用于使用无线网络中的多个频带进行通信的系统的制作方法
【专利说明】用于使用无线网络中的多个频带进行通信的系统
[0001 ] 本申请是申请日为2013年3月29日、申请号为201380018311.4、发明名称为“用于使用无线网络中的多个频带进行通信的系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本公开的实施例涉及数据通信领域，更具体而言，涉及无线网络中的数据通信。
【背景技术】
[0003]在无线通信的当前状态中，越来越多的通信设备能够彼此无线通信。这些通信设备包括具有许多不同形状因数的各种设备，其自以下各项变化:个人计算机、移动或台式机、显示器、存储设备、手持设备、电话等。这些通信设备中的许多被封装为“用途”设备，诸如机顶盒、个人数字助理(PDA)、web平板、寻呼机、文本信使、游戏设备、智能器具和无线移动电话。这样的设备可以在各种不同的无线环境中彼此通信，诸如无线广域网(WW AN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)、全球移动通信系统(GSM)网络、码分多址(CDMA)等。
[0004]对于诸如视频流、实时协作、视频内容下载等之类的高吞吐量应用的日益增长的需求对无线通信施加严格要求，以提供更好、更快、并且成本更低的通信系统。近年来，未经许可的频带已用于高达几百Mbps的通信，诸如2.4GHz(工业、科学、医学(ISM))和5.0GHz(通用国家信息基础设施(UNII))带。为了实现这些比特率，已向电气和电子工程师协会(IEEE)提议了相对复杂的调制技术，诸如多输入/多输出(MMO)正交频分复用(0FDM)。由于ISM和UNII带的普及，对于这些带的用户来说，这些带正变得拥挤，导致相当大干扰。
[0005]为了提供干扰受限的Gbps通信，IEEE委员会最近已经开始考虑以较高频率进行通信，诸如大于20GHz的频带。图1示在了所选主要工业化国家/地区中当前可用的未经许可的频带。
【附图说明】
[0006]通过以下详细描述结合附图，将容易理解本公开的实施例。为了便于该描述，同样的参考标号指明同样的结构元件。在附图的图中，作为示例而不是作为限制地图示了实施例。
[0007]图1图示在所选主要工业化国家/地区中当前可用的未经许可频带；
图2图示使用具有大约相同孔径大小的天线的不同频带的示例性波束宽度；
图3图示根据各种实施例的无线网络；
图4图示根据各种实施例的可以通过使用第一和第二频带来发射和/或接收的各种类型的CSMA/CA协议数据；
图5图示根据各种实施例的用于在无线网络中通过通信设备进行通信的过程；
图6图示根据各种实施例的通信设备；
图7图示根据各种实施例的用于通过使用两个频带来发射和接收信号的电路； 图8图示根据各种实施例的帧格式；
图9图示根据各种实施例的另一帧格式；
图10图示根据各种实施例的又一帧格式；
图11图示根据各种实施例的使用软耦合系统的两个频带的两个帧格式，所述软耦合系统被适配成通过使用两个频带进行通信；
图12图示根据各种实施例的被适配成通过使用两个频带进行通信的软耦合系统的电路；
图13图示根据各种实施例的用于在无线网络中通过通信设备进行通信的另一过程；
图14图示根据各种实施例的用于在无线网络中通过通信设备进行通信的又一过程；
图15图示根据各种实施例的在无线网络中通过通信设备的搜索过程；
图16图示根据各种实施例的在无线网络中通过通信设备的天线调整/链路建立过程； 图17图示根据各种实施例的在无线网络中通过通信设备的另一天线调整/链路建立过程；
图18图示根据各种实施例的在无线网络中通过通信设备的信号接收过程；
图19图示根据各种实施例的使用协调设备的通信系统；
图20图示根据各种实施例的用于在无线网络中通过协调设备来协调通信的过程;以及图21图示根据各种实施例的用于在无线网络中通过通信设备来协调通信的过程。
[0008]图22图示具有两种不同类型的无线通信系统的通信系统。
[0009]图23图示适于在两种不同类型的无线通信系统情况下使用的示例性用户设备。
[0010]图24图示具有对于两种不同类型的无线通信系统共同的帧同步时段的定时图。
[0011]图25图示定时图，以通过使用帧同步时段来同步来自两种不同类型的无线通信系统的帧。
[0012]图26图示操作环境，以通过使用帧同步时段来检测帧对准信号。
[0013]图27图示用于控制无线接收器以通过使用帧同步时段来检测帧对准信号的过程。
【具体实施方式】
[0014]在以下详细描述中，参考形成本文的一部分的附图，其中同样的标号贯穿全文指明同样的部分，并且其中作为图示而示出了其中可以实行本公开的主题的实施例。将理解的是:可以使用其它实施例并且可以做出结构或逻辑改变而不脱离本公开的范围。因此，以下详细描述不要以限制性意义来理解，并且根据本公开的实施例的范围由所附权利要求及其等同物所限定。
[0015]依次以可以有助于理解本公开实施例的方式，各种操作可以被描述为多个分立的操作;然而，描述的顺序不应被解释为意味着这些操作依赖于顺序。
[0016]描述可以使用诸如“在一个实施例中”或“在各种实施例中”之类的短语，其可以各自指一个或多个相同或不同的实施例。此外，正如关于本公开的实施例所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
[0017]根据本公开的各种实施例，提供了方法和系统，其中通信设备通过使用第一和第二频带与无线网络中的其它通信设备进行通信。对于实施例，第一频带可以与第一波束宽度相关联，而第二频带可以与第二波束宽度相关联，第一波束宽度大于第二波束宽度。虽然下面的描述对使用两个频带进行了描述，但是在可替换实施例中，可以采用多于两个频带。
[0018]在各种实施例中，第一频带可以用于传送(即发射和/或接收)第一信号，以便于无线网络的通信设备和其它通信设备之间的初始通信，包括第一信号的初始通信，所述第一信号包含用于粗略配置其它通信设备以与该通信设备进行无线通信的控制信息和/或信号。可以通过使用第二频带来发射设备之间的第二信号的随后的通信。第二信号此外包括用于较精细配置其它通信设备以与该通信设备进行无线通信的控制信息和/或信号。
[0019]在一些实施例中，第一信号可以被适配用于信号检测、初始波束形成和/或初始载波频率偏移(CFO)估计，以便于通过使用第二频带的随后的通信。通过第二频带所传送的第二信号可以被适配用于补充初始波束形成的更精确的波束形成和/或被适配用于可以补充初始CFO估计的精细CFO估计的信号。第二信号可以此外便于其它通信设备到该通信设备的定时同步。如之前间接提到的，通过使用第二频带所传送的第二信号可以便于通过使用第二频带的另外的通信，以便促进通过使用第二频带的第三信号的通信。将通过使用第二频带来传送的第三信号可以包括各种类型的数据，例如包括与视频流、实时和/或非实时协作、视频内容下载、音频和文本内容下载和/或上载等相关的数据。
[0020]各种途径可以使用在各种可替换实施例中，以便经由与第一波束宽度相关联的第一频带(本文中的“第一频带”)以及与第二波束宽度相关联的第二频带(本文中的“第二频带”)来进行通信。例如，在一些实施例中，使用第一频带的通信可以是如使用相对低的频带(诸如小于约20GHz的那些带)的结果，而使用第二频带的通信可以是如使用较高频带(诸如以约20GHz以上为中心的那些带)的结果。可以包括天线的各种组合和/或多元件天线的各种天线系统可以在各种可替换实施例中被采用，以便通过使用第一和第二频带进行通信。
[0021]第一频带可以是比第二频带更低的频带。对于这些实施例，第一频带可以是2.4GHz ISM带或5.0GHz UNII带，或小于约20GHz的一些其它带，而第二频带可以是较高的频带，诸如大于约20GHz的带，例如包括24GHz带或中心在59到62GHz频谱中的带。注意到，为了本描述的目的，使用第一较低频带的通信过程可以被称为带外(OOB)通信，并且使用第二较高频带的通信过程可以被称为带内通信。此外注意到，在可替换实施例中，其它频带也可以用作第一和第二频带，并且第一较低频带和第二较高频带之间的划界可以不在20GHz处。在仍其它的可替换实施例中，第一和第二频带可以以相同的频率为中心，但可以与不同的波束宽度相关联，例如通过使用不同孔径大小的天线。
[0022]第一频带可以由通信设备使用，以与无线网络的其它通信设备通信OOB控制信息信号或仅仅“第一控制信号”，以便于使用第二频带的数据通信。第一控制信号可以包括“信号”和/或“控制信息”，以便于该设备或其它通信设备的初始或粗略波束形成、CFO估计、定时同步等。在一些实施例中，通信设备可以使用第二频带以向和/或自无线网络的其它通信设备发射和/或接收带内控制信息信号或仅仅“第二控制信号”，以进一步便于使用第二频带的数据通信。第二控制信号可以包括信号和控制信息，以便于该通信设备或其它通信设备的精细波束形成、CFO估计、定时同步等。将通过使用第二频带来传送(即发射和/或接收)的随后的数据或数据信号可以包括用于追踪波束形成、CF0、定时等的信号，以及各种类型的数据，例如包括与视频流、实时和/或非实时协作、视频内容下载、音频和文本内容下载和/或上载等相关的数据。
[0023]为了领会本文所述的实施例的各个方面，现在将论述与相对宽的波束宽度相关联的频带的特性以及与相对窄的波束宽度相关联的频带的特性。该论述还将描述各种类型的天线的特性，例如包括全向和定向天线。此外，还将提供与使用相对于较高频带的较低频带的影响相关的论述。
[0024]该论述始于波束宽度的简要描述。波束宽度是通常与天线或碟型天线相关联的空间特性。天线的波束宽度可以由天线孔径大小与要发射(或接收)的信号的波长的比来确定。也就是说，如果要发射(或接收)的信号的波长保持恒定，则孔径大小越大，波束宽度就越窄。可替换地，通过发射(或接收)较短波长(即较高频率)的信号而同时维持恒定的孔径大小，还可以使得波束宽度更窄。因此，当具有类似大小的孔径的一个或多个天线发射不同频带的信号时，可以结果产生不同的波束宽度。注意到，虽然上面的论述除其它外涉及孔径大小和波束宽度之间的关系，但多元件天线可以用于选择性地控制要发射的信号的波束宽度，在这种情况下，孔径大小可以不相关于要发射的信号的波束宽度。也就是说，可以采用具有多元件天线的天线系统，所述多元件天线可以被适应性地配置为选择性地发射(或接收)与不同的波束宽度相关联的信号。
[0025]因此，为了获得相对宽的波束宽度，一种途径是使用具有小孔径的天线，诸如全向天线，替代于或附加于使用相对低的频带(例如ISM或UNII带)。相反，为了获得较窄的波束宽度，一种途径是使用具有大孔径的天线，诸如定向天线，替代于或附加于使用相对高的频带。当然，可替换地，单个天线可以仅仅通过变更要发射和/或接收的信号的频带(即较高或较低的频带)而提供变化的波束宽度。在仍其它的可替换途径中，并且正如之前间接提到的，多元件天线可以用于提供具有变化的波束宽度的频带。也就是说，可以例如通过使用特殊过程或协议来适应性地控制单组多元件天线，以提供特定的波束方向和特定的波束形状。因此，单组多元件天线可以用于提供变化的波束宽度的多个频带。注意到，在以下描述中，术语“天线”可以指单个天线或多元件天线。
[0026]现在参照图2，通过使用具有大约相同孔径大小的天线来比较各种频带的波束宽度。正如之前间接提到的，使用诸如2.4GHz(ISM)带或5.0GHz(UNII)带之类的较低频带而不是诸如带内频带(例如大于20GHz的带)之类的较高频带来用于在例如无线网络中通信的特性之一是较低频带可以与较大的波束宽度相关联。由于较大的波束宽度，经由较低频带发射的信号将很可能到达无线网络中的更多设备。然而，由于较大的波束宽度，使用较低频带的缺点是:由于较宽的楔，存在较大的干扰和拦截风险。
[0027]与较低频带相反，当较高频带用于在无线网络中通信时，结果可以产生较窄的波束宽度，如先前所述。结果，可以存在较小的干扰可能性。除了较窄的波束宽度之外，较高频带的另一特性是:如果使用较高频带(诸如24或60GHz带)，则可能存在随距离的附加衰减，这例如由于氧吸收而引起。也就是说，并且正如图2中所描绘，较高频带(例如60GHz带)可以具有比较低频带(例如2.4或5.0GHz带)更小的波束宽度和更短的“范围”或“所及范围”。因此，在60GHz带而不是诸如2.4或5.0GHz带之类的较低带中操作的设备通常可以具有较少的来自其它远程设备的干扰风险。
[0028]使用较高频带来用于在无线网络中通信的另一特性是:较高频带可以允许使用较高信号带宽(因为更多的频谱通常在较高频率处可用)，其因此可以允许较大的数据吞吐量。同时，由于在接收器侧较小的信噪比，使用较大的带宽可以降低发射信号的功率谱密度，并潜在地减小可靠通信范围。
[0029]使用较高频带来用于在无线网络中通信可以意指可以使用定向天线而非全向天线来用于这样的通信。当用于在无线网络中通信时，使用这样的天线本身可以提供某些优点和缺点。例如，使用定向天线和较高频带用于发射信号的一个优点是:与使用全向天线来实现相同水平的所接收功率相比，可以需要较少的功率。因而，不太有效(和不太昂贵)的射频(RF)组件可以与定向天线一起使用，这在一些情形下可以是显著的因素，因为对于较高频率的通信，RF部分的成本可能显著更高。
[0030]当然，当通过使用较高频带与定向天线来在无线网络中通信时，可能存在某些缺点。例如，可能需要跨越360度的经适配的或多个固定天线设置，以便在网络中注册所有的通信设备。这可能是非常耗时的，并且例如通过使用诸如载波侦听多路访问和冲突避免(CSMA/CA)或载波侦听多路访问和冲突检测(CSMA/CD )之类的协议来同步网络中的通信设备可能非常困难，并且在采用使用定向天线的较高频带时可能是不可行的。
[0031]根据各种实施例，如上所述的与不同的波束宽度相关联的频带的特性可以被组合，并根据如下所述的各种实施例而用于无线通信网络中。
[0032]图3图示根据各种实施例的包括多个通信设备(CD)的无线网络，所述多个通信设备经由多个通信链路彼此通信。对于实施例，网络300可以是WWAN、WMAN、WLAN、WPAN或其它类型的无线网络。通信设备(CD)302-308可以是台式计算机、膝上型计算机、机顶盒、个人数字助理(PDA)、web平板、寻呼机、文本信使、游戏设备、智能器具、无线移动电话或任何其它类型的计算或通信设备。在一些实施例中，⑶302-308中的至少一个可以是主站或接入点，而其它CD可以是客户端或从设备。注意到，在可替换实施例中，网络300可以包括较多或较少的⑶。CD 302-308中的每一个可以经由可以是双向的链路310来与网络300的其它⑶通信。⑶之间的通信可以根据诸如802.lla、802.1lb之类的标准以及这些标准的其它衍生物。
[0033]为了容易理解，将此外描述本公开的实施例，假定网络300是WPAN，并且CD302是接入点，并且其它⑶304-308是客户端设备。注意到，在可替换实施例中，网络300可以不包括接入点。例如，在可替换实施例中，网络300可以是自组织网状网络，在这种情况下不需要接入点。返回到图3，在一些实施例中，客户端⑶304-308中的至少一些可以任意地和随机地加入和/或离开网络300。每当客户端⑶304-308进入网络300时，它可以认证或相关联于(本文中“关联”)网络300，使得网络300的各种客户端CD可以“知道”客户端CD存在于网络300中。在一些实施例中，通过和接入点⑶302相关联，客户端⑶304-308可以与网络300相关联。注意到，在该图示中，客户端⑶304刚进入网络300，正如参考312所指示。
[0034]当进入网络300时，CD304可以使其本身与网络相关联(例如经由接入点⑶302)。根据各种实施例，可以例如通过使用与相对宽的波束宽度相关联的第一频带实现与网络300的关联。通过使用与相对宽的波束宽度(本文中“第一波束宽度”)相关联的频带来发射关联信号，网络300中的其它⑶302、306和308可以更可能从⑶304接收认证信号(例如信标)。在一些实施例中，第一频带可以是2.4GHz(ISM)、5.0GHz(UNII)