冉懋海，秦江偉，裴二榮

（1.重慶電力高等專科學(xué)校，重慶 400053；2.重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065）

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無線通信的業(yè)務(wù)種類和需求迅速增加。據(jù)業(yè)內(nèi)報道，從2010年到2020年全球的移動數(shù)據(jù)流量將會增長超過1 000倍［1］。因此，為了獲得更好的用戶體驗，需要對通信速率、系統(tǒng)容量、傳輸時延以及通信安全等提出更高的要求。為了達到這個目的，產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界為第5代移動通信網(wǎng)絡(luò)提出了許多新技術(shù)。這些技術(shù)主要分為2類解決方案。第一類是在授權(quán)頻譜上通過改進物理層和MAC層關(guān)鍵技術(shù)盡可能提高頻譜利用效率［2-3］。然而，目前授權(quán)頻譜利用率已經(jīng)接近極限。因此，該方案仍然無法從根本上滿足人們對移動數(shù)據(jù)流量的需求。第二類是將當(dāng)前的蜂窩技術(shù)即LTE/LTE-A技術(shù)拓展到免授權(quán)頻譜上，大量增加通信所需的頻譜資源以滿足當(dāng)前和未來對移動流量的需求［4-5］。目前在免授權(quán)頻段上充斥著大量的無線設(shè)備，如WiFi、藍牙、Zigbee等，其中以低成本和高數(shù)據(jù)速率的WiFi為主。因此，當(dāng)前LTE工作在免授權(quán)頻譜上的核心問題是設(shè)計一個共存機制使得LTE與WiFi網(wǎng)絡(luò)在免授權(quán)頻段上和諧共存，既要讓LTE獲得足夠的頻譜滿足通信需求，又要避免過度干擾到WiFi網(wǎng)絡(luò)及其用戶。

目前在免授權(quán)頻段上LTE和WiFi的共存方案主要有2種：占空比靜默模式（duty cycle muting，DCM）和授權(quán)輔助接入模式（licensed assisted access，LAA）。DCM 是LTE-U的第一個版本，最初由愛立信和高通公司在2013年提出［4］。這種方案通過LTE周期性靜默一段時間的方式與WiFi分享免授權(quán)頻譜，不需要“先聽后說”（listen before talk，LBT），并且因為不需要修改LTE協(xié)議而很容易部署，目前只在中國、印度、韓國和美國使用［4-5］。在2014年6月法國的Sophia Antipolis會議中，首次提出LTE LAA方案。這種方案旨在尋求一個長遠的全球解決方案，它的一個重要特征就是LTE接入免授權(quán)頻譜前需要對信道情況進行評估，即LBT機制的空閑信道評估（clear channel assessment，CCA）過程。因而這種機制需要對LTE協(xié)議棧進行修改以及設(shè)備商的支持［6］。目前3GPP、ESTI等電信組織也正在積極對LBT接入方案制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在本文中，我們更加關(guān)注LTE和WiFi共存的長遠解決方案，因而主要研究LTE與WiFi網(wǎng)絡(luò)之間基于LBT的接入方案即LAA方案。

當(dāng)前，LAA正在吸引越來越多研究人員的關(guān)注，已有大量文獻發(fā)表，如文獻［7-12］。因為存在LAA對現(xiàn)有的WiFi網(wǎng)絡(luò)影響的擔(dān)心，一些研究人員正在研究和分析LTE LAA網(wǎng)絡(luò)性能。

Kwon H J等［13］詳細地介紹了3GPP推薦的LAA方案的關(guān)鍵技術(shù)特點。作為關(guān)鍵技術(shù)之一，基于二進制指數(shù)退避機制的競爭窗口適應(yīng)技術(shù)被詳細地介紹。

在文獻［7，14-15］中，作者利用隨機幾何理論對基于LBT的LAA方案進行了建模，并且評估了它們的性能。然而，在這些文獻中，為了能夠利用隨機幾何理論對LAA進行建模，LAA方案中的退避時間被假定為均勻地分布在［0，1］區(qū)間。這種假設(shè)忽視了競爭窗口大小的變化，這可能使提出的模型不能如實地反應(yīng)退避機制的實際行為，進而導(dǎo)致性能分析與實際出現(xiàn)較大誤差。

Song Y等［8］將使用了LBT機制的小基站建模成了一個新馬爾科夫鏈，然后基于提出的模型找到了能夠最大化吞吐量的最優(yōu)競爭窗口大小。

Chen C等［11］將一個沒有退避機制的簡單LAA方案建模成為一個二維的離散的馬爾科夫鏈，并且推導(dǎo)出了LAA和WiFi的下行吞吐量。然而，這篇文獻研究的對象是固定競爭窗口大小的LBT機制。而且，在這篇文獻中，作者假定包沖突不一定導(dǎo)致傳輸失敗，只是導(dǎo)致了不同的包傳輸速率。而且，作者也假定了包沖突的魯棒性，即包傳輸在低速率時也能傳輸。所有的這些假設(shè)和考慮都使得這篇文獻研究的LBT接入機制與3GPP LAA方案具有較大的不同。

Yi J等［12］考慮到LAA結(jié)構(gòu)開銷提出了一個新穎的馬爾科夫鏈分析模型，并且基于這個模型推導(dǎo)出了在不同幀開銷情況下LAA的吞吐量表達式。通過仿真結(jié)果和預(yù)期值的比較，證明了提出模型的有效性。然而，這篇文獻的作者沒有對LAA方案進行建模，而是直接使用了IEEE 802.11 DCF的Bianchi模型。因此，忽視了LAA方案與IEEE 802.11 DCF的不同。

與上面提到的LAA方案不同，3GPP有2個特點［13］：①競爭窗口大小是可變的，并且隨著重傳次數(shù)而翻倍，即執(zhí)行二進制指數(shù)退避機制。②自從LAA被激活，除了第一次傳輸，LAA傳輸數(shù)據(jù)前必須先進入ECCA（Extended clear channel assessment）程序。

3GPP LAA方案也不同于WiFi系統(tǒng)中的802.11 DCF（Distributed coordination function）協(xié)議：①在3GPP LAA方案中，除了第一次傳輸，LAA傳輸前總是先進入到ECCA程序。與之對比，DCF要求發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前先探測信道，如果信道被占用，那么發(fā)送端執(zhí)行退避機制（類似于LAA中的ECCA）。因此，DCF中執(zhí)行退避機制的概率小于1。②3GPP LAA方案總是工作在LTE和WiFi網(wǎng)絡(luò)共存的場景中，而DCF只工作在單獨的WiFi系統(tǒng)中。

從以上討論可以看出，3GPP LAA與前文討論的LAA方案以及IEEE DCF之間都有很大的不同。因此，現(xiàn)有文獻為LAA方案和IEEE DCF進行性能評估提出的模型無法應(yīng)用于3GPP LAA方案。

到目前為止，還沒有文獻考慮到前文所述的3GPP LAA特點并分析其性能。因此，首先對3GPP LAA方案進行建模，然后基于所建模型推導(dǎo)信道占用率和沖突概率等性能指標(biāo)表達式，最后給出改進建議。

1 系統(tǒng)模型

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

本文考慮了多個LAA小基站（SBSs）和多個WiFi接入點（APs）的共存場景，網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示。LAA SBSs可以使用授權(quán)頻譜和免授權(quán)頻譜來支持其覆蓋區(qū)域內(nèi)所有LAA用戶的下行傳輸，而WiFi APs只能使用免授權(quán)頻譜來服務(wù)較小的區(qū)域中用戶。眾所周知，可以自動或手動的將不同的免授權(quán)信道分配給不同的WiFi APs，并且也可以通過空間距離來隔離在相同信道上操作的WiFi APs。雖然LAA SBSs可能同時使用多個免授權(quán)信道（多個不同的WiFi APs可能工作在這些不同的免授權(quán)信道上），但主要關(guān)注LAA和WiFi在某一個免授權(quán)信道上的共存性能。因此，所考慮的場景可以簡化為更簡單的共存場景：多個LAA SBSs和某一個WiFi AP在某個免授權(quán)信道上共存。因此，假設(shè)在所考慮的共存場景中某個免授權(quán)信道上工作著nl個LAA SBSs和一個具有nw用戶的WiFi AP。

值得注意的是，在獨立LTE系統(tǒng)中，分組重傳主要基于混合自動重傳請求（HARQ）-ACK反饋。HARQ-ACK反饋可以從ACK、NACK和DTX獲取值，其中ACK指的是正確接收的情況，NACK指的是正確檢測到控制信息（即PDCCH）但在數(shù)據(jù)（即PDSCH）接收中存在錯誤的情況，DTX指的是用戶忽略包含調(diào)度信息（即PDCCH）的控制消息而不是數(shù)據(jù)本身（即PDSCH）的情況［12］。然而，本文主要關(guān)注3GPP LAA方案的共存性能。因此，在考慮的場景中忽略了信道質(zhì)量（它是在獨立的LTE系統(tǒng)中包重傳的主要原因）。也就是說，在本文中，SBSs之間以及SBSs與WiFi用戶之間的包沖突是LAA網(wǎng)絡(luò)中包重傳的唯一原因。

圖1 網(wǎng)絡(luò)模型示意圖

1.2 IEEE 802.11接入機制

無線局域網(wǎng)（wireless local area network，WLAN）中主要有4種信道接入方法，分別是分布式協(xié)調(diào)功能（distributed coordination function，DCF）、點協(xié)調(diào)功能（point coordination function，PCF）、混合協(xié)調(diào)功能（hybrid coordination function，HCF）以及增強型分布信道接入（enhanced distributed channel access，EDCA），其中DCF接入機制是當(dāng)前多數(shù)情況下WLAN默認(rèn)配置采用的接入方式。在基于載波監(jiān)聽多點接入/碰撞避免（carrier sense multiple access/collision avoidance，CSMA/CA）協(xié)議工作的DCF接入機制中，用戶在傳輸數(shù)據(jù)前都需要通過競爭的方式去占用信道，進而發(fā)送分組。具體過程為：當(dāng)某個WiFi AP需要傳輸數(shù)據(jù)時，先要進行信道檢測，如果發(fā)現(xiàn)信道空閑，則等待一個分布式幀間間隔（Distributed Inter-Frame Space，DIFS）后發(fā)送分組，若分組發(fā)送完成后終端成功接收，則經(jīng)過一個短幀間間隔（short Inter frame space，SIFS）后，向源端發(fā)送確認(rèn)幀ACK（acknowledged frame）。如果檢測到信道忙，則必須在信道由忙態(tài)轉(zhuǎn)到空閑態(tài)，經(jīng)過一個DIFS時間后，執(zhí)行退避算法。DCF中采用的是二進制指數(shù)退避算法，競爭窗口（contention window，CW）值CW=2iCWmin，其中i表示退避階段數(shù)且i∈［0，m1］。當(dāng)設(shè)備使用退避算法選擇了CW 中的某個值后，就根據(jù)該值設(shè)置一個退避計時器N。當(dāng)N=0時，就開始傳輸數(shù)據(jù)，而當(dāng)N≠0時且信道又轉(zhuǎn)為忙態(tài)時，則需要凍結(jié)退避計時器的值N，重新等待信道變?yōu)榭臻e，再經(jīng)過一個DIFS后，繼續(xù)啟動退避計時器（從剩下的時間開始），如圖2所示。

圖2 DCF接入機制

正如文獻［10］所討論的，WiFi網(wǎng)絡(luò)DCF接入行為滿足二維離散馬爾可夫過程。假設(shè)pw、τw分別表示W(wǎng)iFi系統(tǒng)內(nèi)碰撞概率和用戶在任意時隙內(nèi)傳輸分組的概率，則

2 模型分析

2.1 二維離散M arkov模型

在3GPP提出的LAA方案中，在免授權(quán)頻段上的空閑信道評估過程包含2個部分［11］，分別是初始CCA（initial CCA，ICCA）和ECCA。基于3GPP提出的LTE LAA方案的2個新特點，將其建造成一個新的二維離散Markov模型，如圖3所示。在圖3中，狀態(tài)X表示LAA新的傳輸狀態(tài)。當(dāng)退避計數(shù)器或者空閑時隙數(shù)的值減小到零時即在狀態(tài)（i，0）時，LAA立即發(fā)送分組。然后LAA以1-pl的概率（即分組成功發(fā)送的概率）進入到新傳輸狀態(tài)X。為了使得LAA不會一直占用信道，3GPP提出的LAA方案要求在成功發(fā)送分組后新的傳輸直接執(zhí)行隨機退避過程即進入到ECCA過程，即狀態(tài)X以概率1進入到退避狀態(tài)，退避值首先在最小競爭窗口范圍內(nèi)產(chǎn)生。當(dāng)退避計數(shù)器的值減小到0，如果分組發(fā)送成功，則再次進入到狀態(tài)X。如果發(fā)送不成功則再次進入到退避狀態(tài)，其競爭窗口大小以2i×W增加。

圖3 3GPP LAA方案的馬爾可夫鏈模型示意圖

按照LAA方案，LTE接入免授權(quán)信道需要進行ICCA和ECCA 2個檢測過程，其中L表示ICCA過程所需要的總時隙數(shù)。假設(shè)Hi和He分別表示ICCA和ECCA檢測過程，其狀態(tài)符號分別為0和1，2，…，m，那么LAA用戶狀態(tài)s（t）在任意時隙的取值為Hi或者He，其相應(yīng)狀態(tài)計數(shù)器取值為b（t）。假設(shè)pl為LAA網(wǎng)絡(luò)中用戶的碰撞概率，即2個及2個以上LAA設(shè)備同時發(fā)送分組的概率。該模型中，分組在發(fā)送過程中無論遭遇多少次重傳，假設(shè)其碰撞概率pl都是恒定且獨立。

將二維離散馬爾可夫過程的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率簡化表示為：

令m=m2，則上述Markov模型的一階非零狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率可以表示為：

式（4a）表示ICCA過程中，信道空閑，則計數(shù)器就遞減。式（4b）表示ECCA過程中，信道空閑，則計數(shù)器就遞減，否則凍結(jié)退避計數(shù)器的值。式（4c）表示當(dāng)LAA重傳發(fā)生時退避到下一個階段。式（4d）表示在ECCA過程中如果分組在預(yù)定的碰撞次數(shù)之內(nèi)沒有成功發(fā)送數(shù)據(jù)，則丟棄數(shù)據(jù)且信道檢測過程從新的ICCA開始。式（4e）表示在ICCA過程中如果信道忙，則設(shè)備進入ECCA檢測過程。式（4f）表示LAA分組成功發(fā)送后進入新的傳輸時需進入ECCA過程并自動執(zhí)行隨機退避流程。

由式（5）可得：

根據(jù)圖3所建造的Markov模型，我們基于隨機過程理論可知

2.2 退避機制

按照3GPP推薦的LAA方案，LAA的競爭窗口基于二進制指數(shù)退避機制進行退避。LAA在發(fā)送數(shù)據(jù)后如果沒有收到反饋或者超過時間沒有收到反饋，數(shù)據(jù)需要重傳，其競爭窗口以2i×W 增加。重傳次數(shù)越多，退避的時間就可能越長，直到達到預(yù)定重傳次數(shù)后丟棄分組。在LAA中的二進制指數(shù)退避機制提供了一個處理超負荷問題的方法，傳輸?shù)闹貜?fù)失敗導(dǎo)致更長的退避時間，這將有助于負荷的平滑。為了通過比較來深入分析LAA方案性能，本文也提出了基于線性退避的LAA共存方案，即當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生NACK或者DTX的情況時，退避到下一個階段且競爭窗口將按照線性方式增加。

1）二進制指數(shù)退避機制：假設(shè)W=CWmin，則最大退避窗口值為CWmax=2m2·W，第i次退避時退避窗口值表示為Wi=2i·W。因此，通過歸一化運算，可得LAA用戶的傳送概率為

式中，

2）線性退避機制：假設(shè)W=CWmin，則最大退避窗口值為CWmax=2W·m2，第i次退避時退避窗口值表示為Wi=i·2W。因此，通過歸一化運算，可得LAA用戶的傳送概率為

式中，

3）固定窗口退避機制：假設(shè)設(shè)備在每次執(zhí)行退避機制時，競爭窗口都以一個固定值退避，即Wi=W，i表示退避次數(shù)且最大退避次數(shù)為m2。因此，通過歸一化運算，可得LAA用戶的傳送概率為

3 LAA與W iFi用戶的碰撞概率和信道占用率

在共存系統(tǒng)中，已知傳送概率為τl（包含τl1和τl2）和τw，LAA網(wǎng)絡(luò)用戶的平穩(wěn)碰撞概率pl為［12］

同理對于WiFi用戶可知：

假設(shè)pt，l和pt，w分別表示共存系統(tǒng)中至少有一個LAA用戶和至少有一個WiFi用戶傳輸數(shù)據(jù)的概率，因此

在至少有一個LAA用戶（WiFi用戶）傳輸數(shù)據(jù)的條件下只有一個LAA用戶傳輸數(shù)據(jù)的概率ps，l（ps，w）可表示為［12］

值得注意的是，Markov鏈中每個狀態(tài)的持續(xù)時間并不相同，也就是說，它取決于各個狀態(tài)。本文提出的新型Markov鏈中有3種狀態(tài)，分別是成功傳輸狀態(tài)、碰撞狀態(tài)和退避狀態(tài)。其中，碰撞狀態(tài)包含3種類型的碰撞，它們是WiFi用戶之間的碰撞，LAA SBSs之間的碰撞以及LAA SBSs與WiFi用戶之間的交叉碰撞。與IEEE 802.11 DCF類似，文中所提出的模型沒有空閑狀態(tài)。這是因為正如前面所闡述的LAA總是有數(shù)據(jù)包等待傳輸，并且以概率1進入ECCA過程。還應(yīng)該指出，退避狀態(tài)的持續(xù)時間實際上包含空閑時隙。這是為了平滑業(yè)務(wù)負載設(shè)計的，而不能被LAA SBSs和WiFi APs所利用，這也被看作是開銷。令σ為一個時隙長度，則退避狀態(tài)的平均持續(xù)時間為

令Qw為WiFi數(shù)據(jù)包的長度，則WiFi Aps平均成功傳輸時間為

令Ql為LAA幀長，則LAA SBSs平均成功傳輸時間為

在WiFi用戶之間碰撞中，平均持續(xù)時間為

令為ECCA過程中的延遲時間，則LAA SBSs之間碰撞中，平均持續(xù)時間為

在LAA SBSs與WiFi用戶之間的交叉碰撞中，平均持續(xù)時間為

令Tc，w=Qw+TDIFS，Tc，l=Ql+Td，則WiFi用戶與LAA SBSs之間的交叉碰撞中，Tc，A的大小取決于Tc，l和Tc，w長度，即，Tc，A=max｛Tc，l，Tc，w｝。

因此，每個狀態(tài)的平均消耗時間可以表示為

假設(shè)和Rs，w分別表示LAA和WiFi用戶信道占用率，Ts表示系統(tǒng)總時間，因此

4 仿真結(jié)果

通過數(shù)值仿真對LAA和WiFi網(wǎng)絡(luò)基于LBT的共存機制進行性能分析，具體仿真參數(shù)如表1所示。

表1 系統(tǒng)仿真參數(shù)

圖4表示W(wǎng)=128，k=2 W 和不同WiFi用戶數(shù)的情況下WiFi用戶的碰撞概率與LAA用戶數(shù)的關(guān)系。圖5表示W(wǎng)=128，k=2 W 和不同LAA用戶數(shù)情況下WiFi用戶的碰撞概率與WiFi用戶數(shù)的關(guān)系。

圖4 WiFi用戶碰撞概率與LAA SBS的關(guān)系

圖5 WiFi碰撞概率與WiFi用戶數(shù)的關(guān)系

為了便于比較分析LBT共存方案，圖4、圖5中增加了3條基于相同數(shù)量的WiFi用戶下的碰撞概率曲線。從圖4可以看出，在WiFi用戶數(shù)一定時，WiFi的碰撞概率隨著LAA用戶數(shù)的增加而增加。這是因為LAA用戶的增加意味著更多的用戶參與免授權(quán)信道的競爭，增加了WiFi的碰撞概率。從圖5可以看出，在LAA用戶數(shù)一定時，WiFi的碰撞概率隨著WiFi用戶數(shù)的增加而增加。這是因為WiFi用戶的增加意味著更多的用戶參與免授權(quán)信道的競爭，增加了WiFi的碰撞概率。

從圖4、5可以看出，圖5曲線的斜率要大于圖4。這說明增加WiFi用戶比增加LAA用戶使得碰撞概率增加的幅度更大。另外，與相同數(shù)量的WiFi用戶情況下的碰撞概率相比較，LBT共存方案下的碰撞概率較小。這是因為3GPP提出的LBT共存方案不僅要求LAA用戶在接入信道前需要探測信道，而且在連續(xù)發(fā)送幀時為了不一直占用信道而直接進入ECCA過程并執(zhí)行隨機退避過程。與WiFi用戶每發(fā)送一幀都需要探測信道相比，相同數(shù)量的LAA用戶與WiFi用戶相比，LAA用戶導(dǎo)致的碰撞概率較小。這也說明了3GPP提出的LBT共存方案具有較好的友好性。圖中線性退避機制下WiFi碰撞概率均約大于同等情況下虛線所代表的二進制退避機制下的碰撞概率，這是因為分組在遭受沖突時，相對于二進制退避機制而言，線性退避機制所產(chǎn)生的退避窗口值要更小。

圖6表示LAA用戶和WiFi用戶總數(shù)不變情況下（例如：nl+nw=11，nl從1遞增到10，nw反之），信道占用率（即Rs，l、Rs，w）與用戶數(shù)的關(guān)系。圖6中圓圈、矩形和橢圓標(biāo)注的位置分別表示固定、線性和3GPP LAA方案下WiFi的信道占用率等于LAA信道占用率的點（即Rs，l=Rs，w）。這些點為半共享點。從圖中可以看出，在LAA SBSs和WiFi用戶數(shù)量方面，W=16和W=32下的半共享點之間存在很大差異，這表明LAA共存方案中的參數(shù)W對共存性能具有很大的影響。固定LAA方案下LAA的信道占用率總是高于3GPP和線性LAA方案下的信道占用率，而WiFi的信道占用率則相反。這是因為固定LAA方案比3GPP和線性LAA方案更具侵略性。因此，固定LAA方案可以為LAA SBS/終端占用更多的機會，這降低了WiFi用戶同時使用該信道的機會，并且進一步導(dǎo)致了抑制的WiFi性能。

圖6 信道占用率和LAA SBS/WiFi用戶數(shù)的關(guān)系

圖7表示固定WiFi用戶（例如：nw=10），步進增大LAA用戶情況下，LAA和WiFi用戶信道占用率與LAA用戶數(shù)的關(guān)系。從圖7可以看出，隨著LAA用戶數(shù)的增加，LAA信道占用率越來越高，而WiFi占用率越來越低。同時也可以看出，在相同的最小競爭窗口大?。–ontention Window size，CWS）（W=16或W=32）下，固定LAA方案下LAA的信道占用率是3種LAA方案中最多的，而3GPP LAA方案下的信道占用率是最少的，WiFi的信道占用率正好相反。

圖7 WiFi用戶固定時信道占用率情況

從圖7還可以看出，當(dāng)LAA SBS的數(shù)量很大時，W=16的固定和線性LAA方案下的LAA信道占用率低于W=16的3GPP LAA方案下的LAA信道占用率。W=32的固定和線性方案下的LAA信道占用率仍高于W=32的3GPP LAA方案下的LAA信道占用率。這是因為大量LAA SBSs產(chǎn)生的大量退避分組（因為LAA在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前需要直接進入退避過程）使固定和線性LAA方案中的CWS無法平滑負載。這導(dǎo)致高的碰撞概率，并最終導(dǎo)致信道占用率的降低。相反，在W=32下，可以使用更大的CWS來避免問題的發(fā)生。

圖8表示固定LAA用戶（例如：nl=5），步進增大WiFi用戶情況下，LAA與WiFi用戶信道占用率與WiFi用戶數(shù)的關(guān)系。從圖中可以看出，隨著WiFi用戶數(shù)量的增長，LAA信道占用率越來越低，WiFi信道占用率相反。這是因為WiFi用戶的數(shù)量的增加意味著更多的WiFi用戶與固定數(shù)量的LAA用戶競爭免授權(quán)信道。這可能導(dǎo)致WiFi信道占用率的增加和LAA信道占用率的降低。從圖中還可以看出，在相同的最小CWS下，固定LAA方案下的LAA信道占用率最高，而3GPP LAA方案下的LAA信道占用率最低，WiFi信道占用率相反。

圖8 LAA SBSs數(shù)量固定時信道占用率情況

5 結(jié)論

考慮到3GPP LAA方案的2個特點，即采用二進制指數(shù)退避機制以及LAA SBSs發(fā)送新的數(shù)據(jù)前直接進入到ECCA過程，本文將3GPP LAA方案建模成了一個新的馬爾科夫鏈，并基于提出的模型推導(dǎo)出了LAA和WiFi用戶的信道占用率和碰撞概率。為了通過比較深入分析，本文也對競爭窗口固定和線性退避的LAA方案進行了研究分析。大量的仿真結(jié)果證明了本文所提出的模型的有效性。仿真結(jié)果還表明，最小CWS對免授權(quán)頻譜的共享有很大影響，而對總信道占用率的影響很小。同時，與線性和固定LAA方案相比，LTE R13中的3GPP LAA方案具有最佳的友好性和相當(dāng)?shù)男诺勒加寐?，而固定LAA方案比其他方案更具侵略性，有利于LAA，而不利于WiFi。因此，固定和線性方案可以應(yīng)用于WiFi用戶具有更高容忍度的一些特殊場合。

從本文分析可知，3GPP LAA方案更加注重與現(xiàn)有用戶WiFi網(wǎng)絡(luò)的影響，因而使用了一個類似DCF協(xié)議的接入機制。這使得3GPP LAA雖然是一個最友好的方案，然而是以犧牲總的頻譜利用效率為代價的方案。競爭窗口固定的LAA和線性退避的LAA方案雖然能夠提升一定的頻譜利用效率，但是以對WiFi網(wǎng)絡(luò)的影響為代價的方案，這可能會導(dǎo)致WiFi利益方的反對。因此，一個WiFi流量負載適應(yīng)性的接入方案，既可以完全滿足WiFi網(wǎng)絡(luò)的流量需求，又可以最大化頻譜利用效率，是各方所期待的方案。