CN112804761A - 一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法及装置，涉及无线通信技术领域。方法包括：基站周期性广播SIB2；用户端接收到SIB2后，从导频序列集合中随机选择预设数量的导频，基于随机接入配置信息，用户端可在同一时频资源上将预设数量的导频发送至基站，或可在对应连续的时频资源上将导频分别发送至基站；基站检测用户端发送的多个导频序列，根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，并将随机接入响应信息发送至用户端；用户端接收到随机接入响应信息后，基于随机接入响应信息向基站发送随机接入信令MSG3消息；基站接收并检测用户端发送的MSG3消息，完成用户端随机接入。采用本发明，可降低用户端碰撞概率，提高用户端接入成功率。

Description

一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法及装置。
背景技术
随机接入是用户端与基站建立上行通信连接的首要步骤，其主要目的有两个：一是与基站建立上行同步关系；二是请求基站为其分配上行资源，以进行数据传输。基于竞争的传统接入方案是指用户端从导频序列集合中随机选择一个导频序列发送至基站，当多个用户端选择相同的导频序列发生导频碰撞时，基站集中解决导频碰撞问题。传统方案的目标是最小化导频碰撞概率，进而提升成功接入网络的用户数目。然而，物理随机接入信道资源有限，当大量的设备几乎同时地向基站发起随机接入请求时，会导致严重的接入拥塞和很高的接入延迟，影响网络的整体吞吐量性能；同时接入失败的用户端可能再次发起接入请求，将使得接入网拥塞更为严重，无法满足用户端的服务质量需求。因此，亟需提出一种新颖、高效的随机接入方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法及装置，可以保障用户端的接入成功率。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法，该方法应用于电子设备，该方法包括：
基站周期性广播系统消息SIB2，所述SIB2中包括随机接入配置信息；
所述用户端接收到所述SIB2中的随机接入配置信息后，从预设的导频序列集合中随机选择预设数量的导频，基于所述随机接入配置信息，所述用户端可在同一时频资源上将所述预设数量的导频发送至所述基站，或者，所述用户端可在对应连续的时频资源上将所述预设数量的导频分别发送至所述基站；
所述基站检测所述用户端发送的多个导频序列，根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，并将所述随机接入响应信息发送至用户端；
所述用户端接收到所述随机接入响应信息后，基于所述随机接入响应信息向所述基站发送随机接入信令MSG3消息；
所述基站接收并检测所述用户端发送的MSG3消息，当所述基站检测成功时，所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程。
可选地，所述导频序列集合中的导频序列包括具有恒幅零自相关和最小互相关性质的ZC序列。
可选地，所述基站检测所述用户端发送的多个导频序列，并根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，包括：
所述基站在相应的物理随机接入信道上周期性检测用户端发送的导频；
当所述基站检测到所述用户端发送的导频时，针对每个导频产生相应的随机接入响应信息，所述随机接入响应信息包括检测到的导频索引、上行定时提前量、传输MSG3所需的资源、用户端的临时识别号、以及下一次传输导频所允许的退避时间。
可选地，所述用户端接收到所述随机接入响应信息后，基于所述随机接入响应信息向所述基站发送随机接入信令MSG3消息，包括：
所述用户端在特定时间内监听随机接入响应信息，如果没有接收到随机接入响应信息，则判定接入失败；
如果所述用户端接收到对应的随机接入响应信息，则会在所述随机接入响应信息指定的MSG3资源上发送连接请求消息，所述连接请求消息中包含特定的识别码信息。
可选地，所述基站接收并检测所述用户端发送的MSG3消息，当所述基站检测成功时，所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程，包括：
所述基站周期性检测所述用户端发送的MSG3消息，如果所述基站成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程；
如果所述基站未成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则所述基站不会反馈任何消息，所述用户端接入失败。
可选地，所述用户端接入失败之后，还包括：
所述用户端检测接入次数，如果所述用户端的接入次数未超过预设的最大接入次数，则随机生成退避时间段，并开始计时；
当计时超过所述退避时间段时，所述用户端重新尝试随机接入操作；
若接入次数超过预设的最大接入次数，则所述用户端停止接入操作。
另一方面，提供了一种基于多导频的上行多用户端随机接入的装置，该装置应用于电子设备，该装置包括：
选择单元，用于基站周期性广播系统消息SIB2，所述SIB2中包括随机接入配置信息；所述用户端接收到所述SIB2中的随机接入配置信息后，从预设的导频序列集合中随机选择预设数量的导频，基于所述随机接入配置信息，所述用户端可在同一时频资源上将所述预设数量的导频发送至所述基站，或者，所述用户端可在对应连续的时频资源上将所述预设数量的导频分别发送至所述基站；
生成单元，用于所述基站检测所述用户端发送的多个导频序列，并根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，所述基站将所述随机接入响应信息发送至用户端；
发送单元，用于所述用户端接收到所述随机接入响应信息后，基于所述随机接入响应信息向所述基站发送随机接入信令MSG3消息；
检测单元，用于所述基站接收并检测所述用户端发送的MSG3消息，当所述基站检测成功时，所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程；
重新接入单元，用于所述用户端接入失败之后，检测接入次数与预设最大接入次数比较，若小于预设次数则随机生成退避时间进行重新接入尝试，否则停止接入操作。
可选地，所述导频序列集合中的导频序列包括具有恒幅零自相关和最小互相关性质的ZC序列。
可选地，所述生成单元，用于：
所述基站在相应的物理随机接入信道上周期性检测用户端发送的导频；
当所述基站检测到所述用户端发送的导频时，针对每个导频产生相应的随机接入响应信息，所述随机接入响应信息包括检测到的导频索引、上行定时提前量、传输MSG3所需的资源、用户端的临时识别号、以及下一次传输导频所允许的退避时间。
可选地，所述发送单元，用于：
所述用户端在特定时间内监听随机接入响应信息，如果没有接收到随机接入响应信息，则判定接入失败；
如果所述用户端接收到对应的随机接入响应信息，则会在所述随机接入响应信息指定的多个MSG3资源上发送连接请求消息，所述连接请求消息中包含特定的识别码信息。
可选地，所述检测单元，用于：
所述基站周期性检测所述用户端发送的MSG3消息，如果所述基站成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，以完成用户端随机接入过程；
如果所述基站未成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则所述基站不会反馈任何消息，所述用户端接入失败。
可选地，所述重新接入单元，用于：
所述用户端接入失败之后，所述用户端检测接入次数，如果所述用户端的接入次数未超过预设的最大接入次数，则随机生成退避时间段，并开始计时；
当计时超过所述退避时间段时，所述用户端重新尝试随机接入操作；
若接入次数超过预设的最大接入次数，则所述用户端停止接入操作。
一方面，提供了一种基于多导频的上行多用户端随机接入的系统，所述系统包括用户端和基站，其中：
用户端用于：接收到所述SIB2中的随机接入配置信息后，从预设的导频序列集合中随机选择预设数量的导频，基于所述随机接入配置信息，所述用户端可在同一时频资源上将所述预设数量的导频发送至所述基站，或者，所述用户端可在对应连续的时频资源上将所述预设数量的导频分别发送至所述基站；接收到所述随机接入响应信息后，基于所述随机接入响应信息向所述基站发送随机接入信令MSG3消息。
基站用于：周期性广播系统消息SIB2，所述SIB2中包括随机接入配置信息；检测所述用户端发送的多个导频序列，根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，并将所述随机接入响应信息发送至用户端；接收并检测所述用户端发送的MSG3消息，若所述基站检测成功，则会向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程。
另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述基于多导频的上行多用户端随机接入的方法。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明中，有接入需求的用户端向基站传输多个导频，导频的数量和多导频传输规则由基站确定，并通过系统消息广播至小区内用户端。基站通过检测用户端发送的多个导频序列，针对每一个导频产生相应的随机接入响应信息并发送至用户端。进而，用户端在指定的多个上行资源上向基站发送MSG3消息，既降低了用户端碰撞的可能性，又保障了用户端的接入成功率，减少不必要的导频重传，降低接入时延。而且，本发明采用多导频传输方式，每个用户端根据基站广播的多导频传输规则传输多个导频至基站，有利于降低接入碰撞概率。另外，本发明采用多个上行资源同时发送连接请求消息，用户端通过随机接入响应信息获得多个上行资源，从而发送多个MSG3消息，有利于提升用户端接入成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种实施环境图；
图2是本发明实施例提供的一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法流程图；
图3（a）是本发明实施例提供的一种基于多导频的上行多用户端随机接入的例举示意图；
图3（b）是本发明实施例提供的一种基于多导频的上行多用户端随机接入的例举示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于多导频的上行多用户端随机接入的装置框图；
图5是本发明实施例提供的一种基于多导频的上行多用户端随机接入的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提供了一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法，如图1所示，该实施环境可以包括多个用户端101以及基站102。多个用户端101通过无线或者有线网络与基站102连接，该多个用户端101可以是能够接入基站102的计算机设备或智能终端等。
本发明实施例提供了一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法，该方法可以由电子设备实现，该电子设备可以是终端或服务器。为便于说明，本实施例假设基站位于小区的中心位置并配置M根天线，小区内共有K个单天线用户端。
如图2所示的基于多导频的上行多用户端随机接入的方法流程图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：
步骤201、基站周期性广播系统消息SIB2。
可选地，基站广播的允许用户端接入的信号可以为SIB2（System InformationBroadcast）。其中，SIB2中包含公共的无限资源配置信息，如上行RACH（Random AccessChannel，随机接入信道）、PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行链路控制信道）、PUSCH（Physical Uplink Shared Channel，上行物理共享信道）、SRS（SoundingReference Signal，信道探测参考信号）的资源分配与调度，上行信道功率控制信息；下行BCCH（Broadcast Control Channel，广播控制信道）、PDSCH（Physical Downlink SharedChannel，物理下行共享信道）、PCCH（Paging Control Channel，寻呼控制信道）、信道资源配置等。
一种可行的实施方式中，基站会周期性广播允许用户端接入的信号，当用户端想要接入基站时，将根据所述广播信号将预设数量的导频发送至基站。
步骤202、用户端接收到SIB2中的随机接入配置信息后，从预设的导频序列集合中随机选择预设数量的导频，基于随机接入配置信息，用户端可在同一时频资源上将预设数量的导频发送至基站，或者，用户端可在对应连续的时频资源上将预设数量的导频分别发送至基站。
一种可行的实施方式中，在导频传输阶段，基站周期性地广播SIB2，SIB2中包括随机接入配置信息。当用户端接收到SIB2，并获取SIB2中的随机接入配置信息后，从预设的导频序列集合中随机选择预设数量的导频。假设预设导频数量为L，则
Figure 511608DEST_PATH_IMAGE001
。用户端根据随机接入配置信息，将L个导频发送至基站。
需要说明的是，上述用户端将L个导频发送至基站可以是用户端在同一时频资源上将随机选择的L个导频发送至基站，还可以是从随机接入时频资源中随机选取连续的L个资源，在每一个资源上分别传输一个导频至基站，由此实现用户端选择多个导频发送至基站的方法。
步骤203、基站检测用户端发送的多个导频序列，并根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，基站将随机接入响应信息发送至用户端。
一种可行的实施方式中，对于每个待接入的用户端，只有基站成功检测到该用户端发送的导频信号，才能进一步确定用户端的身份。
若多导频传输规则为用户端将随机选择的L个导频在连续的L个时隙分别发送至基站。为便于分析做出以下假设：（1）小区内可用导频序列是由一个ZC序列通过循环移位产生的，导频序列集合为
Figure 553383DEST_PATH_IMAGE002
，满足
Figure 661016DEST_PATH_IMAGE003
；（2）上行链路随机接入帧结构的持续时间小于信道相干时间，且在信道相干时间内用户端信道信息保持不变，即每个用户端和基站之间在上行链路随机接入帧内具有恒定信道，此时对应于第
Figure 118542DEST_PATH_IMAGE004
个导频，基站的接收信号
Figure 198493DEST_PATH_IMAGE005
如下式（1）：
Figure 348852DEST_PATH_IMAGE006
Figure 412623DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 482296DEST_PATH_IMAGE008
表示个用户端与基站之间的信道矩阵，
Figure 416754DEST_PATH_IMAGE009
表示用户端
Figure 738014DEST_PATH_IMAGE010
与基站之间的信道矢量，其中
Figure 757923DEST_PATH_IMAGE011
为用户端
Figure 822831DEST_PATH_IMAGE012
与基站端的第
Figure 142954DEST_PATH_IMAGE013
根天线之间的信道系数。
Figure 431853DEST_PATH_IMAGE014
表示
Figure 578538DEST_PATH_IMAGE012
个用户端传输的第
Figure 978295DEST_PATH_IMAGE015
个导频的导频矩阵，
Figure 887345DEST_PATH_IMAGE016
表示用户端
Figure 550408DEST_PATH_IMAGE017
的第
Figure 341646DEST_PATH_IMAGE015
个导频。
Figure 217199DEST_PATH_IMAGE018
表示均值为0，元素方差为
Figure 574231DEST_PATH_IMAGE019
的加性高斯白噪声。
基站将
Figure 408194DEST_PATH_IMAGE020
与
Figure 624412DEST_PATH_IMAGE021
进行相关运算，其结果
Figure 834814DEST_PATH_IMAGE022
如下式（2）：
Figure 452877DEST_PATH_IMAGE023
Figure 723321DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 223573DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 909769DEST_PATH_IMAGE025
。
考虑
Figure 710235DEST_PATH_IMAGE026
个导频，相关运算的结果
Figure 620422DEST_PATH_IMAGE027
如下式（3）：
Figure 404707DEST_PATH_IMAGE028
Figure 222490DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 80725DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 767007DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 445113DEST_PATH_IMAGE031
。
Figure 535429DEST_PATH_IMAGE032
是导频选择矩阵，且
Figure 576066DEST_PATH_IMAGE033
，其中
Figure 828056DEST_PATH_IMAGE034
表示用户端
Figure 993458DEST_PATH_IMAGE035
的导频选择向量，包含
Figure 90727DEST_PATH_IMAGE026
个长度为
Figure 454713DEST_PATH_IMAGE036
的子向量。具体而言，若
Figure 877604DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 795881DEST_PATH_IMAGE038
，用户端
Figure 493579DEST_PATH_IMAGE035
传输导频
Figure 649754DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 774704DEST_PATH_IMAGE040
，则
Figure 649119DEST_PATH_IMAGE041
第1个索引的值等于1，且第
Figure 150508DEST_PATH_IMAGE042
个索引的值等于1，即，
Figure 426768DEST_PATH_IMAGE043
。
假设
Figure 722621DEST_PATH_IMAGE044
与
Figure 881069DEST_PATH_IMAGE045
进行相关运算的结果为
Figure 123832DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 254599DEST_PATH_IMAGE047
与
Figure 721352DEST_PATH_IMAGE045
进行相关运算的结果为
Figure 570360DEST_PATH_IMAGE048
，且
Figure 882392DEST_PATH_IMAGE049
，基站将
Figure 195562DEST_PATH_IMAGE046
与
Figure 36479DEST_PATH_IMAGE048
做相关运算，其结果
Figure 372783DEST_PATH_IMAGE050
如下式（4）：
Figure 754085DEST_PATH_IMAGE051
Figure 859445DEST_PATH_IMAGE007
在大规模MIMO系统中，任意两个用户端的信道可以近似为准正交的，因此
Figure 668001DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 226021DEST_PATH_IMAGE053
可以近似如下式（5）：
Figure 614277DEST_PATH_IMAGE054
Figure 636460DEST_PATH_IMAGE007
当天线数
Figure 553600DEST_PATH_IMAGE055
趋于无穷大时满足
Figure 926812DEST_PATH_IMAGE056
。因此，当基站准确估计出
Figure 587601DEST_PATH_IMAGE057
后，便可恢复导频选择矩阵
Figure 198711DEST_PATH_IMAGE032
，进而确定每个用户端传输的
Figure 614649DEST_PATH_IMAGE058
个导频。
基站估计准则如下式（6）：
Figure 147261DEST_PATH_IMAGE059
（6）
其中，
Figure 674057DEST_PATH_IMAGE060
表示用户端传输的第
Figure 342936DEST_PATH_IMAGE061
个导频的导频索引，
Figure 941494DEST_PATH_IMAGE062
。
Figure 758140DEST_PATH_IMAGE063
，
Figure 26311DEST_PATH_IMAGE064
是平衡虚警概率和漏检概率的系数。若
Figure 612013DEST_PATH_IMAGE065
，说明当前用户端传输的第
Figure 307436DEST_PATH_IMAGE061
个导频是
Figure 611379DEST_PATH_IMAGE066
，第
Figure 417661DEST_PATH_IMAGE067
个导频是
Figure 389028DEST_PATH_IMAGE068
。若
Figure 989773DEST_PATH_IMAGE069
，说明所有接入用户端传输的第
Figure 46591DEST_PATH_IMAGE061
个导频中不包括
Figure 390985DEST_PATH_IMAGE066
，第
Figure 951279DEST_PATH_IMAGE067
个导频中不包括
Figure 988505DEST_PATH_IMAGE068
。
可选地，上述步骤203可以包括：基站在相应的物理随机接入信道上周期性检测用户端发送的导频。当基站检测到用户端发送的导频时，针对每个导频产生相应的随机接入响应信息，随机接入响应信息包括检测到的导频索引、上行定时提前量、传输MSG3所需的资源、用户端的临时识别号、以及下一次传输导频所允许的退避时间。该随机接入响应信息用于引导用户端向基站发送随机接入信令消息。
步骤204、用户端接收到随机接入响应信息后，基于随机接入响应信息向基站发送随机接入信令MSG3消息。
一种可行的实施方式中，用户端以是否接到随机接入响应信息来判断能否接入，如果用户端接收到随机接入响应信息，则可以向基站发送MSG3消息，具体地，上述步骤204可以包括：用户端在特定时间内监听随机接入响应信息，如果没有接收到随机接入响应信息，则判定接入失败。如果用户端收到对应的随机接入响应信息，则会在随机接入响应信息指定的多个MSG3资源上发送连接请求消息，连接请求消息中包含特定的识别码信息。
一种可行的实施方式中，用户端在步骤202将所选的多个导频发送至基站后，会在特定时间内监听基站发送的随机接入响应信息，如果在特定时间内没有收到响应消息，则用户端判定接入失败。如果用户端在特定时间内接收到了基站发送的随机接入响应信息，则用户端解析随机接入响应信息中携带的MSG3资源，然后在MSG3资源上向基站发送连接请求消息，该连接请求消息中包含用户端特定的识别码信息。
可选地，当用户端在特定时间内没有接收到随机接入响应信息而判定接入失败后，用户端可以再次尝试接入，相应的处理过程可以如下：
用户端在判定自己接入失败后，检测当前的接入次数，并获取预设的最大接入次数。如果接入次数没有达到最大次数，则用户端随机地选择一个退避时间，在退避时间结束后，重新选择导频进行传输。如果接入次数大于预设的最大次数，为了避免资源浪费，用户端停止尝试随机接入操作。
步骤205、基站接收并检测用户端发送的MSG3消息，当基站检测成功时，基站向用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程。
可选地，相应的过程可以包括：基站周期性检测用户端发送的MSG3消息，如果基站成功检测出用户端发送的MSG3消息，则基站向该用户端发送一个竞争解决消息，以完成用户端随机接入过程。如果用户端在预设时间段内没有收到竞争解决消息，则认为发生了冲突，随机接入失败。
一种可行的实施方式中，当多个用户端在步骤202中发送相同的导频时，这些用户端将收到基站发送的相同的随机接入响应消息，进而，这些用户端会在相同的资源上发送MSG3消息，产生碰撞，基站接收到这些产生碰撞的MSG3消息时，会判定这些用户端接入失败，不会向这些用户端反馈任何消息。如果用户端在预设时间段内接收不到基站反馈的竞争解决消息，则该用户端接入失败。
可选地，用户端在预设时间段内没有接收到基站反馈竞争解决消息进而判定接入失败之后，用户端可以再次尝试接入，相应的处理过程可以如下：
用户端检测接入次数，如果用户端的接入次数未超过预设的最大接入次数，则随机生成退避时间段，并开始计时。当计时超过退避时间段时，用户端重新尝试随机接入操作。如果用户端的接入次数大于预设的最大接入次数，为了避免资源浪费，用户端停止随机接入操作。
本发明中有接入需求的用户端向基站传输多个导频，导频的数量和多导频的传输规则由基站确定，并通过系统消息广播至小区内用户端。基站通过检测用户端发送的多个导频序列，针对每一个导频产生相应的随机接入响应信息并发送至用户端。进而用户端在指定的多个上行资源向基站发送MSG3消息，既降低了用户端碰撞的可能性，又保障了用户端的接入成功率，减少不必要的导频重传，降低接入时延。而且，本发明采用多导频传输方式，每个用户端根据基站广播的多导频传输规则传输多个导频至基站，有利于降低接入碰撞概率。另外，本发明采用多个上行资源同时发送连接请求消息，通过随机接入响应信息用户端会获得多个上行资源，从而发送多个MSG3 消息，有利于提升用户端接入成功率。
本发明实施例提供了一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法，下面分别以本发明所述的两种多导频传输规则对本发明所述的基于多导频的上行多用户端随机接入方案进行说明：（1）用户端在连续的多个时频资源上将多个导频分别发送至基站；（2）用户端在同一时频资源上将多个导频发送至基站。
假设基站广播有接入需求的用户端从导频序列集合中随机地选择2个导频分2个时隙发送至基站。假设
Figure 532619DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 680704DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 361084DEST_PATH_IMAGE072
，如图3（a）所示，当前有3个接入用户端，UE1传输导频
Figure 569211DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure 538304DEST_PATH_IMAGE074
；UE2传输导频
Figure 21238DEST_PATH_IMAGE074
和
Figure 821704DEST_PATH_IMAGE075
；UE3传输导频
Figure 731891DEST_PATH_IMAGE074
和
Figure 922701DEST_PATH_IMAGE076
，导频选择矩阵A如图3（b）所示，且
Figure 474905DEST_PATH_IMAGE077
的真实值为
Figure 67560DEST_PATH_IMAGE078
。当3个接入用户端在导频传输阶段将所选的导频发送到基站后，基站首先将接收信号与
Figure 679807DEST_PATH_IMAGE079
进行相关运算得到
Figure 154651DEST_PATH_IMAGE080
，进而得出
Figure 182650DEST_PATH_IMAGE081
与
Figure 692129DEST_PATH_IMAGE082
相关运算的结果
Figure 412960DEST_PATH_IMAGE083
，然后设定阈值
Figure 640679DEST_PATH_IMAGE084
并根据判决准则估计
Figure 472369DEST_PATH_IMAGE085
。若基站对所有用户端的估计均准确，则
Figure 836354DEST_PATH_IMAGE085
的估计值等于其真实值，如公式（7）所示：
Figure 728087DEST_PATH_IMAGE086
（7）
此时基站成功检测到UE1、UE2和UE3分别传输了哪些导频，并将上行定时提前量、分配的上行资源等信息通过随机接入响应的形式通知UE1、UE2和UE3。因此，UE1、UE2和UE3均会收到对应于导频
Figure 646364DEST_PATH_IMAGE074
的随机接入响应信息，从而会在相同的资源上发送MSG3消息产生碰撞，同时UE1、UE2和UE3也会收到对应于导频
Figure 78482DEST_PATH_IMAGE073
、
Figure 500236DEST_PATH_IMAGE075
和
Figure 625187DEST_PATH_IMAGE076
的随机接入响应信息，分别在不同的资源上发送MSG3消息。因此，基站会同时收到UE1、UE2和UE3发送的两个MSG3消息，若基站能成功检测到UE1、UE2和UE3在导频
Figure 296340DEST_PATH_IMAGE073
、
Figure 735412DEST_PATH_IMAGE075
和
Figure 73989DEST_PATH_IMAGE076
对应资源上发送的MSG3消息，则会分别反馈UE1、UE2和UE3一个竞争解决消息，从而完成随机接入过程。
假设基站广播有接入需求的用户端从导频序列集合中随机地选择2个导频在同一时隙发送至基站。若系统选用具有恒幅零自相关和最小互相关性质的 ZC 序列作为导频序列，其定义如式(8)所示：
Figure 307524DEST_PATH_IMAGE087
（8）
其中，l为样点数，N ZC 为ZC序列的长度，u为根序列号，取值范围是[1，N ZC ]。为了降低序列非正交引起的多用户干扰，一般是利用对ZC根序列进行循环移位的方式生成更多可用的序列，如式(9)所示：
Figure 731552DEST_PATH_IMAGE088
（9）
其中，
Figure 454875DEST_PATH_IMAGE089
表示循环移位。
由于用户端需要在同一时隙传输多个导频，定义此时每个用户端传输的导频符号为：
Figure 569331DEST_PATH_IMAGE090
（10）
其中，
Figure 770505DEST_PATH_IMAGE091
表示ZC序列的循环移位序列。若当前有3个接入用户端，UE1传输导频
Figure 885091DEST_PATH_IMAGE092
和
Figure 400386DEST_PATH_IMAGE093
；UE2传输导频
Figure 713556DEST_PATH_IMAGE094
和
Figure 288894DEST_PATH_IMAGE095
；UE3传输导频
Figure 421935DEST_PATH_IMAGE096
和
Figure 803238DEST_PATH_IMAGE097
。此时UE1、UE2和UE3实际传输的导频符号如式（10）所示，是2个正交导频叠加后的归一化导频，当基站成功检测到UE1、UE2和UE3分别传输了哪些导频后，将上行定时提前量、分配的上行资源等信息通过随机接入响应的形式通知UE1、UE2和UE3，从而UE1、UE2和UE3可获得上行资源发送MSG3消息，完成随机接入过程。
本发明中有接入需求的用户端向基站传输多个导频，导频的数量和多导频的传输规则由基站确定，并通过系统消息广播至小区内用户端。基站通过检测用户端发送的多个导频序列，针对每一个导频产生相应的随机接入响应信息并发送至用户端，进而用户端在指定的多个上行资源向基站发送MSG3消息，既降低了用户端碰撞的可能性，又保障了用户端的接入成功率，减少不必要的导频重传，降低接入时延。而且，本发明采用多导频传输方式，每个用户端根据基站广播的多导频传输规则传输多个导频至基站，有利于降低接入碰撞概率。另外，本发明采用多个上行资源同时发送连接请求消息，通过随机接入响应信息用户端会获得多个上行资源，从而发送多个MSG3 消息，有利于提升用户端接入成功率。
图4是根据一示例性实施例示出的一种基于多导频的上行多用户端随机接入的装置框图。参照图4，该装置包括选择单元410、生成单元420、发送单元430、检测单元440和重新接入单元450。
选择单元410，用于基站周期性广播系统消息SIB2，所述SIB2中包括随机接入配置信息；所述用户端接收到所述SIB2中的随机接入配置信息后，从预设的导频序列集合中随机选择预设数量的导频，基于所述随机接入配置信息，所述用户端可在同一时频资源上将所述预设数量的导频发送至所述基站，或者，所述用户端可在对应连续的时频资源上将所述预设数量的导频分别发送至所述基站；
生成单元420，用于所述基站检测所述用户端发送的多个导频序列，并根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，所述基站将所述随机接入响应信息发送至用户端；
发送单元430，用于所述用户端接收到所述随机接入响应信息后，基于所述随机接入响应信息向所述基站发送随机接入信令MSG3消息；
检测单元440，用于所述基站接收并检测所述用户端发送的MSG3消息，当所述基站检测成功时，所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程；
重新接入单元450，用于所述用户端接入失败之后，检测接入次数与预设最大接入次数比较，若小于预设次数则随机生成退避时间进行重新接入尝试，否则停止接入操作。
可选地，所述导频序列集合中的导频序列包括具有恒幅零自相关和最小互相关性质的ZC序列。
可选地，所述生成单元420，用于：
所述基站在相应的物理随机接入信道上周期性检测用户端发送的导频；
当所述基站检测到所述用户端发送的导频时，针对每个导频产生相应的随机接入响应信息，所述随机接入响应信息包括检测到的导频索引、上行定时提前量、传输MSG3所需的资源、用户端的临时识别号、以及下一次传输导频所允许的退避时间。
可选地，所述发送单元430，用于：
所述用户端在特定时间内监听随机接入响应信息，如果没有接收到随机接入响应信息，则判定接入失败；
如果所述用户端接收到对应的随机接入响应信息，则会在所述随机接入响应信息指定的多个MSG3资源上发送连接请求消息，所述连接请求消息中包含特定的识别码信息。
可选地，所述检测单元440，用于：
所述基站周期性检测所述用户端发送的MSG3消息，如果所述基站成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，以完成用户端随机接入过程；
如果所述基站内未成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则所述基站不会反馈任何消息，所述用户端接入失败。
可选地，所述重新接入单元450，用于：
所述用户端接入失败之后，所述用户端检测接入次数，如果所述用户端的接入次数未超过预设的最大接入次数，则随机生成退避时间段，并开始计时；
当计时超过所述退避时间段时，所述用户端重新尝试随机接入操作；
若接入次数超过预设最大接入次数，则所述用户端停止接入操作。
图5是本发明实施例提供的一种基于多导频的上行多用户端随机接入的系统结构示意图，该系统500包括用户端510以及基站520，其中：
用户端510用于：从导频序列集合中随机选择多个导频发送至基站；接收到所述随机接入响应信息后，基于所述随机接入响应信息向所述基站发送随机接入信令MSG3消息。
基站520用于：检测所述用户端发送的多个导频序列，并根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，所述基站将所述随机接入响应信息发送至用户端；接收并检测所述用户端发送的MSG3消息，当所述基站检测成功时，所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述基于多导频的上行多用户端随机接入的方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多导频的上行多用户端随机接入的方法，其特征在于，所述方法包括：
基站周期性广播系统消息SIB2，所述SIB2中包括随机接入配置信息；
所述用户端接收到所述SIB2中的随机接入配置信息后，从预设的导频序列集合中随机选择预设数量的导频，基于所述随机接入配置信息，所述用户端在同一时频资源上将所述预设数量的导频发送至所述基站，或者，在对应连续的时频资源上将所述预设数量的导频分别发送至所述基站；
所述基站检测所述用户端发送的多个导频序列，并根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，所述基站将所述随机接入响应信息发送至用户端；
所述用户端接收到所述随机接入响应信息后，基于所述随机接入响应信息向所述基站发送随机接入信令MSG3消息；
所述基站接收并检测所述用户端发送的MSG3消息，当所述基站检测成功时，所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频序列集合中的导频序列包括具有恒幅零自相关和最小互相关性质的ZC序列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站检测所述用户端发送的多个导频序列，并根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，包括：
所述基站在相应的物理随机接入信道上周期性检测用户端发送的导频；
当所述基站检测到所述用户端发送的导频时，针对每个导频产生相应的随机接入响应信息，所述随机接入响应信息包括检测到的导频索引、上行定时提前量、传输MSG3所需的资源、用户端的临时识别号以及下一次传输导频所允许的退避时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户端接收到所述随机接入响应信息后，基于所述随机接入响应信息向所述基站发送随机接入信令MSG3消息，包括：
所述用户端在特定时间内监听随机接入响应信息，如果没有接收到随机接入响应信息，则判定接入失败；
若所述用户端接收到对应的随机接入响应信息，则会在所述随机接入响应信息中指定的MSG3资源上发送连接请求消息，所述连接请求消息中包含特定的识别码信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站接收并检测所述用户端发送的MSG3消息，当所述基站检测成功时，所述基站向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程，包括：
所述基站周期性检测所述用户端发送的MSG3消息，若所述基站成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则会向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程；
如果所述基站未成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则所述基站不会反馈任何消息，所述用户端接入失败。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述用户端接入失败之后，包括：
所述用户端检测接入次数，若所述用户端的接入次数未超过预设的最大接入次数，则随机生成退避时间段，并开始计时；
当计时超过所述退避时间段时，所述用户端重新进行随机接入操作；
若接入次数超过预设的最大接入次数，则所述用户端停止接入操作。
7.一种基于多导频的上行多用户端随机接入的装置，其特征在于，所述装置包括：
选择单元，用于基站周期性广播系统消息SIB2，所述SIB2中包括随机接入配置信息；所述用户端接收到所述SIB2中的随机接入配置信息后，从预设的导频序列集合中随机选择预设数量的导频，基于所述随机接入配置信息，所述用户端在同一时频资源上将所述预设数量的导频发送至所述基站，或者，所述用户端在对应连续的时频资源上将所述预设数量的导频分别发送至所述基站；
生成单元，用于所述基站检测所述用户端发送的多个导频序列，并根据每个导频序列生成相应的随机接入响应信息，所述基站将所述随机接入响应信息发送至用户端；
发送单元，用于所述用户端接收到所述随机接入响应信息后，基于所述随机接入响应信息向所述基站发送随机接入信令MSG3消息；
检测单元，用于所述基站接收并检测所述用户端发送的MSG3消息，若所述基站检测成功，则会向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述生成单元，用于：
所述基站在相应的物理随机接入信道上周期性检测用户端发送的导频；
当所述基站检测到所述用户端发送的导频时，针对每个导频产生相应的随机接入响应信息，所述随机接入响应信息包括检测到的导频索引、上行定时提前量、传输MSG3所需的资源、用户端的临时识别号、以及下一次传输导频所允许的退避时间。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述发送单元，用于：
所述用户端在特定时间内监听随机接入响应信息，如果没有接收到随机接入响应信息，则判定接入失败；
如果所述用户端接收到对应的随机接入响应信息，则在所述随机接入响应信息中指定的多个MSG3资源上发送连接请求消息，所述连接请求消息中包含特定的识别码信息。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述检测单元，用于：
所述基站周期性检测所述用户端发送的MSG3消息，若所述基站成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则会向所述用户端发送竞争解决消息，完成用户端随机接入过程；
如果所述基站未成功检测出所述用户端发送的MSG3消息，则所述基站不会反馈任何消息，所述用户端接入失败。
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