CN102664857A - 超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法，该方法包括如下步骤：步骤1：预分组：以具有多用户波束成形能力的站点为研究对象，接入点根据接收到的数据帧强度对上述站点进行预分组；步骤2：粗分组：以每个预分组内站点为研究对象，根据上述站点向接入点反馈的每个流的每个子载波接收的信噪比信息，由接入点对每个预分组内的站点进行粗分组；步骤3，以每个粗分组内站点为研究对象，根据站点向接入点反馈的每个流的每个子载波的信道矩阵右奇异值矩阵的相关性，对每个粗分组内的站点进行细分组。该方法能够有效提高IEEE802.11ACMU-MIMO的系统性能。

Description

超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法
技术领域
本发明涉及超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法。
背景技术
在多天线广播信道中，利用空间资源可以同时向多个用户终端发送数据，这种技术称为MU_MIMO（多用户多入多出）。相对于传统的时分多址（TDMA）接入，其可以成倍地提高系统吞吐量。目前在SDMA（空分多址）中，发送MU_MIMO数据的常用方法为多用户预编码技术，利用用户的信道信息设计多用户预编码可以消除多用户间的共信道干扰。但是预编码性能受到用户信道的空间相关性的影响，用户信道相关性越强，预编码性能越差。
IEEE 802.11 AC标准中引入了基于分组的MU-MIMO技术，每个组最多4个用户，做MU-MIMO时只能同时给同组内的用户发送多用户数据，标准同时也规定了用户反馈信道信息的方法和格式。IEEE 802.11 AC标准中，用户需要反馈的信道内容包括两部分内容，一部分是用户接收端的每个流的每个子载波上的信噪比（SNR），另一部分是每个子载波上信道奇异值分解的右奇异向量。前者代表每个空间流上的信道衰落情况，后者代表信道的空间特性。
IEEE 802.11 AC是宽带OFDM（正交频分复用）系统，每个站点（STA）具有不同的信道衰落情况，STA信道之间的空间相关性也不相同。在多用户发送之前需要考虑如何选取合适的STA作多用户预编码，对多用户预编码性能有重要影响，进而影响多用户MIMO（多入多出）性能。
发明内容
技术问题：针对IEEE 802.11 AC标准，本发明提供一种超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法。该方法能够有效提高IEEE 802.11 AC MU-MIMO的系统性能。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：预分组：以具有多用户波束成形能力的站点为研究对象，接入点根据接收到的数据帧强度对上述站点进行预分组；
步骤2：粗分组：以每个预分组内站点为研究对象，根据上述站点向接入点反馈的每个流的每个子载波接收的信噪比信息，由接入点对每个预分组内的站点进行粗分组；
步骤3，以每个粗分组内站点为研究对象，根据站点向接入点反馈的每个流的每个子载波的信道矩阵右奇异值矩阵的相关性，对每个粗分组内的站点进行细分组。
优选的，步骤1中，所述接收到的帧的强度，包括对长训练序列做相关检测信号能量。
优选的，步骤2包括如下步骤：     步骤21：以任一粗分组的组员为研究对象，从中任选一个站点作为预生成细分组的第一个用户；
步骤 22：在该粗分组的剩余站点，即不在所有已生成的细分组中的站点，中选择与预生成细分组中已选站点的相关性最小的站点加入该预生成组；
步骤23：继续从该粗分组的剩余站点，即不在所有已生成的细分组中的站点，中选择与预生成细分组内已选所有站点信道相关性最小的站点加入该预生成组，直到预生成组中的站点数达到四个为止；
步骤 24：从该粗分组随机选择一个不在所有已生成的细分组中的站点，重复步骤22和步骤23，直到此粗分组中所有站点都至少在一个组中。
有益效果：针对IEEE 802.11 AC协议，提出了一种超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法；与随机用户分组方法相比，该方法在BER性能上有明显的性能增益。
附图说明
图1为IEEE 802.11AC中的多用户实现方案；
图2为本发明方法与随机分组方法的性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
AP：接入点（Access Point）
STA：站点（Station）
BSS：基本服务集（Basic Serve Set）
SNR：信噪比（Signal to Noise Ratio）
OFDM：正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）
MU_MIMO：多用户多入多出（Multi-User Multi-Input Multi-Output）
OFDM：正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）
MIMO：多入多出（Multi-Input Multi-Output）
SDMA：空分多址（Spatial Divide Multiple Access）
BER：误码率性能（Bit Error Ratio）
Group：组。
本发明提供的超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：预分组：以具有多用户波束成形能力的站点为研究对象，接入点根据接收到的数据帧强度对上述站点进行预分组；
步骤2：粗分组：以每个预分组内站点为研究对象，根据上述站点向接入点反馈的每个流的每个子载波接收的信噪比信息，由接入点对每个预分组内的站点进行粗分组；
步骤3，以每个粗分组内站点为研究对象，根据站点向接入点反馈的每个流的每个子载波的信道矩阵右奇异值矩阵的相关性，对每个粗分组内的站点进行细分组。
步骤1中，所述接收到的帧的强度，包括对长训练序列做相关检测信号能量。
步骤2包括如下步骤：     步骤21：以任一粗分组的组员为研究对象，从中任选一个站点作为预生成细分组的第一个用户；
步骤 22：在该粗分组的剩余站点，即不在所有已生成的细分组中的站点，中选择与预生成细分组中已选站点的相关性最小的站点加入该预生成组；
步骤23：继续从该粗分组的剩余站点，即不在所有已生成的细分组中的站点，中选择与预生成细分组内已选所有站点信道相关性最小的站点加入该预生成组，直到预生成组中的站点数达到四个为止；
步骤 24：从该粗分组随机选择一个不在所有已生成的细分组中的站点，重复步骤22和步骤23，直到此粗分组中所有站点都至少在一个组中。
本发明公开了IEEE 802.11 AC系统中一种基于有限反馈的多用户分组方法，该方法包括：以BSS内的所有STA对研究对象，AP根据STA是否具有多用户波束成形接收能力以及距离AP的远近程度，将STA进行预分组，即分为具有波束成形接收能力组和不具有波束成形接收能力组；其次，以具有波束成形能力的预分组内的STA为研究对象，AP根据其反馈的SNR进行粗分组；然后，以每个粗分组内的STA为研究对象，AP根据其信道信息的空间相关性进行细分组。该方法的最终分组结果为：每个多用户组中包含4个具有多用户波束成形接收能力的STA且BSS内的具有多用户波束成形接收能力的STA至少处于一个组中。
这种分组方法综合考虑整个频带范围内的信道衰落和空间相关性因素等，充分利用反馈的有限信道信息，合理地对STA进行分组，降低了组内STA之间的干扰。仿真结果表明，本发明可以提高IEEE 802.11 AC MU_MIMO的发送性能。
对于所有的STA，AP根据其接收到的帧的强度，对支持多用户波束成型的进行预分组；AP利用STA反馈的SNR信息，对预分组每个组中的STA进行粗分组；AP利用STA反馈的有限信道信息，计算粗分组每个组中不同STA之间的信道相关性，选择出4个STA分成一组。
考虑到IEEE 802.11 AC系统是宽带OFDM系统，因此，信道相关性的计算是在所有子载波上进行的。本发明将STA每个子载波的信道空间夹角的均值作为判断OFDM信道空间相关性的参数。
预分组流程：以具有多用户波束成型的接收能力STA为研究对象，AP根据其记录的信号强度信息进行预分组；形成一系列预分组的组；
粗分组流程：以每个预分组的组为研究对象，利用STA反馈的SNR信息，将每个预分组中SNR相近的STA组成一个组；形成一系列粗分组的组；
以每个粗分组的组为研究对象，分别细分组，具体如下流程：
第一步：以粗分组的组员为研究对象，，从中任选一个STA作为第一个Group的第一个用户；
第二步：在该中组的剩余STA中选择与其相关性最小的STA加入Group；
第三步：继续从剩余的STA中选择与Group内所有STA信道相关性最小的STA加入Group，直到Group中的STA达到四个为止；
第四步：从粗分组的该组中随机选择一个不在已完成的所有Group中的STA，重复第二步、第三步，直到此粗分组中所有STA都至少在一个Group；
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆
应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
以下为本实例的仿真环境；
站点 与AP的距离 站点 与AP的距离
STA1、STA3 5m STA2、STA5 10m
STA4、STA6 5m STA7、STA9 5m
STA8、STA10, 10m STA11、STA12 5m
STA13、STA14 10m STA15、STA16 5m
STA17、STA19 10m STA18、STA20 5m
以下为本发明方法的预分组结果；
预分组1(共12个STA) 预分组 2(共8个STA)
STA1, STA3, STA4, STA6, STA7, STA9, STA11, STA12, STA15, STA16, STA18, STA20 STA2, STA5, STA8, STA10, STA13, STA14, STA17, STA19
以下为本发明方法的粗分组结果；
粗分组 1(共5个STA) 粗分组 2（共7个STA） 粗分组 3(共8个STA)
STA1, STA3, STA4, STA7, STA9, STA6, STA11, STA12, STA15, STA16, STA18, STA20 STA2, STA5, STA8, STA10, STA13, STA14, STA17, STA19
以下为本发明方法的细分组结果；
组1 STA3, STA9, STA7, STA4
组2 STA1, STA7, STA3, STA4
组3 STA11, STA16, STA12, STA20
组4 STA15, STA12, STA16, STA18
组5 STA6, STA15, STA18, STA16
组6 STA8, STA10, STA13, STA2
组7 STA14, STA2, STA19, STA8
组8 STA5, STA13, STA19, STA8
组9 STA17, STA10, STA5, STA13

Claims (3)

1. 一种超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：预分组：以具有多用户波束成形能力的站点为研究对象，接入点根据接收到的数据帧强度对上述站点进行预分组；
步骤2：粗分组：以每个预分组内站点为研究对象，根据上述站点向接入点反馈的每个流的每个子载波接收的信噪比信息，由接入点对每个预分组内的站点进行粗分组；
步骤3，以每个粗分组内站点为研究对象，根据站点向接入点反馈的每个流的每个子载波的信道矩阵右奇异值矩阵的相关性，对每个粗分组内的站点进行细分组。
2. 根据权利要求1所述的超高速短距离无线接入系统中的有限反馈多用户分组方法，其特征在于，步骤1中，所述接收到的帧的强度，包括对长训练序列做相关检测信号能量。
3. 根据权利要求1所述的基于有限反馈信道信息的多用户分组方法，其特征在于，步骤2包括如下步骤：     
步骤21：以任一粗分组的组员为研究对象，从中任选一个站点作为预生成细分组的第一个用户；
步骤 22：在该粗分组的剩余站点，即不在所有已生成的细分组中的站点，中选择与预生成细分组中已选站点的相关性最小的站点加入该预生成组；
步骤23：继续从该粗分组的剩余站点，即不在所有已生成的细分组中的站点，中选择与预生成细分组内已选所有站点信道相关性最小的站点加入该预生成组，直到预生成组中的站点数达到四个为止；
步骤 24：从该粗分组随机选择一个不在所有已生成的细分组中的站点，重复步骤22和步骤23，直到此粗分组中所有站点都至少在一个组中。
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Assignor: Southeast University

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Denomination of invention: Limited feedback multiuser grouping method for use in ultrahigh-speed short-distance wireless access system

Granted publication date: 20140910

License type: Exclusive License

Record date: 20150427

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