一种随机接入的方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，特别是指一种随机接入的方法及装置。

背景技术：

对于高频段(载频大于6ghz)移动通信网络，基站和终端都需要使用高度指向性的波束并且要相互对准。以维持链路的高增益性。通常对于连接态的移动台，利用参考信息可以估计波束的质量从而找到最佳的波束匹配方向，并通过控制信令把测量报告，例如波束索引，发送给基站，跟踪波束方向来维持波束赋形的增益。然而，有些情况，初始的波束方向可能是随机的，如初始接入网络、从无线链路失败恢复以及发起切换，具体点来说，移动台因为上述时间发起随机接入时，最佳的发送和接收波束对并不能提前知道。

对于高频段终端随机接入，不同与低频段终端，需要采用波束赋形来补偿信号大尺度衰落，目前还没有比较完善的方案。

对于高频段移动网络，毫无疑问，需要波束赋形增益来弥补传播路径损耗，这需求对于连接态的数据传输、公共信号传输以及随机接入信号传输都是一致的。由于最佳的波束匹配方向是不可知的，移动台只能在多个波束方向都发送随机接入前导码(rachpreamble)，期望接收端尝试找到对准波束，从而在多个波束中找到一个波束能实现高增益的波束赋形增益。这个思路是比较直观和容易想到的。首先，终端在多个方向上重复发送rachpreamble，尽量覆盖到大部分方向；基站在所有方向上尝试接收，检测到前导码并确认最佳的发送波束索引和接收波束索引。然而rach流程的后续步骤就可以采用最佳的发送和接收波束对，从而对准了波束达到最大的增益。但这个方案存在较大问题，在第一步中多个preamble的波束方向覆盖所有的方向中只有少数能实现高波束赋形增益，也就是说大部分的preamble发送波束和接收波束是对不准的，这会导致rachpreambleduration会需要非常的长，会对初始接入，rlf恢复， 切换，tdd小区吞吐量和波束调度都会产生很大的负面影响，造成该方案无法使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种随机接入的方法及装置，解决了现有技术中高频段终端随机接入采用波束赋形来补偿信号大尺度衰落时发送波束和接收波束总是对不准导致随机接入时延较长的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种随机接入的方法，包括：

检测基站发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向；

根据所述小区同步信号的来波方向，确定随机接入信号的目标发送方向；

在所述目标发送方向上发送所述随机接入信号；

接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上发送的确认信号，接入所述基站。

其中，检测基站发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向的步骤为：

检测基站利用宽波束发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向。

其中，所述根据所述小区同步信号的来波方向，确定随机接入信号的目标发送方向的步骤为：

时分双工条件下，确定所述小区同步信号的来波方向为所述随机接入信号的目标发送方向；或者，

频分双工条件下，统计不同频段上的小区同步信号的来波方向，确定不同频段的随机接入信号的目标发送方向；或者，

全双工条件下，确定所述小区同步信号的来波方向为所述随机接入信号的目标发送方向。

其中，所述在所述目标发送方向上发送所述随机接入信号的步骤包括：

在所述目标发送方向上利用宽波束发送所述随机接入信号；或者，

在所述目标发送方向上利用最优波束发送所述随机接入信号。

其中，所述接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上发送的确定信 号，接入所述基站的步骤包括：

接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上利用窄波束发送的确认信号；

根据确认信号，确认接入所述基站。

其中，所述接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上发送的确认信号，接入所述基站之后，所述方法还包括：

利用窄波束与所述基站进行数据传输。

本发明实施例还提供一种随机接入的方法，包括：

发送小区同步信号；

检测终端基于所述小区同步信号的来波方向确定随机接入信号的目标发送方向后在所述目标发送方向上发送的随机接入信号，确定所述随机接入信号的来波方向；

在所述随机接入信号的来波方向上发送确认信号，确认所述终端的接入。

其中，所述发送小区同步信号的步骤包括：

利用宽波束发送小区同步信号。

其中，所述在所述随机接入信号的来波方向上发送确认信号的步骤包括：

在所述随机接入信号的来波方向上利用窄波束发送确认信号。

其中，所述在所述随机接入信号的来波方向上发送确认信号之后，所述方法还包括：

利用窄波束与所述终端进行数据传输。

本发明实施例还提供一种随机接入的装置，包括：

同步信号检测模块，用于检测基站发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向；

发送方向确定模块，用于根据所述小区同步信号的来波方向，确定随机接入信号的目标发送方向；

接入信号发送模块，用于在所述目标发送方向上发送所述随机接入信号；

接收模块，用于接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上发送的确认信号，接入所述基站。

其中，所述同步信号检测模块包括：

同步信号检测子模块，用于检测基站利用宽波束发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向。

其中，所述发送方向确定模块包括：

第一发送方向确定子模块，用于时分双工条件下，确定所述小区同步信号的来波方向为所述随机接入信号的目标发送方向；或者，

第二发送方向确定子模块，用于频分双工条件下，统计不同频段上的小区同步信号的来波方向，确定不同频段的随机接入信号的目标发送方向；或者，

第三发送方向确定子模块，用于全双工条件下，确定所述小区同步信号的来波方向为所述随机接入信号的目标发送方向。

其中，所述接入信号发送模块包括：

第一接入信号发送子模块，用于在所述目标发送方向上利用宽波束发送所述随机接入信号；或者，

第二接入信号发送子模块，用于在所述目标发送方向上利用最优波束发送所述随机接入信号。

其中，所述接收模块包括：

接收单元，用于接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上利用窄波束发送的确认信号；

接入单元，用于根据确认信号，确认接入所述基站。

其中，所述装置还包括：

第一数据传输模块，用于利用窄波束与所述基站进行数据传输。

本发明实施例还提供一种随机接入的装置，包括：

第一发送模块，用于发送小区同步信号；

检测模块，用于检测终端基于所述小区同步信号的来波方向确定随机接入信号的目标发送方向后在所述目标发送方向上发送的随机接入信号，确定所述随机接入信号的来波方向；

第二发送模块，用于在所述随机接入信号的来波方向上发送确认信号，确认所述终端的接入。

其中，所述第一发送模块包括：

第一发送子模块，用于利用宽波束发送小区同步信号。

其中，所述第二发送模块包括：

第二发送子模块，用于在所述随机接入信号的来波方向上利用窄波束发送确认信号。

其中，所述装置还包括：

第二数据传输模块，用于利用窄波束与所述终端进行数据传输。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：

本发明实施例的随机接入的方法及装置中，终端根据基站发送的小区同步信号获知最佳的来波方向，从而根据最佳的来波方向确定随机接入信号的目标发送方向；基站则在随机接入信号的来波方向上发送确认信号，从而使得基站和终端对于对端的来波方向测量更加准确，从而解决随机接入的时延问题，提升终端随机接入的效率。

附图说明

图1表示本发明的第一实施例提供的随机接入的方法的基本步骤流程图；

图2表示本发明的第二实施例提供的随机接入的方法的基本步骤流程图；

图3表示本发明实施例提供的高频段基站和终端的位置示意图；

图4表示本发明的第三实施例提供的随机接入的装置的结构图；

图5表示本发明的第五实施例提供的随机接入的装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

需要说明的是，本发明实施例提供的随机接入的方法具体是指终端随机接入高频段基站的方法，故该随机接入的方法主要涉及终端侧和基站侧两方面的方法，为了更清楚的描述该随机接入的方法本发明实施例分别从终端侧和基站侧对随机接入的方法进行描述。具体的，如图3所示的高频段基站和终端，基站的覆盖范围分为6个扇区，每个扇区60度，控制信道以及专用信道均采用波束赋形，同时，终端也采用波束赋形技术，以保证小区覆盖以及链路性能。

第一实施例

如图1所示，本发明的第一实施例提供终端侧的随机接入的方法，该随机接入的方法，包括：

步骤11，检测基站发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向；

步骤12，根据所述小区同步信号的来波方向，确定随机接入信号的目标发送方向；

步骤13，在所述目标发送方向上发送所述随机接入信号；

步骤14，接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上发送的确认信号，接入所述基站。

本发明的第一实施例中，终端检测基站发送的下行小区同步信号，可获得下行信号的最佳来波方向，即小区同步信号的来波方向。终端则能够根据小区同步信号的来波方向确定终端需要发送的随机接入信号的目标发送方向，从而在目标发送方向上发送该随机接入信号，基站在检测到该随机接入信号之后，检测到终端的来波方向，即随机接入信号的来波方向，则基站在此来波方向上向终端发送确认信号，告知终端已成功接入基站；且终端可在随机接入信号的来波方向上采用窄波束对准终端进行波束赋形，从而提升终端随机接入的概率。

具体的，本发明的第一实施例中，步骤11为：

步骤111，检测基站利用宽波束发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向。

本发明实施例中，基站首先采用低维度的宽波束赋形发送小区同步信号，是基于小区覆盖性能考虑。通过宽波束、轮流发送小区同步信号，相比于窄波束，在扇区内的终端可以更快地检测到有效同步信号。比如，扇区为60度，半功率波束宽度(hpbw)为20度，则覆盖扇区周期为3；而若采用半功率波束宽度为10度，则覆盖扇区周期为6。显然，宽波束在具有一定增益的前提下，更适于终端检测同步信号以及来波方向。

具体的，本发明的第一实施例中，步骤12为：

步骤121，时分双工条件下，确定所述小区同步信号的来波方向为所述随机接入信号的目标发送方向；或者，

步骤122，频分双工条件下，统计不同频段上的小区同步信号的来波方向， 确定不同频段的随机接入信号的目标发送方向；或者，

步骤123，全双工条件下，确定所述小区同步信号的来波方向为所述随机接入信号的目标发送方向。

本发明的上述实施例中针对不同的双工方式提供不同的处理方法。具体的，当基站和终端采用时分双工tdd方式下，根据tdd信道互易性，终端将检测到的小区同步信号的来波方向作为上行随机接入信号的目标发送方向；当基站和终端采用频分双工fdd方式下，由于高频段小区覆盖范围小，直射径较强或反射径概率比较大，则终端检测到下行小区同步信号的来波方向，并进行统计，可以获得不同频段上的上行随机接入信号的目标发送方向；而在满足系统同频干扰抑制的前提下，基站和终端也可以在全双工条件下进行工作，与tdd方式类似，终端将检测到的小区同步信号的来波方向作为上行随机接入信号的目标发送方向。

具体的，本发明的第一实施例中步骤13包括：

步骤131，在所述目标发送方向上利用宽波束发送所述随机接入信号；或者，

步骤132，在所述目标发送方向上利用最优波束发送所述随机接入信号。

本发明的上述实施例中，为了保证随机接入信号的发送功率，终端采用波束赋形的方式发送；具体的，分为两种情况，第一种情况：终端的天线振元数量较多，可以将有效波束宽度进行分级，首先选择低维度的宽波束，提高发送信号增益；第二种情况：终端的天线阵元数量较少，则直接以终端的天线阵列所能支持的最优(或最窄)波束来发送信号。且与上述步骤11中基站发送小区同步信号时采用宽波束的考虑一致，终端采用宽波束来发送随机接入信号，也有利于基站来检测到信号。

具体的，本发明的第一实施例中，步骤14包括：

步骤141，接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上利用窄波束发送的确认信号；

步骤142，根据确认信号，确认接入所述基站。

本发明的上述实施例中，基站检测到随机接入信号的来波方向后，在该来波方向上发送确认信号，从而使得终端接入所述基站。

在终端和基站进行随机接入的信息交互之后，对于来波方向测量也更加准 确，此时采用窄波束能够有利于保证数据通信时较好的链路质量。即步骤14之后，所述方法还包括：

步骤15，利用窄波束与所述基站进行数据传输。

本发明的第一实施例提供的随机接入的方法通过小区同步信号确认下行来波方向，并通过随机接入信号确认上行来波方向，从而使得基站和终端在接入过程中，获取最佳波束赋形方向，之后双方的数据传输可先验性的以最优(或最窄)波束来进行，保证了数据链路的性能；且该随机接入的方法在高频段下接入时延低，实用性强。

第二实施例

如图2所示，本发明的第二实施例提供基站侧的随机接入的方法，该随机接入的方法包括：

步骤21，发送小区同步信号；

步骤22，检测终端基于所述小区同步信号的来波方向确定随机接入信号的目标发送方向后在所述目标发送方向上发送的随机接入信号，确定所述随机接入信号的来波方向；

步骤23，在所述随机接入信号的来波方向上发送确认信号，确认所述终端的接入。

本发明的上述实施例中，终端检测基站发送的下行小区同步信号，可获得下行信号的最佳来波方向，即小区同步信号的来波方向。终端则能够根据小区同步信号的来波方向确定终端需要发送的随机接入信号的目标发送方向，从而在目标发送方向上发送该随机接入信号，基站在检测到该随机接入信号之后，检测到终端的来波方向，即随机接入信号的来波方向，则基站在此来波方向上向终端发送确认信号，告知终端已成功接入基站；且终端可在随机接入信号的来波方向上采用窄波束对准终端进行波束赋形，从而提升终端随机接入的概率。

具体的，本发明的第二实施例中步骤21包括：

步骤211，利用宽波束发送小区同步信号。

本发明实施例中，基站首先采用低纬度的宽波束赋形发送小区同步信号，是基于小区覆盖性能考虑。通过宽波束、轮流发送小区同步信号，相比于窄波束，在扇区内的终端可以更快地检测到有效同步信号。比如，扇区为60度，半 功率波束宽度(hpbw)为20度，则覆盖扇区周期为3；而若采用半功率波束宽度为10度，则覆盖扇区周期为6。显然，宽波束在具有一定增益的前提下，更适于终端检测同步信号以及来波方向。

具体的，本发明的第二实施例中步骤23包括：

步骤231，在所述随机接入信号的来波方向上利用窄波束发送确认信号。

本发明的上述实施例中，由于已经确认随机接入信号的来波方向，即为基站的最佳波束赋形方向，则此时利用窄波束来发送确认信号有利于提高波束赋形效率，从而提升终端随机接入的概率。

在终端和基站进行随机接入的信息交互之后，对于来波方向测量也更加准确，此时采用窄波束能够有利于保证数据通信时较好的链路质量。即步骤23之后，所述方法还包括：

步骤24，利用窄波束与所述终端进行数据传输。

本发明的第二实施例提供的随机接入的方法通过小区同步信号确认下行来波方向，并通过随机接入信号确认上行来波方向，从而使得基站和终端在接入过程中，获取最佳波束赋形方向，之后双方的数据传输可先验性的以最优(或最窄)波束来进行，保证了数据链路的性能；且该随机接入的方法在高频段下接入时延低，实用性强。

第三实施例

如图4所示，本发明的第三实施例提供一种随机接入的装置，包括：

同步信号检测模块41，用于检测基站发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向；

发送方向确定模块42，用于根据所述小区同步信号的来波方向，确定随机接入信号的目标发送方向；

接入信号发送模块43，用于在所述目标发送方向上发送所述随机接入信号；

接收模块44，用于接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上发送的确认信号，接入所述基站。

具体的，本发明的第三实施例中所述同步信号检测模块41包括：

同步信号检测子模块，用于检测基站利用宽波束发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向。

具体的，本发明的第三实施例中所述发送方向确定模块42包括：

第一发送方向确定子模块，用于时分双工条件下，确定所述小区同步信号的来波方向为所述随机接入信号的目标发送方向；或者，

第二发送方向确定子模块，用于频分双工条件下，统计不同频段上的小区同步信号的来波方向，确定不同频段的随机接入信号的目标发送方向；或者，

第三发送方向确定子模块，用于全双工条件下，确定所述小区同步信号的来波方向为所述随机接入信号的目标发送方向。

具体的，本发明的第三实施例中所述接入信号发送模块43包括：

第一接入信号发送子模块，用于在所述目标发送方向上利用宽波束发送所述随机接入信号；或者，

第二接入信号发送子模块，用于在所述目标发送方向上利用最优波束发送所述随机接入信号。

具体的，本发明的第三实施例中所述接收模块44包括：

接收单元，用于接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上利用窄波束发送的确认信号；

接入单元，用于根据确认信号，确认接入所述基站。

具体的，本发明的第三实施例中所述装置还包括：

第一数据传输模块，用于利用窄波束与所述基站进行数据传输。

需要说明的是，本发明实施例提供的随机接入的装置是应用上述第一实施例提供的随机接入的方法的随机接入的装置，则第一实施例提供的随机接入的方法的所有实施例均适用于该第三实施例提供的随机接入的装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

第四实施例

本发明的第四实施例提供一种随机接入的装置，包括：处理器；以及通过总线接口与所述处理器相连接的存储器，所述存储器用于存储所述处理器在执行操作时所使用的程序和数据，当处理器调用并执行所述存储器中所存储的程序和数据时，实现如下的功能模块：

同步信号检测模块，用于检测基站发送的小区同步信号，确定所述小区同步信号的来波方向；

发送方向确定模块，用于根据所述小区同步信号的来波方向，确定随机接入信号的目标发送方向；

接入信号发送模块，用于在所述目标发送方向上发送所述随机接入信号；

接收模块，用于接收所述基站在所述随机接入信号的来波方向上发送的确认信号，接入所述基站。

需要说明的是，本发明实施例提供的随机接入的装置是应用上述第一实施例提供的随机接入的方法的随机接入的装置，则第一实施例提供的随机接入的方法的所有实施例均适用于该第四实施例提供的随机接入的装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

第五实施例

如图5所示，本发明的第五实施例提供一种随机接入的装置，包括：

第一发送模块51，用于发送小区同步信号；

检测模块52，用于检测终端基于所述小区同步信号的来波方向确定随机接入信号的目标发送方向后在所述目标发送方向上发送的随机接入信号，确定所述随机接入信号的来波方向；

第二发送模块53，用于在所述随机接入信号的来波方向上发送确认信号，确认所述终端的接入。

具体的，本发明的第五实施例中所述第一发送模块51包括：

第一发送子模块，用于利用宽波束发送小区同步信号。

具体的，本发明的第五实施例中所述第二发送模块53包括：

第二发送子模块，用于在所述随机接入信号的来波方向上利用窄波束发送确认信号。

具体的，本发明的第五实施例中所述装置还包括：

第二数据传输模块，用于利用窄波束与所述终端进行数据传输。

需要说明的是，本发明实施例提供的随机接入的装置是应用上述第二实施例提供的随机接入的方法的随机接入的装置，则第二实施例提供的随机接入的方法的所有实施例均适用于该第五实施例提供的随机接入的装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

第六实施例

本发明的第六实施例提供一种随机接入的装置，包括：处理器；以及通过总线接口与所述处理器相连接的存储器，所述存储器用于存储所述处理器在执行操作时所使用的程序和数据，当处理器调用并执行所述存储器中所存储的程序和数据时，实现如下的功能模块：

第一发送模块，用于发送小区同步信号；

检测模块，用于检测终端基于所述小区同步信号的来波方向确定随机接入信号的目标发送方向后在所述目标发送方向上发送的随机接入信号，确定所述随机接入信号的来波方向；

第二发送模块，用于在所述随机接入信号的来波方向上发送确认信号，确认所述终端的接入。

需要说明的是，本发明实施例提供的随机接入的装置是应用上述第二实施例提供的随机接入的方法的随机接入的装置，则第二实施例提供的随机接入的方法的所有实施例均适用于该第六实施例提供的随机接入的装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。