機(jī)器類設(shè)備隨機(jī)接入的控制與優(yōu)化.pdf

1、機(jī)器類設(shè)備（Machine Type Communication Device，MTCD）通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通信方式被稱為機(jī)器類通信，具有終端數(shù)量大、小數(shù)據(jù)包傳輸、應(yīng)用類別多等特性，普遍應(yīng)用于智能抄表、電子健康、環(huán)境監(jiān)控等場(chǎng)景，具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。然而，當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)是針對(duì)人與人（human to human，H2H）高速下行業(yè)務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不適合M2M通信。一方面，當(dāng)大量事件觸發(fā)型MTCD在隨機(jī)接入信道(Physical Rand

2、om Access Channel，PRACH)突發(fā)上行接入時(shí)，將造成嚴(yán)重的接入碰撞，降低了MTCD成功接入網(wǎng)絡(luò)的概率。另一方面，上行M2M通信包括隨機(jī)接入信道的接入過(guò)程和上行共享信道(Physical Uplink SharedChannel，PUSCH)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。而大量不同應(yīng)用的MTCD具有上行小數(shù)據(jù)包傳輸特性，在此情況下，若MTCD采用當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)先通過(guò)隨機(jī)接入建立連接、再傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，將降低系統(tǒng)的資源利用率。此外PR

3、ACH資源與PUSCH資源比例的不匹配將降低MTCD成功接入數(shù)目。因此，本文將以M2M隨機(jī)接入過(guò)程為研究重點(diǎn)，對(duì)突發(fā)大量隨機(jī)接入造成的嚴(yán)重碰撞和大量MTCD小數(shù)據(jù)包傳輸?shù)馁Y源分配兩方面進(jìn)行深入的研究。
　　針對(duì)大量MTCD突發(fā)上行隨機(jī)接入場(chǎng)景，本文提出了一種前導(dǎo)資源劃分和ACB（access class barring）擁塞控制結(jié)合的方案，以提高M(jìn)TCD成功接入概率。已知在該場(chǎng)景下，新發(fā)起接入的MTCD數(shù)目遠(yuǎn)小于重傳的MTCD數(shù)目

4、。通過(guò)前導(dǎo)資源劃分，使基站能在MTCD請(qǐng)求接入過(guò)程中區(qū)分新發(fā)起接入的MTCD和接入失敗后重傳的MTCD。因此，基站只需通過(guò)估計(jì)每個(gè)接入時(shí)隙新到達(dá)的MTCD數(shù)目，便可計(jì)算得出系統(tǒng)當(dāng)前請(qǐng)求接入的MTCD數(shù)目，有效減小了MTCD數(shù)目的估計(jì)誤差，使設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)更接近最優(yōu)值。此外，根據(jù)新到達(dá)的MTCD和重傳的MTCD數(shù)目估計(jì)值，劃分前導(dǎo)資源，并采用ACB策略為新發(fā)起接入的和重傳的MTCD配置不同接入?yún)?shù)，優(yōu)化發(fā)起接入的MTCD數(shù)目，減小碰撞概率

5、。仿真結(jié)果表明，所提接入優(yōu)化方案可提高M(jìn)TCD成功接入概率，降低接入時(shí)延和平均服務(wù)時(shí)間。
　　針對(duì)大量M2M通信中上行小數(shù)據(jù)包傳輸?shù)膱?chǎng)景，本文提出了ACB擁塞控制策略和SCMA技術(shù)結(jié)合的隨機(jī)接入方案，并優(yōu)化了PRACH資源和PUSCH資源的比例、ACB接入?yún)?shù)以及SCMA的碼字長(zhǎng)度，以提高M(jìn)TCD成功接入數(shù)目。其中，針對(duì)大量MTCD在隨機(jī)接入信道上請(qǐng)求的上行隨機(jī)接入，通過(guò)ACB策略進(jìn)行相應(yīng)的擁塞控制，優(yōu)化發(fā)起接入的MTCD數(shù)目，從

6、而減小碰撞概率，提高前導(dǎo)成功接入概率。其次，SCMA碼分多址技術(shù)可使連接的終端數(shù)目超過(guò)占用的資源數(shù)目，可以有效提高PSUCH資源內(nèi)上行小數(shù)據(jù)包傳輸?shù)腗TCD數(shù)目。因此，對(duì)于成功發(fā)送前導(dǎo)的MTCD，基站可為其分配SCMA碼本資源。為提高成功連接數(shù)目，本文形成了PRACH資源和基于SCMA方式下PUSCH資源分配的優(yōu)化問(wèn)題。最后，本文提出了一種有效的資源分配算法求解該優(yōu)化問(wèn)題，優(yōu)化了資源劃分比例、ACB接入?yún)?shù)以及SCMA碼字長(zhǎng)度。仿真結(jié)果