本發(fā)明涉及衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)中的廣域物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，特別是一種基于redcap技術(shù)的非地面網(wǎng)絡(luò)（ntn）隨機(jī)接入增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)：

1、作為5g?nr中的一項物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，redcap（reduced?capability）關(guān)注于如何降低5g網(wǎng)絡(luò)的性能和復(fù)雜性，以適應(yīng)數(shù)量龐大且分布廣泛的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備終端。

2、在redcap通信場景下，大規(guī)模redcap終端的隨機(jī)接入會影響系統(tǒng)的性能。包含redcap技術(shù)在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)由大量的機(jī)器類型通信（machine?typecommunication，mtc）終端組成。對于redcap通信，一般設(shè)備只需要傳遞大量的小數(shù)據(jù)，但當(dāng)大規(guī)模設(shè)備同時到達(dá)網(wǎng)絡(luò)時，會引起嚴(yán)重的擁塞和延遲。

3、把redcap技術(shù)應(yīng)用到非地面網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)尤其是衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中，也會存在新的問題。衛(wèi)星或空中無人平臺、無人機(jī)等通信覆蓋范圍廣，能夠?yàn)閺V域的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋提供解決方案。但是，由于星地/空地通信鏈路相比地面蜂窩通信存在通信時延長，鏈路損耗大，鏈路不穩(wěn)定等問題，位于地面的redcap終端需要進(jìn)行上行傳輸增強(qiáng)，從而確保redcap終端能夠穩(wěn)定地接入網(wǎng)絡(luò)。

4、在四步初始接入的流程中，redcap終端首先選取廣播信道中的前導(dǎo)碼并發(fā)送msg1，星載或機(jī)載基站在收到msg1后向終端反饋msg2，msg2中包含對終端繼續(xù)發(fā)送msg3的指示與上行增強(qiáng)的指示，星載或機(jī)載基站接收到msg3后反饋msg4完成初始接入流程。當(dāng)多個終端使用相同的前導(dǎo)碼同時進(jìn)行接入請求時，通過msg3、msg4實(shí)現(xiàn)競爭解決。

5、目前，針對redcap終端的上行覆蓋增強(qiáng)，存在兩種方案：聯(lián)合信道估計與重復(fù)傳輸技術(shù)。

6、聯(lián)合信道估計如dmrs配置方案優(yōu)化，發(fā)射端向接收端發(fā)送信號中，伴隨發(fā)送dmrs信號，聯(lián)合利用不同時隙的dmrs一起進(jìn)行信道估計，以提升上下行信道估計和解調(diào)能力，從而有效的改善相應(yīng)信道的覆蓋性能實(shí)現(xiàn)覆蓋增強(qiáng)。

7、重復(fù)傳輸技術(shù)如tti（transmission?time?interval，傳輸時間間隔）重復(fù)，具體實(shí)現(xiàn)方法是根據(jù)tti的整數(shù)倍原則，發(fā)送端根據(jù)協(xié)議重復(fù)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)幀，雖然降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇a率和速率，導(dǎo)致更高的傳輸時延，但是實(shí)現(xiàn)額外的軟組合增益以及增量冗余增益，提高了接收端解調(diào)性能，提升了接收信噪比，實(shí)現(xiàn)了覆蓋增強(qiáng)。

8、但是，聯(lián)合信道估計的方法如dmrs配置方案優(yōu)化在非地面網(wǎng)絡(luò)redcap場景中并不適用。在地面通信系統(tǒng)當(dāng)中，基站能耗限制不多、信道特性變化小。而在以衛(wèi)星、無人機(jī)為搭載平臺的非地面網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)當(dāng)中，由于星地/空地鏈路的高動態(tài)特性，不同時隙的dmrs之間反映的信道特性的差異會隨時間差的增加而增大，這種方案會進(jìn)一步增加dmrs信道估計處理的復(fù)雜度，而且在整體傳輸任務(wù)中獲得的性能增益并不理想。

9、考慮redcap終端的處理能力，采取重復(fù)傳輸?shù)姆椒ㄟM(jìn)行上行增強(qiáng)。redcap終端msg3傳輸?shù)纳闲性鰪?qiáng)由msg2指示。但是當(dāng)大規(guī)模redcap終端集體接入時，會造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞與延遲。

10、此時，無論將要接入的redcap終端將以較多或較少的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行msg3增強(qiáng)，都會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載進(jìn)一步增加。此外，對于一個時刻選擇了相同前導(dǎo)碼進(jìn)行接入的多個redcap終端，盡管按照了msg2中的指示進(jìn)行了上行傳輸，最終也只能有一個redcap終端完成接入流程，其余的redcap終端需重新進(jìn)行接入。因此，對于未接入的redcap終端來說，浪費(fèi)了較多的資源。此外，也會增加星載或機(jī)載基站數(shù)據(jù)處理的難度，對于緩解系統(tǒng)的負(fù)載狀況無益。

11、公開號為cn117377124a的中國專利公開了一種redcap?ue的隨機(jī)接入增強(qiáng)方法、裝置及設(shè)備，用以解決redcap終端的隨機(jī)接入問題。該發(fā)明的技術(shù)方案為：redcap?ue獲取基站發(fā)送的msg2消息，根據(jù)msg2中的ul?grant信息確定能否向基站發(fā)送msg3消息，以完成隨機(jī)接入過程。在該發(fā)明的技術(shù)方案中，考慮了redcap?ue的帶寬處理能力，當(dāng)ul?grant信息指示的msg3頻域資源超過redcap?ue的帶寬處理能力時，redcap?ue重新發(fā)送preamble，再次為其分配ul?grant信息，增強(qiáng)redcap終端隨機(jī)接入的成功率。但是這種方法僅考慮了redcap?ue的帶寬處理能力，缺乏對于系統(tǒng)負(fù)載的考量。對于終端數(shù)目較大的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在考慮系統(tǒng)負(fù)載的前提下完成redcap隨機(jī)接入增強(qiáng)顯得更為重要。

12、公開號為cn114071777a的中國專利公開了一種隨機(jī)接入增強(qiáng)的方法、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端。該發(fā)明的技術(shù)方案為：通過msg2指示終端pusch時域重復(fù)的資源，pusch時域重復(fù)的資源通過第二消息中的保留字段或者填充字段指示；終端按照pusch時域重復(fù)的資源指示的重復(fù)次數(shù)向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備重復(fù)發(fā)送msg3。通過這種方式實(shí)現(xiàn)了上行隨機(jī)接入增強(qiáng)，但該方法沒有考慮系統(tǒng)負(fù)載的狀況，對于可能會造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞。

13、中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司、中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司發(fā)表的文獻(xiàn)“redcap?ue的隨機(jī)接入增強(qiáng)方法、裝置及設(shè)備”（cn202311394945.1[p].?2024-01-09.）只考慮了redcap終端需要進(jìn)行上行增強(qiáng)以完成接入，沒有考慮網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的狀況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出一種基于redcap技術(shù)的非地面網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)接入增強(qiáng)方法。本發(fā)明面向星載或機(jī)載等非地面redcap系統(tǒng)，提出了非地面網(wǎng)絡(luò)（ntn）隨機(jī)接入增強(qiáng)方案，本發(fā)明考慮了系統(tǒng)的負(fù)載狀況，對部分redcap終端的接入進(jìn)行限制，防止網(wǎng)絡(luò)過載，保證基于ntn網(wǎng)絡(luò)的廣域物聯(lián)網(wǎng)的性能，并節(jié)約系統(tǒng)的信令資源。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種基于redcap技術(shù)的非地面網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)接入增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

4、s1：初始化非地面網(wǎng)絡(luò)redcap系統(tǒng)接入場景，地面的redcap終端完成初始同步，并向非地面網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送msg1，非地面網(wǎng)絡(luò)基站根據(jù)接收的前導(dǎo)碼估計當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載；

5、s2：非地面網(wǎng)絡(luò)基站根據(jù)各個前導(dǎo)碼的接收信號強(qiáng)度與上行增強(qiáng)請求，確定msg3所需的上行增強(qiáng)重傳次數(shù)，并根據(jù)步驟s1中所得的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況，對部分redcap終端的接入進(jìn)行限制，形成msg2并下發(fā)給地面；

6、s3：redcap終端接收來自非地面網(wǎng)絡(luò)基站的msg2，若redcap終端收到msg2的上行授權(quán)，則按照msg2中的要求對msg3進(jìn)行上行增強(qiáng)；若msg2指示限制此次接入，則進(jìn)行隨機(jī)回退，回退完成后再次發(fā)起接入請求，返回步驟s1；

7、s4：非地面網(wǎng)絡(luò)基站接收到來自redcap終端的msg3，并反饋msg4完成競爭解決，redcap終端收到msg4，非地面網(wǎng)絡(luò)redcap系統(tǒng)隨機(jī)接入流程結(jié)束。

8、進(jìn)一步地，步驟s1具體包括：

9、測量第個ssb周期接收的前導(dǎo)碼數(shù)量m與前導(dǎo)碼空閑數(shù)目i，估計當(dāng)前時隙中應(yīng)用前導(dǎo)碼設(shè)備的數(shù)量：

10、

11、其中，為個redcap終端請求的前導(dǎo)碼總數(shù)；

12、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)最大接入用戶量和當(dāng)前時隙中應(yīng)用前導(dǎo)碼設(shè)備的數(shù)量，計算得出第個ssb周期的接入負(fù)載：

13、

14、根據(jù)前個ssb周期內(nèi)的接入負(fù)載，估計當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)載：

15、

16、其中，為緩存區(qū)的長度，為每個接入負(fù)載的權(quán)值，，即，距離當(dāng)前時間越近的ssb周期的負(fù)載信息在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載判定過程中的權(quán)值越大。

17、進(jìn)一步地，步驟s2具體包括：

18、s21：redcap終端向非地面網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送上行增強(qiáng)請求后，非地面網(wǎng)絡(luò)基站根據(jù)重傳次數(shù)n和重傳增益的關(guān)系，對于接收到的所有個msg1，選擇使得的最小可配置的重傳次數(shù)n，其中，a為非地面網(wǎng)絡(luò)基站收到redcap終端msg1的信噪比，單位為db，b為接收msg3所需達(dá)到的最小信噪比；

19、s22：對于接收到的個msg1，按照步驟s21計算得到相應(yīng)的重傳次數(shù)后，對這個重傳次數(shù)進(jìn)行降序排列，得到序列；

20、s23：若，為網(wǎng)絡(luò)最大接入用戶量，則對于發(fā)送序列中前的部分所對應(yīng)前導(dǎo)碼的redcap終端，非地面網(wǎng)絡(luò)基站通過對msg2中物理控制信息ul?grant的配置，限制其此次的接入，對于發(fā)送其余前導(dǎo)碼的redcap終端，非地面網(wǎng)絡(luò)基站在msg2中正常對其上行授權(quán)，并且指示其msg3上行增強(qiáng)所需的重傳次數(shù)；

21、若，則不限制任何一個redcap終端的接入。

22、本發(fā)明的有益效果在于：

23、1、本發(fā)明針對ntn?redcap系統(tǒng)的上行接入增強(qiáng)需求，通過測量msg1的信號強(qiáng)度，利用重傳次數(shù)與重傳增益的關(guān)系確定redcap終端合適的上行增強(qiáng)次數(shù)。

24、2、本發(fā)明根據(jù)前導(dǎo)碼對網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況進(jìn)行估計，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況通過msg2限制部分redcap終端的后續(xù)接入，從而防止了系統(tǒng)的進(jìn)一步擁塞，有效提高大規(guī)模物聯(lián)終端的接入效率。

25、3、本發(fā)明防止了msg3所需重復(fù)次數(shù)過多的redcap終端由于競爭最終也沒有完成接入，卻造成了重復(fù)傳輸?shù)哪芰繐p失的問題，節(jié)約了系統(tǒng)的信令資源，進(jìn)而降低物聯(lián)終端功耗。