CN102665225A - 无线通信系统中用于范围扩展的可配置随机接入信道结构 - Google Patents

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CN102665225A CN2012100832742A CN201210083274A CN102665225A CN 102665225 A CN102665225 A CN 102665225A CN 2012100832742 A CN2012100832742 A CN 2012100832742A CN 201210083274 A CN201210083274 A CN 201210083274A CN 102665225 A CN102665225 A CN 102665225A
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李贞雅
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Abstract

本发明提供了一种涉及可配置随机接入信道结构的方法。所述方法的一个实施例包括：生成随机接入信道突发，所述随机接入信道突发包括循环前缀、前同步码和所述前同步码的一定次数的重复，其中所述循环前缀具有与所述前同步码的重复次数无关的预定持续时间；以及在空中接口上传输所述随机接入信道突发。

Description

无线通信系统中用于范围扩展的可配置随机接入信道结构
本发明是申请号为200780052221.1、申请日为2007年6月28日、发明名称为“无线通信系统中用于范围扩展的可配置随机接入信道结构”的专利申请的分案。
技术领域
本发明一般地涉及基于处理器的系统，更具体地，涉及基于处理器的系统中的仲裁总线(arbitrating bus)事务。
背景技术
无线通信系统典型地包括一个或者更多基站或接入点，用于向与每一个基站或者接入点相关联的地理区域(或者小区)中的移动单元提供无线连接。移动单元和基站通过在无线通信链路或者空中接口上传输调制的射频信号来进行通信。空中接口包括用于从基站向移动单元传输信息的下行链路(或者前向链路)信道以及用于从移动单元向基站传输信息的上行链路(或者反向链路)信道。将该上行链路和下行链路信道典型地分为数据信道、随机接入信道、广播信道、寻呼信道、控制信道等等。上行链路和下行链路信道可以是共享的或者专用的。
移动单元可以通过在一个或者更多随机接入信道(RACH)上传输消息来发起与基站的通信。上行链路随机接入消息是非同步的并且因此，基站覆盖区域内的任意移动单元可以基于同步的下行链路定时在任意时刻传输该上行链路随机接入消息。因此基站中的接收机必须连续地监视随机接入信道并且在随机接入信道上接收到的信号中搜索由移动单元传输的随机接入消息中的预定符号序列(有时称作RACH前同步码)。为了使搜索过程可行，随机接入消息的格式必须是标准化的。例如，在1.08MHz带宽内的1ms的传输时间间隔(TTI)期间，在子帧中传输通用移动通信服务(UMTS)长期演进(LTE)系统中的传统随机接入消息。将随机接入消息子帧分为0.8ms前同步码以及102.6μs的循环前缀，循环前缀包括前同步码中的一部分符号序列的拷贝。将传输时间间隔中的其余97.4μs保留作为保护时间以减少或者防止不同随机接入消息或者共享数据信道之间的符号间干扰。
基站的覆盖区域与循环前缀和保护时间的持续时间相关。例如，近似0.1ms的传统保护时间与用于行进近似15公里的信号的往返延迟相对应。因此，对于具有多至近似15公里半径的覆盖区域或者小区大小，包括近似0.1ms的保护时间在内的随机接入信道消息格式适于减少或者防止符号间干扰。类似地，循环前缀的持续时间与覆盖区域的大小和传播信道延迟扩展相关。例如，近似0.1ms的循环前缀适用于具有多至近似15公里半径的覆盖区域。尽管可以认为15km的范围对于传统无线通信系统是足够的，但是已提出的无线通信系统(如UMTS LTE)的基站范围预期增加至至少100km。对基站所支持的随机接入信道的范围的扩展的建议包括将传输时间间隔增加至2ms。
图1示出了已提出的对随机接入消息100的修改。在该建议中，扩展的传输时间间隔包括0.8ms的RACH前同步码105。循环前缀(CP)110的长度按照所需覆盖区域成比例增加。例如，额外每0.1ms的循环前缀长度将解决额外15km的覆盖。保护时间115也以与循环前缀长度相同的速度增加。因此，对于0.8ms的RACH前同步码，可用于保护时间和循环前缀的时间是2ms-0.8ms＝1.2ms。该RACH范围扩展建议尝试减少RACH前同步码检测的接收机复杂度。然而，范围扩展是以传输较长的循环前缀所需要的增加的开销为代价。
图2概念性地示出了一个传统RACH接收机200。接收机200监视随机接入信道的2ms传输时间间隔中接收到的信号。如果移动单元非常接近接收机200，则如子帧205所示，子帧可以在非常接近传输时间间隔的起始处开始。然而，如子帧210所示，如果移动单元接近基站覆盖区域的边缘，则子帧可能在传输时间间隔中非常晚开始。如图2所示，在该范围扩展场景中可以通过将起始参考时间向扩展的循环前缀的结尾偏移(例如针对90km的覆盖区域，通过将快速傅里叶变换数据集窗口偏移0.6ms)来使用传统的前同步码检测方案。然后可以处理累积的数据以在近似0.6ms的延迟上搜索峰值。
发明内容
本发明的目的是解决上述一个或者更多问题的影响。为了提供对本发明的一些方面的基本理解，下面提出本发明的简化概括。该概括不是本发明的详尽综述。该概括并非意在标识本发明的关键或重要元素，或者描述本发明的范围。它唯一的作用是以简化形式来提出一些概念，作为对以后讨论的更详细描述的前序。
在本发明的一个实施例中，提供了一种用于配置随机接入信道结构的方法。所述方法的一个实施例包括：生成随机接入信道突发，所述随机接入信道突发包括循环前缀、前同步码和前同步码的一定次数的重复，其中循环前缀具有与前同步码的重复次数无关的预定持续时间。所述方法的该实施例还包括：在空中接口上传输所述随机接入信道突发。所述方法的另一个实施例包括：接收包括指示随机接入信道突发的信息在内的信号，所述随机接入信道突发包括循环前缀、前同步码和前同步码的一定次数的重复，其中循环前缀具有与前同步码的重复次数无关的预定持续时间。所述方法的该实施例还包括：基于接收到的信号来检测传输所述随机接入信道突发的移动单元。所述前同步码重复的次数是基于小区半径和无线传输频率中的至少一个来选择的。
在本发明的另一实施例中，提供一种用户设备，其配置用于：生成随机接入信道突发，所述随机接入信道突发包括循环前缀、前同步码和所述前同步码的一定次数的重复，其中所述循环前缀具有与所述前同步码的重复次数无关的预定持续时间。
在本发明的又一实施例中，提供一种接收机，包括：预处理器，配置用于从随机接入信道突发移除循环前缀，所述随机接入信道突发包括前同步码和前同步码的一定次数的重复，其中所述循环前缀具有与所接收的前同步码的重复次数无关的预定持续时间；以及频域相关器，配置用于从所述预处理器接收信号，以及在多个相邻的搜索窗口中搜索所接收的随机接入信道突发，其中所述相邻的搜索窗口的数目等于所述前同步码的重复次数加一。
附图说明
结合附图，参照以下描述可以理解本发明，附图中相似的参考标记标识相似的元素，附图中：
图1示出了已提出的对随机接入消息的修改；
图2概念性地示出了一个传统RACH接收机；
图3概念性地示出了根据本发明的无线通信系统的一个示例实施例；
图4A概念性地示出了根据本发明的可以由基站根据范围和/或传输频带来选择的示例随机接入信道突发格式；
图4B概念性地示出了根据本发明的用于传输随机接入信道突发的发射机的一个示例实施例；
图4C概念性地示出了根据本发明的针对一个示例随机接入信道突发格式的循环前缀的生成；
图5概念性地示出了根据本发明的接收机的一个示例实施例；
图6A和6B概念性地示出了根据本发明的针对两种随机接入信道突发格式的随机接入信道突发检测序列；
图7示出了根据本发明的用于图4所示的随机接入信道突发格式的AWGN信道的理论检测性能；以及
图8和9示出了根据本发明的所需Es/N0，针对基站天线高度30m、90m和90m而作为节点B和用户设备之间的距离的函数。
尽管容易对本发明做出各种修改和备选形式，已经通过图中的示例来示出了其特定实施例，并且在本文中详细地描述了这些特定实施例。然而，应当理解，本文中对特定实施例的描述不应将本发明限制在所公开的特定形式，而是相反地，本发明应覆盖落入由所附权利要求所限定的本发明的范围中的所有修改、等价物以及备选形式。
具体实施方式
下面描述本发明的示意性实施例。出于清楚的目的，在本说明书中没有描述实际实现的所有特征。当然应当理解，在任意这种实际实施例的开发中，应当进行很多专门针对实现方式的决定以实现开发人员的特定目的，如遵循与系统相关和与商务相关的约束，这些约束对于每个实施例可以不同。此外，应当理解这种开发努力可能是复杂和耗间的，但是这些对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言是一种常规工作。
本发明的部分以及相应的详细描述以软件或算法和对计算机存储器中的数据比特的操作的符号表示的方式来呈现。通过这些描述和表示，本领域普通技术人员将其工作的实质有效地传递给本领域其它普通技术人员。作为此处使用的术语，一般在使用时，算法被认为是通向所需结果的自我一致的步骤序列。步骤是需要对物理量进行物理操作的步骤。通常，尽管不是必需，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较以及或者操作的光、电、或者磁信号的形式。已经表明，有时(主要是出于常用的原因)将这些信号称作比特、值、元素、符号、字符、项、数等等是较为方便的。
应当记住，所有这些和类似的术语要与恰当的物理量相关联并且仅作为应用于这些量的方便标签。除非特别声明，或者根据讨论显而易见，否则术语如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”或“显示”等等，指计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，这些电子计算设备对表示为计算机系统寄存器和存储器中的物理、电子量的数据进行操作并且将其变换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它这种信息存储、传输或显示设备中的物理量的其它数据。
还注意到，本发明的软件实现的方面典型地在某种形式的程序存储介质上进行编码或者在某种类型的传输介质上实现。该程序存储介质可以是磁(例如软盘或硬盘驱动器)或者光(例如致密光盘只读存储器“CD ROM”)，并且可以是只读的或者随机存取的。类似地，传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、或者本领域已知的其它适合的传输介质。本发明不受限于任意给定的实现方式的这些方面。
现在将参照附图来描述本发明。图中示意性地示出了各种结构、系统和设备，仅用于解释目的，并且不用本领域技术人员公知的细节来模糊本发明。然而，包括了附图以描述和解释本发明的示意性示例。应当将本文使用的词和短语理解并解释为具有与相关领域技术人员对这些词和短语的理解一致的意义。本文所使用的术语或短语的一致用法不应暗示术语或短语的特殊定义，即没有与本领域技术人员所理解的普通和习惯意义不同的定义。对于意在具有特殊意义的术语或者短语(即与本领域技术人员理解的不同的意义，如特殊定义)，将在本说明书中以定义方式明确阐述，这种方式直接并且确定地提供针对术语或者短语的特殊定义。
图3概念性地示出了无线通信系统300的一个示例实施例。在所示实施例中，无线通信系统300包括用于向一个或者更多移动单元310提供无线连接的基站305(1-3)。当统称基站305时，可以丢弃索引(1-3)。基站305可以根据各种标准和/或协议(包括正交频分复用(OFDM))来提供无线连接。然而，受益于本公开的本领域普通技术人员应当理解，无线通信系统300的备选实施例可以包括根据不同标准和/或协议操作的基站305。此外，用于向移动单元310提供无线连接的技术在本领域中是已知的并且出于清楚的目的，仅在本文中讨论与本发明相关的提供无线连接的那些方面。
基站305可以被配置为在不同范围上和/或使用不同频带来提供无线连接。在所示实施例中，基站305(1)被配置为在一个或者更多所选频带中(例如，在载波频率450MHz或者900MHz处)在近似45km范围上提供无线连接。基站305(2)被配置为使用与基站305(1)相同的频带在近似75km范围上提供无线连接。基站305(3)被配置为在不同的频带集合中(例如在载波频率2.1GHz或者2.6GHz处)在近似45km的范围上提供无线连接。受益于本公开的本领域普通技术人员应当理解，上述的基站305的配置应是示意性的，并不限制本发明。
移动单元310可以通过在一个或者更多随机接入信道(RACH)上传输消息来发起与基站305的通信。可以基于与一个或者更多基站305相关联的半径或者范围来选择移动单元310传输的随机接入信道突发的格式。在所示的实施例中，移动单元310首先选择随机接入信道突发的缺省格式。例如，移动单元310可以被配置为生成并在1.08MHz带宽中的1ms传输时间间隔(TTI)期间在子帧中传输随机接入信道突发。将随机接入消息子帧分为0.8ms的前同步码以及102.6μs的循环前缀，该循环前缀包括前同步码中的部分符号序列的重复。将传输时间间隔中的其余97.4μs保留作为保护时间以减少或者防止不同随机接入消息之间的符号间干扰。该特定格式可以适用于与被配置为在一个或者更多所选频带中(例如，在载波频率450MHz或者900MHz)在近似15km的范围上提供无线连接的基站(未示出)进行通信。
当移动单元310在基站305(1)的范围中移动时，它可以从基站305(1)接收广播消息，该广播消息指示针对随机接入信道突发的修改的格式。在所示的实施例中，基站305(1)的范围是近似45km的扩展的范围。相应地，可以修改随机接入信道突发的格式，以便将前同步码重复一次，即在随机接入信道突发中传输两次前同步码。在一个实施例中，还可以修改随机接入信道突发的格式，使得随机接入信道突发占用多于一个子帧。当移动单元310在基站305(2)的范围内移动时，它可以从基站305(2)接收广播消息，该广播消息指示针对随机接入信道突发的修改的格式。在所示的实施例中，基站305(2)的范围是近似75km的扩展的范围。相应地，可以修改随机接入信道突发的格式使得前同步码重复两次。还可以修改该随机接入信道突发的格式使得随机接入信道突发占用三个子帧。
还可以基于基站305使用的频带来修改移动单元310传输的随机接入信道突发的格式。在所示的实施例中，移动单元310可以从基站305(1)服务的区域移动至基站305(3)服务的区域。尽管基站305(1、3)具有近似相同的范围，但是基站305(3)以比基站305(1)更高的载波频率范围进行传输。较低载波频率(如450MHz或者900MHz)的传播条件显著优于较高载波频率(如2.1GHz或者2.6GHz)的传播条件。相应地，基站305(3)可以传输广播消息，该广播消息指示可以修改随机接入信道突发的格式使得前同步码重复两次或者更多。该广播消息还可以指示可以修改随机接入信道突发的格式使得随机接入信道突发占用三个或者更多子帧。
还可以修改循环前缀和/或保护时间间隔的持续时间。在一个实施例中，对于基站305使用的不同格式，循环前缀的持续时间可以保持相同并且保护时间间隔可以占用子帧中循环前缀或前同步码不使用的部分。在备选实施例中，可以想到循环前缀和保护周期之间的其它划分方式：在一个情况中，子帧中未分配给前同步码的1.2ms部分可以平均地分配给循环前缀和保护时间，使得如图2所示将RACH覆盖扩展至90km。备选地，子帧中未分配给前同步码的1.2ms部分可以不平均地在循环前缀长度和保护时间之间进行分配。如果循环前缀长度等于或者大于0.667ms，则所分配的时间对循环前缀和保护时间的不平均分布可以将覆盖扩展至100km。然而，在接近小区边缘的移动单元传输前同步码的情况中，当循环前缀和保护时间是不平均分配时，符号间干扰可能发生。此外，从接近扩展的小区边缘的移动单元(例如，距基站多达90或者100km远的移动单元)接收到的信号强度可能非常低，这可能降低检测到随机接入信道消息的前同步码的可能性。
图4A概念性地示出了基站根据范围和/或传输频带可以选择的示例随机接入信道突发格式。格式400包括循环前缀(CP)、使用Zadoff-Chu序列形成的前同步码、以及保护时间(GT)间隔。在单个1ms子帧中传输该格式400。在一个实施例中，该格式400可以用于传输预期用于具有近似15km范围的基站的随机接入信道突发。格式405包括循环前缀(CP)、使用Zadoff-Chu序列形成的前同步码、该前同步码的一次重复、以及保护时间(GT)间隔。在两个子帧中传输格式405。格式405中的保护时间间隔比格式400中使用的保护时间间隔更长，但是循环前缀具有相同长度。在一个实施例中，格式405可以用于传输预期用于具有近似45km范围的基站的随机接入信道突发。
在格式410、415中，使用三个子帧来传输随机接入信道突发。格式410包括循环前缀(CP)、使用Zadoff-Chu序列形成的前同步码、该前同步码的两次重复、以及保护时间(GT)间隔。格式410中的保护时间间隔比格式405中使用的保护时间间隔更长，但是循环前缀具有相同长度。在一个实施例中，格式410可以用于传输预期用于具有近似75km范围的基站的随机接入信道突发。格式415包括循环前缀(CP)、使用Zadoff-Chu序列形成的前同步码、该前同步码的一次重复、以及保护时间(GT)间隔。格式415中的保护时间间隔比格式410中使用的保护时间间隔更长，但是循环前缀具有相同长度。至少部分由于相对长的保护时间间隔，格式415可以用于传输预期用于具有近似200km范围的基站的随机接入信道突发。表1列出了用于定义随机接入信道突发格式400、405、410、415的示例参数值。
表1 RACH格式以及支持的小区半径
Figure BSA00000691261700091
图4B概念性地示出了用于传输随机接入信道突发的发射机420的一个示例实施例。在所示的实施例中，生成长度为P的基本恒包络零自相关(CAZAC)序列425。生成长度为P的Zadoff-Chu序列cp(n)：
Figure BSA00000691261700101
通过选择p的不同值，可以生成不同的根Zadoff-Chu序列425。对于素数P，序列425的数目是(P-1)。可以通过对每一个根Zadoff-Chu序列进行循环移位操作来生成正交Zadoff-Chu序列425。可以由S/P转换器430将序列425从串行流转换为并行流，并且可以使用傅里叶变换元件435通过长度为NDFT的离散傅里叶变换(DFT)将其变换至频域。使用映射器440将频域信号映射至整个信号频带内的RACH资源。例如，可以使用1.08MHz带宽用于1.25MHz系统带宽中的RACH传输。将未使用的子载波设置为零。使用反变换器445通过大小NFFT的反快速傅里叶变换(IFFT)将频域信号转换回时域。由P/S转换器450将IFFT的输出从并行转换为串行。在块重复元件455中使用配置的重复因子RPF逐块重复信号以生成长度(NFFTxRPF)的重复序列。然后，由求和器460添加CP采样和GT以形成输出信号465，在一个或者更多接入时隙中传输该输出信号465。
图4C概念性地示出了一个示例随机接入信道突发格式的循环前缀(CP)的生成。在所示的实施例中，示例随机接入信道突发470包括长度为NFFT的前同步码475的两个拷贝。循环前缀具有长度NCP并且保护时间间隔(GT)具有长度NGT。然后可以通过从前同步码475的一个拷贝的结尾选择NCP个符号然后使用这些符号来形成循环前缀，来形成循环前缀。
图5概念性地示出了接收机500的一个示例实施例。在所示的实施例中，接收机500是基站(图中未示出)的一部分。然而，受益于本公开的本领域普通技术人员应当理解，本发明并不受限于在基站中实现的接收机500。在备选实施例中，可以在用于在空中接口上向一个或者更多移动单元提供无线连接的任意设备上实现该接收机500。示例设备包括但不限于：接入点、接入服务网络、接入网络、以及基站路由器。接收机500可以实现用于处理和/或分析累积信号能量的多个处理线程，以检测移动单元提供的消息。接收机500中的处理线程可以独立地和/或并发地工作，以分析接收到的信号能量的部分，即这些处理线程可以并行操作。受益于本公开的本领域普通技术人员应当理解，可以在支持多线程的单个物理处理器(如中央处理单元)或者多个物理处理器中实现这些处理线程。
在所示的实施例中，接收机500接收包括移动单元传输的随机接入信道突发在内的信号。接收机500包括可以从接收信号中移除循环前缀的预处理器505。预处理器505还可以在频域相关器中对处理后的前同步码进行相关之前，从RACH突发中选择并取得该信号中所选长度的部分。可以将该部分的长度选择为与该信号部分的快速傅里叶变换中与前同步码相对应的样本数目NFFT相对应。例如，FFT大小可以与前同步码长度加上针对目标搜索窗口大小的往返延迟相对应。然后可以将预处理后的信号传输至频域相关器510，频域相关器510被配置为使用频域中的多个参考信号513来处理前同步码。参考信号513可以与在RACH突发的前同步码中找到的不同RACH序列相对应。对于多个参考信号513中的每一个，频域相关器510可以产生频域相关的输出的集合。
图5所示的频域相关器510的实施例包括顺序搜索器，该顺序搜索器使用根据往返延迟的估计而选择的搜索窗口大小来操作。在一个实施例中，使用增量为14.61km的顺序搜索。在第一过程中，针对与从0至14.61km的距离相对应的往返延迟(RTD)进行搜索。在第二过程中，针对14.61-29.22km进行搜索。该顺序搜索进行至与GT相对应的RTD。频域相关器510还包括快速傅里叶变换器(FFT)515，用于将预处理后的前同步码从时域变换至频域并且产生包括频域信号的并行流在内的FFT输出。可以将该FFT输出传递给RACH选择器520，RACH选择器520用于从与RACH相对应的FFT输出中选择频域信号的一个或者更多的并行流并产生RACH选择器输出。然后，将该信号传输至乘法器525，乘法器525用于将RACH选择器输出与一个或者更多参考信号相乘，以产生包括与不同参考信号相对应的相乘信号的并行流在内的乘法器输出。然后，可以使用反离散傅里叶变换器(IDFT)530来将乘法器输出从频域变换至码域并且产生针对参考信号的频域相关的输出。
通过将与该频域相关的输出相关联的能量与阈值能量值进行比较，可以使用能量检测器535来检测RACH突发序列。例如，该频域相关的输出可以与同信号的一部分相关联的能量相对应，该部分可以与RACH突发中的一个或者更多前同步码相对应。因此，能量检测器535可以将与每一个频域相关的输出相关联的能量相加或求和。如果这些输出与前同步码相对应，则这些输出中的能量之和应当超过所选阈值。在所示的实施例中，能量检测器535包括用于将频域相关的输出限制为所选搜索窗口大小以产生限制输出的搜索窗口限制器540。例如，可以选择搜索窗口大小以与小区半径或者小区半径的范围相对应。能量检测器535还可以包括用于确定该限制输出的能量的能量模块545和用于将与不同输出相关联的能量求和的能量组合器550，所述不同输出可以与RACH突发中的前同步码的重复相对应。能量检测器535还可以包括用于对能量值与阈值能量值进行比较的阈值模块555。
图6A和6B概念性地示出了针对两种随机接入信道突发格式的随机接入信道突发检测序列。图6A示出了针对包括循环前缀和前同步码在内的随机接入信道突发格式的随机接入信道突发检测序列。在所示的随机接入信道突发检测序列中，接收机进行第一过程，在该第一过程中，在与从0km至约15km的小区半径范围相对应的搜索窗口上搜索接收到的信号。将该第一过程的搜索窗口延迟与循环前缀的持续时间相对应的时间并且延长与前同步码的持续时间相对应的时间，在本情况中，该前同步码是Zadoff-Chu序列。然后，接收机可以进行第二过程，在该第二过程中，在与从15km至约30km的小区半径范围相对应的搜索窗口上搜索接收到的信号。将该第二过程的搜索窗口延迟与循环前缀的两倍持续时间相对应的时间并且延长与前同步码的持续时间相对应的时间。第三过程在与从30km至约45km的小区半径范围相对应的搜索窗口上搜索。将该第三过程的搜索窗口延迟与循环前缀的三倍持续时间相对应的时间并且延长与前同步码的持续时间相对应的时间。尽管在图6A中示出了三个过程，但是受益于本公开的本领域普通技术人员应当理解，本发明并不受限于该数目的过程并且在备选实施例中，可以执行任意数目的过程。
图6B示出了针对包括循环前缀、前同步码以及该前同步码的一次重复在内的随机接入信道突发格式的随机接入信道突发检测序列。在所示的随机接入信道突发检测序列中，接收机进行第一过程，在该第一过程中，在与从0km至约15km的小区半径范围相对应的两个近似连续或相邻的搜索窗口上搜索接收到的信号。将该第一过程的第一搜索窗口延迟与循环前缀的持续时间相对应的时间，并且将该第一过程的第二搜索窗口延迟与循环前缀的持续时间加上第一搜索窗口的持续时间。接收机在第一和第二搜索窗口期间累积能量。由于前同步码和前同步码的重复中的序列相同，在第一和第二搜索窗口期间累积的能量建设性地相加。然后，该接收机将第一和第二搜索窗口期间检测到的能量组合以确定是否已经检测到随机接入信道突发的前同步码。
该接收机还可以进行第二和第三过程，在这两个过程中，在与从15km至约30km的小区半径范围相对应的两个近似连续或相邻的搜索窗口上以及从30km至约45km的小区半径范围相对应的两个近似连续或相邻的搜索窗口上搜索接收到的信号。将每一过程的第一搜索窗口分别延迟与循环前缀的两倍和三倍持续时间相对应的时间。将每一过程的第二搜索窗口分别延迟与循环前缀的两倍和三倍持续时间加上第一搜索窗口的持续时间。对于每一过程，接收机在第一和第二搜索窗口期间累积能量，并且将在第一和第二搜索窗口期间检测到的能量进行组合。如果在任一过程的第一和第二搜索窗口中累积的能量超过阈值，则接收机确定已经检测到随机接入信道突发的前同步码。
已经分析了上面讨论的四种前同步码格式的检测性能。图7示出了针对AWGN信道的理论检测性能。签名的数目是64，并且搜索窗口大小与该小区的最大往返延迟(RTD)相对应。假定对于所有签名，误报概率是PFA＝0.1％，并且采用整个延迟假设。如图7所示，在遗漏检测概率PM＝0.1％处，通过将RPF从1增加至2，检测性能提高2.3dB，并且通过进一步将RPF增加至3，检测性能进一步提高1.3dB。表2示出了针对静态信道和TU信道的所有RACH格式所需的Es/N0的总结。对于TU信道，可以添加5.5dB余量以获得所需Es/N0。
表2：所需Es/N0(PFA＝0.1％，PM＝0.1％)
Figure BSA00000691261700141
可以使用扩展的COST-231 Okumura-Hata郊区路径损耗模型来执行链路预算分析。在Okumura-Hata模型中，将路径损耗建模为：
PL＝46.3+33.9logfc-13.82loghb-a(hm)+(44.9-6.55loghb)logd+C
其中：
a(hm)＝(1.1logfc-0.7)hm-(1.56logfc-0.8)
fc：载波频率，单位MHz
hb：节点B天线高度，单位m
hm：UE天线高度，单位m
d：节点B和UE之间的距离，单位km
C：常量因子。对于中等规模城市和郊区区域C＝0dB，对于大城市区域C＝3dB。
表B中示出了链路预算分析中使用的系统参数。
表B：用于链路预算分析的系统参数
Figure BSA00000691261700142
Figure BSA00000691261700151
使用该路径损耗模型，获得天线连接器处的Es/N0为：
Es/N0＝PL-Pnoise-IoT+Pmax-Pother+GNB+GUE
其中PL代表传播损耗、Pnoise代表等价噪声功率、IoT是热干扰、Pmax是UE最大传输功率、Pother是其他损耗、GNB和GUE代表节点B和UE天线增益。对于-174dBm/Hz的热噪声PSD以及5dB的上行链路噪声系数，总有效噪声PSD是-169dBm/Hz。针对1.08MHz的RACH带宽，获得噪声功率为-108.7dBm。假定IoT和其它损耗的值可忽略。图8和9针对基站天线高度30m、90m和90m示出了Es/N0相对节点B与LE之间的距离。图8针对载波频率2.1GHz。对于2.1GHz的载波频率，对于90m天线高度，可以用RACH格式1覆盖多至12km的半径并且用RACH格式2覆盖多至14km的半径。通过放宽PFA要求或者在良好的信道条件下，可以进一步扩展覆盖。图9示出了针对载波频率900MHz的Es/N0。格式1和2的覆盖分别是30km和38km。基于这些观察，对于较大小区的操作，不必须总是扩展前同步码长度。
本文讨论的灵活RACH结构可以用于范围扩展。所提出的结构使用固定长度的CP以及可配置数目的子帧和前同步码重复因子。所提出的结构减少了用于扩展的RACH的CP开销，并且允许较大的搜索窗口大小。通过配置子帧的数目以及重复因子，可以选择RACH结构用于大范围的部署场景。基于小区的RACH结构配置还可以用于简化配置，使得可以用相同的RACH结构来配置相同小区中的移动单元。本文讨论的灵活RACH结构可以允许具有最小的循环前缀(CP)开销的RACH结构的传输。这显著增加了最大小区大小。例如，将针对2个子帧的RACH结构的可能小区大小扩展至45km，而不是30km，同时具有相同的检测性能。该方案允许运行商根据无线条件以及部署场景来最优地配置RACH结构。在特定部署场景中，可以使用转发器用于较大小区的操作。此外，存在具有射频拉远(remote radio head)的部署场景。在这些场景中，RACH结构要求更长的GT以覆盖较大RTD，但是不要求前同步码扩展。在这些情况中，可以使用不具有前同步码重复的较长的RACH结构。
由于可以以对于受益于本文教义的本领域技术人员显而易见的不同但等价的方式来修改和实现本发明，因此上面公开的特定实施例仅作为示意。此外，除了在以下权利要求中描述之外，不应对本文的构造或设计的细节进行任何限制。因此，显而易见地，可以更改或者修改上面公开的特定实施例，并且认为所有这些变型都在本发明的范围内。因此，本文所要寻求的保护在以下权利要求中予以阐述。

Claims (46)

1.一种方法，包括：
生成随机接入信道突发，所述随机接入信道突发包括循环前缀、前同步码和所述前同步码的一定次数的重复，其中所述循环前缀具有与所述前同步码的重复次数无关的预定持续时间；以及
在空中接口上传输所述随机接入信道突发。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述重复次数是0、1或2。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，生成随机接入信道突发包括：当接收所述随机接入信道突发的基站的小区半径较大时，生成包括所述前同步码的较大次数的重复在内的随机接入信道突发；当所述小区半径较小时，生成包括较小次数的重复在内的随机接入信道突发。
4.根据权利要求1所述的方法，包括：在至少一个广播信道上从至少一个基站接收指示所选重复次数的信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，传输所述随机接入信道突发包括：在所选数目的子帧期间传输所述随机接入信道突发。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所选数目的子帧期间传输所述随机接入信道突发包括：在基于前同步码的所选重复次数和所选的保护时间间隔而选择的数目的子帧期间，传输所述随机接入信道突发。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，传输所述随机接入信道突发包括：在基于前同步码的所选重复次数和保护时间间隔而选择的数目的子帧期间，传输所述随机接入信道突发，其中所述保护时间间隔是基于小区半径和无线传输频率中的至少一个来选择的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述前同步码的重复次数是基于小区半径和无线传输频率中的至少一个来选择的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中生成随机接入信道突发包括：生成包括具有第一长度的第一循环前缀、具有第二长度的第一前同步码以及所述第一前同步码的第一次数的重复的第一随机接入信道突发，并且所述方法还包括生成包括具有第一长度的第二循环前缀、具有第二长度的第二前同步码以及所述第二前同步码的第二次数的重复的第二随机接入信道突发，所述第二次数不同于所述第一次数。
10.根据权利要求9所述的方法，包括在空中接口上传输所述第二随机接入信道突发。
11.根据权利要求9所述的方法，其中生成所述第二随机接入信道突发包括：响应于接收到指示针对随机接入信道突发的修改格式的消息，生成所述第二随机接入信道突发。
12.根据权利要求11所述的方法，包括在进入基站的范围后，从所述基站接收所述消息。
13.根据权利要求1所述的方法，其中生成随机接入信道突发包括：
用户终端生成包括具有第一长度的第一循环前缀、具有第二长度的第一前同步码以及所述第一前同步码的第一次数的重复的第一随机接入信道突发，并且其中所述方法还包括：
所述用户终端在进入基站的范围后，从所述基站接收指示针对随机接入信道突发的修改格式的消息；以及
所述用户终端响应于接收到所述消息，生成第二随机接入信道突发，其中所述第二随机接入信道突发包括具有第一长度的第二循环前缀、具有第二长度的第二前同步码以及所述第二前同步码的第二次数的重复，其中所述第二次数不同于所述第一次数。
14.一种方法，包括：
接收包括指示随机接入信道突发的信息在内的信号，所述随机接入信道突发包括循环前缀、前同步码和所述前同步码的一定次数的重复，其中所述循环前缀具有与所述前同步码的重复次数无关的预定持续时间；以及
基于接收到的信号来检测传输了所述随机接入信道突发的移动单元。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述前同步码的重复次数是0、1或2。
16.根据权利要求14所述的方法，包括：基于接收所述随机接入信道突发的基站的小区半径和用于传输所述随机接入信道突发的无线传输频率中的至少一个来选择所述重复次数。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，选择重复次数包括：当所述小区半径较大时，选择前同步码的较大的重复次数；当小区半径较小时，选择较小的重复次数。
18.根据权利要求16所述的方法，其中：选择重复次数包括：当无线传输频率较高时，选择前同步码的较大的重复次数；当无线传输频率较低时，选择前同步码的较小的重复次数。
19.根据权利要求18所述的方法，包括：在空中接口上广播所选的重复次数。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，接收包括指示随机接入信道突发的信息在内的信号包括：在所选数目的子帧期间接收所述信号。
21.根据权利要求20所述的方法，包括：基于前同步码的所选重复次数和所选的保护时间间隔，来选择所述子帧的数目。
22.根据权利要求21所述的方法，包括：基于小区半径和无线传输频率中的至少一个来选择所述保护时间间隔。
23.根据权利要求14所述的方法，其中，检测移动单元包括：在多个搜索窗口期间累积与接收到的信号相关联的能量，所述多个搜索窗口是以基于小区半径而确定的偏移来相对于彼此延迟的。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，累积与接收到的信号相关联的能量包括：在与所述搜索窗口中的每一个相关联的所选数目的时间段内累积与接收到的信号相关联的能量，时间段的所选数目与前同步码的所选重复次数加一相对应。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，检测移动单元包括：将在所选数目的时间段期间累积的能量进行组合。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，检测移动单元包括：当在与所述搜索窗口之一相关联的所选数目的时间段期间累积的能量超过阈值时，检测到所述移动单元。
27.一种用户设备，其配置用于：
生成随机接入信道突发，所述随机接入信道突发包括循环前缀、前同步码和所述前同步码的一定次数的重复，其中所述循环前缀具有与所述前同步码的重复次数无关的预定持续时间。
28.根据权利要求27所述的用户设备，其中所述随机接入信道突发具有0、1或2次所述前同步码的重复。
29.根据权利要求27所述的用户设备，其中所述用户设备进一步配置用于：
生成包括具有第一长度的第一循环前缀、具有第二长度的第一前同步码以及所述第一前同步码的第一次数的重复的第一随机接入信道突发；
从基站接收指示针对随机接入信道突发的修改格式的消息；以及
响应于接收到所述消息，生成第二随机接入信道突发，其中所述第二随机接入信道突发包括具有第一长度的第二循环前缀、具有第二长度的第二前同步码以及所述第二前同步码的第二次数的重复，所述第二次数不同于所述第一次数。
30.根据权利要求29所述的用户设备，其中所述消息是在用户设备进入所述基站的范围后接收的。
31.根据权利要求27所述的用户设备，还包括：
块重复元件，其配置用于生成具有前同步码和所述前同步码的一定次数的重复的序列；以及
求和器，其配置用于形成包括所述序列和循环前缀的随机接入信道突发，其中所述循环前缀具有与所述前同步码的重复次数无关的预定持续时间。
32.根据权利要求31的用户设备，其中所述块重复元件被配置用于通过执行逐块重复所述前同步码来生成所述序列。
33.根据权利要求31所述的用户设备，其中所述用户设备被配置用于生成包括可提供给所述块重复元件的恒包络零自相关序列的前同步码。
34.根据权利要求31所述的用户设备，其中所述求和器配置用于形成包括所述序列、所述循环前缀和保护时间间隔的随机接入信道突发。
35.根据权利要求31所述的用户设备，其中所述用户设备配置用于在空中接口上传输所述随机接入信道突发。
36.根据权利要求27所述的用户设备，其中所述用户设备进一步被配置用于：
从至少一个基站接收指示所述重复次数的信息，其中当将要从所述用户设备接收所述随机接入信道突发的基站的小区半径较大时，所述重复次数包括较大的重复次数，以及当小区半径较小时，包括较小的重复次数；
然后生成所述随机接入信道突发；以及
在基于所述前同步码的重复次数和保护时间间隔而确定的数目的子帧期间，在空中接口上传输所述随机接入信道突发，其中所述保护时间间隔是基于小区半径和无线传输频率中的至少一个来确定的。
37.一种接收机，包括：
预处理器，配置用于从随机接入信道突发移除循环前缀，所述随机接入信道突发包括前同步码和前同步码的一定次数的重复，其中所述循环前缀具有与所接收的前同步码的重复次数无关的预定持续时间；以及
频域相关器，配置用于从所述预处理器接收信号，以及在多个相邻的搜索窗口中搜索所接收的随机接入信道突发，其中所述相邻的搜索窗口的数目等于所述前同步码的重复次数加一。
38.根据权利要求37所述的接收机，其中所述前同步码的重复次数是0、1或2。
39.根据权利要求37所述的接收机，其中所述频域相关器将相邻的搜索窗口延迟对应于所述循环前缀的预定持续时间的时间。
40.根据权利要求37所述的接收机，其中所述频域相关器配置用于在多个过程中搜索选定数目的相邻的搜索窗口，每个过程对应于不同的范围，并且其中每个过程与前一过程在时间上偏移所述循环前缀的预定持续时间。
41.根据权利要求37所述的接收机，包括能量检测器，其将在所述相邻的搜索窗口中累积的能量进行组合，以及将累积的能量与阈值进行比较以确定是否检测到所述随机接入信道突发。
42.根据权利要求41所述的接收机，其中所述能量检测器包括搜索窗口限制器，用于将频域相关的输出限制为所选搜索窗口大小。
43.根据权利要求42所述的接收机，其中所述搜索窗口限制器被配置用于将频域相关的输出限制为与小区半径或者小区半径的范围相对应的所选搜索窗口大小。
44.根据权利要求41所述的接收机，其中所述能量检测器包括能量组合器，用于将与不同输出相关联的能量求和，所述不同输出与随机接入信道突发中的前同步码的重复相对应。
45.根据权利要求1所述的方法，其中生成和传输步骤是由用户设备执行的。
46.根据权利要求14所述的方法，其中接收和检测步骤是由基站执行的。
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