CN103582151A - 随机接入方法及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种随机接入方法及接收机，其中，随机接入方法包括：接收机开机后，进行小区搜索及下行同步获得时间基准；所述接收机获得自己与基站之间的距离；所述接收机根据所在系统的参数及负载情况选择随机接入格式；所述接收机获得所选择的随机接入格式支持的小区半径，若该小区半径小于所述距离，则计算出视距传输时延；所述接收机在所述时间基准的基础上，提前所述视距传输时延发送随机接入子帧。本发明通过预先估计接收机到基站的下行时延，用所估计的时延补偿下行传输时延，扩大了小区覆盖半径；另外，采用本发明的方案不需要修改现有协议，并且，完全兼容现有基站的处理方式。

Description

随机接入方法及接收机

技术领域

本发明涉及移动通讯领域，尤其涉及一种随机接入方法及接收机。

背景技术

在长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统中，随机接入技术是通信系统中用户设备接入控制的一项重要技术，接收机通过随机接入过程完成上行定时同步校正，用户功率调整和用户资源需求的申请。

LTE的上行随机接入前导使用的是ZC(Zadoff-Chu)序列的循环移位序列，随机接入前导码是基于ZC序列通过选取不同的循环移位(Ncs)衍生的。随机接入子帧由三部分组成，分别是循环前缀(CP)部分、随机接入前导序列和保护间隔(GT)部分，如图1所示。

根据小区覆盖的不同，所要求的CP长度不同，前导和GT长度也不同。现有LTE系统支持五种格式(Format)，分别是Format0-4，每种格式对应不同的小区覆盖。小区覆盖半径由序列的循环移位和GT共同决定。

首先，循环移位决定了小区边缘用户能否区分不同的循环移位窗，循环移位的选取必须保证，小区边缘用户的前导序列和本地序列相关峰值落在该循环移位对应的时间窗内，该时间窗的长度为T_Ncs；

$T_{\mathrm{Ncs}}=\frac{\mathrm{Ncs}}{\mathrm{Nzc}}\×T_{\mathrm{SEQ}}\×\frac{0.01s}{307200\mathrm{Ts}}$

其中，Nzc是ZC序列的长度，对于Format0-3，Nzc的取值为839，对于Format4，Nzc的取值为139。T_SEQ是RACH前导序列的采样点数目。

由Ncs决定的小区覆盖半径可以由下式得到，

CellRadius1＝0.5×T_Ncs×3×10⁵km/s

由于下行同步完成后，到达接收机的时间基准已经有D1的延时，接收机上发物理随机接入信道(PRACH)子帧到基站后，又有D2的延时，D＝D1≈D2，所以一个循环移位对应的时间窗T_Ncs要吸收两个延时2D，故所支持的小区半径要减半。

另外，小区半径也与GT有关，CP和GT的长度决定了小区边缘用户的随机接入信道(RACH)子帧不会干扰到后面的子帧。同样有上下行2D延时的问题，其计算公式如下：

$\mathrm{CellRadius}2=0.5\×\mathrm{GTnum}\×\frac{0.01s}{307200\mathrm{Ts}}\×3\×{10}^5\mathrm{km}/s$

其中，GTnum是保护间隔的采样点数目。

综上，小区半径由Ncs和GT长度共同决定：

CellRadius＝min(CellRadius 1，CellRadius2)

按照上述计算方法，分别计算Format 0～Format 4所支持的最大小区半径如表1所示：

表1不同格式支持的最大小区半径

Format格式	TCP	TSEQ	TGT	支持的小区半径
					Format 0	3168Ts	24576Ts	2976Ts	14.5km
Format 1	21024Ts	24576Ts	15840Ts	77km
					Format 2	6240Ts	2*24576Ts	6048Ts	30km
Format 3	21024Ts	2*24576Ts	21984Ts	100km
					Format 4	448Ts	4096Ts	614Ts	3km

极限情况，对于Format3而言，Ncs取839时，所支持小区的最大范围是100km，可以看出，现有LTE PRACH的五种格式均无法支持超过100km的超远覆盖，而对于航线的超远覆盖，需要支持超过100km甚至200km的覆盖。

发明内容

本发明实施例提供了一种随机接入方法及接收机，以解决现有技术无法支持超过100km的超远覆盖的问题。

本发明实施例提供了一种随机接入方法，该方法包括：

接收机开机后，进行小区搜索及下行同步获得时间基准；

所述接收机获得自己与基站之间的距离；

所述接收机根据所在系统的参数及负载情况选择随机接入格式；

所述接收机获得所选择的随机接入格式支持的小区半径，若该小区半径小于所述距离，则计算出视距传输时延；

所述接收机在所述时间基准的基础上，提前所述视距传输时延发送随机接入子帧。

优选地，所述接收机获得自己与基站之间的距离包括：

所述接收机利用定位系统获得该接收机的位置，根据基站位置分布图及获得的小区标识获得基站的位置，根据该接收机的位置和该基站的位置获得该接收机与该基站间的距离；或者

所述接收机根据路径损失模型、该基站的发射功率和该接收机的参考信号接收功率值获得该接收机与该基站间的距离。

优选地，所述接收机根据基站位置分布图及获得的小区标识获得基站的位置之前，所述方法还包括：

所述接收机在进行小区搜索及下行同步时获得小区标识。

优选地，所述接收机获得所选择的随机接入格式支持的小区半径之后，所述方法还包括：

若该小区半径大于所述距离，则将所述视距传输时延置为零。

优选地，所述方法应用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)的长期演进系统。

本发明实施例还提供了一种接收机，该接收机包括：

获得模块，用于开机后，进行小区搜索及下行同步获得时间基准；获得自己与基站之间的距离；

选择模块，用于根据所在系统的参数及负载情况选择随机接入格式；

计算模块，用于获得所选择的随机接入格式支持的小区半径，若该小区半径小于所述获得模块获得的所述距离，则计算出视距传输时延；

发送模块，用于在所述获得模块获得的所述时间基准的基础上，提前所述视距传输时延发送随机接入子帧。

优选地，所述获得模块，具体用于：

利用定位系统获得该接收机的位置，根据基站位置分布图及获得的小区标识获得基站的位置，根据该接收机的位置和该基站的位置获得该接收机与该基站间的距离；或者

根据路径损失模型、该基站的发射功率和该接收机的参考信号接收功率值获得该接收机与该基站间的距离。

优选地，所述获得模块，还用于在进行小区搜索及下行同步时获得小区标识。

优选地，所述计算模块，还用于：若该小区半径大于所述距离，则将所述视距传输时延置为零。

优选地，所述接收机应用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)的长期演进系统。

本发明实施例，通过预先估计接收机到基站的下行时延，用所估计的时延补偿下行传输时延，扩大了小区覆盖半径；另外，采用本发明实施例不需要修改现有协议，并且，完全兼容现有基站的处理方式。

附图说明

图1为现有的随机接入子帧的格式示意图；

图2为本发明随机接入方法实施例的流程图；

图3为本发明接收机实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图2所示，为本发明随机接入方法实施例的流程图，该方法包括：

步骤101、接收机开机后，进行小区搜索及下行同步获得时间基准T₀；

通过该步骤101还可以获得小区标识；

步骤102、计算接收机与基站之间的距离r，计算方式包括但不限于以下几种；

方式一、先采用已有定位系统，如GPS定位或北斗定位，获得接收机自身的位置，再根据基站位置分布图及小区ID确定基站的位置，最后计算接收机与基站之间的距离r；

方式二、采用计算路径损失的方式获得r；即根据路径损失模型，基站端发射功率，接收机的RSRP(Reference Signal Received Power，参考信号接收功率)值，计算r；

步骤103、根据所在的系统参数及负载情况，确定可选的Format格式；

步骤104、参照表1，如果r大于所选Format类型可支持的小区半径，则计算视距传输时延T；

如果所选Format类型可以支持距离为r的小区覆盖，令T＝0；

步骤105、接收机在时间基准T₀的基础上，提前T发送随机接入子帧，至此，完成了上行接入子帧的发送。

所提前的时延T可以补偿基站到UE的下行时延D1，此时，计算随机接入覆盖的小区半径时只需考虑上行时延D2，可以支持更大的小区覆盖。

另外，该方法可适用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)系统。

上述方法，通过预先估计接收机到基站的下行时延，用所估计的时延补偿下行传输时延，扩大了小区覆盖半径，另外，该方法可以保证现有协议不做修改，并且完全兼容现有基站的处理方式。

下面以LTE系统中随机接入的过程为例，举以下两个实施例进行具体说明：

实施例一

步骤201、接收机开机后，进行小区搜索及下行同步；

通过搜索主同步序列，接收机可以获得5ms的基准时间，然后通过搜索辅同步序列，接收机可以获得帧同步和物理层小区组，最后通过参考信号，接收机获得物理层小区ID(Identification标识)，至此完成了下行同步，获得时间基准T₀和小区ID；

步骤202、利用GPS定位系统，接收机获得自身的位置P₁，根据基站位置分布图及小区ID，获得基站位置P₂，通过r＝|P₁-P₂|，假设r＝200km；

步骤203、根据当前的系统参数和负载情况，选择随机接入格式为Format 3；

步骤204、对照表1，可知Format 3可支持的最大小区半径r₀＝100km，因为r＞r₀，则根据距离r计算视距传输时延T如下：

T＝r/(3.0×10⁵km/s)＝0.667ms；

步骤205、接收机在当前定时时刻T₀基础上，提前T＝0.667ms发射随机接入子帧，对于Format3格式，选择Ncs＝839，Nzc＝839，GTnum＝15840Ts，T_SEQ＝49152Ts计算随机接入覆盖半径如下：

$\mathrm{CellRadius}1=\frac{\mathrm{Ncs}}{\mathrm{Nzc}}\×T_{\mathrm{SEQ}}\×\frac{0.01s}{307200\mathrm{Ts}}\×3\×{10}^5\mathrm{km}/s=200\mathrm{km}$

$\mathrm{CellRadius}2=\mathrm{GTnum}\×\frac{0.01s}{307200\mathrm{Ts}}\×3\×{10}^5\mathrm{km}/s=215\mathrm{km}$

CellRadius＝min(CellRadius 1，CellRadius2)＝200km。

由此可见，随机接入提前T＝0.667ms发送，可以满足200km的超远覆盖。

实施例二

步骤301、接收机开机后，进行小区搜索及下行同步；

通过搜索主同步序列，接收机可以获得5ms的基准时间，然后通过搜索辅同步序列，接收机可以获得帧同步和物理层小区组，最后通过参考信号，接收机获得物理层小区ID(Identification标识)，至此完成了下行同步，获得时间基准T₀和小区ID；

步骤302、根据路径损失模型，基站端发射功率，接收机的参考信号接收功率(RSRP)值计算基站与接收机之间的距离；

以自由空间路径损耗模型为例，

L(dB)＝32.4478+20log₁₀(f)+20log₁₀(r)

其中，f表示频段(MHz)，f＝2100MHz，基站天线发射功率P_b＝50dBm，接收机的RSRP为P_RSRP＝-85dBm，则L(dB)＝P_b-P_RSRP＝135dB。根据上式，可以计算得到r＝64km；

步骤303、根据当前的系统参数和负载情况，选择随机接入格式为Format1；

步骤304、对照表1，可知，Format1可支持的最大小区半径为r₀＝77km，r＝64km，即r＜r₀，故令T＝0；

步骤305、因为T＝0，所以在T₀时刻发射随机接入子帧即可，选择Format1格式，Ncs＝839，Nzc＝839，GTnum＝15840Ts，T_SEQ＝24576Ts，计算随机接入覆盖半径如下：

$\mathrm{CellRadius}1=0.5\×\frac{\mathrm{Ncs}}{\mathrm{Nzc}}\×T_{\mathrm{SEQ}}\×\frac{0.01s}{307200\mathrm{Ts}}\×3\×{10}^5\mathrm{km}/s=120\mathrm{km}$

$\mathrm{CellRadius}2=0.5\×\mathrm{GTnum}\×\frac{0.01s}{307200\mathrm{Ts}}\×3\×{10}^5\mathrm{km}/s=77\mathrm{km}$

CellRadius＝min(CellRadius 1，CellRadius2)＝77km

由此可见，该随机接入方法，可以满足64km的小区覆盖。

如图3所示，为本发明接收机实施例的结构示意图，该接收机包括获得模块31、选择模块32、计算模块33和发送模块34，其中：

获得模块，用于开机后，进行小区搜索及下行同步获得时间基准；获得自己与基站之间的距离；

选择模块，用于根据所在系统的参数及负载情况选择随机接入格式；

计算模块，用于获得所选择的随机接入格式支持的小区半径，若该小区半径小于上述获得模块获得的距离，则计算出视距传输时延；

发送模块，用于在上述获得模块获得的上述时间基准的基础上，提前上述视距传输时延发送随机接入子帧。

另外，上述计算模块，还用于：若该小区半径大于上述距离，则将上述视距传输时延置为零。

其中，上述获得模块，具体用于：利用定位系统获得该接收机的位置，根据基站位置分布图及获得的小区标识获得基站的位置，根据该接收机的位置和该基站的位置获得该接收机与该基站间的距离；或者，根据路径损失模型、该基站的发射功率和该接收机的参考信号接收功率值获得该接收机与该基站间的距离。

为了使上述获得模块可以根据基站位置分布图及获得的小区标识获得基站的位置，上述获得模块，还用于在进行小区搜索及下行同步时获得小区标识。

上述接收机应用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)的长期演进系统。

另外，本发明还提供了一种包括上述接收机的终端。

上述接收机及终端，通过预先估计自己到基站的下行时延，用所估计的时延补偿下行传输时延，扩大了小区覆盖半径；另外，不需要修改现有协议，并且，完全兼容现有基站的处理方式。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种随机接入方法，其特征在于，该方法包括：

接收机开机后，进行小区搜索及下行同步获得时间基准；

所述接收机获得自己与基站之间的距离；

所述接收机根据所在系统的参数及负载情况选择随机接入格式；

所述接收机获得所选择的随机接入格式支持的小区半径，若该小区半径小于所述距离，则计算出视距传输时延；

所述接收机在所述时间基准的基础上，提前所述视距传输时延发送随机接入子帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述接收机获得自己与基站之间的距离包括：

所述接收机利用定位系统获得该接收机的位置，根据基站位置分布图及获得的小区标识获得基站的位置，根据该接收机的位置和该基站的位置获得该接收机与该基站间的距离；或者

所述接收机根据路径损失模型、该基站的发射功率和该接收机的参考信号接收功率值获得该接收机与该基站间的距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述接收机根据基站位置分布图及获得的小区标识获得基站的位置之前，所述方法还包括：

所述接收机在进行小区搜索及下行同步时获得小区标识。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述接收机获得所选择的随机接入格式支持的小区半径之后，所述方法还包括：

若该小区半径大于所述距离，则将所述视距传输时延置为零。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的方法，其特征在于：

所述方法应用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)的长期演进系统。

6.一种接收机，其特征在于，该接收机包括：

获得模块，用于开机后，进行小区搜索及下行同步获得时间基准；获得自己与基站之间的距离；

选择模块，用于根据所在系统的参数及负载情况选择随机接入格式；

计算模块，用于获得所选择的随机接入格式支持的小区半径，若该小区半径小于所述获得模块获得的所述距离，则计算出视距传输时延；

发送模块，用于在所述获得模块获得的所述时间基准的基础上，提前所述视距传输时延发送随机接入子帧。

7.根据权利要求6所述的接收机，其特征在于：

所述获得模块，具体用于：

利用定位系统获得该接收机的位置，根据基站位置分布图及获得的小区标识获得基站的位置，根据该接收机的位置和该基站的位置获得该接收机与该基站间的距离；或者

根据路径损失模型、该基站的发射功率和该接收机的参考信号接收功率值获得该接收机与该基站间的距离。

8.根据权利要求7所述的接收机，其特征在于：

所述获得模块，还用于在进行小区搜索及下行同步时获得小区标识。

9.根据权利要求6所述的接收机，其特征在于：

所述计算模块，还用于：若该小区半径大于所述距离，则将所述视距传输时延置为零。

10.根据权利要求6-9任一权利要求所述的接收机，其特征在于：

所述接收机应用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)的长期演进系统。

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