[发明专利]分布式无线发射机的相干传输

说明书

相关文件的交叉引用

本申请要求于2011年10月6日提交的美国临时申请案61/543,832的权益，(代理人案号：70009-D13P01；客户案例号：14965)，其全部内容通过引用的方式并入本文。

联邦政府资助的研究的声明

本发明在政府支持下进行，基金由全国科学基金会(National Science Foundation)授予，合同编号为CCF-0728645。政府拥有本发明的一定权利。

发明背景

本发明涉及分布式无线发射机的相干传输。具体地，在某些示例中，这些发射机为：比如802.11中的接入点(APs)、比如蜂窝网络中的基站、中继站、或其它无线节点。

传统无线网络，比如802.11或蜂窝网络，其通信能力可能被干扰限制。例如，由于无线媒介是共享的，所以，如果两个邻近装置同时发射其传输，通常会发生干扰，从而阻止其中一个装置传送其包。无线技术的最新发展实现了实验的无线系统，比如SAM、IAC和波束赋形。这些系统表明在同一干扰区域内不同发射机之间进行并行传输是可能的。采用这些系统的无线网络的吞吐量可增加一倍或两倍。

然而，这类系统仍然受到单个节点上天线的最大数量的限制，不能随着更多发射机加入到系统中而持续增大吞吐量。传统的无线网络，例如802.11和蜂窝系统，可通过使用所有可用信道或采用扇形天线来缓解这个问题。然而，这类技术仅提供了小的恒定增益，该增益不随用户数量的增加而增大。此外，简单地增加额外的发射机并不能提高用户吞吐量，因为这些发射机会互相干扰。

无线网络系统的一个需要是随着用户数量的增加可线性增大吞吐量，获得完全可扩展的无线网络。

发明内容

一方面，通常，分布式相干传输系统能够使具有独立频率或时钟参考的单独无线发射机的传输，以模仿所有发射机共用同一个频率或时钟参考的系统。这种结构的技术问题在于，单独发射机(即，用于调制/解调信号的发射机)的振荡器频率根据发射机的不同而不完全相同，这可引起相位同步的问题。例如，两个发射机的振荡器频率差即使只有100Hz那么小，在5ms这么短的时间之后，可使两个发射机发射的信号产生π弧度的相位差。此相位差可显著降低两个传输保持相干的能力，甚至在一个包的持续时间期间保持相干的能力。通过在对一个或多个所述发射机进行调制之前恰当地对信号进行预编码，来补偿发射机之间的频率和/或相位差，以此来缓解本问题。

在各种示例中，发射机为：比如802.11中的接入点(AP)、比如蜂窝网络中的基站、中继站、或其它无线节点。在本文的其余部分，除非另有明确指示，否则术语“发射机”泛指其中一种这类发射节点。

另一方面，通常，该分布式相干传输系统为分布式MIMO结构的一部分。在该分布式MIMO结构中，多个单独的发射机模仿一个多天线MIMO发射机，不要求所有发射机共用同一个频率或时钟参考。在某些示例中，发射机能够使用比如有线回程(例如，802.11中的AP或蜂窝基站)或无线媒介(例如，使用蜂窝上行链路的移动装置中的蓝牙、IR、802.11)等较高速连接相互通信，并使用这类连接来交换其需要传送到接收器的数据和某些最小化控制信息。然后发射机利用传统的MIMO技术来执行：例如，对多个接收器进行波束形成或调零。

另一方面，通常，此分布式相干传输能够使独立发射机实施信息理论文献中的各种方案，这些方案假设这类独立发射机共用同一个频率或时钟参考。这类方案可包括：比如，无线网状网络中的格码、无线上行链路中的叠加编码、分布式发射机之间的干扰对齐、或来自独立发射机的分布式脏纸编码/认知方案。

在某些示例中，基于来自具有接收器返回的信道相关信息的发射机(即，包括频率和/或相位差的补偿)的协同传输，形成从发射机到接收器的信道估计值。该信道信息可用在各个发射机中，形成将传输引导至特定接收器的数据组合，比如，利用分布式MIMO方法(使多个发射机在一个或多个接收器处执行比如波束赋形或调零)。在某些示例中，接收器利用发射机的传输来计算从发射机到接收器的信道估计值，并显式地传回给发射机。在其它示例中，根据从接收器到发射机的反向传输，利用互易法确定从发射机到接收器的信道特性，以形成或更新从发射机到接收器的信道估计值。在其它示例中，信道估计方法的组合用于：例如，通过接收器的显式通信获取从发射机到接收器的初始信道估计值，并基于从接收器到发射机的传输(例如，确认)来升级从发射机到接收器的现有信道估计值。