TWI589174B - 用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統及其方法 - Google Patents

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Description

用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統及其方法
本發明係關於一種無線通訊技術中合作式傳輸機制，詳而言之，係關於一種用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統及其方法。
近年來，隨著無線通訊技術的發展，都市內利用無線接取點(access point；AP)來架構Wi-Fi基本服務區(basic scrvice set；BSS)已越來越常見。不管是公共建築物內或是一般道路上，透過大量設置Wi-Fi無線接取點，減少各Wi-Fi基本服務區之間未涵蓋範圍的出現，藉此提供使用者使用便利性，亦即，可隨時使用Wi-Fi服務。
為了提供使用者方便且高速的無線上網服務，佈建Wi-Fi無線接取點已成為趨勢，密集式的佈建無線接取點能有效地減緩無線訊號能量的路徑衰減(path loss)，進而提升無線接取點所建構之基本服務區內使用者的接收訊號之訊噪比(SNR)，同時也可服務更多人，然而，密集式的 無線接取點佈署可能產生許多的重疊基本服務區(overlapping BSS；OBSS)，而導致接取點彼此之間的頻寬競爭以及通道干擾，此將導致無線網路系統效能下降，造成整體系統效能不彰。有鑑於此，IEEE 802.11ac標準制定了新的多使用者多輸入多輸出(multi-user multiple input multiple output；MU-MIMO)傳輸技術，但其應用環境僅考量於單一基本服務區，無法有效的解決因重疊的基本服務區所造成的問題。
因此，對於眾多鄰近無線接取點間通道競爭與干擾等情況，如何找出一種Wi-Fi無線區域網路中多個接取點之間的合作傳輸機制，藉此解決重疊基本服務區內接取點之間頻譜資源競爭與訊號干擾之問題，實已成此領域技術人員目前亟欲解決的課題。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明之目的係提出一種多接取點之間的合作傳輸機制，係於在無線接取點(AP)林立的環境中，採用兩種合作式通訊技術，藉此解決重疊基本服務區(OBSS)所產生的嚴重通道競爭以及下行(downlink)傳輸之訊號干擾問題。
本發明之另一目的係針對上述避免重疊基本服務區間之干擾問題，提出多種收集使用者通道資訊之方法，以提供不同設備架構下接取點收集使用者通道資訊之應用。
為達成前述目的及其他目的，本發明提出一種用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統，係包括：複數個 接取點、分群控制器以及至少一個叢集控制器。該複數個接取點係用於分別服務其服務範圍內之至少一使用者之設備，該分群控制器用於依據該複數個接取點之位置及該服務範圍以分群該複數個接取點，俾將該複數個接取點分群成複數個叢集，該至少一個叢集控制器用於控制其所管轄之叢集內所有接取點之間的合作式同步下行傳輸，其中，各叢集控制器採用合作式多天線多使用者技術，透過該叢集內之使用者之設備選取、探聽程序執行、通道資訊收集以及預編碼矩陣計算，以執行各該叢集內多個使用者之設備之同步下行資料傳輸，其中，至少兩個該叢集之間在交集時，係採用干擾抑制機制，透過交換使用者通道資訊，以消除位於不同叢集交集區之使用者之設備所產生之干擾。
於一實施態樣中，各接取點以競爭通道方式決定執行通道量測程序的順序以得到該使用者通道資訊。
於另一實施態樣中，每一叢集依序執行探聽程序，且位於該不同叢集交集區的使用者之設備參與多個叢集之探聽程序，以得到該使用者通道資訊。
於又一實施態樣中，數個叢集內之接取點形成一群播群組，俾使各使用者之設備係一次估計並回覆所有通道資訊，以得到該使用者通道資訊。
本發明還提出一種用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸方法，係包括：分群複數個接取點成為複數個叢集，其中，各接取點係分別服務其服務範圍內之至少一使用者 之設備；各該叢集透過合作式多天線多使用者技術以執行各該叢集內多個使用者之設備之同步下行資料傳輸；各該叢集交換彼此之使用者通道資訊，該使用者通道資訊包括位於不同叢集交集區之使用者之設備的使用者通道資訊；以及各該叢集透過干擾抑制機制，消除位於該不同叢集交集區之使用者之設備所產生之干擾。
相較於先前技術，本發明所提出之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統及其方法，在整體集中控管架構中，透過分群控制器將管轄的接取點作適當的分群，針對每一個叢集將會存在一個各自的叢集控制器，其中，在同一個叢集內的接取點，採用合作式多天線多使用者技術，藉此將通道資訊以及使用者傳輸資料進行交換，進而形成一虛擬的多使用者多輸入輸出(MU-MIMO)下行傳輸系統，另外，對於叢集之間的干擾(inter-cluster interference)，則透過通道資訊的交換，利用干擾抑制機制以抑制上述干擾之情況。因此，本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統及其方法，係提供WiFi無線區域網路下多個接取點之間的合作傳輸機制，特別是，對於該些接取點有重疊基本服務區產生者，可有效解決重疊基本服務區內接取點之間的頻譜資源競爭與訊號干擾等問題。
1‧‧‧用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸 系統
11‧‧‧接取點
12‧‧‧分群控制器
13‧‧‧叢集控制器
S100~S103‧‧‧步驟
第1圖係說明本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統的系統架構圖； 第2A和2B圖係說明本發明以第1圖為例採用IEEE 802.11ac多使用者多輸入輸出技術的探聽程序封包交換時序圖和資料傳輸時序圖；第3圖係說明本發明以第1圖為例採用多使用者多輸入輸出技術以及使用第一種探聽程序方法之干擾抑制機制的封包交換時序圖；第4圖係說明本發明以第1圖為例採用多使用者多輸入輸出技術以及使用第二種探聽程序方法之干擾抑制機制的封包交換時序圖；第5圖係說明本發明之第二種探聽程序方法下封包格式及傳送端MAC位址設定；第6圖係說明本發明以第1圖為例採用多使用者多輸入輸出技術以及使用第二種探聽程序方法之干擾抑制機制的封包交換時序圖；第7圖係說明本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統不使用RTS/CTS機制的資料傳輸時序圖；第8圖係說明本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統使用第一種RTS/CTS機制的資料傳輸時序圖；第9圖係說明本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統使用第二種RTS/CTS機制的資料傳輸時序圖；第10圖係說明本發明不使用和使用RTS/CTS機制之網路吞吐量效能之比較圖；以及 第11圖係說明本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸方法之步驟圖。
以下係藉由特定的實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他特點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。
參閱第1圖，其說明本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統的系統架構圖。如圖所示，此為使用無線接取點(AP)以架構基本服務區(BSS)之範例，於此範例中，共有四個接取點(分別為AP1、AP2、AP3、及AP4)，每個接取點有各自服務範圍和服務的使用者，每一個接取點皆有兩根天線，其中，接取點AP1可使用多使用者多輸入輸出(MU-MIMO)技術傳送資料給使用者1之設備和使用者2之設備，同理，接取點AP2、接取點AP3以及接取點AP4也可以MU-MIMO技術分別傳送資料給使用者3之設備和使用者4之設備、使用者5之設備和使用者6之設備及使用者7之設備和使用者8之設備。假設每位使用者之設備均僅有一支天線，於IEEE 802.11ac標準下，會每一個接取點之服務區制定MU-MIMO傳送機制，也就是說，在第1圖中的四個接取點之間，是以競爭通道方式決定執行通道量測程序(即探聽程序)的順序。
請同時參考第2A和2B圖，其說明本發明以第1圖為例採用IEEE 802.11ac多使用者多輸入輸出技術的探聽程 序封包交換時序圖和資料傳輸時序圖。在完美通道競爭(即不會有碰撞情形發生)以及完美同步的情況下，假設接取點AP1取得通道使用權而得以進行探聽程序，由於接取點AP4與接取點AP1不會互相干擾，故接取點AP4可同步進行探聽程序。依據標準所制定之程序，接取點AP1和接取點AP4依序送出NDP預告(NDP(null data packet)announcement)以及NDP，第一個接收設備(假設分別是使用者1之設備和使用者7之設備)在收到NDP後間隔SIFS(Short IFS；短訊框間隔)時間，回覆量測到的通道狀況(即第2A圖中的compressed beamforming)，接取點AP1和接取點AP4再送出Report poll後，由第二個接收設備(分別是使用者2之設備和使用者8之設備)回覆量測到的通道狀況(compressed beamforming)。
由於接取點AP2和接取點AP3兩者服務的使用者之設備互相干擾，因而接取點AP2與接取點AP3的探聽程序必須錯開進行。在假設不會有碰撞發生的情況下，整個探聽程序如第2A圖所示，共計使用了四個NDP預告(NDP announcement)與NDP封包來完成探聽程序。在探聽程序執行完成後，四個接取點仍透過通道競爭方式進行資料傳輸。因此，最佳資料傳輸情形為接取點AP1與接取點AP4同時傳送資料，基於接取點AP2與接取點AP3會互相干擾，故依序是接取點AP2與接取點AP3的資料傳送(如第2B圖所示)。
由上可知，儘管IEEE 802.11ac標準制定了多使用者多 輸入輸出(MU-MIMO)傳輸技術，但其應用環境僅考量單一基本服務區。當密集佈建基本服務區時，會產生許多重疊基本服務區(OBSS)，進而造成接取點之間競爭通道以及通道干擾等情況，使系統效能不彰，故IEEE 802.11ac標準是無法有效地解決因重疊基本服務區所造成的問題。
在遵循802.11ac標準下，為了減少重疊基本服務區的競爭以及干擾問題，本發明提出一種應用於無線區域網路範疇，在下行通道中多接取點執行合作式傳輸之方法。若在眾多無線接取點之網路中，若接取點能即時透過迴路網路(backhaul network)或網際網路進行通道資訊以及使用者傳輸資料的交換，則能使用網路式多輸入多輸出(Network MIMO)技術與多使用者多輸入輸出(MU-MIMO)下行傳輸技術，此有助於降低基本服務區之間的競爭與干擾。
理論上，應用網路式多重輸入多重輸出技術可將合作的接取點與使用者之設備之間的通道視為單一個虛擬的大型多輸入多輸出系統(virtual MIMO)，進而增加系統傳輸率。然而，網路式多輸入多輸出(Network MIMO)技術之執行，需要透過迴路網路在接取點之間交換使用者之設備的傳輸資料，若網路接取點數量增加，則資訊交換量也變大，此可能導致訊號處理時複雜度過高、傳輸延遲過長、以及迴路網路負荷過重，導致無法達成預期的系統效能。
對此，本發明提出使用一個中控系統來管制整個系統內之接取點的技術概念。如第1圖所示，用於無線區域網 路中多接取點之合作傳輸系統1包括複數個接取點11、分群控制器12以及至少一個叢集控制器13。
複數個接取點11用於分別服務其服務範圍內之至少一使用者之設備，如圖所示，本實施例中之接取點11可包括接取點AP1、接取點AP2、接取點AP3和接取點AP4，而各接取點11其服務範圍內有其各自服務的使用者之設備，如圖所示，分別為使用者1之設備至使用者8之設備。
分群控制器12用於依據該複數個接取點11之位置及該服務範圍以分群該複數個接取點11，以將該複數個接取點11分群成複數個叢集。如圖所示，分群控制器12可將該複數個接取點11分群成二個叢集，分別為叢集1(如固定間隔虛線所示)和叢集2(如點線交錯虛線所示)。
至少一個叢集控制器13用於控制其所管轄之叢集內所有接取點之間的合作式同步下行傳輸，其中，各叢集控制器採用合作式多天線多使用者技術，透過叢集內之使用者之設備選取、探聽程序執行、通道資訊收集以及預編碼矩陣計算，以執行各叢集內多個使用者之設備之同步下行資料傳輸，上述是指同一叢集內可交換通道資訊以及使用者傳輸資料。於本實施例中，合作式多天線多使用者技術可為網路式多輸入多輸出(Network MIMO)技術，但不以此為限。
另外，叢集之間在交集時，係採用干擾抑制機制，透過交換使用者通道資訊，以消除位於不同叢集交集區之使用者之設備所產生之干擾，上述是指不同叢集之間可透過 交換使用者通道資訊以消除叢集間的干擾。於本實施例中，干擾抑制機制可利用多點協調(Coordination Multi-Point；CoMP)的結合式波束成型(joint beamforming；JB)技術，但不以此為限，如此，叢集之間無需進行龐大的使用者傳輸資料之交換。
本發明所提出之WiFi無線區域網路中多接取點合作傳輸方式，因為使用了網路式多輸入多輸出技術以及多點協調的結合式波束成型技術，故需要取得使用者之設備與接取點之間的通道資訊，本發明提出三種收集通道資訊的方法，為了清楚闡述三種通道資訊收集的方法，於此再以第1圖為示範例說明。
假設分群控制器12已先將四個接取點AP1~AP4區分成兩個叢集，其分別稱作叢集1以及叢集2，每一個接取點為中心的圓圈範圍為該接取點功率可及之範圍，其中，使用者1之設備~使用者4之設備為叢集1的使用者之設備，而使用者5之設備~使用者8之設備為叢集2的使用者之設備。假定各接取點各配置了兩根無線天線，做為訊號接收與傳送之天線，而使用者1~8之設備分別僅配置單根天線。對於叢集1內的接取點而言，可應用網路式多輸入多輸出技術，在避免叢集內干擾的前提下，同時支援四個使用者之設備(使用者1之設備~使用者4之設備)的下行傳輸，同樣地，叢集2也可以利用相同的技術，支援四個使用者之設備(使用者5之設備~使用者8之設備)之下行傳輸。
然而，儘管利用網路式多輸入多輸出技術可避免單一叢集內部使用者之設備之間的干擾，但是無法避免可能存在不同叢集之間的干擾，比如說叢集2內之接取點AP3對使用者4之設備的干擾，因此，為了更進一步避免叢集之間的干擾，我們採用多點協調的結合式波束成型技術，利用天線自由度來換取叢集之間干擾的消除。
在第1圖中，叢集2為了避免對於使用者4之設備的干擾，在此次傳輸中，僅能服務3個使用者之設備，如使用者6之設備、使用者7之設備以及使用者8之設備，而利用額外的天線自由度來抑制對使用者4之設備的干擾。在執行上述下行合作傳輸之前，叢集控制器13需要先取得接取點至使用者之設備之間的通道係數，以便計算出適當的預編碼(pre-coding)矩陣。
需說明者，本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統1一次僅能對單一個不同叢集交集區的使用者之設備進行判斷，故下面實施例皆以使用者4之設備為例。
為了得到相關的通道係數，本發明提出三種接取點通道資訊收集的分法，藉此讓接取點執行通道資訊收集的任務，並估計出其傳輸功率所及之無線通道。
接取點通道資訊收集的第一種方法係各接取點以競爭通道方式決定執行通道量測程序的順序以得到該使用者通道資訊。也就是說，每一個接取點是以競爭通道方式來決定執行通道量測程序的順序，與第2A圖傳統方式最大差 異在於每一個接取點需要得到接取點本身至叢集內所有被選取的使用者之間的通道，以及與位於叢集邊界遭受影響的鄰近使用者之間的通道。
具體而言，以第1圖為例，對於叢集1而言，接取點AP1將會收集使用者1之設備、使用者2之設備以及使用者3之設備的通道訊號，但使用者4之設備位於其傳送功率範圍之外，故不收集其通道訊號。同樣地，接取點AP2將收集使用者1之設備、使用者2之設備、使用者3之設備以及使用者4之設備的通道訊號。對於叢集2而言，接取點AP3將會收集使用者4之設備、使用者6之設備及使用者7之設備，請注意到使用者4之設備為叢集1的使用者之設備，而接取點AP4會收集使用者6之設備、使用者7之設備及使用者8之設備。在通道完美競爭的情況下，假定接取點AP1取得通道使用權得以進行探聽程序，由於接取點AP4不會與接取點AP1互相干擾，故接取點AP4亦同步進行探聽程序。
接取點AP1與接取點AP4首先依照IEEE 802.11ac標準所制定之通道探聽程序，進行通道資訊的收集。結束後，接取點AP2與接取點AP3開始競爭通道，假定由接取點AP2搶到通道優先權，開始進行其通道探聽，基於接取點AP3會遭受到接取點AP2的回傳使用者之設備的干擾，故需等待接取點AP2結束探聽程序後，方可進行自身的通道探聽程序。
在假設不會有碰撞發生情況下，整個探聽程序如第3 圖所示，於本方法中，共計發送了四個NDP預告與NDP封包，藉以收集所需通道資訊。由於四個接取點是根據IEEE 802.11ac標準所制定之通道競爭方式取得通道使用權、傳送NDP預告以及NDP，故封包內各欄位內容一如IEEE 802.11ac標準所制定者，無需更改。
接取點通道資訊收集的第二種方法係每一叢集依序執行探聽程序，且位於該不同叢集交集區的使用者之設備參與多個叢集之探聽程序，以得到該使用者通道資訊。也就是說，以叢集為單位，每一叢集依序進行探聽程序，對於位於不同叢集交集區的使用者之設備，則會參與多個叢集之探聽程序。
同樣以第1圖為例，分群控制器12分別為叢集1與叢集2設定一群播位址，並由叢集1的接取點AP1與接取點AP2同時發送NDP預告與NDP封包，收集使用者1之設備、使用者2之設備、使用者3之設備及使用者4之設備的通道資訊，接著，由叢集2的接取點AP3與接取點AP4發送NDP預告與NDP封包，收集使用者4之設備、使用者6之設備、使用者7之設備及使用者8之設備的通道資訊。此方法共計發送了兩個NDP預告與NDP封包，藉以收集所需通道資訊，整個探聽程序如第4圖所示。
需說明者，IEEE 802.11ac標準之NDP預告封包格式如第5圖的上半圖所示。當裝填封包時，由於支援多使用者多輸入輸出技術之故，6位元組(byte)的MAC接收者位址為廣播位址(即ff：ff：ff：ff：ff：ff)，而6位元組的MAC傳 送者位址可以透過IP群播位址轉換MAC群播位址取得。
轉換方法如第5圖的下半圖所示，將IP群播位址的後面23位元置入MAC群播位址的後面23位元，而MAC群播位址的前面24位元固定為0x01005E，第25位元為0。例如，IP群播位址224.192.16.1的MAC群播位址為01-00-5E-40-10-01。
接取點通道資訊收集的第三種方法係數個叢集內之接取點形成一群播群組，俾使各使用者之設備能一次估計並回覆所有通道資訊。由於IEEE 802.11ac標準能支援最多八根天線的預編碼矩陣(precoding matrix)計算，故此通道資訊收集法僅適用於群播群組內所有接取點的天線總和不超過八根，讓使用者之設備能一次估計與回覆所有通道資訊。
同樣以第1圖為例，由於四個接取點共計有八支天線，故每一個使用者之設備能在收到回報調查(Report poll)時，將估計的通道資訊一次回覆給接取點群組。與前兩種方法相比較，此法僅需發送一次NDP預告與NDP封包就可以收集到所需的通道資訊，整個探聽程序如第6圖所示，IP群播位址與MAC群播位址的轉換方法同樣如前面第二種方案所述。
請參考第6圖，對於本方法中的NDP訊號，我們可以利用接取點之間的幾何關係以及其功率範圍，來簡化其NDP訊號之設計。以第1圖為例，此NDP訊號可僅由四個已知的單位正交向量(orthonormal vectors)構成，這裡以 符號、、和來表示這四個向量，其中接取點AP1可 依天線分別傳送與向量，而接取點AP2可依天線分別 傳送與向量來當作NDP訊號。對於接取點AP3而言， 因為其傳送功率範圍未與接取點AP1之傳送範圍重疊，因 此，可以重複採用與向量當作NDP訊號，基於同樣理 由，接取點AP4則可採用與。如此一來，便能讓使用 者之設備能夠估計周遭所有接取點功率所及之無線通道。
舉例來說，使用者4之設備可以聽到接取點AP2以及接取點AP3所發出的NDP訊號，進而估出相對應的通道係數，在數學上，我們可以用符號來代表使用者之設備k所估計到接取點APj的第i個天線到自身的通道係數，舉例來說，使用者4之設備可估計到、、以及等通道係數。
當NDP傳送結束時，使用者1之設備會依照IEEE 802.11ac標準自行回報估計到的通道資訊，接著，網路中接取點會依序調查剩餘使用者之設備的通道資訊，如接取點AP1可依序詢問使用者2之設備和使用者3之設備，接著接取點AP2詢問使用者4之設備，接取點AP3詢問使用者6之設備和使用者7之設備，接取點AP4詢問使用者8之設備。
須注意到，使用者4之設備回報資訊的時候，會將上述四個通道資訊一併回傳給接取點AP2，而叢集2為了避免對使用者4之設備造成干擾，可透過接取點AP3來偷聽其回傳訊息，以便獲得通道資訊，或者可經由迴路網路或 網際網路向叢集1的接取點AP2取得。
透過上述三種不同接取點通道資訊收集的方法，可完成通道資訊收集。在接取點完成通道探聽程序後，接取點會將收集到的通道資訊回傳到其叢集內的叢集控制器，接著，叢集控制器更進一步，透過分群控制器或叢集之間的迴路網路或網際網路，針對邊界被選取的使用者之設備，進行通道資訊的交換。
當每一個叢集中的叢集控制器，依序收集到周遭回報的通道資訊時，便可以形成一個虛擬的多輸入多輸出通道係數矩陣，利用此矩陣，便可以計算相對應的預編碼，例如零強制預編碼(zero-forcing pre-coder)方法。
以叢集2為例，其叢集控制器依照收到的通道回報資訊，可以形成一個虛擬的多輸入多輸出通道矩陣H如下：
其中，每行(column)代表不同使用者之設備，每個列(row)代表使用者之設備到某個接取點的某根天線。注意到，使用者4之設備處於接取點AP4的平均功率所及之範圍外，因此，我們設定以及。相似地，我們設定以及。另外，值得注意的是，雖然使用者4之設備並非叢集2的使用者之設備，但是為了避免叢集之間 的干擾，仍需將使用者4之設備的通道資訊納入考量，如此一來在下行傳輸時，能夠避開或減緩對其干擾。
對於使用者4之設備、使用者6之設備、使用者7之設備和使用者8之設備會收到來自接取點的訊號如下：Y=[y4 y6 y7 y8]=XH+n=[x1 x2 x3 x4]H+n=[d1 d2 d3 d4]GH+n=[d1 d2 d3 d4](H*xH)-1H*xH+n=[d1 d2 d3 d4]+(n4 n6 n7 n8)=[0 d2 d3 d4]+(n4 n6 n7 n8)
其中，d1、d2、d3、d4分別代表要送給使用者4之設備、使用者6之設備、使用者7之設備和使用者8之設備之資料，由於叢集2並不會送資料給使用者4之設備，因而此處為0，並利用的通道係數矩陣，叢集2的叢集控制器可以進一步採用零強制編碼方法，計算出其預編碼矩陣為G=(H*xH)-1H*，其中*代表共軛轉置運算符號。此編碼矩 陣G可表示為，其中，、以及分別代表使 用者6之設備、使用者7之設備以及使用者8之設備的預編碼向量，利用此結果，叢集2中的虛擬多輸入多輸出系統在傳輸前預載這三個預編碼向量，便能在對使用者6之設備、使用者7之設備以及使用者8之設備進行下行傳輸時，同時避免對使用者4之設備產生干擾。
在取得通道資訊後，針對執行該各叢集內該多個使用者之同步下行資料傳輸，亦即資料串流傳輸，可選擇使用 或不使用RTS/CTS機制。
若不使用RTS/CTS機制，此與IEEE 802.11ac標準的多使用者之設備多輸入多輸出技術之差異處在於，本發明之機制包括兩個叢集、四個接取點可同時同頻傳送七個資料串流(data stream)，其資料傳輸時序圖如第7圖所示。
反之，當接取點執行下行資料傳輸時，若需先執行RTS/CTS機制時，請求發送(RTS)與允許發送(CTS)的傳輸方式有二，分別如第8圖和第9圖所示。其中，第8圖係四個接取點依序分別傳送RTS，接著各使用者之設備再依序回覆CTS，透過計算得到的預編碼矩陣，四個接取點同步一起傳送資料串流，而各使用者之設備依序回覆回應封包(ACKs)。
第9圖則是基於在已知預編碼矩陣的情況下，四個接取點可將RTS封包內容與預編碼矩陣做運算，同步傳送RTS封包並同時達到抑制干擾效果。由於本發明僅屬於下行多點協調傳輸，故各使用者之設備乃依序回覆CTS封包。
最後，以第1圖之網路拓樸為例，透過電腦模擬來探討使用三種探聽程序之效能表現。第10圖的(a)、(b)和(c)分別是沒有使用RTS/CTS與使用兩種RTS/CTS封包交換機制的網路吞吐量。如圖所示，第三種方法的探聽程序占用最少的通道時間，故其網路吞吐量最大，反之，由於第一種方法之探聽程序耗用較高的通道時間，所以它的吞吐量較第三種方法少了約10%。
同理，第一種RTS/CTS封包交換機制占用較多的通道 時間，故在使用同一種探聽程序之情況下，第二種RTS/CTS封包交換機制的網路吞吐量較其高了6%，針對每一種探聽程序，兩種RTS/CTS交換機制均造成網路吞吐量約6%的差異。
參閱第11圖，係說明本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸方法之步驟圖。如圖所示，於步驟S100中，係分群複數個接取點成為複數個叢集，其中，各接取點係分別服務其服務範圍內之至少一使用者之設備。也就是，先將複數個接取點執行分群，而分群依據可為接取點之位置及服務範圍，且各接取點內會有其服務之使用者之設備。
於步驟S101中，係各叢集透過合作式多天線多使用者技術以執行各叢集內多個使用者之設備之同步下行資料傳輸。於此步驟中，係指各叢集內利用合作式多天線多使用者技術，例如網路式多輸入多輸出(Network MIMO)技術，但不以此為限，透過叢集內之使用者之設備選取、探聽程序執行、通道資訊收集以及預編碼矩陣計算等程序，達到各叢集內多個使用者之設備之同步下行資料傳輸的目的。
於步驟S102中，係各叢集交換彼此之使用者通道資訊，該使用者通道資訊包括位於不同叢集交集區之使用者之設備的使用者通道資訊。在執行上述下行合作傳輸之前，叢集控制器13需要先取得接取點至使用者之設備之間的通道係數，以便計算出適當的預編碼矩陣，為了得到相關的通道係數，故本步驟即執行接取點通道資訊收集。
具體來說，本發明還提出三種接取點通道資訊收集之方法，包括：第一種為各接取點以競爭通道方式決定執行通道量測程序的順序以得到該使用者通道資訊；第二種為每一叢集依序執行探聽程序，且位於該不同叢集交集區的使用者之設備參與多個叢集之探聽程序，以得到該使用者通道資訊；以及第三種為數個叢集內之接取點形成一群播群組，俾使各使用者之設備能一次估計並回覆所有通道資訊，以得到該使用者通道資訊。
於步驟S103中，係各叢集透過干擾抑制機制，消除位於該不同叢集交集區之使用者之設備所產生之干擾。於此步驟中，係說明不同叢集之間可透過交換使用者通道資訊來消除叢集間的干擾，干擾抑制機制可為多點協調(CoMP)的結合式波束成型(JB)技術，但不以此為限。
另外，本發明還提出執行該各叢集內多個使用者之設備之同步下行資料傳輸可使用或不使用RTS/CTS機制。關於上述各步驟提及之技術方案，已於前面詳盡說明，於此將不再贅述。
綜上所述，本發明之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統及其方法，透過分群控制器將管轄的接取點作適當的分群，每一個叢集存在一個各自的叢集控制器，其中，在同一個叢集內的接取點，採用合作式多天線多使用者技術，藉此將通道資訊以及使用者傳輸資料進行交換，亦即形成一虛擬的多使用者多輸入輸出下行傳輸系統，另外，對於叢集之間的干擾，則可透過通道資訊的交 換來抑制不同叢集交集區之使用者之設備的可能干擾情況。因此，本發明所提出之合作式下行傳輸機制，可提供WiFi無線區域網路下多個接取點之間的合作傳輸，特別是針對重疊基本服務區者，將能有效解決重疊基本服務區內接取點之間的頻譜資源競爭與訊號干擾之問題。
上述實施例僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
1‧‧‧用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統
11‧‧‧接取點
12‧‧‧分群控制器
13‧‧‧叢集控制器

Claims (10)

  1. 一種用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統，係包括：複數個接取點，係用於分別服務其服務範圍內之至少一使用者之設備；分群控制器，係用於依據該複數個接取點之位置及該服務範圍以分群該複數個接取點，俾將該複數個接取點分群成複數個叢集；以及至少一個叢集控制器，係用於控制其所管轄之叢集內所有接取點之間的合作式同步下行傳輸，其中，各該叢集控制器採用合作式多天線多使用者技術，透過該叢集內之使用者之設備選取、探聽程序執行、通道資訊收集以及預編碼矩陣計算，以執行各該叢集內多個使用者之設備之同步下行資料傳輸，其中，至少兩個該叢集在交集區係採用干擾抑制機制，透過在該交集區內之使用者均參與所有叢集的通道探聽程序，使得各該叢集之接取點取得使用者通道資訊，以消除位於該交集區內不同叢集之使用者之設備所產生之干擾，且其中，該通道資訊收集包括將數個該叢集內之接取點形成一群播群組且每一該叢集依序執行探聽程序，透過各該叢集分別設定一群播位址以得到該使用者通道資訊，或數個該叢集共同形成一群播群組，同時執行該通道探聽程序。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於無線區域網路中多 接取點之合作傳輸系統，其中，各該接取點更以競爭通道方式決定執行通道量測程序的順序以得到該使用者通道資訊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統，其中，於每一該叢集依序執行探聽程序時，位於不同叢集交集區的使用者之設備參與多個該叢集之探聽程序。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統，其中，於數個該叢集內之接取點形成該群播群組時，各使用者之設備係一次估計並回覆所有通道資訊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸系統，其中，該干擾抑制機制係為協調式多點處理中的結合式波束成型技術、或多天線多使用者的干擾抑制技術。
  6. 一種用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸方法，係包括：分群複數個接取點成為複數個叢集，其中，各接取點係分別服務其服務範圍內之至少一使用者之設備；各該叢集透過合作式多天線多使用者技術以執行各該叢集內多個使用者之設備之同步下行資料傳輸；各該叢集內之使用者參與叢集的通道探聽程序 以取得使用者通道資訊，該使用者通道資訊包括位於不同叢集交集區之使用者之設備的使用者通道資訊，其中，該使用者通道資訊係將數個該叢集內之接取點形成一群播群組且每一該叢集依序執行探聽程序所得到者，或數個該叢集內之接取點共同形成一群播群組，共同執行該通道探聽程序而得；以及各該叢集透過干擾抑制機制，消除位於該不同叢集交集區之使用者之設備所產生之干擾。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸方法，其中，各該接取點更以競爭通道方式決定執行通道量測程序的順序以得到該使用者通道資訊。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸方法，其中，於每一該叢集依序執行探聽程序時，位於該不同叢集交集區的使用者之設備參與多個該叢集之探聽程序。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸方法，其中，於數個該叢集內之接取點形成該群播群組時，各使用者之設備係一次估計並回覆所有通道資訊。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之用於無線區域網路中多接取點之合作傳輸方法，其中，該干擾抑制機制係為協調式多點處理中的結合式波束成型技術、或多天線多使用者的干擾抑制技術。
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