一种D2D与WLAN共享ISM频谱的方法与流程

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种D2D与WLAN共享ISM频谱的方法。

背景技术：

随着移动通信技术的快速发展，移动通信业务需求呈现爆炸式的增长，可用的蜂窝资源越来越紧张。LTE系统引入了OFDM、MIMO等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率。ISM频段是由国际电信联盟ITU定义的免费频段，无需授权许可。基于IEEE 802.11技术标准的WLAN，利用射频技术，使用电磁波在空中进行通信连接，已成为该频段上最常见和应用最为广泛的无线系统，也将成为LTE系统在此频段上的主要竞争对手。

D2D通信旨在使一定范围内的用户通信设备直接通信，以降低对服务基站的负荷。目前，D2D作为蜂窝网络的补充技术，已成为应用于LTE-Advanced网络中的关键技术。D2D利用LTE的技术可以称为LTE D2D。LTE D2D与WLAN系统由于占用相同的频段，所以存在频段干扰与地理区域间的潜在恶性竞争。过多的D2D对和WLAN的站点同时竞争信道会产生较大的时延和冲突，这将极大的降低信道的利用效率。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种D2D与WLAN共享ISM频谱的方法，解决WLAN与蜂窝网络共存状态下D2D簇在ISM频谱竞争的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种D2D与WLAN共享ISM频谱的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、发送尝试信令，eNB首先向簇头CH发送一个ISM尝试信令，邀请簇头及其簇内成员尝试竞争ISM频段进行通信服务；

步骤二、准备竞争信道，簇头CH接收到eNB的ISM尝试信令后，开始搜索WLAN信号并决定所要竞争的ISM信道，接着簇头CH按照簇内成员所需的通信服务类别，向其簇内相关D2D成员对广播ISM信道竞争准备信令；

步骤三、相关用户准备，簇内相关的用户接收到ISM信道竞争准备信令后：

1、如果MAC地址标志位为1，RTS的发送者UEi将检索自己所保存的CTS发送者UEj的MAC地址，然后直接进入步骤四；

2、如果MAC地址标志位为0，相关D2D对用户UEs需要通过簇头CH交换彼此的MAC地址，UEs将所收到的其他用户MAC地址保存在本地；

步骤四、竞争机制开启，准备竞争ISM信道的相关用户UEs充当虚拟的WLAN用户，利用扩展的CSMA/CA机制开启竞争信道机制：

步骤五、发送抢占结果，如果RTS的发送者UEi成功收到其对应的D2D用户UEj的CTS，即D2D对UEi/UEj成果抢占ISM信道，UEi将向簇头CH发送抢占结果指示信令；若抢占ISM信道失败，簇将保持初始的蜂窝通信频谱配置状态；

步骤六、发送占用信令，如果簇头CH接收到来自于RTS发送者UEi的成功占用ISM信道指示后，簇头CH将向基站eNB发送其簇成员成功占用ISM信道的信令，且信令中包含了使用ISM信道的持续时间，从而基站eNB可以在此期间，将之前分配给簇的蜂窝频谱资源分配给其他簇用户使用。

上述的一种D2D与WLAN共享ISM频谱的方法，其特征在于：所述步骤四具体为：

1、RTS发送者UEi首先更新自己的RTS帧信息，将自己的MAC地址填充到RTS帧的TA位，而将对应CTS发送者UEj的MAC地址填充到RA位，在业务持续时间位中填入ISM信道竞争准备信令中所标示的通信业务持续时间；

2、在单播服务的信道竞争中，用户UEj收到RTS帧且检测到RA位中的MAC地址为自己时，将依据WLAN竞争信道流程机制，向相应用户UEj反馈CTS帧，CTS帧中的RA位填入对应RTS发送者UEi的MAC地址。

本发明的有益效果是：

本发明将LTE系统集中控制和较好协调的优势充分地开发利用，基于融合蜂窝网的D2D技术，借助基站eNB的集中控制优势，实现ISM频谱的共享，用以高效解决多系统共存及资源竞争等问题，有效配置优化蜂窝频谱及ISM频谱资源，提高频谱的利用率，实现高效优化频谱资源配置。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的分布式频谱竞争流程图。

图2是本发明的LTE D2D系统与WLAN系统共存场景图。

具体实施方式

图2描绘了单蜂窝小区系统的场景模型，一个小区内存在多个移动用户，假定每个用户都有一个临时的蜂窝网络标号(C-RNTI)，其中某些用户既可以加入局域网进行蜂窝通信，也可以形成D2D簇进行短距离通信。针对用户设备的假设功能如下：

1.LTE设备具有LTE和WLAN双重模式。

2.每个用户设备具有两套射频天线系统，一套用于蜂窝频段，而另一套用于ISM频段。

3.D2D用户通过蜂窝频段完成配对，他们像WLAN基站一样借用CSMA/CA机制侦听及竞争ISM频段。

在这些用户中，可以选择信道质量最佳的一个用户设备作为簇头CH，它负责管理簇和了解簇成员的通信需求和业务类别。此外，簇头CH也明确D2D成员对的RTS和CTS发送者，以及它们所需求的通信持续时间。簇头CH也知道簇内相关通信成员是否已经交换过彼此MAC地址。

其中，本发明所提到的D2D通信系统与WLAN通信系统共享频谱资源的模型中，D2D设备和WLAN设备的关系是完全对等的，不存在高级用户或者低级用户的概念。

依据图2所示的系统场景，下文详细介绍本发明所提机制的具体步骤。

如图1所示，一种D2D与WLAN共享ISM频谱的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、发送尝试信令，eNB首先向簇头CH发送一个ISM尝试信令，邀请簇头及其簇内成员尝试竞争ISM频段进行通信服务；

步骤二、准备竞争信道，簇头CH接收到eNB的ISM尝试信令后，开始搜索WLAN信号并决定所要竞争的ISM信道，接着簇头CH按照簇内成员所需的通信服务类别，向其簇内相关D2D成员对广播ISM信道竞争准备信令，该信令所包含的信息如表1所示；

表1：ISM信道竞争准备信令的信息位

步骤三、相关用户准备，簇内相关的用户接收到ISM信道竞争准备信令后：

1、如果MAC地址标志位为1，RTS的发送者UEi将检索自己所保存的CTS发送者UEj的MAC地址，然后直接进入步骤四；

2、如果MAC地址标志位为0，相关D2D对用户UEs需要通过簇头CH交换彼此的MAC地址，UEs将所收到的其他用户MAC地址保存在本地；

步骤四、竞争机制开启，准备竞争ISM信道的相关用户UEs充当虚拟的WLAN用户，利用扩展的CSMA/CA机制开启竞争信道机制：

步骤五、发送抢占结果，如果RTS的发送者UEi成功收到其对应的D2D用户UEj的CTS，即D2D对UEi/UEj成果抢占ISM信道，UEi将向簇头CH发送抢占结果指示信令；若抢占ISM信道失败，簇将保持初始的蜂窝通信频谱配置状态；

步骤六、发送占用信令，如果簇头CH接收到来自于RTS发送者UEi的成功占用ISM信道指示后，簇头CH将向基站eNB发送其簇成员成功占用ISM信道的信令，且信令中包含了使用ISM信道的持续时间，从而基站eNB可以在此期间，将之前分配给簇的蜂窝频谱资源分配给其他簇用户使用。

本实施例中，所述步骤四具体为：

1、RTS发送者UEi首先更新自己的RTS帧信息，将自己的MAC地址填充到RTS帧的TA位，而将对应CTS发送者UEj的MAC地址填充到RA位，在业务持续时间位中填入ISM信道竞争准备信令中所标示的通信业务持续时间。

2、在单播服务的信道竞争中，用户UEj收到RTS帧且检测到RA位中的MAC地址为自己时，将依据WLAN竞争信道流程机制，向相应用户UEj反馈CTS帧，CTS帧中的RA位填入对应RTS发送者UEi的MAC地址。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。