一種WLAN中分布式CSI估計及動態更新方法技術

本發明專利技術公開了一種WLAN中分布式CSI估計及動態更新方法，通過將信道估計以競爭的方式分散到用戶端減小了AP端對信道規劃的壓力，同時對AP端每個用戶的信道狀態信息CSI進行計時，通過CSI動態更新算法動態地更新CSI，以減少不必要的信道估計，進而在時域上壓縮信道估計開銷，從而提高多用戶MIMO的通信效率，提高WLAN吞吐量。

【技術實現步驟摘要】
一種WLAN中分布式CSI估計及動態更新方法
本專利技術涉及無線通信領域
中，無線局域網分布式接入系統的信道估計及更新，特別是指一種WLAN中分布式CSI估計及動態更新方法。
技術介紹
隨著智能手機的普及、可穿戴設備的大量應用和多媒體業務的快速發展，全球移動數據呈現井噴式的增長。根據思科公司的預測報告，至2019年，全球無線數據流量將是當前數據量的十倍，達到3000億GB，屆時全球無線通信設備，尤其是智能移動終端的普及率將達到70％。海量的數據業務為傳統無線網絡架構帶來的不僅是通信量的增長，多種類方便快速的無線數據接入方式也是當前的主要問題之一，以WiFi為代表的無線局域網(WLAN)技術已經為人們廣泛的采用。多輸入多輸出(MIMO)技術自被WLAN標準IEEE802.11n協議采用以來，已經被理論和實踐證實能夠在空間域支持WLAN擁有更高的速率和更可靠的傳輸。最新的WLAN標準IEEE802.11ac、以及孕育中的新一代標準IEEE802.11ax，更吸納了多用戶MIMO(MU-MIMO)技術，以成倍地增加下行鏈路傳輸數據。為了同時向多個用戶傳送數據，又不引發用戶間數據流的干擾，需要對無線信道進行估計，獲得信道狀態信息(CSI，ChannelStateInformation)，通過波束成形(Beamforming)技術，在發送端進行預編碼，以抵消不同空間流之間的干擾。因此，CSI估計及其效率成為了制約WLAN多用戶MIMO傳輸的關鍵技術。本專利旨在對當前802.11ac協議的CSI估計及更新進行改進，提高CSI估計的效率，從而提高多用戶MIMO的可行性和性能，進而提高網絡的吞吐量和服務質量。由于WLAN信道的開放性和多變性，已經證明在多用戶MIMO波束成形應用時，采用顯式的信道反饋(explicitfeedback)更有利于提高系統性能。而顯式反饋信道狀態信息的副作用就是時域上的開銷降低了整個系統的效率。盡管802.11ac已經在時域、頻域、精度三個方面對信道狀態信息進行了壓縮，但是當用戶規模增長時，時域的開銷仍會大大降低多用戶MIMO的性能，甚至導致整個系統性能的惡化。同時，應用正交頻分復用(OFDM)技術的WLAN需要在頻段內每個子載波上進行信道的規劃，窮舉算法的復雜度是追求低復雜度硬件的商用接入點(AP，AccessPoint)所不可接受的。正是局限于這些問題，多用戶MIMO尚未大規模應用于商用產品。實際上，靜止用戶的信道相干時間足以傳輸幾個數據單元，而運動的用戶的信道相干時間則短得多，當前協議中的針對每個包都進行信道估計實際上存在過量估計。且802.11ac協議每次信道估計都會傳輸所有用戶的CSI，由AP進行統一的規劃，但最終的多用戶MIMO上限只有4路空間流，當用戶數量增加時，不僅為AP帶來巨大的計算壓力，更造成大量的CSI信息傳輸時間的浪費。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提出一種WLAN中分布式CSI估計及動態更新方法，用以提高多用戶MIMO的通信效率，提高WLAN吞吐量。基于上述目的本專利技術提供的一種WLAN中分布式CSI估計及動態更新方法，包括：S10，AP競爭獲得信道控制，多用戶MIMO下行傳輸開始；S11，AP各個AC通過EDCA競爭，確定主、副AC地位，將主AC的第一個包的目的站設為主用戶，并發送NDPA包；S12，AP在發送NDPA包后發送NDP包，AP的所有用戶分別通過NDP包物理幀頭進行信道估計得到自身CSI，根據相干條件判斷所述自身CSI是否過期并更新相干窗口值；S13，所述主用戶向AP回應自身CSI，其他用戶保持沉默并等待，AP收到后更新主用戶CSI，并將主用戶加入已選用戶組；S14，AP遍歷數據庫中未過期的CSI，在判定任一未過期的CSI與所述已選用戶中的所有用戶信道正交后，通過短信令通信更新所述未過期的CSI對應用戶的相干窗口值、將其加入已選用戶組并根據反饋信噪比為當前空間流選取合適的調制與編碼策略；S15，AP選取與所述已選用戶組中所有用戶信道正交的信道，分別發送探針幀，所有未加入已選用戶組的用戶通過CSI競爭獲取傳輸機會；S16，AP根據信道估計結果編碼傳輸數據幀。可選的，所述S14具體包括：S20，AP在數據庫中選取未過期的CSI，判斷所述未過期的CSI是否與已選用戶組中所有用戶信道正交，若是則向所述未過期的CSI對應用戶發送終端狀態請求幀；S21，所述未過期的CSI對應用戶收到終端狀態請求幀，向AP回應終端狀態幀，所述終端狀態幀中信息包含主用戶CSI是否過期、接受信噪比以及相干窗口值；S22，AP收到用戶反饋的終端狀態幀幀，更新所述未過期的CSI對應用戶的相干窗口值；若CSI未過期，則將該用戶加入已選用戶組并根據反饋信噪比為當前空間流選取合適的調制與編碼策略；若CSI已過期，重置數據庫中該用戶CSI更新時間；S23，判斷數據庫中是否仍有CSI未過期用戶，若是則執行步驟S20，若否則執行步驟S15。可選的，所述S15具體包括：S30，AP判斷是否已用盡所有空間自由度；若否則執行步驟S31，若否則執行步驟S16；S31，AP計算與已選擇用戶組所有用戶信道正交的信道，并向這些方向發送探針幀；S32，所有未被選擇用戶監聽信道，量化探針幀信噪比參與競爭，擁有信噪比最大的用戶獲得傳輸機會并向AP返回CSI；S33，AP接收CSI，將CSI對應用戶加入已選用戶組，更新其CSI和CSI更新時間；執行步驟S30。可選的，所述S32具體包括：S40，所述未被選擇用戶選擇監聽到的全部探針幀中接收信噪比最大的探針幀進行信噪比量化，映射為8位的二進制量化值；S41，在后續8個時隙中，各所述未被選擇用戶的量化值對應位若為“1”則發送一位信號，若為“0”則監聽信道；若任一未被選擇用戶監聽到其他用戶發送信號，則退出競爭；S42，完成8時隙競爭后，若剩余2個或2個以上用戶，AP停止后續CSI競爭，通過已有的信道信息進行多用戶MIMO數據傳輸；若剩余1個用戶，該用戶向AP返回其CSI。可選的，所述S12中，AP的所有用戶分別通過NDP包物理幀頭進行信道估計得到自身CSI，根據相干條件判斷所述自身CSI是否過期并更新相干窗口值，具體包括：S50，用戶計算自身信道相干系數，判斷自身相干系數是否小于預設門限值；若小于，則判定所述用戶CSI過期，更新用戶端CSI和信道更新時間；若不小于，則判定所述用戶CSI未過期；S51，判斷信道估計間隔是否大于信道相干窗口；若CSI過期且信道估計間隔大于相干窗口，或者CSI未過期且信道估計間隔小于相干窗口，則信道相干窗口不變；若CSI過期且信道估計間隔小于信道相干窗口，則信道相干窗口減小；若CSI未過期且信道估計間隔大于相干窗口，則信道相干窗口增長。可選的，所述信道相干系數計算式如下：其中L為信道增益取樣的總長，T為相干時間，h(t)為當前信道的增益矩陣/向量。可選的，所述信道估計間隔為當前時間與上次信道更新時間的差值；所述信道相干窗口為用戶端和AP端存儲的對信道相干時間的動態估計值；所述信道相干窗口在用戶端每次收到NDP時更新，在AP端每次進行MU-MIMO的終端響應過程中被更新。從上面所述可以看出，本專利技術提供的一種WLAN中分布式CSI估本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種WLAN中分布式CSI估計及動態更新方法，其特征在于，包括：S10，AP競爭獲得信道控制，多用戶MIMO下行傳輸開始；S11，AP各個AC通過EDCA競爭，確定主、副AC地位，將主AC的第一個包的目的站設為主用戶，并發送NDPA包；S12，AP在發送NDPA包后發送NDP包，AP的所有用戶分別通過NDP包物理幀頭進行信道估計得到自身CSI，根據相干條件判斷所述自身CSI是否過期并更新相干窗口值；S13，所述主用戶向AP回應自身CSI，其他用戶保持沉默并等待，AP收到后更新主用戶CSI，并將主用戶加入已選用戶組；S14，AP遍歷數據庫中未過期的CSI，在判定任一未過期的CSI與所述已選用戶中的所有用戶信道正交后，通過短信令通信更新所述未過期的CSI對應用戶的相干窗口值、將其加入已選用戶組并根據反饋信噪比為當前空間流選取合適的調制與編碼策略；S15，AP選取與所述已選用戶組中所有用戶信道正交的信道，分別發送探針幀，所有未加入已選用戶組的用戶通過CSI競爭獲取傳輸機會；S16，AP根據信道估計結果編碼傳輸數據幀。

【技術特征摘要】
1.一種WLAN中分布式CSI估計及動態更新方法，其特征在于，包括：S10，AP競爭獲得信道控制，多用戶MIMO下行傳輸開始；S11，AP各個AC通過EDCA競爭，確定主、副AC地位，將主AC的第一個包的目的站設為主用戶，并發送NDPA包；S12，AP在發送NDPA包后發送NDP包，AP的所有用戶分別通過NDP包物理幀頭進行信道估計得到自身CSI，根據相干條件判斷所述自身CSI是否過期并更新相干窗口值；S13，所述主用戶向AP回應自身CSI，其他用戶保持沉默并等待，AP收到后更新主用戶CSI，并將主用戶加入已選用戶組；S14，AP遍歷數據庫中未過期的CSI，在判定任一未過期的CSI與所述已選用戶中的所有用戶信道正交后，通過短信令通信更新所述未過期的CSI對應用戶的相干窗口值、將其加入已選用戶組并根據反饋信噪比為當前空間流選取合適的調制與編碼策略；S15，AP選取與所述已選用戶組中所有用戶信道正交的信道，分別發送探針幀，所有未加入已選用戶組的用戶通過CSI競爭獲取傳輸機會；S16，AP根據信道估計結果編碼傳輸數據幀。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S14具體包括：S20，AP在數據庫中選取未過期的CSI，判斷所述未過期的CSI是否與已選用戶組中所有用戶信道正交，若是則向所述未過期的CSI對應用戶發送終端狀態請求幀；S21，所述未過期的CSI對應用戶收到終端狀態請求幀，向AP回應終端狀態幀，所述終端狀態幀中信息包含主用戶CSI是否過期、接受信噪比以及相干窗口值；S22，AP收到用戶反饋的終端狀態幀幀，更新所述未過期的CSI對應用戶的相干窗口值；若CSI未過期，則將該用戶加入已選用戶組并根據反饋信噪比為當前空間流選取合適的調制與編碼策略；若CSI已過期，重置數據庫中該用戶CSI更新時間；S23，判斷數據庫中是否仍有CSI未過期用戶，若是則執行步驟S20，若否則執行步驟S15。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S15具體包括：S30，AP判斷是否已用盡所有空間自由度；若否則執行步驟S31，若是則執行步驟S16；S31，AP計算與已選擇用戶組所有用戶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李兆興，胡智群，路兆銘，溫向明，亓航，
申請(專利權)人：北京郵電大學，
類型：發明
國別省市：北京,11