专利名称：一种时分双工系统的随机接入方法
技术领域：
本发明涉及移动通信系统中的随机接入技术，特别是指在高速数据传输的时分双工(TDD)系统中用户终端随机接入的方法。
背景技术：
时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统是基于时分双工(TDD)的技术，该系统采用在同一频率信道的不同时隙接收和传送数据。
如图1所示，TD-SCDMA的物理信道包含三层结构第一层为无线帧，第二层为子帧，第三层为时隙。具体的说，物理信道由若干个无线帧组成，一个无线帧为10ms，每个无线帧又分为连续两个5ms的子帧，每个子帧又包括七个业务时隙和三个特殊时隙。
如图2所示，在七个业务时隙中第0个时隙固定分配给下行，第1个时隙固定分配给上行，其余的时隙可以在上下行之间任意分配。斜线填充部分的三个特殊时隙分别为下行导频时隙(DwPTS)，上行导频时隙(UpPTS)，以及保护时隙(GP)。其中，DwPTS时隙用来发送下行同步码，完成下行同步；UpPTS时隙用来发送上行同步码，完成初始上行同步。在TDD系统中，共含有三十二种下行同步码序列，每个小区会使用其中一种，每个下行同步码序列对应八个不同的上行同步码序列(SYNC-UL)。
当用户终端处于空闲状态时，也就是与基站没有业务交互时，用户会保持下行同步并收听广播信息，并从当前使用的SYNC-DL得知其对应的八个SYNC-UL。随机接入是指移动通信系统中的用户终端，在没有专用资源的情况下，通过随机方式挤占系统公共资源向基站传输某些控制信息和小数据包的一种方式。
参见图3所示，TD-SCDMA系统用户终端随机接入的具体过程如下步骤301、基站向用户终端发送DwPTS，用户终端获得下行同步码后，根据下行同步码完成下行同步，然后根据上、下行同步码之间的对应关系，得到可以使用的上行同步码。
步骤302、用户终端随机选择一可用的UpPCH子信道。
步骤303、通过UpPCH子信道向基站发送上行同步码(SYNC-UL)。
步骤304、基站收到用户终端发送的上行同步码后，测量接收到的UpPCH的第一径时间与参考时间之间的偏差，估计出该用户对应的上行发送时间和发射功率的调整信息。
步骤305、基站通过快速物理接入信道(FPACH)通知用户发送随机接入信息的位置以及功率和时间调整参数信息。这里，FPACH中包括确认UpPCH的编号、当前帧相对确认UpPCH被检测到的子帧之间的帧号差、接收到UpPCH的开始位置、RACH消息的发射功率调整等信息。
步骤306、用户终端收到基站发送的FPACH后，根据调整参数信息，调整随机接入信息的发射功率和发送时间。
步骤307、用户终端在确定的位置、以调整后的功率和定时发送随机接入消息，即RACH消息。
上述过程中，上行同步码序列与FPACH之间，FPACH与随机接入信道资源之间的对应关系准则是预先约定的，所以发送RACH消息的位置是确定的。
为了进一步提高接入效率，可以预先设置UpPCH的最大发射次数、初始发射功率和功率攀升因子“Pow_Ramp_Step”等。
在上述过程中，用户终端首次发射是以初始发射功率来发射UpPCH，如果用户终端在预期时间内没有收到有效应答，用户终端则以攀升因子Pow_Ramp_Step为步长增加签名发射功率，并将签名重发计数器减1，如果计数器仍大于0，则返回到步骤303，再次发射，否则，向高层报告一次随机接入失败。当然，发射次数不能超过事先约定的最大发射次数。这里所述的签名是指上行同步码序列。
目前，人们对通信系统的要求是越来越高，而且已经不满足于通过个人计算机接入网络了，而是希望在任何地点都能够接收到诸如发送电子邮件、进行网络浏览和文件下载等数据业务。因此，无线通信系统从频分多址(FDMA)的模拟通信系统发展到第三代移动通信系统(3G)，支持的业务也逐渐从单纯的话音业务发展到现在的数据和话音的混和业务，直至高速的数据业务。传输数据时，对实时性的要求较低，但对数据传输质量的要求较高。因此，为了保证数据传输的质量，就必须将更多的资源用于传输数据，留给控制信息传输的资源较少。
发明内容
有鉴于此，在另一专利申请中提出了基于TDD系统的支持高速数据传输的系统，参见图6所示，在该系统中，将128个子帧作为一个控制周期，其中，最后八个子帧专门用来进行控制信息的集中传输。为了保证控制信息的准确传输，采用了高效的编码方式，将系统的控制信息集中传送，以减少传输控制资源占用的资源，优化高速数据传输系统。
基于上述系统设计，本发明提供了一种高速数据传输的时分双工系统的随机接入方法，以使用户终端能快速的完成随机接入，并提高无线数据系统的资源利用率。
一种时分双工系统的随机接入方法，应用于高速数据传输时分双工系统中，其特征在于，在每个控制周期内设置时间段T1、时间段T2和时间段T3，并且时间段T2设置于时间段T1之后，时间段T3设置于时间段T2之后，该方法还包括以下步骤A.每个用户终端获得网络侧发送的下行同步码，与网络侧建立下行同步；B.根据获得的下行同步码及下行同步码与上行同步码的对应关系获取对应的所有上行同步码，用户终端随机选取一个可使用的上行同步码，在时间段T1内利用所选的上行同步码向网络侧发送随机接入请求；C.网络侧收到用户终端发送的随机接入请求后，根据接收时间和功率，估计出对应用户终端的接入参数，在时间段T2内将估计出的所有接入用户的接入参数集中向所有用户终端广播；D.每个接入用户终端收到所有接入参数后，根据自己采用的上行同步码，判断其中是否含有自身对应的接入参数，如果没有，本次随机接入失败，返回步骤B，否则，取出自身对应的接入参数；根据自身对应的接入参数，在时间段T3内向网络侧发送随机接入信息。
预先设置一个用户终端发出随机接入请求次数的最大值；所述步骤B进一步包括用户终端判断发出随机接入请求的次数是否超过最大值，如果超过，随机接入请求失败，结束随机接入流程，否则，在时间段T1内，用户终端利用所选择的上行同步码向网络侧发送随机接入请求信息。
所述随机接入请求信息首次是以初始发射功率向网络侧发射的。
该方法进一步包括预先设置功率攀升因子，在首次随机接入失败后，用户在随后发送的随机接入请求时，每次都需要将发送功率增加一个功率攀升因子。
所述随机接入请求信息是用户终端通过随机选择的上行导频信道(UpPCH)发射的。
所述接入参数包括发送随机接入信道(RACH)消息的位置、时间调整和功率调整信息。
所述RACH消息的位置参数由网络侧动态指定。
用户终端利用每次随机选择的上行同步码向网络侧发送随机接入请求信息。
本发明的方法是在一个时间段内集中响应所有用户的随机接入请求，以实现在高速数据传输TDD系统中的用户随机接入，其具有以下的优点和特点1)本发明可以减少大量下行资源的占用，并且简单、可靠；2)本发明的方法将公共控制信息统一编码，并在时间段T2内集中发送，提高了公共控制信息的接收性能，增强了公共控制信息的纠错性能；3)本发明将一个控制周期内的随机接入请求信息集中限制在集中响应信息之前的时间段T1发送，并将用户随后发送的随机接入信息的位置限制在紧随集中响应信息之后的时间段T3内，以保证基站在用户发送的随机接入请求信息的基础上做出的关于用户发送的随机接入信息的定时调整和功率调整有效。
图1为TD-SCDMA系统中的物理信道结构示意图；图2为TD-SCDMA系统中子帧的结构示意图；图3为现有TD-SCDMA系统用户终端随机接入的流程示意图；图4为优化的高速数据传输系统中控制周期的示意图；图5为本发明实现用户终端随机接入的流程示意图；图6为高速数据传输系统的物理层帧结构示意图。
具体实施例方式
本发明的核心内容是在高速数据传输TDD系统中，在高速数据传输TDD系统中，在每个控制周期设置三个时间段，分别为时间段T1、时间段T2和时间段T3，所有发送随机接入请求的用户终端，将其对应的上行同步码在T1时间段发送；网络侧则在T2时间段集中发送对随机接入请求的响应；用户终端收到接入信息后，在下一个控制周期的T3时间段内，发出随机接入信息。这里，控制周期可以是大于帧长的一个时间段，并且，这三个时间段的设置应能保证网络侧回应的信息对指导用户接入信息的发送是有效的。
参见图5所示，实现本发明的方法包括以下步骤步骤501、每个用户终端获得网络侧发送的下行同步码，与网络侧建立下行同步；步骤502、根据获得的下行同步码及下行同步码与上行同步码的对应关系获取对应的所有上行同步码，用户终端随机选取一个可使用的上行同步码，在时间段T1内利用所选的上行同步码向网络侧发送随机接入请求；步骤503、网络侧收到用户终端发送的随机接入请求后，根据接收时间和功率，估计出对应用户终端的接入参数，在时间段T2内将估计出的所有用户的接入参数集中向所有用户终端广播；步骤504、每个接入用户终端收到所有接入参数后，根据自身的所用的上行同步码，判断其中是否含有自身对应的接入参数，如果没有，本次随机接入失败，返回步骤502，否则，取出自身对应的接入参数；根据自身对应的接入参数，在时间段T3内向网络侧发送随机接入信息。
下面从用户侧和网络侧分别描述本实施例进行随机接入的过程。
用户终端侧的处理过程是这样的a.设置签名重发计数器为M和签名发射功率为Sig_Init_Pow。
b.用户终端获得下行同步码后，根据下行同步码完成下行同步，然后根据上、下行同步码之间的对应关系，得到可以使用的上行同步码序列，并从中随机选取一个上行同步码序列。
c.在集中发射下行控制信息的时间段前的几帧内，从给定接入服务等级可用的UpPCH子信道中随机选择一个。
d.用选定的UpPCH子信道以签名发射功率发射一个签名，该签名即为上行同步码序列；当签名发射功率超过最大允许的值时，则以最大值发射该签名。
e.发射签名后，在紧随的发射下行公共控制信息的时间段内检测FPACH消息，以便获取网络确认。这里，需要判断FPACH消息是否是回应给本端的，以找出与该用户终端发射的UpPCH相关的FPACH，可由FPACH中包含的签名号得知。
如果在预期时间内没有检测到有效应答，则以攀升因子Pow_Ramp_Step为步长增加签名发射功率，并将签名重发计数器减1，如果计数器仍大于0，则返回到步骤c，在随后的控制周期内集中发射控制信息的时间段前的几帧内进行再次发射，否则，向高层报告一次随机接入失败；如果在预期时间内检测到有效应答，则按照FPACH中网络的指示设置时间和功率电平值，并在由相应FPACH指示的位置发送RACH消息。
网络侧的处理过程是这样的基站在接收一个有效签名后，测量接收到的UpPCH的第一径时间与参考时间之间的偏差，估计出对应用户终端发射时间和功率的调整参数，并在紧随接收到UpPCH的子帧后的集中发射下行控制信息的时间段内，通过相关FPACH将发送FPACH突发，确认检测到的签名。这里，FPACH中包括确认签名的编号、接收到UpPCH的开始位置、RACH消息的发射功率电平、RACH消息的发射位置等信息。由于一个控制周期内的所有用户终端的接入请求信息都是在一段集中的时间内回应的，不宜事先规定一种FPACH和PRACH资源之间的对应关系准则，所以，这里RACH消息的发射位置是由基站指定。
从上述过程可以看出，在重发次数不超过预先设置的最大值时，若用户发送接入请求失败，导致用户无法正确接到网络侧的响应信息，用户可以在下一个周期指定位置处发送接入请求，并且，当下一次发送接入请求时，增加发射功率。当然，下一次发送接入请求所用的签名及发送位置可以与本次不同。另外，网络侧响应用户的信息包括随机接入信息的发送位置、时间和功率设置等，这些回应信息可以与其它下行控制信息一起发送。
需要说明的是，对在规定的发送接入签名的T1时间段以外发送的接入请求，不采用上述过程处理。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1.一种时分双工系统的随机接入方法，应用于高速数据传输时分双工系统中，其特征在于，在系统中设定固定数目子帧对应的传输时段为一个控制周期，并在每个控制周期内设置时间段T1、时间段T2和时间段T3，并且时间段T2设置于时间段T1之后，时间段T3设置于时间段T2之后，该方法还包括以下步骤A.每个用户终端获得网络侧发送的下行同步码，与网络侧建立下行同步；B.根据获得的下行同步码及下行同步码与上行同步码的对应关系获取对应的所有上行同步码，用户终端随机选取一个可使用的上行同步码，在时间段T1内利用所选的上行同步码向网络侧发送随机接入请求；C.网络侧收到用户终端发送的随机接入请求后，根据接收时间和功率，估计出对应用户终端的接入参数，在时间段T2内将估计出的所有用户终端的接入参数集中向所有用户终端广播；D.每个接入用户终端收到所有接入参数后，根据自身所用的上行同步码，判断其中是否含有自身对应的接入参数，如果没有，本次随机接入失败，返回步骤B，否则，取出自身对应的接入参数；根据自身对应的接入参数，在时间段T3内向网络侧发送随机接入信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先设置一个用户终端发出随机接入请求次数的最大值；所述步骤B进一步包括用户终端判断发出随机接入请求的次数是否超过最大值，如果超过，随机接入请求失败，结束随机接入流程，否则，在下一个控制周期的时间段T1内，用户终端利用所选择的上行同步码向网络侧发送随机接入请求信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机接入请求信息首次是以初始发射功率向网络侧发射的。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括预先设置功率攀升因子，在首次随机接入失败后，用户在随后发送的随机接入请求时，每次都需要将发送功率增加一个功率攀升因子。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机接入请求信息是用户终端通过随机选择的上行导频信道(UpPCH)发射的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入参数包括发送随机接入信道(RACH)消息的位置、时间调整和功率调整信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述RACH消息的位置参数由网络侧动态指定。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用户终端利用每次随机选择的上行同步码向网络侧发送随机接入请求信息。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用户终端每次在随机选定的上行同步信道上向网络侧重新发送上行同步码。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制周期为大于帧长的时间段。
全文摘要
本发明公开了一种时分双工系统的随机接入方法，应用于高速数据传输系统，该方法还包括在每个控制周期设置三个时间段，分别为时间段T1、时间段T2和时间段T3，并且时间段T2设置于时间段T1之后，时间段T3设置于时间段T2之后，在高速数据传输TDD系统中，所有发送随机接入请求的用户终端，将其对应的上行同步码在T1时间段发送；网络侧则在T2时间段集中发送对随机接入请求的响应；用户终端收到接入响应后，根据其中含有的对应的接入信息在T3时间段内，发出随机接入信息。本发明通过在一时间段内集中响应用户的接入请求，实现随机接入，该方法可以有效利用下行控制信息占用的资源，并且简单、可靠。
文档编号H04W74/08GK1497882SQ0312134
公开日2004年5月19日 申请日期2003年3月26日 优先权日2002年10月23日
发明者陈月华, 周雷, 马莎 申请人:华为技术有限公司