基于异构网多干扰系统包碰撞模型的误包性能检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及异构网络中非授权频段下出现的多干扰领域，具体涉及一种针对多干 扰系统包碰撞模型的误包性能检测方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着信息化社会的建设，人们对移动通信技术的需求与日倶增。这种需求主要 体现在移动通信业务量剧增、通信设备数量增加、新型业务不断涌现。现有的移动通信系统 已经无法完全适应这种需求，下一代移动通信技术的研究受到了越来越多的关注。5G技术 作为全新的移动通信技术，较4G技术而言，在稳步提高传输速度的基础上，将具有更高的 频谱利用率、更低的传输延时、更健全的安全机制及更好的用户应用体验。移动互联网技术 的发展是移动通信技术的发展源动力，而物联网技术作为互联网技术的扩展，融合了传感 器技术等相关技术，为移动通信技术的再次飞跃提供了可靠的支撑。5G技术与物联网技术 的融合，能够帮助人们更快更好地实现智能家居、智能汽车、智能电网乃至智能城市等新兴 概念。机器与机器通信（Machine-to_Machine，M2M)是实现物联网的必要手段，其对于移动 通信的跨越式发展至关重要。
[0003] M2M将通信设备与机器相结合，使一个或多个网络实体进行不需要人为参与的数 据通信。M2M通信在授权频段和非授权频段均可进行，但M2M设备数量巨大，仅占用授权频 段进行通信必然会占用大量蜂窝网的地址资源，同时大量设备的接入也会造成蜂窝网的堵 塞，因此需要使用非授权频段进行通信。显然，非授权频段上M2M通信面临的最大问题就是 来自于同频段其他系统的干扰，与授权频段上M2M通信不同的是，这种干扰是很难通过基 站的控制和协调来消除。在分析多干扰存在时系统的工作性能时一般将系统划分为同构和 异构两种系统。在同构系统中，干扰源与期望接收机都依托于同一种协议，数据包长度、发 射功率等参数均相同。而在异构系统中，干扰源与期望接收机属于不同协议，数据包构成、 发射功率等参数不相同。相比而言异构系统的分析模型更为复杂。
[0004] 误码率和误包率是分析系统工作性能的两个重要指标，而误码率是分析误包率的 基础。误码率特性只反映出一个无线通信系统在物理层的数据传输性能，不能反映更高层 次的宏观系统性能。而数据的误包率则不同，它能够更宏观地反应系统传输性能，是更高层 次的一个性能指标。因此，首先建立误码率模型进而分析系统的误包率。这里首先给出一 个最简单的误包率计算公式：
[0005]
( *)
[0006] 其中，Pp表示系统的误包率，Pb表示系统的误码率，可以根据误码率计算模型得 至1」，而L dJlj表示系统相应的数据包长度。这里需要强调的是，这个公式给出的是系统在最 坏情况下误包率的计算方法。因为其没有考虑系统数据传输中的纠错能力，认为一个数据 包中，只有所有的数据比特都正确，这个数据包才是正确接收的。
[0007] 传统包碰撞模型中，仅仅考虑期望数据包与干扰数据包之间时间偏移的随机性， 而包括干扰数据包长度在内的其他参量均为定值，这显然与实际系统不符合。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是解决现有获得误包率的方法中，没有考虑包括干扰数据包长度 在内的其他参量的变化问题，而只认为干扰数据包的长度固定，导致不能准确的反映系统 的误包率性能的问题，从而提出一种基于异构网多干扰系统包碰撞模型的误包性能检测方 法。
[0009] 本发明通过建立服从某种分布的干扰数据包长度、间隔、偏移，来更合理的模仿实 际环境，并采用离散化的方式，将期望数据包和干扰数据包分割成等长的小段，求解每小段 的碰撞概率，通过累积求和得到最终误包率。其具体分析前给出如下模型：
[0010] 从数据包传输的角度考虑，在实际系统中无论是期望数据包还是干扰数据包均应 为连续传输，数据包传输结束后，等待SIFS(Short Interframe Space)时间后，应答数据 包 ACK 发出，继而等待 DIFS (Distributed Function Interframe Space)时间后，下一个数 据包传输。此时的包碰撞模型如图1所示，其中首行为期望数据流，其下各行为干扰数据 流，每个数据流中均有个数据包，为期望数据包内首个完整出现的数据包，将其称为参考数 据包，分别用L s，LA，Ld表示SIFS、ACK及DIFS的长度。假设系统中存在M个同时发送干扰 数据流的发射节点，这M个干扰数据流与期望数据包之间的偏移分别用0。，O 1，…，Om表示， 对于第i个干扰数据流来说，干扰数据包长度分别用Im，I1^ Ι1ι2,…表示，其中Ilil表示参 考数据包的长度，Iw表示期望数据包之前的数据包长度，相邻数据包之间的间隔分别用 J1^ Jll2, Jll3,…表示，其中Jlll表示参考数据包之前的间隔长度，其中下角标i代表第i个 干扰数据流，X代表该数据流的第X个元素。
[0011] 异构网多干扰系统的包碰撞模型具体分析方法如以下步骤：
[0012] 步骤一、首先对数据包进行离散化处理。以第一个干扰数据流为例进行说明，如图 2所示。将期望数据包等分成N段，每段长度均为l = LdyN。干扰数据流以1为步长进行 分段，即sifs、ack、DiFS分别分为A =μ,=μ」//~ι和％4?A段，「·]表示 向上取整；
[0015] 间隔为k段的归一化概率为：[0016]
[0013] 步骤二、计算各随机变量的概率分布。模型中存在三种变量，即偏移O1，间隔J lix， 干扰数据包长度Ilix三种变量的分布情况如下：偏移一般服从均匀分布，间隔和数据包长 度则服从指数分布。进而可求出三种变量为k段的归一化概率，偏移为k段的归一化概率 为：
[0014] (2_)
[0017]其中 P' (Jlix= k) =FU ^kD-FU1, (k_l)l)，ke [0，N-l]，FU1J)是 Ji x 服从参数为A1的指数分布的累积分布函数，公式为：
[0018]
[0019] 干扰数据包长度Ilix的计算方式与间隔J 1ιΧ相同，假设其指数分布的参数为λ 2。 干扰数据包长度为k段的归一化概率为：
[0020]
[0021] 其中：P' (I1J=IO =FU 2，kl)-FU2,（k-l)l)，ke [N_，N_]，UNji^ 数据包长度的最小值和最大值，其由相应标准文件给出。
[0022] 步骤三、计算期望数据包与参考数据包的碰撞概率。首先从最简单的模型开始，以 图2为例，计算参考数据包与期望数据包的碰撞概率。首先将期望数据包分割成N段，通过 数学计算，注意步骤二中求得的三种概率是相互独立的。用N维向量D = [dn I η = 1，2··· Ν]描述参考数据包与期望数据包各小段的碰撞概率，其中第η小段的碰撞概率为：
[0023] ft-w. 广 q
[0024] 步骤四、计算期望数据包与ACK数据包的碰撞概率。ACK数据包可看成Na个连续 传输的小数据包，每个小数据包长度均为1，构造 NaXN维矩阵4=[4,4，"％4^，4/来 描述ACK数据包与期望数据包之间的碰撞概率，行向量Ah= [ahin |n = 1，2,…，N]表示ACK 数据包的第h小段与期望数据包碰撞的概率序列，元素表示ACK数据包的第h小段与 期望数据包第η小段的碰撞概率，如下式：
[0025] - mm
[0026] 其中
，用％表不对应的偏移与参数数据包长度的和，则m h = n_Ns-h，焉' =「4::/司为 SIFS 的段数。