移动通信行业快速发展过程中,正面临着数据业务快速增长导致的无线通信技术速率和容量不足的问题,由此越来越多的研究开始关注于非授权频谱的应用,希望可以将LTE(Long Term Evolution)技术应用到相应频段中去,以获取更多的物理资源。非授权频谱资源丰富且免费使用,但对于各类接入技术也有一定的管理规定要求,其原则是某类接入技术使用非授权频段不能影响其他接入技术的性能。基于此,将以同步和中心控制为主要特点的LTE技术直接部署至非授权频段将面临一系列问题。移动通信标准化制定组织3GPP(3rd Generation Partnership Project)各成员就如何将LTE技术部署至非授权频段且不影响其他技术尤其是Wi-Fi的性能进行了广泛的研究与讨论,最终成立了 LAA(Licensed-AssistedAccess)研究项目并确定了以 LBT-Cat4(Listen Before Talk-Category 4)为主的共存机制。该机制定义了一系列信道接入流程,简单来说,就是在使用信道之前需要侦听其是否正在被使用,如若是则需要等待其空闲再接入。之后经过艰苦的标准化过程,LAA技术下行传输标准最终在Rel-13(Release 13)版本中被正式写入。本课题主要关注LAA共存机制的数学模型建立及其性能研究。在标准发布伊始,我们就试图建立符合Rel-13版本标准规定且完整准确的LAA系统的数学模型,以提供更加方便精准的共存机制性能评估方法和解决方案设计依据。我们对于LAA系统数学模型的工作主要参考了 Wi-Fi技术相关研究,尤其是Giuseppe Bianchi建立的经典的二维马尔可夫链模型,该模型通过一系列假设条件,将 DCF(Distributed Coordination Function)模式下的Wi-Fi站点行为描述为一个二维马尔可夫链,从而可以计算系统的吞吐量性能。我们依据相似的思想建立了 LAA系统的数学模型,并创造性地考虑了 LAA技术帧结构和HARQ机制等对模型的影响,而后又考虑了多优先级业务、非连续传输等Rel-13中确定的LAA技术新特性并给出了多种共存场景下的性能计算方法。综上所述,本文所阐述的数学模型不仅率先匹配了Rel-13版本标准,即LAA技术下行传输依据的最新标准,而且没有仅仅局限于LBT机制的建模,考虑了引入LAA技术的关键特性及相关参数的影响和建立更多的共存场景。之后通过搭建的仿真平台验证了我们的数学模型可以非常准确地反映实际。我们还通过数学模型方法和仿真方法研究了LAA系统在多种共存场景下的性能,研究了不同参数对于共存机制吞吐量性能的影响。