[發明專利]一種在多用戶多輸入多輸出無線網絡中的多路訪問機制

有效

• 申請號: 201310072876.2
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN103152146A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 李浩潮;伍楷舜;張黔;倪明選
• 申請（專利權）人: 廣州市香港科大霍英東研究院
• 主分類號: H04L1/16
• 分類號: H04L1/16;H04L27/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于正交頻分多路復用（Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing,?OFDM）平臺，同時利用時域和頻域在多用戶多輸入多輸出（Multi-User?Multiple-Input-Multiple-Output,?MU-MIMO）的無線網絡里有效進行信道競爭的多路訪問機制。該機制能夠有效地解決在MU-MIMO的無線網絡中多路訪問的傳輸協調問題。本發明屬于無線通信技術領域。?

背景技術

在無線通信中，信道利用率一般通過使用數據吞吐量效率進行定義，即通常用實際運行中的網絡吞吐量與理想狀態下的網絡吞吐量之間的比值進行定義，其具體的表達式為如下：?

其中??為實際運行中的網絡吞吐量，而??則是理想狀態下的網絡吞吐量。在只允許單個節點通信的傳統網絡中，?和??可分別進一步表達為如下：

其中??是在一個周期中進行有效數據傳輸的時間，?為一個傳輸周期的時間，而??則是物理層的數據傳輸速率。所以信道利用率可用時間效率的形式表示為如下：

但是，這種表達方式在MU-MIMO下的無線網絡中并不合適。在MU-MIMO的無線網絡中，只要并行的總傳輸流數量不多于網絡接入點（Access?Point,?AP）的總天線數目，多個客戶端節點是能夠同時向AP發送數據，而彼此之間不會造成影響，即AP能夠同時成功收到來自各個客戶端節點的數據。顯然，相比于傳統單節點間傳輸網絡，雖然MU-MIMO的網絡用于數據傳輸的時間是一樣的，但是MU-MIMO的網絡的實際發送數據是要比傳統的單節點間傳輸多。事實上，這種本質的差異是由AP的天線的使用數目引起的。所以，AP上的天線使用也應該視為信道資源，而那些AP上未被使用的天線則應該視為一種新的信道資源的浪費。

因此，在MU-MIMO的網絡中，信道利用率不應該僅僅考慮時域，同時也應該考慮空間域的使用率，即AP的天線使用率。假設??為在第??個周期中AP上用來進行數據傳輸的天線數目，m為整個通信的總周期數目，??為AP的總天線數目，?為每個數據流的物理層速率，則信道利用率可表示為如下：?

上述公式可以進一步簡化成如下：

然后，如果我們定義??為時域上的效率，?為空間域上的效率，即AP上的天線使用數目，那么它們可以分別具體表示為如下：

因此，信道利用率最終可以被定義為時間和空間域上的效率乘積，即：

例如，如果用上述的信道利用率定義，那么使用IEEE?802.11標準下的物理層速率的包含一個4根天線AP和10個單根天線客戶端的網絡的信道利用率少于20%，在高速率的情況下甚至低于10%。可見，現行的標準會造成很低的信道利用率。

而本發明提出了一種新的應用于MU-MIMO網絡下的多路訪問機制，能夠解決現行無線局域網的低利用率問題，有效地進行無線網絡中多路訪問的傳輸協調。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提出一種同時考慮時間和空間域上的多路訪問機制，加強現行物理層結構的功能，從而有效地實現MU-MIMO的無線網絡中多路訪問傳輸協調，解決現行標準中低利用率的問題。本發明基于正交頻分多路復用平臺，但也可相應地擴展到其他無線傳輸平臺。?

為了實現上述目的所采用的技術方案是：在收發端分別加入三大新模塊，即頻域信道競爭模塊，天線信息加載模塊和頻域傳輸確認（ACK）模塊。?

本發明根據新的功能模塊建立的多路訪問機制如下：當網絡中的節點都需要發送數據包時，他們需要先等待AP發送授權（Grant），然后它們才開始同時在頻域向AP發送請求（Request）進行信道競爭。而這些請求都會分別加載了各自的天線信息。AP在接收到請求后，會基于所有信道競爭的信息（包括各個競爭參與節點的天線信息），根據其能力和一些既定好的規則去挑選一個或多個信道競爭優勝者。被選定作為優勝者的節點則在此輪發送時間中向AP發送其數據包。AP在成功接收到來自節點的數據包后，將會在頻域上把ACK和Grant結合發送出去，以此來開始一個新的競爭周期。?

具體的模塊信息如下：?

本發明主要在原有無線通信系統的基礎上，加上三個新的模塊：頻域信道競爭模塊，天線信息加載模塊和頻域傳輸確認（ACK）模塊。