（通信与信息系统专业论文）基于wimax的初始ranging检测算法研究.pdf

f i ij i iiiiiii i i i i iii jiii y 18 0 7 9 3 0 ad i s s e r t a t i o nf o rt h e d e g r e eo fm e n g r e s e a r c ho ni n i t i a lr a n g i n gd e t e c t i o n 一 a l g o r i t h mf o rw i m ax c a n d i d a t e ：s h a oj i a f e n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl iw e n x i n g a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l t y ：c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m s d a t eo fs u b m i s s i o n ：m a r c h ，2 0 1 0 d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ：m a r c h ，2 0 1 0 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y 、f 大学 。 性声明 作，是在导师的指导下，由 法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：确汞飘 日期：洲。年多月汨 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 盹授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口解 密后) 由哈尔滨- r - 程大学送交有关 作者( 签字) ：召p 苏枫 日期：蛳年弓月涉日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 1随着移动通信的飞速发展，实现高速移动通信是人们追求的目标之一。 。目前第二代和第三代移动通信系统能为用户提供数据传输业务，但其数据传 输能力有限，仍不满足用户实时高速数据传输应用的需求。于是，8 0 2 1 6 工 作小组提出了基于i e e e8 0 2 1 6 的全球微波接入互操作性t w l m 越x ) 技术。“初 始测距n g i i l 曲过程 是在w 粼系统o f d m a 物理层的上行链路中重要 过程之一。该过程实现了在一个小区内所有终端用户和基站之间初始的功率 调整、时偏估计和同步，它的性能决定了用户是否可以进行快速接入的系统 和同步通信。所以初始r a n g i n g 过程的研究具有很重要实际的意义。 本文首先从w 谂s a x 技术背景出发，简单介绍了r a n g i n g 过程的基本理论， 如r a n g i n g 码产生与分类、r a r i n g 的符号结构、r a r i n g 接入过程等。其次， 详细描述了当今学术界对于初始r a n g i n g 检测算法的热点研究方法及研究思 一想，并对它们的进行了总结和比较。 论文重点研究了多天线系统下的检测算法和超远覆盖检测算法这两个方 面内容。首先，在传统多天线系统算法基础上，提出了一种用于初始g a n g i n g 检测的改进算法，该算法在不增加计算量的条件下，将用户的时偏值作为判 决基准，首先间接判断出当时各天线所处的通信情况，然后再使用不同方法 的检测。理论分析和仿真结果表明，该算法在a w g n 信道和i t u p b 3 信道下 均具有更好的检测性能。该算法最大限度的利用多天线分集带来的性能增益， 同时提高了检测效率和性能，在一定程度上抑制了多径衰落。 l然后，针对传统的时频域结合检测算法不能消除相位模糊从而无法实现 j 超远覆盖，提出了一种时频域结合检测算法一多天线系统的初始r a n g i n g 超 远覆盖检测算法。该算法不但有效地降低计算工作量，还解决了超远覆盖带 来的相位模糊问题，真正实现了超远覆盖。理论分析和仿真结果表明，在 a w g n 信道下，无论单用户分别接入还是在多用户同时接入情况，该算法都 具有复杂度低，检测率高，可准确估计时偏值的优点。 ，fj j l i m i t e d , s t i l ln o ts a t i s f i e d s t a t i cu s e rw i t ht h er e a l - t i m e h i g h - s p e e d d a t a t r a n s m i s s i o na p p l i c a t i o n s b a s e do ni e e e8 0 2 1 6p r o t o c o ls t a n d a r dw o r k i n g g r o u ph a sm a d eag l o b a li n t e r o p e r a b i l i t y f o rm i c r o w a v ea c c e s s ( w i m a x ) ”i n i t i a lr a n g i n gp r o c e s s ”i so n eo ft h ei m p o r t a n tp r o c e s e si nt h eu p l i n kw d c l a x o f d m a p h y s i c a ll a y e r t h ep r o c e s sa c h i e v e sa d j u s t i n gp o w e r , e s t i m a t i n gt i m e a n ds y n c h r o n i z a t i o nb e t w e e na l ls u b s c r i b e rs t a t i o n sa n db a s es t a t i o n si nac e l l i n i t i a l l y , w h i c hp e r f o r m a n c ed e t e r m i n e sw h e t h e r u s e rc a l lq u i c k l ya c c e s ss y s t e m s a n ds y n c h r o n o u s l yc o m m u n i c a t eo rn o t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho fi n i t i a lr a n g i n g p r o c e s sh a sav e r yi m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h i sp a p e rf i r s t l y 舶mt h ew l m a xt e c h n i c a lb a c k g r o u n d ，b r i e f l yi n t r o d u c e s t h eb a s i ct h e o r yo fr a n g i n gp r o c e s s ，s u c ha st h er a n g i n gc o d ec e n e r a t i o na n d c l a s s i f i c a t i o n , r a n g i n gs y m b o l i cs t r u c t u r e ，r a n g i n ga c c e s sp r o c e s s e s s e c o n d l y , t h e e x i s t i n gr e s e a r c ho fi n i t i a lr a n g i n gd e t e c t i o na l g o r i t h mr e s u l t so nt h e i rm a i n p r o p e r t i e sa r es u m m a r i z e da n dc o m p a r e d t h i sp a p e rf o c u s e so i lt h e s et w oa s p e c t so fd e t e c t i o na l g o r i t h ma n ds u p e r l o n gc o v e r a g ei nt h em u l t i a n t e n n as y s t e m f i r s to fa l l ，am e t h o df o ri m p r o v i n g i n i t i a lr a n g i n gd e t e c t i o na l g o r i t h mi sp r o p o s e df r o mt h et r a d i t i o n a la l g o r i t h mi n m u l t i a n t e n n as y s t e m s w i t h o u ti n c r e a s i n gt h ec a l c u l a t i o nt h i sa l g o r i t h mu s e st o d e t e c tt h ev a l u eo fu s e rt i m e o f f s e t ，i n d i r e c tj u d g e st h ea n t e n n a sc o m m u n i c a t i o n s i t u a t i o n ，a n dt h e nu s e st h ec o r r e s p o n d i n gm e t h o d st od e t e c t t h e o r e t i c a la n a l y s i s a n ds i m u l a t i o nr e s u l ti n d i c a t et h a tt h i s a l g o r i t h m h a sab e t t e rd e t e c t i o n p e r f o r m a n c ei nt h ea w g n a n di t u p b 3c h a n n e l ，t h ea l g o r i t h mm a x i m i z e st h e d o m a i nd e t e c t i o n2 l l g o f i t h m - - t h ei n i t i a lr a n g i n gu l t r a - l o n gc o v e r a g ed e t e c t i o n a l g o r i t h mi nm u l t i - a n t e n n as y s t e m s t h ea l g o r i t h mn o to n l ye f f e c t i v e l yr e d u c e s 、t h ec a l c u l a t i o n , b u ta l s or e s o l v e dt ot h ep h a s ea m b i g u i t yp r o b l e mc a u s e db ys u p e r l o n gc o v e r a g e ，t h er e a l i z a t i o no ft h es u p e rm u c h t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ti na w g n c h a n n e l ，r e g a r d l e s so ft h es i n g l e - u s e r r e s p e c t i v e l ya c c e s so rm u l t i p l eu s e r ss i m u l t a n e o u s l ya c c e s s ，t h ea l g o r i t h mh a st h e b e n e f i t sa sl o wc o m p l e x i t y , h i g hd e t e c t i o nr a t e ，a n dc a na c c u r a t e l ye s t i m a t et h e t i m ev a l u e k e yw o r d s ：w x a x ；i n i t i a lr a n g i n g ；m u l t i - a n t e n n a ；s u p e rf a rc o v e r ；p h a s e a m b i g u i t y 1 1 2w i m a x 技术的应用前景2 1 2 课题的国内外研究现状和意义4 1 3 论文主要内容和结构安排5 第2 章r a n g i n g 过程7 2 1 引言7 2 2r a n g i 】a g 码产生与分类7 2 3r a n g i n g 符号结构9 2 3 1 初始r a n g i n e d 七) j 换r a n g i n g 符号结构9 2 3 2 周期r a n g i n g 带宽请求符号结构1 0 2 4r a n g i n g 接入过程1 1 2 4 1 基于竞争的初始r a n g i n g 和自动调整1 1 2 4 2 基于竞争的周期r a n g i n g 和自动调整1 4 2 4 3 带宽申请机会1 6 2 5 本章小结17 第3 章初始r a n g i n g 检测算法研究18 3 1 引言：18 3 2 初始r a n g i n g 检测算法的分类简介19 3 2 1 时域相关检测法1 9 3 2 2 时频域结合检测法2 2 3 2 3 频域差分法2 4 3 3 目前检测算法中存在的问题2 7 3 4 本章小结。2 9 4 2 2 最大均值选择算法31 4 2 3 峰值合并算法3 2 4 3 提出的多天线系统检测算法3 2 4 3 1 系统模型3 3 4 3 2 算法流程3 5 4 3 3 仿真实验结果及分析3 7 4 4 本章小结。4 2 第5 章初始r a n g i n g 超远覆盖算法实现4 4 5 1 引言4 4 5 2 覆盖距离的确定4 4 5 3 减少算法的计算量4 5 5 4 时偏相位模糊消除方法4 5 5 4 1 ( 0 5 1 1 ) 区间相位模糊消除4 6 5 4 2 ( 5 1 2 8 0 0 ) 区间相位模糊消除4 6 5 4 3 ( 8 0 0 , - , 1 0 2 4 ) 区间相位模糊消除4 7 5 4 4 仿真实验结果及分析4 7 5 5 超远覆盖算法实现流程4 9 5 5 1 系统模型4 9 5 5 2 算法流程4 9 5 5 3 仿真实验结果及分析5 2 5 6 本章小结：5 7 结论。：5 8 参考文献6 0 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果6 6 致谢6 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 意义 性是人们一直追求的目标之一，因而远距高速移动 点，宽带移动接入备受关注。近年来，社会对于无 线接入互联网和无线多媒体数据业务的巨大需求推动了无线通信技术的快速 发展，通信技术宽带化、口化和移动化已经成为未来通信业的发展趋势。 目前，第二代和第三代移动通信系统能为移动用户提供广域数据传输业务， 但其数据传输能力有限，即使是已投入运营的第三代移动通信系统，为静止 用户提供的数据业务速率仅为2 m b i t s ，仍不适宜需要实时高速数据传输能力 的应用场合，如实时视频、可视会议等田。于是2 0 0 5 年1 2 月7 日，i e e e8 0 2 1 6 工作小组在固定宽带无线接入8 0 2 1 6 2 0 0 4 、8 0 2 1 6 a 和8 0 2 1 6 d 协议基础上， 提出了全球微波接入互操作性( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v e a c c e s s ，w i m a x ) 技术支持终端移动性的方案，其目的是在移动环境下同时支 持语音、多媒体和高速数据等业务，构筑一个高效、柔性、集成、基于p 的 通信环境，支持对互联网或企业内联网透明的接入刚。 在w i m a x 系统o f d m a 物理层的上行链路中，实现在一个小区所有用 户站( s u b s c r i b e rs t a t i o n ，s s ) 和基站( b a s es t a t i o n ，b s ) 之间的功率调整、时偏 估计和同步等过程，被称为测距( r 飙g i n 曲过程嘲。测距过程包括初始r a n g i n g 和自动调整、周期性r a n g i n g 和自动调整、切换r a n g i n g 和自动调整、带宽申 请机会冈。其中初始r a n g i n g 和自动调整过程是作为用户初始接入和时偏估计 的关键过程，它的性能决定了用户是否可以快速接入系统和同步通信，从而 影响着基站的覆盖范围，所以具有很重要实际的意义。 1 1 1w i m a x 技术简介 w i m a x 技术是以i e e e 8 0 2 1 6 系列标准为基础的一项新兴无线城域网技 哈尔滨工程大学硕士学位论文 和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准，能够提供面向 互联网的高速连接嘲。w i m a x 是一种功能强大的无线技术，用于将无线接入 热点连接到互联网，也可将企业与家庭等环境连接到有线骨干网网络。它可 作为线缆和数字用户线( d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ，d s l ) 的无线扩展技术，来实 现无线宽带接入口1 。 w l m a x 是i e e e8 0 2 1 6 系列标准的统称，其物理层和m a c 层技术基于 i e e e8 0 2 1 6 工作组开发的无线城域i 网( w m a n ) 技术。w i m a x 推行的i e e e 8 0 2 1 6 标准是一种开发的宽带技术，它在具有高速率数据传输优势的同时， 兼具一定范围内的移动性。w i m a x 在部署、配置、安全性、q o s 和长距离 覆盖等方面优势突出网。 1 1 2w i m a x 技术的应用前景 砌m a x 作为“最后一英里”宽带无线接入技术，由于它包含了接入技术 的移动性和灵活性、业务网络组建的便捷性等特点，因而具有极强的市场吸 引力唧。w i m a x 采用波束赋形、m i m o ( m u l t i p l ei n p u tm u l 卸l eo u t p u t ，多输 入多输出) 、o f d m a ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y - d i v i s i o nm u l t i pa c c e s s ，正交频分 多址接入) 等超3 g 的先进技术来改善非视距性能n 0 1 ，在可获得更高的系统增 益，同时也提供了更强的远距离穿透阻挡物的能力。与现在投入运营的3 g 比较如表1 1 。表1 1 所列为w i m a x 与现在投入运营的3 g 的主要区别。从 中可以看出，w i m a x 有很多突出的技术优势，主要有以下三点郾q 。 1 、传输距离远 基于o f d m 的晰m a x ，具有非视距传输能力，能有效抗衰落和多径 干扰。在理论上，w i m a x 的无线信号传输距离最远可达5 0 k i n ，这是无线局 域网所不能比拟的，其网络覆盖面积是3 g 基站的1 0 倍，只要建设少数的基 站就能实现全城覆盖，这样就使无线网络应用的范围大大扩展附一。 2 、接入速度高 w i m a x 能够向互联网提供更高速的无线宽带接入，w i m a x 所能提供的 2 显著降低建设成本。同时过去和现在所采用的无限技术，移动信号站为了更 好的工作，减少障碍物的影响，都需要搭建高的基站；而w i m a x 则不必如 此，由于它采用o f d m o f d m a ，具备非视距传输能力，可方便更多用户同 时接入基站，大大减少基础建设投资郾一。 表1 - 1w im a x 和3 g 的主要区别 多媒体应用w j m a x 3 g 用户固定无线接入、高速数需要数据服务的语音用 据速率、低移动性用户 户 对称数据服务 非对称数据服务 支持低时延数据和实时缺乏对低时延数据服务 语音服务的支持 终端设备提供固定接终端设备提供数据服务 入、高速数据服务，p c 卡 提供移动业务 服务提供商固定无线服务商和蜂窝移动通信服务提供 w i s p 商 支持本地或区域移动性支持全球移动和漫游 和漫游 扩展了8 0 2 1 6 a 的物理层 w c d m a 、c d m a 和 和m a ct d s c d m a 技术特点对固定基站进行优化；从g s m 或i s 4 1 发展而 能后向兼容工作2 , - 6 g i - i z来 的许可频段2 7 g h z 以下的许可频段 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 典型信道带宽大于 典型信道带宽小于5 m h z 5 z 面向电路的架构，引入数 面向数据包的架构据传输部分 采用q o s 措施对多媒体对移动语音服务进行信 服务进行信道化和控制道化和控制优化，基于 上下行高效数据传输 m a p s s 7 低时延架构下行数据传输效率一般， 上行效率较低 高时延架构 1 2 课题的国内外研究现状和意义 尽管w i m a x 与其他3 g 技术相比有这些优点，但是随着w i m a x 系统 复杂度的增加，新的问题也就随之而来。其中一个就是在用户终端和基站的 时间同步问题p 卜u 1 。用户与基站之间的往返时延( r x d ) 必须让用户知道，这个 时延的估计值就是用于用户同步他们的信号，所以信号到达基站就在这个指 定时刻，这个时延被估计的过程称为初始r a n g i n g 过程，它管理所有用户的初 始同步并且其准确的时偏估计为后续其他类型的r a n g i n g 过程( 如周期r a n g i n g 等等) 打下基础n 卅。 在国外，文献d s ，提出了对于已知用户子载波使用相匹配滤波器，然 后用循环前缀冗余来确定时偏，因为多用户在相同的信道里碰撞，所以这种 方法不能在o f d m a 系统中使用，另外r a n g i n g 的子载波不是必须相邻，所 以滤波过程不适用。文献 1 6 】，提出在每个时刻都进行用户和基站的同步， 这是建立在假设其他用户已经同步完成了，那么由于多用户在相同的信道里 碰撞，我们无法确定其他用户是否一定同步完成了，所以这个假设很难成立。 文献 1 7 】，提出了使用一些相关器( 与r a n g i n g 码的数量相关) 在频域检测 r a n g i n g 码，然而这种频域检测方法的复杂性随着码数的增加而上升。 在国内，文献 1 8 1 和文献【1 9 】，最先提出了初始r a n g i n g 各种传统的时域 4 准，理论的覆盖是5 0 公里圆。在传输速率不变的情况下提高覆盖范围，不仅 可以提高用户的接入数量，并且可以减少基站的数量从而节约了运营商的建 设成本。但随着距离和用户数的增加，使得快速准确的r a n g i n g 检测越来越困 难。所以实现减小计算量和增加覆盖范围的初始r a n g i n g 检测算法，受到广泛 的关注。 1 3 论文主要内容和结构安排 本论文主要针对基于w l m a x 初始接入过程中信号的检测算法做了深入 全面的理论分析和仿真研究，其章节布局如下： 第一章绪论介绍了w i m a x 的技术背景以及应用前景，通过对比分析各 文献中关于初始r a n g i n g 检测算法的国内外研究现状，阐述了本课题研究的目 的和意义。 第二章描述了协议中关于r a n g i n g 过程的部分。在o f d m a 物理层中主 要描述了r a n i n g 码的调制方式、产生和分类，r a n g i n g 符号结构；在m a c 层 中主要描述了各r a n g i n g 接入过程。通过对于这部分协议的研究，可以了解 r a n g i n g 过程的特点特征，而这些都是后续研究算法和实现超远覆盖的理论基 础。 第三章综述了当前初始r a n g i n g 检测算法的主要思想，以及实现方法和简 单结论。通过对于当前学术界检测算法的研究，总结出各检测算法的优缺点， 在理论分析的基础上，选择了性能较好的时频域相结合算法作为后续研究的 基础算法。 第四章是对多天线系统中初始r a n g i n g 检测算法的研究，将多天线系统中 的检测算法问题归结为是否最大限度利用此多路天线数据信号。在传统算法 s 哈尔滨工程大学硕士学位论文 基础上提出了改进算法，该算法利用用户的时偏值作为判决基准，间接判断 出当时各天线所处的通信情况，再进行相应的检测方法。理论分析和仿真结 果表明该算法即达到了最大限度的利用多天线分集带来的性能增益，也同时 提高效率和检测性能，避免了此增益使检测误差变大。 第五章是在此前第三章和第四章研究的基础上，提出了一种基于时频域 结合的检测算法，多天线系统下多用户超远覆盖检测算法。该算法解决了超 远覆盖带来的相位模糊问题，并针对时频域结合检测算法在超远覆盖时计算 量大的缺点，提出了有效地降低计算量的方法。该算法既摒弃了时频域结合 检测算法的计算量大的缺点，但是保证了检测率高的优点。理论分析和仿真 结果表明该算法具有复杂度低，检测率高的优点，并且在多用户同时接入和 单用户各自接入时依然可以保证高检测率和可准确估计时偏值的优点。 6 的是为了监视和调整 定了一个测距信道和 r a n g i n g 信道由一组或者多组6 个相邻的子信道组成，并且这些子信道从 第1 个子信道开始定义。r a n g i n g 信道也可以由一组或者多组8 个相邻的子信 道组成。如果子信道有连续的逻辑子信道序号，则认为这些子信道相邻。组 成r a n g i n g 信道的子信道的序号在上行链路映射c u v m 1 k m a p ，u l - m a p ) 信息 中确定，用户在这个r a n g i n g 信道上可能会发生碰撞。为了有效地进行r a n g i n g 发射，每个用户随机地从一组确定的二迸制码中选择一个r a n g i n g 码，然后将 这些r a n g i n g 码在r a n g i n g 信道的子载波上进行b p s k 调制，每个子载波对应 一个比特蜊。 伪随机r a n g i n g 码集合应当是初始r a n 百n g 码( 或者切换r a n g i n g 码、周期 r a n g i n g 码、带宽请求分配r a n g i n g 码) 的子集，以便基站能够根据接收到的 r a n g i n g 码所属的码子集而确定测距的目的。 需要进行以上所述操作之一的终端，应当等概率地从适当的r a n g i n g 码子 集中随机选择一个r a n g i n g 码调制到r a n g i n g 信道上，然后再从上行子帧中的 可用r a n g i n g 时隙中等概率地选择一个进行发射。 2 2r a n g i n g 码产生与分类 我们可以知道r a n g i n g 码是由伪随机二进制序列( p r b s ) 产生的二进制伪 随机码，p r b s 的种子是固定的。生成多项式为1 + z + x 4 + 彳7 + f 5 ，如图 2 1 所示嘲。 二进制r a n g i n g 码是端口q 输出的伪随机序列的子序列。它的每1 4 4b i t 7 图2 1 用于产生r a n g i n g 码的p r b s 生成器 2 5 6 个r a n g i n g 码分成一些组，每一个码组用它的起始码索引s 表示， 0 s 2 5 5 ，这一码组中的 r a n g i n g码索引在s 和 ( ( s + o + n + m + l ) m o d 2 5 6 ) 之间。例如，用5 表示的码组中r a n g i n g 码的索 引就是5 ，2 6 0 。每一个b s 用一个这样的r a n g m g 码组亿捌。 最开始的n 个码用于初始r a n g i n g 。p r b s 输出的1 4 4 x ( s m o d 2 5 6 ) 到 1 4 4 x ( ( s + n ) r o o d 2 5 6 ) 一1 b i t ； 随后的m 个码用于周期r a n g i n g 。p r b s 输出的1 4 4 ( ( + s ) m o d 2 5 6 ) 到 1 4 4 x ( ( n + m + s ) r o o d 2 5 6 ) - 1 b i t ； 随后的l 个码用于带宽申请。p r b s 输出的1 4 4 x ( ( n + m + s ) r o o d 2 5 6 ) 到 1 4 4 x i ( + m + 三+ s ) m o d 2 5 6 ) - 1 b i t ； 随后的o 个码用于越区r a n g i n g 。p r b s输出的 1 4 4 x ( ( n + m + l + s ) r o o d 2 5 6 ) 至l j1 4 4 ( ( + m + 上+ d + s ) m o d 2 5 6 ) 一1 b i p 。 8 2 3r a n g i n g 符号结构 2 3 1 初始r a n g i n g 七) j 换r a n g i n g 符号结构 初始r a n g i n g 码应用于初始网络进入和关联。切换r a n g i n g 码应用于切换 过程中到目标基站的测距，进行切换r a n g i n g 的终端也采用和初始r a n g i n g 一 样的符号结构。 一个初始r a n g i n g 时隙是由一个r a n g i n g 子信道和两个符号组成，因此执 行初始r a n g i n g 和切换r a n 咖g 的终端应该在两个连续的符号中发射r a n g i n g 码，其e e l - - 个符号是第一个符号的复制渊。图2 2 是初始r a n g i n g 和切换 r a n g i n g 符号结构的时域表示。 复制样本 c pg r d 厂 厂 圈圈置 i复制样本 复制样本i i ； ii o f d m 符号周期o f d m 符号周期 图2 2 初始r a n g i n g 时o f d m a 符号结构的时域表示 基站也可以为初始r a n g i n g 分配两个初始r a n g i n g 时隙，也就是一个 r a n g i n g 子信道和四个符号组成，这时，用户站在第一个r a n g i n g 时隙中发射 相同的r a n g i n g 码z ，第二个r a n g i n g 时隙中发射相同的码x + i ，如图2 3 所 示。需要注意的协议规定这里的z 必须是2 的倍数嘲。 9 i ； 复制样本 复制样本 1一i一 o f d m 符号周期o f d m 符号周期 图2 3 初始r a n g i n g 时用两+ r 缸g m g 码时的结构图的时域表示 2 3 2 周期r a n g m g 带宽请求符号结构 周期r a r i n g 是应用于系统周期性的测距。带宽申请则是从基站处申请上 行分配空间。这两个过程只有在终端已经于系统同步以后才能执行。无论执 行周期r a n g i n g 或者带宽申请，终端都要以下面的方式传输： 通过初始r a n g i n g 取得上行同步的终端要周期性地进行周期r a n g i n g 。为 了实现周期r a n g i n g 或者带宽申请传输，终端应该将r a n g i n g 码调制到一个 o f d m 符号的r a u g m g 子信道上。r a n g i n g 子信道由m a c 动态分配并在 u l m a p 中进行指示。图2 4 是周期r a n g m g 符号结构的时域表示渊。 c p 厂 【二 复制样本 ； 1一o f d m 符号周期 图2 4 周期r a n g i n g 符号结构的时域表示 s s 也可以把3 个连续的周期r a n g i n g 码调制到3 个连续的o f d m a 符号 的r a n g i n g 子信道上，如图2 5 所示。需要注意的是协议规定这里的x 必须是 3 的倍数阱。 1 0 标准鲫，我们在简要的介绍一下m g 堍的接入过程1 删。 2 4 1 基于竞争的初始r a n g i n g 和自动调整 图2 6 初始r a n g i n g o b s 侧 初始r a n g i n g 的前提条件：用户站( s s ) 已经与基站( b s ) 取得了下行同步。 初始r a n g i n g 是在终端接入网络的时候进行初始化的一个步骤，在接入网络 时，终端首先要获得下行同步，标志是终端可以接收到下行链路映射消息 1 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 l m a p ) 和下行信道描述( d o w n l i n kc h a n n e ld e s c r i p t o r ，d c d ) 消息，然后它 可以通过解基站周期发送的上行信道描述0 0 p n n kc h a n n e ld e s c r i p t o r ，u c d ) 消息，得到可用上行信道的参数，并等待u l m a p 给出关于这个上行信道的 传输机会，在这个传输机会里，终端执行初始r a n g i n g 刁。终端通过初始r a n g i n g 获得正确的时间偏置和功率调型。具体过程如图2 6 和图2 7 所示。 需要执行初始r a n g i n g 的终端应采取以下步骤： 1 ) 取得下行链路同步和上行链路发送传输参数后，终端应该任选一个 r a n g i n g 时隙进行r a n g i n g ，然后它从初始r a n g i n g 域中任选一个r a n g i n g 码， 并且作为c d m a 码发送给b s 口捌。 2 ) 基站不能分辨出是哪一个终端发射了c d m ar a n g i n g 请求，当成功接 收到一个c d m a 码后，基站应广播一个r a n g i n g 消息，消息中广播接收到的 嘶g 码以及是在哪个r a n g m g 时隙( o f d m a 符号数、子信道数等) 中检测 到c d m a r a n g i n g 码的。这些可以被那些发射了c d m a r a n g i n g 码的终端用来 识别r a n g i n g 响应消息是否对应所发射的r a n g i n g 请求。r a n g i n g 响应消息中含 有全部需要的调整量( 如时间、功率、频偏t q i e ) - 与- 个状态通知n 捌。 3 ) 当基站接收到的初始的c d m a r a n g i n g 码，并且发送成功状态的r a n g i n g 响应消息时，基站应该用c d m aa l l o c a t i o ni e 去发送一个r a u s i ：u g 请求消息， 为了这个终端提供带宽分配n 捌。 4 ) 当接收到一个“继续”状态的r a n g i n g 响应消息后，终端必须和第一次进 入所做的一样继续r a n g i n g 过程，从初始r a n g i n g 码集合中随机选择一个 r a n g i n g 码，但要在周期r a n g i n g 区域内进行发射嘲。 5 ) 直到成功接收到一个其中包含合法的基本c i d 的r n g - r s p 消息( 跟随 在c d m a a l l o c a t i o n i e 发射的r n g - r e q 之后) ，初始r a n g i n g 过程视为结束。 如果这个r n g - r s p 消息中包括“继续”指示，则初始r a n g i n g 过程可以使用周 期r a n g i n g 机继续进行嘲。 图2 7 初始r a n g i n g s s 侧 图2 8 周期r a n g i n g - b s 侧 周期r a n g i n g 的前提条件：终端已经通过初始r a n g i n g 获得了上行同步。 具体过程如图2 6 和图2 7 所示。s s 应采用以下步骤进行周期r a n g i n g 过程n q ： 1 ) 在r a n g i n g 时刻到达时，终端必须随机选择一个r a n g i n g 时隙来进行测 距，然后随机选择一个周期r a n g i n g 码并发射给基站( 作为一个c d m a 码) n 捌。 2 ) 如果终端没有收到来自基站的响应，那么终端就可以在下一个合适的 周期性r a n g i n g 发射机会上发射一个新的c d m a 码，并将功率调整到最大发 射功率1 冽。 3 ) 基站不能分辨出是哪一个终端发射了c d m ar a n g i n g 请求，当成功接 收到一个周期性c d m a 码后，基站应广播一个r a n g i n g 消息，消息中广播接 收到的周期性r a n g i n g 码以及是在哪个r a n g i n g 时隙( o f d m a 符号数、予信道 数等) 中检测到c d m a 周期性r a n g i n g 码的。这些可以被那些发射了c d m a 1 4 图2 9 周期r a n g i n g - s s 侧 周期性姗画唱码的终端用来识别撇g i n g 响应消息是否对应所发射的r 锄g i n g 1 5 哪g i r 带宽 n 1 个o f d m a 符号- = - c d m a 编码长度 图2 1 0r a n g i n g 带宽申请机会 对于c d m ar a n g i n g 和带宽申请，r a n g i n g 机会的大小指发射响应的 r a n g 叫带宽申请码( 1 、2 、3 或者4 符号) 所需要的符号个数，记为m 。2 表 示发射一个r a n g i n g 码所需要的子信道个数。在每个r a n g i n g 带宽申请分配中， 1 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 t r 机会的大小( 2 ) 是固定的，并且由相应定义该分配的u l m a p i e 来传输， 如图2 1 0 所示圳。 r a n g i n g 分配按照时间优先的顺序被分为由m 个o f d m a 符号和址个子 信道组成的时隙，即第一个机会从r a n g i n g 分配的第一个子信道的第一个符号 开始，下一个机会以升序出现在同一个子信道中，直到r a n g i n g 带宽申请分 配结束，然后子信道的个数增加 n 捌。 r a n g i n g 分配时