專利名稱：在無線局域網(wǎng)中傳輸和保護(hù)長幀的制作方法
在無線局域網(wǎng)中傳輸和保護(hù)長幀背景技術(shù)在當(dāng)今的通信行業(yè)中，通信協(xié)議和技術(shù)的快速推進(jìn)是常見的。 為了促進(jìn)新系統(tǒng)的廣泛部署，常常要付出相當(dāng)大的努力以確保新的 通信技術(shù)和系統(tǒng)與本文稱為"遺留"系統(tǒng)或裝置的以前的系統(tǒng)和裝 置兼容。介質(zhì)訪問控制(MAC)層上方的吞吐量是無線局域網(wǎng)(WLAN) 的關(guān)鍵參數(shù)。獲得更多吞吐量的 一種方式是在減少報頭和幀間間隙 的開銷的空氣鏈路中使用更長的幀。這種長幀可以構(gòu)建為MAC層協(xié) 議數(shù)據(jù)單元(MPDU)的級聯(lián)(或集合)并且作為單個物理協(xié)議數(shù)據(jù) 單元(PPDU)來發(fā)送。然而，在遺留WLAN中，僅允許每PPDU 一個MPDU。為更新一代系統(tǒng)推薦的更長的幀可導(dǎo)致與遺留系統(tǒng)的互操作性 的問題，因為通常用于避免遺留系統(tǒng)中沖突的技術(shù)可能未被設(shè)計為 適應(yīng)更新一代系統(tǒng)的更長的幀傳輸。因此，提供更長的幀能力并減少幀沖突的系統(tǒng)將是所期望的。


根據(jù)下面對本發(fā)明的說明并參考附圖，本發(fā)明實施例的若干方 面、特征和優(yōu)點將變得顯而易見，在附圖中，相似數(shù)字表示相似的 部分，并且其中圖1是示出按照本發(fā)明一個實施例的、用于無線網(wǎng)絡(luò)中的示范 的幀結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是長幀傳輸和用于避免無線網(wǎng)絡(luò)中沖突的對等站的爭用預(yù) 防周期的示范的時序圖；以及圖3是依照本發(fā)明的各個方面的、用于發(fā)送和接收長幀的無線 設(shè)備的示范實施例的功能框圖。
具體實施方式
雖然下面詳細(xì)的說明可能描述了涉及無線局域網(wǎng)(WLAN)的 本發(fā)明的示范實施例，但是本發(fā)明不限于此并且可以用于可獲得優(yōu) 勢的其他類型的無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)。這樣的網(wǎng)絡(luò)包括但不限于與 無線廣域網(wǎng)(WWAN)、無線城域網(wǎng)(WMAN)、無線個域網(wǎng)(WPAN) 以及諸如此類相關(guān)聯(lián)的那些網(wǎng)絡(luò)，所述無線廣域網(wǎng)例如為通用分組 無線電業(yè)務(wù)(GPRS)系統(tǒng)、增強(qiáng)型GPRS (EGPRS)系統(tǒng)、寬帶碼 分多址(WCDMA)系統(tǒng)、碼分多址(CDMA)系統(tǒng)和CDMA 2000 系統(tǒng)或其他類似的系統(tǒng)，所述無線城域網(wǎng)例如為包括得到微波存取 全球互通(WiMAX)論壇支持的那些系統(tǒng)的無線寬帶接入系統(tǒng)。下面的本發(fā)明實施例可用于各種應(yīng)用，包括無線電系統(tǒng)的發(fā)射 機(jī)、接收機(jī)和/或收發(fā)機(jī)，盡管本發(fā)明不限于此方面。特別包括在本 發(fā)明范圍內(nèi)的無線電系統(tǒng)包括但不限于網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)、網(wǎng)絡(luò)適 配器、移動臺、基站、接入點(AP)、網(wǎng)關(guān)、橋接器、集線器和無 線電話。另外，本發(fā)明實施例范圍內(nèi)的無線電系統(tǒng)可包括蜂窩式無 線電話系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、個人通信系統(tǒng)(PCS)、雙向無線電系統(tǒng)、 雙向?qū)ず魴C(jī)、個人計算機(jī)(PC)和相關(guān)外圍設(shè)備、個人數(shù)字助理 (PDA)、個人計算輔助設(shè)備以及可能在性質(zhì)上相關(guān)的并且本發(fā)明 實施例的原理可適用的所有現(xiàn)有的和未來出現(xiàn)的系統(tǒng)。下面是在利用正交頻分復(fù)用(OFDM)的示范的WLAN的情況 下對本發(fā)明實施例進(jìn)行描述，盡管本發(fā)明不限于此方面。電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)完成了用于WLAN的、被稱為 IEEE 802.11的初始標(biāo)準(zhǔn)(1999 )。此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 2.4GHz的工作頻 率，數(shù)椐速率為1Mbps和2Mbps，利用直接序列擴(kuò)頻或頻率跳變擴(kuò) 頻。IEEE 802.11工作組后來發(fā)布了對802.11標(biāo)準(zhǔn)的三個補(bǔ)充802.11a(在5.8GHz頻帶中使用OFDM) (ISO/正C 8802-11: 1999)、 802.11b (在2.4GHz頻帶中使用直接序列)(1999和1999 Cor,l脂l )和 802.11g(在2,4GHz頻帶中使用OFDM) (2003 )。這些系統(tǒng)中最 值得注意的是利用OFDM的802.11a和802.11g,這些系統(tǒng)在本文中 被單獨或共同稱為"遺留"WLAN。正EE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了跨52個單獨的副載波分割信息信號以 提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)腛FDM物理層。OFDM物理層的主要用途是在由 802.11 MAC層引導(dǎo)時傳輸MAC (介質(zhì)訪問控制)協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (MPDU)。將OFDM物理層分成兩部分PLCP (物理層會聚協(xié)議) 子層和PMD (物理介質(zhì)相關(guān))子層。PLCP子層為傳輸準(zhǔn)備MAC協(xié) 議數(shù)據(jù)單元(MPDU)并且將輸入幀從無線介質(zhì)傳遞至MAC層。通 過將MPDU映射成適于由PMD傳輸?shù)膸袷?，PLCP子層使MAC 層對PMD子層的依賴性最小。如前所述，對于例如IEEE 802.1 la的 遺留系統(tǒng)，僅允許每PPDU —個MPDU。然而，對于新一代高吞吐量(HT) WLAN的最新建議，例如預(yù) 計在正EE 802.1 In標(biāo)準(zhǔn)中采用的那些建議，定義了單幀中包括MPDU 的集合的PPDU幀。使用更長的幀的難題是在具有現(xiàn)有(即，遺留) 裝置和新一代HT裝置兩者的WLAN中可能出現(xiàn)互操作性問題。使用任何類型的載波偵聽介質(zhì)訪問(CSMA)的WLAN無法完 全避免沖突。當(dāng)兩個或更多個站開始同時傳輸時或者在一些站完成 傳輸之前另一些站開始傳輸時發(fā)生沖突。無法正確接收已經(jīng)遭受沖 突的幀并且應(yīng)當(dāng)重新提交這些幀，這減少了 WLAN吞吐量。所以， 由此得出，如果幀變得更長，則減少沖突變得甚至更加重要，以便 于保持更高的吞吐量。稱為虛擬載波偵聽的MAC機(jī)制有時用于避免如果多個站同時開 始傳輸而發(fā)生的沖突。此機(jī)制將當(dāng)前站計劃用于它自己的傳輸?shù)臅r 間間隔的時長信息傳播到其他站。作為訪問介質(zhì)的條件，MAC層檢 查它的網(wǎng)絡(luò)分配矢量(NAV)的值，該矢量為駐留在每個站的計數(shù)器，它可以表示在剩余站(over station)將要傳輸?shù)墓蚕硇诺郎鲜Ｓ?的時間量。在站可以嘗試發(fā)送幀之前NAV必須是零。在當(dāng)前幀的傳 輸期間，基于這些幀的長度和數(shù)據(jù)速率，站計算發(fā)送下一幀或幀序 列所必需的時間量。該站將表示此時間的值放進(jìn)當(dāng)前幀的報頭內(nèi)的 時長字段中。當(dāng)站接收到該幀時，它們檢查此時長字段值并且將其 用作設(shè)置它們的相應(yīng)NAV的基礎(chǔ)。此過程實質(zhì)上把共享信道的時間 分配留給發(fā)送站用于傳輸。虛擬載波偵聽可使用在發(fā)射站和接收站之間實現(xiàn)請求發(fā)送 (RTS)和清除發(fā)送(CTS)消息接發(fā)并且其中對等站可從RTS/CTS 消息中提取值用于更新NAV的沖突避免技術(shù)。然而，由于"隱藏節(jié) 點"問題，其中例如一個對等站未接收CTS (由于它的地理位置或 鏈路阻塞)，可能并不總是準(zhǔn)確更新對等站NAV，這可能導(dǎo)致重疊 傳輸并因此導(dǎo)致沖突。PPDU幀的PLCP報頭中的物理(PHY)層機(jī)制包括標(biāo)識大小和 速率的字段，所述大小和速率一起表示幀的時長。因此，其他站可 了解正在傳播的(on air)當(dāng)前幀的時長并且推遲它們自己的傳輸直 至幀時長結(jié)束。然而，因為遺留WLAN系統(tǒng)被構(gòu)建為僅支持每PPDU 一個MPDU，所以遺留WLAN PPDU幀的現(xiàn)有PLCP報頭未被設(shè)計 為包含足夠大到描述為新一代WLAN推薦的更長PPDU幀的時長的 數(shù)量。轉(zhuǎn)到圖1，現(xiàn)在將描述可解決一個或多個前述問題的PPDU幀結(jié) 構(gòu)100。在各個實施例中，幀100的有效負(fù)荷(圖1中示為PHY月良 務(wù)數(shù)據(jù)單元(PSDU) 150)可由多個MPDU 160、 172、 174、 176組 成。第一 MPDU 160被構(gòu)成為具有遺留格式(其中任何保留的幀類 型得到支持)并且有效負(fù)荷150的其余MPDU (例如172、 174、 176) 可以是任何格式。在一個實施例中，正交頻分復(fù)用(OFDM) PLCP報頭可以被配 置為將保留字段112用于表示PPDU幀100是集合(或長)幀。與整個幀結(jié)構(gòu)的長度相反，PLCP才艮頭110的長度字段114可以 #皮設(shè)置為用于標(biāo)識多MPDU幀有效負(fù)荷150的僅第一 MPDU 160的 字節(jié)計數(shù)的值。如此，遺留裝置可能能夠讀取幀100的第一 MPDU 160，即使其余的MPDU 172、 174、 176與遺留裝置無關(guān)?？梢园?用于標(biāo)識PHY層上的幀結(jié)束(EOF)的信令，例如字段180，因為 報頭110的長度字段114不會正確標(biāo)識幀100的長度。另外，依照各個實施例，第一MPDU 160的時長字段162中的 NAV值可以祐j殳置為標(biāo)識集合幀100的其余時長-即MPDU 172、 174、 176的總時長。因此，集合幀100可用于在新一代HT WLAN裝置之間通信， 并且例如基于服務(wù)字段112中的保留位，每個HT WLAN裝置可識 別集合幀100。 HT WLAN裝置可因此不考慮PLCP報頭110內(nèi)長度 字段114中的值，而是處理該幀直至遭遇EOF信令180。遺留站可使用長幀100的信息來更新其NAV機(jī)制，使得其自己 的傳輸被推遲直至集合幀結(jié)束。例如，遺留站的PHY可僅收集PLCP 報頭110的長度字段112中提到的部分(例如僅第一 MPDU)并將 其供給MAC。因為第一MPDU 160是遺留格式，遺留站MAC能夠 處理它并且從時長字段162中提取NAV值。因此，可以為長幀準(zhǔn)確 更新遺留站的NAV機(jī)制，即使遺留站可能不能夠理解集合幀100的 全部。圖1還示出了可用于實現(xiàn)集合幀的PHY層的示范的OFDM符 號生成，盡管本發(fā)明實施例不限于此方面。轉(zhuǎn)到圖2,集合幀100的格式同樣可能對根據(jù)RTS/CTS方法的 沖突防護(hù)是有用的。如該示例中所示的，當(dāng)HT站202想要傳輸時， 它可發(fā)出具有被斷言為保護(hù)預(yù)期的CTS和集合幀的時長序列的時長 值的RTS消息。這時，包括遺留裝置的、聽到RTS的任何站可能已 經(jīng)更新了 NAV以制止在NAV1時間段期間傳輸(例如由站208示 出)。此NAV實際上覆蓋了 CTS和集合幀的開始。例如接入點(AP)、網(wǎng)狀節(jié)點或其他站的預(yù)期的接收方HT裝 置204可接著發(fā)出包含時長值的CTS消息，所述時長值足夠長以保 護(hù)將由發(fā)射HT站202發(fā)送的整個集合幀。聽到CTS的所有站(例 如站206和209)可在長幀期間斷言NAV。利用所推薦的本發(fā)明實 施例的長幀結(jié)構(gòu)(例如，100)，基于傳輸?shù)膸旧碇械闹?例如第 一 MPDU的字段162中的時長值；圖1)，聽到RTS但是未成功從 CTS中得到NAV值的那些站(例如站208 )可延長它的NAV (并且 因此延長它的無傳輸周期)以覆蓋整個集合幀。對于圖2的站208， 此延長的無傳輸周期被示為虛線。正如可以觀察到的，利用前述實施例的實現(xiàn)，甚至在包括遺留 站和HT站兩者的混合環(huán)境中使用長幀可取得改進(jìn)的HT WLAN性 能。另外，可減少對集合幀的RTS/CTS保護(hù)的需要并且因此可減少 與RTS/CTS相關(guān)聯(lián)的開銷，這可能甚至更進(jìn)一步提高了吞吐量。最 后，在例如遭遇隱藏節(jié)點問題時，本發(fā)明實施例可利用RTS/CTS改 進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的性能。轉(zhuǎn)到圖3，用于無線網(wǎng)絡(luò)中的示范的設(shè)備300可包括主機(jī)系統(tǒng) 360、處理電路350,所述處理電路350可以是適于產(chǎn)生如本文所迷 的長幀的任何組件或組件組合和/或機(jī)器可讀代碼。在一個示范實現(xiàn) 中，如果需要的話，電路350可包括基帶處理電路353、介質(zhì)訪問控 制器電路354和射頻(RF)接口 310。 MAC可組合從主機(jī)360得到 MSDU的MPDU并且可在如上所述包括集合幀的時長值的每一集合 幀的開始處插入偽MPDU?；鶐幚黼娐?53附加相關(guān)的PLCP報 頭110和EOF 180。MAC和基帶處理電路350和/或RF接口 310可包括用于如前所 述發(fā)送和/或接收長幀的MAC層處理、PHY鏈路層處理和/或RF處 理所必需的任何硬件、專欠件和/或固件組件。因此，設(shè)備300可以是如蜂窩式電話的無線移動臺、個人數(shù)字 助理、計算機(jī)、個人娛樂裝置、無線路由器、如WLAN接入點(AP)的網(wǎng)絡(luò)接入站、網(wǎng)狀節(jié)點或其他設(shè)備和/或網(wǎng)絡(luò)適配器。因此，設(shè)備300的功能和/或特定配置可以根據(jù)適當(dāng)?shù)男枰M(jìn)行改變。利用分立電路、專用集成電路(ASIC)、邏輯門和/或單片結(jié)構(gòu) 的任何組合可實現(xiàn)設(shè)備300的組件和特征。另外，利用微控制器、 可編程邏輯陣列和/或微處理器或在恰當(dāng)之處前述的任何組合可實現(xiàn) 設(shè)備330的特征。應(yīng)當(dāng)意識到，圖3的框圖中示出的設(shè)備300只是許多潛在實現(xiàn) 中的一個功能描述的示例。因此，在附圖中示出的塊功能的劃分、 省略或包含不意味著用于實現(xiàn)這些功能的硬件組件、電路、軟件和/ 或元件會有必要進(jìn)行組合、劃分、省略或包括在本發(fā)明的實施例中。可以利用單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)來實現(xiàn)設(shè)備300的實施例。 然而，某些備選實現(xiàn)可利用具有多根天線318、 319的多輸入多輸出 (MIMO)體系結(jié)構(gòu)。除非與物理可能性相反，否則發(fā)明人預(yù)見本文所述的方法可以 任何順序和/或以任何組合來實施；并且相應(yīng)實施例的組件可以任何 方式進(jìn)行組合。盡管已經(jīng)描述了此新穎發(fā)明的示范實施例，在沒有背離本發(fā)明 范圍的情況下，許多變更和修改是可能的。因此，本發(fā)明實施例不 限于上述特定的公開內(nèi)容，而是應(yīng)當(dāng)僅由所附權(quán)利要求書和其法律 等同物的范圍來限定。
權(quán)利要求
1. 一種在無線網(wǎng)絡(luò)中通信的方法，所述方法包括傳輸由多個介質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)組成的集合幀，其中所述集合幀的第一MPDU具有可由遺留無線局域網(wǎng)(WLAN)裝置讀取的格式，所述遺留無線局域網(wǎng)(WLAN)裝置可僅讀取具有單個MPDU的幀。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一 MPDU具有基本 上符合電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)的802.11格式的格式。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述集合幀包括物理層會聚 規(guī)程(PLCP),所述物理層會聚規(guī)程(PLCP)具有基本上符合電氣 和電子工程師協(xié)會(IEEE)的802.11a格式的格式。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述集合幀包括物理層會聚 規(guī)程(PLCP)報頭，所述物理層會聚規(guī)程(PLCP)報頭包括具有標(biāo) 識僅所述第一 MPDU的長度的值的長度字段。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一 MPDU包括標(biāo)識 所述集合幀的時長的時長值。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述集合幀還包括幀結(jié)束 (EOF)指示符。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括，在傳輸前 插入所述第一 MPDU作為包含供所述遺留WLAN裝置在所述集合幀期間更新它的網(wǎng)絡(luò)分配矢量(NAV)的時長值的MPDU。
8. —種用于無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，所述設(shè)備包括處理電路，用于形成包括多個MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)的 幀，其中所述幀的第一MPDU包括標(biāo)識所述幀的時長的時長值。
9. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述處理電路包括基帶處理 電路和以通信方式耦合至所述基帶處理電路的MAC電路。
10. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述處理電路被配置為利用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制所述幀。
11. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述幀包括具有長度字段 的報頭，所述長度字段具有標(biāo)識所述第一 MPDU的長度的值。
12. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還包括耦合至所述處理電路的 射頻(RF)接口，所述RF接口包括用于多輸入多輸出(MIMO)操 作的至少兩根天線。
13. 如權(quán)利要求7所述的i殳備，其中所述設(shè)備包括移動臺或網(wǎng) 絡(luò)接入站的至少一部分。
14. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中提供所述時長值以更新可 能不理解整個所述幀的遺留裝置的網(wǎng)絡(luò)分配矢量(NAV)。
15. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中以和所述集合幀的其他MPDU 不同的速率傳輸所述幀的第一 MPDU。
16. 如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述報頭還包括用于標(biāo)識 所述幀為集合幀的位。
17. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述幀還包括幀結(jié)束(EOF) 指示符。
18. —種用于無線網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括處理電路，用于生成幀，每一幀包括報頭和多個介質(zhì)訪問控制 (MAC)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU),其中每一幀的報頭包括標(biāo)識所述幀的僅第一 MPDU長度的值；以通信方式與所述處理電路耦合的射頻(RF)接口；以及 與所述RF接口耦合、用于多輸入多輸出(MIMO)通信的至少兩根偶極子天線。
19. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括移動臺或網(wǎng) 絡(luò)接入站的至少一部分。
20. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述無線網(wǎng)絡(luò)包括無線局 域網(wǎng)(WLAN)。
21. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中每一幀的第一 MPDU具 有基本上符合電氣和電子工程師協(xié)會(正EE)的802.11a格式的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通信的方法和系統(tǒng)可使用長幀，每一幀包括介質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)的集合。在某些實施例中，幀的第一MPDU可以與被設(shè)計為讀取僅具有一個MPDU的幀的遺留無線局域網(wǎng)裝置兼容的格式來組成。第一MPDU中的字段可包括時長值，所述時長值可用于更新遺留裝置的網(wǎng)絡(luò)分配矢量(NAV)以制止在長幀期間傳輸。還公開了各種其他實施例和實現(xiàn)。
文檔編號H04L12/28GK101223731SQ200580044661
公開日2008年7月16日 申請日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者S·B·特賴寧 申請人:英特爾公司