5GHz频带中LTE-LAA和Wi-Fi系统共存的性能分析

⃝⃝可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirectICT Express 5（2019）72www.elsevier.com/locate/icteLTE-LAA和Wi-Fi系统在空间、时间和频谱域共存的性能分析Chuyen Khoa Huynh，Deok Won Yun，Joo Pyoung Choi，Won CheolLee韩国首尔市铜雀区尚道5洞崇实大学电子工程学院接收日期：2018年2月4日;接收日期：2018年3月17日;接受日期：2018年4月8日在线发售2018年摘要本文的重点是通过使用信道选择方案的干扰分析和流量优化，开发关于LTE-LAA和Wi-Fi网络在5 GHz带宽中共存的解决方案通过实现基于蒙特卡罗方法的分析工具，名为“3DMCAT”，在时域和频域中对LBT协议应用仿真，空间、时间、频谱域的基于帧的设备;该工具通过结合Microsoft Excel计算和相应的计算来实现。3DMCAT示出了在5GHz频带中Wi-Fi和LTE-LAA系统的共存方案的传输性能分析的结果。c2019韩国通信与信息科学研究所（KICS）。Elsevier B.V.的出版服务。这是一个开放获取CC BY-NC-ND许可证下的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：共存; LTE-LAA; Wi-Fi; 3DMCAT; LBT;干扰分析1. 介绍通过在现有许可频带和未许可频带之间使用载波聚合（CA）来增加系统的传输带宽。这增加了未授权频带的频率效率，降低了保护附加频率（诸如许可辅助接入（LAA））的成本，这可以满足移动终端的需求然而，在仅在授权频带中操作的LTE系统与在未授权频带中使用基于竞争的无线信道接入的WiFi系统之间出现公平性问题由于相邻WiFi AP之间的频率分离和LTE-LAA干扰而导致的不必要辐射的影响预计会发生。因此，需要通过分析与此相关的量化共存效应，制定一个共同使用频率的互共存技术方案。*通讯作者。电 子 邮 件 地 址 ： hckhoa@ssu.ac.kr （ C.K.Huynh ） ，youn913@ssu.ac.kr（D.W.Yun），pyoung424@ssu.ac.kr（J.P. Choi），wlee@ssu.ac.kr（W.C. Lee）。同行评审由韩国通信和信息科学研究所（KICS）负责https://doi.org/10.1016/j.icte.2018.04.0022. 3DMCAT分析我们提出了一个空间，时间，频谱域（STSD），先听后说（LBT）命名为基于使用SEAMCAT工具[1]的干扰分析，3DMCAT [2]的时域LBT分析涉及在时域和频域中应用蒙特卡罗方法的组合。关于包括5GHz、Wi-Fi和LTE-LAA系统的共存场景，3DMCAT软件过程如图1B所示。1.一、2.1. 3DMCAT场景分析根据SEAMCAT蒙特卡罗原理，将随机过程应用于3DMCAT中，并进行了试验验证。每次试验都是一个配置快照的一个观察结果 如图1中的整个过程的示意图所示。 1中，3DMCAT被实现用于Wi-Fi和LTE-LAA共存的冲突和干扰分析，并且基于基于帧的设备（FBE）[3]和LBT协议[2]。2405-9595/c2019韩国通信和信息科学研究所（KICS）。出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。C.K. Huynh，D.W.Yun，J.P.Choi等人/ICT Express 5（2019）7273图二. 集群/微微小区模型共存的情况下。(a) True= 1，碰撞。Fig. 1. 3DMACT软件的整体流程。2.2. 随机位置和时间实现图2所示的集群/微微小区模型的场景该模型基于在每个宏小区中包含若干簇，其中每个簇包含许多微微小区，并且微微小区的最大数量取决于每个微微小区之间的最小距离。每个Pico之间的最小距离约为10米，每个集群有4到8个Pico [3]。3DMCAT支持每个集群有12个Pico，每个Pico之间的最小距离约为30米。在计算开始时，为每个设备（Wi-Fi或LTE）随机生成时间由于时间是逐快照随机化的，因此计算将再次按升序排序以实现优先传输决策;此外，每个Pico的位置也在群集的覆盖范围内随机化。该过程必须确保任何一对Picos之间的距离大于最小距离值。2.3. 3DMCAT方法图3中示出了3DMCAT方法的每个快照。快照的数量在初始化步骤中确定。为了确保可靠性，快照的数量必须大到无限（对于模拟，可以接受（b）假= 0，没有冲突。图三. 3DMCAT的占用检测5000到10，000个快照）。在3DMCAT开始时，一般时间参数的配置基于[2]，而FBE [3]考虑占空比，侦听时间，死区时间，传输时间，占空比，采样时间和间隔。在图3中解释了占用检测。在图3（a）中，影响传输#1和传输#2的冲突是由时间重叠区域引起的，由此一个传输在另一个传输结束之前开始。 图在图3（b）中，由于不存在重叠时间，两个传输都不受冲突问题的影响。在监听时间和发送时间之间考虑LBT感测检测的运行。图4中示出了实际的碰撞感测和痛苦的原因。图4（a）中所示的冲突是由于在前一次传输仍然未完成时检测到监听时间而引起的;否则，图4（a）中不发生冲突。4（b）.遵循[4]的扩展Hata传输路径损耗模型，使用以下公式计算接收器功率：PRX=PTX−PLoss−PD。（一）其中，PRX是接收功率，PTX是发送功率，PLoss是基于[4]中的路径损耗等式此外，PD是功率的降级，由此如[5]和[6]中所讨论的相邻信道泄漏比（ACLR）方法被采用用于同信道，74C.K. Huynh，D.W.Yun，J.P.Choi等人/ICT Express 5（2019）72∑∑(a) True= 1，碰撞。(b) False= 0，无冲突。见图4。3DMCAT的LBT感测检测相邻频道。对于这一步，设置阈值，见图6。3DMCAT传输数据包的一般计算。基于[8]中的干扰计算引擎（ICE），根据以下等式定义成功传输概率。在设备ith处，来自其他设备的干扰通过以下等式计算：SiRSS = 10 × log10 iRSS[j，i]/10。（二）j=1其中，S是干扰接收信号强度（iRSS）信号的数量，并且iRSS[j， i]是从第j个设备到第i个设备的iRSS，由此，在每个设备处感测到的总干扰是来自其他设备的总聚合干扰，并且单位具有dBm标度。通过以下等式计算N个快照上的完整传输的概率干扰限制，例如干扰噪声（I/N）比或载波干扰（C/I）比[7];基于P完成=1−Ni=1一、i f（C Ii>C Icriteria）0，其他智慧. （三）在建立的阈值内，根据其引起的发射干扰来确定传输Ni=1一、i f（d RSSi>V Rsens）0，其他智慧其他传输。对于冲突的原因，考虑场景考虑从一个设备到其他设备的干扰，由此如果至少检测到一个干扰占用，并且将对应的设备视为暂停设备。在图5（a）的示例中，设备#1由于失败的传输而不能传输数据。关于设备#3。在具有遭受的原因的反向方向上，一个设备忍受其他传输的干扰并检查传输可用性。如果检测到不友好的传输（当至少一个设备引起超过干扰阈值的干扰时发生），则传输被临时丢弃;因此，在图1A中， 5（b），因为从装置#3和装置#N发送了不友好干扰，所以装置#1的发送被停止。其中，dRSSi是收发器ith处的dRSS，CIcriteria是CI阈值，VRsens是VR灵敏度，CIi是收发器ith处的CI比率，以下适用：C I i=d RSS i−i RSS i.（四）这里，LBT冲突检测和冲突的实际原因被组合并且在步骤4中逐个设备地一起运行，直到所有设备都被考虑。在每个快照结束时收集结果，直到到达最终快照。传输包计算的一般过程如图所示。 六、在此过程中，输入的数据包（D）从发射机发送到接收机。在发送器处，呈现两种类型的分组：输入（D）分组和反向分组（R）。R包图五. 实际碰撞和3DMCAT遭受痛苦的实际原因。∑{{C.K. Huynh，D.W.Yun，J.P.Choi等人/ICT Express 5（2019）7275=Throughpu t=PacketLosRate表1集群/微微小区配置。参数值集群覆盖50米Picos 2至12收发器数量两个Picos之间的最小距离5至20 m工作频率0 ~ 60 MHz是在先前步骤中未传输的不成功数据包。对于信道占用过程考虑提供的分组（G）。之后，不成功的分组将被撤回并用作R分组。成功传输的数据包（T）是用于引起和遭受冲突的冲突检查方法的输入。冲突分组（L）将被添加到R，以便在下一个输入过程中重传。此外，当系统稳定时，以下情况适用：S=D且R=G−−S（5）因此，从发射机到接收机没有传输丢失，这开始形成理想系统。在最后一步，将使用三个目标来确定系统改进。首先，LBT吞吐量目标示出了基于所传输的所提供的分组的传输性能的质量，如下所示：LBT成功传输分组（S）。（六）已发送数据包（G）传输分组的成功由在接收器侧成功接收的分组就不成功的传输而言，决定因素是丢失的数据包和重传的数据包与提供的数据包的比率：这两个失败变量表示系统停机效率，如下所示：LBT数据包丢失（L） 。（七）已发送数据包（G）3. 3DMCAT的实现及仿真结果模拟场景如图所示。 2、将通用LBT参数应用于基于FBE的无线LAN接入点（WLAN AP）和LTE-LAA。Wi-Fi和LTE-LAA收发器使用5 GHz带宽的四个信道进行传输。对于本文的范围和四个通道连接到当前收发器。收发器的数量范围从2到12个设备，并且这些设备被随机分配给Wi-Fi AP收发器或LTE-LAA收发器。模拟集群/微微小区配置如表1所示。大约2到12个收发器随机分布在半径为50米的所有分布必须满足任何两个设备之间的最小距离必须长于两个微微小区之间的最小距离的条件;该最小距离的值为5 m至20 m。3DMCAT仿真的配置信息如表2所示。蒙特卡罗方法包括：表23DMCAT的FBE参数参数数值监听时间0.0002秒死区时间0.00048秒发送时间0.01 s占空比百分之十采样时间0.00002秒间隔0.1 s用于每个收发器的位置和时间生成的随机分布的输入参数。计算是逐步、逐个快照进行估计的。快照的数量在初始步骤开始时定义，并且必须尽可能大以确保可靠性最后的结果。对于[1]的实验模拟，可接受的快照数量大约是5000到10，000。基于[3]的FBE标准化的这些参数的细节在表2中示出，其中具有LBT系统配置的监听时间、死区时间、发送时间、占空比、采样时间和间隔的值本研究中的模拟是针对以下三种情况使用两个收发器进行的：Fi（图7）、具有LTE-LAA的Wi-Fi（图8）以及具有LTE-LAA的LTE-LAA（图9）。通过该模拟，在Wi-Fi和LTE-LAA之间进行比较，以确定最佳性能。此外，在两个信道之间的距离和频率差分开的情况下，仿真的目的是示出（6）的吞吐量降级和（7）的PLR。基于两个收发器的结果，当LTE-LAA和Wi-Fi共存时，吞吐量性能增加。可替换地，在仅包括LTE-LAA收发器的场景中，导出高吞吐量值，类似于图1所示。 9（a）。两个收发器之间的最小距离和频率之间的差异也根据吞吐量水平进行控制;也就是说，两个收发器之间的距离的增加会导致传输路径损耗的增加。此外，基于[6]的ACLR方法，频率距离的增加导致干扰功率的降低。给定上述两个条件，两个收发器之间的干扰将减小;因此，由于传输更成功，因此系统吞吐量增加，并且PLR的方向因此减小。4. 结论3DMCAT被应用于分析Wi-Fi和LTE-LAA在5GHz频带中的共存。基于频域中的包括蒙特卡罗方法和干扰分析的过程，示出了3DMCAT的声音实现，由此在时域中应用LBT协议并且在空间-频率域中发生信号检测感测。实验结果表明，性能的细节，有利于重新配置和分析的无线系统在高频带宽，此外，与预定义的配置，3DMCAT76C.K. Huynh，D.W.Yun，J.P.Choi等人/ICT Express 5（2019）72图7.第一次会议。两 种 收 发 器 的 3DMCAT仿真结果：Wi-Fi和Wi-Fi。图8.第八条。两 种 收 发 器 的 3DMCAT仿真结果：Wi-Fi和LTE-LAA。图9.第九条。两种 收发器 的3DMCAT仿真结果：LTE-LAA和LTE-LAA。也可以应用于TVWS和2.4GHz等其它频段的任何无线系统。为了未来的发展，拟议的软件将设计为每个收发器的自动信道选择功能，并将应用另一种技术，以实现在优化和定位概率等方面更客观和可靠的结果。确认本研究由教育部资助的韩国国家研究基金会（NRF）的基础科学研究计划（NRF-2016 R1 D 1A 1B 01007836）支持。利益冲突作者声明，本文中不存在利益冲突引用[1] SEAMCAT手册。可用：http：//www. 这是一个MCAT。奥尔湾[2] ECC报告181，提高SRD频段的频谱效率，ECC，9月。2012年。[3] 高通技术公司LTE-U论坛技术报告概述，高通公司，5月。2015年。[4] SEAMCAT实现扩展hata和扩展hata SRD模型。可用：http：//www.这是一个MCAT。奥尔湾[5] ECC Report 131 ， Derivation of a Block Edge Mask for TerminalStations in the 2.6 GHz Frequency Band，ECC，2009。[6] G.陈志荣，数位电视中继器辐射遮罩分析，国立台湾大学电子工程学研究所硕士论文，2003。[7] ECC报告185，ECC报告159的补充报告470-790，ECC，1月。2013年。[8] SEAMCET计算干扰概率。可用：http：//www. 这是一个MCAT。奥尔湾