一种信道接入方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种信道接入方法及系统，根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率与WLAN系统的接入概率相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率，和WLAN系统的第二目标最优接入概率；采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统进行信道接入。本发明专利技术通过优化LTE系统的接入概率及初始退避窗计数器大小，可以保证非授权频段下LTE系统和WLAN系统之间的公平性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种信道接入方法及系统。
技术介绍
LAA(LicenseAssistedAccess)，指的是：授权频谱辅助接入，是LTE(LongTermEvolution)网络用于非授权频段的技术，该技术是在载波聚合的基础上，将授权频段配置为主小区，非授权频段配置为副小区。其中非授权频段只用作数据传输，不承载任何信令信息，由授权频段的下行控制信道进行统一调度。部署在非授权频段的LTE系统不能独立于授权频段的系统而工作，即辅小区不能脱离主小区单独工作。这种利用非授权频段的方式不需要对LTE的空口结构进行修改，运营资本较低，可以获得很大的容量增益。LAA技术的最大问题是与WLAN系统的共存。在不采用任何共存机制和干扰避免机制下，LTE会占据大部分非授权频段，造成WLAN性能的大幅度下降。现有的LTE系统非授权频段接入过程，主要采用简单的先听后说(Listen-before-talk，LBT)机制，LTE系统在接入非授权频段前先进行载波监听，当载波空闲一定时间长度之后再进行数据传输。但是由于WLAN系统的MAC层协议是基于带有冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)，在与LTE争抢非授权频段资源时，如果遇到信道冲突会频繁的进行退避，造成WLAN网络吞吐量大幅度下降。由于LTE系统和WLAN系统对非授权频段争抢资源的能力不同，导致非授权频段的非公平划分。综上所述，目前基于简单先听后说的LAA接入机制，并没有很好地考虑与非授权频段其他已部署网络，尤其是WLAN系统的共存问题，会造成其他系统网络吞吐量的大幅度下降。同时缺乏合理的LAA接入参数设置策略，不能实现网络性能最优化。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种信道接入方法及系统，以实现非授权频段下LTE系统和WLAN系统之间的公平性接入。具体技术方案如下：第一种技术方案：一种信道接入方法，包括，A、根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τl与WLAN系统的接入概率τw相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τl*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τw*，τl*＝τw*；其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：至少一个LTE系统节点传输的概率Ptrl、LTE系统数据包传输成功的概率Psl、LTE系统数据包长度El[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度Tsl、LTE系统数据冲突的时间长度Tcl、LTE系统一个时隙的长度σl；所述WLAN系统的接入相关参数包括：至少一个WLAN系统节点传输的概率Ptrw、WLAN系统数据包传输成功的概率Psw、WLAN系统数据包长度Ew[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度Tsw、WLAN系统数据冲突的时间长度Tcw、WLAN系统一个时隙的长度σw；B、根据所述第一目标最优接入概率τl*，采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；C、从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。优选的，所述步骤A包括：根据非授权频段共存场景下的，LTE系统的冲突概率pl与LTE系统的接入概率τl和WLAN系统的接入概率τw之间的关系、以及WLAN系统的冲突概率pw与LTE系统的接入概率τl和WLAN系统的接入概率τw之间的关系的公式：其中Nw表示WLAN系统节点数量，Nl表示LTE系统节点数量；和网络吞吐量的公式：其中，其中，S表示网络吞吐量，SW表示WLAN系统的吞吐量，SL表示LTE系统的吞吐量，Ptrl表示至少一个LTE系统节点传输的概率，Psl表示LTE系统数据包传输成功的概率，El[P]表示LTE系统数据包长度，Tsl表示LTE表示系统成功传输数据的时间长度，Tcl表示LTE系统数据冲突的时间长度，σl表示LTE系统一个时隙的长度，Ptrw表示至少一个WLAN系统节点传输的概率，Psw表示WLAN系统数据包传输成功的概率，Ew[P]表示WLAN系统数据包长度，Tsw表示WLAN系统成功传输数据的时间长度，Tcw表示WLAN系统数据冲突的时间长度，σw表示WLAN系统一个时隙的长度；令τl＝τw，得出：单一系统的网络吞吐量表示为：求单一系统的网络吞吐量最大值等价于求下列函数的最大值：对F(τ)求导并使导数等于0得：(1-τ)n(σ-Tc)-Tc(nτ-1)＝0，由泰勒公式得最佳信道接入概率为：据上述计算，在LTE系统和WLAN系统共存的场景下，LTE系统单一网络吞吐量Sl、WLAN系统单一网络吞吐量Sw最大时分别对应的最佳接入概率τl0、τw0为：使Fl(τl)最大化的τl*<τl0，同理使Fw(τl)最大化的τl*<τw0，最大化共存场景下的两个系统吞吐量，则LTE系统的第一目标最优接入概率τl*的范围为：τl*∈(0,min(τl0,τw0))。优选的，所述的步骤B中采用随机退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：其中，τl*表示LTE系统的最优接入概率，ql表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，pl表示LTE系统信道冲突概率。优选的，所述的公式确定过程包括：根据马尔科夫模型，列出稳态方程组：其中，π表示稳态分布，ql表示缓存中存在数据包需要发送的概率，pl表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；由稳态方程组得到LTE系统竞争窗口的最大值的表达式：优选的，所述的步骤C中LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用随机退避方法，包括：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将初始退避窗计数器减1，当初始退避窗计数器减为0时，LTE系统接入非授权信道。或者，优选的，所述的步骤B中采用二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：其中，表示LTE系统的最优接入概率，ql表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，pl表示LTE系统信道冲突概率，m表示退避阶数。优选的，所述的退避阶数为4。优选的，所述的公式确定过程包括：根据马尔科夫模型，列出稳态方程组：其中，π表示稳态分布，ql表示缓存中存在数据包需要发送的概率，pl表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；由稳态方程组得到LTE系统竞争窗口的最大值的表达式：优选的，所述的步骤C中LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用二进制退避方法，包括：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将退避计数器减1，当退避计数器减为0时，如果检测到非授权频段信道依然空闲，则LTE系统接入非授权频段信道，如果检测到非授权频段信道繁忙，则将当前退避阶数加1，当前退避窗计数器扩大2倍。第二种方案：一种信道接入系统，包括：目标最优接入概率确定单元，根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τl与WLAN系统的接入概率τw相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τl*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τw*，τl*＝τw*；其中，所述LTE系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信道接入方法，其特征在于，包括，A、根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τl与WLAN系统的接入概率τw相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τl*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τw*，τl*＝τw*；其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：至少一个LTE系统节点传输的概率Ptrl、LTE系统数据包传输成功的概率Psl、LTE系统数据包长度El[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度Tsl、LTE系统数据冲突的时间长度Tcl、LTE系统一个时隙的长度σl；所述WLAN系统的接入相关参数包括：至少一个WLAN系统节点传输的概率Ptrw、WLAN系统数据包传输成功的概率Psw、WLAN系统数据包长度Ew[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度Tsw、WLAN系统数据冲突的时间长度Tcw、WLAN系统一个时隙的长度σw；B、根据所述第一目标最优接入概率τl*，采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；C、从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。...

【技术特征摘要】
1.一种信道接入方法，其特征在于，包括，A、根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τl与WLAN系统的接入概率τw相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τl*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τw*，τl*＝τw*；其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：至少一个LTE系统节点传输的概率Ptrl、LTE系统数据包传输成功的概率Psl、LTE系统数据包长度El[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度Tsl、LTE系统数据冲突的时间长度Tcl、LTE系统一个时隙的长度σl；所述WLAN系统的接入相关参数包括：至少一个WLAN系统节点传输的概率Ptrw、WLAN系统数据包传输成功的概率Psw、WLAN系统数据包长度Ew[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度Tsw、WLAN系统数据冲突的时间长度Tcw、WLAN系统一个时隙的长度σw；B、根据所述第一目标最优接入概率τl*，采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；C、从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。2.根据权利要求1所述的信道接入方法，其特征在于，所述步骤A包括：根据非授权频段共存场景下的，LTE系统的冲突概率pl与LTE系统的接入概率τl和WLAN系统的接入概率τw之间的关系、以及WLAN系统的冲突概率pw与LTE系统的接入概率τl和WLAN系统的接入概率τw之间的关系的公式：τw=f(pw)pw=1-(1-τw)Nw-1(1-τl)Nlτl=f(pl)pl=1-(1-τl)Nl-1(1-τw)Nw,]]>其中Nw表示WLAN系统节点数量，Nl表示LTE系统节点数量；和网络吞吐量的公式：S=SW+SL=PswPtrwEw[P](1-Ptrw)σw+PtrwPswTsw+Ptrw(1-Psw)Tcw+PslPtrlEl[P](1-Ptrl)σl+PtrlPslTsl+Ptrl(1-Psl)Tcl=Ew[P]Tsw-Tcw+1F(τw)+El[P]Tsl-Tcl+1F(τl)]]>其中，F(τl)==PslTcl+(1-Ptrl)σlPtrl=Nl(1-τl)Nl-1(1-τw)NwTcl+(σl-Tcl)(1-τl)Nl,]]>F(τw)==PswTcw+(1-Ptrw)σwPtrw=Nw(1-τw)Nw-1(1-τl)NlTcw+(σw-Tcw)(1-τw)Nw,]]>其中，S表示网络吞吐量，SW表示WLAN系统的吞吐量，SL表示LTE系统的吞吐量，Ptrl表示至少一个LTE系统节点传输的概率，Psl表示LTE系统数据包传输成功的概率，El[P]表示LTE系统数据包长度，Tsl表示LTE表示系统成功传输数据的时间长度，Tcl表示LTE系统数据冲突的时间长度，σl表示LTE系统一个时隙的长度，Ptrw表示至少一个WLAN系统节点传输的概率，Psw表示WLAN系统数据包传输成功的概率，Ew[P]表示WLAN系统数据包长度，Tsw表示WLAN系统成功传输数据的时间长度，Tcw表示WLAN系统数据冲突的时间长度，σw表示WLAN系统一个时隙的长度；令τl＝τw，得出：Fl(τl)=Nl(1-τl)Nw+Nl-1Tcl+(σl-Tcl)(1-τl)Nl,]]>Fw(τl)=Nw(1-τl)Nw+Nl-1Tcw+(σw-Tcw)(1-τl)Nw,]]>单一系统的网络吞吐量表示为：求单一系统的网络吞吐量最大值等价于求下列函数的最大值：F(τ)==PsTc+(1-Ptr)σPtr=nτ(1-τ)n-1Tc+(σ-Tc)(1-τ)n,]]>对F(τ)求导并使导数等于0得：(1-τ)n(σ-Tc)-Tc(nτ-1)＝0，由泰勒公式得最佳信道接入概率为：τ0=σ-σ[nσ-2(n-1)(σ-Tc)]/n(n-1)(σ-Tc),]]>据上述计算，在LTE系统和WLAN系统共存的场景下，LTE系统单一网络吞吐量Sl、WLAN系统单一网络吞吐量Sw最大时分别对应的最佳接入概率τl0、τw0为：τl0=σl-σl[Nlσl-2(Nl-1)(σl-Tcl)]/Nl(Nl-1)(σl-Tcl),]]>τw0=σw-σw[Nwσw...

【专利技术属性】
技术研发人员：张奇勋，杨拓，尉志青，冯志勇，侯佳，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11