CN107005322A - 与多个无线通信装置同时通信 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例涉及用于与多个无线通信装置同时通信的方法和系统。在一些实施例中，一种用于与多个无线通信装置同时通信的方法包括：在第一无线站使用多个天线接收从多个其它无线站同时发送来的包括正交频分复用(OFDM)无线信号的多个数据包，其中所述同时发送来的数据包中的每一个包括多个频率音调；对接收到的数据包进行频域变换；针对每个子载波将频域变换的输出分组；确定在不同样本集上形成的子载波组之间的差异；以及确定每个子载波的权重集，其中所述权重被选择为使得所述第一无线站能够进行检测所接收到的多个数据包和解调所接收到的多个数据包二者中的至少之一。

Description

与多个无线通信装置同时通信
技术领域
本发明的实施例一般涉及用于与多个无线通信装置同时通信的方法和系统。
背景技术
无线局域网(WLAN)提供使用如IEEE 802.11标准中定义的无线信令在接入点(AP)和客户端装置之间传送数据的手段。最初的WLAN标准(802.11a/b/g)建立在某时只有一个AP或客户端装置可以在特定信道上发送并且发送装置一次只发送一个信息集的假定下。后来，802.11n标准引入了使用称为多输入多输出(MIMO)的技术同时发送多个信息集的方法，但仍然假定在某时只有一个装置可以发送并且这些信息集将被发往到唯一的客户端装置或都接收相同信息的一组客户端装置。后来，802.11ac标准引入了使用称为下行链路(DL)多用户MIMO(MU-MIMO)的技术允许AP同时发送多个信息集的方法，每个信息集被发往到不同的客户端装置，但仍然具有每次只有一个装置可以发送的限制。802.11技术的进步导致在802.11ac标准中使用160MHz的带宽时的空中下载(over the air)数据率的峰值达到6.9333吉比特每秒(Gbps)。
然而，对于802.11技术中的所有这些进步，WLAN AP在实践中经常受到限制，在具有高密度的客户端装置的许多现实世界情况中，提供低于30兆比特每秒(Mbps)的总吞吐量。在高密度情况下，吞吐量的这种实际限制有很多原因。首先，802.11使用分布式调度机制，其中AP和客户端装置分别尝试确定接入无线介质的适当时间。如果多个AP或客户端装置同时发送，则信息通常会因信号干扰而丢失。WLAN装置通过在尝试中较不频繁地接入介质来补偿这种情况，以减少额外数据丢失的概率。这导致在高密度环境中共享介质的方法低效率且经常不可靠。其次，可用于WLAN装置的MU-MIMO技术在解决高密度环境中的主要问题的可用性方面受到限制。802.11不支持上行链路(UL)MU-MIMO机制，该机制将允许AP同时从多个客户端装置接收。虽然UL MU-MIMO在诸如LTE(3GPP TS 36)的其他技术中是可用的，但是类似的实施需要802.11标准和装置的根本性改变。由802.11ac支持的DL MU-MIMO需要在AP和客户端装置之间的信道上频繁更新，以便创建DL MU-MIMO传输。由于信道频繁变化，需要频繁收集信道信息以支持DL MU-MIMO。没有任何UL MU-MIMO技术允许AP快速收集该信息，AP必须分别从每个装置收集该信息，这导致当更多的装置加入到DL MU-MIMO传输时效率降低，并且导致实际限制DL MU-MIMO的有效性。由于这些及其它原因，在高密度情况下，WLAN的吞吐量和可靠性通常是有问题的。总而言之，在具有高密度客户端装置的环境中的WLAN的大部分问题和局限性源于不能同时接收多个WLAN信号。
802.11的普遍实施利用正交频分复用(OFDM)，其中同时发送许多符号，每个同时发送的符号利用不同的频率。用于发送不同符号的各个频率被称为子载波。OFDM通常依赖于各个子载波处的平均信号与干扰加噪声比(SINR)，以足以允许适当的信道估计和随后的解调。在多个802.11传输同时发生并且没有信道的先前知识来解析这些传输的情况下，来自多个源的信息贡献于子载波。鉴于当子载波上的信息来自多个源时，802.11没有用于解析这些信息的固有机制，来自所有源的信息通常丢失。
克服该限制的一种方法是具有多个天线的接收装置知道哪些装置将要发射，知道在每个天线处信道对各种装置的每个子载波诱导的改变，并且确定适当的子载波加权矢量，以应用于接收到的信号，从而隔离各种信号中的每一个。这样的机制在LTE(3GPP TS36)内是可用的，其中基站装置可以明确地控制何时装置被允许发送，并且具有用于从关注的客户端装置获取信道估计的机制。LTE进一步强化了装置的严格频率对准，对装置的严格定时控制，并且具有允许基站同时容易地从多个客户端装置收集信道估计的信号特性。相反，802.11具有共享的调度机制，其中各装置似乎随机发送。此外，802.11没有严格的频率对准，严格的定时控制或允许同时确定来自各种源的信道估计的信号设计特性。因此，使用传统技术克服能够同时接收多个802.11信号的限制对于802.11来说是不实际的。
发明内容
本发明的实施例涉及用于与多个无线通信装置同时通信的方法和系统。在一些实施例中，一种用于与多个无线通信装置同时通信的方法包括：在第一无线站使用多个天线接收从多个其它无线站同时发送来的包括正交频分复用(OFDM)无线信号的多个数据包，其中所述同时发送来的数据包中的每一个包括多个频率音调；对接收到的数据包进行频域变换；针对每个子载波将频域变换的输出分组；确定在不同样本集上形成的子载波组之间的差异；以及确定每个子载波的权重集，其中所述权重被选择为使得所述第一无线站能够进行检测所接收到的多个数据包和解调所接收到的多个数据包二者中的至少之一。
在其他实施例中，一种用于与多个无线通信装置同时通信的系统包括第一无线站，所述第一无线站包括：多个天线，其被配置为接收从多个其他无线站同时发送来的多个数据包；多个RF节点，每一个RF节点耦合到所述多个天线中的至少一个，其中所述多个RF节点中的每一个对所述多个数据包执行信号打包和拆包；和至少一个聚合器，其通信地耦合到所述多个RF节点，其中所述至少一个聚合器被配置为对所述接收到的数据包进行频域变换，针对每个子载波将频域变换的输出分组，确定在不同样本集上形成的子载波组之间的差异，并且确定每个子载波的权重集，其中所述权重被选择为使得所述第一无线站能够进行检测所接收到的多个数据包和解调所接收到的多个数据包二者中的至少之一。
下面描述本公开的其它和进一步的实施例。
附图说明
图1示出根据本发明的一些实施例的包括多个RF节点和一个聚合器的系统与多个客户端装置通信的示例性架构。
图2是根据本发明的一些实施例的RF节点的框图。
图3是根据本发明的一些实施例的聚合器的框图。
图4示出在本公开中以各种算法使用的子载波矢量计算，并且解释了根据本发明的一些实施例的在存在OFDM信号的情况下其输出的特性。
图5提供根据本发明的一些实施例的在存在其它干扰信号的情况下检测802.11信号的方法的图示。
图6、图7、图8和图9提供结果，这些结果示出根据本发明的一些实施例的数据包检测方法的输出。
图10、图11、图12、图13和图14提供根据本发明的一些实施例的在存在其它干扰信号的情况下在解调之前确定加权矢量以解析各个数据包的方法的图示。
图15、图16和图17提供结果，这些结果示出根据本发明的一些实施例的本公开同时解调多个802.11信号的能力。
图18、图19和图20提供结果，这些结果示出根据本发明的一些实施例的与现有技术相比较的本公开的接收器数据包错误率与信号干扰比性能。
图21和图22示出根据本发明的一些实施例的如何使ULMU-MIMO成为可能。
图23和图24示出根据本发明的一些实施例的除了接收之外，干扰抑制益处如何适用于发送。
图25和图26示出根据本发明的一些实施例的如何使DLMU-MIMO成为可能。
图27和图28示出根据本发明的一些实施例的多个信元能够同时执行DL MU-MIMO并且同时使信元之间的干扰最小化。
图29和图30示出根据本发明的一些实施例的对具有多个天线的客户端装置执行DL MU-MIMO的复杂性。
图31、图32和图33示出根据本发明的一些实施例的能够进行信号多路径分量的到达时间估计。
图34和图35示出根据本发明的一些实施例执行到达时间估计的能力如何克服对具有多个天线的客户端装置执行DL MU-MIMO的复杂性。
图36示出根据本发明的一个或多个实施例的能够在本发明的各种实施例中使用的计算机系统。
为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示各图中相同的元件。附图没有按比例绘制，并且为了清楚起见可能被简化。可以设想，一个实施例的元件和特征可以有利地并入其他实施例中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本发明的实施例一般涉及无线通信领域。具体地，本发明的一些实施例涉及用于允许与多个无线局域网(WLAN)客户端装置同时通信的系统和方法，以在具有高密度的客户端装置的环境中提高吞吐量和增强可靠性。本发明的实施例具有克服传统的WLAN架构的性能限制的优点，包括能够同时接收来自不同客户端装置的多个上行链路(UL)信号而无需预先知道信道信息，能够在同时从一个或多个其他客户端装置接收信息期间有效地将信息发送到一个或多个客户端装置，以及与传统架构相比能够显著增加可同时发送和接收的同时的UL和下行链路(DL)信息集的数量。
此外，本发明的实施例与现有的WLAN装置和由这些装置使用的协议兼容。特别地，本发明的一些实施例涉及PHY层(即，OSI物理层1)方法，使得能够多用户MIMO(MU-MIMO)，有效的DLMU-MIMO，同时UL和DL传输，减少干扰，以及实现一个或多个远程射频(RF)节点向执行PHY层处理的集中式单元提供信号的架构。
以下详细描述的一些部分是根据存储在特定设备或专用计算装置或平台的存储器内的二进制数字信号的操作给出的。在该具体说明的情境中，术语特定设备等包括通用计算机，其一旦被编程便根据来自程序软件的指令执行具体功能。在该情境中，操作或处理涉及对物理量的物理操纵。典型地，尽管不一定，这样的量可以采取能够被存储，传送，组合，比较或以其它方式操纵的电信号或磁信号的形式。已经证明，主要是出于普遍使用的原因，有时将这种信号称为位、数据、值、元、符号、字符、术语、数目、数字等是方便的。然而，应当理解，所有这些或类似术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是方便的标签。除非另有明确说明，从以下讨论中可以明显看出，在整个本说明书中，使用诸如“处理”、“计算”、“确定”等术语的讨论是指诸如专用计算机或类似的专用电子计算装置的特定设备的动作或操作。因此，在本说明书的情境中，专用计算机或类似的专用电子计算装置能够操纵或变换信号，这种信号典型地表示为存储器、寄存器或其他信息存储装置、传输装置或专用计算机或类似专用电子计算装置的显示装置内的电子或磁物理量。
在一些实施例中，当多个802.11OFDM传输同时发生时，各个802.11OFDM传输被解调。在多个接收天线上观察到的每个OFDM音调可以被设想为子载波矢量。累积子载波矢量由各个子载波矢量之和构成，每个个别子载波矢量与个别源相关联。虽然在802.11内没有用于允许在多个802.11传输同时发生时直接确定各个子载波矢量的固有机制，但是本发明的实施例利用以下事实：802.11源的各个子载波矢量在特定条件下保持恒定，而其他子载波矢量一般会变化。通过减去不同的累积子载波矢量并因此消除与所关注的具有恒定子载波矢量的802.11信号相关联的矢量分量，本发明的实施例能够构建仅由干扰子载波矢量构成的矢量子空间。通过进一步找到与干扰子载波矢量的子空间正交的加权矢量并将该加权矢量应用于累积子载波矢量，本发明的实施例能够在干扰源存在的情况下提取和解调个别802.11传输。解析多个干扰的802.11信号的能力直接导致进一步的好处，包括能够进行ULMU-MIMO、有效的DL MU-MIMO以及降低整体干扰以提供显著增加的系统容量。
本文公开了允许与多个802.11装置同时通信的系统和相关联的方法。如图1所示，一个这样的实施例包括在第一无线站的具有一个或多个天线102的一个或多个远程RF节点101，每个用于同时向和从其他无线站和/或多个客户端装置发送和接收无线信号。每个RF节点101经由有线连接104连接到聚合器103，允许聚合器103能够从和向附接的RF节点101取回和发送信号。本文描述的实施例涉及通过以太网连接传送数字基带信号信息，但是该信号可以通过各种其他形式在RF节点101和聚合器103之间传递，例如但不限于使用光纤线缆发送的模拟信号的传输。聚合器103执行向和从各种客户端装置发送和接收信号所需的大部分信号处理。RF节点101在RF信号和聚合器103使用的信号信息格式之间进行转换。
图2示出RF节点的可能实施例。RF节点连接到一个或多个天线202。一个或多个RF部201进行存在于天线202处的RF信号和由模数转换器(ADC)203捕获的或者由数模转换器(DAC)204提供的基带信号之间的转换。数据打包单元205执行信号打包和拆包。具体地，数据打包单元205将ADC 203和DAC 204之间接口转换为能够在有线介质进行低延迟传输的格式。对于由RF节点从天线202接收到的信号，数据打包单元205将数字化的信号信息打包并传送其他相关信息，如时间戳和RF增益设置，使得该信号可以在聚合器处被适当地重构。对于经由以太网PHY 206从聚合器接收到的信号，数据打包单元205提取数据和相关信息，如时间戳和RF增益设置，并将该信息应用于RF部201和DAC 204，以确保期望的输出信号从RF节点输出到天线202。RF节点经由以太网PHY 206连接到有线介质211。RF节点还可以包括常见的项目，如EEPROM 210、SRAM 207、处理器208和各种外围装置209。
图3示出聚合器的实施例。为了简化说明，聚合器的数据流示出用于处理传入的802.11信号的处理块，而不是示出信号接收和生成步骤。本领域技术人员将会认识到，在传输信号的实践中需要类似的反向操作。聚合器经由有线连接312(图2中的211)和一个或多个以太网PHY 301(图2中的206)连接到一个或多个RF节点。数据打包单元302进行由RF节点使用的打包格式和可用于信号处理的格式之间的转换。接收到的信号在用于数据包解调308以及数据包检测和频率偏移估计303的各种处理块之间共享。数据包检测和频率偏移估计块303通常连续地运行寻找802.11数据包的存在以解码。当检测到数据包时，单个数据包解码块308开始解码处理。数据包解码块308被提供有来自数据包检测和频率偏移估计块303的初始信息，包括数据包频率偏移信息314、初始数据包定时估计315和初始加权矢量信息316，用于将关注的数据包与其他干扰信号分离。频率偏移块304应用频偏校正来补偿客户端装置中心频率与RF节点和聚合器系统的中心频率之间的任何差异。然后执行频域变换305以将输入的时域信号变换为频域信息。频域变换305可以是如802.11处理中常见的快速傅里叶变换(FFT)，但是也可以是在时间-频率转换之前包括窗函数的改进型变换。这种改进型变换在如高密度环境中常见的那样，存在具有不同频率偏移的中间802.11信号的情况下具有固有的优点。单个数据包解码块308内的频域变换在针对传入的802.11信号类型填充(populated)的子载波产生输出。对于每个针对传入的802.11信号填充的子载波，对应的频域变换305的输出被分组到该子载波索引(index)特有的矢量。然后，每个子载波索引的矢量使用选择的加权矢量乘以矩阵306，以将关注的数据包与其他干扰源分开。使用每个子载波索引的潜在唯一的加权矢量，针对802.11信号内的填充子载波重复该矩阵乘法306。然后，针对子载波索引，获知符号估计，并且可以将其传递到OFDM解调块307，OFDM解调块307包含标准处理项目，如导频跟踪、群集(constellation)解映射、去交织、前向纠错解码以及解调802.11OFDM信号所需的所有其它项目。可选地，OFDM解调307产生的符号状态信息可以被反馈317，以改进用于分离关注的数据包的加权矢量计算。此外，由聚合器当前生成的数据包的符号状态信息和各个节点之间的信道状态信息也可以用于改进加权矢量。OFDM解调307的输出被提供给介质接入控制器(MAC)309，介质接入控制器(MAC)309提供对信息的进一步解码，提供与较高网络层的交互，以及确定访问信道的适当时间。与在某时只能处理一个数据包的传统MAC不同，聚合器内的MAC 309被设计为同时接受多个数据包，协调多个数据包的同时传输，并且在调度传出数据包的传输期间同时接受传入数据包。MAC 309连接到主处理器310，主处理器310执行较高层操作并且经由以太网PHY 311与网络接口。以太网PHY 311连接到有线连接。
图4示出子载波矢量计算411，这是在数据包检测处理和数据包解调处理二者中使用的基本处理块。图4另外示出用于数据包定时检测和频率偏移确定的802.11信号中的长训练域(802.11a/g中的LTF，802.11n/ac中的L-LTF)以及所提出的方法如何将(L-)LTF的某些特性用于数据包检测。LTF也被称为长符号。在没有干扰信号的情境中解释信号和算法的属性，以简化该图中的说明。传入的信号405首先被滤波401，以获得将用于后续处理步骤的期望带宽。滤波器401的输出被传送到频率偏移校正402块，其校正传入信号中的指定频率偏移。通常通过各种频率偏移校正402块将相同的频率偏移应用于传入信号。然后频率校正后的信号穿过频域变换403。频域变换403接受固定数量的连续样本，以形成以规律的区间Δt 409区间开的样本集407。如所有OFDM符号一样，(L-)LTF内的信号是周期性的。假设通过频率偏移校正402应用适当的频率偏移，对于(L-)LTF所包含的所有样本集，频域变换403的输出将是相同的，除了样本集之间的时间移位将导致在频域中的信号带宽上的线性相位变化。时间移位补偿404施加与由信号的时间移位引起的相反的线性相位变化。因此，对于(L-)LTF中包含的所有样本集，时间移位补偿404的所导致的输出将是相同的。每个子载波的输出由下式给出
其中是与客户端装置和每个接收天线之间的信道相对应的信道响应矢量，s是在特定子载波处(L-)LTF期间由客户端装置发送的符号状态。
尽管这里描述的特性和结果可适用于802.11数据包内的所有OFDM符号，但是(L-)LTF用于检测，因为它具有几个特征，使其对于检测目的是独特的。首先，只有短训练域(802.11a/g中的STF，802.11n/ac中的L-STF)和(L-)LTF域的持续时间为8微秒，而其余的OFDM符号的持续时间为4微秒或更短。STF也被称为短符号。子载波矢量计算411在(L)STF和(L-)LTF期间输出比其余的OFDM符号更多的区间的恒定矢量。第二，(L-)LTF具有的填充的子载波的数量比(L-)STF多约4倍。通过排除(L-)STF使用的任何子载波，该算法能够辨别(L)STF与(L-)LTF。
由于客户端装置和各种RF节点之间的信号传播时间的差异，非常希望在各种天线上接收到的各种(L-)LTF 406信号相对于彼此在时间上延迟。信号保持恒定的周期对于各种输出而言是不同的表明了这一点。该数据包检测算法固有地处理这种现象，然而，这是通过假定检测到在时间上移位的恒量实际上是两个不同的信号。检测到两个不同数据包而实际上只有一个，可能导致两个不同的解调块使用不同的时间移位解码相同的数据包。然而，如果认为该信息在整个解调处理中相同，则从两个不同的解调处理得到的信息可能被结合，导致性能提高，或者可以停止一个解调处理，并且可以使用每个路径的不同时间偏移重新计算余下的解调过程的加权矢量，以便在解调之前有效地重新对准信号。
图5示出数据包检测和频率偏移确定算法。子载波矢量计算501先前在图4中描述了，并且接受指定的频率偏移并输出子载波估计的矢量。子载波矢量计算以规则的区间输出矢量506。与图4中给出的描述不同，现在在关注的信号和其他干扰信号都存在的情境中解释该算法。假定我们在数据包的(L-)LTF部并且具有正确的频率偏移，则输出矢量506将具有与期望信号相对应的(L-)LTF持续时间的恒定矢量分量加上与干扰源相对应的额外的非恒定矢量分量，所述干扰源可能是其他802.11信号以及非802.11信号。对于每个子载波，这些矢量可由下式表示
其中是在特定时刻的信号矢量506，是期望信号的信道响应矢量，s是客户端在该子载波上发送的(L-)LTF符号，I是干扰源的总数，是第i个干扰源的信道响应矢量，xi[m]是在当前子载波上第i个干扰源信号的频域变换。各种输出矢量506是期望的信道矢量()和所有干扰信道矢量的线性组合。减去这些矢量505的不同组合得到Q矢量的中间集。因为内的期望信号是恒定的，所以通过找出的Q组合中的差异产生的合成矢量将不具有期望信道响应的分量，而是干扰矢量的线性组合。例如，减去得到
其仅是干扰信道矢量的线性组合。加权矢量计算502接受矢量的中间集，并找到与干扰矢量空间正交但不与期望信道响应正交的矢量。可以通过从开始，使用Gram-Schmidt正交化以从产生正交基然后根据下式减去位于的跨度内的的分量来确定该矢量
其中是与干扰信道矢量正交的计算出的矢量，h表示共轭转置。加权矢量是通过根据下式将归一化而形成的
可用于通过使用下式确定相对于中的总能量的中与干扰源正交的能量
其是在相对功率计算504中计算出的。针对各种频率输入512重复导致相对功率输出510的上述检测步骤，以检测相对功率计算在可能的客户端装置频率偏移的频谱上产生峰值的位置。另外，为了正确地解析(L-)LTF与其他数据包符号，应当在接近8微秒的时间跨度上取得输入矢量506。在这些条件下并且避免被(L-)STF使用的子载波允许该算法适当地检测(L-)LTF。
所公开的方法能够通过(L-)LTF的结尾来检测和解析802.11OFDM数据包。这是有利的，因为数据包的解调可以在(L-)LTF之后立即开始，并且因此避免在解码数据包时的任何延迟。该方法依赖于多个数据包之间的某些频率或定时偏移量，以便能够解析各个数据包。在实践中，所公开的方法被发现能够以数据包之间的小到200Hz的频偏偏移分离或者数据包之间的小到300纳秒的定时分离来解析数据包。鉴于802.11标准允许装置高达+/-118kHz的频率误差，在200Hz的频率偏移内具有多个数据包的可能性相对较低。在两个数据包在定时和频率上紧密地对准以致不能由该检测算法解析的情况下，该算法仍然能够从两个不可解析的数据包中检测和解码具有足够的频率和/或定时差异的附加数据包。
图6、图7、图8和图9示出使用该数据包检测算法的结果。在所给出的所有情况下，在1微秒内接收到3个802.11OFDM数据包，每个具有唯一的频率偏移。图6示出转换为分贝的该数据包检测算法的输出并且在关注的频率范围上的离散点601处执行该算法。在这种情况下，数据包定时在第一数据包的(L-)LTF之前大约500纳秒，并且没有检测到明显的峰值。图7示出大约在用于该检测算法的样本集在三个数据包中的两个的(L-)LTF中居中的定时位置处的数据包检测算法。在这种情况下，我们在频谱输出中看到清晰的峰值701和702，表明存在两个潜在的数据包。图8示出大约在用于该检测算法的样本集在第三数据包的(L-)LTF中居中的定时位置处的数据包检测算法。在这一点上，我们只看到一个峰值801，表明在该定时偏移处只有一个关注的数据包。图8中的数据包801和图7中的数据包702之间的频率偏移非常小，但是由于这两个数据包之间的定时偏移，该算法能够适当地在这两个数据包之间解析。图9示出在所有的数据包的(L-)LTF都已经过去之后该数据包检测算法的输出，其中如预期的那样在频谱输出中不能看到峰值。
图10示出用于确定初始加权矢量的方法，将作为OFDM解调处理的一部分应用该初始加权矢量。该处理遵循与针对数据包检测处理概述的类似的过程，但是具有若干差异。变换矢量计算1001以规则的区间输出矢量1006。子载波矢量计算1001与作为图4中描述的检测算法的一部分而使用的类似，除了由401选择的滤波器的带宽总是等于或大于信号带宽。假定我们在数据包的(L-)LTF部并且具有正确的频率偏移，输出矢量1006将具有与期望信号相对应的(L-)LTF的持续时间的恒定矢量分量加上与干扰源相对应的额外非恒定矢量分量，该干扰源可以是其他802.11信号以及非802.11信号。对于每个子载波，这些矢量可由下式表示
其中是特定时刻的信号矢量1006，是期望信号的信道响应矢量，s是客户端在该子载波上发送的(L-)LTF符号，I是干扰的总数，是第i个干扰源的信道响应矢量，xi(t)是在当前子载波上第i个干扰源信号的频域变换。各种输出矢量1006将跨越期望信号和所有干扰源的空间。通过减去这些矢量的不同组合1005得到Q矢量的中间集。因为内的期望信号是恒定的，所以通过找出的Q组合中的差异而产生的合成矢量将不具有期望信道响应的分量，而是干扰矢量的线性组合。例如，减去得到
其只是干扰信道矢量的线性组合。加权矢量计算1002接受中间矢量并找到与干扰矢量空间正交但不与期望信号空间正交的矢量。在实践中，可以通过从开始，使用Gram-Schmidt正交化以从产生正交基然后根据下式减去位于的跨度内的的分量来确定该矢量
其中是与干扰信道矢量正交的矢量。加权矢量是通过根据下式将归一化来形成的
其中用于将在计算出的子载波索引处的所需信息与干扰信号隔离。虽然上面的计算示出单个加权矢量的计算，但是该处理可以被容易地扩展以产生多个加权矢量而不仅仅是一个。多个加权矢量被用于解调802.11n/ac数据包，其可能具有多于一个空间流并且因此每个子载波使用多个输入作为解调处理的一部分。在需要多个加权矢量的情况下，我们希望确保每个加权矢量维持与干扰信道矢量正交的特性。假定有N个输入信号对应于同时接收信号的N个天线。假定干扰矢量空间的维数为Q。因此将有N-Q个可能的加权矢量，以向OFDM解调提供N-Q个独特的子载波输入。可以通过从Q个正交矢量开始，然后扩展Gram-Schmidt正交化以确定额外的N-Q正交矢量来找到N-Q个加权矢量。这些N-Q个矢量彼此正交，并且与干扰矢量空间正交。
前面讨论的用于确定初始加权矢量的方法可以在(L-)LTF的结尾形成，这是有意义的，因为它允许进行中的信号域OFDM符号在它们到达时被解调。Wi-Fi数据包的信号域包含与数据包的长度和正在使用的调制参数有关的信息。当信号到达时能够对信号域解码，允许接收器在数据符号到达之前针对数据包的数据部分的接收适当地重新配置。初始加权矢量通常不是最佳的，因为它不会尝试使信号-干扰比(SIR)最大化，但是对于解码信号域通常是可接受的，因为信号域以能够容忍低SIR的鲁棒的调制和编码方案发送。然而，解调数据包的数据部分通常将受益于更优化的加权矢量，因为可以使用具有相当高的SIR要求的诸如64QAM或256QAM的高阶星座类型来发送数据。
本发明的实施例通过对环境内的信号的不同子集进行统计表征来形成更优化的加权矢量，然后找到能够将关注的信号与所有其它信号分离的解决方案。这主要通过形成两个不同的协方差矩阵来实现，其中多天线接收器的情境中的协方差矩阵计算存在于天线元件上的各种信号之间的协方差，并以矩阵形式存储所有信号对之间的协方差。对协方差矩阵的分析提供对贡献于协方差矩阵的信号的信道矢量的累积效应的理解。在本公开中，在一个子载波的情境中讨论协方差矩阵，是假定该方法将被同等地应用于所有关注的子载波。本发明的实施例依赖于假定在接收天线元件处仅存在干扰信号的情况下估计观察到的一个协方差矩阵。假定没有噪声并且只有干扰信号存在于天线上，干扰信号的协方差矩阵由下式给出
本发明的实施例另外依赖于假定在接收天线元件处存在期望信号和干扰信号的情况下估计观察到的协方差矩阵。假定没有噪声并且存在期望信号和干扰信号，所有源的协方差矩阵由下式给出
如果和的估计值都相当准确，则从中简单地减去提供矩阵的估计值，该估计值可用于使用奇异值分解来间接地确定期望源的信道矢量。另外，的奇异值分解提供一个正交矢量集和对应的奇异值[SV1 SV2…SVP]，它们一起允许根据所应用的加权矢量确定干扰信号功率的量。假定以及的奇异值分解提供足够的信息来确定加权矢量以将期望信号与干扰信号分离。找到该加权矢量的一种方法是形成由下式给出的矩阵
并且应用线性均衡技术，如迫零算法
或者应用最小均方误差算法
其中ρ是信噪比估计，I是单位矩阵。在任一情况下，来自所得到的矩阵的第一列矢量将被用作加权矢量来分离期望信号与干扰信号。从和的估计开始，熟悉本技术的人将认识到可以应用许多其他技术来形成适当的加权矢量。
图11示出估计的方法。针对用作的估计的一部分的每个OFDM符号，从每个接收天线获取样本集1102。然后将在每个OFDM符号处取得的样本集1102传送到子载波矢量计算1103，如图4中所描述的，产生子载波矢量1104。然后将子载波矢量1104传送到外积计算块1106，该外积计算块1106通过下式计算由子载波矢量与其本身的外乘积给出的矩阵，
然后将所得到的矩阵与先前累积的外积矩阵结果相加1107。在用作计算的一部分的所有M个符号的计算完成之后，如1108所示，积累的矩阵除以M，得到作为的估计的
图12示出在盲解调的情况下估计的方法，在盲解调中没有OFDM符号的信道、干扰源或符号状态的先验知识可用于帮助解调。针对用作的估计的一部分的每个OFDM符号，从每个接收天线获取两个样本集1202。样本集被选择为使得在两个样本集之间存在一些相对时间差1203，但是两个样本集都在期望信号的一个OFDM符号的边界内。该方法在执行之前需要OFDM符号边界的知识，但是从数据包检测算法和通过解调信号域可获得的信息已知OFDM符号边界。正如在数据包检测和初始加权矢量计算的情况那样，我们期望对于在一个OFDM符号内取得的样本集，保持恒定。然后通过将在同一OFDM符号内取得的一个信号矢量从其他信号矢量中减去来计算差分矢量。差分运算1205的结果是干扰矢量的线性组合，但是没有期望信道响应矢量的分量，因为在进行差分运算的每个子载波矢量中相等。然后将该差分矢量传递到外积1206，外积1206计算由差分矢量与其自身的外积给出的矩阵。然后将所得到的外积与先前累积的结果相加1207。在用作计算的一部分的所有M个符号的计算完成之后，积累的矩阵乘以C/M 1208，其中C是根据所使用的变换的区间和类型的缩放因子。结果提供1209，它是的估计值。如图11和图12中所描述的，所形成的和的估计值提供用于如前所述的加权矢量的确定。
所公开的方法的一个令人关注的方面是它在没有每个OFDM符号内传输的符号信息的知识的情况下估计和因此，用于计算和的方法可以直接应用于提前不知道符号状态的数据包的数据部分。这被用于802.11n和802.11ac数据包类型，因为某些子载波仅被填充在数据包的数据部分中，并且数据包的数据部分与数据包的开始相比通常应用不同的传输参数，导致从数据包的信号域到数据部分的过渡处信道响应矢量变化明显。
图13示出估计的替代方法，其中OFDM符号的符号状态是已知的。针对用作的估计的一部分的每个OFDM符号，从每个接收天线取得样本集1302。然后将在每个OFDM符号取得的样本集1302传送到如图4中描述的子载波矢量计算1303，得到子载波矢量。然后将子载波矢量除以在该子载波的对应OFDM符号的已知符号状态1304。对于期望的信号，将子载波矢量除以已知符号状态得到与干扰信道矢量的线性组合相加的矢量。鉴于1304的输出的结果是与每个OFDM符号的干扰信道矢量的线性组合之和，取两个这样的矢量之差1305将得到只是干扰矢量的线性组合的矢量。然后将该差分矢量传送到外积1306，外积1306计算由该差分矢量与其自身的外积给出的矩阵。然后在1307中将所得到的矩阵与任何先前累积的结果相加。在用作计算的一部分的所有M个符号的计算完成之后，将积累的矩阵乘以1/2(M-1)1308。结果提供作为的估计值的1309。使用图11和图13中描述的方法使用和可以确定如前所述的加权矢量。
图13中描述的用于估计的方法通常比图12中描述的方法更精确，但需要符号状态的知识。当接收器已知导频子载波时，该技术总是适用于该导频子载波。如果接收器首先使用另一种技术将数据包解调，确定理想的符号状态是什么，然后应用该技术找到的更准确的估计，那么该技术也可以应用于数据子载波。在解调之后将该技术应用于数据子载波的这种方法在接收后续数据包时预期干扰源相同的情况下是有益的。Wi-Fi的情况通常是这样的，其中装置一旦接入到信道就倾向于发送多个数据包。因此，图12所示的方法可以用作从装置接收到的第一个数据包的加权矢量的计算的一部分，并且图13所示的方法可以随后用于细化加权矢量，以准备接收来自同一装置的其他数据包，同时预期干扰集相同。
图11、图12和图13中描述的用于估计和的方法可直接应用于期望源和所有干扰源同时存在的情况。可能会发生在不相交的时间跨度出现干扰源的情况，并且找到适用于包括所有干扰源同时存在的未来情况的加权矢量将是有用的。考虑图14，图14示出存在期望源和两个干扰源并且各种源在不同时间处于活跃状态的情况。接收器将首先遇到区间1401，其中期望源与干扰源1同时处于活跃状态。利用前面描述的方法，接收器将尝试确定加权矢量以在干扰源1同时存在的情况下恢复来自期望源的信号。该接收器随后遇到区间1403，其中期望源与干扰源1和干扰源2同时处于活跃状态。然而，针对区间1401计算出的加权矢量在这种情况下不适用于恢复来自期望源的信号，因为原始加权矢量不是在干扰源2活跃的时间段计算出来的。假设我们事先知道干扰源2将在区间1402是活跃的。如图11中描述的计算协方差的方法可以用在区间1402，注意，在这种情况下，它将用于估计而不是并且不需要如先前的情况那样确定OFDM符号边界。然后可以从在区间1401和区间1402计算出的协方差矩阵直接估计区间1403的和具体地，由对应于区间1401的1405和对应于区间1402的1407之和来估计对应于区间1403的1408。由对应于区间1401的和对应于区间1402的1407之和来估计对应于区间1403的然后可以使用对应于区间1403的和的估计值来确定区间1403的先验加权矢量，以解析同时活跃的期望源与两个干扰源1和2。
图15、图16和图17给出使用在此描述的算法同时解调两个WLANOFDM信号的结果。这些结果说明了两个客户端装置同时发送两个不同的802.11信号并且采用所公开的方法来解调这些信号的情况。图15示出从这两个客户端装置中的每一个发送的二进制相移键控(BPSK)符号。两个装置发射的符号状态都非常接近理想的BPSK符号位置1501。图16示出使用传统的802.11PHY架构接收到的星座。该图表明，鉴于传统架构不具有分离和解调干扰OFDM信号的手段，接收到的符号状态似乎没有呈如所期望的发送数据的任何有意义的接收。图17示出使用所公开的方法接收到的符号状态，并且示出使用在此给出的方法能够以高精度恢复发送的符号。
图18、图19和图20给出在此所述方法的数据包错误率(PER)性能与传统接收器相比较的结果。对于所有图，该结果基于模拟，其中使用8个天线元件接收来自3个信号源的信号。在所有情况下，信号类型都是20MHz 802.11n数据包。所有情况中的平均信噪比(SNR)相对于最强的接收信号都保持在35dB的恒定值。图18给出以1/2速率卷积编码前向纠错进行BPSK调制的802.11n调制和编码方案0的PER与信号干扰比(SIR)曲线。这三个不同的曲线对应于传统的接收器1801、利用图11和图12中描述的方法进行盲解调1802的接收器、以及利用图11和图13中描述的方法其中先验符号状态信息可用1803的接收器。对于10％的PER，图18表明传统的接收器需要大约11dB的SIR以实现10％的PER。这意味着传统的接收器需要期望信号功率比干扰信号功率强大约11dB才能给正确地工作。相比之下，采用盲解调技术的本发明的实施例以-8dB SIR实现了10％的PER，这比传统的接收器提高了19dB。通过使用从成功解调的数据包获得的信息进一步改进该方案，本发明的实施例以-27dB实现10％的PER，与传统的接收器相比提高了38dB。图19给出了以3/4速率卷积编码前向纠错进行16-QAM调制的802.11n调制和编码方案4的PER与SIR曲线。这三条曲线对应于传统的接收器1901、利用图11和图12中描述的方法进行盲解调1902的接收器、以及利用图11和图13中描述的方法的先验符号状态信息可用1903的接收器。对于10％的PER，图19表明传统的接收器将需要大约19dB的SIR以实现10％的PER。相比之下，应用盲解调技术的本发明的实施例以-6.5dB的SIR实现10％的PER，其比传统的接收器提高了25.5dB。通过利用从成功解调的数据包获得的信息进一步改进该解决方案，本发明的实施例以-17dB实现10％的PER，这比传统的接收器提高了36dB。图20给出以5/6速率卷积编码前向纠错进行64-QAM调制的802.11n调制和编码方案7的PER与SIR曲线。这三条曲线对应于传统的接收器2001、利用图11和图12中描述的方法进行盲解调2002的接收器、以及利用图11和图13中描述的方法其中先验符号状态信息可用2003的接收器。对于10％的PER，图20表明传统的接收器需要大约26dB的SIR以实现10％的PER。相比之下，应用盲解调技术的本发明的实施例以-1.5dB的SIR实现10％的PER，其比传统的接收器提高了27.5dB。通过利用从成功解调的数据包获得的信息进一步改进该解决方案，本发明的实施例会以-9dB实现10％的PER，这与传统的接收器相比提高了35dB。
本发明的实施例的优点包括能够进行UL MU-MIMO。UL MU-MIMO需要同时接收多个信号的能力，而且还需要根据需要向各个客户端装置发送响应的能力。鉴于WLAN客户端装置不会以任何方式同步，用于WLAN的UL MU-MIMO需要在同时向一个或多个其他客户端装置发送期间同时从一个或多个客户端装置接收的能力。考虑图12，其中RF节点2101、2102、2103、2104、2105、2106和2107用于同时从客户端1A 2108和客户端1B 2109接收UL传输。尽管没有明确示出，但是假定所示的所有RF节点都连接到先前在图1、图2和图3中描述的聚合器。进一步考虑图22，其示出与图21中所示的装置相对应的潜在的数据包交换集。在图22中，每行给出从特定客户端装置或RF节点集发出数据包时的时间线。图22示出客户端1通过发送请求发送(request to send,RTS)数据包2201来发起UL数据传输的情况。聚合器可以通过所有RF节点向客户端1A 2108发送响应，但是然后将不能接收其他传入的RF信号。聚合器可以改为选择使用RF节点2101和RF节点2102来应答RTS 2201，RF节点2101和RF节点2102离客户端1A 2108最近，它们一起形成RF节点组1A 2110。考虑到RF节点2101和RF节点2202与其他RF节点之间的物理分离，在RF节点2101和RF节点2102上发送不会阻止其余的RF节点被同时用于接收。在稍后的时间点，客户端1A 2108在客户端1B 2109发送RTS 2207以发起发送UL数据的几乎同时开始发送UL数据2203。在RTS 2207结束时，聚合器同时能够继续接收UL数据2203和向RTS 2207发送响应。聚合器可以选择使用RF节点2105和RF节点2107来回复RTS 2207，RF节点2105和RF节点2107离客户端1B 2109最近，它们一起形成节点组1B2111。由于WLAN不同步的本性，存在需要同时接收和传输的各种其他例子。聚合器通常通过如下方式来处理这一点：分配RF节点的一个子集，以在需要时响应于客户端1A 2108；分配RF节点的另一个子集以在需要时响应于客户端1B 2109；并且保留FR节点的一个子集以专用于接收。以这种方式，本公开通过提供同时接收多个802.11信号和根据需要向各个客户端装置发送响应的能力来允许UL MU-MIMO。替代地，可以利用执行类似功能的不同架构来实现本发明。例如，每个具有同时接收多个WLAN数据包的一个接入AP集可以协同方式工作，其中所有AP虚拟地共享相同的基本业务集标识符(BSSID)以能够UL MU-MIMO。在这种情况下，特定的AP被分配用来处理对特定客户端装置的响应。这样的架构要求能够关于哪个AP负责特定客户端进行协调，但是该架构也将能够进行UL MU-MIMO。熟悉该技术的人将认识到，这种架构仍然通过要求在各种AP上同时接收多个WLAN信号的能力和使用一个天线集(在这种情况下为AP)与一个客户端装置通信并且使用另一个天线集(在这种情况下是另一个AP)与另一个客户端通信的能力来利用本发明的实施例。
本发明的实施例的另一个优点是能够实现有效的DL MU-MIMO和改进WLAN的可扩展性。该结果源于电磁互易性的原理，WLAN对于UL和DL传输都使用相同的频率这一事实，并且本发明的实施例固有地找到每个客户端特有的加权矢量解决方案，其最小化来自所有感知到的干扰源的干扰。考虑图23，其中AP1 2301正在接收，同时客户端1A 2302、客户端1B2303和客户端2A 2304发送信号。客户端1A 2302和客户端1B 2302在AP1 2301的期望覆盖区域2305内，因此假定在这种情况下AP1 2301能够解调来自这些装置的信号。客户端2A2304远在期望覆盖区域2305之外，因此来自客户端2A 2304的信号可能太弱以至于AP12301不能解调，但仍然可能提供显著的干扰。对于本讨论的剩余部分，术语AP将用于指代传统的WLAN AP或者如图1、图2和图3中描述的聚合器和RF节点的组合，它们执行与传统的WLAN AP类似的功能。假定AP1 2301确定允许从客户端1A 2302接收信号同时抑制由来自客户端1B 2303和客户端2A 2304的信号引起的干扰的加权矢量。现在考虑图24，其中AP12401使用与针对来自客户端1A 2402的信号的接收确定的相同加权矢量向客户端1A 2402发送信息。来自AP1 2401的RF信号能量通常远超出期望覆盖区域2405并且传播到可被其它WLAN装置检测到的更大的区域2406。加权矢量的使用将信号功率特别集中在对应于客户端1A 2402的天线的局部区域2407中。另外，加权矢量的使用将减少在分别与客户端1B 2403和客户端2A 2404的天线相对应的局部区域2408和2409中的信号功率，客户端1B 2403和客户端2A 2404在形成加权矢量时是被感知到的干扰源。因此，尽管与现有技术相比，本发明的实施例不限制在期望覆盖区域2405内的RF信号，但是它对期望的客户端提升该信号，同时对于接收时感知到的干扰源的区域降低信号功率。
本发明利用图24中所示的加权矢量的特性，以能够如图25和图26中所示进行DLMU-MIMO。图25示出可以选择同时向客户端1A 2502和客户端1B 2503发送信息的AP 2501。尽管图25示出与两个客户端通信的AP，但是本发明的实施例可应用于具有不同数量的客户端装置的情况。图26示出可以用于向客户端装置2502和2503提供DL MU-MIMO传输的一种可能的协议。该图的每一行对应于从一个装置到另一装置的数据包流。具体地，图26的顶行26表示从AP1 2501到客户端1A 2502的数据包，第二行表示从客户端1A 2502到AP1 2501的数据包，第三行表示从AP1 2501到客户端1B 2503的数据包，第四行表示从客户端1B 2503到AP1 2501的数据包。AP1 2501通过向客户端1A 2502发送请求发送(RTS)数据包2601来发起DL MU-MIMO传输。然后，客户端1A 2502以允许发送(clear to send,CTS)数据包2602进行响应。然后，AP1 2501向客户端1B 2503发送RTS数据包2603并且从客户端1B 2503接收CTS数据包2604。对于每个客户端，AP使用图14中描述的方法根据从CTS数据包2602和2604的接收获得的信息专门为该客户端形成加权矢量，其中在与CTS数据包2602和2604相对应的不相交的时间区间上计算出协方差矩阵。AP使用这些加权矢量，发送分别发往客户端1A 2502和客户端1B 2503的DL MU-MIMO数据的数据包2605和2606。然后客户端1A 2502和客户端1B2503分别以确认(ACK)2607和2608进行响应。鉴于同时接收多个数据包的能力，AP1 2501能够确定哪些客户端装置接收到所发送的信息。此外，同时接收ACK数据包允许AP1 2501更新用于未来数据包的发送和接收的加权矢量。重复该处理，AP同时发送额外的DL MU-MIMO数据的数据包2609和2610，并且客户端装置在成功接收到它们各自的数据的数据包后发送ACK数据包2611和2612。AP发送DL MU-MIMO传输和客户端装置发送ACK数据包的处理可以重复多次，直到所有期望的信息被传送到各种客户端装置。熟悉该技术的人将认识到，可以利用替代协议，以利用同时接收多个数据包的能力来提供DL MU-MIMO的传输。例如，该协议可以替代地使用块确认请求(block acknowledgement request,BAR)和块确认(blockacknowledgement,BA)而不是ACK来确定是否接收到数据包并更新信道信息。然而，这种变体仍将通过AP同时向一组装置发送信息并且同时接收来自同一组客户端的响应来执行，因此不会改变本发明实施例的意图。
除了能够在一个AP的期望覆盖区域内实现有效的DL MU-MIMO之外，本发明的实施例还通过将传输同步化来本质地减小源自不同AP的DL MU-MIMO传输之间的干扰。考虑图27，其中AP1 2701希望同时向客户端1A 2703和客户端1B 2704发送DL数据。同时，AP2 2702希望向客户端2A 2705发送DL数据。假定AP1 2701和AP2 2702都具有将其传输同步到如图28中所示的预定时间表的能力。AP1 2701和AP2 2702分别传输RTS数据包2801和2805，这两个数据包在时间上对准。鉴于客户端1A 2703通常更接近AP1 2701并且使用鲁棒的调制和编码方案来传输RTS数据包，可以合理地假定客户端1A 2703将接收RTS 2801。类似地，可以合理地假定客户端2A 2705将接收RTS 2805。假定客户端1A 2703接收RTS 2801并且客户端2A 2705接收RTS 2805，CTS数据包2802和2806将分别从客户端1A 2703和客户端2A 2705发送，两者在时间上相当对准，因为标准指定了装置应对RTS数据包进行响应的特定响应时间。鉴于同时接收多个数据包的能力并且在有干扰的情况下，CTS 2802应由AP1 2701接收，CTS 2806应由AP2 2702接收。AP1 2701将另外向客户端1B 2704发送RTS 2803并且从客户端1B 2704接收CTS 2804。对于每个客户端，AP将使用图14中描述的方法，根据在CTS数据包2802、2804和2806的区间上接收到的信息，形成专用于该客户端的加权矢量，其中在不相交的时间区间上计算协方差矩阵。AP使用这些加权矢量发送分别发往客户端1A 2702、客户端1B 2703和客户端1C 2704的DL MU-MIMO数据的数据包2807、2808和2809。然后客户端1A2703、客户端1B 2704和客户端2A 2705分别以确认(ACK)2810、2811和2812进行响应。鉴于同时接收多个数据包的能力，AP能够确定哪些客户端装置接收到发送给它们的信息。此外，同时接收ACK数据包允许AP更新用于未来数据包的发送和接收的加权矢量。重复该处理，AP在发送额外的DL MU-MIMO数据的数据包2813、2814和2815并且客户端装置在成功接收到它们各自的数据的数据包后发送ACK数据包2816、2817和2818。AP发送DL MU-MIMO传输和客户端装置发送ACK数据包的处理可以重复多次，直到所有期望的信息都被传送到各种客户端装置。
如图27和图28中所示的有效地将对DL MU-MIMO传输的干扰最小化的能力依赖于AP能够将传输同步化。所需的同步化可以以多种方式实现，包括利用在图3中的回程有线连接313上传输的定时协议如IEEE 1588和/或SyncE，在实际情况下利用GPS接收器，或者通过使用同步化的空中下载方法。可以通过将一个AP指定为定时主机并且所有其他AP将其内部时钟同步到主机AP发送的信标来实现同步化的空中下载方法。
先前描述的允许DL MU-MIMO的方法依赖于AP能够确定AP的天线和客户端装置之间的信道。图29示出AP1 2901与客户端1A 2902和客户端1B 2903相关联的情况，其中客户端1A 2902具有一个天线，客户端1B 2903具有两个天线。对于多天线装置，以在这两个天线上发送相同的信息的方式发送包括RTS、CTS和ACK数据包在内的各种数据包类型。结果是从客户端1B在AP1 2901观察到的信道2903是对应于天线2904和天线2905的信道矢量的组合。假定该组合信道矢量被用作加权矢量计算的一部分，能量将仍然集中在客户端1B 2903附近，但信号质量普遍下降。图30示出测试结果，其中先前针对DL MU-MIMO描述的方法在诸如图29的情况中使用。两个客户端与AP的距离大致相同，3001显示对于客户端1A 2902的接收星座，而3002显示对于客户端1B 2903的接收星座。虽然客户端1B 2903的星座仍然允许信息被恢复，如果没有本发明的实施例这将是不可能的，但是与具有1个天线元件的客户端相比，具有2个天线元件的客户端的星座具有明显的劣化。
当装置具有多个天线元件时，WLAN装置通常对从不同天线发送的信息应用循环移位分集(cyclic shift diversity,CSD)。虽然CSD的目的是为了避免装置无意中将能量集中在特定方向上，但是实施结果表明，来自每个天线的信息相对于在其他天线上发送的信息被延时。除了上述目的之外，本发明的实施例还具有解析各个信号分量的时间延迟的能力。本发明的这个方面结合由WLAN应用的CSD，允许本发明的实施例在客户端具有多个天线的情况下，从各个天线解析信道估计值。这有助于克服图29和图30中描述的问题。
图31示出客户端3102将符号s[sc]3103发送到无线介质中并由AP 3101接收。该信息经由多个路径3104、3105和3106传播到AP。到达AP 3101的信号将是来自由下式给出的各种路径的信号的组合
其中是在特定子载波的组合信道响应矢量，s[sc]是在特定子载波的传输符号，是第p个路径的信道响应矢量，fsc是对应于特定子载波索引的频率偏移，τp是与第p个路径相关联的相对延迟。注意，和s[sc]被表示为sc的函数，以表明它们依赖于子载波索引，而它们先前被表示为常数。这是因为先前的推导都参照相同的子载波索引值，而本推导利用随子载波索引的变化。然而，还要注意，与各个多路径相关联的底层信道矢量被假定为与子载波索引无关。我们定义
其中τ是关于个别多路径的延迟可能是什么的假设。代入后得到
现在假定我们选择τ等于τ1。在这种情况下，
这是加上的线性组合。假设我们取由下式给出的两个在连续子载波上形成的这样的矢量之间的差
鉴于和包含这两个矢量之间的差将包含由下式给出的的线性组合
收集N个这样矢量的一个集合给出
每个差分矢量是的不同线性组合，但没有的分量。使用Gram-Schmidt正交化，我们可以从该差分矢量集产生正交基然后，我们可以根据下式减去位于的范围中的的分量
其中是计算出的与正交的矢量。通过根据下式将归一化来形成该加权矢量
可用于使用下式确定相对于中的总能量的与正交的中的能量
以各种假定值τ重复上述提供相对功率输出的检测步骤，以检测什么延迟对应于在可能的客户端装置频率偏移的频谱上产生峰值的相对功率计算。
图32示出在解析主要视线信道中的802.11 OFDM数据包的信号分量的到达时间时上述方法的输出。图32中的曲线示出相对输出功率与延迟值。在这种情况下，在对应于该主要路径的延迟分布中存在明显的峰值3201。图33示出在解析具有明显更多的延迟扩展的信道中802.11OFDM数据包中的信号分量的到达时间时上述方法的输出。如图33中所示，峰不如图32中那样明显，因为现在有一个多路径分量的范围。本发明仍然允许对应于多路径分量的近似平均延迟的τmean3301的近似值。图34示出在解析图33中使用的相同信道中的802.11OFDM数据包中的多路径分量的到达时间时上述方法的输出，但现在WLAN客户端装置具有两个天线。我们现在看到两个不同的峰值对应于从两个不同的天线路径发送的信息，在此情况下其中一个天线具有400nS的CSD。本发明确定由对应于τmean的相对峰值3401和对应于τmean+CSD的相对峰值3402表示的与来自两个天线的每个信号相关联的近似延迟。
作为在特定子载波索引上如图29所示的从两个客户端天线2904和2905到AP的信号的结果的组合信道矢量可以被写为
其中是在特定子载波索引的组合信道矢量，是与在特定子载波索引的天线之一相关联的信道矢量，并且是与在特定子载波索引的另一个天线相关联的信道矢量。假定与子载波间隔的倒数相比，各个多路径的延迟扩展相对较小，可以由下式近似
同样地，可以由下式近似
使用和的近似值并代入
得到
求解得到
类似地，使用和的近似值并代入
得到
求解得到
因此，通过利用组合信道的知识，使用先前描述的用于在存在干扰时解析信号的方法以及确定与各种天线元件相关联的信号延迟的附加能力，本发明的实施例具有确定与多天线装置的每个天线相关联的各个信道矢量的能力。
图35示出了在如图29的情况中使用先前针对DL MU-MIMO描述的方法的测试结果。两个客户端与AP的距离几乎相同，3501示出客户端1A 2902的接收星座，3502示出客户端1B2903的接收星座。注意，与不尝试解析各个天线元件的信道矢量的图30相比，图35表明单天线装置3501的星座和具有2个天线的客户端3502的星座都显示低错误，表示与先前的结果相比，信号与干扰比高很多。
本发明的实施例可以体现为方法、设备、电子装置和/或计算机程序产品。因此，本发明的实施例可以在硬件和/或软件(包括固件、、常驻软件、微代码等)中体现，这在本文中通常可以称为“电路”或“模块”。此外，本发明可以采用以由指令执行系统使用的或者与指令执行系统相连的介质体现的具有计算机可用或计算机可读程序代码的计算机可用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式。在本文的情境中，计算机可用或计算机可读介质可以是可以包含，存储，传输，传播或传送程序的任何介质，该介质由指令执行系统、设备或装置使用或与指令执行系统、设备或装置相连。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可用或计算机可读存储器中，该存储器可引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作，使得存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令生产包括指令的制品，该指令实现在流程图和/或框图块中指定的功能。
计算机可用或计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置。计算机可读介质的更具体的例子(非详尽列表)包括：硬盘、光存储装置、磁存储装置、具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤和压缩盘只读存储器(CD-ROM)。
用于执行本发明的操作的计算机程序代码可以用面向对象的编程语言编写，如Java.RTM、Smalltalk或C++等。然而，用于执行本发明的操作的计算机程序代码也可以用传统的程序编程语言来编写，如“C”编程语言和/或任何其他较低级汇编语言。还将理解，任何或所有程序模块的功能也可以使用分立硬件部件、一个或多个专用集成电路(ASIC)或程序化数字信号处理器或微控制器来实现。
为了解释的目的，已经参考具体实施例给出以上描述。然而，上面的说明性讨论并不旨在穷举或将本发明的实施例限制为所公开的精确形式。在上述教导的基础上，可以进行许多修改和变化。选择和描述这些实施例是为了最好地解释本公开的原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够最佳地利用本发明的实施例，并且具有各种修改的各种实施例可以适用于设想的特定用途。
图36示出根据一个或多个实施例的可以在本发明的各种实施例中用于实现计算机和/或显示器的计算机系统3600。
如本文所述的用于组织，显示和访问联系人列表中的联系人的方法和设备的各种实施例可以在可以与各种其他装置交互的一个或多个计算机系统上执行。一个这样的计算机系统是图36所示的计算机系统3600，其可以在各种实施例中实现包括在本文的附图中所示的任何元件或功能。在各种实施例中，计算机系统3600可以被配置为实现上述方法。计算机系统3600可以用于实现上述实施例的任何其他系统、装置、元件、功能或方法。在所示实施例中，计算机系统3600可以被配置为在各种实施例中将本文所述的方法实现为处理器可执行的可执行程序指令3622(例如，可由处理器3610执行的程序指令)。
在所示实施例中，计算机系统3600包括经由输入/输出(I/O)接口3630耦合到系统存储器3620的一个或多个处理器3610a-3610n。计算机系统3600还包括耦合到I/O接口3630的网络接口3640以及一个或多个输入/输出装置3650，如光标控制装置3660、键盘3670和显示器3680。在各种实施例中，该系统可以利用任何部件来接收上述用户输入。在各种实施例中，可以在显示器3680上生成和显示用户界面。在一些情况下，考虑到可以使用计算机系统3600的单个实例来实现实施例，而在其他实施例中，多个这样的系统或组成计算机系统3600的多个节点可以被配置为主持各种实施例的不同部分或实例。例如，在一个实施例中，一些元件可以通过计算机系统3600的与实现其他元件的那些节点不同的一个或多个节点来实现。在另一个例子中，多个节点可以以分布式方式实现计算机系统3600。
在不同的实施例中，计算机系统3600可以是各种类型的装置中的任何一种，包括但不限于个人计算机系统、台式计算机、膝上电脑、笔记本电脑或上网本计算机、大型计算机系统、手持计算机、工作站、网络计算机、相机、机顶盒、移动装置、消费者装置、视频游戏机、手持式视频游戏装置、应用服务器、存储装置、诸如交换机、调制解调器、路由器之类的外围装置或者常见的任何类型的计算或电子装置。
在各种实施例中，计算机系统3600可以是包括一个处理器3610的单处理器系统或者包括若干个处理器3610(例如，两个、四个、八个或另一适当数目)的多处理器系统。处理器3610可以是能够执行指令的任何适当的处理器。例如，在各种实施例中，处理器3610可以是实现各种指令集架构(instruction set architecture,ISA)中的任何一个的通用或嵌入式处理器。在多处理器系统中，每个处理器3610可以共同地，但不是必须地实现相同的ISA。
系统存储器3620可以被配置为存储可由处理器3610访问的程序指令3622和/或数据3632。在各种实施例中，系统存储器3620可以使用任何适当的存储器技术来实现，如静态随机存取存储器(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、非易失性/闪存型存储器或任何其他类型的存储器。在所示实施例中，实现上述实施例的任何元件的程序指令和数据可以存储在系统存储器3620中。在其他实施例中，程序指令和/或数据可以被接收，发送或存储在不同类型的计算机可访问的介质或与系统存储器3620或计算机系统3600分离的类似介质中。
在一个实施例中，I/O接口3630可以被配置为协调处理器3610、系统存储器3620和装置中的任何外围装置，包括网络接口3640或其他外围接口，如输入/输出装置3650之间的I/O业务。在一些实施例中，I/O接口3630可以执行任何必要的协议、定时或其他数据转换，以将来自一个部件(例如，系统存储器3620)的数据信号转换成适合于另一个部件(例如，处理器3610)使用的格式。在一些实施例中，I/O接口3630可以包括对通过各种类型的外围总线装配的装置的支持，例如外围部件互连(Peripheral Component Interconnect,PCI)总线标准或通用串行总线(USB)标准的变体。在一些实施例中，I/O接口3630的功能可以被分成两个或更多个分离的部件，例如北桥和南桥。而且，在一些实施例中，I/O接口3630的一些或全部功能，如与系统存储器3620的接口，可以直接并入到处理器3610中。
网络接口3640可以被配置为允许在计算机系统3600和附接到网络(例如，网络3690)的其他装置，如一个或多个外部系统之间或者在计算机系统3600的节点之间交换数据。在各种实施例中，网络3690可以包括一个或多个网络，包括但不限于局域网(LAN)(例如，以太网或公司网络)、广域网(WAN)(例如，因特网)、无线数据网络、其他一些电子数据网络或它们的某种组合。在各种实施例中，网络接口3640可以经由有线或无线通用数据网络，如任何适当类型的以太网络；经由电信/电话网络，如模拟语音网络或数字光纤通信网络；经由存储区域网诸，如光纤信道SAN；或者经由任何其它合适类型的网络和/或协议来支持通信。
在一些实施例中，输入/输出装置3650可以包括一个或多个显示终端、键盘、小键盘、触摸板、扫描装置、语音或光学识别装置或者适合于通过一个或多个计算机系统3600进入或访问数据的任何其他装置。多个输入/输出装置3650可以存在于计算机系统3600中，或者可以分布在计算机系统3600的各个节点上。在一些实施例中，类似的输入/输出装置可以与计算机系统3600分离，并且可以通过有线或无线连接，如通过网络接口3640，与计算机系统3600的一个或更多个节点交互。
在一些实施例中，所示的计算机系统可以实现上述任何操作和方法。在其他实施例中，可以包括不同的元件和数据。
本领域技术人员将理解，计算机系统3600仅是说明性的，并不旨在限制实施例的范围。特别地，该计算机系统和装置可以包括可以执行各种实施例指示的功能的硬件或软件的任何组合，包括计算机、网络装置、因特网装置、PDA、无线电话、寻呼机等。计算机系统3600还可以连接到未示出的其他装置，或者可以作为独立系统来操作。此外，所示部件提供的功能在一些实施例中可以以更少的部件组合或分布在附加部件中。类似地，在一些实施例中，可以不提供一些所示部件的功能和/或可用其他附加功能。
本领域技术人员还将理解，虽然各种项目被示出为在被使用时被存储在存储器中或存储装置上，但是这些项目或其部分可以在存储器和其他存储装置之间传送以用于存储器管理和数据完整性。或者，在其他实施例中，一些或所有软件部件可以在另一装置上的存储器中执行并且经由计算机间通信与所示的计算机系统通信。系统组件或数据结构中的一些或全部也可以被存储在计算机可访问介质或便携式物品上(例如，作为指令或数据结构)，以便由适当的驱动器读取，在上文中描述了其各种例子。在一些实施例中，存储在与计算机系统3600分离的计算机可访问介质上的指令可以经由传输介质或者经由诸如网络和/或无线链路的通信介质传递的信号，如电信号、电磁信号或数字信号，传送到计算机系统3600。各种实施例可以进一步包括在计算机可访问介质上或经由通信介质接收，发送或存储根据前文的描述执行的指令和/或数据。通常，计算机可访问介质可以包括存储介质或存储器介质，如磁或光介质，例如，盘或DVD/CD-ROM、易失性或非易失性介质，如RAM(例如，SDRAM、DDR、RDRAM、SRAM等)、ROM等。
本文描述的方法可以在不同的实施例中以软件、硬件或其组合来实现。此外，可以改变方法的顺序，并且可以添加，重新排序，组合，省略或修改各种元件。本文描述的所有例子是以非限制性方式呈现的。可以进行各种修改和变化，这对受益于本公开的本领域技术人员来说是显而易见的。已经在特定实施例的情境中描述了根据实施例的实现。这些实施例意在说明而不是限制。许多变化、修改、添加和改进是可能的。因此，对于在此作为单个实例描述的部件可以提供多个实例。各种部件、操作和数据存储之间的边界是有些任意的，并且在具体的说明性配置的情境中说明特定的操作。其他的功能分配是可以想到的，并且可以落在所附权利要求的范围内。最后，作为示例配置中的分立部件给出的结构和功能可以作为组合结构或部件来实现。这些和其他变体、修改、添加和改进可以落在所附权利要求中限定的实施例的范围内。
虽然前述内容涉及本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其他和另外的实施例，并且本发明的范围由所附权利要求来确定。

Claims (15)

1.一种用于与多个无线通信装置同时通信的计算机实施的方法，所述方法包括：
在第一无线站使用多个天线接收从多个其它无线站同时发送来的包括正交频分复用OFDM无线信号的多个数据包，其中所述同时发送来的数据包中的每一个包括多个频率音调；
对接收到的数据包进行频域变换；
针对每个子载波将频域变换的输出分组；
确定在不同样本集上形成的子载波组之间的差异；以及
确定每个子载波的权重集，其中所述权重被选择为使得所述第一无线站能够进行检测所接收到的多个数据包和解调所接收到的多个数据包二者中的至少之一。
2.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述多个数据包基本符合IEEE802.11标准的OFDM变体，并且其中每个数据包包括具有长符号的前导码，所述长符号的持续时间超过后续OFDM符号的持续时间。
3.根据权利要求2所述的计算机实施的方法，其中同时接收到的所述OFDM无线信号不需要超出由IEEE 802.11标准指定的频率或定时对准。
4.根据权利要求3所述的计算机实施的方法，其中所述第一无线站是接入点。
5.根据权利要求3所述的计算机实施的方法，其中所述第一无线站是能够接收射频信号并且将信号信息传送到中央单元进行处理的分布式元件的集合。
6.根据权利要求5所述的计算机实施的方法，其中分布式元件的子集被用于向允许同时上行链路多用户多输入多输出(UL MU-MIMO)的各个无线站发送。
7.根据权利要求3所述的计算机实施的方法，还包括：
检测所接收到的多个同时发送来的数据包，其中所述检测所述数据包包括使用所述权重来找到所述多个数据包中的每一个的相对能量。
8.根据权利要求7所述的计算机实施的方法，其中所述频率偏移的确定包括以多个频率偏移重复所述方法，以找到所述相对能量最大化的位置。
9.根据权利要求3所述的计算机实施的方法，其中所述方法包括排除由所述数据包中包括的短符号使用的子载波。
10.根据权利要求3所述的计算机实施的方法，还包括：
解调所接收到的多个同时发送来的数据包，其中解调所述数据包包括使用所述权重来解析来自其他干扰源的一个或多个数据包。
11.根据权利要求3所述的计算机实施的方法，其中各个数据包可以在没有用于传输所述无线信号的无线介质引起的相位或幅度变化有关的信息的情况下被解析。
12.根据权利要求3所述的计算机实施的方法，其中至少一个干扰源包括来自所述第一无线站的传输，并且其中所述第一无线站向一个或多个其他无线站发送并且同时地从一个或多个额外无线车站接收。
13.根据权利要求3所述的计算机实施的方法，其中在接收时获得的信息被用于同时向多个无线站发送。
14.根据权利要求13所述的计算机实施的方法，其中多个站被同步化，以允许从多个站发起的多个传输同时发生。
15.一种用于与多个无线通信装置同时通信的系统，所述系统包括：
第一无线站，其包括：
多个天线，其被配置为接收从多个其他无线站同时发送来的多个数据包；
多个RF节点，每一个RF节点耦合到所述多个天线中的至少一个，其中所述多个RF节点中的每一个对所述多个数据包执行信号打包和拆包；和
至少一个聚合器，其通信地耦合到所述多个RF节点，其中所述至少一个聚合器被配置为对所接收到的数据包进行频域变换，针对每个子载波将频域变换的输出分组，确定在不同的样本集上形成的子载波组之间的差异，并且确定每个子载波的权重集，其中所述权重被选择为使得所述第一无线站能够进行检测所接收到的多个数据包和解调所接收到的多个数据包二者中的至少之一。
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