СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ АДАПТАЦИИ СКОРОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ И МОЩНОСТИ ПЕРЕДАЧИ С ПОМОЩЬЮ ПРОТОКОЛА ПЕРЕДАЧИ МАЯКА Российский патент 2010 года по МПК H04B7/05 

ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение относится к протоколу управления доступом к среде передачи (MAC) при ультраширокополосной (UWB) связи. Более конкретно настоящее изобретение относится к расширенному протоколу MAC для UWB. Также настоящее изобретение относится к расширенному протоколу MAC для UWB, содержащему протокол распределенного резервирования (ПРР, DRP). Изобретение также относится к любой беспроводной системе связи, которая использует протокол MAC, в которой устройства передают маяк.

Беспроводные частные сети (WPAN) предназначены для осуществления связи на коротких линиях связи до десяти или до нескольких десятков метров, и они в большинстве случаев не основаны на установленной «инфраструктуре» (сети с точкой доступа). Однако некоторые существующие WPAN, такие как Bluetooth или IEEE 802.15.3, основаны на центральном устройстве, таком как «координатор пикосети». Это делает управление топологией весьма сложным в сценариях «ad hoc» (одноранговой сети), в которых инфраструктура (точка доступа) недоступна. Протокол распределенного MAC устраняет необходимость в инфраструктуре сети с точкой доступа, распределяя эти функции по всем устройствам, т.е. узлам. Для децентрализованной беспроводной частной сети (WPAN) не существует точки доступа или центрального координатора. Таким образом, все устройства в децентрализованной WPAN имеют те же самые характеристики протокола и имеют те же самые возможности оборудования/программного обеспечения. Асинхронные и изохронные передачи данных поддерживаются в большинстве WPAN. Принимая во внимание, что в Bluetooth и IEEE 802.15.3 изохронную передачу данных организуют с помощью координатора пикосети, в настоящем изобретении ее обрабатывают полностью распределенным образом.

Одним из протоколов MAC, который в настоящее время подготовлен к стандартизации, является протокол альянса многодиапазонного OFDM (MBOA), см. MultiBand OFDM Alliance (MBOA) MAC Wireless Medium Access Control (MAC) Specification For High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs), Draft 0.61, August 3, 2004.

Согласно стандарту MBOA все устройства обязаны регулярно передавать маяк 105 (см. фиг.1) для поддержания координации между устройствами связи. Маяк 105 обеспечивает основное распределение временых интервалов для сети и передает информацию относительно изохронного резервирования, периодов ожидания и т.д. Все устройства объявляют о своем изохронном использовании эфирного времени через передачу маяка, распознают использование эфирного времени соседних устройств, принимая от них маяки, и соблюдают использование эфирного времени другими устройствами до передачи/приема данных.

Это делает протокол распределенного MAC очень хорошо подходящим для приложений «ad hoc» и создания сетей соединения равноправных узлов ЛВС. Кроме того, резервирование среды передачи устройствами, на котором основывается распределенное MAC, устраняет время обнаружения и время конфликтных ситуаций в среде передачи. Пропускная способность передачи данных увеличивается, и поддержка создания ячеистых сетей значительно улучшается.

Вследствие распределенного резервирования среды передачи можно гарантировать поддержку потока в реальном времени. Очень эффективный потоковый протокол в реальном времени предоставляет возможность управления доставкой в реальном времени таких данных, как аудио- и видеоинформация. Источники данных могут включать в себя и данные, вводимые в реальном времени, такие как аудио- и видеоинформация в реальном времени, и сохраненное содержимое, такое как записанные заранее события.

Согласно стандарту MAC MBOA время делится на суперкадры 100 длиной 65.536 [мкс], которые состоят из 256 слотов доступа к среде передачи (СДСП, MAS), причем длина каждого СДСП - 256 [мкс]. Слоты СДСП нумеруют от 0 до 255. В зависимости от того, как СДСП используются находящимися рядом устройством или устройствами, определяют несколько видов слотов.

Устройства периодически посылают кадр маяка для объявления о присутствии, резервировании среды передачи, периодах ожидания и т.д. Маяки одного или нескольких устройств группируют в один или несколько смежных «периодов маяка» (ПМ, BP) 102 (в последней версии стандарта MBOA существует только один период маяка на суперкадр). Прежде чем связь может быть установлена, устройство должно создать свой собственный период маяка или присоединиться к существующему периоду маяка. В течение каждого периода 102 маяка определенное количество последовательных слотов СДСП используется в качестве слотов маяка, где все устройства передают свои маяки 105. Каждый СДСП содержит 3 слота маяка. Длина ПМ является динамической и адаптируется в зависимости от количества занятых слотов маяка в ПМ. Время начала суперкадра 100 определяют с помощью начала периода 101 маяка, и его определяют как время начала периода маяка (ВНПМ, BPST), и слоты СДСП нумеруют относительно этого времени начала.

Многие современные системы связи предоставляют возможность динамической адаптации схемы модуляции и кодирования (СМК, MCS), а также мощности передачи. Обычная проблема - соответствующий выбор СМК и мощности передачи на стороне передатчика.

Настоящее изобретение обращается к проблеме выбора соответствующих СМК и мощности передачи (ПД, TX) на стороне передатчика и обеспечивает очень действенное и эффективное решение, основанное на концепции передачи маяка.

Адаптация СМК и/или мощности ПД часто необходима из-за изменяющихся условий в канале в беспроводных системах (а также до некоторой степени и в проводных системах). Изменение условий в канале может происходить из-за помех от других устройств в той же самой или в других сетях, замирания в канале, например, из-за мобильности терминала, изменяющегося расстояния между передатчиком и приемником и т.д. Трудность в выборе соответствующих СМК и мощности ПД состоит в том, что выбор должны определять условия в канале на стороне приема, поскольку приемник должен правильно декодировать принятые данные. Однако передатчик в общем случае знает только о своих собственных условиях в канале, а не об условиях в канале на стороне приемника. Существуют два основных подхода к этой проблеме.

Первый подход состоит в том, что передатчик оценивает условия в канале на стороне приемника. Эта оценка может, например, быть основана на количестве положительных подтверждений, принятых от приемника, т.е. на количестве кадров с ошибкой. Она может быть также основана на уровне принятого сигнала (УПС, RSS) кадров, принятых от приемника, или на отношении сигнал/шум (ОСШ, SNR) таких кадров на стороне передатчика, что предполагает определенную взаимосвязь каналов или по меньшей мере корреляцию между направлением от приемника к передатчику и от передатчика к приемнику. Эти подходы оценки выполнимы, но имеют неудобства, т.к. они весьма медленные или не очень точные.

Второй вид подхода - когда приемник посылает явную обратную связь передатчику относительно условий в канале на стороне приемника или когда приемник даже рекомендует СМК и мощность ПД. Такой подход в общем случае точнее и быстрее, чем подход оценки. С другой стороны, явная обратная связь создает больше служебной информации, чем подход оценки.

В документе IEEE 802.15.3-2003 (WPANS) с.с.1-315 раскрыта система связи, выполняющая управление мощностью передачи.

В заявке US №2002/172186 описан способ настройки линии связи в замкнутом контуре (с цепью обратной связи).

Настоящее изобретение предоставляет возможность явной обратной связи от приемника, в то же самое время сохраняя минимальную служебную информацию сигнализации. Соответственно каждое устройство передает кадр маяка, в который оно внедряет обратную связь для продолжающихся передач, в которых устройство является приемником. Эта обратная связь может быть или инкрементальной (с приращениями), или полной обратной связью по выбору СМК и мощности ПД, или она может включать в себя только информацию канала со стороны приемника.

Инкрементальная обратная связь относительно выбора СМК и мощности ПД подразумевает, что приемник указывает в своем маяке, следует ли увеличивать или уменьшать (или оставлять неизменной) скорость передачи данных (т.е. СМК) и мощность ПД. Это увеличение или уменьшение определяют ступенчато. После приема этого признака передатчик может следовать этой рекомендации и увеличивать/уменьшать СМК и/или мощность ПД на одну (или несколько) ступеней или оставлять их неизменными. Маяк включает в себя отдельные рекомендации для СМК и мощности ПД. Передатчик может также применять некоторую форму схемы скользящего среднего и может следовать рекомендациям приемника только с определенной задержкой.

Полная обратная связь относительно выбора СМК и мощности ПД подразумевает, что приемник внедряет в свой маяк определенную рекомендацию, какие СМК и мощность ПД передатчик должен использовать. Поскольку в стандарте определен только ряд СМК, каждая СМК может определяться кодом, т.е. комбинацией битов. Рекомендованный уровень мощности ПД можно также сообщать посредством кода (если мощность ПД определяют пошагово) или как абсолютную величину. При приеме полной обратной связи передатчик может принимать эту рекомендацию и изменять СМК и/или мощность к рекомендованному значению.

Обратная связь, которая включает в себя только информацию канала со стороны приемника, дает больше гибкости передатчику, но, вероятно, также менее эффективна. Информация канала может, например, включать в себя УПС или ОСШ пакетов, принятых от передатчика, или коэффициент пакетных ошибок (КПО, PER), или другую соответствующую информацию. При приеме обратной связи информации канала передатчик выбирает соответствующие СМК и мощность ПД самостоятельно на основании принятой информации.

В протоколе MAC MBOA маяк содержит несколько различных видов информационных элементов (ИЭ, IE), некоторые из которых будут описаны ниже в подробном описании данного изобретения. Согласно настоящему изобретению обратную связь или передают как часть существующего ИЭ, который пересмотрен соответствующим образом, или ее передают во вновь определенных дополнительных ИЭ.

В случае, когда обратную связь передают как часть существующего ИЭ, ее включает в себя так называемый «ИЭ протокола распределенного резервирования (ПРР)». Этот ИЭ ПРР используется передатчиком и приемником передачи для резервирования среды передачи до передачи ПРР, а также для информирования друг друга о расположении передачи в суперкадре. Все устройства должны декодировать ИЭ ПРР, которые включают в себя маяки других устройств, и должны соблюдать резервирование, которое объявлено в них. ИЭ ПРР очень хорошо подходит для внедрения информации обратной связи, поскольку он уже относится к определенной линии связи между двумя (одноадресная передача) или множеством (групповое вещание) устройств. Согласно настоящему изобретению ИЭ ПРР изменяют так, чтобы он включал в себя или инкрементальную обратную связь, или полную обратную связь, или обратную связь по состоянию канала для СМК и/или мощности ПД.

В случае, когда обратную связь передают в отдельных ИЭ, настоящее изобретение предполагает, что или определяют отдельные ИЭ для СМК и мощности ПД, или что оба вида обратной связи объединяют в одном ИЭ. Преимущество дополнительных ИЭ состоит в том, что можно задавать обратную связь не только для передач ПРР, но также и для второго типа передач данных согласно стандарту MBOA, основанному на произвольном доступе (см. подробное описание ниже).

Изобретение обеспечивает много дополнительных преимуществ, которые очевидны из описания, чертежей и формулы изобретения.

Фиг.1 иллюстрирует полную структуру суперкадра;

фиг.2 иллюстрирует структуру периода маяка;

фиг.3 иллюстрирует формат кадра маяка;

фиг.4 иллюстрирует беспроводную сеть устройств, работающих согласно настоящему изобретению;

фиг.5 иллюстрирует некоторые компоновочные блоки устройства согласно настоящему изобретению;

фиг.6A иллюстрирует первый пример формата информационного элемента протокола распределенного резервирования (ИЭ ПРР);

фиг.6B иллюстрирует первый пример поля «управление ПРР» в ИЭ ПРР;

фиг.7A иллюстрирует второй пример формата информационного элемента протокола распределенного резервирования;

фиг.7B иллюстрирует второй пример поля «управление ПРР» в ИЭ ПРР;

фиг.8 иллюстрирует первый пример формата информационного элемента обратной связи линии связи (ИЭ ЛС);

фиг.9 иллюстрирует второй пример формата информационного элемента обратной связи линии связи (ИЭ ЛС);

фиг.10 иллюстрирует пример зависимости между скоростью передачи данных и отношением сигнал/шум;

фиг.11 иллюстрирует третий пример формата информационного элемента обратной связи линии связи (ИЭ ЛС); и

фиг.12 иллюстрирует формат поля «линия связи».

Специалисты должны понимать, что последующее описание обеспечивают в целях иллюстрации, а не в целях ограничения. Специалисты должны понимать, что существует много разновидностей, которые находятся в пределах сущности изобретения и объема прилагаемой формулы изобретения. Ненужные детали известных функций и операций могут быть опущены из текущего описания, чтобы не затенять настоящее изобретение.

В протоколе распределеного MAC время делят на суперкадры 100, как показано на фиг.1. В начале каждого суперкадра 100 существует интервал/фаза маяка, также известный как период маяка (ПМ) 101, который сопровождается интервалом/фазой передачи данных 102. В самой общей структуре суперкадра суперкадр может также содержать больше одного ПМ. Суперкадр, кроме того, делится на определенное количество слотов доступа к среде передачи (СДСП) 103. В ПМ 101 СДСП 103 подразделяют на определенное количество слотов 104 маяка, например 3 слота маяка в СДСП 103. ПМ 101 может содержать переменное количество СДСП 103, т.е. слотов 104 маяка, но не может быть длиннее определенной максимальной длины. Слоты маяка и СДСП отделяются с помощью охранных временых интервалов для учета погрешностей синхронизации и задержек передачи сигналов.

Структура ПМ 101 показана на фиг.2. В течение ПМ 101 все устройства, которые находятся или в активном состоянии, или в стандартном состоянии экономии мощности, передают свой собственный маяк 201 в одном из слотов 104 маяка. ПМ 101 может содержать пустые слоты 104 маяка, а также специальные слоты, например, в начале 202 или в конце 203 ПМ.

Фиг.3 показывает формат кадра 201 маяка, который следует читать справа налево. Тело кадра маяка 103 содержит следующие поля и информационные элементы (ИЭ), как показано на фиг.3:

номер 301 слота;

идентификатор 302 устройства;

MAC-адрес 303; и

определенное количество информационных элементов (ИЭ) 304;

Номер 301 слота - слот, в котором передают маяк, и он представляет порядок маяков. При размере поля «номер слота» 8 битов можно одновременно поддерживать 256 устройств.

ИД 302 устройства - относительно короткий ИД (идентификатор) (например, 16 битов), который получают, например, из 48-битового (или 64-битового) MAC-адреса устройства (или выбирают случайно), и его целью является экономия служебной информации при адресации устройства.

MAC-адрес 303 - 48-битовый (или 64-битовый) полный MAC-адрес устройства.

Информационные элементы (ИЭ) 304 могут быть различного типа. Тип информационного элемента идентифицируют с помощью идентификатора (ИД) 601 информационного элемента. Только измененный информационный элемент протокола распределенного резервирования (ИЭ ПРР) 600, а также новые ИЭ для обратной связи по СМК и мощности ПД описаны более подробно в данном изобретении, см. фиг.6.

Фиг.4 иллюстрирует типичную беспроводную персональную сеть 400, в которой должны применяться варианты осуществления настоящего изобретения. Данные сети включают в себя множество беспроводных устройств 401 индивидуальной связи. При традиционном подходе каждое устройство 401 может присоединяться к любой сети «ad hoc» в пределах ее дальности радиосвязи 402 и поэтому может участвовать более чем в одном ПМ.

Каждое беспроводное устройство 401 в пределах WPAN 400, показанной на фиг.4, может включать в себя систему, включающую в себя архитектуру, которая показана на фиг.5. Как показано, каждое беспроводное устройство 401 может включать в себя антенну 506, присоединенную к приемнику 502, который осуществляет связь через беспроводную среду 510 передачи. Каждое устройство 401 дополнительно содержит процессор 503 и модуль 504 обработки маяка. Например, в устройстве процессор 503 конфигурируют для приема от приемника 502 кадра 201 маяка, включающего в себя один или большее количество информационных элементов, имеющих соответствующие расположения маяка, и для обработки кадра 201 маяка, используя модуль 504 обработки маяка, для определения, например, устройств из периода маяка и их характеристик и для сохранения их в локальном запоминающем устройстве 507. В устройстве 401 процессор 503 дополнительно конфигурируют для использования модуля 505 выбора СМК и/или мощности ПД и обратной связи для определения соответствующих СМК и мощности ПД для определенной линии связи.

После того как устройство 401 включено, оно выполняет сканирование в поиске маяков 201. Если устройство 401 не обнаруживает маяки 201 после сканирования, прежде чем оно будет готово передавать или принимать кадры MAC, оно посылает маяк для создания ПМ 101. С помощью этого устанавливают эталонное начало ПМ и суперкадра, которое может быть несколькими слотами маяка перед переданным маяком. Результирующие пустые слоты 202 могут использоваться другими устройствами для любой другой цели, известной специалистам в данной области техники. Устройство 401 продолжает посылать маяк 103 после каждого последующего суперкадра 100, пока оно не обнаруживает конфликт маяков, как описано ниже.

Кадр маяка включает в себя информацию относительно длины периода маяка. Эта информация длины может указывать за пределы последнего занятого слота маяка. Результирующие слоты 203 маяка могут также использоваться в специальных целях. Одной из таких целей может быть расширение периода маяка для обеспечения дополнительных устройств.

Если устройство 401 обнаруживает один или большее количество маяков 201, то оно не создает новый ПМ 101. Вместо этого устройство определяет свою текущую группу маяка из принятых маяков 201. Текущая группа маяка устройства содержит устройства, от которых устройство 401 приняло по меньшей мере один кадр маяка 201 в течение последних mLostBeacons суперкадров 100. Если устройство 401 принимает маяки, которые расположены в различных периодах маяка, то оно выбирает один (или несколько) периодов, чтобы послать свой собственный маяк перед осуществлением связи с другим устройством.

Начало ПМ 101 совпадает с началом соответствующего суперкадра 100, и его можно получить (определить) из количества слотов маяка, которые включает в себя маяк. Конец ПМ 301 также объявляют в маяке и задают с помощью последнего занятого слота маяка, или СДСП, плюс в конечном счете определенное количество специальных слотов 203.

Если два устройства передают маяк 201 в том же самом слоте 104 маяка, то возникает конфликт маяков. Последний может возникать вследствие того, что два устройства случайно выбрали то же самое расположение маяка в ПМ 101 или из-за проблемы скрытого терминала при сценариях ячеистой сети. Конфликт маяков следует обнаруживать и устранять, потому что другие устройства, возможно, не в состоянии декодировать два конфликтующих маяка. Устройства обнаруживают конфликт маяков с помощью сканирования слотов в поиске маяка, а также с помощью декодирования информационного элемента занятия периода маяка (ИЭ ЗПМ) в маяках других устройств. ИЭ ЗПМ является ИЭ, который каждое устройство внедряет в свой маяк и который указывает занятие слотов маяка в ПМ 101 наряду с идентификаторами устройств (ИДУСТР) для устройств, которые занимают соответствующие слоты 104 маяка. Устройство обнаруживает конфликт маяков, если ИДУСТР, отличающийся от его собственного ИДУСТР, принимают в ИЭ ЗПМ другого устройства для слота 104 маяка, в котором устройство посылает свой собственный маяк. Если конфликт маяков обнаружен, то устройство должно переключиться к другому пустому слоту маяка. Если конфликт маяков не обнаружен, то устройство посылает свой маяк 201 в том же самом слоте 104 маяка в последующих суперкадрах 100.

Две различные схемы доступа к среде передачи определены для передачи данных: доступ на основе резервирования, называемый доступом протокола распределенного резервирования (ПРР), а также произвольный доступ, называемый доступом к каналу с назначением приоритета (ДКНП, PCA).

Доступ ПРР предполагает, что устройства объявляют о своем резервировании в кадрах маяка в так называемых информационных элементах ПРР (ИЭ ПРР) 600. Два альтернативных варианта для ИЭ ПРР 620 и 640 показаны на фиг.6A и 6B. Оба основаны на различных версиях спецификации MBOA, но расширены полями, которые определены в настоящем изобретении. Все устройства должны декодировать ИЭ ПРР, внедренные в маяки других устройств, и должны соблюдать резервирование, которое в них объявлено. Резервирование обычно применяют к текущему суперкадру 100, в котором передают маяк 201 с соответствующим ИЭ ПРР 600. Резервирование может распространяться по множеству СДСП и может также перемежаться с незарезервированными слотами между зарезервированными частями. О резервировании ПРР передатчик и приемники запланированной передачи могут договариваться или явно с помощью специализированных сообщений, или неявно, только с помощью внедрения нового ИЭ ПРР в маяк передатчика и приемников. В обоих случаях, когда согласование закончено, передатчик и приемники внедряют соответствующий ИЭ ПРР 600 в соответствующие маяки 201 во всех суперкадрах 100, в которых резервирование является активным. Это сообщает другим устройствам о резервировании и обеспечивает свободную среду передачи вокруг передатчика и приемников в зарезервированное время.

Второй тип доступа к среде передачи - произвольный доступ с назначением приоритета (ДКНП). Этот способ доступа очень похож на IEEE 802.11.е, т.е. основан на обнаружении несущей устройств. Если устройство имеет данные для передачи и обнаруживает, что среда передачи не занята, то устройство может случайным образом получать доступ к среде передачи после того, как оно выполнит так называемую отсрочку передачи. Отсрочка передачи полезна для разнесения доступа различных устройств по времени и, таким образом, для уменьшения вероятности конфликтов кадров данных. Поскольку суперкадр разделен на слоты СДСП 103, устройствам разрешают получать доступ, например, начинать свою отсрочку передачи, только в начале СДСП 103. Кроме того, устройства должны соблюдать резервирование ПРР, что подразумевает, что доступ к СДСП 103 с помощью ДКНП могут получать только устройства, которые не были зарезервированы с помощью ПРР.

Способы, системы и устройства для динамического выбора СМК (также называют «адаптацией линии связи») и регулирования мощности включают в себя эффективный механизм сигнализации. Приемники передачи посылают обратную связь передатчику передачи посредством кадров 201 маяка. Эти кадры маяка можно группировать, а можно не группировать в период 101 маяка, даже при том, что группирование в период 101 маяка - предпочтительный вариант осуществления изобретения. Обратная связь может состоять из инкрементальной обратной связи, полной обратной связи или информации о состоянии канала. Каждая станция периодически посылает маяк (например, каждые 65 мс), что учитывает динамическую адаптацию СМК и мощности ПД в передатчике.

Далее описано несколько примеров. Два различных способа обеспечивают для внедрения в маяк информации обратной связи: или обратную связь включают в ИЭ ПРР 600, или обратную связь передают в другом ИЭ обратной связи.

Информационный элемент протокола распределенного резервирования (ИЭ ПРР) 600 внедряют в маяк, если устройство является или передатчиком, или приемником будущей передачи ПРР в фазе 102 передачи данных этого суперкадра 100. Альтернативно ИЭ ПРР также внедряют в маяки непосредственных соседей данных передатчика и приемника(ов).

Два различных примера формата ИЭ ПРР показаны на фиг.6A/6B и 7A/7B соответственно. Фиг.6A/6B иллюстрирует формат ИЭ ПРР с полной обратной связью по СМК и мощности ПД, тогда как фиг.7A/7B иллюстрирует случай с инкрементальной обратной связью по СМК и мощности ПД.

В первом примере ИЭ ПРР имеет формат, который показан на фиг.6A.

Поле 601 «ИД элемента» идентифицирует информационный элемент как ИЭ ПРР.

Поле 602 «длина» задает длину информационного элемента ПРР в количестве октетов (восьмибитовых байтов). Его используют для указания начала следующего ИЭ.

Поле 603 «управление ПРР» показано отдельно на фиг.6B, и оно включает в себя следующие поля.

Поле 631 «политика ACK (подтверждения)» определяет политику подтверждения для передач в намеченном резервировании. Его кодируют как в заголовке MAC, за исключением того, что код 11 не должен использоваться. Поле «политика ACK» декодируют, только если резервирование ПРР имеет тип «жесткий» или «мягкий».

Поле 632 «тип резервирования ПРР» указывает тип резервирования, и его кодируют, как показано в таблице 1.

Таблица 1 Виды резервирования 001 «Жесткое» резервирование 010 «Мягкое» резервирование 011 Личное резервирование 100-111 Зарезервировано

«Приоритет резервирования ПРР» 633 указывает приоритет передачи в намеченном резервировании и имеет значения между 0 и 7 включительно. Приоритет должен быть выбран согласно IEEE 802.1d Annex H.2.

Поле 634 «ПП (приоритет пользователя)/индекс потока» указывает приоритет пользователя или поток данных, который собирался использовать резервирование ПРР, обозначенное в этом ИЭ ПРР. Индекс потока идентифицирует поток данных и используется для того, чтобы различать многочисленные потоки между тем же самым набором передатчика и приемника(ов).

Поле 604 «скорость» определяют в настоящем изобретении для предоставления возможности приемнику передавать передатчику обратную связь относительно рекомендованной скорости передачи данных, т.е. СМК, которая используется передатчиком. Поле «скорость» можно, например, кодировать, как показано в таблице 2. В маяке, например, ИЭ ПРР передатчика поле 604 «скорость» можно устанавливать в фактически используемую скорость передачи данных в соответствующем суперкадре для соответствующего ПРР, например приемника.

Таблица 2 Скорости передачи данных различных СМК и их битовые коды Скорость (Мбит/с) Битовый код Значение 53,3 00000000 0 80 00000001 1 106,7 00000010 2 160 00000011 3 200 00000100 4 320 00000101 5 400 00000110 6 480 00000111 7 Зарезервировано 00001000-11111111 8-15

Поле 605 «уровень мощности ПД» определено в этом изобретении для предоставления возможности приемнику передавать обратную связь передатчику относительно рекомендованного уровня мощности ПД, который используется передатчиком. Уровень мощности ПД можно кодировать подобным образом, как скорость передачи данных, как 8 битовых комбинаций. В маяке, например ИЭ ПРР передатчика, поле 605 «уровень мощности ПД» можно устанавливать в фактическую используемую мощность в соответствующем суперкадре для соответствующего ПРР, например приемника.

Поле 606 «ИДУСТР получателя/источника» устанавливают в ИДУСТР приемника, группы группового вещания или широковещания, если устройство - передатчик передачи ПРР, и устанавливают в ИДУСТР передатчика, если устройство - приемник передачи ПРР. ИДУСТР получателя декодируют, только если резервирование имеет тип «жесткий» или «мягкий».

«Резервирование ПРР» 607 содержит информацию относительно зарезервированных интервалов времени, т.е. временных слотов в суперкадре. Кодирование этого поля выполняют согласно MAC MBOA, например, обновления этой спецификации. Конкретный способ кодирования резервирования не затрагивает сущность настоящего изобретения. ИЭ ПРР может содержать многочисленные поля «резервирование ПРР» 607.1, …, 607.N для тех же самых «управления ПРР» и «ИДУСТР получателя/источника».

Во втором альтернативном варианте на фиг.7A и 7B обратную связь задают как инкрементальную обратную связь в ИЭ ПРР. Поля «скорость» 701 и «мощность ПД» 702 помещают в поле «управление ПРР», чтобы показать, что информация обратной связи может также быть расположена в нем. Оба поля могут, например, иметь длину только один или несколько битов, для указания, должна ли увеличиваться или уменьшаться скорость или мощность ПД. В примере на фиг.7B поля «скорость» 701 и «мощность ПД» 702 имеют длину два бита, которые кодируют согласно таблице 3.

Таблица 3 Кодирование полей «скорость» 701 и «мощность ПД» 702 00 Не меняется 01 Уменьшается 10 Увеличивается 11 Зарезервировано

Поле «мощность ПД (изменение уровня)» может также иметь длину больше, чем 2 бита и кодировать не только, следует ли уменьшать или увеличивать уровень, но и также насколько или на сколько уровней. Такой альтернативный пример кодирования поля «мощность ПД» показан в таблице 4.

Таблица 4 Альтернативное кодирование поля «мощность ПД» Значение (b3-b0) Изменение уровня мощности (в шагах мощности ПД) 1000-1101 Зарезервировано 1110 -2 1111 -1 0000 Не меняется 0001 +1 0010 +2 0011-0111 Зарезервировано

Приемник определяет, должны ли скорость передачи данных, т.е. СМК, и мощность ПД изменяться в одном направлении или в другом, и дает рекомендацию передатчику в полях «скорость» 701 и «мощность ПД» 702. В маяке, например в ИЭ ПРР передатчика, поля «скорость» 701 и «мощность ПД» 702 могут или устанавливаться для указания, как передатчик фактически изменил скорость передачи данных и мощность ПД, или могут не использоваться и, например, устанавливаться в ноль.

В обоих описанных вариантах осуществления и в полной, и в инкрементальной обратной связи может содержаться только одно из двух полей «скорость» или «уровень мощности ПД»/«мощность ПД» в случае, когда определена только одна обратная связь, относящаяся к одному из этих двух параметров.

Поля «скорость» и «уровень мощности ПД» можно всегда внедрять в ИЭ ПРР или их можно сделать дополнительными. Последнее может потребовать, чтобы их расположение в ИЭ ПРР было определено по-другому. Следует указать, что ИЭ ПРР, показанные на фиг.6A/6B и 7A/7B, являются только иллюстративными. Также возможен другой способ внедрения рекомендаций скорости и уровня мощности ПД.

В третьем варианте осуществления ИЭ ПРР включает в себя информацию, относящуюся к состоянию канала в приемнике. Эту информацию о состоянии канала можно, например, выбирать из следующего набора: уровень принятого сигнала (УПС), отношение сигнал/шум (ОСШ) и коэффициент пакетных ошибок (КПО). Дополнительные к фиг.6 и 7 чертежи данный документ не включает в себя, так как внедрение информации о состоянии канала в ИЭ ПРР выполняют аналогичным образом, как в двух предыдущих вариантах осуществления (УПС, ОСШ или КПО вместо или в дополнение к скорости и мощности ПД).

Во втором наборе примеров настоящего изобретения информацию обратной связи не передают как часть ИЭ ПРР, а передают как один или несколько отдельных информационных элементов. Передача обратной связи линии связи в его собственном ИЭ имеет преимущество в том, что обратную связь можно не только задавать для потоков ПРР (как с ИЭ ПРР), но также и для потоков ДКНП. Случай, когда обратную связь посылают в одном единственном ИЭ обратной связи линии связи (ИЭ ЛС), описан в последующем описании. Аналогичные примеры могут включать в себя случай, когда внедряют несколько ИЭ, например один ИЭ скорости и один ИЭ мощности ПД. Следующие примеры отличаются снова по тому, какую обратную связь приемник посылает передатчику (полную, инкрементальную или состояние канала).

В четвертом примере настоящего изобретения маяк приемника включает в себя ИЭ обратной связи линии связи (ИЭ ЛС) 800 для передачи обратной связи к передатчику относительно соответствующего выбора скорости передачи данных/СМК и/или мощности ПД. Возможная структура ИЭ ЛС 800 показана на фиг.8. ИЭ ЛС содержит следующие поля.

Поле 801 «ИД элемента» идентифицирует информационный элемент как ИЭ ЛС.

Поле 802 «длина» задает длину информационного элемента ПРР в октетах (восьмибитовых байтах). Оно используется для указания начала следующего ИЭ.

Поле 803 «ИДУСТР ПД/ПР» указывает ИДУСТР, с которым осуществляют связь. Приемник внедряет ИДУСТР передатчика в свой маяк, т.е. в ИЭ ЛС. Передатчик может также внедрять ИЭ ЛС в свой маяк для указания его фактически используемой скорости и мощности ПД, когда ИДУСТР устанавливают в ИДУСТР приемника.

Поле 804 «уровень мощности ПД» кодирует уровень мощности ПД, например, с помощью 8 битов. Данное поле указывает рекомендованное значение в случае приемника ИЭ ЛС и фактически используемое значение в случае передатчика ИЭ ЛС.

Поле 805 «скорость» включает в себя рекомендованную скорость передачи данных, т.е. СМК, которую использует передатчик. Поле «скорость» можно, например, кодировать, как показано в таблице 2. В маяке, например, ИЭ ЛС передатчика поле 805 «скорость» можно устанавливать в фактически используемую скорость передачи данных в соответствующем суперкадре для соответствующего потока, например, приемника.

Поле 806 «ПП/индекс потока» указывает приоритет пользователя (особенно для ДКНП) или индекс потока (особенно для ПРР) для потока, для которого задается обратная связь. Если все потоки между определенным набором устройств передатчика и приемника используют ту же самую скорость и мощность ПД (потому что их все передают в той же самой линии связи), то поле 806 «ПП/индекс потока» может также быть опущено, т.е. удалено.

Порядок полей может также отличаться, или поля могут удаляться, или дополнительные поля могут добавляться. Например, фиг.11 изображает пример формата ИЭ ЛС 800, который включает в себя поле 801 «ИД элемента», поле 802 «длина» и по меньшей мере одно поле 1100 «линия связи». Фиг.12 изображает поле 1100 «линия связи», как содержащее поле 805 «скорость», поле 804 «уровень мощности ПД» и поле 1200 «адрес устройства», которые включают в себя информацию устройства-источника, для которого обеспечивают обратную связь.

В пятом примере обратную связь линии связи также передают посредством ИЭ ЛС, но в ИЭ ЛС задают рекомендации с приращениями вместо полных рекомендаций. Первая возможная структура ИЭ ЛС согласно данному варианту осуществления показана на фиг.9. Поля «ИД элемента» 801, «длина» 802, «ИДУСТР ПД/ПР» 803 и «ПП/индекс потока» 806 не изменяют по сравнению с предыдущим вариантом осуществления. «ПП/индекс потока» 806 помещают в другое расположение в ИЭ ЛС на фиг.9 по сравнению с фиг.8, но, как указано прежде, порядок полей в ИЭ ЛС можно также определять по-другому, и поле «ПП/индекс потока» может даже не понадобиться. Вторая возможная структура ИЭ ЛС с инкрементальной обратной связью снова является структурой, показанной на фиг.11 и фиг.12.

Отличие от четвертого примера то, что поля «скорость» 901 и «мощность ПД» 902 содержат относительную обратную связь, т.е. следует ли увеличивать, уменьшать или сохранять неизменными скорость и/или мощность ПД. Их можно, например, кодировать согласно таблице 3 или таблице 4.

В шестом примере обратную связь линии связи также передают посредством ИЭ ЛС, но этот ИЭ ЛС не включает в себя скорость и мощность ПД, а включает в себя информацию о состоянии канала. Эту информацию о состоянии канала можно, например, выбрать из следующего набора: уровень принятого сигнала (УПС), отношение сигнал/шум (ОСШ), уровень шума (УШ, N) и коэффициент пакетных ошибок (КПО). Дополнительные к фиг.8 и 9 чертежи не включает в себя данный документ, так как поля УПС, ОСШ, УШ или КПО просто заменили бы поля «скорость» и «мощность» ПД (с другими длинами полей) в ИЭ ЛС. Преимущество предоставления обратной связи в виде информации состояния канала/линии связи (в ИЭ ПРР или отдельном ИЭ) заключается в том, что приемник не должен иметь никакой информации, относящейся к параметрам ПД на стороне передатчика. Передатчик принимает решение о скорости/СМК и мощности ПД автономно, на основании обратной связи состояния канала от приемника. В вариантах осуществления, в которых приемник посылает передатчику явные рекомендации, приемник может требовать информацию относительно параметров ПД, как, например, мощность ПД, используемая передатчиком для определения рекомендованного значения для передатчика. Вот почему, особенно для полной рекомендации СМК и мощности ПД, передатчик также внедряет в свой маяк текущую мощность ПД.

Возможна комбинация любых из предыдущих примеров. Это может означать, например, полную обратную связь в маяке передатчика и инкрементальную обратную связи в маяке приемника или любую комбинацию скорости, мощности ПД и параметров состояния канала.

Устройство может использовать ИЭ обратной связи линии связи для того, чтобы предложить, чтобы оптимальная скорость передачи данных использовалась передатчиком, например, для увеличения пропускной способности и/или уменьшения FER (коэффициента кадровых ошибок, ККО). Скорость в ИЭ обратной связи линии связи необходимо интерпретировать как максимальную скорость передачи данных, которую передатчик должен использовать для этой конкретной линии связи так, чтобы ККО имел приемлемое значение. Передатчик может не следовать данным рекомендациям.

Приемник может рекомендовать изменение мощности, используемой передатчиком, с помощью внедрения ИЭ ЛС в свой маяк.

Наконец, далее приведен иллюстративный пример, как приемник может принимать решение о рекомендации соответствующей скорости или мощности ПД для передатчика. Приемник может выбирать скорость и/или мощность ПД на основании различных критериев, примерами которых являются пропускная способность передачи данных, задержка пакета, коэффициент пакетных ошибок и т.д. Типичным основанием для решения является пропускная способность передачи данных. Пропускная способность передачи данных, главным образом, зависит от СМК, выбранной для передачи, и от количества повторных передач. Это показано на фиг.10 для примера беспроводной локальной сети (WLAN) согласно стандарту IEEE 802.11a. Подобная фиг.10 могла быть получена для физического уровня UWB.

Фиг.10 показывает, что пропускная способность передачи данных является функцией отношения сигнал/шум (ОСШ), которую математически определяют как E_av/N₀ на фиг.10. В IEEE 802.11a существует 8 различных СМК со скоростями передачи данных 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 и 54 Мбит/с соответственно. Чем выше скорость передачи данных, которая достижима на физическом уровне, тем менее устойчива передача к ошибкам. Более низкая устойчивость подразумевает, что достигаемая пропускная способность снижается при более высоком ОСШ, как изображено на фиг.10. Если взять, например, самую нижнюю кривую для скорости передачи данных 6 Мбит/с, пропускная способность снижается, когда ОСШ падает ниже уровня приблизительно 4 дБ. Для самой высокой скорости передачи данных 54 Мбит/с пропускная способность снижается, уже когда ОСШ приблизительно равно 23 дБ. Снижение пропускной способности происходит из-за повторных передач, которые должны выполняться, когда данные больше не могут надежно передаваться с помощью определенной СМК.

Стратегия, которая делает максимальной пропускную способность, состоит в том, чтобы переключать СМК/скорость передачи данных в точках пересечения двух соседних СМК, т.е. на определенных уровнях ОСШ. Результирующая пропускная способность относительно ОСШ является огибающей всех кривых на фиг.10, т.е. максимумом всех кривых при заданном ОСШ. Определенные СМК/скорость передачи данных таким образом используются в заданном интервале ОСШ. Приемник должен только вычислять текущее ОСШ и считывать соответствующие СМК/скорость передачи данных из таблицы на своем локальном запоминающем устройстве.

Это - только один из примеров, как приемник может получать рекомендацию, которую он передает как обратную связь к передатчику. Уровень мощности ПД можно определять подобным образом, например, также на основании КПО, УПС или ОСШ. Передатчик может использовать только СМК и мощность ПД, которые рекомендовал приемник, или может выполнять собственную оценку оптимальных СМК и мощности ПД и использовать рекомендацию приемника только в качестве одного элемента информации для принятия своего решения.

Способ для динамического выбора скорости передачи данных и/или мощности передачи (ПД) и устройство, его реализующее. Изобретение относится к системам, основанным на протоколе управления доступом к среде передачи при сверхширокополосной связи.

Способ состоит из периодической передачи устройствами кадров маяка, в которые они внедряют обратную связь скорости передачи данных и/или мощности ПД для всех передатчиков потоков данных, для которых данные устройства являются приемниками. Обратная связь может состоять из рекомендованных значений для скорости передачи данных и/или мощности ПД или из информации о состоянии канала. Передатчик выбирает скорость передачи данных и/или мощность передачи, учитывая обратную связь от одного или нескольких приемников потока. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 табл., 14 ил.

1. Способ динамического выбора скорости передачи данных и/или мощности передачи (ПД) в системе связи, включающей в себя множество устройств, включающих в себя, по меньшей мере, одно приемное устройство и, по меньшей мере, одно передающее устройство, заключающийся в том, что
делят время на последовательность из, по меньшей мере, одного суперкадра;
внедряют в приемное устройство обратную связь в маяк, причем указанная обратная связь содержит информацию, относящуюся к выбору скорости передачи данных и/или мощности передачи;
передают маяк в суперкадре и
выбирают в передающем устройстве скорость передачи данных и/или мощность передачи на основании, по меньшей мере частично, обратной связи от, по меньшей мере, одного из множества устройств;
дополнительно содержащий этапы, на которых
внедряют в приемном устройстве в маяк информацию относительно параметров текущей, прошлой или будущей передачи и
определяют в приемном устройстве рекомендации для скорости передачи данных и/или мощности ПД на основании, по меньшей мере частично, данной информации, и при этом маяки устройств в суперкадре группируют в, по меньшей мере, один период маяка (ПМ).

2. Способ по п.1, в котором указанная обратная связь дополнительно содержит, по меньшей мере, одну обратную связь из следующих:
полную обратную связь, содержащую рекомендованный уровень/выбор скорости передачи данных и/или мощности ПД;
инкрементальную обратную связь, содержащую рекомендованное относительное изменение скорости передачи данных и/или мощности ПД;
обратную связь по состоянию или качеству линии связи и обратную связь по количеству антенн или по управлению лучами антенн.

3. Способ по п.2, в котором обратная связь по состоянию или качеству линии связи дополнительно содержит, по меньшей мере, одно из следующего:
отношение сигнал/шум (ОСШ);
уровень принятого сигнала (УПС);
уровень шума (УШ);
частоту пакетных ошибок;
частоту битовых ошибок;
потери в тракте и
любую другую характеристику качества канала или приема.

4. Способ по п.1, в котором указанные параметры передачи дополнительно содержат, по меньшей мере, одно из следующего:
мощность ПД, скорость передачи данных, схему модуляции, схему кодирования, количество антенн, параметры системы с множеством входов и множеством выходов (MIMO) или параметры управления лучом, параметр, характеризующий текущую/прошлую/будущую передачу.

5. Способ по п.1, в котором указанная обратная связь содержит компонент информационного элемента (ИЭ) маяка.

6. Способ по п.5, в котором указанный существующий ИЭ маяка является информационным элементом протокола распределенного резервирования (ИЭ ПРР), который может также использоваться для резервирования среды передачи для будущей передачи.

7. Способ по п.1, в котором указанную обратную связь передают в отдельном информационном элементе маяка.

8. Способ по п.7, в котором указанный отдельный информационный элемент маяка выбирают из группы, состоящей из
информационного элемента обратной связи линии связи (ИЭ ЛС),
содержащего обратную связь, выбранную из указанной группы возможных вариантов;
информационного элемента регулирования мощности (ИЭ РМ), содержащего полную или инкрементальную обратную связь относительно мощности ПД;
информационного элемента управления скоростью (ИЭ УС) или информационного элемента адаптации линии связи (ИЭ АЛС), содержащего обратную связь, относящуюся, по меньшей мере, к скорости передачи данных, и/или схеме модуляции, и/или схеме кодирования;
информационного элемента системы MIMO (ИЭ MIMO), информационного элемента формирования лучей (ИЭ ФЛ), содержащего обратную связь относительно количества антенн или регулирования лучей антенн; и
комбинации предыдущих возможных вариантов.

9. Способ по п.1, в котором указанную информацию передают как часть существующего информационного элемента (ИЭ) маяка.

10. Способ по п.9, в котором указанный существующий ИЭ маяка является информационным элементом протокола распределенного резервирования (ИЭ ПРР), который также используют для резервирования среды передачи для будущей передачи.

11. Способ по п.1, в котором указанную информацию передают в отдельном информационном элементе маяка.

12. Способ по п.1, в котором скорость передачи данных и/или мощность ПД определяют ступенчато и их значение кодируют как битовую комбинацию.

13. Способ по п.2, в котором указанную инкрементальную обратную связь задают как битовую комбинацию, которая указывает, по меньшей мере, следует ли увеличивать скорость передачи данных и/или мощность ПД или
следует ли уменьшать скорость передачи данных и/или мощность ПД и которая дополнительно также указывает, что скорость передачи данных и/или мощность ПД не должны изменяться.

14. Способ по п.13, в котором указанная инкрементальная обратная связь также включает в себя информацию о том, насколько, соответственно на сколько ступеней, следует изменять скорость передачи данных и/или мощность ПД.

15. Способ по п.4, в котором скорость передачи данных и/или мощность ПД определяют ступенчато и их значение кодируют как битовую комбинацию.

16. Способ по п.1, в котором указанная обратная связь в маяке состоит из обратной связи для всех линий связи, в которых устройство является приемником данных.

17. Беспроводное устройство, содержащее
передатчик для передачи собственных маяков устройства и данных, включающих в себя один или более информационных элементов, относящихся к выбору скорости передачи данных и/или мощности передачи;
приемник, выполненный с возможностью осуществления связи по беспроводной среде;
процессор;
модуль обработки маяка;
локальное запоминающее устройство;
причем процессор сконфигурирован с возможностью приема от приемника кадра маяка, включающего в себя один или более информационных элементов, относящихся к выбору скорости передачи данных и/или мощности передачи, и выбора скорости передачи данных и/или мощности передачи на основании, по меньшей мере частично, информационных элементов.

18. Беспроводное устройство по п.17, в котором модуль обработки маяка обрабатывает кадр маяка для определения, по меньшей мере, одного свойства другого устройства и для сохранения их в локальном запоминающем устройстве.

19. Беспроводное устройство по п.17, в котором процессор использует модуль выбора схемы модуляции и кодирования (СМК) и/или мощности ПД и обратной связи для определения соответствующих СМК и мощности ПД для определенной линии связи.

20. Беспроводное устройство по п.17, причем устройство обнаруживает конфликт маяков с помощью сканирования слотов маяка, а также с помощью декодирования информационного элемента занятия периода маяка (ИЭ ЗПМ) в маяках других устройств.

21. Беспроводное устройство по п.17, в котором процессор функционально связан с
указанным модулем обработки маяка и сконфигурирован с возможностью разделения среды передачи на последовательность из, по меньшей мере, одного суперкадра, содержащего разделенный на слоты период передачи маяка и период передачи данных, для обработки маяков и данных, соответственно принятых в нем, и для форматирования и управления собственными маяками и собственными данными, которые соответственно будут передаваться в нем;
указанным приемником и передатчиком и сконфигурирован с возможностью управления соответственно приемом и передачей маяков таким образом в течение указанного разделенного на слоты периода передачи маяка и управления соответственно скоростью передачи данных и мощностью ПД в течение указанного периода передачи данных.