[發明專利]基于機器類型通信設備分組的半非授權隨機接入方法

有效

• 申請號: 201910366549.5
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110139249B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 李穎;張涵碩;張昭基;韓會梅
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W72/04;H04W72/08;H04W72/12;H04W74/08;H04B17/336
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

1.一種基于機器類型通信設備分組的半非授權隨機接入方法，其特征在于，包括有如下步驟：

(1)活躍MTC設備依分組方案發送接入請求信息：采用扇形分組與激活概率分組相結合的分組方案，對所有MTC設備進行分組；活躍MTC設備根據其所處的設備分組情況，在指定的資源塊上發送接入請求信息，向基站表明自身活躍狀態；

(2)基站進行聯合設備檢測和信道估計：基站接收到接入請求信息后，利用導頻信號，采用基于稀疏貝葉斯學習進行聯合設備活躍性檢測和信道估計，并根據信道估計結果計算每個活躍MTC設備在該接入資源塊上的信干噪比；

(3)基站執行以最大化成功譯碼用戶數為目標的接入調度：基站基于計算的SINR，使用以最大化成功譯碼用戶數為目標的接入調度方案，將活躍MTC設備分別安排到接入資源塊或調度資源塊或漏檢設備用資源塊上傳輸數據，以最大化成功譯碼用戶數為目標，允許部分檢測到的活躍MTC設備利用接入資源塊傳輸數據；為另一部分檢測到的活躍MTC設備另外分配資源塊，用于傳輸數據，這類資源塊稱為調度資源塊；對于漏檢的活躍MTC設備，基站將額外分配資源塊供漏檢的活躍MTC設備傳輸數據，這類資源塊稱為漏檢設備用資源塊；每個活躍MTC設備僅在一種資源塊上傳輸數據，完成活躍MTC設備的接入調度，并將接入調度信息廣播給MTC設備；

(4)活躍設備進行數據傳輸：活躍設備按照基站調度結果，在所分配的資源塊上進行數據傳輸；

(5)基站進行數據恢復及結果反饋：基站根據收到的數據信號，對接入資源塊上的數據信號，采用迭代多用戶檢測或SIC檢測進行數據恢復；對調度資源塊和漏檢設備用資源塊上MTC設備傳輸的數據，采用多用戶盲檢測算法進行數據恢復；數據恢復后基站向譯碼成功的設備反饋ACK消息，向未譯碼成功的設備反饋NACK消息，提示該設備參與下一輪接入過程。

2.根據權利要求1所述的基于機器類型通信設備分組的半非授權隨機接入方法，其特征在于，步驟1中所述的活躍MTC設備依分組方案發送接入請求信息，包括有如下步驟：

(1a)獲知系統參數：根據mMTC應用場景，獲知通信系統參數，包括小區內的總MTC設備數、小區半徑、設備激活概率以及基站端的天線數；

(1b)設定分組模型優化問題的約束條件：在對小區用戶進行分組時，確保每個設備組內活躍設備數小于傳輸資源塊上可支持的最大設備到達率，并將此限制作為求解分組模型優化問題的約束條件；

(1c)建立基于扇形分組與激活概率分組的聯合分組模型：以基站為中心，分析設備的路徑損耗，對小區進行等面積扇形劃分，并進一步根據設備激活概率，對每個扇形區域內的設備進行分組，建立基于扇形分組與激活概率分組的聯合分組模型；

(1d)對分組模型進行優化：以最大化接入資源利用率為優化目標，在求解分組模型優化的約束條件下，利用線性規劃及概率論分析工具，對小區內的設備分組方案進行優化。

3.根據權利要求1所述的基于機器類型通信設備分組的半非授權隨機接入方法，其特征在于，步驟2中所述的基站進行聯合設備檢測和信道估計，包括有如下步驟：

(2a)建立條件概率模型：利用變分推導理論中的貝葉斯學習算法，為設備信道增益的方差引入超參數，該超參數服從伽馬分布，并建立該超參數與設備活躍性的條件概率模型；

(2b)建立接收信號模型：對接收信號進行建模，建立設備活躍性、導頻序列符號、基站接收信號和待估計信道之間的關系；

(2c)進行最大后驗概率分解：根據接收信號模型，待檢測信號看作一個包含了設備活躍性的行稀疏矩陣，并且矩陣中非零元素即為活躍設備的信道增益；根據接收信號模型和超參數與設備活躍性的條件概率模型，完成對接收信號的最大后驗概率的分解；

(2d)建立因子圖：根據上述接收信號模型和最大后驗概率分解結果，建立因子圖，將待估計信道和每個設備對應的信道超參數作為因子圖的變量節點，將接收信號作為因子圖的和節點，并根據設備活躍性、導頻序列符號、基站接收信號和待估計信道之間的關系確定變量節點與和節點間的連接關系，建立最終因子圖；

(2e)聯合設備活躍性檢測和信道估計：根據消息傳遞的規則和因子圖中變量節點與和節點的連接關系，確定每個迭代過程中變量節點與和節點間連接邊上的消息傳遞過程；迭代執行變量節點與和節點間的消息傳遞過程，進而完成聯合設備活躍性檢測和信道估計。

4.根據權利要求1所述的基于機器類型通信設備分組的半非授權隨機接入方法，其特征在于，步驟3中所述的基站執行以最大化成功譯碼用戶數為目標的接入調度，包括有如下步驟：

(3a)估計活躍設備的大尺度衰落系數：根據所檢活躍設備的信道估計值，利用大規模天線系統下信道的漸進最優傳播特性，估計每個設備組內所檢活躍設備的大尺度衰落系數；

(3b)分析采用迭代干擾消除算法下，所能成功譯碼的活躍設備集合：首先，根據設備傳輸速率的限制，利用信息論中的容量公式，分析在此傳輸速率限制下能夠正確譯碼的SINR閾值；根據每個接入資源塊上被檢活躍設備的ID信息和信道信息，在給定多用戶檢測方案下，對接入資源塊的最大可支持設備到達率的分析，得到每個接入資源塊上的最大可支持設備到達率；利用每個設備組內所檢活躍設備的大尺度衰落系數，得到理想迭代干擾消除算法下的每個用戶的SINR值；根據每個接入資源塊上的最大可支持設備到達率、能夠正確譯碼所需的最小SINR值及該接入資源塊上被檢活躍設備的SINR值，利用線性規劃優化工具，分析該接入資源塊上能夠被成功譯碼的活躍設備集合；

(3c)優化調度方案：給定接入資源塊上能夠被成功譯碼的活躍設備集合及剩余被檢活躍設備，以最大化成功譯碼用戶數為目標，以調度資源塊上的設備到達率不超過其可支持的最大值為約束，利用線性規劃優化方法，優化設備接入調度方案，即確定在原始接入資源塊上傳輸數據信息的活躍設備及在調度資源塊上傳輸數據信息的活躍設備。