CN113079577A - 基于embb和urllc共存场景下的资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法，包括步骤：1.建立EMBB和URLLC用户共存的系统模型并采集信道状态信息（CSI）；2.分析求解目标问题，对获得的资源分配向量值进行验证直至满足性能要求；3.根据EMBB和URLLC用户的偏好列表进行一对一匹配；4.根据资源分配策略，对EMBB和URLLC用户的数据包进行资源分配。本发明提供的一种不同类型的用户共存的资源分配方法，不需要提前为URLLC用户预留资源，能够在满足URLLC业务的低延迟和高可靠性的同时，保障EMBB业务在每个时隙的公平性和可靠性。

Description

基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体说是一种基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法。

背景技术

EMBB(Enhanced Mobile Broadband)和URLLC(Ultra-reliable and Low LatencyCommunications)用户之间的无线资源共享面临着一个难题，因为同时满足EMBB用户的高数据速率和URLLC用户的超可靠性低延迟约束是一个具有挑战性的任务。目前，学术界已经研究出了许多EMBB用户和URLLC用户共存场景下资源分配的方法，这些方法要么造成系统频谱利用率降低，要么为满足URLLC用户的低延迟约束而造成EMBB用户的数据速率损失，减少系统吞吐量。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法。

本发明包括以下步骤：

步骤1：建立EMBB和URLLC用户共存的系统模型并采集信道状态信息(CSI)；

步骤2：分析求解目标问题，对获得的资源分配向量值进行验证直至满足性能要求；

步骤3：根据EMBB和URLLC用户的偏好列表进行一对一匹配；

步骤4：根据资源分配策略，对EMBB和URLLC用户的数据包进行资源分配。

进一步的，所述步骤1中的系统模型包括多个具有不同QoS要求的下行链路传输，其中包括E个EMBB用户，U个URLLC用户，一个基站。

进一步地，基站的带宽平等地分为S个资源块RB，每个资源块的带宽为B；时域被划分T个时长为a的时隙，并进一步将时长为a的时隙划分为N个时长为b的小时隙。由香农公式可知，EMBB用户e在t时隙可实现的速率为:

其中α为资源块分配向量，

表示为EMBB用户e在资源块s、时隙t内的值，若在时隙t中将资源块s分配给用户e，则

为1，否则为0。B为RB的带宽，p_e和g_e分别为基站到EMBB用户e的发射功率和信道增益。

当有URLLC用户的流量到达时，将会打孔已经分配给EMBB用户的资源，对EMBB用户的吞吐量造成损失。定义

为URLLC用户u的流量在时隙t内打孔的EMBB用户资源，那么EMBB用户e实际可实现速率和损失速率分别为：

定义随机变量D(t)为时隙t内到达的URLLC用户的流量，则URLLC用户的中断概率表示为：

进一步的，所述步骤2的目标是在满足URLLC用户低时延和可靠性约束的同时，将EMBB用户的最小可实现速率最大化，同时均衡EMBB用户在每个时隙的吞吐量，表示为：

满足P(E)≤ε，其中ε表示URLLC流量最大允许的中断概率。

最大化EMBB用户的可实现速率就要最小化其损失速率，并使t时隙的EMBB用户的损失速率得到均衡。提出使用外点法来求解，并加入惩罚项，因此得到惩罚问题：

满足：

其中：λ为惩罚因子，最优解c_θ,s＝(1+θ)^p+(E-1)θ^P，p∈(0,1)，θ为任意非负常数，e'∈E。求解流程如下：

(1)为θ,λ赋初值，设置最大迭代次数K，求惩罚问题的初始解α^t,0；

(2)判断当前解是否满足约束条件。若不满足，当i＜K时，则将λ的值放大(每次迭代可放大1.1倍)，然后继续求解，得到α^t,i后进行判断。i表示当前迭代次数；

(3)若满足约束条件，则停止求解。所得α^t,i是一个二进制变量，表示当前时隙的资源分配变量的值。若得到的α^t,i不是二进制数，则对其值采用四舍五入，使得α^t,i∈[0,1]；

进一步的，所述步骤3是使用延迟接受算法，根据不同类型用户的偏好列表进行匹配，其目的是URLLC用户选择合适的EMBB用户进行打孔，进而传输URLLC用户的业务，为其低时延和可靠性提供保障。具体做法如下：

(1)若时隙t＝0，初始化EMBB和URLLC用户的偏好配置文件

和

取决于URLLC用户的地理位置，距离基站较远的用户在EMBB偏好列表中具有较高的优先级，表示为φ_N>φ_N-1>…>φ₂>φ₁，φ₁表示为距离基站最近的用户，而

的偏好列表取决于EMBB用户的信道状态信息CSI。

两类用户根据各自的偏好配置文件进行双边匹配：

在时隙t＝0处，每一个EMBB用户根据自己的偏好列表向中意的URLLC用户发送请求，同时在偏好列表中删除该URLLC用户；URLLC用户选择一个排在其偏好列表最前的EMBB用户，同时拒绝其它请求，被拒绝的EMBB用户在偏好列表中删除。

(2)若时隙t＞0,URLLC用户的偏好配置文件则根据EMBB用户在t-1时隙的损失比例来进行匹配。

根据速率损失公式，分别计算

和

的值，根据损失比例：

ω最小的EMBB用户排在URLLC用户的偏好列表前面，应首先选择ω最小的EMBB用户进行匹配。

所述步骤4则根据上述步骤2所得的资源块分配向量的值和步骤3的损失比例，进行资源分配。

本发明的有益效果是：

1.使用外点法将有约束优化问题转化为无约束优化问题，无需提供初始解，降低求解复杂度。

2.根据EMBB用户在不同的时隙，URLLC用户使用不同的偏好配置文件进行匹配，使EMBB用户在每个时隙的吞吐量损失得到均衡，避免在单个时隙内对EMBB数据造成严重破坏，减少译码错误率。

3.根据资源分配策略，在满足URLLC用户QoS的同时，最大化EMBB用户的数据速率。

附图说明

图1为本发明的具体流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，但并不用于限定本发明。

近年来，具有不同QoS的用户共存在同一频段，如EMBB用户和URLLC用户。由于URLLC用户的低延迟约束，URLLC用户优先于EMBB用户进行调度，在资源短缺的情形下，URLLC用户会占用已经分配给EMBB用户的资源，从而降低EMBB用户的吞吐量，而且EMBB用户的调度方法不能保证URLLC用户所需的可靠性和延迟阈值，因此不能应用于URLLC用户调度。

如图1所示，本发明提供了一种基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法，步骤如下：

步骤1：建立EMBB和URLLC用户共存的系统模型并采集信道状态信息(CSI)；

步骤2：分析求解目标问题，对获得的资源分配向量值进行验证直至满足性能要求；

步骤3：根据EMBB和URLLC用户的偏好列表进行一对一匹配；

步骤4：根据资源分配策略，对EMBB和URLLC用户的数据包进行资源分配。

本实施例的一种基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法，针对现有资源分配方法的不足进行了改进。

具体应用案例如下：

在步骤1中：建立EMBB和URLLC用户共存的系统模型并获取时频资源信息、信道信息。

考虑一个5G网络场景，假设系统中有一个基站，该基站服务于不同用户(即EMBB用户和URLLC用户)的下行链路传输，其中包括E个EMBB用户，U个URLLC用户，基站的带宽平等的分为S个资源块RB，每个资源块带宽为B，时域被划分T个时长为1ms的时隙，并进一步将时长为1ms的时隙划分为8个时长为0.125ms的小时隙。由香农公式可知，EMBB用户e在时隙为t可实现的速率为:

其中α为资源块分配向量，

表示为EMBB用户e在资源块s、时隙t内的值，若在时隙t中将资源块s分配给用户e，则

为1，否则为0。B为RB的带宽，p_e和g_e分别为基站到EMBB用户e的发射功率和信道增益。

当有URLLC数据流量到达时，将会打孔已经分配给EMBB用户的资源，对EMBB用户的吞吐量造成损失。定义

为URLLC用户u的流量在时隙t内打孔的EMBB用户资源，那么EMBB用户e实际可实现速率和损失速率分别为：

定义随机变量D(t)为时隙t内到达的URLLC用户的流量，则URLLC用户的中断概率表示为：

所述步骤2的目标是在满足URLLC用户低时延和可靠性约束的同时，最大化每个EMBB用户的实际可实现速率，同时均衡EMBB在每个时隙的吞吐量，表示为：

满足P(E)≤ε，其中ε表示URLLC用户允许的最大中断概率。

最大化EMBB用户的可实现速率就要最小化其损失速率，并使t时隙的EMBB用户的损失速率得到均衡，提出使用外点法来求解，并加入惩罚项，因此得到惩罚问题：

满足：

其中：λ为惩罚因子，最优解c_θ,s＝(1+θ)^p+(E-1)θ^P，p∈(0,1)，θ为任意非负常数，e'∈E。求解流程如下：

(1)为θ,λ赋初值，设置最大迭代次数K，得惩罚问题的初始解α^t,0；

(2)判断当前解是否满足约束条件。若不满足，当i＜K时，则将λ的值放大(每次迭代可放大1.1倍)，然后继续求解，得到α^t,i后进行判断，其中i表示当前迭代次数；

(3)若满足约束条件，则停止求解。所得α^t,i是一个二进制变量，表示当前时隙的资源分配变量的值。若得到的α^t,i不是二进制数，则对其值采用四舍五入，使得α^t,i∈[0,1]；

所述步骤3是使用延迟接受算法，根据不同类型用户的偏好列表进行匹配，其目的是URLLC用户选择合适的EMBB用户进行打孔，进而传输URLLC用户的业务，为其低时延和可靠性提供保障。具体做法如下：

(1)若时隙t＝0，初始化EMBB用户和URLLC用户的偏好配置文件

和

取决于URLLC用户的地理位置，距离基站较远的用户在EMBB偏好列表中具有较高的优先级，表示为φ_N>φ_N-1>…>φ₂>φ₁，φ₁表示为距离基站最近的用户，而

的偏好列表取决于EMBB用户的信道状态信息CSI。

两类用户根据各自的偏好配置文件进行双边匹配：

在时隙t＝0处，每一个EMBB用户根据自己的偏好列表向中意的URLLC用户发送请求，同时在偏好列表中删除该URLLC用户；URLLC用户选择一个排在其偏好列表最前的EMBB用户，同时拒绝其它请求，被拒绝的EMBB用户在偏好列表中删除。

(2)若时隙t＞0,URLLC用户的偏好配置文件则根据EMBB用户在t-1时隙的损失比例来进行匹配。

根据速率损失公式，分别计算

和

的值，根据损失比例：

ω最小的EMBB用户排在URLLC用户的偏好列表前面，应首先选择ω最小的EMBB用户进行匹配。

所述步骤4则根据上述步骤2所得的资源块分配向量的值和步骤3的损失比例，进行资源分配。

本发明根据不同类型用户在不同时隙的偏好配置文件将EMBB用户和URLLC用户进行一对一匹配，其目的是让URLLC用户选择合适的EMBB用户进行打孔，更便于URLLC业务传输；同时考虑EMBB用户在时隙t的损失比例，均衡EMBB用户在每个时隙的吞吐量，避免对该时隙的数据包造成严重破坏，减少译码错误率。然后根据外点法得到资源分配向量的值，进行资源分配。本发明在满足URLLC用户业务低延迟和可靠性的同时，最大化EMBB用户的实际可实现速率，提高了系统吞吐量。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，而做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立EMBB和URLLC用户共存的系统模型并采集信道状态信息；

步骤2：分析求解目标问题，对获得的资源分配向量值进行验证直至满足性能要求；

步骤3：根据EMBB和URLLC用户的偏好列表进行一对一匹配；

步骤4：根据资源分配策略，对EMBB和URLLC用户的数据包进行资源分配。

2.根据权利要求1所述的基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法，其特征在于，所述步骤1中系统模型包括E个EMBB用户、U个URLLC用户和一个基站。

3.根据权利要求2所述的基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法，其特征在于，所述基站的带宽平等的分为S个资源块RB，每个资源块的带宽为B；时域被划分T个时长为a的时隙，并进一步将时长为a的时隙划分为N个时长为b的小时隙；由香农公式可计算得到EMBB用户e在时隙为t可实现的速率

当有URLLC用户的流量到达时，将会打孔已经分配给EMBB用户的资源，对EMBB用户的吞吐量造成损失；定义α为资源块分配向量，

表示为EMBB用户e在资源块s、时隙t内的值，若在时隙t中将资源块s分配给用户e，则

为1，否则为0；并定义

为URLLC用户u的流量在时隙t内打孔的EMBB用户资源，那么EMBB用户e实际可实现速率和损失速率分别为：

其中：p_e和g_e分别为基站到EMBB用户e的发射功率和信道增益，N₀为噪声功率谱密度；

定义随机变量D(t)为时隙t内到达的URLLC用户的流量，则URLLC用户的中断概率表示为：

4.根据权利要求3所述的基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2的目标是在满足URLLC用户低时延和可靠性约束的同时，最大化每个EMBB用户的实际可实现速率，同时均衡EMBB用户在每个时隙的吞吐量，表示为：

满足P(E)≤ε，其中ε表示URLLC用户允许的最大中断概率；

最大化EMBB用户的可实现速率就要最小化其损失速率，并使t时隙的EMBB用户的损失速率得到均衡；提出使用外点法来求解，并加入惩罚项，因此得到惩罚问题：

满足：

其中：λ为惩罚因子，最优解c_θ,s＝(1+θ)^p+(E-1)θ^P，p∈(0,1)，θ为任意非负常数，e'∈E；求解流程如下：

(1)为θ,λ赋初值，设置最大迭代次数K，得惩罚问题的初始解α^t,0；

(2)判断当前解是否满足约束条件；若不满足，当i<K时，则将λ的值放大，然后继续求解，得到α^t,i后进行判断，其中i表示当前迭代次数；

(3)若满足约束条件，则停止求解；所得α^t,i是一个二进制变量，表示当前时隙的资源分配变量的值；若得到的α^t,i不是二进制数，则对其值采用四舍五入，使得α^t,i∈[0,1]。

5.根据权利要求4所述的基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3是使用延迟接受算法，根据不同类型用户的偏好列表进行匹配，其目的是URLLC用户选择合适的EMBB用户进行打孔，进而传输URLLC用户的业务，为其低时延和可靠性提供保障；具体如下：

(1)若时隙t＝0，初始化EMBB用户和URLLC用户的偏好配置文件

和

取决于URLLC用户的地理位置，距离基站较远的用户在EMBB偏好列表中具有较高的优先级，表示为φ_N>φ_N-1>…>φ₂>φ₁，φ₁表示为距离基站最近的用户，而

的偏好列表取决于EMBB用户的信道状态信息CSI；

两类用户根据各自的偏好配置文件进行双边匹配：

在时隙t＝0处，每一个EMBB用户根据自己的偏好列表向中意的URLLC用户发送请求，同时在偏好列表中删除该URLLC用户；URLLC用户选择一个排在其偏好列表最前的EMBB用户，同时拒绝其它请求，被拒绝的EMBB用户在偏好列表中删除；

(2)若时隙t＞0,URLLC用户的偏好配置文件则根据EMBB用户在t-1时隙的损失比例来进行匹配；

根据速率损失公式，分别计算

和

的值，根据损失比例：

ω最小的EMBB用户排在URLLC用户的偏好列表前面，应首先选择ω最小的EMBB用户进行匹配。

6.根据权利要求5所述的基于EMBB和URLLC共存场景下的资源分配方法，其特征在于，所述步骤4则根据上述步骤2所得的资源块分配向量的值和步骤3的损失比例，进行资源分配。

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