专利名称：在时分双工物理帧中改变上行链路/下行链路子帧比率的制作方法
背景技术：
由于对宽带通信日益增长的使用，能够向用户提供与现有的电缆和陆线技术相比相对较不昂贵的高速电信服务愈发重要。因而，非常关注于为宽带通信使用无线介质。从而，期望改进高带宽无线通信的效率和/或容量。
附图简述当参考附图阅读本发明的以下描述时，本发明的各方面、特征和优点将是显而易见的，附图中相同的标号表示同样的元素，其中
图1是根据本发明的一个实施例的无线网络的框图；图2是示出根据本发明的各个实施例的帧结构的框图；图3是详述根据本发明的各个实施例用于改变下行链路和上行链路子帧的比率的过程的流程图；图4是示出根据本发明的各个实施例的经调整的帧结构的框图；以及图5是适于执行本发明的方法中的一个或多个的装置的示例实施例的框图。
发明详述尽管以下详细描述关于利用正交频分多路复用(OFDM)调制的无线网络描述本发明的示例实施例，但本发明的实施例不限于此，例如，可使用可适当应用的其它调制和/或编码方案实现。此外，尽管此处关于无线城域网(WMAN)描述了示例实施例，但本发明不限于此，且可应用于可获得类似优点的其它类型的无线网络。这样的网络具体包括但不限于，无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)和无线广域网(WWAN)。
以下发明性实施例可用于包括无线电系统的发射机和接收机的各种应用中，尽管本发明不限于此方面。特定包含在本发明的范围内的无线电系统包括但不限于，网络接口卡(NIC)、网络适配器、移动电台、基站、接入点(AP)、网关、网桥、集线器和蜂窝无线电话。此外，本发明的范围内的无线电系统可包括蜂窝无线电话系统、卫星系统、个人通信系统(PCS)、双向无线电系统、双向寻呼机、个人计算机(PC)及相关外设、个人数字助理(PDA)、个人计算辅助设备以及本质上相关且适于对其应用本发明性实施例的原理的所有现有和将来出现的系统。
转向图1，根据本发明的一个实施例具有时分双工(TDD)模式的无线通信系统100可包括一个或多个用户站(SS)110、112、114、116以及一个或多个网络接入站120(也被称为基站(BS))。系统100可以是任何类型的无线网络，诸如无线城域网(WMAN)或无线广域网(WWAN)，其中用户站110-116经由空中接口与网络接入站120通信。
系统100还可按需包括一个或多个其它有线或附加无线网络设备。在某些实施例中，系统100可用利用诸如OFDM等多载波调制的空气接口，但本发明的实施例在此方面不作限制。OFDM通过将宽带信道分割成更大数目的子信道来工作。通过在每一子信道中放一个副载波，就可根据该频带的特定的狭窄部分中的信号干扰噪声比(SINR)来分开调制每一副载波。
操作中，传输可在可分割成称之为帧的一致的持续时间间隔的无线电信道上发生。存在可用于将数据编码成帧的众多不同的物理层协议。在使用OFDM的某些示例实施例中，物理帧可被分割成OFDM码元的时序。每一码元可由以频率多路复用的调制码元(例如，使用四相相移键控(QPSK)、16比特或64比特正交幅度调制(QAM))的集合组成，数据被编码成这样的码元，但本发明在此方面不作限制。
可由信号干扰噪声比(SINR)测量的信道质量，可由于改变的环境(例如，天气、BS与SS之间的障碍物、和/或改变对等设备之间变动的距离)而动态改变。通过调节用于将数据编码成帧的调制方案可维护阈值比特差错率(BER)。所使用的调制方案可被编码成称之为突发属性(burst profile)的数据结构，它可由BS发送给SS，并被用于确定如何从物理帧解码数据。
参考图2，在时分双工(TDD)模式中，由基站发送和接收的每一物理帧200可被分成下行链路子帧210和上行链路子帧220。注意到，诸如保护时间等可能存在的其它的帧组分未示出。物理帧200的持续时间或长度对网络中的所有通信一般是固定的(例如，5毫秒或指定为固定数目的OFDM码元)。
在TDD模式中，信道可在BS与SS之间携带多个服务流。在某些实施例中，每一服务流可包括连接ID、服务质量(QoS)类、和/或其它流专用参数。在下行链路链路(即，从基站到用户站)中，BS可发送来自服务流和/或控制消息两者的数据。在各个实施例中，基站也可发送下行链路映射和/或上行链路映射。下行链路映射可向用户站描述在下行链路子帧中将在何处发现它们的数据，且应使用哪个突发属性来对其解码。上行链路映射可向用户站描述帧中为其上行链路传输所保留的上行链路子帧中的带宽和位置。
在上行链路链路(例如，从SS到BS)中，SS可在如从BS接收的上行链路映射中所指定的上行链路子帧的区域中发送分组。这些分组可包含来自服务流和控制消息的数据，包括额外的带宽请求。
BS从而可包括负责调度下行链路链路中的分组传输和给予上行链路链路的带宽的调度器。因此，BS可管理来自高层协议的服务流数据队列和从SS接收的带宽请求队列，构造上行链路和下行链路映射，并汇编之后可由物理层编码的帧数据结构。
观察到，用户站与相应的基站之间的信息流(例如，服务流和/或控制消息通信)可以是不对称的。即，所发送的信息通常在下行链路方向或上行链路方向之一中较大。从而，如在帧200含有相等持续时间的下行链路和上行链路子帧210、220的情况中，可能下行链路子帧210或上行链路子帧220中的任一个可被填满，而另一子帧可能未被完全利用。从而，动态调节下行链路和上行链路子帧的持续时间(或比率)来最大化对每一物理帧的利用将是有利的。
参考图3，用于在使用时分双工(TDD)协议的无线网络中通信的方法300针对动态调节物理帧的上行链路和下行链路子帧的持续时间以减少该物理帧中的未被利用间隙。
在一个实施例中，方法300可由发送或接收305具有等持续时间的上行链路和下行链路子帧的物理帧开始，但本发明在此方面不作限制。在操作期间，通过网络的上行链路和下行链路数据率可被监视310以标识数据流是否在一个方向或另一方向中较重。如果观察到数据流不对称，则可据此调节上行链路和下行链路子帧的持续时间。例如，下行链路子帧的持续时间(D)可被调节320、330成小于或基本上等于总物理帧的持续时间(Fd)减去由用户站请求或要求的上行链路子帧的持续时间(Ur)的差。
在某些实施例中，上行链路和下行链路子帧的持续时间可改为或另外基于作为总下行链路和上行链路数据率的总和的百分比的平均下行链路数据率(w)来调节。换言之，当下行链路数据率的平均数越过总数据率的预定阈值时可进行调节。在一个示例中，如果315所请求的上行链路子帧持续时间(Ur)大于物理帧的持续时间(Fd)与平均下行链路数据率(w)的乘积时，则下行链路子帧的持续时间(D)可被调节325、330成小于或等于物理帧的持续时间(Fd)与平均下行链路数据率(w)的乘积。
上行链路可使用物理帧内剩余的可用持续时间(即，Fd-D)来给予335上行链路子帧持续时间(Ug)。
以下算法概述了根据一个示例实施例对子帧的可能的动态调节如果Ur＞Fd*w，则Dg＝Fd*w；否则，Dg＝Fd-Ur；形成具有持续时间D≤Dg的下行链路子帧；且Ug＝Fd-D；其中Ur和Ug分别是上行链路所要求(或请求)的和被给予的上行链路子帧持续时间，Dg是下行链路可用或被给予的下行链路子帧持续时间，D是所形成的下行链路子帧的持续时间，Fd是物理帧的持续时间，而w是平均下行链路数据率。应认识到，可对前述算法进行各种修改，而本发明的实施例在此方面不作限制。例如，在一个实施例中，如果上行链路所请求的上行链路子帧持续时间(Ur)大于帧持续时间(Fd)的1/2，则下行链路子帧的持续时间可被设为帧持续时间的1/2(例如，Fd/2)。
如图4中所示，如有必要，可调节下行链路和上行链路子帧410、420的持续时间，使得基本上物理帧400的整个持续时间可基于网络的数据流趋势被利用。这种动态调节最好在每一帧间隔处进行(即，每当由基站构造了一帧时)，但本发明的实施例在此方面不作限制，而是可在周期性的基础上、仅当有高通信量、或其它合需时进行调节。
参考图5，供在无线网络中使用的装置500可包括适于如上所述动态调节物理帧的上行链路和下行链路子帧的持续时间以减少物理帧中的未被利用间隙的处理电路550。在某些实施例中，装置500一般可包括射频(RF)接口510以及基带和媒体访问控制器(MAC)处理器部分550。
在一个示例实施例中，RF接口510可以是适于发送和接收多载波已调制信号(例如，OFDM)的任何组件或组件的组合，但本发明性实施例不限于任何特定的调制方案。RF接口可包括接收机512、发射机514和频率合成器516。如有需要，接口510还可包括偏压控制、晶体振荡器和/或一个或多个天线518、519。而且，如有需要，RF接口510可改为或另外使用外部压控振荡器(VCO)、表面声波滤波器、中频(IF)滤波器和/或射频(RF)滤波器。各种RF接口设计及其操作在本领域中已知，因此略去对其描述。
在某些实施例中，接口510可被配置成与宽带无线网络所专用的电气和电子工程师协会(IEEE)802.16标准的一个或多个兼容，但本实施例在此方面不作限制。
处理部分550可与RF接口510通信来处理接收/发送信号，并仅作为示例可包括用于下变频所接收的信号的模数转换器552、用于上变频发送信号的数模转换器554、相应的接收/发送信号的物理(PHY)链路层处理用基带处理器556、以及用于管理来自一个或多个内部和/或外部存储器(未示出)的读写操作的一个或多个存储器控制器558。处理部分550也可包括用于媒体访问控制(MAC)/数据链路层处理的处理电路559或由其组成。
在本发明的某些实施例中，MAC处理电路559和/或附加电路可包括用于动态调节上行链路/下行链路子帧比率和/或如前所述的其它调度和/或映射功能的通信量管理器。如有所需，MAC处理电路559还可包括加密管理功能。或者或此外，基带处理电路556可共享这些功能中的某些的处理或独立于MAC处理电路559执行这些处理。如有需要，MAC和PHY处理也可被集成到单个组件中。装置500还可包括可控制或协助调度通信量、服务质量(QoS)属性和/或其它特征的站管理实体560或与之通过接口连接。
装置500例如可以是无线基站、无线路由器和/或计算设备用网络适配器。从而，装置500的前述功能和/或特定配置可按需被包含或略去。
装置500的组件和特征可使用分立电路、专用集成电路(ASIC)、逻辑门和/或单芯片体系结构的任何组合实现。此外，装置500的特征可适当地使用微控制器、可编程逻辑阵列和/或微处理器或前述的任何组合来实现。
应理解，图5的框图中所示的示例装置500仅表示众多可能实现的一个功能描述示例。从而，附图中所示的框功能的分割、省略或包含不是推断用于实现这些功能的硬件组件、电路、软件和/或元素在本发明的实施例中必须被分割、省略或包含。
本发明的实施例可使用单输入单输出(SISO)体系结构实现。然而，如图5中所示，某些较佳实现可使用为发送和/或接收使用多个天线(例如，图5的518、519)的多输入多输出(MIMO)体系结构。此外，本发明的实施例可利用多载波码分多路复用(MC-CDMA)、多载波直接序列码分多路复用(MC-DS-CDMA)或与本发明性实施例的特征兼容的任何其它现有或将来出现的调制或多路复用方案。
除非违反物理可能性，否则发明人预想此处所述的方法(i)可按照任何顺序和/或任何组合执行；以及(ii)各个实施例的组件可按照任何方式组合。
尽管描述了本新颖的发明的示例实施例，但众多变化和修改均是可能的，而不背离本发明的范围。从而，本发明性实施例不受以上特定的公开的限制，而应仅受所附权利要求书及其法律上的等同物的范围的限制。
权利要求
1.一种用于在使用时分双工(TDD)协议的无线网络中通信的方法，所述方法包括观察网络上行链路或下行链路数据率的至少其中之一；以及基于所述观察，动态调节物理帧的上行链路和下行链路子帧的持续时间，以减少所述物理帧中未被利用的间隙。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，动态调节持续时间包括设置所述上行链路子帧的持续时间以适应来自用户站的上行链路请求。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，动态调节是基于作为总下行链路和上行链路数据率的总和的百分比的平均下行链路数据率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，动态调节包括，当所要求的所述上行链路子帧的持续时间大于所述物理帧的持续时间与所述平均下行链路数据率的乘积时将所述下行链路子帧的持续时间设为小于或等于所述物理帧的持续时间与所述平均下行链路数据率的乘积。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，动态调节包括将所述下行链路子帧的持续时间设为小于或等于所述物理帧的持续时间减去所要求的所述上行链路子帧的持续时间的差。
6，如权利要求3所述的方法，其特征在于，动态调节使用以下算法在每个帧间隔处执行如果Ur＞Fd*w，则Dg＝Fd*w；否则，Dg＝Fd-Ur；形成具有持续时间D≤Dg的下行链路子帧；且Ug＝Fd-D；其中Ur和Ug分别是所要求和被给予的所述上行链路子帧的持续时间，Dg是被给予的所述下行链路子帧的持续时间，D是所形成的所述下行链路子帧的持续时间，Fd是所述物理帧的持续时间，而w是所述平均下行链路数据率。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在确定所述平均下行链路数据率之前，w＝0.5。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线网络利用正交频分多路复用(OFDM)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述无线网络包括无线城域网(WMAN)。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法由基站的媒体访问控制器(MAC)执行。
11.一种供在无线网络中使用的装置，所述装置包括适用于动态调节物理帧的上行链路和下行链路子帧的持续时间以减少所述物理帧中的未被利用的间隙的处理电路。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理电路还适用于观察所述无线网络的上行链路和下行链路数据率，且动态调节是基于所述观察。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，动态调节是基于作为总下行链路和上行链路数据率的总和的百分比的平均下行链路数据率。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，动态调节包括，当所要求的所述上行链路子帧的持续时间大于所述物理帧的持续时间与所述平均下行链路数据率的乘积时，将所述下行链路子帧的持续时间设为小于或等于所述物理帧的持续时间与所述平均下行链路数据率的乘积。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，动态调节包括将所述下行链路子帧的持续时间设为小于或等于所述物理帧的持续时间减去所请求的所述上行链路子帧的持续时间的差。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，动态调节还包括将所述上行链路子帧的持续时间设为所述物理帧的持续时间减去所设定的所述下行链路子帧的持续时间。
17.如权利要求13所述的装置，其特征在于，动态调节使用以下算法在每一帧间隔处执行如果Ur＞Fd*w，则Dg＝Fd*w；否则，Dg＝Fd-Ur；形成具有持续时间D≤Dg的下行链路子帧；且Ug＝Fd-D；其中Ur和Ug分别是所请求的和被给予的所述上行链路子帧的持续时间，Dg是被给予的所述下行链路子帧的持续时间，D是所形成的下行链路子帧的持续时间，Fd是所述物理帧的持续时间，而w是所述平均下行链路数据率。
18.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括耦合至所述处理电路的射频(RF)接口。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，在确定所述平均下行链路数据率之前，w＝0.5。
20.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述无线网络包括无线城域网(WMAN)。
21.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述无线网络利用正交频分多路复用(OFDM)调制。
22.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理电路包括媒体访问控制器(MAC)。
23.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置包括基站。
24.如权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括耦合至所述RF接口以提供多输入多输出(MIMO)能力的至少两个天线。
25.一种系统，包括适用于调节物理帧的上行链路和下行链路子帧的持续时间以减少所述物理帧中未被利用的间隙的媒体访问控制器；以及通信上耦合至所述媒体访问控制器以便于多输入多输出(MIMO)操作的至少两个天线。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述媒体访问控制器还适用于观察无线网络的上行链路和下行链路数据率，且动态调节是基于所述观察。
27.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述调节持续时间是基于作为总下行链路和上行链路数据率的总和的百分比的平均下行链路数据率。
28.如权利要求27所述的系统，其特征在于，调节所述上行链路和下行链路子帧的持续时间包括，当所请求的所述上行链路子帧的持续时间大于所述物理帧的持续时间与所述平均下行链路数据率的乘积时将所述下行链路子帧的持续时间设为小于或等于所述物理帧的持续时间与所述平均下行链路数据率的乘积。
29.如权利要求25所述的系统，其特征在于，调节所述上行链路和下行链路子帧的持续时间包括将所述下行链路子帧的持续时间设为小于或等于所述物理帧的持续时间减去所请求的所述上行链路子帧的持续时间的差。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于，调节持续时间还包括，将所述上行链路子帧的持续时间设为所述物理帧的持续时间减去所设的所述下行链路子帧的持续时间。
31.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统包括基站。
全文摘要
用于在使用时分双工(TDD)协议的无线网络中通信的方法和系统。物理帧的上行链路和下行链路子帧的比率可随无线网络的通信流要求的改变而被动态调节。
文档编号H04Q7/38GK1957547SQ200580016108
公开日2007年5月2日 申请日期2005年5月6日 优先权日2004年5月24日
发明者N·奥利弗, O·古萨科, K·索拉比 申请人:英特尔公司