CN101394648B - 一种时分双工***中终端前导的发送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时分双工***中终端前导的发送方法，RACH信道只需较小保护时间，能够RACH信道的覆盖范围。所述方法包括以下步骤：(a)***配置时，确定随机接入RACH信道总的保护时间T_GT，并按到基站的距离远近将小区划分成N个由近到远的圆形或环形的区域；(b)终端在发送前导之前，判断出自己所处的区域，确定所在区域对应的前导发送时刻；(c)所述终端在确定的所述发送时刻发送所述前导。采用本发明所述方法，根据终端在小区中的位置范围来确定终端侧preamble发送起点的方法，不需要终端精确的估计它与基站之间的距离，且能够在保护时间总长度一定的条件下支持更大的覆盖范围。

Description

一种时分双工***中终端前导的发送方法

技术领域

本发明涉及数字通信领域，尤其涉及TDD(Time Division Duplex，时分双工)***中确定终端信号发送时间的方法。

背景技术

LTE(Long Term Evolution，长期演进)***定义了两类帧结构，其中第二类帧结构(如图1所示)对应于TD-SCDMA的长期演进，采用TDD模式。在第二类帧结构中，每个无线帧由两个半帧组成(halfframe)，每个半帧又分为若干个子帧(subframe)，其中子帧0(subframe 0)固定传下行数据；子帧1-6中前n个子帧用于传上行数据，后6-n个子帧用于传下行数据(1≤n≤6)，特殊时隙DwPTS(Downlink Pilot Time Slot，下行导频时隙)用于传输下行同步信息，GP(Guard Period，保护间隔)为保护带，UpPTS(Uplink Pilot Time Slot，上行导频时隙)用于传输上行同步信息。同时，为了扩大RACH(Random Access Channel，随机接入信道)的覆盖范围，1-6号子帧的前m个子帧也可以用来传上行同步信息，这时剩余的子帧中的前q个子帧用来传上行数据，后6-m-q个子帧用于传下行数据。

在LTE***中，终端(如手机)开机之后首先通过SCH(SynchronizationChannel，同步信道)进行下行同步，找到无线帧及子帧的接收起点和小区号(CellID)；然后检测BCH(Broadcast Channel，广播信道)获取***信息，包括RACH(Random Access Channel)信道的配制信息；最后通过RACH信道进行上行同步，完成接入***的工作。在上行同步的过程中，终端首先以下行同步时确定的无线帧及子帧的接收起点为基础找到RACH信道的位置，确定发送前导(preamble)的起点，然后从可用的序列中随机的选择一条作为preamble发送。基站对preamble进行检测以确定上行定时调整量，并将其发送给终端。终端根据这个定时调整量调整上行信号的发送时刻，实现上行的时间同步。

对于第二类帧结构，preamble的发送起点需要满足两个条件，即(1)保证preamble达到基站时不会对其它用户的上行数据子帧产生干扰；(2)preamble到达基站时不会受到其它基站DwPTS信号的干扰。第一个条件要求在终端处preamble的结束时刻与下一个上行数据子帧的开始位置之间有2R/C的时间间隔，其中R为小区半径，C为光速。对于第二个条件，如图2所示，中心位置的六边形表示目标小区，最外层的六边形表示第二层相邻小区，目标小区和第二层相邻小区中间的六边形表示第一层相邻小区，黑色实心圆点表示基站。如果假定各小区半径相等，且干扰主要来自第一层小区的基站，即第一层小区以外其它小区的干扰可以忽略，则要求在基站侧收到preamble的时刻与DwPTS时隙的结束时刻之间的时间间隔为2R/C。

为满足上述条件，可以有两种方法确定preamble的发送起点。第一个方法：在终端侧，保证preamble的起点与DwPTS时隙的结束时刻之间以及preamble的结束时刻与下一个上行数据子帧的开始时刻之间各自有2R/C的保护时间GT(Guard Time)，如图3所示。

第二种方法要求终端能够准确的估计出它与基站的距离，假定终端与基站之间的距离为X，则要求在终端侧，preamble的开始时刻与DwPTS的结束时刻之间有2(R-X)/C的第一保护时间(即等于2R/C-2X/C，其中，2R/C为相邻第一层小区基站的DwPTS信号到达目标基站的传输延时)；preamble的结束时刻与下一个上行数据子帧的开始时刻之间有2X/C的第二保护时间(即该终端和基站间信号单向传输延迟的两倍)，如图4所示。

对于第一种方法，需要总共预留4R/C的保护时间，浪费最大。对于第二种方法，总共只需要预留2R/C的保护时间，浪费最小，但需要终端能够准确的估计出它与基站之间的距离。通常，终端是很难准确的估计出它与基站之间的距离的，所以一般只能采取第一种方法来确定preamble的发送起点，此时RACH信道支持的小区半径可以表示为(T_RA-T_p)·C/4，其中T_p为preamble长度，T_RA为RACH信道的时隙长度，T_RA-T_p为RACH信道所能获得的最长的保护时间。通过上面的分析可以看出，由于第一种方法需要预留的保护时间最长，为4R/C，所以在T_p与T_RA一定(即保护时间总长度一定)的条件下，使用这种方法确定preamble起点，RACH信道的覆盖范围最短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种时分双工***中终端前导的发送方法，RACH信道只需较小保护时间，能够RACH信道的覆盖范围。

为了解决上述问题，本发明提供了一种时分双工***中终端前导的发送方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)***配置时，确定随机接入RACH信道总的保护时间T_GT，并按到基站的距离远近将小区划分成N个由近到远的圆形或环形的区域；

(b)终端在发送前导之前，判断出自己所处的区域，确定所在区域对应的前导发送时刻；

(c)所述终端在确定的所述发送时刻发送所述前导。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，步骤(b)中终端在所在区域对应的前导发送时刻时，假定该区域到基站的最近距离为X₁，最远距离为X₂，C为光速，R为小区半径，则：所述前导发送时刻与RACH信道时隙的起始时刻之间的第一保护时间大于等于2(R-X₁)/C；所述T_GT与任一区域中的所述第一保护时间之差，即所述前导的结束时刻与RACH信道时隙的结束时刻之间的第二保护时间大于等于根据该区域计算出的2X₂/C。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，步骤(a)划分时，所述N个区域到基站的最远距离与最近距离之差均相等；步骤(b)终端将RACH信道时隙的起始时刻加上T_GT*(N+1-i)/(N+1)，作为所述前导发送时刻，所述i为按到基站距离由远至近对各区域从1开始依次编号得到的区域序号，1≤i≤N。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，步骤(a)划分时，所述N个区域到基站的最远距离与最近距离之差均相等，并以RACH信道起始时刻为起点长度等于所述T_GT的时间段均分为N+1个保护子段；步骤(b)中，所述终端确定的前导发送时刻第N+1-i个保护子段的结束时刻，所述i为按到基站距离由远至近对各区域从1开始依次编号得到的区域序号，1≤i≤N。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，步骤(a)中配置的所述N和T_GT满足以下条件：

$T_{\mathrm{GT}}\≥\frac{2\·(N+1)\·R}{N\·C}---\left(1\right)$

其中C为光速，R为***配置的小区半径。

进一步地，所述N取满足上述式(1)的最小的正整数。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，步骤(b)所述终端判断自己所处区域的过程包括以下步骤：(1)所述终端测量主公共控制物理信道的接收功率，并获取基站通知的主公共控制物理信道的发射功率；(2)所述终端根据主公共控制物理信道的接收功率和发射功率计算终端与基站之间的路径损耗，并根据传播模型和所述路径损耗估计终端与基站之间的距离；(3)所述终端根据主公共控制物理信道的发射功率和主公共控制物理信道的最低接收功率门限计算终端与基站之间允许的最大路径损耗，并根据所述传播模型计算小区的覆盖范围；(4)所述终端根据计算出的终端与基站之间的距离及小区的覆盖范围，以及配置的所述N值判断出当前所在的区域。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，步骤(3)中，所述最大路径损耗为主公共控制物理信道的发射功率与主公共控制物理信道的最低接收功率门限之差，所述发射功率和最低接收功率门限均用dB值表示。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，步骤(4)中，所述终端所处区域的区域号为i＝

N*L/R

+1，其中L为所述终端与基站间的距离，R为小区半径，

表示向下取整，i为按到基站距离由远至近对各区域从1开始依次编号得到的区域序号，1≤i≤N，且所述划分成的N个区域到基站的最远距离与最近距离之差均相等。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述RACH信道时隙的起始时刻为***帧中下行导频时隙的结束时刻，所述RACH信道时隙的结束时刻为下一个上行数据子帧的开始时刻。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，步骤(a)***在配置时确定了N的值后，由基站通知使终端获知N的值，***运行期间N的值有变化时，基站发送消息通知终端。

采用本发明的方法，根据终端在小区中的位置范围来确定终端侧preamble发送起点的方法，不需要终端精确的估计它与基站之间的距离，且需要预留的保护时间长度在2R/C与4R/C之间，能够在保护时间总长度一定的条件下支持更大的覆盖范围。

附图说明

图1是LTE***第二类帧结构的示意图；

图2是蜂窝移动通信***小区结构图；

图3是确定preamble发送起点的传统方法一的示意图；

图4是确定preamble发送起点的传统方法二的示意图；

图5是本实施例中方法的流程图；

图6是小区划分成若干区域的示意图；

图7是本实施例中确定preamble发送起点的方法的示意图。

具体实施方式

本实施例以LTE的第二类帧结构为例，在保护时间设置时，首先应满足下面两个条件：第一，在基站侧收到的某一终端的preamble不对其它终端RACH时隙后面的上行数据子帧产生干扰；第二，该终端的preamble不受第一层小区基站其它终端的DwPTS信号的干扰。

确定终端preamble发送时间的方法如图5所示，包括以下步骤：

步骤501，按到基站的距离远近将小区划分成N个由近到远的圆形或环形区域，每一区域到基站的最远距离与最近距离之差(以下也称为区域的跨度)相等；

以区域i中的终端为例，1≤i≤N，假定该终端可以确定自己所在的区域，但不能确定在该区域中的精确位置，则有：

设区域i∈[1，N]内的终端到达基站的距离为X，且X∈[(i-1)R/N，iR/N)，其中R为小区半径。

为保证不产生干扰：

计算preamble的开始时刻与随机接入信道时隙(可能包含GP及UpPTS)的起始时刻(本实施例为DwPTS的结束时刻，但也可能不是)之间的第一保护时间时，需以该区域到基站的最近距离即R(i-1)/N计算，第一保护时间应大于等于 $\frac{2}{C}[R-\frac{(i-1)}{N}],$ C为光速；

计算preamble的结束时刻与随机接入信道时隙的结束时刻(本实施例为下一个上行数据子帧的开始时刻，也可能不是)之间的第二保护时间，需以该区域到基站的最远距离即R*i/N计算，第二保护时间应大于等于

将上述第一和第二保护时间得到最小的总保护时间等于：

实际采用的保护时间的总长度T_GT等于RACH信道的时隙长度T_RA与preamble的长度T_P的差值，应满足：

$T_{\mathrm{GT}}\≥\frac{2\·(N+1)\·R}{N\·C}---\left(1\right)$

明显，T_GT可以小于现有技术需预留的保护时间4R/C。因此，在RACH信道的时隙长度一定时，扩大了RACH信道的覆盖范围。

至于N的取值，在确定了所采用的保护时间T_GT(保护时间的总长度)后，可以选择使得式(1)成立的最小的正整数。当然，N也可以取更大的整数值。N的取值越大，随机接入信道可能的覆盖范围越大，但是N的取值越大划分出的区域的范围越小，对终端估计其所在区域的精度也要求越高。N和T_GT的取值是相关的，在***规划确定T_GT时，也可以将N的取值作为依据之一。

***在配置时确定了N的值后，可以由基站通知使终端获知N的值，***运行期间N的值有变化时，基站发送消息通知终端。

步骤502，将从随机接入信道时隙的起始时刻开始的长度等于总的保护时间T_GT的一段时间划分为N+1个保护子段，如图7所示；

在步骤501中划分小区时是对小区半径进行平均划分得到的，则此时划分保护时间时，每个保护子段的长度也是相等的。

假定 $T_{\mathrm{GT}}=\frac{2\·(N+1)\·R}{N\·C},$ 则每一段的长度等于前面已经讨论过，第一保护时间应大于等于 $\frac{2}{C}[R-\frac{(i-1)}{N}],$ 即至少包括N-i+1段。换句话说，终端应在第N-i+1段的结束位置发送preamble。这样，在preamble结束时刻之后的第二保护时间包括的段数为i，时间长度等于

参照前面的分析，可以满足要求。

在 $T_{\mathrm{GT}}>\frac{2\·(N+1)\·R}{N\·C}$ 时，每段的长度加大，显然按上述发送时间发送，保护时间的长度也能满足要求。

步骤503，终端在发送preamble前，判断自己的位置属于划分的N个区域中的哪一个；

终端对于其所处位置范围的判断，可以采用下面的方法：

(1)终端测量P-CCPCH(Primary Common Control Physical Channel，主公共控制物理信道)信道的接收功率P_PCCPCH ^RX，在接收基站通过广播***信息的方式通知的P-CCPCH信道的发射功率P_PCCPCH ^TX；

(2)终端根据P_PCCPCH ^RX、P_PCCPCH ^TX计算终端与基站之间的路径损耗PL，然后利用配置的传播模型，根据PL估计终端与基站之间的距离L；

(3)终端根据P-CCPCH信道的发射功率P_PCCPCH ^TX以及P-CCPCH信道的最低接收功率门限P_PCCPCH ^MIN-RX计算终端与基站之间允许的最大路径损耗PL_max，然后再利用传播模型和该最大路径损耗PL_max估计小区的覆盖范围即R值；

(4)终端根据L、R及N值判断出它所在的区域。

步骤504，终端判断其位于区域i，则此终端在划分出的第N+1-i个保护子段的结束时刻发送preamble，如图7所示，其中i为按到基站距离由远至近对各区域从1开始依次编号得到的区域序号。

以上的步骤502中保护子段的划分不是必须的，终端在判断出所在区域后，可以直接计算出preamble的发送时刻，等于RACH信道时隙的起始时刻加上 $\frac{T_{\mathrm{GT}}(N+1-i)}{N+1}$

所属划分的小区区域号较大的终端离基站的距离较远，信号从终端到基站的传输时间较长，所属划分的小区区域号较小的终端离基站的距离较近，信号从终端到基站的传输时间较短，所以离基站较远的终端在每帧中离DwPTS较近的时刻发送前导，离基站较近的终端在每帧中离DwPTS较远的时刻发送前导，这样离基站远的终端发出的前导信号经过传输的时间延迟，到达基站的时刻和离基站近的终端发出的前导信号到达时刻差别不大。

下面的具体实施例用来说明使第二类帧结构满足这一覆盖要求的步骤。LTE***要求小区的覆盖范围达到100km，这也就是说RACH信道的覆盖范围也应该达到这一要求。对于LTE的第二类帧结构，RACH信道应满足下面的两个条件，即在基站侧preamble不对RACH时隙后面的上行数据子帧产生干扰；preamble不受第一层小区内的基站的DwPTS信号的干扰。

假定在第二类帧结构中，保护时间最长为866us，即GP、UpPTS、subframel(如图1所示)这三个时隙都用作保护时间。保护时间为随机接入信道的时隙时间减去前导时间，随机接入信道的时隙时间可以为GP、UpPTS、subframe1、subframe2、subframe3、subframe4的时隙时间之和。应特别说明的是，本发明并不限定最长保护时间的具体值，在不同的***时可以有不同的设定，而且可结合小区可能划分出的区域数目N来设定。以下小区数目N同样是示例性的，不能用于限定本发明的范围。

首先，由式(1)可以得到，在T_GT＝866us，R＝100km的条件下，N最小为4；即为了满足式(1)，应当把小区以基站为中心最少平均分为4个区域，假定就划分为4个；

然后，将保护时间GT(由GP、UpPTS、subframe1三部分组成)平均分成5个保护子段；

终端判断其所在的区域，假定判断结果是它处在区域i，1≤i≤4，则此终端在第5-i个保护段的结束时刻发送preamble。

终端对于其位置范围的判断可以采用下面的方法：

(A)终端测量P-CCPCH(Primary Common Control Physical Channel)信道的接收功率P_PCCPCH ^RX；

(B)基站通过广播***信息的方式通知终端P-CCPCH信道的发射功率P_PCCPCH ^TX；

(C)终端根据P_PCCPCH ^RX、P_PCCPCH ^TX利用下式计算终端与基站之间的路径损耗PL，其中所有量都是dB值； $\mathrm{PL}=P_{\mathrm{PCCPCH}}^{\mathrm{TX}}-P_{\mathrm{PCCPCH}}^{\mathrm{RX}};$

(D)终端利用适当的传播模型，并根据上一步中计算出来的PL估计终端与基站之间的距离L，这里假设使用下面的简单的传播模型(对应于2GHz的载频)

PL＝128.1+37.6log₁₀(L)，其中L的单位为公里；

(E)终端根据P-CCPCH信道的发射功率P_PCCPCH ^TX以及P-CCPCH信道的最低接收功率门限P_PCCPCH ^MIN-RX用下式计算终端与基站之间允许的最大路径损耗PL_max；

${\mathrm{PL}}_{\max }=P_{\mathrm{PCCPCH}}^{\mathrm{TX}}-P_{\mathrm{PCCPCH}}^{\mathrm{MIN}-\mathrm{RX}};$

使用和步骤(D)中相同的传播模型，通过最大路径损耗PL_max计算小区的覆盖范围R；

(F)终端根据L、R和N利用下式判断它属于哪个区域。i＝

4L/R

+1。

其中L与R的单位都为公里，且满足L＜R，

表示向下取整。

以上所述的实施方式只是本发明的一个实施实例而已，在不违背本发明精神及实质的情况下，技术人员可以根据本发明产生其它实施例，但这些基于本发明精神及实质的实施例也应该属于本发明所附权利要求的保护范围之内。

例如，上述终端对于其所处位置范围的判断方法只是一个终端判断其所处区域的一个简单且不唯一的方法，在实际应用的时候可以采用其它方法实现，只要能够判断出所在的区域即可达到相同的效果。

再如，划分小区区域的方式也可以是不平均划分，如离基站近的区域范围即跨度较大，离基站远的区域范围即跨度较小。这样，终端在所在区域对应的前导发送时刻时，根据该区域到基站的最近距离X₁，最远距离X₂进行计算：

前导发送时刻与RACH信道时隙的起始时刻之间的第一保护时间大于等于2(R-X₁)/C，C为光速，R为小区半径；

前导的结束时刻与RACH信道时隙的结束时刻之间的第二保护时间大于等于2X₂/C；

而***配置的T_GT应大于等于任一区域中终端按上述方式计算出的所述第一保护时间和第二保护时间之和。

Claims (10)

1.一种时分双工***中终端前导的发送方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)***配置时，确定随机接入RACH信道总的保护时间T_GT，并按到基站的距离远近将小区划分成N个由近到远的圆形或环形的区域；

假定终端所在区域到基站的最近距离为X1，最远距离为X2，C为光速，R为小区半径，则：该区域中前导发送时刻与RACH信道时隙的起始时刻之间的第一保护时间大于等于2(R-X1)/C；该区域中前导结束时刻与RACH信道时隙的结束时刻之间的第二保护时间大于等于2X2/C；所述保护时间T_GT为上述第一和第二保护时间之和；

(b)终端在发送前导之前，判断出自己所处的区域，确定所在区域对应的前导发送时刻；

(c)所述终端在确定的所述发送时刻发送所述前导。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤(a)划分时，所述N个区域到基站的最远距离与最近距离之差均相等；

步骤(b)终端将RACH信道时隙的起始时刻加上T_GT*(N+1-i)/(N+1)，作为所述前导发送时刻，所述i为按到基站距离由远至近对各区域从1开始依次编号得到的区域序号，1≤i≤N。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤(a)划分时，所述N个区域到基站的最远距离与最近距离之差均相等，并以RACH信道起始时刻为起点长度等于所述T_GT的时间段均分为N+1个保护子段；

步骤(b)中，所述终端确定的前导发送时刻第N+1-i个保护子段的结束时刻，所述i为按到基站距离由远至近对各区域从1开始依次编号得到的区域序号，1≤i≤N。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)划分时，所述N个区域到基站的最远距离与最近距离之差均相等，步骤(a)中配置的所述N和T_GT满足以下条件：

$T_{\mathrm{GT}}\≥\frac{2\·(N+1)\·R}{N\·C}---\left(1\right)$

其中C为光速，R为***配置的小区半径。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述N取满足上述式(1)的最小的正整数。

6.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，步骤(b)所述终端判断自己所处区域的过程包括以下步骤：

(1)所述终端测量主公共控制物理信道的接收功率，并获取基站通知的主公共控制物理信道的发射功率；

(2)所述终端根据主公共控制物理信道的接收功率和发射功率计算终端与基站之间的路径损耗，并根据传播模型和所述路径损耗估计终端与基站之间的距离；

(3)所述终端根据主公共控制物理信道的发射功率和主公共控制物理信道的最低接收功率门限计算终端与基站之间允许的最大路径损耗，并根据所述传播模型计算小区的覆盖范围；

(4)所述终端根据计算出的终端与基站之间的距离及小区的覆盖范围，以及配置的所述N值判断出当前所在的区域。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

步骤(3)中，所述最大路径损耗为主公共控制物理信道的发射功率与主公共控制物理信道的最低接收功率门限之差，所述发射功率和最低接收功率门限均用dB值表示。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

步骤(4)中，所述终端所处区域的区域号为

其中L为所述终端与基站间的距离，R为小区半径，

表示向下取整，i为按到基站距离由远至近对各区域从1开始依次编号得到的区域序号，1≤i≤N，且所述划分成的N个区域到基站的最远距离与最近距离之差均相等。

9.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述RACH信道时隙的起始时刻为***帧中下行导频时隙的结束时刻，所述RACH信道时隙的结束时刻为下一个上行数据子帧的开始时刻。

10.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，

步骤(a)***在配置时确定了N的值后，由基站通知使终端获知N的值，***运行期间N的值有变化时，基站发送消息通知终端。

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