[发明专利]基于时间提前值和分组的正交与非正交相结合的随机接入方法

权利要求书

1.一种基于时间提前值和分组的正交与非正交相结合的随机接入方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：基站把一个蜂窝网络分成若干个环，基站处于网络中央，N个MTC设备均匀分布在网络中，每个环中设备的时间提前值TA相同，假设第i个环为S_i,环中所有设备的TA值均为TA_i；

步骤2：每个MTC设备接入网络前，先进行接入等级限制ACB检测，随机产生一个0-1之间的数值p，与ACB因子b比较，若pb，则为第一类设备，否则为第二类设备，将m个前导码分为普通前导码和特殊前导码，其中普通前导码有m-1个，特殊前导码有1个，第一类设备随机选择1个普通前导码，第二类设备选择特殊前导码并在上行信道上传输；

步骤3：基站收到设备传输的前导码后，根据时延计算各设备的TA值并判断其位于哪个环中；通过计算收到的信号Y与第j个前导码的自相关函数，基站得知S_i环中选择前导码j的设备数n(i,j)，其中i＝1,2,...,h,j＝1,2,...,m，当n(i,j)＝1,TA＝TA_i并包含在随机接入响应消息RAR中，基站通过物理下行信道PDSCH传输RAR，若多个处于同一环中的设备选择同一前导码，则基站无法识别，不发送RAR消息给这些设备；

步骤4：基站将成功被识别的第一类设备分组，每组I个设备，称为非正交随机接入NORA组，每组中所有设备的随机接入响应消息合成一个非正交随机接入响应消息，其包含一条上行共享物理信道PUSCH的资源，组中设备各自选择的I个前导码ID，I个退避指示器BI和I个TA值，分配给第一类设备的上行共享物理信道的数量和组数相同，未被分配的上行共享物理信道可由第二类设备竞争接入；

步骤5：每个设备根据RAR消息中的TA值调整上行时间以保证数据在设定时间内到达基站，应用功率退避方案，使得在同一资源上传输数据的设备传输功率不同，以便在步骤6中能够成功解码，同一组中的第一类设备在同一PUSCH信道上传输连接请求信息Msg3；第二类设备在经历第二次接入等级限制SACB检测后，成功通过SACB的设备竞争未被分配的PUSCH信道，只有选择一信道的设备数为1时，该设备才能成功传输Msg3消息而不碰撞；

步骤6：基站用连续干扰消除SIC来解码在同一资源块上以不同功率传输的同一组设备发送的数据，若基站能成功解码，它会发送冲突解决信息CR给发送此数据的设备，若设备在CR时间窗结束之前收到冲突解决信息，则此次接入成功；否则，它将在随机退避后重传；

步骤7：存储步骤5和步骤6所得结果，系统成功接入的吞吐量E[N_S]表示为

其中表示成功传输前导码的第一类设备数，表示第一类设备的分组数，表示成功传输Msg3的第一类设备数，N(1-b)是第二类设备的数量，表示未分配给第一类设备的PUSCH数量，即被第二类设备竞争的PUSCH数，表示通过SACB检测并成功传输Msg3的第二类设备数。

2.根据权利要求1所述的基于时间提前值和分组的正交与非正交相结合的随机接入方法，其特征在于，所述步骤3中，收到的信号Y在频域上的表达式：

其中ρ_i,j表示S_i环中的设备选择并传输的前导码j，Z是加性高斯白噪声，若收到的信号Y和前导码j的互相关函数大于互相关的门限值，即

则表明此环中有一设备选择了前导码j，然后n(i,j)＝n(i,j)+1，Y＝Y-ρ_i,j，移除已被检测的信号，只有当n(i,j)＝1时，表示S_i环中只有一设备选择前导码j,基站才能成功识别此设备。

3.根据权利要求1或2所述的基于时间提前值和分组的正交与非正交相结合的随机接入方法，其特征在于，所述步骤5中，应用功率退避方案，一个NORA组中第i个设备的传输功率如下：

P_t,i＝P_R-(i-1)ρ+10lg(M)+αPL_i

P_R表示一个NORA组中第一个设备的目标到达功率，ρ为功率退避因子，M是分配给一个PUSCH信道的资源块RB数量,PL_i是第i个设备的下行路径损耗，α是路径损耗衰减系数。

4.根据权利要求1或2所述的基于时间提前值和分组的正交与非正交相结合的随机接入方法，其特征在于，所述步骤6中，需要明确一个NORA组中成功解码的设备数T_PA(I,q)，其计算如下:

其中，I表示选择同一资源块的设备总数，q为功率退避因子，Q_i(I,q)表示在前i-1个设备传输的数据被成功解码的情况下，第i个MTC设备传输的数据信息能够成功被解码的概率。