一种基于反馈的随机多用户接入方法技术

一种基于反馈的随机多用户接入方法，包括：1)多址接入2)信道传输；3)接收数据包；4)采用串行干扰消除对数据包进行译码；5)若所有用户数据包都成功解出，则跳至1)传输下一数据帧，否则增加时隙重传数据包，并跳至6)；6)基站收到重传数据包，继续进行串行干扰消除；7)基站发送ACK和NACK信号，准备下一数据帧中待发送的数据包；本发明专利技术方法通过采用反馈令用户重传的方式，改进系统吞吐量，在系统负载较大的情况下，能更多地利用产生碰撞的用户数据包，恢复用户数据。对比CSA接入方法，低负载时无需重传，复杂度不变；在高负载时通过重传提高了系统吞吐量并使得吞吐量随负载增多衰减变缓。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于反馈的随机多用户接入方法，属于多址接入

技术介绍
未来在M2M通信系统中，许多场景如智能运输、自动化家居等需要设备之间在不需要人工操作的情况下，自动地进行通信。在这样的系统规划中，接入系统的设备个数将是现在的十倍以上，如何解决由于大量用户接入导致的多址接入问题是研究重点之一。现有的随机接入方法主要有两类：1)无需调度类型，用户在产生数据包后直接发送到信道，无需基站分配资源或指定信道；2)基于调度类型，用户在发送数据包前，基站需要先为其分配资源及信道，数据以指定的模式进行发送。无需调度的接入方式可以在一些不适宜调度的场景中达到较高吞吐量，因此在M2M通信中，无需调度的接入方式，其技术优势明显，很有希望被采用。ALOHA是一类最为代表性的无需调度的接入方式。近年来，对于ALOHA的研究吸引了众多关注，许多学者提出了对于ALOHA的诸多变型，以提升ALOHA接入的吞吐量性能。在IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS,VOL.59,NO.2,FEBRUARY 2011上的文章“Graph-Based Analysis and Optimizationof Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA”及在IEEE Trans.
Commun.,vol.61,no.11,pp.4653–4662，Nov.2013.上的文章“ALOHArandom access that operates as a rateless code”均提出了Coded slottedALOHA(CSA)这一基于Slotted ALOHA改进的接入方式，其基本思想是将ALOHA与编码技术相结合，通过面向包的编码，产生多个数据包，随机发送到时隙中，在基站端通过串行干扰消除(SIC)译码解出数据包，该方式相对以前的技术而言提升了系统的吞吐量。然而，文中的接入方式，在SIC译码失败后直接丢弃掉当前的未解码数据包，对于资源是一种浪费，且吞吐量在系统接入量较多的情况下，其衰减非常剧烈。上述已有的CSA技术虽然能一定程度提高吞吐量，但由于在接入量较大的情况下，未对接收数据包进行充分利用，所以，依然存在吞吐量不够高，且在吞吐量达到饱和后性能衰减较为明显的问题。本专利技术的目的旨在克服CSA技术问题，提出基于反馈重传的CSA接入方式。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有CSA接入方法在接入量较大的情况下，对接收数据包利用不充分以及吞吐量也不够高的技术缺陷，提出了一种基于反馈的随机多用户接入方法。本专利技术的核心思想为：采用传统CSA技术进行发送，并且在接收端采用串行干扰消除(SIC)解码；当接收端SIC停止译码时，本专利技术对停止译码的状态进行分析，并选择未解码且度最大的一部分用
户，通知他们进行顺序无冲突重传；通过接收这部分用户的无冲突数据包，可以让接收端继续SIC译码，使接收端充分利用之前接收到的信号；一种基于反馈的随机多用户接入方法所依托的系统，简称本系统，包括用户、信道和基站，用户和基站之间实现完全同步；本系统各模块的功能如下：用户功能为对数据包进行编码及发送，信道功能为传输数据包，基站对数据包进行接收并解码；本系统各模块的连接关系如下：用户连接到信道，信道连接到基站；一种基于反馈的随机多用户接入方法需要用到的若干定义：1)系统归一化负载，记为G，其定义为下公式(1)所示：G=MN---(1)]]>其中，M为每个数据帧中发送数据包的用户数，N为数据帧的时隙数；2)归一化吞吐量，记为T，其定义为每个时隙平均成功解码数据包的个数；一种基于反馈的随机多用户接入方法，可分为以下步骤：步骤1、多址接入，即：本系统中的用户根据预先约定的度分布函数，对当前数据帧中待发送的数据包进行重复编码并发送，具体为：步骤1.1在当前数据帧中，本系统中的用户ui将其对应的待发送数据包Pi重复l次，l称之为用户ui的度，且ui的度分布函数为：Λ(x)＝Λ1x+Λ2x2+…+ΛNxN (2)其中，Λl代表用户ui选择度为l的概率，l的取值范围为1到N；选择好度为l后，用户随机选择l个时隙，且每个时隙被选择的概率相同；其中，i的取值范围为1到M；步骤1.2在步骤1.1用户随机选择的l个时隙上分别发送当前数据包Pi；步骤1.3基站覆盖的M个用户中的其他用户重复步骤1.1和步骤1.2完成本系统中的所有用户根据其预先约定的度分布函数，对当前数据帧中待发送的数据包进行重复编码并发送；至此，可以通过矩阵H来描述当前数据帧内M个用户的多址接入，如下公式(3)所示：H=h11h12...h1Nh12h22...h2N............hM1hM2...hMN---(3)]]>其中，矩阵H中，hij为1时，代表用户ui选择了第j个时隙发送数据包；hij为0时，代表用户ui没有在第j个时隙发送数据包；步骤2、步骤1输出的数据包经过信道进行传输；其中，经信道传输的数据包会产生碰撞，从而使得到达接收端的数据包中包含碰撞数据包和未碰撞数据包；步骤3、基站接收步骤2输出的数据包；步骤4、基站采用串行干扰消除对步骤2接收的数据包进行译码；步骤4，具体如下：步骤4.1初始化解码数据包个数K为0；步骤4.2基站搜索未碰撞数据包，并进行相应操作：4.21若基站搜索到未碰撞数据包，则基站将K加1，并解码搜索到的未碰撞数据包，具体为：判断此未碰撞数据包的发送用户，再根据步骤一中当前用户的度，删除度函数选择的时隙中的其他重复数据包，并更新矩阵H，在矩阵H中将此用户的对应行向量置0，跳至步骤4；4.22若基站未搜索到未碰撞数据包，则表明串行干扰消除过程结束，输出K，跳至步骤5；步骤5、判断M个用户的数据包是否都成功解出，并进行相应操作，具体为：5.1若K≥M，则表明M个用户的数据包都成功解出，则由基站向用户发送ACK信号，并跳至步骤1，开始下一数据帧传输；5.2若K<M，则表明M个用户中部分用户的数据包未成功解出，保存此时的重叠数据包，则增加MRE个时隙作为重传数据包的时隙，具体为：根据当前更新的矩阵H，计算H矩阵每行和的值，分别记作H1,...,HM；在这M个数中寻找值最大的MRE个数，并记录其下标为基站利用反馈通知该MRE个用户按照下标顺序从小到大，在随后的MRE个时隙中进行重传；步骤6、基站接收到重传的MRE个数据包，将MRE个数据包从步骤四中保存的重叠数据包中消除，并且将H矩阵的行清零，令K加MRE，再继续进行串行干扰消除，具体为：6.1基站搜索到未碰撞数据包，若基站搜索到未碰撞数据包，则K加1，并解码搜索到的未碰撞数据包，具体为：判断此未碰撞数据包的发送用户，再根据步骤1中当前用户的
度，删除度函数选择的时隙中的其他重复数据包，并更新矩阵H，在矩阵H中将此用户的对应行向量置0，跳至步骤7；6.2若基站未搜索到未碰撞数据包，则表明串行干扰消除过程结束，输出K，跳至步骤7；步骤7、向此时H矩阵中行和为0的行所代表的用户发送ACK信号，向其它用户发NACK信号，并进一步根据K和M的关系，并进行相应操作：7.1若K≥M，则跳至步骤1，开始下一数据帧的传输；7.2若K&l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反馈的随机多用户接入方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、多址接入，即：本系统中的用户根据预先约定的度分布函数，对当前数据帧中待发送的数据包进行重复编码并发送；步骤2、步骤1输出的数据包经过信道进行传输；步骤3、基站接收步骤1输出的数据包；步骤4、基站采用串行干扰消除对步骤2接收的数据包进行译码；步骤5、判断所有用户的数据包是否都成功解出，并进行相应操作；步骤6、基站接收重传的数据包，将这些重传的数据包从步骤4中保存的重叠数据包中消除，再继续进行串行干扰消除；步骤7、基站向此时H矩阵中行和为0的行所代表的用户发送ACK信号，向其它用户发送NACK信号；接收到ACK的用户将新的数据包作为下一数据帧中待发送的数据包，接收到NACK的用户将当前数据帧中的数据包作为下一数据帧中待发送的数据包；把下一数据帧作为当前数据帧再跳转至步骤一进行发送；至此，从步骤1到步骤7，采用一种基于反馈的随机多用户接入方法完成了传输当前数据帧。

【技术特征摘要】
1.一种基于反馈的随机多用户接入方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、多址接入，即：本系统中的用户根据预先约定的度分布函数，对当前数据帧中待发送的数据包进行重复编码并发送；步骤2、步骤1输出的数据包经过信道进行传输；步骤3、基站接收步骤1输出的数据包；步骤4、基站采用串行干扰消除对步骤2接收的数据包进行译码；步骤5、判断所有用户的数据包是否都成功解出，并进行相应操作；步骤6、基站接收重传的数据包，将这些重传的数据包从步骤4中保存的重叠数据包中消除，再继续进行串行干扰消除；步骤7、基站向此时H矩阵中行和为0的行所代表的用户发送ACK信号，向其它用户发送NACK信号；接收到ACK的用户将新的数据包作为下一数据帧中待发送的数据包，接收到NACK的用户将当前数据帧中的数据包作为下一数据帧中待发送的数据包；把下一数据帧作为当前数据帧再跳转至步骤一进行发送；至此，从步骤1到步骤7，采用一种基于反馈的随机多用户接入方法完成了传输当前数据帧。2.如权利要求1所述的一种基于反馈的随机多用户接入方法，其特征还在于：步骤1具体包括：步骤1.1在当前数据帧中，本系统中的用户ui将其对应的待发送数据包Pi重复l次，l称之为用户ui的度，且ui的度分布函数为：Λ(x)＝Λ1x+Λ2x2+…+ΛNxN (2)其中，Λl代表用户ui选择度为l的概率，l的取值范围为1到N；选择好度为l后，用户随机选择l个时隙，且每个时隙被选择的概率相同；其中，i的取值范围为1到M；步骤1.2在步骤1.1用户随机选择的l个时隙上分别发送当前数据包Pi；步骤1.3基站覆盖的M个用户中的其他用户重复步骤1.1和步骤1.2完成本系统中的所有用户根据其预先约定的度分布函数，对当前数据帧中待发送的数据包进行重复编码并发送；至此，可以通过矩阵H来描述当前数据帧内M个用户的多址接入，如下公式(3)所示：H=h11h12...h1Nh12h22...h2N............hM1hM2...hMN---(3)]]>其中，矩阵H中，hij为1时，代表用户ui选择了第j个时隙发送数据包；hij为0时，代表用户ui没有在第j个时隙发送数据包。3.如权利要求1所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：费泽松，于含笑，贾岱，叶能，孙策，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11