[发明专利]一种针对拥挤异步大规模MIMO通信系统的随机接入方法

权利要求书

1.一种针对拥挤异步大规模MIMO通信系统的随机接入方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)用户选择随机接入块并向基站发送随机接入请求；

(2)基站执行信道估计并广播预编码随机接入响应，过程如下：

(2a)基站估计选择同一时域资源的激活用户数

基站接收到随机接入信号与当前时域码相关联计算：

运用下列公式计算出当前时域资源的用户数：

其中K为当前时域资源的用户数，当M趋于无穷时，即是当前时域用户数K的近似值；

(2b)估计用户的定时偏移

首先判断估计用户数与子载波数目N的大小关系，如果使用ESPRIT方法得到用户的定时偏移估计值，如果使用一种改进的ESPRIT方法得到用户的定时偏移估计值；

(2c)基站端使用最小二乘法估计用户的信道响应并广播预编码随机接入响应；

(3)导频重选

用户i接收到基站广播的预编码随机接入响应之后计算：

并利用下列准则判断自己是否被基站成功检测到：

R_k:Num_i＝1 (检测成功)

W_k:Num_i≠1 (检测失败)

W_k中的用户没有被成功检测，重复步骤1，选择一个新的随机接入块再次发送随机接入请求；

(4)再次广播预编码随机接入响应

W_k中的用户再一次传输随机接入信号发送至基站，基站重复步骤(2)操作，针对W_k中的用户先估计当前时域资源用户，再估计用户的定时偏移，最后估计信道响应并将预编码随机接入响应下发给用户，W_k中的用户再次接收到预编码随机接入响应时，利用步骤(3)中的准则判断是否被成功检测。

2.根据权利要求1所述的一种针对拥挤异步大规模MIMO通信系统的随机接入方法，其特征在于，所述步骤(1)，用户随机选择随机接入块的过程为：

对于激活用户可选择的随机接入块，随机接入块数目为τ，τ＝QN，其中Q表示Q个连续的OFDM符号，N表示N个相邻的子载波，在下行链路同步之后，对于一个想接入网络的激活用户，该用户随机的从时域码C_Q＝{t₀,t₁,…,t_Q-1,}和频域码C_N＝{f₀,f₁,…,f_N-1,}中选择一对代码块发送至基站；

基站第m根天线接收到信号表示为：

其中N_a表示所有激活用户，ρ_k表示用户k的发射功率，h_km表示用户k到基站第m根天线的信道传输系数，∈_k为用户k的有效定时偏移，c(∈_k)为用户k的有效频域码，t表示当前时域资源块，和W_m分别表示小区间干扰和热噪声，T表示矩阵的转置，M表示基站端天线的数量。

3.根据权利要求1或2所述的一种针对拥挤异步大规模MIMO通信系统的随机接入方法，其特征在于，所述步骤(2)中，估计用户的定时偏移的过程为：

先判断估计用户数与N-1的大小关系；如果采用ESPRIT算法估计定时偏移；如果采用一种改进的ESPRIT算法估计用户定时偏移，其计算方法如下：将用户分为前个和后个,针对前个用户采用ESPRIT算法估计定时偏移，记为：

表示估计的有效频域码的集合；

令矩阵

其中矩阵Z由接收信号矩阵与时域码相关联计算得到，Z₁表示矩阵Z的第一列，分别表示每个用户的定时偏移，H表示矩阵的共轭转置，根据方程组求解得到每个剩余用户的定时偏移。

4.根据权利要求1或2所述的一种针对拥挤异步大规模MIMO通信系统的随机接入方法，其特征在于，所述步骤(3)，用户检测准则的过程如下：

步骤(2)中基站得到用户的定时误差估计值以用于执行信道估计并下发给所有激活用户，用户根据广播的信道估计进行补偿从而获得自己的定时误差从而用于上行链路传输，确定定时误差之后基站端可以采用一种盲检测的方法获得用户的上行链路消息。