CN101399833A - 基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线网络的混合型媒体接入控制方法，系统信道时隙化，非竞争业务节点分配固定周期的时隙，采用时分多址方式传输非竞争业务数据帧。竞争业务节点采用随机竞争接入的方法在可竞争时隙内传输竞争业务数据帧。竞争业务数据帧发生冲突后，竞争业务节点在信道增益估计值大于等于给定的门限值情况下重传竞争业务数据帧，否则将由中继节点转发，接入点缓存历次接收的信号，在信道估计基础上通过串行干扰消除和最小均方误差检测方法实现数据帧分离。同时，竞争业务数据帧采用叠加导频的信道估计方法，该方法不需要额外的时隙，方便正交化设计。本发明方法适应竞争业务的突发特性和非竞争业务的周期性，能支持两类业务的混合传输。

Description

基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法

技术领域

本发明涉及一种无线网络中媒体接入控制方法，尤其涉及一种基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法。

背景技术

信道利用率高而开销低的媒体接入控制(MAC)方法一直是无线网络设计的重要目标之一。传统的媒体接入控制技术是频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)，协议开销低，但不适合突发业务。为了支持突发业务，人们开发了多种随机接入(random access，RA)技术，包括时隙ALOHA、载波侦听/冲突避免(CSMA/CA)、树形方法(包括二分树方法、三分树方法和先到先服务(FCFS)方法等)以及四步握手协议(RTS-CTS-Data-ACK)等等。竞争接入技术不能满足实时业务的传输需求，为此IEEE 802.11标准设计了EDCF和HCCF两种协议，可认为是RA+TDMA的混合技术，IEEE 802.15标准也为传输时隙划分了两个独立的竞争接入期和非竞争期，用于支持竞争类业务和实时业务的传输，而IEEE802.16设计的集中式的调度接入技术，可支持不同级别业务的同时传输，但协议开销太大。

随机接入是一种分布式竞争接入技术，一个完整的随机接入方案包括信道接入策略和冲突分解方法。信道接入策略指的是新到达业务何时可以发送，包括：1)自由接入，新业务一到达就发送；2)阻塞接入，禁止新业务接入，直到当前冲突分解完毕。RA方案一般都采用第2种策略。冲突分解方法需要尽力降低冲突概率并能实现冲突的最终分解，常用的思路是随机退避，包括n分树退避、p型坚持和指数退避。一个优良的冲突分解方法应该用最少的时隙分解冲突，从而获取高的吞吐量。吞吐量简单的定义是单位时间(时隙)内成功接收的数据包个数。如ALOHA最大吞吐量为0.184，时隙ALOHA为0.368，Capetanakis(1979)和Tsybakov及Mihailov(1978)独立的发明了树形方法(二分树)为0.347，Gallager的FCFS方法为0.487。采用载波侦听或握手机制，可进一步提高吞吐量，如EDCF，但以增加协议开销为代价。而且，即使采用载波侦听或握手机制，也无法消除无效时隙(冲突分解过程中的冲突时隙和空闲时隙称为无效时隙)。

究其原因，主要是上述所有的RA方案采用了一种理想的冲突模型：冲突导致数据不可接收并随即丢弃。由于该模型不考虑物理信道状态，因此RA方案性能仅依靠媒体接入控制层的改进难以进一步提升。

利用物理层的信号处理技术，基于跨层设计的RA方案得到关注，如网络辅助分集多址接入(Network-assisted Diversity Multiple Access，NDMA)技术，Lin和Petropulu等人基于NDMA方案提出的协同媒体接入技术(发表在2005年IEEE信号处理汇刊第53卷第12期，4675页到7684页)，V.Naware，G.Mergen和L.Tong等人设计的具有多包接收的时隙ALOHA技术(发表在2005年IEEE信息理论汇刊第51卷第7期，2636页到2656页)。尤其是Y.Yu和G.B.Giannakis等人设计的基于串行干扰消除的树形RA技术(发表在2007年IEEE信息理论汇刊第53卷第12期，4628页到4639页)，获得了0.693的吞吐量。这些技术通过信道估计和信号检测即可分离冲突的数据包。由于冲突可利用，因此基于冲突避免目的的载波侦听和握手机制不再采用，有效提高了时隙效率。

然而上述方案都是基于理想的信道估计假设，没有具体的信道估计方案。H.Wang和T.Li等人设计了混合ALOHA协议(发表在2007年IEEE信号处理汇刊第55卷第12期，5821页到5832页)，在数据传输前设置若干导频子时隙用于信道估计，获得了0.587的吞吐量。然而导频子时隙个数的设置是个难题，因为不知道究竟有多少节点会发送数据。很多学者对叠加导频估计方法开展研究，但在RA系统中的应用研究还未见报告。由于叠加导频估计方法是将正交导频序列和信息序列直接并行叠加，因此不占用时隙资源，可引进到跨层RA方案设计，进一步提高时隙效率。

需要指出的是，上述跨层RA方案虽然考虑了信道状态信息，但并没有充分利用。信道状态信息不仅仅可以用于信号检测，还可以用于功率控制和实现多用户分集。在传统RA方案中，节点采用产生随机数的方法随机退避，如果节点已知信道状态信息，且信道是一个随机衰落过程，则节点可以根据信道增益值实现随机退避，即只有在信道质量大于一个门限值时才可以发送数据，这样不仅可以节省功率，还能获得多用户分集增益。基于信道增益值的发送策略已在调度接入方案中得到应用，但在RA系统中少见研究，因此在跨层RA方案中引入该发送策略是一种很好的选择。诚然，基于信道增益值的发送策略同样不可消除空闲时隙的出现(即所有冲突节点同时退避，造成时隙浪费)，因此需要选择中继节点来消除空闲时隙。中继节点在空闲时隙转发冲突数据，不仅利用了空闲时隙，而且降低了重传数据间的相关性(例如，节点连续两次重传的数据具有时间相关性)，加速了冲突分解，因此增强了时隙效率。时隙效率的提高直接提升了系统吞吐量。

发明内容

本发明提供一种能够提高信道利用率、具有多包接收能力、可支持多类型业务的基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法。

本发明采用如下技术方案：

步骤1：采用时分双工方式，信道时隙化，设置如下：信道在时间上分割成等长的时隙，系统周期性发送信标帧，两个相邻信标帧构造一个超帧，每个超帧包含

个时隙，NO取1～8之间的整数，信标帧用于广播系统消息、定时以及同步，每个时隙首部设置一个侦听子时隙，尾部设置一个确认子时隙，中部设置传输子时隙，在侦听子时隙、确认子时隙和传输子时隙后分别紧随一个保护子时隙，

步骤2：非竞争业务节点采用时分多址方法发送非竞争业务数据帧，竞争业务节点采用随机竞争接入方法发送竞争业务数据帧，

步骤2.1：所述的非竞争业务节点采用的时分多址方法为：

系统接受非竞争业务节点的连接请求后，分配固定周期的时隙给该非竞争业务节点，所分配的时隙称非竞争时隙，系统在信标帧中周期广播非竞争时隙编号，若非竞争时隙分配完毕，则拒绝该节点接入系统；非竞争业务节点的非竞争业务数据帧直接从侦听子时隙开始发送，非竞争业务数据帧由公共导频序列和信息序列串行连接构成，

步骤2.2：所述的随机竞争接入方法为：

步骤2.2.1：竞争业务节点发送连接请求，系统接受竞争业务节点的连接请求后，

从正交导频序列库{z₁，z₂，…，z_U}中选择一个正交导频序列分配给该竞争业务节点，分配的正交导频序列用作节点的身份识别，其中，z₁，z₂，…，z_U为正交导频序列， $U=2^{N_Z},$ N_Z取4～8之间的整数，若正交导频序列库{z₁，z₂，…，z_U}中的正交导频序列分配完毕，则拒绝该节点接入系统，

步骤2.2.2：竞争业务节点容许从竞争时隙的侦听子时隙开始发送竞争业务数据帧，竞争时隙指的是未分配给非竞争业务节点的时隙，竞争业务数据帧由正交导频序列和信息序列并行叠加构成，竞争业务节点容许在空闲的非竞争时隙的传输子时隙内发送竞争业务数据帧，空闲的非竞争时隙指的是经过载波侦听后发现没有非竞争业务数据发送的非竞争时隙，所述的竞争时隙和空闲的非竞争时隙统称为可竞争时隙，竞争业务节点仅容许在当前冲突分解结束后发送竞争业务数据帧，冲突分解指的是因多个竞争业务节点同时发送竞争业务数据帧而导致冲突，对冲突的竞争业务数据帧中的信息序列进行检测分离的处理过程，当所有信息序列被检测分离完毕，冲突分解结束，当冲突分解结束时，接入点在冲突分解结束的时隙的确认子时隙内发送确认帧，确认帧由公共导频序列和控制信息序列串行连接构成，控制信息序列包含信息序列被成功接收的竞争业务节点地址列表以及冲突节点个数N_c信息，此时N_c设置为0，指示当前冲突分解结束，竞争业务节点根据确认帧中的公共导频序列对接入点到该竞争业务节点的信道增益进行估计，令信道增益估计值为h²，同时计算信道增益门限值

为竞争业务节点到接入点的信道增益均值，

其中d为竞争业务节点到接入点的距离，可通过全球定位系统或接收信噪比的统计值获得，b为无线链路衰落指数，一般取2～4之间的实数，N_初始值可取2～8之间的正整数，σ²是接入点处噪声向量方差，σ²为一实数，一般在10^-6～10^-1毫瓦，定义冲突结束后紧随的可竞争时隙为时隙1，

步骤2.2.2.1：竞争业务节点如果满足h²<Δ条件，则不在时隙1发送竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2：竞争业务节点如果满足h²≥Δ条件，则在时隙1发送竞争业务数据帧，信息序列的发送功率为P_信息＝η(2^M-1)h^-2σ²，其中M为信息序列的调制阶数，η为功率补偿因子， $\mathrm{\&eta;}=-\frac{2}{3}\ln \left(5\mathrm{BER}\right),$ 这里BER为信息序列的目标误码率，如语音业务的信息序列目标误码率可取BER＝0.01，数据业务信息序列目标误码率为BER＝0.0001，正交导频序列的发送功率为P_导频，是一个固定值，

步骤2.2.2.2.1：若仅有一个竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则时隙1内发送的竞争业务数据帧成功，所有节点容许在时隙1后紧随的可竞争时隙发送竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2.2：若有多个竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则时隙1内发送的竞争业务节点发送冲突，系统启动冲突分解程序，从冲突发生的时隙1到冲突分解结束的时隙，所有可竞争时隙记为时隙t＝1，2，...，

步骤2.2.2.2.2.1：记y(t)为时隙t内接入点接收信号，记Φ(t)为时隙t内发送竞争业务数据帧的竞争业务节点集合，记N_tx(t)为Φ(t)的大小，记N_c(t)为信息序列没有从接入点接收信号中成功分离的竞争业务节点个数，记y_r(t)为时隙t内中继节点接收信号，中继节点将y_r(t)存入中继节点缓存内以供后续转发使用，t＝1，2，...，

步骤2.2.2.2.2.2：在时隙t的传输子时隙结束时，接入点接收到竞争业务数据帧信号，接收的信号为

其中h_k(t)为时隙t内节点k到接入点的信道系数，n(t)为时隙t内接入点处方差为σ²的复高斯噪声向量，x_k是竞争业务节点k的信息序列，z_k是竞争业务节点k的正交导频序列，接入点根据接收信号y(t)进行信道估计和节点识别，即计算

u＝1，2，…，U，这里N_导符为正交导频序列中的符号个数，是正整数，若 ${\left|{\hat{h}}_u\left(t\right)\right|}^2\&GreaterEqual;\mathrm{\&rho;},$ 表明y(t)含有正交导频序列z_u所属的竞争业务节点的数据帧，

即作为正交导频序列z_u所属的竞争业务节点到接入点之间信道系数的估计值，所述的ρ为检测门限值，

然后，接入点从接收信号y(t)中删除所有检测到的正交导频序列信号，得到剩余信号y′(t)，即

随后y′(t)被存入接入点缓存中，以供后续信息序列的检测使用，接着，接入点从剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t-1)}中选择所有与y′(t)包含有相同信息序列的信号，利用最小均方误差检测方法检测与分离这些剩余信号中包含的信息序列，记Ψ(t)为信息序列被成功检测分离的竞争业务节点集合，将成功检测的信息序列从所有包含该信息序列的剩余信号中删除，得到新的剩余信号

用新的剩余信号{y″(1)，y″(2)，…，y″(t)}更新原剩余信号{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}，仍记为{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}，从更新后的剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}中再次选择包含相同信息序列的信号，再次利用最小均方误差方法进行信息序列的检测与分离，接入点将重复这一检测过程直到不能再检测出任何一个信息序列，

步骤2.2.2.2.2.3：接入点在时隙t的确认子时隙内发送确认帧，确认帧中控制信息序列包含信息序列被成功接收的竞争业务节点地址列表以及冲突节点个数N_c(t)信息，

步骤2.2.2.2.2.4：在时隙t的确认子时隙结束后，数据帧发送冲突的竞争业务节点和中继节点接收确认帧，竞争业务节点根据确认帧决定是否重传竞争业务数据帧，中继节点根据确认帧对中继节点缓存内的存储信号y_r(t)进行管理，

步骤2.2.2.2.2.4.1：所述的竞争业务节点根据确认帧决定是否重传竞争业务数据帧，其操作过程是：竞争业务节点读取确认帧中的控制信息序列，检查自己的地址是否包含在信息序列被成功分离的竞争业务节点地址列表里，

步骤2.2.2.2.2.4.1.1：如果自己的地址位于该列表中，则信息序列接收成功，若控制信息序列中N_c(t)＝0，则冲突分解结束，

步骤2.2.2.2.2.4.1.2：如果该竞争业务节点地址不在该列表中，则根据确认帧中的公共导频序列对接入点到该竞争业务节点的信道增益h²进行估计，并计算信道增益门限值

步骤2.2.2.2.2.4.1.2.1：若h²≥Δ，则该竞争业务节点容许在时隙t+1重传竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2.2.4.1.2.1：若h²<Δ，则该竞争业务节点不容许在时隙t+1重传竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2.2.4.2：所述的中继节点根据确认帧对中继节点缓存内的存储信号y_r(t)进行管理，其操作过程是：

步骤2.2.2.2.2.4.2.1：如果在时隙t，没有竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则y_r(t)＝0，

步骤2.2.2.2.2.4.2.2：如果在时隙t，有竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则

其中h_r，k为节点k到中继节点的信道系数，x_k是竞争业务节点k的信息序列，n_r为中继节点处方差为

复高斯噪声向量，如果确认帧里的控制信息序列中信息序列被成功分离的竞争业务节点地址列表不为零，中继节点将从中继节点缓存中删除接收的信号y_r(t)，如果确认帧里的控制信息序列中信息序列被成功分离的竞争业务节点地址等于零，中继节点将保留缓存的中继节点接收信号y_r(t)，

步骤2.2.2.2.2.5：在时隙t+1侦听子时隙，中继节点侦听竞争业务节点的发送状态，

步骤2.2.2.2.2.6：在时隙t+1的传输子时隙内，

步骤2.2.2.2.2.6.1：若有竞争业务节点在时隙t+1发送竞争业务数据帧，则中继节点接收竞争业务数据帧信号，接收的信号为y_r(t+1)，接入点接收竞争业务数据帧信号，接收的信号为y(t+1)，

步骤2.2.2.2.2.6.2：若没有竞争业务节点在时隙t+1发送竞争业务数据帧，则中继节点接收的竞争业务数据帧信号为零，即y_r(t+1)＝0，

步骤2.2.2.2.2.6.2.1：如果中继节点缓存内有存储的接收信号，中继节点将在时隙t+1的传输子时隙内转发中继帧gy_r(j)，那么接入点接收中继节点转发的中继帧，所接收的信号为

y(t+1)＝h_r(t+1)gy_r(j)+n(t+1)，

其中y_r(j)，j<t+1，为中继节点缓存内最新存储的接收信号，h_r(t+1)为中继节点到接入点的信道系数，g为功率放大因子，满足P_中继为中继节点发送功率，上标“H”表示共轭转秩，“||”表示取绝对值，转发完毕后，中继节点从中继节点缓存中删除已发送的存储信号y_r(j)，

步骤2.2.2.2.2.6.2.2：如果中继节点缓存内没有存储的接收信号，则中继节点不转发中继帧，接入点接收信号为y(t+1)＝0，

步骤2.2.2.2.2.7：在时隙t+1的传输子时隙结束后，接入点根据接收到信号y(t+1)进行信道估计和节点识别，计算剩余信号y′(t+1)，利用最小均方误差方法结合串行干扰消除方法对剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t+1)}中包含的所有信息序列进行检测与分离，

步骤2.2.2.2.2.7：在时隙t+1的确认子时隙内，接入点广播确认帧，确认帧包含此次信息序列被成功分离出的竞争业务节点地址列表以及未被成功分离出的信息序列的个数N_c(t+1)，若N_c(t+1)=0，冲突分解结束。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.支持多类别业务的混合传输。IEEE 802.11及802.15定义的媒体接入控制方法共同的特点是在一个超帧周期里划分两个独立的竞争期和非竞争期用于竞争业务和非竞争业务，明显的缺点是使得竞争业务变得密集，同时增加了非竞争业务时延，而本发明设计的混合媒体接入方法，适应竞争业务的突发特性和实时业务固有的(准)周期特性，有效了保证业务质量。

2.包冲突解析周期短。充分利用每次冲突信号携带的信息，通过串行干扰消除的检测方法在最短时间内分解完冲突。

3.有效克服信道衰落影响。通过设置信道增益门限的方法控制数据重传，避免了在信道差的情况下重发数据，节省了功率，同时在所有冲突节点中只有信道质量好的用户重传数据，获得了多用户分集增益。

4.有效均衡节点间处理能力。这点主要体现在选择剩余能量较大的节点作为中继节点。

5.具有较高的时隙效率。不采用数据帧传输前的握手机制和侦听机制(仅需侦听分配时隙)，降低了因载波侦听引起的能量消耗和握手引起的协议开销。同时，采用叠加导频估计方法，不占用额外时隙，也保证了时隙效率。

附图说明

图1本发明方法中超帧结构，图中

为非竞争时隙，用于时延敏感业务传输，如语音业务，

为非竞争时隙，用于时延较敏感业务传输，如视频业务，“□”为竞争时隙，用于非实时业务传输。

图2本发明方法的时隙结构，图中为侦听子时隙，为保护子时隙，为传输子时隙，为确认子时隙。

图3本发明方法的帧结构，其中，(a)为非竞争业务数据帧结构图，(b)为确认帧结构图，(c)为竞争业务数据帧结构图，(d)为中继帧结构图。

图4本发明方法流程图。

图5本发明方法中随机竞争接入方法流程图，其中，(a)是竞争业务节点发送竞争业务数据帧流程图，(b)是中继节点发送中继帧流程图。

图6本发明方法中6个冲突节点的分解周期示例图。

图7不同MAC方法吞吐量比较曲线图。

图8不同MAC方法时延性能比较曲线图。

具体实施方式

实施例1

一种无线网络中基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法，其实施过程如下：

步骤1：采用时分双工方式，信道时隙化，设置如下：信道在时间上分割成等长的时隙，系统周期性发送信标帧，两个相邻信标帧构造一个超帧，每个超帧包含个时隙，N_O取1～8之间的整数，信标帧用于广播系统消息、定时以及同步，每个时隙首部设置一个侦听子时隙，尾部设置一个确认子时隙，中部设置传输子时隙，在侦听子时隙、确认子时隙和传输子时隙后分别紧随一个保护子时隙，

步骤2：非竞争业务节点采用时分多址方法发送非竞争业务数据帧，竞争业务节点采用随机竞争接入方法发送竞争业务数据帧，

步骤2.1：所述的非竞争业务节点采用的时分多址方法为：

系统接受非竞争业务节点的连接请求后，分配固定周期的时隙给该非竞争业务节点，所分配的时隙称非竞争时隙，系统在信标帧中周期广播非竞争时隙编号，若非竞争时隙分配完毕，则拒绝该节点接入系统；非竞争业务节点的非竞争业务数据帧直接从侦听子时隙开始发送，非竞争业务数据帧由公共导频序列和信息序列串行连接构成，

步骤2.2：所述的随机竞争接入方法为：

步骤2.2.1：竞争业务节点发送连接请求，系统接受竞争业务节点的连接请求后，

从正交导频序列库{z₁，z₂，…，z_U}中选择一个正交导频序列分配给该竞争业务节点，分配的正交导频序列用作节点的身份识别，其中，z₁，z₂，…，z_U为正交导频序列， $U=2^{N_Z},$ N_Z取8，若正交导频序列库{z₁，z₂，…，z_U}中的正交导频序列分配完毕，则拒绝该节点接入系统，

步骤2.2.2：竞争业务节点容许从竞争时隙的侦听子时隙开始发送竞争业务数据帧，竞争时隙指的是未分配给非竞争业务节点的时隙，竞争业务数据帧由正交导频序列和信息序列并行叠加构成，竞争业务节点容许在空闲的非竞争时隙的传输子时隙内发送竞争业务数据帧，空闲的非竞争时隙指的是经过载波侦听后发现没有非竞争业务数据发送的非竞争时隙，所述的竞争时隙和空闲的非竞争时隙统称为可竞争时隙，竞争业务节点仅容许在当前冲突分解结束后发送竞争业务数据帧，冲突分解指的是因多个竞争业务节点同时发送竞争业务数据帧而导致冲突，对冲突的竞争业务数据帧中的信息序列进行检测分离的处理过程，当所有信息序列被检测分离完毕，冲突分解结束，当冲突分解结束时，接入点在冲突分解结束的时隙的确认子时隙内发送确认帧，确认帧由公共导频序列和控制信息序列串行连接构成，控制信息序列包含信息序列被成功接收的竞争业务节点地址列表以及冲突节点个数N_c信息，此时N_c设置为0，指示当前冲突分解结束，竞争业务节点根据确认帧中的公共导频 序列对接入点到该竞争业务节点的信道增益进行估计，令信道增益估计值为h²，同时计算信道增益门限值 为竞争业务节点到接入点的信道增益均值，

其中d为竞争业务节点到接入点的距离，可通过全球定位系统或接收信噪比的统计值获得，b为无线链路衰落指数，在郊区b＝2，在市区b＝4。N_初始值取4，σ²是接入点处噪声向量方差，如σ²＝10^-4毫瓦，定义冲突结束后紧随的可竞争时隙为时隙1，

步骤2.2.2.1：竞争业务节点如果满足h²<Δ条件，则不在时隙1发送竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2：竞争业务节点如果满足h²≥Δ条件，则在时隙1发送竞争业务数据帧，信息序列的发送功率为P_信息＝η(2^M-1)h^-2σ²，其中M为信息序列的调制阶数，η为功率补偿因子， $\mathrm{\&eta;}=-\frac{2}{3}\ln \left(5\mathrm{BER}\right),$ 这里BER为信息序列的目标误码率，如语音业务的信息序列目标误码率可取BER＝0.01，数据业务信息序列目标误码率为BER＝0.0001，正交导频序列的发送功率为P_导频，是一个固定值，

步骤2.2.2.2.1：若仅有一个竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则时隙1内发送的竞争业务数据帧成功，所有节点容许在时隙1后紧随的可竞争时隙发送竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2.2：若有多个竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则时隙1内发送的竞争业务节点发送冲突，系统启动冲突分解程序，从冲突发生的时隙1到冲突分解结束的时隙，所有可竞争时隙记为时隙t＝1，2，...，

步骤2.2.2.2.2.1：记y(t)为时隙t内接入点接收信号，记Φ(t)为时隙t内发送竞争业务数据帧的竞争业务节点集合，记N_tx(t)为Φ(t)的大小，记N_c(t)为信息序列没有从接入点接收信号中成功分离的竞争业务节点个数，记y_r(t)为时隙t内中继节点接收信号，中继节点将y_r(t)存入中继节点缓存内以供后续转发使用，t＝1，2，...，

步骤2.2.2.2.2.2：在时隙t的传输子时隙结束时，接入点接收到竞争业务数据帧信号，接收的信号为

其中h_k(t)为时隙t内节点k到接入点的信道系数，n(t)为时隙t内接入点处方差为σ²的复高斯噪声向量，x_k是竞争业务节点k的信息序列，z_k是竞争业务节点k的正交导频序列，接入点根据接收信号y(t)进行信道估计和节点识别，即计算u＝1，2，…，U，这里N_导符为正交导频序列中的符号个数，是正整数，若 ${\left|{\hat{h}}_u\left(t\right)\right|}^2\&GreaterEqual;\mathrm{\&rho;},$ 表明y(t)含有正交导频序列z_u所属的竞争业务节点的数据帧，

即作为正交导频序列z_u所属的竞争业务节点到接入点之间信道系数的估计值，所述的ρ为检测门限值，

然后，接入点从接收信号y(t)中删除所有检测到的正交导频序列信号，得到剩余信号y′(t)，即

随后y′(t)被存入接入点缓存中，以供后续信息序列的检测使用，接着，接入点从剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t-1)}中选择所有与y′(t)包含有相同信息序列的信号，利用最小均方误差检测方法检测与分离这些剩余信号中包含的信息序列，记Ψ(t)为信息序列被成功检测分离的竞争业务节点集合，将成功检测的信息序列从所有包含该信息序列的剩余信号中删除，得到新的剩余信号

用新的剩余信号{y″(1)，y″(2)，…，y″(t)}更新原剩余信号{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}，仍记为{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}，从更新后的剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}中再次选择包含相同信息序列的信号，再次利用最小均方误差方法进行信息序列的检测与分离，接入点将重复这一检测过程直到不能再检测出任何一个信息序列，

步骤2.2.2.2.2.3：接入点在时隙t的确认子时隙内发送确认帧，确认帧中控制信息序列包含信息序列被成功接收的竞争业务节点地址列表以及冲突节点个数N_c(t)信息，

步骤2.2.2.2.2.4：在时隙t的确认子时隙结束后，数据帧发送冲突的竞争业务节点和中继节点接收确认帧，竞争业务节点根据确认帧决定是否重传竞争业务数据帧，中继节点根据确认帧对中继节点缓存内的存储信号y_r(t)进行管理，

步骤2.2.2.2.2.4.1：所述的竞争业务节点根据确认帧决定是否重传竞争业务数据帧，其操作过程是：竞争业务节点读取确认帧中的控制信息序列，检查自己的地址是否包含在信息序列被成功分离的竞争业务节点地址列表里，

步骤2.2.2.2.2.4.1.1：如果自己的地址位于该列表中，则信息序列接收成功，若控制信息序列中N_c(t)＝0，则冲突分解结束，

步骤2.2.2.2.2.4.1.2：如果该竞争业务节点地址不在该列表中，则根据确认帧中的公共导频序列对接入点到该竞争业务节点的信道增益h²进行估计，并计算信道增益门限值

步骤2.2.2.2.2.4.1.2.1：若h²≥Δ，则该竞争业务节点容许在时隙t+1重传竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2.2.4.1.2.1：若h²<Δ，则该竞争业务节点不容许在时隙t+1重传竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2.2.4.2：所述的中继节点根据确认帧对中继节点缓存内的存储信号y_r(t)进行管理，其操作过程是：

步骤2.2.2.2.2.4.2.1：如果在时隙t，没有竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则y_r(t)＝0，

步骤2.2.2.2.2.4.2.2：如果在时隙t，有竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则

其中h_r，k为节点k到中继节点的信道系数，x_k是竞争业务节点k的信息序列，n_r为中继节点处方差为

复高斯噪声向量，如果确认帧里的控制信息序列中信息序列被成功分离的竞争业务节点地址列表不为零，中继节点将从中继节点缓存中删除接收的信号y_r(t)，如果确认帧里的控制信息序列中信息序列被成功分离的竞争业务节点地址等于零，中继节点将保留缓存的中继节点接收信号y_r(t)，

步骤2.2.2.2.2.5：在时隙t+1侦听子时隙，中继节点侦听竞争业务节点的发送状态，

步骤2.2.2.2.2.6：在时隙t+1的传输子时隙内，

步骤2.2.2.2.2.6.1：若有竞争业务节点在时隙t+1发送竞争业务数据帧，则中继节点接收竞争业务数据帧信号，接收的信号为y_r(t+1)，接入点接收竞争业务数据帧信号，接收的信号为y(t+1)，

步骤2.2.2.2.2.6.2：若没有竞争业务节点在时隙t+1发送竞争业务数据帧，则中继节点接收的竞争业务数据帧信号为零，即y_r(t+1)＝0，

步骤2.2.2.2.2.6.2.1：如果中继节点缓存内有存储的接收信号，中继节点将在时隙t+1的传输子时隙内转发中继帧gy_r(j)，那么接入点接收中继节点转发的中继帧，所接收的信号为

y(t+1)＝h_r(t+1)gy_r(j)+n(t+1)，

其中y_r(j)，j<t+1，为中继节点缓存内最新存储的接收信号，h_r(t+1)为中继节点到接入点的信道系数，g为功率放大因子，满足

P_中继为中继节点发送功率，上标“H”表示共轭转秩，“||”表示取绝对值，转发完毕后，中继节点从中继节点缓存中删除已发送的存储信号y_r(j)，

步骤2.2.2.2.2.6.2.2：如果中继节点缓存内没有存储的接收信号，则中继节点不转发中继帧，接入点接收信号为y(t+1)＝0，

步骤2.2.2.2.2.7：在时隙t+1的传输子时隙结束后，接入点根据接收到信号y(t+1)进行信道估计和节点识别，计算剩余信号y′(t+1)，利用最小均方误差方法结合串行干扰消除方法对剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t+1)}中包含的所有信息序列进行检测与分离，

步骤2.2.2.2.2.7：在时隙t+1的确认子时隙内，接入点广播确认帧，确认帧包含此次信息序列被成功分离出的竞争业务节点地址列表以及未被成功分离出的信息序列的个数N_c(t+1)，若N_c(t+1)＝0，冲突分解结束。

实施例2

本发明方法针对时分双工系统，但同样可以应用到频分双工系统。实施例2以图6为示例，详细介绍一个6节点冲突的分解过程，其它数目的冲突分解过程类似。

本发明方法中的非竞争业务节点采用时分多址接入方式，系统首先为一个非竞争业务节点指定周期为5时隙的分配时隙，分配的时隙编号由信标帧广播。下面考虑竞争业务的传输过程。首先，竞争业务节点发送连接请求，接入点分配一个正交导频序列给该节点，如果正交导频序列已分配完毕，则拒绝该节点的连接请求。然后，已建立连接的节点通过周期接收信标帧或确认帧(可能是发给其它节点的)来估计与接入点的距离(也可以通过其它定位技术获得)。

当竞争业务节点产生业务数据后，等待当前冲突分解周期结束后开始发送数据，若有其它多个源节点同时发送数据，则冲突发生，一轮新的冲突分解周期开始。

在图6中，有6个节点在在时隙1发生冲突，接入点接收信号y(1)为：

其中，h_k为源节点k到接入点的信道系数，n表示方差为σ²的复高斯噪声向量，σ²＝10^-3毫瓦，P_导频为固定发送功率，如P_导频＝100σ²＝0.1毫瓦，

其中M为调制阶数，M＝2，η为功率补偿因子，一般 $\mathrm{\&eta;}=-\frac{2}{3}\ln \left(5\mathrm{BER}\right),$ 这里BER为信息序列的目标误码率，如BER＝0.01。

根据y(1)，接入点进行信道估计和节点识别，即分别计算信道估计信号w_u(1)

$w_u\left(1\right)=y\left(1\right)z_u^H,u=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,U---\left(2\right)$

根据正交导频序列与信息序列的不相关性和正交导频序列之间的正交性，可得到

这里N_导符为正交导频序列的符号个数，如N_导符＝4U。正交导频序列z_u所属节点的信道估计值为

令

如果则判断正交导频序列z_u所属节点发送了数据帧，否则判断正交导频序列z_u所属节点没有发送数据帧，通过该过程，得到Φ(1)＝{1，2，…，6}，N_tx(1)＝6以及N_c(1)＝6。接入点在识别出6个节点和估计出其信道系数后，将正交导频序列信号从y(1)中删除，得到

y′(1)将被存入接入点缓存以供后续检测使用，在时隙1的确认子时隙内，接入点发送确认帧，反馈冲突个数6，即N_c(1)＝6，并指定中继节点。

在时隙1后是非竞争业务节点的分配时隙，非竞争业务节点发送数据。

竞争业务节点k，k＝1，2，…，6，收到确认帧后，以概率p_r在时隙2重传数据帧。本发明采用动态树算法，每个竞争业务节点重传数据帧的概率为 $p_r\left(2\right)=N_c^{-1}\left(1\right).$ 为了控制竞争业务节点重传概率，不采用产生随机数的方法，而采用设置信道增益门限值的方法。设置的信道增益门限值Δ_k(t)满足

${\&Integral;}_0^{{\mathrm{\&Delta;}}_k\left(2\right)}{f}_k\left(h\right)\mathrm{dh}=1-p_r\left(2\right)=1-N_c^{-1}\left(1\right)---\left(6\right)$

这里f_k(h)为节点k信道增益的概率密度函数，若

得到

竞争业务节点k，k＝1，2，…，6，根据接收的确认帧中公共导频序列估计信道增益

若 $h_k^2\left(2\right)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&Delta;}}_k\left(2\right),$ 则在时隙2重传数据，否则等待时隙3，例如，节点1、4和5满足

将在时隙2重传数据，则Φ(2)＝{1，4，5}，N_tx(2)＝3。

在时隙2，接入点接收信号y(2)由式(1)类似给出。接入点计算w_u(2)和

来识别节点并估计信道系数，注意，这里u的取值范围不再是1到U，而是仅限于6个冲突节点所属的正交导频序列序号。类似式(5)，得到y′(2)。此后，接入点组合y′(1)和y′(2)进行信息序列的检测和分离，检测失败，则接入点在时隙2的确认子时隙内发送确认帧，反馈冲突个数6，即N_c(2)＝6。

在时隙2，中继节点接收信号为

其中h_r，k(t)为节点k到中继的信道系数，n_r(t)为中继节点处的方差为的噪声向量。中继节点对y_r(t)只采样存储，不作信号检测。

在时隙3，竞争业务节点k，k＝1，2，…，6，根据接收的确认帧估计信道增益

并计算增益门限 ${\mathrm{\&Delta;}}_k\left(3\right)=d_k^{-b}{\mathrm{\&sigma;}}^{-2}\ln \left(N_c\left(2\right)\right).$ 例如，节点2和4满足 $h_k^2\left(3\right)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&Delta;}}_k\left(3\right),$ 将在时隙3重传数据，则Φ(3)＝{2，4}，N_tx(3)＝2。接入点接收信号y(3)由式(1)类似给出，中继节点接收信号y_r(3)由式(8)类似给出。

同理，接入点组合y′(1)，y′(2)和y′(3)进行信息序列的检测和分离，检测失败，则接入点在时隙3的确认子时隙内发送确认帧，反馈冲突个数6，即N_c(3)＝6。

在时隙4，节点6满足 $h_6^2\left(4\right)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&Delta;}}_6\left(4\right),$ 节点6在时隙4重传数据，则Φ(4)＝{6}，N_tx(4)＝1。接入点接收信号y(4)由式(1)类似给出，中继节点接收信号y_r(4)由式(8)类似给出。同理，接入点组合y′(1)，y′(2)，y′(3)和y′(4)进行信息序列的检测和分离。利用y′(4)可成功检测出节点6的信息序列x₆，然后将x₆从y′(1)，y′(2)，y′(3)和y′(4)从删除，得到

因为y′(2)和y′(3)不包含x₆，故不作处理。然后用y″(1)更新y′(1)，仍记为y′(1)。接入点将y′(4)从接入点缓存中删除。然后接入点重新组合y′(1)，y′(2)，y′(3)检测信息序列，无信息序列可被检测，则接入点在时隙4的确认子时隙内发送确认帧，信息包括节点6的地址以及反馈冲突个数5，即N_c(4)＝5。

中继节点接收到确认帧后，发现有节点信息序列被成功分离，则从中继节点缓存删除接收信号y_r(4)。

在时隙5，没有节点信道增益值大于等于增益门限值，此时中继节点转发中继帧。中继节点从y_r(2)和y_r(3)中选择最近接收的y_r(3)转发，则接入点收到y(5)

$y\left(5\right)=h_r\left(5\right){\mathrm{gy}}_r\left(3\right)+n\left(5\right)$

  (9)

这里g为功率放大因子，满足

这里P_中继为固定的中继帧发送功率，如P_中继＝100σ²。同理，接入点计算w_u(5)和

来识别节点并估计信道系数，注意，这里

是h_r(5)g_hr，u(3)的估计值，然后得到y′(5)。接入点从剩余信号集{y′(1)，y′(2)，y′(3)}中选择与y′(5)包含有相同信息序列的信号组，组合得到

采用MMSE检测，其加权矩阵为 $W={(H^{H}H+\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\&sigma;}& 0\\ 0& \mathrm{\&sigma;}+h_r^2\left(5\right)g^2{\mathrm{\&sigma;}}_r\end{array}\right])}^{-1}{H}^H,$ 其中H定义为 $H=\left[\begin{array}{cc}{h}_2\left(3\right)& h_4\left(3\right)\\ h_r\left(5\right){\mathrm{gh}}_{r,2}\left(3\right)& h_r\left(5\right){\mathrm{gh}}_{r,4}\left(3\right)\end{array}\right],$ 则节点2和4的信息序列的估计值为

若节点2和4的信息序列成功检测，则将其从{y′(1)，y′(2)，…，y′(5)}中删除，然后更新{y′(1)，y′(2)，…，y′(5)}，此时，y′(1)中仅包含节点1、3和5的信息序列，y′(2)包含节点1和5的信息序列，y′(3)和y′(5)从接入点缓存中删除。接入点组合y′(1)和y′(2)，无法检测出信息序列，则接入点在时隙5的确认子时隙内发送确认帧，信息包括节点2和4的地址以及反馈冲突个数3，即N_c(5)＝3。

时隙5后是分配时隙，但经过侦听后发现非竞争业务节点没有发送数据帧，则节点3和6重传数据。最后接入点组合y′(1)(包含x₁、x₃和x₅)、y′(2)(包含x₁和x₅)和y′(6)(包含x₁和x₃)，如式(10)类似表达，然后采用MMSE方法检测出x₁、x₃和x₅。若成功检测分离，则当前冲突分解周期结束。

实施例3

这里考察本发明方法的性能。假设竞争业务节点数据包到达服从泊松分布，总到达率为λ包每时隙，属于固定速率业务，所有节点采用相同的调制阶数，竞争业务节点和接入点具有足够的缓存空间。信道为块衰落，即在一个时隙内容信道状态准静态，相邻时隙的信道状态不相关。

首先定义系统吞吐量，吞吐量定义为单位时隙内可成功接收的平均数据包个数。标准的时隙ALOHA吞吐量为R_时隙ALOHA(λ)＝λe^-λ。

标准的Γ分树形方法分解N_冲突个冲突节点所需的平均时隙个数为

这里p_r＝Γ^-1为重传概率。在给定λ的情况下，冲突分解所需平均周期长度为

则树形方法吞吐量定义为：

Y.Yu等人设计的基于串行干扰消除的树形方法分解一次冲突所需的时隙数为

吞吐量定义类似(14)。

为了给出本发明方法的吞吐量，采用如下多包接收模型：组合的接收信号个数大于等于其包含的信息序列个数时，全部的信息序列可以成功检测分离。本发明本质上属于一种动态树方法，Γ随着N_冲突变化而变化，即Γ＝N_冲突，重传概率

在无中继转发的情况下，分解N_冲突个包所需的平均周期长度取决于空时隙(即所有竞争业务节点都没有发送数据帧)出现的概率，其概率为

而本发明增加了中继节点，其作用是在所有竞争业务节点没有发送数据时，转发之前接收的信号，以此降低空时隙出现的概率。记p_转(N_冲突)为中继节点在N_冲突冲突节点数情况下且空时隙出现时的条件转发概率，此时分解N_冲突个包所需的平均周期长度可用一个迭代公式表示为：

这里

表示在N_冲突个冲突节点数情况下空时隙的平均长度。由式(16)可得

其中

本发明方法吞吐量同样由式(13)和式(14)类似定义。

图7给出了以包达到速率λ为函数的不同接入方法所能获得的吞吐量。可以看出，基于串行干扰消除的树形方法和本发明方法性能优于传统的ALOHA接入方案。本发明方法由于增加了中继节点辅助转发，进一步减少了空时隙，因此吞吐量较之基于串行干扰消除的树形方法得到进一步提升，随着包到达速率的增加，本发明方法吞吐量趋近0.93。

下面分析本发明方法的时延性能。一个包的时延定义为从包发送开始到包成功接收所经历的平均周期(单位为时隙)。令E[D_n]表示某个用户与其它n个用户竞争，其数据包从发送到成功接收所经历的平均周期，则时延D可表示为

$D=\underset{n=1}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}E\left[D_n\right]\frac{e^{-\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&lambda;}}^n}{n!}=\underset{n=0}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{k\; Pr}\{D_n=k\}\frac{e^{-\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&lambda;}}^n}{n!}---\left(19\right)$

其中Pr{D_n＝k}表示时延等于k的概率。

图8给出了不同MAC方法所获得的业务时延性能比较曲线，横坐标为系统吞吐量(包/时隙)，纵坐标为时延(时隙数)。标准Γ分树形方法采用二分树，即Γ＝2，可以看出，当系统逼近最大吞吐量时，时延将趋于无穷大。本发明方法的吞吐量最大，因此时延特性最好，可支持高密度业务(较高的包达到速率)传输。

Claims (1)

1.一种无线网络中基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法，其特征在于：

步骤1：采用时分双工方式，信道时隙化，设置如下：信道在时间上分割成等长的时隙，系统周期性发送信标帧，两个相邻信标帧构造一个超帧，每个超帧包含

个时隙，N_O取1～8之间的整数，信标帧用于广播系统消息、定时以及同步，每个时隙首部设置一个侦听子时隙，尾部设置一个确认子时隙，中部设置传输子时隙，在侦听子时隙、确认子时隙和传输子时隙后分别紧随一个保护子时隙，

步骤2：非竞争业务节点采用时分多址方法发送非竞争业务数据帧，竞争业务节点采用随机竞争接入方法发送竞争业务数据帧，

步骤2.1：所述的非竞争业务节点采用的时分多址方法为：

系统接受非竞争业务节点的连接请求后，分配固定周期的时隙给该非竞争业务节点，所分配的时隙称非竞争时隙，系统在信标帧中周期广播非竞争时隙编号，若非竞争时隙分配完毕，则拒绝该节点接入系统；非竞争业务节点的非竞争业务数据帧直接从侦听子时隙开始发送，非竞争业务数据帧由公共导频序列和信息序列串行连接构成，

步骤2.2：所述的随机竞争接入方法为：

步骤2.2.1：竞争业务节点发送连接请求，系统接受竞争业务节点的连接请求后，从正交导频序列库{z₁，z₂，…，z_U}中选择一个正交导频序列分配给该竞争业务节点，分配的正交导频序列用作节点的身份识别，其中，z₁，z₂，…，z_U为正交导频序列， $U=2^{N_Z},$ N_Z取4～8之间的整数，若正交导频序列库{z₁，z₂，…，z_U}中的正交导频序列分配完毕，则拒绝该节点接入系统，

步骤2.2.2：竞争业务节点容许从竞争时隙的侦听子时隙开始发送竞争业务数据帧，竞争时隙指的是未分配给非竞争业务节点的时隙，竞争业务数据帧由正交导频序列和信息序列并行叠加构成，竞争业务节点容许在空闲的非竞争时隙的传输子时隙内发送竞争业务数据帧，空闲的非竞争时隙指的是经过载波侦听后发现没有非竞争业务数据发送的非竞争时隙，所述的竞争时隙和空闲的非竞争时隙统称为可竞争时隙，竞争业务节点仅容许在当前冲突分解结束后发送竞争业务数据帧，冲突分解指的是因多个竞争业务节点同时发送竞争业务数据帧而导致冲突，对冲突的竞争业务数据帧中的信息序列进行检测分离的处理过程，当所有信息序列被检测分离完毕，冲突分解结束，当冲突分解结束时，接入点在冲突分解结束的时隙的确认子时隙内发送确认帧，确认帧由公共导频序列和控制信息序列串行连接构成，控制信息序列包含信息序列被成功接收的竞争业务节点地址列表以及冲突节点个数N_c信息，此时N_c设置为0，指示当前冲突分解结束，竞争业务节点根据确认帧中的公共导频序列对接入点到该竞争业务节点的信道增益进行估计，令信道增益估计值为h²，同时计算信道增益门限值

为竞争业务节点到接入点的信道增益均值，

其中d为竞争业务节点到接入点的距离，可通过全球定位系统或接收信噪比的统计值获得，b为无线链路衰落指数，一般取2～4之间的实数，N_初始值可取2～8之间的正整数，σ²是接入点处噪声向量方差，σ²为一实数，一般在10^-6～10^-1毫瓦，定义冲突结束后紧随的可竞争时隙为时隙1，

步骤2.2.2.1：竞争业务节点如果满足h²<Δ条件，则不在时隙1发送竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2：竞争业务节点如果满足h²≥Δ条件，则在时隙1发送竞争业务数据帧，信息序列的发送功率为P_信息＝η(2^M-1)h^-2σ²，其中M为信息序列的调制阶数，η为功率补偿因子， $\mathrm{\&eta;}=-\frac{2}{3}\ln \left(5\mathrm{BER}\right),$ 这里BER为信息序列的目标误码率，如语音业务的信息序列目标误码率可取BER＝0.01，数据业务信息序列目标误码率为BER＝0.0001，正交导频序列的发送功率为P_导频，是一个固定值，

步骤2.2.2.2.1：若仅有一个竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则时隙1内发送的竞争业务数据帧成功，所有节点容许在时隙1后紧随的可竞争时隙发送竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2.2：若有多个竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则时隙1内发送的竞争业务节点发送冲突，系统启动冲突分解程序，从冲突发生的时隙1到冲突分解结束的时隙，所有可竞争时隙记为时隙t＝1，2，...，

步骤2.2.2.2.2.1：记y(t)为时隙t内接入点接收信号，记Φ(t)为时隙t内发送竞争业务数据帧的竞争业务节点集合，记N_tx(t)为Φ(t)的大小，记N_c(t)为信息序列没有从接入点接收信号中成功分离的竞争业务节点个数，记y_r(t)为时隙t内中继节点接收信号，中继节点将y_r(t)存入中继节点缓存内以供后续转发使用，t＝1，2，...，

步骤2.2.2.2.2.2：在时隙t的传输子时隙结束时，接入点接收到竞争业务数据帧信号，接收的信号为

其中h_k(t)为时隙t内节点k到接入点的信道系数，n(t)为时隙t内接入点处方差为σ²的复高斯噪声向量，x_k是竞争业务节点k的信息序列，z_k是竞争业务节点k的正交导频序列，接入点根据接收信号y(t)进行信道估计和节点识别，即计算

u＝1，2，…，U，这里N_导符为正交导频序列中的符号个数，是正整数，若 ${\left|{\hat{h}}_u\left(t\right)\right|}^2\&GreaterEqual;\mathrm{\&rho;},$ 表明y(t)含有正交导频序列z_u所属的竞争业务节点的数据帧，

即作为正交导频序列z_u所属的竞争业务节点到接入点之间信道系数的估计值，所述的ρ为检测门限值，

然后，接入点从接收信号y(t)中删除所有检测到的正交导频序列信号，得到剩余信号y′(t)，即

随后y′(t)被存入接入点缓存中，以供后续信息序列的检测使用，接着，接入点从剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t-1)}中选择所有与y′(t)包含有相同信息序列的信号，利用最小均方误差检测方法检测与分离这些剩余信号中包含的信息序列，记Ψ(t)为信息序列被成功检测分离的竞争业务节点集合，将成功检测的信息序列从所有包含该信息序列的剩余信号中删除，得到新的剩余信号

用新的剩余信号{y″(1)，y″(2)，…，y″(t)}更新原剩余信号{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}，仍记为{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}，从更新后的剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}中再次选择包含相同信息序列的信号，再次利用最小均方误差方法进行信息序列的检测与分离，接入点将重复这一检测过程直到不能再检测出任何一个信息序列，

步骤2.2.2.2.2.3：接入点在时隙t的确认子时隙内发送确认帧，确认帧中控制信息序列包含信息序列被成功接收的竞争业务节点地址列表以及冲突节点个数N_c(t)信息，

步骤2.2.2.2.2.4：在时隙t的确认子时隙结束后，数据帧发送冲突的竞争业务节点和中继节点接收确认帧，竞争业务节点根据确认帧决定是否重传竞争业务数据帧，中继节点根据确认帧对中继节点缓存内的存储信号y_r(t)进行管理，

步骤2.2.2.2.2.4.1：所述的竞争业务节点根据确认帧决定是否重传竞争业务数据帧，其操作过程是：竞争业务节点读取确认帧中的控制信息序列，检查自己的地址是否包含在信息序列被成功分离的竞争业务节点地址列表里，

步骤2.2.2.2.2.4.1.1：如果自己的地址位于该列表中，则信息序列接收成功，若控制信息序列中N_c(t)＝0，则冲突分解结束，

步骤2.2.2.2.2.4.1.2：如果该竞争业务节点地址不在该列表中，则根据确认帧中的公共导频序列对接入点到该竞争业务节点的信道增益h²进行估计，并计算信道增益门限值

步骤2.2.2.2.2.4.1.2.1：若h²≥Δ，则该竞争业务节点容许在时隙t+1重传竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2.2.4.1.2.1：若h²<Δ，则该竞争业务节点不容许在时隙t+1重传竞争业务数据帧，

步骤2.2.2.2.2.4.2：所述的中继节点根据确认帧对中继节点缓存内的存储信号y_r(t)进行管理，其操作过程是：

步骤2.2.2.2.2.4.2.1：如果在时隙t，没有竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则y_r(t)＝0，

步骤2.2.2.2.2.4.2.2：如果在时隙t，有竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则

其中h_r，k为节点k到中继节点的信道系数，x_k是竞争业务节点k的信息序列，n_r为中继节点处方差为

复高斯噪声向量，如果确认帧里的控制信息序列中信息序列被成功分离的竞争业务节点地址列表不为零，中继节点将从中继节点缓存中删除接收的信号y_r(t)，如果确认帧里的控制信息序列中信息序列被成功分离的竞争业务节点地址等于零，中继节点将保留缓存的中继节点接收信号y_r(t)，

步骤2.2.2.2.2.5：在时隙t+1侦听子时隙，中继节点侦听竞争业务节点的发送状态，

步骤2.2.2.2.2.6：在时隙t+1的传输子时隙内，

步骤2.2.2.2.2.6.1：若有竞争业务节点在时隙t+1发送竞争业务数据帧，则中继节点接收竞争业务数据帧信号，接收的信号为y_r(t+1)，接入点接收竞争业务数据帧信号，接收的信号为y(t+1)，

步骤2.2.2.2.2.6.2：若没有竞争业务节点在时隙t+1发送竞争业务数据帧，则中继节点接收的竞争业务数据帧信号为零，即y_r(t+1)＝0，

步骤2.2.2.2.2.6.2.1：如果中继节点缓存内有存储的接收信号，中继节点将在时隙t+1的传输子时隙内转发中继帧gy_r(j)，那么接入点接收中继节点转发的中继帧，所接收的信号为

y(t+1)＝h_r(t+1)gy_r(j)+n(t+1)，

其中y_r(j)，j<t+1，为中继节点缓存内最新存储的接收信号，h_r(t+1)为中继节点到接入点的信道系数，g为功率放大因子，满足P_中继为中继节点发送功率，上标“H”表示共轭转秩，“||”表示取绝对值，转发完毕后，中继节点从中继节点缓存中删除已发送的存储信号y_r(j)，

步骤2.2.2.2.2.6.2.2：如果中继节点缓存内没有存储的接收信号，则中继节点不转发中继帧，接入点接收信号为y(t+1)＝0，

步骤2.2.2.2.2.7：在时隙t+1的传输子时隙结束后，接入点根据接收到信号y(t+1)进行信道估计和节点识别，计算剩余信号y′(t+1)，利用最小均方误差方法结合串行干扰消除方法对剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t+1)}中包含的所有信息序列进行检测与分离，

步骤2.2.2.2.2.7：在时隙t+1的确认子时隙内，接入点广播确认帧，确认帧包含此次信息序列被成功分离出的竞争业务节点地址列表以及未被成功分离出的信息序列的个数N_c(t+1)，若N_c(t+1)＝0，冲突分解结束。

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