LTE在非授权频段的干扰管理

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近年来,用户对无线数据流量的需求呈指数型增长。然而,可以分配给运营商使用的授权频谱资源却越来越有限,因此运营商们不得不寻找新的方法来满足大量的数据传输需求。将LTE运行在非授权频段,尤其是ISM频段,以提高频谱的利用效率,就成为了运营商们关注的热点。LTE运行在非授权频段所面临的一个很重要的问题就是不同通信系统之间的干扰,其中最主要的就是LTE对Wi Fi的干扰。由于在MAC层所采用的接入机制不同,Wi Fi采用基于竞争的信道检测机制而LTE采用中心式调度机制,二者同频共存将导致Wi Fi系统的性能出现严重下降。因此,找到实现两者公平共存的方法变得至关重要,而主要的出发点就是MAC层接入机制的设计。本文首先提出了两种基于信道检测的LTE接入机制:周期检测和坚持检测。在周期检测机制中,LTE系统以一个子帧作为信道检测和数据传输的周期,利用子帧中前面若干个OFDM符号对信道上的干扰进行检测,然后根据干扰值决定余下的OFDM符号是否用来传输数据。在坚持检测机制中,LTE系统将用一个子帧的时间检测信道上的干扰值,如果信道空闲,则接入信道;否则,LTE系统将在下一个子帧继续对信道进行检测,直到信道空闲为止。通过在LTE系统中引入信道检测机制,可以在保证LTE系统性能不出现严重下降的情况下,使Wi Fi系统的性能得到大幅的提升,即达到两个系统之间和谐的共存。通过仿真结果可以看出,在保证LTE系统平均用户吞吐率不低于2Mbps的基础上,Wi Fi系统的平均用户吞吐率最高提高了6.3倍,验证了我们所提算法的有效性。本文还提出了一种基于p-坚持CSMA的自适应接入机制,在坚持检测的基础上,结合传统的p-坚持CSMA算法,通过引入LTE接入非授权频段的概率p,并将p定义为干扰功率值I的函数,以达到优化系统性能的目标。我们讨论了映射函数所需要满足的条件,具体提出了三种p与I的映射关系,并对这三种映射关系的有效性进行了仿真验证。通过仿真结果可以看出,在保证LTE系统平均用户吞吐率不显著低于Wi Fi系统平均用户吞吐率的基础上,Wi Fi系统的平均用户吞吐率最高提升了6.5倍,验证了我们所提算法的有效性。另外,我们结合仿真结果分析了参数设置对系统性能的影响。最后,我们总结了全文工作,并针对LTE在非授权频段干扰管理这一问题进行了研究展望,提出了一些潜在的研究方向。
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