毫米波WLAN高效接入方法研究

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1、论文题目:毫米波WLAN高效接入方法研究学位类别：工学硕士学科专业：信息与通信工程年级：2015研究生：吕继昊指导教师：方旭明二零一八年五月十八日国内图书分类号：TN929.5密级：公开国际图书分类号：621.39西南交通大学研究生学位论文毫米波WLAN高效接入方法研究年级2015姓名吕继昊申请学位级别硕士专业信息与通信工程指导老师方旭明二零一八年五月十八日ClassifiedIndex:TN929.5U.D.C:621.39SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONMETHODSTOIMPROVEACCES

2、SEFFICIENCYINMILLIMETERWAVEWLANGrade:2015Candidate:JihaoLYUAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:InformationandCommunicationEngineeringSupervisor:XumingFANGMay18,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要毫米波已广泛用于卫星和地面间的长距离点对点通信，毫米波在无线局域网(WirelessLocalNetwork,WLAN)和蜂窝网中的商用技术尚处于研究和开发阶段。在60GHz非授权频段，可用频谱带宽达9

3、GHz，潜在价值极大。但是，毫米波的路径损耗严重，全向通信距离有限。为了提升通信距离，波束赋形技术已经成为业界共识。波束赋形技术却带来了两个新的问题：波束赋形增加了初始接入的复杂度和延时；波束赋形链路极易因障碍物阻挡、设备移动和旋转等中断。本文首先总结和分析了已有的毫米波网络初始接入技术。随后，针对毫米波WLAN，基于IEEE802.11ad初始接入协议，本文仿真分析了其接入耗时。基于DirectionalMulti-GigabitStation(DMGSTA)分布服从泊松点过程这一假设，本文提出了混合AssociationBeamformingTraining(A-BFT)

4、方案：距离AccessPoint(AP)较近的DMGSTA，在迭代接入阶段，采用准全向天线图或扇区完成初始接入；距离较远的DMGSTA，在穷举接入阶段，采用波束扫描的方式完成初始接入。本方案与IEEE802.11ad方案相比可降低初始接入的耗时，提升初始接入的效率。毫米波信道具有空间稀疏性，即一个障碍物同时阻挡多条链路的概率较低。因此，双链接或多链接可有效减少阻挡对毫米波链路的影响。基于该性质，本文提出了毫米波WLAN双链接方案：通过软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork,SDN)，WLAN控制器协调下辖AP，进而实现DMGSTA与两个AP间的双链接通信。

5、利用杰克逊网络模型，本文分析了双链接通信的延时。结果表明，阻挡越严重，双链接对降低通信延时的效果越明显。针对移动导致的链路中断问题，本文提出了基于卡尔曼滤波算法的波束追踪方案。在该方案中，通过卡尔曼滤波算法，AP对DMGSTA的轨迹加以预测，并根据预测结果确定需要追踪的目标波束；如果预测失败，那么AP再去遍历波束簇，寻找可用波束。本方案使得传统的波束追踪方案有的放矢，减少了遍历波束的数目，同时保留了波束追踪的可靠性。关键词：波束训练；可靠性；初始接入；双链接；波束追踪；西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractMillimeterwaves(mmWave)have

6、beenwidelyusedforlong-distancepoint-to-pointcommunicationsbetweensatellitesandterrestrialnetwork.However,commercialtechnologiesformmWaveinWirelessLocalAccessNetwork(WLAN)andcellularnetworksarestillatresearchanddevelopmentstage.Inthe60GHzunlicensedband,theavailablespectrumbandwidthcanreach9G

7、Hz,whichhasgreatpotentialvalues.ThepathlossofmmWaveissevere,andthedistanceofomni-directionalcommunicationislimited.Inordertoextendthecommunicationdistance,beamformingtechnologyhasbecometheconsensusoftheindustry.Beamformingtechnologybringstwonewproblems:b