CN101931963A - 多用户ranging检测和碰撞处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于OFDMA的多用户ranging检测和碰撞处理的方法。本发明还公开了一种多用户ranging检测和碰撞处理装置包括初始检测模块，时偏补偿检测模块，空子信道计数模块，备选组合信息排序模块，优选消息生成模块，碰撞处理模块。本发明利用时偏补偿对发生碰撞的ranging码检测和时偏估计值的准确性进行校正，在保证正确检测概率的前提下降低了漏检和虚警概率，有效地提高了小区边缘用户的接入效率；利用碰撞处理可实现多个用户移动台快速接入，提高了基站在处理ranging流程时移动台的接入速度，进而降低整个接入网络的处理时延。

Description

多用户ranging检测和碰撞处理方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及-种适用于OFDMA的多用户ranging检测和碰撞处理方法及装置。

背景技术

利用OFDMA接入方式把激活的子载波划分为不同的子信道提供给不同的移动用户，一个基站(BS)可同时接入多个用户。和OFDM在整个频带内发送不同，OFDMA接入使得每个用户都可以选择信道条件较好的子信道进行数据传输，而保证了每个个子载波都能够被对应信道条件较优的用户使用，获得频率上的多用户分集增益。实际上，根据子载波信干比(CINR)和可用带宽，用户还可以动态调整需要的带宽和编码调制方式等实现高速、可靠的传输。

由于用户随机地分布在小区各个位置，BS接收到的各MS上行传输信号的定时受往返时延(RTD)的影响，导致各MS的OFDMA符号无法对齐；而多普勒频移也会使各MS的载波频率和BS之间产生一定的偏差。另一方面，各MS的上行信号受到的路径衰耗也各不相同，为了保证各个用户发射的信号在BS处具有相近的接收功率，需要进行功率控制。BS可通过被称为ranging的闭环控制过程来综合实现对MS的时偏和频偏的纠正和功率控制。

ranging实际上是一个闭环的控制过程。通过在BS端对接收到的信号的时偏，频偏以及功率的测量并将测量值反馈给MS供其调整发送信号的定时，载波频率以及发射功率。ranging在基于OFDM的系统中引入了直接序列扩频，将一个用户的信号扩展到多个子载波上，从而可以利用扩频信号的特性进行接收信号的测量，并且可用不同的扩频码区分不同的用户。ranging可分为初始、周期、带宽申请以及切换几种方式。

对于TDD系统，ranging码检测和时偏估计的技术方案目前有以下几种：

(1)时域法相关法。利用ranging码时域上的自相关和互相关特性，在时域相关来检测到达BS的ranging码。这种算法运算复杂度高，且虚警概率高，不仅增加了由于检测虚警产生的系统额外开销，而且影响了系统的稳定性。

(2)基于循环前缀(CP)的方法。利用ranging信号时域的重复性和CP，来做迭代估计时偏。该算法时偏估计值的精度较高，但适应范围限定于接受信号不包含其他用户发射的数据信号的情形。

(3)频域相关法。利用ranging码频域上的正交性，在频域检测ranging码，在转换到时域进行时偏估计。该算法实现简单，并可通过调整门限来降低虚警概率，但若初始ranging信号时偏过大时，会出现漏检概率增高的情况，造成了用户终端和BS端用于处理初始ranging的开销增大，难以实现快速接入。

在多用户发起ranging的接入中，由于远近效应，会使得小区边缘的用户由于距离基站较近用户的干扰从而难以被基站正确检测。在这种情况下，小区边缘的用户需要在每次ranging失败之后，逐级提高其发射功率至最大允许发射功率，直至ranging成功。这种方式虽然可以保证小区边缘用户的正确接入的概率，但是也存在以下两个问题：

(1)逐级提高发送功率的过程不仅增大了边缘用户的功耗而且使得小区边缘用户的接入效率大大降低，需要多次ranging才能接入基站；

(2)为了克服远近效应的影响，需要小区边缘的用户具有较大的发射功率，但是较大的发射功率同时也会对相邻小区的用户产生干扰。

另一方面，即使基站检测到了多个用户的ranging码，由于802.16e协议中对于多用户发生ranging碰撞的处理方法每次只能为发生碰撞的用户中的一个提供接入，也会造成大多数发生碰撞的用户ranging失败，从而降低接入的效率。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种通过在保证正确检测概率的前提下降低漏检概率来有效提高小区边缘用户的接入效率，以及实现多个用户移动台快速接入，提高基站在处理ranging流程时移动台的接入速度，进而降低整个接入网络的处理时延的多用户ranging检测方法和碰撞处理方法。

本发明提供一种多用户ranging检测和碰撞处理方法，可包括：

步骤S1、BS对当前ranging子信道上的时域接收信号序列进行初始检测以得到所述子信道上的检测信息集合，该信息集合中包括BS在当前子信道上检测到的码字序号子集和MVA值子集、时偏估计值子集，这三个子集大小相同，且由码字序号可索引至与其对应的MVA值、时偏估计值；

步骤S2、根据初始检测消息集合判断所述子信道是否发生碰撞，若所述子信道上出现碰撞，启动时偏补偿检测以得到所述子信道上的时偏补偿检测信息集合，该信息集合中包括BS在所述子信道上检测到的一个优选组合信息，还包括一个备选组合信息集合；

步骤S3、若所述子信道上未发生碰撞，则判断是否初始检测消息集合为空，若为空则说明存在空子信道，空子信道计数器加1；否则输出初始检测信息；

步骤S4、根据没有发生碰撞且初始检测信息集合不为空的初始检测信息或者发生碰撞的时偏补偿检测输出的优选组合信息生成RNG-RSP消息；

步骤S5、继续对下一个ranging子信道进行检测，直至检测完基站分配的所有ranging子信道。以MVA值作为评估检测可靠性的置信度对存储的所有子信道检测到的备选组合信息集合进行优先级排序，生成顺序的备选组合信息集合；

步骤S6、查看空子信道计数器，判断是否存在空子信道；若存在启动碰撞处理流程按空子信道数为备选组合信息集合中的码字按优先级高低顺序的生成RNG-RSP消息，该消息包括检测到的码字序号、检测到该码的ranging时隙、指定继续ranging的子信道号、时偏估计值、功率估计、频偏估计及状态指示信息。

本发明还提供一种ranging检测和碰撞处理装置，可包括初始检测模块，时偏补偿检测模块，空子信道计数模块，备选组合信息排序模块，优选消息生成模块，碰撞处理模块。其中，

初始检测模块，对当前子信道上接收到的时域信号初始检测，以得到当前子信道的初始检测信息集合；

时偏补偿检测模块，发生碰撞时，启动时偏补偿检测以得到所述子信道上的时偏补偿检测信息集合；

空子信道计数模块，若当前子信道的初始检测信息集合为空，则在空子信道计数器中加1；

备选组合信息排序模块，以MVA值作为评估检测可靠性的置信度对存储的所有子信道检测到的备选组合信息集合进行优先级排序，生成顺序的碰撞码字序号子集和碰撞MVA值子集、碰撞时偏估计值子集；

优选消息生成模块，根据没有发生碰撞且初始检测信息集合不为空的初始检测信息或者发生碰撞的时偏补偿检测输出的优选组合信息生成RNG-RSP消息；

碰撞处理模块，若存在空子信道即空子信道计数器不为零，启动碰撞处理流程按优先级高低在备选组合信息集合中选择码字为空子信道生成RNG-RSP消息。

本发明具有以下优点：

(1)、提出了一种在时域将MVA值与门限值相比较的检测方法，与在频域上检测相比较，能够有效降低漏检概率，多用户时效果尤其明显，从而有效地提高小区边缘用户的接入效率，减少了小区边缘用户接入时，因漏检概率过高而导致用户需逐级增大发射功率和基站间往返处理ranging的时间开销；同时也保证了小区边缘用户自身的低功耗以及对相邻小区用户的干扰；

(2)、发生碰撞时，利用时偏补偿对碰撞的检测和时偏估计值进行校正，即利用上一次检测得到的码字序号和时偏估计值在BS端构造各用户选择发送的序列，并从接收序列中减去现已经检测出来的码字后再进行检测的方法。在多用户发起ranging的情况下，该算法能够显著提高ranging检测的正确检测概率；

(3)、利用MVA值作为检测和时偏估计值的置信度指标，MVA值越大，其检测和时偏估计值的可靠性越高，可将检测信息集合分为一个码检测正确概率和时偏估计值准确性最高的优选组合和按置信度高低排序的备选组合信息集合，简单有效地保证了当前子信道可指配上码检测和时偏估计的准确性最高的优选组合，减少了ranging处理系统开销；

(4)在存在空ranging子信道的情况下，按备选组合信息集合中的置信度的高低依次地为空ranging子信道选择检测到的备选组合信息集合中的检测码字和时偏估计值。相较于现有技术中处理碰撞时，用户需要和BS之间进行多次调整才能完成初始ranging过程，本发明实施案例提供的方法可实现多个用户移动台快速接入，从而提高BS在处理多用户发起初始ranging流程时的接入速度，降低整个接入网络的处理时延。

下面将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的ranging检测和碰撞处理方法的流程示意图；

图2是图1所示实施例中初始检测的流程示意图；

图3是图1所示实施例中时偏补偿检测的流程示意图；

图4是图2所示实施例中选择合并的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的ranging检测和碰撞处理装置的结构框图；

图6是图5所示装置中初始检测模块的结构框图；

图7是图5所示装置中时偏补偿检测模块的结构框图；

图8是图7所示时偏补偿检测模块中选择合并模块的结构框图；

图9是本发明实施例提供的ranging检测正确检测概率比较曲线示意图；

图10是本发明实施例提供的ranging检测漏检概率比较曲线示意图；

图11是本发明实施例提供的ranging检测虚警概率比较曲线示意图；

图12是本发明实施例提供的ranging检测时偏估计方差的比较曲线示意图。

具体实施方式

本发明实施例针对初始ranging设计了一种适用于OFDMA的多用户ranging检测和碰撞处理方法。这里定义碰撞为选择同一ranging时隙的同一个ranging子信道的用户数大于1的情况，其中一个ranging子信道为BS端公布的ranging时隙上(两个OFDMA符号)的一个子载波组的划分。这里要求在UL-MAP中增加ranging子信道数和ranging子信道的起始和结束子载波号的相应字段。

假设一个OFDMA上行接入系统中，一个OFDMA符号包括N个子载波。相同的ranging码BPSK调制后在一个ranging时隙上(由两个OFDMA符号组成)经第m个ranging信道发送。CP的长度为N_g，则第r个发起初始ranging的MS端发送的时域信号形式为：

$x_{R,p}^{r,m}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{x}_{R,p}^{r,m}(n+N)& (n\∈(0,...,N_g-1))\\ \underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_p^m{\left(k\right)e}^{j2\mathrm{\πk}(n-N_g)/N}& (n\∈(N_g,...,N+N_g-1))\\ \underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_p^m\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πk}(n-N-N_g)/N}& (n\∈(N+N_g,...,2N+N_g-1))\\ x_{R,p}^r(n-N)& (n\∈(2N+N_g,...,2N+2N_g-1))\end{array}\right.$

其中，

表示第m个ranging子信道上第r个ranging用户发送序列时域第n个采样点值，R用来表征发送数据为ranging类型，p表示第r个ranging用户选择的是第p个ranging码字，

表示第m个ranging子信道的第k个子载波上发送的第p个ranging码字符号，N表示一个OFDMA符号中的子载波数，N_g为CP的长度。

第一个OFDMA符号加入长为N_g的前CP；第二个OFDMA符号则加入了长为N_g的后CP。

已完成ranging的第d个用户发送的数据时域信号形式为：

$x_D^d\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{x}_D^d(n+N)& (n\∈(0,...,N_g-1))\\ \underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}c\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πk}(n-N_g)/N}& (n\∈(N_g,...,N+N_g-1))\end{array}\right.$

其中，D用来表征发送数据为数据类型，c(k)为第k个子载波上发送的数据符号。

经过L径的多径瑞利衰落信道后，BS端时域接收信号为：

$y\left(n\right)=\underset{r=0,p\∈C}{\overset{N_R-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{R,p}^r\left(n\right)+\underset{d=0}{\overset{N_D-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}_D^d\left(n\right)+w\left(n\right)$

其中，N_R为发起初始ranging的用户数，C为BS端和用户约定的初始ranging码字集合；N_D为传输数据的用户数；w(n)为均值为0，方差为σ²的独立同分布的循环复高斯噪声。

为第m个ranging子信道上第r个初始ranging用户的信道输出，

为第d个数据用户的信道输出，分别表示为：

$y_{R,p}^r\left(n\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_R^r\left(l\right)x_{R,p}^{r,m}(n-l-d_R)$

$y_D^d\left(n\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_D^d\left(l\right)x_D^d(n-l-d_D)$

如上式所示，BS端接收到的是一个混叠信号，其中，包括多个用户发送的初始ranging信号，以及已完成ranging的多个用户传输的数据信号。BS端需要根据接收信号中检测出发起初始ranging的用户发送的ranging码字及各用户的时偏估计。

如图1所示，本发明实施例提供的一种ranging检测和碰撞处理方法，可包括：

步骤S1、BS对第m(m＝1，...，N_Rsch)个ranging子信道上的时域接收信号序列y^m进行初始检测以得到所述子信道上的检测信息集合C^m，该信息集合中包括BS在当前子信道上检测到的码字序号PN^m子集和MVA值子集、时偏估计子集，这三个子集大小相同，且由码字序号可索引至与其对应的MVA值、时偏估计值。N_Rsch为BS在当前ranging时隙上所提供的ranging子信道数；

其中，初始检测(如图2所示)包括下述步骤：

步骤S11、对当前第m个ranging子信道上的时域接收信号序列y^m去CP后做N点FFT得到频域信号序列Y^m，使ranging用户和数据用户在频域上分开，不相互干扰；所述m＝1，…，N_Rsch，N_Rsch为BS提供的ranging子信道数；

步骤S12、对FFT后的频域序列提取ranging子载波数据，其他子载波数据位置零；

步骤S13、将提取的ranging数据序列和本地参考ranging码集合C中的第i(i＝1，…，N_C)个参考码字符号序列P_i做互相关运算；

步骤S14、对所述相关序列做N点IFFT，得到时域上的互相关序列：

表示BS在第m个ranging子信道上频域信号序列Y^m和第i个本地参考码字符号序列的互相关序列

的第n个时域采样，k为提取的ranging子载波号；其中，所述n＝1，…，N，k＝1，…，N_Rsuc，所述集合C大小为N_C。再对所述序列

求其功率峰值

那么由

所在的时域采样点位置可确定第i个码检测得到的时偏估计值

同时求

功率均值

得到序列的功率峰值和功率均值的比值MVA，

步骤S15、将所述

与固定门限值比较大小；若小于门限值，则认为第m个ranging子信道上没有MS发起初始ranging，执行步骤S16；若大于门限值，执行步骤S16；

步骤S16、大于门限值表明第m个ranging子信道上检测到的ranging码字序号为i，分别添加检测码字序号i、

及其时偏估计值

至检测码字集合C^m的码字序号PN^m子集、MVA值子集及时偏估计值

子集中并存储；

步骤S17、判断所述i是否小于所述N_C，是，则返回步骤2)，i＝i+1直至i＝N_C，输出初始检测信息集合C^m。

步骤S2、根据初始检测消息集合判断当前子信道是否发生碰撞，即所述码字序号PN^m子集中元素个数是否大于1。若PN^m子集中元素个数大于1则表明在该子信道上出现碰撞，执行步骤S3；反之，若PN^m子集中元素个数小于1则表明在该子信道上不存在碰撞，执行步骤S4；

步骤S3、启动时偏补偿检测以得到所述子信道上的时偏补偿检测信息集合SC^m，该信息集合中包括BS在当前子信道上检测到的一个优选组合信息包括：码字序号PN^m及其时偏估计值

还包括一个备选组合信息集合包括：码字序号PN^m子集和碰撞MVA值子集、碰撞时偏估计值

子集；

除了与初始检测相同的步骤以外，时偏补偿检测(如图3所示)还包括下述步骤：

步骤S31、利用时偏补偿以得到了一个新的输入频域接收信号：其中，所述j＝2，…，N_dt表示时偏补偿检测次数，当j＝1时，

表示初始检测频域信号序列第k个子载波上的数据，

为初始检测得到的检测码字的时偏估计值，Nd^m是BS在当前子信道上检测的所有码字集合SC^m的大小，该集合初始化为SC^m＝C^m；

步骤S32、在检测完成后得到第j次检测信息集合

该信息集合中包括BS在当前子信道上第j次检测到碰撞码字序号PN^m子集和碰撞MVA值子集、碰撞时偏估计值

子集。将

送入选择合并中进行时偏补偿检测信息集合SC^m更新。其中，选择合并(如图4所示)包括如下步骤：

步骤S321、顺序读取所述

中

子集中的码字序号，判断该码字序号是否属于所述集合SC^m中的PN^m子集，如不属于PN^m则分别将该码字序号及其MVA值及时偏估计值添加至集合C^m的码字序号PN^m子集、MVA值子集及时偏估计值子集中并存储；

步骤S222、若属于集合PN^m则比较两个集合中存储的该码字序号对应的MVA值；若

则按

方式更新集合SC^m中第i个码字对应的MVA值及时偏估计值并存储；

步骤S223、当所述

子集中的所有码字序号都完成了选择合并就输出时偏补偿检测信息集合SC^m。

步骤S33、完成了所有N_dt次检测后，对得到的时偏补偿检测信息集合SC^m进行优选；优选规则为：选择集合中最大的MVA值对应的检测码字序号和时偏估计值为优选组合，然后再将剩余的集合元素作为备选，生成备选组合信息集合并输出。

步骤S4、判断是否初始检测消息集合为空，若为空，则说明存在空子信道，执行步骤S41对空子信道计数器加1；否则输出初始检测信息；

步骤S5、根据初始检测信息或时偏补偿检测输出的优选组合信息生成RNG-RSP消息，该消息包括检测到的码字序号PN^m、检测到该码的ranging时隙、当前子信道号、时偏估计值

功率估计

频偏估计

(本实施例不涉及)、状态指示信息为‘success’；

步骤S6、继续对m+1个ranging子信道进行检测，直至检测完BS分配的所有ranging子信道。

步骤S7、以MVA值作为评估检测可靠性的置信度对存储的所有子信道检测到的备选组合信息集合进行优先级排序，生成顺序的碰撞码字序号PN^m子集和碰撞MVA值子集、碰撞时偏估计值

子集；

步骤S8、查看空子信道计数器。若存在空子信道，执行步骤S9；

步骤S9、启动碰撞处理流程按空子信道数为备选组合信息集合中的码字按优先级高低顺序的生成RNG-RSP消息，该消息包括检测到的码字序号、检测到该码的ranging时隙、指定继续ranging的子信道号、时偏估计值、功率估计、频偏估计(本实施例不涉及)、状态指示信息为‘success’；否则碰撞处理失败。

为仿真本发明实施例提供的方法的检测和时偏估计性能，假设上行接入带宽为10MHz，子载波数N＝1024，CP长为：N_g＝256，BS和MS约定的初始ranging码字集合大小为：N_C＝100，子载波间距为10.9375KHz。采用L＝6的COST207多径瑞利衰落信道，小区半径为3Km，即最大往返时延d_R，max＝20us＝224个采样，小于N_g-L。

上行提供的一个ranging时隙中包括3个ranging子信道用于初始ranging，上行接入2个传输数据的MS，数据MS的调制方式为QPSK，传输数据的最大往返时延为d_D，max＝32个采样。图7、8、9、10分别给出了5个及15个ranging用户在3个Ranging子信道上发起初始ranging请求的ranging码正确检测概率、漏检概率、虚警概率及时偏估计方差的性能比较曲线。

其中，正确检测概率

漏检概率

虚警概率

时偏估计方差

这里N_dec为BS在3个ranging子信道上检测出的正确ranging码的总数，

N_tr为MS发送的ranging码总数；N_R为用于仿真测试发送的ranging码数；N_m＝N_tr-N_dec为MS发送但BS未检测出的漏检的ranging码数，D_a＝N_dec-N_tr为MS未发送但BS检测出的虚警的ranging码数，

为BS估计的时偏值，而t_off是MS发送ranging码时由时延造成的时偏。

由图9、10、11的仿真曲线可看出加入时偏补偿后，可在保证正确检测概率的同时，降低漏检和虚警概率，15个Ranging用户时尤其明显。而图12则表明加入时偏补偿后得到的时偏估计方差较直接得到的时偏估计方差有一定改善，但不显著。

如图5所示，本发明实施例提供一种多用户ranging检测和碰撞处理装置，包括：初始检测模块1，时偏补偿检测模块2，空子信道计数模块3，备选组合信息排序模块4，优选消息生成模块5，碰撞处理模块6。

其中，初始检测模块1，对当前子信道上接收到的时域信号初始检测，以得到当前子信道的初始检测信息集合。时偏补偿检测模块2，根据初始检测消息集合判断当前子信道是否发生碰撞，若发生碰撞，启动时偏补偿检测以得到所述子信道上的时偏补偿检测信息集合。空子信道计数模块3，若当前子信道的初始检测信息集合为空，则在空子信道计数器中计数。备选组合信息排序模块4，以MVA值作为评估检测可靠性的置信度对存储的所有子信道检测到的备选组合信息集合进行优先级排序，生成顺序的碰撞码字序号子集和碰撞MVA值子集、碰撞时偏估计值子集。优选消息生成模块5，根据初始检测信息或时偏补偿检测输出的优选组合信息生成RNG-RSP消息。碰撞处理模块6，若存在空子信道即空子信道计数器不为零，若存在空子信道即空子信道计数器不为零，则启动碰撞处理流程按优先级高低在备选组合信息集合中选择码字为空子信道生成RNG-RSP消息。

如图6所示，初始检测模块1包括FFT模块10，提取模块11，相关运算模块12，IFFT及MVA计算模块13及检测信息存储模块14。其中，FFT模块10，对所述的时域接收信号去CP后做FFT。提取模块11，对FFT后的频域序列提取ranging子载波数据，其他子载波数据位置零。相关运算模块12，将提取的ranging数据序列和本地参考码字序列做互相关运算，得到相关序列。IFFT及MVA计算模块13，对相关序列做IFFT，并在时域上计算各序列的功率峰值、功率平均值，得到峰值和平均值的比值MVA，同时根据各序列的功率峰值位置确定时偏估计值。检测信息存储模块14，存储MVA值大于门限值的对应检测码字序号及其时偏估计值。

如图7所示，时偏补偿检测模块2包括时偏补偿运算模块20，提取模块21，相关运算模块22，IFFT及MVA计算模块23，检测信息存储模块24，选择合并模块25，输出优选模块26。其中，时偏补偿运算模块20，利用上一次检测得到的检测信息集合中的码字序号及其时偏估计值构造出经过相应相位偏移的频域码字序列，用FFT模块10得到的频域接收序列减去构造出的所有序列的和，以得到一个新的频域接收序列输入。提取模块21至检测信息存储模块24都与初始检测中的提取模块11至检测信息存储模块14完全相同。选择合并模块25根据当前检测信息集合，对时偏补偿检测信息集合进行更新。输出优选模块25，对得到的时偏补偿检测信息集合进行优选以得到一个优选组合及备选组合信息集合。

如图8所示，选择合并模块25又可分为集合元素读取模块251，MVA值比较模块252，检测信息存储模块253。其中，集合元素读取模块251，从当前检测信息集合中读取出检测的码字序号及其相应的MVA值、时偏估计值。MVA值比较模块252，将相同码字序号的读取的MVA值与存储的MVA值进行比较，若读取的MVA值大于存储的MVA值，则在检测信息模块253中将存储的MVA值更新为读取的MVA值，同时更新其对应的时偏估计值；反之不更新。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多用户ranging检测和碰撞处理方法，其特征在于，包括：

步骤S1、基站对当前ranging子信道上的时域接收信号序列进行初始检测以得到所述子信道上的检测信息集合。该信息集合中包括基站在当前子信道上检测到的码字序号子集和MVA值子集、时偏估计值子集，这三个子集大小相同，且由码字序号可索引至与其对应的MVA值、时偏估计值；

步骤S2、根据初始检测消息集合判断所述子信道是否发生碰撞，若所述子信道上出现碰撞，则执行步骤S3；若所述子信道上未发生碰撞，则执行步骤S4；

步骤S3、启动时偏补偿检测以得到所述子信道上的时偏补偿检测信息集合，该信息集合中包括基站在所述子信道上检测到的一个优选组合信息和一个备选组合信息集合；

步骤S4、判断是否初始检测消息集合为空，若为空则说明存在空子信道，空子信道计数器加1；否则输出初始检测信息；

步骤S5、根据没有发生碰撞且初始检测信息集合不为空的初始检测信息或者发生碰撞的时偏补偿检测输出的优选组合信息生成RNG-RSP消息；

步骤S6、继续对下一个ranging子信道进行检测，直至检测完基站分配的所有ranging子信道；

步骤S7、以MVA值作为评估检测可靠性的置信度对存储的所有子信道检测到的备选组合信息集合进行优先级排序，生成顺序的备选组合信息集合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

步骤S8、查看空子信道计数器，判断是否存在空子信道；若存在，执行步骤S9；

步骤S9、启动碰撞处理流程按空子信道数为备选组合信息集合中的码字按优先级高低顺序的生成RNG-RSP消息，该消息包括检测到的码字序号、检测到该码的ranging时隙、指定继续ranging的子信道号、时偏估计值、功率估计、频偏估计及状态指示信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中初始检测包括：

步骤S11、对当前第m个ranging子信道上的时域接收信号序列y^m去CP后做N点FFT得到频域信号序列Y^m，使ranging用户和数据用户在频域上分开，不相互干扰；所述m＝1，…，N_Rsch，N_Rsch为BS提供的ranging子信道数；

步骤S12、对FFT后的频域序列提取ranging子载波数据，其他子载波数据位置零；

步骤S13、将提取的ranging数据序列和本地参考ranging码集合C中的第i(i＝1，…，N_C)个参考码字符号序列P_i做互相关运算；

步骤S14、对所述相关序列做N点IFFT，得到时域上的互相关序列：

表示BS在第m个ranging子信道上频域信号序列Y^m和第i个本地参考码字符号序列的互相关序列

的第n个时域采样，k为提取的ranging子载波号；其中，所述n＝1，…，N，k＝1，…，N_Rsubc，所述集合C大小为N_C。再对所述序列

求其功率峰值那么由

所在的时域采样点位置可确定第i个码检测得到的时偏估计值同时求功率均值

得到序列的功率峰值和功率均值的比值MVA，

步骤S15、将所述

与固定门限值比较大小；若小于门限值，则认为第m个ranging子信道上没有MS发起初始ranging，执行步骤S16；若大于门限值，执行步骤S16；

步骤S16、大于门限值表明第m个ranging子信道上检测到的ranging码字序号为i，分别添加检测码字序号i、

及其时偏估计值

至检测码字集合C^m的码字序号PN^m子集、MVA值子集及时偏估计值

子集中并存储；

步骤S17、判断所述i是否小于所述N_C，是，则返回步骤2)，i＝i+1直至i＝N_C，输出初始检测信息集合C^m。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中时偏补偿检测还包括：

步骤S31、利用时偏补偿以得到了一个新的输入频域接收信号：

其中，所述j＝2，…，N_dt表示时偏补偿检测次数，当j＝1时，

表示初始检测频域信号序列第k个子载波上的数据，

为初始检测得到的检测码字的时偏估计值，Nd^m是BS在当前子信道上检测的所有码字集合SC^m的大小，该集合初始化为SC^m＝C^m；

步骤S32、在检测完成后得到第j次检测信息集合

该信息集合中包括BS在当前子信道上第j次检测到碰撞码字序号

子集和碰撞MVA值子集、碰撞时偏估计值

子集；将

送入选择合并中进行时偏补偿检测信息集合SC^m更新；

步骤S33、完成了所有N_dt次检测后，对得到的时偏补偿检测信息集合SC^m进行优选；优选规则为：选择集合中最大的MVA值对应的检测码字序号和时偏估计值为优选组合，然后再将剩余的集合元素作为备选，生成备选组合信息集合并输出。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S32中的选择合并包括：

步骤S321、顺序读取所述

中

子集中的码字序号，判断该码字序号是否属于所述集合SC^m中的PN^m子集，如不属于PN^m则分别将该码字序号及其MVA值及时偏估计值添加至集合C^m的码字序号PN^m子集、MVA值子集及时偏估计值

子集中并存储；

步骤S322、若属于集合PN^m则比较两个集合中存储的该码字序号对应的MVA值；若则按

方式更新集合SC^m中第i个码字对应的MVA值及时偏估计值并存储；

步骤S323、当所述子集中的所有码字序号都完成了选择合并就输出时偏补偿检测信息集合SC^m。

6.一种多用户ranging检测和碰撞处理装置，其特征在于，包括：

初始检测模块，时偏补偿检测模块，空子信道计数模块，备选组合信息排序模块，优选消息生成模块，碰撞处理模块；其中，

所述初始检测模块，对当前子信道上接收到的时域信号初始检测，以得到当前子信道的初始检测信息集合；

所述时偏补偿检测模块，发生碰撞时，启动时偏补偿检测以得到所述子信道上的时偏补偿检测信息集合；

所述空子信道计数模块，若当前子信道的初始检测信息集合为空，则在空子信道计数器中加1；

所述备选组合信息排序模块，以MVA值作为评估检测可靠性的置信度对存储的所有子信道检测到的备选组合信息集合进行优先级排序，生成顺序的碰撞码字序号子集和碰撞MVA值子集、碰撞时偏估计值子集；

所述优选消息生成模块，根据没有发生碰撞且初始检测信息集合不为空的初始检测信息或者发生碰撞的时偏补偿检测输出的优选组合信息生成RNG-RSP消息；

所述碰撞处理模块，若存在空子信道即空子信道计数器不为零，启动碰撞处理流程按优先级高低在备选组合信息集合中选择码字为空子信道生成RNG-RSP消息。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述初始检测模块包括：

FFT模块，对所述子信道上的时域接收信号去CP后做FFT以得到频域的接收序列；

提取模块，对FFT后的频域序列提取ranging子载波数据，其他子载波数据位置零；

相关运算模块，将提取的ranging数据序列和本地参考码字序列做互相关运算，得到相关序列；

IFFT及MVA计算模块，对相关序列做IFFT，并在时域上计算各序列的功率峰值、功率平均值，得到峰值和平均值的比值MVA，同时根据各序列的功率峰值位置确定时偏估计值；

检测信息存储模块，存储MVA值大于门限值的对应检测码字序号及其时偏估计值。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述时偏补偿检测模块包括：

时偏补偿运算模块，根据上一次检测得到的检测信息集合中的码字序号及其时偏估计值构造出经过相应相位偏移的频域码字序列，用初始检测FFT模块得到的频域接收序列减去构造出的所有序列的和，以得到一个新的频域接收序列输入；

提取模块，对FFT后的频域序列提取ranging子载波数据，其他子载波数据位置零；

相关运算模块，将提取的ranging数据序列和本地参考码字序列做互相关运算，得到相关序列；

IFFT及MVA计算模块，对相关序列做IFFT，并在时域上计算各序列的功率峰值、功率平均值，得到峰值和平均值的比值MVA，同时根据各序列的功率峰值位置确定时偏估计值；

检测信息存储模块，存储MVA值大于门限值的对应检测码字序号及其时偏估计值；

选择合并模块，根据当前检测信息集合，对时偏补偿检测信息集合进行更新；

输出优选模块，对得到的时偏补偿检测信息集合进行优选以得到一个优选组合及备选组合信息集合。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述选择合并模块包括：

集合元素读取模块，从当前检测信息集合中读取出检测的码字序号及其相应的MVA值、时偏估计值；

MVA值比较模块，将相同码字序号读取的MVA值与存储的MVA值进行比较，若读取的MVA值大于存储的MVA值，则更新检测信息模块中将存储的MVA值更新为读取的MVA值，同时更新其对应的时偏估计值；反之不更新；

检测信息存储模块，将属于当前检测信息集合但不属于以前存储的检测信息集合的元素存储其码字序号及其MVA值、时偏估计值，或者存储更新检测信息模块的更新信息。

Images