【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法。
技术介绍
1、近年来，全球移动设备数量及其产生的数据流量呈爆炸式增长。这种情况下，新一代无线网络面临同时支持大规模的无线终端接入网络的需求。另外，在大规模机器通信服务的场景下，由于给定时间间隔内仅有少部分终端设备处于需要收发信息的激活状态，其他设备为节省能量而暂时处于休眠状态，网络中终端设备的数据请求通常具有偶发特性。
2、这些网络特点导致实现万物互联仍然面临着一些问题和挑战。一方面，现存的有源址随机接入方案中，激活设备需事先向基站发射各自独有的导频序列，基站借助导频序列获得设备的激活状态和相应的信道信息。为了获得精确的激活和信道信息，设备需要发送很长的导频序列，面对庞大的设备数量和偶发的数据流量，这会引起有限频谱资源的浪费和计算复杂度过高等问题。另一方面，目前基于耦合结构的无源址随机接入方案中，激活设备通过添加冗余以实现分段消息的重新组合，尽管额外引入的冗余相比有源址随机接入方案中的导频序列长度较短，但仍然会导致系统的频谱效率降低。
3、因此，为了解决以上问题，有必要结合这些特点设计一种新的无源址随机接入方法。本专利技术对基于解耦结构的大规模无源址随机接入技术展开研究，所有设备使用相同的码本向基站发送数据信息，无需提前发送导频序列进行设备和信道检测。同时，分段的消息也无需引入额外冗余进行信息耦合以实现消息拼接。基于此，可以显著降低服务延迟和无线资源消耗，提高万物互联时代数据的处理效率，且有望解决海量移动设备接入无线网络的一
技术实现思路
1、本专利技术为了解决大规模移动设备接入无线网络时连接容量大、通信时延高、频谱效率低等问题，提出了一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法。
2、本专利技术所采用的具体技术方案如下：
3、一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法，其包括如下步骤：
4、s1：在无线网络中，预先部署一个天线数为m的基站，同时有kt个潜在的单天线移动设备通过所述基站接入无线网络；
5、在给定时隙中，仅有ka个设备处于激活状态，其中ka＜＜kt，并记激活设备集合为
6、所有激活设备将各自要发送的b比特信息等长度平均切割分段，保证每段包含j比特信息，共分为l＝b/j个子块；
7、s2：将所述给定时隙依次无间隔平均分割为l个子时隙，所有激活设备基于相同且基站已知的码本，分别将l个子块映射为码本中的码字，经l个子时隙依次发送到基站；
8、s3：在第l∈[1,l]个子时隙中，基站接收到数据后，利用一种矩阵信息几何辅助的联合码字检测与拼接方法，在估计出第l个子时隙激活码字列表估计值的同时，将第l个子时隙的激活码字分别与前l-1个子时隙中来自同一个设备的激活码字一一对应且按接收的时间先后顺序拼接在一起；
9、s4：将拼接后的码字序列解映射，恢复出各激活设备发送的原始信息。
10、基于上述技术方案，其中的部分步骤可采用如下优选方式实现。
11、作为优选，步骤s2中，所述所有激活设备基于相同且基站已知的码本将所述l个子块映射为码本中的码字的方法为：
12、s21：给定子时隙长度为n0，设置码本矩阵其中代表复数域，码本矩阵的每一列cj都表示一个码字，其中j∈[1,2j]，一共有2j个码字；每个码字满足约束其中||·||2表示矢量的2-范数；
13、s22：在第l个子时隙中，任意激活设备k将要发送的第l个子块的j比特信息映射为整数ik,l∈[1,2j]，并定义激活码字列表其中l∈[1,l]；
14、s23：激活设备k将码本矩阵c的第ik,l列作为激活设备k在所述第l个子时隙发送的码字并将码字发送到基站。
15、作为优选，步骤s3中，矩阵信息几何辅助的联合码字检测与拼接方法为：
16、s31：输入码本c、迭代次数t的最大值titer，初始化子时隙指数l＝1；输入第l个子时隙基站端的接收信号其中是所述激活设备k的信道矢量，服从复高斯分布其中是大于零的大尺度衰落系数，im是维度为m×m的单位矩阵；(·)t表示矩阵转置；表示第l个子时隙的大尺度衰落对角矩阵，diag(·)表示以输入矢量作为对角线元素形成的矩阵，其中是第l个子时隙的码字激活矢量，并满足且当ik,l＝j时θk,j＝1，否则θk,j＝0，其中j∈[1,2j]；表示小尺度衰落矩阵，其元素服从零均值、单位方差的复高斯分布；wl表示加性高斯白噪声矩阵，所述wl各元素服从零均值、噪声方差为σ2的复高斯分布；接收信号yl的每一列其中yl的协方差矩阵ψl定义为是维度为n0×n0的单位矩阵，(·)h表示矩阵共轭转置，e{·}表示取数学期望，m∈[1,m]；
17、s32：令为稀疏的码字状态矩阵，xl非零行矢量服从复高斯分布非零行矢量的协方差矩阵定义为其中是hermitian正定矩阵流形；a＞0表示矩阵a是正定矩阵；
18、s33：初始化第l个子时隙的码字激活矢量估值计算接收信号的样本协方差矩阵
19、s34：计算码字激活矢量的近似最大似然初始估值初始化迭代次数n＝1；初始化协方差矩阵和
20、在第n个迭代轮次中，随机选择坐标指数r∈[1,2j]，计算中间变量其中cr是码本矩阵的第r列，是的第r个元素，更新更新协方差矩阵随机选择下一个坐标指数r并令n＝n+1，重复计算中间变量、更新参数，直到至少遍历完一遍所有坐标指数，得到
21、s35：判定子时隙指数，若l＝1，执行步骤s36，否则执行s37；
22、s36：令第l个子时隙的码字激活矢量估计值
23、根据一种硬阈值方法，基站对进行判决，得到当前子时隙被发送的所述激活码字列表估计值令激活用户数估计值等于激活码字列表估计值的大小，即
24、令个激活码字分别自成一类，共计个不同的类其中
25、第类中的激活码字对应的协方差矩阵形成hermitian正定矩阵流形上的一个点，并作为第类的几何中心其中是的第jp个元素，∩表示两集合的交集；
26、令l＝l+1，返回步骤s31继续执行；
27、s37：计算基于协方差的本地估计器其中ln(·)表示自然对数，tr(·)表示矩阵的迹；
28、计算促稀疏估计器g(γl)＝||γl||1，其中||·||1表示矢量的1-范数；
29、计算促分类估计器其中测地线距离定义为·||f表示矩阵的f-范数，log(·)表示方阵的对数；
30、定义目标函数p(γl)为p(γl)＝f(γl)+αg(γl)+βφ(γl)，其中α和β是惩罚因子；
31、利用一种近端梯度迭代方法求出使得目标函数值p(γl)最小的解，即得到
32、根据硬阈值方法，基站对进行判决，得到最终所述激活码字列表估计值
33、计算激活码字的最终目标类指数即判定所述激活码字属于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法，其特征在于，步骤S2中，所述所有激活设备基于相同且基站已知的码本将L个子块映射为码本中的码字的方法为：
3.如权利要求1所述的一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法，其特征在于，所述步骤S3中，矩阵信息几何辅助的联合码字检测与拼接方法为：
4.如权利要求3所述的一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法，其特征在于，步骤S36和S37中，所述硬阈值方法为：
5.如权利要求4所述的一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法，其特征在于，步骤S37中，所述近端梯度迭代方法为：
【技术特征摘要】
1.一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法，其特征在于，步骤s2中，所述所有激活设备基于相同且基站已知的码本将l个子块映射为码本中的码字的方法为：
3.如权利要求1所述的一种基于解耦结构的大规模无源址随机接入方法，...
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