面向废墟环境的5G通导一体化信号多用户接入关键技术研究

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自然灾难把人类生活环境变成了废墟,为了把自然灾害带来的损失降到最低,需要在灾后对被困的人员实施探测救援,这其中过程,无线通信技术起到了至关重要的作用,一方面通过无线通信技术,救援团队之间能够进行及时的沟通,另一方面,能通过无线通信技术实现通信网络与终端设备的上下行数据交换,可以获取被困人员的实际位置信息,从而给予高效的救援。但是,应用无线通信技术于废墟环境下的终端设备位置信息获取,需要克服几个信号接入方面的关键问题。第一个问题是终端设备发射的通信信号如何在保证自身被基站成功接收的情况下能够传输自身的位置信息;第二个问题是在当基站接入资源有限的情况下,通信网络如何降低多用户终端设备的接入冲突;第三个问题是在如何调整接入资源的利用率,提高通信系统整体的接入效率。针对第一个问题,本文提出了基于博弈论的5G通导一体化融合信号的功率分配及控制算法,5G通导一体化融合信号是5G通信信号与导航信号共频带传输的信号,该信号不但拥有5G抗干扰能力强,发射信号能量集中的特点,使终端设备能够在废墟环境下完成对通信网络的接入,而且拥有导航信号的定位功能,能够获取废墟环境下终端设备的位置信息。针对第二个问题,本文提出了基于博弈论的多用户接入消除算法,该算法对通信网络端有限的随机接入前导资源(Preamble)根据业务类型分组,并引入3GPP提出的接入类别限制(Access Class Barring,ACB)方法,对不同业务需求类别的终端添加限制。以此限制非业务需求类别的终端设备的接入成功率;同时,该算法以终端设备对高接入成功率的前导资源分组的需求作为博弈模型效用函数,在博弈到达纳什均衡下,降低了非业务需求类终端设备的接入成功率,达到降低接入冲突的目的。针对第三个问题,本文根据通信随机接入资源使用率创建基于哈希表的前导码等待队列表,并根据终端接入时间对终端接入进行排序,从而提高前导资源的整体使用率,降低终端接入过程中的等待时延。
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