CN102318430A - 用于传送和接收数据的装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了在定向通信***中用于随机接入控制的装置和方法。该方法包括全向地传送与要传送的数据有关的开始时间和持续时间信息，该持续时间信息表示在随机接入时段内要传送给目标站的数据传送的持续时间；和在全向传送之后，从开始时间开始将数据定向地传送给目标站。可以防止链接远程站的重叠的天线波束所引起的数据冲突，并且可以可靠地执行通信。

Description

用于传送和接收数据的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于传送和接收数据的装置和方法。虽然本发明适用于很多种应用，但其尤其适用于防止在毫米波段上利用定向波束的***中所可能出现的数据冲突。如果在基于随机接入的媒体访问控制(MAC)功能上执行数据传送，则在毫米波段上携带数据的定向天线波束的重叠可能会导致错误。重叠定向天线波束可以防止典型的载波感测电路(carrier sensing circuit)精确检测到邻近的，潜在地干扰载波信号。

背景技术

占据在30GHz和300GHz之间频谱的射频频带被称为毫米波(mmWave)频带。在mmWave频带中的信号具有从大约十毫米到大约一毫米范围的波长。mmWave频带典型地用于高数据速率传送。数量级为几千兆比特每秒(Gbps)的数据速率是可允许的。通常，mmWave频带是未许可的频带。例如在通信服务、射电天文学和车辆防撞中已经看到有限的使用。

载频和信道带宽在电信标准所规定的许多参数之中。IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准规定具有大约20MHz信道带宽的2.4GHz的载频。IEEE 802.11a和IEEE 802.11n标准规定具有大约20MHz信道带宽的5GHz的载频。相比之下，mmWave电信标准要求60GHz的载频和0.5-2.5GHz的信道带宽。因此，mmWave通信要求显著大于传统IEEE802.11系列标准的载频和信道带宽。

几个优点是通过利用mmWave标准而实现的。在mmWave上的无线信号能够提供显著高的数据速率，其数量级为几千兆比特每秒(Gbps)。另外，因为mmWave信号的物理波长是很小的，所以可以仅仅以1.5mm²或者更小的面积在单个芯片上实现使用mmWave频率的通信电路，包括天线。除了数据速率和物理大小的优点之外，与分别工作在IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准的2.4GHz或者5GHz载频上的站之间的站间干扰相比，工作在mmWave标准的60GHz载频上的站之间的站间干扰降低了。与在IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准所使用的频率上的更长波长信号的衰减相比，这个降低部分地是由于mmWave信号在空中较高衰减的特有现象而实现的。

另一方面，对于相等的发射机功率，发射机天线增益，以及站之间的距离，当将使用60GHz mmWave载波的接收机/发射机对与使用IEEE 802.11b或者IEEE 802.11g的2.4GHz或者5GHz载波的接收机/发射机对相比较的时候，在空中mmWave信号的高衰减现象导致在mmWave接收机天线上比在IEEE 802.11b或者IEEE 802.11g接收天线上更低的接收信号功率。因此，对于相等的发射机功率、发射机天线增益和接收机灵敏度，如果比较在mmWave下和在IEEE 802.11标准下工作的接收机站/发射机站对，如果要在所有接收机站天线上接收相等的载波功率，则mmWave信号的高衰减现象导致在mmWave站之间减少距离。因此，对于给定的发射机功率和站间距，无法全向地传送mmWave信号，同时仍然在远距离接收机处保持信号功率并且信号对于接收和解码来说足够。为了解决这个问题，mmWave设备可以传送定向波束，而不是全向波束。

mmWave信号的特性，诸如在空中高衰减和很小的波长，使其有利地对视距通信很有用。如果传送损耗相当大，并且传送功率有限，则可以通过利用波束可操纵的高增益天线阵列来实现获得间隔给定距离的两个mmWave站之间的通信。因此，mmWave***可以通过使用具有高增益的阵列天线来解决在空中高衰减的问题。为此，需要形成和保持mmWave波束链路的方法。接收机/发射机对可以有利地使用波束控制来在mmWave标准之下实现视距通信。

在相关技术应用中，对于在多个站之间的定向视距通信建立多个波束链路。在上述的配置中，波束链路可以互相重叠。如果MAC用于基于随机接入的相互的数据传送，则由于来自潜在干扰站的传送信号的方向性，有可能潜在干扰站的载波不会被目前进行发送或者将要进行发送的站所感知。在这种情形下，即使执行常规的MAC，也有可能发生数据冲突。

如果载波感测的确检测到干扰信号的存在，则称为“退避”(backoff)的方法可以降低或者消除冲突。该“退避”方法涉及检测邻近载波的存在，然后在尝试发送数据之前等待随机的或者预定的时间量。这种方法是低效的。因为退避情形通常出现，所以该方法中断了及时的数据流，并且退避情形每次出现，数据传送就被延迟随机的或者预定的时间量。

图1举例说明链接一对接收/发送站的方向天线波束互相重叠的情形的例子。在图1的例子中，站具有定向通信的特性。在图1中，链接一对站的波束的方向性被图示为包围该对站的椭圆形。

参考图1，四个站A、B、C和D形成两个接收机/发射机对。在任何时候，按照使用的标准，一对站中的任一个站可以发送或者接收数据。在图1的说明中，一对站中的各个站假设已经建立了波束链路。假设站C位于形成了站A和B之间链路的定向波束内的情形。假设首先执行从站D到站C的数据传送。

当正在进行从站D到站C的传送时，如果发生从站B到站A的数据传送，则站C将经历对其正在从站D接收的信号的干扰。该干扰归因于以下的原因。即，由于在从站D到站C的数据传送中存在方向性，所以如果使用常规的载波感测，则站B不能检测到从站D到站C的数据传送。尤其是，因为站B不能感知站D的载波，所以每个站不能检测在重叠的链路中何时出现数据传送。因此，数据传送被同时执行，并且发生数据冲突。

发明内容

如果在基于随机接入的媒体访问控制(MAC)功能上执行数据传送，则在毫米波段上携带数据的定向天线波束的重叠可能会导致错误。重叠定向天线波束可以防止典型的载波感测电路精确检测到邻近的，潜在地干扰载波信号。

本发明提出了一种用于传送和接收数据的装置和方法，其基本上消除了一个或多个由于相关技术的限制和缺点而引起的问题。

本发明的特点是提供一种用于随机接入的装置和方法，其在mmWave标准下借助于对定向天线波束和数据传送/接收的特定应用，在存在重叠的定向天线波束的情况下，在传送随机接入数据期间消除或者充分地降低站间干扰。

本发明的另外的特点和优点将在随后的描述中阐述，并且部分地从该描述中将是显而易见的，或者可以通过实践本发明而获悉。通过尤其在所撰写的说明书及其权利要求以及所附附图中指出的结构，可以实现和获得本发明的特点和其他优点。

为了实现这些和其他的优点，以及按照本发明的目的，如在此处实施和广泛地描述的，一种用于从站传送数据的方法，包括：首先，通过全向传送传送持续时间信息，该持续时间信息识别开始时间，或者信道时间，以及在随机接入时段内向目标站的数据传送的持续时间；和其次，从所识别的持续时间的开始时间开始通过定向传送向目标站传送数据。

在一个实施例中，一种用于从多个站中的一个站传送数据的方法，包括：接收开始时间和持续时间信息，该持续时间信息限定在随机接入时段内的、将被来自多个站中另一个站的信号传送所占据的一段时间，然后，在接收到开始时间和持续时间信息之后，在该段时间期间暂停或者不开始数据传送，和在该段时间期满之后，在随机接入时段内分别地继续或者开始数据传送。

在本发明的另一个实施例中，一种用于传送数据的装置，包括：通信模块，配置为从外部站接收数据，并且配置为传送数据给外部站。该装置还包括控制器，配置为控制通信模块通过全向传送来传送包括开始时间和持续时间信息的数据，该持续时间信息表示在随机接入时段内向目标站的数据传送的持续时间，和在全向传送之后，从开始时间开始将数据传送给目标站。

在本发明的再一个实施例中，一种用于传送数据的装置，包括：通信模块，配置为从多个站接收数据，并且配置为传送数据给多个站中的至少一个。该装置进一步包括控制器，配置为从多个站接收数据，并且确定开始时间和持续时间信息，该持续时间信息限定在随机接入时段内的、被来自多个站中的一个站的信号传送所占据的一段时间，和在进行确定之后，在该段时间期间暂停或者不开始数据传送，然后，在该段时间期满之后，在随机接入时段内分别地继续或者开始数据传送。

应该明白，上文的概述和下面的详细说明是示范性和说明性的，并且意欲对所要求保护的本发明提供进一步的说明。

因此，本发明提供以下的效果或者优点。

首先，可以解决在链接两个站的重叠的定向天线波束的情况下可能由随机接入所引起的冲突问题。

其次，可以可靠地执行通信。

附图说明

所附附图被包括进来以提供对本发明进一步的理解，并且附图被结合进来并构成本说明书的一部分，附图举例说明本发明的实施例，并且与说明书一起可以起解释本发明原理的作用。在附图中：

图1举例说明链接一对接收/发送站的方向天线波束互相重叠的情形的例子；

图2举例说明按照本发明一个示范实施例的信标间隔的配置；

图3举例说明按照本发明一个示范实施例的随机接入过程；

图4是按照本发明一个示范实施例的随机接入方法的流程图；

图5举例说明当从睡眠模式唤醒并且还没有接收或者解码伪载波(pseudo-carrier)信号的站尝试随机接入的时候潜在的数据冲突；和

图6是按照本发明一个示范实施例的站的方框图。

具体实施方式

为了实现这些和其他的优点，以及按照本发明的目的，如在此处实施和广泛地描述的，一种用于从第一站传送数据的方法，包括：全向地传送与数据有关的开始时间和持续时间信息，该持续时间信息表示在随机接入时段内向目标站的数据传送的持续时间；和在全向传送之后，从开始时间开始将数据定向地传送给目标站。

在一个实施例中，一种用于从多个站中的一个站传送数据的方法，包括：接收开始时间和持续时间信息，该持续时间信息限定了在随机接入时段内的、将被来自多个站中另一个站的信号传送所占据的一段时间；在接收到开始时间和持续时间信息之后，在该段时间期间暂停或者不开始数据传送；和在该段时间期满之后，在随机接入时段内分别地继续或者开始数据传送。

在本发明的另一个实施例中，一种用于传送数据的装置，包括：通信模块，配置为从外部站接收数据，并且配置为传送数据给外部站。该装置还包括控制器，配置为控制通信模块通过全向传送来传送包括开始时间和持续时间信息的数据，该持续时间信息表示在随机接入时段内向目标站的数据传送的持续时间，和在全向传送之后，从开始时间开始将数据传送给目标站。

在本发明的再一个实施例中，一种用于传送数据的装置，包括：通信模块，配置为从多个站接收数据，并且配置为传送数据给多个站中的至少一个。该装置还包括控制器，配置为从多个站接收数据，并且确定开始时间和持续时间信息，该持续时间信息限定在随机接入时段内的、将被来自多个站中的一个站的信号传送所占据的一段时间，在进行确定之后，在该段时间期间暂停或者不开始数据传送，和在该段时间期满之后，在随机接入时段内分别地继续或者开始数据传送。

现在将详细地进行介绍本发明的优选实施例，在所附附图中举例说明其例子。

本发明的以下示范实施例可以被修改为各种形式，并且包括所附权利要求及其等效物的本发明的范围不局限于以下示范实施例。

图2举例说明按照本发明一个示范实施例的信标间隔的配置。参考图2，本发明的信标间隔限定在信标信号的传送之间的时段。信标持续时间、服务时段和随机接入时段可以被包括在由信标间隔占据的时间内。该信标持续时间限定在信标间隔期间用于信标信号传送的给定时间量。该服务时段可用于指定由协调器(coordinator)分配的用于特定站的数据通信的时间或者信道时间。该随机接入时段是在其期间多个站可以随机地执行数据通信的时间或者信道时间。

按照本发明的一个实施例，可以定义被称作为伪载波分组的数据分组。伪载波分组意欲产生与使用载波感测和全向传送的站的***中所实现的输出类似的输出。当载波感测是不可能(或至少不能提供期望的输出)的时候，由于定向传送的使用，该伪载波分组是有用的。

尤其是，通过在传送数据或者控制消息之前从给定站全向地传送伪载波数据分组，周围的站被警告以从给定站的数据传送即将开始的事实。

如果来自所有站的所有数据被全向地传送，则因为对于相当的信号解码，全向发送信号的数据比特率必须小于定向发送信号的数据比特率，所以损失了效率。因此，可以使用由多个站中的一个站使用的方法，该方法通过指定时间，或者信道时间，以及在其内传送数据的时间的持续时间，来保障信道。另一方面，如果给定站为传送数据而预先地预留时间或者信道时间，则伪载波信号不是必要的。如在先前的描述中提及的，可以在服务时段期间为从给定站的数据传送而预留时间或者信道时间。

可能出现传送数据给目标站所需要的时间量超过为这样的传送所分配的时间量的情形。在这样的情况下，站可以在为传送分配的时间期满时暂停其数据传送，并且在以后的时间继续数据传送。

伪载波数据分组可以包括与在伪载波数据分组传送之后将要传送的消息或者数据有关的持续时间信息。从睡眠模式摆脱的周围站可以被配置为在信标间隔的开始之后执行数据传送，信标间隔在该站从睡眠模式摆脱之后开始。

图3举例说明按照本发明一个示范实施例的随机接入过程。参考图3，站D首先全向地传送伪载波分组，而不是立即传送数据或者控制消息。伪载波分组可以包括对将要从站D传送的数据或者消息的持续时间进行详述的信息。

因为伪载波分组被全向地传送，所以站B接收到该伪载波分组。如果该伪载波分组被定向地从站D传送到站C，则由于传送信号的方向性，站B将不会接收到该分组。一旦接收到并解码全向传送的伪载波分组，站B至少在从站D接收的伪载波信号中所指定的传送持续时间期满以前延迟任何待定的传送。因此，该伪载波分组产生使用常规的载波感测将出现的相同效果。即，即使数据将从站B传送到站A，站B至少在完成从站D到站C的数据传送之后的时间中的一个时间点以前待机。

图4是按照本发明一个示范实施例的随机接入方法的流程图。参考图4，多个站中尝试传送随机接入数据的第一站全向地传送伪载波信号[S310]，该伪载波信号包含至少一个伪载波数据分组，该伪载波数据分组包括传送开始时间，或者信道时间，和用于期望的传送的持续时间信息。

从第一站全向传送的伪载波信号附近的其它站可以接收该伪载波信号。作为响应，每个其它站执行代码以保持待机状态，即，它们从为传送的开始以及传送的持续时间而识别的时间或者信道时间开始不传送数据，如伪载波分组中的数据所指定的。

因此，第一站将随机接入数据传送给相应的第二站，以用于由第二站接收。该传送可以与伪载波信号的传送连续地开始，或者在伪载波信号中的数据所限定的信道定时点开始[S330]。第一站最好是使用定向天线波束将随机接入数据传送给第二站。

在为传送而预留的时间长度之前或在其期满时，第一站完成其随机接入数据的传送。一旦由第一站为数据传送而预留的时间期满[S340]，多个站中的剩余站继续执行其数据传送[S350]。因此，尽管使用了在多个站的各个站之间形成链路的定向天线，也避免了在该多个站中的站之间的数据冲突。

图5举例说明当从睡眠模式唤醒并且还没有接收或者解码伪载波信号的站尝试随机接入的时候潜在的数据冲突。如将被理解的，无线网络上的每个站将有时进入睡眠模式。如果一个站在如图5所示从睡眠模式唤醒时将随机接入数据传送到周围站，则可能出现问题。在这种情形下，在睡眠模式结束的随机时间上唤醒的站不能接收和/或解码先前的伪载波信号。这可能不利地影响目前发生在其它站之间的数据通信，如以下所解释的。即，由于随机唤醒的站没有基于包括在未接收的伪载波信号中的信息而执行代码，所以其可能尝试在唤醒时立即执行数据传送。因此，可能发生数据冲突。

在这种情况下，因为刚刚摆脱其睡眠模式的站没有先前通信的记录，将其配置为抑制传送直到新的信标间隔开始之后这将是有利的。

做为选择，以下的有利方法也是可用的。首先，在站已经从睡眠模式唤醒之后，在完成唤醒操作之后可不允许执行随机接入数据传送。尤其是，在无线站已经被唤醒之后，可允许通过“先听后讲”来在下一个随机接入时段中开始通信。

图6是按照本发明的一个示范实施例的站的方框图。参考图6，按照本发明一个实施例的站包括定时器10、通信模块20、随机接入管理单元30和控制器40。

该定时器10在表示信标间隔的开始和结束方面起作用，该信标间隔表示在一个信标信号的传送和下一个信标信号的传送之间的间隔，或者在一个信标时段和下一个信标时段之间的间隔。该定时器10能够提供信标间隔内的时间信息。例如，该定时器10能够表示用于在信标间隔内传送信标信号的信标时段的开始点和结束点，在信标间隔内用于多个站的随机访问性的随机访问时段的开始点和结束点，以及由协调器分配给特定站的数据通信的服务时段的开始点和结束点。

该通信模块20在传送数据或者信号给另一个站或者协调器方面起作用。此外，该通信模块20在接收由另一个站或者协调器传送的数据或者信号方面起作用。

该随机接入管理单元30可以产生伪载波分组，该伪载波分组支持如在此处描述的执行随机接入数据通信的方法。该随机接入管理单元30能够产生时间或者信道时间，以及要由它的站传送的随机接入数据的持续时间信息。

该控制器40控制随机接入管理单元30支持伪载波分组的产生，并且还控制通信模块支持传送或者接收伪载波信号，以及从该站传送到一个或多个其它站或者由该站从一个或多个其它站接收的所有数据。

该控制器40单独地或者与通信模块20配合地协调来自全向天线或者定向天线(未示出)的信号的传送和接收。

存储器45可以功能上地至少连接到该控制器40。该存储器45可以存储可由控制器40执行以执行在此处描述的方法步骤的指令。

如果第一站的控制器40经由第一站的通信模块20从第二站接收包括开始时间或者信道时间以及持续时间数据的伪载波分组，则第一站能够通过从该时间或者信道时间开始停止或者重新调度与那些其它站的数据传送，并且持续伪载波分组中所指定的持续时间，从而控制其与第三站和后续站(总起来说，“其它站”)的数据交换(传送/接收)。

该控制器40还能够控制在信道时间中与特定站交换(发送/接收)数据，该信道时间是由协调器(未示出)根据在服务时段内传送的数据而分配的。

在本发明的这个公开中，控制器40和随机接入管理单元30的作用被单独地描述。应该明白，控制器40可以执行其与随机接入管理单元30两者的功能。

工业实用性

因此，本发明涉及随机接入方法，通过其可以解决在重叠的定向天线波束链接成对站的情况下可能由随机接入所引起的冲突问题，并且通过其可以可靠地执行在那些站之间的通信。本发明适用于利用mmWave标准的基于方向的无线通信***网络中的无线收发信机。

虽然已经在此处参考其优选实施例而描述和举例说明了本发明，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不脱离本发明的精神和范围，可以在其中进行各种修改和变化。因此，本发明意欲覆盖归入所附权利要求及其等效范围之内的本发明的改进和变化。

Claims (14)

1.一种用于从第一站传送数据的方法，所述方法包括：

全向地传送与所述数据有关的开始时间和持续时间信息，所述持续时间信息表示在随机接入时段内向目标站的所述数据的传送的持续时间；和

在所述全向传送之后，从所述开始时间开始将所述数据定向地传送给所述目标站。

2.根据权利要求1的方法，其中所述持续时间限定信道时间的长度，在所述信道时间期间所述目标站和除所述第一站以外的所有站不应传送。

3.根据权利要求1的方法，进一步包括：

当所述持续时间期满的时候，暂停在所述随机接入时段内从所述第一站到所述目标站的数据传送。

4.根据权利要求1的方法，进一步包括：

如果由协调器在服务时段内提供分配的信道时间，则从所述分配的信道时间开始传送数据给所述目标站。

5.根据权利要求1的方法，其中在所述随机接入时段内传送所述持续时间信息。

6.一种用于从多个站中的一个站传送数据的方法，所述方法包括：

接收开始时间和持续时间信息，所述持续时间信息限定在随机接入时段内的、将被来自所述多个站中另一个站的信号传送所占据的一段时间；

在接收到所述开始时间和持续时间信息之后，在所述一段时间期间暂停或者不开始数据传送；和

在所述一段时间期满之后，在所述随机接入时段内分别地继续或者开始数据传送。

7.根据权利要求6的方法，其中在所述随机接入时段内接收所述持续时间信息。

8.一种用于传送数据的装置，所述装置包括：

通信模块，所述通信模块配置为从外部站接收数据，并且所述通信模块配置为传送数据给所述外部站；和

控制器，所述控制器配置为控制所述通信模块去进行：

通过全向传送来传送包括开始时间和持续时间信息的数据，所述持续时间信息表示在随机接入时段内向目标站的所述数据的传送的持续时间；和

在所述全向传送之后，从所述开始时间开始将数据传送给所述目标站。

9.根据权利要求8的装置，其中所述持续时间限定信道时间的长度，在所述信道时间期间不会发生干扰。

10.根据权利要求8的装置，其中所述控制器进一步配置为当所述持续时间期满的时候，在所述随机接入时段内暂停从所述装置到所述目标站的数据传送。

11.根据权利要求8的装置，其中所述控制器进一步配置为如果由协调器在服务时段内提供分配的信道时间，则控制所述通信模块从分配的信道时间开始传送数据给所述目标站。

12.根据权利要求8的装置，其中在随机接入时段内传送所述持续时间信息。

13.一种用于传送数据的装置，所述装置包括：

通信模块，所述通信模块配置为从多个站接收数据，并且所述通信模块配置为传送数据给所述多个站中的至少一个；和

控制器，所述控制器配置为：

从所述多个站接收所述数据，并且确定开始时间和持续时间信息，所述持续时间信息限定在随机接入时段内的、将被来自所述多个站中的一个站的信号传送所占据的一段时间；

在进行所述确定之后，在所述一段时间期间暂停或者不开始数据传送；和

在所述一段时间期满之后，在所述随机接入时段内分别地继续或者开始数据传送。

14.根据权利要求13的装置，其中在所述随机接入时段内接收所述持续时间信息。

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