專利名稱：一種上行鏈路隨機接入方法及實現裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種移動終端接入技術，特別涉及第三代移動通訊長期演進系統中，上行鏈路隨機接入的方法及實現裝置和方法。
背景技術：
眾所周知，在蜂窩移動通信中在移動終端申請入網時，先向基站發送入網請求信息，再獲得上行鏈路的時間同步并且能夠接入網絡。在現有的LTE(第三代移動通訊長期演進系統)上行鏈路隨機接入方法中，存在TDM(時分復用)、FDM(頻分復用)、CDM(碼分復用)和TDM/FDM幾種接入方式。
現有的LTE上行鏈路隨機接入方法存在以下不足 (1)TDM、FDM接入的用戶數目不能太多，且多小區間的干擾較大。
(2)CDM雖然可以抵抗多小區間的干擾，但接入的用戶數量也不足。
發明內容
針對上述不足，本發明提出了一種新的隨機接入方法及實現裝置和方法，采用本發明的技術方案可以獲得更大的接入用戶數目，而且可以減小多用戶之間的干擾和多小區間的干擾。
本發明所采用的技術方案是 一種上行鏈路隨機接入方法，應用于第三代移動通訊長期演進系統，其特征在于，該方法包含以下步驟 步驟一通過在時域上分成數個時隙，將總的用戶分成數個用戶組，各用戶組分時隙接入系統； 步驟二在每個時隙上把整個系統頻率帶寬分成多個隨機接入信道RACH帶寬； 步驟三在每個RACH帶寬中，多個用戶以正交或偽正交的RACH前導序列碼接入系統。
進一步地，上述步驟二中，RACH帶寬采用固定式載波分配方式。
進一步地，上述步驟三中，每個RACH帶寬中的用戶以滿足自相關性要求的不同序列接入系統。
進一步地，上述RACH前導采用Zadoff-Chu CAZAC序列。
進一步地，上述RACH前導所用的符號采用與上行業務信道兼容的發射方式。
進一步地，上述RACH前導的長度可以根據小區半徑的接入需要進行擴展。
進一步地，上述相鄰小區的RACH占用不同的頻率資源。
實現上述方法的移動終端發射機，其特征在于，所述的移動終端發射機包括 RACH信號發生器(1)，用于產生RACH信號； 傅立葉變換單元(2)，與RACH信號發生器(1)相連，用于將其產生的RACH信號進行傅立葉變換，得到頻域信號； 子載波映射單元(3)，與傅立葉變換單元(2)相連，用于進行子載波映射，將所述頻域信號調制到子載波上； 逆傅立葉變換單元(4)，與子載波映射單元(3)相連，用于對所述子載波進行逆傅立葉變換，形成多路并行的時域信號； 并/串轉換單元(5)，與逆傅立葉變換單元(4)相連，用于將所述多路并行的時域信號轉換為一路串行時域信號； D/A轉換單元(6)，與并/串轉換單元(5)相連，用于將所述串行時域信號由時域離散信號轉換為時域連續信號； 射頻發射單元(7)，與D/A轉換單元(6)相連，用于對所述連續信號進行上變頻；及 發射天線(8)，與射頻發射單元(7)相連，用于將上變頻后的信號發射。
利用上述移動終端發射機發射RACH的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟 步驟一產生一個RACH信號； 步驟二對所述信號進行傅立葉變換，得到頻域信號； 步驟三進行子載波映射，將所述頻域信號調制到相應的子載波上； 步驟四對所述子載波進行逆傅立葉變換，形成多路并行的時域信號； 步驟五將所述多路并行的時域信號轉換成一路串行的時域信號； 步驟六將所述串行信號進行D/A轉換，得到時域連續信號； 步驟七對所述時域連續信號進行上變頻后發射。
進一步地，上述步驟三中，子載波映射采用固定式載波分配方式。
進一步地，上述步驟四中，逆傅立葉變換采用快速傅立葉變換算法。
實現上述方法的基站接收機，其特征在于，所述的基站接收機包括接收天線(9)，用于接收移動終端發射的射頻信號； 射頻接收單元(10)，與接收天線(9)相連，用于對接收到的信號進行下變頻，得到基帶信號； A/D轉換單元(11)，與射頻接收單元(10)相連，用于將下變頻后的信號轉換成離散信號； 串/并轉換單元(12)，與A/D轉換單元(11)相連，用于將所述離散信號由串行信號轉換為多路并行信號； 傅立葉變換單元(13)，與串/并轉換單元(12)相連，用于對所述的多路并行信號進行傅立葉變換，得到頻域信號，完成多載波的解調； 子載波解映射單元(14)，與傅立葉變換單元(13)相連，用于將解調得到的信號恢復為傳送的信號； 相關檢測單元(15)，與子載波映射單元(14)相連，用于將所恢復的信號與本地的碼元進行相關運算；及 門限檢測判決單元(16)，與相關檢測單元(15)相連，用于對相關運算的結果進行門限檢測判決。
利用上述基站接收機接收RACH的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟 步驟一接收移動終端發射的射頻信號； 步驟二將所述射頻信號進行下變頻，得到基帶信號； 步驟三將所述基帶信號進行A/D轉換，得到離散信號； 步驟四將所述離散信號由串行信號變成多路并行信號； 步驟五對所述并行信號進行傅立葉變換，得到頻域信號，完成多載波的解調； 步驟六將所述頻域信號通過子載波解映射恢復為傳送的信號； 步驟七將所述恢復的信號與本地的碼元進行相關運算； 步驟八對所述的相關運算的結果進行檢測判決，當檢測的功率大于一個預先定義的門限值時，RACH前導被檢測到，從而完成用戶的接入。
進一步地，上述步驟五中，傅立葉變換采用快速傅立葉算法。
本發明的優點如下 (1)使用較少的相關器當RACH采用時分復用和頻分復用結合、RACH前導采用碼分復用的接入方式后，可以降低接收端的復雜度，能通過較少數量的相關器解決用戶的接入問題，因為只需要在每個不同頻率的RACH帶寬內做相關運算，這樣比單獨采用時分復用、頻分復用或碼分復用方式所需要的相關器少。
(2)可以降低序列設計的復雜度用戶分組后，分組中的用戶數相對較少，可以較易選得自相關性較好，互相關性較低的序列。
(3)可以減少多用戶間的干擾和多小區間的干擾采用用戶分組后，在每個分組中的每個接入資源中的用戶數目比單獨采用碼分復用方式時的少，因此多用戶間的干擾較少；在多小區的情況下，每個小區中采用不同的碼字，可以減少多小區間的干擾。
(4)可以增加接入的用戶數目采用用戶分組后，每組用戶可以分時隙接入，并且在每個頻率塊中，以不同的碼來區分不同的用戶，因此采用本發明的方法可以比單獨的時分復用、頻分復用或碼分復用方式容納更多的用戶。
圖1是本發明的上行鏈路隨機接入方法的原理圖。
圖2是本發明的RACH幀結構圖。
圖3是本發明的RACH的子幀結構圖。
圖4是本發明的移動終端發射機框圖。
圖5是本發明的基站接收機框圖。
具體實施例方式 通常RACH信號的傳送有兩個部分，一個部分是傳送RACH前導，用來快速獲得接入和估計時間同步；另一部分是RACH信息的傳送，包括RACH數據包信息和相關的控制信息。本發明是基于用戶分組的設計方法，其思路是RACH采用時分復用和頻分復用結合、RACH前導采用碼分復用，下面將結合附圖對本發明作進一步的描述。
圖1是本發明的上行鏈路隨機接入方法的原理圖，其步驟為 步驟一通過在時域上分成數個時隙，將總的用戶分成數個用戶組，各用戶組分時隙接入系統； 步驟二在每個時隙上把整個系統頻率帶寬分成多個RACH帶寬； 步驟三在每個RACH帶寬中，多個用戶以正交或偽正交的RACH前導序列碼接入系統。
本發明的RACH在不同系統帶寬下的接入情況如表1所示 表1
本發明有多種設計選擇方案，參數選取的不同，會得到不同的選擇。在上表中總結了一個設計的例子，它提供了許多RACH接入的可能性。在這個例子中，對于5M帶寬，所有的300個子載波分成4個資源塊，一個RACH信號序列占用75個子載波，帶寬為1.125MHz，這樣序列的長度為75。在時域有8個時隙，在每個資源塊中有16個相關性較好的碼字，這樣對于5M帶寬有4*8*16＝512個接入的可能，根據不同的帶寬可以變化。當系統帶寬大于10M時，RACH總的帶寬為10M。
LTE RACH結構有以下的特點 (1)RACH符號的周期不同于上行義務調度信道的周期。
(2)RACH符號沒有加CP可以獲得理想的采樣時間；為了保持前導序列的性質，RACH符號不應該加CP，如果加入CP，RACH序列的性質就遭到破壞。
(3)解決時間估計的問題，使用頻域檢測器，多個符號重復用以積聚足夠的能量來檢測RACH信號。如果采用時域的檢測器，那么計算的復雜度就很大。
(4)由于受到小區半徑的影響，固定每個符號的長度不變，可以采用多次重復的方式來檢測。
圖2是本發明的RACH幀結構圖。
一個RACH幀為10ms，它由20個RACH子幀組成，每個子幀為0.5ms，每個子幀由7個RACH符號組成。
圖3是本發明的RACH的子幀結構圖。
RACH符號可以存在于一個RACH子幀。如圖所示，一個子幀中有7個RACH符號，可以全部用來作前導，也可以部分用來做前導。在圖3中為了保持前導序列的性質，RACH符號不應該加CP，如果加入CP，RACH序列的性質就遭到破壞。
此外，對于不同的小區半徑，RACH帶寬需要的符號數目不同。如果小區的半徑小于5Km，RACH前導的周期在一個子幀周期內。然而，如果小區的半徑超過5Km，就需要更多的子幀來承載RACH前導。
多小區重用隨機接入的方案如下考慮多個小區上，在每個小區中，在時域上分成多個時隙，參見圖1，在頻域上分成多個RACH帶寬，把RACH帶寬分給每個小區；為了減少多小區間的干擾，把CAZAC碼分成許多子集，把每個子集分給每個小區。CAZAC子集可以在臨近的小區重復利用，在這些小區中RACH占用不同的頻率資源。在同一個小區中，如果有多個頻率塊接入資源，在這些不同的頻率塊資源中都采用相同的碼字集合。
實施例1，移動終端發射機，用于實現LTE上行鏈路隨機接入方法，參見圖4。移動終端發射機用于發射RACH，由RACH信號發生器1、傅立葉變換單元2、子載波映射單元3、逆傅立葉變換單元4、并/串轉換單元5、D/A轉換單元6、射頻發射單元7和發射天線8組成； 移動終端發射機的工作步驟如下首先由RACH信號發生器1產生信號此為輸入信號，是長度為M的序列；經過M點的傅立葉變換單元2后，得到一個長度為M的頻域信號，然后由子載波映射單元3把子載波映射成N點的序列，為了減小干擾采用固定式載波分配的方式；序列經過N點的逆傅立葉變換單元4，完成正交調制，得到N個并行的時域信號，這里一般可以采用快速傅立葉變換(IFFT)算法，但不論是哪種算法均不影響本發明的一般性；為了進行傳輸，信號經過并/串轉換單元5，成為一路串行數據，這時數據為離散信號，為了在空間傳輸，經過D/A轉換單元6轉換為時域連續信號，通過射頻發射單元7進行上變頻，經發射天線8輻射至電磁波傳輸介質中。
本發明移動終端發射機部分的原理，參見圖4某用戶RACH信號發生器1產生的長度為M的CAZAC信號 l＝1，2，...，K n＝0，1，2，...，M-1(1) 經過M點的傅立葉變換單元2后，得到頻域信號為 k＝0，1，2，...，M-1 (2) 被分配的子載波序號為，通過子載波映射成為長度為N的序列sm(k)，其中，(·)T為轉置運算，其中
經過N點的逆傅立葉變換單元4后，得到時域信號s(n) 這里采用IFFT算法；然后信號通過并/串轉換單元5成為串行數據，通過D/A轉換單元6轉換為時域連續信號，最后經過射頻發射單元7進行上變頻，從發射天線8發射。
實施例2，基站接收機，用于實現LTE上行鏈路隨機接入方法，參見圖5。基站接收機用于接收RACH，由接收天線9、射頻接收單元10、A/D轉換單元11、串/并轉換單元12、傅立葉變換單元13、子載波解映射單元14、由K個相關器組成的相關檢測單元15和門限檢測判決單元16組成； 基站接收機中接收天線9接收到發射的信號，首先由射頻接收單元10進行下變頻，再通過A/D轉換單元11進行采樣，得到基帶信號，通過串/并轉換單元12得到N路并行數據后，經過傅立葉變換單元變換13得到N路頻域信號，通過頻域進行檢測。首先要按照子載波分配表，由子載波解映射單元14進行子載波解映射，恢復發送信號的基帶頻域信號，然后通過相關檢測單元15進行檢測；相關檢測單元15的實質是由K個相關器組成的相關檢測器，發送的基帶頻域信號與本地的K個碼元分別作相關運算，檢測每個相關運算后的信號的功率，然后通過門限檢測判決單元16進行門限檢測，一旦檢測的功率大于一個預先定義的門限值，RACH前導就被檢測到。
本發明基站接收機部分的實質是對接收信號進行多載波解調并且進行相關檢測的用戶接入過程。
相關檢測單元15的原理描述在前導序列的設計上要采用具有良好自相關性而互相關性較低的序列，來提高檢測性能。在隨機接入的過程中牽扯到多個用戶的競爭資源，會存在一個碰撞的問題，它將直接影響到用戶的接入成功率和系統的資源分配。基站采用相關算法實現接入碰撞的檢測。基站所采用的相關參考碼組與本小區當前可用的前導碼組相同。基站將同一時刻所接收到的多個用戶的前導碼迭加信號與參考信號進行相關運算，通過相關峰值的檢測，實現接入碰撞判定。其基本思想是根據接收到的相關序列的功率來判斷所有可能的序列，來接入用戶；相關運算可以在時域或頻域完成，但在時域進行會增加計算的復雜度。本發明采用頻域檢測的方法。
檢測的基本思想是根據接收到的序列和所有可能的序列的做相關運算后來檢測接收到的功率。一旦檢測的功率大于一個預先定義的門限值，RACH前導就被檢測到。很容易看到門限的選擇決定了檢測性能。在性能評估上采用錯誤檢測概率和虛警概率，其定義為 錯誤檢測概率＝Pr(信號沒有被檢測到|RACH信號已傳輸)
權利要求
1.一種上行鏈路隨機接入方法，應用于第三代移動通訊長期演進系統，其特征在于，該方法包含以下步驟
步驟一通過在時域上分成數個時隙，將總的用戶分成數個用戶組，各用戶組分時隙接入系統；
步驟二在每個時隙上把整個系統頻率帶寬分成多個隨機接入信道RACH帶寬；
步驟三在每個RACH帶寬中，多個用戶以正交或偽正交的RACH前導序列碼接入系統。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟二中，RACH帶寬采用固定式載波分配方式。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟三中，每個RACH帶寬中的用戶以滿足自相關性要求的不同序列接入系統。
4.按照權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述的RACH前導采用Zadoff-Chu CAZAC序列。
5.按照權利要求4所述的方法，其特征在于所述的RACH前導所用的符號采用與上行業務信道兼容的發射方式。
6.按照權利要求1、2、3或5所述的方法，其特征在于所述的RACH前導的長度可以根據小區半徑的接入需要進行擴展。
7.按照權利要求1、2、3或5所述的方法，其特征在于相鄰小區的RACH占用不同的頻率資源。
8.一種用于實現權利要求1所述的方法的移動終端發射機，其特征在于，所述的移動終端發射機包括
RACH信號發生器(1)，用于產生RACH信號；
傅立葉變換單元(2)，與RACH信號發生器(1)相連，用于將其產生的RACH信號進行傅立葉變換，得到頻域信號；
子載波映射單元(3)，與傅立葉變換單元(2)相連，用于進行子載波映射，將所述頻域信號調制到子載波上；
逆傅立葉變換單元(4)，與子載波映射單元(3)相連，用于對所述子載波進行逆傅立葉變換，形成多路并行的時域信號；
并/串轉換單元(5)，與逆傅立葉變換單元(4)相連，用于將所述多路并行的時域信號轉換為一路串行時域信號；
D/A轉換單元(6)，與并/串轉換單元(5)相連，用于將所述串行時域信號由時域離散信號轉換為時域連續信號；
射頻發射單元(7)，與D/A轉換單元(6)相連，用于對所述連續信號進行上變頻；及
發射天線(8)，與射頻發射單元(7)相連，用于將上變頻后的信號發射。
9.一種利用權利要求8所述的移動終端發射機發射RACH的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟
步驟一產生一個RACH信號；
步驟二對所述信號進行傅立葉變換，得到頻域信號；
步驟三進行子載波映射，將所述頻域信號調制到相應的子載波上；
步驟四對所述子載波進行逆傅立葉變換，形成多路并行的時域信號；
步驟五將所述多路并行的時域信號轉換成一路串行的時域信號；
步驟六將所述串行信號進行D/A轉換，得到時域連續信號；
步驟七對所述時域連續信號進行上變頻后發射。
10.按照權利要求9所述的方法，其特征在于所述步驟三中，子載波映射采用固定式載波分配方式。
11.按照權利要求9所述的方法，其特征在于所述步驟四中，逆傅立葉變換采用快速傅立葉變換算法。
12.一種用于實現權利要求1所述的方法的基站接收機，其特征在于，所述的基站接收機包括
接收天線(9)，用于接收移動終端發射的射頻信號；
射頻接收單元(10)，與接收天線(9)相連，用于對接收到的信號進行下變頻，得到基帶信號；
A/D轉換單元(11)，與射頻接收單元(10)相連，用于將下變頻后的信號轉換成離散信號；
串/并轉換單元(12)，與A/D轉換單元(11)相連，用于將所述離散信號由串行信號轉換為多路并行信號；
傅立葉變換單元(13)，與串/并轉換單元(12)相連，用于對所述的多路并行信號進行傅立葉變換，得到頻域信號，完成多載波的解調；
子載波解映射單元(14)，與傅立葉變換單元(13)相連，用于將解調得到的信號恢復為傳送的信號；
相關檢測單元(15)，與子載波映射單元(14)相連，用于將所恢復的信號與本地的碼元進行相關運算；及
門限檢測判決單元(16)，與相關檢測單元(15)相連，用于對相關運算的結果進行門限檢測判決。
13.一種利用權利要求12所述的基站接收機接收RACH的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟
步驟一接收移動終端發射的射頻信號；
步驟二將所述射頻信號進行下變頻，得到基帶信號；
步驟三將所述基帶信號進行A/D轉換，得到離散信號；
步驟四將所述離散信號由串行信號變成多路并行信號；
步驟五對所述并行信號進行傅立葉變換，得到頻域信號，完成多載波的解調；
步驟六將所述頻域信號通過子載波解映射恢復為傳送的信號；
步驟七將所述恢復的信號與本地的碼元進行相關運算；
步驟八對所述的相關運算的結果進行檢測判決，當檢測的功率大于一個預先定義的門限值時，RACH前導被檢測到，從而完成用戶的接入。
14.按照權利要求13所述的方法，其特征在于所述步驟五中，傅立葉變換采用快速傅立葉算法。
全文摘要
一種上行鏈路隨機接入方法及實現裝置和方法，應用于第三代移動通訊長期演進系統，其思路是在RACH設計上采用時分復用和頻分復用結合、RACH前導采用多個碼字相結合；相對于單獨的頻分復用、時分復用和碼分復用方式，本發明的技術方案可以獲得更大的接入用戶數目，減小多用戶之間的干擾和多小區間的干擾，而且可以使用較少的相關器，并降低序列設計的復雜度。
文檔編號H04L25/03GK101166352SQ20061013915
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月18日 優先權日2006年10月18日
發明者張峻峰 申請人:中興通訊股份有限公司