[发明专利]一种基于冲突估计的大规模终端随机接入方法

权利要求书

1.一种基于冲突估计的大规模终端随机接入方法，其特征在于：所述规模终端随机接入方法包括如下步骤：

步骤1：设计三步骤随机接入协议；

步骤2：提出多前导组合随机接入竞争方案，设计相应的前导信号检测算法对用户的组合前导进行检测；

步骤3：估计竞争冲突用户的数目，设计基于冲突估计的信道资源分配方案。

2.根据权利要求1所述一种基于冲突估计的大规模终端随机接入方法，其特征在于：步骤1中所述三步骤随机接入协议具体包括如下步骤：

步骤1-1：活跃用户从正交前导集合中随机选择多个前导码构成组合前导，在上行信道的接入竞争时隙中传输所述组合前导，执行接入竞争；

步骤1-2：基站接收并检测活跃用户发送的组合前导，根据检测出的前导判断用户竞争成功与否，进而设计资源分配方案为竞争成功用户分配物理信道，并通过广播告知用户竞争结果及可用物理信道；

步骤1-3：根据基站广播，竞争成功和竞争基本成功的用户在指定物理信道上传输数据，未被指定物理信道的用户认为是接入失败用户，竞争失败的用户等待一个时间后，进行下一次接入尝试。

3.根据权利要求1所述一种基于冲突估计的大规模终端随机接入方法，其特征在于：步骤2中前导信号检测算法对用户的组合前导进行检测具体包括如下步骤：

步骤2-1：基站接收活跃用户发送的前导信号；

令基站在时隙l接收到的活跃用户发送的前导信号为Y_l∈C^M×J，它表示为

Y_l＝HP_l+N_l

其中，H＝[h₁，...，h_N]∈C^M×N表示N个用户到基站的上行信道响应矩阵，C^M×N表示一个M行N列的复数域，h_n＝[h_n，1，h_n，2，...，h_n，M]^T(n＝1，2，...，N)表示用户n与基站间的上行接入信道的响应系数向量，h_n，m为用户n与基站天线m之间的信道响应系数，信道响应系数矩阵满足公式H^HH≈MI，其中H^H表示矩阵H的厄米矩阵，I为N维单位阵，P_l＝[p_1，l，...，p_n，l，...，p_N，l]^T∈C^N×J表示所有N个用户发送的第l个导频符号矩阵，其中C^N×J表示一个N行J列的复数域，p_n，l^T是向量p_n，l的转置向量，表示用户n传输的第l个导频符号，N_l为信道复加性高斯白噪声矩阵，其中为噪声平均功率，信道加性高斯白噪声N_l的分布特性可以通过信道估计得到；

步骤2-2：基站将接收到的前导信号与前导符号矩阵进行运算以获得用户的前导选择矩阵；

令基站在时隙l接收到的前导信号为Y_l，将Y_l与前导符号矩阵S执行运算，结果用B_l∈C^M×K表示，即

B_l＝Y_lS^H＝HP_lS^H+N_lS^H

令A_l＝P_lS^H＝[a_1，l，...，a_N，l]^T，其中a_n，l^T∈C^1×K表示用户n在时隙l的前导选择向量，若a_n，l^T的第k列元素为1，表示用户n在时隙l选择的前导符号(即用户n传输的第l个导频符号)为s_k，由于用户n在任一时隙仅选择传输一个前导，因此向量a_n，l^T有且仅有一个元素为1，其他元素全部为0；

令W_l＝N_lS^H，B_l可简化表示为

B_l＝HA_l+W_l

鉴于前导符号矩阵S是确定参量且能量归一，即SS^H＝I_K，W_l和N_l具有相同的分布，即其中I_M为M维单位阵，

由B_l＝HA_l+W_l得到前导选择矩阵A_l的估计值为

考虑到估计值的元素可能非整数，采用四舍五入法将的元素取整，得到最终的用户在时隙l的前导选择矩阵估计值

步骤2-3：确定每个用户使用的组合前导；

依步骤2-1和步骤2-2方法，对全部L个时隙遍历，得到全部L个时隙的用户前导选择矩阵估计值即可获知全部竞争用户的组合导频方案；

步骤2-4：找到出现竞争冲突的导频和冲突用户数目；

将导频选择矩阵估计值A^*表示为A^*＝[a₁，...，a_N]^T，其中表示用户n在全部L个时隙选择的导频组合估计值，将第n个用户导频选择矩阵的估计值和第n′个用户导频选择矩阵的估计值进行相关运算，n≠n′，得到导频冲突图样J_n，n′，即

d_n，n′的值表示在全部L个时隙中用户n，n′在选择相同导频的时隙数量，即发送接入冲突的导频数量，将所有用户导频选择矩阵的估计值两两作相关，得到导频冲突图样矩阵D＝[d₁，...，d_N]，d_n＝[d_n，1，d_n，2，...，d_n，N]^T表示用户n与其他用户同一时隙选择相同导频的数量。