，APlOl与STA102之间的距离为50公尺。STA103的路径损耗约为24dB(举例来说，log2 (800/5) *6=24dB)为大于STA102的直视性传输的路径损耗。除了不同的路径损耗外，每一个无线电链路的通道情况为时变的。所有的冲突、接收器灵敏度以及可用的发送器功率余量可能会因为不同系统架构以及网络情境而随着时间改变。
[0024]为了使发送器开发链路自适应的通道知识，一技术为直接于接收器量测通道基地台信息，以及接着回馈通道基地台信息至发送器。举例来说，于闭回链路自适应方案中，无线基地台首先传输一请求至存取点，以及存取点发送传输功率以及链路余量回基地台。基于回馈，基地台接着使能取得通道情况以及提供链路自适应。然而，该闭回方法需要交换存取点以及基地台之间的信号，如此将导致长的通道交换时间。除此之外，该闭回方法需要执行于每一个基地台以及存取点之间。对智能型电表/感测器网络而言，大规模信息搜集以及分配具有通常由电池供电的数百或数千台装置。除此之外，数据传输的工作周期非常低以及封包大小非常小。因此，由该闭回信号交换链路自适应方案所造成的节省功率以及减少额外的损耗为特别重要的。
[0025]于一新的观点中，提出一开回快速链路自适应方案以改进效率以及节省功率。如图1所示，APlOl首先发送一下行链路信标或循讯封包110至包括无线电表/感测器的基地台。下行链路信标或循讯封包包括包含接收器灵敏度以及APlOl的传输功率的开回链路基准。跟随其后为接收下行链路信标或循讯封包，每一个无线装置接着使能以计算路径损耗，以及决定最适当的上行链路传输的调变与编码方案。
[0026]图2为根据一新的观点描述存取点AP201以及提供开回链路自适应的无线基地台ST202的简化方块图。存取点AP201包括存储器211、处理器212、功率量测以及控制模块213、快速链路自适应模块214以及耦接于天线216的传输器215。同样地，无线基地台STA202包括存储器211、处理器222、功率量测以及控制模块223、快速链路自适应模块224以及耦接于天线226的传输器225。不同的模块为可通过软件、固件、硬件或任意上述组合的功能模块。当处理器执行功能模块时，允许AP201以及STA202在没有额外的讯框交换消耗(frame exchanging overhead)的情况下提供开回链路自适应。举例来说，于AP201,传输器215于下行链路信号230中发送开回链路基准(OLM)。传送器225接收下行链路信号，功率量测模块223量测下行链路信号的信号强度，快速链路自适应模块224根据上行链路传输的开回链路基准决定调变与编码方案，以及传输器225最后利用决定的调变与编码方案传输上行链路信号240。
[0027]图3为描述无线网络300中的开回链路自适应方案的流程。无线网络300包括AP301以及复数基地台(举例来说，无线电表/感测器)302-304。于步骤311，AP301于下行链路讯框中传输信标或循讯封包至复数电表/感测器。下行链路讯框包括开回链路基准(OLM)。OLM通过公式(I)定义之:
[0028]0LM-PTXAp+RSENSITIVITY_Ap(I)
[0029]其中:
[0030]-PTX AP(dB)为通过存取点传输的电流封包的传输功率；
[0031]-Rsensitivity AP(dB)为存取点的接收灵敏度，为编码最低的调变与编码方案(举例来说，MCS0)的最小接收功率。
[0032]于步骤321，基地台302接收下行链路封包以及提供链路自适应。基地台302首先自下行链路封包取得0LM，以及接着根据公式(2)提供链路自适应:
[0033]Δ MCS=Ptx STA_pathloss_RSENSITIVITY AP
[0034]_Ptx_STA_ (Ρτχ—AP-RSSIsta) _RsENSITIVITY_AP
[0035]_Ρτχ—STA- (Ptx—ap+Rsensitivity—AP) +RSSIsta·[0036]=Ptx sta-0LM+RSSIsta (2)
[0037]其中:
[0038]-PTX STA(dB)为基地台的上行链路传输的传输功率；
[0039]-RSSIsta(dB)为由基地台所量测的下行链路封包的接收信号强度指示(RSSI)。
[0040]根据公式(2)，基地台302能根据传输功率决定自适应调变与编码方案，自AP接收开回链路基准，以及由基地台量测RSSI。一般而言，假如最低MCS等级(举例来说，MCS0)与AP的最小接收功率有关，那么下一个较高的MCS等级需要更多的接收功率(举例来说，大于3dB)由AP作适当的编码。举例来说，假如AMCS=9dB，那么基地台302可能选择大于最低MCS (举例来说，MCS0)的需要9dB的MCS (举例来说，MCS3)由AP作适当的编码。当基地台302决定正确的MCS后，于步骤322中其利用以决定的MCS发送一上行链路传输。
[0041]同样地，于步骤323，基地台303实施链路自适应以及于步骤324中决定上行链路传输的正确MCS。同样的链路自适应方案于包括基地台304的所有其他基地台(举例来说，于步骤325以及326)。由此可见，通过利用开回链路自适应，多数基地台可在没有任何通道情况的预先请求下决定上行链路传输的正确的MCS。举例来说，AP301仅通过不同时期的周期性信标或循讯封包广播其接收灵敏度，以及每一个基地台可搜集后来的上行链路传输的正确的MCS。
[0042]值得注意的是，为了精确地实施链路自适应，于每一个上行链路传输前知道AP确切的接收器灵敏度对基地台而言为重要的。这是因为接收器灵敏度因为一些因素而随着时间改变。第一，不同AP供应商所制造的AP因为不同的设备以及演算法而具有不同的接收器灵敏度。第二，不同的接收器性能例如天线的数量，无论是否实施MRC亦影响接收器灵敏度的值。举例来说，具有4个天线的AP与具有单一天线的AP相比可有6dB的较佳接收灵敏度。第三，由于宽区域BSS所造成的长期的小冲突亦会影响接收灵敏度的值。实际的接收器灵敏度的知识，每一个基地台将能选取正确的MCS以及通过AP的每一个上行链路封包确定成功接收。
[0043]图4为描述实施于快速链路自适应的不同状态的低工作周期电表/感测器400。于步骤401中当电表/感测器400未于操作模式时将维持睡眠模式。于确切的时间(举例来说，每小时或每天一次)，于步骤402唤醒电表/感测器，以及于步骤403聆听下行链路封包。于实施链路自适应后，于步骤404电表/感测器传输一个或一些上行链路封包，以及接着于步骤405回到睡眠。因为电表/感测器400的工作周期非常低以及小封包大小(举例来说，上行链路传输可完成于一个或一些封包中)，开回快速链路自适应方案对于避免额外的AP交换讯框的消耗特别有帮助，以避免重复传输，以及增加链路容量。
[0044]图5为描述于一存取点以及一无线基地台之间利用开回链路基准的链路自适应的一示范实施例。AP首先传输下行链路讯框501，其可为由公式(I)所定义的包括AP的OLM的信标或循讯封包。跟随其后为接收信标或循讯封包，无线基地台根据接收到的OLM实施快速链路自适应。基地台接着利用决定的MCS传输上行链路讯框502。若基地台具有更多的数据要传输，则其持续利用相同已决定的MCS于后来的上行链路传输传输上行链路讯框503-504。跟随其后为接收上行链路封包，AP接着发送包括确认信息或区段确认信息的下行链路讯框505至多个基地台。
[0045]图6为描述利用开回链路基准以及闭回链路基准两者的链路自适应的一示范实施例。当电表或感测器的数据为于大小非常小的封包中时，其他无线装置可具有需要许多连续上行链路封包传输的大小为大的封包。在上述方案中，可根据开回链路封包利用闭回链路自适应以及传输功率控制方案。如图6所示，AP首先传输一下行链路讯框601，其可为包括由公式(I)所定义的AP的OLM的信标或循讯封包。跟随其后为接收信标或循讯封包，无线基地台发送一上行链路讯框602。上行链路讯框602，举例来说，可包括一传输功率控制请求。于AP成功地接收第一上行`链路传输后，其嵌入一闭回链路基准(CML)至ACK或其他循讯封包于下行链路讯框603。The CLM is defined by the followingequation(3):CLM由下列的公式(3)定义之:
[0046]CLM=RSS Iap-Rsensitivityap (3)
[0047]其中:
[0048]-RSSIap为通过AP所量测的上行链路封包的接收信号强度指示(RSSI)；
[0049]-Rsensitivity ap为AP的接收灵敏度，其为编码最低MCS所需的最小接收功率。
[0050]跟随其后为接收下行链路封包，无线基地台自下行链路封包取得CLM。根据所接收的CLM，基地台根据下列公式(4)实施链路自适应:
[0051 ] Δ MCS=Ptx STA-path1sS-Rsensitivity ap
[0052]_Ptx_sta_ (Ptx—sta(pre)_RSSIap) _Rsensitivity_ap
[0053]_Ptx—STA+ (RSSIAp_RSENSITIVITY_Ap) _Ptx_sta(pee)
[0054]_Ptx—sta+CLM~Ptx—STA (PEE)(4)
[0055]其中:
[0056]-Ptx sta为基地台的上行链路传输的传输功率(举例来说，电流上行链路讯框604)；
[0057]-Ptx stmpre)为基地台的先前的上行链路传输的传输功率(举例来说，先前的上行链路讯框602)。
[0058]利用公式(4)决定MCS后，基地台利用已决定的MCS发送上行链路讯框604。根据公式(4)，基地台亦可相应地调整传输功率。举例来说，若AMCS=PtX STA+15，基地台可决定利用较低的传输功率(例如I)以及较小的MCS(例如16)。于另一情况下，基地台可决定利用较高的传输功率(例如10)以及较大的MCS (例如25)。由基地台决定选择正确的组合当其自AP接收链路基准时。此闭路链路自适应于后续的传输中不断重复直到基地台完成所有的上行链路数据传输。
[0059]图7为根据另一示范实施例所描述的于AP以及无线基地台之间利用开回链路基准以及闭回链路基准两者的链路自适应。于图7的范例中，AP首先发送下行链路讯框701至基地台。下行链路讯框包括嵌入于信标或循讯封包中的AP的0LM。跟随其后为接收信标或循讯封包，无线基地台发送上行链路讯框702。然而，上行链路讯框702并不会成功地被AP接收。AP接着发送另一下行链路讯框703，其为非确认接收信息(NACK)或嵌入OLM的重新循讯封包。此时，基地台根据所接收的OLM实施链路自适应以及发送上行链路讯框704，其成功地由AP接收。AP接着于下行链路讯框705发送ACK或循讯封包，随意地于闭回链路自适应以及传输功率控制中嵌入CLM。
[0060]图8A、8B为描述包括开回链路基准和(或)闭回链路基准的信息元素的范例。OLM以及CLM可为PHY标头、MAC标头或特定区域的部分。于图8A的范例中，信息元素810包括一位元组元素ID,接着为一位元组0LM。一位元组OLM提供0.5dB的粒度以及128dB的指示范围。最低的链路基准可自_127db改变至OdB。由于MCS而考虑的动态链路基准范围大约为30B (举例来说，MCSO至MCS9)以及由于频宽而考虑的不同链路基准大约为12dB (举例来说，IMHz至16MHz)，一位元组OLM提供足够的范围以及粒度。于图8B的范例中，信息元素820包括一位元组元素ID,接着为一位元组链路基准区域。一位元组链路基准更包括一位元型态区以及七位元OLM或CLM区。一位元型态区域指示链路基准区域为OLM或CLM (举例来说，OLM为O以及CLM为I)。
[0061]图9为根据一新的观点有关快速链路自适应方法的流程图。于步骤901，无线基地台接收包括开回链路基准(OLM)的下行链路封包。OLM包括下行链路封包的传输功率加上AP的接收器灵敏度。于步骤902，无线基地台量测所接收的下行链路封包的信号强度指示(RSSI)值。于步骤903，无线基地台实施链路自适应以及根据OLM以及RSSI的值决定调变与编码方案(MCS)。于步骤904，无线基地台利用已决定的MCS传输上行链路封包。
[0062]尽管本发明为了说明性目的描述了相关的一些【具体实施方式】，但是本发明不限于此。因此，在不脱离权利要求所限定的本发明保护范围的情况下，可以对所描述实施例中的个别特征做不同的修改、适应性改变和组合。
【权利要求】
1.一种方法，包含有: 由一正交频分多工(OFDM)系统中的一基地台接收一下行链路封包，其中该封包包括来自一存取点的一开回链路基准，以及该开回链路基准包括该下行链路封包的一传输功率加上该存取点的一接受器灵敏度； 量测该下行链路封包的一接收信号强度指示(RSSI)值；以及 实施开回链路自适应以及根据该开回链路基准以及该RSSI值藉以决定一调变与编码方案(MCS)。
2.如权利要求1所述的方法，其中该基地台为具有复数电表/感测器的一智能型电表/感测器网络，以及该相同的下行链路封包被该复数电表/感测器实施该开回链路自适应接收。
3.如权利要求1所述的方法，其中该基地台在未发送一预先请求至该存取点的情况下自该存取点接收该开回链路基准。
4.如权利要求1所述的方法，更包括: 利用已决定的MCS传输一上行链路封包；以及 自该存取点接收一确认接收信号(ACK)或一片段确认接收信号(BA)。
5.如权利要求4所述的方法，其中该基地台于接收该下行链路封包前为于睡眠模式，以及其中该基地台于传输该上行链路封包后回到该睡眠模式。
6.如权利要求1所述的方法，更包括:· 于接收该下行链路封包后传输一上行链路封包； 自该存取点接收一第二下行链路封包，其中该第二下行链路封包包括一闭回链路基准，以及其中该闭回链路基准包括该上行链路封包的一接收信号强度减掉该存取点的接收器灵敏度。
7.如权利要求6所述的方法，更包括: 实施闭回链路自适应以及至少根据该闭回链路基准藉以决定一第二 MCS ;以及 利用已决定的该第二 MCS传输一第二上行链路封包。
8.一种无线装置，该无线装置包含有: 一接收模块，用以于一正交频分多工(OFDM)系统中接收一下行链路封包，其中该封包包括一存取点的一开回链路基准，以及其中该开回链路基准包括该封包的一传输功率加上该存取点的一接收器灵敏度； 一功率量测模块，用以量测该下行链路封包的接收信号强度指示(RSSI)值；以及 一链路自适应模块，用以实施开回链路自适应以及根据该开回链路基准以及该RSSI值藉以决定一调变与编码方案(MCS)。
9.如权利要求8所述的装置，其中该装置属于具有复数智能型电表/感测器的一智能型电表/感测器网络，以及其中通过复数该电表/感测器实施该开回链路自适应接收该相同的下行链路封包。
10.如权利要求8所述的装置，其中该装置在未发送一预先请求至该存取点的情况下自该存取点接收该开回链路基准。
11.如权利要求8所述的装置，更包括: 利用已决定的MCS传输一上行链路封包，其中该接收模块亦自该存取点接收一确认接收信号或一片段确认接收信号。
12.如权利要求11所述的装置，其中该装置于接收该下行链路封包前为于睡眠模式，以及其中该基地台于传输该上行链路封包后回到该睡眠模式。
13.如权利要求8所述的装置，更包括: 于接收该下行链路封包后传输一上行链路封包，其中该接收模块接收包括一闭回链路基准一第二下行链路封包，以及其中该闭回链路基准包括该上行链路封包的一接收信号强度减掉该存取点的接收器灵敏度。
14.如权利要求13所述的装置，其中该链路自适应模块实施闭回链路自适应以及至少根据该闭回链路基准藉以决定一第二 MCS，以及其中该传输模块利用已决定的该第二 MCS传输一第二上行链路封包。
15.—种方法,该方法包含有: 于正交频分多工(OFDM)系统中自一存取点传输一下行链路封包至复数基地台，其中该封包包括包含该封包的传输功率加上该存取点的接收器灵敏度的一开回链路基准；以及 该基地台的一者接收一上行链路封包，其中利用至少根据该开回链路基准所决定的一调变与编码方案(MCS)传输该上行链路封包。
16.如权利要求15所述的方法，其中该存取点在该基地台未发送任意预先请求的情况下传输该开回链路基准。
17.如权利要求15所述的方法，更包括: 传输一 确认接收信号(ACK)或一片段确认接收信号(BA)至复数基地台。
18.如权利要求15所述的方法，其中复数基地台属于属于具有复数智能型电表/感测器的一智能型电表/感测器网络，以及其中实施该开回链路自适应传输该相同的下行链路封包至复数基地台。
19.如权利要求15所述的方法，更包括: 通过存取点量测上行链路封包的接收信号强度；以及 自该存取点传输一第二下行链路封包，其中该第二下行链路封包包括一闭回链路基准，以及其中该闭回链路基准包含该上行链路封包的接收信号强度减掉该存取点的该接收器灵敏度。
20.如权利要求19所述的方法，更包括: 接收一第二上行链路封包，其中利用至少根据该闭回链路基准所决定的一第二 MCS传输该第二上行链路封包。
【文档编号】H04W52/08GK103858399SQ201280012911
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年3月10日 优先权日:2011年3月11日
【发明者】刘剑函, 王俊明, 叶焕春, 徐永平 申请人:联发科技（新加坡）私人有限公司