无线局域网AP端MIMO接收路径选择方法和装置与流程

本发明属于无线通信，更具体地，涉及一种无线局域网接入点(accesspoint，ap)端多输入多输出(multiple input multiple output，mimo)接收路径选择方法和装置。

背景技术：

1、随着手机、平板电脑、笔记本电脑等可移动无线终端类产品的普及，以及互联网应用(短视频、直播、网上购物、网上多人游戏)的发展，用户业务对无线局域网ap产品无线通信性能的要求不断提升，特别是直播类流媒体类应用，对无线局域网ap的无线通信带宽的稳定性、容量均提出了较高的要求。

2、为了提升无线局域网的空口吞吐量，利用多根收发天线构造mimo无线链路系统，通过空分复用利用无线链路的不相关性来构造多个同频空中信道，成为提升无线局域网空口传输能力的通用关键技术。为了实现mimo空分复用数据收发，在发送端需要根据mimo路径特性对数据帧进行空时编码，形成多个空间数据流，在接收端再利用mimo路径特性所形成的传输矩阵对每根天线接收到的数据进行解耦，分解出多条数据流。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、无线局域网在采用mimo技术来提升空口信道容量时，mimo的解码过程依赖mimo路径特性矩阵的不相关性。当终端与无线局域网ap设备处于某些情况下时，mimo路径特性矩阵出现高相关性，mimo路径特性矩阵出现退化，由满秩矩阵变为降秩矩阵，此时不能完整解码出多条mimo数据流，表现为误码率增加，协商速率等级跌落，空口吞吐量下降。

3、针对上述情况，在无线局域网ap端采用多组mimo天线切换来消除mimo路径相关性，改善无线局域网ap对单一终端的收发方向上的mimo性能是一种可行的方案。

4、在无线局域网系统中为了提高多终端接入时的空口利用效率，通常采用分布式协调功能(distributed coordination function，dcf)接入管理机制结合波侦听多路访问/冲突避免机制(carrier sense multiple access with collision avoidance，csma/ca)，即每台终端根据空口状态和业务需求向无线局域网ap端发送业务数据包，在无线局域网ap端对当前哪台终端会发起空口通信无法预知，无线局域网ap端也无法预知使用哪一组mimo天线接收性能最佳。因此使用现有技术无法解决在无线局域网ap端的多组mimo天线中如何选出接收性能最优的mimo天线组来匹配多终端的业务对无线通信信道质量的需求。

5、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种在ap端采用多组mimo天线的情况下，在多个终端接入时，选择最优mimo接收天线组的方法，通过使用本发明方法选出系统最优的mimo天线组，优化ap端接收性能，提高空口的传输效率。

6、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种无线局域网ap端mimo接收路径选择方法，包括如下步骤：

7、若当前有数据帧需要发送，则切换到可用发射天线组，利用所述可用发射天线组发送数据并清除发送状态；若当前无需要发送的数据帧，则切换到最优接收天线组，ap处于侦听状态，若检测到接收数据帧，设置接收状态为“1”；

8、若当前为接收状态为“1”，则清除接收状态，更新终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵中对应终端的业务权重；若接收状态为“0”，或者在更新终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵中对应终端的业务权重后，检查训练状态；

9、若当前训练状态为“1”，则遍历所有天线组与终端构成的mimo路径，进行ap发送mimo路径寻优更新天线组--终端mimo发送路径状态矩阵，并进行ap接收mimo路径权重计算获得更新的天线组接收mimo路径权重矩阵。

10、本发明的一个实施例中，在判断当前是否有数据帧需要发送之前，还包括：判断信息处理和决策模块是否首次执行，如为“是”则进行关键数据结构和状态的初始化。

11、本发明的一个实施例中，所述进行关键数据结构和状态的初始化包括：构建并初始化天线组--终端mimo发送路径状态矩阵、终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵、天线组接收mimo路径权重矩阵中的数据元，其中：

12、天线组--终端mimo发送路径状态矩阵，是由m个天线组和n个终端构成的m行n列的矩阵，其中m≥2，m的数量与ap所拥有的mimo天线组数量一致，n的数量与ap可接入的终端最大数量一致，每一行的数据代表1个天线组与所有终端的mimo路径状态，每一列的数据代表1台终端与所有天线组的mimo路径的状态，其中asxy表示第x天线组与第y终端构成的mimo路径的状态；

13、所述终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵，是由n个终端构成的n行的一维矩阵，其中wx表示第x个终端当前业务对网络质量的依赖估算值，数值越大表示该业务对网络质量的依赖程度越高；

14、所述天线组接收mimo路径权重矩阵，是由m个天线组构成的m行的一维矩阵，其中m≥2，awx表示第x个天线组与所有终端构成的mimo路径对业务网络质量预期的权重总和，值越大表示该天线组在系统中能匹配的终端和业务需求越多。

15、本发明的一个实施例中，若当前有下行数据帧需要发送，切换到可用发射天线组，包括：从数据帧中提取目标终端物理地址，在天线组--终端mimo发送路径状态矩阵中找到该目标终端所对应的列，在这列数据中找出第一个状态可用的元素，这个元素的行号所对应的天线组为可用的mimo发射天线组，驱动天线选择模块将对应的天线组切换连接到射频电路模块，实现天线组的切换。

16、本发明的一个实施例中，若当前为接收状态，则清除接收状态，更新终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵中对应终端的业务权重，具体包括：当ap接收到终端发出的上行的业务数据帧时，对上行业务数据帧的通信特征进行提取，估算终端业务对网络质量的依赖程度，更新终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵中对应终端的业务权重。

17、本发明的一个实施例中，若当前是训练状态，则遍历所有天线组与终端构成的mimo路径，进行ap发送mimo路径寻优，更新天线组--终端mimo发送路径状态矩阵，具体包括：采用遍历的方法，向每一组mimo天线组与每一台关联的终端所构成的mimo路径发生发送训练帧，从应答帧中获取每一mimo天线组--终端路径的mimo相关性状态，并更新天线组--终端mimo发送路径状态矩阵中的对应的数据元。

18、本发明的一个实施例中，进行ap接收mimo路径权重计算获得更新的天线组接收mimo路径权重矩阵，具体包括：通过当前ap发送mimo路径情况和终端上行业务对网络质量的依赖性估算，计算出ap端的每个天线组所构成的mimo接收路径满足当前所有终端上行业务对网络质量的要求的概率权重，并更新天线组接收mimo路径权重矩阵的数据元。

19、本发明的一个实施例中，所述进行关键数据结构和状态的初始化，具体实现包括：

20、构建一个由m个天线组、n组用户终端构成的m行n列的天线组--终端mimo发送路径状态矩阵，m≥2，n是最大可接入的终端数量，用于记录每个天线组到每个终端的发送mimo路径状态；矩阵初始化赋值，第一行全部为1，其他行全部为0，即默认第一组天线与所有的n个终端构成的所有mimo路径均为可用发送路径，其中1表示可用路径，0表示非最优路径；

21、构建一个由n组用户终端构成的n行1列的终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵，用于记录每个终端的用户业务权重，初始化赋值全部为0，即初始的用户终端的业务权重全部为0，0为最小权重；

22、构建一个由m个天线组构成的m行1列的天线组接收mimo路径权重矩阵，用于存储每个天线组的接收mimo路径权重，初始化赋值，全部设置为0，0为最小权重，即在初始状态默认没有合适的接收mimo路径。

23、本发明的一个实施例中，在发送完下行数据帧后清除发送状态，并切换到最优接收天线组，使ap以系统最优接收天线组进行空口侦听和接收终端的上行数据帧，具体实现包括：

24、扫描天线组接收mimo路径权重矩阵，从中找出最大权重所对应的行，此行所对应的天线组即为系统最优接收天线组，使用这组天线构成的接收mimo路径，可满足系统最大空口传输效率的需求；如果所有的权重都为0，表明没有接入的终端设备或终端设备没有发送数据，此时可选择天线组接收mimo路径权重矩阵中任意一行所对应的天线组；向天线组选择模块发送控制信号，将此行号所代表的天线组选通。

25、本发明的一个实施例中，若当前为接收状态，则清除接收状态，更新终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵中对应终端的业务权重，具体实现包括：

26、ap接收到第j个终端发来的业务类无线数据帧后，计算并更新终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵中第j个终端的业务对mimo路径质量的依赖程度，在每次接收到业务帧后进行计算并迭代更新终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵中的权重数据；

27、对业务数据帧的mac层特征信息数据进行解析，根据mac层的数据特征、帧类型、业务类型、qos信息计算当前数据帧对无线网络传输能力的依赖程度，转化为业务对mimo路径质量的依赖性程度，数值越大说明该业务对mimo路径质量的依赖越高；

28、第j个终端发出的所有业务数据帧对无线网络传输能力的依赖程度可以看作是从0时刻开始至无限长时刻的一系列叠加了噪声和扰动的无线网络传输质量要求的输入激励序列f(x0,x1,x2,......)，x0代表0时刻的值，x1代表0+1时刻的值...以此类推；

29、对该输入激励序列做一维卷积滤波，从中提取出终端业务对通信带宽的依存度p(n)，p(n)越大说明业务对网络mimo路径质量的依赖越强；

30、使用计算得出的终端业务对mimo路径的依赖程度p(n)，替代终端上行业务网络质量依赖性预估矩阵中第j行的数据。

31、本发明的一个实施例中，若当前是训练状态，则遍历所有天线组与终端构成的mimo路径，进行ap发送mimo路径寻优，更新天线组--终端mimo发送路径状态矩阵，具体实现包括：

32、当ap定时迭代或有新终端关联到ap时，带入本次需要扫描的天线组编号i和终端编号j，获取第i组天线组与第j设备之间的mimo路径状态；

33、将天线组切换到第i组；

34、通过第i个天线组与第j个终端构成的mimo路径向第j个终端发送训练帧，并接收第j个终端的反馈应答帧；

35、应答帧中提取当前mimo路径的csi信息并提取当前的mimo路径相关性，当mimo路径相关性大于阈值时，表明第i个天线组与第j终端所构成的mimo路径性能不佳，此时将天线组--终端mimo发送路径状态矩阵的第i行，第j列设置为0，否则设置为1，1台终端可能与多个天线组构成可用的mimo路径；1表示可用路径，0表示非最优路径；

36、更新i，j的数值，为下一次路径状态获取做准备；

37、返回(i，j)，完成本次路径状态获取。

38、本发明的一个实施例中，进行ap接收mimo路径权重计算获得更新的天线组接收mimo路径权重矩阵，具体实现包括：

39、使用天线组--终端mimo发送路径状态矩阵和终端上行业务网络质量预估矩阵的数据，计算每个天线组与所有终端所构成的每条mimo路径的满足所有业务的概率总和，即权重；用天线组--终端mimo发送路径状态矩阵和终端上行业务网络质量预估矩阵做矩阵乘法，天线组--终端mimo发送路径状态矩阵*终端上行业务网络质量预估矩阵获得新的天线组接收mimo路径权重矩阵，天线组接收mimo路径权重矩阵为m行的一维矩阵，每行代表对应行号的天线组接收mimo路径的权重，其中最大值awmax即为当前的最优接收mimo路径的天线组，该天线组能够最大概率的满足所有终端的业务对于上行网络的质量需求。

40、按照本发明的另一方面，还提供了一种无线局域网ap端mimo接收路径选择装置，包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储能被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成所述的无线局域网ap端mimo接收路径选择方法。

41、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：

42、1、本发明提供一种无线局域网ap端多天线组中选择系统最优接收天线组的方法；

43、2、本发明提供一种基于业务权重的接收mimo路径选择方法，ap设备在具备多个mimo天线组的情况下多终端接入时，ap系统最优接收天线的选择方法，使用该方法最大概率的满足各终端承载的上行业务对空口通信的性能要求；

44、3、本发明所提供的方法也可以实现在系统中仅存在单一无线局域网终端时，ap端最优mimo接收路径的选择；

45、4、本发明所使用的方法，不改变无线局域网的通信模式，无需对无线局域网终端设备进行改造。具有综合性能更好、适用使用范围更广、无需终端设备适配的优点。