非授权频段上LTE系统和WiFi系统共存时的数据传输方法技术方案

本发明专利技术提供了一种非授权频段上LTE系统和WiFi系统共存时的数据传输方法。该方法包括：当LTE系统和WiFi系统在非授权频段共存时，所述WiFi系统的用户设备采用二进制指数退避机制进行数据传输，LTE系统采用基于EDCA的ALBT机制进行数据传输，所述基于EDCA的ALBT机制包括数据发送成功后的退避机制和数据碰撞后的退避机制。本发明专利技术的方法通过采用基于EDCA的ALBT机制，不同类别的数据业务采用不同的参数完成不同优先级的信道接入，将较小的AIFS和CW分配给优先级较高的数据业务，保证高优先级数据流能够优先接入信道从而完成数据传输，也能最大限度地确保了低优先级业务的传输，并且提升了Wi‑Fi系统的共存性能，在一定程度上保证了LTE系统与Wi‑Fi系统在非授权频段的友好共存。

【技术实现步骤摘要】
非授权频段上LTE系统和WiFi系统共存时的数据传输方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种非授权频段上LTE系统和WiFi系统共存时的数据传输方法。
技术介绍
LTE-U(LTEinunlicensedspectrum,LTE系统在非授权频段)作为第五代移动通信技术的增强技术，LTE系统与WiFi系统在非授权频段的公平共存问题是未来通信发展的必然趋势，同时也是第五代移动通信(5G)中的一个重要应用场景。LTE系统是基于非竞争信道接入技术，通过基站的集中式调度统一分配信道资源，而Wi-Fi系统是基于竞争信道接入技术，采用了载波侦听多路接入/碰撞避免(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionAviodance，CSMA/CA)机制来协调干扰。为了使得LTE系统与Wi-Fi系统能在非授权频段友好共存，有必要提出合适的共存机制以缓解由二者接入机制的差异而带来的不公平现象。分布式协调功能(DCF，DistributedCoordinationFunction)协议是多个节点间共享无线信道资源的一种基本接入方式，它结合了载波侦听多址访问/碰撞避免(CSMA/CA，CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)协议和确认(ACK)技术，其中对载波的侦听主要有物理侦听和虚拟侦听两种实现方式，物理侦听是通过检测信道中是否存在电波来判断信道的占用情况，虚拟载波侦听是通过通知节点在某个时间段内信道已被占用来避免发生碰撞。另外，在CSMA/CA机制下，所有节点都要遵循“先听后说”的规则来接入信道，就是节点在发送数据之前要侦听信道的状态，只有当信道为空闲状态时该节点才可以发送数据。基本访问机制的传输示意图如图1所示，在基本访问机制中，节点在发送数据前要先侦听信道的状态，如果信道为空闲状态，即信道中没有数据进行传输，且该状态持续一个DIFS(DistributedInter-frameSpacing，分布式帧间间隙)时间，那么这个节点就开始发送数据；若侦听到信道为繁忙状态，即信道中有数据正在传输，则这个节点继续侦听信道直至信道空闲并持续了一个DIFS时间，此时就生成一个退避计数器。此后，如果每次侦听到信道为空闲状态，退避计数器就递减1，当退避计数器递减至0时，该节点就开始发送数据；而在退避的过程中，若侦听到信道为繁忙状态时，则暂停退避计数器的计数值，退避过程暂时中断，直至再次侦听到信道为空闲状态且持续一个DIFS时间后，退避计数器再次被激活。目的节点在成功接收到数据后并等待一个SIFS时间后，向源节点反馈一个ACK信息。若源节点在一个SIFS时间内没有收到ACK帧，则认为数据发生了碰撞或丢失现象，节点将再次按照上述退避方式进行重传。一种RTS/CTS访问机制的具体流程如图2所示，当节点要发送数据帧时，先要侦听信道的状态，如果侦听到信道空闲并能持续DIFS时间，该节点就开始发送RTS控制帧；若侦听到信道为繁忙状态，则还要继续侦听。当侦听到信道为空闲状态并持续DIFS时间时，开始进行随机退避，直到退避计数器递减至0，该节点才开始发送RTS控制帧。其他节点在收到RTS控制帧后就会更新自身的NAV定时值，以确保这段时间不会接入信道。目的节点在成功接收RTS控制帧后，先等待SIFS时间，然后开始向源节点发送CTS反馈帧，同时，收到CTS帧的其他节点也会更新自身的NAV定时值，以确保这段时间内不会接入信道。当源节点成功接收CTS帧后，等待SIFS时间后开始发送数据帧，目的节点在成功接收数据帧后，等待SIFS时间后再给源节点发送一个ACK确认帧，当源节点成功接收ACK确认帧后，证明数据帧发送成功。基本访问机制和RTS/CTS机制都各有优势同时也有劣势，RTS/CTS机制最大的优势在于降低了数据帧的碰撞概率，但它的系统开销要比基本访问机制要大。当网络中存在较明显的碰撞现象时，适合采用RTS/CTS机制，因为发送RTS帧和CTS帧所带来的开销及时延要远小于碰撞所带来的开销与时延。CSMA/CA协议是一种基于二进制指数退避机制(BinaryExponentialBackoff，BEB)的基本媒介访问控制方法。在该退避算法中，节点第一次发送数据帧时采用最小竞争窗口CWmin，如果发送失败，那么竞争窗口增大为原来的2倍，直到竞争窗口变为CWmax为止；如果数据帧发送成功，那么下次退避过程的竞争窗口又被置为CWmin。上述现有技术中的二进制指数退避机制没有充分考虑到网络负载的状况，只是在数据成功传输后简单地将竞争窗口值置为CWmin，或是在数据发生碰撞后简单地将竞争窗口值翻倍，也就是按二进制指数退避机制(BinaryExponentialBackoff，BEB)来进行退避。然而在实际的网络中，数据发生一次碰撞后并不意味着下一次传输不会再发生碰撞，数据成功传输后也并不意味着下一次传输还能成功传输，此时原有的退避机制将不再适用。对于一些在一次数据碰撞或成功传输后线性或乘性调整竞争窗口值的退避机制也不适用于状态频繁变化的网络，静态参数调整竞争窗口值并不能使网络性能达到最优。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种非授权频段上LTE系统和WiFi系统共存时的数据传输方法，以克服现有技术的缺点。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种非授权频段上LTE系统和WiFi系统共存时的数据传输方法，包括：当LTE系统和WiFi系统在非授权频段共存时，所述WiFi系统的用户设备采用二进制指数退避机制进行数据传输，LTE系统的用户设备采用基于EDCA的ALBT机制进行数据传输，所述基于EDCA的ALBT机制包括数据发送成功后的退避机制和数据碰撞后的退避机制。进一步地，在所述数据发送成功后的退避机制中，综合考虑系统间的冲突率及各类业务的不同优先级设置成功乘数因子MFsu参数，通过设置成功乘数因子MFsu参数来自适应调整数据发送成功后退避过程中的竞争窗口值。进一步地，在所述数据碰撞后的退避机制中，通过设置碰撞乘数因子MFco参数来自适应调整数据发生碰撞后退避过程中的竞争窗口值。进一步地，所述的方法还包括：所述LTE系统中的用户设备节点i在第j个更新周期的碰撞概率pi,j的计算公式为：其中，E(collisionsj[i])为节点i在第j个更新周期内发生碰撞的数据帧数，E(data_sentj[i])为节点i在第j个更新周期发送的数据帧总数，pi,j的取值范围为[0,1]；所述用户设备节点i的平均碰撞概率的计算公式为：其中，α为碰撞平滑因子，α∈(0,1)，表示用户设备节点i在第j个更新周期内的碰撞概率，表示用户设备节点i在第j-1个更新周期内的碰撞概率；对所述用户设备节点i的不同优先级的业务定义了不同的成功乘数因子MFsu，所述用户设备节点i的第k类业务的成功乘数因子的计算公式为：其中，k为正整数，c是预先设置的成功乘数因子的最大值；在所述用户设备节点i的第k类业务的数据帧成功传输后，将所述用户设备节点i的第k类业务的数据帧的退避机制中的竞争窗口值设置为：CWnew[ACk]＝max(CWmin[ACk]，CWold[ACk]*MFsu[ACk])。进一步地，所述的方法还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非授权频段上LTE系统和WiFi系统共存时的数据传输方法，其特征在于，包括：当LTE系统和WiFi系统在非授权频段共存时，所述WiFi系统的用户设备采用二进制指数退避机制进行数据传输，LTE系统的用户设备采用基于EDCA的ALBT机制进行数据传输，所述基于EDCA的ALBT机制包括数据发送成功后的退避机制和数据碰撞后的退避机制。

【技术特征摘要】
1.一种非授权频段上LTE系统和WiFi系统共存时的数据传输方法，其特征在于，包括：当LTE系统和WiFi系统在非授权频段共存时，所述WiFi系统的用户设备采用二进制指数退避机制进行数据传输，LTE系统的用户设备采用基于EDCA的ALBT机制进行数据传输，所述基于EDCA的ALBT机制包括数据发送成功后的退避机制和数据碰撞后的退避机制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述数据发送成功后的退避机制中，综合考虑系统间的冲突率及各类业务的不同优先级设置成功乘数因子MFsu参数，通过设置成功乘数因子MFsu参数来自适应调整数据发送成功后退避过程中的竞争窗口值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述数据碰撞后的退避机制中，通过设置碰撞乘数因子MFco参数来自适应调整数据发生碰撞后退避过程中的竞争窗口值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：所述LTE系统中的用户设备节点i在第j个更新周期的碰撞概率pi,j的计算公式为：其中，E(collisionsj[i])为节点i在第j个更新周期内发生碰撞的数据帧数，E(data_sentj[i])为节点i在第j个更新周期发送的数据帧总数，pi,j的取值范围为[0,1]；所述用户设备节点i的平均碰撞概率的计算公式为：其中，α为碰撞平滑因子，α∈(0,1)，表示用户设备节点i在第j个更新周期内的碰...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐少毅，李超，高原，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11