CN103702433A - 支持上行mu-mimo的增强rts-增强cts协议的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，包括：多源端中每个源端均向目的端发送增强RTS；目的端接收多个所述增强RTS，基于所述增强RTS确定所述增强RTS对应的源端，并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送增强CTS。本发明通过目的端根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，并向最佳源端组合发送增强CTS，最佳源端组合中的每个源端则可同时向目的端发送数据。本发明允许多个源端同时向目的端发送源端数据，充分利用目的端天线数量多的优势，提高频谱效率。

Description

支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法及装置

技术领域

本发明涉及多源端MIMO无线通信***技术领域，尤其是适用于多源端短时间内上传数据的场合的支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法及装置。

背景技术

IEEE802.11的MAC定义了两种介质访问控制方式：DCF（分布式协调功能）和PCF（点协调功能）。为了避免两个互不可见（即无线信号互不能达）的站点同时向一个双方都可达的第三站点（一般位于两个发送站点中间位置处）发送信息时发生冲突，DCF定义了RTS/CTS消息交换机制作为辅助的介质访问方式。

当两个互不可见（即无线信号互不能达）的站点同时向一个双方都可达的第三站点（一般位于两个发送站点中间位置处）发送信号时，由于两个发送站点都无法检测到介质中有对方的信号，于是都认为此时介质为空闲，可以为己所用，并同时向第三方接收站点发送信号。显然，接收信号的第三站点将无所适从，因为它收到的实际上是两个发送站点送来的互相干扰的信号。IEEE为解决这一问题提出了一个可选的RTS/CTS机制。RTS/CTS机制的工作原理是，发送站点在向接收站点发送数据包之前，即在DIFS之后不是立即发送数据，而是代之以发送一个请求发送RTS（Ready To Send）帧，以申请对介质的占用，当接收站点收到RTS信号后，立即在一个短帧隙SIFS之后回应一个准许发送CTS（Clear To send）帧，告知对方已准备好接收数据。双方在成功交换RTS/CTS信号对（即完成握手）后才开始真正的数据传递，保证了多个互不可见的发送站点同时向同一接收站点发送信号时，实际只能是收到接收站点回应CTS帧的那个站点能够进行发送，避免了冲突发生。即使有冲突发生，也只是在发送RTS帧时，这种情况下，由于收不到接收站点的CTS消息，大家再重新用DCF提供的竞争机制，分配一个随机退守定时值，等待下一次介质空闲DIFS后竞争发送RTS帧，直到成功为止。

对于多用户在短时间内上传数据的场合，如何进行多用户配对，改进RTS/CTS介质访问方式，实现有效的MU-MIMO传输成为亟待解决的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是，提供一种支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法及装置，以解决多用户在短时间内上传数据的场合，无线***传输效率不高的问题。其中，增强RTS-增强CTS协议在本文中简写作:eRTS-eCTS，即enhanced RTS-enhanced CTS。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的方法，包括：

有待向目的端传输数据的多源端中每个源端均向目的端发送增强RTS(eRTS)；

目的端接收多个所述eRTS，基于所述eRTS确定所述eRTS对应的源端，并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送增强CTS(eCTS)。

其中，在多源端中每个源端均向目的端发送eRTS之前还包括：所述目的端基于预触发机制启动定时器和/或计数器，并等待接收所述多源端发送的eRTS。

其中，在所述定时器和/或计数器的预置门限内，所述目的端接收源端发送的eRTS。

其中，所述预触发机制为当所述目的端确定第一个与所述eRTS对应的源端时。

其中，所述多源端中满足预设条件的源端向所述目的端发送eRTS。

其中，在多源端中每个源端均向目的端发送eRTS之前还包括：

所述目的端向所述多源端广播允许接入的强度参数以及源端需满足的预设条件。

其中，所述目的端还向所述多源端广播召集传输标识CFT。

其中，所述预触发机制为所述目的端广播的召集传输标识CFT。

其中，所述目的端至少根据信道条件、源端数据包大小、Qos要求、源端位置选择同时发送上行数据的最佳源端组合。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的装置，包括：目的端和包括多个源端的多源端，所述源端包括发送单元，所述目的端包括接收存储单元以及决策单元；

所述发送单元，用于向所述目的端发送eRTS；

所述接收存储单元，用于接收所述发送单元发送的所述eRTS；

所述决策单元，用于基于所述eRTS确定与所述eRTS对应的源端，并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送eCTS。

（三）有益效果

区别于背景技术，本发明通过目的端根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，并向最佳源端组合发送eCTS，最佳源端组合中的每个源端则可同时向目的端发送数据。本发明允许多个源端同时向目的端发送源端数据，有效提高了多源端短时间内上传数据的场合的数据传输效率。

附图说明

图1是本发明支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的方法的流程示意图；

图2是实施例一支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的方法的流程示意图；

图3是实施例二支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的装置的结构示意图；

图4是实施例三支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的方法的流程示意图；

图5是实施例三支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的装置的结构示意图；

图6是实施例四支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的方法的流程示意图；

图7是实施例四支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在介绍本发明具体方案前，申请人在此介绍下本发明中用到的技术术语。

eRTS：enhaced Request To Send,增强的请求发送协议，即将原有请求发送协议扩展为允许以上行MU-MIMO形式发送的请求发送协议。

eCTS：enhaced Clear To Send，增强的清除发送协议，即将原有清除发送协议扩展为允许以上行MU-MIMO形式发送的清除发送协议。

Qos：Quality of Service的缩写，中文含义是服务质量，是网络的一种安全机制，用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。

CFT：call For Transmission的缩写，中文含义是召集传输标识。

MIMO：Multiple-Input Multiple-Output的缩写，中文含义是多入多出技术。

STA：STAtion，表示WLAN中的用户端。

eACK：enhanced ACKnowledgement，增强的确认信号。即将原有确认信号扩展为允许以上行MU-MIMO形式发送的确认信号。

请参阅图1，本发明提供了一种支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的方法，包括：

S101、有待向目的端传输数据的多源端中每个源端均向目的端发送eRTS；

S102、目的端接收多个所述eRTS，基于所述eRTS确定与所述eRTS对应的源端，并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送eCTS。

通过上述技术方案，目的端根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，并向最佳源端组合发送eCTS，最佳源端组合中的每个源端则可同时向目的端发送数据。在具体某些实施例中，由于网络错误，最佳源端组合中可能有某些源端没有接收到eCTS，此情况下，最佳源端组合中接收到此eCTS的源端则可同时向目的端发送数据。本发明允许多个源端同时向目的端发送源端数据，有效提高了多源端短时间内上传数据的场合的数据传输效率。

在本发明具体的实施方式中，网络初始化成功后，源端和目的端建立连接，目的端等待接收所述多源端发送的eRTS，在接收到某一源端发送的eRTS并正确检测出接收到的eRTS对应的源端后，目的端的定时器和/或计数器被触发启动。在此实施方式中，目的端只在定时器设定的时间段内、和/或只在计数器设定的的预置门限内接收源端发送的eRTS。当定时器和计数器同时使用时，只要定时器预置门限和计数器预置门限有一个到达，目的端就会停止接收源端发送的eRTS。目的端停止接收eRTS后，则会基于所述eRTS确定所述eRTS对应的源端，并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送eCTS。在本实施方式中，所述预触发机制为当所述目的端正确确定第一个与所述eRTS对应的源端时。具体的，本实施方式的目的端至少根据信道条件、源端数据包大小、Qos要求、源端位置预测源端之间可能发生的碰撞，从而选择同时发送上行数据的最佳源端组合。最佳源端组合中的源端可以为一个或多个。

在上述另一具体实施例中，网络初始化成功后，源端和目的端建立连接，目的端向所述多源端广播允许接入的强度参数以及源端需满足的预设条件，多源端中只有满足预设条件的源端才可以向所述目的端发送eRTS。在本实施例中，目的端向多源端广播允许接入的强度参数和源端需满足的预设条件时，目的端还向多源端广播召集传输标识CFT，此时目的端启动定时器和/计数器的预触发机制为所述目的端广播的召集传输标识CFT。具体的，本实施方式的目的端至少根据信道条件、源端数据包大小、Qos要求、源端位置选择同时发送上行数据的最佳源端组合。最佳源端组合中的源端可以为一个或多个。

通过上述技术方案，目的端根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，并向最佳源端组合发送eCTS，最佳源端组合中的每个源端则可同时向目的端发送数据。本发明允许多个源端同时向目的端发送源端数据，有效提高了多源端短时间内上传数据的场合的数据传输效率。进一步的，目的端还只在定时器设定的时间段内、和/或只在计数器设定的的预置门限内接收源端发送的eRTS，可以使目的端根据网络速率、带宽、电力等实际情况选择最优数量的源端组合，进一步提高了网络的有效利用率。此外，目的端还至少根据信道条件、源端数据包大小、Qos要求、源端位置预测源端之间可能发生的碰撞，从而选择同时发送上行数据的最佳源端组合，数据传输时大大减少了源端之间发生碰撞的可能性，很多时候避免了源端之间发生碰撞，提高了网络的有效利用率。

实施例一

请参阅图2，本实施例提出利用AP多天线优势，按照某种准则，将适合同时传输的多个用户的数据流，看成同一用户终端的不同天线，构成虚拟的MIMO***，即上行MU-MIMO。在这里，用户STA为发送eRTS的源端，AP为接收eRTS的目的端。

具体实施步骤如下:

S201、通过某种预触发机制，AP启动定时器和/或计数器，等待STA的发送eRTS。

S202、AP在成功检测出eRTS的用户中，根据一定的准则，挑选最佳的适合同时发送上行数据的STA组合，并向该STA组合下发eCTS。

S203、STA组合中的STA向AP发送数据。

S204、AP收到数据后，向所有发送数据的STA返回eACK。

AP对外广播允许接入强度参数及允许以上行多用户MIMO方式接入的指示，满足该条件的有待发送数据的STA向AP发eRTS请求发送数据，由于AP允许以上行多用户MIMO方式接入，即使STA侦听到其他用户发送eRTS，也仍然可以发送。

步骤S201中，AP的定时器、计数器的触发机制，可能有多种，下面例举两种：

所有有待发送数据的STA随时可以向AP发送eRTS请求，由第一个正确检测出的用户发出的eRTS触发；

由AP对外广播一个召集传输标识CFT（call For Transmission），用户只有收到CFT后才能发送eRTS，AP发送CFT时触发定时器、计数器。AP发送CFT，相当于发布招生通知，有数据传输需求的用户报名，发送RTS（RTS=报名）；AP在报名的用户中，按照某些准则选择合适配对的用户组合，形成上行MU-MIMO；通过CTS通知STA，哪些STA将被服务(CTS=张榜)。

AP在定时器计时、和/或计数器计数到预定要求时，进入步骤S202。在这里，当定时器和计数器同时使用时，定时器计时、计数器计数某一个条件到达预定要求时，就可进入步骤S202。定时器的时间长度和计数器的上限数量为事先确定或者自适应调整。

步骤S202中，AP选择最佳STA组合的方法可为事先确定或者自适应调整。在本实施例中，AP选择最佳STA组合采用的准则需要综合考虑信道条件、用户数据包的大小、QoS要求、用户位置等因素；从而根据这些因素对STA间可能放生的碰撞的预测，并通过调整下发eCTS时间等方式，使选择的最佳STA组合组成的上行MU-MIMO发送数据的时候可以数据对齐。

由上可以看出，本实施例提出了一种支持上行多用户MIMO的eRTS-eCTS信令流程设计方法，即AP在发送CFT后，所有有数据传输需求的用户发送eRTS给AP、请求发送数据，AP在发送了eRTS的用户中，按照某些准则，利用多天线接收的优势，选择最佳的可以同时发送上行数据的用户组，形成上行MU-MIMO，并向该用户组中的用户发送eCTS，接收到eCTS的所有用户构成虚拟MU-MIMO向AP发送数据，AP收到数据后，返回eACK。这种方法，允许多个用户同时向AP发送上行用户数据，有效提高了多源端短时间内上传数据的场合的数据传输效率。

实施例二

请参阅图3，本实施例提供一种支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的装置，包括：目的端和包括多个源端的多源端，所述源端包括发送单元，所述目的端包括接收存储单元以及决策单元。

所述发送单元，用于向所述目的端发送eRTS；

所述接收存储单元，用于接收所述发送单元发送的所述eRTS；

所述决策单元，用于基于所述eRTS确定与所述eRTS对应的源端，并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送eCTS。

通过上述技术方案，目的端的决策单元根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，并向最佳源端组合发送eCTS，最佳源端组合中的每个源端则可同时向目的端发送数据。在具体某些实施例中，由于网络错误，最佳源端组合中可能有某些源端没有接收到eCTS，此情况下，最佳源端组合中接收到此eCTS的源端则可同时向目的端发送数据。本发明允许多个源端同时向目的端发送源端数据，有效提高了多源端短时间内上传数据的场合的数据传输效率。

在本发明具体的实施方式中，网络初始化成功后，源端和目的端建立连接，但此时目的端并不接收源端的数据，只有目的端被预触发机制触发并启动定时器和/或计数器后，目的端才会等待接收所述多源端发送的eRTS。在此实施方式中，目的端只在定时器设定的时间段内、和/或只在计数器设定的的预置门限内接收源端发送的eRTS。当定时器和计数器同时使用时，只要定时器预置门限和计数器预置门限有一个到达，目的端就会停止接收源端发送的eRTS。目的端停止接收eRTS后，则会基于所述eRTS确定与所述eRTS对应的源端，并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送eCTS。在本实施方式一具体实施例中，所述预触发机制为当所述目的端正确确定第一个与所述eRTS对应的源端时。具体的，本实施方式的目的端至少根据信道条件、源端数据包大小、Qos要求、源端位置预测源端之间可能发生的碰撞，从而选择同时发送上行数据的最佳源端组合。最佳源端组合中的源端可以为一个或多个。

在上述另一具体实施例中，网络初始化成功后，源端和目的端建立连接，目的端向所述多源端广播允许接入的强度参数以及源端需满足的预设条件，多源端中只有满足预设条件的源端才可以向所述目的端发送eRTS。在本实施例中，目的端向多源端广播允许接入的强度参数和源端需满足的预设条件时，目的端还向多源端广播召集传输标识CFT，此时目的端启动定时器和/计数器的预触发机制为所述目的端广播的召集传输标识CFT。具体的，本实施方式的目的端至少根据信道条件、源端数据包大小、Qos要求、源端位置选择同时发送上行数据的最佳源端组合。最佳源端组合中的源端可以为一个或多个。

通过上述技术方案，目的端的决策单元根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，并向最佳源端组合发送eCTS，最佳源端组合中的每个源端则可同时向目的端发送数据。本发明允许多个源端同时向目的端发送源端数据，有效提高了多个源端短时间内上传数据的场合的数据传输效率。进一步的，目的端还只在定时器设定的时间段内、和/或只在计数器设定的的预置门限内接收源端发送的eRTS，可以使目的端根据网络速率、带宽、电力等实际情况选择最优数量的源端组合，进一步提高了网络的有效利用率。此外，目的端还至少根据信道条件、源端数据包大小、Qos要求、源端位置预测源端之间可能发生的碰撞，从而选择同时发送上行数据的最佳源端组合，数据传输时大大减少了源端之间发生碰撞的可能性，很多时候避免了源端之间发生碰撞，提高了网络的有效利用率。

实施例三

请参阅图4和图5，本实施例提供一种支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS(eRTS-eCTS)协议的装置，包括：目的端和包括多个源端的多源端，所述源端包括发送单元，所述目的端包括预处理单元、接收存储单元以及决策单元。

所述发送单元，用于向所述目的端发送eRTS。

所述预处理单元，用于完成确定等待时间窗长度、发布允许接入强度参数，可选的广播召集传输标识（CFT）。

所述接收存储单元，用于在给定时间窗内接收并存储用户的数据发送请求（eRTS）。

所述决策单元，用于基于所述eRTS确定与所述eRTS对应的源端并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送eCTS。也就是说决策单元用于接收存储单元提供的所有用户信息进行分析，根据特定规则，决定由哪些用户组成上行MU-MIMO一起发送数据，并向这些用户发送eCTS。在本实施例中，目的端的其他限定条件与实施例二大致一样，在此不再赘述。

如图5所示，STA1、STA2……STA n，表示n个被AP服务的用户，其中，STA1发送一个上行数据发送请求eRTS到AP侧的接收存储单元，接收存储单元收到该请求后，触发定时器和计数器，定时器的时间长度和计数器的上限数量可由预处理单元事先给定，或根据具体情况自适应判定。在定时器时间长度内，计数器达到上限值前，AP又接收到其他用户，如STA2、STA3，的上行数据发送请求，如图4所示。在定时器超出时间长度，或计数器达到上限值后，接收存储单元将这些用户的请求信息发送给决策单元；决策单元对STA1、STA2、STA3及其他接收存储单元发送来的用户信息进行分析，检测可能发生的碰撞等信息，决定由哪些用户组成上行MU-MIMO一起发送数据，如STA1与STA3，并向这些用户发送eCTS。

实施例四

请参阅图6和图7，在本实施例中，目的端主要包括预处理单元、接收存储单元和决策单元，其中，预处理单元完成确定等待时间窗长度、发布允许接入强度参数，可选的广播召集传输标识（CFT）；接收存储单元在给定时间窗内接收并存储用户的数据发送请求（eRTS）；决策单元对接收存储单元提供的所有用户信息进行分析，根据特定规则，决定由哪些用户组成上行MU-MIMO一起发送数据，并向这些用户发送eCTS。在本实施例中，目的端的其他限定条件与实施例二大致一样，在此不再赘述。

如图7所示，STA1、STA2……STA n，表示n个被AP服务的用户，AP侧的预处理单元发送召集传输标识（CFT），通知接收存储单元接收eRTS请求，并启动定时器、计数器，如图4所示。定时器的时间长度和计数器的上限数量可由预处理单元事先给定，或根据具体情况自适应判定。在定时器时间长度内，计数器达到上限值前，AP又接收到其他用户，如STA2、STA3，的上行数据发送请求，如图6所示。在定时器超出时间长度，或计数器达到上限值后，接收存储单元将这些用户的请求信息发送给决策单元；决策单元对STA1、STA2、STA3及其他接收存储单元发送来的用户信息进行分析，检测可能发生的碰撞等信息，决定由哪些用户组成上行MU-MIMO一起发送数据，如STA1与STA3，并向这些用户发送eCTS。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，其特征在于，包括：

有待向目的端传输数据的多源端中每个源端均向目的端发送增强RTS；

目的端接收多个所述增强RTS，基于所述增强RTS确定所述增强RTS对应的源端，并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送增强CTS。

2.根据权利要求1所述的支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，其特征在于，在多源端中每个源端均向目的端发送增强RTS之前还包括：

所述目的端基于预触发机制启动定时器和/或计数器，并等待接收所述多源端发送的增强RTS。

3.根据权利要求2所述的支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，其特征在于：在所述定时器和/或计数器的预置门限内，所述目的端接收源端发送的增强RTS。

4.根据权利要求2所述的支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，其特征在于：所述预触发机制为当所述目的端确定第一个与所述增强RTS对应的源端时。

5.根据权利要求1或2所述的支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，其特征在于：所述多源端中满足预设条件的源端向所述目的端发送增强RTS。

6.根据权利要求5所述的支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，其特征在于，在多源端中每个源端均向目的端发送增强RTS之前还包括：

所述目的端向所述多源端广播允许接入的强度参数以及源端需满足的预设条件。

7.根据权利要求6所述的支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，其特征在于：所述目的端还向所述多源端广播召集传输标识CFT。

8.根据权利要求7所述的支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，其特征在于：所述预触发机制为所述目的端广播的召集传输标识CFT。

9.根据权利要求1所述的支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的方法，其特征在于：所述目的端至少根据信道条件、源端数据包大小、Qos要求、源端位置选择同时发送上行数据的最佳源端组合。

10.一种支持上行MU-MIMO的增强RTS-增强CTS协议的装置，其特征在于，包括：目的端和包括多个源端的多源端，所述源端包括发送单元，所述目的端包括接收存储单元以及决策单元；

所述发送单元，用于向所述目的端发送增强RTS；

所述接收存储单元，用于接收所述发送单元发送的所述增强RTS；

所述决策单元，用于基于所述增强RTS确定与所述增强RTS对应的源端，并根据预定准则选择同时发送上行数据的最佳源端组合，向所述最佳源端组合发送增强CTS。

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