CN101500241B - 增强型fach中的基于新增签名的随机签名序列分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，使网络能够识别UE的签名类型，最终完成对应的随机接入过程。其技术方案为：方法包括：系统对每个小区新增一组SYNC_UL上行同步码用作增强型FACH快速接入的签名序列，该新增的签名序列由网络配置，并在系统消息中进行广播；终端选择一签名序列，发起随机接入过程；网络根据该签名序列所处的组判断接入类型，响应终端的签名请求。本发明应用于移动通信领域。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯系统终端增强型随机接入过程签名序列的分组方法，尤其涉及在3G(3rd Generation)系统中E-FACH(增强型CELL_FACH)状态下快速接入网络时随机签名序列分组的方法。
背景技术
TD-SCDMA(时分同步码分多址，Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access)是第三代移动通信标准之一。
移动通信系统中最宝贵的就是有限的频谱资源，由于TD-SCDMA支持上下行速率不对称的业务使得频谱利用率会很高。TD-SCDMA系统综合利用了码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)，同时集成了智能天线技术、介于硬切换和软切换之间的接力切换技术、以及可以在移动终端接收机里使用多用户检测技术的可行性使得该项3G方案具有许多过人的优势。
TD-SCDMA系统可以同频组网或异频组网，异频组网时，多个小区间的多址是主要依靠频分多址来实现的；当采用同频组网时，小区间的多址是依靠扩频码-Walsh码和小区扰码共同来完成的。
同频组网时，在多个小区(比如2个或3个小区)的共同边界附近，移动终端会接收到不少来自本小区和其它小区的干扰，本小区的干扰在接收机的联合检测时可以综合利用到，不会对接收性能带来太大的影响；而来自其它小区(主要是邻小区)的干扰如果不进行抵消或联合检测的话接收机的性能将会有很大的损失甚至失败，以致系统容量和切换成功率会较大程度的降低。
要完成整个业务呼叫，在TD-SCDMA系统中信令建立过程一般包括以下几个主要步骤，对于主叫端，如图1所示包括：
RRC(无线连接控制，Radio Connection Control)连接建立过程；
NAS(非接入层)信令连接建立和NAS信令交互过程；
RAB(无线接入承载)建立过程；
业务信令的传输。
被叫端呼叫建立的信令过程与主叫类似，但是多了寻呼过程。
物理随机接入过程可以简单按如下步骤进行
1.终端(UE)侧
(1)设置签名(为随机接入而分配给UpPTS的8个SYNC-UL码)的重发计数器。
(2)设置签名发射功率为Signature_Initial_Power。
(3)按照给定接入业务等级(ASC，Access Service Classe)在可用的UpPCH子信道和签名序列中随机选择一对。所用的随机函数必须满足每个选择被选中的概率相同。
(4)用选定的UpPCH子信道，以签名发射功率发射一个随机签名。
(5)发射签名后听取相关的FPACH，从随后的WT(网络对一个发送签名所确认的子帧数目的最大值)子帧中获取网络确认。UE将从满足下列关系的子帧中读取与发射UpPCH相关的FPACHi：(SFN′mod Li)＝nRACHi；nRACHi＝0，...，NRACHi-1，其中FPACHi为信道编号为i的FPACH，Li为RACH传输块的长度，nRACHi为第i个FPACH对应的某一个PRACH信道号，NRACHi表示第i个FPACH对应的PRACH总数。
(6)如果在预期时间内没有检测到有效应答，签名重发计数器减1。若计数器仍大于0，则返回到第3步；否则向MAC子层报告一次随机接入失败。
(7)如果在预期时间内检测到有效应答，则：
①按照FPACHi网络接收到的指示设置时间和功率电平值。
②在承载签名确认的子帧后，相隔两个子帧，在相关PRACH上发送RACH消息。如果Li大于1，且确认的子帧号是奇数，UE需要再等待一个子帧。如果下列等式成立，相关PRACH就是与FPACHi关联的第nRACHi个PRACH：
(SFN′mod Li)＝nRACHi，这里SFN′是确认到达的子帧号。
UpPCH和PRACH上的发射功率电平都不能超过网络通过信令指示的数值。
2.网络侧
基站(Node B)仅在满足下列关系的帧中发射与UpPCH相关的FPACHi：(SFN′mod Li)＝nRACHi；nRACHi＝0，...，NRACHi-1。
Node B不会确认WT个子帧前发射的UpPCH。
一个有效签名接收后，从UpPCH测量相对接收到的第一径的参考时间Tref的时间偏差，并在相关FPACH上发送FPACH突发确认检测到的签名。
如果随机接入成功，终端在PRACH(物理随机接入信道)上发送RRC建立请求消息，申请建立RRC连接。
对于支持HSUPA的TD-SCDMA系统，还存在E-RUCCH过程，它主要完成HSUPA的接入过程。E-RUCCH的接入过程与上述常规接入过程基本一致，所不同的是该过程用于发送RRC建立请求消息的信道不是PRACH信道，而是E-RUCCH信道。为了区分这两种接入过程，现有的协议用不同的签名序列来表示它们。将小区可用的8个SYNC_UL码分成两组，一组用来表示RACH消息接入，另一组表示E-RUCCH消息接入，并对它们在系统消息中进行广播。
在各种TD-SCDMA系统上的业务中存在一类Always Online(总是在线)业务，这类业务的特点是终端和网络之间小数据包频繁传输的业务，例如PoC(按键呼叫，Push over Celluar)、Push Email(电邮推送)以及包月用户的需求，它们的共同特点是有相当长的静默期但是在有数据要传的时候要求快速唤醒。对某些业务尤其是PoC，用户要求更短的连接建立时间。终端一般被保持在CELL_PCH(小区寻呼，Paging CHannel)状态以避免频繁的RRC连接。当上下行用户面数据到来时，网络一般将这些用户迁入CELL_DCH(小区专用信道，Dedicated CHannel)状态，这样就有了对CELL_FACH状态信令比特率增强的需求，以改善呼叫重建时延，改善用户体验。对CELL_FACH增强的目标是：提高CELL_FACH状态的峰值速率；降低CELL_FACH，CELL_PCH状态下的用户面和控制面时延；降低从CELL_FACH，CELL_PCH向CELL_DCH状态的转换时延；通过应用DRX降低CELL_FACH状态UE的功耗。
为了保证Always Online业务的服务质量，TD-SCDMA系统应该能够支持快速地接入这个业务。即在CELL_FACH状态下，下行不再使用FACH/S-CCPCH，而使用高速包接入的有关信道。
在TD-SCDMA系统中，引入了一个增强的上行专用信道(E-DCH)，该信道可以看作是使用了HARQ(快速物理层重传)和快速调度的DCH。E-AGCH(绝对分配信道)用于承载为上行E-DCH信道分配的资源信息。对于TD-SCDMA系统中，E-AGCH承载了23或26比特的信息，这些信息包括：绝对(功率)分配值、码资源信息、时隙资源信息、E-AGCH循环序列号、资源持续时间指示、E-HICH指示和E-UCCH数量指示。由于E-AGCH是一个下行的共享信道，为了标志该信道上的信息是传递的终端对象，所以需要将终端的用户标识(UE-ID)在校验码上掩模，由手机判断E-AGCH上的配置是否针对自己。UE-ID由RRC信令告知终端设备。
图2示出了E-FACH(增强型FACH)的一种接入实现流程，如下所示：
1.用户终端(UE)以随机的方式在允许的签名内选择一个，上发信号，请求网络接入。
2.系统在接收到UpPTS上终端发送的签名信号后，在经过扩展的FPACH信道上对签名进行响应并分配E-DCH资源。
3.用户终端如果接收到FPACH的确认，则在已经分配了资源的E-DCH上发RRC连接建立请求消息。
4.用户终端在FACH信道接收网络的RRC建立消息。
当UE请求E-FACH接入时，网络需要通知终端E-DCH的资源分配情况，可以通过对FPACH的扩展实现对E-DCH信道的资源配置。比如可以在FPACH上传输资源配置标号，每一个标号对应的资源配置在BCH中进行广播。这样FPACH携带的信息包括：
{
(1)签名参考号(目标手机在UpPTS上发射的签名号码)
(2)相对子帧号码(目标手机收到FPACH时的子帧号与发送SYNC_UL时的子帧号之差模4)
(3)发射时间(目标手机发射E-DCH的(相对其发射的UpPTS开头)时间偏移)
(4)E-DCH资源配置标号
}
从上述接入流程可知，增强FACH状态采用E-DCH信道来缩短随机接入的时间和提高数据(或信令)的传输速率。为了实现增强FACH并与现有系统兼容，需要在UE进行随机接入时，有可行的方法令网络能够获知UE是否需要进行快速的增强FACH接入。这样网络就可以根据UE选择的接入类型给UE相应的确认消息(对一般的接入过程，网络采用原有的接入过程，不需要在FPACH上给UE分配E-DCH资源)，使UE能完成相应的接入过程。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，使网络能够识别UE的签名类型，最终完成对应的随机接入过程。该方法对已有协议改动小，且具有良好的前向兼容性。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，包括：
系统对每个小区新增一组SYNC_UL上行同步码用作增强型FACH快速接入的签名序列，该新增的签名序列由网络配置，并在系统消息中进行广播；
终端选择一签名序列，发起随机接入过程；
网络根据该签名序列所处的组判断接入类型，响应终端的签名请求。
上述的增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，其中，该新增用作增强型FACH快速接入的签名序列是在TD-SCDMA系统协议规定的256个SYNC_UL中选取的；并且在支持增强型FACH的小区中通过广播消息来公布一个SYNC_UL码组的标号，同时满足网络在选取该SYNC_UL码组时保证该码组没有被周围的相邻小区使用。
上述的增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，其中，新增签名序列的网络配置是修改SIB5中PRACH info下的SYNC_ULinfo消息，增加E-FACH signature index和E-FACH SYNC_UL codesbitmap两项信息，其中E-FACH signature index取值为0到31之间的整数，表示新增的SYNC_UL组在该小区同步码的对应关系表的标号；E-FACH SYNC_UL codes bitmap为一个长度为8的比特串，每一个比特代表E-FACH signature index指示的组内的一个SYNC_UL在当前小区是否可以允许用作增强型FACH接入。
上述的增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，其中，E-FACH SYNC_UL codes bitmap中第i个比特表示的SYNC_UL ID为：SYNC_UL ID＝E-FACH signature index*8+i。
上述的增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，其中，该SYNC_UL info消息表示为：
| 信元/组名 | 要求 | 多重 | 类型和参考 | 含义描述 |
| SYNC_ULcodesbitmap | 强制出现 | Bitstring(8) | 每个比特指示一个SYNC_UL码的有效性，其中SYNC_UL码被从″码0″到″码7″进行编号。一个比特值为1代表它对应的SYNC_UL码可以被使用。一个比特值为0代表它对应的SYNC_UL码不能被使用。 | |
| PRXUpPCHdes | 强制出现 | Integer(-120...-58by step of1) | 单位dBm | |
| PowerRampStep | 强制出现 | Integer(0，1，2，3) | 单位dB |
| MaxSYNC_ULTransmissions | 强制出现 | Integer(1，2，4，8) | 在功率调整序列中SYNC_UL发送的最大次数 | |
| Mmax | 强制出现 | Integer(1..32) | 尝试同步的最大次数 |
| 信元/组名 | 要求 | 多重 | 类型和参考 | 含义描述 |
| E-RUCCHSYNC_ULcodesbitmap | 强制出现 | Bitstring(8) | 每个比特指示一个SYNC_UL码的有效性，其中SYNC_UL码被从″码0″到″码7″进行编号。一个比特值为1代表它对应的SYNC_UL码可以被使用。一个比特值为0代表它对应的SYNC_UL码不能被使用。 | |
| E-FACHsignature index | 强制出现 | Integer(0...31) | E-FACH SYNC_UL码组编号，取值从“0”到“31”. | |
| E-FACHSYNC_ULcodesbitmap | 强制出现 | Bitstring(8) | 每个比特指示一个SYNC_UL码的有效性，其中SYNC_UL码被从″码0″到″码7″进行编号。一个比特值为1代表它对应的SYNC_UL码可以被使用。一个比特值为0代表它对应的SYNC_UL码不能被使用。 |
本发明对比现有技术有如下的有益效果：在本发明的方法中，系统对每个小区新增一组SYNC_UL上行同步码用作E-FACH快速接入的签名序列，具体采用哪些序列由网络在系统消息中广播。终端(UE)根据需求选择相应的签名序列发起随机接入过程，网络根据签名序列的类型响应UE的签名请求。对比现有技术，本发明通过增加新的SYNC_UL签名序列，实现E-FACH接入与现有协议中的PRACH消息接入和E-RUCCH消息接入的区别，使网络能够识别UE的签名类型，最终完成对应的随机接入过程。本发明的方法对已有协议改动小，且具有良好的前向兼容性。
附图说明
图1是现有的3G系统主叫呼叫建立的流程图。
图2是增强型FACH的接入流程图。
图3是本发明的UE端接入流程图。
图4是本发明的网络端接入流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的随机签名序列分配方法的具体内容为：系统对每个小区新增一组SYNC_UL上行同步码用作E-FACH(增强型FACH)快速接入的签名序列，具体采用哪些序列由网络在系统消息中广播。UE根据需求选择相应的签名序列发起随机接入过程，网络根据签名序列所处的组判断接入类型，响应UE的签名请求。
本发明中新增的签名序列由网络配置，并在系统消息中进行广播。现有的TD-SCDMA协议中规定了32个SYNC_DL码、256个SYNC_UL码、128个Midamble码和128个Scrambling码。所有这些码被分成32个码组，每个码组由1个SYNC_DL码、8个SYNC_UL码、4个Midamble码和4个Scrambling码组成。不同的邻近小区将使用不同的码组。对UE来说，只要确定了小区使用的SYNC_DL码，也就知道了该小区使用那些SYNC_UL码、Midamble码和Scrambling码。这些码的对应关系如表1所示。
| 码组 | 关联的码 | |||
| SYNC-DLID | SYNC-ULID | Scrambling CodeID | Basic Midamble CodeID | |
| 组1 | 0 | 0...7 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | |||
| 2 | 2 | |||
| 3 | 3 | |||
| 组2 | 1 | 8...15 | 4 | 4 |
| 5 | 5 | |||
| 6 | 6 | |||
| 7 | 7 | |||
 |
||||
| 组32 | 31 | 248...255 | 124 | 124 |
| 125 | 125 | |||
| 126 | 126 | |||
| 127 | 127 | |||
表1
现有的TD-SCDMA协议中规定在SIB5(system information block 5)包含的PRACH info(for RACH)消息里面指示了SYNC_UL info。该信息元素中规定了SYNC_UL codes bitmap和E-RUCCH SYNC_UL codesbitmap，分别表示PRACH消息接入和E-RUCCH消息接入可以采用的签名序列。SYNC_UL codes bitmap和E-RUCCH SYNC_UL codes bitmap都由8个比特组成，每个比特指示一个签名序列是否可用。这样小区可用的签名序列就被分成了两个集合，分别用来指示不同的接入类型。
为了指示E-FACH接入，可以新增加一组签名序列，以便区别于原有的签名序列，与原来的系统兼容。这样UE在进行接入的时候，网络就可以根据签名序列所处的组来判断接入类型。
新增签名序列可以有许多方法，本发明将给出一种比较简便易行的实现方式。
首先，为了保证兼容性并且尽量减少对系统的修改，可以考虑新的签名序列还是在原来系统中的256个SYNC_UL中选取。其次，为了减少信令开销，还采取表1中的分组方式。在支持E-FACH(增强型FACH)的小区中，通过广播消息来公布一个SYNC_UL码组的标号，网络在选取新的SYNC_UL码组时需要保证该码组没有被周围的相邻小区使用。这组新的SYNC_UL码被用来作为本小区E-FACH增强接入的签名。
具体实现上，需要修改SIB5(system information block 5)中PRACHinfo下的SYNC_UL info消息，如表2所示。增加两项信息：“E-FACHsignature index”和“E-FACH SYNC_UL codes bitmap”。其中，E-FACHsignature index取值为0到31之间的整数，表示新增的SYNC_UL组在表1中的标号；E-FACH SYNC_UL codes bitmap为一个长度为8的比特串，每一个比特代表E-FACH signature index指示的组内的一个SYNC_UL在当前小区是否可以允许用作E-FACH接入(1表示允许，0表示不允许)。E-FACH SYNC_UL codes bitmap中第i个比特表示的SYNC_UL ID为：SYNC_UL ID＝E-FACH signature index*8+i。
| 信元/组名 | 要求 | 多重 | 类型和参考 | 含义描述 |
| SYNC_ULcodesbitmap | 强制出现 | Bitstring(8) | 每个比特指示一个SYNC_UL码的有效性，其中SYNC_UL码被从″码0″到″码7″进行编号。一个比特值为1代表它对应的SYNC_UL码可以被使用。一个比特值为0代表它对应的SYNC_UL码不能被使用。 | |
| PRXUpPCHdes | 强制出现 | Integer(-120...-58by step of1) | 单位dBm | |
| PowerRampStep | 强制出现 | Integer(0，1，2，3) | 单位dB | |
| MaxSYNC_ULTransmissions | 强制出现 | Integer(1，2，4，8) | 在功率调整序列中SYNC_UL发送的最大次数 | |
| Mmax | 强制出现 | Integer(1..32) | 尝试同步的最大次数 | |
| E-RUCCHSYNC_ULcodesbitmap | 强制出现 | Bitstring(8) | 每个比特指示一个SYNC_UL码的有效性，其中SYNC_UL码被从″码0″到″码7″进行编号。一个比特值为1代表它对应的SYNC_UL码可以被使用。一个比特值为0代表它对应的SYNC_UL码不能被使用。 | |
| E-FACHsignature index | 强制出现 | Integer(0...31) | E-FACH SYNC_UL码组编号，取值从“0”到“31”. |
| 信元/组名 | 要求 | 多重 | 类型和参考 | 含义描述 |
| E-FACHSYNC_ULcodesbitmap | 强制出现 | Bitstring(8) | 每个比特指示一个SYNC_UL码的有效性，其中SYNC_UL码被从″码0″到″码7″进行编号。一个比特值为1代表它对应的SYNC_UL码可以被使用。一个比特值为0代表它对应的SYNC_UL码不能被使用。 |
表2 SYNC_UL info
通过上述对系统消息的修改，网络具备了对区分E-FACH接入的能力。UE接收到系统广播消息之后，就可以获知与每种接入方式对应的签名序列。
由于在系统广播消息PRACH info(for RACH)中的PRACHDefinition(定义)里规定了FPACH info，使得每一个PRACH都与一个FPACH相对应。网络可以通过参数设置保证每个签名序列都有只对应一个FPACH信道。也就是说，在UE发起签名请求时，就已经利用系统消息知道应该在那个FPACH信道上监听签名确认信息。当签名序列属于E-FACH接入，FPACH内容需要进行扩充，使其包含E-DCH资源资源配置标号。这样，UE就能够在得到网络响应之后在E-DCH信道上发送RRC建立请求。
采用本发明的随机签名序列分组方法，用户终端的随机接入过程具体实现如图3所示。
步骤S300：用户终端完成下行同步，从广播消息中获取签名序列分组信息。根据这一分组信息确定接入类型是RACH消息接入、E-RUCCH消息接入还是E-FACH消息接入。当接入类型是RACH消息接入时，进入步骤S301；当接入类型是E-RUCCH消息接入时，进入步骤S311；当接入类型是E-FACH消息接入时，进入步骤S321。
步骤S301：用户终端根据上层业务需求和当前所处的连接状态，从SYNC_UL codes bitmap规定的签名中随机选取一个签名序列。然后进入步骤S302。
步骤S302：用户终端发送选取的签名序列。
步骤S303：在网络规定的子帧数目内等待网络的确认响应。如果签名不被响应，则返回步骤S301；否则进入步骤S304。
步骤S304：用户终端根据接入类型采用PRACH信道发送RRC建立请求，流程结束。
步骤S311：用户终端根据上层业务需求和当前所处的连接状态，从E-RUCCH SYNC_UL codes bitmap规定的签名中随机选取一个签名序列。然后进入步骤S312。
步骤S312：用户终端发送选取的签名序列。
步骤S313：在网络规定的子帧数目内等待网络的确认响应。如果签名不被响应，则返回步骤S311；否则进入步骤S314。
步骤S314：用户终端根据接入类型采用E-RUCCH信道发送RRC建立请求，流程结束。
步骤S321：用户终端根据上层业务需求和当前所处的连接状态，从E-FACH SYNC_UL codes bitmap规定的签名中随机选取一个签名序列。然后进入步骤S322。
步骤S322：用户终端发送选取的签名序列。
步骤S323：在网络规定的子帧数目内等待网络的确认响应。如果签名不被响应，则返回步骤S321；否则进入步骤S324。
步骤S324：用户终端根据接入类型采用E-DCH信道发送RRC建立请求，流程结束。
图4示出了网络端的随机接入过程。具体包括：
步骤S400：网络接收签名序列。
步骤S401：判断签名序列发起子帧与当前子帧间隔是否超过系统规定值。如果超过则返回步骤S400，否则进入步骤S402。
步骤S402：判断签名序列类型，如果是RACH或者E-RUCCH消息接入，则进入步骤S403；如果是E-FACH消息接入，则进入步骤S404。
步骤S403：采取现有协议，发送已有协议中规定的FPACH信息，然后进入步骤S405。
步骤S404：发送扩展的包含了E-DCH资源配置信息的FPACH信息，然后进入步骤S405。
步骤S405：接收RRC建立请求。
步骤S406：发送RRC建立确认。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (3)
1.一种增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，包括：
系统对每个小区新增一组SYNC_UL上行同步码用作增强型FACH快速接入的签名序列，该新增的签名序列由网络配置，并在系统消息中进行广播，该新增的签名序列是在TD-SCDMA系统协议规定的256个SYNC_UL中选取的，并且在支持增强型FACH的小区中通过广播消息来公布一个SYNC_UL码组的标号，同时满足网络在选取该SYNC_UL码组时保证该SYNC_UL码组没有被周围的相邻小区使用，该新增的签名序列的网络配置是修改SIB5中PRACH info下的SYNC_UL info消息，增加E-FACH signature index和E-FACH SYNC_UL codes bitmap两项信息，其中E-FACH signature index取值为0到31之间的整数，表示新增的SYNC_UL组在该小区同步码的对应关系表的标号；E-FACH SYNC_ULcodes bitmap为一个长度为8的比特串，每一个比特代表E-FACHsignature index指示的组内的一个SYNC_UL在当前小区是否可以允许用作增强型FACH接入；
终端选择一签名序列，发起随机接入过程；
网络根据该签名序列所处的组判断接入类型，响应终端的签名请求。
2.根据权利要求1所述的增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，其特征在于，E-FACH SYNC_UL codes bitmap中第i个比特表示的SYNC_UL ID为：SYNC_UL ID＝E-FACH signature index＊8+i。
3.根据权利要求2所述的增强型FACH中的基于新增签名的随机签名序列分配方法，其特征在于，该SYNC_UL info消息表示为：
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