基于LTE的M2M随机接入冲突检测与解决方法研究

摘要

作为物联网（Internet ofThings，IoT）的关键技术之一，机器对机器（Machine to Machine，M2M）通信将会在未来的世界中引发一场革命。但是，现有LTE通信体制主要针对人对人（Human to Human，H2H）通信进行设计和优化，显然无法满足大规模M2M通信需求。当海量M2M设备请求接入网络时，必然导致前导序列大量碰撞以及网络拥塞，严重影响M2M设备的通信性能，因此，本文对基于LTE的M2M随机接入冲突检测和解决方法，进行了如下研究： （一）本文对大规模M2M随机接入冲突检测问题展开研究。首先，介绍LTE前导序列的产生与检测方法，以及现有的预先前导冲突检测（early Preamble Collision Detection，e-PACD）方法，并分析现有算法的缺点与不足。其次，针对e-PACD方法消耗根序列多的缺点，结合M2M用户的低/无移动性的特点，提出一种改进的e-PACD方法。该方法利用位置信息提前补偿用户到达时间不确定性，并使用不同根序列的循环移位序列来判断标签前导冲突，有效减少了用户接入所需的非正交根序列数量。仿真结果表明，与现有方法相比，改进方法显著降低了由不同根序列的非正交性带来的多址干扰，在相同信噪比下获得更好的前导检测和冲突检测性能，同时降低错误冲突检测概率。 （二）本文基于分布式队列（Distributed Queuing，DQ）随机接入协议，进一步研究M2M随机接入冲突解决方法。首先，介绍传统DQ协议，及其在LTE随机接入过程中的应用，并指出了现有DQ LTE方法存在的不足之处。其次，针对现有方法接入效率低的缺点，提出一种动态DQ随机接入冲突解决方法。所提方法能够根据前导的使用情况，动态的合并冲突解决队列队首的若干个子组，从而提高接入效率。仿真结果表明，与标准LTE和现有DQ LTE方法相比，所提动态DQ随机接入冲突解决方法能够高效解决冲突，避免网络拥塞，在确保所有用户成功接入的前提下，显著降低平均接入时延，并且该优势随着并发用户数量和可用前导数量的增加而更加明显。

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ABSTRACT

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容安排

第二章 LTE随机接入概述

2.1 LTE中随机接入过程

2.1.1 步骤一：UE发送前导

2.1.2 步骤二：随机接入响应

2.1.3 步骤三：连接请求

2.1.4 步骤四：传输冲突解决消息

2.2 随机接入前导序列格式

2.3 随机接入时频资源

2.4 本章小结

第三章 M2M随机接入冲突检测方法研究

3.1 LTE前导产生与检测

3.2 现有冲突检测算法

3.2.1 LTE随机接入冲突检测方法

3.2.2 基于标签前导的预先前导冲突检测方法

3.3 基于e-PACD的改进算法

3.3.1 改进的e-PACD算法原理

3.3.2 前导检测概率

3.3.3 冲突检测概率

3.3.4 错误冲突检测概率

3.4 仿真分析

3.4.1 小区消耗根序列数量分析

3.4.2 干扰项的均值和方差仿真分析

3.4.3 前导检测概率仿真分析

3.4.4 冲突检测概率仿真分析

3.4.5 错误冲突检测概率仿真分析

3.5 本章小结

第四章 基于DQ的M2M随机接入冲突解决研究

4.1 分布式队列随机接入协议

4.1.1 传统DQ随机接入协议

4.1.2 DQ算法在LTE中的应用

4.1.3 现有DQ LTE冲突解决方法的不足

4.2 动态DQ随机接入冲突解决方法

4.3 仿真分析

4.3.1 接入效率仿真分析

4.3.2 成功接入概率仿真分析

4.3.3 平均接入时延仿真分析

4.3.4 前导平均传输次数仿真分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果

3.1 申请（授权）专利

3.2 参与科研项目及获奖