CN101588637B - 一种随机接入方法、系统、网络侧接入设备及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随机接入方法，所述方法包括：网络侧接收终端发送的请求接入信息，该请求接入信息包括前导码和子标识；根据所述前导码和所述子标识来识别所述终端，在识别成功时，将所述终端接入。通过本发明，有效地降低了碰撞概率，提高了终端正确接入率，并且增加了小区能够支持的终端接入数量。本发明还公开了一种随机接入系统、终端和网络侧接入设备。

Description

一种随机接入方法、系统、网络侧接入设备及终端

技术领域

本发明涉及通信领域的数据传输技术，尤其涉及一种随机接入方法、系统、网络侧接入设备及终端。

背景技术

目前广泛研究的B3G移动通信系统是一种基于正交频分多址接入(OFDMA)或单载波频分多址接入(SC-FDMA)的蜂窝系统，在这种系统中，没有与基站获得完全同步的终端在上行传输数据之前需要先接入基站，即执行非同步终端随机接入过程，简称随机接入过程。在随机接入过程中，终端在随机接入信道(RACH)内向基站发送请求接入的信息称之为RACH突发，从时域上看，一个RACH突发由循环前缀(CP)、前导码、资源请求数据和保护时间组成。在第三代移动通信伙伴计划长期演进研究项目(3GPP LTE)中提出了两种随机接入过程，一种是两步随机接入，另一种是单步随机接入。

两步随机接入过程的信令示意图如图1所示，从图中可以看出，RACH突发中的前导码和资源请求数据被分为两个部分，分别在不同时刻利用不同信道传输。在这种情况，只有基站确认该终端选择的前导码与其他终端选择的前导码不相同时，才允许终端使用分配的信道发送资源请求数据，通过这种方法可以在多个终端分别随机时避免终端之间的冲突，但是由于要分别两次发送数据，因此增大了接入时延，并且，由于前导码数量有限，使得在一段时间内终端选择相同的前导码概率较高，终端正确接入的可能性减小。

单步随机接入过程的信令示意图如图2所示，前导码和资源请求数据都放在RACH信道中以竞争的方式传输，具有较短的接入时延。在这种方法中不同的终端要选择不同的前导码，基站才能根据前导码区分终端，但是，由于只有具有理想自相关特性和互相关特性的ZC序列可以被选择随机接入信道的前导码，而在小区半径确定的情况下，可用的ZC序列个数也就确定了，当小区中有多个终端需要执行随机接入过程时，不同终端选择同一个前导码的概率也增大，降低了终端正确接入概率。

发明内容

本发明实施例提供一种随机接入方法、系统、网络侧接入设备及终端，以解决现有技术中存在的在同一小区内的不同终端选择相同前导码的概率较高，导致终端正确接入网络侧接入设备的概率降低的问题。

一种随机接入方法，所述方法包括：

网络侧接收终端发送的请求接入信息，该请求接入信息包括前导码和子标识；

判断在接收到所述前导码之后，经过设定时间是否还接收到其他终端发送的相同的前导码，若接收到，则进一步检测所述子标识，根据该子标识识别发送请求接入信息的终端，否则，根据接收到的前导码识别发送请求接入信息的终端；

在识别成功时，将发送请求接入信息的终端接入。

一种随机接入系统，所述系统包括：

终端，用于发送请求接入信息，所述请求接入信息包括前导码和子标识；

网络侧接入设备，用于判断在接收到所述前导码之后，经过设定时间是否还接收到其他终端发送的相同的前导码，若接收到，则进一步检测所述子标识，根据该子标识识别发送请求接入信息的终端，否则，根据接收到的前导码识别发送请求接入信息的终端；在识别成功时，将发送请求接入信息的终端接入。

一种接入设备，应用于随机接入过程中的网络侧，所述接入设备包括接收模块、识别模块和接入模块，其中：

接收模块，用于接收终端发送的请求接入信息，所述请求接入信息包括前导码和子标识；

识别模块包括判断单元和识别执行单元，其中：

判断单元，用于判断在接收到所述前导码之后，经过设定时间是否还接收到其他终端发送的相同的前导码；

识别执行单元，用于若判断结果为接收到其他终端发送的相同的前导码，则进一步检测所述子标识，根据该子标识识别发送请求接入信息的终端，否则，根据接收到的前导码识别发送请求接入信息的终端；

接入模块，用于在识别成功时，将发送请求接入信息的终端接入。

在随机接入过程中，终端向网络侧接入设备发送前导码和子标识作为识别标识，网络侧接入设备同时根据前导码和子标识对终端进行识别，有效地降低了碰撞概率，提高了终端正确接入率，并且增加了小区能够支持的终端接入数量。

附图说明

图1为背景技术中两步随机接入过程的信令示意图；

图2为背景技术中单步随机接入过程的信令示意图；

图3为本发明实施例一中随机接入方法的步骤流程示意图；

图4为本发明实施例四中随机接入系统的结构示意图；

图5、6和7分别为仿真实例一中的仿真示意图；

图8和9分别为仿真实例二中的仿真示意图。

具体实施方式

为了实现本发明目的，在终端需要随机接入网络侧时，不仅将前导码作为区分并识别终端的标识，还进一步获得一个子标识携带在终端向网络侧发送的请求接入信息中。这样，在设定时间内即使有多个终端接入网络侧时利用了相同的前导码，但是由于每一个终端选择的子标识可能不同，所以网络侧还是能够根据子标识进一步来识别不同的终端，减少了碰撞概率。在本发明中所述的网络侧接入设备在不同的系统中可以是不同的物理设备，例如：在2G网络中，可以是基站(Base Station，BS)，在3G系统中可以是NodeB，在B3G系统中可以是eNodeB，为了方便描述，在后续的实施例中统一称之为基站。

在本发明中涉及的碰撞概率是指在设定时间内，多个终端选择相同的用于识别终端的标识(前导码和子标识)的概率，在背景技术中，由于用于识别终端的标识只有前导码，因此针对现有技术中所述的碰撞概率是指在设定时间内，多个终端选择相同的前导码的概率。

终端向基站发送了携带前导码和子标识的请求接入信息，经过设定时间的延时后，基站完成了对该请求接入信息的处理，此时，所述请求接入信息中前导码和子标识处于自由状态，其他终端再选择相同的前导码和子标识也不会造成碰撞。

下面结合说明书附图对本发明方案进行详细描述。

如图3所示，为本发明实施例一中记载的随机接入方法的步骤流程示意图，其中指示了终端的数据发送流程和基站接收并处理数据的流程，下面分别对这两个流程进行详细描述。

终端发送数据的流程包括以下步骤：

步骤301：终端从预先确定的前导码集合中获得一个前导码。

在小区半径确定后，能够使用的前导码个数也就确定了，这些前导码组成的集合称之为前导码集合。

终端获得前导码的方式可以是主动从前导码集合中选择(包括随机选择或按照一定条件选择)，也可以是被动地接收由其他实体为终端分配的前导码。

步骤302：终端获得一个子标识。

终端获得一个子标识可以看作是当前的随机接入过程获得了一个子标识，在这里所述的随机接入过程可以是RACH突发事件。

本步骤的终端获得子标识的方法可以是主动从子标识集合中选择一个，也可以是被动地接收其他实体为其分配的子标识，这两种方法的具体实现过程描述如下：

第一种，终端主动选择子标识：将预先设定一个子标识集合保存在各终端中，如将000、001、...111这8个子标识设定为一个子标识集合保存在各终端中，在需要为当前RACH突发分配子标识时，终端就从中随机选择一个，被选择的子标识在其他终端接下来将要执行的一次RACH突发事件发生时还可以作为待选的子标识。

第二种，终端被动地接收其他实体为其分配的子标识：将预先设定的一个子标识集合保存在能够与各终端进行通信的独立实体中，当为一个终端的RACH突发事件分配一个子标识后，该实体将分配的所述子标识从子标识集合中删除，直到子标识集合中的子标识全部被选择后，再将该子标识集合中的8个子标识重新恢复，用于后续的RACH突发事件，这样可以保证在一定的时间内与子标识个数相同的终端接入基站时使用的子标识不相同。

在本实施例中终端获得前导码和子标识的顺序不限定，既可以先获得前导码，后获取子标识，也可以先获得子标识，后获得前导码。

步骤303：对资源请求数据执行指定的特征序列的正映射操作。

资源请求数据在执行指定的特征序列操作之前，需要进行编码和调制操作。

在本发明各实施例中所称的特征序列包括但不限于扩频码和/或加扰码，特征序列的正映射操作包括但不限于扩频操作和/或加扰操作。

步骤304：将所述前导码、子标识和资源请求数据作为向基站发送的请求接入信息并发送。

在本发明实施例中，所述请求接入信息中除了包含资源请求数据、前导码和子标识，还包含循环前缀和保护时间。

本实施例中的子标识可以是携带在资源请求数据中，也可以是携带在其他信息中。例如，资源请求数据的长度是20比特，将其中前3个比特位用于携带子标识。

与本实施例中终端发送数据的过程对应的，基站对接收到的数据进行处理的流程包括以下步骤：

步骤305：基站接收终端发送的请求接入信息，该信息中包含前导码、子标识和资源请求数据。

在这里的子标识可以是携带在资源请求数据中。

步骤306：基站对接收到的资源请求数据执行指定的特征序列的逆映射操作。

特征序列的逆映射操作包括但不限于扩频逆操作和/或加扰逆操作。

在本步骤之后，还要对携带了子标识的资源请求数据执行解调和译码操作。

步骤307：根据前导码和子标识识别终端，并在识别成功时，将所述终端接入。

基站识别所述终端的流程如下：

第一步：检测接收到的所述前导码，检测完成之后为了避免后续资源请求数据的检测受到前导码的干扰，将删除前导码。

在步骤305中接收到所述前导码时已经记录了该前导码的相关信息，因此，检测完成之后删除前导码的步骤可以是在步骤305之后且步骤306之前执行，在步骤305之后，当需要利用前导码进行某些操作时，可以直接利用记录的前导码的相关信息。

第二步：判断在设定时间内是否还接收到其他终端发送的请求接入信息中携带的与该前导码相同的前导码，若接收到，则进一步检测所述子标识，根据该子标识识别所述终端；否则，根据接收到的前导码识别所述终端。

若基站认定在设定时间内至少有两个终端发送的请求接入信息中的前导码和子标识都相同，则不允许任意一个终端接入(因为此时基站无法识别这两个终端，导致基站在反馈给终端信息的时候无法正常进行)。

步骤308：执行资源请求数据中请求的操作。

在本发明实施例中，基站接收资源请求数据，并在识别成功时执行请求的操作步骤，不是本发明方案的必要步骤，而是对本发明方案的补充。基站根据接收到的请求接入信息中的前导码和子标识来识别终端就能够降低碰撞概率，提高终端正确接入基站的概率。

在本实施例的数据发送流程和数据处理流程中分别提到了对资源请求数据执行指定的特征序列的正映射操作和逆映射操作，下面详细说明一下这两种操作的流程：

对资源请求数据执行指定的特征序列的正映射操作包括：

第一步：预先建立每一个前导码与特征序列之间的一一对应关系。

例如，设定第一个前导码对应的特征序列是扩频码1；第二个前导码对应的特征序列是扩频码2和加扰码1；第三个前导码对应的特征序列是加扰码2。

第二步：选定当前请求接入信息中的前导码后，对资源请求数据执行该前导码对应的特征序列的正映射操作。例如，当前选择的是第一个前导码，则利用扩频码1对资源请求数据执行扩频操作。

对资源请求数据执行指定的特征序列的逆映射操作包括：

第一步：预先建立每一个前导码与特征序列之间的一一对应关系。

第二步：确定接收到的RACH突发信息中的前导码，根据第一步建立的一一对应关系确定接收到的前导码对应的特征序列。

第三步：对接收到的资源请求数据执行确定的特征序列的逆映射操作。例如，当前接收到的是第一个前导码，则利用扩频码1对接收到的资源请求数据执行扩频逆操作。

前导码与特征序列之间的一一对应关系可以保存在终端中，也可以保存在基站中，还可以保存在能够与基站和终端进行通信的其他实体中。

以上实施例一的方法可以应用在两步随机接入过程，也可以应用在单步随机接入过程，下面分别以实施例二和实施例三对这两种情况进行描述。

本发明实施例二是将实施一的方法应用在两步随机接入过程，在该实施例二中，确定了前导码和子标识，并对资源请求数据执行指定的特征序列的正映射操作之后，终端先发送前导码，基站接收到该前导码后，不论检测到该前导码与其他终端发送的前导码是否发生冲突，都允许终端继续发送携带了子标识的资源请求数据，然后基站再进一步根据前导码来识别终端，或根据前导码和子标识来识别终端。

本发明实施三是将实施例一中的方法应用在单步随机接入过程，在该实施例三中，终端确定前导码和携带了子标识的资源请求数据，在对资源请求数据执行指定的特征序列的正映射操作之后，将前导码和资源请求数据时分复用后发送给基站，基站再根据前导码和子标识来识别终端。

与实施例一至实施例三对应地，本发明实施例四还提供一种随机接入系统，如图4所示，所述系统包括终端11和网络侧接入设备12，其中：终端11用于发送请求接入信息，所述请求接入信息包括前导码和子标识；网络侧接入设备12用于根据接收到的所述请求接入信息中的前导码和子标识来识别所述终端，在识别成功时，将所述终端接入。

进一步地，可以将终端11和网络侧接入设备12进行划分，具体的划分结构如下：

所述终端11包括获得模块21和发送模块22，其中：获得模块21用于获得所述前导码和子标识；发送模块22用于发送请求接入信息，所述请求接入信息包括所述前导码和所述子标识；

所述网络侧接入设备12包括接收模块31、识别模块32和接入模块33，其中：接收模块31用于接收所述请求接入信息；识别模块32用于根据接收到的所述前导码和所述子标识来识别所述终端；接入模块33用于在所述识别模块32识别成功时，将所述终端11接入。

所述终端还包括请求执行模块34，用于在所述请求接入信息中还包括资源请求数据，并且接入模块将所述终端接入时，执行所述资源请求数据中请求的操作。

所述终端11还包括特征序列正映射模块23，用于对所述资源请求数据执行与所述前导码具有一一对应关系的特征序列的正映射操作。

对应地，所述网络侧接入设备12还包括特征序列逆映射模块35，用于对接收到的所述资源请求数据执行与所述前导码具有一一对应关系的特征序列的逆映射操作。

所述识别模块32包括判断单元41和识别执行单元42，其中：判断单元41用于判断在接收到所述前导码之后，经过设定时间是否还接收到其他终端发送的相同的前导码；识别执行单元42用于若判断结果为接收到其他终端发送的相同的前导码，则进一步检测所述子标识，根据该子标识识别所述终端11；否则，根据接收到的前导码识别所述终端11。

本发明实施例五还提供一种接入设备，应用于随机接入过程中的网络侧，包括接收模块、识别模块和接入模块，其中：接收模块用于接收终端发送的请求接入信息，所述请求接入信息包括前导码和子标识；识别模块用于根据所述前导码和子标识来识别所述终端；接入模块用于在识别成功时，将所述终端接入。

本发明实施例六还提供一种终端，应用于随机接入过程中，包括获得模块和发送模块，其中：获得模块用于获得前导码和子标识；发送模块用于发送请求接入信息，所述请求接入信息包括所述前导码和所述子标识。

本实施例五和实施例六中的接入设备和终端的结构可以与实施例四中随机接入的系统涉及的网络侧接入设备和终端相同。

通过本发明实施例提供的随机接入方法、系统、网络侧接入设备和终端，在随机接入过程中，有效地降低了碰撞概率，提高了终端正确接入率，并且增加了小区能够支持的终端接入数量；本发明对网络侧接入设备和终端的内容改动较小，子标识可以通过资源请求数据携带，没有增加额外的信令，在现有技术的基础上实现本发明时成本较低；另外，通过建立前导码与特征序列之间的对应关系，即使多个终端利用相同的前导码对应的特征序列进行正映射操作，由于各终端发送的请求接入信息都是异步到达网络侧，因此，网络侧接入设备能够正确地执行逆映射操作，解析出资源请求数据及其携带的子标识。

本发明实施例的方案经过计算机仿真可以证明：与现有的两步随机接入和单步随机接入方法相比，降低了碰撞概率，并增加了在固定半径小区中能够支持的随机接入终端的数量。

假设前导码集合中前导码的个数为3，资源请求信息长度为20比特，子标识为3比特，循环冗余校验(CRC)校验位个数为6，编码方式为(2，1，3)卷积编码和四相相移键控(QPSK)调制。选定的前导码对应的特征序列的正映射操作是扩频操作和扰码操作，其中：采用16倍扩频码，扩频序列和扰码序列均参考3GPP TS25.213生成，信道为6径准静态瑞利衰落信道，时延功率谱按照TR25.996所给出的SCM-Model C场景设定。

仿真实例一：

图5、6和7表示在小区半径分别为2.5km、5km和20km(即最大往返时延分别为16.67μs、33.33μs和133.33μs)时，利用本发明方案和现有技术中两步随机接入方案得到的信噪比(SNR)和碰撞概率的关系，从图中可以看出，不论当前小区内支持的随机接入用户数是2个、3个还是4个，在相同的信噪比条件下，利用本发明方案发生的碰撞概率明显低于现有技术中两步随机接入方案发生的碰撞概率，并且小区半径越大，利用本发明方案得到的碰撞概率越低。

仿真实例二：

图8和9表示在小区半径为5km时，利用本发明方案和现有技术中两步随机接入方案得到的相同碰撞概率下分别可以支持的接入终端数量。在图8中，在碰撞概率低于0.3的情况下，现有技术中的方法只能接入一个终端，而利用本发明方案的系统中，随着信噪比的增加，可接入的终端也由2个增加到4个。图9中在碰撞概率低于0.4的情况下结论也类似。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种随机接入方法，其特征在于，所述方法包括：

网络侧接收终端发送的请求接入信息，该请求接入信息包括前导码和子标识；

判断在接收到所述前导码之后，经过设定时间是否还接收到其他终端发送的相同的前导码，若接收到，则进一步检测所述子标识，根据该子标识识别发送请求接入信息的终端，否则，根据接收到的前导码识别发送请求接入信息的终端；

在识别成功时，将发送请求接入信息的终端接入。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述请求接入信息还包括资源请求数据；

网络侧将发送请求接入信息的终端接入之后，还包括：

执行所述资源请求数据中请求的操作。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，网络侧在接收终端发送的所述请求接入信息之前，所述方法还包括：

发送请求接入信息的终端对所述资源请求数据执行与所述前导码具有一一对应关系的特征序列的正映射操作；

网络侧在接收所述请求接入信息之后，且根据所述前导码和所述子标识来识别发送请求接入信息的终端之前，所述方法还包括：

对接收到的所述资源请求数据执行与所述前导码具有一一对应关系的特征序列的逆映射操作。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述特征序列包括扩频码和/或加扰码。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述子标识携带在所述资源请求数据中。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，网络侧接收所述资源请求数据、所述前导码和所述子标识的顺序为：

接收所述前导码之后，再接收携带了所述子标识的资源请求数据。

7.如权利要求2或6所述的方法，其特征在于，

网络侧接收到的所述前导码和携带了子标识的所述资源请求数据是由终端进行时分复用操作后发送的。

8.一种随机接入系统，其特征在于，所述系统包括：

终端，用于发送请求接入信息，所述请求接入信息包括前导码和子标识；

网络侧接入设备，用于判断在接收到所述前导码之后，经过设定时间是否还接收到其他终端发送的相同的前导码，若接收到，则进一步检测所述子标识，根据该子标识识别发送请求接入信息的终端，否则，根据接收到的前导码识别发送请求接入信息的终端；在识别成功时，将发送请求接入信息的终端接入。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，

发送请求接入信息的终端包括：

获得模块，用于获得所述前导码和子标识；

发送模块，用于发送请求接入信息，所述请求接入信息包括所述前导码和所述子标识；

所述网络侧接入设备包括：

接收模块，用于接收所述请求接入信息；

识别模块，用于根据接收到的所述前导码和所述子标识来识别发送请求接入信息的终端；

接入模块，用于在所述识别模块识别成功时，将发送请求接入信息的终端接入。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，发送请求接入信息的终端还包括：

请求执行模块，用于在所述请求接入信息中还包括资源请求数据，并且所述接入模块将发送请求接入信息的终端接入时，执行所述资源请求数据中请求的操作。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，发送请求接入信息的终端还包括：

特征序列正映射模块，用于对所述资源请求数据执行与所述前导码具有一一对应关系的特征序列的正映射操作；

所述网络侧接入设备还包括：

特征序列逆映射模块，用于对接收到的所述资源请求数据执行与所述前导码具有一一对应关系的特征序列的逆映射操作。

12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述识别模块包括：

判断单元，用于判断在接收到所述前导码之后，经过设定时间是否还接收到其他终端发送的相同的前导码；

识别执行单元，用于若判断结果为接收到其他终端发送的相同的前导码，则进一步检测所述子标识，根据该子标识识别发送请求接入信息的终端；

否则，根据接收到的前导码识别发送请求接入信息的终端。

13.一种接入设备，应用于随机接入过程中的网络侧，其特征在于，所述接入设备包括接收模块、识别模块和接入模块，其中：

接收模块，用于接收终端发送的请求接入信息，所述请求接入信息包括前导码和子标识；

识别模块包括判断单元和识别执行单元，其中：

判断单元，用于判断在接收到所述前导码之后，经过设定时间是否还接收到其他终端发送的相同的前导码；

识别执行单元，用于若判断结果为接收到其他终端发送的相同的前导码，则进一步检测所述子标识，根据该子标识识别发送请求接入信息的终端，否则，根据接收到的前导码识别发送请求接入信息的终端；

接入模块，用于在识别成功时，将发送请求接入信息的终端接入。

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