基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法及系统，包括多天线WiFi接入点与多个WiFi负载连接；检测WiFi负载的信道状态；强制断开信道质量较差的WiFi负载对空间流的占用；寻找最佳的异构网络负载进行接入，占用空闲空间资源，包括执行最佳异构网络负载集合

【技术实现步骤摘要】
基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法及系统
本专利技术属于移动互联网
，尤其涉及一种基于空间复用技术的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法及系统。
技术介绍
随着移动数据流量的爆炸性增长，频谱短缺已成为下一代无线通信的主要瓶颈。作为一种没有独占访问权、几乎可以被任何人和任何机构使用的频段，非授权频段由于其开放、易获取的特点，而被广泛用于WiFi、蓝牙、Zigbee、5GNR(newradio)及卫星通信等多种应用。为提高系统容量与频谱效率，基于空间复用技术的非授权频段异构网络部署成为必然趋势，随之带来的异构网络与WiFi系统友好共存问题受到越来越多的重视。由于非授权频段目前被广泛用于执行IEEE802.11系列标准的WiFi设备，保证各种异构网络设备与WiFi的友好公平共存是非授权频段异构网络亟需解决的关键问题之一。如何在提高异构网络性能的同时保证已在非授权频段上的WiFi设备性能不受明显损失，实现非授权频段异构网络与WiFi系统资源分配的公平性，成为学者研究的重要方向。5GNR技术包含LWA(LTE-WLANaggregation,LTE-WiFi链路聚合)、LTE-U(LTEinunlicensed，非授权频段LTE)、LAA(licensed-assistedaccess,许可辅助接入)及MulteFire等多种非授权频谱技术。在LTE-U/LTE-LAA系统中，SBSs(smallbasestations)通过载波聚合技术聚合授权频段和5GHz免授权频段，在提高系统吞吐量的同时，保持无缝移动性、服务质量和良好的室内外覆盖。第三代合作伙伴项目(3rdgenerationpartnershipproject,3GPP)在LTERelease13中首次引入了仅支持下行模式的LAA，并在最近的LTERelease14中考虑了增强型LAA(enhancedlicensed-assistedaccess,eLAA)，以同时支持上行与下行链路LAA传输。尽管已存在一些LTE-U与WiFi的公平共存机制，如先听后说(listen-before-talk,LBT)与占空比(duty-cyclemuting,DCM)等，但是，目前仍缺乏WiFi与蓝牙、5GNR技术、卫星网络等异构网络的统一公平共存方案。为最大限度地提高异构网络吞吐量，统一共存方案需要考虑异构网络及WiFi系统中不同用户的服务质量(QualityofService，QoS)需求与信道状态信息(channelstateinformation,CSI)，实现最优的用户关联。此外，802.11n/ac/ax标准提供了对多用户多输入多输出(multi-usermultipleinputmultipleoutput,MU-MIMO)的支持，在调度多输入多输出(multipleinputmultipleoutput,MIMO)传输时提供了更大的灵活性，因此，新的统一方案需要进一步基于空间复用技术优化MIMO空间流分配以平衡系统间的公平性并提高性能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术从空间信道状态反馈和用户需求出发，提出了一种基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法和装置，在保证多天线WiFiAP设备/用户性能不受明显损失甚至有效提高的同时，最大限度提高异构网络的性能。本专利技术所采用的技术方案提供一种基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法，包括以下步骤，步骤1，多天线WiFi接入点与多个WiFi负载连接；步骤2，检测WiFi负载的信道状态；步骤3，强制断开信道质量较差的WiFi负载对空间流的占用，包括设WiFi接入点关联的负载集合为计算中各WiFi负载m的数据速率根据数据速率阈值RT选择断开空间流；步骤4，寻找最佳的异构网络负载进行接入，占用空闲空间资源，包括执行最佳异构网络负载集合搜索过程如下，步骤4.1，设异构网络负载集合为最佳异构网络负载总数为L，则WiFi接入点最终关联的负载集合为且关联负载总数(M+L)不超过天线数I，初始化根据步骤3所得各WiFi负载m的数据速率得到初始系统总速率对WiFi接入点关联的负载设有效信道向量为vs，有效信道增益为ys，未关联的异构网络负载其中\表示集合求差集，设相应信道向量正交分量为gk；步骤4.2，搜索异构网络负载集合寻找最佳异构网络负载d，使得加入异构网络负载d后，系统总数据速率达到最大；步骤4.3，若加入(2)中求得的最优负载d后，总速率增量则更新将负载d加入最佳异构网络负载集合；其后，对关联的负载s更新vs、ys，并重新计算未关联异构网络负载k的信道向量正交分量gk：若ΔR+d>0且M+L<I，返回重复执行步骤4.2，反之，则搜索结束。而且，步骤3中，计算各WiFi负载m的数据速率实现如下，(1)设WiFi接入点关联的负载集合为关联负载总数为M，采用线性多用户预编码技术计算负载的波束成形权重向量其中表示I行1列的复矩阵集合，WiFi接入点配置的天线集合为总天线数为I；(2)设负载m的有效信道增益为WiFi接入点的总传输功率为P0，则为分配给负载m的传输功率，其中传输功率放缩系数pm由注水功率分配算法计算：pm=max{u0ym-1,0}式中u0为水位，由下式直接计算，(3)计算原始关联WiFi负载m的速率而且，步骤4.1中，初始化vs、ys、gk如下，其中，II为I×I单位矩阵，分别为负载集合对应的瑞利信道衰落矩阵，分别为相应的共轭转置矩阵，hs为负载s的信道向量，hk为负载k的信道向量。而且，步骤4.2中，搜索异构网络负载集合实现如下，①假设加入负载k，则WiFi接入点连接的负载集合表示为计算负载k的有效信道向量记为有效信道增益更新已关联负载的有效信道向量有效信道增益如下所示：其中，符号(·)+k表示加入负载k后的更新值。②设P1为异构网络设备的总传输功率，加入负载k后，水位u、WiFi接入点的总数据速率为，其中，分别为加入负载k后与WiFi接入点关联的异构网络负载l、原始关联的WiFi负载m的有效信道增益，P0为WiFi接入点的总传输功率。而且，所述多天线WiFi接入点与多个WiFi负载连接，采用随机接入方法或基于竞争的接入方法或负载特征触发的接入方法。而且，断开空间流和最佳的异构网络负载接入，采用CTS-to-Self机制或基于网络分配向量NAV的方式实现。本专利技术还提供一种基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存系统，包括以下模块，第一模块，用于多天线WiFi接入点与多个WiFi负载连接；第二模块，用于检测WiFi负载的信道状态；第三模块，用于强制断开信道质量较差的WiFi负载对空间流的占用，包括设WiFi接入点关联的负载集合为计算中各WiFi负载m的数据速率根据数据速率阈值RT选择断开空间流；第四模块，用于寻找最佳的异构网络负载进行接入，占用空闲空间资源，包括执行最佳异构网络负载集合搜索过程如下，步骤4.1，设异构网络负载集合为最佳异构网络负载总数为L，则WiFi接入点最终关联的负载集合为且关联负载总数(M+L)不超过天线数I，初始化根据步骤3所得各WiFi负载m的数据速率得到初始系统总速率对WiFi接入点关联的负载设有效信道向量为v本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，多天线WiFi接入点与多个WiFi负载连接；步骤2，检测WiFi负载的信道状态；步骤3，强制断开信道质量较差的WiFi负载对空间流的占用，包括设WiFi接入点关联的负载集合为

【技术特征摘要】
1.一种基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，多天线WiFi接入点与多个WiFi负载连接；步骤2，检测WiFi负载的信道状态；步骤3，强制断开信道质量较差的WiFi负载对空间流的占用，包括设WiFi接入点关联的负载集合为计算中各WiFi负载m的数据速率根据数据速率阈值RT选择断开空间流；步骤4，寻找最佳的异构网络负载进行接入，占用空闲空间资源，包括执行最佳异构网络负载集合搜索过程如下，步骤4.1，设异构网络负载集合为最佳异构网络负载总数为L，则WiFi接入点最终关联的负载集合为且关联负载总数(M+L)不超过天线数I，初始化根据步骤3所得各WiFi负载m的数据速率得到初始系统总速率对WiFi接入点关联的负载设有效信道向量为vs，有效信道增益为γs，未关联的异构网络负载其中\表示集合求差集，设相应信道向量正交分量为gk；步骤4.2，搜索异构网络负载集合寻找最佳异构网络负载d，使得加入异构网络负载d后，系统总数据速率达到最大；步骤4.3，若加入(2)中求得的最优负载d后，总速率增量则更新将负载d加入最佳异构网络负载集合；其后，对关联的负载s更新vs、γs，并重新计算未关联异构网络负载k的信道向量正交分量gk：若ΔR+d＞0且M+L＜I，返回重复执行步骤4.2，反之，则搜索结束。2.根据权利要求1所述基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法，其特征在于：步骤3中，计算各WiFi负载m的数据速率实现如下，(1)设WiFi接入点关联的负载集合为关联负载总数为M，采用线性多用户预编码技术计算负载的波束成形权重向量其中表示I行1列的复矩阵集合，WiFi接入点配置的天线集合为总天线数为I；(2)设负载m的有效信道增益为WiFi接入点的总传输功率为P0，则为分配给负载m的传输功率，其中传输功率放缩系数pm由注水功率分配算法计算：pm＝max{μ0γm-1,0}式中μ0为水位，由下式直接计算，(3)计算原始关联WiFi负载m的速率3.根据权利要求1所述基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法，其特征在于：步骤4.1中，初始化vs、γs、gk如下，其中，II为I×I单位矩阵，分别为负载集合对应的瑞利信道衰落矩阵，分别为相应的共轭转置矩阵，hs为负载s的信道向量，hk为负载k的信道向量。4.根据权利要求3所述基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法，其特征在于：步骤4.2，搜索异构网络负载集合实现如下，①假设加入负载k，则WiFi接入点连接的负载集合表示为计算负载k的有效信道向量记为有效信道增益更新已关联负载的有效信道向量有效信道增益如下所示：其中，符号(·)+k表示加入负载k后的更新值。②设P1为异构网络设备的总传输功率，加入负载k后，水位μ、WiFi接入点的总数据速率为，其中，分别为加入负载k后与WiFi接入点关联的异构网络负载l、原始关联的WiFi负载m的有效信道增益，P0为WiFi接入点的总传输功率。5.根据权利要求1或2或3或4所述基于空间复用的非授权频段异构网络嵌入式友好共存方法，其特征在于：所述多天线WiFi接入点与多个WiFi负载连接，采用随机接入方法或基于竞争的接入方法或负载特征触发的接入方法。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琪美，徐小夏，江昊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42