專利名稱：一種基于信道感知和信道預(yù)約相結(jié)合的多址接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，是一種多址接入方法。
背景技術(shù)：
IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)是目前無線局域網(wǎng)多址接入技術(shù)公認(rèn)的國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了 兩種多址接入?yún)f(xié)議方式其一是全分布式的分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)，另外一個(gè)是集中 式的點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)。 DCF是基于載波偵聽與沖突回避機(jī)制的一種多址隨機(jī)接入策 略。由于其實(shí)現(xiàn)簡單，DCF被業(yè)界廣泛采用。
隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來基于IEEE 802.11的無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng) 用。 一方面，隨著越來越多的用戶使用這一技術(shù)，正EE 802.11無線局域網(wǎng)所工作頻段 的頻譜資源變得越來越緊張。另一方面，IEEE 802.il標(biāo)準(zhǔn)所推薦使用的分組沖突解決 方法在網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)多以及通信信道質(zhì)量差的情況下不能有效的控制分組沖突的發(fā)生。 頻繁的分組沖突和信道誤幀的發(fā)生，將導(dǎo)致信道利用率的大幅度下降。
為了改進(jìn)IEEE 802.11多址接入?yún)f(xié)議的性能，具有能夠同時(shí)解決分組沖突及信道誤 幀的多址接入?yún)f(xié)議方案是至關(guān)重要的。目前已有的大多數(shù)沖突解決方法中，通信終端 相互獨(dú)立的產(chǎn)生各自的退避計(jì)數(shù)器初值，于是分組沖突便不可避免，尤其是在系統(tǒng)業(yè) 務(wù)量較大的情況下。在韓國Choi J.博士提出的多址接入?yún)f(xié)議EBA中，發(fā)送終端在發(fā) 送當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的同時(shí)，把接下來的數(shù)據(jù)分組將要使用的退避計(jì)數(shù)器的初值預(yù)先廣播 出去。這樣相應(yīng)的時(shí)隙便被預(yù)約下來，從而避免了其他發(fā)送終端使用同一時(shí)隙進(jìn)行數(shù) 據(jù)發(fā)送。然而，問題在于他們提出的EBA只解決了分組沖突問題，并未考慮到信道質(zhì) 量下降所導(dǎo)致的信道誤幀的問題。眾所周知，當(dāng)無線信道傳輸特性較差時(shí)，數(shù)據(jù)分組 的傳輸會(huì)經(jīng)常發(fā)生誤幀，進(jìn)而導(dǎo)致信道利用率大幅下降。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)由于信道誤幀而降低信道利用率的不足，本發(fā)明提供了一種基 于信道感知和信道預(yù)約相結(jié)合的多址接入方法(CA-DIBCR)，能有效提高網(wǎng)絡(luò)頻譜資 源的利用率。
本發(fā)明主要是通過信道感知來判斷信道當(dāng)前通信質(zhì)量是否適合傳輸數(shù)據(jù)分組。即 發(fā)送終端通過發(fā)送短的控制分組RTS給接收終端，然后接收終端從RTS中獲取信道參
數(shù)，并通過CTS分組傳遞給發(fā)送終端，由發(fā)送終端來決定是否傳輸數(shù)據(jù)分組。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是考慮一個(gè)單跳的無線局域網(wǎng)，發(fā)送 終端發(fā)送數(shù)據(jù)分組的步驟如下-
步驟一、發(fā)送終端在退避完成后，發(fā)送短控制分組RTS分組，退避過程按照IEEE 802.11的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
步驟二、考慮到分組發(fā)生碰撞或出現(xiàn)誤幀的可能，接收終端可能不能正確接收到 RTS分組。若接收終端正確接收到RTS分組，估算此分組的SNR值，并將此SNR值 嵌入至CTS分組中，隨CTS分組一起傳遞給發(fā)送終端。若接收終端沒有正確接收到 RTS分組，則不作任何反應(yīng)。
步驟三、若發(fā)送終端沒有正確接收到CTS分組，則重新進(jìn)入步驟一以嘗試再次發(fā) 送該數(shù)據(jù)分組。
步驟四、若發(fā)送終端正確接收到CTS分組，則首先讀取其中的SNR值，然后估 算數(shù)據(jù)分組的誤幀率，根據(jù)判決函數(shù)得到一個(gè)發(fā)送概率，按此發(fā)送概率來決定是否發(fā) 送此數(shù)據(jù)分組。
步驟五、若發(fā)送終端決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組，那么發(fā)送終端進(jìn)入退避過程，轉(zhuǎn)移 到步驟一以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
步驟六、若發(fā)送終端決定發(fā)送此數(shù)據(jù)分組，那么按照EBA的算法，將預(yù)約的信道 時(shí)隙以退避計(jì)數(shù)器初值的方式寫入數(shù)據(jù)分組的頭部，隨數(shù)據(jù)分組一起廣播出去，以完 成信道預(yù)約，然后等待確認(rèn)分組ACK。
步驟七、若發(fā)送終端正確接收到ACK分組，則表明數(shù)據(jù)分組已正確發(fā)送出去， 且下一個(gè)數(shù)據(jù)分組所對(duì)應(yīng)的信道時(shí)隙己預(yù)約好。隨后返回步驟一以準(zhǔn)備發(fā)送下一個(gè)數(shù) 據(jù)分組；若未能正確接收到ACK分組，則表明數(shù)據(jù)分組發(fā)送失敗，發(fā)送終端須再次 進(jìn)入退避過程，即轉(zhuǎn)移到步驟一，以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
所述的的判決函數(shù)如下式所示，發(fā)送端就是按照這個(gè)概率來決定是否發(fā)送該數(shù)據(jù) 分組。
<formula>formula see original document page 4</formula>其中，/^,為發(fā)送數(shù)據(jù)分組的概率，^為誤幀率，戶,—_為平均誤幀率，該平
均概率是將發(fā)送終端所估算出的最近5個(gè)誤幀率^,加以平均而得。P^為0時(shí)，則
以概率O發(fā)送數(shù)據(jù)分組；為1時(shí)，則以概率l發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；而當(dāng)其在0到1之間 時(shí)，則以概率P^發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
本發(fā)明的有益效果是將信道感知同信道預(yù)約相結(jié)合，保證發(fā)送終端所對(duì)應(yīng)的無 線信道傳輸質(zhì)量較差時(shí)，將寶貴的傳輸機(jī)會(huì)讓給信道質(zhì)量較好的其它用戶使用，從而 進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的通過率，即提高了信道的利用率。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明信道狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型示意圖。
圖2 (a)是CA-DIBCR歸一化吞吐量示意圖；圖2 (b)是EBA歸一化吞吐量示 意圖。
圖3 (a)是CA-DIBCR平均分組錯(cuò)誤概率示意圖；圖3 (b)是EBA平均分組錯(cuò) 誤概率示意圖。
圖4是CA-DIBCR中的CTS控制分組格式示意圖。
具體實(shí)施例方式
考慮一個(gè)發(fā)送終端將要發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)分組，整個(gè)信道接入過程敘述如下 步驟l:當(dāng)該發(fā)送終端相應(yīng)的發(fā)送機(jī)會(huì)到來時(shí)(即退避過程結(jié)束)，發(fā)送終端發(fā)送
一個(gè)短的控制分組RTS。 RTS分組經(jīng)過無線信道，可能會(huì)產(chǎn)生誤幀或與其他分組發(fā)生
碰撞。注意，退避過程按照IEEE 802.11的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
步驟2:若接收終端沒有接收到RTS或RTS產(chǎn)生了誤幀，那么接收終端不做任何
響應(yīng)。發(fā)送終端因未能接收到來自接收終端的CTS分組，從而決定放棄該數(shù)據(jù)分組的
發(fā)送機(jī)會(huì)。接著發(fā)送終端進(jìn)入再次退避的過程中，并轉(zhuǎn)移至步驟l以等待下一次發(fā)送
該數(shù)據(jù)分組的機(jī)會(huì)。
如果接收終端正確接收到RTS分組，則通過接收到的RTS分組的功率，可以估算 出發(fā)送RTS分組時(shí)相應(yīng)的信噪比SNR，信噪比的估計(jì)方法已很成熟，這里不再贅述。
接收終端返回一個(gè)CTS控制分組給發(fā)送終端，并將其測(cè)量得到的SNR數(shù)值嵌入 到CTS分組中。SNR數(shù)值可以采用16位浮點(diǎn)數(shù)編碼。具體的CTS控制分組格式如圖
4所示。圖中的"SNR"數(shù)據(jù)域用于承載16位的信噪比數(shù)值。
步驟3:若發(fā)送終端未能接收到CTS分組或CTS分組產(chǎn)生誤幀，那么發(fā)送終端進(jìn) 入再次退避的過程中，并轉(zhuǎn)移至步驟1以等待下一次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的機(jī)會(huì)。
步驟4:若發(fā)送終端可以正確接收到CTS，則提取出CTS分組中所攜帶的SNR 值。然后依據(jù)誤幀率公式估計(jì)在此信道情況下數(shù)據(jù)幀的誤幀率,),。。注意，根據(jù)不
同的調(diào)制解調(diào)模式，誤幀率公式應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。例如，若系統(tǒng)采用了 DBPSK調(diào)制方 式，其誤幀率(在不考慮采用信道糾錯(cuò)編碼措施的情況下)可按公式(1沐(2)估算。
C^^^ (1) "2(1+ S,
尸,),。"-(1-。" (2) 其中，g代表誤比特率，&,代表誤幀率，n表示一幀中所包含的比特?cái)?shù)。注 意，誤幀率公式(2)未考慮采用前向糾錯(cuò)措施。
將估算出的誤幀率i^—^代入公式G)所示的判決函數(shù)，得出相應(yīng)的發(fā)送概率P，d，
即發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的概率。發(fā)送端就是按照這個(gè)概率來決定是否發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，S^為發(fā)送數(shù)據(jù)分組的概率，Pf為平均誤幀率，該平均概率是將發(fā)送終 端所估算出的最近5個(gè)誤幀率P,j。,。加以平均而得。/^d為0時(shí)，則以概率0發(fā)送數(shù)據(jù) 分組；為1時(shí)，則以概率1發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；而當(dāng)其在0到1之間時(shí)，則以概率尸^發(fā) 送該數(shù)據(jù)分組。
步驟5:如果發(fā)送終端決定不發(fā)送該數(shù)據(jù)分組，那么發(fā)送終端進(jìn)入再次退避的過 程中，并轉(zhuǎn)移至步驟1以等待下一次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的機(jī)會(huì)。
步驟6:如果發(fā)送終端決定發(fā)送該數(shù)據(jù)分組，則按照EBA算法，對(duì)下一發(fā)送時(shí)刻 進(jìn)行預(yù)約，并將預(yù)約好的信道時(shí)隙以退避計(jì)數(shù)器初值的形式嵌入到當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的頭 部一并廣播出去。信道預(yù)約過程可完全按照EBA算法執(zhí)行，這里不再贅述。
步驟7:發(fā)送終端發(fā)送完數(shù)據(jù)分組后，等待接收終端的ACK確認(rèn)分組。
柳d
若發(fā)送終端未能正確接收到來自接收終端的ACK分組，那么發(fā)送終端進(jìn)入再次 退避的過程中，并轉(zhuǎn)移至步驟1以等待下一次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的機(jī)會(huì)。
若發(fā)送終端正確接收到了來自接收終端的ACK分組，則表明該數(shù)據(jù)分組已成功 發(fā)送出去。接著，發(fā)送終端等待其下一個(gè)預(yù)約時(shí)隙的到來，并轉(zhuǎn)移至步驟1以等待下 一次發(fā)送新數(shù)據(jù)分組的機(jī)會(huì)。
為了更好的闡明本算法，我們考慮一個(gè)發(fā)送終端A，列舉它在兩種不同情況下的 信道接入過程。
方法實(shí)施例一，信道狀態(tài)較好時(shí)的情況
步驟l:當(dāng)發(fā)送終端A的退避計(jì)數(shù)器退避到O時(shí)，它獲得了發(fā)送機(jī)會(huì)，此時(shí)發(fā)送 一個(gè)RTS控制分組。
步驟2:接收終端正確接收到A發(fā)送的RTS分組，則接收終端通過接收到的RTS 分組的功率，估算出發(fā)送RTS分組時(shí)相應(yīng)的信噪比SNR為43dB。接收終端返回一個(gè) CTS控制分組給發(fā)送終端，并將其測(cè)量得到的SNR數(shù)值嵌入到CTS分組中的"SNR" 域中，隨CTS分組一起傳遞給發(fā)送終端，進(jìn)入步驟4。
步驟4:發(fā)送終端正確接收到CTS分組后，提取出CTS分組中所攜帶的SNR值。 然后依據(jù)誤幀率公式估算在此信道情況下數(shù)據(jù)分組的誤幀率巧在本例中，由于
采用了 DBPSK調(diào)制方式，因此將SNR值43dB換算成20000，設(shè)數(shù)據(jù)幀總長度n = 18384 比特，代入式(1)和式(2)，得到
《=0.00002499 ， &血。=0.36845 。 發(fā)送終端將估算出的誤幀率i^>代入判決函數(shù)(見式3)，得出相應(yīng)的發(fā)送概率 此時(shí)Pf經(jīng)估算為0.261。
=0.63155， 1 —A，j0.739 — 0.1 <1 —<1 —P, _
所以，/Ld = 麵)(a9U =0.7108 。
(1 —0(0.9 —
因此，發(fā)送終端以71.08%的概率將數(shù)據(jù)分組發(fā)送出去，在(0，1)之間按均勻分布隨 機(jī)取得一個(gè)值為0.4。由于該數(shù)值小于71.08%，因此決定發(fā)送此數(shù)據(jù)分組，進(jìn)入步驟 6 o
步驟6:按照EBA算法，發(fā)送終端對(duì)下一發(fā)送時(shí)刻進(jìn)行預(yù)約，將得到的預(yù)約退避
初值6嵌入到當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的頭部一并廣播出去。發(fā)送終端發(fā)送完數(shù)據(jù)分組后等待 ACK確認(rèn)分組。
步驟7:發(fā)送終端正確接收到ACK分組，說明數(shù)據(jù)分組已成功發(fā)送出去。接著，
發(fā)送終端等待其下一個(gè)預(yù)約時(shí)隙的到來，并轉(zhuǎn)移至步驟1以等待下一次發(fā)送新數(shù)據(jù)分 組的機(jī)會(huì)。
方法實(shí)施例二，信道狀態(tài)較差時(shí)的情況
步驟l:當(dāng)發(fā)送終端A的退避計(jì)數(shù)器退避到O時(shí)，它獲得了發(fā)送機(jī)會(huì)，此時(shí)發(fā)送 一個(gè)RTS控制分組。
步驟2:接收終端正確接收到A發(fā)送的RTS分組，則接收終端通過接收到的RTS 分組的功率，估算出發(fā)送RTS分組時(shí)相應(yīng)的信噪比SNR為40dB。接收終端返回一個(gè) CTS控制分組給發(fā)送終端，并將其測(cè)量得到的SNR數(shù)值嵌入到CTS分組中的"SNR" 域中，隨CTS分組一起傳遞給發(fā)送終端，進(jìn)入步驟4。
步驟4:發(fā)送終端正確接收到CTS分組，取出CTS分組中所攜帶的SNR值。然 后依據(jù)誤幀率公式估計(jì)在此信道情況下數(shù)據(jù)分組的誤幀率/>,。在本例中，同樣采 用了 DBPSK調(diào)制方式，因此將SNR值40dB換算成10000，設(shè)數(shù)據(jù)幀總長度《 = 18384 比特，代入式(1)和式(2)，得到
《=0.00004995 ，戶,血。=0.60113 。
將估算出的誤幀率C代入判決函數(shù)(見式3)，得出相應(yīng)的發(fā)送概率P^。此時(shí) 經(jīng)估算為0.261。
<formula>formula see original document page 8</formula>
因此，發(fā)送終端以25.24%的概率將數(shù)據(jù)分組發(fā)送出去，在(0,1)之間按均勻分布隨 機(jī)取得一個(gè)值為0.6，由于該數(shù)值大于25.24%，則決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組，進(jìn)入步驟
5 c
步驟5:發(fā)送終端A決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組，再次進(jìn)入退避過程，并轉(zhuǎn)移至步驟 1以等待下一次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的機(jī)會(huì)。
權(quán)利要求
1、一種基于信道感知和信道預(yù)約相結(jié)合的多址接入方法，其特征在于包括下述步驟(a)發(fā)送終端在退避完成后，發(fā)送短控制分組RTS分組；(b)若接收終端正確接收到RTS分組，估算此分組的SNR值，并將此SNR值嵌入至CTS分組中，隨CTS分組一起傳遞給發(fā)送終端；若接收終端沒有正確接收到RTS分組，則不作任何反應(yīng)；(c)若發(fā)送終端沒有正確接收到CTS分組，則重新進(jìn)入步驟(a)以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；(d)若發(fā)送終端正確接收到CTS分組，則首先讀取其中的SNR值，然后估算數(shù)據(jù)分組的誤幀率，根據(jù)判決函數(shù)得到一個(gè)發(fā)送概率，按此發(fā)送概率來決定是否發(fā)送此數(shù)據(jù)分組；(e)若發(fā)送終端決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組，發(fā)送終端進(jìn)入退避過程，轉(zhuǎn)移到步驟(a)以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；(f)若發(fā)送終端決定發(fā)送此數(shù)據(jù)分組，按照EBA的算法，將預(yù)約的信道時(shí)隙以退避計(jì)數(shù)器初值的方式寫入數(shù)據(jù)分組的頭部，隨數(shù)據(jù)分組一起廣播出去，以完成信道預(yù)約，然后等待確認(rèn)分組ACK；(g)若發(fā)送終端正確接收到ACK分組，隨后返回步驟一以準(zhǔn)備發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)分組；若未能正確接收到ACK分組，則表明數(shù)據(jù)分組發(fā)送失敗，發(fā)送終端須再次進(jìn)入退避過程，即轉(zhuǎn)移到步驟(a)，以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的一種基于信道感知和信道預(yù)約相結(jié)合的多址接入方法， 其特征在于所述的的判決函數(shù)如下式所示 '<formula>see original document page 2</formula>其中，Psent為發(fā)送數(shù)據(jù)分組的概率Pf-data為誤幀率，Pf-over附為平均誤幀率，該平均概率是將發(fā)送終端所估算出的最近5個(gè)誤幀Pf-data加以平均而得；為0時(shí)，則以概率O發(fā)送數(shù)據(jù)分組；為1時(shí)，則以概率1發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；而當(dāng)其 在0到1之間時(shí)，則以概率Psent發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于信道感知和信道預(yù)約相結(jié)合的多址接入方法，通過信道感知來判斷信道當(dāng)前通信質(zhì)量是否適合傳輸數(shù)據(jù)分組。即發(fā)送終端通過發(fā)送短的控制分組RTS給接收終端，然后接收終端從RTS中獲取信道參數(shù)，并通過CTS分組傳遞給發(fā)送終端，由發(fā)送終端來決定是否傳輸數(shù)據(jù)分組；若發(fā)送端決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組，嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組；若發(fā)送端決定發(fā)送此數(shù)據(jù)分組，將預(yù)約時(shí)隙隨數(shù)據(jù)分組一起廣播出去，完成信道預(yù)約，然后等待確認(rèn)分組ACK；若發(fā)送端正確接收到ACK分組，返回步驟一準(zhǔn)備發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)分組；若未能正確接收到，發(fā)送端嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。本發(fā)明提高了信道的利用率。
文檔編號(hào)H04B7/26GK101345579SQ20081015006
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者唐文照, 蕊 張, 波 李 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)