用于高效无线局域网通信的系统和方法

摘要

本发明提供用于高效无线通信的系统和方法实施例。在一实施例中，网络组件中用于发射两种不同快速傅立叶变换(FFT)大小的帧的方法包含产生帧，其中所述帧包括两种不同FFT大小的正交频分多路复用(OFDM)符号，其中所述帧包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分包括第一FFT大小且所述第二部分包括第二FFT大小；以及在单个发射机会期间发射所述帧。

说明书

优先权要求和交叉参考

本发明要求2013年11月12日递交的发明名称为“用于高效无线局域网通信的系统和方法(SystemandMethodforHighEfficiencyWirelessLocalAreaNetworkCommunications)”的申请案号为61/903,134的以下临时递交的美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

技术领域

本发明涉及用于无线通信的系统和方法，并且在具体实施例中涉及用于高效无线局域网通信的系统和方法。

背景技术

在2013年，电气电子工程师学会(IEEE)形成IEEE802.11高效无线局域网(WLAN)(HEW)研究小组，以便增强WLAN部署的效率和性能。HEW研究小组考虑改善频谱效率来增强接入点(AP)和/或站(STA)的高密度情形中的系统吞吐量/区域。然而，传统装置可能不能够利用所述新特征。因此，可能需要具有用于允许传统装置和HEW兼容装置两者在同一无线网络中通信的系统和方法。

发明内容

在一实施例中，网络组件中用于发射两种不同快速傅立叶变换(FFT)大小的帧的方法包含产生帧，其中所述帧包括两种不同FFT大小的正交频分多路复用(OFDM)符号，其中所述帧包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分包括第一FFT大小且所述第二部分包括第二FFT大小；以及在单个发射机会期间发射所述帧。

在一实施例中，以无线方式启用的网络组件包含处理器和存储用于由处理器执行的编程的计算机可读存储媒体，所述编程包含用以进行以下操作的指令：产生帧，其中所述帧包括两种不同FFT大小的正交频分多路复用(OFDM)符号，其中所述帧包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分包括第一FFT大小且所述第二部分包括第二FFT大小；以及在单个发射机会期间发射所述帧。

在一实施例中，无线系统包含发射器；以及耦合到所述发射器的处理器，其中所述处理器用于产生帧，其中所述帧包括两种不同FFT大小的正交频分多路复用(OFDM)符号，其中所述帧包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分包括第一FFT大小且所述第二部分包括第二FFT大小，且其中所述处理器进一步用于致使所述发射器在单个发射机会期间发射所述帧。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：

图1说明用于传送数据的网络；

图2说明各种IEEE802.11架构；

图3说明具有HEW数据部分的混合OFDMA帧格式，所述HEW数据部分具有可不同于传统WLAN部分的数字学；

图4说明具有基于STBC的帧控制符号的混合OFDMA帧格式；

图5是用于产生具有混合OFDMA帧格式的帧的方法的实施例的流程图；

图6是用于对包含混合OFDMA帧格式的帧进行解码的方法的实施例的流程图；

图7是用于以传统无线装置对包含混合OFDMA帧格式的帧进行解码的方法的实施例的流程图，所述混合OFDMA帧格式包含呈第一FFT大小或数字学格式的帧的第一部分以及呈第二FFT大小或数字学格式的帧的第二部分；以及

图8是可用于实施本文所揭示的装置和方法的处理系统的方框图。

除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。

具体实施方式

下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。

高效WLAN(HEW)有可能提供改进的区域吞吐量和小区边缘性能、相邻基本服务集(BSS)之间的合作而不是共存，以及为了增强的服务质量/体验质量(QoS/QoE)频谱高效调制的使用，例如正交频分多址(OFDMA)及其相关联调度器。

本文所揭示的是用于在无线网络中发射包含具有混合帧格式的帧的数据的系统和方法，所述帧具有包含传统帧格式的第一部分和包含HEW数据格式的第二部分。所述第一部分可为由传统装置和HEW兼容的较新装置两者可解码的前导码。

本文所揭示的是网络组件中用于发射混合帧的方法的实施例，其中所述混合帧包含两个片段，所述两个片段各自具有彼此不同的快速傅立叶变换(FFT)大小。所述方法包含产生帧，其中所述帧包括呈混合帧格式的两个不同FFT大小的正交频分多路复用(OFDM)符号，其中所述帧包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分包括第一FFT大小且所述第二部分包括第二FFT大小；以及在单个发射机会期间发射所述帧。在一实施例中，第一部分包含传统格式的前导码。在一方法中，根据一个实例实施例，所述帧包含第一字段和第二字段，且其中所述第一字段提供用于自动增益控制(AGC)和同步的信息，且所述第二字段提供用于同步和信道估计的信息。在一实施例中，所述第一部分包含第一字段和第二字段，所述第一字段和第二字段提供使接收器能够估计用于两个流空间-时间块码(STBC)的两个流信道的信息。在一实施例中，所述第一部分包含帧控制字段且其中所述帧控制字段包括两个符号，所述两个符号当由自动检测机制遇到时致使传统装置停止对所述帧进行解码。在一实施例中，所述帧包含用于信道估计的共同参考序列(CRS)。在一实施例中，根据物理天线的数目确定其中插入CRS的符号的数目。在一实施例中，所述帧包含数据解调参考序列(DMRS)。在一实施例中，根据发射流的数目确定其中插入DMRS的符号的数目。

本文所揭示的是无线网络装置中用于接收和解码混合格式帧的方法。所述方法包含接收帧，其中所述帧包含呈两个不同FFT大小的OFDM符号。所述帧包含第一部分和第二部分，其中所述第一部分包含第一FFT大小且所述第二部分包含第二FFT大小。所述方法还包含根据第一FFT大小解码所述第一部分，其中所述第一部分是前导码，以及根据第二FFT大小解码所述第二部分，其中所述第二部分是所述帧的数据部分。

图1说明用于传送数据的网络100。网络100包括具有覆盖区域112的接入点(AP)110、多个用户设备(UE)120以及回程网络130。如本文所使用，术语AP也可被称作发射点(TP)，且所述两个术语贯穿本发明可互换地使用。AP110可以包括能够尤其通过与UE120建立上行链路(短划线)和/或下行链路(点划线)连接而提供无线接入的任何组件，例如，基站收发器台(BTS)、增强型基站(eNB)、毫微微小区以及其它以无线方式启用的装置。UE120可以包括能够建立与AP110的无线连接的任何组件。回程网络130可以是允许在AP110与远端(未图示)之间交换数据的任何组件或组件的集合。在一些实施例中，网络100可以包括各种其它无线装置，例如中继器、毫微微小区等。

在一实施例中，AP110用于以混合OFDMA帧格式进行发射。所述混合OFDMA帧格式可以由原本不与较新的无线和WLAN协议兼容的传统WLAN装置和配置用于HEW标准的新无线装置两者可解码。在一实施例中，AP110是蜂窝式AP。在另一实施例中，AP110是WiFiAP。

图2说明各种IEEE802.11架构。在一个实例中，高效WLAN系统200在单个基本服务集(BSS)环境中展示，所述环境含有单个AP202以及传统STA204和HEWSTA206的混合。HEW增加BSS总吞吐量，同时支持传统STA。

在另一个实例中，第二高效WLAN系统250在重叠BSS(OBSS)环境中展示，其中多个AP252、258支持其自身的BSS(BSS1和BSS2)与混合的传统STA254、260和HEWSTA256、262。HEW减少干扰，增加区域吞吐量，且可包含对传统STA254、260的支持。

各种实施例提供用于OFDMAWLAN的帧格式、参考序列和载频调映射中的一或多者。帧结构经设计以支持向后兼容性。实施例包含混合帧格式。帧格式中的帧控制字段携载例如MAP配置等相对重要的信息，且其还提供自动检测方案。所述自动检测方案允许当传统装置遇到此帧控制字段时传统装置停止对HEW帧进行解码。

实施例包含每20兆赫兹(MHz)的载频调映射，因为数字学是每20MHz从64个载频调改变到512或1024个载频调。如本文所使用，术语数字学意味着每OFDM符号的载频调的数目。术语FFT大小和数字学格式贯穿本发明可互换地使用。虽然使用如512或1024的每20MHz的载频调数目描述实施例，但可存在任何数目的载频调。

实施例提供用于OFDMA包的信道估计的参考序列(RS)。共同RS(CRS)经设计用于波束成形报告。由OFDMA调度器中的所有参与装置通过所述CRS来估计用于每符号的所有副载波的信道。数据解调RS(DMRS)用于每一STA的有效信道估计，因此每资源单元(RU)设计DMRS。RU被指派不同数目的单元的STA的DMRS模式基于指派的RU的数目可不同。

实施例包含提供传统装置与HEW装置之间的自动检测功能性的混合帧结构。实施例使用基于空间-时间块码(STBC)的正交相移键控(QPSK)或具有用于帧控制字段的接收器分集方案的QPSK。实施例包含针对信道探测和数据解调设计的参考序列模式。实施例可在传统装置(例如，802.11n/ac装置)以及HEW装置中实施。实施例可在Wi-Fi企业、STA和AP中实施。

帧格式

随着OFDMA技术在未来多代WLAN标准(例如，802.11HEW)中的增加使用，提供与传统WLAN装置后向兼容的帧格式是有用的。

相对于20MHzOFDMA发射，图3说明具有HEW数据部分310的混合OFDMA帧300格式，所述HEW数据部分具有可不同于传统WLAN部分312的数字学。如本文所使用，术语数字学意味着每OFDM符号的载频调的数目。举例来说，在一实施例中，HEW数据部分310可具有每20MHz符号512或1024个载频调，且具有传统数字学的OFDM部分312可具有每20MHz符号64个载频调。在其它实施例中，HEW数据部分310可具有除512或1024之外的每20MHz符号不同数目的载频调。在其它实施例中，混合OFDMA帧300可在不同于20MHz的频率中发射。

在一实施例中，帧格式300包含HEW数据部分310和传统部分312。传统部分312包含传统前导码元素，例如传统短训练字段(L-STF)302、传统长训练字段(L-LTF)304和传统信号字段(L-SIG)306，它们是帧300的传统前导码部分。包含传统装置的所有装置可使用帧300的前导码部分来确定帧长度。在一实施例中，L-STF是大约2个符号，L-LTF是2个符号，L-SIG306是1个符号，且帧控制字段308是2个符号。在其它实施例中，包括L-STF302、L-LTF304、L-SIG306和帧控制字段308中的每一者的符号的数目可与图3中所展示和描述不同。在一实施例中，L-SIG306提供帧的长度信息，而L-STF302和L-LTF304提供用于OFDMAHEW数据部分310以及传统部分312的同步和信道估计。帧控制符号308携载用于OFDMA数据发射的信息，例如下行链路/上行链路(DL/UL)MAP配置、DL/UL确认(ACK)配置等。帧控制符号308还变为传统部分312与HEW数据部分310之间的过渡周期。IEEE802.11ac和802.11n装置(即，传统装置)使用自动检测机制在它们遇到经不同调制的帧控制符号308时停止解码。帧控制符号308可经QPSK调制，因此帧控制符号携载与二进制相移键控(BPSK)调制符号相比更多的信息位。HEW装置可具有至少两个接收器(RX)天线，且在接收信号时可应用RX分集。这可辅助实现与不具有RX分集的BPSK中调制的当前传统SIG字段发射相同的可靠通信。那些QPSK调制帧控制符号提供自动检测功能性，且传统装置在它们遇到经不同调制的帧控制符号时停止对帧进行解码。

图4说明具有基于STBC的帧控制符号的混合OFDMA帧格式400。帧格式400包含传统部分414和HEW数据部分412。传统部分414包含L-STF402、L-LTF404、L-SIG字段406、L-LTF1408和帧控制字段410。在一实施例中，L-STF402可为2个符号，L-LTF404可为2个符号，L-SIG406可为1个符号，L-LTF1408可为1个符号，且帧控制字段410可为2个符号。在其它实施例中，用于字段L-STF402、L-LTF404、L-SIG406、L-LTF1408和帧控制字段410的符号长度可与图4中描述且展示的符号长度不同。在一实施例中，插入一个OFDM符号，即图4中的L-LTF1408，以使得能够在RX处对基于STBC的帧控制符号进行解码。来自L-LTF符号404的一个LTF和关于L-LTF1408的另一LTF用以估计将在RX处解码的用于两个流STBC的两个流信道，即Alamouti方案。因为包发射的可靠性以STBC实现，所以可以QPSK调制帧控制符号，且具有QPSK调制的L-LTF1408和帧控制符号410的第一符号执行传统装置与HEW装置之间的自动检测。也就是说，传统装置在它们遇到L-LTF1408和帧控制符号410的第一符号时停止对所述帧进行解码。

具有每20MHz符号512个载频调的OFDMA符号的载频调映射

在WLAN系统中使用用于20MHzOFDM/OFDMA的512个载频调时，实施例设定保护频带和DC空副载波。实施例留出第一23个载频调和最后22个载频调用于保护频带目的，并且还留出第256、第257和第258个副载波用于DC零值。也就是说，在具有指数0到511的副载波当中，指数0到22和490到511是保护频带载频调，且载频调指数255、256和257留出用于DC零值。

共同参考序列模式

在一实施例中，OFDMA数据部分中用于TX与RX之间的多个实际物理天线的信道估计的共同参考序列(CRS)具有以下模式。CRS用于信道探测，其用于波束成形反馈。

L-LTF中的LTS的位置再用于定位新OFDMA符号的CRS，且L-LTF是用于OFDMA符号的CRS中的一者。

表1说明实施例CRS模式。

表1

第一7个OFDMA符号假设具有CRS，且CRS模式是L-LTF中的LTS模式的重复。L-LTF的LTS是CRS的部分，且包含此部分，可探测总共8×8MIMO配置。然而，实施例不限于8×8MIMO探测，而是可延伸到任何数目的MIMO配置，例如通过添加插入有CRS的更多OFDMA符号(例如，对于12×12MIMO，除现有CRS之外的又4个OFDMA符号具有CRS)。

数据解调参考序列模式

虽然通过物理天线的数目确定其中插入CRS的符号的数目，但其中插入数据解调参考序列(DMRS)的符号的数目取决于TX流的数目。确切地说，每一STA可能具有在发射中应用的不同波束成形，且因此导频模式是基于资源单元(RU)(8个副载波×8个符号)的设计且TX流的数目由DL/ULMAP中的调度器(可为WLAN系统中的AP)指示。

实施例根据每STA指派的RU的数目设定不同DMRS模式。在此附加的标记CRS-DMRS的文献展示针对每STA1个RU的情况的DMRS模式。在DMRS模式上再使用CRS模式，且插入新DMRS导频。那些导频标记的新DMRS是除再使用的CRS导频之外的新插入的DMRS导频。

表2说明用于每STA3个RU的DMRS模式且表3说明用于每STA4个RU的DMRS模式。

表2

表3

当频域中的3个RU集合且经指派用于一个STA时，通过从三个连续RU中的两个RU移除导频可减少DMRS开销。相同原理也适用于每STA四个连续集合RU的情况。可在频域中移除来自4个连续RU中的3个RU的导频以减少DMRS开销。

图5是用于产生具有混合OFDMA帧格式的帧的方法500的实施例的流程图。方法500开始于框502，其中无线网络组件产生包含第一FFT大小(即，第一数字学格式)的帧的第一部分。在框504处，无线网络组件产生包含第二FFT大小(即，数字学格式)的帧的第二部分。在框506处，将帧的第二部分附加到帧的第一部分的末端。在框508处，无线网络组件在单个发射机会期间发射所述帧，在此之后方法500结束。在一实施例中，方法500可经编码为计算机可读指令的集合且存储在计算机可读存储媒体上，其当由数据处理系统实施时致使所述数据处理系统执行方法500。

图6是用于对包含混合OFDMA帧格式的帧进行解码的方法600的实施例的流程图。方法600开始于框602，其中无线网络组件接收包含混合OFDMA帧格式的帧。在框604处，无线网络组件对包含第一FFT大小或数字学格式的帧的第一部分进行解码。在框606处，无线网络组件对包含第二FFT大小或数字学格式的帧的第二部分进行解码，在此之后方法600结束。在一实施例中，方法600可经编码为计算机可读指令的集合且存储在计算机可读存储媒体上，其当由数据处理系统实施时致使所述数据处理系统执行方法600。

图7是用于以传统无线装置对包含混合OFDMA帧格式的帧进行解码的方法700的实施例的流程图，所述混合OFDMA帧格式包含呈第一FFT大小或数字学格式的帧的第一部分以及呈第二FFT大小或数字学格式的帧的第二部分。方法700开始于框702，其中传统无线装置接收包含混合OFDMA帧格式的帧。在框704处，传统无线装置对包含第一FFT大小或数字学格式的帧的第一部分进行解码，且确定帧的其余部分呈不同格式且避免对帧的其余部分进行解码，在此之后方法700结束。在一实施例中，帧的第一部分包括传统格式前导码。在一实施例中，方法700可经编码为计算机可读指令的集合且存储在计算机可读存储媒体上，其当由数据处理系统实施时致使所述数据处理系统执行方法700。

图8是可用于实施本文所揭示的装置和方法的处理系统800的方框图。特定装置可利用所有所示的组件或所述组件的仅一子集，且装置之间的集成程度可能不同。此外，装置可以含有组件的多个实例，例如，多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等。处理系统800可包括配备有一或多个输入/输出装置的处理单元801，例如扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘、打印机、显示器及其类似物。处理单元801可包含中央处理单元(CPU)810、存储器820、大容量存储装置830、网络接口850、I/O接口860以及连接到总线840的天线电路870。处理单元801还包含连接到天线电路的天线元件875。

总线840可以是任何类型的若干总线架构中的一或多者，包含存储器总线或存储器控制器、外围总线、视频总线等。CPU810可以包括任何类型的电子数据处理器。存储器820可以包括任何类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)、其组合或其类似者。在一个实施例中，存储器820可包含在开机时使用的ROM以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。

大容量存储装置830可以包括任何类型的存储装置，所述存储装置用于存储数据、程序以及其它信息，并且使得数据、程序以及其它信息是经由总线840可存取的。大容量存储装置830可以包括例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器或其类似者中的一者或多者。

I/O接口860可提供用以将外部输入和输出装置耦合到处理单元801的接口。I/O接口860可包含视频适配器。输入和输出装置的实例可包含耦合到视频适配器的显示器以及耦合到I/O接口的鼠标/键盘/打印机。其它装置可以耦合到处理单元801，并且可以利用额外的或较少的接口卡。举例来说，例如通用串行总线(USB)(未图示)的串行接口可用以提供用于打印机的接口。

天线电路870和天线元件875可允许处理单元801经由网络与远程单元通信。在一实施例中，天线电路870和天线元件875提供对无线广域网(WAN)和/或蜂窝式网络的接入，所述蜂窝式网络例如长期演进(LTE)、码分多址(CDMA)、宽带CDMA(WCDMA)和全球移动通信系统(GSM)网络。在一些实施例中，天线电路870和天线元件875还可提供到其它装置的蓝牙和/或WiFi连接。

处理单元801还可包含一或多个网络接口850，其可包括例如以太网电缆或类似物的有线链路和/或到接入节点或不同网络的无线链路。网络接口801允许处理单元801经由网络880与远程单元通信。举例来说，网络接口850可以经由一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一个实施例中，处理单元801耦合到局域网或广域网上以用于数据处理以及与远程装置通信，所述远程装置例如其它处理单元、因特网、远程存储设施或类似物。

虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但此描述并不意图限制本发明。所属领域的技术人员在参考所述描述后，将会明白说明性实施例的各种修改和组合，以及本发明其它实施例。因此，所附权利要求书意图涵盖任何此类修改或实施例。