CN101606428A - 向通信系统提供随机接入 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于向通信系统提供随机接入的方法，所述通信系统向共享所述通信系统(1000)的资源的多个用户设备(10)提供具有不同服务质量需求的服务，所述方法包括至少一个针对服务请求分配通信系统(1000)的资源的步骤。所建议的是所述分配资源的步骤包括将资源划分(拆分、分割、细分、分组)为至少两个资源组的步骤，不同的资源组被专用于不同类型的服务。

Description

向通信系统提供随机接入
技术领域
本发明特别涉及用于向通信系统提供随机接入的方法，所述通信系统根据权利要求1的前序部分向多个用户设备提供具有不同服务质量需求的服务。
发明内容
在诸如3G(第三代无线移动通信技术)、3G长期演进(LTE)、或4G(第四代无线移动通信技术)的无线电通信系统中，用户设备(UE)执行随机接入过程以在任意时刻接入无线电通信系统。出于此目的，时间/频率/码(code)资源被分配给UE，并且通常在所有现有UE之中共享。在更多UE的随机接入尝试期间，可能发生冲突。这例如当两个或更多UE同时尝试接入RACH(随机接入信道)以例如执行随机接入过程时发生。
这引起UE在再次启动前，以随机时间量(称为回退周期(backoffperiod))停止接入过程。然而，该延迟导致UE不能与AP(接入点)通信，并且从而不能接入无线电通信系统。对于UE希望使用的具有实时需求的服务(如流数据、互联网服务、游戏服务或仅语音通信)，这种延迟降低了服务效率以及无线电通信系统的总体效率。然而，其他类型的服务可以在此背景下运行，这样延迟可能不会非常干扰(disturbing)。
鉴于此，存在对下述技术的需要：所述技术降低了在无线电通信系统之内在用户设备之间、具有高服务质量需求的服务的冲突数量，并用于提高无线电通信系统及其所提供的服务的效率。
本发明寻求实现上述目的，并克服如上所述现有技术的问题。通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求12和13所述的设备、以及通过根据权利要求14所述的系统，具体解决了这些问题。本发明的优选实施例在从属权利要求中进行了描述。
本发明具体起始于一种方法，其用于向通信系统提供随机接入，所述通信系统向共享所述通信系统的资源的多个用户设备提供具有不同服务质量需求的服务，所述方法包括至少一个针对服务请求分配通信系统的资源的步骤。
根据本发明的一个方面提出了：所述分配资源的步骤包括将资源划分为至少两个资源组的步骤，不同资源组被专用于不同类型的服务。根据本发明的方法可帮助减少在接入过程期间无线电通信系统中的多个用户设备之间的冲突，特别是在冲突非常干扰的情况下。
此外，建议了所述不同的组被专用于具有不同服务质量的服务。能够根据特定类型服务所需的服务质量来确定组大小。具体来说，以下述方式确定组大小：对于所考虑的服务类型确保可接受的冲突概率。实时服务可以被提供更大量的每候选者(candidate)资源量，然而在其中冲突不很扰乱(less distracting)的背景服务可以被分组到具有较少每候选者资源量的组中。
在可替换的方法中，可以使用不同于服务质量的其他准则。例如在UMTS领域中，存在接入等级(AC)和接入服务等级(ASC)的概念。这些概念最近已经被提议也用于LTE。因此，本发明包括将资源划分成专用于特定接入等级和/或接入服务等级的组。换句话说，建议根据所需QoS、接入等级、或接入服务等级或其任何组合来拆分RACH资源。可能的接入等级包括普通用户设备等级、用于紧急呼叫的等级、用于公共陆地移动网(PLMN)使用的等级、用于安全服务的等级、用于公共事业的等级、用于紧急服务的等级、以及用于PLMN员工的等级。
如果通信系统是无线电通信系统，则本发明的价值将特别明显，这是因为在这种情况下：资源由于空中(air)是在大量应用之间共享的媒介这一事实而受限。然而，本发明也可以被应用于其他具有受限资源的通信系统，例如电力线通信系统或有线通信系统。
如果通过通信系统的多个接入点中至少一个接入点来执行针对用户设备的所述资源组分配，则信令负载可保持较小。
如果方法包括通过所述至少一个接入点、经由第一预定信道向所述多个用户设备传送所述组分配的步骤，则可以实现透明且可动态适应的资源分组。当接收到包含与资源组分配相关的参数的消息时，用户设备可以从所述组的至少一个组中选择合适的资源，所述选择依赖于用户设备所请求的服务的服务质量需求。
在不同服务质量需求之间加以区分的有利可能性在于：选择接入过程所需接入时间长度作为决定资源分组的至少一个服务质量需求。
如果待分组的资源是在所述接入过程期间由用户设备使用的接入资源，则接入过程能够灵活地适应给定服务类型的特定需要。这些接入资源可以例如是以下中至少一个：频率资源、时间资源、码。
具体来说，根据本发明的方法可以包括：通过多个接入点中的至少一个接入点来为用户设备分配资源组的步骤，所述分配依赖于至少一个服务质量需求；通过所述至少一个接入点、经由第一信道向所述多个用户设备传送所述分配，以及当接收到所述分配时，所述多个用户设备中的用户设备从所述组的至少一个组中选择合适资源，所述选择依赖于所述用户设备的服务需求。
根据本发明的另一方面，提出了具有被安排为执行上述方法的装置的接入点。
此外，本发明提出了具有被安排为执行上述方法的装置的用户设备。
最后，本发明提出了具有至少一个上述接入点和至少一个上述用户设备的无线电通信系统。
附图说明
通过下文中以说明方式而非限定本发明的方式给出的描述，本发明将变得更加明显，并且附图中：
图1描绘了无线电通信系统，其中实现了创造性技术。
图2描绘了指示该创造性技术的步骤的流程图。
图3是包含随机接入前导(preamble)的随机接入突发信号的示例性表达。
图4是依赖于每秒RACH尝试的平均数的每时隙冲突概率的双对数(log-log)图。
图5是双对数图，其图示了依赖于根据业务模型的驻扎(camped)用户设备数目的每秒异步RACH尝试数目。
图6是描述业务模型参数的表格，这些参数用于根据图5计算异步RACH尝试数目并且用于根据权利要求4计算冲突概率。
具体实施方式
图1描绘了无线电通信系统1000，在其中实现了创造性方法。无线电通信系统1000包括多个用户设备(UE)10和多个接入点(AP)100，所述多个接入点100允许UE 10接入无线电通信系统1000并经由无线电通信系统1000连接到因特网和/或PSTN(公共电话交换网)。
无线电通信系统1000能够向UE 10提供下述服务中至少一个：互联网服务、语音服务、游戏服务、流服务等。UE 10能够是以下中至少一个：移动/蜂窝电话、个人计算机、或能够连接到无线电通信系统1000的任何其他设备。AP 100能够是以下中至少一个：BS(基站)、节点B、enodeB(演进节点B)、RNC(无线电网络控制器)、BSC(基站控制器)。UE 10和AP 100这二者都包含被安排以实现创造性技术的装置。这些装置能够以下列方式中至少一个来实现：微型计算机、集成电路、芯片。
图2描绘了指示该创造性技术的步骤的流程图。
在步骤1中，AP 100为UE 10分配资源组。该分配依赖于至少一个服务质量需求。在该创造性技术的进一步改进中，至少一个服务质量需求(QoS)是UE 10需要的接入过程所需的接入时间的长度。在对该创造性技术的改进中，所分配的资源是由UE 10在接入过程中所使用的接入资源。这些接入资源能够是以下中至少一个：将在接入过程期间被使用的频率资源、时间资源、码。
为了避免冲突，相对大量的资源被分配给具有增加的QoS需求的组，即，这样的组需要短接入时间。较少的资源被分配给第二类别的组，其中，后面的资源组被专用来服务具有要求不那么高的(less demanding)QoS需求的用户设备请求。
根据QoS需求将资源量分配成组能够通过网络操作者来预定义，或能够例如根据存在于无线电通信系统1000中或在AP 100所控制的小区内的UE 10的数目，或者通过获取关于所请求的服务的数目和类型或已经发生的冲突数量的统计信息来实时修改。
依赖于例如驻扎在接入点100的特定类型的用户设备(UE)10的总量和/或百分数(fraction)，可以动态地对组进行改变。在具有特别低的信令负载的另一实施例中，组可以被固定，以使得组分配步骤只能被执行一次。
在步骤2中，AP 100经由第一信道(例如下行链路共享信道)将所述分配传送到UE 10。在接收到包含分配数据的消息之后，UE 10从至少一个组中选择合适的资源。组的选择依赖于UE 10的服务需求，例如，对于涉及流数据的服务而言，需要非常短的接入时间，因此UE 10将选择被分组在分配给高QoS需求的组之内的资源。
如果存在多个具有被相应分配给不同QoS需求的资源的不同组，则UE 10能够根据先前生效的选择或例如根据必须被传送的数据量来选择一个组。
图1中的说明涉及被实现为3G LTE通信系统的无线电通信系统1000。然而，相同的创造性技术也能够被应用于其他无线电通信系统。具体来说，本发明的范围覆盖了具有诸如WIMAX、WINNER等之类的类似接入过程的系统。
根据LTE中的TS(技术标准)25.814“Physical layer aspect for evolvedUniversal Terrestrial Radio Access(UTRA)”，RACH能够被分类为两种类型，即同步和异步。
当UE上行链路尚未时间同步或当UE上行链路已经失步时，使用异步接入。异步接入允许eNodeB估计并在循环前缀的一部分内调整(如果需要)UE传输定时。
当UE上行链路是通过节点B来进行时间同步时，可以使用同步的随机接入。目的是让UE请求用于上行链路数据传输的资源。
根据本发明的随机接入过程可以一般以免竞争方式或基于竞争的方式来执行。“基于竞争”意味着正交的资源少于可能的UE 10，或者一个正交资源并不排他地分配给一个UE 10.
在本发明实施例中，随机接入过程基于随机接入突发(前导)的传输。用于随机接入尝试的时频资源通过RRM(无线电资源管理)配置来控制。这在图3中被图解说明，其中随机接入传输被限定于特定的时间或频率资源，例如FDM(频分复用)或TDM(时分复用)。
根据本发明的可替换实施例，随机接入传输不会被限制于特定的时间或频率资源，就像例如在CDM(码分复用)中。
通过UE 10传送的随机接入突发包含签名，所述签名标识执行随机接入过程的UE 10。例如，LTE Zadoff-Chu序列能够被用于此目的。从整个集合中能够选择具有可接受的互相关和自相关特性的序列。
RACH过程可以如下具体执行。UE 10从码集合中随机选择签名并创建前导。前导被在特定公知的时间/频率/码资源上传送。如果在相同时间多个频率区域被分配用于随机接入，则UE可以随机选择其中之一。eNodeB 100将接收到的随机接入突发与所有签名进行相关，并等待自相关函数输出的峰值。如果两个或更多UE 10选择了相同的前导签名并在相同时间在相同随机接入频率块上进行传送，就发生了冲突。
与可用接入资源数量相对应的RACH机会总数通过NRACH＝NT*NF*Nsign给出，其中NT是每秒时隙数，NF是每时隙频率块数，并且Nsign是前导序列数。上述数字NRACH对应于通信系统1000的资源数。
如果RACH机会数增长，则冲突概率降低，反之亦然。根据本发明的一个方面，建议为那些需要短接入时间的UE 10(也被定义为黄金用户或第一等级用户/服务)分配较大量的、形成了第一资源组的随机接入资源，并向专用于服务具有较低要求的(白银、青铜等，或低等级)UE的组或资源分配较少资源。换句话说，接入时间被选为服务质量需求，用于确定通信系统100的资源组分配。
在实践示例中，来自签名/资源全集合(假定有256个)的20个签名被分配给40个具有特别高服务质量需求的“黄金”UE，而另外20个签名被分配给200个具有中等服务质量需求的“白银”UE，并且最后剩余的216个签名被分配给剩余的3000个、驻扎在由接入点100所覆盖的小区中的UE10。
关于签名资源的上述类似方法可被应用于通信系统1000的时间和频率资源。组的数目或划分方式并不受限，并应被选择为：在具体网络(小区)中最佳地满足QoS(服务质量)需求。
为了更好的说明，对于具有以下假设的异步RACH的计算被提供如下。存在着4000个驻扎在(位于)小区中的UE 10，并且可以使用具有3个QoS等级的服务。从所定义的、最适合于UE希望(或被允许使用)的服务等级的组中选择签名。在第一组中，16个签名被假定为用于32个UE10，平均起来2个UE 10对应一个签名。在第二组中，32个签名被分配给256个UE 10，这使得平均每个签名对应8个UE 10。剩余签名(208个)被剩余的3712个UE 10来使用。为简单起见，假定每10毫秒(图3)出现一次随机接入时隙，并且每个间隙(slot)一个频率块。示于图3中的可替换实施例每时隙可以包含多于一个(例如4个)频率块。
就每一个签名而言的冲突频率通过下式给出：
P collision _ sign = 1 - e γ N T N F N sign ( 1 + γ N T N F N sign ) ,
其中γ是每秒异步RACH尝试的平均数，NT是每秒时隙数，NF是每时隙频率块数，以及Nsign是前导序列数，如在上文中已经指出的。此外，
在时隙内至少一个冲突的概率Pcollision_slot可以被如下表达：
P collision _ slot = 1 - ( 1 - P collision _ sign ) N F N sig ,
图4以双对数图示出了作为γ函数的每时隙冲突概率Pcollision_slot。
假定业务模型如图6的表格所描述的那样，异步RACH尝试的数目如图5所图解说明的那样得到。横轴表示小区中驻扎的UE 10的数目，并且纵轴是每小区每秒的异步RACH尝试数目。直线显示了对应于业务模型的异步RACH尝试数目。
根据所提出的业务模型，用于100个UE 10的RACH尝试的平均数少于每秒2个(确切地是1.3472)。对于这种尝试数目，冲突概率为2.8351e-6。对于第二组(500个UE，64个签名)，冲突概率为3.5424e-5，并且对于剩余的UE 10(2600个UE，160个签名)，冲突概率为3.8279e-004。如果没有根据QoS(服务质量)的任何划分，则对于用于小区内所有3000个UE 10和256个可用签名的相同模型，冲突概率为3.1866e-4。从这些计算可以看出：低QoS的UE 10经受较少接入机会和略微高的冲突率，但整体无线电通信系统的性能还是以总体满意的方式满足了单独业务需求。
一旦UE 10进入小区，它就可以经由来自eNodeB 100的下行链路共享信道、从所接收到的传输中获得签名(关于如何生成序列的信息)。相同的方法适用于QoS扩展，借此关于用于每个组的参数是什么以及哪些组可用于不同QoS需求的信息也从下行链路传输中获得。UE 10然后将独自确定哪些类别的QoS是需要的，并将从合适的签名组中选择签名。
此外，为了降低在下行链路中必要控制信息量，一些公知的匹配特定QoS的组可以被标准化，并且eNodeB 100将仅仅发信号通知(signal)小区中可用组的标签。UE 10将具有查询表，在其中可以找到参数。
根据本发明的另一方面，可以进一步极大降低冲突概率。如上所述，已经发现：与使用仅仅一个大组并随机接入所有资源相比，将随机接入的候选者拆分成较小的组并且排他地为该组分配相应的资源量是更为高效的。
如果后面的条件被满足，则至少对于具有高QoS需求的UE，冲突概率可以被进一步降低。组的大小将如下计算：Ngroup＝ceil(Ncandidates/Nresources)，其中Ngroup是组大小，Ncandidates是所有随机接入候选者的数目，并且Nresources是可用资源的数目。划分的结果使用“ceil”函数上舍入到最接近的整数。
上述计算将通过一个示例来说明。如果我们具有256个签名和3072个UE 10，则冲突概率将为3.3413e-004(如前述示例中相同的计算)。如果3072个UE 10被拆分成256组的32个UE 10，并且来自256的一个签名被分配给每个组，然后每个组中的冲突概率将仅仅为9.2662e-006，并且我们仍能够服务相同数目的UE 10，即3072个。
本发明的进一步的目的在于找到一种方法，其用于分配组并将所述分配发信号通知给UE，同时将通信系统中组分配所需的信令保持在合理水平。该强力方法将分别向每个UE 10传达它属于哪个组。然而，有时eNodeB 100甚至不知道什么UE驻扎在它的小区中。
在相邻接入点100之间的频繁移交可导致另外的问题。根据本发明的另一方面，提出了下面的解决方案。仅仅关注于那些运行会话的UE 10的相对较小的组。一旦专用会话(例如，VoIP呼叫的游戏)被启动，UE 10可以传送将被分配给特定组的请求，并且码(或等同资源)将在会话持续期间保持分配。这将需要在eNodeB 100中增加的处理(针对UE 10的码和分配需要被保持)，并且还需要与较高层(例如第3层)的交互。优势在于该方法考虑到使用较少资源得到类似冲突概率，或者对于易受冲突影响的服务极大降低了冲突概率。
尽管上述实施例使用签名(码)作为资源，但本领域技术人员能够轻易概括出如上所述的方法，用于在时域或频域中拆分资源。
所提出的创造性技术的主要优势在于：
1.其可以被应用于任何类别的随机接入(同步、异步或组合的)，并具有低信令开销。
2.其可以被应用于多种使用随机接入过程的无线电通信系统，例如WIMAX、WINNER。
3.能够使用具有所定义的、用于给定QoS的冲突参数的随机接入。
本发明允许根据所需冲突概率通过增大或减小专用于所考虑的服务质量的资源组大小来自由地设置随机接入性能。当然，在实践中设置随机接入性能的自由度由于受限的可用资源而受限和/或受限于可用资源的价格。
用于一些优选服务的接入时间可以被设置为较短值，其可帮助满足所需的QoS。本发明考虑到以下资源分配，其中背景非时间关键的服务并不取得能够被用于要求高的应用的资源。其中冲突不很扰乱的服务将被组合为一个组，其具有每候选者较低的资源数目，而其中冲突概率应该尽可能低的服务能够被分配给如下的资源组：其中每候选者的资源数目很高。
本发明考虑到更好的资源利用，这能够通过合适的资源分组来实现。根据小区中预期的业务，可以通过网络操作者和/或网络操作系统(OMC)来确定分组。
根据本发明的另一实施例，在LTE中实施该创造性技术，其中资源被分配用于调度(schedule)消耗很多资源的服务(如游戏，其中需要短反应时间以便满足用户期待)的传输。这消耗了很多专用的并且大多数时间未使用的资源。如果保证了短的接入时间，则异步随机接入能够更适合此类异步业务。
根据本发明的一个方面，建议创建小的资源组，并且使得相应的随机接入机会量专用于所考虑的要求高的应用。这能够利用合理的信令量来实现。
尽管已经根据优选实施例及其改进对本发明进行了描述，但本领域技术人员将意识到在不超出本发明教导范围内所实现的其他实施例和改进。

Claims (14)

1.一种用于向通信系统提供随机接入的方法，所述通信系统向共享所述通信系统(1000)的资源的多个用户设备(10)提供具有不同服务质量需求的服务，所述方法包括至少一个针对服务请求分配所述通信系统(1000)的资源的步骤，其特征在于，所述分配资源的步骤包括将资源划分为至少两个资源组的步骤，不同的资源组被专用于不同类型的服务。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述不同的组被专用于具有不同服务质量的服务。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述不同的组被专用于具有不同接入等级的服务。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述不同的组被专用于具有不同接入服务等级的服务。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于所述通信系统是无线电通信系统(1000)。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：通过通信系统(1000)的多个接入点(100)中至少一个接入点(100)来执行针对用户设备(10)的资源组的所述分配。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于包括：通过所述至少一个接入点(100)、经由第一预定信道向所述多个用户设备(10)传送所述分配的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于当接收到所述分配时，所述多个的用户设备(10)从所述组的至少一个组中选择合适的资源，所述选择依赖于所述用户设备(10)所请求的服务的服务质量需求。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于所述至少一个服务质量需求是所述接入过程所需的接入时间长度。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于所述资源组是在所述接入过程期间由所述用户设备(10)所使用的接入资源。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于所述接入资源是以下中至少一个：频率资源、时间资源、码。
12.一种具有如下装置的接入点(100)，所述装置被安排为执行根据权利要求1-11中至少一个所述的方法。
13.一种具有如下装置的用户设备(10)，所述装置被安排为执行根据权利要求1-11中至少一个所述的方法。
14.一种无线电通信系统(1000)，其具有至少一个根据权利要求10所述的接入点(100)和至少一个根据权利要求13所述的用户设备(10)。
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