CN101123442A - 一种时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，在时分双工系统无线子帧的上行业务时隙或传输时间间隔发射同步随机接入突发，所述同步随机接入突发由上行子帧的多个短块和多个长块构成，将一个或多个长块和/或一个或多个短块构成所述同步随机接入突发的前导序列或参考信号序列，将剩余的长块和/或剩余的短块构成与所述前导或参考信号相关的消息序列。可以完成TDD单载波同步随机前导发射和控制消息的发射功能。
Description
技术领域
本发明涉及数字移动通信领域，特别是涉及时分双工系统中基于单载波频分复用技术的随机接入信号发送方法。
背景技术
未来的移动通信系统要求提供的数据传输速率将高达100Mbit/s以上，支持的业务也将从语音业务扩展到多媒体业务(包括实时的流媒体业务)。能够在有限的频谱资源上实现高速率和大容量的技术已经成为目前研究的热点。宽带移动通信系统通常要经历信道的频率选择性。所谓信道的频率选择性就是信道在不同频率上的衰减不同。频率选择性信道通常会造成严重的ISI(intersymbol interference，码间串扰)、ICI(Inter-Carrier Interference，载波间干扰)和MAI(Multiple Access Interference，多址干扰)。对抗频率选择性衰落最常用的方法就是在接收端使用单载波均衡技术，其分为单载波时域均衡技术和单载波频域均衡技术两大类。单载波时域均衡技术是一种成熟的技术，具备很强的抗干扰能力。然而，单载波时域均衡器的复杂度与信道的最大时延扩展成三次方增长的比例关系，因此单载波时域均衡器在某些实际应用中难以实现。另一种均衡技术——单载波频域均衡技术克服了单载波时域均衡技术的缺点。在频率选择性衰落信道下，接收信号在时域上是发送信号和信道冲激响应的卷积，而在频域上则是发送信号和信道频域响应的乘积。根据信道估计得到的信道频域响应，单载波频域均衡器可以在各个频点上分别进行均衡，从而使计算复杂度得到大大地降低。理论上，单载波频域均衡器与单载波时域均衡器的性能是一样的，而它的复杂度和正交频分复用系统的复杂度相当。
对于单载波频域均衡器还有更加简化的处理方式，通过为发射符号加入循环前缀或填零，将信号与信道的线性卷积过程转化为循环卷积，简化了接收机的处理，只要信道的最大时延扩展能量窗控制在CP(Cyclic Preamble，循环前缀)之内，就能有效的去除用户自身的ISI(intersymbol interference，码间串扰)。
如果将上行多用户到达基站的时间都同步在一个基准CP之内，就可以将多用户的接收信号进行联合傅立叶变换处理，简化了接收机多用户的处理。
上行随机接入可以保证上行多用户在发起接入、或由非同步到同步状态的转化中，保证到达基站的时间都同步在一个基准CP之内，上行随机接入的一般性过程的操作可以采取上行发射前导信号作为定时参考，基站测量上行发射前导的参考信号的到达时间，与基准参考时间比较，确定终端发射需要提前的或者滞后的时间，然后通过下行的命令，将需要调整的时间亦多进制或者步进调整的方式通知终端调整发射时间。这种接入过程一般称为非同步的随机接入过程
同时，对于上行业务的调度请求，由于业务请求调度的随机性，也可以归入随机接入范畴，但由于业务请求调度前，已经完成并处于同步状态，所以这种接入过程一般称为同步的随机接入过程，同步的随机接入过程更强调请求调度的控制信令的发射。
TDD(Time Division Duplex，时分双工)系统相对于FDD(FrequencyDivision Duplex，频分双工)系统由于其上下行信号都是在一个频点发射，因此在某些方面的实现与FDD系统有着极大的差异。对于TDD系统上行应用单载波频分复用的一个典型的例子如图1所示：图1是TDD系统的典型帧结构图。10ms帧被分割为2个等长的5ms无线子帧，每个无线子帧包含7个业务时隙(TS0～TS6)，同步和保护间隔在TS0和TS1之间，长度为0.275ms，包括DwPTS(Downlink Pilot Time Slot，下行导频时隙)、GP(Guard Period，保护时间)、UpPTS(Uplink Pilot Time Slot，上行导频时隙)、DUSP(Downlinkuplink switch point，下行-上行切换点)和UDSP(Uplink downlink switch point，上行-下行切换点)。TTI(Transmission Time Interval，传输时间间隔)的基本时间为0.675ms，与业务时隙时间一致。保护时间是用来保护下行和上行之间的切换点的，这样可以避免TDD系统下行和上行间的互相干扰。
一般情况下，同步的随机接入过程既需要检测前导，又需要解调控制信令，所以采用较短的UpPTS来承载上行同步随机接入信号不太可行。
TDD移动通信系统中同步随机接入过程仅仅依靠UpPTS无法满足携带较多控制信令的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提出一种时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，完成TDD单载波同步随机前导发射和控制消息的发射功能。
为实现上述目的，本发明提出了一种时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，在时分双工系统无线子帧的上行业务时隙或传输时间间隔发射同步随机接入突发，所述同步随机接入突发由上行子帧的多个短块和多个长块构成，将一个或多个长块和/或一个或多个短块构成所述同步随机接入突发的前导序列或参考信号序列，将剩余的长块和/或剩余的短块构成与所述前导或参考信号相关的消息序列。
上述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，所述同步随机接入突发在时分双工系统无线子帧的多个上行业务时隙或传输时间间隔中发射。
上述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，所述消息序列在频域上采用离散式分布方式复用多个用户的消息序列；或采用连续式的分布方式复用多个用户的消息序列。
上述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，当所述子帧为0.675ms时，所述上行子帧包括八个长块和两个短块
上述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，当所述同步随机接入突发的帧格式由两个短块和八个长块构成时，具体包括：
步骤51，采用两个长块构成前导序列或参考信号序列；
步骤52，采用剩余的六个长块和两个短块构成与所述前导序列或参考信号相关的消息序列。
上述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，当所述同步随机接入突发的帧格式由两个短块和八个长块构成时，具体包括：
步骤61，采用八个长块构成所述前导序列或参考信号相关的消息序列；
步骤62，采用两个短块构成与所述前导序列或参考信号序列相关的消息序列。
上述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，还包括确定所述消息序列在频域上的起始位置的步骤，具体包括以下步骤：
步骤71，确定复用用户的个数；
步骤72，确定所述前导序列签名或参考序列的候选集的数量；
步骤73，将所述前导签名的编号对所述复用用户的个数进行求余运算，余数就是所述消息序列在频域上的起始位置。
上述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，所述时分双工系统为DFT-S OFDM系统。
上述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其中，所述时分双工系统的带宽为1.25M、2.5M、10M、15M或20M。
本发明通过在双工系统无线子帧的任何一个或多个上行业务时隙或传输时间间隔发射同步随机接入突发，实现了多种同步随机接入信号的发射方式，可以完成TDD单载波同步随机前导发射和控制消息的发射功能。
附图说明
图1是TDD典型的帧结构示意图；
图2是TDD系统的同步随机接入信道帧结构消息离散式分布示意图；
图3是TDD系统的同步随机接入信道帧结构消息连续式分布示意图；
图4是TDD系统的大小区同步随机接入信道帧结构消息离散式分布示意图；
图5是TDD系统的大小区同步随机接入信道帧结构消息连续式分布示意图；
图6是TDD系统的另一种同步随机接入信道突发周期帧结构示意实施例图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细的说明。
图2、图3分别为同步随机接入信道突发周期帧结构示意实施例图。如图2和图3所示，本实施例中同步随机接入信号的发射采用了TDD时分双工系统在无线子帧的任何一个上行业务时隙或TTI发射，长度为0.675ms。同步随机接入突发的帧格式与调度信道的时隙格式相同，由2个短块SB(Short Block)和8个长块LB(Long Block)构成。本实施例中随机接入前导信号使用2个长块LB构成前导序列或参考信号序列，采用剩余的6个长块LB和2个短块构成与前导或参考信号相关的消息序列。
图2中前导或参考信号相关的消息序列在频域上的分布方式采用离散式的分布方式，用来复用多个用户的消息序列。这里可以复用4个用户的消息序列。消息序列的起始位置为0、1、2、3。
图3中前导或参考信号相关的消息序列在频域上的分布方式采用连续式的分布方式，用来复用多个用户的消息序列。这里可以复用4个用户的消息序列。消息序列的起始位置为0、1、2、3。
图3和图4中消息序列的分布位置和前导(参考信号)相关联的方式采用前导(参考信号)索引计算的方法获得。
计算方法1：首先确定复用用户的个数，如图中的4个，然后确定前导签名或参考序列的候选集的数量，候选集是一个小区内，非同步随机接入突发可以选择签名的集合，如16、64等，候选集的数量应大于同时发起非同步随机接入的用户数量，以尽量避免多用户随机选择签名而导致选择同一签名产生碰撞。根据候选集内的数量，前导签名的编号可以是1～16或1～64等。前导签名的编号对复用个数如4进行求余(mod)运算，余数(0、1、2、3)就是消息序列在频域上的起始位置。
如图4和图5所示，为大小区下同步随机接入信道突发周期帧结构示意实施例图。本实施例中同步随机接入信号的发射采用了TDD时分双工系统在无线子帧的多个上行业务时隙或TTI发射，长度为N*0.675ms。同步随机接入突发的帧格式与调度信道的时隙格式相同，由N*2个短块SB和N*8个长块LB构成。本实施例中随机接入前导信号使用前N-1个时隙中的所有长块LB和最后一个时隙中的2个长块LB构成前导序列或参考信号序列，采用最后一个时隙中剩余的6个长块LB和所有时隙中的N*2个短块SB构成与前导或参考信号相关的消息序列。图4中采用离散式的分布方式复用多个用户的消息序列，而图5中采用连续式的分布方式复用多个用户的分布方式复用多个用户的消息序列。
前导或参考信号相关的消息序列在频域上的分布方式与图2和图3中采用的方式一样，消息序列的分布位置和前导(参考信号)相关联的方式也与图2和图3中采用的方式一样。
与图2、3、4、5中短块SB被用来承载消息的方法不同，短块也可以选择承载参考信号或前导序列。这样可以对应发明内容中的发射方法2。
如图6所示，为另外一种大小区下同步随机接入信道突发周期帧结构示意实施例图。本实施例中同步随机接入信号的发射采用了TDD时分双工系统在无线子帧的多个上行业务时隙或TTI发射，长度为0.675ms。同步随机接入突发的帧格式与调度信道的时隙格式相同，由2个短块SB和8个长块LB构成。本实施例中随机接入前导信号使用前此时隙中的所有长块LB构成前导序列或参考信号序列，采用2个短块SB构成与前导或参考信号相关的消息序列。短块全部用来传输一个用户的信息，不与其他用户采用如图2、3、4、5类似的复用方式。
本发明提供的同步随机接入前导信号的发射方法，可以完成各种大小的小区内的UE的发射调度请求的功能，有效的提高了同步随机接入的检测概率和传输控制信令的解调质量。
本发明可以基于1.25M带宽的DFT-S OFDM系统。对于2.5M、10M、15M、20M等其他带宽情况，只需将对应的参数作简单的改动即可实施。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其特征在于，在时分双工系统无线子帧的上行业务时隙或传输时间间隔发射同步随机接入突发，所述同步随机接入突发由上行子帧的多个短块和多个长块构成，将一个或多个长块和/或一个或多个短块构成所述同步随机接入突发的前导序列或参考信号序列，将剩余的长块和/或剩余的短块构成与所述前导或参考信号相关的消息序列。
2.根据权利要求1所述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其特征在于，所述同步随机接入突发在时分双工系统无线子帧的多个上行业务时隙或传输时间间隔中发射。
3.根据权利要求1所述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其特征在于，所述消息序列在频域上采用离散式分布方式复用多个用户的消息序列；或采用连续式的分布方式复用多个用户的消息序列。
4.根据权利要求1所述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其特征在于，当所述子帧为0.675ms时，所述上行子帧包括八个长块和两个短块
5.根据权利要求4所述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其特征在于，当所述同步随机接入突发的帧格式由两个短块和八个长块构成时，具体包括：
步骤51，采用两个长块构成前导序列或参考信号序列；
步骤52，采用剩余的六个长块和两个短块构成与所述前导序列或参考信号相关的消息序列。
6.根据权利要求4所述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其特征在于，当所述同步随机接入突发的帧格式由两个短块和八个长块构成时，具体包括：
步骤61，采用八个长块构成所述前导序列或参考信号相关的消息序列；
步骤62，采用两个短块构成与所述前导序列或参考信号序列相关的消息序列。
7.根据权利要求1所述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其特征在于，还包括确定所述消息序列在频域上的起始位置的步骤，具体包括以下步骤：
步骤71，确定复用用户的个数；
步骤72，确定所述前导序列签名或参考序列的候选集的数量；
步骤73，将所述前导签名的编号对所述复用用户的个数进行求余运算，余数就是所述消息序列在频域上的起始位置。
8.根据权利要求1所述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其特征在于，所述时分双工系统为DFT-SOFDM系统。
9.根据权利要求1所述的时分双工系统单载波同步随机接入信号的发射方法，其特征在于，所述时分双工系统的带宽为1.25M、2.5M、10M、15M或20M。
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