主頁（http://www.by236.com）：N-frequency 小區的NodeB輔助的上行同步算法分析 摘要 隨機接入是TD-SCDMA系統性能的一個關鍵性過程。UE在進行業務前，需要發起隨機接入過程以建立上下行同步。在上行同步過程中，多個UE可能在同一子幀發送相同SYNC-UL， 由此產生的碰撞會導致上行同步的失敗，直接影響UE的接入成功率和系統無線資源的利用。在N-Frequency小區中，由于所有UE都須從主載波上發起上行同步過程，多UE同步接入時發生SYNC-UL碰撞幾率會大大增加。本文在分析了N-frequency小區隨機接入上行同步過程碰撞概率的基礎上，提出了N-frequency小區中利用NodeB輔助的上行同步的優化算法， 該算法簡單、容易實現，能有效地提高UE上行同步的成功率。1、TD-SCDMA網絡中UE的隨機接入過程簡述TD-SCDMA是一個同步的CDMA系統, UE在發起CS/PS業務前, 需要發起隨機接入過程, 建立上行和下行同步。整個隨機接入過程包括下行同步的獲取、系統消息的讀取、建立上行同步和隨機接入。UE要駐留一個小區時，需要先讀取小區的DwPCH，獲取小區的SYNC-DL，從而相應獲取小區的擾碼和基本中間碼。從連續的DwPTS中檢測出PCCPCH的位置，讀取BCH上的系統信息，從而獲取小區的FPACH, SCCPCH, PRACH公共信道等資源信息。相應的從為隨機接入而分配給UpPTS的8 個SYNC-UL 中選取一個，在UpPCH上發送SYNC-UL；并在相應的FPACH信道上，當UE獲取FPACH上NodeB的響應時，就可以在隨后的PRACH和DPCH上完成RRC連接和相應的業務。從上面的隨機接入過程可以看出，在NodeB側的上行同步碼SYNC-UL的獲取是非常關鍵的。一個小區內在一個無線子幀，如有多個UE同時發起上行同步，各自從8個SYNC-UL中任選一個，如果有兩個或多個UE選擇的SYNC-UL相同，則會發生碰撞。導致NodeB側SYNC-UL檢測錯誤，UE上行同步失敗，導致UE接入失敗，接入率的降低和系統資源的浪費。而UE會繼續嘗試上行同步過程，這會增加對相鄰小區UpPCH的干擾，導致系統性能的降低。這種碰撞發生的概率和UE的接入到達率有關系；同時需要接入的UE越多，發生碰撞的概率越高。本文在分析了N-Frequency小區上行同步過程中SYNC-UL碰撞概率的基礎上，提出了NodeB輔助的上行同步算法，降低了在N-Frequency 小區中SYNC-UL的碰撞發生概率。并進一步分析了該算法在NodeB側和UE側的算法實現流程和在具體的應用場景下算法的優化性能。 2、N-Frequency 小區的SYNC-UL碰撞概率分析由于TD-SCDMA的時分特性，相比GSM等其他無線系統，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發送的信號到達NodeB的傳輸時延也不同，為保證不同UE發送的信號能在同一時間到達NodeB, 在UE發起業務之前，需要發起上行同步過程。在TD-SCDMA系統中，定義了一個上行同步時隙UpPTS，NodeB在GP和UpPTS時隙中接受UE發送的SYNC-UL碼。按照系統的定義，每個SYNC-DL對應一組8個SYNC-UL碼字。UE根據獲取的SYNC-DL，隨機地從SYNC-UL碼組中選取一個上行同步碼，并以一定的相對UpPTS的時間提前量發送。NodeB通過相關運算檢測出UE的SYNC-UL，獲取SYNC-UL的定時和功率信息，并相應地算出UE在PRACH上使用的發送功率和時間調整值，在 FPACH中發送給UE，從而使所有UE發送的信號能在同一時間到達NodeB。如在同一子幀內，兩個或多個UE所選的SYNC-UL碼相同，則會發生上行同步信號的碰撞，導致在NodeB側SYNC-UL檢測失敗。在[1]中分析了隨機接入過程中碰撞檢測的性能，NodeB側能正確檢測出碰撞的概率大約為98.74%。在目前N-Frequency小區中，由于只有主載頻上配有UpPTS, UE需要在主載波上完成隨機接入過程，然后才能在主、輔載頻上進行業務。由于N-Frequency小區能承載的UE數量理論可以是單載頻小區的N倍以上，故而N-Frequency小區UE的接入到達率可以認為是單載頻小區的N倍左右，而所有UE都須通過主載頻的UpPCH發起上行接入，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小區的SYNC-UL碰撞概率。假定一個載波的用戶接入到達率采用泊松分布(Poisson Distribution): k 是同時上行接入的用戶數， 對N-Frequecy小區，假定每個載波的UE到達用戶分布情況是相同的，則N-freqency小區的到達接入用戶概率分布是： 相應的可以算出在 通過上述公式可以看出，在N-frequency 小區中， 如圖1所示：  圖 1 N-Frequency 小區和單頻點小區碰撞概率比和同時接入用戶關系 對3載波小區（ 3、N-Frequency 小區NodeB輔助的上行同步算法分析從上面的分析可以看出，N-Frequency小區雖然節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SYNC-UL的碰撞幾率，降低了小區的上行同步成功率。而上行同步是UE發起業務和切換的前提，從而嚴重影響了系統的性能。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小區的SYNC-UL碰撞概率。由于UE在發起上行鏈路同步過程時, UE 是不知道網絡側的情況的,UE 只是盲目地在UpPCH上發送SYNC-UL,然后去偵聽FPACH上NodeB給UE的響應。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在發送SYNC-UL前，不知道NodeB側的情況，UE只是隨機發起上行鏈路的同步過程。而在NodeB側，NodeB只是在正確檢測出SYNC-UL時才會利用FPACH信道發送響應。在發生SYNC-UL碰撞時，FPACH上是不會發送任何信息，這樣FPACH資源在發送下一次響應前是空閑的。 在N-Frequency小區中，由于只有主載波上可以發起上行鏈路的同步接入過程，使得SYNC-UL發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上行同步優化算法。具體分析如下： 在NodeB側，如NodeB檢測出有多個用戶同時接入，SYNC-UL發生碰撞，NodeB側在后續的無線子幀中，在FPACH上發送響應，相應的內容包括在空口上的發送FPACH的幀號和接收到UE的SYNC-UL幀號的增量 NodeB側的算法的流程如圖2所示： 圖2 NodeB 側FPACH處理 在UE側，UE接收FPACH信道并解出FPACH的內容，如發現SYNC-UL ID 為預設的SYNC-UL Collision ID，則知道小區內發生了多個UE上行同步，SYNC-UL發生碰撞；UE通過 對已發送了SYNC-UL的UE, 偵聽FPACH內容后，如發現NodeB側發生了SYNC-UL碰撞，則可以結束上一次的上行同步過程，不必等到N幀結束，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UE同時接入并發生SYNC-UL碰撞，則發生碰撞時同時接入的圖3 UE 側FPACH接收和SYNC-UL發送處理 UE數為 表1 發生碰撞的概率
隨著 采用NodeB輔助的上行同步算法，在已發生上行SYNC-UL碰撞重新發起行同步過程的N個子幀中，碰撞發生的概率分析如下: 而對于新到達的須接入的UE，其發生2個UE碰撞的概率則為泊松分布中到達接入UE為2時發生的概率： 3載波時為4.6861e-006，6載波時為9.3694e-006，改善程度為沒有采用本算法時的概率小15004倍和7504倍，對UE上行同時時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生上行同步碰撞再次嘗試接入時的碰撞概率，極好地降低新到達用戶的上行同步時發生碰撞概率，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發送次數，減輕了本小區和相鄰小區UpPCH上的干擾功率，提高了整個網絡的性能。 5、結束語在N-Frequency小區中，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生碰撞的概率遠大于單載頻小區。在分析了N-Frequency上行同步發生碰撞問題的基礎上，本文提出了一個基于NodeB輔助的上行鏈路的同步算法，可以較好的減少已發生碰撞的UE再次進行上行同步過程中發生碰撞的概率，而且可以顯著地減少新接入UE的上行同步發生碰撞的概率，提高了UE隨機接入的成功率，減小了對本小區和相鄰小區UpPCH上的干擾，提高了整個網絡的性能和資源的利用率。該算法也可以應用于單頻點小區。參考文獻[1]. TD-SCDMA 隨機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 | 責任編輯：陳曉亮) |
