[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

说明书

本发明公开了一种基于MTC设备分组的半Grant‑Free随机接入方法。旨在解决mMTC场景下，接入请求碰撞严重和在Grant‑Free随机接入方案中导频过长，接入资源利用率低及缺乏调度而导致的资源块负载不均衡，传输资源利用率低的问题。实现步骤：活跃MTC设备依分组方案在指定的资源块上发送接入请求信息；基站进行联合设备检测和信道估计，计算活跃MTC设备在接入资源块上的接收SINR；基站执行以最大化成功译码用户数为目标的接入调度，并将调度信息广播至MTC设备；活跃MTC设备按照调度结果，在指定资源块上传输数据；基站进行数据恢复及结果反馈。本发明有效地提升了mMTC系统的接入效率和传输可靠性，降低了MTC设备功率消耗和接入时延，并支持海量连接，适用于mMTC场景。

技术领域

本发明属于通信技术领域，主要涉及无线通信技术中的一种支撑海量设备的接入，具体是基于机器类型通信设备分组的半非授权随机接入(Grouped Semi-Grant FreeRandom Access,GSGF-RA)方法，适用于海量机器类型通信场景(massive machine-typecommunication,mMTC)中。

背景技术

海量机器类型通信是3GPP定义的第五代移动通信系统(5G)三大应用场景之一。mMTC场景未来主要的演进方向包括连接密度、终端功率消耗和覆盖增强，其中连接密度是mMTC最重要的设计增强目标。现行的LTE-A(Long Term Evolution Advanced)系统中，用户的随机接入过程一般包含四个步骤：

(1)用户随机选择一个随机接入前导码(Random Access Preamble)，并通过物理随机接入信道发送至基站；

(2)基站检测前导码信号，并通过物理下行共享数据信道为每个检测到的前导码信号发送随机接入响应(Random Access Response,RAR)信息，该RAR信息包含检测到的前导码信号的识别码和用于传输链接请求信息的上行资源块(Resource Block,RB)等；

(3)用户收到与所选择的前导码信号对应的RAR信息后，使用RAR信息中指定的初始上行资源发送链接建立请求信息；

(4)若基站成功收到链接建立请求信息，则向用户发送链接请求建立响应信息。用户收到该信息后，随机接入过程结束。之后，用户与基站需要经过一系列的高层信令传输，才能开始传输数据。

mMTC场景下，采用上述随机接入过程，不可避免的会面临三个挑战性问题：(1)相对MTC设备传输的小数据包而言，MTC设备与基站之间在随机接入过程中交互传输的头信息(overhead)过多，会使数据传输效率低下；(2)MTC设备数量远多于系统可提供的资源数和前导码数，它们之间的严重不匹配会导致随机接入过程中的接入碰撞现象严重，从而使某些MTC设备不停尝试接入请求，造成能耗增大，接入时延增加；(3)在5G框架下，系统可支持的接入容量限，尚未有明确的理论支撑。为了解决上述问题，现有针对MTC通信的随机接入方案根据随机接入方式的不同分为以下两大类：

一类是为简化握手协议、减少信令开销(overhead)、降低MTC设备的碰撞概率而提出的各类基于授权的随机接入(Grant-Based Random Access)方案；另一类是省略与基站之间的握手过程，MTC设备直接在可用时频资源块上传输导频和数据，称为非授权随机接入(Grant-Free Random Access)方案。

Grant-Based随机接入方案的共同特点是对LTE-A系统中用户与基站间的四步握手协议进行简化。Grant-Based随机接入方案主要分为Grant-Based正交随机接入方案和Grant-Based非正交随机接入方案两类。Grant-Based正交随机接入方案不允许多个MTC设备使用相同的资源块传输数据，即当多个设备试图在同一个时频资源块上使用相同的Preamble信号与基站建立连接时，基站会认为发生碰撞。当MTC设备密度很大时，这些方案会在一定程度上使得接入失败概率变大，接入时延增加。因此，非正交随机接入算法应运而生。