一种LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种LTE‑U系统自适应接入免许可频段的控制方法，包括：LTE‑U系统通过LBT机制接入免许可频段，与WiFi系统共用免许可频段资源，免许可频段信道接入过程分为LBT阶段和占空比阶段；根据LTE‑U用户和WiFi用户负载动态调节LBT阶段的退避窗口Q值和空比阶段的时隙占比θ，以保证WiFi用户公平性和LTE‑U用户最大化占用免许可频段资源为目标，优化获得最优的退避窗口Q和时隙占比θ；然后在最优的退避窗口Q和时隙占比θ条件下，以最大化LTE‑U系统吞吐量为目标，获得最优的许可频段上的频谱分配和功率分配，在免许可频段上的频谱资源分配。该控制方法提高LTE‑U系统的容量。

A Control Method for LTE-U System Adaptive Access in License-free Frequency Band

The invention discloses a control method for adaptive access of LTE U system to license-free frequency band, which includes: LTE U system accesses license-free frequency band through LBT mechanism, shares license-free frequency band resources with WiFi system, and the access process of license-free frequency band channel is divided into LBT stage and duty cycle stage; Q value and space ratio of back-off window in LBT stage are dynamically adjusted according to the load of LTE U user and WiFi user. In order to ensure the fairness of WiFi users and maximize the occupancy of license-free band resources by LTE_U users, the optimal backoff window Q and slot ratio theta are obtained. Then, under the optimal backoff window Q and slot ratio theta, the optimal spectrum allocation and power allocation in the license band are obtained with the goal of maximizing the throughput of LTE_U system, and the optimal backoff window Q and slot ratio theta are obtained. Spectrum resources can be allocated over the frequency band. The control method improves the capacity of LTE U system.

【技术实现步骤摘要】
一种LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法
本专利技术涉及通信领域，具体涉及一种LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法。
技术介绍
在现阶段无线通信中，频谱资源短缺成了限制无线通信速率的主要因素。许可频段资源少，带宽小问题，催生了LTE-U(LTEinUnlicensedspectrum，非授权频谱上的LTE)技术的出现。免许可频段资源丰富，成本低，将免许可频段作为LTE传输的辅助频段，缓解许可频段资源短缺的压力成为下一代无线通信的解决方案之一。然而大部分免许可频段都已经被许多其它如WiFi无线通信技术占用。因此借用免许可频段资源来提升移动通信的性能，就必须解决LTE系统与WiFi系统共存与融合的问题。现有文献中给出的免许可频段共存与融合方案主要有：采用与WiFi信道接入算法类似的LBT机制，LTE-U系统将通过竞争与退避获取免许可频段的资源，具体过程为：在下行链路中，LTE-U基站需要对免许可频段信道进行检测，若检测到该信道已经被占用，则LTE-U基站会在(1，Q)中随机产生一个退避窗口，再次进行信道检测。若信道仍然不可用，退避窗口值不变；若信道可用，则退避窗口值减1，直至减为0后，LTE-U可以使用相应的免许可频段资源。另外一种免许可频段共存与融合方案是占空比方案，即WiFi系统与LTE-U系统分开使用免许可频段资源等。对上述两种现有的免许可频段共存与融合方案分析发现，LBT机制虽然能将LTE-U系统融入WiFi系统中，不会明显增加WiFi系统时延，但LTE-U系统不能长时间接入免许可频段，LTE-U用户服务质量降低。占空比方案不需要对原有的协议做很大的变动，但是对于WiFi用户，其体验延时会增加。另外，上述两种方法适用于不同的国家和地区，目前没有统一的方案适应所有地区。因此，迫切地需要提供一种机制，能够控制LTE-U系统和WiFi系统自适应接入免许可频段，以同时提高LTE-U用户服务质量和WiFi用户服务质量。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法，在LTE-U系统与WiFi系统共存时，该控制方法控制LTE-U系统接入免许可频段，在保证WiFi系统性能的同时，利用免许可频段提高LTE-U系统的容量，即需要LTE-U用户尽可能多地使用免许可频段以提高LTE-U用户的吞吐量和免许可频段的资源利用率。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法，包括以下步骤：LTE-U系统通过LBT机制接入免许可频段，与WiFi系统共用免许可频段资源，免许可频段信道接入过程分为LBT阶段和占空比阶段；根据LTE-U用户和WiFi用户负载动态调节LBT阶段的退避窗口Q值和空比阶段的时隙占比θ，以保证WiFi用户公平性和LTE-U用户最大化占用免许可频段资源为目标，优化获得最优的退避窗口Q和时隙占比θ；然后在最优的退避窗口Q和时隙占比θ条件下，以最大化LTE-U系统吞吐量为目标，获得最优的LTE-U用户在许可频段上的频谱分配和功率分配，在免许可频段上的频谱资源分配。本专利技术中，以保证WiFi用户公平性中的公平性是指当LTE-U系统占用免许可频段资源时，需要保证已经在免许可频段工作的WiFi用户传输速率不受到影响。本专利技术提供的控制方法中，在LTE-U系统与WiFi共存系统中，LTE-U系统通过混合自适应信道接入机制，使用免许可频段资源的方法，能提高免许可频段的资源利用率，同时能够提高LTE-U系统的容量。其性能要优于现有的两种免许可频段接入机制，并且实现了现有两种机制的统一，满足不同国家和地区的需求。在本专利技术中，当LBT阶段的退避窗口Q值为0时，LTE-U系统不需要退避而一直使用免许可频段资源。这样采用现有占空比方法实现通信。在本专利技术中，当占空比阶段的时隙占比θ为0时，WiFi系统通过LBT机制获得免许可频段。这样即采用现有LBT方法实现通信。具体地，退避窗口Q和时隙占比θ的获取过程为：(1)获取LTE-U所有用户的信道状态信息CSI，WiFi用户的业务需求rwifi，WiFi系统个数K以及每个WiFi系统内的负载大小；(2)初始化免许可频段k上退避窗口值Qk，时隙占比θk，LTE-U用户i在许可频段子信道n上获得的功率值频谱资源值LTE-U用户在免许可频段k上获得的频谱资源值(3)根据3GPP给出的LBT规范，得到LBT阶段LTE-U系统在免许可频段k上退避窗口的取值范围(4)LTE-U系统选择退避窗口值以最大化LTE-U占用免许可频段为目标，即以公式(I)为目标函数，在限制条件(II)约束下，求解目标函数，获得当前最优时隙占比θk；限制条件：其中，为WiFi速率，其表达式根据二维马尔科夫模型求得；表示LTE-U系统在免许可频段k上获得的免许可资源，与Qk选取有关，具体可以表示为：其中，nk是指WiFik服务的用户的数目，表示WiFik服务的用户在LBT阶段传输概率，表示LTE-U用户的传输概率，它们可以分别表示为：其中，表示WiFik服务的用户在LBT阶段的碰撞概率，Wk表示WiFik的最小竞争窗口，mk是指WiFik的最大退避次数；(5)重复执行步骤(4)，取遍退避窗口范围内的所有取值，并得到对应的最优θk和目标函数值，选出目标函数最大值对应的退避窗口Qk与占空比阶段时隙占比θk，组成免许可频段k上混合信道接入最优参数集合Ak＝{Qk,θk}；(6)重复步骤(3)～(5)，得到K个免许可频段上的最优参数集合A1,A2…AK。具体地，获得最优的LTE-U用户在许可频段上的频谱分配和功率分配，在免许可频段上的频谱资源分配的过程为：根据获得的最优参数集合A1,A2…AK，以最大化LTE-U系统吞吐量为目标，即以公式(VI)所示的目标函数为目标，对此目标函数进行求解获得最优的功率与频谱分配值其中，BL为许可频段的带宽，为LTE-U用户i在许可频段子信道n上的功率增益，BU为免许可频段带宽，为LTE-U用户i在免许可频段k上的功率增益，为LTE-U用户i在免许可频段k上获得的频谱资源；通过得到最优的资源分配，LTE-U小基站采用后的的最优的功率与频谱分配值与K个WiFi系统共享免许可信道，并对LTE-U用户进行功率与频谱分配。优选地，采用拉格朗日乘子法求解公式(VI)所示的目标函数。与现有技术相比，本专利技术提供的LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法中，通过综合现存的两种方案的优缺点，形成一种混合自适应信道接入方法，在对LTE-U用户进行功率控制的同时，合理分配许可频段和免许可频段的频谱资源，根据LTE-U和WiFi的负载状态动态调整退避窗口Q和时隙占比θ，提高免许可频段的资源利用率，同时能够提高LTE-U系统的容量。其性能要优于现有的两种免许可频段接入机制，并且实现了现有两种机制的统一，满足不同国家和地区的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1是提供的一种免许可频段混合自适应信道接入机制结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LTE‑U系统自适应接入免许可频段的控制方法，包括以下步骤：LTE‑U系统通过LBT机制接入免许可频段，与WiFi系统共用免许可频段资源，免许可频段信道接入过程分为LBT阶段和占空比阶段；根据LTE‑U用户和WiFi用户负载动态调节LBT阶段的退避窗口Q值和空比阶段的时隙占比θ，以保证WiFi用户公平性和LTE‑U用户最大化占用免许可频段资源为目标，优化获得最优的退避窗口Q和时隙占比θ；然后在最优的退避窗口Q和时隙占比θ条件下，以最大化LTE‑U系统吞吐量为目标，获得最优的LTE‑U用户在许可频段上的频谱分配和功率分配，在免许可频段上的频谱资源分配。

【技术特征摘要】
1.一种LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法，包括以下步骤：LTE-U系统通过LBT机制接入免许可频段，与WiFi系统共用免许可频段资源，免许可频段信道接入过程分为LBT阶段和占空比阶段；根据LTE-U用户和WiFi用户负载动态调节LBT阶段的退避窗口Q值和空比阶段的时隙占比θ，以保证WiFi用户公平性和LTE-U用户最大化占用免许可频段资源为目标，优化获得最优的退避窗口Q和时隙占比θ；然后在最优的退避窗口Q和时隙占比θ条件下，以最大化LTE-U系统吞吐量为目标，获得最优的LTE-U用户在许可频段上的频谱分配和功率分配，在免许可频段上的频谱资源分配。2.如权利要求1所述的LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法，其特征在于，当LBT阶段的退避窗口Q值为0时，LTE-U系统不需要退避而一直使用免许可频段资源。3.如权利要求1所述的LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法，其特征在于，当占空比阶段的时隙占比θ为0时，WiFi系统通过LBT机制获得免许可频段。4.如权利要求1所述的LTE-U系统自适应接入免许可频段的控制方法，其特征在于，退避窗口Q和时隙占比θ的获取过程为：(1)获取LTE-U所有用户的信道状态信息CSI，WiFi用户的业务需求rwifi，WiFi系统个数K以及每个WiFi系统内的负载大小；(2)初始化免许可频段k上退避窗口值Qk，时隙占比θk，LTE-U用户i在许可频段子信道n上获得的功率值频谱资源值LTE-U用户在免许可频段k上获得的频谱资源值(3)根据3GPP给出的LBT规范，得到LBT阶段LTE-U系统在免许可频段k上退避窗口的取值范围(4)LTE-U系统选择退避窗口值以最大化LTE-U占用免许可频段为目标，即以公式(I)为目标函数，在限制条件(II)约束下，求解目标函数，获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜利，殷锐，余官定，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33