面向低延时高可靠通信的无线资源预分配技术

发布时间：2020-10-12 18:44

　　 超可靠低延时通信(Ultra-reliable and low-latency communication,URLLC)作为5G的三大应用场景之一,被普遍认为是工业自动化、自动驾驶等新型应用的技术基础。URLLC对传输服务质量(Quality of Service,QoS)有非常严格的要求:用户面时延不超过1毫秒,32字节数据包的可靠性为1~10~(-5)。根据5G的发展策略,5G发展到中期的主要承载业务是增强移动宽带(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)和URLLC业务复用。基于URLLC数据包的到达特点,本文主要研究了用户基于竞争随机接入信道的资源预分配问题。1、URLLC上行链路(UpLink,UL)传输控制面资源预分配策略:对于UE初始接入信道的场景,在每一个随机接入机会(Random Access Opportunity,RAO)时,eMBB和URLLC用户基于竞争随机接入蜂窝系统,本文研究应如何保证URLLC用户控制面时延不超过10毫秒的要求。为了降低用户间发生冲突的概率,引入了纽曼-皮尔逊(Neyman-Pearson,N-P)准则对URLLC用户的传输状态进行分类,并对不同传输状态的URLLC用户设计不同的资源预分配策略。为了分析不同资源预分配策略的接入成功概率,建立了概率分析模型,并以控制面随机接入时延为优化指标,得到随机接入时延的非线性递推函数。为了探讨目标函数的性质,将随机接入时延转化为RAO的累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)。仿真结果表明,本文提出的资源预分配策略能够以95%左右的概率保证URLLC控制层的时延要求。通过仿真,还分析了eMBB用户数、URLLC用户数和前导码预留数等参数对系统性能的影响。2、URLLC业务UL传输用户面资源预分配策略:针对系统处于无线资源控制(Radio Resource Control,RRC)连接状态,eMBB和URLLC基于竞争随机接入时,研究如何通过合理的资源预分配方案,在满足URLLC的QoS约束下,优化系统性能。为了降低用户之间的碰撞概率,引入了时隙ALOHA协议,由于重传对于通信系统可靠性的改善并不明显,因此舍弃重传机制来保证UL传输毫秒级的时延。为了进一步降低通信时延,采用帧长为0.125毫秒的短帧进行数据传输。为了保证URLLC的QoS要求,设计了一种“两状态”传输模型,同时为了研究简单,假设所有信道的瞬时信道增益都大于门限值。最后,以URLLC用户的QoS需求为约束条件,以可接入的URLLC用户数为优化目标,设计资源预分配策略。仿真结果表明,本文提出的资源预分配策略优于传统资源预分配策略,为进一步降低用户间碰撞概率,还引入了分集传输技术。通过仿真,分析了数据包到达速率和分集次数对系统性能的影响。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景和意义
    1.2 课题国内外研究现状
        1.2.1 超低延迟的研究现状
        1.2.2 超高可靠的研究现状
        1.2.3 研究现状总结
    1.3 本文的主要贡献与创新
    1.4 本论文的结构安排
第二章 低延时高可靠通信的相关技术
    2.1 引言
    2.2 EMBB和 URLLC业务复用场景和关键技术
        2.2.1 四种业务复用场景
        2.2.2 不同场景中的业务复用技术
    2.3 通信系统端到端时延分析
        2.3.1 控制面时延分析
        2.3.2 用户面时延分析
    2.4 基于竞争的随机接入
        2.4.1 随机接入前导序列的产生
        2.4.2 时隙ALOHA协议
        2.4.3 分集传输
    2.5 本章小结
第三章 URLLC场景下控制面资源预留方案
    3.1 引言
    3.2 系统模型
        3.2.1 数据包到达模型
    3.3 上行链路随机接入的前导码预留方案
        3.3.1 传输状态分类
        3.3.2 上行链路随机接入的前导码预留方案分析
    3.4 仿真结果与分析
    3.5 本章小结
第四章 URLLC场景下用户面资源预留方案
    4.1 引言
    4.2 系统模型
        4.2.1 数据包到达模型
        4.2.2 QoS要求
        4.2.3 信道探测及子信道的选择
        4.2.4 数据信道传输模型
    4.3 两状态传输模型
    4.4 基于竞争的随机接入碰撞概率分析
        4.4.1 碰撞概率分析
        4.4.2 资源预留方案及碰撞概率分析
        4.4.3 分集传输技术及碰撞概率分析
    4.5 仿真结果与分析
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文总结
    5.2 未来研究工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果

【参考文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 李翔;下一代移动通信网络随机接入技术的研究[D];西南交通大学;2018年

本文编号：2838130