單信道全雙工MAC協(xié)議研究.pdf

1、全雙工通信技術(shù)可以提高鏈路容量和頻譜利用率，是5G和未來無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。單信道全雙工通信是指收發(fā)機(jī)可以在一個(gè)頻帶內(nèi)同時(shí)接收和發(fā)送信息。隨著針對(duì)全雙工系統(tǒng)的自干擾消除（SIC）技術(shù)的不斷發(fā)展，全雙工通信終將得以實(shí)現(xiàn)。全雙工技術(shù)會(huì)給現(xiàn)有無線局域網(wǎng)（WLAN）帶來極大的變革，傳統(tǒng)的半雙工MAC協(xié)議已無法適應(yīng)全雙工WLAN，因此為了進(jìn)一步提高WLAN的網(wǎng)絡(luò)容量和頻譜效率，需要研究全雙工MAC協(xié)議。
　　論文圍繞單信道全雙工MA

2、C協(xié)議展開，在分析IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)MAC層分布式協(xié)調(diào)功能（DCF）和點(diǎn)協(xié)調(diào)功能（PCF）基礎(chǔ)上，研究了單信道全雙工DCF（FD-DCF）協(xié)議、全雙工CSMA（FD-CSMA）協(xié)議和全雙工PCF（FD-PCF）協(xié)議。具體內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　一、針對(duì)傳統(tǒng)半雙工DCF（HD-DCF）不適用于全雙工WLAN的問題，提出一種單信道全雙工DCF（FD-DCF）協(xié)議。該協(xié)議結(jié)合不同的網(wǎng)絡(luò)場景和站點(diǎn)的全雙工能力，對(duì)RTS/CTS幀進(jìn)行

3、合理填充，提出了四種工作模式，分別是同步全雙工模式、異步全雙工模式、條件半雙工模式以及半雙工模式，分析了FD-DCF在四種不同工作模式下的鏈路建立流程；結(jié)合改進(jìn)馬爾科夫（Markov）模型，推導(dǎo)了FD-DCF協(xié)議的碰撞概率、歸一化飽和吞吐量、介質(zhì)訪問時(shí)延等指標(biāo)。仿真結(jié)果顯示， FD-DCF的性能比傳統(tǒng)DCF的性能具有較大幅度的提升，特別在幀長較長、站點(diǎn)數(shù)較少、數(shù)據(jù)傳輸速率較低時(shí)，F(xiàn)D-DCF的吞吐量與介質(zhì)訪問時(shí)延的提升效果更加明顯；與經(jīng)

4、典的全雙工協(xié)議“ContraFlow”相比，所提協(xié)議通過犧牲極少的吞吐量和時(shí)延性能，以滿足全雙工網(wǎng)絡(luò)、半雙工網(wǎng)絡(luò)以及混合雙工網(wǎng)絡(luò)的通信需求。
　　二、針對(duì)傳統(tǒng)CSMA機(jī)制對(duì)碰撞的感知遲緩問題，同時(shí)考慮物理層載波偵聽不理想的情況，提出一種全雙工CSMA（FD-CSMA）協(xié)議。該協(xié)議利用全雙工技術(shù)進(jìn)行不間斷的載波偵聽，當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，以此縮短對(duì)碰撞的感知時(shí)間。分析了FD-CSMA協(xié)議在干擾環(huán)境下的載波偵聽和碰撞避免機(jī)制，

5、以及在物理層載波偵聽存在虛警和漏檢情況下的幀傳輸流程。結(jié)合改進(jìn)Markov模型，研究了FD-CSMA協(xié)議的歸一化飽和吞吐量和介質(zhì)訪問時(shí)延等性能。仿真結(jié)果顯示，F(xiàn)D-CSMA的性能比傳統(tǒng)CSMA有明顯的提升，特別在站點(diǎn)數(shù)較多和幀長較長的情況下，性能改善更為明顯。
　　三、針對(duì)半雙工PCF（HD-PCF）協(xié)議在全雙工WLAN中輪詢效率不高的問題，提出一種單信道全雙工PCF（FD-PCF）協(xié)議。該協(xié)議充分利用各站點(diǎn)的全雙工能力，引入全雙