CN113891484A - 一种基于跳频的非竞争随机接入方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于跳频的非竞争随机接入方法及装置，在基站/控制节点发起非竞争随机接入时，将基于同步跳频的跳时与随机接入前导码相结合，在时域和码域构造基于同步跳频的两维随机接入前导码集合，支持不同可靠度等级的随机接入；随机接入用户与两维随机接入前导码的映射，保证任意一个码时资源块能且只能分配给一个接入用户使用，保证占用多个时域资源的接入用户具备更高的检测概率和可靠度。本发明解决了资源受限情况下同时调度的用户数量少、随机接入性能受功率控制和远近效应影响较大、支持不同可靠度等级的非竞争随机接入能力较弱等等问题。

Description

一种基于跳频的非竞争随机接入方法及装置

技术领域

本发明是关于基于三次握手的非竞争随机接入通信技术领域，特别是关于一种基于跳频的非竞争随机接入方法及装置。

背景技术

基于三次握手的非竞争随机接入在移动通信网络以及有中心的自组织网络中有着广泛的应用，其具体流程如图1，又称为“三步”接入法。

在非竞争性随机接入过程中，基站/控制节点为每个需要随机接入的移动用户分配一个唯一的随机接入前导码，避免了不同移动用户在接入过程中产生冲突，因而可以快速的完成随机接入。如图1所示，随机接入过程止于随机接入响应授权，发送的消息及其相应的作用如下所述。

(1)Msg0：随机接入指示

该消息为下行消息，由基站/控制节点发送，移动用户接收。用于基站/控制节点主动要求指定移动用户发起随机接入过程的情况。例如，当需要进行辅助定位时，基站/控制节点可以通过指示移动用户发起非竞争接入的方式，获取被定位移动用户的时间提前量(TA，Timing Advance)信息；当有下行数据到达并判断移动用户处于上行失步状态时，基站/控制节点可以通过指示移动用户发起非竞争接入的方式，进行上行同步和获取下行数据。

(2)Msg1：发送随机接入前导码

该消息为上行消息，由移动用户发送，基站/控制节点接收。移动用户在基站/控制节点指定的随机接入时隙资源上使用指定的前导码发起随机接入。如果指定了多个随机接入时隙，移动用户在可用的时隙中随机选择一个时隙用于承载Msg1。

(3)Msg2：随机接入响应

该消息为下行消息，由基站/控制节点发送，移动用户接收。基站/控制节点接收到Msg1后，通过Msg2对移动用户进行响应。Msg2可以携带回退(backoff)时延参数、基站/控制节点检测到的前导序列标识、移动用户上行传输定时对齐指令、准许传输的初始上行资源等信息，且一条Msg2可以响应多个移动用户发送的Msg1。

如果移动用户在随机接入响应窗口内没有正确接收到针对自己的随机接入响应，则判断本次非竞争随机接入失败，然后在下一个指定随机接入时隙资源上用指定的前导码发起非竞争随机接入。

如图2所示，给出了一个单信道时分系统的例子，该系统将传输资源划分为多个等长的时隙，多个时隙构成一个时帧，将每个时帧中的时隙按照传输方向分为上行时隙和下行时隙，并根据传输数据的类型和功能的不同定义同步时隙、广播时隙、控制时隙、随机接入时隙、上/下行业务时隙等不同类型的时隙。图中基站配置移动用户A发起非竞争随机接入并成功接入，移动用户A获得相应上行资源的过程，非竞争随机接入过程不存在冲突问题，大约需要经历1.5个时帧长度的时间。

跳频，顾名思义需要经常改变载波频率，“打一枪换一个地方”似的对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律叫做跳频图案，常采用伪随机的方式确定跳频图案。通信的双方只有知道彼此的跳频图案，并且相互同步后才能够进行通信。因此，跳频系统是一种严格同步的系统，具有抗干扰、抗截获的能力，并能够做到频谱资源共享，广泛应用于当前现代化军事通信中。另外，跳频通信也可以应用到民用通信，能够抗衰落、抗多径、抗网间干扰，提高频谱利用效率。

如图3所示，给出了一种简单的跳频系统的时帧结构的示意图。在该跳频系统中，一个时帧由N_D个下行时隙和N_U个上行时隙构成，并且一个长度为t_s的时隙包含n_hop_f个跳频点(n_hop_f>1)，每个跳频点通过伪随机的方式在一个确定的包含N_F个频率的跳频集中选择。系统资源调度和使用的最小单位为一个时隙，根据传输消息的用途的不同，可以进一步将时隙分为用于同步的同步时隙、广播信息的广播时隙、传输控制消息的控制时隙、传输业务的业务时隙和用于传输随机接入消息Msg1的随机接入时隙。

假设单发单收的跳频系统使用如上所述的通用时帧结构，并采用基于三次握手的非竞争随机接入机制完成相应的网络接入操作，则非竞争随机接入存在如下的缺点：

(1)由于跳频系统需要综合考虑系统开销，可用于随机接入的时隙较少，同时考虑设备的处理能力限制，可用于非竞争随机接入的随机接入前导码数量不大，因此基站/控制节点同时调度多个移动用户发起非竞争随机接入的能力不强，即非竞争随机接入的多用户支持能力受限于可用资源和处理能力。

(2)若在非竞争随机接入发送随机接入前导码时没有功率控制或者功率控制不理想，现有的非竞争随机接入机制受到“远近效应”的影响较大，容易造成随机接入前导码检测性能下降，影响系统的随机接入能力。

(3)在接收功率相同的情况下，现有的非竞争随机接入机制对于相同随机接入信道发送的不同的随机接入前导码的检测能力几乎相同，不能通过随机接入前导码的选择提供不同等级的接入可靠度。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于跳频的非竞争随机接入方法及装置，其能够在随机接入时隙，将基于同步跳频的正交跳时与随机接入前导码相结合，在时域和码域构造基于同步跳频的两维随机接入前导码集合用于非竞争随机接入过程中的Msg1消息的发送；同时，将该两维随机接入前导码集合按照跳时过程中占用的频点数量的不同划分为不同的子集，不同的子集用于支持不同等级接入可靠度的非竞争随机接入，简单来说，占用频点数量越多的子集用于支持的非竞争随机接入的接入可靠度等级越高；此外，同一子集的任意两个序列所占用的发送时刻(频点)不完全相同，即使远近效应影响明显也能显著增加正确检测两维随机接入前导码的概率。

假设单发单收的同步跳频系统使用如图4所示的通用时帧结构，其中下行时隙的数量N_D＝10，上行时隙的数量N_U＝10，时隙长度t_s＝10ms，任意一个时隙由n_hop_f＝10个跳频点构成，每个跳频点通过伪随机的方式在一个确定的包含N_F＝1024个频率的跳频集中选择，每个时帧配置2个随机接入时隙，并采用基于三次握手的非竞争随机接入机制完成用户寻呼、休眠唤醒、辅助定位等的网络操作。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于跳频的非竞争随机接入方法，包括：

步骤1，基站/控制节点发送Msg0消息，该消息为下行消息，由基站/控制节点发送，移动用户接收，用于基站/控制节点主动要求指定移动用户发起随机接入过程的情况，基站/控制节点根据预定义的两维随机接入前导码集合和用户接入需求，确定移动用户和两维随机接入前导码的映射关系，当基站/控制节点发起的非竞争随机接入包含不同类型的需求的时候，根据不同类型的需求分配不同接入可靠度等级的两维随机接入前导码；

步骤2，移动用户发送Msg1消息，需要进行非竞争随机接入的移动用户使用基站/控制节点指定的两维随机接入前导码，选择一个可用的随机接入时隙或者指定的随机接入时隙发送包含该两维随机接入前导码的随机接入Msg1消息，移动用户发送完随机接入前导码之后，将在指定的随机接入响应窗内监听下行信道，接收基站/控制节点发送的Msg2消息，所述随机接入响应窗的起始和结束由基站/控制节点设定，并作为部分系统信息广播；

步骤3，基站/控制节点发送Msg2消息，基站/控制节点持续检测时帧中每一个随机接入时隙，记录检测到的随机接入前导码和随机前导码的传输时刻，并根据上述信息恢复每一个随机接入前导码相对应的跳时图案，然后根据跳时图案和随机接入前导码确定接收到的两维随机接入前导码，在随后的下行时隙，基站/控制节点发送随机接入响应Msg2消息，包含接收到的两维随机接入前导码标识、两维随机接入前导码相对应的移动用户的接入参数与传输资源。

进一步的，所述非竞争随机接入过程中，可用于发送一个随机接入前导码的时间长度为t_p，可用于发送有效数据的最小时间单位为t_min，所述t_min包括区分不同的发送有效数据的最小时间单位之间的必须的隔离时间，则按照如下方式构造两维随机接入前导码：

根据时间长度t_p和最小时间单位t_min，确定发送两维随机接入前导码的可用跳时时刻的数量n_hop_t＝t_p/(t_min×n)，其中n为大于等于1的整数，并保证n_hop_t为整数；

根据跳时时刻的数量n_hop_t，确定最大跳时图案集合s_tmap，并根据跳时图案中跳时时刻的数量进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，那么这n_s个跳时图案子集s_tmap_sub用于支持n_s个接入可靠度等级的非竞争随机接入，跳频图案中包含的跳时时刻数量越多的子集表示的接入优先级越高；

根据时间单位t_min×n的大小，构造具有良好的自相关特性和互相关特性、能够有效区分不同码字的伪随机序列集合s_seq，设满足要求的集合中的伪随机序列的数量为n_seq，将这个伪随机序列集合分为m_s个伪随机序列子集s_seq_sub，其中m_s≤n_seq；

根据接入可靠度等级需求，选择一个跳时图案子集s_tmap_sub(i)，并在该子集中选择一个跳时图案tmap(j)，然后在伪随机序列集合s_seq中选择一个伪随机序列作为随机接入前导码seq(k)，称该码字为两维随机接入前导码的基础码字；

将确定的跳时图案tmap(j)和随机接入前导码seq(k)相结合，即在跳时图案tmap(j)确定的发送时刻发送随机接入前导码seq(k)，形成两维随机接入前导码seq_dim(tmap(j),seq(k))，所有的两维随机接入前导码构成最大可用的两维随机接入前导码集合。

进一步的，所述两维随机接入前导码集合seq_dim使用的跳时图案集合为s_tmap，并进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，使用的伪随机序列集合为s_seq，包含的伪随机序列的数量为n_seq，基站/控制节点实现随机接入用户与两维随机接入前导码的映射如下：

按照用户接入可靠度等级要求由高到低进行映射；

进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，首先选择相应跳时图案子集中未使用的跳时图案，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列；

进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，若相应跳时图案子集中所有的跳时图案均已使用，则按顺序重复使用，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列；

当伪随机序列集合中所有的伪随机序列均已使用的情况下，选择所确定的跳时图案确定的时频资源未使用过的伪随机序列。

进一步的，采用Zadoff-Chu序列来构造所述伪随机序列集合s_seq，从而确定移动用户的随机接入前导码seq(k)，对于跳时图案集合s_tmap的生成，当n_hop_t较小时，用枚举的方式列出所有可能的跳时图案，而当n_hop_t较大时，使用伪随机序列生成符合要求的跳时图案集合。

进一步的，基站/控制节点通过预定义的控制信道通知移动用户发起非竞争随机接入，所述Msg0消息包含随机接入信道资源、使用的前导码。

本发明同时提供了一种基于跳频的非竞争随机接入装置，应用于基站/控制节点，包括：

发送模块，用于基站/控制节点发送Msg0消息，该消息为下行消息，由基站/控制节点发送，移动用户接收，用于基站/控制节点主动要求指定移动用户发起随机接入过程的情况；

处理模块，用于基站/控制节点根据预定义的两维随机接入前导码集合和用户接入需求，确定移动用户和两维随机接入前导码的映射关系，当基站/控制节点发起的非竞争随机接入包含不同类型的需求的时候，根据不同类型的需求分配不同接入可靠度等级的两维随机接入前导码；

接收模块，用于接收移动用户发送Msg1消息，需要进行非竞争随机接入的移动用户使用基站/控制节点指定的两维随机接入前导码，选择一个可用的随机接入时隙或者指定的随机接入时隙发送包含该两维随机接入前导码的随机接入Msg1消息，移动用户发送完随机接入前导码之后，将在指定的随机接入响应窗内监听下行信道，接收基站/控制节点发送的Msg2消息，所述随机接入响应窗的起始和结束由基站/控制节点设定，并作为部分系统信息广播；

所述处理模块进一步用于基站/控制节点持续检测时帧中每一个随机接入时隙，记录检测到的随机接入前导码和随机前导码的传输时刻，并根据上述信息恢复每一个随机接入前导码相对应的跳时图案，然后根据跳时图案和随机接入前导码确定接收到的两维随机接入前导码，在随后的下行时隙，所述发送模块进一步用于基站/控制节点发送随机响应Msg2消息，包含接收到的两维随机接入前导码标识、两维随机接入前导码相对应的移动用户的接入参数与传输资源。

进一步的，所述非竞争随机接入过程中，可用于发送一个随机接入前导码的时间长度为t_p，可用于发送有效数据的最小时间单位为t_min，所述t_min包括区分不同的发送有效数据的最小时间单位之间的必须的隔离时间，则所述处理模块按照如下方式构造两维随机接入前导码：

根据时间长度t_p和最小时间单位t_min，确定发送两维随机接入前导码的可用跳时时刻的数量n_hop_t＝t_p/(t_min×n)，其中n为大于等于1的整数，并保证n_hop_t为整数；

根据跳时时刻的数量n_hop_t，确定最大跳时图案集合s_tmap，并根据跳时图案中跳时时刻的数量进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，那么这n_s个跳时图案子集s_tmap_sub用于支持n_s个接入可靠度等级的非竞争随机接入，跳频图案中包含的跳时时刻数量越多的子集表示的接入优先级越高；

根据时间单位t_min×n的大小，构造具有良好的自相关特性和互相关特性、能够有效区分不同码字的伪随机序列集合s_seq，设满足要求的集合中的伪随机序列的数量为n_seq，将这个伪随机序列集合分为m_s个伪随机序列子集s_seq_sub，其中m_s≤n_seq；

根据接入可靠度等级需求，选择一个跳时图案子集s_tmap_sub(i)，并在该子集中选择一个跳时图案tmap(j)，然后在伪随机序列集合s_seq中选择一个伪随机序列作为随机接入前导码seq(k)，称该码字为两维随机接入前导码的基础码字；

将确定的跳时图案tmap(j)和随机接入前导码seq(k)相结合，即在跳时图案tmap(j)确定的发送时刻发送随机接入前导码seq(k)，形成两维随机接入前导码seq_dim(tmap(j),seq(k))，所有的两维随机接入前导码构成最大可用的两维随机接入前导码集合。

进一步的，所述两维随机接入前导码集合seq_dim使用的跳时图案集合为s_tmap，并进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，使用的伪随机序列集合为s_seq，包含的伪随机序列的数量为n_seq，基站/控制节点实现随机接入用户与两维随机接入前导码的映射如下：

按照用户接入可靠度等级要求由高到低进行映射；

进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，首先选择相应跳时图案子集中未使用的跳时图案，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列；

进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，若相应跳时图案子集中所有的跳时图案均已使用，则按顺序重复使用，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列；

当伪随机序列集合中所有的伪随机序列均已使用的情况下，选择所确定的跳时图案确定的时频资源未使用过的伪随机序列。

进一步的，采用Zadoff-Chu序列来构造所述伪随机序列集合s_seq，从而确定移动用户的随机接入前导码seq(k)，对于跳时图案集合s_tmap的生成，当n_hop_t较小时，用枚举的方式列出所有可能的跳时图案，而当n_hop_t较大时，使用伪随机序列生成符合要求的跳时图案集合。

进一步的，基站/控制节点通过预定义的控制信道通知移动用户发起非竞争随机接入，所述Msg0消息包含随机接入信道资源、使用的前导码。

与现有技术相比，根据本发明的如下技术点：

(1)基站/控制节点发起非竞争随机接入时，将基于同步跳频的跳时与随机接入前导码相结合，在时域和码域构造基于同步跳频的两维随机接入前导码集合，支持不同可靠度等级的随机接入。

(2)随机接入用户与两维随机接入前导码的映射，保证任意一个码时资源块能且只能分配给一个接入用户使用，保证占用多个时域资源的接入用户具备更高的检测概率和可靠度。

本发明具有如下有益效果：

基于跳频的非竞争随机接入方法在随机接入前导码数量、可用于随机接入的时频资源数量有限的情况下，增加随机接入前导码时间维度的跳时操作，提高了调度多个移动用户发起非竞争随机接入的能力；在随机接入前导码发送没有功率控制或者功率控制不理想的情况下，降低远近效应对随机接入前导码检测能力的影响；此外，通过可用码域-时域资源的选择，即码分与跳时相结合的方式，增加了对多用户多接入可靠度等级的非竞争随机接入的支持。

附图说明

图1是现有技术非竞争性随机接入“三步”接入法流程图；

图2是现有技术单信道时分系统非竞争随机接入过程示意图；

图3是现有技术一种跳频系统的时帧结构示意图；

图4是单发单收的同步跳频系统的通用时帧结构示意图；

图5是本发明基于跳频的非竞争随机接入流程图；

图6是本发明一种实施例的两维随机接入前导码示例图；

图7是本发明一种实施例的码域-时域的二维空间示例图；

图8是Zadoff-Chu序列的自相关特性图；

图9是Zadoff-Chu序列的互相关特性图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图5所示，基于跳频的非竞争随机接入方法的主要步骤如下：

(1)基站/控制节点发送Msg0消息

该消息为下行消息，由基站/控制节点发送，移动用户接收。用于基站/控制节点主动要求指定移动用户发起随机接入过程的情况。例如，当需要进行辅助定位时，基站/控制节点可以通过指示移动用户发起非竞争接入的方式，获取被定位移动用户的时间提前量(TA，Timing Advance)信息；当有下行数据到达并判断移动用户处于上行失步状态时，基站/控制节点可以通过指示移动用户发起非竞争接入的方式，进行上行同步和获取下行数据。

基站/控制节点根据预定义的两维随机接入前导码集合和用户接入需求，确定移动用户和两维随机接入前导码的映射关系。当基站/控制节点发起的非竞争随机接入包含不同类型的需求的时候，可以根据不同类型的需求分配不同接入可靠度等级的两维随机接入前导码。

基站/控制节点可以通过预定义的控制信道通知移动用户发起非竞争随机接入。Msg0消息至少包含随机接入信道资源、使用的前导码等。

(2)移动用户发送Msg1消息

需要进行非竞争随机接入的移动用户使用基站/控制节点指定的两维随机接入前导码，选择一个可用的随机接入时隙(当一个时帧中存在多个随机接入时隙时，按照约定的规则选择)或者指定的随机接入时隙发送包含该两维随机接入前导码的随机接入Msg1消息。

移动用户发送完随机接入前导码之后，将在指定的随机接入响应窗内(随机接入响应窗的起始和结束由基站/控制节点设定，并作为部分系统信息广播)监听下行信道，接收基站/控制节点发送的Msg2消息。

(3)基站/控制节点发送Msg2消息

基站/控制节点持续检测时帧中每一个随机接入时隙，记录检测到的随机接入前导码和随机前导码的传输时刻，并根据上述信息恢复每一个随机接入前导码相对应的跳时图案，然后根据跳时图案和随机接入前导码确定接收到的两维随机接入前导码。

在随后的下行时隙，基站/控制节点发送随机接入响应Msg2消息，包含但是不限于接收到的两维随机接入前导码标识、两维随机接入前导码相对应的移动用户的接入参数与传输资源等。

在基于三次握手的非竞争随机接入过程中，假设可用于发送一个随机接入前导码的时间长度为t_p，可用于发送有效数据的最小时间单位为t_min(时间t_min包括区分不同的发送有效数据的最小时间单位之间的必须的隔离时间)，则可以按照如下方式构造两维随机接入前导码：

(1)根据时间长度t_p和最小时间单位t_min，确定发送两维随机接入前导码的可用跳时时刻的数量n_hop_t＝t_p/(t_min×n)，其中n为大于等于1的整数，并保证n_hop_t为整数。

(2)根据跳时时刻的数量n_hop_t，确定最大跳时图案集合s_tmap，并根据跳时图案中跳时时刻的数量进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，那么这n_s个跳时图案子集s_tmap_sub可以用于支持n_s个接入可靠度等级的非竞争随机接入，跳频图案中包含的跳时时刻数量越多的子集表示的接入优先级越高。

(3)根据时间单位t_min×n的大小，构造具有良好的自相关特性和互相关特性、能够有效区分不同码字的伪随机序列集合s_seq，设满足要求的集合中的伪随机序列的数量为n_seq，可以将这个伪随机序列集合分为m_s个伪随机序列子集s_seq_sub，其中m_s≤n_seq。

(4)根据接入可靠度等级需求，选择一个跳时图案子集s_tmap_sub(i)，并在该子集中选择一个跳时图案tmap(j)，然后在伪随机序列集合s_seq中选择一个伪随机序列作为随机接入前导码seq(k)，称该码字为两维随机接入前导码的基础码字。

(5)将确定的跳时图案tmap(j)和随机接入前导码seq(k)相结合，即在跳时图案tmap(j)确定的发送时刻发送随机接入前导码seq(k)，形成两维随机接入前导码seq_dim(tmap(j),seq(k))，所有的两维随机接入前导码构成最大可用的两维随机接入前导码集合。

在如图3所示的同步跳频系统的时帧结构中，假设移动用户构造的两维随机接入前导码使用长度为10的跳时图案tmap10(j)＝0100101000和长度128的基础码字seq128(k)，则两维随机接入前导码的形式如图6所示，其中NULL代表在该时频资源中不发送，seq128(k)代表在该时频资源中发送基础码字seq128(k)。

非竞争随机接入由基站/控制节点发起，是一种通过随机接入用户与两维随机接入前导码的映射实现无冲突的随机接入方式。基站/控制节点负责确定可用的两维随机接入前导码集合seq_dim，该集合是seq_dim_max的子集，并实现随机接入用户与两维随机接入前导码的无冲突映射。

假设构造集合seq_dim使用的跳时图案集合为s_tmap，并可进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，使用的伪随机序列集合为s_seq，包含的伪随机序列的数量为n_seq。基站/控制节点实现随机接入用户与两维随机接入前导码的映射如下：

(1)按照用户接入可靠度等级要求由高到低进行映射。

(2)进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，首先选择相应跳时图案子集中未使用的跳时图案，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列。

(3)进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，若相应跳时图案子集中所有的跳时图案均已使用，则按顺序重复使用，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列。

(4)当伪随机序列集合中所有的伪随机序列均已使用的情况下，选择所确定的跳时图案确定的时频资源未使用过的伪随机序列。

如果构造一个码域-时域的二维空间，上述映射过程可以保证任意一个码时资源块能且只能分配给一个接入用户使用，因此，两维随机接入前导码检测时，理想情况下可以通过检测任意一个码时资源块唯一的确定一个接入用户，同时保证占用多个时域资源的接入用户具备更高的检测概率和可靠度。

如图7所示，假设时域有10个跳时时刻，码域有20个长度为64的伪随机码作为基础码字。示例中，接入用户UID1具有最高的接入可靠度，跳时图案占用4/10个跳时时刻，并选择伪随机码seq64(7)作为两维随机接入前导码的基础码字；接入用户UID3和UID4具有最低的接入可靠度，跳时图案占用1/10个跳时时刻，并选择伪随机码seq64(10)作为两维随机接入前导码的基础码字。

Zadoff–Chu序列满足恒模零自相关特性，具有如下特点，近些年备受关注，已在4G和5G系统中应用。其生成多项式如下，式中q为序列根索引，取值{1,…,(NZC-1)}，NZC为ZC序列的长度，n＝0,1,…,(NZC-1)：

(1)Zadoff–Chu序列具有恒定的幅度值，其NZC点离散傅里叶变换也具有恒定的幅度值，因此具有非常好的峰均功率比；

(2)任意长度的Zadoff–Chu序列具有理想的周期自相关函数，也就是自相关函数呈现delta函数分布；

(3)因此可以从一个Zadoff-Chu序列中扩展出多个序列，扩展性强；

(4)Zadoff–Chu序列之间的互相关值为固定值1/√(N_ZC)。

如图8和图9所示，Zadoff-Chu序列具有良好的自相关特性和互相关特性，可以用来构造伪随机序列集合s_seq，从而确定移动用户的随机接入前导码seq(k)。对于跳时图案集合s_tmap的生成，当n_hop_t较小时，可用枚举的方式列出所有可能的跳时图案；而当n_hop_t较大时，可以使用伪随机序列生成符合要求的跳时图案集合。

本发明给出了一种基于跳频的非竞争随机接入方法，解决了资源受限情况下同时调度的用户数量少、随机接入性能受功率控制和远近效应影响较大、支持不同可靠度等级的非竞争随机接入能力较弱等等问题，可以用于有中心的民用跳频通信系统的用户寻呼、休眠唤醒、辅助定位等方面，也可用于有中心的特种专用跳频通信系统的相应方面。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种基于跳频的非竞争随机接入方法，其特征在于，包括：

步骤1，基站/控制节点发送Msg0消息，该消息为下行消息，由基站/控制节点发送，移动用户接收，用于基站/控制节点主动要求指定移动用户发起随机接入过程的情况，基站/控制节点根据预定义的两维随机接入前导码集合和用户接入需求，确定移动用户和两维随机接入前导码的映射关系，当基站/控制节点发起的非竞争随机接入包含不同类型的需求的时候，根据不同类型的需求分配不同接入可靠度等级的两维随机接入前导码；

步骤2，移动用户发送Msg1消息，需要进行非竞争随机接入的移动用户使用基站/控制节点指定的两维随机接入前导码，选择一个可用的随机接入时隙或者指定的随机接入时隙发送包含该两维随机接入前导码的随机接入Msg1消息，移动用户发送完随机接入前导码之后，将在指定的随机接入响应窗内监听下行信道，接收基站/控制节点发送的Msg2消息，所述随机接入响应窗的起始和结束由基站/控制节点设定，并作为部分系统信息广播；

步骤3，基站/控制节点发送Msg2消息，基站/控制节点持续检测时帧中每一个随机接入时隙，记录检测到的随机接入前导码和随机前导码的传输时刻，并根据上述信息恢复每一个随机接入前导码相对应的跳时图案，然后根据跳时图案和随机接入前导码确定接收到的两维随机接入前导码，在随后的下行时隙，基站/控制节点发送随机接入响应Msg2消息，包含接收到的两维随机接入前导码标识、两维随机接入前导码相对应的移动用户的接入参数与传输资源。

2.如权利要求1所述的一种基于跳频的非竞争随机接入方法，其特征在于，所述非竞争随机接入过程中，可用于发送一个随机接入前导码的时间长度为t_p，可用于发送有效数据的最小时间单位为t_min，所述t_min包括区分不同的发送有效数据的最小时间单位之间的必须的隔离时间，则按照如下方式构造两维随机接入前导码：

根据时间长度t_p和最小时间单位t_min，确定发送两维随机接入前导码的可用跳时时刻的数量n_hop_t＝t_p/(t_min×n)，其中n为大于等于1的整数，并保证n_hop_t为整数；

根据跳时时刻的数量n_hop_t，确定最大跳时图案集合s_tmap，并根据跳时图案中跳时时刻的数量进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，那么这n_s个跳时图案子集s_tmap_sub用于支持n_s个接入可靠度等级的非竞争随机接入，跳频图案中包含的跳时时刻数量越多的子集表示的接入优先级越高；

根据时间单位t_min×n的大小，构造具有良好的自相关特性和互相关特性、能够有效区分不同码字的伪随机序列集合s_seq，设满足要求的集合中的伪随机序列的数量为n_seq，将这个伪随机序列集合分为m_s个伪随机序列子集s_seq_sub，其中m_s≤n_seq；

根据接入可靠度等级需求，选择一个跳时图案子集s_tmap_sub(i)，并在该子集中选择一个跳时图案tmap(j)，然后在伪随机序列集合s_seq中选择一个伪随机序列作为随机接入前导码seq(k)，称该码字为两维随机接入前导码的基础码字；

将确定的跳时图案tmap(j)和随机接入前导码seq(k)相结合，即在跳时图案tmap(j)确定的发送时刻发送随机接入前导码seq(k)，形成两维随机接入前导码seq_dim(tmap(j),seq(k))，所有的两维随机接入前导码构成最大可用的两维随机接入前导码集合。

3.如权利要求2所述的一种基于跳频的非竞争随机接入方法，其特征在于，所述两维随机接入前导码集合seq_dim使用的跳时图案集合为s_tmap，并进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，使用的伪随机序列集合为s_seq，包含的伪随机序列的数量为n_seq，基站/控制节点实现随机接入用户与两维随机接入前导码的映射如下：

按照用户接入可靠度等级要求由高到低进行映射；

进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，首先选择相应跳时图案子集中未使用的跳时图案，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列；

进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，若相应跳时图案子集中所有的跳时图案均已使用，则按顺序重复使用，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列；

当伪随机序列集合中所有的伪随机序列均已使用的情况下，选择所确定的跳时图案确定的时频资源未使用过的伪随机序列。

4.如权利要求3所述的一种基于跳频的非竞争随机接入方法，其特征在于，采用Zadoff-Chu序列来构造所述伪随机序列集合s_seq，从而确定移动用户的随机接入前导码seq(k)，对于跳时图案集合s_tmap的生成，当n_hop_t较小时，用枚举的方式列出所有可能的跳时图案，而当n_hop_t较大时，使用伪随机序列生成符合要求的跳时图案集合。

5.如权利要求1-4任一所述的一种基于跳频的非竞争随机接入方法，其特征在于，基站/控制节点通过预定义的控制信道通知移动用户发起非竞争随机接入，所述Msg0消息包含随机接入信道资源、使用的前导码。

6.一种基于跳频的非竞争随机接入装置，应用于基站/控制节点，其特征在于，包括：

发送模块，用于基站/控制节点发送Msg0消息，该消息为下行消息，由基站/控制节点发送，移动用户接收，用于基站/控制节点主动要求指定移动用户发起随机接入过程的情况；

处理模块，用于基站/控制节点根据预定义的两维随机接入前导码集合和用户接入需求，确定移动用户和两维随机接入前导码的映射关系，当基站/控制节点发起的非竞争随机接入包含不同类型的需求的时候，根据不同类型的需求分配不同接入可靠度等级的两维随机接入前导码；

接收模块，用于接收移动用户发送Msg1消息，需要进行非竞争随机接入的移动用户使用基站/控制节点指定的两维随机接入前导码，选择一个可用的随机接入时隙或者指定的随机接入时隙发送包含该两维随机接入前导码的随机接入Msg1消息，移动用户发送完随机接入前导码之后，将在指定的随机接入响应窗内监听下行信道，接收基站/控制节点发送的Msg2消息，所述随机接入响应窗的起始和结束由基站/控制节点设定，并作为部分系统信息广播；

所述处理模块进一步用于基站/控制节点持续检测时帧中每一个随机接入时隙，记录检测到的随机接入前导码和随机前导码的传输时刻，并根据上述信息恢复每一个随机接入前导码相对应的跳时图案，然后根据跳时图案和随机接入前导码确定接收到的两维随机接入前导码，在随后的下行时隙，所述发送模块进一步用于基站/控制节点发送随机响应Msg2消息，包含接收到的两维随机接入前导码标识、两维随机接入前导码相对应的移动用户的接入参数与传输资源。

7.如权利要求6所述的一种基于跳频的非竞争随机接入装置，其特征在于，所述非竞争随机接入过程中，可用于发送一个随机接入前导码的时间长度为t_p，可用于发送有效数据的最小时间单位为t_min，所述t_min包括区分不同的发送有效数据的最小时间单位之间的必须的隔离时间，则所述处理模块按照如下方式构造两维随机接入前导码：

根据时间长度t_p和最小时间单位t_min，确定发送两维随机接入前导码的可用跳时时刻的数量n_hop_t＝t_p/(t_min×n)，其中n为大于等于1的整数，并保证n_hop_t为整数；

根据跳时时刻的数量n_hop_t，确定最大跳时图案集合s_tmap，并根据跳时图案中跳时时刻的数量进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，那么这n_s个跳时图案子集s_tmap_sub用于支持n_s个接入可靠度等级的非竞争随机接入，跳频图案中包含的跳时时刻数量越多的子集表示的接入优先级越高；

根据时间单位t_min×n的大小，构造具有良好的自相关特性和互相关特性、能够有效区分不同码字的伪随机序列集合s_seq，设满足要求的集合中的伪随机序列的数量为n_seq，将这个伪随机序列集合分为m_s个伪随机序列子集s_seq_sub，其中m_s≤n_seq；

根据接入可靠度等级需求，选择一个跳时图案子集s_tmap_sub(i)，并在该子集中选择一个跳时图案tmap(j)，然后在伪随机序列集合s_seq中选择一个伪随机序列作为随机接入前导码seq(k)，称该码字为两维随机接入前导码的基础码字；

将确定的跳时图案tmap(j)和随机接入前导码seq(k)相结合，即在跳时图案tmap(j)确定的发送时刻发送随机接入前导码seq(k)，形成两维随机接入前导码seq_dim(tmap(j),seq(k))，所有的两维随机接入前导码构成最大可用的两维随机接入前导码集合。

8.如权利要求7所述的一种基于跳频的非竞争随机接入装置，其特征在于，所述两维随机接入前导码集合seq_dim使用的跳时图案集合为s_tmap，并进一步将跳时图案分成n_s个跳时图案子集s_tmap_sub，使用的伪随机序列集合为s_seq，包含的伪随机序列的数量为n_seq，基站/控制节点实现随机接入用户与两维随机接入前导码的映射如下：

按照用户接入可靠度等级要求由高到低进行映射；

进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，首先选择相应跳时图案子集中未使用的跳时图案，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列；

进行同等级的用户接入可靠度映射的时候，若相应跳时图案子集中所有的跳时图案均已使用，则按顺序重复使用，然后选择伪随机序列集合中未使用的伪随机序列；

当伪随机序列集合中所有的伪随机序列均已使用的情况下，选择所确定的跳时图案确定的时频资源未使用过的伪随机序列。

9.如权利要求8所述的一种基于跳频的非竞争随机接入装置，其特征在于，采用Zadoff-Chu序列来构造所述伪随机序列集合s_seq，从而确定移动用户的随机接入前导码seq(k)，对于跳时图案集合s_tmap的生成，当n_hop_t较小时，用枚举的方式列出所有可能的跳时图案，而当n_hop_t较大时，使用伪随机序列生成符合要求的跳时图案集合。

10.如权利要求6-9任一所述的一种基于跳频的非竞争随机接入装置，其特征在于，基站/控制节点通过预定义的控制信道通知移动用户发起非竞争随机接入，所述Msg0消息包含随机接入信道资源、使用的前导码。

Images