CN101478779A - 一种蜂窝无线通讯系统的随机接入的响应方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蜂窝无线通讯系统中随机接入的响应方法，包括：系统定义随机接入响应的接收时间窗口，包括接收时间窗口的大小；终端在发起随机接入前，根据所述接收时间窗口的大小及随机接入时隙在主系统消息循环周期内的位置信息确定所述随机接入时隙所对应的群标识；终端在发起随机接入前导消息，并在接收时间窗口内等待含有所述群标识的随机接入响应消息。采用本发明的技术方案，明确了随机接入过程中接收时间窗口的大小范围和群标识的定义方法。这种方法使得终端不需要读取完整的MIB就可以在接收时间窗口内设置唯一的群标识。很大程度上减少随机接入的时延，尤其是切换的时延。

Description

一种蜂窝无线通讯系统的随机接入的响应方法

技术领域

本发明涉及一种终端接入蜂窝无线通讯系统的随机接入方法，主要是指基站在收到终端发送的随机接入前导消息以后，响应随机接入前导消息的方法和过程。

背景技术

如图1所示，蜂窝无线通讯系统主要由终端，基站和核心网组成。基站组成的网络称为无线接入网(Radio Access Network，缩写为RAN)，负责接入层事务，比如无线资源的管理。基站之间可以根据实际情况存在物理或者逻辑上的连接，比如图1中的基站1和基站2或者基站3。每个基站可以和一个或者一个以上的核心网节点(Core Network，缩写为CN)连接。核心网负责非接入层事务，比如位置更新等，并且是用户面的锚点。终端是指可以和蜂窝无线通讯网络通讯的各种设备，比如移动电话或者笔记本电脑等。

蜂窝无线通讯系统在系统时间上是以无线帧为基本单位来标识的，这些无线帧的编号称为SFN(无线帧号)。终端可以通过小区搜索的方式得到无线帧的边界，从而在下行上获得时间同步。在UMTS和LTE这样的蜂窝无线通讯系统中，无线帧的长度是10ms(毫秒)。不同的蜂窝无线系统在无线帧内的帧结构可能会有所不同，通常一个无线帧会包括整数个子帧。在LTE系统中TYPE1(类型1)的一个无线帧内包括10个子帧，每个子帧包括2个时隙。也有的蜂窝无线通讯系统称无线帧内更小一级的单位称为为时隙，比如WCDMA的FDD系统一个无线帧内有15个时隙。本文中的随机接入时隙是指蜂窝无线通讯系统中无线帧内更小一级的子帧。对于LTE系统来说，随机接入时隙通常是指长度为1ms的子帧。但也有例外，为了达到广覆盖的目的，LTE系统中随机接入时隙可能会占据是2个或者3个子帧或者时隙，这些随机接入前导有时称为扩展脉冲；而在LTE TDD中非常小的小区中也可以采用一种短随机接入前导，长度比一般的时隙短。

现有的LTE(长期演进系统)中，随机接入过程前面三步是：

a、终端在某个随机接入时隙上发送随机接入前导消息；

b、基站收到随机接入前导消息以后，在规定的接收窗口内应答随机接入响应消息，消息采用事先约定的群标识来区分；

c、终端通过识别随机接入响应消息的群标识来决定是否接收这个随机接入响应消息

在步骤a中，在相同的随机接入时隙上可能有1个或者超过1个的终端发送随机接入前导消息。这些随机接入前导消息是否冲突，取决于它们是否采用了相同的随机接入前导。基站可以在相同随机接入时隙上识别出采用了不同随机接入前导的消息，但是无法识别出相同的随机接入前导消息。

在步骤b中，随机接入响应消息可能会包含针对1个或者1个以上的随机接入前导消息的应答信息。这些随机接入前导消息是从相同的随机接入时隙上发送过来的。把可能多于1个随机接入响应信息合并在一个响应消息中的做法主要是为了提高随机接入过程在无线资源上的利用率。为了让终端识别出这个随机接入响应消息，基站会在消息上包括双方事先约定的群标识，这个群标识和随机接入时隙之间存在一一对应关系。同时在随机接入响应消息还包括和随机接入前导消息本身对应的个别标识，通常是指随机接入前导在小区内的随机接入前导集合中的索引号。

在步骤c中，当终端在规定的时间窗口内接收到1个随机接入响应消息以后，会首先验证响应消息是否包含了期望的群标识，通常这个群标识包括在物理控制信道上；如果包括了期望的群标识，再验证响应消息是否包括了和所发送的随机接入前导消息对应的个别标识；如果包括了期望的个别标识，就可以确定当前的随机接入响应消息是否和发送的随机接入前导消息对应。

为了保持随机接入响应过程一定的灵活性，随机接入响应消息在时域上不和随机接入前导消息同步，即两者之间在时域上不是固定的关系；相反，随机接入响应消息允许在一个时间窗口内发送。逻辑上来说双方预定的群标识只要在接收窗口内唯一就可以了，这是因为如果两个随机接入响应消息的接收窗口不重叠，不管两个消息的群标识如何设置都不会产生混淆。

接收时间窗口是终端在发送了随机接入前导消息以后，等待随机接入响应的时间间隔，是一个TTI的范围值，可以用起始TTI和窗口长度来表示。起始TTI是指接收时间窗口开始的TTI和对应的随机接入时隙TTI之间的距离。因为每个随机接入前导消息的接收时间窗口都有相同的起始TTI，所以影响随机接入响应消息接收的关键参数是接收时间窗口的大小，是用TTI的数目来表示的。

参考图2，随机接入时隙4和起始TTI1以及接收时间窗口1对应；随机接入时隙1和起始TTI2以及接收时间窗口2对应。两个时间窗口不重叠的前提是随机接入时隙4和随机接入时隙1之间的距离要大于规定的接收时间窗口的大小。而目前的LTE系统中随机接入时隙之间的最小间隔是0个TTI，也就是说是分布在连续的TTI上，所以通讯协议需要规定在接收时间窗口内唯一的群标识。

现有公开的技术中，在步骤b中，提出了如何设置群标识的方法。一般这些方法会要求计算出随机接入时隙在系统时间上的绝对位置，然后再根据这个绝对位置计算出一个群标识，使得这个群标识在规定的时间窗口内唯一。这样做的主要原因是因为目前LTE系统对于接收时间窗口的大小还没有具体的规定。为了获得随机接入时隙在系统时间上的绝对位置，终端首先需要获取随机接入时隙所在的蜂窝的SFN(系统帧号)。

SFN的信息被承载在LTE的主系统信息块MIB上。MIB的内容按照40毫秒的周期循环。但是为了增加MIB的覆盖范围，实际上每个10毫秒，即一个LTE的无线帧，基站都会盲发一次MIB。远离基站的终端有的时候需要结合多次收到的MIB，才能接收到正确的完整的MIB。这样在40毫秒的时间内，基站总共会发送4次MIB。每次MIB的内容相同，但是在物理层的加扰处理上有所不同。终端可以通过其中扰码来识别出，当前收到的是4次发送中的那一次，换句话说终端通过对收到的MIB的物理层的处理就可以知道系统帧SFN的最后两个比特。和接收完整的MIB的方法相比较，读取SFN最后2个比特的速度要快的多。

目前LTE系统小区之间的切换过程实际上也是一个随机接入过程，同样需要遵循上述的随机接入和响应过程。如果采用目前通用的方法来定义群标识，那么就要求终端在切换这样对于时延要求很高的应用场景下，通过读取目标小区的完整的MIB来获取目标小区的SFN。MIB在时间上的分布规律虽然是固定的。但是如果终端在不知道目标小区的SFN的前提下来读取MIB，会引入更多的时延。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种蜂窝无线通讯系统中随机接入的响应方法，以减少终端发起随机接入的时延。

为了解决上述问题，本发明提供了一种蜂窝无线通讯系统中随机接入的响应方法，包括：

系统定义随机接入响应的接收时间窗口，包括接收时间窗口的大小；

终端在发起随机接入前，根据所述接收时间窗口的大小及随机接入时隙在主系统消息循环周期内的位置信息确定所述随机接入时隙所对应的群标识；

终端在发起随机接入前导消息，并在接收时间窗口内等待含有所述群标识的随机接入响应消息。

进一步地，所述终端在确定当前随机接入时隙的群标识时，是对主系统消息块循环周期内的子帧依次编号，以随机接入时隙所在子帧的编号与接收时间窗口大小的模作为该随机接入时隙的群标识。

进一步地，所述终端按照以下公式确定当前随机接入时隙的群标识：

(SFN_LSB*10+m)mod W，

其中，mod表示取模运算；SFN_LSB是所述当前随机接入时隙所在无线帧的相对编号；m是所述当前随机接入时隙在无线帧中的子帧号；W是接收时间窗口的大小。

进一步地，所述SFN_LSB通过获取无线帧的最后2个比特得出，其范围是0～3。

进一步地，所述终端在确定当前随机接入时隙的群标识时，对在主系统消息块循环周期内的各个随机接入时隙，从第一个随机接入时隙开始，从0到M-1依次循环编号，将该编号作为当前随机接入时隙的群标识，M应大于等于所述接收时间窗口可包含的随机接入时隙个数的最大值。

进一步地，所述终端在确定当前随机接入时隙的群标识时，先确定当前随机接入时隙在主系统消息循环周期内相对序号SN_RLT，该相对序号是指将主系统消息循环周期内的所有随机接入时隙从0到L-1依次编号时对应的序号，L表示主系统信息块循环周期内总的随机接入时隙个数；

然后根据当前随机接入时隙的相对序号SN_RLT得出其对应的群标识，该群标识等于SN_RLT mod M，mod是取模运算，所述接收时间窗口可包含的随机接入时隙个数的最大值能够整除L时，M等于该最大值，否则，M为大于该最大值且能够整除L的整数。

进一步地，所述系统定义随机接入响应的接收时间窗口的大小能够整除主系统消息块的循环周期。

进一步地，若所述终端收到基站发来的随机接入响应消息中包含对应的群标识及随机接入前导消息本身对应的个别标识，则认为收到了正确的随机接入响应消息。

进一步地，所述蜂窝无线通讯系统为LTE系统。

综上所述，本发明提供了一种蜂窝无线通讯系统中随机接入的响应方法，明确了随机接入过程中接收时间窗口的大小范围和群标识的定义方法。这种方法使得终端不需要读取完整的MIB就可以在接收时间窗口内设置唯一的群标识。很大程度上减少随机接入的时延，尤其是切换的时延。

附图说明

图1是蜂窝无线通讯系统结构示意图；

图2是随机接入时隙与接收时间窗口对照图；

图3是本发明方法采用绝对序号进行群标识编号时的示意图；

图4是本发明方法采用相对序号进行群标识编号时的示意图；

图5是LTE类型1的无线帧结构示意图；

图6是本发明应用实例进行群标识编号的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种蜂窝无线通讯系统中随机接入的响应方法，在终端随机接入之前，系统定义接收时间窗口的大小，并根据随机接入时隙在主系统消息MIB的循环周期内的位置确定其对应的群标识。

本发明用两个实施例进行说明，两个实施例均以LTE系统为例，主系统消息块的周期为40毫秒。

实施例一，对群标识采用绝对序号编号：

步骤11：系统定义随机接入响应的接收时间窗口的大小W，要求W能够整除主系统消息块的循环周期；

步骤12：终端发送发起随机接入前导消息前，根据所述W及该随机接入时隙在主系统消息块循环周期内中的位置(由无线帧中的位置及随机接入时隙所在无线帧的SFN_LSB确定)，确定当前随机接入时隙对应的群标识；

对主系统消息块循环周期内的子帧依次编号，以随机接入时隙所在子帧的编号与接收时间窗口大小W的模作为该随机接入时隙的群标识。其具体方法可以是：

用预设的公式确定随机接入时隙对应的群标识，该公式可以但不限于是：

(SFN_LSB*10+m)mod W，mod表示取模运算；其中，

SFN_LSB是随机接入时隙所在无线帧的相对帧号，终端通过获取该无线帧的最后2个比特得出，取值范围是0～3；

m是随机接入时隙在无线帧中的子帧号，取值范围是0～9；

W是接收时间窗口的大小。

如图3所示，假设随机接入时隙在每个无线帧的3、6、9子帧上，接收窗口大小是5，可得出主系统消息块循环周期内所有随机接入时隙对应的群标识的编号依次为：3，1，4，3，1，4，3，1，4，3，1，4。

步骤13：终端发起随机接入前导消息，并在接收时间窗口内等待含有所述群标识的随机接入响应消息，以便进一步确认所述随机接入前导消息是否发送成功，若群标识及随机接入前导消息本身对应的个别标识如随机接入前导的序号均能对应上，则认为收到了正确的随机接入响应消息，即随机接入前导消息发送成功。

实施例二，对群标识采用相对序号编号：

步骤21：系统定义随机接入响应的接收时间窗口W的大小，要求W能够整除主系统消息块的循环周期；

步骤22：根据接收时间窗口的大小及随机接入时隙在无线帧中的位置确定一个接收时间窗口可包含的随机接入时隙个数的最大值M；

如图4所示，假设接收时间窗口为8，随机接入时隙在每个无线帧的3，6，9子帧上，那么接收时间窗口内可以同时包含的随机接入时隙的最大个数是3。

步骤23：终端发送发起随机接入前导消息前，根据所述M及该随机接入时隙在主系统消息块循环周期内中的位置，确定当前随机接入时隙对应的群标识的相对编号：

对在主系统消息块循环周期内的各个随机接入时隙，从第一个随机接入时隙开始，从0到M-1依次循环编号，将该编号作为随机接入时隙的群标识。该M有时需要修正。

具体地，在确定群标识的编号前可以先确定当前随机接入时隙在主系统消息循环周期内相对序号SN_RLT，该相对序号是指将主系统消息循环周期内的所有随机接入时隙从0到L-1依次编号时对应的序号，L表示主系统信息块循环周期内总的随机接入时隙个数。

然后再根据当前随机接入时隙的相对序号SN_RLT得出其对应群标识，可以但不限于用如下公式计算得出：

SN_RLT mod M，mod是取模运算；

M应能够整除L；假如不能整除，那么调大M到一个能够整除L的整数。

步骤24：终端发起随机接入前导消息，并在接收时间窗口内等待含有所述群标识的随机接入响应消息，以便进一步确认所述随机接入前导消息是否发送成功，若群标识及随机接入前导消息本身对应的个别标识如随机接入前导的序号均能对应上，则认为收到了正确的随机接入响应消息，即随机接入前导消息发送成功。

下面再以应用实例进一步说明本发明方法：

以LTE系统为例来说明本发明的实施方法。LTE类型1的无线帧结构如图5所示，类型1的帧结构适用于FDD。实施例中提到的随机接入时隙是指帧结构中的1个子帧。LTE中主系统信息块的循环周期是40毫秒。

如图6所示，假设随机接入时隙的编号空间是40，接收时间窗口的大小是8毫秒。随机接入时隙分布在每个无线帧的2，5，8子帧上。那么，公式(SFN_LSB*10+m)mod W，m分别是2，5，8；

当采用绝对序号表示群标识的编号时，采用上述公式得出各群标识的编号：2，5，0，4，7，2，6，1，4，0，3，6；

当采用相对序号表示群标识的编号时，一个接收窗口内最多包含3个随机接入时隙，因此各群标识的编号是0，1，2，0，1，2，0，1，2，0，1，2。

步骤31：终端A和终端B在40毫秒的第13个TTI发起随机接入前导消息，随机接入前导的序号分别是13和17。当采用绝对序号进行群标识编号时，RA-RNTI是4；当采用相对序号进行群标识编号时，RA-RNTI是0。

步骤32：基站应答随机接入响应消息，消息中包括的RA-RNTI为4(绝对序号编号时)或0(相对序号编号时)以及随机接入前导的序号13和17；

步骤33：终端A和终端B都在第15个TTI的时候收到了随机接入响应消息，发现消息中的RA-RNTI为4(绝对序号编号时)或0(相对序号编号时)，于是开始解码这个响应消息。

步骤34：终端A解码消息以后，找到了随机接入前导的序号13，于是认为收到了正确的随机接入响应消息。

终端B解码消息以后，找到了随机接入前导的序号17，于是认为收到了正确的随机接入响应消息。

Claims (9)

1、一种蜂窝无线通讯系统中随机接入的响应方法，包括：

系统定义随机接入响应的接收时间窗口，包括接收时间窗口的大小；

终端在发起随机接入前，根据所述接收时间窗口的大小及随机接入时隙在主系统消息循环周期内的位置信息确定所述随机接入时隙所对应的群标识；

终端在发起随机接入前导消息，并在接收时间窗口内等待含有所述群标识的随机接入响应消息。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述终端在确定当前随机接入时隙的群标识时，是对主系统消息块循环周期内的子帧依次编号，以随机接入时隙所在子帧的编号与接收时间窗口大小的模作为该随机接入时隙的群标识。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述终端按照以下公式确定当前随机接入时隙的群标识：

(SFN_LSB*10+m)mod W，

其中，mod表示取模运算；SFN_LSB是所述当前随机接入时隙所在无线帧的相对编号；m是所述当前随机接入时隙在无线帧中的子帧号；W是接收时间窗口的大小。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述SFN_LSB通过获取无线帧的最后2个比特得出，其范围是0～3。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述终端在确定当前随机接入时隙的群标识时，对在主系统消息块循环周期内的各个随机接入时隙，从第一个随机接入时隙开始，从0到M-1依次循环编号，将该编号作为当前随机接入时隙的群标识，M应大于等于所述接收时间窗口可包含的随机接入时隙个数的最大值。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述终端在确定当前随机接入时隙的群标识时，先确定当前随机接入时隙在主系统消息循环周期内相对序号SN_RLT，该相对序号是指将主系统消息循环周期内的所有随机接入时隙从0到L-1依次编号时对应的序号，L表示主系统信息块循环周期内总的随机接入时隙个数；

然后根据当前随机接入时隙的相对序号SN_RLT得出其对应的群标识，该群标识等于SN_RLT mod M，mod是取模运算，所述接收时间窗口可包含的随机接入时隙个数的最大值能够整除L时，M等于该最大值，否则，M为大于该最大值且能够整除L的整数。

7、如权利要求1～6中任一权利要求所述的方法，其特征在于：

所述系统定义随机接入响应的接收时间窗口的大小能够整除主系统消息块的循环周期。

8、如权利要求1～6中任一权利要求所述的方法，其特征在于：

若所述终端收到基站发来的随机接入响应消息中包含对应的群标识及随机接入前导消息本身对应的个别标识，则认为收到了正确的随机接入响应消息。

9、如权利要求1～6所述的方法，其特征在于：所述蜂窝无线通讯系统为LTE系统。

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