使用空分多址同时和多个移动站通信的方法和系统

摘要

采用被协调成终止于预定时间窗口(SIFS)内的帧，无线网络中的访问点(AP)使用空分多址SDMA同时和多个移动站(STA1，STA2，STA3)进行通信。

权利要求

1.包括使用空分多址SDMA同时将帧从具有多个天线的接入点发送到多个站的方法，其中在将帧发送到多个站之前，通过将不同类型的帧发送到多个站并且从多个站接收不同类型的帧来评估空间信道，其中当接入点预计多个站中的一个站的上行链路发送长于多个站中的其它站的上行链路发送时，接入点发送到多个站中的所述其它站的数据多于发送到多个站中的所述一个站的数据，使得所述帧被协调成终止于相互短帧间间隔内的不同时间。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述帧具有兼容IEEE 802.11标准的格式。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括在发送帧到多个站之前发送清除发送帧。

4.如权利要求3所述的方法，其中发送清除发送帧包括设置网络分配矢量。

5.如权利要求1所述的方法，其中发送帧到多个站是作为分布式协调功能的一部分被执行的。

6.如权利要求1所述的方法，其中发送帧到多个站是作为点协调功能的一部分被执行的。

7.如权利要求1所述的方法，其中评估空间信道包括发送空数据帧并从所述多个站接收确认帧。

8.如权利要求7所述的方法，其中评估空间信道进一步包括发送请求发送帧和接收清除发送帧。

9.如权利要求1所述的方法，其中评估空间信道包括使用全向的天线方向图发送请求发送帧。

10.如权利要求1所述的方法，其中评估空间信道包括使用全向的天线方向图发送清除发送帧。

11.一种用于在具有多个天线的接入点和多个站之间使用空分多址SDMA进行同时通信的方法，包括：在将帧发送到多个站之前，通过将不同类型的帧发送到多个站并且从多个站接收不同类型的帧来为多个站评估空间信道；以及发送帧到所述多个站中的每一个站，其中当接入点预计多个站中的一个站的上行链路发送长于多个站中的其它站的上行链路发送时，接入点发送到多个站中的所述其它站的数据多于发送到多个站中的所述一个站的数据，使得对所述帧计时使其终止于相互短帧间间隔内的不同时间，其中发送帧包括在信道无竞争周期期间进行发送。

12.如权利要求11所述的方法，其中使用点协调功能执行发送。

13.一种用于在具有多个天线的接入点和多个站之间使用空分多址SDMA进行同时通信的装置，包括：用于在将帧发送到多个站之前通过将不同类型的帧发送到多个站并且从多个站接收不同类型的帧来为多个站评估空间信道的部件；以及用于发送帧到所述多个站中的每一个站的部件，其中当接入点预计多个站中的一个站的上行链路发送长于多个站中的其它站的上行链路发送时，接入点发送到多个站中的所述其它站的数据多于发送到多个站中的所述一个站的数据，使得对所述帧计时使其终止于相互短帧间间隔内的不同时间。

14.如权利要求13的装置，其中发送帧包括在信道无竞争周期期间进行发送。

15.如权利要求13的装置，其中使用点协调功能执行发送。

说明书

使用空分多址同时和多个移动站通信的方法和系统

技术领域

[0001] 本发明通常涉及计算机网络，更具体地涉及无线网络。

背景技术

[0002] 无线网络通常包括移动站和访问点。访问点可以和许多不同移动站进行通信，但通常每次只与一个移动站进行通信。

发明内容

[0003] 本发明提供包括使用空分多址SDMA同时将帧从具有多个天线的访问点发送到多个站的方法，其中该帧被协调成终止于相互短帧间间隔内的不同时间。

[0004] 本发明还提供一种用于在具有多个天线的访问点和多个站之间使用空分多址SDMA进行同时通信的方法，包括：

[0005] 为多个站评估空间信道；以及

[0006] 发送帧到该多个站中的每一个站，其中对该帧计时使其终止于相互短帧间间隔内的不同时间。

[0007] 本发明还提供一种电子系统，包括：

[0008] 提供空分多址的多个天线；

[0009] 耦合到该多个天线的无线电接口；和

[0010] 发送帧到多个移动站的介质访问控制机制，其中计时该帧使其终止于短帧间间隔内的不同时间。

附图说明

[0011] 图1示出了无线网络的图示；

[0012] 图2和3示出了评估通信信道的信道状态信息的帧序列；

[0013] 图4至9示出了空分多址下载帧序列；

[0014] 图10示出了根据本发明各种实施例的系统图示；以及

[0015] 图11示出了根据本发明各种实施例的流程图。

具体实施方式

[0016] 参考附图进行下述详细描述，附图通过阐述的方式示出了可实践本发明的具体实施例。足够详细地描述了这些实施例，使得本领域技术人员可以实践本发明。将会了解到，尽管本发明的各种实施例互不相同，但是这些实施例不一定是相互排斥的。例如，在不离开本发明的精神和范围的情况下，在此结合一个实施例所描述的具体特征、结构、或特性可以在其它实施例中得到实施。此外，将会了解到，在不离开本发明的精神和范围的情况下，可以调整每个所公开实施例内各个元件的位置或排列。因此，下述详细描述不是起限制作用，本发明的范围只由得到恰当解释的所附权利要求书以及这些权利要求书所主张的等效描述的全部范围来定义。在附图中，相同的附图标记在所有多个图示中表示相同或相似的功能。

[0017] 图1示出了无线网络。无线网络100包括访问点(AP)102和移动站(STA)110、120、和130。在一些实施例中，无线网络100为无线局域网络(WLAN)。例如，移动站110、120和130或访问点102中的一个或多个可符合诸如ANSI/IEEE标准802.11(1999版)的无线网络标准而工作，尽管这并不限制本发明。这里所使用的术语“802.11”指任何过去、现在、或未来的IEEE 802.11标准，包括但不限于1999版。

[0018] 下面将解释，在一些实施例中，移动站110、120、和130符合802.11标准而工作，访问点102能够维持和多个移动站同时进行遵从802.11标准的通信。移动站110、120、和130可以是能够在网络100中进行通信的任意类型的移动站。例如，该移动站可以是计算机、个人数字助理、无线蜂窝电话等。

[0019] 访问点102使用信号112与移动站110(也称为“STA1”)进行通信。访问点102使用信号122和移动站120(也称为“STA2”)进行通信，使用信号132和移动站130(也称为“STA3”)进行通信。当访问点102发送信号到一个或多个移动站时，称为“下行链路”，当访问点102从一个或多个移动站接收信号，称为“上行链路”。在本发明的各种实施例中，访问点102可以同时与下行链路上的多个移动站进行通信，并可同时与上行链路上的多个移动站进行通信。

[0020] 访问点102包括天线104。访问点102可以是具有能够使用空分多址(SDMA)进行通信的多个天线的任意类型的访问点。空分多址这种技术可实现从具有多个天线的一个无线装置到具有/不具有多个天线的其它无线装置同时多重独立地传输。例如，在一些实施例中，访问点102利用下行链路上的SDMA向移动站110、120或130中的两个或多个同时发送。同样地，例如在一些实施例中，访问点102利用上行链路上的SDMA从移动站110、120或130中的两个或多个同时接收数据。这里所使用的术语“并行站”、“并行组”、或“并行STA”是指同时和访问点102通信的一组移动站。

[0021] 在本发明的一些实施例中，访问点102中的介质访问控制层(MAC)控制SDMA发送到并行STA的时序和内容。例如，访问点102中的MAC可协调发送到多个站的各帧的时序，使得各帧的结束时间相互接近。当多个移动站做出响应时，MAC接收该响应，即使这些响应在时间上交叠。下面参考图4至9描述SDMA发送的各种实施例。

[0022] 通过利用环境中的空间信道，空分多址同时增大了用户密度和网络流通量。例如，通过AP和多个STA之间的信号路径和天线方向图的组合，可以形成多个空间信道。

[0023] 在一些实施例中，访问点102可对下行链路和上行链路的信号使用迫零成束器(zero-forcing beamformer)以实现SDMA。对于使用已知信道状态信息消除SDMA干扰，迫零成束器是一种已知技术。在一些实施例中，在先前的上行链路包接收期间，由访问点102收集信道状态信息。收集状态信息的各种实施例也称为“评估空间信道”，下面参考图2和3描述这些实施例。

[0024] 图2和3示出了用于评估通信信道的信道状态信息的帧序列。在一些实施例中，可在SDMA发送和接收之前获得并行组中所有STA的信道状态信息。现在参考图2，AP发送短帧并迫使STA返回短帧。如图2所示，在一些实施例中，AP依次发送IEEE 802.11空数据帧到STA，并根据所接收的确认(ACK)帧评估STA信道。例如，如图2所示，AP发送空数据帧210到STA1，返回ACK帧212；AP发送空数据帧220到STA2，返回ACK帧222；AP发送空数据帧230到STA3，返回ACK帧232。可在使用802.11 MAC协议的点协调功能(PCF)或分布式协调 功能(DCF)进行信道访问之后应用图2所代表的实施例，但本发明不限于这个方面。在一些实施例中，发送空数据帧可能具有设置该范围内所有STA的NAV的副作用，因为可使用标称全向天线方向图发送这些空数据帧。

[0025] 在一些实施例中，空数据帧和ACK帧之外的其它帧被用于评估空间信道。例如，在一些实施例中，诸如IEEE802.11请求发送(RTS)和清除发送(CTS)帧的各种帧可用于评估空间信道。在一些实施例中，使用802.11 MAC协议的DCF在信道访问之后发送RTS和CTS帧。不管使用何种类型的帧，网络分配矢量(NAV)可被发送到最后一个ACK或CTS的终点，以防止无意识的STA在SDMA训练过程中获得该介质。每当AP丢失STA的信道信息时，可采用空间信道评估的各种实施例来更新信道信息。在不离开本发明的范围的情况下，可以使用许多不同的可能帧类型来评估空间信道。

[0026] 现在参考图3，AP利用空数据帧和RTS帧的组合，迫使STA返回短帧。在图3所代表的实施例中，可以使用RTS帧(该帧请求CTS响应)替代最终的空数据帧。在一些实施例中，这可能产生设置范围内所有STA的NAV的副作用，这是因为可以使用全向天线方向图发送RTS和CTS。

[0027] 图4至7示出了和使用IEEE 802.11点协调功能(PCF)的并行通信相对应的SDMA帧序列。在一些实施例中，在信道无竞争周期(CF)使用PCF发送帧。在该信道无竞争周期，STA无法初始化帧交换序列，因为其NAC计时器阻止使用DCF的信道访问。这些站只在两种情形下发送帧：在接收到发送给它的数据(或管理)帧之后，STA发送一确认帧(ACK)；以及在接收到具有信道无竞争轮询(CF-Poll)的帧之后，STA发送帧。换而言之，STA只有在当AP请求响应时的信道无竞争周期内才发送帧。该STA可包括已轮询、未轮询、可轮询、及不可轮询的STA。

[0028] 现在参考图4，AP使用SDMA将Data帧或Data+CF-Ack帧发送到并行STA，随后切换到接收模式从而使用SDMA并行地接收来自STA的ACK。例如，该AP发送Data帧402到STA1，Data+CF-Ack帧404到STA2，Data帧406到STA3。在一些实施例中，下行链路上同时发送 的多个帧在时间上得到协调，使得这些帧都终止于预定时间窗口内。例如，如图4所示，帧402、404、和406都终止于预定的时间窗口，该预定的时间窗口等于一个IEEE 802.11短帧间间隔(SIFS)。在一些实施例中，该预定时间窗口大于或小于一个SIFS。例如，在一些实施例中，该预定时间窗口基本上等于短帧间间隔(SIFS)周期加上10％的时隙。

[0029] 响应于被发送到STA的帧，STA将ACK帧返回到AP。例如，STA1发送ACK帧408，STA2发送ACK帧410，STA3发送ACK帧412。尽管在图4所示的情形中，STA2可听到STA1发送ACK，STA2将仍然发送其ACK，因为无论是信道闲置或忙碌状态，遵从802.11标准的STA将会发送ACK(或CF-ACK)。

[0030] 通过使用SDMA，AP能够同时在不同的空间信道内发送信息到并行STA。另外，AP能够使用分离的空间信道同时从并行STA接收信息。如图4所示，在第一响应的预期开始时间之前终止该并行发送。通常，该并行发送都终止于宽度和短帧间间隔(SIFS)相关的时间窗口内。

[0031] 现在参考图5，AP发送下述IEEE 802.11类型的多个帧：Data、Data+CF-ACK、ACK、或CF-ACK帧。另外，在一些实施例中，AP可在各帧内添加单个CF-Poll，从而请求来自一个STA的数据。如果添加了CF-ACK，可在并行发送组中发送Data+CF-ACK、Data+CF-ACK+CF-Poll、CF-ACK+CF-Poll帧之一。图4和5所示的下行链路序列通常不会导致上行链路中的再次发送。相反，下述图6中的下行链路序列会导致上行链路中的再次发送。

[0032] 现在参考图6，AP在并行发送组中和多个CF-Poll一起发送Data帧，请求和上行链路通信。该时序关系和上面参考图4所述的时序关系相同。如果来自请求确认的多个STA的上行链路帧的终止时间点落在一时间窗口内(例如一个SIFS周期加上10％的时隙)，该AP并不导致上行链路中的再次发送。在一些实施例中，只有请求确认的那些上行链路帧对该时间窗口有意义。如果该终止时间点遍布该时间窗口，则该AP仍从STA接收确认，但它不会及时地确认所接收到的上行链路Data帧。如果该AP延迟发送该确认，可能导致上行链路中的再次发送，具体取决于STA上的ACK超时实现。图6所示的具体示例不导致上行链路再次发送。

[0033] 现在参考图7，示出了通过在保护间隙(例如一个SIFS周期)内发送数据而改善效率的示例。在该示例中，AP知道STA1有数据要发送，STA2无数据要发送。可从先前接收的帧的更多数据字段中检索该信息。该AP预计STA1的上行链路发送应长于STA2的上行链路发送。因此，AP发送到STA2的数据多于发送到STA1的数据，从而利用STA1的数据发送和接收之间的保护间隙。

[0034] 图8和9所示的帧序列对应于使用分布式协调功能(DCF)的并行通信。该AP设置邻近所有STA的网络分配矢量(NAV)，从而防止无意识的STA干扰成束信号。通过使用标称全向辐射天线发送RTS或CTS帧可设置NAV。图8示出了使用广播CTS帧设置NAV的AP，图9示出了使用寻址到并行组中一个STA的单播RTS帧设置NAV的AP。如先前各图所示，协调各并行帧的结束时间使其终止于一时间窗口。在一些实施例中，该时间窗口和短帧间间隔(SIFS)有关；在一些实施例中，该时间窗口基本上等于短帧间间隔(SIFS)周期加上10％的时隙。

[0035] 图10示出了根据本发明各种实施例的系统图示。电子系统1000包括天线1010、无线电接口1020、物理层1030、介质访问控制(MAC)机制1040、以太网接口1050、处理器1060、和存储器1070。在一些实施例中，电子系统1000为能够与遵从802.11标准的多个移动站并行通信的访问点。例如，电子系统1000可在网络100中被用作访问点102。同样地，例如电子系统1000可以是能够使用先前各图所示帧序列与移动站通信的访问点。

[0036] 在一些实施例中，电子系统1000可代表包括访问点以及其它电路的系统。例如，在一些实施例中，电子系统1000可以为包括作为外围设备或用作集成单元的访问点的计算机，例如个人计算机、工作站等。此外，电子系统1000可包括在网络中被耦合到一起的一系列访问点。

[0037] 工作中，系统1000使用天线1010发送并接收信号，该信号由图10所示的各种元件处理。天线1010可以是天线阵列，或者是支持SDMA的任意类型天线结构。

[0038] 无线电接口1020耦合到天线1010，从而与无线网络相互作用。无线电接口1020可包括支持射频(RF)信号的发送与接收的电路。例如，在一些实施例中，无线电接口1020包括RF接收机，从而接收信号以及 执行诸如低噪声放大(LNA)、滤波、频率转换等的“前端”处理。另外，在一些实施例中，无线电接口1020包括支持SDMA处理的成束电路。同样地，例如在一些实施例中，无线电接口1020包括支持上变频的电路以及RF发射机。本发明不受无线电接口1020的内容或功能的限制。

[0039] 物理层(PHY)1030可以是任何恰当的物理层。例如，PHY 1030可以是遵从IEEE 802.11标准或其它标准的物理层的电路块。这些示例包括但不限于直接序列扩展频谱(DSSS)、频率跳跃扩展频谱(FHSS)、以及正交分频多路复用(OFDM)。

[0040] 介质访问控制(MAC)机制1040可以是任何适当的介质访问控制层。例如，MAC 1040可以实施为软件或硬件或其任意组合。在一些实施例中，MAC 1040的一部分可实施为硬件，一部分可实施为由处理器1060执行的软件。此外，MAC 1040可包括与处理器1060分离的处理器。MAC 1040可实现本发明的任意一个并行通信实施例。例如，MAC 1040可提供各个帧及其协调计时，从而使用SDMA获得并行通信。

[0041] 处理器1060可执行本发明的方法实施例，例如方法1100(图11)。处理器1060代表任意类型的处理器，包括但不限于微处理器、数字信号处理器、微控制器等。

[0042] 存储器1070代表包括机器可读取介质的物品。例如，存储器1070代表随机访问存储器(RAM)、动态随机访问存储器(DRAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、闪存，或包括处理器1060可读取介质的任意其它类型物品。存储器1070可存储用于执行本发明各种方法实施例的指令。

[0043] 以太网接口1050可提供电子系统1000和其它系统之间的通信。例如，在一些实施例中，电子系统1000可以是利用以太网接口1050与有线网络通信或与其它访问点通信的访问点。本发明的一些实施例并不包括以太网接口1050。例如，在一些实施例中，电子系统1000为使用总线或其它类型端口与计算机或网络通信的网络接口卡(NIC)。

[0044] 图11示出了根据本发明各种实施例的流程图。在一些实施例中，方法1100可用于使用SDMA和并行移动站通信。在一些实施例中，使用访问点、处理器、或电子系统(在各图中示出了其实施例)执行方法1100或其一部分。方法1100不限于特定类型的设备、软件单元、或执行该方 法的系统。可按所示的顺序执行方法1100中的各种动作，或者可以按不同的顺序执行这些动作。此外，在一些实施例中，方法1100省略了图11所列举的一些动作。

[0045] 方法110被示成起始于块1110，其中访问点评估用于多个站的空间信道。在一些实施例中，这对应于依次发送帧到该多个站的每一个站，并接收返回的帧。例如，再次参考图2，可发送空数据帧，并且可以接收ACK帧。同样，例如再次参考图3，可发送RTS帧，并且可以接收CTS帧。在一些实施例中，根据所接收的帧评估每个空间信道。

[0046] 在1120，帧被发送到多个站的每一个站，其中对这些帧计时使其终止于预定窗口。在一些实施例中，该帧具有和IEEE 802.11标准兼容的格式。可使用点协调功能(PCF)或分布式协调功能(DCF)发送帧。可发送任意类型的恰当的帧，包括但不限于RTS、CTS、轮询帧、以及非轮询帧。该预定窗口的长度和短帧间间隔(SIFS)或其它间隔的长度有关。例如，在一些实施例中，该预定窗口基本上等于SIFS加上10％的时隙。

[0047] 尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但应该了解到，在不离开本领域技术人员能够容易理解的本发明的精神和范围的情况下可进行诸多调整和改变。这种调整和改变被认为落在本发明及所附权利要求书的范围之内。