[发明专利]基于鞅变换模型实现URLLC的免授权NOMA方法

说明书

本发明涉及一种基于鞅变换模型实现URLLC的免授权NOMA方法，该方法包括下述步骤：基于压缩感知理论实现NOMA系统活跃终端数估计，解码多终端叠加信号；抽象干扰图，求解传输状态下终端的信干噪比，根据中断概率分布，求解MAC‑PHY联合可达传输速率；基于服务鞅理论针对多用户上行NOMA系统满足高可靠低时延的时延和可靠性联合分析方法，求解各终端的时延违反概率；以系统能源效率最大为优化目标，时延可靠性要求为约束，终端发射功率和接入概率为优化变量，求解终端发射功率和接入概率最优值。本发明能够缓解多用户上行免授权调度碰撞问题，实现URLLC严格的QoS保障，提高频谱效率及系统能源效率。

技术领域

本发明涉及一种基于鞅变换模型保障高可靠、低时延通信(URLLC)的免授权非正交多址接入(NOMA)方法，属于无线网络随机接入领域。

背景技术

高可靠低时延通信(URLLC)是5G三大核心应用场景之一，主要用于承载工业自动化、自动驾驶及远程医疗等业务。这些业务对时延及可靠性提出了更高的要求，在1毫秒的时延界下实现至少99.999％的高可靠传输。

考虑到URLLC业务的短包和偶发特性，3GPP组织在“TR 38.802V14.2.0”技术报告中提出承载上行URLLC业务的终端推荐采用免授权(Grant-free)传输方式。免授权接入的特点是没有资源申请和分配等消息开销，可大大降低信令交互所产生的时延。然而，免授权接入虽然有利于改进时延和能量效率特性，但不可避免会发生多终端同时接入而产生碰撞的情况。NOMA技术可以支持多个终端占用相同的频带资源传输数据，缓解免授权传输的碰撞问题。然而，现有NOMA技术无法在毫秒量级内实现99.999％的可靠性，无法承载URLLC。在5G时代，亟需新的可靠性-时延服务质量(QoS)分析和保障理论，为URLLC的研发奠定基础。

时延QoS约束下的免授权NOMA算法精确度对所使用的支撑理论具有极高的要求。在网络性能分析问题中，排队论是经典的理论工具。基于排队论，鞅论以一种全新的视角建模分析时延QoS性能界，为可靠性及时延分析提供紧致的界。结合排队论与鞅论，将数据包的通信过程建模为排队系统，分别求解到达鞅及服务鞅参数，从而构建出可靠性-时延性能函数。排队论与鞅论为高可靠低时延要求下免授权NOMA算法的设计提供了理论支撑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于鞅变换模型实现URLLC的免授权NOMA方法，该方法能够缓解多用户上行免授权调度碰撞问题，实现URLLC严格的QoS保障，提高频谱效率及系统能源效率。

为了解决上述技术问题，本发明的基于鞅变换模型实现URLLC的免授权NOMA方法包括下述步骤：

步骤1)基于压缩感知理论估计NOMA系统中活跃终端数g，计算RIP参数λ；若0＜λ＜1，采用基于压缩感知的MMSE-SIC多用户信号检测算法，按照各终端的信干噪比降序排列依次估计信道矩阵，从多终端叠加的信号中求解各终端发射的信号；反之，采用基本的SIC多用户信号检测算法，按照各终端的信号功率降序排列依次从叠加的信号中求解各终端发射的信号；

步骤2)所述NOMA系统采用有限块长的短包传输，在NOMA系统联合考虑MAC层和物理层机制的信干噪比统计特性下分析NOMA免授权接入系统跨层的短包可达传输速率；方法如下：