CN100362771C - 一种4天线模式下物理随机接入信道的接入判决方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在4天线模式下物理随机接入信道的接入判决方法，该方法主要包含以下几个步骤：Node B进行多径搜索，确定与4天线模式下两组天线分别对应的两个多径窗；Node B根据两个多径窗的关系，生成4天线模式的多径判决窗；在4天线模式的多径判决窗内限定多径数、合并4天线模式多径判决窗内多径信号的能量、并计算该多径窗的信噪比，完成用户的接入判决。应用本发明所述的方法，可以完成在4天线模式下物理随机接入信道接入判决，提高了用户接入的成功率。

Description

一种4天线模式下物理随机接入信道的接入判决方法

技术领域

本发明涉及到宽带码分多址(WCDMA)系统中物理随机接入信道(PRACH)的接入技术，特别涉及到一种在4天线模式下PRACH的接入判决方法。

背景技术

在WCDMA系统中，用户设备(UE)是通过天线和基站进行无线通信的。基站天线、UE的天线以及基站天线和UE的天线之间的信号传播路径，被称为无线移动信道。由于有高大建筑物或者远处高山等阻挡体的存在，常常会导致发射信号经过不同的传播路径到达接收端，这就是所谓的多径传播效应。各径信号经过不同的路径到达接收端时，具有不同的时延和入射角，这将导致接收信号的时延扩展和角度扩展。WCDMA系统中的基站和用户设备需要将接收到的多径信号进行能量合并处理，利用多径信号间的相关性提高接收信号的信噪比，这就是分集接收的基本原理。

通常情况下，基站Node B采用2天线的工作模式，即在一个小区内采用单天线进行发送，双天线进行接收，采用双天线进行接收的目的就是增加接收机的分集增益，提高用户接入的成功率。在这种模式下，Node B是通过在2天线确定的多径窗内，根据PRACH信道上多径信号的能量与噪声的关系来判断是否有用户接入的，这一操作又称为PRACH信道的接入判决。

2天线模式下PRACH接入判决的基本过程如下：

a、Node B确定2天线模式的多径窗。

在这一步骤中，Node B的基带处理模块首先进行多径搜索，搜索到能量最高的多径接收信号，又称为最强径。然后以最强径为中心，将其前后各N个码片(Chip)的区间确定为2天线模式的多径窗，该多径窗包含2N Chip宽度内所有的多径信号，这些多径信号又称为候选径。

其中，N Chip为系统设定的多径窗宽度，它可以根据无线移动信道的信道模型来确定，一般多径窗宽度应该大于多径信号最早到达接收机和最晚到达接收机之间的时延。3GPP TS 25.104和TS 25.141中给出了多种无线移动信道的信道模型，综合考虑各种无线移动信道模型下多径信号的多径时延情况，一般设定多径窗宽度为80个码片宽度。

b、将多径窗的2N Chip宽度限定到系统设定的多径窗宽度N Chip，即限窗，生成多径判决窗。

所述限窗操作具体包括以下步骤：

b1、将该多径窗的宽度和系统设定的多径窗宽度进行比较，如果该多径窗的宽度小于等于系统设定的多径窗宽度，则执行步骤b2；否则，执行步骤b3；

b2、保持该多径窗的宽度不变，然后结束限窗操作流程；

b3、比较该多径窗内的第一个侯选径和最后一个侯选径的能量，去掉能量较低的侯选径，形成新的多径窗，并替代原来的多径窗，然后返回步骤b1。

c、在限窗后的多径判决窗内限定多径信号的数量，即限径。经过限径操作后，在多径判决窗内的候选径又称为有效径。

所述限制多径数的具体方法为：将多径判决窗内的侯选径数量和Node B端的Rake接收机可以支持的多径数进行比较，如果多径判决窗内的侯选径数量小于等于Rake接收机可以支持的多径数，则不需要限定多径数；否则，将多径窗判决内能量最小的候选径依次丢弃，直到多径判决窗内的多径数不超过实际Rake接收机可以支持的多径数为止。

d、合并多径判决窗内的多径信号能量，即Node B将多径窗内所有的多径信号能量求和。

e、根据多径窗判决内多径信号能量和，计算该多径窗判决的信噪比，完成用户的接入判决。

其中，所述多径判决窗的信噪比为多径判决窗内多径信号的能量和与多径判决窗内的噪声能量的商。并且，所述接入判决的方法为将多径判决窗的信噪比和系统预先设定的门限值进行比较，如果多径判决窗的信噪比大于门限时，则认为用户接入；否则，认为没有用户接入。

在一些特殊的环境下，如要求小区的覆盖范围比较大的时候，2天线接收机接收到信号的信噪比可能不能满足接入判决的要求，因此需要采用4天线的工作模式，即两组天线同时覆盖同一个小区，利用4天线的分集增益，提高接收信号的信噪比。

由于在4天线的模式下，同时使用了两组天线进行PRACH信道的接入判决，因此，在Node B的基带处理模块进行多径搜索时，会确定两个分别和两组天线对应的多径窗，且这两个多径窗是相互独立的。由于在现有的PRACH接入判决方法中没有给出两个以上多径窗的信号合并技术，因此需要选择合适的方法来进行信号的合并。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种在4天线模式下PRACH接入判决的方法，应用这种方法可以实现4天线模式的PRACH接入判决，提高用户接入的成功率。

本发明所述的接入判决方法主要包含以下几个步骤：

A、Node B进行多径搜索，确定与4天线模式的两组天线分别对应的两个多径窗；

B、Node B根据所述两个多径窗的关系，生成信噪比最大的4天线模式的多径判决窗；

C、限定所生成的4天线模式的多径判决窗内多径数，合并4天线模式的多径判决窗内多径信号能量，并计算该4天线模式的多径判决窗的信噪比，完成用户的接入判决。

其中，步骤B所述的生成4天线模式的多径判决窗的方法可以为：比较两个多径窗的信噪比，取信噪比较大的多径窗为4天线模式的多径判决窗。

另外，步骤B所述的生成4天线模式的多径判决窗的方法还可以通过以下方法实现，具体步骤如下：

B1、Node B根据所述两个多径窗之间的相位关系确定两个多径窗的相关性；所述相关性分为不相关、相关不重叠、有重叠；

B2、Node B根据两个多径窗的相关性生成4天线模式的多径判决窗。

其中，步骤B1所述的确定两个多径窗相关性的方法为：比较相位最小的候选径所在的多径窗内最后一个候选径的相位和相位最大的候选径所在的多径窗内第一个候选径的相位。

如果所述两个多径窗中相位最大的候选径所在的多径窗内第一个候选径的相位和相位最小的候选径所在的多径窗内最后一个候选径的相位之差大于等于系统设定的多径窗宽度，则步骤B2中生成4天线模式下多径判决窗的方法为：比较两个多径窗的信噪比，选择信噪比较大的多径窗为4天线模式的多径判决窗。

如果所述两个多径窗中相位最大的候选径所在的多径窗内第一个候选径的相位和相位最小的候选径所在的多径窗内最后一个候选径的相位之差大于等于零且小于系统设定的多径窗宽度，则步骤B2中生成4天线模式下多径判决窗的方法具体包括以下步骤：

B211、部分合并两个多径窗，生成合并多径窗；

B212、限定合并多径窗的宽度到系统设定的多径窗宽度；

B213、将限定宽度后的合并多径窗与原来两组天线对应的多径窗进行比较，选择三者中信噪比较大的多径窗为4天线模式的多径判决窗。

其中，步骤B211所述部分合并为：将相位最大的候选径所在的多径窗的第一个候选径的相位减去系统设定的多径窗宽度作为合并多径窗的起始相位，将相位最小的候选径所在的多径窗的最后一个候选径的相位加上多径窗宽度作为合并多径窗的结束相位。

如果所述两个多径窗中相位最大的候选径所在的多径窗内第一个候选径的相位和相位最小的候选径所在的多径窗内最后一个候选径的相位之差小于零，则步骤B2中生成4天线模式下多判决径窗的方法具体包括以下步骤：

B221、将相位最小的候选径所在的多径窗内的第一个候选径的相位作为合并多径窗的起始相位，而将相位最大的候选径所在的多径窗的最后一个候选径的相位作为合并多径窗结束相位，合并两个多径窗内的候选径，生成合并多径窗；

B222、限定合并多径窗的宽度到系统设定的多径窗宽度，得到4天线模式的多径判决窗。

由此可见，应用本发明所述的方法，能够根据与两组天线分别对应的两个独立的多径窗之间的关系，生成4天线模式的多判决径窗，从而实现4天线的模式下PRACH的接入判决，提高了上行接收的分集增益，即对PRACH而言，提高了用户接入的成功率，理论上会有3dB的增益。本发明所述的方法适合应用在小区的覆盖要求比较大或者小区的接入用户比较密集的情况下。

附图说明

图1为本发明所述的在4天线模式下PRACH接入判决的方法流程图；

图2a～图2c分别为本发明所述的两组天线对应的多径窗为不相关、相关不重叠和有重叠的情况下生成4天线模式多径判决窗的示意图；

图3为本发明所述的Node B根据两组天线对应的多径窗的相关性，生成4天线模式多径判决窗的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明的方案作进一步的详细说明。

图1为本发明所述的在4天线模式下PRACH接入判决的方法流程图。从图1可以看出，本发明所述的方法主要包括以下步骤：

步骤101：Node B的基带处理模块进行多径搜索，确定与两组天线分别对应的两个多径窗。

其中，在这一步骤中，每组天线对应的多径窗的确定方法和现有技术中2天线模式下多径判决窗的确定方法相同。

步骤102：Node B根据所确定的两个多径窗的关系，生成4天线模式的多径判决窗。

在这一步骤中，生成4天线模式的多径判决窗有很多种方法，其总体原则就是使得所生成的4天线模式的多径判决窗的信噪比尽可能大，以提高用户接入的成功率。

在本发明的一个优选实施例中，所述Node B生成4天线模式多径判决窗的方法为：比较在步骤101中确定的两个多径窗信噪比的大小，设置信噪比较大的多径窗为4天线模式的多径判决窗。

应用上述方法可以非常简单的得到4天线模式的多径判决窗，但是生成的4天线模式的多径判决窗的信噪比很可能不是很大。

在本发明的另一个优选实施例中，所述Node B生成4天线模式多径判决窗的方法进一步包括以下步骤：

A、Node B根据在步骤101中得到的两个多径窗的相位关系，确定两个多径窗的相关性。

步骤A中，两个多径窗的相关性是根据相位最小的候选径所在的多径窗，即第一个多径窗内最后一个候选径的相位和相位最大的候选径所在的多径窗，即第二个多径窗内第一个候选径的相位大小关系来确定的。根据这一相位关系可以将两组天线对应的两个多径窗的相关性确定为以下三种情况，如图2a～图2c所示：

如果第二个多径窗内第一个候选径的相位和第一个多径窗内最后一个候选径的相位之差大于等于多径窗的宽度，则两个多径窗不相关；

如果第二个多径窗内第一个候选径的相位和第一个多径窗内最后一个候选径的相位之差大于等于零且小于多径窗的宽度，则两个多径窗相关不重叠；

如果第二个多径窗内第一个候选径的相位小于第一个多径窗内最后一个候选径的相位，则两个多径窗有重叠。

B、Node B根据两个多径窗的相关性，生成4天线模式下的多径判决窗。

图2a～图2c分别为本发明所述的两组天线对应的多径窗为不相关、相关不重叠以及有重叠的情况下，生成4天线模式多径判决窗的示意图。其中，标有天线组a多径窗和天线组b多径窗的阴影框分别表示4天线模式下两组天线分别对应的多径窗。从图2a～图2c可以看出，由于两个多径窗的相关性不同，生成4天线模式多径判决窗的方法也是不同的。

图3为Node B根据两个多径窗的相关性，生成4天线模式的多径判决窗的流程图。从图3可以看出，所述步骤B具体包含以下步骤：

步骤301：Node B判断两个多径窗的相关性，如果两个多径窗不相关，则执行步骤302；如果两个多径窗相关不重叠，则执行步骤303；如果两个多径窗重叠，则执行步骤306。

步骤302：比较两个多径窗的信噪比，选择信噪比较大的多径窗为4天线模式下的多径判决窗，然后结束本流程。

这里，所述多径窗的信噪比的计算方法和现有技术中2天线模式下多径窗信噪比的计算方法相同。例如，假设天线组a多径窗的信噪比大于天线组b多径窗的信噪比，4天线模式下的多径窗就为天线组a多径窗，如图2a所示的情况。

步骤303：部分合并两个多径窗，生成合并多径窗，然后执行步骤304。

其中，所述的部分合并方法是，将第二个多径窗的第一个候选径的相位减去系统设定的多径窗宽度作为合并多径窗的起始相位，并将第一个多径窗的最后一个候选径的相位加上系统设定的多径窗宽度作为合并多径窗的结束相位，这样，就得到合并多径窗。

如图2b所示，天线组a多径窗的第一个候选径的相位为i，最后一个候选径的相位为j，而天线组b多径窗的第一个候选径的相位为k，最后一个候选径的相位为l，在相关但不重叠的情况下，有0＜k-j＜N Chip。经过所述部分合并得到的合并多径窗就是从k-N Chip到j+N Chip的相位区间，可以看出该合并多径窗的宽度为2N Chip-k+j，其值大于N Chip小于等于2NChip。

步骤304：限窗，即限定合并多径窗的宽度到系统设定的多径窗宽度，然后执行步骤305。

这里所述的限窗方法和现有技术中2天线模式下的限窗方法相同。

步骤305：将限定宽度后的合并多径窗和原来两组天线对应的多径窗进行比较，选择三者中信噪比较大的多径窗为4天线模式的多径判决窗，然后结束本流程。

例如，假设限定宽度后的合并多径窗的信噪比大于天线组a多径窗和天线组b多径窗的信噪比，4天线模式多径判决窗就为限定宽度后的合并多径窗，如图2b所示的情况。

步骤306：完全合并两个多径窗，生成合并多径窗，然后执行步骤307。

其中，所述的完全合并操作为：将第一个多径窗内的第一个候选径的相位作为合并多径窗的起始相位，而将第二个多径窗内的最后一个候选径的相位作为合并多径窗的结束相位，该合并多径窗将包含两个多径窗内所有的多径信号。

如图2c所示，天线组a多径窗的第一个候选径的相位为i，最后一个候选径的相位为j，而天线组b多径窗的第一个候选径的相位为k，最后一个候选径的相位为l，在重叠的情况下，有k＜j。经过所述部分合并得到的合并多径窗就是从i到l的相位区间，可以看出该合并多径窗的宽度大于N Chip小于2N Chip。

步骤307：限窗得到4天线模式的多径判决窗，然后结束本流程。

其中，所述限窗方法和有技术中2天线模式下的限窗方法相同。

经过上述步骤301～307操作，就可以生成4天线模式的多径判决窗了。

上述生成4天线模式的多径判决窗的方法虽然比较复杂，但是生成的4天线模式的多径判决窗具有较大的信噪比。

步骤103：在4天线模式的多径判决窗内限定多径数，保证多径判决窗内的多径数不超过实际Rake接收机可以支持的多径数。

这里，限制多径数的方法与现有技术中2天线模式下的限制多径数的方法相同。

步骤104：合并4天线模式的多径判决窗内多径信号能量，并计算该多径判决窗的信噪比，完成用户的接入判决。

这里，计算多径判决窗信噪比以及用户接入判决的方法均和现有技术相同。

由此可见，应用本发明所述的接入判决方法，可以实现在4天线的模式下PRACH的接入判决，提高了上行接收的分集增益，即对PRACH而言，提高了用户接入的成功率，理论上和2天线模式相比有3dB的信号增益。

以上举优选的实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述为本发明的优选实施例而已，并不用以显示本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在4天线模式下物理随机接入信道的接入判决方法，其特征在于，该方法主要包含以下几个步骤：

A、Node B进行多径搜索，确定与4天线模式的两组天线分别对应的两个多径窗；

B、Node B根据所述两个多径窗的关系，生成信噪比最大的4天线模式的多径判决窗；

C、限定所生成的4天线模式的多径判决窗内多径数，合并4天线模式的多径判决窗内多径信号能量，并计算该4天线模式的多径判决窗的信噪比，完成用户的接入判决。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述的生成4天线模式的多径判决窗的方法为：比较两个多径窗的信噪比，取信噪比较大的多径窗为4天线模式的多径判决窗。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述的生成4天线模式的多径判决窗的方法具体包括以下步骤：

B1、Node B根据所述两个多径窗之间的相位关系确定两个多径窗的相关性；所述相关性分为不相关、相关不重叠、有重叠；

B2、Node B根据两个多径窗的相关性生成4天线模式的多径判决窗。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤B1所述的确定两个多径窗相关性的方法为：比较相位最小的候选径所在的多径窗内最后一个候选径的相位和相位最大的候选径所在的多径窗内第一个候选径的相位。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述两个多径窗中相位最大的候选径所在的多径窗内第一个候选径的相位和相位最小的候选径所在的多径窗内最后一个候选径的相位之差大于等于系统设定的多径窗宽度，则步骤B2中生成4天线模式下多径判决窗的方法为：比较两个多径窗的信噪比，选择信噪比较大的多径窗为4天线模式的多径判决窗。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述两个多径窗中相位最大的候选径所在的多径窗内第一个候选径的相位和相位最小的候选径所在的多径窗内最后一个候选径的相位之差大于等于零且小于系统设定的多径窗宽度，则步骤B2中生成4天线模式下多径判决窗的方法具体包括以下步骤：

B211、部分合并两个多径窗，生成合并多径窗；

B212、限定合并多径窗的宽度到系统设定的多径窗宽度；

B213、将限定宽度后的合并多径窗与原来两组天线对应的多径窗进行比较，选择三者中信噪比较大的多径窗为4天线模式的多径判决窗。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤B211所述部分合并为：将相位最大的候选径所在的多径窗的第一个候选径的相位减去系统设定的多径窗宽度作为合并多径窗的起始相位，将相位最小的候选径所在的多径窗的最后一个候选径的相位加上多径窗宽度作为合并多径窗的结束相位。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述两个多径窗中相位最大的候选径所在的多径窗内第一个候选径的相位和相位最小的候选径所在的多径窗内最后一个候选径的相位之差小于零，则步骤B2中生成4天线模式下多径判决窗的方法具体包括以下步骤：

B221、将相位最小的候选径所在的多径窗内的第一个候选径的相位作为合并多径窗的起始相位，而将相位最大的候选径所在的多径窗的最后一个候选径的相位作为合并多径窗结束相位，合并两个多径窗内的候选径，生成合并多径窗；

B222、限定合并多径窗的宽度到系统设定的多径窗宽度，得到4天线模式的多径判决窗。

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