УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ СВЯЗИ С ПОДГОТОВКОЙ ЛУЧЕФОРМИРОВАНИЯ
DEVICES AND METHODS OF COMMUNICATION WITH PREPARATION OF BEAM FORMING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к различным устройствам связи, таким как мобильная станция и точка доступа, которые выполнены с возможностью РЧ-связи друг с другом. Настоящее изобретение также относится к соответствующим способам связи.
Уровень техники
Системы связи в диапазоне частот 60 ГГц подвергаются отрицательному воздействию значительных потерь в свободном пространстве, которые увеличиваются с частотой. Например, система связи, работающая на частоте 60 ГГц, имеет показатель затухания, который приблизительно на 22 дБ выше, чем у системы связи, работающей на частоте 5 ГГц. Для преодоления проблемы, связанной с увеличенными потерями на трассе, в системе связи, работающей на частоте 60 ГГц или любом миллиметровом диапазоне, используется лучеформирование, т.е. передатчик и/или приемник характеризуются наличием фазированной антенной решетки (PAA) с управляемой диаграммой направленности, которая может формировать направленные лучи в направлении другого устройства связи. Такие лучи, как правило, имеют высокий коэффициент направленного действия и являются очень узкими в пространственном отношении. Коэффициент направленного действия в основном направлении увеличивается с количеством антенных элементов на PAA. В отличие от этого, ширина луча на уровне половинной мощности (HPBW), определяющая пространственную ширину диаграммы направленности, уменьшается с увеличением количества антенн. Таким образом, чем больше антенн приходится на PAA, тем выше коэффициент направленного действия и тем меньше HPBW. Чтобы использовать коэффициент направленного действия PAA для связи, юстировка луча является ключевым фактором и играет важную роль для систем связи, работающих в миллиметровом диапазоне, и систем РЧ-связи, а также способов и устройств в целом.
Существует необходимость в таких системах связи для получения более высокого коэффициента усиления антенны в фазе ассоциирования, тем самым увеличивая охват AP и обеспечивая возможность ассоциирования и передачи данных на большом расстоянии. Кроме того, желательно уменьшить вероятность конфликтов среди STA (первых устройств связи) во время фазы ассоциирования.
Описание в разделе «Предпосылки изобретения», предоставленное в настоящем документе, предназначено для общего представления контекста настоящего изобретения. Работа указанного (указанных) в настоящем документе изобретателя (изобретателей), в той мере, в которой она описана в этом разделе «Предпосылки изобретения», а также аспекты описания, которые могут не расцениваться в ином случае как предшествующий уровень техники на дату подачи, ни явно, ни косвенно не указаны как предшествующий уровень техники в отношении настоящего изобретения.
Сущность изобретения
Целью является предоставление устройств связи и соответствующих способов связи, с помощью которых удается получить более высокий коэффициент усиления антенны, обеспечивая ассоциирование и передачу данных на большом расстоянии и/или уменьшение вероятности конфликтов в фазе ассоциирования.
Согласно одному аспекту предлагается (первое) устройство связи, содержащее
- антенный контур, выполненный с возможностью передачи и приема РЧ-сигналов, и
- контур лучеформирования, выполненный с возможностью осуществления лучеформирования и управления антенным контуром в фазе подготовки лучеформирования для передачи и/или приема РЧ-сигналов с использованием одного или нескольких выбранных направленных лучей, причем контур лучеформирования выполнен с возможностью осуществления подготовки лучеформирования путем управления антенным контуром
i) для передачи данных с использованием по меньшей мере одного первого направленного передающего луча, причем другое устройство связи выполнено с возможностью прослушивания с использованием первого направленного приемного луча, причем указанные данные включают информацию о втором передающем луче, и
ii) для последующего прослушивания с использованием заданного второго направленного приемного луча ответа от другого устройства связи, которое выполнено с возможностью передачи, если приняты данные, переданные на этапе i), ответа с использованием второго направленного передающего луча, указанного информацией о втором передающем луче.
Согласно дополнительному аспекту предлагается (второе) устройство связи, содержащее
- антенный контур, выполненный с возможностью передачи и приема РЧ-сигналов,
- контур лучеформирования, выполненный с возможностью осуществления лучеформирования и управления антенным контуром в фазе подготовки лучеформирования для передачи и/или приема РЧ-сигналов с использованием одного или нескольких выбранных направленных лучей, причем контур лучеформирования выполнен с возможностью осуществления подготовки лучеформирования путем управления антенным контуром
i) для прослушивания с использованием первого направленного приемного луча данных, переданных другим устройством связи, с использованием по меньшей мере одного первого направленного передающего луча, причем указанные данные включают информацию о втором передающем луче, и
ii) для последующей передачи, если приняты данные, переданные на этапе i), ответа с использованием второго направленного передающего луча, указанного информацией о втором передающем луче, причем другое устройство связи выполнено с возможностью прослушивания с использованием заданного второго направленного приемного луча.
Согласно еще одним дополнительным аспектам предоставлены соответствующие способы связи, компьютерная программа, содержащая программные средства, вынуждающие компьютер выполнять этапы способов, раскрытых в настоящем документе, когда указанная компьютерная программа выполняется на компьютере, а также постоянный машиночитаемый записывающий носитель, на котором хранится компьютерный программный продукт, который при исполнении процессором обеспечивает выполнение способов, раскрытых в настоящем документе.
Варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что раскрытые способы, раскрытая компьютерная программа и раскрытый машиночитаемый записывающий носитель имеют дополнительные варианты осуществления, подобные и/или идентичные тем, которые имеют заявленные устройства и которые описаны в зависимых пунктах формулы изобретения и/или раскрыты в настоящем документе.
Один из аспектов настоящего изобретения заключается в предоставлении подготовки лучеформирования для ассоциирования, согласно которой направленные лучи применяются к по меньшей мере второму устройству связи (AP), предпочтительно к обоим устройствам связи (AP и STA). Это дает повышение энергетического потенциала линии связи во время фазы ассоциирования, что может использоваться для увеличения расстояния ассоциирования, т.е. подготовки лучеформирования для ассоциирования на большом расстоянии. Таким образом, первые устройства связи, расположенные на большом расстоянии от второго устройства связи, могут обнаруживать и присоединять базовый набор услуг (BSS) этого второго устройства связи. Кроме того, предлагается изменить доступ к каналу во время подготовки лучеформирования для ассоциирования, если может быть достигнута взаимность. Это уменьшает вероятность конфликтов между первыми устройствами связи за счет использования характерного для них пространственного разделения лучей.
Далее используется терминология систем WLAN, т.е. имеется станция (STA) как пример первого устройства связи и одна точка доступа к центральной сети (AP) или точка управления базовым набором персональных услуг (PCP) (в целом называемая AP в настоящем документе; в терминологии WLAN иногда используется аббревиатура PCP/AP) как пример второго устройства связи, причем первое и второе устройства связи также могут называться передатчиком и приемником. Оба устройства связи предназначены для обмена данными беспроводным образом в диапазоне частот 60 ГГц (миллиметровом диапазоне). Однако настоящее изобретение может применяться к любой другой системе РЧ-связи, в которой используется лучеформирование, такой как система LTE, работающая в миллиметровом диапазоне.
Вышеизложенные абзацы были предоставлены с целью общего представления и не предназначены для ограничения объема следующей формулы изобретения. Описанные варианты осуществления вместе с дополнительными преимуществами будут лучше всего поняты исходя из следующего подробного описания в сочетании с сопроводительными графическими материалами.
Краткое описание чертежей
Более полное понимание настоящего изобретения и многих из его сопутствующих преимуществ будет легко достигнуто, поскольку они становятся понятнее исходя из следующего подробного описания при рассмотрении в сочетании с сопроводительными графическими материалами, на которых:
на фиг. 1 показана принципиальная схема системы связи, содержащей первое и второе устройства связи;
на фиг. 2 показана схема интервала передачи, как описано в стандарте IEEE802.11ad;
на фиг. 3 показана схема традиционной подготовки лучеформирования для ассоциирования;
на фиг. 4 показана схема интервала передачи биконов;
на фиг. 5 показана схема первого варианта осуществления подготовки лучеформирования для ассоциирования с использованием одной STA;
на фиг. 6 показана схема второго варианта осуществления подготовки лучеформирования для ассоциирования с использованием двух STA;
на фиг. 7 показана схема третьего варианта осуществления подготовки лучеформирования для ассоциирования с использованием двух STA со взаимностью;
на фиг. 8 показана схема поля управления бикон-интервалом;
на фиг. 9 показана схема структуры тела бикон-кадра;
на фиг. 10 показана схема простого поля управления лучеформированием для ассоциирования; и
на фиг. 11 показана схема усовершенствованного поля управления лучеформированием для ассоциирования.
Подробное описание вариантов осуществления
Обратимся к графическим материалам, на которых подобные ссылочные позиции обозначают идентичные или соответствующие детали на нескольких видах; на фиг. 1 показана принципиальная схема системы связи, содержащей первые устройства 1, 3 связи (станции STA1, STA2) и второе устройство 2 связи (точка доступа AP). Каждое из первых устройств 1, 3 связи содержит антенный контур (иногда также называемый антенным блоком) 10, 30, выполненный с возможностью передачи и приема РЧ-сигналов, и контур 11, 31 лучеформирования (иногда также называемый блоком лучеформирования), выполненный с возможностью осуществления лучеформирования и управления его антенным контуром 10, 30. Аналогично, вторые устройства 2 связи содержат антенный контур 20, выполненный с возможностью передачи и приема РЧ-сигналов, и контур 21 лучеформирования, выполненный с возможностью осуществления лучеформирования и управления его антенным контуром 20. Их работа будет описана более подробно ниже.
Системы связи в диапазоне частот 60 ГГц подвергаются отрицательному воздействию значительных потерь в свободном пространстве, которые увеличиваются с частотой:
В этой приведенной выше формуле предоставляются потери в свободном пространстве, выраженные в дБ, в зависимости от частоты f и протяженности линии связи d. Очевидно, что система связи, работающая на частоте 60 ГГц, имеет показатель затухания, который приблизительно на 22 дБ выше, чем у системы связи, работающей на частоте 5 ГГц.
Для преодоления проблемы, связанной с увеличенными потерями на трассе, в системе связи, работающей на частоте 60 ГГц или любом миллиметровом диапазоне, используется лучеформирование, т.е. передатчик и/или приемник характеризуются наличием антенного контура, например, фазированной антенной решетки (PAA) с управляемой диаграммой направленности, которая может формировать направленные лучи в направлении другого устройства связи. Такие лучи, как правило, имеют высокий коэффициент направленного действия и являются очень узкими в пространственном отношении. Коэффициент направленного действия в основном направлении увеличивается с количеством антенных элементов на PAA. В отличие от этого, ширина луча на уровне половинной мощности (HPBW), определяющая пространственную ширину диаграммы направленности, уменьшается с увеличением количества антенн. Таким образом, чем больше антенн приходится на PAA, тем выше коэффициент направленного действия и тем меньше HPBW. Чтобы использовать коэффициент направленного действия PAA для связи, юстировка луча является ключевым фактором и играет важную роль для систем связи, работающих в миллиметровом диапазоне.
В последующем описании иллюстративных вариантов осуществления будет использоваться терминология системы WLAN, т.е. имеется станция (STA) и одна точка доступа (AP) к центральной сети или точка управления базовым набором персональных услуг (PCP), т.е. термин AP в контексте настоящего документа следует понимать в целом как ссылку на AP или PCP (также иногда называемую PCT/AP в терминологии WLAN). Оба устройства предназначены для обмена данными беспроводным образом, например, в диапазоне частот 60 ГГц (миллиметровом диапазоне). Однако настоящее изобретение не ограничено этим диапазоном частот, а может применяться к любой другой системе связи, в которой используется лучеформирование, такой как, например, система LTE, работающая в миллиметровом диапазоне.
Настоящее изобретение, в частности, относится к фазе ассоциирования (также называемой фазой подготовки лучеформирования или фазой подготовки лучеформирования для ассоциирования) во время которой STA обнаруживают AP и ассоциируются к ней. Эта фаза является особенно проблематичной, поскольку должна быть выполнена первоначальная юстировка луча.
На фиг. 2 показана схема интервала передачи, как описано в стандарте IEEE802.11ad. Бикон-интервал (BI) повторяется постоянно, а заголовок бикон-интервала (BHI) содержит все фазы, относящиеся к ассоциированию. Фактическая передача данных происходит в интервале передачи данных (DTI). Поскольку желательно, чтобы DTI был длинным по сравнению с BHI, фаза подготовки лучеформирования для ассоциирования (A-BFT) и интервал передачи оповещений (ATI) в BHI иногда могут быть опущены, что указывается в бикон-кадрах, отправляемых во время BTI.
В целом, согласно стандарту IEEE802.11ad, во время интервала передачи биконов (BTI) AP передает идентификационные данные по различным направленным лучам, которые имеют свой основной коэффициент направленного действия в различных пространственных направлениях. STA прослушивает среду, например с помощью (квази) всенаправленной (также называемой «квази-всенаправленная» далее) или широкоугольной антенны, т.е. направленная диаграмма направленности не применяется. После того как STA принимает идентификационные данные AP, она запоминает ID сектора, которые применялись для этого сообщения. Кроме того, она (например, случайным образом) выбирает временной слот для передачи в противоположном направлении (STA -> AP) во время фазы подготовки лучеформирования для ассоциирования (A-BFT), которая следует после BTI. В ходе A-BFT STA передает данные с помощью различных направленных лучей на AP, которая осуществляет прослушивание с помощью (квази) всенаправленной антенны. Данные, передаваемые STA, содержат ID наилучшего сектора предыдущего BTI. Когда STA прекращает передачу и AP успешно принимает по меньшей мере одно сообщение, AP подтверждает прием, включая сектор STA, который был принят в наилучшем качестве (например, с наивысшим SNR). Это сообщение передается посредством луча, соответствующего ID наилучшего сектора, указанным в предыдущей фазе A-BFT. Процедура фактического ассоциирования происходит в следующем интервале передачи оповещений (ATI). Во время ATI применяются наилучшие лучи, указанные ID наилучшего сектора BTI и A-BFT.
В ходе A-BFT несколько STA могут претендовать на доступ к каналу. Таким образом, A-BFT разделяется на несколько слотов, как показано на фиг. 3, на которой изображена схема традиционной подготовки лучеформирования для ассоциирования. В данном случае A-BFT для примера разделяется на 4 слота, в которых STA могут отвечать. STA, которым необходимо ассоциироваться к AP, случайным образом выбирают один слот. Это уменьшает вероятность конфликта. В случае, если конфликт происходит, AP может обнаруживать это и не отправлять кадр обратной связи SSW, который представляет собой подтверждение приема. В случае отправки сигнала обратной связи SSW, он содержит информацию об ID наилучшего сектора передачи STA. STA, не принявшие сигнал обратной связи SSW, случайным образом выбирают другой слот A-BFT, который может быть даже в последующем BI. Фактическая развертка различных секторов антенны в пределах одного слота A-BFT осуществляется в кадрах SSW. Каждый кадр SSW передается с помощью отдельного сектора антенны, который имеет ID метку сектора, указанную в том же кадре SSW.
Приведенная выше операция имеет недостаток, заключающийся в том, что ассоциирование происходит в режиме направленной-всенаправленной передачи (D2O), который обеспечивает уменьшенный коэффициент усиления антенны по сравнению с режимом направленной-направленной передачи (D2D). В данном случае согласно настоящему изобретению фаза ассоциирования, в которой применяется D2D, дает более высокий коэффициент усиления антенны при применении фазы ассоциирования, таким образом увеличивая охват AP и обеспечивая ассоциирование на большом расстоянии и передачу данных. Кроме того, двунаправленное лучеформирование обеспечивает возможность повторного использования пространства во время фазы ассоциирования, что может применяться для уменьшения вероятности конфликтов среди STA во время фазы ассоциирования.
На фиг. 4 показана схема нескольких интервалов передачи биконов (BTI) согласно аспекту настоящего изобретения, т.е. показана процедура подготовки AP TX и STA RX (также называемая фазой передачи биконов), при условии, что STA имеет N различных диаграмм направленности на передачу, которые она должна подготовить. Каждый бикон-кадр DMG (направленной мультигигабитной передачи), который передается в BTI, использует выделенное направление или сектор (т.е. выделенный передающий луч, также называемый «третьим направленным передающим лучом» в настоящем документе), который указывается в биконе DMG. Таким образом, STA, принимающая бикон DMG, может находить ID сектора TX, которые AP использовало для передачи этого конкретного бикона.
Первый этап операции в BTI, как описано выше, может оставаться неизменным на стороне AP, т.е. AP передает идентификационные данные посредством различных направленных лучей 40 («третьи направленные передающие лучи”). В отличие от известной операции, описанной выше, STA осуществляет прослушивание с помощью различных направленных приемных лучей 50 («третьи направленные приемные лучи»). Поскольку STA не соотнесена со структурой кадра к этому моменту, STA может применять свой направленный приемный луч 50 в течение по меньшей мере одного бикон-интервала (BI). Во время BI диаграмма направленности на прием должна быть неизменной. Стандарт IEEE802.11ad определяет максимальную продолжительность BI, составляющую до 1000 мс, причем типичные значения составляют порядка 100 мс. STA осуществляет непрерывное прослушивание канала и тем, самым, последовательно применяет его диаграммы направленности на направленный прием. После применения всех диаграмм направленности на направленный прием, будет обнаружена AP (случай A) или AP не будет обнаружена (случай B).
AP
STA
В случае A STA нацелена на связь в двунаправленной фазе A-BFT (DD-A-BFT) и STA сохраняет наилучший сектор передачи AP (например как «информацию о втором передающем луче», также называемую TX) и наилучший сектор приема STA (например как «информацию о втором приемном луче», также называемую RX). Наилучший сектор может быть определен за счет оценивания, например, SNR, SINR или пропускной способности линии связи.
AP
STA
STA должна рассматривать связь только в пределах DD-A-BFT при конкретных условиях: например, если (i) принятое SNR с TX и RX секторов находится ниже порогового значения, или (ii) прием данных в предыдущем BTI с помощью квази-всенаправленной диаграммы направленности не был успешен, или (iii) количество FailedRSSAttempts (количество безуспешных попыток ассоциирования) при обычной A-BFT с использованием квази-всенаправленной диаграммы направленности превышает пороговое значение, или (iv) возникает слишком много конфликтов при обычной A-BFT, что вызывает необходимость повторного использования пространства в фазе ассоциирования. Если SNR превышает это пороговое значение, STA должна рассматривать обычную A-BFT. Пороговое значение в дБ может быть определено по следующей формуле:
target
Таким образом, γ обозначает целевое SNR управляющей PHY MCS в дБ, которая является самой надежной кодовой схемой модуляции (MCS) и которая применяется при подготовке лучеформирования. Кроме того, D обозначает коэффициент направленного действия луча в дБ либо STA, либо AP в режиме TX или RX соответственно.
В случае B AP не обнаружена и STA может повторять процедуру прослушивания с помощью различных направленных лучей непрерывно или позднее.
Следует отметить, что AP может не выполнять специальных операций во время этой фазы подготовки. Модификации выполняются в основном на стороне STA. Таким образом, с помощью этого подхода можно повторно использовать любой BTI, как описано в стандартах IEEE802.11ad и/или IEEE802.11ay BTI. Не требуется выделенного двунаправленного BTI или BTI с большим диапазоном. Учитывая, что повторное использование пространства является основной целью STA, она может осуществлять прием с использованием всенаправленной диаграммы направленности во время одной фазы BTI, подобно тому, как это осуществляется согласно стандарту IEEE802.11ad. Энергетический потенциал линии связи должен быть достаточным для преодоления потерь на трассе.
Во второй фазе (также называемой фазой подготовки лучеформирования для ассоциирования) в разных слотах DD-A-BFT происходит процедура STA TX и AP RX. Во время одного слота DD-A-BFT STA использует разные секторы передачи, один для каждого кадра SSW. AP поддерживает свою диаграмму направленности приемника неизменной во время всего слота DD-A-BFT, т.е. каждый кадр SSW, переданный STA в пределах одного слота DD-A-BFT, должен быть принят AP с помощью того же приемного луча или сектора RX соответственно. Каждый слот DD-A-BFT использует разные диаграммы направленности приемника AP. В отличие от известных процедур STA передает кадры SSW во всех слотах DD-A-BFT для охвата всех возможных комбинаций лучей.
В случае взаимности канал, применяемые лучи и антенны являются независимыми и неизменными относительно направления связи, т.е. лучи TX и RX имеют такие же свойства и аналогичны в отношении коэффициента направленного действия главного лепестка и HPBW; расположение боковых лепестков не имеет значения, при условии что показатель затухания боковых лепестков является достаточно большим. Взаимность каналов является необходимой для наличия взаимности лучей и/или антенн, которая является характерной особенностью реализации. По этой причине взаимность лучей и/или антенн может быть на стороне STA и/или стороне AP, или может быть совсем не доступна, т.е. это свойство является характерным для устройства. Для упрощения обозначений термин «взаимность» используется в следующем контексте. В случае систем с одной антенной взаимность предусматривает взаимность канала и луча. В случае систем с несколькими антеннами взаимность представляет собой дополнительное требование.
Во-первых, следует рассмотреть случай, в котором взаимность не доступна ни на стороне AP, ни на стороне STA. На фиг. 5 показана схема первого варианта осуществления подготовки лучеформирования для ассоциирования с использованием одной STA. В каждом из слотов DD-A-BFT AP осуществляет прослушивание с помощью направленного луча 60, 62 соответственно («первый направленный приемный луч»). Каждый слот DD-A-BFT может иметь отличающийся луч 60, 62 (может быть преимущественным использование одного приемного луча в различных слотах DD-A-BFT, что будет объяснено ниже).
AP
STA
STA передает несколько кадров SSW в пределах одного или нескольких слотов A-BFT, начиная от первого слота A-BFT при DD-A-BFT. В каждом слоте DD-A-BFT STA может осуществлять развертку через M различных диаграмм направленности на передачу, т.е. использовать разные направленные лучи 70 («первые направленные передающие лучи»). Таким образом, каждый кадр SSW содержит информацию о наилучшем принятом секторе передачи AP (TX, «информация о втором передающем луче»), определенном в ходе фазы BTI (см. фиг. 4), и текущем секторе передачи STA. Для приема сигнала обратной связи SSW («ответа») STA использует свой наилучший луч 71 RX, указанный RX («информация о втором приемном луче»), определенный ранее в ходе фазы BTI.
Количество слотов N и количество M кадров SSW на слот могут быть указаны в поле управления бикон-интервалом (см. ниже) и определены AP. В случае, если STA поддерживает меньше, чем M секторов передачи, она должна прекратить передачу в текущем слоте после завершения всех своих диаграмм направленности на передачу и продолжить в следующем слоте DD-A-BFT при необходимости. В случае, если STA поддерживает больше, чем M секторов передачи, она должна передавать только M выбранных секторов в пределах слота. Процедура выбора является характерной для STA и может предусматривать угловую интерполяцию между доступными секторами.
Что касается сигнала обратной связи SSW, в одном варианте осуществления предпочтительно применяются следующие правила:
STA
AP
1. Если AP было способно декодировать кадр SSW, отправленный STA, она передает сигнал обратной связи SSW («ответ»), предпочтительно с информативными данными о секторе TX, содержащимися в кадре SSW (TX, «информация о первом передающем луче») и с использованием направленного передающего луча 61, указанного TX («информация о втором передающем луче»).
2. Сигнал обратной связи SSW не отправляется, если не было ни одного декодируемого кадра SSW или если несколько STA были приняты одновременно (конфликт). Конфликт определяется, если кадр SSW был принят от по меньшей мере двух STA одновременно. Если принято более одного действительного кадра SSW от более, чем одной из STA в пределах слота DD-A-BFT, это не рассматривается как конфликт, но рассматривается как перегрузка обратной связи. Следует отметить, что некоторые стандарты определяют конфликт как две STA, использующие один и тот же слот A-BFT, даже если STA получают доступ к разным кадрам SSW.
3. В случае, если было принято более одного кадра SSW от более одной из разных STA во время слота DD-A-BFT (перегрузка обратной связи), сигнал обратной связи SSW направляется на самую мощную STA. Ожидающие сигналы обратной связи SSW могут быть направлены в будущие слоты DD-A-BFT в рамках той же DD-A-BFT. В этом случае применяется то же правило, заключающееся в отправке сигнала обратной связи SSW на самую мощную STA. В конце фазы DD-A-BFT все ожидающие сигналы обратной связи SSW должны быть отброшены.
4. В случае, если STA приняла сигнал обратной связи SSW, она прекращает осуществлять передачу в дополнительные слоты DD-A-BFT в пределах текущего BTI. Это делается для того, чтобы обеспечить возможность использования слотов DD-A-BFT для ассоциирования дополнительных станций.
5. В случае, если STA не приняла сигнала обратной связи, она может спланировать передачу в дополнительный слот DD-A-BFT, но продолжать прослушивание канала во время всех фаз обратной связи SSW той же фазы DD-A-BFT. Это делается для того, чтобы обеспечить возможность приема STA кадра обратной связи SSW позднее в случае перегрузки обратной связи.
й
го
На фиг. 5 предполагается, что AP принимает действительный кадр SSW в N слот DD-A-BFT. Таким образом, есть только один сигнал обратной связи SSW, отправленный в конце N слота DD-A-BFT.
В отличие от известных операций, в которых STA случайным образом выбирают один слот A-BFT для выполнения своей развертки сектора (в случае, если STA не может завершить свою развертку сектора, она может продолжить в следующем слоте), в некоторых вариантах осуществления STA осуществляют передачу с начала первого слота DD-A-BFT. Вероятность конфликта уменьшается за счет того, что AP использует направленные приемные лучи вместо всенаправленной диаграммы направленности. Конфликт возникает, если один интервал кадра SSW одного из сигналов слота DD-A-BFT от двух или более STA был принят с аналогичной мощностью. Поскольку AP применяет диаграммы направленности на направленный прием, вероятность конфликтов ниже по сравнению с квази-всенаправленным приемом.
Приведенное выше правило 3 применяется, если AP приняла более одного действительного кадра SSW от более одной STA. Поскольку два кадра не были приняты в один момент времени, конфликт отсутствует. В этот момент времени AP должна отправить два сигнала обратной связи SSW, что может не быть возможным (как в технических условиях стандарта IEEE 802.11ad), что приводит к перегрузке обратной связи, которую необходимо устранить. Таким образом, AP передает на STA принятый самый мощный (например, в отношении SNR, SINR или емкости) и AP использует один из приближающихся возможных вариантов обратной связи SSW для адресации слабой STA. Альтернативно могут быть предусмотрены структуры кадра для обеспечения возможности одновременной обратной связи с несколькими STA. В этом случае сигнал обратной связи SSW может быть отправлен одновременно на все или группу STA, которые были приняты в пределах одного слота DD-A-BFT.
На фиг. 6 показана схема второго варианта осуществления подготовки лучеформирования для ассоциирования с использованием двух STA с одновременным ассоциированием. Предполагается, что STA 1 и STA 2 смогли ассоциироваться в первом и втором слотах DD-A-BFT соответственно. Если сигнал обратной связи SSW был принят, как AP, так и STA известны ID наилучшего сектора TX и RX для использования при последующей связи. Следует отметить, что между AP и STA необходим обмен только информацией сектора TX во время кадров SSW и сигнала обратной связи SSW соответственно.
AP
AP
В примере, показанном на фиг. 6, при первой развертке сектора STA1 использует первые направленные передающие лучи 70, STA2 использует первые направленные передающие лучи 80 и AP осуществляет прослушивание с помощью первого направленного приемного луча 60. Предпочтительно в первые направленные передающие лучи 70 и 80 включена информация о наилучшем третьем передающем луче, который используется AP в интервале передачи биконов для соответствующей STA (т.е. TX(STA1) и TX(STA2), «информация о втором передающем луче»).
AP
STA1
STA2
Если во время первой развертки AP приняла действительный кадр SSW только от STA1, она отправляет сигнал обратной связи SSW («ответ»), который направляется на STA1 с помощью второго направленного передающего луча 61, указанного информацией о втором передающем луче TX(STA1) от STA1. Одновременно STA1 и STA2 осуществляют прослушивание с помощью соответствующего второго направленного приемного луча 71, 81, указанного информацией о втором приемном луче RX и RX. Поскольку сигнал обратной связи SSW направляется на STA1, например, за счет включения соответствующего идентификатора, такого как MAC-адрес, AID (идентификатор ассоциирования) или предварительный AID, STA1 теперь известно о ее наилучшем секторе (т.е. ее наилучшем направленном передающем луче) для использования при последующей связи, поскольку эта информация включена в сигнал обратной связи SSW, переданный с помощью 61. В этот момент STA1 может прекратить передачу кадров SSW в последующие слоты.
AP
STA2
Затем, при второй развертке сектора STA2 использует первые направленные передающие лучи 80, а AP осуществляет прослушивание с помощью первого направленного приемного луча 62. Если AP приняла действительный кадр SSW от STA2, она отправляет сигнал обратной связи SSW («ответ»), который направляется на STA2, и использует второй направленный передающий луч 63, указанный информацией о втором передающем луче TX(STA2) от STA2. Одновременно STA2 осуществляет прослушивание с помощью соответствующего второго направленного приемного луча 81, указанного информацией о втором приемном луче RX. Поскольку сигнал обратной связи SSW направляется на STA2, например, за счет включения соответствующего идентификатора, STA2 теперь известно о ее наилучшем секторе (т.е. ее наилучшем направленном передающем луче) для использования при последующей связи, поскольку эта информация включена в сигнал обратной связи SSW 63. В этот момент STA2 может прекратить передачу кадров SSW в последующие слоты.
STA
STA
STA
STA
На фиг. 7 показана схема третьего варианта осуществления подготовки лучеформирования для ассоциирования с использованием двух STA со взаимностью. В этом случае STA уже имеет информацию о ее наилучшем луче TX, а именно наилучшем луче RX, т.е. TX = RX (знак «равно» следует интерпретировать так, как описано выше). В этом случае STA случайным образом передает только один кадр SSW в пределах каждого слота DD-A-BFT с использованием TX = RX. Это делается для того, чтобы освободить слоты DD-A-BFT для других STA, претендующих на ассоциирование в том же BI. На фиг. 7 показана базовая процедура для двух STA (предполагается, что конфликт или перегрузка обратной связи отсутствуют). Обозначенные пунктиром кадры SSW указывают кадры, которые не переданы, но являются виртуальными заполнителями (возможные варианты передачи кадров SSW).
AP
AP
AP
AP
Кроме того, если STA известно, когда AP использует конкретную принятую диаграмму направленности, и если AP характеризуется наличием взаимности, она передает только один кадр SSW в каждом слоте DD-A-BFT, в котором AP осуществляет прием с помощью желаемого приемного луча. Поскольку STA известен наилучший сектор TX, она также осведомлена о наилучшем секторе RX (TX = RX). Если последовательность развертки лучей TX и RX равна, STA может прогнозировать, когда AP применяет подходящую диаграмму направленности на прием при DD-A-BFT. Альтернативно секторы Rx, которые AP собирается использовать при DD-A-BFT, могут быть указаны в биконе DMG. В этом случае одна STA может случайным образом занимать даже только один слот SSW во всех слотах DD-A-BFT во время BI. Однако для большей надежности один STA может занимать несколько слотов SSW для подготовки большего количества (например, соседних) секторов RX в AP и/или она может использовать большее количество кадров SSW в пределах слота для подготовки большего количества своих собственных секторов TX (например, секторы TX, расположенные рядом с секторами RX, на которых было принято самое высокое SNR во время AP SSW в BTI).
AP
AP
Если AP характеризуется взаимностью, а STA – нет, STA осуществляет передачу только в этом одном слоте, в котором AP применяет подходящий сектор на прием, т.е. RX = TX. Это требует, чтобы STA была осведомлена о том, в каком слоте AP применяет выделенный сектор на прием.
Следует понимать, что все четыре варианта – отсутствие взаимности, взаимность STA, взаимность AP, взаимность AP и STA – могут применяться независимо и одновременно. Требование в отношении того, что все ассоциирующиеся STA должны иметь одинаковые свойства или правила доступа, отсутствует.
В текущих технических условиях стандарта IEEE 802.11ad AP поддерживает только круговую задержку, составляющую 1 мкс, что соответствует максимальному диапазону 150 м. Предлагается изменить это значение до чисел, кратных 1 мкс, с помощью, например, «поля класса охвата», определенного в стандарте IEEE 802.11. В настоящий момент это поле не применимо для связи в миллиметровом диапазоне.
Все переменные параметры могут быть указаны в поле управления бикон-интервалом, показанном на фиг. 8, которое является частью тела бикон-кадра DMG. Например: Поле «длина A-BFT» указывает количество слотов A-BFT (от 1 до 8); FSS указывает количество слотов кадра SSW в пределах одного слота A-BFT (от 1 до 16); поле «следующая A-BFT» указывает количество BI, во время которых A-BFT отсутствует; поле «N BIs A-BFT» указывает интервал, выраженный в количестве бикон-интервалов, в который AP назначает A-BFT. Все другие поля описаны в стандарте IEEE 802.11.
Для DD-A-BFT минимальное необходимое изменение заключается в указании того, является ли приближающаяся A-BFT DD-A-BFT. Предлагается использовать один бит из зарезервированных битов (B44–B47 на фиг. 8) для указания DD-A-BFT.
Дополнительным вариантом указания DD-A-BFT является добавление дополнительного поля управления в тело бикон-кадра DMG, показанное на фиг. 9. Тело бикон-кадра DMG может содержать несколько частично необязательных полей сигнальной информации и, таким образом, его длина является переменной. Таким образом, может быть реализовано несколько вариантов указания DD-A-BFT:
• Включение простого поля управления DD-A-BFT со структурой, показанной на фиг. 10.
• Поле «длина DD-A-BFT» указывает количество слотов DD-A-BFT (от 1 до 8).
• Поле «FSS» указывает количество слотов кадра SSW в пределах одного слота DD-A-BFT (от 1 до 16).
• Поле «следующая DD-A-BFT» указывает количество BI, во время которых DD-A-BFT отсутствует.
• Поле «подсчет DD-A-BFT» указывает количество DD-A-BFT, поскольку STA, отправляющая бикон-кадр DMG, последняя переключила антенны RX DMG для DD-A-BFT. Значение 0 указывает, что антенна DMG, используемая в предстоящей DD-A-BFT, отличается от антенны DMG, используемой в последней DD-A-BFT.
• Поле «N-DD-A-BFT в антенне» указывает, сколько A-BFT приняла STA, отправляющая бикон-кадр DMG, от каждой антенны DMG.
• Включение усовершенствованного поля управления DD-A-BFT (см. фиг. 11), которое позволяет AP использовать несколько фаз DD-A-BFT для подготовки всех секторов на прием в случае если количество тестируемых лучей больше, чем количество слотов DD-A-BFT, указанных в поле «длина DD-A-BFT». Это указывается битом «фрагментированная DD-A-BFT». Количество необходимых слотов DD-A-BFT указывается в поле «протяженность DD-A-BFT».
10
Если предполагается, что есть всего N неперекрывающихся диаграмм направленности на прием, каждая диаграмма направленности на прием может вносить коэффициент усиления приблизительно 10 logN дБ энергетического потенциала линии связи, что приводит к расстоянию линии связи, кратному √N, например, согласно формуле для потерь в свободном пространстве.
Кроме того, если предполагается, что имеется N различных перекрывающихся диаграмм направленности на прием, вероятность конфликтов STA, соединяющихся в одно время, может быть уменьшена на коэффициент N, если предполагается, что STA равномерно распределены в пространстве.
10
За счет использования устройств и способов связи согласно настоящему изобретению может быть достигнуто несколько преимуществ. В частности: обнаружение AP на большом расстоянии для систем, работающих в миллиметровом диапазоне; увеличение приблизительно на 10 logM дБ энергетического потенциала линии связи в фазе ассоциирования; улучшенный доступ к каналу в случае взаимности; и повторное использование пространства в фазе ассоциирования, т.е. пространственные свойства луча используются для фазы ассоциирования.
Таким образом, вышеизложенное обсуждение раскрывает и описывает лишь примерные варианты осуществления настоящего изобретения. Как будет понятно специалистам в данной области техники, настоящее изобретение может быть осуществлено в других конкретных формах без отступления от его сущности или существенных характеристик. Соответственно раскрытие настоящего изобретения предназначено для иллюстрации, а не ограничения объема настоящего изобретения, а также других пунктов формулы изобретения. Раскрытие, включая любые легко различимые варианты идей в настоящем документе, определяет частично объем вышеизложенной терминологии формулы изобретения, так что ни один объект изобретения не становится всеобщим достоянием.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и формы единственного числа не исключают множественное число. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких единиц, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некие меры перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих мер не может быть использовано для получения преимущества.
Ввиду того, что варианты осуществления настоящего изобретения были описаны как реализованные по меньшей мере частично посредством аппаратуры обработки данных, управляемой программным обеспечением, будет принято во внимание, что постоянный машиночитаемый носитель, содержащий такое программное обеспечение, такой как оптический диск, магнитный диск, полупроводниковая память или т.п., также рассматривается как представляющий вариант осуществления настоящего изобретения. Дополнительно такое программное обеспечение может также распространяться в других формах, например, по Интернету или другим проводным или беспроводным телекоммуникационным системам.
Элементы раскрытых устройств, аппаратуры и систем могут быть реализованы посредством соответствующих элементов аппаратного обеспечения и/или программного обеспечения, например, надлежащих схем. Схема представляет собой структурную сборку электронных компонентов, включая традиционные элементы схемы, интегральные схемы, включая интегральные схемы специального назначения, стандартные интегральные схемы, стандартные продукты специального назначения и программируемые пользователем вентильные матрицы. Дополнительно схема содержит центральные процессоры, графические процессоры и микропроцессоры, которые программируют или конфигурируют согласно коду программного обеспечения. Схема не содержит само программное обеспечение, хоть схема и содержит вышеописанное аппаратное обеспечение, исполняющее программное обеспечение.
Далее следует перечень дополнительных вариантов осуществления раскрытого объекта изобретения:
1. Устройство (1) связи для РЧ-связи с другим устройством (2) связи, причем указанное устройство (1) связи содержит:
- антенный контур (10), выполненный с возможностью передачи и приема РЧ-сигналов, и
- контур (11) лучеформирования, выполненный с возможностью осуществления лучеформирования и управления антенным контуром в фазе подготовки лучеформирования для передачи и/или приема РЧ-сигналов с использованием одного или нескольких выбранных направленных лучей, причем контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью осуществления подготовки лучеформирования путем управления антенным контуром
i) для передачи данных с использованием по меньшей мере одного первого направленного передающего луча, причем другое устройство (2) связи выполнено с возможностью прослушивания с использованием первого направленного приемного луча, причем указанные данные включают информацию о втором передающем луче, и
ii) для последующего прослушивания с использованием заданного второго направленного приемного луча ответа от другого устройства (2) связи, которое выполнено с возможностью передачи, если приняты данные, переданные на этапе i), ответа с использованием второго направленного передающего луча, указанного информацией о втором передающем луче.
2. Устройство связи согласно любому из предыдущих вариантов осуществления, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для последовательной передачи данных на этапе i) с использованием ряда различных первых направленных передающих лучей.
3. Устройство связи согласно варианту осуществления 2, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для передачи предварительно заданного количества первых направленных лучей, указанного другим устройством связи на предыдущей фазе подготовки или фазе передачи биконов.
4. Устройство связи согласно варианту осуществления 2 или 3, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью получения из ответа, принятого на этапе ii), информации о первом передающем луче, указывающей по меньшей мере один из первых направленных передающих лучей, посредством которого данные, которые были приняты вторым устройством (2) связи, были переданы устройством (1) связи.
5. Устройство связи согласно любому из предыдущих вариантов осуществления, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для передачи данных на этапе i) с использованием одного первого направленного передающего луча.
6. Устройство связи согласно варианту осуществления 5, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для передачи данных на этапе i) с использованием того же или другого одного из первых направленных передающих лучей в последующих итерациях этапа i).
7. Устройство связи согласно варианту осуществления 5 или 6, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для использования одного и того же луча в качестве первого направленного передающего луча и второго направленного приемного луча.
8. Устройство связи согласно любому из предыдущих вариантов осуществления, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью определения на этапе ii) того, что ответ был принят, если он содержит первый идентификатор устройства (1) связи.
9. Устройство связи согласно любому из предыдущих вариантов осуществления, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для выполнения, в фазе передаче биконов перед фазой подготовки лучеформирования, этапов
a) прослушивания с использованием третьего приемного луча, при этом другое устройство (2) связи затем передает второй идентификатор другого устройства (2) связи с использованием других третьих направленных передающих лучей, и
b) установления, после принятия второго идентификатора, третьего направленного передающего луча, используемого для передачи второго идентификатора, в качестве второго направленного передающего луча, указанного информацией о втором передающем луче.
10. Устройство связи согласно варианту осуществления 9, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром
- для прослушивания на этапе a) за счет последовательного использования различных третьих направленных приемных лучей, при этом в каждой последовательности другое устройство (2) связи затем использует другие третьи направленные передающие лучи и
- посредством установления на этапе b) третьего направленного приемного луча, с помощью которого был принят второй идентификатор, в качестве второго направленного приемного луча.
11. Способ связи для РЧ-связи с другим устройством (2) связи, причем указанный способ связи предусматривает управление антенным контуром в фазе подготовки лучеформирования для передачи и/или приема РЧ-сигналов с использованием одного или нескольких выбранных направленных лучей посредством
i) передачи данных с использованием по меньшей мере одного первого направленного передающего луча, причем другое устройство (2) связи выполнено с возможностью прослушивания с использованием первого направленного приемного луча, причем указанные данные включают информацию о втором передающем луче, и
ii) последующего прослушивания с использованием заданного второго направленного приемного луча ответа от другого устройства (2) связи, которое выполнено с возможностью передачи, если приняты данные, переданные на этапе i), ответа с использованием второго направленного передающего луча, указанного информацией о втором передающем луче.
12. Устройство (2) связи для РЧ-связи с другим устройством (1) связи, причем указанное устройство (2) связи содержит:
- антенный контур (20), выполненный с возможностью передачи и приема РЧ-сигналов, и
- контур (21) лучеформирования, выполненный с возможностью осуществления лучеформирования и управления антенным контуром в фазе подготовки лучеформирования для передачи и/или приема РЧ-сигналов с использованием одного или нескольких выбранных направленных лучей, причем контур (21) лучеформирования выполнен с возможностью осуществления подготовки лучеформирования путем управления антенным контуром
i) для прослушивания с использованием первого направленного приемного луча данных, переданных другим устройством (1) связи, с использованием по меньшей мере одного первого направленного передающего луча, причем указанные данные включают информацию о втором передающем луче, и
ii) для последующей передачи, если приняты данные, переданные на этапе i), ответа с использованием второго направленного передающего луча, указанного информацией о втором передающем луче, причем другое устройство (1) связи выполнено с возможностью прослушивания с использованием заданного второго направленного приемного луча.
13. Устройство связи согласно варианту осуществления 12, в котором контур (21) лучеформирования выполнен с возможностью включения в ответ информации о первом передающем луче, указывающей первый направленный передающий луч, посредством которого данные, которые были приняты устройством (2) связи, были переданы другим устройством (1) связи.
14. Устройство связи согласно варианту осуществления 12 или 13, в котором контур (21) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для включения в ответ первого идентификатора другого устройства (1) связи, от которого данные были приняты.
15. Устройство связи согласно варианту осуществления 14, в котором контур (21) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для включения в ответ первого идентификатора другого устройства связи, от которого данные были приняты с наивысшим качеством или SNR.
16. Устройство связи согласно любому из вариантов осуществления 12–15, в котором контур (21) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для передачи ответа только в том случае, если данные были приняты на этапе i) с качеством или SNR выше заданного порогового значения.
17. Устройство связи согласно любому из вариантов осуществления 12–15, в котором контур (21) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для осуществления передачи биконов перед подготовкой лучеформирования за счет последующей передачи второго идентификатора второго устройства (2) связи с использованием других третьих направленных передающих лучей, при этом другое устройство (1) связи выполнено с возможностью прослушивания с использованием третьего приемного луча.
18. Устройство связи согласно любому из вариантов осуществления 12–15, в котором контур (21) лучеформирования выполнен с возможностью поддержания упорядоченного списка других устройств связи и их соответствующей информации о первом передающем луче, из которых данные были успешно приняты, и/или причем контур (21) лучеформирования выполнен с возможностью управления антенным контуром для включения в ответ одного идентификатора и информации о первом передающем луче из упорядоченного списка с удалением этих данных из упорядоченного списка.
19. Способ связи для РЧ-связи с другим устройством (1) связи, причем указанный способ связи предусматривает управление антенным контуром в фазе подготовки лучеформирования для передачи и/или приема РЧ-сигналов с использованием одного или нескольких выбранных направленных лучей посредством
i) прослушивания с использованием первого направленного приемного луча данных, переданных другим устройством (1) связи, с использованием по меньшей мере одного первого направленного передающего луча, причем указанные данные включают информацию о втором передающем луче, и
ii) последующей передачи, если приняты данные, переданные на этапе i), ответа с использованием второго направленного передающего луча, указанного информацией о втором передающем луче, причем другое устройство (1) связи выполнено с возможностью прослушивания с использованием заданного второго направленного приемного луча.
20. Постоянный машиночитаемый записывающий носитель, на котором хранится компьютерный программный продукт, который при исполнении процессором обеспечивает выполнение способа согласно варианту осуществления 11 или 19.
21. Компьютерная программа, содержащая средства программного кода для обеспечения выполнения компьютером этапов указанного способа согласно варианту осуществления 11 или 19, когда указанную компьютерную программу выполняют на компьютере.
22. Устройство связи согласно любому из вариантов осуществления 1–10, в котором контур (11) лучеформирования выполнен с возможностью повторения этапов i) и ii), если ответ не принят на этапе ii).
23. Устройство связи согласно любому из вариантов осуществления 12–18, в котором контур (21) лучеформирования выполнен с возможностью повторения этапов i) и ii) за счет использования разных первых заданных направленных приемных лучей на этапе i).