專利名稱：用于在無線lan中分配比特的信令的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在使用多種傳輸模式的情況下在具有對(duì)傳輸媒體的集中或者分散組織的訪問的通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的方法。本發(fā)明尤其涉及用于在基于CSMA/CA(載波偵聽多路訪問/沖突避免)的訪問系統(tǒng)中進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制的信令方案。
在移動(dòng)無線電傳輸中的一個(gè)重大問題是移動(dòng)無線電信道的頻率選擇性。由具有大的傳播時(shí)間差的多徑傳播引起的頻率選擇性導(dǎo)致接收信號(hào)的嚴(yán)重的線性失真，該嚴(yán)重的線性失真使得需要使用昂貴的校正器或者Viterbi檢測。克服頻率選擇信道的缺點(diǎn)的合適的手段是所謂的自適應(yīng)調(diào)制(AM)，該自適應(yīng)調(diào)制將在下面更詳細(xì)地描述。
在OFDM(正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)中，自適應(yīng)調(diào)制被用來減小頻率選擇衰減信道的缺點(diǎn)。該自適應(yīng)調(diào)制增加數(shù)據(jù)吞吐量，但也增加有效距離。在這種情況下，經(jīng)由單個(gè)子載波來傳輸數(shù)據(jù)。
下面，簡短地說明自適應(yīng)調(diào)制的原理。發(fā)送站經(jīng)由無線電信道將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮照尽Ｔ谠摪l(fā)送站中，要發(fā)送的數(shù)據(jù)首先通過編碼器被編碼，并且通過交織器(Interleaver)被嵌套。隨后，數(shù)據(jù)根據(jù)信道特性利用不同的調(diào)制值(Modulationswertigkeit)被調(diào)制。用于此的適當(dāng)?shù)恼{(diào)制字符/方法是例如已知的具有相應(yīng)調(diào)制值1、2、4和6的幅/相移鍵控方法BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等。在信噪比高時(shí)，可以利用高的位數(shù)來調(diào)制相應(yīng)的子載波，而在信噪比小時(shí)，少量的位數(shù)就足夠了。該信噪比通常在接收站中被估計(jì)，并且針對(duì)單個(gè)子載波被轉(zhuǎn)換為所謂的位承載表。例如，這種位承載表可以包含關(guān)于信噪比的信息或者替代地包含每個(gè)單個(gè)子載波所要求的調(diào)制值。該位承載表被傳輸給發(fā)送站，因此該發(fā)送站可以為自適應(yīng)調(diào)制而相應(yīng)地控制信號(hào)分離器DEMUX和多路復(fù)用器MUX。
信號(hào)分離器DEMUX將從交織器收到的比特流引導(dǎo)到分別被分配確定的調(diào)制值的調(diào)制器MOD1、...、MODn-1、MODn。在此情況下，調(diào)制器MOD1例如可以是BPSK調(diào)制器，而調(diào)制器MODn可以是64QAM調(diào)制器。于是，通過多路復(fù)用器MUX使在相應(yīng)的調(diào)制之后所收到的指針經(jīng)受逆快速傅立葉變換IFFT，其中所述多路復(fù)用器同樣通過位承載表來控制。在那里，指針被轉(zhuǎn)換為用于傳輸?shù)南鄳?yīng)的子載波，并且隨后被向上調(diào)制到載頻上。
在接收站中，該過程基本上相反地進(jìn)行。首先，通過作為指針的單個(gè)子載波的快速傅立葉變換而獲得數(shù)據(jù)。緊接著的信號(hào)分離器DEMUX根據(jù)位承載表將數(shù)據(jù)分配給適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器。經(jīng)由多路復(fù)用器MUX把從解調(diào)器DEMOD1、...、DEMODn-1、DEMODn獲得的比特流提供給解交織器和信道解碼器。
如上所述，可以將所期望的位承載表從發(fā)送站傳輸?shù)浇邮照疽杂糜谧赃m應(yīng)調(diào)制。在此情況下，要點(diǎn)是，該位承載表典型地必須在接收站中基于RSSI(無線電信號(hào)強(qiáng)度指示)或者SNR(信號(hào)噪聲/干擾比)來計(jì)算并且傳輸給發(fā)送站。針對(duì)TDD方案(時(shí)分雙工)，通常在位承載表有效的時(shí)間間隔內(nèi)采用WSS信道(寬平穩(wěn))。
在標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a中詳細(xì)說明了媒體訪問控制(MediumAccess Control，MAC)和無線電LAN系統(tǒng)的物理特性。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的媒體訪問控制單元應(yīng)該鑒于其對(duì)傳輸媒體的訪問權(quán)依賴于頻譜的可用性來支持物理層的組成部分。
原則上，兩種協(xié)調(diào)可能性可供訪問使用集中式訪問功能和分布式訪問功能。只要網(wǎng)絡(luò)處于運(yùn)行中，在集中式訪問功能(點(diǎn)協(xié)調(diào)功能，PCF)的情況下協(xié)調(diào)功能邏輯就只在一個(gè)站中或者在終端組(基本服務(wù)組，BSS)的一個(gè)終端中是有效的。與之相反，只要網(wǎng)絡(luò)處于運(yùn)行中，在分布式訪問功能(分布式協(xié)調(diào)功能，DCF)的情況下相同的協(xié)調(diào)功能邏輯在每個(gè)站或者終端組的每個(gè)終端中有效。
為此，

圖1示出了根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11的分布式訪問系統(tǒng)(DCF)的數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。關(guān)于在本文中所使用的縮寫和概念，請參考該標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)圖1，參與通信的有發(fā)送站、接收站和其他。在等待時(shí)間、即所謂的DCF幀間間隔(DIFS)之后，發(fā)送站向網(wǎng)絡(luò)傳輸RTS信號(hào)(Ready to Send，準(zhǔn)備發(fā)送)。在短的等待時(shí)間(短幀間間隔，SIFS)之后，接收站發(fā)送CTS信號(hào)(Clear to Send，清除發(fā)送)，其中接收站利用該CTS信號(hào)表明其準(zhǔn)備好接收。又在短的等待時(shí)間SIFS之后，發(fā)送站將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(Data)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。在傳輸和等待時(shí)間SIFS之后，接收站利用確認(rèn)消息ACK(確認(rèn))來確認(rèn)數(shù)據(jù)的接收。這里，等待時(shí)間SIFS和DIFS為16μs或者34μs。
在其他通信用戶中，將矢量NAV(網(wǎng)絡(luò)分配矢量)設(shè)置為RTS或者CTS信號(hào)的開始，所述矢量說明，多長時(shí)間不能由相應(yīng)的站在無線電媒體(Wireless Medium)上進(jìn)行傳輸。
只有當(dāng)在接收站的確認(rèn)ACK之后經(jīng)過了等待時(shí)間DIFS，才能再次訪問無線電系統(tǒng)。在緊接著的競爭窗口、即所謂的“ContentionWindow”中，為了避免沖突而延遲一段隨機(jī)的退避(Backoff)時(shí)間。
在圖2中示出了圖1中所示的幀的幀格式或者數(shù)據(jù)包格式。在這方面尤其有意義的是發(fā)送站和接收站之間的相互協(xié)調(diào)和因此各自的尋址。因此，具有六個(gè)八位位組的又被編碼的發(fā)送地址TA(TransmitterAddress)位于RTS幀中。同樣，在CTS幀中，具有六個(gè)八位位組的接收站地址被編碼。由發(fā)送站發(fā)送的數(shù)據(jù)幀在地址塊“地址2”中包含目標(biāo)地址。由接收站發(fā)送回用于確認(rèn)的ACK幀又包含接收站地址RA(Receiver Address)，因此發(fā)送站可以明確地分配該確認(rèn)。
本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種方法，該方法保證簡單地執(zhí)行自適應(yīng)調(diào)制。
為了解決該任務(wù)，按照本發(fā)明規(guī)定一種用于在使用多個(gè)傳輸模式的情況下在包括大量站的、具有對(duì)傳輸媒體的有組織的訪問的通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的方法，通過由發(fā)送站向接收站發(fā)送至少一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)，其中發(fā)送站可以被理解為是當(dāng)前傳輸?shù)脑吹恼?，而接收站可以被理解為是傳輸?shù)乃薜恼荆园凑毡景l(fā)明，每個(gè)站按照當(dāng)前狀態(tài)可以是發(fā)送器或者接收器，并且從而必須能夠執(zhí)行兩種角色的本發(fā)明步驟。按照本發(fā)明，另外由接收站根據(jù)所接收的導(dǎo)頻信號(hào)來計(jì)算關(guān)于所述傳輸模式的分配表/承載表，由接收站向發(fā)送站發(fā)送該分配表，以及在應(yīng)用所述傳輸模式之一的情況下按照所述分配表從發(fā)送站向接收站或者從接收站向發(fā)送站發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)。
因此，也可以在多路訪問系統(tǒng)、例如CSMA系統(tǒng)(載波偵聽多路訪問)中基于按照本發(fā)明的位承載信令方案而使用自適應(yīng)調(diào)制。然而，對(duì)于所述自適應(yīng)調(diào)制來說絕對(duì)必需的是，所期望的位承載表被正確地從接收站傳輸?shù)桨l(fā)送站。如果情況不是如此，那么可能出現(xiàn)嚴(yán)重的干擾。通過應(yīng)用所述位承載信令方案，完全能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)調(diào)制后的數(shù)據(jù)包的傳輸，所述傳輸通過該自適應(yīng)調(diào)制對(duì)包差錯(cuò)更加不靈敏。
特別有利地，所建議的解決方案可被應(yīng)用于具有分布式訪問的CSMA/CA方案(沖突避免)，其中使用RTS信號(hào)(準(zhǔn)備發(fā)送)、CTS信號(hào)(清除發(fā)送)和用于為數(shù)據(jù)傳輸保留公共媒體的NAV(網(wǎng)絡(luò)分配矢量)，并且必要時(shí)也使用用于確認(rèn)數(shù)據(jù)接收的確認(rèn)消息ACK(確認(rèn))。因此，在基本水平上，自適應(yīng)調(diào)制可被應(yīng)用于基于CSMA/CA訪問的OFDM系統(tǒng)(正交頻分復(fù)用)或者M(jìn)C/CDMA系統(tǒng)(多載波碼分多址)。
如上所述，本發(fā)明方法可被非常有利地用于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)。在此情況下，能夠發(fā)送導(dǎo)頻，用于在RTS信號(hào)中為分布式訪問計(jì)算位承載表。另外，合理的是，在RTS信號(hào)中發(fā)送站向接收站詢問，該接收站是否能夠進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制以及必要時(shí)執(zhí)行在物理層范圍內(nèi)的附加功能、即所謂的PHY擴(kuò)展。
類似地，有利的是，接收站在CTS信號(hào)中向發(fā)送站詢問自適應(yīng)調(diào)制和必要時(shí)其他PHY擴(kuò)展的可執(zhí)行性。同時(shí)，接收站能夠在CTS信號(hào)中向發(fā)送站發(fā)送基于所述導(dǎo)頻所計(jì)算出來的分配表或者位承載表。
關(guān)于兩個(gè)通信終端設(shè)備的借助于自適應(yīng)調(diào)制的雙向數(shù)據(jù)通信，需特別強(qiáng)調(diào)的是，每個(gè)終端設(shè)備不僅可以是發(fā)送站，也可以是接收站。在IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)的范圍中，借助于兩個(gè)OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)來傳輸所述位承載表是有意義的，其中所述OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)分別由24個(gè)數(shù)據(jù)位(或者48個(gè)分別借助于速率R＝0.5被編碼的碼位)組成。
可以在接收站的CTS信號(hào)中實(shí)現(xiàn)對(duì)特定PHY擴(kuò)展的使用的確認(rèn)。
不僅在集中式訪問的情況下，而且在分布式訪問的情況下，只要在發(fā)送站或者接收站中不存在當(dāng)前的位承載表，就應(yīng)該利用固定的調(diào)制方案來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
兩種系統(tǒng)、即具有分布式訪問的系統(tǒng)和具有集中式訪問的系統(tǒng)能夠在時(shí)間上被相互嵌套，因此能夠并行地同時(shí)使用分別特定的組成部分。
尤其是在集中組織的訪問的情況下，優(yōu)選地在具有點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)或者混合協(xié)調(diào)功能(HCF)的IEEE 802.11系統(tǒng)中，通過已經(jīng)利用分配表的傳輸相應(yīng)地對(duì)隨后的數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制來實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。
現(xiàn)在，借助于附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中圖1示出根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11的DCF(分布式協(xié)調(diào)功能)數(shù)據(jù)交換的信令方案；圖2示出根據(jù)圖1所示的數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)；
圖3示出OFDM子載波的傳統(tǒng)調(diào)制；圖4示出OFDM子載波的自適應(yīng)調(diào)制；圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的“請求發(fā)送”(RTS)和“清除發(fā)送”(CTS)幀的擴(kuò)展；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的RTS幀的幀格式；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的CTS幀的幀格式；圖8示出如按照本發(fā)明方法得出的用于編碼或者調(diào)制的分配表的實(shí)施例，其中每種分配規(guī)定用于確定的子載波的編碼和調(diào)制。
圖9示出利用本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)的有效距離；圖10示出利用本發(fā)明方法可達(dá)到的數(shù)據(jù)速率；圖11示出基于通信系統(tǒng)的移動(dòng)的移動(dòng)站的速度的、傳統(tǒng)調(diào)制和自適應(yīng)調(diào)制之間的比較。
下述的實(shí)施例是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形式。
如圖3所示，基于“正交頻分復(fù)用”O(jiān)FDM的通信系統(tǒng)的所有子載波都獲得相同的調(diào)制字符，其中所述通信系統(tǒng)使用傳統(tǒng)調(diào)制。
而在使用自適應(yīng)調(diào)制的OFDM通信系統(tǒng)中，為了子載波的調(diào)制而構(gòu)成相鄰子載波組，為所述相鄰子載波組分別單獨(dú)地針對(duì)每組分配調(diào)制字符。
根據(jù)本發(fā)明，RTS/CTS幀中如圖5中所示的小擴(kuò)展是可能的解決方案的至少一部分，該解決方案用于在使用自適應(yīng)調(diào)制的通信系統(tǒng)中執(zhí)行信令方法。
圖6以詳細(xì)的圖示示出根據(jù)本發(fā)明擴(kuò)展的RTS幀。如從圖中可以看出的那樣，能夠通過占用所述幀、例如“子類型”字段的未使用的位組合來實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)展，以便在RTS幀內(nèi)用信令通知，站(終端)能夠應(yīng)用自適應(yīng)調(diào)制。在所示的實(shí)例中，這可以通過“子類型”字段中未使用的位組合0011來實(shí)現(xiàn)。
因此，用作傳輸?shù)乃薜恼緶y定RTS幀的子載波，并且以由此得出的位承載表來應(yīng)答。隨后，該可用于自適應(yīng)調(diào)制的表在CTS幀內(nèi)被傳輸?shù)阶鳛閭鬏數(shù)脑吹?、即上述的啟?dòng)傳輸?shù)恼?。該過程可從圖7中得出，其中所述“源站”緊接著根據(jù)該位承載表對(duì)由其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。
在圖8中示出了這種位承載表的一個(gè)例子。如可以看出的那樣，能夠從該表中所包含的分配信息推導(dǎo)出，例如在對(duì)每子載波組3位尋址時(shí)，對(duì)于傳輸來說基本上存在八種可能的PHY模式(在4位尋址時(shí)對(duì)應(yīng)于2地址位-16PHY模式)，其中此外可以分別為16個(gè)子載波組的每組推導(dǎo)出一種編碼，例如每個(gè)分配表有3位/子載波組×16組/OFDM符號(hào)＝48位＝6字節(jié)。只要分配表通過48個(gè)借助于BPSK被調(diào)制的并且具有編碼率R＝1/2的OFDM子載波來傳輸，則為此需要2個(gè)OFDM符號(hào)。
如在圖9中所示，這導(dǎo)致在應(yīng)用自適應(yīng)調(diào)制時(shí)通過使用本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)有效距離的顯著增加。
此外，也實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)吞吐量的顯著增加。
從圖11中可以得出，在步行者的速度時(shí)自適應(yīng)調(diào)制勝過傳統(tǒng)(固定)調(diào)制，在這期間速度大于或者反過來等于15km/h。
如所示，可以通過根據(jù)本發(fā)明的RTS/CTS在吞吐量和速率方面明顯地加強(qiáng)自適應(yīng)調(diào)制的有利的使用，其中本發(fā)明方法附加地以其在實(shí)施方面的簡單性而出眾。
權(quán)利要求
1.用于在使用多個(gè)傳輸模式的情況下在包括大量站的、具有對(duì)傳輸媒體的有組織的訪問的通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的方法，通過a)由發(fā)送站向接收站發(fā)送至少一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)，b)由所述接收站根據(jù)所接收的導(dǎo)頻信號(hào)來計(jì)算關(guān)于所述傳輸模式的分配表，c)由所述接收站向所述發(fā)送站發(fā)送所述分配表，以及d)在使用所述傳輸模式之一的情況下根據(jù)所述分配表從所述發(fā)送站向所述接收站或者從所述接收站向所述發(fā)送站發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)(Data)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分布式地進(jìn)行所述有組織的訪問。
3.按照權(quán)利要求1或者2所述的方法，根據(jù)IEEE 802.11來規(guī)定其基礎(chǔ)。
4.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在RTS消息中傳輸所述導(dǎo)頻信號(hào)。
5.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述分配表包括用于自適應(yīng)調(diào)制的位承載表和/或用于媒體訪問層“MAC層”的擴(kuò)展的擴(kuò)展數(shù)據(jù)，所述媒體訪問層的擴(kuò)展超越標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a或者物理層的其他標(biāo)準(zhǔn)。
6.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中由發(fā)送站在RTS消息中詢問自適應(yīng)調(diào)制和/或媒體訪問層MAC層的擴(kuò)展，其中所述媒體訪問層的擴(kuò)展超越所述標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a。
7.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述接收站的關(guān)于自適應(yīng)調(diào)制和/或所述媒體訪問層的擴(kuò)展的詢問和/或確認(rèn)在CTS消息中傳輸，其中所述媒體訪問層的擴(kuò)展超越所述標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a。
8.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在CTS消息中傳輸所述接收站的所述分配表。
9.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中通信終端設(shè)備不僅包含發(fā)送功能，而且還包含接收功能，并且或者從所述接收站向所述發(fā)送站傳輸分配表，或者從所述發(fā)送站向所述接收站傳輸分配表。
10.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述分配表被應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸包(Data)中。
11.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中為了傳輸所述分配表，使用至少一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)、優(yōu)選地兩個(gè)分別由48位組成的OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)。
12.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在CTS消息中確認(rèn)所述媒體訪問層的特定擴(kuò)展的使用，其中所述媒體訪問層的特定擴(kuò)展超越所述標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a。
13.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，集中式地進(jìn)行所述有組織的訪問。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其中只要不存在關(guān)于所述傳輸模式的分配表，要發(fā)送的數(shù)據(jù)就利用固定的調(diào)制方案來調(diào)制。
15.按照權(quán)利要求13或者14所述的方法，其中所述分配表包括用于自適應(yīng)調(diào)制的位承載表和/或用于物理層的擴(kuò)展的擴(kuò)展數(shù)據(jù)，所述物理層的擴(kuò)展超越標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a或者物理層的其他標(biāo)準(zhǔn)。
16.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述通信系統(tǒng)是優(yōu)選地按照IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的多路訪問系統(tǒng)并尤其是CSMA系統(tǒng)。
17.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述傳輸模式至少部分地由自適應(yīng)調(diào)制得出。
18.用于發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的方法，其中按照權(quán)利要求1至12之一所述的方法和按照權(quán)利要求13至17之一所述的方法在時(shí)間上被相互嵌套。
19.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述分配表通過經(jīng)GRAY編碼的位對(duì)調(diào)制值進(jìn)行尋址。
20.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中使用IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的字段“類型”或者字段“子類型”的未使用的位組合，以便擴(kuò)展RTS/CTS信令。
全文摘要
本發(fā)明建議，在分散或者集中組織對(duì)傳輸媒體、優(yōu)選地IEEE802.11系統(tǒng)的訪問的情況下，由發(fā)送站向接收站發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，并且隨后由接收站根據(jù)所接收的導(dǎo)頻信號(hào)來計(jì)算分配表。由該接收站將該分配表傳輸?shù)桨l(fā)送站，因此可以基于該分配表進(jìn)行隨后的數(shù)據(jù)交換。
文檔編號(hào)H04L12/28GK1788479SQ200480013026
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者E·伯林特, L·馬維茨 申請人:西門子公司