[发明专利]大规模M2M网络中基于最优功率退避的非正交随机接入方法

说明书

本发明公开了一种大规模M2M网络中基于最优功率退避的非正交随机接入方法，包括以下步骤：1)基站将ACB因子增大最优MTCD数I^*倍后发送给所有MTCD，通过ACB检验的MTCD通过物理随机接入信道向基站发送第一个消息Msg1，判断选择同一PA的MTCD数量，即当前接入时隙发起随机接入尝试的MTCD数量；2)基站根据所有被选择的PA向MTCD发送第二个消息Msg2，MTCD监听物理下行控制信道PUSCH上以RA‑RNTI表征的RAR；3)能够监听到RAR的MTCD根据所选标记PA传输第三个消息Msg3，同一PA的各MTCD通过功率域的复用在相同物理上行共享信道PUSCH上NOMA。4)基站采用SIC解码物理上行共享信道PUSCH上的数据包，并对成功解码的MTCD发送第四个消息Msg4，该方法能够有效的提升系统的吞吐量，降低设备接入时延。

技术领域

本发明属于大规模M2M网络中的随机接入技术领域，涉及一种大规模M2M网络中基于最优功率退避的非正交随机接入方法。

背景技术

作为物联网的主要通信平台，M2M成为了5G的主要通信场景。3GPP将M2M通过蜂窝网络进行数据传输的通信方式定义为机器类通信(MTC)。然而，蜂窝网络中部署M2M存在3个关键问题：首先，由于机器类通信设备(MTCD)的数量巨大，大量基于事件触发型MTCD短时间内在物理随机接入信(PRACH)上采用基于竞争方式突发随机接入(RA)，会引发接入碰撞，导致网络拥塞，产生较大的时延；其次，由于通信数据总量巨大但单次数据量小，若MTCD先通过随机接入与基站建立连接、再传输数据的通信方式，不仅造成MTCD与基站之间严重的信令开销，同时将降低系统资源利用率；最后由于无线资源有限，所以存在时频资源的合理分配问题。因此无论是从能源的节省，频谱资源的有效利用，还是设备的服务质量要求保障等方面来讲，急需针对MTCD的业务特性，对现有蜂窝网络进行改进和优化，研究大规模M2M(mM2M)在蜂窝网络中的有效随机接入方案。一些文献针对ACB机制做以改进，缓解了网络拥塞问题；一些文献针对资源的合理分配及有效使用深入研究，缓解了资源有限的问题。但是这些研究本质上不能根本解决mM2M网络的拥塞等问题，鉴于非正交多址接入技术的优点，有人提出通过功率域复用让碰撞设备成为一个NOMA组，这一方法大大缓解了网络拥塞，提升了系统吞吐量，降低了接入时延。然而，这一方法只是提出了一个框架，并没有深入研究怎样的功率域复用能获得最大吞吐量，也没有结合ACB机制做以调整，使系统充分发挥功率域复用的优势，进一步提升吞吐量，降低接入时延。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种大规模M2M网络中基于最优功率退避的非正交随机接入方法，该方法能够有效的提升系统的吞吐量，降低设备接入时延。

为达到上述目的，本发明所述的大规模M2M网络中基于最优功率退避的非正交随机接入方法包括以下步骤：

一个eNB的覆盖范围内包含N个MTCD,各MTCD的到达模型服从贝塔分布,各MTCD的信道服从瑞利衰落，设所有的信道增益均为独立的，则网络随机接入4消息具体过程为：

1)基站获取NOMA设备组中的最优MTCD数I^*，再将ACB因子增大I^*倍后发送给所有MTCD，通过ACB检验的MTCD通过物理随机接入信道向基站发送第一个消息Msg1，第一个消息Msg1为标记PA，标记PA包括PA及标记ZC序列，使得基站能够在随机接入RA的第一步鉴别出被MTCD选择的PA，判断选择同一PA的MTCD数量；

2)基站根据所有被选择的PA向MTCD发送第二个消息Msg2，将第二个消息Msg2记作随机接入响应RAR，随机接入响应RAR包括PAID、上行资源分配、指示选择该PA的MTCD的标记索引以及对应MTCD的定时超前信息及功率分配信息，MTCD监听物理下行控制信道PUSCH上以RA-RNTI表征的RAR；