[发明专利]基于捕获效应的协同时隙ALOHA方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信网络中的多址接入技术领域，具体涉及协同(Cooperative)时隙ALOHA协议。

背景技术

由于无线信道的广播性，一个终端所发送的数据帧不仅能被目的终端收到，也能被附近的其它终端所监听(overhear)。在协同通信中，这些终端将收到的数据帧再转发给目的终端，因此目的终端可收到一个数据帧的多个版本（即一个数据帧分别通过多个独立信道传送后被接收），从而获得分集增益。对广泛应用于卫星通信、无线传感器网络、无线蜂窝网的时隙ALOHA协议，人们也提出了具体的协同通信方案，以提高其吞吐量^[1][2]。

但在传统协同时隙ALOHA协议中，当网络内有两个或者两个以上的数据帧同时发送时，这些帧均不能被基站正确接收也不能被其它用户正确监听。而在实际通信中，由于远近效应和信道衰落，同时发送的帧在接收端的功率可能有很大差别，因此接收功率相对较高的帧仍可能被正确接收或者监听。这一现象称为捕获效应(Capture Effect)^[3]。对接收机而言，能正确接收的帧的功率与信道内同时发送的其它帧的功率以及噪声之和的比值有一最小阈值，即俘获比(Capture Ratio)。接收机能达到低于1.5dB的俘获比^[4]。

传统协同时隙ALOHA协议并未考虑应用捕获效应。而本发明提出一种基于捕获效应的协同时隙ALOHA协议，使更多的用户能监听到其它用户所发送的数据帧并重发这些帧，从而增加分集增益，进一步提高系统吞吐率。

参考文献

[1]M.S.Gokturk,O.Ercetin,and O.Gurbuz,“Throughput analysis of ALOHA with coopeartive diversity,”IEEE Commun.lett.,vol.12,no.6,pp.468-470,Jun.2008。

[2]Y.H.Chiang and K.Chen,“Optimal coopeative ALOHA multiple access in fading channels,”IEEE Commun.Lett.,vol.14,no.8,pp.779-781,Aug.2010。

[3]M.Zorzi and R.R.Rao,“Capture and retransmission control in mobile radio,”IEEE J.Sel.Areas Commmun.,vol.12,no.8,pp.1289-1298,Oct.1994。

[4]R.Nelson,L.Kleinrock,The spatial capacity of a slotted ALOHA multihop packet radio network with capture,IEEE Trans.Commun.32(6)(1984)684–694。

发明内容

本发明的目的是为了提升传统协同时隙ALOHA系统吞吐率，而提出一种应用捕获效应的协同时隙ALOHA协议。

为实现上述目的，本发明提出的基于捕获效应的协同时隙ALOHA，包括以下步骤：

（1）、每个时隙中，网络可能处于普通模式或者重传模式。网络初始状态为普通模式，在普通模式下，没有帧发送的用户监听其它用户发送的帧。根据捕获效应，当一个数据帧的接收功率（P）大于俘获比（R）乘以网络中同时发送的其它数据帧的接收功率之和（I）加上信道噪声（N），即P>R(I+N),此帧即可被基站正确接收或者被用户正确监听。而在传统的协同时隙ALOHA中，只要系统中有两个或者两个以上不同的数据帧同时发送，这些数据帧均不能被基站正确接收，也不能被其它用户所正确监听。因此本发明能使一个数据帧被更多的用户所监听到，从而得到更多的重传机会，获得更高的分集增益。

（2）、在普通模式时隙中，成功监听到其它用户数据帧的用户在时隙末向基站发送一报告帧。

（3）、在普通模式时隙末，基站根据接收到的数据帧和报告帧，发送广播帧，网络据此决定在下个时隙是否转换到重传模式。具体为：当基站广播S或T帧时，网络在下一个时隙仍为普通模式；当基站广播H帧，网络下一时隙转移到重传模式。

（4）、进入重传模式后，缓冲区非空的用户以一定的概率独立发送其缓冲区内的帧，所有用户均不进行监听。