【技术实现步骤摘要】
一种基于差分相位调制的无导频强化Slotted ALOHA大规模随机接入与传输方法
[0001]为了支持新一代移动通信系统在大规模通信场景下的用户接入与传输，本专利技术提供一种基于差分相位调制(DPSK)的无导频强化Slotted ALOHA大规模随机接入与传输方案，可实现大规模场景下的用户随机接入效率与传输效率的显著提升。本专利技术属于通信与信号处理领域。
技术介绍
[0002]《6G典型场景与关键能力》白皮书中指出，6G中超大规模连接将在5G海量物联网的基础上拓展新的能力与应用。超大规模连接场景如图1所示。超大规模连接将应用在智慧城市、智慧制造、卫星互联网等多个领域。白皮书中指出6G将要能够实现每平方米10～100个用户的连接密度[1]。
[0003]在传统的通信网络中，用户接入网络需要完成四步随机接入流程(Four
‑
step RACH)。用户与基站间分别进行发送前导码，反馈随机接入响应，发起随机接入请求，反馈竞争解决信息四个步骤。在大规模连接场景中，四步随机接入流程将带来较高的系统延时以及较大的信令开销。例如在卫星互联网系统中，由于卫星与地面的距离较大，星地链路延时较高，低轨卫星双向链路延时为25ms
‑
75ms，四步随机接入影响了用户接入效率。5G
‑
NR协议中提出了两步随机接入流程(Two
‑
step RACH)。用户与基站间分别进行发送前导码与数据，反馈随机接入响应两个步骤[2]。两步随机接入流程能够减少信令交互次数...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于差分相位调制的无导频强化Slotted ALOHA大规模随机接入与传输方法，其特征在于，包括具体步骤如下：步骤一：差分编码调制与帧结构考虑单基站，M用户的大规模通信系统；用户与基站均使用单天线进行发送与接收；考虑强化Slotted ALOHA协议中总时隙的数量为T；基站通过波束扫描向用户发送同步块；用户通过解码同步块完成下行同步并获得随机接入的配置信息；当用户需要发起随机接入请求时，用户首先通过物理随机接入信道发送前导码字，随后通过物理上行共享信道发送随机接入中的数据负载；步骤二：发送信号通过无线信道到达基站发送信号通过无线信道到达基站；考虑基站与用户的信道为多径信道，路径数为P，其中路径1的平均信道增益最高且高于其余路径20dB以上；当考虑充满很多反射体的信道环境时，信道模型将退化为单径信道；基站与用户之间存在多普勒频移；对于任意用户，假设其信道系数在单个时隙内保持不变，多普勒频移在T个时隙内保持不变；步骤三：接收端信号检测3.1用户前导码检测接收机首先进行前导码检测，检测时隙内的竞争用户数量，完成定时提前量的测定，以实现用户与基站间的上行时间同步，为后续数据传输提供精准的时间同步信息；基站通过本地前导码字对每一时隙接收到的前导码信号进行相关操作的方法实现前导码检测；3.2用户信号检测接收端通过前导码检测获取用户定时信息后，对用户进行信号检测；在每一个时隙内，接收机以每一定时信息为起点，对后续N
payload
个符号进行信号检测；此处考虑在时隙t内用户m发送其第d个副本，即t＝t
m,d
；接收机通过前导码检测获知用户定时信息信号检测共有差分调制非相干检测、基于数据辅助多普勒频移与信道系数估计、差分调制迭代相干检测三个步骤；3.3利用已求解信息进行干扰消除接收机利用已求解用户的消息序列以及用户其余副本所在时隙的位置信息进行干扰消除操作；步骤四：仿真验证与性能评估在地面信道与卫星信道下，分别进行系统的吞吐量随用户承载率变化的数值仿真。2.根据权利要求1所述的一种基于差分相位调制的无导频强化Slotted ALOHA大规模随机接入与传输方法，其特征在于：在步骤一中，对于用户发送的前导码字部分，用户通过基站指示的前导码配置信息，选择前导码字；前导码字是为获取定时信息，完成上行时间同步。3.根据权利要求1所述的一种基于差分相位调制的无导频强化Slotted ALOHA大规模随机接入与传输方法，其特征在于：在步骤一中，对于用户发送的数据负载部分，考虑所有用户的消息序列等长；用户m(m＝1
…
M)所发送的消息序列为b
m
∈{0,1}
k
，其中k表示消息序列长度；用户m对b
m
进行拷贝，生成d
m
个副本消息序列其中d为副本的索引；用户m在时间轴上随机选择时隙，其分别对应为的发送时隙，令
为随机选择时隙的序号；用户在中分别添加其余副本的时隙位置信息，生成添加时隙位置信息后的消息序列长度为k'；对添加时隙位置信息后的消息序列分别使用码率为R
c
的编码器进行编码，得到编码后序列编码后序列的长度为L；经过随机交织器Π，得到经过交织器后的编码序列用户将映射为符号序列N表示为符号序列长度，α
q
表示星座点集合中的第q个符号，q表示星座符号的索引，Q表示调制阶数，j为虚数单位；用户m对符号序列进行差分相位调制，得到用户m在第t
m,d
时隙内发送符号序列s
m,d
，其中n表示离散时间；x
m,d
[n]表示x
m,d
中第n个符号；s
m,d
[n]表示s
m,d
中第n个符号；s
m,d
[0]由调制阶数Q确定；当调制阶数Q＝4时，选择因此其中β
q
表示差分信号的星座点；用户m按照所选择的时隙对发送符号序列进行发送，每个时隙长度为N
T
个符号持续时间，N
T
＝N
preamble
+N
payload
+N
Guard
；其中N
preamble
表示前导码序列的长度，N
payload
＝N+1表示数据负载的长度，N
Guard
表示保护间隔的长度。4.根据权利要求1所述的一种基于差分相位调制的无导频强化Slotted ALOHA大规模随机接入与传输方法，其特征在于：在步骤二中，基站在第t个时隙内所接收到的信号为其中，p表示路径索引，表示为第t个时隙内用户m与基站间第p条路径的信道系数，表示用户m与基站间第p条路径的归一化时延，表示用户m与基站之间的归一化多普勒频移，表示用户m与基站之间的实际多普勒频移，f
d
为最大多普勒频移，为信号的到达角服从[0,2π]均匀分布；B
w
为系统带宽；z
t
[n]为服从复高斯分布的加性高斯白噪声，为加性高斯白噪声功率。5.根据权利要求1所述的一种基于差分相位调制的无导频强化Slotted ALOHA大规模随机接入与传输方法，其特征在于：在步骤三中，考虑多径信道下路径1的信道增益最强，因此通过检测前导码字，接收端能够准确获知用户定时信息若仅检测到一个用户，则该时隙为非用户竞争时隙，若检测得到两个及以上用户，则该时隙为用户竞争时隙；设接收机能够完美检测出用户的定时信息即前导码检测完全正确，接收机能够获知每个时隙内用户的数量。6.根据权利要求1所述的一种基于差分相位调制的无导频强化Slotted ALOHA大规模
随机接入与传输方法，其特征在于：在步骤三中，差分调制非相干检测为：首先利用接收信号y
t
，计算c
′
m,d
[l]的对数似然比，其中，c
′
m,d
[l]表示c
′
m,d
中的第l个符号，l表示编码序列的索引，表示c'
m,d
[l]＝1对应的符号集合，表示c
′
m,d
[l]＝0对应的符号集合；表示向下取整操作，||
·
||表示取模操作；接收机对所有c
′
m,d
[l]，l＝1,
…
,L求取其对数似然比，得到c
′
m,d
的对数似然比序列Λ(c
′
m,d
)；对数似然比序列Λ(c
′
m,d
)经过解交织器，生成序列c
m,d
的对数似然比序列Λ(c
m,d
)；将Λ(c
m,d
)输入至译码器，生成译码后序列c
m,d
的对数似然比Λ
DEC
(c
m,d
)；Λ
DEC
(c
m,d
)经过交织器后生成序列c
′
m,d
译码后对数似然比Λ
DEC
(c
′
m,d
)；根据c
′
m,d
[l]译码后对数似然比Λ
DEC
(c
′
m,d
[l])，计算[l])，计算其...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，李序，
申请(专利权)人：深圳北航新兴产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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