Н.А. Янковский1

1 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП)
(Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. Широкое распространение получили сотовые системы связи с большим числом пользовательских устройств, которые еще называют межмашинные коммуникации. Основными требованиями стандарта связи пятого поколения к данному виду коммуникаций являются обеспечение низкой задержки и высокая надежность передачи данных.

Цель. Разработать схемы передачи данных в восходящем канале связи, позволяющие снизить среднюю задержку при сохранении требований к надежности передачи.

Результаты. Предложена схема передачи данных, основанная на сетевом кодировании, для алгоритма двухэтапного случайного доступа в системах массовых межмашинных коммуникаций. Эффективность предложенного решения проверена с помощью имитационного моделирования. На основе численных результатов показано, что использование предложенной схемы позволяет значительно снизить задержку передачи сообщения в восходящем канале для всех рассматриваемых пользовательских устройств в соте; при этом усложнение процедуры декодирования позволило обеспечить более высокий уровень надежности передачи данных. Установлено, что схема обеспечивает лучшие ключевые показатели эффективности, выдвигаемые стандартом к данному виду сетей.

Практическая значимость. Полученные результаты помогут разработчикам систем связи планировать развертывания беспроводных централизованных сетей в промышленности.

Янковский Н.А. Использование сетевого кодирования для массовых межмашинных коммуникаций// Успехи современной радиоэлектроники. 2023. T. 77. № 8. С. 50–57. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202308-07

1. Shfi M., Molisch A. F., Smith P. J., Haustein T., Zhu P., Silva P. D., Tufvesson F., Benjebbour A., Wunder G. 5G: A tutorial overview of standards, trials, challenges, deployment, and practice // IEEE J. Selected Areas in Communications. June 2017. V. 35. P. 1201–1221.
2. Agiwal M., Roy A., Saxena N. Next generation 5G wireless networks: A comprehensive survey // IEEE Communications Surveys Tutorials. 2016. V. 18. № 3. P. 1617–1655.
3. Sutton G.J., Zeng J., Liu R.P., Ni W. & etc. Enabling technologies for ultra-reliable and low latency communications: From PHY and MAC layer perspectives // IEEE Communications Surveys Tutorials. 2019. V. 21. № 3. P. 2488–2524.
4. 3GPP, Study on physical layer enhancements for NR ultra-reliable and low latency case (URLLC) (release 16). 3GPP TR 38.824 V2.0.1, 2019.
5. 5G Americas, New services and applications with 5G ultra-reliable low-latency communication, 5G Americas, 2020. Available at: https://www.5gamericas.org/new-services-applications-with-5g-ultra-reliable-low-latency-communications/ (accessed 7 May 2022) (In English).
6. Popovski P., Stefanovic C., Nielsen J.J. & etc. Wireless access in ultra-reliable low-latency communication (URLLC) // IEEE Trans. Communications. 2019. V. 67. № 8. P. 5783–5801.
7. Bennis M., Debbah M., Poor H.V. Ultrareliable and low-latency wireless communication: Tail, risk, and scale // Proceedings of the IEEE. 2018. V. 106. № 10. P. 1834–1853.
8. Pokhrel S.R., Ding J., Park J., Park O.S., Choi J. Towards enabling critical mMTC: A review of URLLC within mMTC // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 131796–131813.
9. 3GPP TS 22.146, LTE. Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS). Stage 1 (Version 11.1.0 Release 11), 2013.
10. Wicker S.B. Error Control Systems for Digital Communication and Storage. Prentice Hall, 1995.
11. Lin S., Costello D. Error Control Coding: Fundamentals and Applications. Pearson-Prentice Hall, 2004, second ed.
12. Makki B., Svensson T., Caire G., Zorzi M. Fast HARQ over finite blocklength codes: A technique for low-latency reliable communication // IEEE Trans. Wireless Communications. 2019. V. 18. № 1. P. 194–209.
13. Strodthoff N., Goktepe B., Schierl T., Hellge C., Samek W. Enhanced machine learning techniques for early HARQ feedback prediction in 5G // IEEE J. Selected Areas in Communications. 2019. V. 37. № 11. P. 2573–2587.
14. 3GPP RP-181477. SID on physical layer enhancements for NR URLLC. Jun. 2018.
15. Pocovi G., Shariatmadari H., Berardinelli G., Pedersen K., Steiner J., Li Z. Achieving ultra-reliable low-latency communications: Challenges and envisioned system enhancements // IEEE Network, March 2018. V. 32. P. 8–15.
16. Moon S., Lee J.W. Performance Study of Repetition-Based Grant-Free Schemes in the mMTC Scenario // 34th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC). 2019. P. 1–2. Doi: 10.1109/ITC-CSCC.2019.8793363.
17. Karzand M., Leith D. J., Cloud J., Medard M. Design of FEC for low delay in 5G // IEEE J. Selected Areas in Communications, 2017. V. 35. № 8. P. 1783–1793.
18. Radio Resource Control (RRC) Protocol specification, document TS 38.331 V16.1.0, 3GPP, Sophia, Antipolis, France, Jul. 2018.
19. Jacobsen T., Abreu R., Berardinelli G., Pedersen K., Kovacs I.Z., Mogensen P. System level analysis of K-repetition for uplink grant-free URLLC in 5G NR // European Wireless 2019, 25th European Wireless Conf., May 2019. P. 1–5.
20. Liu Y., Deng Y., Elkashlan M., Nallanathan A., Karagiannidis G.K. Analyzing Grant-Free Access for URLLC Service // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. March 2021. V. 39. № 3. P. 741–755. Doi: 10.1109/JSAC.2020.3018822.