一種基於單載波tdma的隨機接入方法和基站的製作方法
2023-07-22 14:22:01 1
一種基於單載波tdma的隨機接入方法和基站的製作方法
【專利摘要】本申請實施例提供了一種基於單載波TDMA的隨機接入方法和一種基站，其中的方法基於單載波和TDMA接入方式進行組網，所述方法的物理層幀包括TDD無線幀，所述TDD無線幀的長度為10ms，所述TDD無線幀包括10個時隙，連續的4個所述TDD無線幀組成一個復幀，其中，每個所述TDD無線幀的前2個時隙和後8個時隙分別作為控制信道和業務信道的承載，所述控制信道包括：廣播控制信道BCCH、隨機接入信道RACH、準許接入信道AGCH、尋呼信道PCH、專用控制信道DCCH和頻率校正信道FCCH；所述RACH時隙包括多個RACH子時隙；本申請實施例能夠縮短接入時延，提高接入容量、接入速率和傳輸速率。
【專利說明】—種基於單載波TDMA的隨機接入方法和基站
【技術領域】
[0001]本申請涉及時分多址(TDMA, time division multiple access)【技術領域】,特別是涉及一種基於單載波TDMA的隨機接入方法和一種基站。
【背景技術】
[0002]隨機接入過程是無線通訊系統中的一個重要過程，是無線接入過程中的重要環節，在第三代移動通信系統之一的TDMA系統中，隨機接入過程更是包括了重要的上行同步過程。TDMA系統是基於時分雙工的技術，該系統採用在同一頻率信道的不同時隙接收和傳送數據。
[0003]在應用於全球移動通信(GSM,Global System of Mobile communication)系統時，TDMA系統是按照GSM協議進行隨機接入的。但是，GSM協議中每個隨機接入信道(RACH，Random Access Channel)只能保證一個終端發起隨機接入成功；並且,對於單個終端來說，信道請求消息序列的發送時機不是任意的，需要在公共控制信道(CCCH, Common ControlChannel)塊所對應的時刻發送，而該CCCH塊是其所屬尋呼組(PAGING GROUP)所對應的CCCH，一般來講，在一個GSM小區內PAGING GROUP的數量為10左右，這樣對於單個終端來講，它平均需要等待10個GSM TDMA幀的時間才能發起隨機接入，也即目前單個終端需要花費46.15ms的時間來完成隨機接入。
[0004]綜上，目前基於TDMA的隨機接入方案具有接入時延長的缺點。並且，其只能同時保證一個終端接入。另外，其使用的皆為GSM窄帶信號(單載頻帶寬是200k)，因此具有接入速率低和傳輸速率低的缺點。
【發明內容】
[0005]本申請實施例所要解決的技術問題是提供一種基於單載波TDMA的隨機接入方法和一種基站，能夠縮短接入時延，提高接入容量、接入速率和傳輸速率。
[0006]為了解決上述問題，本申請公開了一種基於單載波TDMA的隨機接入方法，所述方法基於單載波和TDMA接入方式進行組網，所述方法的物理層幀包括TDD無線幀，所述TDD無線幀的長度為10ms，所述TDD無線幀包括10個時隙，連續的4個所述TDD無線幀組成一個復幀，其中，每個所述TDD無線幀的前2個時隙和後8個時隙分別作為控制信道和業務信道的承載，所述控制信道包括:廣播控制信道BCCH、隨機接入信道RACH、準許接入信道AGCH、尋呼信道PCH、專用控制信道DCCH和頻率校正信道FCCH ;所述RACH時隙包括多個RACH子時隙；
[0007]所述方法包括:
[0008]在每個復幀周期的BCCH時隙內，廣播BCCH消息；其中，所述BCCH消息包括幀號和系統信息，所述系統信息攜帶有隨機接入參數，所述隨機接入參數包括隨機數參考範圍值，所述隨機數參考範圍值與所述RACH子時隙的數量相應；
[0009]在RACH時隙內接收終端的信道請求消息，並根據所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差,計算所述終端的時間提前量；
[0010]在AGCH時隙內廣播AGCH消息；所述AGCH消息用於對所述信道請求消息作出應答，所述AGCH消息中攜帶有允許接入的終端的標識、時間提前量、所分配的時隙編號和上下行方向。
[0011]優選的，所述根據所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差，計算所述終端的時間提前量的步驟，包括:
[0012]將所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差減去BCCH時隙的長度再針對所述RACH子時隙的長度取模，得到回程時延；
[0013]將回程時延的一半作為所述終端的時間提前量。
[0014]優選的,所述隨機接入參數還包括如下參數中的一項或多項:基站標識符、上行發射功率值、最大重複接入請求次數、超時後的禁止接入時長、業務調度周期和上下行幀配置情況。
[0015]優選的，所述RACH時隙的長度為1.6ms，所述RACH時隙包括8或16個RACH子時隙。
[0016]優選的，所述方法還包括:在廣播所述BCCH消息前，依據所述無線區域網的覆蓋半徑設置所述BCCH消息的調製速率。
[0017]另一方面，本申請還公開了一種基站，所述基站基於單載波和TDMA接入方式進行組網，所述基站的物理層幀包括TDD無線幀，所述TDD無線幀的長度為10ms，所述TDD無線幀包括10個時隙，連續的4個所述TDD無線幀組成一個復幀，其中，每個所述TDD無線幀的前2個時隙和後8個時隙分別作為控制信道和業務信道的承載，所述控制信道包括:廣播控制信道BCCH、隨機接入信道RACH、準許接入信道AGCH、尋呼信道PCH、專用控制信道DCCH和頻率校正信道FCCH ;所述RACH時隙包括多個RACH子時隙；
[0018]所述基站包括:
[0019]第一廣播模塊，用於在每個復巾貞周期的BCCH時隙內，廣播BCCH消息；其中，所述BCCH消息包括幀號和系統信息，所述系統信息攜帶有隨機接入參數，所述隨機接入參數包括隨機數參考範圍值，所述隨機數參考範圍值與所述RACH子時隙的數量相應；
[0020]時間提前量計算模塊，用於在RACH時隙內接收終端的信道請求消息，並根據所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差，計算所述終端的時間提前量；及
[0021]第二廣播模塊，用於在AGCH時隙內廣播AGCH消息；所述AGCH消息用於對所述信道請求消息作出應答，所述AGCH消息中攜帶有允許接入的終端的標識、時間提前量、所分配的時隙編號和上下行方向。
[0022]優選的,所述時間提前量計算模塊包括:
[0023]第一計算子模塊，用於將所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差減去BCCH時隙的長度再針對所述RACH子時隙的長度取模，得到回程時延；及
[0024]第二計算子模塊，用於將回程時延的一半作為所述終端的時間提前量。
[0025]優選的,所述隨機接入參數還包括如下參數中的一項或多項:基站標識符、上行發射功率值、最大重複接入請求次數、超時後的禁止接入時長、業務調度周期和上下行幀配置情況。[0026]優選的，所述RACH時隙的長度為1.6ms，所述RACH時隙包括8或16個RACH子時隙。
[0027]優選的，所述基站還包括:用於在廣播所述BCCH消息前，依據所述無線區域網的覆蓋半徑設置所述BCCH消息的調製速率的設置模塊。
[0028]與現有技術相比，本申請實施例包括以下優點:
[0029]本申請實施例中，對於單個終端而言，其可以在每個復幀周期內的RACH時隙內通過廣播信道請求消息發起隨機接入過程，也即，單個終端僅需花費40ms的時間即可完成隨機接入，故相對於現有GSM協議的46.15ms的隨機接入實際，本申請實施例能夠提降低隨機接入的時延；
[0030]並且，本申請實施例將RACH時隙進一步劃分為多個RACH子時隙，對於單個終端而言，其可以在每個復幀周期內的任一 RACHRACH子時隙內通過廣播信道請求消息發起隨機接入過程，假設RACH子時隙的數量為M，則本申請實施例能夠同時支持隨機接入的用戶容量為M，因此相對於現有GSM協議只同時允許一個終端接入，本申請實施例還能夠提高支持隨機接入的用戶容量；
[0031]另外，本申請實施例基於單載波和TDMA接入方式進行組網，在實際應用中，所述單載波的物理層可以遵循無線區域網的協議或者4G LTE的物理層協議，而由於802.11a、802.lib,802.1lc等無線區域網的協議和4G LTE的物理層的協議帶寬大多在20M之上，故相對於現有GSM窄帶信號所使用的200k的載頻帶寬，本申請實施例還能夠大大提高接入速率和傳輸速率；
[0032]綜上，本申請實施例具有組網較快、接入時延較短、支持語音和視頻實時傳輸等優勢，能夠滿足某些對實時性和組網時延等要求嚴格的通信場景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是本申請一種基於單載波TDMA的隨機接入方法實施例的步驟流程圖；
[0034]圖2是本申請實施例一種TDD無線幀的結構示意圖；
[0035]圖3是本申請實施例一種邏輯信道與時隙的映射關係的示意圖；
[0036]圖4是本申請實施例一種信道請求消息的格式示例；
[0037]圖5是本申請實施例一種AGCH消息的格式不例；
[0038]圖6是本申請一種基於單載波TDMA的隨機接入方法的應用示例的步驟流程圖；
[0039]圖7是本申請一種基站實施例的結構框圖。
【具體實施方式】
[0040]為使本申請的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本申請作進一步詳細的說明。
[0041]本申請發明人注意到，採用單載波的無線區域網通信體系(如WiFi)固然可以達到較高的帶寬(高達幾十兆到上百兆)，但其基於載波偵聽的接入方式(CSMA, Carrier SenseMultiple Access)組網時延較大，因此無法滿足移動通信的實時性要求。
[0042]本申請實施例的核心構思之一在於，基於單載波和TDMA接入方式進行組網，所述組網能夠將GSM通信系統與無線區域網通信體系(如WiFi)的優勢相結合，能夠達到快速組網，支持語音和視頻實時傳輸等優勢，滿足某些對實時性和組網時延等要求嚴格的通信場景，如戰場通信，寬帶家庭小基站等應用場景。
[0043]本申請實施例的基於單載波TDMA的隨機接入方法中，下行鏈路(前向鏈路)和上行鏈路(反向鏈路)的信息是在同一載頻的不同時隙上進行傳送的；並且，由於隨機接入方法是基於單載波的，故所涉及的基本物理信道特性均由時隙決定。另外本申請實施例約定，無線移動終端在本文中簡稱為終端(UE，User Equipment),中心主通信節點稱為基站(BS，Base Station)。
[0044]參照圖1，示出了本申請一種基於單載波TDMA的隨機接入方法實施例的步驟流程圖，所述方法基於單載波和TDMA接入方式進行組網，所述方法的物理層幀具體可以包括時分雙工(TDD, Time Division Duplexing)無線巾貞,所述TDD無線巾貞的長度為10ms,所述TDD無線幀具體可以包括10個時隙，連續的4個所述TDD無線幀組成一個復幀，其中，每個所述TDD無線幀的前2個時隙和後8個時隙分別作為控制信道和業務信道的承載，所述控制信道具體可以包括:廣播控制信道(BCCH，Broadcast Control Channel)、隨機接入信道(RACH, Random Access Channel)、準許接入信道(AGCH, Access Grant Channel)、尋呼信道(PCH,Paging Channel)、專用控制信道(DCCH,Dedicated Control CHannel)和頻率校正信道(FCCH, Frequency Correction Channel);所述RACH時隙具體可以包括多個RACH子時隙；
[0045]所述方法具體可以包括如下步驟:
[0046]步驟101、在每個復幀周期的BCCH時隙內，廣播BCCH消息；其中，所述BCCH消息具體可以包括幀號和系統信息，所述系統信息攜帶有隨機接入參數，所述隨機接入參數具體可以包括隨機數參考範圍值，所述隨機數參考範圍值與所述RACH子時隙的數量相應；
[0047]步驟102、在RACH時隙內接收終端的信道請求消息，並根據所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差,計算所述終端的時間提前量；
[0048]步驟103、在AGCH時隙內廣播AGCH消息；所述AGCH消息用於對所述信道請求消息作出應答，所述AGCH消息中攜帶有允許接入的終端的標識、時間提前量、所分配的時隙編號和上下行方向。
[0049]本申請實施例中，對於單個終端而言，其可以在每個復幀周期內的RACH時隙內通過廣播信道請求消息發起隨機接入過程，也即，單個終端僅需花費40ms的時間即可完成隨機接入，故相對於現有GSM協議的46.15ms的隨機接入實際，本申請實施例能夠提降低隨機接入的時延；
[0050]並且，本申請實施例將RACH時隙進一步劃分為多個RACH子時隙，對於單個終端而言，其可以在每個復幀周期內的任一 RACH子時隙內通過廣播信道請求消息發起隨機接入過程，假設RACH子時隙的數量為M，則本申請實施例能夠同時支持隨機接入的用戶容量為M，因此相對於現有GSM協議只同時允許一個終端接入，本申請實施例還能夠提高支持隨機接入的用戶容量；
[0051]另外，本申請實施例基於單載波和TDMA接入方式進行組網，在實際應用中，所述單載波的物理層可以遵循無線區域網的協議或者4G LTE的物理層協議，而由於802.11a、802.lib,802.1lc等無線區域網的協議和4G LTE的物理層的協議帶寬大多在20M之上，故相對於現有GSM窄帶信號所使用的200k的載頻帶寬，本申請實施例還能夠大大提高接入速率和傳輸速率；
[0052]綜上，本申請實施例具有組網較快、接入時延較短、支持語音和視頻實時傳輸等優勢，能夠滿足某些對實時性和組網時延等要求嚴格的通信場景。
[0053]為使本領域技術人員更好地理解本申請實施例，在此詳細介紹TDD無線幀的結構。
[0054]參照圖2,示出了本申請實施例一種TDD無線幀的結構示意圖，所述TDD無線幀的長度為10ms，每個TDD無線幀中有10個時隙(slot)，連續4個幀組成一個復幀(multiframe),連續16384個復幀組成一個超幀(superframe)。 [0055]參照圖3，示出了本申請實施例一種邏輯信道與時隙的映射關係的示意圖，其中邏輯信道的循環周期為40ms，即一個復幀的時長。每幀的前兩個時隙分配給控制信道，而後8個時隙分配給業務信道。圖2中業務信道的調度周期(以下簡稱業務調度周期)為一個復幀，但可以理解，基站可以根據當前的話務量和業務類型，將該業務調度周期設為1/2復幀(即2倍速)和1/4復幀(即4倍速)等，並且可以將該業務調度周期設置在BCCH信道的系統消息(System Information)內容中。
[0056]除BCCH對應時隙為0.4ms和RACH對應時隙為1.6ms之外，其餘信道所對應的時隙均為1ms。
[0057]TDD無線幀所涉及的所有邏輯信道具體可以包括:
[0058]1、BCCH ；
[0059]BCCH為下行傳輸信道，用於傳輸BCCH消息，所述BCCH消息具體可以包括幀號(Frame Num)和系統信息，所述系統信息攜帶有隨機接入參數，所述隨機接入參數具體可以包括:隨機數參考範圍值，所述隨機數參考範圍值與所述RACH子時隙的數量相應；所述隨機數參考範圍值為終端側確定信道請求消息的發送時機的依據。
[0060]在實際應用中，可以為BCCH分配時長為0.4ms的較短時隙，當然，0.4ms只是作為應用示例，而不理解為本申請實施例的應用限制，也即，其它時隙長度也是可行的，例如
0.6ms ο
[0061]假設RA Ref_Num表示所述隨機數參考範圍值，那麼終端可以隨機地在{0，I,…，RARef_Num}中選取一個數值，假設選取的值為N，並且，終端可以在接收到BCCH消息的400+NX 100微秒後，發送一個信道請求消息給基站。
[0062]在本申請的一種應用示例中，所述BCCH消息的格式具體可以包括:幀控制(FrameControl)、持續時間(Duration ID)、幀號(Frame Num)、系統信息(System Information)和幀校驗序列(FCS)等欄位，所述欄位的長度分別為2位元組、2位元組、2位元組、4位元組和4位元組；其中的 Frame Control 欄位進一步包括 Protocol、Type Control、Sub Type=BCCH、To DS、From DS>More Frag、Retry、Power Management、More Data、Protected Frame 和 Order 等欄位。
[0063]參照表1，示出了本申請實施例一種BCCH消息中攜帶的隨機接入參數的格式示例，其除了上述隨機數參考範圍值外，還可以包括:基站標識符BS ID、上行發射功率值RAPower Level、最大重複接入請求次數MaxRetrans、超時後的禁止接入時長T_wait、業務調度周期RateJype以及上下行幀配置情況等。
[0064]表1
【權利要求】
1.一種基於單載波TDMA的隨機接入方法，其特徵在於，所述方法基於單載波和TDMA接入方式進行組網，所述方法的物理層幀包括TDD無線幀，所述TDD無線幀的長度為10ms，所述TDD無線幀包括10個時隙，連續的4個所述TDD無線幀組成一個復幀，其中，每個所述TDD無線幀的前2個時隙和後8個時隙分別作為控制信道和業務信道的承載，所述控制信道包括:廣播控制信道BCCH、隨機接入信道RACH、準許接入信道AGCH、尋呼信道PCH、專用控制信道DCCH和頻率校正信道FCCH ;所述RACH時隙包括多個RACH子時隙； 所述方法包括: 在每個復幀周期的BCCH時隙內，廣播BCCH消息；其中，所述BCCH消息包括幀號和系統信息，所述系統信息攜帶有隨機接入參數，所述隨機接入參數包括隨機數參考範圍值，所述隨機數參考範圍值與所述RACH子時隙的數量相應； 在RACH時隙內接收終端的信道請求消息，並根據所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差,計算所述終端的時間提前量； 在AGCH時隙內廣播AGCH消息；所述AGCH消息用於對所述信道請求消息作出應答，所述AGCH消息中攜帶 有允許接入的終端的標識、時間提前量、所分配的時隙編號和上下行方向。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差,計算所述終端的時間提前量的步驟,包括: 將所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差減去BCCH時隙的長度再針對所述RACH子時隙的長度取模，得到回程時延； 將回程時延的一半作為所述終端的時間提前量。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述隨機接入參數還包括如下參數中的一項或多項:基站標識符、上行發射功率值、最大重複接入請求次數、超時後的禁止接入時長、業務調度周期和上下行幀配置情況。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述RACH時隙的長度為1.6ms，所述RACH時隙包括8或16個RACH子時隙。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括:在廣播所述BCCH消息前，依據所述無線區域網的覆蓋半徑設置所述BCCH消息的調製速率。
6.一種基站，其特徵在於，所述基站基於單載波和TDMA接入方式進行組網，所述基站的物理層幀包括TDD無線幀，所述TDD無線幀的長度為10ms，所述TDD無線幀包括10個時隙，連續的4個所述TDD無線幀組成一個復幀，其中，每個所述TDD無線幀的前2個時隙和後8個時隙分別作為控制信道和業務信道的承載，所述控制信道包括:廣播控制信道BCCH、隨機接入信道RACH、準許接入信道AGCH、尋呼信道PCH、專用控制信道DCCH和頻率校正信道FCCH ;所述RACH時隙包括多個RACH子時隙； 所述基站包括: 第一廣播模塊，用於在每個復幀周期的BCCH時隙內，廣播BCCH消息；其中，所述BCCH消息包括幀號和系統信息，所述系統信息攜帶有隨機接入參數，所述隨機接入參數包括隨機數參考範圍值，所述隨機數參考範圍值與所述RACH子時隙的數量相應； 時間提前量計算模塊，用於在RACH時隙內接收終端的信道請求消息，並根據所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差,計算所述終端的時間提前量；及 第二廣播模塊，用於在AGCH時隙內廣播AGCH消息；所述AGCH消息用於對所述信道請求消息作出應答，所述AGCH消息中攜帶有允許接入的終端的標識、時間提前量、所分配的時隙編號和上下行方向。
7.根據權利要求6所述的基站，其特徵在於，所述時間提前量計算模塊包括: 第一計算子模塊，用於將所述信道請求消息到達的時間點與所述BCCH時隙的起始時間點之差減去BCCH時隙的長度再針對所述RACH子時隙的長度取模，得到回程時延；及 第二計算子模塊，用於將回程時延的一半作為所述終端的時間提前量。
8.根據權利要求6所述的基站，其特徵在於，所述隨機接入參數還包括如下參數中的一項或多項:基站標識符、上行發射功率值、最大重複接入請求次數、超時後的禁止接入時長、業務調度周期和上下行幀配置情況。
9.根據權利要求6所述的基站，其特徵在於，所述RACH時隙的長度為1.6ms，所述RACH時隙包括8或16個RACH子時隙。
10.根據權利要求6所述的基站，其特徵在於，還包括:用於在廣播所述BCCH消息前，依據所述無線區域網的覆蓋半徑設置所述BCCH消息的調製速率的設置模塊。
【文檔編號】H04W74/08GK103987128SQ201410160954
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】段紅亮, 胡榮, 李昌龍 申請人:中國航天科工集團第四研究院指揮自動化技術研發與應用中心