用于使用無線網絡中的多個頻帶進行通信的系統的制作方法
【專利說明】用于使用無線網絡中的多個頻帶進行通信的系統
[0001 ] 本申請是申請日為2013年3月29日、申請號為201380018311.4、發明名稱為“用于使用無線網絡中的多個頻帶進行通信的系統”的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本公開的實施例涉及數據通信領域，更具體而言，涉及無線網絡中的數據通信。
【背景技術】
[0003]在無線通信的當前狀態中，越來越多的通信設備能夠彼此無線通信。這些通信設備包括具有許多不同形狀因數的各種設備，其自以下各項變化:個人計算機、移動或臺式機、顯示器、存儲設備、手持設備、電話等。這些通信設備中的許多被封裝為“用途”設備，諸如機頂盒、個人數字助理(PDA)、web平板、尋呼機、文本信使、游戲設備、智能器具和無線移動電話。這樣的設備可以在各種不同的無線環境中彼此通信，諸如無線廣域網(WW AN)、無線城域網(WMAN)、無線局域網(WLAN)和無線個域網(WPAN)、全球移動通信系統(GSM)網絡、碼分多址(CDMA)等。
[0004]對于諸如視頻流、實時協作、視頻內容下載等之類的高吞吐量應用的日益增長的需求對無線通信施加嚴格要求，以提供更好、更快、并且成本更低的通信系統。近年來，未經許可的頻帶已用于高達幾百Mbps的通信，諸如2.4GHz(工業、科學、醫學(ISM))和5.0GHz(通用國家信息基礎設施(UNII))帶。為了實現這些比特率，已向電氣和電子工程師協會(IEEE)提議了相對復雜的調制技術，諸如多輸入/多輸出(MMO)正交頻分復用(0FDM)。由于ISM和UNII帶的普及，對于這些帶的用戶來說，這些帶正變得擁擠，導致相當大干擾。
[0005]為了提供干擾受限的Gbps通信，IEEE委員會最近已經開始考慮以較高頻率進行通信，諸如大于20GHz的頻帶。圖1示在了所選主要工業化國家/地區中當前可用的未經許可的頻帶。
【附圖說明】
[0006]通過以下詳細描述結合附圖，將容易理解本公開的實施例。為了便于該描述，同樣的參考標號指明同樣的結構元件。在附圖的圖中，作為示例而不是作為限制地圖示了實施例。
[0007]圖1圖示在所選主要工業化國家/地區中當前可用的未經許可頻帶；
圖2圖示使用具有大約相同孔徑大小的天線的不同頻帶的示例性波束寬度；
圖3圖示根據各種實施例的無線網絡；
圖4圖示根據各種實施例的可以通過使用第一和第二頻帶來發射和/或接收的各種類型的CSMA/CA協議數據；
圖5圖示根據各種實施例的用于在無線網絡中通過通信設備進行通信的過程；
圖6圖示根據各種實施例的通信設備；
圖7圖示根據各種實施例的用于通過使用兩個頻帶來發射和接收信號的電路； 圖8圖示根據各種實施例的幀格式；
圖9圖示根據各種實施例的另一幀格式；
圖10圖示根據各種實施例的又一幀格式；
圖11圖示根據各種實施例的使用軟耦合系統的兩個頻帶的兩個幀格式，所述軟耦合系統被適配成通過使用兩個頻帶進行通信；
圖12圖示根據各種實施例的被適配成通過使用兩個頻帶進行通信的軟耦合系統的電路；
圖13圖示根據各種實施例的用于在無線網絡中通過通信設備進行通信的另一過程；
圖14圖示根據各種實施例的用于在無線網絡中通過通信設備進行通信的又一過程；
圖15圖示根據各種實施例的在無線網絡中通過通信設備的搜索過程；
圖16圖示根據各種實施例的在無線網絡中通過通信設備的天線調整/鏈路建立過程； 圖17圖示根據各種實施例的在無線網絡中通過通信設備的另一天線調整/鏈路建立過程；
圖18圖示根據各種實施例的在無線網絡中通過通信設備的信號接收過程；
圖19圖示根據各種實施例的使用協調設備的通信系統；
圖20圖示根據各種實施例的用于在無線網絡中通過協調設備來協調通信的過程;以及圖21圖示根據各種實施例的用于在無線網絡中通過通信設備來協調通信的過程。
[0008]圖22圖示具有兩種不同類型的無線通信系統的通信系統。
[0009]圖23圖示適于在兩種不同類型的無線通信系統情況下使用的示例性用戶設備。
[0010]圖24圖示具有對于兩種不同類型的無線通信系統共同的幀同步時段的定時圖。
[0011]圖25圖示定時圖，以通過使用幀同步時段來同步來自兩種不同類型的無線通信系統的幀。
[0012]圖26圖示操作環境，以通過使用幀同步時段來檢測幀對準信號。
[0013]圖27圖示用于控制無線接收器以通過使用幀同步時段來檢測幀對準信號的過程。
【具體實施方式】
[0014]在以下詳細描述中，參考形成本文的一部分的附圖，其中同樣的標號貫穿全文指明同樣的部分，并且其中作為圖示而示出了其中可以實行本公開的主題的實施例。將理解的是:可以使用其它實施例并且可以做出結構或邏輯改變而不脫離本公開的范圍。因此，以下詳細描述不要以限制性意義來理解，并且根據本公開的實施例的范圍由所附權利要求及其等同物所限定。
[0015]依次以可以有助于理解本公開實施例的方式，各種操作可以被描述為多個分立的操作;然而，描述的順序不應被解釋為意味著這些操作依賴于順序。
[0016]描述可以使用諸如“在一個實施例中”或“在各種實施例中”之類的短語，其可以各自指一個或多個相同或不同的實施例。此外，正如關于本公開的實施例所使用的，術語“包括”、“包含”、“具有”等是同義的。
[0017]根據本公開的各種實施例，提供了方法和系統，其中通信設備通過使用第一和第二頻帶與無線網絡中的其它通信設備進行通信。對于實施例，第一頻帶可以與第一波束寬度相關聯，而第二頻帶可以與第二波束寬度相關聯，第一波束寬度大于第二波束寬度。雖然下面的描述對使用兩個頻帶進行了描述，但是在可替換實施例中，可以采用多于兩個頻帶。
[0018]在各種實施例中，第一頻帶可以用于傳送(即發射和/或接收)第一信號，以便于無線網絡的通信設備和其它通信設備之間的初始通信，包括第一信號的初始通信，所述第一信號包含用于粗略配置其它通信設備以與該通信設備進行無線通信的控制信息和/或信號。可以通過使用第二頻帶來發射設備之間的第二信號的隨后的通信。第二信號此外包括用于較精細配置其它通信設備以與該通信設備進行無線通信的控制信息和/或信號。
[0019]在一些實施例中，第一信號可以被適配用于信號檢測、初始波束形成和/或初始載波頻率偏移(CFO)估計，以便于通過使用第二頻帶的隨后的通信。通過第二頻帶所傳送的第二信號可以被適配用于補充初始波束形成的更精確的波束形成和/或被適配用于可以補充初始CFO估計的精細CFO估計的信號。第二信號可以此外便于其它通信設備到該通信設備的定時同步。如之前間接提到的，通過使用第二頻帶所傳送的第二信號可以便于通過使用第二頻帶的另外的通信，以便促進通過使用第二頻帶的第三信號的通信。將通過使用第二頻帶來傳送的第三信號可以包括各種類型的數據，例如包括與視頻流、實時和/或非實時協作、視頻內容下載、音頻和文本內容下載和/或上載等相關的數據。
[0020]各種途徑可以使用在各種可替換實施例中，以便經由與第一波束寬度相關聯的第一頻帶(本文中的“第一頻帶”)以及與第二波束寬度相關聯的第二頻帶(本文中的“第二頻帶”)來進行通信。例如，在一些實施例中，使用第一頻帶的通信可以是如使用相對低的頻帶(諸如小于約20GHz的那些帶)的結果，而使用第二頻帶的通信可以是如使用較高頻帶(諸如以約20GHz以上為中心的那些帶)的結果。可以包括天線的各種組合和/或多元件天線的各種天線系統可以在各種可替換實施例中被采用，以便通過使用第一和第二頻帶進行通信。
[0021]第一頻帶可以是比第二頻帶更低的頻帶。對于這些實施例，第一頻帶可以是2.4GHz ISM帶或5.0GHz UNII帶，或小于約20GHz的一些其它帶，而第二頻帶可以是較高的頻帶，諸如大于約20GHz的帶，例如包括24GHz帶或中心在59到62GHz頻譜中的帶。注意到，為了本描述的目的，使用第一較低頻帶的通信過程可以被稱為帶外(OOB)通信，并且使用第二較高頻帶的通信過程可以被稱為帶內通信。此外注意到，在可替換實施例中，其它頻帶也可以用作第一和第二頻帶，并且第一較低頻帶和第二較高頻帶之間的劃界可以不在20GHz處。在仍其它的可替換實施例中，第一和第二頻帶可以以相同的頻率為中心，但可以與不同的波束寬度相關聯，例如通過使用不同孔徑大小的天線。
[0022]第一頻帶可以由通信設備使用，以與無線網絡的其它通信設備通信OOB控制信息信號或僅僅“第一控制信號”，以便于使用第二頻帶的數據通信。第一控制信號可以包括“信號”和/或“控制信息”，以便于該設備或其它通信設備的初始或粗略波束形成、CFO估計、定時同步等。在一些實施例中，通信設備可以使用第二頻帶以向和/或自無線網絡的其它通信設備發射和/或接收帶內控制信息信號或僅僅“第二控制信號”，以進一步便于使用第二頻帶的數據通信。第二控制信號可以包括信號和控制信息，以便于該通信設備或其它通信設備的精細波束形成、CFO估計、定時同步等。將通過使用第二頻帶來傳送(即發射和/或接收)的隨后的數據或數據信號可以包括用于追蹤波束形成、CF0、定時等的信號，以及各種類型的數據，例如包括與視頻流、實時和/或非實時協作、視頻內容下載、音頻和文本內容下載和/或上載等相關的數據。
[0023]為了領會本文所述的實施例的各個方面，現在將論述與相對寬的波束寬度相關聯的頻帶的特性以及與相對窄的波束寬度相關聯的頻帶的特性。該論述還將描述各種類型的天線的特性，例如包括全向和定向天線。此外，還將提供與使用相對于較高頻帶的較低頻帶的影響相關的論述。
[0024]該論述始于波束寬度的簡要描述。波束寬度是通常與天線或碟型天線相關聯的空間特性。天線的波束寬度可以由天線孔徑大小與要發射(或接收)的信號的波長的比來確定。也就是說，如果要發射(或接收)的信號的波長保持恒定，則孔徑大小越大，波束寬度就越窄。可替換地，通過發射(或接收)較短波長(即較高頻率)的信號而同時維持恒定的孔徑大小，還可以使得波束寬度更窄。因此，當具有類似大小的孔徑的一個或多個天線發射不同頻帶的信號時，可以結果產生不同的波束寬度。注意到，雖然上面的論述除其它外涉及孔徑大小和波束寬度之間的關系，但多元件天線可以用于選擇性地控制要發射的信號的波束寬度，在這種情況下，孔徑大小可以不相關于要發射的信號的波束寬度。也就是說，可以采用具有多元件天線的天線系統，所述多元件天線可以被適應性地配置為選擇性地發射(或接收)與不同的波束寬度相關聯的信號。
[0025]因此，為了獲得相對寬的波束寬度，一種途徑是使用具有小孔徑的天線，諸如全向天線，替代于或附加于使用相對低的頻帶(例如ISM或UNII帶)。相反，為了獲得較窄的波束寬度，一種途徑是使用具有大孔徑的天線，諸如定向天線，替代于或附加于使用相對高的頻帶。當然，可替換地，單個天線可以僅僅通過變更要發射和/或接收的信號的頻帶(即較高或較低的頻帶)而提供變化的波束寬度。在仍其它的可替換途徑中，并且正如之前間接提到的，多元件天線可以用于提供具有變化的波束寬度的頻帶。也就是說，可以例如通過使用特殊過程或協議來適應性地控制單組多元件天線，以提供特定的波束方向和特定的波束形狀。因此，單組多元件天線可以用于提供變化的波束寬度的多個頻帶。注意到，在以下描述中，術語“天線”可以指單個天線或多元件天線。
[0026]現在參照圖2，通過使用具有大約相同孔徑大小的天線來比較各種頻帶的波束寬度。正如之前間接提到的，使用諸如2.4GHz(ISM)帶或5.0GHz(UNII)帶之類的較低頻帶而不是諸如帶內頻帶(例如大于20GHz的帶)之類的較高頻帶來用于在例如無線網絡中通信的特性之一是較低頻帶可以與較大的波束寬度相關聯。由于較大的波束寬度，經由較低頻帶發射的信號將很可能到達無線網絡中的更多設備。然而，由于較大的波束寬度，使用較低頻帶的缺點是:由于較寬的楔，存在較大的干擾和攔截風險。
[0027]與較低頻帶相反，當較高頻帶用于在無線網絡中通信時，結果可以產生較窄的波束寬度，如先前所述。結果，可以存在較小的干擾可能性。除了較窄的波束寬度之外，較高頻帶的另一特性是:如果使用較高頻帶(諸如24或60GHz帶)，則可能存在隨距離的附加衰減，這例如由于氧吸收而引起。也就是說，并且正如圖2中所描繪，較高頻帶(例如60GHz帶)可以具有比較低頻帶(例如2.4或5.0GHz帶)更小的波束寬度和更短的“范圍”或“所及范圍”。因此，在60GHz帶而不是諸如2.4或5.0GHz帶之類的較低帶中操作的設備通常可以具有較少的來自其它遠程設備的干擾風險。
[0028]使用較高頻帶來用于在無線網絡中通信的另一特性是:較高頻帶可以允許使用較高信號帶寬(因為更多的頻譜通常在較高頻率處可用)，其因此可以允許較大的數據吞吐量。同時，由于在接收器側較小的信噪比，使用較大的帶寬可以降低發射信號的功率譜密度，并潛在地減小可靠通信范圍。
[0029]使用較高頻帶來用于在無線網絡中通信可以意指可以使用定向天線而非全向天線來用于這樣的通信。當用于在無線網絡中通信時，使用這樣的天線本身可以提供某些優點和缺點。例如，使用定向天線和較高頻帶用于發射信號的一個優點是:與使用全向天線來實現相同水平的所接收功率相比，可以需要較少的功率。因而，不太有效(和不太昂貴)的射頻(RF)組件可以與定向天線一起使用，這在一些情形下可以是顯著的因素，因為對于較高頻率的通信，RF部分的成本可能顯著更高。
[0030]當然，當通過使用較高頻帶與定向天線來在無線網絡中通信時，可能存在某些缺點。例如，可能需要跨越360度的經適配的或多個固定天線設置，以便在網絡中注冊所有的通信設備。這可能是非常耗時的，并且例如通過使用諸如載波偵聽多路訪問和沖突避免(CSMA/CA)或載波偵聽多路訪問和沖突檢測(CSMA/CD )之類的協議來同步網絡中的通信設備可能非常困難，并且在采用使用定向天線的較高頻帶時可能是不可行的。
[0031]根據各種實施例，如上所述的與不同的波束寬度相關聯的頻帶的特性可以被組合，并根據如下所述的各種實施例而用于無線通信網絡中。
[0032]圖3圖示根據各種實施例的包括多個通信設備(CD)的無線網絡，所述多個通信設備經由多個通信鏈路彼此通信。對于實施例，網絡300可以是WWAN、WMAN、WLAN、WPAN或其它類型的無線網絡。通信設備(CD)302-308可以是臺式計算機、膝上型計算機、機頂盒、個人數字助理(PDA)、web平板、尋呼機、文本信使、游戲設備、智能器具、無線移動電話或任何其它類型的計算或通信設備。在一些實施例中，⑶302-308中的至少一個可以是主站或接入點，而其它CD可以是客戶端或從設備。注意到，在可替換實施例中，網絡300可以包括較多或較少的⑶。CD 302-308中的每一個可以經由可以是雙向的鏈路310來與網絡300的其它⑶通信。⑶之間的通信可以根據諸如802.lla、802.1lb之類的標準以及這些標準的其它衍生物。
[0033]為了容易理解，將此外描述本公開的實施例，假定網絡300是WPAN，并且CD302是接入點，并且其它⑶304-308是客戶端設備。注意到，在可替換實施例中，網絡300可以不包括接入點。例如，在可替換實施例中，網絡300可以是自組織網狀網絡，在這種情況下不需要接入點。返回到圖3，在一些實施例中，客戶端⑶304-308中的至少一些可以任意地和隨機地加入和/或離開網絡300。每當客戶端⑶304-308進入網絡300時，它可以認證或相關聯于(本文中“關聯”)網絡300，使得網絡300的各種客戶端CD可以“知道”客戶端CD存在于網絡300中。在一些實施例中，通過和接入點⑶302相關聯，客戶端⑶304-308可以與網絡300相關聯。注意到，在該圖示中，客戶端⑶304剛進入網絡300，正如參考312所指示。
[0034]當進入網絡300時，CD304可以使其本身與網絡相關聯(例如經由接入點⑶302)。根據各種實施例，可以例如通過使用與相對寬的波束寬度相關聯的第一頻帶實現與網絡300的關聯。通過使用與相對寬的波束寬度(本文中“第一波束寬度”)相關聯的頻帶來發射關聯信號，網絡300中的其它⑶302、306和308可以更可能從⑶304接收認證信號(例如信標)。在一些實施例中，第一頻帶可以是2.4GHz(ISM)、5.0GHz(UNII)