CN101043256B - Tdd模式的用户接入方法 - Google Patents

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本发明的TDD模式的用户接入方法在用户发起接入请求时，在同一子帧中发送上行同步导频码和随机接入信道数据。本发明提出了几种对初始接入信号分配无线资源的方法，从而提高TDD模式中UE的接入速度。

Description

TDD模式的用户接入方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种3GPP LTE标准TDD模式中提高UE(用户)接入速度的方法。
背景技术
WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA是目前3G技术体系中的3个主要标准。从双工技术上讲，WCDMA和CDMA2000属于频分双工(FDD)模式，TD-SCDMA属于时分双工(TDD)模式，也是唯一采用同步CDMA(SCDMA)技术和低码片速率(LCR)的第三代移动通信系统。同时采用了多用户检测、软件无线电、接力切换等技术，具有高频谱利用率、低成本、上下行不对称信道和更适于不对称业务等特点。在FDD模式中需要对称频段，适用于对称业务；TDD模式通过时隙区分上、下行，可以灵活地调整资源在上、下行之间的分配，适用不对称业务，同时TDD也便于使用联合检测和智能天线等先进技术，提高频谱效率。近年来，为了进一步改进3G技术，提供更强大的数据业务能力，3GPP和3GPP2相应启动了3G技术长期演进(LTE-Long TermEvolution)的研究工作。3GPP LTE的技术具有更高的数据传输速率和频谱利用效率。3GPP LTE技术路线仍然存在FDD和TDD之分。相较而言，TDD模式下频谱分配更加灵活。FDD不仅需要成对频谱，更需要足够的双工间隔。在LTE中要求更大的带宽。另外TDD模式可以支持灵活的非对称业务，例如改变一帧中上下行的比例。很多新业务是非对称的，TDD非常适合支持这些业务。
在3G通信标准LCR TDD制式中，当用户终端(UE)发起随机接入时，UE与基站之间的同步接入可以分为以下三个步骤，1)UE在与下行导频同步码相对应的8个上行同步序列码(UpPCH)中任选一个，估计发射时间提前量，然后在上行导频时隙(UpPTS)中发射出去；2)基站NodeB收到后，在快速物理接入信道(FPACH)上返回精确的发射提前量与发射功率，以使UE与基站上行同步；3)UE得到此同步信息后，在随机接入信道(RACH)中将层三的无线资源控制(RRC)连接建立请求消息发出，进行通信连接。
在LTE中，为了缩短随机接入的时间，减小发生接入碰撞的机率，加快接入速度，已基本达成共识，即RACH信道只有有限的数据域，有传输数据包发生碰撞的危险，因此可能需要使用混合自动数据重传请求(HARQ)。
在FDD中UE发起呼叫时，直接用RACH信道进行同步、检测碰撞，并将一些必要的比特信息传到网络，网络在响应消息中可以分配必要的上行共享信道(UL-SCH)，UE在UL-SCH上进行信令与数据的通信。对于TDD系统，若采用上述LCR TDD的方式，则用UpPTS时隙同步，确认后在RACH上将随机ID，呼叫原因等比特数据发到网络的基站。然后网络回响应并分配必要的UL-SCH，UE在UL-SCH上进行信令与数据的通信。
由以上的叙述可见，TDD制式中，若要仍按3G中的工作方式，UE发起初始接入时，分为发UpPCH；发RACH；在UL-SCH上发建链请求这样三个步骤，相比FDD而言多出一个发UpPCH的步骤，使LTE中的TDD系统的接入时延明显大于FDD系统。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在3GPP LTE(Long Term Evolution)标准TDD模式中提高UE接入速度的方法。采用UE将上行同步导频码、经过编码的RACH传输信道数据在同一子帧中发送的方法，提高接入的速度，以解决现有接入步骤复杂和接入速度较慢的问题。
为达到上述目的，本发明提供的TDD模式的用户接入方法，包括：
a用户发起接入请求时，在同一子帧的上行时隙中发送上行同步导频码和随机接入信道数据；
b基站根据随机接入信道数据在共享信道上分配无线资源进行通信。
所述上行时隙为上行导引时隙(UpPTS)。
将UpPTS时隙工作频率带宽分为特定数量的子信道，用户可随机选取一个或多个子信道的频率资源，用于发送上行同步导频码和随机接入信道数据。
所述上行时隙为上行导引时隙(UpPTS)和TS1时隙。
将UpPTS时隙和TS1时隙的工作频率带宽划分为特定数量的子信道，其中，
UpPTS时隙的子信道用于承载上行同步导频码；
在TS1时隙至少一个子信道中预留部分或全部频率资源用于承载随机接入信道数据，其中
随机接入信道的数据可以集中在同一个子信道预留的连续频率资源上；或将随机接入信道的数据分散在部分或全部子信道的预留频率资源上。
将UpPTS时隙和TS1时隙的工作频率带宽划分为特定数量的子信道，其中
UpPTS时隙的子信道用于承载上行同步导频码；
在TS1时隙至少一个子信道中预留部分或全部时间资源用于承载随机接入信道数据，其中
随机接入信道的数据可以集中在同一个子信道预留的连续频率资源上；或将随机接入信道的数据分散在部分或全部子信道的预留频率资源上。
将UpPTS时隙和TS1时隙的工作频率带宽划分为若干个子信道，其中，UpPTS时隙至少一个子信道，和TS1时隙至少一个子信道的部分或全部时间资源预留，共同用于承载上行同步导频码和随机接入信道数据。
所述TS1时隙的预留资源和随机接入信道编码方式信息在系统广播中告知用户。
将所述对随机接入信道数据进行编码的码字与同步序列码绑定。
用户终端估计发射提前量，将承载上行同步导频码与随机接入信道数据的上行时隙信号提前一时间量发送给基站。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的TDD模式的用户接入方法在用户发起接入请求后，将初始接入数据组成RACH传输信道数据，在同一子帧中发送上行同步导频码和RACH传输信道数据。UE在进行初始接入时，UE高层发起随机接入请求，MAC层将初始接入的数据(包括随机识别号(Random ID)或小区识别号(如C-RNTI)、接入原因，以及其它信息)组成RACH传输信道，以及随机接入的控制信息发送给物理层。通过这些RACH数据UE向基站(eNodeB)申请上行无线资源。物理层接到MAC层的初始接入控制命令及RACH信道的数据后，首先选择上行同步导频码用于检测碰撞和上行同步；再将RACH传输信道的数据进行编码。然后将这两部分数据映射在同一子帧的上行时隙中，进行调制，估计发射提前量后发送给基站。当在同一子帧中使用上行时隙发送上行同步导频码与RACH传输信道数据时，UpPTS时隙和TS1时隙带宽的分割方式和组合利用方式灵活多样，既可以仅利用随机选择的UpPTS时隙的子信道发送上行同步导频码与RACH传输信道数据，又可以利用UpPTS时隙和TS1时隙的子信道共同发送，既可以利用TS1时隙子信道部分或全部频率资源，又可以利用TS1时隙子信道的部分或全部时间资源进行发送，还可以是UpPTS时隙和TS1时隙子信道混合发送，从而大大提高TDD模式中UE的接入速度和频率资源的使用效率。
附图说明
图1为TDD模式的帧结构示意图；
图2为本发明用户接入方法的流程图；
图3为将UpPTS分为4个子信道的资源配置示意图；
图4为将TS1预留频率资源集中传送RACH数据的资源配置示意图；
图5为将TS1预留频率资源分散传送RACH数据的资源配置示意图；
图6为将TS1预留时间资源集中传送RACH数据的资源配置示意图；
图7为将TS1预留时间资源分散传送RACH数据的资源配置示意图；
图8为UpPTS与TS1预留时间资源共同传送上行同步导频码与RACH数据的资源配置示意图；
图9为初始接入过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
为了更好地说明本发明，首先对TD-SCDMA的帧结构进行简要说明。图1为TDD模式的帧结构示意图。如图1所示，每帧有两个(或多个)上、下行转换点，Ts0为下行时隙、Ts1为上行时隙，并有GP、DwPTS、UpPTS三个特殊的时隙。TD-SCDMA将每个无线帧分为两个5ms的子帧。每个子帧由7个主时隙(长度675μs)和3个特殊时隙：下行导引时隙(DwPTS)、上行导引时隙(UpPTS)和保护时隙(GP)构成。一子帧中的业务时隙总共为7个，除时隙Ts0必须用于下行、时隙Ts1必须用于上行方向外，其余时隙的方向可以变化。DwPTS和UpPTS分别对应下行和上行同步时隙。GP为上下行间保护时间间隔。
图2为本发明用户接入方法的流程图。如图2所示，本发明的TDD模式的用户接入方法在用户发起接入请求后，将初始接入数据组成RACH传输信道数据(随机接入信道数据)，在同一子帧上行时隙中发送上行同步导频码和随机接入信道数据。eNode B根据随机接入信道数据在共享信道上分配无线资源，例如将eNodeB的工作带宽(如10MHz)分为多个子信道(如1.25MHz、2.5MHz或5MHz)进行通信。
图3为将UpPTS分为4个子信道的资源配置示意图。如图3所示，将10MHz工作带宽的上行导引时隙(UpPTS)分为4个2.5MHz子信道的情况。其中R表示上行随机接入信道。UE随机选取UpPTS时隙的一个或多个子信道的频率资源。UE随机选取上行同步导频码，并对RACH传输信道数据进行编码，随后将这些数据映射在UpPTS时隙的一个或多个子信道的频率资源上。
图4为将TS1预留频率资源集中传送RACH数据的资源配置示意图。如图4所示，在这种资源配置情况下，RACH数据是用连续的频率资源进行传送。可以将eNodeB的工作带宽(如5MHz)分为多个子信道(如1.25MHz)，如将5MHz工作带宽的UpPTS和TS1时隙分为4个1.25MHz子信道。其中Upi表示上行同步导频码的随机接入信号，RDi表示RACH传输信道的数据。TS1时隙的至少一个子信道预留部分或全部(RD所在的部分)频率资源用于承载RACH传输信道数据。UpPTS时隙的子信道用于承载上行同步导频码，承载RACH数据的资源可与上行同步导频码安排在同一个子信道中，也可不在同一个子信道中。若不在同一个子信道中，RACH数据所在的子信道可随机选取，也可与上行同步导频码所在的子信道存在一定的关系，例如：设UE的工作带宽为10MHz，将其分成8个1.25MHz的子信道，上行同步导频码的子信道号为n，传输RACH数据的子信道号为m，可以令m＝n，或m＝(n+k)mod8，其中k＝5。当然，还会有其它形式的关系式，本发明并不限于上述两种形式。利用这种关系选取子信道以便于eNodeB对RACH数据进行解码。
图5为将TS1预留频率资源分散传送RACH数据的资源配置示意图。如图5所示，在这种资源配置情况下，RACH数据是用分散的频率资源进行传送。将eNodeB的工作带宽(如5MHz)分为多个子信道(如1.25MHz)，将5MHz工作带宽的UpPTS和TS1时隙分为4个1.25MHz子信道。其中，Upi表示上行同步导频码的随机接入信号，RDi表示RACH传输信道的数据。TS1时隙的至少一个子信道预留部分或全部频率资源用于承载RACH传输信道数据；UpPTS时隙的子信道用于承载上行同步导频码。编码后的RACH数据分散在TS1时隙部分或全部子信道的预留频率资源上。此种方式可使TS1时隙上发送的信息有更好的频率分集增益。例如，每个子信道的UpPTS承载上行同步导频码，各子信道的TS1都预留4组载波的资源用于承载RACH传输信道数据。对应于UpPTS第1个子信道的上行同步导频码，每个子信道上预留的第1组载波用于发送编码后的RACH信道数据。对应于UpPTS第2个子信道的上行同步导频码，每个子信道上预留的第2组载波用于发送编码后的RACH信道数据，依次类推，可将RACH数据分散在整个工作频带上。也可以用某几个子信道上的预留资源发送RACH信道数据，比如，用前两个子信道的前两组载波，承载第1个RACH信道数据，后两个子信道的前两组载波承载第2个RACH信道数据等。
图6为将TS1预留时间资源集中传送RACH数据的资源配置示意图，在这种情况下，RACH数据是用连续的频率资源进行传送。如图6所示，将eNodeB的工作带宽(如5MHz)分为多个子信道(如1.25MHz)，将5MHz工作带宽的UpPTS和TS1时隙分为4个1.25MHz子信道。其中，Upi表示上行同步导频码的随机接入信号，RDi表示RACH传输信道的数据。在TS1时隙至少一个子信道中预留部分时间资源或全部时间资源用于承载随机接入信道数据，如果是部分时间资源，那么该时间资源的位置可以任意确定。在本实施例中，TS1时隙的每个子信道都预留了靠近UpPTS端的部分时间资源，在实际应用中可以根据不同的需求进行预留。UpPTS时隙的子信道用于承载上行同步导频码，TS1预留的时间资源用于承载编码后的RACH传输信道数据。承载RACH数据的资源可与上行同步导频码安排在同一个子信道中，也可以在不同的子信道中。若在不同的子信道中，RACH数据所在的子信道可随机选取子信道；也可与上行同步导频码所在的子信道存在一定的关系，例如：设UE的工作带宽为10MHz，将其分成8个1.25MHz的子信道，上行同步导频码的子信道号为n，传输RACH数据的子信道号为m，可以令m＝n，或m＝(n+k)mod8，其中k＝5。当然，还会有其它形式的关系式，本发明并不限于上述两种形式。利用这种关系选取子信道以便于eNodeB对RACH数据进行解码。
图7为将TS1预留时间资源分散传送RACH数据的资源配置示意图。如图7所示，在这种情况下，承载RACH信道数据的频率资源可以分散在一个、部分或全部子信道预留时间资源的频率上。例如：将eNodeB的工作带宽(如5MHz)分为多个子信道(如1.25MHz)，将5MHz工作带宽的UpPTS和TS1号，RDi表示RACH传输信道的数据。在TS1时隙的至少一个子信道中预留部分或全部时间资源用于承载随机接入信道数据。在本实施例中，TS1时隙的每个子信道都预留了靠近UpPTS端的部分时间资源，在实际应用中可以根据不同的需求进行预留。UpPTS时隙的子信道用于承载上行同步导频码，编码后的RACH传输信道数据分散在TS1时隙部分或全部子信道的预留频率资源上，以提高频率分集增益。
图8为UpPTS与TS1预留时间资源共同传送上行同步导频码与RACH数据的资源配置示意图。如图8所示，在这种情况下，eNodeB的工作带宽(如5MHz)分为多个子信道(如1.25MHz)，将UpPTS和TS1时隙的5MHz工作带宽分为4个1.25MHz子信道。其中，Ri表示上行同步导频码与RACH数据。UpPTS时隙的至少一个子信道和TS1时隙至少一个子信道的的部分或全部时间资源预留出来共同用于承载上行同步导频码和随机接入信道数据。本实施例中TS1时隙的每个子信道都预留了靠近UpPTS端的部分时间资源；上行同步导频码与编码后的RACH传输信道数据共同使用UpPTS和TS1时隙上同一子信道预留的时间资源，即在时间域上将UpPTS时隙与TS1时隙上预留的资源连接在一起进行编码，上行同步导频码和编码后的RACH传输信道数据在UpPTS和TS1时隙的同一子信道中传送。
TS1预留的资源和/或随机接入信道的编码方式等信息将在系统广播中告知UE。当然这些信息也可以通过其它方式告知UE，如预先设定。上行同步导频码由一定数量的序列码组成，可将这些序列码分成多组，根据不同的小区、及小区不同的位置确定可以使用的同步序列码组。用与上行同步导频码相关的码字对附带的RACH传输信道的数据进行编码、加扰。从而使eNodeB可以区分不同小区中不同UE发的上行接入信号。
图9为初始接入过程示意图。如前所述，本发明的TDD模式的用户接入方法在用户发起接入请求后，将初始接入数据组成RACH传输信道数据，在同一子帧中发送上行同步导频码和RACH传输信道数据。UE在进行初始接入时，UE高层发起随机接入请求，MAC层将初始接入的数据(包括随机识别号(Random ID)或小区识别号(如C-RNTI)、接入原因，以及其它信息)组成RACH传输信道，以及随机接入的控制信息发送给物理层。通过这些RACH数据UE向eNodeB申请上行无线资源。物理层接到MAC层的初始接入控制命令及RACH信道的数据后，首先选择上行同步导频码用于检测碰撞和上行同步；再将RACH传输信道的数据进行编码。然后将这两部分数据映射在同一子帧的上行时隙中并进行调制，估计发射提前量后发送给基站。UE在发出随机接入信号后，基站eNodeB不断地检测上行接入资源中的信号，当收到UpPTS的信号后，做如下处理：
1、通过匹配滤波处理，得到上行同步导频码的码字，最大相关峰值及其位置；
2、判断此上行同步导频码是否是本小区的初始接入信号。若是本小区的接入信号，对RACH数据进行解码，得到RACH信道的数据。
3、通过以上解码，eNodeB检测计算出UE精确的上行发射提前量TA、上行发射功率TP，以及RACH信道的数据等信息。
4、eNodeB将TA、TP，及分配给UE的上行无线资源，发送给UE。
5、若eNodeB检测出上行同步导频码不是本小区的接入信号，或RACH信道数据解码错误，则不向UE回应消息。
UE根据eNodeB回应的TA、TP值，及分配的无线资源信息，即可在分配的上行物理信道上以准确的上行同步提前量、上行发射功率发L3、NAS消息及数据。并监听下行控制信道，进行正常的通信过程。
如果多个(>＝2)UE在同一时间发起随机接入，则发生碰撞。并且多个UE选用同一个同步序列码，则eNodeB进行检测时，若检测出发生碰撞或解不出RACH数据(如CRC错)，则不发初始接入回应消息。
UE如果在一定的时间内没有收到此回应消息，则会随机延时一段时间，重新选取一个同步序列码，再次发起随机接入，至到达到最大自动接入次数为止。
若eNodeB没有检测出碰撞，并且正确解出RACH数据(CRC正确)(极小概率事件)，则进行资源分配，发出初始接入回应消息。此时多个UE会同时得到同样的上行资源，并发出L3、NAS消息及数据。此时的消息会带着不同IMSI或TA-ID，eNodeB或可检测出不同的UE，在随后的通信中对不同的UE分配资源；或出现相互干扰，解码出错，eNodeB不进行资源分配，此时UE会重新发起随机接入过程。
如果多个(>＝2)UE在同一时间发起随机接入，则发生碰撞。但多个UE使用不同的同步序列码，则eNodeB进行检测时，会检测出不同的同步序列码，不同的RACH数据，并对不同的UE分配不同的无线资源，发出不同的初始接入回应消息。不同的UE在不同的上行无线资源进行下一步的工作。eNodeB如果解不出RACH数据(如CRC错)，则不发初始接入回应消息。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种TDD模式的用户接入方法，包括：
a用户终端发起接入请求时，在同一子帧的上行时隙中发送上行同步导频码和随机接入信道数据；
b基站根据随机接入信道数据在共享信道上分配无线资源进行通信。
2.如权利要求1所述的用户接入方法，其特征在于：所述上行时隙为上行导引时隙（UpPTS）。
3.如权利要求2所述的用户接入方法，其特征在于：将UpPTS时隙工作频率带宽分为特定数量的子信道，用户终端可随机选取一个或多个子信道的频率资源，用于发送上行同步导频码和随机接入信道数据。
4.如权利要求1所述的用户接入方法，其特征在于：所述上行时隙为上行导引时隙（UpPTS）和TS1时隙。
5.如权利要求4所述的用户接入方法，其特征在于：将UpPTS时隙和TS1时隙的工作频率带宽划分为特定数量的子信道，其中，
UpPTS时隙的子信道用于承载上行同步导频码；
在TS1时隙至少一个子信道中预留部分或全部频率资源用于承载随机接入信道数据，其中
随机接入信道的数据集中在同一个子信道预留的连续频率资源上；或将随机接入信道的数据分散在部分或全部子信道的预留频率资源上。
6.如权利要求4所述的用户接入方法，其特征在于：将UpPTS时隙和TS1时隙的工作频率带宽划分为特定数量的子信道，其中
UpPTS时隙的子信道用于承载上行同步导频码；
在TS1时隙至少一个子信道中预留部分或全部时间资源用于承载随机接入信道数据，其中
随机接入信道的数据集中在同一个子信道预留的连续频率资源上；或将随机接入信道的数据分散在部分或全部子信道的预留频率资源上。
7.如权利要求4所述的用户接入方法，其特征在于：将UpPTS时隙和TS1时隙的工作频率带宽划分为若干个子信道，其中，UpPTS时隙至少一个子信道,和TS1时隙至少一个子信道的部分或全部时间资源预留，共同用于承载上行同步导频码和随机接入信道数据。
8.如权利要求3、5、6或7所述的用户接入方法，其特征在于：所述TS1时隙的预留资源和随机接入信道编码方式信息在系统广播中告知用户终端。
9.如权利要求1所述的用户接入方法，其特征在于：将对随机接入信道数据进行编码的码字与所述上行同步导频码绑定。
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