[发明专利]基于SCMA免授权接入的多包接收业务质量优化方法

说明书

本发明公开了一种基于SCMA免授权接入的多包接收业务质量优化方法，其包括：通过单帧分析获得SCMA免授权接入模式下每一帧的总吞吐量；利用马尔可夫链对随机退避策略下的SCMA免授权接入进行稳态分析，获得免授权接入状态转移概率；根据总吞吐量和免授权接入状态转移概率获得时延限制下数据包传输的可靠性；根据时延限制下数据包传输的可靠性，利用改进的二分法优化MPR能力值，获得满足URLLC需求的MPR最佳能力值。本发明能够根据马尔可夫链导出的时延和可靠性能指标，在时延和可靠性约束下获得最优的MPR能力值K，实现资源利用率和可靠性的最优折中，减小了时延的同时增大了吞吐量。

技术领域

本发明涉及一种基于SCMA免授权接入的多包接收业务质量优化方法，属于非正交多址接入通信技术领域。

背景技术

在超可靠低延迟通信(URLLC)场景下，零星的小数据包传输模式需要授权调度，导致了高开销和延迟，使得通信效率低下。为解决此问题，可以采用免授权接入以减少信令的开销和延迟。免授权接入技术是低时延工业物联网的潜在促成因素，在免授权模式下，用户设备(User Equipment,UE)可以直接传输数据，而无需在传输之前请求调度授权。但在高负载情况下免授权接入也容易发生冲突，造成资源利用率下降，可靠性降低、时延增大等问题。因此，免授权接入只能在低到中等负载的场景下正常工作，当负载超过一定阈值时，碰撞概率增大，从而导致时延增大。

为了减少碰撞的影响，带来更低的时延、更高的吞吐量和可靠性，可以采用非正交多址接入技术(Non-orthogonal Multiple-access,NOMA)，将一个资源分配给多个用户。稀疏码分多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技术就是一种基于码本的非正交多址方案，通过向终端分配不同的码本来实现非正交多址访问。由于码本的稀疏特性，即使同时传输多个终端数据，SCMA通过消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)接收机仍然可以对重叠信号进行解码，并根据不同的导频序列，识别来自不同终端的数据。SCMA编码器将来自不同SCMA数据层的码字叠加在一起进行传输，并复用L个无线资源单元。通过SCMA编码器，J个用户的发送信号通过相应的调制扩频被映射到L个正交资源块上，形成多维码字，进一步通过每个用户的多维码字进行非正交传输，实现SCMA系统的资源复用，其复用用户数目就是MPR能力值K。由于每个资源块复用用户数目K与MPA算法复杂度成正比，因此要求K＜＜J。当复用用户数过大时，会产生碰撞，因此需要建立一个随机退避机制来降低碰撞概率，提高整个系统的传输效率。另外，多包接收能力虽然提高了资源利用率和吞吐量，但其实现却付出了多用户检测算法或硬件复杂度的代价，极大地增加了保证用户数据传输可靠性的难度，因此，如何设计一种能够控制算法或硬件复杂度的同时，最大化时延限制下可靠性的方案，是URLLC场景下SCMA免授权接入技术需要面临的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于SCMA免授权接入的多包接收业务质量优化方法，在URLLC场景下将免授权接入与SCMA相结合，根据马尔可夫链导出的时延和可靠性能指标，在时延和可靠性约束下获得最优的MPR能力值K，实现资源利用率和可靠性的最优折中，减小了时延的同时增大了吞吐量。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

本发明提出了基于SCMA免授权接入的多包接收业务质量优化方法，包括如下步骤：

通过单帧分析获得SCMA免授权接入模式下每一帧的总吞吐量；

利用马尔可夫链对随机退避策略下的SCMA免授权接入进行稳态分析，获得免授权接入状态转移概率；

根据总吞吐量和免授权接入状态转移概率计算SCMA免授权接入的碰撞概率和预期用户数量，并获得时延限制下数据包传输的可靠性；

根据时延限制下数据包传输的可靠性，利用改进的二分法优化MPR能力值，获得满足URLLC需求的MPR最佳能力值。