本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的雙模微基站非授權(quán)信道接入方法，具體是一種LTE(Long Term Evaluation,LTE)與WiFi(Wireless Fidelity,WiFi)共存場(chǎng)景下改進(jìn)的雙模微基站非授權(quán)信道接入機(jī)制，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)應(yīng)用的快速發(fā)展、移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速增長(zhǎng)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量提升面臨的壓力日趨增加。提高系統(tǒng)容量的瓶頸在于稀缺的授權(quán)頻段頻譜資源，為了進(jìn)一步提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)性能，滿足用戶對(duì)峰值速率、數(shù)據(jù)流量的需求及提供良好的用戶體驗(yàn)，緩解當(dāng)前頻譜稀缺危機(jī)，3GPP提出了一種新的LTE與WiFi在非授權(quán)頻段的共存機(jī)制，即授權(quán)輔助接入機(jī)制(Licensed Assisted Access,LAA)。

為了在微基站實(shí)現(xiàn)LAA機(jī)制，小蜂窩論壇提出了兩種微基站模型，即：雙模微基站(Dual-band Femtocell,DBF)和融合蜂窩WiFi基站(Integrated Femto-WiFi,IFW)。前者使用LTE空中接口可同時(shí)工作在授權(quán)及非授權(quán)頻段，而后者使用LTE空中接口工作于授權(quán)頻段，使用WiFi空中接口工作于非授權(quán)頻段。由于LTE系統(tǒng)相比于WiFi系統(tǒng)具有更高的頻譜效率，因此部署LAA機(jī)制的微基站相比于WiFi熱點(diǎn)能提供更好的用戶服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)。

針對(duì)LTE與WiFi在非授權(quán)頻段的共存問(wèn)題，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界提出了兩種主流的LTE非授權(quán)信道接入機(jī)制以保證LTE與WiFi共存的公平性、有效性。一種是先聽(tīng)后說(shuō)機(jī)制(Listen Before Talk,LBT)，該機(jī)制中LTE使用類似基于競(jìng)爭(zhēng)的信道接入機(jī)制與WiFi競(jìng)爭(zhēng)使用非授權(quán)頻段頻譜資源。另一種是幾乎空白子幀(Almost Blank Subframe,ABS)，該機(jī)制下LTE周期性地工作、掛起，其中LTE掛起的時(shí)間用于WiFi使用非授權(quán)頻段頻譜資源。

對(duì)于LTE與WiFi共存場(chǎng)景，現(xiàn)有DBF非授權(quán)信道接入機(jī)制實(shí)現(xiàn)了LTE和WiFi分時(shí)使用非授權(quán)頻段頻譜資源。但該機(jī)制未考慮DBF和WiFi接入點(diǎn)(Access Point,AP)之間不同相對(duì)距離對(duì)系統(tǒng)性能的影響，未能充分利用空間復(fù)用，最大化使用非授權(quán)頻段頻譜資源，提高系統(tǒng)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題與不足，考慮DBF與WiFi AP覆蓋范圍部分重疊的場(chǎng)景，本發(fā)明提出一種改進(jìn)的雙模微基站非授權(quán)信道接入機(jī)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用。同時(shí)，在保證WiFi系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，最大化利用非授權(quán)頻段頻譜資源，提高系統(tǒng)性能。

技術(shù)方案：一種改進(jìn)的雙模微基站非授權(quán)信道接入方法，實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用。根據(jù)DBF與WiFi AP的相對(duì)距離，分為兩種情形：當(dāng)DBF與WiFi AP互相可見(jiàn)時(shí)，使用現(xiàn)有方法，即DBF和WiFi AP分時(shí)占用非授權(quán)信道，且DBF一旦占據(jù)信道，可調(diào)度覆蓋范圍內(nèi)所有DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)DBF與WiFi AP互不可見(jiàn)時(shí)，若WiFi AP與覆蓋重疊范圍內(nèi)WiFi用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，則DBF不可占用非授權(quán)信道，若WiFi AP與覆蓋重疊范圍外WiFi用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，則DBF可占用非授權(quán)信道調(diào)度覆蓋重疊范圍外DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用，最大化利用非授權(quán)頻段頻譜資源，提高系統(tǒng)性能。

考慮DBF和WiFi AP覆蓋范圍部分重疊的場(chǎng)景，N_d個(gè)DBF用戶和N_w個(gè)WiFi用戶共同競(jìng)爭(zhēng)非授權(quán)頻段頻譜資源，和N_m個(gè)宏基站用戶共享授權(quán)頻段頻譜資源。所有用戶在相應(yīng)的DBF或者WiFi AP覆蓋范圍內(nèi)均勻分布，同時(shí)任意時(shí)刻DBF或者WiFi AP最多與覆蓋范圍內(nèi)的一個(gè)相應(yīng)用戶建立數(shù)據(jù)傳輸，與DBF或WiFi AP關(guān)聯(lián)的用戶都是“智能設(shè)備”，即可實(shí)現(xiàn)與DBF或WiFi AP通信的多模設(shè)備。根據(jù)IEEE802.11MAC接入機(jī)制，WiFi節(jié)點(diǎn)采用帶碰撞避免的載波偵聽(tīng)多址接入技術(shù)(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)競(jìng)爭(zhēng)非授權(quán)信道，并使用RTS(Request to Send,RTS)/CTS(Clear to Send,CTS)機(jī)制降低隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題。

改進(jìn)的雙模微基站非授權(quán)信道接入方法，實(shí)現(xiàn)DBF周期性嘗試接入非授權(quán)信道。采用CSMA/CA接入機(jī)制的WiFi節(jié)點(diǎn)在向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)前，先向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTS幀。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到RTS幀后以CTS幀應(yīng)答，非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到RTS或CTS幀后，設(shè)置自身NAV(Network Allocation Vector,NAV)。因此，當(dāng)覆蓋重疊范圍內(nèi)的WiFi用戶與WiFi AP間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，DBF將收到RTS或CTS幀并設(shè)置NAV，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間范圍內(nèi)，DBF判定信道繁忙，處于掛起狀態(tài)，即DBF在NAV時(shí)間內(nèi)不會(huì)競(jìng)爭(zhēng)非授權(quán)信道。具體包括如下步驟：

(1)、DBF嘗試接入信道，并首先檢測(cè)自身是否已設(shè)置NAV；

(2)、若DBF已設(shè)置NAV，則DBF判定信道繁忙，在NAV時(shí)間內(nèi)處于掛起狀態(tài)，停止競(jìng)爭(zhēng)非授權(quán)信道；若DBF未設(shè)置NAV，則DBF以固定時(shí)間T_sensing感知信道狀態(tài)；

(3)、若T_sensing時(shí)間內(nèi)DBF感知信道繁忙，則DBF停止競(jìng)爭(zhēng)非授權(quán)信道，并等待下次信道接入嘗試的激勵(lì)；

(4)、若T_sensing時(shí)間內(nèi)DBF感知信道空閑，則DBF占據(jù)非授權(quán)信道，并調(diào)度DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

進(jìn)一步的，步驟(2)所述DBF已設(shè)置NAV表示DBF收到RTS或CTS幀，即覆蓋重疊范圍內(nèi)的WiFi用戶與WiFi AP間正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，DBF判定信道繁忙，在NAV時(shí)間內(nèi)處于掛起狀態(tài)，停止競(jìng)爭(zhēng)非授權(quán)信道。

進(jìn)一步的，步驟(4)所述DBF在T_sensing時(shí)間內(nèi)感知信道空閑并占據(jù)非授權(quán)信道且調(diào)度DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸包括兩種情形：當(dāng)DBF與WiFi AP互相可見(jiàn)時(shí)，DBF感知信道空閑后占據(jù)非授權(quán)信道并調(diào)度覆蓋范圍內(nèi)所有DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)，由于信道繁忙或數(shù)據(jù)碰撞原因WiFi節(jié)點(diǎn)無(wú)法建立通信。當(dāng)DBF與WiFi AP互不可見(jiàn)時(shí)，DBF感知信道空閑后占據(jù)非授權(quán)信道并調(diào)度覆蓋重疊范圍外DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)，若覆蓋重疊范圍內(nèi)WiFi用戶與WiFi AP間試圖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則由于信道繁忙或數(shù)據(jù)碰撞原因無(wú)法建立通信；若覆蓋重疊范圍外WiFi用戶與WiFi AP間試圖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則其在固定時(shí)間內(nèi)感知信道處于空閑狀態(tài)，因此，WiFi節(jié)點(diǎn)可同時(shí)占據(jù)非授權(quán)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

為了降低改進(jìn)的雙模微基站非授權(quán)信道接入方法的額外系統(tǒng)開銷，每次信道接入嘗試，DBF感知信道狀態(tài)的時(shí)間T_sensing滿足：

T_sensing＜T_attempt (1)

其中，T_attempt表示相鄰兩次信道接入嘗試的時(shí)間間隔。

有益效果：本發(fā)明提出的改進(jìn)的雙模微基站非授權(quán)信道接入方法，實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用。相比于現(xiàn)有DBF非授權(quán)信道接入機(jī)制，該機(jī)制考慮了DBF與WiFi AP相對(duì)距離對(duì)系統(tǒng)性能的影響，在保證WiFi系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最大化地利用非授權(quán)頻段頻譜資源，提高系統(tǒng)性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)例說(shuō)明系統(tǒng)模型圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)總體流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)時(shí)隙圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

改進(jìn)的雙模微基站非授權(quán)信道接入方法，圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的總體流程圖，圖3為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的時(shí)隙圖，具體描述為該方法實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用，根據(jù)DBF與WiFi AP的相對(duì)距離，分為兩種情形：當(dāng)DBF與WiFi AP互相可見(jiàn)時(shí)，該方法簡(jiǎn)化為現(xiàn)有方法，即DBF和WiFi AP分時(shí)占用非授權(quán)信道，且DBF一旦占據(jù)非授權(quán)信道，可調(diào)度覆蓋范圍內(nèi)所有DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)DBF與WiFi AP互不可見(jiàn)時(shí)，若WiFi AP與覆蓋重疊范圍內(nèi)WiFi用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，則DBF不可占用非授權(quán)信道，若WiFi AP與覆蓋重疊范圍外WiFi用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，則DBF可占用非授權(quán)信道調(diào)度覆蓋重疊范圍外DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

如圖1所示，在本發(fā)明實(shí)施例場(chǎng)景中，一個(gè)DBF和一個(gè)WiFi AP覆蓋范圍部分重疊，DBF和WiFi AP的覆蓋半徑均為50m，DBF的用戶個(gè)數(shù)為N_d＝24，WiFi的用戶個(gè)數(shù)為N_w＝24，非授權(quán)頻段帶寬為B_u＝20MHz，DBF和WiFi AP的相對(duì)距離為d(m)，當(dāng)d＜50m時(shí)，DBF和WiFi AP互相可見(jiàn)，當(dāng)d≥50m時(shí)，DBF和WiFi AP互不可見(jiàn)。本發(fā)明的具體實(shí)施步驟為：

(1)、DBF周期性地嘗試接入信道，每次信道接入嘗試，DBF首先檢測(cè)自身是否已設(shè)置NAV，信道接入嘗試的周期為T_attempt；

(2)、若DBF已設(shè)置NAV，則DBF判定信道繁忙，在NAV時(shí)間內(nèi)處于掛起狀態(tài)，停止競(jìng)爭(zhēng)非授權(quán)信道；若DBF未設(shè)置NAV，則DBF以固定時(shí)間T_sensing感知信道狀態(tài)，為了降低額外的系統(tǒng)開銷，T_sensing滿足條件：

T_sensing＜T_attempt (1)

(3)、若T_sensing時(shí)間內(nèi)DBF感知信道繁忙，則DBF停止競(jìng)爭(zhēng)非授權(quán)信道并等待下次信道接入嘗試的激勵(lì)；

(4)、若T_sensing時(shí)間內(nèi)DBF感知信道空閑，則DBF占據(jù)非授權(quán)信道調(diào)度DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)DBF和WiFi AP的相對(duì)距離包括兩種情形：當(dāng)d＜50m時(shí)，DBF和WiFi AP互相可見(jiàn)，則改進(jìn)的DBF非授權(quán)信道接入方法簡(jiǎn)化為現(xiàn)有方法，DBF感知信道空閑后占據(jù)非授權(quán)信道并調(diào)度覆蓋范圍內(nèi)所有DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)，同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)信道的WiFi節(jié)點(diǎn)由于信道繁忙或數(shù)據(jù)碰撞原因無(wú)法建立通信；當(dāng)d≥50m時(shí)，DBF和WiFi AP互不可見(jiàn)，DBF感知信道空閑后占據(jù)非授權(quán)信道并調(diào)度覆蓋重疊范圍外DBF用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)，若覆蓋重疊范圍內(nèi)WiFi用戶與WiFi AP間試圖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則由于信道繁忙或數(shù)據(jù)碰撞原因無(wú)法建立通信；若覆蓋重疊范圍外WiFi用戶與WiFi AP間試圖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則其在固定時(shí)間內(nèi)感知信道處于空閑狀態(tài)，因此，WiFi節(jié)點(diǎn)可同時(shí)占據(jù)非授權(quán)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。