Massive machine type communication (mMTC) has been identified as an important use case in Beyond 5G networks and future massive Internet of Things (IoT). However, for the massive multiple access in mMTC, there is a serious access preamble collision problem if the conventional 4-step random access (RA) scheme is employed. Consequently, a range of grantfree (GF) RA schemes were proposed. Nevertheless, if the number of cellular users (devices) significantly increases, both the energy and spectrum efficiency of the existing GF schemes still rapidly degrade owing to the much longer preambles required. In order to overcome this dilemma, a layered grouping strategy is proposed, where the cellular users are firstly divided into clusters based on their geographical locations, and then the users of the same cluster autonomously join in different groups by using optimum energy consumption (Opt-EC) based K-means algorithm. With this new layered cellular architecture, the RA process is divided into cluster load estimation phase and active group detection phase. Based on the state evolution theory of approximated message passing algorithm, a tight lower bound on the minimum preamble length for achieving a certain detection accuracy is derived. Benefiting from the cluster load estimation, a dynamic preamble selection (DPS) strategy is invoked in the second phase, resulting the required preambles with minimum length. As evidenced in our simulation results, this two-phase DPS aided RA strategy results in a significant performance improvement


翻译:大型机器通信(MMTC)已被确定为超越5G网络和未来大规模物联网(IoT)的一个重要用途案例。然而,对于MMTC大规模多重接入而言,如果采用常规的4步随机访问(RA)计划,使用常规的4步随机访问(RA)计划就存在严重的准入前言碰撞问题,因此,提出了一系列无赠款(GF)RA计划;然而,如果移动电话用户(装置)的数量大幅增加,现有的GF计划的能源和频谱效率仍然迅速下降,因为所需的序言要长得多。为了克服这一两难困境,提出了分层组合战略,即移动电话用户首先按其地理位置分成组群,然后同一组群的用户通过使用基于K手段的最佳能源消费(Opt-EC)计算法自动加入不同组群集用户。随着这种新的分层蜂窝结构,RA进程被分为集束负荷估计阶段和积极的群体探测阶段。根据国家演进算法的演进理论,对于实现某种最低序言长度的分层战略的紧紧紧,即移动电话用户首先按其地理位置分成组群集选择战略的精度,从而得出了一种动态阶段的进度。

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