CN105472752A - 一种上行随机接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上行随机接入方法，包括以下步骤：基站将信道资源以基本传输单元为单位进行正交划分和等效接收端功率的分配；基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，确定当前上行信道的工作模式；用户根据自身的传输需求、信道状态信息等，选择相应的编码调制模式；进行编码调制得到多个基本传输单元的待传输符号，将待传输符号进行处理得到上行发送信号，同时发送对应基本传输单元的导频信号；基站接收每个基本传输单元以及对应每个基本传输单元的导频信号，并检测和解调其中的信道状态信息和用户信息。本发明具有如下优点：相比于传统随机多址接入方案，本发明所述方案可以显著提升系统吞吐率，降低用户丢包率。

Description

一种上行随机接入方法

技术领域

本发明涉及数字信息传输的多址接入技术领域，特别涉及一种上行随机接入方法。

背景技术

在典型的移动通信系统中，基站需要与覆盖范围内的多个用户进行通信。其中，对于随机接入场景下的上行多址接入信道，用户随机接入的策略和用户数据传输方案仍然没有得到很好的解决，特别是海量小包突发业务场景。

传统的上行多用户随机接入采用竞争信令与正交多址接入结合的模式。在这一模式下，上行多址接入信道中，每个用户首先根据协议通过竞争接入的方式与基站进行通信，从而获取该用户传输数据所需的信令资源和信道资源，随后在相应的信道资源中发送待传输的业务数据。从网络信息论的角度来看，上行竞争信道的多址接入信道模型属于随机接入(RandomAccess)模型，即在用户发送数据之前，基站并没有与用户有过其他交互(没有进行调度)，从而不同用户之间可能存在不可控的竞争冲突；而上行数据信道的多址接入属于调度接入模型(ScheduledAccess)，即在用户发送数据之前用户已与基站进行过交互(已经进行过调度)，从而在上行数据信道中不同用户所占用的信道资源由基站完全掌控，不存在竞争冲突。这种用于上行多用户随机接入的传输模式主要存在以下几方面问题。

其一，通过竞争信道与基站进行通信的过程几乎不传输业务数据，从而是额外传输开销。对于传统大包数据业务场景，这一额外开销的资源占比通常较小。然而，随着移动通信的发展，特别是在海量小包突发数据业务的场景下，该额外开销的占比逐渐增加，成为亟待优化的一部分。

其二，竞争信道通常采用时隙ALOHA协议进行竞争接入。如果多用户发生竞争碰撞，即多用户在同一个时隙中发送信号，接收端无法解调出其中任何一个用户的信息，从而导致该时隙传输失败。根据理论计算，在这种情况下该协议对信道资源利用率不会超过37％，且当用户负载较高时信道资源利用率将进一步降低，从而影响整个系统的性能和可靠性；并且，随着信道资源利用率的提高，用户数据发生碰撞后丢包的概率急剧增加。

其三，基站在分配频谱资源时通常将频谱资源以独占的方式分配给各个用户，从而各用户之间的信号是相互正交的，即传统的正交多址接入(OMA)技术。这一技术实现简单、灵活，但是，网络信息论指出，采用OMA时，其多用户的可达速率域上界距离采用最优叠加编码(SC)技术时的多用户的可达速率域上界差距较大，即多用户联合可达传输速率损失较大。

为此，在近几年提出的非正交多址接入技术(NOMA)有助于解决上述问题。采用非正交多址接入技术，不同用户发送的信号直接叠加；相应地，接收端通过串行干扰消除(SIC)或联合译码(JD)技术同时解调这些叠加的信号。只要编码调制方案和模式设计和选择妥当，接收端可以成功解调出所有叠加的信号。从而，一方面，当多用户发生竞争碰撞时，只要碰撞的用户数在一定数量范围内，且他们的编码调制模式选择妥当，接收端就可能解调出所有碰撞的用户，从而显著降低用户数据碰撞后丢包的概率。另一方面，如前所述，相比于OMA技术，采用NOMA技术，其多用户可达速率域更大，系统吞吐率更高。

目前典型的基于叠加编码和SIC/SD技术有：稀疏扩频序列的多址接入(LowDensitySignature/Spreading-MultipleAccess，LDS-MA)、稀疏码多址接入(SparseCodeMultipleAccess，SCMA)、交织多址接入(InterleaveDivisionMultipleAccess，IDMA)和MU-BICMID。

IDMA面向低信噪比和较低速率的应用场景设计，并且通常面向对称信道设计。采用IDMA时，不同用户通过不同交织方式进行区分，因此可以同时接入的用户数很多。并且IDMA有逼近多址接入信道容量域的理论界的性能。虽然IDMA可显著地增加系统同时接入的用户数，但是相应地使得用户工作在低信噪比区域，信道编码码率低，在一定意义上限制了单个用户的最高速率，系统总体传输率不高，并且每个用户单位信息比特的运算量很大。

采用LDS-MA和SCMA时，不同用用户通过采用不同的扩频码进行区分。两种方法在接收端均采用消息传递算法(MessagePassingAlgorithm，MPA)算法实现近似的最大似然的多用户检测。LDS-MA和SCMA均是多址接入信道的联合编码技术(即基于叠加编码和SD技术的多址接入技术)，但是在已有文献提供的具体方案中，通常每个用户均采用相同的单用户编码调制方案，如采用第三代移动通信合作伙伴计划(3GPP)的长期演进(LTE和LTE-A)标准规范的规则正交幅度调制(QAM)星座映射结合Turbo码的编码调制方案。由于没有面向多址接入信道条件进行联合优化，因此整个方案的性能距离多址接入信道容量域的理论界有一定距离。需要指出的是：一些用户的稀疏扩频序列之间是相互正交的，因此在低负载时，SCMA和LDS-MA的方案和性能接近正交多址接入。但是由于扩频的处理，导致每个用户信息比特的运算量急剧增加。

采用MU-BICMID方案时，通过联合优化不同用户的编码调制方案，使得多用户传输的实际性能逼近多用户联合传输率上界，并且传输方案适用于多址接入信道下高、中、低频谱效率的各种应用场景。

即便如此，在使用NOMA技术的上行多址接入系统中，特别是随机多址接入场景下如何调度用户、如何设计合适的编码调制方案、如何选择合适的编码调制模式依然是亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种上行随机接入方法。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种上行随机接入方法，包括以下步骤：S1、基站将信道资源以基本传输单元为单位进行正交划分和等效接收端功率的分配，其中，所述基本传输单元是时域符号、频域子载波、空域、码域符号或时频空码域符号的任意组合；S2、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，确定当前上行信道的工作模式，并将所述当前上行信道的工作模式和所述基本传输单元通过下行信道广播给覆盖范围内的所有用户，其中，所述用户状态的统计信息包括：所述基站覆盖范围内的当前活动用户和当前活动用户统计的平均总接入负载，所述当前上行信道的工作模式包括k个工作模式，其中，k为自然数；S3、用户在发送数据前，根据自身的传输需求、信道状态信息、当前上行信道的工作模式、基本传输单元信息，选择相应的编码调制模式；S4、进行所述编码调制得到多个基本传输单元的待传输符号，将所述待传输符号进行处理得到上行发送信号，同时发送对应所述基本传输单元的导频信号；以及S5、所述基站接收每个基本传输单元以及对应所述每个基本传输单元的导频信号，并检测和解调其中的信道状态信息和用户信息。

根据本发明实施例的一种上行随机接入方法，提供了随机多址接入场景下如何调度用户、如何设计合适的编码调制方案、如何选择合适的编码调制模式的解决方案。相比于传统随机多址接入方案，本发明所述方案可以显著提升系统吞吐率，降低用户丢包率。

另外，根据本发明上述实施例的一种上行随机接入方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在步骤S2中，所述k个工作模式采用面向系统吞吐率优化的确定方法，具体包括以下步骤：S21、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，依次各个工作模式下系统的预期吞吐率；S22、所述基站顺序计算k个工作模式下系统的预期吞吐率，如果当前工作模式下系统的预期吞吐率大于前一个工作模式下系统的预期吞吐率，则继续计算当前工作模式的下一个工作模式下系统的预期吞吐率并再次进行比较，否则停止计算，确定基站的工作模式为当前工作模式，其中，计算所述当前模式下系统的预期吞吐率进一步包括以下步骤：S221、所述基站通过覆盖范围内的用户状态统计信息，随机产生一组将竞争同一个基本传输单元的模拟接入用户；S222、所述基站模拟每一个用户在步骤S3的传输行为，并模拟在所述基站的解调过程；S223、统计步骤S222所述解调过程成功解调出的总用户信息量，所述成功解调出的总用户信息量为所述当前工作模拟下系统中间的预期吞吐率；以及S224、重复步骤S221至S223多次，计算多次所述当前工作模拟下系统中间的预期吞吐率的平均值为所述当前工作模式下系统的预期吞吐率的。

进一步地，在步骤S2中，所述k个工作模式采用面向用户中断概率优化的确定方法，具体包括以下步骤：S’21、所述基站根据用户需求，确定当前允许的中断概率上限；S’22、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，依次计算k个工作模式下所述用户的中断概率，如果当前工作模式下用户的中断概率小于前一个工作模式下用户的中断概率，则停止计算，当前工作模式确定为所述基站的工作模式，否则继续计算，则继续计算当前工作模式的下一个工作模式下用户的中断概率并再次进行比较，其中，计算所述当前模式下用户的中断概率进一步包括以下步骤：S’221、所述基站通过覆盖范围内的用户状态统计信息，随机产生一组将竞争同一个基本传输单元的模拟接入用户；S’222、所述基站模拟每一个用户在步骤S3的传输行为，并模拟在基站端的解调过程；S’223、统计步骤S’222所述解调过程成功解调出的总用户数，除以步骤S’222中接入的用户数，得到当前工作模拟下用户中间的中断概率；以及S’224、重复步骤S’221至S’223多次，计算多次所述当前工作模拟下用户中间的中断概率的平均值为所述当前工作模式下用户的中断概率。

进一步地，所述步骤S3进一步包括：S31、用户根据自己的发送功率、与基站之间信道的衰落信息和基站的噪声功率确定所述用户在基站的接收信噪比，其中，所述用户在基站的接收信噪比是指所述基站接收到的所述用户功率与所述基站的噪声功率的比值；S32、所述用户根据当前工作模式k，预设将有k-1个接收信噪比、信道模型与所述用户均一样的其他用户；S33、所述用户根据信道模型、接收信噪比、预设的k-1个其他用户，计算多址接入信道的容量C，其中，所述容量C，对于确定信道，是指所述多址接入信道所有用户与接收端的最大互信息，对于非确定信道，是指在给定中断概率限制下所述多址接入信道所有用户与接收端的最大传输速率；以及S34、所述用户根据自身传输需求，从面向k用户的预设编码调制模式中，选择一个传输速率不超过C/k的编码调制模式，其中，步骤S34中所述自身传输需求包括传输速率需求和中断概率需求。

进一步地，在步骤S34中，所述面向k用户的编码调制模式为满足如下特征的NOMA技术中的编码调制模式：若有k个对称用户同时以相同的编码调制模式发送信号，接收端可以使用联合译码技术成功解调该基本传输单元中k个用户的信息。

进一步地，在步骤S34中，所述编码调制模式包括信道编码、比特交织、星座映射、扩频图样和携带编码调制模式信息的导频。

进一步地，在步骤S34中，所述编码调制模式可采用的技术包括稀疏扩频序列的多址接入、稀疏码多址接入、交织多址接入、和MU-BICMID。

进一步地，所述步骤S5进一步包括：

S51、所述基站根据所述基本传输单元对应的导频信号，确定所述基本传输单元中用户的个数、各用户的信道状态信息和各用户的编码调制模式；以及

S52、所述基站根据所述基本传输单元中用户个数，

如果所述基本传输单元中用户个数不超过1，则所述基站直接解调该基本传输单元中用户的信号，

否则，所述基站根据所述基本传输单元中各用户的信道状态信息、编码调制模式使用串行干扰消除或联合译码解调所述基本传输单元中用户的信息。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的一种上行随机接入方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的上行随机接入方法。

实施例一

本实施例描述一种上行随机接入方法，假设上行信道采用正交频分多址接入(OFDMA)进行调制成型，每个OFDM符号有1024个子载波。具体包括以下步骤：

S1、基站将信道资源以基本传输单元为单位进行划分，例如确定每个基本传输单元为512个子载波，并将每个OFDM符号的前512个子载波作为一个基本传输单元，后512个子载波作为另一个基本传输单元。每个基本传输单元中，第8m个符号是导频符号，其中m＝1,2,...,64，其余448个符号用于传输业务数据。

S2、基站根据覆盖范围内的用户状态信息，确定当前上行信道的工作模式为模式3。并将当前上行信道的工作模式和步骤S1所述基本传输单元划分等信息通过下行信道广播给覆盖范围内的所有用户。

S3、在某时刻，某个用户U根据自己的传输需求、信道状态信息、当前上行信道的工作模式、基本传输单元信息，得到自己的编码调制模式。

在本发明的一些示例中，用户U此时有224比特的信息待传送，当前上行信道的工作模式为模式3，假设用户U在基站端的接收信噪比为10dB。用户U结合信道状态信息，如实施例一所述，根据步骤S301至步骤S304确定当前编码调制模式的速率不超过1.65bits/s/Hz。从而用户U根据需求和协议规范的候选编码调制模式，选择了一种速率为0.5bits/s/Hz的编码调制模式，例如正交相移键控(QPSK)作为星座映射，结合码率为0.5的低密度奇偶校验(LDPC)码作为信道编码的编码调制模式，其交织器采用伪随机交织器。

S4、用户U对待传输的224比特信息进行步骤S3中所述编码调制，得到448个编码调制后的符号，并将长度为64个符号的导频序列根据步骤S1中约定的方式插入数据中，经处理，将其调制到第一个OFDM符号的前512个子载波，从而得到用户U的上行发送信号，并将其发送。

S5、基站实时监测每个基本传输单元，并检测其中的用户信息。

其中，步骤S5中基站检测每个基本传输单元中用户信息进一步包括以下步骤：

S501.基站根据基本传输单元对应的导频信号，确定基本传输单元中用户的个数、各用户的信道状态信息、各用户的编码调制模式等信息。例如在本实施例中，基站通过导频信息发现某个基本传输单元，如某个OFDM符号的前512个子载波，有用户U采用QPSK结合LDPC码的编码调制方式在该基本传输单元中发送信号，且不再有其他用户的信号被检测出。

S502.基站根据S501中所获得的信息得到基本传输单元中用户个数，若该基本传输单元中用户个数不超过1，则基站直接解调该基本传输单元中用户的信号。否则，基站根据该基本传输单元中各用户的信道状态信息、编码调制模式等信息使用串行干扰消除或联合译码技术解调该基本传输单元中用户的信息。从而在本实施例中，基站直接解调该基本传输单元中用户U发送的信号。

实施例二

本实施例描述一种上行随机接入方法，假设上行信道采用正交频分多址接入(OFDMA)进行调制成型，每个OFDM符号有1024个子载波。具体包括以下步骤。

S1、基站将信道资源以基本传输单元为单位进行划分，例如确定每个基本传输单元为512个子载波，并将每个OFDM符号的前512个子载波作为一个基本传输单元，后512个子载波作为另一个基本传输单元。每个基本传输单元中，第8m个符号是导频符号，其中m＝1,2,...,64，其余448个符号用于传输业务数据。

S2、基站根据覆盖范围内的用户状态信息，确定当前上行信道的工作模式为模式2。并将当前上行信道的工作模式和步骤S1所述基本传输单元划分等信息通过下行信道广播给覆盖范围内的所有用户。

S3、对于某个用户U，根据自己的传输需求、信道状态信息、当前上行信道的工作模式、基本传输单元信息，得到自己的编码调制模式。

在本发明的一些示例中，用户U此时有224比特的信息待传送，当前上行信道的工作模式为模式2，假设用户U在基站端的接收信噪比为10dB。用户U结合信道状态信息，根据步骤S301至步骤S304确定当前编码调制模式的速率不超过2.19bits/s/Hz。从而用户U根据需求，从协议规范的候选编码调制模式中选择了一种速率为0.5bits/s/Hz的编码调制模式，例如正交相移键控(QPSK)作为星座映射，结合码率为0.5的低密度奇偶校验(LDPC)码作为信道编码的编码调制模式，其交织器采用伪随机交织器。类似地，对于另一个用户V，假设V此时有448比特的信息待传送，当前上行信道的工作模式为模式2，假设用户V在基站端的接收信噪比为3dB。用户U结合信道状态信息，根据步骤S301至步骤S304确定当前编码调制模式的速率不超过1.16bits/s/Hz。从而用户U根据需求，选择了一种速率为1.0bits/s/Hz的编码调制模式，例如16阶幅度相移键控(APSK)作为星座映射，结合码率为0.5的低密度奇偶校验(LDPC)码作为信道编码的编码调制模式，其交织器采用伪随机交织器。

S4、用户U对待传输的224比特信息进行步骤S3中所述编码调制，得到448个编码调制后的符号，并将长度为64个符号的导频序列根据步骤S1中约定的方式插入数据中，经处理，将其调制到第一个OFDM符号的前512个子载波，从而得到用户U的上行发送信号，并将其发送。用户V对待传输的448比特信息进行步骤S3中所述编码调制，得到448个编码调制后的符号，并将长度为64个符号的导频序列根据步骤S1中约定的方式插入数据中，经处理，将其调制到第一个OFDM符号的前512个子载波，从而得到用户V的上行发送信号，并将其发送。

S5、基站接收每个基本传输单元以及对应每个基本传输单元的导频信号，并检测和解调其中的信道状态信息和用户信息。

步骤S5中基站检测每个基本传输单元中用户信息进一步包括以下步骤：

S501、基站根据基本传输单元对应的导频信号，确定基本传输单元中用户的个数、各用户的信道状态信息、各用户的编码调制模式等信息。例如在本实施例中，基站通过导频信息发现某个基本传输单元，如某个OFDM符号的前512个子载波，有用户U采用QPSK结合LDPC码的编码调制方式在该基本传输单元中发送信号，且有用户U采用16阶APSK结合LDPC码的编码调制方式在该基本传输单元中发送信号，且不再有其他用户的信号被检测出。

S502、基站根据S501中所获得的信息得到基本传输单元中用户个数，若该基本传输单元中用户个数不超过1，则基站直接解调该基本传输单元中用户的信号。否则，基站根据该基本传输单元中各用户的信道状态信息、编码调制模式等信息使用串行干扰消除或联合译码技术解调该基本传输单元中用户的信息。从而在本实施例中，基站使用联合译码技术解调该基本传输单元中用户U发送的信号和用户V发送的信号。

实施例三

本实施例是针对实施例一和实施例二中，步骤S3的另一种实施方式。

本实施例描述一个用户U根据自己的传输需求、信道状态信息、当前上行信道的工作模式、基本传输单元信息，得到编码调制模式的过程。假设当前上行信道的工作模式为模式3，用户与基站间的信道衰落h为-40dB，基站处噪声功率Pb为-60dBm，用户端发送功率Pt为-10dBm，信道模型为加性白高斯信道。则用户得到编码调制模式的过程包括以下步骤：

1、用户U根据自己的发送功率、与基站之间信道的衰落信息和基站端的噪声功率确定该用户在基站端的接收信噪比为：SNR＝Pt*h/Pb＝10dB。

2、用户U根据当前工作模式3，预设有2个接收信噪比与该用户一样的其他用户。

3、用户U根据信道模型、接收信噪比、预设的2个其他用户，计算该多址接入信道的和速率容量。即根据3用户加性白高斯信道容量，计算得到该多址接入信道的和速率容量为C＝log₂(1+SNR*3)＝4.95bits/符号。

4、用户U根据自身传输需求，选择一个面向3用户的，传输速率不超过4.95/3＝1.65bits/符号的编码调制模式，例如采用8阶幅度相移键控(8-APSK)结合码率为0.5的低密度奇偶校验(LDPC)码，从而实际传输速率为1.5bits/符号。

实施例四

本实施例是针对实施例一和实施例二中，步骤S2的一种实施方式。

在本实施例中，提供一种基站计算在模式3下系统的预期吞吐率的方法，为了便于说明，我们假设基站覆盖范围内所有用户的接收信噪比均为10dB，信道模型为加性白高斯信道，用户发送数据包的行为经过统计发现服从参数为2的泊松过程。具体包括以下步骤：

A1、基站通过覆盖范围内的用户状态信息，使用参数为2的泊松过程随机产生一组将竞争同一个基本传输单元的模拟接入用户，例如可能随机产生{用户1，用户2}，或随机产生{用户1，用户2，用户3}等，本实施例后续步骤以{用户1，用户2}为例。

A2、基站模拟每一个用户的传输行为，并模拟在基站端的解调过程。用户1将选择一个传输速率不超过1.65bits/符号的编码调制方案。类似的，用户2也将选择一个传输速率不超过1.65bits/符号的编码调制方案。各自发送信号后，基站端尝试解调用户1与用户2发送的信号。经仿真表明基站可以同时正确解调两个用户的信号。

A3、统计步骤A2所述解调过程解调出的信息量，即该次仿真中基站的预期吞吐率为1.65+1.65＝3.3bits/符号。从而该次模拟下基站的预期吞吐率为3.3bits/符号。

A4、重复步骤A1至A3若干次，统计平均情况下系统的预期吞吐率。在本发明的一些示例中，重复1000次步骤A1至A3，统计可得模式3下系统的预期吞吐率为2.23bits/符号。

其中步骤A1产生的模拟接入用户可以为空集、一个或任意多个用户。

步骤A2中若无法解调出任何信息，则在步骤S205统计信息时将预期吞吐率统计为0。

步骤A4所述重复次数根据预期吞吐率的收敛情况进行调整。

实施例五

本实施例是针对实施例一和实施例二中，步骤S2的一种实施方式。

在本实施例中，提供一种基站计算在模式3下系统的预期吞吐率的方法，为了便于说明，我们假设基站覆盖范围内所有用户的接收信噪比服从参数为10的独立瑞利分布，信道模型为加性白高斯信道，用户发送数据包的行为经过统计发现服从参数为2的泊松过程。具体包括以下步骤：

B1、基站通过覆盖范围内的用户状态信息，使用参数为2的泊松过程随机产生一组将竞争同一个基本传输单元的模拟接入用户，并为每个用户随机产生其接收信噪比。例如{用户1：10dB，用户2：3dB}。

B2、基站模拟每一个用户的传输行为，并模拟在基站端的解调过程。用户1将选择一个传输速率不超过1.65bits/符号的编码调制方案。类似的，用户2将选择一个传输速率不超过0.93bits/符号的编码调制方案。各自发送信号后，基站端采用联合解码算法解调用户1与用户2发送的信号。经仿真表明基站可以同时正确解调两个用户的信号。

B3、统计步骤B2所述解调过程解调出的信息量，即该次仿真中基站的预期吞吐率为1.65+0.93＝2.58bits/符号。从而该次模拟下基站的预期吞吐率为2.58bits/符号。

B4、重复步骤B1至B3若干次，统计平均情况下系统的预期吞吐率。在本发明的一些示例中，重复1000次步骤B1至B3，统计可得模式3下系统的预期吞吐率为2.23bits/符号。

其中步骤B1产生的模拟接入用户可以为空集、一个或任意多个用户。

步骤B2中若无法解调出任何信息，则在步骤S205统计信息时将预期吞吐率统计为0。

步骤B4所述重复次数取决于预期吞吐率的收敛情况。

实施例六

本实施例是针对实施例一和实施例二中，步骤S2的一种实施方式。

在本实施例中，提供一种基站模式确定方法，为了便于说明，我们假设基站覆盖范围内的用户与信道之间的接收信噪比为10dB，信道模型为加性白高斯信道，用户发送数据包的行为经过统计发现服从参数为2的泊松过程。具体包括以下步骤：

C1、基站根据覆盖范围内的用户状态信息，依次计算模式1、模式2、……下系统的预期吞吐率。

C2、在步骤C1中，基站首先计算模式1下系统的预期吞吐率。根据用户模型，结合实施例一和实施例二，计算可知在模式1下系统的预期吞吐率为0.94bits/符号。基站接着计算得到模式2下系统的预期吞吐率为1.78bits/符号。由于模式2下系统的预期吞吐率大于模式2下系统的吞吐率，基站继续计算得到模式3下系统的预期吞吐率为2.23bits/符号。依此类推，基站继续计算得到模式4下系统的预期吞吐率为2.29bits/符号，模式5下系统的预期吞吐率为2.14bits/符号。由于模式5下系统的预期吞吐率小于模式4下系统的预期吞吐率，计算停止。最终模式确定为模式4。

实施例七

本实施例是针对实施例一和实施例二中，步骤S2的一种实施方式。

在本实施例中，提供一种基站模式确定方法，为了便于说明，为了便于说明，我们假设基站覆盖范围内所有用户的接收信噪比服从参数为10的独立瑞利分布，信道模型为加性白高斯信道，用户发送数据包的行为经过统计发现服从参数为2的泊松过程。具体包括以下步骤：

D1、基站根据覆盖范围内的用户状态信息，依次计算模式1、模式2、……下系统的预期吞吐率。

D2、在步骤D1中，基站首先计算模式1下系统的预期吞吐率。根据用户模型，结合实施例一和实施例二，计算可知在模式1下系统的预期吞吐率为0.79bits/符号。基站接着计算得到模式2下系统的预期吞吐率为1.52bits/符号。由于模式2下系统的预期吞吐率大于模式2下系统的吞吐率，基站继续计算得到模式3下系统的预期吞吐率为1.92bits/符号。依此类推，基站继续计算得到模式4下系统的预期吞吐率为1.99bits/符号，模式5下系统的预期吞吐率为1.87bits/符号。由于模式5下系统的预期吞吐率小于模式4下系统的预期吞吐率，计算停止。最终模式确定为模式4。

另外，本发明实施例的上行随机接入方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种上行随机接入方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基站将信道资源以基本传输单元为单位进行正交划分和等效接收端功率的分配，其中，所述基本传输单元是时域符号、频域子载波、空域、码域符号或时频空码域符号的任意组合；

S2、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，确定当前上行信道的工作模式，并将所述当前上行信道的工作模式和所述基本传输单元通过下行信道广播给覆盖范围内的所有用户，其中，所述用户状态的统计信息包括：所述基站覆盖范围内的当前活动用户和当前活动用户统计的平均总接入负载，所述当前上行信道的工作模式包括k个工作模式，其中，k为自然数；

S3、用户在发送数据前，根据自身的传输需求、信道状态信息、当前上行信道的工作模式、基本传输单元信息，选择相应的编码调制模式；

S4、进行所述编码调制得到多个基本传输单元的待传输符号，将所述待传输符号进行处理得到上行发送信号，同时发送对应所述基本传输单元的导频信号；以及

S5、所述基站接收每个基本传输单元以及对应所述每个基本传输单元的导频信号，并检测和解调其中的信道状态信息和用户信息。

2.根据权利要求1所述的上行随机接入方法，其特征在于，在步骤S2中，所述k个工作模式采用面向系统吞吐率优化的确定方法，具体包括以下步骤：

S21、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，依次各个工作模式下系统的预期吞吐率；

S22、所述基站顺序计算k个工作模式下系统的预期吞吐率，

如果当前工作模式下系统的预期吞吐率大于前一个工作模式下系统的预期吞吐率，则继续计算当前工作模式的下一个工作模式下系统的预期吞吐率并再次进行比较，

否则停止计算，确定基站的工作模式为当前工作模式，

其中，计算所述当前模式下系统的预期吞吐率进一步包括以下步骤：

S221、所述基站通过覆盖范围内的用户状态统计信息，随机产生一组将竞争同一个基本传输单元的模拟接入用户；

S222、所述基站模拟每一个用户在步骤S3的传输行为，并模拟在所述基站的解调过程；

S223、统计步骤S222所述解调过程成功解调出的总用户信息量，所述成功解调出的总用户信息量为所述当前工作模拟下系统中间的预期吞吐率；以及

S224、重复步骤S221至S223多次，计算多次所述当前工作模拟下系统中间的预期吞吐率的平均值为所述当前工作模式下系统的预期吞吐率的。

3.根据权利要求1所述的上行随机接入方法，其特征在于，在步骤S2中，所述k个工作模式采用面向用户中断概率优化的确定方法，具体包括以下步骤：

S’21、所述基站根据用户需求，确定当前允许的中断概率上限；

S’22、所述基站根据覆盖范围内的用户状态统计信息，依次计算k个工作模式下所述用户的中断概率，

如果当前工作模式下用户的中断概率小于前一个工作模式下用户的中断概率，则停止计算，当前工作模式确定为所述基站的工作模式，

否则继续计算，则继续计算当前工作模式的下一个工作模式下用户的中断概率并再次进行比较，

其中，计算所述当前模式下用户的中断概率进一步包括以下步骤：

S’221、所述基站通过覆盖范围内的用户状态统计信息，随机产生一组将竞争同一个基本传输单元的模拟接入用户；

S’222、所述基站模拟每一个用户在步骤S3的传输行为，并模拟在基站端的解调过程；

S’223、统计步骤S’222所述解调过程成功解调出的总用户数，除以步骤S’222中接入的用户数，得到当前工作模拟下用户中间的中断概率；以及

S’224、重复步骤S’221至S’223多次，计算多次所述当前工作模拟下用户中间的中断概率的平均值为所述当前工作模式下用户的中断概率。

4.根据权利要求2或3所述的上行随机接入方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：

S31、用户根据自己的发送功率、与基站之间信道的衰落信息和基站的噪声功率确定所述用户在基站的接收信噪比，其中，所述用户在基站的接收信噪比是指所述基站接收到的所述用户功率与所述基站的噪声功率的比值；

S32、所述用户根据当前工作模式k，预设将有k-1个接收信噪比、信道模型与所述用户均一样的其他用户；

S33、所述用户根据信道模型、接收信噪比、预设的k-1个其他用户，计算多址接入信道的容量C，其中，所述容量C，

对于确定信道，是指所述多址接入信道所有用户与接收端的最大互信息，

对于非确定信道，是指在给定中断概率限制下所述多址接入信道所有用户与接收端的最大传输速率；以及

S34、所述用户根据自身传输需求，从面向k用户的预设编码调制模式中，选择一个传输速率不超过C/k的编码调制模式，其中，步骤S34中所述自身传输需求包括传输速率需求和中断概率需求。

5.根据权利要求4所述的上行随机接入方法，其特征在于，在步骤S34中，所述面向k用户的编码调制模式为满足如下特征的NOMA技术中的编码调制模式：

若有k个对称用户同时以相同的编码调制模式发送信号，接收端可以使用联合译码技术成功解调该基本传输单元中k个用户的信息。

6.根据权利要求4所述的上行随机接入方法，其特征在于，在步骤S34中，所述编码调制模式包括信道编码、比特交织、星座映射、扩频图样和携带编码调制模式信息的导频。

7.根据权利要求4所述的上行随机接入方法，其特征在于，在步骤S34中，所述编码调制模式可采用的技术包括稀疏扩频序列的多址接入、稀疏码多址接入、交织多址接入、和MU-BICMID。

8.根据权利要求2或3所述的上行随机接入方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：

S51、所述基站根据所述基本传输单元对应的导频信号，确定所述基本传输单元中用户的个数、各用户的信道状态信息和各用户的编码调制模式；以及

S52、所述基站根据所述基本传输单元中用户个数，

如果所述基本传输单元中用户个数不超过1，则所述基站直接解调该基本传输单元中用户的信号，

否则，所述基站根据所述基本传输单元中各用户的信道状态信息、编码调制模式使用串行干扰消除或联合译码解调所述基本传输单元中用户的信息。