專利名稱：毫米波高速通信系統(tǒng)波束扇區(qū)偵聽的空間復(fù)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及毫米波高速通信系統(tǒng)波束扇區(qū)偵聽的空間復(fù)用方法，屬于通信技術(shù)。
背景技術(shù)：
WPAN (Wireless Personal Area Network,無線個域網(wǎng))是一種新興的通信網(wǎng)絡(luò)，也是當前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一。它的提出是為了實現(xiàn)活動半徑小、業(yè)務(wù)類型豐富、面向特定群體、無線無縫連接的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它能夠有效地解決“最后幾米電纜”的問題。隨著技術(shù)的進步，無線通信裝置急劇增長，各種手持通信設(shè)備相繼出現(xiàn)，對多媒體應(yīng)用的短距離傳輸需求與日俱增。這一需求使得無線短距離通信必須能夠提供更高的傳輸速率和通信效率。越來越多的研究關(guān)注于超高速無線個域網(wǎng)的研究。隨著世界范圍內(nèi)57-67GHZ未授權(quán)頻譜的相繼開放，這一頻段成了最大的連續(xù)開放頻譜資源。這段頻譜與目前通常使用的5.8GHz頻段相比，帶寬有了很大的提高，數(shù)據(jù)的傳輸速率也會相應(yīng)的得到成倍的提升。近年來，低成本的硅芯片和CMOS芯片也被證明能夠支持60GHz技術(shù)，并且已有相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)布。除了高帶寬，高速率和低成本外，60GHz還有其他優(yōu)點以適用于無線個域網(wǎng)通信。60GHz信號具有高衰減性，抗干擾性能好，通信性能穩(wěn)定，非常適合短距離通信。由于波長在5mm左右，天線單元的尺寸很小，可以方便地把多個天線集成在收發(fā)器的芯片上，這樣就可以利用智能天線技術(shù)產(chǎn)生更窄的波束寬度，從而達到高的鏈路預(yù)算，形成信號的定向傳輸。空間復(fù)用技術(shù)允許多條鏈路在同一信道下，同時進行傳輸。60GHz信號的高衰減性和定向傳輸特性相比于傳統(tǒng)的全向傳輸，能夠提供更大的空間復(fù)用增益，從而極大地提高系統(tǒng)的吞吐量和傳輸效率。毫米波無線通信系統(tǒng)模型如圖1所示，設(shè)備通過多天線技術(shù)，可以形成多個發(fā)送扇區(qū)，每個發(fā)送扇區(qū)在不同的方向上具有不同的天線增益。IEEE802.1lad標準草案中信道接入在多個BI (Beacon Interval，信標間隔)里進行。每個BI又分為多個接入期，一個BI主要包含BTI (Beacon Transmission Interval,信標傳輸間隔)，A-BFT (Association Beamforming Training,協(xié)作波束形成訓(xùn)練)，AT(Announcement Time Period,通告時間)和 DTT (Data Transfer Time,數(shù)據(jù)傳輸時間)。其中，DTT由若干個CBAP (Contention-based Access Periods,基于競爭的接入期)和SP(Service Periods,服務(wù)期)組成,在DTT內(nèi)設(shè)備間進行數(shù)據(jù)巾貞的傳輸。在空間復(fù)用之前，設(shè)備對之間需要進行波束形成訓(xùn)練，使設(shè)備在后續(xù)通信中使用最佳扇區(qū)進行通信，以獲得鏈路的最大增益提高通信質(zhì)量。在定向發(fā)送，全向接收的波束形成中，波束形成主要經(jīng)過發(fā)送扇區(qū)掃描以確定設(shè)備的最佳發(fā)送扇區(qū)。發(fā)送設(shè)備依次使用不同的扇區(qū)發(fā)送波束訓(xùn)練序列，接收設(shè)備以全向天線模式接收信號，并把接收到的最大信號所對應(yīng)的發(fā)送扇區(qū)號反饋給發(fā)送設(shè)備。在SP內(nèi)通信的設(shè)備對使用波束形成得到的最佳扇區(qū)來進行通信，同時設(shè)備在SP內(nèi)的傳輸需要PCP/AP(PBSS Control Point/Access Point，個人基礎(chǔ)服務(wù)集控制點/訪問點，)來調(diào)度，如果有多對鏈路請求SP，PCP/AP要求設(shè)備執(zhí)行對頻譜以及無線資源的測量，并報告結(jié)果，以評估在當前干擾情況下是否可以進行空間復(fù)用。在此，已分配的服務(wù)時間記為SPy將與SPe進行空間共享測量評估的服務(wù)時間為候選服務(wù)時間，記為SP。。可以有多個SPe和SP。。PCP/AP在SP的源設(shè)備和目的設(shè)備完成波束形成訓(xùn)練之后指示并在SP內(nèi)分配時隙供設(shè)備進行測量。圖2為設(shè)備之間干擾測量的示意圖。首先，SPe中的兩個設(shè)備依次使用波束形成的最佳發(fā)送波束進行發(fā)送，SPc中的設(shè)備偵聽，將干擾結(jié)果反饋給PCP/AP，同理，SP。中的設(shè)備進行發(fā)送，SPe中的設(shè)備偵聽，并把干擾結(jié)果反饋給PCP/AP，PCP/AP根據(jù)信道質(zhì)量評估信息和反饋信息，來決定是否允許鏈路進行空間復(fù)用。PCP/AP在進行空間復(fù)用分配時，需要收集鏈路的干擾信息來評估鏈路是否能夠進行空間復(fù)用。PCP/AP隨機選擇鏈路在后續(xù)的SP中分別進行空間復(fù)用的測量，這種隨機選擇的成功率很低，不能讓能夠進行空間復(fù)用的SP充分地進行復(fù)用，系統(tǒng)的吞吐量不能得到應(yīng)有的提升。同時在測量的過程中會產(chǎn)生額外的幀交換，降低了整個系統(tǒng)的通信效率。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種毫米波高速通信系統(tǒng)波束扇區(qū)偵聽的空間復(fù)用方法技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:毫米波高速通信系統(tǒng)波束扇區(qū)偵聽的空間復(fù)用方法，包括扇區(qū)偵聽表形成步驟，記請求進行通信的兩個設(shè)備分別為源設(shè)備和目的設(shè)備，該步驟具體包括:(al)設(shè)定循環(huán)數(shù)初始值i=0 ；(a2)源設(shè)備的第i扇區(qū)發(fā)送波束形成訓(xùn)練序列，獲取與目的設(shè)備匹配的最佳發(fā)送扇區(qū)并反饋給PCP/AP，其 中，M為扇區(qū)總數(shù)，O ^ i(a3)在源設(shè)備的第i扇區(qū)波束形成訓(xùn)練信號下，目的設(shè)備和其他設(shè)備以全向天線模式偵聽信號，并將偵聽信號與干擾閾值進行比較:若偵聽信號大于干擾閾值，則將該設(shè)備的扇區(qū)偵聽表中對應(yīng)源設(shè)備的第i扇區(qū)的值設(shè)置為“Y”;若偵聽信號小于等于干擾閾值，則將該設(shè)備的扇區(qū)偵聽表中對應(yīng)源設(shè)備的第i扇區(qū)的值設(shè)置為“N” ；(a4)判斷i〈M_l是否成立:若成立，則i=i+l,返回步驟(a2);否則結(jié)束；(a5)重復(fù)步驟(al)至(a4)，直至所有設(shè)備均作為一次源設(shè)備；形成各個設(shè)備的扇區(qū)偵聽表并反饋給PCP/AP。優(yōu)選的，還包括PCP/AP根據(jù)最佳發(fā)送扇區(qū)和扇區(qū)偵聽表，判斷當前已分配服務(wù)時間SP6和候選服務(wù)時間SP。能否復(fù)用步驟，記當前已分配服務(wù)時間SP6內(nèi)的兩個設(shè)備為設(shè)備A和設(shè)備B,候選服務(wù)時間SP。內(nèi)的兩個設(shè)備為設(shè)備C和設(shè)備D,該步驟具體包括:(bl)PCP/AP查找設(shè)備A和設(shè)備B的最佳發(fā)送扇區(qū)ID、設(shè)備C和設(shè)備D的最佳發(fā)送扇區(qū)ID ；(b2) PCP/AP查閱設(shè)備x反饋的扇區(qū)偵聽表，對于設(shè)備x所不位于的SPe或SP。內(nèi)的兩個設(shè)備，該兩個設(shè)備所使用的發(fā)送扇區(qū)ID對應(yīng)的兩個值均勻“N”，則flagx=l，否者f Iagx=O ;其中，設(shè)備X為設(shè)備A、設(shè)備B、設(shè)備C或設(shè)備D ；(b3) PCP/AP 判斷 FLAG=flagA.flagB.flagx.flagY 的值是否為 1，如果是，則 SPe和該SP?？梢赃M行空間復(fù)用，否則SP6和該SP。不可以進行空間復(fù)用。本發(fā)明在IEEE 802.1lad或IEEE 802.15.3c標準所描述的設(shè)備在波束成形訓(xùn)練期間，當參與波束形成的設(shè)備發(fā)送訓(xùn)練序列時，其他設(shè)備以全向天線模式偵聽信號，并根據(jù)對發(fā)送設(shè)備每個扇區(qū)的偵聽結(jié)果建立一個表(稱為扇區(qū)偵聽表)。設(shè)備在請求SP時，把各自的波束形成得到的最佳發(fā)送扇區(qū)以及本地的扇區(qū)偵聽表報告給PCP/AP。PCP/AP將這些信息存儲起來，這樣PCP/AP具有所有需要在SP中通信的設(shè)備的扇區(qū)偵聽表，PCP/AP可以在不指示設(shè)備進行空間復(fù)用測量的情況下，獲得鏈路間的干擾情況，從而有效的選擇鏈路進行空間復(fù)用。本發(fā)明主要適用于毫米波通信中使用的通過波束切換進行波束形成的毫米波通信系統(tǒng)。采用本發(fā)明，PCP/AP可以在不通過設(shè)備進行額外測量的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備反饋的SP中使用的最佳發(fā)送扇區(qū)ID以及本地生成的扇區(qū)偵聽表，得到評估空間復(fù)用所使用的信息，從而快速的選擇出能夠進行空間復(fù)用的鏈路。采用本發(fā)明可以增加系統(tǒng)的吞吐量，提高系統(tǒng)的通信效率。本發(fā)明中扇區(qū)偵聽表中以多維數(shù)據(jù)格式記錄設(shè)備某個扇區(qū)是否對其他扇區(qū)造成影響，這些信息可以用于后續(xù)的空間復(fù)用測量反饋。隨著存儲單元的成本越來越低，以及存儲數(shù)據(jù)讀寫速度的提高，通信設(shè)備可以存儲更多的額外信息(如扇區(qū)ID，SNR等)來供后續(xù)通信使用，從而減少一些不必要的幀交換等，提高通信效率。有益效果:本發(fā)明提供的毫米波高速通信系統(tǒng)波束扇區(qū)偵聽的空間復(fù)用方法，在傳統(tǒng)的波束形成的基礎(chǔ)上，通過設(shè)備在本地將其他設(shè)備進行波束形成時的扇區(qū)偵聽信息記錄到一個扇區(qū)偵聽表中，并在波束形成后把波束形成的使用的扇區(qū)ID與扇區(qū)偵聽表報告給PCP/AP，使得PCP/AP能夠直接根據(jù)波束形成信息以及扇區(qū)偵聽表中的信息快速選擇出可以進行空間發(fā)用的鏈路。本發(fā)明利用額外的信息來幫助PCP/AP進行SP間空間復(fù)用的評估，避免了現(xiàn)有方案選擇空間復(fù)用SP的盲目性，使得最后能夠有效進行空間復(fù)用的概率增大，提高空間復(fù)用增益與系統(tǒng)的通信效率。


圖1為毫米波無線個域網(wǎng)示意圖；圖2為空間復(fù)用干擾測量示意圖；圖3為定向天線模型；圖4為鏈路設(shè)備扇區(qū)覆蓋不意圖；圖5為設(shè)備的扇區(qū)偵聽表生成流程圖；圖6為設(shè)備生成的扇區(qū)偵聽表及波束形成表,其中6(a)為設(shè)備A的扇區(qū)偵聽表，6(b)為設(shè)備B的扇區(qū)偵聽表，6 (C)為設(shè)備C的扇區(qū)偵聽表，6(d)為設(shè)備D的扇區(qū)偵聽表，6(e)為設(shè)備E的扇區(qū)偵聽表，6(f)為設(shè)備F的扇區(qū)偵聽表；圖7為設(shè)備通信所使用的最佳發(fā)送扇區(qū)ID ；圖8為PCP/AP選擇空間復(fù)用鏈路流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
為不失一般性，本案所使用的天線模型如圖3所示，為非理想天線模型，即扇區(qū)之間有相互覆蓋，圖中陰影為天線旁瓣覆蓋區(qū)域，空白扇區(qū)范圍為主瓣覆蓋區(qū)域，也為理想天線覆蓋區(qū)域。本案的應(yīng)用場景如圖4所示，在60GHz無線網(wǎng)絡(luò)中包含一個作為協(xié)調(diào)器的主控設(shè)備(PCP/AP)和6個子設(shè)備(DEV)及其扇區(qū)分布(M個扇區(qū)，M=8)。在本場景中，設(shè)備A請求與設(shè)備B通信，安排在SPe中通信，設(shè)備C請求與設(shè)備B進行通信，設(shè)備E請求與設(shè)備F進行通信，分別在SPca和SPe2中。扇區(qū)偵聽表形成步驟，以設(shè)備A和設(shè)備B的波束形成為例(此例中設(shè)備A為源設(shè)備，設(shè)備B為目的設(shè)備),設(shè)備C和設(shè)備D、設(shè)備E和設(shè)備F相同,具體包括:(al)設(shè)定循環(huán)數(shù)初始值i=0 ；(a2)設(shè)備A的第i扇區(qū)發(fā)送波束形成訓(xùn)練序列，獲取與設(shè)備B匹配的最佳發(fā)送扇區(qū)并反饋給PCP/AP，其中，M為扇區(qū)總數(shù)，O ^ i(a3)在設(shè)備A的第i扇區(qū)波束形成訓(xùn)練信號下，設(shè)備B、設(shè)備C、設(shè)備D、設(shè)備E和設(shè)備F以全向天線模式偵聽信號，并將偵聽信號與干擾閾值進行比較:若偵聽信號大于干擾閾值，則將該設(shè)備的扇區(qū)偵聽表中對應(yīng)源設(shè)備A的第i扇區(qū)的值設(shè)置為“Y”;若偵聽信號小于等于干擾閾值，則將該設(shè)備的扇區(qū)偵聽表中對應(yīng)源設(shè)備A的第i扇區(qū)的值設(shè)置為“N” ；(a4)判斷i〈M_l是否成立:若成立，則i=i+l,返回步驟(a2);否則結(jié)束。(a5)重復(fù)步驟(al)至(a4)，直至所有設(shè)備均作為一次源設(shè)備；形成各個設(shè)備的扇區(qū)偵聽表并反饋給PCP/AP。上述過程可以使用圖5所示流程圖表示，當信道發(fā)生改變需要重新進行波束形成時，每個設(shè)備均需要按上述步驟來更新本地扇區(qū)偵聽表，從而保證每次設(shè)備反饋給PCP/AP的扇區(qū)ID以及對應(yīng)的扇區(qū)偵聽表符合通信鏈路狀況。當所有設(shè)備完成波束形成后，設(shè)備上存儲的扇區(qū)偵聽表如圖6所示，與其他設(shè)備通信時使用的最佳扇區(qū)ID如圖7所示，所有設(shè)備將扇區(qū)偵聽表以及設(shè)備與其他設(shè)備通信時使用的最佳扇區(qū)ID反饋給PCP/AP。PCP/AP將判斷SPe是否能與其他SP。進行空間復(fù)用；本例中，PCP/AP以通信中使用的最佳扇區(qū)ID為索引，查找出扇區(qū)偵聽表中對應(yīng)的扇區(qū)對對應(yīng)設(shè)備的干擾值，根據(jù)干擾值，PCP/AP可以快速地評估出SP間的干擾結(jié)果，選擇出能夠與當前SP6進行空間復(fù)用的SP。；對于SP6能否與SPca進行空間復(fù)用，所要進行的步驟如下:(bl) PCP/AP查找設(shè)備A和設(shè)備B的最佳發(fā)送扇區(qū)ID、設(shè)備C和設(shè)備D的最佳發(fā)送扇區(qū)ID ;本例中，波束形成得到的(A，B)使用的扇區(qū)ID分別是(1，6);(C，D)使用的扇區(qū)ID分別是(3，I)；(b2) PCP/AP查閱設(shè)備x反饋的扇區(qū)偵聽表，對于設(shè)備x所不位于的SP6或SPca內(nèi)的兩個設(shè)備，該兩個設(shè)備所使用的發(fā)送扇區(qū)ID對應(yīng)的兩個值均勻“N”，則flagx=l，否者Hagx=O ;其中，設(shè)備X為設(shè)備A、設(shè)備B、設(shè)備C或設(shè)備D ;本例中，設(shè)備C上扇區(qū)偵聽表(A，B)設(shè)備(1，6)扇區(qū)對應(yīng)的值為(Y，N)，fIage=O ;設(shè)備D上扇區(qū)偵聽表(A，B)設(shè)備(1，6)扇區(qū)對應(yīng)的值為(N，Y)，flagD=0 ;設(shè)備A上扇區(qū)偵聽表(C，D)設(shè)備(3，I)扇區(qū)對應(yīng)的值為(Y，N)，flagA=0 ;設(shè)備B上扇區(qū)偵聽表(C，D)設(shè)備(3，I)扇區(qū)對應(yīng)的值為(N, Y)，flagB=0 ；(b3) PCP/AP 判斷 FLAG=flagA.fla gB.flagx.flagY 的值是否為 I,如果是，則SP6和該SP?？梢赃M行空間復(fù)用，否則SP6和該SP。不可以進行空間復(fù)用；本例中，F(xiàn)LAG=flagA.flagB.flagx.flagY=0,則說明 SPe 不能與 SPcl 進行空間復(fù)用。
本例中，PCP/AP計算(A，B )與(C，D )組成的鏈路的FLAG=O，PCP/AP評估SPe不能與SPca中的設(shè)備進行空間復(fù)用。將(E，F(xiàn))替換(C，D)重復(fù)上述步驟，得FLAG=I,即SPe能與SPc2中的設(shè)備進行空間復(fù)用，最后空間復(fù)用的結(jié)果為SPe與SPe2進行空間復(fù)用。上述過程可用如圖8所示的流程圖表示。通過這個過程，PCP/AP可以直接選擇出可以與SP6進行空間復(fù)用的SP。。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.毫米波高速通信系統(tǒng)波束扇區(qū)偵聽的空間復(fù)用方法，其特征在于:包括扇區(qū)偵聽表形成步驟，記請求進行通信的兩個設(shè)備分別為源設(shè)備和目的設(shè)備，該步驟具體包括: (al)設(shè)定循環(huán)數(shù)初始值i=0 ； (a2)源設(shè)備的第i扇區(qū)發(fā)送波束形成訓(xùn)練序列，獲取與目的設(shè)備匹配的最佳發(fā)送扇區(qū)并反饋給PCP/AP，其中，M為扇區(qū)總數(shù)，O彡i (a3)在源設(shè)備的第i扇區(qū)波束形成訓(xùn)練信號下，目的設(shè)備和其他設(shè)備以全向天線模式偵聽信號，并將偵聽信號與干擾閾值進行比較:若偵聽信號大于干擾閾值，則將該設(shè)備的扇區(qū)偵聽表中對應(yīng)源設(shè)備的第i扇區(qū)的值設(shè)置為“Y”;若偵聽信號小于等于干擾閾值，則將該設(shè)備的扇區(qū)偵聽表中對應(yīng)源設(shè)備的第i扇區(qū)的值設(shè)置為“N” ； (a4)判斷i〈M-l是否成立:若成立,則i=i+l,返回步驟(a2);否則結(jié)束； (a5)重復(fù)步驟(al)至(a4)，直至所有設(shè)備均作為一次源設(shè)備；形成各個設(shè)備的扇區(qū)偵聽表并反饋給PCP/AP。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波高速通信系統(tǒng)波束扇區(qū)偵聽的空間復(fù)用方法，其特征在于:還包括PCP/AP根據(jù)最佳發(fā)送扇區(qū)和扇區(qū)偵聽表，判斷當前已分配服務(wù)時間SP6和候選服務(wù)時間SP。能否復(fù)用步驟，記當前已分配服務(wù)時間SPe內(nèi)的兩個設(shè)備為設(shè)備A和設(shè)備B，候選服務(wù)時間SP。內(nèi)的兩個設(shè) 備為設(shè)備C和設(shè)備D，該步驟具體包括: (bl)PCP/AP查找設(shè)備A和設(shè)備B的最佳發(fā)送扇區(qū)ID、設(shè)備C和設(shè)備D的最佳發(fā)送扇區(qū)ID ； (b2) PCP/AP查閱設(shè)備X反饋的扇區(qū)偵聽表，對于設(shè)備X所不位于的SP6或SP。內(nèi)的兩個設(shè)備，該兩個設(shè)備所使用的發(fā)送扇區(qū)ID對應(yīng)的兩個值均勻“N”，則flagx=l，否者flagx=0 ；其中，設(shè)備X為設(shè)備A、設(shè)備B、設(shè)備C或設(shè)備D ； (b3) PCP/AP 判斷 FLAG=flagA.flagB.flagx.flagY 的值是否為 1，如果是，則 SPe 和該SP。可以進行空間復(fù)用，否則SP6和該SP。不可以進行空間復(fù)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種毫米波高速通信系統(tǒng)波束扇區(qū)偵聽的空間復(fù)用方法，當參與波束形成的設(shè)備發(fā)送訓(xùn)練序列時，其他設(shè)備以全向天線模式偵聽信號，并根據(jù)對發(fā)送設(shè)備每個扇區(qū)的偵聽結(jié)果建立一個表；設(shè)備在請求SP時，把各自的波束形成得到的最佳發(fā)送扇區(qū)以及本地的扇區(qū)偵聽表報告給PCP/AP。PCP/AP將這些信息存儲起來，這樣PCP/AP具有所有需要在SP中通信的設(shè)備的扇區(qū)偵聽表，PCP/AP可以在不指示設(shè)備進行空間復(fù)用測量的情況下，獲得鏈路間的干擾情況，從而有效的選擇鏈路進行空間復(fù)用。
文檔編號H04W24/10GK103199906SQ201310080778
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者徐平平, 楊娟, 褚宏云, 衛(wèi)淼 申請人:東南大學(xué)