【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物联网和卫星通信，特别涉及一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法。
技术介绍
1、物联网(iot)中的大规模机器类通信(mmtc)是5g移动通信中的关键应用场景，如图1所示，然而基于地面的基础通信设施的iot往往很难为特殊地区的边缘设备提供有效的接入服务，如沙漠、森林、海洋等。近年来，作为地面通信网络的扩大与补充，覆盖面积更大、且不易受灾害影响的近地轨道(leo)卫星通信系统得到了快速发展。
2、随机接入作为地面终端与卫星网络建立连接的第一步，目前采用的是传统的四步随机接入方案，即终端和卫星之间往返发送四次消息建立连接，然而该方案在卫星通信场景下时延长，多用户同时进行随机接入时吞吐量低。3gpp在r16版本5g(nr)中引入了一种只需要往返两次消息即可建立连接的两步随机接入方案，该方案通过将传统方案中终端分两次发送的msg1前导序列和msg3数据载荷合并为msga一起发送，基站端发送的msg2随机接入反馈和msg4上行接入信息合并为msgb一起发送。对于卫星网络中终端和卫星距离远、接入时延大的情况，两步随机接入可以极大地降低接入时延。
3、由于卫星物联网mmtc场景下终端数量大，进行两步随机接入时发送msga存在大量前导序列资源碰撞的情况，由于msga同时包含前导序列和数据载荷，前导序列的碰撞将导致卫星接收器丢弃数据载荷数据包，接入失败后终端将等待随机长时间再次发送msga，造成数据载荷多次重发，产生资源浪费。对于地面的两步随机接入，基站覆盖范围内单小区终端数量比卫星通信小区少，随机
技术实现思路
1、针对现有的地面两步随机接入msga发送过程中因为多个用户选择相同前导而导致数据碰撞的问题，为了能够在卫星场景中实现两步随机接入用户侧有限前导序列分配，基站侧成功检测出选择相同前导序列而产生碰撞的不同用户，本专利技术考虑卫星场景特点利用空间分组和目标接收功率控制，提出一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，具体包括以下步骤：
2、终端监听卫星广播信息，计算自身与卫星仰角，根据仰角获取自身所在分组索引；
3、根据终端所在分组索引，将所有终端划分为多个前导序列分组，根据目标卫星接收功率和信道增益设置终端发送功率；
4、终端按照发射功率向卫星发送随机接入消息msga，卫星接收并处理随机接入消息msga后向终端发送对应的接入确认信息msgb；
5、终端在等待时间内接收到msgb消息并且msgb消息准确，则根据msgb消息内传递的信息建立rrc连接，接入成功；
6、否则接入失败，终端将等待随机时间后转为四步随机接入方式。
7、进一步的，根据仰角获取自身所在分组索引的过程包括：
8、获取一个卫星波束下终端与卫星满足通信条件的的仰角范围(θmin,θmax)；
9、将其均匀地分为k个组，即每组仰角间隔为根据终端i仰角矢量θi与θmin之间的差值求出终端i对应的分组索引，表示为：
10、
11、其中，index i表示终端i对应的分组索引；表示向上取整。
12、进一步的，根据终端所在分组索引，将所有终端划分为多个前导序列分组的过程包括：
13、若终端的分组索引总数k为偶数，将同一波束下前导序列集合均分成k/2组；
14、则将第i个分组索引的终端与第k/2+i个分组索引的终端划分到同一前导序列分组，i＝{1,2,…,k/2}；
15、若终端的分组索引总数k为奇数，将同一波束下前导集合分成(k+1)/2组；
16、令第i个分组索引内的终端与第(k+1)/2+i个分组索引内的终端共用同一前导序列组内的前导序列，i＝{1,2,…,(k+1)/2}。
17、进一步的，根据目标卫星接收功率和信道增益设置终端发送功率，包括：
18、若卫星段最低目标接收功率为pmin，同时隙内两终端数据包捕获功率差值为pθ，即相邻组间终端目标接收功率差值为pθ，则第k个分组索引的终端目标的目标接收功率表示为pkr＝pmin+kpθ；
19、根据卫星广播消息获取信道增益，基于信道增益和目标接收功率，则第k个分组索引的终端的发送功率为g为信道增益。
20、进一步的，随机接入消息msga由前导序列与终端自身有效载荷组成，其中前导序列通过物理随机接入信道prach传输、有效载荷通过物理上行共享信道pusch传输。
21、进一步的，卫星接收到随机接入消息msga后，若同一个前导码下收到两个用户的接入请求，则判断两个用户请求的接收功率，根据接收功率确认用户信息，并对应反馈msgb消息；若两个用户前导码和接收功率均相同，则不反馈msgb消息。
22、进一步的，若用户端接收到的msgb消息包含fallback rar，表示卫星接收端prach信道上preamble消息接收成功，而pusch信道上载荷消息接收失败，转而进行4步随机接入中的msg3发送流程。
23、进一步的，四步随机接入方式进行接入的过程包括以下步骤：
24、终端发起随机接入请求，将随机接入请求msg1通过prach信道发送给卫星；
25、终端发送随机接入请求msg1后开启该消息的响应msg2消息的等待窗口，卫星接到msg1通过pdsch信道反馈msg2消息；
26、若终端在等待窗口时间内接收到msg2消息，则开启定时器并通过pusch信道向卫星发送msg3消息；
27、若在定时器结束前接收到卫星通过pdsch信道反馈的msg4消息则表示竞争成功，则可以进行后续数据包的发送；
28、若定时器结束前未收到msg4消息，则重置定时器并重发msg3消息直到竞争成功。
29、本专利技术是针对卫星物联网两步随机接入中一种基于空间分组及上行功率控制的随机接入前导序列复用方法，该方法考虑卫星物联网场景下终端到卫星的链路仰角对同一波束小区内的终端进行再分子组，再根据子组信息设置不同的发射功率，以实现到达卫星时同子组接收功率相同，同时利用功率控制实现前导序列复用的目的，该方法不仅有效地降低终端发送msga至卫星时因前导序列碰撞而产生的接入失败率，而且最大限度地提高了msga数据载荷部分的利用率。
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1.一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，根据仰角获取自身所在分组索引的过程包括：
3.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，根据终端所在分组索引，将所有终端划分为多个前导序列分组的过程包括：
4.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，根据目标卫星接收功率和信道增益设置终端发送功率，包括：
5.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，随机接入消息MsgA由前导序列与终端自身有效载荷组成，其中前导序列通过物理随机接入信道PRACH传输、有效载荷通过物理上行共享信道PUSCH传输。
6.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，卫星接收到随机接入消息MsgA后，若同一个前导码下收到两个用户的接入请求，则判断两个用户请求的接收功率，根据接收功率
7.根据权利要求6所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，若用户端接收到的MsgB消息包含Fallback RAR，表示卫星接收端PRACH信道上Preamble消息接收成功，而PUSCH信道上载荷消息接收失败，转而进行4步随机接入中的Msg3发送流程。
8.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，四步随机接入方式进行接入的过程包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，根据仰角获取自身所在分组索引的过程包括：
3.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，根据终端所在分组索引，将所有终端划分为多个前导序列分组的过程包括：
4.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，根据目标卫星接收功率和信道增益设置终端发送功率，包括：
5.根据权利要求1所述的一种卫星物联网场景下前导复用的两步随机接入方法，其特征在于，随机接入消息msga由前导序列与终端自身有效载荷组成，其中前导序列通过物理随机接入信道prach传输、有效载荷通过物理上行共享信道pusch传输。...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵露，彭大芹，杨钰琦，徐浩，何俊龙，李赵子萱，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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