[发明专利]全双工无线通信

说明书

背景

共享通信介质被用在许多通信网络中，以在节点之间实现数据交换。为了使节点对共享介质进行可靠并且可预测的使用，它们使用多路访问技术并遵守一组媒体访问控制(MAC)规则，该组规则控制介质如何被访问和共享。

用于在通信网络中访问共享介质的一种多址技术是载波侦听多址访问(CSMA)。CSMA被用在诸如IEEE 802.3之类的有线网络以及诸如IEEE802.11之类的无线网络两者中。在CSMA系统中操作的节点通过在发送任何数据之前监听载波(即，发射)在共享介质上的存在性，来尝试避免与共享介质的其他用户产生发射冲突。因此，当其他节点正在使用共享介质时，一个节点不在该共享介质上进行发射。

在有线CSMA网络中，发射的信号可以几乎同时被共享通信介质的所有节点侦听到。因此，如果发生冲突(例如，由于两个节点同时开始发射)，那么，这可以被发射器检测到，且根据MAC协议，在随机的时间段内，它们可以从重新发射退避(back-off)。这被称为带有冲突检测的CSMA(CSMA/CD)。

然而，对于无线网络，由于无线电信号的有限的传播范围，情况不是这样的。例如，假设有三个无线节点A、B，以及C。节点A在节点B的传播范围，但不在节点C的传播范围，类似地，节点C在节点B的传播范围，但不在节点A的传播范围。由于节点A和节点C不在彼此的范围之内，因此，它们不能侦听到另一方正在发射的信号。当节点A希望向节点B发射时，它在共享的通信介质上监听(相关的无线电频率)，以确定载波是否空闲(根据CSMA协议)。如果没有检测到其他发射，那么，开始从节点A到节点B的发射。随后，如果节点C希望向节点B发射，则它还在载波上监听以侦听发射。节点C不会检测到来自节点A的发射，因为它越出其范围外。因此，节点C也开始向节点B发射。由于节点B在节点A和C两者的范围内，因此，这两个发射会发生干扰，由此，会发生冲突。

由于归因于介质的其他用户太远而不能检测到其他用户从而导致的无线节点遭受干扰的的问题被称为“隐藏节点问题”。

为减轻此问题，诸如IEEE 802.11之类的先前的无线通信协议使用了叫做带有冲突避免的CSMA(CSMA/CA)的技术。CSMA/CA被用来降低由于若干个无线节点试图在载波于发射后变得空闲之后就立即进行发射而导致的冲突的似然率。如果信道被一个希望发射数据的节点侦听为忙，那么，发射被推迟到载波变得空闲之后的一个随机间隔。尽管这可以降低载波上发生冲突的概率，但是，它不能完全消除由隐藏节点问题所引起的冲突。CSMA/CA方案的一个示例是IEEE 802.11无线网络中所使用的分布式协调功能(DCF)。

CSMA/CA还可以通过交换请求发送(RTS)和清除发送(CTS)分组以向附近的节点警告即将发生的帧发射来进行补充。例如，节点通过发送RTS消息来发起数据发送过程。目的地节点以CTS消息作出响应。接收到RTS或CTS帧的任何其他节点被配置为在RTS和CTS帧中指定的时间内不发送数据。因此，这会降低帧冲突的频率。然而，使用RTS/CTS过程就延迟和额外消息传递而言会引入大量的开销，这由此降低了吞吐量。结果，RTS/CTS机制在使用IEEE 802.11协议的应用中常常被关闭。

在CSMA无线网络中还存在叫做“暴露节点问题”的又一个问题。在此情况下，假设有四个节点A、B、C以及D。节点B只在节点A和C的范围内，而节点C只在节点B和D的范围内。如果节点B正在向节点A发射，那么，节点C侦听载波，听到来自节点B的发射，并确定它不能向节点D发射。然而，这是不正确的结论，因为向节点D进行的发射将只导致在节点B和C之间没有节点正在接收数据的区域中的干扰。因此，暴露节点问题降低了对共享介质的空间重用，从而，降低了网络的总体性能。

此处所描述的各实施例不仅限于解决任何或全部所指出的缺点的实现。

概述

下面呈现了本发明的简要概述，以便向读者提供基本理解。本概述不是本发明的详尽概述，并且不标识本发明的关键/重要元素，也不描述本发明的范围。其唯一的目的是以简化形式呈现此处所公开的一些概念，作为稍后呈现的更详细的描述的序言。