非授权频谱与许可辅助接入技术解析

### 非授权频谱与许可辅助接入技术解析 #### 1. 非授权频谱相关规则 在非授权频谱的使用中，存在多种重要的规则和机制，以确保不同系统之间的公平使用和高效共存。 - **动态频率选择（DFS）**：发射机需要持续评估频谱是否被用于其他目的。若检测到有其他使用情况，发射机必须在特定时间（如10秒）内腾出该频率，并且在至少一定时间（如30分钟）过去之后才能再次使用。其主要目的是保护其他系统，尤其是雷达系统，因为雷达系统在非授权频谱的使用上具有更高的优先级。 - **发射功率控制（TPC）**：发射机应能够将其发射功率降低到允许的最大功率以下，以在需要时降低整体干扰水平。 - **先听后说（LBT）**：在一些地区，特别是欧洲和日本，LBT是强制性的。LBT机制要求发射机在每次传输前监听信道上的任何活动，如果信道已被占用，则不进行传输。与DFS相比，LBT是一种更加动态的共存机制。而在美国等其他地区，则没有LBT要求。 此外，不同地区对于非授权频谱的使用还有其他要求，例如最小传输带宽、单个发射机使用信道的时长以及发射机必须使信道保持空闲的时间比例等。例如，欧洲允许的信道占用时间最多为6ms（某些条件下允许8ms或10ms），而日本为4ms。 #### 2. Wi-Fi基础 Wi-Fi是一种在非授权频谱中广泛使用的系统。尽管非授权频谱并非专门分配给Wi-Fi，但任何遵循监管要求的人都可以自由使用。为了更好地理解一些许可辅助接入（LAA）的设计选择，下面简要介绍Wi-Fi的行为和底层的802.11标准，重点是802.11ac。 - **频谱划分与传输方式**：Wi-Fi将可用频谱划分为多个20MHz的频率信道。传输可以使用一个或多个这样的频率信道（在信道绑定的情况下）。节点之间的传输协调可以采用集中式或分布式方式，但在实际应用中，分布式协调更为常见。这里主要介绍增强型分布式信道访问（EDCA），它是对原始802.11规范中分布式协调功能（DCF）部分的增强，提供了服务质量（QoS）增强。 - **EDCA工作流程**： 1. **监听信道**：使用EDCA的节点在传输前使用LBT，包括一个退避过程。首先，发射机监听并等待，直到频率信道在仲裁帧间空间（AIFS）期间可用。如果功率电平低于 -62 dBm且未检测到功率电平为 -82 dBm或更高的Wi-Fi前导码，则该频率信道被声明为可用，否则不可用。 2. **退避过程**：一旦频率信道在（至少）AIFS期间被声明为可用，发射机就开始退避过程。退避定时器用一个随机数初始化，该随机数表示在传输可以进行之前，信道必须可用的9ms时隙时间的倍数。在每个9ms时隙中，如果信道被感测为空闲，则退避定时器减1；如果信道被感测为繁忙，则退避定时器暂停，直到信道空闲了AIFS时长。 3. **传输机会（TXOP）**：当退避定时器到期时，节点获得了传输机会（TXOP）。在TXOP期间，可以连续传输多个数据包，只要不违反最大TXOP持续时间，就不需要在它们之间进行LBT。如果TXOP持续时间设置为零，则只允许传输单个数据包，并且每个数据包都需要使用新的退避过程。 4. **确认机制**：接收器在接收到数据包（或一组连续的数据包）后，会在短帧间空间（SIFS，时长为16ms）后发送确认消息。由于SIFS比AIFS短，在此期间其他Wi-Fi用户无法抢占信道。如果未收到确认消息，则表示数据或确认消息本身丢失，需要进行重传。在完成TXOP并在从传输缓冲区发送下一个数据包之前，无论是否为重传，都要使用相同的过程进行随机退避，以避免多个发射机之间的冲突。 不同优先级类别的EDCA参数如下表所示： | 优先级类别 | CWmin | CWmax | AIFS | TXOP | | --- | --- | --- | --- | --- | | 语音 | 3 | 7 | 25ms | 3.008ms | | 视频 | 7 | 15 | 25ms | 1.504ms | | 尽力而为 | 15 | 63 | 43ms | 0 | | 背景 | 15 | 1023 | 79ms | 0 | | 传统DCF | 15 | 1023 | 34ms | 0 | EDCA的分布式特性使得任何设备都可以与其他设备进行通信，而无需集中协调节点。然而，使用带有退避定时器的LBT会带来一定的开销。在高负载情况下，这种分布式协议的效率较低，采用集中式调度功能可能会提高效率，这也与多个设备与中央接入点通信