在多用户无线通信系统中传送控制和训练码元的方法与流程

本申请是申请日为2010年10月30日、申请号为201080060328.2、发明名称为“在多用户无线通信系统中传送控制和训练码元的方法”的发明专利申请的分案申请。

本发明的示范实施例涉及一种用于在多用户无线通信系统中传送控制和训练码元的方法和设备，其可以改善其传送效率。

背景技术：

最近，在无线通信系统中用于更高传送速率的传送方案正在被研究和标准化。为了在无线lan系统中也具有这样的高传送速率，具有最大600兆比特每秒(mbps)的传送速率的结构已经被标准化，已经对该结构应用了ieee802.11tgn中的具有多输入/输出的mimo系统。已经在ieee802.11vhtsg中对于在macsap上具有最大传送速率1gbps的系统进行了讨论，并且已经相应地建立了ieee802.11tgac/tgad的任务组。为了在满足这样的高传送速率的同时维持频率效率，ap和sta必须支持比tgn所支持的四个流更多的流，这需要大量的天线。在sta方面，考虑到sta的复杂度或功耗，难以支持大量的天线。因此，正在考虑多用户mimo，根据多用户mimo，ap同时向多个sta进行传送。

图1是用于说明在其中支持多用户mimo的同时维持诸如tgn的传送方案的情况中、在同时传送数据的站(sta)之间的干扰发生的时序图。

如图1所图示的，当不同的数据被同时传送到两个或更多sta时，向各个sta传送的不同信息可以在通过附图标记101所指明的区域中被干扰。

此外，取决于sta的信道状态或者干扰度，相应stas具有不同的信号与干扰加噪声比(sinr)。然而，在当前考虑的帧结构中，根据流的数目来确定ltf的数目，并且通过信号字段(sig)的最小传输速率来确定mcs。

在ieee802.11n中，混合ppdu格式提供了与ieee.802.11a/g的后向兼容性，并且绿(green)字段格式仅支持ieee802.11n。每个sta通过使用在帧的信号字段中包含的长度信息和调制&编码方案，来设置网络分配向量((nav):(txop))信息。

然而，在其中多用户mimo被应用的情况中，每个sta接收波束形成(beamform)的帧，并因此sta可能不能正确地检测信号字段的长度信息和mcs。结果，隐藏节点问题可能变得更严重。

技术实现要素：

技术问题

本发明的实施例旨在一种在使用多用户mimo的无线通信系统中解决隐藏节点问题的设备和方法。

本发明的另一实施例旨在一种在绿字段模式中解决隐藏节点问题的设备和方法，其中将vht-sig划分为可以通过所有sta来接收的公共信号字段、以及包括波束形成的sta信息的专用信号字段，并且取决于sta之间的信道状态或干扰度，来选择适当的ltf和sig结构。

技术解决方案

根据本发明的实施例，一种用于在多用户无线通信系统中传送控制和训练码元的方法包括：当向每个站同时传送不同的数据时，通过信道估计确定在每个站中是否满足每个数据的必需传输速率；以及当不满足每个数据的必需传输速率时，配置数据帧，从而通过使用时域、频域和码域的组合来在每个站上区分所述控制和训练码元，并且向每个站传送数据帧。

根据本发明的另一实施例，一种用于在多用户无线通信系统中传送控制和训练码元的方法包括：当向每个站同时传送不同的数据时，通过信道估计确定在每个站中是否满足每个数据的必需传输速率；以及当满足每个数据的必需传输速率时，配置数据帧，使得所述控制和训练码元被重叠而不在每个站处被区分，并且向每个站传送数据帧。

有利效果

本发明的实施例具有如下的效果。

首先，具有差的信道状态的sta增加(重复)ltf的长度，并且向vht-sig-d应用低mcs，或者重复vht-sig-d的码元。按照这个方式，可以改善vht-sig-d检测性能。

其次，具有良好信道状态的sta作为一个或多个流来传送vht-sig-d，并且使用高mcs来减少由vht-sig-d所占用的码元数量，从而增加传送效率。

第三，可通过在sta之间协调ltf，来改善信道估计性能。

第四，可以避免在绿字段格式中通过波束形成而导致的隐藏节点问题。

附图说明

图1是用于说明在其中支持多用户mimo的同时维持诸如tgn的传送方案的情况中、在同时传送数据的站(sta)之间的干扰发生的时序图。

图2是在模式“a”中的ieee802.11a/g/n/vht混合模式中的ppdu格式的示范图。

图3是在模式“a”中的ieee802.11n/vht混合模式中的ppdu格式的示范图。

图4是根据本发明实施例的绿字段ppdu格式的示范图。

图5是用于协调ltf的sta的、模式“b”中的混合模式格式的ppdu的示范图。

图6是用于协调ltf的sta的、模式“b”中的绿字段格式的ppdu的示范图。

图7a到图7d是根据本发明实施例的用于说明在模式b-1、模式b-1、模式b-2、模式b-3、和模式b-4中用于协调ltf的方法的示范图。

图8a到图8h是根据本发明实施例的用于说明ltf协调处理的扩展(spread)矩阵的示范图。

图9是根据本发明优选实施例的用于确定ppdu格式的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图更详细地描述本发明的示范实施例。然而，本发明可以以不同的形式来实施，并且不应该被理解为限于这里陈述的实施例。而是，提供这些实施例，从而这个公开将是彻底和完整的，并且将向本领域的技术人员完全地传达本发明的范围。贯穿本公开，相同的附图标记在各个图和本发明的各个实施例中表示相同的部分。

首先，多用户mimo传送/接收信号可如所示出的表达为：

[等式1]

y＝hwp+n

其中y表示接收信号，h表示信道，w表示传送方的预编码矩阵，p表示训练序列值，并且n表示噪声。

如果使用其中使sta之间的干扰为零的zf预编码方案，则在理想的环境中在sta之间没有干扰。然而，如果应用mmse预编码方案，则在sta之间发生干扰。

当假设ap传送两个流并且两个sta接收一个流时，在多用户mimo中的训练序列的传送/接收信号被表达为如下所示：

[等式2]

sta1和sta2的信道估计可表达为下面的等式3。

[等式3]

如上面的等式3所示，在sta之间存在干扰，并且这样的干扰随着信道的相关度而变严重。为了这样的误差，可以使用通过重复ltf来增加长度的方法、减少sig的mcs或增加码元长度的方法、或者协调ltf并传送已协调的ltf的方法。此外，当信道状态良好时，可以使用增加mcs并减少开销的方法。

然而，上述的误差减少方法增加了帧中占用的ltf的开销。这样，为了减少这样的开销，需要用于指明是否重复ltf、是否减少sig的mcs、以及是否协调ltf的信号字段。ltf的协调是是用于协调所述ltf的所有sta必须知道的信息。因此，所述信息应该以所有sta可以接收它的方式来传送，而不是以特定的波束形成来传送。因此，将vht-sig划分为公共控制信号和专用控制信号。

在这个实施例中，传送vht-sig的公共控制信号的字段被定义为vht-sig-c，而传送vht-sig的专用控制信号的字段被定义为vht-sig-d。用于不协调ltf的sta的模式被定义为模式“a”，而用于协调ltf的sta的模式被定义为模式“b”。

其中ap不支持所述vhtsta但支持11a/g/nsta的模式被定义为11a/g/n/vht混合模式，支持ieee802.11n的模式被定义为11n/vht混合模式，而不支持ieee802.11a/g/n的模式被定义为绿字段模式。所述各个传送帧格式被称为ppdu格式。下文中，将描述每个模式中的传送方法。

下面将描述模式“a”中的传送方法。

图2是在模式“a”中的ieee802.11a/g/n/vht混合模式中的ppdu格式的示范图，以及图3是在模式“a”中的ieee802.11n/vht混合模式中的ppdu格式的示范图。

在图2和图3中，ppdu格式具有公共阶段和专用阶段。所述公共阶段被定义为在vht-sig-c字段之前的阶段，并且所述专用阶段被定义为在vht-sig-c字段之后的阶段。

在图2(a)和3(a)的情况中，vht-sig-c字段211和311位于ht-sig字段之后。此外，在图2(b)和3(b)的情况中，vht-sig-c字段221和321位于vht-stf字段之后。

在图2(b)和3(b)中，当vhtsta接收ieee802.11n帧格式时，在检测到vht-sig-c之前，sta不知道所述帧是ieee802.11n帧还是vht帧。因此，认为用于自动增益控制(agc)的ht-stf可能位于vht-sig-c的码元位置，vht-stf码元可以在ht-sig之后传送，并然后可以传送vht-sig-c。

在图2(c)和3(c)的情况中，vht-sig-c字段231和331位于vht-ltf字段之后。在图2(c)和3(c)中，当通过vht-stf执行agc时，为了vht-sig-c的解码性能，所述vht-ltf在vht-stf之后传送，并且然后传送vht-sig-c字段231和331。

在图2(d)中，在l-sig之后，可以立即传送vht-sig-c字段241而没有ht-sig。此外，可提供各个ppdu格式。

在图2(a)到2(d)以及图3(a)到3(c)的情况中，所有专用阶段可以具有vht-sig-d字段212、222、232、242、312、322和332。

图4是根据本发明实施例的绿字段ppdu格式的示范图。

在图4(a)和4(b)的情况中，绿字段ppdu格式可被划分为公共阶段和专用阶段。所述专用阶段在vht-sig-c字段411和421之后开始。因此，在专用字段中，所述vht-sig-d字段412和422位于所述专用阶段中。

更具体地，如图4(a)中所图示的，通过所有sta可以接收的vht-sig-c字段411传送vht-stf2和vht-ltf1字段的信息、以及vht-sig-d和vht-ltf2字段的信息。如图4(b)中所图示的，当在vht-sig-c421之后不需要agc时，可以传送vht-ltf1。

图5是用于协调ltf的sta的、模式“b”中的混合模式格式的ppdu的示范图，以及图6是用于协调ltf的sta的、模式“b”中的绿字段格式的ppdu的示范图。

在图5和图6中，vht-sig-c字段511、521、531、541、551、561、611、621、631和641将ppdu划分为公共阶段和专用阶段。所述专用阶段包括vht-sig-d字段512、522、532、542、552、562、621、622、532和642。下面将参考附图来描述详细描述。

图5(a)、5(b)、5(c)和5(d)等同于图2中的模式“a”的三个情况。sta之间的协调可以通过同时传送数据的k个stas来执行，或者可以通过必要的sta(例如，staa到b)来执行。图5(a)图示了其中协调sta2到k的情况。也就是说，vht-sig-d字段522和532可以位于vht-sig-c与数据字段之间的任意位置，并且所述位置可通过vht-sig-c的信息来指定。图5(b)、5(c)和5(d)的情况可按照与图5(a)相同的方式来协调sta。

下面将描述图6的情况。图6(a)和6(b)的情况等同于图3的模式a中的三个情况。sta之间的协调可以通过同时传送数据的k个stas来执行，或者可以通过必要的sta(例如，staa到b)来执行。图6(a)图示了其中协调sta2到k的情况。此外，在图6(b)的情况中，sta可以按照与图6(a)相同的方式来协调。此时，vht-sig-d字段612、622、632和642可以位于vht-sig-c与数据字段之间的任意位置，并且所述位置可通过在对应帧的vht-sig-c中包含的信息来指定。

下面将示范性地描述在信号字段中包含的控制消息。

在其中所有sta接收相同信息的vht-sig1(公共控制信号，vht-sig-c)中包含的信息如下。

vht-sig1(vht-sig-c)包含如下的信息。

(1)模式a：不执行ltf协调的sta

-在每个sta中需要如下的信息。

a)vht-ltf1的码元数目，重复或不重复

b)vht-ltf2的码元数目，(它可被包含在vht-sig2(vht-sig-d)中)

c)vht-sig2(vht-sig-d)的mcs

d)vht-sig2(vht-sig-d)的码元数目，重复或不重复

(2)模式b：执行ltf协调的sta

-执行ltf协调的sta的索引)

-ltf协调方法

-vht-ltf1的码元数目，重复或不重复

-vht-ltf2的码元数目，(它可被包含在vht-sig2(vht-sig-d)中)

-vht-sig2(vht-sig-d)的mcs

-vht-sig2(vht-sig-d)的码元数目，重复或不重复

(3)在绿字段模式的情况中，避免通过波束形成所导致的隐藏节点问题，并且对于不使用波束形成的sta的情况，附加地顺序包含如下的信息。

-mcs，长度信息

-vht-stf2的使用或不使用

(4)如下的信息被包含在其中sta接收不同信息的vht-sig2(vht-sig-d)中。

-用于sta的数据区的信息，诸如mcs、带宽(bw)、长度、聚合、短保护间隔(短gi)

-在vht-sig1中包含的信息之中的vht-ltf2的结构可被包含在vht-sig2中。

取决于时域、频域、和码域协调，可以提供ltf协调方法。

-模式b-1：时域协调

-模式b-2：频域协调

-模式b-3：时域、码域协调

-模式b-4：码域、频域协调

图7a到图7d是用于说明在模式b-1、模式b-2、模式b-3和模式b-4的情况下的ltf协调方法的示范图。

在图7a到图7d中，将数据同时传送到四个sta，并且每个sta接收一个流。图7a图示了其中将sta配置为通过使用作为时域值的不同码元来分开地传送数据的示例，以及图7b图示了其中将sta配置为通过使用作为频域值的不同副载波来分开地传送数据的示例。图7c图示了其中sta通过使用作为时域和频域值的码元、以及每个sta中的不同代码作为码元轴、来分开地传送数据的示例，以及图7d图示了其中sta通过使用作为频域和码域值的副载波、以及每个sta中的不同代码作为副载波轴、来分开地传送数据的示例。

在图7a到图7d中，在其中相应sta接收n个流的情况中，与每个sta对应的ltf被扩展到n个ltf，并且在每个sta中对它们进行协调。这样，所述配置可容易地从一个流中推导出。除了模式b-1到模式b-4的组合之外，可以从这些模式的组合中配置新的ltf协调方法，并且这样的配置可以容易地从现有的模式中推导出。

在ltf协调的情况中，传送信号s可如所示出的来表达：

[等式4]

其中，p是ltf序列，并且n是与码元区域对应的码元索引。c是扩展到时域、或频域、或者时域/码域、或者时域/频域的代码，构成了扩展矩阵。作为扩展矩阵，可以使用正交矩阵、离散傅立叶变换(dft)矩阵、和酉矩阵。m是与空间域对应的空间时间流索引，并且当想要向mu-mimo同时传送数据的sta被协调时，等于空间时间流的数目的总和。w是用于mu-mimo的传送的预编码矩阵，并且g是tx天线索引。

ofdm的情况可扩展到作为频域的单位的副载波，并且在上面的等式4中跳过了副载波索引。

例如，当所述模式像模式b-1一样扩展到时域、并且时域单位是码元时，仅扩展矩阵的对角线元素具有值，非对角线元素为零。这被图示在图8a中。

图8a是当模式b-1被扩展到时域并且时域单位是码元时、扩展矩阵的示范图。在图8a中，横轴是码元，并且纵轴是空间时间流。

此外，例如，当所述模式像模式b-2一样扩展到频域、并且频域单位是副载波时，仅扩展矩阵的对角线元素具有值，像时域的扩展一样。这被图示在图8b中。

图8b是当模式b-2被扩展到频域并且频域单位是副载波时、扩展矩阵的示范图。在图8b中，横轴是副载波，并且纵轴是空间时间流。

此外，例如，当所述模式像模式b-3一样扩展到时域和码域、并且时域单位是码元时，扩展矩阵可如图8c中所图示的。

图8c是当模式b-3被扩展到时域和码域并且时域单位是码元时、扩展矩阵的示范图。在图8c中，横轴是码元，并且纵轴是空间时间流。

此外，例如，当所述模式像模式b-4一样扩展到频域和码域、并且频域单位是副载波时，扩展矩阵可如图8d中所图示的。

图8d是当模式b-4被扩展到频域和码域并且频域单位是副载波时、扩展矩阵的示范图。在图8d中，横轴是副载波，并且纵轴是空间时间流。

通过组合上述的方案，可以通过按照其中码元和副载波被组合的码元/副载波形式容易地扩大，来配置所述扩展矩阵。当假设在每个sta中分配要传送的总空间时间流时，它可以被示范为像图8e一样。

图8e是当在每个sta中分配要传送的总空间时间流时的示范图。

参考图8e，sta1使用两个空间时间流，sta2使用三个空间时间流，以及stak使用一个空间时间流。如图8e中所图示的，所有sta不需要使用相同数目的空间时间流。

例如，当三个sta使用总共六个空间流时，也就是说，每个sta使用两个空间时间流，并且扩展矩阵使用dft矩阵，可以像图8f一样图示在每个sta中的扩展矩阵的分配。

在图8f中，横轴是空间时间流，并且纵轴是码元、副载波、或者码元/副载波。在图8f的扩展矩阵中，第一行和第一列的值是1。此外，应该注意，它们具有值x＝exp(-j2π/6)。

此外，例如，当四个sta使用总共八个空间流时，也就是说，每个sta使用两个空间时间流，并且具有实值的酉矩阵被用作扩展矩阵，可以像图8g一样图示在每个sta中的扩展矩阵的分配。

在图8g中，横轴是空间时间流，并且纵轴是码元、副载波、或者码元/副载波。如图8g所图示的，扩展矩阵的每个元素值可具有任意值。如上所述，所述扩展矩阵可以是dft矩阵或酉矩阵。

当要向mu-mimo同时传送的空间时间流的数目是四个、并且两个sta分别传送两个空间时间流时，在时域中需要的码元是四个。这样，可以通过应用作为8×8矩阵的一部分的4×4部分矩阵，来像图8h中一样执行扩展矩阵的计算。

图9是根据本发明优选实施例的用于确定ppdu格式的流程图。

在步骤900，ap通过探测(sounding)或反馈信息，来收集每个sta的信道信息。在步骤902，根据在步骤900收集的信道信息，通过应用预编码算法(诸如zf、mmse、索菲亚(sphere)编码器等)，来估计在sta之间的干扰。

在步骤904，在干扰估计之后，ap确定sta是否满足必要的性能。进行这个步骤来辨别不满足要求的性能的sta，因为sta之间的增加干扰增加了信道估计误差。也就是说，不满足要求的性能的sta执行ltf协调，并且满足所要求的性能的sta不执行ltf协调。

当满足步骤904的确定结果时，也就是说，当不执行vht-ltf协调时，所述ap操作在模式“a”。在这个情况中，ap前进到步骤906，以通过使用所估计的sta的sinr来确定vht-sig-d的mcs。当所估计的sinr高时，将较高的mcs应用到vht-sig-d，替代bpsk。当所估计的sinr低时，传送最低的mcs。

另一方面，当不满足步骤904的确定结果时，也就是说，当执行vht-ltf协调时，所述ap工作在模式“b”。在这个情况中，ap前进到步骤908，以通过使用ap所协调的sta的移动性、延迟扩展、sinr信息，来选择合适的协调模式。

例如，ap在延迟扩展大时应用模式b-3，以及在延迟扩展小时应用模式b-4。当sinr低并且延迟扩展大时，ap减少同时传送用户的数目，并应用模式b-3，以通过扩展获得增益。

ap前进到步骤910以确定是否重复vht-ltf/vht-sig，并且确定vht-ltf/vht-sig的重复次数。也就是说，当ap协调所述ltf时，它可以重复所述ltf以便进一步改善信道估计性能。这样，确定了vht-ltf/vht-sig的重复次数。此外，ap可以通过重复vht-sig-d来增加专用控制信号的检测概率。

如上所述，当在步骤906和910确定了用于传送的模式和重复时，ap前进到步骤912以确定ppdu格式，并且配置所述ppdu，和传送所配置的ppdu。

在上面参考图2描述的模式中，接收方在11a/g/n/vht混合模式中操作如下。

首先，下面将描述图2(a)的情况。

1)接收方通过l-stf来执行载波感测、agc、定时同步、和粗略频率偏移估计。

2)然后，接收方通过l-ltf来执行精细频率偏移估计和信道估计。

3)然后，接收方通过使用利用l-ltf获得的信道估计值，来解码l-sig。

4)然后，接收方使用ht-sig检测方法检测ht-sig(bpsk相位旋转)，并且使用l-ltf的信道估计值来解码它。

5)在上面的过程之后，接收方使用vht-sig-c检测方法检测vht-sig-c(bpsk相位旋转)，并且使用l-ltf的信道估计值来解码它。

6)接收方使用vht-stf对波束形成的多用户mimo信号执行agc。

7)然后，所述接收方通过使用关于vht-sig-c的vht-ltf结构的信息、利用vht-ltf来估计多用户mimo信道。

8)然后，接收方使用vht-ltf，根据由vht-sig-c和信道估计值指示的关于vht-sig-d的信息，来解码vht-sig-d。

9)接收方使用关于vht-sig-d数据的信息来解码数据。

接下来，下面将描述图2(b)的情况。在图2(b)的情况中，步骤1)到4)等同于图2(a)的情况的那些步骤。因此，将仅仅描述随后的步骤。

5)在l-sig的解码之后，接收方通过使用vht-stf执行agc。

6)然后，接收方使用vht-sig-c检测方法检测vht-sig-c(bpsk相位旋转)，并且使用l-ltf的信道估计值来解码它。

7)然后，接收方使用vht-stf对波束形成的多用户mimo信号执行agc。

8)所述接收方通过使用关于vht-sig-c的vht-ltf结构的信息，利用vht-ltf，来估计多用户mimo信道。

9)然后，接收方使用vht-ltf，根据由vht-sig-c和信道估计值指示的关于vht-sig-d的信息来解码vht-sig-d。

10)接收方使用关于vht-sig-d数据的信息来解码数据。

接下来，下面将描述图2(c)的情况。在图2(c)的情况中，步骤1)到4)等同于图2(a)的情况的那些步骤。因此，将仅仅描述随后的步骤。

5)在l-sig的解码之后，接收方通过使用vht-stf执行agc。

6)然后，接收方使用vht-ltf来执行信道估计。

7)接收方使用vht-sig-c检测方法检测vht-sig-c(bpsk相位旋转)，并且使用l-ltf的信道估计值来解码它。

8)然后，接收方使用vht-stf对波束形成的多用户mimo信号执行agc。

9)然后，所述接收方通过使用关于vht-sig-c的vht-ltf结构的信息，利用vht-ltf，来估计多用户mimo信道。

10)然后，接收方使用vht-ltf，根据由vht-sig-c和信道估计值指示的关于vht-sig-d的信息来解码vht-sig-d。

11)接收方使用关于vht-sig-d数据的信息来解码数据。

接下来，下面将描述图2(d)的情况。在图2(d)的情况中，步骤1)到3)等同于图2(a)的情况的那些步骤。因此，将仅仅描述随后的步骤。

4)在l-sig的解码之后，接收方使用vht-sig-c检测方法检测vht-sig-c(bpsk相位旋转)，并且使用l-ltf的信道估计值来解码它。

5)然后，接收方使用vht-stf对波束形成的多用户mimo信号执行agc。

6)然后，所述接收方通过使用关于vht-sig-c的vht-ltf结构的信息，利用vht-ltf，来估计多用户mimo信道。

7)然后，接收方使用vht-ltf，根据由vht-sig-c和信道估计值指示的关于vht-sig-d的信息来解码vht-sig-d。

8)接收方使用关于vht-sig-d数据的信息来解码数据。

如上所述，可根据上面的操作结构，来容易地配置在模式a中的11n/vht混合模式/vht绿字段模式中的接收方法、和在模式b中的混合模式和绿字段模式中的接收方法。

[工业实用性]

本发明的实施例可被应用到在高速率无线通信系统中传送训练码元的情况。