CN1319962A - 一种应用于cdma移动通信系统的高效随机接入控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种应用于CDMA移动通信系统的高效随机接入控制方法。基于CDMA系统接入性能不仅受限于碰撞概率,还受限于系统中总干扰电平的事实,采用了重传控制的方法。基站端实时测量系统中的干扰电平,广播干扰信息,移动台根据该信息控制自己的重发过程。本发明突破了现有接入方法的纯随机接入方案,采用了初始随机接入与重传控制相结合的方法,通过部分控制功能可以有效地降低系统中的总干扰电平,从而提高系统性能。

Description

一种应用于CDMA移动通信系统的 高效随机接入控制方法
本发明涉及一种码分多址(CDMA)移动通信系统中使用的随机接入控制方法。
随机接入技术是现代移动通信系统中的重要技术之一。在移动台与基站建立通信链路的初始化过程以及移动台向基站发送短数据分组等过程中，都需要利用随机接入技术使多个移动台可以通过公共信道与网络节点(基站)建立联系。
最早的随机接入技术是美国夏威夷大学于70年代初期提出的ALOHA技术，当时应用于卫星通信系统中。在该过程中，终端共用一个公共信道根据自己的意愿随机地发送信息，若发生重叠，则认为发送失败，随机时延后再次重发。为提高ALOHA技术的信道利用率，后来又出现了时隙ALOHA技术(S-ALOHA)，其示意图如图1，将所有终端在时间上同步起来，并将时间划分为一段段等长的时隙(slot)。规定不论信息帧何时到达，只能在每个时隙的开始才能发送。目前移动通信系统中应用的随机接入技术主要是基于S-ALOHA技术的各种改进型技术，其主要改进之处在于重发时增加发射功率。这是由于在移动环境下除碰撞外还可能由于发射功率过低导致误帧。例如：IS-95 CDMA系统中使用的随机接入技术的示意图如图2。
IS-95的接入方案有其自身的局限性。由于它采用非重叠的时隙ALOHA，时隙的长度必须大于接入试探的长度。一般接入试探长度的典型值为200ms，时隙长度的典型值也为200ms，而收到基站确认信息的时间一般在320ms左右。这样，由于接入前缀较长，而信道速率低导致接入消息也较长，这样会使接入速度很慢，时延较长。所以，在cdma2000系统中提出了增强型的随机接入控制技术(Enhanced Access)，其基本接入模式(Basic Access,BA mode)的控制过程示意图如图3。当一个移动台有业务发生时，它将在一个时隙的开始时刻传送接入试探，接入试探的长度为几个时隙。时隙的长度较短，为1.25毫秒。当移动台在不同的时隙接入时，采用不同的长码。这样不同移动台的接入试探可能会部分重叠。但由于长码不同，因而不是碰撞，只是互相看作噪声，导致系统干扰的增加。当接入试探传完后，移动台监测前向公共控制信道，等待确认信息。如果在预先定义的一段时间内未收到确认信息，移动台将随机等待一段时间，并增加一定的功率重传接入试探。与IS-95相比，cdma2000接入方案的碰撞概率明显降低且接入时延也大大缩短。这就大大提高了接入效率。但这种比较好的性能只有在系统业务量不大的时候才能获得。当系统负荷增大时，接入试探的重叠将增加干扰电平。因而在高业务负荷下，由于干扰的积累系统性能将急剧下降，这一点可从图4中看出。由此可见，cdma2000系统的接入性能不仅受限于碰撞概率，还受限于系统中总的干扰电平，因而降低系统中的干扰电平应成为提高接入效率的重要方法。
本发明的任务是针对CDMA系统干扰受限的特点，提出一种能显著增大系统吞吐量，降低系统中总干扰电平和移动台平均发射功率的新型接入控制方法，尤其适用于系统负荷量较大的情况。
本发明突破了现有接入方法的纯随机接入过程，采用了初始随机接入与重传控制相结合的方法，通过部分控制功能可以有效地降低系统中的总干扰电平，从而提高系统性能。
本发明的基本思想是根据系统的干扰水平来控制重传过程，它基于移动台能够知道系统当前的干扰水平这一条件。基站端实时测量总干扰值，并将干扰的情况通过发广播消息告知移动台。该消息只需用一个比特来表示干扰是否高于预先设定的门限值即可，因而不会使系统负荷增加很多。如果一个移动台需要重发接入试探，要看此时的干扰是否小于门限值。若小于门限值，移动台则随机时延一段时间，若经过时延后的总干扰仍小于规定门限，则发送重传接入试探，否则要再随机时延一段时间，至干扰小于门限时才能发送。若大于门限值，移动台将检测干扰情况，直至小于门限值时再进行随机时延，重复前面过程。本发明称为重传控制的随机接入控制过程(Retransmission Control,RCMode)，图5显示了基本的处理流程。
通过计算机仿真比较了本发明和cdma2000接入控制中基本接入模式的性能。需要指出cdma2000的接入过程还包括预约模式，但该模式占用的信道资源明显多于本发明，所以此处不作比较。图6的仿真结果比较了本发明与cdma2000基本接入模式的绝对吞吐量。可以看到，当系统负荷较低时，两种方案的吞吐量几乎相同。然而，当系统负荷变大时，基本接入模式的吞吐量迅速下降，与之相比，重传控制模式显著提高了吞吐量，尤其在高负荷情况下。性能改善的主要原因就是cdma2000接入模式下的干扰积累使系统性能急剧下降，而本发明的重传控制方法能够把干扰控制在一定水平上。
图7的仿真结果比较了本发明与cdma2000基本接入模式的系统干扰水平。这里，比较的因子是I0/N0，它是噪声加上干扰与背景噪声的比值。明显可以看到，本发明提出的的重传控制接入方法的干扰远远低于cdma2000接入模式的干扰。由于CDMA系统是干扰受限系统，I0/N0是一个很重要的因子能够反映出系统的干扰水平并能保证系统的稳定性。若I0/N0太高，会导致系统很不稳定，性能急剧下降。
图8和图9分别比较了本发明与cdma2000基本接入模式下成功接入的移动台的平均发射功率及接入时延。可以看到，本发明大大降低了移动台的平均发射功率，有利于节约移动台的能源。本发明的接入时延也远小于cdma2000的接入模式，尤其在系统负荷稍大时。这是由于在系统负荷较大时，本发明通过广播干扰信息，控制接入重传，减少了不必要的重传过程，提高了接入效率。

Claims (2)

1．一种高效的随机接入控制方法，它是针对CDMA移动通信系统设计的，由基站和移动台两部分控制过程组成。其特征在于，在传统的随机接入过程中加入了集中控制成分，通过控制接入过程中的干扰积累，达到增大系统效率的目的。在基站端，实时测量系统中的干扰电平，并设置干扰电平的门限值，判断当前干扰电平是否高于门限值，通过广播信道广播判决结果，作为移动台进行重传控制的依据。移动台有数据分组到达时，随机发送接入试探。若接入试探未能被基站成功接收，则根据基站广播的干扰信息，进行相应处理。若当前干扰电平小于门限值，移动台则随机时延一段时间，若经过时延后的总干扰仍小于规定门限，则发送重传接入试探，否则要再随机时延一段时间，至干扰小于门限时才能发送。若当前干扰电平大于门限值，移动台将检测干扰情况，直至小于门限值时再进行随机时延，重复前面过程。
2．根据权利要求1所述的基于重传控制的随机接入方法，其特征在于，基站端的干扰电平门限值应高于系统中背景噪声功率6-10dB。
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