TDSCDMA系统的上行覆盖能力控制方法及用户设备.pdf

本发明公开了一种TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制方法，用以在超远覆盖场景下，有效增强TD-SCDMA系统的上行覆盖能力，实现上、下行双向上行覆盖能力的平衡。所述方法包括：用户设备根据基站发送的发射调整指令，确认上行数据的发送满足上行物理信道的上行覆盖能力增强启动条件；用户设备启动增强上行物理信道的上行覆盖能力，增加至少一个用于承载所述上行数据的上行时隙；并在上行物理信道上将所述上行数据承载在上行时隙中发送。本发明同时提供一种用户设备。

1.  一种时分同步码分多址接入TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制方法，其特征在于，包括：
用户设备根据基站发送的发射调整指令，确认上行数据的发送满足上行物理信道的上行覆盖能力增强启动条件；
用户设备启动增强上行物理信道的上行覆盖能力，增加至少一个用于承载所述上行数据的上行时隙；并
在上行物理信道上将所述上行数据承载在上行时隙中发送。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上行物理信道为专用物理信道DPCH，所述上行数据为上行业务数据；以及
所述用户设备启动增强上行物理信道的上行覆盖能力之前，还包括：
用户设备与基站进行DPCH的上行覆盖能力增强协商。

3.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射调整指令包括发射功率控制命令字TPC；以及
用户设备根据基站发送的发射调整指令，确认上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件的方法，包括：
用户设备根据基站发送的TPC，确定发送上行业务数据所需的实际发射功率；
如果所述实际发射功率不小于设定的发射功率阈值，则确认上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件。

4.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射调整指令包括同步偏移命令字SS；以及
用户设备根据基站发送的上行发射调整指令，确认上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件的方法，具体包括：
用户设备根据基站发送的SS，确定发送上行业务数据所需的时间偏移量；
如果所述时间偏移量不小于设定的时间偏移阈值，则确认上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件。

5.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射调整指令包括发射功率控制命令字TPC和同步偏移命令字SS；以及
用户设备根据基站发送的发射调整指令，确认上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件的方法，包括：
用户设备根据基站发送的TPC和SS，确定发送上行业务数据所需的实际发射功率和时间偏移量；
如果所述实际发射功率不小于设定的发射功率阈值，和/或，所述时间偏移量不小于设定的时间偏移阈值，则确认上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件。

6.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用户设备与基站进行DPCH的上行覆盖能力增强协商，具体包括：
用户设备向基站发送DPCH的重配置请求，用于请求增加至少一个用于承载上行业务数据的上行时隙；
基站根据接收到的所述重配置请求，向用户设备返回DPCH的重配置确认，并开启对请求增加的上行时隙的监听。

7.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用户设备与基站进行DPCH的上行覆盖能力增强协商，具体包括：
用户设备向基站发送DPCH的重配置请求；
基站根据接收到的重配置请求，向用户设备返回DPCH的重配置指示，用于指示增加至少一个用于承载上行业务数据的上行时隙；
用户设备根据接收到的重配置指示向基站返回DPCH的重配置响应；
基站根据接收到的重配置响应，开启对指示增加的上行时隙的监听。

8.  如权利要求2至7任一所述的方法，其特征在于，还包括：
用户设备根据基站发送的发射调整指令，确认上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强关闭条件；
用户设备与基站进行DPCH的上行覆盖能力恢复协商；
在协商完成后用户设备启动恢复DPCH的上行覆盖能力，确定使用一个用于承载上行业务数据的上行时隙；并
在DPCH上将所述上行业务数据承载在上行时隙中发送。

9.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上行物理信道为随机接入物理信道PRACH，所述上行数据为随机接入信道RACH信息。

10.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发射调整指令包括RACH信息的发射电平调整命令；
用户设备根据基站发送的发射调整指令，确认RACH信息的发送满足PRACH的上行覆盖能力增强启动条件的方法，包括：
用户设备根据基站发送的RACH信息的发射电平调整命令确定发送RACH信息所需的实际发射功率；
如果所述实际发射功率不小于设定的发射功率阈值，则确认RACH信息的发送满足PRACH的上行覆盖能力增强启动条件。

11.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发射调整指令包括所接收上行导频信道UpPCH的开始位置指示；
用户设备根据基站发送的发射调整指令，确认RACH信息的发送满足PRACH的上行覆盖能力增强启动条件的方法，包括：
用户设备根据基站发送的所接收UpPCH的开始位置指示，确定发送RACH信息所需的时间偏移量；
如果所述时间偏移量不小于设定的时间偏移阈值，则确认RACH信息的发送满足PRACH的上行覆盖能力增强启动条件。

12.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在上行初始同步过程中，用户设备根据对服务小区参考信号接收功率的测量结果以及基站广播的参考发射功率，确定在服务小区内的路径损耗；
在所述路径损耗不小于设定的路径损耗阈值时，用户设备启动增强上行导频信道UpPCH的上行覆盖能力，将上行导频时隙UpPTS承载的码长度增加至少一倍；并
在UpPCH上将上行链路同步码SYNC-UL承载在扩展后的UpPTS中发送。

13.  一种用户设备，其特征在于，包括：
确认单元，用于根据基站发送的发射调整指令，确认上行数据的发送满足上行物理信道的上行覆盖能力增强启动条件；
启动单元，用于启动增强上行物理信道的上行覆盖能力，增加至少一个用于承载所述上行数据的上行时隙；
发送单元，用于在上行物理信道上将所述上行数据承载在上行时隙中发送。

TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制方法及用户设备
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制技术。
背景技术
在室外移动通信系统中，由于用户设备的发射功率受限，所以通常情况下为上行受限系统，TD-SCDMA(Time Division Synchronized Code DivisionMultiple Access，时分同步码分多址接入)系统就是上行受限系统。在超远覆盖场景下，例如用户设备位于草原、沙漠、海面等应用场景中且距离基站非常远，由于基站的功率放大器可以根据需要进行大功率设置，比较容易实现发射功率的增加，而如果仅增加基站的发射功率而不提高用户设备的发射功率，无法实现上、下行双向覆盖能力的平衡，所以，如何在超远覆盖场景下增强TD-SCDMA系统的上行覆盖能力，成为亟待解决的技术问题之一。
现有技术中，主要通过以下几种实现方式增强上行覆盖能力：
增大天线的物理尺寸。通过增大天线的物理尺寸，不用改变基站和用户设备功率放大器的输出功率即可增强天线增益，改善上、下行双向覆盖能力。天线的重量、体积等物理参数会随着天线增益的增强而大幅度增加，通过经验模型可知，天线增益与天线面积(长度×宽度)之间呈正比关系，天线高度增大一倍或者天线宽度增大一倍，天线增益可以提高3dB。但是，增大天线的面积将导致天线的重量、体积等大幅度增加，加大了工程难度；同时，随着天线增益的增强，其半功率角外的电磁辐射特性会发生变化，因此，增大天线的物理尺寸并不可取。
增加基站的接收天线数量。通过增加基站的接收天线数量可以实现接收分集，提高3dB的分集增益，但是同样增加了工程难度。
增加用户设备的发射功率或发射天线数量。通过增加用户设备的发射功率或发射天线数量可以增强上行覆盖能力，但是，必须对现有的标准和产业情况进行较大改动，实现难度较大。
提升基站天线的安装高度。提升基站天线的安装高度可以减小截距和斜率，增强覆盖距离。但是，提升基站天线的安装高度，付出的代价较高。
在基站中增加有源放大设备。在GSM、WCDMA等系统中，采用增加塔放等有源放大设备的方式可以增强上行覆盖能力，本质是通过放大上行信号抵消基站功率放大器的射频口和天线之间的馈线损耗，使得系统的噪声与塔放的噪声非常接近。但是，在TD-SCDMA系统中，功率放大器设置在与天线很近的位置，功率放大器与天线之间的距离无法减小，因此，在TD-SCDMA系统中，无法通过该方式来增强上行覆盖能力。
改进基站设备，减小基站设备的噪声系数。通过改进基站设备，减小基站设备的噪声系数，可以提高上行信号的接收灵敏度，但是效果并不明显，从现有的产业化和设备制造水平来看，一般将基站设备的噪声系数减小1～2dB的实现难度较大。
降低业务速率。通过降低业务速率可以获得等效处理增益，降低业务质量。采用降低业务质量的方式虽然可以保证业务不掉话，但是会严重影响用户体验和感受，该方法显然不可取。
用户设备外接外置天线。通过在用户设备上外接外置天线，可以提高上行信号等效辐射功率，但是该方式一般应用在测试过程中，民用的用户设备采用该方式显然是不可取的。
可见，现有技术中，增强上行覆盖能力的实现方式普遍存在着难度较大、方式不可取、无法实现等问题，没有一种可行、有效的解决方案，能够实现在超远覆盖场景下增强TD-SCDMA系统的上行覆盖能力。
发明内容
本发明提供一种时分同步码分多址接入TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制方法，用以在超远覆盖场景下，有效增强TD-SCDMA系统的上行覆盖能力，实现上、下行双向覆盖能力的平衡。
相应的，本发明提供一种用户设备。
本发明提供的TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制方法，包括：
用户设备根据基站发送的发射调整指令，确认上行数据的发送满足上行物理信道的上行覆盖能力增强启动条件；
用户设备启动增强上行物理信道的上行覆盖能力，增加至少一个用于承载所述上行数据的上行时隙；并
在上行物理信道上将所述上行数据承载在上行时隙中发送。
本发明提供的用户设备，包括：
确认单元，用于根据基站发送的发射调整指令，确认上行数据的发送满足上行物理信道的上行覆盖能力增强启动条件；
启动单元，用于启动增强上行物理信道的上行覆盖能力，增加至少一个用于承载所述上行数据的上行时隙；
发送单元，用于在上行物理信道上将所述上行数据承载在上行时隙中发送。
本发明提供的TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制方法，用户设备确认上行数据的发送满足上行物理信道的上行覆盖能力增强启动条件，则启动增强上行物理信道的上行覆盖能力，增加至少一个用于承载上行数据的上行时隙，用户设备在上行物理信道上将上行数据承载在上行时隙中发送。通过增加承载上行数据的上行时隙数量可以等效增加上行处理增益，从而在超远覆盖场景下，有效增强TD-SCDMA系统的上行覆盖能力，实现上、下行双向覆盖能力的平衡。
附图说明
图1为现有技术中TD-SCDMA系统物理信道的信号格式示意图；
图2为现有技术中TD-SCDMA子帧结构示意图；
图3为实施例一中一种增强DPCH的上行覆盖能力的实现方法流程图；
图4为实施例二中增强UpPCH的上行覆盖能力的实现方法流程图；
图5a为现有技术中UpPTS的突发结构示意图；
图5b为实施例二中扩展后的UpPTS的突发结构示意图；
图6为实施例三中增强PRACH的上行覆盖能力的实现方法流程图；
图7为实施例三中另一种增强DPCH的上行覆盖能力的实现方法流程图；
图8为本发明实施例中TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制方法流程图；
图9为本发明实施例中用户设备的结构框图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制方法，用以在超远覆盖场景下，有效增强TD-SCDMA系统的上行覆盖能力，实现上、下行双向覆盖能力的平衡。
TD-SCDMA系统中，所有的物理信道都采用四层结构：系统帧号、无线帧(Radio Frame)、子帧(SubFrame)、时隙(Time Slot，TS)/码，时隙用于在时间域和码域上区分不同用户信号。TD-SCDMA系统中物理信道的信号格式如图1所示，每个10ms的无线帧由两个5ms的子帧组成，每一个5ms的子帧又分成7个0.675ms的常规时隙TS0～TS6和3个特殊时隙，特殊时隙包括75μs的DwPTS(Downlink Pilot Time Slot，下行导频时隙)、75μs的GP(GuardPeriod，下行至上行保护间隔)和125μs的UpPTS(Uplink Pilot Time Slot，上行导频时隙)，子帧周期5ms为一个TTI(Transmit Time Interval，传输时间间隔)。TD-SCDMA子帧结构如图2所示，在7个常规时隙TS0～TS6中，TS0为广播时隙，用于基站向小区内所有用户设备发送广播消息和公共信息等，TS0总是分配给下行链路，TS1～TS6为业务时隙，其中TS1总是分配给上行链路，TS2～TS6可以灵活分配给上行链路或者下行链路。其中，分配给下行链路的时隙可以称为下行时隙，分配给上行链路的时隙可以称为上行时隙，上行时隙和下行时隙之间由一个转换点(Switching Point)分开，在每一个子帧中均配置一对转换点。
首先，对本发明实施例的实现原理进行说明。
TD-SCDMA系统中共有三个上行物理信道，分别为UpPCH(Uplink PilotChannel，上行导频信道)、PRACH(Physical Random Access Channel，随机接入物理信道)和DPCH(Dedicated Physical Channel，专用物理信道)，下面分别进行介绍：
DPCH是业务信道，在发射功率一定的情况下，通过增加处理增益可以等效减少业务需求的C/I(载波干扰比)，增强DPCH的上行覆盖能力。在TD-SCDMA系统中，通过增加承载上行业务数据的上行时隙数量可以等效增加上行处理增益，从而增强DPCH的上行覆盖能力。
假设上行时隙与下行时隙的比例配置为3∶3，某个用户设备的上行业务数据由单时隙单码道承载调整为3时隙单码道承载，上行处理增益可以等效增加大约5dB，按照自由空间传播模型计算，覆盖能力(体现为覆盖半径)可以增强73％。
为了最大程度增强上行覆盖能力，可以将上行时隙与下行时隙的比例配置为5∶1，从而进一步增强上行覆盖能力的提升空间。如果将上行时隙与下行时隙的比例配置为5∶1，某个用户设备的上行业务数据最多可以承载在5个上行时隙上，按照自由空间传播模型计算，上行覆盖能力可以增强124％。
更进一步，可以采用多载波承载方式增加上行处理增益，在每载波5∶1的配置下，利用多载波技术进行上行信号的发射，可以增加承载上行业务数据的上行时隙数量，假设载波数量为3，按照自由空间传播模型计算，上行覆盖能力可以增强287％。
在基站与用户设备的通信过程中，不仅需要增强业务信道DPCH的上行覆盖能力，还需同时增强其它上行物理信道UpPCH和PRACH的上行覆盖能力，其实现原理与业务信道DPCH的实现原理是一致的。
下面，结合具体的应用场景详细说明本发明实施例提供的TD-SCDMA系统的上行覆盖能力控制方法。TD-SCDMA系统的超远覆盖场景主要包括三种具体的应用场景：
应用场景一、用户设备在近场发起呼叫或者被网络寻呼，逐渐远离基站直至达到超远距离，需要增强上行覆盖能力的上行物理信道为DPCH；
应用场景二、用户设备在超远距离下发起呼叫或者被网络寻呼，且一直保持与基站的超远距离，需要增强上行覆盖能力的上行物理信道为UpPCH、PRACH和DPCH；
应用场景三、用户设备在超远距离下发起呼叫或者被网络寻呼，逐渐接近基站直至达到近场，需要增强上行覆盖能力的上行物理信道为UpPCH、PRACH和DPCH，并且后续随着用户设备逐渐接近基站直至达到近场，还需要将DPCH的上行覆盖能力恢复到正常状态。
针对三种不同的应用场景，对具体实施流程分别进行介绍。假设TD-SCDMA系统中，上行时隙与下行时隙的比例配置为5∶1。
实施例一
本实施例针对应用场景一，上行初始同步过程和随机接入过程与现有技术中一致，在DCH状态下即闭环功率控制过程中，增强DPCH的上行覆盖能力的一种实现方法，如图3所示，包括如下处理步骤：
S300、用户设备接收基站发送的发射调整指令；
S301、用户设备根据发射调整指令判断上行业务数据的发送是否满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件，如果是，则执行S302，如果否，则执行S309即按照现有技术进行后续处理流程；
S302、用户设备向基站发送DPCH的重配置请求；
S303、基站根据接收到的DPCH的重配置请求，向用户设备返回DPCH的重配置指示，用于指示增加至少一个用于承载上行业务数据的上行时隙；
用于承载上行业务数据的上行时隙的增加量可以配置为固定数值，并且可以灵活配置和调整。如果上行时隙与下行时隙的比例配置为5：1，对于单载波来说上行时隙的增加量最多为4，如果上行时隙数量增加到最大值5，可以采用多载波技术更进一步增加用于承载上行业务数据的上行时隙数量，每增加一个载波等效于增加5个上行时隙数量；
S304、用户设备根据接收到的DPCH的重配置指示，向基站返回DPCH的重配置响应；
S305、基站根据接收到的DPCH的重配置响应，开启对指示增加的上行时隙的监听；
S306、用户设备启动增强DPCH的上行覆盖能力，增加至少一个用于承载上行业务数据的上行时隙；
S307、用户设备在DPCH上将上行业务数据承载在上行时隙中发送；
由于增加了至少一个上行时隙，所以本步骤中承载上行业务数据的上行时隙为多个；
S308、基站接收用户设备在DPCH中发送的上行业务数据。
其中，用户设备在发送上行业务数据的同时，基站通过DPCH向用户设备发送控制信息，控制信息中包括2bit的TPC(发射功率控制命令字)，用于闭环功率控制，指示用户设备发送上行业务数据所需的实际发射功率增加或减少固定步长的调整值，如果TPC取值为11，则指示增加固定步长的调整值，如果TPC取值为00，则指示减少固定步长的调整值；控制信息中还包括2bit的SS(同步偏移命令字)，用于保持上行同步，指示用户设备发送上行业务数据的时间偏移量增加或减少固定步长的调整值，如果SS取值为11，则指示增加固定步长的调整值，如果SS取值为00，则指示减少固定步长的调整值。
随着用户设备逐渐远离基站，根据基站发送的控制信息，用户设备发送上行业务数据所需的实际发射功率和时间偏移量会逐渐增加，因此，在S101中，TPC和SS均可作为发射调整信息的较佳实现方式。
如果发射调整指令为TPC，用户设备根据基站发送的TPC确定发送上行业务数据所需的实际发射功率，如果该实际发射功率不小于设定的发射功率域值，则确认上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件，发射功率域值可以设定为用户设备的最大发射功率，也可以根据实际情况灵活设定；
如果发射调整信息为SS，用户设备根据基站发送的SS确定发送上行业务数据所需的时间偏移量，如果该时间偏移量不小于设定的时间偏移阈值，则确认上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件。
较佳的，发射调整指令也可以综合考虑TPC和SS，用户设备根据基站发送的TPC和SS，确定发送上行业务数据所需的时间偏移量和实际发射功率，并作为上行业务数据的发送是否满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件的判断依据，如果该时间偏移量不小于设定的时间偏移阈值，并且该实际发射功率不小于用户设备的最大发射功率或设定的阈值，则确定上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件；或者，该时间偏移量不小于设定的时间偏移阈值和该实际发射功率不小于用户设备的最大发射功率两者满足其一，则确定上行业务数据的发送满足DPCH的上行覆盖能力增强启动条件。
由于用户设备的上行业务数据由单时隙单码道承载调整为多时隙单码道承载，更进一步，调整为多载波多时隙单码道承载，在超远覆盖场景下，有效增强了TD-SCDMA系统的上行覆盖能力。
实施例二
实施例二针对应用场景二，在上行初始同步过程中增强UpPCH的上行覆盖能力的实现方法，如图4所示，包括如下处理步骤：
S401、用户设备根据对服务小区参考信号接收功率的测量结果以及基站广播的参考发射功率，确定在服务小区内的路径损耗；
参考发射功率由基站在BCH(广播信道)中广播给小区内的所有用户设备；
S402、用户设备判断路径损耗是否大于或者等于设定的路径损耗阈值，如果是，则执行S403，如果否，则执行S406即按照现有技术进行后续处理流程；
S403、用户设备启动增强UpPCH的上行覆盖能力，将UpPTS承载的码长度增加至少一倍；
S404、用户设备将SYNC-UL(上行链路同步码)承载在扩展后的UpPTS中发送；
S405、基站接收用户设备在UpPCH中发送的承载在扩展后的UpPTS中的SYNC-UL。
现有技术中UpPTS的突发结构如图5a所示，包括128chip的SYNC-UL和32chip的GP，SYNC-UL是一组PN码；本发明实施例中扩展后的UpPTS的突发结构如图5b所示，将UpPTS承载的码长度从128chip扩展到N×128chip(N大于1)，通过增加处理增益可以保证UpPTS在基站侧被正确接收。由于每个无线帧固定为10ms，所以对UpPTS的扩展需要占用上行时隙TS1，0.675ms的TS1可以承载的码长度达到864chip，使得每载波UpPTS可以承载的码长度具有接近7倍的扩展空间。
一旦基站检测到用户设备发送的UpPTS，便可得知UpPTS的到达时间和接收功率，基于此，基站可以通过FPACH(Fast Physical Access Channal，快速接入物理信道)向用户设备发送发射调整指令，该发射调整指令包括RACH信息的发射电平调整命令和所接收UpPCH的开始位置指示。
由于RACH信息的发射电平调整命令和所接收UpPCH的开始位置指示通过FPACH发送，因此需要对现有FPACH帧结构进行调整，现有FPACH帧结构如表1所示。其中，“所接收UpPCH的开始位置指示”字段占用13bit；“RACH信息的发射电平调整命令”字段占用7bit，协议规定发射电平的调整范围在-49dBm～+33dBm之间，为了扩展发射电平的正向调整范围，可以对协议进行修改，也可以通过7bit的保留位进行定义，如果发射电平的正向调整范围需要增加15dB，只需占用LSB中的4比特即可。对7bit的保留位所进行的定义，基站需要预先通知终端设备。
表1