[发明专利]基于多径信息的MU-MIMO网络信道状态反馈方法

说明书

本发明公开了一种基于多径信息的MU‑MIMO网络信道状态反馈方法，包括以下步骤：(10)信道状态估计：用户根据AP发送的数据帧或者控制管理帧头部信息估计AP到自己之间的信道状态；(20)多径信息计算：用户对估计的信道状态进行逆傅里叶变换，从而得到多径信息；(30)多径信息反馈：用户根据门限确定需要反馈的多径条数P，并将多径信息中的前P条主路径信息反馈给AP；(40)用户选择：AP根据各用户反馈的多径信息，依据正交性最好原则选择用户分组；(50)信道状态反馈：AP轮询被选择的用户，各被选择用户反馈信道状态。本发明的信道状态反馈方法，开销低，传输效率高。

技术领域

本发明属于无线局域网通信技术领域，特别涉及一种MU-MIMO网络中基于多径信息的信道状态信息反馈方法，通过反馈多径信息有效降低MU-MIMO网络中CSI的反馈开销。

背景技术

近些年，为了进一步提升无线局域网的网络容量，出现了MU-MIMO(Multi-UserMulti-Input Multi-Output,多用户多输入多输出)，即多用户多输入多输出技术。MU-MIMO技术允许AP(Access Point，接入点)同时给多个用户发送多个不同的数据流，并且保证各个数据流之间的干扰最小，从而获得吉比特的容量。MU-MIMO系统的性能已经在理论上和实验中得到了广泛的分析。MU-MIMO由于能够提供较高的数据速率和频谱效率，已经被很多无线通信标准采用，如LTE、WiMAX，以及IEEE 802.11ac。

波束成形技术是MU-MIMO实现多个数据流同时发送的关键技术。该技术利用信道状态信息CSI(Channel State Information,CSI)将多个用户的独立数据分组调整到特定的方向，从而使得各用户数据之间的干扰最小。这就要求AP能够获得到每个用户准确而且实时的CSI信息。总的来说，AP获得CSI信息有两种方式：隐式反馈和显式反馈。隐式反馈利用了无线信道的对称性，允许AP利用上行链路的CSI来估计下行链路的CSI，是IEEE802.11n标准中定义的备选方案。为了获取准确的CSI信息，隐式反馈需要预先进行校准和训练，但是校准和训练过程会对信道资源和传输时间造成浪费，而不准确的CSI信息会造成数据分组的破坏，因此，在802.11ac标准中，仅采纳显式反馈策略。显式反馈由AP发起，在此过程中，AP轮询所有的用户，被询问到的用户向AP反馈最新的CSI信息。反馈得到的CSI信息主要用于两项操作，首先AP根据CSI反映的信道正交关系进行MU-MIMO用户选择，然后利用选定的用户的信道参数计算波束成形方向矩阵。

但是实际应用中MU-MIMO网络的增益却远达不到理论值。这是由于显式反馈中CSI获取过程带来的开销会降低由波束成形带来的吞吐量增益。导致显式反馈开销巨大主要有三个方面的原因：(1)AP需要所有用户的CSI信息来做用户选择，以获得波束成形的最高性能，这要求所有的用户反馈CSI信息；(2)AP需要准确的CSI信息来计算方向矩阵，CSI信息的反馈开销与发送天线数量、节点数量等成正比；(3)CSI消息以最低速率发送。这些使得CSI反馈占用了大量的信道资源，降低了系统的吞吐量。

当前，降低MU-MIMO中CSI反馈开销主要依靠的方法是压缩。IEEE 802.11ac标准建议可以对CSI信息在时间域、频率域和量化域三个域进行压缩。MUTE是一种时域压缩反馈机制，它利用信道的稳定性来延长反馈间隔时间，从而降低了开销。对于静态环境来说，MUTE可以获得较好的性能，但是，对于动态网络环境，其性能下降显著。AFC将压缩噪声作为度量，自适应调整三个维度的压缩参数，以达到降低开销和减小吞吐量损失的折中。AFC在一定程度上进一步压缩了CSI，但是仍然要求所有节点回复CSI消息，节点数量较大时，反馈开销依然很大。

一般情况下，要完成一次MU-MIMO数据发送，AP在数据发送之前主要需要完成三个步骤：

(1)AP向所有用户发送探测帧，轮询各个用户，获得AP到所有用户的信道状态信息CSI；