[發(fā)明專利]一種基于前導序列分組最優(yōu)功率的空中基站隨機接入方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110693563.3
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113395756B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設計）人: 江明;方樹正;趙磊
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04W52/14
• 分類號: H04W52/14;H04W52/24;H04W72/542;H04W74/08;H04B7/0413
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種基于前導序列分組最優(yōu)功率的空中基站隨機接入方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構建UAV輔助IoT系統(tǒng)模型，包括BS和若干個與BS建立通信的UE；

S2：采用兩步隨機接入技術，完成BS與UE之間前導序列的基本傳輸；其中：

在5G的Release?16協(xié)議中，采用了兩步隨機接入技術，即BS發(fā)送的MsgA包括物理隨機接入信道PRACH上發(fā)送的前導序列以及物理上行分享信道PUSCH上發(fā)送的數據；首先，PRACH的前導序列使用循環(huán)自相關性很好的ZC序列；根序列索引為u的ZC序列定義為z_u(n)＝exp[-jπun(n+1)/N_ZC]，其中n＝0,1,...,N_ZC-1，N_ZC是ZC序列的長度；通常，隨機接入前導序列根據一個循環(huán)因子N_CS對ZC序列進行循環(huán)移位得到；第i個前導序列表示為z_u,i＝z_u[(n+N_ZC×i)mod(N_ZC)]，其中mod(·)表示取模操作；由于N_CS需要設置為大于BS到小區(qū)邊緣的最大往返時延RTD和最大時延擴展，即其中表示BS到小區(qū)邊緣的距離，d₀表示BS距離地面高度，D為地面小區(qū)的半徑；τ_max表示最大RTD，T_SEQ表示ZC序列的時間間隔，n_g表示保護間隔的采樣個數；表示向上取整；

UE將前導序列發(fā)送到BS，在BS需要對前導序列進行檢測；由于一共有L個根序列，接收到的前導序列存在L個移位后的參考ZC序列l(wèi)＝1,2,...,L，其中是第l個區(qū)域K_l的內邊界的RTD；在所有的移位參考ZC序列中，只有與區(qū)域K_l內的前導序列具有循環(huán)自相關特性；因此，采用該參考ZC序列對區(qū)域K_l內的前導序列進行檢測，避免產生錯誤檢測區(qū)間；

接下來分析數據的傳輸過程，數據采用分布式功率域NOMA的方法，每個UE根據所處的區(qū)域決定自己的發(fā)射功率，即區(qū)域K_l內的UE的發(fā)射功率為v_l，l＝1,2,...,L；由于不同信道之間相互正交，為了方便表示此處將下標c去掉，因此，在BS的PUSCH信號表示為：

其中：g_k，s_k∈C^N×1和表示第k個UE的信道沖激響應向量，數據向量和發(fā)射功率；是接收端疊加的復AWGN矩陣，I_M表示M維的單位矩陣，為噪聲的方差；將式(2)表示成矩陣的形式，有

Y^d＝GΓS+Z^d???????????????(3)

其中，G＝[g₁,...,g_K]^T∈C^M×K表示CIR矩陣，S＝[s₁,...,s_K]^T∈C^K×N表示數據矩陣，diag{·}是對角化操作符；由于上行傳輸過程中的信道時延已經通過循環(huán)前綴CP進行補償，而多普勒頻移在實際系統(tǒng)中一般通過開環(huán)頻偏糾正技術在發(fā)射端處進行預補償；假設鏈路中的障礙物較少，信道一直存在LOS徑，因此將g_k拆分成為視距LOS分量和非視距NLOS分量，即

其中：β_k是第k個UE的大尺度衰落系數，K_R是萊斯因子；h_k∈C^M×1的每個元素服從均值為0，方差為1的復高斯隨機變量，u_k是第k個UE與BS之間LOS徑的陣列導向矢量，其第m個元素表示為：

其中，d_a是天線的間距，λ是載波的波長，θ_k是第k個UE的離開角AOD；接收信號中通常加入導頻，在BS根據導頻信號采用最小二乘LS信道估計，即得到各UE的估計CIR向量

S3：在基本傳輸的基礎上，構建結合SIC的基于PG的分布式隨機接入模型，實現系統(tǒng)模型的初始化、傳輸和接收；

S4：對系統(tǒng)模型內UE的ASINR進行計算推導；

S5：基于步驟S4的推導結果，建模OPC優(yōu)化問題并進行求解，得到最優(yōu)功率，完成空中基站的隨機接入；

其中：UAV表示無人機；IoT表示移動物聯(lián)網；BS表示基站；UE表示用戶設備；SIC表示串行干擾消除；PG表示前導序列分組；ASINR表示平均信干噪比；OPC表示最優(yōu)功率控制。