一种面向6G全解耦网络的上下行联合动态资源分配方法组成比例

一种面向6G全解耦网络的上下行联合动态资源分配方法，1)上行基站收集全网的信道估计，包括用户发出的导频信号和用户基于下行基站导频信号进行的信道估计，将全网信道信息回传至边缘中心做动态资源分配；2)根据用户与上下行基站和不同子信道之间的信道信息，假设基站和用户采用功率均分的方法，将用户

【技术实现步骤摘要】
一种面向6G全解耦网络的上下行联合动态资源分配方法


[0001]本专利技术属于6G全解耦网络资源分配领域，涉及面向6G全解耦网络的上下行联合动态资源分配方法。

技术介绍

[0002]随着我国“新基建”计划的实施，第五代移动通信(5G)已经开始大规模部署，超五代移动通信技术(Beyond 5G,B5G)的研究也正在同步开展，国际上也已步入 6G研发元年。相比于第四代移动通信系统，5G网络能够提供无所不在、万物互联的基础性业务能力。我国高度重视5G/B5G移动通信发展，工信部、科技部、发改委共同组建了IMT
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2020推进组，部署5G/B5G发展战略，推动5G/B5G技术自主研发，促进我国5G/B5G技术快速发展。目前，我国已建成超81.9万个5G基站，包括中国联通和电信共享共建5G基站，占全球比例约为70％；5G手机终端用户连接数达2.8 亿，占全球比例超过80％；5G标准必要专利声明数量占比超过38％，位列全球首位。中国信通院发布的《5G经济社会影响白皮书》预测，2020年5G带动约4840亿元的直接经济产出，2025年、2030年5G将带动直接经济产出将升至3.3万亿元和6.3 万亿元。前瞻布局6G网络技术储备，开展6G研究及关键技术储备，对于加快构建现代化新型基础设施体系、强化国家战略科技力量、发展壮大战略性新兴产业意义重大。国际上，随着我国5G建设取得重大进展，B5G研究试验工作积极推进，各国也开展了一场时间竞赛。韩国在美国前一小时抢得了全球5G网络商用首发，此后世界各国相继入局，纷纷提速研发，不惜余力调动科研团队研究5G/B5G的发展以争抢市场。
[0003]但5G仍面临频谱资源稀缺、优质网络服务需求增加、网络运营成本激增三个根本性挑战。于全教授等人2019年在《Journal of Communications and InformationNetworks》上发表题为“A Fully
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Decoupled RAN Architecture for 6G Inspired byNeurotransmission”的6G全解耦无线接入网络(FD
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RAN)中，基站在物理上解耦为控制基站(UBS)、上行基站(UBS)和下行基站(DBS)。通过基站的彻底物理解耦，网络将变得极其灵活，便于实现更好的网络和资源协作，以期实现更好的频谱效率和能源效率。同时，如何使新型FD
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RAN架构释放的频谱资源高效利用成为新的挑战。
[0004]经过对现有文献的检索发现，很少有文献提出功率、基站和子信道的联合动态调度，Mamoun Guenach等人在《IEEE Transactions on Communications》发表的“Joint Power Control and Access Point Scheduling in Fronthaul
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ConstrainedUplink Cell
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Free Massive MIMO Systems”提出联合功率控制和接入点调度算法，考虑前传容量限制的上行传输系统。然而，该文章并未考虑多子信道分配问题，因此对于多子信道场景，功率分配也才会存在于用户和基站在多个子信道上的功率分配问题。而本文提出的6G全解耦网络频谱分配方法，相比于FDD，由边缘云控制上下行频段的自适应分配，面向用户业务需求的快速变化，动态调整上下行频段的分配，可以极大的提高频谱利用的灵活性。
[0005]综上所述，现有技术存在的问题是：(1)传统的TDD和FDD频谱分配方法，并不能完全释放6G全解耦网络的频谱资源利用潜力。(2)与现有移动通信网络的用户
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基站单连接
模式以及基于轮询调度的子信道分配方法不同，6G全解耦网络中的多用户
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多基站
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多子信道分配是一个超大规模非凸整数规划问题，需要设计低复杂度的 0
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1整数规划算法。(3)上下行传输中用户和基站的功率分配是一个非凸优化问题，目标函数是用户的加权速率，需要重新设计低复杂度的功率控制算法。解决上述技术问题的意义在于：针对5G/B5G无线网络的业务需求和科学问题，提出的解决方案有助于国家布局6G网络技术储备，为6G架构和算法设计提供理论指导和借鉴。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术目的是，在面向6G全解耦网络的上下行传输，针对频谱、基站和功率等三类资源，提出了联合动态资源分配方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，该面向6G全解耦网络的上下行联合动态资源分配方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：上行基站收集全网的信道估计，包括用户发出的导频信号和用户基于下行基站导频信号进行的信道估计，将全网信道信息回传至边缘中心做动态资源分配；
[0009]步骤2：根据用户与上下行基站和不同子信道之间的信道信息，假设基站和用户采用功率均分的方法，将多用户
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多基站
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多子信道的三维匹配问题建模为一个大规模多对多匹配模型，设计基于系统加权速率最大化的多对多匹配算法；
[0010]步骤3：根据用户
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基站
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子信道的匹配关系，考虑用户和基站在相同子信道上的相干传输，基于连续凸近似理论，分别针对多用户的上行相干传输和多基站的下行相干传输，设计了上下行功率控制算法；
[0011]步骤4：通过并行计算，得出使得系统容量最大的上下行频谱划分比例，并将动态资源分配方案发送给上行用户和下行基站实现。
[0012]进一步，我们将总子信道，动态划分为上行子信道和下行子信道，分别为上行和下行传输提供服务。
[0013]进一步，针对6G全解耦网络的上行传输，每个用户选择的上行基站首先将其所有天线收到的信息进行最小均方误差(MMSE)合并，将多天线信息合并为一个信息后上传至边缘云，然后边缘云将收集到的多个协作上行基站发出的多个信息进行第二次MMSE合并。这种方法被称为二级信息合并方式。
[0014]进一步，针对6G全解耦网络的下行传输，多个基站利用最大比传输(MRT)的波束赋形方向，利用功率控制避免干扰，形成高效的波束赋形。
[0015]所述的频谱动态分配方法与现有的频谱分配方式频分双工模式(FDD)和时分双工模式(TDD)均不同。相比于FDD，由边缘云控制上下行频段的自适应分配，面向用户业务需求的快速变化，动态调整上下行频段的分配，可以更有效的提高频谱利用的灵活性；相比于TDD，不需要用户上下行传输转换的保护时隙，可以节省频谱使用时间。
[0016]在6G全解耦网络中，上行用户发出的消息可以被多个上行基站联合接收并上传至边缘云，下行用户可以被多个下行基站协作传输，并且上行用户和下行基站都可以使用多个子信道发射数据：通过基站—子信道的映射关系，将多用户
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多基站
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多子信道的三维匹配建模出用户到基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向6G全解耦网络的上下行联合动态资源分配方法，其特征在于：采用基于多点协作传输的上下行联合动态资源分配方法，步骤如下：步骤1：上行基站收集全网的信道估计，包括用户发出的导频信号和用户基于下行基站导频信号进行的信道估计，将全网信道信息回传至边缘中心做动态资源分配；步骤2：根据用户与上下行基站和不同子信道之间的信道信息，假设基站和用户采用功率均分的方法，将用户
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基站
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子信道的三维匹配问题建模为大规模多对多匹配模型，设计基于系统加权速率最大化的多对多匹配，即基于多对多匹配模型的多用户
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多基站
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多子信道匹配算法；步骤3：根据用户
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基站
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子信道的匹配关系，考虑用户和基站在相同子信道上的相干传输，基于连续凸近似理论，分别针对多用户的上行相干传输和多基站的下行相干传输，采用上下行功率控制算法；步骤4：步骤2、3均进行并行计算，得出使得系统容量最大的上下行频谱划分比例，并将动态资源分配方案发送给上行用户和下行基站实现。2.如权利要求1所述的一种面向6G全解耦网络的上下行联合动态资源分配方法，其特征在于：针对6G全解耦网络的上行传输，每个用户选择的上行基站首先将其所有天线收到的信息进行最小均方误差(MMSE)合并，将多天线信息合并为一个信息后上传至边缘云，然后边缘云将收集到的多个协作上行基站发出的多个信息进行第二次MMSE合并；由边缘云控制上下行频段的自适应分配，面向用户业务需求的快速变化，动态调整上下行频段的分配；针对6G全解耦网络的下行传输，多个基站利用最大比传输(MRT)的波束赋形方向，利用功率控制避免干扰，形成高效的波束赋形；由边缘云控制上下行频段的自适应分配，面向用户业务需求的快速变化，动态调整上下行频段的分配。3.如权利要求1所述的一种面向6G全解耦网络的上下行联合动态资源分配方法，其特征在于：在6G全解耦网络中，上行用户发出的消息可以被多个上行基站联合接收并上传至边缘云，下行用户可以被多个下行基站协作传输，并且上行用户和下行基站都可以使用多个子信道发射数据，通过基站—子信道的映射关系，将多用户
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多基站
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多子信道的三维匹配建模出用户到基站—子信道对的多对多匹配，在匹配阶段，基于功率均分和总用户加权速率最大化的原则，进行匹配连接；在匹配过程中，每一轮匹配，针对每个用户，尝试添加策略和交换策略，基于用户偏好列表，为每个基站—子信道对分配最合适的用户进行连接，使得系统容量提升的策略才会被接受；上行传输匹配中一个上行用户可能会被多个上行基站
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上行子信道对连接，下行传输匹配中一个下行基站
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下行子信道对也可能同时为多个用户服务；匹配结束后的上行和下行功率控制问题，由于目标函数中上行总速率和下行总速率是非凸的，因此利用连续凸近似理论，将非凸部分近似为凸的，从而利用凸优化算法进行求解，得到最终的功率分...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海波，于全，钱博，许云霆，赵纪伟，余凯，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：