[发明专利]一种基于冲突估计的大规模终端随机接入方法

说明书

本发明是一种基于冲突估计的大规模终端随机接入方法，解决有限前导资源下的多用户过载接入问题，适用于大量机器类型设备零星小数据包突发传输的场景，具体的改接入方法包括如下步骤，首先，设计低信令开销且用户冲突可控的大规模随机接入协议；然后，提出一种多前导组合随机接入竞争方案；最后，设计基于冲突估计的高效信道资源分配方案。本发明能够在不增加正交前导数量的前提下，降低大规模终端随机接入冲突，提高用户的接入成功概率，提升蜂窝网络的多址接入能力。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体的说是涉及一种基于冲突估计的大规模终端随机接入方法。

背景技术

随着移动互联网的蓬勃发展，无线终端设备的数量和移动数据流量正在迅速增长。大规模机器通信(Massive Machine Type Communication，mMTC)是第五代蜂窝通信的三个主要场景之一，其目标正是解决大规模设备的连接通信问题，目前广泛应用于智能医疗、智能家居、智能制造和智能交通等领域。与人-人(Human-to-Human，H2H)通信不同，mMTC通信呈现全新特点：1)上行数据包较短；2)每个设备的数据流量是零星突发的，在任何给定的时间和频率上只有小部分设备是活跃的；3)设备数量庞大，且设备类型众多。这些全新的特征对无线接入技术带来了全新挑战，例如，采用传统的基于授权的多址接入技术时控制信令开销将变得庞大，有限的导频资源决定了不可能将正交前导序列分配给每个设备等。因此，如何以高频谱效率和低信令开销应对大规模终端的接入，特别是支持大量机器类型设备零星小数据包的突发传输，成为未来无线网络亟待解决的重要问题。

多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术为大容量、高可靠无线通信提供了解决方案，成为当前大规模接入领域的主流技术之一。传统蜂窝网络的随机接入技术，需要为每个活跃终端分配独立、正交的专用时频前导，有限的前导码数量限制了多址接入的规模。在大规模MIMO技术支持下，不同活跃终端可以在不同空间上共享前导资源，扩展的前导空间能够大大降低随机接入时的前导碰撞，实现近乎完美的前导检测。然后，如何基于MIMO技术解决大规模终端特别是MTC终端的多址接入，依然是当前的难点问题。

发明内容

为了解决有限前导资源下的多用户过载接入问题，以提升无线资源的利用效率，本发明提出一种基于冲突估计的大规模终端随机接入方案，适用于大量机器类型设备零星小数据包突发传输的场景，本发明能够在不增加正交前导数量的前提下，降低大规模终端随机接入冲突，提高用户的接入成功概率，提升蜂窝网络的多址接入能力。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种基于冲突估计的大规模终端随机接入方法，其特点在于解决有限前导(导频)资源下的多用户过载接入问题，以提升无线资源的利用效率，该方法包括如下步骤：

步骤1：针对传统四步骤随机接入协议信令开销大的问题和用户冲突率高的问题，设计一种三步骤随机接入协议，降低随机接入信令开销；

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，降低大规模终端随机接入冲突，提高用户的接入成功概率；

步骤3：估计竞争冲突用户的数目，即采用同一组合前导的用户数目，设计基于冲突估计的信道资源分配方案。以最大化无线信道利用率，提升蜂窝网络的多址接入能力。

本发明的进一步改进在于：步骤1中，所述三步骤随机接入协议阐述如下：

步骤1-1：活跃用户从正交前导也就是导频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；