[发明专利]一种面向公平性的非授权频段NR-U与WiFi共存网络载波选择方法

权利要求书

1.一种面向公平性的非授权频段NR-U与WiFi共存网络载波选择方法，其特征在于：该载波选择方法包括以下步骤：

(1)获取共存网络用户数目：新用户到达共存网络时，NR-U gNB获取每个载波上的NR-U用户数，同时采用卡尔曼滤波方法预测每个AP的WiFi用户数；

(2)面向公平性调节NR-U系统与WiFi系统的信道占用时间：采用一种面向公平性的F-CSAT机制，该机制采用ON/OFF时分复用方式为NR-U系统和WiFi系统提供信道接入机会，并允许gNB根据收集的共存网络中不同载波上的用户数目信息，自适应地调节每个载波上共存的NR-U系统和WiFi系统的信道占用时间；

(3)为新到达共存网络的新用户选择最合适的载波：在保障共存公平性的基础上，同时考虑不同载波信道质量的差异性和载波上不同类型用户的动态变化，为新用户选择能够获得最大吞吐量的载波；

步骤(2)中，所述的面向公平性的F-CSAT机制具体过程为：

假设R(n)表示用户数为n的纯WiFi系统的吞吐量，根据Bianchi经典模型，可以得出：

其中E[L]表示平均分组大小，P_tr表示在所考虑的时隙内至少有一个用户发送的概率，P_s表示用户发送成功的概率，T_s为单次成功发送的时长，T_c为发送发生碰撞的时长，T_σ为空闲时隙的时长，且P_tr和P_s与用户数n有关，T_s、T_c、T_σ和E[L]为WiFi网络的系统参数；

对于纯NR-U系统，其吞吐量R_L可以根据香农公式计算得到，即：

其中B为信道带宽，G为信道增益，P表示NR-U gNB的发送功率，N₀表示加性高斯白噪声的功率谱密度；

NR-U系统和WiFi系统在非授权频段共存时，采用ON/OFF时分复用方式接入信道，每个ON/OFF工作周期由NR-U ON阶段和NR-U OFF阶段组成；在NR-U ON阶段，NR-U系统占用非授权频段，在NR-U OFF阶段，非授权频段为WiFi系统提供发送机会；假设在同一个载波上共存的NR-U用户数目为n_L，WiFi用户的数目为n_W，每个ON/OFF工作周期中NR-U ON/OFF的占空比分别为p_on和p_off，R(n_W)和R(n_L+n_W)分别表示用户数目为n_W和(n_L+n_W)时WiFi系统的吞吐量；当n_L个NR-U用户和n_W个WiFi用户共存时，WiFi用户的平均吞吐量R_Wavgc为：

将n_L个NR-U用户替换成相同数目的WiFi用户，即(n_L+n_W)个WiFi用户共存时，WiFi用户的平均吞吐量R_Wavg为：

NR-U用户的平均吞吐量R_Lavgc为：

将共存的公平性准则定义为：WiFi AP和NR-U gNB在非授权频段共存时，WiFi用户的平均吞吐量不小于将NR-U用户等量替换为WiFi用户时的平均用户吞吐量，即：

R_Wavgc≥R_Wavg  (6)

可解出符合共存公平性准则的NR-U OFF占空比需满足：

p_off的最小值为：

衡量共存网络公平性的Jain公平性指数F定义为：

当共存网络的公平性最大，即F＝1时，可以得出：

NR-U OFF的占空比p_off在[p_offmin，p_offmax]之间选取；

步骤(3)中，为新到达共存网络的新用户选择最合适的载波的具体过程为：

一个NR-U子系统和N个WiFi子系统在非授权频段共存，其中NR-U子系统由一个gNB和若干随机均匀分布的用户UE组成，每个WiFi子系统由一个AP和若干随机均匀分布的用户STA组成；共存网络有N个正交的非授权频段载波分量，由CC_i(i＝1，2，...，N)表示；每个WiFiAP只使用一个CC，不同的WiFi AP使用不同的CC发送数据，当新用户到达共存网络时，采用面向公平性调节NR-U系统与WiFi系统信道占用时间的F-CSAT机制，根据公式(11)-(12)对每个载波的NR-U OFF占空比进行调节，保障共存系统满足公平性准则；在此基础上，根据公式(14)选择NR-U用户平均吞吐量R_Lavgc最大的载波，即

其中表示CC_i上的NR-U用户数目，表示CC_i上的WiFi用户的数目，和分别表示CC_i上NR-U ON/OFF的占空比，表示纯NR-U系统在CC_i上获得的吞吐量，表示新NR-U用户在CC_i上获得的吞吐量。