本發(fā)明涉及通信，更具體的，涉及一種基于毫米波定向csma/ca協(xié)議的空分復用方法。

背景技術：

1、60ghz毫米波具有高達7ghz的寬頻帶，被視為滿足下一代多gbps通信的關鍵性技術。由于60ghz毫米波信號傳輸的路徑衰減大，且易被障礙物遮擋，因此基于60ghz毫米波頻段的通信距離通常較短。為了增大通信距離，通常采用基于波束賦形的定向通信技術，使用定向天線將發(fā)射的信號集中在一個窄波束內，同時在一個窄波束內接收信號。定向天線的引入導致多條定向鏈路之間的干擾變小，因此可以實現多條定向通信鏈路的并行傳輸，即空分復用。

2、ieee?802.11ad協(xié)議是第一個將毫米波技術應用在無線局域網(wireless?localarea?network,wlan)的技術。該協(xié)議規(guī)定了wlan中各普通節(jié)點(station,sta)之間進行波束賦形訓練和接入信道的具體機制。ieee?802.11ad協(xié)議中的信道接入時間被劃分為若干個連續(xù)的信標間隔(beacon?interval,bi)。在關聯波束賦形訓練(associationbeamforming?training,a-bft)階段，wlan中各sta與pbss控制節(jié)點(pbss?control?point,pcp)進行波束賦形訓練。在數據傳輸時期(data?transmission?interval,dti)，wlan中各sta之間進行波束賦形訓練，并接入信道傳輸數據。在dti中的競爭接入時期(contention-based?access?period,cbap)，各sta使用載波監(jiān)聽多點接入/碰撞避免協(xié)議(carriersense?multiple?access?with?collision?avoidance,csma/ca)的機制競爭接入信道；在dti中的基于調度的服務時期(scheduled?service?period,sp)，各sta使用時分多址(timedivision?multiple?access,tdma)的機制無競爭地接入信道。

3、但是，ieee?802.11ad協(xié)議中的波束賦形訓練機制只發(fā)生在兩個sta之間，而其余sta不能參與，并且該波束賦形訓練過程與傳輸功率測量過程是獨立的，這使得波束賦形訓練和功率測量過程效率很低。同時，ieee?802.11ad協(xié)議并沒有給出針對csma/ca接入機制的空分復用方法以及解決失聰和隱藏終端問題的機制。因此，有必要基于現有ieee802.11ad協(xié)議框架，設計一種高效率的波束賦形訓練與功率測量機制，同時設計一種針對csma/ca接入機制的空分復用方法，在實現空分復用傳輸的同時，解決失聰和隱藏終端問題。

技術實現思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題是：本發(fā)明提供了一種基于毫米波定向csma/ca協(xié)議的空分復用方法，是基于ieee?802.11ad協(xié)議的一種改進方法，提高了ieee?802.11ad協(xié)議中波束賦形訓練和功率測量過程的效率，并且在實現csma/ca接入機制下空分復用傳輸的同時，解決了失聰和隱藏終端問題。在相同節(jié)點數和網絡傳輸負載下，本發(fā)明可縮短波束賦形訓練和功率測量過程的時間，并且實現更大的系統(tǒng)吞吐量。

2、本發(fā)明采用的技術方案如下：本發(fā)明提供了一種基于毫米波定向csma/ca協(xié)議的空分復用方法，其主要包括一種具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓練機制和一種集中式csma/ca空分復用接入機制，包括以下步驟：

3、s1：在信標傳輸時期(beacon?transmission?interval,bti)，pcp向各扇區(qū)發(fā)送信標幀(beacon?frame)，通知wlan中所有的sta在接下來的a-bft時期執(zhí)行具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓練機制；

4、s2：在a-bft時期，所有sta以tdma的方式按順序執(zhí)行具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓練機制；

5、s3：在dti時期，所有sta執(zhí)行集中式csma/ca空分復用接入機制，接入信道傳輸數據。

6、優(yōu)選地，步驟s1中pcp通知各sta執(zhí)行具有功率測量能力的波束賦形訓練機制，具體為：

7、pcp首先向天線扇區(qū)1發(fā)送信標幀以通知扇區(qū)1中的sta執(zhí)行具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓練機制，然后分別向扇區(qū)2，3，...，m順序發(fā)送信標幀。其中，m為天線的最大扇區(qū)號。在pcp發(fā)送信標幀時，其余sta均使用全向模式進行接收。當pcp完成向所有扇區(qū)發(fā)送信標幀后，步驟s1結束。

8、優(yōu)選地，步驟s2中各sta執(zhí)行具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓練機制，具體為：

9、s2.1：各sta分別在各個扇區(qū)按順序發(fā)送扇區(qū)掃描幀(sector?level?sweepframe,ssw?frame)，其余sta分別在各個扇區(qū)定向接收扇區(qū)掃描幀，同時測量接收到的信號功率，具體為：sta?1首先朝著扇區(qū)1發(fā)送m個扇區(qū)掃描幀，此時其余sta在m個扇區(qū)逐個定向接收扇區(qū)掃描幀并測量接收信號功率；然后sta?1朝著扇區(qū)2發(fā)送m個扇區(qū)掃描幀，其余sta在m個扇區(qū)逐個接收扇區(qū)掃描幀；sta?1會接著朝向扇區(qū)3，4，...，m分別發(fā)送m個扇區(qū)掃描幀，其余sta同樣在m個扇區(qū)逐個接收扇區(qū)掃描幀；在sta?1朝著所有扇區(qū)發(fā)送完累計m×m個扇區(qū)掃描幀之后，sta?2會開始采用相同的方法按順序在每個扇區(qū)都發(fā)送扇區(qū)掃描幀；sta2完成扇區(qū)掃描幀發(fā)送后，sta3緊接著發(fā)送扇區(qū)掃描幀，直到所有的n個sta都完成了扇區(qū)掃描幀的發(fā)送。其中，n為sta的個數。

10、s2.2：在所有sta均完成扇區(qū)掃描幀的發(fā)送后，各sta之間均已完成波束賦形訓練。此時各sta將采用tdma的方式將功率測量結果發(fā)送給pcp，具體為：sta1首先朝著pcp發(fā)送功率測量結果，然后sta2朝著pcp發(fā)送功率測量結果，直到所有的n個sta都完成了功率測量結果的發(fā)送。

11、s2.3：在pcp接收到各sta發(fā)送的功率測量結果后，將為每對sta生成一個功率矩陣。以傳輸鏈路i為例，其發(fā)送sta和接收sta分別為txi和rxi，功率矩陣為：

12、

13、其中ru，v表示txi朝著扇區(qū)u發(fā)送，rxi朝著扇區(qū)v接收時的接收信號功率。

14、優(yōu)選地，步驟s3中各sta執(zhí)行集中式csma/ca空分復用接入機制，接入信道傳輸數據。該集中式csma/ca空分復用接入機制采用了一種新的握手機制，使用pcp作為中央協(xié)調器調度空分復用鏈路的傳輸，以傳輸鏈路i為例，具體為：

15、s3.1：txi朝著pcp發(fā)送定向請求傳輸(directional?request?to?send,drts)；

16、s3.2：pcp在正確接收drts后，判斷鏈路i的傳輸是否符合空分復用條件，并使用自適應回復機制向txi發(fā)送回復，具體為：

17、s3.2.1：若鏈路i的傳輸符合空分復用條件，pcp將進一步判斷剩余的sta中哪些sta需要延遲其drts的發(fā)送，同時使用自適應回復機制判斷pcp應該發(fā)送全向回復還是定向回復，具體為：

18、s3.2.1.1：若pcp可以發(fā)送全向回復，則全向發(fā)送pcp的全向清除發(fā)送(pcp’somni-directional?clear?to?send,pocts)；

19、s3.2.1.2：若pcp不可以發(fā)送全向回復，則首先向rxi定向發(fā)送pcp的定向請求發(fā)送(pcp’sdirectional?request?to?send,pdrts)，然后向txi定向發(fā)送pcp的定向允許發(fā)送(pcp’sdirectional?allow?to?send,pdats)。

20、s3.2.2：若鏈路i的傳輸不符合空分復用條件，則pcp向txi定向發(fā)送pcp的定向拒絕發(fā)送(pcp’s?directional?reject?to?send,prjts)。

21、s3.3：wlan中的各sta根據所接收到的pcp發(fā)出的回復運行，具體為：

22、s3.3.1：若pcp允許鏈路i的傳輸，具體為：

23、s3.3.1.1：若pcp發(fā)送全向回復，則rxi接收到pocts后將天線對準txi準備接收定向數據(directional?data,ddata)，txi接收到pocts后將天線對準rxi發(fā)送ddata，進入步驟s3.4；

24、s3.3.1.2：若pcp發(fā)送定向回復，則rxi接收到pdrts后將天線對準txi準備接收ddata，txi接收到pdats后將天線對準rxi發(fā)送ddata，進入步驟s3.4；

25、s3.3.2：若pcp不允許鏈路i的傳輸，則txi接收到prjts后進入二進制指數退避模式，等待退避結束后重傳drts，步驟s3結束；

26、s3.3.3：若pcp未正確接收txi發(fā)送的drts，則pcp不會發(fā)送回復。txi在接收等待窗口結束后仍未接收到pcp的回復，則進入二進制指數退避模式，等待退避結束后重傳drts，步驟s3結束。

27、s3.4：txi向rxi發(fā)送ddata后，等待rxi發(fā)送的回復，具體為：

28、s3.4.1：若rxi成功接收到ddata，則向txi發(fā)送定向確認(directionalacknowledgment,dack)，此次傳輸成功，步驟s3結束；

29、s3.4.2：若rxi未成功接收到ddata，則不會向txi發(fā)送回復，txi在接收等待窗口結束后仍未接收到rxi的回復，則進入二進制指數退避模式，等待退避結束后重傳drts，此次傳輸失敗，步驟s3結束。

30、優(yōu)選地，為了進一步解決失聰和隱藏終端問題，使用了正在進行通信的sta計數器(communicating?statimer,cst)和網絡分配矢量(network?allocation?vector,nav)。cst記錄了當前正在通信的sta序號和其通信的時長；nav記錄了當前sta發(fā)送drts前需要退避的時長。具體為：pcp判斷哪些sta需要延遲發(fā)送drts，并在pcp發(fā)送的回復中包含這些需要延遲的sta的信息；同時pcp的回復中也包含當前正在進行數據傳輸的sta的信息和傳輸的時間；當其余sta接收到pcp發(fā)送的pdrts、pdats或pocts時，即可根據這些回復中的信息對應設置cst和nav。在sta向pcp發(fā)送drts之前，首先需要檢查cst和nav。以txi為例，其首先檢查rxi是否存在于自身的cst中，并檢查自身的nav是否為0：若rxi不在cst中且txi的nav為0，則可以向pcp發(fā)送drts；否則，txi將延遲向pcp發(fā)送drts。

31、本發(fā)明提出了一種基于毫米波定向csma/ca協(xié)議的空分復用方法，具有以下有益效果：提出了一種具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓練機制，將窮舉式波束賦形訓練與功率測量相結合，并且使所有sta的波束賦形訓練和功率測量可以在一個過程中一起完成，提高了波束賦形訓練和功率測量的效率；提出了一種集中式csma/ca空分復用接入機制，并引入了自適應回復、cst、nav等機制，不僅實現了在csma/ca接入機制下的空分復用傳輸，也解決了失聰和隱藏終端問題，提高了系統(tǒng)吞吐量。