TD-LTE虚拟专网基于动态优先级的随机接入方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种TD-LTE虚拟专网基于动态优先级的随机接入方法及系统，该随机接入方法包括前导序列传输步骤、随机接入响应步骤、MSG3发送步骤、冲突解决消息步骤。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术利用不同优先级采用不同退避算法和重传次数上限相结合的方法，保证高优先级用户接入平均时延短，同时降低其掉话率；其次，根据系统负载情况动态选择优先级划分模式，提高系统吞吐量并降低掉话率。

【技术实现步骤摘要】
TD-LTE虚拟专网基于动态优先级的随机接入方法及系统
本专利技术涉及通信领域，尤其涉及TD-LTE虚拟专网基于动态优先级的随机接入方 法及系统。
技术介绍
TD-LTE虚拟集群专网是针对特定用户的需求，建立在TD-LTE公用网络上，以指 挥调度为主体应用的多用途无线通信系统。与集群通信系统相比，虚拟集群专网只需在现 有公用网络基础上针对用户需求临时搭建具有集群功能的用户群网络，这种方法建设成本 低，方便搭建和拆除，同时公网的网点数量较多，从而提高了虚拟集群系统的覆盖面积广， 还有因为虚拟专网直接依附于公网，便于统一维护管理。不同用户对虚拟集群专网有不同 要求，比如国家安全部门，为保证国家和人民的生命财产安全，必须建立时延短、成功率高、 安全性高和可靠性高的高性能集群通信系统；相比之下食品、物流、交通运输和服务等相关 部门对集群系统的时延和成功率要求较低，而对接入用户数量和覆盖范围有更高要求。根 据用户优先级高低，当发生紧急随机接入时，保证高优先级用户能够迅速接入，以便其在指 挥调度中充分发挥作用。现有的随机接入算法中，单个无线接入控制信道采用单一退避算 法，不同优先级接入不同信道，这样信道的利用率不高，而且系统的总体平均时延高和接入 成功率低。 相关工作在国内外有很多，文章[1]研宄了的基于小区负载的无线接入功率控制 方法，但没有考虑到优先级划分问题；文章[2]研宄了基于优先级和拥塞率控制的负载均 衡，但并没有考虑退避算法的优化和优先级的动态自适应调整；文章[10]研宄在LTE自组 网中PRACH(物理随机接入信道）中干扰和重传对功率控制的影响，但是没用考虑到用户优 先级问题；文章[11]研宄在TD-LTE集群中以优先计划分无线接入资源保证高优先级用户 优先接入，但是没有考虑系统的负载情况； 文章[3]研宄不同场景下提高随机接入前导码的检测准确性，文章[4]研宄了 LTE 的PRACH (物理随机接入信道）高效的物理硬件实现方法，文章[6]研宄控制无线接入前导 检测降低能耗，文章[16]研宄在高传输延迟下提高随机接入前导码检测准确度，文章[20] 研宄采用OFDMA(正交频分多址）卫星通信中PRACH(物理随机接入信道）距离估计方法， 文章[26]研宄LTE系统中用户面能耗控制方法。相关文章中，有关LTE无线接入中退避算 法和优先级划分的研宄有很多，但是优先级均为系统固定划分且每个信道采用单一退避算 法。 参考文献： [1]Kwan R, Arnott R, Kubota M. On radio admission control for lte systems[C]//Vehicular Technology Conference Fall(VTC 2010-Fall), 2010IEEE 72nd. IEEE,2010:1-5. [2]Kwan R, Arnott R, Trivisonno R, et al. On pre-emption and congestion control for LTE systems[C]//Vehicular Technology Conference Fall (VTC 2010-Fall)，2010IEEE 72nd. IEEE，2010:1-5. [3]Yang X，Fapojuwo A 0? Enhanced preamble detection for PRACH in LTE[C]//Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2013IEEE. IEEE,2013:3306-3311. [4]He Y，Wang J，Su Y，et al. An efficient implementation of PRACH generator in LTE UE transmitters[C]//Wireless Communications and Mobile Computing Conference(IWCMC), 20117th International. IEEE, 2011:2226-2230. [5]Hu Y，Han J，Tang S，et al. A Method of PRACH Detection Threshold Setting in LTE TDD Femtocell System[C]//20138th International Conference on Communications and Networking in China (CHINACOM). IEEE, 2012:408-413. [6]Freire-Irigoyen A，Torrea-Duran R, Pollin S，et al. Energy efficient PRACH detector algorithm in SDR for LTE femtocelIs[C]//Communications and Vehicular Technology in the Benelux (SCVT),201118th IEEE Symposium on. IEEE, 2011:1-5. [7]Ubeda C，Pedraza S，Regueira M，et al. LTE FDD Physical Random Access Channel Dimensioning and Planning[C]//Vehicular Technology Conference (VTC Fall)，2012IEEE. IEEE，2012:1-5. [8]Mansour M M. Optimized architecture for computing Zadoff-Chu sequences with application to LTE[C]//Global Telecommunications Conference，2009. GLOBECOM 2009.IEEE.IEEE，2009:1-6. [9]Premnath K N，Pradhan P，Darshan R，et al. Self-configuration of basic LTE radio parameters using Magnetic Field Model[C]//Wireless Communication Sys terns(ISWCS), 2012International Symposium on.IEEE,2012:36-40. [10]Lee W, Kim D, Choi S, et al. Self-optimization of RACH power considering multi-cell outage in 3GPP LTE systems[C]//Vehicular Technology Conference(VTC Spring),2012IEEE75th. IEEE, 2012:1-5. [11]唐宏，李本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TD‑LTE虚拟专网基于动态优先级的随机接入方法，其特征在于，包括如下步骤：前导序列传输步骤：UE从小区广播消息SIB2中读取用于竞争随机接入的前导序列数目numberofRA‑Preambles，随机从中选择一个随机接入前导序列，发起随机接入；UE根据小区广播消息中读取物理随机接入信道配置信息，调整发送功率，在连续3个子帧内随机选择一个物理随机接入信道发送随机接入前导序列；随机接入响应步骤：当演进NodeB检测到UE发送的前导序列，在MAC层生成随机接入响应，UE通过物理下行控制信道的随机接入临时标识来监听RAR消息；MSG3发送步骤：UE接收到RAR消息，获得上行的时间同步和上行资源，MSG3是随机接入过程第3条消息，为了区分不同的UE，在MSG3中会携带一个UE特定的ID，用于区分不同的UE；冲突解决消息步骤：如果在最大重传时间内，UE接收到eNodeB返回的竞争决议消息，如果其中携带的UE的ID与自己在Msg3中上报给eNodeB的相符，那么UE就认为自己赢得了此次的随机接入冲突，随机接入成功，并将在RAR消息中得到的临时C‑RNTI置为自己的C‑RNTI，否则的话，UE认为此次接入失败，并进行随机接入的重传过程。...

【技术特征摘要】
1. 一种TD-LTE虚拟专网基于动态优先级的随机接入方法，其特征在于，包括如下步 骤： 前导序列传输步骤：UE从小区广播消息SIB2中读取用于竞争随机接入的前导序列数 目numberofRA-Preambles，随机从中选择一个随机接入前导序列，发起随机接入；UE根据 小区广播消息中读取物理随机接入信道配置信息，调整发送功率，在连续3个子帧内随机 选择一个物理随机接入信道发送随机接入前导序列； 随机接入响应步骤：当演进NodeB检测到UE发送的前导序列，在MAC层生成随机接入 响应，UE通过物理下行控制信道的随机接入临时标识来监听RAR消息； MSG3发送步骤：UE接收到RAR消息，获得上行的时间同步和上行资源，MSG3是随机接 入过程第3条消息，为了区分不同的UE，在MSG3中会携带一个UE特定的ID，用于区分不同 的UE; 冲突解决消息步骤：如果在最大重传时间内，UE接收到eNodeB返回的竞争决议消息， 如果其中携带的UE的ID与自己在Msg3中上报给eNodeB的相符，那么UE就认为自己赢得 了此次的随机接入冲突，随机接入成功，并将在RAR消息中得到的临时C-RNTI置为自己的 C-RNTI，否则的话，UE认为此次接入失败，并进行随机接入的重传过程。2. 根据权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，在随机接入方法中，利用控制退 避时延窗长度和退避重传次数上限相结合的方法，在保证高优先级平均时延下，提高接入 成功率，并以系统负载为限制，动态选择随机接入过程中的优先级模式。3. 根据权利要求2所述的随机接入方法，其特征在于，该随机接入方法包括基于优先 级划分的多模退避算法，在基于优先级划分的多模退避算法中，首先，通过不同优先级用户 采用不同退避算法，区分不同优先级用户；其次，多模退避算法采用不同的退避窗长度和重 传次数上限相结合，降低高优先级用户掉话率。4. 根据权利要求3所述的随机接入方法，其特征在于，在随机接入方法中，将所有用户 整体分为3种大类型，对应为指挥调度类、普通话务类和数据缓冲类，根据三类用户的不同 平均时延需求，分别对应1优先级、2优先级和3优先级；因为不同的算法采用了不同的窗 长度，当不同优先级用户接入发生碰撞后，会在不同长度的范围内随机重传。5. 根据权利要求4所述的随机接入方法，其特征在于，在所述基于优先级划分的多模 退避算法中包括如下步骤： 计算各优先级用户的传输时延仁，公式如下：式（1)中，λ表示在退避时间内随机选择接入时间的参数，既λe(〇, 1)的均匀分布 的随机参数;m表示退避时间窗长度增量，1优先级m= 1. 5, 2优先级m= 2, 3优先级m= 2. 5 ;n。表示用户碰撞次数，这里为求得各优先级的时延，以B^為^為^分别代替^^求 得L、~2、~3; 确定各优先级重传次数上限&胃^^^^^^用自表示接入失败率， β='^-(4) ns 其中，nf是接入失败用户数量，ηs是接入成功用户数量，计算方法如下：按照各优先级 用户间平均时延关系LQL，可得为满足3,假设 Βι-多B 2max> B 3max (6) 根据3GPPTD-LTE系统规定，前导序列重传次数最大不超过10次，为尽量提高1优先级 群组的接入成功率，取Blmax= 10,联立不等式组（5) (6)，可得由上述计算，确定不同退避算法的重传上限之间的限制关系，以此调整系统设置，保证 高优先级用户的随机接入性能。6. 根据权利要求2所述的随机接入方法，其特征在于，该随机接入方法包括基于系统 负载的动态优先级划分方法，在基于系统负载的动态优先级划分方法中，根据系统负载计 算优先级组合方式，并求出了该算法的平均时延理论极限，结合实际应用中的信令复杂度 问题，优化系统平均延时和接入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霆廷，张钦宇，邢学强，崔文华，李家香，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44