[发明专利]LTE网中用于M2M通信的混合随机接入方法

说明书

本发明公开了一种LTE网中用于M2M通信的混合随机接入方法，解决了现有的无线终端数据传输方法在大规模物联网应用场景下面临的数据传输时间效率，资源利用率和吞吐量低下的问题。实现步骤为：机器类通信设备在扩展的物理随机接入信道上传输其前导码；基站检测设备的类型，按类型为设备分派物理上行共享信道并向设备发送随机接入响应消息；主设备和辅设备分别采用NORA和ORA方法进行数据消息传输；基站解码数据消息并发送争用解决消息。本发明契合5G无线网络频谱效率更高，速率更快，容量更大的定位，满足5G频谱效率相对4G而言需要提升5至15倍的需求，用户接入吞吐量显著增加，所需的接入时隙数更少。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的M2M通信的随机接入方法，具体是一种LTE网中用于M2M通信的混合随机接入方法。

背景技术

在无线通信中，随机接入过程是指从用户发送随机接入前导码，开始尝试接入网络到与网络间建立起基本的信令连接之前的过程，是用户和网络之间建立无线链路的初步必经过程。只有在随机接入完成之后，基站和用户之间才能正常进行数据互操作，所以它是LTE系统中一个基本且重要的过程。随机接入的目的是建立上行链路同步、建立一个唯一终端标识C-RNTI，请求网络分配给终端上行链路资源。所以随机接入不仅用于初始化接入，而且还可以用于切换过程中的新小区接入、无线链路失败后的接入、在有上/下行数据传输时重新恢复上行同步以及UL-SCH资源请求等。

近年来随着第五代(5G)无线通信网络的快速发展，大规模机器类型通信(MTC)设备已成为其重要组成部分，与传统的人与人(H2H)通信不同，机器对机器(M2M)通信具有高密度、低/无移动性和短包的特点。最近，来自NGMN联盟的预测显示，到2020年，MTC设备将比移动电话多10到100倍。然而，目前的蜂窝网络不适合也不支持如此大量的MTC设备。网络中每个MTC设备都需随机接入过程以实现到基站的初始接入并与基站实现同步。当大规模MTC设备部署到LTE蜂窝网络并在短时间内请求连接时，MTC设备产生的大量信令和数据将会发生频繁碰撞，从而导致网络的灾难性拥塞，这称为随机接入过载。

为了减少过载情况下的拥塞，目前已经有人提出了几种解决方案来改善随机接入性能。接入类控制(ACB)作为一种有效且实际可实施的方案，可以通过减少访问网络的活动MTC设备的数量来缓解大规模MTC设备同时接入网络造成的拥塞。D.Shen等人在其发表的论文“Performance analysis for a stabilized multichannel slotted ALOHAalgorithm”(IEEE PIMRC.,vol.1,pp.249-253,Sept.2003)中提出了具有多个随机访问通道的时隙ALOHA方案，当新的数据包到达率小于系统容量时，系统总是稳定的。Faezeh等人在其发表的论文“Two-Stage Resource Allocation for Random Access M2MCommunications in LTE Network”(IEEE Commun.Lett.,vol.20,no.5,pp.982-985,May.2016)中提出了一种两级随机接入方案:在第一阶段，基站将可用的上行链路资源准许给已经通过ACB检查的用户，然后在第二阶段，未通过ACB检查的用户利用来自第一阶段的剩余未调度资源，此方案通过有效使用可用的上行链路无线电资源增加了MTC设备的接入成功概率。

这些随机接入方案都是正交的，在数据传输阶段采用正交多址(OMA)方式，即每个资源块(RB)服务于一个MTC设备以保证数据消息的正交性。虽然这些正交随机接入(ORA)方案可以在一定程度上有效地提高访问吞吐量和资源利用率，然而，随着5G网络中M2M产业规模的快速增长，这种正交策略在频谱效率方面并不是最优的，并且无法实现高的用户接入吞吐量。