主頁（http://www.130131.com）：N-frequency 小區(qū)的NodeB輔助的上行同步算法分析 摘要 隨機(jī)接入是TD-SCDMA系統(tǒng)性能的一個(gè)關(guān)鍵性過程。UE在進(jìn)行業(yè)務(wù)前，需要發(fā)起隨機(jī)接入過程以建立上下行同步。在上行同步過程中，多個(gè)UE可能在同一子幀發(fā)送相同SYNC-UL， 由此產(chǎn)生的碰撞會導(dǎo)致上行同步的失敗，直接影響UE的接入成功率和系統(tǒng)無線資源的利用。在N-Frequency小區(qū)中，由于所有UE都須從主載波上發(fā)起上行同步過程，多UE同步接入時(shí)發(fā)生SYNC-UL碰撞幾率會大大增加。本文在分析了N-frequency小區(qū)隨機(jī)接入上行同步過程碰撞概率的基礎(chǔ)上，提出了N-frequency小區(qū)中利用NodeB輔助的上行同步的優(yōu)化算法， 該算法簡單、容易實(shí)現(xiàn)，能有效地提高UE上行同步的成功率。1、TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中UE的隨機(jī)接入過程簡述TD-SCDMA是一個(gè)同步的CDMA系統(tǒng), UE在發(fā)起CS/PS業(yè)務(wù)前, 需要發(fā)起隨機(jī)接入過程, 建立上行和下行同步。整個(gè)隨機(jī)接入過程包括下行同步的獲取、系統(tǒng)消息的讀取、建立上行同步和隨機(jī)接入。UE要駐留一個(gè)小區(qū)時(shí)，需要先讀取小區(qū)的DwPCH，獲取小區(qū)的SYNC-DL，從而相應(yīng)獲取小區(qū)的擾碼和基本中間碼。從連續(xù)的DwPTS中檢測出PCCPCH的位置，讀取BCH上的系統(tǒng)信息，從而獲取小區(qū)的FPACH, SCCPCH, PRACH公共信道等資源信息。相應(yīng)的從為隨機(jī)接入而分配給UpPTS的8 個(gè)SYNC-UL 中選取一個(gè)，在UpPCH上發(fā)送SYNC-UL；并在相應(yīng)的FPACH信道上，當(dāng)UE獲取FPACH上NodeB的響應(yīng)時(shí)，就可以在隨后的PRACH和DPCH上完成RRC連接和相應(yīng)的業(yè)務(wù)。從上面的隨機(jī)接入過程可以看出，在NodeB側(cè)的上行同步碼SYNC-UL的獲取是非常關(guān)鍵的。一個(gè)小區(qū)內(nèi)在一個(gè)無線子幀，如有多個(gè)UE同時(shí)發(fā)起上行同步，各自從8個(gè)SYNC-UL中任選一個(gè)，如果有兩個(gè)或多個(gè)UE選擇的SYNC-UL相同，則會發(fā)生碰撞。導(dǎo)致NodeB側(cè)SYNC-UL檢測錯(cuò)誤，UE上行同步失敗，導(dǎo)致UE接入失敗，接入率的降低和系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。而UE會繼續(xù)嘗試上行同步過程，這會增加對相鄰小區(qū)UpPCH的干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。這種碰撞發(fā)生的概率和UE的接入到達(dá)率有關(guān)系；同時(shí)需要接入的UE越多，發(fā)生碰撞的概率越高。本文在分析了N-Frequency小區(qū)上行同步過程中SYNC-UL碰撞概率的基礎(chǔ)上，提出了NodeB輔助的上行同步算法，降低了在N-Frequency 小區(qū)中SYNC-UL的碰撞發(fā)生概率。并進(jìn)一步分析了該算法在NodeB側(cè)和UE側(cè)的算法實(shí)現(xiàn)流程和在具體的應(yīng)用場景下算法的優(yōu)化性能。 2、N-Frequency 小區(qū)的SYNC-UL碰撞概率分析由于TD-SCDMA的時(shí)分特性，相比GSM等其他無線系統(tǒng)，對同步性能有相對特殊的要求。UE在獲取下行鏈路的同步后，由于UE和NodeB距離的不同，UE發(fā)送的信號到達(dá)NodeB的傳輸時(shí)延也不同，為保證不同UE發(fā)送的信號能在同一時(shí)間到達(dá)NodeB, 在UE發(fā)起業(yè)務(wù)之前，需要發(fā)起上行同步過程。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，定義了一個(gè)上行同步時(shí)隙UpPTS，NodeB在GP和UpPTS時(shí)隙中接受UE發(fā)送的SYNC-UL碼。按照系統(tǒng)的定義，每個(gè)SYNC-DL對應(yīng)一組8個(gè)SYNC-UL碼字。UE根據(jù)獲取的SYNC-DL，隨機(jī)地從SYNC-UL碼組中選取一個(gè)上行同步碼，并以一定的相對UpPTS的時(shí)間提前量發(fā)送。NodeB通過相關(guān)運(yùn)算檢測出UE的SYNC-UL，獲取SYNC-UL的定時(shí)和功率信息，并相應(yīng)地算出UE在PRACH上使用的發(fā)送功率和時(shí)間調(diào)整值，在 FPACH中發(fā)送給UE，從而使所有UE發(fā)送的信號能在同一時(shí)間到達(dá)NodeB。如在同一子幀內(nèi)，兩個(gè)或多個(gè)UE所選的SYNC-UL碼相同，則會發(fā)生上行同步信號的碰撞，導(dǎo)致在NodeB側(cè)SYNC-UL檢測失敗。在[1]中分析了隨機(jī)接入過程中碰撞檢測的性能，NodeB側(cè)能正確檢測出碰撞的概率大約為98.74%。在目前N-Frequency小區(qū)中，由于只有主載頻上配有UpPTS, UE需要在主載波上完成隨機(jī)接入過程，然后才能在主、輔載頻上進(jìn)行業(yè)務(wù)。由于N-Frequency小區(qū)能承載的UE數(shù)量理論可以是單載頻小區(qū)的N倍以上，故而N-Frequency小區(qū)UE的接入到達(dá)率可以認(rèn)為是單載頻小區(qū)的N倍左右，而所有UE都須通過主載頻的UpPCH發(fā)起上行接入，故而SYNC-UL碰撞率會大大提高，影響SYNC-UL的成功檢測。下面分析N-Frequency小區(qū)的SYNC-UL碰撞概率。假定一個(gè)載波的用戶接入到達(dá)率采用泊松分布(Poisson Distribution): k 是同時(shí)上行接入的用戶數(shù)， 對N-Frequecy小區(qū)，假定每個(gè)載波的UE到達(dá)用戶分布情況是相同的，則N-freqency小區(qū)的到達(dá)接入用戶概率分布是： 相應(yīng)的可以算出在 通過上述公式可以看出，在N-frequency 小區(qū)中， 如圖1所示：  圖 1 N-Frequency 小區(qū)和單頻點(diǎn)小區(qū)碰撞概率比和同時(shí)接入用戶關(guān)系 對3載波小區(qū)（ 3、N-Frequency 小區(qū)NodeB輔助的上行同步算法分析從上面的分析可以看出，N-Frequency小區(qū)雖然節(jié)約了輔載波上的公共信道資源，減少了DwPCH和UpPCH在輔載波上的分配，但是卻增加了UE上行同步時(shí)SYNC-UL的碰撞幾率，降低了小區(qū)的上行同步成功率。而上行同步是UE發(fā)起業(yè)務(wù)和切換的前提，從而嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的性能。為克服上述情況，下面分析了上行SYNC-UL處理過程，提出了一種上行同步算法，可以顯著減少N-Frequency小區(qū)的SYNC-UL碰撞概率。由于UE在發(fā)起上行鏈路同步過程時(shí), UE 是不知道網(wǎng)絡(luò)側(cè)的情況的,UE 只是盲目地在UpPCH上發(fā)送SYNC-UL,然后去偵聽FPACH上NodeB給UE的響應(yīng)。NodeB在正確檢測出SYNC-UL后，NodeB會把檢測出的SYNC-UL ID、在空口上發(fā)送FPACH的幀號和接收到UE的SYNC-UL幀號的增量 從上面的分析可以看出，UE在發(fā)送SYNC-UL前，不知道NodeB側(cè)的情況，UE只是隨機(jī)發(fā)起上行鏈路的同步過程。而在NodeB側(cè)，NodeB只是在正確檢測出SYNC-UL時(shí)才會利用FPACH信道發(fā)送響應(yīng)。在發(fā)生SYNC-UL碰撞時(shí)，F(xiàn)PACH上是不會發(fā)送任何信息，這樣FPACH資源在發(fā)送下一次響應(yīng)前是空閑的。 在N-Frequency小區(qū)中，由于只有主載波上可以發(fā)起上行鏈路的同步接入過程，使得SYNC-UL發(fā)生碰撞的概率大大增加。為改善這種情況，提出了NodeB輔助的UE上行同步優(yōu)化算法。具體分析如下： 在NodeB側(cè)，如NodeB檢測出有多個(gè)用戶同時(shí)接入，SYNC-UL發(fā)生碰撞，NodeB側(cè)在后續(xù)的無線子幀中，在FPACH上發(fā)送響應(yīng)，相應(yīng)的內(nèi)容包括在空口上的發(fā)送FPACH的幀號和接收到UE的SYNC-UL幀號的增量 NodeB側(cè)的算法的流程如圖2所示： 圖2 NodeB 側(cè)FPACH處理 在UE側(cè)，UE接收FPACH信道并解出FPACH的內(nèi)容，如發(fā)現(xiàn)SYNC-UL ID 為預(yù)設(shè)的SYNC-UL Collision ID，則知道小區(qū)內(nèi)發(fā)生了多個(gè)UE上行同步，SYNC-UL發(fā)生碰撞；UE通過 對已發(fā)送了SYNC-UL的UE, 偵聽FPACH內(nèi)容后，如發(fā)現(xiàn)NodeB側(cè)發(fā)生了SYNC-UL碰撞，則可以結(jié)束上一次的上行同步過程，不必等到N幀結(jié)束，開始下一次的BACKOFF-N 的上行同步過程。 4、NodeB輔助的UE上行同步優(yōu)化算法的性能分析在沒有NodeB輔助的UE 的上行鏈路同步過程中，如多個(gè)UE同時(shí)接入并發(fā)生SYNC-UL碰撞，則發(fā)生碰撞時(shí)同時(shí)接入的圖3 UE 側(cè)FPACH接收和SYNC-UL發(fā)送處理 UE數(shù)為 表1 發(fā)生碰撞的概率
隨著 采用NodeB輔助的上行同步算法，在已發(fā)生上行SYNC-UL碰撞重新發(fā)起行同步過程的N個(gè)子幀中，碰撞發(fā)生的概率分析如下: 而對于新到達(dá)的須接入的UE，其發(fā)生2個(gè)UE碰撞的概率則為泊松分布中到達(dá)接入U(xiǎn)E為2時(shí)發(fā)生的概率： 3載波時(shí)為4.6861e-006，6載波時(shí)為9.3694e-006，改善程度為沒有采用本算法時(shí)的概率小15004倍和7504倍，對UE上行同時(shí)時(shí)碰撞問題的改善顯著提高。 從上面的分析可以看出,采用NodeB輔助的上行同步算法可以很好的消除已發(fā)生上行同步碰撞再次嘗試接入時(shí)的碰撞概率，極好地降低新到達(dá)用戶的上行同步時(shí)發(fā)生碰撞概率，提高了UE上行同步成功率；而且由于UE上行同步SYNC-UL碰撞概率的減小，減少了UE上行SYNC-UL發(fā)送次數(shù)，減輕了本小區(qū)和相鄰小區(qū)UpPCH上的干擾功率，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。 5、結(jié)束語在N-Frequency小區(qū)中，由于只有主載頻上有UpPCH用于所有UE的接入，用戶的上行同步過程發(fā)生碰撞的概率遠(yuǎn)大于單載頻小區(qū)。在分析了N-Frequency上行同步發(fā)生碰撞問題的基礎(chǔ)上，本文提出了一個(gè)基于NodeB輔助的上行鏈路的同步算法，可以較好的減少已發(fā)生碰撞的UE再次進(jìn)行上行同步過程中發(fā)生碰撞的概率，而且可以顯著地減少新接入U(xiǎn)E的上行同步發(fā)生碰撞的概率，提高了UE隨機(jī)接入的成功率，減小了對本小區(qū)和相鄰小區(qū)UpPCH上的干擾，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能和資源的利用率。該算法也可以應(yīng)用于單頻點(diǎn)小區(qū)。參考文獻(xiàn)[1]. TD-SCDMA 隨機(jī)接入過程中碰撞檢測的性能分析[2] TS25.221: Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (TDD) (中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮) |
