CN102843777B - 一种随机接入信号的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种随机接入信号的控制方法，该方法包括：根据预先确定的根参数U和ZC序列的长度N_ZC生成基本序列S_U；终端UE根据小区半径模式isExtended和码索引V计算循环偏移量C_V；UE根据S_U和C_V生成随机接入码，并将随机接入码发送至基站。应用本发明实施例以后，确保基站能够对UE正常判断，进而正确估计用户上行信道延时和用户发射功率。

Description

一种随机接入信号的控制方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种随机接入信号的控制方法。

背景技术

无线移动通信系统在接入多用户(UE)时，由于UE位置的不同，导致信道传播时延不同，通过随机接入信道解决由时延带来的起始的上行同步问题。

UE在完成下行同步之后，接收小区的广播等信息，并在指定的上行时频资源上发射随机接入码。随机接入信道中的训练序列称为随机接入码。基站通过检测UE发出的随机接入码，判决随机接入信道的特定资源上是否有用户接入，并进一步估计该用户上行信道延时和用户发射功率，为随后定时同步后的上行链路提供关键参数。

GSM中的随机接入码由41比特的GMSK信号构成，随机接入码与消息序列共同传输。如图1所示，GSM系统随机接入码的线性自相关函数在延时时间点会出现较大的峰值，次峰和主峰的比值为6/41，显然GSM中不具有理想的自相关性。

WCDMA的随机接入码由16个正交Hadamard码中的一个码字进行256次重复，并通过小区级长扰码加扰构成。WCDMA中不同小区的长扰码不同，其随机接入码可以等价为一个随机序列。

TD-SCDMA中，UE在上行导频时隙(UpPTS)上或其他时隙上发送上行同步码(SYNC_UL)即随机接入码，以建立与基站的上行同步。在协议中定义了256个SYNC_UL序列，每小区使用其中的8个序列，构成8个随机接入码。

与GSM类似，WCDMA和TD-SCDMA随机接入码的线性自相关函数在某些延时点会出现较大的峰值，同样也不具有理想的相关性。

LTE中使用循环移位的ZC序列作为随机接入码，并且在随机接入码前部加入循环前缀。LTE随机接入码采用增加循环前缀的ZC序列。ZC序列具有理想的循环自相关特性，但LTE的随机接入信道带宽为1MHz，是针对宽带通信系统来设计的，无法直接在窄带信道上应用。

综上可知，在GSM、WCDMA和TD-SCDMA三个系统中由于自相关函数在延时时间点会出现较大的峰值，不具有理想的相关性，会影响基站对UE的判决；而LTE的随机接入序列无法直接应用于窄带通信系统中。

发明内容

本发明实施例提出一种随机接入信号的控制方法，能够应用于窄带通信系统，提高自相关函数的相关性，使得基站能够有效检测到用户的随机接入信号，进而正确估计用户上行信道延时和用户发射功率。

本发明实施例的技术方案如下：

一种随机接入信号的控制方法，该方法包括：

根据预先确定的根参数U和ZC序列的长度N_ZC生成基本序列S_U；

终端UE根据小区半径模式isExtended和码索引V计算循环偏移量C_V；

UE根据S_U和C_V生成随机接入码，并将随机接入码发送至基站。

所述根据预先确定的根参数U和ZC序列的长度N_ZC生成基本序列S_U包括：

由U和N_ZC产生长度为N_ZC的ZC时域序列；

根据ZC时域序列、随机接入码的长度N_SEQ和循环前缀的长度N_CP生成S_U。

所述根据预先确定的根参数U和ZC序列的长度N_ZC生成基本序列S_U包括：

由U和N_ZC产生长度为N_ZC的ZC时域序列；

将ZC时域序列经过傅里叶变化转换为ZC频域序列

根据ZC频域序列、随机接入码的长度N_SEQ和循环前缀的长度N_CP生成S_U。

所述UE根据小区半径模式isExtended和码索引V计算循环偏移量C_V包括：

C_V＝V·2^isExtended·N_{CS_T}，N_{CS_T}是以采样间隔为单位的循环移位时长。

所述UE根据S_U和C_V生成随机接入码包括：

在第K个随机接入信道上发射随机接入码，K为偶数，

S_U，V＝S_U(mod(n-C_V，N_SEQ))，n＝[0：N_SEQ+N_CP-1]，

S_U，V是U和V确定的随机接入码，N_SEQ是随机接入码的长度，N_CP是循环前缀的长度。

所述UE根据S_U和C_V生成随机接入码包括：

在第K个随机接入信道上发射随机接入码，K为奇数，

S_U，V＝conj(S_U(mod(n-C_V，N_SEQ)))，n＝[0：N_SEQ+N_CP-1]，

S_U，V是U和V确定的随机接入码，N_SEQ是随机接入码的长度，N_CP是循环前缀的长度，conj是共轭函数。

所述将随机接入码发送至基站包括：调整随机接入码的发射功率，将随机接入码发送至基站。

首次发送随机接入码时，所述调整随机接入码的发射功率包括：按照基站广播的目标功率补偿随机接入码的发射功率的路损。

首次随机接入不成功，再次发送随机接入码时，所述调整随机接入码的发射功率包括：增加随机接入码的发射功率。

所述将随机接入码发送至基站包括：通过小区标识和随机接入信道的关系，确定相应的随机接入信道，然后在该随机接入信道上将随机接入码发送至基站。

所述随机接入码中包括用于噪声估计的区域。

从上述技术方案中可以看出，在本发明实施例中，根据预先确定的根参数U和ZC序列的长度N_ZC生成采样时钟上定义的基本序列S_U；终端UE根据小区半径模式isExtended和码索引V计算循环偏移量C_V；UE根据S_U和C_V生成随机接入码，并将随机接入码发送至基站。由于系统中仅使用一个指定的根参数U，计算实现过程简单；同时系统采用循环移位的ZC序列，具有理想的相关性，确保了基站良好的检测性能，进而正确估计用户上行信道延时和用户发射功率。

附图说明

图1为GSM的随机接入突发包中常用训练序列的自相关特性示意图；

图2为本发明实施例随机接入信号的控制方法流程示意图；

图3为本发明实施例随机接入信道的同频组网示意图；

图4为本发明实施例随机接入接收机相关序列的检测区域示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

电力网的频谱离散的分布在230M频段，整个频度可分为40个非连续子带，每个子带的大小为25KHz，总共可用带宽为1MHz。本发明中将类似电力网的通信系统称之为离散多子带系统。

相对于GSM、TD-SCDMA和WCDMA来说，本发明采用了循环移位的ZC序列，具有理想的自相关特性，从而提供了最优检测，确保基站具有良好的检测性能。

相对于LTE来说，本发明采用ZC序列为基本序列，通过循环移位、共轭变形，确定了适用于在窄带信道或子带上传输的随机接入码，同时，仅采用一个选定的根参数计算基本序列，降低了基站和终端的计算复杂度。特别简化了UE发射时的计算和存储需求，确保基站能够对UE正确判决。

另外，本发明在随机接入码中预留了噪声估计的资源，进而正确估计用户上行信道延时和用户发射功率。

附图2是随机接入信号的控制方法流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤201、根据预先确定的根参数U和ZC序列的长度N_ZC生成基本序列S_U；

随机接入码在基本序列{S_U(n)，n＝1，2，...，N_SEQ-1}的基础上通过循环移位并增加前缀来生成的，随机接入码的长度记为为N_SEQ，循环前缀的长度记为N_CP。以离散多子带系统为例，相对于128KHz的采样时钟，N_SEQ＝512，N_CP＝40。N_SEQ，N_CP均由系统确定。

基本序列实质上为特定ZC序列在时域上以系统采样时钟圆周采样而得到。假定基本序列{S_U(n)，n＝1，2，...，N_SEQ-1}由系统采样时钟上N_SEQ点构成，则基本序列生成过程如下：

步骤2011、由根参数u生成长度为N_ZC的ZC时域序列。

$x_U\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\πUn}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}},$ 0≤n≤N_ZC-1，

其中，N_ZC根据子带带宽、频率同步精度以及支持的终端移动带来的多普勒效应来确定。对于25KHz的带宽，并考虑到临道干扰的限制，N_ZC可以设定为83或者81。U可以选定为1，或者22，或者根据环境的干扰选择合适的U，从而更好的白化干扰。对于一个系统来说，U和N_ZC选定之后，不再改变，从而简化基本序列的计算过程。

步骤2012、将ZC时域序列经过傅里叶变化转换为ZC频域序列。

$X_u\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N_{\mathrm{ZC}}}}\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_u\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\πnk}}{N_{\mathrm{ZC}}}},$ 0≤k≤N_ZC-1。

步骤2012是可选步骤，是否需要将ZC时域序列转换为ZC频域序列是根据具体的需要确定。ZC频域序列依然是ZC序列。

步骤2013、根据ZC频域序列、N_SEQ和N_CP生成基本序列S_U.

$S_U\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N_{\mathrm{ZC}}}}\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_U\left(k\right)e^{\frac{j2\mathrm{\πk}(n-N_{\mathrm{CP}})}{N_{\mathrm{SEQ}}}},$ 0≤k≤N_ZC-1，0≤n≤N_SEQ-1。

若不需要将ZC时域序列转换为ZC频域序列，则根据ZC时域序列、N_SEQ和N_CP生成基本序列S_U.具体的计算公式类似于步骤2013中的公式，不再赘述。

步骤202、UE根据小区半径模式isExtended和码索引V计算循环偏移量C_V；

C_V＝V·2^isExtended·N_{CS_T}，0≤isExtended≤1，

N_{CS_T}为以采样间隔为单位定义的循环移位时长。

随机接入码在基本序列的基础上通过循环移位并增加前缀来生成的。为了支持不同的小区覆盖范围，定义两种覆盖模式即标准模式和扩展模式。扩展模式提供更大的小区覆盖范围的支持。标准模式isExtended为0，扩展模式isExtended为1。

例如N_{CS_T}＝29，V为在随机接入信道支持的随机接入码的索引，0≤V≤V₀。

当isExtended＝0时，V₀＝16；

当isExtended＝1时，V₀＝8。

步骤203、UE根据S_U和C_V生成随机接入码。

在第K个随机接入信道上发射随机接入码，K为偶数，

S_U，V＝S_U(mod(n-C_V，N_SEQ))，n＝[0：N_SEQ+N_CP-1]，

S_U，V是U和V确定的随机接入码，N_SEQ是随机接入码的长度，N_CP是循环前缀的长度。

在第K个随机接入信道上发射随机接入码，K为奇数，

S_U，V＝conj(S_U(mod(n-C_V，N_SEQ)))，n＝[0：N_SEQ+N_CP-1]，conj是共轭函数。

根据步骤203就可以在基本序列循环移位后增加前缀。

步骤204、调整随机接入码的发射功率。

在随机接入过程中，终端可以采用开环功控并结合一定的功率爬升的方式进行。首次发送随机接入码时，按照基站广播的目标功率补偿随机接入码的发射功率的路损。若首次随机接入不成功，再次发送随机接入码时，随后的发射每次增加一定的随机接入码的发射功率。

在步骤201-步骤204中，生成基本序列并进行循环移位，从而产生随机接入码，然后UE通过开环功控进行发射。

小区使用哪个随机接入信道，可以通过广播指定，或者通过隐含的小区标识和随机接入信道的映射关系指定。

可以将每个无线帧的上行时间区域划分为A部分，每一部分构成一个随机接入信道，即每个无线帧可以安排A个随机接入信道。对于同频组网，每两个无线帧共2×A个随机接入信道供2×A个同频小区使用。或以三个无线帧为周期重复，提供3×A个随机接入信道供3×A个同频小区使用，以此类推。

附图3是一种随机接入信道的同频组网方式示意图。其中，A等于4，即将每个无线帧的上行时间划分为4部分。对于8个随机接入信道即c0至c8供8个同频相邻小区使用的组网方案，可以通过小区标识的第3比特与图3中的随机接入信道的序号的一一对应关系确定小区的随机接入信道。

基站是在存在有噪声的随机接入信号中检测随机接入信号。在存在有噪声的随机接入信号中，需要设定门限值以确定噪声或随机接入信号。若门限值的设定大于实际噪声，则需要增大随机接入信号的功率才能检测出随机接入信号；若门限值的设定小于实际噪声，则会造成虚警。可以利用现有的NP准则，即在虚警概率小于某个数值的基础上，让门限值尽量小。例如，在白高斯噪声时，当门限为噪声功率3倍时，噪声超过该门限的概率小于0.3％，即虚警概率小于0.3％。噪声估计准确，则对于指定的虚警概率，检测门限将会降低，从而提高检测性能。

在随机接入码中预留一段区域，留作噪声估计用。参见附图4，是随机接入接收机相关序列的检测区域示意图。对于总长度为N_SEQ的基本序列，其中循环移位V*N_{CS_T}，0≤V≤V₀占据了序列连续的[0，V₀N_{CS_T}-1]区域，留下的其余区域可用用于噪声估计。为了防止用户信号能量的泄漏，用于噪声估计的区域和可能存在用户信号的相关检测区域之间预留一定的保护间隔。如果留给噪声估计的区域有效数据点较小，则单次的噪声估计精度有限。此时可以根据噪声平稳的假设对噪声估计进行进一步的平滑或平均，提高噪声估计的精度。

本发明的技术方案对于LET系统而言有如下优点。现有技术中，LTE为了支持各种场景，随机接入整体方案比较复杂，基站和终端需要支持多个根参数的序列。这样在序列生成和序列接收时，带来大量计算，显著增加了实现成本，而且LTE的随机接入码的循环移位以训练长度的1/Nzc为单位进行定义，不是采样时钟间隔的整数倍，这样在实现时往往带来定时舍入的误差。

而采用本发明的技术方案，在序列生成和序列接收过程中，由于仅采用一个根参数计算序列，因此计算量明显下降。另外，在计算循环偏移量的过程中，循环移位是以采样间隔为单位，因此在实现的过程中的误差较小。

在同频组网中，由于相邻小区随机接入信道相邻，共同占用无线帧的整个上行时隙，因而不需要保护间隔(GT)来防止随机接入信号对其它信道的干扰，从而提高了随机接入信道的效率。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种随机接入信号的控制方法，其特征在于，该方法包括：

根据预先确定的根参数U和ZC序列的长度N_ZC生成基本序列S_U；

终端UE根据小区半径模式isExtended和码索引V计算循环偏移量C_V；

UE根据S_U和C_V生成随机接入码，并将随机接入码发送至基站；

所述UE根据小区半径模式isExtended和码索引V计算循环偏移量C_V包括：

C_V＝V·2^isExtended·N_{CS_T}，N_{CS_T}是以采样间隔为单位的循环移位时长。

2.根据权利要求1所述随机接入信号的控制方法，其特征在于，所述根据预先确定的根参数U和ZC序列的长度N_ZC生成基本序列S_U包括：

由U和N_ZC产生长度为N_ZC的ZC时域序列；

根据ZC时域序列、随机接入码的长度N_SEQ和循环前缀的长度N_CP生成S_U。

3.根据权利要求1所述随机接入信号的控制方法，其特征在于，所述根据预先确定的根参数U和ZC序列的长度N_ZC生成基本序列S_U包括：

由U和N_ZC产生长度为N_ZC的ZC时域序列；

将ZC时域序列经过傅里叶变化转换为ZC频域序列

根据ZC频域序列、随机接入码的长度N_SEQ和循环前缀的长度N_CP生成S_U。

4.根据权利要求1所述随机接入信号的控制方法，其特征在于，所述UE根据S_U和C_V生成随机接入码包括：

在第K个随机接入信道上发射随机接入码，K为偶数，

S_U，V＝S_U(mod(n-C_V，N_SEQ))，n＝[0:N_SEQ+N_CP-1]，

S_U，V是U和V确定的随机接入码，N_SEQ是随机接入码的长度，N_CP是循环前缀的长度。

5.根据权利要求1所述随机接入信号的控制方法，其特征在于，所述UE根据S_U和C_V生成随机接入码包括：

在第K个随机接入信道上发射随机接入码，K为奇数，

S_U，V＝conj(S_U(mod(n-C_V，N_SEQ)))，n＝[0:N_SEQ+N_CP-1]，

S_U，V是U和V确定的随机接入码，N_SEQ是随机接入码的长度，N_CP是循环前缀的长度，conj是共轭函数。

6.根据权利要求1所述随机接入信号的控制方法，其特征在于，所述将随机接入码发送至基站包括：调整随机接入码的发射功率，将随机接入码发送至基站。

7.根据权利要求6所述随机接入信号的控制方法，其特征在于，首次发送随机接入码时，所述调整随机接入码的发射功率包括：按照基站广播的目标功率补偿随机接入码的发射功率的路损。

8.根据权利要求7所述随机接入信号的控制方法，其特征在于，首次随机接入不成功，再次发送随机接入码时，所述调整随机接入码的发射功率包括：增加随机接入码的发射功率。

9.根据权利要求1所述随机接入信号的控制方法，其特征在于，所述将随机接入码发送至基站包括：通过小区标识和随机接入信道的关系，确定相应的随机接入信道，然后在该随机接入信道上将随机接入码发送至基站。

10.根据权利要求1所述随机接入信号的控制方法，其特征在于，所述随机接入码中包括用于噪声估计的区域。