專利名稱：基于聯(lián)合波束賦形的空分多址接入方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，更進一步涉及高數(shù)據速率的無線局域網通信技術領域，是一種基于聯(lián)合波束賦形技術在空間上將通信終端分離的多址接入方法，用以提高無線局域網的吞吐量。
背景技術：
近年來，在無線信道時域、頻域資源十分緊張的情況下，空分多址接入技術因其利用用戶的空間位置不同，實現(xiàn)多用戶共享信道時頻資源的特點，而受到了人們越來越多的關注?？辗侄嘀方尤敕椒ù蠖嗍窃谕ㄐ徘?，接入點主動向用戶發(fā)送數(shù)據，以迫使用戶回復分組，并從回復分組中獲取信道狀態(tài)信息，利用獲得的信道狀態(tài)信息形成指向用戶的定向波束，在空間將用戶分離。在此基礎上，接入點可以同時同頻與多個用戶通信，實現(xiàn)空分多址接入。在當前的高數(shù)據速率無線網絡中，這種方法存在明顯的不足現(xiàn)在最新的無線局域網802. Iln行業(yè)標準沒有涉及空分多址接入的方法，所以要實現(xiàn)空分多址接入，必須對現(xiàn)有無線局域網設備進行修改，現(xiàn)有方法同時對接入點和用戶終端進行改動，使得該方法不能與現(xiàn)有終端設備兼容，實現(xiàn)成本高，無法大范圍普及；現(xiàn)有方法中接入點主動獲取用戶信道信息開銷很大，降低了系統(tǒng)性能；現(xiàn)有方法均采用低傳輸速率的物理層技術，使得這些方法不能很好的在無線局域網的802. Iln行業(yè)標準下應用。例如，松下電器產業(yè)株式會社在其公開的專利申請“無線網絡的媒體接入控制方法及系統(tǒng)”(專利申請?zhí)?00480020736. X，公開號1^6762A)中提出了一種空分多址接入的方法。該專利申請?zhí)峁┠軌蛴糜诶肳LAN實現(xiàn)高吞吐量的方法及系統(tǒng)。WLAN的接入點 (AP)是用于SDMA兼容的多波束天線系統(tǒng)。該專利申請公開了基于以下兩種類型的天線系統(tǒng)動態(tài)波束形成以及固定波束天線。公開實現(xiàn)到/從AP兼容SDMA的同時發(fā)送的機制以及協(xié)議，由此提高頻譜效率并實現(xiàn)更高吞吐量。還公開了貢獻于提高電池性能和終端小型化節(jié)能及功率控制技術，以及降低信道干擾的技術。該專利申請公開的設備和方法存在以下三點不足第一，實現(xiàn)動態(tài)波束形成需要在每次通信之前，接入點必須主動發(fā)起獲取信道信息的過程，系統(tǒng)控制開銷大，系統(tǒng)性能低。第二，采用的單輸入單輸出技術，無法獲得分集增益或復用增益。第三，該技術實現(xiàn)需要對終端設備進行修改，不能與現(xiàn)有終端設備兼容。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于聯(lián)合波束賦形的空分多址接入方法， 使得接入點可以向多個用戶同時同頻傳輸數(shù)據，以提高網絡的吞吐量，解決了高數(shù)據速率的無線局域網鏈路利用率低的問題。本發(fā)明實現(xiàn)的基本思路是，接入點初始化后進行用戶全向信道狀態(tài)信息(CSI-O) 的獲取，接著對到來數(shù)據分組來源進行判斷，若分組來自用戶，則維護用戶的全向信道狀態(tài)信息；若分組來自接入點本身，則先完成陣列波束賦形，再在此基礎上獲取陣列波束賦形后等效信道的信道狀態(tài)信息(CSI-E)，接著完成MIMO波束賦形，實現(xiàn)聯(lián)合波束賦形，最后以聯(lián)合波束賦形的方式向多個用戶發(fā)送數(shù)據，實現(xiàn)空分多址接入。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)的具體步驟如下(1)初始化。接入點設定全向信道狀態(tài)信息有效時間；(2)獲取用戶全向信道狀態(tài)信息。2a)接入點發(fā)送廣播分組；2b)接入點對接收到的用戶回復的分組采用信道估計技術獲得該用戶的全向信道狀態(tài)信息；2c)接入點將每個用戶的地址以及該用戶對應的全向信道狀態(tài)信息存放在存儲器；2d)接入點開啟對應于每個用戶地址的定時器；(3)接入點等待數(shù)據分組到來；(4)判斷數(shù)據來源。接入點對到來數(shù)據分組的來源進行判斷，若分組來自用戶，表明接入點接收到用戶分組，則記錄發(fā)送用戶地址后執(zhí)行步驟(5)，若分組來自接入點本身，表明接入點要發(fā)送下行分組，則將多個目的用戶地址記錄后執(zhí)行步驟(6)；(5)維護全向信道狀態(tài)信息。5a)判斷用戶全向信道狀態(tài)信息是否有效。接入點判斷存儲器中發(fā)送用戶地址相應的定時器是否超過全向信道狀態(tài)信息有效時間，若未超過，表明該用戶的全向信道狀態(tài)信息有效，返回步驟(1)，等待下一個數(shù)據分組到來，若超過，表明該用戶的全向信道狀態(tài)信息失效，則執(zhí)行步驟恥)；5b)重新獲取用戶全向信道狀態(tài)信息。接入點利用接收到的用戶分組采用信道估計技術獲得該用戶的全向信道狀態(tài)信息；5c)接入點將與該用戶地址對應的全向信道狀態(tài)信息存放在存儲器；5d)設置定時器。接入點將對應定時器置零后重新開啟，返回步驟(1)，等待下一個事件到來；(6)判斷用戶全向信道狀態(tài)信息是否有效。接入點提取步驟(2)中記錄的目的用戶地址后，依次判斷存儲器中每個用戶地址對應定時器是否超過全向信道狀態(tài)信息有效時間，記錄定時器超時的用戶地址組成失效用戶組后，執(zhí)行步驟(7)，若所有定時器均未超時， 則執(zhí)行步驟⑶；(7)主動獲取用戶全向信道狀態(tài)信息。7a)接入點依次向失效用戶組中用戶發(fā)送分組。以迫使這些用戶回復分組；7b)接入點對用戶回復的分組采用信道估計技術獲取各個用戶的全向信道狀態(tài)信息；7c)接入點將與用戶地址對應的全向信道狀態(tài)信息存放在存儲器中；7d)接入點將對應定時器置零后重新開啟；(8)陣列波束賦形。接入點利用每個目的用戶的全向信道狀態(tài)信息采用特征波束賦形的方法形成指向該用戶的定向波束，實現(xiàn)陣列波束賦形，使用戶在空間分離；(9)獲取目的用戶陣列波束賦形后等效信道的信道狀態(tài)信息。
9a)在完成陣列波束賦形的基礎上。接入點同時向目的用戶發(fā)送分組，以迫使目的用戶回復分組；9b)接入點對回復分組采用信道估計技術獲取陣列波束賦形后等效信道的信道狀態(tài)信息；(10)聯(lián)合波束賦形。完成陣列波束賦形的基礎上，接入點利用目標用戶陣列波束賦形后等效信道的信道狀態(tài)信息采用奇異值分解方法進行MIMO波束賦形，從而實現(xiàn)聯(lián)合波束賦形；(11)發(fā)送下行數(shù)據，接入點以聯(lián)合波束賦形的方式發(fā)送下行數(shù)據，實現(xiàn)空分多址接入。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點第一，由于本發(fā)明的接入點直接對接收的分組進行處理獲取信道信息，不需要用戶終端反饋信道信息，克服了現(xiàn)有技術必須依賴終端反饋的方式獲取信道信息，導致無法與現(xiàn)有終端設備兼容的缺點。本發(fā)明在實際應用時，用戶不必更換終端設備即可使用該方法，降低了技術實現(xiàn)成本。第二，由于本發(fā)明的接入點在通信過程中一直維護全向信道狀態(tài)信息，克服了現(xiàn)有技術接入點在每次下行通信時必須先向目標用戶發(fā)送分組，通過對用戶回復分組進行處理才能獲得全向信道狀態(tài)信息的不足。由此本發(fā)明降低了系統(tǒng)控制開銷，提升了鏈路利用率。第三，由于本發(fā)明采用聯(lián)合波束賦形技術，即先完成陣列波束賦形，在此基礎上再完成MIMO波束賦形，與現(xiàn)有技術采用單一的陣列波束賦形技術相比，本發(fā)明可以獲得分集增益和空間復用增益，提升了無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率、吞吐量和可靠性。


圖1為本發(fā)明流程圖；圖2為本發(fā)明實施例接入點(AP)與四個用戶(STA1、STA2、STA3、STA4)通信的示意圖；圖3為本發(fā)明的發(fā)射原理示意圖；圖4為本發(fā)明實施例接入點同時向4個用戶發(fā)送分組過程的示意圖。
具體實施例方式下面以附圖2中接入點(AP)與四個用戶(STA1、STA2、STA3、STA4)通信過程為例， 詳細描述附圖1所述的本發(fā)明步驟。參照圖2本發(fā)明實施例無線局域網中有一個接入點，4個用戶，接入點要完成同時同頻向四個發(fā)送數(shù)據的功能。參照圖3本發(fā)明實施例接入點的天線配置為4個子陣列，圖3中陣列個數(shù)m取4， 每個子陣列部署4個陣元，組成一個均勻線陣。4個子陣列之間相互獨立，每個子陣列上的 4個陣元強相關。步驟1，初始化。接入點以下列公式計算全向信道狀態(tài)信息有效時間
權利要求
1. 一種基于聯(lián)合波束賦形的空分多址接入方法，包括以下步驟(1)初始化，接入點設定全向信道狀態(tài)信息有效時間；(2)獲取用戶全向信道狀態(tài)信息 2a)接入點發(fā)送廣播分組；2b)接入點對接收到的用戶回復的分組采用信道估計技術獲得該用戶的全向信道狀態(tài) fn息；2c)接入點將每個用戶的地址以及該用戶對應的全向信道狀態(tài)信息存放在存儲器； 2d)接入點開啟對應于每個用戶地址的定時器；(3)接入點等待數(shù)據分組到來；(4)判斷數(shù)據來源接入點對到來數(shù)據分組的來源進行判斷，若分組來自用戶，表明接入點接收到用戶分組，則記錄發(fā)送用戶地址后執(zhí)行步驟( ，若分組來自接入點本身，表明接入點要發(fā)送下行分組，則將多個目的用戶地址記錄后執(zhí)行步驟(6)；(5)維護全向信道狀態(tài)信息5a)判斷用戶全向信道狀態(tài)信息是否有效，接入點判斷存儲器中發(fā)送用戶地址相應的定時器是否超過全向信道狀態(tài)信息有效時間，若未超過，表明該用戶的全向信道狀態(tài)信息有效，返回步驟(1)，等待下一個數(shù)據分組到來，若超過，表明該用戶的全向信道狀態(tài)信息失效，則執(zhí)行步驟恥)；5b)重新獲取用戶全向信道狀態(tài)信息，接入點利用接收到的用戶分組采用信道估計技術獲得該用戶的全向信道狀態(tài)信息；5c)接入點將與該用戶地址對應的全向信道狀態(tài)信息存放在存儲器； 5d)設置定時器，接入點將對應定時器置零后重新開啟，返回步驟(1)，等待下一個事件到來；(6)判斷用戶全向信道狀態(tài)信息是否有效，接入點提取步驟O)中記錄的目的用戶地址后，依次判斷存儲器中每個用戶地址對應定時器是否超過全向信道狀態(tài)信息有效時間， 記錄定時器超時的用戶地址組成失效用戶組后，執(zhí)行步驟(7)，若所有定時器均未超時，則執(zhí)行步驟⑶；(7)主動獲取用戶全向信道狀態(tài)信息7a)接入點依次向失效用戶組中用戶發(fā)送分組，以迫使這些用戶回復分組；7b)接入點對用戶回復的分組采用信道估計技術獲取各個用戶的全向信道狀態(tài)信息；7c)接入點將與用戶地址對應的全向信道狀態(tài)信息存放在存儲器中；7d)接入點將對應定時器置零后重新開啟；(8)陣列波束賦形，接入點利用每個目的用戶的全向信道狀態(tài)信息采用特征波束賦形的方法形成指向該用戶的定向波束，實現(xiàn)陣列波束賦形，使用戶在空間分離；(9)獲取目的用戶陣列波束賦形后等效信道的信道狀態(tài)信息9a)在完成陣列波束賦形的基礎上，接入點同時向目的用戶發(fā)送分組，以迫使目的用戶回復分組；9b)接入點對回復分組采用信道估計技術獲取陣列波束賦形后等效信道的信道狀態(tài)信息；(10)聯(lián)合波束賦形，完成陣列波束賦形的基礎上，接入點利用目標用戶陣列波束賦形后等效信道的信道狀態(tài)信息采用奇異值分解方法進行MIMO波束賦形，從而實現(xiàn)聯(lián)合波束賦形；(11)發(fā)送下行數(shù)據，接入點以聯(lián)合波束賦形的方式發(fā)送下行數(shù)據，實現(xiàn)空分多址接入。
2.根據權利要求1所述的基于聯(lián)合波束賦形的空分多址接入方法，其特征在于，步驟(1)中所述的有效時間按照下式設定
3.根據權利要求1所述的基于聯(lián)合波束賦形的空分多址接入方法，其特征在于，步驟 (2b), (5b), (7b)和(9b)中所述的信道估計是指在TDD傳輸方式下采用最小平方準則。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于聯(lián)合波束賦形的空分多址接入方法，其步驟為(1)初始化；(2)獲取用戶CSI-O；(3)等待數(shù)據；(4)判斷數(shù)據來源；(5)維護用戶CSI-O；(6)判斷用戶CSI-O是否有效；(7)主動獲取用戶CSI-O；(8)陣列波束賦形；(9)獲取目的用戶CSI-E；(10)聯(lián)合波束賦形；(11)發(fā)送下行數(shù)據。本發(fā)明在通信過程中一直維護CSI-O，降低了系統(tǒng)控制開銷，可以與現(xiàn)有終端設備兼容，用戶在實際應用時不必更換終端設備，降低了技術實現(xiàn)成本，可同時獲取多天線系統(tǒng)帶來的陣列增益、分集增益和復用增益，提高了通信鏈路的可靠性。
文檔編號H04B7/08GK102185644SQ201110148200
公開日2011年9月14日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權日2011年6月2日
發(fā)明者余智, 張海林, 李勇朝, 趙力強 申請人:西安電子科技大學