[發明專利]一種基于重復和重傳的窄帶物聯網覆蓋增強分析方法

有效

• 申請號: 202011361844.0
• 申請日: 2020-11-28
• 公開（公告）號: CN112492625B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 李鵬;張藝涵;王世謙;馮文江;蒲丹;劉湘蒞;李慧旋;鄭永樂;楊萌;謝安邦
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司經濟技術研究院;國家電網有限公司;重慶大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/10;H04W74/08;H04B17/336;H04B17/382
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

1.一種基于重復和重傳的窄帶物聯網覆蓋增強分析方法，其特征在于，其步驟如下：

步驟一：構建基于隨機幾何的前導碼檢測概率模型，并計算終端采用前導碼重復傳輸的檢測概率；

所述終端采用前導碼重復傳輸的檢測概率的計算方法為：

S1.1、設定在窄帶物聯網中基站和終端的數量和位置不變，基站與終端間的傳輸路徑損耗采用冪律模型R^-α，其中，R為終端與基站之間的傳輸距離，α為路徑損耗指數；

S1.2、計算在每個時隙下基站對前導碼的接收信干噪比γ：

其中，P_r＝ρgR^-α為基站對前導碼的接收功率，σ²為加性噪聲功率，為小區內干擾終端集合產生的干擾功率，ρ為固定功率，g為目標終端與基站之間的信道增益，g_i為干擾終端z_i與基站之間的信道增益，Z＝{z_i|i＝1,2,…,k}表示小區內干擾終端集合，D_i為干擾終端z_i到基站的距離；

S1.3、計算終端與基站之間傳輸距離R的概率密度函數f_R(r)：

其中，r為傳輸半徑，λ表示終端密度；

S1.4、根據目標終端與基站之間的信道增益g服從單位均值的指數分布，計算基站對前導碼的檢測概率：

其中，L_z(Tr^αρ^-1)表示干擾終端集合的拉普拉斯變換，T為基站預定的檢測閾值，令s＝Tr^αρ^-1，利用信道增益的獨立性和隨機集合的概率母函數可得：

其中，表示干擾終端z_i到基站的距離D_i的期望，表示干擾終端z_i與基站之間的信道增益g_i的期望；

S1.5、干擾終端z_i與基站之間的信道增益g_i服從單位均值的指數分布，令t＝(D_i/r)²，概率母函數表示為：

S1.6、將加性噪聲功率置為0，即σ²＝0，則基站對前導碼的檢測概率轉化為：

S1.7、根據基站對前導碼的檢測概率p_c計算終端采用前導碼重復傳輸的檢測概率：

p_cd＝1-(1-p_c)p_ε

其中，p_ε＝e^-(N-1)表示綜合考慮基站捕獲效應或接收機靈敏度時前導碼重復傳輸N次對檢測失敗概率的減少因子；

步驟二：構建基于多頻段多信道時隙ALOHA的沖突概率模型，并計算終端對信道的競爭成功概率；

所述終端對信道的競爭成功概率的計算方法為：

S2.1、計算窄帶物聯網中第j個時隙進行第n次接入嘗試競爭成功的終端數S_j[n]：

其中，M_j[n]表示在第j個時隙內進行第n次接入嘗試的終端數，1≤n≤r_max,G，r_max,G表示在所有頻段允許的最大重傳次數，表示基站可用信道，B表示頻段數，S_b表示基站為頻段b預留的可用信道數；則單個時隙內終端對信道的競爭成功概率p_u為：

S2.2、令將單個時隙內終端對信道的競爭成功概率p_u轉化為：

p_u＝e^-M/s′；

步驟三：利用終端采用前導碼重復傳輸的檢測概率和終端對信道的競爭成功概率導出終端的隨機接入成功率和平均接入時延；

所述終端的隨機接入成功率為：

將終端采用前導碼重復傳輸的檢測概率與單個時隙內終端對信道的競爭成功概率p_u相結合，得到終端的隨機接入成功率p_p：

根據終端的隨機接入成功率p_p計算最大重傳次數下的隨機接入成功率p_s：

所述終端的平均接入時延為：

將終端發起一次隨機接入請求的時延T_delay表示為：

T_delay＝nprach_StartTime+T_start+T_r′

其中，nprach_StartTime表示起始子幀位置，T_start表示終端決定接入網絡到開始隨機接入過程的準備時間，T_r′＝r′×[(N×T_preamble)+T_wait+T_RWS]+[(r′-1)×T_int]表示重傳引起的時延，r′表示重傳次數，1≤r′≤r_max，G，T_preamble表示前導碼持續時間，T_wait表示從前導碼傳輸結束到響應時間窗口開啟之間的等待時間，T_RWS表示響應時間窗口大小，T_int表示兩次隨機接入請求的時間間隔；

計算重傳引起的時延T_r′的平均值E(T_r′)：

根據重傳引起的時延T_r′的平均值E(T_r′)計算終端的平均接入時延：

步驟四：針對窄帶物聯網劃分的3個覆蓋類別，分別通過終端采用前導碼重復傳輸的檢測概率、終端的隨機接入成功率和平均接入時延對重復和重傳的性能進行仿真分析，檢測概率隨前導碼重復次數的增加而增加，隨機接入成功率隨重傳次數和可用信道數量的增加而增加，在極端惡劣的應用場景，平均接入時延也能滿足規定的最大可容忍延遲要求。