基于频率选择传输发射和接收帧的方法和装置制造方法
【专利摘要】提供了一种在无线局域网(WLAN)系统中用于由发送器经由包括多个子信道的信道发射数据帧的方法。该方法包括以下步骤：从第一接收器获得关于多个子信道中的每个的第一信道状态信息；基于第一信道状态信息将多个子信道的至少一个第一分配子信道分配给第一接收器；如果至少一个第一分配子信道对应于多个信道的一部分，则从第二接收器获得关于多个子信道中的每个的第二信道状态信息；基于第二信道状态信息将多个子信道的至少一个第二分配子信道分配给第二接收器；以及将数据单元发射到第一接收器和第二接收器。该数据单元包括第一数据帧和第二数据帧，其中，第一数据帧被经由至少一个第一分配子信道发射，以及第二数据帧被经由至少一个第二分配子信道发射。
【专利说明】基于频率选择传输发射和接收帧的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线通信，更具体地，涉及一种在无线局域网(WLAN)系统中用于由站基于频率选择传输发射和接收帧的方法，和支持该方法的装置。
【背景技术】
[0002]随着信息通信技术的发展，近来已经开发了各种无线通信技术。其中，无线局域网(WLAN)是在家庭或者商店处，或者在特定的服务区中，准许使用诸如个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、便携式多媒体播放器(PMP)等等的手持终端无线接入因特网的技术。
[0003]IEEE802.1ln是近来已经建立以克服已经被公认为WLAN弱点的通信速度限制的技术标准。IEEE802.1ln目的在于提高网络速度和可靠性，并且扩展无线网络的覆盖范围。更具体地说，IEEE802.1ln系统采用MMO(多输入和多输出)技术，其在发射单元及其接收单元两者处使用多个天线，以便优化数据速度，并且将传输误差减到最小，同时支持数据处理速度达到540Mbp的高吞吐量(HT)。
[0004]同时，由于无线局域网(WLAN)已经普及，出现其中单个AP提供许多非AP站的环境。支持这样的环境的WLAN的特征可以由低的数据速率、低功率和宽的覆盖范围表示。为此，在相应的WLAN环境下操作的设备可以通过使用较低的频带发射和接收无线电信号。
[0005]相对于使用现有的高频带的情形，由于使用较低的频带，用于无线电信号发射和接收的信道带宽可以变窄。因此，在使用窄带信道的情况下，可能需要论述与信道接入方法、干扰规避方法等等相关的数据传输和接收。
【发明内容】
[0006]技术问题
[0007]本发明的一个方面提供一种在无线局域网(WLAN)系统中用于基于频率选择传输发射和接收帧的方法和装置。
[0008]问题的解决方案
[0009]在一个方面中，提供了一种在无线局域网(WLAN)系统中用于由发射器经由包括多个子信道的信道发射数据帧的方法。该方法包括:从第一接收器获得关于多个子信道中的每个的第一信道状态信息，基于第一信道状态信息将在多个子信道之中的一个或多个第一分配子信道分配给第一接收器，当一个或多个第一分配子信道对应于多个信道的一部分时，从第二接收器获得关于多个子信道中的每个的第二信道状态信息，基于第二信道状态信息将在多个子信道之中的一个或多个第二分配子信道分配给第二接收器，和将数据单元发射到第一和第二接收器。该数据单元包括第一和第二数据帧。第一数据帧被经由一个或多个第一分配子信道发射。第二数据帧被经由一个或多个第二分配子信道发射。
[0010]该数据单元可以进一步包括前导部分，并且前导部分包括指示分配给第一和第二接收器的子信道的子信道分配指示信息。
[0011]第一信道状态信息可以包括相对于每个子信道在发射器和第一接收器之间估算的信噪比(SNR)。第二信道状态信息可以包括相对于每个子信道在发射器和第二接收器之间估算的信噪比(SNR)。
[0012]将一个或多个第一分配子信道分配给第一接收器的步骤可以包括:将具有在发射器和第一接收器之间估算的最高的SNR的特定子信道作为第一分配子信道分配。
[0013]将一个或多个第一分配子信道分配给第一接收器的步骤可以包括:将具有在发射器和第一接收器之间估算的、高于特定阈值高的SNR的一个或多个子信道作为第一分配子信道分配。
[0014]获得第一信道状态信息的步骤可以包括:发射指示用于信道探测的NDP传输的空数据分组(NDP)通告(NDPA)帧，发射NDP，和从第一接收器接收包括基于NDP获得的第一状态信道信息的第一反馈帧。
[0015]获得第二信道状态信息的步骤包括:将指示第二信道状态信息的报告的反馈轮询帧发射到第二接收器，和从第二接收器接收包括基于NDP获得的第二状态信道信息的第二反馈中贞。
[0016]NPDA帧可以包括将第一和第二接收器识别为信道探测的目标接收器的信息。
[0017]NDPA帧可以以经由多个子信道的每个同时发射的重复的数据单元格式被发射。
[0018]NDP可以以经由多个子信道中的每个发射的重复的数据单元格式被发射。
[0019]一个或多个第二分配子信道从在多个子信道之中除了一个或多个第一分配子信道之外的子信道之中选择。
[0020]该方法可以进一步包括:当多个信道全部作为一个或多个第一分配子信道分配时，将第一数据帧经由信道发射到第一接收器。
[0021]该方法可以进一步包括:响应于第一数据帧经由一个或多个第一分配子信道接收第一确认(ACK)帧，和响应于第二数据帧经由一个或多个第一分配子信道接收第二 ACK帧。
[0022]第一 ACK帧和第二 ACK帧被同时地发射。
[0023]在另一个方面中，提供了一种在无线局域网(WLAN)系统中操作的无线设备。该无线设备包括:收发器，该收发器被配置成经由包括多个子信道的信道发射和接收无线电信号，和处理器，该处理器可操作地耦合到收发器。该处理器被配置成从第一接收器获得关于多个子信道中的每个的第一信道状态信息，基于第一信道状态信息将在多个子信道之中的一个或多个第一分配子信道分配给第一接收器，当一个或多个第一分配子信道对应于多个信道的一部分时，从第二接收器获得关于多个子信道中的每个的第二信道状态信息，基于第二信道状态信息将一个或多个第二分配子信道分配给第二接收器，和将数据单元发射到第一和第二接收器。该数据单元包括第一和第二数据帧。第一数据帧被经由一个或多个第一分配子信道发射。第二数据帧被经由一个或多个第二分配子信道发射。
[0024]有益效果
[0025]根据本发明的实施例，接入点(AP)可以经由信道探测过程获得关于在单独STA和AP之间的子信道的信道状态信息。AP可以基于子信道的信道状态信息确定要用于发射数据帧给特定的STA的适合的子信道。AP可以根据DL-FDMA方案经由确定用于分配的子信道将数据帧发射到一个或多个STA。AP可以在良好的条件下有选择地将信道分配给特定的STA,并且经由其将数据帧发射到一个或多个STA。这样的数据帧传输方法可以提高数据传输和接收的可靠性，和整个WLAN系统的吞吐量。【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是图示本发明的实施例可以被应用到的一般无线局域网(WLAN)系统配置的图。
[0027]图2是图示由IEEE802.11支持的WLAN系统的物理层架构的图。
[0028]图3和4是图示在本发明的实施例可以被应用到的WLAN系统中使用的PPDU格式的框图。
[0029]图5是图示在下一代WLAN系统中使用NDP的信道探测方法的图。
[0030]图6是图示根据用于每个国家和每个地区的频带规划的M2MWLAN系统的信道化的示例的图。
[0031]图7是图示根据本发明的实施例在M2M WLAN系统的窄带频率环境下频率选择性信道接入机制的概念的图。
[0032]图8是图示根据本发明的实施例在WLAN系统中使用的信道的示例的图。
[0033]图9是图示根据本发明的实施例基于DL-FDMA的帧传输和接收方法的图。
[0034]图10是本发明的实施例可应用到的无线设备的框图。
【具体实施方式】
[0035]图1是图示本发明的实施例可以应用到的一般无线局域网(WLAN)系统的配置的图。
[0036]参考图1，WLAN系统包括一个或多个基本服务集合(BSS)。BSS是可以彼此成功地同步，并且可以互相通信的站的集合(STA)，并且不是指示特定区域的概念。
[0037]基础结构BSS包括一个或多个非接入点(AP)站(非AP STAl (21)、非APSTA2(22)、非AP STA3(23)、非AP STA4(24)和非AP STAa(30))，提供分布服务的AP10，和链接多个AP的分布系统(DS)。在基础结构BSS中，AP管理BSS的非AP STA。
[0038]相比之下，单独的BSS(IBSS)是以ad-hoc模式操作的BSS。IBSS不包括AP，并且因此，缺少集中管理实体。也就是说，在IBSS中，非AP STA被以分布方式管理。在IBSS中，所有STA可以是移动STA，并且由于不许可接入DS，导致构成自含的网络。
[0039]STA是包括媒体访问控制(MAC)，和用于无线电介质(其遵循电气与电子工程师协会(IEEE) 802.11标准)的物理层接口的任何功能实体，并且在宽广的概念上包括AP和非AP站。
[0040]非AP STA是不是AP的STA，并且也可以称为移动终端、无线设备、无线发射/接收单元(WTRU)、用户设备(UE)、移动站(MS)、移动订户单元，或者简单地用户。在下文中，为了容易描述，非AP STA表示STA。
[0041]AP是经由与AP关联的STA的无线电介质提供接入DS的功能实体。在包括AP的基础结构BSS中，在STA之间的通信原则上经由AP实现，但是，在建立直接链接的情况下，STA可以在彼此之间执行直接通信。AP也可以称为中央控制器、基站(BS)、节点B、BTS(基站收发器系统)、站点控制器或者管理STA。
[0042]包括在图1中示出的BSS的多个BSS可以经由分布系统(DS)相互连接。经由DS互相链接的多个BSS称为扩展的服务集合(ESS)。包括在ESS中的AP和/或STA可以互相通信，并且在相同的ESS中，STA可以从一个BSS行进到另一个BSS，同时保持无缝通信。
[0043]在根据IEEE802.11的WLAN系统中，媒体访问控制(MAC)的基本接入机制是具有竞争避免(CSMA/CS)机制的载波监听多路访问。CSMA/CS机制也称为IEEE802.1lMAC的分布协调功能(DCF)，并且基本上，其采用“先听后讲”接入机制。遵循这样的接入机制类型，AP和/或STA在传输之前感测无线电信道或者介质。如果作为感测的结果，该介质被确定为处于空闲状态之中，则经由该介质启动帧传输。相反地，如果感测到该介质处于占有状态之中，则AP和/或STA设置用于介质接入的延迟时间，并且等待而无需开始其自己的传输。
[0044]除了其中AP和/或STA直接感测介质的物理载波感测之外，CSMA/CS机制包括虚拟载波感测。该虚拟载波感测将补偿可能与介质接入相关联可能出现的问题，诸如隐藏节点问题。为了虚拟载波感测，WLAN系统的MAC使用网络分配矢量(NAV)。NAV是一个值，通过其AP和/或STA当前使用介质，或者具有使用该介质通知其它的AP和/或STA在介质变为可用的以前剩余的时间的权限。因此，由NAV设置的值对应于一个周期，在其期间该介质的使用由发射帧的AP和/或STA调度。
[0045]IEEE802.1IMAC协议与DCF —起提供混合协调功能(HCF)，其是基于周期地执行轮询使得所有接收AP和/或STA可以在具有DCF的基于轮询的同步接入方案中接收数据分组的点协调功能(PCF)。HCF具有增强的分布信道接入(EDCA)，其具有用于给多个用户提供数据分组的基于竞争的接入方案，和HCCA (HCF控制的信道接入)，其使用使用轮询机制的基于无竞争的信道接入方案。HCF包括用于提高WLAN的服务质量(QoS)的介质接入机制，并且可以在竞争周期(CP)和无竞争周期(CFP)两者中发射QoS数据。
[0046]在无线通信系统中，当STA加电并且开始操作时，由于无线电介质的特性，导致STA不能立即知道网络的存在。因此，为了接入网络，无论其是什么类型，STA将经历网络发现处理。当经由网络发现处理发现网络时，STA经由网络选择过程选择网络以预订。此后，STA预订选择的网络，并且在发射端/接收端处执行数据交换。
[0047]在WLAN系统中，该网络发现处理作为扫描过程实现。该扫描过程可分成被动扫描和主动扫描。基于由AP周期地广播的信标帧实现被动扫描。通常，在WLAN系统中AP以特定的间隔(例如，100msec)广播信标帧。信标帧包括有关由其管理的BSS的信息。STA被动地等待在特定的信道处接收信标帧。当通过接收信标帧获得关于网络的信息时，STA终止在特定的信道处的扫描过程。STA不需要在实现被动扫描时发射单独的帧，并且一旦接收到信标帧，更合适完成被动扫描。因此，被动扫描可以降低整个开销。但是，其遭受与信标帧的传输周期成比例增加的扫描时间。
[0048]主动扫描是STA在特定的信道处主动地广播探测请求帧，以请求所有AP去接收探测请求帧发送网络信息到STA。当接收探测请求帧时，AP等待随机时间以便防止帧竞争，并且然后在探测响应帧中包括网络信息，然后将探测响应帧发射到STA。STA接收探测响应帧，从而获得网络信息，并且然后结束扫描过程。主动扫描可以使扫描相对迅速地完成，但是，由于需要来自请求-响应的帧序列，导致可能增加整个网络开销。
[0049]当结束扫描过程时，STA在每个特定的标准本身上选择网络，并且然后与AP同时执行验证过程。该验证过程以双向握手实现。当完成验证过程时，STA与AP—起继续进行相关过程。
[0050]该相关过程以双向握手执行。首先，STA将相关请求帧发送到AP。该相关请求帧包括关于STA的能力的信息。基于该信息，AP确定是否准许与STA相关联。当确定是否准许相关时，AP将相关响应巾贞发射到STA。该相关响应巾贞包括指不是否准许相关的/[目息，和指示准许相关或者相关失败的理由的信息。该相关响应巾贞进一步包括有关由AP可支持的能力的信息。在成功地完成相关的情况下，在AP和STA之间完成正常帧交换。在相关失败的情况下，基于关于包括在相关响应帧中的失败理由的信息，再试相关过程，或者STA可以将用于相关的请求发送到其它的AP。
[0051]为了克服在WLAN中被认为是弱点的速度限制，近年来已经相关地建立了IEEE802.11η。ΙΕΕΕ802.1ln目的在于提高网络速度和可靠性，同时扩展无线网络覆盖范围。更具体地说，ΙΕΕΕ802.1ln支持达到数据处理速度540Mbps的高吞吐量(HT)，并且基于MIMO(多输入和多输出)技术，其在发射端和接收端两者处采用多个天线，以便优化数据速度，并且将传输误差最小化。
[0052]由于WLAN扩展，并且使用WLAN显露更加多样化的应用，出现用于支持比由IEEE802.1ln支持的数据处理速度高的吞吐量的新的WLAN系统的需要。支持非常高吞吐量(VHT)的WLAN系统是IEEE802.1ln WLAN系统的后续版本，其是近来提出的在MAC服务接入点(SAP)中对于单个用户支持500Mbps以上吞吐量，和对于多个用户支持IGpbs以上数据处理速度的新的WLAN系统。
[0053]对支持20MHz或者40MHz的现有的WLAN系统进一步改进，VHT WLAN系统意欲支持80MHz、连续的160MHz、非连续的160MHz频带传输和/或更高的带宽传输。此外，VHT WLAN系统支持250正交调幅(QAM)，其超过现有的WLAN系统的64QAM的最大值。
[0054]由于VHT WLAN系统支持用于更高吞吐量的多用户多输入多输出(MU-MMO)传输方法，AP可以同时地将数据帧发射到至少一个或多个MMO配对的STA。配对的STA的数目可以最大地是4，并且当空间流的最大数是八时，每个STA可以被分配达到四个空间流。
[0055]参考回到图1，在附图示出的WLAN系统中，APlO可以同时地将数据发射到在与APlO相关联的多个STA21、22、23、24和30之中包括至少一个或多个STA的STA组。在图1中，举例来说，AP进行到STA的MU-MMO传输。但是，在支持隧道直接链接建立(TDLS)或者直接链接建立(DLS)或者网状网络的WLAN系统中，发射数据的STA可以使用MU-MMO传输方案将物理层收敛过程(PLCP)协议数据单元(prou)发送到多个STA。在下文中，描述其中根据MU-MMO传输方案AP将PPDU发射到多个STA的示例。
[0056]数据可以经由不同的空间流发射到每个STA。由APlO发射的数据分组可以称为PPDU,其被在WLAN系统的物理层处产生并且发射，或者作为被包括在PPDU中的数据字段的帧。也就是说，用于单用户多输入多输出(SU-MMO)和/或MU-MMO的PPDU或者包括在PPDU中的数据字段可以称作MMO分组。在它们之中，用于MU的PPDU可以称作MU分组。在本发明的示例中，假设与APlO配对的传输目标STA组MU-MMO包括STA121、STA222、STA323和STA424。此时，没有空间流被分配给在传输目标STA组中特定的STA，使得没有数据可以被发射到特定的STA。同时，假设STAa30与AP相关联，但是不被包括在传输目标STA组中。
[0057]表I在下面表示包括在组ID管理帧中的信息元素。
[0058]表I
[0059]
【权利要求】
1.一种用于在无线局域网(WLAN)系统中由发射器经由包括多个子信道的信道发射数据帧的方法，所述方法包括: 从第一接收器获得关于所述多个子信道中的每个的第一信道状态信息； 基于所述第一信道状态信息将在所述多个子信道之中的一个或多个第一分配子信道分配给所述第一接收器； 当所述一个或多个第一分配子信道对应于所述多个信道的一部分时，从第二接收器获得关于所述多个子信道中的每个的第二信道状态信息； 基于所述第二信道状态信息将在所述多个子信道之中的一个或多个第二分配子信道分配给所述第二接收器；以及 将数据单元发射到所述第一接收器和第二接收器， 其中，所述数据单元包括第一数据帧和第二数据帧， 所述第一数据帧被经由所述一个或多个第一分配子信道发射，以及 所述第二数据帧被经由所述一个或多个第二分配子信道发射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据单元进一步包括前导部分，并且所述前导部分包括指示被分配给所述第一接收器和第二接收器的子信道的子信道分配指示信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一信道状态信息包括相对于每个子信道在所述发射器和所述第一接收器之间估算的信噪比(SNR)，以及 所述第二信道状态信息包括相对于每个子信道在所述发射器和所述第二接收器之间估算的信噪比(SNR)。·
4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述一个或多个第一分配子信道分配给所述第一接收器的步骤包括: 将具有在所述发射器和所述第一接收器之间估算的、最高的SNR的特定子信道作为所述第一分配子信道分配。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述一个或多个第一分配子信道分配给所述第一接收器的步骤包括: 将具有在所述发射器和所述第一接收器之间估算的、高于特定阈值的SNR的一个或多个子信道作为所述第一分配子信道分配。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，获得所述第一信道状态信息的步骤包括: 发射指示用于信道探测的NDP传输的空数据分组(NDP)通告(NDPA)帧； 发射所述NDP;以及 从所述第一接收器接收包括基于所述NDP获得的所述第一状态信道信息的第一反馈帧。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，获得所述第二信道状态信息的步骤包括: 将指示所述第二信道状态信息的报告的反馈轮询帧发射到所述第二接收器；以及 从所述第二接收器接收包括基于所述NDP获得的所述第二状态信道信息的第二反馈帧。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述NPDA帧包括将所述第一和第二接收器识别为所述信道探测的目标接收器的信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述NDPA帧被以经由所述多个子信道中的每个同时发射的重复的数据单元格式发射。
10.根据权利要求9所述的方法，所述NDP被以经由所述多个子信道中的每个发射的重复的数据单元格式发射。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个第二分配子信道从在所述多个子信道之中除了所述一个或多个第一分配子信道之外的子信道之中选择。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 当所述多个信道的全部作为所述一个或多个第一分配子信道分配时，将所述第一数据帧经由所述信道发射到所述第一接收器。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 响应于所述第一数据帧经由所述一个或多个第一分配子信道接收第一确认(ACK)帧；以及 响应于第二数据帧经由所述一个或多个第一分配子信道接收第二 ACK帧。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一ACK帧和所述第二 ACK帧被同时地发射。
15.一种在无线局域网(WLAN)系统中操作的无线设备，所述无线设备包括: 收发器，所述 收发器被配置成经由包括多个子信道的信道发射和接收无线信号；以及 处理器，所述处理器被可操作地耦合到所述收发器，其中，所述处理器被配置成: 从第一接收器获得关于所述多个子信道中的每个的第一信道状态信息； 基于所述第一信道状态信息将在所述多个子信道之中的一个或多个第一分配子信道分配给所述第一接收器， 当所述一个或多个第一分配子信道对应于所述多个信道的一部分时，从第二接收器获得关于所述多个子信道中的每个的第二信道状态信息， 基于所述第二信道状态信息将一个或多个第二分配子信道分配给所述第二接收器，以及 将数据单元发射到所述第一和第二接收器， 其中，所述数据单元包括第一和第二数据帧， 所述第一数据帧被经由所述一个或多个第一分配子信道发射，以及 所述第二数据帧被经由所述一个或多个第二分配子信道发射。
【文档编号】H04B7/26GK103828265SQ201280046524
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年8月7日 优先权日:2011年8月7日
【发明者】朴钟贤, 柳向善, 石镛豪 申请人:Lg电子株式会社