一种基于有效期检查的CSI反馈开销降低方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有效期检查的CSI反馈开销降低方法，目的在于，针对现有CSI反馈机制存在的低效率问题，在MU‑MIMO网络中提高CSI利用率，减少CSI反馈开销，在上行链路传输和下行链路传输中引入CSI的有效性判断，验证上次汇报CSI的有效性，上次汇报CSI有效，则分配入good组向AP反馈ACK帧；上次汇报CSI无效，则需要bad组用户依据收到的NDP包重新计算新的CSI并反馈给AP，上行传输中，一组最为正交的并发用户会被选择，在下行传输中并发用户的正交性可以由预编码的信号保证。

A CSI feedback overhead reduction method based on validity checking

The invention discloses a valid CSI inspection method to reduce the feedback overhead, based on the purpose, according to the existing CSI feedback mechanism efficiency, increase the utilization rate of CSI in MU MIMO network, CSI reduce the feedback overhead, to judge the effectiveness of introducing CSI in the uplink and downlink transmission in the transmission, validation the last report of CSI CSI, the last report, were assigned into good group feedback ACK frame to AP CSI; the last report is invalid, the need for bad group of users according to the received NDP packets to calculate the new CSI and feedback to AP, uplink transmission, a group of the most orthogonal concurrent users will be selected in the downlink in the transmission of the orthogonality of concurrent users can be guaranteed by the pre encoding signal.

【技术实现步骤摘要】
一种基于有效期检查的CSI反馈开销降低方法
本专利技术属于无线通信网络领域，具体涉及一种基于有效期检查的CSI反馈开销降低方法。
技术介绍
在标准802.11ac协议中，AP要求所有用户反馈其各自CSI以实现选择“最优”的用户组。在大规模网络中，此过程的时间消耗很轻易的会超过真正用于数据传输的时间。因此，一个叫做OPUS的可度量用户选择机制应运而生。OPUS最多只需要M轮CSI反馈，其中M代表AP的天线数。在每轮中，一个新颖的可用于用户评测与已选择用户正交性的探测机制被应用。它是一个可选出最优用户进行CSI反馈的竞争分散机制，以OPUS为例，图2a说明了OPUS的与CSI反馈相关的MAC操作。首先，AP发送一个空数据声明帧(NDPA)，以此告知有意数据传输的用户以及向周围WLAN网络声明保留信道。紧接着，AP发送包含训练序列的空数据帧(NDP)。在收到NDP后，每个用户估算自己与发送端天线之间的CSI矩阵。第一个用户立即将自己的CSI反馈给AP。其他有意用户在收到探测帧后参与反馈争夺机制。最符合机制要求的用户获得发送权并将自己的CSI反馈给AP。用户次序通过NDPA传送。如图2a所示，AP在每轮数据传输前总需要3轮CSI反馈。此外，此开销会随着AP天线的数量线性增加。在每轮数据传输前这些用户的CSI反馈是有效的吗？考虑有些用户在一轮数据传输结束后其CSI并不会更新，这意味着AP花大代价获得的CSI并未被完全利用。因此，一个直接的解决方法是减轻CSI反馈的开销，这将尽最大程度提高CSI利用率并消除不必要的CSI反馈操作。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出一种基于有效期检查的CSI反馈开销降低方法，针对现有CSI反馈机制存在的低效率问题，在MU-MIMO网络中提高CSI利用率，减少CSI反馈开销。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案为：包括以下步骤：1)用户身份认证及CML初始化；2)AP广播NDPA与NDP数据包，声明此次数据传输为上行链路传输或下行链路传输，若为上行链路传输，转至步骤3)，若为下行链路传输，转至步骤4)；3)上行链路传输：3.1)AP声明通过NDPA和NDP包来声明其上行传输的意图；3.2)用户在收到NDP包后验证上次汇报CSI的有效性，若上次汇报CSI有效，则分配入good组；若上次汇报CSI无效，则标为bad组，bad组用户依据收到的NDP包重新计算新的CSI；3.3)在随后的每一轮中，获得反馈权的用户将自己的CSI反馈给AP，若位于good组内，仅向AP反馈ACK帧；3.4)AP根据反馈的CSI或ACK帧更新CSI矩阵列表，重复步骤3.2)直到被选择的用户数量达到AP天线数量M，M个用户进行上行数据传输；4)下行链路传输：4.1)用户在收到NDP包后验证上次汇报CSI的有效性，若上次汇报CSI有效，则分配入good组，若上次汇报CSI无效，则标为bad组；4.2)good组用户向AP反馈ACK帧，AP从good组用户中选择M个并发用户，若good组用户数量小于M，则bad组用户依据收到的NDP包重新计算新的CSI并反馈给AP，AP相继接收新的CSI反馈直到用户的数量达到M，基于公平控制机制进行下行链路传输。所述步骤1)中用户身份认证及CML初始化包括：首先用户加入Wi-Fi网络中并完成身份认证与关联过程，然后AP在CSI矩阵列表中新建项并纪录，新建项包含四列属性：用户ID、CSI矩阵、可重用和相干时间。所述可重用包含两个值：0和当前时间戳，0代表当前CSI矩阵对下轮传输无效，一旦AP接收到新反馈的CSI，CSI矩阵列表记录当前CSI到达的时间戳，并指明从此刻开始CSI可用，可重用直到相关用户声明CSI无效后变为0；所述相干时间为上一刻信道相干时间，即上次汇报CSI矩阵的有效期，通过可重用变为0时的时间戳减去之前记录的时间戳得到。所述步骤3)和步骤4)中CSI的有效性判断为：判断上一轮数据传输使用的CSI值Hl与本轮计算得到的CSI值Hn是否相等，如果Hl＝Hn，则用ACK代替CSI作为反馈；否则重新计算CSI并将其反馈至AP。所述步骤4.2)中公平控制机制的设立过程包括确定用户连续服务时间、设立用户调度机制和大规模网络中的公平控制。所述用户连续服务时间的确定：使用ni代表对用户i在每次调度中的连续服务时间，通过下列公式计算连续服务时间：其中，largetimeslice为CSI矩阵列表中所有用户最大的相干时间，CoherenceTimei为用户i的相干时间；公式中下取整。所述largetimeslice的上限设置为30ms。所述用户调度机制设立：根据相干时间对所有用户进行排序，然后根据顺序对用户进行调度。所述大规模网络中的公平控制：首先在大规模MU-MIMO网络中设置多个AP，根然后据CSI矩阵列表中相干时间将用户分配至不同的AP，连接至同一AP的用户具有相同的CSI相干时间。与现有技术相比，本专利技术在上行链路传输和下行链路传输中引入CSI的有效性判断，验证上次汇报CSI的有效性，上次汇报CSI有效，则分配入good组向AP反馈ACK帧；上次汇报CSI无效，则需要bad组用户依据收到的NDP包重新计算新的CSI并反馈给AP，上行传输中，一组最为正交的并发用户会被选择，在下行传输中并发用户的正交性可以由预编码的信号保证，用户调度机制总给在CML中CSI仍然有效的用户更高的优先级，这样的偏好会最大程度的降低下行传输中CSI反馈操作开销，同时在引入公平控制机制下，保证了用户具有公平的数据传输，本专利技术针对现有CSI反馈机制存在的低效率问题，在802.11ac协议MU-MIMO网络中提高CSI利用率，减少CSI反馈开销，同时保证了数据传输的公平性。进一步，为了促进吞吐量的公平，我们引入“大时间片”(largetimeslice)的概念，将CML中所有用户最大的相干时间作为一个单独的时间片，每一个用户会在一次调度中以尽可能接近大时间片的连续时间被服务。进一步，具有短相干时间的用户会减慢具有长相干时间用户的数据传输速率，针对这个问题，根据相干时间对所有用户进行排序，然后根据这个顺序对用户进行调度，相邻的用户具有相似的信道相干时间，可以同时最大化CSI利用率与网络吞吐量。进一步，通过在大规模MU-MIMO网络中利用多AP，来解决大规模MU-MIMO网络中的公平控制问题，依据CML中的相干时间将用户分配至不同的AP，据此连接至同一AP的用户会具有相同的CSI相干时间，实现在用户相干时间变化的情况下将其从当前的AP分配至更合适的AP，实现了网络性能表现与AP间负载平衡的权衡。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2a为标准802.11ac协议下的CSI反馈机制，图2b为本专利技术Grandet方法下的CSI反馈机制；图3a、3b和3c分别为本专利技术在2、3和4天线AP，6/12用户下连续100轮传输中CSI反馈的总次数；图4a为6个用户的信道相干时间图，图4b为标准802.11ac协议下、本专利技术Grandet方法在4用户和8用户下的吞吐量增益图；图5a为在上行传输中标准802.11ac协议、OPUS、Signpost和本专利技术Grandet方法的吞吐量，图5b为在下行传输中标准802本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有效期检查的CSI反馈开销降低方法，其特征在于，包括以下步骤：1)用户身份认证及CML初始化；2)AP广播NDPA与NDP数据包，声明此次数据传输为上行链路传输或下行链路传输，若为上行链路传输，转至步骤3)，若为下行链路传输，转至步骤4)；3)上行链路传输：3.1)AP声明通过NDPA和NDP包来声明其上行传输的意图；3.2)用户在收到NDP包后验证上次汇报CSI的有效性，若上次汇报CSI有效，则分配入good组；若上次汇报CSI无效，则标为bad组，bad组用户依据收到的NDP包重新计算新的CSI；3.3)在随后的每一轮中，获得反馈权的用户将自己的CSI反馈给AP，若位于good组内，仅向AP反馈ACK帧；3.4)AP根据反馈的CSI或ACK帧更新CSI矩阵列表，重复步骤3.2)直到被选择的用户数量达到AP天线数量M，M个用户进行上行数据传输；4)下行链路传输：4.1)用户在收到NDP包后验证上次汇报CSI的有效性，若上次汇报CSI有效，则分配入good组，若上次汇报CSI无效，则标为bad组；4.2)good组用户向AP反馈ACK帧，AP从good组用户中选择M个并发用户，若good组用户数量小于M，则bad组用户依据收到的NDP包重新计算新的CSI并反馈给AP，AP相继接收新的CSI反馈直到用户的数量达到M，基于公平控制机制进行下行链路传输。...

【技术特征摘要】
1.一种基于有效期检查的CSI反馈开销降低方法，其特征在于，包括以下步骤：1)用户身份认证及CML初始化；2)AP广播NDPA与NDP数据包，声明此次数据传输为上行链路传输或下行链路传输，若为上行链路传输，转至步骤3)，若为下行链路传输，转至步骤4)；3)上行链路传输：3.1)AP声明通过NDPA和NDP包来声明其上行传输的意图；3.2)用户在收到NDP包后验证上次汇报CSI的有效性，若上次汇报CSI有效，则分配入good组；若上次汇报CSI无效，则标为bad组，bad组用户依据收到的NDP包重新计算新的CSI；3.3)在随后的每一轮中，获得反馈权的用户将自己的CSI反馈给AP，若位于good组内，仅向AP反馈ACK帧；3.4)AP根据反馈的CSI或ACK帧更新CSI矩阵列表，重复步骤3.2)直到被选择的用户数量达到AP天线数量M，M个用户进行上行数据传输；4)下行链路传输：4.1)用户在收到NDP包后验证上次汇报CSI的有效性，若上次汇报CSI有效，则分配入good组，若上次汇报CSI无效，则标为bad组；4.2)good组用户向AP反馈ACK帧，AP从good组用户中选择M个并发用户，若good组用户数量小于M，则bad组用户依据收到的NDP包重新计算新的CSI并反馈给AP，AP相继接收新的CSI反馈直到用户的数量达到M，基于公平控制机制进行下行链路传输。2.根据权利要求1所述的一种基于有效期检查的CSI反馈开销降低方法，其特征在于，所述步骤1)中用户身份认证及CML初始化包括：首先用户加入Wi-Fi网络中并完成身份认证与关联过程，然后AP在CSI矩阵列表中新建项并纪录，新建项包含四列属性：用户ID、CSI矩阵、可重用和相干时间。3.根据权利要求2所述的一种基于有效期检查的CSI反馈开销降低方法，其特征在于，所述可重用包含两个值：0和当前时间戳，0代表当前CSI矩阵对下轮传输无...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠维，张时源，韩劲松，蔡远航，赵鲲，赵季中，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61