CN102123411B - 一种基于wlan和lte异构网融合的链路性能感知方法 - Google Patents

Abstract

一种基于WLAN和LTE异构网融合链路性能感知方法，基于无线局域网WLAN和长期演进LTE异构网融合而设计，确定无线网络中多种信道参数下的码块的平均实时块互信息MI以及无线网络通信系统的误包率PER，通过函数模型建立平均实时块互信息MI与误包率PER的映射关系，根据PER与平均实时块互信息MI的映射关系，实现对链路性能的感知。本发明为一种改进的链路性能感知方法，它可以简化无线通信系统物理层链路性能感知模型，进行简易、准确的链路性能感知。

Description

一种基于WLAN和LTE异构网融合的链路性能感知方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及无线局域网WLAN和长期演进LTE异构网融合、链路性能感知技术，提出了一种基于WLAN和LTE异构网融合的链路性能感知方法。

背景技术

3GPP LTE(Long Term Evolution)项目是3G标准的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM、MIMO、全IP组网等先进的无线通信技术。3GPP LTE作为3G无线网络演进的唯一标准，在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbps的峰值速率，其显著改善了小区边缘用户的性能，大幅提高了小区容量，且降低了系统延迟。LTE作为对现有3G技术的增强和演进，是最新一代蜂窝移动通信网络技术。

802.11n结合了多项先进技术，其中包括正交频分复用(OFDM)、多入多出(MIMO)、20MHz和40MHz信道、2.4GHz和5GHz双频带等，同时保证了与之前802.11协议的兼容通信能力。从性能指标上看，802.11n已经成为下一代主流WLAN技术，它所实现的高速率不仅源于MIMO技术，还得益于OFDM技术。MIMO-OFDM技术通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量，并增加了多径的容限，使无线网络的有效传输速率有质的提升。802.11n在支持2.4GHz频段和5GHz频段的基础上，使无线传输的质量和速度得到极大提升。

链路性能告知可以将无线信道即时的状态通过一个或几个简单的量反映给系统的高层模块，从而实现跨层信息的交互，达到系统整体性能的优化。802.11n和LTE异构网融合后系统将极其复杂，在系统分析时，使用链路性能告知可以简化无线通信系统物理层的模型，极大地降低系统分析与仿真的复杂度。

目前两种流行的链路性能感知算法是：基于信噪比(SNR，signal noise rate进行的等效指数信噪比映射(EESM，exponential effective SNR mapping)算法，和以信息论原理为基础的块平均互信息率(RBIR，received block mean mutual information rate)算法。针对802.11n和LTE异构网融合的情况，这两种算法达到的效果都不是很理想，RBIR算法预测PER精度不够，EESM算法实时性差，复杂度高。

发明内容

本发明要解决的问题是：WLAN和LTE异构网融合的系统极其复杂，特别是802.11n和LTE的异构网融合，在系统分析时，使用链路性能告知可以简化无线通信系统物理层的模型，极大地降低系统分析与仿真的复杂度，但针对WLAN和LTE异构网融合的情况，现有感知方法达到的效果都不是很理想。

本发明的技术方案为：一种基于WLAN和LTE异构网融合链路性能感知方法，包括如下步骤：

1)针对异构网融合，确定所选择的无线网络，是无线局域网WLAN或长期演进LTE；

2)对应所选择的无线网络，确定对应的调制编码方式MCS；

3)生成实时信道信息，并根据步骤2)确定的调制编码方式MCS配置物理层参数，将码块编码调制后发射出去；

4)接收端由实时信道信息和物理层参数得到码块的平均实时块互信息MI，所述平均实时块互信息MI即为无线通信系统下当时承载该码块的信道质量描述；

5)对无线网络通信系统进行仿真得到块误码的误包率PER；

6)经过抽象拟合，通过函数模型建立平均实时块互信息MI与误包率PER的映射关系，然后改变实时信道信息，重复步骤3)-5)，得到其他类型信道下的MI和PER，得到MI与PER的映射函数：

$\mathrm{PER}=f_{\mathrm{NET},\mathrm{MSC}}(\mathrm{MI},{\mathrm{\α}}_1,{\mathrm{\α}}_2)=\frac{1}{2}\mathrm{erfc}\left(\frac{\mathrm{MI}-{\mathrm{\α}}_1}{{\mathrm{\α}}_2}\right)$

当确定了所选择的无线网络NET和调制编码方式MSC，即可确定相应的函数参数α₁、α₂，从而确定误包率PER与平均实时块互信息MI的函数，实现对任意链路性能的感知。

步骤4)中，由码块的输出信干噪比SNR查表得到码块的互信息MI，然后取平均，得到平均实时块互信息MI。

步骤5)中，误包率

BLER表示误块率，N_B表示一个编码调制分组中的编码码块的数目。

本发明的有益效果为：本发明的链路性能感知方法能应用于WLAN与LTE融合的空中接口模型中，简化了无线通信系统物理层链路性能感知模型，根据PER与平均MI的映射关系进行简易、准确的链路性能感知，可以准确的估计出WLAN与LTE实时的链路性能。经仿真验证，该算法具有较高鲁棒性和稳定性，对于各种物理层配置传输方案均适用，并且建立了普适、简易的、能为WLAN与LTE联合优化接入提供准确的链路性能感知的方法。

附图说明

图1为本发明链路性能感知模型的抽象示意图。

图2为WLAN物理层链路模型，IDFT为逆离散傅里叶变换。

图3为LTE物理层链路模型。

图4为平均实时块互信息MI与信噪比SNR的映射图。

图5为本发明在SISO情况下802.11n网络MI物理层抽象算法仿真结果。

图6为本发明在MIMO情况下802.11n网络MI物理层抽象算法仿真结果。

图7为本发明在SISO情况下LTE网络MI物理层抽象算法仿真结果。

图8为本发明在MIMO情况下LTE网络MI物理层抽象算法仿真结果。

具体实施方式

本发明方法应用于WLAN与LTE的异构网融合的空中接口模型中，包括以下步骤：

1)针对异构网融合，确定所选择的无线网络，是无线局域网WLAN或长期演进LTE；

2)对应所选择的无线网络，确定对应的调制编码方式MCS；

3)生成实时信道信息，并根据步骤2)确定的调制编码方式MCS配置物理层参数，将码块编码调制后发射出去；

4)接收端由实时信道信息和物理层参数得到码块的平均实时块互信息MI，所述平均实时块互信息MI即为无线通信系统下当时承载该码块的信道质量描述；

5)对无线网络通信系统进行仿真得到块误码的误包率PER；

6)经过抽象拟合，通过函数模型建立平均实时块互信息MI与误包率PER的映射关系，然后改变实时信道信息，重复步骤3)-5)，得到其他类型信道下的MI和PER，得到MI与PER的映射函数：

$\mathrm{PER}=f_{\mathrm{NET},\mathrm{MSC}}(\mathrm{MI},{\mathrm{\α}}_1,{\mathrm{\α}}_2)=\frac{1}{2}\mathrm{erfc}\left(\frac{\mathrm{MI}-{\mathrm{\α}}_1}{{\mathrm{\α}}_2}\right)$

当确定了所选择的无线网络NET和调制编码方式MSC，即可确定相应的函数参数α₁、α₂，从而确定误包率PER与平均实时块互信息MI的函数，实现对任意链路性能的感知。

步骤4)中，由码块的输出信干噪比SNR查表得到码块的互信息MI，然后取平均，得到平均实时块互信息MI。

步骤5)中，误包率

BLER表示误块率，N_B表示一个编码调制分组中的编码码块的数目。

下面结合附图对本发明技术方案的实施作进一步的详细描述：

图1为本发明对无线通信系统中链路性能感知模型的抽象示意图。分组数据实际上是无线通信协议规定的数据包格式，这里WLAN和LTE各不相同，但这对本发明方法本身是没有影响的。编码调制根据不同的物理层配置采取不同的调制编码方式。物理信道映射是基于OFDM系统的信道参数表示，对于WLAN和LTE，它们都是基于OFDM调制的，因此均适用。本发明方法的所要做的就是将方框内的模块抽象化，建立一种等效SNR到PER的映射关系。图中分组数据以PER为单位，编码调制在LTE和WLAN物理层协议中用的是二进制相移键控BPSK、正交相移键控QPSK、16进制正交幅度调制16QAM、64进制正交幅度调制64QAM，(S₁、S₂、...、S_N)为经过信道编码，码块被调制后的星座符号，((H₁，n₁)，(H₂，n₂))，...，(H_N，n_N))为OFDM系统中子信道系数和白噪声。对于本发明方法，无需关心具体的信道编码和检测译码结构，以及物理层协议的细节，也就是说可以屏蔽这些细节。

图2为现有的WLAN物理层链路模型，IDFT为逆离散傅里叶变换，显示了WLAN(802.11n)的基带发射端框图。

图3为现有的LTE物理层链路模型，显示了LTE的基带发射端框图。

搭建仿真平台验证本发明的实施，按照图2和图3架构搭建链路级仿真平台。此仿真平台可按照协议物理层配置和MCS自由选择参数。

对于线性检测的信号传输模型，当码块的输出信干噪比确定时，码块MI可以唯一确定，也就是说MI是SNR的确定函数。通过仿真可以得到MI与SNR的函数关系，对于BPSK、QPSK、16QAM、64QAM，SNR与MI的映射关系，如图4所示。

对于WLAN和LTE，设定码块长后经编码调制，然后送入信道，对于每一个子载波，由SNR查表得到码块MI，然后取平均，得到平均MI，平均MI便是该系统下当时承载该数据块的信道质量描述，即完成了抽象过程。再通过对无线信道、不同调制编码方式MCS的参数抽象后得到这些条件下的误包率PER，经多次码块仿真，得到本次设定的信道采样点、平均MI与PER的映射关系。然后改变信道参数，重复以上过程，得到WLAN和LTE异构网融合中，其他参数信道采样点的PER。将得到的MI数据和PER数据汇总，得到MI和PER的映射函数：

$\mathrm{PER}=f_{\mathrm{NET},\mathrm{MSC}}(\mathrm{MI},{\mathrm{\α}}_1,{\mathrm{\α}}_2)=\frac{1}{2}\mathrm{erfc}\left(\frac{\mathrm{MI}-{\mathrm{\α}}_1}{{\mathrm{\α}}_2}\right)$

所述函数描述了无线网络中MI和PER的映射规律，准确度很高，平均实时块互信息MI即为无线通信系统下当时承载该码块的信道质量描述，PER体现了码块传输的传输质量，由这两者的关系来用于异构网融合的链路性能感知。

如附图5-8所示，表明了PER与MI之间的函数关系，并从中得到了α₁和α₂具体参数值，如表1和表2所示，选定通信网络类型和编码调制方式MCS后，即可确定PER与MI的函数。图5和图6中，编码调制方式由左向右依次为BPSK 1/2，QPSK 1/2，QPSK3/4，16QAM 1/2，16QAM 3/4，64QAM 2/3，64QAM 3/4，64QAM 5/6；图7和图8中，由左向右依次为MCS0，MCS3，MCS6，MCS9，MCS10，MCS12，MCS14，MCS16，MCS17，MCS19，MCS21，MCS23，MCS25，MCS27。

表1.LTE蜂窝移动通信网络

表1中的MCS n(n＝0，2，6，9，10，12，14，16，17，19，21，23，25，27)，指LTE蜂窝移动通信网络可选的调制编码方式，在3GPP2 LTE物理层协议中有具体详细的规定。

表2.802.11n无线局域网络

SISO	α1	α2	MIMO	α1	α2
						MCS 0	0.6221	0.0585	MCS 8	0.6468	0.0568
MCS 1	1.2895	0.1049	MCS 9	1.3317	0.0989
						MCS 2	1.7417	0.0650	MCS 10	1.7108	0.0807
MCS 3	2.6268	0.1901	MCS 11	2.7120	0.1669
						MCS 4	3.4148	0.1239	MCS 12	3.5009	0.1305
MCS 5	4.7801	0.2157	MCS 13	4.9304	0.2106
						MCS 6	5.1960	0.1838	MCS 14	5.2605	0.1868
MCS 7	5.4996	0.1440	MCS 15	5.4838	0.1418

表2中的MCS n(n＝0，1，2，3，4...13，14，15)，指802.11n无线局域网络可选的调制编码方式，在IEEE 802.11n物理层协议中有具体详细的规定。

Claims (3)

1.一种基于WLAN和LTE异构网融合的链路性能感知方法，其特征是包括如下步骤：

1）针对异构网融合，确定所选择的无线网络，是无线局域网WLAN或长期演进LTE；

2）对应所选择的无线网络，确定对应的调制编码方式MCS；

3）生成实时信道信息，并根据步骤2）确定的调制编码方式MCS配置物理层参数，将码块编码调制后发射出去；

4）接收端由实时信道信息和物理层参数得到码块的平均实时块互信息MI，所述平均实时块互信息MI即为无线通信系统下当时承载该码块的信道质量描述；

5）对无线网络通信系统进行仿真得到块误码的误包率PER；

6）经过抽象拟合，通过函数模型建立平均实时块互信息MI与误包率PER的映射关系，然后改变实时信道信息，重复步骤3）－5），得到其他类型信道下的MI和PER，得到MI与PER的映射函数：

$\mathrm{PER}=f_{\mathrm{NET},\mathrm{MCS}}(\mathrm{MI},{\mathrm{\α}}_1,{\mathrm{\α}}_2)=\frac{1}{2}\mathrm{erfc}\left(\frac{\mathrm{MI}-{\mathrm{\α}}_1}{{\mathrm{\α}}_2}\right)$

当确定了所选择的无线网络NET和调制编码方式MCS，即可确定相应的函数参数α₁、α₂，从而确定误包率PER与平均实时块互信息MI的函数，实现对任意链路性能的感知。

2.根据权利要求1所述的一种基于WLAN和LTE异构网融合的链路性能感知方法，其特征是步骤4）中，由码块的输出信噪比SNR查表得到码块的互信息MI，然后取平均，得到平均实时块互信息MI。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于WLAN和LTE异构网融合的链路性能感知方法，其特征是步骤5）中，误包率

BLER表示误块率，N_B表示一个编码调制分组中的编码码块的数目。

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