WLAN中调制方案的共存.pdf

提供一种局域网，其中OFDM站和DSSS/ CCK站共存。在无争用周期期间，这两个站在IEEE 802.11规范中定义的点协调功能规则下操作。在被接入点轮询时，这两个站发送数据。无争用周期包括子争用周期，其中OFDM站在分布式协调功能下操作，而DSSS/CCK站在开始通信之前等待被接入点轮询。

1.  一种系统，包括：
第一站，能够发送口接收使用第一调制方案调制的数据；
第二站，能够发送和接收使用第二调制方案调制的数据；
接入点，用于与第一站和第二站通信；
以及，其中
该接入点发送表示其后跟随着争用周期的无争用周期的开始的信标帧，以及无争用周期包括子争用周期，在子争用周期期间允许第二站根据分布式协调功能接入机制来发送根据第二调制方案调制的数据。

2.  权利要求1的系统，其中第一调制方案是DSSS/CCK调制方案。

3.  权利要求1的系统，其中第二调制方案是OFDM调制方案。

4.  权利要求1的系统，子争用周期出现在无争用周期的末尾。

5.  权利要求1的系统，其中接入点动态地调整子争用周期的持续时间。

6.  权利要求5的系统，其中接入点进一步基于第一站和第二站的相应带宽要求来调整子争用周期的持续时间。

7.  权利要求5的系统，其中接入点进一步基于使用第一调制方案和第二调制方案的设备的相应数量来调整子争用周期的持续时间。

8.  权利要求1的系统，其中在争用周期期间，第二站发送包括表示第二调制方案的信息的请求发送帧。

9.  权利要求1的系统，其中在子争用周期期间，第二站发送根据第二调制方案调制的请求发送帧和清除发送帧。

10.  权利要求1的系统，其中第二站在加入该系统时发送表示第二调制能力的信息字段。

11.  权利要求1的系统，其中该系统在IEEE 802.11规范下操作。

12.  一种接入点，用于在局域网上与能够发送和接收根据第一调制方案调制的数据的第一站进行通信，并且与能够发送和接收根据第二调制方案调制的数据的第二站进行通信，其中该接入点发送表示其后跟随着争用周期的无争用周期的开始的信标帧，以及无争用周期包括子争用周期，在子争用周期期间允许第二站根据分布式协调功能接入机制来发送根据第二调制方案调制的数据。

13.  权利要求12的接入点，其中第一调制方案是DSSS/CCK调制方案。

14.  权利要求12的接入点，其中第二调制方案是OFDM调制方案。

15.  权利要求12的接入点，其中该接入点动态地调整子争用周期的持续时间。

16.  权利要求12的接入点，其中在争用周期期间，该接入点发送包括表示第二调制方案的信息的请求发送帧。

17.  权利要求12的接入点，其中在子争用周期期间，该接入点发送根据第二调制方案调制的请求发送帧和清除发送帧。

18.  权利要求12的接入点，其中在争用周期期间，该接入点从第二站接收包括表示第二调制方案的信息的请求发送帧。

19.  权利要求12的接入点，其中当第二站加入局域网时，该接入点从第二站接收表示第二调制能力的信息字段。

20.  局域网中的一种站，该站能够使用第一调制方案来发送和接收数据，该局域网进一步包括能够使用第二调制方案来发送和接收数据的第二站以及用于与这两个站通信的接入点，其中该站接收由接入点发送的、表示其后跟随着争用周期的无争用周期的开始的信标帧，以及无争用周期包括子争用周期，在子争用周期期间，允许该站根据第一调制方案和根据分布式协调功能接入机制来发送数据。

WLAN中调制方案的共存
技术领域
本发明涉及无线局域网，并且涉及具有不同调制方案能力的站的共存。本发明尤其涉及在WLAN中能够发送和接收OFDM调制数据的站与能够发送和接收DSSS/CCK调制数据的站的共存和互操作性。
背景技术
IEEE 802.11 WLAN标准在数据速率、调制类型和扩频技术方面提供许多物理层选项。IEEE 802.11标准的扩展(即，IEEE 802.11a)定义了操作在5GhzU-NII频率中的物理层的需求以及从6Mps到54Mps范围的数据速率。IEEE802.11a定义了基于正交频分多路复用(OFDM)的物理层。该物理层类似于由欧洲ETSI-HIPERLANII(欧洲电信标准协会-HiperLAN2)定义的物理层。第二扩展IEEE 802.11b定义了一组操作在2.4GHz ISM频带中高达11Mps的物理层的规范。直接序列扩频/补码键控(complementary code keying)(DSSS/CCK)物理层是在IEEE 802.11标准中支持的三种物理层之一，并且使用2.4GHz频带作为RF传输媒体。
IEEE标准委员会已经建立了一个工作组TGg，该工作组具有开发更高速度PHY的任务，其是802.11b标准的扩展。802.11g标准将与IEEE 802.11 MAC兼容，而且将实施IEEE 802.11b PHY标准的所有必须遵循部分。TGg的范围是提供一种无线LAN标准，其中以OFDM调制进行通信的站与以DSSS/CCK调制进行通信的传统站共存并且彼此进行通信。
另一个扩展IEEE 802.11e增强了当前的802.11MAC，以扩展对具有服务质量(Quality of Service)要求的LAN应用的支持。IEEE 802.11e允许从一个站到另一个站的直接通信。示范性的应用包括在802.11无线网络上的话音、音频和视频的传送，视频会议，媒体流分配，增强安全应用以及移动和游动接入应用。
发明内容
本发明的一个目的是允许WLAN中以不同调制进行通信的站的互操作性。
本发明的一个目的是允许IEEE 802.11 WLAN中OFDM站和传统DSSS/CCK站的共存。
本发明的另一个目的是提供一种用于通过WLAN通信的新的定时结构。
本发明的再一个目的是允许OFDM站在无争用周期根据分布式协调功能进行通信。
为此，本发明的系统包括能够发送和接收使用相应的第一和第二调制方案调制的数据的第一和第二站。第一调制方案可以是DSSS/CCK调制，而第二调制方案可以是OFDM调制。该系统也包括用于与第一和第二站通信的接入点。该接入点发送表示其后跟随着争用周期的无争用周期的开始的信标帧。在本发明中，无争用周期包括子争用周期。在子争用周期期间，第二站根据分布式协调功能接入机制来发送使用第二调制方案调制的数据。
802.11 WLAN中使用DSSS/CCK调制的传统站不可以被配置为直接与其他的OFDM站进行通信。传统站不可以在争用周期期间检测OFDM通信。因此，不能够解码OFDM调制数据的传统DSSS/CCK设备不能跟随在IEEE 802.11中定义的防撞机制。因此，本发明提供一种解决方案，允许在同一WLAN中传统站和OFDM站的共存。在无争用周期期间，第一和第二站可以使用在802.11标准中定义的点协调功能规则进行通信，而且这两个站在被接入点轮询时通信。本发明在无争用周期中引入了子争用周期。该子争用周期是这样的，即，第二站可以根据分布式协调功能接入机制来获得对媒体的接入，而第一站仍然根据点协调功能规则操作，即该第一站可以在被接入点轮询时通信。在本发明的一个或者多个实施例中，接入点可以决定在子争用周期期间不轮询第一站。因此，该媒体可以被预留用于与第二站和只能使用第二调制方案进行通信的其他站通信。第二站通过侦听该媒体并且使用第二调制方案与其他站竞争该媒体来获得对该媒体的接入。本发明的一个或者多个实施例的优点是允许在子争用周期期间进行OFDM调制通信，从而实现纯的OFDM数据业务和高比特率通信。本发明的一个或者多个实施例的另一个优点在于，接收站例如接入点知道在子争用周期期间在使用哪一种调制方案。因此，接入站知道它将根据第二调制方案接收数据。这种知识可以允许减少数据开销，并且允许降低成本和节省功率。本发明的系统的另一个优点是带宽效率。
在本发明的一个实施例中，子争用周期出现在无争用周期的末尾。因此，在无争用周期地第一部分期间，第一和第二站根据点协调功能规则进行操作。在无争用周期的第二和最后部分期间，即在子争用周期期间，第二站根据分布式协调功能的规则进行操作，而第一站仍然根据点协调功能的规则进行操作。接入点可以被配置为在子争用周期期间不轮询第一站。
在本发明的另一个实施例中，接入点动态地调整子争用周期的持续时间。这种调整可以基于这两个站的相应带宽要求来完成，或者这种调整可以基于分别利用第一或第二调制方案通信的站的数量来完成。
本发明也涉及这种系统中的接入点和站。
附图说明
借助于实例并且参考附图更加详细地解释本发明，其中：
图1表示本发明的无线局域网；
图2是表示无线局域网中的通信周期的一个时序图；
图3是表示本发明的通信周期的一个时序图；
图4表示本发明的请求发送帧和清除发送帧；和
图5表示子争用周期和争用周期的动态调整。
附图内具有相同或者相应特征的元素利用相同的标号来标识。
具体实施方式
图1示出的本发明的802.11无线局域网100包括一个接入点AP和多个站STA1-STA6。站STA可以与其他站直接通信，如IEEE 802.11e扩展中所描述的，或者站STA可以经由接入点AP与另一站STA进行通信，或者站STA可以仅与接入点AP进行通信。IEEE 802.11规范描述了两种由站STA1-STA6接入无线媒体的机制：分布式协调功能和点协调功能。
点协调功能是在中心被控制的接入机制，并且位于接入点AP中的点协调器控制站STA1-STA6对媒体的接入。站STA1-STA6请求点协调器或者接入点AP将它们登记到一个轮询列表中。该接入点AP有规律地对站STA1-STA6进行要被发送的业务信息和数据的轮询，同时也将数据发送到站STA1-STA6。接入点AP开始称为无争用周期CFP的一个操作周期，如图2所示，在该周期期间点协调功能在操作。在此无争用周期CFP期间，对媒体的接入完全由接入点AP来控制。无争用周期CFP周期性出现，以提供一种接近等时的服务给站STA1-STA6。IEEE802.11规范也定义了与无争用周期CFP交替的一种争用周期CP，在其期间分布式协调功能规则操作，并且所有站可以竞争对媒体的接入，这将在下文中进行解释。
图2是表示无争用周期CFP的时序图200，在该CFP之后是争用周期CP。在接入点AP在前一个争用周期CP期间使用分布式协调功能程序获得对媒体的接入时，无争用周期CFP开始。一旦获得对无线媒体的接入，接入点AP就发送一个信标帧BF。信标帧BF的传输可以是周期性的，然而，信标帧BF的传输可能从一个理想开始时刻被稍微延迟，因为接入点AP必须根据分布式协调功能规则来竞争该媒体。
在无争用周期CFP期间，接入点AP控制该媒体并且将业务传送到站STA1-STA6，而且可以轮询已请求无争用服务的站STA1-STA6，以便这些站传送业务到接入点AP。结果，无争用周期CFP中的业务包括从接入点AP发送到一个或者多个站STA1-STA6的帧，其后面跟随着来自这些站的确认。每个站STA可以接收由接入点AP寻址到该站的帧，并且返回一个确认。接入点AP发送无争用轮询(CF-Poll)帧到已请求无争用服务的那些站STA1-STA6。如果被轮询的站STA具有要发送的业务，则该站STA可以对于接收的每个无争用轮询CF-Poll发送一个帧。如果站STA没有业务要发送，则它可以决定不响应该无争用轮询CF-Poll。接入点AP可以将寻址到一个站的无争用轮询CF-Poll连同将被发送到那个站的数据一起发送。
用于阻止这些站在无争用周期CFP期间接入媒体的主要机制是通过IEEE802.11 MAC来实施的网络分配矢量(NAV)。NAV是向站STA指明在媒体将变得可利用之前剩余的时间量的一个值。该NAV可以通过在所有的帧中发送的持续时间值在站中保持为当前的。在无争用周期CFP的开始处由接入点AP发送的信标帧BF可以包括来自接入点AP的有关无争用周期CFP的最大预期长度的信息。接收信标帧BF的站STA将该信息输入到其NAV中，并因而被阻止独立地接入媒体，直到该无争用周期CFP结束为止，或者直到接入点AP另外指定给该站STA为止。
在争用周期CP期间，基本接入机制是分布式协调功能，其使用具有防撞的载波检测多路访问。站STA1-STA6检测该媒体，以查看其是否在传送一个传输。具有其设置在零上的NAV的一个站STA等待，直到该媒体空闲，以便开始传输。站STA也能够通过发送请求发送帧(request-to-send frame)RTS到预定接收机、接入点AP或者另一个站STA、并且通过等待来自预定接收机的清除发送帧(clear-to-send frame)CTS来进行虚拟载波检测。RTS帧通知预定传输的持续时间，以及该持续时间也可以在CTS帧中被发送。在一些实施例中，RTS-CTS帧的使用需要额外的开销，并且这种机制对于较小分组通信可以被丢弃，只将它们用于较大分组。
在本发明的一个实施例中，系统100包括能够发送和接收DSSS/CCK调制数据的第一组站ST1-STA3以及能够发送和接收OFDM调制数据的第二组站STA4-STA6。站STA1-STA3不能理解从站STA4-STA6之一接收的/发送到STA4-STA6之一的OFDM调制数据。因此，不能够解码OFDM调制数据的站STA1-STA3不可能遵循防撞机制。
为了提供高数据通过量，系统100可以仅仅分配时间周期给OFDM数据传送。
在图3中给出了系统100如何操作的时序图。接入点AP通过将信标帧BF发送到站STA1-STA6来启动一个无争用周期CFP。无争用周期CFP之后跟随着争用周期CP。该无争用周期CFP由第一子部分即CCK/OFDM无争用周期310和第二子部分即OFDM争用周期320组成。在该实施例中，CCK/OFDM无争用周期310在OFDM争用周期320之前出现，然而，这种顺序可以被颠倒。
OFDM争用周期320的位置和/或持续时间可以在该信标帧BF的一个信息元素中被发送。
在周期310期间，如上所述，在被接入点AP轮询时，CCK站STA1-STA3和OFDM站STA4-STA6与接入点AP进行通信。在该实施例中，接入点AP可能已经知道站STA4-STA6的OFDM能力。为此，表示OFDM能力的信息字段可以在站SAT4-STA6加入该网络时例如在验证期间被交换。此信息字段的OFDM比特可以被预留用于指示站STA4-STA6的OFDM能力。因而，在无争用周期310期间接入点AP轮询或者需要接入站STA时，其将基于站STA的已知能力使用DSSS/CCK或者OFDM调制来访问该站。然后，站STA可以使用被用于寻址它的相同调制来响应该接入点AP。在本发明的一个实施例中，接入点AP将接收的OFDM(或DSSS/CCK)调制数据分别转换为DSSS/CCK(OFDM)调制数据，以便基于发送和接收站的各自的能力传输到接收站。
在周期320期间，当被接入点AP轮询时，CCK站STA1-STA3与接入点AP通信。在该实施例中，在周期320期间，接入点AP被配置为不去轮询站STA1-STA3，并且结果站STA1-STA3在周期320期间可以不发送数据。在此周期320期间，OFDM站STA4-STA6基于分布式协调功能彼此通信或者与接入点AP通信。这样一种OFDM争用周期320能够利用纯的OFDM数据业务来装载媒体，并从而允许高数据通过量。
如上所述，站STA4-STA6在周期320期间通过发送一个请求发送RTS帧到预定接收机来获得对媒体的接入，并且等待从预定接收机接收一个清除发送CTS帧，以便开始发送。在该实施例中，仅有OFDM站可以在周期320期间通信。结果，RTS和CTS帧不必利用DSSS/CCK调制进行调制，而可以进行OFDM调制，从而能够减少数据开销并且改善带宽效率。
然后，无争用周期CFP之后跟随着争用周期330。在周期330期间，传统设备STA1-STA3以及OFDM设备STA4-STA6可以竞争该媒体并且发送数据。作为选择，仅有传统设备STA1-STA3可以在争用周期330期间进行通信。
在本发明的一个实施例中，站STA1-STA6仅可以发送DSSS/CCK调制数据。然后，站STA4-STA6需要发送DSSS/CCK调制的RTS和CTS帧。
在另一个实施例中，站STA4-STA6可以利用CCK调制或者OFDM调制进行通信。因此，替换的RTSA和CTSA帧被引入，如图4中所示。如果OFDM站STA4-STA6或者接入点AP之一希望在争用周期330期间发送OFDM数据，则它可以发送这样一个替换RTSA帧，该帧包括一个表示OFDM调制数据被发送或将被发送的字段。这种替换RTSA帧通知接收站：能使用OFDM调制替代DSSS/CCK。例如，OFDM站STA4-STA6或者接入点AP之一发送一个请求发送帧RTSA，该帧包括请求接收站使用OFDM或者DSSS/CCK调制用于数据传送的元素。该RTSA帧以DSSS/CCK进行调制。然后，该接收站在其清除发送CTSA帧中指明它接收还是拒绝OFDM调制。如果该接收站拒绝OFDM调制，则接入点AP或者站STA4-STA6使用DSSS/CCK调制。如果该站接受OFDM调制，则接入点AP或者站STA4-STA6发送OFDM调制数据。
在本发明的另一个实施例中，接入点AP基于OFDM站STA4-STA6的各自的带宽要求动态地调整争用周期320的持续时间。因此，如果从站STA4-STA6获得相对于站STA1-STA3更多的带宽，争用周期320可以更长。作为选择，接入点AP也可以基于具有OFDM调制能力的站的数量来调整争用周期320的持续时间。假如OFDM站STA的数量相对于网络中站的总数是高的，则接入点AP将增加争用周期320的持续时间。图5示出了子争用周期320到子争用周期322的动态调整以及争用周期330到争用周期332的动态调整。