一种URLLC和mMTC共存场景下的接入控制方法及系统与流程

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制方法及系统。

背景技术

机器通信(mtc)是物联网(iot)的重要组成部分，能够实现从mtc设备到中央mtc服务器或一组mtc服务器的通信。mtc设备(mtcd)有着极其广泛的应用前景，如无线检测传感设备、工厂设备的无线控制系统和智能交通系统。国际电信联盟(itu)将mtc分为两类：大规模mtc(mmtc)和超可靠和低延迟通信(urllc)。其中mmtc设备具有很高的连接密度，每个小区中会共存着大量的低成本和低功率的mtcd设备，例如无线传感器系统。这些设备以小于等于几秒的顺序传输具有较低延迟要求的小数据包。mmtc器件需要以较高的能量效率进行通信，对于时延等方面具有较低的需求。而urllc则需要可靠的数据传输，严格的等待时间约束为10毫秒或更少，因为它用于关键任务应用程序，例如医学物联网系统以及交通系统物联网系统。

在nb-iot中，采用正交多址(oma)方式的频分多址(fdma)在一个物理资源块(prb)，即180khz的窄带宽上进行接入的时候，系统带宽可以分为48个或12个子载波。在48个子载波的情况下，每个mtcd可以分配单个子载波。在12个子载波的情况下，每个mtcd可以分配单个子载波或3、6、12个连续子载波。在采用ofdma的情况下，每个子载波仅允许一个mtcd设备使用，所以它可能无法很好地应对在lte-apro网络较大数量的mtcd设备请求链接的情景。当设备数量较多时，很多设备因分配不到子载波而无法及时将数据上传到基站，尤其是对于urllc这种对于速率和时延要求较高的设备来说这是极其影响用户体验度的。

因此现在亟需一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制方法来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的上行调度请求的配置方法及终端设备。

第一方面本发明实施例提供一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制方法，包括：

对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于上行非正交多址noma机制，按照预设的功率分配算法同时接入若干个urllc设备和若干个mmtc设备。

第二方面本发明实施例还提供了一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制系统，包括：

接入控制模块，用于对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于上行非正交多址noma机制，按照预设的功率分配算法同时接入若干个urllc设备和若干个mmtc设备。

第三方面本发明实施例提供了一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制设备，包括：

处理器、存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述所述的一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制方法。

第四方面本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述方法。

本发明实施例提供的urllc和mmtc共存场景下的接入控制方法，通过使用noma技术，并按照预设的功率分配规则，实现了多个urllc设备和多个mmtc设备共享相同的子载波，从而使得物联网系统能够支持更高的连接密度，提高频谱效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制系统结构图；

图3是本发明实施例提供的一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制设备的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，窄带物联网nb-iot可以在低成本mtc设备(mtcd)的窄带宽为180khz的带宽范围内实现高能效通信，但是不能为大量的mtcd提供连接，其中，mtcd包括qos需求较高的urllc设备和qos需求较低的mmtc设备。

为了实现窄带物联网下用户数量较大的情况下用户无法接入或等待时间较长的问题，图1是本发明实施例提供的一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制方法流程示意图，如图1所示，包括：

110、对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于上行非正交多址noma机制，按照预设的功率分配算法同时接入若干个urllc设备和若干个mmtc设备。

步骤110中，可以理解的是，本发明实施例所述的noma机制即noma技术，通过在nb-iot系统中使用noma技术能够对于每个时隙下每个子载波实现多个mtcd设备的共享，这对于iot中设备数量较多的场景有很大的帮助。

进一步的，如果只是让单个urllc设备最多和一个mmtc设备共享子载波，那么对于频带资源的利用是极其浪费的，针对此问题，本发明实施例按照预设的功率分配算法能够允许多个mmtc设备和多个urllc设备在nb-iot系统中共享相同的子载波，从而支持更高的连接密度，提高频谱效率。

其中，预设的功率分配算法是本发明实施例根据需要接入的urllc设备的信息以及需要接入的mmtc设备的信息实时确定的。

为了便于描述，本发明实施例以下述场景为例对本发明实施例进行说明。

本发明实施例假设nb-iot系统中包含n个子载波，子载波集合为c，u＝{u1,u2,u3,…uu}表示当前基站下请求上传信息的urllc设备集合，m＝{m1,m2,m3,…mm}表示当前基站下请求上传信息的mmtc设备集合。进一步的，假设各个urllc设备的接入优先级相同，同时各个mmtc设备的接入优先级相同，urllc设备的优先级高于mmtc设备。与此同时，假设各个urllc设备的qos需求相同，同时各个mmtc设备的qos需求也相同，并且各个设备的信道状态信息csi已知，那么在第k个子载波上多个urllc设备的和多个mmtc设备共同上传信息接入的场景可表示为：其中，su,k和sm,k分别代表使用第k个子载波发送信息的urllc设备的集合和mmtc设备的集合，第k个子载波上urllc设备和mmtc设备数量分别为nu,k和nm,k。xu和xm分别代表了urllc设备和mmtc设备发送的消息，hu,k和hm,k分别代表urllc设备和mmtc设备发射信号到基站过程中由于衰落和损耗造成的信道增益，σ为高斯白噪声，此时每个设备只能使用一个子载波，因此可以得出：

那么对于上行链路noma，sic接收机需要不同的到达功率来区分复用ue。在理想情况下，基站可以根据各个设备发送信息的到达功率的大小来区分各个设备，由于urllc对于sinr速率等方面要求较高，假设urllc设备发送信息的到达功率大于mmtc设备，即|hu,k|²pu,k＞|hm,k|²pm,k。在两个urllc设备的情况下，urllc设备发射的信号的到达功率不同，假设urllc设备1的信号强度大于urllc设备2的信号强度，即|hu1,k|²pu1,k＞|hu2,k|²pu2,k，由于设备1所忍受的干扰最大，因此让设备1以最大功率发射信号以保证其sinr需求。则基站接收到urllc设备1和设备2的信号的sinr分别为：

其中，n0为噪声功率谱密度，表示后面解调的mmtc设备和后面解调的urllc设备对urllc设备的干扰。mmtc设备信号的sinr为：其中，表示后面解调的mmtc设备对前面第m个设备造成的干扰。

urllc设备和mmtc设备在满足qos情况下所需要的速率分别为ru和rm，也就是说，基站接收到各个设备的信号的sinr需求分别为：并且，各个设备也都有最大发射功率的约束限制，即

综合上述描述情形，本发明实施例实质上能够在满足各自qos需求的情况下尽可能多的接入mtcd设备，用公式可表示为：

其中，wu和wm是根据其接入优先级设定的加权因子，由于urllc设备的接入优先级最高，所以wu＝wm+1。

本发明实施例提供的urllc和mmtc共存场景下的接入控制方法，通过使用noma技术，并按照预设的功率分配规则，实现了多个urllc设备和多个mmtc设备共享相同的子载波，从而使得物联网系统能够支持更高的连接密度，提高频谱效率。

在上述实施例的基础上，在所述对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于上行非正交多址noma机制，按照预设的功率分配算法同时接入若干个urllc设备和若干个mmtc设备前，所述方法还包括：

确定所述物联网带宽上每一子载波能够接入的最大urllc设备数量。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例需要在满足各自qos需求的情况下尽可能多的接入mtcd设备，而urllc设备的优先级是高于mmtc设备的，那么本发明实施例需要优先满足子载波上能够接入的最大urllc设备数量。

可以理解的是，urllc设备可以容忍的干扰程度越大，mmtc设备接入的机会就越多。那么本发明实施例实质上是在每个子载波下从urllc设备集合中选择设备对来让i最大，可以用下面的式子来表示：

上述公式以一个子载波是否可以接入两个urllc设备为例，假设设备a和设备b的信道增益满足ga>gb，并且noma接收机可以同时接受两个设备的信息。在两个设备的信号强度不同时接收机的解调顺序也不同，可以忍受干扰的最大值也不同，可以用以下式子表示：

那么通过求解上式能够计算出成立，则上式中i有解，那么设备a和设备b可以共享同一个子载波。反之，若不成立，则上式i无解，则该子载波只能让一个urllc设备使用。

在上述实施例的基础上，所述对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于noma机制，按照预设的功率分配算法同时接入若干个urllc设备和若干个mmtc设备，包括：

对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于noma机制，在urllc设备集合中选择满足第一信道要求的若干个目标urllc设备，且所述目标urllc设备数量小于等于当前子载波能够接入的最大urllc设备数量；

在mmtc设备集合中选择满足第二信道要求的若干个目标mmtc设备；

按照预设的功率分配算法，同时接入所述若干个目标urllc设备以及所述若干个目标mmtc设备。

可以理解的是，本发明实施例首先需要确定接入子载波的urllc设备数量后，再确定接入同一子载波的mmtc设备，并且确定过程中，urllc设备需要满足第一信道要求，mmtc设备需要满足第二信道要求。需要说明的是，第一信道要求即在本发明实施例中对urllc设备接入的确定规则，同样的，第二信道要求即在本发明实施例中对mmtc设备接入的确定规则，并非实际传输信道存在的要求。

进一步的，在确定接入的目标urllc设备的同时，本发明实施例会对目标urllc设备的发射功率进行确定，从而按照确定后的发射功率进行数据传输。同样的，在确定接入的目标mmtc设备的同时，本发明实施例会对目标mmtc设备的发射功率进行确定，从而按照确定后的发射功率进行数据传输。

在上述实施例的基础上，所述在urllc设备集合中选择满足第一信道要求的若干个目标urllc设备，包括：

按照信道增益由大至小对urllc设备集合中尚未接入的urllc设备进行排序，得到第一序列；

将所述第一序列包括的前两个urllc设备分为一个小组，将所述小组中满足第一信道要求的urllc设备作为所述目标urllc设备。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例会针对每一个子载波计算该子载波能够接入两个urllc设备。需要说明的是，接入两个urllc设备是优选方式，接入数量更多的方式可参见接入两个的方式，本发明实施例对接入数量不作具体限定。

那么实际可以分为两种情况，一种是能够接入两个urllc设备，一种是只能接入一个urllc设备。

对于只能接入一个urllc设备而言，可以理解的是，为了让接入的设备对于mmtc造成的干扰尽可能多的容忍，故而需要选择信道条件好的设备使用该子载波。

那么本发明实施例提供的urllc设备选择方式具体为：按照信道增益由大至小对urllc设备集合中尚未接入的urllc设备进行排序，得到第一序列，从而第一序列中最靠前排列的即为信道条件最好的urllc设备，那么该设备即为本发明实施例所述的目标urllc设备。

与此同时，该唯一确定的目标urllc设备的发射功率为pmax，相应的，

另一种情形，若所述小组中两个urllc设备均满足第一信道要求，则所述小组内信道增益较大的urllc设备的发射功率为pmax，所述小组内信道增益较小的urllc设备的发射功率为：其中，pmax为设备的最大发射功率，ha为所述小组内信道增益较大的urllc设备的信道增益，hb为所述小组内信道增益较小的urllc设备的信道增益，γu为urllc设备信号的信号与干扰加噪声比。

在上述实施例的基础上，所述在mmtc设备集合中选择满足第二信道要求的若干个目标mmtc设备，包括：

按照信道增益由小至大对mmtc设备集合中尚未接入的mmtc设备进行排序，得到第二序列；

确定满足第二信道要求时所述第二序列对应的前q个mmtc设备，并将所述第二序列对应的前q个mmtc设备作为所述目标mmtc设备。

由上述实施例内容可知，在确定了子载波接入的目标urllc设备后，还需要尽可能的多接入mmtc设备。那么接入过程可用公式描述为：

并且在每个子载波上分配mmtc设备的时候，所有接入的设备不能大于所在子载波上urllc设备可忍受的最大干扰，即：与此同时，还需要满足各个接入的mmtc设备的sinr需求：

假设有m个mmtc设备和最大干扰忍受程度ik的urllc设备共享子载波，从设备1到m的信号强度依次增大，则他们分别需要满足以下条件：

由上述公式可以看出如果从1到n每个mmtc设备的信号刚好满足其sinr需求时，可以使尽可能小。考虑到每个设备的最大发射功率的限制，可以让信道条件好的设备用较大的发射功率提升接入信号强度来忍受其他设备对其造成的干扰。这样上述公式就可以改写为：pm|hm|²≥γmmtc(γmmtc+1)^m-1n0b。则每个mmtc设备可以忍受对其造成干扰的设备数量为：则第k个子载波下mmtc设备的信号强度之和urllc设备可以忍受的最大干扰值之间的关系可以为：ik≥((γmmtc+1)ⁿ-1)n0b，则每个子载波下可以和urllc共享资源的mmtc设备的数量最多为：

具体的确定目标mmtc设备用步骤可表示为：

步骤1、初始化未接入的mmtc设备集合，将m中的元素的信道增益值g按照进行换算。m中信道增益值可以取到w种数值，取到数值的集合t为，t中元素从大到小排列为{t1,t2,t3,...tw}。

步骤2、初始化k＝0。

步骤3、k＝k+1,从集合r选取第k个子载波，初始化i＝0。

步骤4、从集合m中选择第一个元素，将它的信道增益值赋给x，i＝i+1，令y等于m中信道增益值等于x的元素个数。

步骤5、当i<w成立时，令q＝min{x，t(i)-t(i+1)，y}，将集合m中前q个元素并入第k个子载波下mmtc设备组集合mk，mk＝mk∪{m1,m2,...mq}，并将其从集合m中去除，m＝m/{m1,m2,...mq}，更新集合t。

步骤6、当i<w不成立时，令q＝min{x，t(i)，y}，将集合m中前q个元素并入第k个子载波下mmtc设备组集合mk，mk＝mk∪{m1,m2,...mq}，并将其从集合m中去除，m＝m/{m1,m2,...mq}，更新集合t。

步骤7、当x>0和i<w同时成立时，返回到步骤3。

步骤8、mk中元素按照信道增益值的大小从低到高排序为mk＝{m1,m2,...mq}，其中第i个设备的发射功率为：

步骤9、判断k<card(r)是否成立，如果成立则返回到步骤2，否则mmtc设备分组过程结束。

可以理解的是，通过上述mmtc设备分组过程，能够确定出需要接入的目标mmtc设备以及每个目标mmtc设备的发射功率。

其中，所述第二序列对应的前q个mmtc设备中，第i个mmtc设备的发射功率为：其中，γm为mmtc设备信号的信号与干扰加噪声比，n0为噪声功率谱密度，hi为第i个mmtc设备的信道增益。

图2是本发明实施例提供的一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制系统结构图，如图2所示，所述系统包括：接入控制模块210，其中：

接入控制模块210用于对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于上行非正交多址noma机制，按照预设的功率分配算法同时接入若干个urllc设备和若干个mmtc设备。

具体的如何通过接入控制模块210对urllc和mmtc共存场景下进行接入控制可用于执行图1所示的urllc和mmtc共存场景下的接入控制方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本发明实施例提供的urllc和mmtc共存场景下的接入控制系统，通过使用noma技术，并按照预设的功率分配规则，实现了多个urllc设备和多个mmtc设备共享相同的子载波，从而使得物联网系统能够支持更高的连接密度，提高频谱效率。

本发明实施例提供一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

图3是本发明实施例提供的一种urllc和mmtc共存场景下的接入控制设备的结构框图，参照图3，所述urllc和mmtc共存场景下的接入控制设备，包括：处理器(processor)310、通信接口(communicationsinterface)320、存储器(memory)330和总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行如下方法：对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于上行非正交多址noma机制，按照预设的功率分配算法同时接入若干个urllc设备和若干个mmtc设备。

本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于上行非正交多址noma机制，按照预设的功率分配算法同时接入若干个urllc设备和若干个mmtc设备。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：对于物联网系统带宽上的每一子载波，基于上行非正交多址noma机制，按照预设的功率分配算法同时接入若干个urllc设备和若干个mmtc设备。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。