CN1878052A - 基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，该系统包括随机接入信号发射端设备和接收端设备，所述随机接入信号包括接入前导和上行随机接入信令；所述接入前导用来提供给所述接收端设备进行定时同步的测量和频率偏差的测量；所述上行随机接入信令用于在发射端设备和网络之间建立起有效连接；所述接入前导和上行随机接入信令分离发射或绑定发射。本发明依据不同工作状态和信道条件，选择接入前导和上行随机接入信令不同的结合方式，有利于保证上行随机接入过程的接入概率、消息检测率和减少接入延时。

Description

基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法

技术领域

本发明涉及一种随机信号发射方法，尤其涉及一种移动通信领域中随机接入信号的发射方法。

背景技术

未来的移动通信系统要求提供的数据传输速率将高达100Mbit/s以上，支持的业务也将从语音业务扩展到多媒体业务(包括实时的流媒体业务)。能够在有限的频谱资源上实现高速率和大容量的技术已经成为目前研究的热点。宽带移动通信系统通常要经历信道的频率选择性。所谓信道的频率选择性就是信道在不同频率上的衰减不同。频率选择性信道通常会造成严重的码间干扰(ISI)、载波间干扰(ICI)和多址干扰(MAI)。对抗频率选择性衰落最常用的方法就是在接收端使用单载波均衡技术，其分为单载波时域均衡技术和单载波频域均衡技术两大类。单载波时域均衡技术是一种成熟的技术，具备很强的抗干扰能力。然而，单载波时域均衡器的复杂度与信道的最大时延扩展成三次方增长的比例关系，因此单载波时域均衡器在某些实际应用中难以实现。另一种均衡技术——单载波频域均衡技术克服了单载波时域均衡技术的缺点。在频率选择性衰落信道下，接收信号在时域上是发送信号和信道冲激响应的卷积，而在频域上则是发送信号和信道频域响应的乘积。根据信道估计得到的信道频域响应，单载波频域均衡器可以在各个频点上分别进行均衡，从而使计算复杂度得到大大地降低。理论上，单载波频域均衡器与单载波时域均衡器的性能是一样的，而它的复杂度和正交频分复用系统的复杂度相当。

对于单载波频域均衡器还有更加简化的处理方式，通过为发射符号加入循环前缀或填零，将信号与信道的线性卷积过程转化为循环卷积，简化了接收机的处理，只要信道的最大时延扩展能量窗控制在CP(cyclic preamble)之内，就能有效的去除用户自身的码间串扰(ISI)。

如果将上行多用户到达基站的时间都同步在一个基准CP之内，就可以将多用户的接收信号进行联合傅立叶变换处理，简化了接收机多用户的处理。

上行随机接入可以保证上行多用户在发起接入、或由非同步到同步状态的转化中，保证到达基站的时间都同步在一个基准CP之内，上行随机接入的一般性过程的操作可以采取上行接入前导信号作为定时参考，基站测量上行接入前导的参考信号的到达时间，与基准参考时间比较，确定终端发射需要提前的或者滞后的时间，然后通过下行的命令，将需要调整的时间以多进制或者步进调整的方式通知终端调整发射时间。

由于未来移动通信系统终端业务是面向IP的优化原则，所以终端和基站间的同步和非同步的转化是比较频繁的。高效且节省时频资源的随机接入结构设计和过程对系统是非常重要的。

一般来说，未来移动通信系统中随机接入过程分为非同步接入和同步状态下的接入，而且由于终端与基站中心的距离和衰落情况也导致了不同信道质量下随机接入应该有不同的处理过程。

发明内容

本发明的发明目的是：提供一种基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法。以适应不同工作状态和信道质量，提高上行接入过程的接入概率、降低虚警概率，减少接入延时。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，所述随机接入信号包括接入前导和上行随机接入信令；所述接入前导用来提供给接收端设备进行定时同步的测量或频率偏差的测量；所述上行随机接入信令用于在发射端设备和网络之间建立起有效连接；所述随机接入信号的发射步骤为：

步骤一，判断发射参数；

步骤二，根据判断结果，所述接入前导和上行随机接入信令分离发射或绑定发射。

优选的：在所述基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法中，所述发射参数包括：工作状态、信道质量或第一次连接。

优选的：在所述基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法中，所述随机接入信号的发射步骤具体为：

步骤一，判断发射端设备和接收端设备是否处于同步状态；

步骤二，如果处于同步状态，所述接入前导和上行随机接入信令绑定发射；如果处于非同步状态，所述接入前导和上行随机接入信令分离发射。

优选的：在所述基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法中，所述随机接入信号的发射步骤具体为：

步骤一，判断信道质量；

步骤二，信道质量满足绑定发射门限，所述接入前导和上行随机接入信令绑定发射；信道质量满足分离发射门限，所述接入前导和上行随机接入信令分离发射。

优选的：在所述基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法中，所述绑定发射门限和分离发射门限的范围均在50dB与130dB之间。

优选的：在所述基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法中，所述随机接入信号的发射步骤具体为：

步骤一，判断是否为第一次连接；

步骤二，如果是第一次连接，所述发射端设备将所述接入前导和上行随机接入信令绑定发射；

如果不是第一次连接，即所述接收端设备未正确检测或检测不到所述随机接入信号时，所述发射端设备将所述接入前导和上行随机接入信令分离发射。

优选的：在所述基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法中，包括如下步骤：

步骤一，将随机接入信号中的上行随机接入信令分割成若干段信令段；

步骤二，判断发射端设备和接收端设备是否处于同步状态；

步骤三，如果处于同步状态，随机接入信号中的接入前导和第一段信令段绑定发射；如果处于非同步状态，随机接入信号中的接入前导和第一段信令段分离发射；

步骤四，剩余每个信令段都分离发射。

优选的：在所述基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法中，包括如下步骤：

步骤一，将随机接入信号中的上行随机接入信令分割成若干段信令段；

步骤二，判断信道质量；

步骤三，信道质量满足绑定发射门限，随机接入信号中的接入前导和第一段信令段绑定发射；信道质量满足分离发射门限，随机接入信号中的接入前导和第一段信令段分离发射；

步骤四，剩余每个信令段都分离发射。

优选的：在所述基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法中，包括如下步骤：

步骤一，将随机接入信号中的上行随机接入信令分割成若干段信令段；

步骤二，判断是否为第一次连接；

步骤三，如果是第一次连接，所述发射端设备将所述接入前导和第一段信令段绑定发射；如果不是第一次连接，即所述接收端设备未正确检测或检测不到所述随机接入信号时，所述发射端设备将所述接入前导和第一段信令段分离发射；

步骤四，剩余每个信令段都分离发射。

本发明依据不同工作状态和信道质量，选择接入前导和上行随机接入信令不同的结合方式，有利于保证上行随机接入过程的接入概率、消息检测率和减少接入延时。

附图说明

图1接入前导与上行随机接入信令绑定发射示意图；

图2接入前导与上行随机接入信令分离发射示意图；

图3重传自适应的上行随机接入信号的发射示意图；

图4为信令分段发射，某一部分信令可以与接入前导绑定发射的示意图。

具体实施方式

单载波发射和接收的系统是一种实现更高带宽下高频谱效率、高峰值速率、低峰均比的很有前途的通信系统。基于单载波的随机接入结构和过程应该灵活调整其上行随机接入信号的接入前导和上行随机接入信令的方法，以适应不同工作状态和信道质量。

如图1、2、3所示，上行随机接入信号的接入前导部分用来提供给接收端设备(基站)进行定时同步的测量或频率偏差的测量，从而可以调整后续的上行信号的发射时间和频率偏差，达到良好的上行同步效果，接入前导部分若携带签名，则可以指示接入用户的ID或其所属的群组；还可以用来进行信道估计帮助解调数据信息。其携带的接入信令可以保证发射端设备(终端)与网络之间建立起有效连接。其随机性体现在这种接入信号使用了基于竞争的资源，用户间存在资源碰撞的可能性。

非同步状态下和同步状态下都存在发射随机接入信号的可能，例如：非同步状态下，终端开机初始接入，终端无线链路重新恢复，终端漫游到其他同频和异频小区需要重新接入等，在非同步状态下，基站需要根据对上行随机接入信号的接入前导部分予以测量，确定合适的定时关系或频率差异。一般情况下非同步状态下终端对于网络的基本信息了解较少，上行链路的接收质量的保证概率也较低，所以非同步状态下需要的的接入前导占用资源较多，以满足从非同步到同步情况下的测量精度的要求，同时需要的信令占用资源也较多，用以完成较为复杂的无线链路建立过程。在同步状态下，因为终端不断的移动，其定时和频率偏差也不断的在发生变化，所以基站也需要对同步状态下的上行随机接入信号的前导部分予以测量，确定合适的定时关系和频率差异，进行更为精细的调整。同步状态下需要的的接入前导占用的时间资源较少，但占用的频率资源可能较多，可以满足从同步情况下的定时微调的要求，一般情况下同步状态下随机接入信号需要的信令占用资源也较少，主要用来传递调度过程的UE(用户终端)状态等信息，典型的同步状态的随机接入过程即调度请求的过程，终端的调度请求主要用来传递功率、缓冲占用、需要发射的数据量等状态信息。

图1描述了一种接入前导与上行随机接入信令绑定发射示意图，在这个实施例里，接入前导居前发射，接入前导发射完毕后，上行随机接入信令紧跟着发射。接入前导和上行随机接入信令的占用资源数量可以固定也可以由系统和终端共同确定。接入前导和上行随机接入信令发射的时间关系可以是先后，也可以是交叉；接入前导和上行随机接入信令也可以在频域上进行复用绑定；或者是前导隐含了信令信息进行绑定发射，绑定的策略不限于以上提到的几种。若因为基站未正确检测或检测不到接入前导或随机接入信令的原因，需重复发射上行随机接入信号时，重传的随机接入信号仍然是接入前导与上行随机接入信令绑定发射。绑定发射的优点在于极大的减少了物理层的接入延时，绑定发射，若第一次就可以有效地检测接入前导并解调信令，就可以避免在接入过程中基站和终端之间多次的往返的信令的沟通，节约了时间。其缺点在于若第一次检测和解调不能保证，则等效于浪费了更多的资源。前述所说的前导隐含了信令信息，指的是前导在完成时间和频率测量的主要功能外，其特定的编码方式携带了信令信息，例如前导序列有16种，任何一个UE在某个时刻发射的只能是这16种序列的一种，这样16种就隐含了从0000到1111的4比特的信令信息。

图2描述了一种接入前导与上行随机接入信令分离发射示意图，在这个实施例里，接入前导居前发射，接入前导发射完毕后，上行随机接入信令在某一时间后进行发射。接入前导和上行随机接入信令的占用资源数量可以固定也可以由系统和终端共同确定。若因为基站未正确检测或检测不到接入前导的原因，需重复发射上行随机接入前导，直到随机接入前导被基站确认才可以发射上行随机接入信令。分离发射是一种典型的试探性和一步一进的接入方式，其特点在于后一步的发射必须得到前一步的确认，资源浪费较少。缺点在于由于增加了往返确认过程，会导致物理层接入的延时稍长。

前述解释了随机接入信号、接入前导、随机接入信令、非同步状态、同步状态等具备的特征和可以完成的功能，所以：

本发明第一类方法可以这样实施：

随机接入信号包括接入前导、随机接入信令；终端判断所处状态，若在非同步状态下，接入前导与上行随机接入信令分离发射，两个部分分离发射的时间差与基站确认是否检测到并返回终端相应的指示由终端解出所花去的时间，或终端最大等待重发的次数和时间等有关；随机接入信令部分可以是有关上行的控制信令，如UE(用户终端)的标识或组标识，UE接入原因，UE的类型和能力，下行信道质量的测量结果或调度请求等基本信息。分离发射的随机信令部分可以随意选择在基于调度或基于竞争的时间频率资源上进行传输。当在同步状态下，接入前导与上行随机接入信令绑定发射。若发生错误或等待超时等原因的重传可以选择仍然保持绑定两个部分进行重传，也可以选择只重传接入前导部分，直到获得确认，才重传随机接入信令部分。

如前所述，非同步状态下需要占用的前导资源和信令资源都比较多，且上行链路同步无保障，接收质量保证概率较低，一次接入的风险较大，所以适合于分离两部分进行发射。同步状态下需要占用的前导资源和信令资源都比较少，且上行链路同步有保障，接收质量相对保证概率较高，一次接入的风险较小，所以适合于绑定两部分进行发射。

本发明第二类方法可以这样实施：

随机接入信号包括接入前导、随机接入信令；检测信道质量，信道质量可以用基站和终端间的路损、接收能量、接收信干比等物理层测量或物理层测量的演算量来标记，当信道质量满足某一个或一组预设门限时，比如测量到的路损大于某一预先设定的门限时，接入前导与上行随机接入信令分离发射，此路损门限可以通过仿真或网络运营予以确定和优化，常用的典型值在50dB与130dB之间；

当信道质量满足另外一个或一组预设门限时，比如测量到的路损大于某一预先设定的门限时，接入前导与上行随机接入信令绑定发射，此路损门限可以通过仿真或网络运营予以确定和优化，常用的典型值也在50dB与130dB之间，比如定义典型的门限值为50、70、100或130dB。

根据路损等信道质量来决定是否分离还是绑定发射原因类似于第一类的解释，也是从同步情况和上行接收保证概率出发考虑的。

接收端可以采用盲检测的方式判断上行随机接入信令和接入前导是否绑定，盲检测的依据在于上行接入前导是一套有规律的数据序列，满足此数据序列特征的部分可以判定为前导，不满足此数据序列特征的部分可以判定为信令。

图3描述了一种重传自适应的上行随机接入信令发射示意图，这个实施例是对本发明的第三类方法进行了解释。在这个实施例中，接入前导居前发射，接入前导发射完毕后，上行随机接入信令紧跟着发射。若因为基站未正确检测或检测不到前导的原因，仅需重复发射接入前导，直到接入前导被基站确认才可以再次发射上行随机接入信令。在重复发射接入前导的过程中，接入前导所占用的时间、频率和功率资源可以增加以保证再次或多次发射的接入概率，所增加的资源部分可以借用未发射信令的空白部分的资源。第一次发射采取绑定发射，第二次或多次重复时只发接入前导，直到确认时才发射信令，有效地融合了绑定发射和分离发射的优点，缺点在于此过程需要较多的交互信息支撑。

图4为信令分段发射，某一部分信令可以与接入前导绑定发射的示意图。上行随机接入信令被切割成2段或更多段，其中第一段可以和前导绑定发射，也可以分离发射，其他段都必须分离发射。信令分段发射可以适用于信令较长或者信令内部遵从优先级发射的场景。

本发明的第一、二、三和四类方法可以适当结合使用。

本发明中用于提供一种适应于不同工作状态和信道质量下的上行随机接入信号的接入前导和上行随机接入信令的方法，依据不同状态和信道质量选择接入前导和上行随机接入信令不同的结合方式，有利于保证上行随机接入过程的接入概率、消息检测率和接入延时。

Claims (10)

1、一种基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于：所述随机接入信号包括接入前导和上行随机接入信令；所述接入前导用来提供给接收端设备进行定时同步的测量或频率偏差的测量；所述上行随机接入信令用于在发射端设备和网络之间建立起有效连接；所述随机接入信号的发射步骤为：

步骤一，判断发射参数；

步骤二，根据判断结果，所述接入前导和上行随机接入信令分离发射或绑定发射。

2、根据权利要求1所述的一种基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于，所述发射参数包括：工作状态、信道质量或第一次连接。

3、根据权利要求1或2所述的基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于，所述随机接入信号的发射步骤具体为：

步骤一，判断发射端设备和接收端设备是否处于同步状态；

步骤二，如果处于同步状态，所述接入前导和上行随机接入信令绑定发射；如果处于非同步状态，所述接入前导和上行随机接入信令分离发射。

4、根据权利要求1或2所述的基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于，所述随机接入信号的发射步骤具体为：

步骤一，判断信道质量；

步骤二，信道质量满足绑定发射门限，所述接入前导和上行随机接入信令绑定发射；信道质量满足分离发射门限，所述接入前导和上行随机接入信令分离发射。

5、根据权利要求4所述的基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于：所述绑定发射门限和分离发射门限的范围均在50dB与130dB之间。

6、根据权利要求1或2所述的基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于，所述随机接入信号的发射步骤具体为：

步骤一，判断是否为第一次连接；

步骤二，如果是第一次连接，所述发射端设备将所述接入前导和上行随机接入信令绑定发射；

如果不是第一次连接，即所述接收端设备未正确检测或检测不到所述随机接入信号时，所述发射端设备将所述接入前导和上行随机接入信令分离发射。

7、根据权利要求3所述的基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将随机接入信号中的上行随机接入信令分割成若干段信令段；

步骤二，判断发射端设备和接收端设备是否处于同步状态；

步骤三，如果处于同步状态，随机接入信号中的接入前导和第一段信令段绑定发射；如果处于非同步状态，随机接入信号中的接入前导和第一段信令段分离发射；

步骤四，剩余每个信令段都分离发射。

8、根据权利要求4所述的基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将随机接入信号中的上行随机接入信令分割成若干段信令段；

步骤二，判断信道质量；

步骤三，信道质量满足绑定发射门限，随机接入信号中的接入前导和第一段信令段绑定发射；信道质量满足分离发射门限，随机接入信号中的接入前导和第一段信令段分离发射；

步骤四，剩余每个信令段都分离发射。

9、根据权利要求6所述的基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将随机接入信号中的上行随机接入信令分割成若干段信令段；

步骤二，判断是否为第一次连接；

步骤三，如果是第一次连接，所述发射端设备将所述接入前导和第一段信令段绑定发射；如果不是第一次连接，即所述接收端设备未正确检测或检测不到所述随机接入信号时，所述发射端设备将所述接入前导和第一段信令段分离发射；

步骤四，剩余每个信令段都分离发射。

10、根据权利要求1所述的基于单载波发射和接收系统的随机接入信号的发射方法，其特征在于，所述接入前导和上行随机接入信令绑定发射时，接入前导和上行随机接入信令发射的时间关系是先后或交叉；或接入前导和上行随机接入信令在频域上进行复用绑定；或者接入前导隐含上行随机接入信令信息进行绑定发射。

Images