CN106788622A - 无线局域网以用户为中心的下行多点协作传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线局域网以用户为中心的下行多点协作传输方法，主要解决现有技术不能有效抑制密集无线局域网中多个相邻接入点对站点的干扰问题。其技术方案为：站点统计与所关联接入点处于同频段的其他接入点的个数，确定自己是否为协作传输用户；协作传输用户接收请求发送帧RTS，判断信号质量差，回复管理清除发送帧MCTS；参与协作的接入点收到管理清除发送帧后，如果处于空闲状态，则与主接入点一同开启信道探测过程；随后，主接入点将站点反馈的预编码矩阵传递给参与协作的接入点，并与参与协作的接入点共同发送下行数据。本发明避免了相邻接入点对用户造成干扰，提高了用户的接收功率和系统容量，可用于密集部署的WLAN环境。

Description

无线局域网以用户为中心的下行多点协作传输方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种下行多点协作传输方法，可用于在交叠的基本服务集OBSS环境下无线局域网使用下行多点协作CoMP功能时的传输，提高网络吞吐量。
背景技术
近年来，随着人类社会进入信息时代，无线移动网络承载的业务量急速增长。中国移动通信统计的移动业务量的增长情况，预测到2020年，国内移动业务量将增加超过1000倍，智能终端的数量将超过人口数量。下一代无线局域网WLAN将在无线通信中扮演非常重要的角色，将是提供大容量无线通信的主要途径之一。为了提供高速的通信服务，减小接入点AP的覆盖范围是其主要途径，这就造成了未来WLAN必定是密集部署的场景。密集部署WLAN中的干扰管理是其主要影响网络性能的原因，如果从协议增强以及算法设计的角度提出更高效的干扰管理机制是亟待解决的问题。
CoMP传输技术是无线通信中提升蜂窝网络频谱效率的一项关键技术，是指地理位置上分离的多个传输点，协同参与为一个终端传输数据或者联合接收一个终端发送的数据，参与协作的多个传输点通常指不同小区的基站。CoMP技术通过移动网络中多节点协作传输，解决现有移动蜂窝单跳网络中的单小区单站点传输对系统频谱效率的限制，更好地克服小区间干扰，提高无线频谱传输效率，提高系统的平均和边缘吞吐量。然而，CoMP技术适用于长期演进技术升级版LTE-A系统，却因为同步和接入等问题而不适用于WLAN系统。
针对WLAN中的干扰问题，像隐藏终端，暴露终端，多设备竞争导致的传输效率低以及微波、蓝牙干扰等，WLAN也提出了许多抗干扰方案。如针对隐藏终端提出的请求发送-清除发送RTS-CTS机制，在发送数据报文之前，使用RTS/CTS交互进行信道的预约，以短包的形式向其他节点说明信道被占用，防止碰撞；针对暴露终端的影响，可通过动态调整空信道检测CCA门限，改变节点判断信道忙闲的标准，提高吞吐量。
在网络覆盖不是非常密集，干扰情况不是非常严重的情况下，可以通过调整各类网络参数进行优化；然而对于密集部署的WLAN环境下，由于多个相邻AP对站点STA的干扰，使得上述的抗干扰方案效果有限。
针对上述关于密集WLAN中的多个相邻AP对STA的严重干扰，近年来也出现了相关的解决方案，一方面是降低AP的发射功率，如动态功率控制技术，就是在对AP侧的接收信号强度或信噪比等指标进行评估的基础上，适时改变发送功率来减少边缘用户数和边缘用户所受的干扰，但是发送功率的降低又导致了AP的覆盖范围减小，使得单个AP服务的用户数减少，不利于网络吞吐量的提高；另一方面是让相邻AP交替进行传输，如接入点轮休机制，是当其中一个AP工作时，与其相邻的AP保持休眠状态，这种方法虽说可以有效避免网络冲突，但是系统容量却将大大降低。
发明内容
本发明目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种无线局域网以用户为中心的下行多点协作传输方法，以避免相邻接入点对用户造成的干扰，提高用户的接收功率，改善接收信号的质量，提升密集WLAN的系统吞吐量。
为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：
(1)站点STA主动扫描信道，并根据接收的信标信息，统计与站点STA关联的接入点AP1处于同频段的其他相邻接入点AP的个数，确定自己是否为协作传输用户，如果是，则执行步骤(2)；如果不是，则执行步骤(3)；
(2)协作传输用户构建一个接收信号强度列表，并对其进行维护，即在每次接收到非关联接入点发送的信标时更新其接收信号强度指示RSSI信息，执行步骤(3)；
(3)接入点AP1发送下行数据前，先传输请求发送帧RTS，用于预约信道，站点STA接收请求发送帧RTS后判断自己是否为协作传输用户，如果是，则执行步骤(4)；如果不是，则执行步骤(6)；
(4)协作传输用户根据所接收的请求发送帧RTS的信噪扰比SINR决定是否开启下行多点协作CoMP功能，若开启协作功能，则执行步骤(5)；若不开启协作功能，执行步骤(6)；
(5)协作传输用户开启下行多点协作CoMP功能，完成通信过程：
(5.1)协作传输用户发送管理清除发送帧MCTS，并根据信噪扰比SINR值的大小和步骤(2)中接收信号强度列表，决定参与协作的接入点，参与协作的接入点信息包含在管理清除发送帧MCTS中；
(5.2)接入点收到管理清除发送帧，根据管理清除发送帧MCTS中携带的接入点信息判断自己是否为参与协作的接入点，如果是，则执行步骤(5.3)；如果不是，则只更新其网络分配矢量NAV；
(5.3)参与协作的接入点经过短帧间间隔SIFS后检查自身和信道忙闲状态，如果自身和信道均处于空闲状态，则与接入点AP1一同开启信道探测sounding过程，执行步骤(5.4)；否则，退出协作过程；
(5.4)接入点AP1将协作传输用户反馈的预编码矩阵中与参与协作的接入点相关的行向量传递给参与协作的接入点，随后，接入点AP1和参与协作的接入点一同传输下行数据，当接入点AP1收到协作传输用户发送的确认帧时，解除协作关系；
(6)按照现有的802.11通信协议，站点STA回复清除发送帧CTS，之后，接入点AP1发送下行数据，并等待站点STA的确认帧。
本发明具有如下优点：
首先，本发明提出的下行多点协作传输方法是以用户为中心，由用户根据自身的信道情况决定是否开启多点协作功能，并根据接收的信标信息决定由哪些接入点AP参与协作，相比于以接入点为中心，在不知道用户是否需要协作的前提下便盲目开启协作功能的方法，本发明具有更高的协作效率；
其次，在协作传输的过程中使用了多输入多输出MIMO技术，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍提高系统信道容量；
第三，本发明可以解决密集无线局域网WLAN中的多个相邻接入点AP对站点STA的严重干扰问题，改善接收信号的质量，提升密集无线局域网WLAN的系统吞吐量。
附图说明
图1是本发明的使用场景图；
图2是本发明的实现流程图；
图3是本发明中信道探测sounding过程的信令交互图；
图4是本发明中的信令交互图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明进行详细描述。
参照图1，本发明使用的场景是一个在密集无线局域网WLAN环境下由多个相邻接入点对站点的干扰场景，其包括四个接入点AP1、AP2、AP3、AP4和七个站点STA1、STA2、STA3、STA4、STA5、STA6、STA7。其中，第一接入点AP1相关联的站点是第一站点STA1和第二站点STA2，第二接入点AP2相关联的站点是第三站点STA3，第三接入点AP3相关联的站点是第四站点STA4，第四接入点AP4相关联的站点是第五站点STA5、第六站点STA6和第七站点STA7。第一站点STA1位于第二接入点AP2、第三接入点AP3和第四接入点AP4的覆盖范围内。第一接入点AP1、第二接入点AP2、第三接入点AP3和第四接入点AP4均不在彼此的覆盖范围内。第一接入点AP1、第二接入点AP2和第三接入点AP3通过有线连接。
参照图2，本发明的实现流程如下：
步骤1：第一站点STA1确定自己是否为协作传输用户。
第一站点STA1主动扫描信道，根据接收的信标信息，统计与所关联的第一接入点AP1处于同频段的其他接入点的个数，如果个数大于1，则认为STA1为协作传输用户，采用协作传输的方式服务；反之，则认为STA1为非协作传输用户，按照现有的802.11通信协议进行传输。
步骤2：第一站点STA1构建并维护接收信号强度列表L。
(2a)创建一个空的列表L，列表L包含两列，第一列用于存放接入点的标识，第二列用于存放接收信号强度指示RSSI信息；
(2b)检查并更新列表L中的第一列信息：
将与第一站点STA1相邻的第二接入点AP2、第三接入点AP3和第四接入点AP4，周期性广播信标信息；
第一站点STA1在每次接收到相邻接入点的信标信息时，判断列表L是否为空，如果列表L为空，则从信标信息中获取该接入点的标识，并将标识添加到列表L中；如果列表L不为空，则遍历列表L的第一列，判断接入点的标识是否已经出现在列表L中，如果未出现，则将标识添加到列表L中；否则，列表L的第一列不作处理；
(2c)填写列表L中的第二列信息：
将当前接收到的信号强度指示RSSI信息更新到列表L中与接入点标识对应的第二列中。
步骤3：第一站点STA1根据接收到的请求发送帧RTS决定是否开启协作功能。
(3a)第一接入点AP1在向第一站点STA1发送数据之前，先传输一个请求发送帧RTS，用于预约信道；
(3b)第一站点STA1接收到第一接入点AP1的请求发送帧RTS，计算接收信号的信噪扰比SINR，由信噪扰比SINR计算得到误包率PER，并随机产生一个0-1之间的小数r；
(3c)将误包率PER与随机数r进行比较，如果PER≥r，则开启协作功能，执行步骤(3d)；如果PER＜r，则不开启协作功能，执行步骤(3e)；
(3d)第一站点STA1发送管理清除发送帧MCTS，并根据信噪扰比SINR值的大小决定参与协作的接入点：
在接收信号强度列表L中依次选择接收信号强度指示RSSI最大的接入点，将接收信号强度指示RSSI值累加到信号功率上，计算累加后的信噪扰比SINR，并计算误包率PER，如果PER≥r，则将该接入点作为参与协作的接入点，重复该循环过程直至PER＜r；循环结束，即第一站点STA1选择第二接入点AP2和第三接入点AP3作为参与协作的接入点，并将第二接入点AP2和第三接入点AP3的标识包含在管理清除发送帧MCTS中；
(3e)第一站点STA1发送清除发送帧CTS，第一接入点AP1在收到清除发送帧CTS后按照现有802.11通信协议进行数据传输。
步骤4：第二接入点AP2和第三接入点AP3决定是否开启信道探测和数据传输过程。
(4a)第二接入点AP2和第三接入点AP3收到管理清除发送帧MCTS后，将网络分配矢量NAV置为0；
(4b)第二接入点AP2和第三接入点AP3检查状态信息，决定是否与第一接入点AP1一同开启sounding过程：若接入点处于非收发状态，网络分配矢量NAV为0，且信道空闲，则该接入点开启信道探测sounding过程，执行步骤(4c)；否则，该接入点退出协作过程；
(4c)信道探测sounding的帧进行交互：
参照图3，本步骤的实现如下：
第一接入点AP1、第二接入点AP2和第三接入点AP3同时广播空数据包通告帧NDPA，经过短帧间间隔SIFS后，再由第一接入点AP1、第二接入点AP2和第三接入点AP3共同发送空数据包NDP，该空数据包通告帧NDPA中包含了需要进行信道反馈的第一站点STA1的标识；
第一站点STA1接收到空数据包NDP后，回复压缩波束成形帧，并通过该波束成形帧中的报告Report域提供预编码矩阵V信息；
(4d)数据传输和确认过程：
参照图4，本步骤的实现如下：
(4d1)第一接入点AP1通过有线端口将数据传递给第二接入点AP2和第三接入点AP3，并根据第一站点STA1反馈的预编码矩阵V，将与第二接入点AP2和第三接入点AP3相关的行向量分别传递给第二接入点AP2和第三接入点AP3；
(4d2)第二接入点AP2和第三接入点AP3分别将得到的行向量与待发数据相乘求和，经过天线发送出去；
(4d3)第一接入点AP1、第二接入点AP2和第三接入点AP3共同传输下行的聚合数据；
(4d4)第一站点STA1在收到聚合数据后回复块确认帧BA；
(4d5)第一接入点AP1在收到确认信息后解除协作关系。
以上描述仅是本发明的具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无线局域网以用户为中心的下行多点协作传输方法，包括：
(1)站点STA主动扫描信道，并根据接收的信标信息，统计与站点STA关联的接入点AP1处于同频段的其他相邻接入点AP的个数，确定自己是否为协作传输用户，如果是，则执行步骤(2)；如果不是，则执行步骤(3)；
(2)协作传输用户构建一个接收信号强度列表，并对其进行维护，即在每次接收到非关联接入点发送的信标时更新其接收信号强度指示RSSI信息，执行步骤(3)；
(3)接入点AP1发送下行数据前，先传输请求发送帧RTS，用于预约信道，站点STA接收请求发送帧RTS后判断自己是否为协作传输用户，如果是，则执行步骤(4)；如果不是，则执行步骤(6)；
(4)协作传输用户根据所接收的请求发送帧RTS的信噪扰比SINR决定是否开启下行多点协作CoMP功能，若开启协作功能，则执行步骤(5)；若不开启协作功能，执行步骤(6)；
(5)协作传输用户开启下行多点协作CoMP功能，完成通信过程：
(5.1)协作传输用户发送管理清除发送帧MCTS，并根据信噪扰比SINR值的大小和步骤(2)中接收信号强度列表，决定参与协作的接入点，参与协作的接入点信息包含在管理清除发送帧MCTS中；
(5.2)接入点收到管理清除发送帧，根据管理清除发送帧MCTS中携带的接入点信息判断自己是否为参与协作的接入点，如果是，则执行步骤(5.3)；如果不是，则只更新其网络分配矢量NAV；
(5.3)参与协作的接入点经过短帧间间隔SIFS后检查自身和信道忙闲状态，如果自身和信道均处于空闲状态，则与接入点AP1一同开启信道探测sounding过程，执行步骤(5.4)；否则，退出协作过程；
(5.4)接入点AP1将协作传输用户反馈的预编码矩阵中与参与协作的接入点相关的行向量传递给参与协作的接入点，随后，接入点AP1和参与协作的接入点一同传输下行数据，当接入点AP1收到协作传输用户发送的确认帧时，解除协作关系；
(6)按照现有的802.11通信协议，站点STA回复清除发送帧CTS，之后，接入点AP1发送下行数据，并等待站点STA的确认帧。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中的构建接收信号强度列表，是首先创建一个空列表，站点STA在每次接收到相邻接入点AP的信标帧时，判断列表是否为空，如果列表为空，则将接入点的标识添加到列表中；如果列表不为空，再判断接入点的标识是否已经在列表中，如果不在，则添加到列表中；否则不作处理；构建后的列表为两列，第一列为相邻接入点AP的标识，第二列为接收信号强度指示信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(4)中的决定是否开启下行多点协作CoMP功能，是由信噪扰比SINR计算得到误包率PER，并随机产生一个0-1之间的小数r；再将误包率PER与随机数r进行比较，如果PER≥r，则开启协作功能；如果PER＜r，则不开启协作功能。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(5.1)中协作传输用户根据信噪扰比SINR值的大小和步骤(2)中接收信号强度列表，决定参与协作的接入点，是在接收信号强度列表中依次选择接收信号强度指示RSSI最大的接入点，将接收信号强度指示RSSI值累加到信号功率上，计算累加后的信噪扰比SINR，并计算误包率PER，如果PER≥r，则将该接入点作为参与协作的接入点，重复该循环过程直至PER＜r。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(5.3)中接入点AP1和参与协作的接入点一同开启的信道探测sounding过程，是由接入点AP1和参与协作的接入点先广播一个空数据包通告帧NDPA，再经过短帧间间隔SIFS后，由接入点AP1和参与协作的接入点共同发送一个空数据包NDP；协作传输用户接收到空数据包NDP后，回复压缩波束成形帧，并通过该波束成形帧中的报告Report域提供预编码矩阵信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(5.4)中接入点AP1和参与协作的接入点一同传输下行数据，首先由接入点AP1通过有线端口将数据传输给参与协作的接入点，再由接入点AP1和参与协作的接入点通过无线端口共同将数据发送给站点STA。
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