[发明专利]基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法

摘要

本发明公开了一种无线网络的混合型媒体接入控制方法，系统信道时隙化，非竞争业务节点分配固定周期的时隙，采用时分多址方式传输非竞争业务数据帧。竞争业务节点采用随机竞争接入的方法在可竞争时隙内传输竞争业务数据帧。竞争业务数据帧发生冲突后，竞争业务节点在信道增益估计值大于等于给定的门限值情况下重传竞争业务数据帧，否则将由中继节点转发，接入点缓存历次接收的信号，在信道估计基础上通过串行干扰消除和最小均方误差检测方法实现数据帧分离。同时，竞争业务数据帧采用叠加导频的信道估计方法，该方法不需要额外的时隙，方便正交化设计。本发明方法适应竞争业务的突发特性和非竞争业务的周期性，能支持两类业务的混合传输。

主权项

1.一种无线网络中基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法，其特征在于：步骤1：采用时分双工方式，信道时隙化，设置如下：信道在时间上分割成等长的时隙，系统周期性发送信标帧，两个相邻信标帧构造一个超帧，每个超帧包含个时隙，N_O取1～8之间的整数，信标帧用于广播系统消息、定时以及同步，每个时隙首部设置一个侦听子时隙，尾部设置一个确认子时隙，中部设置传输子时隙，在侦听子时隙、确认子时隙和传输子时隙后分别紧随一个保护子时隙，步骤2：非竞争业务节点采用时分多址方法发送非竞争业务数据帧，竞争业务节点采用随机竞争接入方法发送竞争业务数据帧，步骤2.1：所述的非竞争业务节点采用的时分多址方法为：系统接受非竞争业务节点的连接请求后，分配固定周期的时隙给该非竞争业务节点，所分配的时隙称非竞争时隙，系统在信标帧中周期广播非竞争时隙编号，若非竞争时隙分配完毕，则拒绝该节点接入系统；非竞争业务节点的非竞争业务数据帧直接从侦听子时隙开始发送，非竞争业务数据帧由公共导频序列和信息序列串行连接构成，步骤2.2：所述的随机竞争接入方法为：步骤2.2.1：竞争业务节点发送连接请求，系统接受竞争业务节点的连接请求后，从正交导频序列库{z₁，z₂，…，z_U}中选择一个正交导频序列分配给该竞争业务节点，分配的正交导频序列用作节点的身份识别，其中，z₁，z₂，…，z_U为正交导频序列，U=2NZ,]]>N_Z取4～8之间的整数，若正交导频序列库{z₁，z₂，…，z_U}中的正交导频序列分配完毕，则拒绝该节点接入系统，步骤2.2.2：竞争业务节点容许从竞争时隙的侦听子时隙开始发送竞争业务数据帧，竞争时隙指的是未分配给非竞争业务节点的时隙，竞争业务数据帧由正交导频序列和信息序列并行叠加构成，竞争业务节点容许在空闲的非竞争时隙的传输子时隙内发送竞争业务数据帧，空闲的非竞争时隙指的是经过载波侦听后发现没有非竞争业务数据发送的非竞争时隙，所述的竞争时隙和空闲的非竞争时隙统称为可竞争时隙，竞争业务节点仅容许在当前冲突分解结束后发送竞争业务数据帧，冲突分解指的是因多个竞争业务节点同时发送竞争业务数据帧而导致冲突，对冲突的竞争业务数据帧中的信息序列进行检测分离的处理过程，当所有信息序列被检测分离完毕，冲突分解结束，当冲突分解结束时，接入点在冲突分解结束的时隙的确认子时隙内发送确认帧，确认帧由公共导频序列和控制信息序列串行连接构成，控制信息序列包含信息序列被成功接收的竞争业务节点地址列表以及冲突节点个数N_c信息，此时N_c设置为0，指示当前冲突分解结束，竞争业务节点根据确认帧中的公共导频序列对接入点到该竞争业务节点的信道增益进行估计，令信道增益估计值为h²，同时计算信道增益门限值为竞争业务节点到接入点的信道增益均值，其中d为竞争业务节点到接入点的距离，可通过全球定位系统或接收信噪比的统计值获得，b为无线链路衰落指数，一般取2～4之间的实数，N_初始值可取2～8之间的正整数，σ²是接入点处噪声向量方差，σ²为一实数，一般在10^-6～10^-1毫瓦，定义冲突结束后紧随的可竞争时隙为时隙1，步骤2.2.2.1：竞争业务节点如果满足h²<Δ条件，则不在时隙1发送竞争业务数据帧，步骤2.2.2.2：竞争业务节点如果满足h²≥Δ条件，则在时隙1发送竞争业务数据帧，信息序列的发送功率为P_信息＝η(2^M-1)h^-2σ²，其中M为信息序列的调制阶数，η为功率补偿因子，η=-23ln(5BER),]]>这里BER为信息序列的目标误码率，如语音业务的信息序列目标误码率可取BER＝0.01，数据业务信息序列目标误码率为BER＝0.0001，正交导频序列的发送功率为P_导频，是一个固定值，步骤2.2.2.2.1：若仅有一个竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则时隙1内发送的竞争业务数据帧成功，所有节点容许在时隙1后紧随的可竞争时隙发送竞争业务数据帧，步骤2.2.2.2.2：若有多个竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则时隙1内发送的竞争业务节点发送冲突，系统启动冲突分解程序，从冲突发生的时隙1到冲突分解结束的时隙，所有可竞争时隙记为时隙t＝1，2，...，步骤2.2.2.2.2.1：记y(t)为时隙t内接入点接收信号，记Φ(t)为时隙t内发送竞争业务数据帧的竞争业务节点集合，记N_tx(t)为Φ(t)的大小，记N_c(t)为信息序列没有从接入点接收信号中成功分离的竞争业务节点个数，记y_r(t)为时隙t内中继节点接收信号，中继节点将y_r(t)存入中继节点缓存内以供后续转发使用，t＝1，2，...，步骤2.2.2.2.2.2：在时隙t的传输子时隙结束时，接入点接收到竞争业务数据帧信号，接收的信号为其中h_k(t)为时隙t内节点k到接入点的信道系数，n(t)为时隙t内接入点处方差为σ²的复高斯噪声向量，x_k是竞争业务节点k的信息序列，z_k是竞争业务节点k的正交导频序列，接入点根据接收信号y(t)进行信道估计和节点识别，即计算u＝1，2，…，U，这里N_导符为正交导频序列中的符号个数，是正整数，若|h^u(t)|2≥ρ,]]>表明y(t)含有正交导频序列z_u所属的竞争业务节点的数据帧，即作为正交导频序列z_u所属的竞争业务节点到接入点之间信道系数的估计值，所述的ρ为检测门限值，然后，接入点从接收信号y(t)中删除所有检测到的正交导频序列信号，得到剩余信号y′(t)，即随后y′(t)被存入接入点缓存中，以供后续信息序列的检测使用，接着，接入点从剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t-1)}中选择所有与y′(t)包含有相同信息序列的信号，利用最小均方误差检测方法检测与分离这些剩余信号中包含的信息序列，记Ψ(t)为信息序列被成功检测分离的竞争业务节点集合，将成功检测的信息序列从所有包含该信息序列的剩余信号中删除，得到新的剩余信号用新的剩余信号{y″(1)，y″(2)，…，y″(t)}更新原剩余信号{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}，仍记为{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}，从更新后的剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t)}中再次选择包含相同信息序列的信号，再次利用最小均方误差方法进行信息序列的检测与分离，接入点将重复这一检测过程直到不能再检测出任何一个信息序列，步骤2.2.2.2.2.3：接入点在时隙t的确认子时隙内发送确认帧，确认帧中控制信息序列包含信息序列被成功接收的竞争业务节点地址列表以及冲突节点个数N_c(t)信息，步骤2.2.2.2.2.4：在时隙t的确认子时隙结束后，数据帧发送冲突的竞争业务节点和中继节点接收确认帧，竞争业务节点根据确认帧决定是否重传竞争业务数据帧，中继节点根据确认帧对中继节点缓存内的存储信号y_r(t)进行管理，步骤2.2.2.2.2.4.1：所述的竞争业务节点根据确认帧决定是否重传竞争业务数据帧，其操作过程是：竞争业务节点读取确认帧中的控制信息序列，检查自己的地址是否包含在信息序列被成功分离的竞争业务节点地址列表里，步骤2.2.2.2.2.4.1.1：如果自己的地址位于该列表中，则信息序列接收成功，若控制信息序列中N_c(t)＝0，则冲突分解结束，步骤2.2.2.2.2.4.1.2：如果该竞争业务节点地址不在该列表中，则根据确认帧中的公共导频序列对接入点到该竞争业务节点的信道增益h²进行估计，并计算信道增益门限值步骤2.2.2.2.2.4.1.2.1：若h²≥Δ，则该竞争业务节点容许在时隙t+1重传竞争业务数据帧，步骤2.2.2.2.2.4.1.2.1：若h²<Δ，则该竞争业务节点不容许在时隙t+1重传竞争业务数据帧，步骤2.2.2.2.2.4.2：所述的中继节点根据确认帧对中继节点缓存内的存储信号y_r(t)进行管理，其操作过程是：步骤2.2.2.2.2.4.2.1：如果在时隙t，没有竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则y_r(t)＝0，步骤2.2.2.2.2.4.2.2：如果在时隙t，有竞争业务节点发送竞争业务数据帧，则其中h_r，k为节点k到中继节点的信道系数，x_k是竞争业务节点k的信息序列，n_r为中继节点处方差为复高斯噪声向量，如果确认帧里的控制信息序列中信息序列被成功分离的竞争业务节点地址列表不为零，中继节点将从中继节点缓存中删除接收的信号y_r(t)，如果确认帧里的控制信息序列中信息序列被成功分离的竞争业务节点地址等于零，中继节点将保留缓存的中继节点接收信号y_r(t)，步骤2.2.2.2.2.5：在时隙t+1侦听子时隙，中继节点侦听竞争业务节点的发送状态，步骤2.2.2.2.2.6：在时隙t+1的传输子时隙内，步骤2.2.2.2.2.6.1：若有竞争业务节点在时隙t+1发送竞争业务数据帧，则中继节点接收竞争业务数据帧信号，接收的信号为y_r(t+1)，接入点接收竞争业务数据帧信号，接收的信号为y(t+1)，步骤2.2.2.2.2.6.2：若没有竞争业务节点在时隙t+1发送竞争业务数据帧，则中继节点接收的竞争业务数据帧信号为零，即y_r(t+1)＝0，步骤2.2.2.2.2.6.2.1：如果中继节点缓存内有存储的接收信号，中继节点将在时隙t+1的传输子时隙内转发中继帧gy_r(j)，那么接入点接收中继节点转发的中继帧，所接收的信号为y(t+1)＝h_r(t+1)gy_r(j)+n(t+1)，其中y_r(j)，j<t+1，为中继节点缓存内最新存储的接收信号，h_r(t+1)为中继节点到接入点的信道系数，g为功率放大因子，满足P_中继为中继节点发送功率，上标“H”表示共轭转秩，“||”表示取绝对值，转发完毕后，中继节点从中继节点缓存中删除已发送的存储信号y_r(j)，步骤2.2.2.2.2.6.2.2：如果中继节点缓存内没有存储的接收信号，则中继节点不转发中继帧，接入点接收信号为y(t+1)＝0，步骤2.2.2.2.2.7：在时隙t+1的传输子时隙结束后，接入点根据接收到信号y(t+1)进行信道估计和节点识别，计算剩余信号y′(t+1)，利用最小均方误差方法结合串行干扰消除方法对剩余信号集{y′(1)，y′(2)，…，y′(t+1)}中包含的所有信息序列进行检测与分离，步骤2.2.2.2.2.7：在时隙t+1的确认子时隙内，接入点广播确认帧，确认帧包含此次信息序列被成功分离出的竞争业务节点地址列表以及未被成功分离出的信息序列的个数N_c(t+1)，若N_c(t+1)＝0，冲突分解结束。