一种面向窄带物联网的时频二维稀疏码多址接入方法技术

本发明专利技术提供了一种面向窄带物联网的时频二维稀疏码多址接入方法，涉及通信技术领域，在窄带上被划分为时隙，将N个时频资源单元构成一个SCMA时频资源块，使用蜂窝移动或无线局域网通信系统指示SCMA时频资源块用于上行调度、上行免调度、上行混合调度和下行，将SCMA只在频域工作变化为时频二维工作，本发明专利技术通过采用时频二维的稀疏码非正交多址，将SCMA技术从频域上扩展为时频二维工作，既保证了IoT设备的窄带特性，又提升了移动通信用户连接数、频谱利用率以及网络容量，相比目前现有技术，在相同的误比特率情况下，提升了1.5倍的用户数量和1.5倍的网络吞吐量，大幅度提升移动通信系统性能。

【技术实现步骤摘要】
一种面向窄带物联网的时频二维稀疏码多址接入方法
本专利技术涉及通信
，尤其是一种多址接入方法。
技术介绍
物联网(InternetofThings，IoT)是新一代通信技术的重要组成部分，指物物相连的互联网，是无线和移动网络发展的必然趋势。物联网的核心和基础是互联网，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络，并且由于其设备的移动性特点，因此它需要传统无线网络的支持。然而由于IoT设备的成本、省能需求以及单个设备单次传输的业务量的限制，IoT设备具有窄带化特征，而传统的蜂窝网络(3G和4G)和无线局域网(IEEE802.1x)具有高速率的宽带化特征，造成了IoT设备的窄带化和传统无线网络宽带化之间的矛盾。为了解决这一矛盾，近年来无线网络已经呈现出采用窄带来支持IoT的趋势，即窄带物联网。蜂窝网3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject)已经于2016年完成NB-IoT(NarrowBandInternetofThings,NB-IoT)标准的制定工作，无线局域网已经成立LRLP(LongRangeLowPower)工作组和WUR(Wake-UpReceiver)工作组，均聚焦于窄带IoT。现阶段由于IoT设备的数量急剧增加，要求窄带IoT在保持其窄带特征的基础上，显著提升用户数量和总容量。5G拟采用的稀疏码分多址接入SCMA(SparseCodeMultipleAccess)是新型的非正交多址技术，在带宽不变的前提下显著提升用户连接数、网络容量和频谱利用率，但是由于5G的宽带化特性，所以在5G中使用的SCMA需要用户设备(UserEquipment，UE)具备多个信道/子载波收发的能力，这与目前窄带IoT设备成本、省能以及窄带化需求矛盾。综上所述，目前缺乏一种在窄带IoT基础上获得非正交多址优势的多址接入方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，将非正交多址接入方法应用于窄带IoT，从而提升用户连接数、频谱效率以及网络容量，本专利技术提出了一种面向窄带物联网的时频二维稀疏码多址接入方法，将以前的SCMA只在频域工作变化为时频二维工作，即SCMA资源块从N个信道/子信道/子载波变化为N个时隙或N个时频资源单元(ResourceBlock，RB)，从而使通信系统能够同时获得两方面的性能优势：一方面，保持IoT设备原有的窄带特性，满足成本和省能的需求；另一方面，提升了用户连接数，频谱利用率和网络容量。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：步骤1：系统在窄带上被划分为时隙蜂窝移动或无线局域网通信系统在窄带上被划分为时隙(Slot)，转步骤2，具体工作方式按照接入方式的不同分为如下两种：方式1：系统被划分为时隙，所有通信节点在时间上对齐，节点分别在不同的时隙上接入信道；方式2：系统运行在竞争接入的模式下，此时节点时间不需要对齐，采用随机竞争方式接入信道，在基站发送触发帧后进入时隙模式，所有节点时间对齐后在基站通过下行信令划分好的时隙上接入信道；步骤2：将N个时频资源单元构成一个SCMA时频资源块，使用蜂窝移动或无线局域网通信系统指示SCMA时频资源块用于上行调度、上行免调度、上行混合调度和下行；若时频资源块用于上行调度，则转步骤3；若时频资源块用于上行免调度，则转步骤4；若时频资源块用于上行混合调度，则转步骤5；若时频资源块用于指示下行，则转步骤6；步骤3：所述执行上行调度接入步骤，具体步骤如下：步骤3.1：被调度的用户设备UE根据码本将经过信道编码后的已编码信息流映射为N路信号，且N路信号s1，s2，s3，...，sn与N个时频资源单元r1，r2，r3，...，rn一一对应，至少两个UE的非零信号会被映射到同一个时频资源单元，按照时频资源单元的时间顺序逐一发送信号；步骤3.2：基站在每一个时频资源单元收到多个用户叠加的信号后进行保存，在N个时频资源单元传输结束之后执行多用户联合检测，所述多用户联合检测使用消息传递算法或最大似然算法，即可将用户的信息分离提取出来；步骤4：所述执行上行免调度接入步骤如下：步骤4.1：UE根据免调度接入规则：以概率P接入或者根据竞争退避接入判定是否接入，所述概率P为基站在下行信令中告知用户的一个0到1之间的随机数，如不接入则退出上行免调度接入步骤，如接入则执行步骤4.2；步骤4.2：被调度的UE根据码本，将已编码信息流映射为N路信号，且N路信号与N个时频资源单元一一对应，至少有两个UE的非零信号被映射到同一个时频资源单元，按照时频资源单元逐一发送信号；步骤4.3：基站在每一个时频资源单元收到多个用户叠加的信号后进行保存，在N个时频资源单元传输结束后执行多用户联合检测，所述多用户联合检测使用消息传递算法或最大似然算法，即可将用户信息分离提取出来；步骤5：所述执行上行混合调度接入，具体步骤如下：步骤5.1：没有被调度的UE根据免调度接入规则：以概率P接入或者根据竞争退避接入判定是否接入，如果不接入则退出上行混合调度接入步骤，如果接入则执行步骤5.2；步骤5.2：被调度的UE和判定接入的免调度UE根据码本将已编码信息流映射为N路信号，且N路信号与N个时频资源单元一一对应，至少有两个UE的非零信号被映射到同一个时频资源单元，并按照N个时频资源单元逐一发送信号；步骤5.3：基站在每一个时频资源单元收到多个用户叠加的信号后进行保存，在N个时频资源单元传输结束后执行多用户联合检测，所述多用户联合检测使用消息传递算法或最大似然算法，即可将用户的信息分离提取出来；步骤6：所述执行下行接入，具体步骤如下：步骤6.1：基站根据码本，将发往多个UE的已编码信息流分别映射为N路信号，且N路信号与N个时频资源单元一一对应，至少有两个UE的非零信号被映射到同一个时频资源单元，而后将同一个信道上发往所有UE的信号进行叠加，并按照时频资源单元逐一发送信号；步骤6.2：待接收数据的UE在每一个时频资源单元收到多个用户叠加的信号后进行保存，在N个时频资源单元传输结束后执行多用户联合检测，将UE自身的信息分离提取出来。本专利技术的有益效果是通过采用时频二维的稀疏码非正交多址，将SCMA技术从频域上扩展为时频二维工作，既保证了IoT设备的窄带特性，又提升了移动通信用户连接数、频谱利用率以及网络容量，相比目前现有技术，在相同的误比特率情况下，提升了1.5倍的用户数量和1.5倍的网络吞吐量，大幅度提升移动通信系统性能。附图说明图1是本专利技术的示意图，其中图1(a)是时域SCMA示意图，图1(b)是时频二维SCMA示意图。图2是本专利技术的实施例一的流程图。图3是本专利技术的实施例二的流程图。图4是本专利技术的实施例三的流程图。图5是本专利技术的实施例四的流程图。图6是本专利技术的实施例五的流程图。图7是本专利技术的网络吞吐量性能图。其中，STA(station)为站点。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的示意图，其中图1(a)是时域SCMA示意图，是将传统的频域SCMA变为时域的SCMA，主要针对单信道系统，图1(b)是时频二维SCMA示意图，主要针对多信道系统。实施例一如图2所示，实施例一描述5G蜂窝网络只有一个窄带IoT信道情况下的纯时域SCMA方法，将窄带IoT划分为多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向窄带物联网的时频二维稀疏码多址接入方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：系统在窄带上被划分为时隙蜂窝移动或无线局域网通信系统在窄带上被划分为时隙，转步骤2，具体工作方式按照接入方式的不同分为如下两种：方式1：系统被划分为时隙，所有通信节点在时间上对齐，节点分别在不同的时隙上接入信道；方式2：系统运行在竞争接入的模式下，此时节点时间不需要对齐，采用随机竞争方式接入信道，在基站发送触发帧后进入时隙模式，所有节点时间对齐后在基站通过下行信令划分好的时隙上接入信道；步骤2：将N个时频资源单元构成一个SCMA时频资源块，使用蜂窝移动或无线局域网通信系统指示SCMA时频资源块用于上行调度、上行免调度、上行混合调度和下行；若时频资源块用于上行调度，则转步骤3；若时频资源块用于上行免调度，则转步骤4；若时频资源块用于上行混合调度，则转步骤5；若时频资源块用于指示下行，则转步骤6；步骤3：所述执行上行调度接入步骤，具体步骤如下：步骤3.1：被调度的用户设备UE根据码本将经过信道编码后的已编码信息流映射为N路信号，且N路信号s

【技术特征摘要】
1.一种面向窄带物联网的时频二维稀疏码多址接入方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：系统在窄带上被划分为时隙蜂窝移动或无线局域网通信系统在窄带上被划分为时隙，转步骤2，具体工作方式按照接入方式的不同分为如下两种：方式1：系统被划分为时隙，所有通信节点在时间上对齐，节点分别在不同的时隙上接入信道；方式2：系统运行在竞争接入的模式下，此时节点时间不需要对齐，采用随机竞争方式接入信道，在基站发送触发帧后进入时隙模式，所有节点时间对齐后在基站通过下行信令划分好的时隙上接入信道；步骤2：将N个时频资源单元构成一个SCMA时频资源块，使用蜂窝移动或无线局域网通信系统指示SCMA时频资源块用于上行调度、上行免调度、上行混合调度和下行；若时频资源块用于上行调度，则转步骤3；若时频资源块用于上行免调度，则转步骤4；若时频资源块用于上行混合调度，则转步骤5；若时频资源块用于指示下行，则转步骤6；步骤3：所述执行上行调度接入步骤，具体步骤如下：步骤3.1：被调度的用户设备UE根据码本将经过信道编码后的已编码信息流映射为N路信号，且N路信号s1，s2，s3，...，sn与N个时频资源单元r1，r2，r3，...，rn一一对应，至少两个UE的非零信号会被映射到同一个时频资源单元，按照时频资源单元的时间顺序逐一发送信号；步骤3.2：基站在每一个时频资源单元收到多个用户叠加的信号后进行保存，在N个时频资源单元传输结束之后执行多用户联合检测，所述多用户联合检测使用消息传递算法或最大似然算法，即可将用户的信息分离提取出来；步骤4：所述执行上行免调度接入步骤如下：步骤4.1：UE根据免调度接入规则：以概率P接入或者根据竞争退避接入判定是否接入，所述概率P为基站在下行信令中告知用户的一个0到1之间的随机数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨懋，左晓亚，雷蕾，白志城，闫中江，李波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61