CN102448158B - 一种td-scdma系统移动终端随机接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种TD-SCDMA系统移动终端随机接入方法，该方法在随机接入过程中加入功率爬坡计数器，根据功率爬坡计数器、签名重发计数器的值重新计算路损，调整签名序列发射功率，以调整后的签名序列发射功率发射签名序列尝试再次随机接入，提高了TD-SCDMA系统移动终端随机接入的成功率，改善了用户体验。该方法还利用定时器的功能控制移动终端计算路损和调整签名序列发射功率后等待一个随机时延，减少了移动终端在接入过程中的连续碰撞。

Description

一种TD-SCDMA系统移动终端随机接入方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种时分同步的码分多址(TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)系统移动终端随机接入的方法。

背景技术

TD-SCDMA是国际电信联盟(ITU)正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一。TD-SCDMA集码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)技术优势于一体，采用了智能天线、联合检测、同步CDMA、低码片速率、多时隙和自适应功率调整等技术，是一种系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。

对于TD-SCDMA这种时分同步、低码片速率的码分多址系统来说，终端的随机接入过程是非常重要的过程。无论是对来自网络的寻呼进行响应，还是主动发起业务请求，或者是移动性管理(MM)层的特殊过程，终端都必须首先完成随机接入过程，以获取系统的上行同步和相应的无线资源。且这种重要性不只针对处于无线资源控制(RRC)空闲模式下的终端如此，对于处在连接模式的CELL-PCH、URA-PCH状态下的终端，在与网络进行交互之前，终端也都必须先完成随机接入过程。

在介绍移动终端随机接入过程前，首先介绍一下TD-SCDMA系统中移动终端下行同步的概念，它是移动终端发起随机接入流程的前提。

移动终端搜索到一个小区后，会利用一个或多个匹配滤波器与接收到的标识小区的下行同步码(SYNC_DL)序列进行匹配来获取小区的下行导频时隙(DwPTS)，进而建立下行同步，其中，一个SYNC_DL序列唯一标识一个基站和一个码组，每个码组包含8个上行同步码(SYNC_UL)、4个扰码和4个基本中间码。根据DwPTS移动终端将进一步识别小区扰码和基本中间码，并搜索广播信道(BCH)的复帧主信息块(MIB)的位置来获得复帧同步，开始读取BCH上的系统广播信息，根据系统广播信息SI信息块内容获取每种类型的系统调度信息并根据系统调度信息指定的的时刻接收系统参数，并将其中一些重要的系统参数存储在对应的变量中。

移动终端处于空闲状态时，会保持下行同步，读取和保存系统信息。当移动终端接收到上层需要在随机接入信道(RACH)上传送消息时，就会启动物理层的随机接入过程。当需要发起随机接入过程时，移动终端根据下行同步时获取的SYNC_DL确定SYNC_UL码组，根据系统参数确定可以使用的SYNC_UL，并选择其中一个来构建签名序列，利用所述的签名序列开始尝试随机接入。

下面介绍一下TD-SCDMA移动终端随机接入过程，该过程包括：

1、移动终端监听系统广播信息，获取并存储相应用于发起随机投入的无线资源信息，如保存重要的系统参数。

2、移动终端依照获取的无线资源信息，使用相应的无线资源发射签名序列，发起随机接入，并等待系统侧进行响应；

3、如果接收到系统的准入响应，移动终端将发起RRC连接请求，完成随机接入过程；如果未接收到系统的准入响应，终端则依照相应的机制再次发起随机接入或是放弃随机接入。

由于无线通信环境的多变性与复杂性以及不同移动终端之间的干扰与接入碰撞，移动终端首次发起随机接入的成功率都不是很高。现有技术中的随机接入重发机制通过在尝试随机接入失败后增加签名发射功率的值，然后重新尝试随机接入，在一定程度上提高了随机接入的成功率，但是仍然有待进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种TD-SCDMA系统移动终端随机接入的方法，能够提高移动终端随机接入的成功率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种TD-SCDMA系统移动终端随机接入方法，该方法包含以下步骤：

A、移动终端启动功率爬坡计数器和签名重发计数器；

B、计算路损，根据路损设置签名序列发射功率；

C、用所述签名序列发射功率向网络侧发射签名序列，将功率爬坡计数器减一；判断网络侧是否有效接收该签名序列，如果是则停止发送签名序列，完成随机接入；

否则，在功率爬坡计数器不为零时，增加签名序列发射功率，返回执行步骤C；在功率爬坡计数器为零时，执行步骤D；

D、在签名重发计数器不为零时，先将签名重发计数器减一，再重启功率爬坡计数器，返回执行步骤B；在签名重发计数器为零时，结束本次随机接入过程；

步骤A所述功率爬坡计数器和签名重发计数器，在移动终端完成下行同步，读取系统广播消息保存系统参数，并根据系统参数初始化功率爬坡计数器和签名重发计数器后启动。

所述移动终端保存系统参数中包括：签名序列发送最大次数M；

所述签名重发计数器初始值设置为M，功率爬坡计数器初始值设置为4。

所述移动终端保存系统参数中还包括：系统标称的主公共控制物理信道PCCPCH的发射功率Primary CCPCH Tx Power、小区接收机处期望的UpPCH信道接收功率值PRX_UpPCHdes；

步骤B所述计算路损为：移动终端连续读取2帧PCCPCH数据，计算PCCPCH信道的接收电平P_pccpch，并使用下面公式计算出路损：

L_pccpch＝Primary CCPCHTx Power-P_pccpch；

步骤B所述设置签名序列发射功率的公式如下：

P_UpPCH＝L_pccpch+PRX_UpPCHdes。

步骤C所述用所述签名序列发射功率向网络侧发射签名序列为：

选择一个接入服务等级ASC可用的上行导频物理信道UpPCH并通过所述UpPCH信道以设置的签名序列发射功率发射一个签名序列。

所述从可用的UpPCH信道中选择一个的方法是采用第一随机函数，所述第一随机函数选中每个可用的UpPCH信道的概率相同。

所述移动终端保存系统参数中还包括：移动终端发送完签名序列后读取FPACH信道需要等待的子帧数WT；

步骤C所述判断网络侧是否有效接收该签名序列包括：

在WT帧内，解调FPACH信道接收网络侧的应答信息，利用签名序列对FPACH信道上的信息进行相关运算解析，如果解析成功，则判定网络侧有效接收该签名序列；否则判定网络侧未有效接收该签名序列。

接收对发射的签名序列的应答信息所使用FPACH信道与发射签名序列所使用的UpPCH信道的关系满足以下公式：

(SFN’mod L_i)＝n_RACHi；n_RACHi＝0，...，N_RACHi-1；

其中SFN’表示系统子帧号；L_i表示子帧与FPACHi相关的随机接入信道(RACH)消息的长度，N_RACHi表示与第i个FPACH相关的PRACH的数目，n_RACHi表示第i个FPACH相关的PRACH的编号，范围从0到N_RACHi-1。

所述移动终端保存系统参数中还包括：随机接入过程中签名序列发射功率爬坡过程的功率粒度Pwr_ramp、最大允许的上行发射功率Maxium allowedUL TX power；

步骤C所述增加签名序列发射功率包括：

C1、用如下公式计算出新的签名序列发射功率：

P_UpPCH＝L_pccpch+PRX_UpPCHdes+(1-i)*Pwr_ramp；

设功率爬坡计数器的当前值用N_add表示，其初始值用n表示，则i＝N_add-(n-1)；

其中n为自然数；

C2、判断新的签名序列发射功率是否大于Maxium allowed UL TX power，如果是，则将Maxium allowed UL TX power确定为发射签名序列时用的签名序列发射功率；否则将计算出的新的签名序列发射功率确定为发射签名序列时用的签名序列发射功率。

所述移动终端保存系统参数中还包括：随机接入过程失败，重起下一次爬坡过程需要等待的最长间隔T_WAIT_MAX；

所述步骤C中，在功率爬坡计数器为零时，启动第一定时器，用定时器等待一个随机时延后，再执行步骤D；

所述随机时延的长度在(0，T_WAIT_MAX)区间内。

所述第一定时器等待一个随机时延的长度由第二随机函数在区间(0，T_WAIT_MAX)中选择，所述第二随机函数选中所述区间(0，T_WAIT_MAX)中每个值的概率相同。

所述移动终端保存系统参数中还包括：随机接入过程失败，物理层允许发起下一次随机接入过程需要等待的时间T_FORBIDDEN；

该方法进一步包括：步骤D结束随机接入过程后，将启动第二定时器，等待T_FORBIDDEN时间后，物理层再允许响应来自上层的随机接入请求。

由上面的技术方案可知，本发明的这种TD-SCDMA系统移动终端随机接入方法，通过在随机接入过程中根据功率爬坡计数器和签名重发计数器的值在尝试随机接入失败的情况下，重新计算路损，调整签名序列发射功率，以调整后的签名序列发射功率发射签名序列尝试再次随机接入。由于在随机接入过程中加入了功率爬坡计数器对随机接入次数的控制，增加了随机尝试接入的次数；由于对路损的重新计算，使得对签名序列发射功率的调整更加准确。因此，本发明能够提高移动终端随机接入成功率，改善了用户的使用体验。

附图说明

图1是本发明TD-SCDMA系统移动终端随机接入的流程示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明的这种TD-SCDMA系统移动终端随机接入方法，通过在随机接入失败时重新计算路损，对签名序列发射功率进行调整，并根据调整后的签名序列发射功率再次发起随机接入，提高了移动终端随机接入的成功率。

图1是本发明TD-SCDMA系统移动终端随机接入的流程示意图，包括以下步骤：

步骤101：移动终端完成下行同步，读取系统消息，存储相关系统参数。

本步骤中，移动终端在完成下行同步后，读取广播信道(BCH)上的TD-SCDMA系统广播信息，并存储如下系统参数：

1、M：签名序列发送最大次数；

2、Primary CCPCH Tx Power：系统标称的主公共控制物理信道(PCCPCH)的发射功率；

3、PRX_UpPCHdes：小区接收机处期望的上行导频物理信道(UpPCH)接收功率值；

4、Available SYNC_UL codes indices：指示该类接入等级终端所能使用的SYNC_UL码字；

5、WT：终端发送完签名序列后读取快速接入指示信道(FPACH)信道需要等待的子帧数；

6、Pwr_ramp：随机接入过程中签名序列发射功率爬坡过程的功率粒度；

7、Maxium allowed UL TX power：最大允许的上行发射功率。

另外还增加如下两个系统参数：

1、T_WAIT_MAX：随机接入过程失败，重起下一次爬坡过程需要等待的最长间隔；

2、T_FORBIDDEN：随机接入过程失败，物理层允许发起下一次随机接入过程需要等待的时间。

步骤102：移动终端初始化签名重发计数器，功率爬坡计数器，计算路损，设置签名序列发射初始功率。

本步骤中，当上层指示物理层发起随机接入请求时，移动终端物理层初始化并启动签名重发计数器和功率爬坡计数器，计算路损，并根据路损设置签名序列发射初始功率。

初始化签名重发计数器N_cycle，将其初始值设置为系统参数M的值；

初始化功率爬坡计数器N_add，N_add可以是大于等于1的自然数，本实施例中，将其初始值设置为4；

移动终端计算路损的方法如下：移动终端连续读取2帧PCCPCH信道数据，计算PCCPCH信道的接收电平P_pccpch，计算接收电平P_pccpch的方法属于现有技术，不再赘述；然后根据公式：

(1)L_pccpch＝Primary CCPCH Tx Power-P_pccpch得到路损L_pccpch的值；

签名序列的初始发射功率根据公式：

(2)P_UpPCH＝L_pccpch+PRX_UpPCHdes得到。

步骤103：移动终端选择UpPCH资源完成签名序列的发送。

本步骤中，移动终端发送签名序列前首先要在接入服务等级(ASC)可用的UpPCH子信道中选择一个可用的子信道，用选定的子信道发射签名序列。选择可用的UpPCH子信道的方法是：移动终端根据小区所使用的SYNC_DL序列确定其所能使用的SYNC_UL码组，再根据AvailableSYNC_UL codes indices的比特指示最终确定能够使用的SYNC_UL码字，然后使用随机函数在这些码字中任意挑选一个码字，构建签名序列，其中随机函数必须满足每个可用的UpPCH子信道被选中的概率相同，例如下面的函数：

选定UpPCH资源后，移动终端依照TD-SCDMA系统的帧结构，在接收到DwPTS后需等待96chips时长，然后发送签名序列尝试随机接入。

步骤104：功率爬坡计数器减1，等待WT帧，移动终端解调相应的FPACH信道。

本步骤中，FPACH是移动终端发射签名序列后接收网络侧应答的对应信道，在移动终端发送完签名序列后，在WT帧内在所述FPACH信道接收网络侧的应答信息，并对应答信息进行解扰和解扩操作，解扰和解扩操作属于现有技术，不在赘述，这里所述的FPACH信道与发射签名序列所用的UpPCH信道的的关系满足此关系：

(SFN’mod L_i)＝n_RACHi；n_RACHi＝0，...，N_RACHi-1，其中SFN’表示系统子帧号；L_i表示子帧与FPACHi相关的RACH信道的消息的长度，N_RACHi表示与第i个FPACH相关的PRACH的数目，n_RACHi表示第i个FPACH相关的PRACH的编号，范围从0到N_RACHi-1；

步骤105：判断是否接收到网络侧有效应答，如果接收到有效应答，执行步骤106，否则执行步骤107。

本步骤中，利用签名序列对FPACH信道上的信息进行相关运算解析，相关运算解析跟现有技术相同，不再赘述，如果解析成功，则说明是系统的有效应答，否则，说明未接收到系统的有效应答。

步骤106：移动终端停止发送签名序列，发起RRC连接请求或小区更新流程，本次随机接入成功。

本步骤中，移动终端接收到了系统对步骤103发送的签名序列的有效应答，停止发送签名序列，并根据接收到的有效应答中携带的发射功率和发射提前量设置定时和功率值，在有效应答指定的时刻发起RRC连接请求或小区更新流程等完成接入过程。

步骤107：判断功率爬坡计数器是否为0，如果其值不为0，则执行步骤108，否则执行步骤109。

步骤108：将签名序列发射功率增加Pwr_ramp dB，返回步骤103执行。

本步骤中，首先根据下面公式计算出新的签名序列发射功率：

P_UpPCH＝L_pccpch+PRX_UpPCHdes+(1-i)*Pwr_ramp，假设功率爬坡计数器的当前值为Nadd，功率爬坡计数器的初始值是n，则本公式中i的值的由i＝N_add-(n-1)确定，本实施例中，由于功率爬坡计数器的初始值是4，因此，i＝N_add-3。

然后将新的签名序列发射功率与Maxium allowed UL TX power进行比较，如果大于Maxium allowed UL TX power，则将Maxium allowed UL TXpower设置为发射签名序列时使用的签名序列发射功率，否则将计算出的新的签名序列发射功率设置为发射签名序列时使用的签名序列发射功率；最后返回步骤103执行。

步骤109：判断签名重发计数器是否为0，不为0，执行步骤110，为0，则执行步骤112。

步骤110：签名重发计数器减1，初始化功率爬坡计数器，计算路损，设置签名序列发射初始功率。

本步骤中，签名重发计数器N_cycle执行减1操作，并重新设置功率爬坡计数器的值为4，对系统进行重新测量，重新计算路损值，此处路损使用步骤102中的公式(1)计算得到，签名序列发射初始功率使用步骤102中公式(2)计算得到，不再赘述。

步骤111：等待一个随机时延，返回步骤103。

本步骤中，为了避免多终端同时接入时的连续碰撞，移动终端启动相应的定时器T_{ACCESS_WATT}，使用随机函数选择一个等待长度处于(0，T_WAIT_MAX)区间的随机时长并等待随机时长后，返回步骤103继续执行；此处的随机函数应当满足每个时延长度被选中的概率相同，与步骤103中随机函数要求相同，不再赘述。

步骤112：停止发送签名序列，向MAC层指示随机接入错误，本次随机接入过程失败。

步骤113：等待一个固定时延。

本步骤中，为了避免处于较差无线通信环境中的移动终端连续接入失败，浪费随机接入资源，影响其他终端接入系统，特别设置了一个定时器T_{ACCESS_NOT_ALLOWED}，并将其初始值设为T_FORBIDDEN，启动该定时器，在定时器超时之前，移动终端的物理层将不允许再发起随机接入过程。

上述技术方案通过在随机接入过程中根据功率爬坡计数器和签名重发计数器的值在尝试随机接入失败的情况下，重新计算路损，调整签名序列发射功率，以调整后的签名序列发射功率发射签名序列尝试再次随机接入，能够有效地提高移动终端随机接入成功率；同时还增加了一次随机接入失败后等待随机时延机制，减少了再次发送的碰撞率，进一步提高了移动终端随机接入成功率，改善了用户的使用体验。另外，本发明增加了在整个随机接入过程失败后等待一个固定时延机制，限制恶劣环境中移动终端随机接入失败后重新发起随机接入过程的时间间隔，降低了不必要的系统资源浪费。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种TD-SCDMA系统移动终端随机接入方法，其特征在于，随机接入过程包含以下步骤： 

A、移动终端完成下行同步，读取系统广播消息保存系统参数，根据系统参数初始化功率爬坡计数器和签名重发计数器，并启动功率爬坡计数器和签名重发计数器； 

B、计算路损，根据路损设置签名序列发射功率； 

C、选择一个接入服务等级ASC可用的上行导频物理信道UpPCH并通过所述UpPCH信道以设置的签名序列发射功率向网络侧发射签名序列，将功率爬坡计数器减一；判断网络侧是否有效接收该签名序列，如果是则停止发射签名序列，完成随机接入； 

否则，在功率爬坡计数器不为零时，增加签名序列发射功率，返回执行步骤C；在功率爬坡计数器为零时，执行步骤D； 

D、在签名重发计数器不为零时，先将签名重发计数器减一，再重启功率爬坡计数器，返回执行步骤B；在签名重发计数器为零时，结束本次随机接入过程； 

其中，所述系统参数包括：系统标称的主公共控制物理信道PCCPCH的发射功率Primary CCPCH Tx Power、小区接收机处期望的UpPCH信道接收功率值PRX_UpPCHdes；移动终端发送完签名序列后读取FPACH信道需要等待的子帧数WT； 

步骤B所述计算路损为：移动终端连续读取2帧PCCPCH信道数据，计算PCCPCH信道的接收电平Ppccpch，并使用下面公式计算出路损： 

L_pccpch＝Primary CCPCH Tx Power-Ppccpch； 

步骤B所述设置签名序列发射功率的公式如下： 

P_UpPCH＝L_pccpch + PRX_UpPCHdes； 

步骤C所述判断网络侧是否有效接收该签名序列包括：在WT帧内，解调FPACH信道接收网络侧的应答信息，利用签名序列对FPACH信道上的信息进 行相关运算解析，如果解析成功，则判定网络侧有效接收该签名序列；否则判定网络侧未有效接收该签名序列。 

2.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于：所述移动终端保存系统参数中还包括：签名序列发送最大次数M； 

所述签名重发计数器初始值设置为M，功率爬坡计数器初始值设置为4。 

3.如权利要求1的随机接入方法，其特征在于：所述从可用的UpPCH信道中选择一个的方法是采用第一随机函数，所述第一随机函数选中每个可用的UpPCH信道的概率相同。 

4.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于：接收对发射的签名序列的应答信息所使用FPACH信道与发射签名序列所使用的UpPCH信道的关系满足以下公式： 

(SFN’mod L_i)＝n_RACHi；n_RACHi＝0，…，N_RACHi-1； 

其中SFN’表示系统子帧号；L_i表示子帧与FPACHi相关的随机接入信道(RACH)消息的长度，N_RACHi表示与第i个FPACH相关的PRACH的数目，n_RACHi表示第i个FPACH相关的PRACH的编号，范围从0到N_RACHi-1。 

5.如权利要求1的随机接入方法，其特征在于：所述移动终端保存系统参数中还包括：随机接入过程中签名序列发射功率爬坡过程的功率粒度Pwr_ramp、最大允许的上行发射功率Maxium allowed UL TX power； 

步骤C所述增加签名序列发射功率包括： 

C1、用如下公式计算出新的签名序列发射功率： 

P_UpPCH＝L_pccpch+PRX_UpPCHdes+(1-i)*Pwr_ramp； 

设功率爬坡计数器的当前值用N_add表示，其初始值用n表示，则i＝N_add-(n-1)； 

其中n为自然数； 

C2、判断新的签名序列发射功率是否大于Maxium allowed UL TX power，如果是，则将Maxium allowed UL TX power确定为发射签名序列时用的签名序列发射功率；否则将计算出的新的签名序列发射功率确定为发射签名序列时用的签名序列发射功率。 

6.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于：所述移动终端保存系统参数中还包括：随机接入过程失败，重起下一次爬坡过程需要等待的最长间隔T_WAIT_MAX； 

所述步骤C中，在功率爬坡计数器为零时，启动第一定时器，用定时器等待一个随机时延后，再执行步骤D； 

所述随机时延的长度在(0，T_WAIT_MAX)区间内。 

7.如权利要求6所述的随机接入方法，其特征在于：所述第一定时器等待一个随机时延的长度由第二随机函数在区间(0，T_WAIT_MAX)中选择，所述第二随机函数选中所述区间(0，T_WAIT_MAX)中每个值的概率相同。 

8.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于：所述移动终端保存系统参数中还包括：随机接入过程失败，物理层允许发起下一次随机接入过程需要等待的时间T_FORBIDDEN； 

该方法进一步包括：步骤D结束随机接入过程后，将启动第二定时器，等待T_FORBIDDEN时间后，物理层再允许响应来自上层的随机接入请求。