多业务场景下的低时延高可靠通信研究

作     者：张烨 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘元

授予年度：2023年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：多业务 低时延高可靠性 资源分配 

摘      要：近年来,第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)快速发展,物联网持续繁荣。5G技术的发展带来了许多新的应用场景,例如智能制造、自动驾驶、远程医疗等,这些场景对网络的可靠性和低延迟要求非常高,而低时延高可靠性技术(Ultra Reliable Low Latency Communications,URLLC)正是为此而生的技术。研究多业务场景下URLLC资源分配对5G发展的意义是非常重要的。可以帮助优化网络资源的使用,满足不同业务的需求,从而进一步推动5G技术的发展。本文考虑了多小区多业务免调度场景下URLLC的资源分配,及整合增强移动带宽(enhanced Mobile Broadband,e MBB)用户业务与URLLC用户业务资源分配。在满足多种业务URLLC传输速率的条件下,最少化时频资源块(Resource block,RB)的使用数目,以及在满足多种业务URLLC传输速率的条件下,最大化系统中e MBB用户传输速率的和。具体工作如下:第一,本文考虑的是一个多小区免授权的上行链路物联网(Internet of Things,Io T)网络,其中多种类型的超可靠和低延迟通信服务与硬性截止日期共存。提出了一个数学框架,用于在给定网络拓扑的情况下表征每个服务的丢包率(Packet loss rate,PLR)。特别地,我们导出了RB选择的冲突概率和成功解码概率的下界。此外,本文公式化并解决了受PLR约束的RB消耗最小化问题,并提出了一种有效的算法。数值结果表明,在超可靠的情况下,下界与模拟之间的差距很小,并且所提出的算法优于现有的基准方案。第二,本文考虑的是单小区不确定信道场景下,e MBB用户业务与URLLC用户业务共存的网络。由于信道的不确定性,时频资源块分配会受到影响,进而影响用户业务的传输速率。为了解决这一问题,本文提出了一种优化模型,将不确定信道带来的不确定性问题转化成确定性问题,从而最大化场景中所有用户的传输速率。本文提出了适用于该场景的三方匹配算法,将e MBB用户、URLLC用户和时频资源块进行分组匹配。通过对比试验,证明了本文提出的三方匹配算法的有效性。实验结果表明,本文的算法可以在满足URLLC用户业务要求的前提下,充分利用时频资源块,实现资源的高效利用。