用于无线网络中优化的应用交付的自适应传输

背景技术

由于宽带通信越来越多的使用，能够给订户提供与现有的电缆和陆线技术相比相对廉价的高速电信服务变得更加重要。结果，对使用无线介质进行宽带通信给予了许多关注并且对改进高带宽无线通信的效率和/或容量给予了不懈努力。

现有的无线网络当前支持具有不同要求和能力的异质应用集。例如，预期宽带无线接入(BWA)网络会支持文件传输协议(FTP)、web浏览、互联网协议电话(VoIP)、视频与游戏应用等等。预期在无线网络中支持的应用数量会随着新兴服务数量的提高而提高。因而，用于通过无线网络处理各种应用业务并且提高系统容量的高效资源利用是成功部署BWA网络所期望的。

附图说明

通过参考附图的本发明的以下描述，本发明的实施例的各个方面、特征和优点将变得显而易见，在附图中相似的数字表示相似的元件，且其中：

图1是根据各个实施例的示例无线网络的图示；

图2是根据本发明的各个实施例的第一应用数据类型的自适应帧结构的图示；

图3是第二应用数据类型的自适应帧结构的图示；

图4是根据发明实施例的在发射器处处理动态帧的过程的流程图；

图5是根据发明实施例的在接收器处处理动态帧的过程的流程图；以及

图6是根据本发明的实施例的示例无线通信装置的图示。

具体实施方式

虽然本文针对利用正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)调制的无线广域网(WWAN)描述示例实施例，但是本发明的实施例不限于此并且例如可以在可适当应用的地方被实施在使用其他调制方案的其他类型的网络中。例如，发明实施例可以应用于其中可以获得类似优点的其他类型的无线网络，诸如无线局域网(WLAN)、无线个人区域网(WPAN)和/或无线城域网(WMAN)。

下面的发明实施例可以用于包括无线电系统的发射器和/或接收器的各种应用中。在本发明的范围内具体包括的无线电系统包括但不限于网络接口卡(NIC)、网络适配器、移动站、基站、接入点(AP)、网关、网桥、集线器和蜂窝无线电话。此外，在本发明的范围内的系统可以包括蜂窝电话系统、卫星系统、个人通信系统(PCS)、双向无线电系统、双向寻呼机、个人计算机(PC)与相关外围设备、个人数字助理(PDA)、个人计算附件以及所有现有的和将来出现的、本质上可能相关且可以适当应用发明实施例的原理的系统。

转向图1，根据各个发明实施例的无线通信网络100可以是能够促进提供商网络(PN)121和一个或多个订户站110-116(诸如一个或多个移动和/或固定的客户端装置)之间的无线接入的任何无线系统。例如，网络100可以被配置成使用由电气与电子工程师协会(IEEE)802.11a、b、g或n标准(诸如IEEE 802.11a-1999；IEEE802.11b-1999/Cor1-2001；IEEE 802.11g-2003(全体地，IEEE802.11-2007)；和/或IEEE 802.11n(当前处于草稿形式的对IEEE802.11-2007的建议修改))或在用于宽带无线访问(BWA)的IEEE802.16标准(诸如IEEE 802.16-2005和/或相关的将来标准)中规定的一个或多个协议，尽管发明实施例在这方面不受限。替换地或者附加地，网络100可以使用与第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)移动电话网络兼容的协议或者使用用于WPAN或WWAN的任何协议。

在IEEE 802.16标准(有时被俗称为WiMAX，这是代表全球微波互联接入的简称)中，定义两个主通信无线网络节点，包括基站(BS)(例如，网络接入站120)和订户站(SS)(例如，订户站110、112、114、116)。在WLAN中基站110的功能等价物被称为接入点(AP)并且订户站110-116也可以被称为站或(STA)。然而，术语“基站”和“订户站”以一般的方式贯穿本说明书地被使用并且它们在这方面的意义不旨在把发明实施例限于任何特定类型的网络或协议。

在图1的示例配置中，可以例如使用多载波调制或其他载波与调制技术来无线地促进在基站120和订户站110-116之间和/或潜在地在这些订户站自己之间的通信，其中可以使用无线电帧结构将底层的无线电信道分成不同的信道从而实现多个数据流的传输。

作为一个示例，无线电帧可以由被调制和编码的多个OFDM符号组成。每个OFDM符号的子载波可以被进一步分配在多个用户之间以实现多址，这被称为正交频分多址(OFDMA)。每个无线电帧的OFDM符号数量可以通过对特定OFDM配置的选择来确定，该特定OFDM配置可以根据子载波间隔、循环前缀长度、采样频率和/或其他因素而改变。依据带宽和采样频率(或者IEEE 802.16-2005中的过采样因子)，可以规定不同的配置，从而导致无线电帧中OFDM符号的不同数量。然后典型地基于信道条件选择子载波的调制与编码方案(MCS)。

在常规的无线系统中，物理层帧结构不清楚(agnostic to)在链路上承载的应用数据的类型。该物理层帧结构未针对其正在服务的业务被优化，这可能导致低效资源利用和次优容量。虽然针对不同的业务类型可能存在不同的优先级并且可以基于每帧来动态地选择调制与编码，但是常规的无线系统一般利用具有以下属性的物理层帧结构：

1.)它们在整个帧上使用单个MCS；以及

2.)所利用的错误检测机构检测整个帧上的错误，而不区分关键错误和非关键错误。

上面提及的传统(legacy)帧结构非常适合于诸如FTP、web浏览等等的数据应用，对于这些数据应用而言要求100％数据完整性以得到正确的应用行为。虽然这些常规的帧结构可以被并且当前被应用于VoIP应用，但是这种使用没有利用VoIP应用(或者一般而言任何丢失容忍(loss tolerant)应用)的错误隐藏和错误恢复(error resiliency)。因此，针对丢失容忍应用的当前无线资源使用是低效的且浪费的。

在本发明的实施例中，可以至少部分地基于正在无线电链路上发送的应用数据的类型对无线电帧结构进行动态的优化。以此方式，资源使用可以被更好地优化并且系统容量被提高。

因而，根据发明实施例，可以至少部分地基于帧数据要被用于的应用的特性来修改该帧。因而，可以经由发明实施例的自适应帧结构(AFS)机构来提高资源利用。举例来说，根据本发明的各个实施例，AFS机构可以能够：

-区别无损应用数据和丢失容忍应用数据；

-按应用有效载荷定制分组；

-针对相同帧的不同部分而改变调制与编码方案；

-应用非均匀错误保护；和/或

-应用错误屏蔽。

参考图2和3，示出两个示例帧结构200、300。帧结构200、300的分段组成部分(例如，循环冗余校验(CRC)、报头和有效载荷)可以类似于常规的结构，然而可以依据将使用数据有效载荷的应用的类型对用于各帧结构200、300的MCS、CRC和/或错误屏蔽进行动态的选择。

举例来说，图2示出用于无损数据传输的帧200。在这种情况下，帧200的整体要求高错误保护，因而可以在整个帧上应用单个MCS方案(例如，二进制或正交相移键控(BPSK或QPSK))和错误检测/校正，其中单个不可校正错误的发生会致使该帧无用且被丢弃。相比而言，图3示出承载用于更多丢失容忍应用的数据的示例帧300。在这种情况下，帧300的至少一部分(例如，VoIP应用的数据有效载荷的一部分)可以具有低错误保护区310，在低错误保护区310中允许并容忍错误并且因而可以利用高阶MCS(例如，正交幅度调制(QAM)-16)。然而，在图3的示例中，帧300的CRC和报头部分仍然可以是利用低阶MCS(以进行较高错误保护)以确保正确解码和路由的高错误保护区305，其中在这个区中单个不可校正错误的发生将致使该帧无用且被丢弃。这导致在整个帧300上的非均匀错误保护方案。在一些实施例中，接收器可以利用关键错误检测机构来检测(一个或多个)高错误保护区305中的错误以及利用可选的非关键错误检测机构来检测低错误保护区310中的错误。

参考图4，根据发明实施例的由发射器生成自适应帧结构的示例性过程400一般可以包括确定410从应用层(或其它上层)接收405的分组是否包括丢失容忍应用数据。如果410没有丢失容忍应用数据被包括在该分组中，则仅使用高错误保护方案来处理425和汇编430无线电帧并且正常地发射435该帧。然而如果410确定丢失容忍应用数据存在于该分组中，则可以把该分组分成415关键信息段(例如，CRC和报头信息)和非关键信息段(例如，丢失容忍应用数据)。然后可以使用具有高阶MCS的低错误保护方案来处理420非关键信息并且可以使用具有低阶MCS的高错误保护方案来处理425关键信息，并且该非关键信息和关键信息被组合430成帧进行传输435。

图5示出在接收器处解调和解码发明实施例的自适应帧结构的示例性过程500。过程500一般可以包括解调和解码510所接收505的无线电帧并且确定515是否识别了任何关键错误。对于包含不是丢失容忍的应用数据的传统帧结构或AFS(例如，帧200；图2)，将在步骤515(例如，使用CRC和/或其它错误校验技术)对整个帧检查关键错误并且如果520检测到任何关键错误，则将(例如，通过混合自动重复请求(HARQ)或通过重新发送整个帧)请求545该帧的重传。替换地，对于具有非均匀错误保护区的帧(例如，帧300；图2)，可以仅对关键区305检查关键错误以确定重传545是否是必要的。如果520没有检测到关键错误，则已解码的帧数据可以被传送到上层(例如数据链路层或应用层)用于进一步处理540。

在本发明的可选实施例中，也可以对已解调且解码的帧的(一个或多个)非关键区检查525、530错误。在这个可选实施例中，如果535非关键区中错误的数量超过可以任凭网络设计者设定的阈值，则将发送对帧重传的请求545。否则，如果535在(一个或多个)非关键区中检测的错误的数量处于或小于可接受值，则已解码的帧数据将被发送以供OSI上层处理540。

使用自适应帧结构使得可以把高阶MCS方案积极地用于丢失容忍应用，这减小物理层中所用资源的数量。另外，由于低错误保护区中的错误屏蔽特征(即允许低错误保护区中的一些错误沿栈向上传播)，可以减小重传的数量，也提供资源的节省。

本发明的实施例可以潜在地用于支持包括丢失容忍应用和无损应用的业务混合物的无线网络。通过部署支持本发明的自适应帧结构的客户端装置，与使用不支持AFS的客户端装置相比，网络将能够支持更多数量的客户端装置。另外，通过使用AFS而引入的传输数量的减小可以减小客户端卡处的功耗并因此延长电池寿命。

参考图6，用于无线网络的设备600可以包括处理电路650，该处理电路650包括逻辑(例如，硬电路、处理器和软件、或者其组合)以确定对应数据单元被发送/接收的应用类型并且按每帧动态地调节非均匀错误保护，如在上面的一个或多个过程中所描述的。在某些非限制性实施例中，设备600一般可以包括射频(RF)接口610和介质访问控制器(MAC)/基带处理器部分650。

在一个示例实施例中，RF接口610可以是适于发送和接收单载波或多载波调制信号(例如，CCK或OFDM)的任何部件或部件的组合，尽管发明实施例不限于任何特定的空中接口或调制方案。RF接口610可以包括例如接收器612、发射器614和/或频率合成器616。如果需要的话，接口610也可以包括偏压控制件、晶体振荡器和/或一个或多个天线618、619。而且，RF接口610可以根据需要替换地或附加地使用外部压控振荡器(VCO)、表面声波滤波器、中间频率(IF)滤波器和/或射频(RF)滤波器。由于潜在RF接口设计的多样性，因而省略了其扩展描述。

处理电路650可以与RF接口610通信以处理接收/发射信号并且仅举例来说可以包括用于对所接收信号进行下变频(down convert)的模数转换器652、用于对信号进行上变频以用于传输的数模转换器654。此外，电路650可以包括用于对各接收/发射信号进行PHY链路层处理的基带处理电路656。处理部分650也可以包括用于介质访问控制(MAC)/数据链路层处理的处理电路659或由该处理电路659组成。

在发明实施例中，来自/去往应用层660的应用类型信息可以由MAC电路659和/或由PHY电路656中的帧生成器在表658中查找(这个信息也可以从服务流和分组大小中推断出)。应用类型信息用来定义高错误保护区和低错误保护区之间的边界(因而按应用要求定制帧结构)。另外，这个信息可以被通知给接收器侧以便在物理层中正确解调和解码该帧。

非均匀错误保护可以由MAC电路659和/或PHY层电路656中的帧生成器实施以在相同帧内设定高错误保护区和低错误保护区。在高错误保护区中使用低阶MCS，而对于低错误保护区而言使用高阶MCS。关键错误检测机构用来检测高错误保护区中的错误，如果在该区中检测到错误，则要求附加的传输。低错误保护区可以可选地由可选的非关键错误检测机构来检查，该非关键错误检测机构提供关于低错误保护区中错误的数量的信息。如果采用该可选的非关键错误检测机构，则基于低错误保护区中错误的数量而做出是否接受该帧的附加决定，如图5中的示例性过程500所示。如果不使用这个可选的非关键错误检测机构，则是否接受该帧的决定仅仅基于关键错误区(高错误保护区)的完整性。

在本发明的某些实施例中，PHY处理电路656可以包括帧构造和/或检测模块，其与诸如缓冲存储器(未示出)的附加电路组合用来如在先前描述的实施例中那样构造和/或解构超帧。替换地或附加地，MAC处理电路659可以共享这些功能中的某些的处理或者与PHY处理电路656无关地执行这些过程。MAC和PHY处理也可以根据需要被集成到单个电路中。

设备600可以是例如基站、接入点、混合协调器、无线路由器、计算装置的NIC和/或网络适配器、移动站或者其他适合于实施本文描述的发明方法、协议和/或架构的装置。因而，设备600的先前描述的功能和/或特定配置可以根据合适的需要而被包括或省略。在一些实施例中，设备600可以被配置成与协议以及频率相关的分别用于WLAN、WPAN和/或宽带无线网络的IEEE 802.11、802.15和/或802.16标准中的一个或多个兼容，尽管实施例在这方面不受限。

设备600的实施例可以使用单输入单输出(SISO)架构来实施。然而，如图6所示，某些优选的实施方式可以包括用于使用自适应天线技术进行波束形成或空分多址(SDMA)和/或使用多输入多输出(MIMO)通信技术来发射和/或接收的多个天线(例如，618、619)。

站600的部件和特征可以使用分立电路、特定用途集成电路(ASIC)、逻辑门和/或单芯片架构的任何组合来实施。而且，设备600的特征可以在合适的情况下使用微控制器、可编程逻辑阵列和/或微处理器或者前面的任何组合来实施。注意，硬件、固件和/或软件元件可以在本文中被共同地或单独地称为“逻辑”或“电路”。

应当明白，在图6的框图中示出的示例设备600仅表示许多潜在实施方式的一个功能性描述示例。因而，在附图中描绘的块功能的划分、省略或包括不意味着用于实施这些功能的硬件部件、电路、软件和/元件将必需在本发明的实施例中被划分、省略或包括。

除非与物理可能性相反，发明人设想本文描述的方法：(i)可以以任何顺序和/或以任何组合被执行；以及(ii)各实施例的部件可以以任何方式被组合。

尽管描述了本新颖发明的示例实施例，但是在不偏离本发明的范围的情况下许多变型和修改是可能的。因而，发明实施例不受上面的具体公开内容限制，而应当仅由所附权利要求书及其法律等价物限制。