CN1275489C

CN1275489C - 一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法

Info

Publication number: CN1275489C
Application number: CN 03119189
Authority: CN
Inventors: 李峰; 徐铁铸; 张立宝; 冉晓龙
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: WO2004084565A1; CN1533203A

Abstract

本发明涉及一种用于检测用户终端(UE)随机接入冲突的方法，应用在由基站和一组UE组成的移动通信系统中，基站和UE采用一组共N个正交或准正交的伪随机序列码作随机接入。检测方法包括：基站将接收到的同一时刻的随机接入信号顺序与每个伪随机序列码作相关操作，获得相应的相关结果窗；找出相关结果窗中的最大相关峰值点，进而划分出相关峰值窗及边窗；设置门限，与相关峰值窗、相关结果窗中除相关峰值窗以外边窗中相应的相关结果进行条件比较，当满足条件时，确定上述步骤中参与相关结果窗相关操作的伪随机序列码被多个用户终端随机选择接入，存在两个或两个以上UE在同一帧选择了相同的伪随机序列码与同一个基站作接入的接入冲突问题。

Description

一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法

技术领域

本发明涉及一种无线移动通信技术，更确切地说是涉及一种用于检测用户终端(UE)随机接入移动通信系统的方法，基站应用该方法，可以检测出多个用户终端在同一帧接入中可能出现的接入冲突。

背景技术

图1中示出一个由一个基站(BS)和n个(n为正整数)用户终端(UE01、UE02、...、UEn)组成的移动通信系统。

在该至少由一个基站和一组用户终端组成的、采用码分多址(CDMA)技术的移动通信系统中，如能实现多个用户终端上行链路(指从用户终端UE到基站BS的无线链路，图中的1001、1002、...、100n)的同步，将会极大地改善整个系统的通信性能。图中的2001、2002、...、200n表示从基站到各个用户终端的下行链路。

参见图2，在上行同步的CDMA系统中，各用户终端的上行同步一般是通过下述步骤建立起来的：(1)各用户终端在上行链路发送特定的上行同步随机接入信号；(2)在基站端通过对各上行同步随机接入信号的检测，得到各用户终端的上行定时信息，基站再通过特定的下行信道(FACH)向各用户终端传递定时同步调整命令(信息)；(3)各用户终端根据这个命令调整自己的定时，在特定的接入信道(RACH)上接入。

由于存在允许多个用户终端同时接入的情况，各用户终端的上行同步随机接入信号通常采用正交或准正交的伪随机序列码(PN)。在采用伪随机序列码实现多用户终端随机接入的移动通信系统中，根据伪随机序列码的正交性，在移动信道的环境下，基站可以通过检测各用户终端发送的上行同步信号来检测用户终端同时接入的情况。

在图1所示的由至少一个基站和一组用户终端组成的移动通信系统中，可以将一组(N个)正交或准正交伪随机序列码 m₁， m₂Λ m_N(向量)分配给该基站，其中的一个正交伪随机序列码会被该组用户终端中的一个用户终端所选择。该组正交或准正交伪随机序列码满足如下的相关特性关系：

{\overset{&OverBar;}{m}}_{i} \cdot {\overset{&OverBar;}{m}}_{j} = \{\begin{matrix} L & i = j \\ 0 & or \approx 0 & i &NotEqual; j \end{matrix}, i, j = 1 ~ N

式中·表示点乘，该组(N个)正交或准正交伪随机序列码中任意两个不同(i≠j)正交或准正交伪随机序列码向量的点乘结果为0或近似为0；该组(N个)正交或准正交伪随机序列码中任意两个相同(i＝j)正交或准正交伪随机序列码向量的点乘结果为一常量L。

用户终端发出的上行同步随机接入信号中包含有伪随机序列码，从理论上分析，基站利用伪随机序列码所具有的相关特性，可以采用直接序列卷积(线性相关)或采用匹配滤波等多种成熟的相关操作方法，并同时结合一系列相应的判断条件，来检测出各用户终端的上行同步信号。

在图1所示的系统中，用户终端在采用随机选择的某一伪随机序列码接入、与基站建立连接时，可能会出现两个或两个以上的用户终端在同一帧中选择了同一个伪随机序列码与同一个基站进行同时接入的情况。由于在随机接入过程中，基站是根据伪随机序列码来区分同一帧中接入的各用户终端的，因此当发生上述情况时，将导致基站无法区分这些选择了相同伪随机序列码的用户终端，造成用户终端随机接入时的冲突。如果在发生冲突的情况下，基站仍正常地回应发生冲突的用户终端，必然使这些用户终端与基站之间发生接收混乱，造成冲突用户终端之间以及冲突用户终端对其他用户终端之间的干扰，影响整个系统的工作。尤其是在象时分-同步码分多址(TD-SCDMA)这样的干扰受限系统中，在移动信道存在严重的多径干扰、多址干扰的情况下，将导致整个系统性能的下降。

如果在出现冲突时，基站能准确有效地检测出有冲突的多用户终端，便于基站对有冲突的用户终端进行合理的处理，就可避免出现因冲突用户终端带来的干扰影响整个系统正常工作的情况，增大系统容量。

发明内容

本发明的目的是设计一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，在检测出随机接入用户终端的基础上，进而检测出接入冲突的用户终端，使基站能了解到在同一帧中，存在有选择了同一个伪随机序列码进行同时接入的两个或两个以上的用户终端的情况。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，应用于由至少一个基站和一组用户终端组成的移动通信系统中，该基站和该组用户终端采用一组共N个正交或准正交的伪随机序列码用作用户终端的随机接入，N为正整数，其特征在于包括如下步骤：

A.基站将接收到的同一时刻的包含有接入用户终端所选伪随机序列码信息的用户终端的随机接入信号与基站本地的伪随机序列码组中的一个伪随机序列码作相关操作，获得对应的相关结果窗；

B.在该相关结果窗中寻找出最大相关峰值点；

C.根据相关峰值点位置，在该相关结果窗中划分出相关峰值窗；

D.设置门限，将相关峰值窗中的相关结果减去相关结果窗中除相关峰值窗以外边窗中相应的相关结果，以得到的差值小于所述门限作为条件进行比较判断，当满足条件时，确定步骤A中参与相关操作的伪随机序列码被两个或两个以上的用户终端随机选择接入，存在接入冲突。

所述步骤A，是从伪随机序列码组中任一个伪随机序列码开始与所述用户终端的随机接入信号作相关操作的；所述步骤D，当满足条件或不满足条件时，均返回步骤A，从伪随机序列码组中选择不同于当前操作的伪随机序列码的另一个伪随机序列码与所述用户终端的随机接入信号作相关操作，直至全部操作完N个伪随机序列码。

所述步骤A中，伪随机序列码组中伪随机序列码的个数N是至少为1的可变个数或者固定个数。

所述步骤A中的相关操作，包括：

1)基站对接收到的来自用户终端的接入信号进行傅里哀变换；

2)基站对本地伪随机序列码组中的伪随机序列码进行傅里哀变换，获得傅里哀变换结果：

3)基站用步骤1)获得的傅里哀变换结果与步骤2)获得的傅里哀变换结果，通过点乘运算求得相关操作结果，并对该相关操作结果进行反傅里哀变换；

所述步骤A中获得相关结果窗，包括：对步骤3)获得的反傅里哀变换结果中的每个元素取范数，由范数导出相关结果窗。

所述的取范数包括功率形式或绝对幅值形式的由范数导出的相关功率结果或相关绝对幅值结果。

所述步骤3)中求相关操作结果，是在相关器中进行包括直接序列相关或匹配滤波相关的相关运算。

所述步骤B中，当得到的是功率形式的相关结果窗时，在该相关功率窗中找出功率最大的点作为相关峰值点；当得到的是绝对幅值形式的相关结果窗时，在该相关绝对幅值窗中找出绝对幅值最大的点作为相关峰值点。

所述步骤C，包括：1)通过仿真过程给出相关峰值窗窗长；2)通过仿真过程给出最大相关峰值点两侧窗长与相关峰值窗窗长间的关系；3)根据步骤1)与步骤2)的结果，划分出含有最大相关峰值点的相关峰值窗位置；4)根据步骤3)的结果，在相关结果窗中获得相关峰值窗以外的边窗位置及大小。

所述步骤2)中，最大相关峰值点一侧的窗长是相关峰值窗窗长的1/3，最大相关峰值点另一侧的窗长是相关峰值窗窗长的2/3。

所述的步骤D，包括：

d11)取最大相关峰值和/或最大相关峰值的有效值和/或相关峰值窗内相关结果的平均值和/或相关峰值窗内相关结果的平均有效值；

d12)遍历相关结果窗中除相关峰值窗外的所有相关结果值和/或相关结果的有效值；

d13)用步骤d11获得的最大相关峰值和/或相关峰值窗内相关结果的平均值分别减步骤d12遍历得到的所有相关结果值，或者用步骤d11获得的最大相关峰值的有效值和/或相关峰值窗内相关结果的平均有效值分别减步骤d12遍历的所有相关结果的有效值，获得各差值；

d14)通过仿真过程设置与各差值相对应的门限Tc，并与各差值进行比较，当差值小于门限Tc时，判定满足条件，当差值大于或等于门限Tc时，判定不满足条件。

所述的步骤d14中，当判定满足条件时，继续执行以下步骤，当判定不满足条件时停止执行以下步骤：

d15)统计满足所述条件的个数；

d16)通过仿真过程设置与上述个数相对应的门限T2，并与步骤d15统计的个数进行比较，当统计的个数大于该门限T2时，最终判定满足条件，否则最终判定为不满足条件。

本发明是一种用于检测多个用户终端随机接入冲突的方法。在由至少一个基站和一组UE组成的无线移动通信系统中，该基站和该组用户终端设备分配有一组(N个)正交或准正交伪随机序列码，各用户终端随机地选择该组伪随机序列码中的一个作随机接入。如果两个或两个以上的UE在同一帧随机选择了同一个伪随机序列码，将会出现基站无法识别各UE的问题，产生多UE接入冲突。在这种情况下如果基站不检测冲突，直接给UE回应，将导致这些冲突UE之间的相互干扰以及这些冲突UE对其他UE的干扰，严重影响系统性能。

利用本发明提供的方法可以检测出多个UE在同一帧接入时出现的接入冲突，以便系统对冲突UE作出合理的处理，就会避免冲突UE带来的干扰，提高系统的性能。

采用本发明的检测方法，可以随时检测出用户终端随机接入冲突。本发明的方法利用了正交或准正交伪随机序列码的正交性，基站通过对同一时刻用户终端发送的接入信号(向量 sig，该信号包含同一帧内接入的每个用户终端随机选择的或被指定的伪随机序列码组中的一个或多个伪随机序列码)与该伪随机序列码组中每个伪随机序列码进行相关操作(共N次相关操作)，并在N次相关操作结果中找出各次相关操作结果中的最大相关峰值点、以及其他的相关峰值点，再根据系统给定的门限Tc和T2，比较该门限Tc与该最大的相关峰值点或其他峰值点，以确定两个峰值点是同一个UE的多径还是分别属于两个不同的UE。如果判断出满足门限Tc、进而判断满足门限T2的相关峰值点属于两个不同的UE，则可以判断该接入信号中存在UE随机接入冲突。

同时为了提高冲突检测的准确性，还可以给出一个或者多个的比较门限(Tc)，与最大相关峰值点和/或者最大相关峰值点以外的其他相关峰值点和/或者这些相关峰值点的某一窗口范围内的平均值、有效值作比较，以及统计相关结果中超过某一门限值的相关结果中点的个数，以及给出一个或者多个门限，以确定相关结果窗中满足给定门限的相关结果点与最大相关峰值点的时间差，判断出满足给定门限的相关结果点是最大相关峰值点的一个多径还是来自其它UE的信号。

与现有技术相比，使用本发明给出的检测方法，只要给定一个或多个合理的检测门限，就可以检测出多UE随机接入时的冲突，经过基站对冲突UE的合理处理，就可有效避免因为接入冲突带来的干扰，提高整个系统尤其是象TD-SCDMA这样的干扰受限系统的性能。

附图说明

图1是由一个基站和n个用户终端(UE)组成的移动通信系统结构框图；

图2是用户终端的随机接入过程示意图；

图3是本发明的检测多用户终端随机接入冲突的实施例流程框图；

图4是相关窗中相关峰值窗、边窗的划分以及与给定门限的条件比较示意图。

具体实施方式

在由至少一个基站和一组用户终端组成的无线移动通信系统中，分配给该基站和该组用户终端中的每个用户终端一组相同的正交伪随机序列码m₁， m₂ Λ m_N，N为该组正交伪随机序列码的个数。当多个用户终端从该组正交伪随机序列码中随机选择一个码作接入时，基站接收到多个UE在同一帧发送给基站的多个UE接入信号的混合信号 sig，该信号包含有每个UE随机选择的伪随机序列码信息。当多个UE在同一帧作随机接入时，有可能出现两个或多个UE随机选择了相同的一个伪随机序列码的情况。本发明通过利用伪随机序列码的正交性，经将伪随机序列码组中每个伪随机序列码 m_i(i＝1-N)与信号 sig作相关，得出相关结果 cor_i，对在相关结果 cor_i中找出最大的相关峰值点以及其他的相关峰值点与设定门限比较，以确定满足比较条件的这些峰值点是同一个UE的多径还是分别属于各个不同的UE。如果判断出满足比较条件的相关峰值点是属于多个不同的UE的，则可以判断该接入信号中存在UE随机接入冲突，即判断出有两个或两个以上UE随机选择了同一个伪随机序列码作接入，检测出存在UE随机接入冲突的情况。

需要指出的是，为了提高冲突检测的准确性，可以给出一个或多个比较门限，与最大相关峰值点和/或者与最大相关峰值点以外的其他相关峰值点和/或者与这些相关峰值点的某一窗口范围内的相关结果的平均值、有效值作比较，以及统计相关结果中超过某一门限值的相关结果中点的个数，以及给出一个或者多个门限，以确定相关结果窗中满足给定门限的相关峰值点的时间差，判断出满足给定门限的相关结果点是最大相关峰值点的一个多径还是来自其它UE的信号。

参见图3，图中给出基站检测用户终端随机接入冲突的一个实施过程。在TD-SCDMA系统中，采用本发明给出的冲突检测方法，采用匹配滤波作相关操作，根据相关操作结果检测多UE的随机接入冲突。

步骤301，基站接收到同一帧中来自用户终端的包含各用户终端随机选择的伪随机序列码的接入信号 sig，并对该信号进行傅里哀(FFT)变换：

SIG＝FFT( sig)

步骤302、303，基站对本地正交伪随机序列码组(共N个)中的各伪随机序列码进行傅里哀(FFT)变换，如从第一个码开始i＝1(可以从任意一个码开始)：

M_i＝FFT( m_i)，(i＝1～N)

步骤304，基站采用匹配滤波的方法，对上述步骤经过FFT变换的信号 M_i与 SIG信号(均为序列信号)进行相关操作，即进行点乘运算，获得相关操作结果 K_i(向量)：

\overset{&OverBar;}{K_{i}} = \overset{&OverBar;}{M_{i}} \cdot \overset{&OverBar;}{SIG}

步骤305，对上述相关操作结果 K_i进行反傅里哀(IFFT)变换，获得结果k_i(向量)：

\overset{&OverBar;}{k_{i}} = IFFT (\overset{&OverBar;}{K_{i}})

步骤306，对向量 k_i中的每个元素取范数： P_i＝‖ k_i‖，其中‖ k_i‖表示对向量 k_i中的每个元素取范数，获得包括功率或绝对幅值形式(但并不仅限于此)的相关结果窗，式中 P_i为功率形式的相关结果窗(以下仅以功率形式的相关结果窗说明，绝对幅值形式的相关结果窗具有同样的处理过程)；

步骤307，确定相关功率(或绝对幅值)窗(Pi window) P_i中的峰值点(peak)大小及位置，峰值窗Lp(等于L1+L2)大小及位置(Pwb和Pwe)，边窗ws1、Ws2的大小及位置等，结合图4说明具体的确定过程：

1)通过仿真手段给定峰值窗的窗长Lp，该长度的设定应该以能包含信号sig几条主要的多径为尺度，和通过仿真手段给定该峰值窗以外剩余部分边窗的窗长Ws1和Ws2；

2)在相关功率窗 P_i中查找出最大的功率点，也就是峰值点Peak，再以此峰值点Peak为基础，根据仿真得到的峰值窗的窗长Lp、式Lp＝L1+L2、L1＝Lp/3及L2＝2Lp/3(针对多径延迟的特性设计)的仿真关系，确定出峰值窗的始末位置(见Pwb和Pwe)及两侧的边窗(见Ws1和Ws2)；

步骤308，通过仿真过程给定一个合适的门限Tc，遍历除峰值窗以外边窗中所有的相关功率(或绝对幅值)点Pside，统计在边窗(Ws1、Ws2)中存在的满足下面条件的相关功率点的个数count(当统计的能满足条件的相关功率点的个数为零时，则可结束检测，不必再作下述步骤中与条件2的比较)：

peak-Pside＜Tc(条件1)；

步骤309，通过仿真过程给定一个合适的门限T2，将统计结果count与该给定的门限T2作比较：

count＞T2(条件2)；

步骤310，如果上述条件2成立，则判定满足条件1的Pside为另一个UE接入的相关峰值点，此时存在接入冲突，也就是说，在同一帧内有两个(或两个以上的)UE选择了同一个伪随机序列码随机接入，产生了冲突；

步骤311、312，如果上述条件2不成立，则使i＝i+1，并判断i是否小于等于N，在i大于N时，表明已对N个伪随机序列码都进行了相关操作，结束检测过程，在i小于等于N时，则返回步骤303，对下一个(如i+1)伪随机序列码进行如相应步骤所示的相关操作(步骤303对N个伪随机序列码的相关操作，可以按顺序逐个进行，也可不按顺序逐个进行，关键是要对N个伪随机序列码都操作一次)。

实施时对于条件1的判定，还可以有多种，可选择其中之一或选择其中几个执行，来替换步骤308。如用相关峰值窗(窗长Lp)内相关功率点的平均值代替peak；用峰值点位置上的有效值或用相关峰值窗内相关功率点的有效平均值代替peak，分别与统计的相关峰值窗(窗长Lp)外(边窗)所有相关功率点上的有效值(代替Pside)进行比较，获得满足条件1的相关点的个数，此时相应的门限Tc通过仿真过程也要随之作调整，条件2中的门限T2也要作相应的调整。

所涉及的平均值，可以根据相关峰值窗的长度(Lp)来计算；所涉及的有效值，是去除了干扰后的值。

通过上述的检测随机接入冲突的方法，可以快速准确的检测出在同一帧中多个UE随机接入时选择相同伪随机序列码产生的冲突，从而让基站对冲突的UE进行合理的处理，避免因冲突UE带来的干扰对整个系统造成影响。

Claims

1.一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，应用于由至少一个基站和一组用户终端组成的移动通信系统中，该基站和该组用户终端采用一组共N个正交或准正交的伪随机序列码用作用户终端的随机接入，N为正整数，其特征在于包括如下步骤：

B.在该相关结果窗中寻找出最大相关峰值点；

D.设置门限，将相关峰值窗中的相关结果减去相关结果窗中除相关峰值窗以外边窗中相应的相关结果，以得到的差值结果小于所述门限作为条件进行比较判断，当满足条件时，确定步骤A中参与相关操作的伪随机序列码被两个或两个以上的用户终端随机选择接入，存在接入冲突。

2.根据权利要求1所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于：所述步骤A，是从伪随机序列码组中任一个伪随机序列码开始与所述用户终端的随机接入信号作相关操作的；所述步骤D，当满足条件或不满足条件时，均返回步骤A，从伪随机序列码组中选择不同于当前操作的伪随机序列码的另一个伪随机序列码与所述用户终端的随机接入信号作相关操作，直至全部操作完N个伪随机序列码。

3.根据权利要求1所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于：所述步骤A中，伪随机序列码组中伪随机序列码的个数N是至少为1的可变个数或者固定个数。

4.根据权利要求1所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于所述步骤A中的相关操作，包括：

5.根据权利要求4所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于：所述的取范数包括功率形式或绝对幅值形式的由范数导出的相关功率结果或相关绝对幅值结果。

6.根据权利要求4所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于：所述步骤3)中求相关操作结果，是在相关器中进行包括直接序列相关或匹配滤波相关的相关运算。

7.根据权利要求1所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于：所述步骤B中，当得到的是功率形式的相关结果窗时，在该相关功率窗中找出功率最大的点作为相关峰值点；当得到的是绝对幅值形式的相关结果窗时，在该相关绝对幅值窗中找出绝对幅值最大的点作为相关峰值点。

8.根据权利要求1所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于所述步骤C，包括：1)通过仿真过程给出相关峰值窗窗长；2)通过仿真过程给出最大相关峰值点两侧窗长与相关峰值窗窗长间的关系；3)根据步骤1)与步骤2)的结果，划分出含有最大相关峰值点的相关峰值窗位置；4)根据步骤3)的结果，在相关结果窗中获得相关峰值窗以外的边窗位置及大小。

9.根据权利要求8所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于所述步骤2)中，最大相关峰值点一侧的窗长是相关峰值窗窗长的1/3，最大相关峰值点另一侧的窗长是相关峰值窗窗长的2/3。

10.根据权利要求1所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于所述的步骤D，包括：

11.根据权利要求10所述的一种用于检测多用户终端随机接入冲突的方法，其特征在于：所述的步骤d14中，当判定满足条件时，继续执行以下步骤，当判定不满足条件时停止执行以下步骤：

d15)统计满足所述条件的个数；