[发明专利]基于机器类型通信设备分组的半非授权随机接入方法

权利要求书

1.一种基于机器类型通信设备分组的半非授权随机接入方法，其特征在于，包括有如下步骤：

(1)活跃MTC设备依分组方案发送接入请求信息：采用扇形分组与激活概率分组相结合的分组方案，对所有MTC设备进行分组；活跃MTC设备根据其所处的设备分组情况，在指定的资源块上发送接入请求信息，向基站表明自身活跃状态；

(2)基站进行联合设备检测和信道估计：基站接收到接入请求信息后，利用导频信号，采用基于稀疏贝叶斯学习进行联合设备活跃性检测和信道估计，并根据信道估计结果计算每个活跃MTC设备在该接入资源块上的信干噪比；

(3)基站执行以最大化成功译码用户数为目标的接入调度：基站基于计算的SINR，使用以最大化成功译码用户数为目标的接入调度方案，将活跃MTC设备分别安排到接入资源块或调度资源块或漏检设备用资源块上传输数据，以最大化成功译码用户数为目标，允许部分检测到的活跃MTC设备利用接入资源块传输数据；为另一部分检测到的活跃MTC设备另外分配资源块，用于传输数据，这类资源块称为调度资源块；对于漏检的活跃MTC设备，基站将额外分配资源块供漏检的活跃MTC设备传输数据，这类资源块称为漏检设备用资源块；每个活跃MTC设备仅在一种资源块上传输数据，完成活跃MTC设备的接入调度，并将接入调度信息广播给MTC设备；

(4)活跃设备进行数据传输：活跃设备按照基站调度结果，在所分配的资源块上进行数据传输；

(5)基站进行数据恢复及结果反馈：基站根据收到的数据信号，对接入资源块上的数据信号，采用迭代多用户检测或SIC检测进行数据恢复；对调度资源块和漏检设备用资源块上MTC设备传输的数据，采用多用户盲检测算法进行数据恢复；数据恢复后基站向译码成功的设备反馈ACK消息，向未译码成功的设备反馈NACK消息，提示该设备参与下一轮接入过程。

2.根据权利要求1所述的基于机器类型通信设备分组的半非授权随机接入方法，其特征在于，步骤1中所述的活跃MTC设备依分组方案发送接入请求信息，包括有如下步骤：

(1a)获知系统参数：根据mMTC应用场景，获知通信系统参数，包括小区内的总MTC设备数、小区半径、设备激活概率以及基站端的天线数；

(1b)设定分组模型优化问题的约束条件：在对小区用户进行分组时，确保每个设备组内活跃设备数小于传输资源块上可支持的最大设备到达率，并将此限制作为求解分组模型优化问题的约束条件；

(1c)建立基于扇形分组与激活概率分组的联合分组模型：以基站为中心，分析设备的路径损耗，对小区进行等面积扇形划分，并进一步根据设备激活概率，对每个扇形区域内的设备进行分组，建立基于扇形分组与激活概率分组的联合分组模型；

(1d)对分组模型进行优化：以最大化接入资源利用率为优化目标，在求解分组模型优化的约束条件下，利用线性规划及概率论分析工具，对小区内的设备分组方案进行优化。

3.根据权利要求1所述的基于机器类型通信设备分组的半非授权随机接入方法，其特征在于，步骤2中所述的基站进行联合设备检测和信道估计，包括有如下步骤：

(2a)建立条件概率模型：利用变分推导理论中的贝叶斯学习算法，为设备信道增益的方差引入超参数，该超参数服从伽马分布，并建立该超参数与设备活跃性的条件概率模型；

(2b)建立接收信号模型：对接收信号进行建模，建立设备活跃性、导频序列符号、基站接收信号和待估计信道之间的关系；

(2c)进行最大后验概率分解：根据接收信号模型，待检测信号看作一个包含了设备活跃性的行稀疏矩阵，并且矩阵中非零元素即为活跃设备的信道增益；根据接收信号模型和超参数与设备活跃性的条件概率模型，完成对接收信号的最大后验概率的分解；

(2d)建立因子图：根据上述接收信号模型和最大后验概率分解结果，建立因子图，将待估计信道和每个设备对应的信道超参数作为因子图的变量节点，将接收信号作为因子图的和节点，并根据设备活跃性、导频序列符号、基站接收信号和待估计信道之间的关系确定变量节点与和节点间的连接关系，建立最终因子图；

(2e)联合设备活跃性检测和信道估计：根据消息传递的规则和因子图中变量节点与和节点的连接关系，确定每个迭代过程中变量节点与和节点间连接边上的消息传递过程；迭代执行变量节点与和节点间的消息传递过程，进而完成联合设备活跃性检测和信道估计。

4.根据权利要求1所述的基于机器类型通信设备分组的半非授权随机接入方法，其特征在于，步骤3中所述的基站执行以最大化成功译码用户数为目标的接入调度，包括有如下步骤：

(3a)估计活跃设备的大尺度衰落系数：根据所检活跃设备的信道估计值，利用大规模天线系统下信道的渐进最优传播特性，估计每个设备组内所检活跃设备的大尺度衰落系数；

(3b)分析采用迭代干扰消除算法下，所能成功译码的活跃设备集合：首先，根据设备传输速率的限制，利用信息论中的容量公式，分析在此传输速率限制下能够正确译码的SINR阈值；根据每个接入资源块上被检活跃设备的ID信息和信道信息，在给定多用户检测方案下，对接入资源块的最大可支持设备到达率的分析，得到每个接入资源块上的最大可支持设备到达率；利用每个设备组内所检活跃设备的大尺度衰落系数，得到理想迭代干扰消除算法下的每个用户的SINR值；根据每个接入资源块上的最大可支持设备到达率、能够正确译码所需的最小SINR值及该接入资源块上被检活跃设备的SINR值，利用线性规划优化工具，分析该接入资源块上能够被成功译码的活跃设备集合；

(3c)优化调度方案：给定接入资源块上能够被成功译码的活跃设备集合及剩余被检活跃设备，以最大化成功译码用户数为目标，以调度资源块上的设备到达率不超过其可支持的最大值为约束，利用线性规划优化方法，优化设备接入调度方案，即确定在原始接入资源块上传输数据信息的活跃设备及在调度资源块上传输数据信息的活跃设备。