CN114205916B - 一种两阶段非正交随机接入的方法 - Google Patents

一种两阶段非正交随机接入的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114205916B
CN114205916B CN202111336653.3A CN202111336653A CN114205916B CN 114205916 B CN114205916 B CN 114205916B CN 202111336653 A CN202111336653 A CN 202111336653A CN 114205916 B CN114205916 B CN 114205916B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stage
base station
devices
access
prach
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111336653.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114205916A (zh
Inventor
于水瀛
应建新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Changze Information Technology Co ltd
Original Assignee
Hangzhou Changze Information Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Changze Information Technology Co ltd filed Critical Hangzhou Changze Information Technology Co ltd
Priority to CN202111336653.3A priority Critical patent/CN114205916B/zh
Publication of CN114205916A publication Critical patent/CN114205916A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114205916B publication Critical patent/CN114205916B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/002—Transmission of channel access control information
    • H04W74/004—Transmission of channel access control information in the uplink, i.e. towards network
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0053—Allocation of signaling, i.e. of overhead other than pilot signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0833—Random access procedures, e.g. with 4-step access

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

一种两阶段非正交随机接入的方法，在第一阶段中，根据设备随机选择的标记前导码将其划分若干个组；随后，在第二阶段中为组内设备分配专用的随机接入信道传输标记前导码进行非正交随机接入。所提方案能够缓解海量连接的造成接入冲突，显著提高设备的接入成功率，降低设备的接入时延。本发明提供了一种设备的接入成功率较高、有效降低设备的接入时延的两阶段非正交随机接入的方法。

Description

一种两阶段非正交随机接入的方法
技术领域
本发明属于5G随机接入领域，涉及一种两阶段非正交随机接入的方法。
背景技术
物联网下的大规模机器类型设备的接入请求会造成接入网络严重拥塞与过载，尤其是海量的物联网设备同时进行网络连接时，海量设备通过竞争有限的随机接入资源尝试与网络建立连接，必然会遭遇严重的接入冲突与碰撞，造成接入性能恶化。现有技术存在的技术问题：设备的接入成功率较低，设备的接入时延较长。
发明内容
为了克服已有随机接入方法的设备的接入成功率较低、设备的接入时延较长的不足，本发明提供了一种设备的接入成功率较高、有效降低设备的接入时延的两阶段非正交随机接入的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种两阶段非正交随机接入的方法其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在第一阶段，每个设备随机选择一个由前导码ID与标记索引标识的标记前导码，并经由公共的随机接入信道(Common-Physical Random Access Channel，C-PRACH)将所选择的标记前导码发送至基站，C-PRACH与传统随机接入方案PRACH结构一致，其在时域与频域的位置决定于PRACH配置索引；
步骤2：标记前导码被成功检测到的设备将会接收到基站发送随机接入响应信息(Random Access Response，RAR-I),其中RAR-I消息通过物理下行信道传输，其携带了专用PRACH(D-PRACH)的分配信息，以及用于数据传输的物理上行链路(Physical UplinkShared Channel，PUSCH)资源；
步骤3：与第一个阶段固定PRACH资源分配不同，基站能够根据第一阶段发送接入请求的设备数动态地调整第二阶段的D-PRACH资源分配，基站根据第一阶段中设备选择的标记前导码对成功接收到RAR-I消息的设备进行分组，并为每组动态地分配D-PRACH资源；随后，组中地设备在D-PRACH上发送随机选择的标记前导码到基站，即启动第二阶段的接入过程；
步骤4：基站通过互相关运算来检测接收到的标记前导码，由于每个标记前导码与一个特定的标记索引相关联，因此可以区分选择相同前导码的多个设备，并将其作为一组，即非正交组；此外，基站通过标记前导码的信号检测还可获得设备的信道功率增益gi，随后，根据信道功率对每个NOMA组中的设备降序排序，并在物理下行共享信道上为相应的设备发送RAR-II消息，每个RAR-II消息都包括前导码ID、为PUSCH分配的上行资源、用于功率域复用的功率退避因子ρ，以及用于上行链路同步的定时提前信息；
步骤5：每个非正交组中的设备从接收到RAR-II消息中获知功率复用顺序与功率回退因子ρ，然后使用相同的上行资源发送消息；基站通过相关联的标签索引区分不同设备发送的消息，使用迭代干扰消除算法基于功率复用顺序并按照解码概率来译码设备的上行消息，其解码顺序与功率退避顺序一致，即首先解码具有最大接收功率的设备，成功接入的设备会接收到冲突解决信息，该消息中包含了成功接入的设备唯一标识，如果在竞争解决定时器到期之前，设备没有接收到来自基站的响应信息，则被认为接入失败，会返回到发送PRACH前导码的过程。
进一步，所述步骤3中，基站根据第一阶段中设备选择的标记前导码对其分组，所述过程如下：当小区内活跃的设备数为MC，划分的平均组数算为
其中，NDPmax为第二阶段可用的标记前导码数，为在第一阶段设备选择的平均前导码数。
更进一步，所述步骤5中，一个非正交组的解码概率计算过程如下：基站在接收到非正交组的设备上行消息后，使用SIC算法实现设备的分离，当设备的目标数据速率为R0，每个上行资源接收功率为PO_U，其解码概率计算为
其中，I为一个非正交组中设备数，当高斯白噪声的方差为σ2，信道功率增益均值为u2时，ψ＝σ2/(PO_U·2u2)，式中q为等效功率退避因子表示为q＝10-ρ/10，则ai,n＝(1/n)((1/β)·qi-1-(qi-qn)/(1-q))，进而系数/>由推导的解码概率，进一步计算每个非正交组的接入吞吐量为
由于各个组间相互独立，不同组中的设备不会竞争相同的接入资源，因此可求得所提方法的接入吞吐量表示为
其中，RD为第二阶段可用的前导码数，MD为第二阶段的总设备数，其表示为
本发明中，在第一阶段中，根据设备随机选择的标记前导码将其划分若干个组；随后，在第二阶段中为组内设备分配专用的随机接入信道传输标记前导码进行非正交随机接入。所提方法能够显著提高设备的接入成功率，同时降低了平均接入时延。
本发明的有益效果主要表现在：1、能够显著提高设备的接入成功率，同时降低了平均接入时延；2、提出了一种两阶段非正交随机接入的方法以应对5G大规模机器类设备的海量接入请求；推导了所提方法的接入吞吐量。
附图说明
图1是系统模型示意图。
图2是两阶段非正交随机接入的方法接入过程图。
图3是基于第一阶段设备选择的前导码在第二阶段对其分组示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种两阶段非正交随机接入的方法，由两个阶段组成，包括如下步骤：
步骤1：在第一阶段，每个设备随机选择一个由前导码ID与标记索引标识的标记前导码，并经由公共的随机接入信道(Common-Physical Random Access Channel，C-PRACH)将所选择的标记前导码发送至基站，C-PRACH与传统随机接入方案PRACH结构一致，其在时域与频域的位置决定于PRACH配置索引；
步骤2：标记前导码被成功检测到的设备将会接收到基站发送随机接入响应信息(Random Access Response，RAR-I),其中RAR-I消息通过物理下行信道传输，其携带了专用PRACH(D-PRACH)的分配信息，以及用于数据传输的物理上行链路(Physical UplinkShared Channel，PUSCH)资源；
步骤3：与第一个阶段固定PRACH资源分配不同，基站能够根据第一阶段发送接入请求的设备数动态地调整第二阶段的D-PRACH资源分配，具体来说：基站根据第一阶段中设备选择的标记前导码对成功接收到RAR-I消息的设备进行分组，并为每组动态地分配D-PRACH资源。随后，组中地设备在D-PRACH上发送随机选择的标记前导码到基站，即启动第二阶段的接入过程；
步骤3-1：基站根据第一阶段中设备选择的标记前导码对其分组，当小区内活跃的设备数为MC，划分的平均组数计算为
其中，NDPmax为第二阶段可用的标记前导码数，为在第一阶段设备选择的平均前导码数。
步骤4：基站通过互相关运算来检测接收到的标记前导码，由于每个标记前导码与一个特定的标记索引相关联，因此可以区分选择相同前导码的多个设备，并将其作为一组，即非正交组；此外，基站通过标记前导码的信号检测还可获得设备的信道功率增益gi，随后，根据信道功率对每个NOMA组中的设备降序排序，并在物理下行共享信道上为相应的设备发送RAR-II消息，每个RAR-II消息都包括前导码ID、为PUSCH分配的上行资源、用于功率域复用的功率退避因子ρ，以及用于上行链路同步的定时提前信息；
步骤5：每个非正交组中的设备从接收到RAR-II消息中获知功率复用顺序与功率回退因子ρ，然后使用相同的上行资源发送消息；基站通过相关联的标签索引区分不同设备发送的消息，使用迭代干扰消除算法基于功率复用顺序并按照解码概率来译码设备的上行消息，其解码顺序与功率退避顺序一致，即首先解码具有最大接收功率的设备，成功接入的设备会接收到冲突解决信息，该消息中包含了成功接入的设备唯一标识，如果在竞争解决定时器到期之前，设备没有接收到来自基站的响应信息，则被认为接入失败，会返回到发送PRACH前导码的过程；
所述步骤5中，一个非正交组的解码概率计算过程如下：
基站在接收到非正交组的设备上行消息后，使用SIC算法实现设备的分离，当设备的目标数据速率为R0，每个上行资源接收功率为PO_U，其解码概率计算为
其中，I为一个非正交组中设备数，当高斯白噪声的方差为σ2，信道功率增益均值为u2时，ψ＝σ2/(PO_U·2u2)。，式中q为等效功率退避因子表示为q＝10-ρ/10，则ai,n＝(1/n)((1/β)·qi-1-(qi-qn)/(1-q))，进而系数/>由推导的解码概率，进一步可计算每个非正交组的接入吞吐量为
由于各个组间相互独立，不同组中的设备不会竞争相同的接入资源，因此求得所提方法的接入吞吐量表示为
其中，RD为第二阶段可用的前导码数。MD为第二阶段的总设备数，其表示为
本实施例中，在第一阶段中，根据设备随机选择的标记前导码将其划分若干个组；随后，在第二阶段中为组内设备分配专用的随机接入信道传输标记前导码进行非正交随机接入。所提方法能够显著提高设备的接入成功率，同时降低了平均接入时延。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种两阶段非正交随机接入的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在第一阶段，每个设备随机选择一个由前导码ID与标记索引标识的标记前导码，并经由公共的随机接入信道C-PRACH将所选择的标记前导码发送至基站，C-PRACH在时域与频域的位置决定于PRACH配置索引；
步骤2：标记前导码被成功检测到的设备将会接收到基站发送随机接入响应信息RAR-I,其中RAR-I消息通过物理下行信道传输，其携带了D-PRACH的分配信息，以及用于数据传输的物理上行链路PUSCH资源；
步骤3：与第一个阶段固定PRACH资源分配不同，基站能够根据第一阶段发送接入请求的设备数动态地调整第二阶段的D-PRACH资源分配，基站根据第一阶段中设备选择的标记前导码对成功接收到RAR-I消息的设备进行分组，并为每组动态地分配D-PRACH资源；随后，组中地设备在D-PRACH上发送随机选择的标记前导码到基站，即启动第二阶段的接入过程；
步骤4：基站通过互相关运算来检测接收到的标记前导码，由于每个标记前导码与一个特定的标记索引相关联，因此可以区分选择相同前导码的多个设备，并将其作为一组，即非正交组；此外，基站通过标记前导码的信号检测还可获得设备的信道功率增益gi，随后，根据信道功率对每个NOMA组中的设备降序排序，并在物理下行共享信道上为相应的设备发送RAR-II消息，每个RAR-II消息都包括前导码ID、为PUSCH分配的上行资源、用于功率域复用的功率退避因子ρ，以及用于上行链路同步的定时提前信息；
步骤5：每个非正交组中的设备从接收到RAR-II消息中获知功率复用顺序与功率回退因子ρ，然后使用相同的上行资源发送消息；基站通过相关联的标签索引区分不同设备发送的消息，使用迭代干扰消除算法基于功率复用顺序并按照解码概率来译码设备的上行消息，其解码顺序与功率退避顺序一致，即首先解码具有最大接收功率的设备，成功接入的设备会接收到冲突解决信息，该消息中包含了成功接入的设备唯一标识，如果在竞争解决定时器到期之前，设备没有接收到来自基站的响应信息，则被认为接入失败，会返回到发送PRACH前导码的过程；
所述步骤3中，基站根据第一阶段中设备选择的标记前导码对其分组，所述过程如下：当小区内活跃的设备数为MC，划分的平均组数计算为
其中，NDPmax为第二阶段可用的标记前导码数，为在第一阶段设备选择的平均前导码数；
所述步骤5中，一个非正交组的计算过程如下：基站在接收到非正交组的设备上行消息后，使用SIC算法实现设备的分离，当设备的目标数据速率为R0，每个上行资源接收功率为PO_U，其解码概率计算为
其中，I为一个非正交组中设备数，当高斯白噪声的方差为σ2，信道功率增益均值为u2时，ψ＝σ2/(PO_U·2u2)，式中q为等效功率退避因子表示为q＝10-ρ/10，则ai,n＝(1/n)((1/β)·qi-1-(qi-qn)/(1-q))，进而系数/>由推导的解码概率，进一步计算每个非正交组的接入吞吐量为
由于各个组间相互独立，不同组中的设备不会竞争相同的接入资源，因此可求得所提方法的接入吞吐量表示为
其中，RD为第二阶段可用的前导码数，MD为第二阶段的总设备数，其表示为
CN202111336653.3A 2021-11-12 2021-11-12 一种两阶段非正交随机接入的方法 Active CN114205916B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111336653.3A CN114205916B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种两阶段非正交随机接入的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111336653.3A CN114205916B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种两阶段非正交随机接入的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114205916A CN114205916A (zh) 2022-03-18
CN114205916B true CN114205916B (zh) 2024-02-27

Family

ID=80647379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111336653.3A Active CN114205916B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种两阶段非正交随机接入的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114205916B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102843770A (zh) * 2006-10-25 2012-12-26 三星电子株式会社 使用随机接入过程分配无线资源的方法和装置
CN105188151A (zh) * 2015-06-12 2015-12-23 北京邮电大学 一种非正交多址随机接入方法、装置及系统
KR20170040733A (ko) * 2015-10-05 2017-04-13 한국과학기술원 비직교 임의접속 자원을 할당하는 통신 장치 및 방법
WO2020068596A1 (en) * 2018-09-26 2020-04-02 Intel Corporation Non-orthogonal multiple access (noma) transmission for low latency random access channel (rach)
CN112087812A (zh) * 2020-08-29 2020-12-15 浙江工业大学 一种基于功率退避的mMTC非正交随机接入方法
CN112771983A (zh) * 2018-09-26 2021-05-07 联想（新加坡）私人有限公司 执行两步随机接入信道过程
CN113395756A (zh) * 2021-06-22 2021-09-14 中山大学 一种基于前导序列分组最优功率的空中基站随机接入方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210029744A1 (en) * 2019-07-24 2021-01-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods and apparatus for mapping random access preamble groups to uplink channel configurations

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102843770A (zh) * 2006-10-25 2012-12-26 三星电子株式会社 使用随机接入过程分配无线资源的方法和装置
CN105188151A (zh) * 2015-06-12 2015-12-23 北京邮电大学 一种非正交多址随机接入方法、装置及系统
KR20170040733A (ko) * 2015-10-05 2017-04-13 한국과학기술원 비직교 임의접속 자원을 할당하는 통신 장치 및 방법
WO2020068596A1 (en) * 2018-09-26 2020-04-02 Intel Corporation Non-orthogonal multiple access (noma) transmission for low latency random access channel (rach)
CN112771983A (zh) * 2018-09-26 2021-05-07 联想（新加坡）私人有限公司 执行两步随机接入信道过程
CN112087812A (zh) * 2020-08-29 2020-12-15 浙江工业大学 一种基于功率退避的mMTC非正交随机接入方法
CN113395756A (zh) * 2021-06-22 2021-09-14 中山大学 一种基于前导序列分组最优功率的空中基站随机接入方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Han Seung Jang ET AL..A Non-Orthogonal Resource Allocation Scheme in Spatial Group Based Random Access for Cellular M2M Communications.《 IEEE Transactions on Vehicular Technology》.2016,全文. *
张亚男 ; .基于多业务的NB-IoT网络高并发接入优化方法研究.电信工程技术与标准化.2020,(第08期),全文. *
张瑜.面向大规模MTC的资源优化算法研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库》.2020,全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114205916A (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11432340B2 (en) System and method of identifying random access response
US12075487B2 (en) Random access method, terminal equipment and computer storage medium
EP1971097B1 (en) Method of generating random access preambles in wireless communication system
KR102026957B1 (ko) 랜덤 액세스 성능 개선을 돕는 기지국
KR102241066B1 (ko) 랜덤 액세스 전송 방법, 수신 방법 및 장치, 송신단 및 수신단
CN112087812B (zh) 一种基于功率退避的mMTC非正交随机接入方法
CN101155405A (zh) 随机接入过程中解决碰撞的设备和方法
CN101636937A (zh) 在无线通信系统中生成随机接入前导码的方法
US9277454B2 (en) Transmitting method, receiving method, transmitter, and receiver
US20230044554A1 (en) Communication method and communication apparatus
CN107343322A (zh) 竞争接入方法及装置
CN113439463B (zh) 终端、基站、通信方法及集成电路
US10764930B2 (en) Message transmission through a random access scheme
CN114205916B (zh) 一种两阶段非正交随机接入的方法
CN110475338A (zh) 上行传输的方法和用户设备
CN113301662B (zh) 基于时间提前值和分组的正交与非正交相结合的随机接入方法
CN113507748B (zh) 一种随机接入响应的发送、接收和传输方法
KR20180055059A (ko) 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 방법
CN101657015B (zh) 用于操作无线通信系统的方法和设备
KR102056569B1 (ko) 압축 센싱을 이용한 저지연 비동기식 랜덤 액세스 프로토콜
CN112969241B (zh) 一种多用户竞争通信的方法
GB2553797A (en) Improvements in and relating to random access in a telecommunication network
CN114257975A (zh) 室内小基站的基带处理单元和随机接入处理方法
CN114567891A (zh) 基于频偏校正的随机接入处理方法及装置
CN117812747A (zh) 一种电力无线随机接入信号的处理方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant