用于使用無線網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)頻帶進(jìn)行通信的系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于使用無線網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)頻帶進(jìn)行通信的系統(tǒng)
[0001 ] 本申請是申請日為2013年3月29日、申請?zhí)枮?01380018311.4、發(fā)明名稱為“用于使用無線網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)頻帶進(jìn)行通信的系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開的實(shí)施例涉及數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，更具體而言，涉及無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信。
【背景技術(shù)】
[0003]在無線通信的當(dāng)前狀態(tài)中，越來越多的通信設(shè)備能夠彼此無線通信。這些通信設(shè)備包括具有許多不同形狀因數(shù)的各種設(shè)備，其自以下各項(xiàng)變化:個(gè)人計(jì)算機(jī)、移動(dòng)或臺(tái)式機(jī)、顯示器、存儲(chǔ)設(shè)備、手持設(shè)備、電話等。這些通信設(shè)備中的許多被封裝為“用途”設(shè)備，諸如機(jī)頂盒、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、web平板、尋呼機(jī)、文本信使、游戲設(shè)備、智能器具和無線移動(dòng)電話。這樣的設(shè)備可以在各種不同的無線環(huán)境中彼此通信，諸如無線廣域網(wǎng)(WW AN)、無線城域網(wǎng)(WMAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)和無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)、碼分多址(CDMA)等。
[0004]對于諸如視頻流、實(shí)時(shí)協(xié)作、視頻內(nèi)容下載等之類的高吞吐量應(yīng)用的日益增長的需求對無線通信施加嚴(yán)格要求，以提供更好、更快、并且成本更低的通信系統(tǒng)。近年來，未經(jīng)許可的頻帶已用于高達(dá)幾百M(fèi)bps的通信，諸如2.4GHz(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)(ISM))和5.0GHz(通用國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(UNII))帶。為了實(shí)現(xiàn)這些比特率，已向電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)提議了相對復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)，諸如多輸入/多輸出(MMO)正交頻分復(fù)用(0FDM)。由于ISM和UNII帶的普及，對于這些帶的用戶來說，這些帶正變得擁擠，導(dǎo)致相當(dāng)大干擾。
[0005]為了提供干擾受限的Gbps通信，IEEE委員會(huì)最近已經(jīng)開始考慮以較高頻率進(jìn)行通信，諸如大于20GHz的頻帶。圖1示在了所選主要工業(yè)化國家/地區(qū)中當(dāng)前可用的未經(jīng)許可的頻帶。
【附圖說明】
[0006]通過以下詳細(xì)描述結(jié)合附圖，將容易理解本公開的實(shí)施例。為了便于該描述，同樣的參考標(biāo)號(hào)指明同樣的結(jié)構(gòu)元件。在附圖的圖中，作為示例而不是作為限制地圖示了實(shí)施例。
[0007]圖1圖示在所選主要工業(yè)化國家/地區(qū)中當(dāng)前可用的未經(jīng)許可頻帶；
圖2圖示使用具有大約相同孔徑大小的天線的不同頻帶的示例性波束寬度；
圖3圖示根據(jù)各種實(shí)施例的無線網(wǎng)絡(luò)；
圖4圖示根據(jù)各種實(shí)施例的可以通過使用第一和第二頻帶來發(fā)射和/或接收的各種類型的CSMA/CA協(xié)議數(shù)據(jù)；
圖5圖示根據(jù)各種實(shí)施例的用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通過通信設(shè)備進(jìn)行通信的過程；
圖6圖示根據(jù)各種實(shí)施例的通信設(shè)備；
圖7圖示根據(jù)各種實(shí)施例的用于通過使用兩個(gè)頻帶來發(fā)射和接收信號(hào)的電路； 圖8圖示根據(jù)各種實(shí)施例的幀格式；
圖9圖示根據(jù)各種實(shí)施例的另一幀格式；
圖10圖示根據(jù)各種實(shí)施例的又一幀格式；
圖11圖示根據(jù)各種實(shí)施例的使用軟耦合系統(tǒng)的兩個(gè)頻帶的兩個(gè)幀格式，所述軟耦合系統(tǒng)被適配成通過使用兩個(gè)頻帶進(jìn)行通信；
圖12圖示根據(jù)各種實(shí)施例的被適配成通過使用兩個(gè)頻帶進(jìn)行通信的軟耦合系統(tǒng)的電路；
圖13圖示根據(jù)各種實(shí)施例的用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通過通信設(shè)備進(jìn)行通信的另一過程；
圖14圖示根據(jù)各種實(shí)施例的用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通過通信設(shè)備進(jìn)行通信的又一過程；
圖15圖示根據(jù)各種實(shí)施例的在無線網(wǎng)絡(luò)中通過通信設(shè)備的搜索過程；
圖16圖示根據(jù)各種實(shí)施例的在無線網(wǎng)絡(luò)中通過通信設(shè)備的天線調(diào)整/鏈路建立過程； 圖17圖示根據(jù)各種實(shí)施例的在無線網(wǎng)絡(luò)中通過通信設(shè)備的另一天線調(diào)整/鏈路建立過程；
圖18圖示根據(jù)各種實(shí)施例的在無線網(wǎng)絡(luò)中通過通信設(shè)備的信號(hào)接收過程；
圖19圖示根據(jù)各種實(shí)施例的使用協(xié)調(diào)設(shè)備的通信系統(tǒng)；
圖20圖示根據(jù)各種實(shí)施例的用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通過協(xié)調(diào)設(shè)備來協(xié)調(diào)通信的過程;以及圖21圖示根據(jù)各種實(shí)施例的用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通過通信設(shè)備來協(xié)調(diào)通信的過程。
[0008]圖22圖示具有兩種不同類型的無線通信系統(tǒng)的通信系統(tǒng)。
[0009]圖23圖示適于在兩種不同類型的無線通信系統(tǒng)情況下使用的示例性用戶設(shè)備。
[0010]圖24圖示具有對于兩種不同類型的無線通信系統(tǒng)共同的幀同步時(shí)段的定時(shí)圖。
[0011]圖25圖示定時(shí)圖，以通過使用幀同步時(shí)段來同步來自兩種不同類型的無線通信系統(tǒng)的幀。
[0012]圖26圖示操作環(huán)境，以通過使用幀同步時(shí)段來檢測幀對準(zhǔn)信號(hào)。
[0013]圖27圖示用于控制無線接收器以通過使用幀同步時(shí)段來檢測幀對準(zhǔn)信號(hào)的過程。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在以下詳細(xì)描述中，參考形成本文的一部分的附圖，其中同樣的標(biāo)號(hào)貫穿全文指明同樣的部分，并且其中作為圖示而示出了其中可以實(shí)行本公開的主題的實(shí)施例。將理解的是:可以使用其它實(shí)施例并且可以做出結(jié)構(gòu)或邏輯改變而不脫離本公開的范圍。因此，以下詳細(xì)描述不要以限制性意義來理解，并且根據(jù)本公開的實(shí)施例的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物所限定。
[0015]依次以可以有助于理解本公開實(shí)施例的方式，各種操作可以被描述為多個(gè)分立的操作;然而，描述的順序不應(yīng)被解釋為意味著這些操作依賴于順序。
[0016]描述可以使用諸如“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在各種實(shí)施例中”之類的短語，其可以各自指一個(gè)或多個(gè)相同或不同的實(shí)施例。此外，正如關(guān)于本公開的實(shí)施例所使用的，術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”等是同義的。
[0017]根據(jù)本公開的各種實(shí)施例，提供了方法和系統(tǒng)，其中通信設(shè)備通過使用第一和第二頻帶與無線網(wǎng)絡(luò)中的其它通信設(shè)備進(jìn)行通信。對于實(shí)施例，第一頻帶可以與第一波束寬度相關(guān)聯(lián)，而第二頻帶可以與第二波束寬度相關(guān)聯(lián)，第一波束寬度大于第二波束寬度。雖然下面的描述對使用兩個(gè)頻帶進(jìn)行了描述，但是在可替換實(shí)施例中，可以采用多于兩個(gè)頻帶。
[0018]在各種實(shí)施例中，第一頻帶可以用于傳送(即發(fā)射和/或接收)第一信號(hào)，以便于無線網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備和其它通信設(shè)備之間的初始通信，包括第一信號(hào)的初始通信，所述第一信號(hào)包含用于粗略配置其它通信設(shè)備以與該通信設(shè)備進(jìn)行無線通信的控制信息和/或信號(hào)?？梢酝ㄟ^使用第二頻帶來發(fā)射設(shè)備之間的第二信號(hào)的隨后的通信。第二信號(hào)此外包括用于較精細(xì)配置其它通信設(shè)備以與該通信設(shè)備進(jìn)行無線通信的控制信息和/或信號(hào)。
[0019]在一些實(shí)施例中，第一信號(hào)可以被適配用于信號(hào)檢測、初始波束形成和/或初始載波頻率偏移(CFO)估計(jì)，以便于通過使用第二頻帶的隨后的通信。通過第二頻帶所傳送的第二信號(hào)可以被適配用于補(bǔ)充初始波束形成的更精確的波束形成和/或被適配用于可以補(bǔ)充初始CFO估計(jì)的精細(xì)CFO估計(jì)的信號(hào)。第二信號(hào)可以此外便于其它通信設(shè)備到該通信設(shè)備的定時(shí)同步。如之前間接提到的，通過使用第二頻帶所傳送的第二信號(hào)可以便于通過使用第二頻帶的另外的通信，以便促進(jìn)通過使用第二頻帶的第三信號(hào)的通信。將通過使用第二頻帶來傳送的第三信號(hào)可以包括各種類型的數(shù)據(jù)，例如包括與視頻流、實(shí)時(shí)和/或非實(shí)時(shí)協(xié)作、視頻內(nèi)容下載、音頻和文本內(nèi)容下載和/或上載等相關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0020]各種途徑可以使用在各種可替換實(shí)施例中，以便經(jīng)由與第一波束寬度相關(guān)聯(lián)的第一頻帶(本文中的“第一頻帶”)以及與第二波束寬度相關(guān)聯(lián)的第二頻帶(本文中的“第二頻帶”)來進(jìn)行通信。例如，在一些實(shí)施例中，使用第一頻帶的通信可以是如使用相對低的頻帶(諸如小于約20GHz的那些帶)的結(jié)果，而使用第二頻帶的通信可以是如使用較高頻帶(諸如以約20GHz以上為中心的那些帶)的結(jié)果。可以包括天線的各種組合和/或多元件天線的各種天線系統(tǒng)可以在各種可替換實(shí)施例中被采用，以便通過使用第一和第二頻帶進(jìn)行通信。
[0021]第一頻帶可以是比第二頻帶更低的頻帶。對于這些實(shí)施例，第一頻帶可以是2.4GHz ISM帶或5.0GHz UNII帶，或小于約20GHz的一些其它帶，而第二頻帶可以是較高的頻帶，諸如大于約20GHz的帶，例如包括24GHz帶或中心在59到62GHz頻譜中的帶。注意到，為了本描述的目的，使用第一較低頻帶的通信過程可以被稱為帶外(OOB)通信，并且使用第二較高頻帶的通信過程可以被稱為帶內(nèi)通信。此外注意到，在可替換實(shí)施例中，其它頻帶也可以用作第一和第二頻帶，并且第一較低頻帶和第二較高頻帶之間的劃界可以不在20GHz處。在仍其它的可替換實(shí)施例中，第一和第二頻帶可以以相同的頻率為中心，但可以與不同的波束寬度相關(guān)聯(lián)，例如通過使用不同孔徑大小的天線。
[0022]第一頻帶可以由通信設(shè)備使用，以與無線網(wǎng)絡(luò)的其它通信設(shè)備通信OOB控制信息信號(hào)或僅僅“第一控制信號(hào)”，以便于使用第二頻帶的數(shù)據(jù)通信。第一控制信號(hào)可以包括“信號(hào)”和/或“控制信息”，以便于該設(shè)備或其它通信設(shè)備的初始或粗略波束形成、CFO估計(jì)、定時(shí)同步等。在一些實(shí)施例中，通信設(shè)備可以使用第二頻帶以向和/或自無線網(wǎng)絡(luò)的其它通信設(shè)備發(fā)射和/或接收帶內(nèi)控制信息信號(hào)或僅僅“第二控制信號(hào)”，以進(jìn)一步便于使用第二頻帶的數(shù)據(jù)通信。第二控制信號(hào)可以包括信號(hào)和控制信息，以便于該通信設(shè)備或其它通信設(shè)備的精細(xì)波束形成、CFO估計(jì)、定時(shí)同步等。將通過使用第二頻帶來傳送(即發(fā)射和/或接收)的隨后的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)信號(hào)可以包括用于追蹤波束形成、CF0、定時(shí)等的信號(hào)，以及各種類型的數(shù)據(jù)，例如包括與視頻流、實(shí)時(shí)和/或非實(shí)時(shí)協(xié)作、視頻內(nèi)容下載、音頻和文本內(nèi)容下載和/或上載等相關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0023]為了領(lǐng)會(huì)本文所述的實(shí)施例的各個(gè)方面，現(xiàn)在將論述與相對寬的波束寬度相關(guān)聯(lián)的頻帶的特性以及與相對窄的波束寬度相關(guān)聯(lián)的頻帶的特性。該論述還將描述各種類型的天線的特性，例如包括全向和定向天線。此外，還將提供與使用相對于較高頻帶的較低頻帶的影響相關(guān)的論述。
[0024]該論述始于波束寬度的簡要描述。波束寬度是通常與天線或碟型天線相關(guān)聯(lián)的空間特性。天線的波束寬度可以由天線孔徑大小與要發(fā)射(或接收)的信號(hào)的波長的比來確定。也就是說，如果要發(fā)射(或接收)的信號(hào)的波長保持恒定，則孔徑大小越大，波束寬度就越窄。可替換地，通過發(fā)射(或接收)較短波長(即較高頻率)的信號(hào)而同時(shí)維持恒定的孔徑大小，還可以使得波束寬度更窄。因此，當(dāng)具有類似大小的孔徑的一個(gè)或多個(gè)天線發(fā)射不同頻帶的信號(hào)時(shí)，可以結(jié)果產(chǎn)生不同的波束寬度。注意到，雖然上面的論述除其它外涉及孔徑大小和波束寬度之間的關(guān)系，但多元件天線可以用于選擇性地控制要發(fā)射的信號(hào)的波束寬度，在這種情況下，孔徑大小可以不相關(guān)于要發(fā)射的信號(hào)的波束寬度。也就是說，可以采用具有多元件天線的天線系統(tǒng)，所述多元件天線可以被適應(yīng)性地配置為選擇性地發(fā)射(或接收)與不同的波束寬度相關(guān)聯(lián)的信號(hào)。
[0025]因此，為了獲得相對寬的波束寬度，一種途徑是使用具有小孔徑的天線，諸如全向天線，替代于或附加于使用相對低的頻帶(例如ISM或UNII帶)。相反，為了獲得較窄的波束寬度，一種途徑是使用具有大孔徑的天線，諸如定向天線，替代于或附加于使用相對高的頻帶。當(dāng)然，可替換地，單個(gè)天線可以僅僅通過變更要發(fā)射和/或接收的信號(hào)的頻帶(即較高或較低的頻帶)而提供變化的波束寬度。在仍其它的可替換途徑中，并且正如之前間接提到的，多元件天線可以用于提供具有變化的波束寬度的頻帶。也就是說，可以例如通過使用特殊過程或協(xié)議來適應(yīng)性地控制單組多元件天線，以提供特定的波束方向和特定的波束形狀。因此，單組多元件天線可以用于提供變化的波束寬度的多個(gè)頻帶。注意到，在以下描述中，術(shù)語“天線”可以指單個(gè)天線或多元件天線。
[0026]現(xiàn)在參照圖2，通過使用具有大約相同孔徑大小的天線來比較各種頻帶的波束寬度。正如之前間接提到的，使用諸如2.4GHz(ISM)帶或5.0GHz(UNII)帶之類的較低頻帶而不是諸如帶內(nèi)頻帶(例如大于20GHz的帶)之類的較高頻帶來用于在例如無線網(wǎng)絡(luò)中通信的特性之一是較低頻帶可以與較大的波束寬度相關(guān)聯(lián)。由于較大的波束寬度，經(jīng)由較低頻帶發(fā)射的信號(hào)將很可能到達(dá)無線網(wǎng)絡(luò)中的更多設(shè)備。然而，由于較大的波束寬度，使用較低頻帶的缺點(diǎn)是:由于較寬的楔，存在較大的干擾和攔截風(fēng)險(xiǎn)。
[0027]與較低頻帶相反，當(dāng)較高頻帶用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通信時(shí)，結(jié)果可以產(chǎn)生較窄的波束寬度，如先前所述。結(jié)果，可以存在較小的干擾可能性。除了較窄的波束寬度之外，較高頻帶的另一特性是:如果使用較高頻帶(諸如24或60GHz帶)，則可能存在隨距離的附加衰減，這例如由于氧吸收而引起。也就是說，并且正如圖2中所描繪，較高頻帶(例如60GHz帶)可以具有比較低頻帶(例如2.4或5.0GHz帶)更小的波束寬度和更短的“范圍”或“所及范圍”。因此，在60GHz帶而不是諸如2.4或5.0GHz帶之類的較低帶中操作的設(shè)備通常可以具有較少的來自其它遠(yuǎn)程設(shè)備的干擾風(fēng)險(xiǎn)。
[0028]使用較高頻帶來用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通信的另一特性是:較高頻帶可以允許使用較高信號(hào)帶寬(因?yàn)楦嗟念l譜通常在較高頻率處可用)，其因此可以允許較大的數(shù)據(jù)吞吐量。同時(shí)，由于在接收器側(cè)較小的信噪比，使用較大的帶寬可以降低發(fā)射信號(hào)的功率譜密度，并潛在地減小可靠通信范圍。
[0029]使用較高頻帶來用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通信可以意指可以使用定向天線而非全向天線來用于這樣的通信。當(dāng)用于在無線網(wǎng)絡(luò)中通信時(shí)，使用這樣的天線本身可以提供某些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。例如，使用定向天線和較高頻帶用于發(fā)射信號(hào)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:與使用全向天線來實(shí)現(xiàn)相同水平的所接收功率相比，可以需要較少的功率。因而，不太有效(和不太昂貴)的射頻(RF)組件可以與定向天線一起使用，這在一些情形下可以是顯著的因素，因?yàn)閷τ谳^高頻率的通信，RF部分的成本可能顯著更高。
[0030]當(dāng)然，當(dāng)通過使用較高頻帶與定向天線來在無線網(wǎng)絡(luò)中通信時(shí)，可能存在某些缺點(diǎn)。例如，可能需要跨越360度的經(jīng)適配的或多個(gè)固定天線設(shè)置，以便在網(wǎng)絡(luò)中注冊所有的通信設(shè)備。這可能是非常耗時(shí)的，并且例如通過使用諸如載波偵聽多路訪問和沖突避免(CSMA/CA)或載波偵聽多路訪問和沖突檢測(CSMA/CD )之類的協(xié)議來同步網(wǎng)絡(luò)中的通信設(shè)備可能非常困難，并且在采用使用定向天線的較高頻帶時(shí)可能是不可行的。
[0031]根據(jù)各種實(shí)施例，如上所述的與不同的波束寬度相關(guān)聯(lián)的頻帶的特性可以被組合，并根據(jù)如下所述的各種實(shí)施例而用于無線通信網(wǎng)絡(luò)中。
[0032]圖3圖示根據(jù)各種實(shí)施例的包括多個(gè)通信設(shè)備(CD)的無線網(wǎng)絡(luò)，所述多個(gè)通信設(shè)備經(jīng)由多個(gè)通信鏈路彼此通信。對于實(shí)施例，網(wǎng)絡(luò)300可以是WWAN、WMAN、WLAN、WPAN或其它類型的無線網(wǎng)絡(luò)。通信設(shè)備(CD)302-308可以是臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、機(jī)頂盒、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、web平板、尋呼機(jī)、文本信使、游戲設(shè)備、智能器具、無線移動(dòng)電話或任何其它類型的計(jì)算或通信設(shè)備。在一些實(shí)施例中，⑶302-308中的至少一個(gè)可以是主站或接入點(diǎn)，而其它CD可以是客戶端或從設(shè)備。注意到，在可替換實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)300可以包括較多或較少的⑶。CD 302-308中的每一個(gè)可以經(jīng)由可以是雙向的鏈路310來與網(wǎng)絡(luò)300的其它⑶通信。⑶之間的通信可以根據(jù)諸如802.lla、802.1lb之類的標(biāo)準(zhǔn)以及這些標(biāo)準(zhǔn)的其它衍生物。
[0033]為了容易理解，將此外描述本公開的實(shí)施例，假定網(wǎng)絡(luò)300是WPAN，并且CD302是接入點(diǎn)，并且其它⑶304-308是客戶端設(shè)備。注意到，在可替換實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)300可以不包括接入點(diǎn)。例如，在可替換實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)300可以是自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，在這種情況下不需要接入點(diǎn)。返回到圖3，在一些實(shí)施例中，客戶端⑶304-308中的至少一些可以任意地和隨機(jī)地加入和/或離開網(wǎng)絡(luò)300。每當(dāng)客戶端⑶304-308進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)300時(shí)，它可以認(rèn)證或相關(guān)聯(lián)于(本文中“關(guān)聯(lián)”)網(wǎng)絡(luò)300，使得網(wǎng)絡(luò)300的各種客戶端CD可以“知道”客戶端CD存在于網(wǎng)絡(luò)300中。在一些實(shí)施例中，通過和接入點(diǎn)⑶302相關(guān)聯(lián)，客戶端⑶304-308可以與網(wǎng)絡(luò)300相關(guān)聯(lián)。注意到，在該圖示中，客戶端⑶304剛進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)300，正如參考312所指示。
[0034]當(dāng)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)300時(shí)，CD304可以使其本身與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)(例如經(jīng)由接入點(diǎn)⑶302)。根據(jù)各種實(shí)施例，可以例如通過使用與相對寬的波束寬度相關(guān)聯(lián)的第一頻帶實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)300的關(guān)聯(lián)。通過使用與相對寬的波束寬度(本文中“第一波束寬度”)相關(guān)聯(lián)的頻帶來發(fā)射關(guān)聯(lián)信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)300中的其它⑶302、306和308可以更可能從⑶304接收認(rèn)證信號(hào)(例如信標(biāo))。在一些實(shí)施例中，第一頻帶可以是2.4GHz(ISM)、5.0GHz(UNII)