CN101296487B - 移动通讯系统中的上行同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动通讯系统中的上行同步方法，其可以包括以下步骤：设定各个蜂窝的覆盖属性，以及基站根据终端所接入的蜂窝的覆盖属性决定是否通知所述终端取消时间提前量更新过程。因而，采用本发明的方法，针对覆盖范围很小的蜂窝，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5_3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，比如终端在家庭基站覆盖范围内通讯的时候，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的上行同步方法。

根据本发明第一方面的移动通讯系统中的上行同步方法可以包括以下步骤：设定各个蜂窝的覆盖属性；以及基站根据终端所接入的蜂窝的覆盖属性决定是否通知终端取消时间提前量更新过程。

其中，蜂窝的覆盖属性是由蜂窝的覆盖范围确定的，包括微微蜂窝、以及宏蜂窝。微微蜂窝的覆盖范围小于系统允许的最大传输时延所对应的距离。

最大传输时延是无线接收机正确接收无线信号所允许的无线信号达到无线接收机的最大传输时延。

该上行同步方法还可以包括以下处理：当终端初始接入的蜂窝的覆盖属性为微微蜂窝时，目标基站在随机接入响应消息中通知终端取消时间提前量更新过程；以及终端在接收到随机接入响应消息后，按照随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置终端的时间提前量，或将终端的时间提前量设置为0。

其中，目标基站在必要时刻根据需要临时更新时间提前量。

当终端从微微蜂窝切换到宏蜂窝时，目标基站根据终端切换到的蜂窝的覆盖属性不通知终端取消时间提前量更新过程。

另外，该上行同步方法还可以包括以下处理：当终端从宏蜂窝切换到微微蜂窝时，目标基站根据终端切换到的蜂窝的覆盖属性通知终端取消时间提前量更新过程；以及终端在接收到随机接入响应消息后，按照随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置终端的时间提前量。

目标基站根据需要临时更新时间提前量。

根据本发明第二方面的移动通讯系统中的上行同步方法可以包括以下步骤：设定各个蜂窝的覆盖属性；在初始接入到一个蜂窝时，终端发送一个随机接入响应消息；以及如果基站判断终端接入的蜂窝是微微蜂窝，则在随机接入响应消息中包括一个通知信息，用来通知终端取消时间提前量的更新过程，其中微微蜂窝的覆盖范围小于系统允许的最大传输时延所对应的距离。

其中，最大传输时延是无线接收机正确接收无线信号所允许的无线信号达到无线接收机的最大传输时延。

该上行同步方法还可以包括以下处理：终端在接收到随机接入响应消息后，按照随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置终端的时间提前量。另外，目标基站在必要时刻根据需要临时更新时间提前量。

本发明还提供了一种移动通讯系统中的上行同步方法，其可以包括以下步骤：设定各个蜂窝的覆盖属性；当终端从宏蜂窝切换到微微蜂窝时，目标基站在随机接入响应消息中包括一个通知信息，用来通知终端取消时间提前量的更新过程，其中微微蜂窝的覆盖范围小于系统允许的最大传输时延所对应的距离。

最大传输时延是无线接收机正确接收无线信号所允许的无线信号达到无线接收机的最大传输时延。

该上行同步方法还可以包括以下处理：终端在接收到随机接入响应消息后，按照随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置终端的时间提前量。另外，目标基站在必要时刻根据需要临时更新时间提前量。

因而，通过本发明，针对覆盖范围很小的蜂窝，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。

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是根据本发明第一方面的移动通讯系统中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是家庭基站的示意图；

图10是根据本发明第一实施例的终端从家庭基站移动到正常的宏蜂窝的示意图；

图11是根据本发明第二实施例的终端从正常的宏蜂窝移动到家庭基站的示意图；

图12是根据本发明第二方面的移动通讯系统中的上行同步方法的流程图；以及

图13是根据本发明第三方面的移动通讯系统中的上行同步方法的流程图。

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是根据本发明第一方面的移动通讯系统中的上行同步方法的流程图。如图7所示，包括以下步骤：

步骤S702，在网络规划时设定各个蜂窝的覆盖属性；以及

步骤S704，基站根据终端所在的蜂窝的覆盖属性决定是否通知终端取消时间提前量更新过程。

其中，蜂窝的属性是由蜂窝的覆盖范围确定的，包括微微蜂窝、以及宏蜂窝。微微蜂窝是当蜂窝的覆盖范围小于系统允许的偏离时段的一半时的蜂窝。

该上行同步方法还可以包括以下处理：当终端所在的蜂窝的覆盖属性为微微蜂窝时，目标基站在随机接入响应消息中通知终端取消时间提前量更新过程；以及终端在接收到随机接入响应消息后，按照随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置终端的时间提前量，或将终端的时间提前量设置为0。

其中，目标基站在必要时刻根据需要临时更新时间提前量。

当终端从微微蜂窝切换到宏蜂窝时，目标基站根据终端切换到的蜂窝的覆盖属性不通知终端取消时间提前量更新过程。

另外，该上行同步方法还可以包括以下处理：当终端从宏蜂窝切换到微微蜂窝时，目标基站根据终端切换到的蜂窝的覆盖属性通知终端取消时间提前量更新过程；以及终端在接收到随机接入响应消息后，按照随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置终端的时间提前量，或将终端的时间提前量设置为0。

目标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本质上是因为终端会离开最初获得初始TA的地方，从而改变了终端和网络之间的传输时延。而这种传输时延的变化量，或者说TA的变化量可能会超出系统实际允许的范围。

随着移动通讯的发展，在某些应用场合，蜂窝的覆盖范围是很小的。比如最近运营商都很重视的家庭基站。这种基站要求覆盖的范围，一般来说不会超过50米。还有广泛应用的室内的覆盖系统，终端和信号发射机之间的距离变化范围也很小。另一方面，在这些应用场合，终端的移动速度很慢，而且因为覆盖良好，上下行的信号都很稳定，上行调制符号允许偏离接收时间窗口的范围要比正常的宏蜂窝要大得多。

在上述应用场合中，因为终端和基站之间的距离被约束在一个很小的范围，根据背景技术中介绍的TA获得和更新原理，当终端和网络建立通讯关系的时候，终端获得初始TA会很小，这个小的初始TA甚至比系统允许的Tab还要小。而且因为蜂窝的覆盖范围很小，即使终端在蜂窝中移动，也不会超出Tab的范围。既然终端和基站之间最大的传输时延也不会让上行同步需要的TA超出Tab的范围，实际上终端一直保持着上行同步。

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。如果终端能够和基站始终保持上行同步的关系，那么TA更新的过程也就变得不再必要，也就是说可以取消终端和基站之间TA更新的过程，进一步的终端和基站也可以因此省略判断终端失去上行同步的处理过程。

当终端在不同的基站之间进行切换的时候，切换的目标基站可以根据实际情况来决定是否需要TA的更新过程。比如某个终端从家庭基站切换到一个室外正常的宏蜂窝，那么目标基站在切换完成以后，开始正常的TA更新过程就可以了。反过来，如果终端从室外的一个宏蜂窝切换到某个家庭基站，那么在切换过程中，或者切换完成以后，家庭基站可以通知终端说，TA的更新过程可以取消。

为了描述上的方便，把覆盖范围小于Tab一半的蜂窝简称微微蜂窝，终端和基站在微微蜂窝中无须进行TA更新的过程和是否失去上行同步的判断。网络规划的时候，可以先约定蜂窝的属性，比如把家庭基站上的蜂窝定义成微微蜂窝。当有终端在这样的蜂窝上初始接入或者从其他蜂窝切入的时候，基站通知终端无须TA的更新过程。通知的信息比如可以是在基站应答随机接入的消息中。

微微蜂窝不需要TA的更新过程，并不代表基站被禁止任何时候向终端发送TA更新的命令。这主要是为了工程上的考虑。因为传播环境，比如建筑内部的复杂性，可能会导致覆盖的畸变，当基站无法正确解调的时候，基站也可以进行TA的更新，以防止蜂窝在某些方向上超过微微蜂窝所定义的范围。

图9是家庭基站的示意图。如图9所示，在一幢居民楼里，有的居民家里安装了家庭基站。当终端在这些家庭基站的覆盖范围内时，基站和终端之间的传输时延几乎可以忽略不计，这些家庭基站在网络规划的时候被定义成微微蜂窝。

图10是根据本发明第一实施例的终端从家庭基站移动到正常的宏蜂窝的示意图。如图10所示，当终端开始主动发起呼叫，或者响应寻呼的时候，包括以下步骤：

步骤1，终端发送随机接入消息；

步骤2，家庭基站在响应随机接入的消息中通知终端，无须周期性的TA更新过程；

步骤3，终端收到以后随机接入响应消息以后，可以按照随机接入响应消息中的初始TA来设置TA；

步骤4，当终端和基站建立无线链接以后，终端和基站就不再进行周期性TA更新过程，也不再做终端是否失去上行同步的判断；以及

步骤5，在必要的时候，基站也可以根据需要临时更新TA。

当终端从一个微微蜂窝移动到一个室外的宏蜂窝时，终端按照正常的切换流程从微微蜂窝切换到了宏蜂窝。作为目标的宏蜂窝会在收到终端的随机接入消息以后，在随机接入响应消息中设置一个初始的TA。因为没有额外的信息通知终端是否会进行TA更新的过程，所以在后续的通讯过程中，基站和终端会进行正常的周期性TA更新过程。

图11是根据本发明第二实施例的终端从正常的宏蜂窝移动到家庭基站的示意图。如图11所示，当终端从一个室外的宏蜂窝移动到室内的家庭基站的时候，终端的切换过程如下：

步骤一、作为目标基站的家庭基站会通过作为源基站发送一个切换命令给终端；

步骤二、终端转向家庭基站，并且发送一个随机接入消息；

步骤三、家庭基站在响应随机接入的消息中，通知终端此后无须周期性的TA更新过程；

步骤四、终端按照随机接入响应消息中的初始TA来进行设置，然后终端和基站不再进行周期性的TA更新过程，也不再进行终端是否失去上行同步的判断过程；以及

步骤五，在后续的通过过程中，基站可以根据需要临时进行TA的更新过程。

图12是根据本发明第二方面的移动通讯系统中的上行同步方法的流程图。如图12所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1202，设定各个蜂窝的覆盖属性；

步骤S1204，在初始接入到一个蜂窝时，终端发送一个随机接入响应消息；以及

步骤S1206，如果基站判断终端接入的蜂窝是微微蜂窝，则在随机接入响应消息中包括一个通知信息，用来通知终端取消时间提前量的更新过程，其中微微蜂窝的覆盖范围小于系统允许的最大传输时延所对应的距离。

最大传输时延是无线接收机正确接收无线信号所允许的无线信号达到无线接收机的最大传输时延。

该上行同步方法还可以包括以下处理：终端在接收到随机接入响应消息后，按照随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置终端的时间提前量。

另外，目标基站在必要时刻根据需要临时更新时间提前量。

图13是根据本发明第三方面的移动通讯系统中的上行同步方法的流程图。如图13所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1302，设定各个蜂窝的覆盖属性；以及

步骤S1304，当终端从宏蜂窝切换到微微蜂窝时，目标基站在随机接入响应消息中包括一个通知信息，用来通知终端取消时间提前量的更新过程，其中微微蜂窝的覆盖范围小于系统允许的最大传输时延所对应的距离。

其中，最大传输时延是无线接收机正确接收无线信号所允许的无线信号达到无线接收机的最大传输时延。

该上行同步方法还可以包括以下处理：终端在接收到随机接入响应消息后，按照随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置终端的时间提前量。

另外，目标基站在必要时刻根据需要临时更新时间提前量。

综上所述，采用本发明的方法，针对覆盖范围很小的蜂窝，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 (16)

1.一种移动通讯系统中的上行同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定各个蜂窝的覆盖属性，其中，所述蜂窝的覆盖属性是由蜂窝的覆盖范围确定的，包括微微蜂窝、以及宏蜂窝；以及

基站根据终端所接入的蜂窝的覆盖属性决定是否通知所述终端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，所述微微蜂窝的覆盖范围小于系统允许的最大传输时延所对应的距离。

3.根据权利要求2所述的上行同步方法，其特征在于，所述最大传输时延是无线接收机正确接收无线信号所允许的无线信号达到所述无线接收机的最大传输时延。

4.根据权利要求3所述的上行同步方法，其特征在于，包括以下处理：

当所述终端初始接入的蜂窝的覆盖属性为所述微微蜂窝时，目标基站在随机接入响应消息中通知所述终端取消所述时间提前量更新过程；以及

所述终端在接收到所述随机接入响应消息后，按照所述随机接入响应消息中的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：

所述目标基站在必要时刻根据需要临时更新所述时间提前量。

6.根据权利要求1所述的上行同步方法，其特征在于，包括以下处理：

当所述终端从所述微微蜂窝切换到所述宏蜂窝时，目标基站根据所述终端切换到的蜂窝的覆盖属性不通知所述终端取消所述时间提前量更新过程。

7.根据权利要求1所述的上行同步方法，其特征在于，包括以下处理：

当所述终端从所述宏蜂窝切换到所述微微蜂窝时，目标基站根据所述终端切换到的蜂窝的覆盖属性通知所述终端取消所述时间提前量更新过程；以及

所述终端在接收到随机接入响应消息后，按照所述随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置所述终端的时间提前量。

8.根据权利要求7所述的上行同步方法，其特征在于，还包括以下处理：

所述目标基站根据需要临时更新所述时间提前量。

9.一种移动通讯系统中的上行同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定各个蜂窝的覆盖属性；

在初始接入到一个蜂窝时，终端发送一个随机接入消息；以及

如果基站判断所述终端接入的所述蜂窝是微微蜂窝，则在随机接入响应消息中包括一个通知信息，用来通知所述终端取消时间提前量的更新过程，其中

所述微微蜂窝的覆盖范围小于系统允许的最大传输时延所对应的距离。

10.根据权利要求9所述的上行同步方法，其特征在于，所述最大传输时延是无线接收机正确接收无线信号所允许的无线信号达到所述无线接收机的最大传输时延。

11.根据权利要求9所述的上行同步方法，其特征在于，还包括以下处理：

所述终端在接收到所述随机接入响应消息后，按照所述随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置所述终端的时间提前量。

12.根据权利要求11所述的上行同步方法，其特征在于，还包括以下处理：

所述基站在必要时刻根据需要临时更新所述时间提前量。

13.一种移动通讯系统中的上行同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定各个蜂窝的覆盖属性；

当终端从宏蜂窝切换到微微蜂窝时，目标基站在随机接入响应消息中包括一个通知信息，用来通知所述终端取消时间提前量的更新过程，其中

所述微微蜂窝的覆盖范围小于系统允许的最大传输时延所对应的距离。

14.根据权利要求13所述的上行同步方法，其特征在于，所述最大传输时延是无线接收机正确接收无线信号所允许的无线信号达到所述无线接收机的最大传输时延。

15.根据权利要求13所述的上行同步方法，其特征在于，还包括以下处理：

所述终端在接收到所述随机接入响应消息后，按照所述随机接入响应消息中的初始时间提前量来设置所述终端的时间提前量。

16.根据权利要求15所述的上行同步方法，其特征在于，还包括以下处理：

所述目标基站在必要时刻根据需要临时更新所述时间提前量。

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