CN1992969A - Tdd－ofdma系统中的随机接入信道分配的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在TDD－OFDMA系统中进行随机接入的功率调整和信道分配的方法，包括步骤：基站为相邻的小区分配随机接入信道所使用的资源，并发送广播信号；移动台接收广播信号后进行下行同步并发送接入信号；基站对接入信号进行检测，如果基站正确地检测到接入信号，则完成系统的上行同步，并在前向接入信道上发送响应信号；当接收到响应信号时，移动台根据此信号判断接入是否成功。利用本发明的方法，能够在时分双工模式(TDD)系统中提高移动台随机接入的速度，并减小因为随机接入信号功率放大所引起的对相邻小区的共道干扰。

Description

TDD-OFDMA系统中的随机接入信道分配的方法

技术领域

本发明涉及资源分配技术和功率调整，特别涉及一种多小区蜂窝系统中的随机接入信号的信道分配方法。

背景技术

在目前的蜂窝移动通信系统(如GSM，窄带CDMA和3G系统)中，移动台在开始接入系统的时候有一个随机接入的过程。基站在某个位置分配时频资源，移动台在这个位置上进行随机接入。

在3GPP(3rd Generation Partnership Project)的FDD(FrequencyDivision Duplex)标准中，随机接入信道进行了仔细的划分，以避免相邻小区随机接入信号间的干扰。而在3GPP的TDD标准(TD-SCDMA系统)中，随机接入在UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)信道上进行，UpPTS信道使用TD-SCDMA帧的固定时隙。

在IEEE802.16a标准中，系统是一个多载波系统，资源在时域被划分成时隙，在频域划分成子载波，而若干个子载波构成一个子信道。初始接入(Initial Ranging)占用两个子信道，而在小区中共存在32个子信道，它的各个小区的Ranging信道在时频资源上的划分是相同的。

而在IEEE802.16d标准中，规定下行信道可以分成三组，每组信道的前面是前导符号，而前导符号由三组频域上的子载波组成。但是，在标准中并未对上行的随机接入信道的资源分配进行定义。

在FDD的3GPP WCDMA系统中，随机接入信道进行了适当的设计，以避免相邻小区间的干扰。但是在TDD方式的TD-SCDMA系统中，限于单载波系统的特性，难以在随机接入信道上进行设计去减少随机接入过程的干扰影响。而在现有的多载波IEEE802.16系列标准中，也未在这方面进行具体的定义或设计。而在随机接入的过程中，如3GPP的随机接入过程，会在随机接入的过程中为移动台接入设计一定的功率余量，但是这个功率的增加会造成相邻小区的同信道上的干扰，因此有必要规划TDD-OFDMA(Time Division Duplex-Orthogonal Frequency Division Multiplex Access)系统的随机接入信道的分配方案，以减少随机接入过程中产生的相互干扰问题。

系统中通常为随机接入信道预留了一定的功率余量，而移动台在随机接入信道上增大发射功率会造成相邻小区的共道干扰增大，因此在此小区相邻的其它小区中，相同的时间频率资源(假设为R_TF)不再分配给随机接入信道，而是分配给无竞争的上行数据传输，并且在R_TF上的上行数据传输的发射功率也相应地增大。而相邻小区的无竞争上行数据传输同样也会对本小区的随机接入信号产生干扰，为减少功率增大所造成的干扰，规定相邻小区分配R_TF的移动台的位置必须靠近其小区基站，能分配的小区地理位置的范围则由随机接入信号功率放大的程度决定。同时，根据时分双工模式(TDD)系统中上下行链路的高相关性，对移动台的随机接入信号的功率进行调整。首先计算基站到移动台的功率损耗与基站所要求的接收功率之和，然后再将得到的值放大一定的倍数，以此作为移动台的初始接入信号的发射功率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在TDD-OFDMA系统中进行随机接入的功率调整和信道分配的方法，包括步骤：

基站为相邻的小区分配随机接入信道所使用的资源，并发送广播信号；

移动台接收广播信号后进行下行同步并发送接入信号；

基站对接入信号进行检测，如果基站正确地检测到接入信号，则完成系统的上行同步，并在前向接入信道上发送响应信号；

当接收到响应信号时，移动台根据此信号判断接入是否成功。

利用本发明的方法，能够在时分双工模式(TDD)系统中提高移动台随机接入的速度，并减小因为随机接入信号功率放大所引起的对相邻小区的共道干扰。

附图说明

图1示出了根据本发明的多小区的机接入信道分配方案的示意图。

图2示出了相邻小区的随机接入信道和无竞争上行传输信道分配示意图。

图3示出了相邻小区的子信道分配半径的计算。

图4(a)示出了小区0中的子信道分配示意图。

图4(b)示出了小区1中的子信道分配示意图。

图4(c)示出了小区2中的子信道分配示意图。

具体实施方式

本发明基于时分双工模式的OFDMA系统，系统资源包括时域的资源和频域的资源。在时域上划分成时隙，而在频率上划分成不同的子信道。

参考图1，来说明根据本发明的多小区的信道分配方法。在图1中，相邻小区的A和a子信道、B和b以及C和c子信道使用完全相同的时频资源，而大写字母A、B、C代表的子信道分别用来作为本小区的随机接入信道，而小写字母a、b、c代表的子信道是本小区的无竞争的上行数据传输信道。A(a)子信道与B(b)和C(c)子信道使用的时频资源互不相同。从图中可以看出，在小区0中，A子信道用作小区0的随机接入子信道，而b，c子信道在小区0中是无竞争的上行传输信道。在与小区0相邻的小区中，小区1、3、5使用B子信道作为随机竞争接入信道，同时a，c子信道用作无竞争上行数据传输信道；小区2、4、6使用C子信道作为随机竞争接入信道，同时a，b子信道用作无竞争上行数据传输信道。从图1中可以看出，在多小区的环境中，将随机接入信道分成三组就足以满足本发明的所有小区的信道分配要求。

在图1中，假设小区0中A被分配用作随机接入信道，而相邻1-6小区的相同时频资源的a子信道只能用作确定的数据传输的子信道，以其中的小区1为例，其信道分配如图2所示。在图2中，0小区的随机接入信道上的随机接入过程可能会有一个功率的增加，因此会对1小区的a信道上的用户造成一定的干扰。根据小区中负载情况的不同，避免和减少这种干扰影响的方法有两种：

当小区1中负载较低时，a子信道不分配给用户，让其空闲。由于同一时刻，a只占用少量的OFDMA子信道(在IEEE802.16a中为2个，而总的子信道个数为32)，在小区中负载较低的时候，这种方法是合理的。但是当小区负载较大的时候(如IEEE802.16a的小区用户数超过26)，这种方法就不适应了；

当小区中负载较高时，小区1中a子信道仍然分配给已经接入完成的用户进行数据传输，但是此时仍然可能会造成一定的干扰。为此，更进一步提出了基于移动台位置的信道分配方法，随后的部分将详细介绍这个方法。

如前所述，图2表示的是两个相邻小区的随机接入信道和无竞争上行传输信道的分配示意图，其中小区0的A子信道分配给小区0中的随机接入用户，而小区1中的a子信道则分配给小区1中的无竞争的上行传输用户，其中A子信道和a子信道使用相同的时频资源。由于使用A子信道的随机接入用户的发射功率可能增大，其对小区1的使用a子信道的用户的共道干扰也增大。为了减少A子信道上的增大发射功率对a子信道上的数据传输的影响，a子信道上的数据传输的发射功率也相应增大。而反过来a子信道上的发射功率增大又会对小区0中的随机接入过程产生干扰。为减少a子信道上的干扰对A子信道的随机接入过程的影响，a子信道仅仅分配给小区1中靠近基站的用户，也就是图1中的圆圈内的部分。图2中的圆圈的半径大小取决于小区0中的随机接入信号的功率放大的倍数K的大小。

图3为小区1中可以分配a子信道的区域的半径的计算示意图。假设小区1中能分配的a子信道的区域的半径为r₁，则有

${\left(\frac{\sqrt{3}R-r_1}{r_1}\right)}^{-\mathrm{\&eta;}}<K---\left(1\right)$

其中R为小区的半径，K为随机接入信号功率放大的倍数，而η为路径损耗指数，通常为2～4。

本发明对随机接入信号的功率进行调整，并对随机接入信道进行适当的分配，以下分别说明了在基站侧和移动台的操作步骤。

基站侧的操作步骤：

a)基站的网络控制器为相邻的小区分配随机接入信道A(a)、B(b)和C(c)所使用的资源，相邻小区的随机接入信道的时频资源不相同，如图3所示；

b)小区基站在前向信道上发送广播信号，指示该小区接入时隙以及接入信道在频域的子信道划分，然后基站在下一帧或若干帧的接入时隙上对接入信号进行检测；

c)如果基站正确地检测到接入信号，基站将测量移动台和基站间的定时偏差，完成系统的上行同步，并在前向接入信道上发送响应信号，响应信号指示了接入成功的接入码或用户的ID；

d)基站对已经接入的用户的地理位置进行测量，以图3为例，在小区0中，将b，c子信道分配给离小区基站0较近的移动台，同时，基站设置被分配b，c子信道的移动台的发射功率是原来的K倍(K也是随机接入信号功率放大的倍数且K＞1)。这里，认为满足公式(1)的移动台是距离小区基站0较近的移动台。

移动台一侧的操作步骤：

a)移动台开机，搜寻小区中的下行同步信号，完成下行同步，在此过程中，移动台对基站和移动台间的传输损耗进行测量，并记为P_LOSS；

b)完成下行同步后，移动台发送初始接入信号，假设基站要求的随机接入信号的功率为P_R，则移动台的初始随机接入信号的发射功率为P_T＝K·(P_R+P_LOSS)，其中K＞1。在移动台发送随机接入信号之后，等待基站的响应信号；

c)如果在预定时间段内没有接收到响应信号，移动台将提高发射功率再次向基站发送接入信号；如果仍不成功，只要发射功率低于设定的最大发射功率，移动台将重复这个过程，直至接入成功为止。

d)如果发射功率已经超过了最大的发射功率，移动台将又从最小的发射功率开始，重复进行这个过程，直至成功为止。

e)如果多个移动台使用相同的时频资源进行接入，并且彼此的功率足够大，则在基站会发生碰撞。此时移动台重新进行下行链路的测量，并按照步骤(b)重新进行功率调整，随机延迟一段时间后重新进行接入。

以TDD-OFDMA系统为例，其帧结构和频率资源划分如图4(a)(b)(c)所示。在时域上，时间被划分成时隙。每帧在时间上由若干个时隙组成，并且一个子信道由若干个频域的子载波组成。在图4中，第一个时隙用作广播控制时隙，用来广播本小区的一些控制信息，如小区ID，竞争接入信道的分配等等。紧跟第一个时隙的是下行和上行转换保护时隙，而随机接入时隙在下行到上行转换的保护时隙后面。在频域，子载波被划分成不同的子信道，这些子信道根据用途的不同，在小区0中又分成A，b，c和U子信道。其中A子信道用作小区0中的随机接入信道，A子信道上的随机接入信号的发射功率为P_T＝K·(P_R+P_loss)，其中K＞1。而b，c子信道只能分配给离小区0基站位置比较近的移动台，要求的移动台和基站间的距离由K来决定。在b，c子信道上数据传输也以K(K＞1，由基站进行设定)倍的功率发送。而U子信道则能分配给任意的上行传输的移动台。小区1和小区2中的信道分配情况和小区0中相似。

本发明提出的随机接入信号的功率调整和信道分配方法是基于TDD-OFDMA系统的，通过测量TDD系统中的下行链路的功率调整移动台的随机接入信号的发射功率，并对相邻小区的随机接入信道进行适当的分配，可以加快初始接入的速度和减小接入过程中造成的相邻小区的共道干扰。同时，将随机接入信道在频域上分成三组即可，保证了信道分配的可操作性。根据本发明的方法，相邻小区的随机接入信道在时频资源上正交(错开)，保证了相邻小区的随机接入信道不会对彼此的随机接入过程造成干扰。

Claims (14)

1、一种用于在TDD-OFDMA系统中进行随机接入的功率调整和信道分配的方法，包括步骤：

基站为相邻的小区分配随机接入信道所使用的资源，并发送广播信号；

移动台接收广播信号后进行下行同步并发送接入信号；

基站对接入信号进行检测，如果基站正确地检测到接入信号，则完成系统的上行同步，并在前向接入信道上发送响应信号；

当接收到响应信号时，移动台根据此信号判断接入是否成功。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述广播信号指示了基站所在小区的接收时隙以及接入信道在频域的子信道划分。

3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述接入信道划分为三组。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站在下一帧或若干帧的接入时隙上对接入信号进行检测。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述响应信号指示了接入成功的接入码或用户的ID。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于分配的资源包括时隙资源和子信道。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻小区的随机接入信道使用不同的时频资源。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在移动台进行下行同步的步骤中，移动台对基站和移动台之间的传输损耗进行测量。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，移动台的随机接入信号的发射功率为P_T＝K·(P_R+P_LOSS)，其中K＞1，P_R是基站要求的随机接入信号的功率，P_LOSS是测量的基站和移动台之间的传输损耗。

10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，如果多个移动台使用相同的时频资源进行接入，并且功率足够大，则移动台重新进行下行链路的测量，重新进行功率调整，并在随机延迟一段时间后重新进行接入。

11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果移动台在预定时间段内没有接收到响应信号，则重复提高发射功率并再次向基站发送接入信号的步骤，直到发射功率等于设定的最大发射功率。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，如果发射功率已经超过了最大的发射功率，则移动台从最小的发射功率开始提供发射功率的步骤。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，如果相邻小区的某一时频资源用作随机接入信道，则本小区内这一时频资源分配给离基站较近的移动台。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，满足下式的移动台是距离基站的较近的移动台：

${\left(\frac{\sqrt{3}R-r_1}{r_1}\right)}^{-\mathrm{\&eta;}}<K$

其中R为小区的半径，K为随机接入信号功率放大的倍数，η为路径损耗指数，r₁是移动台到基站的距离。

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