專利名稱：用于無(wú)線多路接入的無(wú)線設(shè)備和方法
用于無(wú)線多路接入的無(wú)線設(shè)備和方法 相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
本申請(qǐng)涉及發(fā)明人為Jacob Sharony、于2005年3月31日提交 的題為"Access Point and Method for Wireless Multiple Access，，的美 國(guó)申請(qǐng)以及發(fā)明人為Jacob Sharony、于2005年3月31日提交的題 為"System and Method for Wireless Multiple Access"的美國(guó)申請(qǐng)，其 全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入這里。
背景技術(shù)：
無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)是一種靈活的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其既可以替 代也可以擴(kuò)展傳統(tǒng)的有線LAN。 WLAN可以在分布環(huán)境上提供附加 功能和移動(dòng)性。即，有線LAN通過(guò)線纜或線路將數(shù)據(jù)從第一計(jì)算設(shè) 備發(fā)送到另一計(jì)算設(shè)備，其中，線纜或線路提供到LAN和任何與其 相連的設(shè)備的鏈路。然而，WLAN依靠無(wú)線電波在無(wú)線設(shè)備之間傳輸 數(shù)據(jù)。通過(guò)被稱為調(diào)制的處理，數(shù)據(jù)被疊加到無(wú)線電波上，由此載波 用作傳輸介質(zhì)。
由電氣和電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義和規(guī)范在
WLAN上無(wú)線設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。這些標(biāo)準(zhǔn)包括通常稱為802.11
的通信協(xié)議，并且具有幾個(gè)版本，包括802.11a、 802.11b ("Wi-Fi")、
802.11e、 802.11g和802.11n。最近，出現(xiàn)了部署基于802.11的無(wú)線基
礎(chǔ)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的浪潮，以便在公共場(chǎng)所(例如，"熱點(diǎn)，，)中提供WLAN 數(shù)據(jù)共享和無(wú)線因特網(wǎng)接入服務(wù)。
傳統(tǒng)的WLAN利用單入單出("SISO")蜂窩式共享架構(gòu)，其中 數(shù)據(jù)在小區(qū)中的無(wú)線信道上傳輸。因?yàn)樾诺朗怯尚^(qū)內(nèi)的所有無(wú)線設(shè) 備(例如，移動(dòng)單元和接入點(diǎn))共享的，所以每個(gè)設(shè)備必須為接入該 信道而竟?fàn)?，因而在給定時(shí)刻只允許一個(gè)設(shè)備在信道上發(fā)送。因此，
傳統(tǒng)的WLAN存在許多限制(例如，傳輸時(shí)間延遲、傳輸失敗、網(wǎng) 絡(luò)開(kāi)銷增加、可擴(kuò)展性受限等)。
在致力于克服傳統(tǒng)WLAN的限制的過(guò)程中，開(kāi)發(fā)了多入多出 ("MIMO")共享WLAN架構(gòu)。MIMO模式使用空間復(fù)用來(lái)增加無(wú) 線設(shè)備之間發(fā)送的數(shù)據(jù)的比特率和精確性。在MIMO模式中，單個(gè)高 速數(shù)據(jù)流(例如，200mbps )被劃分成幾個(gè)低速數(shù)據(jù)流(例如，50mbps )， 將其發(fā)送到無(wú)線設(shè)備(例如，移動(dòng)單元)并且將其重新合并成高速數(shù) 據(jù)流以解決傳輸。然而，在給定時(shí)刻僅對(duì)一對(duì)一通信(例如，接入點(diǎn) 到單個(gè)移動(dòng)單元)提供該高速連接。此外，按照802.11協(xié)議的笫一版 本(例如，802.11a、 802.11b、 802.11g等)工作的無(wú)線設(shè)備在沒(méi)有硬 件和/或軟件修改的情況下可能無(wú)法支持該高速連接，這對(duì)于WLAN 的運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，可能意味著相當(dāng)大的成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種無(wú)線設(shè)備，包括多根天線、多個(gè)接收機(jī)、發(fā)射機(jī) 和處理器。所述天線從接入點(diǎn)的多根發(fā)射天線的每一根接收第一信號(hào)。 第一信號(hào)包括第一標(biāo)識(shí)符，其標(biāo)識(shí)發(fā)送該第一信號(hào)的相應(yīng)發(fā)射天線。 所述接收機(jī)耦接到所述多根天線的每一根，并且處理由該天線接收的 第一信號(hào)。發(fā)射機(jī)耦接到所述多根天線的每一根。處理器耦接到所述 多個(gè)接收機(jī)中的每一個(gè)和所述發(fā)射機(jī)。處理器由每個(gè)第一信號(hào)生成包 括該第一標(biāo)識(shí)符的第一通信矩陣。處理器利用第一通信矩陣來(lái)解析在 單個(gè)時(shí)隙內(nèi)在無(wú)線信道上從接入點(diǎn)接收的多個(gè)無(wú)線通信。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的下游協(xié)議的示例性實(shí)施例。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的上游協(xié)議的示例性實(shí)施例。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性實(shí)施例。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的無(wú)線通信的示例性實(shí)施例的示意圖。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的、合計(jì)系統(tǒng)吞吐量(aggregate system throughput)與天線數(shù)量之間關(guān)系的示例性實(shí)施例。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的、合計(jì)系統(tǒng)吞吐量與天線數(shù)量之間 關(guān)系的另一示例性實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
參照下面描述和附圖可以進(jìn)一步理解本發(fā)明，其中相同的元件用 相同的附圖標(biāo)記指示。本發(fā)明的示例性實(shí)施例描述一種為無(wú)線環(huán)境中 的無(wú)線設(shè)備提供對(duì)該無(wú)線環(huán)境的多路接入的協(xié)議。此外，有利的是， 本發(fā)明的協(xié)議與使用傳統(tǒng)接入機(jī)制的基于802.11的已有無(wú)線設(shè)備兼 容。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括部署在空間 110內(nèi)的WLAN 105。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，空間110可以 是封閉環(huán)境(例如，倉(cāng)庫(kù)、辦公室、家、商店等)、戶外環(huán)境(例如， 公園等)或者其組合?？臻g110可以是一個(gè)區(qū)域，或者被劃分成不止 一個(gè)區(qū)域(例如，區(qū)域115)。區(qū)域115的數(shù)量或大小都不受限制。 如圖1所示，空間110被劃分成區(qū)域115(1-3)。
WLAN 105可以包括無(wú)線通信設(shè)備，如接入點(diǎn)("AP" ) 120和與 其無(wú)線通信的一個(gè)或多個(gè)無(wú)線設(shè)備(例如，移動(dòng)單元("MU" ) 125 ) AP 120可以經(jīng)由WLAN 105連接到服務(wù)器。盡管圖1僅示出WLAN 105內(nèi)的MU 125(1-3)，但本領(lǐng)域才支術(shù)人員將理解，WLAN 105可以包 括任何數(shù)量和類型的MU (例如，PDA、蜂窩電話、掃描儀、膝上計(jì) 算機(jī)、手持計(jì)算機(jī)等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，MU可以包括附 接到無(wú)線設(shè)備的非移動(dòng)單元(例如，具有網(wǎng)絡(luò)接口卡的PC)。
可以在無(wú)線信道上在MU 125(1-3)與AP 120之間傳輸包含有數(shù) 據(jù)分組的射頻("RF，，)信號(hào)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，可以使 用具有共用頻率(例如，2.4GHz、 5GHz)的經(jīng)調(diào)制的RF信號(hào)來(lái)傳輸 數(shù)據(jù)分組。此外，數(shù)據(jù)分組可以包括傳統(tǒng)的802.11分組，如鑒別、控
制和數(shù)據(jù)分組。數(shù)據(jù)分組沿著空間110內(nèi)的多條路徑130(1-6)，在AP 120和MU125(l-3)之間傳播。盡管圖1僅示出六條路徑130(1-6)，但 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可能的路徑數(shù)量實(shí)質(zhì)上是無(wú)限的。
路徑130(1-6)的空間配置(例如，長(zhǎng)度、方向等)可能取決于一 個(gè)或多個(gè)因素。這些因素包括但不限于，AP 120和/或MU 125(1-3) 的位置、空間110和/或區(qū)域115(1-3)的配置、其中的障礙物135的位 置和/或形狀。例如，路徑130(1)可以從MU 125(1)基本上直接到達(dá)AP 120，而路徑130(2)可能被建筑物(例如，墻)反射。MU 125(2)與AP 120之間的路徑130(3-4)可能經(jīng)由開(kāi)口 (例如，門(mén)口 140(1)、窗戶等) 從區(qū)域115(2)到達(dá)區(qū)域115(1)，然后可能被區(qū)域115(1)中的一個(gè)或多 個(gè)建筑物(例如，墻、障礙物135等)反射。MU 125(3)與AP 120之 間的路徑130(5-6)經(jīng)由開(kāi)口(例如，門(mén)口 140(2)、窗戶等)從區(qū)域115(3) 到達(dá)區(qū)域115(1)，然后可能被一個(gè)或多個(gè)建筑物(例如，障礙物135、 墻等)反射。盡管圖1中未示出，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，路徑130(1-6) 可以具有各種空間配置，并且通過(guò)任何所述的建筑物和/或障礙物。
MU 125(1-3)和/或AP 120發(fā)送的數(shù)據(jù)分組可能與接收到的數(shù)據(jù) 分組不同。即，每條路徑130(1-6)的長(zhǎng)度和/或反射次數(shù)的變化可能導(dǎo) 致RF信號(hào)屬性，如幅度、相位、到達(dá)時(shí)間、頻率分布等的改變。建 筑物和/或障礙物的反射特性可能進(jìn)一步影響信號(hào)的屬性以及其中包 含的數(shù)據(jù)。上述改變通常稱為"多徑衰落"。
才艮據(jù)本發(fā)明，AP 120和MU 125(1-3)可以利用第一通信模式(例 如，802.11a、 802.11b、 802.11g)和第二通信模式(例如，MIMO、 802.11n)。為了利用MIMO模式，AP 120可以具有包括處理器、兩 根或更多天線、兩個(gè)或更多接收機(jī)以及兩個(gè)或更多發(fā)射機(jī)的架構(gòu)。相 應(yīng)地，每根天線能夠同時(shí)并且在基本共同的頻率(例如，無(wú)線信道) 上發(fā)射和接收一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立信號(hào)。AP 120的處理器可以解析從MU 125(1-3)或其他AP接收的信號(hào)的無(wú)線通信。
每個(gè)MU125可以使用包括處理器、兩根或更多天線、兩個(gè)或更 多接收機(jī)以及兩個(gè)或更多發(fā)射機(jī)的架構(gòu)，來(lái)利用MIMO模式。天線和
接收機(jī)允許MU 125同時(shí)并且在基本共同的頻率上接收一個(gè)或多個(gè)獨(dú) 立信號(hào)。發(fā)射機(jī)允許MU 125向AP 120發(fā)射一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。MU 125 的處理器可以解析從AP 120和/或其他MU接收的信號(hào)的無(wú)線通信。
在優(yōu)選實(shí)施例中，AP 120包括四根天線、四個(gè)接收機(jī)和四個(gè)發(fā) 射機(jī)，并且每個(gè)MU 125包括四根天線、四個(gè)接收機(jī)和一個(gè)發(fā)射機(jī)。 然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，AP120可以包括任意數(shù)量的天線、接 收機(jī)和發(fā)射機(jī)，但數(shù)量是按1:1:1的比率改變的。即，對(duì)于任何額外 的天線，可以包括額外的接收機(jī)和額外的發(fā)射機(jī)。類似地，MU 125 可以包括任意數(shù)量的天線和接收機(jī)，并且任何數(shù)量改變是按1:1的比 率進(jìn)行的。MU 125還可以包括任意數(shù)量的發(fā)射機(jī)，這將天線對(duì)接收 機(jī)對(duì)發(fā)射機(jī)的比率改變?yōu)?:1:1。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中， MU 125保持單個(gè)發(fā)射機(jī)。這樣，通過(guò)采用現(xiàn)有802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線設(shè) 備(例如，802.11a、 802.11b、 802.11g)可以利用這里所述的協(xié)+義， 而不需要硬件和/或軟件的重大修改。在于2003年12月17日提交的、 題為"A Spatial Wireless Local Area Network"的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 10/738,167中進(jìn)一步詳細(xì)描述了 AP 120和MU 125的架構(gòu)，其全部?jī)?nèi) 容通過(guò)引用并入這里。
圖2示出從AP 200到MU 210(1-4)的無(wú)線通信一典型地被稱為 "下游"通信一的示例性實(shí)施例。在該實(shí)施例中，AP200可以從它的兩 根或更多天線發(fā)射兩個(gè)或更多信號(hào)。如圖2所示，AP200具有四根天 線，并且相應(yīng)地發(fā)射四個(gè)獨(dú)立信號(hào)SrS"發(fā)送的信號(hào)數(shù)量可以與天線 數(shù)量成正比(例如，每根天線一個(gè)獨(dú)立信號(hào))。此外，在MIMO模式 中，AP 200可以在無(wú)線信道上同時(shí)發(fā)射信號(hào)S廣S4，這將在下面進(jìn)一 步詳細(xì)描述。
由于多徑衰落和任何導(dǎo)致信號(hào)損壞或惡化的其他因素，每個(gè)MU 210的天線接收到與發(fā)射信號(hào)S廠S4不同的信號(hào)R^R4。本領(lǐng)域技術(shù)人 員將理解，可能不是任何或所有接收信號(hào)RrR4都與發(fā)射信號(hào)S^S4 不同。相應(yīng)地， 一個(gè)或多個(gè)接收信號(hào)RrR4可能等于一個(gè)或多個(gè)發(fā)射 信號(hào)S^S4 (例如，R尸SJ 。在任一種情況下，接收信號(hào)RrR4與發(fā)
射信號(hào)S廣S4可以通過(guò)信號(hào)關(guān)系等式R產(chǎn)i:aijSj+ni相關(guān)聯(lián)，其中aij是 傳輸矩陣的元素，并且ni表示接收信道i上的噪聲電平。
每個(gè)MU 210使用接收信號(hào)RrR4的至少一部分來(lái)估計(jì)傳輸矩陣 aij。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)射信號(hào)SrS4包括訓(xùn)練分組Tj，其指示 AP 200所使用的傳輸信道j。訓(xùn)練分組Tj可以包括導(dǎo)頻序列pj，它可 以作為發(fā)射信號(hào)SrS4的前導(dǎo)信號(hào)的一部分發(fā)射。例如，AP 200可以 在時(shí)隙序列之一中發(fā)送一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練分組Tj。每個(gè)MU 210可以識(shí) 別每個(gè)訓(xùn)練分組中的導(dǎo)頻序列Pj,并且使用矩陣等式a『Ri/pj來(lái)估 計(jì)傳輸矩陣aij。然后每個(gè)MU 210可以使用上述信號(hào)關(guān)系等式來(lái)提取 發(fā)射信號(hào)。例如，MU210(1)可以接收信號(hào)RrR4，并且使用導(dǎo)頻序列 PrP4來(lái)解析傳輸矩陣aij。然后可以在信號(hào)關(guān)系等式中使用傳輸矩陣 aij來(lái)解析發(fā)射信號(hào)Si。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，MU 210的處 理器可以使用軟件應(yīng)用解析傳輸矩陣aij和發(fā)射信號(hào)
圖3示出從MU 310(1-4)到AP 300的通信一典型地被稱為"上游" 通信一的示例性實(shí)施例。如上所述，在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)MU 310
具有一個(gè)或多個(gè)發(fā)射機(jī)。因此，每個(gè)MU310(l-4)分別向AP300發(fā)射 信號(hào)SrS4。由于例如多徑衰落，AP300接收到的信號(hào)RrR4可能與發(fā) 射信號(hào)S廣S4不同。AP 300可以在信號(hào)關(guān)系等式R產(chǎn)i:aijSj+ni (可能 與下游通信中MU210所使用的等式相同)中使用接收信號(hào)RrR4。即， 每個(gè)接收信號(hào)Rr"R4可以包括訓(xùn)練分組Tj，它指示MU 310所使用的 傳輸信道j。訓(xùn)練分組Tj還可以包括導(dǎo)頻序列pj,它可以作為發(fā)射信 號(hào)S^S4的前導(dǎo)信號(hào)的一部分發(fā)射。AP300通過(guò)矩陣等式a『Ri/pj， 使用接收信號(hào)R^R4和導(dǎo)頻序列pj來(lái)解析傳輸矩陣ajj。然后使用信號(hào) 關(guān)系等式解析發(fā)射信號(hào)SrS4。
圖4示出才艮據(jù)本發(fā)明的方法400的示例性實(shí)施例。在該實(shí)施例中， 接收臺(tái)_其可以是任何類型的無(wú)線設(shè)備一采用方法400。例如，在下
游通信中，MU可以采用方法400，而在上游通信中，AP可以釆用方 法400。因此，將對(duì)于發(fā)射臺(tái)和接收臺(tái)來(lái)描述方法400。此外，根據(jù)本 發(fā)明，接收臺(tái)和/或發(fā)射臺(tái)可以才艮據(jù)第一通信模式(例如，CSMA/CA)
工作，但也能夠工作在第二通信模式(例如，MIMO)下。因此，作 為發(fā)射臺(tái)在第二通信模式(例如，MIMO模式)下發(fā)起無(wú)線通信的結(jié) 果，由接收臺(tái)使用方法400。
在步驟410中，接收臺(tái)從發(fā)射臺(tái)接收至少兩個(gè)第一信號(hào)。笫一信 號(hào)(例如，R,和R"是由發(fā)射臺(tái)發(fā)射的至少兩個(gè)第二信號(hào)(例如，Si 和S2)的接收版本。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，第一信號(hào)可以對(duì) 應(yīng)于AP和/或MU采用的發(fā)射天線的數(shù)量，或者向AP發(fā)射的MU的 數(shù)量。第一信號(hào)可以不包含任何數(shù)據(jù)，而是僅包含訓(xùn)練分組Tj。但是， 第一信號(hào)可以是包含有訓(xùn)練分組Tj和/或其前導(dǎo)中的導(dǎo)頻序列pj的分 組(例如，數(shù)據(jù)分組)。
在步驟420中，接收臺(tái)識(shí)別訓(xùn)練分組Tj中包含的導(dǎo)頻序列pj。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，接收臺(tái)中的處理器或者由其執(zhí)行的軟件應(yīng)用 可以從訓(xùn)練分組Tj中提取導(dǎo)頻序列pj。此外，訓(xùn)練分組Tj可以僅包 含導(dǎo)頻序列Pj。因此，在該實(shí)施例中，第一信號(hào)(例如，Ri和R2)可
以僅是導(dǎo)頻序列Pi和P2。
在步驟430中，接收臺(tái)可以使用矩陣等式解析傳輸矩陣aij。如上 所述，可以作為導(dǎo)頻序列pj與第一信號(hào)(例如，Ri和R2)的函數(shù)， 估計(jì)傳輸矩陣aij。隨著導(dǎo)頻序列pj的識(shí)別，接收臺(tái)的處理器和/或由 其執(zhí)行的軟件應(yīng)用可以利用矩陣等式來(lái)解析傳輸矩陣ay。
在步驟440中，接收臺(tái)可以使用信號(hào)關(guān)系等式解析第二信號(hào)。如 上所述，作為傳輸矩陣aij、第一信號(hào)和接收信道i上的噪聲iii的函數(shù)， 估計(jì)第二信號(hào)。還可以由接收臺(tái)的處理器和/或由其執(zhí)行的軟件應(yīng)用解 析第二信號(hào)。
在步驟450中，接收臺(tái)可以開(kāi)始工作在第二通信模式中。相應(yīng)地， 各臺(tái)現(xiàn)在可以在共享信道上同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)。第二通信模式可以 提高總體系統(tǒng)吞吐量，減少數(shù)據(jù)的損壞和惡化，并且允許運(yùn)營(yíng)商和系 統(tǒng)用戶維持使用現(xiàn)有的802.11設(shè)備。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)500的示例性實(shí)施例。系統(tǒng)500是作 為示意性時(shí)序圖示出的，其中階段I-XII表示信道上的通信周期。在
該示例性實(shí)施例中，AP 505可以配有四才艮天線506-509、四個(gè)接收機(jī) 和四個(gè)發(fā)射機(jī)。在AP 505的通信范圍內(nèi)可以有任何數(shù)量的MU 510-n。 如圖5所示，每個(gè)MU可以具有一個(gè)或多個(gè)發(fā)射機(jī)、以及四才艮天線和 四個(gè)接收機(jī)。如上所述，本領(lǐng)域4支術(shù)人員將理解，對(duì)AP 505和MU 510-n上的天線、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的數(shù)量并沒(méi)有限制。然而，AP 505 的天線、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的數(shù)量最好匹配MU 510-n的天線和接收機(jī) 的數(shù)量。此外，如上所述，系統(tǒng)500可以根據(jù)AP 505上的天線數(shù)量 和/或其覆蓋范圍內(nèi)的MU數(shù)量而縮放。盡管將針對(duì)具有單個(gè)發(fā)射機(jī)的 MU 510-n描述系統(tǒng)500,但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，MU 510-n可以 使用不止一個(gè)發(fā)射機(jī)。
在圖5中，階段I-XII描繪刷新周期(例如，每50ms)的示例性 實(shí)施例，其中階段I代表刷新周期的開(kāi)始。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解， 刷新周期可以具有與MU 510-n的移動(dòng)性成反比的持續(xù)時(shí)間。例如， MU的移動(dòng)性增加(例如，更有可能移入和移出AP 505的覆蓋區(qū)域)， 可能導(dǎo)致刷新周期的持續(xù)時(shí)間較短。因此，在刷新周期的末尾或在隨 后的刷新周期的開(kāi)始，AP 505可以重新確定哪些MU在其覆蓋區(qū)域 內(nèi)。
在階段I中，AP 505從每根天線506-509發(fā)射訓(xùn)練分組535。如 圖5所示，在連續(xù)的預(yù)定時(shí)隙中發(fā)射了總共四個(gè)訓(xùn)練分組535。即， AP 505根據(jù)第一通信模式(例如，CSMA/CA)以傳統(tǒng)方式接入信道， 然后發(fā)射(例如，廣播)其上的訓(xùn)練分組535。以這種方式，AP 505 通過(guò)在每次發(fā)射之間等待短的幀間間隔("SIFS，，)，可以保證自己具 有連續(xù)發(fā)射四個(gè)訓(xùn)練分組535中每一個(gè)的能力。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理 解的那樣，訓(xùn)練分組535可以被AP 505覆蓋區(qū)域內(nèi)的任何MU 510-n 接收。即，這四個(gè)訓(xùn)練分組535被廣播到AP 505覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有 MU。
如上面參照"下游，，通信所述，每個(gè)訓(xùn)練分組535可以包含導(dǎo)頻序 列Pj。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)導(dǎo)頻序列Pj包含數(shù)的預(yù)定集合，其對(duì) 應(yīng)于AP 505上發(fā)射天線的數(shù)量和位置。即，在圖5所示的實(shí)施例中，
每個(gè)導(dǎo)頻序列Pj可以包含四個(gè)數(shù)。因此，四個(gè)導(dǎo)頻序列Pj的接收允許
每個(gè)MU 510-n構(gòu)建它自己的傳輸矩陣aij,這將在下面進(jìn)一步描述。 如圖5所示，AP 505覆蓋區(qū)域內(nèi)的每個(gè)MU 510-n可以接收四個(gè)導(dǎo)頻
序列Pi-P4，每個(gè)導(dǎo)頻序列具有四個(gè)數(shù)的預(yù)定集合。
在階段II，每個(gè)MU 510-n從AP 505接收四個(gè)訓(xùn)練分組535。 MU 510-n然后可以識(shí)別每個(gè)訓(xùn)練分組535中的導(dǎo)頻序列pj，并且使用 其中包含的數(shù)的預(yù)定集合來(lái)解析傳輸矩陣ajj。在圖5所示的實(shí)施例中， 傳輸矩陣ay可以是4x4矩陣。這允許MU 510-n估計(jì)信道以解析來(lái)自 AP 505的傳輸。即，作為訓(xùn)練分組535傳輸期間衰減和/或多徑衰落 的結(jié)果，可以修改每個(gè)導(dǎo)頻序列中的四個(gè)數(shù)(例如，在幅度和/或相位 上)。因此，每個(gè)MU 510-n所構(gòu)建的矩陣aij可能不同，并且允許每 個(gè)MU 510-n解析從AP 505送往它的傳輸。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的 那樣，每個(gè)MU 510-n并不是一定要解析傳輸矩陣aij。例如，如果 MU不希望在信道上發(fā)送(例如，沒(méi)有去向AP 505的數(shù)據(jù)分組)，則 MU可以等待隨后的刷新周期。然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，接收到訓(xùn)練 分組535的每個(gè)MU 510-n解析它自己的傳輸矩陣ay。
在各MU 510-n解析了傳輸矩陣aij之后，每個(gè)MU 510-n可以決 定它是否想要根據(jù)第二通信模式(例如，MIMO模式)與AP 505通 信。如圖5所示，MU510、 520、 525和530希望在MIMO模式下通 信。因此，MU510、 520、 525和530中的每一個(gè)向AP505發(fā)送控制 幀。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，控制幀可以是請(qǐng)求-發(fā)送("RTS") 幀，該幀被修改以指示MU 510、 520、 525和530中的每一個(gè)希望在 MIMO模式下通信(例如，MIMO RTS ( "MRTS" ) 540 ) 。 MRTS 540 可以包括具有數(shù)的預(yù)定集合(例如，在圖5中是四個(gè)數(shù))的向量。此 外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，MU 510、 520、 525和530通過(guò)使用第 一通信模式(例如，CSMA/CA)獲得對(duì)信道的接入，來(lái)向AP 505發(fā) 送MRTS 540，這是因?yàn)锳P 505還未準(zhǔn)許在MIMO模式中發(fā)送該請(qǐng) 求。此外，AP 505在此時(shí)尚未接收到任何來(lái)自MU 510-n的、它可以 據(jù)此估計(jì)信道(例如，構(gòu)建它自己的傳輸矩陣aij)的傳輸。
一個(gè)或多個(gè)MU 510-n可能不希望在MIMO模式下發(fā)射，而是 僅僅想根據(jù)第一模式通信。例如，MU 515不向AP 505發(fā)送MRTS 540， 原因在于例如它沒(méi)有任何去向AP 505的數(shù)據(jù)分組?；蛘?，MU515可 能希望在以MIMO模式發(fā)射之前等待，直到它已積累了預(yù)定數(shù)量的數(shù) 據(jù)分組為止。
在階段III，與上面所述的"上游"通信類似，AP505從MU510、 520、 535和540接收MRTS 540。盡管圖5僅示出四個(gè)MU 510-n請(qǐng) 求在MIMO模式下通信，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，任何數(shù)量的MU 510-n可以向AP 505發(fā)送MRTS 540。例如，如圖5所示，如果不止 四個(gè)MU 510-n請(qǐng)求了在MIMO模式下通信，則AP 505可能必須確 定MU 510-n中的哪些將被允許以便在MIMO模式下通信。AP 505 可以調(diào)用例如基于所要求的帶寬和/或應(yīng)用類型(例如，話音、掃描、 電子郵件等)的優(yōu)先級(jí)方案。這樣，AP 505可以選擇具有最高優(yōu)先級(jí) 的四個(gè)MU 510-n來(lái)在MIMO模式下通信。AP 505可以響應(yīng)任何數(shù) 量(例如，2，3，...n)個(gè)對(duì)在MIMO模式下通信的請(qǐng)求。因此，其余 MU可以在信道空閑時(shí)在第一模式(例如，CSMA/CA)下通信，或者 等待隨后的刷新周期或MIMO階段。
在接收到各MRTS 540后，AP 505可以使用每一個(gè)MRTS 540 中包含的向量來(lái)解析其傳輸矩陣a;j。即，AP 505從允許它估計(jì)信道的 MU處接收到通信。因此，在該實(shí)施例中，AP505現(xiàn)在可以以第一比 特率(例如，54mbps)與這四個(gè)MU通信?；蛘?，AP 505可以以第 二比特率(例如，72mbps)與三個(gè)MU通信。在這些實(shí)施例中的4壬一 個(gè)中，AP 505的每根發(fā)射天線可以允許以預(yù)定比特率通信。因此，該 比特率可以以任何方式(例如，基于數(shù)據(jù)類型、應(yīng)用等)變化/分割以 便劃分用于信道的帶寬。
利用傳輸矩陣aij來(lái)解析來(lái)自各MU的同時(shí)傳輸，AP 505可以開(kāi) 始在MIMO模式下通信。即，AP 505可以在相同頻率上并且同時(shí)向 MU510、 520、 525和530中每一個(gè)發(fā)送控制幀545。如本領(lǐng)域技術(shù)人 員理解的那樣，控制幀可以是允許發(fā)送("CTS，，)幀(例如，MIMO CTS
("MCTS，，) 545)，該幀被修改以指示MU510、 520、 525和530中 的每一個(gè)可以開(kāi)始在MIMO模式下通信。在另一示例性實(shí)施例中， MCTS可以凈皮廣播到MU 510-n。然而，廣播可以定義哪些MU 510-n 被允許以便在MIMO模式下發(fā)送。
如圖5所示，AP 505響應(yīng)來(lái)自MU510、520、525和530的MRTS 540以在MIMO模式下通信。然而，AP 505可以在刷新周期的開(kāi)始 發(fā)起在MIMO模式下的通信。即，AP 505可以在階段I中向任何四 個(gè)MU 510-n發(fā)送MCTS 545。這可能發(fā)生在，例如，在刷新周期的 開(kāi)始接收MCTS 545的四個(gè)MU中的每一個(gè)都保持其傳輸矩陣aij的情 況下。四個(gè)MU510-n可以由AP505使用，例如，上述優(yōu)先級(jí)方案來(lái) 確定。因此，根據(jù)本發(fā)明， 一個(gè)或多個(gè)MU510-n或AP 505可以發(fā)起 和/或請(qǐng)求在MIMO模式下通信。
在階段IV中，MU 510、 520、 525和530已4皮允許以^更在MIMO 模式中發(fā)射數(shù)據(jù)分組550。 MU510、 520、 525和530中的每一個(gè)可以 同時(shí)向AP 505發(fā)送數(shù)據(jù)分組。AP 505可以如上面參照"上游"通信所 述的那樣，使用傳輸矩陣aij解析數(shù)據(jù)分組。
在階段V中，在MIMO模式下通信的AP 505可以向發(fā)送了數(shù) 據(jù)分組550的MU 510、 520、 525和530中的每一個(gè)同時(shí)發(fā)送確認(rèn)信 號(hào)("ACK，，) 555。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，MU 510、 520、 525和530可以在預(yù)定時(shí)間量?jī)?nèi)、和/或根據(jù)定義的協(xié)議，繼續(xù)在MIMO 模式下發(fā)送數(shù)據(jù)分組550和接收ACK 555。
在階段VI中，AP505向MU510、 515、 520和n發(fā)送可能已經(jīng) 在AP 505緩存或者當(dāng)前已由AP 505接收的數(shù)據(jù)分組560。如圖5所 示，AP 505在MIMO模式下，向在階段II中未請(qǐng)求在MIMO模式 下發(fā)送、或者在階段III中被允許以便在MIMO模式下發(fā)送的MU 515 和n，發(fā)送數(shù)據(jù)分組560。然而，如上所述，AP 505的覆蓋區(qū)域內(nèi)的 每個(gè)MU 510-n接收訓(xùn)練分組535和其中包含的導(dǎo)頻序列Pj。因此， MU515和n可以解析來(lái)自AP505的信號(hào)，以提取發(fā)往它們的數(shù)據(jù)分 組560。
在階段VII中，接收到數(shù)據(jù)分組560的MU 510、 515、 520和n 向AP 505發(fā)送ACK 565，確認(rèn)接收到數(shù)據(jù)分組560。在該實(shí)施例中， MU515以前在階段II中未請(qǐng)求在MIMO模式下通信。MU515可以 從在MIMO模式下發(fā)送的AP 505接收數(shù)據(jù)分組560，但它在沒(méi)有被 AP 505允許以便在MIMO模式下發(fā)送的情況下，不能在MIMO模式 下發(fā)送。因此，如圖5所示，MU515根據(jù)第一模式(例如，CSMA/CA) 發(fā)送ACK565和MRTS，請(qǐng)求允許它在MIMO模式下通信。如本領(lǐng) 域技術(shù)人員理解的那樣，ACK 565可以與MRTS分開(kāi)發(fā)送，或者 MRTS可以在其上被捎帶走。
此外，如圖5所示，MU530在階段VI中未從AP 505接收數(shù)據(jù) 分組560。然而，MU 530希望保持在MIMO模式下通信的能力。本 領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，例如，在MU530還有要發(fā)送給AP 505的數(shù)據(jù) 分組的情況下，MU530可能希望保持MIMO能力。在這種情況下， MU 530向AP 505發(fā)送控制幀(例如，MRTS 570 ) 。 MU 530可以在 MU 510 、 520和n發(fā)送它們各自的ACK 565的時(shí)隙中發(fā)送MRTS 570 ， 這是由于MU 530在階段III中接收到了 MCTS 545。
在階段VIII中，在接收到ACK 565和/或MRTS 570之后，AP 505 可以發(fā)送已經(jīng)在AP 505緩存、或者當(dāng)前已由AP505接收的其它數(shù)據(jù) 分組575。如圖5所示，數(shù)據(jù)分組575被發(fā)送到MU 510、 520、 525 和530。如上所述，在一時(shí)隙中從AP505同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)分組575。在 階段IX中，接收到數(shù)據(jù)分組575的MU 510、 520、 525和530同時(shí)向 AP 505發(fā)送ACK 580 ，確認(rèn)接收到數(shù)據(jù)分組575 。
在階段X中，AP 505向在階段VII中請(qǐng)求在MIMO模式下通信 的MU 515、525、530和n中的每一個(gè)，發(fā)送控制幀(例如，MCTS 585 )。 此外，在階段VII中未請(qǐng)求在MIMO模式下通信的MU525，在階段 IX中可以在ACK 580上捎帶走M(jìn)RTS。類似地，在階段VII中的 MU n可以在ACK 565上捎帶走M(jìn)RTS。因此，MU 515、 525、 530 和n被AP 505允許以便在MIMO模式下通信。在階段XI中，MU 515 、 525、 530和n同時(shí)向AP505發(fā)送數(shù)據(jù)分組590,并且在階段XII中，
AP 505用ACK 595進(jìn)行響應(yīng)。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，在階段XII過(guò)后AP 505和MU 510-n可以繼續(xù)在該信道上通信，直到隨后的刷新周期和/或在隨后的 刷新周期后。如上所述，在隨后的刷新周期被啟動(dòng)之后，AP505可以 再次在第一通信模式下或者在MIMO模式下廣播訓(xùn)練分組。
此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)本發(fā)明提供了一 定的優(yōu)點(diǎn)。例如，在傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)中，AP僅僅與一個(gè)MU以提高 的比特率(例如，216mbps)通信。相反，本發(fā)明提供以較低比特率 (例如，54mbps )與兩個(gè)或多個(gè)MU通信的AP，從而允許與現(xiàn)有802.11 系統(tǒng)的兼容性，其中現(xiàn)有802.11系統(tǒng)若不經(jīng)過(guò)重大硬件和軟件修改的 話將不能夠處理該提高的比特率。此外，本發(fā)明通過(guò)允許AP與至少 兩個(gè)MU同時(shí)通信(反之亦然)，以最小的開(kāi)銷提供了提高的系統(tǒng)吞 吐量。
如上所述，AP和/或MU可以具有兩個(gè)或多個(gè)天線和接收機(jī)。圖 6示出了表示對(duì)于利用本發(fā)明的系統(tǒng)，在合計(jì)吞吐量與AP和MU上 天線數(shù)量之間的示例性關(guān)系的圖。如圖6所示，合計(jì)吞吐量以雙曲線 的方式增長(zhǎng)，直到飽和點(diǎn)(例如，250才艮天線，225mbps)為止，在 飽和點(diǎn)中信道上不能支持其上的任何進(jìn)一步傳輸。圖7示出了圖6的 圖的部分放大圖。在圖7中，第一根線700指示圖6中的圖的示例性 關(guān)系。第二根線705指示由于作為本發(fā)明的結(jié)果創(chuàng)建的預(yù)期開(kāi)銷而導(dǎo) 致的實(shí)際關(guān)系。隨著天線數(shù)量增加，預(yù)期開(kāi)銷也增加。然而，考慮例 如八個(gè)MU可能在相同時(shí)間并且在相同頻率上以54mbps通信，預(yù)期 開(kāi)銷相對(duì)較低。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，可以在本發(fā)明中做出各種修改，而不背 離本發(fā)明的宗旨和范圍。因此，本發(fā)明意圖涵蓋本發(fā)明的修改和變型， 只要它們落在權(quán)利要求書(shū)及其等效物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)線設(shè)備，包括:多根天線，從接入點(diǎn)的多根發(fā)射天線的每一根接收第一信號(hào)，所述第一信號(hào)包括標(biāo)識(shí)發(fā)送該第一信號(hào)的相應(yīng)發(fā)射天線的第一標(biāo)識(shí)符；多個(gè)接收機(jī)，耦接到所述多根天線的每一根，并且處理由該天線接收的所述第一信號(hào)；發(fā)射機(jī)，耦接到所述多根天線的每一根；和處理器，耦接到所述多個(gè)接收機(jī)中的每一個(gè)和所述發(fā)射機(jī)，其中，所述處理器由每個(gè)所述第一信號(hào)生成包括所述第一標(biāo)識(shí)符的第一通信矩陣，并且其中，所述處理器利用所述第一通信矩陣來(lái)解析在單個(gè)時(shí)隙內(nèi)在無(wú)線信道上從所述接入點(diǎn)接收的多個(gè)無(wú)線通信。
2. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)線設(shè)備，其中，所述發(fā)射機(jī)向所述接 入點(diǎn)發(fā)射第二信號(hào)，所述第二信號(hào)被配置為由所述接入點(diǎn)轉(zhuǎn)換成第二 通信矩陣。
3. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)線設(shè)備，其中，所述第一信號(hào)是訓(xùn)練分組。
4. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)線設(shè)備，其中，所述無(wú)線設(shè)備是蜂窩 電話、掃描儀、PDA、網(wǎng)絡(luò)接口卡、膝上型計(jì)算機(jī)和手持計(jì)算機(jī)之一。
5. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)線設(shè)備，其中，所述無(wú)線設(shè)備是移動(dòng)單元。
6. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)線設(shè)備，其中，所述第一標(biāo)識(shí)符是向量。
7. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)線設(shè)備，其中，所述無(wú)線設(shè)備具有第 一通信模式("FCM")和第二通信模式("SCM")，其中在所述第一 通信模式期間所述無(wú)線設(shè)備在單個(gè)時(shí)隙中接收所述第 一信號(hào)的每一 個(gè)，而在所述第二通信模式期間所述無(wú)線設(shè)備在另 一單個(gè)時(shí)隙中接收 多個(gè)無(wú)線通信。
8. 如權(quán)利要求7所述的無(wú)線設(shè)備，其中，所述FCM利用IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，并且所述SCM利用多入多出("MIMO")模式。
9. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)線設(shè)備，其中，所述處理器在至少一 個(gè)時(shí)隙和刷新周期中的一個(gè)之后，更新所述第一通信矩陣。
10. —種方法，包括無(wú)線設(shè)備從接入點(diǎn)接收預(yù)定數(shù)量的第一信號(hào)，所述第一信號(hào)的預(yù) 定數(shù)量對(duì)應(yīng)于所述接入點(diǎn)的發(fā)射天線的數(shù)量，在時(shí)隙中接收所述第一 信號(hào)的每一個(gè)；所述無(wú)線設(shè)備生成作為所述第一信號(hào)的函數(shù)的第一通信矩陣；以及利用所述第一通信矩陣，解析在單個(gè)時(shí)隙中從所述接入點(diǎn)接收的 多個(gè)無(wú)線通信。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括所述無(wú)線設(shè)備向所述接入點(diǎn)發(fā)送第二信號(hào)，所述第二信號(hào)包括標(biāo) 識(shí)該無(wú)線設(shè)備的第二標(biāo)識(shí)符。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一信號(hào)是訓(xùn)練分組。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述無(wú)線設(shè)備在第一通 信模式("FCM，，)期間接收所述第一信號(hào)，并且所述無(wú)線設(shè)備在第二 通信模式("SCM")期間接收所述多個(gè)無(wú)線通信。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述FCM利用IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)，并且所述SCM利用多入多出("MIMO")模式。
15. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，該第一信號(hào)的預(yù)定數(shù)量 至少為2。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，該第一信號(hào)的預(yù)定數(shù)量 等于發(fā)射天線的數(shù)量。
17. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述時(shí)隙的數(shù)量等于該 預(yù)定數(shù)量。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第一信號(hào)的每一個(gè)包括標(biāo)識(shí)發(fā)送該第一信號(hào)的所述接入點(diǎn)的所述相應(yīng)發(fā)射天線的笫一標(biāo) 識(shí)符。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述第一和第二標(biāo)識(shí)符 中的每一個(gè)是向量。
20. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，使用載波偵聽(tīng)多路接入 ("CSMA")機(jī)制，獲得所述第一信號(hào)的每一個(gè)的時(shí)隙。
21. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括 所述無(wú)線設(shè)備發(fā)送對(duì)使用所述SCM進(jìn)行無(wú)線通信的請(qǐng)求信號(hào)。
22. 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括在至少一個(gè)時(shí)隙和刷新周期中的一個(gè)之后，更新所述第一通信矩陣。
23. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述無(wú)線設(shè)備是蜂窩電 話、掃描儀、PDA、網(wǎng)絡(luò)接口卡、膝上型計(jì)算機(jī)和手持計(jì)算機(jī)之一。
24. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一信號(hào)和所述第 二信號(hào)的每一個(gè)沿著獨(dú)有的路徑傳播。
25. —種無(wú)線設(shè)備，包括四根天線，從接入點(diǎn)的四根發(fā)射天線的每一根接收第一信號(hào)，所 述第 一信號(hào)包括標(biāo)識(shí)發(fā)送該第 一信號(hào)的相應(yīng)發(fā)射天線的第 一標(biāo)識(shí)符；四個(gè)接收機(jī)，耦接到所述天線的每一根，并且處理由該天線接收 的所述第一信號(hào)；發(fā)射機(jī)，耦接到所述天線的每一根；和處理器，耦接到所述多個(gè)接收機(jī)中的每一個(gè)和所述發(fā)射機(jī)，其中，所述處理器由所述第一信號(hào)的每一個(gè)生成包括所述第一標(biāo) 識(shí)符的第一通信矩陣，并且其中，所述處理器利用所述第一通信矩陣來(lái)解析在單個(gè)時(shí)隙內(nèi)在 無(wú)線信道上從所述接入點(diǎn)接收的多個(gè)無(wú)線通信。
全文摘要
描述了一種無(wú)線設(shè)備，該設(shè)備包括多根天線、多個(gè)接收機(jī)、發(fā)射機(jī)和處理器。所述天線從接入點(diǎn)的多根發(fā)射天線的每一根接收第一信號(hào)。第一信號(hào)包括第一標(biāo)識(shí)符，其標(biāo)識(shí)發(fā)送該第一信號(hào)的相應(yīng)發(fā)射天線。所述接收機(jī)耦接到所述多根天線的每一根，并且處理由該天線接收的第一信號(hào)。發(fā)射機(jī)耦接到所述多根天線的每一根。處理器耦接到所述多個(gè)接收機(jī)中的每一個(gè)和所述發(fā)射機(jī)。處理器由每個(gè)第一信號(hào)生成包括第一標(biāo)識(shí)符的第一通信矩陣。處理器利用第一通信矩陣來(lái)解析在單個(gè)時(shí)隙內(nèi)在無(wú)線信道上從接入點(diǎn)接收的多個(gè)無(wú)線通信。
文檔編號(hào)H04J99/00GK101390308SQ200680008941
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者雅各布·沙羅尼 申請(qǐng)人:訊寶科技公司