CN115226128A - 一种恢复5g通信多模应急通信方法及系统 - Google Patents

一种恢复5g通信多模应急通信方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种恢复5G通信多模应急通信方法及系统，涉及5G通信技术领域，包括以下步骤：预先通过现场终端将数据信息汇入5G应急专网，并更改为D2D通信方式来进行通信；获取当前5G用户在资源块上的信噪比；基于5G通信频段自适应的发送功率和数据传输速率，使用集中式注水算法得到最优系数，并获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率。本发明实现高速率且安全稳定的应急通信传输，同时提供自适应通信模式切换，提高通信稳定率和节省有限资源，便于通信应急快速部署扩展。

Description

一种恢复5G通信多模应急通信方法及系统
技术领域
本发明涉及5G通信技术领域，具体来说，涉及一种恢复5G通信多模应急通信方法及系统。
背景技术
5G通信技术是指第五代移动通信技术，是最新一代的蜂窝移动通信技术，5G通信技术具有高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接的特点，5G网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展；在5G通信技术发展的过程中，NSA(非独立组网)成为了4G通信技术向5G通信技术过度的发展阶梯，而5G通信技术也在向着SA(独立组网)发展，逐渐成长为成熟的5G移动通信技术；
D2D是5G中一种非常重要的通信技术，在5G通信频段中D2D包含三种通信模式：专用模式、蜂窝模式和复用模式。在专用模式下，为了更好的进行自适应选择，D2D设备通过专用通道进行通信；在蜂窝模式下，D2D用户与5G用户共用同一网络服务器进行通信，在复用模式下，D2D用户通过5G用户使用的上行链路与外界进行通信。在5G移动网络中，5G移动网络用户与D2D用户相比，具有更高的优先级，在复用或专用模式下，一个5G移动网络用户仅需要一个专用的上行链路即可进行通信。
目前，在5G通信频段自适应过程中，5G移动网络用户不能在5G通信频段中选择专用的通信信道进行通信，导致在不同模式下产生的信噪比具有不稳定性，且频谱利用率低，另外在5G通信频段过程中不能同步进行应急通信切换，导致资源利用效率低。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种恢复5G通信多模应急通信方法及系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种恢复5G通信多模应急通信方法，包括以下步骤：
步骤S1，预先通过现场终端将数据信息汇入5G应急专网，并更改为D2D通信方式来进行通信；
步骤S2，获取当前5G用户在资源块上的信噪比；
步骤S3，基于5G通信频段自适应的发送功率和数据传输速率，使用集中式注水算法得到最优系数，并获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率。
其中，所述获取当前5G用户在资源块上的信噪比，表示为：
第m个5G用户在第n个资源块上的信噪比，表示为：
Figure BDA0003718879400000021
其中，Gm,n与Pm,n分别代表干扰路径增益和信号路径增益，σ2代表高斯白噪声功率。
其中，所述干扰路径增益和所述信号路径增益，分别包括：有效信道增益、干扰信道增益和天线增益。
其中，所述获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率，包括以下步骤：
标定当前5G用户使用上行链路进行通信，发送节点i至网络接收端；
进行构建当前节点i的突发流量模型，表示为：
Figure BDA0003718879400000022
其中，hi,j为节点i的传输功率，Pi为加性高斯白噪声；
获取现场终端选择Xk,n模式对端到端的延迟进行优化，Xk,n表示为：
Xk,n＝argminE[ΔTj]；
其中，Xk,n为5G用户n中的上行链路通信信道状态，且Xk,n＝0，Tj为时间；
现场终端获取5G用户n端到端的时延，且对5G用户n模式进行自适应选择。
其中，所述模式进行自适应选择，包括以下步骤：
标定当前为复用模式，5G用户n采用上行链路进行通信，获取通信频段被占用时间ΔTwait，表示为：
Figure BDA0003718879400000031
其中，qn通信持续时间。
其中，所述模式进行自适应选择，包括以下步骤：
标定当前为专用模式，现场终端在时间节点m-1处进行传输，获取5G用户n在上行链路中的资源函数，表示为：
Figure BDA0003718879400000032
其中，ΔTwait为5G用户n在时间节点m处的传输链路，ΔTSk,B为D2D用户j在时间节点m处的传输链路。
其中，还包括以下步骤：
当前异常基站修复后通过现场终端将5G应急专网切换基站进行通信。
一种恢复5G通信多模应急通信系统，包括：
通信网络切换模块，用于将数据信息汇入5G应急专网，并更改为D2D通信方式来进行通信；
资源获取模块，获取当前5G用户在资源块上的信噪比；
通信优化模块，用于获取通信发送功率和数据传输速率，并获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率。
本发明的有益效果：
本发明恢复5G通信多模应急通信方法及系统，通过预先通过现场终端将数据信息汇入5G应急专网，并更改为D2D通信方式来进行通信，获取当前5G用户在资源块上的信噪比，基于5G通信频段自适应的发送功率和数据传输速率，使用集中式注水算法得到最优系数，并获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率，实现高速率且安全稳定的应急通信传输，同时提供自适应通信模式切换，提高通信稳定率和节省有限资源，便于通信应急快速部署扩展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种恢复5G通信多模应急通信方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种恢复5G通信多模应急通信方法。
如图1所示，根据本发明实施例的恢复5G通信多模应急通信方法，包括以下步骤：
步骤S1，预先通过现场终端将数据信息汇入5G应急专网，并更改为D2D通信方式来进行通信；
步骤S2，获取当前5G用户在资源块上的信噪比；
本技术方案，5G用户根据通信频段的通信状态优化发送功率，即第m个5G用户在第n个资源块上的信噪比，表示为：
Figure BDA0003718879400000041
其中，Gm,n与Pm,n分别代表干扰路径增益和信号路径增益，包括有效信道增益、干扰信道增益、天线增益，可以在专用模式下进行同步或者通过路由查找获得，σ2代表高斯白噪声功率。
步骤S3，基于5G通信频段自适应的发送功率和数据传输速率，使用集中式注水算法得到最优系数，并获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率。
另外，在5G通信频段自适应过程中，5G用户向现场终端上报干扰路径增益与信号路径增益，现场终端根据5G用户上报的内容将增益干扰考虑到资源块的分配利用上，然而在专用模式、蜂窝模式以及复用模式下，缺少重要的中心控制节点，导致传统通信频段自适应选择方法无法应用在D2D特殊的应用场景中，致使不能快速适应路径干扰和增益干扰，因此可使用模糊逻辑对通信频段的发送功率进行优化。
本技术方案，通过模糊逻辑推理系统获得5G通信频段发送功率以及数据传输速率，使用集中式注水算法得到最优的系数，进而得到5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率。
另外，标定当前5G用户使用上行链路进行通信，由现场终端负责分配和控制D2D用户与5G用户资源，选择D2D用户的通信模式，发送节点i至网络接收端，在这一过程中会受到节点j的干扰，采用增强学习技术构建当前节点i的突发流量模型可表示为：
Figure BDA0003718879400000051
其中，hi,j为节点i的传输功率，Pi为加性高斯白噪声。为了减小端到端的时延，需要提升通信频段的传输速率，并降低发送功率中的通信时延，在时间为Tj时，5G用户n中的上行链路通信信道状态为Xk,n；当通信信道为空，即Xk,n＝0时，选择D2D用户的通信频段，移动现场终端在计算D2D用户k的第n个端到端延迟时，通信模式选择复用模式或者蜂窝模式，此时移动现场终端选择Xk,n模式对端到端的延迟进行优化，Xk,n可表示为：
Xk,n＝argminE[ΔTj]；
其中，Tj在j的通信频段下5G用户n的端到端的延迟。当专用通信频段被D2D用户j占用选择通信频段时，在蜂窝模式下5G用户n将受到来自D2D用户j的干扰，因此当前5G用户n在端到端的延迟比较高。为了减小5G用户n的端到端延迟，需要增加D2D用户j的端到端的延迟，即D2D用户j受到5G用户n干扰所增加的延时，若此时处于k模式的情况，当前5G用户n增加的端到端的延时可以表示为Yn。在这样的情况下，D2D用户j可以使用专用模式进行通信，此时，移动现场终端会得到5G用户n端到端的时延，同时也减少了D2D用户j的端到端的时延，这时移动现场终端可以对5G用户n模式进行自适应选择。
另外，在复用模式下，当上行链路通道为空时，5G用户n可以直接采用上行链路进行通信，假设在复用模式下，5G用户n在进行通信时没有受到来自D2D用户的干扰，此时在复用模式下，端到端的时延由通信持续时间和通信频段被占用时间共同决定，通信持续时间可由qn来表示，通信频段被占用时间由ΔTwait来表示，可得出：
Figure BDA0003718879400000061
另外，在专用模式下，5G用户n的端到端的时延只由通信频段被占用时间来决定，因为蜂窝模式下，通信频段被占用的时间与通信持续时间相同，在蜂窝模式下，上行链路与专用通信频段占用的时间可以通过Yt得到，队列的延时ζT可根据通信频段的拥塞状态而得到。在上行链路信道中，包的传输方式有两种，一种是包已经传输到了队列中，另一种是包处于传输中，即将到达目标路径。当采用第二种传输方式进行通信时，为了减少等待的时间，移动现场终端需要在时间节点m-1处进行传输，设定5G用户n在时间节点m处的传输链路为ΔTwait，D2D用户j在时间节点m处的传输链路为ΔTSk,B，则5G用户n在上行链路中的资源函数可表示为：
Figure BDA0003718879400000062
此外，还包括以下步骤：当前异常基站修复后通过现场终端将5G应急专网切换基站进行通信。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种恢复5G通信多模应急通信系统，包括：
通信网络切换模块，用于将数据信息汇入5G应急专网，并更改为D2D通信方式来进行通信；
资源获取模块，获取当前5G用户在资源块上的信噪比；
通信优化模块，用于获取通信发送功率和数据传输速率，并获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过预先通过现场终端将数据信息汇入5G应急专网，并更改为D2D通信方式来进行通信，获取当前5G用户在资源块上的信噪比，基于5G通信频段自适应的发送功率和数据传输速率，使用集中式注水算法得到最优系数，并获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率，实现高速率且安全稳定的应急通信传输，同时提供自适应通信模式切换，提高通信稳定率和节省有限资源，便于通信应急快速部署扩展。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种恢复5G通信多模应急通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
预先通过现场终端将数据信息汇入5G应急专网，并更改为D2D通信方式来进行通信；
获取当前5G用户在资源块上的信噪比；
基于5G通信频段自适应的发送功率和数据传输速率，使用集中式注水算法得到最优系数，并获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率。
2.根据权利要求1所述的恢复5G通信多模应急通信方法，其特征在于，所述获取当前5G用户在资源块上的信噪比，表示为：
第m个5G用户在第n个资源块上的信噪比，表示为：
Figure FDA0003718879390000011
其中，Gm,n与Pm,n分别代表干扰路径增益和信号路径增益，σ2代表高斯白噪声功率。
3.根据权利要求2所述的恢复5G通信多模应急通信方法，其特征在于，所述干扰路径增益和所述信号路径增益，分别包括：有效信道增益、干扰信道增益和天线增益。
4.根据权利要求1或3所述的恢复5G通信多模应急通信方法，其特征在于，所述获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率，包括以下步骤：
标定当前5G用户使用上行链路进行通信，发送节点i至网络接收端；
进行构建当前节点i的突发流量模型，表示为：
Figure FDA0003718879390000012
其中，hi,j为节点i的传输功率，Pi为加性高斯白噪声；
获取现场终端选择Xk,n模式对端到端的延迟进行优化，Xk,n表示为：
Xk,n＝argmin E[ΔTj]；
其中，Xk,n为5G用户n中的上行链路通信信道状态，且Xk,n＝0，Tj为时间；
现场终端获取5G用户n端到端的时延，且对5G用户n模式进行自适应选择。
5.根据权利要求4所述的恢复5G通信多模应急通信方法，其特征在于，所述模式进行自适应选择，包括以下步骤：
标定当前为复用模式，5G用户n采用上行链路进行通信，获取通信频段被占用时间ΔTwait，表示为：
Figure FDA0003718879390000021
其中，qn通信持续时间。
6.根据权利要求4所述的恢复5G通信多模应急通信方法，其特征在于，所述模式进行自适应选择，包括以下步骤：
标定当前为专用模式，现场终端在时间节点m-1处进行传输，获取5G用户n在上行链路中的资源函数，表示为：
Figure FDA0003718879390000022
其中，ΔTwait为5G用户n在时间节点m处的传输链路，ΔTSk,B为D2D用户j在时间节点m处的传输链路。
7.根据权利要求1所述的恢复5G通信多模应急通信方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当前异常基站修复后通过现场终端将5G应急专网切换基站进行通信。
8.一种恢复5G通信多模应急通信系统，用于权利要求1-7中任意一项所述的恢复5G通信多模应急通信方法的系统，其特征在于，包括：
通信网络切换模块，用于将数据信息汇入5G应急专网，并更改为D2D通信方式来进行通信；
资源获取模块，获取当前5G用户在资源块上的信噪比；
通信优化模块，用于获取通信发送功率和数据传输速率，并获取5G用户在当前通信模式下的最佳发送功率。
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