CN106535355B - 一种信道接入方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种信道接入方法及系统，根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率与WLAN系统的接入概率相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率，和WLAN系统的第二目标最优接入概率；采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统进行信道接入。本发明通过优化LTE系统的接入概率及初始退避窗计数器大小，可以保证非授权频段下LTE系统和WLAN系统之间的公平性。

Description

一种信道接入方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种信道接入方法及系统。

背景技术

LAA(License Assisted Access)，指的是：授权频谱辅助接入，是LTE(Long TermEvolution)网络用于非授权频段的技术，该技术是在载波聚合的基础上，将授权频段配置为主小区，非授权频段配置为副小区。其中非授权频段只用作数据传输，不承载任何信令信息，由授权频段的下行控制信道进行统一调度。部署在非授权频段的LTE系统不能独立于授权频段的系统而工作，即辅小区不能脱离主小区单独工作。这种利用非授权频段的方式不需要对LTE的空口结构进行修改，运营资本较低，可以获得很大的容量增益。LAA技术的最大问题是与WLAN系统的共存。在不采用任何共存机制和干扰避免机制下，LTE会占据大部分非授权频段，造成WLAN性能的大幅度下降。

现有的LTE系统非授权频段接入过程，主要采用简单的先听后说(Listen-before-talk，LBT)机制，LTE系统在接入非授权频段前先进行载波监听，当载波空闲一定时间长度之后再进行数据传输。但是由于WLAN系统的MAC层协议是基于带有冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)，在与LTE争抢非授权频段资源时，如果遇到信道冲突会频繁的进行退避，造成WLAN网络吞吐量大幅度下降。由于LTE系统和WLAN系统对非授权频段争抢资源的能力不同，导致非授权频段的非公平划分。

综上所述，目前基于简单先听后说的LAA接入机制，并没有很好地考虑与非授权频段其他已部署网络，尤其是WLAN系统的共存问题，会造成其他系统网络吞吐量的大幅度下降。同时缺乏合理的LAA接入参数设置策略，不能实现网络性能最优化。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种信道接入方法及系统，以实现非授权频段下LTE系统和WLAN系统之间的公平性接入。具体技术方案如下：

第一种技术方案：一种信道接入方法，包括，

A、根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w ^*，τ_l ^*＝τ_w ^*；

其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：

至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l；

所述WLAN系统的接入相关参数包括：

至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w；

B、根据所述第一目标最优接入概率τ_l ^*，采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

C、从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。

优选的，所述步骤A包括：

根据非授权频段共存场景下的，LTE系统的冲突概率p_l与LTE系统的接入概率τ_l和WLAN系统的接入概率τ_w之间的关系、以及WLAN系统的冲突概率p_w与LTE系统的接入概率τ_l和WLAN系统的接入概率τ_w之间的关系的公式：

其中N_w表示WLAN系统节点数量，N_l表示LTE系统节点数量；

和网络吞吐量的公式：

其中，

其中，S表示网络吞吐量，S_W表示WLAN系统的吞吐量，S_L表示LTE系统的吞吐量，P_trl表示至少一个LTE系统节点传输的概率，P_sl表示LTE系统数据包传输成功的概率，E_l[P]表示LTE系统数据包长度，T_sl表示LTE表示系统成功传输数据的时间长度，T_cl表示LTE系统数据冲突的时间长度，σ_l表示LTE系统一个时隙的长度，P_trw表示至少一个WLAN系统节点传输的概率，P_sw表示WLAN系统数据包传输成功的概率，E_w[P]表示WLAN系统数据包长度，T_sw表示WLAN系统成功传输数据的时间长度，T_cw表示WLAN系统数据冲突的时间长度，σ_w表示WLAN系统一个时隙的长度；

令τ_l＝τ_w，得出：

单一系统的网络吞吐量表示为：

求单一系统的网络吞吐量最大值等价于求下列函数的最大值：

对F(τ)求导并使导数等于0得：(1-τ)ⁿ(σ-T_c)-T_c(nτ-1)＝0，由泰勒公式得最佳信道接入概率为：

据上述计算，在LTE系统和WLAN系统共存的场景下，LTE系统单一网络吞吐量S_l、WLAN系统单一网络吞吐量S_w最大时分别对应的最佳接入概率τ_l0、τ_w0为：

使F_l(τ_l)最大化的τ_l ^*<τ_l0，同理使F_w(τ_l)最大化的τ_l ^*<τ_w0，最大化共存场景下的两个系统吞吐量，则LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*的范围为：τ_l ^*∈(0,min(τ_l0,τ_w0))。

优选的，所述的步骤B中采用随机退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：其中，τ_l ^*表示LTE系统的最优接入概率，q_l表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示LTE系统信道冲突概率。

优选的，所述的公式确定过程包括：

根据马尔科夫模型，列出稳态方程组：

其中，π表示稳态分布，q_l表示缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；

由稳态方程组得到LTE系统竞争窗口的最大值的表达式：

优选的，所述的步骤C中LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用随机退避方法，包括：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将初始退避窗计数器减1，当初始退避窗计数器减为0时，LTE系统接入非授权信道。

或者，优选的，所述的步骤B中采用二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：

其中，表示LTE系统的最优接入概率，q_l表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示LTE系统信道冲突概率，m表示退避阶数。

优选的，所述的退避阶数为4。

优选的，所述的公式确定过程包括：

根据马尔科夫模型，列出稳态方程组：

其中，π表示稳态分布，q_l表示缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；

由稳态方程组得到LTE系统竞争窗口的最大值的表达式：

优选的，所述的步骤C中LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用二进制退避方法，包括：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将退避计数器减1，当退避计数器减为0时，如果检测到非授权频段信道依然空闲，则LTE系统接入非授权频段信道，如果检测到非授权频段信道繁忙，则将当前退避阶数加1，当前退避窗计数器扩大2倍。

第二种方案：一种信道接入系统，包括：

目标最优接入概率确定单元，根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w ^*，τ_l ^*＝τ_w ^*；

其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：

至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l；

所述WLAN系统的接入相关参数包括：

至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w；

LTE系统最优竞争窗口列表获得单元，用于根据所述第一目标最优接入概率τ_l ^*，采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

信道接入单元，用于从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。

本发明实施例提供的信道接入方法及系统，通过优化LTE系统的接入概率及初始退避窗计数器大小，使得LTE系统和WLAN系统共存的网络吞吐量最大且LTE系统的接入概率与WLAN系统的接入概率相等，可以保证非授权频段下LTE系统和WLAN系统之间的公平性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的信道接入方法的一种流程图；

图2为图1所示实施例中采用的马尔科夫模型图；

图3为本发明实施例提供的信道接入方法的另一种流程图；

图4为图3所示实施例中采用的马尔科夫模型图；

图5为本发明实施例提供的信道接入系统的一种结构示意图；

图6为本发明实施例提供的信道接入系统的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

方法实施例一

本发明实施例提供的信道接入方法的一种具体实施例，应用于核心网中的某一控制设备，可以是网络控制器，也可以是其他控制设备，如图1所示，包括：

S101：根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w ^*，τ_l ^*＝τ_w ^*；

其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：

至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l；

应当说明的是，所述的：至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l是控制设备采集当前时间节点之前，LTE系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。

所述WLAN系统的接入相关参数包括：

至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w；

应当说明的是，所述的：至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w是控制设备采集当前时间节点之前，WLAN系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。

具体的，步骤S101可以包括：

根据非授权频段共存场景下的，LTE系统的冲突概率p_l与LTE系统的接入概率τ_l和WLAN系统的接入概率τ_w之间的关系、以及WLAN系统的冲突概率p_w与LTE系统的接入概率τ_l和WLAN系统的接入概率τ_w之间的关系的公式：

其中N_w表示WLAN系统节点数量，N_l表示LTE系统节点数量；

和网络吞吐量的公式：

其中，

其中，S表示网络吞吐量，S_W表示WLAN系统的吞吐量，S_L表示LTE系统的吞吐量，P_trl表示至少一个LTE系统节点传输的概率，P_sl表示LTE系统数据包传输成功的概率，E_l[P]表示LTE系统数据包长度，T_sl表示LTE表示系统成功传输数据的时间长度，T_cl表示LTE系统数据冲突的时间长度，σ_l表示LTE系统一个时隙的长度，P_trw表示至少一个WLAN系统节点传输的概率，P_sw表示WLAN系统数据包传输成功的概率，E_w[P]表示WLAN系统数据包长度，T_sw表示WLAN系统成功传输数据的时间长度，T_cw表示WLAN系统数据冲突的时间长度，σ_w表示WLAN系统一个时隙的长度；

考虑到LTE系统的接入概率τ_l和WLAN系统的接入概率τ_w之间的关系，τ_l＝ατ_w，其中α为公平系数。当α＝1，也即是τ_l＝τ_w时，两个系统可以达到完全比例公平，得出：

单一系统的网络吞吐量表示为：

由于且随着τ_l的增加而减少，所以求单一系统的网络吞吐量最大值等价于求下列函数的最大值：

对F(τ)求导并使导数等于0得：(1-τ)ⁿ(σ-T_c)-T_c(nτ-1)＝0。因为τ<<1，由泰勒公式得最佳信道接入概率为：

据上述计算，在LTE系统和WLAN系统共存的场景下，LTE系统单一网络吞吐量S_l、WLAN系统单一网络吞吐量S_w最大时分别对应的最佳接入概率τ_l0、τ_w0为：

使F_l(τ_l)最大化的τ_l ^*<τ_l0，同理使F_w(τ_l)最大化的τ_l ^*<τ_w0。因此，最大化共存场景下的两个系统吞吐量，则对应的LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*的范围为：τ_l ^*∈(0,min(τ_l0,τ_w0))。

S102：根据所述第一目标最优接入概率τ_l ^*，采用随机退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

具体的，采用随机退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：其中，τ_l ^*表示LTE系统的最优接入概率，q_l表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示LTE系统信道冲突概率。

应当说明的是，上述公式中的：LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率q_l及LTE系统信道冲突概率p_l，是控制设备采集当前时间节点之前，LTE系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。

进一步的，上述公式是通过建立随机退避马尔可夫模型获得的，如图2所示，马尔科夫模型由idle空闲状态I和退避状态i组成，根据马尔可夫模型，列出稳态方程组：

其中，π表示稳态分布，q_l表示缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；

应当说明的是，上述公式中的：缓存中存在数据包需要发送的概率q_l及信道冲突概率p_l，是控制设备采集当前时间节点之前，LTE系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。

由稳态方程组得到LTE系统接入概率为：

进而推导出LTE系统竞争窗口的最大值的表达式为：

S103：从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。

具体的，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用的是随机退避的方法，具体为：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将初始退避窗计数器减1，当初始退避窗计数器减为0时，LTE系统接入非授权信道。

应当说明的是，当LTE系统完成一次接入非授权信道后，核心网中的控制设备从步骤S101开始重新计算，进行新的一次信道接入。

本发明方法实施例一，通过计算使得所述网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率，从而得到LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，采用随机退避方法进行信道接入，该方案使得LTE系统和WLAN系统共存的网络吞吐量最大，可以保证非授权频段下LTE系统和WLAN系统之间的公平性。

方法实施例二

本发明实施例提供的信道接入方法的另一种具体实施例，应用于核心网中的某一控制设备，可以是网络控制器，也可以是其他控制设备，如图3所示，包括：

S301：根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w ^*，τ_l ^*＝τ_w ^*；

本步骤与图1所示实施例中的步骤S101可以完全相同，这里不再重复说明。

S302：根据所述第一目标最优接入概率τ_l ^*，采用二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

具体的，采用二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：

其中，表示LTE系统的最优接入概率，q_l表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示LTE系统信道冲突概率，m表示退避阶数。

优选的，所述的退避阶数为4。

应当说明的是，上述公式中的：LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率q_l及LTE系统信道冲突概率p_l，是控制设备采集当前时间节点之前，LTE系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。进一步的，上述公式是通过建立二进制退避马尔可夫模型获得的，如图4所示，根据马尔可夫模型，列出稳态方程组：

其中，π表示稳态分布，q_l表示缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；

应当说明的是，上述公式中的：缓存中存在数据包需要发送的概率q_l及信道冲突概率p_l，是控制设备采集当前时间节点之前，LTE系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。

由稳态方程组得到LTE系统接入概率为：

进而推导出LTE系统竞争窗口的最大值的表达式为：

S303：从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。

具体的，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用的是二进制退避的方法，具体为：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将退避计数器减1，当退避计数器减为0时，如果检测到非授权频段信道依然空闲，则LTE系统接入非授权频段信道，如果检测到非授权频段信道繁忙，则将当前退避阶数加1，当前退避窗计数器扩大2倍。

应当说明的是，当LTE系统完成一次接入非授权信道后，核心网中的控制设备从步骤S301开始重新计算，进行新的一次信道接入。

本发明方法实施例二，通过计算使得所述网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率，从而得到LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，采用二进制退避方法进行信道接入，该方案使得LTE系统和WLAN系统共存的网络吞吐量最大，可以保证非授权频段下LTE系统和WLAN系统之间的公平性。

系统实施例一

本发明实施例提供的信道接入系统的一种具体实施例，与图1所示方法对应，如图5所示，包括：

目标最优接入概率确定单元501，用于根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w ^*，τ_l ^*＝τ_w ^*；

其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：

至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l；

应当说明的是，所述的：至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l是控制设备采集当前时间节点之前，LTE系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。

所述WLAN系统的接入相关参数包括：

至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w；

应当说明的是，所述的：至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w是控制设备采集当前时间节点之前，WLAN系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。

具体过程参见方法实施例一中S101的描述，这里不再重复说明。

随机退避LTE系统最优竞争窗口列表获得单元502，用于根据所述第一目标最优接入概率τ_l ^*，采用随机退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

具体过程参见方法实施例一中S102的描述，这里不再重复说明。

信道接入单元503，用于从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。

具体过程参见方法实施例一中S103的描述，这里不再重复说明。

本发明系统实施例一，通过计算使得所述网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率，从而得到LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，采用随机退避方法进行信道接入，该方案使得LTE系统和WLAN系统共存的网络吞吐量最大，可以保证非授权频段下LTE系统和WLAN系统之间的公平性。

本发明实施例提供的信道接入系统的另一种具体实施例，与图3所示方法对应，如图6所示，包括：

目标最优接入概率确定单元601，用于根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w ^*，τ_l ^*＝τ_w ^*；

其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：

至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l；

应当说明的是，所述的：至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l是控制设备采集当前时间节点之前，LTE系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。

所述WLAN系统的接入相关参数包括：

至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w；

应当说明的是，所述的：至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w是控制设备采集当前时间节点之前，WLAN系统进行数据传输过程中的数据，是本领域人员通过现有技术可以获得的参数。

具体过程参见方法实施例一中S101的描述，这里不再重复说明。

二进制退避LTE系统最优竞争窗口列表获得单元602，用于根据所述第一目标最优接入概率τ_l ^*，采用二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

具体过程参见方法实施例二中S302的描述，这里不再重复说明。

信道接入单元603，从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。

具体过程参见方法实施例二中S303的描述，这里不再重复说明。

本发明系统实施例二，通过计算使得所述网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率，从而得到LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，采用二进制退避方法进行信道接入，该方案使得LTE系统和WLAN系统共存的网络吞吐量最大，可以保证非授权频段下LTE系统和WLAN系统之间的公平性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种信道接入方法，其特征在于，包括，

A、根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w ^*，τ_l ^*＝τ_w ^*；

其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：

至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l；

所述WLAN系统的接入相关参数包括：

至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w；

B、根据所述第一目标最优接入概率τ_l ^*，采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

C、从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。

2.根据权利要求1所述的信道接入方法，其特征在于，

所述步骤A包括：

根据非授权频段共存场景下的，LTE系统的冲突概率p_l与LTE系统的接入概率τ_l和WLAN系统的接入概率τ_w之间的关系、以及WLAN系统的冲突概率p_w与LTE系统的接入概率τ_l和WLAN系统的接入概率τ_w之间的关系的公式：

其中N_w表示WLAN系统节点数量，N_l表示LTE系统节点数量；

和网络吞吐量的公式：

其中，

其中，S表示网络吞吐量，S_W表示WLAN系统的吞吐量，S_L表示LTE系统的吞吐量，P_trl表示至少一个LTE系统节点传输的概率，P_sl表示LTE系统数据包传输成功的概率，E_l[P]表示LTE系统数据包长度，T_sl表示LTE表示系统成功传输数据的时间长度，T_cl表示LTE系统数据冲突的时间长度，σ_l表示LTE系统一个时隙的长度，P_trw表示至少一个WLAN系统节点传输的概率，P_sw表示WLAN系统数据包传输成功的概率，E_w[P]表示WLAN系统数据包长度，T_sw表示WLAN系统成功传输数据的时间长度，T_cw表示WLAN系统数据冲突的时间长度，σ_w表示WLAN系统一个时隙的长度；

令τ_l＝τ_w，得出：

单一系统的网络吞吐量表示为：

求单一系统的网络吞吐量最大值等价于求下列函数的最大值：

对F(τ)求导并使导数等于0得：(1-τ)ⁿ(σ-T_c)-T_c(nτ-1)＝0，由泰勒公式得最佳信道接入概率为：

据上述计算，在LTE系统和WLAN系统共存的场景下，LTE系统单一网络吞吐量S_l、WLAN系统单一网络吞吐量S_w最大时分别对应的最佳接入概率τ_l0、τ_w0为：

使F_l(τ_l)最大化的τ_l ^*＜τ_l0，同理使F_w(τ_l)最大化的τ_l ^*＜τ_w0，最大化共存场景下的两个系统吞吐量，则LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*的范围为：τ_l ^*∈(0,min(τ_l0,τ_w0))。

3.根据权利要求2所述的信道接入方法，其特征在于，

所述的步骤B中采用随机退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：其中，τ_l ^*表示LTE系统的最优接入概率，q_l表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示LTE系统信道冲突概率。

4.根据权利要求3所述的信道接入方法，其特征在于，获得所述确定LTE系统竞争窗口的最大值的公式的过程包括：

根据马尔科夫模型，列出稳态方程组：

其中，π表示稳态分布，q_l表示缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；

由稳态方程组得到LTE系统竞争窗口的最大值的表达式：

5.根据权利要求3或4所述的信道接入方法，其特征在于，

所述的步骤C中LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用随机退避方法，包括：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将初始退避窗计数器减1，当初始退避窗计数器减为0时，LTE系统接入非授权信道。

6.根据权利要求2所述的信道接入方法，其特征在于，

所述的步骤B中采用二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：

其中，表示LTE系统的最优接入概率，q_l表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示LTE系统信道冲突概率，m表示退避阶数。

7.根据权利要求6所述的信道接入方法，其特征在于，所述的退避阶数为4。

8.根据权利要求7所述的信道接入方法，其特征在于，获得所述确定LTE系统竞争窗口的最大值的公式的过程包括：

根据马尔科夫模型，列出稳态方程组：

其中，π表示稳态分布，q_l表示缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；

由稳态方程组得到LTE系统竞争窗口的最大值的表达式：

9.根据权利要求6-8任意一项所述的信道接入方法，其特征在于，所述的步骤C中LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用二进制退避方法，包括：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将退避计数器减1，当退避计数器减为0时，如果检测到非授权频段信道依然空闲，则LTE系统接入非授权频段信道，如果检测到非授权频段信道繁忙，则将当前退避阶数加1，当前退避窗计数器扩大2倍。

10.一种信道接入系统，其特征在于，包括：

目标最优接入概率确定单元，根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l ^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w ^*，τ_l ^*＝τ_w ^*；

其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：

至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l；

所述WLAN系统的接入相关参数包括：

至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w；

LTE系统最优竞争窗口列表获得单元，用于根据所述第一目标最优接入概率τ_l ^*，采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

信道接入单元，用于从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。