利用码分复用的争用仲裁的制作方法
【专利说明】利用码分复用的争用仲裁
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利文件根据35U.S.C.§ 119(a)和巴黎公约要求于2014年I月13日提交的国际专利申请第PCT/CN2014/070530号以及2014年9月11日提交的国际专利申请第PCT/CN2014/086307号的优先权。上述专利申请的全部内容通过引用并入本文。
[0003]背景
[0004]本专利文件涉及无线通信。
[0005]无线通信系统能够包括一个或多个接入点(AP)与一个或多个无线工作站(STA)通信的网络。接入点能够将携带管理信息、控制信息或用户数据的无线电信号发射至一个或多个无线工作站，并且工作站还能够通过时分双工(TDD)在相同频率信道中将无线电信号发射至接入点或者通过频分双工(FDD)以不同频率发射至接入点。
[0006]IEEE 802.11是指定用于无线局域网(WLAN)的异步时分双工技术。WLAN的基本单元为基本服务集(BSS)。中控型BSS (infrastructure BSS)为具有工作站的通过与接入点(AP)相关联以连接至有线网络或因特网的BSS。在BSS中，接入点与工作站通过使用载波侦听多路访问与冲突避免(CSMA/CA)技术(一种用于多路访问和数据传输的TDD机制)而共享相同频率通道。
【发明内容】
[0007]本专利文件描述了多种技术，除此之外，还描述基于代码的侦听多路访问与争用仲裁(CBSMA/CA)机制，以提高无线通信中的介质使用效率并减小传输延迟。
[0008]在一个方面中，提供了用于工作站的、在虚拟的基于代码的侦听多路访问与争用仲裁(CBSMA/CA)机制下争用介质的方法。在一些实施例中，CBSMA/CA能够管理几个符号内的争用时间段，这相比于传统的CSMA/CA机制极大地提高了介质使用的效率。
[0009]在另一个方面中，提供了用于有CBSMA/CA能力的工作站的、将虚拟代码映射到用于传输的物理代码中并调节虚拟代码间隔以控制在争用请求中代码使用的密度的方法。在一些实施例中，通过调节，有CBSMA/CA能力的AP能够控制在争用周期中传输争用请求帧的冲突概率以及在HEWOP中传输PPDU帧的冲突概率，而无需增加传统CSMA/CA的时域中的争用窗口。这将在争用期间减少在介质使用中所浪费的时间。
[0010]在另一个方面中，在CBSMA/CA的争用请求帧中提供了专用前导码，以允许其他工作站通过空闲信道评估(CCA)检测机制来侦听介质忙碌并且允许有CBSMA/CA能力的AP检测争用请求帧的传输。专用前导码字段的前三个字段向后兼容传统规格。由于专用前导码字段的固定值，CBSMA/CA机制允许其他工作站检测多个被传输的专用前导码。另外，争用请求帧的专用前导码可以被用于降低争用请求的错误检测以及错误触发HEWOP的概率。
[0011]在另一个方面中，提供了一种方法，其在争用仲裁帧中利用专用前导码来允许其他工作站通过CCA检测机制侦听介质忙碌并且允许CBSMA/CA争用工作站获得争用仲裁帧。类似于争用请求帧的专用前导码字段，争用仲裁帧的专用前导码可以用于降低争用仲裁的错误检测和错误触发HEWOP的概率。
[0012]在另一个方面中，提供了一种方法，其通过在码域中将正交序列(例如，CAZAC (恒幅零自相关))或Zadoff-Chu序列分配到每个争用工作站而使用来自不同工作站的可区分的多个争用请求帧。利用Zadoff-Chu序列的自相关和互相关特性，AP可能够区分来自不同工作站的争用请求帧。
[0013]在另一个方面中，提供了一种方法，其通过串接两个或多于两个Zadoff-Chu符号来增加实际争用代码间隔的方法，这将提供一条灵活的途径以增加物理争用间隔，从而减少由于单个符号中的Zadoff-Chu序列的较小可用数目而导致的冲突概率。
[0014]在再一个方面中，提供了一种方法，其使得CBSMA/CA争用工作站通过争用仲裁帧得知关于即将到来的HEWOP的获胜工作站。多个获胜工作站能够按照从CBSMA/CA AP发送的争用仲裁帧中的代码出现的次序顺序地发射或接收PH)U，或者利用OFDMA或UL MU-MIMO机制同时发射。以这种方法，AP能够在HEWOP中调度与多个工作站的通信，以便减小在下行传输和上行传输之前的切换时间。
[0015]在再一个方面中，提供了一种如何保护CBSMA/CA的争用周期和HEWOP传输的周期以减少来自其他邻近工作站的干扰的方法。
[0016]在所附附图、说明书和权利要求书中阐述了以上方面及其实施方案的细节。
【附图说明】
[0017]图1显示了无线通信系统中的中控型BSS的实例。
[0018]图2显示了 IEEE 802.11的DCF中的现有技术CSMA/CA机制的实例。
[0019]图3显示了 IEEE 802.11的EDCA中的传输开销的实例。
[0020]图4显示了在CW = 128处不同数目工作站的冲突概率的实例。
[0021 ] 图5A显示了 CBSMA/CA机制的实例。
[0022]图5B显示了 CBSMA/CA帧结构的实例。
[0023]图5C显示了 CBSMA/CA帧的L-SIG设置的实例。
[0024]图显示了 HE-SIG的实例。
[0025]图6A显示了用于非AP工作站的CBSMA/CA过程的实例。
[0026]图6B显示了用于AP的CBSMA/CA过程的实例。
[0027]图7显示了虚拟争用间隔和实际争用间隔的实例。
[0028]图8显示了控制冲突概率的实例。
[0029]图9显示了在HEWOP中一个获胜工作站的传输的实例。
[0030]图10显示了在HEWOP中多个获胜工作站的传输的实例。
[0031]图11显示了控制包括接入点和多个工作站的无线网络的操作的示例性方法。
[0032]图12显示了用于控制包括接入点和多个工作站的无线网络的操作的示例性装置。
[0033]图13显示了在无线设备处实施的示例性方法。
[0034]图14显示了示例性无线通信装置。
【具体实施方式】
[0035]本文件描述了使用基于代码的侦听与争用仲裁(CBSMA/CA)机制来提高基于争用的无线通信中的传输效率的多路访问的技术、机制、设备和系统。
[0036]在IEEE 802.11中，基本服务集(BSS)是无线局域网(WLAN)的基本结构单元。在无线电覆盖区域中关联的无线工作站(也称为工作站)建立BSS并且提供WLAN的基本服务。
[0037]图1示出了中控型BSS的实例。BSSl和BSS2为中控型BSS。BSSl包含一个接入点(API)和若干非AP工作站STAlU STA12和STA13。APl保持与工作站STAlU STA12和STA13相关联。BSS2包含一个接入点(AP2)和两个非AP工作站STA21和STA22。AP2保持与工作站STA21和STA22相关联。中控型BSSl和BSS2可以经由APl和AP2相互连接或者通过分布式系统(DS)连接至服务器。与其他工作站相关联且专用于管理BSS的中心站被称为接入点(AP)。在AP周围建立的BSS称为中控型BSS。
[0038]IEEE 802.11无线通信支持多路访问且提供两种类型的访问控制机制以用于多个工作站来访问介质:
[0039]A)分布式协调功能(DCF)
[0040]B)点协调功能(PCF)。
[0041 ] PCF (或其增强版HCCA)为在基于IEEE 802.11的WLAN中使用的中央控制的多路介质访问控制(MAC)机制。PCF存在于AP中以协调BSS内的通信。在侦听到介质空闲后AP等待PIFS以争用介质。利用比DCF更高的优先权，AP能够比其他工作站更早地争用介质并且将CF轮询帧(CF-Poll frame)发送至有PCF能力的工作站以调度其传输。如果被轮询的工作站没有要发送的帧，那么其应将空帧传输至AP。否则，被轮询的工作站将采用该传输机会来将其数据帧通过介质发送至AP。
[0042]由于PCF(或HCCA)将轮询机制用于多路访问控制，即，其在时间上交替地轮询所有关联的工作站以检查它们是否有数据要发送，当在部署(比如公共区域或会议室的热点)的情况下存在大量关联的工作站时，它可能遇到信道效率问题。当关联的工作站的数目较大而活动的工作站(即，希望将数据包发送至网络的工作站)数目较少时，PCF轮询机制不是十分有效的并且导致大量的介质浪费。
[0043]另一方面，DCF依靠载波侦听多路访问与冲突避免(CSMA/CA)机制来控制多路介质访问。每个工作站实现CSMA/CA功能。在访问无线介质之前，工作站必须利用CSMA/CA侦听介质占用。如果工作站侦听到介质忙碌，则它必须等待且在稍后时间重试侦听介质。如果工作站侦听到介质空闲，则它将等待某个帧间间隔(IFS)且然后进入争用窗口(CW)。为了支持多个工作站访问介质，每个工作站在经由介质传输之前必须退避随机时间使得对介质的访问可以进行平均分配。
[0044]图2示出了在当前802.11规范下的DCF的CSMA/CA机制的实例。工作站侦听介质。如果侦听到介质忙碌，则工作站延迟，直到当在介质上检测的最后一帧被正确地接收时介质被确定为空闲加上等于xIFS的时间段为止。如果工作站将要发送控制帧(比如ACK)，那么它在传输之前必须等待短帧间间隔(SIFS)的时间。如果工作站将要传输管理帧，那么它必须等待点协调功能(PCF)帧间间隔(PIFS)。如果工作站将要传输数据帧，那么它在进入争用窗口之前必须等待分布式(协调功能)帧间间隔(DIFS)或仲裁帧间间隔(AIFS)或增长的帧间间隔(EIFS)。
[0045]为了允许多个工作站争用介质，DCF CSMA/CA机制在等待xIFS时间段后在争用窗口中使用退避时间控制机制。在争用窗口中的每个工作站必须退避随机时间以在时域中平均分布传输从而减少冲突。退避时间被定义为
[0046]退避时间=随机O X时隙方程式(I)
[0047]其中，随机O =均匀分布在区间[0，CW]上的伪随机整数，且CW为整数:
[0048]Cff最小彡Cff ( Cff最大方程式(2)
[0049]在IEEE 802.11中使用的现有CSMA/CA机制在每个传输中具有巨大开销，并且特别是在大量工作站共享同一介质且将要同时传输时存在介质使用效率的问题。
[0050]图3显示了在当前IEEE 802.11 CSMA/CA机制下的介质空闲中的等待时间的实例。在争用时间间隔中，等待时间包含仲裁帧间间隔(AIFS)和关于退避时间的争用窗口(CW)。这个等待时间用于减小争用周期中的冲突概率。
[0051]图4显示了在CW= 128处不同数目工作站的冲突概率的示例性曲线图400。在同一时间争用介质的工作站(沿横轴绘制)越多，则冲突的概率(沿纵轴绘制)越大。随着争用工作站的数目达到某个水平，冲突概率将非常高(例如，大于90%)。因此，可期望的是增加争用窗口的大小以减小冲突概率。
[0052]但是，增加争用窗口大小将会降低介质使用效率。在CW= 128处，平均等待时间约为64时隙，这导致了较低的介质使用效率。
[0053]除了在CSMA/CA机制上的开销，用于平均分享通话时间(air time)的下行或上行TXOP分配在争用期间产生关于AP的公平问题。当许多工作站与AP关联且处于活动传输状态中时，根据CSMA/CA或EDCA机制，每个关联的工作站和AP的传输机会的概率是相同的。但是，AP是BSS的聚合点以将全部DL帧发送至全部关联的工作站。如果AP在争用TXOP中与其他工作站具有相同概率，那么随着关联的工作站的数目增加则AP进入TXOP的机会将越来越低。这将导致随着关联工作站的数目达到特定阈值DL吞吐量迅速下降。
[0054]本文件公开了称为基于代码的侦听多路访问与争用仲裁(CBSMA/CA)的信道访问机制。在一些实施例中，公开的技术能够用于提高介质使用效率。在一些实施例中，公开的技术能够用于提高用户体验，例如，通过降低网络延迟。
[0055]在一个有利的