一种上行随机接入方法技术

本发明专利技术公开了一种上行随机接入方法，包括以下步骤：基站将信道资源以基本传输单元为单位进行正交划分和等效接收端功率的分配；基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，确定当前上行信道的工作模式；用户根据自身的传输需求、信道状态信息等，选择相应的编码调制模式；进行编码调制得到多个基本传输单元的待传输符号，将待传输符号进行处理得到上行发送信号，同时发送对应基本传输单元的导频信号；基站接收每个基本传输单元以及对应每个基本传输单元的导频信号，并检测和解调其中的信道状态信息和用户信息。本发明专利技术具有如下优点：相比于传统随机多址接入方案，本发明专利技术所述方案可以显著提升系统吞吐率，降低用户丢包率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字信息传输的多址接入
，特别涉及一种上行随机接入方法。
技术介绍
在典型的移动通信系统中，基站需要与覆盖范围内的多个用户进行通信。其中，对于随机接入场景下的上行多址接入信道，用户随机接入的策略和用户数据传输方案仍然没有得到很好的解决，特别是海量小包突发业务场景。传统的上行多用户随机接入采用竞争信令与正交多址接入结合的模式。在这一模式下，上行多址接入信道中，每个用户首先根据协议通过竞争接入的方式与基站进行通信，从而获取该用户传输数据所需的信令资源和信道资源，随后在相应的信道资源中发送待传输的业务数据。从网络信息论的角度来看，上行竞争信道的多址接入信道模型属于随机接入(RandomAccess)模型，即在用户发送数据之前，基站并没有与用户有过其他交互(没有进行调度)，从而不同用户之间可能存在不可控的竞争冲突；而上行数据信道的多址接入属于调度接入模型(ScheduledAccess)，即在用户发送数据之前用户已与基站进行过交互(已经进行过调度)，从而在上行数据信道中不同用户所占用的信道资源由基站完全掌控，不存在竞争冲突。这种用于上行多用户随机接入的传输模式主要存在以下几方面问题。其一，通过竞争信道与基站进行通信的过程几乎不传输业务数据，从而是额外传输开销。对于传统大包数据业务场景，这一额外开销的资源占比通常较小。然而，随着移动通信的发展，特别是在海量小包突发数据业务的场景下，>该额外开销的占比逐渐增加，成为亟待优化的一部分。其二，竞争信道通常采用时隙ALOHA协议进行竞争接入。如果多用户发生竞争碰撞，即多用户在同一个时隙中发送信号，接收端无法解调出其中任何一个用户的信息，从而导致该时隙传输失败。根据理论计算，在这种情况下该协议对信道资源利用率不会超过37％，且当用户负载较高时信道资源利用率将进一步降低，从而影响整个系统的性能和可靠性；并且，随着信道资源利用率的提高，用户数据发生碰撞后丢包的概率急剧增加。其三，基站在分配频谱资源时通常将频谱资源以独占的方式分配给各个用户，从而各用户之间的信号是相互正交的，即传统的正交多址接入(OMA)技术。这一技术实现简单、灵活，但是，网络信息论指出，采用OMA时，其多用户的可达速率域上界距离采用最优叠加编码(SC)技术时的多用户的可达速率域上界差距较大，即多用户联合可达传输速率损失较大。为此，在近几年提出的非正交多址接入技术(NOMA)有助于解决上述问题。采用非正交多址接入技术，不同用户发送的信号直接叠加；相应地，接收端通过串行干扰消除(SIC)或联合译码(JD)技术同时解调这些叠加的信号。只要编码调制方案和模式设计和选择妥当，接收端可以成功解调出所有叠加的信号。从而，一方面，当多用户发生竞争碰撞时，只要碰撞的用户数在一定数量范围内，且他们的编码调制模式选择妥当，接收端就可能解调出所有碰撞的用户，从而显著降低用户数据碰撞后丢包的概率。另一方面，如前所述，相比于OMA技术，采用NOMA技术，其多用户可达速率域更大，系统吞吐率更高。目前典型的基于叠加编码和SIC/SD技术有：稀疏扩频序列的多址接入(LowDensitySignature/Spreading-MultipleAccess，LDS-MA)、稀疏码多址接入(SparseCodeMultipleAccess，SCMA)、交织多址接入(InterleaveDivisionMultipleAccess，IDMA)和MU-BICMID。IDMA面向低信噪比和较低速率的应用场景设计，并且通常面向对称信道设计。采用IDMA时，不同用户通过不同交织方式进行区分，因此可以同时接入的用户数很多。并且IDMA有逼近多址接入信道容量域的理论界的性能。虽然IDMA可显著地增加系统同时接入的用户数，但是相应地使得用户工作在低信噪比区域，信道编码码率低，在一定意义上限制了单个用户的最高速率，系统总体传输率不高，并且每个用户单位信息比特的运算量很大。采用LDS-MA和SCMA时，不同用用户通过采用不同的扩频码进行区分。两种方法在接收端均采用消息传递算法(MessagePassingAlgorithm，MPA)算法实现近似的最大似然的多用户检测。LDS-MA和SCMA均是多址接入信道的联合编码技术(即基于叠加编码和SD技术的多址接入技术)，但是在已有文献提供的具体方案中，通常每个用户均采用相同的单用户编码调制方案，如采用第三代移动通信合作伙伴计划(3GPP)的长期演进(LTE和LTE-A)标准规范的规则正交幅度调制(QAM)星座映射结合Turbo码的编码调制方案。由于没有面向多址接入信道条件进行联合优化，因此整个方案的性能距离多址接入信道容量域的理论界有一定距离。需要指出的是：一些用户的稀疏扩频序列之间是相互正交的，因此在低负载时，SCMA和LDS-MA的方案和性能接近正交多址接入。但是由于扩频的处理，导致每个用户信息比特的运算量急剧增加。采用MU-BICMID方案时，通过联合优化不同用户的编码调制方案，使得多用户传输的实际性能逼近多用户联合传输率上界，并且传输方案适用于多址接入信道下高、中、低频谱效率的各种应用场景。即便如此，在使用NOMA技术的上行多址接入系统中，特别是随机多址接入场景下如何调度用户、如何设计合适的编码调制方案、如何选择合适的编码调制模式依然是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种上行随机接入方法。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面的实施例公开了一种上行随机接入方法，包括以下步骤：S1、基站将信道资源以基本传输单元为单位进行正交划分和等效接收端功率的分配，其中，所述基本传输单元是时域符号、频域子载波、空域、码域符号或时频空码域符号的任意组合；S2、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，确定当前上行信道的工作模式，并将所述当前上行信道的工作模式和所述基本传输单元通过下行信道广播给覆盖范围内的所有用户，其中，所述用户状态的统计信息包括：所述基站覆盖范围内的当前活动用户和当前活动用户统计的平均总接入负载，所述当前上行信道的工作模式包括k个工作模式，其中，k为自然数；S3、用户在发送数据前，根据自身的传输需求、信道状态信息、当前上行信道的工作模式、基本传输单元信息，选择相应的编码调制模式；S4、进行所述编码调制得到多个基本传输单元的待传输符号，将所述待传输符号进行处理得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种上行随机接入方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基站将信道资源以基本传输单元为单位进行正交划分和等效接收端功率的分配，其中，所述基本传输单元是时域符号、频域子载波、空域、码域符号或时频空码域符号的任意组合；S2、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，确定当前上行信道的工作模式，并将所述当前上行信道的工作模式和所述基本传输单元通过下行信道广播给覆盖范围内的所有用户，其中，所述用户状态的统计信息包括：所述基站覆盖范围内的当前活动用户和当前活动用户统计的平均总接入负载，所述当前上行信道的工作模式包括k个工作模式，其中，k为自然数；S3、用户在发送数据前，根据自身的传输需求、信道状态信息、当前上行信道的工作模式、基本传输单元信息，选择相应的编码调制模式；S4、进行所述编码调制得到多个基本传输单元的待传输符号，将所述待传输符号进行处理得到上行发送信号，同时发送对应所述基本传输单元的导频信号；以及S5、所述基站接收每个基本传输单元以及对应所述每个基本传输单元的导频信号，并检测和解调其中的信道状态信息和用户信息。

【技术特征摘要】
1.一种上行随机接入方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基站将信道资源以基本传输单元为单位进行正交划分和等效接收端功
率的分配，其中，所述基本传输单元是时域符号、频域子载波、空域、码域符
号或时频空码域符号的任意组合；
S2、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，确定当前上行信道的
工作模式，并将所述当前上行信道的工作模式和所述基本传输单元通过下行信
道广播给覆盖范围内的所有用户，其中，所述用户状态的统计信息包括：所述
基站覆盖范围内的当前活动用户和当前活动用户统计的平均总接入负载，所述
当前上行信道的工作模式包括k个工作模式，其中，k为自然数；
S3、用户在发送数据前，根据自身的传输需求、信道状态信息、当前上行
信道的工作模式、基本传输单元信息，选择相应的编码调制模式；
S4、进行所述编码调制得到多个基本传输单元的待传输符号，将所述待传
输符号进行处理得到上行发送信号，同时发送对应所述基本传输单元的导频信
号；以及
S5、所述基站接收每个基本传输单元以及对应所述每个基本传输单元的导
频信号，并检测和解调其中的信道状态信息和用户信息。
2.根据权利要求1所述的上行随机接入方法，其特征在于，在步骤S2
中，所述k个工作模式采用面向系统吞吐率优化的确定方法，具体包括以下步
骤：
S21、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，依次各个工作模式
下系统的预期吞吐率；
S22、所述基站顺序计算k个工作模式下系统的预期吞吐率，
如果当前工作模式下系统的预期吞吐率大于前一个工作模式下系统的预
期吞吐率，则继续计算当前工作模式的下一个工作模式下系统的预期吞吐率并
再次进行比较，
否则停止计算，确定基站的工作模式为当前工作模式，
其中，计算所述当前模式下系统的预期吞吐率进一步包括以下步骤：
S221、所述基站通过覆盖范围内的用户状态统计信息，随机产生一组将竞
争同一个基本传输单元的模拟接入用户；
S222、所述基站模拟每一个用户在步骤S3的传输行为，并模拟在所述基
站的解调过程；
S223、统计步骤S222所述解调过程成功解调出的总用户信息量，所述成
功解调出的总用户信息量为所述当前工作模拟下系统中间的预期吞吐率；以及
S224、重复步骤S221至S223多次，计算多次所述当前工作模拟下系统
中间的预期吞吐率的平均值为所述当前工作模式下系统的预期吞吐率的。
3.根据权利要求1所述的上行随机接入方法，其特征在于，在步骤S2
中，所述k个工作模式采用面向用户中断概率优化的确定方法，具体包括以下
步骤：
S’21、所述基站根据用户需求，确定当前允许的中断概率上限；
S’22、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，依次计算k个工作
模式下所述用户的中断概率，
如果当前工作模式下用户的中断概率小于前一个工作模式下用户的中断
概率，则停止计算，当前工作模式确定为所述基站的工作模式，
否则继续计算，则继续计算当前工作模式的下一个工作模式下用户的中断

\t概率并再次进行比较，
其...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭克武，陈霜，宋健，金黄平，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11