CN101155404A - 一种移动终端接入网络的区分处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动终端接入网络的区分处理方法，在特征码集内划分普通和预留特征码，包括：请求初始接入或上行同步的终端自由选择普通特征码，该终端通过随机接入信道发送编制了所选择的普通特征码的随机接入消息竞争接入网络；小区按唯一标识原则给请求切入的终端分配预留特征码，该终端通过随机接入信道发送编制了所分配的预留特征码的随机接入消息进行接入。这种方法，用特征码类型区分切换接入和其他的随机接入，用唯一标识确保任一时刻要求切换接入的终端，都不会在相同随机接入子信道发起相同的切换接入消息，避免了不同终端切换接入消息间冲突和由此而引起的无法确定移动终端身份，相当程度地减少切换时延、保证通讯质量。

Description

一种移动终端接入网络的区分处理方法

技术领域

本发明涉及主要由移动终端，无线接入网和核心网组成的蜂窝式无线通讯系统，具体涉及一种基于共享信道的无线通讯系统对移动终端初始和切换接入网络进行区别处理的方法。

背景技术

在蜂窝式无线通讯系统中，该系统结构如图1，移动终端2在和网络通讯前，需要通过一个上行的公共信道来发送一个随机接入的消息。这种公共信道，称为随机接入信道，其中网络包括无线接入网1和核心网3。移动终端随机接入的主要目的是通过竞争的方式来获得对于有限的无线信道资源的占用。有时也是为了获得上行方向的同步信息。上行同步信息被移动终端用来决定何时发送上行的信号，使得上行信号落在基站接收机的信号接收时间窗口内。

蜂窝无线通讯系统中信道可以通过码分、频分和时分等多址技术来区分，每个信道在时域上的最小单元称为帧。用来作为随机接入的帧或者帧的组合称为随机接入时隙，相同信道上的随机接入时隙以某种方式构成随机接入子信道。如图2中，3个频点和3个信道码构成9个信道，比如2号频点f2和2号信道码C2组合构成的信道。在这个信道上每6个帧中，有一个用黑色突显的帧120作为随机接入时隙使用，随机接入时隙120之间的间隔5帧，在这个信道上构成了一个随机接入子信道120。另外，1号频点和1号信道码构成的信道上也配置了随机接入子信道，所以在这个小区中有2个随机接入子信道。

为了保证初始的随机接入消息的有效覆盖范围，消息本身的数据速率很低，换句话说可以包含的信息比特很有限。比如目前在3GPP讨论的长期演进系统Long Term Evolution，简称LTE，中，时长0.5ms的非同步单帧构成的随机时隙可以承载不超过10比特的信息。

这些随机接入消息中的信息比特一般用自相关性很高的特征码的序列号来表示。在一个随机接入时隙中，无线接入网可以分辨出包含了不同特征码的随机接入消息。所以只有在相同的随机接入时隙上同时收到两个具有相同特征码的随机接入消息的时候才会发生冲突。冲突使得无线接入网无法分别出单独的移动终端，也就是说从无线接入网的角度来说，效果雷同于只收到一个移动终端的接入请求。在这种情况下，移动终端和无线接入网之间需要通过额外的冲突解决机制，来确保其中一个移动终端成功接入。失败的移动终端将会重新再通过这种竞争的方式来接入无线网络。有的时候冲突也会导致所有冲突的移动终端接入失败。

这种从空闲状态开始的初始接入过程是随机接入过程中最普通的一种原因。还有一种更重要的原因是基站之间的切换接入过程。

在移动终端和网络通讯过程中，移动终端在不同的小区之间进行移动的时候，需要更换无线信道来保持通讯。假如目标小区和源小区在不同的基站，一种可能的切换方式是在切换准备阶段，目标基站已经准备了无线信道资源，然后通过源基站通知移动终端接入到目标基站已经分配的无线信道上。这种方式对于基于专用无线信道资源的系统，比如GSM(全球移动通讯系统)，非常有效；但是对于基于共享信道的无线通讯系统，比如LTE，这种切换方式会增加系统的复杂性，并且使得无线信道资源的利用率降低。这是因为源基站需要在切换开始的时候知道和目标基站之间的时间差，以便通知终端一个合适的开始时间来接入到目标基站。而获得精确的时间差的难度很高，无线接入网需要采用比较复杂的机制来获得这个时间差。另外因为消息在无线接入网内或者在无线接口上传递的时间不确定，这对于目标基站来说如何预留共享的无线信道资源变得很难，预留过早会降低无线信道的利用效率，预留过晚会让终端错过接入时间或者引入额外的延迟，所以通常会预留部分冗余的无线信道资源来保证切换的顺利进行，而这样做降低了无线资源的利用率。。所以一般会采用不预定无线信道资源的切换方式，即移动终端在目标基站通过竞争的随机接入的方式来获得无线信道资源。随着蜂窝式无线通讯系统的技术发展，这种随机接入的过程时间很短，比如在LTE系统中，大概在20ms左右。

移动终端通过随机接入的方式接入无线接入网的延迟无论对哪种接入原因来说都很重要。但相比较而言，蜂窝式无线通讯系统对于切换接入的时延，也就是切换中断的时延要求更加严格。移动终端在蜂窝之间移动的时候，切换的最主要和最直接的原因是原来的服务小区的信号已经下降到了一个危险的边缘，如果不及时把无线信道切换到信号更好的小区，那么移动终端的通讯质量将大大下降，甚至出现掉话、中断等现象。对于移动终端来说，一样的延迟，从空闲状态或者不活动状态开始引入还是在业务活动状态下引入有很大的区别，移动终端对于后者更加敏感。而在随机接入过程的时延主要是由上述的“冲突”现象导致的，因为冲突会导致只有一个移动终端接入无线网络，甚至冲突中的所有移动终端都失败。而失败的移动终端即使重新接入成功，也已经产生了更多的时延。基于切换接入的重要性，需要一种方法来消除移动终端在切换接入时候的冲突概率。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是一种移动终端接入网络的区分处理方法，能够优先消除移动终端在切换接入时候的冲突概率，减少切换接入的时延。

本发明的上述技术问题这样解决，提供一种移动终端接入网络的区分处理方法，在特征码集内区别划分普通和预留特征码子集，还包括以下区别处理步骤：

A)从空闲状态开始请求初始接入的移动终端选择普通特征码，请求初始接入的移动终端通过该小区随机接入信道发送编制了所述普通特征码的随机接入消息竞争接入网络；

B)小区按唯一标识原则给请求切换接入该小区的移动终端分配预留特征码，请求切换接入的移动终端通过该小区随机接入信道发送编制了被分配所述预留特征码的随机接入消息进行接入。

按照本发明提供的区分处理方法，所述步骤A)中的移动终端还包括已经接入网络，但是在上行方向上失去同步的移动终端。

按照本发明提供的区分处理方法，所述小区随机接入信道是由一条或多条该小区随机接入子信道构成，所述随机接入子信道位于一个信道内，不同的随机接入子信道位于不同的信道上，所述预留特征码或所述预留特征码和所在的小区随机接入子信道的组合唯一标识同时段该小区内的每个切换接入请求。

按照本发明提供的区分处理方法，所述步骤B)中被请求小区收到移动终端发送的切换完成消息，释放对应所述预留特征码并重新使用。

按照本发明提供的区分处理方法，所述步骤B)中被请求小区收到请求切换接入的移动终端的源小区转送的切换失败消息，释放对应所述预留特征码并重新使用。

按照本发明提供的区分处理方法，采用定时器，所述步骤B)中还包括在所述分配的同时创建所述定时器，定时器超时后、释放对应所述预留特征码并重新使用。

按照本发明提供的区分处理方法，在释放对应所述预留特征码并重新使用之后，删除所述定时器。

按照本发明提供的区分处理方法，所述预留特征码设有锁定标记，初始时全部为解锁状态，在指定所述对应随机接入子信道为其接入随机接入子信道的前提下，分配给请求切换接入的移动终端后改为锁定状态，当重新使用时再改为解锁状态，其中分配时仅能选择解锁状态的预留特征码分配给新的请求切换接入的移动终端。

按照本发明提供的区分处理方法，所述网络是基于共享信道的无线通讯系统。

按照本发明提供的区分处理方法，所述基于共享信道的无线通讯系统是LTE无线网络系统。

按照本发明提供的区分处理方法，所述基站由一个或多个小区组成。

按照本发明提供的区分处理方法，所述小区与移动终端之间采用消息进行通讯。

本发明提供的移动终端接入网络的区分处理方法，采用预留特征码区分切换接入和其他的随机接入，利用相同随机接入子信道上的不同预留特征码唯一标识请求切换接入的移动终端，可以确保在无线网络接口上，在任何一个时刻要求切换接入的移动终端，在被分配了特征码的前提下，都不会在相同的随机接入子信道的相同时隙上发起相同的切换接入消息，从而避免了切换接入消息之间冲突的可能性，也避免了切换接入消息在无线接入网侧在确定移动终端身份的时候引起歧义，相当程度地减少了切换时延，保证了无线通讯的质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1是蜂窝式无线通讯系统结构示意图。

图2是随机接入子信道和时隙示意图。

图3是LTE系统结构示意图。

图4是LTE系统随机接入子信道和时隙示意图。

图5是LTE系统保证预留特征码唯一性的过程示意图。

具体实施方式

首先，说明本发明方法中的蜂窝无线通讯系统的无线接入网区分切换接入和其他的随机接入的办法：

(一)预留部分特征码，即预留特征码，单独分配给要求切换接入的移动终端，而不允许其他非同步随机接入类型的移动终端来选择。

(二)除了预留特征码以外的所有特征码，即普通特征码，可以由移动终端自由选择，前提是无线接入网没有给这些移动终端分配预留特征码。

(三)随机接入消息中上述特征码①和②的类型隐式说明了接入原因，当某次随机接入消息中的特征码是个预留特征码，就表明这次的接入原因是切换接入，因此可区分切换接入和其他的随机接入。

第二步，进一步说明本发明方法中的保证预留特征码使用唯一性、消除小区内切换接入之间冲突可能的办法：

(一)如果小区中有多个随机接入子信道，那么特征码也可以在多个随机接入子信道上预留。在把预留特征码分配给某个切入的移动终端的同时，需要同时指定该预留特征码所在的随机接入子信道。这是为了避免被分配相同的预留特征码的移动终端在相同的随机接入子信道上接入，从而导致冲突。

(二)为了消除切换接入之间的冲突可能，还须要由无线接入网对预留特征码进行管理，使得移动终端在切换接入期间，所采用的随机接入子信道和预留特征码在所规定的范围内，比如小区或者基站内唯一。具体办法如下：

①目标小区给请求切换接入的移动终端分配预留特征码，并且指定随机接入子信道，如果该小区存在多个随机接入子信道，然后给该特征码做一个锁定标记，表示这个特征码暂时被锁定，在解锁以前无法再次分配给其他的移动终端，并且设置一个保护定时器。

②目标小区只有确认特征码解锁的条件以后，才可以对锁定的特征码解锁，这些条件包括：

1.目标小区收到移动终端的切换完成消息，表示切换成功

2.目标小区收到源小区发送的切换失败消息

3.目标小区在特征码的保护定时器超时以前，没有收到关于该移动终端切换成功或者失败的消息。

第三步，概括说明本发明方法的区别特征：

(一)蜂窝式移动通讯系统在小区中事先预留一部分随机接入特征码单独分配给切换接入的移动终端使用，而不允许其他非同步随机接入的移动终端选择。

(二)目标小区在给请求切换接入的移动终端分配了某个空闲的预留特征码以后，会设置一个保护定时器。该预留特征码不再分配给其他的移动终端，直到目标小区确定使用该预留特征码的移动终端切换成功，或者切换失败，或者保护定时器超时。

(三)特征(二)的特征还在于，在分配了预留特征码的同时，还需要指定特征码所在的随机接入子信道

最后，以本发明方法在LTE系统中的使用为例详细说明本发明：

(一)目前业界正在讨论的LTE系统是典型蜂窝式无线通讯系统，结构如图3所示，该系统由移动终端2，基站11和核心网3组成，基站11之间是否存在逻辑甚至物理的连接，取决于网络对于移动性管理的需求。所有的基站11都和核心网3相连。这些基站11就构成了无线接入网1。其上下行的无线资源管理都是基于信道共享的思想，并且由基站11进行统一调度的。

LTE系统的采用频分多址划分信道，如图4所示，4个频带构成了4个信道。在每个信道上用于随机接入的帧120称为随机接入时隙120，在一个信道上相互之间间隔固定的随机接入时隙就构成了随机接入子信道120。移动终端在初始接入，上行同步，上行资源请求或者基站11之间切换的时候都会在上行随机接入子信道上发送随机接入消息。消息中所负载的信息比特用自相关性很高的特征码的的序列号来表示。

(二)本发明方法一个典型使用，对应过程如图5所示，在某个小区中有两个随机接入子信道A和B，每个随机接入子信道的随机接入时隙可以解码8个特征码，其中0～3号白色特征码是普通特征码；4～7号斜线或黑色特征码是预留给切换接入用的，黑色表示被占用，斜线表示可被使用。

从t0到t4，每个时间刻度相隔20ms，两个随机接入子信道上A和B预留特征码的占用状态如下：

①t0时刻：随机接入子信道A的6号特征码和随机接入子信道B的7号特征码已经被占用，其他空闲。被占用的特征码设定占用标记，并且都设置了对应的保护定时器。

②t1时刻：又有一个新的移动终端要求切换到该小区，目标小区选择一个没有被占用的特征码，即随机接入子信道A的7号特征码，分配给该移动终端，然后设定占用标记，设置保护定时器。

③t2时刻：该小区收到消息，说被分配了随机接入子信道A的6号特征码的移动终端切换失败，该特征码被回收，去掉占用标记，删除对应还在运行的保护定时器。

④t3时刻：该小区收到消息，说被分配了随机接入子信道A的7号特征码的移动终端切换成功，该特征码被回收，去掉占用标记，删除对应还在运行的保护定时器。同时又有一个新的移动终端要求切换到该小区，被分配了随机接入子信道B的4号预留特征码。

⑤t4时刻：随机接入子信道B的7号特征码的保护定时器超时，该特征码的占用标记被无条件去掉，回收特征码。

该典型使用包括本发明方法实际使用的各种基本情况，确保了本发明方法实际使用过程中请求切换接入的移动终端在小区相同随机接入子信道上能够使用不同预留特征码发起切换接入，避免了切换接入冲突的可能性。

Claims (10)

1.一种移动终端接入网络的区分处理方法，采用特征码集，其特征在于，在该特征码集内区别划分普通特征码子集和预留特征码子集，还包括以下区别处理步骤：

A)从空闲状态开始请求初始接入的移动终端选择普通特征码，请求初始接入的移动终端通过小区随机接入信道发送所述普通特征码的随机接入消息竞争接入网络；

B)小区按唯一标识原则给请求切换接入该小区的移动终端分配预留特征码，请求切换接入的移动终端通过该小区随机接入信道发送被分配所述预留特征码的随机接入消息进行接入。

2.根据权利要求1所述区分处理方法，其特征在于，步骤A)中的移动终端还包括已经接入网络，但是在上行方向上失去同步的移动终端。

3.根据权利要求1所述区分处理方法，其特征在于，所述小区随机接入信道是由一条或多条该小区随机接入子信道构成，所述预留特征码或所述预留特征码和所述预留特征码对应的小区随机接入子信道的组合唯一标识同时段中该小区内的每个切换接入请求。

4.根据权利要求1所述区分处理方法，其特征在于，所述步骤B)中被请求小区收到移动终端发送的切换完成消息，释放对应所述预留特征码并重新使用。

5.根据权利要求1所述区分处理方法，其特征在于，所述步骤B)中被请求小区收到请求切换接入的移动终端的源小区转送的切换失败消息，释放对应所述预留特征码并重新使用。

6.根据权利要求1所述区分处理方法，其特征在于，采用定时器，所述步骤B)中还包括在所述分配的同时创建所述定时器，定时器超时后、释放对应所述预留特征码并重新使用。

7.根据权利要求3、4或5所述区分处理方法，其特征在于，在释放对应所述预留特征码并重新使用之后，删除所述定时器。

8.根据权利要求2、3、4或5所述区分处理方法，其特征在于，所述预留特征码设有锁定标记，初始时全部为解锁状态，在指定所述对应随机接入子信道为其接入随机接入子信道的前提下，分配给请求切换接入的移动终端后改为锁定状态，当重新使用时再改为解锁状态，其中分配时仅能选择解锁状态的预留特征码分配给新的请求切换接入的移动终端。

9.根据权利要求1或2所述区分处理方法，其特征在于，所述网络是基于共享信道的无线通讯系统。

10.根据权利要求1所述区分处理方法，其特征在于，所述基于共享信道的无线通讯系统可以是LTE无线网络系统。

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