本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種鋸齒解碼在分布式多址接入網(wǎng)中的高系統(tǒng)吞吐量設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

ALOHA協(xié)議，主要分為純ALOHA和時(shí)隙ALOHA兩種。

純ALOHA協(xié)議工作原理：站點(diǎn)只要產(chǎn)生幀，就立即發(fā)送到信道上；規(guī)定時(shí)間內(nèi)若收到應(yīng)答，表示發(fā)送成功，否則重發(fā)。

重發(fā)策略：等待一段隨機(jī)的時(shí)間，然后重發(fā)；如再次沖突，則再等待一段隨機(jī)的時(shí)間，直到重發(fā)成功為止。

時(shí)隙ALOHA協(xié)議基本思想：用時(shí)鐘來統(tǒng)一用戶的數(shù)據(jù)發(fā)送。辦法是將時(shí)間分為離散的時(shí)間片，用戶每次必須等到下一個(gè)時(shí)間片才能開始發(fā)送數(shù)據(jù)，從而避免了用戶發(fā)送數(shù)據(jù)的隨意性，減少了數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突的可能性，提高了信道的利用率。

時(shí)隙ALOHA協(xié)議是把信道時(shí)間分成離散的時(shí)間槽，槽長為一個(gè)幀所需的發(fā)送時(shí)間。每個(gè)站點(diǎn)只能在時(shí)槽開始時(shí)才允許發(fā)送。其他過程與純ALOHA協(xié)議相同。

串行干擾刪除(SIC)的基本原理是逐步減去最大信號功率用戶的干擾，SIC檢測器在接收信號中對多個(gè)用戶逐個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)判決，判決出一個(gè)用戶就同時(shí)減去該用戶信號造成的多址干擾(MAI)，按照信號功率大小的順序來進(jìn)行操作，功率較大信號先進(jìn)行操作。這樣一直進(jìn)行循環(huán)操作，直至消除所有的多址干擾為止。

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)即帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問技術(shù)(載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測)。它具有比ALOHA協(xié)議更高的介質(zhì)利用率。工作原理：發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道是否空閑，若空閑，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。若信道忙碌，則等待一段時(shí)間至信道中的信息傳輸結(jié)束后再發(fā)送數(shù)據(jù)；若在上一段信息發(fā)送結(jié)束后，同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)都提出發(fā)送請求，則判定為沖突。若偵聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重新嘗試。

純ALOHA協(xié)議的思想很簡單，只要用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送，就盡管讓他們發(fā)送。不過這樣會(huì)產(chǎn)生沖突從而造成幀的破壞。由于廣播信道具有反饋性，因此發(fā)送方可以在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中進(jìn)行沖突檢測，將接收到的數(shù)據(jù)與緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就可以知道數(shù)據(jù)幀是否遭到破壞。對于局域網(wǎng)LAN，反饋信息很快就可以得到；而對于衛(wèi)星網(wǎng)，發(fā)送方要在270ms后才能確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送是否成功。通過研究證明，純ALOHA協(xié)議的信道利用率最大不超過18.4％。與純ALOHA協(xié)議相比，時(shí)隙ALOHA協(xié)議降低了產(chǎn)生沖突的概率，信道利用率最高為36.8％，是純ALOHA協(xié)議的兩倍。但是二者的信道利用率都不是很高不能夠滿足現(xiàn)在無線通信的要求。并且，對于時(shí)隙ALOHA，用戶數(shù)據(jù)的平均傳輸時(shí)間要高于純ALOHA系統(tǒng)。

串行干擾刪除(SIC)技術(shù)是根據(jù)信號功率排的用戶順序決定了最佳的接收效果，但是在實(shí)際過程中，用戶的功率是不斷變化的，這就要求SIC接收機(jī)不斷地對用戶功率進(jìn)行排序。并且，SIC在處理中，每一級都會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)延，在現(xiàn)實(shí)多級處理過程中，產(chǎn)生的時(shí)延很大。

使用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制的一個(gè)缺點(diǎn)就是，當(dāng)LAN中的互聯(lián)的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都只有少量數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)站點(diǎn)對介質(zhì)的共享都幾乎是公平的；但是如果一個(gè)站點(diǎn)需要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)時(shí)(如一個(gè)站點(diǎn)擔(dān)當(dāng)高質(zhì)量視頻源的情況下)這是就可能出現(xiàn)一個(gè)站點(diǎn)長時(shí)間控制整個(gè)LAN的情形。

總結(jié)現(xiàn)有的ALOHA和CSMA方案，共性為系統(tǒng)吞吐量小于1。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種鋸齒解碼在分布式多址接入網(wǎng)中的高系統(tǒng)吞吐量設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明提供了一種鋸齒解碼在分布式多址接入網(wǎng)中的高系統(tǒng)吞吐量設(shè)計(jì)方法，K個(gè)位置彼此分散的單天線用戶，由{1,2,…,K}表示，分別傳輸數(shù)據(jù)至接收端，接收端裝有M個(gè)分散分布并且不在同一位置的接收天線，由{1,2,…,M}表示，分散的單天線用戶和接收天線使得各路徑傳輸耗時(shí)不同，單天線用戶k想要發(fā)送包含L個(gè)調(diào)制符號的數(shù)據(jù)包，用表示，其中x_k,l表示這個(gè)數(shù)據(jù)包中的第l個(gè)調(diào)制符號，初期考慮二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制，即x_k,l∈{+1,-1}，與DS系統(tǒng)中的信息位s_k,l∈{0,1}區(qū)別在于x_k,l可看作s_k,l的調(diào)制，假設(shè)時(shí)隙即一個(gè)符號的時(shí)長；

假設(shè)系統(tǒng)是符號級別同步，即在某一時(shí)隙上接收的信號是所有用戶完整符號級的疊加，令h_k,m表示從用戶k至接收天線m的信道增益，令w_m[t]表示接收天線m在t時(shí)隙的加性噪聲，接收天線m在t時(shí)隙接收到的信號為：

其中表示在t時(shí)隙對應(yīng)有輸出的所有用戶索引的集合，并且l_s表示X_s中的第幾個(gè)符號在t時(shí)隙被天線m接收，P為發(fā)送符號的功率；

令整數(shù)τ_ij∈[0,τ_max]表示用戶j發(fā)送的數(shù)據(jù)包到達(dá)天線i的傳輸時(shí)延，假設(shè)以時(shí)隙為基本單位，且假設(shè)τ_ij為整數(shù)，令M×K矩陣T表示這K個(gè)用戶數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)延，其第(i,j)個(gè)元素為τ_ij，并稱該矩陣為時(shí)延矩陣，假設(shè)接收端可以準(zhǔn)確獲得h_k,m’s和T，并假設(shè)發(fā)送端不知道h_k,m和T。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，h_k,m’s和T通過直接序列擴(kuò)頻方式獲得，每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的偽隨機(jī)序列并放置到數(shù)據(jù)包的包頭內(nèi)，接收端收到多個(gè)用戶的包頭疊加后進(jìn)行相關(guān)檢測可以獲得每個(gè)用戶的傳輸時(shí)延及信道增益。

本發(fā)明的有益效果是：提高了系統(tǒng)的吞吐量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種鋸齒解碼在分布式多址接入網(wǎng)中的高系統(tǒng)吞吐量設(shè)計(jì)方法的示意圖。

圖2是本發(fā)明一種鋸齒解碼在分布式多址接入網(wǎng)中的高系統(tǒng)吞吐量設(shè)計(jì)方法的分布式多址接入接收信號示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說明及具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1至圖2所示，一種鋸齒解碼在分布式多址接入網(wǎng)中的高系統(tǒng)吞吐量設(shè)計(jì)方法，K個(gè)位置彼此分散的單天線用戶，由{1,2,…,K}表示，分別傳輸數(shù)據(jù)至接收端。接收端裝有M個(gè)分散分布的(不在同一位置)接收天線，由{1,2,…,M}表示。分散的用戶和天線使得各路徑傳輸耗時(shí)不同。用戶k想要發(fā)送包含L個(gè)調(diào)制符號的數(shù)據(jù)包，用表示，其中x_k,l表示這個(gè)數(shù)據(jù)包中的第l個(gè)調(diào)制符號。初期考慮二進(jìn)制相移鍵控(binary phase shift keying，BPSK)調(diào)制，即x_k,l∈{+1,-1}(與DS系統(tǒng)中的信息位s_k,l∈{0,1}區(qū)別在于x_k,l可看作s_k,l的調(diào)制)。假設(shè)時(shí)隙即一個(gè)符號的時(shí)長。

假設(shè)系統(tǒng)是符號級別同步，即在某一時(shí)隙上接收的信號是所有用戶完整符號級的疊加。令h_k,m表示從用戶k至接收天線m的信道增益，令w_m[t]表示接收天線m在t時(shí)隙的加性噪聲。接收天線m在t時(shí)隙接收到的信號為：

其中表示在t時(shí)隙對應(yīng)有輸出的所有用戶索引的集合，并且l_s表示X_s中的第幾個(gè)符號在t時(shí)隙被天線m接收，P為發(fā)送符號的功率。

令整數(shù)τ_ij∈[0,τ_max]表示用戶j發(fā)送的數(shù)據(jù)包到達(dá)天線i的傳輸時(shí)延(假設(shè)以時(shí)隙為基本單位)，且假設(shè)τ_ij為整數(shù)。令M×K矩陣T表示這K個(gè)用戶數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)延，其第(i,j)個(gè)元素為τ_ij，并稱該矩陣為時(shí)延矩陣。假設(shè)接收端可以準(zhǔn)確獲得h_k,m’s和T(可以通過直接序列擴(kuò)頻方式獲得，每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的偽隨機(jī)序列并放置到數(shù)據(jù)包的包頭內(nèi)，接收端收到多個(gè)用戶的包頭疊加后進(jìn)行相關(guān)檢測可以獲得每個(gè)用戶的傳輸時(shí)延及信道增益)，并假設(shè)發(fā)送端不知道h_k,m和T。

擬利用M個(gè)天線上接收的數(shù)據(jù)包Y₁至Y_M進(jìn)行類似鋸齒解碼操作，最終得到原始數(shù)據(jù)。具體解碼過程可參考圖2所示例子，三個(gè)用戶傳輸數(shù)據(jù)包在BS的三個(gè)接收天線上按如圖所示錯(cuò)位疊加。從上到下依次代表天線1至3的接收信號。譬如，天線1第4個(gè)時(shí)隙的接收信號為x_1,4、x_2,3、x_3,1的線性疊加(加權(quán)系數(shù)為各自信道增益)后加上噪聲。其解碼順序如下所述：首先，x_1,1可以從第一個(gè)天線估計(jì)/判決(去除噪聲過程)得到，因其未與任何其他信號進(jìn)行疊加。然后按箭頭帶入第二個(gè)天線的第四個(gè)接收符號中減掉并估計(jì)/判決可以得到x_3,4。依此類推，其解碼過程一直向右推進(jìn)，并最終得到解碼數(shù)據(jù)包。注意，此時(shí)的鋸齒解碼為物理層信號的鋸齒解碼，而非前述DS系統(tǒng)中信息層數(shù)據(jù)的鋸齒解碼。二者解碼實(shí)質(zhì)一樣(鋸齒式的代入解碼)，區(qū)別在于操作的內(nèi)容屬于信息層數(shù)據(jù)還是物理層信號。

本發(fā)明提供的一種鋸齒解碼在分布式多址接入網(wǎng)中的高系統(tǒng)吞吐量設(shè)計(jì)方法，其潛在應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)闊o線通信中分布式多址接入信道模型，例如Wifi。

本發(fā)明提供的一種鋸齒解碼在分布式多址接入網(wǎng)中的高系統(tǒng)吞吐量設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用方式：多用戶同時(shí)發(fā)送信息給共同的一個(gè)接收機(jī)時(shí)，用戶之間會(huì)發(fā)生碰撞?，F(xiàn)有解決方案為AP(access point)接收機(jī)直接丟棄碰撞數(shù)據(jù)包，具體解決措施(包括Aloha，和CSMA)為發(fā)送者隨機(jī)等待一個(gè)時(shí)間后重傳。這些方案的缺點(diǎn)為數(shù)據(jù)的成功傳輸要求多用戶的正交傳輸，即同一時(shí)刻只有一個(gè)用戶傳輸數(shù)據(jù)，導(dǎo)致的結(jié)果為系統(tǒng)吞吐量小于1。

本發(fā)明提供的一種鋸齒解碼在分布式多址接入網(wǎng)中的高系統(tǒng)吞吐量設(shè)計(jì)方法，利用碰撞數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，可以將系統(tǒng)吞吐量提升到遠(yuǎn)大于1，克服現(xiàn)有技術(shù)Aloha或者CSMA/CA的低吞吐量的缺點(diǎn)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。