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移动通信系统由用户终端与网络系统组成。终端与网络的通信可分“接入阶段”和“通信阶段”二个阶段,只有终端正确地接入到网络,才能够到通信阶段。一般来说,“接入阶段”在系统中就是指终端物理层随机接入过程。
所以,WCDMA系统中,如何设计算法以及合理实现PRACH随机接入过程,对用户终端性能有很大的影响,这将直接影响终端接入网络速率和接入效率。
3GPP WCDMA协议对终端随机接入过程有了明确的设定,但仅仅是表面的握手协议流程,并没有说明具体算法以及如何实现。
本文首先介绍了随机接入过程相关的三种信道、随机接入信号生成。然后通过对3GPP WCDMA(FDD制式)协议PRACH随机接入过程理解,用文字、流程图和伪代码算法几种方法,全面的分析描述随机接入过程运作流程,并围绕协议要求展开讨论,从随机接入设定参数、选择接入时隙和签名序列,以及功率控制和定时关系这五个主要环节进行讨论分析,并设计算法。
为了实现提高终端随机接入速度的目的,在终端实现上行PRACH信道发送相邻前导的时间间隔支持3GPP协议TS25.211-830规定的最小时间间隔τp-p,min,以及在最小时间间隔条件下满足发送前导之后的下行捕获指示(AI)接收和前导或者PRACH消息(PRACH message)发送的调度时序,从而设计实现随机接入前导紧凑发送的算法,利用终端物理层收到随机接入请求时相对空闲的时机进行时序规划,以初始的时间和空间换取随机接入过程中的时间开销提高终端接入速度。
最后本文利用搭建算法实现平台FPGA(Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列),通过观测输出至示波器中的随机接入信号进行验证,结果表明,随机接入紧凑前导发送算法实现能够满足协议要求,并增加了前导的发送密度,加快功率攀升速率,从而提高了终端随机接入效率。