專利名稱:一種機(jī)會信道接入與切換方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)中的接入控制領(lǐng)域,尤其涉及一種機(jī)會信道接入與切換方法及裝置。
背景技術(shù):
提高無線頻譜的傳輸效率,是無線通信領(lǐng)域的一個經(jīng)典研究課題,其中需要面對的一個關(guān)鍵問題就是無線信道的時變特性:由于無線信號的多徑傳播特性,在通信終端或者周圍反射物存在移動的應(yīng)用場景下,終端接收信號的質(zhì)量隨時間動態(tài)變化。傳統(tǒng)的信號處理方式,比如均衡、編碼、分集合并等物理層技術(shù),在對抗信道動態(tài)性上面效果顯著,一定程度上緩解了信道動態(tài)性對數(shù)據(jù)包傳輸?shù)膼毫佑绊懀欢@些技術(shù)需要復(fù)雜的硬件支持,比如均衡器、多天線等,帶來了設(shè)計難度與應(yīng)用成本的上升。相對于傳統(tǒng)觀念試圖使用物理層技術(shù)去克服信道動態(tài)性,近些年的一些新研究表明,如果能在鏈路以及鏈路以上層面充分利用信道的這種動態(tài)性,系統(tǒng)的吞吐量將能進(jìn)一步的得到大幅提升,具體來說,由于信道的鏈路質(zhì)量隨機(jī)動態(tài)變化,對于同一用戶來說,同一時刻不同信道表現(xiàn)出來的鏈路質(zhì)量存在顯著差異(即多信道分集),因此,用戶可以通過序貫的探測信道,然后機(jī)會的接入當(dāng)前瞬時鏈路質(zhì)量較好的信道進(jìn)行傳輸,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量的提升。近幾年的研究關(guān)注了這類序貫觀測與機(jī)會接入問題,提出了相應(yīng)的機(jī)會接入策略來獲取多信道分集增益。然而,現(xiàn)有的研究所提出的策略都建立于恒定傳輸時間模型:將每個傳輸時隙設(shè)置為信道相關(guān)時間,并假設(shè)信道狀態(tài)在時隙內(nèi)不發(fā)生變化,且在相鄰時隙間獨(dú)立變化。事實(shí)上,由于信道相關(guān)時間僅是信道質(zhì)量高度相關(guān)的持續(xù)時間的一種統(tǒng)計度量,實(shí)際的信道保持良好狀態(tài)的時間可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出信道相關(guān)時間,同時,信道質(zhì)量也有可能在一個信道相關(guān)時間內(nèi)迅速惡化。因此,使用恒定的傳輸時間將導(dǎo)致時頻兩個方面?zhèn)鬏敊C(jī)會的損失:當(dāng)前信道狀態(tài)依舊良好卻因傳輸時間限制被放棄,導(dǎo)致時域機(jī)會的損失;或者當(dāng)前信道鏈路質(zhì)量變差,卻因傳輸時間限制而不能及時切換到具有更好鏈路質(zhì)量的信道,導(dǎo)致頻域傳輸機(jī)會的浪費(fèi),這兩方面的傳輸機(jī)會的損失,是現(xiàn)有技術(shù)信道利用效率較低的主要原因。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種能夠最大化信道利用效率的機(jī)會信道接入與切換方法及裝置。為達(dá)此目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種機(jī)會信道接入與切換方法,包括:接收端接收到由發(fā)送端經(jīng)探測到的空閑信道發(fā)送的包含訓(xùn)練序列的RTSOtequestTo Send,請求發(fā)送)數(shù)據(jù)包;根據(jù)所述訓(xùn)練序列獲得所述空閑信道的信道狀態(tài),并將信道狀態(tài)通過CTS (Clear To Send,允許發(fā)送)反饋給發(fā)送端,發(fā)送端與接收端判斷該信道狀態(tài)是否大于或等于最優(yōu)門限k%如果是,則接入該空閑信道進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸,否則,發(fā)送端與接收端根據(jù)共享的信道探測順序切換信道,尋找并探測下一個空閑信道。
其中,接入該空閑信道進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸進(jìn)一步包括:數(shù)據(jù)流分成多個數(shù)據(jù)包依次傳輸,傳輸每個數(shù)據(jù)包的同時在其尾部嵌入訓(xùn)練序列;接收端接收到所述尾部嵌入了訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)包,根據(jù)數(shù)據(jù)包尾部的訓(xùn)練序列獲得當(dāng)前信道的實(shí)時信道狀態(tài),并通過ACK (Acknowledgment,確認(rèn)字符)數(shù)據(jù)包將實(shí)時信道狀態(tài)反饋給發(fā)送端,發(fā)送端與接收端判斷數(shù)據(jù)流是否傳輸完畢,如果是,則發(fā)送端發(fā)送一個傳輸終止信號給接收端,雙方結(jié)束傳輸過程,否則,判斷該實(shí)時信道狀態(tài)是否大于或等于所述最優(yōu)門限k%如果是,則繼續(xù)在當(dāng)前信道進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸,否則,發(fā)送端與接收端根據(jù)共享的信道探測順序切換信道,尋找并探測下一個空閑信道。其中,接收端接收到由發(fā)送端經(jīng)探測到的空閑信道發(fā)送的包含訓(xùn)練序列的RTS數(shù)據(jù)包之前,進(jìn)一步包括:發(fā)送端需要發(fā)送數(shù)據(jù)流時,在控制通道發(fā)送一個RTS數(shù)據(jù)包給接收端;接收端停留在控制通道并做好接收數(shù)據(jù)流準(zhǔn)備時,給接收端回復(fù)一個CTS數(shù)據(jù)包,以實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端共享信道探測順序;發(fā)送端和接收端根據(jù)共享的信道探測順序?qū)π诺肋M(jìn)行探測,首先探測信道探測順序的第一個信道,判斷信道是否空閑,如果是,則發(fā)送端經(jīng)該空閑信道向接收端發(fā)送包含訓(xùn)練序列的RTS數(shù)據(jù)包,否則,切換到所述信道探測順序中的下一個信道繼續(xù)探測,直到探測到空閑信道。其中,最優(yōu)門限由以下方法計算:a、獲得系統(tǒng)的信道離散化參數(shù):獲取系統(tǒng)支持的傳輸速率等級{0,1,...,Κ_1}以及每檔速率對應(yīng)的信噪比門限Tk;獲取系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的最大多普勒頻移fd ;獲取信道平均信噪比Y。;b、由信道離散化參數(shù)計算信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣:根據(jù)系統(tǒng)的傳輸速率等級,將信道描述為一個K狀態(tài)的有限狀態(tài)馬爾科夫模型{0,I,...,κ-ι},其中每一個狀態(tài)對應(yīng)一檔速率:如果接收信噪比rk< Y〈rk+1,那么信道處于狀態(tài)k ;信道狀態(tài)的平穩(wěn)概率分布k由下式獲取:
權(quán)利要求
1.一種機(jī)會信道接入與切換方法,其特征在于,包括: 接收端接收到由發(fā)送端經(jīng)探測到的空閑信道發(fā)送的包含訓(xùn)練序列的RTS數(shù)據(jù)包,根據(jù)所述訓(xùn)練序列獲得所述空閑信道的信道狀態(tài),并將信道狀態(tài)通過CTS反饋給發(fā)送端,發(fā)送端與接收端判斷該信道狀態(tài)是否大于或等于最優(yōu)門限k%如果是,則接入該空閑信道進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸,否則,發(fā)送端與接收端根據(jù)共享的信道探測順序切換信道,尋找并探測下一個空閑信道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)會信道接入與切換方法,其特征在于:所述接入該空閑信道進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸進(jìn)一步包括: 數(shù)據(jù)流分成多個數(shù)據(jù)包依次傳輸,傳輸每個數(shù)據(jù)包的同時在其尾部嵌入訓(xùn)練序列; 接收端接收到所述尾部嵌入了訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)包,根據(jù)數(shù)據(jù)包尾部的訓(xùn)練序列獲得當(dāng)前信道的實(shí)時信道狀態(tài),并通過ACK數(shù)據(jù)包將實(shí)時信道狀態(tài)反饋給發(fā)送端,發(fā)送端與接收端判斷數(shù)據(jù)流是否傳輸完畢,如果是,則發(fā)送端發(fā)送一個傳輸終止信號給接收端,雙方結(jié)束傳輸過程,否則,判斷該實(shí)時信道狀態(tài)是否大于或等于所述最優(yōu)門限k%如果是,則繼續(xù)在當(dāng)前信道進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸,否則,發(fā)送端與接收端根據(jù)共享的信道探測順序切換信道,尋找并探測下一個空閑信道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)會信道接入與切換方法,其特征在于:接收端接收到由發(fā)送端經(jīng)探測到的空閑信道發(fā)送的包含訓(xùn)練序列的RTS數(shù)據(jù)包之前,進(jìn)一步包括: 發(fā)送端需要發(fā)送數(shù)據(jù)流時,在控制通道發(fā)送一個RTS數(shù)據(jù)包給接收端;接收端停留在控制通道并做好接收數(shù)據(jù) 流準(zhǔn)備時,給接收端回復(fù)一個CTS數(shù)據(jù)包,以實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端共享信道探測順序; 發(fā)送端和接收端根據(jù)共享的信道探測順序?qū)π诺肋M(jìn)行探測,首先探測信道探測順序的第一個信道,判斷信道是否空閑,如果是,則發(fā)送端經(jīng)該空閑信道向接收端發(fā)送包含訓(xùn)練序列的RTS數(shù)據(jù)包,否則,切換到 所述信道探測順序中的下一個信道繼續(xù)探測,直到探測到空閑信道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)會信道接入與切換方法,其特征在于:所述最優(yōu)門限由以下方法計算: a、獲得系統(tǒng)的信道離散化參數(shù): 獲取系統(tǒng)支持的傳輸速率等級{0,1,...,Κ_1}以及每檔速率對應(yīng)的信噪比門限r(nóng)k; 獲取系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的最大多普勒頻移fd ; 獲取信道平均信噪比Y(); b、由信道離散化參數(shù)計算信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣: 根據(jù)系統(tǒng)的傳輸速率等級,將信道描述為一個K狀態(tài)的有限狀態(tài)馬爾科夫模型{O, I,…,K-1},其中每一個狀態(tài)對應(yīng)一檔速率:如果接收信噪比rk< Y〈rk+1,那么信道處于狀態(tài)k ; 信道狀態(tài)的平穩(wěn)概率分布由下式獲取:
5.一種機(jī)會信道接入與切換裝置,其特征在于,包括: 接入切換單元:接收端接收到由發(fā)送端經(jīng)探測到的空閑信道發(fā)送的包含訓(xùn)練序列的RTS數(shù)據(jù)包;根據(jù)所述訓(xùn)練序列獲得所述空閑信道的信道狀態(tài),并將信道狀態(tài)通過CTS反饋給發(fā)送端,發(fā)送端與接收端判斷該信道狀態(tài)是否大于或等于最優(yōu)門限k%如果是,則接入該空閑信道進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸,否則,發(fā)送端與接收端根據(jù)共享的信道探測順序切換信道,尋找并探測下一個空閑信道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機(jī)會信道接入與切換裝置,其特征在于:還包括: 嵌入單元:數(shù)據(jù)流分成多個數(shù)據(jù)包依次傳輸,傳輸每個數(shù)據(jù)包的同時在其尾部嵌入訓(xùn)練序列; 實(shí)時探測單元:接收端接收到所述尾部嵌入了訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)包,根據(jù)數(shù)據(jù)包尾部的訓(xùn)練序列獲得當(dāng)前信道的實(shí)時信道狀態(tài),并通過ACK數(shù)據(jù)包將實(shí)時信道狀態(tài)反饋給發(fā)送端,發(fā)送端與接收端判斷數(shù)據(jù)流是否傳輸結(jié)束,如果是,則發(fā)送端發(fā)送一個傳輸終止信號給接收端,雙方結(jié)束傳輸過程,否則,判斷該實(shí)時信道狀態(tài)是否大于或等于所述最優(yōu)門限k%如果是,則繼續(xù)在當(dāng)前信道進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸,否則,發(fā)送端與接收端根據(jù)共享的信道探測順序切換信道,尋找并探測下一個空閑信道。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機(jī)會信道接入與切換裝置,其特征在于:還包括: 準(zhǔn)備單元:發(fā)送端需要發(fā)送數(shù)據(jù)流時,在控制通道發(fā)送一個RTS數(shù)據(jù)包給接收端;接收端停留在控制通道并做好接收數(shù)據(jù)流準(zhǔn)備時,給接收端回復(fù)一個CTS數(shù)據(jù)包,以實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端共享信道探測順序; 探測單元:發(fā)送端和接收端根據(jù)共享的信道探測順序?qū)π诺肋M(jìn)行探測,首先探測信道探測順序的第一個信道,判斷信道是否空閑,如果是,則發(fā)送端經(jīng)該空閑信道向接收端發(fā)送包含訓(xùn)練序列的RTS數(shù)據(jù)包,否則,切換到所述信道探測順序中的下一個信道繼續(xù)探測,直到探測到空閑信道。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機(jī)會信道接入與切換裝置,其特征在于,還包括: 最優(yōu)門限計算單元:所述最優(yōu)門限由以下方法計算: a、獲得系統(tǒng)的信道離散化參數(shù): 獲取系統(tǒng)支持的傳輸速率等級{0,1,...,Κ-1}以及每檔速率對應(yīng)的信噪比門限r(nóng)k; 獲取系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的最大多普勒頻移fd ; 獲取信道平均信噪比Yo; b、由信道離散化參數(shù)計算信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣: 根據(jù)系統(tǒng)的傳輸速率等級,將信道描述為一個K狀態(tài)的有限狀態(tài)馬爾科夫模型{0,1,...,K-1},其中每一個狀態(tài)對應(yīng)一檔速率:如果接收信噪比rk< Y〈rk+1,那么信道處于狀態(tài)k ; 信道狀態(tài)的平穩(wěn)概率分布由下式獲取:
全文摘要
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)中的接入控制領(lǐng)域,尤其涉及一種機(jī)會信道接入與切換方法及裝置,接收端接收到由發(fā)送端經(jīng)探測到的空閑信道發(fā)送的包含訓(xùn)練序列的RTS數(shù)據(jù)包,根據(jù)所述訓(xùn)練序列獲得所述空閑信道的信道狀態(tài),判斷該信道狀態(tài)是否大于或等于最優(yōu)門限k*,如果是,則接入該空閑信道進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸,否則,發(fā)送端與接收端根據(jù)共享的信道探測順序切換信道,尋找并探測下一個空閑信道,在本發(fā)明中,用戶可以根據(jù)訓(xùn)練序列獲得信道狀態(tài),調(diào)整信道的接入與切換,最大化地利用信道在時頻二維的瞬時傳輸機(jī)會,提高了信道的利用效率,本發(fā)明是在鏈路層進(jìn)行分集利用,相比于傳統(tǒng)的物理層分集技術(shù),不需要額外的附加硬件,利于應(yīng)用到現(xiàn)有的通信設(shè)備。
文檔編號H04L1/16GK103152837SQ20131005515
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者李柏文, 楊盤隆, 劉怡靜, 楊磊, 劉云浩 申請人:無錫清華信息科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中心