CN113453236A - 面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，系统中的用户通过非正交多址接入技术进行传输，在共享频率资源块无法满足URLLC用户传输时，采用私有频率资源块作为备选支持其数据传输，以保证URLLC用户数据传输的高可靠性和低时延要求。

Description

面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法。

背景技术

5G无线通信技术支持三种不同的业务类别：增强型移动宽带(eMBB)、大规模机器类型通信(mMTC)和超可靠低延时通信(URLLC)。其中，eMBB提供更大的数据带宽，主要应用于对传输速率要求较高的场景，如高清视频的传输、增强现实、虚拟现实等。URLLC的目标是在极低时延条件下以超高的可靠性传输零星的数据量，目标是端到端时延小于1毫秒，可靠性达到99.999％，此类服务主要应用于汽车自动驾驶通信、工厂自动化控制、远程医疗手术、应急指挥、现场作业等对延迟敏感、对可靠性有极高要求的场景。

在URLLC和eMBB业务混合的场景中，URLLC是突发的小数据量业务，直接为其分配专用的频率资源，会导致频率资源闲置，而频率资源是有限的，为了提高系统资源利用率，现有研究中采用穿孔或叠加的方式使URLLC业务与eMBB业务共享资源，并通过将URLLC业务放置于正在进行的eMBB业务上来消除突发URLLC业务的排队延迟，这类方案以牺牲eMBB用户性能为代价，可能会造成eMBB业务传输中断，尤其是在URLLC业务流量较高时，最终会影响系统整体的传输可靠性。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法有效提高了URLLC用户传输速率以及系统的速率。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，包括以下步骤：

S1、确定系统频率资源块的划分，将系统频率资源块划分为共享频率资源块和私有频率资源块；

S2、根据不同业务传输所需的频率资源数量，为URLLC用户和eMBB用户随机分配共享频率资源块，并确定每个共享频率资源块的用户矩阵；

S3、根据URLLC业务的可靠性约束，确定URLLC用户的速率阈值；

S4、根据每个所述共享频率资源块的用户矩阵，计算出URLLC用户的传输速率，并根据所述URLLC用户的速率阈值和URLLC用户的传输速率，筛选出易发生中断的URLLC用户；

S5、将私有频率资源块分配给易发生中断的URLLC用户，完成资源分配。

进一步地：所述步骤S1中系统为上行传输系统，系统的信道衰落符合瑞利衰落，系统中的所有用户采用非正交多址接入技术进行业务传输，并在接收端采用串行干扰消除解码；系统频率资源块的划分的方法具体为：

确定系统频率资源块总数F和URLLC用户数u，划分私有频率资源块的个数为m，其中m＝u，划分共享频率资源块的个数为w，其中w＝F-m。

上述进一步方案的有益效果为：确定系统频率资源的划分，在共享频率资源无法满足URLLC用户传输时，采用私有频率资源支持其数据传输，以保证URLLC用户数据传输的高可靠性和低时延要求。

进一步地：所述步骤S2包括以下分步骤：

S2-1、根据不同业务传输所需的频率资源块的数量，分别为URLLC用户和eMBB用户随机分配N_u和N_b个共享频率资源块；

S2-2、根据共享频率资源块的分配情况，得出分配到的每个共享频率资源块的用户矩阵。

上述进一步方案的有益效果为：根据不同业务的频率资源需求分配享频率资源块，有助于提高系统用户的资源传输速率。

进一步地：所述步骤S3具体为：

将URLLC用户的中断概率作为URLLC业务的可靠性约束，预先设置URLLC用户的中断概率，根据URLLC用户的中断概率和URLLC用户的速率阈值的关系，计算出URLLC用户的速率阈值。

上述进一步方案的有益效果为：通过预先设置URLLC用户的中断概率，并求出URLLC用户的速率阈值，可以更准确地筛选出易中断的URLLC用户，有利于完成私有频率资源的分配。

进一步地：所述URLLC用户的中断概率和URLLC用户的速率阈值的关系式具体为：

其中，R_U为URLLC用户的传输速率，r_u为URLLC用户的速率阈值，P_{out_u}为URLLC用户的中断概率，γ为信干噪比，σ²为加性高斯白噪声方差。

上述进一步方案的有益效果为：通过本发明的URLLC用户的中断概率和URLLC用户的速率阈值的关系表达式，可以精确地计算出URLLC用户的速率阈值。

进一步地：所述步骤S4中，所述URLLC用户的可达传输速率的具体计算公式为：

其中，f为共享频率资源块的序数；R(γ_U,f)为系统频率资源块提供的传输速率；γ_U,f为URLLC用户在共享频率资源块中的信干噪比，其具体计算公式为：

其中，p_U为URLLC用户传输功率，p_t为共享频率资源块中的第t个用户的传输功率，其中1≤t≤n-1；h_U,f为URLLC用户信道增益，h_t,f为共享频率资源块中的第t个用户的信道增益；n为用户矩阵中的元素个数。

上述进一步方案的有益效果为：将共享频率资源块的信干噪比的计算公式和URLLC用户的可达传输速率计算公式结合，计算出的URLLC用户的可达传输速率精确度高。

进一步地：URLLC业务采用短块长传输，所述系统频率资源块提供的传输速率R(γ_U,f)的表达式具体为：

其中，Q^-1(ε)是

的逆函数；ε是错误率，为给定的常数，M为URLLC用户的数据包长度，B为频率资源块的带宽。

上述进一步方案的有益效果为：URLLC业务采用短块长传输，可以降低URLLC用户数据传输时延。

进一步地：所述步骤S4中筛选出易发生中断的URLLC用户具体为：

当URLLC用户的传输速率小于URLLC用户的速率阈值时，则所述URLLC用户通过筛选，将所述通过筛选的URLLC用户作为易发生中断的URLLC用户。

上述进一步方案的有益效果为：筛选出传输速率小于速率阈值的于URLLC用户，提高系统对易发生中断的URLLC用户的识别率，从而提升URLLC用户的传输速率。

进一步地：所述步骤S5包括以下分步骤：

S5-1、将易发生中断的URLLC用户分配的共享频率资源块置0，并将其作为待重新分配频率资源块的URLLC用户；

S5-2、为所述待重新分配频率资源块的URLLC用户分配私有频率资源块，每次为每个URLLC用户分配一块私有频率资源块，循环至m块私有资源分配完毕，各URLLC用户剩余传输所需资源从共享频率资源块中随机选取，完成资源分配。

上述进一步方案的有益效果为：通过为易发生中断的URLLC用户分配私有频率资源块，可以提升URLLC用户的传输速率，提升了URLLC用户传输的可靠性。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提出了一种面向URLLC与eMBB混合业务场景环境下的频率资源分配方法，在非正交多址接入的基础上引入共享频率资源块和私有频率资源块的分配，为URLLC用户划分部分私有频率资源块，在系统流量较大时保证其传输可靠性，降低用户之间因资源共享带来的干扰。

(2)发明采用非正交多址接入技术实现用户的资源共享，使不同业务能够同时在相同资源中进行传输，避免了因URLLC用户传输而导致的eMBB用户传输中断。

(3)本发明采用中断速率阈值与URLLC用户的传输速率进行比较，筛选出易发生中断的URLLC用户，决定URLLC用户的资源分配，当采用共享资源无法使预估的URLLC传输速率大于中断容量时，选择私有资源进行传输，解决了URLLC用户的资源选择问题。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的系统频率资源分配示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，包括以下步骤：

S1、确定系统频率资源块的划分，将系统频率资源块划分为共享频率资源块和私有频率资源块；

S2、根据不同业务传输所需的频率资源数量，为URLLC用户和eMBB用户随机分配共享频率资源块，并确定每个共享频率资源块的用户矩阵；

S3、根据URLLC业务的可靠性约束，确定URLLC用户的速率阈值；

S4、根据每个所述共享频率资源块的用户矩阵，计算出URLLC用户的传输速率，并根据所述URLLC用户的速率阈值和URLLC用户的传输速率，筛选出易发生中断的URLLC用户；

S5、将私有频率资源块分配给易发生中断的URLLC用户，完成资源分配。

所述步骤S1中系统为上行传输系统，系统的信道衰落符合瑞利衰落，系统中的所有用户采用非正交多址接入技术进行业务传输，并在接收端采用串行干扰消除解码；系统频率资源块的划分的方法具体为：

确定系统频率资源块总数F和URLLC用户数u，划分私有频率资源块的个数为m，其中m＝u，划分共享频率资源块的个数为w，其中w＝F-m。

如图2所示，确定系统的频率资源块划分，将频率资源块划分为共享频率资源块和私有频率资源块两类，共享频率资源块支持所有用户传输，私有频率资源块仅支持单个URLLC用户传输。

为了避免共享频率资源块可能造成的业务碰撞，系统中用户通过非正交多址接入技术进行传输，并在接收端采用串行干扰消除解码。当共享频率资源块无法满足URLLC用户传输时，采用私有频率资源块作为备选支持其传输，以保证URLLC用户的高可靠性和低时延要求。

所述步骤S2包括以下分步骤：

S2-1、根据不同业务传输所需的频率资源块的数量，分别为URLLC用户和eMBB用户随机分配N_u和N_b个共享频率资源块；

S2-2、根据共享频率资源块的分配情况，得出分配到的每个共享频率资源块的用户矩阵。

本实发明中，系统中的用户优先选用共享资源进行传输，首先系统随机为各用户分配共享频率资源块，并通过随机分配结果得出需要共享同一频率资源块进行业务传输的用户矩阵，可以提高系统用户的资源传输速率。

所述步骤S3具体为：

将URLLC用户的中断概率作为URLLC业务的可靠性约束，预先设置URLLC用户的中断概率，根据URLLC用户的中断概率和URLLC用户的速率阈值的关系，计算出URLLC用户的速率阈值。

所述URLLC用户的中断概率和URLLC用户的速率阈值的关系式具体为：

其中，R_U为URLLC用户的传输速率，r_u为URLLC用户的速率阈值，P_{out_u}为URLLC用户的中断概率，γ为信干噪比，σ²为加性高斯白噪声方差。

本发明中，通过给定URLLC用户的中断概率计算URLLC用户的速率阈值，并以此预判用户传输是否易发生中断。

本实施例中接收端采用串行干扰消除的方式解码，考虑到URLLC用户的低时延要求，优先解码URLLC用户，根据S2-2得出的用户矩阵，将共享频率资源块中的其他用户视为噪声，当前用户解码完成后在用户矩阵中减去已解码用户，重复此操作直到共享频率资源块中的最后一个用户解码完成，通过用户矩阵解码可计算出共享频率资源块提供的传输速率。

所述步骤S4中，所述URLLC用户的传输速率的具体计算公式为：

其中，f为共享频率资源块的序数；R(γ_U,f)为系统频率资源块提供的传输速率；γ_U,f为URLLC用户在共享频率资源块中的信干噪比。

由于URLLC业务采用短块长传输，因此式(2)中的系统频率资源块提供的传输速率R(γ_U,f)表达式为：

其中，Q^-1(ε)是

的逆函数；ε是错误率，为给定的常数，M为URLLC用户的数据包长度，B为频率资源块的带宽。

所述式(2)中共享频率资源块的信干噪比γ_U,f的具体计算公式为：

其中，p_U为URLLC用户传输功率，p_t为共享频率资源块中的第t个用户的传输功率，其中1≤t≤n-1；h_U,f为URLLC用户信道增益，h_t,f为共享频率资源块中的第t个用户的信道增益；n为用户矩阵中的元素个数。

所述步骤S4中筛选出易发生中断的URLLC用户具体为：

当URLLC用户的传输速率小于URLLC用户的速率阈值时，则所述URLLC用户通过筛选，将所述通过筛选的URLLC用户作为易发生中断的URLLC用户。

本实施例中，将为易发生中断的URLLC用户重新分配资源，优先为该类URLLC用户分配私有资源进行传输，用户剩余所需传输资源从共享资源中选择。

所述步骤S5包括以下分步骤：

S5-1、将易发生中断的URLLC用户分配的共享频率资源块置0，并将其作为待重新分配频率资源块的URLLC用户；

S5-2、为所述待重新分配频率资源块的URLLC用户分配私有频率资源块，每次为每个URLLC用户分配一块私有频率资源块，循环至m块私有资源分配完毕，各URLLC用户剩余传输所需资源从共享频率资源块中随机选取，完成资源分配。

本实施例中，当URLLC用户被分配的资源中共享频率资源块数量为q，私有资源为N_u-q时，其URLLC用户的传输速率表达式为：

本发明的有益效果为：通过系统的频率资源分配，能有效地提升URLLC与eMBB混合业务场景中URLLC用户传输速率以及系统的和速率。在非正交多址接入的基础上引入共享频率资源块和私有频率资源块的分配，为URLLC用户划分部分私有频率资源块，在系统流量较大时保证其传输可靠性，降低用户之间因资源共享带来的干扰。

本发明采用非正交多址接入技术实现用户的资源共享，使不同业务能够同时在相同资源中进行传输，避免了因URLLC用户传输而导致的eMBB用户传输中断。

本发明采用中断速率阈值与URLLC用户的传输速率进行比较，筛选出易发生中断的URLLC用户，决定URLLC用户的资源分配，当采用共享资源无法使预估的URLLC传输速率大于中断容量时，选择私有资源进行传输，解决了URLLC用户的资源选择问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

Claims (9)

1.面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定系统频率资源块的划分，将系统频率资源块划分为共享频率资源块和私有频率资源块；

S2、根据不同业务传输所需的频率资源数量，为URLLC用户和eMBB用户随机分配共享频率资源块，并确定每个共享频率资源块的用户矩阵；

S3、根据URLLC业务的可靠性约束，确定URLLC用户的速率阈值；

S4、根据每个所述共享频率资源块的用户矩阵，计算出URLLC用户的传输速率，并根据所述URLLC用户的速率阈值和URLLC用户的传输速率，筛选出易发生中断的URLLC用户；

S5、将私有频率资源块分配给易发生中断的URLLC用户，完成资源分配。

2.根据权利要求1所述的面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，其特征在于，所述步骤S1中系统为上行传输系统，系统的信道衰落符合瑞利衰落，系统中的所有用户采用非正交多址接入技术进行业务传输，并在接收端采用串行干扰消除解码；系统频率资源块的划分的方法具体为：

确定系统频率资源块总数F和URLLC用户数u，划分私有频率资源块的个数为m，其中m＝u，划分共享频率资源块的个数为w，其中w＝F-m。

3.根据权利要求1所述的面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：

S2-1、根据不同业务传输所需的频率资源块数量，分别为URLLC用户和eMBB用户随机分配N_u和N_b个共享频率资源块；

S2-2、根据共享频率资源块的分配情况，得出分配到的每个共享频率资源块的用户矩阵。

4.根据权利要求1所述的面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

将URLLC用户的中断概率作为URLLC业务的可靠性约束，预先设置URLLC用户的中断概率，根据URLLC用户的中断概率和URLLC用户的速率阈值的关系，计算出URLLC用户的速率阈值。

5.根据权利要求4所述的面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，其特征在于，所述URLLC用户的中断概率和URLLC用户的速率阈值的关系式其具体为：

其中，R_U为URLLC用户的传输速率，r_u为URLLC用户的速率阈值，P_{out_u}为URLLC用户的中断概率，γ为信干噪比，σ²为加性高斯白噪声方差。

6.根据权利要求1所述的面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述URLLC用户的传输速率的计算公式具体为：

其中，f为共享频率资源块的序数；R(γ_U,f)为系统频率资源块提供的传输速率；γ_U,f为URLLC用户在共享频率资源块中的信干噪比，其具体计算公式为：

其中，p_U为URLLC用户传输功率，p_t为共享频率资源块中的第t个用户的传输功率，其中1≤t≤n-1；h_U,f为URLLC用户信道增益，h_t,f为共享频率资源块中的第t个用户的信道增益；n为用户矩阵中的元素个数。

7.根据权利要求6所述的面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，其特征在于，URLLC业务采用短块长传输，所述系统频率资源块提供的传输速率R(γ_U,f)的表达式具体为：

其中，Q^-1(ε)是

的逆函数；ε是错误率，为给定的常数，M为URLLC用户的数据包长度，B为资源块的带宽。

8.根据权利要求1所述的面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，其特征在于，所述步骤S4中筛选出易发生中断的URLLC用户具体为：

当URLLC用户的传输速率小于URLLC用户的速率阈值时，则所述URLLC用户通过筛选，将所述通过筛选的URLLC用户作为易发生中断的URLLC用户。

9.根据权利要求1所述的面向URLLC与eMBB混合业务的频率资源分配方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下分步骤：

S5-1、将易发生中断的URLLC用户分配的共享频率资源块置0，并将其作为待重新分配频率资源块的URLLC用户；

S5-2、为所述待重新分配频率资源块的URLLC用户分配私有频率资源块，每次为每个URLLC用户分配一块私有频率资源块，循环至m块私有资源分配完毕，各URLLC用户剩余传输所需资源从共享频率资源块中随机选取，完成资源分配。

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