CN107889168B - 超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法 - Google Patents

超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法 Download PDF

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Abstract

超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法，终端可通过关联接入时的信标帧等帧控制字段的“More Data”比特位信息获取该AP是否具有两时隙高速通信能力，第一时隙，STA1向AP1和AP2发送信号
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
，同时，STA2向AP1和AP2发送信号
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，且STA1到AP1和AP2的信道系数为
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，STA2到AP1和AP2的信道系数为
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；第二时隙，AP1和AP2向STA3发送信号
Figure 144055DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 123512DEST_PATH_IMAGE002
，STA3通过帧体的修改获取所需的信道状态信息，在此基础上，通过接收信号乘以系数矩阵的伪逆实现STA3的精确译码。本发明有益效果：可有效增强超密集网络中端到端通信的吞吐量，在两个时隙内实现端到端的高速通信。

Description

超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体地说是超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法。
背景技术
首先介绍一下无线局域网IEEE 802.11ac的标准。IEEE 802.11ac工作在5GHz频段，与IEEE 802.11n部分兼容，支持20/40/80/160/80+80MHz可变带宽运行。IEEE 802.11ac物理层采用多用户MIMO+OFDM技术，支持最高为256QAM、5/6码率的调制编码方式，最高速率可达1Gbps。IEEE 802.11ac的MAC层引入了多用户下行TXOP机制，允许AP同时传输帧到多个STA，在一个TXOP中可以传输多个接入类别（AC）的数据；此外MAC层还改进了聚合机制，通过增大A-MSDU和A-MPDU的长度提升了MAC层能效。
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称为重叠基本服务集(OBSS, Overlapping Basic Service Set)。
在超密集网络中，分布着多个小小区。值得说明的是第5代移动通信系统中的小小区将采用高频段的超宽带传输策略，高频段带来超高速宽带传输体验的同时，也不可避免的会受到大尺度和阴影衰落的严重影响，因此其传输距离通常较近。尤其当小小区中距离较远的终端之间进行通信显得较为困难，本发明的提出使得端到端的通信更加方便，而且相对于现有机制，可节省传输时隙，有效提升超密集网络中的系统吞吐量。
目前的IEEE 802.11标准中已有的TDLS(Tunnel Direct Link Session)尽管可一定程度实现端到端的通信，但是需要多个时隙才能完成，针对超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法尚无有效的解决方案，本发明的提出可仅使用两个时隙即可完成端到端的高速通信。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法，克服现有技术存在的问题，使终端之间可以通过AP实现高速信息传输。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法，（1）BSS1和BSS2中的STA1和STA2确定所关联AP可实现两时隙的端到端传输；
（2）第一时隙，STA1向AP1和AP2发送信号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，同时，STA2向AP1和AP2发送信号
Figure 96783DEST_PATH_IMAGE002
，且STA1到AP1和AP2的信道系数为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 681479DEST_PATH_IMAGE004
，STA2到AP1和AP2的信道系数为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 428855DEST_PATH_IMAGE006
；
（3）第二时隙，AP1和AP2向STA3发送信号
Figure 449377DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 146068DEST_PATH_IMAGE002
，并通过帧结构修改，使STA3精确获得所有信道状态信息，STA3采用公式(1)和(2)进行求解实现译码：并通过公式(1)和(2)的方法进行求解得到信号：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（1）
Figure 150933DEST_PATH_IMAGE008
（2）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 136338DEST_PATH_IMAGE010
，h和g分别是AP1与STA3以及AP2与STA3之间的信道状态信息，y D 指的是STA3的接收信号，pinv(A)是矩阵A的伪逆。
本发明所述BSS1和BSS2中的STA1和STA2确定所关联AP可实现两时隙的端到端传输的方法为：将关联时帧结构里“Frame Control”中的“More Data”由“0”修改为“1”。
本发明所述步骤（3）中帧结构修改的方法为：将信道状态信息放在“Frame Body”的前面，通过1~2个字节指示信道状态信息所占的比特位。
当STA1和STA2识别所关联AP无法实现两时隙高速传输则放弃进行两时隙端到端通信。
当STA1和STA2关联到多个具有两时隙端到端传输的AP时，则终端可根据不同选择准则进行AP选择，确定所关联AP后再实现两时隙端到端高速通信。
本发明的有益效果是：在不改动现有无线局域网机制的前提下，当存在较多无线局域网密集覆盖时，可有效增强超密集网络中端到端通信的吞吐量，在两个时隙内实现端到端的高速通信。
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为本发明一实施例获取信道状态信息方法示意图。
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，超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法：在超密集局域网络中，通过对传统机制在非数据传输期间无用的“More Data”比特位进行修改来标识所在BSS的AP是否可实现两个时隙的端到端高速通信，本发明在兼容已有协议的前提下，对预留比特位“More Data”赋予能力标示，可有效实现超密集局域网络下端到端通信；
（1）BSS1和BSS2中的STA1和STA2确定所关联AP可实现两时隙的端到端传输；
（2）第一时隙，STA1向AP1和AP2发送信号
Figure 25797DEST_PATH_IMAGE001
，同时，STA2向AP1和AP2发送信号
Figure 763946DEST_PATH_IMAGE002
，且STA1到AP1和AP2的信道系数为
Figure 205291DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 599363DEST_PATH_IMAGE004
，STA2到AP1和AP2的信道系数为
Figure 89251DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 229376DEST_PATH_IMAGE006
；
（3）第二时隙，AP1和AP2向STA3发送信号
Figure 779306DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 660674DEST_PATH_IMAGE002
，需要说明的是STA3同时收到信号
Figure 16569DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 463731DEST_PATH_IMAGE002
在无直达径的情况下是无法译码的，采用公式(1)和(2)的方法进行求解则可实现译码，但STA3对信道状态信息
Figure 122246DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 91908DEST_PATH_IMAGE004
以及
Figure 126860DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 694108DEST_PATH_IMAGE006
是未知的，因此，采用本发明图3所示的帧结构修改，将信道状态信息放在“Frame Body”(帧体字段)的前面，通过1~2个字节指示信道状态信息所占的比特位，从而STA3可精确获得所有信道状态信息，然后通过公式(1)和(2)的方法进行求解得到信号：
Figure 382578DEST_PATH_IMAGE007
（1）
Figure 238539DEST_PATH_IMAGE008
（2）
其中，
Figure 873919DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 843143DEST_PATH_IMAGE010
，h和g分别是AP1与STA3以及AP2与STA3之间的信道状态信息，y D 指的是STA3的接收信号，pinv(A)是矩阵A的伪逆。
对传统机制在非数据传输期间无用的“More Data”比特位进行修改来标识所在BSS的AP是否可实现两个时隙的端到端高速通信：将关联时帧结构里“Frame Control”中的“More Data”由“0”修改为“1”。
当STA1和STA2识别所关联AP无法实现两时隙高速传输则放弃进行两时隙端到端通信。
当STA1和STA2关联到多个具有两时隙端到端传输的AP时，则终端可根据不同选择准则进行AP选择，确定所关联AP后再实现两时隙端到端高速通信。
本发明适用于IEEE 802.11ac及以上协议，也适用于其他IEEE 802.11新协议。

Claims (3)

1.超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法，其特征在于：
（1）BSS1和BSS2中的STA1和STA2确定所关联AP可实现两时隙的端到端传输，其方法为将关联时帧结构里“Frame Control”中的“More Data”由“0”修改为“1”；
（2）第一时隙，STA1向AP1和AP2发送信号x1，同时，STA2向AP1和AP2发送信号x2，且STA1到AP1和AP2的信道系数为a和b，STA2到AP1和AP2的信道系数为c和d；
（3）第二时隙，AP1和AP2向STA3发送信号x1和x2，并通过帧结构修改，使STA3精确获得所有信道状态信息，STA3采用公式(1)和(2)进行求解实现译码：并通过公式(1)和(2)的方法进行求解得到信号：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 222561DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 342964DEST_PATH_IMAGE004
，h和g分别是AP1与STA3以及AP2与STA3之间的信道状态信息，y D 指的是STA3的接收信号，pinv(A)是矩阵A的伪逆；所述帧结构修改的方法为：将信道状态信息放在“Frame Body”的前面，通过1~2个字节指示信道状态信息所占的比特位。
2.根据权利要求1所述的超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法，其特征在于：当STA1和STA2识别所关联AP无法实现两时隙高速传输则放弃进行两时隙端到端通信。
3.根据权利要求1所述的超密集网络中端到端通信的吞吐量增强方法，其特征在于：当STA1和STA2关联到多个具有两时隙端到端传输的AP时，则终端可根据不同选择准则进行AP选择，确定所关联AP后再实现两时隙端到端高速通信。
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