【技术实现步骤摘要】
基于鞅变换模型实现URLLC的免授权NOMA方法
本专利技术涉及一种基于鞅变换模型保障高可靠、低时延通信(URLLC)的免授权非正交多址接入(NOMA)方法，属于无线网络随机接入领域。
技术介绍
高可靠低时延通信(URLLC)是5G三大核心应用场景之一，主要用于承载工业自动化、自动驾驶及远程医疗等业务。这些业务对时延及可靠性提出了更高的要求，在1毫秒的时延界下实现至少99.999％的高可靠传输。考虑到URLLC业务的短包和偶发特性，3GPP组织在“TR38.802V14.2.0”技术报告中提出承载上行URLLC业务的终端推荐采用免授权(Grant-free)传输方式。免授权接入的特点是没有资源申请和分配等消息开销，可大大降低信令交互所产生的时延。然而，免授权接入虽然有利于改进时延和能量效率特性，但不可避免会发生多终端同时接入而产生碰撞的情况。NOMA技术可以支持多个终端占用相同的频带资源传输数据，缓解免授权传输的碰撞问题。然而，现有NOMA技术无法在毫秒量级内实现99.999％的可靠性，无法承载URLLC。在5G时代...
【技术保护点】
1.一种基于鞅变换模型实现URLLC的免授权NOMA方法，其特征在于包括下述步骤：/n步骤1)基于压缩感知理论估计NOMA系统中活跃终端数g，计算RIP参数λ；若0＜λ＜1，采用基于压缩感知的MMSE-SIC多用户信号检测算法，按照各终端的信干噪比降序排列依次估计信道矩阵，从多终端叠加的信号中求解各终端发射的信号；反之，采用基本的SIC多用户信号检测算法，按照各终端的信号功率降序排列依次从叠加的信号中求解各终端发射的信号；/n步骤2)所述NOMA系统采用有限块长的短包传输，在NOMA系统联合考虑MAC层和物理层机制的信干噪比统计特性下分析NOMA免授权接入系统跨层的短包可达...
【技术特征摘要】
1.一种基于鞅变换模型实现URLLC的免授权NOMA方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1)基于压缩感知理论估计NOMA系统中活跃终端数g，计算RIP参数λ；若0＜λ＜1，采用基于压缩感知的MMSE-SIC多用户信号检测算法，按照各终端的信干噪比降序排列依次估计信道矩阵，从多终端叠加的信号中求解各终端发射的信号；反之，采用基本的SIC多用户信号检测算法，按照各终端的信号功率降序排列依次从叠加的信号中求解各终端发射的信号；
步骤2)所述NOMA系统采用有限块长的短包传输，在NOMA系统联合考虑MAC层和物理层机制的信干噪比统计特性下分析NOMA免授权接入系统跨层的短包可达传输速率；方法如下：
将多终端NOMA系统抽象为干扰图G＝(V,E)，令矢量σj∈{0,1}N表示干扰图G＝(V,E)的网络传输状态j，j＝1,...,N，N为终端数目，表示矢量σj中的第i个元素，即网络传输状态j下终端i的传输状态；表示网络传输状态j下终端i向基站传输数据；表示网络传输状态j下终端i未向基站传输数据；令表示网络传输状态j下终端i的信干噪比；对于给定网络传输状态j，采用顺序统计量的概率分析方法求解网络传输状态j下的终端i的中断概率结合传输状态σj发生的概率求解联合考虑MAC层和物理层层机制的终端i的中断概率分布Pr{SINRi}；对于给定传输块大小为l，带宽为B，误块率为ρi下，根据式(3)计算终端i可达传输速率Ri：
其中SINRi为终端i发送信号的信干噪比，e表示自然对数的底数，Q-1(·)表示Q函数；
步骤3)将多终端上行NOMA系统的每个终端从逻辑上看做两个队列：终端缓存空队列和终端缓存非空队列；基于鞅论，计算各终端缓存非空队列出现的概率和各终端缓存空队列、终端缓存非空队列终端到达的数据包的时延违反概率，以及各终端时延超过时延界的概率；方法如下：
根据式(4)计算终端缓存非空队列出现的概率δi；
其中ai(t)为终端i在时隙t到达的数据包个数，E[ai(t)]表示终端i到达包的平均值；si(t)为终端i在时隙t服务的数据包个数，E[si(t)]表示终端i服务包的平均值；
在终端缓存空队列情况下，计算在给定的时延界下终端i数据包成功传输的概率pki：
其中ki表示终端i传输的数据包需要在时延界要求内成功传输的最大时隙数；表示终端i数据包在一个时隙t内成功传输的概率；
根据步骤2)中所述的矢量σj∈{0,1}N表示网络传输状态j，网络传输状态j出现的概率表示为：
终端i的成功传输概率表示为：
根据式(6)计算终端缓存空队列终端i到达的数据包的时延违反概率
对于每个终端缓存非空队列，令Di(t)表示终端i的时延，Ai(t)表示终端i从时隙0到时隙t到达的数据包的数目，Si(t)表示终端i从时隙0到时隙t成功服务的数据包的数目，根据式(7)计算得到终端i的时延Di(t)
Di(t)＝min{n≥0|Ai(t-n)≤Si(t)}(7)
根据式(8)计算得到终端i的时延Di(t)超过时延界的概率
其中，为时延界，ha(ai(t))是到达过程的相关特性函数，E[ha(ai(0))]表示到达过程相关特性函数ha(ai(t))在0时隙的期望值，hs(si(t))是服务过程的相关特性函数，E[hs(si(0))]表示服务过程相关特性函数hs(si(t))在0时隙的期望值，
是将到达鞅和服务鞅参数联系在一起的特殊鞅参量，其定义式为：
其中θi为鞅参量，表示到达过程的鞅修正函数，表示服务过程的鞅修正函数；
Hi为阈值，表示瞬时到达数据包大于瞬时服务数据包成立的特性函数ha(ai(t))与hs(si(t))乘积的最小值，其定义式为：
Hi:＝min{ha(ai(t))hs(si(t)):ai(t)-si(t)＞0,t≥0}(10)
根据式(11)得到终端缓存非空队列下的时延违反概率
利用全概率公式将终端缓存空队列和终端缓存非空队列合并，求得一般情况下的终端i的时延违反概率εi；
步骤4)构建多目标优化问题，以系统能源效率最大为优化目标，URLLC时延可靠性要求为约束，URLLC终端发射功率和接入概率为优化变量，求解优化问题最优解，得到URLLC终端的接入概率和发射功率控制的配置方案，方法如下：
令η(Pt,p)表示多用户NOMA系统的能量效率函数，则
其中Γi(Pt,p...
【专利技术属性】
技术研发人员：迟学芬，齐瑞哲，赵琳琳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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