CN111669836A - 一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种NB‑IoT系统中上行链路资源调度方法,通过对窄带物联网业务进行分类建模,对不同业务类型采取不同的资源调度策略,同时引入自适应调度算法,基于即时信道条件对MCS与重复传输次数进行更新,以降低BLER与丢包率,提高吞吐量,有较强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域,更具体的,涉及一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法。
背景技术
随着物联网技术浪潮的推动和普及,通信技术在满足传统的人与人之间的互联需求之外,不断发展以满足人与物之间的互联,甚至物与物之间的相连。目前已经出现了大量物与物之间的连接,然而这些连接大多通过蓝牙,wifi等短距通信技术承载,非运营商移动网络。事实上,传统的数据传输方式更适用于人与人之间的信息传输,而不是物与物之间的信息传输。为了满足不同物联网业务需求,根据物联网业务特征和移动通信网络特点,3GPP根据窄带业务应用场景开发NB-IoT以适应蓬勃发展的物联网业务需求。
NB-IoT具有广覆盖,大连接,低功耗,低成本的特点,只消耗180KHz的带宽。其使用许可频段,采取带内,保护带或独立载波三种部署方式,可直接部署于GSM网络,UMTS网络或LTE网络,与现有网络共存。3GPP协议规定NBIOT的终端上行占用带宽为180KHz,采用SC-FDMA多址方式与H-FDD半双工方式,支持单频与多频传输。单频传输支持两个载波间隔:15KHz与3.75KHz,而多频传输只支持15KHz子载波间隔。单频传输主要用于低速率、覆盖增强场景,可以有效降低实现成本,而多频传输可以提供更大传输速率,同时也可以支持覆盖增强。
NB-IoT上行链路15KHz间隔的帧结构设计与LTE协议相似,1无线帧包含20个时隙,而对于3.75KHz子载波间隔定义了2ms长的时隙结构,即1帧包含5个时隙。除此之外,NB-IoT在上行还引入了资源单元(Resource Element)的概念,为上行链路数据发送的最小单位。3.75KHz间隔下,由于链路只支持单频传输,资源单元也只占用1个子载波,时域上占用32ms;15KHz间隔下,上行定义了四种资源单元格式,在频域上分别占用{1,3,6,12}个连续的子载波。但与LTE比较,NB-IoT的资源更少,不同的调度单元需要不同的调度方法。
除了资源单元格式的更新,3GPP标准还将重复传输数据与相关控制信号作为NB-IoT覆盖增强的基础解决方案之一,考虑到这一特性,链路的资源调度需要从三个维度执行:调制编码方案(modulation and coding scheme,MCS)的确定,重复传输次数的确定以及资源单元格式的选择,但传统的方案在调度过程中,BLER与丢包率高,吞吐量较低。
发明内容
本发明为克服传统的链路资源调度方案在调度过程中,不同的调度单元需要不同的调度方法,且存在BLER与丢包率高,吞吐量较低的技术缺陷,提供一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,包括以下步骤:
S1:在物理层收到上层信令提示新数据包开始,在进行链路资源调度之前,首先通过读取服务等级标识QCI对用户传输数据类型进行判断,根据判断结果选择对应的调度算法;
S2:获取用户当前覆盖增强CE等级,根据用户在前一上行时隙进行15KHz单频传输的发射功率计算上行功率余量PHR,生成功率余量报告;
S3:根据功率余量报告划定调制编码方案MCS和重复次数范围,基于业务类型和覆盖等级选取资源单元格式、MCS初始值以及重复次数初始值;
S4:进行数据包传输;
S5:判断数据包是否传输完成,若是,返回执行步骤S1;否则,等待基站端HARQ进程返回ACK/NACK信号;
S6:引入自适应算法对MCS等级进行更新,并通过基站端反馈ACK/NACK信号计算等效误块率,更新重复次数,返回执行步骤S4。
其中,在所述步骤S1中,所述用户传输数据类型包括四种数据类型,系统调度优先级从高到低为:
异常报告类:数据块小,对时延与差错率容忍度低;
普通指令类:数据块小,对时延容忍度低,对差错率容忍度较高;
周期报告类:数据块小,对时延与差错率容忍度高;
系统更新类:数据块大,对时延与差错率容忍度高。
其中,在所述步骤S2中,所述功率余量报告生成过程具体为:
对于所在时隙i向小区c进行上行发送的功率余量报告生成函数为:
PHc(i)=PCMAX,c(i)-[PO_UE_NPUSCH_c(1)+∝c(1)PLc]
其中,PLc是由用户端估计所得的小区c的下行路径损耗,PO_UE_NPUSCH_c(1)为上层配置的等效用户发送功率,PCMAX,c(i)为上层配置的最大发射功率;根据此生成函数功率余量报告将包括4个可能值,为{PH1,PH2,PH3,PH4}dB,基站端收到功率余量报告,根据PHc对MCS和重复次数范围作划定。
其中,在所述步骤S3中,根据功率余量报告与业务类型划定MCS和重复次数的初始值范围,功率余量{PH1,PH2,PH3,PH4},余量报告值越大,MCS等级越高,重复次数初始值越大。
其中,在所述步骤S3中,基于业务类型和覆盖等级选取资源单元格式、MCS初始值以及重复次数初始值具体为:业务优先级越高,子载波分配越多,MCS等级越低,同时根据业务对时延与覆盖等级的要求选择重复次数。
其中,在所述步骤S6中,引入自适应算法,为MCS更新设计两个非周期触发事件:快速升级FUG和紧急降级EDG,以及补偿因子ΔC(t),基站端通过判断ΔC(t)是否触发事件,随时间更新MCS等级。
其中,在所述步骤S6中,在每次上行链路传输结束后,计数下行链路返回ACK/NACK信号作为等效BLER,若等效BLER高于13%且重复次数小于最大值,将下次传输重复次数加倍;若该值低于7%且重复次数大于最小值,下次传输重复次数减半。
其中,在所述步骤S6中,为补偿因子ΔC(t)设置上限ΔCMAX和下限ΔCMIN,用于精确量化FUG与EDG动作,每次传输后对等效BLER与ΔC(t)进行更新,当更新后ΔC(t)达到ΔCMAX,FUG事件被触发,将MCS等级增加1;当ΔC(t)等于ΔCMIN,EDG事件触发,MCS等级减1。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
本发明提供的一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,通过对窄带物联网业务进行分类建模,对不同业务类型采取不同的资源调度策略,同时引入自适应调度算法,基于即时信道条件对MCS与重复传输次数进行更新,以降低BLER与丢包率,提高吞吐量,有较强的实用性。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图;
图2为NB-IoT物理层上行链路通信流程图;
图3为NB-IoT业务流量模型示意图;
图4为覆盖等级0下功率余量值映射示意图;
图5为覆盖等级非0下功率余量值映射示意图;
图6为内环链路适配示意图;
图7为外环链路适配触发事件示意图;
图8为外环链路适配中MCS等级与重复传输次数变化示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本发明方法的流程示意图如附图1所示,在上行链路数据包发送中首先获取终端业务类型与覆盖强度,并计算得到当前该终端功率余量报告,选择初始资源调度方案,包括MCS初始等级,资源单元格式与重复发送次数。在后续数据块发送中,通过获取HARQ进程返回的ACK/NACK信号估计信道状态,更新资源调度方案以优化上行链路通信质量。
在具体实施过程中,本发明所述方法包括以下步骤:
S1:在物理层收到上层信令提示新数据包开始,在进行链路资源调度之前,首先通过读取服务等级标识QCI对用户传输数据类型进行判断,根据判断结果选择对应的调度算法;
S2:获取用户当前覆盖增强CE等级,根据用户在前一上行时隙进行15KHz单频传输的发射功率计算上行功率余量PHR,生成功率余量报告;
S3:根据功率余量报告划定调制编码方案MCS和重复次数范围,基于业务类型和覆盖等级选取资源单元格式、MCS初始值以及重复次数初始值;
S4:进行数据包传输;
S5:判断数据包是否传输完成,若是,返回执行步骤S1;否则,等待基站端HARQ进程返回ACK/NACK信号;
S6:引入自适应算法对MCS等级进行更新,并通过基站端反馈ACK/NACK信号计算等效误块率,更新重复次数,返回执行步骤S4。
更具体的,在所述步骤S1中,所述用户传输数据类型包括四种数据类型,系统调度优先级从高到低为:
异常报告类:数据块小,对时延与差错率容忍度低;
普通指令类:数据块小,对时延容忍度低,对差错率容忍度较高;
周期报告类:数据块小,对时延与差错率容忍度高;
系统更新类:数据块大,对时延与差错率容忍度高。
更具体的,在所述步骤S2中,所述功率余量报告生成过程具体为:
对于所在时隙i向小区c进行上行发送的功率余量报告生成函数为:
PHc(i)=PCMAX,c(i)-[PO_UE_NPUSCH_c(1)+∝c(1)PLc]
其中,PLc是由用户端估计所得的小区c的下行路径损耗,PO_UE_NPUSCH_c(1)为上层配置的等效用户发送功率,PCMAX,c(i)为上层配置的最大发射功率;根据此生成函数功率余量报告将包括4个可能值,为{PH1,PH2,PH3,PH4}dB,基站端收到功率余量报告,根据PHc对MCS和重复次数范围作划定。
更具体的,在所述步骤S3中,根据功率余量报告与业务类型划定MCS和重复次数的初始值范围,功率余量{PH1,PH2,PH3,PH4},余量报告值越大,MCS等级越高,重复次数初始值越大。
更具体的,在所述步骤S3中,基于业务类型和覆盖等级选取资源单元格式、MCS初始值以及重复次数初始值具体为:业务优先级越高,子载波分配越多,MCS等级越低,同时根据业务对时延与覆盖等级的要求选择重复次数。
更具体的,在所述步骤S6中,引入自适应算法,为MCS更新设计两个非周期触发事件:快速升级FUG和紧急降级EDG,以及补偿因子ΔC(t),基站端通过判断ΔC(t)是否触发事件,随时间更新MCS等级。
更具体的,在所述步骤S6中,在每次上行链路传输结束后,计数下行链路返回ACK/NACK信号作为等效BLER,若等效BLER高于13%且重复次数小于最大值,将下次传输重复次数加倍;若该值低于7%且重复次数大于最小值,下次传输重复次数减半。
更具体的,在所述步骤S6中,为补偿因子ΔC(t)设置上限ΔCMAX和下限ΔCMIN,用于精确量化FUG与EDG动作,每次传输后对等效BLER与ΔC(t)进行更新,当更新后ΔC(t)达到ΔCMAX,FUG事件被触发,将MCS等级增加1;当ΔC(t)等于ΔCMIN,EDG事件触发,MCS等级减1。
在具体实施过程中,本发明提供的一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,通过对窄带物联网业务进行分类建模,对不同业务类型采取不同的资源调度策略,同时引入自适应调度算法,基于即时信道条件对MCS与重复传输次数进行更新,以降低BLER与丢包率,提高吞吐量,有较强的实用性。
实施例2
更具体的,在实施例1的基础上,提供上行链路通信流程,如图2所示,终端在小区接入时,首先进行RRC连接,这一进程中基站端与其建立终端所需各业务类型的连接,并等待网元使用对应信令进行呼叫。具体各业务流量类型如图3所示。当用户发起呼叫时,网元通过QCI信令承载发起呼叫请求,等待建立专载。专载建立后,基站端发出ULGrant信令,由NPDCCH信道向终端发送DCI信息,终端盲检得到DCI承载的链路调度信息,依据调度信息通过NPUSCH信道进行上行链路传输。每次NPUSCH信道发送结束后,等待基站端NPDCCH信道返回DCIFormatN0信令,然后开始下一次传输。
本实例中基站端结合QCI信令业务类型与功率余量报告,对资源调度方案进行选择。终端按照15KHz载波间隔单频发送时的发射功率,以及对下行路径估计得到的路损值PLc进行功率余量计算。功率余量值映射如图4、5所示,分为覆盖等级为0和覆盖等级大于0两种情况。不同业务类型下调度策略如表1所示,根据不同调度策略,基站端可决定各业务类型下首数据块的资源方案。
表1各业务类型调度策略参数对应表
本实例中引入自适应算法,用于在初始数据块后更新后续数据块的资源调度方案,自适应调度算法分为外环链路适配与内环链路适配。内环适配通过计数HARQ进程返回值计算当前BLER,在一个数据块传输结束后,如果BLER低于7%且前一次传输重复次数大于最小值,下次传输重复次数减半;如果BLER高于13%且重复次数小于最大值,将下次传输重复次数加倍。内环链路适配流程如图6所示。
本实例中外环链路适配通过设置触发事件FUG与EDG实现。当ΔC(t)达到ΔCMAX,FUG事件被触发;当ΔC(t)等于ΔCMI N,EDG事件触发。当基站端检测到FUG事件触发,将MCS等级加一;若EDG事件触发,MCS等级减一。FUG/EDG触发事件如图7所示。
上述外环链路适配中,当MCS等级为最小值,若前一次传输接收成功,HARQ进程准备回复ACK,则判断当前传输重复次数:若重复次数等于最小值,则将MCS等级加一,若大于最小值,将重复次数减半;当回复NACK时,同样判断当前重复次数:若当前值小于最大值,则将重复次数加倍,若当前值为最大值,则足以说明当前信道条件极差,发生丢包。
上述外环链路适配中,当MCS等级为最大值,若前一次传输接收成功,HARQ进程准备回复ACK,则判断当前传输重复次数,若当前重复次数大于最小值,下一数据块传输中将其减半;若前一次传输接收失败,则直接将MCS等级减一,通过分配更多资源单元得到降低BLER的效果。自适应算法下,MCS等级与重复传输次数的变化关系如图8所示。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:在物理层收到上层信令提示新数据包开始,在进行链路资源调度之前,首先通过读取服务等级标识QCI对用户传输数据类型进行判断,根据判断结果选择对应的调度算法;
S2:获取用户当前覆盖增强CE等级,根据用户在前一上行时隙进行15KHz单频传输的发射功率计算上行功率余量PHR,生成功率余量报告;
S3:根据功率余量报告划定调制编码方案MCS和重复次数范围,基于业务类型和覆盖等级选取资源单元格式、MCS初始值以及重复次数初始值;
S4:进行数据包传输;
S5:判断数据包是否传输完成,若是,返回执行步骤S1;否则,等待基站端HARQ进程返回ACK/NACK信号;
S6:引入自适应算法对MCS等级进行更新,并通过基站端反馈ACK/NACK信号计算等效误块率,更新重复次数,返回执行步骤S4。
2.根据权利要求1所述的一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,其特征在于,在所述步骤S1中,所述用户传输数据类型包括四种数据类型,系统调度优先级从高到低为:
异常报告类:数据块小,对时延与差错率容忍度低;
普通指令类:数据块小,对时延容忍度低,对差错率容忍度较高;
周期报告类:数据块小,对时延与差错率容忍度高;
系统更新类:数据块大,对时延与差错率容忍度高。
3.根据权利要求1所述的一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,其特征在于,在所述步骤S2中,所述功率余量报告生成过程具体为:
对于所在时隙i向小区c进行上行发送的功率余量报告生成函数为:
PHc(i)=PCMAX,c(i)-[PO_UE_NPUSCH_c(1)+∝c(1)PLc]
其中,PLc是由用户端估计所得的小区c的下行路径损耗,PO_UE_NPUSCH_c(1)为上层配置的等效用户发送功率,PCMAX,c(i)为上层配置的最大发射功率;根据此生成函数功率余量报告将包括4个可能值,为{PH1,PH2,PH3,PH4}dB,基站端收到功率余量报告,根据PHc对MCS和重复次数范围作划定。
4.根据权利要求3所述的一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,其特征在于,在所述步骤S3中,根据功率余量报告与业务类型划定MCS和重复次数的初始值范围,功率余量{PH1,PH2,PH3,PH4},余量报告值越大,MCS等级越高,重复次数初始值越大。
5.根据权利要求4所述的一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,其特征在于,在所述步骤S3中,基于业务类型和覆盖等级选取资源单元格式、MCS初始值以及重复次数初始值具体为:业务优先级越高,子载波分配越多,MCS等级越低,同时根据业务对时延与覆盖等级的要求选择重复次数。
6.根据权利要求1所述的一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,其特征在于,在所述步骤S6中,引入自适应算法,为MCS更新设计两个非周期触发事件:快速升级FUG和紧急降级EDG,以及补偿因子ΔC(t),基站端通过判断ΔC(t)是否触发事件,随时间更新MCS等级。
7.根据权利要求6所述的一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,其特征在于,在所述步骤S6中,在每次上行链路传输结束后,计数下行链路返回ACK/NACK信号作为等效BLER,若等效BLER高于13%且重复次数小于最大值,将下次传输重复次数加倍;若该值低于7%且重复次数大于最小值,下次传输重复次数减半。
8.根据权利要求7所述的一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法,其特征在于,在所述步骤S6中,为补偿因子ΔC(t)设置上限ΔCMAX和下限ΔCMIN,用于精确量化FUG与EDG动作,每次传输后对等效BLER与ΔC(t)进行更新,当更新后ΔC(t)达到ΔCMAX,FUG事件被触发,将MCS等级增加1;当ΔC(t)等于ΔCMIN,EDG事件触发,MCS等级减1。
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