專利名稱：一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)的隨機接入方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，特別地涉及一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)的隨機接入方法。
背景技術：
GE0(同步)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的發(fā)展始于上世紀90年代，從技術上看，衛(wèi)星通信 系統(tǒng)的技術始終緊密跟蹤地面移動通信技術的發(fā)展CDMA方式在2008年以后發(fā)射的衛(wèi)星 通信系統(tǒng)中得到較為廣泛的應用。針對衛(wèi)星通信移動通信系統(tǒng)的多址接入問題，歐洲標準的S-UMTS協(xié)議中仍然使 用了與地面UMTS系統(tǒng)中相同的時隙AL0HA方式(AL0HA協(xié)議是由美國夏威夷大學開發(fā)的一 種網絡協(xié)議，處于0SI模型中的數據鏈路層，屬于隨機存取協(xié)議)，其中每個接入時隙的長 度為5120碼片(1. 333333毫秒)，保護間隔為1024碼片(0. 266666毫秒)。而對于一個 波束覆蓋半徑為325公里的GEO衛(wèi)星通信移動通信系統(tǒng)而言，波束下用戶的最大時延差為 2. 16毫秒，需要的保護間隔為8192碼片，遠遠高于S-UMTS系統(tǒng)中設計的保護間隔。因此當 前的接入方法，存在GEO衛(wèi)星通信環(huán)境下用戶的首次接入概率較低并且接入時間性能較低 的問題。由此可見，當前需要一種新的技術方案來適用于GEO衛(wèi)星通信移動通信系統(tǒng)的多 址接入AL0HA方式。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)的隨機接入方法，解決了當 前接入方法中存在GEO衛(wèi)星通信環(huán)境下用戶的首次接入概率較低且接入時間性能較低的 問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)的隨機接入方法，包括終端根據下行信道測量設定接入幀的接入前綴和接入消息的初始發(fā)射功率后，向 衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)射接入前綴和接入消息；其中，所述接入前綴的長度設置為大于4096碼 片；所述終端若在預設時間內收到所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)送的下行捕獲指示信道AICH 的捕獲指示，則完成接入所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)。進一步地，上述方法還可包括，所述終端判斷若在預設時間內未接收到所述衛(wèi)星 通信系統(tǒng)發(fā)送的AICH的捕獲指示，則隨機選擇下一個接入時隙向所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)重發(fā) 接入前綴和接入消息。進一步地，上述方法還可包括，所述終端向衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)射接入前綴和接入消 息前，還包括所述終端設定所述接入幀的長度為80毫秒，并將所述接入幀劃分為5個接入 時隙。進一步地，上述方法還可包括，所述終端向衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)射接入前綴和接入消 息前，還包括所述終端設定所述接入前綴的時隙的長度為16毫秒/61440碼片。
3
進一步地，上述方法還可包括，所述終端向衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)射的所述接入前綴碼 為正交可變擴頻因子碼，其個數為大于等于32個。進一步地，上述方法還可包括，所述接入前綴的長度為大于等于16384碼片。進一步地，上述方法還可包括，所述接入前綴的重復次數為大于等于512。進一步地，上述方法還可包括，所述接入消息的擴頻比為大于等于512，擴頻增益 達到或超過27dB。進一步地，上述方法還可包括，所述終端是在下一個接入時隙的起始位置向所述 衛(wèi)星通信系統(tǒng)同時發(fā)射接入前綴和接入消息。與現有技術相比，應用本發(fā)明，對AL0HA接入的接入幀和接入時隙進行了設計，通 過接入時隙的新設計，增大了接入前綴和接入消息的擴頻增益，增加了 GEO衛(wèi)星環(huán)境下對 抗大時延差的保護間隔，從而提高了用戶接入的首次捕獲概率和總接入的成功概率；同時 降低了用戶的接入功率，減小了多用戶之間的干擾。
圖1是本發(fā)明的接入幀的示意圖；圖2是本發(fā)明的接入消息的幀結構的示意圖；圖3是本發(fā)明的UE進行隨機接入請求的發(fā)送策略的示意圖；圖4為本發(fā)明中UE的隨機接入AL0HA方式的實例的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的實施條件是針對GEO衛(wèi)星信道，適用于ITU-R M. 1225協(xié)議中的衛(wèi)星萊斯 信道設計。本發(fā)明中采用的信道帶寬為5MHz，碼片速率為3. 84MHz (當然本發(fā)明不限于此，任 何可以達到本發(fā)明要求的信道條件都適用)。值得注意的是，本發(fā)明中衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以為衛(wèi)星CDMA通信系統(tǒng)，任何適用于本 發(fā)明的衛(wèi)星通信系統(tǒng)都可以使用本方法。本發(fā)明提出的隨機接入AL0HA方式包括以下內容圖1是接入幀的示意圖其中，每個接入幀的長度為80毫秒，包括跨越8個10毫 秒/38400碼片的無線幀，每個接入幀包含5個接入時隙，每個接入時隙的長度為16毫秒 /61440 碼片。其中，每個接入前綴碼長度為32，接入前綴重復次數可以為大于等于512;每個 保護時間間隔為8192碼片；每個接入消息的擴頻因子可以為大于等于512(擴頻增益為 27dB)。i)PRACH(上行隨機接入信道)接入前綴a)接入前綴的時隙格式針對衛(wèi)星通信具有時延大和用戶少的特性，本發(fā)明對保 護間隔進行新形式的優(yōu)化設計。S-UMTS系統(tǒng)中，保護間隔為1024碼片，保護距離為79. 8公里。在衛(wèi)星波束覆蓋 半徑為325公里的情況下，一個波束下用戶的最大時延差為2. 16毫秒，需要的保護間隔為8192碼片。滿足保護間隔的接入時隙長度為61440 碼片=32*512+36864+8192 碼片；需要占據12個S-UMTS協(xié)議下的接入時隙，意味著相應的一個接入幀的接入時隙 個數減少為5個，這對于系統(tǒng)設計用戶容量較小的GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)來說是適用的。b)接入前綴的長度增加接入前綴的長度，以提高首次接入的概率。接入前綴的 長度設置為大于4096碼片且提高了接入前綴碼的重復次數接入前綴的長度由4096碼片 提高到16384碼片或更多，接入前綴碼的重復次數擴展為512，可獲得額外的增益為3dB，提 高了用戶首次接入的概率，有效改善功率攀升對系統(tǒng)上行容量的影響。c)特征碼接入前綴碼采用正交0VSF碼(正交可變擴頻因子碼)，接入前綴碼的 個數擴展為大于等于32個，提高對接入用戶的識別能力和接收增益(綜合接入前綴長度來 計算，并采用相關檢測)，同時也降低了同時隙接入用戶的碰撞概率。由下面描述的方式產 生32個正交碼作為特征碼ii)如圖2所示，描述了接入消息的幀結構接入消息的擴頻因子采用512，相對于S-UMTS系統(tǒng)的256擴頻因子，增益提高 3dB?？刂撇糠謺r隙格式的變化使得每時隙的導頻段變長，可增加控制信道的檢測概率。 6bits,
卜接入消息的數據部分為8bits，一個接入消息的控制部分中導頻部分為 個接入消息的控制部分中傳輸格式指示部分為2bits。 3)UE(終端/用戶)進行隨機接入請求的發(fā)送策略(如圖3所示) UE的隨機接入過程，包括以下步驟
i)UE發(fā)起呼叫時，根據下行信道測量設定所述接入幀的接入前綴和接入消息的初 始發(fā)射功率，并在下一個接入時隙的起始位置將接入前綴和接入消息同時向衛(wèi)星通信系統(tǒng) 發(fā)射出去；所述終端設定所述接入幀的長度為80毫秒，并將接入幀劃分為5個接入時隙。ii)UE判斷若在預設時間內未接收到衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)送的下行捕獲指示信道 (AICH)捕獲指示，則隨機選擇下一個接入時隙重發(fā)接入前綴和接入消息；UE若在預設時間 內成功接收到衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)送的AICH捕獲指示，則完成接入衛(wèi)星通信系統(tǒng)的過程。下面結合具體實例對本發(fā)明作進一步說明。圖4為本發(fā)明中UE(終端)的隨機接入AL0HA方式的實例，包括以下步驟，
步驟A :UE向衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)送接入請求，其中，接入請求發(fā)送時刻為Ta ； 步驟B 衛(wèi)星通信系統(tǒng)捕獲該UE接入請求，其中，捕獲該UE接入請求的時刻為Tb ；步驟C :UE接收到衛(wèi)星通信系統(tǒng)捕獲前綴和接入消息確認，其時刻為Te ；步驟D :UE超時未接收到接入請求確認并重發(fā)接入請求，其時刻為Td ；步驟E 衛(wèi)星通信系統(tǒng)捕獲該UE重發(fā)接入請求，其時刻為Te ；步驟F :UE接收到重發(fā)后的衛(wèi)星通信系統(tǒng)捕獲前綴和接入消息確認，其時刻為Tf。由于GEO衛(wèi)星距離地面高度為40000千米，且接入消息由地面信關站處理，從而忽 略系統(tǒng)處理時間之后可以計算出以下時間關系Tb-Ta =通信距離 / 光速=2*40000/300000 秒=0. 2667 秒Tf-Te = Te-Td = Tc-Tb = Tb-TaTf-Td = Tc-Ta = 2* (Tb_Ta) = 0. 5333 秒本實例中超時時間可以設置為0.6秒。本發(fā)明的隨機接入AL0HA方式，相對于S-UMTS系統(tǒng)中的時隙AL0HA方法，由于接 入前綴個數、接入前綴長度、接入消息擴頻增益和保護間隔的增加，提高了前綴和消息的捕 獲與正確解碼概率，從而提高了首次接入概率和總接入概率性能；由于接入前綴和接入消 息同時發(fā)送，提高了接入時間性能。應用本發(fā)明的隨機接入AL0HA方式，可以明顯改善GEO衛(wèi)星通信環(huán)境下用戶的首 次接入概率和接入時間性能，有效消弱功率攀升和多址干擾的影響。本發(fā)明的實際應用中 的意義就在于此。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋 在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)的隨機接入方法，其特征在于，包括終端根據下行信道測量設定接入幀的接入前綴和接入消息的初始發(fā)射功率后，向衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)射接入前綴和接入消息；其中，所述接入前綴的長度設置為大于4096碼片；所述終端若在預設時間內收到所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)送的下行捕獲指示信道AICH的捕獲指示，則完成接入所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
2.如權利要求1所述的隨機接入方法，其特征在于，還包括所述終端判斷若在預設時間內未接收到所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)送的AICH的捕獲指示， 則隨機選擇下一個接入時隙向所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)重發(fā)接入前綴和接入消息。
3.如權利要求1所述的隨機接入方法，其特征在于，所述終端向衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)射接入前綴和接入消息前，還包括所述終端設定所述接 入幀的長度為80毫秒，并將所述接入幀劃分為5個接入時隙。
4.如權利要求1所述的隨機接入方法，其特征在于，所述終端向衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)射接入前綴和接入消息前，還包括所述終端設定所述接 入前綴的時隙的長度為16毫秒/61440碼片。
5.如權利要求1所述的隨機接入方法，其特征在于，所述終端向衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)射的所述接入前綴碼為正交可變擴頻因子碼，其個數為大 于等于32個。
6.如權利要求1所述的隨機接入方法，其特征在于，所述接入前綴的長度為大于等于16384碼片。
7.如權利要求1所述的隨機接入方法，其特征在于，所述接入前綴的重復次數為大于等于512。
8.如權利要求1所述的隨機接入方法，其特征在于，所述接入消息的擴頻比為大于等于512，擴頻增益達到或超過27dB。
9.如權利要求1所述的隨機接入方法，其特征在于，所述終端是在下一個接入時隙的起始位置向所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)同時發(fā)射接入前綴和 接入消息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)的隨機接入方法，包括終端根據下行信道測量設定接入幀的接入前綴和接入消息的初始發(fā)射功率后，向衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)射接入前綴和接入消息；其中，所述接入前綴的長度設置為大于4096碼片；終端若在預設時間內收到所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)送的AICH的捕獲指示，則完成接入所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)。應用本發(fā)明，對ALOHA接入的接入幀和接入時隙進行了設計，通過接入時隙的新設計，增大了接入前綴和接入消息的擴頻增益，增加了GEO衛(wèi)星環(huán)境下對抗大時延差的保護間隔，從而提高了用戶接入的首次捕獲概率和總接入的成功概率；同時降低了用戶的接入功率，減小了多用戶之間的干擾。
文檔編號H04B7/185GK101854729SQ201010135418
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權日2010年3月30日
發(fā)明者仵國鋒, 崔維嘉, 張丙潔, 王大鳴 申請人:中國人民解放軍信息工程大學