[发明专利]毫米波高速通信系统波束扇区侦听的空间复用方法

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波高速通信系统波束扇区侦听的空间复用方法，属于通信技术。

背景技术

WPAN（Wireless Personal Area Network，无线个域网）是一种新兴的通信网络，也是当前网络发展最为迅速的领域之一。它的提出是为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定群体、无线无缝连接的无线通信网络技术。它能够有效地解决“最后几米电缆”的问题。随着技术的进步，无线通信装置急剧增长，各种手持通信设备相继出现，对多媒体应用的短距离传输需求与日俱增。这一需求使得无线短距离通信必须能够提供更高的传输速率和通信效率。越来越多的研究关注于超高速无线个域网的研究。

随着世界范围内57-67GHz未授权频谱的相继开放，这一频段成了最大的连续开放频谱资源。这段频谱与目前通常使用的5.8GHz频段相比，带宽有了很大的提高，数据的传输速率也会相应的得到成倍的提升。近年来，低成本的硅芯片和CMOS芯片也被证明能够支持60GHz技术，并且已有相关产品的发布。

除了高带宽，高速率和低成本外，60GHz还有其他优点以适用于无线个域网通信。60GHz信号具有高衰减性，抗干扰性能好，通信性能稳定，非常适合短距离通信。由于波长在5mm左右，天线单元的尺寸很小，可以方便地把多个天线集成在收发器的芯片上，这样就可以利用智能天线技术产生更窄的波束宽度，从而达到高的链路预算，形成信号的定向传输。

空间复用技术允许多条链路在同一信道下，同时进行传输。60GHz信号的高衰减性和定向传输特性相比于传统的全向传输，能够提供更大的空间复用增益，从而极大地提高系统的吞吐量和传输效率。

毫米波无线通信系统模型如图1所示，设备通过多天线技术，可以形成多个发送扇区，每个发送扇区在不同的方向上具有不同的天线增益。

IEEE802.11ad标准草案中信道接入在多个BI（Beacon Interval，信标间隔）里进行。每个BI又分为多个接入期，一个BI主要包含BTI（Beacon Transmission Interval，信标传输间隔），A-BFT（Association Beamforming Training，协作波束形成训练），AT（Announcement Time Period，通告时间）和DTT（Data Transfer Time，数据传输时间）。其中，DTT由若干个CBAP（Contention-based Access Periods，基于竞争的接入期）和SP（Service Periods，服务期）组成，在DTT内设备间进行数据帧的传输。

在空间复用之前，设备对之间需要进行波束形成训练，使设备在后续通信中使用最佳扇区进行通信，以获得链路的最大增益提高通信质量。在定向发送，全向接收的波束形成中，波束形成主要经过发送扇区扫描以确定设备的最佳发送扇区。发送设备依次使用不同的扇区发送波束训练序列，接收设备以全向天线模式接收信号，并把接收到的最大信号所对应的发送扇区号反馈给发送设备。

在SP内通信的设备对使用波束形成得到的最佳扇区来进行通信，同时设备在SP内的传输需要PCP/AP（PBSS Control Point/Access Point，个人基础服务集控制点/访问点，）来调度，如果有多对链路请求SP，PCP/AP要求设备执行对频谱以及无线资源的测量，并报告结果，以评估在当前干扰情况下是否可以进行空间复用。在此，已分配的服务时间记为SP_e，将与SP_e进行空间共享测量评估的服务时间为候选服务时间，记为SP_c。可以有多个SP_e和SP_c。PCP/AP在SP的源设备和目的设备完成波束形成训练之后指示并在SP内分配时隙供设备进行测量。图2为设备之间干扰测量的示意图。

首先，SP_e中的两个设备依次使用波束形成的最佳发送波束进行发送，SP_c中的设备侦听，将干扰结果反馈给PCP/AP，同理，SP_c中的设备进行发送，SP_e中的设备侦听，并把干扰结果反馈给PCP/AP，PCP/AP根据信道质量评估信息和反馈信息，来决定是否允许链路进行空间复用。