一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法技術(shù)

一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法，包括：1)多址接入2)信道傳輸；3)接收數(shù)據(jù)包；4)采用串行干擾消除對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行譯碼；5)若所有用戶(hù)數(shù)據(jù)包都成功解出，則跳至1)傳輸下一數(shù)據(jù)幀，否則增加時(shí)隙重傳數(shù)據(jù)包，并跳至6)；6)基站收到重傳數(shù)據(jù)包，繼續(xù)進(jìn)行串行干擾消除；7)基站發(fā)送ACK和NACK信號(hào)，準(zhǔn)備下一數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包；本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)方法通過(guò)采用反饋令用戶(hù)重傳的方式，改進(jìn)系統(tǒng)吞吐量，在系統(tǒng)負(fù)載較大的情況下，能更多地利用產(chǎn)生碰撞的用戶(hù)數(shù)據(jù)包，恢復(fù)用戶(hù)數(shù)據(jù)。對(duì)比CSA接入方法，低負(fù)載時(shí)無(wú)需重傳，復(fù)雜度不變；在高負(fù)載時(shí)通過(guò)重傳提高了系統(tǒng)吞吐量并使得吞吐量隨負(fù)載增多衰減變緩。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法，屬于多址接入

技術(shù)介紹
未來(lái)在M2M通信系統(tǒng)中，許多場(chǎng)景如智能運(yùn)輸、自動(dòng)化家居等需要設(shè)備之間在不需要人工操作的情況下，自動(dòng)地進(jìn)行通信。在這樣的系統(tǒng)規(guī)劃中，接入系統(tǒng)的設(shè)備個(gè)數(shù)將是現(xiàn)在的十倍以上，如何解決由于大量用戶(hù)接入導(dǎo)致的多址接入問(wèn)題是研究重點(diǎn)之一。現(xiàn)有的隨機(jī)接入方法主要有兩類(lèi)：1)無(wú)需調(diào)度類(lèi)型，用戶(hù)在產(chǎn)生數(shù)據(jù)包后直接發(fā)送到信道，無(wú)需基站分配資源或指定信道；2)基于調(diào)度類(lèi)型，用戶(hù)在發(fā)送數(shù)據(jù)包前，基站需要先為其分配資源及信道，數(shù)據(jù)以指定的模式進(jìn)行發(fā)送。無(wú)需調(diào)度的接入方式可以在一些不適宜調(diào)度的場(chǎng)景中達(dá)到較高吞吐量，因此在M2M通信中，無(wú)需調(diào)度的接入方式，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，很有希望被采用。ALOHA是一類(lèi)最為代表性的無(wú)需調(diào)度的接入方式。近年來(lái)，對(duì)于ALOHA的研究吸引了眾多關(guān)注，許多學(xué)者提出了對(duì)于ALOHA的諸多變型，以提升ALOHA接入的吞吐量性能。在IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS,VOL.59,NO.2,FEBRUARY 2011上的文章“Graph-Based Analysis and Optimizationof Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA”及在IEEE Trans.
Commun.,vol.61,no.11,pp.4653–4662，Nov.2013.上的文章“ALOHArandom access that operates as a rateless code”均提出了Coded slottedALOHA(CSA)這一基于Slotted ALOHA改進(jìn)的接入方式，其基本思想是將ALOHA與編碼技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)面向包的編碼，產(chǎn)生多個(gè)數(shù)據(jù)包，隨機(jī)發(fā)送到時(shí)隙中，在基站端通過(guò)串行干擾消除(SIC)譯碼解出數(shù)據(jù)包，該方式相對(duì)以前的技術(shù)而言提升了系統(tǒng)的吞吐量。然而，文中的接入方式，在SIC譯碼失敗后直接丟棄掉當(dāng)前的未解碼數(shù)據(jù)包，對(duì)于資源是一種浪費(fèi)，且吞吐量在系統(tǒng)接入量較多的情況下，其衰減非常劇烈。上述已有的CSA技術(shù)雖然能一定程度提高吞吐量，但由于在接入量較大的情況下，未對(duì)接收數(shù)據(jù)包進(jìn)行充分利用，所以，依然存在吞吐量不夠高，且在吞吐量達(dá)到飽和后性能衰減較為明顯的問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)的目的旨在克服CSA技術(shù)問(wèn)題，提出基于反饋重傳的CSA接入方式。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有CSA接入方法在接入量較大的情況下，對(duì)接收數(shù)據(jù)包利用不充分以及吞吐量也不夠高的技術(shù)缺陷，提出了一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法。本專(zhuān)利技術(shù)的核心思想為：采用傳統(tǒng)CSA技術(shù)進(jìn)行發(fā)送，并且在接收端采用串行干擾消除(SIC)解碼；當(dāng)接收端SIC停止譯碼時(shí)，本專(zhuān)利技術(shù)對(duì)停止譯碼的狀態(tài)進(jìn)行分析，并選擇未解碼且度最大的一部分用
戶(hù)，通知他們進(jìn)行順序無(wú)沖突重傳；通過(guò)接收這部分用戶(hù)的無(wú)沖突數(shù)據(jù)包，可以讓接收端繼續(xù)SIC譯碼，使接收端充分利用之前接收到的信號(hào)；一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法所依托的系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)本系統(tǒng)，包括用戶(hù)、信道和基站，用戶(hù)和基站之間實(shí)現(xiàn)完全同步；本系統(tǒng)各模塊的功能如下：用戶(hù)功能為對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼及發(fā)送，信道功能為傳輸數(shù)據(jù)包，基站對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收并解碼；本系統(tǒng)各模塊的連接關(guān)系如下：用戶(hù)連接到信道，信道連接到基站；一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法需要用到的若干定義：1)系統(tǒng)歸一化負(fù)載，記為G，其定義為下公式(1)所示：G=MN---(1)]]>其中，M為每個(gè)數(shù)據(jù)幀中發(fā)送數(shù)據(jù)包的用戶(hù)數(shù)，N為數(shù)據(jù)幀的時(shí)隙數(shù)；2)歸一化吞吐量，記為T(mén)，其定義為每個(gè)時(shí)隙平均成功解碼數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)；一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法，可分為以下步驟：步驟1、多址接入，即：本系統(tǒng)中的用戶(hù)根據(jù)預(yù)先約定的度分布函數(shù)，對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重復(fù)編碼并發(fā)送，具體為：步驟1.1在當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中，本系統(tǒng)中的用戶(hù)ui將其對(duì)應(yīng)的待發(fā)送數(shù)據(jù)包Pi重復(fù)l次，l稱(chēng)之為用戶(hù)ui的度，且ui的度分布函數(shù)為：Λ(x)＝Λ1x+Λ2x2+…+ΛNxN (2)其中，Λl代表用戶(hù)ui選擇度為l的概率，l的取值范圍為1到N；選擇好度為l后，用戶(hù)隨機(jī)選擇l個(gè)時(shí)隙，且每個(gè)時(shí)隙被選擇的概率相同；其中，i的取值范圍為1到M；步驟1.2在步驟1.1用戶(hù)隨機(jī)選擇的l個(gè)時(shí)隙上分別發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)包Pi；步驟1.3基站覆蓋的M個(gè)用戶(hù)中的其他用戶(hù)重復(fù)步驟1.1和步驟1.2完成本系統(tǒng)中的所有用戶(hù)根據(jù)其預(yù)先約定的度分布函數(shù)，對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重復(fù)編碼并發(fā)送；至此，可以通過(guò)矩陣H來(lái)描述當(dāng)前數(shù)據(jù)幀內(nèi)M個(gè)用戶(hù)的多址接入，如下公式(3)所示：H=h11h12...h1Nh12h22...h2N............hM1hM2...hMN---(3)]]>其中，矩陣H中，hij為1時(shí)，代表用戶(hù)ui選擇了第j個(gè)時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)包；hij為0時(shí)，代表用戶(hù)ui沒(méi)有在第j個(gè)時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)包；步驟2、步驟1輸出的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)信道進(jìn)行傳輸；其中，經(jīng)信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包會(huì)產(chǎn)生碰撞，從而使得到達(dá)接收端的數(shù)據(jù)包中包含碰撞數(shù)據(jù)包和未碰撞數(shù)據(jù)包；步驟3、基站接收步驟2輸出的數(shù)據(jù)包；步驟4、基站采用串行干擾消除對(duì)步驟2接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行譯碼；步驟4，具體如下：步驟4.1初始化解碼數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)K為0；步驟4.2基站搜索未碰撞數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行相應(yīng)操作：4.21若基站搜索到未碰撞數(shù)據(jù)包，則基站將K加1，并解碼搜索到的未碰撞數(shù)據(jù)包，具體為：判斷此未碰撞數(shù)據(jù)包的發(fā)送用戶(hù)，再根據(jù)步驟一中當(dāng)前用戶(hù)的度，刪除度函數(shù)選擇的時(shí)隙中的其他重復(fù)數(shù)據(jù)包，并更新矩陣H，在矩陣H中將此用戶(hù)的對(duì)應(yīng)行向量置0，跳至步驟4；4.22若基站未搜索到未碰撞數(shù)據(jù)包，則表明串行干擾消除過(guò)程結(jié)束，輸出K，跳至步驟5；步驟5、判斷M個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)包是否都成功解出，并進(jìn)行相應(yīng)操作，具體為：5.1若K≥M，則表明M個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)包都成功解出，則由基站向用戶(hù)發(fā)送ACK信號(hào)，并跳至步驟1，開(kāi)始下一數(shù)據(jù)幀傳輸；5.2若K<M，則表明M個(gè)用戶(hù)中部分用戶(hù)的數(shù)據(jù)包未成功解出，保存此時(shí)的重疊數(shù)據(jù)包，則增加MRE個(gè)時(shí)隙作為重傳數(shù)據(jù)包的時(shí)隙，具體為：根據(jù)當(dāng)前更新的矩陣H，計(jì)算H矩陣每行和的值，分別記作H1,...,HM；在這M個(gè)數(shù)中尋找值最大的MRE個(gè)數(shù)，并記錄其下標(biāo)為基站利用反饋通知該MRE個(gè)用戶(hù)按照下標(biāo)順序從小到大，在隨后的MRE個(gè)時(shí)隙中進(jìn)行重傳；步驟6、基站接收到重傳的MRE個(gè)數(shù)據(jù)包，將MRE個(gè)數(shù)據(jù)包從步驟四中保存的重疊數(shù)據(jù)包中消除，并且將H矩陣的行清零，令K加MRE，再繼續(xù)進(jìn)行串行干擾消除，具體為：6.1基站搜索到未碰撞數(shù)據(jù)包，若基站搜索到未碰撞數(shù)據(jù)包，則K加1，并解碼搜索到的未碰撞數(shù)據(jù)包，具體為：判斷此未碰撞數(shù)據(jù)包的發(fā)送用戶(hù)，再根據(jù)步驟1中當(dāng)前用戶(hù)的
度，刪除度函數(shù)選擇的時(shí)隙中的其他重復(fù)數(shù)據(jù)包，并更新矩陣H，在矩陣H中將此用戶(hù)的對(duì)應(yīng)行向量置0，跳至步驟7；6.2若基站未搜索到未碰撞數(shù)據(jù)包，則表明串行干擾消除過(guò)程結(jié)束，輸出K，跳至步驟7；步驟7、向此時(shí)H矩陣中行和為0的行所代表的用戶(hù)發(fā)送ACK信號(hào)，向其它用戶(hù)發(fā)NACK信號(hào)，并進(jìn)一步根據(jù)K和M的關(guān)系，并進(jìn)行相應(yīng)操作：7.1若K≥M，則跳至步驟1，開(kāi)始下一數(shù)據(jù)幀的傳輸；7.2若K&l本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1、多址接入，即：本系統(tǒng)中的用戶(hù)根據(jù)預(yù)先約定的度分布函數(shù)，對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重復(fù)編碼并發(fā)送；步驟2、步驟1輸出的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)信道進(jìn)行傳輸；步驟3、基站接收步驟1輸出的數(shù)據(jù)包；步驟4、基站采用串行干擾消除對(duì)步驟2接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行譯碼；步驟5、判斷所有用戶(hù)的數(shù)據(jù)包是否都成功解出，并進(jìn)行相應(yīng)操作；步驟6、基站接收重傳的數(shù)據(jù)包，將這些重傳的數(shù)據(jù)包從步驟4中保存的重疊數(shù)據(jù)包中消除，再繼續(xù)進(jìn)行串行干擾消除；步驟7、基站向此時(shí)H矩陣中行和為0的行所代表的用戶(hù)發(fā)送ACK信號(hào)，向其它用戶(hù)發(fā)送NACK信號(hào)；接收到ACK的用戶(hù)將新的數(shù)據(jù)包作為下一數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包，接收到NACK的用戶(hù)將當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)包作為下一數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包；把下一數(shù)據(jù)幀作為當(dāng)前數(shù)據(jù)幀再跳轉(zhuǎn)至步驟一進(jìn)行發(fā)送；至此，從步驟1到步驟7，采用一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法完成了傳輸當(dāng)前數(shù)據(jù)幀。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1、多址接入，即：本系統(tǒng)中的用戶(hù)根據(jù)預(yù)先約定的度分布函數(shù)，對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重復(fù)編碼并發(fā)送；步驟2、步驟1輸出的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)信道進(jìn)行傳輸；步驟3、基站接收步驟1輸出的數(shù)據(jù)包；步驟4、基站采用串行干擾消除對(duì)步驟2接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行譯碼；步驟5、判斷所有用戶(hù)的數(shù)據(jù)包是否都成功解出，并進(jìn)行相應(yīng)操作；步驟6、基站接收重傳的數(shù)據(jù)包，將這些重傳的數(shù)據(jù)包從步驟4中保存的重疊數(shù)據(jù)包中消除，再繼續(xù)進(jìn)行串行干擾消除；步驟7、基站向此時(shí)H矩陣中行和為0的行所代表的用戶(hù)發(fā)送ACK信號(hào)，向其它用戶(hù)發(fā)送NACK信號(hào)；接收到ACK的用戶(hù)將新的數(shù)據(jù)包作為下一數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包，接收到NACK的用戶(hù)將當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)包作為下一數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包；把下一數(shù)據(jù)幀作為當(dāng)前數(shù)據(jù)幀再跳轉(zhuǎn)至步驟一進(jìn)行發(fā)送；至此，從步驟1到步驟7，采用一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法完成了傳輸當(dāng)前數(shù)據(jù)幀。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于反饋的隨機(jī)多用戶(hù)接入方法，其特征還在于：步驟1具體包括：步驟1.1在當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中，本系統(tǒng)中的用戶(hù)ui將其對(duì)應(yīng)的待發(fā)送數(shù)據(jù)包Pi重復(fù)l次，l稱(chēng)之為用戶(hù)ui的度，且ui的度分布函數(shù)為：Λ(x)＝Λ1x+Λ2x2+…+ΛNxN (2)其中，Λl代表用戶(hù)ui選擇度為l的概率，l的取值范圍為1到N；選擇好度為l后，用戶(hù)隨機(jī)選擇l個(gè)時(shí)隙，且每個(gè)時(shí)隙被選擇的概率相同；其中，i的取值范圍為1到M；步驟1.2在步驟1.1用戶(hù)隨機(jī)選擇的l個(gè)時(shí)隙上分別發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)包Pi；步驟1.3基站覆蓋的M個(gè)用戶(hù)中的其他用戶(hù)重復(fù)步驟1.1和步驟1.2完成本系統(tǒng)中的所有用戶(hù)根據(jù)其預(yù)先約定的度分布函數(shù)，對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)幀中待發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重復(fù)編碼并發(fā)送；至此，可以通過(guò)矩陣H來(lái)描述當(dāng)前數(shù)據(jù)幀內(nèi)M個(gè)用戶(hù)的多址接入，如下公式(3)所示：H=h11h12...h1Nh12h22...h2N............hM1hM2...hMN---(3)]]>其中，矩陣H中，hij為1時(shí)，代表用戶(hù)ui選擇了第j個(gè)時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)包；hij為0時(shí)，代表用戶(hù)ui沒(méi)有在第j個(gè)時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)包。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：費(fèi)澤松，于含笑，賈岱，葉能，孫策，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11