專利名稱：一種上行鏈路隨機接入方法及實現(xiàn)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動終端接入技術(shù)，特別涉及第三代移動通訊長期演進系統(tǒng)中，上行鏈路隨機接入的方法及實現(xiàn)裝置和方法。

背景技術(shù)：
眾所周知，在蜂窩移動通信中在移動終端申請入網(wǎng)時，先向基站發(fā)送入網(wǎng)請求信息，再獲得上行鏈路的時間同步并且能夠接入網(wǎng)絡(luò)。在現(xiàn)有的LTE(第三代移動通訊長期演進系統(tǒng))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(xiàn)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(shù)目不能太多，且多小區(qū)間的干擾較大。
(2)CDM雖然可以抵抗多小區(qū)間的干擾，但接入的用戶數(shù)量也不足。


發(fā)明內(nèi)容
針對上述不足，本發(fā)明提出了一種新的隨機接入方法及實現(xiàn)裝置和方法，采用本發(fā)明的技術(shù)方案可以獲得更大的接入用戶數(shù)目，而且可以減小多用戶之間的干擾和多小區(qū)間的干擾。
本發(fā)明所采用的技術(shù)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(tǒng)，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(shù)個時隙，將總的用戶分成數(shù)個用戶組，各用戶組分時隙接入系統(tǒng)； 步驟二在每個時隙上把整個系統(tǒng)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(tǒng)。
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(guān)性要求的不同序列接入系統(tǒng)。
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(yè)務(wù)信道兼容的發(fā)射方式。
進一步地，上述RACH前導的長度可以根據(jù)小區(qū)半徑的接入需要進行擴展。
進一步地，上述相鄰小區(qū)的RACH占用不同的頻率資源。
實現(xiàn)上述方法的移動終端發(fā)射機，其特征在于，所述的移動終端發(fā)射機包括 RACH信號發(fā)生器(1)，用于產(chǎn)生RACH信號； 傅立葉變換單元(2)，與RACH信號發(fā)生器(1)相連，用于將其產(chǎn)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(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為一路串行時域信號； D/A轉(zhuǎn)換單元(6)，與并/串轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為時域連續(xù)信號； 射頻發(fā)射單元(7)，與D/A轉(zhuǎn)換單元(6)相連，用于對所述連續(xù)信號進行上變頻；及 發(fā)射天線(8)，與射頻發(fā)射單元(7)相連，用于將上變頻后的信號發(fā)射。
利用上述移動終端發(fā)射機發(fā)射RACH的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟 步驟一產(chǎn)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(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換，得到時域連續(xù)信號； 步驟七對所述時域連續(xù)信號進行上變頻后發(fā)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(xiàn)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(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換成離散信號； 串/并轉(zhuǎn)換單元(12)，與A/D轉(zhuǎn)換單元(11)相連，用于將所述離散信號由串行信號轉(zhuǎn)換為多路并行信號； 傅立葉變換單元(13)，與串/并轉(zhuǎn)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(diào)； 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(diào)得到的信號恢復為傳送的信號； 相關(guān)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(guān)運算；及 門限檢測判決單元(16)，與相關(guān)檢測單元(15)相連，用于對相關(guān)運算的結(jié)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(fā)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(zhuǎn)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(diào)； 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(guān)運算； 步驟八對所述的相關(guān)運算的結(jié)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(fā)明的優(yōu)點如下 (1)使用較少的相關(guān)器當RACH采用時分復用和頻分復用結(jié)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(shù)量的相關(guān)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(nèi)做相關(guān)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(guān)器少。
(2)可以降低序列設(shè)計的復雜度用戶分組后，分組中的用戶數(shù)相對較少，可以較易選得自相關(guān)性較好，互相關(guān)性較低的序列。
(3)可以減少多用戶間的干擾和多小區(qū)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(shù)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(qū)的情況下，每個小區(qū)中采用不同的碼字，可以減少多小區(qū)間的干擾。
(4)可以增加接入的用戶數(shù)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(qū)分不同的用戶，因此采用本發(fā)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(fā)明的上行鏈路隨機接入方法的原理圖。
圖2是本發(fā)明的RACH幀結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的RACH的子幀結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明的移動終端發(fā)射機框圖。
圖5是本發(fā)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(shù)據(jù)包信息和相關(guān)的控制信息。本發(fā)明是基于用戶分組的設(shè)計方法，其思路是RACH采用時分復用和頻分復用結(jié)合、RACH前導采用碼分復用，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
圖1是本發(fā)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(shù)個時隙，將總的用戶分成數(shù)個用戶組，各用戶組分時隙接入系統(tǒng)； 步驟二在每個時隙上把整個系統(tǒng)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(tǒng)。
本發(fā)明的RACH在不同系統(tǒng)帶寬下的接入情況如表1所示 表1
本發(fā)明有多種設(shè)計選擇方案，參數(shù)選取的不同，會得到不同的選擇。在上表中總結(jié)了一個設(shè)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(guān)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(jù)不同的帶寬可以變化。當系統(tǒng)帶寬大于10M時，RACH總的帶寬為10M。
LTE RACH結(jié)構(gòu)有以下的特點 (1)RACH符號的周期不同于上行義務(wù)調(diào)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(zhì)，RACH符號不應該加CP，如果加入CP，RACH序列的性質(zhì)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(qū)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(fā)明的RACH幀結(jié)構(gòu)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(fā)明的RACH的子幀結(jié)構(gòu)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(zhì)，RACH符號不應該加CP，如果加入CP，RACH序列的性質(zhì)就遭到破壞。
此外，對于不同的小區(qū)半徑，RACH帶寬需要的符號數(shù)目不同。如果小區(qū)的半徑小于5Km，RACH前導的周期在一個子幀周期內(nèi)。然而，如果小區(qū)的半徑超過5Km，就需要更多的子幀來承載RACH前導。
多小區(qū)重用隨機接入的方案如下考慮多個小區(qū)上，在每個小區(qū)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(qū)；為了減少多小區(qū)間的干擾，把CAZAC碼分成許多子集，把每個子集分給每個小區(qū)。CAZAC子集可以在臨近的小區(qū)重復利用，在這些小區(qū)中RACH占用不同的頻率資源。在同一個小區(qū)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(fā)射機，用于實現(xiàn)LTE上行鏈路隨機接入方法，參見圖4。移動終端發(fā)射機用于發(fā)射RACH，由RACH信號發(fā)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(zhuǎn)換單元5、D/A轉(zhuǎn)換單元6、射頻發(fā)射單元7和發(fā)射天線8組成； 移動終端發(fā)射機的工作步驟如下首先由RACH信號發(fā)生器1產(chǎn)生信號此為輸入信號，是長度為M的序列；經(jīng)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(jīng)過N點的逆傅立葉變換單元4，完成正交調(diào)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(fā)明的一般性；為了進行傳輸，信號經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換單元5，成為一路串行數(shù)據(jù)，這時數(shù)據(jù)為離散信號，為了在空間傳輸，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換單元6轉(zhuǎn)換為時域連續(xù)信號，通過射頻發(fā)射單元7進行上變頻，經(jīng)發(fā)射天線8輻射至電磁波傳輸介質(zhì)中。
本發(fā)明移動終端發(fā)射機部分的原理，參見圖4某用戶RACH信號發(fā)生器1產(chǎn)生的長度為M的CAZAC信號 l＝1，2，...，K n＝0，1，2，...，M-1(1) 經(jīng)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(zhuǎn)置運算，其中
經(jīng)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(zhuǎn)換單元5成為串行數(shù)據(jù)，通過D/A轉(zhuǎn)換單元6轉(zhuǎn)換為時域連續(xù)信號，最后經(jīng)過射頻發(fā)射單元7進行上變頻，從發(fā)射天線8發(fā)射。
實施例2，基站接收機，用于實現(xiàn)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(zhuǎn)換單元11、串/并轉(zhuǎn)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(guān)器組成的相關(guān)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(fā)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(zhuǎn)換單元11進行采樣，得到基帶信號，通過串/并轉(zhuǎn)換單元12得到N路并行數(shù)據(jù)后，經(jīng)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(fā)送信號的基帶頻域信號，然后通過相關(guān)檢測單元15進行檢測；相關(guān)檢測單元15的實質(zhì)是由K個相關(guān)器組成的相關(guān)檢測器，發(fā)送的基帶頻域信號與本地的K個碼元分別作相關(guān)運算，檢測每個相關(guān)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(fā)明基站接收機部分的實質(zhì)是對接收信號進行多載波解調(diào)并且進行相關(guān)檢測的用戶接入過程。
相關(guān)檢測單元15的原理描述在前導序列的設(shè)計上要采用具有良好自相關(guān)性而互相關(guān)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(tǒng)的資源分配?；静捎孟嚓P(guān)算法實現(xiàn)接入碰撞的檢測。基站所采用的相關(guān)參考碼組與本小區(qū)當前可用的前導碼組相同?；緦⑼粫r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(guān)運算，通過相關(guān)峰值的檢測，實現(xiàn)接入碰撞判定。其基本思想是根據(jù)接收到的相關(guān)序列的功率來判斷所有可能的序列，來接入用戶；相關(guān)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(fā)明采用頻域檢測的方法。
檢測的基本思想是根據(jù)接收到的序列和所有可能的序列的做相關(guān)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(quán)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(tǒng)，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(shù)個時隙，將總的用戶分成數(shù)個用戶組，各用戶組分時隙接入系統(tǒng)；
步驟二在每個時隙上把整個系統(tǒng)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(tǒng)。
2.按照權(quán)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(quán)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(guān)性要求的不同序列接入系統(tǒng)。
4.按照權(quán)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(quán)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(yè)務(wù)信道兼容的發(fā)射方式。
6.按照權(quán)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(jù)小區(qū)半徑的接入需要進行擴展。
7.按照權(quán)利要求1、2、3或5所述的方法，其特征在于相鄰小區(qū)的RACH占用不同的頻率資源。
8.一種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法的移動終端發(fā)射機，其特征在于，所述的移動終端發(fā)射機包括
RACH信號發(fā)生器(1)，用于產(chǎn)生RACH信號；
傅立葉變換單元(2)，與RACH信號發(fā)生器(1)相連，用于將其產(chǎn)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(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為一路串行時域信號；
D/A轉(zhuǎn)換單元(6)，與并/串轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為時域連續(xù)信號；
射頻發(fā)射單元(7)，與D/A轉(zhuǎn)換單元(6)相連，用于對所述連續(xù)信號進行上變頻；及
發(fā)射天線(8)，與射頻發(fā)射單元(7)相連，用于將上變頻后的信號發(fā)射。
9.一種利用權(quán)利要求8所述的移動終端發(fā)射機發(fā)射RACH的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟
步驟一產(chǎn)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(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換，得到時域連續(xù)信號；
步驟七對所述時域連續(xù)信號進行上變頻后發(fā)射。
10.按照權(quán)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(quán)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(xiàn)權(quán)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(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換成離散信號；
串/并轉(zhuǎn)換單元(12)，與A/D轉(zhuǎn)換單元(11)相連，用于將所述離散信號由串行信號轉(zhuǎn)換為多路并行信號；
傅立葉變換單元(13)，與串/并轉(zhuǎn)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(diào)；
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(diào)得到的信號恢復為傳送的信號；
相關(guān)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(guān)運算；及
門限檢測判決單元(16)，與相關(guān)檢測單元(15)相連，用于對相關(guān)運算的結(jié)果進行門限檢測判決。
13.一種利用權(quán)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(fā)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(zhuǎn)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(diào)；
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(guān)運算；
步驟八對所述的相關(guān)運算的結(jié)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(quán)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(xiàn)裝置和方法，應用于第三代移動通訊長期演進系統(tǒng)，其思路是在RACH設(shè)計上采用時分復用和頻分復用結(jié)合、RACH前導采用多個碼字相結(jié)合；相對于單獨的頻分復用、時分復用和碼分復用方式，本發(fā)明的技術(shù)方案可以獲得更大的接入用戶數(shù)目，減小多用戶之間的干擾和多小區(qū)間的干擾，而且可以使用較少的相關(guān)器，并降低序列設(shè)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(yōu)先權(quán)日2006年10月18日
發(fā)明者張峻峰 申請人:中興通訊股份有限公司