CN109075852B - 无线通信中的主动mimo中继 - Google Patents

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Abstract

一种无线通信系统，具有用于在网络中的接入点(AP)与多个无线电节点之间同时地中继通信的定向传输，该多个无线电节点是支持多输入多输出(MIMO)能力的第一类或者具有不同信号处理能力的第二类。利用作为已有协议的修改形式的超帧，中继服务时段(SP)控制多个同时训练和数据传输帧。AP基于从信号强度、空中时间的估计、无线电节点的类型、AoA/AoD、电源连接中选择的度量来从无线电节点选择中继设备。这允许数据在MIMO跳跃中从所述AP传输到所选择的中继设备，通过多用户(MU)MIMO跳跃从所选择的中继设备传输到目的地无线电节点(客户端)。

Description

无线通信中的主动MIMO中继
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本专利文件中的部分材料受美国和其他国家的版权法的版权保护。版权所有者不反对任何人对专利文件或专利公开内容进行传真复制，因为它出现在美国专利商标局的公开文件或记录中，但在其他方面保留所有版权。版权所有者在此不放弃任何使本专利文件保密的权利，包括但不限于其根据37C.F.R.§1.14的权利。
技术领域
本公开的技术一般涉及无线网络通信，并且更具体地涉及在包括 802.11标准的无线通信中使用多输入多输出(MIMO)中继。
背景技术
背景讨论
近年来，无线通信变得越来越重要。这些形式的无线通信之一是毫米波(mmWave)通信，其发生在非常高的频率(30-300GHz)下，并且提供大的频谱带宽。该带宽对于高数据速率无线应用尤其有用，例如UHD(超高清)视频流传输。应该注意的是，在60GHz频段内全球有大约14GHz的未经许可的频谱。
由于几毫米的数量级的波长，可以在mmWave无线电的小区域中实现大量天线，也称为相控阵。
图1示出了用于mmWave通信的示例256元件天线阵列10，其在图中与硬币(直径0.955英寸或24.26mm)相比较地示出。
这些超高频天线阵列很小且具有高度指向性，其中利用称为波束成形的技术来利用大量天线来引导朝向期望的无线电方向的传输。
图2描绘了简单的波束成形示例30，示出了由耦合到具有天线 38a、38b、38c到38n的波束成形器的基座36的波束选择器34接收的波束选择信号32。与每个天线相关联地示出了信号强度波瓣40a、 40b、40c和40d(以夸大的角度)。然而，由于多种原因，这些布置的链路预算(链路性能的量化)很差，这些原因包括高自由空间路径损耗(FSPL)和大的O2/H2O吸收，以及由物体引起的大衰减。
图3描绘了与工作频率相关的预期大气损耗的图。在这种高信号衰减环境中利用波束成形产生通信链路之间的更少干扰。
图4A和图4B比较了作为波束成形的结果的图4A中的窄天线图案之间的干扰的缺乏与使用如图4B所示的较宽图案产生的干扰。每个图中的上侧的三角形形状描绘了接收器天线图案，下侧的三角形形状是潜在干扰源的天线图案。
即使使用天线阵列，mmWave系统也具有较差的链路预算，这使得难以覆盖WLAN区域而没有死点，这会降低用户体验。鉴于上述情况，在mmWave系统中，接入点(AccessPoint，AP)不能可靠地与某些站(Station，STA)直接通信。
图5示出了通过中继在节点A和节点B之间进行通信的多跳中继配置。利用无线中继是一种旨在尝试克服mmWave频率下的不良链路预算的技术。
虽然中继可以提高覆盖范围，但与使用直接链路相比，会导致吞吐量上的惩罚。这种惩罚可能来自(a)两个(或更多)跳跃中的数据传输，以及(b)由中继链路建立(RLS)所需的管理帧和信道测量引起的开销。
图6A示出了通过中继在接入点(AP)与节点A、节点B和节点C之间的简单3节点中继示例。在图6B中描绘了空中时间(air time)利用的示例，其示出了分别具有用于链路1-2、3-4和5-6的RLS 开销的6个链路(1-6)中的每一个。
因此，应当理解，在mmWave通信中使用中继的现有技术涉及显著的惩罚和困难。本公开克服了这些缺点，同时提供了额外的益处。
发明内容
单用户(SU)多输入多输出(MIMO)技术目前广泛用于2.4GHz (例如，802.11n)和5GHz(例如，802.11ac)的WLAN技术以及 4G蜂窝技术。然而，MIMO技术目前尚未引入mmWave标准或产品。所公开的装置设想使用具有来自/朝向不同客户端的多路复用的数据流的MIMO和多用户(MU)-MIMO实施在mmWave通信中，解决了一些当前缺点。
当无线通信在无线的无线电节点中采用MIMO技术时，在给定的通信系统(例如，WLAN)中可以获得两个设备类别(关于节点到节点通信具有不同信号处理能力)，例如(第一类别)A类(Cat A) 和(第2类)B类(Cat B)。Cat A提供具有复杂电路、高天线增益和支持维度M(M≥2)的数据多路复用(MIMO)的设备。通常， Cat A设备将是静止的。Cat B提供的设备具有简单的电路、低天线增益、并且能够处理N个数据流，N＝1(单输入-单输出(SISO)) 或N<M。Cat B设备更可能是移动的。应该注意的是，SISO是Cat B 的特定情况，其能力低于CatA。作为示例而非限制，Cat A可以支持具有用于数据通信的四个独立链的MIMO，而Cat B仅支持两个或者可以具有一个链(SISO)。
在中继通信中不利用MIMO能力的无线通信系统将遭受对于每个STA需要由中继辅助通信的多跳吞吐量惩罚。
通过在中继终端处利用MIMO，来自多个STA的数据的复用可以最小化在多次跳跃和RLS建立开销中花费的时间。这种空中时间的减少可以转化为提高吞吐量。该无线通信装置/方法被配置用于同时将多个数据流从一组Cat B STA中继到Cat A中继，然后将这些流多路复用到Cat A AP。
提供了一种频谱有效的覆盖扩展架构，其利用了中继中的 MIMO能力。该架构的抽象形式是从接入点(AP)到中继节点的 MIMO跳跃，其后是从中继节点到无线客户端的多用户(MU)-MIMO 跳跃。此外，教导了用于中继选择和中继链路设置(RLS)的有效且主动的方法。作为示例而非限制，该装置/方法可用于通过例如通过在覆盖房子的后院(结构中/附近的邻近区域)的位置处设置中继来例如在房屋(或其他结构)周围扩展无线覆盖，来提供全覆盖无线体验。
在本公开中使用了许多术语，其含义通常如下所述使用。
AID：关联标识符每当站与AP(或中央无线电协调器)相关联时都被使用，该站接收AID。AP(或中央无线电协调器)使用该AID 来跟踪关联的站和BSS的成员。
AP：接入点是包含一个站(STA)的实体并且通过用于关联STA 的无线介质(WM)提供对分发服务的访问。
AoA(AoD)：到达角度(离开角度)，射频波入射在天线阵列上(从天线阵列发射)的方向。
A-BFT：关联-波束成形训练时段是在信标中宣布的时段，用于加入网络的新站的关联和BF训练。
波束成形(BF)是对阵列内的天线进行定相以实现不使用全向天线图案或准全向天线图案的定向传输(形成波束)的过程。它在发射机处用于改善预期接收机处的接收信号功率或信噪比(SNR)。
波束组合是一种在接收器处为每个独立数据流组合包含在各种波束中的功率的方法。
BSS：基本服务集是已成功与网络中的AP同步的一组站(STA)。
BI：信标间隔是表示信标传输时间之间的时间的循环超帧时段。
BRP：BF细化协议。BF细化协议使得能够进行接收器训练并迭代地训练发送器和接收器侧以实现最佳可能的定向通信。
CBAP：基于竞争的访问时段。在使用基于竞争的增强分布式信道接入(EDCA)的定向多吉比特(DMG)BSS的数据传送间隔(DTI) 内的时间段。
DTI：数据传输间隔是允许完整BF训练，然后进行实际数据传输的时段。它可以包括一个或多个服务时段(SP)和基于竞争的访问时段(CBAP)。
MAC地址：媒体访问控制(MAC)地址。
MCS：调制和编码方案是可以转换为PHY层数据速率的索引。
MIMO：多输入多输出是两个设备之间的同时利用多个数据流的通信。
MU-MIMO：多用户多输入多输出是设备与两个或更多个节点之间的通信，每个节点具有单个或多个数据流。
全向：非定向天线传输模式。
准全向：定向多吉比特(DMG)天线工作模式，可获得最宽的波束宽度。
中继：802.11DMG中继功能允许源中继端点DMG STA(REDS) 在另一个DMG STA(中继)的帮助下将帧发送到目的地REDS。
RDS：中继DMG站(RDS)。
RSSI：接收信号强度指示器(以dBm为单位)是信号强度的度量。
SISO：单输入单输出是两个设备之间的通信，其间是单个数据流。
SNR：信噪比是连接的质量测量结果，用于测量感兴趣的信号与噪声信号之间的比率，以dB为单位。
SP：服务时段由接入点(AP)调度。计划的SP以固定的时间间隔开始。
频谱效率：在特定通信系统中可以在给定带宽上传输的信息速率，通常以比特/秒/Hz表示。
STA：站是这样的逻辑实体，其是媒体访问控制(MAC)和到无线介质(WM)的物理层(PHY)接口的单个可寻址实例。
本说明书中的技术的其他方面将在说明书的以下部分中提出，其中详细说明是为了充分公开本技术的优选实施例而不对其进行限制。
附图说明
通过参考以下附图将更全面地理解本文描述的技术，这些附图仅用于说明目的：
图1是用于mmWave通信的256元件天线阵列芯片的图像再现。
图2是与mmWave通信系统一起使用的波束成形天线的图。
图3是作为对不良链路预算的贡献因素的mmWave信号的大气衰减曲线图。
图4A和图4B是示出响应于使用更宽角度天线系统而出现的更高干扰概率的信号路径图。
图5是用于在节点A和节点B之间进行通信的多跳中继的无线电节点图。
图6A和图6B是用于使用接入点(AP)与节点A、B和C之间的中继的多跳通信的通信流中的接入信道的无线电节点图和空中时间段。
图7A和图7B是接入点(AP)通过中继终端(RT)到STA 1 和STA 2之间的通信流中的无线电节点图和空中时间段。
图8是表示信标标题和数据传送间隔的信标间隔的数据字段格式。
图9是802.11ad中继网络拓扑的无线电节点图，示出了通过中继DMG站(RDS)与STA1和STA 2通信的AP。
图10A和图10B是用于中继802.11ad中使用的数据的消息序列。
图11是当前802.11ad mmWave系统的中继选择流程的流程图。
图12是信道测量信息的数据字段格式图。
图13A和图13B是根据本公开的实施例的用于在Cat A AP、Cat A RT与都作为CatB的STA 1和STA 2之间进行中继的无线电节点图和空中时间段。
图14A和图14B是描绘根据本公开的实施例的BI内的信标间隔 (BI)(图14A)和中继服务时段(SP)(图14B)的数据字段格式。
图15是根据本公开的实施例使用的用于MIMO通信的数据字段格式。
图16是根据本公开的实施例的用于控制来自接入点(AP)的中继的流程图。
图17是根据本公开的实施例的用于mmWave WLAN的混合的 Cat A、Cat B中继的消息序列。
图18是用于举例说明根据本公开的实施例的AP内的决策过程的无线电节点图。
图19是示出根据本公开的实施例使用的波束图案图。
图20是示出根据本公开的实施例的在AP内的决策过程中的波束图案的无线电节点图。
图21是描绘根据本公开的实施例的在中继的选择中使用 AoA/AoD和RSSI(信号强度)度量的流程图。
图22是例示根据本公开的实施例的AP内的中继节点选择决定的无线电节点图。
图23是比较响应于选择如图22所示的Cat B STA 4节点或Cat A STA 3节点而使用的空中时间的空中时间图。
图24是根据本公开的实施例的在中继选择过程中利用设备类别度量的流程图。
图25是根据本公开的实施例的基于节点类别的中继链路建立 (RLS)的流程图。
图26是根据本公开的实施例的Cat A硬件实施例的框图。
图27是根据本公开的实施例的Cat B硬件实施例的框图。
图28是根据本公开的实施例的将RSSI(信号强度)映射到空中时间的流程图。
具体实施方式
描述了一种无线通信系统(例如，mmWave WLAN)，用于利用中继中的MIMO能力同时向多个通信设备/从多个通信设备中继数据。该架构利用了从中央协调器(通常是接入点(AP))到中继节点的MIMO跳跃、随后从中继节点到无线客户端的多用户(MU)-MIMO 跳跃的使用。针对中继选择和中继链路设置(RLS)描述了高效且主动的方法。
1.现有技术的mmWave技术。
在描述所公开的系统的细节之前，将会理解关于现有技术的 mmWave WLAN系统的例如在802.11ad标准下的一些方面将是有益的。应当理解，在该标准中未使用MIMO能力，不使用mmWave MIMO中继，并且不使用多用户(MU)MIMO通信。甚至不存在不同的设备类别。
802.11ad标准下的中继过程是一个复杂的过程，只能对于临时链路中断或阻塞而预想到。在与目的地进行通信失败之后，提供中继作为源驱动过程。使用中继需要在选择中继终端之前调度源、BSS中的每个候选中继STA和目的地之间的通信。因此，中继选择消耗大量的消息传递开销并且需要大量时间。这种机制不太可能在大多数动态信道中断情况下提供明显帮助。
802.11ad标准中使用的度量标准基于信道测量结果，中继选择逻辑未被指定，并被保留以供实施。
图7A和图7B描绘了现有技术的WLAN系统和相关的空中时间段。在所描绘的WLAN系统中，中继终端(RT)以两次跳跃将数据从站(STA)(STA 1或STA 2)转发到AP。应当理解，“跳跃”被理解为两个节点之间的通信(或通信路径)，其形成发射器和接收器之间的通信路径的一部分。在这些跳跃中不使用中继终端和AP的 MIMO能力。
在图7B中，时隙1和2表示从STA 1到AP的数据中继所消耗的WLAN空中时间。类似地消耗时隙3和4用于将数据从STA 2中继到AP。此外，每个源STA在AP的帮助下单独发起并执行中继链路建立(RLS)。因此，每个STA需要两个时隙来向AP传送信息，并且类似地需要在从AP到每个STA的相反方向上的两个时隙。
图8描绘了802.11ad超帧数据字段结构，其具有循环结构，该循环结构的持续时间被称为“信标间隔”(BI)，通常被选择为100ms。 BI被示出为包括信标报头间隔(BHI)和数据传输间隔(DTI)。BHI 包含高达三个访问时段。(1)信标传输间隔(BTI)包括由AP发送的信标帧。BTI用于网络通知，并且用作AP天线扇区的波束成形训练的第一阶段。(2)AP和站利用关联波束成形训练(A-BFT)来训练它们的天线扇区。(3)通知传输间隔(ATI)是在其期间AP与已经与网络相关联并且已经执行波束成形训练的站交换管理信息的间隔。
DTI包括一个或多个基于竞争的接入时段(CBAP)和调度的服务时段(SP)，其中站交换数据帧。数据速率调制和编码集(MCS) (最通常是MCS 0)用于在BTI和A-BFT期间进行通信以增加范围，而在ATI和随后的DTI期间的通信以具有提高效率的波束成形通信发生为具有更高MCS。
图9描绘了现有技术的WLAN系统，其中允许两个源STA直接通信，或者借助于中继(例如向AP和来自于AP)来通信。在这种情况下，源和目的地STA参与中继链路系统(RLS)，其被称为源中继端点DMG STA(REDS)。因此，中继终端被称为中继DMG STA (RDS)。术语DMG代表定向多吉比特中继。802.11ad中的常规中继用于在源REDS和目的地REDS之间的直接链路中断的情况下提高通信的可靠性。
图10A和图10B描绘了802.11ad中的中继过程的示例消息传递序列。在最左边的列(图10A)中可以看到步骤的高级描述，包括顶部的“信标和BF自举”，然后是“关联”、“能力交换”和“波束成形训练”。在左边的第三部分中，可以看到“直接(无中继)链接数据传输”、“源启动中继”和“中继发现”的一般步骤。左下部分包含“从所有中继和源处的目的地收集通道测量报告”的一般步骤，接着是“中继选择”、“RLS程序”以及最后的“BF训练细化”。
消息序列图的右侧部分(图10B)描绘了接入点(AP)、源REDS (S)、中继RDS(R)和目的地REDS(D)之间的消息。描述周围消息组的椭圆表示相关操作，例如在顶部信标被发送到每个STA，如 STA 1、STA 2和STA 3所示。从查看该图右侧的消息流量，人们可以了解支持此中继过程所需的消息传递量。
图11示出了用于该现有技术的mmWave通信的在源处的中继选择流程中涉及的步骤50。源REDS(S)请求来自每个中继的信道测量结果52，在块54中，每个中继用信道测量结果对其进行响应。然后，S对目的地REDS(D)请求每个中继和D之间的信道测量结果 56。S然后在块58中选择一个中继作为RDS，接着是在块60中S向 RLS请求所选中继(RDS)和D。
图12描绘了用于现有技术的mmWave通信的信道测量结果信息字段格式。多中继信道响应帧提供关于在中继与源或目的地与所有中继之间的链路的信道测量信息。字段格式中示出了五个字段。对等 STA AID子字段(8比特)包含报告STA测量链路的STA的关联IDentity(AID)。SNR子字段(8比特)指示在朝向对应于对等STA AID的STA的链路中测量的信噪比(SNR)。内角度子字段(7位) 表示朝向中继操作中涉及的其他STA的方向之间的角度。推荐子字段(1比特)指示响应STA是否基于与对等STA的信道测量结果来推荐中继操作。当推荐中继操作时，该子字段被设置为1，否则该子字段被设置为0。还显示保留字段(8位)以供将来使用。
利用传统的现有技术的802.11ad mmWave操作的上述背景，应该更容易理解本公开的装置和方法的区别。
2.通过中继和中央协调器来使用MIMO。
图13A示出了在中继终端(RT)和接入点(AP)处使用MIMO 的无线系统，其充当中央协调器。因此，在RT和AP处使用MIMO 时，就其信号处理能力而言出现两个设备类别，因为涉及了多个无线电节点之间的通信。应当理解，MIMO仅是一种信号处理能力，而本公开不限于与MIMO能力相关的分类。返回图13A，该示例中的AP 是Cat A设备，而源STA无线电节点是Cat A和Cat B设备的混合，其中中继更可能从Cat A设备中选择。在该示例中，中继终端(RT) 是Cat A无线电节点。两个或更多Cat B STA使用多用户(MU) -MIMO技术同时向/从Cat A中继终端(RT)发送/接收数据。来自/ 到STA 1和STA 2的数据由中继终端复用，并使用MIMO技术发送到AP或从AP接收。此外，AP驱动中继过程，因此可以同时为一组 STA执行RLS。应当理解，中央协调器可以包括网络上的其他MIMO 功能设备。
图13B示出了针对上述场景的STA 1和STA 2的系统空中时间，其中可以看出仅需要两个时隙加上RLS消息传送时间，其大约是现有技术所需要的一半，如图7B中所示。
如本领域技术人员将理解的，可以利用视线(LOS)MIMO、偏振MIMO和其他MIMO技术在空间域中执行用于无线通信的多路复用数据流的能力。在该方法中，AP确定：(a)何时需要中继，(b) 哪个Cat A STA将充当中继，(c)哪些Cat B STA将被组合在一起以使其数据被多路复用。AP基于以下特性/测量结果中的一个或多个进行这些确定：(a)RSSI、(b)SNR、(c)Cat A/B能力、(d) 中继能力、(e)到达/离开角度(AoA/AoD)以及(f)电源连接(例如，AC/DC电源的存在)。
人们不能简单地选择在中继和AP处使用MIMO来实现这样的系统。为了使这种方法可实现，需要进行重要的可互操作的更改，如下所述。
所公开的系统需要修改mmWave WLAN系统的超帧，例如 802.11ad标准中的超帧。
图14A示出了用于本公开的修改的信标间隔(BI)。在与图8 的现有技术的802.11ad系统相比时，这种新BI的区别更明显。在图 14A中，在图中圈出的中继服务时段(SP)被修改为包含多个训练和数据传输帧。
图14B更详细地描绘了中继SP内的字段，示出了字段a到j，以及针对STA 1和STA 2分割的k字段。
通过考虑以下通信场景，可以更好地理解以这种方式使用SP。考虑执行从AP到中继STA，然后到目的地STA的下行链路传输。假设中继STA仅复用两个STA的数据。
可以呈现中继SP中的以下内容，如中继SP中的字段a-k所示： (a)AP和中继之间的波束成形(BF)细化；(b)通过中继的信道状态信息度量反馈(用于MIMO操作)；(c)中继和STA1之间的 BF训练(包括Tx和Rx扇区训练)；(d)中继和STA 2之间的BF 训练(包括Tx和Rx扇区训练)；(e)从中继到STA 1的探测序列 (MU-MIMO流的数字预编码所需的)；(f)STA 1的信道状态信息度量反馈；(g)从中继到STA 2的探测序列(MU-MIMO流的数字预编码所需的)；(h)STA 2的信道状态信息度量反馈；(i)STA 1和STA 2的同时导频传输，用于通过中继进行用户间干扰估计；(j) 使用MIMO的AP到中继的数据传输；以及(k)使用MU-MIMO的中继到STA 1和STA 2数据传输。
另外，必须理解的是，在信标报头间隔(BHI)时段期间发送的管理帧需要修改以考虑无线系统中的MIMO能力。
图15示出了修改的MIMO信息字段格式，其以应当与管理帧一起发送的信息元素(IE)格式传送MIMO设备能力。在至少一个实施例中，管理字段可以包括以下内容：(IE ID)IE标识号；(长度) 接下来的功能字段的长度；以及MIMO功能信息字段。该MIMO信息字段可以包括：(MCS速率)支持的MCS数据速率；(最大的流数#)设备支持的最大数据流的数目；(极化)是否支持双极化MIMO； (MU-MIMO)是否支持多用户(MU)MIMO；(波束组合)是否支持波束组合能力，以及如果支持，可以组合多少个波束；(MIMO 训练)MIMO训练序列支持；(MU-MIMO)是否支持多用户(MU) -MIMO专用训练字段，例如包括用于用户间干扰估计的序列。应当理解，在不脱离本公开的教导的情况下，本领域技术人员可以修改上述内容以添加或删除字段。
BI期间的详细通信序列如下：(a)AP在信标发送间隔(BTI) 时段期间以系统的最低数据速率(MCS 0)发送信标。(b)信标由 MCS 0的传输范围所涵盖的STA听取。(c)在关联-BF训练(A-BFT) 时段开始时，STA争夺关联。(d)一旦被关联，STA和AP执行简化的波束成形(BF)训练。(e)在A-BFT时段期间，AP可以确定 RSSI或接收的SNR、Cat A或Cat B设备能力以及每个站的AoA/AoD 估计。(f)在以下通知传输间隔(ATI)期间，AP可以与相关的站交换有限的管理帧。这些帧允许AP知道站的中继能力和AC/DC电源标志，其给出了移动性的指示。它还可以用于进一步细化AoA/AoD 估计。(g)AP基于在A-BFT和ATI时段期间估计的度量，采取关于数据中继的上述决定。(h)AP安排服务时段(SP)，其中应完成借助中继的数据通信。(i)在中继SP开始期间，需要细化BF训练 (BRP)以确认中继决定的有效性，对中继和AP之间的MIMO通信进行进一步训练，以及在中继和STA之间执行UL/DL MU-MIMO通信训练。(j)最后，在中继的帮助下进行数据通信，并在AP和STA 处接收通信的成功/失败的确认。
图16和图17通过AP决定流逻辑(图16)和该逻辑的详细消息传递序列(图17)总结了上述中继过程。
在图16的流逻辑实施例70中，AP发送信标72，然后从/向STA 接收/发送关联请求/响应74。AP从STA接收设备能力76，之后AP 开始与STA进行波束成形(BF)训练78。然后AP确定是否需要中继80。如果确定不需要中继(例如，目的地STA充分地在范围内)，则AP调度STA通信并在ATI期间发送它82，并且该序列结束84。
另一方面，如果确定需要中继(例如，目的地接近范围的边缘)，则AP运行逻辑86，用于基于从STA接收的度量来选择中继。然后， AP通知将是所选择的RT(中继终端)的节点和所分配的STA 88。 AP调度用于AP、RT和STA之间的数据交换的SP 90，其中AP和 RT开始精细BF训练和数据交换92，之后该序列结束94。
在图17中可以看到上述的消息传递顺序。在最左边的列中可以看到步骤的高级描述，包括(BTI)顶部的“信标和BF自举”，然后是(A-BFT)“关联”、“波束成形训练”。在左边下面的第三部分中，可以看到“能力的交换”、“中继(STA1)选择”和“RLS SP 的通知”的一般ATI步骤。左下栏包含“BF训练细化”、“BF训练”的一般DTI步骤，接着是“第一跳跃数据传输”、“第二跳跃数据传输”等。
应注意，消息序列图的右侧部分描绘了接入点(AP)、STA 1、 STA 2和STA 3之间的消息。围绕消息组的椭圆描绘了相关操作，例如在顶部，信标被发送到每个STA，示出为STA1、STA 2和STA 3。 AP首先与网络中的STA交换信标、关联请求和响应。在成功关联之后，发生MIMO能力信息和BF训练所需的消息传递。AP可以从STA 请求进一步的信息以帮助进行中继选择决定。STA回复一些度量结果，包括中继能力标志状态和AC/DC电源能力。AP通知被选择作为中继STA的STA(这是图17中的STA 1)，并且从所选择的中继STA 接收确认。然后，中继链路建立(RLS)和中继SP的定时的通知被发送到参与中继阶段的每个STA，包括中继STA(作为示例的STA1) 以及STA2和STA3。此外，可能需要消息传递来细化AP与所选择的中继STA之间的BF训练。在中继STA和目的地STA之间承载另一个BF训练消息传递，包括MU-MIMO操作所需的训练消息。最后，数据在AP和中继STA之间的一次跳跃中以及在中继STA与STA2和STA3之间同时的另一次跳跃中交换。容易看出，图17的消息传递序列与先前针对现有技术mmWave 802.11ad所描述的消息传递序列完全不同。
图18示出了AP处的示例实施例场景110和决策逻辑。在这种情况下：(a)在一个基本服务集(BSS)中有六个与AP关联的站， (b)本例中的四个站是Cat B STA，其中两个STA靠近AP，而另外两个是在AP通信范围的远程处(在此之后，即使在不用于数据通信的MCS 0上也不可能与AP进行通信)。站中的两个(STA 3和 STA 4)是Cat A STA。对于这两个站，中继能力标志以及AC电源标志都是ON。应注意，本实施例中的AC功率标志被配置用于：(1) 指示低移动性或无移动性，因此不太可能出现涉及中继STA的链路质量的变化；(2)指示中继不会影响中继STA的能耗，例如系统没有电池寿命问题需要考虑。
图19示出了来自AP的波束图案，其具有可通过波束成形来控制的辐射波瓣，如通过示例而非限制所描绘的。在该图中，最佳波束 (针对给定场景的经优化的方向)被标记为指向STA 1和STA 2。使用中继来与STA 1和STA 2传送数据是优选的，因为两个STA都远离AP。
图20示出了图18的场景110，以虚线示出了从AP到STA 1和 STA 2的波束路径范围和方向。在AP和网络站之间的BF训练期间，可以执行粗略AoA/AoD和RSSI估计。每个STA将AP的最佳发射波束反馈给该STA(反之亦然)，其提供粗略的AoD(AoA)指示。在ATI期间，使用管理帧执行RSSI的交换和细化二者。另外，通过在AP处运行阵列信号处理算法(例如，MUSIC)，可以进一步细化 AoA。
AoA估计与RSSI一起执行，有助于如下所述选择候选中继和 Cat B STA的分组。STA 3和STA 4的RSSI值几乎位于STA 1和STA 2 RSSI值的中间范围内。此外，来自STA 3和4的AoA/AoD估计示出了它们相对于与STA 1和STA 2在同一侧的AP的位置。此外，STA 3和STA4是Cat A设备，这使得它们中的任何一个都是STA 1和 STA 2的中继的可行候选者。精细AoA/AoD估计解决了关于中继选择的疑问。
如图所示，假设AoA/AoD估计的精度为X度。STA 4AoA/AoD 处于(180+/-D度)，而STA 1处于(160+/-D度)。STA2处于(210 +/-D)度，以上全部都是相对于AP。另一方面，STA3AoA/AoD相对于AP为(260+/-D)度。
然后，AP处的逻辑将决定选择STA 4，因为与位于与STA 1和 STA 2不同的角度路径上的STA 3的位置相比，STA 4位于STA 1和 STA 2的中心位置。因此，AP选择STA 4作为STA 1和STA 2的中继终端，并在ATI期间宣布该决定。
图21示出了用于使用AoA/AoD和RSSI度量来进行中继选择的实施例130。在该流程图中，AP基于所接收的关联请求，确定BSS 中的STA的粗略RSSI，如框132所示。AP保存RSSI小于X的STA 列表134。应当注意，X、Y和Z的值是根据具体实施细节确定的阈值。表1给出了选择X、Y和Z的值的一个例子。
在框136中，AP执行初始BF训练并确定执行BF训练的STA 的粗略AoD，然后AP为前一列表中的STA准备具有元组(STA ID、 RSSI和AoD)的第一列表(列表#1)138，之后AP从STA接收中继能力信息140。
确定是否存在中继标志为ON的STA 142。如果否，则执行框 144，其中在该超帧期间不执行中继。在至少一个STA的中继标志为 ON的情况下，则在框146中，AP准备具有元组(中继ID、RSSI、 AoD)的第二列表(列表#2)。在框148中对于第一列表(列表#1) 中的每个STA确定在第二列表(列表#2)中是否存在满足以下条件的中继：RSSI(2)＝RSSI(1)/2+/-Y&&AoD(2)＝AoD(1)+/-Z，其中 RSSI(1)是列表#1中STA的RSSI，RSSI(2)是列表#2中候选中继的 RSSI，并且对于AoD也是类似的。如果没有中继满足该条件，则执行移动到框144，并且在该超帧中不执行中继。否则，执行继续到决定框150，以确定对于某个STA是否存在多于一个候选中继。如果存在多于一个候选者，则对值Y和Z进行增量调整，例如Y＝Y-ΔY，并且Z＝Z-ΔZ，并且返回到框148以寻找满足条件的中继。如果仅存在一个候选中继，则执行被引导到框152，其中AP最终确定第一列表(列表#1)中的每个STA的所选中继的列表。
图22提供了在前述度量中使用组合的另一示例。在图22中，示出了具有AP和STA1、STA 2、STA 3和STA 4的场景。AP和STA 3是Cat A，而STA 1、STA 2、STA 4是Cat B。一个通信路径被示出为实线，具有以虚线示出的备选通信路径。
在该示例场景中，AoA/AoD和RSSI度量建议STA 4更适合被选择作为中继终端。然而，STA 4是Cat B设备，并且完成从STA 1 和STA 2到具有Cat B中继的AP的数据通信事务所需的空中时间大约是Cat A中继的两倍。AP逻辑将检查从AP到Cat A STA 3的各个链路上支持的数据速率是否仅略低于Cat B STA 4的数据速率。如果是这样，AP仍将选择STA 3(Cat A设备)作为中继终端，以提供改进的网络范围频谱效率。
图23对于上述场景示出了在上侧空中时间块中的使用STA 3 (Cat A)作为来自AP的中继与在空中时间块的下排中示出的使用 STA 4(Cat B)作为来自AP的中继之间的空中时间比较。可以看出，即使在某些情况下CAT A中继链路比CAT B中继链路更差，例如具有更低的SNR，但是在使用STA 3用于中继时仍然减少了空中时间。
图24示出了利用设备类别度量来确定中继选择的实施例170。 AP为AP估计需要中继的每个STA准备候选中继的列表172。确定针对某个STA是否存在多于一个候选中继174。如果不是，则在框 176中，AP最终确定每个STA的所选中继的列表。否则，如果找不到多于一个候选者，则在框178中决定针对某个STA的候选中继是否存在不同设备类别。如果不是，则执行框180，其中AP基于AoD 和RSSI度量执行选择的进一步细化，并且它最终确定每个STA的所选中继的列表。否则，如果存在不同的设备类别，则到达框182，其中AP决定是基于候选中继的RSSI和BF增益以及与中继操作相关联的链路的MCS索引的STA估计，并且将其映射到空中时间。
然后在框184中作出决定以确定使用Cat A中继是否导致用于中继的较少的空中时间。如果使用Cat A需要较少的空中时间，则执行到达框188，其中AP最终确定每个STA的所选中继的列表，并且在中继中利用MU-MIMO能力。如果估计使用Cat A中继将不会减少空中时间，则执行到达框186，其中AP最终确定每个STA的所选中继的列表，其中MIMO能力不被用于中继。如果在框184中估计Cat A应该减少空中时间，则分支执行到框188，其中AP最终确定每个 STA的所选中继的列表，其中在中继中利用MU-MIMO能力。
图25示出了中继STA流逻辑的实施例190。在框192中，中继 STA将中继和设备类别能力转发到AP。然后，中继STA响应来自 AP的中继选择确认请求194，中继STA接收并处理来自AP的RLS 通知196。在框198中，确定所选择的中继STA是否是Cat A站。如果它不是Cat A，那么在方框200中，对Cat B中继执行模拟BF训练，接着Cat B中继导出模拟BF方案202。实现模拟BF方案的一种方式是对模拟移相器应用适当的权重，以将发射波束引导到在BF训练期间由AP和STA报告的扇区作为最佳BF扇区。如果在框198中确定所选择的中继是Cat A，则分支执行到框204，并且中继开始向 AP和目的地STA中继具有BF训练的SP。模拟BF训练和基带MIMO 信道探测都在此Cat A中继上执行。之后，中继STA从目的地STA 接收训练反馈206。该中继为MIMO和MU-MIMO方案导出模拟BF 模式和预编码矩阵。然后，Cat A中继STA使用用于AP通信的MIMO 方案和用于与两个或更多个STA通信的MU-MIMO方案开始数据传输208。
图26示出了用于接入点、中继终端和客户终端的Cat A硬件功能的示例实施例210。数据源212耦合到发射器(TX)数据处理器214， TX数据处理器214耦合到组合的调度器和中继逻辑216以及耦合到 TX空间处理器224。在接收器侧，信号被从解调器232n接收到接收器(RX)空间处理器226，RX空间处理器226耦合到接收器(RX) 数据处理器220，RX数据处理器220耦合到数据汇218。RX数据处理器220和RX空间处理器226将数据提供给控制器222，控制器222 具有到TX数据处理器214和TX空间处理器224的输出。控制器222 还耦合到调度器/中继逻辑216以及耦合到存储器228。成对的调制器 /解调器耦合到模拟空间处理器输入/输出，被示出为耦合到第一模拟空间处理器234a并具有天线236a的第一调制器230a、第一解调器 232a；这些元件被复制用于任何所需数量的输入/输出，直到调制器 230n、解调器232n、模拟空间处理器234n和天线阵列236n。
图27示出了用于接入点、中继终端和客户终端的Cat B硬件功能的示例实施例250。应当理解，这是Cat A硬件中发现的硬件的子集，因此以下看起来可能重复。数据源252耦合到发射器(TX)数据处理器254，其耦合到组合的调度器和中继逻辑256。没有TX空间处理器。在接收器侧，信号从模拟空间处理器274上的天线276接收到解调器272、到接收器(RX)空间处理器264，RX空间处理器264 耦合到接收器(RX)数据处理器260，RX数据处理器260耦合到数据汇258。RX数据处理器260和RX空间处理器264将数据提供给控制器262，控制器262具有到TX数据处理器254的输出。控制器262 还耦合到调度器/中继逻辑256以及耦合到存储器266。一对利用调制器270和解调器272的调制器/解调器耦合到具有天线276的模拟空间处理器274，该天线276是用于该单输入单输出Cat B设备的阵列。
图26和图27中的上述实施例都描述了用于接入点(AP)的硬件，但是用于客户终端或中继终端的硬件可以使用相同的基本硬件来实现，但是省略了调度器/中继逻辑(图26中的元件216和图27中的元件256)。因此，可以使用图26的硬件根据本公开实现Cat A客户终端或中继终端，而不包括调度器/中继逻辑216。类似地，Cat B客户终端或中继终端可以根据本公开使用图27的硬件来实施，而不包括调度器/中继逻辑256。
图28示出了RSSI到空中时间的映射的示例实施例290。以下扩展了如图24的方框182所示的RSSI到空中时间的映射的描述。假设 H＝前导码和报头的固定持续时间，将注意到它们与数据速率无关。可以对单载波(SC)PHY传输进行假设，其中相同的逻辑适用于OFDMPHY。在这种情况下，MIMO与SISO STA的空中时间之间的差异在于数据包时间。假设在STA或中继处接收的X＝RSSI，但是这可以根据需要和应用进行修改。MCS(X)被定义为对于在X为RSSI为时接收的信号所假设的调制指数，并且这可以根据需要再次修改。假定P(字节)的固定有效载荷大小，并且可以根据需要进行修改。
确定在上述条件下从AP向STA发送数据分组所需的空中时间从RSSI映射如下：(a)从802.11ad标准中的灵敏度表中查找MCS (X)。表2是接收机灵敏度的表，表3列出了SC的调制和编码方案。MCS(X)是对应于从表2确定的所需的最大灵敏度的MCS。表 3用于将MCS(x)映射到数据速率Z(Mbps)。一个链接的空中时间计算如下：H+P*8/Z。对于SISO(通常为CatB)中继和Cat A 中继，确定端到端空中时间作为各个链路的空中时间的总和。
现在参考图28中的具体步骤，在方框292中，变量被初始化，其中变量X设置为在STA或中继处接收的RSSI，P设置为有效载荷的大小，H设置为报头加前导码的持续时间，K设置为表示空间自由度，K＝1表示单输入单输出SISO。在块294中，利用接收(Rx)灵敏度(例如，作为索引)来找到Y＝MCS(X)，例如利用查找表(LUT)、计算或其他确定方式。使用该MCS索引，例如通过另一个LUT或其他机制确定值Z＝K*速率(Y)296。然后在方框298中，将该值Ti＝f(Z)定义为每个链路“i”的空中时间；Ti＝H+(8*P/Z)。然后，当使用SISO中继(Cat B)时，估计端到端空中时间为
Figure BDA0001824928630000201
其中Tj是AP的中继的空中时间。然后，当使用MIMO中继(例如，Cat A)时，估计端到端的空中时间
Figure BDA0001824928630000202
下面针对对于图22描述的拓扑描述示例。前面的等式和MCS 灵敏度和速率表可用于比较Cat B(假设SISO)与Cat A(MIMO) 中继的空中时间。假设：有效载荷大小P＝1500字节；SC传输的报头加上前导码的持续时间＝2.37。假设MIMO AP和中继在空间维度上提供K＝2个自由度(即，理想地，与具有SISO STA的链路相比，该链路可以使数据速率加倍)。
X1：由于从AP发送的信号，STA 4处的RSSI＝-53.5dBm；那么，MCS(X1)＝11，Z1＝3850Mbps。
X2：由于从AP发送的信号，STA 3处的RSSI＝-56dBm；那么 MCS(X1)＝10并且Z2＝K*3080＝2*3080＝6160。
X3：由于从STA 4发送的信号，STA 1处的RSSI＝-53.5dBm，那么MCS(X1)＝11并且Z3＝3850Mbps
X4：由于从STA 4发送的信号，STA 2处的RSSI＝-53.5dBm，那么MCS(X1)＝11并且Z4＝3850Mbps。
X5：由于从STA 3发送的信号，STA 1处的RSSI＝-63dBm，那么MCS(X1)＝6并且Z5＝1540Mbps。
X6：由于从STA 3发送的信号，STA 1处的RSSI＝-60dBm，那么MCS(X1)＝8并且Z6＝2310Mbps。
SISO中继的端到端有效负载空中时间估计：4*2.37+1500*8 ((1/3850)+(1/3850)+(1/3850)+(1/3850))＝21.95μs。
MIMO中继的端到端有效载荷空中时间估计：2*2.37+1500*8 ((1/6160)+(1/1540))＝14.5μs，其中，对于从STA 3到STA 1 和到STA 2的MU-MIMO链路，空中时间由最差的链路速率决定。因此，在这种情况下(图22)，中继选择逻辑决定使用Cat A中继，因为它提供大约34％的空中时间减少。
关于上述实施例，应该考虑许多附加元素。中继决策逻辑驻留在系统控制点(例如AP)内。对于初始中继选择决定，候选中继和STA 之间不需要直接通信，因此不需要BF训练，这节省了大量的空中时间；其数量与网络中可能的中继数量成比例。当在数据传输间隔(DTI) 开始之前做出决定时，这种做出中继决定的方法是主动的。这些描述提供了用于对STA进行分组并选择中继终端的逻辑的示例，从中继终端可以根据所需的应用创建算法。设计者还可以确定他们自己的特定算法以利用上述度量的组合。例如，如果AP确定候选中继相对于每个被中继的STA的到达角度重叠，则高水平的MU-MIMO干扰可能出现，防止该候选中继终端被选择。
该当前公开的实施例利用无线系统中的MIMO通信和主动中继选择来提出无线系统中数据的实际和频谱有效的中继。
本公开提供了相比于当前无线系统的许多益处。所公开的系统是主动的，因为它在源传输之前开始中继选择过程，而在先前的系统中，仅在链路故障出现之后才开始中继选择。所公开的系统在使用消息传递和BF训练帧进行中继选择方面是有效的，而不是像在现有系统中那样使用专用的预定消息传递度量。所公开的系统本质上是预测性的，因为其使用输入度量来运行中继选择逻辑，而不使用在每个候选中继和源/目的地之间的专用信道测量；而现有系统在仅响应模式下操作，以在每个候选中继和源/目的地之间交换专用信道测量结果之后选择中继。所公开的系统在发送超帧方面更有效，因为它仅针对用所选择的中继进行数据传输而不是在用每个候选中继进行中继选择之前调度中继SP，而不是在用每个候选中继进行中继选择之前调度中继 SP并且之后针对用所选择的中继进行的实际数据传输来调度SP。
可以在各种无线系统技术和协议(标准)内容易地实现所提出的技术中描述的增强。还应当理解，无线无线电节点优选地被实现为包括一个或多个计算机处理器设备(例如，CPU、微处理器、微控制器、计算机使能的ASIC等)以及存储指令的相关存储器(例如，RAM、 DRAM、NVRAM、闪存、计算机可读介质等)，其中存储在存储器中的编程(指令)在处理器上执行，以执行本文描述的各种处理方法的步骤。
为了简化说明，图中未示出计算机和存储器设备，因为本领域普通技术人员认识到使用基于处理器的电路来执行涉及无线无线电通信的步骤。所提出的技术对于存储器和计算机可读介质是非限制性的，只要它们是非暂时性的，因此不构成暂时性电子信号。
这里可以参考根据本技术的实施例的方法和系统的流程图图示、和/或程序、算法、步骤、操作、公式或其他计算描述来描述本技术的实施例，其也可以实现为计算机程序产品。在这方面，流程图的每个块或步骤，以及流程图中的块(和/或步骤)的组合，以及任何过程、算法、步骤、操作、公式或计算描绘可以通过各种手段来实现，例如包括计算机可读程序代码中包含的一个或多个计算机程序指令的硬件、固件和/或软件。可以理解，任何这样的计算机程序指令可以由一个或多个计算机处理器执行，包括但不限于通用计算机或专用计算机，或其他可编程处理装置以产生机器，使得在计算机处理器或其他可编程处理设备上执行的计算机程序指令创建用于实现指定功能的装置。
因此，本文描述的流程图的块和过程、算法、步骤、操作、公式或计算描述支持用于执行一个或多个指定功能的装置的组合，用于执行一个或多个指定功能的步骤的组合，以及计算机程序指令(例如体现在计算机可读程序代码逻辑装置中的程序指令)，用于执行一个或多个指定的功能。还将理解，流程图图示的每个块以及本文描述的任何过程、算法、步骤、操作、公式或计算描述及其组合可以由基于专用硬件的计算机系统或专用硬件和计算机可读程序代码的组合来实现，该计算机系统执行一个或多个指定的功能或一个或多个步骤。
此外，诸如体现在计算机可读程序代码中的这些计算机程序指令也可以存储在一个或多个计算机可读存储器或存储器设备中，其可以指示计算机处理器或其他可编程处理设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读存储器或存储器设备中的指令产生包括指令装置的制品，该指令装置实现在流程图的一个或多个框中指定的功能。计算机程序指令还可以由计算机处理器或其他可编程处理装置执行，以使得在计算机处理器或其他可编程处理装置上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得执行的指令计算机处理器或其他可编程处理装置提供用于实现在一个或多个流程图的一个或多个块、一个或多个过程、一个或多个步骤、一个或多个操作、或一个或多个计算描述中指定的功能的步骤。
还应当理解，这里使用的术语“编程”或“程序可执行”是指可以由一个或多个计算机处理器执行以执行如本文所述的一个或多个功能的一个或多个指令。指令可以体现为软件、固件或软件和固件的组合。指令可以在非暂时性媒体中本地存储在设备中，或者可以远程存储在诸如服务器上，或者可以本地和远程地存储全部或部分指令。远程存储的指令可以通过用户启动下载(推送)到设备，或者基于一个或多个因素自动下载。
还应当理解，如本文所使用的，术语处理器、计算机处理器、中央处理单元(CPU)和计算机被同义地使用以表示能够执行指令并与输入/输出接口和/或外围设备通信的设备，术语处理器、计算机处理器、CPU和计算机旨在包括单个或多个设备，单核和多核设备及其变体。
从这里的描述，应当理解，本公开包括多个实施例，包括但不限于以下内容：
1.一种无线通信系统，提供用于在多个通信设备之间中继数据的定向传输，该系统包括：(a)所述系统上的至少一个中央无线电协调器节点；(b)所述系统上的多个无线电节点；(c)其中，所述多个无线电节点中的每个所述无线电节点提供用于在每个所述无线电节点之间通信的第一级或第二级的信号处理能力；(d)其中所述中央协调器无线电节点基于所述多个无线电节点的信号处理能力的级别和所述多个无线电节点和所述中央无线电协调器之间的通信特性，执行所述多个无线电节点之一作为所述系统中的两个或更多个所述无线电节点之间的中继节点的选择；(e)其中，响应于进行从所述中央协调器无线电节点到所述中继节点的多输入多输出MIMO跳跃以及随后从中继节点到作为客户端的两个或更多个无线电节点的多用户MU MIMO跳跃，在配置用于MIMO通信的中央协调器无线电节点与两个或更多个无线电节点之间通过中继节点执行数据通信。
2.一种无线通信系统，具有被配置用于在多个通信设备之间中继通信的定向传输，该系统包括：(a)至少一个中央无线电协调器，被配置用于所述系统上的多输入多输出MIMO通信；和(b)所述系统上的多个无线电节点，其中每个无线电节点提供第一级或第二级的信号处理能力，用于在每个所述无线电节点之间进行通信；(c)其中所述中央无线电协调器执行所述多个无线电节点之一作为所述系统中两个或更多个无线电节点之间的中继节点的选择；(d)其中，所述中央无线电协调器在数据传输之前，基于节点的信号处理能力的级别和已有通信特性选择中继节点；和(e)其中两个或更多个所述通信特性选自包括信号强度测量、中继能力、到达角(AoA)/离开角 (AoD)以及AC或DC电源的存在的特性组。
3.一种无线网络装置，被配置为同时中继多个无线电节点之间的通信，该装置包括：(a)中央协调器无线电节点，被配置用于通过无线网络进行多输入多输出MIMO通信，所述无线网络与包括至少一个接入点AP的无线无线电节点通信；(b)其中所述无线无线电节点包括第一类无线电节点和第二类无线电节点的组合，其中第一类节点支持多输入多输出MIMO通信，并且其中第二类无线电节点不支持MIMO；(c)其中所述中央协调器无线电节点基于通信特性执行对所述无线电节点之一作为至少一个所述AP与任何一个所述无线电节点之间的中继节点的选择，所述通信特性包括无线电节点的类别、信号强度和估计的空中时间；(d)其中所述AP利用超帧结构内的包含多个训练和数据传输帧的中继服务时段SP；(e)其中，所述 AP利用所述多个无线电节点中的两个或更多个发起同时中继链路建立RLS过程，以减少RLS消息传送开销；(f)其中，响应于进行从所述AP到中继节点的MIMO跳跃以及随后从中继节点到目的地无线电节点(客户端)的多用户MU MIMO跳跃，在AP和目的地无线电节点之间通过中继节点执行数据通信。
4.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述第二类无线电节点被配置为仅支持两个独立的数据通信链，或者仅支持单输入单输出 SISO通信中的一个链。
5.如任何前述实施例所述的装置，其中，在与所述目的地无线电节点(客户端)进行数据通信会话之前，所述中央协调器选择无线电节点作为中继节点。
6.如任何前述实施例所述的装置，其中，在信标报头间隔(BHI) 期间利用管理帧来控制MIMO能力的使用。
7.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述管理帧以信息元素 (IE)格式传送MIMO设备能力。
8.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述通信特性的信号强度是从接收信号强度指示符(RSSI)和信噪比(SNR)的信号强度测量结果中选择的。
9.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述通信特性还包括从包括(a)Cat A/Cat B能力；(b)中继能力；(c)到达角(AoA) /出发角(AoD)；和(d)AC或DC电源的存在的特性组中选择的一个或多个度量。
10.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述中继服务时段SP 中的字段包括：(a)AP与中继之间的波束成形BF细化；(b)信道状态信息度量由中继反馈，以用于MIMO操作；(c)在中继和第一站STA 1之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(d)在中继和第二站STA2之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(e) 从中继到STA 1执行探测序列；(f)由STA 1反馈信道状态信息度量；(g)从中继到STA 2执行探测序列；(h)由STA 2反馈信道状态信息度量；(i)由STA 1和STA 2执行同时导频传输，以用于通过中继进行用户间干扰估计；(j)使用MIMO在AP和中继之间传输数据；(k)使用多用户MU MIMO将数据从中继发送到STA 1 和STA2。
11.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述中央协调器无线电节点在所述至少一个接入点AP无线电节点内实现。
12.一种用于实现无线网络装置的方法，所述无线网络装置被配置为同时中继网络上的多个无线电节点之间的通信，该方法包括以下步骤：(a)将多个无线电节点配置为支持多输入多输出MIMO通信的第一类和不支持MIMO通信的第二类的组合；(b)其中至少一个所述无线电节点是配置为用于MIMO通信的第一类无线电节点的接入点AP；(c)基于通信特性选择无线电节点作为所述AP与任何一个所述无线电节点之间的中继节点，所述通信特性包括信号强度和空中时间考虑因素，由此第一类无线电节点具有增加的选择概率，因为第一类无线电节点由于相比于第二类无线电节点能够进行多路复用通信而消耗更少的空中时间；(d)响应于从AP到中继的MIMO跳跃以及随后的从中继节点到作为目的地(客户端)的所述无线电节点的多用户MU MIMO跳跃，执行中继；和(e)调整在所述方法中使用的超帧结构内的中继服务时段SP，以包含多个训练和数据传输帧；和(f)其中利用无线电节点的MIMO能力来提供无线电节点和AP 之间的频谱有效中继。
13.如任何前述实施例所述的方法，其中，在数据通信会话之前选择无线电节点作为中继节点。
14.如任何前述实施例所述的方法，还包括在信标报头间隔 (BHI)期间利用管理帧来控制MIMO能力的使用。
15.如任何前述实施例所述的方法，其中，所述管理帧以信息元素(IE)格式传送MIMO设备能力。
16.如任何前述实施例所述的方法，其中，所述通信特性的信号强度是从接收信号强度指示符(RSSI)和信噪比(SNR)的信号强度测量结果中选择的。
17.如任何前述实施例所述的方法，其中，所述通信特性还包括从包括(a)无线电节点的类别；(b)中继能力；(c)到达角(AoA) /出发角(AoD)；和(d)AC或DC电源的存在的特性组中选择的一个或多个度量。
18.如任何前述实施例所述的方法，其中，所述中继服务时段SP 中的字段包括：(a)AP与中继之间的波束成形BF细化；(b)信道状态信息度量由中继反馈，以用于MIMO操作；(c)在中继和第一站STA 1之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(d)在中继和第二站STA2之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(e) 从中继到STA 1执行探测序列；(f)由STA 1反馈信道状态信息度量；(g)从中继到STA 2执行探测序列；(h)由STA 2反馈信道状态信息度量；(i)由STA 1和STA 2执行同时导频传输，以用于通过中继进行用户间干扰估计；(j)使用MIMO在AP和中继之间传输数据；(k)使用多用户MU MIMO将数据从中继发送到STA 1 和STA2。
19.一种用于无线网络的无线接入点AP装置，该装置被配置为同时中继网络上的多个无线电节点之间的通信，该装置包括：(a)接入点AP，被配置为使用多输入多输出MIMO能力执行同时通信以与网络中的支持MIMO的第一类或者不支持MIMO的第二类的多个无线电节点通信；(b)所述AP中的计算机处理器；(c)存储能够由所述AP中的所述计算机处理器执行的指令的非暂时性计算机可读存储器；(d)其中所述指令在由计算机处理器执行时执行以下步骤，包括：(d)(i)至少基于信号强度度量和空中时间要求的估计从所述多个无线电节点中选择中继设备；(d)(ii)利用在超帧结构内的包含多个训练和数据传输帧的中继服务时段(SP)；(d)(iii)对两个或更多个无线电节点同时执行中继链路建立RLS，以减少RLS 消息传送开销；和(e)响应于从所述AP到所选择的中继设备的MIMO 跳跃以及随后从所选择的中继设备到目的地无线电节点(客户端)的多用户MU MIMO跳跃，中继数据通信。
20.如任何前述实施例所述的装置，其中，在与所述目的地无线电节点(客户端)进行数据通信会话之前，所述AP选择无线电节点作为中继节点。
21.如任何前述实施例所述的装置，其中，在信标报头间隔(BHI) 期间利用管理帧来控制MIMO能力的使用。
22.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述管理帧以信息元素(IE)格式传送MIMO设备能力。
23.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述通信特性的信号强度是从接收信号强度指示符(RSSI)和信噪比(SNR)的信号强度测量结果中选择的。
24.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述通信特性还包括从包括(a)第一类别或第二类别能力；(b)中继能力；(c)到达角(AoA)/出发角(AoD)；和(d)AC或DC电源的存在的特性组中选择的一个或多个度量。
25.如任何前述实施例所述的装置，其中，所述中继服务时段SP 中的字段包括：(a)AP与中继之间的波束成形BF细化；(b)信道状态信息度量由中继反馈，以用于MIMO操作；(c)在中继和第一站STA 1之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(d)在中继和第二站STA2之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(e) 从中继到STA 1执行探测序列；(f)由STA 1反馈信道状态信息度量；(g)从中继到STA 2执行探测序列；(h)由STA 2反馈信道状态信息度量；(i)由STA 1和STA 2执行同时导频传输，以用于通过中继进行用户间干扰估计；(j)使用MIMO在AP和中继之间传输数据；(k)使用多用户MU MIMO将数据从中继发送到STA 1 和STA2。
尽管这里的描述包含许多细节，但是这些细节不应该被解释为限制本公开的范围，而是仅仅提供一些当前优选实施例的说明。因此，应当理解，本公开的范围完全涵盖对于本领域技术人员来说可能变得显而易见的其他实施例。
在权利要求中，除非明确说明，否则对单数形式的元件的引用并不旨在表示“一个且仅一个”，而是“一个或多个”。本领域普通技术人员已知的所公开实施例的元件的所有结构和功能等同物通过引用明确地并入本文，并且旨在由权利要求涵盖。此外，无论元件、组件或方法步骤是否在权利要求中明确地陈述，本公开中的元件、组件或方法步骤都不旨在专用于本公开文件。本文中的权利要求不应被解释为“装置加功能”元件，除非使用短语“用于......的装置”明确地叙述该元件。除非使用短语“用于……的步骤”明确地叙述该元素，否则本文中的权利要求元素不应被解释为“步骤加功能”元素。
表1
选择X、Y和Z阈值的示例
Figure BDA0001824928630000301
表2
802.11ad接收器灵敏度
Figure BDA0001824928630000311
表3
用于SC的802.11ad调制和编码方案
Figure BDA0001824928630000321
注意，对于1的MCS索引，重复为2，对于剩余索引，重复为1。

Claims (25)

1.一种无线通信系统，提供用于在多个通信设备之间中继数据的定向传输，该系统包括：
所述系统上的至少一个中央无线电协调器节点；
所述系统上的多个无线电节点；
其中，所述多个无线电节点中的每个所述无线电节点提供用于在每个所述无线电节点之间通信的第一级或第二级的信号处理能力，其中第一级的无线电节点支持多输入多输出MIMO通信，其中第二级的无线电节点不支持MIMO通信并且具有比第一级的无线电节点更低的天线增益；
其中所述中央无线电协调器节点基于所述多个无线电节点的信号处理能力的级别和所述多个无线电节点与所述中央无线电协调器节点之间的通信特性，执行所述多个无线电节点之一作为所述系统中的中央无线电协调器节点与所述多个无线电节点中的其他无线电节点之间的中继节点的选择；
其中，响应于进行从所述中央无线电协调器节点到所述中继节点的MIMO跳跃以及随后从中继节点到作为客户端的两个或更多个无线电节点的多用户MU MIMO跳跃，在配置用于MIMO通信的中央无线电协调器节点与两个或更多个无线电节点之间通过所述中继节点执行数据通信。
2.一种无线通信系统，具有被配置用于在多个通信设备之间中继通信的定向传输，该系统包括：
至少一个中央无线电协调器，被配置用于所述系统上的多输入多输出MIMO通信；和
所述系统上的多个无线电节点，其中每个无线电节点提供第一级或第二级的信号处理能力，用于在每个所述无线电节点之间进行通信，其中第一级的无线电节点支持MIMO通信，其中第二级的无线电节点不支持MIMO通信并且具有比第一级的无线电节点更低的天线增益；
其中所述中央无线电协调器执行所述多个无线电节点之一作为所述系统中的中央无线电协调器与所述多个无线电节点中的其他无线电节点之间的中继节点的选择；
其中，所述中央无线电协调器在数据传输之前，基于节点的信号处理能力的级别和已有通信特性选择中继节点；和
其中两个或更多个所述通信特性选自包括信号强度测量、中继能力、到达角(AoA)/离开角(AoD)以及AC或DC电源的存在的特性组。
3.一种无线网络装置，被配置为同时中继多个无线电节点之间的通信，该装置包括：
中央无线电协调器节点，被配置用于通过无线网络进行多输入多输出MIMO通信，所述无线网络与包括至少一个接入点AP的无线无线电节点通信；
其中所述无线无线电节点包括第一类无线电节点和第二类无线电节点的组合，其中第一类节点具有第一级的信号处理能力并且支持多输入多输出MIMO通信，并且其中第二类无线电节点具有第二级的信号处理能力、不支持MIMO通信并且具有比第一类无线电节点更低的天线增益；
其中所述中央无线电协调器节点基于所述无线电节点的信号处理能力的级别和所述无线电节点与所述中央无线电协调器节点之间的通信特性执行对所述无线电节点之一作为至少一个所述AP与任何一个所述无线电节点之间的中继节点的选择，所述通信特性包括无线电节点的类别、信号强度和估计的空中时间；
其中所述AP利用超帧结构内的包含多个训练和数据传输帧的中继服务时段SP；
其中，所述AP利用所述多个无线电节点中的两个或更多个发起同时中继链路建立RLS过程，以减少RLS消息传送开销；
其中，响应于进行从所述AP到中继节点的MIMO跳跃以及随后从中继节点到作为客户端的目的地无线电节点的多用户MU MIMO跳跃，在AP和目的地无线电节点之间通过中继节点执行数据通信。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述第二类无线电节点被配置为仅支持两个独立的数据通信链，或者仅支持单输入单输出SISO通信中的一个链。
5.如权利要求3所述的装置，其中，在与作为客户端的所述目的地无线电节点进行数据通信会话之前，所述中央无线电协调器节点选择无线电节点作为中继节点。
6.如权利要求3所述的装置，其中，在信标报头间隔(BHI)期间利用管理帧来控制MIMO能力的使用。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述管理帧以信息元素(IE)格式传送MIMO设备能力。
8.如权利要求3所述的装置，其中，所述通信特性的信号强度是从接收信号强度指示符(RSSI)和信噪比(SNR)的信号强度测量结果中选择的。
9.如权利要求3所述的装置，其中，所述通信特性还包括从包括(a)Cat A/Cat B能力；(b)中继能力；(c)到达角(AoA)/出发角(AoD)；和(d)AC或DC电源的存在的特性组中选择的一个或多个度量。
10.如权利要求3所述的装置，其中，所述中继服务时段SP中的字段包括：(a)AP与中继之间的波束成形BF细化；(b)信道状态信息度量由中继反馈，以用于MIMO操作；(c)在中继和第一站STA 1之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(d)在中继和第二站STA 2之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(e)从中继到STA 1执行探测序列；(f)由STA 1反馈信道状态信息度量；(g)从中继到STA 2执行探测序列；(h)由STA 2反馈信道状态信息度量；(i)由STA 1和STA 2执行同时导频传输，以用于通过中继进行用户间干扰估计；(j)使用MIMO在AP和中继之间传输数据；(k)使用多用户MU MIMO将数据从中继发送到STA 1和STA 2。
11.如权利要求3所述的装置，其中，所述中央无线电协调器节点在所述至少一个接入点AP无线电节点内实现。
12.一种用于实现无线网络装置的方法，所述无线网络装置被配置为同时中继网络上的多个无线电节点之间的通信，该方法包括以下步骤：
将多个无线电节点配置为具有第一级的信号处理能力并且支持多输入多输出MIMO通信的第一类和具有第二级的信号处理能力、不支持MIMO通信并且具有比第一类更低的天线增益的第二类的组合；
其中至少一个所述无线电节点是配置为用于MIMO通信的第一类无线电节点的接入点AP；
基于所述多个无线电节点的信号处理能力的级别和所述多个无线电节点与所述无线网络装置之间的通信特性选择无线电节点作为所述AP与任何一个所述无线电节点之间的中继节点，所述通信特性包括信号强度和空中时间考虑因素，由此第一类无线电节点具有增加的选择概率，因为第一类无线电节点由于相比于第二类无线电节点能够进行多路复用通信而消耗更少的空中时间；
响应于从AP到中继的MIMO跳跃以及随后的从中继节点到作为目的地的所述无线电节点的多用户MU MIMO跳跃，执行中继，其中作为目的地的所述无线电节点是客户端；和
调整在所述方法中使用的超帧结构内的中继服务时段SP，以包含多个训练和数据传输帧；和
其中利用无线电节点的MIMO能力来提供无线电节点和AP之间的频谱有效中继。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在数据通信会话之前选择无线电节点作为中继节点。
14.如权利要求12所述的方法，还包括在信标报头间隔(BHI)期间利用管理帧来控制MIMO能力的使用。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述管理帧以信息元素(IE)格式传送MIMO设备能力。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述通信特性的信号强度是从接收信号强度指示符(RSSI)和信噪比(SNR)的信号强度测量结果中选择的。
17.如权利要求12所述的方法，其中，所述通信特性还包括从包括(a)无线电节点的类别；(b)中继能力；(c)到达角(AoA)/出发角(AoD)；和(d)AC或DC电源的存在的特性组中选择的一个或多个度量。
18.如权利要求12所述的方法，其中，所述中继服务时段SP中的字段包括：(a)AP与中继之间的波束成形BF细化；(b)信道状态信息度量由中继反馈，以用于MIMO操作；(c)在中继和第一站STA 1之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(d)在中继和第二站STA 2之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(e)从中继到STA 1执行探测序列；(f)由STA 1反馈信道状态信息度量；(g)从中继到STA 2执行探测序列；(h)由STA 2反馈信道状态信息度量；(i)由STA 1和STA 2执行同时导频传输，以用于通过中继进行用户间干扰估计；(j)使用MIMO在AP和中继之间传输数据；(k)使用多用户MU MIMO将数据从中继发送到STA 1和STA 2。
19.一种用于无线网络的无线接入点AP装置，该装置被配置为同时中继网络上的多个无线电节点之间的通信，该装置包括：
(a)接入点AP，被配置为使用多输入多输出MIMO能力执行同时通信以与网络中的具有第一级的信号处理能力并且支持MIMO的第一类或者具有第二级的信号处理能力、不支持MIMO通信并且具有比第一类更低的天线增益的第二类的多个无线电节点通信；
(b)所述AP中的计算机处理器；
(c)存储能够由所述AP中的所述计算机处理器执行的指令的非暂时性计算机可读存储器；
(d)其中所述指令在由计算机处理器执行时执行以下步骤，包括：
(i)基于所述多个无线电节点的信号处理能力的级别和所述多个无线电节点与无线AP装置之间的通信特性从所述多个无线电节点中选择中继设备，所述通信特性至少包括信号强度度量和空中时间要求的估计；
(ii)利用在超帧结构内的包含多个训练和数据传输帧的中继服务时段(SP)；
(iii)对两个或更多个无线电节点同时执行中继链路建立RLS，以减少RLS消息传送开销；和
(e)响应于从所述AP到所选择的中继设备的MIMO跳跃以及随后从所选择的中继设备到作为客户端的目的地无线电节点的多用户MU MIMO跳跃，中继数据通信。
20.如权利要求19所述的装置，其中，在与作为客户端的所述目的地无线电节点进行数据通信会话之前，所述AP选择无线电节点作为中继节点。
21.如权利要求19所述的装置，其中，在信标报头间隔(BHI)期间利用管理帧来控制MIMO能力的使用。
22.如权利要求21所述的装置，其中，所述管理帧以信息元素(IE)格式传送MIMO设备能力。
23.如权利要求19所述的装置，其中，所述通信特性的信号强度是从接收信号强度指示符(RSSI)和信噪比(SNR)的信号强度测量结果中选择的。
24.如权利要求19所述的装置，其中，所述通信特性还包括从包括(a)第一类别或第二类别能力；(b)中继能力；(c)到达角(AoA)/出发角(AoD)；和(d)AC或DC电源的存在的特性组中选择的一个或多个度量。
25.如权利要求19所述的装置，其中，所述中继服务时段SP中的字段包括：(a)AP与中继之间的波束成形BF细化；(b)信道状态信息度量由中继反馈，以用于MIMO操作；(c)在中继和第一站STA 1之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(d)在中继和第二站STA 2之间执行BF训练，包括Tx和Rx扇区训练；(e)从中继到STA 1执行探测序列；(f)由STA 1反馈信道状态信息度量；(g)从中继到STA 2执行探测序列；(h)由STA 2反馈信道状态信息度量；(i)由STA 1和STA 2执行同时导频传输，以用于通过中继进行用户间干扰估计；(j)使用MIMO在AP和中继之间传输数据；(k)使用多用户MU MIMO将数据从中继发送到STA 1和STA 2。
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