CN113490226B - 5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法及系统 - Google Patents

5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信技术领域，公开了一种5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法及系统，在3GPP公平性约束下，确定WiFi和NR‑U节点的最大网络有效吞吐量和相应的最优初始退避窗口大小的显式表达式，自适应调整NR‑U与WiFi共存网络系统参数用于令共存网络总有效吞吐量最大化。本发明通过优化设置，可以使对应NR‑U与WiFi共存网络之间保持3GPP公平约束要求，同时保证有效网络吞吐量最大化，达成双赢局面。该优化技术方法为NR‑U与WiFi共存网络的实际部署提供了理论仿真验证模型框架、系统优化参数显式表达式以及双赢优化条件的验证结果参考，对实际部署网络具有直接的参考价值。

Description

5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法及系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法及系统。
背景技术
目前，第五代移动通信技术普及应用面临如何解决频谱资源有限和用户无线网络传输需求日益增长之间的供需矛盾。为了应对频谱资源紧缺和控制成本，近年来，包括美国联邦通信委员会FCC、欧洲通信委员会ECC的多国政府组织和3GPP等国际标准化组织积极推动非授权频段共享技术。拥有1200MHz超宽带非授权频段的开放，无疑将为满足未来海量业务需求提供新的途径，同时5G蜂窝技术和WiFi无线局域网技术都对未授权频段报以较高期望。
2020年7月，3GPP宣布5G新空中接口第二阶段Release 16版本标准冻结，其中发布了首个支持在6GHz非授权频段工作的5G新空中接口(5G New Radio Unlicensed，5G NR-U)技术。如此，5G NR技术扩展至未授权频段已进入实践阶段，与其他已部署的无线网络共存将成为必须直面的关键问题，特别是与广泛部署的WiFi网络之间的和谐共存问题。
异构网络共存问题研究是实际网络部署的提前论证与改进优化环节，对实际网络部署起到直接指导作用，只有通过理论验证和实验仿真支撑的网络才具有实际部署的可行性，也才能减少试错成本。从以往异构网络共存的经验分析，不同接入机制或者不同参数集之间的异构网络是不能自然而然地实现共生网络和谐共存的，新接入网络对原有网络的影响是难以避免的，有时可能导致部分网络性能急剧下降，甚至出现瘫痪的情况，这对于已经实际部署的网络来说是难以接受的。
近期，有部分研究基于比例公平性或3GPP公平性条件，通过调节网络系统参数使LTE授权辅助接入(Long Term Evolution-Licensed Assisted Access，LTE-LAA)与WiFi共存网络的总网络吞吐速率最大化的应用场景，其中NR-U网络采用类似于LTE-LAA的LBT接入机制，是可以进行比较的最接近的现有技术。另有部分文章引入了基于网络切片或者空间复用技术来提高NR-U和WiFi共存网络的网络性能，并分别分析了不同接入优先级(AccessPriority Class，AC)的网络性能表现情况。在上述研究中，没有关于NR-U与WiFi共存网络在3GPP公平约束下的网络最大有效吞吐量的相关研究，也没有重点分析与LAA技术不同的NR-U采用的灵活参数集和可选时隙对网络性能的影响。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有5G NR-U与其他无线网络会产生冲突，无法共存。一方面，现有的研究局限于LTE-LAA的网络技术特点研究，对NR-U的灵活参数集和可选时隙的研究暂未涉及，这对未来部署NR-U网络是不利的；另一方面，现有针对NR-U与WiFi共存网络的研究主要采用引入网络切片或者空间复用等技术，而对针对基于LBT模式的优化调整网络接入参数的研究暂未涉及。
解决以上问题及缺陷的难度为：
本发明直接针对5G NR-U的新特性进行研究，需要对其丰富的参数集进行理论推导与实验仿真验证，同时引入NR-U节点可选择时隙这个影响因子，实验与理论推导相互对应并通过显式表达式进行展示。
在满足3GPP公平性要求的前提条件下，要使NR-U与WiFi共存网络的总有效吞吐量最大化，但会对吞吐量造成影响的变量多，需要弄清楚各个变量对吞吐量的影响程度情况，选取并确定关键性影响变量作为主要控制性影响因子。
解决以上问题及缺陷的意义为：
在满足3GPP公平性条件下，针对5G NR-U新特性研究可以实现NR-U网络与WiFi网络共存的最大化有效网络吞吐量，对实际网络部署具有指导意义。对各个影响变量的分析，如初始退避窗口、可变时隙等变量，对应对实际部署网络可能出现的异常问题有参考指导价值。对NR-U网络特性研究未来可扩展应用到更多无线网络共存场景中，其采用的统一分析模型具有很强的适应性，特别是可以扩展到与下一代WiFi网络共存研究中。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法及系统。
本发明是这样实现的，一种5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法，包括：
在3GPP公平性约束下，确定WiFi和NR-U节点的最大网络有效吞吐量和相应的最优初始退避窗口大小的显式表达式，自适应调整NR-U与WiFi共存网络系统参数用于令共存网络总有效吞吐量最大化。
进一步，所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法还包括：
通过对不同接入优先级的NR-U网络进行参数匹配设置、构建应用场景与网络仿真统一化模型、并确定针对NR-U节点可变时隙特征的优化参数显示表达式进行基于3GPP公平机制的5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化。
进一步，所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法包括以下步骤：
步骤一，基于WiFi与WiFi网络共存场景以及5G NR-U与WiFi网络共存场景构建应用场景与网络仿真模型，模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为，确定网络最大吞吐量；
步骤二，基于确定的网络最大吞吐量确定优化参数显示表达式；并进行仿真实验验证。
进一步，所述基于WiFi与WiFi网络共存场景以及5G NR-U与WiFi网络共存场景构建应用场景与网络仿真模型包括：
以WiFi或者NR-U节点头包为建模对象，按照WiFi或者NR-U节点头包的状态进行离散马尔可夫状态过程建模即在离散马尔可夫更新过程中建立模型。
进一步，步骤一中，所述模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为包括：
新生成头包初始状态为R0，如果传输成功，则保持在成功传输状态T0；否则，将保持在状态F0，直到冲突结束，然后移动至下一退避等待状态Ri，其中i表示头包所经历的碰撞次数，i的值随碰撞次数不断增加，直到达到最大退避等级K限制；
头包重试m次，且头包在重试期间退避窗口选择值区间维持在最大值；当i达到K+m时，若仍然发生碰撞，头包保持在F状态，直到碰撞结束，转移状态至初始退避等待状态即R0，退避阶段设置重新置零。
进一步，所述WiFi或者NR-U节点头包的状态包括：成功传输T、退避等待R和冲突持续F共3种状态。
进一步，所述确定网络最大吞吐量包括：
WiFi与WiFi共存网络的最大网络有效吞吐量为：
Figure BDA0003148080440000041
其中，
Figure BDA0003148080440000042
和
Figure BDA0003148080440000043
分别表示WiFi节点在成功传输状态和冲突状态持续时间，σ表示时隙，RD表示数据传输速率，PL(W)表示数据长度；
NR-U与WiFi网络的网络有效吞吐量为：
Figure BDA0003148080440000044
其中，
Figure BDA0003148080440000045
p表示节点成功传输概率，W表示初始退避窗口值，Pro (g)表示对应节点的有效传输占比，NR-U节点有效传输占比为
Figure BDA0003148080440000051
NR-U节点有效传输占比为
Figure BDA0003148080440000052
进一步，步骤二中，所述优化参数显示表达式如下：
Figure BDA0003148080440000053
Figure BDA0003148080440000054
进一步，所述进行仿真实验验证包括：
在标准参数设置条件下，对WiFi与WiFi共存网络的网络吞吐量进行理论值与仿真值随WiFi节点变化情况，NR-U与WiFi网络吞吐量理论值与仿真值随WiFi节点变化情况进行验证；
在优化设置条件下，验证满足3GPP公平性限制，基于NR-U与WiFi共存网络最大化吞吐量理论值与仿真值随WiFi节点变化情况，确定优化设置满足3GPP公平和最大化有效网络吞吐量；
在优化设置条件下，可视化展现NR-U灵活可变时隙对NR-U与WiFi优化共存网络最大化有效吞吐量的影响动态过程。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法的5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化系统，所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化系统包括：
网络最大吞吐量确定模块，用于基于WiFi与WiFi网络共存场景以及5GNR-U与WiFi网络共存场景构建应用场景与网络仿真模型，模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为，确定网络最大吞吐量；
仿真验证模块，用于基于确定的网络最大吞吐量确定优化参数显示表达式；并进行仿真实验验证。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过优化设置，可以使对应NR-U与WiFi共存网络之间保持3GPP公平约束要求，同时保证有效网络吞吐量最大化，达成双赢局面。该优化技术方法为NR-U与WiFi共存网络的实际部署提供了理论仿真验证模型框架、系统优化参数显式表达式以及双赢优化条件的验证结果参考，对实际部署网络具有直接的参考价值。
本发明可以自适应调整不同情况下NR-U和WiFi节点共存网络参数，在满足3GPP公平机制条件下，即“NR-U网络对现有WiFi网络的影响不应超过接入相同数量WiFi节点网络的影响”，保证共存网络有效网络吞吐量最大化，并以显示表达式呈现。本发明是针对5GNR-U新特性进行技术方法研究，主要涉及三个方面内容，一是针对5G NR-U灵活丰富的参数集，可对不同接入优先级的NR-U网络进行参数匹配设置，满足NR-U丰富参数集与WiFi网络固定参数集对比实验仿真需求，满足各个参数调整对共存网络有效吞吐量影响研究的需求；二是针对NR-U节点可变时隙特征进行公式推算改进，在实验仿真中将时隙变化对有效网络吞吐量具体影响呈现出来，为调控时隙提供验证参考；三是统一化模型，本发明采用的模型具有很强的适应性，可扩展性强，相比较常规的Bianchi模型，具有结构简单，中间推导过程简化，中间过程与结论全部通过显示表达式展现的特点，对于相关问题的深入研究提供了更多便利条件。
附图说明
图1是本发明实施例提供的5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法流程图。
图2是本发明实施例提供的WiFi与WiFi网络共存场景示意图。
图3是本发明实施例提供的5G NR-U与WiFi网络共存场景示意图。
图4是本发明实施例提供的5G NR-U与WiFi共存网络节点头包状态嵌入式马尔科夫链状态转移过程示意图。
图5是本发明实施例提供的WiFi与WiFi共存网络，NR-U与WiFi共存网络，标准参数设置下NR-U优先级为1时有效网络吞吐量示意图。
图6是本发明实施例提供的WiFi与WiFi共存网络，NR-U与WiFi共存网络，标准参数设置下NR-U优先级为4时有效网络吞吐量示意图。
图7是本发明实施例提供的WiFi与WiFi共存网络，NR-U与WiFi共存网络，优化设置下有效网络吞吐量示意图。
图8是本发明实施例提供的NR-U与WiFi共存网络，优化设置下时隙变化与有效网络吞吐量关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明实施例提供的5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法包括：
通过对不同接入优先级的NR-U网络进行参数匹配设置、构建应用场景与网络仿真统一化模型、并确定针对NR-U节点可变时隙特征的优化参数显示表达式进行基于3GPP公平机制的5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化。
如图1所示，本发明实施例提供的5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法包括以下步骤：
S101，基于WiFi与WiFi网络共存场景以及5G NR-U与WiFi网络共存场景构建应用场景与网络仿真模型；
S102，模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为，确定网络最大吞吐量；
S103，基于确定的网络最大吞吐量确定优化参数显示表达式；并进行仿真实验验证。
本发明实施例提供的基于WiFi与WiFi网络共存场景以及5G NR-U与WiFi网络共存场景构建应用场景与网络仿真模型包括：
以WiFi或者NR-U节点头包为建模对象，按照WiFi或者NR-U节点头包的状态进行离散马尔可夫状态过程建模即在离散马尔可夫更新过程中建立模型。
本发明实施例提供的模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为包括：
新生成头包初始状态为R0，如果传输成功，则保持在成功传输状态T0；否则，将保持在状态F0，直到冲突结束，然后移动至下一退避等待状态Ri，其中i表示头包所经历的碰撞次数，i的值随碰撞次数不断增加，直到达到最大退避等级K限制；
头包重试m次，且头包在重试期间退避窗口选择值区间维持在最大值；当i达到K+m时，若仍然发生碰撞，头包保持在F状态，直到碰撞结束，转移状态至初始退避等待状态即R0，退避阶段设置重新置零。
本发明实施例提供的WiFi或者NR-U节点头包的状态包括：成功传输T、退避等待R和冲突持续F共3种状态。
本发明实施例提供的确定网络最大吞吐量包括：
WiFi与WiFi共存网络的最大网络有效吞吐量为：
Figure BDA0003148080440000091
其中，
Figure BDA0003148080440000092
和
Figure BDA0003148080440000093
分别表示WiFi节点在成功传输状态和冲突状态持续时间，σ表示时隙，RD表示数据传输速率，PL(W)表示数据长度；
NR-U与WiFi网络的网络有效吞吐量为：
Figure BDA0003148080440000094
其中，
Figure BDA0003148080440000095
p表示节点成功传输概率，W表示初始退避窗口值，Pro (g)表示对应节点的有效传输占比，NR-U节点有效传输占比为
Figure BDA0003148080440000096
NR-U节点有效传输占比为
Figure BDA0003148080440000097
本发明实施例提供的优化参数显示表达式如下：
Figure BDA0003148080440000098
Figure BDA0003148080440000099
本发明实施例提供的进行仿真实验验证包括：
在标准参数设置条件下，对WiFi与WiFi共存网络的网络吞吐量进行理论值与仿真值随WiFi节点变化情况，NR-U与WiFi网络吞吐量理论值与仿真值随WiFi节点变化情况进行验证；
在优化设置条件下，验证满足3GPP公平性限制，基于NR-U与WiFi共存网络最大化吞吐量理论值与仿真值随WiFi节点变化情况，确定优化设置满足3GPP公平和最大化有效网络吞吐量；
在优化设置条件下，可视化展现NR-U灵活可变时隙对NR-U与WiFi优化共存网络最大化有效吞吐量的影响动态过程。
本发明提供一种5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化系统包括：
网络最大吞吐量确定模块，用于基于WiFi与WiFi网络共存场景以及5GNR-U与WiFi网络共存场景构建应用场景与网络仿真模型，模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为，确定网络最大吞吐量；
仿真验证模块，用于基于确定的网络最大吞吐量确定优化参数显示表达式；并进行仿真实验验证。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1：
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于3GPP公平机制的NR-U与WiFi共存网络优化方案，所述方案包括应用场景与网络仿真模型、优化参数显示表达式推算以及仿真验证实验。
1)应用场景与网络仿真模型：如图2所示，两个WiFi接入点附件连接多个站点用户组成的WiFi与WiFi共存网络示意图，WiFi接入点和WiFi站点用户之间在媒体访问控制层MAC通过分布式协调功能DCF控制传输。设定与接入点1连接的站点数量为n(R)-1个，而与接入点2相连站点数量为n(W)-1个。按照IEEE 802.11标准，每个节点采用相同的退避参数，包括初始退避窗口值W(W)，最大退避等级K(W)以及最大退避窗口保持次数值m(W)；如图3所示，NRU和WiFi网络共存场景，与图2相比，WiFi接入点1被替换为NR-U基站,与接入点1连接的终端连接到NR-U基站进行传输。目前研究NR-U网络倾向于采用“先听后说”LBT信道接入方案策略。假设每个节点采用相同的初始退避窗口值W(R)、最大退避等级K(R)、最大退避保持次数m(R)、传输机会TXOP值T(R)和可选择时隙值S(R)。与WiFi节点不同的是，NR-U节点在接入信道时，根据节点的接入优先级AC不同，允许传输机会TXOP值不同。如图4所示，本方法以WiFi或者NR-U节点头包为建模对象，按照其可能处于的成功传输T、退避等待R和冲突持续F，3种状态进行离散马尔可夫状态过程建模。在离散马尔可夫更新过程中可以建立模型来模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为，一个新生成头包最初处于状态R0，如果传输成功，则保持在状态T；否则，它将保持在状态F0，直到冲突结束，然后移动到状态R1，其中i表示头包所经历的碰撞次数，其值随碰撞次数不断增加，直到达到最大退避等级K限制。在此之后，头包将再重试m次，在此期间退避窗口选择值区间维持在最大值。当i达到K+m时，如果仍然发生碰撞，头包将保持在状态F状态，直到碰撞结束，然后转移状态至R0，退避阶段设置重新置零。
WiFi与WiFi共存网络的最大网络有效吞吐量为
Figure BDA0003148080440000111
其中
Figure BDA0003148080440000112
和
Figure BDA0003148080440000113
分别为WiFi节点在成功传输状态和冲突状态持续时间，σ为时隙，取值9微秒，RD为数据传输速率，PL(W)为数据长度。NR-U与WiFi网络的网络有效吞吐量为
Figure BDA0003148080440000114
其中
Figure BDA0003148080440000115
p为节点成功传输概率，W为初始退避窗口值。
2)优化参数显示表达式推算：为了保证3GPP公平性要求，需要保证在NR-U与WiFi共存网络中WiFi网络性能不低于在WiFi与WiFi共存网络中，即满足条件
Figure BDA0003148080440000121
满足3GPP公平性要求的共存网络最大有效吞吐量为其中，当
Figure BDA0003148080440000122
时，
Figure BDA0003148080440000123
NR-U节点最佳初始退避窗口值为
Figure BDA0003148080440000124
，
而WiFi节点的最佳初始退避窗口值为
Figure BDA0003148080440000125
其中
Figure BDA0003148080440000131
此时网络最大吞吐量超过了WiFi与WiFi共存网络所能达到的最大网络吞吐量，说明新接入的NR-U网络实现了比原先WiFi网络更高效的有效吞吐量；相反，当
Figure BDA0003148080440000132
时，此时在3GPP条件下所能达到的最大网络吞吐量与WiFi共存网络所能达到的最大网络吞吐量一致，即
Figure BDA0003148080440000133
此时NR-U的初始退避窗口值为无穷大，NR-U的节点被限制传输，而WiFi节点初始退避窗口为
Figure BDA0003148080440000134
此时网络全部传输为WiFi网络的传输数据，该条件下保证了满足3GPP公平的条件要求，但严重影响了NR-U网络正常工作，这在实际NR-U与WiFi共存网络部署中要避免发生。
3)仿真验证实验：主要包括三个部分，第一是在标准参数设置条件下，对WiFi与WiFi共存网络的网络吞吐量进行理论值与仿真值随WiFi节点变化情况，NR-U与WiFi网络吞吐量理论值与仿真值随WiFi节点变化情况；第二是在优化设置条件下，验证满足3GPP公平性限制，实现NR-U与WiFi共存网络最大化吞吐量理论值与仿真值随WiFi节点变化情况，证明通过优化设置可以实现3GPP公平和最大化有效网络吞吐量的双赢局面；第三是在优化设置条件下，可视化展现NR-U灵活可变时隙对NR-U与WiFi优化共存网络最大化有效吞吐量的影响动态过程，证明NR-U灵活可变时隙在提升有效网络吞吐量方面的积极促进作用。
实施例2：
为了使本发明能在真实环境部署共存网络前对网络参数进行仿真分析，指导异构共存网络实现和谐共存，尽量避免真实环境部署中可能出现的不满足3GPP公平限制的情况发生，最大限度实现共存网络的最大有效吞吐量，以下结合附图及MATLAB具体实施例结果，对本技术进行进一步详细描述，但不作为对本技术的限定。下面为本技术的举出最佳实施例：
本发明是一种可以自适应调整不同情况下NR-U和WiFi节点共存网络参数，在满足3GPP公平机制条件下，保证共存网络有效网络吞吐量最大化，并以显示表达式呈现的技术方法。
1)在标准参数设置模式下，WiFi节点采用IEEE 802.11标准参数，节点初始退避窗口值W(W)为16，最大退避等级K(W)为6，最大退避窗口保持次数值m(W)为1，同时WiFi节点数据有效负载4000字节，数据传输速率RD为54Mbps。NR-U节点采用接入优先级为4的参数配置，具体为始退避窗口值W(R)为16、最大退避等级K(R)为6、最大退避保持次数m(R)为4、传输机会TXOP值T(R)为8000微秒，同时选择可选择时隙值S(R)为1000微秒。此时，由于WiFi和NR-U的退避参数基本接近，但是传输时间不一样，明显NR-U节点获得传输机会后占用信道时间高于WiFi节点，WiFi网络的传输将受到NR-U网络占用信道造成的抑制，而当NR-U节点向更高接入优先级调整时，该抑制现象将会更加明显，直至WiFi网络完全瘫痪，如图5所示，采用优先级为1时，具体为始退避窗口值W(R)为1、最大退避等级K(R)为1、最大退避保持次数m(R)为1、传输机会TXOP值T(R)为2000微秒，同时选择可选择时隙值S(R)为1000微秒，此时WiFi网络已经完全瘫痪。如图6所示，在标准参数设置下，NR-U与WiFi共存网络所能达到的最公平共存情况，但是WiFi网络依然是受到了抑制，且完全不满足3GPP公平性要求。图6中，WiFi与WiFi共存网络，NR-U与WiFi共存网络，标准参数设置下有效网络吞吐量：初始退避窗口值W(W)＝16，退避等级K(W)＝6，最大退避保持次数m(W)＝1，数据传输速率RD＝54MHz，基本传输速率RB＝6MHz,有效负载PL(W)＝4000B，NR-U节点数量N(R)＝20,对应时隙S(R)＝1ms，最大退避保持次数m(R)＝4,NR-U接入优先级AC＝4:退避等级K(R)＝6,初始退避窗口值W(R)＝16,TXOP值T(R)＝8ms.
2)在优化参数设置的模式下，WiFi和NR-U节点最佳初始退避窗口按照优化公式选取，其余参数按照标准参数设置，如图7所示，在优化参数设置情况下，3GPP公平性得到保证，且共存网络吞吐量高于WiFi和WiFi共存网络的最大吞吐量，表明新接入的NR-U网络比原来纯WiFi网络实现了更高的有效吞吐量，系统整体系统得到提升。图7中，WiFi与WiFi共存网络，NR-U与WiFi共存网络，优化设置下有效网络吞吐量：初始退避窗口值
Figure BDA0003148080440000151
退避等级K(W)＝6，最大退避保持次数m(W)＝1，数据传输速率RD＝54MHz，基本传输速率RB＝6MHz,有效负载PL(W)＝4000B，NR-U节点数量N(R)＝20,对应时隙S(R)＝1ms，最大退避保持次数m(R)＝4,NR-U接入优先级AC＝4:退避等级K(R)＝6,TXOP值T(R)＝8ms.
3)在优化参数设置的模式下，WiFi和NR-U节点最佳初始退避窗口按照优化公式选取，其余参数按照标准参数设置，如图8所示，NR-U采用的时隙越小对应的共存网络有效吞吐量越大，网络的效率值越高。图8中，NR-U与WiFi共存网络，标准参数设置下有效网络吞吐量：初始退避窗口值
Figure BDA0003148080440000152
Figure BDA0003148080440000153
退避等级K(W)＝6，最大退避保持次数m(W)＝1，数据传输速率RD＝54MHz，基本传输速率RB＝6MHz,有效负载PL(W)＝4000B，NR-U节点数量N(R)＝20,对应时隙S(R)＝1ms，最大退避保持次数m(R)＝4,NR-U接入优先级AC＝1:退避等级K(R)＝1,TXOP值T(R)＝2ms，NR-U接入优先级AC＝4:退避等级K(R)＝6,TXOP值T(R)＝8ms.
下面结合具体实验数据对本发明的效果作进一步描述。
本发明选取NR-U与WiFi共存网络标准参数与优化设置进行实验比较，在标准参数设置条件下，当NR-U优先级为1时，WiFi网络完全被抑制，吞吐量为0，而NR-U网络由于退避等级K(R)＝1，节点发生冲突的概率大大增加，节点传输机会T(R)＝2ms数据较小，系统接入的开销大，其真实有效吞吐量仅为0.3左右；当NR-U优先级为4时，WiFi网络吞吐量在0.02至0.15之间，WiFi网络依然受到了明显的抑制，距离3GPP公平标准线0.22至0.45差距也很大。由此，在标准参数设置条件下，不管NR-U采用何种优先级接入都不能满足3GPP公平性要求，同时WiFi网络受到明显的抑制。在优化设置中，不管是优先级为1或者4，WiFi网络都满足3GPP公平性要求，同时还保证了共存网络总有效吞吐量大于等于WiFi与WiFi共存网络。本发明还进一步研究了可变时隙对吞吐量的影响过程，在优化设置条件下，网络最大有效吞吐量随时隙的变化情况，当时隙从100us至1000us变化时，优先级为1，网络最大总吞吐量从0.8087至0.6688变化，影响变化范围为0.1399；优先级为4，网络最大吞吐量从0.8289至0.7854变化，影响变化范围为0.0435。实验表明时隙变化的影响程度主要节点传输机会T(R)有关，T(R)越大时隙变化的影响越小，而采用越小的时隙系统的有效网络吞吐量越高。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法，其特征在于，所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法包括：
在3GPP公平性约束下，确定WiFi和NR-U节点的最大网络有效吞吐量和相应的最优初始退避窗口大小的显式表达式；
自适应调整NR-U与WiFi共存网络系统参数令共存网络总有效吞吐量最大化；
所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法还包括：
通过对不同接入优先级的NR-U网络进行参数匹配设置、构建应用场景与网络仿真统一化模型、并确定针对NR-U节点可变时隙特征的优化参数显示表达式进行基于3GPP公平机制的5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化；
所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法包括以下步骤：
步骤一，基于WiFi与WiFi网络共存场景以及5G NR-U与WiFi网络共存场景构建应用场景与网络仿真模型，模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为，确定网络最大吞吐量；
步骤二，基于确定的网络最大吞吐量确定优化参数显示表达式；并进行仿真实验验证；
所述基于WiFi与WiFi网络共存场景以及5G NR-U与WiFi网络共存场景构建应用场景与网络仿真模型包括：
以WiFi或者NR-U节点头包为建模对象，按照WiFi或者NR-U节点头包的状态进行离散马尔可夫状态过程建模即在离散马尔可夫更新过程中建立模型；
步骤一中，所述模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为包括：
新生成头包初始状态为R0，如果传输成功，则保持在成功传输状态T0；否则，将保持在状态F0，直到冲突结束，然后移动至下一退避等待状态Ri，其中i表示头包所经历的碰撞次数，i的值随碰撞次数不断增加，直到达到最大退避等级K限制；
头包重试m次，且头包在重试期间退避窗口选择值区间维持在最大值；当i达到K+m时，若仍然发生碰撞，头包保持在F状态，直到碰撞结束，转移状态至初始退避等待状态即R0，退避阶段设置重新置零；
所述WiFi或者NR-U节点头包的状态包括：成功传输T、退避等待R和冲突持续F共3种状态；
所述确定网络最大吞吐量包括：
WiFi与WiFi共存网络的最大网络有效吞吐量为：
Figure FDA0003602205800000021
其中，
Figure FDA0003602205800000022
和
Figure FDA0003602205800000023
分别表示WiFi节点在成功传输状态和冲突状态持续时间，σ表示时隙，RD表示数据传输速率，PL(W)表示数据长度；
NR-U与WiFi网络的网络有效吞吐量为：
Figure FDA0003602205800000024
其中，
Figure FDA0003602205800000025
p表示节点成功传输概率，W表示初始退避窗口值，Pro (g)表示对应节点的有效传输占比，NR-U节点有效传输占比为
Figure FDA0003602205800000026
NR-U节点有效传输占比为
Figure FDA0003602205800000027
步骤二中，所述优化参数显式表达式如下：
Figure FDA0003602205800000031
Figure FDA0003602205800000032
所述进行仿真实验验证包括：
在标准参数设置条件下，对WiFi与WiFi共存网络的网络吞吐量进行理论值与仿真值随WiFi节点变化情况，NR-U与WiFi网络吞吐量理论值与仿真值随WiFi节点变化情况进行验证；
在优化设置条件下，验证满足3GPP公平性限制，基于NR-U与WiFi共存网络最大化吞吐量理论值与仿真值随WiFi节点变化情况，确定优化设置满足3GPP公平和最大化有效网络吞吐量；
在优化设置条件下，可视化展现NR-U灵活可变时隙对NR-U与WiFi优化共存网络最大化有效吞吐量的影响动态过程。
2.一种实施权利要求1所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法的5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化系统，其特征在于，所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化系统包括：
网络最大吞吐量确定模块，用于基于WiFi与WiFi网络共存场景以及5G NR-U与WiFi网络共存场景构建应用场景与网络仿真模型，模拟每个WiFi或NR-U节点头包状态转化行为，确定网络最大吞吐量；
仿真验证模块，用于基于确定的网络最大吞吐量确定优化参数显示表达式；并进行仿真实验验证。
3.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法。
4.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1所述5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115314395B (zh) * 2022-07-11 2024-01-19 中电信数智科技有限公司 一种nr信号覆盖路测优化的方法
CN116437364B (zh) * 2022-11-25 2024-01-30 华中科技大学 一种非授权频段5g新空口多址接入机制切换方法及系统
CN116209089B (zh) * 2023-04-28 2023-08-11 北京电子科技学院 5G在免授权频段与WiFi网络可靠共存的方法与系统
CN118075760B (zh) * 2024-04-24 2024-06-18 成都信息工程大学 基于新一代无线电和WiFi共存的非授权频谱接入方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110121177A (zh) * 2019-05-08 2019-08-13 中山大学 LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法
CN111065102A (zh) * 2019-12-16 2020-04-24 北京理工大学 基于q学习的免授权频谱下5g多系统共存资源分配方法
CN111935826A (zh) * 2020-06-23 2020-11-13 东南大学 一种面向公平性的非授权频段NR-U与WiFi共存网络载波选择方法
CN112740809A (zh) * 2018-09-24 2021-04-30 三星电子株式会社 非授权nr的竞争窗口大小适配的方法和装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11109409B2 (en) * 2018-10-10 2021-08-31 Cable Television Laboratories, Inc. Assisted random access procedure for NR-U

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112740809A (zh) * 2018-09-24 2021-04-30 三星电子株式会社 非授权nr的竞争窗口大小适配的方法和装置
CN110121177A (zh) * 2019-05-08 2019-08-13 中山大学 LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法
CN111065102A (zh) * 2019-12-16 2020-04-24 北京理工大学 基于q学习的免授权频谱下5g多系统共存资源分配方法
CN111935826A (zh) * 2020-06-23 2020-11-13 东南大学 一种面向公平性的非授权频段NR-U与WiFi共存网络载波选择方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LTE-U与WiFi共存技术综述;孙静怡等;《通信技术》;20200810(第08期);全文 *

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