CN112492553B - NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法 - Google Patents

NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112492553B
CN112492553B CN202011286116.8A CN202011286116A CN112492553B CN 112492553 B CN112492553 B CN 112492553B CN 202011286116 A CN202011286116 A CN 202011286116A CN 112492553 B CN112492553 B CN 112492553B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cluster
devices
urllc
mtc
users
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011286116.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112492553A (zh
Inventor
许建明
陈勇
黄涛
许奇
王小明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Jiangsu Electric Power Engineering Consultation Co ltd
Original Assignee
State Grid Jiangsu Electric Power Engineering Consultation Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Jiangsu Electric Power Engineering Consultation Co ltd filed Critical State Grid Jiangsu Electric Power Engineering Consultation Co ltd
Priority to CN202011286116.8A priority Critical patent/CN112492553B/zh
Publication of CN112492553A publication Critical patent/CN112492553A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112492553B publication Critical patent/CN112492553B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/70—Services for machine-to-machine communication [M2M] or machine type communication [MTC]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0453—Resources in frequency domain, e.g. a carrier in FDMA
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0473—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being transmission power
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/541—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using the level of interference
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开一种NB‑IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，将机器类型通信(MTC)设备被分配到NOMA簇中的不同列组，在那里它们通过相同的频率资源进行传输，其中用户为两种类型的机器通信(MTC)设备，包括大规模机器类型通信(MMTC)设备和超可靠低速度通信(URLLC)设备；主要包括步骤：(1)基站获取用户的下行信道信息。(2)在满足QoS要求的前提下，根据用户的信道信息进行分组。(3)分组之后，对用户进行功率分配。本发明可以有效的提升系统的频谱效率，可用于基于NB‑IoT的MTC设备的数据传输。

Description

NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法
技术领域
本发明涉及本发明涉及到无线通信物联网技术领域，具体涉及NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法。
背景技术
第五代(5G)移动网络服务有三种典型的使用场景，包括增强型移动宽带(eMBB)、大型机器型通信(mMTCs)和超可靠低延迟通信(URLLCs)。与eMBB不同，mMTC和URLLC主要针对物联网服务，被认为是国际电信联盟(ITU)所特有的两种机器式通信(MTCs)。mMTC和URLLC设备作为物联网的两个重要推动者，具有不同的特点。mMTC要求一个小区中共存的大量活动低功耗设备的连接性，这些设备以秒或小时的数量级传输延迟要求宽松的小数据包。与mMTC不同，超可靠的数据传输对于URLLC设备至关重要，同时它们用于关键应用时具有低延迟要求。
为了支持下一代移动网络的MTC，第三代合作伙伴计划(3GPP)对窄带物联网(NB-IoT)技术进行了标准化。特别是，NB-IoT在下行链路和上行链路180kHz的窄带宽上为低功率MTC设备提供广域的节能通信。
公开号CN111669836A公开一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法，对NB-IoT业务进行分类并采取不同的资源调度策略。公开号CN111683410A公开一种基于NB IoT协议的应急性无线网络资源分配方法，应用于多监控终端节点构成的上行物联网网络。非正交多址接入(NOMA)技术能够通过功率域的叠加编码，使得多个的用户同时接入相同的频域或时域资源块，并使用串行干扰消除(SIC)技术对不同的用户进行依次解码，可以有效地提高资源利用率。因此，NOMA可以帮助NB-IoT系统满足其大规模连接和高频谱效率的需求。
但是，在NB-IoT系统中，很少有研究工作利用NOMA技术提升接入用户的数目，尤其是以成簇的方式保证不同服务质量需求(QoS)的MTC用户接入网络。
发明内容
本发明提出了一种新的基于NOMA的物联网模型，移动终端设备被分组到不同的NOMA簇中，并且在簇成员之间共享相同的频率资源。考虑到小区内干扰、传输功率和服务质量要求，MTC设备在每个NOMA簇中进行排序。目标是通过优化MTC设备的NOMA分簇和功率分配来最大化MTC设备的总下行链路传输速率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明所采用的技术方案有：NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法。具体而言，MTC设备被划分为不同的NOMA簇，并且在簇成员之间共享相同的频率资源。考虑到小区内的干扰、传输功率和QoS要求，对每个NOMA簇中的MTC设备进行排序。因此，根据NOMA簇成员的需求，将频谱资源分配给NOMA簇。其特征在于：包含一下步骤：
步骤S1：建立基于MTC设备的NOMA下行NB-IoT通信系统，该系统装配一个配有N个天线的基站，服务于K个用户，其中用户为两种不同类型的机器式通信(MTC)设备，包括U个大规模机器类型通信(mMTC)设备和M个超可靠低速度通信(URLLC)设备。mMTC和URLLC设备作为IoT的两个重要促成因素具有不同的特点。mMTC要求在一个小区中同时存在大量活跃的低功耗设备，这些设备以秒或小时的顺序传输延迟要求宽松的小数据包。与mMTC不同，超可靠的数据传输对于URLLC设备来说是必不可少的，因为它们用于关键应用，延迟严格限制在10毫秒或以内。注意，与mMTC设备相比，URLLC设备具有更高的数据速率要求。因此，在每个簇中，与mMTC设备相比，要求URLLC设备具有更低的等级。
步骤S2：基站分别获取到URLLC和mMTC设备的下行信道信息，在满足QoS要求的前提下，根据其获得的平均信道增益，首先对URLLC设备进行排序分组成簇，然后再对mMTC设备进行排序分组成簇。
步骤S3：分组成簇完成后，首先对每一簇组进行功率分配，使得不同的簇组之间的功率相等，进而分别对簇内URLLC和mMTC设备进行功率分配。
进一步地，步骤S2包含以下子步骤：
步骤S21：第一个阶段是URLLC成簇，根据其平均信道增益对URLLC设备进行降序排列，即，
Figure BDA0002782457340000031
步骤S22：在URLLC簇过程中，如果URLLC设备的数量U小于NOMA簇的用户数量C，URLLC设备{1,...,U}被分配到NOMA簇的最低级别(k＝1)。基于mMTC设备的平均信道增益，同样对mMTC设备进行降序排列，即，
Figure BDA0002782457340000032
首先将{1,...,(C-U)}的mMTC设备被分配到最低的等级(k＝1)的簇中{(U+1),...,C}，剩余的{(C-U)+1,...,M}的mMTC设备被指派到下一个可用的簇。
步骤S23：如果URLLC设备的数量U大于NOMA簇的用户数量C，那么URLLC设备{1,...,C}被分配到NOMA簇的最低级别(k＝1)，则剩余的设备{C+1,...,U}将被分配到更高的簇级别。将
Figure BDA0002782457340000033
定义为任何URLLC设备可以获得的最大成簇级别。同样对mMTC设备进行成簇，mMTC设备被分配到URLLC设备之后的下一个可用簇列。然后，/>
Figure BDA0002782457340000034
的mMTC设备被分配到第/>
Figure BDA0002782457340000035
个等级的簇/>
Figure BDA0002782457340000036
剩余的/>
Figure BDA0002782457340000037
的mMTC设备被指派到下一个可用的簇。
进一步地，步骤S3包含以下子步骤：计算功率分配
Figure BDA0002782457340000038
其中，功率分配系数α>1，Ln代表第n个簇中的用户数量，那么每个簇中的第一个用户的功率为：
Figure BDA0002782457340000041
通过固定功率分配系数α，每个用户的功率可以得出。
本发明相较于现有技术，具有以下的有益效果：
本发明的NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，考虑到了小区内干扰、传输功率和服务质量要求，MTC设备在每个NOMA簇中进行排名；优化MTC设备的NOMA成簇和资源分配使得MTC设备的总下行链路传输速率最大化。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明所提出的分组成簇方案的具体实施步骤。
图2为本发明与不进行分组成簇的系统频谱效率性能对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，如图1所示，具体步骤如下：
建立基于MTC设备的NOMA下行NB-IoT通信系统，该系统装配一个配有N个天线的基站，服务于K个单天线用户，其中用户为两种类型的机器通信(MTC)设备，包括大规模机器类型通信(mMTC)设备和超可靠低速度通信(URLLCs)设备。mMTC设备要先于URLLC设备解码。
S1、基站获取用户的下行信道信息。
S2、在满足QoS要求的前提下，根据用户的平均信道增益进行分组成簇。
S3、分组之后，对用户进行功率分配。
具体地，在S2中，第一个阶段是URLLC成簇，根据其平均信道增益对URLLC设备进行降序排列，即，
Figure BDA0002782457340000051
在URLLC簇过程中，如果URLLC设备的数量U小于NOMA簇的用户数量C，URLLC设备{1,...,U}被分配到NOMA簇的最低级别(k＝1)。与URLLC成簇方法类似，基于mMTC设备的平均信道增益，同样对mMTC设备进行降序排列，即，
Figure BDA0002782457340000052
首先将{1,...,(C-U)}的mMTC设备被分配到最低的等级(k＝1)的簇中{(U+1),...,C}，剩余的{(C-U)+1,...,M}的mMTC设备被指派到下一个可用的簇。
如果URLLC设备的数量U大于NOMA簇的用户数量C，那么URLLC设备{1,...,C}被分配到NOMA簇的最低级别(k＝1)，则剩余的设备{C+1,...,U}将被分配到更高的成簇级别。将
Figure BDA0002782457340000053
定义为任何URLLC设备可以获得的最大成簇级别。同样对mMTC设备进行聚类，mMTC设备被分配到URLLC设备之后的下一个可用簇列。然后，/>
Figure BDA0002782457340000054
的mMTC设备被分配到第
Figure BDA0002782457340000055
个等级的簇/>
Figure BDA0002782457340000056
剩余的/>
Figure BDA0002782457340000057
的mMTC设备被指派到下一个可用的簇。
进一步地，步骤S3包含以下子步骤：计算功率分配
Figure BDA0002782457340000058
其中，功率分配系数α>1，Ln代表第n个簇中的用户数量，那么每个簇中的第一个用户的功率为：
Figure BDA0002782457340000061
通过固定功率分配系数α，每个用户的功率可以得出。
在上述实施例步骤下，进行仿真，从而说明本发明的有益效果。如仿真结果图2，在不同信噪比情况下，本发明提出的分组成簇方案要明显优于未分组方案的频谱效率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，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 (2)

1.NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，MTC设备被划分为不同的NOMA簇，并且每一簇的成员之间共享相同的频率资源；对每个NOMA簇中的MTC设备进行排序，根据NOMA簇成员的需求，将频谱资源分配给NOMA簇，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基站获取用户的下行信道信息；
S2、在满足QoS要求的前提下，根据用户的平均信道增益进行分组成簇；
S3、分组之后，对用户进行功率分配；
S2中基站分别获取到URLLC设备和mMTC设备的下行信道信息，在满足QoS要求的前提下，根据其获得的平均信道增益，首先对URLLC设备进行排序分组成簇，然后再对mMTC设备进行排序分组成簇；
S2包含以下子步骤：
S21、根据其平均信道增益对URLLC设备进行降序排列，即，
Figure FDA0004199461770000011
S22、在URLLC成簇过程中，如果URLLC设备的数量U小于NOMA簇的用户数量C，URLLC设备{1,...,U}被分配到NOMA簇的最低级别，k＝1；基于mMTC设备的平均信道增益，同样对对mMTC设备进行降序排列，即，
Figure FDA0004199461770000012
首先将{1,...,(C-U)}的mMTC设备被分配到最低的等级的簇中{(U+1),...,C}，K＝1，剩余的{(C-U)+1,...,M}的mMTC设备被指派到下一个可用的簇；
S23、如果URLLC设备的数量U大于NOMA簇的用户数量C，那么URLLC设备{1,...,C}被分配到NOMA簇的最低级别，k＝1，则剩余的设备{C+1,...,U}将被分配到更高的级别；将
Figure FDA0004199461770000021
定义为任何URLLC设备可以获得的最大簇级别；对mMTC设备进行成簇，mMTC设备被分配到URLLC设备之后的下一个可用簇列；然后，/>
Figure FDA0004199461770000022
的mMTC设备被分配到第/>
Figure FDA0004199461770000023
个等级的簇/>
Figure FDA0004199461770000024
剩余的/>
Figure FDA0004199461770000025
的mMTC设备被指派到下一个可用的簇；
S3中分组成簇完成后，首先对每一簇组进行功率分配，使得不同的簇组之间的功率相等，进而分别对簇内URLLC和mMTC设备进行功率分配；
S3中功率分配子问题如下：
Figure FDA0004199461770000026
其中，功率分配系数α>1，Ln代表第n个簇中的用户数量，每个簇中的第一个用户的功率为：
Figure FDA0004199461770000027
通过固定功率分配系数α，每个用户的功率可以得出。
2.如权利要求1所述的NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，其特征在于，S1中建立基于MTC设备的NOMA下行NB-IoT通信系统，该系统装配一个配有N个天线的基站，服务于K个用户，其中用户包括U个mMTC设备和M个URLLC设备。
CN202011286116.8A 2020-11-17 2020-11-17 NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法 Active CN112492553B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011286116.8A CN112492553B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011286116.8A CN112492553B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112492553A CN112492553A (zh) 2021-03-12
CN112492553B true CN112492553B (zh) 2023-06-27

Family

ID=74931028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011286116.8A Active CN112492553B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112492553B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115315021A (zh) * 2022-08-09 2022-11-08 浙江工业大学 一种lstm-am辅助的多信道aloha随机接入方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110062359A (zh) * 2019-04-02 2019-07-26 重庆邮电大学 Mtc中基于noma短编码块传输的高可靠低迟延无线资源分配优化方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101912210B1 (ko) * 2016-04-12 2018-10-26 고려대학교 산학협력단 동일한 자원으로 광대역 트래픽과 기계간 통신 트래픽 또는 초저지연 통신 트래픽을 동시에 다중화하여 전송하는 장치 및 그 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110062359A (zh) * 2019-04-02 2019-07-26 重庆邮电大学 Mtc中基于noma短编码块传输的高可靠低迟延无线资源分配优化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NOMA aided narrowband IoT for machine type communications with user clustering;Ali Shahini, etc.;《IEEE》;全文 *
机器类通信中基于NOMA短编码块传输的高可靠低迟延无线资源分配优化方案;谢显中等;《电子与信息学报》;第41卷(第11期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112492553A (zh) 2021-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhong et al. Traffic matching in 5G ultra-dense networks
JP5524286B2 (ja) 要求レポートにおいて報告選択肢を選択することに関する方法および装置
CN1300952C (zh) 使用多发送/接收天线系统的无线通信装置和方法
CN104902431B (zh) 一种lte网络中跨小区d2d通信频谱分配方法
CN107466069A (zh) 无线网络中基于双连接与非正交多址接入的能效优化方法
CN113079577B (zh) 基于embb和urllc共存场景下的资源分配方法
CN108990160B (zh) 一种基于改进蝙蝠算法的5g通信系统容量优化方法
CN112492553B (zh) NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法
Hao et al. Pilot allocation algorithm based on K-means clustering in cell-free massive MIMO systems
CN112994759A (zh) 一种基于ofdm的协作中继d2d通信方法
EP1654892B1 (en) Method and apparatus of transmitting user data using traffic channels
Gao et al. Resource allocation for D2D communication underlaying cellular networks: A distance-based grouping strategy
Rozario et al. Hybrid TDMA-NOMA based M2M communications over cellular networks with dynamic clustering and 3D channel models
CN115442914A (zh) 基于传输时隙电力业务差异化的WiFi6接入资源优化方法
Li et al. Resource management for non-orthogonal multiple access based machine type communications
CN111953463B (zh) 一种基于用户分簇的导频分配方法
McBeath et al. VoIP support using group resource allocation based on the UMB system
Duan et al. Research on spectrum allocation of HF access network based on intelligent frequency hopping
Gholami et al. Utilizing Non-Orthogonal Multiple Access for Both Latency and Energy Efficiency Improvement in TSCH-Based WSNs
CN114745735B (zh) 一种基于大规模IoT场景的高能效高可靠的资源分配方法
CN114501478B (zh) 一种基于速率-延迟的NB-IoT网络资源调度方法
RU2320086C2 (ru) Способы и устройство передачи пользовательских данных с использованием информационного канала
Yan et al. Design of Batch Cooperative Allocation System of Wireless Communication Spectrum Resources in Forest Based on Big Data
Panajotović et al. Capacity performance of uplink NOMA system with 2K+ 1 users over Fisher-Snedecor composite fading channels
JP5054142B2 (ja) トラフィックチャネルを用いてユーザデータを伝送する方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant