CN101431803A - Tdd系统随机接入方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TDD系统随机接入方法，包括：在用户设备UE侧，构建N个OFDM符号长度的随机接入前导序列，将前导序列后端长度为T的信号复制到前导序列前端，作为前导序列的循环前缀CP；UE在上行导频UpPTS时隙内，将所述CP以及前导序列一并发送给基站Node B，请求随机接入。由于本发明采用UE侧对UpPTS中对前导序列添加CP，不会引入白噪声，保证Node B频域相关检测的准确性，保证随机接入的正常进行。与上述方法相对应，本发明还提供TDD系统随机接入装置。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种TDD(Time DivisionDuplex，时分双工)系统随机接入方法及装置。
背景技术
在LTE(Long Time Evolution，长期演进)系统中，上行随机接入分为非同步随机接入和同步随机接入。非同步随机接入是在UE(User Equipment，用户设备)还未获得上行时间同步或丧失同步时，用于Node B(基站)估计、调整UE上行发射时钟的过程，这个过程同时用于UE向Node B请求资源分配。随机接入信号主要由前导序列(Preamble)构成，前导序列用于上行时钟对齐和UE识别符的检测。LTE目前包括两种非同步随机接入方法，第一种接入过程是：UE一次性发送用于同步和资源请求的前导序列，Node B也一次性反馈时钟信息和资源分配信息；第二种接入过程是：UE先发送用于同步的前导序列，Node B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Node B分配的资源在共享信道或随机接入信道发送资源请求，最后Node B反馈数据发送资源分配信息。对于同步上行接入的过程与非同步上行接入相似，只是省去了同步的过程。需要说明的是，在LTE TDD系统中，为了满足OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)信号的时域循环特性，避免子载波干扰，必须保证UE向Bode B发送的前导具有循环特性，以便Node B进行频域相关检测(UE识别符的检测)，从而决定是否向UE分配相关资源。
目前的LTE包括两种双工复用方式，FDD和TDD，其中，TDD中帧结构是基于TD-SCDMA设计的，包括了由DwPTS(下行导频)、GP(保护间隔)和UpPTS(上行导频)组成的特殊时隙的概念。本文是针对UpPTS提供随机接入信道的情况对随机接入进行阐述的。
LTE TDD系统中UpPTS长度比较短，下面详细说明。参见图1，为LTETDD与TD-SCDMA共存示意图，其中，TDD给出来与TD-SCDMA(时分同步-码分多址接入)共存的帧结构以及时隙比例配置。为了与TD-SCDMA共存，从整个系统的时隙上来看，LTE TDD的GP位置和上/下行转换点位置需要与TD-SCDMA一致。图1示出了在TD-SCDMA不同时隙比例析下，LTETDD进行相应的上/下行时隙比例调整以及特殊时隙长度的调整，从而保证与TD-SCDMA共存。由图1可知，LTE TDD在不同上/下行时隙比例情况下，其特殊时隙DwPTS、GP和UpUPS的长度是不同的。图1中，TD-SCDMA的时隙长度为0.675ms，三个特殊时隙的总长度为275us；LTE TDD中时隙长度为0.5ms，三个特殊时隙总长度为1ms。根据图1中LTE TDD帧结构的设计，可以得到LTE TDD中DwPTS、GP和UpUPS的具体参数。参见表1、2和3。
表1
| TD-SCDMA下/上比例 | LTE TDD下/上比例 | DwPTS长度 | GP长度 | UpPTS长度 |
| 2/5 | 2/6 | 10976Ts(5 OS) | 4384Ts(2 OS) | 15360Ts(7 OS) |
| 3/4 | 4/4 | 2208Ts(1 OS) | 4384Ts(2 OS) | 24128Ts(11 OS) |
| 4/3 | 4/4 | 21964Ts(10 OS) | 4384Ts(2 OS) | 4384Ts(2 OS) |
| 5/2 | 6/2 | 13168Ts(6 OS) | 4400Ts(2 OS) | 13152Ts(6 OS) |
| 6/1 | 8/0 | 2208Ts(1 OS) | 4384Ts(2 OS) | 24128Ts(11 OS) |
表2
| TD-SCDMA下/上比例 | LTETDD下/上比例 | DwPTS长度 | GP长度 | UpPTS长度 |
| 2/5 | 2/6 | 12800Ts(5 OS) | 2560Ts(1 OS) | 15360Ts(6 OS) |
| 3/4 | 4/4 | 2560Ts(1 OS) | 7680Ts(2 OS) | 23040Ts(9 OS) |
| 4/3 | 4/4 | 23040Ts(9 OS) | 2560Ts(1 OS) | 5120Ts(2 OS) |
| 5/2 | 6/2 | 23040Ts(5 OS) | 7680Ts(2 OS) | 23040Ts(5 OS) |
| 6/1 | 8/0 | 2560Ts(1 OS) | 7680Ts(2 OS) | 23040Ts(9 OS) |
表3
其中，Ts为基本时间单位，具体数值为1/(15000×2048)秒；OS表示OFDM符号，每个OS的不包括CP(Cyclic Prefix，循环前缀)。表1给出的几个OS表示该时间长度内放置的具有短CP的OFDM符号数目；表2给出的几个OS表示该时间长度内放置的具有长CP的OFDM符号数目；表3给出了在0.5ms内长短CP的具体参数。其中，在短CP时，0.5ms内可以放置7个OFDM符号，第一个OFDM符号的CP长度与其他6个不同。为了保证系统的一致性，在不同LTE TDD时隙比例的情况下，UpPTS中的随机接入信道为一个固定值。从表1和表2可以看出，在与TD-SCDMA时隙比例4:3共存的LTE TDD的帧结构中，UpPTS长度为2个OFDM符号，因此，对于表1和表2所示的各种时隙比例中，UpPTS中可以分配的随机接入信道长度为2个OFDM长度。
由此可见，LTE TDD系统中UpPTS长度有限。现有的Overlap-and-Add(复制相加)方式可以实现UpPTS提供随机接入信道的随机接入。参见图2，为Overlap-and-Add方式示意图。如前已述，随机接入过程必须满足前导序列的循环特性，因此，在Overlap-and-Add方式中，随机接入前导序列分别延迟不同的时间T到达Node B，然后，Node B选择固定的时间段将前导序列的后端进行复制并添加到DFT(离散傅里叶变换)检测区域前端，从图2可知，这种操作可以保证DFT变换区域内始终是随机接入前导序列的一种循环形式，因此，保证了OFDM符号中各个子载波之间的正交性。然而，对于UpPTS仅可提供较短且长度固定的OFDM符号用于随机接入而言，Overlap-and-Add降低随机接入性能。首先明确一点，单纯对于随机接入而言，Node B对前导序列的频域相关检测性能由前导序列长度决定，也就是说，前导序列长度越长，其检测性能越好，然而，对于UpPTS提供随机接入信道而言，如前分析，它所能提供的前导序列长度有限且仅为2个OFDM符号，在这个前提下，再来分析Overlap-and-Add的缺陷。由于Overlap-and-Add是由Node B将前导序列后端添加到DFT区域前端，而到达Node B的前导序列在传输过程中已经不是纯粹的数据信号，这种复制叠加必定将多余的高斯白噪声也添加到了DFT前端，由此，降低了频域相关检测的性能，影响正常的随机接入。
发明内容
有鉴于此，本发明要提供一种TDD系统随机接入方法及装置，以解决现有方案存在的降低频域相关检测性能的问题。
为此，本发明实施例采用如下技术方案：
一种时分双工TDD系统随机接入方法，包括：在用户设备UE侧，构建N个OFDM符号长度的随机接入前导序列，将前导序列后端长度为T的信号复制到前导序列前端，作为前导序列的循环前缀CP；UE在上行导频时隙UpPTS内，将所述CP以及前导序列一并发送给基站Node B，请求随机接入。
上述方法还包括：Node B从UpPTS随机接入信道中取出CP以及前导序列，对前导序列进行频域相关检测；根据频域相关检测结果，为所述UE分配随机接入资源。
所述CP长度T，是根据随机接入可支持的小区半径进行配置的。
所述OFDM个数N为两个，，前导序列CP的长度T为TDD系统支持CP长度的两倍。
当TDD系统支持长CP时，所述前导序列CP的长度为两个长CP的长度；当TDD系统支持短CP时，所述前导序列CP的长度为两个短CP的长度。
所述前导序列由位于UpPTS前端、中间或后端的OFDM符号构成。
当所述前导序列由位于UpPTS中间或后端的OFDM符号构成时，除了在前导序列前面添加CP外，还在CP前面添加GT。
一种TDD系统随机接入装置，该装置位于用户侧，包括：前导构建单元，用于构建N个OFDM符号长度的随机接入前导序列；CP构建单元，用于复制所述前导序列后端长度为T的信号的后端至前导序列前端，作为前导序列的CP；随机接入发送单元，用于在UpPTS内向Node B发送所述前导序列以及CP，请求随机接入。
上述装置还包括：CP长度配置单元，用于根据随机接入可支持的小区半径对CP长度进行配置。
上述装置还包括：CP长度配置单元，当TDD系统支持长CP时，用于配置前导序列CP的长度为两个长CP的长度；当TDD系统支持短CP时，用于配置前导序列CP的长度为两个短CP的长度。
一种TDD系统随机接入装置，该装置位于网络侧，包括用于对前导序列进行频域相关检测的检测模块，以及用于根据检测结果为UE分配随机接入资源的分配模块，还包括：指示模块，用于指示在UpPTS的随机接入信道中接收前导序列；接收模块，用于按照所述指示模块的指示，在UpPTS的随机接入信道上接收前导序列以及CP。
由于本发明采用UE侧对UpPTS中对前导序列添加CP，不会引入白噪声，保证Node B频域相关检测的准确性，保证随机接入的正常进行。
附图说明
图1为现有技术LTE TDD与TD-SCDMA共存示意图；
图2为现有技术Overlap-and-Add方式示意图；
图3为本发明配置前导序列CP的示意图1；
图4为本发明配置前导序列CP的示意图2；
图5为本发明方法实施例流程图；
图6为本发明用户侧装置结构示意图；
图7为本发明网络侧装置结构示意图。
具体实施方式
本发明核心在于，在UE侧获取UpPTS的OFDM符号作为前导序列，然后，通过复制前导序列后端到前端作为前导序列CP，以满足前导序列的循环特性，以便Node B对其进行频域相关检测。由于是在UE侧进行添加CP的操作，所复制的前导序列后端为纯粹的数据信号，不会叠加噪声，因此较Overlap-and-Add方式能够提高频域检测准确性，保证随机接入的正常进行。
概括而言，本发明提供的方法包括以下步骤：
1、在用户设备UE侧，构建N个OFDM符号长度的随机接入前导序列，将前导序列后端长度为T的信号复制到前导序列前端，作为前导序列的循环前缀CP；
2、UE在上行导频时隙UpPTS内，将所述CP以及前导序列一并发送给基站Node B，请求随机接入。
在Node B侧处理过程为：
Node B从UpPTS随机接入信道中取出CP以及前导序列，对前导序列进行频域相关检测；
根据频域相关检测结果，为所述UE分配随机接入资源。
下面结合附图，对本发明方法及装置的实施例进行详细阐述。
从前面介绍可知，UpPTS最短长度为占用两个OFDM符号，其中，这两个OFDM符号是包括OFDM的CP的，也就是说，UpPTS长度为2个OFDM符号数据部分加上2个CP的长度。
OFDM符号数据部分的长度一般是固定的，而CP的长度一般可以进行配置。对于LTE TDD系统短CP的情况，可以配置前导序列CP的长度为两个短CP的长度，对于LTE TDD系统长CP的情况，可以配置前导序列CP的长度为两个长CP的长度。
需要说明的是，UpPTS前导序列的CP与OFDM符号的CP是不同的，二者功能相同，都是为了OFDM检测，但是二者长度却相差很大。可以根据CP的功能对其长度进行配置。本领域技术人员都了解，OFDM符号的CP的功能是为了满足其时域OFDM符号具有循环特性，进而保证其频域的各个子载波之间的正交性，因此，OFDM符号的CP的长度一般等于系统假定的多径延迟的长度，也就是说，在这个CP范围内，OFDM符号可能进行延迟，有数据存在。本发明对UpPTS前导序列的CP的长度配置可以参考这种理解，具体是，只要将多径延迟和随机接入中时间不确定延迟相比，就可以看出CP都是为了满足时域信号的循环特性，因此，只要时域信号的可能延迟范围有多大，那么，前导序列的CP的长度就需要有多大。
因此，在实际配置中，随机接入前导序列的CP的长度实际上对应了随机接入可以支持的小区半径长度，因为小区半径决定了随机接入前导序列的时间不确定长度。
参见图3，为本发明方法配置前导序列CP的示意图1。图中，是将系统CP长度两倍的数据部分进行复制，并添加到前导序列前端，作为前导序列的CP，从而保证前导序列的循环特性。图中包括CP为长CP和短CP的情况，当系统支持长CP，则复制长CP两倍长度的数据作为前导序列的CP；当系统支持短CP，则复制短CP两倍长度的数据作为前导序列的CP。
另外，当UpPTS构成的OFDM符号个数超过两个时，例如UpPTS由6个OFDM符号构成时，随机接入前导序列除了可以选择使用UpPTS中的前两个OFDM符号外，还可以选择使用中间的两个OFDM符号，或者使用后端的两个OFDM符号。当使用UpPTS中前两个OFDM符号时，由于UpPTS前面是GP特殊时隙，GP的一部分可以用来起到保护作用，避免随机接入数据与其他数据的干扰，所以此时随机接入前导序列前面可不需要再额外添加GT(保护时间)，而仅仅添加CP。但是，当采用UpPTS中间或后端的两个OFDM符号作为前导序列时，为了避免与其他数据之间的干扰，最好在添加了CP后，再在前端添加GT，参见图4，为本发明方法配置前导序列CP的示意图2。
参见图5，为本发明方法流程图，为了表达清楚，按照UE和Node B处理顺序进行阐述，实际上，本发明重点在于UE侧添加CP的处理，对于NodeB的频域相关检测以及资源分配等步骤，则与现有技术类似。
本发明方法包括以下步骤：
步骤501：Node B根据LTE TDD系统资源情况，进行随机信道的分配，具体地，从UpPTS分配随机接入信道；
步骤502：UE根据Node B的广播，从高层的选择中获知可以使用的随机接入前导序列，具体地，采用UpPTS中的两个OFDM符号作为随机接入前导序列；
步骤503：UE侧对前导序列进行DFT-S OFDM调制；
步骤504：UE按照系统支持的CP长度，将前导序列后面两倍于系统CP长度的部分复制前端，作为前导序列的CP；
步骤505：UE将前导序列及其CP一起，根据时间提前量的测量值，在时刻到达时向Node B发送；
步骤506：Node B在UpPTS随机接入信道中，按照CP，取出随接接入前导序列；
步骤507：Node B将前导序列进行DFT-S OFDM解调，即先进行FFT(快速傅里叶变换)，再进行IFFT(快速傅里叶逆变换)；
步骤508：对获得的频域前导序列进行频域相关检测；
步骤509：根据检测结果，向UE分配随机接入资源。
如前所述，随机接入包括同步随机接入和非同步随机接入，需要说明的是，本发明对随机接入类型不做限制，也即，本发明既适合非同步随机接入，也适合同步随机接入。
从上面阐述不难看出，由于本发明由UE侧对UpPTS中对前导序列添加CP，不会引入白噪声，保证Node B频域相关检测的准确性，保证随机接入的正常进行。
与上述方法相对应，本发明还提供一种位于用户侧的装置，参见图6，为该装置结构示意图。该装置包括前导构建单元601、CP构建单元602以及随机接入发送单元603。
其中，
前导构建单元601主要用于构建N个OFDM符号长度的随机接入前导序列；
CP构建单元602主要用于复制所述前导序列的后端至前导序列，作为前导序列的CP；
随机接入发送单元603主要用于在UpPTS内向Node B发送所述前导序列以及CP，请求随机接入。
可以默认配置CP的长度，优选地，根据系统支持CP的长度来配置前导序列CP的长度。此时，该装置还包括CP长度配置单元604，主要负责根据随机接入可支持的小区半径对CP长度进行配置。具体地，当TDD系统支持长CP时，CP长度配置单元604用于配置前导序列CP的长度为两个长CP的长度；当TDD系统支持短CP时，CP长度配置单元604用于配置前导序列CP的长度为两个短CP的长度。
此外，本发明还提供一种位于网络侧的装置，该装置可以是Node B，或者也可以是Node B中的一个功能实体。参见图7，为该装置结构示意图，包括检测模块701、分配模块702、指示模块703以及接收模块704。
其中，
检测模块701用于对前导序列进行频域相关检测；
分配模块702用于根据检测结果为UE分配随机接入资源的分配模块；
指示模块703，用于指示在UpPTS的随机接入信道中接收前导序列；
接收模块704，用于按照所述指示模块703的指示，在UpPTS的随机接入信道上接收前导序列以及CP。
对于图6和图7装置的具体实现细节可参见方法实施例，在此不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1、一种时分双工TDD系统随机接入方法，其特征在于，包括：
在用户设备UE侧，构建N个OFDM符号长度的随机接入前导序列，将前导序列后端长度为T的信号复制到前导序列前端，作为前导序列的循环前缀CP；
UE在上行导频UpPTS时隙内，将所述CP以及前导序列一并发送给基站Node B，请求随机接入。
2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，还包括：
Node B从UpPTS随机接入信道中取出CP以及前导序列，对前导序列进行频域相关检测；
根据频域相关检测结果，为所述UE分配随机接入资源。
3、根据权利要求2所述方法，其特征在于，
所述CP长度T，是根据随机接入可支持的小区半径进行配置的。
4、根据权利要求3所述方法，其特征在于，
所述OFDM个数N为两个，前导序列CP的长度T为TDD系统支持CP长度的两倍。
5、根据权利要求4所述方法，其特征在于，
当TDD系统支持长CP时，所述前导序列CP的长度为两个长CP的长度；当TDD系统支持短CP时，所述前导序列CP的长度为两个短CP的长度。
6、根据权利要求1至5任一项所述方法，其特征在于，
所述前导序列由位于UpPTS前端、中间或后端的OFDM符号构成。
7、根据权利要求6所述方法，其特征在于，
当所述前导序列由位于UpPTS中间或后端的OFDM符号构成时，除了在前导序列前面添加CP外，还在CP前面添加GT。
8、一种TDD系统随机接入装置，该装置位于用户侧，其特征在于，包括：
前导构建单元，用于构建N个OFDM符号长度的随机接入前导序列；
CP构建单元，用于复制所述前导序列后端长度为T的信号至前导序列前端，作为前导序列的CP；
随机接入发送单元，用于在UpPTS内向Node B发送所述前导序列以及CP，请求随机接入。
9、根据权利要求8所述装置，其特征在于，还包括：
CP长度配置单元，用于根据随机接入可支持的小区半径对CP长度进行配置。
10、根据权利要求8所述装置，其特征在于，还包括：
CP长度配置单元，当TDD系统支持长CP时，用于配置前导序列CP的长度为两个长CP的长度；当TDD系统支持短CP时，用于配置前导序列CP的长度为两个短CP的长度。
11、一种TDD系统随机接入装置，该装置位于网络侧，包括用于对前导序列进行频域相关检测的检测模块，以及用于根据检测结果为UE分配随机接入资源的分配模块，其特征在于，还包括：
指示模块，用于指示在UpPTS的随机接入信道中接收前导序列；
接收模块，用于按照所述指示模块的指示，在UpPTS的随机接入信道上接收前导序列以及CP。
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