專利名稱：用于使用多入多出或多入單出技術(shù)并具有多用戶能力的無線寬帶系統(tǒng)中的媒體訪問控制 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)中的多入多出(MIMO)和多入單出(MISO)技術(shù)的結(jié)合，更具體地，涉及這種情況下的媒體訪問控制(MAC)。
背景技術(shù)：
考慮到近年來無線寬帶系統(tǒng)的廣泛部署以及對多媒體應(yīng)用的需求的不斷增加，對于大容量以及增強(qiáng)的可靠性的需求已經(jīng)變得很迫切。使用用于發(fā)射和接收的多個天線的多入多出(MIMO)技術(shù)以及該技術(shù)的單個接收天線版本(多入單出，MIS0)允許顯著的性能提升，并且已被包含到了新興的寬帶無線系統(tǒng)中?？梢允褂肕IM0/MIS0方案來建立具有高吞吐量的、可靠的點(diǎn)對點(diǎn)通信(單用戶 MIM0/MIS0)，而通過在發(fā)射機(jī)處使用多個天線，還可以在同一時間通過相同的頻率和編碼實(shí)現(xiàn)同時的點(diǎn)對多點(diǎn)發(fā)射并服務(wù)于多個用戶。與所有流僅專用于一個用戶的單用戶MIMO 傳輸相比，將數(shù)據(jù)流分配給不同用戶的MIM0/MIS0多用戶傳輸概念能夠提高總的系統(tǒng)容量。為了實(shí)現(xiàn)多用戶MIMO/SIMO系統(tǒng)，必須建立媒體訪問控制(MAC)協(xié)議。MAC協(xié)議必須處理的最重要的操作是信道訪問、調(diào)度和反饋捕獲(feedback acquisition)。US 2009/0046681 Al提供了一種同時對多于一個流進(jìn)行MAC的非常有趣的方法， 其中該方法可以應(yīng)用于MIMO點(diǎn)對點(diǎn)空間復(fù)用和/或OFDM副載波分配。其理念是放大信頭以支持同時對多于一個信道進(jìn)行信道估計。其不對多用戶MIMO做任何考慮，在多用戶MIMO 中，數(shù)據(jù)流在同一時間以相同的頻率和編碼用于不同的用戶；每個用戶連同其他用戶信號一起接收其信號，并且確定系統(tǒng)中沒有沖突。對本領(lǐng)域的其他貢獻(xiàn)包括KR 2009/0004662，其中提出了 MIMO多用戶系統(tǒng)中的用戶選擇，此處該選擇基于SOTR度量。EP 1，882，313涉及接收機(jī)側(cè)，并涉及根據(jù)具有多用戶檢測(MUD)能力的接收機(jī)是否可以分出不同的用戶而決定是否幾個用戶同時訪問信道。所有智能均位于接收機(jī)側(cè)，并且不涉及用戶調(diào)度、MAC設(shè)計和發(fā)射機(jī)決策。最后，在WO 2008/012766中，所考慮的情況是網(wǎng)絡(luò)中具有一個基站和若干用戶以及如何通過OFDM或任意其他多載波系統(tǒng)來管理用戶的訪問。例如提出了 MC-CDMA，但是不能在同一時間通過相同的頻率和編碼服務(wù)于多于一個用戶，即，系統(tǒng)中沒有提出空間復(fù)用。最 B, ^"A MAC Protocol with Multi-user ΜΙΜΟ Support for Ad-Hoc WLANs" (J. Mirkovic、J. Zhao 及 D. Denteneer, IEEE PIMRC, 2007 年 9 月)中提出了意在用于多用戶MIM0/MIS0 Ad Hoc傳輸?shù)拿麨槎嘤脩舴植际絽f(xié)調(diào)功能(Multi-User Distributed Coordination Function,MU-DCF)的實(shí)用的MAC方案。此協(xié)議是802. 11 DCF的修改，其中通過包括輪詢地址表的特定的多用戶“準(zhǔn)備發(fā)送”(RTQ幀來發(fā)起四路握手。然而，將輪詢表包括在RTS幀中使用了部分網(wǎng)絡(luò)資源，因而導(dǎo)致降低了可得到的吞吐量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過公開一種用于具有MIM0/MIS0多用戶能力的無線寬帶系統(tǒng)的媒體訪問控制協(xié)議而解決了上述問題，該媒體訪問控制協(xié)議使得發(fā)射機(jī)能夠在同一時間以相同的頻率和編碼對多個用戶進(jìn)行服務(wù)，同時降低了控制消息所需要的所用資源，因而增加了數(shù)據(jù)的可用帶寬并改善了全局用戶體驗(yàn)。在本發(fā)明的一個方面，公開了一種用于多用戶MIM0/MIS0中的媒體訪問控制的方法。該方法提出了由發(fā)射機(jī)和發(fā)射機(jī)所服務(wù)的多個用戶來執(zhí)行的以下步驟-發(fā)射機(jī)使用多個天線來產(chǎn)生多個發(fā)射波束。這些波束共享相同的頻率并且在空間上復(fù)用。-發(fā)射機(jī)通過每個發(fā)射波束向所有連接的用戶廣播輪詢消息。通過使用單個廣播地址而非包括潛在用戶地址的完整輪詢表，降低了所需要的控制開銷，從而留下了更多的自由資源，以用于數(shù)據(jù)發(fā)射。優(yōu)選地，輪詢消息包括指示競爭階段的持續(xù)時間的字段，這是用戶借助于應(yīng)答消息來回答發(fā)射機(jī)的步驟。-接收到輪詢消息的每個用戶針對每個發(fā)射波束來測量信號噪聲干擾比(SOTR)。-在優(yōu)選選擇中，每個用戶發(fā)送應(yīng)答消息，該應(yīng)答消息至少包括該用戶在發(fā)射波束當(dāng)中測得的最高SOTR以及這個測得的最高SOTR所針對的那個發(fā)射波束的標(biāo)識符。由于在沒有任何調(diào)度的情況下，所有用戶在競爭階段中共享相同的信道，所以在應(yīng)答消息的發(fā)送之前每個用戶都包括隨機(jī)延遲。為此，競爭階段被分成多個時隙，并且每個用戶隨機(jī)地選擇一個時隙來發(fā)送應(yīng)答消息。優(yōu)選地，時隙的持續(xù)時間等于用戶發(fā)送應(yīng)答消息所需要的時間量加上安全裕度。由于應(yīng)答消息幀的長度和發(fā)射速率是固定的，所以該時間量是恒定的。根據(jù)所描述的時隙劃分，如果來自不同用戶的兩個或更多個應(yīng)答消息發(fā)生沖突，那么該沖突只影響給定時隙，因而允許在發(fā)射機(jī)處正確地接收更大數(shù)量的應(yīng)答消息。-在另外的優(yōu)選選擇中，只有在發(fā)射波束當(dāng)中測得的最高SOTR高于預(yù)定閾值的那些用戶才按照與上述優(yōu)選選擇相同的應(yīng)答消息發(fā)射步驟及條件來發(fā)送應(yīng)答消息。這樣就減少了應(yīng)答的數(shù)量，從而使得沖突的數(shù)量最小化，并增加了可得到的輸出。-優(yōu)選地，發(fā)射機(jī)在繼續(xù)剩余步驟之前檢查是否正確接收了任何應(yīng)答消息，即檢查沒有遭遇沖突的應(yīng)答消息。如果沒有應(yīng)答消息被正確接收，那么重復(fù)從發(fā)射波束產(chǎn)生開始的先前步驟，直到正確接收至少一個應(yīng)答消息為止，而正確接收至少一個應(yīng)答消息意味著可以調(diào)度至少一個發(fā)射波束并將其用于發(fā)射數(shù)據(jù)。-利用包含在正確接收的應(yīng)答消息中的信息，發(fā)射機(jī)進(jìn)行調(diào)度，即向用戶分配發(fā)射波束。優(yōu)選地，每個發(fā)射波束被分配給應(yīng)答消息包括了針對該發(fā)射波束的最高SOTR值的那個用戶，即所有用戶當(dāng)中示出了針對該發(fā)射波束的最高SOTR的那個用戶。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)此調(diào)度算法的多種變化。-然后根據(jù)調(diào)度決策進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)射。-最后，正確地接收到數(shù)據(jù)的每個用戶發(fā)送“確認(rèn)”消息。本發(fā)明的另外的方面公開了一種用于無線寬帶系統(tǒng)中的媒體訪問控制的設(shè)備，該無線寬帶系統(tǒng)使用MIM0/MIS0技術(shù)并具有多用戶能力。該設(shè)備包括發(fā)射機(jī)處的控制裝置以及連接至發(fā)射機(jī)的用戶處的控制裝置，由發(fā)射機(jī)在給定時間借助于生成多個發(fā)射波束的多個發(fā)射天線來對多個用戶進(jìn)行服務(wù)，這些發(fā)射波束共享時間、頻率和編碼。
發(fā)射機(jī)包括被配置成通過這些發(fā)射波束中的每個發(fā)射波束向連接至發(fā)射機(jī)的所有用戶廣播輪詢消息的控制裝置。用戶包括針對每個發(fā)射波束計算SOTR值的計算裝置，并且用戶處的控制裝置被配置成在包括隨機(jī)延遲之后使用應(yīng)答消息來進(jìn)行回答。應(yīng)答消息至少包括具有最高SINR 的發(fā)射波束的標(biāo)識符以及該最高SINR值。對用于應(yīng)答消息的時間段進(jìn)行劃分，即接收機(jī)處的控制裝置所包括的上述隨機(jī)延遲是從有限個值中選擇的，這些值對應(yīng)于用戶發(fā)送應(yīng)答消息所需要的固定時間與安全裕度之和的倍數(shù)。發(fā)射機(jī)還包括調(diào)度器，該調(diào)度器被配置成根據(jù)包括在用戶所發(fā)送的輪詢消息中的信息來對發(fā)射波束的使用進(jìn)行調(diào)度。優(yōu)選地，調(diào)度器將每個發(fā)射波束分配給所有應(yīng)答消息當(dāng)中示出了針對該發(fā)射波束的最高SOTR值的那個用戶。還優(yōu)選地，為了減少不必要的控制流量，只有當(dāng)在用戶處在發(fā)射波束當(dāng)中所測得的最高SOTR高于一定閾值時，該用戶才使用應(yīng)答消息來回答輪詢請求。利用所公開的方法和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用于MIM0/MIS0系統(tǒng)的高效的媒體訪問控制， 從而使該控制所占用的資源使用最小化，并允許高的數(shù)據(jù)吞吐量。根據(jù)本發(fā)明的詳細(xì)描述， 該優(yōu)點(diǎn)及其他優(yōu)點(diǎn)將是清楚的。


為了更好地理解本發(fā)明的特征，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供了一系列附圖以對本說明書進(jìn)行補(bǔ)充。這些附圖是本說明書的組成部分，并且是說明性的而非限制性的圖1描繪了根據(jù)本方法的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)射機(jī)與多個用戶之間的消息交換。圖2呈現(xiàn)了優(yōu)選實(shí)施例的輪詢消息幀的結(jié)構(gòu)，該輪詢消息幀示出了 MAC和物理信頭。圖3呈現(xiàn)了優(yōu)選實(shí)施例的應(yīng)答消息幀的結(jié)構(gòu)，該應(yīng)答消息幀示出了 MAC和物理信頭。圖4呈現(xiàn)了仿真的結(jié)果，該仿真示出了在相同情況下通過本發(fā)明的方法的不同實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的吞吐量。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的上下文中，措辭“包括(comprises) ”及其派生(諸如“包括 (comprising) ”，等等)不應(yīng)以排除的意義來理解，即這些措辭不應(yīng)被解讀為排除如下可能性所描述及限定的內(nèi)容可以進(jìn)一步包括元素、步驟等等。另外，在本文檔中使用措辭“用戶”(Rx1...Rxn)來指代MIM0/MIS0系統(tǒng)的與“發(fā)射機(jī)” (Tx)相對的移動終端、接收機(jī)或用戶，其中“發(fā)射機(jī)” (Tx)是包括多個天線的裝備，用于進(jìn)行波束形成和調(diào)度，并且，根據(jù)一些術(shù)語，“發(fā)射機(jī)”(Tx)可以指接入點(diǎn)或基站。為了限定本發(fā)明的方法中所涉及的元素、并且為了說明用戶(Rx1... 為計算本方法所需要的SOTR值而進(jìn)行的計算(在這一部分中進(jìn)一步詳述這一點(diǎn))，提出了許多理論上的限定。在N個用戶(Rx1. . . Rxn)中的每個用戶與發(fā)射機(jī)(Tx)之間考慮多天線信道。此多天線信道可由向量h[1Xnt](具有nt個元素)來表示。在信道內(nèi)，假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)塊衰落模型，該模型在相干時間保持恒定，并在連續(xù)的時間間隔之間按照具有零均值和單位方差的獨(dú)立同分布(i. i. d.)的復(fù)高斯項(xiàng)來獨(dú)立地變化。設(shè)χ是nt X 1發(fā)射向量(借助于nt個發(fā)射天線)，而Yi表示由下式給出的第i個用戶接收信號，Yi = hiX+Zi其中，Zi是具有零均值和方差E{ I Zi |2} =。2的加性復(fù)噪聲分量。在系統(tǒng)中的N個用戶(Rx1. . . Rxn)當(dāng)中，發(fā)射機(jī)通過生成M個隨機(jī)波束bl b2. . . bM 來向M個并發(fā)用戶(MSN)遞送服務(wù)。每個生成的波束都在nt個發(fā)射天線上發(fā)射。發(fā)射的信號χ包含對M個選定用戶中的每個用戶的不相關(guān)的數(shù)據(jù)符號Si,其中，
EiIsiI2I = 1。在這種多用戶情況下使用的發(fā)射技術(shù)是多波束機(jī)會波束形成，其中此多波束策略通過同時服務(wù)于若干用戶、從而使發(fā)射的信號X按照下式而包含用于M個選定用戶的數(shù)據(jù)符號來實(shí)現(xiàn)高的總吞吐量，
MKX = Z x.T1 =^] b sm =BS其中，bm是分配給第m個用戶的波束，S是包括M個數(shù)據(jù)符號的向量(S = [S1,..., SM])。矩陣B= [^,...,bj是按照正交方法隨機(jī)生成的，以在所服務(wù)的用戶中產(chǎn)生最低可能的干擾。因此，每個用戶從每個發(fā)射波束接收具有一定功率級的廣播包。這些波束中的一個波束攜帶用于第i個用戶的信息(具有用于第i個用戶的有用信息的波束)，而其他波束攜帶用于其他用戶的信息(這是對于第i個用戶的干擾)。因此，在具有若干個發(fā)射正交波束的情況下，使用第m個波束的第i個用戶的SOTR 公式是
\h.b P飄…=，‘‘p
u^m假設(shè)在波束之間存在均勻的功率分配。通過使用包含在輪詢消息中的信息(在這一部分中進(jìn)一步詳述該信息)，Ν個用戶中的每個用戶順序地計算來自M個波束中的每個波束的接收功率。然后應(yīng)用之前的表達(dá)式獲得關(guān)于每個波束的SOTR值。圖1示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)射機(jī)(Tx)與N個用戶(Rx1. . . Rxn)之間的消息交換，該優(yōu)選實(shí)施例應(yīng)被理解為說明性而非限制性的示例。發(fā)生該交換的網(wǎng)絡(luò)可以是實(shí)現(xiàn)多用戶MIM0/MIS0的任意無線網(wǎng)絡(luò)。協(xié)議體系結(jié)構(gòu)可以基于IEEE 802. Iln標(biāo)準(zhǔn)，然而其他實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明的范圍內(nèi)也是可以的。優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)說明是針對IEEE 802. Iln標(biāo)準(zhǔn)來描述的，并且使用了該標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語，然而該說明對于任意其他寬帶無線通信系統(tǒng)也是有效的。在IEEE 802. Iln系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)(Tx)稱為接入點(diǎn)(AP)?？梢允褂萌绺鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802. Iln所定義的請求發(fā)送(RTS)消息作為輪詢消息(1)，并且可以使用如根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. Iln定義的允許發(fā)送(CTS)消息作為應(yīng)答消息O)。在這一部分中進(jìn)一步說明兩個消息的幀結(jié)構(gòu)。用于CTS消息的發(fā)送的時間段(5)稱為競爭階段。該過程始于AP(Tx)生成多個發(fā)射波束以及向N個用戶(Rx1...Rxn)廣播RTS消息 (1)。此消息包括后續(xù)的競爭階段(5)的持續(xù)時間，競爭階段(5)緊接在RTS消息(1)的結(jié)束之后開始。競爭階段(5)被分成m個時隙(6”. 6m)，每個時隙具有由發(fā)送CTS幀所需要的時間加上安全裕度(7)的持續(xù)時間，其中，CTS幀具有固定的長度，而安全裕度(7)用于網(wǎng)絡(luò)中的處理時間和可能的延遲。例如，在IEEE 802. Iln標(biāo)準(zhǔn)中，此安全裕度被定義為短幀間間隔(SIFS)，而其精確的持續(xù)時間在該標(biāo)準(zhǔn)的物理層中確定。根據(jù)本實(shí)施例，所有用戶(Rx1. . . Rxn)或者最高的測得SOTR高于預(yù)定閾值的那些用戶使用CTS消息(2)來進(jìn)行應(yīng)答。然后，在競爭階段(5)的隨機(jī)選擇的時隙(6” . . 6m)中發(fā)送CTS消息O)。在圖1的示例中，第一用戶(Rx1)和第二用戶(Rx2) 二者選擇相同的時隙(6)，因而導(dǎo)致了沖突，使得在調(diào)度過程中不考慮以上二者。來自第i個用戶(Rxi)和第 N個用戶(Rxn)的CTS消息未涉及任何沖突，因而考慮將這些CTS消息用于調(diào)度過程。在CTS消息(2)中，每個用戶(Rxi)指示針對哪個發(fā)射波束該用戶(Rxi)測得了最高SOTR比，并在CTS消息中包括該最高SOTR比的值。在非限制性示例中，發(fā)送用dB表示的SOTR值，然后根據(jù)考慮了可用帶寬以及所選的調(diào)制與編碼兩者的換算表，在AP (Tx)處將 SOTR值換算成發(fā)射比特率。在這一部分中進(jìn)一步詳述對SNIT值的測量。用于調(diào)度的最簡單的方法是將每個發(fā)射波束分配給所有用戶(Rx1. . . Rxn)當(dāng)中在 CTS消息O)中示出了該波束的最高值的那個用戶，然而該方法不排除另外的或替代的策略。如果沒有正確接收到CTS消息O)，那么AP(Tx)通過發(fā)送新的RTS消息(1)來重新開始。在這種情況下，該方法證明可以將至少一個發(fā)射波束用于調(diào)度和數(shù)據(jù)發(fā)射。然后，AP(Tx)同時發(fā)射用于每個波束的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDA)，從而同時向所有被調(diào)度的用戶傳遞數(shù)據(jù)(3)，在圖1的示例中，被調(diào)度的用戶是第i個和第N個用戶(Rxi, Rxn)。每個MPDA包含用于所尋址的用戶的特定數(shù)據(jù)，即MPDA包含與同時發(fā)射的其他MPDA 不同的數(shù)據(jù)(與廣播數(shù)據(jù)相對照)。在數(shù)據(jù)(3)的正確接收之后，被調(diào)度的用戶(RXi，Rxn)發(fā)送確認(rèn)(ACK)消息。 可以根據(jù)波束順序來隱含地確定為避免沖突而遵循的發(fā)送這些ACK消息(4)的順序，或在 MPDA幀字段中明確地指示出該順序。圖2示出了用于基于IEEE 802. Iln標(biāo)準(zhǔn)的RTS幀(1)的可能的結(jié)構(gòu)。該幀具有以下特性a)物理(PHY)層前導(dǎo)碼(8)包含充足的訓(xùn)練字段，以使得能夠?qū)IMO信道進(jìn)行估計。這些字段的精確的格式和持續(xù)時間取決于每個系統(tǒng)的物理層規(guī)范。圖2中示出的RTS 格式在“綠色字段”(Greenfield)操作模式下遵循IEEE 802. Iln標(biāo)準(zhǔn)。前導(dǎo)碼包含以下字段-HT信號字段(HT-SIG) (12)，其提供解釋HT包格式所需要的所有信息。HT信號字段(HT-SIG) (12)具有8 μ s的長度。-HT GF短訓(xùn)練字段(HT-GF-STF) (10)，其用于AGC(自動增益控制)收斂、定時捕獲以及粗頻率捕獲(coarse frequency acquisition)。HT GF 短訓(xùn)練字段(HT-GF-STF) (10)具有8μ s的長度。-一個或若干個HT長訓(xùn)練字段(HT-LTF1、HT_LTF)，其被設(shè)置為使得接收機(jī)能夠估計每個空間映射器輸入與接收鏈路之間的信道。HT-LTFl(Il)字段具有8μ s的長度，而每個HT-LTF(13)字段具有4μ s的長度。b) RTS幀⑴的MAC信頭(9)是-幀控制(14)，其根據(jù)802.11標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范，并具有2個字節(jié)的持續(xù)時間。-持續(xù)時間字段(15)，其指示競爭階段(5)的持續(xù)時間(以微秒計)加上一個 SIFS(7)的持續(xù)時間，并具有2個字節(jié)的持續(xù)時間。-接收機(jī)地址字段(16)，其包含廣播地址，這是由于廣播地址被定向給AP(Tx)的范圍內(nèi)的所有用戶(RXl... Rxn)。接收機(jī)地址字段(16)具有6個字節(jié)的持續(xù)時間。-發(fā)射機(jī)地址(17)，它是接入點(diǎn)(Tx)的地址，具有6個字節(jié)。-幀檢查序列(FCS)(18)，其根據(jù)802. 11標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范。圖3示出了用于基于IEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)的CTS幀O)的可能的結(jié)構(gòu)。此幀具有以下字段a)PHY層前導(dǎo)碼(8)，其與RTS幀(2)中相同。在本示例中，假設(shè)用戶(Rx1. . . Rxn) 配備有單個天線(MIS0方案)，因而只有一個HT-LTF字段(13)。在用戶具有多個天線的 MIMO方案的情況下，CTS消息(2)針對每個空間流包含一個HT-LTF字段(13)。 b) CTS 幀 O)的 MAC 信頭(9)，該 MAC 信頭(9)是-幀控制(14)。-持續(xù)時間字段(15)，其指示在競爭階段(5)結(jié)束之前的時間(以微秒計)加上一個SIFS (7)的持續(xù)時間。-發(fā)射機(jī)地址字段(17)，其包含發(fā)射CTS( 的那個用戶的地址。由于所有的CTS 幀都被指定給AP，所以不是必須包括接收機(jī)地址。-SOTR字段(19)，其包含當(dāng)接收到RTS消息(1)時用戶在所有發(fā)射波束當(dāng)中測得的最大信號噪聲干擾比。此字段的長度取決于用于表示SOTR值的量化。作為參考，用于 SNIR字段(19)的指示值是7個比特。-波束標(biāo)識符(20)，其指示與最大SOTR值對應(yīng)的發(fā)射波束。此字段的長度也取決于可用波束的數(shù)量。作為參考值，對于具有兩個發(fā)射波束的MISO系統(tǒng)，對于此字段1比特就足夠了。-幀檢查序列(FCS)(18)。決定了本發(fā)明的方法的性能的另一重要方面是本方法的參數(shù)選擇，也就是對競爭階段(5)的時隙(6” . . 6m)的數(shù)量m以及SOTR閾值的選擇，低于該SOTR閾值，用戶就不對 RTS消息(1)進(jìn)行應(yīng)答。這兩個參數(shù)的優(yōu)化主要依賴于具體情況的多種因素，諸如用戶的數(shù)量N、發(fā)射波束的數(shù)量以及可用帶寬。作為示例，圖4示出了針對不同的閾值以及競爭階段的時隙的數(shù)量來對所實(shí)現(xiàn)的吞吐量進(jìn)行仿真的結(jié)果。第一組數(shù)據(jù)代表沒有閾值的系統(tǒng)。第二組數(shù)據(jù)(22)、第三組數(shù)據(jù)03)和第四組數(shù)據(jù)04)代表閾值為6Mbps、9Mbps和12Mbps的系統(tǒng)。該仿真考慮10個用戶，其中具有待由AP發(fā)送給所有用戶的無限量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并假設(shè)無錯數(shù)據(jù)發(fā)射。利用2312個字節(jié)的固定的包長度，使用自適應(yīng)調(diào)制策略。還假設(shè)PHY層前導(dǎo)碼(8)包括訓(xùn)練序列，這些訓(xùn)練序列使得能夠?qū)γ總€發(fā)射波束同時進(jìn)行SOTR估計。 為此，增加了多個HT-LTF (高吞吐量長訓(xùn)練字段)(1 。對于所有控制幀，使用6Mbps的最小速率。在MAC層仿真中，使用了 802. 11幀格式。如圖2中所示，RTS幀O)中的MAC信頭(9)的大小是20個字節(jié)。根據(jù)802. 11信道模型對底層MISO信道進(jìn)行仿真，其中在AP(Tx)周圍20米的半徑中隨機(jī)選擇用戶位置。AP(Tx)具有2個發(fā)射天線，并且系統(tǒng)帶寬是20MHz。還假設(shè)在6dBi 的總天線(AP和用戶)增益因子的情況下噪聲方差為-80dBW/Hz。如圖4所示，時隙的最優(yōu)數(shù)量在沒有閾值時較大，這是由于CTS消息(2)的數(shù)量更大，因而更可能因此發(fā)生沖突。SOTR閾值的使用極大地提高了所實(shí)現(xiàn)的吞吐量，并且由于存在不發(fā)送CTS消息O)的用戶，因此，在競爭階段(5)需要較少數(shù)量的時隙。此外，由于較高的閾值減少了發(fā)送CTS消息O)、因而在競爭階段和調(diào)度方面進(jìn)行競爭的用戶的數(shù)量，因此較高的閾值提高了系統(tǒng)的吞吐量。然而，通過提高閾值，存在著更高的不對呈現(xiàn)出最差發(fā)射條件的那些用戶進(jìn)行服務(wù)的風(fēng)險。在每種實(shí)現(xiàn)的具體情況下，應(yīng)考慮該風(fēng)險與總吞吐量之間的平衡。
權(quán)利要求
1.一種用于無線寬帶系統(tǒng)中的媒體訪問控制的方法，所述無線寬帶系統(tǒng)使用多入多出或多入單出技術(shù)并具有多用戶能力，所述方法包括以下步驟(i)借助于發(fā)射機(jī)(Tx)所包括的多個天線，產(chǎn)生空間上復(fù)用的多個發(fā)射波束；其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟( )通過每個發(fā)射波束從所述發(fā)射機(jī)(Tx)向所有用戶(Rx1. . . Rxi. . . Rxn)廣播輪詢消息(1)，所述輪詢消息(1)請求至少一個發(fā)射波束的狀態(tài)的信息；(iii)在每個用戶(Rxi)處針對每個發(fā)射波束來測量信號噪聲干擾比；(iv)從接收到所述輪詢消息(1)的至少一個用戶(Rxi)發(fā)送應(yīng)答消息O)，其中，所述應(yīng)答消息( 至少包括第一字段(19)和第二字段(20)，所述第一字段(19)指示由該用戶 (Rxi)在所述發(fā)射波束當(dāng)中測得的最高信號噪聲干擾比，所述第二字段00)指示在該用戶 (Rxi)處測得最高信號噪聲干擾比所針對的發(fā)射波束的標(biāo)識符；并且，其中，在從用于發(fā)送應(yīng)答消息的時間段(5)所分成的多個時隙中隨機(jī)選擇的時隙......6m)期間發(fā)送所述應(yīng)答消息O)；(ν)在所述發(fā)射機(jī)(Tx)處，根據(jù)下述信號噪聲干擾比來向每個發(fā)射波束分配用戶 (Rxi)和發(fā)射比特率，該信號噪聲干擾比由所分配的用戶(Rxi)針對該發(fā)射波束測得；(vi)通過所述多個發(fā)射波束，以所分配的發(fā)射比特率向所分配的每個用戶(Rxi)同時發(fā)送來自發(fā)射隊列的數(shù)據(jù)⑶；(vii)從成功接收到來自所述發(fā)射機(jī)(Tx)所發(fā)送的發(fā)射隊列的數(shù)據(jù)(3)的每個用戶 (Rxi)向所述發(fā)射機(jī)(Tx)發(fā)送確認(rèn)消息(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述輪詢消息(1)包括用于發(fā)送應(yīng)答消息的時間段(5)的長度。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述發(fā)射機(jī)(Tx)向每個發(fā)射波束分配所有用戶(Rx1... Rxi... Rxn)當(dāng)中在所述應(yīng)答消息O)中針對該發(fā)射波束示出最高信號噪聲干擾比的用戶(Rxi)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，如果所述發(fā)射機(jī)(Tx)沒有接收到任何有效的應(yīng)答消息O)，那么重復(fù)步驟(i)至(iv)，直到接收到至少一個有效的應(yīng)答消息 (2)為止。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，每個時隙牴......6m)的長度是用戶(Rxi)發(fā)送應(yīng)答消息(2)所需要的固定時間加上安全裕度(7)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述用戶(Rx1.. . Rxi. . . Rxn)當(dāng)中接收到所述輪詢消息(1)的每個用戶均發(fā)送應(yīng)答消息O)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，如果接收到所述輪詢消息(1)的用戶(Rxi)在所述發(fā)射波束當(dāng)中測得的最高信號噪聲干擾比高于預(yù)定閾值，則該用戶(Rxi) 發(fā)送應(yīng)答消息(2)。
8.一種用于無線寬帶系統(tǒng)中的媒體訪問控制的系統(tǒng)，所述無線寬帶系統(tǒng)使用多入多出或多入單出技術(shù)并具有多用戶能力，并且包括-發(fā)射機(jī)(Tx)，所述發(fā)射機(jī)(Tx)包括多個天線，所述多個天線能夠產(chǎn)生多個發(fā)射波束，以將來自發(fā)射隊列的數(shù)據(jù)(3)以相同的頻率和編碼在同一時間發(fā)射給多個用戶 (Rx1. . . Rxi. . . Rxn)；-多個用戶(Rx1... Rxi... Rxn)，所述多個用戶(Rx1. . . Rxi. . . RXn)連接至所述發(fā)射機(jī) (Tx)；其特征在于，所述用于無線寬帶系統(tǒng)中的媒體訪問控制的系統(tǒng)包括-所述發(fā)射機(jī)(Tx)處的控制裝置，被配置成通過每個發(fā)射波束向連接至所述發(fā)射機(jī)的所有用戶(Rx1. . . Rxi- . . Rxn)廣播輪詢消息(1)，所述輪詢消息(1)請求至少一個發(fā)射波束的狀態(tài)的信息；-每個用戶(Rxi)處的計算裝置，被配置成在每個用戶(Rxi)處針對每個發(fā)射波束來測量信號噪聲干擾比；-每個用戶(Rxi)處的控制裝置，被配置成-在從用于發(fā)送應(yīng)答消息的時間段(5)所分成的多個時隙中隨機(jī)選擇的時隙(B1......6m)期間發(fā)送應(yīng)答消息O)；其中，所述應(yīng)答消息(2)至少包括第一字段(19)和第二字段(20)，所述第一字段(19)指示由該用戶(Rxi)在所述發(fā)射波束當(dāng)中測得的最高信號噪聲干擾比，所述第二字段00)指示在該用戶(Rxi)處測得最高號信噪聲干擾比所針對的發(fā)射波束的標(biāo)識符；-在成功接收到來自所述發(fā)射機(jī)所發(fā)送的發(fā)射隊列的數(shù)據(jù)C3)之后，向所述發(fā)射機(jī) (Tx)發(fā)送確認(rèn)消息(4)；-所述發(fā)射機(jī)(Tx)處的調(diào)度器，用于向每個發(fā)射波束分配用戶(Rxi)和發(fā)射比特率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射機(jī)(Tx)處的調(diào)度器被配置成將每個發(fā)射波束分配給在所述應(yīng)答消息O)中針對該發(fā)射波束示出最高信號噪聲干擾比的用戶 (Rxi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和9中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，每個用戶(Rxi)處的控制裝置被配置成在每次接收到輪詢消息(1)之后向所述發(fā)射機(jī)(Tx)發(fā)送應(yīng)答消息O)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8和9中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，每個用戶(Rxi)處的控制裝置被配置成只有當(dāng)該用戶(Rxi)在所述發(fā)射波束當(dāng)中測得的最高信號噪聲干擾比高于預(yù)定閾值的時候，才在接收到輪詢消息(1)之后向所述發(fā)射機(jī)(Tx)發(fā)送應(yīng)答消息O)。
全文摘要
一種用于使用多入多出或多入單出技術(shù)的無線寬帶系統(tǒng)中的媒體訪問控制的方法和設(shè)備，包括以下步驟發(fā)射機(jī)(Tx)向與所述發(fā)射機(jī)(Tx)相關(guān)聯(lián)的所有用戶(Rx1...Rxi...RxN)廣播輪詢消息(1)；用戶在從用于發(fā)送應(yīng)答消息的時間段(5)所分成的多個時隙中隨機(jī)選擇的時隙(61......6m)期間使用應(yīng)答消息(2)來回答；發(fā)射機(jī)(Tx)進(jìn)行調(diào)度并發(fā)射數(shù)據(jù)(3)；以及，被調(diào)度的用戶發(fā)送確認(rèn)消息(4)。優(yōu)選地，只有針對發(fā)射波束測得高于預(yù)定閾值的信號噪聲干擾比的用戶才發(fā)送應(yīng)答消息(2)。
文檔編號H04L1/06GK102577207SQ200980160545
公開日2012年7月11日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者克里斯托斯·韋里科基斯, 埃利·克特薩基, 尼扎爾·佐爾巴巴拉, 路易斯·阿隆索·扎拉特 申請人:私人基金會加泰羅尼亞電信技術(shù)中心