[發(fā)明專利]一種面向公平性的非授權(quán)頻段NR-U與WiFi共存網(wǎng)絡(luò)載波選擇方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010582114.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111935826B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭軍;唐佳欣;肖杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W72/0453
• 分類號(hào): H04W72/0453;H04W72/54;H04W72/52
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 謝振龍

1.一種面向公平性的非授權(quán)頻段NR-U與WiFi共存網(wǎng)絡(luò)載波選擇方法，其特征在于：該載波選擇方法包括以下步驟：

(1)獲取共存網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)目：新用戶到達(dá)共存網(wǎng)絡(luò)時(shí)，NR-U?gNB獲取每個(gè)載波上的NR-U用戶數(shù)，同時(shí)采用卡爾曼濾波方法預(yù)測(cè)每個(gè)AP的WiFi用戶數(shù)；

(2)面向公平性調(diào)節(jié)NR-U系統(tǒng)與WiFi系統(tǒng)的信道占用時(shí)間：采用一種面向公平性的F-CSAT機(jī)制，該機(jī)制采用ON/OFF時(shí)分復(fù)用方式為NR-U系統(tǒng)和WiFi系統(tǒng)提供信道接入機(jī)會(huì)，并允許gNB根據(jù)收集的共存網(wǎng)絡(luò)中不同載波上的用戶數(shù)目信息，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)每個(gè)載波上共存的NR-U系統(tǒng)和WiFi系統(tǒng)的信道占用時(shí)間；

(3)為新到達(dá)共存網(wǎng)絡(luò)的新用戶選擇最合適的載波：在保障共存公平性的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮不同載波信道質(zhì)量的差異性和載波上不同類型用戶的動(dòng)態(tài)變化，為新用戶選擇能夠獲得最大吞吐量的載波；

步驟(2)中，所述的面向公平性的F-CSAT機(jī)制具體過(guò)程為：

假設(shè)R(n)表示用戶數(shù)為n的純WiFi系統(tǒng)的吞吐量，根據(jù)Bianchi經(jīng)典模型，可以得出：

其中E[L]表示平均分組大小，P_tr表示在所考慮的時(shí)隙內(nèi)至少有一個(gè)用戶發(fā)送的概率，P_s表示用戶發(fā)送成功的概率，T_s為單次成功發(fā)送的時(shí)長(zhǎng)，T_c為發(fā)送發(fā)生碰撞的時(shí)長(zhǎng)，T_σ為空閑時(shí)隙的時(shí)長(zhǎng)，且P_tr和P_s與用戶數(shù)n有關(guān)，T_s、T_c、T_σ和E[L]為WiFi網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)參數(shù)；

對(duì)于純NR-U系統(tǒng)，其吞吐量R_L可以根據(jù)香農(nóng)公式計(jì)算得到，即：

其中B為信道帶寬，G為信道增益，P表示NR-U?gNB的發(fā)送功率，N₀表示加性高斯白噪聲的功率譜密度；

NR-U系統(tǒng)和WiFi系統(tǒng)在非授權(quán)頻段共存時(shí)，采用ON/OFF時(shí)分復(fù)用方式接入信道，每個(gè)ON/OFF工作周期由NR-U?ON階段和NR-U?OFF階段組成；在NR-U?ON階段，NR-U系統(tǒng)占用非授權(quán)頻段，在NR-U?OFF階段，非授權(quán)頻段為WiFi系統(tǒng)提供發(fā)送機(jī)會(huì)；假設(shè)在同一個(gè)載波上共存的NR-U用戶數(shù)目為n_L，WiFi用戶的數(shù)目為n_W，每個(gè)ON/OFF工作周期中NR-U?ON/OFF的占空比分別為p_on和p_off，R(n_W)和R(n_L+n_W)分別表示用戶數(shù)目為n_W和(n_L+n_W)時(shí)WiFi系統(tǒng)的吞吐量；當(dāng)n_L個(gè)NR-U用戶和n_W個(gè)WiFi用戶共存時(shí)，WiFi用戶的平均吞吐量R_Wavgc為：

將n_L個(gè)NR-U用戶替換成相同數(shù)目的WiFi用戶，即(n_L+n_W)個(gè)WiFi用戶共存時(shí)，WiFi用戶的平均吞吐量R_Wavg為：

NR-U用戶的平均吞吐量R_Lavgc為：

將共存的公平性準(zhǔn)則定義為：WiFi?AP和NR-U?gNB在非授權(quán)頻段共存時(shí)，WiFi用戶的平均吞吐量不小于將NR-U用戶等量替換為WiFi用戶時(shí)的平均用戶吞吐量，即：

R_Wavgc≥R_Wavg??(6)

可解出符合共存公平性準(zhǔn)則的NR-U?OFF占空比需滿足：

p_off的最小值為：

衡量共存網(wǎng)絡(luò)公平性的Jain公平性指數(shù)F定義為：

當(dāng)共存網(wǎng)絡(luò)的公平性最大，即F＝1時(shí)，可以得出：

NR-U?OFF的占空比p_off在[p_offmin，p_offmax]之間選取；

步驟(3)中，為新到達(dá)共存網(wǎng)絡(luò)的新用戶選擇最合適的載波的具體過(guò)程為：

一個(gè)NR-U子系統(tǒng)和N個(gè)WiFi子系統(tǒng)在非授權(quán)頻段共存，其中NR-U子系統(tǒng)由一個(gè)gNB和若干隨機(jī)均勻分布的用戶UE組成，每個(gè)WiFi子系統(tǒng)由一個(gè)AP和若干隨機(jī)均勻分布的用戶STA組成；共存網(wǎng)絡(luò)有N個(gè)正交的非授權(quán)頻段載波分量，由CC_i(i＝1，2，...，N)表示；每個(gè)WiFiAP只使用一個(gè)CC，不同的WiFi?AP使用不同的CC發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)新用戶到達(dá)共存網(wǎng)絡(luò)時(shí)，采用面向公平性調(diào)節(jié)NR-U系統(tǒng)與WiFi系統(tǒng)信道占用時(shí)間的F-CSAT機(jī)制，根據(jù)公式(11)-(12)對(duì)每個(gè)載波的NR-U?OFF占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，保障共存系統(tǒng)滿足公平性準(zhǔn)則；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)公式(14)選擇NR-U用戶平均吞吐量R_Lavgc最大的載波，即

其中表示CC_i上的NR-U用戶數(shù)目，表示CC_i上的WiFi用戶的數(shù)目，和分別表示CC_i上NR-U?ON/OFF的占空比，表示純NR-U系統(tǒng)在CC_i上獲得的吞吐量，表示新NR-U用戶在CC_i上獲得的吞吐量。