本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種異構(gòu)網(wǎng)絡下LTE-U(Long Term Evolution in Unlicensed Bands)與Wi-Fi在非授權(quán)頻段公平共存的方法。

背景技術(shù)：

隨著無線通信技術(shù)不斷發(fā)展，無線頻譜資源匱乏的問題日益顯現(xiàn)。隨著LTE在非授權(quán)頻段的部署變?yōu)榭赡?，如LTE-U?？疾霯TE-U系統(tǒng)以及Wi-Fi系統(tǒng)的頻率使用模式，在LTE-U的發(fā)展中，最大的問題是與Wi-Fi在5GHz頻段上，這兩種通信系統(tǒng)可能存在干擾處理問題，研究如何應對這種干擾問題變得非常重要。仿真圖1所示，我們可觀察到共存模式下LTE-U系統(tǒng)受到Wi-Fi傳輸?shù)挠绊戄^小，其中在4個AP(Access Point,接入點)和10個STA(Ststion，工作站)的情況下，LTE-U用戶吞吐量減少得最高，約為4％。然而，這種共存對于Wi-Fi系統(tǒng)的性能造成了明顯的下降，在影響最小的情況下(4個AP和25個STA)，Wi-Fi系統(tǒng)的用戶吞吐量就已經(jīng)降低了70％左右，在10個AP和25個STA的分布情況下，Wi-Fi系統(tǒng)的用戶吞吐量甚至降低了98％。在二者共存時，如果不加限制，就會造成Wi-Fi節(jié)點受到了LTE-U在一段時間內(nèi)的幾乎恒定的強烈的干擾，使得Wi-Fi節(jié)點感知到信道忙而長期處于監(jiān)聽狀態(tài)，顯著影響了用戶的吞吐量。這是因為Wi-Fi采用的是“先聽后說”的LBT(listen-before-talk)的機制，Wi-Fi節(jié)點(AP(Access Point)或者設備)在某個信道進行傳輸前先“監(jiān)聽”，只有當一個信道被認為是“空著”(也就是探測到干擾水平低于某一門限值)的時候，節(jié)點才會被允許進行信號傳輸；如果信道被監(jiān)測到“被占用”狀態(tài)，則節(jié)點將推遲一段時間(隨機)再進行信號傳輸以免沖突。而LTE-U使用OFDM信道接入技術(shù)，一般不進行載波感知探測(因為該技術(shù)認為許可頻段的獨家使用權(quán))，根據(jù)控制和管理信令安排最佳信道。并且，Wi-Fi和LTE-U異構(gòu)，二者缺少溝通渠道。那么在這種情況下，如果不指定LTE和Wi-Fi的共存標準，只簡單將LTE-U作為LTE的“新頻段”而沒有共存機制，很可能導致LTE-U擠走Wi-Fi，將存在“公地悲劇”的風險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種以較小的系統(tǒng)吞吐量損失為代價，換取了邊緣用戶性能的大幅改善、提升了不同技術(shù)之間的公平性的異構(gòu)網(wǎng)絡下LTE-U與Wi-Fi在非授權(quán)頻段公平共存的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種異構(gòu)網(wǎng)絡下LTE-U與Wi-Fi在非授權(quán)頻段公平共存的方法，其包括以下步驟：

首先通過將異構(gòu)網(wǎng)絡的公平性指數(shù)(Jain公平性指標作為評價指標之一，已被廣泛應用于無線通信的公平性評價中。本專利引入Jain公平性指標來評估LTE-U用戶和Wi-Fi用戶之間的公平性)與預設的閾值進行比較，從而判斷是否需要對ABS(幾乎空白子幀)比例進行調(diào)整；其次，當需要調(diào)整時，通過將LTE-U用戶吞吐量和Wi-Fi用戶吞吐量的加權(quán)和與預設的閾值進行比較，建立自適應ABS配置模型，所述自適應ABS配置模型使得空白子幀和普通子幀是自適應的；再次，在自適應ABS配置模型基礎上提出了基于自適應ABS的動態(tài)配置算法，通過不同小區(qū)內(nèi)的負載情況，判斷不同小區(qū)的LTE-U用戶和Wi-Fi用戶的服務質(zhì)量的優(yōu)先級，為各個小區(qū)提供合適的ABS比例。

進一步的，所述自適應ABS配置模型中，將ABS子幀分為顯性ABS數(shù)、顯性non-ABS數(shù)和不確定性子幀數(shù)，所述不確定性子幀數(shù)一開始是沒有屬性的，需要通過一定的判斷準則來判定其究竟是空白子幀還是普通子幀。

進一步的，當假設顯性ABS數(shù)和顯性non-ABS數(shù)相同時，不確定性子幀數(shù)應該為偶數(shù)。

進一步的，所述不確定性子幀數(shù)為4。

進一步的，如果當前子幀為顯性non-ABS或是不確定性子幀被判定為non-ABS，那么，LTE-U基站調(diào)度所有LTE-U用戶，自適應ABS配置首先滿足LTE-U用戶的業(yè)務需求；如果當前子幀為顯性ABS，或是不確定性子幀被判定為ABS，那么，LTE-U基站不調(diào)度任何LTE-U用戶，此時LTE-U基站處于靜默狀態(tài)，Wi-Fi工作站調(diào)度所有Wi-Fi用戶，自適應ABS配置首先滿足Wi-Fi用戶的業(yè)務需求。

進一步的，所述不確定性子幀配置的包括以下步驟：

步驟1：統(tǒng)計當前TTI、當前小區(qū)的LTE-U用戶數(shù)n_LTE和Wi-Fi的用戶數(shù)n_WiFi，并計算n_LTE/n_WiFi；

步驟2：通過判斷n_LTE/n_WiFi＞ε是否成立，來決定LTE-U用戶服務質(zhì)量和Wi-Fi用戶服務質(zhì)量的優(yōu)先級，若該不等式成立，LTE-U基站的負載較大，那么先確保LTE-U用戶的服務質(zhì)量，轉(zhuǎn)到步驟3；否則，先確保Wi-Fi用戶的服務質(zhì)量，轉(zhuǎn)到步驟4，其中，因子ε是用來調(diào)節(jié)LTE-U用戶和Wi-Fi用戶之間的負載均衡情況的；

步驟3：通過判斷n_LTE/n_Total＞u_non-ABS/u_Total是否成立，來決定當前不確定性子幀是ABS還是non-ABS，其中，n_Total為該小區(qū)的所有用戶，u_non-ABS為在當前傳輸周期內(nèi)、當前子幀之前的non-ABS數(shù)，u_Total為當前傳輸周期內(nèi)的所有子幀數(shù)，若該不等式成立，則當前不確定性子幀被判定為non-ABS；否則，被判定為ABS；

步驟4：通過判斷n_WiFi/n_Total＞u_ABS/u_Total是否成立，來決定當前不確定性子幀是ABS還是non-ABS，其中，u_ABS為在當前傳輸周期內(nèi)、當前子幀之前的ABS數(shù)。若該不等式成立，則當前不確定性子幀被判定為ABS，否則，被判定為non-ABS；

步驟5：將小區(qū)號加1，并判斷小區(qū)循環(huán)是否結(jié)束，若己遍歷所有小區(qū)，則轉(zhuǎn)到步驟6，否則，轉(zhuǎn)到步驟1，進行新一輪的配置。

步驟6：將TTI號加1，并判斷TTI循環(huán)是否結(jié)束，若己是最后一個TTI，則結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)到步驟1，進行新一輪的配置。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：

本發(fā)明中，重點考慮自適應ABS配置的問題。首先建立了自適應ABS的配置模型，并在此基礎上提出了基于自適應ABS的動態(tài)配置算法。該算法通過不同小區(qū)內(nèi)的負載情況，判斷不同小區(qū)的LTE-U用戶和Wi-Fi用戶的服務質(zhì)量的優(yōu)先級，提高LTE-U用戶和Wi-Fi用戶之間的公平性，為各個小區(qū)提供合適的ABS比例。本發(fā)明以較小的系統(tǒng)吞吐量損失為代價，換取了邊緣用戶性能的大幅改善。

由于不同小區(qū)的負載不同，且同一小區(qū)的負載也是實時變化的，那么可以針對每個TTI循環(huán)中不同小區(qū)的LTE-U基站負載和Wi-Fi負載，為其配置合適的ABS比例。在本發(fā)明中，小區(qū)服務的用戶數(shù)即為該小區(qū)的負載，那么LTE-U基站負載即指LTE-U用戶數(shù)，Wi-Fi負載即指Wi-Fi用戶數(shù)。當LTE-U用戶較多時，LTE-U基站負載較大，則配置較多的non-ABS比較適合當前的網(wǎng)絡；而當Wi-Fi的用戶較多時，Wi-Fi的負載較大，則需配置較多ABS的來減輕Wi-Fi用戶所受到的干擾。綜上所述，自適應ABS配置方案通過為每個小區(qū)配置最合理的ABS比例來分別滿足LTE-U用戶和Wi-Fi用戶的業(yè)務需求，并因此而提升了網(wǎng)絡的公平性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實施例不同場景分布情況下用戶吞吐量；

圖2ABS比例為4/8時的子幀結(jié)構(gòu)圖；

圖3自適應ABS配置的子幀結(jié)構(gòu)圖；

圖4不確定性子幀配置的流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、詳細地描述。所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的目的在于設計一種異構(gòu)網(wǎng)絡下LTE-U與Wi-Fi在非授權(quán)頻段公平共存的方案，以解決當LTE-U和Wi-Fi網(wǎng)絡共存時，Wi-Fi面臨無法接入信道的局面，而異構(gòu)網(wǎng)絡無渠道傳遞消息的問題。因此，為了解決這個問題并兼顧不同技術(shù)之間資源共享的公平共存，在本發(fā)明提出一種時域小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)中--基于自適ABS的動態(tài)配置方案，來確保LTE-U和Wi-Fi之間的公平共存。

為了減少異構(gòu)網(wǎng)絡間干擾，LTE使用了eICIC(enhanced Inter-Cell Interference Coordination，增強小區(qū)間干擾協(xié)調(diào))技術(shù)。小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)是目前應用較為廣泛的一種技術(shù)，通過利用這一技術(shù)中的幾乎空白子幀ABS的這一特性，可在時域上實現(xiàn)LTE-U和Wi-Fi的資源共享。具體來說，在傳輸LTE-U的數(shù)據(jù)時，是以幀結(jié)構(gòu)的方式進行的，因此如果利用小區(qū)間的干擾技術(shù)，把一部分的數(shù)據(jù)子幀變?yōu)閹缀醪话l(fā)送信息的＂幾乎空白子幀＂，Wi-Fi就可使用這一部分的幾乎空白子幀，即ABS子幀。盡管通過ABS子幀可在一定程度上保證Wi-Fi網(wǎng)絡的吞吐量，但LTE-U的性能也會因此有所下降。所以，幾乎空白子幀ABS的數(shù)量設置，是協(xié)調(diào)共存網(wǎng)絡下Wi-Fi和LTE-U系統(tǒng)的關(guān)鍵。

在空白子幀時，LTE-U只發(fā)送公共參考信號和一些必要的信號。ABS比例是指空白子幀數(shù)目占一個傳輸周期內(nèi)所有子幀數(shù)目的比重。常見的配置主要分為固定ABS配置和自適應ABS配置。常見的配置以8個傳輸時間間隔(Transmission Time Interval，TTI)為一個周期，ABS是靠前的、連續(xù)的若干子幀，而剩下的子幀則為普通子幀。ABS比例的取值一般為1/8，2/8，3/8和4/8。圖2給出了在一個傳輸周期內(nèi)比例為4/8時的子幀結(jié)構(gòu)圖。固定配置是指所有小區(qū)采用相同的ABS比例，且該比例值不隨偏置值的改變而改變。實際上，對于不同小區(qū)來說，LTE-U負載和Wi-Fi負載均不同，這就導致不同小區(qū)的業(yè)務需求量也不同；對于同一個小區(qū)來說，偏置值不同，導致同一個小區(qū)的LTE-U基站負載和Wi-Fi接入點負載也不同。顯然，傳統(tǒng)的固定配置方案不夠靈活，不適用于實時變化的通信環(huán)境。當ABS比例較大時，Wi-Fi用戶的性能較好，系統(tǒng)的功耗較小，LTE-U用戶的性能較差；當ABS比例較小時，Wi-Fi用戶的性能較差，系統(tǒng)的功耗較大，LTE-U用戶的性能較好。為了提高LTE-U用戶和Wi-Fi用戶之間的公平性，需要在兩種用戶的性能之間取一個折中。首先通過將網(wǎng)絡的公平性指數(shù)與相關(guān)門限值進行比較，從而判斷是否需要對ABS比例進行調(diào)整；其次，通過將LTE-U用戶吞吐量和Wi-Fi用戶吞吐量的加權(quán)和與相關(guān)門限值進行比較，從而判斷如何對ABS比例進行調(diào)整：是增加10％還是減少10％。

本發(fā)明中，重點考慮自適應ABS的動態(tài)配置的問題。首先建立了自適應ABS的配置模型，并在此基礎上提出了基于自適應ABS的動態(tài)配置算法。該算法通過不同小區(qū)內(nèi)的負載情況，判斷不同小區(qū)的LTE-U用戶和Wi-Fi用戶的服務質(zhì)量的優(yōu)先級，提高LTE-U用戶和Wi-Fi用戶之間的公平性，為各個小區(qū)提供合適的ABS比例。本發(fā)明以較小的系統(tǒng)吞吐量損失為代價，換取了邊緣用戶性能的大幅改善。

在傳統(tǒng)的ABS配置中，ABS子幀分為兩種類型：顯性ABS和顯性non-ABS。要想做到“自適應”，可以考慮重新設計ABS的配置模型，在原有的兩種子幀之外增加一種新類型的子幀--不確定性子幀。不確定性子幀一開始是沒有屬性的，需要通過一定的判斷準則來判定其究竟是空白子幀還是普通子幀。很顯然，這樣做可以提供一種動態(tài)性，通過設置不同的顯性ABS數(shù)、顯性non-ABS數(shù)和不確定性子幀數(shù)，以及不同的判斷準則可以達到不同的效果?？紤]到LTE-U用戶和Wi-Fi用戶的公平性，可以假設顯性ABS數(shù)和顯性non-ABS數(shù)是相同的。那么，不確定性子幀數(shù)應該為偶數(shù)。如果不確定性子幀數(shù)為6，則不確定性過大，可能會產(chǎn)生較為偏激的后果--過于照顧LTE-U小區(qū)邊緣用戶的感受，或是過于照顧Wi-Fi用戶的感受。如果不確定性子幀數(shù)為2，則不確定性過小，動態(tài)性不夠充分。故在本發(fā)明中，假設不確定性子幀數(shù)為4。

自適應配置的子幀結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。如果當前子幀為顯性non-ABS或是不確定性子幀被判定為non-ABS，那么，LTE-U基站調(diào)度所有LTE-U用戶，自適應ABS的動態(tài)配置首先滿足LTE-U用戶的業(yè)務需求；如果當前子幀為顯性ABS或是不確定性子幀被判定為ABS，那么，LTE-U基站不調(diào)度任何LTE-U用戶(此時LTE-U基站處于靜默狀態(tài))，Wi-Fi工作站調(diào)度所有Wi-Fi用戶，自適應ABS的動態(tài)配置首先滿足Wi-Fi用戶的業(yè)務需求。

由于不同小區(qū)的負載不同，且同一小區(qū)的負載也是實時變化的，那么可以針對每個TTI循環(huán)中不同小區(qū)的LTE-U基站負載和Wi-Fi負載，為其配置合適的ABS比例。在本發(fā)明中，小區(qū)服務的用戶數(shù)即為該小區(qū)的負載，那么LTE-U基站負載即指LTE-U用戶數(shù)，Wi-Fi負載即指Wi-Fi用戶數(shù)。當LTE-U用戶較多時，LTE-U基站負載較大，則配置較多的non-ABS比較適合當前的網(wǎng)絡；而當Wi-Fi的用戶較多時，Wi-Fi的負載較大，則需配置較多ABS的來減輕Wi-Fi用戶所受到的干擾。綜上所述，自適應ABS配置方案通過為每個小區(qū)配置最合理的ABS比例來分別滿足LTE-U用戶和Wi-Fi用戶的業(yè)務需求，并因此而提升了網(wǎng)絡的公平性。

不確定性子幀配置的流程圖參見圖4，包括以下步驟：

步驟1：統(tǒng)計當前TTI、當前小區(qū)的LTE-U用戶數(shù)n_LTE和Wi-Fi的用戶數(shù)n_WiFi，并計算n_LTE/n_WiFi。

步驟2：通過判斷n_LTE/n_WiFi＞ε是否成立，來決定LTE-U用戶服務質(zhì)量和Wi-Fi用戶服務質(zhì)量的優(yōu)先級。若該不等式成立，LTE-U基站的負載較大，那么先確保LTE-U用戶的服務質(zhì)量，轉(zhuǎn)到步驟3；否則，先確保Wi-Fi用戶的服務質(zhì)量，轉(zhuǎn)到步驟4。其中，因子ε是用來調(diào)節(jié)LTE-U用戶和Wi-Fi用戶之間的負載均衡情況的。

步驟3：通過判斷n_LTE/n_Total＞u_non-ABS/u_Total是否成立，來決定當前不確定性子幀是ABS還是non-ABS。其中，n_Total為該小區(qū)的所有用戶，u_non-ABS為在當前傳輸周期內(nèi)、當前子幀之前的non-ABS數(shù)，u_Total為當前傳輸周期內(nèi)的所有子幀數(shù)。若該不等式成立，則當前不確定性子幀被判定為non-ABS；否則，被判定為ABS。

步驟4：通過判斷n_WiFi/n_Total＞u_ABS/u_Total是否成立，來決定當前不確定性子幀是ABS還是non-ABS。其中，u_ABS為在當前傳輸周期內(nèi)、當前子幀之前的ABS數(shù)。若該不等式成立，則當前不確定性子幀被判定為ABS，否則，被判定為non-ABS。

步驟5：將小區(qū)號加1，并判斷小區(qū)循環(huán)是否結(jié)束。若己遍歷所有小區(qū)，則轉(zhuǎn)到步驟6。否則，轉(zhuǎn)到步驟1，進行新一輪的配置。

步驟6：將TTI號加1，并判斷TTI循環(huán)是否結(jié)束。若己是最后一個TTI，則結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)到步驟1，進行新一輪的配置。

在上述算法中，LTE-U基站只需知道在當前TTI時、當前小區(qū)內(nèi)的LTE-U用戶數(shù)和Wi-Fi用戶數(shù)，就可以自適應地進行ABS配置，為網(wǎng)絡提供合適的ABS比例。這種信息交互可以通過LTE-U基站和Wi-Fi接入點之間通過X2接口來進行，如圖4復雜性小，實現(xiàn)靈活。

以上這些實施例應理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。