一种数据传输方法、设备和系统与流程
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种数据传输方法、设备和系统。
背景技术：
随着物联网、车联网以及无线自组织网络的发展，小区密集化是未来网络的趋势。大规模接入(massiveaccess)是未来网络的典型场景之一，其特征是：一是潜在接入用户数目较大(数千乃至上百万)且动态变化；二是业务类型复杂，不同用户发送的数据量和时延要求等存在显著差异，尤其是一些实时控制网络中对时延要求极高；三是接入网结构复杂、拓扑多变，信道特性动态变化。在大规模接入场景中，接入体制必须具有高效率，低时延，以较低成本支持海量链接的特点。
现有的接入体制中，稀疏码分多址(sparsecodemultipleaccess，简称scma)，低密度扩频(lowdensityspreading，简称lds)等非正交接入体制的原理为：用户从资源块集合中选择一个子集，然后将自己需要发送的数据分散在该子集包含的资源块上，这个分散过程可以用一个签名矩阵表示。由于基站侧需要随着接入用户数目的变化而设计不同的签名矩阵，实现复杂度高，难以适应用户数目变化剧烈的情况。
为了解决上述问题，提出了多载波无速率多址接入(multi-carrierratelessmultipleaccess，简称mc-rma)体制，相对于scma体制，基站仅需要给用户指定接入度数分布函数，而不需要设计特定的签名矩阵，即可达到与scma体制类似的性能，并且大大降低了信令开销；由于译码图是稀疏图，可以采用复杂度较低的bp译码算法进行迭代检测译码。但是，mc-rma体制需要“注册”过程，即用户需要通过随机接入过程告知基站自己有数据发送并向基站申 请资源用于数据发送。由于需要上述“注册”过程，在突发小数据包业务较多的网络中，会导致系统效率低，并且时延较大。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种数据传输方法、设备和系统，用于解决传统的多接入机制存在资源利用率不高、实现复杂度高的问题。
第一方面，一种数据发送方法，该方法包括：
用户设备接收基站配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
所述用户设备在确定需要发送数据时，重复执行如下数据发送过程：
对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从需要发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并通过所述资源块向所述基站发送所选择的d个调制符号，d为大于或等于0的整数。
可能的实现方式中，所述用户设备通过所述资源块向所述基站发送所选择的d个调制符号之后，该方法还包括：
所述用户设备接收到所述基站反馈的确认消息；
所述用户设备停止向所述基站发送数据。
可能的实现方式中，所述用户设备从待发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号之后，还包括：所述用户设备将所述d个调制符号进行线性相加；
所述用户设备通过所述资源块发送所选择的d个调制符号，包括：所述用户设备通过所述资源块发送线性相加得到的调制符号。
第二方面，一种数据接收方法，所述方法包括：
基站为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，其 中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
所述基站对接收到的数据进行解调后，根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，检测出活跃active态的用户设备，并分别对每个active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据，其中，active态的用户设备为实际发送了数据的用户设备。
可能的实现方式中，所述基站根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，检测出active态的用户设备，并分别对每个活跃active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据，包括：
所述基站根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备接入每个资源块的接入度数；
所述基站根据每个用户设备接入每个资源块的接入度数，确定出网络中的每个用户设备对应的类型pattern矩阵，其中，所述pattern矩阵用于表征用户设备发送的调制符号与所使用的资源块之间的对应关系；
所述基站根据网络中的每个用户设备对应的pattern矩阵，通过能量检测算法，检测出active态的用户设备；
所述基站根据每个active态的用户设备对应的pattern矩阵，分别对每个活跃active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备所发送的数据。
可能的实现方式中，所述基站根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，检测出active态的用户设备，并分别对每个活跃active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据，包括：
所述基站根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备接入每个资源块的接入度数；
所述基站根据每个用户设备接入每个资源块的接入度数，确定出用于表征每个资源块与该资源块上用户设备所发送的数据之间的对应关系的因子图；
所述基站根据所述因子图，采用置信传播bp算法，通过迭代完成每个用户设备的信道估计、active态的用户设备的检测、以及active态的用户设备发送的数据的译码，得到每个active态的用户设备发送的数据。
可能的实现方式中，所述基站得到每个active态的用户设备发送的数据之后，该方法还包括：
所述基站向译码成功的active态的用户设备反馈确认消息，以使所述active态的用户设备停止向所述基站发送数据。
可能的实现方式中，该方法还包括：
所述基站在确定出设定的周期内active态的用户设备的平均数量发生变化时，重新为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和/或随机数种子。
第四方面，一种用户设备，包括：
接收模块，用于接收基站配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
数据发送模块，用于在确定需要发送数据时，重复执行如下数据发送过程：
对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从需要发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并通过所述资源块向所述基站发送所选择的d个调制符号，d为大于或等于0的整数。
可能的实现方式中，所述接收模块还用于：接收到所述基站反馈的确认消息；
所述数据发送模块还用于：停止向所述基站发送数据。
第四方面，另一种用户设备，包括：接收器、发射器、处理器、以及存储器。其中：
所述接收器在所述处理器的控制下，接收数据；
所述发射器在所述处理器的控制下，发送数据；
所述处理器负责逻辑运算和处理；
所述存储器包括内存和硬盘，可以存储处理器在执行操作时所使用的数据和程序。
当所述用户设备运行时，所述接收器在所述处理器的控制下，接收基站配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
所述处理器读取存储器中的程序，并执行如下过程：在确定需要发送数据时，重复执行如下数据发送过程：对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从需要发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并控制所述发射器82通过所述资源块向所述基站发送所选择的d个调制符号，d为大于或等于0的整数。
可能的实现方式中，所述接收器在所述处理器的控制下，接收到所述基站反馈的确认消息；
所述处理器在确定所述接收器接收到所述基站反馈的确认消息，触发所述发射器停止向所述基站发送数据。
第五方面，一种基站，包括：
配置模块，用于为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
处理模块，用于对接收到的数据进行解调后，根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，检测出活跃active态的用户设备，并分别对每个active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据，其中，active态的用户设备为实际发送了数据的用户设备。
可能的实现方式中，所述处理模块具体用于：
根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备接入每个资源块的接入度数；
根据每个用户设备接入每个资源块的接入度数，确定出网络中的每个用户设备对应的类型pattern矩阵，其中，所述pattern矩阵用于表征用户设备发送的调制符号与所使用的资源块之间的对应关系；
根据网络中的每个用户设备对应的pattern矩阵，通过能量检测算法，检测出active态的用户设备；
根据每个active态的用户设备对应的pattern矩阵，分别对每个活跃active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备所发送的数据。
可能的实现方式中，所述处理模块具体用于：
根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备接入每个资源块的接入度数；
根据每个用户设备接入每个资源块的接入度数，确定出用于表征每个资源块与该资源块上用户设备所发送的数据之间的对应关系的因子图；
根据所述因子图，采用置信传播bp算法，通过迭代完成每个用户设备的信道估计、active态的用户设备的检测、以及active态的用户设备发送的数据的译码，得到每个active态的用户设备发送的数据。
可能的实现方式中，所述处理模块还用于：
向译码成功的active态的用户设备反馈确认消息，以使所述active态的用户设备停止向所述基站发送数据。
可能的实现方式中，所述配置模块还用于：
在确定出设定的周期内active态的用户设备的平均数量发生变化时，重新为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和/或随机数种子。
第六方面，另一种基站，包括：接收器、发射器、处理器、以及存储器104。 其中：
所述接收器在所述处理器的控制下，接收数据；
所述发射器在所述处理器的控制下，发送数据；
所述处理器负责逻辑运算和处理；
所述存储器包括内存和硬盘，可以存储处理器在执行操作时所使用的数据和程序。
当所述基站运行时，所述处理器读取存储器中的程序，并执行如下过程：
为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，并控制所述发射器发送配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
对所述接收器接收到的数据进行解调后，根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，检测出active态的用户设备，并分别对每个active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据，其中，active态的用户设备为实际发送了数据的用户设备。
可能的实现方式中，所述处理器读取存储器中的程序，具体执行：
根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备接入每个资源块的接入度数；
根据每个用户设备接入每个资源块的接入度数，确定出网络中的每个用户设备对应的类型pattern矩阵，其中，所述pattern矩阵用于表征用户设备发送的调制符号与所使用的资源块之间的对应关系；
根据网络中的每个用户设备对应的pattern矩阵，通过能量检测算法，检测出active态的用户设备；
根据每个active态的用户设备对应的pattern矩阵，分别对每个活跃active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备所发送的数据。
可能的实现方式中，所述处理器读取存储器中的程序，具体执行：
根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备接入每个资源块的接入度数；
根据每个用户设备接入每个资源块的接入度数，确定出用于表征每个资源块与该资源块上用户设备所发送的数据之间的对应关系的因子图；
根据所述因子图，采用置信传播bp算法，通过迭代完成每个用户设备的信道估计、active态的用户设备的检测、以及active态的用户设备发送的数据的译码，得到每个active态的用户设备发送的数据。
可能的实现方式中，所述处理器读取存储器中的程序，还执行：
向译码成功的active态的用户设备反馈确认消息，以使所述active态的用户设备停止向所述基站发送数据。
可能的实现方式中，所述处理器读取存储器中的程序，还执行：
在确定出设定的周期内active态的用户设备的平均数量发生变化时，重新为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和/或随机数种子。
第七方面，一种通信系统，包括：
基站，用于为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；对接收到的数据进行解调后，根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，检测出活跃active态的用户设备，并分别对每个active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据，其中，active态的用户设备为实际发送了数据的用户设备；
用户设备，用于接收基站配置的接入度数分布函数和随机数种子；在确定需要发送数据时，重复执行如下数据发送过程：对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从需要发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并通过所述资源块向所述基站发送所 选择的d个调制符号，d为大于或等于0的整数。
所述通信系统中的基站可以为第五方面中描述的基站，也可以为第六方面中描述所示的基站；十岁通信系统中的用户设备可以为第三方面中描述的用户设备，也可以为第四方面中描述的用户设备。
本发明实施例提供的方法和设备中，基站预先为网络中的各用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，以使用户设备在有数据需要发送时，对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从待发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并通过所述资源块发送所选择的d个调制符号，并重复执行上述过程。基站在接收到active态的用户设备发送的数据后，先解调接收到的数据，再根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，分别对每个active态的用户设备解调后的数据进行译码，最后得到每个active态的用户设备发送的数据。相比于传统的mc-rma体制，由于省略了信令开销较大的“注册”过程，从而降低了时延并提高了系统效率。
附图说明
图1为本发明实施例一中的一种数据发送方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二中的数据传输系统框图；
图3为本发明实施例二中的一种数据传输的流程示意图；
图4为本发明实施例三中的数据传输系统框图；
图5为本发明实施例三中的一种数据传输的流程示意图；
图6为本发明实施例三中的因子图的示意图；
图7为本发明实施例四中的一种用户设备的示意图；
图8为本发明实施例五中的一种用户设备的示意图；
图9为本发明实施例六中的一种基站的示意图；
图10为本发明实施例七中的一种基站的示意图；
图11为本发明实施例八中的一种通信系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中的用户设备，是无线终端，无线终端可以是指向用户提供语音和/或数据连通性的设备，具有无线连接功能的手持式设备、或连接到无线调制解调器的其他处理设备。无线终端可以经无线接入网(例如，ran，radioaccessnetwork)与一个或多个核心网进行通信，无线终端可以是移动终端，如移动电话(或称为“蜂窝”电话)和具有移动终端的计算机，例如，可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置，它们与无线接入网交换语言和/或数据。例如，个人通信业务(pcs，personalcommunicationservice)电话、无绳电话、会话发起协议(sip)话机、无线本地环路(wll，wirelesslocalloop)站、个人数字助理(pda，personaldigitalassistant)等设备。无线终端也可以称为系统、订户单元(subscriberunit)、订户站(subscriberstation)，移动站(mobilestation)、移动台(mobile)、远程站(remotestation)、接入点(accesspoint)、远程终端(remoteterminal)、接入终端(accessterminal)、用户终端(userterminal)、用户代理(useragent)、用户设备(userdevice)、或用户装备(userequipment)。
本发明实施例中的基站(例如，接入点)，可以是指接入网中在空中接口上通过一个或多个扇区与无线终端通信的设备。基站可用于将收到的空中帧与ip分组进行相互转换，作为无线终端与接入网的其余部分之间的路由器，其中接入网的其余部分可包括网际协议(ip)网络。基站还可协调对空中接口的属 性管理。例如，基站可以是gsm或cdma中的基站(bts，basetransceiverstation)，也可以是wcdma中的基站(nodeb)，还可以是lte中的演进型基站(nodeb或enb或e-nodeb，evolutionalnodeb)，本申请并不限定。
本发明实施例中，由基站预先为网络中的各用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，以使用户设备在有数据需要发送时，对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从待发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并通过所述资源块发送所选择的d个调制符号，并重复执行上述过程。相比于传统的mc-rma体制，由于省略了信令开销较大的“注册”过程，从而降低了时延，提高了系统效率。
下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。需要说明的是，本发明实施例中均是从基站和用户设备的交互配合实施进行说明的，但这并不意味着二者必须配合实施，实际上，当基站与用户设备分开实施时，也解决了分别在基站侧和用户设备侧所存在的问题。
本发明实施例一中，提供了一种数据传输方法，如图1所示，包括：
s11、基站为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数。
作为一种可选的实现方式，基站根据网络中的活跃(active)态的用户设备的统计信息，为网络中的每个用户设备配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，active态的用户设备为实际发送了数据的用户设备。
可选的，网络中的active态的用户设备的统计信息可以为：至少一个设定周期内网络中的active态的用户设备的平均数量。
s12、用户设备接收基站配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
s13、所述用户设备在确定需要发送数据时，重复执行如下数据发送过程：
对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从待发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并通过所述资源块发送所选择的d个调制符号，d为大于或等于0的整数；
s14、基站对接收到的数据进行解调后，根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，分别对每个active态的用户设备解调后的数据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据。
本发明实施例中，基站预先为网络中的各用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，以使用户设备在有数据需要发送时，对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从待发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并通过所述资源块发送所选择的d个调制符号，并重复执行上述过程。基站在接收到active态的用户设备发送的数据后，先解调接收到的数据，再根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，分别对每个active态的用户设备解调后的数据进行译码，最后得到每个active态的用户设备发送的数据。相比于传统的mc-rma体制，由于省略了信令开销较大的“注册”过程，从而降低了时延并提高了系统效率，扩展了mc-rma的应用场景。
本发明实施例中，用户设备对本次需要发送的数据重复执行上述s13中的数据发送过程，直至接收到基站反馈的确认(acknowledge，简称ack)消息，才会停止向基站发送数据，并在下一次有数据需要发送时，再重复执行上述s13中的数据发送过程。
本发明实施例中，基站为网络中的每个用户设备配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，基站为每个用户设备所配置的接入度数分布函数可以全部相同，也可以部分相同，还可以全部不同；基站为每个用户设备所配置的随机数种子均不相同。
举例说明，基站为用户设备m配置的接入度数分布函数
本发明实施例中，基站在初始化时，为网络中的每个用户设备配置的接入度数分布函数和随机数种子，并广播一个beacon(信号)，以通知网络中的用户设备可以竞争接入。网络中的active态的用户设备的平均数量不发生变化，则基站不需要重新配置接入度数分布函数和随机数种子。若设定的周期内active的用户设备的平均数量发生变化，可选的，基站重新为每个用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子。由于不需要预先为用户设备分配资源，当设定的周期内active的用户设备的平均数量发生变化时，基站只需要调整网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和/或随机数种子，以调整用户设备的接入概率即可，适合大规模接入中用户数目动态变化的情况。当然，所述基站在确定出设定的周期内active的用户设备的平均数量发生变化时，也可以不重新配置所述参数信息，仍使用户设备按照之前配置的参数信息进行处理。
下面通过两个具体实施例，从用户设备和基站的交互过程，对本发明实施例提供的数据传输方法进行详细说明。
实施例二、本实施例中基站侧采用能量检测算法，确定出处于active态的用户设备，进而通过迭代译码，得到active态的用户设备发送的数据。本实施例中的数据传输系统框图如图2所示，每个active态的用户设备(ue1,…,uem)所发送的数据分别通过编码(encoder)、映射(mapper)，得到待传输的符号序列。然后，每个active态的用户设备重复下列过程：对任一资源块 (resourceelement，简称re)，根据接入度数分布函数和随机数种子随机选择接入度数d，然后从所述待传输符号序列中选择d个符号，进行线性相加，将线性相加后的调制符号映射到资源块发送。基站侧进行多用户检测(multi-userdetection)，确定出active态的用户设备后，进行单用户译码(singleuserdecoder)，从而得到active态的用户设备发送的数据。具体流程如图3所示，包括如下过程：
s31、基站根据网络中用户设备的统计信息，为网络中的用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子。
其中，统计信息主要包括在至少一个设定周期内统计出的active态的用户设备的平均用户数目。基站根据网络中用户设备的统计信息，确定接入度数分布函数和随机数种子。当网络状态的统计信息不发生变化的时候，基站则不需要重新设计接入度数分布函数。
s32、基站广播一个beacon，通知用户设备开始竞争接入阶段。
可选的，beacon可以为1bit的通知信号，用于通知小区内的用户设备可以接入该基站。
s33、每个用户设备接收基站配置的接入度数分布函数和随机数种子。若用户设备在当前竞争接入阶段中有数据需要发送，称其为active态的用户设备，则active态的用户设备先采用低密度校验(lowdensityparitycheck，ldpc)编码器，对待发送数据进行编码，然后对编码后得到的比特信息进行二进制相移键控(binaryphaseshiftkeying，bpsk)线性调制得到待发送数据对应的调制符号序列(集合)。
其中，active态的用户设备是指在当前竞争接入阶段中有数据需要发送的用户设备。
本步骤不限定采用ldpc编码器进行编码，也可以采用其他方式进行编码，如turbo码，polar码等。本步骤也不限定采用bpsk方式进行调制，也可以采用其他方式进行调制，如多进制数字相位调制(multiplephaseshiftkeying， 简称mpsk)，多进制正交幅度调制(multiplequadratureamplitudemodulation，简称mqam)等。
s34、对于任一资源块，active态的用户设备根据其接入度数分布函数，随机选择接入度数d；然后从其调制符号集合中随机选择d个调制符号进行线性相加，并将结果通过该资源块发送出去。重复该过程直至接收到基站反馈的ack消息。
其中，每一个用户设备的接入过程可以等效成一个类型(pattern)矩阵，该pattern矩阵用于表征用户设备发送的调制符号与所使用的资源块之间的对应关系。
举例说明，每个用户设备的接入过程可等效成一个n×l维矩阵。对于用户ui的pattern矩阵pi，i＝1,…,m，m表示网络中的用户设备的数量：
pi中的元素pjk＝1，表示用户设备ui传输的调制符号序列中的第j个比特(j＝1,2,3,…,n)在第k个时隙(k＝1,2,3,…,l)发送，其中，n表示用户设备ui的待传输的符号的数目，l表示系统中的re的数目；
pi中的元素pjk＝0，表示用户ui传输调制符号序列中的第j个比特在第k个时隙(k＝1,2,3,…,l)不发送。
s35、基站对每个资源块进行接收解调后，获得每个资源块对应的解调信息；基站通过逐次抵消pattern能量检测，确定出active态的用户设备。
具体的，首先，基站根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备接入每个资源块的接入度数，并根据每个用户设备接入每个资源块的接入度数，确定出网络中的每个用户设备对应的pattern矩阵；然后，基站根据网络中的每个用户设备对应的pattern矩阵，通过能量检测，确定出active态的用户设备。
本步骤中，基站根据编码器的校验关系、各用户设备的接入过程的线性相加关系以及信道的线性叠加关系，形成网络中的每个用户设备对应的pattern矩阵。
举例说明，假设网络中有m个用户设备(u1,u2,u3,…,um)，每个用户设备通过编码映射后产生一个n比特的bpsk符号序列，用行向量ui表示，ui∈{+1,-1}n，i＝1,2,3,…,m。每个用户设备根据接入度数分布函数和随机数种子进行随机接入过程，这个随机接入过程可以用pattern矩阵表示。基站可根据每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备对应的pattern矩阵。当用户设备接入时，di＝uipi表示用户在l个时隙中传输的数据。假设接入的用户设备的集合为
基站将接收信号y代入每个用户设备的pattern矩阵，根据ei＝(ypit)(ypit)t，计算得出用户设备ui的能量检测值；
基站根据门限判断用户设备ui为active态或非active态；具体的，若用户设备ui的能量检测值大于或等于该用户设备对应的检测门限，则判定用户设备ui为active态；若用户设备ui的能量检测值小于该用户设备对应的检测门限，则判定用户设备ui为非active态；
基站消除当前能量检测值最大的用户设备的影响。若仍然存在active态的用户设备，则基站继续接收数据，并重新进行active态的用户设备的检测；若已经检测到所有的active态的用户设备并成功译码，则返回ack消息，以通知相应的用户设备停止发送过程。
s36、基站根据每个active态的用户设备对应的pattern矩阵，进行迭代译码，以确定出每个active态的用户设备发送的数据，并在译码成功之后，向相应的用户设备反馈ack消息。
具体的，当进行译码的用户设备满足编码器的校验关系时，基站认为已经译码成功。
s37、用户设备接收到基站反馈的ack消息后，停止发送当前的调制符号序列。
本实施例中，基站在接收数据后，根据接收到的数据和每个用户设备对应的pattern矩阵，计算得出每个用户设备的检测能量值(也称为pattern能量值)。由中心极限定理得出active态的用户设备和非active态的用户设备的pattern能量值近似高斯分布，利用neyman-pearson检测确定出每个用户设备是否接入的检测门限(即用户设备对应的检测门限)。
基站在检测成功译码之后，反馈ack消息，通知用户设备停止发送；若基站没有成功检测到某一用户设备，用户设备只需要按照步骤s34继续发送编码比特即可，基站重新确定每个用户设备pattern能量值以及检测门限，继续进行active态的用户设备的检测，可见，该方式继承了无速率编码的码率自适应的特性，可以逐次检测出所有active态的用户设备。码率自适应是指当用户设备接收到ack消息时，停止编码过程，码率确定。因此，当信道较差的时候，用户设备需要发送较多的编码比特，才能接收到ack消息；相反，当信道较好的时候，用户设备发送较少的编码比特就会接收到ack消息。
实施例三、本实施例中基站侧采用bp算法，通过迭代过程完成信道估计、active态的用户设备的检测和每个active态的用户设备所发送的数据的译码，从而得到每个active态的用户设备发送的数据。本实施例中的数据传输系统框图如图4所示，每个active态的用户设备(ue1,…,uem)所发送的数据分别通过编码、映射，得到待传输的符号序列。然后，每个active态的用户设备重复下列过程：对任一资源块，根据接入度数分布函数和随机数种子随机选择接入度数d，然后从所述待传输符号序列中选择d个符号，进行线性相加，，将线性相加后的调制符号映射到资源块发送。基站侧进行多用户检测、信道估计(channelestimation)和单用户译码的迭代过程，从而得到每个active态的用户设备发送的数据。具体流程如图5所示，包括如下过程：
s51～s54分别同s31～s34；
本实施例中，用户设备在进行随机接入的过程中，自己的动作完全根据接入度数分布函数和自己特殊的随机数种子控制，即用户设备的随机数种子等效于用户id，不同的用户id产生的随机接入过程具有渐进正交的特性，为s54中检测不同用户设备提供了可区分性。
s55、基站对每个资源块进行接收解调后，获得每个资源块对应的解调信息；基站根据确定出用于表征每个资源块与该资源块上用户设备所发送的调制符号之间的对应关系的因子图(factorgraph)，基于该因子图，采用bp算法进行迭代同时完成信道估计、多用户检测和译码，以确定出每个active态的用户设备发送的数据，并在译码成功之后，向相应的用户设备反馈ack消息。
s56、用户设备接收到基站反馈的ack消息后，停止发送当前的调制符号序列。
本实施例中，在一个相干时间(即信道保持恒定的最大时间差范围)内，用户设备在第一次发送数据之前，先发送导频，以使基站对该用户设备使用的信道获取初始的估计值。在后续数据发送过程，就不需要发送导频，基站只需根据之前的信道估计值，依据步骤s54进行迭代更新信道信息即可。在缓慢衰落(或信道衰落具有相关性)的情况下，大大降低了需要发送的导频数目。
本实施例中，基站在对某个用户设备发送的数据成功译码之后，向该用户设备反馈ack消息，通知该用户设备停止当前发送的调制符号；若没有成功检测到某一用户设备，用户设备只需要继续发送调制符号，从而继承了无速率编码的码率自适应的特性，体现了逐次检测和逐次译码的效果。
本实施例中，用户设备的随机接入天然地形成一个分布式的无速率编码，基站仅需要根据一张factorgraph进行迭代译码，该迭代译码过程中同时实现了信道估计，用户检测和用户译码，以确定出每个active态的用户设备发送的数据，降低了系统的复杂度。
本实施中，步骤s55中，基站确定出的因子图的一种可选的实现方式如图6所示，基站基于图6所示的因子图进行迭代过程，并在迭代过程中同时完成 信道估计、多用户检测和译码，以确定出每个active态的用户设备发送的数据。图6所示的因子图中，vn(variablenode)为变量节点，用来表征用户传输的数据符号；ucn(userchannelnode)为用户信道节点，用来表征用户设备的状态，即用户设备是否处于active态以及用户的信道状态；cn(checknode)为校验节点，用来表征通过用户预编码引入的校验关系；ren(resourceelementnode)为资源块节点，用来表征通过用户符号在资源块上叠加引入的校验关系。基站根据图6所示的因子图，需要同时估计两种变量节点的信息，即vn和ucn的信息；因此，我们用两种连接线表示节点之间的关系：实线上传递关于信息位的软信息，虚线上传递关于信道的软信息。基站通过bp算法在图6所示的因子图上进行迭代，并在迭代过程中同时完成信道估计、用户检测和译码，从而确定出每个active态的用户设备发送的数据。其中，根据对用户设备的信道进行估计得到的估计值，可以确定出用户设备是否为active态的用户设备。
基于同一发明构思，本发明实施例四中，提供了一种用户设备，如图7所示，该用户设备包括：
接收模块71，用于接收基站配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
数据发送模块72，用于在确定需要发送数据时，重复执行如下数据发送过程：对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从需要发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并通过所述资源块向所述基站发送所选择的d个调制符号，d为大于或等于0的整数。
进一步，所述接收模块还用于：接收到所述基站反馈的确认消息；
所述数据发送模块还用于：停止向所述基站发送数据。
本发明实施例五中，提供了另一种用户设备，如图8所示，所述用户设备 包括：接收器81、发射器82、处理器83、以及存储器84。其中：
所述接收器81在所述处理器83的控制下，接收数据；
所述发射器82在所述处理器83的控制下，发送数据；
所述处理器83负责逻辑运算和处理；
所述存储器84包括内存和硬盘，可以存储处理器83在执行操作时所使用的数据和程序。
当所述用户设备运行时，所述接收器81在所述处理器83的控制下，接收基站配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
所述处理器83读取存储器84中的程序，并执行如下过程：在确定需要发送数据时，重复执行如下数据发送过程：对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从需要发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并控制所述发射器82通过所述资源块向所述基站发送所选择的d个调制符号，d为大于或等于0的整数。
进一步，所述接收器81在所述处理器83的控制下，接收到所述基站反馈的确认消息；
所述处理器83在确定所述接收器81接收到所述基站反馈的确认消息，触发所述发射器82停止向所述基站发送数据。
可选的，所述接收器81、所述发射器82、所述处理器83和所述存储器84之间通过系统总线连接并完成相互间的通信。
需要说明的是，所述处理器83可以是一个通用中央处理器(cpu)，微处理器，特定应用集成电路(application-specificintegratedcircuit，简称asic)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。所述接收器81和所述发射器82，可以使用任何收发器一类的装置，以便与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(ran)，无线局域网(wlan)等。所述存储器 84，可以是只读存储器(read-onlymemory，简称rom)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是磁盘存储器。所述存储器84保存有操作系统和执行本发明方案的程序。操作系统是用于控制其他程序运行，管理系统资源的程序。
基于同一发明构思，本发明实施例六中，提供了一种基站，如图9所示，所述基站包括：
配置模块91，用于为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
处理模块92，用于对接收到的数据进行解调后，根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，检测出活跃active态的用户设备，并分别对每个active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据，其中，active态的用户设备为实际发送了数据的用户设备。
作为一种可选的实现方式，所述处理模块92具体用于：
根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备接入每个资源块的接入度数；
根据每个用户设备接入每个资源块的接入度数，确定出网络中的每个用户设备对应的类型pattern矩阵，其中，所述pattern矩阵用于表征用户设备发送的调制符号与所使用的资源块之间的对应关系；
根据网络中的每个用户设备对应的pattern矩阵，通过能量检测算法，检测出active态的用户设备；
根据每个active态的用户设备对应的pattern矩阵，分别对每个活跃active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备所发送的数据。
作为另一种可选的实现方式，所述处理模块92具体用于：
根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，确定出每个用户设备接入每个资源块的接入度数；
根据每个用户设备接入每个资源块的接入度数，确定出用于表征每个资源块与该资源块上用户设备所发送的数据之间的对应关系的因子图；
根据所述因子图，采用置信传播bp算法，通过迭代完成每个用户设备的信道估计、active态的用户设备的检测、以及active态的用户设备发送的数据的译码，得到每个active态的用户设备发送的数据。
基于上述任一实施例，可选的，所述处理模块92还用于：
向译码成功的active态的用户设备反馈确认消息，以使所述active态的用户设备停止向所述基站发送数据。
基于上述任一实施例，可选的，所述配置模块91还用于：
在确定出设定的周期内active态的用户设备的平均数量发生变化时，重新为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和/或随机数种子。
本发明实施例七中，提供了另一种基站，如图10所示，所述基站包括：接收器101、发射器102、处理器103、以及存储器104。其中：
所述接收器101在所述处理器103的控制下，接收数据；
所述发射器102在所述处理器103的控制下，发送数据；
所述处理器103负责逻辑运算和处理；
所述存储器104包括内存和硬盘，可以存储处理器103在执行操作时所使用的数据和程序。
当所述基站运行时，所述处理器103读取存储器104中的程序，并执行如下过程：
为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，并控制所述发射器102发送配置的接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；
对所述接收器101接收到的数据进行解调后，根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，检测出active态的用户设备，并分别对每个active态的用户设备发送的数据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据，其中，active态的用户设备为实际发送了数据的用户设备。
其中，本实施例中的处理器103可用于实现图9所示的实施例中涉及的处理模块的所有功能，其具体实现过程可以参照图9所示的实施例中的相关描述，此处不再赘述。
可选的，所述接收器101、所述发射器102、所述处理器103和所述存储器104之间通过系统总线连接并完成相互间的通信。
需要说明的是，所述处理器103可以是一个通用中央处理器(cpu)，微处理器，特定应用集成电路(asic)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。所述接收器101和所述发射器102，可以使用任何收发器一类的装置，以便与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(ran)，无线局域网(wlan)等。所述存储器104，可以是只读存储器(read-onlymemory，简称rom)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是磁盘存储器。所述存储器104保存有操作系统和执行本发明方案的程序。操作系统是用于控制其他程序运行，管理系统资源的程序。
基于同一发明构思，本发明实施例八中，提供了一种通信系统，如图11所示，所述系统包括：
基站111，用于为网络中的每个用户设备配置接入度数分布函数和随机数种子，其中，所述接入度数分布函数用于表征用户设备接入每个资源块时随机选择的接入度数的概率，所述随机数种子用于生成接入度数；对接收到的数据进行解调后，根据网络中的每个用户设备的接入度数分布函数和随机数种子，检测出活跃active态的用户设备，并分别对每个active态的用户设备发送的数 据进行译码，得到每个active态的用户设备发送的数据，其中，active态的用户设备为实际发送了数据的用户设备；
用户设备112，用于接收基站配置的接入度数分布函数和随机数种子；在确定需要发送数据时，重复执行如下数据发送过程：对于每个资源块，根据所述接入度数分布函数和所述随机数种子，生成接入度数d，从需要发送数据对应的调制符号序列中随机选择d个调制符号，并通过所述资源块向所述基站发送所选择的d个调制符号，d为大于或等于0的整数。
需要说明的是，通信系统中的基站111可以为图9所示的基站，也可以为图10所示的基站；通信系统中的用户设备112可以为图7所示的用户设备，也可以为图8所示的用户设备。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！