CN1954553A - 用于无线***的具有多速率分组聚合的超帧协议分组数据单元格式 - Google Patents

Abstract

一种用于在多速率下传输分组聚合的超帧、方法和***，包括报头(300)，该报头包括前同步码(305)和PHY层会聚协议(310)、多个MAC管理协议数据单元(205)、标志；以及超协议服务数据单元报头(315)。多个多速率聚合分组(327)在超帧中被组合到一起，用于为可以在减少数量的传输中接收分组的接收节点提供功率节省。根据MAC目的地组合所述分组还提供缩短节点的接收时间，从而导致功率节省。超帧允许MAC服务数据单元被传递到每个节点，从而导致功率节省。超帧允许MAC服务数据单元以不同的PHY速率传递到各个节点，以使效率最大化。

Description

用于无线***的具有多速率分组聚合的超帧协议分组数据单元格式

技术领域

本发明涉及被设计来使用一种具有多个分组的超帧的数据传输形式的装置和方法。更具体地，本发明涉及多接收机聚合(MRA)数据速率传输的改进和功率节省。

背景技术

当前无线***(比如工作在访问协议如IEEE 802.11下的LAN)的物理层，具有几种不同的调制和编码方案。这些方案的选择通常取决于最大数据速率，假定分组误差率小于给定的阈值。

例如，当前的IEEE 802.11规范的任务组N正在开发用于高数据速率WLAN的新物理(PHY)和介质访问控制(MAC)规范。几个工业团体当前正在准备任务组N的建议，其中有工业协会TGn Sync。TGn Sync的当前规范不允许多接收机聚合中的不同速率。例如，最远的接收机典型地可能具有最慢的吞吐量，其可以导致试图传送或接收数据的其它节点/站点的显著时延，其反过来增加了功率消耗。

因此，本技术领域需要提供能够由在不同PHY速率下的不同用户所接收的分组聚合。然而，这种需要必须致力于适当考虑服务质量(QoS)参数，该参数不仅包括带宽(吞吐量)而且包括时延、时延抖动和分组损失率。

发明内容

现在要求保护的发明提供了方法、***和装置，用于提供多个MAC协议数据单元MPDU给一组不同的接收机并且将它们链接到一起以形成超协议数据服务单元(PDSU)。此超PDSU被封装在超协议分组数据单元(PPDU)报头中，以便被传递到不同的站点。该方案支持不同PHY速率下的各个MPDU的传递，具有在接收机设备处执行有效的功率节省方案的可能性。

附图说明

图1示出了具有多个站点和其不同的PHY传输速率的***。

图2示出了用于形成具有分组聚合的超帧格式的标准。

图3A示出了一个报头，其显示了超帧可以根据本发明来设置的一种方式。

图3B示出了图3A中所示的超帧报头的超PDSU报头部分。

图4示出了适合于增加分段的MSDU传输的接收效率的超PDSU报头的设置。

图5是超PPDU的例子如何向几个站点提供功率节省的示例。

图6示出了PPDU帧结构的一个例子。

图7示出了根据图6的聚合信息的一种视图结构。

图8示出了根据本发明的一个方面的聚合信息的另一种视图。

图9示出了根据本发明的一个方面的活动/睡眠状态。

图10示出了根据本发明的另一个方面的聚合信息的结构的另一种变型。

图11示出了根据本发明的另一个方面的聚合信息的结构的又一种变型。

图12示出了根据图10和11所示的聚合信息的活动/睡眠状态。

图13示出了根据本发明另一个方面的聚合信息的结构的又一种变型。

图14示出了根据图13所示的聚合信息的活动/睡眠状态。

图15示出了根据本发明另一个方面的聚合信息的结构的又一种变型。

图16示出了根据图15所示的聚合信息的活动/睡眠状态。

具体实施方式

本领域的技术人员应该理解的是，下面的描述被提供用于示例而不是限制的目的。技术人员理解在本发明的精神和所附权利要求的范围内有许多变型。当前描述省略了已知功能和操作的不必要细节以便不遮掩本发明的精彩之处。

图1示出了根据本发明的用于传输多速率聚合分组的***的一个典型例子。再次，强调典型***将比所示出的***复杂的多并且可以包括以有线或无线方式进行通信的多个不同设备。图1中示出的***包括了多个节点112、113、114和站点115。所述多个节点中的至少一个适合于接收包括根据本发明的一个分组聚合的超帧125。

而且，所述多个节点112、113和114中的一个节点114可以具有不同于其它节点的PHY传输速率。还应当看到，所述多个节点112、113和114中的至少一个(典型地为多个)节点适合于接收包括不同传输速率127、128和129的分组聚合的超帧125。因此，根据本发明，一系列具有不同传输速率的不同节点可以在最大化它们效率的速率上使用超帧。

此外，应当看到，所述多个节点112、113和114中的至少一个节点可以包括一个传统设备(legacy device)112，其根据介质访问控制(MAC)协议传输和接收非聚合的分组帧。

图2示出了根据本发明的用于形成分组聚合的超帧格式的标准。在MAC层205处，示出了如果由各个单独的MPDU所约束的延迟可以被满足则该多个MPDU可以被组合在一起。而且，应当看到，一个标志(beacon)可以与群寻址帧(grouped-addressed frame)被组合在一起，在DTIM间隔上跟随相同的群寻址帧。在PHY层210处，示出了超PSDU，其接着被聚合到超PPDU。应当看到，超PPDU不应当侵犯TBTT时间并且链接适应算法可以在超PPDU长度上设置一个限制。

具有公共设备目的地的PDSU可以在超PPDU中被安排彼此邻近，以便提高接收机处的功率节省。PDSU包含具有802.11 MAC报头和有效载荷的MAC服务数据单元(MSDU)。MAC报头中的接收机地址(RA)与出现在超PDSU报头的“MAC addr”字段中的接收机地址具有相同的MAC地址。

本发明包括多个超PPDU的变型。例如，图3A示出了根据本发明的一个方面的超帧的报头。前同步码305是具有12个符号的标准802.11a PLCP(物理层会聚协议)前同步码。PLCP报头310还具有用于表示接下来的帧不是标准PDSU的参数。速率比特或预留比特可以用于该目的。

随后的PLCP报头是标准802.11a PLCP报头。除了第一个PDSU的那个PLCP报头之外的每个PLCP报头，其前面是可以由接收站点用于同步的前同步码。

图3B是根据本发明的一个方面仅仅示出了图3A中所示的超PDSU报头315的一个示例。这里，示出了MAC地址320、前同步码类型、数据速率330、长度335。每个PSDU的上述这些字段足够为每个站点用于计算何时可以开始接收数据以及这样的接收可以发生多长时间。可以忽略第一MPDU的前同步码类型325字段。当站点不必接收任何数据时，站点于是决定执行功率节省方案。超持续时间ID字段(未示出)可以先于第一站点的数组(tuple)。此字段然后由站点使用用于虚拟载波意义机制，并且在所有的接收机处避免任何这样的计算。

根据本发明的第一方面，所述标志可以是超帧的一部分，前提是它将是超PSDU报头315的第一PDS。该前提的理由是用来满足每个标志之前的TBTT时间。如果在基本的业务设置中有任何功率节省站点，那么群寻址PSDU将紧跟着说明时间戳(Description Time-stamped)标志。

此外，根据本发明的第一方面，站点将解码标志中的定时(TIM)元素并且使用功率节省(PS)查询分组来响应。访问点(AP)将在一个标志时间间隔内接收多个查询并且为那些功率节省站点聚合MSDU。

此外，根据本发明的第一方面，有时候各个MSDU要求确认。在这种情况下，Data-ACK序列必须发生在超PPDU(即超帧)的持续时间期间。在PSDU的传输结束时，接收机在短的帧间间隔之后传送所述确认。PSDU2的前同步码开始随后的短帧间空间的确认。在对于第一MPDU1来说未接收到确认的情况下，那么PHY对它作出记录，在试过所有的PSDU之后，通知MAC层每个PSDU的状态。MAC层于是可以决定重新传送那个特定的MPDU或者可以丢弃它。

应当看到，根据本发明，PHY在超PPDU的发射机处照管确认接收。而且，PHY保持不成功的PSDU的记录。

关于上面所述的段落，本发明还可以支持MSDU的分段。然而，使用PSDU报头的简单的4元素数组方案，缺点将是对于超PSDU报头中的每个分段不得不有一个数组。超PSDU报头的格式可以改变以便在分段的MSDU传输的情况中更有效地使用介质。

图4示出了适合于增加分段的MSDU传输的超PSDU报头的设置。此外，应当看到，此协议对于群寻址帧同样有效。无论何时站点注意到超PPDU报头中的群地址，它确定自己是否为该组的成员。如果该站点确定它是该组的成员，则它像接收任何其它帧一样准备接收该帧。否则它只是不理睬该帧。

图5是根据本发明的超PPDU的例子如何在站点设备处提供有效功率的示例。如图5中所示，当站点全部读取前同步码501、PHY层会聚协议503和超PSDU报头505时，站点1-4的PHY活动减少。节点/站点设备可以然后进入功率节省睡眠模式，如低逻辑层所示出的。

根据本发明，由现有的传统设备维持向后兼容性，其使用标准的MAC协议继续传送和接收。这意味着如果设备传送非超PDSU，虚拟载波意义的规则根据标准MAC协议加以应用。

而且，在本发明的第二至第七方面中可以涉及不同于802.11a的802.11n报头结构，但在传统的802.11和802.11e站点可以提取用于执行载波意义和后退机制所需的所有信息的意义上是向后兼容的。

图6示出了由TGn Sync协会所讨论的802.11n的可能PPDU格式。传统的短训练字段(L-STF)、传统的长训练字段(L-LTF)和传统的信号字段(L-SIG)用于与传统的802.11站点向后兼容。在40MHz传输的情况中，该字段在40MHz信道的两个一半上以20MHz的带宽进行传送，由此在一半上的字段关于另一半相位旋转。传统的字段后面是高吞吐量信号字段(HT-SIG)、高吞吐量短训练字段(HT-STF)以及多个高吞吐量长训练字段(HT-LTF)。HT-LTF数量等于天线的数量。不同的字段在本发明中没有详细地加以描述并且仅作为PHY报头的结构可能样子的一个例子。PHY报头后面是PSDU-DATA。

根据本发明，聚合结构上的信息部分地包含在PHY报头中并且部分地包含在PSDU-DATA内。本发明的各个方面可能在信息在PHY报头和PSDU-DATA中间分布的方式上以及信息如何构成上有所不同。对于本方面的所有方面来说，假定在PHY报头内信息包括在HT-SIG或类似的字段内。因为除了聚合信息之外HT-SIG字段还包括其它信息，所以包括聚合信息的部分在下面称作HT-SIG2。

现在描述本发明的第二方面。本发明的第二方面和第一方面之间的一个区别在于超PPDU字段的定义。

图7示出了在本发明的第二方面的情况中对于五个站点的典型组来说HT-SIG2 705和PSDU-DATA 755的结构，其中的两个站点用调制/编码方案(MCS)1发送，另两个站点用MCS2发送以及第三个站点用不同的MCS3发送。在此例子中为了简化起见，假定每个站点仅发送一个MPDU。每个站点多MPDU的传输显然是可能的。根据第二方面，对于每个站点STA来说，HT-SIG2包含下面的聚合信息：

●接收机(STA)MAC地址

●这个MPDU的MCS

●PDU长度。

这样的一组三个字段被称作一个“数组”，因为：多个MPDU，每个MPDU包含MAC报头和有效载荷。MAC报头中的接收机地址(RA)与HT-SIG2的“MAC Addr”字段中出现的接收机地址具有相同的MAC地址。MPDU后面的前同步码715、725、735、745由接收站点使用以想要的数据速率(在HT-SIG2/MCS字段中显示的)同步和去映射随后的MPDU。

使用本发明的第二方面，存在可以包含相同MAC地址的多个数组。具有相同MAC地址的多个数组导致接收这个聚合PSDU 775中的多个MPDU的一种特定设备。去往一个设备的MPDU可以进一步被设置成彼此邻近以便提高接收机处的功率节省。

如图8中所示，本发明的第三方面与本发明的第二方面关于数组的功能方面有所不同。在第三方面中，HT-SIG2字段中的数组对于相同目的地设备来说指多个MPDU。数组中包括一个附加的字段708，其表示各个目的地设备的MPDU的数量。MPDU和数组的各个分段可能是或者可能不是相同大小，因为PDU长度字段表示用于这个目的地设备的所有MPDU的总长。

关于本发明的第二和第三方面的上面所述字段，这些字段对于STA来说足够用于计算何时它应当开始接收数据以及需要多长时间。本发明的一个优点在于当STA不需要接收任何数据时STA可以决定执行功率节省方案。

图9示出了作为图7和图8中的例子使用的五个站点(STA1至STA6)处的睡眠/唤醒时段，以示例在使用不同的接收机接收典型的聚合PSDU期间本发明的第二和第三方面，以及第六站点STA6的睡眠模式，该站点未提及作为PSDU中的接收机。这个STA6可以在整个帧传输期间保持睡眠模式，这是由于HT-SIG2包含这个PSDU的接收STA的MAC地址。可以看出STA6在整个PSDU中保持低电平(表示睡眠)。

在图10中，HT-SIG2和PSDU-DATA示出了根据本发明第四方面的帧格式。类似于前面的例子，示出了五个站点，其中的两个站点用MCS1传送，另两个站点用MCS2传送，并且第三个站点用不同的MCS3传送。本发明的第四方面与本发明的第二方面的一个区别在于MPDU使用相同的MCS被组合。下面的聚合信息被包括在具有相同MCS的每组接收STA的HT-SIG2字段中：

●具有相同MCS(MCS聚合)的一组STA的MCS

●具有相同MCS的所有聚合的长度1015

●接收机数量1016(表示下一个子字段多大，包含STA的MAC地址)

●接收机地址1017列表。

类似于前面所示例的例子，PSDU包含所有的MPDU(MAC报头+有效载荷)并且将它们连接到MPDU_Delimiter(长度和CRC)1025，以便分隔MPDU和表示下一个MPDU的长度。MPDU分隔符可以例如包含随后MPDU的长度、循环冗余校验(CRC)和以及特有模式。

与前面所示的本发明的方面相比，在第四方面中仅仅使用PREAMBLE以便分隔不同MCS的聚合。即，将仅利用MPDU_Delimiter分隔同样速率的两个MPDU，然而不同速率的下一个MPDU前面将是一个PREAMBLE，用于睡眠-唤醒阶段之后的同步目的。(具有相同的MCS)跟着MPDU聚合的前同步码可以由接收站点使用以想要的数据速率(表示在HT-SF2/MCS字段中)同步和去映射随后的MPDU。

图11示出了使用前面的五个站点的例子，本发明的第五方面的HT-SIG2和PSDU-DATA帧格式，其中的两个站点用MCS1传送，另两个站点用MCS2传送，并且第三个站点用不同的MCS3传送。在这个情况中，包含在HT-SF2中的信息被组合，考虑有多少个MCS组：

●具有相同MCS(MCS聚合)的一组STA的MCS

●具有相同MCS的所有聚合的长度。

图12示出了根据本发明的第四和第五方面在接收典型的聚合PSDU期间在五个站点(STA1-STA5)处的睡眠-唤醒时段，以及STA6的睡眠模式，其未作为接收机而列出。这个STA6可以在整个帧传输期间保持睡眠模式，这是因为HT-SIG2包含这个PSDU的接收STA的MAC地址。

与前面讨论的本发明的方面相对比，图13示出了本发明的第六方面，其中关于接收机的详细信息未包含在HT-SIG2字段中而是根据TG Sync规范包含在称作MRAD(多接收机聚合描述符)的附加MPDU的PSDU-DATA内。这个MPDU包含所有STA的MAC地址，其MPDU将被包括在下面的MCS聚合中。类似于本发明的第四方面，PREAMBLE用于分隔不同MCS的聚合。

任选地，MRAD还可以包含用于这个MAC地址的MPDU的数量和/或用于各个地址的所有MPDU的长度。这个后面的任选信息在仅有单个MCS在聚合中的情况下是有用的，以便让想要的接收机当它们自己的MPDU被传送时仅是醒来的。有与MCS组同样多的MRADMPDU。

图14示出了根据本发明的第六方面接收典型的聚合PSDU期间在五个站点(STA-STA5)处的睡眠-唤醒时段，以及STA6的睡眠模式，其未作为接收机而列出。对比前面所讨论的本发明的方面，STA6必须在每个MCS聚合、与前同步码同步以及解码MRAD MPDU的一开始醒来，以便检查是否它的地址被提到作为接收机。只有当STA不被作为接收机而列出，它才可以返回睡眠模式。

在图15中，示出了HT-SIG2和PSDU-DATA帧格式以示例使用了前面所分配数量的五个站点的本发明的第七方面，其中两个站点用MCS1来传送，另两个站点用MCS2传送，并且第三个站点用不同的MCS3传送。

关于接收机的详细信息包含在附加的Super-MRAD MPDU 1525的PSDU-DATA中。这个Super-MRAD MPDU 1525包含：

●接收机的数量1527

●这个MCS的接收机的MAC地址1529

●在每个接收机MAC地址后面：各个接收机的MPDU的长度1531

●任选地：在每个接收机MAC地址和长度后面：各个接收机的MPDU的数量。

与前面所示例的本发明的方面相比，MPDU或MCS聚合都不由前同步码所分隔。根据硬件能力，可以出现两种不同的情况：要么MPDU分隔符足够用来在醒来后同步一个MCS聚合，要么在整个PPDU期间可能无睡眠。为了向那些设备提供必要的长度信息，所述设备能够使用该长度信息，MCS和长度信息可以包括在HT-SIG2字段中：

●具有相同MCS(MCS聚合)的一组STA的MCS

●具有相同MCS的所有聚合的长度。

如果这个信息不包括在HT-SIG2字段中，则Super-MRADMPDU必须包括一个MCS码并且必须包括如PPDU中的不同MCS同样多的Super-MRAD MPDU。然而，这里假定信息包括在HT-SIG2字段中。

图16示出了根据本发明的第六方面在接收典型的聚合PSDU期间在五个站点(STA1-STA5)处的睡眠-唤醒时段，以及STA6的睡眠模式，其未作为接收机而列出。

可以对本发明做出各种修改，而不背离本发明的精神和所附权利要求的范围。例如，具有多个聚合分组的超帧根据需要或喜好可以具有比所示出的不同的报头设置。***可以使用许多不同类型的节点，并且传输可以是有线的或无线的。除了802.11之外的协议也可以使用，只有它们适合接收分组聚合。

Claims (27)

1.一种超帧协议分组数据单元(PPDU)215，包括：

多个介质访问控制(MAC)协议数据单元(MPDU)(205)；

PHY层会聚协议(210，310)，包括适合在不同PHY速率下传递MPDU(205)的超协议数据服务单元(PDSU)；

其中所述多个MPDU包括多速率聚合分组(327)。

2.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，其中PHY层会聚协议(210，310)包括在PDSU报头(315)中用来识别包含一个聚合分组的所述超帧的至少一个比特。

3.根据权利要求2的超帧协议分组数据单元，其中PHY层会聚协议(310)包括所述超协议服务数据单元报头(315)的长度的一个指示。

4.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，其中超协议服务数据单元报头(315)包括用于多个MAC管理协议服务数据单元(205)的聚合特性。

5.根据权利要求4的超帧协议分组数据单元，其中对于多个MAC管理协议服务数据单元(205)的每一个来说所述特性包括：

接收机MAC地址、前同步码类型、数据速率、以及每个相应MAC管理协议服务数据单元的长度。

6.根据权利要求4的超帧协议分组数据单元，包括功率节省特征，该特征包括一个虚拟载波意义机制。

7.根据权利要求6的超帧协议分组数据单元，其中功率节省特征的虚拟载波意义机制包括一个超持续时间标识符。

8.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，其中PHY层会聚协议(310)包括IEEE 802.11层。

9.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，其中超协议服务数据单元报头(315)被设置以增强分段的MAC服务数据单元传输的接收。

10.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，其中一个或多个MAC服务数据单元适合用于以不同的PHY速率传递到一个或多个相应站点。

11.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，进一步包括高吞吐量信号字段(HT-SIG2)，其包括一个数组，该数组包括多个相应站点的每一个的随后聚合信息，至少其中某些站点用不同的调制/编码方案(MCS)传送，所述数组包括：

接收机(STA)MAC地址；

特定MPDU的一个MCS；以及

PDU长度。

12.根据权利要求11的超帧协议分组数据单元，其中所述数组指用于相同目的地设备的多于一个的MPDU。

13.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，进一步包括高吞吐量信号字段(HT-SIG2)，其包括一个数组，该数组包括多个相应站点的每一个的随后聚合信息，至少其中某些站点用不同的调制/编码方案(MCS)传送，所述数组包括：

具有相同MCS(MCS聚合)的一组STA的MCS；

具有相同MCS的所有聚合的长度(1015)；

接收机数量(1016)，表示下一个子字段多大，其包含STA的MAC地址；以及，

接收机地址(1017)列表。

14.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，进一步包括高吞吐量信号字段(HT-SIG2)，其包括一个数组，该数组包括多个相应站点的每一个的随后聚合信息，至少其中某些站点用不同的调制/编码方案(MCS)传送，所述数组包括：

具有相同MCS(MCS聚合)的一组STA的MCS；以及

具有相同MCS的所有聚合的长度。

15.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，进一步包括在PSDU-DATA字段(1305)内的多接收机聚合描述符(MRAD)(1310)，该字段包括一个数组，该数组包括多个相应站点的每一个的聚合信息，至少其中某些站点用不同的调制/编码方案(MCS)传送。

16.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，进一步包括在PSDU-DATA字段(1405)内的超多接收机聚合描述符(MRAD)(1525)，该字段包括多个相应站点的每一个的随后聚合信息，至少其中某些站点用不同的调制/编码方案(MCS)传送，所述超MRAD(1525)包括：

接收机的数量(1527)；

相应MCS的接收机的MAC地址(1529)；以及

在每个接收机MAC地址后面：相应接收机的MPDU的长度(1531)。

17.根据权利要求1的超帧协议分组数据单元，其中在每个接收机后面，MAC地址(1529)和长度字段(1531)被设置在相应接收机的多个MPDU中。

18.一种用于多速率分组聚合的***，包括：

多个节点(112，113和114)；

站点(115)；

其中所述多个节点中的至少一个节点适合用于接收包括多速率分组聚合的超帧。

19.根据权利要求18的***，其中所述多个节点(112，113和114)的一个节点114具有不同的PHY传输速率。

20.根据权利要求19的***，其中所述多个节点(112，113和114)中的多于一个节点适合用于接收包括不同传输速率(127，128和129)分组聚合的超帧(125)。

21.根据权利要求19的***，其中所述多个节点(112，113和114)中的至少一个节点包括一个传统设备(112)，该设备根据MAC协议发送和接收非聚合的分组帧。

22.根据权利要求19的***，其中MAC服务数据单元(205)在不同的传输速率下可传递到所述多个节点中的每一个节点。

23.根据权利要求19的***，其中聚合分组的一种设置被组合，用于为所述多个节点传输和接收所述超帧提供功率节省。

24.根据权利要求19的***，其中所述多个节点包括站点(112，113，114)，以及工作在IEEE 802.11下的访问点(115)，所述节点适合于发送/接收包括多个分组的超帧。

25.一种用于提供传输数据的超帧的方法，包括下面的步骤：

(a)提供包括前同步码(305)和PHY层会聚协议(310)的报头(300)；

(b)包括超协议服务数据单元报头(315)；

(c)提供被组合在一起的多个MAC管理协议数据单元(205)，其中所述MAC管理协议数据单元中的至少一个被组合用于以不同的速率传递到多个相应节点。

26.根据权利要求25的方法，进一步包括下面的步骤：

(d)包括在PHY层会聚协议(310)中的超协议服务数据单元报头(315)的长度的指示。

27.根据权利要求25的方法，进一步包括下面的步骤：

(e)传送包括被组合在一起的多个MAC管理协议数据单元(205)的一个或多个超帧(125)。

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