CN112020154A - 一种无线网络的随机接入方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线网络的随机接入方法及系统，所述方法包括：在接收用户终端发送的PRACH信息时，检测PRACH信息的用户功率分布，继而根据用户功率分布计算时延扩展；发送RAR信息至用户终端，以使用户终端根据RAR信息生成PUSCH信息；在接收用户终端发送的PUSCH信息时，根据时延扩展确定用户终端所处的信道模型，继而根据信道模型确定频域插值系数；对PUSCH信息进行解调，并在解调的过程中根据频域插值系数进行频域插值；在PUSCH信息解调成功后，发送竞争解决消息至用户终端，以使用户终端根据竞争解决消息接入无线网络。通过实施本发明实施例能够能提高无线网络的随机接入成功率。

Description

一种无线网络的随机接入方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无线网络的随机接入方法及系统。
背景技术
随机接入成功率是无线网络性能的重要指标，现有的LTE/NR系统中的随机接入流程如图1所示，图中实线箭头是指终端或基站的处理流程，虚线箭头是指基站与终端交互时的处理流程。具体流程如下：终端发送PRACH至基站，由基站在对应资源上进行PRACH检测，并发起RAR响应传输至终端，终端根据RAR，发送PUSCH至基站，紧接着基站根据解调的PUSCH结果，向终端发送竞争解决消息，终端根据接收到的竞争解决消息判断接入是否成功。在实际的无线网络随机接入过程中，经常会出现接入不成功的问题，随机接入成功率较低。
发明内容
本发明实施例提供一种无线网络的随机接入方法及系统，能提高无线网络的随机接入成功率。
本发明实施例提供一种无线网络的随机接入方法，包括：
在接收用户终端发送的PRACH信息时，检测所述PRACH信息的用户功率分布，继而根据所述用户功率分布计算时延扩展；
发送RAR信息至所述用户终端，以使所述用户终端根据所述RAR信息生成PUSCH信息；
在接收所述用户终端发送的PUSCH信息时，根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数；
对所述PUSCH信息进行解调，并在解调的过程中根据所述频域插值系数进行频域插值；
在所述PUSCH信息解调成功后，发送竞争解决消息至所述用户终端，以使所述用户终端根据所述竞争解决消息接入无线网络。
进一步地，所述在接收用户终端发送的PRACH信息时，检测所述PRACH信息的用户功率分布，继而根据所述用户功率分布计算时延扩展，具体为：
在可接入PRACH信息的时频位置根据预设的搜索窗进行峰值搜索，在检测到用户终端发送的PRACH信息时，将在所述搜索窗范围内最靠前的用户功率与最靠后的用户功率之间的时间间隔，作为第一最大多径时延；
将所述第一最大多径时延在预设的信道模型对应关系表中进行匹配，获得所述时延扩展；其中，所述信道模型对应关系表中设置有各信道模型对应的时延扩展以及最大多径时延的阈值范围。
进一步地，所述根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数，具体为：
将所述时延扩展与在所述信道模型对应关系表中进行匹配，确定所述用户终端所处的信道模型；
根据用户终端所处的信道模型，确定对应的频域插值系数；其中，每一信道模型对应设置有频域插值系数。
进一步地，每一信道模型对应设置有不同信噪比下的频域插值系数。
在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了系统项实施例，本发明一实施例提供了一种无线网络的随机接入系统，包括用户终端以及基站；
所述用户终端，用于向所述基站发送PRACH信息；
所述基站，用于在接收所述PRACH信息时，检测所述PRACH信息的用户功率分布，继而根据所述用户功率分布计算时延扩展；发送RAR信息至所述用户终端；
所述用户终端，还用于根据所述RAR信息生成PUSCH信息，并将所述PUSCH信息传输至所述基站；
所述基站，还用于在接收所述用户终端发送的PUSCH信息时，根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数；对所述PUSCH信息进行解调，并在解调的过程中根据所述频域插值系数进行频域插值；在所述PUSCH信息解调成功后，发送竞争解决消息至所述用户终端；
所述用户终端，还用于根据所述竞争解决消息接入无线网络。
进一步地，所述基站在接收所述PRACH信息时，在物理层中根据所述用户功率分布计算时延扩展，继而将所述用户终端对应的前导码和所述时延扩展传输至介质访问控制层，以使介质访问控制层根据所述前导码将所述信道延扩展与所述用户终端相对应。
进一步地，所述基站在接收所述用户终端发送的PUSCH信息时，由介质访问控制层将与所述用户终端对应的时延扩展下发至所述物理层，以使所述基站在所述物理层中根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数。
通过实施本发明上述实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种无线网络的随机接入方法及系统，所述方法在接收用户终端发送的PRACH信息时，检测PRACH信息的用户功率分布，继而根据用户功率分布计算时延扩展；紧接着在后续接收到用户终端发送的PUSCH信息时，根据时延扩展确定用户终端所处的信道模型，继而确定频域插值系数。在对PUSCH信息进行解调时，根据频域插值系数进行频域插值。由于在PUSCH信息解调的过程中需要进行信道估计，而信道估计的流程包括：LS信道估计、频域插值、测量值估计以及时域估计，本发明通过时延扩展确定频域插值系数，然后用该频域插值系数在信道估计流程时进行频域插值，从而提高了PUSCH信息的解调性能，减少了PUSCH信息解调失败的情况，进而提高了用户终端接入无线网络的成功率。
附图说明
图1是现有的LTE/NR系统中的随机接入流程。
图2是本发明一实施例提供的一种无线网络的随机接入方法的流程示意图。
图3是本发明一实施例基站随机接入接收方案示意图。
图4是本发明一实施例提供的搜索窗范围内时域功率分布示意图。
图5是现有信道估计的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2、3所示，本发明一实施例提供的一种无线网络的随机接入方法，具体包括如下步骤：
S101：在接收用户终端发送的PRACH信息时，检测所述PRACH信息的用户功率分布，继而根据所述用户功率分布计算时延扩展。
S102：发送RAR信息至所述用户终端，以使所述用户终端根据所述RAR信息生成PUSCH信息。
S103：在接收所述用户终端发送的PUSCH信息时，根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数。
S104：对所述PUSCH信息进行解调，并在解调的过程中根据所述频域插值系数进行频域插值。
S105：在所述PUSCH信息解调成功后，发送竞争解决消息至所述用户终端，以使所述用户终端根据所述竞争解决消息接入无线网络。
首先需要说明的是，上述步骤均以基站作为执行主体进行描述。
对于步骤S101、在一个优选的实施例中，所述在接收用户终端发送的PRACH信息时，检测所述PRACH信息的用户功率分布，继而根据所述用户功率分布计算时延扩展，具体为：
在可接入PRACH信息的时频位置根据预设的搜索窗进行峰值搜索，在检测到用户终端发送的PRACH信息时，将在所述搜索窗范围内最靠前的用户功率与最靠后的用户功率之间的时间间隔，作为第一最大多径时延；
将所述第一最大多径时延在预设的信道模型对应关系表中进行匹配，获得所述时延扩展；其中，所述信道模型对应关系表中设置有各信道模型对应的时延扩展以及最大多径时延的阈值范围。
PRACH检测一般都是需要获取相关峰值分布，然后通过峰值功率的大小以及位置确定是否存在PRACH接入和对应的时延。而相关峰值的分布本质上就是信道多径的分布，通过峰值的分布确定第一径和最后一径的时间间隔即可获得信道的最大多径时延。
具体的，基站根据协议要求在可能接入PRACH的时频位置进行峰值搜索，搜索到了用户终端发送的PRACH。示意性的，其搜索窗范围内时域功率分布如图4所示。在PRACH的峰值检测过程中，预先设定了噪声功率门限值，当搜索窗范围内的峰值功率大于噪声功率门限的即为用户终端的信号功率。而用户终端的信号功率分布对应的就是用户终端到基站的多径分布。所以获取搜索窗内最靠前和最靠后的用户功率的时间间隔maxDelay；作为信道的最大多径时延即上述第一最大多径时延。
在获得第一最大多径时延后根据预设的信道模型对应关系表即可获悉对应的时延扩展。在本发明中根据用户终端所处的通信系统，提前将通信系统中的各个信道模型、各信道模型对应的均方根时延扩展以及各信道模型对应的最大多径时延的阈值范围存储在一信道模型对应关系表中。示意性，假设用户终端所处的通信系统为NR系统的FR1频段。那么NR系统FR1频段的信道模型时延分布如表1所示：
信道模型 多径数目 均方根时延扩展 最大多径时延
AWGN 0 0 0
TDLA30 12 30 ns 290ns
TDLB100 12 100 ns 480ns
TDLC300 12 300ns 2595ns
表1：信道模型时延分布则可以设定一信道模型对应关系表如表2所示：
最大多径时延的阈值范围 均方根时延扩展 信道模型 时延扩展标识
小于100ns 0 AWGN 0
大于100ns且小于400ns 30ns TDLA30 1
大于400ns且小于1000ns 100ns TDLB100 2
大于1000ns 300ns TDLC300 3
表2：信道模型对应关系表
将第一最大多径时延与表2中各个信道模型的最大多径时延的阈值范围进行比较皆可得到对应的均方根时延扩展，即本文所述的时延扩展。
需要说明的是，上述信道模型仅仅是示意性的，本发明所公开的方案，并不限于NR系统可以为其他通信系统，只要事先设定好通信系统的信道模型对应关系表即可。此外表2中的最大多径时延的阈值范围也仅仅是示意性的，可以根据实际情况进行适应性调整。此外上述计算时延扩展的过程均在基站侧的物理层实现。
在一个优选的实施例中，基站在物理层实现时延扩展的计算之后，根据表2将时延扩展对应的时延扩展标识和用户终端的前导码索引号一起上报至基站端的MAC层(介质访问控制层)，MAC层将时延扩展标识与用户终端的前导码索引号相对应，实现用户终端与时延扩展的相互对应，完成用户的时延扩展维护。
对于步骤S102、基站在对PRACH信息检测，并计算时延扩展完毕之后，向用户终端发起RAR响应，用于调度PUSCH；用户终端根据RAR信息将PUSCH信息发送至基站。
对于步骤S103、在一个优选的实施例中，所述根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数，具体为：将所述时延扩展与在所述信道模型对应关系表中进行匹配，确定所述用户终端所处的信道模型；根据用户终端所处的信道模型，确定对应的频域插值系数；其中，每一信道模型对应设置有频域插值系数。
基站在接收到PUSCH信息时，物理层无法将接收PRACH估计得到的时延扩展与发送PUSCH的用户终端联系起来，因此当基站在接收到PUSCH信息时，基站侧的MAC层将与用户终端对应的时延标识下发至物理层(在前文中MAC层已经将时延扩展标识与用户终端的前导码索引号相对应，因此可以实现用户终端的识别)，物理层在接收时延扩展标识后，根据上文的表2确定用户终端所处的信道模型。而在本发明中预先设定了每个信道模型对应的频域插值系数，因此当确定了用户终端所处的信道模型后，即可获得上述评语插值系数。
在一个优选的实施例中，每一信道模型对应设置有不同信噪比下的频域插值系数。由于在PUSCH信息解调的过程中，需要进行信道估计，而在OFDM系统(正交频分复用系统)中，通常信道估计是在频域实现的，通过初步LS估计可得到的信道估计值，这时候需要通过滤波器实现插值降噪。滤波器系数(等同与频域插值系数)的选择有很多种方式，线性滤波，平滑滤波以及维纳滤波。在本发明中优选的可采用维纳滤波的方式进行信道估计，而维纳滤波的系数跟时延扩展和SNR(信噪比)相关。因为为了提高频域插值的性能，在这一优先的实施例中，对于每个信道模型，都对应存储不同信噪比情况下的滤波系数，这样在确定频域插值系数时，可以根据信噪比进一步选择更加合适的滤波系数来实现频域信道估计，从而进一步提高信道估计性能，提高PUSCH信息解调成功率，进而提高总体的随机接入成功率。
对于步骤S104、首先在PUSCH的解调过程中，需要进行信道估计，具体的信道估计流程如图5所示，包括LS信道估计、频域插值、测量值估计和时域插值。在本发明中，在步骤S103后已经确定对应的频域插值系数，基站物理层在进行信道估计时，根据所确定的频域插值系数完成频域插值。通过时延扩展确定频域插值系数，然后用该频域插值系数在信道估计流程时进行频域插值，从而提高了PUSCH信息的解调性能，减少了PUSCH信息解调失败的情况，进而提高了用户终端接入无线网络的成功率。
对于步骤S105、在PUSCH信息解调成功之后，基站向用户终端发送竞争解决消息，由用户终端根据所述竞争解决消息接入无线网络。
在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了系统项实施例。
本发明一实施例提供了一种无线网络的随机接入系统，包括用户终端以及基站；
所述用户终端，用于向所述基站发送PRACH信息；
所述基站，用于在接收所述PRACH信息时，检测所述PRACH信息的用户功率分布，继而根据所述用户功率分布计算时延扩展；发送RAR信息至所述用户终端；
所述用户终端，还用于根据所述RAR信息生成PUSCH信息，并将所述PUSCH信息传输至所述基站；
所述基站，还用于在接收所述用户终端发送的PUSCH信息时，根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数；对所述PUSCH信息进行解调，并在解调的过程中根据所述频域插值系数进行频域插值；在所述PUSCH信息解调成功后，发送竞争解决消息至所述用户终端；
所述用户终端，还用于根据所述竞争解决消息接入无线网络。
在一个优选的实施例中，所述基站在接收所述PRACH信息时，在物理层中根据所述用户功率分布计算时延扩展，继而将所述用户终端对应的前导码和所述时延扩展传输至介质访问控制层，以使介质访问控制层根据所述前导码将所述信道延扩展与所述用户终端相对应。
在一个优选的实施例中，所述基站在接收所述用户终端发送的PUSCH信息时，由介质访问控制层将与所述用户终端对应的时延扩展下发至所述物理层，以使所述基站在所述物理层中根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数。
可以理解的是上述系统项实施例是与本发明方法项实施例相对应的，这一系统项实施例中所定义的基站与本发明方法项实施例所定义的基站为同一基站。
同理这一系统项实施例中所定义的用户终端与本发明方法项实施例所定义的用户终端为同一用户终端。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无线网络的随机接入方法，其特征在于，包括：
在接收用户终端发送的PRACH信息时，检测所述PRACH信息的用户功率分布，继而根据所述用户功率分布计算时延扩展；
发送RAR信息至所述用户终端，以使所述用户终端根据所述RAR信息生成PUSCH信息；
在接收所述用户终端发送的PUSCH信息时，根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数；
对所述PUSCH信息进行解调，并在解调的过程中根据所述频域插值系数进行频域插值；
在所述PUSCH信息解调成功后，发送竞争解决消息至所述用户终端，以使所述用户终端根据所述竞争解决消息接入无线网络。
2.如权利要求1所述的无线网络的随机接入方法，其特征在于，所述在接收用户终端发送的PRACH信息时，检测所述PRACH信息的用户功率分布，继而根据所述用户功率分布计算时延扩展，具体为：
在可接入PRACH信息的时频位置根据预设的搜索窗进行峰值搜索，在检测到用户终端发送的PRACH信息时，将在所述搜索窗范围内最靠前的用户功率与最靠后的用户功率之间的时间间隔，作为第一最大多径时延；
将所述第一最大多径时延在预设的信道模型对应关系表中进行匹配，获得所述时延扩展；其中，所述信道模型对应关系表中设置有各信道模型对应的时延扩展以及最大多径时延的阈值范围。
3.如权利要求2所述的无线网络的随机接入方法，其特征在于，所述根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数，具体为：
将所述时延扩展与在所述信道模型对应关系表中进行匹配，确定所述用户终端所处的信道模型；
根据用户终端所处的信道模型，确定对应的频域插值系数；其中，每一信道模型对应设置有频域插值系数。
4.如权利要求3所述的无线网络的随机接入方法，其特征在于，每一信道模型对应设置有不同信噪比下的频域插值系数。
5.一种无线网络的随机接入系统，其特征在于，包括用户终端以及基站；
所述用户终端，用于向所述基站发送PRACH信息；
所述基站，用于在接收所述PRACH信息时，检测所述PRACH信息的用户功率分布，继而根据所述用户功率分布计算时延扩展；发送RAR信息至所述用户终端；
所述用户终端，还用于根据所述RAR信息生成PUSCH信息，并将所述PUSCH信息传输至所述基站；
所述基站，还用于在接收所述用户终端发送的PUSCH信息时，根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数；对所述PUSCH信息进行解调，并在解调的过程中根据所述频域插值系数进行频域插值；在所述PUSCH信息解调成功后，发送竞争解决消息至所述用户终端；
所述用户终端，还用于根据所述竞争解决消息接入无线网络。
6.如权利要求5所述的无线网络的随机接入系统，其特征在于，所述基站在接收所述PRACH信息时，在物理层中根据所述用户功率分布计算时延扩展，继而将所述用户终端对应的前导码和所述时延扩展传输至介质访问控制层，以使介质访问控制层根据所述前导码将所述信道延扩展与所述用户终端相对应。
7.如权利要求6所述的无线网络的随机接入系统，其特征在于，所述基站在接收所述用户终端发送的PUSCH信息时，由介质访问控制层将与所述用户终端对应的时延扩展下发至所述物理层，以使所述基站在所述物理层中根据所述时延扩展确定所述用户终端所处的信道模型，继而根据所述信道模型确定频域插值系数。
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