CN111095969A - 用于信道探测的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种由波束成型发送器设备执行的用于在包括波束成型发送器设备和至少一个波束成型接收器设备的网络中进行信道探测的方法，该方法包括：在每轮信道探测中，当列表不为空时，发送包括所述列表中包括的波束成型接收器设备的标识信息的公告消息并清除所述列表，其中所述列表中包括的波束成型接收器设备移动了超过阈值的距离。

Description

用于信道探测的方法和设备
技术领域
本公开涉及信号发送，并且更具体地涉及用于在无线系统中进行信道探测的方法和设备。
背景技术
802.11ac是对802.11n的演进改进。802.11ac的目标之一是提供与千兆位以太网联网相称的更高级别的性能。Wi-Fi 802.11ac引入了几个新特征。一个特征是多用户多输入多输出(MU-MIMO)，其中接入点同时向多个客户端发送。通过802.11n，设备可以一次发送多个空间流，但只能定向到单个地址。对于单独寻址的帧，这意味着一次只有单个设备(或用户)获得数据。这被称为单用户MIMO(SU-MIMO)。通过802.11ac，AP能够使用其天线资源在同一时间和同一频谱上将多个帧发送到不同的客户端。如果802.11n像集线器一样，那么802.11ac可以被看作是(在下行链路上的)无线交换机。为了实现这一点，MU-MIMO使用波束成型。对于波束成型，以非常简单的术语来说，波束成型就是将信号聚焦在具体的方向上。与在所有方向上广播数据的传统广播相比，波束成型允许AP或路由器确定设备(例如，膝上型计算机、平板电脑等)所在的位置，并向该具体方向投射更强的信号。因此，波束成型工作越有效，由802.11ac Wi-Fi AP提供的服务质量就越高。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了一种由波束成型发送器(beamformer)设备执行的用于在包括该波束成型发送器设备和至少一个波束成型接收器(beamformee)设备的网络中进行信道探测的方法。该方法包括在每轮信道探测中，当列表不为空时发送包括该列表中包括的波束成型接收器设备的标识信息的公告消息，并清除列表，其中该列表中包括的波束成型接收器设备移动了超过阈值的距离。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于在包括波束成型发送器设备和至少一个波束成型接收器设备的网络中进行信道探测的波束成型发送器设备。波束成型发送器设备包括收发器；存储装置，被配置用于存储列表，该列表用于存储波束成型接收器的标识信息；以及处理器，被配置为在每轮信道探测中，当列表不为空时经由所述收发器发送包括该列表中包括的波束成型接收器设备的标识信息的公告消息，并清除列表，其中该列表中包括的波束成型接收器设备已经移动了超过阈值的距离。
根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序，其包括由处理器可运行以便实现上述方法的程序代码指令。
根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，其存储在非暂态计算机可读介质上，并且包括由处理器可运行以便实现上述方法的程序代码指令。
应该理解的是，在以下本发明的详细描述中将发现本发明的更多方面和优点。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解并且被并入本申请并构成本申请的一部分的附图将用于图示本发明的实施例，如由本说明书解释的。本发明不限于该实施例。
在附图中：
图1是示出根据本公开实施例的用于波束成型过程的系统的图；
图2是根据本公开实施例的示例性波束成型发送器101(例如，AP)的框图；
图3是根据本公开实施例的示例性波束成型接收器102、103、104的框图；
图4是示出根据本公开实施例的用于波束成型过程的方法的流程图；
图5是示出根据本公开实施例的用于步骤403的方法的流程图；
图6是示出根据本公开实施例的NDP公告帧的图；
图7是示出根据现有技术的多用户信道探测过程的图；以及
图8是示出根据本公开实施例的多用户信道探测过程的图。
具体实施方式
现在将结合附图详细描述本发明的实施例。在以下描述中，为了清楚和简洁起见，可以省略已知功能和配置的某些详细描述。
IEEE 802.11ac标准描述了基于标准的波束成型。(具有多个天线的)任何设备可以随时将波束成型到任何其它设备。IEEE 802.11ac增加的是接收器帮助波束成型发送器更好地进行波束成型的机会。这被称为“探测”，它使波束成型发送器(使用波束成型转向矩阵发送物理层协议数据单元的站)将其发送的能量精确地朝着波束成型接收器(接收使用波束成型转向矩阵发送的物理层协议数据单元并支持发送波束成型反馈机制的站)转向。IEEE 802.11ac为一个IEEE 802.11ac设备定义单个(虽然可选)的协议，以探测其它IEEE802.11ac设备。波束成型的工作原理如下。设备(通常为AP)发送“超高吞吐量(VHT)空数据分组(NDP)公告”帧。其唯一目的是包含AP和目标接收者的地址。在VHT NDP公告帧之后紧接着是预期用于那些目标接收者(或接收器、接收设备)的“VHT空数据分组”(VHT NDP)。每个预期的接收器使用VHT NDP的前导码测量从AP到自身的射频(RF)信道并压缩该信道，即，每个预期接收器计算反馈矩阵。第一个预期的接收者立即以VHT压缩波束成型帧中的压缩信道信息进行响应(填充在压缩波束成型帧的头部中的动作帧头部指示该压缩波束成型帧包含反馈矩阵)，而其它接收者则在被AP轮询时做出响应。在波束成型发送器从预期接收者获得反馈矩阵之后，它通过使用来自波束成型接收器的反馈矩阵来确定转向矩阵。转向矩阵用于将发送转向到每个预期的接收器。在本文中，反馈矩阵在于使用由波束成型发送器先前发送的“训练码元”对信道进行本地测量。波束成型接收器以压缩状态将其发送到波束成型发送器，该波束成型发送器通过向下一个波束成型接收器发送“波束成型报告轮询”来继续该处理。然后，转向矩阵以抑制参与波束成型接收器之间的串扰的方式提供用于创建空间-时间流的信息。然后，波束成型接收器在接收到的每个NDP探测PPDU上重新创建其反馈矩阵。
接收者的数量和矩阵的复杂性是波束成型发送器完成波束成型接收器过程的一个循环的关键因素。当预期的接收者或波束成型接收器的数量增加时，在波束成型发送器发送波束成型消息并从所有预期的接收者获得反馈矩阵的期间累积通话时间成本。这意味着正常的Wi-Fi数据发送将中断相对长的时间。
为了简化波束成型的过程并因此改进Wi-Fi性能，本公开引入了一种波束成型技术，该技术可应用于包括至少一个可移动的设备(例如，移动设备)的系统中。是否使用波束成型取决于移动设备的移动距离。
图1是示出根据本公开实施例的用于波束成型过程的系统的图。该系统包括接入点(AP)101和包括移动设备104、膝上型计算机102和平板电脑103的若干接收者设备。在该实施例中，所有设备都与IEEE 802.11ac标准兼容，即，它们支持波束成型特征。接收者设备102、103、104(以下分别称为波束成型接收器，并且统称为波束成型接收器)能够在它们移动的情况下获得关于它们的移动的信息，例如，移动距离。AP 101(下文中称为波束成型发送器)周期性地发送波束成型消息，并从波束成型接收器接收反馈矩阵。波束成型不会发送到所有波束成型接收器，而是仅发送到移动超过阈值的距离的波束成型接收器。优点在于，对于不移动或移动距离不超过阈值的波束成型接收器，波束成型发送器101仍可以使用先前接收的反馈矩阵。关于移动距离超过阈值的波束成型接收器，很有可能这些波束成型接收器已经离开了微调波束成型覆盖范围的最佳位置，并且具有较差且降级的Wi-Fi性能，并且因此，波束成型发送器101需要调整信号到这些波束成型接收器中的每一个的投射方向。利用这种方法，缩短了NDP公告帧中的站列表，并且减少了波束成型发送器101发送波束成型并从预期的波束成型接收器接收反馈矩阵的循环的持续时间。
图2是根据本公开实施例的示例性波束成型发送器101(例如，AP)的框图。
它包括至少一个微处理器(MPC)或处理器201、至少一个收发器202、非易失性存储装置203、电源204和易失性存储装置205。应该注意的是，该框图对于波束成型发送器而言并不是详尽的。该框图集中于与波束成型过程相关的模块和部分，并且省略了对于理解本文描述的波束成型过程不是必需的模块和部分。
MPC 201被用于处理存储在非易失性存储装置203上的程序指令。
收发器202被用于从波束成型接收器接收和向波束成型接收器发送数据和信号。它至少包括IEEE 802.11ac Wi-Fi收发器。
非易失性存储装置203被用于存储数据和程序指令，如果非易失性存储装置203未通电，那么数据和程序指令保留在非易失性存储装置203中。在某些实施方式中，它可以使用只读存储器(ROM)、闪存等。对于闪存，它可以使用NOR闪存和NAND闪存。
电源204被用于向波束成型发送器101的所有模块供电。在示例中，它将交流电转换成5V直流电。
易失性存储装置205被用于存储临时数据。在实施方式中，它可以使用易失性随机存取存储器(RAM)，例如SDRAM。在本实施例中，它部分地被用于存储移动距离超过阈值的波束成型接收器的列表。
图3是根据本公开实施例的图1的示例性波束成型接收器102、103、104的框图。应该注意的是，该框图对于波束成型接收器来说并不是详尽的。该框图集中于与波束成型过程相关的模块和部分，并且省略了理解波束成型过程不需要的模块和部分。
图3的波束成型接收器包括至少一个微处理器(MPC)或处理器301、至少一个收发器302、非易失性存储装置303、电源304、易失性存储装置305和传感器306。
MPC 301被用于处理存储在非易失性存储器303上的程序指令。
收发器302被用于从波束成型发送器接收和向波束成型发送器发送数据和信号。它至少包括IEEE 802.11ac Wi-Fi收发器。
非易失性存储装置303被用于存储数据和程序指令，如果非易失性存储装置303未被供电，那么数据和程序指令保留在非易失性存储装置303中。在实施方式中，它可以使用只读存储器(ROM)、闪存等。对于闪存，它可以使用NOR闪存和NAND闪存。在实施例中，阈值被存储在非易失性存储装置中。阈值被用于与波束成型接收器在先前位置和当前位置之间的移动距离进行比较。比较结果决定是否触发到波束成型发送器101的通知或消息的发送。
电源304被用于向波束成型接收器的所有模块供电。在示例中，它将交流电转换成5V直流电。
易失性存储装置305用于存储临时数据。在实施方式中，它可使用易失性随机存取存储器(RAM)，例如SDRAM。在本实施例中，它被部分地用于存储波束成型接收器的移动距离。
传感器306被用于获得波束成型接收器的移动距离。在实施方式中，传感器306是内置的加速度计。加速度计被用于检测波束成型接收器的加速度值，该加速度值将被用于计算距离。在另一个实施方式中，传感器306还包括陀螺仪，该陀螺仪被用于计算波束成型接收器的朝向改变。加速度计和陀螺仪一起用于计算波束成型接收器的初始位置与当前位置之间的直线距离。
图4是示出根据本公开实施例的用于波束成型过程的方法的流程图。
在步骤401处，波束成型发送器(例如，AP)接收来自移动距离超过阈值的波束成型接收器的消息。具体而言，波束成型接收器的MPC 301使用波束成型接收器的传感器306的输出数据来计算距离，并确定该距离是否超过存储在非易失性存储装置303中的阈值。如果MPC 301确定距离超过阈值，那么MPC 301构造通知或消息，并使用收发器302将通知或消息发送给波束成型发送器。在本文中，通知或消息包括唯一地识别波束成型接收器的、波束成型接收器的标识信息。
在步骤402处，波束成型发送器将波束成型接收器的标识信息存储到波束成型发送器的易失性存储装置205中的列表中。应该注意的是，该列表没有重复的信息，这意味着波束成型发送器的MPC 201在新消息或通知到达时确定是否存在与该消息或通知具有相同标识信息的记录。因此，该列表包括移动距离超过阈值的波束成型接收器的标识信息，并且不包括未移动或移动距离不超过阈值的波束成型接收器的标识信息。在大多数情况下，该列表不包括与波束成型发送器相关联的所有波束成型接收器。
在步骤403处，在波束成型发送器周期性地执行的每轮或每个循环的信道探测中，波束成型发送器确定列表是否为空。如果列表中没有记录，那么波束成型发送器不执行任何操作，并等待波束成型处理的下一轮或下一循环。如果列表中至少有一个记录，那么波束成型发送器使用列表中的记录来构造NDP公告帧的站信息，并且然后使用标准IEEE802.11ac波束成型过程来发送NDP公告帧并从其标识信息被包括在NDP公告帧中的波束成型接收器接收反馈矩阵。并且然后，波束成型发送器清除该列表。下面结合图5解释根据本公开实施例的步骤403的细节。应该注意的是，步骤403和步骤401、402是并行执行的，不是时间上连续的。这意味着步骤401和402可以随时发生，并且列表中的记录将用于下一轮波束成型处理。
在步骤501处，波束成型发送器的MPC 201设置周期性定时器，每当周期性定时器的值经过到0时，该周期性定时器就触发一轮波束成型处理。
在步骤502处，在每一轮波束成型处理中，波束成型发送器的MPC 201确定存储在易失性存储装置205中的列表是否为空。这是通过对列表中记录的数量进行计数来实现的。
在步骤503处，如果列表具有至少一个记录，那么波束成型发送器的MPC 201构造并发送如图6所示的NDP公告帧，并删除列表中的所有记录。NDP公告帧的定义符合IEEE802.11ac标准。不同之处在于，仅将标识信息在列表中的波束成型接收器放入站信息字段(STA Info数据字段)中。并且然后，波束成型发送器从这些波束成型接收器接收反馈矩阵。如果列表为空，那么MPC 201不执行任何操作，而是在计时器到期时等待下一次。
下面的描述结合图1所示的示例介绍本公开的优点。在这个示例中，我们假设移动设备104是波束成型接收器1，平板电脑103是波束成型接收器2，膝上型计算机102是波束成型接收器3，并且移动设备104和平板电脑103均移动了超过阈值的距离。图7是示出根据现有技术的多用户信道探测过程的图，而图8是示出根据本公开实施例的多用户信道探测过程的图。从图7可以看出，在波束成型发送器生成控制矩阵来指引信号发送之前，波束成型发送器需要发送公告帧并从所有3个波束成型接收器接收包括反馈矩阵的压缩波束成型帧。如图8所示，因为膝上型计算机102未移动或移动距离不超过阈值，所以膝上型计算机102的站信息没有被包括在公告帧中，并且波束成型发送器不需要等待以从膝上型计算机102接收包括反馈矩阵的压缩波束成型帧。并且因此，它节省了多用户信道探测过程中使用的一些时间。随着与波束成型发送器相关联的波束成型接收器数量的增加，这个优点变得更加明显。
此外，每当新的波束成型接收器被添加到网络中并且变得与波束成型发送器相关联时，波束成型接收器就向波束成型发送器发送通知。然后，波束成型发送器将波束成型接收器添加到列表中。
在以上实施例中，MPC 301从传感器306接收输出数据，并将其与阈值进行比较。在该实施例的变型中，传感器306是也具有硬件处理器的集成电路。硬件处理器可以确定是否超过阈值，并且当距离超过阈值时，经由总线将指示过量的信号发送到MPC 301。
在上述实施例中，波束成型接收器的移动距离是经由传感器306获得的。在该实施例的变型中，移动距离由第三方设备确定，并且然后波束成型接收器从第三方设备获得移动距离。在另一个变型中，移动距离由操作者手动输入。在以上两种情况下，传感器306是冗余的，并且因此可以从波束成型接收器中移除。
在该实施例的另一个变型中，波束成型接收器提供硬件接口(例如硬件按钮)或软件接口(例如图形用户界面中的可视按钮)，从而响应于对按钮的点击而允许波束成型接收器向波束成型发送器发送通知。然后，波束成型发送器将对应的波束成型接收器添加到列表中。当用户认为信道质量不好并希望波束成型发送器调整用于这个波束成型接收器的转向矩阵时，这个特征允许用户手动将某些波束成型接收器添加到列表中。
如本领域技术人员将认识到的，本原理的各方面可以被实施为系统、方法或计算机可读介质。因而，本原理的各方面可以采取以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)，或结合软件和硬件方面的实施例，这些实施例一般都可以是在本文中被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本原理的各方面可以采取计算机可读存储介质的形式。可以利用一个或多个计算机可读存储介质的任何组合。
计算机可读存储介质可以采取实施在一个或多个计算机可读介质中并且具有在其上实施的可由计算机执行的计算机可读程序代码的计算机可读程序产品的形式。给定在其中存储信息的固有能力以及提供从中检索信息的固有能力，如本文使用的计算机可读存储介质被认为是非暂态存储介质。计算机可读存储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、装置或设备，或前述的任何合适的组合。应该认识到的是，以下内容虽然提供了可以向其应用本原理的计算机可读存储介质的更具体的示例，但仅仅是本领域普通技术人员容易认识到的说明性列表而不是详尽列表：便携式计算机软盘；硬盘；只读存储器(ROM)；可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)；便携式光盘只读存储器(CD-ROM)；光学存储设备；磁存储设备；或上述内容的任何适当组合。
因此，例如，本领域技术人员将认识到的是，本文呈现的框图表示实施本发明原理的说明性系统部件和/或电路系统的概念图。类似地，将认识到的是，任何流图、流程图、状态转变图、伪代码等表示各种处理，这些处理可以基本上在计算机可读存储介质中表示并且因此由计算机或处理器执行，无论这种计算机或处理器是否已明确示出。
已经描述了许多实施方式。不过，将理解的是，可以进行各种修改。例如，不同实施方式的元素可以被组合、补充、修改或移除，以产生其它实施方式。此外，本领域普通技术人员将理解的是，可以用其它结构和处理代替所公开的结构和处理，并且所产生的实施方式将以至少基本上相同的(一个或多个)方式执行至少基本上相同的(一个或多个)功能，以至少实现与所公开的实施方式基本相同的(一个或多个)结果。因而，这些和其它实施方式是本申请所预期的，并且在由所附权利要求定义的本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种由波束成型发送器设备执行的用于在包括波束成型发送器设备和至少一个波束成型接收器设备的网络中进行信道探测的方法，该方法包括：
在每轮信道探测中，当列表不为空时发送包括列表中包括的波束成型接收器设备的标识信息的公告消息，并清除列表(503)，其中所述列表中包括的波束成型接收器设备移动了超过阈值的距离。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
当至少一个波束成型接收器设备中的波束成型接收器设备移动了超过所述阈值的距离时，从该波束成型接收器设备接收消息(401)；以及
当没有用于该波束成型接收器设备的记录时，将该波束成型接收器设备的标识信息存储在所述列表中(402)。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述公告消息是空数据分组公告帧，该方法还包括：
构造所述空数据分组公告帧，其中基于所述列表中包括的波束成型接收器设备的标识信息来填充站信息字段。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
从新添加到所述网络的波束成型接收器设备接收消息；以及
将该波束成型接收器设备的标识信息存储在所述列表中。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
从包括在所述列表中的波束成型接收器接收包括反馈矩阵的压缩波束成型帧。
6.一种用于在网络中进行信道探测的波束成型发送器设备，该网络包括所述波束成型发送器设备和至少一个波束成型接收器设备，所述波束成型发送器包括
收发器(202)；
存储装置(205)，被配置用于存储列表，该列表被用于存储波束成型接收器的标识信息；以及
处理器(201)，被配置为经由所述收发器，在每轮信道探测中，当列表不为空时发送包括列表中包括的波束成型接收器设备的标识信息的公告消息，并清除列表(503)，其中所述列表中包括的波束成型接收器设备已经移动了超过阈值的距离。
7.如权利要求6所述的波束成型发送器设备，其中：
所述收发器(202)还被配置用于当至少一个波束成型接收器设备中的波束成型接收器设备移动了超过所述阈值的距离时，从该波束成型接收器设备接收消息(401)；以及
所述处理器(201)还被配置用于当没有用于该波束成型接收器设备的记录时，将该波束成型接收器设备的标识信息存储在所述列表中(402)。
8.如权利要求6所述的波束成型发送器设备，其中所述公告消息是空数据分组公告帧，所述处理器(201)还被配置用于构造所述空数据分组公告帧，其中基于所述列表中包括的波束成型接收器设备的标识信息来填充站信息字段。
9.如权利要求6所述的波束成型发送器设备，其中：
所述收发器(202)还被配置用于从新添加到所述网络的波束成型接收器设备接收消息；以及
所述处理器(201)还被配置用于将该波束成型接收器设备的标识信息存储在所述列表中。
10.如权利要求6所述的波束成型发送器设备，还包括：
所述处理器(201)还被配置用于经由所述收发器(202)从包括在所述列表中的波束成型接收器接收包括反馈矩阵的压缩波束成型帧。
11.一种计算机程序，包括由处理器可运行以便实现如权利要求1至5中至少一项所述的方法的程序代码指令。
12.一种计算机程序产品，其存储在非暂态计算机可读介质上并且包括由处理器可运行以便实现如权利要求1至5中至少一项所述的方法的程序代码指令。
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