本發(fā)明屬于5g大連接物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種5g大連接物聯(lián)網(wǎng)中上下行資源的分配方法。

背景技術(shù)：

5g大連接物聯(lián)網(wǎng)通信指的是設(shè)備間的互聯(lián)以及數(shù)據(jù)傳輸，定義為不需要人為干預(yù)便可以進(jìn)行設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，5g大連接物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)需求呈現(xiàn)爆發(fā)式地增長，5g大連接物聯(lián)網(wǎng)將會在眾多領(lǐng)域提供更好的服務(wù)。5g大連接物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的研究經(jīng)過多年的發(fā)展，將會于2020集中到5g的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并與蜂窩網(wǎng)絡(luò)一起組成最新的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，成為5g通信的重要組成部分且與蜂窩通信一起組成5g通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)海量5g大連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在小區(qū)內(nèi)部署并且在同一時段比較集中地接入網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)便會面臨擁塞以及數(shù)據(jù)通信量激增，而網(wǎng)絡(luò)的擁塞過載不可避免的會造成不必要的接入失敗以及網(wǎng)絡(luò)容量的降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種5g大連接物聯(lián)網(wǎng)中上下行資源的分配方法，該方法能夠有效地緩解5g大連接物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中用戶終端接入擁塞的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的5g大連接物聯(lián)網(wǎng)中上下行資源的分配方法包括以下步驟：

1)基站將接入到5g大連接物聯(lián)網(wǎng)中的所有用戶終端根據(jù)信道信息劃分為若干種覆蓋類型；

2)當(dāng)用戶終端選擇隨機(jī)接入資源rach向基站發(fā)起隨機(jī)接入請求，基站接收用戶終端發(fā)送過來的隨機(jī)接入請求，并根據(jù)各用戶終端的覆蓋類型給用戶終端分配相應(yīng)的頻域及時域資源，然后將分配的結(jié)果發(fā)送至用戶終端，完成5g大連接物聯(lián)網(wǎng)中上下行資源的分配。

所有用戶終端根據(jù)信道信息劃分為覆蓋類型class1、覆蓋類型class、覆蓋類型class3及覆蓋類型class4，其中，所屬覆蓋類型class1的用戶終端的優(yōu)先級、所屬覆蓋類型class的用戶終端優(yōu)先級、所屬覆蓋類型class3的用戶終端優(yōu)先級及所屬覆蓋類型class4的用戶終端優(yōu)先級依次降低。

優(yōu)先級較高的用戶終端優(yōu)先獲得資源；當(dāng)若干個用戶終端擁有相同優(yōu)先級時，每個用戶終端都有相同的權(quán)限，則基站隨機(jī)選取用戶終端進(jìn)行資源分配；當(dāng)頻域及時域資源被全部分配后，則基站設(shè)置等待時間，并在等待時間內(nèi)沒有被分配資源的用戶終端不發(fā)起隨機(jī)接入請求。

所述隨機(jī)接入請求包括用戶終端的業(yè)務(wù)類型以及業(yè)務(wù)量的大小。

基站根據(jù)用戶終端的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)大小進(jìn)行分配時頻資源。

步驟2)還包括，當(dāng)用戶終端接收到基站發(fā)送過來的分配結(jié)果時，則向基站發(fā)送反饋信號，告知基站已經(jīng)接收到分配結(jié)果。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的5g大連接物聯(lián)網(wǎng)中上下行資源的分配方法在具體操作時，先將所有用戶終端根據(jù)信道信息劃分為若干覆蓋類型，然后根據(jù)各覆蓋類型給用戶終端分配相應(yīng)的頻域及時域資源，使信道信息較好的用戶優(yōu)先獲取到時域資源，從而緩解5g大連接物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中用戶終端接入擁塞的問題，操作簡單、方便。

附圖說明

圖1為窄帶物聯(lián)網(wǎng)框架圖；

圖2為系統(tǒng)容量仿真曲線圖；

圖3為report失敗概率曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的5g大連接物聯(lián)網(wǎng)中上下行資源的分配方法包括以下步驟：

1)基站將接入到5g大連接物聯(lián)網(wǎng)中的所有用戶終端根據(jù)信道信息劃分為若干種覆蓋類型；

2)當(dāng)用戶終端選擇隨機(jī)接入資源rach向基站發(fā)起隨機(jī)接入請求，基站接收用戶終端發(fā)送過來的隨機(jī)接入請求，并根據(jù)各用戶終端的覆蓋類型給用戶終端分配相應(yīng)的頻域及時域資源，然后將分配的結(jié)果發(fā)送至用戶終端，完成5g大連接物聯(lián)網(wǎng)中上下行資源的分配。

所有用戶終端根據(jù)信道信息劃分為覆蓋類型class1、覆蓋類型class、覆蓋類型class3及覆蓋類型class4，其中，所屬覆蓋類型class1的用戶終端的優(yōu)先級、所屬覆蓋類型class的用戶終端優(yōu)先級、所屬覆蓋類型class3的用戶終端優(yōu)先級及所屬覆蓋類型class4的用戶終端優(yōu)先級依次降低。

優(yōu)先級較高的用戶終端優(yōu)先獲得資源；當(dāng)若干個用戶終端擁有相同優(yōu)先級時，每個用戶終端都有相同的權(quán)限，則基站隨機(jī)選取用戶終端進(jìn)行資源分配；當(dāng)頻域及時域資源被全部分配后，則基站設(shè)置等待時間，并在等待時間內(nèi)沒有被分配資源的用戶終端不發(fā)起隨機(jī)接入請求。

所述隨機(jī)接入請求包括用戶終端的業(yè)務(wù)類型以及業(yè)務(wù)量的大小，基站根據(jù)用戶終端的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)大小進(jìn)行分配時頻資源。

步驟2)還包括，當(dāng)用戶終端接收到基站發(fā)送過來的分配結(jié)果時，則向基站發(fā)送反饋信號，告知基站已經(jīng)接收到分配結(jié)果。

在gsm系統(tǒng)中，144db以上的用戶終端是不能接入到gsm系統(tǒng)中的，在5g大連接物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中需要實現(xiàn)對164db以上的用戶終端接入，因此需要將164db的用戶終端劃分到覆蓋類型coverage中；在劃分覆蓋類型時，遵循3gpp45.820中各種業(yè)務(wù)劃分的方法，即按照40％、40％、15％及5％的比例進(jìn)行劃分為4種不同的覆蓋類型。

下行資源分配為：選擇mcs＝3，cbs＝0，子載波n＝1；下行的物理層有200khz的信道資源，在下行方向上，信道都是被分成窄帶信道進(jìn)行通信：下行分成48個子信道，下行信道的兩邊都有10khz的保護(hù)帶寬；下行鏈路采用ofdma進(jìn)行傳輸；下行的調(diào)制及編碼方式如表1所示，在下行數(shù)據(jù)傳輸中，基站傳輸給用戶終端的數(shù)據(jù)大小為20bytes，因mcs＝3，重復(fù)因子為1，pdsch編碼塊分配方式如表2所示：

表1

表2

在大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，用戶終端處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此信道是不變的，所以mcs0～mcs3的作用是相同的，不需要重復(fù)因子，為了降低物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜度，提高物聯(lián)網(wǎng)的靈活性，調(diào)制編碼方式選擇為mcs＝3；對于編碼塊大小cbsindex＝0，這樣一次可以發(fā)送200bit大小的數(shù)據(jù)，基站生成的nc業(yè)務(wù)大小為20bytes，此時cbs＝0時，足夠基站傳輸下行數(shù)據(jù)，因此基站擁有時頻資源一次將20bytes全部傳輸給5g大連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備；由于下行采用的是ofdma進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在mcs＝3時，傳輸200bits的時頻資源是固定的。如果選擇多個子載波進(jìn)行傳輸，傳輸時間則相應(yīng)地減少，n的選擇1、2或4。為了降低用戶終端及基站處理信息的復(fù)雜度，選擇n＝1，基站每次傳輸下行數(shù)據(jù)時都采用固定時間。

上行資源，選擇mcs＝6，5g大連接物聯(lián)網(wǎng)根據(jù)最大化系統(tǒng)容量進(jìn)行優(yōu)化配置，下行的調(diào)制及編碼方式如表2所示，上行的物理層有200khz的信道資源，上下行方向上，信道都是被分成窄帶信道進(jìn)行通信上行分成36個子信道，上行鏈路采用fdma進(jìn)行傳輸，使得多個設(shè)備可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有利于提高網(wǎng)絡(luò)容量。同時，多個載波可以聚合一起，基站可以給用戶終端分配更寬的帶寬，聚合成寬帶載波，提升傳輸速率并降低延時。上行信道的調(diào)制編碼方式如表1所示，其中，mcs0和mcs1用于上行隨機(jī)接入，其他的幾種mcs配置為5g大連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備用來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)用戶終端發(fā)送數(shù)據(jù)之后，基站在奇數(shù)子幀的下行控制信道pdcch信道上發(fā)送ack確認(rèn)信息和相應(yīng)的下行控制信息。在5g大連接物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中一個子幀為160ms，奇數(shù)子幀之間相隔為320ms。為了提升網(wǎng)絡(luò)的容量(capacity)，基站系統(tǒng)5g大連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以充分利用分配的信道資源進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，因此在選擇mcs時選擇碼率為2/3的編碼方式，選擇mcs＝6，這樣一個數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臅r間為2個子幀，可以充分利用基站分配給設(shè)備的資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

表3

上行傳輸編碼塊配置如表4所示，仿真系統(tǒng)中采用的是cbs＝15，可以在兩個子幀中完成一個編碼塊的傳輸，這樣設(shè)備可以有效利用分配的時頻資源。

表4

傳輸時間是單個編碼塊的傳輸時間，在這段時間內(nèi)設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大小根據(jù)編碼塊函數(shù)指定，表中map(x)函數(shù)的具體計算公式如式(1)所示：

其中，round(x)表示最接近x的整數(shù)，在x＝0.5時的結(jié)果如式(2)所示。

round(0.5)＝1(2)

圖2為系統(tǒng)容量仿真曲線，系統(tǒng)部署52547個設(shè)備時系統(tǒng)目標(biāo)容量capacity，理論曲線是隨著每個扇區(qū)中用戶數(shù)目的增加而直線增加，如圖2所示，仿真設(shè)置中的目標(biāo)值是每扇區(qū)52547個用戶，從圖2中可以看到，在每扇區(qū)有52547個用戶的時候，仿真平臺可以很好的滿足要求，仿真平臺成功接收的reports和理論值相差不大，滿足未來5g大連接物聯(lián)網(wǎng)部署的需要，同時需要強(qiáng)調(diào)的是，5g大連接物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的頻帶復(fù)用因子為1/3，完全與現(xiàn)有的系統(tǒng)融合，小區(qū)中每個扇區(qū)沒有相同的頻點(diǎn)降低了同頻干擾，同時使用的頻帶只有200khz，充分利用現(xiàn)有的頻帶寬度，在5g大連接物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，設(shè)備的發(fā)射功率是23db(200mw)，完全兼容現(xiàn)有的電池系統(tǒng)，確保系統(tǒng)可以實現(xiàn)對于傳統(tǒng)的grps在coverage性能上有20db的提升，也滿足了電池可以使用20年的要求。

圖3為report失敗概率曲線，5g大連接物聯(lián)網(wǎng)沒有成功接入到網(wǎng)絡(luò)中有多種原因造成，1)網(wǎng)絡(luò)中沒有足夠的隨機(jī)接入信道rach可供5g大連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)起隨機(jī)接入請求，造成接入失敗，每個扇區(qū)中有4個隨機(jī)接入信道rach，如果在當(dāng)前的時間幀中有超過4個用戶發(fā)起隨機(jī)接入請求，那么必然會有至少一個用戶無法獲得隨機(jī)接入信道rach進(jìn)行發(fā)送隨機(jī)接入請求，會造成至少一次的失敗接入；2)當(dāng)5g大連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中時，網(wǎng)絡(luò)沒有信道資源分配給設(shè)備小區(qū)中5g大連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，造成接入失敗，5g大連接物聯(lián)網(wǎng)仿真平臺的統(tǒng)計模塊需要統(tǒng)計5g大連接物聯(lián)網(wǎng)在成功獲得時頻資源之前，統(tǒng)計在接入的過程中所有失敗的次數(shù)。從圖3可以看出，在目標(biāo)用戶數(shù)為52547時，系統(tǒng)的失敗概率比較小，可以保證用戶接入到系統(tǒng)當(dāng)中，滿足5g大連接物聯(lián)網(wǎng)百萬連接的愿景。