用于功率节省的基于WLAN可解码性的帧处理的制作方法

用于功率节省的基于wlan可解码性的帧处理
技术领域
1.本公开总体上涉及无线局域网(wlan)，并且更具体地涉及用于在花费能量来解码帧之前验证wlan帧及其预期目的地的完整性的方法和系统。


背景技术：

2.wlan系统中的接收站验证物理层收敛协议(plcp)报头，以确定是否应对wlan帧进行解码。验证过程计算接收到的报头的校验和，并将计算出的校验和与报头中嵌入的校验和进行比较。如果plcp报头通过了该验证步骤，则物理(phy)层将尝试进一步处理帧，但无法确定该帧是否具有足够的信号完整性以被解码，或者该帧是否预期用于接收帧的站。因此，对通过常规plcp报头验证的帧进行解码，并将经解码的位传递到mac(介质访问控制)层，由于帧校验序列(fcs)错误或确定帧未被寻址到接收站，该mac层可能会丢弃帧。因此，浪费了在解码帧时花费的任何时间和精力。


技术实现要素：

3.公开了用于wlan帧处理的系统、装置和方法。在一个示例中，在wlan站中的方法包括：在wlan站处接收ieee 802.11帧；确定帧是否是可解码的以及是否被寻址到wlan站；以及如果帧是不可解码的或没有被寻址到wlan站，则进入降低功率状态。
4.在一个示例中，确定帧是否是可解码的包括：对帧的物理(phy)层收敛协议(plcp)报头执行信号完整性检查；以及确定plcp报头的信令(sig)字段中的参数的组合是否有效。
5.在一个示例中，对物理(phy)层收敛协议(plcp)报头执行信号完整性检查包括以下各项中的一个或多个：确定在plcp报头的信令字段上计算出的信噪比(snr)是否低于以任何数据速率对数据分组进行解码所要求的预定的最小snr值；确定在plcp报头的信令字段上计算出的信噪比(snr)是否低于基于调制和编码方案(mcs)、空间流的数量(nss)以及空间流的空时块编码(stbc)配置对数据分组进行解码所要求的预定的最小snr值；根据信道估计确定rms(均方根)延迟扩展是否超过预定的最大rms延迟扩展；以及确定基于信道估计的信道条件数量是否可以支持基于mcs、nss和stbc配置的数据速率。
6.在一个示例中，plcp报头的信令字段中的参数的无效组合包括以下各项中的一个或多个：在旧有信令(l
‑
sig)字段中的无效速率字段组合；在高吞吐量信令(ht
‑
sig)字段中的空间流的数量(nss)字段与空时块编码(stbc)字段之间的不匹配；以及在极高吞吐量信令(vht
‑
sig)字段中的单用户(su)字段与群组id(gid)字段之间的不匹配。
7.在一个示例中，确定帧是否被寻址到wlan站包括：确定wlan站是否为由帧的介质访问控制(mac)报头中的基本服务集标识符(bssid)标识的基本服务集(bss)的成员；以及确定在帧的mac报头中的接收机地址(ra)是否与wlan站的mac地址匹配。
8.在一个示例中，进入降低功率状态包括：基于mac报头中的帧持续时间字段，在wlan帧的剩余持续时间内进入睡眠状态或小睡状态(nap state)中的一种状态。
9.在一个示例中，进入小睡状态包括：在帧的剩余持续时间内对phy/rf数据路径进
行周期性暂停(duty
‑
cycle)；并且其中，进入睡眠状态包括：在帧的剩余持续时间内对phy/rf数据路径断电。
10.在一个示例中，一种wlan控制器包括：处理器以及与该处理器耦合的存储器。其中，当处理器执行存储在存储器中的指令时，wlan控制器被配置为：接收ieee 802.11帧；确定帧是否是可解码的以及是否被寻址到wlan控制器；以及如果帧是不可解码的或没有被寻址到wlan控制器，则进入降低功率状态。
11.在一个示例中，一种系统包括：至少一个天线，其用于接收ieee 802.11帧；以及wlan控制器，其耦合到天线，其中，该控制器包括处理器，该处理器被配置为：确定帧是否是可解码的以及是否被寻址到wlan控制器；以及如果帧是不可解码的或没有被寻址到wlan控制器，则进入降低功率状态。
附图说明
12.图1是示出根据本公开的示例wlan帧和帧内的物理(phy)层子帧的数据报；
13.图2是示出根据本公开的示例wlan帧和帧内的数据链路子层的数据报；
14.图3是示出根据本公开的示例wlan站的框图；
15.图4是示出根据本公开的用于处理wlan帧的示例方法的流程图；
16.图5是示出根据本公开的信令字段的示例数据报的数据报；
17.图6是示出根据本公开的信道估计的示例的框图；
18.图7是示出根据本公开的在wlan帧处理中的功率节省的示例的时序图；以及
19.图8是示出根据本公开的在wlan帧处理中的功率节省的示例的时序图。
具体实施方式
20.公开了用于功率节省的wlan帧处理的系统、装置和方法。图1是示出示例ieee 802.11ac wlan帧100的数据报。帧100包括物理(phy)层101、数据链路层102、有效载荷字段104以及由帧校验序列(fcs)106和填充位(pad)107组成的尾部105。phy层101包括物理层收敛协议(plcp)字段110，该plcp字段110包括plcp前导码(preamble)120和plcp报头130。数据链路层102包括介质访问控制(mac)层150和可选的逻辑链路控制层(llc)103。
21.如图1中示出的，plcp前导码120包括同步(sync)字段121和sfd(帧开始定界符)122。plcp报头130包括报头长度字段131、信令字段132和报头crc(循环冗余校验)字段133。
22.图1中还示出了信令字段132的结构和内容。信令字段132包括旧有短训练字段(l
‑
stf)140、旧有长训练字段(l
‑
ltf)141、旧有信令字段(l
‑
sig)142、高吞吐量短训练字段(ht
‑
stf)143、高吞吐量长训练字段(ht
‑
ltf)144、高吞吐量信令字段(ht
‑
sig)145、极高吞吐量短训练字段(vht
‑
stf)146、极高吞吐量长训练字段(vht
‑
ltf)147、极高吞吐量信令字段(vht
‑
sig)148和数据字段149。
23.上面描述的帧结构是ieee 802.11ac标准的一部分，并且在此不进行详细描述，只是要注意，旧有(l)字段(140
‑
142)为ieee 802.11b/ag兼容设备提供向后兼容性，高吞吐量(ht)字段(143
‑
145)为ieee 802.11n设备提供向后兼容性，并且极高吞吐量(vht)字段为ieee 802.11ac设备提供向后兼容性。
24.图2示出了具有mac报头150的附加细节的示例ieee 802.11ac wlan帧100。mac报
头150包括帧控制字段150、持续时间标识符(id)字段152、mac地址1字段153、mac地址2字段154、mac地址3字段155、序列控制字段156、mac地址4字段157、高吞吐量控制字段158、帧主体159和帧校验序列(fcs)字段160。
25.如图2中示出的，帧控制字段151包括协议版本字段161、帧类型字段162、帧子类型字段163、去往ds”字段164和“来自ds”字段165(用于解释mac报头中的地址字段153、154、155和157)、片段编号字段166、重试(重传)字段167、功率管理字段168、数据字段169、wep(加密)字段170和次序字段171。如图1中的情况，所有这些字段在ieee 802.11标准中定义，并且在此不进行详细描述。
26.图3是根据本公开的示例wlan站(sta)300的框图300。sta 300包括一个或多个天线301，以从无线接入点(ap)(未示出)接收一个或多个空间流。sta 300还包括与一个或多个天线301耦合的射频(rf)收发机302，以将一个或多个空间流中的每一个转换为wlan数字帧，例如，上面描述的示例帧100。sta 300还包括耦合到收发机302的控制器303以处理数字帧。控制器303包括用于处理数字帧的处理器304和包含由处理器304使用以处理数字帧的数据和指令的存储器305。
27.图4是示出用于在诸如sta 300之类的wlan站中处理wlan帧的示例方法400的流程图。方法400在phy层410中开始，此时在sta 300与wlan帧phy层前导码120同步之后，内部信号rxstart变高，并且已经读取了信令字段132中足够的信令数据，以开始检查plcp报头130的完整性。
28.在第一plcp完整性检查中，处理器304确定plcp报头的旧有信令(l
‑
sig)字段的信噪比(snr)是否低于以任何数据速率对数据分组进行解码所要求的预定的最小snr值。如果snr低于最小snr，则帧被标记为不可解码的。虽然该示例示出了在lsig上计算snr，但可以独立地在ht
‑
sig(802.11n)、vht
‑
sig(802.11ac)上计算snr或在ht
‑
sig(802.11n)、vht
‑
sig(802.11ac)与lsig上计算snr。
29.在第二plcp完整性检查中，处理器304确定plcp报头的适当的信令字段(l
‑
sig 142、ht
‑
sig 145或vht
‑
sig 148)的信噪比(snr)是否低于基于从适当的sig字段获得的调制和编码方案(mcs)、空间流的数量(nss)以及空间流的空时块编码(stbc)配置对数据分组进行解码所要求的预定的最小snr值。这在图5中示出，其中示例vht
‑
sig字段148的子字段被扩展。如图5中示出的，从vht
‑
sig 148提取指定带宽、stbc、nss、mcs和编码的子字段，并将其存储在存储器305中，以供处理器304处理。如果snr低于最小snr，则帧被标记为不可解码的。
30.在第三plcp报头完整性检查中，处理器304根据信道估计确定rms(均方根)延迟扩展是否超过预定的最大rms延迟扩展。信道估计是矩阵h，其针对每个空间流以及每个空间流中的每个子载波(音调)，对sta300与其接入点之间的传输信道的幅度和相位进行建模。如果rms延迟扩展超过最大扩展，则帧被标记为不可解码的。
31.在第四plcp报头完整性检查中，当在多输入多输出(mimo)架构中空间流的数量大于一时，处理器304确定基于信道估计的信道条件数量是否可以支持基于mcs、nss和stbc配置的数据速率。信道矩阵h的条件数量是信道矩阵方程的输出值对输入值的微小改变有多么敏感的测量。在ieee 802.11 wlan系统中，接收到的符号向量y等于hx，其中x是发送的符号向量，并且h是信道矩阵。为了求解x，必须对矩阵h求逆以得出x＝h
‑1y。矩阵的条件数量通
过矩阵中的最大奇异值与矩阵中的最小奇异值之比来近似。条件数量低的矩阵被称为条件良好，其中输出变量(因变量)对输入变量(自变量)的改变的敏感度低，而条件数量高的矩阵则被称为条件差，其中因变量对自变量的改变的敏感度高。条件数量高的矩阵产生的结果与条件数量低的矩阵产生的结果相比不那么准确。在h矩阵的情况下，高于给定阈值的条件数量意味着符号错误率将太高而无法解码帧。如果处理器确定信道矩阵的条件数量超过预定阈值，则帧被标记为不可解码的。
32.在图6中示出了这两个基于信道估计的过程(延迟扩展和条件数量)。在图6中，在操作601中，处理器304针对每个数据流的每个音调计算信道矩阵h。在操作602中，处理器304针对每个数据流计算rms延迟扩展，并对延迟扩展分类，并将延迟扩展的分类存储在存储器305中。在操作603中，处理器304针对每个数据流中的每个音调计算信道矩阵h的条件数量，并将该条件数量存储在存储器305中。
33.如果处理器304在上面描述的四个plcp报头完整性检查下确定帧是可解码的，则方法400中的下一步骤(操作413)是检查plcp报头的内容的有效性。
34.处理器304读取plcp报头中的sig字段，以确定是否存在使帧不可解码的参数的无效组合。示例包括但不限于，802.11b/ag帧的l
‑
sig字段142中的无效速率/字段组合、802.11n帧的ht
‑
sig字段145中的nss值和stbc值的不兼容组合、802.11ac帧的vht
‑
sig字段148中的不兼容的单用户(su)参数和群组id参数、或802.11ax帧的he
‑
sig字段中的带宽参数与编码方案之间的不一致。
35.如果帧未通过phy层完整性和有效性测试，则在操作414处将该帧标记为不可解码的，并将帧长度锁存在存储器中。在操作415中，将标记为不可解码的任何帧传递到操作416，该操作416确定该帧是否为与802.11ax兼容的he帧。如果该帧不是与802.11ax兼容的he帧，则丢弃该帧，并且sta 300在该帧的持续时间内进入降低功率的小睡状态。如果该帧是与802.11ax兼容的he帧，则在操作417中针对帧内ppdu功率节省(ipps)条件来测试该帧，该ipps条件对ieee 802.11ax标准是唯一的。如果满足ipps条件，则sta 300在帧的持续时间内进入降低功率的小睡或睡眠状态。
36.对进入小睡状态还是睡眠状态的决定取决于帧的剩余持续时间。如果帧的剩余持续时间小于对sta 300中的射频(rf)组件完全断电和上电所要求的时间，则sta 300进入小睡状态，其中rf组件在帧的持续时间内周期性暂停。如果帧的剩余持续时间大于对rf组件断电和上电所要求的时间，则sta 300进入睡眠状态，其中rf组件在帧的持续时间内断电。
37.返回图4，如果在操作415处确定帧是可解码的，则将该帧传递到mac层420以进行进一步处理，以确定该帧是否预期用于sta 300。
38.在操作421中，检查适当的sig字段的aid字段以确定aid(关联标识符)字段是否有效。如果aid字段有效，并且在操作422中aid与存储的aid匹配，则在操作423中对帧进行解码。如果aid有效但不匹配，则sta在帧的持续时间内进入降低功率(小睡或睡眠)状态。
39.在操作421处，如果aid无效，则该方法在操作424处确定帧是否是聚合mac协议数据单元(ampdu)的一部分。如果答案为是，则在操作425中将该帧传递到ampdu过滤器以提取bssid(基本服务集标识符)。在操作426中，如果处理器304确定sta 300不是bss的成员，则sta 300在帧的持续时间内进入降低功率状态。在操作426处，如果处理器304确定sta 300是bss的成员，则将帧传递到mpdu(mac协议日期单元)过滤器427，该mpdu过滤器427从mac报
头150提取接收机地址(ra)。在操作428中，如果处理器304确定ra与sta 300的mac地址匹配，则在操作423中对帧进行解码。
40.在操作428中，如果处理器304确定ra与sta 300的mac地址不匹配，则在操作429中，处理器304确定mac报头的fcs 160是否良好。如果fcs 160良好，则sta 300在帧的持续时间内进入降低功率状态。如果fcs 160不是良好，则在操作430中，处理器确定当前的ra是否与先前的(无效)ra匹配。在操作430中，如果当前的ra与先前的ra匹配，则sta 300在帧的持续时间内进入降低功率状态。如果当前的ra与先前的ra不匹配，则在操作431中，处理器对下一mpdu进行解码，并在操作428中关闭循环。
41.返回操作424，如果处理器304确定帧不是ampdu的一部分，则在操作432处，处理器提取bssid，并确定sta 300是否是bss的成员。如果sta 300不是bss的成员，则sta 300在帧的持续时间内进入降低功率状态。如果sta 300是bss的成员，则在操作433中，处理器304确定ra是否与sta 300的mac地址匹配。如果ra与sta 300的mac地址匹配，则处理器304对帧进行解码。如果ra与sta 300的mac地址不匹配，则sta 300进入降低功率状态。
42.如上面所描述的，sta 300的降低功率状态可以采取两种形式：小睡状态和睡眠状态。在图7中示出了示例小睡状态的时序图700，并且在图8中示出了示例睡眠状态的时序图800。
43.图7示出了对于示例802.11n帧的情况到小睡状态的转换700。如图7中示出的，在验证了l
‑
sig字段的crc校验和之后，rxstart(接收开始)信号变高。该信号触发上面详细描述的分组可解码性逻辑的开始。在已经处理了所有训练字段之后，信道估计如上面所描述地由可解码性逻辑生成并使用，以在mimo系统的情况下计算rms延迟扩展602和/或条件数量。在对mac报头进行解码作为处理数据字段d0的一部分之后，mac报头解码信号变高，并且分组可解码性逻辑结束并且其信号变低。如果可解码性逻辑确定帧是不可解码的或没有被寻址到sta 300，则分组可解码性信号变低，并且在图7的示例中，如上面所描述的，如果剩余帧持续时间小于对rf数据路径完全断电和上电所要求的时间，则sta 300在帧的持续时间内进入小睡状态。
44.图8示出了对于示例802.11n帧的情况到睡眠状态的转换800。图8在所有方面与图7类似，除了为示例起见假设帧的剩余持续时间足够长，使得在接收到下一帧之前有足够的时间对ry/phy数据路径完全断电和上电。
45.前述描述阐述了许多特定细节(例如，特定系统、组件、方法等的示例)，以便提供对本公开中的若干示例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本公开的至少一些示例。在其他实例中，未详细描述公知的组件或方法，或者以简单的框图形式呈现了公知的组件或方法，以避免不必要地模糊本公开。因此，阐述的特定细节仅是示例性的。特定示例可以不同于这些示例性细节，并且仍然被预期在本公开的范围内。
46.在整个说明书中对“一个示例”或“示例”的任何引用意味着结合这些示例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个示例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个示例中”或“在示例中”不一定全部指代同一示例。
47.虽然以特定次序示出和描述了本文方法的操作，但是可以改变每种方法的操作的次序，使得可以以相反的次序执行某些操作，或者可以至少部分地与其他操作并行地执行
某些操作。不同操作的指令或子操作可以以间歇或交替的方式执行。
48.对本发明示出的示例的以上描述(包括摘要中所描述的内容)并不旨在是详尽的或将本发明限制为所公开的精确形式。虽然本文出于说明性目的描述了本发明的具体实现方式和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内的各种等效修改是可能的。本文中使用的词语“示例”或“示例性”表示用作示例、实例或说明。本文中被描述为“示例”或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为与其他方面或设计相比是优选或有利的。而是，词语“示例”或“示例性”的使用旨在以具体方式呈现概念。如在本技术中使用的，术语“或”旨在表示包含性的“或”而不是排他性的“或”。即，除非另有说明或从上下文可以清楚地看出，否则“x包括a或b”旨在表示自然的包含性排列中的任一种。即，如果x包括a；x包括b；或x包括a和b两者，则在前述实例中的任一情况下均满足“x包括a或b”。另外地，除非另有说明或从上下文清楚地指向单数形式，否则在本技术和所附权利要求书中使用的冠词“一(a)”和“一(an)”通常应被解释为表示“一个或多个”。如在本技术中使用的，在连接的组件或系统的上下文中的术语“耦合到”或“与
……
耦合”既包括直接耦合的组件或系统，又包括通过其他组件、接口的系统间接耦合的组件或系统。