基于定时提前信息的导频随机接入方法技术

本发明专利技术提出了一种基于定时提前信息的导频随机接入方法，用于解决现有导频随机接入方法中存在的系统负载较大时成功接入用户数低的技术问题，包括如下步骤：1量化用户传播时延和小区半径；2用户选择导频序列；3用户发送加循环前缀后导频序列和身份识别码；4基站发送导频随机接入响应信息；5用户判断其是否满足定时提前信息要求，若是，执行步骤6，否则，导频随机接入结束；6最强用户重新发送导频序列和身份识别码；7基站发送冲突解决信息。本发明专利技术在系统负载较大时，成功接入用户数高，可用于缓解大规模MIMO系统下的导频污染问题。

Pilot random access method based on timing advance information

The invention provides a pilot random access method based on timing information, for the problem of larger system to solve the existing pilot random access method in load when the number of users of low success, which comprises the following steps: 1 to quantify user propagation delay and cell radius; 2 user selected pilot sequence; frequency sequence and guide users to send 3 identification code and cyclic prefix; 4 base station transmitting pilot random access response information; 5 users determine whether it satisfies the requirements of timing information, if otherwise, step 6, random access node, the pilot beam; the 6 strongest users to send pilot sequences and 7 base station identification code; send information to solve conflicts. The invention has a high number of users when the system load is large, and can be used to alleviate the pilot pollution problem in large-scale MIMO system.

【技术实现步骤摘要】
基于定时提前信息的导频随机接入方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种导频随机接入方法，具体涉及一种基于定时提前信息的导频随机接入方法，可用于缓解大规模多输入多输出系统下的导频污染问题。
技术介绍
多输入多输出(multiple-inputmultiple-output,MIMO)技术是指在在发送端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，充分利用空间资源，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，提高系统信道容量。大规模MIMO技术是基于MIMO技术的改进，通过在基站端配置几十，甚至几百根天线，获得优于MIMO技术的频谱利用率、数据速率和能量效率。在针对H2H(HumantoHuman)用户的大规模MIMO系统中，可以为每个用户分配一个导频，导频的正交性使得基站可以准确估计出用户到基站的信道参数。但是，在M2M(MachinetoMachine)场景下，小区内MTC(MachineTypeCommunication)用户数量远大于H2H用户数，此时采用传统导频分配方法进行信道估计将不再适用。因此，在网络拥挤情况下，可以采用随机接入机制分配导频。这种方式可在一定程度上解决导频短缺问题，但也会存在多个用户同时选择相同导频的情况，从而造成导频污染。为了解决导频污染问题，J.H.等人在“CodedPilotAccess:ARandomAccessSolutionforMassiveMIMOSystems”提出了一种基于编码的导频随机接入方法，在该方法中用户将相同数据信息在多个时隙中发送，然后在基站端使用迭代干扰抵消算法估计不同用户的发送信息，但由于该算法需结合多个时隙的接收数据进行译码，因此不适用于低时延场景。Emil等人在“RandomAccessProtocolforMassiveMIMO:Strongest-UserCollisionResolution(SUCR)”中提出最强用户冲突解决(Strongest-UserCollisionResolution,SUCR)方法，其主要步骤为：首先，用户随机选择导频序列，并发送至基站端；然后，计算预编码矩阵，并将该预编码矩阵作为导频随机接入响应信息发送给用户；其次，用户根据预编码矩阵估计总信号增益，并判断该增益值是否不小于用户自身的信号增益值，若是，则用户重新发送导频序列和身份识别码，否则该用户导频随机接入失败；最后，基站向成功用户下发冲突解决信息。在该方案中，通过基站与用户之间的相互协作，在已经产生碰撞的用户中选出最强用户后，然后在最强用户之间竞争导频序列，提高了导频利用率。但随着竞争同一导频设备数目的增长，其冲突解决能力逐渐降低，因此在系统负载较高时，成功接入用户数低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于定时提前信息的导频随机接入方法，用于解决现有导频随机接入方法中存在的系统负载较大时成功接入用户数低的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案，包括如下步骤：(1)采用16f对小区内所有用户的传播时延进行量化，得到所有用户的定时提前信息Ω，且Ω＝[T1,T2,...,Tk,...,TU]，同时采用16cf对小区半径进行量化，得到不同的量化区间及量化区间编号n，且n＝1,2,...,Q，其中，f表示LTE系统的最小时间单位，k表示小区内的用户编号，且k＝1,2,...,U，U表示小区内的用户总数，Tk表示用户k的定时提前信息，c表示光速，n表示量化区间编号，Q表示半径为W的小区的最大量化区间编号；(2)所有用户在导频序列池中分别随机选择一个导频序列，得到所有用户的导频序列Φ＝[ψL(1),ψL(2),...,ψL(k),...,ψL(U)]，其中，L(k)表示任意用户k选择的导频序列编号，且L(k)＝1,2,...,Z，Z表示导频序列池中导频序列总数，ψL(k)表示第L(k)个导频序列；(3)所有用户在各自选出的导频序列头部添加循环前缀，并将添加了循环前缀的导频序列和身份识别码向外发送，所有用户发送的添加了循环前缀的导频序列和身份识别码在信道中叠加，形成导频信息Y和身份信息G；(4)基站接收导频信息Y和身份信息G，再利用该两个信息计算导频随机接入响应信息并向外发送，实现步骤为：(4a)基站接收导频信息Y，并计算信道响应矩阵g；(4b)设置门限值γ；(4c)基站根据信道响应矩阵g，对各导频序列在各量化区间内被用户选择的次数进行检测，检测方法为：首先，利用信道响应矩阵g，计算信道增益矩阵Δ，然后，判断信道增益矩阵Δ中的元素Δn,m是否小于门限值γ，若是，则量化区间n内没有用户选择导频序列ψm，否则，将信道响应矩阵g中的元素gn,m与身份信息G相乘，得到身份信息估计值E，最后，判断是否可以在所有用户的身份识别码中查找到身份信息估计值E，若是，则量化区间n内只有一个用户选择导频序列ψm，否则，则量化区间n内有多于一个用户选择导频序列ψm，其中，m表示导频序列编号，且m＝1,2,...,Z，ψm表示第m个导频序列，Δn,m表示量化区间n内选择导频序列ψm的用户的信道增益和，gn,m表示量化区间n内选择导频序列ψm的用户的信道响应和；(4d)基站根据检测出的各导频序列在各量化区间内被用户选择的次数，对各量化区间进行分类，得到各导频序列的单用户量化区间集合、多用户量化区间集合和零用户量化区间集合，对于任意导频序列ψm的单用户量化区间集合多用户量化区间集合和零用户量化区间集合的分类规则如下：在所有量化区间中，查找只有一个用户选择导频序列ψm的量化区间，并将该量化区间编号归类于导频序列ψm的单用户量化区间集合在所有量化区间中，查找有多于一个用户选择导频序列ψm的量化区间，并将该量化区间编号归类于导频序列ψm的多用户量化区间集合在所有量化区间中，查找没有用户选择导频序列ψm的量化区间，并将该量化区间编号归类于导频序列ψm的零用户量化区间集合(4e)基站根据得到各导频序列的单用户量化区间集合、多用户量化区间集合和零用户量化区间集合，为所有导频序列选择定时提前信息TA＝[TA1,TA2,...,TAm,...,TAZ]，其中，TAm表示导频序列ψm的定时提前信息，选择规则如下：当导频序列ψm的单用户量化区间集合不为空时，则从该集合中随机选择；当导频序列ψm的单用户量化区间集合为空且导频序列ψm的多用户量化区间集合不为空时，则从导频序列ψm的多用户量化区间集合中随机选择；当导频序列ψm的单用户量化区间集合和导频序列ψm的多用户量化区间集合均为空时，则从导频序列ψm的零用户量化区间集合中随机选择；(4f)基站根据选出的定时提前信息TA，计算所有导频序列的信道估计值y；(4g)基站利用计算出的信道估计值y，计算预编码矩阵V；(4h)基站将步骤(4e)中选出的定时提前信息TA和步骤(4g)中计算出的预编码矩阵V作为导频随机接入响应信息，并将该信息向外发送；(5)所有用户根据接收到的导频随机接入响应信息，判断自身是否满足定时提前信息要求，若是，则执行步骤(6)，否则，该用户导频随机接入结束；(6)根据SUCR方法，判断满足定时提前信息要求的用户是否为最强用户，若是，则该用户重新发送导频序列和身份识别码，否则，该用户导频随机接入结束，所有重新发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于定时提前信息的导频随机接入方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用16f对小区内所有用户的传播时延进行量化，得到所有用户的定时提前信息Ω，且Ω＝[T

【技术特征摘要】
1.一种基于定时提前信息的导频随机接入方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用16f对小区内所有用户的传播时延进行量化，得到所有用户的定时提前信息Ω，且Ω＝[T1,T2,...,Tk,...,TU]，同时采用16cf对小区半径进行量化，得到不同的量化区间及量化区间编号n，且n＝1,2,...,Q，其中，f表示LTE系统的最小时间单位，k表示小区内的用户编号，且k＝1,2,...,U，U表示小区内的用户总数，Tk表示用户k的定时提前信息，c表示光速，n表示量化区间编号，Q表示半径为W的小区的最大量化区间编号；(2)所有用户在导频序列池中分别随机选择一个导频序列，得到所有用户的导频序列Φ＝[ψL(1),ψL(2),...,ψL(k),...,ψL(U)]，其中，L(k)表示任意用户k选择的导频序列编号，且L(k)＝1,2,...,Z，Z表示导频序列池中导频序列总数，ψL(k)表示第L(k)个导频序列；(3)所有用户在各自选出的导频序列头部添加循环前缀，并将添加了循环前缀的导频序列和身份识别码向外发送，所有用户发送的添加了循环前缀的导频序列和身份识别码在信道中叠加，形成导频信息Y和身份信息G；(4)基站接收导频信息Y和身份信息G，再利用该两个信息计算导频随机接入响应信息并向外发送，实现步骤为：(4a)基站接收导频信息Y，并计算信道响应矩阵g；(4b)设置门限值γ；(4c)基站根据信道响应矩阵g，对各导频序列在各量化区间内被用户选择的次数进行检测，检测方法为：首先，利用信道响应矩阵g，计算信道增益矩阵Δ，然后，判断信道增益矩阵Δ中的元素Δn,m是否小于门限值γ，若是，则量化区间n内没有用户选择导频序列ψm，否则，将信道响应矩阵g中的元素gn,m与身份信息G相乘，得到身份信息估计值E，最后，判断是否可以在所有用户的身份识别码中查找到身份信息估计值E，若是，则量化区间n内只有一个用户选择导频序列ψm，否则，则量化区间n内有多于一个用户选择导频序列ψm，其中，m表示导频序列编号，且m＝1,2,...,Z，ψm表示第m个导频序列，Δn,m表示量化区间n内选择导频序列ψm的用户的信道增益和，gn,m表示量化区间n内选择导频序列ψm的用户的信道响应和；(4d)基站根据检测出的各导频序列在各量化区间内被用户选择的次数，对各量化区间进行分类，得到各导频序列的单用户量化区间集合、多用户量化区间集合和零用户量化区间集合，对于任意导频序列ψm的单用户量化区间集合多用户量化区间集合和零用户量化区间集合的分类规则如下：在所有量化区间中，查找只有一个用户选择导频序列ψm的量化区间，并将该量化区间编号归类于导频序列ψm的单用户量化区间集合在所有量化区间中，查找有多于一个用户选择导频序列ψm的量化区间，并将该量化区间编号归类于导频序列ψm的多用户量化区间集合在所有量化区间中，查找没有用户选择导频序列ψm的量化区间，并将该量化区间编号归类于导频序列ψm的零用户量化区间集合(4e)基站根据得到各导频序列的单用户量化区间集合、多用户量化区间集合和零用户量化区间集合，为所有导频序列选择定时提前信息TA＝[TA1,TA2,...,TAm,...,TAZ]，其中，TAm表示导频序列ψm的定时提前信息，选择规则如下：当导频序列ψm的单用户量化区间集合不为空时，则从该集合中随机选择；当导频序列ψm的单用户量化区间集合为空且导频序列ψm的多用户量化区间集合不为空时，则从导频序列ψm的多用户量化区间集合中随机选择；当导频序列ψm的单用户量化区间集合和导频序列ψm的多用户量化区间集合均为空时，则从导频序列ψm的零用户量化区间集合中随机选择；(4f)基站根据选出的定时提前信息TA，计算所有导频序列的信道估计值y；(4g)基站利用计算出的信道估计值y，计算预编码矩阵V；(4h)基站将步骤(4e)中选出的定时提前信息TA和步骤(4g)中计算出的预编码矩阵V作为导频随机接入响应信息，并将该信息向外发送；(5)所有用户根据接收到的导频随机接入响应信息，判断自身是否满足定时提前信息要求，若是，则执行步骤(6)，否则，该用户导频随机接入结束；(6)根据SUCR方法，判断满足定时提前信息要求的用户是否为最强用户，若是，则该用户重新发送导频序列和身份识别码，否则，该用户导频随机接入结束，所有重新发送的导频序列和身份识别码在信道中叠加形成二次导频信息Γ和二次身份信息G'；(7)基站接收二次导频信息Γ和二次身份信息G'，检测各导频序列是否产生碰撞，若是，则选择该导频序列的用户导频随机接入结束，否则，基站为选择该导频序列的用户发送冲突解决信息后，该用户的导频随机接入结束。2.根据权利要求1所述的基于时间提前信息的导频随机接入方法，其特征在于，步骤(2)中所述的导频序列池，其中包含Z个相互正交的、长度为τp的Zadoff-Chu序列。3.根据权利要求1所述的基于时间提前信息的导频随机接入方法，其特征在于，步骤(3)中所述的导频信息Y，其计...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，李晓洁，韩会梅，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61