Способы и устройства для уменьшения конфликтов в сетях радиосвязи

Способы и устройства для уменьшения конфликтов в сетях радиосвязи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты настоящего изобретения относятся к области радиосвязи. Более конкретно, эти варианты относятся к уменьшению конфликтов между передачами радиопередатчиков и радиоприемниками, работающими в разных полосах.

Предпосылки к созданию изобретения

В системах согласно стандартам IEEE 802.11 n/ас, когда выделена полоса удвоенной ширины, половина этой полосы определена в качестве первичного канала, а другая половина - в качестве вторичного канала. Например, канал с шириной полосы 40 МГц составлен из первичного канала шириной 20 МГц и вторичного канала шириной 20 МГц. Для обеспечения возможности сосуществования устройств согласно стандартам IEEE 802.11 n/ас спецификации этих стандартов определили правила доступа к свободному каналу (Clear Channel Assessment (CCA)) для обоих - первичного и вторичного, каналов для систем согласно стандартам IEEE 802.11 n/ас.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 показывает вариант примера сети радиосвязи, содержащей несколько устройств связи;

Фиг. 1А показывает вариант преамбулы для установления связи между устройствами радиосвязи;

Фиг. 1В показывает альтернативный вариант преамбулы для установления связи между устройствами радиосвязи;

Фиг. 1С показывает вариант поля сигнала;

Фиг. 1D показывает вариант детектора защитного интервала для установления связи между устройствами радиосвязи;

Фиг. 2 показывает вариант устройства для определения защитного интервала с целью уменьшения конфликтов между передачами радиопередатчиков и радиоприемниками, работающими в разных полосах;

Фиг. 3 показывает вариант логической схемы способа уменьшения конфликтов между передачами радиопередатчиков и радиоприемниками, работающими в разных полосах; и

Фиг. 4 показывает вариант логической схемы способа уменьшения конфликтов между передачами радиопередатчиков и радиоприемниками, работающими в разных полосах.

Подробное описание вариантов

Ниже приведено подробное описание новых вариантов, показанных на прилагаемых чертежах. Однако объем предлагаемых подробностей не предназначен для ограничения возможных вариаций описываемых здесь вариантов; напротив, Формула изобретения и подробное описание охватывают все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в пределы смысла и объема настоящего изобретения, как они определены прилагаемой Формулой изобретения. Приведенное ниже подробное описание имеет целью сделать такие варианты понятными даже для рядового специалиста в рассматриваемой области.

Системы согласно стандарту Института инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers) (IEEE) 802.11 ah находятся в стадии разработки стандартизации. На сегодня определена полоса шириной 1 МГц, а также ряд тактируемых полос согласно стандарту IEEE 802.11 ас, а именно 2, 4, 8 и 16 МГц. Ширину полосы 1 МГц нельзя вывести из скоростей передачи данных согласно стандартам IEEE 802.11 n/ас, так что режим с этой шириной полосы может быть спроектирован более или менее независимо. В системах согласно стандартам IEEE 802.11 n/ас, когда выделена полоса удвоенной ширины, половина этой полосы определена в качестве первичного канала, а другая половина - в качестве вторичного канала. Например, канал с шириной полосы 40 МГц составлен из первичного канала шириной 20 МГц и вторичного канала шириной 20 МГц. Для обеспечения возможности сосуществования устройств согласно стандартам IEEE 802.11 n/ас спецификации этих стандартов определили правила доступа к свободному каналу (Clear Channel Assessment (CCA)) для обоих - первичного и вторичного, каналов для систем согласно стандартам IEEE 802.11 n/ас.

Функция доступа к свободному каналу (ССА) может представлять собой логическую функцию физического уровня (PHY), определяющую текущее состояние использования линии радиосвязи. Функция ССА определит состояние занятости линии, когда механизм контроля несущей/доступа к свободному каналу (carrier sense/clear channel assessment (CS/CCA)) определит состояние занятости канала. Для классов работы, требующих применения функции ССА в сочетании с функцией контроля присутствия энергии постороннего сигнала в канале (CCA-Energy Detect (CCAED)), функция ССА также определит состояние занятости линии, когда функция CCA-ED обнаружит состояние занятости канала.

Аналогично, устройства, такие как устройства согласно стандарту IEEE 802.11 ah, должны иметь заданные правила определения доступа ССА. Устройства согласно стандарту IEEE 802.11 ah значительно отличаются от устройств согласно стандарту IEEE 802.11 ас в том, что для этих устройств отношение времени, потраченного на передачу данных, к времени, потраченному на передачу преамбулы, значительно меньше. Другими словами, отношение времени передачи преамбулы к времени передачи данных для устройств согласно стандарту IEEE 802.11 ас намного больше соответствующего отношения для устройств согласно стандарту IEEE 802.11 ah. В результате, маломощные устройства согласно стандарту IEEE 802.11 ah с намного большей вероятностью «пробуждаются» из энергосберегающего режима посреди интервала передачи данных во время передачи пакетов данных, чем во время интервала передачи преамбулы в ходе такой передачи пакетов данных. В таких ситуациях правила доступа ССА для устройств согласно стандарту IEEE 802.11 ас могут привести к увеличению вероятности конфликтов, когда устройств согласно стандарту IEEE 802.11 ah пробуждаются из энергосберегающего режима в активное состояние или в активный режим.

Кроме того, при использовании полосы 1 МГц, занимающей половину полосы 2 МГц, возможно четверть полосы 4 МГц, одну восьмую полосы 8 МГц и одну шестнадцатую полосы 16 МГц, возникают новые ситуации сосуществования с устройствами согласно стандарту IEEE 802.11 ah. Согласно стандарту IEEE 802.11 n/ас, при использовании полосы 40 МГц, например, устройства, работающие в полосе 20 МГц, могут декодировать обе половины поля сигнала шириной 40 МГц. Этот факт накладывает новые ограничения при проектировании функции ССА для устройств согласно стандарту IEEE 802.11 ah и других устройств в аналогичных ситуациях.

Одной из целевых сфер применения устройств согласно стандарту IEEE 802.11 ah являются маломощные устройства, находящиеся в энергосберегающем режиме большую часть времени. Для таких устройств вероятность иметь синхронизированный таймер вектора распределения сети (вектор распределения сети (NAV)) мала. Вектор NAV представляет собой поддерживаемый каждой станцией (STA) индикатор периодов времени, когда эта станция STA не инициирует передачи по линии радиосвязи, независимо от того, определила ли функция доступа к свободному каналу (ССА) на этой станции STA, что линия радиосвязи занята. Поэтому некоторые варианты могут реализовать логику функции ССА, учитывающую более высокую вероятность пробуждения в середине передачи данных.

Варианты могут содержать логические модули для уменьшения конфликтов между передачами радиопередатчиков и радиоприемниками, работающими в разных полосах. Во многих вариантах приемники могут быть способны принимать и детектировать сигналы, передаваемые в более широкой и/или в более узкой полосе. В некоторых вариантах приемники содержат логические модули ССА, имеющие детектор защитного интервала или детектор циклического префикса для обнаружения передач по первичному каналу. Многие варианты содержат логические модули ССА, осуществляющие обнаружение защитного интервала (guard interval (GI)) в первичном канале в дополнение к обнаружению начала пакета данных и измерению энергии в первичном канале.

В некоторых вариантах логические модули ССА могут также осуществлять обнаружение интервала GI во вторичном канале или в одном или нескольких непервичных каналах. Например, приемник с полосой 2 МГц может иметь детектор защитного интервала для обнаружения сигналов с шириной полосы 1 МГц в первичном канале шириной 1 МГц и во вторичном канале шириной 1 МГц в составе канала шириной 2 МГц на первичной частоте, например, 900 МГц.

Во многих вариантах работа детектора защитного интервала может быть принята в качестве части работы функции ССА, осуществляемой логическим модулем ССА, или может быть связана с логическим модулем ССА. В других вариантах детектор защитного интервала может быть реализован независимо от работы функции ССА. Когда какое-либо устройство будет готово передать пакет данных, это устройство может определить, вышло ли оно только что из энергосберегающего режима, и является ли недействительным или истекшим интервал его таймера NAV. Если оба тезиса справедливы, устройство может также осуществить обнаружение интервала GI с использованием логического модуля, такой как детектор 1200 защитного интервала, показанный на Фиг. 1D, в первичном канале полосы частот устройства. Отметим, что нормальная процедура обнаружения начала пакета данных требует одного символа с ортогональным частотным уплотнением (OFDM-символа) для определения короткого поля настройки (short training field (STF)). Однако, как показывают результаты моделирования, для надежного определения интервала GI, которое могло бы обеспечить уровень чувствительности, сопоставимый с обнаружением начала пакета данных, требуются N=4 символа (см. Фиг. 1D). В таких вариантах продолжительность N=4 символов может быть эквивалентна короткому межкадровому промежутку (short interframe space (SIFS)), так что здесь может не быть требования каких-либо новых ограничений времени для работы функции ССА.

В некоторых вариантах детектор защитного интервала может иметь антенну для приема широкополосного сигнала. Такие варианты могут содержать логические модули для выбора поднесущих первичного канала из широкополосного сигнала. Во многих вариантах осуществляют корреляцию сигнала первичного канала с задержанной версией этого же сигнала, чтобы сравнить пики корреляции и определить, превышают ли один или несколько пиков пороговый уровень корреляции. На основе результатов такого сравнения детектор защитного интервала может передать на выход сигнал индикации, обнаружен ли сигнал первичного канала. В некоторых вариантах в случае обнаружения защитного интервала в первичном канале принимающее устройство может отсрочить передачи, чтобы избежать конфликтов с найденным сигналом.

Некоторые варианты могут предоставлять, например, услуги «интеллектуальной» сети и датчиков в помещении и/или снаружи. Например, некоторые варианты могут служить датчиками для измерения потребления электроэнергии, воды, газа и/или других коммунальных услуг в доме или в группе домов в конкретной области и передавать по радио информацию о потреблении этих услуг на подстанцию учета. Другие варианты могут использовать датчики для контроля состояния здоровья в домашних условиях, в клиниках или госпиталях с целью мониторинга событий, относящихся к состоянию здоровья, и показателей жизнедеятельности для пациентов, таких как обнаружение падений, контроль приема лекарств и наличия этих лекарств, мониторинг веса, контроль явлений апноэ во сне, уровня сахара в крови, сердечных ритмов и других подобных показателей. Варианты, предназначенные для использования в таких службах, обычно требуют намного более низких скоростей передачи данных и намного более низкого (ультранизкого) потребления энергии, чем устройства для систем согласно стандартам IEEE 802.11 n/ac.

Функции, выполняемые логическими блоками, модулями, устройствами и интерфейсами, могут быть реализованы аппаратно и/или посредством программного кода. Аппаратура и/или код может содержать загружаемое программное обеспечение, встроенное программное обеспечение, микрокоды, процессоры, конечные автоматы, чипсеты или сочетания таких компонентов, рассчитанные на реализацию необходимых функций.

Варианты могут способствовать радиосвязи. Некоторые варианты могут интегрировать маломощную радиосвязь, такую как Bluetooth®, локальные сети радиосвязи (wireless local area network (WLAN)), городские сети радиосвязи (wireless metropolitan area network (WMAN)), персональные сети радиосвязи (wireless personal area network (WPAN)), сети сотовой связи, сети согласно стандарту IEEE 802.11-2012, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications (http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11-2012.pdf), сетевые системы связи, системы передачи сообщений и интеллектуальные смарт-устройства, чтобы способствовать взаимодействию между такими устройствами. Кроме того, некоторые беспроводные варианты могут содержать по одной антенне, тогда как другие варианты могут использовать несколько антенн.

На Фиг. 1 представлен вариант системы 1000 радиосвязи. Эта система 1000 радиосвязи содержит устройство 1010 связи, которое посредством кабельной линии или по радио соединено с сетью 1005 связи. Это устройство 1010 связи может осуществлять связь по радио с несколькими устройствами связи 1050 и 1055 через сеть 1005 связи. Устройства 1010, 1030, 1050 и 1055 связи могут представлять собой датчики, станции, точки доступа, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, компьютеры, портативные компьютеры, компьютеры-ноутбуки, сотовые телефоны, персональные цифровые помощники (PDA (Personal Digital Assistant)) или другие устройства, способные осуществлять радиосвязь.

Устройства 1010, 1030 и 1055 связи могут работать в полосе 2, 4 или 8 МГц, а устройство 1050 связи может работать в полосе 1 МГц. При использовании полосы 1 МГц, занимающей половину полосы 2 МГц, приходится решать проблемы сосуществования, когда, например, работа в полосе 2 МГц накладывается на два канала шириной по 1 МГц каждый, например, первичный канал и вторичный канал.

В некоторых вариантах проблемы сосуществования можно ослабить посредством использования правил назначения первичного и непервичных каналов. В базовом наборе служб (basic service set (BSS)) для полосы 2 МГц, например, правила могут устанавливать, что сигнал с частотой 1 МГц может быть допустим только на нижней (низкочастотной) стороны этой полосы (нижний диапазон 1 МГц), именуемой первичным каналом, для набора BSS с полосой 4/8/16 МГц, когда первичный канал 2 МГц находится на самой нижней границе всей полосы, тогда сигнал 1 МГц может быть допустим только на верхней (высокочастотной) стороне первичного канала 2 МГц. В соответствии с этим устройство с полосой 2 МГц может, например, определить передачи с частотой 1 МГц путем осуществления функции доступа к свободному каналу (ССА) в заданной нижней (или верхней) части своей полосы перед тем, как начать свою передачу, и, следовательно, избежать конфликта. Отметим, что устройство с полосой 2 МГц может быть способно принимать сигнал 1 МГц, выбирая свой первичный или вторичный подканал.

Когда устройство, такое как устройство 1030 связи, выходит из энергосберегающего режима в какой-либо другой режим, логический модуль 1041 для осуществления функции ССА может выполнить измерения канала, и наиболее вероятно, что его измерения ССА не совпадут с моментом начала передачи пакета данных другим устройством, а попадут куда-то в среднюю часть передачи. В такой ситуации логический модуль 1041 ССА может содержать детектор защитного интервала, такой как детектор 1042 защитного интервала, для определения защитного интервала (GI) параллельно с обнаружением момента начала передачи пакета данных (start of the packet (SOP)) и измерением энергии (energy detection (ED)) в первичном канале, таком как верхняя или нижняя часть шириной 1 МГц в составе канала с шириной полосы 2 МГц.

Как показано на схеме детектора 1200 защитного интервала (GI), представленной на Фиг. 1D, к принимаемому сигналу применяется известный алгоритм обнаружения циклического префикса (Cyclic-Prefix (CP)) (или интервала GI) посредством поиска идентичных передач длинной 4 мкс после интервала 1214 задержки длиной 32 мкс. Отметим, что детекторы 1042 и 1200 защитного интервала описаны применительно к работе в устройствах с шириной полосы 2 МГц, но могут быть также применены в устройствах с другой шириной полосы, такой как 4 МГц, 8 МГц или 16 МГц. В некоторых вариантах устройства с шириной полосы 2 МГц применяют дополнительную фильтрацию частоты 1 МГц для выбора первичного канала шириной 1 МГц или вторичного канала шириной 1 МГц. Устройства, такие как устройства связи 1010, 1030 и 1055 (для работы в полосе 2 МГц, 4 МГц, 8 МГц и/или 16 МГц) могут не нуждаться в фильтрации, поскольку эти устройства могут выбрать подканалы из состава более широкополосного канала. Детектор 1042 и 1200 защитного интервала может быть реализован в первичном канале в дополнение к вторичному каналу.

Отметим, что в стандарте IEEE 802.11 ah OFDM-символ может быть длиной 32 мкс. Во многих вариантах 1/4 или 1/8 часть OFDM-символа во временной области копируют и вставляют в начало передачи в качестве префикса CP, который может называться длинным интервалом GI (Long GI) или коротким интервалом GI (Short GI), соответственно. Детектор 1042 защитного интервала может обнаружить такую идентичную передачу. Во многих вариантах такое обнаружение может быть произведено посредством корреляции сигнала с задержанной версией этого сигнала и поиска пиков корреляции, превосходящих известную пороговую величину. В случае, когда приемник является устройством с полосой 2 МГц, сначала сигнал обрабатывается в высокочастотном входном блоке и производится ограничение полосы сигнала (с использованием аналоговой или цифровой фильтрации или схем выбора подканала) до 1 МГц.

Когда устройство, такое как устройство 1030 связи, готово к передаче пакета данных, это устройство 1030 связи может определить, вышло ли оно уже из энергосберегающего режима в активный режим, и истекло ли время, отсчитываемое таймером NAV. Если и то, и другое справедливо, устройство 1030 связи может выполнить обнаружение интервала GI с использованием логического модуля, такой как детектор 1042 защитного интервала.

Этот детектор 1042 защитного интервала в составе устройства 1030 связи может определить защитный интервал (или циклический префикс) в передаче, такой как передача в полосе 1 МГц, посредством приемника, такого как приемник с полосой 4 МГц, чтобы избежать конфликта. Этот детектор 1042 защитного интервала применяет способ обнаружения такого интервала, использующий защитный интервал (GI) OFDM-символа. Известно, что OFDM-символ содержит повторение части сигнала, считающееся интервалом GI. Детектор 1042 интервала GI использует обнаружение, например, интервала GI сигнала шириной 1 МГц в полосе сигнала 2 МГц. Обнаружив такой сигнал, устройство с шириной полосы 2 МГц распознает текущую передачу в полосе 1 МГц и потому воздержится от передач. Такой способ позволяет избежать конфликтов передач в полосе 2 МГц с текущими передачами в полосе 1 МГц.

Например, устройство 1010 связи может представлять собой подстанцию для учета потребления воды в расположенных поблизости домах. Каждый из домов в окрестностях подстанции может иметь устройство связи, такое как устройство 1030 связи, которое может быть интегрировано или связано со счетчиком для учета потребления воды. Периодически устройство 1030 связи может «пробуждаться» из энергосберегающего режима и инициировать связь с подстанцией учета с целью передачи данных относящихся к потреблению воды. Сначала устройство 1030 связи может проверить канал связи, чтобы определить, свободен ли канал, перед тем, как начать передачу. Если устройство 1030 связи только-только вышло из энергосберегающего режима, оно может не быть в активном режиме, чтобы принять начало пакета данных (SOP) из состава текущей передачи. Другими словами, существует вероятность, что устройство 1030 связи пробудится в середине передачи данных между другими устройствами связи, такими как устройства 1050 и 1055.

После определения, что устройство 1030 связи пробудилось из энергосберегающего режима, это устройство 1030 может проверить, имеется ли у него обновленный вектор распределения сети (NAV). Например, устройство 1030 связи, как маломощное устройство, может проверить вектор NAV и определить, что ему нужно перейти в энергосберегающий режим и дождаться момента, когда приблизительно истечет интервал, отсчитываемый таймером вектора NAV, с целью сбережения энергии. После пробуждения устройство 1030 связи может вызвать неистекший вектор NAV, чтобы определить, когда должна закончиться текущая передача. Если интервал таймера вектора NAV еще не истек, логический модуль 1041 ССА в составе устройства 1030 связи может контролировать линию связи для обнаружения начала пакета данных и энергии, указывающей присутствие передачи сигнала, чтобы определить, когда линия будет свободна прежде, чем начать передачу.

С другой стороны, если интервал таймера вектора NAV истек, устройство 1030 связи может осуществить процедуру обнаружения интервала GI в первичном канале в дополнение к и параллельно обнаружению начала пакета данных и измерению энергии, чтобы определить, что линия связи не занята. Процедура обнаружения начала пакета данных может определить самый низкий уровень сигнала за кратчайшее время благодаря детектированию поля STF. Но если устройство пробудится в середине пакета данных, оно пропустит преамбулу (или начало пакета) и, следовательно, встанет перед выбором между измерением энергии или обнаружением интервала GI. Отметим, что во многих вариантах обнаружение интервала GI в первичном канале может позволить обнаружить более слабые сигналы, чем измерение энергии. Например, процедура измерения энергии может измерить энергию шумового фона, причем этот шумовой фон может оказаться неотличим от сигнала посредством детектора энергии, вследствие чего пороговый уровень энергии для принятия решения, что был измерен именно сигнал, может быть задан относительно высоким, таким как -75 дБм (дециБел измеренной мощности). Процедура обнаружения начала пакета данных позволяет измерять сигналы с уровнями -92 дБм или -98 дБм или более, а детектор 1042 интервала GI может определять сигналы в непервичных каналах, имеющие уровни мощности -92 дБм, например. Во многих вариантах детектор 1042 интервала GI может в первичном канале обнаруживать более слабые сигналы, чем способен определить детектор энергии, что уменьшает вероятность конфликта между сигналом, передаваемым устройством 1030 связи, и сигналом другого устройства, ведущего текущую передачу в момент, когда устройство 1030 связи пробуждается из энергосберегающего режима. Следовательно, некоторые варианты обладают преимуществом снижения энергопотребления в устройствах путем реализации логического модуля 1041 ССА с детектором интервала GI в первичном канале.

В других вариантах устройство 1010 связи может способствовать выгрузке данных. Например, устройства связи, представляющие собой маломощные датчики, могут использовать схемы выгрузки данных в другое устройство связи, например, через Wi-Fi, в сеть сотовой связи и т.п., чтобы уменьшить потребление энергии, расходуемой при ожидании доступа, например, к станции учета и/или увеличении степени доступности полосы. Устройства связи, принимающие данные от датчиков, такие как станции учета, могут использовать схемы выгрузки данных в другое устройство связи, например, через Wi-Fi, в сеть сотовой связи и т.п., чтобы уменьшить перегрузку сети 1005 связи.

Сеть 1005 связи может представлять собой соединение нескольких сетей связи. Например, сеть 1005 связи может осуществлять связь с глобальной сетью связи, такой как Интернет, или с сетью интернет, и может соединять локальные устройства, связанные кабельными или беспроводными линиями связи, через один или несколько концентраторов, маршрутизаторов или коммутаторов. В рассматриваемом варианте сеть 1005 связи осуществляет связь с устройствами 1010, 1030, 1050 и 1055 связи.

Устройства 1010 и 1030 связи содержат запоминающие устройства 1011 и 1031 и логические модули 1018 и 1038 подуровня управления доступом к среде (medium access control (MAC)), соответственно. Эти запоминающие устройства 1011, 1031, такие как динамические запоминающие устройства с произвольной выборкой (DRAM), могут сохранять кадры, преамбулы и структуры 1014 преамбул или их части. Кадры, именуемые также единицами данных протокола MAC-уровня (MAC layer protocol data units (MPDU)), и структуры 1014 преамбул могут устанавливать и поддерживать синхронизированную связь между передающим устройством и приемным устройством. Структуры 1014 преамбул могут также устанавливать формат связи и скорость передачи данных. В частности, преамбулы, генерируемые или определяемые на основе структур 1014 преамбул, могут настраивать, например, антенные решетки 1024 и 1044 для связи между станциями, устанавливать схемы модуляции и кодирования для связи, полосу или полосы для связи, длину вектора передачи (TXvector), применение формирования диаграммы направленности и т.п.

Логические модули 1018, 1038 МАС-подуровня могут генерировать кадры, а логический модуль 1025 физического уровня (PHY) может генерировать единицы данных физического уровня (physical layer data units (PPDU)). Более конкретно, модули 1012, 1032 формирования кадров могут генерировать кадры, а модули формирования единиц данных в составе логических модулей PHY-уровня, таких как логический модуль 1025 PHY-уровня, могут генерировать единицы PPDU. Модули формирования единиц данных могут генерировать единицы PPDU путем инкапсуляции полезных нагрузок, содержащих кадры, формируемые модулями формирования кадров, таких как данные 1015. Перед тем, как передать данные, эти модули формирования единиц данных могут вставить защитные интервалы (GI) 1016 в преамбулу и в данные 1015. Логический модуль вставки интервалов GI может вставлять интервалы GI 1016 в единицы PPDU между OFDM-символами с целью ослабления или потенциально исключения межсимвольных помех (inter-symbol interference (ISI)), которые могут возникать из-за многолучевого искажения. Интервалы GI 1016 могут также исключать необходимость в применении фильтра, формирующего импульсы, и уменьшить чувствительность приемопередатчика RX/TX 1020 к проблемам синхронизации по времени. Предположив, что между каждыми двумя символами вставлен интервал GI длиной в 1/8 длины символа, можно избежать помех ISI, если разброс времени из-за многолучевого распространения (время между моментом приема первого эхо-сигнала и моментом приема последнего эхо-сигнала) меньше ширины интервала GI.

Во многих вариантах во время интервалов GI 1016 передают циклический префикс (CP). Этот префикс CP может содержать конечную часть символа с ортогональным частотным уплотнением (orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM)), скопированную в интервал GI, причем этот интервал GI вставляют и передают перед OFDM-символом. Одна из причин, почему защитный интервал может содержать копию конечной части OFDM-символа, состоит в том, что приемник должен интегрировать сигнал по целому числу периодов синусоидального сигнала для каждого из нескольких путей распространения сигнала («лучей»), когда приемник осуществляет демодуляцию сигнала с ортогональным частотным уплотнением (OFDM) с использованием для этой демодуляции быстрого преобразования Фурье (FFT).

В рассматриваемом варианте формирователи единиц данных могут инкапсулировать кадры с преамбулами на основе структур 1014 преамбул для снабжения префиксами полезных нагрузок, таких как данные 1015, для передачи по одному или нескольким высокочастотным каналам связи. Функция формирователей единиц данных состоит в сборке групп битов данных в кодовые слова или символы, образующие преамбулы, равно как и полезные нагрузки, так что эти символы могут быть преобразованы в сигналы для передачи через антенные решетки 1024 и 1044, соответственно.

Каждый формирователь единиц данных может передавать структуру 1014 преамбулы, содержащую поле сигнала, и сохранять преамбулы, сформированные на основе этой структуры 1014 преамбулы, в запоминающем устройстве 1011, 1031 во время формирования этих преамбул и/или после того, как они будут сформированы. В рассматриваемом варианте структура 1014 преамбулы может содержать одно короткое поле настройки (STF) и одно длинное поле настройки (LTF) перед полем сигнала и данными 1015. Поле STF и поле LTF могут настраивать антенные решетки 1024 и 1044 для связи одной с другой посредством измерений параметров связи, таких как измерения относительных вариаций частоты, амплитуды и фазы между квадратурными сигналами. В частности, поле STF может быть использовано для обнаружения пакетов данных, автоматической регулировки усиления и грубой оценки частоты. Поле LTF может быть использовано для оценки характеристики канала, синхронизации и точной оценки частоты применительно к пространственному каналу.

Поле сигнала содержит данные, относящиеся к установлению связи, включая, например, биты, представляющие схему модуляции и кодирования (modulation and coding scheme MCS), ширину полосы, длину, формирование диаграммы направленности, пространственно-временное блочное кодирование (space time block coding (STBC)), агрегирование, короткий защитный интервал (Short GI), циклически избыточный контрольный код (cyclic redundancy check (CRC)) и «хвостовую» часть. В некоторых вариантах поле сигнала может содержать указание схемы MCS модуляции и кодирования, включая двоичную фазовую манипуляцию (Binary Phase-Shift Keying (BPSK)) с кодовой скоростью 1/2 или 256-уровневую квадратурную амплитудную модуляцию (Quadrature Amplitude Modulation) (256-QAM) с кодовой скоростью 3/4. В других вариантах поле сигнала содержит указание способа модуляции, такого как квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом (Staggered-Quadrature, Phase-Shift Keying (SQPSK)). Во многих вариантах параметр MCS устанавливает связь с несколькими - от 1 до 4, пространственными потоками.

Каждое из устройств 1010, 1030, 1050 и 1055 связи может содержать приемопередатчик (RX/TX), такой как приемопередатчики (RX/TX) 1020 и 1040. Каждый приемопередатчик имеет радио модуль, содержащий радиопередатчик и радиоприемник. Каждый радиопередатчик накладывает цифровые данные на высокочастотный сигнал для передачи данных посредством электромагнитного излучения. Радиоприемник принимает высокочастотное электромагнитное излучение и выделяет эти цифровые данные из принятого излучения. Фиг. 1 может показывать несколько различных вариантов и в том числе систему с несколькими входами и несколькими выходами (Multiple-Input, Multiple-Output (MIMO)) с, например, четырьмя пространственными потоками, а также может показывать «вырожденные» варианты такой системы, в которых одно или несколько устройств 1010, 1030, 1050 и 1055 содержат приемник и/или передатчик с единственной антенной, и в том числе систему с одним входом и одним выходом (Single-Input, Single Output (SISO)), систему с одним входом и несколькими выходами (Single-Input, Multiple Output (SMO)) и систему с несколькими входами и одним выходом (Multiple-Input, Single Output (MISO)). Система 1000 радиосвязи, показанная на Фиг. 1, должна представлять систему согласно стандарту IEEE 802.11 ah. Аналогично, устройства 1010, 1030, 1050 и 1055 должны представлять устройства согласно стандарту IEEE 802.11 ah, хотя заявляемые здесь варианты могут содержать устройства связи других типов.

Во многих вариантах приемопередатчики 1020 и 1040 применяют ортогональное частотное уплотнение (orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM)). Такое уплотнение OFDM представляет собой способ кодирования цифровых данных с переносом на несколько частот несущих. Способ OFDM представляет собой схему частотного уплотнения, используемую в качестве способа цифровой модуляции множества несущих. Для передачи данных здесь используется большое число близко расположенных (на оси частот) один к другому ортогональных сигналов поднесущих. Данные разбивают на несколько параллельных потоков данных или каналов, по одному на каждую поднесущую. Каждую поднесущую модулируют с применением схемы модуляции с низкой скоростью передачи символов, поддерживая общую скорость передачи данных аналогично обычным схемам модуляции одной несущей в такой же полосе.

Система OFDM использует несколько несущих или «тональных сигналов», «тонов» для осуществления таких функций, как передача данных, пилот-сигналов, защитных сигналов и нуллификации. Тоны данных используются для передачи информации между передатчиком и приемником по одному из каналов. Пилотные тоны используются для поддержания каналов связи и могут передавать информацию о времени/частоте и отслеживании каналов. И защитные тоны могут помочь обеспечить соответствие сигнала какой-либо спектральной маске. Нуллификация постоянной составляющей (DC) может быть использована для упрощения конструкции приемников прямого преобразования. Защитные интервалы могут быть вставлены между символами, например, между каждыми двумя соседними OFDM-символами, равно как между символами короткого поля настройки (STF) и длинного поля настройки (LTF) в преамбуле в высокочастотном тракте передатчика во время передачи сигнала, чтобы избежать межсимвольных помех (ISI), которые могут появиться вследствие искажений из-за многолучевого распространения.

В одном из вариантов устройство 1010 связи может в качестве опции содержать цифровой формирователь диаграммы направленности (digital beam former (DBF)) 1022, как показано штриховыми линиями. Формирователь DBF 1022 преобразует информационные сигналы в сигналы, подаваемые на элементы антенной решетки 1024. Антенная решетка 1024 представляет собой решетку индивидуальных, возбуждаемых по отдельности антенных элементов. При подаче указанных сигналов на элементы антенной решетки 1024 эта антенная решетка 1024 излучает от одного до четырех пространственных каналов. Каждый полученный таким способом пространственный канал может нести информацию для одного или нескольких устройств 1030, 1050 и 1055 связи. Аналогично устройство 1030 связи содержит приемопередатчик для приема и передачи сигналов от и к устройству 1010 связи. Приемопередатчик 1040 может содержать антенную решетку 1044 и, в качестве опции, формирователь DBF 1042. Параллельно с цифровым формированием диаграммы направленности приемопередатчик 1040 может осуществлять связь с устройствами согласно стандарту IEEE 802.11 ah.

На Фиг. 1А показан вариант единицы 1060 данных протокола физического уровня (PPDU) со структурой 1062 преамбулы для установления связи между устройствами радиосвязи, такими как устройства 1010, 1030, 1050 и 1055 связи, показанные на Фиг. 1. Единица PPDU 1060 может иметь структуру 1062 преамбулы, содержащую символы настройки ортогонального частотного уплотнения (OFDM) для одного потока с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO), после чего следует поле сигнала, затем дополнительные символы настройки OFDM для дополнительных MIMO-потоков и за структурой 1062 преамбулы могут следовать данные полезной нагрузки. В частности, единица PPDU 1060 может содержать короткое поле 1064 настройки (STF), длинное поле 1066 настройки (LTF), поле сигнала 11AH-SIG 1068, дополнительные поля LTF 1069 и данные 1070. Поле STF 1064 может содержать несколько символов короткой настройки.

Поле LTF 1066 может содержать интервал GI и два символа длинной настройки. Поле 11ah-SIG 1068 может содержать интервал GI и символы поля сигнала, такие как символы, показанные на Фиг. 1С. Дополнительные поля LTF 1069 могут содержать один или несколько символов LTF для дополнительных MIMO-потоков.

Данные 1070 содержат одну или несколько единиц данных протокола МАС-подуровня (MAC sublayer protocol data unit (MPDU)) и могут содержать один или несколько интервалов GI между OFDM-символами.

На Фиг. 1В представлен альтернативный вариант единицы данных протокола физического уровня (physical layer protocol data unit (PPDU)) 1080 со структурой 1082 преамбулы для установления связи между устройствами радиосвязи, такими как устройства 1010, 1030, 1050 и 1055 связи, показанные на Фиг. 1.

Единица PPDU 1080 может содержать структуру 1082 преамбулы, имеющую в составе OFDM-символов настройки для одного MIMO-потока, за которыми следует поле сигнала, а после структуры преамбулы 1080 могут следовать данные полезной нагрузки. В частности, единица PPDU 1080 может содержать короткое поле 1064 настройки (STF), длинное поле 1066 настройки (LTF), поле 11AH-SIG 1068 и данные 1070.

На Фиг. 1С представлен вариант поля 11AH-SIG 1100 сигнала для установления связи между устройствами радиосвязи, такими как устройства 1010, 1030, 1050 и 1055 связи, показанные на Фиг. 1. Хотя число, типы и содержание таких полей может различаться между вариантами, рассматриваемый вариант может содержать поле сигнала с последовательностью битов для параметра 1104 схемы модуляции и кодирования (modulation and coding scheme (MCS)), параметра 1106 ширины полосы (bandwidth (BW)), параметра 1108 длины, параметра 1110 формирования диаграммы направленности (beamforming (BF)), параметра 1112 пространственно-временного блочного кодирования (space-time block coding (STBC)), параметра 1114 кодирования, параметра 1116 агрегирования, параметра 1118 короткого защитного интервала (short guard interval (SGI)), параметра 1120 циклически избыточного контрольного кода (cyclic redundancy check (CRC)) и «хвостового» параметра 1122.

Параметр MCS 1104 может указывать схему модуляции и кодирования, т