[發(fā)明專利]基于多徑信息的MU-MIMO網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)反饋方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710532462.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN107359914B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董超;李智敏;李艾靜;王海;張磊;周昆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0417
• 分類號(hào): H04B7/0417;H04B7/0452;H04B7/06
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 吳茂杰

本發(fā)明公開了一種基于多徑信息的MU?MIMO網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)反饋方法，包括以下步驟：(10)信道狀態(tài)估計(jì)：用戶根據(jù)AP發(fā)送的數(shù)據(jù)幀或者控制管理幀頭部信息估計(jì)AP到自己之間的信道狀態(tài)；(20)多徑信息計(jì)算：用戶對(duì)估計(jì)的信道狀態(tài)進(jìn)行逆傅里葉變換，從而得到多徑信息；(30)多徑信息反饋：用戶根據(jù)門限確定需要反饋的多徑條數(shù)P，并將多徑信息中的前P條主路徑信息反饋給AP；(40)用戶選擇：AP根據(jù)各用戶反饋的多徑信息，依據(jù)正交性最好原則選擇用戶分組；(50)信道狀態(tài)反饋：AP輪詢被選擇的用戶，各被選擇用戶反饋信道狀態(tài)。本發(fā)明的信道狀態(tài)反饋方法，開銷低，傳輸效率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線局域網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種MU-MIMO網(wǎng)絡(luò)中基于多徑信息的信道狀態(tài)信息反饋方法，通過反饋多徑信息有效降低MU-MIMO網(wǎng)絡(luò)中CSI的反饋開銷。

背景技術(shù)

近些年，為了進(jìn)一步提升無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)容量，出現(xiàn)了MU-MIMO(Multi-UserMulti-Input Multi-Output,多用戶多輸入多輸出)，即多用戶多輸入多輸出技術(shù)。MU-MIMO技術(shù)允許AP(Access Point，接入點(diǎn))同時(shí)給多個(gè)用戶發(fā)送多個(gè)不同的數(shù)據(jù)流，并且保證各個(gè)數(shù)據(jù)流之間的干擾最小，從而獲得吉比特的容量。MU-MIMO系統(tǒng)的性能已經(jīng)在理論上和實(shí)驗(yàn)中得到了廣泛的分析。MU-MIMO由于能夠提供較高的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率，已經(jīng)被很多無線通信標(biāo)準(zhǔn)采用，如LTE、WiMAX，以及IEEE 802.11ac。

波束成形技術(shù)是MU-MIMO實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)流同時(shí)發(fā)送的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)利用信道狀態(tài)信息CSI(Channel State Information,CSI)將多個(gè)用戶的獨(dú)立數(shù)據(jù)分組調(diào)整到特定的方向，從而使得各用戶數(shù)據(jù)之間的干擾最小。這就要求AP能夠獲得到每個(gè)用戶準(zhǔn)確而且實(shí)時(shí)的CSI信息。總的來說，AP獲得CSI信息有兩種方式：隱式反饋和顯式反饋。隱式反饋利用了無線信道的對(duì)稱性，允許AP利用上行鏈路的CSI來估計(jì)下行鏈路的CSI，是IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)中定義的備選方案。為了獲取準(zhǔn)確的CSI信息，隱式反饋需要預(yù)先進(jìn)行校準(zhǔn)和訓(xùn)練，但是校準(zhǔn)和訓(xùn)練過程會(huì)對(duì)信道資源和傳輸時(shí)間造成浪費(fèi)，而不準(zhǔn)確的CSI信息會(huì)造成數(shù)據(jù)分組的破壞，因此，在802.11ac標(biāo)準(zhǔn)中，僅采納顯式反饋策略。顯式反饋由AP發(fā)起，在此過程中，AP輪詢所有的用戶，被詢問到的用戶向AP反饋?zhàn)钚碌腃SI信息。反饋得到的CSI信息主要用于兩項(xiàng)操作，首先AP根據(jù)CSI反映的信道正交關(guān)系進(jìn)行MU-MIMO用戶選擇，然后利用選定的用戶的信道參數(shù)計(jì)算波束成形方向矩陣。

但是實(shí)際應(yīng)用中MU-MIMO網(wǎng)絡(luò)的增益卻遠(yuǎn)達(dá)不到理論值。這是由于顯式反饋中CSI獲取過程帶來的開銷會(huì)降低由波束成形帶來的吞吐量增益。導(dǎo)致顯式反饋開銷巨大主要有三個(gè)方面的原因：(1)AP需要所有用戶的CSI信息來做用戶選擇，以獲得波束成形的最高性能，這要求所有的用戶反饋CSI信息；(2)AP需要準(zhǔn)確的CSI信息來計(jì)算方向矩陣，CSI信息的反饋開銷與發(fā)送天線數(shù)量、節(jié)點(diǎn)數(shù)量等成正比；(3)CSI消息以最低速率發(fā)送。這些使得CSI反饋占用了大量的信道資源，降低了系統(tǒng)的吞吐量。

當(dāng)前，降低MU-MIMO中CSI反饋開銷主要依靠的方法是壓縮。IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)建議可以對(duì)CSI信息在時(shí)間域、頻率域和量化域三個(gè)域進(jìn)行壓縮。MUTE是一種時(shí)域壓縮反饋機(jī)制，它利用信道的穩(wěn)定性來延長(zhǎng)反饋間隔時(shí)間，從而降低了開銷。對(duì)于靜態(tài)環(huán)境來說，MUTE可以獲得較好的性能，但是，對(duì)于動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，其性能下降顯著。AFC將壓縮噪聲作為度量，自適應(yīng)調(diào)整三個(gè)維度的壓縮參數(shù)，以達(dá)到降低開銷和減小吞吐量損失的折中。AFC在一定程度上進(jìn)一步壓縮了CSI，但是仍然要求所有節(jié)點(diǎn)回復(fù)CSI消息，節(jié)點(diǎn)數(shù)量較大時(shí)，反饋開銷依然很大。

一般情況下，要完成一次MU-MIMO數(shù)據(jù)發(fā)送，AP在數(shù)據(jù)發(fā)送之前主要需要完成三個(gè)步驟：

(1)AP向所有用戶發(fā)送探測(cè)幀，輪詢各個(gè)用戶，獲得AP到所有用戶的信道狀態(tài)信息CSI；