在tdd系统中使延迟最小化的自适应同步协议的制作方法

在tdd系统中使延迟最小化的自适应同步协议的制作方法
【专利摘要】通过利用一个自适应同步协议，提供了对时分双工（TDD）系统性能有着显着改善的系统和方法。常规的TDD系统是受限制的，这是因为数据是在分离的和有限的时间间隔期间内发送，并因为TDD收发器由于频率分离不足和接收机选择有限的原因不能同时发送和接收。通常，由于从传送到接收的时间变化和传播延时，TDD系统有显着的延迟。通过使主节点和一个或更多个远程站同步，以及通过对这些节点之间的通信负载的时序安排，远程节点可以在主节点完成它的传输之前就开始传输，反之亦然。这种方法降低延迟并且提高了帧效率。另外，帧效率可以随着主节点到远程节点的距离增加而提高。
【专利说明】在TDD系统中使延迟最小化的自适应同步协议
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，尤其涉及一种在TDD系统中使延迟最小化的系统和方法。【背景技术】
[0002]时分双工(“TDD”)系统通常使用单一的物理信道和载波频率。此外，TDD系统中信道为发送和接收所共享，其中发送信号和接收信号在时间上多路复用，从而间隔开来。TDD系统可以支持数据传输(例如数据或数字化语音或视频)，并在每个方向上发送包含数据的短脉冲。传输周期相对较短是更好的，因为这样，使用TDD产生的时间延迟所造成的语音传输和控制消息传输的时间延迟达到最小。
[0003]常规TDD方案指定发送和接收之间的保护时间(guard time)。保护时间提供了在连续操作之间，如传输、编码、解码、或转换之间的一种防止符号干扰的时间上的安全边际。该保护时间应该足够使从远程发射机传来的信号在主节点传送开始以及主节点接收器被阻止接收之前到达。换句话说，在主节点可以开始传送之前，该主节点应该等到从远程节点传来的整个传输都被收到。当在一秒钟时间内多次在发送和接收之间互换时，一个小的保护时间也可能会降低系统的效率，因为保护时间是空闲时间，并不是用于信息传输。对于在短距离通信，例如在一英里之内通信的TDD系统而言，保护时间通常是小的，并对系统性能的影响很小。对于更大的距离，保护时间的大小可能会导致问题，因为它必须设置为较高的值。
[0004]保护时间和传输长度是导致TDD系统操作延迟的因素。因此，考虑到保护时间的增加和信道效率降低，TDD系统可能不适合用在长距离传输。因此，需要开发方法和系统，在时分多路复用(TDM)通信系统中最大限度地减少延迟和最大限度地增加帧效率。

【发明内容】

[0005]这里公开的系统和方法，通过利用自适应同步协议，提供了时分双工(TDD)系统的性能上的显著改善。由于数据在离散的和有限的时间间隔期间内发送，以及因为TDD收发器不能同时发送和接收(这是由于频率分离不足和接收机选择有限的原因)，传统的TDD系统受到限制。通常，由于从传送变到接收所需的时间和传播延时(propagation delaytime) ,TDD系统有显著的延迟(latency)。通过使主节点和一个或更多个远程节点同步,并且通过对这些节点之间的通信负载的时序安排，远程节点可以在主节点完成它的传输之前开始传输，反之亦然。这种方法降低延迟并提高帧效率。另外，当主节点到远程节点的距离增加时，巾贞效率可以提闻。
[0006]带有自适应同步协议的TDD系统可以包括一个主节点和一个或更多个远程节点。该方法可以包括步骤如:
[0007]a.使主节点与一个或更多个远程节点同步,其中同步化是基于外部源,其中主节点接收到测距信息；
[0008]b.从一个或更多个远程节点的每一个向主节点通信，该通信有关每个远程节点要向主节点传送的通信负载的信息；
[0009]c.把从主节点到一个或更多个远程节点，以及从一个或更多个远程节点到主节点的通信负载的传输进行时序安排，其中主节点不能同时发送和接收，并且一个或更多个远程节点的每一个也不能同时发送和接收，该时序安排使得发送和接收之间、接收和发送之间的过渡时间最小化；
[0010]d.在主节点和一个或更多个远程节点之间的通信负载的传输的基础上生成时间表;
[0011]e.把该时间表传送给一个或更多个远程节点的每一个；和/或
[0012]f.根据时间表在主节点和一个或更多个远程节点之间传送通信负载。
[0013]一个或一个以上的上述步骤可以被重复，直到实现所需的帧效率。
[0014]主节点与一个或更多个远程节点传输广播信号，以使该一个或更多个远程节点同步。广播信号可能是一个前同步码(pre-amble)或导频消息(pilot message)。该同步信号可以初步确定距离。此外，同步信号可以使用迭代、重复、误差校正等技术加以改变。使用自适应同步协议，该一个或更多个远程节点在主节点完成它的传输之前就可以开始传输，并且主节点在一个或更多个远程节点完成它的传输之前就可以开始传输。主节点和一个或更多个远程节点的传输的重叠度和距离(远程节点和主节点之间的距离)成比例。
[0015]本发明的建造和操作方法以及其额外的目标和优势将从以下描述的具体的实施方案中结合附图得到最好的理解。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]附图中的各部分不一定按比例绘制，附图重点是展示本发明的原理。附图中相同的参考数字对应于遍及不同视图中的相应部件。
[0017]图1示出了一个常规的实施例，其中的节点在传送数据之后，并在等待从对方接收传输的时候是空闲的。
[0018]图2示出了某些实施例的系统开销(system overhead)的下降百分比。
[0019]图3示出了根据本说明书的某些方面的单链接的例子。
[0020]图4显示了根据本说明书的某些方面的多节点系统的图形化描述。
[0021]图5示出了某常规应用和本发明的某实施例之间的比较，其中主机和远程站点之间有5微秒的传播时间。
[0022]图6示出了一个主节点和两个远程节点之间具有非对称的通信负载的例子。【具体实施方式】
[0023]本申请中的描述应该以其最一般的形式被理解。这包括，但不限于，以下:
[0024]所提及的特定的技术也包括可供选择的更一般的技术，特别是当讨论本发明的某些方面，或如何做出或使用本发明时。
[0025]所提及的有关一些实施例中的所考虑到的原因和影响，不排除在其他实施例中其他可能的原因或影响。
[0026]所提及的使用特定的技术的理由当情况表明该原因或技术不适用时不排除其他原因或技术，甚至完全相反的原因或技术。[0027]此外，本发明不局限于任何特定的实施例和实例所公开了的具体详情。许多其他的变化是可能的，并且仍然是在本发明的内容、范围、和精神之中，而且本领域的技术人员在阅读这个申请后会了解这些变化。
[0028]如下描述有关部件和安排的具体实例，从而简化本披露。这些，当然仅仅是例子，并不用来限制本发明。此外，本发明可以在各种实例中重复使用参考数字和/或字母。这种重复是为了简洁和明晰的目的，其本身并不能规定所描述的各实施例和/或配置之间的关系。
[0029]术语定义
[0030]本申请中下列术语和短语应该以其最一般的形式理解。这些术语或短语的一般含义是说明性的，没有任何限制性。
[0031]术语“符号率”，“波特率”，“调制率”等一般是指使用数字调制信号或线路码，对传输介质做出的每秒的符号变化(波形变化或信令事件)的数量。
[0032]“保护时间” 一般是指一段在传输信道上被空置的时间间隔(即在时间间隔中没有数据发送)，可用于同步信号和/或补偿信号失真。通常，保护时间提供了在连续操作之间，如传输、编码、解码、或转换之间的一种防止符号干扰的安全边际。
[0033]“处理装置”一般指的是一个可被安排为执行指令的电子装置。这些指令可以被保存在内存上以便处理器执行，或处理装置可以被设置成直接执行指令。处理装置一般包括某种形式的输入/输出，这样处理的结果可用于进一步的处理，或在另一个处理阶段执行任务。指令的提供和/或执行使得处理装置能够进行操作。
[0034]“接入点”，“AP”，等等，一般是指能够与无线装置进行无线通信，并能够与其他装置进行有线通信或无线通信的装置。在一些实施例中，AP使用本地网络与外部装置进行通信。然而，并没有特别要求AP有实际的有线通信链路；AP可能完全使用无线通信。
[0035]本说明书中，“主节点”可以被称为接入点或AP，远程节点也可以被称为客户端站或站。
[0036]“正交频分复用”或OFDM通常是指一个频分复用(“FDM”)方案，其被作为数字多载波调制方法使用。大量紧密间隔的正交的子载波被用来传送数据。数据被分成若干个并行数据流或通道，每个数据流或通道对应于每个子载波。每个子载波可以以相对较低的符号率使用传统的调制方案进行调制，保持总数据速率与在相同的带宽上常规的单载波调制方案相似。
[0037]无线链路上分包信息的传输的“延迟” 一般指从发送节点接收到信息数据包到在目的地节点完成该数据包的接收的时间间隔。(一个数据包可以是由发送节点的应用程序生成，或可能是在某传输通信信道上到达了该发送节点。)
[0038]常规的系统
[0039]在数据包传输系统中，延迟可能是以下几个原因造成，包括，但不限于:
[0040]a.发送节点上的处理时间(例如编码时间等)，
[0041]b.排队等待传输，
[0042]c.传输的传播延时(经编码的数据包的长度除以数据速率)，或
[0043]d.在接收节点处理数据包(例如解码时间等)
[0044]时分双工(TDD)对大部分通信流量而言引入了额外的排队延迟，这是由于接收过程中传输介质的不可用，通信协议所施加的转身时间间隔(turn-around intervals)或获取传输介质的尝试而导致的。
[0045]TDD系统指定的保护时间一般包括两个元素:
[0046]a.指定的任何传输从远程发射机到达接收器的传播延时。这一时间要求可以取决于所涉及的距离，它可以是需要约3.3微秒行驶一公里，或约5.3微秒行驶一英里。
[0047]B.指定的无线电收发机从接收转换到发送的时间。对不同TDD系统来说，该转换速度可能相差很大，可能需要几微秒来从接收转换成发送，反之亦然。如果发送到接收的过渡时间快，则可提高系统的性能。
[0048]TDD链路引入的延迟的主要部分往往是施加在排队等候节点发送的数据之上的延迟，该数据因为节点是在接收模式下而被放在发送缓冲区中。
[0049]图1示出了现有的TDD系统。具体来说，图1显示了主节点和远程节点之间的数据交换，以及由于延迟而失去了的时间。在这里，传播延时是帧的持续时间的一个重要的部分，因此，节点大部分时间是空闲的-既不发送也不接受。图1示出了 TDD系统为什么在长传播延时(例如在10微秒的数量级)的情况下使用长帧是更好的。这种情况下TDD链接相比频分双工(FDD)链接就延迟而言处于明显的劣势。
[0050]在图1中，标签Tl至T9表明主节点A和远程节点B之间单个链路传输的定时事件。在Tl时间上,主节点开始传送一个传输负载到远程节点B。由于传播延时,该传输直到时间T5才到达远程节点B。因此，传播延时是T5-T1。主节点继续发送直到时间T2，从主节点A来的最后的传输在时间T6上由远程节点B接收。然后，远程节点B停止接收并开始传送。这个过渡的时间为T7-T6。在T7时间，远程节点B开始传送一个通信负载至主节点A。由于传播延时，初始传输在时间T3方才达到主节点A。因此，传播延时是T3-T7 (如果节点相对于彼此的位置是固定的，那么该传播延时和T5-T1相等)。远程节点B继续发送直到时间T8，并且，从远程节点B来的最后的传输由主节点A在时间T4收到。然后，主节点A停止接收，并在时间T9开始传送。这个过渡的时间是T9-T4。
[0051 ] 在上述序列中，帧长被定义为时间T9-T1。节点的帧效率被定义为传输和接收的时间之和，除以总的帧时所得到的比例。因此，对主节点A而言，帧效率为((T2-T1)+(T4-T3))/ (Τ9-Τ1)。
[0052]地面无线通信的常规做法中可以使用以下的数值范围:2到20毫秒的帧，对于多载波(OFDM)系统而言符号时间(I/波特)为3微秒至< 200微秒，转身时间从20微秒到100微秒(通过使用一些额外的电路，更短的延时是可行的)。
[0053]如图1所示的常规TDD实施例中可以具有以下特点:
[0054]a.数据在设定的和有限的时间段内发送，该时间段通常不超过几毫秒(如TDD系统)。
[0055]b.收发器不能同时发送和接收，这是因为频率分离不足和有限的接收机选择所造成的。
[0056]本说明书用于提高拥有上述特点的TDD实施方案的性能。因此本说明书侧重于介质访问控制(MAC)子层造成的延迟，而不特别侧重于由于重复请求或由丢失的确认所触发的超时而导致的重复传输信息所造成的延时。
[0057]时间同步[0058]自适应同步协议的一个要素是时间同步。在这方面，该协议指定，介质访问时间适合于与数据分包或分段传输。同一个时钟或时间基准，精确到一个符号的一小部分(因为这直接影响可达到的效率)，使时间同步成为可能。来源于GPS，或用于恢复高频率的广播信号的载波恢复环路，或任何其他的全局性时间基准，都可以使时间同步成为可能。
[0059]使用外部同步，远程节点可以在主节点完成它的传输之前开始传送。重叠的程度和远程节点和主节点之间的距离成比例，并顾及与电磁波在自由空间传播相关的延时。这种技术使得TDD/TDMA (时分多址)系统中可用的时间带宽的利用率达到最高。
[0060]本说明书的方法使延迟以及在中长距离数据包数据系统中过度的、和帧相关的延时最小化。在常规的、同步的、基于帧的时分双工系统中，用户或远程站在时间档上被协调，以允许最大的系统容量。通常情况下，远程无线电收发机基于它和基站或主站的距离被分配一个时间档。在当下的技术水平和实践中，为近距离的用户/远程站在帧中提供较早的时间档，为更遥远的用户/远程站在帧中提供较后的时间档。使用这种结构的原因是减少耗费，以及顾及到载有数据包数据通信流量的无线电信号的有限传播速度。在自由空间的条件下，无线电波的速度约为3X 10~8米/秒。因此无线电波行进I英里可能需要超过5微米的时间。在设计为可在中长距离内操作的无线电系统中，这需要常规的时间分档机制把大量的时间留出不予使用(时间和数据带宽的乘积是系统容量的度量，因此它是TDMA系统中一个关键资源)，以便通信协议等待主站的地图(对远程站的指令)的传送，以及远程站的载有通信流量的响应。在带有远程用户的系统中，这种延时可能会对系统的通信流量的传输能力带来一个非常重大的损失。
[0061]本领域技术人员应理解，远程节点和主节点的距离越远，数据率就越低。另外，帧效率在主节点和一个或更多个远程站的距离增加时趋向最大化。
[0062]参考图1，假定主节点和远程节点分开的距离是50公里(图1中显示的A到B的距离)。在T=O时，主站向正在收听的远程站发送指令，表明在帧中的即将来临的上行部分中什么时候发送。此信息需要50X5.3μ 8=267μ S (时间Τ5-Τ1)到达预定的远程端接收者。然后，远程节点等到下帧中指定的时间(也许5ms)开始传送。从远程节点发送信号，在把它的数据包信息发回给主站的过程中该信号也经历了相等的自由空间中的传播延时。这个过程中从发送请求到接收的总往返延时是5.5msο
[0063]使无线传播延时最小化
[0064]本说明书提供了一种方法，最大限度地减少无线传播延时，描述如下:
[0065]假设和上述例子相同的条件(50英里的距离)，这种方法允许在下行线的通信流量(源自主节点的通信流量)被生成并发送的准确的同一瞬间，远程节点生成并发送承载了数据的通信流量。这是通过提供一个共同的外部时间基准而实现的，例如GPS信号。在这个实施例中，在Tl=O时，主节点和远程节点都可以开始发送，这样，承载了信息的数据包无线电信号在主站和远程站之间物理中间点的位置互相经过彼此。在这种特殊情况下，无线数据包在一点上相互穿过，这一点到每个端点距离25英里。假设最坏情况下地图解码(mapdecoding)造成I个帧的延迟，和上一个例子相比延迟可以有0.5 μ s的改进。这代表系统的通信流量传输能力有至少9%的改善。链路端点之间更大的距离会使这个通信流量同步的方法获得更大的效益。
[0066]本说明书中提到的“一个实施例” “一实施例”，“一实施例子”等，表明所描述的实施例可能具有一个特定的特征，结构或特点，但每个实施例不一定具有该特定的特征，结构或特点。此外，这样的短语不一定是指同一个实施例。此外，当一个特定的特征，结构或特点是在一个实施例中被描述，那么本领域普通技术人员也有能力认识到，该特定的特征，结构或特点在其他实施例中也是可以实现的，不管这是否被明确地被描述出来。本说明书的部分是使用本领域普通技术人员向其他本领域普通技术人员传达他们的工作实质时常用的术语来描述的。
[0067]图2示出了系统开销的减少的百分比作为节点之间的距离(英里)的函数。纵轴代表的性能增益，横轴代表链路距离的英里数。图2中可以看到，节点之间有50英里的距离可能会导致减少10%的系统开销。
[0068]系统开销在至少两个条件下可能发生在主节点上:1)如果正在发生从接收器到发送器的转变，或相反，2)如果主节点的操作是由于时序安排而被限制。
[0069]在一般情况下，如果在传输到达目的地的预定的时间点上，接收器已经准备好，并且干扰低，那么系统的能力有所增加。例如，(但并不限于以下例子)，通过确保发射机或接收机处于有效状态，或者至少不是因为等待信号从链路另一端传来或向链路另一端传去而无法工作，则可以消除在链路两端的空闲时间。这种性能的提高是通过节点们的同时传输来实现的，而且是以这样一种方式进行时间上的安排，使信号在可利用的时间间隔上到达预定的目的地。传输的最小持续时间必须是传播时间以及转身时间的一小部分，并可尽可能短，以达到所需的能力改进。这种情况可能会导致传输的时序安排对于附近的远程节点和更远的节点来说是不同的。
[0070]图3示出了根据本说明书的某些方面的单链路的例子。这里，主节点A在T2-T1期间进行传输，该传输在时间段T6-T5被远程节点B接收。请注意，这个实施例比常规的系统更有效，因为远程节点B在时间段T8-T7上进行传输，而常规的系统中两节点不会在相同的时间都进行传输。通信负载从主节点A到达远程节点B之前，远程节点B刚好停止传送。同样，主节点A停止发送之后，远程节点B发送的通信负载第一次到达主节点A。因此，通信是成功的，因为在这样的通信负载的时序安排之下，主节点不同时发送和接收，并且一个或更多个远程节点不同时发送和接收，并且这样的时序安排下过渡时间(从发送到接收的改变时间)达到最小化。此外，过渡时间在所有远程节点上达到最小化。
[0071]在图3所示的例子中，几乎没有空闲时间，因为主节点A比常规系统以更高的时间百分比进行发送或接收。这种效率增加是由T3-T2和T9-T4的小值示出。
[0072]举例而言，但不限于这个例子，本披露的要素，当使用在具有多个远程节点的网络的接入/聚集点时，具有降低该接入点(主节点)的空闲时间的作用，同时，也使帧的持续时间在硬件和时间分辨率的约束条件下尽可能短。图3显示了帧的持续时间是怎样可以被变得接近或小于从主节点到网络边缘的传播时间的。
[0073]图4显示了根据本说明书的某些方面的多节点系统的图形化描述。本实施例可显著提高网络的通信流量传输能力，以及减少MAC开销至最低，从而导致实际的数据率的大幅度的改进，特别是当远程节点与主节点距离较远时。
[0074]在图4中，主节点A发送数据(点状式样所示)到多个位于不同的距离的远程站(B，C，D，E)并从这些远程节点接收数据(断面线式样所示)，这有可能达到充分利用。图4的TDD系统可以以相似于图3所描述的原则工作。[0075]上行链路传输中的时序安排使在聚集点的接收器上的冲突最小化，该接收器可以在除去发送以及帧中的转身部分之外的情况下连续运作。一个本领域的技术人员了解，有足够前后比的定向天线可以用来减少来自“错误”的方向的信号(如节点C正在接收从A来的信号，而与此同时D和E往A而去的上行信号正在经过它)的影响。
[0076]测距
[0077]本说明书中，时间和顺序的安排可以包括让远程节点知道主节点什么时候可能处在接收模式。优选的，远程节点在发送之前有足够准确的对于传播时间的估计以及时间基准标记。更精确的时间基准和传播延时估计可能导致时间利用率和工作效率的提高。例如但不限于，足够精确的对传播时间的估计可能意味着大于50%的帧效率。
[0078]远程节点和主节点的同步的初始过程可能需要主节点和每个远程节点之间的信息交换。一个常规的方法是主节点发射广播信号(称为前同步码或导频消息)，该广播信号是远程节点通过预编而能够识别并且测量到达时间的。因此，同步是由主节点发送广播信号至一个或更多个远程节点而完成的。本领域的技术人员会认识到，还有其他的方法来同步节点，并且，测距可能是动态的，并在不同条件下使用多个迭代，包括通过误差修正来优化同步化。
[0079]这些消息的发射速率是由远程节点的时间基准的准确性，以及可实现的和可容忍的从远程节点到主节点的上行链路传输之间的缝隙(其同时使得连续的上行消息之间的时间上的重叠达到可以忽略的水平)所决定的。远程节点有发送注册/测距消息的可识别的机会，这样，可以为每个远程节点确定它的往返传播延时。举例而言，但不限于这个例子，可以基于至少两种情况制成这样的发射和接收的时间表。第一，主节点基于它对有关将被发送到远程节点的消息的了解收集并融合相关信息。第二，远程节点把它希望将消息传给主节点的意图通知主节点。
[0080]时序安排
[0081]主节点可以利用该信息创建时间表，并可使一个或更多个远程节点遵守这个时间表。该时间表提供了有关主节点和每个远程节点的传输和接收操作的计划，并可以向远程节点提供时序安排的选择。具体而言，时间表可能包括一个计划(其可能包括可选项)，该计划有关每个节点何时发送，以及什么通信负载将在该传输周期中被传输。本说明书的方法是动态的，这在于时间表在一个传输期间，即在逐帧的基础上可以被修改或调整。对于主节点允许远程节点发送的动作可以被称为请求授权协议。
[0082]周期性地，(定期测距的)确认消息可以在固定位置的系统中被发送，并可以以较低的频率发送。一旦一个远程节点获得测距信息并在主节点那里登记注册，它就进入了正常的通信模式。一个正常的通信模式意味着远程节点已作好了交换用户数据的准备(不只是预备性的握手)。可移动的远程节点可能需要更频繁的确认消息。
[0083]时序安排过程可能需要远程节点收听从主节点来的有关控制信息，并在这些时候抑制传输。因此，远程节点基于从主节点来的控制信息抑制传输。
[0084]为了达到更好的通信负载效率，特别是更大帧的通信负载，以下一次或更多次消息握手可能是有用的。握手包括:
[0085]a.(使用争用时间段)，从一个或更多个远程节点向主节点传达远程节点发送其通信负载的愿望；[0086]b.从主节点向一个远程节点发送可用的传输选项(这些可能是离散的时间段);
[0087]c.一个远程节点选择一个带有登记和测距消息信息的选项，并通知主节点该远程节点的选择。
[0088]本披露的另一个方面有关传输时间段的粒度(granularity),特别是巾贞的大小尺寸。例如但不限于，帧的大小可能是一个符的尺寸的小的倍数。同样重要的是，系统时钟具有足够的准确度和精密度，这样本说明书的方法就能提供最佳的效果。例如，每个传输的开始必须有可识别的模式，再加上预计到达时间，这将允许接收器将所发送的数据进行解码。时间窗口越严格，传输开始的报头就会越简单，虽然受多径衰落影响的RF信道有可能对此施加限制。本领域的技术人员将认识到，对发射器的更少的限制，以及接收机处的更复杂和强度更大的处理步骤之间存在权衡取舍(接收机处的更复杂和强度更大的处理步骤可能会允许更大规模的相关性处理，以识别更多被容许的和可行的信号)。
[0089]多区域蜂窝
[0090]区域AP之间的协调使得蜂窝内的同步成为可行的，这里，一个区域AP当另一个在和它同一集群内的区域AP在相同或相邻的频率或信道上传输的时候不接收信号。这在TDD系统中可能是更可取的，这是由于区域收发器之间的分离通常不足以使其能够独立运行、方向和物理的分离造成的损失、极化、和频率分离等原因造成的。符号间的间隔(定时不准确的限额)可能是200纳秒(空中60米)，并且假设的测距误差小于10纳秒。使用常规的方法，每帧的排队延时的增加和往返延时成比例。
[0091]主节点和多个远程站
[0092]图5A示出了一个TDM (时分复用)系统，其带有主节点A和远程节点B和C。例如但不限于，主节点A和远程节点B之间的距离是1.5公里，并有一个5微秒的传播时间。这个OFDM系统的例子中符号的持续时间为16微秒,并显了 AP在64.2微秒的时间段里发送4个符号，并与此交错地在64.2微秒的时间段里接收4个符号。(图5A中4个符号以标签“ I ”，“ 2 ”，“ 3 ”，和“4”示出。)虽然这个例子仅仅是说明性的，这个例子可能适用于使用64FFT,5MHz时钟，1/4CP以及200纳秒的处理系统的情况。
[0093]对于如图5A所示实施例的短链路来说，本说明书的实施例的效益可能不大。如图5B所示的实施例使用了本说明书的方法，该图显示了节点B在节点A完成其对远程节点的传输之前就向节点A传送。值得注意的是，该主节点在远程节点的传输被接收到之前就停止传送了。
[0094]当链路变得更长时，本说明书的某些效益变得越来越明显。例如，数据通信的交付的总延迟按照在一个方向上的传播时间的增量而增长，并且AP的能力并不以结束发送操作和开始接收操作之间的空闲时间而降低。这样，发送和接收的持续时间的选择不是由可容忍的效率/延迟之间的权衡所决定的，而是成为可接受的效率和可达到的AP和远程站之间的同步的精确度之间的权衡。
[0095]考虑这样一个例子，主节点A和远程节点B之间距离6公里，传播时间是20微秒。这里主节点A和远程节点B之间的距离较大，那么这个例子和图5B的例子相比可能有一个更大的帧效率。因此，帧效率可能随着主节点和一个或更多个远程站之间的距离的增加而增加。
[0096]作为另一个例子，如果通信链路中的一个站的安装使得两个收发器(如图5B中的“B”和“C”)不互相干扰，那么一个站可以接收来自节点A的信号而同时另一个站正在发射信号。这种安装设置可以用节点B和C之间的少量的(即几米)分离，以及优化的天线模式而实现。否则，基本数据段的持续时间可能是单向传输延时的一小部分。采用单一载波的物理层(PHY)，其中单个的符号大约是100纳秒，这个方面可以更容易地实现。在多载波PHY的情况下，符号的持续时间可由FFT大小改变。
[0097]图6示出了主节点和两个远程节点之间的非对称通信负载的例子。在这里，举例来说，有一个符号(SI)从一个“A”节点(主节点)传送到远程节点B，以及2个符号(S3和S4)从主节点A传送到远程节点C，用以说明帧效率的提高。
[0098]在图6A中，信号SI到达远程节点B，被远程节点B处理，并且回复信号Rl被发送。如本例所示，在信号SI行进到远程节点B以及被远程节点B处理的同时，主节点A也发送目的地为远程节点C的信号S3和S4。这允许主节点A在信号S3和S4行进，被处理，以及回复(R3和R4)返回到主节点A的同时接收和处理回复信号R1。
[0099]信号S3和S4行进到远程节点C，被处理，并且回复R3和R4被节点A接收。所示的例子中，远程节点C离主节点A的距离是远程节点B离主节点A的距离的一倍，并且每个单元的延迟基本上是相等的。然而，在实践中，这种情况不太可能发生。在这里，信号S5，S6和S7示出了主节点A的其他信号活动。这些信号(S5 - S7)的数量和时序安排一般会响应上述的信号操作的系统性时序安排。
[0100]本领域的技术人员将从图6A的例子中看出，主节点和各远程节点的的延迟是决定有效率的数据传输的时序安排的一些参数。制定传输时间表可以基于以下几点考虑:数据量(和数据传输时间)，节点的固有的延迟，站之间的距离等。
[0101]图6B示出了一个不同的定时方案。图6B中主节点A发送信号S8到远程节点C。在这个例子中，远程节点C到主节点A的距离比远程节点A到主节点A的距离要远，因此会有一个更长的行驶时间。(远程节点C也可能有一个更长的延迟。)如果从信号S8完成传输到预期的回复信号R8之间有足够的时间，主节点A可以发送信号S9并接收回复R9，以此与远程节点B通信。虽然这个例子显示的信号按照一定顺序到达，但没有理由在这方面限制本披露。例如但不限于，信号R8可以在信号R9到达之前到达，并且，在通信参数允许的情况下，通信时间表可以提供这样的操作。
[0102]仅供参考，值得注意的是，几百微秒的延迟在数据包无线通信系统中是常见的。相比之下，值得注意的是，长期演进(LTE)系统(这也是FDD)把7个符号(采用高延时扩展的环境中的长-CP 模式(long-CP mode for high delay spread environments)时是 6 个)打包在500微秒中。一些点对点FDD数据包系统的规范中也可能有大约200微秒的延时。甚至“比特管道”(“bit-pipe”)系统也需要一些时间来处理前向纠错。传播延时可能会影响这些情形。
[0103]本领域的技术人员将注意到，在一个特定的点对点操作的情况下，当链路变得更长时，“主节点”和“远程节点”之间的区分可能会变得任意的或人为的。
[0104]处理步骤
[0105]这里披露的自适应同步协议可以使用以下步骤中的一个或更多个来优化地实现。这些步骤包括，但不限于:
[0106]a.使主节点与一个或更多个远程节点同步，该同步是基于外部源以及主节点对测距信息的接收。
[0107]b.从该一个或更多个远程节点的每一个向主节点传达有关将要从该一个或更多个远程节点的每一个向主节点发送的通信负载的信息。该通信负载信息可能包括，但不限于，负载信息，定时信息，同步信息等。
[0108]c.安排从主节点到远程节点，以及从该一个或更多个远程节点到主节点的通信负载传送的时间，使得主节点不同时发送和接收，以及每个远程节点不同时发送和接收，并且时序安排使过渡时间最小化。过渡时间是指主节点和远程节点从发送到接收这个改变的时间，以及从接收到发送这个改变的时间。
[0109]d.基于从主节点和每个远程节点发出(或接收)的通信负载的传输生成时间表。
[0110]e.把时间表传送给每个远程节点。
[0111]f.基于该时间表从主节点和每个远程节点发出(或接收)通信负载。
[0112]本领域的技术人员将会理解，上述步骤可以被重复，用来实现最大帧效率。同时，测距、时序安排、及处理可以通过各种设备进行，该各种设备构成一个网络。因此，本文所描述的步骤的执行可能是分布在不同的设备(主节点，远程节点，AP，控制器，等等)上，这些设备协同工作，以达到想要的结果。
[0113]主节点可能发送一个广播信号到远程节点，或接收从远程节点来的广播信号，以便使远程节点同步。广播信号可以包括前同步码，导频信息等。
[0114]使用该自适应同步协议和外部的同步源，该一个或更多个远程节点可以在主节点完成它的传输之前就开始传输，并且，主节点可以在一个或更多个远程节点完成它的传输之前就开始传输，这是为传播延时和数据包的传输时间所允许的。
[0115]主节点和一个或更多个远程节点的传输的重叠程度是和远程节点和主节点之间的距离成比例的。基于从主节点到一个或更多个远程节点的(以及从一个或更多个远程节点到主节点的)计划中的通信负载传输的时间表，通信得以顺利进行。
[0116]以上描述中提供了许多不同的实施本发明的不同特征的实施例。组成部分以及流程的具体实施例的描述帮助澄清了本发明。这些当然仅仅是实施例，并不对权利要求中描述了的发明做出限制。
[0117]尽管本发明在这里被说明为和描述成为体现在一个或更多个特定的例子中，不过本发明不限于所显示的细节，因为可以在不脱离本发明的精神，以及在权利要求的范围以及和其等同的范围内做出各种修改和结构的变化。因此，对以下权利要求做宽泛的、与本发明的范围相一致的解释是适当的。
【权利要求】
1.一种方法，包括: 从主节点向一个或更多个远程节点传输同步信号，该同步信号能够使上述一个或更多个远程节点按照预定的时间安排进行传输；以及 从主节点向该远程节点传输时间表信息，该时间表信息能够使上述一个或更多个远程节点在主节点正在传输的时候向主节点传输信息。
2.如权利要求1所述的方法，其中同步信号基于外部源，该同步信号向主节点提供测距信息。
3.如权利要求2所述的方法，其中同步源由全局性时间基准提供。
4.如权利要求1所述的方法，还包括: 在主节点接收来自至少一个远程节点的通信负载信息； 向该至少一个远程节点传输时间表信息，该时间表信息能够使远程节点按照预定的时间表传输通信流量。
5.如权利要求4所述的方法，其中主节点和远程节点的通信负载是不对称的。
6.如权利要求1所述的方法，其中主节点向一个或更多个远程节点传输广播信号，以便使该一个或更多个远程节点同步。
7.如权利要求6所述的方法，其中广播信号是前同步码或导频消息。
8.如权利要求1所述 的方法，其中时序安排由三次消息握手所实现，该三次消息握手包括: 从一个或更多个远程节点中的一个远程节点向主节点通信，该通信包括该远程节点传输一个或更多通信负载的愿望； 从主节点向该远程节点发送可用的传输选项；以及 由该远程节点选择带有注册和测距消息信息的选项，并告知主节点这个选择。
9.如权利要求1所述的方法，其中该一个或更多个远程节点基于来自主节点的控制消息抑制传输。
10.如权利要求1所述的方法，其中时序安排在逐帧的基础上进行。
11.如权利要求1所述的方法，还包括:在多个区域接入点之间进行协调，其中区域接入点在另一个在相同集群内的区域接入点在相同的或是实质上相近的频率上传输时不接收信号。
12.如权利要求1所述的方法，其中该一个或更多个远程节点在该主节点完成它的传输之前就开始传输，并且其中该主节点在该一个或更多个远程节点完成它的传输之前就开始传输。
13.如权利要求12所述的方法,其中所述传输被修改，以便矫正传播延时和数据包传输持续时间。
14.如权利要求13所述的方法，其中该主节点和远程节点的传输的时间上的重叠程度与该主节点和该远程节点之间的距离成比例。
15.—种系统,包括: 主节点； 一个或更多个远程节点； 时间基准；和从该主节点到该一个或更多个远程节点的、以及从该一个或更多个远程节点到该主节点的计划中的通信负载的时间表， 其中，采用实质上同时发生的传输，安排该时间表，以使得每个节点的过渡时间最小化。
16.如权利要求15所述的系统，其中该一个或更多个远程节点在该主节点完成它的传输之前就开始传输，并且其中该主节点在该一个或更多个远程节点完成它的传输之前就开始传输。
17.如权利要求15所述的系统，其中该主节点和远程节点的传输的时间上的重叠程度与该主节点和该远程节点之间的距离成比例。
18.—种处理器可读的存储装置，其上包含有非暂时性的处理器可读的代码，该处理器可读的代码用于编制程序使一个或更多个处理器执行一种方法，该方法包括: 从主节点向一个或更多个远程节点传输同步信号，该同步信号能够使上述一个或更多个远程节点按照预定的时间安排进行传输；以及 从主节点向该远程节点传输时间表信息，该时间表信息能够使该一个或更多个远程节点在主节点正在传输的时候向主节点传输信息。
19.如权利要求18所述的装置，其中该方法还包括: 在主节点接收来自至少一个远程节点的通信负载信息； 向该至少一个远程节点传输时间表信息，该时间表信息能够使远程节点按照预定的时间表传输通信流量。
20.权利要求18中的方法，其中主节点向一个或更多个远程节点传输广播信号，以便使该一个或更多个远程节点同步。
【文档编号】H04B7/212GK103460620SQ201280015774
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年8月22日 优先权日:2011年8月25日
【发明者】P·奥德利兹科, G·舒尔茨 申请人:尤比奎蒂网络公司