海量接入技术中的 免调度接入方式介绍

免调度接入Grant-Free Access核心思想是“到达即转发”。终端设备在有数据要发送时无需先向基站请求资源发送调度请求并等待授权可直接在预先配置好的资源上进行数据传输。它与传统“先申请、后使用”的调度接入方式截然不同旨在解决海量连接场景下的信令开销、功耗和时延瓶颈。 免调度 vs. 传统调度一图看懂区别特性免调度接入 (Grant-Free)传统调度接入 (Grant-Based)核心流程“到达即转发”终端有数据直接发送。“先申请后使用”终端需先申请等待基站授权后再发送。信令开销极低。省去了申请与授权的交互流程。高。每次传输都伴随完整的申请-授权信令交互。传输时延非常低。无需等待调度可实现数据即时发送。较高。引入了调度请求和授权等待的往返时间RTT。终端功耗低。简化流程终端可“发完即睡”。高。需频繁监听信道、收发信令增加了功耗。资源效率高。资源可被多个终端共享适合突发小包。低。资源通过调度专用适合持续大流量但在海量终端场景下效率低。主要挑战冲突与碰撞。多个终端同时发送易产生冲突需依赖先进技术解决。信令风暴与拥塞。海量终端同时申请资源易导致网络过载和接入失败。⚙️ 两种主要的免调度实现方式5G NR标准主要定义了两种免调度/免授权Grant-Free传输方式以适应不同业务需求。Type 1 (纯RRC配置)所有传输参数如周期、频域资源、调制编码方案等都通过无线资源控制RRC信令一次性配置给终端。终端收到配置后即可在指定资源上随时发送数据。这种方式配置简单但灵活性稍差适合业务特性非常稳定的场景。Type 2 (RRC配置 DCI激活)同样通过RRC信令配置参数但资源并非立即可用需要基站通过下行控制信息DCI来“激活”。DCI也可以用来“去激活”该资源。这种方式比Type 1更灵活基站可以根据网络状况动态控制免调度资源的使用。 为何需要免调度——核心应用场景免调度接入主要面向5G的三大应用场景中的两个海量机器类通信mMTC这是免调度接入最主要的应用场景。mMTC场景下可能存在每平方公里百万级的终端如传感器、智能仪表它们的特点是数量巨大。数据包小且发送不频繁稀疏小数据传输。对功耗极其敏感要求电池续航达数年甚至十年。传统调度方式会因海量终端的信令交互引发“信令风暴”而免调度接入完美契合了其低功耗、小数据、突发性的特点。超可靠低时延通信URLLC工业自动化、远程医疗等URLLC业务要求毫秒级的空口时延和99.999%的可靠性。免调度接入省去了调度请求和授权的握手时间是满足其超低时延要求的关键技术之一。 关键技术如何解决“冲突”问题当海量终端“想发就发”时冲突在所难免。为此免调度接入通常与以下技术结合非正交多址接入NOMA允许多个终端在相同的时频资源上传输。通过为每个用户分配不同的码字如MUSA技术中的复数域多元码序列来区分彼此。接收端则利用串行干扰消除SIC等复杂算法来区分和检测不同用户信号。先进的接收机算法基站需要强大的接收机来处理冲突和干扰包括活跃用户检测首先判断有哪些终端在发送数据。信道估计估计每个活跃用户的信道状态。多用户检测从叠加的信号中分离并解调出每个用户的数据。人工智能AI赋能利用AI强大的数据特征提取能力可以优化收发机算法更有效地降低用户碰撞概率并提升用户识别和碰撞数据恢复的能力。⚠️ 挑战与展望尽管优势明显免调度接入也面临挑战用户识别在没有调度信令的情况下基站需要可靠地识别出每个数据包的发送者。干扰管理海量终端的非正交传输会带来复杂的干扰问题对接收机算法提出了很高要求。资源碰撞虽然NOMA等技术能缓解但高负载下碰撞概率依然会增加影响系统性能。未来免调度接入技术会持续演进并与更智能的算法结合以支撑6G时代更大规模、更多样化的物联网连接需求。