CN101370270A - 蜂窝无线通讯系统的随机接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了蜂窝无线通讯系统的随机接入方法，包括：终端的第二层、第三层触发物理层发送随机接入前导；第二层、第三层判断是否在接收时间窗口内接收到了随机接入响应；如果第二层、第三层判断没有接收到随机接入响应，则触发物理层重新发送随机接入前导。通过本发明，使得在随机接入过程中，判断是否在接收时间窗口内接收到随机接入响应以及决策是否重发随机接入前导的处理都是由高层协议来完成，提高了协议处理的效率，降低了物理层处理的复杂度，而且还减少了物理层和高层之间的参数传递和消息传递的信令负担。

Description

蜂窝无线通讯系统的随机接入方法

技术领域

本发明涉及通信领域，并且具体地，涉及蜂窝无线通讯系统的随机接入方法。

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(Core Network，CN)组成。基站组成的网络称为无线接入网(RadioAccess Network，RAN)，负责接入层事务，例如无线资源的管理等。基站(例如，图1中的基站1和基站2或基站3)之间可以根据实际情况存在物理或者逻辑上的连接。每个基站可以和一个或者一个以上的核心网节点连接。核心网负责非接入层事务，例如位置更新等。终端是指可以和蜂窝无线通讯系统进行通讯的各种设备，例如移动电话、个人数字助理、笔记本电脑等。

为了表达方便，本文中把物理层以上的无线协议层简称为高层协议，通常是指蜂窝无线通讯系统中的MAC(Media Access Control，媒体接入控制)层协议、RLC(Radio Link Control，无线链路控制)层协议、或RRC(Radio Resource Control，无线资源管理)层协议中的某一个协议或几个协议层的组合。这些协议也称为层2、层3协议。

蜂窝无线通讯系统的随机接入过程从物理层的角度来看，一般会包括以下三个步骤：1、终端的物理层协议在高层协议的要求下发送随机接入前导消息；2、网络侧应答随机接入响应消息；3、终端的物理层把收到的随机接入响应消息传递给高层协议做进一步的处理。

终端在发送了随机接入消息前导以后，有可能收不到随机接入响应消息。原因可能是基站接收到的随机接入前导的信号的信噪比太弱，或者基站发送了随机接入响应消息，但是终端错过了接收的时间或接收到的随机接入响应消息的信噪比太弱导致无法解码等。终端对于是否及时接收到了随机接入响应消息的判断会影响随机接入过程的进一步进行，例如，终端会决策是否重发随机接入前导消息以及重发的功率或者不再重发等。

现有的LTE(长期演进系统)中，随机接入过程包括以下三个步骤：a、终端在某个随机接入时隙上发送随机接入前导消息；b、基站应答响应的随机接入响应消息；c1、如果终端在接收窗口内收到针对已发送的随机接入前导消息的随机接入响应消息，那么根据其内容做出相应的处理；c2、如果终端没有在接收时间窗口内收到任何随机接入响应消息，那么会认为本次随机接入过程失败，可能会触发重发随机接入前导消息或者结束本次随机接入过程。

在步骤a中，不同的终端可能会在相同的随机接入时隙上发送不同或相同的随机接入前导。在步骤b中，基站应答的随机接入响应消息可能会包含针对1个或者1个以上终端的应答信息。随机接入响应消息的内容在接收时间窗口内还可能会分布在不同的TTI(Transfer Time Interval，传输时间间隔)中，也就是说，终端可能会在接收时间窗口内收到多个随机接入响应消息。接收时间窗口是一个时间间隔，用来定义终端在发送了随机接入前导以后，等待随机接入响应消息的时间范围，可以用例如相对于发送随机接入前导消息时刻的开始时间和结束时间来表示，但不限与此。

上述的步骤c1和c2进一步可以用LTE的随机接入过程中终端的物理层和高层协议之间交互的模型来说明，该模型是从终端的角度来描述的，如图2所示：

首先，终端的高层协议触发物理层发送随机接入前导；之后，如果物理层收到随机接入响应消息，把该消息传递给高层协议；如果高层协议收到物理层传递的指示消息(即，随机接入响应消息后)，可能会触发高层协议消息的发送；如果物理层判断没有收到随机接入响应消息，则把该判断结果传递给高层协议，高层协议收到物理层传递的指示消息，即物理层确认没有收到随机接入响应消息后，可能会触发随机接入前导消息的重发。

图2所示的模型中把是否收到随机接入响应消息的判断功能放在物理层，而把是否重发随机接入前导的决策放在高层协议。这样做有诸多不利的地方。

首先，LTE的TT1是1毫秒，相对于这样的处理周期，判断是否在一个接收时间窗口内收到了随机接入响应消息不是一个非常实时的处理过程，也就是说物理层和高层协议都可以完成。让物理层来做这个判断，会增加物理层的处理复杂度，同时这也不是物理层擅长的处理。

另外这样做还会增加物理层和高层协议之间的消息交互过程。高层协议需要给物理层配置接收时间窗口参数，否则物理层无从知道应该在什么时间范围内接收随机接入响应消息；物理层在做出没有收到随机接入响应消息的判断以后，还需要通过接口消息通知高层协议判断的结果。判断是否及时收到了随机接入响应消息是高层协议判断是否进一步重发随机接入前导的重要判据，把两者分别置于物理层和高层协议，显然会增加无线协议处理的延迟，而降低无线协议处理的效率。

最后，物理层的这个判断功能会和高层协议的功能部分重复。因为高层协议在触发了物理层发送随机接入前导消息以后，为了防止一直等待物理层的指示消息，也会设置一个保护定时器，类似于UMTS(Universal Mobile Telecommunication System，全球移动电信系统)MAC设置的定时器T2，即，如果在定时器保护的时间内没有收到物理层的指示消息，高层协议会认为没有收到随机接入响应消息。

如上所述，目前的随机接入方法存在处理时延较大、处理效率不高、物理层处理复杂度较高、以及物理层与高层之间的信令交互负担较重等问题。

发明内容

考虑到现有技术中存在的上述问题而提出本发明。为此，本发明旨在提供一种蜂窝无线通讯系统的随机接入方案。

根据本发明，提供了一种蜂窝无线通讯系统的随机接入方法。

该方法包括：终端的第二层、第三层触发物理层发送随机接入前导；第二层、第三层判断是否在接收时间窗口内接收到了随机接入响应；如果第二层、第三层判断没有接收到随机接入响应，则触发物理层重新发送随机接入前导。

上述方法进一步包括，物理层在第二层、第三层的触发下，停止接续接收随机接入响应，并在所要求的随机接入时隙上重新发送随机接入前导。

根据本发明，还提供了另一种蜂窝无线通讯系统的随机接入方法。

该方法包括以下处理：终端的第二层、第三层触发物理层发送随机接入前导；第二层、第三层判断是否在接收时间窗口内接收到了随机接入响应；如果第二层、第三层判断没有接收到随机接入响应，则通知物理层停止继续接收随机接入响应。

该方法可以进一步包括以下处理：物理层接收到第二层、第三层的通知后，停止继续接收随机接入响应。

根据本发明，进一步提供了另一种不同的蜂窝无线通讯系统的随机接入方法。

该方法包括：终端的第二层、第三层触发物理层发送随机接入前导；物理层在完成了随机接入前导的发送之后，等待随机接入响应；如果物理层接收到了随机接入响应，则将接收到的随机接入响应传递给第二层、第三层；应第二层、第三层的要求，物理层停止接收随机接入响应。

其中，在上述方法中，第二层、第三层的要求包括：停止继续接收随机接入响应、重新发送随机接入前导。

如果第二层、第三层在接收时间窗口内接收到了与物理层发送的随机接入前导相对应的随机接入响应，或者如果随机接入前导的重发次数达到了最大值，则要求物理层停止继续接收随机接入响应。如果第二层、第三层决定重新发送随机接入前导，则要求物理层重新发送随机接入前导。

通过本发明，使得在随机接入过程中，判断是否在接收时间窗口内接收到随机接入响应以及决策是否重发随机接入前导的处理都是由高层协议来完成，提高了协议处理的效率，降低了物理层处理的复杂度，而且还减少了物理层和高层之间的参数传递和消息传递的信令负担。

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是根据现有技术的蜂窝无线通讯系统的示意图；

图2是根据现有技术的物理层和高层协议之间的交互示意图；

图3是根据本发明的物理层和高层协议之间的交互示意图；

图4是根据本发明实施例的蜂窝无线通讯系统的随机接入方法中接收时间窗口的示意图；

图5是根据本发明第一实施例的蜂窝无线通讯系统的随机接入方法的流程图；

图6是根据本发明第二实施例的蜂窝无线通讯系统的随机接入方法的流程图；以及

图7是根据本发明第三实施例的蜂窝无线通讯系统的随机接入方法的流程图。

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。

根据本发明实施例，提供了一种蜂窝无线通讯系统的随机接入方案，其中，将判断是否在接收时间窗口内收到随机接入响应的功能从终端的物理层转移到高层协议来处理，图3示出了根据本发明的物理层和高层协议之间的交互过程。

由于物理层不再负责是否及时收到了随机接入响应消息的判断，高层协议在必要的时候需要通知物理层停止接收随机接入响应的接收。比如当高层协议判断出已经收到了和所发送的随机接入前导对应的随机接入响应消息，那么显然物理层没有必要再继续接收。又比如当高层协议判断出没有收到任何随机接入响应消息，那么物理层也需要停止接收过程，否则终端的物理层有可能接收到基站响应另外一个随机接入时隙上的随机接入前导的随机接入响应，从而导致不必要的消息传递和协议处理。

在以下描述的实施例及实例中，如图4所示，为了便于说明，例如，一般性地假设随机接入时隙的重复周期是10毫秒，随机接入时隙距离无线帧的偏移是1毫秒，接收时间窗口的开始时间距离随机接入时隙2毫秒，接收时间窗口的结束时间距离开始时间5毫秒。终端的高层(层2、层3)协议触发物理层发送随机接入前导的原因可能是终端想建立RRC无线连接，或者是收到了基站发送的切换命令，要求切换到目标小区，或者是终端想重新获得上行的同步从而恢复上行或者下行的数据发送。下文提到的接收时间窗口是一个时间间隔，用来定义高层协议在触发了随机接入前导的发送以后，等待随机接入响应的时间范围。

第一实施例

在该实施例中，提供了一种蜂窝无线通讯系统的随机接入方法，其中，层2、层3判断没有成功接收到随机接入响应并决定重发随机接入前导。如图5所示，该方法包括以下处理：

步骤S502，终端的层2、层3(即，上文提到的第二层、第三层)触发物理层发送随机接入前导(随机接入前导消息)；

步骤S504，层2、层3判断是否在接收时间窗口内接收到了随机接入响应(随机接入响应消息)；

步骤S506，如果层2、层3判断没有接收到随机接入响应，则触发物理层重新发送随机接入前导。

之后，物理层在层2、层3的触发下，停止接续接收随机接入响应，并在所要求的随机接入时隙上重新发送随机接入前导。

实例1

下面以MAC层与物理层的交互实例来描述上述过程。

首先，终端的MAC层协议触发物理层发送一个随机接入前导；物理层在完成了随机接入前导的发送以后，开始等待随机接入响应；

MAC层在接收时间窗口内没有收到任何随机接入响应消息，并且决定重发随机接入前导，于是触发物理层重新发送一个随机接入前导；

物理层在收到新的触发消息以后，马上停止继续接收随机接入响应，并且在触发消息所要求的随机接入时隙上发送随机接入前导。

第二实施例

在该实施例中，提供了一种蜂窝无线通讯系统的随机接入方法，其中，层2、层3判断没有成功接收到随机接入响应并决定放弃重发随机接入前导，具体地，层2、层3可能由于重发次数达到预定的最大次数而放弃重发随机接入前导。如图6所示，该方法包括以下处理：

步骤S602，终端的层2、层3触发物理层发送随机接入前导；

步骤S604，层2、层3判断是否在接收时间窗口内接收到了随机接入响应；

步骤S606，如果层2、层3判断没有接收到随机接入响应，则通知物理层停止继续接收随机接入响应。

之后，物理层接收到层2、层3的通知后，停止继续接收随机接入响应。

实例2

下面同样以MAC层与物理层的交互实例来描述上述过程。

首先，终端的MAC层协议触发物理层发送一个随机接入前导；物理层在完成了随机接入前导的发送以后，开始等待随机接入响应；

MAC层在接收时间窗口内没有收到任何随机接入响应，并且决定不再重发，于是通知物理层停止接收随机接入响应；

物理层在收到通知以后，马上停止接收随机接入响应。

第三实施例

在实施例中，进一步提供了另一种不同的蜂窝无线通讯系统的随机接入方法。如图7所示，该方法包括：

步骤S702，终端的层2、层3触发物理层发送随机接入前导；

步骤S704，物理层在完成了随机接入前导的发送之后，等待随机接入响应；

步骤S706，如果物理层接收到了随机接入响应，则将接收到的随机接入响应传递给层2、层3；

步骤S708，应层2、层3的要求，物理层停止接收随机接入响应。

其中，在上述方法中，层2、层3的要求包括：停止继续接收随机接入响应、重新发送随机接入前导。也就是说，在步骤S708中，层2、层3的要求可以是一个明确的停止命令，比如层2、层3确认已经在接收窗口内收到了给自己的随机接入响应，或者层2、层3在达到最大的随机接入前导的重发次数以后，放弃随机接入过程。这个要求也可能是一个新的随机接入前导的触发命令，比如层2、层3判断出在接收窗口内没有收到随机接入响应消息，然后决定触发一次新的随机接入前导的发送，这就暗示物理层可以停止接收针对上次随机接入前导的随机接入响应消息的接收过程。

实例3

下面进一步以MAC层与物理层的交互实例来描述上述过程。

首先，终端的MAC层协议触发物理层发送一个随机接入前导；物理层在完成了随机接入前导的发送以后，开始等待随机接入响应；假设物理层收到了一个随机接入响应，则将其传递给MAC层；

如果收到的随机接入响应落在在接收时间窗口内，并且MAC还确认收到的随机接入响应和所触发的随机接入前导相对应，那么通知物理层停止继续接收随机接入响应。

在上述处理中，物理层可能收到多个随机接入响应，如果是这样话，每个随机接入响应都会传递给MAC层协议，除非MAC层已经要求物理层停止接收随机接入响应。

另外需要说明的是，从以上描述可以看出，物理层接收随机接入响应的开始时间和物理层发送随机接入前导的结束时间可以一致，也可以不一致。

以上所述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 (8)

1.一种蜂窝无线通讯系统的随机接入方法，其特征在于，包括：

终端的第二层、第三层触发物理层发送随机接入前导；

所述第二层、第三层判断是否在接收时间窗口内接收到了随机接入响应；

如果所述第二层、第三层判断没有接收到所述随机接入响应，则触发所述物理层重新发送所述随机接入前导。

2.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：

所述物理层在所述第二层、第三层的触发下，停止接续接收所述随机接入响应，并在所要求的随机接入时隙上重新发送所述随机接入前导。

3.一种蜂窝无线通讯系统的随机接入方法，其特征在于，包括：

终端的第二层、第三层触发物理层发送随机接入前导；

所述第二层、第三层判断是否在接收时间窗口内接收到了随机接入响应；

如果所述第二层、第三层判断没有接收到所述随机接入响应，则通知所述物理层停止继续接收所述随机接入响应。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括：

所述物理层接收到所述第二层、第三层的通知后，停止继续接收所述随机接入响应。

5.一种蜂窝无线通讯系统的随机接入方法，其特征在于，包括：

终端的第二层、第三层触发物理层发送随机接入前导；

所述物理层在完成了所述随机接入前导的发送之后，等待随机接入响应；

如果所述物理层接收到了随机接入响应，则将接收到的所述随机接入响应传递给所述第二层、第三层；

应所述第二层、第三层的要求，所述物理层停止接收随机接入响应。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二层、第三层的要求包括：停止继续接收随机接入响应、重新发送所述随机接入前导。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述第二层、第三层在接收时间窗口内接收到了与所述物理层发送的所述随机接入前导相对应的随机接入响应，或者如果所述随机接入前导的重发次数达到了最大值，则要求所述物理层停止继续接收随机接入响应。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述第二层、第三层决定重新发送所述随机接入前导，则要求所述物理层重新发送所述随机接入前导。

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