CN104994513A

CN104994513A - 一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法

Info

Publication number: CN104994513A
Application number: CN201510492689.9A
Authority: CN
Inventors: 贾云健; 何沛桦; 覃剑
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2015-10-21

Abstract

本发明涉及一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，属于无线通信技术领域。该方法包括以下步骤：步骤1)免授权频段下的LTE小基站进行共存信道检测；若信道繁忙则继续检测，否则进入下一步；共存信道检测包括能量检测和信号检测；步骤2)运用on/off机制实现使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存，所述on/off机制通过定义一个时间周期，在这个时间周期内，LTE小基站按照所定义的时间百分比来占用信道，on/off机制包括静态on/off机制和自适应on/off机制。本发明提供的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，使得LTE与Wi-Fi在免授权频段能够共享免授权频谱资源，实现和谐共存。

Description

一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法。

背景技术

近年来，智能手机、平板电脑和其他无线设备的使用导致了无线容量需求的潜在增长，然而，可用频谱资源的短缺严重限制了网络容量的增长。手机运营商需要更多的频段来满足日益增长的流量需求，尽管我们可以选择授权频谱来提供更好的用户体验，但是免授权频段可以认为是一种有效的补充。运营商应该尝试达到更高的频谱效率和更好的用户体验。如果免授权频段的LTE有这样的潜力，那就值得我们去研究。

现在人们广泛使用的Wi-Fi技术，是在免授权的频段上运行的，这个频段的使用不需要接入许可。大多数家庭中人们都乐于选择Wi-Fi作为网络接入方式。因为这种无线通信方式能够满足人们对于移动性和高速率的要求。市面上的各种移动终端都支持Wi-Fi接入，从而真正做到自由自在的上网。另一方面，LTE网络在我国乃至世界上也基本上实现了普及，国家也在加大对通信基础设施的建设力度。为了实现更高的速率要求，我们需要在现有的基础上不断演进，更好利用各种基础设施。

LTE-Unlicensed，简称LTE-U，指的是在2.4GHz或5GHz等免授权频段下运行的LTE系统，与运行在授权频段的LTE配合工作，可以作为一种补充，提供更大的用户数据速率，以达到提升整体的传输性能的效果。这种方法所存在的最大问题是，如何解决LTE与Wi-Fi在免授权频段产生相互干扰，在同频段下运行的两种无线技术，要实现频谱共享，干扰是不可避免的。当前在不同无线技术共存中面临的主要问题，是缺少协调机制以及对相互干扰管理的能力。虽然大多数的系统含有干扰管理机制，他们能够在相同类型的网络之间正常工作。然而在采用异步时隙、不同调度模式(时分多址和载波监听多点接入)、不同的传输/干扰范围以及不兼容的通信机制的异构无线协议/标准中，这些内在的机制会变得很低效。有相关的研究显示，LTE系统性能在共存环境下受影响很小，然而Wi-Fi受LTE传输的影响很大。在共存环境下，Wi-Fi信道经常会因为受到LTE的干扰而阻塞，使得Wi-Fi节点在超过96％的时间里处于监听(LISTEN)模式下。这造成的很直观的反映就是Wi-Fi用户的吞吐量的急剧减少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，使得充分和谐的共享免授权频谱资源，大幅提升其传输性能，提高用户体验，从而提高网络容量，提高运营商的运营效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)免授权频段下的LTE小基站进行共存信道检测；若信道繁忙则继续检测，否则进入下一步；

步骤2)运用on/off机制实现使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存，所述on/off机制通过定义一个时间周期，在这个时间周期内，LTE小基站按照所定义的时间百分比来占用信道。

进一步，所述共存信道检测包括能量检测和信号检测。

进一步，所述能量检测是通过盲检算法对接收信号进行检测，通过对时域中的信号进行采样，然后求模平方，最后得到具体的能量值，若能量值大于阈值，则判定信道处于繁忙状态。

进一步，所述信号检测为在接收端发现、锁定并解码一个与802.11兼容的信号，并对该接收信号进行检测。

进一步，所述与802.11兼容的信号的测定参数包括主信号门限、非主信号门限和能量门限，若检测到信号超过门限值，则判定信道处于繁忙状态。

进一步，所述on/off机制包括静态on/off机制和自适应on/off机制。

进一步，所述静态on/off机制定义一个固定的时间周期，该时间周期包括LTE小基站发射器的工作时间段和关闭时间段，在工作时间段LTE小基站的发射器处于开启状态，Wi-Fi处于关闭状态，开启LTE定时器，定时时间到，工作时间段结束；在关闭时间段LTE小基站的发射器处于关闭状态，Wi-Fi处于开启状态，开启WiFi定时器，定时时间到，关闭时间段结束；使得LTE小基站和Wi-Fi能够交替的按照固定的时间周期接入信道，实现友好共存。

进一步，所述自适应on/off机制首先定义一个初始的时间周期，该时间周期包括LTE小基站发射器的工作时间段和关闭时间段，在工作时间段LTE小基站的发射器处于开启状态，Wi-Fi处于关闭状态，开启LTE定时器，定时时间到，工作时间段结束；在关闭时间段LTE小基站的发射器处于关闭状态，Wi-Fi处于开启状态，开启WiFi定时器，定时时间到，关闭时间段结束；在关闭时间段中，LTE小基站动态检测信号，并测量出Wi-Fi媒介的利用率然后调整时间周期值，待关闭时间段结束后，进入下一个周期，下一周期的时间周期为调整后的时间周期值。

进一步，免授权频段的LTE系统是通过MAC层控制单元来实现周期性的开启和关闭LTE小基站的发射器。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，使得LTE与Wi-Fi在免授权频段能够共享免授权频谱资源，实现和谐共存，从而大幅提升其传输性能，提高用户体验，从而提高网络容量，提高运营商的运营效率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi共存场景图；

图2为免授权频段下静态on/off机制工作示意图；

图3为免授权频段下自适应on/off机制工作示意图；

图4为免授权频段下on/off机制实现共存的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提供的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，使得LTE与Wi-Fi在免授权频段能够共享免授权频谱资源，实现和谐共存。使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi共存场景如图1所示，场景中包括一个LTE的宏基站、一个免授权频段下LTE小基站、一个Wi-Fi的接入点，有一个移动用户(UE)同时处于以上两者的覆盖范围内，由于LTE小基站与Wi-Fi同属于免授权频段，他们之间的信号存在干扰。

为了解决上述问题本发明提出一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方，通过在LTE小基站端检测周围信道的使用情况，然后制定on/off机制，LTE小基站和Wi-Fi根据on/off机制交替地接入信道，实现友好共存。首先LTE小基站进行共存信道检测，如果周围的干扰信号(Wi-Fi信号)的能量或者测量参数超过阈值，那么可以认定此时如果再发送LTE信号的话，势必会产生干扰，这种情况下LTE小基站通过采用on/off机制，暂时关闭免收全频段LTE信号的发送，用户端可以选择是全频段的LTE网络进行接入，这样便可避免产生干扰。与此同时，LTE小基站之后会继续检测信道使用情况，若干扰信号强度低于门限值，则可再次开启，作为补充方式供用户使用。

本发明所述的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，具体包括以下步骤：

步骤1)免授权频段下的LTE小基站进行共存信道检测；它包括能量检测和信号检测。

步骤1-1)能量检测：能量检测是一种对接收信号的盲检算法，是一种方便易行的信号检测途径，即通过直接对时域中的信号进行采样，然后求模平方，得到具体的能量值。

采样后的信号记为x(i),n＝1,2,...,n；

采样后的信号求有效值：

信号能量：

E = Σ_{- \infty}^{+ \infty} {x_{1}}^{2} (i);

只检测频带上接收到信号的原始能量，如果它是足够高的(例如，信号能量>-62dBm)，那么就认为当前信道是繁忙的。

步骤1-2)信号检测：在接收端发现、锁定并解码一个与802.11兼容的信号，并对该接收信号进行检测。测定参数包括主信号门限、非主信号门限和能量门限(非主信号)。如果检测到信号超过门限值，则认为信道是繁忙的，信号检测参数图如表1所示。

表1 信号检测参数表

静态on/off机制：如图2所示，静态on/off机制通过定义一个时间周期，在这个周期内固定的分配了一个时间段给免授权频段下的LTE小基站，时间周期包括LTE小基站发射器的工作时间段和关闭时间段，在工作时间段LTE小基站的发射器处于开启状态，Wi-Fi处于关闭状态；在关闭时间段LTE小基站的发射器处于关闭状态，Wi-Fi处于开启状态，使得LTE小基站和Wi-Fi能够交替的按照固定的时间周期接入信道，实现友好共存。

自适应on/off机制：如图3所示，自适应on/off机制首先定义一个初始的时间周期，在这个时间周期的一部分时间段内允许免授权频段下LTE小基站发射数据，其余时间段则关闭发射器，即在这个时间周期内，开启LTE小基站为LTE的小基站发射数据的开关分配一个比例，从而控制小基站的工作，时间周期包括LTE小基站发射器的工作时间段和关闭时间段。当LTE小基站检测到信道是空闲时，on/off循环周期开启，在工作时间段，开启LTE小基站的发射器，LTE小基站工作，Wi-Fi的关闭，用户接入LTE小基站。当使用免授权频段的LTE系统的工作时间到，在关闭时间段，关闭LTE小基站的发射器，同时开启Wi-Fi，Wi-Fi接受用户接入。

使用免授权频段的LTE系统是通过MAC层控制单元来实现周期性的激活和关闭LTE小基站的发射。在LTE小基站发射器关闭期间，Wi-Fi进行正常的工作。工作时间段和关闭时间段的比例取决于侦测到的其它接入技术在通信媒介上的活动。即，在LTE关闭期间，邻近的Wi-Fi可以继续发送信号，与此同时，LTE小基站将会动态检测信号，并测量出Wi-Fi媒介的利用率，如吞吐量，然后相应的调整开/关的循环周期，即调整时间周期值，待关闭时间段结束后，进入下一个周期，下一周期的时间周期为调整后的时间周期值；以达到自适应的on/off时间周期。

免授权频段下on/off机制的工作流程图如图4所示。首先，免授权频段下LTE小基站进行共存信道检测，进而判定LTE小基站是否能够接入信道。如果能量或者测量参数超过阈值则信道繁忙，继续进行检测，直到能量或测量参数低于阈值，符合接入条件。此时开启on/off机制，在LTE小基站发射器工作时间段，免授权频段下LTE小基站工作，LTE定时器打开，用户接入到LTE小基站中，当定时周期到，工作时间段结束，则关闭LTE小基站开关，进入LTE小基站发射器关闭时间段，此时Wi-Fi定时器开启，当Wi-Fi定时周期到时，关闭时间段结束，继续信道检测，进入下一个周期，循环上述过程。定时器的时长固定与否表示分别采用的静态on/off机制或者自适应的on/off机制。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，其特征在于：所述共存信道检测包括能量检测和信号检测。

3.根据权利要求2所述的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，其特征在于：所述能量检测是通过盲检算法对接收信号进行检测，通过对时域中的信号进行采样，然后求模平方，最后得到具体的能量值；若能量值大于阈值，则判定信道处于繁忙状态。

4.根据权利要求2所述的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，其特征在于：所述信号检测为在接收端发现、锁定并解码一个与802.11兼容的信号，并对该接收信号进行检测。

5.根据权利要求4所述的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，其特征在于：所述与802.11兼容的信号的测定参数包括主信号门限、非主信号门限和能量门限，若检测到信号超过门限值，则判定信道处于繁忙状态。

6.根据权利要求1所述的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，其特征在于：所述on/off机制包括静态on/off机制和自适应on/off机制。

7.根据权利要求6所述的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，其特征在于：所述静态on/off机制定义一个固定的时间周期，该时间周期包括LTE小基站发射器的工作时间段和关闭时间段，在工作时间段LTE小基站的发射器处于开启状态，Wi-Fi处于关闭状态，开启LTE定时器，定时时间到，工作时间段结束；在关闭时间段LTE小基站的发射器处于关闭状态，Wi-Fi处于开启状态，开启WiFi定时器，定时时间到，关闭时间段结束；LTE小基站和Wi-Fi交替的按照固定的时间周期接入信道。

8.根据权利要求6所述的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，其特征在于：所述自适应on/off机制首先定义一个初始的时间周期，该时间周期包括LTE小基站发射器的工作时间段和关闭时间段，在工作时间段LTE小基站的发射器处于开启状态，Wi-Fi处于关闭状态，开启LTE定时器，定时时间到，工作时间段结束；在关闭时间段LTE小基站的发射器处于关闭状态，Wi-Fi处于开启状态，开启WiFi定时器，定时时间到，关闭时间段结束；在关闭时间段中，LTE小基站动态检测信号，并测量出Wi-Fi媒介的利用率然后调整时间周期值，待关闭时间段结束后，进入下一个周期，下一周期的时间周期为调整后的时间周期值。

9.根据权利要求7或8所述的一种使用免授权频段的LTE系统与Wi-Fi的共存方法，其特征在于：免授权频段的LTE系统是通过MAC层控制单元来实现周期性的开启和关闭LTE小基站的发射器。