CN108601091A - 一种LTE-U/WiFi共用未授权频段避免碰撞的办法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LTE‑U/WiFi共用未授权频段避免碰撞的方法和系统，所述方法包括提供LTE‑U网络系统、WiFi网络系统以及未授权频段，所述LTE‑U网络系统和所述WiFi网络系统共享使用未授权频段，所述LTE‑U网络系统与所述WiFi网络系统采用相同的MAC协议。WiFi用户设备采用全双工模式，使得WiFi用户设备在传输数据的同时还对信道状态进行感知，从而在LTE‑U信号到达时立即做出退避，避免WiFi与LTE‑U信号的碰撞。本发明能够使得LTE‑U与WiFi网络系统在未授权频段正常传输，并且避免了数据传输碰撞。

Description

一种LTE-U/WiFi共用未授权频段避免碰撞的办法
技术领域
本发明涉及5G技术中频谱扩展的方法，具体涉及在LTE-U与WiFi共同使用未授权频段时避免传输碰撞的方法，属于通信技术领域。
背景技术
随着移动通信业务的迅速增长，授权频谱资源的匮乏问题是无线通信面临的巨大挑战。越来越多的运营商期望扩展频谱资源。我们将LTE的运营扩展到未授权频段(LTE-U)，这就面临着在未授权频段与其他网络系统(例如WiFi系统)共享资源的问题。在共享资源时，共享资源的两个网络系统LTE-U/WiFi需要竞争资源，因此需要我们解决两个网络系统如何进行频段资源分配，着重考虑LTE-U/WiFi共同使用未授权频段时的传输碰撞问题。
当LTE-U与WiFi在同一频段进行传输时，由于介质访问控制(MAC)协议的不同，两个网络用户的传输过程无法协调，极有可能出现同时空闲或同时忙碌的现象发生。当两个网络用户都处于空闲时段，信道资源会被浪费，而当两个网络用户都需要传输时，可能会争用信道，从而数据包碰撞而导致传输失败，这样不仅极大的影响了两个网络系统的传输质量，而且浪费了信道资源。
为了使LTE-U与WiFi网络系统在未授权频段正常传输，需要设计一种适用于两者共存的MAC协议。
发明内容
为解决上述传输不同步而引起的碰撞问题，本发明的目的在于提供一种适用于LTE-U与WiFi两种网络共享信道资源时可以避免碰撞的方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种LTE-U/WiFi共用未授权频段避免碰撞的方法，提供LTE-U网络系统、WiFi网络系统以及未授权频段，LTE-U网络系统和WiFi网络系统共享使用未授权频段，LTE-U网络系统与WiFi网络系统采用相同的MAC协议。
LTE-U网络系统包含一个基站和M个用户设备，WiFi网络系统包含一个基站和N个用户设备，未授权频段包括L个子信道。
所述MAC协议是基于载波侦听的MAC协议。
LTE-U设备包含活跃、静默、侦听信道三个阶段。
WiFi设备包括感知、传输期，其中传输期包括退避、传输数据包阶段。
当LTE-U设备和WiFi设备同时处于传输期时，LTE-U设备优先使用信道资源，WiFi设备进入退避阶段。
WiFi端设备采用全双工模式，使得WiFi设备在传输数据的同时还对信道状态进行感知，从而在LTE-U信号到达时立即做出退避，避免WiFi与LTE-U信号的碰撞。WiFi端设备采用了全双工模式，实现了同步传输与感知。
所述用户设备选自如下设备中的一个或多个：移动终端、PDA或平板电脑。
一种LTE-U/WiFi共用未授权频段避免碰撞的系统，所述避免碰撞的系统包括LTE-U网络系统、WiFi网络系统以及未授权频段，LTE-U网络系统和WiFi网络系统共享使用未授权频段，LTE-U网络系统与WiFi网络系统采用相同的MAC协议。
本发明的有益之处在于：
1、对LTE-U网络系统采用载波侦听协议使其与WiFi系统可以共享未授权频谱的信道资源且减少对WiFi性能的影响；
2、对WiFi设备采用全双工模式，可以有效减小LTE-U与WiFi传输阶段的碰撞概率，进而有效地提升了通信的频谱效率，使频谱效率更高；
3、因为频谱效率更高，所以使得系统的吞吐量有所提升。
附图说明
图1是本发明的LTE-U/WiFi网络共存的系统模型图；
图2是WiFi端设备采用的全双工模式图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
首先，我们建立一个LTE-U与WiFi共存的系统模型，参见图1所示的系统模型图，该系统模型包括LTE-U网络系统、WiFi网络系统以及未授权频段，其中LTE-U网络系统包含一个基站和M个用户设备，WiFi网络系统包含一个基站和N个用户设备，假设未授权频段包括L个子信道，所有信道资源(即所有L个子信道)由LTE-U网络系统与WiFi网络系统这两个网络系统共享使用，即LTE-U网络系统中的基站与用户设备之间传输数据时使用所述L个子信道，WiFi网络系统中的基站与用户设备之间传输数据时也使用所述L个子信道，为了LTE-U网络系统与WiFi网络系统这两种网络共享信道资源，LTE-U用户设备采用与WiFi系统相同类型MAC协议，即基于载波侦听的MAC协议，LTE-U采用载波侦听的方案与WiFi共同竞争信道。
在一个时隙中，WiFi设备通常分为感知时隙(SP)和传输时段(TP)；而LTE-U设备可处于活跃(ON)、静默(OFF)、侦听信道状态(L)；如图1所示，在时隙1开始，WiFi设备开始感知侦听后进入传输时段，此时LTE-U设备处于活跃(ON)，此时两个网络系统开始竞争资源，如果两个网络系统的信道使用优先级相同，那么会导致LTE-U设备和WiFi设备均进入退避阶段或同时进入数据传输，从而导致了信道资源浪费或数据传输碰撞而数据传输失败的问题，为了解决该问题，设置LTE-U设备的信道使用优先级高于WiFi设备的信道使用优先级，如图1中的时隙1，当两者均处于传输期时，由于LTE-U设备优先级高于WiFi设备，LTE-U设备优先使用信道，而WiFi设备进入退避阶段(Back-off)，因此避免了两者同时进入退避阶段，提高了信道资源利用率。当LTE-U设备使用信道完毕后，WiFi设备开始传输数据。
进入时隙2后，WiFi设备首先进入感知阶段，此时由于LTE-U设备处于静默(OFF)阶段，因此WiFi设备可使用信道，然后进入数据传输阶段，接着LTE-U设备侦听信道(L)，此时WiFi设备占用了信道，因此LTE-U设备接着进入静默阶段。
进入时隙3后，WiFi设备设备首先进入感知阶段，此时由于LTE-U设备处于静默(OFF)阶段，因此WiFi设备可使用信道，其接着进入传输数据阶段。
在该系统模型中，由于LTE-U具有较高的优先级，所以它可以随时接入空闲信道并占用该信道。但由于两个网络系统不同步，WiFi网络系统只能在LTE-U用户传输开始时感知到其信号。如果WiFi在当前信道传输时，此时LTE-U想要占用信道，会通过侦听发现信道处于忙碌状态，从而会发生碰撞或进入退避阶段。因为WiFi的传输阶段所用时间远大于感知阶段，所以LTE-U会在很长时间内感知到信道忙碌。此时LTE-U就会陷入重启失败的问题。针对该问题，本发明提出在WiFi端设备采用全双工模式，使得WiFi设备在传输数据的同时还对信道状态进行感知，从而在LTE-U信号到达时立即做出退避，避免WiFi与LTE-U信号的碰撞。WiFi设备的全双工模式如图2所示，WiFi设备在退避和传输数据的同时，一直对信道状态进行感知，并在感知到LTE-U设备信号时，立即进入退避状态，从而使得LTE-U设备抢占信道，避免了LTE-U陷入重启失败的问题。
由此可知，LTE-U网络系统与WiFi网络系统共用未授权频段的方法流程如下所述：
提供LTE-U网络系统、WiFi网络系统以及未授权频段，LTE-U网络系统与WiFi网络系统采用相同的MAC协议；
当LTE-U设备静默时，WiFi设备感知到信道空闲，接着进入数据传输阶段；
当LTE-U网络系统、WiFi网络系统均处于传输期时，LTE-U网络系统优先使用信道资源，此时WiFi设备进入退避阶段；
WiFi设备在退避和传输数据的同时，一直对信道状态进行感知，并在感知到LTE-U设备信号时，立即进入退避状态；
所述MAC协议是基于载波侦听的MAC协议。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种LTE-U/WiFi共用未授权频段避免碰撞的方法，其特征在于，提供LTE-U网络系统、WiFi网络系统以及未授权频段，所述LTE-U网络系统和所述WiFi网络系统共享使用未授权频段，所述LTE-U网络系统与所述WiFi网络系统采用相同的MAC协议。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LTE-U网络系统包含一个基站和M个用户设备，所述WiFi网络系统包含一个基站和N个用户设备，未授权频段包括L个子信道。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MAC协议是基于载波侦听的MAC协议。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，LTE-U用户设备包含活跃、静默、侦听信道阶段。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，WiFi用户设备包括感知、传输期，其中传输期包括退避、传输数据包阶段。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当LTE-U用户设备和WiFi用户设备同时处于传输期时，LTE-U用户设备优先使用信道资源，WiFi用户设备进入退避阶段。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，WiFi用户设备采用全双工模式，使得WiFi用户设备在传输数据的同时还对信道状态进行感知，从而在LTE-U信号到达时立即做出退避，避免WiFi与LTE-U信号的碰撞。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用户设备选自如下设备中的一个或多个：移动终端、PDA或平板电脑。
9.一种LTE-U/WiFi共用未授权频段避免碰撞的系统，其特征在于，所述避免碰撞的系统包括LTE-U网络系统、WiFi网络系统以及未授权频段，所述LTE-U网络系统和所述WiFi网络系统共享使用未授权频段，所述LTE-U网络系统与所述WiFi网络系统采用相同的MAC协议。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述LTE-U网络系统包含一个基站和M个用户设备，所述WiFi网络系统包含一个基站和N个用户设备，所述未授权频段包括L个子信道。
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