一种实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体涉及一种实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法；该方法包括：构建通信系统模型，将可用信道按照用户具有URLLC需求和不具有URLLC需求的比例分配给对应的用户；对小尺度衰落建模并计算小尺度衰落增益；根据通信系统模型和小尺度衰落增益进行信道估计和多用户检测，得到用户的后验信噪比；根据用户的后验信噪比计算用户的时延超标概率上界；根据用户的时延超标概率上界调整发送功率和可用信道数以实现网络重组；本发明专利技术能够有效利用时域、频域、空域，实现海量用户的多路复用，能够同时提升系统的能效和可靠性，扩展了URLLC的设计可行域，能够实现大规模URLLC。模URLLC。模URLLC。

【技术实现步骤摘要】
一种实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法。

技术介绍

[0002]第五代移动通信(The Fifth Generation，5G)场景复杂多样，其中小尺度衰落是无线信道的关键部分，在具有时延敏感型和6G低时延高可靠通信(Ultra
‑
Reliable and Low Latency Communications，URLLC)服务质量要求的场景中，它对系统性能的影响不容忽视。同时，关于实际信道估计的分析取决于信道统计特性，而信道统计特性受所选信道模型的影响，仅基于传统模型简化假设的分析结果不具有普遍性。因此，在设计无线通信系统时，有必要利用可以通过调节参数刻画现今几乎所有经典衰落模型的统一衰落模型来准确地描述小尺度衰落。
[0003]大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)是目前5G的关键使能技术，去蜂窝大规模MIMO系统作为一种特殊的分布式大规模MIMO系统，大大缩短了传统蜂窝小区中用户到基站的距离，具有很强的抗衰落能力，极有潜力成为6G的关键技术之一。去蜂窝大规模MIMO系统包含大量随机分布的接入点(Access Points，APs)，以服务于大规模移动设备，相对于传统的蜂窝大规模MIMO网络，具有优越的宏分集和干扰抑制能力。
[0004]针对时延敏感型服务的大幅增长，经典的香农信息理论虽然指出了无误传输的容量界，但其基础是无限编码块长度假设和随机编码方案，常见的是通过短编码块信道编码后传输，此时香农信息理论难以适用。有限编码块长(Finite Blocklength，FBL)信息理论是实现URLLC的关键技术之一，已有学者针对短包传输采用FBL信息理论建模和分析错误概率。针对URLLC的设计应捕捉可靠性的尾部行为(即排队时延超标概率)和时延，而不是平均指标。由于时延和整体可靠性由多个部分组成，相应的性能指标应受到URLLC的时延边界和时延超标概率边界的约束。随机网络演算(Stochastic Network Calculus，SNC)分析工具适用于时延敏感型服务，将URLLC系统中点对点的通信模式扩展到了多用户组网的通信模式，能够刻画排队时延和时延超标概率上界，更加贴近URLLC的实际应用场景。然而，现有组网技术在满足URLLC需求时未考虑跨层的时延成本和可靠性，且能效较低，因此，亟需一种可实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法，该方法包括：
[0006]S1：构建通信系统模型，将可用信道按照用户具有URLLC需求和不具有URLLC需求的比例分配给对应的用户；
[0007]S2：对小尺度衰落建模并计算小尺度衰落增益；
[0008]S3：根据通信系统模型和小尺度衰落增益进行信道估计和多用户检测，得到用户
的后验信噪比；
[0009]S4：根据用户的后验信噪比计算用户的时延超标概率上界；
[0010]S5：根据用户的时延超标概率上界调整发送功率和可用信道数以实现网络重组，返回步骤S3。
[0011]优选的，计算小尺度衰落增益的公式为：
[0012][0013]其中，|h
lk
|2表示小尺度衰落增益，μ
lk
表示波簇数量，表示第i个波簇的第一散射分量，表示第i个波簇的第二散射分量，p
lk,i
表示第i个波簇的第一直射分量，q
lk,i
表示第i个波簇的第二直射分量，ξ
lk
表示成型参数为m的Nakagami
‑
m随机变量。
[0014]优选的，进行信道估计和多用户检测的过程包括：
[0015]根据通信系统模型和小尺度衰落增益计算BBU池的总接收信号；
[0016]采用最小二乘法信道估计方法计算估计信道矩阵；
[0017]根据总接收信号和估计信道矩阵采用破零检测得到用户的接收信号；
[0018]根据用户的接收信号计算用户的后验信噪比。
[0019]进一步的，BBU池的总接收信号为：
[0020][0021]其中，Y
(p)
(t)表示在时隙t时刻接收的导频信号，Y
(d)
(t)表示在时隙t时刻接收的数据信号，p
u
表示用户的平均发射功率，G(t)表示时隙t时刻所有个用户与所有AP之间的信道状态信息，X
(p)
(t)表示所有用户在时隙t时刻发送的导频信号，X
(d)
(t)表示所有用户在时隙t时刻发送的数据信号，Z
(p)
(t)表示在时隙t时刻传输导频信号受到的噪声干扰，Z
(d)
(t)表示在时隙t时刻传输数据信号受到噪声干扰。
[0022]进一步的，估计信道矩阵为：
[0023][0024]其中，表示估计信道矩阵，Δ表示信道估计系数，G表示信道状态信息矩阵，表示估计误差矩阵。
[0025]进一步的，计算用户的后验信噪比的公式为：
[0026][0027]其中，表示第k个用户的后验信噪比，p
u
表示用户的平均发射功率，为中的元素，表示估计误差功率，表示迫零检测线性变换矩阵中的元素，L为中的元素数量，K表示用户数量。
[0028]优选的，用户的时延超标概率上界为：
[0029][0030]其中，表示用户的时延超标概率上界，s表示第一中间参数，表示第二中间参数，表示第三中间参数，inf{
·
}表示取下确界，s0表示第一中间参数阈值，λ表示数据到达速率，表示编码错误概率，γ0表示用户k最大可达数据速率为0的瞬时SNR界限。
[0031]优选的，调整发送功率和可用信道数的过程包括：对于具有URLLC需求的用户，如果用户满足时延超标概率上界用户按照当前发送功率和可用信道数继续发送信号；如果用户的时延超标概率上界区间外，用户调整可用信道数和发送功率向AP发送信号。
[0032]进一步的，用户调整可用信道数和发送功率向AP发送信号的过程包括：若用户的时延超标概率上界分配的可用信道数和分配功率给用户，若分配功率和的可用信道数给用户，其中p0＝0.5dBm，表示不具有URLLC需求的用户分得的可用信道数。
[0033]本专利技术的有益效果为：本专利技术的组网方法通过对BBU池的接收信号进行分析，采用信道估计和多用户检测获取用户的接收信号，根据用户的接收信号计算用户的时延超标概率上界，根据用户的时延超标概率上界对发送端的发射功率和可用信道数进行调整，实现动态组网；本专利技术能够有效利用时域、频域、空域，实现海量用户的多路复用，能够同时提升系统的能效和可靠性，扩展了URLLC的设计可行域，并且本专利技术考虑了物理层和数据链路层跨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法，其特征在于，包括：S1：构建通信系统模型，将可用信道按照用户具有URLLC需求和不具有URLLC需求的比例分配给对应的用户；S2：对小尺度衰落建模并计算小尺度衰落增益；S3：根据通信系统模型和小尺度衰落增益进行信道估计和多用户检测，得到用户的后验信噪比；S4：根据用户的后验信噪比计算用户的时延超标概率上界；S5：根据用户的时延超标概率上界调整发送功率和可用信道数以实现网络重组，返回步骤S3。2.根据权利要求1所述的一种实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法，其特征在于，计算小尺度衰落增益的公式为：其中，|h
lk
|2表示小尺度衰落增益，μ
lk
表示波簇数量，表示第i个波簇的第一散射分量，表示第i个波簇的第二散射分量，p
lk,i
表示第i个波簇的第一直射分量，q
lk,i
表示第i个波簇的第二直射分量，ξ
lk
表示成型参数为m的Nakagami
‑
m随机变量。3.根据权利要求1所述的一种实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法，其特征在于，进行信道估计和多用户检测的过程包括：根据通信系统模型和小尺度衰落增益计算BBU池的总接收信号；采用最小二乘法信道估计方法计算估计信道矩阵；根据总接收信号和估计信道矩阵采用破零检测得到用户的接收信号；根据用户的接收信号计算用户的后验信噪比。4.根据权利要求3所述的一种实现自适应大规模URLLC的高能效组网方法，其特征在于，BBU池的总接收信号为：其中，Y
(p)
(t)表示在时隙t时刻接收的导频信号，Y
(d)
(t)表示在时隙t时刻接收的数据信号，p
u
表示用户的平均发射功率，G(t)表示时隙t时刻所有个用户与所有AP之间的信道状态信息，X
(p)
(t)表示所有用户在时隙t时刻发送的导频信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾捷，武腾，宋雨欣，牟郸霖，陈昌川，冯轶群，刘智强，芮进，王钰可，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：