無線資源分配方法、無線通信方法以及無線通信網絡的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種無線資源分配方法，由包括多個無線通信裝置的無線通信網絡中的協調無線通信裝置進行該無線資源分配，該無線資源分配方法包括：獲取該無線通信網絡中的多個支持窄帶信道；從該多個支持窄帶信道中選擇主信道并使用該主信道來與該多個無線通信裝置進行通信；將該多個無線通信裝置組織為一個或多個通信組；以及給該一個或多個通信組的其中之一分配非重疊操作信道，用于與該協調無線通信裝置的多用戶多輸入多輸出通信。本發明提供的無線資源分配方法可改進無線資源的利用率。
【專利說明】無線資源分配方法、無線通信方法以及無線通信網絡
[0001 ] 本申請是申請日為2011年7月12日，申請號為201180008719.4，發明名稱為“無線資源分配方法、無線通信方法以及無線通信網絡”的專利申請的分案申請。
[0002]交叉引用
[0003]本申請的權利要求要求如下申請的優先權:2010年7月13日遞交的申請號為61/363,755的美國臨時案。在此一并參考該申請案的全部內容。
技術領域
[0004]本發明有關于一種無線資源分配方法，更具體地，有關于一種無線資源分配方法、無線通信方法以及無線通信網絡。
【背景技術】
[0005]在無線局域網絡(wi re I e s s local area n e t work，WLAN)系統(例如IEEE802.I lac)中，802.I Iac基本服務單元(basic service set，BSS)可米用空間分集(spatial diversity)技術、下行多用戶多輸入多輸出(down-link mult1-user mult1-1nput mult1-output，DL-MU-MIM0)以增加吞吐量。聚集多個窄帶信道的高速寬帶無線接入點(access point，AP)可管理帶寬更寬的信道并管理占據不同信道帶寬的不同世代的無線通信裝置(wireless stat1ns，STA)。通過空間域分集(spatial domain diversity),802.1lac AP將一個或多個窄帶信道(20MHz)合并(coalesce)為一個寬帶信道(例如，160MHz)ο
[0006]802.1lac AP可支持帶寬更寬的(高達160MHz)信道。且802.1 lac BSS支持各種802.11系列的STA，包括舊式(Iegacy)STA(例如802.llb/g/n STA)和新式STA(例如802.1lac STA)ο
[0007]802.1lac BSS的STA可支持的帶寬從20MHz至 160MHz。例如，802.11/b/g STA可支持的帶寬為20MHz;802.11n STA可支持的帶寬為40MHz ; 802.1 lac STA可支持的帶寬為80MHz或160MHz。因此，每個MU-MHTO組的可用信道帶寬會由于其中的STA最小信道帶寬而受限。
[0008]盡管高速寬帶無線環境可提供更寬的帶寬，實際信道帶寬仍會受具有最小信道帶寬的STA的限制。因此，無線資源未充分使用。
[0009]例如，現已采用配備多天線和MU-MIMO機制的高速寬帶無線AP，通過允許至一組STA的同步傳輸(simultaneous transmiss1n)以提升無線網絡性能。然而，在當前的MU-M頂O機制中，與當前MU-M頂O操作無關的信道仍未被充分使用。
[0010]圖1A(現有技術)為當前DL-MU-MIMO機制的信道帶寬使用情況示意圖。例如，AP110和STA 121都支持信道I?8; STA 122支持信道3; STA 123支持信道3和4。假設STA 121?123屬于同一MU-M頂O組。如圖1A所示，當MU-MMO組(包括STA 121?123)為活動(active)狀態時，僅使用了信道3。也就是說，信道I?2和信道4?8未被使用并被浪費。所以，未充分使用無線資源。
[0011]此外，與舊式的重疊式BSS(overlap BSS，0BSS)共存的802.1lac AP不能有效地管理其信道。圖1B顯示由于和舊式OBSS共存AP不能主動地管理其信道。如圖1B所示，802.1IacAP可支持信道I?8，0BSS 131占用信道3(例如20MHz的信道)，0BSS 132占用信道5?6(40MHz)，它們會阻止802.1lac AP獲得更寬的信道。盡管802.1lacAP可合并8個信道以啟動一個BSS，但僅存在2個可用的連續信道(40MHz)。
【發明內容】
[0012]本發明揭露用于協調無線通信網絡中多個無線通信裝置的系統與方法的實施例以改進無線資源的利用率。
[0013]本發明揭露的一個實施例提出一種無線資源分配方法，由包括多個無線通信裝置的無線通信網絡中的協調無線通信裝置進行該無線資源分配，該無線資源分配方法包括:獲取該無線通信網絡中的多個支持窄帶信道;從該多個支持窄帶信道中選擇主信道并使用該主信道來與該多個無線通信裝置進行通信;將該多個無線通信裝置組織為一個或多個通信組；以及給該一個或多個通信組的其中之一分配非重疊操作信道，用于與該協調無線通信裝置的多用戶多輸入多輸出通信。
[0014]本發明揭露的另一個實施例提出一種無線通信網絡，該無線通信網絡包括:協調無線通信裝置；以及多個無線通信裝置，由該協調無線通信裝置進行協調。其中，該協調無線通信裝置獲取該無線通信網絡中的多個支持窄帶信道;該協調無線通信裝置從該多個支持窄帶信道中選擇主信道并使用該主信道來與該多個無線通信裝置進行通信;該協調無線通信裝置將該多個無線通信裝置組織為一個或多個通信組；以及該協調無線通信裝置給該一個或多個通信組的其中之一分配非重疊操作信道，用于與該協調無線通信裝置的多用戶多輸入多輸出通信。
[0015]本發明提供的無線資源分配方法可改進無線資源的利用率。
【附圖說明】
[0016]圖1A(現有技術)為當前DL-MU-MBTO機制的信道帶寬使用情況示意圖；
[0017]圖1B顯示由于和舊式OBSS共存AP不能主動地管理其信道的示意圖；
[0018]圖2為根據所揭不的實施例MUDL實現的不意圖；
[0019]圖3為所揭示的實施例中具有FDM的STA-STAMU的示意圖；
[0020]圖4為OBSS迀移的示意圖；
[0021 ]圖5為所揭示的實施例中STA的羊群效應示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明揭示一種管理無線網絡的方法和系統，其中，該無線網絡具有至少一個AP和多個移動站。
[0023]在下述中，寬帶AP(wide Band Access Point，WBAP)表不可支持η個窄帶信道(η為自然數)的無線AP。窄帶信道可例如20MHz。而且，AP可為協調無線通信裝置(coordinatingwireless communicat1ns device);STA可為無線通信裝置。操作信道表示包括一個或多個非重疊(non-overlapping)窄帶信道的信道。而非重疊操作信道表示不與其他操作信道重疊的窄帶信道的操作信道。
[0024]AP合并可用窄帶信道形成支持寬帶信道的BSS并選擇一個窄帶信道作為主信道。AP和STA通過主信道交換無線通信網絡的管理和控制信息。且AP根據第一預設規則選擇窄帶信道作為主信道。在AP選擇主信道之后，AP向所有STA聲明(announce)主信道。
[0025]第一預設規則將多個窄帶信道劃分為一組非重疊操作信道，舉例而言，第一預設規則是根據從參數組中選擇的參數，其中，該參數組包括窄帶信道的可用數目、每個窄帶信道的干擾水平(level of the interference)以及每個STA所支持的窄帶信道。
[0026]寬帶信道的帶寬由AP根據信道條件和AP/STA容量確定。BSS的所有STA接收AP發送的一或多個復制信標(duplicated beacon)，其中，該一或多個復制信標覆蓋至寬帶信道。
[0027]此外，在本發明的揭露中，還揭示了一種MU DL頻域復用(frequency domainmultiplexing,FDM) αΑΡ管理成員STA(member STA)的信道選擇，其中成員STA可包括舊式STA(例如802.llb/g/n STA)和新式STA(例如802.1lac STA)。每個新式STA對形成非重疊操作信道的一組窄帶信道進行操作，其中，該組窄帶信道包括一或多個窄帶信道。且一或多個非重疊操作信道可進行并行操作。
[0028]AP將STA組織(organize)為大于一個的通信組。每個通信組中STA占用一或多個窄帶信道，且該大于一個的通信組位于(reside)窄帶上。其中，每個通信組的組成(constituent)由AP根據第二預設規則靜態或動態確定。AP可適應性重組(re-organize)STA以改進無線通信網絡的性能。
[0029]第二預設規則確定每個通信組的組成并確定將STA分配至哪個非重疊操作信道，第二預設規則根據從參數組中選擇的算法，其中，該參數組包括最佳適應算法、首次適應算法、非重疊操作信道中STA的數目(populat1n of non-overlapping operating channel)以及多個應用程序需求(applicat1n requirement)。
[0030]AP根據參數改變通信組占用的信道寬度，其中，參數可例如帶寬使用率、以及通信組中配置的應用程序的帶寬需求。
[0031]大于一個的通信組的STA可在也可不在AP的直接管理下進行并行操作。換言之，從STA至其他STA的數據傳輸是直接交換或由AP中轉(relay)。
[0032]AP指示通信組的STA從一個頻帶迀移(migrate)到另一個頻帶。
[0033]現在描述如何建立操作信道和STA組。
[0034]WBAP通過在主信道上發送內嵌于無線幀(rad1 frame)(例如信標)或管理幀中的邀請消息(invitat1n message)至STA，或從STA接收非請求的需求消息(unsolicitedrequesting message)來建立無線通信網絡。信標在AP所支持的每個窄帶信道上進行重復。邀請消息的接收或需求消息的發送啟動S T A的關聯(a s s ο c i a t i ο η )和認證(authenticat1n)過程(STA可占用m個窄帶信道，其中m為自然數且n) ATA在與AP交換容量(capability)信息之后加入無線通信網絡并完成關聯和認證過程。
[0035]根據預設的分配算法，WBAP指示STA占用P個窄帶信道，其中P為自然數且pfmfn。STA使用主信道與WBAP交換管理消息。
[0036]如果STA第一個加入基礎架構(infrastructure)無線網絡，TOAP采用的示例分配算法可為首次適應算法，即，WBAP選擇對WBAP和STA具有最小噪聲量的第一組連續的P個窄帶信道。WBAP還可采用的示例分配算法可為最佳適應算法。
[0037]如果STA加入已具有q個STA(q為自然數)的基礎架構無線網絡，例如，WBAP可根據一些因數靜態或動態決定信道分配，其中這些因數包括:操作信道的參與(occupant)數目、每個STA所支持的窄帶信道數目、活動流(active flow)的帶寬消耗(在一個實施例中，活動流的帶寬消耗是基于通信流的服務質量(Quality of Service，QoS)設置)，以及操作信道整體負載。例如，如果40MHz STA加入基礎架構無線網絡，WBAP可將40MHz STA分配至占用40MHz或80MHz的STA組，以對操作信道的整體負載產生較小影響。
[0038]在一個實施例中，WBAP可根據第一預設規則將η個窄帶信道劃分為r(r為自然數)個非重疊操作信道并將STA劃分為s個組(s為自然數)。
[0039]例如，WBAP可將160MHz劃分為(I)兩個80MHz的非重疊操作信道；(2)—個80MHz非重疊操作信道和兩個40MHz的非重疊操作信道；(3)—個80MHz非重疊操作信道，一個40MHz的非重疊操作信道和兩個20MHz的非重疊操作信道；(4)一個80MHz非重疊操作信道和四個20MHz的非重疊操作信道；(5)四個40MHz的非重疊操作信道；(6)三個40MHz的非重疊操作信道和兩個20MHz的非重疊操作信道；(7)兩個40MHz的非重疊操作信道和四個20MHz的非重疊操作信道；(8)—個40MHz的非重疊操作信道和六個20MHz的非重疊操作信道；(9)八個20MHz的非重疊操作信道。非重疊操作信道的信道帶寬可不同或相同。此外，每個STA組中的STA數目可不同或相同。
[0040]在另一個實施例中，STA形成組，其中每個組的信道帶寬由每個組的STA信道容量確定，或由AP確定。如果所有組的信道帶寬的總和大于η個窄帶信道，則WBAP根據每個組的QoS需求決定每個非重疊操作信道的信道帶寬，且所有非重疊操作信道的信道帶寬總和必須等于或小于η個窄帶信道的總和、相反，如果所有組的信道帶寬的總和不大于η個窄帶信道，則根據每個組的STA的信道容量確定每個組的信道帶寬。
[0041 ] 在又一個實施例中，如果WBAP已知其中的一個STA與一或多個其他STA建立直接鏈接會話(direct link sess1n)，即消息在一個STA與一或多個其他STA之間直接交換而不中轉經過WBAP，則WBAP可決定重新劃分(re-partit1n)n個窄帶信道并為該STA和(與其具有直接鏈接會話的)一或多個其他STA建立非重疊操作信道。舉例而言，η個窄帶信道的重新劃分可根據上述的劃分算法(partit1ning algorithm)。且存在本領域技術人員知曉的方法來及時將直接鏈接的多個STA迀移至新設置的操作信道。
[0042]在又一個實施例中，WBAP可從通信流的QoS設置中知道大于一組的(占用一或多個操作信道的)STA互相交換數據，即在兩個STA之間數據以乒乓形式(ping-pong fash1n)發送數據。例如，需求/響應分組(packet)的交換或數據/確認(acknowledge)分組的交換。WBAP為大于一組的(占用一或多個操作信道的)STA設置專屬時間段(dedicated timeper1d)以用于無線信道的調度接入(scheduled access)。操作信道可同步進行操作。
[0043]現在描述操作信道的STA數據交換。
[0044]對于一個操作信道中的消息，可直接在占用該操作信道的STA之間進行交換，或通過WBAP中轉。在操作信道中可將一個消息發送至一個STA(即單播)，或發送至一或多個STA(即多播)，或發送至所有STA(即廣播)。且在操作信道中從一個STA發送的消息可由WBAP中轉至不同操作信道中的另一個STA13WBAP協調非重疊操作信道的操作。非重疊操作信道的并行操作可同步或異步進行。
[0045]每當STA有準備給其他STA的數據時，STA可通過(I)根據例如802.11 CSMA/CA的協議，競爭(contend)接入權(access right)(即避免碰撞的載波偵聽(carrier sensingcollis1n avoidance)的實現)，或者通過(2)請求WBAP授予接入權(S卩，基于請求的實現)，又或者通過(3)結合前述兩種實現的混合實現。換句話說，在本發明的揭露中，存在至少三種信道接入的實現方法。
[0046]當非重疊操作信道的STA通過例如上述的信道接入實現方法來接入無線信道，而無WBAP對該信道接入與其他非重疊操作信道的信道接入進行同步時，非重疊操作信道之間進行異步操作。否則，該非重疊操作信道與其他操作信道進行同步操作。
[0047]WBAP根據一個或多個協調機制為每個非重疊操作信道決定是否應進行同步或異步操作。在一個協調機制中，WBAP將建立直接鏈接會話的多個STA組放置在其中一個異步操作的操作信道中。剩余的操作信道由WBAP協調進行同步操作。
[0048]此外，在此實施例中，AP可通過一些實現提供MU DL流量，這些實現包括MU DL-M頂O、MU DL-FMD或MU DL-0FDMA。
[0049]為實現MU DL-MM0，AP選擇所合并的信道的子集(sub-set)以用于DL-MIMO操作。為實現MU DL-FDM，AP指示目標(target)STA轉換至對應信道且將DL流量發送至對應信道以用于負載平衡。為實現MU DL-OFDMA，AP選擇所合并的信道的子集以用于基于DL-MIMO的OFDMA(OFDMA-based DL-M頂0)操作。圖2為根據所揭示的實施例MU DL實現的示意圖。
[0050]此外，在所示的實施例中，還揭示了具有FDM的STA-STA MU。一個STA可與一或多個STA建立直接鏈接會話(direct link sess1n，DLS) ATA向AP發送請求消息以用于請求信道時間。且請求消息也包括信道帶寬和傳輸機會(transmiss1n opportunity,TXOP)
[0051 ] 圖3為所揭示的實施例中具有Π)Μ的STA-STA MU的示意圖。如圖3所示，STA310與STA 311建立DLS，而不通過ΑΡ320中轉。此外，STA312與STA 313通過ΑΡ320中轉來進行通信。STA314以空間域分集與STA 315-317進行通信。
[0052]此外，在所揭示的實施例中，AP指示其他OBSS移動至其他信道以獲取連續信道。請參考圖4，圖4為OBSS迀移的示意圖。0BSS1占用信道3，且0BSS2占用信道5?6。舉例而言，響應于AP的指示，0BSS1可移動至信道6，且0BSS2移動至信道7?8，由此可獲取用于OBSS的連續信道6?8。另外，AP將掃描所有信道，與OBSS的STA和AP交換信道信息。
[0053]另外，在揭示的實施例中，一旦從AP接收信標，STA通過主信道加入BSS以實現STA的聚集效應(herding)。圖5為所揭示的實施例中STA的羊群效應示意圖。如圖5所示，在從AP510接收信標以前，STA 511?514分別占用信道I?8、信道2、信道3?4以及信道7?8;換言之，STA 512?514并未聚集起來。一旦從AP接收信標，STA 512進行移動以占用信道3;STA513進行移動以占用信道2?3;且STA 514進行移動以占用信道3?4。因此，STA 511?514通過主信道3被聚集。
[0054]此外，在此實施例中，每個操作信道中無線資源的分配為本地決策(localdecis1n)而無需AP的干預(intervent1n)。該操作信道與其他操作信道進行異步操作。
[0055]或者，在此實施例中，一或多個操作信道的無線資源分配由AP管理并協調。操作信道進行同步操作。
[0056]本領域的技術人員應理解在不脫離本發明所揭示實施例的廣義發明構思的前提下可對上述揭示的實施例進行改變。應理解，如權利要求所定義，所揭示的實施例并不局限于所揭示的特定實例，而旨在包括在所揭示實施例的精神和范圍之內的修改。
【主權項】
1.一種無線資源分配方法，由包括多個無線通信裝置的無線通信網絡中的協調無線通信裝置進行所述無線資源分配，其特征在于，所述無線資源分配方法包括: 獲取所述無線通信網絡中的多個支持窄帶信道； 從所述多個支持窄帶信道中選擇主信道并使用所述主信道來與所述多個無線通信裝置進行通信； 將所述多個無線通信裝置組織為一個或多個通信組；以及 給所述一個或多個通信組的其中之一分配非重疊操作信道，用于與所述協調無線通信裝置的多用戶多輸入多輸出通信。2.如權利要求1所述的無線資源分配方法，其特征在于，所述無線通信網絡占用多個窄帶信道，所述從所述多個支持窄帶信道中選擇主信道的步驟是根據從參數組中選擇的多個參數，其中所述參數組包括所述多個窄帶信道的可用數目、所述多個窄帶信道中每個窄帶信道的干擾水平以及所述多個無線通信裝置中每個無線通信裝置所支持的所述多個支持窄帶信道。3.如權利要求1所述的無線資源分配方法，其特征在于，將所述多個無線通信裝置組織為一個或多個通信組的步驟是根據從參數組中選擇的多個算法，其中，所述參數組包括最佳適應算法、首次適應算法、非重疊操作信道群體以及多個應用程序需求。4.如權利要求1所述的無線資源分配方法，其特征在于，給所述一個或多個通信組的其中之一分配非重疊操作信道的步驟為靜態或動態的。5.如權利要求1所述的無線資源分配方法，其特征在于，在給所述一個或多個通信組的其中之一分配非重疊操作信道的步驟中，是根據避免碰撞的載波偵聽算法、基于請求的算法或者所述兩個算法的混合來確定所分配的所述無線通信裝置的信道接入。6.如權利要求1所述的無線資源分配方法，其特征在于，還包括: 給所述一個或多個通信組的其中之另一分配非重疊操作信道，用于與所述協調無線通信裝置的正交頻分多址通信。7.如權利要求1所述的無線資源分配方法，其特征在于，還包括: 給所述一個或多個通信組的其中之另一分配非重疊操作信道，用于多用戶下行鏈路頻域多路復用操作。8.一種無線通信網絡，其特征在于，所述無線通信網絡包括: 協調無線通信裝置；以及 多個無線通信裝置，由所述協調無線通信裝置進行協調； 其中，所述協調無線通信裝置獲取所述無線通信網絡中的多個支持窄帶信道； 所述協調無線通信裝置從所述多個支持窄帶信道中選擇主信道并使用所述主信道來與所述多個無線通信裝置進行通信； 所述協調無線通信裝置將所述多個無線通信裝置組織為一個或多個通信組；以及 所述協調無線通信裝置給所述一個或多個通信組的其中之一分配非重疊操作信道，用于與所述協調無線通信裝置的多用戶多輸入多輸出通信。9.如權利要求8所述的無線通信網絡，其特征在于，所述無線通信網絡占用多個窄帶信道，所述協調無線通信裝置是根據從參數組中選擇的多個參數來選擇所述主信道，其中所述參數組包括所述多個窄帶信道的可用數目、所述多個窄帶信道中每個窄帶信道的干擾水平以及所述多個無線通信裝置中每個無線通信裝置所支持的所述多個支持窄帶信道。10.如權利要求8所述的無線通信網絡，其特征在于，所述協調無線通信裝置根據從參數組中選擇的多個算法來將所述多個無線通信裝置組織為一個或多個通信組，其中，所述參數組包括最佳適應算法、首次適應算法、非重疊操作信道群體以及多個應用程序需求。11.如權利要求8所述的無線通信網絡，其特征在于，所述協調無線通信裝置靜態或動態地分配非重疊操作信道。12.如權利要求8所述的無線通信網絡，其特征在于，在由所述協調無線通信裝置執行的分配中，所述協調無線通信裝置根據避免碰撞的載波偵聽算法、基于請求的算法或者所述兩個算法的混合來確定所分配的所述無線通信裝置的信道接入。13.如權利要求8所述的無線通信網絡，其特征在于，所述協調無線通信裝置給所述一個或多個通信組的其中之另一分配非重疊操作信道，用于與所述協調無線通信裝置的正交頻分多址通信。14.如權利要求8所述的無線通信網絡，其特征在于，所述協調無線通信裝置給所述一個或多個通信組的其中之另一分配非重疊操作信道，用于多用戶下行鏈路頻域多路復用操作。
【文檔編號】H04W72/12GK105916210SQ201610346550
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2011年7月12日
【發明人】王超群, 易志熹
【申請人】聯發科技（新加坡）私人有限公司