一种5G大连接物联网中上下行资源的分配方法与流程

本发明属于5g大连接物联网通信技术领域，涉及一种5g大连接物联网中上下行资源的分配方法。

背景技术：

5g大连接物联网通信指的是设备间的互联以及数据传输，定义为不需要人为干预便可以进行设备间数据传输的通信系统。随着移动互联网的快速发展，5g大连接物联网的服务需求呈现爆发式地增长，5g大连接物联网将会在众多领域提供更好的服务。5g大连接物联网网络的研究经过多年的发展，将会于2020集中到5g的网络架构并与蜂窝网络一起组成最新的通信网络结构，成为5g通信的重要组成部分且与蜂窝通信一起组成5g通信网络。当海量5g大连接物联网设备在小区内部署并且在同一时段比较集中地接入网络时，网络便会面临拥塞以及数据通信量激增，而网络的拥塞过载不可避免的会造成不必要的接入失败以及网络容量的降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种5g大连接物联网中上下行资源的分配方法，该方法能够有效地缓解5g大连接物联网网络中用户终端接入拥塞的问题。

为达到上述目的，本发明所述的5g大连接物联网中上下行资源的分配方法包括以下步骤：

1)基站将接入到5g大连接物联网中的所有用户终端根据信道信息划分为若干种覆盖类型；

2)当用户终端选择随机接入资源rach向基站发起随机接入请求，基站接收用户终端发送过来的随机接入请求，并根据各用户终端的覆盖类型给用户终端分配相应的频域及时域资源，然后将分配的结果发送至用户终端，完成5g大连接物联网中上下行资源的分配。

所有用户终端根据信道信息划分为覆盖类型class1、覆盖类型class、覆盖类型class3及覆盖类型class4，其中，所属覆盖类型class1的用户终端的优先级、所属覆盖类型class的用户终端优先级、所属覆盖类型class3的用户终端优先级及所属覆盖类型class4的用户终端优先级依次降低。

优先级较高的用户终端优先获得资源；当若干个用户终端拥有相同优先级时，每个用户终端都有相同的权限，则基站随机选取用户终端进行资源分配；当频域及时域资源被全部分配后，则基站设置等待时间，并在等待时间内没有被分配资源的用户终端不发起随机接入请求。

所述随机接入请求包括用户终端的业务类型以及业务量的大小。

基站根据用户终端的业务数据大小进行分配时频资源。

步骤2)还包括，当用户终端接收到基站发送过来的分配结果时，则向基站发送反馈信号，告知基站已经接收到分配结果。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的5g大连接物联网中上下行资源的分配方法在具体操作时，先将所有用户终端根据信道信息划分为若干覆盖类型，然后根据各覆盖类型给用户终端分配相应的频域及时域资源，使信道信息较好的用户优先获取到时域资源，从而缓解5g大连接物联网网络中用户终端接入拥塞的问题，操作简单、方便。

附图说明

图1为窄带物联网框架图；

图2为系统容量仿真曲线图；

图3为report失败概率曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的5g大连接物联网中上下行资源的分配方法包括以下步骤：

1)基站将接入到5g大连接物联网中的所有用户终端根据信道信息划分为若干种覆盖类型；

2)当用户终端选择随机接入资源rach向基站发起随机接入请求，基站接收用户终端发送过来的随机接入请求，并根据各用户终端的覆盖类型给用户终端分配相应的频域及时域资源，然后将分配的结果发送至用户终端，完成5g大连接物联网中上下行资源的分配。

所有用户终端根据信道信息划分为覆盖类型class1、覆盖类型class、覆盖类型class3及覆盖类型class4，其中，所属覆盖类型class1的用户终端的优先级、所属覆盖类型class的用户终端优先级、所属覆盖类型class3的用户终端优先级及所属覆盖类型class4的用户终端优先级依次降低。

优先级较高的用户终端优先获得资源；当若干个用户终端拥有相同优先级时，每个用户终端都有相同的权限，则基站随机选取用户终端进行资源分配；当频域及时域资源被全部分配后，则基站设置等待时间，并在等待时间内没有被分配资源的用户终端不发起随机接入请求。

所述随机接入请求包括用户终端的业务类型以及业务量的大小，基站根据用户终端的业务数据大小进行分配时频资源。

步骤2)还包括，当用户终端接收到基站发送过来的分配结果时，则向基站发送反馈信号，告知基站已经接收到分配结果。

在gsm系统中，144db以上的用户终端是不能接入到gsm系统中的，在5g大连接物联网系统中需要实现对164db以上的用户终端接入，因此需要将164db的用户终端划分到覆盖类型coverage中；在划分覆盖类型时，遵循3gpp45.820中各种业务划分的方法，即按照40％、40％、15％及5％的比例进行划分为4种不同的覆盖类型。

下行资源分配为：选择mcs＝3，cbs＝0，子载波n＝1；下行的物理层有200khz的信道资源，在下行方向上，信道都是被分成窄带信道进行通信：下行分成48个子信道，下行信道的两边都有10khz的保护带宽；下行链路采用ofdma进行传输；下行的调制及编码方式如表1所示，在下行数据传输中，基站传输给用户终端的数据大小为20bytes，因mcs＝3，重复因子为1，pdsch编码块分配方式如表2所示：

表1

表2

在大多数物联网系统中，用户终端处于静止状态，因此信道是不变的，所以mcs0～mcs3的作用是相同的，不需要重复因子，为了降低物联网的复杂度，提高物联网的灵活性，调制编码方式选择为mcs＝3；对于编码块大小cbsindex＝0，这样一次可以发送200bit大小的数据，基站生成的nc业务大小为20bytes，此时cbs＝0时，足够基站传输下行数据，因此基站拥有时频资源一次将20bytes全部传输给5g大连接物联网设备；由于下行采用的是ofdma进行数据传输，在mcs＝3时，传输200bits的时频资源是固定的。如果选择多个子载波进行传输，传输时间则相应地减少，n的选择1、2或4。为了降低用户终端及基站处理信息的复杂度，选择n＝1，基站每次传输下行数据时都采用固定时间。

上行资源，选择mcs＝6，5g大连接物联网根据最大化系统容量进行优化配置，下行的调制及编码方式如表2所示，上行的物理层有200khz的信道资源，上下行方向上，信道都是被分成窄带信道进行通信上行分成36个子信道，上行链路采用fdma进行传输，使得多个设备可以同时进行数据传输，有利于提高网络容量。同时，多个载波可以聚合一起，基站可以给用户终端分配更宽的带宽，聚合成宽带载波，提升传输速率并降低延时。上行信道的调制编码方式如表1所示，其中，mcs0和mcs1用于上行随机接入，其他的几种mcs配置为5g大连接物联网设备用来进行数据传输。当用户终端发送数据之后，基站在奇数子帧的下行控制信道pdcch信道上发送ack确认信息和相应的下行控制信息。在5g大连接物联网系统中一个子帧为160ms，奇数子帧之间相隔为320ms。为了提升网络的容量(capacity)，基站系统5g大连接物联网设备可以充分利用分配的信道资源进行传输数据，因此在选择mcs时选择码率为2/3的编码方式，选择mcs＝6，这样一个数据包传输的时间为2个子帧，可以充分利用基站分配给设备的资源进行数据传输。

表3

上行传输编码块配置如表4所示，仿真系统中采用的是cbs＝15，可以在两个子帧中完成一个编码块的传输，这样设备可以有效利用分配的时频资源。

表4

传输时间是单个编码块的传输时间，在这段时间内设备传输的数据大小根据编码块函数指定，表中map(x)函数的具体计算公式如式(1)所示：

其中，round(x)表示最接近x的整数，在x＝0.5时的结果如式(2)所示。

round(0.5)＝1(2)

图2为系统容量仿真曲线，系统部署52547个设备时系统目标容量capacity，理论曲线是随着每个扇区中用户数目的增加而直线增加，如图2所示，仿真设置中的目标值是每扇区52547个用户，从图2中可以看到，在每扇区有52547个用户的时候，仿真平台可以很好的满足要求，仿真平台成功接收的reports和理论值相差不大，满足未来5g大连接物联网部署的需要，同时需要强调的是，5g大连接物联网系统的频带复用因子为1/3，完全与现有的系统融合，小区中每个扇区没有相同的频点降低了同频干扰，同时使用的频带只有200khz，充分利用现有的频带宽度，在5g大连接物联网系统中，设备的发射功率是23db(200mw)，完全兼容现有的电池系统，确保系统可以实现对于传统的grps在coverage性能上有20db的提升，也满足了电池可以使用20年的要求。

图3为report失败概率曲线，5g大连接物联网没有成功接入到网络中有多种原因造成，1)网络中没有足够的随机接入信道rach可供5g大连接物联网设备发起随机接入请求，造成接入失败，每个扇区中有4个随机接入信道rach，如果在当前的时间帧中有超过4个用户发起随机接入请求，那么必然会有至少一个用户无法获得随机接入信道rach进行发送随机接入请求，会造成至少一次的失败接入；2)当5g大连接物联网设备接入到网络当中时，网络没有信道资源分配给设备小区中5g大连接物联网设备，造成接入失败，5g大连接物联网仿真平台的统计模块需要统计5g大连接物联网在成功获得时频资源之前，统计在接入的过程中所有失败的次数。从图3可以看出，在目标用户数为52547时，系统的失败概率比较小，可以保证用户接入到系统当中，满足5g大连接物联网百万连接的愿景。