在通信网络中进行半持久调度的系统、设备和方法与流程

本发明总体上致力于用于在通信网络中进行半持久调度(semi-persistentscheduling)的系统、设备和方法，并且具体关于专用和本地第五代(5g)网络中的针对低等待时间和高可靠性传输的半持久调度方案。

背景技术：

1、在迎合多个装置的几乎每一种通信系统中，支持全双工通信的资源可用性都是有限的。一些通信系统在可用于布置的资源较少的情况下利用多址技术来服务多个用户。当前可用的多址技术的一个重要方面是调度用于通信的装置。在传统的调度方案中，根据用户的数据要求和信道状态来指派资源。这涉及在向装置指派用于通信的资源之前执行一系列复杂的步骤，并且这样的步骤在总体通信过程中导致显著的延迟。因此，除了不适合之外，这种通信系统还对依赖于时间敏感通信的应用的开发起到阻碍作用。因此，需要一种适合于时间敏感和相关的关键任务应用的鲁棒调度方案。

技术实现思路

1、本公开的实施方式基于这样的实现，即，如果装置具有要发送数据的数据，那么它必须首先从基站(bs)接收测量配置，以使该装置可以向bs发送用于上行链路信道测量的参考信号。此时，装置需要向bs发送调度请求指示符(sri)，请求用于上行链路传输的无线资源。基于所测量的上行链路信道状态和用户的请求，bs对所有用户进行调度，并且通过在物理下行链路控制信道(pdcch)上发送的调度信令，来将调度结果通知给这些用户。一些实施方式基于这样的实现，即，为了适应无线环境的变化，调度应当非常频繁地进行和更新。一些实施方式基于这样的实现，即，由于时间敏感网络的几个特殊特性，因此依赖于一系列前述复杂系统过程的传统调度方法在诸如专用和本地第五代(5g)通信的时间敏感网络应用中可能是不适用的。

2、一些实施方式基于这样的实现，即，网络可以是其中在由网络连接的装置之间发生短但频繁的通信的工业设置的一部分。一些实施方式基于这样的实现，即，时常发送的数据可以是短消息(诸如机器控制命令、传感器信息、以及健康护理数据)，它们仅由很少的数据组成，同时需要周期性地和频繁地发送。一些实施方式基于这样的实现，即，一些消息可能是延迟敏感的，它们具有预定义的寿命，并且如果它们的寿命到期则这些消息将会过期。

3、一些实施方式基于这样的实现，即，众多用户可以在专用网络中共存。例如，在工业环境中，可能需要由专用5g网络来支持大量工业物联网(iiot)装置。一些实施方式基于这样的实现，即，对于工业自动化，例如，运动控制、低等待时间、高可靠性、以及确定性是关键的服务质量(qos)要求。

4、前述实现得出的结论是，传统的调度方案由于两个主要技术问题而不能支持专用和本地5g网络。首先，如果应用依赖于复杂系统过程的传统调度，那么具有大量频繁短消息的众多用户将导致系统的巨大负担和开销。第二，在传统调度中，众多用户和大量消息可能延长信号处理和计算的时间，从而导致长延迟并使延迟敏感消息到期。显然，用于sps的传统方法因无法根据准确和瞬时的信道状态来分配无线资源而不提供可靠性。

5、本公开的一些实施方式旨在重新设计针对具有许可频带的专用和本地5g网络的调度过程。对此，一些实施方式提供了一种用于低等待时间和高可靠性的上行链路传输的半持久调度(sps)方案，以使得能够对专用5g用户进行“免授权”和立即上行链路接入。为了真正支持时间敏感通信，本公开的一些实施方式在sps的可靠性改进上提供了增强的清晰度(clarity)。一些实施方式致力于对重新设计的sps方案的技术细节设计，以及旨在提高可靠性的调度算法。

6、根据一些实施方式，代替在各个子帧中重新调度sps信道，可以限定由多个子帧组成的被称为sps时段的最小调度时间单位。用户设备(ue)使用相同的所分配和保留的无线资源来在sps时段内进行上行链路传输。通过这种方式，如果也是ue的专用5g装置具有需要发送的消息，那么它可以立即访问其所分配的sps信道以发送数据，而无需等待基站(bs)的调度。这减少了上行链路传输的等待时间。另外，由于不需要支持频繁和瞬时资源分配的复杂系统过程，因此专用5g bs和用户两者的系统过程在低操作复杂度的情况下变得更加高效。

7、因此，为了增强所提出的sps在无线环境变化上的可靠性，本发明的实施方式利用基于sps时段内专用5g用户的距离分布的以下两个步骤。

8、一些实施方式利用用于专用5g用户的距离分布的推导的随机几何形状。首先，考虑sps时段中的潜在信道状态和风险而不是仅考虑当前信道状态，适当地选择调制和编码方案(mcs)。第二，使用所选择的mcs以及sps信道上的数据期望值(expectation)，来执行针对可靠性改进、公平性保证、以及数据速率最大化的sps优化过程。

9、一些实施方式提供了一种用于本地和专用5g网络的上行链路传输的sps方案，使得能够对专用5g装置进行“免授权”和立即上行链路接入。根据一些示例实施方式，代替在各个子帧(例如，1ms)中重新调度sps信道，可以将sps信道调度的最小时间单位选择为由多个子帧组成的sps时段。例如，sps时段可以包括1000个子帧，每子帧1ms，从而使sps时段为1s。同样地，在sps时段内，用户可以使用相同的无线资源来进行上行链路传输。通过这种方式，如果ue具有需要发送的消息，那么它可以立即访问其所分配/保留的sps信道以发送数据，而无需等待基站的调度。因此，一些示例实施方式减少了上行链路传输的等待时间。由于不再要求支持诸如周期性和频繁(frequency)的信道测量、资源分配、以及信令交换的瞬时资源分配的复杂系统过程，因此一些示例实施方式还导致专用5g基站和用户两者的系统过程在低操作复杂度的情况下变得更加高效。

10、一些示例实施方式考虑专用5g用户(类似地，ue)的移动范围及其对数据速率的期望值，以提高可靠性。利用所考虑的移动范围，调度系统(例如，bs)不仅考虑当前信道状态，而且考虑下一sps时段中的可能信道状态，以使向各个用户调度足够的sps信道资源，以便覆盖下一sps时段中的所有可能信道状态情形并且保证传输可靠性。

11、一些示例实施方式提供了一种用于在专用5g网络中进行基于半持久调度(sps)的资源分配的方法。所述方法包括以下步骤：在专用5g网络中的多个用户设备(ue)的相应当前通信时段的最后一个子帧中接收所述多个ue的位置数据。所述方法还包括以下步骤：基于所述多个ue的相应位置数据，确定在所述多个ue中的候选ue的后续通信时段中所述多个ue的距离分布。至少部分地基于所述多个ue的距离分布，确定针对后续通信时段的所述多个ue的信噪比(snr)期望值。snr期望值限定在后续通信时段中要由一个或更多个sps信道承载的数据量。所述用于进行基于sps的资源分配的方法还包括以下步骤：求解对在后续通信时段中要由一个或更多个sps信道中的各个sps信道承载的数据的期望值进行优化的优化问题，以获得所述一个或更多个sps信道中的各个sps信道的调度结果。所述方法还包括以下步骤：基于调度结果来生成候选ue的资源分配数据；以及向候选ue发送资源分配数据以用于上行链路通信。

12、一些示例实施方式提供了一种用于在专用5g网络中进行基于半持久调度(sps)的资源分配的通信设备，该通信设备包括电路，该电路被配置成在专用5g网络中的多个用户设备(ue)的相应当前通信时段的最后一个子帧中接收所述多个ue的位置数据。该电路还被配置成基于所述多个ue的相应位置数据，确定在所述多个ue中的候选ue的后续通信时段中多个ue的距离分布。该电路还被配置成至少部分地基于所述多个ue的距离分布，确定针对后续通信时段的所述多个ue的信噪比(snr)期望值，该snr期望值还限定在后续通信时段中要由一个或更多个sps信道承载的数据量。该电路还被配置成求解对在后续通信时段中要由一个或更多个sps信道中的各个sps信道承载的数据的期望值进行优化的优化问题，以获得所述一个或更多个sps信道中的各个sps信道的调度结果；基于调度结果来生成候选ue的资源分配数据；以及向候选ue发送资源分配数据以用于上行链路通信。

13、本公开的另一实施方式提供了一种具体实施有可通过计算机执行的程序的非暂时性计算机可读存储介质，该程序用于执行一种用于在专用5g网络中进行基于半持久调度(sps)的资源分配的方法。所述方法包括以下步骤：在专用5g网络中的多个用户设备(ue)的相应当前通信时段的最后一个子帧中接收所述多个ue的位置数据。所述方法还包括以下步骤：基于所述多个ue的相应位置数据，确定在所述多个ue中的候选ue的后续通信时段中所述多个ue的距离分布。至少部分地基于所述多个ue的距离分布，针对后续通信时段来确定所述多个ue的信噪比(snr)期望值。该snr期望值还限定在后续通信时段中要由一个或更多个sps信道承载的数据量。所述用于进行基于sps的资源分配的方法还包括以下步骤：求解对在后续通信时段中要由一个或更多个sps信道中的各个sps信道承载的数据的期望值进行优化的优化问题，以获得所述一个或更多个sps信道中的各个sps信道的调度结果。所述方法还包括以下步骤：基于调度结果来生成候选ue的资源分配数据；以及向候选ue发送资源分配数据以用于上行链路通信。

14、一些示例实施方式还提供了一种用于在专用5g网络中的通信装置与基站之间通信的方法。该通信装置和基站具有在其间被限定为最小调度时段的传输的基本时段。所述方法包括以下步骤：在通信装置的当前通信时段的最后一个子帧中发送该通信装置的位置数据；接收包括用于通信装置的一个或更多个后续通信时段的传输时段加宽因子的资源分配数据，其中，该传输时段加宽因子限定传输的基本时段的加宽；以及基于传输时段加宽因子以及传输的基本时段，来将半持久调度(sps)时段计算为后续通信时段。所述方法还包括以下步骤：基于资源分配数据和sps时段来执行上行链路通信。

15、一些示例实施方式还提供了一种用于在专用5g网络中与基站通信的通信设备。该通信设备和基站具有在其间被限定为最小调度时段的传输的基本时段。该通信设备包括电路，该电路被配置成：在通信装置的当前通信时段的最后一个子帧中发送该通信装置的位置数据；接收包括传输时段加宽因子的资源分配数据，其中，该传输时段加宽因子限定传输的基本时段的加宽；以及基于传输时段加宽因子以及传输的基本时段，来将半持久调度(sps)时段计算为后续通信时段。该电路还被配置成基于资源分配数据和sps时段来执行上行链路通信。

16、本公开的另一实施方式提供了一种具体实施有可通过计算机执行的程序的非暂时性计算机可读存储介质，该程序用于执行一种用于在专用5g网络中的通信装置与基站之间通信的方法。该通信装置和基站具有在其间被限定为最小调度时段的传输的基本时段。所述方法包括以下步骤：在通信装置的当前通信时段的最后一个子帧中发送该通信装置的位置数据；接收包括传输时段加宽因子的资源分配数据，其中，该传输时段加宽因子限定传输的基本时段的加宽；以及基于传输时段加宽因子以及传输的基本时段，来将半持久调度(sps)时段计算为后续通信时段。所述方法还包括以下步骤：基于资源分配数据和sps时段来执行上行链路通信。

17、一些示例实施方式提供了利用真实的时间敏感网络(tsn)来实现应用的途径和机会。例如，在工业设置的背景下，示例实施方式以对基础工业过程无害的方式，来帮助调度过多的相互依赖和互连的装置的通信。通过考虑与网络中的用户的相应位置相对应的移动区域报告，本公开的示例实施方式帮助实现用户之间的无缝连接性。

18、如上所提到的，示例实施方式提供了一种支持传统网络无法支持的应用的tsn网络，而在传统网络中，需要每sps时段来重新调度传输。这些特征的一些优点和益处是可以增加网络容量，从而解决当今对更快联网速度的日益增长的需求。

19、例如，voip解决方案和视频聊天应用是当今商业和我们的个人生活，以及已经成为主流爱好的在线多人游戏的一部分。为了实现这些应用，以越来越庞大的速率在线交换大量数据。数据传输中的延迟(即，等待时间)可能对用户体验具有巨大影响。本公开的方法和系统可以提供为满足当今商业和消费者的所需高网络容量要求而要求的容量。

20、因此，使用示例调度方案实现的通信装置、系统、以及网络可以表现出优于常规技术的显著改进。按照示例性调度方案执行通信的用户设备可以以减少的延迟来执行数据通信，从而支持新的应用，否则该新的应用将要求有线或其它专用连接手段。实现示例性调度方案的基站将不必重复地和经常地重新调度装置，从而减少了计算负担以及增加了每次迎合更多装置的容量。

21、参照附图，对当前公开的实施方式进行进一步阐释。所示附图不一定是按比例的，相反，要强调的是，通常被置于例示目前所公开实施方式的原理之下。