[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

说明书

一种针对拥挤异步大规模MIMO通信系统的随机接入方法，用户选择随机接入块发送至基站；基站估计当前时域的用户数以及定时偏移并用于执行信道估计，随后广播预编码随机接入响应；用户判断自己是否成功被基站检测，失败用户重新发送随机接入请求；基站再次广播预编码随机接入响应给用户。与现有方案相比，本发明使用了一种新型的定时偏移估计方法，在保证准确度的同时提高了估计数，极大提高了系统吞吐量。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术中的一种随机接入方法，具体地说是一种针对拥挤异步大规模MIMO通信系统的随机接入方法。

背景技术

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术是指在发送端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，可以充分利用空间资源，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下提高系统的信道容量。大规模MIMO技术是基于MIMO技术的改进，通过在基站配置几十甚至几百根天线获得优于MIMO技术的性能。在针对H2H(Human-to-Human)用户的大规模MIMO系统中，可以为每一个用户分配专用的导频，利用导频的正交性可以使基站准确的估计出用户到基站的信道信息。但是在M2M(Machine-to-Machine)场景下，用户数远远多于H2H场景的用户数，会存在有多个用户同时选择相同导频的情况，从而造成导频污染，此时采用传统的导频分配方法进行信道估计的方法将不再适用。

采用导频随机接入的方法可以在一定程度改善导频污染的问题。但是现有的随机接入方案，都是基于接收端已经进行了准确的时频同步这一假设而展开的，这使得用户发送的导频到达基站时依然保有正交性。但在用户高速移动的场景中，多普勒频移会导致接收端的导频信号具有较大频偏与相偏，这会使得在相邻子载波和连续OFDM符号上发送的导频到达基站的时候将不再具有正交性。

针对这种场景，Luca Sanguinetti等人提出了一种基于时间偏移的导频随机接入方案(以下我们称之为SUCR-FT方案)，该方案可以有效地缓解导频碰撞问题并精确计算出用户的定时和频率偏移。但该方案在解决冲突问题的时候会受到子载波数目的限制，导致系统吞吐量受限。

发明内容

为了克服上述现有方法的不足，本发明提出了一种针对拥挤异步大规模MIMO通信系统的随机接入协议，在考虑频率误差和时间误差的情况下，明显改善了现有方法在估计用户数方面受到频域资源数N限制的问题，在估计用户的时间误差和信道信息方面也有了很大的改善，极大地提高了系统的吞吐量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种针对拥挤异步大规模MIMO通信系统的随机接入方法，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