专利名称：一种实现用户设备随机接入的方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，特别是指一种实现用户设备(UserEquipment，UE)随机接入的方法。
背景技术：
时分双工宽带码分多址(TD-SCDMA)系统是第三代移动通信的三大国际标准中唯一采用时分双工(TDD)方式的系统，支持上下行非对称业务传输，在频谱利用上具有较大的灵活性。该系统综合采用了智能天线、上行同步、联合检测和软件无线电等无线通信中的先进技术，使系统具有较高的性能和频谱利用率。随着社会的发展以及技术的进步，人们对移动通信的要求不断提高，希望系统能够提供大容量、高速率、低时延的数据传输服务。为了满足这种日益增长的需求，TD-SCDMA系统同样需要不断演进和提高性能。
现有TD-SCMDA系统的帧结构如图1所示。图1中，每个无线子帧由七个普通时隙(TS0～TS6)和三个特殊时隙构成。其中，普通时隙用来传送数据，三个特殊时隙分别为下行导频时隙(DwPTS)，上行导频时隙(UpPTS)，转换保护时隙(GP)。DwPTS用于发送系统的下行同步信息，如小区初搜的下行导频，UpPTS用于用户接入时发送上行同步信息，也即在随机接入时用户终端根据无线帧的定时关系发送随机接入过程中的前导序列以便使基站在其接收UpPTS时隙信号的时间区间内能够接收到该前导序列，GP用于提供下行发送时隙向上行发送时隙转换的时间间隔，它的长度决定了小区覆盖半径的最大值。在现有的TD-SCMDA系统中，码片速率为1.28Mcps，带宽为1.6MHz，其数据部分和上下行的导频部分采用同样的信号格式。
现有的TD-SCDMA系统由于覆盖范围和提供业务的关系，对于不同覆盖的小区，其前导序列的长度是相同的，这样，在大范围覆盖情况下，随机接入的成功概率会受到影响。
目前正在第三代移动通信的长期演进(LTE)计划中制定的TD-SCDMA演进方案中，为了得到高速率大容量的服务，需要占用更宽的带宽，这里也将TD-SCDMA演进系统称为宽带时分双工蜂窝系统。TD-SCDMA演进系统采用了OFDM调制方式，可以支持20MHz以上带宽，同时还可以支持在不同带宽下工作，如1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz和20MHz等。为了满足与现有系统的共存要求，在TD-SCDMA演进系统中采用了与现有TD-SCDMA系统近似的帧结构。在该演进系统中，提出了支持蜂窝网大覆盖，如小区半径达30km和超大覆盖，如小区半径达100km的需求。在大覆盖半径的小区，为了准确地传输数据，距离基站远的UE在受限的发射功率中，必须采用较低编码速率的码字传输数据，如采用R＝1/6，1/8，甚至1/12的编码速率来保证数据的准确传输。然而，如果在随机接入信道的设计上仍采用现有的技术，则难以兼顾不同覆盖半径的要求，使得随机接入信道成为TD-SCDMA演进系统的一个性能瓶颈，这样，如何根据TD-SCDMA演进系统的帧结构特点设计相应的终端随机接入方法成为了一个挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种实现用户设备随机接入的方法，使得具有较大覆盖范围差异要求的移动通信系统能够满足随机接入过程的性能要求。
本发明提供的一种实现用户设备随机接入的方法，该方法是这样实现的A.根据覆盖场景的不同，预先将前导序列码的长度分为一个以上等级，每个等级对应一个覆盖场景；B.在进行随机接入过程中，用户设备向网络侧发送当前所在覆盖场景对应的前导序列码。
并且，覆盖范围大的小区，前导序列越长，发送前导序列的物理帧中的上下行转换保护间隔越大。
当上下行转换保护间隔为TD-SCDMA物理帧中的转换保护时隙GP时，则步骤B中可以利用物理帧中一部分UpPTS发送所述前导序列。
当上下行转换保护间隔为TD-SCDMA物理帧中的GP和一部分UpPTS时隙时，则步骤B中可以利用所述帧中另一部分UpPTS，以及整个上行业务时隙TS1或一部分上行业务时隙TS1发送前导序列码。
当上下行转换保护间隔为TD-SCDMA物理帧中的GP和UpPTS时，则步骤B中可以利用UpPTS以及整个上行业务时隙TS1发送所述前导序列码。
当上下行转换保护间隔为TD-SCDMA物理帧的GP、UpPTS以及一部分上行业务时隙TS1时，步骤B中可以利用所述帧中另一部分上行业务时隙TS1和整个上行业务时隙TS2发送所述前导序列码。
将物理帧中发送前导序列码的带宽资源划分为多个子带，每个子带占用系统发送带宽的一部分，两个不同的子带之间的带宽存在倍数关系，并且最小子带为进行非同步随机接入过程所需的最小带宽，则发送前导序列的步骤可以为用户设备根据自身的发送能力和信道条件，选择其中一个子带发送前导序列码。
本发明针对不同覆盖场景的小区，设置不同的前导序列(Preamble)码的长度，在大覆盖情况下，采用较长的Preamble码，而在小覆盖情况下，则采用较短的Preamble码，以适应不同环境的要求。同时，由于根据不同的Preamble长度，调整了帧结构。采用这种方式，保证了在不同蜂窝小区环境中，UE的随机接入能力与覆盖范围内传输数据能力相匹配，保证了随机接入的可靠性。
进一步地，通过随机接入，UE可以完成与系统的同步和功率控制，还可以根据与基站的距离调整发送数据的时间，使同步精度控制在CP(CyclicPrefix)长度之内，从而减少了UE之间的互干扰，从而减少了碰撞概率，同时，使得基站根据UE的距离控制UE发送信号的功率，减少小区间的干扰。
图1为TD-SCMDA及其演进系统的帧结构示意图；图2为实现本发明方法的流程示意图；图3为UpPTS时隙资源在5MHz频率域上的划分示意图；图4A、图4B分别为小覆盖小区和中等覆盖范围小区的帧结构示意图；图5A、图5B分别为小覆盖小区和大覆盖范围小区的帧结构示意图；图6A、图6B分别为小覆盖小区和超大覆盖范围小区的帧结构示意图。
具体实施例方式
研究表明，在相同的发射功率和小区配置环境相同的情况下，小区覆盖半径不同，对前导序列的长度的需求也不一样。在覆盖半径小的小区，小区边缘的信噪比也比较高，传输数据的速率相对也高一些，此时，在相同随机接入虚警率和出错率下，前导序列的长度可以短一些。而在小区覆盖半径比较大的情况下，如上面所述，小区边缘的信噪比较低，传输数据的速率小，为了保证与半径小的小区相同的随机接入虚警率和出错率下，其前导序列的长度可以较长。具体如下，设传输数据的编码速率为R，前导序列的码长为N，系统的采样频率为V，为了保证一定的随机接入虚警率和出错率，需要一定的序列扩频增益。设序列的扩频增益为Ep/ N0，其中，Ep＝Ec·N，Ec是前导序列每个码片的功率谱，N0是噪声的功率谱。对于随机接入，传输数据需要的信噪比为Eb/N0，Eb是信号的功率谱。则有以下等式EpN0·1NTc=REbN0]]>为了能够让UE能够高效地接入TD-SCDMA演进网络，完成UE初始接入蜂窝网的过程，本发明根据覆盖场景的不同，将Preamble码的长度分为多个等级，覆盖范围大的小区，采用长的Preamble码，而覆盖范围小的小区，则采用较短的Preamble码，每个等级的Preamble码对应一个覆盖场景；每个覆盖场景可以包括一个单独的小区或多个小区。这样，每个小区将自身对应的Preamble码等级进行广播，当用户设备进行随机接入时，利用当前所在小区对应的Preamble码进行随机接入。
参见图2所示，实现本发明的方法包括以下步骤步骤201根据覆盖场景的不同，预先将前导序列的长度分为一个以上等级，每个等级对应一个覆盖场景；步骤202在进行随机接入过程中，用户设备向网络侧发送当前所在覆盖场景对应的前导序列。
在实际应用过程中，可以利用图1所示的帧结构并根据覆盖场景的不同，将图1中的UpPTS时隙和其它上行业务时隙进行组合，来发送Preamble码。
例如，将Preamble码的长度分为四个等级，每个等级的Preamble码对应不同覆盖范围的小区，即小覆盖范围、中等覆盖范围、大覆盖范围以及超大覆盖范围，下面针对不同等级分别描述用户设备在随机接入过程中发送Preamble码的方式。
第一种小覆盖范围小区的Preamble码的发送方式对于小覆盖范围的小区，可以利用图1所示的帧结构中，根据系统发送带宽的情况，将UpPTS时隙内的带宽资源划分为多个子带，即UpPCH信道，每个子带占用系统发送带宽的一部分，划分的子带可以不相等，但两个不同的子带之间的带宽存在倍数关系，即是子带1的带宽为B1，子带2的带宽为B2，B2＝k·B1，k为整数。划分的最小子带为进行非同步随机接入过程所需的最小带宽。
UE在进行随机接入时，根据UpPTS时隙内划分的子带情况，以及UE的发送能力和信道条件，选择其中一个UpPCH信道发送Preamble码。
图3为UpPTS时隙资源在5MHz频率域上的划分示意图。如图3所示，基站发送带宽为5MHz，在UpPTS时隙内的5MHz带宽被等分为4部分，每部分的子带宽为1.25MHz，每个子带为一个UpPCH信道。在该小区内的用户可以通过UpPTS时隙内任意的一个UpPCH信道发送前导序列进行随机接入的过程。由于发送前导序列的资源增加，UE间发送的前导序列的碰撞概率降低，提高了接入的概率，提高了接入速度。
在图1的帧结构中，由于三个特殊时隙DwPTS、GP1以及UpPTS的总长度只有0.275ms，因此，UpPTS时隙长度受限，在UpPCH信道上发送的Preamble码长度也受到限制，适用于覆盖较小的情况。
第二种中等覆盖范围小区的Preamble码的发送方式对于中等覆盖的情况，需要将GP1、UpPTS和TS1时隙一起捆绑考虑，设定合适的TDD上下行转换保护间隔和Preamble码发送的方式，这里TS1为上行时隙。
图4A和图4B分别给出了小覆盖范围和中等覆盖范围的帧结构对比。参见图4B所示，对于中等覆盖范围的帧结构，GP1为了满足覆盖范围而变的更长，而UpPTS时隙与TS1时隙合并，组成了新的TS1′时隙。在TS1′时隙中，系统根据UE随机接入的需要，配置1个或多个UpPCH信道用于发送Preamble码。当配置多个UpPCH信道时，每个信道可以采用不同的带宽，但两个不同的UpPCH信道之间的带宽存在倍数关系，如上面对小覆盖下多个UpPCH信道的描述相同。UpPCH信道占用的时间长度占用了部分或等长与TS1′时隙的长度。在图4B中给出UpPCH信道占用部分TS1′时隙的实施例，TS1′时隙的其他信道资源可以用于数据和控制信令的传输。
对于图4B中的UpPCH信道，其长度要比小范围覆盖下的UpPCH信道长，因此，发送的Preamble码的长度也较长，可以满足覆盖增加后对随机接入性能的要求。
第三种大覆盖范围小区的Preamble码的发送方式对于大覆盖的情况，同样需要将GP1、UpPTS和TS1时隙一起捆绑考虑，此时TS1为上行时隙，设定合适的TDD上下行转换保护间隔和Preamble码发送的方式。
图5A、图5B分别给出了小覆盖范围和大覆盖范围的帧结构对比。参见图5B所示，为了满足大覆盖小区的需求，下行向上行转化的保护间隔需要更长。因此，这里将小覆盖环境下的GP1和UpPTS时隙合并，组成新的保护时隙GP1′。同时，在TS1时隙中，系统根据UE随机接入的需要，配置1个或多个UpPCH信道用于发送Preamble码。当配置多个UpPCH信道时，每个信道可以采用不同的带宽，但两个不同的UpPCH信道之间的带宽存在倍数关系。UpPCH信道占用了整个TS1′时隙的长度。在图5B中，如果系统为UpPCH信道配置的信道资源只占用了TS1′时隙内部分的频率资源，则TS1′时隙剩下的频率资源可用于数据和控制信令的传输。
此时，Preamble码在TS1′时隙内的UpPCH信道中发送，由于UpPCH信道的长度与TS1′时隙等长，发送的Preamble码的长度也长，可以满足覆盖增加后对随机接入性能的要求。
第四种超大覆盖范围小区的Preamble码的发送方式对于超大覆盖的情况，需要将GP1、UpPTS和TS1、TS2时隙一起捆绑考虑，此时TS1、TS2为上行时隙，设定合适的TDD上下行转换保护间隔和Preamble码发送的方式。
图6A、图6B给出了小覆盖范围和超大覆盖范围的帧结构对比示意。参见图6B所示，为了满足大覆盖小区的需求，下行向上行转化的保护间隔需要更长，因此，GP1′时隙的长度等长于TS0时隙的长度，此时GP1′时隙在时间上包含了原有的GP1、UpPTS时隙以及TS1时隙的一部分。为了发送更长的Preamble码，TS1剩下的时隙长度与TS2时隙合并，组成新的TS1′时隙。
需要说明的是，在以上本发明中发送Preamble码的方式中，涉及到占用TD-SCDMA系统的帧结构的一个时隙或部分时隙是指占用该时隙的时域和频域资源。
权利要求
1.一种实现用户设备随机接入的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤A.根据覆盖场景的不同，预先将前导序列码的长度分为一个以上等级，每个等级对应一个覆盖场景；B.在进行随机接入过程中，用户设备向网络侧发送当前所在覆盖场景对应的前导序列码。
2.根据权利要求1所述随机接入的方法，其特征在于，覆盖范围大的小区，前导序列越长，并且发送前导序列的物理帧中的上下行转换保护间隔越大。
3.根据权利要求2所述随机接入的方法，其特征在于，当上下行转换保护间隔为时分双工宽带码分多址TD-SCDMA物理帧中的转换保护时隙GP时，则步骤B中利用物理帧中一部分上行导频时隙UpPTS发送所述前导序列。
4.根据权利要求2所述随机接入的方法，其特征在于，当上下行转换保护间隔为TD-SCDMA物理帧中的GP和一部分UpPTS时，则步骤B中利用所述帧中另一部分UpPTS时隙，以及整个上行业务时隙TS1或一部分上行业务时隙TS1发送前导序列码。
5.根据权利要求2所述随机接入的方法，其特征在于，当上下行转换保护间隔为TD-SCDMA物理帧中的GP和UpPTS时，则步骤B中利用UpPTS以及整个上行业务时隙TS1发送所述前导序列码。
6.根据权利要求2所述随机接入的方法，其特征在于，当上下行转换保护间隔为TD-SCDMA物理帧的GP、UpPTS以及一部分上行业务时隙TS1时，步骤B中利用所述帧中另一部分上行业务时隙TS1和整个上行业务时隙TS2发送所述前导序列码。
7.根据权利要求3～6中任意一项所述随机接入的方法，其特征在于，将物理帧中发送前导序列码的带宽资源划分为多个子带，每个子带占用系统发送带宽的一部分，两个不同的子带之间的带宽存在倍数关系，并且最小子带为进行非同步随机接入过程所需的最小带宽，则发送前导序列的步骤为用户设备根据自身的发送能力和信道条件，选择其中一个子带发送前导序列码。
全文摘要
本发明公开了一种实现用户设备随机接入的方法，该方法为根据覆盖场景的不同，预先将前导序列的长度分为一个以上等级，每个等级对应一个覆盖场景；在进行随机接入过程中，用户设备向网络侧发送当前所在覆盖场景对应的前导序列。该方法保证了在不同蜂窝小区环境中，用户设备的随机接入能力与覆盖范围内传输数据能力相匹配，保证了随机接入的可靠性。
文档编号H04B7/26GK101087469SQ20061008280
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者孙韶辉, 王映民 申请人:大唐移动通信设备有限公司