技术摘要：
本发明实施例提供了一种利用角度域簇稀疏特性的多用户随机接入方法、基站、系统。所述方法包括：步骤1,基站侧接收用户侧的设备接入时给基站发送的信号Q；步骤2,基站侧对接收的信号进行处理；所述步骤二具体为：针对接收信号Q进行傅里叶变换Y＝QW＝AHW ZW＝AX N，以将系  全部
背景技术：
MMTC作为第五代移动通信系统(fifth-generation，5G)的三大场景之一，具有大 规模的设备数量、小数据包传输、低移动性及低活跃度的特点，是一种具有稀疏性的通信场 景。而传统的基于授权的、基于竞争的随机接入方法具有繁琐的信令交互流程，这不仅会造 成过多的时延，同时由于控制信息所占的开销对于MMTC的小数据包来讲显得较大，还会造 成频谱资源的浪费。 基于压缩感知(Compressive  Sensing，CS)的非授权多用户接入技术是解决该问 题的一个方向。CS的核心思想是将一个稀疏或者可压缩的高维信号通过特定的矩阵变换投 影到一个低纬度的空间上，在进行信号重建的时候，利用稀疏信号或压缩过的信号的稀疏 性，使用线性或非线性的恢复算法重建出原始信号。在基于CS的非授权接入技术中，导频序 列采用非正交导频从而支持更多的设备，且同一时刻请求接入的设备数量并不多，可以利 用该稀疏特性，将不活跃的设备对应的信道冲击响应视为零值，将活跃设备的信道冲击响 应视为非零值，通过相应的压缩感知信号重构算法进行设备活跃度检测和信道状态信息估 计。然而，目前已有的基于CS的非授权多用户接入技术均为基于非竞争的随机接入，即在发 起接入前需要给小区内的每个用户分配固定的导频。 这会进一步带来两点问题： 1)未来物联网设备的密度激增(106台/km2) ,即使为每个用户分配非正交导频仍然 很难支持如此大规模数量的设备； 2)用户移动性导致频繁的越区切换为提前分配导频带来了困难，因此基于CS的非 竞争随机接入仅适用于用户具有较低移动性的场景，系统的扩展性较低。 3)如果采用基于竞争的随机接入，又会带来多用户选择同一导频时的冲突问题。
技术实现要素：
本发明的实施例提供了一种利用角度域簇稀疏特性的多用户随机接入方法、基 站、系统，能够减少访问接入冲突。 一种利用角度域簇稀疏特性的多用户随机接入方法，包括以下步骤： 步骤1,基站侧接收用户侧的设备接入时给基站发送的信号Q；具体为：小区内共有 台配备单天线的设备和配备有M根天线的、天线间距为半波长均匀线性阵列的单一基站； 每次有 台设备发起接入；每次用户侧有 台活跃设备从非正交的导频序列集合中随机选 取一个导频同步地发送给基站以发起接入，即所有设备的帧头对齐；将分配给所述小区的 所有导频按列排成一个导频矩阵A，则基站接收到的信号为Q＝AH Z；其中矩阵H为用户的信 道信息矩阵，Z为加性高斯白噪声矩阵；矩阵H的每行为选取对应导频的用户在多根接收天 线上的信道响应，如果用户在选取导频时发生冲突，那么矩阵H的对应行为多个冲突用户的 4 CN 111586884 A 说　明　书 2/7 页 信道响应的叠加；矩阵H为行稀疏矩阵，其中非零行表示对应导频被选择，全零行表示对应 的导频未被选择； 为小区内的设备数量； 所述活跃设备为：发起接入请求的设备； 步骤2,基站侧对接收的信号进行处理；所述步骤二具体为：针对接收信号Q进行傅 里叶变换Y＝QW＝AHW ZW＝AX N，以将系统模型转换到多天线虚拟角度域； 其中矩阵W表示离散傅里叶变换矩阵，X＝HW为角度域的信道信息矩阵；N＝ZW； 步骤3,基站侧根据处理后的所述信号，进行导频检测及冲突解决。 本发明还提供一种基站，包括： 接收单元，用于接收用户侧接入时给基站发送的信号Q；具体为：小区内共有 台 配备单天线的设备和配备有M根天线的、天线间距为半波长均匀线性阵列的单一基站；每次 有 台设备发起接入；每次用户侧有 台活跃设备从非正交的导频序列集合中随机选取一 个导频同步地发送给基站以发起接入，即所有设备的帧头对齐；将分配给所述小区的所有 导频按列排成一个导频矩阵A，则基站接收到的信号为Q＝AH Z；其中矩阵H为用户的信道信 息矩阵，Z为加性高斯白噪声矩阵；矩阵H的每行为选取对应导频的用户在多根接收天线上 的信道响应，如果用户在选取导频时发生冲突，那么矩阵H的对应行为多个冲突用户的信道 响应的叠加；矩阵H为行稀疏矩阵，其中非零行表示对应导频被选择，全零行表示对应的导 频未被选择； 为小区内的设备数量； 活跃设备为：发起接入请求的设备； 处理单元，用于对接收的信号进行处理；所述步骤二具体为：针对接收信号Q进行 傅里叶变换Y＝QW＝AHW ZW＝AX N，以将系统模型转换到多天线虚拟角度域； 其中矩阵W表示离散傅里叶变换矩阵，X＝HW为角度域的信道信息矩阵；N＝ZW； 检测单元，用于根据处理后的所述信号，进行导频检测及冲突解决。 一种利用角度域簇稀疏特性的多用户随机接入系统，包括基站和用户侧的设备： 所述基站用于，接收用户侧接入时给基站发送的信号Q；具体为：小区内共有 台 配备单天线的设备和配备有M根天线的、天线间距为半波长均匀线性阵列的单一基站；每次 有 台设备发起接入；每次用户侧有 台活跃设备从非正交的导频序列集合中随机选取一 个导频同步地发送给基站以发起接入，即所有设备的帧头对齐；将分配给所述小区的所有 导频按列排成一个导频矩阵A，则基站接收到的信号为Q＝AH Z；其中矩阵H为用户的信道信 息矩阵，Z为加性高斯白噪声矩阵；矩阵H的每行为选取对应导频的用户在多根接收天线上 的信道响应，如果用户在选取导频时发生冲突，那么矩阵H的对应行为多个冲突用户的信道 响应的叠加；矩阵H为行稀疏矩阵，其中非零行表示对应导频被选择，全零行表示对应的导 频未被选择； 为小区内的设备数量； 活跃设备为：发起接入请求的设备； 对接收的信号进行处理；所述步骤二具体为：针对接收信号Q进行傅里叶变换Y＝ QW＝AHW ZW＝AX N，以将系统模型转换到多天线虚拟角度域； 其中矩阵W表示离散傅里叶变换矩阵，X＝HW为角度域的信道信息矩阵；N＝ZW； 根据处理后的所述信号，进行导频检测及冲突解决。 5 CN 111586884 A 说　明　书 3/7 页 本发明利用非正交导频序列和多天线虚拟角度域带来了额外的自由度，进一步扩 大了支持的活跃用户的数量，并减少了访问接入冲突。 由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例中， 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。 图1为本发明的利用角度域簇稀疏特性的多用户随机接入方法的流程示意图； 图2为本发明实施例提供的一种稀疏型MMTC场景的示意图； 图3为一种利用多天线下多用户信号在虚拟角度域簇稀疏特性解决竞争冲突的随 机接入方法原理示意图； 图4为本发明实施例提供的一种不同的接入方法下活跃用户数和用户检测成功概 率性能对比示意图； 图5为本发明实施例提供的一种不同的接入方法下导频长度和用户检测成功概率 性能对比示意图； 图6为本发明实施例提供的一种不同的接入方法下导频数量和用户检测成功概率 性能对比示意图。 图7为本发明实施例提供的一种基站的连接示意图； 图8为本发明实施例提供的一种多用户随机接入系统的连接示意图；