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CN104185958A - 用于无线网络中下行链路传输的系统和方法 - Google Patents

用于无线网络中下行链路传输的系统和方法 Download PDF

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CN104185958A CN201380015789.1A CN201380015789A CN104185958A CN 104185958 A CN104185958 A CN 104185958A CN 201380015789 A CN201380015789 A CN 201380015789A CN 104185958 A CN104185958 A CN 104185958A
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Abstract

一种用于无线网络中通信的方法包括通信台传输包括短训练字段和长训练字段的空数据报文(NDP)省电(PS)轮询帧。而且，所述NDP PS轮询帧包括信令字段，所述信令字段包括消息类型指示符、发射器地址(TA)、接收器地址(RA)和循环冗余校验(CRC)。此外，所述方法包括所述通信台根据所述NDP PS轮询帧接收缓存数据。

Description

用于无线网络中下行链路传输的系统和方法
本发明要求2013年3月13日递交的发明名称为“用于无线网络中下行链路传输的系统和方法(System and Method for Downlink Transmissionin a Wireless Network)”的第13/798,472号美国非临时申请案的在先申请优先权，该申请案要求2012年4月12日递交的发明名称为“用于传输参考信号的系统和方法(System and Method for Transmitting a ReferenceSignal)”的第61/623,418号美国临时申请案的在先申请优先权，这两个在先申请的内容均以引用的方式并入本文中，如全文再现一般。
技术领域
本发明涉及用于无线通信的系统和方法，尤其涉及用于无线网络中下行链路传输的系统和方法。
背景技术
目前，IEEE 802.11ah定义了针对低于1GHz的载波频率的局域网协议。IEEE 802.11ah的主要要求包括更大的覆盖面积(例如，半径达1km)、至少100kbps的物理(PHY)层数据速率、最大20Mbps的多个通信台合计数据速率、正交频分复用(OFDM)PHY调制的使用以及支持用于室外应用的超过2007个(通信台与接入点的)关联。
开销对802.11ah来说是一个问题。802.11ah的物理层使用比普通802.11协议慢的时钟。因此，802.11ah下的各符号长度是普通802.11协议下的符号长度的十倍。
对于802.11协议中的下行链路传输方案，接入点(AP)在每个信标帧广播流量指示图(TIM)，其具有下行链路报文是否缓存至各个通信台的信息。如果下行链路报文已缓存，则通信台在读取TIM之后传输省电(PS)轮询消息，指示该通信站已唤醒并准备好接收该下行链路数据报文。如果接入点准备好传输缓存数据，其立即传输下行链路数据报文。如果接入点尚未准备好传输缓存数据，接入点传输确认报文并且不久将传输缓存数据。
发明内容
在无线网络中进行通信的一种实施例方法包括通信台传输包括短训练字段和长训练字段的空数据报文(NDP)省电(PS)轮询帧。而且，所述NDP PS轮询帧包括信令字段，所述信令字段包括消息类型指示符、发射器地址(TA)、接收器地址(RA)和循环冗余校验(CRC)。此外，所述方法包括所述通信台根据所述NDP PS轮询帧接收缓存数据。
在无线网络中进行通信的一种实施例方法包括接入点接收包括短训练字段和长训练字段的空数据报文(NDP)PS轮询帧。而且，所述NDP PS轮询帧包括信令字段，所述信令字段包括消息类型指示符、接收器地址(RA)、发射器地址(TA)和循环冗余校验(CRC)。此外，所述方法包括所述接入点解码所述NDP PS轮询帧和所述接入点根据所述NDP PS轮询帧传输缓存数据。
一台实施例通信台包括处理器和存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质。所述程序包括传输包括短训练字段和长训练字段的空数据报文(NDP)PS轮询帧的指令。而且，所述NDP PS轮询帧包括信令字段，所述信令字段包括消息类型指示符、接收器地址(RA)、发射器地址(TA)和循环冗余校验(CRC)。此外，所述程序包括根据所述NDPPS轮询帧接收缓存数据的指令。
一种实施例接入点包括处理器和存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质。所述程序包括接收包括短训练字段和长训练字段的空数据报文(NDP)PS轮询帧的指令。而且，所述NDP PS轮询帧包括信令字段，所述信令字段包括消息类型指示符、接收器地址(RA)、发射器地址(TA)和循环冗余校验(CRC)。此外，所述程序包括根据所述NDPPS轮询帧解码所述空数据报文和传输缓存数据的指令。
上文相当宽泛地概述了本发明的实施例的特征，目的是让人能更好地理解下文对本发明的详细描述。下文中将描述本发明的实施例的额外特征和优点，其形成本发明的权利要求书的标的物。所属领域的技术人员应了解，所公开的概念和具体实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构或过程的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效构造不脱离所附权利要求书中所提出的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：
图1示出了省电(PS)轮询消息格式；
图2示出了用于无线网络中下行链路传输的实施例系统；
图3示出了实施例物理层头；
图4示出了用于短PS轮询报文的实施例信令字段分配；
图5示出了用于无线网络中下行链路传输的实施例方法的流程图；
图6示出了实施例流量指示图。
图7示出了确定接收器地址的实施例方法的流程图；
图8示出了实施例接收器地址；
图9示出了确定调制编码方案的实施例方法的流程图；以及
图10示出了根据实施例的图示一种可用于实现如本文所述的设备和方法的计算平台的方框图。
除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
具体实施方式
最初应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但可使用任意数目的当前已知或现有的技术来实施所公开的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。
对于802.11协议中的下行链路传输方案，接入点(AP)在每个信标帧广播流量指示图(TIM)，其具有接入点是否具有用于与接入点关联的各通信台的缓存下行链路报文的信息。如果接入点具有用于通信台的缓存下行链路报文，则通信台在接收到TIM信息之后传输省电轮询(PS)轮询帧，指示通信台处于活动状态并准备好接收缓存下行链路数据报文。如果接入点准备好传输缓存数据，其直接传输下行链路数据报文。然而，缓存如果接入点尚未准备好传输缓存数据，接入点向通信台传输确认报文并且不久之后向通信台传输缓存数据报文。
图1示出了PS轮询帧100，其用于指示通信台处于活动状态并准备好接收缓存数据。PS轮询帧100包括用于帧控制的两个八位字节、用于关联标识号码(AID)的两个八位字节、用于基础服务集标识号码(BSSID)的六个八位字符、用于发射器地址(TA)的六个八位字符以及用于帧校验序列(FCS)的四个八位字符。因此，PS轮询帧100包含20个八位字符。BSSID可以是接收器地址(RA)。PS轮询帧100的媒体接入控制(MAC)帧头包括帧控制、AID、BSSID和TA。此外，PS轮询帧100包含短训练字段、长训练字段和信令字段。(未示出)
图2示出了用于无线网络中下行链路数据传输的系统110。系统110包括接入点112和通信台114。接入点112开始广播TIM。然后，通信台114通过向接入点传输空数据报文(NDP)PS轮询帧做出响应。NDP是未携带数据字段的物理层汇聚程序(PLCP)协议数据单元(PPDU)。因此，NDP报文可能是未携带数据字段的仅物理层头报文。NDP可以具有固定的报文长度和调制编码方案(MCS)水平，并且可以在最低可用MCS级别中进行编码。接着，接入点112解码NDP PS轮询帧。如果接入点112准备好向通信台114传输缓存数据，接入点112立即开始向通信台114传输缓存数据。然而，如果接入点112没有立即准备好传输数据，接入点112向通信台114传输确认帧，并且当接入点112准备好时接入点112向通信台114传输缓存数据。
图3示出了可用作NDP PS轮询帧的报文120的示例。在示例中，报文120可仅由物理(PHY)层前导组成。报文120可包括短训练字段(STF)、长训练字段(LTF)以及信令字段(SIG)。短训练字段用于初始帧同步、粗略频率偏移补偿以及自动增益控制(AGC)设置。此外，长训练字段用于精细频率偏移补偿和信道估计。在示例中，最低调制编码方案(MCS)级别用于传输NDP PS轮询帧。可使用IEEE 802.11报文格式的物理层头字段传送NDP PS轮询帧。
图4示出了NDP PS轮询帧125的实施例信令字段。该信令字段可包括用于消息类型指示符的四个比特、用于发射器地址(TA)或者通信台地址的九个比特、用于接收器地址(RA)或者接入点地址的九个比特、用于优选调制编码方案(MCS)子字段的四个比特、用于维特比解码的尾比特的六个比特以及用于循环冗余校验(CRC)的四个比特。在一项示例中，信令字段还包括用于消息类型指示符的一个比特和一个预留比特，总共38个比特。在另一项示例中，信令字段还包括用于消息类型指示符的九个比特和三个预留比特，总共48个比特。用于下行链路数据报文的优选的调制编码方案(MCS)子字段指示优选的MCS级别。而且，下行链路数据报文传输的并发流的优选数目可包括在NDP PS轮询帧125的信令字段中。
在示例中，信令字段具有48个或者更少比特。在另一示例中，信令字段具有36个或者更少比特。在一项实施例中，信令字段包含上行链路数据指示符、发射器地址、接收器地址和循环冗余校验(CRC)。在另一实施例中，信令字段还包含优选的MCS子字段，其指示用于下行链路数据报文的优选的MCS。在一项示例中，优选的MCS子字段基于接入点广播的先前报文的质量。而且，信令字段可包括用于维特比解码的解码器尾比特。在示例中，最低MCS用于传输NDP PS轮询帧。在另一示例中，指示下行链路数据报文传输的并发流的优选数目的字段包括在NDP PS轮询帧中。可使用IEEE 802.11报文格式的物理层头字段传送NDP PS轮询帧。在一项示例中，发射器地址通过计算包括至少一部分AID生成。通信台和接入点都知道如何从原始AID中生成发射器地址。在另一项示例中，接收器地址通过计算包括接入点的至少一部分BSSID生成。通信台和接入点都知道如何从原始BSSID中生成接收器地址。
图5示出了一种从接入点至通信台的下行链路传输的方法。最初，在步骤130中，接入点广播TIM。接收TIM之后，如果通信台处于活动状态并准备好接收缓存数据，在步骤132中，通信台向接入点传输NDP PS轮询帧。一旦接收了NDP PS轮询帧，接入点解码NDP PS轮询帧，并且，在步骤136中，接入点确定接入点是否准备好向通信台传输缓存数据。如果接入点准备好传输缓存数据，在步骤140中，接入点立即向通信台传输缓存数据。如果接入点没有准备好传输缓存数据，在步骤138中，接入点向通信台传输确认帧。接着，在步骤140中，当接入点准备好时，接入点向通信台传输缓存数据。在示例中，IEEE 802.11缓存标准中的部分虚拟位图信息用作在接入点缓存的下行链路流量的信息。
接入点广播TIM，其指示接入点准备向哪个通信台传送缓存数据。例如，在与接入点关联的1024个通信台中，接入点可能准备只向其中16个通信台发送缓存数据。当NDP PS轮询帧仅用于响应TIM时，标识符需要区分出接入点准备发送缓存数据的16个通信台。例如，当接入点准备向1024个通信台中的16个通信台发送缓存数据时，标识符可仅包括标识这16个通信台的四个比特，而不是标识这1024个通信台所需的10个比特，其用于标识NDPPS轮询帧中的通信台。图6示出了具有100个通信台的TIM 150，其中接入点准备向五个通信台发送缓存数据。在TIM 150中，通信台的AID的范围是从0至99。“1”用于流量指示意味着接入点中的数据是为此通信台所缓存，而“0”用于流量指示意味着接入点中没有为此通信台缓存的数据。在TIM 150中，接入点具有向五个通信台传送的缓存数据。通信台1发送的NDP PS轮询帧中使用的发射器地址可以是N(0≤N≤4)，通信台3发送的NDP PS轮询帧中使用的发射器地址可以是取模(N+1,5)，通信台24发送的NDP PS轮询帧中使用的发射器地址可以是取模(N+2,5)，通信台58发送的NDP PS轮询帧中使用的发射器地址可以是取模(N+3,5)，以及通信台98发送的NDPPS轮询帧中使用的发射器地址可以是取模(N+4,5)，其中N是偏移值并且取模是求模运算。在一项示例中，N等于零。或者，N可以是随机偏移，因此每个通信台都具有平等的获取第一地址的机会。
当仅部分BSSID用作NDP PS轮询帧中的接收器地址时，多个接入点可能使用相同的部分BSSID。图7示出了一种由接入点确定部分BSSID的方法，以避免和另一接入点使用相同的部分BSSID。最初，在步骤160中，接入点连续地监控来自其它接入点的管理报文以确定其它接入点使用的部分BSSID。例如，管理报文可以是IEEE 802.11协议中的信标帧、探测响应帧或者关联响应帧。而且，通信台可向接入点报告附近接入点使用的部分BSSID。在步骤159中，接入点确定另一接入点是否与其使用相同的部分BSSID。如果接入点的部分BSSID与另一接入点的BSSID不同，系统返回至步骤160以进行进一步监控。然而，如果接入点的部分BSSID与另一接入点的部分BSSID相同，系统继续执行步骤161，在步骤161中，其确定是否有与另一接入点的部分BSSID不冲突的部分BSSID。如果有与其它接入点使用的部分BSSID不冲突的部分BSSID，在步骤162中，接入点将其部分BSSID设置为那个部分BSSID。然后，在步骤164中，接入点广播信标帧、探测响应帧或者关联响应帧等管理报文。管理报文指示，如果接入点使用另一部分BSSID，接入点不遵循提取部分BSSID的一般规则。管理报文还可包括接入点使用的部分BSSID。然而，如果没有与其它接入点使用的部分BSSID不冲突的另一部分BSSID，在步骤163中，接入点确定其将不使用NDP PS轮询帧。接着，在步骤165中，接入点广播管理报文，其指示此接入点停用了NDP PS轮询帧。
图8示出了接入点可在信标帧上广播部分BSSID信元170。在一项示例中，部分BSSID信元170包括用于(信息)单元ID的一个八位字节、用于长度字段的一个八位字节以及用于部分BSSID的N个八位字节。部分BSSID可包括1比特以指示是否使用部分BSSID，其中“1”指示部分BSSID在之后的字段中使用，“0”指示接入点没有使用部分BSSID，反之亦然。在示例中，将部分BSSID包括在信标帧中指示接入点没有使用提取部分BSSID的标准方法。部分BSSID是N1比特，而有N*8-(N1+1)个预留比特。在一项示例中，N1等于九，N等于二，并且有六个预留比特。
图9示出了一种通信台为缓存数据确定优选MCS级别的方法的流程图。最初，在步骤180中，接入点传输信标帧、探测响应帧或者关联响应帧等报文。然后，在步骤182中，通信台确定接入点的优选MCS级别，例如，基于来自接入点的接收报文的信号质量。可在NDP PS轮询帧中的优选调制编码字段中指示优选的MCS级别。在一项示例中，指示了绝对优选的MCS级别。在另一项示例中，NDP PS轮询帧包括用于优选的MCS级别的一部分比特。或者，NDP PS轮询帧包括差分MCS级别，其中差分MCS级别指示优选的MCS级别和先前成功接收的下行链路传输的MCS级别的级别差异。
图10是处理系统270的方框图，可以用来实现下文公开的设备和方法。特定设备可以利用所示的所有组件，或仅组件的子集，而集成水平随设备的不同而不同。而且，设备可包含组件的多个实例，如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。处理系统可包括配备一个或多个输出设备(如麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘等)的处理单元。此外，处理系统270可配备一个或多个输出设备，例如，扬声器、打印机、显示器等。处理单元可以包括中央处理器(CPU)274、存储器276、大容量存储器设备278、视频适配器280以及连接至总线的I/O接口288。
所述总线可以为任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或者存储控制器、外设总线以及视频总线等等。CPU274可包括任意类型的电子数据处理器。存储器276可包括任何类型的系统存储器，比如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)或其组合等等。在实施例中，存储器可包括在开机时使用的ROM以及执行程序时使用的程序和数据存储的DRAM。
大容量存储器设备278可以包括任任意类型的存储器设备，其用于存储数据、程序和其他信息并且使这些数据、程序和其他信息通过总线访问。大容量存储器设备278可以包括如下项中的一种或多种：固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。
视频适配器280和I/O接口288提供接口以耦合外部输入输出设备至处理单元。如图所示，输入输出设备的示例包括耦合至视频适配器的显示器和耦合至I/O接口的鼠标/键盘/打印机。其它设备可以耦合到处理单元，可以利用附加的或更少的接口卡。例如，可使用串行接口卡(未示出)将串行接口提供给打印机。
处理单元还可包括一个或多个网络接口284，其可包括以太网电缆等有线链路和/或接入节点或不同网络的无线链路。网络接口284允许处理单元通过网络与远程单元通信。例如，所述网络接口可通过一个或多个发射器/发射天线和一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在实施例中，处理单元耦合到局域网或广域网用于数据处理并与远程设备(比如，其他处理单元、互联网、远程存储设施等等)进行通信。
实施例的优点包括NDP PS轮询帧使用更少的比特。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦接或直接耦接或通信的其他项也可以采用电方式、机械方式或其他方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦接或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (34)

1.一种在无线网络中通信的方法，其特征在于，所述方法包括：
通信台传输空数据报文(NDP)省电(PS)轮询帧，其包括
短训练字段，
长训练字段，和
包括以下的信令字段
消息类型指示符，
发射器地址(TA)，
接收器地址(RA)，和
循环冗余校验(CRC)；以及
所述通信台根据所述NDP PS轮询帧接收缓存数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信令字段进一步包括优选的调制编码方案(MCS)子字段。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使用所述优选的MCS子字段解码所述接收的缓存数据。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优选的MCS子字段包括调制编码方案级别的直接指示符。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优选MCS子字段包括优选的MCS级别和所述通信台先前从接入点接收到的报文的MCS级别的差异。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：
所述通信台从接入点接收报文；和
根据所述报文的质量确定所述优选的MCS子字段。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信令字段进一步包括尾字段。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信令字段进一步包括并发流的优选数目。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括所述通信台接收流量指示图。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括所述通信台在接收所述缓存数据之前接收确认帧。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信令字段少于49个比特。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述信令字段少于37个比特。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TA根据一部分关联ID(AID)生成。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述RA根据一部分基础服务集ID(BSSID)生成。
15.一种在无线网络中通信的方法，其特征在于，所述方法包括：
接入点接收空数据报文(NDP)PS轮询帧，其包括
短训练字段，
长训练字段，和
包括以下的信令字段
消息类型指示符，
接收器地址(RA)，
发射器地址(TA)，和
循环冗余校验(CRC)；
所述接入点解码所述NDP PS轮询帧；以及
所述接入点根据所述NDP PS轮询帧传输缓存数据。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，多个通信台具有多个地址，所述多个通信台用于从所述接入点接收缓存数据，并且所述TA与所述多个通信台的所述多个地址不同。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
所述接入点监控来自具有多个接收器地址的多个接入点的报文；
当所述接收器地址匹配所述多个接收地址中的一个地址时，改变所述接收器地址；以及
所述接入点广播管理报文，其中管理报文包括一种代码，其指示所述接收器地址是否是根据部分基础服务集ID(BSSID)生成的。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述报文进一步包括所述部分BSSID。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括使用最低调制编码方案(MCS)级别解码所述NDP PS轮询帧。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述信令字段进一步包括优选的调制编码方案(MCS)子字段。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述优选MCS子字段包括优选的MCS级别和所述接入点先前向通信台传输的报文的MCS级别的级别差异。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使用所述优选的MCS子字段编码所述缓存数据。
23.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括由所述接入点广播指示存在在所述接入点缓存的下行链路流量的信息。
24.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括所述接入点传输流量指示图。
25.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括所述接入点在传输所述缓存数据之前传输确认帧。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述信令字段少于49个比特。
27.一种通信台，其特征在于，包括：
处理器；和
计算机可读存储媒体，所述计算机可读存储媒体存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括可进行如下操作的指令：
传输空数据报文(NDP)PS轮询帧，其包括
短训练字段，
长训练字段，和
包括以下的信令字段
消息类型指示符，
接收器地址(RA)，
发射器地址(TA)，
循环冗余校验(CRC)，以及
根据所述NDP PS轮询帧接收缓存数据。
28.根据权利要求27所述的通信台，其特征在于，所述信令字段进一步包括优选的调制编码方案(MCS)子字段。
29.根据权利要求27所述的通信台，其特征在于，所述程序进一步包括所述通信台在接收所述缓存数据之前接收确认帧的指令。
30.根据权利要求27所述的通信台，其特征在于，所述信令字段少于49个比特。
31.一种接入点，其特征在于，包括：
处理器；和
计算机可读存储媒体，所述计算机可读存储媒体存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括可进行如下操作的指令：
接收空数据报文(NDP)PS轮询帧，其包括
短训练字段，
长训练字段，和
包括以下的信令字段
消息类型指示符，
接收器地址(RA)，
发射器地址(TA)，和
循环冗余校验(CRC)，
解码所述空数据报文，以及
根据所述NDP PS轮询帧传输缓存数据。
32.根据权利要求31所述的接入点，其特征在于，所述信令字段进一步包括优选的调制编码方案(MCS)子字段。
33.根据权利要求31所述的接入点，其特征在于，所述程序进一步包括所述接入点在传输所述缓存数据之前传输确认帧的指令。
34.根据权利要求31所述的接入点，其特征在于，所述信令字段少于49个比特。
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