认知辅助的大规模终端免授权随机接入方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，公开了认知辅助的大规模终端免授权随机接入方法，首先，活跃用户感知上行信道状态，根据各信道的干扰功率电平选择待接入信道，并确定上行发送功率电平；然后，活跃用户随机选择一个前导序列对数据扩频，将前导序列与扩频数据组合成一帧信号，以选定的功率电平通过选定的信道将信号帧发送至基站；最后，基站采用顺序干扰抵消技术分离不同功率电平的信号，并通过前导检测恢复每一功率电平中的活跃用户的发送信号，据此判断活跃用户竞争结果并分析随机接入性能。本发明专利技术适用于大规模用户上行突发传输场景，能够有效降低大规模免授权随机接入冲突，提高用户的接入成功概率，提升蜂窝网络上行信道的吞吐量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
认知辅助的大规模终端免授权随机接入方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种认知辅助的大规模终端免授权随机接入方法。

技术介绍

[0002]大规模机器类型通信(Massive Machine Type Communication，mMTC)作为第五代移动通信系统的三大应用场景之一，主要通过部署海量机器设备接入网络，以实现智能测绘、自动驾驶、智慧医疗等智能型社会。mMTC系统呈现出海量设备接入、上行小数据传输、零星通信、终端功耗低等特点，这些全新的特征对无线接入技术带来了全新挑战。例如，基于授权的随机接入存在控制信令开销较大和传输时延过长的问题；有限的频谱资源无法承载海量终端的正交接入。因此，如何以有限频谱资源承载mMTC终端(用户)的高效低开销随机接入，是当前无线网络亟待解决的重要问题之一。
[0003]免授权随机接入是支持mMTC终端低开销接入传输的主流技术方案之一。但由于基站不参与接入协调，而终端(用户)对网络环境未知，导致用户接入碰撞概率较高。目前mMTC终端免授权随机接入研究大多围绕降低接入碰撞展开，例如文献本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.认知辅助的大规模终端免授权随机接入方法，其特征在于，所述方法步骤为：步骤1、活跃用户在感知时隙内感知上行信道状态，根据不同信道的干扰功率电平选择待接入信道并确定上行发送功率电平；活跃用户独立感知全部N
c
个上行信道的干扰功率电平，选出其中干扰功率电平低于阈值且最小的信道作为上行接入信道，同时依据功率电平选择准则从功率电平集合Q中选择一个功率电平作为上行发送功率电平；步骤2、活跃用户在传输时隙内执行竞争接入与数据传输；每个活跃用户从前导结合中随机选择一个前导序列，利用该前导序列对发送数据扩频，并将该前导序列与扩频数据组合成一帧信号，以选定的功率电平通过选定的信道将该信号帧发送至基站；步骤3、活跃用户在反馈等待时隙内接收基站反馈的接入结果；基站接收活跃用户的上行信号，采用顺序干扰抵消技术对接收信号进行功率电平检测，然后通过相关运算检测每个功率电平上承载的前导序列，由此恢复活跃用户的上行传输数据并确定用户的接入冲突情况，同时反馈用户接入结果。2.根据权利要求1所述的认知辅助的大规模终端免授权随机接入方法，其特征在于，活跃用户接入传输时间帧结构具体为：所述时间帧包含感知时隙、传输时隙、反馈等待时隙三部分，其中感知时隙长度为τ，传输时隙长度为T
d
；在感知时隙内，活跃用户采用能量检测法感知上行信道的状态并获取各信道的干扰功率电平，根据各信道的干扰功率电平选择上行接入信道和上行发送功率电平；在传输时隙内，活跃用户通过选定信道以选定功率电平传输前导和数据信号至基站；在反馈等待时隙内，活跃用户等待来自基站的接入结果反馈消息。3.根据权利要求2所述的认知辅助的大规模终端免授权随机接入方法，其特征在于，步骤1中，考虑单蜂窝mMTC系统场景：基站配备M根天线，N个单天线活跃用户终端均匀分布于小区中，每个活跃用户的单次突发业务数据长度为v比特；活跃用户标号集合为系统中共有N
c
个上行频率信道和K个长度为J的正交前导序列服务用户的上行随机接入，K≤J；定义上行信道集合为前导序列集合前导序列集合其中s
k
表示第k个前导序列，不同前导序列彼此正交且能量为1，即均有定义前导矩阵S＝[s1,
…
,s
K
]
T
，SS
H
＝I
K
，其中S
H
表示矩阵S的厄米矩阵，I
K
表示K行K列单位矩阵，表示K行J列的复数域；上行接入信道选择方法和上行发送功率电平选择方法具体阐述如下：步骤1a、规定用户发送功率电平集合，划分干扰功率电平区段；令活跃用户的上行发送功率电平集合为Q＝{q1,
…
,q
L
}，该集合包含L个功率电平，其中q
l
表示第l个功率电平，I
q
表示发送功率电平的标号集合；与发送功率电平相对应，信道干扰功率电平亦均匀划分为L个区段，令和分别表示第i个区段的起点值和终点值，规定其中表示可接入信道的干扰功率阈值；集合Q中的功率电平q
i
和q
j
必满足q
i
<q
j
，并且第i个干扰功率电平区段的终点值亦小于第j个干扰功率电平区段的终点值即
步骤1b、活跃用户根据干扰功率电平选择上行接入信道；令活跃用户n，n∈I
a
感知到所有N
c
个上行信道的干扰功率电平的集合为其中表示活跃用户n感知到信道u上的干扰功率电平；活跃用户n从满足干扰功率阈值即的信道中挑选出当前干扰功率电平最小的信道作为待接入信道，即选择信道作为待接入信道，即选择信道作为上行接入信道；若某活跃用户感知到当前所有信道上的干扰功率电平均高于干扰功率阈值该活跃用户延迟一帧时间后重新尝试接入；步骤1c、活跃用户选择上行发送功率电平；根据步骤1b选出的上行接入信道查询集合得到活跃用户n在信道上感知到的干扰功率电平判断其所在的干扰功率电平区段，若判断其所在的干扰功率电平区段，若则属于第i个区段，活跃用户n选择第(L+1
‑
i)个功率电平q
L+1
‑
i
作为其上行接入传输的发送功率电平。4.根据权利要求3所述的认知辅助的大规模终端免授权随机接入方法，其特征在于，活跃用户通过选定的上行信道以选定的发送功率电平传输前导和数据信号至基站，所述前导和数据传输步骤具体为：步骤2a
‑
1、活跃用户从K个前导序列中随机选择一个前导序列；令活跃用户n选择的前导序号为c
n
，c
n
∈{1,2,
…
,K}，n∈{1,2,
…
,N}，该用户的前导选择向量为其中1
[x]
为指示函数，当条件x成立时1
[x]
＝1，否则1
[x]
＝0；于是，活跃用户n发送的前导序列p
n
表示为：其中，S
T
表示前导矩阵S的转置矩阵；表示p
n
的转置向量，且||p
n
||2＝1。步骤2a
‑
2、活跃用户利用选定的前导序列对其v比特业务数据扩频生成长度为D＝vJ的扩频序列；令v
n
＝[d1,d2,...d
v
]为活跃用户n的原始业务数据，利用p
n
对其进行扩频后的数据x
n
表示为x
n
＝[x1,x2,...x
D
]＝[d1p
n
,d2p
n
,...d
v
p
n
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，||x
n
||2＝1，D＝vJ；步骤2a
‑
3、活跃用户将前导序列与扩频数据组合成一帧信号，通过选定的上行信道以选定的功率电平向基站发送该信号帧；综合式(1)和式(2)，活跃用户n在时域发送的一帧信号z
n
为：令表示活跃用户n的信道选择向量，活跃用户n在时频二维空间上发送的一帧信号F
n
表示为其中，表示活跃用户n在信道u上的传输信号；
5.根据权利要求4所述的认知辅助的大规模终端免授权随机接入方法，其特征在于，基站对接收信号先进行功率电平检测，具体为：步骤3a
‑
1、基站接收来自N
c
个上行信道的和信号；考虑活跃用户至基站的上行信道为瑞利衰落联合加性高斯白噪声信道，在一帧时间内信道特性保持恒定且满足准正交；基站接收到的一帧信号G为N个用户的和信号，表示为：其中，F
n
＝z
n
u
n
表示活跃用户n的一帧信号；表示活跃用户n的一帧信号；表示用户n至基站M根天线的N
c
个上行信道的衰减系数矩阵；个上行信道的衰减系数矩阵；表示用户n与基站天线m的N
c
个上行信道的衰减系数向量，其中表示用户n与基站天线m的第u个上行信道的衰减系数；N表示上行信道复加性高斯白噪声矩阵，它服从均值为0方差为σ2I
M
的高斯分布，即N～CN(0,σ2I
M
)，为噪声平均功率，I
M
表示M维单位阵；步骤3b
‑
1、基站对接收到的上行信号进行带通滤波，获得N
c
个上行信道的接收信号；基站接收信号G是一个包含N
c
个频带的宽带信号；对接收信号进行N
c
路带通滤波，得到N
c
个上行信道的接收信号；令上行信道u上的接收信号为G
u
，u∈CH，表示为，u∈CH，表示为其中，表示信道u上接收到的功率电平为q
l
的和信号，q
l,n
表示活跃用户n选用第l个功率电平q
l
，l∈I
q
；表示信道u上活跃用户n至基站M根天线的信道衰减系数向量；表示信道u上选用功率电平q
l
的活跃用户集合；步骤3c
‑
1、对每个上行信道上的接收信号G
u
分别采用顺序干扰抵消SIC技术依...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晶，开金金，魏国，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：