CN108923885A - 一种用于窄带物联网系统的重复传输数的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于移动通信技术领域，为一种用于窄带物联网系统的重复传输数的选择方法，包括通过分析在不同资源单元以及不同调制编码方案下，获得重复传输数与正确解码信息所需信噪比间的关系；确定第一重复传输数范围；根据重复传输数对覆盖增益的影响，确定第二重复传输数范围；根据重复传输数对误比特率的影响，确定第三重复传输数范围；根据重复传输数对吞吐量的影响，确定第四重复传输数范围；综合第一、第二、第三以及第四重复传输数范围，根据具体场景和性能要求，通过设定权重的方法选择出一个确定的重复传输数；本发明根据NB‑IOT的不同情景需要满足的性能而对重复数进行相应的选择，使NB‑IOT信息能够正确传输。

Description

一种用于窄带物联网系统的重复传输数的选择方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及到窄带物联网(Narrow Band Internetof Things，NB-IoT)系统的重复传输数的选择方法。

背景技术

基于蜂窝的NB-IoT是一个具有发展前景的低功耗广域网技术，其具有低速率、低功耗、低成本、高容量、广覆盖、多连接等特点，但NB-IoT终端一般都固定，没有移动性能，所以必须要保证覆盖才能正常进行业务，因此有覆盖增强的需求。而NB-IOT在极端覆盖场景下要求的接收信噪比均很低，这个要求在常规单次传输下是无法达到解调要求的，所以窄带物联网中引入了重复传输的概念。

NB-IoT可以通过选择调制编码方案和重复传输次数来增强覆盖。重复传输是NB-IoT采用的一种关键解决方案。当信道不良且选定的调制编码方案不能支持目标误比特率时，需要增加重复传输次数；但是当信道相对较好且所选择的调制编码方案产生低于10％的误比特率时，则需要减少重传次数。在一定范围内，当重复传输次数较多时，即使信道条件较差，也可以正确地解码信息，重复次数增加，使得整体译码出错概率大大降低。

在NB-IoT系统进行重复传输的过程中，当采用子帧级别重复传输时，可以直接进行子帧级别的时域合并处理，这样可以降低白噪声的影响，且可以提高接收信号的信噪比，从而可以提高信道估计性能，进而提升接收机解调性能。而在进行传输块级别的重复传输时，接收机在解扰后会将多次传输的数据块进行合并然后再进行译码，这样就可以得到传输时间分集的增益。

现有技术中，卢斌对物联网覆盖增强技术进行探讨(卢斌.NB-IoT物联网覆盖增强技术探讨[J].移动通信,2016,40(19):55-59.)，提出了根据资源单元和调制方案的不同来确认重传次数，但该方法由于只考虑到资源单元和调制方案的不同，而对重复传输次数对覆盖范围和信噪比误码率等影响没有考虑到，使得该方法在应用时，会造成多余的重复传输，从而导致时频资源的浪费。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种实现了BLER性能最佳、覆盖范围足够广且减少了时频资源的浪费，使得信息传输更可靠且复杂度大大降低的重复传输数的选择方法。本发明的技术方案如下：

一种用于NB-IOT系统的重复传输数的选择方法，包括以下步骤：

S1、通过设定重复传输数N_Rep，将信息进行重复发送，得到完全能够解调时的第一信噪比，分别求出该重复传输数N_Rep对应的第一覆盖增益、第一误比特率以及第一吞吐量；N_Rep分别取1，2，...，128。

S2、通过高层配置的控制信息，分别获得系统想要的信噪比阈值、覆盖增益阈值、误比特率阈值以及吞吐量阈值；

S3、通过比较信噪比阈值和第一信噪比阈值，覆盖增益阈值和第一覆盖增益时，误比特率阈值和第一误比特率，吞吐量阈值和第一吞吐量，依次获得第一重复传输数、第二重复传输数、第三重复传输数以及第四重复传输数；

S4、综合第一重复传输数、第二重复传输数、第三重复传输数以及第四重复传输数，根据具体场景和性能要求，通过设定权重的方法选择出一个确定的重复传输数。

进一步的，所述通过设定重复传输数N_Rep，将信息进行重复发送包括假设上行的最大重传次数为N_Rep，将n个子帧分别经过M次子帧重复发送后，构成的一个M×n子帧长度的传输块，将传输块按照重复数进行重复发送。

进一步的，第一覆盖增益的计算公式为：

G＝10log(N_Rep)

其中，G表示第一覆盖增益。

进一步的，所述吞吐量包括：根据路径损耗值，确定窄带物联网系统中的吞吐量，其中，路径损耗值＝144dB+第一覆盖增益。

进一步的，所述步骤S3具体包括当信噪比阈值大于或等于第一信噪比时，第一重复传输数即该第一信噪比对应的重复传输数；当覆盖增益阈值大于或等于第一覆盖增益时，第二重复传输数即为该第一覆盖增益对应的重复传输数；当误比特率阈值大于或等于第一误比特率时，第三重复传输数即为该第一误比特率对应的重复传输数；当吞吐量阈值大于或等于第一吞吐量时，第四重复传输数即为该第一吞吐量对应的重复传输数。

进一步的，所述步骤S4包括根据信噪比权重m₁、覆盖增益权重m₂、误比特率权重m₃以及吞吐量权重m₄，求出确定的重复传输数；

其中，N表示取得最小值时，2^k的取值；k取1、2、...、7；表示下取整，表示上取整；N表示确定出的重复传输数；N₁表示第一重复传输数；N₂表示第二重复传输数；N₃表示第三重复传输数；N₄表示第四重复传输数。

本发明的有益效果：

本发明公开一种用于NB-IOT系统的重复传输数的选择方法，基于极端覆盖场景下要求的接收信噪比很低，针对重复传输可以达到正确解调以及重复传输对NB-IOT其他性能的影响而提出的，旨在根据提出的重复传输数的选择方法得到一个能满足NB-IOT性能的重传次数，且又不会因多余的重复传输而导致时频资源的浪费。本发明通过分析与对比重复传输次数与信噪比、覆盖增益、误比特率、吞吐量之间的关系，然后根据NB-IOT的不同情景需要满足的性能而对重复数进行相应的选择，使NB-IOT信息能够正确传输。本发明方法将广泛应用于NB-IOT系统中。

附图说明

图1是本发明采用的流程图；

图2是本发明采用子载波间隔为15kHz，重复传输数为8，分配的时隙数为4时的重复传输情况；

图3是本发明采用子载波间隔为3.75kHz，重复传输数为4，分配的时隙数为4的重复传输情况；

图4是本发明在不同MCS及RU下重传次数与信噪比之间的关系图；

图5是本发明重复传输数与覆盖增益的关系图；

图6是本发明不同重复传输次数下信噪比与误比特率的关系图；

图7是本发明重复传输数与吞吐量的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明的技术方案包括：

一种用于NB-IOT系统的重复传输数的选择方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、通过设定重复传输数N_Rep，将信息进行重复发送，得到完全能够解调时的第一信噪比，分别求出该重复传输数N_Rep对应的第一覆盖增益、第一误比特率以及第一吞吐量；N_Rep分别取1、2、3、...、128。

S2、通过高层配置的控制信息，分别获得系统想要的信噪比阈值、覆盖增益阈值、误比特率阈值以及吞吐量阈值；

S3、通过比较信噪比阈值和第一信噪比阈值，覆盖增益阈值和第一覆盖增益时，误比特率阈值和第一误比特率，吞吐量阈值和第一吞吐量，依次获得第一重复传输数、第二重复传输数、第三重复传输数以及第四重复传输数；

S4、综合第一重复传输数、第二重复传输数、第三重复传输数以及第四重复传输数，根据具体场景和性能要求，通过设定权重的方法选择出一个确定的重复传输数。

步骤S1具体包括：

在NB-IOT系统中引入了资源单元(RU)的概念，一个资源单元在时域上以时隙为单位，在频域上以子载波个数为单位。在进行一次传输时资源单元的个数有8种情况可以选择，分别为{1,2,3,4,5,6,8,10}。调制编码方案(Modulation and Coding Scheme，MCS)系数有11种情况，则根据不同的资源单元数及调制编码方案系数来确定传输块比特数大小。NB-IOT上行的重复传输次数有8种情况，即为{1,2,4,8,16,32,64,128}，最大重传次数为128。

作为一种可选方式，本发明采用子载波间隔为15kHz，重复传输数为8，分配的时隙数为4时的重复传输情况，如图2所示；可以看出：将信息按顺序在前两个时隙上进行传输，然后再将这两个时隙上传输的信息进行3次重复，接着再传输剩下的信息比特至所有信息传输完，进行时隙级别的时域合并处理，最后再对前面重复传输了4次的信息进行一次整体的重复，这样就将信息重复传输了8次了，这样可以降低白噪声影响，提高接收信号信噪比，从而可以提高信道估计性能，进而提升接收机解调性能。

作为另一种可选方式，本发明采用子载波间隔为3.75kHz，重复传输数为4，分配的时隙数为4的重复传输情况，如图3所示；可以看出，重复规则是将信息按顺序在4个时隙上进行传输，然后再将这4个时隙上传输的信息进行3次重复，这样就进行了4次重复传输，提高了解调性能。

在NB-IOT系统中，假设上行的最大重传次数为N_Rep，首先将n个子帧分别经过M次子帧重复发送后，构成的一个M×n子帧长度的传输块，再进行整个传输块级别按照重复数进行重复发送，每次重复发送加载不同的扰码。在NB-IOT的N_Rep次重传过程中，在不同的调制编码方案与资源单元下，分析重复传输数与所要求的信噪比的关系；

本发明中，假设N_Rep＝16，且以格式1的子载波间隔为15kHz，且表示一个资源单元上有6个子载波为例；首先将2个子帧(4个时隙)分别经过4次子帧重复发送后，构成的一个8子帧长度的传输块，再进行整个传输块级别按照重复传输数进行16/4＝4次重复发送；其中，格式1表示用于传输数据信息。

在NB-IOT的16次重复传输过程中，在调制编码方案系数MCS＝0且资源单元数RU＝10时，在重复传输数为16的情况下能够正确解调时信噪比可以低至-8dB，也即是重复传输数为16的第一信噪比为-8dB；其中，重复传输数与第一信噪比的关系如图4所示，重复传输数越多，第一信噪比越低；其中Repetition表示重复传输数，SNR表示信噪比。

通过计算公式：G＝10log(N_Rep)；得到不同重复传输次数下的最大增益即第一覆盖增益，从而得到重复传输数与第一覆盖增益之间的关系；但在实际增益中，随着重复次数的增加，重复传输的增益率会逐渐下降；在理论上当重复传输达到16次时，覆盖增益可以增加大约12dB；即在重复传输数为16时，第一覆盖增益为12dB，其中，重复传输数与第一覆盖增益的关系图如图5所示，重复传输次数越多，第一覆盖增益越高。在理论上对于NB-IOT上行当重复传输达到128次时，覆盖增益可以增加大约21dB，但是在实际情况中最大重复增益为17dB，这已经足够满足覆盖要求了。当重复传输次数达到很大时，在信噪比很小的情况下误比特率就已经很小了，即在信道环境很差的条件下就可以正确解调了。

在重复传输数不同的情况下，通过观察信噪比与误比特率(Block error rate，BLER)之间的关系来选择最佳的重传次数；而在重复传输次数为16时，信噪比低于-14dB时，信息解调会完全出错；而在信噪比高于-6dB时，信息几乎可以完全正确解调。也即是，在重复传输次数为16时，第一误比特率为-6dB；第一误比特率与第一信噪比的关系如图6所示，在一定范围内，当重复传输次数较多时，即使信道条件较差，也可以正确地解码信息，重复传输数增加，使得整体译码出错概率大大降低，如表1所示，当使用较大数量的RU时，消息可以在条件较差的信道中成功送达。

表1重复传输数对译码的影响

重复传输数	误码率
		3	0.028 000
5	0.008 600
		7	0.002 700
9	0.000 890
		11	0.000 300
13	0.000 990
		15	0.000 034

根据重复传输数对吞吐量的影响，确定重复传输数的范围；其中，吞吐量跟路径损耗值有关，路径损耗值＝144dB+第一覆盖增益，当重复传输数为16时，吞吐量为25kbps，也即是，在重复传输数为16时，第一吞吐量为25kbps；其中，第一吞吐量与重复传输数的关系如图7所示。

所述步骤S2具体包括高层通过配置控制信息，分别获得系统(环境)想要的信噪比阈值、覆盖增益阈值、误比特率阈值以及吞吐量阈值；

本发明的信道环境所要求的信噪比为小于等于-6dB，此时可以正确解码信息的重复传输数范围为16～128次；在信道环境相对较差的条件下要求覆盖增益至少为10dB，重复传输数至少为12次，则此时确定的重复传输数范围也为16～128次；当误比特率小于0.03％时，则信息至少需要重复传输11次，所以满足要求的重传次数至少为12次；当满足吞吐量大于25kbps时，路径损耗需要小于160dB，即覆盖增益要大于等于16dB，所以此时的重复传输数范围为1～32次。

所述步骤S3具体包括当信噪比阈值大于或等于第一信噪比时，第一重复传输数即该第一信噪比对应的重复传输数；当覆盖增益阈值大于或等于第一覆盖增益时，第二重复传输数即为该第一覆盖增益对应的重复传输数；当误比特率阈值大于或等于第一误比特率时，第三重复传输数即为该第一误比特率对应的重复传输数；当吞吐量阈值大于或等于第一吞吐量时，第四重复传输数即为该第一吞吐量对应的重复传输数。

所述步骤S4包括根据信噪比权重m₁、覆盖增益权重m₂、误比特率权重m₃以及吞吐量权重m₄，求出确定的重复传输数；

其中，N表示取得最小值时，2^k的取值；k取1、2、...、7；表示下取整，表示上取整；N表示确定出的重复传输数；N₁表示第一重复传输数；N₂表示第二重复传输数；N₃表示第三重复传输数；N₄表示第四重复传输数。其中，各个权重如表2所示；

表2权重与重传次数关系表

影响因素	权重	重传次数范围
			信噪比m1	60％	16
覆盖增益m2	10％	12
			误比特率m3	10％	11
吞吐量m4	20％	32

计算所得的满足各种性能要求以及配置的重传次数只能是2^k的取值，即{1,2,4,8,16,32,64,128}中的一个，得到最佳重传次数为16次，次优的可以为32次。

NB-IoT可以通过选择调制编码方案和重复传输次数来增强覆盖。当信道不良且选定的MCS不能支持目标BLER时，需要增加重复传输次数；但是当信道相对较好且所选择的MCS产生低于10％的BLER时，则需要减少重传次数。

其中，NB-IOT在极端覆盖场景要求的接收信噪比均很低，这个要求在常规单次传输下是无法达到解调要求的，所以需要进行多次重复传输。在一定范围内，重复传输数越多，译码出错概率就越小，误比特率就越小，这样消息就可以在条件较差的信道中成功送达。

根据上述重复传输数对信噪比、覆盖增益、吞吐量以及误比特率的影响，再结合具体的场景与性能要求来选择最合适的重传次数，使信息传输更可靠。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于窄带物联网系统的重复传输数的选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过设定重复传输数N_Rep，将信息进行重复发送，得到完全能够解调时的第一信噪比，分别求出该重复传输数N_Rep对应的第一覆盖增益、第一误比特率以及第一吞吐量；N_Rep分别取1,2,...,128。

S2、通过高层配置的控制信息，分别获得系统想要的信噪比阈值、覆盖增益阈值、误比特率阈值以及吞吐量阈值；

S3、通过分别比较信噪比阈值和第一信噪比阈值，覆盖增益阈值和第一覆盖增益，误比特率阈值和第一误比特率，吞吐量阈值和第一吞吐量，依次获得第一重复传输数、第二重复传输数、第三重复传输数以及第四重复传输数；

S4、综合第一重复传输数、第二重复传输数、第三重复传输数以及第四重复传输数，根据具体场景和性能要求，通过设定权重的方法选择出一个确定的重复传输数。

2.根据权利要求1所述的一种用于窄带物联网系统的重复传输数的选择方法，其特征在于，所述通过设定重复传输数N_Rep，将信息进行重复发送包括假设上行的最大重传次数为N_Rep，将n个子帧分别经过M次子帧重复发送后，构成的一个M×n子帧长度的传输块，将传输块按照重复数进行重复发送。

3.根据权利要求1所述的一种用于窄带物联网系统的重复传输数的选择方法，其特征在于，第一覆盖增益的计算公式为：

G＝10log(N_Rep)

其中，G表示第一覆盖增益。

4.根据权利要求3所述的一种用于窄带物联网系统的重复传输数的选择方法，其特征在于，所述吞吐量包括：根据路径损耗值，获取窄带物联网系统中的吞吐量，其中，路径损耗值＝144dB+第一覆盖增益。

5.根据权利要求1所述的一种用于窄带物联网系统的重复传输数的选择方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括当信噪比阈值大于或等于第一信噪比时，第一重复传输数即该第一信噪比对应的重复传输数；当覆盖增益阈值大于或等于第一覆盖增益时，第二重复传输数即为该第一覆盖增益对应的重复传输数；当误比特率阈值大于或等于第一误比特率时，第三重复传输数即为该第一误比特率对应的重复传输数；当吞吐量阈值大于或等于第一吞吐量时，第四重复传输数即为该第一吞吐量对应的重复传输数。

6.根据权利要求1所述的一种用于窄带物联网系统的重复传输数的选择方法，其特征在于，所述步骤S4包括根据信噪比权重m₁、覆盖增益权重m₂、误比特率权重m₃以及吞吐量权重m₄，求出确定的重复传输数：

其中，N表示取得最小值时，2^k的取值；k取1,2,...,7；表示下取整，表示上取整；N表示确定出的重复传输数；N₁表示第一重复传输数；N₂表示第二重复传输数；N₃表示第三重复传输数；N₄表示第四重复传输数。