CN101296023B - 移动通讯系统中固定终端的上行同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动通讯系统中固定终端的上行同步方法，其可以包括以下步骤：基站获取终端的位置属性；以及所述基站根据所述位置属性，在所述终端接入到蜂窝的时候，决定是否通知取消时间提前量更新过程。因而，通过本发明的方法，针对空间位置固定的终端，取消了周期性的TA更新过程，可以节约宝贵的无线资源，同时也可以降低终端和基站的处理复杂程度。

Description

移动通讯系统中固定终端的上行同步方法

技术领域

本发明涉及分布式蜂窝无线通讯系统，更具体地，涉及一种移动通讯系统中固定终端的上行同步方法。

背景技术

参考图1，分布式蜂窝无线通讯系统主要包括终端，基站和核心网。基站之间根据需要可以有逻辑或者物理的连接，基站组成的网络称为无线接入网(RAN)，负责接入层事务，例如，无线资源的管理、以及上下行的无线资源按照共享信道的方式的调度。每个基站可以与一个或者一个以上的核心网节点(CN)相连。核心网负责非接入层事务，例如，移动性管理等。终端是指可以与网络进行通讯的设备，例如手机、或者笔记本电脑等。每个终端在上行方向上只能连接到网络中的一个基站。

目前最新的分布式移动通讯系统-长期演进系统(简称LTE)在下行方向上采用频率正交多趾接入技术(简称OFDMA)，而在上行方向上采用单载波频分多趾接入技术(简称SC-FDMA)。在这两种多趾技术中，可调度的无线资源块是频域和时域范围内有限的一个交集，如图2所示。在目前的LTE系统中这个资源块在频域上是12个子载波，每个子载波是15KHz(千赫兹)，在时域上是1毫秒，与一个子帧的宽度是一样的。另外，LTE系统中系统帧的长度是10毫秒，也就是说一个帧内有10个子帧。

参考图3，假设基站在某个帧的2号子帧给终端发送了一个数据块DATA1，终端因为获得了下行同步，所以也会在相同的子帧收到DATA1，不过由于无线电波的传输时延，终端上2号帧的起点要后延一段时间，这段时间和单向的传输时延是一样的。假设终端在4号子帧应答一个DATA2，如果终端在上行子帧的起点发送DATA2，同样因为无线电波的传输时延，DATA2不会刚好落在基站的4号子帧的范围内，而是会延伸到5号子帧的范围。这不但会影响到5号子帧对应的时域内其他的数据块的接收，而且也会影响到DATA2本身的解调过程。

基站如果根据每个终端的需要临时调整接收窗口的位置，那么不但接收机的设计将会非常复杂，而且也使得无线资源的调度变得凌乱不堪，所以基站总是期望在固定的时间范围内接收上行的数据块。在这样的前提下，系统应对传输时延的方法是，让终端在发送上行数据块的时候提前一定的时段，这个时段正好是基站和终端之间的传输时延的2倍，这个被提前的时段称为时间提前量(简称TA)。参考图3，虚线表示的DATA2提前了TA来发送，DATA2就正好落在4号子帧。

如图4所示，LTE中一个子帧内有整数个调制符号组成，比如14个调制符号。整个子帧的发送提前，也就意味子帧中每个调整符号的发送提前。一个调制符号的前端有一部分称为循环前缀(简称CP)，这部分的内容和该调制符号最后一部分的内容，即图中的部分RP是一样的。

参考图5，从理论上来说，终端发送的某个调制符号最多允许提前或者落后符号接收窗口一个CP的范围，因为只要超出窗口的部分不超过一个CP的范围，那么超出窗口的部分可以由窗口内对应的部分弥补，参考图5的5_1和5_2。然而，因为实际无线传播的复杂性，比如多径和快衰落，允许偏离的部分要少得多，参考图中的53和5_4。比如在LTE系统中，允许偏离的时差约一个OFDM采样周期，要比CP的长度小得多。为了描述方便，系统允许的偏离时段称为Tab。

终端和基站之间建立通讯关系以前，终端会首先驻留到某个小区。终端首先会通过小区搜索过程获得下行的同步，这样终端才能接收下行的公共信道上的信息，比如广播信息，寻呼信息等。这时，终端还没有获得上行的同步。

参考图6，当终端发起呼叫或者响应网络的寻呼的时候，终端会首先发送一个随机接入消息。这个消息的帧结构从时域上来说，要比正常的帧来得短，可以称为随机接入帧。当基站收到随机接入帧的时候，可以根据帧落在随机接入时隙接收窗口内的位置来判断出基站和终端之间的双向传输延迟。这个双向传输延迟可以作为终端接入网络以后的初始TA。基站在应答随机接入消息的时候，会把这个初始的TA值反馈给终端，这样终端就获得了上行的同步。

在以后的通讯过程中，为了防止终端发送的数据越出规定的接收窗口，基站和终端之间需要有一个不断更新TA的过程。一般来说，基站会根据终端发送的上行信号估算新的TA，然后把新的TA发送给终端。这个过程称为TA的更新过程。因为终端可以以高速运动，如果不及时更新TA，那么终端移动的距离所导致的传输时延的变化，就可能超出上文中提到的Tab。假设系统可以支持最高为500公里/小时的径向运动，允许偏离的时段是0.52微秒，那么允许更新的最大周期是560毫秒。为了应对所有的不利状况，系统会设置一个比较固定的最大更新周期，简称为MTu。

因为终端是否移动是无法提前预测的，所以从基站的角度来说，为了维持上行的同步关系，只好假设终端一直处于移动过程中，所以TA也需要周期性的更新，即使实际上终端并没有移动。相同的道理，判断终端是否已经失去上行的同步，也要基于是否已经及时更新了TA。对于基站来说，能够正确收到上行的数据，可以认为间接地说明了终端保持的TA值是正确的。所以基站如果发现从上一次TA更新以后，或者上次正确接收上行的数据以后，在MTu时间内没有再能够更新TA，那么就可以认为终端已经失去了同步；而对于终端来说，如果在上次接收了TA更新以后，在MTu以后，没有再能够更新TA，那么也可以认为终端已经失去了上行的同步。

对于失去上行同步的终端来说，如果要重新发送数据或者接收数据，都需要重新通过随机接入的方法来重新获得初始TA。

从上述技术原理来看，TA的更新过程需要终端和基站之间周期性的信令交互过程。而且在恢复发送上行或者下行数据的时候，终端和基站都需要判断终端是否已经失去上行的同步，以便来决定是否在正式发送数据前先进行上行的同步过程。然而，在某些场合，比如终端在空间的位置是固定的时候，TA的更新过程变得没有必要，如果不加区别，那么网络就会消耗宝贵的无线资源，无谓增加终端和网络的复杂程度。

因此，急需一种方法来解决在移动通讯系统中固定终端的上行同步问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种移动通讯系统中固定终端的上行同步方法，其可以包括以下步骤：基站获取终端的位置属性；以及基站根据位置属性，在终端接入到蜂窝的时候，决定是否通知终端取消时间提前量更新过程。

位置属性是通过以下任一种方式获取的：在终端首次登录到网络时携带在终端的能力信息中并被保存在受理终端登录的通讯实体中，基站在终端再次接入的时候通过查询通讯实体来获取；终端在每次建立无线链接的时候临时通知基站；以及在终端进行切换时，在源基站和目标基站之间转发位置属性或由终端在切换完成时直接通知目标基站。其中，位置属性包括固定位置。

当位置属性为固定位置时，包括以下处理：基站向终端发送初始时间提前量，并取消周期性时间提前量更新过程；以及终端按照初始时间提前量来设置终端的时间提前量。

另外，该方法还可以包括以下处理：基站根据需要临时更新时间提前量。

因而，通过本发明，针对空间位置固定的终端，取消周期性的TA更新过程，可以节约宝贵的无线资源，同时也可以降低终端和基站的处理复杂程度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中的分布式蜂窝无线通讯系统的结构框图；

图2是无线资源块的示意图；

图3是时间提前量的物理示意图；

图4是无线调制符号的结构示意图；

图5是无线调制符号偏离接收窗口的示意图；

图6是终端获得初始TA的过程的示意图；

图7是根据本发明的移动通讯系统中固定终端的上行同步方法的流程图；

图8是TA更新过程的示意图；

图9是根据本发明第一实施例的自动售货机上终端不进行周期性TA更新的示意图；以及

图10是根据本发明第二实施例的自动售货机上终端在切换以后继续不进行周期性TA更新的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图7是根据本发明的移动通讯系统中固定终端的上行同步方法的流程图。如图7所示，该方法包括以下步骤：

步骤S702，基站获取终端的位置属性；以及

步骤S704，基站根据位置属性，在终端接入到某个蜂窝的时候，决定是否通知终端取消时间提前量更新过程。

位置属性是通过以下任一种方式获取的：在终端首次登录到网络时携带在终端的能力信息中并被保存在受理终端登录的通讯实体中，基站在终端再次接入的时候通过查询通讯实体来获取；终端在每次建立无线链接的时候临时通知基站；以及在终端进行切换时，在源基站和目标基站之间转发位置属性或由终端在切换完成时直接通知目标基站。

其中，位置属性包括固定位置。

当位置属性为固定位置时，包括以下处理：基站向终端发送初始时间提前量，并取消周期性时间提前量更新过程；以及终端按照初始时间提前量来设置终端的时间提前量。

另外，该方法还可以包括以下处理：基站根据需要临时更新时间提前量。

图8是TA更新过程的示意图。如图8所示，终端在获得初始TA以后，需要不断更新TA是因为终端总是处于不断移动的状态。有一种终端，虽然也是通过相同的无线通讯机制和系统进行通讯，但是它的位置却是固定的，比如街头的自动售货机，或者家庭用机器人遥控代理等。当这些终端和网络建立通讯关系以后，因为终端和基站之间的距离是固定的或者位移很小，只要终端和某个基站之间的通讯关系不被中断，那么两者之间的传输时延也基本上是固定的。即使，终端偶然在不同的基站之间进行切换，终端和新的服务基站之间的传输时延也是不变的。

因为LTE切换过程是一个需要重新获得初始TA的硬切换过程，所以切换以后，改变的只是传输时延的大小，终端和新的服务基站之间的传输时延仍然不变。当然，如果终端和基站之间的传播环境比较复杂的时候，比如不存在直接的传播路径，那么当周围的环境发生变化的时候，终端和基站之间的时延也会发生变化。这种变化，基站可以从上行接收的误码率上来判断。

TA更新的过程需要终端和基站之间进行信令的交互才能保持，这增加了无线接口信令的开销。另外，终端和基站还需要额外的机制来判断当前的终端是否已经失去同步，这增加了终端和基站的复杂性。如果基站事先能够知道某个终端的空间位置是固定，那么这些过程就可以省略，从而可以减少系统的复杂性，并且提高无线接口的资源利用率。

为了达到上述目的，基站可以事先获得终端固定位置的属性。这可以通过查询终端在数据库中的登记信息来获得。或者终端在首次登录到网络的时候，携带在描述终端属性的信息中，比如终端无线能力，网络可以把这些信息保存在受理终端登录的通讯实体里，以便以后终端再次接入的时候，从这个实体中查询。终端也可以在每次接入的时候，在建立无线链接的时候临时通知服务基站。在切换的时候，这个信息可以在切换的源基站和目标基站之间进行转发，或者通过终端直接在切换完成的时候通知目标基站。

基站在获得这个信息以后，会给终端一个初始的TA，但此后不再进行周期性TA更新，为此也不再做终端是否失去上行同步的判断。对于终端来说，当获得了上行初始的TA以后，不再等待周期性的TA更新，为此也不再做是否失去上行同步的判断。不过为了防止在通讯过程中，终端和基站之间的传输时延因为其他因素的改变而发生变化，基站也可以在必要的时候，临时更新TA。

以下将结合图9和图10描述本发明的实施例，在下述实例中，TA的单位定义OFDM采样周期0.52微秒的倍数，TA的范围是0～255。

第一实施例

图9是根据本发明第一实施例的自动售货机上终端不进行周期性TA更新的示意图。如图9所示，在街角有一个自动售货机，其中安装了一个无线通讯终端，物流中心用该无线终端统计自动售货机中的存货情况，以及其他遥控，比如温度，灯光遥控等。在自动售货机对面房顶上有一个基站1，在距离自动售货机一个街区，还有一个基站2。无线通讯终端和基站1之间有视线传播路径。当自动售货机开始工作的时候，工作人员同时启动了无线通讯终端。无线终端开始工作分成以下几个步骤：

步骤1，无线终端在接入基站1的时候，基站分配给终端一个初始的TA，为2，即两者相距大约156米；

步骤2，基站和核心网的信令交互中，下载了该无线终端的属性，知道该终端的空间位置是固定的；

步骤3，基站决定不启动周期性TA更新过程，并且通过下行的控制信令中通知终端；

步骤4，因为终端的位置固定，而且有视线传播路径，所以终端和基站1之间的TA一直保持不变；以及

步骤5，在必要的时候，基站1可以临时更新TA。

第二实施例

图10是根据本发明第二实施例的自动售货机上终端在切换以后继续不进行周期性TA更新的示意图。如图10所示，因为网络规划的缘故，所以基站1的功率被调小，而基站2的功率被调大。在网络规划调整完成后，自动售货机上的终端被切换到基站2上。在切换过程中终端和基站2之间的TA重新进行了设置，其步骤如下：

步骤一、终端上报了测量报告，基站1在收到测量报告以后，决定把终端切换到基站2，基站1把自动售货机上的终端的固定位置的属性在切换请求消息中发送给了基站2；

步骤二、基站2通过基站1给终端发送了切换命令；

步骤三、终端在转向基站2的时候，发送了随机接入消息；

步骤四、基站2通过接收随机接入消息，估算出终端和基站之间的初始TA是3，然后应答了一个随机接入应答消息，在应答消息中，基站2同时通知终端，停止周期性TA更新的机制；

步骤五、终端在接收了随机接入应答以后，获得了在基站2的初始TA，然后发送切换完成消息给基站2；以及

步骤六、在必要的时候，基站2可以临时更新TA。

综上所述，通过本发明，针对空间位置固定的终端，取消了周期性的TA更新过程，可以节约宝贵的无线资源，同时也可以降低终端和基站的处理复杂程度。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种移动通讯系统中固定终端的上行同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

基站获取终端的位置属性；以及

所述基站根据所述位置属性，在所述终端接入到蜂窝的时候，决定是否通知取消时间提前量更新过程。

2.根据权利要求1所述的上行同步方法，其特征在于，所述位置属性是通过以下任一种方式获取的：

在所述终端首次登录到网络时携带在所述终端的能力信息中并被保存在受理终端登录的通讯实体中，所述基站在所述终端再次接入的时候通过查询所述通讯实体来获取；

所述终端在每次建立无线链接的时候临时通知所述基站；以及

在所述终端进行切换时，在源基站和目标基站之间转发所述位置属性或由所述终端在切换完成时直接通知所述目标基站。

3.根据权利要求2所述的上行同步方法，其特征在于，所述位置属性包括固定位置。

4.根据权利要求3所述的上行同步方法，其特征在于，当所述位置属性为所述固定位置时，包括以下处理：

所述基站向所述终端发送初始时间提前量，并取消周期性时间提前量更新过程；以及

所述终端按照所述初始时间提前量来设置所述终端的时间提前量。

5.根据权利要求4所述的上行同步方法，其特征在于，还包括以下处理：

所述基站根据需要临时更新时间提前量。

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