基于正交頻分多址上行接入方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于正交頻分多址接入機制的上行接入方法，主要解決現有接入方案用戶接入信道時間長的問題。其方案是：1.接入點根據系統信息確定本次傳輸可用子信道及總時隙塊的個數；2.站點隨機選擇時頻資源塊并發送上行接入應答幀進行隨機接入；3.接入點統計成功接入的站點個數，對其進行資源分配，并記錄沒有進行資源分配的k個站點；4.站點根據接收到的資源分配信息發送數據幀；5.接入點根據數據分組的接收狀態生成應答幀，并根據記錄的k值決定是否進行第二次資源分配；6.站點根據應答幀判斷本次數傳結果。本發明可保障多站點并行接入，提升系統吞吐量，可用于密集部署的WLAN環境下多個站點的并行接入。
【專利說明】
基于正交頻分多址上行接入方法
技術領域
[0001]本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種多址接入方法，可用于密集部署的WLAN環境下多個站點STA進行并行接入，提升系統整體性能。
【背景技術】
[0002]正交頻分多址接入OFDMA已經在長期演進LTE和微波存取全球互通WiMax中得到了廣泛的應用，并且將被引入到下一代無線局域網WLAN中。基于OFDMA機制，整個物理信道被劃分為多個子信道，每個子信道由一個或多個正交的子載波構成。在下一代WLAN中，多個用戶可以在不同子信道上同時向接入點AP發送控制幀來請求傳輸機會，并可以同時在多個子信道上傳輸數據分組，從而增加了多址接入MAC層的效率。
[0003]目前WLAN的應用環境與協議設計初期差異較大，主要表現在高密度的部署環境，包括小區內終端的高密度部署、歸屬于不同運營商及個人用戶的接入點的高密度部署。在高密度部署環境中，無中心管控的特征及基于載波偵聽沖突避免CSMA/CA的隨機多址協議導致了較為嚴重的沖突與退避;協議中多種參數的配置缺乏自適應性，導致WLAN的資源配置與動態變化的業務需求失配。網絡平均吞吐量的提升與鏈路速率的提升不成正比，網絡的理論吞吐量與實際承載吞吐量之間差距較大。
[0004]現有的基于OFMDA機制的多址接入協議MAC主要關注通過提高多用戶并行接入和并行傳輸能力來提高整個網絡的吞吐量。為保障多用戶可同時進行上行數據傳輸，目前的正交頻分多址上行接入技術包括兩大類:
[0005]1.AP管控上行接入方式:AP發送請求幀輪詢所關聯的所有用戶，詢問各STA是否有上行數據傳輸，STA通過應答幀應答是否有上行數據發送，若有，同時上報上行數據信息，AP獲得上行數據信息后，發送啟動發送Trigger幀進行上行正交頻分多址接入UL-OFDMA的同步。
[0006]2.STA隨機上行接入方式:有上行數據傳輸的STA通過競爭退避的方式接入信道，并發送請求發送幀，每次只保障一個STA接入成功，AP接收到請求發送幀后給予應答并告知有上行業務傳輸的其他站點STA進行信道接入，直至分配完所有可用信道。
[0007]對于用戶數較少的情況，網絡覆蓋不是非常密集的情況下，可以采用上述方案減少競爭退避時間，從而提高系統吞吐量;然而對于密集部署的WLAN環境下，上述兩種接入方式均需大量的接入時間，使得系統吞吐量明顯降低。
【發明內容】
[0008]本發明目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于正交頻分多址上行接入方法，以減小用戶平均接入信道的時間，從而減少數據分組的傳輸時延并提高整個網絡的吞吐量。
[0009]為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下:
[0010](1)接入點六?在所有11個可用子信道(:1工2‘"(^"(:11上發送上行接入啟動幀1'，該幀中包含總時隙塊個數m，m個時隙塊分別表不為S1、S2"_Sj"_Sm，其中i e (I，n)，je (I，m)，且m為一個根據上次傳輸成功接入概率進行動態調整的參數；
[0011](2)站點S T A收到上行接入啟動幀T且有待傳輸的上行數據時，等待短幀間間隔SIFS時間長度后，在η個可用子信道中隨機選擇第i個子信道匕，在m個時隙塊中隨機選擇第j個時隙Sj，構成時頻資源塊[C1,Sj]，并在該時頻資源塊[C1,Sj]上向接入點AP發送上行接入應答幀R;
[0012](3)接入點AP在m個時隙塊時間內進行接收，統計成功接收的上行接入應答幀個數N，若N>n，則執行步驟(3b);否則，執行步驟(3a);
[0013](3a)接入點AP從η個子信道中隨機選擇N個子信道，將N個子信道按序號從小到大的順序排序，將站點STA按MAC地址從小到大排序，再將這兩個序列依據排序配對;將配對結果放入上行資源分配幀Trigger中，在短幀間間隔SIFS時隙后，將該上行資源分配幀在選定的N個可用子信道上發送，其中MAC地址可唯一標識站點STA;
[0014](3b)將η個子信道按序號從小到大的順序排序，將站點STA按MAC地址從小到大排序，依次將η個子信道配置給MAC地址在前的η個站點STA，并將配對結果放入上行資源分配幀中，在短幀間間隔SIFS時隙后，在選定的N個可用子信道上發送Trigger幀，并記錄沒有在該次進行傳輸的k = N-n個用戶的MAC地址，用來進行第二次數據傳輸；
[0015](4)站點STA接收到Trigger幀后，查看該幀中是否包含有本站點分配的子信道，若有，在短幀間間隔SIFS時隙后，在分配子信道上發送上行數據分組，否則，繼續等待Trigger幀；
[0016](5)AP根據數據分組的接收狀態生成應答幀BA，并查看記錄的k值，若k>0 JljN =k，并返回步驟3，為記錄的k個站點STA進行第二次資源分配，否則，接入點AP等待幀間間隔SIFS時隙后，在個子信道上發送應答幀BA，該幀中包含接收數據正確站點STA的MAC地址；
[0017](6)站點STA接收到應答幀BA后，查看應答幀中是否包含本用戶的MAC地址，若有，則本次上行數據傳輸成功，否則傳輸失敗。
[0018]與現有技術相比本發明具有以下優點:
[0019]第一，本發明引入時頻資源塊隨機接入機制，由于充分利用時間與子信道資源可保障多個用戶在一次傳輸中均能成功接入，從而減小了用戶平均接入信道的時間，進而減少了數據分組的傳輸時延并提高了整個網絡的吞吐量。
[0020]第二，本發明由于可根據上次接入過程中成功接入概率動態調整總的時隙塊個數m，從而減少了時間與子信道資源的浪費，進而提高了整個網絡的吞吐量。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發明的使用場景圖；
[0022]圖2是本發明的實現流程圖。
【具體實施方式】
[0023]以下參照附圖，對本發明進行詳細描述:
[0024]參照圖1，本發明使用的場景包含一個無線接入點AP，且在無線接入點AP覆蓋范圍內有10個無線終端均有上行數據發送，將這些無線終端分別標記為3141、3142-_31410，無線接入點AP檢測到有4個可用子信道C1X2X3X4,其中每個終端用戶的位置都是非均勻分布的。
[0025]參照圖2，基于正交頻分多址接入的步驟如下:
[0026]步驟1:接入點AP根據系統信息確定本次傳輸可用子信道及總時隙塊的個數。
[0027]系統信息包括上次傳輸成功的概率及接入點AP檢測到的空閑子信道，根據圖1的場景可知可用子信道有四個，即第一可用子信道C1、第二可用子信道C2、第三可用子信道C3和第四可用子信道C4，并根據上次傳輸成功的概率得出本次接入需要的4個時隙塊，接入點AP個在檢測到空閑的4個可用子信道上發送上行接入啟動幀T，該幀中包括參數總時隙塊個數4，4個時隙塊分別表示為第一時隙塊S1、第二時隙塊S2、第三時隙塊S3和第四時隙塊S4。
[0028]所述子信道，是指帶寬相同的頻域資源，且每兩個相鄰子信道所采用的載波是相互正交的。
[0029]所述時隙塊，是指以上行接入應答幀R的傳輸時間長度為單位，將用于隨機接入的時域資源依次劃分為S1、S2、S3、S4。
[0030]所述上行接入啟動幀T，為廣播發送的無線傳輸幀，是控制幀的一種，用于告知站點STA進行隨機接入。
[0031]所述接入點AP，可在所有檢測到的空閑子信道上發送無線傳輸幀，用于告知站點STA接入可選擇的子信道，在上行接入應答幀R中包含可進行信道接入的時隙塊，用于告知站點STA接入可選擇的時隙塊。
[0032]步驟2:站點STA隨機選擇時頻資源塊并發送上行接入應答幀進行隨機接入。
[0033]2.1)站點STAl?STAlO均收到上行接入啟動幀T且有待傳輸的上行數據時，等待短幀間間隔SIFS時隙后，這10個STA組成上行接入應答幀，并分別在4個可用信道中隨機選擇第i個子信道Ci，在4個時隙塊中隨機選擇第j個時隙塊Sj，構成時頻資源塊[Ci，Sj]，其中i e(I，4)，j e (I，4);站點STAl?STAlO選擇的時頻資源塊分別為[C1，S3]、[C2，S1 ]、[C1，S3]、[C2,S4], [C3,Si],[C4,S3],[Cl,Si], [C2,S3],[C4,S2],[C3,S2];
[0034]2.2)站點STAl?STAl O在所選擇的時頻資源塊[Ci，Sj ]上向接入點AP發送上行接入應答幀R。
[0035]所述短幀間間隔SIFS時隙，為站點STA從接收狀態轉為發送狀態所需要的時間，SP從接收上行接入啟動幀T轉為發送上行接入應答幀R所需要的時間。
[0036]所述時頻資源塊[C1,Sj]，是由時隙塊與子信道構成的用于接入的時域、頻域二維的最小單元。
[0037]所述上行接入應答幀R為單播發送的無線傳輸幀，是控制幀的一種，用于對上行接入啟動幀T的應答，在所選擇的時頻資源塊發送，幀中包括可對站點STA進行唯一標識的MAC地址。
[0038]步驟3:接入點AP統計成功接入的站點個數N，對其進行資源分配，并記錄沒有進行資源分配的k個站點。
[0039]3.1)接入點AP在4個時隙塊時間內進行接收，統計成功接收的上行接入應答幀個數為8，分別為STA2、STA4、STA5、STA6、STA7、STA8、STA9、STAlO;
[0040]3.2)利用如下的資源分配算法為站點STA分配進行數據傳輸的子信道:
[0041 ] 將成功接入站點STA的MAC地址從小到大排序為STA4、STA2、STAlO、STA7、STA6、STA9、STA5、STA8;將4個子信道按序號從小到大的順序排序為C1、C2、C3、C4，并依次將4個信道配置給MAC地址在前的4個STA;
[0042]3.3)將兩個排隊序列依次進行配對，配對結果如下:
[0043]將MAC地址排第一的站點STA4分配給第一可用子信道&，
[0044]將MAC地址排第二的站點STA2分配給第二可用子信道C2，
[0045]將MAC地址排第三的站點STAlO分配給第三可用子信道C3，
[0046]將MAC地址排第四的站點STA7分配給第四可用子信道C4;
[0047]3.4)將以上配對結果放入上行資源分配幀Trigger中，等待短幀間間隔SIFS時隙后，在4個子信道上發送該上行資源分配幀Tr igger;
[0048]3.5)記錄該次沒有被分配子信道的站點數k，k為大于等于O的整數，在本實施例k=4，即有4個站點STA需用行第二次資源分配；
[0049 ]所述上行資源分配幀Tr i gger為廣播發送的無線傳輸幀，是控制幀的一種，幀中包括對接入成功的站點STA的信道分配結果。
[0050]步驟4:站點STA根據接收到的資源分配信息發送數據幀。
[0051]4.1)STAl?STAlO這10個站點接收到上行資源分配幀后，查看上行資源分配幀可知接入點AP為STA4、STA2、STAlO、STA7分配的子信道依次為C1、C2、C3、C4，而其余站點STA沒有被分配子信道資源；
[0052]4.2) STA4、STA2、STAl O、STA7這4個站點等待短幀間間隔SIFS時隙后，在相應的子信道發送上行數據幀，沒有被分配子信道的其他站點STA繼續等待資源分配幀；
[0053]所述數據分組為單播發送的無線傳輸幀，為本次傳輸的有效數據單元。
[0054]步驟5:AP根據數據分組的接收狀態生成應答幀，并根據記錄的k值決定是否進行第二次資源分配。
[0055]5.1)接入點AP收到STA發送的數據分組后，生成包含接收數據正確站點STA的MAC地址應答幀BA;
[0056]5.2)接入點AP查看記錄的k值，若k>0，則返回步驟3，在本實例中k等于4為記錄的4個站點STA進行第二次資源分配，否則，執行步驟5.3)；
[0057]5.3)接入點AP等待幀間間隔SIFS時隙后，在4個子信道上發送應答幀BA。
[0058]所述應答幀為單播發送的無線傳輸幀，是控制幀的一種，該幀中包含AP接收到正確數據分組的站點STA的MAC地址。
[0059]步驟6:站點STA根據應答幀判斷本次數傳結果。
[0060]進行數據傳輸的STA在收到應答幀后，查看應答幀中是否包含本用戶的MAC地址，若有，則本次上行數據傳輸正確;否則傳輸失敗，返回步驟I進入下一次接入。
[0061]以上描述僅是本發明的一個具體實例，顯然對于本領域的專業人員來說，在了解了本
【發明內容】
和原理后，都可能在不背離本發明原理、結構的情況下，進行形式和細節上的各種修正和改變，但是這些基于本發明思想的修正和改變仍在本發明的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于正交頻分多址接入機制的上行入方法，其特征在于包括: (1)接入點AP在所有η個可用子信道C1、C2…Cr..CrJ:發送上行接入啟動幀T，該幀中包含總時隙塊個數m，m個時隙塊分別表不為Si'Ss^ffSm，其中i e (I，n)，j e (I，m)，且m為一個根據上次傳輸成功接入概率進行動態調整的參數； (2)站點STA收到上行接入啟動幀T且有待傳輸的上行數據時，等待短幀間間隔SIFS時間長度后，在η個可用子信道中隨機選擇第i個子信道(^，在m個時隙塊中隨機選擇第j個時隙&，構成時頻資源塊[C1A],并在該時頻資源塊[C1, Sj]上向接入點AP發送上行接入應答幀R; (3)接入點AP在m個時隙塊時間內進行接收，統計成功接收的上行接入應答幀個數N，若N>n，則執行步驟(3b);否則，執行步驟(3a); (3a)接入點AP從η個子信道中隨機選擇N個子信道，將N個子信道按序號從小到大的順序排序，將站點STA按MAC地址從小到大排序，再將這兩個序列依據排序配對;將配對結果放入上行資源分配幀Trigger中，在短幀間間隔SIFS時隙后，將該上行資源分配幀在選定的N個可用子信道上發送，其中MAC地址可唯一標識站點STA; (3b)將η個子信道按序號從小到大的順序排序，將站點STA按MAC地址從小到大排序，依次將η個子信道配置給MAC地址在前的η個站點STA，并將配對結果放入上行資源分配幀中，在短幀間間隔SIFS時隙后，在選定的N個可用子信道上發送Trigger幀，并記錄沒有在該次進行傳輸的k = N-n個用戶的MAC地址，用來進行第二次數據傳輸； (4)站點STA接收到Trigger幀后，查看該幀中是否包含有本站點分配的子信道，若有，在短幀間間隔SIFS時隙后，在分配子信道上發送上行數據分組，否則，繼續等待Trigger幀； (5)AP根據數據分組的接收狀態生成應答幀BA，并查看記錄的k值，若k>0，則N= k，并返回步驟3，為記錄的k個站點STA進行第二次資源分配，否則，接入點AP等待幀間間隔SIFS時隙后，在個子信道上發送應答幀BA，該幀中包含接收數據正確站點STA的MAC地址； (6)站點STA接收到應答幀BA后，查看應答幀中是否包含本用戶的MAC地址，若有，則本次上行數據傳輸成功，否則傳輸失敗。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(I)中時隙塊，其時間長度為上行接入應答幀R的傳輸時間。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)中的短幀間間隔SIFS時隙，為從接收狀態轉為發送狀態所需要的時間。
【文檔編號】H04W72/04GK105978675SQ201610472278
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】李紅艷, 鄭婷, 張順, 李建東, 侯蓉暉, 黃鵬宇, 馬英紅
【申請人】西安電子科技大學