專利名稱：載波偵聽多路訪問方法、無線基站裝置以及無線終端裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于無線LAN(Local Area Network，區(qū)域網(wǎng))等的無線網(wǎng)絡(luò)的載波偵聽多路訪問(CSMA)方法、無線基站裝置以及無線終端裝置。
背景技術(shù)：
IEEE802.11是將比如計算機等的終端裝置用網(wǎng)絡(luò)進行無線連接的具有高成本效益的解決方案。另外，隨著信號處理技術(shù)或調(diào)制技術(shù)的發(fā)展，將物理層用更加快速的數(shù)據(jù)速率來支持的規(guī)格也擴充起來。另一方面，如研究結(jié)果所示(比如，可以參照非專利文獻1)，MAC(媒體存取控制)層隨著數(shù)據(jù)速率的增加會發(fā)生吞吐量的飽和，可以說現(xiàn)有的IEEE802.11系統(tǒng)里的主要制約就在于MAC(媒體存取控制)層。IEEE802.11的工作組基于對現(xiàn)有的無線LAN的MAC層以及物理層雙方的變更，認為高吞吐量的無線LAN是有必要的。
利用現(xiàn)有的無線LAN來支持的數(shù)據(jù)速率對現(xiàn)在以及將來設(shè)想的應(yīng)用是充分的。無線LAN與以前相比，因為采用了時分多路訪問方法，問題是無線網(wǎng)絡(luò)可以同時支持的高速數(shù)據(jù)速率應(yīng)用的用戶數(shù)。該問題可以概括成需要更高吞吐量的問題。為了實現(xiàn)更高的吞吐量，有必要提高在國際標準化組織(ISO)的開放系統(tǒng)互連(OSI)參照模型里的利用第2層以上的層或者MAC層測定的數(shù)據(jù)速率。為了滿足增加在包含單一無線基站裝置(比如，接入點(AP)以及多個無線終端裝置(STA))的基本無線LAN系統(tǒng)里所有的無線裝置的總吞吐量的要求，吞吐量在AP測定。
在現(xiàn)有的無線LAN系統(tǒng)里的通信基于CSMA方式，換句話說STA是否可以進行數(shù)據(jù)分組的發(fā)送由檢測訪問的媒體是被占用(正在使用)還是空閑(未使用)來判斷。在這樣的無線LAN系統(tǒng)里，作為一個增加吞吐量的嘗試，比如可以利用空分多址(SDMA)方式的優(yōu)點。利用該方式，需要對AP不同的天線配備不同的STA而進行發(fā)送和接收等，進行最佳的調(diào)度。
”Throughput Analysis for IEEE802.11a HigherData Rates(提高IEEE802.11數(shù)據(jù)速率的吞吐量分析)”，IEEE802.11/02-138r0，2002年3月發(fā)明內(nèi)容但是，在現(xiàn)有的無線LAN系統(tǒng)里，基于像CSMA方式這樣基于競爭的(換句話說，由多個的STA向媒體爭奪訪問的權(quán)利)訪問方式來進行媒體訪問的STA，當檢測出媒體被占用時待機而不發(fā)送數(shù)據(jù)分組。所以，在各個訪問定時，包含在無線LAN系統(tǒng)里的多個STA只有一個能進行數(shù)據(jù)分組的發(fā)送。因此，提高無線LAN系統(tǒng)的吞吐量并不容易。
本發(fā)明旨在提供一種能提高無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量的載波偵聽多路訪問方法、無線基站裝置以及無線終端裝置。
本發(fā)明的載波偵聽多路訪問方法是通過無線網(wǎng)絡(luò)來執(zhí)行的，該無線網(wǎng)絡(luò)包括具備形成指向性波束的天線單元和與所述天線單元相連接并可以進行并列工作的多個發(fā)送接收單元且對應(yīng)空分多址的無線基站裝置，以及與所述無線基站裝置通信的無線終端裝置。所述載波偵聽多路訪問方法具有以下步驟對應(yīng)所述無線終端裝置的位置，將所述無線終端裝置配屬給由所述指向性波束的到達范圍所決定的群集的配屬步驟；將所述每個群集所特有的特征標信號分配給在所述配屬步驟所配屬好了的所述無線終端裝置的分配步驟；檢測在訪問的媒體里是否存在由所述分配步驟所分配的所述特征標信號的檢測步驟；當所述檢測步驟里的檢測結(jié)果為在所述媒體里不存在所述特征標信號時，將所述特征標信號和發(fā)送到所述無線基站裝置的數(shù)據(jù)分組同時發(fā)送的發(fā)送步驟。
本發(fā)明的無線基站裝置是具備形成指向性波束的天線單元和與所述天線單元相連接并可以進行并列工作的多個發(fā)送接收單元且對應(yīng)空分多址的無線基站裝置。采用以下的結(jié)構(gòu)對應(yīng)通信對方的無線終端裝置的位置，將所述無線終端裝置配屬給由所述指向性波束的到達范圍所決定的群集的配屬單元；給被配屬的所述無線終端裝置，按所述每個群集來分配特有的特征標信號的分配單元；將分配的特征標信號通知給所述無線終端裝置的通知單元。
本發(fā)明的無線終端裝置采用以下的結(jié)構(gòu)接收由所述無線基站裝置通知的特征標信號的接收單元，該特征標信號為每個群集特有，該群集是由通信對方的無線基站裝置的天線單元所形成的指向性波束的到達范圍而決定的；檢測在訪問的媒體里是否存在所述特征標信號的檢測單元；當所述檢測單元的檢測結(jié)果為在所述媒體里不存在所述特征標信號時，將補償值遞減的遞減單元；當所述補償值通過所述遞減單元遞減為零時，將所述特征標信號和發(fā)送到所述無線基站裝置的數(shù)據(jù)分組同時發(fā)送的發(fā)送單元。
根據(jù)本發(fā)明可以提高無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。


圖1是表示實行根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的CSMA方法的無線LAN的圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的無線LAN結(jié)構(gòu)的方框圖；圖3是表示為了說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的訪問定時結(jié)構(gòu)的圖；圖4是詳細表示根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的上行鏈路訪問期間的發(fā)送模式的圖；圖5是表示為了說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的擴展CSMA算法的流程圖；圖6是用來說明在本發(fā)明的一種實施方式里的特征標信號的發(fā)送方法的第1個例子的圖；圖7是用來說明在本發(fā)明的一種實施方式里的特征標信號的發(fā)送方法的第2個例子的圖；圖8是用來說明在本發(fā)明的一種實施方式里的特征標信號的發(fā)送方法的第3個例子的圖；圖9是為了說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的擴展CSMA算法的工作模式的圖；以及圖10是為了說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的擴展CSMA算法的時序圖。
具體實施例方式
以下關(guān)于本發(fā)明的實施方式，參照附圖詳細說明。
在本實施方式，對以下進行說明對應(yīng)無線終端裝置(以下簡稱“STA”)的位置，將STA配屬給由無線基站裝置(在本實施方式為AP)的天線單元形成的指向性波束的到達范圍所決定的群集，并通過分配給每個群集特有的特征標信號使各個STA擁有特征標信號。
在此，多個STA在無線LAN可以同時進行媒體競爭以及發(fā)送數(shù)據(jù)分組，因此無線LAN的總吞吐量會有效地提高，所以以下說明關(guān)于實行根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的CSMA算法(以下簡稱“擴展CSMA算法”)的AP以及STA。為了理解本發(fā)明，使用以下的定義。
“無線LAN”是指，基于在特定的區(qū)域里實行的無線訪問技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，通過無線訪問技術(shù)提供LAN服務(wù)給STA。包括任意數(shù)目的設(shè)備或節(jié)點。
“無線終端裝置(STA)”是指，可以訪問通過無線LAN所提供的服務(wù)的設(shè)備。
“接入點(AP)”是指在無線LAN中用來控制對無線LAN的訪問，并負責維持訪問定時的無線基站裝置。AP的其它的主要作用還有，比如在無線LAN里的STA在為了訪問其它網(wǎng)絡(luò)里的設(shè)備時作為橋接起作用。
“空分多址(SDMA)”是指，通過發(fā)送接收單元的功能使多個STA同時利用相同頻域通信的訪問機制。該發(fā)送接收單元利用STA的空間上的物理性分離以及指向性波束來發(fā)送接收信號(數(shù)據(jù)分組)。
“媒體”是指，無線LAN工作的無線信道。
“多波束天線”是指，在多個不同方向形成指向性波束使交叉以及電波間的干擾變得最小，從而實現(xiàn)SDMA的天線系統(tǒng)。
“媒體訪問控制(MAC)層”是泛指為了使訪問媒體成為可能的用于各個STA的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
“物理(PHY)層”是指在無線LAN發(fā)送接收信號(數(shù)據(jù)分組)的實際的發(fā)送接收單元?？梢愿爬楸热缬蓮腗AC起的收斂層以及控制層等的若干個子層組成。
“上行鏈路”是指，從STA到AP的發(fā)送方向。
“下行鏈路”是指，從AP到STA的發(fā)送(比如單播、組播、廣播)方向。
“同時通信群集”是指，具備多波束天線且對應(yīng)SDMA的AP通過同時形成1個以上(含1個)的指向性波束來覆蓋1個以上的STA的集合。
“波束區(qū)”是指，AP在同時形成的1個以上(含1個)的指向性波束之中的1個指向性波束所到達(覆蓋)的區(qū)域。
“波束群集”是指，AP在同時形成的1個以上(含1個)的指向性波束之中的1個指向性波束所覆蓋的1個以上的STA的集合。
“波束開始信標幀”是指，為了將分配的訪問期間的開始通知給同時通信群集，在同時通信群集的所有的波束區(qū)里通過AP來廣播的幀?；蛘?，作為選項，也可以是包含關(guān)于下行鏈路期間以及波束群集/同時通信群集用的調(diào)度的信息的幀。
“波束結(jié)束信標幀”是指，為了將分配的訪問期間的結(jié)束通知給同時通信群集，對波束群集/同時通信群集里的STA，通過AP來廣播的幀。
“探詢/監(jiān)視競爭通報幀”是指，為了通知上行鏈路的訪問期間的開始、各個STA進行上行鏈路訪問用的調(diào)度以及允許基于競爭的訪問期間，通過AP廣播給所屬于各個波束群集的STA的幀。
“基于競爭的信道訪問”是指，為了實現(xiàn)媒體訪問的公平性，基于通過各個STA所實行的不具調(diào)度的分散型的競爭算法，訪問各個STA所共有的媒體的MAC機制。
“基于探詢的信道訪問”是指，通過對各個STA進行探詢來分配對媒體的訪問的集中控制，統(tǒng)一管理訪問共有的媒體的MAC機制。
“隱蔽終端”是指，雖然在AP所發(fā)射的電波可以覆蓋的區(qū)域之中，但在其它STA所發(fā)射的電波可以覆蓋的區(qū)域之外的STA。這樣的情況，比如多個STA恰好位于無線LAN完全相反的端頭時有可能發(fā)生。
“載波偵聽多路訪問(CSMA)”是指一種基于競爭的信道訪問技術(shù)，具有在一定期間之內(nèi)，從檢測出媒體空閑起只待機隨機補償值后就實行發(fā)送數(shù)據(jù)分組的程序。
“信道空閑估計(CCA)”是指，用于CSMA方式的STA判斷媒體的狀態(tài)(被占用或空閑)的算法。
“特征標信號”是指，分配給各個波束群集的成員STA的信號，STA可以通過該信號判斷相同波束群集之中的其它的STA的行動/是否進行發(fā)送。
“時隙時間” 定義為包含CCA所需要的時間、往復(fù)傳播遲延時間以及MAC處理時間的一定的單位時間。
“檢測時間”定義為檢測出在媒體里是否存在特征標信號所需要的一定的單位時間。
以下的敘述中，在說明上為了使能夠完全理解本發(fā)明，將舉出特定的數(shù)目、時間、結(jié)構(gòu)、協(xié)議名稱以及其它的參數(shù)。但是，本發(fā)明沒有這些特定的詳細內(nèi)容也照樣可以實施，這一點對所屬該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是不言而喻的。為了使本發(fā)明不成為無用的不明確的東西，在下述的實施方式的方框圖里表示眾所周知的結(jié)構(gòu)要素或模塊。
為了使能夠完全理解本發(fā)明，在以下的敘述中，表示若干個操作順序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及運算技術(shù)。若干個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是只用于本發(fā)明的實施方式而起作用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于適用本發(fā)明的實際狀況不同，新的信息有可能被附加，某一結(jié)構(gòu)也有可能被省略，這一點對所屬該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說也是不言而喻的。
圖1是表示實行根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的CSMA方法的無線LAN的圖。
圖1所示的無線LAN100是由AP110以及多個STA120、130、140構(gòu)成的典型的無線LAN。圖2是表示無線LAN100的結(jié)構(gòu)的方框圖。
另外，因為STA120～140基本上具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在圖2只表示STA120的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，STA130、140的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在此省略不予記載。另外，包含在無線LAN100里的STA并不限定于3個STA120～140，這是不言而喻的。另外，在以下的敘述里，有將包含在無線LAN100里的1個以上的任意的STA稱為“用戶”的情況。
固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備的AP110具有使電波之間的交叉/干擾變得最小并可以形成在空間上被分離的多個不同指向性波束145a、145b、145c的多波束天線111。而且，AP110還具有對應(yīng)無線LAN100里的STA120～140的位置，分別將STA120～140配屬給波束群集的群集配屬單元112；給配屬好的STA120～140分配每個波束群集所特有的特征標信號的特征標信號分配單元113；與多重電波天線111相連接并可以進行并列工作的多個(比如，N個)發(fā)送接收單元114-1、114-2～114-N，該發(fā)送接收單元管理包括發(fā)向STA120～140的特征標信號的信令或與STA120～140之間進行的數(shù)據(jù)分組的發(fā)送接收等與STA120～140之間進行的無線通信。以下，稱發(fā)送接收單元114-1、114-2～114-N之中任意的一個為“發(fā)送接收單元114”。而且，AP110具有和在各個STA120～140的擴展CSMA算法實行單元123一樣的實行擴展CSMA算法的擴展CSMA算法實行單元115。
STA120根據(jù)便攜性和機動性的要求，一般具有小型且可形成全指向性或準指向性波束發(fā)射模式的簡易天線(一般來說，由單一的構(gòu)成要素組成)121。另外，STA120還具備控制與AP110的無線通信的發(fā)送接收單元122，控制包括發(fā)自AP110的特征標信號的接收，或與AP110之間的數(shù)據(jù)分組的發(fā)送接收等；擴展CSMA算法實行單元123，在進行向AP110發(fā)送時實行擴展CSMA算法。關(guān)于擴展CSMA算法后述。STA130、STA140和STA120具有相同的結(jié)構(gòu)，并實行相同的操作。
具備多波束天線111的AP110，可以形成包括全指向性波束發(fā)射模式的多個指向不同方向的電的集合。
群集配屬單元112在用戶(比如STA120～140)的空間/角度的分離，通信量模式以及可形成的指向性波束的數(shù)量或該分辨度等方面上，取決于AP110的功能，同時應(yīng)該考慮媒體150的最優(yōu)利用，將用戶配屬給波束群集。另外，特征標信號信號分配單元113將與每個波束群集有特有關(guān)系的特征標信號分配給配屬好的用戶。
特征標信號的分配在群集配屬階段(換句話說，用戶被配屬給同時通信群集以及波束群集時)進行。另外，隨著用戶的移動或在用戶被重新配屬給新的同時通信群集以及波束群集時，隨時進行特征標信號的重新分配。
綜上所述，各個用戶在發(fā)送數(shù)據(jù)分群集時，通過在分群集數(shù)據(jù)上附加特征標信號，可以判斷競爭共用媒體150的其它用戶是否為同一波束群集里的用戶。在同一波束群集里的用戶發(fā)送時自己也發(fā)送的話，會發(fā)生沖突，由此可以待機而不發(fā)送。而且，還可以判斷其它波束群集的用戶是否進行發(fā)送。此時，因為AP110可以基于多個用戶的角度分離而將2個發(fā)送分開接收，所以使競爭共用媒體150的多個用戶同時進行發(fā)送。
另外，發(fā)送接收單元114通過1對1的幀交換或通過信息要素信令的交換，將特征標信號通知給用戶。AP110將各個波束群集里的用戶被允許訪問媒體150的期間的開始以及結(jié)束，分別發(fā)送給給各個用戶，以此通過時間分割提供服務(wù)給這些波束群集里的用戶。
無線LAN100的通信量特征是根據(jù)上行鏈路或下行鏈路來決定的。(基于STA使用全指向性天線的假定)為了避免與其它電波發(fā)生沖突以及(實際的RF結(jié)構(gòu)設(shè)計不能完全隔離時)由AP110自己產(chǎn)生的沖突，AP110必須隨時對所有的電波確保發(fā)送接收操作的同步。具體地說，對分配給各個同時通信群集的用戶并分割成上行鏈路用以及下行鏈路用的期間分別確保同步。另外，這些期間的發(fā)生，在同時通信群集里的不同的波束群集之間也同步。關(guān)于這樣的定時結(jié)構(gòu)，使用圖3說明。
圖3是表示為了說明AP110將無線LAN100里的用戶分成2個同時通信波束群集X、Y時的訪問定時結(jié)構(gòu)的例子的圖。另外，在此主要說明同時通信波束群集X用的訪問期間。
所屬同時通信波束群集X的用戶，在訪問期間151被允許訪問。所屬同時通信波束群集Y的用戶，在訪問期間152被允許訪問。同時通信波束群集X、Y分別由3個同時形成的波束群集A、B、C群集成。發(fā)送模式153是為屬于波束群集A的用戶而準備的，發(fā)送模式154是為屬于波束群集B的用戶而準備的，發(fā)送模式155是為屬于波束群集C的用戶而準備的，另外，同時通信波束群集X用的訪問期間151分為下行鏈路訪問期間156和上行鏈路訪問期間157。參照號碼158表示同時通信波束群集里的下行鏈路訪問期間156以及上行鏈路訪問期間157的時間位置校準/同步。
波束開始信標幀159通過AP110廣播。波束開始信標幀159表示分配給同時通信群集X的訪問期間151的開始、下行鏈路訪問期間156的長度以及作為選項的各個波束群集A、B、C內(nèi)的下行鏈路發(fā)送調(diào)度。
在下行鏈路訪問期間156發(fā)送的最后幀，也就是探詢/監(jiān)視競爭通報幀160，通知同時通信波束群集X的不同波束群集A、B、C下面的多個用戶用的調(diào)度。探詢/監(jiān)視競爭通報幀160還可以通知剩余時間，在該剩余時間里，波束群集A、B、C下面的多個用戶在被調(diào)度的發(fā)送結(jié)束后可以基于競爭進行訪問。參照號碼161是用來表示所屬同時通信波束群集X的多個用戶的訪問期間151結(jié)束的波束結(jié)束信標幀。波束結(jié)束信標幀161通過AP110廣播。同時通信波束群集Y等，其他的所有同時通信波束群集也利用相同的發(fā)送模式。
網(wǎng)絡(luò)通信量根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸率、分群集到達間隔率、分群集允許延遲時間等的統(tǒng)計值被分類。作為普遍的MAC機制，可以舉出基于競爭和基于探詢?；谔皆兊男诺涝L問具有給定的頻域和允許延遲時間的特點，是用于需要給定的QoS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)的通信量的有效的機制。作為這樣的通信量的例子，包括音頻/視頻、語音以及其他的多媒體內(nèi)容。另一方面，基于競爭的信道訪問是用來對超文本傳輸協(xié)議等的隨機/非定期的通信量提供服務(wù)的機制。
綜上所述，SDMA需要嚴格的同步。所以，通過將不同的波束群集的上行鏈路以及下行鏈路的通信量進行最優(yōu)調(diào)度，可以使AP110將信道頻域有效地再利用，以此產(chǎn)生更高的總吞吐量，在這一點基于探詢的信道訪問較有優(yōu)勢。關(guān)于來自AP110的通信量，也就是下行鏈路的通信量，因為通信量特性為AP110已知，所以可以簡單地進行調(diào)度，這一點不言而喻。但是，關(guān)于定期重復(fù)的上行鏈路的通信量，一般需要用戶(發(fā)送源)進行資源的預(yù)約，使AP110可以在探詢/監(jiān)視競爭通報幀160附加頻域。
圖4是詳細描述已在圖3里說明的上行鏈路訪問期間157的發(fā)送模式。
在此，以有關(guān)同時通信波束群集X的波束群集A的發(fā)送模式為例。通過發(fā)送表示下行鏈路訪問期間156結(jié)束的探詢/監(jiān)視競爭通報幀160，來通知在上行鏈路訪問期間157的、為各個波束群集A、B準備的調(diào)度。
在上行鏈路訪問期間157，首先各個用戶根據(jù)由探詢/監(jiān)視競爭通報幀160通知的調(diào)度表，在基于探詢的訪問期間171、172、173進行發(fā)送。經(jīng)調(diào)度的基于探詢的訪問期間171～173結(jié)束后，剩余的期間用于基于競爭的訪問期間174、175、176?；谔皆兊男诺涝L問期間內(nèi)，各個用戶依據(jù)被通知的調(diào)度表以及各自的局部時鐘來決定在哪個定時進行發(fā)送。
基于競爭的信道訪問機制是一種包括在嘗試發(fā)送前的規(guī)定時間里確認媒體空閑的過程的載波偵聽技術(shù)。AP110利用多波束天線111，而在用戶利用簡易的全指向性天線121的SDMA方式的無線LAN100里，所屬波束群集A的用戶也就是在波束群集A的波束區(qū)里的用戶，在所屬波束群集B或波束群集C的用戶發(fā)送時，待機或遲延發(fā)送，這一點在現(xiàn)有技術(shù)里也是普遍的(對于波束群集B、C也是一樣)。因為多波束天線111具有指向性，所以AP110可以分離由不同波束區(qū)發(fā)出的多個發(fā)送。由于只通過利用多個用戶的物理上的分離以及功率控制，處在不同波束區(qū)的多個用戶互相成為“隱蔽終端”，結(jié)果有可能造成同時進行上行鏈路訪問的狀況。但是，實際上多個用戶在那樣狀態(tài)分散的情況極少發(fā)生。
在圖4的例中，波束群集C的基于探詢的訪問期間173比波束群集A、B的基于探詢的訪問期間171、172更早結(jié)束。結(jié)果，波束群集C的基于競爭的訪問期間176比波束群集A、B的基于競爭的訪問期間174、175更早開始。
AP110可以分開接收由彼此分離的范圍發(fā)出的多個發(fā)送。所屬波束群集C的用戶，利用根據(jù)本發(fā)明的擴展CSMA算法，可以開始基于競爭的信道訪問而無需等待基于探詢的訪問期間171、172的發(fā)送結(jié)束。對于波束群集A、B也完全相同，本波束群集的基于探詢的訪問期間171、172結(jié)束后，可以立即開始基于競爭的訪問期間174、175。由此，可以大幅度地消減信道頻域的浪費。而且，所屬波束群集A、B、C的用戶可以同時訪問媒體，以此在各個定時可訪問的用戶數(shù)比起接下來，說明有關(guān)在STA120(STA130、140也相同)執(zhí)行的擴展CSMA算法。圖5是用來說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的擴展CSMA算法的流程圖。
首先，在步驟S701補償值(Backoff Counter)的數(shù)值被初始化為“0”。然后在步驟S702，為了確認媒體150處于被占用還是空閑，CCA算法被執(zhí)行。CCA算法基于信道的接收功率電平檢測?；贗EEE802.11a的規(guī)格，根據(jù)信號的前同步碼是否被檢測出來，有關(guān)檢測精確度有2個必要條件。因為STA120普遍使用全指向性天線121，所以如果在某個波束區(qū)存在正在進行發(fā)送的STA，則處于其它波束區(qū)的STA可以判斷媒體150被占用。
CCA算法的結(jié)果，媒體150被判定為空閑時(S702YES)，開始第一階段S703端的流程，首先進入步驟S704。在步驟S704判定要發(fā)送的數(shù)據(jù)分組是否新，也就是判定是否為第一次嘗試發(fā)送。數(shù)據(jù)分組新時(S704YES)，進入步驟S705；數(shù)據(jù)分組不新時，也就是第二次或第二次以上嘗試發(fā)送(S704NO)時，進入步驟S751。另外，第一階段S703表示現(xiàn)有的CSMA算法。
在步驟S705，判定媒體150的空閑持續(xù)時間是否已經(jīng)達到了(也就是相同或超出)DIFS(Distributed Inter Frame Space，分散幀間空間)?？臻e持續(xù)時間與DIFS相同或超出時(S705YES)，進入步驟S715并立即發(fā)送數(shù)據(jù)分組。另一方面，空閑持續(xù)時間比DIFS小時(S705NO)，進入步驟S751。
在步驟S751，判定媒體的空閑持續(xù)時間是否達到了DIFS。當空閑持續(xù)時間在到達DIFS前媒體150改變?yōu)楸徽加脿顟B(tài)時(S751NO)，立即返回步驟S702；在到達DIFS為止，空閑狀態(tài)持續(xù)(S751YES)時，進入步驟S752。
在步驟S752，與步驟S704相同，判定要發(fā)送的數(shù)據(jù)分組是否新，也就是判定是否為第一次嘗試發(fā)送。第一次嘗試發(fā)送時(S752YES)，選擇隨機補償值并設(shè)定給補償值(S706)后進入步驟S753。第二次以上的發(fā)送(S752NO)時，不執(zhí)行任何操作而進入步驟S753。隨機補償值是被設(shè)定為時隙時間的整數(shù)倍的值。
在步驟S753，判定補償值是否為“0”。
補償值為“0”時(S753YES)，進入步驟715并立即發(fā)送數(shù)據(jù)分群集。補償值不為“0”時(S753NO)，進入步驟S714。
在步驟S714，判定媒體150的空閑狀態(tài)是否還繼續(xù)時隙時間(SlotTime)。該判定結(jié)果，到達時隙時間前變?yōu)楸徽加脿顟B(tài)時(S714NO)，返回步驟S702。時隙時間空閑狀態(tài)繼續(xù)時(S714YES)，在步驟S754，將補償值遞減“1”。遞減后重新回到步驟S753，直到補償計數(shù)為“0”后發(fā)送或中途媒體150變?yōu)楸徽加脿顟B(tài)，反復(fù)執(zhí)行步驟S753、S714、S754。
但是，在步驟S702，判定媒體150處于被占用狀態(tài)時(S702NO)，進入第二階段S708。第二階段S708表示擴展CSMA算法的部分。在第二階段S708的最初步驟的步驟S709，與步驟S751相同，判定要發(fā)送的數(shù)據(jù)分組是否新，也就是判定是否為第一次嘗試發(fā)送。為第一次嘗試發(fā)送時(S709YES)，選擇隨機補償值并設(shè)定給補償值(S710)后進入步驟S711。第二次以上(含第二次)的嘗試發(fā)送(S709NO)時，不執(zhí)行任何操作而進入步驟S711。
在步驟S711，判定與嘗試發(fā)送該分組數(shù)據(jù)的STA相同的波束群集的特征標信號是否被檢測出來。相同的波束群集的特征標信號被檢測出來時，換句話說，同一波束群集的其他的STA正在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時(S711YES)，返回步驟S702；特征標信號未被檢測出來時(S711NO)，進入步驟S755。
在步驟S755，進行補償值是否為“0”的判定。補償值為“0”時(S755YES)，立即發(fā)送分組數(shù)據(jù)。補償計數(shù)不為“0”時(S755NO)，進入下一個步驟S756。
在步驟S756，根據(jù)CCA判定媒體150處于空閑狀態(tài)還是被占用狀態(tài)。媒體150被判定為空閑時(S756YES)，立即進入第一階段S703的步驟S714。媒體150仍處于被占用狀態(tài)時(S756NO)，進入步驟S757。
在步驟S757，再次判定相同的波束群集的特征標信號是否被檢測出來。在該步驟使用的判定期間為檢測時間(Detection Time)。在該步驟，相同的波束群集的特征標信號被檢測出來時(S757YES)立即返回步驟S702。另一方面，相同的波束群集的特征標信號未被檢測出來時(S757NO)進入步驟S758，將補償值遞減“1”。遞減后重新回到步驟S755。
第一階段S703的過程中的遞減(S754)是按照時隙時間單位進行，而第二階段S708過程中的遞減(S758)則按照檢測時間(DetectionTime)單位進行。這是因為基于使用的特征標信號的性質(zhì)，檢測時間有可能比時隙時間長。此時，如果將補償值以每時隙時間單位遞減的話，有可能在經(jīng)過1次的特征標信號的檢測時間之前，補償計數(shù)變?yōu)椤?”的情況出現(xiàn)。這意味著，結(jié)果可能產(chǎn)生進行發(fā)送而引起沖突。通過以每檢測時間單位進行遞減，可以避免這樣的狀況發(fā)生。
所述擴張CSMA算法的主要的必要條件為在可能進行多個同時發(fā)送的媒體150，STA120可以檢測出來其他的STA130、140的特征標信號的存在。
以下有關(guān)特征標信號的發(fā)送方法，舉3個例子來說明。圖6是用來說明特征標信號的發(fā)送方法的第1個例子的圖，圖7是用來說明特征標信號的發(fā)送方法的第2個例子的圖，圖8是用來說明特征標信號的發(fā)送方法的第3個例子的圖。
在5GHz的UNII(Unlicensed National Information Infrastructure，非許可國家信息基礎(chǔ)設(shè)施)頻域操作的無線LAN100，利用20MHz的信道化來操作。圖6所示的例子里，既符合OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)發(fā)送的20MHz頻譜屏蔽181，又使用第0個(也就是所使用頻譜的中央部分)副載波182的頻率，該副載波在僅發(fā)送普通的數(shù)據(jù)分群集的OFDM發(fā)送183里不使用。
換句話說，在發(fā)送數(shù)據(jù)分群集以及特征標信號的OFDM發(fā)送184里，特征標信號利用第0個副載波185以低功率發(fā)送。
5GHz的UNII頻域里的信道化為20MHz，但基頻的頻譜占有為參照號碼186所示為16.667MHz。換句話說，將從20MHz頻譜屏蔽里除去16.667MHz頻譜占有186的剩余頻域作為保護頻域來利用，以便對應(yīng)濾波器設(shè)計時的滾降。
在圖7所示的例子里，使用在僅發(fā)送普通的數(shù)據(jù)分組的OFDM183里不使用的第±27個，也就是使用頻譜的兩個邊界部分的副載波191的頻率。
換句話說，在發(fā)送數(shù)據(jù)分組以及特征標信號的OFDM發(fā)送192里，特征標信號使用第±27個的副載波193發(fā)送。通過降低追加副載波的功率以便緩和施加給接收端濾波器的必要條件，第±27個的副載波193的發(fā)送利用比其他的副載波的發(fā)送低的功率進行。
在圖7所示的例子里，因為可以得到圖6的例子的2倍的頻譜來發(fā)送特征標信號，所以可以發(fā)送2倍的發(fā)送特征標信號。由此，可以使編碼空間或由所給長度的編碼可以編址的波束區(qū)的數(shù)目加倍，或使檢測時間減半。另外在接收端的相關(guān)器以及碼元的同步也可以變得簡單。
而且，還可以同時使用第0個的副載波185以及第±27個的副載波193兩者。
在所述的每個例子里，都可以將未使用于數(shù)據(jù)分組發(fā)送的頻域有效地用于特征標信號的發(fā)送。
因為所屬不同波束群集的多個用戶可以同時發(fā)送特征標信號，所以需要判斷每個用戶所發(fā)送的特征標信號與由AP110分配的特征標信號是否相同。由此作為特征標信號，優(yōu)選的是比如使用擴頻碼。通過使用具有較高的自相關(guān)特性的擴頻碼，可以以較高的成功確率檢測特征標信號。而且通過使用具有較低的互相關(guān)特性的擴頻碼，可以降低檢測特征標信號時出錯的可能性。像這樣將擴頻碼作為特征標信號來使用的話，可以利用相關(guān)器(匹配濾波器)高精度地判斷出是否存在特征標信號，而該特征標信號意味著在同一波束群集里其他的用戶是否已經(jīng)開始進行發(fā)送。
另外，如圖6所示，將第0個的副載波185用于特征標信號的發(fā)送時，使特征標信號具有使其平均值為零的特征。這樣處理的話，可以將受到的DC偏移量的影響抑制到最小，該DC偏移量是由進行發(fā)送的用戶的D/A轉(zhuǎn)換器以及進行接收的用戶的A/D轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的。
另外，將擴頻碼作為特征標信號使用，即使利用比數(shù)據(jù)分組的發(fā)送還低的發(fā)送功率來進行特征標信號的發(fā)送，也可以利用接收端的處理增益而補償其低功率。
將擴頻碼作為特征標信號使用以外，還可以利用在頻域里的各個副載波的正交性。如圖8所示，可以得到3個正交的副載波194，也就是第±27個和第0個的副載波?？梢詫⑦@些副載波194分別作為被辨別的特征標信號使用。在該例中，使3個特征標信號分別與第±27個和第0個的副載波相關(guān)聯(lián)。在該機制里，各個特征標信號的數(shù)量雖然有可能被副載波的數(shù)量限定，但是接收端的裝置可以通過測定各個頻率的功率而快速地進行特征標信號的檢測。
為了支持特征標信號的概念，擴展CSMA算法有必要像圖9所示那樣修正用來決定狀態(tài)的2個值用來支持CCA值(Clear ChannelAssessment，信道空閑估計)以及特征標信號檢測值(Signature SignalDetection)。這些值，在圖9里作為遞減時間單位(Decrement Time Unit)有3個操作模式被表示出來，換句話說，決定由時隙時間(Slot Time)、檢測時間(Detection Time)以及N/A(No Transmission Time，不傳輸時間)來表示的操作模式604、605、606。
基于圖9所示的操作模式或圖5的擴展CSMA算法的流程圖，說明3個STA(在該例中，稱為“STA1”“STA2”“STA3”)存在時的操作例。STA1以及STA2所屬于同一波束群集而且共有相同的特征標信號，但是第3個STA3所屬于不同的波束群集而且具有不同的特征標信號。假定最開始媒體150被占用，STA1將“6”選為隨機補償值，STA2將“4”選為隨機補償值。如圖10所示，STA3在時刻801的瞬間開始發(fā)送。在到達該瞬間之前，STA1以及STA2在各個時隙時間期間(也就是期間802、803)分別所表示的那樣，分別遞減各自的補償值。當STA3開始發(fā)送后，CCA算法檢測出媒體150被占用，結(jié)果補償值只是遞減“1”。期間804和805表示在各自的檢測時間單位減去STA1和STA2的補償值。
在時刻806，表示著STA2的隨機補償(被選擇為“4”)已經(jīng)完畢，STA2開始發(fā)送。由此可知，STA1在STA2發(fā)送期間807內(nèi)，有必要將操作模式切換為圖9的參照號碼606所示的操作模式以便待機而不發(fā)送。STA2的發(fā)送完畢以后，STA1利用CCA算法無法檢測出媒體150被占用，所以切換為圖9的參照號碼604所示的操作模式。等到補償值遞減為“0”以后(以時隙時間單位)，STA1獲得媒體150的訪問權(quán)，在參照號碼808所示的瞬間開始發(fā)送。
綜上所述，根據(jù)本實施方式，根據(jù)以下的理由，可以提高無線LAN100的吞吐量對應(yīng)于STA120～140的位置將STA120～140分別配屬給波束群集，而該波束群集是由AP110的多波束天線111形成的指向性波束的到達范圍所決定的。并且將每個波束群集所特有的特征標信號分別分配給已被配屬好了的STA120～140，在同時競爭媒體150的多個STA分別所屬于不同的波束群集時，AP110對每個電波都分別具有發(fā)送接收器，所以每個STA可以同時與SDMA對應(yīng)的AP110通信。
另外，在本實施方式說明了的無線LAN100有不少應(yīng)用領(lǐng)域。具體地說，諸如在企業(yè)，可以將無線訪問對應(yīng)的筆記本式電腦，不僅在辦公桌上使用，還拿到會議室等處使用；在家庭，將AP與頂置盒產(chǎn)品、媒體播放機以及互聯(lián)網(wǎng)的入口網(wǎng)站等組成的家庭AV伺服器相連接，可以用于訪問存儲在比如顯示板、照相機、筆記本式電腦等配備無線訪問功能的各種設(shè)備里的信息。
另外，本實施方式的無線LAN100，也可以應(yīng)用于利用數(shù)據(jù)服務(wù)的STA訪問的寫字樓的前廳或咖啡店等網(wǎng)絡(luò)熱點。
本申請書基于2003年9月17日提交的日本專利申請2003-324793號，其內(nèi)容全部包含于此以備參考。
工業(yè)實用性本發(fā)明的載波偵聽多路訪問方法，無線基站裝置以及無線終端裝置具有提高無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量的效果，在無線LAN等的無線網(wǎng)絡(luò)中是有用的。
權(quán)利要求
1.一種在無線網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)的載波偵聽多路訪問方法，所述無線網(wǎng)絡(luò)包括對應(yīng)空分多址訪問的無線基站裝置，具備形成指向性波束的天線單元，和與所述天線單元相連接并可以進行并列工作的多個發(fā)送接收單元；以及無線終端裝置，與所述無線基站裝置通信；其中，所述方法包括配屬步驟，對應(yīng)所述無線終端裝置的位置，將所述無線終端裝置配屬給由所述指向性波束的到達范圍而決定的群集；分配步驟，將所述每個群集特有的特征標信號分配給在所述配屬步驟配屬好了的所述無線終端裝置；檢測步驟，檢測在訪問的媒體里是否存在由所述分配步驟所分配的所述特征標信號；以及發(fā)送步驟，當所述檢測步驟里的檢測結(jié)果為在所述媒體里不存在所述特征標信號時，將所述特征標信號和發(fā)往所述無線基站裝置的數(shù)據(jù)分組同時發(fā)送。
2.如權(quán)利要求1所述的載波偵聽多路訪問方法，其中所述發(fā)送步驟還具有遞減步驟，當所述檢測步驟里的檢測結(jié)果為在所述媒體里不存在所述特征標信號時，將補償值遞減；在所述遞減步驟里，當所述補償值遞減為零時，將所述特征標信號和所述數(shù)據(jù)分組同時發(fā)送。
3.如權(quán)利要求2所述的載波偵聽多路訪問方法，其中所述遞減步驟還具有判定步驟，判定所述媒體的狀態(tài)；在每時間單位，進行補償值的遞減，所述時間單位對應(yīng)于所述判定步驟里所判定的所述媒體的狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的載波偵聽多路訪問方法，其中所述特征標信號具有在所述檢測步驟的檢測時間比規(guī)定的時隙時間長的特征；在所述遞減步驟，在每經(jīng)過所述檢測時間就進行所述補償值的遞減。
5.如權(quán)利要求1所述的載波偵聽多路訪問方法，其中在所述發(fā)送步驟，使用通信用頻域中不用于發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組的中央部分的頻率發(fā)送所述特征標信號。
6.如權(quán)利要求1所述的載波偵聽多路訪問方法，其中在所述發(fā)送步驟，使用通信用頻域中不用于發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組的兩個邊界部分的頻率發(fā)送所述特征標信號。
7.如權(quán)利要求1所述的載波偵聽多路訪問方法，其中在所述發(fā)送步驟，使用通信用頻域中不用于發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組的中央部分以及兩個邊界部分的頻率發(fā)送所述特征標信號。
8.如權(quán)利要求1所述的載波偵聽多路訪問方法，其中所述特征標信號以所述群集為單位，與通信用頻域中的在所述發(fā)送步驟里不用于發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組的頻率相關(guān)聯(lián)；所述發(fā)送步驟，使用與本身的特征標信號相相關(guān)聯(lián)的頻率，進行所述特征標信號的發(fā)送。
9.如權(quán)利要求1所述的載波偵聽多路訪問方法，其中，使所述特征標信號具有規(guī)定程度以上的自相關(guān)特性以及規(guī)定程度以下的互相關(guān)特性；所述檢測步驟，利用所述特征標信號來進行相關(guān)計算，通過所述相關(guān)計算來檢測是否存在所述特征標信號。在英文中，沒有括號內(nèi)的內(nèi)容，此外，在權(quán)利要求中，除了附圖標記外，不可以有括號。
10.如權(quán)利要求5所述的載波偵聽多路訪問方法，其中使用所述中央部分的頻率所發(fā)送的所述特征標信號具有該平均值為零的特性。
11.如權(quán)利要求1所述的載波偵聽多路訪問方法，所述發(fā)送步驟，利用比發(fā)送所述分組數(shù)據(jù)還低的發(fā)送功率進行所述特征標信號的發(fā)送。
12.一種無線基站裝置，對應(yīng)空分多址訪問，具有形成指向性波束的天線單元和與所述天線單元相連接并可以進行并列工作的多個發(fā)送接收單元；還具有配屬單元，對應(yīng)所述無線終端裝置的位置，將所述無線終端裝置配屬給由所述指向性波束的到達范圍而決定的群集；分配單元，將所述每個群集所特有的特征標信號分配給配屬好了的所述無線終端裝置；以及通知單元，將分配的特征標信號通知給所述無線終端裝置。
13.一種無線終端裝置，包括接收單元，接收由所述無線基站裝置通知的特征標信號，該特征標信號為每個群集特有，該群集是由通信對方的無線基站裝置的天線單元所形成的指向性波束的到達范圍而決定的；檢測單元，檢測所訪問的媒體里是否存在所述特征標信號；遞減單元，依據(jù)所述檢測單元的檢測結(jié)果，當所述媒體里不存在所述特征標信號時，將補償值遞減；以及發(fā)送單元，當所述補償值通過所述遞減單元遞減為零時，將所述特征標信號和發(fā)往所述無線基站裝置的數(shù)據(jù)分組同時發(fā)送。
全文摘要
一種載波偵聽多路訪問的方法，可以提高無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。該方法通過無線網(wǎng)絡(luò)，比如無線LAN(100)來執(zhí)行，該無線網(wǎng)絡(luò)具有AP(110)以及與AP(110)通信的STA(120、130、140)，其中AP(110)裝備形成指向性波束的多波束天線(111)且兼容SDMA。利用該方法，首先AP(110)對應(yīng)STA(120～140)的位置，將STA(120～140)配屬給由指向性波束的到達范圍而定的波束群集。然后將每個波束群集所特有的用來判斷群集的特征標信號分配給已被配屬好了的STA(120～140)。
文檔編號H04B7/00GK1846374SQ200480025230
公開日2006年10月11日 申請日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者拉胡爾·馬利克, 陳必耀 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社