CN101444137A - 用于ofdm-mimo系统的随机接入信道 - Google Patents

Abstract

在正交频分多路复用(OFDM)多入多出(MIMO)系统中，无线发射/接收单元(WTRU)选择用于随机接入信道(RACH)传输的RACH(801)以及恒定振幅零自相关(CAZAC)序列的相位(803)。然后，WTRU经由选择的RACH发送RACH传输至节点B(805)。一旦检测到RACH传输(807)，则节点B通过ACK信道发送应答(ACK)至WTRU(809)。节点B可在共享信道上发送ACK。在发送RACH传输的同时，WTRU可以增加发射功率，或逐渐增加后续RACH传输的发射功率。RACH传输和数据传输可以是时分多路复用的或频分多路复用的。定义多个RACH，并且定义的RACH中的一者可以被随机地选择或基于预定标准而选择。

Description

用于OFDM-MIMO系统的随机接入信道

技术领域

本发明涉及无线通信。更具体地，本发明涉及在正交频分多路复用(OFDM)多入多出(MIMO)系统中的随机接入信道(RACH)。

背景技术

在无线通信系统中，RACH被用户终端用于与基站建立用于数据传输的链路。经由RACH的接入不应该引起与小区中其它通信链路的不适当干扰，并且应该允许大量用户之间的差异性。用户终端用于与基站建立初始链路的信道为RACH。RACH的设计应满足这种需求，即允许基站容易地检测接入尝试，允许大量终端接入基站的足够容量而没有不适当的堵塞，并由于对于期望基站出现不同的接入尝试而允许大量用户的差异性。

发明内容

本发明涉及在OFDM MIMO系统中的RACH。无线发射/接收单元(WTRU)选择用于RACH传输的RACH以及恒定振幅零自相关(CAZAC)序列的相位。然后，WTRU经由选择的RACH发送RACH传输至节点B。一旦检测到RACH传输，则节点B通过应答(ACK)信道发送ACK至WTRU。节点B可在共享信道上发送ACK。在发送RACH传输的同时，WTRU可以增加发射功率，或逐渐增加后续RACH传输的发射功率。RACH传输和数据传输可以被时分多路复用或频分多路复用。定义多个RACH，并且定义的RACH之一可以被随机地或基于预定标准而选择。RACH传输可以使用空间频率块编码(SFBC)、空间时间块编码(STBC)和波束成形中的一种来发送。

附图说明

从以下关于优选实施例的描述中可以更详细地了解本发明，这些优选实施例是作为实例给出的，并且是结合附图而被理解的，其中：

图1示出在OFDM系统中上行链路数据传输的示意流程图；

图2示出在局域式传输选项中用于RACH子载波映射；

图3示出在分布式传输选项中用于RACH子载波映射；

图4示出根据本发明的RACH帧结构；

图5示出在RACH传输时隙之间具有RACH传输时隙的多个数据帧；

图6示出由不同子载波组定义的多个RACH；

图7示出根据本发明的无线通信系统；

图8是根据本发明经由RACH的接入处理的流程图；

图9示出在每一个RACH时隙中间增加发射功率的发射功率增加；

图10示出在每一个RACH期间增加发射功率的发射功率增加；

图11示出在分布式信道中的发射功率增加；

图12示出频分多路复用的局域式模式的RACH；以及

图13示出频分多路复用的分布式模式的RACH。

具体实施方式

当下文引用时，术语“WTRU”包括但不限于用户设备(UE)、移动站、固定或移动单元、寻呼机、便携式电话、个人数字助理(PDA)、计算机或能够在无线环境中运行的任何其它类型用户装置。当下文引用时，术语“节点B”包括但不限于基站、站点控制器、接入点(AP)或能够在无线环境中运行的任何其它类型接口装置。

图1示出在OFDM系统中上行链路数据传输的示意流程图。对于待由离散傅立叶变换(DFT)单元101(或快速傅立叶变换(FFT)单元)发送的用户数据符号执行DFT(等同地FFT)。由映射单元102将DFT处理之后的结果数据映射至一组子载波。子载波映射可以为局域式子载波映射或者分布式子载波映射。接下来，由反快速傅立叶变换(IFFT)单元103(或反DFT单元)对子载波映射数据执行IFFT(等同地反DFT)。然后，在传输子载波映射数据之前由循环前缀(CP)单元104来附加CP。

图7示出根据本发明的无线通信系统700。系统700包括在小区中与WTRU 710、720中至少一个进行通信的节点B 730。WTRU 710、720包括：处理器711、多路复用器(MUX)712和发射机713。图7分别示出WTRU 710的组件，但是可以通过更多或更少组件来实现某些组件。WTRU 710通过用于初始接入的接入信道701(即RACH)发送RACH传输至节点B730。在检测到从WTRU 710的RACH传输之后，节点B730通过ACK信道702返回ACK。

在节点B 730检测到来自WTRU 710的RACH传输之前可采用多个RACH传输。WTRU初始将RACH传输的发射功率水平设置为预定水平，并为了后续RACH传输而增加发射功率水平。或者，WTRU可在发送RACH传输时升高RACH传输的发射功率水平，以下将详细说明。

为RACH分配一组子载波。在频带中，为RACH分配的子载波可以为“局域式”或“分布式”。图2示出为RACH分配的连续子载波块201的局域式映射。图3示出为RACH分配的与频带交叉的多个分布式子载波301的分布式映射。

随机接入过程包括：发送签名序列并且执行RACH和数据传输的时间和/或频分多路复用。定义了多个正交签名序列，并且WTRU 710经由RACH发送其中一个签名序列。

RACH传输包括在传输签名序列时增加发射功率。如以下所述，由于不存在检测代码，可加快该增加处理。在传统OFDM系统中，不执行编码搜索。然而，根据本发明，对于存在的模式，RACH在子载波上可搜索。

图4示出根据本发明的用于RACH的OFDM子帧结构。0.5ms的OFDM子帧包括多个短块(SB)和多个长块(LB)。由CP来分离每个SB和LB。RACH包括在LB中包括的控制数据和/或在SB中包括的上行链路参考符号。上行链路参考符号包括信道评估和信道质量指示(CQI)测量。上行链路参考符号彼此正交，并且为以下其中之一：(1)自多路复用(不同组的子载波)；(2)时分多路复用；(3)码分多路复用(恒定振幅零自相关(CAZAC)序列的不同偏移)。

根据本发明一实施例，RACH传输和数据传输被时分多路复用。正在通信的所有终端与节点B时间同步。在第一实施例的变形中，如图5所示，存在用于RACH传输的发生在数据帧或多个数据帧之间的时隙。该多路复用处理可由在通用处理器上运行的软件来实现，或者使用执行多路复用的专用逻辑电路来实现。专用逻辑电路将简单地包括在数据流502和RACH信息503之间切换的开关501，其按顺序在每一个中采用固定比特/符号数。在随机接入时隙期间可发生RACH接入。或者，RACH接入可在每次少量数据帧时发生。

多个RACH可被定义为不同组的子载波。图6示出3个RACH(RACH1、RACH2和RACH3)作为示例，每个具有唯一一组子载波。对于RACH传输，可由WTRU随机选择一个定义的RACH，或者可基于预定标准为WTRU分配一个定义的RACH。一种向不同用户分配不同RACH的方法是使用WTRU的序号。或者，可使用对于每一用户唯一的任一其它标准(例如用户ID)来用于RACH分配。作为示例，如果基于用户特定号的最后数字来分配时隙，并且如果该号码以随机方式开始，则用户可被分为10组(每一时隙0，1，2，...，9一组)。

在下行链路ACK信道上，其用于使用户知道在WTRU进行RACH传输之后由节点B识别WTRU，节点B可使用与RACH信道载波分配关联的一组子载波(即，子信道)。这使得用户尝试访问节点B，以查看用于该用户的ACK消息。

另外，每一个WTRU可选择恒定振幅零自相关(CAZAC)序列的随机相位以进一步随机化，并避免访问用户之间的冲突。在这种情况下，通过以下公式增加RACH的总数：

RACH的总数＝N_子信道×N_{CAZAC—随机相位}

图8为根据本发明的经由RACH的访问过程的流程图。WTRU 710在多个预定RACH中选择RACH(步骤801)。WTRU 710优选地选择用于覆盖的CAZAC序列的相位(步骤803)。WTRU 710在进行RACH传输的同时为RACH设置发射(Tx)功率(步骤805)。在如图9所示当正在发送RACH传输的同时，RACH发射功率可被增加。或者，如图10所示，发射功率可在每一个后续RACH传输逐渐增加。节点B处理器732识别WTRU在RACH上的尝试(步骤807)。节点B在关联的ACK信道上响应(步骤809)。节点B730还发送TA信息至WTRU(步骤811)。一旦WTRU 710从节点B730接收到ACK，则WTRU 710停止增加RACH发射功率(步骤813)。然后，WTRU 710调节TA(步骤815)，并发送RACH消息(步骤817)。

在RACH间隔期间，节点B必须为WTRU执行将搜索所有RACH的检测器。RACH时隙必须大于从节点B的传输延迟，并且时隙还必须在端点具有CP，以不与数据帧干扰。关联的ACK信道必须与检测的RACH和CAZAC相位成对。在RACH接入的相位上可对附加信息进行编码。

图11示出实质上与局域式选择相同的对于分布式传输选择的信号响应。在局域式传输中，发送用于RACH的在子载波块中的所有子载波，并且所有的功率被增加，或者逐渐增加。在图11中示出的分布式选择中，发送分布式的子载波，这些分布式子载波的功率被增加，或逐渐增加。如果节点B没有成功接收到第一RACH传输，则在如图9-11所示增加发射功率的同时，WTRU发送多个RACH传输。在RACH接入采用多个RACH时隙的情况下，在后续RACH时隙上的发射功率可以为最后RACH传输的发射功率，或者其可以低于或高于先前RACH。功率的增加可以以这样的水平开始，即足够低而不产生与其它小区的干扰的水平。

根据本发明的另一实施例，某些子载波用于RACH，同时其它子载波用于数据和/或控制数据(即，频分多路复用)。如图12和13所示，RACH子载波可以被局域化或分布化。由于所有WTRU与节点B同步，所以WTRU知道时序，并具有载波同步。RACH帧可以为特定帧，并且简单地使用相同的帧结构作为数据和控制字段。

在该实施例中，功率的增加处理以实质上与之前所述的时分多路复用实施例相同的方式运行。WTRU与节点B同步，并在接入信道开始增加。RACH可具有不同子载波分配的多个信道，或CAZAC序列可形成多个RACH信道。可使用CAZAC序列的不同相位来增加RACH的个数。

节点B检测RACH序列的相位，并且该相位可被用来增加RACH的个数。换句话说，由于节点B能够检测CAZAC序列的不同相位，所以具有不同的相位的CAZAC序列彼此之间正交(因此不彼此干扰)，由多个WTRU同时进行多个RACH尝试。这样有效地增加了可用RACH的个数。

需要注意的是，上述时间和频分多路复用实施例可允许节点B使用由所有WTRU可读的被识别的RACH尝试的指示在共享信道上发送ACK。

存在针对MIMO应用的多个考虑。多个MIMO选择可能包括空分多路复用、空间频率块编码(SFBC)、空间时间块编码(STBC)、波束成形和这些选择的其它组合。当尝试接入节点B时，WTRU应被快速检测，从而WTRU不增加太高，而造成与系统上其它WTRU的干扰。因此，WTRU使用在可能的RACH中具有最高冗余度的MIMO方案进行RACH尝试。这里，具有最高冗余度的MIMO方案指的是包括分集增益的最高水平并因此对于不同信道条件最鲁棒的MIMO方案。分集MIMO技术(例如STBC或SFBC)具有分集增益的优点，并启用防止衰减和其它信道损害的信令。

以下是可根据本发明考虑的不同MIMO选择。

第一选择称为基本STBC选择，其中WTRU使用开环STBC进行RACH接入尝试。使用开环STBC的优点在于信号得益于分集增益而不需要节点B处的昂贵的接收器。

第二选择称为主模式选择，其中WTRU具有下行链路信道评估，并且对信道的本征模式可用公式表示。WTRU通过分析来自节点B的信号来确定信道的最佳模式，并使用相同模式反送。这样的优点在于有效的最佳波束成形解决方案的实施可增加在节点B的信号质量，以及使得检测性能提高。

另一选择是最优预编码选择。当预编码波束成形可用时，WTRU可选择最佳预编码选项来进行RACH尝试。如果使用码本方式，则WTRU选择对于最大分集最鲁棒的预编码器，或具有最高增益的预编码器。最佳预编码选项类似于主模选项，原因体现在WTRU将从码本选择的预编码矩阵用于发送信号，从而预编码矩阵最适合于主要的信道条件。

在成功的RACH尝试之后，可开始自适应调制编码(AMC)和链路自适应。实施哪个选项取决于信道条件、小区类型(即，热点小区、宏观小区、微观小区等)和WTRU的能力。

实施例

1.一种在OFDM MIMO无线通信系统中用于随机接入的方法。

2.如实施例1所述的方法，包括WTRU选择RACH。

3.如实施例1-2中任一所述的方法，包括WTRU选择CAZAC序列的相位。

4.如实施例2-3中任一所述的方法，WTRU经由选择的RACH发送RACH传输至节点B。

5.如实施例2-4中任一所述的方法，其中RACH被分配为一组子载波。

6.如实施例5所述的方法，其中在频带中将子载波局域化。

7.如实施例5所述的方法，其中在频带上将子载波分布化。

8.如实施例4-7中任一所述的方法，还包括：如果检测到来自WTRU的RACH传输，则节点B在ACK信道上发送ACK。

9.如实施例8所述的方法，其中节点B在共享信道上发送ACK。

10.如实施例4-9中任一所述的方法，其中在发送RACH传输的同时，WTRU增加发射功率。

11.如实施例4-9中任一所述的方法，其中WTRU逐渐增加后续RACH传输的发射功率。

12.如实施例2-11中任一所述的方法，其中RACH传输和数据传输被时分多路复用。

13.如实施例2-11中任一所述的方法，其中RACH传输和数据传输被频分多路复用，从而对于RACH传输和数据传输分别分配不同组的子载波。

14.如实施例2-13中任一所述的方法，其中定义多个RACH，并且为RACH传输选择一个定义的RACH。

15.如实施例14所述的方法，其中WTRU随机选择RACH。

16.如实施例14所述的方法，其中基于预定标准将特定RACH分配给WTRU。

17.如实施例16所述的方法，其中使用针对每一个WTRU唯一的标准将不同RACH分配给不同用户。

18.如实施例16-17中任一所述的方法，其中使用WTRU的序号将不同RACH分配给不同用户。

19.如实施例2-18中任一所述的方法，其中使用SFBC、STBC和波束成形中的一种来发送RACH传输。

20.如实施例2-19中任一所述的方法，其中WTRU使用最高冗余度来发送RACH传输。

21.如实施例2-19中任一所述的方法，其中使用开环STBC来发送RACH传输。

22.如实施例2-19中任一所述的方法，其中在分析来自节点B的信号之后使用信道的最佳模式来发送RACH传输。

23.如实施例2-19中任一所述的方法，其中使用发送RACH传输的最佳预编码选项来发送RACH传输。

24.一种在OFDM MIMO无线通信系统中用于随机接入的WTRU。

25.如实施例24所述的WTRU，包括用于选择RACH的处理器。

26.如实施例24-25中任一所述的WTRU，包括用于选择CAZAC序列的相位的处理器。

27.如实施例24-26中任一所述的WTRU，包括经由选择的RACH发送RACH传输至节点B的发射机。

28.如实施例25-27中任一所述的WTRU，其中RACH被分配为一组子载波。

29.如实施例28所述的WTRU，其中在频带中将子载波局域化。

30.如实施例28所述的WTRU，其中在频带上将子载波分布化。

31.如实施例27-30中任一所述的WTRU，其中在发送RACH传输的同时，发射机增加发射功率。

32.如实施例27-30中任一所述的WTRU，其中发射机逐渐增加后续RACH传输的发射功率。

33.如实施例27-32中任一所述的WTRU，其中RACH传输和数据传输被时分多路复用。

34.如实施例27-32中任一所述的WTRU，其中RACH传输和数据传输被频分多路复用，从而对于RACH传输和数据传输分别分配不同组的子载波。

35.如实施例27-34中任一所述的WTRU，其中定义多个RACH，并且为RACH传输选择一个定义的RACH。

36.如实施例35所述的WTRU，其中处理器随机选择RACH。

37.如实施例35所述的WTRU，其中基于预定标准将特定RACH分配给WTRU。

38.如实施例37-38中任一所述的WTRU，其中使用针对每一个WTRU唯一的标准将不同RACH分配给不同用户。

39.如实施例38所述的WTRU，其中使用WTRU的序号将不同RACH分配给不同用户。

40.如实施例27-39中任一所述的WTRU，其中发射机使用SFBC、STBC和波束成形中的一种来发送RACH传输。

41.如实施例27-40中任一所述的WTRU，其中发射机使用最高冗余度来发送RACH传输。

42.如实施例27-40中任一所述的WTRU，其中发射机使用开环STBC来发送RACH传输。

43.如实施例27-40中任一所述的WTRU，其中发射机在分析来自节点B的信号之后使用信道的最佳模式来发送RACH传输。

44.如实施例27-40中任一所述的WTRU，其中发射机使用发送RACH传输的最佳预编码选项来发送RACH传输。

虽然本发明的特征和元素在优选的实施方式中以特定的结合进行了描述，但每个特征或元素可以在没有所述优选实施方式的其他特征和元素的情况下单独使用，或在与或不与本发明的其他特征和元素结合的各种情况下使用。本发明提供的方法或流程图可以在由通用计算机或处理器执行的计算机程序、软件或固件中实施，其中所述计算机程序、软件或固件是以有形的方式包含在计算机可读存储介质中的。关于计算机可读存储介质的实例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、缓冲存储器、半导体存储设备、内部硬盘和可移动磁盘之类的磁介质、磁光介质以及CD-ROM碟片和数字通用光盘(DVD)之类的光介质。

举例来说，恰当的处理器包括：通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何一种集成电路(IC)和/或状态机。

与软件相关联的处理器可以用于实现一个射频收发机，以便在无线发射接收单元(WTRU)、用户设备、终端、基站、无线网络控制器或是任何主机计算机中加以使用。WTRU可以与采用硬件和/或软件形式实施的模块结合使用，例如相机、摄像机模块、可视电话、扬声器电话、振动设备、扬声器、麦克风、电视收发机、免提耳机、键盘、

模块、调频(FM)无线单元、液晶显示器(LCD)显示单元、有机发光二极管(OLED)显示单元、数字音乐播放器、介质播放器、视频游戏机模块、因特网浏览器和/或任何无线局域网(WLAN)模块。

Claims (38)

1.一种在正交频分多路复用(OFDM)多入多出(MIMO)无线通信系统中由无线发射/接收单元(WTRU)执行的用于随机接入的方法，该方法包括：

选择随机接入信道(RACH)；

选择恒定振幅零自相关(CAZAC)序列的相位；以及

经由选择的RACH发送RACH传输至节点B。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述RACH被分配到一组子载波。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述子载波在频带中被局域化。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述子载波在频带上被分布化。

5.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：

如果检测到来自所述WTRU的RACH传输，则所述节点B在应答(ACK)信道上发送ACK。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述节点B在共享信道上发送所述ACK。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在发送所述RACH传输的同时，所述WTRU逐渐增加发射功率。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述WTRU逐步增加后续RACH传输的发射功率。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述RACH传输和数据传输是时分多路复用的。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述RACH传输和数据传输是频分多路复用的，从而对所述RACH传输和所述数据传输分别分配不同组的子载波。

11.根据权利要求1所述的方法，其中定义多个RACH，并且为所述RACH传输选择所定义的RACH中的一者。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述WTRU随机选择所述RACH。

13.根据权利要求11所述的方法，其中基于预定标准将特定RACH分配给所述WTRU。

14.根据权利要求13所述的方法，其中使用针对每一个WTRU为唯一的标准将不同的RACH分配给不同用户。

15.根据权利要求14所述的方法，其中使用所述WTRU的序号将不同的RACH分配给不同用户。

16.根据权利要求1所述的方法，其中使用空间频率块编码(SFBC)、空间时间块编码(STBC)和波束成形中的至少一者来发送所述RACH传输。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述WTRU使用最高冗余度来发送所述RACH传输。

18.根据权利要求1所述的方法，其中使用开环STBC来发送所述RACH传输。

19.根据权利要求1所述的方法，其中在分析来自所述节点B的信号之后使用信道的最佳模式来发送所述RACH传输。

20.根据权利要求1所述的方法，其中使用发送所述RACH传输的最佳预编码选项来发送所述RACH传输。

21.一种被配置为在正交频分多路复用(OFDM)多入多出(MIMO)无线通信系统中执行随机接入过程的无线发射/接收单元(WTRU)，该WTRU包括：

处理器，该处理器被配置为选择随机接入信道(RACH)和恒定振幅零自相关(CAZAC)序列的相位；以及

发射机，该发射机被配置为经由选择的RACH发送RACH传输至节点B。

22.根据权利要求21所述的WTRU，其中所述RACH被分配到一组子载波。

23.根据权利要求22所述的WTRU，其中所述子载波在频带中被局域化。

24.根据权利要求22所述的WTRU，其中所述子载波在频带上被分布化。

25.根据权利要求21所述的WTRU，其中在发送所述RACH传输的同时，所述发射机逐渐增加发射功率。

26.根据权利要求21所述的WTRU，其中所述发射机逐步增加后续RACH传输的发射功率。

27.根据权利要求21所述的WTRU，其中所述RACH传输和数据传输是时分多路复用的。

28.根据权利要求21所述的WTRU，其中所述RACH传输和数据传输是频分多路复用的，从而对所述RACH传输和所述数据传输分别分配不同组的子载波。

29.根据权利要求21所述的WTRU，其中定义多个RACH，并且为所述RACH传输选择所定义的RACH中的一者。

30.根据权利要求29所述的WTRU，其中所述处理器随机选择所述RACH。

31.根据权利要求29所述的WTRU，其中基于预定标准将特定RACH分配给所述WTRU。

32.根据权利要求31所述的WTRU，其中使用针对每一个WTRU为唯一的标准将不同RACH分配给不同用户。

33.根据权利要求32所述的WTRU，其中使用所述WTRU的序号将不同RACH分配给不同用户。

34.根据权利要求21所述的WTRU，其中所述发射机使用空间频率块编码(SFBC)、空间时间块编码(STBC)和波束成形中的至少一者来发送所述RACH传输。

35.根据权利要求34所述的WTRU，其中所述发射机使用最高冗余度来发送所述RACH传输。

36.根据权利要求21所述的WTRU，其中所述发射机使用开环STBC来发送所述RACH传输。

37.根据权利要求21所述的WTRU，其中所述发射机在分析来自所述节点B的信号之后使用信道的最佳模式来发送所述RACH传输。

38.根据权利要求21所述的WTRU，其中所述发射机使用发送所述RACH传输的最佳预编码选项来发送所述RACH传输。

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