CN111010743B - 非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法，属于无线传输技术领域。包括：设定WiFi和5G NR系统吞吐量和公平性的可接受变化阈值和最大可接受延迟；调整WiFi和5G NR网络的最佳占空比和传输周期，使每个周期NR ON时间不超过最大可接受延迟，计算可接受的最小占空比；5G NR‑U用户在NR ON阶段接入并传输，WiFi用户在NR OFF阶段；每个周期NR OFF结束时，5G NR‑U基站侦听非授权频段信道，判断是否接受WiFi用户传输。所述方法考虑了占空比方式共存时WiFi用户业务最大可接受延迟，避免了当NR ON开始时WiFi用户传输受到严重干扰导致的数据帧错误。
Description
技术领域
本发明涉及一种非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法，属于无线传输技术领域。
背景技术
随着物联网技术的发展以及大数据时代的到来，智能无线设备和全球移动流量呈现爆炸性增长的趋势，民众对移动数据流量巨大需求使得通信系统为用户提供服务质量保证充满挑战。为了缓解日益增长的通信系统压力，开发更多的频谱资源是一种有效的解决方案。随着各种无线通信的发展，可用的授权频段已变得十分拥挤，而非授权频段可用频谱资源丰富，同时具有开放性和良好的传播特性，非授权频段5G NR(New Radio)技术被学术界和工业界视为缓解通信系统容量压力的关键技术之一。非授权频段主要指2.4GHz和5GHz频段，但当前非授权频段主要由WiFi技术使用。由于5G NR和WiFi技术接入机制的不同，在非授权频段直接进行5G NR通信会对WiFi网络产生不可忽视的影响。
2018年在意大利举行3GPP全会上，3GPP决定启动Release 16版本中的5G NR免授权频谱(NR-U)项目，但在5G NR和WiFi用户比较密集的区域，可供5G NR-U用户使用的信道会出现不足。在这种情况下就需要采用占空比的方式来实现5G NR与WiFi的共存。所谓占空比就是在时域上将非授权频段分为多个传输周期，每个传输周期内5G NR与WiFi交替传输。在每个传输周期内，5G NR-U传输在NR ON阶段进行，在NR OFF阶段，WiFi用户则通过竞争使用信道。5G NR和WiFi网络的性能受占空比的影响较大，固定占空比方式无法有效利用非授权频段资源，为了解决这个问题，学术界和工业界已经提出多种根据环境的变化来调整WiFi和5G NR网络的占空比和传输周期的方法，提高了系统吞吐量，同时有效地保障5G NR-U和WiFi用户的公平性，使非授权频段频谱资源的利用率得到明显提升。
虽然占空比方式是解决非授权频段5G NR与WiFi共存的有效手段，但仍旧存在一些问题。当NR ON过长时WiFi的时延会显著增加。同时，当NR ON阶段开始时5G NR-U不检测信道而直接进行传输。如果此时有WiFi用户正在传输，就会受到严重干扰，造成WiFi数据帧的接收错误，这将导致WiFi系统性能的急剧下降。因此，如何保证非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统的性能是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能下降的问题，在系统吞吐量和公平性在可接受范围内变化的前提下，提出了非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
所述非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法依托的所述非授权频谱占空比共存系统，包括5G NR-U基站、5G NR-U用户、WiFi AP以及WiFi用户；
其中，WiFiAP包含WiFi监听模块；
5G NR-U基站与5G NR-U用户相连并互相传输信息；WiFiAP与WiFi用户相连并互相传输信息；
所述非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法，包括以下步骤：
步骤1：设定非授权频谱上基于占空比方式共存的WiFi和5G NR系统吞吐量和公平性的可接受变化阈值和WiFi用户业务的最大可接受延迟；
步骤2：5G NR-U基站根据WiFi用户的数量调整WiFi和5G NR的最佳占空比和传输周期，但每个周期NR ON时间不得超过步骤1设定的WiFi用户业务的最大可接受延迟，并根据步骤1设定的可接受变化阈值计算出可接受的最小占空比；
步骤3：在每个传输周期内，5G NR-U用户在NR ON阶段接入进行传输，WiFi用户在NR OFF阶段接入进行传输，WiFi用户之间，通过竞争使用信道；
步骤4：每个周期NR OFF结束时，5G NR-U基站通过WiFiAP监听模块来侦听非授权频段信道的利用情况，依据侦听到的非授权频段信道的利用情况判断是否结束此时刻的WiFi用户传输，具体为：
4.A：若在当前周期的NR OFF结束时WiFi用户结束传输，则在下一个NR ON阶段开始时5G NR-U用户进行传输；
4.B：若在当前周期的NR OFF结束时WiFi用户未结束传输，则WiFi用户继续占用下一周期NR ON前段部分时间继续传输，但不得使下一周期占空比小于可接受的最小占空比。
有益效果
所述非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法，对比现有技术，具有如下有益效果：
1、所述性能保证方法在基于占空比方式共存的前提下，考虑了WiFi用户业务最大可接受延迟，更加符合现实通信网络的状况和需求，将会在5G通信网络中带来更加广泛地应用；
2、所述性能保证方法与现有基于占空比共存的方法相比，解决了当NR ON过长时WiFi用户的时延会显著增加问题，保证了WiFi系统的性能；
3、所述性能保证方法在保证系统吞吐量和公平性在可接受范围内变化的前提下，解决了当NR ON开始时若WiFi用户正在传输，会受到严重干扰，造成WiFi数据帧的接收错误的问题。
附图说明
图1为本发明非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法的场景结构示意图；
图2为本发明非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法实施例中的NROFF结束时WiFi用户结束传输的描述示意图；
图3为本发明非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法实施例中的NROFF结束时WiFi用户未结束传输的描述示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法的具体实施进行详细描述。
实施例1
本发明考虑的场景如图1所示，5G NR-U用户和WiFi用户密集均匀地分布在一定区域，它们共享非授权频谱资源。由于5G NR-U用户激活时不考虑其他用户，如果多个5G NR-U用户同时激活，则5G NR-U用户之间可能会发生连续碰撞，所以限制5G NR-U用户个数为1。
本实施例公开的非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法，具体实施步骤如下：
步骤1：设定非授权频谱上基于占空比方式共存的WiFi和5G NR系统吞吐量和公平性的可接受变化阈值和WiFi用户业务的最大可接受延迟。
本实施例中设置非授权频谱上基于占空比方式共存的WiFi和5G NR系统吞吐量和公平性的可接受变化阈值为90％，WiFi用户业务的最大可接受延迟为80ms。
步骤2：5G NR-U基站根据环境变化自适应调整WiFi和5G NR网络的最佳占空比和传输周期，但每个周期NR ON时间不得超过WiFi用户业务的最大可接受延迟，并根据阈值计算出可接受的最小占空比。
其中，环境变化指的是WiFi用户的数量；
本实施例中，假设当前环境最佳占空比为d1＝0.8，最佳传输周期为T＝100ms，由阈值计算出可接受最小占空比为d2＝0.78。
基站调整占空比和传输周期时是以吞吐量和公平性为评价指标，现实通信网络中，WiFi的到达是随机的，若NR ON阶段开始时有WiFi到达，且传输周期中NR ON时间过长超过WiFi用户业务最大可接受时延，就会导致WiFi时延过大。本方法以WiFi用户业务最大可接受延迟为约束条件，可以解决这一问题，体现了有益效果中的第一条：即在基于占空比方式共存的前提下，考虑了WiFi用户业务最大可接受延迟，更加符合现实通信网络的状况和需求，将会在5G通信网络中带来更加广泛地应用。
步骤3：在每个传输周期内，5G NR-U用户在NR ON阶段接入进行传输，WiFi用户在NR OFF阶段，通过竞争使用信道。
本实施例中NR ON时间为TON＝80ms，NR OFF时间为TOFF＝20ms。
步骤4：每个周期NR OFF结束时，5G NR-U基站通过WiFiAP监听模块来侦听非授权频段信道的利用情况，判断此时刻WiFi用户是否结束传输。
步骤5：若在当前周期的NR OFF结束时WiFi用户结束传输，则在下一个NR ON阶段开始时5G NR-U用户继续进行传输。如图2所示。
图2中显示了传输过程中的两个传输周期，在第一个周期NR OFF结束时检测到WiFi用户完成传输，则下一个NR ON到来时，5G NR-U用户继续进行传输。
步骤6：若在当前周期的NR OFF结束时WiFi用户未结束传输，则WiFi用户继续占用下一周期NR ON前段部分时间继续传输，但不得使下一周期占空比小于可接受的最小占空比。
本实施例中，若在当前周期的NR OFF结束时WiFi用户未结束传输，则WiFi用户继续占用下一周期NR ON前段部分时间继续传输，占用时间TO≤T-TOFF/(1-d2)＝10ms，传输完成后5G NR-U用户立即接入，如图3所示。
图3中显示了传输过程中的两个传输周期，在第一个周期NR OFF结束时检测到WiFi用户未完成传输，则下一个NR ON到来时，在NR ON前段部分划分出一定时间给WiFi继续传输，5G NR-U用户保持等待，划分时间不超过10ms，WiFi传输完成后立即进入NR ON阶段，5G NR-U用户接入。此时WiFi用户不会收到干扰，数据帧接收正常。
图2和图3表明，本申请所述性能保证方法在保证系统吞吐量和公平性在可接受范围内变化的前提下，解决了当NR ON开始时若WiFi用户正在传输，会受到严重干扰，造成WiFi数据帧的接收错误的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法，其特征在于：依托的非授权频谱占空比共存系统，包括5G NR-U基站、5G NR-U用户、WiFi AP以及WiFi用户；
其中，WiFi AP包含WiFi监听模块；
5G NR-U基站与5G NR-U用户相连并互相传输信息；WiFi AP与WiFi用户相连并互相传输信息；
所述性能保证方法，包括以下步骤：
步骤1：设定非授权频谱上基于占空比方式共存的WiFi和5G NR系统吞吐量和公平性的可接受变化阈值和WiFi用户业务的最大可接受延迟；
步骤2：5G NR-U基站根据WiFi用户的数量调整WiFi和5G NR的最佳占空比和传输周期，并根据步骤1设定的可接受变化阈值计算出可接受的最小占空比；
步骤3：在每个传输周期内，5G NR-U用户在NR ON阶段接入进行传输，WiFi用户在NROFF阶段接入进行传输，WiFi用户之间通过竞争使用信道；
步骤4：每个周期NR OFF结束时，5G NR-U基站通过WiFi AP监听模块来侦听非授权频段信道的利用情况，依据侦听到的非授权频段信道的利用情况判断是否结束此时刻的WiFi用户传输。
2.根据权利要求1所述的非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法，其特征在于：步骤2中最佳占空比和传输周期的调整要使得每个周期NR ON时间不得超过步骤1设定的WiFi用户业务的最大可接受延迟。
3.根据权利要求1所述的非授权频谱占空比共存方式中WiFi系统性能保证方法，其特征在于：步骤4，具体为：
4A：若在当前周期的NR OFF结束时WiFi用户结束传输，则在下一个NR ON阶段开始时5GNR-U用户进行传输；
4B：若在当前周期的NR OFF结束时WiFi用户未结束传输，则WiFi用户继续占用下一周期NR ON前段部分时间继续传输，但不得使下一周期占空比小于可接受的最小占空比。
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