一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，基于Slotted‑Aloha模型联合应用了时间分集与频率分集技术，将上行传输时间等分为若干个长度相等的迷你时隙，在每个时隙内，用户设备在系统提供的所有子信道中随机挑选若干个用以传输同一个数据包的副本；在这种传输模式下，可能会出现两个甚至多个用户设备试图在同一条共享信道上同时发送数据包的情况，因此数据包之间可能会发生碰撞，本发明专利技术通过随机选择信道并将数据包进行多次重复传输，大大降低了数据包之间的碰撞概率，从而有利于提高系统的可靠性；基于本发明专利技术传输方案，在同时满足URLLC超可靠与低时延要求下，同时优化了在时域与频域上的数据包副本个数，以最大化系统可支持的用户设备数量。

An authorization free uplink transmission method based on joint time-frequency diversity

【技术实现步骤摘要】
一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法
本专利技术属于机器设备类通信业务上行传输
，具体涉及一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法。
技术介绍
5G移动通信技术是继4G之后，为了满足智能终端的快速普及和移动互联网的高速发展而正在研发的新一代移动通信技术。超可靠低时延通信(Ultra-ReliableandLow-latencyCommunications，URLLC)是5G的三大主要应用场景之一，其服务质量要求包括以下两个方面：一个是超短端对端(end-to-end，E2E)时延，要求不超过1ms；另一个是传输可靠性，要求不低于99.999％。根据现有研究成果，为了减小系统时延，上行传输过程可以采用基于竞争的免授权模式，在这种模式下，用户设备在发送数据包之前无需等待资源分配信息或者传输授权，而是可以对数据包进行即来即发。在基于竞争的免授权传输模式下，可能会出现两个甚至多个用户设备试图在同一条共享信道上同时发送数据包的情况，因此数据包之间可能会发生碰撞。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，提高系统可靠性，通过重复发送同一个数据包以提高数据包传输成功的概率，同时满足URLLC业务的超可靠与低时延的服务质量要求，最大化系统可支持的用户设备数量。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是，一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，包括以下步骤：S1，建立数据包传输系统，所述数据包传输系统包括M个单天线的用户设备以及一个基站，所述基站配备Nt个天线，系统中设置有N个共享子信道；S2，基于S1所建立的系统，将上行传输过程的总时延等分为Γ个时隙，每个时隙内，用户设备在系统提供的所有子信道中随机挑选若干个用以传输同一个数据包的副本；并且对所述数据包采用基于Slotted-Aloha协议和免授权传输模式；S3，计算出在一个时隙内S2所述目标设备数据包传输失败的概率；S4，同时满足URLLC时延要求与可靠性要求的条件下，最大化使S1所述系统所能支持的设备数量，并且求得与之相应的时间分集与频率分集次数的一系列最优解，通过所述最优解求出可支持设备的最大值。S1所述N个子信道上的瞬时信道增益相互独立，即，N个子信道的频率间隔超过信道相干带宽Wc；系统总带宽为Wmax，分配给每个共享子信道的带宽为每条共享子信道都是平坦衰落。数据包在瞬时信道增益大于或等于设定阈值的子信道上能传输成功，在信道瞬时增益小于该阈值的信道上，认为该数据包丢失，即，数据包在不与其他包发生碰撞，并且所选子信道的瞬时信道增益不小于所求信道增益阈值的情况下发送成功。S3中，其他任意一个用户设备不与目标数据包发生碰撞的概率为：P0＝(1-Pran)+PranPacc其中，Pacc为其他任意一个用户设备所发数据包不与目标数据包选择同一条子信道的概率；Pran是在上行传输过程总时延中，每个设备的发包概率；Pran＝1-e-λ其中，λ表示Du内到达的数据包数量，数据包平均到达间隔时间为μ，则其他任意一个用户设备不与目标数据包发生碰撞的概率为：P0＝(1-Pran)+PranPacc其他所有用户设备发送数据包都不与目标数据包发生碰撞时，所述目标数据包便不会发生碰撞；所述不发生碰撞的概率为：Psucc＝P0M-1＝[(1-Pran)+PranPacc]M-1。则得到在一个时隙中，目标数据包发生碰撞的概率，即为：在重复Γ个时隙中，目标UE传输失败的概率为：其中，PFD为一个时隙中目标设备UE所发数据包的传输失败概率，在一个时隙中，目标数据包发生碰撞的概率，Pt为数据包在某一个信道上的丢包概率。S4中，求得与之相应的时间分集与频率分集次数的最优解具体如下：给定频率分集次数的取值，应用粒子群算法优化时隙的长度，根据时隙长度与时间分集次数的关系求解得到时间分集次数的最优解，并且求出对应的可支持设备的最大值；将所述联合优化时间分集次数与频率分集次数转换为计算模型，具体如下：T是每个时隙的长度，Du是上行传输过程的总时延，β表示频率分集次数，将St.T∈[Tmin,Du]作为约束条件确保求解过程中时隙长度不超出所述取值区间，表示时间分集次数与时隙长度的关系，通过优化TTI的长度来约束时间分集的次数，P≤1-Prel最终求得最优解T*，将所求得的对应的时间分集次数最优解表示为Γ*，将时间分集次数最优解对应的用户设备最大值表示为M*；优化频率分集次数，β∈{1,2,3,…,N}；对β取值区间的所有可能取值进行一维搜索，得到N组关于时隙长度与设备数量的最优解，即{T*1，M*1}，{T*2，M*2}，{T*3，M*3}，…，{T*N，M*N}，从这些最优解中找出最大的用户设备数Mopt。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术采用基于竞争的免授权传输模式，在这种模式下，用户设备在发送数据包之前无需等待资源分配信息或者传输授权，而是可以对数据包进行即到即发，这样可以有效减小系统时延；专利技术基于Slotted-Aloha模型联合应用了时间分集与频率分集技术，即将上行传输时间等分为若干个长度相等的迷你时隙，每个时隙的长度等于系统TTI长度，在每个TTI内，用户设备在系统提供的所有子信道中随机挑选若干个用以传输同一个数据包的副本；在这种传输模式下，可能会出现两个甚至多个用户设备试图在同一条共享信道上同时发送数据包的情况，因此数据包之间可能会发生碰撞，通过随机选择信道并将数据包进行多次重复传输，大大提高了数据包的传输成功概率，从而有利于提高系统的可靠性；基于以上传输方案，在同时满足URLLC超可靠与低时延的要求下，本专利技术同时优化了在时域与频域上的数据包副本传输次数，以最大化系统可支持的用户设备数量。附图说明图1所示为本专利技术考虑的系统模型图。图2所示为本专利技术考虑的时间帧结构图。图3所示为本专利技术提出的数据包传输模型图。图4所示为数据包时域复刻次数最优解与频域复刻次数最优解的取值随TTI长度下界Tmin的变化曲线。图5所示为在TTI长度下界Tmin的不同取值下，数据包时域复刻次数与频域复刻次数分别都取最优解时，系统可支持的用户设备数量最大值的变化曲线。图6所示为当Tmin＝0.1ms时，系统可支持的设备数量与时域复刻次数以及频域复刻次数之间的三维关系图像。图7所示为当Tmin＝0.1ms时，在联合时频分集(Γ＝10，β＝2)、仅时域复刻(Γ＝10，β＝1)以及仅频域复刻(Γ＝1，β＝16)这三种方案下，可支持的设备数量与数据包到达率之间的关系曲线。图8所示为当Tmin＝0.1ms时，在联合时频分集(Γ＝10，β＝2)、仅时域复刻(Γ＝10，β＝1)以及仅频域复刻(Γ＝1，β＝16)这三种方案下，可支持设备数量与共享子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，建立数据包传输系统，所述数据包传输系统包括M个单天线的用户设备以及一个基站，所述基站配备N

【技术特征摘要】
1.一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，建立数据包传输系统，所述数据包传输系统包括M个单天线的用户设备以及一个基站，所述基站配备Nt个天线，系统中设置有N个共享子信道；
S2，基于S1所建立的系统，将上行传输过程的总时延等分为Γ个时隙，每个时隙内，用户设备在系统提供的所有子信道中随机挑选若干个用以传输同一个数据包的副本；并且对所述数据包采用基于Slotted-Aloha协议和免授权传输模式；
S3，计算出在一个时隙内S2所述目标设备数据包传输失败的概率；
S4，同时满足URLLC时延要求与可靠性要求的条件下，最大化使S1所述系统所能支持的设备数量，并且求得与之相应的时间分集与频率分集次数的一系列最优解，通过所述最优解求出可支持设备的最大值。


2.根据权利要求1所述的基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，S1所述N个子信道上的瞬时信道增益相互独立，即，N个子信道的频率间隔超过信道相干带宽Wc；系统总带宽为Wmax，分配给每个共享子信道的带宽为每条共享子信道都是平坦衰落。


3.根据权利要求1所述的基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，S2中，数据包在瞬时信道增益大于或等于设定阈值的子信道上能传输成功，在信道瞬时增益小于该阈值的信道上，认为该数据包丢失，即，数据包在不与其他包发生碰撞，并且所选子信道的瞬时信道增益不小于所求信道增益阈值的情况下发送成功。


4.根据权利要求1所述的基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，S3中，其他任意一个用户设备不与目标数据包发生碰撞的概率为：
P0＝(1-Pran)+PranPacc
其中，Pacc为其他任意一个用户设备所发数据包不与目标数据包选择同一条子信道的概率；Pran是在上行传输过程总时延中，每个设备的发包概率；
Pran＝1-e-λ



其中，λ表示Du内到达的数据包数量，数据包平均到达间隔时间为μ，则
其他任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：王熠晨，赵书玉，谢云聪，徐东阳，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61