CN107889167A - 多小区网络mumimo的吞吐量增强方法 - Google Patents

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Abstract

多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法，在多个BSS系统重叠覆盖时，AP和另一小区内的终端可以实现MUMIMO的并行传输，首先对帧控制字段的修改以告知终端可采用MUMIMO并行传输机制；终端在收到告知信息后等待SIFS帧间间隔，可同时向中继站点发送MUMIMO的NDPA帧，其中站点的信道状态信息反馈请求可通过NDPA的较小修改实现触发，AP和发送终端收集用于MUMIMO的信道状态信息；最后AP和发送终端将收到的两个信号通过物理层网络编码广播以代替对AP和发送终端的响应，则AP和发送终端可通过异或获得交换信息。本发明有益效果：在实现信息交换的同时也获得了MUMIMO的并行传输，有效提升了多小区网络的系统吞吐量。

Description

多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体地说是多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法。
背景技术
BSS是一个802.11无线局域网（WLAN）的基本组成部分。BSS分为两种——独立BSS（IBSS，Independent BSS）和具有基础设施的BSS。其中，IBSS指的是相互之间直接通信的站点所建立起来的ad-hoc关联。一个具有基础设施的BSS具有一个AP，AP可能与分布式系统（DS, Distributed System）相连。在本发明中，我们所采用的拓扑结构为基础BSS。基础BSS中的AP定期广播“信标”帧。“信标”时段定义了目标信标传输时间(Target BeaconTransmission Time,TBTT)的固定时刻表，在媒体空闲的前提下，“信标”帧本身则在TBTT时刻或者尽量靠近TBTT的时刻发送。“信标”帧带有管制信息、能力信息以及用来管理BSS的信息。
802.11管理功能为通过扫描，也就是被动地寻找“信标”传输或者利用“试探请求”/“试探响应”交换来主动探测AP的存在，站点就能知道一个BSS的存在。这里的扫描是站点发现一个BSS以及与该BSS相关联的属性的过程。扫描有两种形式：被动扫描和主动扫描。站点在BSS中的成员身份是动态的。站点可能上电打开或关闭，或者站点可能是移动的，并移进或移出BSS所覆盖的区域。站点通过“关联”到BSS来成为BSS的成员。当离开BSS时，站点则变成“去关联”。在一个或多个基础BSS组成的扩展BSS（ESS, Extent Service Set）中，站点可以通过“重关联”在ESS中从一个BSS迁移到另一个BSS。
其中，关联是站点必须先与AP关联，然后才被允许通过AP发送数据。在站点和AP间建立起一种映射关系，以允许分布系统(Distributed System, DS)内的消息可以抵达站点所关联的AP，并最终抵达站点本身。在任何给定时刻，一个站点只能与一个AP关联。重关联是对站点的移动性提供支持，从而使站点可以在同一个ESS中从与一个AP相关联转移到另一个。去关联-可以由站点或AP发起，以结束一个已有的关联。站点在离开网络时，应该主动执行去关联操作。
无线局域网络中，基站又被称为接入站点(AP, access point)，用户相当于工作站点(STA，station)。基本服务集（Basic Service Set），是一个无线网络中的术语，用于描述在一个802.11 WLAN中的一组相互通信的移动设备。一个BSS可以包含AP（接入点），也可以不包含AP。基本服务集有两种类型：一种是基础设施模式的基本服务集，包含一个AP和若干个移动台；另一种是独立模式的基本服务集，由若干个移动台组成，其中的一个充当主移动台。每个基本服务集都一个唯一的标识，称为BSSID。距离相近有重叠覆盖范围的成为重叠基本服务集(OBSS, Overlapping Basic Service Set)。
在超密集网络中，分布着多个小小区。值得说明的是现有新的IEEE 802.11无线网络中已支持多用户多天线传输(MUMIMO, Multiple User Multiple Input MultipleOutput)，尤其IEEE 802.11ah中已支持中继AP或中继STA，但是由于IEEE 802.11的载波侦听机制使得现有的多小区相邻网络无法同时实现MUMIMO，本发明的提出可以有效解决该问题。
介绍下“TXOP”的概念，“TXOP时限”子字段出现在QOS(+)CF-Poll帧中，字段值以32us为单位，标示AP为下一个TXOP所授予的时限。TXOP在QOS(+)CF-Poll帧之后一个SIFS(短帧间间隔)周期开始。TXOP时限值为0时意味着在QOS(+)CF-Poll后将马上传输一个MPDU或一个“QOS空”帧。“队列大小”子字段标示在发送该帧的非AP站点上所缓冲的通信量。其出现在将“QOS控制”字段中，AP可以使用此字段，并综合考虑来自其他站点的竞争请求，来决定其授予这个站点的时长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法，克服现有技术存在的问题，使相邻小区可以在短时间内同时实现MUMIMO高速传输。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法，在多个具有基础设施的基本服务集BSS系统重叠覆盖时，AP和另一个小区内的终端实现MUMIMO并行传输通信的方法为：
（1）AP1对STA1和AP2进行MUMIMO轮询操作，STA1以CTS或者应答帧进行响应时，将CTS或应答帧中的“帧控制”字段的“More Data”位修改为“1”以告知STA3可采用后续MUMIMO并存机制；
（2）STA3在收到告知信息后，与AP1等待SIFS帧间间隔后，在TXOP时长内，STA3与AP1可同时向STA1发送MUMIMO的NDPA帧用于探测信道状态信息，NDPA的“Sounding Sequence”字段的保留比特B0或B1置为1以触发STA1响应请求，STA1在收到STA3与AP1发送的两个帧后将自身与AP1和STA3之间的信道状态信息分别进行信道反馈，每个信道反馈帧的帧间间隔为SIFS，直到AP1和STA3收到NDP信道状态信息；
（3）AP1和STA3同时进行MUMIMO，则STA1在收到AP1和STA3的信号后，将两个信号进行物理层网络编码异或后，在TXOP时长内，STA1以广播网络编码信号代替对AP1和STA3的响应，则AP1和STA3在收到该信息后，将其与本身信号异或后即可获得AP1和STA3的交换信息。
优选的，当所述探测信息发现无可用的AP或终端实现MUMIMO，则放弃操作。
优选的，当所述探测信息发现多个站点可用于MUMIMO传输时，则根据不同方法选择站点进行操作。
优选的，所述选择站点的方法包括服务质量、接入类别、容量最大化。
本发明的有益效果是：在不改动现有网络机制的前提下，当存在较多个小区覆盖时，小区边缘用户接入信道概率低，本发明通过对传统机制的帧结构修改来触发多用户MIMO的并行传输，同时结合物理层网络编码的应用，可在较少时隙内获得多用户MIMO传输的很大增益，有效提升了多小区网络重叠覆盖时的系统吞吐量。
附图说明
图1为本发明一实施例的场景图；
图2为本发明一实施例的MAC层的帧结构以及修改“More Data”比特位示意图；
图3为本发明一实施例对NDPA的“Sounding Sequence”字段修改示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的方法做进一步的阐述。
如图1所示，多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法，在多个具有基础设施的基本服务集BSS系统重叠覆盖时，AP和另一个小区内的终端实现MUMIMO并行传输通信的方法为：
（1）AP1对STA1和AP2进行MUMIMO轮询操作，AP1对STA1的轮询通过RTS或短数据帧进行轮询，STA1则以CTS或者应答帧进行响应，将CTS或应答帧中的“帧控制”字段的“More Data”位修改为“1”以告知STA3可采用后续MUMIMO并存机制，同时AP1也可获知STA1是中继站点，其中若存在多个STA3的站点，则根据接入类别选择接入类别最高且竞争窗最小的站点；帧结构修改如图2所示。
（2）STA3在收到告知信息后，与AP1等待SIFS帧间间隔后，在TXOP时长内，STA3与AP1可同时向STA1发送MUMIMO的NDPA帧用于探测信道状态信息，NDPA的“SoundingSequence”字段的保留比特B0或B1置为1以触发STA1响应请求，STA1在收到STA3与AP1发送的两个帧后将自身与AP1和STA3之间的信道状态信息分别进行信道反馈，每个信道反馈帧的帧间间隔为SIFS，直到AP1和STA3收到NDP信道状态信息；传统机制下STA3发送NDPA是无法触发STA1的响应的，本发明对NDPA的“Sounding Sequence”字段的保留比特B0或B1修订以指示该信道状态信息请求的强制性，即B0或B1比特置为1则必须触发响应该信道状态信息请求并反馈多用户信道状态信息，帧结构修改如图3所示。
（3）AP1和STA3同时进行MUMIMO，AP1和STA3分别向STA1发送信号和，则STA1在收到AP1和STA3的信号和后，将两个信号进行物理层网络编码异或后，在TXOP时长内，STA1以广播网络编码信号代替对AP1和STA3的响应，则AP1和STA3在收到该异或信号后，将其与本身信号或异或后即可获得AP1和STA3的交换信息。
进一步，当所述探测信息发现无可用的AP或终端实现MUMIMO，则放弃操作。
进一步，当探测信息发现多个站点可用于MUMIMO传输时，则根据不同方法选择站点进行操作。
进一步，所述选择站点的方法包括服务质量、接入类别、容量最大化。
本发明适用于可实现多用户MIMO的IEEE 802.11系列协议，也适用于其他IEEE802.11新协议。

Claims (4)

1.多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法，其特征在于：在多个具有基础设施的基本服务集BSS系统重叠覆盖时，AP和另一个小区内的终端实现MUMIMO并行传输通信的方法为：
（1）AP1对STA1和AP2进行MUMIMO轮询操作，STA1以CTS或者应答帧进行响应时，将CTS或应答帧中的“帧控制”字段的“More Data”位修改为“1”以告知STA3可采用后续MUMIMO并存机制；
（2）STA3在收到告知信息后，与AP1等待SIFS帧间间隔后，在TXOP时长内，STA3与AP1可同时向STA1发送MUMIMO的NDPA帧用于探测信道状态信息，NDPA的“Sounding Sequence”字段的保留比特B0或B1置为1以触发STA1响应请求，STA1在收到STA3与AP1发送的两个帧后将自身与AP1和STA3之间的信道状态信息分别进行信道反馈，每个信道反馈帧的帧间间隔为SIFS，直到AP1和STA3收到NDP信道状态信息；
（3）AP1和STA3同时进行MUMIMO，则STA1在收到AP1和STA3的信号后，将两个信号进行物理层网络编码异或后，在TXOP时长内，STA1以广播网络编码信号代替对AP1和STA3的响应，则AP1和STA3在收到该信息后，将其与本身信号异或后即可获得AP1和STA3的交换信息。
2.根据权利要求1所述的多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法，其特征在于：当所述探测信息发现无可用的AP或终端实现MUMIMO，则放弃操作。
3.根据权利要求1所述的多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法，其特征在于：当探测信息发现多个站点可用于MUMIMO传输时，则根据不同方法选择站点进行操作。
4.根据权利要求3所述的多小区网络MUMIMO的吞吐量增强方法，其特征在于：所述选择站点的方法包括服务质量、接入类别、容量最大化。
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