WO2021057799A1

WO2021057799A1 - 一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法

Info

Publication number: WO2021057799A1
Application number: PCT/CN2020/117165
Authority: WO
Inventors: 王熠晨; 赵书玉; 谢云聪; 徐东阳
Original assignee: 西安交通大学
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2021-04-01
Also published as: CN110856262B; CN110856262A

Abstract

本发明公开了一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，基于Slotted-Aloha模型联合应用了时间分集与频率分集技术，将上行传输时间等分为若干个长度相等的迷你时隙，在每个时隙内，用户设备在系统提供的所有子信道中随机挑选若干个用以传输同一个数据包的副本；在这种传输模式下，可能会出现两个甚至多个用户设备试图在同一条共享信道上同时发送数据包的情况，因此数据包之间可能会发生碰撞，本发明通过随机选择信道并将数据包进行多次重复传输，大大降低了数据包之间的碰撞概率，从而有利于提高系统的可靠性；基于本发明传输方案，在同时满足URLLC超可靠与低时延要求下，同时优化了在时域与频域上的数据包副本个数，以最大化系统可支持的用户设备数量。

Description

一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法

技术领域

本发明属于机器设备类通信业务上行传输技术领域，具体涉及一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法。

背景技术

5G移动通信技术是继4G之后，为了满足智能终端的快速普及和移动互联网的高速发展而正在研发的新一代移动通信技术。超可靠低时延通信(Ultra-Reliable and Low-latency Communications，URLLC)是5G的三大主要应用场景之一，其服务质量要求包括以下两个方面：一个是超短端对端(end-to-end，E2E)时延，要求不超过1ms；另一个是传输可靠性，要求不低于99.999％。根据现有研究成果，为了减小系统时延，上行传输过程可以采用基于竞争的免授权模式，在这种模式下，用户设备在发送数据包之前无需等待资源分配信息或者传输授权，而是可以对数据包进行即来即发。在基于竞争的免授权传输模式下，可能会出现两个甚至多个用户设备试图在同一条共享信道上同时发送数据包的情况，因此数据包之间可能会发生碰撞。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，提高系统可靠性，通过重复发送同一个数据包以提高数据包传输成功的概率，同时满足URLLC业务的超可靠与低时延的服务质量要求，最大化系统可支持的用户设备数量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，包括以下步骤：

S1，建立数据包传输系统，所述数据包传输系统包括M个单天线的用户设备以及一个基站，所述基站配备N _t个天线，系统中设置有N个共享子信道；

S2，基于S1所建立的系统，将上行传输过程的总时延等分为Γ个时隙，每个时隙内，用户设备在系统提供的所有子信道中随机挑选若干个用以传输同一个数据包的副本；并且对所述数据包采用基于Slotted-Aloha协议和免授权传输模式；

S3，计算出在一个时隙内S2所述目标设备数据包传输失败的概率；

S4，同时满足URLLC时延要求与可靠性要求的条件下，最大化使S1所述系统所能支持的设备数量，并且求得与之相应的时间分集与频率分集次数的一系列最优解，通过所述最优解求出可支持设备的最大值。

S1所述N个子信道上的瞬时信道增益相互独立，即，N个子信道的频率间隔超过信道相干带宽W _c；系统总带宽为W _max，分配给每个共享子信道的带宽为

每条共享子信道都是平坦衰落。

数据包在瞬时信道增益大于或等于设定阈值的子信道上能传输成功，在信道瞬时增益小于该阈值的信道上，认为该数据包丢失，即，数据包在不与其他包发生碰撞，并且所选子信道的瞬时信道增益不小于所求信道增益阈值的情况下发送成功。

S3中，其他任意一个用户设备不与目标数据包发生碰撞的概率为：

P ₀＝(1-P _ran)+P _ranP _acc

其中，P _acc为其他任意一个用户设备所发数据包不与目标数据包选择同一条子信道的概率；P _ran是在上行传输过程总时延中，每个设备的发包概率；

P _ran＝1-e ^-λ

其中，λ表示D ^u内到达的数据包数量，数据包平均到达间隔时间为μ，则

其他任意一个用户设备不与目标数据包发生碰撞的概率为：

P ₀＝(1-P _ran)+P _ranP _acc

其他所有用户设备发送数据包都不与目标数据包发生碰撞时，所述目标数据包便不会发生碰撞；所述不发生碰撞的概率为：

P _succ＝P ₀ ^M-1＝[(1-P _ran)+P _ranP _acc] ^M-1。

则得到在一个时隙中，目标数据包发生碰撞的概率，即为：

在重复Γ个时隙中，目标UE传输失败的概率为：

其中，P ^FD为一个时隙中目标设备UE所发数据包的传输失败概率，

在一个时隙中，目标数据包发生碰撞的概率，P _t为数据包在某一个信道上的丢包概率。

S4中，求得与之相应的时间分集与频率分集次数的最优解具体如下：

给定频率分集次数的取值，应用粒子群算法优化时隙的长度，根据时隙长度与时间分集次数的关系求解得到时间分集次数的最优解，并且求出对应的可支持设备的最大值；

将所述联合优化时间分集次数与频率分集次数转换为计算模型，具体如下：

T是每个时隙的长度，D ^u是上行传输过程的总时延，β表示频率分集次数，

将St.T∈[T _min,D ^u]作为约束条件确保求解过程中时隙长度不超出所述取值区间，

表示时间分集次数与时隙长度的关系，通过优化TTI的长度来约束时间分集的次数，

β∈[1,N]，

P≤1-P _rel

最终求得最优解T ^*，将所求得的对应的时间分集次数最优解表示为Γ ^*，将时间分集次数最优解对应的用户设备最大值表示为M ^*；

优化频率分集次数，β∈{1,2,3,…,N}；对β取值区间的所有可能取值进行一维搜索，得到N组关于时隙长度与设备数量的最优解，即{T ^* ₁，M ^* ₁}，{T ^* ₂，M ^* ₂}，{T ^* ₃，M ^* ₃}，…，{T ^* _N，M ^* _N}，从这些最优解中找出最大的用户设备数M _opt。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明采用基于竞争的免授权传输模式，在这种模式下，用户设备在发送数据包之前无需等待资源分配信息或者传输授权，而是可以对数据包进行即到即发，这样可以有效减小系统时延；发明基于Slotted-Aloha模型联合应用了时间分集与频率分集技术，即将上行传输时间等分为若干个长度相等的迷你时隙，每个时隙的长度等于系统TTI长度，在每个TTI内，用户设备在系统提供的所有子信道中随机挑选若干个用以传输同一个数据包的副本；在这种传输模式下，可能会出现两个甚至多个用户设备试图在同一条共享信道上同时发送数据包的情况，因此数据包之间可能会发生碰撞，通过随机选择信道并将数据包进行多次重复传输，大大提高了数据包的传输成功概率，从而有利于提高系统的可靠性；基于以上传输方案，在同时满足URLLC超可靠与低时延的要求下，本发明同时优化了在时域与频域上的数据包副本传输次数，以最大化系统可支持的用户设备数量。

附图说明

图1所示为本发明考虑的系统模型图。

图2所示为本发明考虑的时间帧结构图。

图3所示为本发明提出的数据包传输模型图。

图4所示为数据包时域复刻次数最优解与频域复刻次数最优解的取值随TTI长度下界T _min的变化曲线。

图5所示为在TTI长度下界T _min的不同取值下，数据包时域复刻次数与频域复刻次数分别都取最优解时，系统可支持的用户设备数量最大值的变化曲线。

图6所示为当T _min＝0.1ms时，系统可支持的设备数量与时域复刻次数以及频域复刻次数之间的三维关系图像。

图7所示为当T _min＝0.1ms时，在联合时频分集(Γ＝10，β＝2)、仅时域复刻(Γ＝10，β＝1)以及仅频域复刻(Γ＝1，β＝16)这三种方案下，可支持的设备数量与数据包到达率之间的关系曲线。

图8所示为当T _min＝0.1ms时，在联合时频分集(Γ＝10，β＝2)、仅时域复刻(Γ＝10，β＝1)以及仅频域复刻(Γ＝1，β＝16)这三种方案下，可支持设备数量与共享子信道总数之间的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细阐述。

参考图1～图3，一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，包括以下步骤：

S4，同时满足URLLC时延要求与可靠性要求的条件下，最大化使S1所述系统所能支持的设备数量，并且求得与之相应的时间分集与频率分集次数的最优解。

超可靠低延迟通信是第五代移动通信系统的三大应用场景之一，要求具有毫秒级的时延与超高的可靠性；为了同时满足URLLC的超可靠与低时延要求，本发明提出了一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法。

第一，基于竞争的免授权传输：针对URLLC的低时延要求，本发明采用基于竞争的免授权传输模式，在这种模式下，用户设备在发送数据包之前无需等待资源分配信息或者传输授权，而是可以对数据包进行即到即发，这样可以有效减小系统时延。

第二，联合时频分集：针对URLLC的超高可靠性要求，本发明基于Slotted-Aloha模型联合应用了时间分集与频率分集技术，即将上行传输时间等分为若干个长度相等的迷你时隙(mini-slot)，在每个时隙内，用户设备在系统提供的所有子信道中随机挑选若干个用以传输同一个数据包的副本。在这种传输模式下，可能会出现两个甚至多个用户设备试图在同一条共享信道上同时发送数据包的情况，因此数据包之间可能会发生碰撞。而该方案通过随机选择信道并将数据包副本进行多次重复传输，大大提高了数据包的传输成功概率，从而有利于提高系统的可靠性。

基于以上传输方案，在同时满足URLLC超可靠与低时延的要求下，本发明同时优化了在时域与频域上传输的数据包副本个数，以最大化系统可支持的用户设备数量。

系统模型：考虑基于竞争的免授权上行传输场景，如图1所示，本发明所述数据包传输系统包含M个单天线用户设备(User Equipment，UE)以及一个基站，所述基站配备N _t个天线。用户设备通过随机使用资源进行数据传输；对于每个用户设备，数据包到达过程建模为泊松过程，M个泊松过程相互独立，又因为用户设备的上行传输过程是免授权的，因此需要发送数据包的设备无需发送调度请求，故而也不必等待传输授权或者资源分配信息，Slotted-Aloha协议是典型的基于竞争的传输模型，在本文中使用的便是该竞争模型。

为了应用频率分集，系统为M个用户设备提供了N个共享子信道；在每一个时隙内，设备在所述共享子信道中随机选择β条来传送数据包副本，为了最大化频率分集的增益，N个子信道上的瞬时信道增益是相互独立的，即，N个子信道的频率间隔应该超过信道相干带宽W _c；设系统总带宽为W _max，那么分配给每个共享子信道的带宽则为

假设每条共享子信道分配的带宽B小于信道有效带宽W _c，因此，每条共享子信道都是平坦衰落。

设对于第m，m＝1,2…，N个设备而言，大尺度衰落系数为α _m，瞬时信道增益为g _i；由于是免授权传输，信道状态信息在设备处是未知的，因此每个用户设备的最大传输功率均分到β条子信道上，设每个设备的最大发射功率为P _max，则分配到每个子信道上的发射功率为

基于联合时频分集的数据包传输方案

本发明苏搜书数据包传输机制：本发明基于竞争的免授权的上行传输场景中，用户设备可以在不发送调度请求且无需接收传输授权与资源分配信息的情况下，以一种“即来即发”的方式传送数据包；为了提高系统的可靠性，在数据包传输过程中同时应用了时间分集与频率分集技术。

上行传输过程的总时延D ^u，将上行传输过程的总时延等分为Γ个时隙，时间帧结构如图2所示。每个时隙的长度则为

其中，Γ表示时间分集次数，即在时域上传输的数据包副本的个数。另外，系统为M个用户设备提供N条共享子信道，在每一个时隙内，需要发包的用户设备在系统提供的N条共享子信道中随机挑选β(β≤N)条信道，用于传输β个数据包副本，其中，β表示频率分集次数，即在频域上传输的数据包副本的个数。如果两个或两个以上的数据包选择了同一条子信道，那么所述选择同一条子信道的数据包之间便会发生碰撞，则选择该信道的所有数据包都传输失败；只有在一条信道只被一个数据包选择的情况下，该信道上的数据包才有可能成功传输。每个用户设备一共会发送Γ×β个数据包副本，而只要保证所述数据包副本中的至少一个数据包不与其他任何数据包发生碰撞，那么可以认为所述没有与其他数据包发送碰撞的数据包有可能成功发送，即发送所述数据包的用户设备有可能传输成功。数据包传输模型如图3所示。

即使有某个数据包足够幸运地选择了一个不会发生碰撞的子信道，所述数据包还是有可能由于信道性能不佳的原因而导致发送失败。应用一种两状态信道传输模型；所述两状态的含义是指：数据包只有在瞬时信道增益大于或等于设定阈值的子信道上才能传输成功，在信道瞬时增益小于该阈值的信道上，认为该数据包丢失。因此，数据包只有在不与其他包发生碰撞，并且所选子信道的瞬时信道增益不小于所求信道增益阈值的情况下，才能发送成功。

传输失败概率分析和计算：

在D ^u内，每个设备的发包概率为：

P _ran＝1-e ^-λ (4)

其中，λ表示D ^u内到达的数据包数量。设数据包平均到达间隔时间为μ，那么则有

对于除目标设备以外的任意一个用户设备而言，目标数据包不与任意一个用户设备发的数据包发生碰撞有以下两种情况：一是该任意用户设备不发包，只有目标数据包的所属设备会发送数据包，来自同一个设备的数据包之间不会发生碰撞，因此目标数据包的所属设备会发送数据包的情况下目标数据包不会发生碰撞；第二种情况便是，虽然任意一个用户设备也会发送数据包，但是所述用户设备所发的数据包不与目标数据包选择同一条子信道，这样也能保证目标数据包不会发生碰撞；因此，其他任意一个用户设备不与目标数据包发生碰撞的概率为：

P ₀＝(1-P _ran)+P _OanP _acc (5)

其中，P _acc为其他任意一个用户设备所发数据包不与目标数据包选择同一条子信道的概率；那么，当其他所有用户设备发送数据包都不与目标数据包发生碰撞时，则该目标数据包便不会发生碰撞；所述不发生碰撞的概率则为：

P _succ＝P ₀ ^M-1＝[(1-P _ran)+P _ranP _acc] ^M-1 (6)

以下为概率P _acc的求解过程。

首先，设有一个目标数据包已经选择了某一条子信道，为了保证所述数据包不与其他数据包发生碰撞，那么其他所有用户设备所发的全部数据包都不被允许再选择目标数据包所选择的子信道；于是，在一个时隙内，其他任意一个用户设备所发数据包不与目标数据包选择同一条子信道的概率为：

在一个时隙中，目标数据包发生碰撞的概率则为：

在联合时频分集的数据包传输方案中，每一个用户设备一共会发送Γ×β个数据包副本；对于任意一个用户设备而言，只要保证所述数据包副本中的至少一个数据包发送成功，那么便可以认为发送该数据包的用户设备传输成功。

而一个数据包的成功传输，需要同时满足两个条件：第一个条件是，在随机选择子信道时，所选子信道只被目标数据包一个数据包选中，即所述数据包不能发生碰撞；第二个条件是，所述数据包在不发生碰撞的前提下，其所选子信道的信道性能需要满足传输条件，即所选信道的瞬时信道增益应该不小于要求的信道增益阈值；如果瞬时信道增益大于或等于信道增益阈值(g _i≥g ^th)，那么数据包能够以

的概率传输成功，其中

表示误码率；如果瞬时信道增益小于信道增益阈值(g _i<g ^th)，则认为数据包丢失。

对于单输入多输出系统而言，在每个时隙内，第m个设备在第i条子信道上传输的最大比特数为，

其中，，i＝1,2…，β，T为时隙的长度，B为分配给每个子信道的带宽，α _m为设备m的大尺度衰落系数，P _max为每个设备的最大传输功率，g _i为瞬时信道增益，N ₀为单边功率谱密度，e _m,i为误码率，

表示Q函数的反函数。从计算式(1)看出，传输的最大比特数随瞬时信道增益的增大而增大，设要传输的数据包大小为b bits，,当R _m,i＝b时，根据计算式

(1)可以解得信道增益阈值

为：

如果瞬时信道增益大于或等于信道增益阈值(g _i≥g ^th)，那么数据包能够以

的概率传输成功；如果瞬时信道增益小于信道增益阈值(g _i<g ^th)，则认为数据包丢失。则第i个信道上的丢包概率为：

其中，

N _t为天线个数。

所以，数据包在第i个信道上的丢包概率为P _t，于是在所述信道上目标数据包的传输失败概率为：

则在一个时隙中，目标设备UE所发数据包的传输失败概率(即，所选β条信道全部传输失败的概率)为：

每个用户设备还要在Γ个时隙中重复发包，则在重复Γ个时隙中，目标UE传输失败(即Γ×β 个数据包全部传输失败)的概率为：

2.3优化问题建模

基于以上推导构建一个优化问题，联合优化时间分集次数与频率分集次数，在同时满足URLLC时延要求与可靠性要求的条件下，最大化使系统所能支持的设备数量，并且求得相应的时间分集与频率分集次数的最优解。优化问题建模如下：

max _T,βM (12)

St.T∈[T _min,D ^u] (13)

β∈[1,N]，

P≤1-P _rel (16)

其中，表达式(13)的约束条件确保优化过程中时隙长度不能超出所述取值区间；表达式(14)的约束条件体现了时间分集次数与时隙长度的关系，其中[·]表示对中括号内的数值进行向下取整，通过；表达式(15)的约束条件是用于限制频率分集次数；表达式(16)的约束条件保证系统的URLLC可靠性要求，P _rel为常量；表达式(17)的约束条件将用户设备数量约束为正整数。

3使用一种基于PSO算法的两步法来求解优化问题

提出一种两步法来解决以上优化问题；

步骤1：优化时间分集次数

给定频率分集次数的取值，应用粒子群算法优化时隙的长度，根据时隙长度与时间分集次数的关系式(14)求解得到时间分集次数的最优解，并且求出对应的可支持设备的最大值；又因为数据包传输错误概率随用户设备数的增加而增大，因此，为了得到可支持用户设备数量的最大值，我们直接将数据包传输错误概率的最大值代入优化问题(12)进行求解。另外，为了进一步简化所述优化问题的求解过程，先不考虑设备数量M的正整数限制条件，而只需在最后将求得的M最大值进行向下取整操作；因此，原始优化问题则可以简化为如下所示：

max _TM (18)

St.T∈[T _min,D ^u] (19)

P＝1-P _rel (21)

其中，表达式(19)的约束条件为粒子群算法求解时隙长度的整个搜索空间；表达式(20)的约束条件表示了时隙长度与时间分集次数的关系；表达式(21)的约束条件则保证了系统可靠性要求；将该优化问题求得的最优解表示为T ^*，将所求得的对应的时间分集次数最优解表示为Γ ^*，将时间分集次数最优解对应的用户设备最大值表示为M ^*。

步骤2，优化频率分集次数

由于系统提供的共享子信道数是有限的，因此频率分集次数的所有可能取值也是有限的，即β∈{1,2,3,…,N}；对β取值区间的所有可能取值进行一维搜索，可以得到N组关于时隙长度与设备数量的最优解，即{T ^* ₁，M ^* ₁}，{T ^* ₂，M ^* ₂}，{T ^* ₃，M ^* ₃}，…，{T ^* _N，M ^* _N}，其中，这些最优解的下标对应其相应的频率分集次数取值；再从这些最优解中找出最大的用户设备数M _opt，则其对应的时隙长度最优解与频率分集次数最优解即为原始优化问题的最优解。

采用本发明所述方法进行数值仿真和结果分析

仿真所设置的系统参数如表1所示：

表1仿真参数

优化问题中时隙长度的取值范围下界T _min对最优解的取值也有影响。

图4展示了在时隙长度下界T _min的不同取值情况下，优化问题最优解的取值情况。由图可见，随着时隙长度下界的增大，时域复刻次数的最优解递减，频域复刻次数的最优解递增。

图5展示了在时隙长度下界T _min的不同取值情况下，时域复刻次数与频域复刻次数分别都取最优解时，可支持的用户设备数量取值。由图可知，随着时隙长度下界的增大，可支持的用户设备数量最大值降低；在接下来的实验仿真中取T _min＝0.1ms。

图6展现了在不同频域复刻次数与时域复刻次数下，系统可支持的用户设备的数量变化。由图可见，无论时域复刻次数取何值，随着频域复刻次数的增大，系统可支持的用户设备数量总是先增加后减少。一方面，频域复刻次数的增加，意味着在每个时隙内，用户设备可以选择的用于传输数据包副本的子信道数增加，这便会减小数据包之间发生碰撞的概率；而另一方面，由于每个设备所分配的最大传输功率是有限的，当频域复刻次数增加时，分配到每个子信道上的传输功率则会减小，从而导致在信道上发生的丢包率增大。当频域复刻次数较小时，碰撞概率减小的影响大于丢包率增大的影响，于是系统可支持设备数呈上升趋势；而当频域复刻次数增加到超过了某一个阈值，丢包率增大的影响成为了影响可支持设备数的主导因素，从而导致符合QoS要求的用户设备数量呈下降趋势。图6还表明了可支持设备数与时域复刻次数的关系。从图中不难看出，在一定范围内，时域复刻次数越多，系统可支持的用户设备数量越多。这是因为通过增加时域复刻次数，数据包之间的碰撞概率大大减小，从而使可支持用户设备大大增加。

图7展示了联合分集方案、仅时域复刻方案以及仅频域复刻方案分别取最优解的情况下，可支持设备数量与数据包到达率之间的关系，其中，联合方案的时域复刻次数为10，频域复刻次数为2；仅时域复刻方案中，频域复刻次数为1，时域复刻次数为10；仅频域复刻方案中，频域复刻次数为16，时域复刻次数为1；由图可知，当数据包到达率上升时，可支持的用户设备数量会随之减小。这是因为数据包到达率越高，用户设备被激活的概率就越大，需要发送数据包的设备数量越多，数据包之间发生碰撞的概率就越大，继而系统可支持的设备数量就越少。

图8展示了在联合分集方案、仅时域复刻方案以及仅频域复刻方案分别取最优解的情况下，可支持设备数量与共享子信道总数之间的关系。在保证每条子信道所分配的带宽不变的情况下，系统提供的共享子信道数越多，可支持的设备数量就越多。因为共享信道数越多，数据包选择不同子信道的概率就越大，数据包之间的碰撞概率就会越低，从而可支持设备数量就会增大。

由图不难看出，联合分集方案的性能增益最佳，仅时域复刻方案次之，仅频域复刻方案的性能增益最小。由此可见，本发明提出的联合分集方案的性能优势则主要来自于对时隙长度的优化以及数据包副本在每一个时隙内都可以随机选择不同的子信道进行数据包的传输。

综上所述，本发明提出的基于联合时频分集的免授权URLLC上行传输方案，不仅可以满足URLLC业务的时延与可靠性要求，还可以通过选择最优的数据包时域复刻次数与频域复刻次数，以最大化系统可支持的设备数量。

仿真结果表明：与现有方案相比，本发明所提方案不仅有效地保障了URLLC业务的服务质量要求，而且显著提升了系统可支持的用户设备数量，具有十分重要的现实意义与应用前景。

以上内容是对本发明的详细说明，不能认定本发明的仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

一种基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，建立数据包传输系统，所述数据包传输系统包括M个单天线的用户设备以及一个基站，所述基站配备N _t个天线，系统中设置有N个共享子信道；

S2，基于S1所建立的系统，将上行传输过程的总时延等分为Γ个时隙，每个时隙内，用户设备在系统提供的所有子信道中随机挑选若干个用以传输同一个数据包的副本；并且对所述数据包采用基于Slotted-Aloha协议和免授权传输模式；

S3，计算出在一个时隙内S2所述目标设备数据包传输失败的概率；

S4，同时满足URLLC时延要求与可靠性要求的条件下，最大化使S1所述系统所能支持的设备数量，并且求得与之相应的时间分集与频率分集次数的一系列最优解，通过所述最优解求出可支持设备的最大值。
根据权利要求1所述的基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，S1所述N个子信道上的瞬时信道增益相互独立，即，N个子信道的频率间隔超过信道相干带宽W _c；系统总带宽为W _max，分配给每个共享子信道的带宽为
每条共享子信道都是平坦衰落。
根据权利要求1所述的基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，S2中，数据包在瞬时信道增益大于或等于设定阈值的子信道上能传输成功，在信道瞬时增益小于该阈值的信道上，认为该数据包丢失，即，数据包在不与其他包发生碰撞，并且所选子信道的瞬时信道增益不小于所求信道增益阈值的情况下发送成功。
根据权利要求1所述的基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，S3中，其他任意一个用户设备不与目标数据包发生碰撞的概率为：

P ₀＝(1-P _ran)+P _ranP _acc

其中，P _acc为其他任意一个用户设备所发数据包不与目标数据包选择同一条子信道的概率；P _ran是在上行传输过程总时延中，每个设备的发包概率；

P _ran＝1-e ^-λ

其中，λ表示D ^u内到达的数据包数量，数据包平均到达间隔时间为μ，则

其他任意一个用户设备不与目标数据包发生碰撞的概率为：

P ₀＝(1-P _ran)+P _ranP _acc

其他所有用户设备发送数据包都不与目标数据包发生碰撞时，所述目标数据包便不会发生碰撞；所述不发生碰撞的概率为：

P _succ＝P ₀ ^M-1＝[(1-P _ran)+P _ranP _acc] ^M-1；

则得到在一个时隙中，目标数据包发生碰撞的概率，即为：
根据权利要求4所述的基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，在重复Γ个时隙中，目标UE传输失败的概率为：

其中，P ^FD为一个时隙中目标设备UE所发数据包的传输失败概率，
在一个时隙中，目标数据包发生碰撞的概率，P _t为数据包在某一个信道上的丢包概率。
根据权利要求5所述的基于联合时频分集的免授权上行传输方法，其特征在于，S4中，求得与之相应的时间分集与频率分集次数的最优解具体如下：

给定频率分集次数的取值，应用粒子群算法优化时隙的长度，根据时隙长度与时间分集次数的关系求解得到时间分集次数的最优解，并且求出对应的可支持设备的最大值；

将所述联合优化时间分集次数与频率分集次数转换为计算模型，具体如下：

T是每个时隙的长度，D ^u是上行传输过程的总时延，β表示频率分集次数，

将St.T∈[T _min,D ^u]作为约束条件确保求解过程中时隙长度不超出所述取值区间，
表示时间分集次数与时隙长度的关系，通过优化TTI的长度来约束时间分集的次数，

P≤1-P _rel

最终求得最优解T ^*，将所求得的对应的时间分集次数最优解表示为Γ ^*，将时间分集次数最优解对应的用户设备最大值表示为M ^*；

优化频率分集次数，β∈{1,2,3,…,N}；对β取值区间的所有可能取值进行一维搜索，得到N组关于时隙长度与设备数量的最优解，即{T ^* ₁，M ^* ₁}，{T ^* ₂，M ^* ₂}，{T ^* ₃，M ^* ₃}，…，{T ^* _N，M ^* _N}，从这些最优解中找出最大的用户设备数M _opt。