專利名稱：：在多路輸入多路輸出無線局域網(wǎng)中選擇天線和波束的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體上涉及多路輸入多路輸出無線局域網(wǎng)，更具體的說，涉及在這樣的網(wǎng)絡(luò)中選擇天線和波束。
背景技術(shù)：
：多路輸入多路輸出(MIMO)技術(shù)可以在無線網(wǎng)絡(luò)的散射環(huán)境中顯著地提高系統(tǒng)容量。然而，因為在典型系統(tǒng)中，每個發(fā)射/接收天線都需要包括調(diào)制器/解調(diào)器、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、上/下變頻器和功率放大器的獨立射頻鏈路，所以更多的天線的使用增加了硬件的復(fù)雜性和成本。另外，在基帶處的處理復(fù)雜性也隨著天線的數(shù)量而增加。天線/波束選擇可以減少射頻鏈路的數(shù)量，并仍可取得由多天線提供的容量/分集增加的優(yōu)點。在無線局域網(wǎng)(WLAN)中，站通常以高信噪比(SNR)操作，其中分集在保護系統(tǒng)免于深度衰落信道的危害中扮演著關(guān)鍵角色。此外，眾所周知WLAN的信道狀態(tài)變化緩慢。因此，在WLAN中執(zhí)行天線/波束選擇是有利的。天線/波束選擇的思想是根據(jù)一些預(yù)定標準，從全信道矩陣或者變換信道矩陣中選擇子矩陣來進行波束選擇。為執(zhí)行天線/波束選擇，通過發(fā)送使能天線選擇站以測量整個信道狀態(tài)的訓(xùn)練(語音)幀來估計全信道矩陣。常規(guī)的是，通過向待選的所有天線發(fā)送訓(xùn)練幀來在物理(PHY)層或介質(zhì)訪問(MAC)層中使用顯式信令(explicitsignaling)。然而，由于實際的限制，額外的開銷是不理想的。另一方面，緩慢變化的WLAN信道環(huán)境可以主張一種更有效的天線/波束選擇訓(xùn)練方案，該天線/波束選擇訓(xùn)練方案要求在MAC層和PHY層中沒有或幾乎沒有變化。在MAC層的正EE802.1InWLAN鏈路自適應(yīng)控制(LAC)機制的結(jié)構(gòu)如圖l和圖12所示，以引用的方式并入于此的WLANIEEE802.11n標準(也稱為WiFO提出了指定一種在MAC層處定義的快速鏈路自適應(yīng)控制(LAC)機制來支持MIMO訓(xùn)練請求和鏈路自適應(yīng)信息的交換。通常，LAC功能可以由被定義為LAC的單獨控制幀來實現(xiàn)(該單獨控制幀可以是高吞吐量(HT)控制幀)，也可以通過將HT控制字段并入到任何MAC層幀中來實現(xiàn)。如圖1所示，LAC幀分組包含以下字段MAC報頭110、用于指示在當前的控制幀中攜帶的邏輯單元的LAC掩碼120、用于指示傳輸參數(shù)的調(diào)制編碼方案(MCS)反饋字段130、和用于誤差檢測的幀檢測序列(FCS)140。MAC報頭IIO適用于任意MAC層分組，該MAC層分組包括幀控制111、持續(xù)時間112、接收地址(RA)113和發(fā)射地址(TA)l14。在IEEE802.1l-04/0889r7，"TGnSyncProposalTechnicalSpecification"中對LAC幀進行了詳細描述，以引用的方式將其內(nèi)容并入于此。LAC幀支持MIMO訓(xùn)練請求的控制和鏈路自適應(yīng)信息的交換?？梢杂砂l(fā)起站(發(fā)射機)或者接收站(接收機)發(fā)送該LAC幀。圖2更詳細地示出了該LAC掩碼字段120。在不考慮天線/波束選擇的情況下，LAC掩碼字段120包括RTS(請求發(fā)送)121、CTS(清除發(fā)送)122、TRQ(MIMO訓(xùn)練請求)123、MRQ(請求MCS反饋)124和MFB(MCS反饋)125。預(yù)留了三個比特126。在MCS反饋(即，MFB=1)的情況，在圖1的'MCS反饋'字段130中指示了該MCS的設(shè)置。HT控制字段包括控制快速鏈路自適應(yīng)訓(xùn)練處理的LAC字段和其他兩個可能專用于其他HT控制特征的未使用字段。在不考慮天線/波束選擇的情況下，HT控制字段的LAC字段包括MRQ、MRS(MRQ序列號)、MFS(MFB序列號)和在以上LAC幀中充當MCS反饋字段的具有7比特的MFB。注意同樣的HT控制字段也可以通過在MAC報頭中加入項110(參見圖l)形成單獨的HT控制幀。IEEE802.11-20051020"linkadaptationDraftTextAlternative2r2"詳細描述了該HT控制字段，以引用的方式將其內(nèi)容并入于此。用于IEEE802.1InWLAN的閉環(huán)MIMO訓(xùn)練方法IEEE802.11n標準在介質(zhì)訪問控制(MAC)層服務(wù)接入點(SAP)處要求每秒100兆位的吞吐量。基于在WLAN環(huán)境中的信道特性，針對增加了的吞吐量，閉環(huán)方案是優(yōu)選的，該閉環(huán)方案包括發(fā)射波束成型(TXBF)、MCS自適應(yīng)和天線/波束選擇。每個PHY層分組都由前導(dǎo)碼和數(shù)據(jù)這兩部分組成。PHY分組前導(dǎo)碼包括用于在接收機進行信道估計的訓(xùn)練信息。典型地，在常規(guī)的PHY層分組中，在訓(xùn)練字段中指示的天線或者空間流的數(shù)量可以少于由MIMO信道提供的最大數(shù)量。語音分組是特殊的PHY層分組，語音分組包括用于MIMO信道中所有可用數(shù)據(jù)流的訓(xùn)練信息，而不論多少數(shù)據(jù)流用于傳送數(shù)據(jù)部分。當語音分組的概念不適用于這個系統(tǒng)時，PHY層訓(xùn)練分組的替代種類是這樣的一種分組，該分組利用MIMO信道中所有可用數(shù)據(jù)流來強制執(zhí)行MCS設(shè)置，以使得不僅該前導(dǎo)碼包含MIMO信道的全部訓(xùn)練信息，而且還利用所有可用數(shù)據(jù)流傳輸所述數(shù)據(jù)部分。MCS訓(xùn)練處理圖3示出了用于基于LAC幀的MCS自適應(yīng)的常規(guī)MIMO訓(xùn)練處理，然而，應(yīng)該理解的是，也可以使用HT控制字段。發(fā)起方(發(fā)射)站STAA301向接收機(接收)站STAB302發(fā)送其中MRQ4的LAC幀310，或者其中MRQ=1并且MRS等于相應(yīng)的序列號的包含HT控制字段的幀。發(fā)起方還請求它的PHY層發(fā)送語音分組信號。響應(yīng)于接收到的MRQ和語音分組，接收機302估計MIMO信道并為當前的信道確定適當?shù)腗CS設(shè)置。然后，該接收機向發(fā)起方回復(fù)LAC幀320(其中MFB被設(shè)置為1、并且MCS反饋字段130包含所選定的MCS設(shè)置)，或者包含HT控制字段的幀(在該HT控制字段中的MFS等于在當前所響應(yīng)的接收到的幀中的MRS，并且MFB包括選定的MCS設(shè)置)。只要具有完整的MIMO信道知識，接收機302也可以在沒有任何匹配的MRQ單元的情況下通過確定MCS并直接發(fā)送具有MCS反饋的MFB來啟動MCS訓(xùn)練處理。這被稱為未經(jīng)請求的自適應(yīng)。TXBF訓(xùn)練處理圖4示出了基于LAC幀的常規(guī)發(fā)射波束成型(TXBF)訓(xùn)練處理。再說一遍，應(yīng)該理解的是，如果在上面描述的預(yù)留字段中定義了相應(yīng)的TXBF訓(xùn)練功能，則可以使用HT控制字段。發(fā)起方301向接收機302發(fā)送其中TRQ被設(shè)置為1的LAC幀410。響應(yīng)于接收到的TRQ，該接收機向發(fā)起方發(fā)回語音分組420。一接收到該語音分組，發(fā)起方就估計MIMO信道并更新它的波束成型定向矩陣。到目前為止，沒有對接收機啟動的TXBF訓(xùn)練進行定義。對于天線選擇，一些現(xiàn)有技術(shù)的訓(xùn)練方法使用包含關(guān)于所有待選天線的訓(xùn)練信息的單獨PHY層訓(xùn)練幀(例如，語音分組)，并且不同的天線子集隨后連接到用于該單獨訓(xùn)練幀的RF鏈路。這為現(xiàn)有的訓(xùn)練幀設(shè)計引入了開銷。在其他訓(xùn)練方法中，長序列的訓(xùn)練幀從接收站發(fā)送到發(fā)射站，并且作為響應(yīng)該發(fā)射站發(fā)送短序列的訓(xùn)練幀，以使得發(fā)射站和接收站二者都可以執(zhí)行信道估計和天線選擇，參見由AndreasMolisch，JianxuanDu和DaqingGu在2005年5月11日提交的美國專利申請11/127,006"TrainingframesforMIMOStations"，以引用的方式將其內(nèi)容并入于此。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種用于在MIMO無線局域網(wǎng)(WLAN)中選擇天線/波束的訓(xùn)練方法。該方法在MAC層中執(zhí)行。與現(xiàn)有技術(shù)中的天線/波束選擇訓(xùn)練方法相比，根據(jù)本發(fā)明該方法不需要修改PHY層。該訓(xùn)練方法快速連續(xù)地發(fā)送的多個被指定為語音分組的訓(xùn)練幀。每個語音分組都符合常規(guī)的PHY層的設(shè)計并針對所有可用天線的不同子集，從而可以由這些語音分組的接收機來估計整個信道的特性。這些語音分組的接收機可以選擇發(fā)射天線或接收天線。整個訓(xùn)練方法在MAC層中執(zhí)行。除了為選擇天線/波束而訓(xùn)練MIMO信道之外，因為訓(xùn)練傳送和數(shù)據(jù)傳送是并行執(zhí)行的，所以該語音分組還可以包括使該方法極為高效的數(shù)據(jù)。因為該方法在MAC層中執(zhí)行，所以該方法與在MAC層和PHY層二者中執(zhí)行的常規(guī)方法相比具有更少的開銷。作為另外優(yōu)點,該方法可以推廣用于一般的閉環(huán)MIMO系統(tǒng)，比如由接收機啟動的發(fā)射波束成型訓(xùn)練處理。此外，該天線/波束選擇訓(xùn)練方法還可以與發(fā)射波束成型相結(jié)合以實現(xiàn)額外的性能改善。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中LAC幀的框圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中LAC掩碼字段的框圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中MCS訓(xùn)練處理的流程圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)中TXBF訓(xùn)練處理的流程圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明實施方式的MIMO系統(tǒng)的框圖；圖5B是根據(jù)本發(fā)明的天線選擇方法的流程圖；圖5C是根據(jù)本發(fā)明實施方式的LAC幀的框圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施方式的LAC幀中ASBFC字段的框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施方式的發(fā)射天線/波束選擇訓(xùn)練的流程圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實施方式的接收天線/波束選擇訓(xùn)練的流程圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明實施方式的由接收機啟動的波束成型訓(xùn)練的流程圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明實施方式的將接收天線/波束選擇和TXBF訓(xùn)練相結(jié)合的流程圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明實施方式的將發(fā)射天線/波束選擇和TXBF訓(xùn)練相結(jié)合的流程圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有LAC字段的HT控制字段的框圖；以及圖13是依據(jù)本發(fā)明另一實施方式的HT控制字段中的LAC字段的框圖。具體實施方式圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的多路輸入多路輸出(MIMO)無線局域網(wǎng)(WLAN)100。該網(wǎng)絡(luò)包括第一站(STAA)510和第二站(STAB)520。所述第一站和第二站中的任一站都可以以接收模式或發(fā)送模式操作。一般地，發(fā)送數(shù)據(jù)的站被稱為發(fā)射站，而接收數(shù)據(jù)的站被稱為接收站。如所定義的，"集合"包括一個或更多個元素；在"子集"中元素的數(shù)量等于或者少于在相應(yīng)集合中的元素的數(shù)量。每個站包括通過交換機(switch)530連接至天線集合503的接收(Rx)射頻鏈集合501和發(fā)射(Tx)射頻鏈集合502。一般來說，天線的數(shù)量多于射頻鏈的數(shù)量。因此，如在這里所描述的，天線子集是通過根據(jù)本發(fā)明實施方式的方法540在訓(xùn)練階段期間從總的可用天線集合中選定的。該選擇方法可以由發(fā)射機或接收機啟動，并且該選擇可在發(fā)射機或接收機進行。如圖5B中所示，在站中通過接收(步驟562)多個連續(xù)發(fā)送的語音分組561來選擇(540)天線。如這里所定義的，連續(xù)發(fā)送或者接收預(yù)定數(shù)量的分組是指這些分組是在任一方向都沒有插入任何其他分組的情況下被相繼傳送的，并且分組的數(shù)量在該語音分組發(fā)送之前是為兩站所共知的。優(yōu)選的是，以相對短的延時傳送這些語音分組。根據(jù)該語音分組來估計信道矩陣564(步驟563),并且根據(jù)該信道矩陣來選擇天線子集566(步驟565)。該方法也可以用于接收站(例如，STAB520)啟動的閉環(huán)MIMO訓(xùn)練。該訓(xùn)練處理完全在介質(zhì)訪問(MAC)層中執(zhí)行并且對物理(PHY)層是透明的，從而最小化了開銷。用于具有天線/波束選擇的MIMO系統(tǒng)的系統(tǒng)模型在MIMOWLAN100中，該發(fā)射機或發(fā)起站A具有包括NA個天線的集合，而接收機或接收站B具有包括Ne個天線的集合。在平滑-衰落信道(flat-fadingchannel)550中發(fā)射信號和接收信號之間的關(guān)系在可以表示為其中^是AV^xl個接收信號矢量，s^是A^，xl個發(fā)送信號矢量，并且H^4是A^xA^信道矩陣。噪聲矢量n具有A^xl項，這些項是方差為7V。的獨立同分布(i丄d)零均值復(fù)圓高斯隨機變量。F^是A^xA^，發(fā)送天線/波束選擇矩陣，而Fs是7V,A^^接收天線/波束選擇矩陣。進行選擇所使用的矩陣是用于純天線選擇的單位矩陣的子矩陣。在波束成型的情況下，該矩陣包括酉矩陣(unitarymatrix)的正交變換列。在天線/波束選擇之后的等價信道矩陣是AV^xA^^矩陣He(="HhSF》其為信道矩陣Hj^j的子矩陣，或者用于波束選擇的變換信道矩陣的子矩陣。上標'/Z'意為共軛轉(zhuǎn)置，接收機在此處用其進行選擇。通常，執(zhí)行&/F5的判定是為了優(yōu)化信道550的容量和信噪比(SNR)。這里，只考慮了一側(cè)天線/波束選擇，即F^和Fs中至少一個等于單位矩陣，并且射頻鏈的相應(yīng)數(shù)量等于天線的數(shù)量。通過將發(fā)射射頻鏈502的輸出信號切換到選定發(fā)射天線或?qū)⑦x定接收天線的輸入信號切換到接收射頻鏈501來執(zhí)行天線選擇。對于波束選擇，如果在選擇矩陣中所有元素的數(shù)值是O或者1，則在射頻范圍內(nèi)可以利用移相器、交換機和線性組合器來實現(xiàn)選擇540，Sudarshan，P,Mehta，N.B.，Molisch，A.F.，Zhang，J.，"SpatialMultiplexingandChannelStatistics-BasedRFPre-ProcessingForAntennaSelection,"G/oZ^cww,2004年11月，以引用的方式將其內(nèi)容并入于此。在這兩種情況中，所需用于調(diào)制/解調(diào)所述發(fā)送/接收信號的射頻鏈的數(shù)量少于可用發(fā)射/接收天線的總數(shù)。因此，降低了該系統(tǒng)的成本。在初始關(guān)聯(lián)階段(initialassociationphase),所述站交換與射頻鏈的數(shù)量、天線振子的數(shù)量和天線/波束選擇類型相關(guān)的信息。具體地說，在該階段發(fā)送在反饋分組中包含的信息的類型(例如，是否為待使用天線的索引、和/或全部(即時的)信道狀態(tài)信息、和/或平均信道狀態(tài)信息)，或另選地，作為該反饋分組的一部分。用于MIMO天線/波束選擇的基于MAC的訓(xùn)練方案LAC幀圖5C示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的鏈路自適應(yīng)控制(LAC)幀的結(jié)構(gòu)。在LAC掩碼字段120中的預(yù)留比特126中的一位(例如，比特127)充當天線/波束選擇指示符(ASI)。如果該ASI字段127被設(shè)定為1，則字段130用于如下所述的天線/波束選擇/發(fā)射機波束成型控制(ASBFC)600，否則字段130按照傳統(tǒng)方式使用。即，只有在MFB二1的情況下，字段130才用作MCS反饋。因此，為將字段130用于ASBFC600，ASI和MFB二者都不能被設(shè)定為1。另選的是，可以在LAC幀中包括新的1字節(jié)的ASBFC字段，這就消除了ASI和MFB同時發(fā)生的限制。圖6示出了字段600的結(jié)構(gòu)，其包含命令字段610和數(shù)據(jù)字段620。當用于ASBFC時，根據(jù)表A定義命令字段610。A<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>以下更為詳細地描述該五個命令。該數(shù)據(jù)字段620攜帶關(guān)于訓(xùn)練信息的數(shù)據(jù)，例如，用于天線/波束選擇訓(xùn)練的語音分組的數(shù)量。因此，如在這里所描述的，只需要對LAC幀中的LAC掩碼字段進行較小的改動就可以執(zhí)行天線/波束選擇和訓(xùn)練，并且無論何時只要在MFB不需要時都可以對字段130進行再利用。HT控制字段如圖12中所示，HT控制字段1200包括可以專用于其他HT控制特征的另外兩個未使用字段1202-1203和根據(jù)本發(fā)明實施方式的控制快速鏈路自適應(yīng)訓(xùn)練處理的LAC字段1201。還更詳細地示出了LAC字段1201。在不考慮天線/波束選擇的情況下，該LAC字段包括MRQ1220、MRS1230(即，MRQ序列號)、MFS1240(即，MFB序列號)和在以上的LAC幀中充當MCS反饋字段的7比特的MFB1250。注意該HT控制字段可以是單獨HT控制幀，即通過添加MAC報頭成為單獨HT控制幀。現(xiàn)有技術(shù)的HT控制字段沒有在MRS中定義比特組合"lll"。本發(fā)明使用比特組合111來預(yù)留MFB字段，艮卩，在MRS中的"lll"充當LAC幀中的ASI。另選地是，本發(fā)明通過在LAC字段中或在HT控制字段的預(yù)留部分之一中使用一個預(yù)留比特作為ASI，將MFB字段用作ASBFC。當用于ASBFC時，MFB/ASBFC的結(jié)構(gòu)與圖6中的類似，只是數(shù)據(jù)字段中的長度減少(從4比特減少到3比特)。另選的方式是將命令字段減少到3比特以使得數(shù)據(jù)字段保持4比特。在這種情況下，表A中的值57充當預(yù)留命令。另選的方案是將新的ASBFC字段1260加入HT控制字段，或者使用未使用字節(jié)中的一個作為ASBFC字段。發(fā)射天線/波束選擇訓(xùn)練方法發(fā)射天線/波束選擇可以由發(fā)射機510或由接收機520啟動。因為接收機在通信處理中持續(xù)地監(jiān)視信道，所以每當接收機測量到信道質(zhì)量發(fā)生不能接受的變化時接收機請求發(fā)射機啟動所述訓(xùn)練處理并更新天線子集或波束定向是更為有效的。該訓(xùn)練處理向接收機快速發(fā)射多個連續(xù)的語音分組，每個分組用于所有可用天線的不同的天線子集。因此，該接收機可以'學(xué)習(xí)'或估計全復(fù)信道矢巨陣(fullcomplexitychannelmatrix)，并從該信道矢巨陣中選擇天線或波束定向的子集。由于WLAN信道550的緩慢變化的特性，所以在傳輸該語音分組時該全信道矩陣可以被假設(shè)為實質(zhì)上沒有變化。分組間的時間間隔對經(jīng)估計的全信道矩陣引入一些失真。因此，連續(xù)語音分組之間的間隔應(yīng)該相對短，而本訓(xùn)練方案就是基于這個需求設(shè)計的。接收機執(zhí)行天線/波束選擇并反饋所選擇的天線子集或波束定向矩陣。這不同于這里所描述的具有顯式反饋的TXBF和發(fā)射天線/波束選擇一起實現(xiàn)時的情形。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的利用LAC幀的訓(xùn)練方法的細節(jié)。在下圖中，虛線指示可選傳輸。在可選傳輸700中，該接收機(STAB)520監(jiān)視信道質(zhì)量并通過發(fā)送其中ASI=1并且命令TXASI一RX的LAC幀來請求該發(fā)射機(STAA)510啟動天線/波束選擇訓(xùn)練處理。(不管是否接收到TXASI—RX)發(fā)射機都將它的MCS選擇設(shè)置為一可靠值(例如，默認MCS)，接著發(fā)送其中ASI=1并且命令TXASI的LAC幀(701)。該字段的數(shù)據(jù)部分指示被發(fā)送用于訓(xùn)練的連續(xù)語音分組的數(shù)量，其中在LAC掩碼字段120中RTS^。一接收到該LAC幀，該接收機就發(fā)送其中CTS=1的LAC幀(702)。這表明該接收機已準備好接收該語音分組。此外，每當在該系統(tǒng)中沒有應(yīng)用語音分組時，在該LAC幀中，該接收機可以選擇設(shè)置MFB4并指示一建議的MCS設(shè)置，該過程利用了MIMO信道中的所有可用數(shù)據(jù)流，同時在每個流中配置最可靠的調(diào)制和編碼設(shè)置。一接收到CTS=1的LAC幀，該發(fā)射機就發(fā)送連續(xù)語音分組(703)，各語音分組被切換到不同的天線子集。注意"粗"線表明這些分組是在時間上直接相鄰地發(fā)送的，在任一方向上沒有其他分組。此外，如上所述，語音分組的數(shù)量(例如，所示的三個)是預(yù)定的，并在對這些分組被傳輸前為所述發(fā)送站和接收站所知。當在該系統(tǒng)中沒有應(yīng)用語音分組時，該發(fā)射機針對相同數(shù)目的連續(xù)PHY層訓(xùn)練幀強制執(zhí)行MCS設(shè)置，該過程利用了在MIMO信道中的所有可用數(shù)據(jù)流，同時在每個數(shù)據(jù)流中配置了最可靠的調(diào)制和編碼設(shè)置。因此，像在語音分組中一樣，這些PHY層訓(xùn)練幀中的每一個均覆蓋MIMO信道中所有可用流的訓(xùn)練信息。該MCS設(shè)置可以直接由發(fā)射機應(yīng)用，或者基于由接收機建議的并在先前接收的LAC幀中指明的設(shè)置(如果有的話)由發(fā)射機應(yīng)用。在連續(xù)發(fā)送出所有訓(xùn)練幀之后，該發(fā)射機接著應(yīng)該恢復(fù)到以前的用于傳輸LAC幀的MCS設(shè)置。注意，在圖7中沒有示出未應(yīng)用語音分組的處理，而在下文中，為方便說明，術(shù)語"語音分組"用于表現(xiàn)這兩個情形。該接收機從接收的語音分組中估計所述全信道矩陣，并相應(yīng)地執(zhí)行該天線/波束選擇。適當?shù)腗CS設(shè)置基于選定的天線結(jié)果來確定。在天線選擇之后，該接收機發(fā)送其中RTS=1、ASI=1、并在字段ASBFC600中命令A(yù)SFB的LAC幀(704)。當該發(fā)射機已經(jīng)準備好接收天線/波束選擇反饋時，該發(fā)射機使用用于發(fā)送最后一個的語音分組的天線子集來發(fā)送其中CTS=1的LAC幀(705)。所述接收機送回包含選擇結(jié)果的分組(706)。所述接收機送回其中MFB=1且ASBFC字段600包含選定的MCS設(shè)置數(shù)的LAC幀(707)。所述發(fā)射機相應(yīng)地更新它的選定天線子集或波束定向，并應(yīng)用新的MCS設(shè)置。如果在預(yù)定時間后該發(fā)射機沒有接收到ASFB，則該發(fā)射機恢復(fù)到以前的選擇或默認設(shè)置，并發(fā)送其中MRQ=1的LAC幀以啟動新的MCS訓(xùn)練周期(708)。基于WLANPHY層的設(shè)計，對PHY層分組的信令和訓(xùn)練前導(dǎo)碼的保護比其中應(yīng)用MCS設(shè)置的規(guī)則數(shù)據(jù)字段好得多。因此，即使錯誤地檢測到一個用于選擇訓(xùn)練的語音分組，也仍然可以對其前導(dǎo)碼進行正確解碼。因此，天線選擇訓(xùn)練不受影響。為傳輸數(shù)據(jù)分組，在傳送下一數(shù)據(jù)分組前，該發(fā)射機等待在MAC層定義的短確認分組。否則，在超時的情況，該發(fā)射機重發(fā)以前的數(shù)據(jù)分組。當傳輸具有用于天線/波束選擇訓(xùn)練的數(shù)據(jù)的語音分組時，即使該發(fā)射機沒有接收到響應(yīng)于發(fā)送每個語音分組的確認，該發(fā)射機也會切換至針對每個連續(xù)語音分組的不同天線子集。重發(fā)語音分組中'丟失，的數(shù)據(jù)不會增加語音分組的數(shù)量。無論該分組是語音分組還是常規(guī)分組，都在下一可用分組中重發(fā)所述丟失的數(shù)據(jù)。換言之，該天線/波束選擇訓(xùn)練處理與利用語音分組傳輸數(shù)據(jù)的處理是并行的。這兩個處理彼此獨立。在另選實現(xiàn)中，可以要求從同一天線集合但可能具有不同的MCS的天線重傳該數(shù)據(jù)。如果語音分組被錯誤接收但是其前導(dǎo)碼被正確接收，則該接收機仍然為天線/波束選擇緩沖相應(yīng)的信道矩陣。只是不對該錯誤接收的語音分組回復(fù)確認。如果語音分組(包括它的前導(dǎo)碼)被錯誤檢測到或全部丟失，則接收機知道天線/波束選擇訓(xùn)練處理已經(jīng)失敗，從而該接收機終止選擇處理。在預(yù)定的時間間隔之后，如果發(fā)射機沒有從接收機收到ASBF命令，則該發(fā)射機切換回以前選定或默認的天線子集或波束定向，并且該發(fā)射機發(fā)送其中MRQ-1的LAC幀以更新MCS的設(shè)置。為提高訓(xùn)練處理的效率和可靠性，連續(xù)語音分組之間的時間間隔應(yīng)該相對較短。因此，在語音分組中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量應(yīng)該相對較小。MAC層不具有確定數(shù)據(jù)分組長度的功能。然而，確定待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度的功能塊，像不同信道上的MCS方案一樣，應(yīng)考慮語音分組所需要的開銷，以便最優(yōu)化總的凈吞吐量。作為一種另選的選擇，如果該語音分組不包含數(shù)據(jù)，則該信道估計是最精確的，并且整個訓(xùn)練處理所需要的時間減少。因此，在效率和性能之間存在折衷問題。在不容許語音分組并且針對訓(xùn)練(如上所述)應(yīng)用具有強制執(zhí)行MCS設(shè)置的另外的PHY訓(xùn)練幀(分組)的情況下，當在發(fā)射機處的射頻鏈的數(shù)量大于由MIMO信道提供的數(shù)據(jù)流的最大數(shù)量(即，信道秩(channelrank))時，如果數(shù)據(jù)隨著PHY層訓(xùn)練分組被發(fā)送，則每個數(shù)據(jù)流應(yīng)包含其數(shù)量與信道秩相同的獨立訓(xùn)練序列。如果該訓(xùn)練分組不包含數(shù)據(jù)，則該數(shù)量應(yīng)等于發(fā)射機的射頻鏈的數(shù)量，以使得所需要的訓(xùn)練分組的數(shù)量相應(yīng)減少。這是在訓(xùn)練分組中不包含數(shù)據(jù)的另一潛在優(yōu)點。發(fā)射機已知在不同語音分組的子集中的天線的順序，同時接收機根據(jù)到達的語音分組的順序簡單地編號天線索引。因此，該發(fā)射機能夠解譯(translate)該天線選擇反饋，并選擇相應(yīng)的天線子集(540)。選擇反饋分組的格式編排(formatting)和排隊可以基于不同的天線/波束選擇處理而變化。一個實施例是，當從NA個天線中選擇NA一ss個天線/波束時，反饋一個NAXNA一ss矩陣FA。対于純天線選擇，F(xiàn)A只包括0和1，該Fa是NAxNA單位矩陣的NA—ss列的排列；而對于射頻波束定向，F(xiàn)A包含相移因素。在LAC掩碼字段120中的ASI127和MFB125的位不能同時設(shè)為1。在前向鏈路(在圖7中從STAA到STAB)上，因為在設(shè)置新的選擇結(jié)果之前訓(xùn)練處理沒有請求任何MCS更新，所以如果應(yīng)用限制MFB=0則不存在影響。在反向鏈路上，因為只有ASPO時，MCS反饋才能從STAA發(fā)送到STAB，所以存在天線/波束選擇訓(xùn)練處理對MFB進行延遲的可能性。另一方面，如果在反向鏈路上還應(yīng)用在STAA處更新的天線子集或射頻定向，則沒有必要在結(jié)束整個訓(xùn)練處理之前在該反向鏈路上進行MCS更新。一般而言，在ASI和MFB之間的沖突問題不會對該系統(tǒng)產(chǎn)生影響。可以直接使用ht控制字段對訓(xùn)練進行擴展。針對使用asi來指示mfb字段的再利用的情況，在圖7中用"ht控制字段"替代"lac";用"mrs=iir，或者"Asi-r替代"Asi二r。接收天線/波束選擇訓(xùn)練處理圖8示出了其中由接收機啟動的利用lac幀的接收天線/波束選擇訓(xùn)練處理。該接收機從發(fā)射機接收多個語音分組，并在接收到不同的語音分組時將該接收機的射頻鏈切換至不同的天線子集。這使接收機能夠估計整個信道矩陣并執(zhí)行天線/波束選擇。接收機520發(fā)送其中asi=1、命令rxasi以及在asbfc字段中的數(shù)據(jù)部分包含所需的語音分組的數(shù)量的lac幀(801)。與在發(fā)射選擇訓(xùn)練中相似，為了防止lac幀和語音分組中的數(shù)據(jù)(如果有的話)與mcs設(shè)置錯誤匹配，該發(fā)射機一接收到rxasi命令就重置mcs。類似地，對于不能應(yīng)用語音分組的情況，該發(fā)射機針對連續(xù)phy層訓(xùn)練幀強制執(zhí)行mcs設(shè)置，這利用了在mimo信道中的所有可用數(shù)據(jù)流，同時在每個數(shù)據(jù)流中配置了最可靠的調(diào)制和編碼設(shè)置。這個處理在圖8中沒有示出，并且術(shù)語"語音分組"用于表示這兩種情形。一接收到第一rxasi命令，接收機510就發(fā)送其中rts=1的lac幀(802)，然后接收機以其中cts=1的lac幀做出響應(yīng)(803)，接著發(fā)射機發(fā)送語音分組(804)。在該接收機處，當正確檢測出語音分組的前導(dǎo)碼時，即使沒有正確檢測出數(shù)據(jù)，該接收機還是繼續(xù)估計信道并執(zhí)行天線/波束選擇，但是如果沒有正確檢測出數(shù)據(jù)字段則不送回確認。如果語音分組(包括它的前導(dǎo)碼)丟失，該接收機恢復(fù)到以前的天線子集或者定向設(shè)置，并確定相應(yīng)的mcs。在隨后的分組中重發(fā)在任意語音分組中丟失的數(shù)據(jù)。然后，該接收機發(fā)送其中mfb=1的lac幀和指示該選擇的mcs反饋(805)。一接收到第一rxasi命令，該發(fā)射機就啟動時鐘，如果在一個超時閾值之后沒有接收到MCS反饋(805)，則意味著當前的訓(xùn)練處理可能失敗，該發(fā)射機發(fā)送MRQ以更新MCS設(shè)置。以在發(fā)射天線/波束選擇情況中類似的方式解決諸如語音分組中的數(shù)據(jù)長度(或者沒有數(shù)據(jù))、獨立訓(xùn)練序列的數(shù)量、以及MFB和ASI的沖突的其他相關(guān)問題?？梢灾苯邮褂肏T控制字段對訓(xùn)練進行擴展。針對使用ASI來指示MFB字段的再利用的情況，在圖7中用"HT控制字段"替代"LAC";用"MRS^lir或者"ASiy替代"ASI二r，。接收機啟動的發(fā)射波束成型如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中只有發(fā)射機可以啟動TXBF訓(xùn)練。因為接收機可以始終監(jiān)視該定向信道質(zhì)量(例如，在固有的波束成型方案中MIMO信道矩陣的定向列向量之間的正交性)，所以當該接收機檢出不可接受的定向，由接收機來啟動所述TXBF訓(xùn)練是更為有效的。這里描述的方法可以通過使用命令TXBFI一RX來執(zhí)行由接收機啟動的訓(xùn)練。圖9示出了由接收機利用LAC幀啟動的TXBF訓(xùn)練。假設(shè)該訓(xùn)練處理已經(jīng)完成了RTS/CTS交換。該接收機發(fā)送其中ASI=1、并且命令TXBFI一RX(901)的LAC幀。該發(fā)射機以其中TRQ4的LAC幀做出響應(yīng)(902)，或者直接發(fā)送如圖4中的常規(guī)方案那樣的TRQ。接收機發(fā)送一個語音分組(卯3)。發(fā)射機對信道進行估計，更新定向矩陣，最后用其中MRQ4的LAC幀進行答復(fù)(904)，以啟動新的MCS訓(xùn)練周期?？梢灾苯邮褂肏T控制字段對訓(xùn)練進行擴展。針對使用ASI來指示MFB字段的再利用的情況，在圖7中用"HT控制字段"替代"LAC";用"MRS^ir或者"ASK"替代"ASI二r，。天線/波束選擇與TXBF結(jié)合如上所述，發(fā)射波束成型(TXBF)為增加了系統(tǒng)的吞吐量和可靠性的另一有效的閉環(huán)MIMO方案。因此，期望將天線/波束選擇與TXBF相結(jié)合。應(yīng)該注意，該天線/波束選擇訓(xùn)練處理要求對選擇結(jié)果進行顯式反饋，該反饋通常是一個矩陣，而TXBF要求該應(yīng)用于高吞吐量WLAN中的MIMO-OFDM系統(tǒng)的所有副載波的信道矩陣可以是顯式反饋也可以是隱式反饋，這里該發(fā)射機可以基于發(fā)射機從反向鏈路中的估計的內(nèi)容來更新它的波束成型定向矩陣，假設(shè)在前向鏈路上的信道和反向鏈路上的信道是相對應(yīng)的(reciprocal)。接著為了執(zhí)行在與天線/波束選擇結(jié)合時需要處理的相對應(yīng)性假設(shè)，要求進行校準處理，該校準處理通常只在關(guān)聯(lián)(association)時發(fā)生。當對TXBF訓(xùn)練使用顯式反饋時，可以將天線/波束選擇與TXBF相結(jié)合。此外，因為可以從接收機向發(fā)射機反饋整個信道矩陣，所以不需要單獨的TXBF訓(xùn)練。對于發(fā)射天線/波束選擇，發(fā)射機可以基于反饋值來計算它的選擇(代替如圖7中的接收機)、波束成型矩陣和相應(yīng)的MCS設(shè)置。對于接收機選擇，在接收機處確定并應(yīng)用選擇，而在發(fā)射機處執(zhí)行所述波束成型矩陣。作為另選的實施方式，還可以將天線選擇和TXBF執(zhí)行為獨立的操作，這里如在之前的部分所描述的那樣執(zhí)行選擇處理，而使用隱式反饋方案(例如，在TGnSync草案說明中如所描述的)以可能與所述天線選擇相比不同的間隔執(zhí)行TXBF。當對于TXBF訓(xùn)練使用隱式反饋時，接收機還可以在不對訓(xùn)練處理進行任何重大修改的情況下執(zhí)行天線/波束選擇，因為發(fā)射機側(cè)的校準足以滿足執(zhí)行TXBF訓(xùn)練。接著如圖IO所示，相應(yīng)地修改圖8中的訓(xùn)練處理。接收機發(fā)送其中ASI=1、并且命令RXASI的LAC幀(1001)。發(fā)射機設(shè)置默認MCS，切換到未定向模式或基本MIMO模式，并用其中RTS=1的LAC幀進行答復(fù)(1002)。該接收機以其中CTS-1的LAC幀做出響應(yīng)(1003)，這使得發(fā)射機發(fā)送語音分組(1004)。接收機執(zhí)行信道估計和天線/波束選擇，并以其中ASK、并且命令TXBFI一RX的LAC幀做出響應(yīng)(1005)，這啟動了TXBF訓(xùn)練處理。一接收到TXBFI一RX或在預(yù)定超時閾值之后，發(fā)射機發(fā)送其中TRQ=1的LAC幀以啟動TXBF訓(xùn)練(1006)。在更新所述TXBF定向矩陣之后，發(fā)射機發(fā)送其中MRQ=1的LAC幀以啟動新的MCS訓(xùn)練周期(1007)。注意，接收機只選擇天線而不確定相應(yīng)的MCS，并且在更新該選擇結(jié)果之后，該發(fā)射機啟動隨后的TXBF和MCS訓(xùn)練處理。最后，在用于TXBF訓(xùn)練的隱式反饋的情況，如果在發(fā)射機處執(zhí)行所述選擇，則相應(yīng)地修改所述校準處理和天線/波束選擇訓(xùn)練處理二者。W，=仏見例如，在發(fā)射機STAA處存在、:^個可能的天線子集用于校準。發(fā)射機將射頻鏈切換至天線的第一子集并執(zhí)行校準處理。接著發(fā)射機將射頻鏈切換到下一個天線子集并執(zhí)行校準。重復(fù)這個處理直到所有子集都已被校準。該發(fā)射機存儲相應(yīng)的檢校矩陣K,K^用于更進一步地使用。在正常的傳輸模式期間，如果天線子集ie[l,Ns]被用于傳輸，則相應(yīng)的校準矩陣&被應(yīng)用在發(fā)射機射頻鏈處。在天線選擇期間，只要更新該天線子集，發(fā)射機就會切換到新的校準矩陣。圖11示出了相應(yīng)的訓(xùn)練處理。接收機發(fā)送其中ASI=1、并且命令TXASI—RX的LAC幀(在圖7中一樣，該步驟如是可選的)(1101)。發(fā)射機設(shè)置默認MCS,切換到未定向模式或基本MIMO模式，并以其中ASI=1、并且ASBFC字段的數(shù)據(jù)部分中為分組數(shù)量的LAC幀進行答復(fù)(1102)。該接收機以其中CTS=1的LAC幀進行響應(yīng)(1103)，這使得該發(fā)射機發(fā)送語音分組(1104)。接收機執(zhí)行信道估計和天線/波束選擇，并以如上所述其中RTS=1的LAC幀做出響應(yīng)以指示選擇完成(1105)。該發(fā)射機保持該天線子集與最后的語音分組對應(yīng)，并以其中CTS=1的LAC幀進行響應(yīng)(1106)。該接收機反饋該選擇結(jié)果(1107)。這使得發(fā)射機更新該天線子集或者所述定向，并應(yīng)用相應(yīng)的校準矩陣。然后，發(fā)射機發(fā)送其中TRQ4的LAC幀以啟動TXBF訓(xùn)練(1108)。最后，在更新TXBF波束定向之后，發(fā)射機發(fā)送其中MRQ=1的LAC幀以啟動新的MCS訓(xùn)練周期(1109)?？梢灾苯邮褂肏T控制字段對訓(xùn)練進行擴展。針對使用ASI來指示MFB字段的再利用的情況，在圖7中用"HT控制字段"替代"LAC";用"MRS=11r或者"ASK"替代"ASI二r。變型因為不管是純天線選擇還是波束選擇都可以與頻率無關(guān)地實現(xiàn)，所以如上所述的方法也可以應(yīng)用于系統(tǒng)是可選頻率的情況，例如根據(jù)正EE802.11n標準的OFDM系統(tǒng)。射頻-基帶處理具有優(yōu)勢，因為性能增益與頻率選擇性無關(guān)，同時通過純天線選擇導(dǎo)致的增益趨向于被頻率選擇性最終平衡掉。這里描述的實施方式使用LAC幀和HT控制字段。本發(fā)明可以被用于在允許發(fā)射機和接收機之間快速通信的MAC層中以類似方式定義任意信令幀，其中使用一個比特或比特組合來指示天線/波束選擇訓(xùn)練幀，并且可以使用在該控制幀中任何具有至少7比特長度的適當字段來交換選擇訓(xùn)練信息。該字段可以是來自用于MCS反饋的字段的再利用字段，或只專用于天線/波束選擇訓(xùn)練的新定義的字段。在后一種情形中，不要求對天線/波束選擇訓(xùn)練和MCS反饋的同時性進行限制。當發(fā)射機和接收機都具有天線/波束選擇能力時，與兩側(cè)同時進行選擇相比較，可以根據(jù)裕量特性劣化(marginalperformancedegradation)在該兩側(cè)上交替進行該訓(xùn)練處理。再一另選方案是增加訓(xùn)練分組的數(shù)量，確?？臻g流的總數(shù)(接收的所有的訓(xùn)練分組)足以滿足完整的分組訓(xùn)練。再一另選方案是傳輸偽數(shù)據(jù)，偽數(shù)據(jù)即不攜帶有用信息、但值確保在該數(shù)據(jù)傳輸期間使該發(fā)射信號具有在接收機處已知的訓(xùn)練字段的形式的數(shù)據(jù)。雖然已通過優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明進行了描述，但是應(yīng)該理解的是，可以在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)進行各種其它修改和變形。因此，所附權(quán)利要求的目的在于覆蓋落入本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的所有這些修改例和變型例。相關(guān)申請本申請為以下申請部分接續(xù)申請，要求由Gu等人在2005年9月30曰提交的、發(fā)明名稱為"TrainingSignalsforSelectingAntennasandBeamsinMIMOWirelessLANs，，的PCT申請PCT/US2005/035012的優(yōu)先權(quán)。權(quán)利要求1.一種用于在多路輸入多路輸出的無線局域網(wǎng)絡(luò)中選擇天線的計算機實現(xiàn)方法，該局域網(wǎng)絡(luò)包括多個站，每個站包括天線集合，該方法包括以下步驟在一個站中接收多個連續(xù)傳輸?shù)恼Z音分組，每個語音分組對應(yīng)于所述天線集合的不同子集，并且其中連續(xù)的分組的數(shù)量是預(yù)定的；根據(jù)所述多個連續(xù)傳輸?shù)恼Z音分組來估計信道矩陣；發(fā)送包括高吞吐量(HT)控制字段的幀以啟動天線選擇；以及根據(jù)所述信道矩陣來選擇天線子集。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高吞吐量控制字段包括鏈路自適應(yīng)控制(LAC)字段，并且該鏈路自適應(yīng)控制字段包括天線/波束選擇指示符(ASI)字段。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高吞吐量控制字段包括調(diào)制編碼方案選擇反饋(MFB)字段，并且如果天線/波束選擇指示符字段設(shè)置為1或者如果MSR字段設(shè)置為"111"，則該調(diào)制編碼方案選擇反饋字段用于天線/波束選擇/發(fā)射機波束成型控制(ASBFC)。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所選擇出的天線是接收天線。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所選擇出的天線是發(fā)射天線。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所有步驟均在所述網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問層中執(zhí)行。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述語音分組包括數(shù)據(jù)。8.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟根據(jù)所述信道矩陣來選擇波束。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述站是接收站。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述站是發(fā)射站。11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中以相對短的延時發(fā)送所述語音分組。全文摘要一種在多路輸入多路輸出的無線局域網(wǎng)中選擇天線的計算機實現(xiàn)方法，該局域網(wǎng)包括多個站，并且每個站包括天線集合。在一個站中接收多個連續(xù)傳輸?shù)恼Z音分組。每個語音分組對應(yīng)于該天線集合的一個不同的子集。根據(jù)該多個連續(xù)傳輸?shù)恼Z音分組來估計信道矩陣。發(fā)送包括高吞吐量(HT)控制字段的幀以啟動天線選擇，并根據(jù)該信道矩陣來選擇天線子集。文檔編號H04M1/00GK101273543SQ200580051707公開日2008年9月24日申請日期2005年11月3日優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日發(fā)明者安德里亞·F·莫利薩奇,張錦云,張鴻遠,顧大慶申請人:三菱電機研究實驗室