基于異構網多干擾系統(tǒng)包碰撞模型的誤包性能檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及異構網絡中非授權頻段下出現(xiàn)的多干擾領域，具體涉及一種針對多干 擾系統(tǒng)包碰撞模型的誤包性能檢測方法。
【背景技術】
[0002] 伴隨著信息化社會的建設，人們對移動通信技術的需求與日倶增。這種需求主要 體現(xiàn)在移動通信業(yè)務量劇增、通信設備數(shù)量增加、新型業(yè)務不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)有的移動通信系統(tǒng) 已經無法完全適應這種需求，下一代移動通信技術的研究受到了越來越多的關注。5G技術 作為全新的移動通信技術，較4G技術而言，在穩(wěn)步提高傳輸速度的基礎上，將具有更高的 頻譜利用率、更低的傳輸延時、更健全的安全機制及更好的用戶應用體驗。移動互聯(lián)網技術 的發(fā)展是移動通信技術的發(fā)展源動力，而物聯(lián)網技術作為互聯(lián)網技術的擴展，融合了傳感 器技術等相關技術，為移動通信技術的再次飛躍提供了可靠的支撐。5G技術與物聯(lián)網技術 的融合，能夠幫助人們更快更好地實現(xiàn)智能家居、智能汽車、智能電網乃至智能城市等新興 概念。機器與機器通信（Machine-to_Machine，M2M)是實現(xiàn)物聯(lián)網的必要手段，其對于移動 通信的跨越式發(fā)展至關重要。
[0003] M2M將通信設備與機器相結合，使一個或多個網絡實體進行不需要人為參與的數(shù) 據通信。M2M通信在授權頻段和非授權頻段均可進行，但M2M設備數(shù)量巨大，僅占用授權頻 段進行通信必然會占用大量蜂窩網的地址資源，同時大量設備的接入也會造成蜂窩網的堵 塞，因此需要使用非授權頻段進行通信。顯然，非授權頻段上M2M通信面臨的最大問題就是 來自于同頻段其他系統(tǒng)的干擾，與授權頻段上M2M通信不同的是，這種干擾是很難通過基 站的控制和協(xié)調來消除。在分析多干擾存在時系統(tǒng)的工作性能時一般將系統(tǒng)劃分為同構和 異構兩種系統(tǒng)。在同構系統(tǒng)中，干擾源與期望接收機都依托于同一種協(xié)議，數(shù)據包長度、發(fā) 射功率等參數(shù)均相同。而在異構系統(tǒng)中，干擾源與期望接收機屬于不同協(xié)議，數(shù)據包構成、 發(fā)射功率等參數(shù)不相同。相比而言異構系統(tǒng)的分析模型更為復雜。
[0004] 誤碼率和誤包率是分析系統(tǒng)工作性能的兩個重要指標，而誤碼率是分析誤包率的 基礎。誤碼率特性只反映出一個無線通信系統(tǒng)在物理層的數(shù)據傳輸性能，不能反映更高層 次的宏觀系統(tǒng)性能。而數(shù)據的誤包率則不同，它能夠更宏觀地反應系統(tǒng)傳輸性能，是更高層 次的一個性能指標。因此，首先建立誤碼率模型進而分析系統(tǒng)的誤包率。這里首先給出一 個最簡單的誤包率計算公式：
[0005]
( *)
[0006] 其中，Pp表示系統(tǒng)的誤包率，Pb表示系統(tǒng)的誤碼率，可以根據誤碼率計算模型得 至1」，而L dJlj表示系統(tǒng)相應的數(shù)據包長度。這里需要強調的是，這個公式給出的是系統(tǒng)在最 壞情況下誤包率的計算方法。因為其沒有考慮系統(tǒng)數(shù)據傳輸中的糾錯能力，認為一個數(shù)據 包中，只有所有的數(shù)據比特都正確，這個數(shù)據包才是正確接收的。
[0007] 傳統(tǒng)包碰撞模型中，僅僅考慮期望數(shù)據包與干擾數(shù)據包之間時間偏移的隨機性， 而包括干擾數(shù)據包長度在內的其他參量均為定值，這顯然與實際系統(tǒng)不符合。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有獲得誤包率的方法中，沒有考慮包括干擾數(shù)據包長度 在內的其他參量的變化問題，而只認為干擾數(shù)據包的長度固定，導致不能準確的反映系統(tǒng) 的誤包率性能的問題，從而提出一種基于異構網多干擾系統(tǒng)包碰撞模型的誤包性能檢測方 法。
[0009] 本發(fā)明通過建立服從某種分布的干擾數(shù)據包長度、間隔、偏移，來更合理的模仿實 際環(huán)境，并采用離散化的方式，將期望數(shù)據包和干擾數(shù)據包分割成等長的小段，求解每小段 的碰撞概率，通過累積求和得到最終誤包率。其具體分析前給出如下模型：
[0010] 從數(shù)據包傳輸?shù)慕嵌瓤紤]，在實際系統(tǒng)中無論是期望數(shù)據包還是干擾數(shù)據包均應 為連續(xù)傳輸，數(shù)據包傳輸結束后，等待SIFS(Short Interframe Space)時間后，應答數(shù)據 包 ACK 發(fā)出，繼而等待 DIFS (Distributed Function Interframe Space)時間后，下一個數(shù) 據包傳輸。此時的包碰撞模型如圖1所示，其中首行為期望數(shù)據流，其下各行為干擾數(shù)據 流，每個數(shù)據流中均有個數(shù)據包，為期望數(shù)據包內首個完整出現(xiàn)的數(shù)據包，將其稱為參考數(shù) 據包，分別用L s，LA，Ld表示SIFS、ACK及DIFS的長度。假設系統(tǒng)中存在M個同時發(fā)送干擾 數(shù)據流的發(fā)射節(jié)點，這M個干擾數(shù)據流與期望數(shù)據包之間的偏移分別用0。，O 1，…，Om表示， 對于第i個干擾數(shù)據流來說，干擾數(shù)據包長度分別用Im，I1^ Ι1ι2,…表示，其中Ilil表示參 考數(shù)據包的長度，Iw表示期望數(shù)據包之前的數(shù)據包長度，相鄰數(shù)據包之間的間隔分別用 J1^ Jll2, Jll3,…表示，其中Jlll表示參考數(shù)據包之前的間隔長度，其中下角標i代表第i個 干擾數(shù)據流，X代表該數(shù)據流的第X個元素。
[0011] 異構網多干擾系統(tǒng)的包碰撞模型具體分析方法如以下步驟：
[0012] 步驟一、首先對數(shù)據包進行離散化處理。以第一個干擾數(shù)據流為例進行說明，如圖 2所示。將期望數(shù)據包等分成N段，每段長度均為l = LdyN。干擾數(shù)據流以1為步長進行 分段，即sifs、ack、DiFS分別分為A =μ,=μ」//~ι和％4?A段，「·]表示 向上取整；
[0015] 間隔為k段的歸一化概率為：[0016]
[0013] 步驟二、計算各隨機變量的概率分布。模型中存在三種變量，即偏移O1，間隔J lix， 干擾數(shù)據包長度Ilix三種變量的分布情況如下：偏移一般服從均勻分布，間隔和數(shù)據包長 度則服從指數(shù)分布。進而可求出三種變量為k段的歸一化概率，偏移為k段的歸一化概率 為：
[0014] (2_)
[0017]其中 P' (Jlix= k) =FU ^kD-FU1, (k_l)l)，ke [0，N-l]，F(xiàn)U1J)是 Ji x 服從參數(shù)為A1的指數(shù)分布的累積分布函數(shù)，公式為：
[0018]
[0019] 干擾數(shù)據包長度Ilix的計算方式與間隔J 1ιΧ相同，假設其指數(shù)分布的參數(shù)為λ 2。 干擾數(shù)據包長度為k段的歸一化概率為：
[0020]
[0021] 其中：P' (I1J=IO =FU 2，kl)-FU2,（k-l)l)，ke [N_，N_]，UNji^ 數(shù)據包長度的最小值和最大值，其由相應標準文件給出。
[0022] 步驟三、計算期望數(shù)據包與參考數(shù)據包的碰撞概率。首先從最簡單的模型開始，以 圖2為例，計算參考數(shù)據包與期望數(shù)據包的碰撞概率。首先將期望數(shù)據包分割成N段，通過 數(shù)學計算，注意步驟二中求得的三種概率是相互獨立的。用N維向量D = [dn I η = 1，2··· Ν]描述參考數(shù)據包與期望數(shù)據包各小段的碰撞概率，其中第η小段的碰撞概率為：
[0023] ft-w. 廣 q
[0024] 步驟四、計算期望數(shù)據包與ACK數(shù)據包的碰撞概率。ACK數(shù)據包可看成Na個連續(xù) 傳輸?shù)男?shù)據包，每個小數(shù)據包長度均為1，構造 NaXN維矩陣4=[4,4，"％4^，4/來 描述ACK數(shù)據包與期望數(shù)據包之間的碰撞概率，行向量Ah= [ahin |n = 1，2,…，N]表示ACK 數(shù)據包的第h小段與期望數(shù)據包碰撞的概率序列，元素表示ACK數(shù)據包的第h小段與 期望數(shù)據包第η小段的碰撞概率，如下式：
[0025] - mm
[0026] 其中
，用％表不對應的偏移與參數(shù)數(shù)據包長度的和，則m h = n_Ns-h，焉' =「4::/司為 SIFS 的段數(shù)。