专利名称：动态信道带宽管理的制作方法
相关申请本申请要求于2005年7月29日提交的题为“Dynamic Channel BandwidthManagement(动态信道带宽管理)”的美国专利申请11/193,017的优先权，而该申请要求于2004年12月22日提交的题为“Dynamic 20/40MHz ChannelManagement(动态20/40MHz信道管理)”的美国临时专利申请60/638,495的优先权。
背景技术：
发明领域本发明涉及射频(RF)信道管理，尤其涉及其中既可发送20MHz分组又可发送40MHz分组的信道的管理。
相关技术无线电系统使用频分来确保不同的RF设备能在不同的频率范围内工作。以此方式，例如，用户的蜂窝电话不会干扰政府的卫星。这些频率范围称为频带。
根据管理无线通信的IEEE 802.11标准系列，2.4GHz频带包括14个频率信道。
图1A示出这14个信道，其中每个信道在被占用时具有22MHz的带宽，并且以预定频率——即图1A中所标出的中心频率——为中心(注意，信道并不具有精确的边界，因而可能会扩展到超出其所示界限的边界)。在此频带中，相邻信道的中心频率相隔5MHz。注意，信道12到14在美国是不使用的(在图1A中，美国可用的信道由实轮廓线表示)。图1B示出5GHz频带中设有的12个信道(即，信道34、36、38、40、42、44、46、48、52、56、60和64)。在此频带中，每个信道为20MHz宽，并且在美国相邻信道的中心频率(由实轮廓线表示)相隔20MHz。
值得注意的是，使用较宽的信道将可有利地增加容量，即传递率。例如，图2示出曲线图200，显示实现带宽增加时可直接提高理论容限。具体而言，40MHz信道(由曲线202表示)的容量总是比20MHz信道(由曲线201表示)的要大，并且随着信噪比(SNR)提高增大得越多。不幸的是，40MHz信道目前在诸如日本和欧洲等一些区域未被允许。此外，在例如美国等其它国家，传统设备也仰赖于20MHz信道。
因此，产生了使用20MHz信道来有效提供40MHz通信的需要。进一步产生了高效提供和管理此40MHz通信的需要。
发明概要为了使用标准信道来提供超宽带宽通信，可使用多个非重叠信道(在本文中也称为信道组)。在将更详细讨论的一个实施例中，为了提供40MHz通信，可使用两个非重叠的20MHz信道——即一个控制信道和一个扩展信道——来提供有效的40MHz信道。
一种发射机可将其分组显式地作为20MHz或40MHz分组来排队。在一个实施例中，作为40MHz分组来排队的分组不能作为20MHz分组发送。在另一个实施例中，作为40MHz分组来排队的分组可被超时(由于超过了预定的等待发送时间或是遇到了繁忙/有噪的扩展信道)，然后作为20MHz分组被发送。根据本发明的一个方面，一种接收机能有利地在逐个分组的基础上检测20/40MHz信号，由此便于实现商业可行的40MHz通信。
在一个实施例中，为了在5GHz频带中提供信道管理，可在扩展信道上监视来自其它网络的802.11a OFDM话务以避免重踩(即，会破坏现有通信的发射)。控制信道可以是任何有效的5GHz信道(例如，在美国是信道36、40、44、48、52、56、60和64)。扩展信道可被选为离控制信道+/-20MHz。通信统计以及干扰事件记录可由硬件聚集，然后提供给软件以改进20/40MHz决策。为保护目的，可在发送40MHz有效负荷之前在控制信道和扩展信道上发送传统的前同步码。在一个实施例中，可在控制信道和扩展信道上独立执行雷达检测和回避。
为了在2.4GHz频带中提供信道管理，可在扩展信道(离控制信道20MHz)以及该扩展信道隔壁的信道(也称为扩充信道)上监视来自其它网络的802.11gOFDM和802.11b DSSS/CCK话务以避免重踩。控制信道可以是任何有效的2.4GHz频带(例如，在美国是信道1到11)。扩展信道可被选为离控制信道+/-20MHz(对应于“+”或“-”4个信道)或+/-25MHz(对应于“++”或“--”5个信道)。注意，典型的802.11b/802.11g网络被部署在相隔25MHz的信道1、6和11上。在一个实施例中，PHY(物理)层可监视扩展信道以及扩充信道两者上的话务(例如，如果控制信道是信道1，则可监视信道5和6两者上的话务)。
由此监视生成的统计数据可被传递给软件进行分析。基于此分析，软件可设置物理层以对40MHz通信使用20MHz和25MHz间隔之一，或可确定合适的通信带宽(例如，通过重新排队)。在一个实施例中，可基于软件请求将这些统计数据传递给软件。在另一个实施例中，可自动和定期地将这些统计数据传递给软件。
保护可包括在发送40MHz分组之前在控制信道和扩展信道两者上发送传统的前同步码和RTS(请求发送)/CTS(清除发送)信号(例如，802.11b信号)。注意，40MHz有效负荷总是在单个毗连的频谱上发送。与之相对，根据话务监视的结果，保护报头可离信道中心20到25MHz。在一个实施例中，网络的AP(接入点)可确定合适的20到25MHz间隔。在另一个实施例中，此确定还可包括来自网络中的各个台的反馈。
在2.4GHz频带中，可监视(并由此避免)扩展信道上的干扰。这些干扰可包括窄带信号(例如，蓝牙、微波和处理器噪声)以及宽于20MHz的信号(例如，存储器总线噪声)。
附图简要说明图1A示出构成2.4GHz频带的信道1到14。
图1B示出构成5GHz频带的信道34到64。
图2示出显示实现带宽增加时能直接提高理论容限的曲线图。
图3A和3B示出可用于提供有效的40MHz信道的称为控制信道和扩展信道的两个相邻信道的配置。
图3C示出可在控制信道和扩展信道上提供的用于保护目的的传统前同步码与有效负荷之间的关系。
图3D和3E示出可在控制信道和扩展信道上提供的用于保护目的的RTS/CTS报头的配置。
图4A和4B示出一种在逐个分组的基础上动态接收20/40MHz分组的示例性方法。
图4C示出另一种在逐个分组的基础上动态接收20/40MHz分组的示例性方法。
图5A和5B示出2.4GHz频带中阻塞频带与扩展频带之间可能的关系。
图6和7分别示出对5GHz和2.4GHz频带的通信统计数据的示例性类别。
图8示出总结本文中所记载的动态20/40MHz方法/设备的示例性特征的表。
图9示出一种将40MHz分组作为两个20MHz分组重新排队的示例性发射机过程。
图10示出可被用于提供一个宽通信信道的至少两个相邻的非重叠信道的示例性配置。
附图具体说明与使用20MHz信道相比，使用40MHz信道能显著提高容量。但是，40MHz信道在日本或欧洲都不被允许。此外，在例如美国等其它国家，传统的设备仰赖于20MHz信道。
因此，为了提供40MHz通信，可使用多个非重叠的20MHz信道来提供一个有效的40MHz信道。一种已知的便于实现这种通信的方法包括指定可进行20MHz或40MHz通信的具体时段。例如，在第一时段里，仅可进行20MHz通信，而在第二时段里，仅可进行40MHz通信。另一种已知的方法包括发出信标以使两个信道均“静默”，即确保其它设备不使用所标识的信道。这些方法尽管是可实现的，但是因复杂度和/或性能降低而有很大的局限性，由此限制了它们的商业可应用性。
图3A示出两个非重叠信道，即一个控制信道301和一个扩展信道302。可用来调谐收发机中的合成器的载波频率305可被指定为在控制信道301和扩展信道302各自的中心频率303与304之间中途的频率。注意，图3A中的扩展信道302在控制信道301“之上”。由此，例如并再回到图1，信道6可实现控制信道，而信道11可实现扩展信道。在图3B中所示的另一个实施例中，扩展信道302可在控制信道301“之下”。在此例中，信道6可实现控制信道，而信道1可实现扩展信道。
值得注意的是，控制信道301的中心频率303可离扩展信道302的中心频率304达20到25MHz。例如，在2.4GHz频带中，适合40MHz话务的信道组可以隔开4或5个信道(对应于相隔20或25MHz)。由此，在一个通信中，可使用信道6和10(相隔4个信道或20MHz)，而在另一个通信中，可使用信道6和11(相隔5个信道或25MHz)。
注意，40MHz分组的实际有效负荷是没有频率间隙的——或在一个优选实施例中，有最小频率间隙(例如，可添加例如3个载波宽的小间隙以减轻DC偏移和载波漏泄敏感性)的——连续的40MHz(在一个实际实现中是37MHz)。根据本发明的一个方面，可在控制信道301和扩展信道302上各自提供一个传统的前同步码，其中每个传统的前同步码可能需要最高达20MHz(例如，在一个实施例中为17MHz)。因此，参见图3C，40MHz分组310的传统前同步码311(假定传统前同步码部分之间有20MHz的间隔)比其有效负荷312宽5MHz(由阴影线部分表示)。在分组检测期间，总带宽之间的这一差异造成了很大的难题，以下将就对此难题的一些解决方案进行说明。
在一个实施例中，扩展信道302在控制信道310之上还是之下的选择可以是静态的。亦即，基本业务集(BSS)可在给定的控制信道上发送，并且扩展信道固定为在该控制信道以上或者以下。此选择可通过在信道号之后附加与扩展信道在控制信道20MHz之下或20MHz之上相对应的“-”或“+”来表示。例如，在5.0GHz频带(参见图1B)中，信道52+的控制信道将在52上，而扩展信道将在56上(即，信道52之上相邻的非重叠信道)。与之相对，52-的控制信道将在52上，而扩展信道将在48上(即，信道52之下相邻的非重叠信道)。在2.4GHz频带(参见图1A)中，扩展信道选择可使用分别与扩展信道在25MHz之上、25MHz之下、20MHz之上或20MHz之下相对应的“++”、“--”、“+”或“-”来表示。例如，信道6++的控制信道将在6上，而扩展信道将在11上(即，信道6之上间隔25MHz的相邻的非重叠信道)。与之相对，6+的控制信道将在6上，而扩展信道将在10上(即，信道6之上间隔20MHz的相邻的非重叠信道)。
注意，当发射机有40MHz分组要发送时，发射机可在控制信道和扩展信道上执行CCA(无干扰信道评估)(也称为载波感测)以确保其不会重踩其它网络通信。在一个实施例中，CCA可包括确定是否检测到在预定功率阈值之上的任何信号(网络或干扰)。一旦确定控制信道和扩展信道无干扰，发射机即可广播包括针对接收机的信息的请求发送(RTS)分组。当接收机接收到RTS分组时，它可广播指示该接收机在范围内并准备好接收数据的清除发送(CTS)分组。侦听到RTS或CTS分组的除预期接收机以外的设备在预定的时间区间里避免在该信道组上发送任何分组，由此降低该信道组上分组冲突的可能性。
RTS和CTS分组两者均使用802.11b设备能理解的DSSS/CCK调制(以代替OFDM调制)。例如，图3D示出由具有保护传统前同步码311的组合带宽的RTS/CTS分组321和322前导的40MHz分组310(传统的前同步码311中有25MHz的间隔)。图3E示出由具有保护传统前同步码331的组合带宽的RTS/CTS分组321和322前导的40MHz分组330(传统的前同步码331中有20MHz的间隔)。注意，在此情形中，RTS/CTS分组332和333重叠，这是使用DSSS/CCK调制可接受的。
图4A示出可由接收机使用的一种示例性逐个分组的动态20/40 MHz检测方法400。在方法400中，步骤401可将控制信道和扩展信道上的任何信号转换到基带频率，然后对这些信号进行滤波。步骤402然后可确定是否满足40MHz分组的条件。如果满足这些条件，则步骤406可将控制信道和扩展信道上的这些信号作为40MHz信号来处理。如果不满足初始条件，则步骤403可确定是否满足20MHz分组的条件。(注意，这些条件被限定于控制信道，因为20MHz分组不会在扩展信道上发送。)如果不满足这些条件，则步骤404可继续监视控制信道和扩展信道，并返回到步骤401。如果满足20MHz信号的条件，则步骤405可将控制信道上的信号作为20MHz信号来处理。
一般而言，如果正在发送40MHz分组，则控制信道和扩展信道上的信号基本上被同时发送，并且具有基本相同的强度(例如，RSSI)。图4B示出步骤402/403确定是否满足20/40MHz信号的条件的示例性步骤。具体而言，步骤410可确定是否在控制信道和扩展信道之一上发生了增益下降(由此指示在至少一个信道上有强信号)。注意，当ADC输出处的总功率在预定的coarse_high值以上(由此触发粗略增益下降)或当ADC饱和(由此触发快速增益下降)时，可触发增益下降。对于任意一种增益下降，步骤411可改变AGC(自动增益控制)的增益，直至该信号落在该接收机可接受的范围里。
此时，步骤412可检查控制信道和扩展信道上各自的频带内信号功率是否有与总功率跃变成比例的跃变。具体而言，步骤412可包括测量控制信道和扩展信道上各自是否发生超过预定时间区间的功率跃变(例如，30到80ns上10到15dB)。如果两个信道上均有功率跃变，并且两个信道之间的功率差在阈值之下(例如，可由多径信道下的两个20MHz频带之间的最大功率差来确定)，然后该过程可前进至步骤413。如果没有，则该过程可前进至步骤417，在此确定是否在控制信道上发生了功率跃变。如果为是，则步骤418可使用自相关和/或互相关来检查控制信道上的假检测。如果控制信道通过了相关性检查，则该过程可前进至步骤405，在此将控制信号作为20MHz的信号来处理。如果控制信道上没有功率跃变(步骤417)或是控制信道没有通过相关性检查(步骤418)，则该过程可返回到步骤404以继续监视。
在一个实施例中，步骤413可使用自相关和/或互相关来检查每个信道上的假检测。具体而言，在OFDM前同步码中，有12个音频(复正弦)以0.8μs为周期间隔(峰-峰)1.25MHz。此OFDM前同步码中的10个短训练码元各自具有这12个子载波，由此建立起OFDM模式。因此，输出将是完全周期性的，即使在多径中也是如此。由此，寻找0.8μs的周期性对于寻找OFDM前同步码是非常有效的，即使在低信噪比(SNR)和严重多径的情况下也是如此。因此，可使用自相关来有效地检查假检测。
与之相对，在802.11b前同步码(即，SYNC信号)中，Barker信号(11片码的扩展码)被乘以-1或+1。但是，-1/+1的乘法是以类似方式应用的，由此建立起DSSS模式。因此，术语“互相关”适用于描述CCK检测。Atheros通信公司的于2003年10月31日提交的题为“Voting Block For Identifying WLAN SignalModulation Type(用于标识WLAN信号调制类型的表决块)”并被援引包含在本文中的美国专利申请10/698,666更加详细地记载了这些自相关和互相关技术。
如果至少一个信道未能相关，则该过程前进至步骤403(参见图4A)。在一个实施例中，步骤403可包括(1)测量在控制信道上是否有超过预定时间区间的功率跃变(例如，30到80ns上10到15dB)发生，以及(2)检查控制信道上的自相关和互相关。如果既发生了功率跃变，该信号又触发了自相关和互相关之一，则在步骤405，控制信道上的该信号可作为20MHz信号进行处理。
回到步骤413(图4B)，如果控制信道和扩展信道两者均通过相关(即，自相关和互相关之一)，则在步骤414，控制信道和扩展信道上的这些信号可被表征为40MHz信号。此时，该过程可前进至处理40MHz信号的步骤406(参见图4A)。
如果没有触发增益下降，由此指示两个信道上均为弱信号，如在步骤410所确定的，则步骤415可确定控制信道上的信号是否通过自相关。如果没有，则该过程可前进至步骤404(图4A)。如果控制信道上的信号通过了自相关，则步骤416可确定扩展信道上的信号是否通过自相关。
在一个实施例中，可在一时间窗里测试扩展信道上的信号的自相关。例如，如果控制信道上的信号通过了时刻tn上的自相关，则用于确定扩展信道上的信号的自相关的时间窗(twin)将由tn-(twin/2)和tn+(twin/2)来定义。注意，触发自相关的阈值对于控制信道和扩展信道会不同。例如，在一个实施例中，控制信道的触发自相关的阈值将比扩展信道的要高(例如，高25％)。在一个实施例中，如果扩展信道上的信号比控制信道上的信号提前太多到达(即，它在上述时间窗之外到达)，则接收机可将寻找40MHz信号拖延预定的时间长度，因为扩展信道上的当前信号可能是一阻塞信号。
如果扩展信道上的信号(在时间窗内接收)没有通过自相关，由此指示控制信道上的信号是20MHz信号，则该过程可前进至步骤405(图4A)。如果扩展信道上的信号通过了自相关，由此指示控制信道和扩展信道上的信号是40MHz信号，则该过程前进至步骤405(图4A)。
在图4C中所示的另一个实施例中，假定接收信号很弱，则步骤420可使用两个检测逻辑单元来计算两个信道上的自相关。在步骤421，可通过相等地或者根据两个信道的噪声本底之比加权地组合两个信道上的自相关来计算组合自相关。步骤422可确定组合自相关是否/何时通过。并行地，步骤422可确定控制信道是否/何时通过自相关。步骤424可通过使用来自步骤422或步骤420中最先检测到的时刻T来确定时间窗。例如(T-Twin)/2到(T+Twin)/2的时间窗可用来检查扩展信道上的自相关。步骤425基于所生成的检测矢量作出检测决策。在一个实施例中，检测矢量weak_det_vec＝[D1 D2 D3]，其中D1是基于决策的控制信道自相关，D2是基于决策的扩展信道决策，而D3是D1与D2的组合。以下代码提供一示例性决策过程。
if(weak_det_vec＞0)＝＝
没有找到信号，继续搜索elseif(wak_det_vec＞0)＝＝
检测到40MHz分组，继续40MHz过程elseif(wak_det_vec＞0)＝＝
检测到20MHz扩展信道分组，回去继续搜索elseif(wak_det_vec＞0)＝＝
if(weak_det_vec(2)＝＝1)&(weak_det_vec(3)＝＝2)检测到40MHz分组，继续40MHz过程else检测到20MHz扩展信道分组，回去继续搜索endelseif(weak_det_vec＞0)＝＝[100]检测到20MHz控制信道分组，继续20MHz过程elseif(weak_det_vec＞0)＝＝[101]
if(weak_det_vec(1)＝＝1)&(weak_det_vec(3)＝＝2)检测到40MHz分组，继续40MHz过程else检测到20MHz控制信道分组，继续20MHz过程endelseif(weak_det_vec＞0)＝＝[110]检测到40MHz分组，继续40MHz过程end在强或弱信号检测的情形中，在检测到40MHz或20MHz分组之后，自动增益控制(AGC)可进一步调整其增益以确保正确的信号处理。在一个实施例中，20/40MHz动态模式下的接收机对于5GHz操作可在80MHz下运行其ADC(模数转换器)，或对于2.4GHz操作可在88MHz(内插到80MHz)下运行其ADC。因此，如果检测到20MHz控制信道分组，则来自ADC的80MHz信号可被降采样到40MHz以用于各种估计和解调。另一方面，如果检测到40MHz信道组分组，则可对80MHz信号执行256点FFT、精细定时和频率估计、信道估计、以及解码。
为保护目的，发射机可在发送分组之前对信道/信道组执行CCA(无干扰信道评估)。为额外保护目的，可在控制信道和扩展信道上提供传统的前同步码。在针对2.4GHz操作的一个实施例中，还可在40MHz发送之前在控制信道和扩展信道上发送基于DSSS/CCK率的发送(RTS)和清除发送(CTS)分组的请求。注意，RTS/CTS分组与传统的前同步码一样可具有20或25MHz的间隔。在一个实施例中，可由接入点(AP)决定间隔是否合适。此决策可包括来自该AP网络内的各个台的反馈。
针对动态的逐个分组20/40MHz通信的信道管理可有利地包括统计数据的采集，由此实现准确的20/40MHz决策。在一个实施例中，硬件可采集要由软件用来作出20/40MHz决策的统计数据。注意，来自AP以及各个台的硬件/软件均可在此决策过程中使用。
扩展信道上的信号可被监视。此功能可在监听20/40MHz分组和在解码20MHz控制信道分组时(即，不是在解码40MHz分组时)执行。扩展信道监视可使用4种方法之一或其组合来进行，其中第一和第二方法提供关于信道可用性的一般信息，而第三和第四方法涉及802.11a OFDM分组的检测。
在可提供关于信道可用性的一般信息的第一方法中，测量扩展信道上的固有噪声电平之上的功率电平。在一个实施例中，可向软件报告重度平均(例如，超过8μs)的频带内功率电平(RSSI)。此第一方法可有利地检测所有干扰类型，检测扩展信道上的雷达，并确定信道负荷(即，信道上繁忙时间的百分比)。在一个实施例中，该第一方法可进一步包括编译来自对扩展信道执行CCA的统计数据。
在可提供关于信道可用性的一般信息的第二方法中，可测量扩展信道的频谱。在一个实施例中，扩展信道上的信号被旋转到基带，滤波，并下采样，并可对该得到的基带信号执行16点(或替换地，32点)FFT(例如，对20MHz的扩展信道的40MHz两倍升采样)以每2.5MHz(或替换地，每1.25MHz)地采样扩展信道频谱。注意，FFT结果的功率可被重度平均以获得功率谱。由此，如果频谱显示当不是在解码40MHz分组时扩展信道上有17MHz宽的信号，则扩展信道上可能有其它OFDM话务。这些检测结果可被发送给软件以进行进一步的处理。该第二方法可有利地检测并可区分不同类型的干扰，标识2.4 GHz的阻塞信道，并确定信道负荷。
在涉及802.11a OFDM分组的检测的第三方法中，可在扩展信道上搜索OFDM前同步码。具体而言，扩展信道上潜在可能的信号可被旋转并滤波，然后可对所得的基带信号执行自相关。由此，该第三方法实质上对给定时间窗里802.11a/g(OFDM)分组检测计数。例如检测频率的这些检测结果可被发送给软件以进行进一步处理。该第三方法可检测801.a干扰，并检测扩展信道上的雷达。
在涉及OFDM分组的检测的第四方法中，可用滑动窗的方式来执行无线行业中公知的循环前缀相关。在此方法中，扩展信道上的信号可被旋转并滤波，然后可在分隔3.2μs(相关峰的周期为4.0μs)的0.8μs基带数据上执行循环前缀相关。如果当不是在解码40MHz分组时此相关显示具有4.0μs周期的周期峰，则扩展信道上有其它OFDM(即，802.11a或802.11g)话务。在一个实施例中，这些相关结果可在多个周期上被相干地平均(即，通过累加振幅和相位两者)以提高决策可靠性。因为此相关是基于OFDM分组的整个有效负荷的属性，所以此相关还可反映分组长度。注意，多径可能破坏相关结果。该第四方法可检测801.a/g OFDM干涉，确定信道负荷，以及检测扩展信道合上的雷达。
新兴的802.11n标准包括半保护区间OFDM数据格式的选项。在这些分组中，用截断的0.4μs前缀取代0.8μs循环前缀。为检测半保护区间802.11n分组，可改为在分隔3.2μs的0.4μs上执行循环前缀相关(相关峰的周期为3.6μs)。为检测其它(例如，turbo模式)分组，可在分隔1.6μs的0.4μs上执行循环前缀相关(相关峰的周期为2μs)。一般而言，该第四方法可被用于检测具有任何保护区间长度和任何码元周期的任何OFDM类型分组。例如，0.8μs或0.4μs的保护区间以及7.2μs或6.8μs的码元周期(即6.4μs(IFFT/FFT周期)+保护区间)。由此，该第四方法可比第三方法产生更多的信息，即，在给定时间窗内信道被802.11话务占据的时间的百分比。
在一个实施例中，可分别对控制信道和扩展信道执行雷达检测。如果在控制信道上检测到雷达，则接入点(AP)可能需要切换控制信道。另一方面，如果在扩展信道上检测到雷达，则AP需要停止40MHz操作，并检查在控制信道的另一侧上扩展信道的可用性。
雷达检测算法可包括功率测量，非802.11a通信的检测，以及基于软件的周期性计算。Atheros通信公司的于2004年7月1日提交的题为“Multiple Antenna RadarSignal Detection And Estimation(多天线雷达信号检测与估计)”并被援引包含于此的美国专利申请10/884,785更加详细地记载了示例性算法。一般而言，短雷达(例如，在1μs级数上)可由脉冲检测来检测，而长雷达可通过接收大于预定强度的任何非802.11a信号来检测。此算法可在控制信道上使用，但不在扩展信道上使用，因为功率测量不会触发分组检测。由此，可使用第三或第四方法在扩展信道上区别雷达脉冲与802.11a分组。注意，第二方法也不能被可靠地使用，因为雷达被假定为具有未知的频谱属性。
2.4GHz频带中的信道管理要比5GHz频带中的显著更具挑战性。具体而言，信道间隔是5GHz而不是20MHz(参见图1A和1B)。由此，可用于40MHz通信的非重叠扩展信道可能离控制信道4或5个信道(例如，信道1可为控制信道，并且信道5或信道6中的任一个可为扩展信道)。
因此，2.4GHz频带中的扩展信道将会与数个阻塞信道重叠。阻塞信道可以是承载“重踩”了扩展信道上的话务的来自另一网络的话务的任何信道。尽管阻塞信道与扩展信道的任何重叠会妨碍40MHz通信，但是阻塞信道和扩展信道的中心频率相同通常是最严重的。例如，图5A示出控制信道501、扩展信道502A、和阻塞信道506A，其中控制信道501的中心频率503与扩展信道502A/阻塞信道506A的中心频率504A相隔20MHz。图5B示出控制信道501、扩展信道502B、和阻塞信道506B，其中控制信道501的中心频率503与扩展信道502B/扩展信道502B的中心频率504B相隔25MHz。值得注意的是，阻塞信道506A和506B均因重踩了扩展信道502A和502B中任一个的通信而妨碍了40MHz的通信。
此外，在2.4GHz频带中，OFDM和DSSS/CCK分组两者均可在扩展信道上发送(仅OFDM将在5GHz频带上发送)。不幸的是，传统的802.11b设备仅理解DSSS/CCK分组。另外，在2.4GHz频带中，还有其它干扰源，例如蓝牙、微波、以及处理器噪声。
因此，为了提高2.4GHz频带中的信道评估，OFDM和DSSS/CCK话务两者均可在扩展信道以及与该扩展信道相邻的信道(例如，扩充的信道)上监视。由此，信道评估可覆盖20到25MHz。此信道评估可有利地在侦听20/40MHz分组和在解码20MHz分组时(即，当没有在解码40MHz分组时)执行。信道评估可使用四种方法中单独的一种或其组合来执行。
在第一方法中，可测量扩展信道和扩充信道上噪声本底之上的功率电平。具体而言，可向软件报告重度平均的功率电平(RSSI)。该第一方法可有利地检测所有干扰类型，检测扩展信道上的雷达，并检测信道负荷(即，信道上繁忙时间的百分比)。在一个实施例中，第一方法可进一步包括编译来自对扩展信道和扩充信道执行CCA的统计数据。
在第二方法中，可进行扩展信道和扩充信道的频谱测量。在一个实施例中，扩展信道(25MHz)上的信号可被旋转并滤波，并可对40MHz基带信号执行16点(或32点)FFT以每2.5MHz(或1.25MHz)采样扩展信道频谱。重度平均的功率谱可被用来区分通信类型。例如，如果在不是在解码40MHz分组时该频谱显示～20MHz信号，则在扩展信道(或扩充信道)上有其它802.11g(OFDM或DSSS/CCK)话务。(注意，难以基于该频谱来区分OFDM分组和DSSS/CCK分组，因为OFDM频谱的锐利边缘被发射机和接收机模拟滤波器以及多径信道效应所平滑。)该频谱测量还可区分非802.11g干扰的窄带信号。由此，该第二方法可有利地检测并可区分不同类型的干扰。注意，模拟滤波器带宽可限制对具有较宽带宽(例如，＞20MHz)的干扰的检测。该频谱测量还可通过比较各阻塞信道的非重叠部分中的能量来显示是哪个阻塞信道中有信号。
在第三方法中，OFDM和DSSS/CCK分组前同步码两者均可在扩展信道和扩充信道上搜索。对于OFDM前同步码检测，扩展信道和扩充信道可被旋转并滤波，然后可对所得的基带信号执行自相关。注意，在此方法中不能区分这两个信道上的OFDM短前同步码，因为它们仅仅是5MHz的频率偏移。
对于DSSS/CCK前同步码检测，扩展信道和扩充信道可被旋转并由匹配升余弦滤波器滤波。在此滤波之后，可对所得的基带信号执行基于Barker码互相关的检测。在一个实施例中，可对每个阻塞信道使用两条并行的滤波器和Barker相关路径，由此确保能标识出具有DSSS/CCK话务的阻塞信道。诸如检测频率等检测统计数据随后可被发送给软件以进行进一步处理。该第三方法可检测802.11a/b/g干扰，并针对OFDM和DSSS/CCK分组标识2.4GHz阻塞信道。
在第四方法中，可执行循环前缀相关。在此方法中，扩展信道和扩充信道上的信号可被旋转和滤波，然后可在分隔3.2μs的0.8μs基带数据上执行循环前缀相关(相关峰的周期为4.0μs)。如果在不是在解码40MHz分组时此相关显示具有4.0μs周期的周期峰，则逻辑上在扩展信道(或扩充信道)上有其它802.11gOFDM话务。该第四方法可检测OFDM干扰以及确定信号负荷。在一个实施例中，第二和第四方法可被组合以提供哪个信道中有话务以及该话务是OFDM还是DSSS/CCK分组的信息。
为检测802.11n短GI分组，循环前缀相关可改为在分隔3.2μs的0.4μs上执行(相关峰的周期为3.6μs)。为了检测其它(例如，turbo模式)分组，可在分隔1.6μs的0.4μs上执行循环前缀相关(相关峰的周期为2μs)。一般而言，该第四方法可用于检测具有任何保护区间长度和任何码元周期的任何OFDM类型分组。例如，0.8μs或0.4μs的保护区间以及7.2μs或6.8μs的码元周期(亦即6.4μs(IFFT/FFT周期)+保护区间)。
表1提供了这四种信道评估方法的总结和比较。
表1信道评估方法的总结概而言之，第一方法是实现扩展信道评估最简单直接的方法，并且提供最有用的信息(即，干扰和信道负荷的检测)。第二方法可通过标识2.4GHz阻塞信道并且潜在地标识不同类型的干扰来补充该信息。第三方法有一些明显的限制。具体而言，第三方法仅在分组的前同步码部分期间有效，由此限制了可执行的平均的量。此外，前同步码可能会因为冲突而被完全错过。因此，第三方法通常被用作标识DSSS/CCK分组(具有比OFDM分组长得多的前同步码)的补充方法。第四方法可标识OFDM分组以协助5GHz雷达检测或帮助在2.4GHz下选择保护方案。
在5GHz，扩展信道上的干扰是OFDM(11a、11n或turbo分组)(其中turbo分组是指80MHz——即是标准802.11a分组两倍那么快——的分组)或雷达事件(即，非OFDM通信)。如上面所指出的，软件可寻找周期性(例如，(1)非常短但很大的脉冲或是(2)不具有OFDM循环前缀属性的大信号)以检测雷达事件。与之相对，在2.4GHz，扩展信道上的干扰可为以下之一OFDM(11g、11n或turbo分组)、在任一阻塞信道上的DSSS/CCK、或其它干扰。在一个实施例中，统计信息(例如，直方图)可每～0.1秒地被报告给软件。
因为功率测量的持续时间是8μs，所以此单位可被用作时隙单位。例如，可用直方图报告以各个类别(在以下讨论)中的每一个或子集中时隙数目的形式示出统计数据。如果知道这些类别中有任何一个没有出现，则相关联的检测机制和相关联的统计报告可被禁用。例如，如果控制信道和扩展信道不在可能的turbo信道上，则turbo分组检测可被禁用。
图6示出针对5.0GHz频带的示例性通信检测类别。类别601可为无通信或在功率接近噪声本底时设置。类别602可为接收到的40MHz信号设置。类别603可为小OFDM信号设置。类别604可为中OFDM信号设置。类别605可为大OFDM信号设置。在一个实施例中，小、中和大信号的范围是软件可编程的。例如，整个信号范围(例如，从灵敏度-93dBm到最大的输入大小-20dBm)可被划分成3个相等区域。类别606可为雷达设置。
注意，在类别603、604和605内可设置子类别。例如，如果存在，则第一子类别可包括802.11a或802.11n的具有3.2/6.4μs IFFT/FFT周期的0.8/0.4μs保护区间。第二子类别可包括专用turbo模式。第三子类别可将信号区域细分为N个等间隔的较小区域，并逐个范围地记录发生。在一个实施例中，第一与第二子类别的组合可等于完整的第三子类别。
图7示出针对2.4GHz频带的示例性通信检测类别。类别701可为无通信或当功率接近噪声本底时设置。类别702可为主动接收到的40MHz信号设置。类别703可为小信号(OFDM和DSSS/CCK)设置。类别704可为中信号设置。类别705可为大信号设置。
注意，在类别703、704和705中可设置子类别。例如，如果存在于20MHz阻塞信道上，则第一子类别可包括OFDM信号，即802.11g或802.11n的具有3.2/6.4μs IFFT/FFT周期的0.8/0.4μs保护区间。如果存在于25MHz阻塞信道上，则第二子类别可包括OFDM信号，即802.11g或802.11n的具有3.2/6.4μs IFFT/FFT周期的0.8/0.4μs保护区间。第三子类别可包括20MHz阻塞信道上的DSSS/CCK信号。第四子类别可包括25MHz阻塞信道上的DSSS/CCK信号。第五子类别可包括专用turbo模式。第六子类别可包括窄带干扰。第七子类别可包括宽带干扰(定义为不是以上的那些)。第八子类别可将信号区域细分为N个等间隔的较小区域，并逐个范围地记录发生。在一个实施例中，第一到第七子类别的组合可等于完整的第八子类别。注意，在一个实施例中，对于图6和7之一或其两者中列出的类别，小、中和大信号话务检测类别可通过软件可编程的阈值来设定。
因为与功率测量相比，频谱和循环前缀测量需要较长的平均，并且决策基于根据功率归一化的测量，所以每当有功率跃变就需要重设那些测量。(注意，控制信道的功率跃变可对应于AGC调节，而扩展信道的功率跃变可对应于经滤波的与AGC调节分开测量的功率测量。)此外，因为更长的平均得到更可靠的检测，所以需要保持平均直至通信类型改变。基于不同类型的话务将显现不同的功率电平或将由至少一个短帧间间隔(SIFS)(802.11g是10μs，而802.11a是16μs)分隔这一假设，可使用功率测量来检测通信类型的改变。为了节电，当到达一最大平均长度时，即当可作出可靠决策时，可停止频谱和循环前缀测量以及平均。在一个实施例中，为确保此可靠性，可定期执行频谱和循环前缀测量以及周期平均，即使功率电平保持相同也是如此。
可通过软件轮询获得的对软件的报告可包括一组上述通信类别的相对直方图。在一个实施例中，可对每个类别使用一第一寄存器，并对总时隙计数使用一第二寄存器。可使用可自缩放寄存器(即，不翻转或饱和的寄存器，而是使用时间加权平均来保持这些计数器寄存器的比率)来防止计数溢出，即，当总时隙计数寄存器接近饱和时，所有寄存器被右移一位。在另一个实施例中，可使用影子寄存器来允许数据的原子读取，这不需要冻结寄存器，由此有效地消除了丢失事件的可能性。
除了统计报告以外，软件还可轮询频谱测量的当前快照，或请求某一通信类别的频谱测量的快照。此轮询在软件需要更详细的信息来标识其它通信类型或调试时是有用的。
基于扩展信道可用性的统计，软件可使用各种方法来避免重踩其它802.11网络。在一个实施例中，这些统计可基于来自接入点(AP)的统计和/或通过反馈来自大多数台(STA)的统计。在第一方法中，可禁用40MHz模式，由此允许仅在20MHz模式下的操作。在第二方法中，接入点可选择检查在控制信道另一侧上扩展信道的可用性。在第三方法中，如果40MHz速率是总速率适应表的一部分，则可为个体的台(STA)分别选择40MHz速率。在第四方法中，可适应性地选择保护机制。一种示例性保护机制可包括在控制信道和扩展信道上发送CTS。在一个典型实施例中，可使用复制的OFDM前同步码和信号字段。
图8示出总结上述动态20/40MHz方法/设备的示例性特征的表800。如表800中所注释的，在5GHz频带中，可在扩展信道上监视802.11a OFDM通信。在2.4GHz频带中，可在扩展信道和扩充信道两者上(由此考虑20MHz和25MHz间隔两者)监视802.11g OFDM和DSSS/CCK通信。在5GHz频带中，为保护目的，可执行CCA，并且可在控制信道和扩展信道两者上提供传统的前同步码。在2.4GHz频带中，为保护目的，可执行CCA并且可在控制信道和扩展信道两者上提供RTS/CTS分组。在5GHz频带中，可为控制和扩展信道两者独立执行雷达检测。在2.4GHz频带中不执行雷达检测。
尽管在本文中已参考附图对本发明的说明性实施例进行了详细说明，但是应当理解，本发明并不被限定于那些精确的实施例。它们并不旨在穷尽或将本发明限定于所公开的精确形式。由此，许多修改和变更将可显而易见。
例如，发射机可将其分组显式地作为20MHz或40MHz分组来排队。在一个实施例中，作为40MHz分组来排队的分组不能作为20MHz分组发送。在图9中所示的另一个实施例中，作为40MHz分组来排队的分组可能会如在步骤901中确定的遇到超时状况(由于超过了预定的等待发送时间或是遇到了繁忙/有噪的扩展信道)。此时，步骤902可将该40MHz分组作为一个或多个20MHz分组重新排队。如果没有遇到超时状况，则在步骤903，分组可作为40MHz分组继续留在队列中。然后，该过程可返回至步骤901以检查超时状况。
注意，在逐个分组基础上的动态切换可一般化地应用于任何第一和第二带宽。亦即，可在具有第一带宽的第一信号与具有第二带宽的第二信号之间进行动态切换，其中第二信号在多个相邻的非重叠信道上提供，并且第二带宽至少是第一带宽的两倍。例如，图10示出可用于提供宽通信信道的至少两个相邻的非重叠信道的示例性配置。在此配置中，45MHz分组1000可包括具有带5MHz间隔的两个20MHz分量的传统前同步码1011，而有效负荷1012可具有45MHz的连续带宽。
在一个实施例中，硬件报告还可包括如在802.11k中规定的“介质感测时间直方图报告”。注意，术语“接收机”和“发射机”的使用是指功能性而未必指具体的设备。例如，许多无线网络使用既具有接收功能又具有发送功能的收发机。还应注意，对硬件、软件、物理层等的引述可等同地应用于接收机、发射机、收发机、接入点(AP)、以及台。
在一个实施例中，为避免硬件额外开销，没有并行的接收机(包括频率偏移和信道估计、解调、维特比解码器等)在扩展信道上运行。但是，如果此功能是需要的，则此实施例不允许在扩展信道上检测到20MHz的分组。
注意，如果硬件是有多链能力的，则可为控制信道和接收信道两者实现多链MRC(多接收组合)。具体而言，如果两个接收机类似地装备，则两个控制信号片段可被组合，并且类似地，两个扩展信道片段也可被组合。这些组合的片段随即可如单个接收机接收了该组合的控制信道片段和组合的扩展信道片段那样被处理。
还应注意，存储在HI-SIG字段中的20/40MHz位可被用于二级检测检查。具体而言，根据诸如高吞吐量信号(HT-SIG)检测等待时间等硬件实现问题，此位在将构成前同步码的一部分的HT短训练字段(HT-STF)期间很可能不可用。
由此，本发明的范围旨在由所附权利要求及其等效技术方案定义。
权利要求
1.一种在无线网络上通信的方法，所述方法包括在逐个分组的基础上在20MHz信号与40MHz信号之间动态切换，其中所述40MHz信号在相邻的非重叠信道上提供。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述40MHz信号包括具有20或25MHz间隔的两个传统前同步码。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述40MHz信号包括所述相邻的非重叠信道中的每一个上的一个分组，并且所述方法还包括在所述分组之间的间隔为25MHz的情况下保护所述40MHz信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述40MHz信号包括所述相邻的非重叠信道中的每一个上的一个分组，并且所述方法还包括无论所述间隔为20还是25MHz均保护所述40MHz信号。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述40MHz信号包括所述相邻的非重叠信道中的每一个上的一个分组，并且所述方法还包括在所述相邻的非重叠信道中的每一个上发送一RTS/CTS信号。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述RTS/CTS信号重叠。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相邻非重叠信道中的一个被指定为控制信道，而另一个被指定为扩展信道，并且所述方法还包括监视所述扩展信道上的话务。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述话务包括OFDM信号。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括监视一扩充信道上的话务，所述扩充信道与所述扩展信道相邻。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述话务可包括OFDM和DSSS/CCK信号。
11.一种在无线网络上通信的方法，所述方法允许在逐个分组的基础上在20MHz与40MHz信号之间动态切换，所述方法包括确定是否满足40MHz信号的条件；如果满足所述40MHz信号的条件，则将所述信号作为40MHz信号来处理；确定是否满足20MHz信号的条件；如果满足所述20 Hz信号的条件，则将所述信号作为20MHz信号来处理；以及如果既不满足所述40MHz信号的条件也不满足所述20MHz信号的条件，则继续监视所述无线网络中的信道。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，确定是否满足所述40MHz信号的条件包括寻找导致预定增益调节的信号组；以及验证承载所述信号组的每个信道均具有功率跃变，并且所述各功率跃变之差小于预定阈值。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，确定是否满足所述40MHz信号的条件还包括验证每个信道上的信号通过自相关和互相关之一。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，确定是否满足所述40MHz信号的条件包括确定指定信道上的弱信号组；以及验证承载所述弱信号组的每个信道通过自相关。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，确定是否满足所述20MHz信号的条件包括检测指定信道上的弱信号组，所述指定信道包括控制信道和扩展信道；以及验证所述控制信道上的信号通过自相关，并且所述扩展信道上的信号未能通过自相关。
16.一种能够在逐个分组的基础上在20MHz与40MHz信号之间动态切换的无线设备，所述无线设备包括用于确定是否满足40MHz信号的条件的装置；用于在满足所述40MHz信号的条件的情况下将所述信号作为40MHz信号来处理的装置；用于确定是否满足20MHz信号的条件的装置；用于在满足所述20MHz信号的条件的情况下将所述信号作为20MHz信号来处理的装置；以及用于在既不满足所述40MHz信号的条件又不满足所述20MHz信号的条件的情况下继续监视信道的装置。
17.如权利要求16所述的无线装置，其特征在于，还包括用于监视第二信道上的话务的装置，所述用于监视的装置帮助在所述用于确定的装置中对是否满足所述40MHz信号的条件作出决策。
18.一种在无线网络上通信的方法，所述方法包括在逐个分组的基础上在具有第一带宽的第一信号与具有第二带宽的第二信号之间动态切换，其中所述第二信号在多个相邻的非重叠信道上提供。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第二带宽至少是所述第一带宽的两倍。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括通过发送具有基本等于所述第一和第二带宽的组合带宽的RTS/CTS信号来保护所述第一和第二信号。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述RTS/CTS信号重叠。
22.一种在逐个分组的基础上在无线网络中动态发送20/40MHz信号的方法，所述方法包括在排队信号是40MHz信号的情况下对控制信道和扩展信道执行无干扰信道评估(CCA)。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括如果所述排队信号是40MHz信号，则在所述控制信道和所述扩展信道上广播发送请求发送(RTS)/清除发送(CTS)分组的请求。
24.一种在逐个分组的基础上在无线网络中动态发送20/40MHz信号的方法，所述方法包括将分组作为20MHz或40MHz分组来排队；确定40MHz分组具有超时状况；以及将所述40MHz分组作为20MHz分组来发送。
25.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述超时条件包括超过预定时间的等待发送时间或是繁忙/有噪扩展信道。
26.一种便于在无线网络中在20MHz与40MHz通信之间动态切换的方法，所述方法包括编译关于一扩展信道的统计数据，其中所述扩展信道提供一40MHz分组的一部分，并且一控制信道提供所述40MHz分组的另一部分；以及使用所述统计数据来确定所述扩展信道是否应被用于发送所述40MHz分组。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，编译所述统计数据包括对所述扩展信道执行无干扰信道评估(CCA)。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，编译所述统计数据包括测量噪声之上的功率电平。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，编译所述统计数据包括执行频谱测量。
30.如权利要求26所述的方法，其特征在于，编译所述统计数据包括检测OFDM前同步码和DSSS/CCK前同步码。
31.如权利要求26所述的方法，其特征在于，编译所述统计数据包括执行循环前缀相关。
32.如权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括编译关于与所述扩展信道相邻的扩充信道的统计数据。
全文摘要
为了使用标准信道来提供超宽带宽通信，可使用多个非重叠信道。为了提供40MHz通信，可使用两个非重叠的20MHz信道——即一个控制信道和一个扩展信道——来提供有效的40MHz信道。有利的是，一种无线设备能在逐个分组的基础上动态检测20/40MHz信号，由此便于实现商业可行的40MHz通信。该无线设备可监视扩展信道上的话务以便于作出准确的20/40MHz决策。在控制信道和扩展信道上可提供例如传统的前同步码和RTS/CTS报头等保护。
文档编号H04L12/26GK101084636SQ200580043944
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月20日 优先权日2004年12月22日
发明者N·张, J·M·吉尔伯特 申请人:美商亚瑟罗斯通讯股份有限公司