TD-LTE集群系统的快速随机接入机制研究

摘要

集群通信系统在调度指挥、保密通信等方面具有巨大的优势，在实际生活中发挥着重要的作用。随着TD-LTE在中国的大规模商用，集群通信系统与TD-LTE相结合的需求也进一步扩大。有关集群通信系统与TD-LTE结合的研究内容主要包括集群用户的随机接入、呼叫建立、越区切换、资源分配等，由于随机接入是集群用户接入TD-LTE的第一步，能否快速接入TD-LTE系统对于集群系统性能影响较大，因此本文基于国家重大专项课题“2014年度国家科技重大专项基于TD-LTE的宽带移动专用通信网络总体方案与测试评估研究”，重点研究TD-LTE集群系统用户的快速随机接入机制：在深入分析TD-LTE中随机接入技术与集群系统特点与要求的基础上，设计了一种TD-LTE集群系统用户的快速随机接入方法，并针对该方法可能涉及到的系统公平性问题，分别从接入协议与退避算法两个方面进行了改进，提出了单前导码快速随机接入方法与自适应重传信道退避算法。
　　本文首先概述了TD-LTE系统与集群通信系统的发展与演进，对TD-LTE系统中的随机接入技术进行了分析，对集群系统的接入流程进行了总结，比较了TD-LTE的随机接入和集群随机接入的异同，分析了二者对于接入时限的要求，并指出，按照目前LTE的接入流程，集群用户要想接入TD-LTE系统，必须先像普通用户一样进行随机接入。由于集群用户具有群体性，在其接入 LTE网络时，势必会在短时间内大量占用接入信道资源，并有可能引起接入碰撞和延时，影响集群用户的通信实时性。因此可知，传统的TD-LTE随机接入机制不能很好的满足集群用户的接入需求。
　　针对该问题，本文提出了一种TD-LTE集群系统用户的快速随机接入方法。通过改变集群群组内用户的随机接入方式，使用一个集群代理接入用户代表集群群组内所有用户与基站进行交互，达到一个用户接入成功，一组用户也就接入成功的效果，很大程度上解决了集群群组所有用户同时接入时导致的碰撞问题，缩短了集群群组用户的接入时间，增加了系统吞吐量。之后文中通过仿真的方式验证了本方法的有效性。但仿真结果也暴露出，TD-LTE集群系统用户的快速随机接入方法虽然能够有效的使集群用户以很短的时间接入 LTE，但其在一个接入时隙中占用了大量的前导码资源，使普通用户的接入碰撞率大幅上升，系统公平性大大降低。
　　针对该弊端，从协议角度改进，文中提出了单前导码快速随机接入方法，通过增加交互步骤来通知基站待接入的集群用户数，从而达到节省前导码，减少普通用户碰撞概率，增加系统公平性的目的。从退避算法角度改进，文中提出了自适应重传信道退避算法。本算法是在研究了经典退避算法以及 LTE中的退避机制之后，利用TD-LTE多信道的特性，将信道分为新传信道和重传信道两部分，在重传信道上使用最优接入控制算法，从而在重传信道上达到吞吐量的理论上限。并通过新传信道与重传信道的自适应配比，使新传信道的吞吐量进一步提高，用户碰撞率进一步降低。通过仿真可以发现，这两种改进方法均能够在保证集群用户的接入时间的基础上，减少普通用户的接入延时，有效地改善了系统公平性。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究内容及意义

1.3 论文组织架构

第二章 TD-LTE集群随机接入技术概述

2.1 TD-LTE随机接入技术分析

2.2 集群通信系统随机接入技术分析

2.3 TD-LTE随机接入与集群系统随机接入的区别

2.4 本章小结

第三章 TD-LTE集群系统用户的快速随机接入方法

3.1 TD-LTE集群系统用户的快速随机接入方法设计

3.2 仿真及其结果分析

3.3 单前导码快速随机接入方法

3.4 本章小结

第四章 自适应重传信道退避算法

4.1 LTE退避算法概述

4.2 自适应重传信道退避算法

4.3仿真与结果分析

4.4本章小结

第五章 结论

5.1 全文工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果