[发明专利]用于在MIMO无线LAN中选择天线和波束的训练信号

说明书

技术领域

本发明总体上涉及多输入多输出无线局域网，更具体地说，涉及在这样的网络中选择天线和波束。

背景技术

多输入多输出(MIMO)技术可以在无线网络的分散环境中显著地增加系统容量。然而，因为在典型系统中，每一个发送/接收天线都需要包括调制器/解调器、AD/DA转换器、上/下转换器以及功率放大器在内的独立RF链(chain)，所以使用更多的天线增加了硬件复杂性和成本。另外，在基带的处理复杂度也随着天线的数量而增加。

天线/波束选择能够减少RF链的数量，而仍旧能够利用由多天线所提供的容量/分集增加的优点。在无线局域网(WLAN)中，站通常以高信噪比(SNR)进行操作，其中，分集在保护系统使之免于深度衰减信道的影响方面起到关键作用。此外，已知的是，WLAN信道的状态变化较慢。因此，在WLAN中执行天线/波束选择是有利的。

天线/波束选择的想法是，根据一些预定标准，从完整信道矩阵或经变换的信道矩阵中选择子矩阵，以进行波束选择。为了执行天线/波束选择，通过发送使得天线选择站能够测量完整信道状态的训练(探测(sounding))帧来估计该完整信道矩阵。传统地，通过对所有要选择的天线发送训练帧，在物理(PHY)或介质访问(MAC)层使用显式信令(explicit signaling)。然而，由于实际的限制，不希望有额外开销。另一方面，较慢变化的WLAN信道环境能够支持(advocate)在MAC和PHY层中需要很少变化或不需要变化的、更有效的天线/波束选择训练方案。

MAC层中的IEEE 802.11n WLAN链路自适应控制(LAC)帧的结构

如图1所示，也被称为WiFi的WLAN IEEE 802.11n标准(在此通过引用将其并入)规定了在MAC层定义的链路自适应控制帧(LAC)来支持MIMO训练请求和链路自适应信息的交换。通常，该控制帧包含以下字段：MAC报头110、用于指示在当前控制帧中所承载的逻辑元素的LAC掩码120、用于指示发射参数的调制编码方案(MCS)反馈字段130、以及用于错误检测的帧校验序列(FCS)140。包括帧控制111、持续时间112、接收地址(RA)113及发射地址(TA)114的该MAC报头110应用于任何MAC层分组。在IEEE 802.11-04/0889r7，“TGn Sync ProposalTechnical Specification”中对控制帧进行了详细描述，在此通过引用将其并入。

该LAC帧支持MIMO训练请求的控制和链路自适应信息的交换。可以通过发起者站(发射机)或接收者站(接收机)来发送该LAC帧。

图2更详细地示出了LAC掩码字段120。在不考虑天线/波束选择的情况下，LAC掩码字段120包括以下字段：RTS(请求发送)121、CTS(清除发送)122、TRQ(MIMO训练请求)123、MRQ(MCS反馈请求)124、以及MFB(MCS反馈)125。保留三个位126。在MCS反馈的情况下，即，MFB＝1，在图1中的“MCS反馈”字段130中表示该MCS设置。

用于IEEE 802.11n WLAN的闭环MIMO训练方法

IEEE 802.11n标准要求在介质访问控制(MAC)层服务接入点(SAP)处有每秒100兆比特(Mbps)的吞吐量。根据在WLAN环境下的信道特性，针对所增加的吞吐量，包括发射波束成形(TXBF)、MCS自适应以及天线/波束选择的闭环方案是优选的。

每个PHY层分组都由两个部分组成：前导码和数据。该PHY分组前导码包括用于在接收机处的信道估计的训练信息。通常，在传统的PHY层分组中，在训练字段中所指示的天线或空间流(spatial stream)的数量可以小于由MIMO信道所提供的最大数量。探测分组是特定的PHY层分组，其包含用于MIMO信道中的所有可用数据流的训练信息，而不管有多少数据流被用于发送数据部分。如果在该系统中没有应用探测分组的概念，则PHY层训练分组的另选种类是实施了使用MIMO信道中的所有可用数据流的MCS设置的PHY层训练分组，从而不仅使得前导码包含MIMO信道的全部训练信息，而且还能够使用所有可用数据流来发送数据部分。

MCS训练过程