[發明專利]分布式無線發射機的相干傳輸

有效

• 申請號: 201280060367.1
• 申請日: 2012-10-05
• 公開（公告）號: CN103988449B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 哈里哈蘭?？āだ鸂?/a>;斯沃若恩蘇雷什·庫瑪爾;迪納·卡塔比
• 申請（專利權）人: 麻省理工學院
• 主分類號: H04B7/26
• 分類號: H04B7/26;H04L25/03;H04L27/00
• 代理公司: 北京市立方律師事務所11330
• 代理人: 王榮

相關文件的交叉引用

本申請要求于2011年10月6日提交的美國臨時申請案61/543,832的權益，(代理人案號：70009-D13P01；客戶案例號：14965)，其全部內容通過引用的方式并入本文。

聯邦政府資助的研究的聲明

本發明在政府支持下進行，基金由全國科學基金會(National Science Foundation)授予，合同編號為CCF-0728645。政府擁有本發明的一定權利。

發明背景

本發明涉及分布式無線發射機的相干傳輸。具體地，在某些示例中，這些發射機為：比如802.11中的接入點(APs)、比如蜂窩網絡中的基站、中繼站、或其它無線節點。

傳統無線網絡，比如802.11或蜂窩網絡，其通信能力可能被干擾限制。例如，由于無線媒介是共享的，所以，如果兩個鄰近裝置同時發射其傳輸，通常會發生干擾，從而阻止其中一個裝置傳送其包。無線技術的最新發展實現了實驗的無線系統，比如SAM、IAC和波束賦形。這些系統表明在同一干擾區域內不同發射機之間進行并行傳輸是可能的。采用這些系統的無線網絡的吞吐量可增加一倍或兩倍。

然而，這類系統仍然受到單個節點上天線的最大數量的限制，不能隨著更多發射機加入到系統中而持續增大吞吐量。傳統的無線網絡，例如802.11和蜂窩系統，可通過使用所有可用信道或采用扇形天線來緩解這個問題。然而，這類技術僅提供了小的恒定增益，該增益不隨用戶數量的增加而增大。此外，簡單地增加額外的發射機并不能提高用戶吞吐量，因為這些發射機會互相干擾。

無線網絡系統的一個需要是隨著用戶數量的增加可線性增大吞吐量，獲得完全可擴展的無線網絡。

發明內容

一方面，通常，分布式相干傳輸系統能夠使具有獨立頻率或時鐘參考的單獨無線發射機的傳輸，以模仿所有發射機共用同一個頻率或時鐘參考的系統。這種結構的技術問題在于，單獨發射機(即，用于調制/解調信號的發射機)的振蕩器頻率根據發射機的不同而不完全相同，這可引起相位同步的問題。例如，兩個發射機的振蕩器頻率差即使只有100Hz那么小，在5ms這么短的時間之后，可使兩個發射機發射的信號產生π弧度的相位差。此相位差可顯著降低兩個傳輸保持相干的能力，甚至在一個包的持續時間期間保持相干的能力。通過在對一個或多個所述發射機進行調制之前恰當地對信號進行預編碼，來補償發射機之間的頻率和/或相位差，以此來緩解本問題。

在各種示例中，發射機為：比如802.11中的接入點(AP)、比如蜂窩網絡中的基站、中繼站、或其它無線節點。在本文的其余部分，除非另有明確指示，否則術語“發射機”泛指其中一種這類發射節點。

另一方面，通常，該分布式相干傳輸系統為分布式MIMO結構的一部分。在該分布式MIMO結構中，多個單獨的發射機模仿一個多天線MIMO發射機，不要求所有發射機共用同一個頻率或時鐘參考。在某些示例中，發射機能夠使用比如有線回程(例如，802.11中的AP或蜂窩基站)或無線媒介(例如，使用蜂窩上行鏈路的移動裝置中的藍牙、IR、802.11)等較高速連接相互通信，并使用這類連接來交換其需要傳送到接收器的數據和某些最小化控制信息。然后發射機利用傳統的MIMO技術來執行：例如，對多個接收器進行波束形成或調零。

另一方面，通常，此分布式相干傳輸能夠使獨立發射機實施信息理論文獻中的各種方案，這些方案假設這類獨立發射機共用同一個頻率或時鐘參考。這類方案可包括：比如，無線網狀網絡中的格碼、無線上行鏈路中的疊加編碼、分布式發射機之間的干擾對齊、或來自獨立發射機的分布式臟紙編碼/認知方案。

在某些示例中，基于來自具有接收器返回的信道相關信息的發射機(即，包括頻率和/或相位差的補償)的協同傳輸，形成從發射機到接收器的信道估計值。該信道信息可用在各個發射機中，形成將傳輸引導至特定接收器的數據組合，比如，利用分布式MIMO方法(使多個發射機在一個或多個接收器處執行比如波束賦形或調零)。在某些示例中，接收器利用發射機的傳輸來計算從發射機到接收器的信道估計值，并顯式地傳回給發射機。在其它示例中，根據從接收器到發射機的反向傳輸，利用互易法確定從發射機到接收器的信道特性，以形成或更新從發射機到接收器的信道估計值。在其它示例中，信道估計方法的組合用于：例如，通過接收器的顯式通信獲取從發射機到接收器的初始信道估計值，并基于從接收器到發射機的傳輸(例如，確認)來升級從發射機到接收器的現有信道估計值。