CN101203029B - 一种随机接入的实现方法及基站 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种随机接入方法，包括：检测终端发送的随机接入前导序列；根据所述前导序列测量信道质量；根据所述信道质量的测量信息为该终端分配相关的传输信道资源信息；接收所述终端发送的随机接入需求信息。同时，本发明也提供一种基站，包括：检测单元，用于检测终端发送的随机接入前导序列；测量单元，用于根据所述前导序列对信道质量进行测量；资源分配单元，用于根据所述信道质量测量信息为终端分配相关的传输信道资源信息；接收单元，用于接收所述终端发送的随机接入需求信息。本发明通过测量前导序列的信道质量，可以减少前导序列携带的信息比特，减少前导序列的数目，从而快速、高效的实现随机接入过程。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种随机接入的实现方法及基站。
背景技术
时分-同步码分多址(TD-SCDMA，Time-Division Synchronization CodeDivision-Multiple-Access)是第三代移动通信系统的三大国际标准中唯一采用时分双工(TDD：Time Division Duplex)方式的系统。该系统支持上下行非对称业务传输，在频谱利用上具有较大灵活性。
在TD-SCDMA系统的演进方案中，为了得到高速率、大容量的服务，需要占用更宽的带宽，称之为宽带时分双工蜂窝系统。在宽带时分双工蜂窝系统中，下行调制方式可以采用正交频分复用(OFDM：Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)方式。OFDM方式已经在宽带无线局域网中得到了应用，在蜂窝移动通信中的应用还需要解决一系列的问题。
现有TD-SCDMA系统的帧结构如图1所示。图中，每个无线子帧由7个普通时隙(TS0～TS6)和三个特殊时隙构成。其中，普通时隙用来传送数据；三个特殊时隙分别为下行导频信道(DwPTS，Downlink Pilot Time Slot)，用于系统的下行同步信息的发送；上行导频信道(UpPTS，Uplink Pilot TimeSlot)，用于终端接入的上行同步信息发送；转换保护时隙(GP，Generalprotect)，用于提供下行发送时隙向上行发送时隙转换的时间间隔。
现有TD-SCMDA系统是一个码片速率为1.28Mcps，带宽为1.6MHz的系统。其数据部分和上下行的导频部分采用同样的信号格式。在TD-SCDMA演进方案中，带宽可以达到20MHz以上，同时可以支持不同带宽1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz及20MHz的工作。
对于TD-SCDMA演进系统，当终端从空闲(IDLE)状态向激活(ACTIVE)转换过程中，需要实现与蜂窝系统基站的上行同步。实现与蜂窝网的上行同步过程称为非同步随机接入过程。目前在TD-SCDMA演进系统中，可以采用两种方案来实现非同步随机过程，即一步随机接入方式和两步随机接入方式，分别如图2和3所示。一步接入过程为：UE一次性发送用于同步和资源请求的前导序列，基站(NodeB)也一次性反馈时钟信息和资源分配信息。二步接入过程为：UE先发送用于同步的前导序列，NodeB反馈时钟信息和可供UE发送资源请求信息的资源；而后UE再使用NodeB分配的资源在共享信道或随机接入信道发送资源请求，然后NodeB再反馈数据发送资源分配。显然，两步随机接入方式与一步随机接入方式相比，增加了两个传输步骤。从目前的设计来看，由于两步传输方式接入时间比较长，因此现有技术大多采用一步随机接入方式实现。
随机接入信号主要由前导序列构成。前导序列用于上行时钟对齐和UE识别符的检测。在前导序列中也可能包含4-8比特的信息，可额外携带简短的信令。对于图2的一步随机接入方式，终端在第一步发送前导序列(信息1)时，总是通过前导序列携带一定数量的比特信息通知基站。携带的比特信息的数量与一个小区内前导序列的数量有关系。如：一个小区中前导序列的个数为64，则携带的最大信息量为6个比特；如果前导序列为16，则携带的最大信息量为4个比特。
前导序列发送的信息一般包括接入原因、随机接入的质量、随机序列号以及可能的路损等信息。在一步随机接入方式下，如果前导序列携带的比特数多，必然要增加前导序列的数量。由于前导序列的数量是有限的，其数目与发送前导序列的时隙长度成正比。如果采用图1的UpPTS时隙发送前导序列，其数目受到UpPTS时隙长度的限制。因此，分配给小区前导序列的数目受限。
同时，如果一个小区分配的前导序列的数目过多，由于发送前导序列的资源属于竞争性信道，多个终端可以通过该资源同时发送前导序列。因此，基站需要对每个接收到序列进行检测，将接收的序列与所有可能发送的序列进行对比，选取最有可能发送的序列。这样，如果给一个小区分配的前导序列越多，基站的计算复杂度也越大，判断时间也越长。同时，前导序列多也会容易造成基站对接收序列的误判，从而降低系统的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种随机接入的实现方法及基站，能够减少前导序列的数目，从而减少实现复杂度及提高系统性能。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种随机接入方法，包括：
检测终端发送的随机接入前导序列；
根据所述前导序列测量信道质量；
根据所述信道质量的测量信息为该终端分配相关的传输信道资源信息；
接收所述终端发送的随机接入需求信息。
优选的，还包括，
判断所述前导序列是否携带信道质量信息：
如果该前导序列携带部分信道质量信息，则将所述信道质量测量信息和该携带的部分信道质量信息综合参考，为该终端分配相关的传输信道资源；
如果该前导序列没有携带任何信道质量信息，则根据信道质量测量信息为该终端分配相关的传输信道资源。
优选的，根据所述前导序列携带的部分信道质量信息分配下行信息的信道资源；根据所述信道质量测量信息分配终端发送随机接入需求信息的信道资源。
优选的，根据所述信道质量测量信息分配下行信息、以及终端发送随机接入需求信息的信道资源。
优选的，测量所述前导序列的信噪比或信干比。
优选的，根据所述前导序列测量信道的质量指示信息或路损信息。
一种基站，包括：
检测单元，用于检测终端发送的随机接入前导序列；
测量单元，用于根据所述前导序列对信道质量进行测量；
资源分配单元，用于根据所述信道质量测量信息为终端分配相关的传输信道资源信息；
接收单元，用于接收所述终端发送的随机接入需求信息。
优选的，还包括：
判断单元，用于判断所述前导序列是否携带信道质量信息；
所述资源分配单元根据该判断单元的判断结果进行资源分配：
当该前导序列携带部分信道质量信息，则将所述信道质量测量信息和该携带的部分信道质量信息综合参考，为该终端分配相关的传输信道资源；
当该前导序列没有携带任何信道质量信息，则根据信道质量测量信息为该终端分配相关的传输信道资源。
优选的，所述资源分配单元根据所述前导序列携带的部分信道质量信息分配下行信息的信道资源；根据所述信道质量测量信息分配终端发送随机接入需求信息的信道资源。
优选的，所述资源分配单元根据所述信道质量测量信息分配下行信息、以及终端发送随机接入需求信息的信道资源。
优选的，所述测量单元测量所述前导序列的信噪比或信干比。
优选的，所述测量单元根据所述前导序列测量信道的质量指示信息或路损信息。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用TDD系统的特性，通过测量终端发送的前导序列获得终端的信道质量信息，从而减少前导序列携带的信息比特，减少前导序列的数目，降低随机接入的实现复杂度，能够快速、高效的实现随机接入过程。
终端发送的前导序列可以不携带或携带部分信道质量信息。在终端发送的前导序列没有携带信道质量信息的情况下，基站通过测量终端发送的前导序列获得终端的信道质量信息，并根据信道质量为终端分配信道资源。在终端发送的前导序列携带部分信道质量信息的情况下，基站可以综合考虑前导序列携带的信道质量信息和测量得到的信道质量信息，灵活的为终端分配信道资源。这样，可以提高信息发送的成功概率，并减少信道资源的分配冗余。
此外，基站可以通过多种方式获得信道质量信息，可以根据实际环境灵活的选择通过测量前导序列的信噪比或者信干比，也可以选择通过前导序列测量信道的质量指示信息或者路损信息方式。
另外，基站获得终端的信道质量信息，能够根据信道的质量灵活分配相关的传输信道资源。当信道质量条件好的情况下，根据链路自适应，可以采用更高的编码速率，所以可以分配更少的信道资源，从而节省信道资源。对于信道质量条件比较差的终端，需要采用更低的编码速率，为终端分配更多的信息资源。
综上所述，本发明针对宽带时分双工蜂窝系统的需求，提出了在TDD系统中可以通过测量前导序列的信道质量，减少前导序列携带的信息比特，从而快速、高效的实现随机接入过程的方案。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
附图说明
图1是现有TD-SCDMA系统的帧结构示意图；
图2是现有一步随机接入过程示意图；
图3是现有两步随机接入过程示意图；
图4是本发明随机接入的实现方法流程图；
图5是本发明随机接入的另一实现方法流程图；
图6是本发明用于实现随机接入的基站框图。
具体实施方式
首先，简单说明一下本发明提供的技术方案能够得以实现的原理。
通常前导序列需要携带接入原因、随机接入的信道质量、随机序列号等信息通知基站。前导序列携带信道质量信息，主要是为了通知基站此时的信道状况，基站根据该信道质量信息，为信息2和信息3分配合理的信道资源，优化信道资源配置。对于TD-SCDMA宽带时分双工蜂窝系统，可以利用TDD系统的特点，进一步减少小区分配前导序列的数目，但不影响一步随机接入方式的性能。
由于TDD具有信道对称的特性，即由基站发送到终端的信道和终端上传信息到基站的信道采用相同的频段，两者的信道特性在一定时间内变化不大。对于终端发送的前导序列，如果携带有信道质量信息时，TDD系统可以通过信道对称性减少发送信道质量的比特数或者完全不发送信道质量信息。而基站通过测量终端发送的前导序列来对信道质量进行测量。
根据上述分析，本发明提供一种随机接入方法，包括：
步骤401、基站检测终端发送的随机接入前导序列；
步骤402、根据所述前导序列测量信道质量；
步骤403、根据所述信道质量的测量信息为该终端分配相关的传输信道资源信息；
步骤404、通过该信道接收所述终端发送的随机接入需求信息。
另外，根据前导序列是否携带信道质量信息的情况该方法还可以变化成以下步骤：
步骤501、基站检测终端发送的随机接入前导序列；
步骤502、根据所述前导序列测量信道质量；
步骤503、判断所述前导序列是否携带信道质量信息：
如果该前导序列携带部分信道质量信息，则将所述信道质量测量信息和该携带的部分信道质量信息综合参考，为该终端分配相关的传输信道资源；
如果该前导序列没有携带任何信道质量信息，则根据信道质量测量信息为该终端分配相关的传输信道资源；
步骤504、通过该信道接收所述终端发送的随机接入需求信息。
具体到图2所示的随机接入过程，当终端发送前导序列(信息1)，基站通过接收前导序列，对该前导序列进行检测。当基站通过检测并判断出终端发送的前导序列，得知具体的发送前导序列后，基站根据信道对称性，对已知的前导序列进行信道质量测量。
对于信息1的信道质量测量，可以通过测量前导序列的信噪比(SNR，Signal to Noise Ratio)或者信干比(SINR，Signal to Interference and NoiseRatio)得以实现。其中，SNR没有考虑邻小区的干扰，而SINR考虑了邻小区的干扰，相比较而言，SINR较SNR而言能够更为准确地反映信道的质量信息。此外，基站也可以通过前导序列测量信道的质量指示信息(CQI，Channel Quality Indication)或者路损(Pathloss)信息来代替SNR或者SINR信息，作为信道质量信息。
当基站获得终端的信道质量信息后，根据信道的质量为信息2和3分配相关的传输信道资源。当信道质量条件好的情况下，根据链路自适应，信息2和3可以采用更高的编码速率，所以可以分配更少的信道资源，从而节省信道资源。对于信道质量条件比较差的终端，为了传输信息2和3，需要采用更低的编码速率，因此，基站需要分配更多的信息资源用于传输。
基站通过对前导序列(信息1)的信道质量进行测量，或者通过与前导序列的部分信息进行合并处理，判断终端传输信息的质量，为信息2分配对应的信道资源。基站通过该信道资源将终端需要调整的时间提前量、为信息3分配的资源信息、以及可能的小区临时标识信息等发送到终端。
在信息2中，基站需要发送给终端上行同步的时间提前量，终端发送信息3的上行信道资源分配以及小区识别号等信息。其中：
1、上行同步提前量的获得方法是：基站通过接收到终端发送的前导序列，通过与基站内存储的前导序列集合的每一个序列进行移位相关，选取相关值最大的对应序列作为终端发送序列，同时，通过移位相关的方法，寻找到最大的发送位置。由于基站要求小区内所有终端发送的上行信号到达基站的时间差在一个OFDM符号的CP长度以内，通过移位相关得到终端发送前导序列的时间后，对比基站要求的上行信号到达时间，得到两者的时间差，作为时间提前量发送给终端。在终端根据接收的时间提前量来决定发送信息3的时间。通过发送时间提前量，基站可以让小区内所有的终端到达基站的时间满足OFDM系统的要求。
2、对于信道资源是根据基站测量得到的信息，独立或与前导序列携带的部分质量信息来决定信息3的发送资源。如果前导序列没有携带信道质量信息，则将该前导序列的信道质量测量信息将作为信息2和3的资源分配参考信息；如果前导序列携带了部分信道质量信息，则可以将测量的前导序列质量信息与携带的部分信道质量信息进行综合考虑，从而为资源的分配提供更为可靠的信息。
3、小区识别号是发送前导序列的终端在小区内的标识号(在小区内具有唯一性)，用于标识终端。
信息2可以采用控制信道进行发送，也可以在共享数据传输信道中发送。当采用控制信道发送时，可以采用普通的下行共享控制信道或者采用单独的控制信道；当采用共享数据传输信道传输时，需要单独的控制信道指示终端，终端根据指示在相应的信道资源中接收。
终端通过接收信息2的资源，获取相关的控制信息，并获得发送信息3的信道资源。终端根据分配的信道资源，将信息3发送给基站，该信息主要包含了层3的随机接入需求信息。
因此，基站通过对终端发送的前导序列测量信道质量，可以在前导序列中减少或完全不携带信道质量指示，这样可以减少前导序列的数目，降低随机接入的复杂度，从而快速的实现随机接入过程。
此外，本发明也提供一种用于实现随机接入的基站，如图6所示。该基站包括检测单元61、测量单元62、资源分配单元63、以及接收单元64，其中：
检测单元61检测终端发送的随机接入前导序列；通过测量单元62根据所述前导序列对信道质量进行测量；资源分配单元63根据所述信道质量测量信息为终端分配相关的传输信道资源信息；最后终端通过该信道发送的随机接入需求信息由接收单元64接收。
需要说明的是，该基站还可以包括判断单元623，用于判断所述前导序列是否携带信道质量信息，如图6中的虚线框所示。
所述资源分配单元63根据该判断单元623的判断结果进行资源分配：当该前导序列携带部分信道质量信息，则将所述信道质量测量信息和该携带的部分信道质量信息综合参考，为该终端分配相关的传输信道资源；当该前导序列没有携带任何信道质量信息，则根据信道质量测量信息为该终端分配相关的传输信道资源。
具体到图2所示的随机接入过程，当终端发送前导序列，基站通过检测单元对终端发送的前导序列进行检测，然后通过测量单元测量前导序列的SNR或者SINR，也可以通过前导序列测量信道的CQI或者Pathloss信息，获得信道质量信息；再通过资源分配单元根据信道的质量为信息2和3分配相关的传输信道资源。当信道质量条件好的情况下，根据链路自适应，信息2和3可以采用更高的编码速率，所以可以分配更少的信道资源，从而节省信道资源。对于信道质量条件比较差的终端，需要采用更低的编码速率用于传输。
基站通过对信息1的信道质量进行测量，或者通过与前导序列的部分信息进行合并处理，判断终端传输信息的质量，为信息2分配对应的信道资源。基站通过该信道资源将终端需要调整的时间提前量、为信息3分配的资源信息、以及可能的小区临时标识信息等发送到终端。
终端通过接收信息2的资源，获取相关的控制信息，并获得发送信息3的信道资源。终端根据分配的信道资源，将信息3发送给基站。
最后，通过具体实施例对本发明前述技术方案的实现予以说明。
假设某一终端开机后，通过小区初搜完成与网络的下行同步，能够接收网络发送的广播和寻呼信息。当终端需要主动与其他用户进行通信或被网络寻呼后，需要与网络建立上行同步，以实现UE接入网络，实现通信的目的。
当采用一步随机接入过程时，终端在发送前导序列时需要携带一定比特的信息(采用隐含方式)。UE根据需要发送的信息，选择一个前导序列Pa并在相应的随机接入信道上发送。
基站根据系统的设置，在随机接入信道的接收窗口中对终端发送的前导序列进行捕获和检测，判断出该UE发送的前导序列Pa。
当前导序列Pa被基站捕获检测到，通过测量算法，基站根据接收的前导序列Pa对UE到基站的信道条件进行测量。由于TDD系统的上下行信道的对称特性，对前导序列Pa测量得到的信道质量可用于信息2和3的发送。因此，基站在为信息2和信息3分配发送资源时，可以利用测量信息1获得的信道条件和前导序列Pa携带的隐含信息，合理地分配相应的信道资源发送给终端。将其携带的信息与测量的信息合并使用的具体方法可以有多种，例如，当前导序列携带了1个比特的信道质量信息，由于该信息是通过终端测量下行导频符号的质量获得的，因此，该信息可以用于下行信息2的资源分配；而测量的信息通过对终端发射的上行前导序列进行测量的，因此，该测量信息可以主要用于信息3的信息资源分配的参考。这样，可以提高信息2和3的发送成功概率，并减少信道资源的分配冗余。
基站在分配的信道资源上发送信息2的内容。信息2包含有上行同步时间调整信息以及为信息3分配的信道资源等信息。
当UE接收到基站发送的信息2，知道发送的前导序列被基站检测到。根据信息2中的控制信令指示，UE在分配的资源中发送随机接入的控制信令信息3到基站。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (14)
1.一种随机接入方法，应用于时分双工移动通信系统，其特征在于，该方法包括：
检测终端发送的随机接入前导序列，所述随机接入前导序列不携带或携带部分信道质量信息；
根据所述随机接入前导序列测量信道质量；
根据所述信道质量的测量信息为该终端分配相关的传输信道资源；
接收所述终端发送的随机接入需求信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括，
判断所述随机接入前导序列是否携带信道质量信息：
如果该随机接入前导序列携带部分信道质量信息，则将所述信道质量测量信息和该携带的部分信道质量信息综合参考，为该终端分配相关的传输信道资源；
如果该随机接入前导序列没有携带任何信道质量信息，则根据信道质量测量信息为该终端分配相关的传输信道资源。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：根据所述随机接入前导序列携带的部分信道质量信息分配下行信息的信道资源；根据所述信道质量测量信息分配终端发送随机接入需求信息的信道资源。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述传输信道资源包括：下行信息的信道资源以及终端发送随机接入需求信息的信道资源。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：测量所述随机接入前导序列的信噪比或信干比。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据所述随机接入前导序列测量信道的质量指示信息。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据所述随机接入前导序列测量信道的路损信息。
8.一种基站，应用于时分双工移动通信系统，其特征在于，该基站包括：
检测单元，用于检测终端发送的随机接入前导序列，所述随机接入前导序列不携带或携带部分信道质量信息；
测量单元，用于根据所述随机接入前导序列对信道质量进行测量；
资源分配单元，用于根据所述信道质量测量信息为终端分配相关的传输信道资源；
接收单元，用于接收所述终端发送的随机接入需求信息。
9.如权利要求8所述的基站，其特征在于，该基站还包括：
判断单元，用于判断所述随机接入前导序列是否携带信道质量信息；
所述资源分配单元根据该判断单元的判断结果进行资源分配：
当该随机接入前导序列携带部分信道质量信息，则将所述信道质量测量信息和该携带的部分信道质量信息综合参考，为该终端分配相关的传输信道资源；
当该随机接入前导序列没有携带任何信道质量信息，则根据信道质量测量信息为该终端分配相关的传输信道资源。
10.如权利要求9所述的基站，其特征在于：所述资源分配单元根据所述随机接入前导序列携带的部分信道质量信息分配下行信息的信道资源；根据所述信道质量测量信息分配终端发送随机接入需求信息的信道资源。
11.如权利要求8或9所述的基站，其特征在于：所述资源分配单元分配的传输信道资源包括：下行信息的信道资源以及终端发送随机接入需求信息的信道资源。
12.如权利要求8所述的基站，其特征在于：所述测量单元测量所述随机接入前导序列的信噪比或信干比。
13.如权利要求8所述的基站，其特征在于：所述测量单元根据所述随机接入前导序列测量信道的质量指示信息。
14.如权利要求8所述的基站，其特征在于：所述测量单元根据所述随机接入前导序列测量信道的路损信息。
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