CN1794611A - 一种用户终端随机接入的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种用户终端随机接入的检测方法，用于时分双工模式无线通信系统，包括步骤：将用户终端发送的上行导频码与当前小区的N个上行导频码分别进行移位相关，得到N个相关功率序列，N为正整数；计算每个相关功率序列中的最大功率值，组成长度为N的最大功率序列，并计算最大功率序列中的最大值；选择门限值，与最大功率值或者最大功率序列中的最大值，进行比较判断，当满足条件时，判定相应的上行导频码是一用户终端选择的上行导频码并确定该导频码序列。本发明的检测方法可快速准确地实现一个或多个用户终端随机接入的检测，能够简化现有的随机接入检测算法；并且可以单独使用，也可以结合现有的检测导频码冲突的判决条件实现多用户冲突的检测过程。

Description

一种用户终端随机接入的检测方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种在时分双工模式(TDD)无线通信系统中检测用户终端(UE)随机接入无线通信系统的方法。

背景技术

在TD-SCDMA系统中，用户终端随机接入的同步检测指的就是一个或多个用户终端与基站之间建立上行同步的过程。

用户终端开机之后，必须首先与小区(cell)建立下行同步。只有在下行同步的条件下，才能开始建立上行同步。

反过来说，上行同步的建立是在用户终端随机接入的过程中完成的。上行同步的建立涉及上行导频信道(UpPCH)和物理随机接入信道(PRACH)。尽管用户终端可以从基站(Node B)接收到下行信号，但到Node B的距离仍是不确定的，这导致不同用户终端之间非同步的上行发射，为了减小由此产生的业务时隙的干扰，上行链路方向的首次发射是在上行导频时隙(UpPTS)这个特殊时隙进行的。

参阅图1，上行同步的建立一般包括如下步骤：步骤1，用户终端在上行导频时隙通过上行链路发送特定的上行导频码信号(SYNC-UL序列)；步骤2，Node B在搜索窗(包括保护时隙GP和上行导频时隙UpPTS)内检测到SYNC-UL序列后，估计出时间，向用户终端发送调整信息，步骤2通过快速物理接入信道(FPACH)在步骤1后的WT(1～4，最大值为4)个子帧内完成；步骤3，用户终端根据Node B的调整信息，调整下次发射时的发射时间，发送PRACH后建立上行同步。上行同步过程也可以用于上行失步时的上行同步重新建立。

在上述步骤中，同步检测通过分析保护时隙和上行导频时隙内获取的天线数据来识别SYNC_UL序列，如果检测到一个有效的SYNC_UL序列，则完成波束赋形加权系数计算、FPACH的同步偏移(SS)和功率控制(PC)指令生成以及一些测量任务。

通常，同步检测的功能可以分为两部分：SYNC_UL签名识别，包括天线数据获取、匹配滤波、签名识别、和FPACH安排；以及参数测量，包括SYNC_UL接收功率测量、波束赋形加权系数测量、FPACH功率控制(PC)指令生成、RACH干扰功率测量、和FPACH同步偏移(SS)指令生成。

在上述功能中，签名识别可认为是整个同步检测技术的核心部分，所采用的算法直接关系到随机接入的性能，其相应的用户接入检测算法性能的好坏直接影响到用户能否正确接入无线网络，同时错误的用户接入(包括无UE时的错误接入以及多用户上行导频碰撞时的错误接入)直接导致系统性能的下降以及系统资源的浪费。

现有的同步检测方法，特别是签名识别方法如下：

通常，各用户终端发送的上行导频码信号通常具有良好的的自相关性，基站可以利用导频码的相关性，采用直接序列卷积(线性相关)或匹配滤波等多种成熟的相关操作方法并结合一定的检测判决条件来检测出用户发送的相应的导频码信息，以此来检测用户终端随机接入的情况。

天线数据获取及匹配滤波过程如下：

天线数据获取用来确定SYNC_UL所在的数据段e，检测窗口包括GP和UpPTS，即从下行导频信道(DwPTS)结束位置开始到时隙1(TS1)起始位置结束。数据段的长度为256chips(即包括96chips的GP时隙和160chips的UpPTS时隙)，经过信道和加性噪声的基带接收信号可表示为：

$e\left(l\right)=h*s_{\mathrm{UL}}+n=\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}h\left(i\right)\·s_{\mathrm{UL}}(l-i)+n\left(l\right),$ 1＜l＜256                     (1)

其中h表示实际信道冲击响应，S_UL表示某一上行导频码，n为加性噪声与干扰，符号*表示卷积过程。

经过同一上行导频码匹配滤波后的抽头相关功率序列可以表示为：

$y\left(k\right)=\underset{j=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{UL}}\left(j\right)e(j+k),$ -128＜k＜256               (2)

将方程(1)带入方程(2)可得：

$y\left(k\right)=\underset{j=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{UL}}\left(j\right)\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}h\left(i\right)\·s_{\mathrm{UL}}(j+k-i)+\underset{j=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{UL}}\left(j\right)\·n(j+k)$

$=\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}h\left(i\right)\·\{\underset{j=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{UL}}\left(j\right)\·s_{\mathrm{UL}}(j+k-i)\}+\underset{j=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{UL}}\left(j\right)\·n(j+k)$

$=128\×\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}[h\left(i\right)\·\mathrm{\δ}(k-i)]+\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}\{h\left(i\right)\·[\underset{j=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{UL}}(j+k-i)\left]{|}_{k\≠i}\right\}+\underset{j=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{UL}}\left(j\right)\·n(j+k)---\left(3\right)$

令上式中的信道冲击响应抽头 $h\left(k\right)=128\×\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}[h\left(i\right)\·\mathrm{\δ}(k-i)],$ 且令噪声及干扰抽头

$h_n\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}\{h\left(i\right)\·[\underset{j=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{UL}}\left(j\right)\·s_{\mathrm{UL}}(j+k-i)\left]{|}_{k\≠i}\right\}+\underset{j=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{UL}}\left(j\right)\·n(j+k)---\left(4\right)$

则方程(3)可以简化成：

y(k)＝h(k)+h_n(k)                               (5)

注意，如果上行导频码信号满足良好的自相关特性，即当τ≠0时有ACF(τ)＝0，则方程(3)中的第二项可近似为0。

签名识别过程：签名识别就是对方程(3)中的抽头相关功率序列y(k)进行检测判决，在满足一定检测条件的情况下，才判断有SYNC_UL接入。

所以，检测条件对于SYNC_UL的正确判决尤为重要，现有的随机接入检测算法通常需要三种判决条件进行判决，效率有待提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用户终端随机接入的检测方法，可快速准确地实现一个或多个用户终端随机接入的检测，能够简化现有的随机接入检测算法、实现起来更为简单方便。

为了解决上述问题，本发明的用户终端随机接入的检测方法包括如下步骤：

步骤S1，将接收到的随机接入用户终端发送的上行导频码信号与用户终端所属小区的N个上行导频码分别进行移位相关，得到N个相关功率序列，N为正整数；

步骤S2，计算所述每个相关功率序列中的最大功率值，组成长度为N的最大功率序列，并计算所述最大功率序列中的最大值；

步骤S3，选择门限值，与所述最大功率值，或者最大功率序列中的最大值，进行比较判断，当满足条件时，判定相应的上行导频码序列是一用户终端选择的上行导频码序列并确定该导频码序列。

所述步骤S3具体包括：

步骤S3.11，设定第一门限值和第二门限值；

步骤S3.12，求所述最大功率序列中大于第一门限值的最大功率值，组成长度为L的序列P1，并求序列P1对应的上行导频码序列，如果序列P1存在则继续执行步骤S3.13，否则判定没有检测到用户接入请求；

步骤S3.13，将所述最大功率序列中的最大值与序列P1中的值相减，求差值中所有小于第二门限值的值，组成长度为M的序列P2，并求序列P2对应的上行导频码序列，如果M大于0即序列P2存在则判定序列P2对应的上行导频码序列是一用户终端选择的上行导频码序列，否则判定没有检测到用户接入请求；或者

步骤S3.21，设定第一门限值和第二门限值；

步骤S3.22，选择一个相关功率序列即对应一上行导频码序列；

步骤S3.23，判断选定相关功率序列的最大功率值是否大于第一门限值，如果成立则继续执行步骤S3.24，否则判定没有用户选择该上行导频码序列；

步骤S3.24，计算所述最大功率序列中的最大值与步骤S3.23中的最大功率值的差值，判断得到的差值是否小于第二门限值，如果成立则判定该上行导频码序列是一用户终端选择的上行导频码序列，即确定用户所发送的导频码序列，否则判定没有用户选择该上行导频码序列。

上述步骤S3.23的判断不成立，或者S3.24中的判断成立或不成立时，均返回步骤S3.22，直至全部相关功率序列选择完。

上述步骤S3还可以包括：

步骤S3.31，设定第一门限值；

步骤S3.32，判断最大功率序列中的最大值是否满足大于第一门限值，如果成立则判断该最大值所对应的导频码序列即为一用户终端发送的导频码序列，否则判定没有接收到上行导频码即没有用户发起随机接入请求；

上述步骤S3之后，还进一步执行步骤：根据检测结果自适应地更新第一和/或第二门限值(可选)。

上述上行导频码序列的个数N具体为8个。

本发明的检测方法可以通过调整门限值实现单用户检测或多用户检测，也可以结合现有的检测冲突判决条件进行多用户接入冲突的检测过程，比起现有的检测算法减少了判决条件，实现的步骤也明显减少，且比已有的检测算法实现起来更为简便。

附图说明

图1为用户终端随机接入的过程示意图；

图2为本发明用户终端随机接入过程的流程图；

图3为本发明第一实施例随机接入检测过程的流程图；

图4为本发明第二实施例随机接入检测过程的流程图；

图5为本发明第三实施例随机接入检测过程的流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步详细描述本发明的具体实施例。

根据本发明的用户终端随机接入的检测方法，在随机接入过程之前，用户终端需作随机接入准备，从上层(RRC层)接收以下参数信息：

a.该用户终端所处小区的8个上行导频码；

b.上行导频码(签名)最大重发次数M；

c.用户终端发射功率调整步长ΔP；

d.用户终端等待网络对一个发送签名作出确认的最大等待子帧数目WT，WT取值为1～4，通常默认为4个子帧。

之后，如图2所示，用户终端进行随机接入，具体包括如下步骤：

步骤11，设置签名重发计数器M、功率调整步长ΔP及WT子帧数；

步骤12，确定初始发射功率P和发射时间；

步骤13，从给定的8个上行导频码中随机选取一个上行导频码，以步骤12确定的初始发射功率P和发射时间进行发射；

步骤14，发射上行导频码(签名)后听取相关的FPACH，从随后的WT子帧中获取网络确认，UE将从满足一定关系的子帧中读取与发射UpPCH相关的FPACH；

步骤15，如果在预期的WT子帧内检测到有效应答FPACH，则随机接入成功，否则执行步骤16；

步骤16，如果在预期的WT子帧内没有检测到有效应答FPACH，签名重发计数器减1，即M＝M-1；

步骤17，判断M值，若M＞0继续执行步骤18，否则转至步骤19；

步骤18，在一个随机延迟后调整发射时间和发射功率P＝P+ΔP(发射的功率不能超过网络侧通过信令指示的数值)，重新返回到步骤13执行；

步骤19，向MAC子层报告一次随机接入失败。

在上述步骤13、UE发射上行导频码之后，Node B在接下来的WT子帧内，进行上行导频码检测，即同步检测，如果检测到上行导频码，则向用户终端通过FPACH发送定时调整信息，也即发送上述步骤14中的FPACH。

本发明的随机接入检测方法如下：

[实施例1]如图3所示，本发明第一实施例的随机接入检测方法包括如下步骤：

步骤101，开始；

步骤102，根据实验或仿真结果确定门限值Pm和Pd；

步骤103，基站将接收到的随机接入用户终端发送的上行导频码信号与当前小区的8个上行导频码分别进行移位相关，得到8个相关功率序列；

步骤104，分别求8个相关功率序列的最大值，组成长度为8的序列Pmax，Pmax序列中的每个值代表每个导频码的相关输出序列；

步骤105，求Pmax序列的最大值Max

步骤106，令i＝1，Pmax(i)对应于第i个Pmax序列值也即第i个导频码相关功率序列；

步骤107，判断Pmax(i)是否大于门限值Pm，如果大于则继续执行步骤108，否则跳至步骤110；

步骤108，将Max与Pmax(i)相减，判断得到的差值是否小于给定门限值Pd，如果成立则继续执行步骤109，否则跳至步骤110；

步骤109，判断相对应的第i个上行导频码序列是一用户终端选择的导频码序列，并转至步骤111执行；

步骤110，判定该第i个上行导频码不能成功接入(即没有用户选择该导频码进行接入)，并继续执行步骤111；

步骤111，令i＝i+1；

步骤112，如果i大于8，则继续执行步骤113，否则跳至步骤207执行；

步骤113，更新门限值；

步骤114，本次检测结束。

上述步骤中，步骤103可通过将天线接收的信号经过匹配滤波器实现，步骤113也可去除，即保持门限值不变，或是根据需要自适应的调整门限值。

[实施例2]或者，如图4所示，根据本发明第二实施例的随机接入检测方法，步骤如下：

步骤201，根据实验或仿真结果设置门限值Pm和Pd；

步骤202，用当前小区的8个上行导频码分别与天线接收到的信号即随机接入用户发送的上行导频码信号进行移位相关，得到8个相关功率序列；

步骤203，分别计算每个导频码的相关功率序列的最大功率值，组成长度为8的最大功率序列Pmax，Pmax序列中的每个值代表每个导频码的相关输出序列；

步骤204，求最大功率序列Pmax中的最大值Max；

步骤205，求最大功率序列Pmax中所有大于Pm的值，组成长度为L的序列P1，并求P1对应的导频码序列；

步骤206，如果L大于0即P1存在则继续执行步骤207，否则跳至步骤210；

步骤207，将Max与序列P1中的值相减，求差值中所有小于门限值Pd的值，组成长度为M的序列P2，并求P2对应的导频码序列；

步骤208，如果M大于0即P2成立则继续执行步骤209，否则执行步骤210；

步骤209，判定P2对应的导频码序列是用户终端选择的导频码序列；

步骤210，判定没有检测到导频码接入请求；

步骤211，本次检测结束。

上述第一和第二实施例中，门限值的选择对检测效果影响较大。由上述随机接入过程可以看出每个UE在发起一次随机接入没有得到响应后都会在一定的随机时延后重新发送接入请求，所以也可以结合这种接入特性，通过调整门限值，比如较佳的，令门限值Pd接近为0，使单次子帧内只响应一个UE的请求，也可以得到很好的检测效果。

[实施例3]或者，如图5所示，根据本发明第三实施例的随机接入检测方法，步骤如下：

步骤301，设置门限值Pm；

步骤302，用当前小区的8个上行导频码分别与天线接收到的信号即随机接入用户发送的上行导频码信号进行移位相关，得到8个相关功率序列；

步骤303，求每个相关功率序列的最大功率值，组成长度为8的最大功率序列Pmax，Pmax序列中的每个值代表每个导频码的相关输出序列；

步骤304，求最大功率序列Pmax中的最大值Max，及Max值对应的导频码序列；

步骤305，判断Max值是否大于Pm的值，如果成立则继续执行步骤306，否则执行步骤307；

步骤306，判断Max对应的导频码序列是一用户终端选择的导频码序列；

步骤307，判定没有检测到导频码接入请求；

步骤308，本次检测结束。

上述第三实施例的方法较佳的适用于单用户检测，但是由于每个UE在发起一次随机接入没有得到响应后都会在一定的随机时延后重新发送接入请求，所以也可以结合这种接入特性，在各个子帧分别使用第三实施例的方法很自然的实现多个接入用户的检测。

在上述各实施例中，由于当有导频码接入时体现出该导频码相关功率的最大值应该明显大于其余导频码相关功率序列的最大值的，所以可以利用这个特点进行导频码的检测。门限值的确定对于同步检测的正确性至关重要，可以通过仿真和实验来确定门限值；也可以采用自适应改变门限值的方式：根据每次的检测结果或一段时间数个子帧内的检测结果，分别计算噪声相关功率与信号相关功率并由此自适应地调整门限值，这样使门限取值更加合理能够根据环境的变化自适应的改变。

本发明的检测方法当然还可以适用于其他数量导频码序列的系统，可以单独使用，用于检测单用户或多用户接入的导频码检测过程中；也可以结合现有的检测导频码冲突的判决条件实现多用户冲突的检测过程。现有的随机接入检测算法需要三种判决条件进行判决，采用本方法可以减少一定的判决步骤及判决条件，可实现同样的随机接入功能及相近的系统性能且实现起来更为简单。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1、一种用户终端随机接入的检测方法，用于时分双工模式无线通信系统，其特征在于，包括：

步骤S1，将接收到的随机接入用户终端发送的上行导频码序列与用户终端所属小区的N个上行导频码序列分别进行移位相关，得到N个相关功率序列，N为正整数；

步骤S2，计算所述每个相关功率序列中的最大功率值，组成长度为N的最大功率序列，并计算所述最大功率序列中的最大值；

步骤S3，选择门限值，与所述最大功率值，或者最大功率序列中的最大值，进行比较判断，当满足条件时，判定当前步骤S3判断操作中相应的上行导频码序列是一用户终端选择的上行导频码序列并确定该导频码序列。

2、根据权利要求1所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S3.11，设定第一门限值和第二门限值；

步骤S3.12，求所述最大功率序列中大于第一门限值的最大功率值，组成长度为L的序列P1，并求序列P1对应的上行导频码序列，如果序列P1存在则继续执行步骤S3.13，否则判定没有检测到用户接入请求；

步骤S3.13，将所述最大功率序列中的最大值与序列P1中的值相减，求差值中所有小于第二门限值的值，组成长度为M的序列P2，并求序列P2对应的上行导频码序列，如果M大于0即序列P2存在则判定序列P2对应的上行导频码序列是一用户终端选择的上行导频码序列，否则判定没有检测到用户接入请求。

3、根据权利要求1所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S3.21，设定第一门限值和第二门限值；

步骤S3.22，选择一个相关功率序列，同时得到对应的一个上行导频码序列；

步骤S3.23，判断选定相关功率序列的最大功率值是否大于第一门限值，如果成立则继续执行步骤S3.24，否则判定没有用户选择步骤S3.22中所述的上行导频码序列；

步骤S3.24，计算所述最大功率序列中的最大值与步骤S3.23中的最大功率值的差值，判断得到的差值是否小于第二门限值，如果成立则判定步骤S3.22中所述的上行导频码序列是一用户终端选择的上行导频码序列，否则判定没有用户选择所述的上行导频码序列。

4、根据权利要求3所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，所述步骤S3.23的判断不成立，或者S3.24中的判断成立或不成立时，均返回步骤S3.22，直至全部相关功率序列选择完。

5、根据权利要求2或4所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，当所述第二门限值取值接近0时，步骤S3.13或S3.24执行之后的下一子帧返回步骤S1，直至全部用户终端的上行导频码序列操作完。

6、根据权利要求1所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S3.31，设定第一门限值；

步骤S3.32，判断所述最大功率序列中的最大值是否大于第一门限值，如果成立则判定所述最大功率序列中的最大值对应的上行导频码序列是一用户终端选择的上行导频码序列，否则判定没有用户选择所述的上行导频码序列。

7、根据权利要求6所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，所述步骤S3.32执行之后在下一子帧返回步骤S1，直至全部用户终端的上行导频码序列操作完。

8、根据权利要求2、3或6所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，所述第一或第二门限值通过实验或仿真结果确定。

9、根据权利要求2、4或6所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，还进一步执行步骤：根据检测结果自适应地调整第一门限值和/或第二门限值。

10、根据权利要求9所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，所述调整步骤通过计算并分析噪声相关功率与信号相关功率完成。

11、根据权利要求1所述的用户终端随机接入的检测方法，其特征在于，所述小区上行导频码序列个数N为8。

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