CN103648179B - 基于ow通信的mtc接入碰撞检测装置、***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置、***及方法，所述检测装置的用户侧FSO发射设备和用户侧FSO接收设备安装在MTC设备上与MTC设备共同构成MTC终端；OW‑RF接入点侧根据MTC终端发出的低速率竞争接入信号进行碰撞检测并发出应答信号；未发生碰撞时广播允许接入消息并分配数据时隙，将MTC设备发出高速率传输数据发送到RF蜂窝网络；发生碰撞时广播碰撞消息，指导MTC终端选择退避窗口。检测***主要包括***时隙设置模块，碰撞检测模块。本发明将MTC终端在光域的竞争接入到OW‑RF接入点侧，有效降低了MTC终端能耗，缓解了无线蜂窝网的接入碰撞，并指导MTC用户合理选择退避窗口。

Description

基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置、***及方法

技术领域

本发明属于机器类通信技术领域，涉及一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置、***及方法。

背景技术

广域无线移动网络以射频（RF-radio frequency）通信技术为基础，通过广播形式发送/接收消息，具有带宽不足、保密性差、干扰大及误码率高等限制。无线光技术(OW-Optical Wireless)倍受关注，下一代宽带无线网络将是自由空间无线光网络。点对多点OW通信技术的研究刚刚起步。OW技术具有支持高数据速率、低功率消耗、频谱自由、可用频带宽等显著技术优势，同时LED光源呈现价格低廉等优势。机器类通信（MTC-Machine typecommunication）涵盖所有增强机器设备通信和网络能力的技术，目标是使机器具备联网和通信能力。3GPP预测了7类、35种MTC业务，具有终端数量巨大、能量受限、业务单一、业务速率确定等特点。MTC通信特点和OW技术特色吻合，MTC光域组网成为引人向往的新研究领域。

物联网发展迅猛，M2M终端数量将数十倍于H2H终端数量。海量MTC终端给移动网络带来的负面影响不在于流量负荷的增大，而在于接入碰撞的剧增，突发性竞争接入将不可避免的导致接入碰撞概率的大幅度增加，QoS的突发性下降。近两年，已有学者研究LTE网络降低MTC引发的碰撞概率的方法，该方法忽略了光域通信的自然属性，未见把光学理论引入随机接入，当MTC终端数量较大时，会导致LTE网络负载增大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种将MTC竞争接入限制在OW域，能够有效缓解无线蜂窝网的接入碰撞，减小LTE网络负载的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置和检测***。

为了解决上述技术问题，本发明的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置包括用户侧FSO发射设备，用户侧FSO接收设备，OW-RF接入点侧；所述用户侧FSO发射设备和用户侧FSO接收设备安装在MTC设备上与MTC设备共同构成MTC终端；OW-RF接入点侧包括两部分：光接入***和RF域接入设备；其中光接入***包括分光镜、成像子***和控制处理子***；控制处理子***包括接入点侧FSO发射设备、光电转换器、解调器和控制处理中心；RF域接入设备包括有存储器、射频发送装置和射频接收装置；成像子***位于分光镜的一个分光光路上，光电转换器位于分光镜的另一个光路上；成像子***的图像传感器与控制处理中心连接；光电转换器与解调器连接，解调器与控制处理中心及射频发送装置连接；控制处理中心分别与接入点侧FSO发射设备、射频接收装置连接。

当MTC设备有数据需要发送时，首先发出低速率的竞争接入信号；用户侧FSO发射设备将携带该竞争接入信号的光信号发送到大气信道。进入光接入***的光信号经分光镜分成两束，其中一束作为碰撞检测信号入射到成像子***并成像于图像传感器上；图像传感器将图像信息送入控制处理中心，由控制处理中心进行分析检测并根据检测结果发出应答信号；然后由接入点侧FSO发射设备将携带应答信号的光信号发送到大气信道。用户侧FSO接收设备接收光信号并将应答信号送到MTC设备。未发生碰撞时，控制处理中心广播允许接入消息（允许接入应答信号）并关闭成像子***，MTC设备发出高速率传输数据，用户侧FSO发射设备将携带高速率传输数据光信号发射到大气信道。进入光接入***的光信号经分光镜分为两束，其中一束入射到光电转换器，光电转换器将接收的携带高速率传输数据的光信号转换为电信号，该电信号由解调器将还原；然后在控制处理中心的操控下高速率传输数据通过射频发送装置发送到RF蜂窝网络。发生碰撞时，控制处理中心发出广播碰撞消息（不允许接入应答信号），指导MTC终端选择退避窗口。RF蜂窝网络传输的数据通过射频接收装置进入控制处理中心，再通过接入点侧FSO发射设备、用户侧FSO接收设备传送至MTC设备。

本发明提出了MTC接入的另一种途径，即OW-RF跨域接入。MTC终端在光域竞争接入到OW-RF接入点，接入点再把业务接入到RF蜂窝网络。这种通信方式的最大优势在于：(1)OW通信方式有效降低了MTC终端能耗，而能耗是MTC发展的瓶颈性问题；(2)MTC可以独立组网，比直接接入蜂窝网方式更加灵活，物联网可以相对独立发展；(3)把MTC竞争接入限制在OW域，有效缓解了无线蜂窝网的接入碰撞；本发明通过碰撞检测可以指导OW-RF接入点合理应答MTC终端的接入请求并指导MTC用户合理选择退避窗口。

所述光接入***还包括波前校正器；波前校正器位于分光镜的入射光路上。

所述控制处理子***还包括前置放大器；光电转换器通过前置放大器与解调器连接，解调器通过存储器与控制处理中心和射频发送装置连接。

光电转换器转换的电信号经前置放大器放大后送入解调器还原，还原后的信号缓存于存储器中，然后在控制处理中心的操控下高速率传输数据通过射频发送装置发送到RF蜂窝网络。

所述控制处理中心包括处理器和控制器；成像子***的图像传感器通过处理器与控制器连接，控制器分别与光电转换器、射频发送装置、射频接收装置和接入点侧FSO发射设备连接。

处理器用于根据图像传感器采集的图像信息进行碰撞检测；控制器是光接入***的控制中心，其功能有控制消息的广播、成像子***的开关以及光电转换器的工作时间。同时控制器也作为OW-RF接入点侧向RF蜂窝网络通信的控制中心。

所述各MTC终端还包括信道检测装置、功率调整装置；信道检测装置与功率调整装置连接于用户侧FSO接收设备与用户侧FSO发射设备之间。

信道检测装置检测OW-RF接入点侧传输的信道探测消息CSI的强度并将检测结果送入功率调整装置，功率调整装置根据检测结果调整信号功率，使发射到OW-RF接入点侧的信号功率均为固定值P₀。

为了解决上述技术问题，本发明的基于OW通信的MTC接入碰撞检测***可以采用下述两种技术方案。

技术方案一：

基于OW通信的MTC接入碰撞检测***包括：

图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；

***时隙设置模块：设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；

碰撞检测模块：在控制时隙的竞争时间τ内，接收成像子***图像传感器的竞争接入信号图像信息，识别光斑个数；如果只有一个光斑则判断接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；如果有多个光斑则判断发生碰撞并广播碰撞消息。

上述***存在一定的弊端，当图像传感器上有一个光斑时，该光斑可能仅包括一个MTC像点，也可能包括多个MTC像点，因此易产生误判。采用技术方案二可克服上述缺点。

技术方案二：

基于OW通信的MTC接入碰撞检测***包括：

图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；

***时隙设置模块：设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；

信道探测模块：在信道探测时隙T_S内向MTC终端广播信道探测消息CSI，其发射功率为固定值P₀；

碰撞检测模块：在控制时隙T_c的竞争时间τ内，接收成像子***图像传感器的竞争接入信号图像信息，并根据该图像信息判断是否发生碰撞；如果未发生碰撞则判断接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；如果发生碰撞则广播碰撞消息。

为清楚起见，这里首先给出几个定义。

光点：当MTC终端发送的竞争接入信号为前导码，即一串“0”“1”序列时，信息为“1”的码片在图像传感器上所成的像。

MTC像点：每个MTC终端发送的竞争接入信号在图像传感器上所成的像。当MTC终端发送的竞争接入信号为前导码时，每个MTC像点包含多个光点。

光斑：多个MTC终端发送竞争接入信号时在图像传感器上所成的像。一个光斑中可能包含一个MTC像点，也可能包含多个MTC像点。

上述碰撞检测模块可以首先根据竞争接入信号图像信息识别光斑个数n；如果n>1，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；如果n=1，则计算图像传感器上光斑的总能量E；若E>E₀则判定多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；否则光斑仅包含一个MTC像点，判定接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备；其中E₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的能量。

所述碰撞检测模块还可以首先根据竞争接入信号图像信息识别光斑个数n；如果n>1，则判定多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；如果n=1，则计算相邻光斑之间的距离大小δ，如果δ>D或者δ=D，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息，如果δ<D，则计算此时光斑的光强I；若I>I₀，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；否则判定光斑仅包括一个MTC像点，接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备；其中D为相邻光斑中较小光斑的直径；I₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的光强。

碰撞检测模块采用上述两种方式进行碰撞检测，能够准确判定是否有多个MTC像点发生碰撞，但是不能估计碰撞强度，即发生碰撞的MTC终端数目。MTC终端无法根据碰撞情况选择合适的退避窗口大小，接入碰撞概率增加，接入效率降低。

所述碰撞检测模块还可以首先计算图像传感器上所有光斑的总能量E，利用公式E＝mE₀计算E相对于E₀的倍数m，其中E₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的能量；如果m=1，则判定图像传感器上仅有一个MTC像点，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备；如果m>1，则判定有m个MTC像点发生碰撞并广播碰撞强度消息。

碰撞检测模块将碰撞强度消息广播出去后，MTC终端可以根据收到的碰撞强度消息选择相应的退避机制，从而减少了下一竞争接入过程中的碰撞。

所述碰撞检测模块还可以在控制时隙的竞争时间τ内，接收作为MTC终端竞争接入信号的前导码图像信息，记录每个码片周期图像传感器上光点个数和位置信息，并计算每个光斑中光点的个数；对比分析所***片周期的图像，解码识别MTC终端的前导码信息，依据解码成功的终端数目给每个解码成功的MTC终端分配允许数据传输的时隙，并广播消息告知MTC终端；对于解码失败的MTC终端，广播解码失败的MTC终端数目信息；所述前导码是每个MTC终端的唯一终端标识，该前导码为一串“0”“1”序列，每个前导码序列包括N个码片，码片周期为竞争时间τ的1/N，每个码片包括的信息是“0”或“1”；“0”代表没有光信号，“1”代表有光信号；码速率v等于图像传感器的帧频f，即v=f。

一种利用上述基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置实现碰撞检测的方法，可以采用下述两种技术方案。

技术方案一：

基于OW通信的MTC接入碰撞检测方法包括下述步骤：

步骤一

在MTC终端，当MTC设备准备发送数据时，首先在控制时隙的竞争时间τ内发出低速率竞争接入信号，然后由用户侧FSO发射设备将携带该竞争接入信号的光信号发送到大气信道；

步骤二

在OW-RF接入点侧，分光镜将入射的光信号分成两束，其中一束作为碰撞检测信号入射到成像子***；

步骤三

控制处理中心设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；在控制时隙T_c的竞争时间τ内，控制处理中心对成像子***图像传感器采集的图像信息进行分析检测，识别光斑个数；如果只有一个光斑则判断接入成功，由控制处理中心分配相应数据时隙并广播允许接入消息；如果有多个光斑则判断发生碰撞，由控制处理中心广播碰撞消息；

步骤四

接入点侧FSO发射设备将携带允许接入消息或碰撞消息的光信号发送到大气信道；用户侧FSO接收设备接收该光信号并将允许接入消息或碰撞消息送到MTC设备；

步骤五

MTC设备接到允许接入消息后在相应数据时隙T_d内发出高速率传输数据，用户侧FSO发射设备将携带该数据的光信号发送到大气信道；

步骤六

携带高速率传输数据的光信号进入光接入***后经分光镜分为两束，其中一束入射到光电转换器，光电转换器在控制处理中心的操控下接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络。

然而上述方法存在一定的弊端，当图像传感器上有一个光斑时，该光斑可能仅包括一个MTC像点，也可能包括多个MTC像点，因此易产生误判。

技术方案二：

基于OW通信的MTC接入碰撞检测方法包括下述步骤：

步骤一：

设信道探测周期为T，T等于信道探测时隙T_S加上多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；接入点侧的控制处理中心每隔周期T广播信道探测消息CSI，接入点侧FSO发射设备将携带该消息的光信号发送到各MTC终端，MTC终端根据CSI计算路径损耗，进而调整发射功率，使到达光接入***的信号功率等于P₀；

步骤二

在MTC终端，当MTC设备准备发送数据时，首先在控制时隙的竞争时间τ内发出低速率竞争接入信号，然后由用户侧FSO发射设备将携带该竞争接入信号的光信号发送到大气信道；

步骤三

在OW-RF接入点侧，分光镜将入射的光信号分成两束，其中一束作为碰撞检测信号入射到成像子***；

步骤四

控制处理中心设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；在控制时隙T_c的竞争时间τ内，控制处理中心对成像子***图像传感器采集的图像信息进行碰撞检测，如果未发生碰撞则由控制处理中心分配相应数据时隙并广播允许接入消息；如果发生碰撞则由控制处理中心广播碰撞消息；

步骤五

接入点侧FSO发射设备将携带允许接入消息或碰撞消息的光信号发送到大气信道；用户侧FSO接收设备接收该光信号并将允许接入消息或碰撞消息送到MTC设备；

步骤六

MTC设备接到允许接入消息后在相应数据时隙T_d内发出高速率传输数据，用户侧FSO发射设备将携带该数据的光信号发送到大气信道；

步骤七

携带高速率传输数据的光信号进入光接入***后经分光镜分为两束，其中一束入射到光电转换器，光电转换器在控制处理中心的操控下接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络。

所述步骤四中控制处理中心根据成像信息进行碰撞检测的步骤如下：

1).计算图像上光斑的个数n，并作出判断：如果n>1，则此时图像包括多个MTC像点信息，判断发生碰撞并广播碰撞消息；如果n=1，则计算成像子***图像传感器上光斑的总能量E；

2).若E>E₀，则此光斑包括多个MTC像点，判断此时发生碰撞并广播碰撞消息；否则此光斑仅包括一个MTC像点，判定未发生碰撞并广播消息允许接入；其中E₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的能量。

当MTC传感器尺寸较小，且距离节点的距离较远，即MTC发射光源相对于成像子***可以近似成点光源，在这种情况下步骤四中控制处理中心根据成像信息进行碰撞检测的步骤如下：

1).计算图像上的光斑个数n，并作出判断：如果n>1，则此时图像包括多个MTC像点信息，判断发生碰撞并广播碰撞消息；如果n=1，则计算相邻光斑之间的距离大小δ；

2).如果δ>D或者δ=D，则此光斑包括多个MTC像点，判断此时发生碰撞并广播碰撞消息；如果δ<D，则计算此光斑的光强I，若I>I₀，则此光斑包括多个MTC像点，判断此时发生碰撞并广播碰撞消息；否则此光斑仅包括一个MTC像点，判断未发生碰撞并广播消息允许接入；其中D为相邻光斑中较小光斑的直径，I₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的光强。

所述步骤四中控制处理中心根据成像信息进行碰撞检测的步骤还可以如下：

1).计算图像上所有光斑的总能量E，利用公式E＝mE₀计算E相对于E₀的倍数m，其中E₀为一个MTC终端在图像传感器上的像点的能量；

2）.如果m=1，则图像传感器上仅有一个MTC像点，此时判断未发生碰撞并广播允许接入消息；如果m>1，则判定有m个MTC终端同时竞争接入，即有m个终端发生碰撞，广播碰撞强度信息。

控制处理中心采用上述方法将碰撞强度消息广播出去后，MTC终端可以根据收到的碰撞强度消息，选择相应的退避机制，从而减少了下一竞争接入过程中的碰撞。

所述步骤二中MTC终端在竞争时隙内发送的竞争接入信号是作为唯一终端标识的接入前导码，该前导码为一串“0”“1”序列，每个前导码序列包括N个码片，码片周期为竞争时间τ的1/N，每个码片包括的信息是“0”或“1”；“0”代表没有光信号，“1”代表有光信号；码速率v（单位时间内发送的码片数）等于CCD帧频f，即v=f；

所述步骤四中控制处理中心根据成像信息进行碰撞检测的步骤还可以如下：

1）在控制时隙的竞争时间τ内，接收作为MTC终端竞争接入信号的前导码图像信息；

2）记录每个码片周期图像传感器上光点个数和位置信息，并计算每个光斑中光点的个数；对比分析所***片周期的图像，解码识别MTC终端的前导码信息，依据解码成功的终端数目给每个解码成功的MTC终端分配允许数据传输的时隙，并广播消息告知MTC终端；对于解码失败的MTC终端，广播解码失败的MTC终端数目信息。

随着物联网技术的发展，MTC数量剧增，突发性竞争接入会导致接入碰撞概率大幅度增加，即使通过检测碰撞强度减小了碰撞概率，但是碰撞概率仍就较大。针对此问题，本发明设计了基于竞争接入前导码的MTC接入碰撞检测***。此***能通过识别带有终端标识的竞争接入前导码来识别请求接入的MTC终端，并分配相应时隙分别传输数据，从而减少了终端的竞争接入次数，大大提高了接入效率，增大了***的吞吐量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置结构框图。

图2是MTC终端原理框图。

图3是OW-RF接入点侧原理框图。

图4是***时隙结构示意图。

图5是本发明的碰撞检测***的工作流程图。

图6是本发明实施例1的基于能量阈值检测的碰撞检测方法流程图。

图7是图像传感器上光斑的光强分布示意图。

图8是光斑直径定义示意图。

图9是光斑发生重叠示意图。

图10是MTC像点识别原理图。

图11是本发明实施例2的基于光斑直径检测的碰撞检测方法流程图。

图12是本发明实施例3的基于能量阈值检测的碰撞强度估计方法流程图。

图13是基于竞争接入前导码的***时隙结构示意图。

图14是本发明实施例4的基于竞争接入前导码的碰撞检测方法流程图。

具体实施方式

如图1、2所示，用户侧共包括n个MTC终端：MTC1、MTC2、......MTCn。各MTC终端由MTC设备和安装在其上的用户侧FSO发射设备，用户侧FSO接收设备、信道检测装置、功率调整装置构成。本发明的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置包括用户侧FSO发射设备，用户侧FSO接收设备、信道检测装置、功率调整装置、OW-RF接入点侧。其中用户侧FSO发射设备和用户侧FSO接收设备采用OW技术中现有的FSO发射设备和FSO接收设备，如图2所示，用户侧FSO发射设备包括调制器、驱动电路、光源器件、光发射***、温度控制器；用户侧FSO接收设备包括光接收***、光检测器、前置放大器、解调器。信道检测装置、功率调整装置连接于光接收***与驱动电路之间。所述OW-RF接入点侧包括两部分：光接入***和RF域接入设备；其中光接入***包括波前校正器、分光镜1、成像子***和控制处理子***；波前校正器位于分光镜1的入射光路上；成像子***位于分光镜1的一个分光光路上，可以采用现有技术中多种成像***，例如图1中示出的由汇聚镜2、滤波器和图像传感器3组成的成像***，其中图像传感器可以是CCD传感器，也可以是CMOS传感器。控制处理子***包括接入点侧FSO发射设备、光电转换器、前置放大器，解调器，控制处理中心，光电转换器位于分光镜1的另一分光光路上；光电转换器与分光镜1之间也可以加入滤波器。如图3所示，控制处理中心包括处理器和控制器，本发明中的碰撞检测***通过编程于处理器和控制器中的软件实现碰撞检测和消息的广播。其中接入点侧FSO发射设备采用OW技术中现有的FSO发射设备。RF域接入设备包括存储器、射频接收装置和射频发送装置。

如图4所示，设信道探测周期为T，T等于信道探测时隙T_S加上多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d。τ为竞争时隙。

基于OW通信的MTC接入碰撞检测***包括：

图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；

***时隙设置模块：设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；

碰撞检测模块：在控制时隙的竞争时间τ内，接收成像子***图像传感器的竞争接入信号图像信息，识别光斑个数；如果只有一个光斑则判断接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；如果有多个光斑则判断发生碰撞并广播碰撞消息。

上述***仅根据光斑个数判断是否发生碰撞，各MTC终端发射到达光接入***的信号功率可以相等也可以不等，因而各MTC终端可以根据CSI计算路径损耗进而调整发射功率，使到达光接入***的信号功率等于P₀，也可以不根据CSI计算路径损耗进而调整发射功率。

上述***存在一定的弊端，当图像传感器上有一个光斑时，该光斑可能仅包括一个MTC像点，也可能包括多个MTC像点，因此易产生误判。

如图5所示，本发明的碰撞检测***的工作流程如下：

控制处理子***每隔一个信道探测周期T在信道探测时隙T_S内向每个MTC终端发送信道探测包，信道探测包包括信道探测消息CSI，发射功率为P₀；各MTC终端根据CSI计算路径损耗，进而调整发射功率，使到达光接入***的信号功率等于P₀。

当MTC终端有数据要发送时，首先在竞争时隙τ内发送竞争接入信号，竞争接入信号经波前校正、分光镜分光、汇聚镜（可以采用高斯透镜）和滤波器去噪后，成像在成像子***的图像传感器上，由图像传感器将图像信息输出给控制处理子***。

控制处理子***对图像传感器输出的图像信息进行分析，识别光斑个数。如果只有一个光斑则接入成功，控制处理子***分配相应数据时隙，关闭成像子***并广播允许接入消息；如果有多个光斑则发生碰撞，并广播碰撞消息。

如果MTC终端接入成功，则在数据时隙T_d内发送高速率的数据包；如果发生碰撞，则MTC终端根据碰撞消息选择相应的退避窗口退避。

进入下一竞争接入周期。

实施例1

基于能量阈值检测的MTC接入碰撞检测***，是在竞争时隙τ内将每个MTC像点在图像传感器上积累的能量作为阈值，如果光斑的能量大于这个阈值则判断发生碰撞，否则判断接入成功。

OW域通信以光束作为信息传输载体，在自由空间中实现点到多点的信息传输。光载波覆盖角度小，载波监听失效，大量隐藏终端使竞争接入过程的碰撞概率急剧增加。有效的碰撞检测算法可以指导OW-RF接入点合理应答MTC终端的接入请求；有效的碰撞强度估计算法可以有效指导MTC终端随机接入，减小碰撞概率。光信道时空特性复杂，其对雨、雪、风都敏感，粒子效应强。

I(x,y)为一个MTCDevice发出的接入光信号的光强，即为功率密度，其空间频谱变换为I(f_x,f_y)，分光镜的分光比为κ，则在空间频率域内成像***检测到的信号光强I_o(f_x,f_y)的表达为：

$I_o(f_x,f_y)=\mathrm{\&kappa;I}(f_x,f_y)H_{\mathrm{ao}}(C_n^2,L)H_{\mathrm{opt}}(f_x,f_x,D_s,f)H_{\mathrm{ccd}}(f_x,f_x,I_d,n_s)---\left(1\right)$

其中H_ao为大气衰减传递函数，H_opt和H_ccd分别为光学成像***的光传递函数OTF及CCD检测阵列的响应函数。为大气折射率，L为传播距离，D_S为接收透镜有效孔径直径，f为接收透镜焦距，I_d为CCD暗电流，n_s为CCD粒子效应。由于与信道条件变化时间相比T值很小，因此在时间T内信道条件的变化可以忽略，即可以认为H_ao，H_opt在时间T内不变。在控制周期的竞争时隙τ内，成像子***对入射到CCD光屏上的接入信号光强积分，得到输出信号的能量为：

$E_0={\&Integral;}_0^{\mathrm{\&tau;}}\underset{D_{\mathrm{xy}}}{\&Integral;\&Integral;}{I}_o(f_x,f_y)\mathrm{dxdydt}---\left(2\right)$

信道探测主要有两个方面作用，一是获得大气衰减传递函数H_ao，二是使接入点的接收功率均衡。在信道探测时隙T_S内，接入点广播信道探测消息CSI，其光信号的发射功率为固定值P₀，MTC终端通过计算探测信号的衰减度来调整发生功率，从而保证成像子***接收到的功率相等。假设此时接入信号的衰减度为ΔP，则为了保证成像***接收到的每个MTC终端的功率相等，需要调整发射功率为：

当竞争接入周期内，多个MTC设备同时请求接入，会发生碰撞，此时对图像传感器上接收到的所有光斑积分，其功率密度为I'(f_x,f_y)，得到成像***输出的总能量为：

$E={\&Integral;}_0^{\mathrm{\&tau;}}\underset{D_{\mathrm{uv}}}{\&Integral;\&Integral;}{I}^{\&prime;}(f_x,f_y)\mathrm{dxdydt}---\left(4\right)$

控制处理子***将E与E₀进行比较，如果E明显大于E₀，则判断发生碰撞，MTC设备退避；如果E等于E₀，则竞争接入成功。

基于能量阈值检测的MTC接入碰撞检测***包括：

图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；

***时隙设置模块：设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；

信道探测模块：在信道探测时隙T_S内向MTC终端广播信道探测消息CSI，其发射功率为固定值P₀；

碰撞检测模块：首先根据竞争接入信号图像信息识别光斑个数n；如果n>1，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；如果n=1，则计算图像传感器上光斑的总能量E；若E>E₀则判定多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；否则光斑仅包含一个MTC像点，判定接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；其中E₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的能量。E₀的大小由***事先调节好，其最小值由图像传感器的性能决定。

如图6所示，具体检测方法如下：

1.当MTC终端发起随机接入时，光接入***的波前校正器先对接入光信号进行波前校正，然后光信号经分光镜分光送入成像子***。

2.进入成像子***的接入光信号成像于图像CCD传感器上，由CCD传感器输出图像信息到控制处理子***。

3.控制处理中心计算图像上的光斑个数n，并作出判断：如果n>1，则此时图像包括多个MTC像点信息，即多个MTC终端同时竞争接入，判断发生碰撞，并广播碰撞消息。如果n=1，则计算CCD传感器上所有光斑的总能量E。

4.若E>E₀(E₀为一个MTC终端发射的光束到达CCD传感器上的能量)，则此光斑包括多个MTC像点，判断此时发生碰撞，并广播碰撞消息；否则此光斑仅包括一个MTC像点，即此时接入成功，并广播消息允许接入。E₀的大小由***事先调节好，其最小值由图像传感器的性能决定。

实施例2

基于CCD成像***光斑直径检测的MTC接入碰撞检测***。

应用此***需要调整发射机光强，使每个MTC设备发出的光束到达CCD传感器上的光强I₀相等。如果CCD传感器上的相邻MTC像点之间的中心距离不小于像点直径，则能分辨出为多个像点；如果相邻像点间距离小于像点直径，则需要检测光斑的光强，若光强大于I₀则判断发生碰撞，否则判断接入成功。

MTC像点的直径大小与发射机孔径、距离接收机的远近密切相关。同一接入点范围内MTC终端所处位置不同，且不同MTC终端的发光孔径的大小可能不同、与接收机距离不同，则在CCD图像采集中，MTC终端成像的大小特性不同。MTC终端发射的竞争接入光信号，通过大气信道后经汇聚镜成为高斯光束，并成像在CCD传感器上。CCD传感器将光信号转换为电信号，经A/D量化后输入控制处理子***，得到数字图像。基于成像理论，所得到的数字光斑图像就是MTC终端发射到达CCD传感器的光强度分布（如图7所示），并且服从高斯分布。

在计算光斑直径时，以最高值的1/e为边界值。图8是光斑直径定义示意图，其中h_G表示像点最大灰度值与背景灰度级水平的差值，D_p为单个MTC终端发光时成像的光斑直径。

多个MTC终端发送竞争接入信号，在CCD传感器上呈现为多个高斯分布的亮点。但是不同MTC终端之间可能距离很近，甚至贴在一起，且由于雾、雨、雪等极端信道条件的影响，因此会导致两个甚至多个MTC终端的像点发生弥散和重叠等情况，造成***无法识别像点个数，如图9所示。

信道条件可以在信道周期内测得，MTC终端调整发射功率，使每个MTC终端发射的光束到达成像***的光强都等于I₀。由于光斑的光强分布呈现的是高斯分布，δ表示相邻两个光斑最高点的距离，D为相邻两个光斑中较小的直径，若δ>D则能分辨出为多个像点，若δ=D则恰能分辨出多个像点，若δ<D则不能分辨出多个像点。当分辨不出像点个数时，计算此像点的光强大小I，如果I>I₀，则为多个像点，判断发生碰撞；如果I=I₀，则为一个像点，判断接入成功。图10所示为MTC像点识别原理图。

基于CCD成像***光斑直径检测的MTC接入碰撞检测***包括：

图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；

***时隙设置模块：设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；

信道探测模块：在信道探测时隙T_S内向MTC终端广播信道探测消息CSI，其发射功率为固定值P₀；

碰撞检测模块：首先根据竞争接入信号图像信息识别光斑个数n；如果n>1，则判定多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；如果n=1，则计算相邻光斑之间的距离大小δ，如果δ>D或者δ=D，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息，如果δ<D，则计算此时光斑的光强I；若I>I₀，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；否则判定光斑仅包括一个MTC像点，接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；其中D为相邻光斑中较小光斑的直径；I₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的光强。I₀的大小由***事先调节好，其最小值由图像传感器的性能决定。

如图11所示，基于CCD成像***光斑直径检测的MTC接入碰撞检测方法具体如下：

1.当MTC终端发起随机接入时，光接入***先对接入光信号进行波前校正，然后经分光镜分光并送入成像子***。

2.成像子***对入射到CCD传感器上的光信号成像，并输出图像信息到控制处理子***。

3.计算图像上的光斑个数n，并作出判断：如果n>1，则此时图像包括多个MTC像点信息，即多个MTC同时竞争接入，判断发生碰撞，并广播碰撞消息。如果n=1，则计算相邻光斑之间的距离大小δ。

4.如果δ>D或者δ=D（D为相邻光斑中较小光斑的直径），则此光斑包括多个MTC像点，判断此时发生碰撞，并广播碰撞消息。如果δ<D，则计算此光斑的光强I，若I>I₀，则此光斑包括多个像点，***判断此时发生碰撞并广播碰撞消息；否则此光斑仅包括一个MTC像点，接入成功并广播消息允许接入。

实施例3

本发明又设计了基于能量阈值的碰撞检测及强度估计***，***的关键是准确判断像点个数，从而指导MTC终端选择合适的退避窗口，减少碰撞概率。

成像子***的电子快门控制每次成像的曝光时间，进而控制每束入射光信号在CCD传感器上的电荷积累时间。通过信道估计和发射端功率调整，使每个MTC终端到达传感器的平均能量相同，即利用公式（2）积分后的能量值E₀相等。当发生碰撞时，CCD传感器上会显示多个成像点数，利用公式（4）对传感器光屏上所有像点的光强积分得到总能量E，若E=mE₀，则光屏上共有m个像点。接入点将碰撞强度消息广播出去，MTC终端根据收到的碰撞强度消息，选择相应的退避机制，从而减少了下一竞争接入过程中的碰撞。

基于能量阈值的碰撞检测及强度估计***包括：

图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；

***时隙设置模块：设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；

信道探测模块：在信道探测时隙T_S内向MTC终端广播信道探测消息CSI，其发射功率为固定值P₀；

碰撞检测模块：计算图像传感器上所有光斑的总能量E，利用公式E＝mE₀计算E相对于E₀的倍数m，其中E₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的能量；如果m=1，则判定图像传感器上仅有一个MTC像点，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；如果m>1，则判定有m个MTC像点发生碰撞并广播碰撞强度消息。

碰撞检测模块将碰撞强度消息广播出去后，MTC终端可以根据收到的碰撞强度消息选择相应的退避机制，从而减少了下一竞争接入过程中的碰撞。

如图12所示，基于能量阈值的碰撞检测及强度估计方法具体如下：

1.当MTC终端发起随机接入时，光接入***先对接入光信号进行波前校正，然后经分光镜分光并送入成像子***。

2.成像子***对入射到CCD传感器光屏上的光信号成像，并输出图像信息到控制处理子***。

3.计算CCD传感器光屏上所有光斑的总能量E，利用公式E＝mE₀计算E相对于E₀的倍数m，其中E₀为一个MTC终端在CCD传感器光屏上的像点的功率。

4.如果m=1，则CCD传感器光屏上仅有一个MTC像点，此时接入成功，并广播消息允许接入。如果m>1，则有m个MTC终端同时竞争接入，即有m个终端发生碰撞，并广播碰撞强度信息。

5.接入点将碰撞强度消息广播出去后，MTC终端根据收到的碰撞强度消息，选择相应的退避机制，从而减少了下一竞争接入过程中的碰撞。

实施例4

随着物联网技术的发展，MTC数量剧增，突发性竞争接入会导致接入碰撞概率大幅度增加，即使通过检测碰撞强度减小了碰撞概率，但是碰撞概率仍就较大。针对此问题，本发明设计了一种基于竞争接入前导码的MTC接入碰撞检测***。此***能通过识别带有终端标识的竞争接入前导码来识别请求接入的MTC终端，并分配相应时隙分别传输数据，从而减少了终端的竞争接入次数，大大提高了接入效率，增大了***的吞吐量。

此算法要求接入前导码码型、竞争周期及CCD传感器帧频匹配。为了识别终端类型，考虑接入信号为携带终端标识的接入前导码。当MTC需要请求接入时，每个MTC终端发送一串竞争接入前导码序列，即为一串“0”“1”序列，每个前导码序列包括N个码片，码片周期为时隙τ的1/N，每个码片包括的信息是“0”或“1”，当码片是“1”时，CCD传感器上所成的像为一个小光点，当码片是“0”时，CCD传感器没有光点成像。在竞争时隙内，每个MTC终端发送的一串竞争接入前导码序列在CCD传感器光屏上所成的像为多个光点组成的像点。当多个MTC终端发起竞争接入光信号时，CCD传感器光屏上所成的像可能是包含一个MTC像点的光斑，也可能是包含多个MTC像点的光斑。前导码需满足正交性，并且经调制后保证信号功率均衡，使像点能量相近，便于图像分辨。本算法要求接入前导码的码速率v与时隙τ、CCD帧频f相匹配，码速率v等于CCD帧频f，即v=f。成像子***在每个码片周期内对每个码片信号成像，并将成像信息输出到控制处理中心，控制处理中心通过对N个码片周期的CCD图像分析，来解码参与竞争接入的每个MTC终端的前导码序列，进而通过识别竞争接入前导码来识别不同MTC终端。解码成功后，控制处理中心对每个解码成功的MTC终端分配相应时隙分别传输数据，并广播消息告知用户；若有不能解码的MTC终端，则利用碰撞强度估计算法计算出解码失败的MTC终端数目，并广播消息指导MTC终端选择相应的退避窗口。如图13所示为此算法的时隙结构示意图。

基于竞争接入前导码的MTC接入碰撞检测***包括：

图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；

***时隙设置模块：设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；

信道探测模块：在信道探测时隙T_S内向MTC终端广播信道探测消息CSI，其发射功率为固定值P₀；

碰撞检测模块：在控制时隙的竞争时间τ内，接收作为MTC终端竞争接入信号的前导码图像信息，记录每个码片周期图像传感器上光点个数和位置信息，并计算每个光斑中光点的个数；对比分析所***片周期的图像，解码识别MTC终端的前导码信息，依据解码成功的终端数目给每个解码成功的MTC终端分配允许数据传输的时隙，并广播消息告知MTC终端；对于解码失败的MTC终端，广播解码失败的MTC终端数目信息；所述前导码是每个MTC终端的唯一终端标识，该前导码为一串“0”“1”序列，每个前导码序列包括N个码片，码片周期为竞争时间τ的1/N，每个码片包括的信息是“0”或“1”；“0”代表没有光信号，“1”代表有光信号；码速率v等于图像传感器的帧频f，即v=f。

如图14所示，基于竞争接入前导码的碰撞检测方法具体如下：

1.当MTC终端发起随机接入时，发送带有唯一终端标识的接入前导码作为竞争接入信号，光接入***先对接入光信号进行波前校正，然后经分光镜分光并送入成像子***。

2.在每个码片周期内，成像子***对入射到CCD传感器光屏上的光信号成像，并输出图像信息到控制处理子***。

3.记录每个码片周期的光点个数和位置信息，并计算每个光斑包括的光点个数（光点即为“1”的码片所成的像）。

4.对比分析所***片周期的图像信息，解码识别每个MTC终端的前导码信息。对于解码成功的MTC终端，依据解码成功的终端数目给每个MTC终端分配允许数据传输的时隙，并广播消息告知MTC终端；对于解码失败的MTC终端，广播解码失败的MTC终端数目信息。

Claims (10)

1.一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置，其特征在于包括用户侧FSO发射设备，用户侧FSO接收设备，OW-RF接入点侧；所述用户侧FSO发射设备和用户侧FSO接收设备安装在MTC设备上与MTC设备共同构成MTC终端；OW-RF接入点侧包括两部分：光接入***和RF域接入设备；其中光接入***包括分光镜、成像子***和控制处理子***；控制处理子***包括接入点侧FSO发射设备、光电转换器、解调器和控制处理中心；RF域接入设备包括有存储器、射频发送装置和射频接收装置；成像子***位于分光镜的一个分光光路上，光电转换器位于分光镜的另一个光路上；成像子***的图像传感器与控制处理中心连接，控制处理中心根据成像子***图像传感器传输的图像光斑信息进行碰撞检测，并根据检测结果发出应答信号；光电转换器与解调器连接，解调器与控制处理中心及射频发送装置连接；控制处理中心分别与接入点侧FSO发射设备、射频接收装置连接，由接入点侧FSO发射设备将携带应答信号的光信号发送到大气信道。

2.根据权利要求1所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置，其特征在于所述MTC终端还包括信道检测装置、功率调整装置；信道检测装置与功率调整装置连接于用户侧FSO接收设备与用户侧FSO发射设备之间。

3.一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测***，其特征在于包括：

图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；

***时隙设置模块：设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；

碰撞检测模块：在控制时隙的竞争时间τ内，接收成像子***图像传感器的竞争接入信号图像信息，识别光斑个数；如果只有一个光斑则判断接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；如果有多个光斑则判断发生碰撞并广播碰撞消息。

4.一种基于OW通信的MTC接入碰撞检测***，其特征在于包括：

图像传感器接口：用于接收图像传感器的图像信息；

***时隙设置模块：设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；

信道探测模块：在信道探测时隙T_S内向MTC终端广播信道探测消息CSI，其发射功率为固定值P₀；

碰撞检测模块：在控制时隙T_c的竞争时间τ内，接收成像子***图像传感器的竞争接入信号图像信息，并根据该图像信息判断是否发生碰撞；如果未发生碰撞则判断接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络；如果发生碰撞则广播碰撞消息。

5.根据权利要求4所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测***，其特征在于所述碰撞检测模块首先根据竞争接入信号图像信息识别光斑个数n；如果n>1，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；如果n＝1，则计算图像传感器上光斑的总能量E；若E>E₀则判定多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；否则光斑仅包含一个MTC像点，判定接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备；其中E₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的能量。

6.根据权利要求4所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测***，其特征在于所述碰撞检测模块首先根据竞争接入信号图像信息识别光斑个数n；如果n>1，则判定多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；如果n＝1，则计算相邻光斑之间的距离大小δ，如果δ>D或者δ＝D，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息，如果δ<D，则计算此时光斑的光强I；若I>I₀，则判定此时多个MTC像点发生碰撞并广播碰撞消息；否则判定光斑仅包括一个MTC像点，接入成功，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备；其中D为相邻光斑中较小光斑的直径；I₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的光强。

7.根据权利要求4所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测***，其特征在于所述碰撞检测模块首先计算图像传感器上所有光斑的总能量E，利用公式E＝mE₀计算E相对于E₀的倍数m，其中E₀为一个MTC终端发射的光束到达图像传感器上的能量；如果m＝1，则判定图像传感器上仅有一个MTC像点，分配相应数据时隙并广播允许接入消息，在数据时隙T_d内控制光电转换器接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备；如果m>1，则判定有m个MTC像点发生碰撞并广播碰撞强度消息。

8.根据权利要求4所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测***，其特征在于所述碰撞检测模块在控制时隙的竞争时间τ内，接收作为MTC终端竞争接入信号的前导码图像信息，记录每个码片周期图像传感器上光点个数和位置信息，并计算每个光斑中光点的个数；对比分析所***片周期的图像，解码识别MTC终端的前导码信息，依据解码成功的终端数目给每个解码成功的MTC终端分配允许数据传输的时隙，并广播消息告知MTC终端；对于解码失败的MTC终端，广播解码失败的MTC终端数目信息；所述前导码是每个MTC终端的唯一终端标识，该前导码为一串“0”“1”序列，每个前导码序列包括N个码片，码片周期为竞争时间τ的1/N，每个码片包括的信息是“0”或“1”；“0”代表没有光信号，“1”代表有光信号；码速率v等于图像传感器的帧频f，即v＝f。

9.一种利用如权利要求1所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置进行碰撞检测的方法，其特征在于采用下述步骤：

步骤一

在MTC终端，当MTC设备准备发送数据时，首先在控制时隙的竞争时间τ内发出低速率竞争接入信号，然后由用户侧FSO发射设备将携带该竞争接入信号的光信号发送到大气信道；

步骤二

在OW-RF接入点侧，分光镜将入射的光信号分成两束，其中一束作为碰撞检测信号入射到成像子***；

步骤三

控制处理中心设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；在控制时隙T_c的竞争时间τ内，控制处理中心对成像子***图像传感器采集的图像信息进行分析检测，识别光斑个数；如果只有一个光斑则判断接入成功，由控制处理中心分配相应数据时隙并广播允许接入消息；如果有多个光斑则判断发生碰撞，由控制处理中心广播碰撞消息；

步骤四

接入点侧FSO发射设备将携带允许接入消息或碰撞消息的光信号发送到大气信道；用户侧FSO接收设备接收该光信号并将允许接入消息或碰撞消息送到MTC设备；

步骤五

MTC设备接到允许接入消息后在相应数据时隙T_d内发出高速率传输数据，用户侧FSO发射设备将携带该数据的光信号发送到大气信道；

步骤六

携带高速率传输数据的光信号进入光接入***后经分光镜分为两束，其中一束入射到光电转换器，光电转换器在控制处理中心的操控下接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络。

10.一种利用如权利要求1所述的基于OW通信的MTC接入碰撞检测装置进行碰撞检测的方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一：

设信道探测周期为T，T等于信道探测时隙T_S加上多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；接入点侧的控制处理中心每隔周期T广播信道探测消息CSI，接入点侧FSO发射设备将携带该消息的光信号发送到各MTC终端，MTC终端根据CSI计算路径损耗，进而调整发射功率，使到达光接入***的信号功率等于P₀；

步骤二

在MTC终端，当MTC设备准备发送数据时，首先在控制时隙的竞争时间τ内发出低速率竞争接入信号，然后由用户侧FSO发射设备将携带该竞争接入信号的光信号发送到大气信道；

步骤三

在OW-RF接入点侧，分光镜将入射的光信号分成两束，其中一束作为碰撞检测信号入射到成像子***；

步骤四

控制处理中心设置多个竞争接入周期T_a，其中竞争接入周期T_a包括控制时隙T_c和数据时隙T_d；在控制时隙T_c的竞争时间τ内，控制处理中心对成像子***图像传感器采集的图像信息进行碰撞检测，如果未发生碰撞则由控制处理中心分配相应数据时隙并广播允许接入消息；如果发生碰撞则由控制处理中心广播碰撞消息；

步骤五

接入点侧FSO发射设备将携带允许接入消息或碰撞消息的光信号发送到大气信道；用户侧FSO接收设备接收该光信号并将允许接入消息或碰撞消息送到MTC设备；

步骤六

MTC设备接到允许接入消息后在相应数据时隙T_d内发出高速率传输数据，用户侧FSO发射设备将携带该数据的光信号发送到大气信道；

步骤七

携带高速率传输数据的光信号进入光接入***后经分光镜分为两束，其中一束入射到光电转换器，光电转换器在控制处理中心的操控下接收MTC终端发送的高速率传输数据并送入RF域接入设备，等待发送至RF蜂窝网络。