CN101695196B - 一种提高竞争模式下随机接入成功率的方法、系统和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高竞争模式下随机接入成功率的方法、系统和装置。LTE系统中的UE在竞争模式下进行随机接入，包括：所述UE根据随机接入响应消息所分配的UL Grant向基站eNodeB发送MSG3消息后，如果收到NACK反馈，则该UE等概率随机选择是重传还是等待，如果选择重传，则在当前重传子帧中重传MSG3消息，如果选择等待，则等待下一重传子帧的到来。应用本发明能够保证小区负载较大时的随机接入成功率，降低业务延迟，提高LTE系统的性能。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术的接入网领域，尤其涉及一种提高竞争模式下随机接入成功率的方法、系统和装置。
背景技术
随机接入技术是通信系统中媒体接入控制的一项重要技术，在长期演进(LTE)系统中，随机接入是UE在开始和网络通信之前的接入过程，主要用于用户的初始接入、无线资源连接(RRC)连接重建、切换、以及处于“非同步”状态时的上下行数据传输等目的。经过两年多的提案和讨论，目前关于随机接入的过程、随机接入前导码的分配和选择、以及随机接入信道的设计和配置等已经形成标准在协议中予以统一定义。
根据LTE协议的最新版本定义，随机接入主要是非同步随机接入。随机接入过程分为竞争模式的随机接入和非竞争模式的随机接入，其中竞争模式适用于所有的随机接入，非竞争模式则仅适用于切换和上行“非同步”状态下的下行数据传输。
图1是目前LTE系统中竞争模式下的随机接入方法流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤101，UE随机选择随机接入前导(preamble)码发送给基站eNodeB。
根据协议规定，每一个小区可以使用的随机接入前导码数量至多为64个，其中竞争模式下的随机接入可以使用的前导码索引会通过小区广播消息进行播报，其中包括了前导码组A和前导码组B的大小；UE根据随机接入MSG3消息的大小，在相应的前导码组A或码组B中随机选择一个前导码，按照协议定义的初始发射功率，在相应的随机接入信道中将选择的前导码发给基站eNodeB。
步骤102，UE接收基站eNodeB根据所述前导码发送的随机接入响应消息，并在判定基站eNodeB针对随机接入前导码的随机接入响应成功后，执行步骤103，否则，结束本流程。
UE发送完随机接入前导码之后，UE将在随机接入响应窗内以RA-RNTI为标识监听PDCCH信道上由RA-RNTI指示的随机接入响应传输，其中的随机接入响应窗起始于随机接入码的发送子帧加3个子帧，长度为ra相应窗口大小(ra-Response Window Size)。当UE成功接收到包含与该UE发送的随机接入前导码匹配的随机接入响应消息后，该UE判定基站eNodeB针对随机接入前导码的随机接入响应成功，停止对PDCCH的监听；如果UE在随机接入响应窗内没有收到随机接入响应消息，或者所有接收的随机接入响应消息中包含的随机接入前导码标识与该UE发送的随机接入前导码的标识都不匹配，则该UE判定基站eNodeB针对随机接入前导码的随机接入响应不成功。
步骤103，UE向基站eNodeB发送MSG3消息。
当UE成功接收到包含与该UE发送的随机接入前导码匹配的随机接入响应消息以后，该UE将根据所述随机接入响应消息中指定的UL Grant选择合适的子帧发送MSG3消息。
协议规定竞争模式的随机接入过程中，UE在发送MSG3消息时支持HARQ过程，其中HARQ最大重传次数由高层进行通知。
当UE向基站eNodeB发送了MSG3消息后，如果在HARQ定时器到期之前，该UE收到基站eNodeB的应答(ACK)消息，则UE将停止MSG3消息的重传，等待基站eNodeB的竞争判决响应消息；如果UE收到基站eNodeB的NACK消息，由于LTE系统定义了上行的HARQ为同步机制，则UE将在确定的上行子帧进行MSG3消息的重传，当重传次数达到最大HARQ重传次数，UE仍然未收到基站eNodeB的ACK应答消息，则UE认为本次随机接入过程失败；如果在重传过程中，UE收到了基站eNodeB的ACK应答消息，则UE将停止重传，等待基站eNodeB的竞争判决响应消息。
步骤104，基站eNodeB进行随机接入竞争判决，并将判决结果发给请求随机接入的UE。
当基站eNodeB成功接收到各个请求随机接入的UE的MSG3消息以后，将为竞争判决成功的UE分配数据传输所需的时频资源，同时在反馈消息中携带该UE在MSG3消息中发送的的竞争决议标识。当UE在竞争判决定时器启动期间，成功接收到携带自己的竞争决议标识的MSG3消息响应，则判定本次随机接入成功，否则判定本次随机接入失败。
图1所示随机接入过程中的竞争判决机制中，当不同的UE分别选择了不同的随机接入前导码，在相同的随机接入信道发生随机接入的时候，由于前导码之间的正交性，eNodeB可以针对不同的前导码，达到对UE的正确区分(具体做法就是eNodeB端将接收信号与本小区的所有前导码与相关器进行相乘，通过相关器的输出能量峰值，从而确定UE所选择的不同前导码)；在随机接入响应的时候，eNodeB针对不同的前导码为不同的UE分配不同的时频资源，然后UE分别在各自所分配的时频资源上传输其随机接入MSG3消息，由于时频资源的不同，不同的UE发送的MSG3消息相互之间不会发生碰撞冲突，一般情况下基站eNodeB均能正确解调不同UE的MSG3消息，分别为不同的UE发送随机接入竞争判决消息，从而成功完成随机接入的过程。
然而，当不同的UE选择了相同的随机接入前导码，在相同的随机接入信道发生随机接入时，eNodeB端只会检测出有UE发送了该前导码，而不能区分出发送该前导码的不同的UE，eNodeB接下来针对该前导码为不同的UE产生相同的随机接入响应，分配相同的时频资源；当收到随机接入响应消息以后，不同的UE将在相同的时频资源上，同时传输各自的MSG3消息，结果造成MSG3消息之间的传输碰撞，最后eNodeB无法完成不同UE的MSG3消息的正确接收和解调，从而造成本次随机接入的失败；
通过以上分析可知，随机接入的竞争判决成功与否，取决于不同的UE是否在相同的随机接入信道上发送了不同的随机接入前导码，如果发送不同的前导码，eNodeB就能正确判决，如果发送相同的前导码，eNodeB就不能正确判决。通过仿真发现，在一个小区中，当随机接入前导码为64时，随机接入成功率将随着同时请求随机接入数量的增加而急剧下降，当随机接入请求数量为10个左右时，其随机接入成功率约为80％，当随机接入请求数量增加到30时，其随机接入成功率下降到60％左右，而当随机接入请求数量增加到50时，其随机接入成功率仅仅为40％左右。由此可知，当小区负载较大时，随机接入请求成功率是比较低的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高竞争模式下随机接入成功率的方法、系统和装置，以保证小区负载较大时的随机接入成功率，降低业务延迟，提高LTE系统的性能。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的：
一种提高竞争模式下随机接入成功率的方法，LTE系统中的UE在竞争模式下进行随机接入，该方法包括：
所述UE根据随机接入响应消息所分配的上行授权UL Grant向基站eNodeB发送MSG3消息后，如果收到否定确认NACK消息，则随机选择是重传还是等待，如果选择重传，则在当前重传子帧中重传MSG3消息，如果选择等待，则等待下一重传子帧的到来。
一种提高竞争模式下随机接入成功率的系统，该系统为LTE系统，该系统包括UE和基站eNodeB设备；
所述UE，在竞争模式下进行随机接入时，根据随机接入响应消息所分配的UL Grant向基站eNodeB设备发送MSG3消息，如果收到NACK消息，则该UE随机选择是重传还是等待，如果选择重传，则在当前重传子帧中重传MSG3消息，如果选择等待，则等待下一重传子帧的到来；
所述基站eNodeB设备，接收UE发送的MSG3消息，并根据接收情况向UE发送ACK消息或NACK消息。
一种提高竞争模式下随机接入成功率的装置，该装置包括接收模块、重传模式选择模块和重传模块；
所述接收模块，接收到UE向基站eNodeB设备发送了MSG3消息之后基站eNodeB设备发来的NACK消息后，向重传模式选择模块发送选择指示；
所述重传模式选择模块，随机选择是重传还是等待，如果是重传，则向所述重传模块发送重传指示，如果是等待，则等待下一重传子帧到来；
所述重传模块，接收重传模式选择模块的重传指示后，在当前重传子帧向基站eNodeB设备重传MSG3消息。
由上述技术方案可见，本发明中的UE在重传MSG3消息时，随机选择是在本次重传子帧重传MSG3消息还是等待下一重传子帧，这样，当多个UE(通常为两个)由于选择了相同的随机接入前导码而在相同的资源上发送MSG3消息导致MSG3消息碰撞，从而需要重传MSG3消息时，该多个UE并非按照现有技术在共同的特定重传子帧重传MSG3消息，而是随机选择是否在本次重传子帧重传MSG3消息，从而减小了在本次重传子帧重传MSG3消息的碰撞概率，能够保证小区负载较大时的随机接入成功率，降低了业务延迟，提高了LTE系统的性能。
附图说明
图1是目前LTE系统中竞争模式下的随机接入方法流程图。
图2是本发明提供的UE随机接入LTE系统的方法流程图。
图3是本发明提供的UE重传MSG3消息的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
为了提高随机接入的成功率，本领域技术人员通常首先会想到增加随机接入前导码的数量，因为随机接入前导码数量越多，UE选择相同随机接入前导码的概率就越小，但是在LTE协议中，已经明确规定了一个小区最多使用的随机接入前导码数量为64，所以通过增加随机接入前导码数量来提高随机接入成功率的思路是行不通的。
本领域技术人员通常会想到的另外一个方案是，减小同时发生随机接入请求的数量。然而发生随机接入的请求数量和小区负载有关，负载越小，同时发生随机接入请求的数量也就越少，随机接入成功率相应就越高，然而负载的高低，是由UE的需求决定的，在没有超过负载门限的情况下，一般是不会对负载进行直接调控的。
由上述分析可见，要提高随机接入成功率，只能采取其他的方法。
本发明提出的提高随机接入成功率的方法，不需要改变当前的LTE协议规范，能够显著地提高UE随机接入LTE系统的成功率，从而有效降低UE随机接入不成功而引起的时延，这对于保障切换的顺利进行，满足实时业务的服务质量(Qos)时延要求都具有重要的作用。
图2是本发明提供的UE随机接入LTE系统的方法流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤201，UE随机选择随机接入前导码发送给基站eNodeB。
本步骤同步骤101。随机接入的UE根据随机接入MSG3消息的大小，在相应的前导码组A或码组B中随机选择一个前导码，按照LTE协议定义的初始发射功率，在相应的随机接入信道中发送出去。
步骤202，UE接收基站eNodeB根据所述前导码发送的随机接入响应消息，并在判定基站eNodeB针对随机接入前导码的随机接入响应成功后，执行步骤103，否则，结束本流程。
本步骤同步骤102。当基站eNodeB成功接收到不同UE发送的随机接入前导码后，针对不同的随机接入前导码标识构造相应的随机接入响应，分配不同的UL Grant以供随机接入UE发送MSG3消息。
步骤203，UE向基站eNodeB发送MSG3消息并根据图3所示方法进行MSG3消息的重传。
当UE成功接收到包含与该UE发送的随机接入前导码匹配的随机接入响应以后，UE将根据响应消息中分配的UL Grant，在对应的n+k上行子帧发送自己的MSG3消息，其中的n代表UE接收到随机接入响应消息的子帧，k大于等于6，代表接收到随机接入响应消息以后间隔至少6个子帧以后的第一个上行子帧。
MSG3消息的发送支持重传过程，当随机接入UE发送完MSG3消息后，如果在重传定时器到期之前收到基站eNodeB的ACK应答消息，则UE将停止MSG3消息的重传，等待eNode的竞争判决响应消息；如果随机接入UE收到基站eNodeB的NACK应答消息，则随机接入UE将按照图3所示方法进行MSG3消息的重传。例如，如果步骤201中有多个不同的UE(通常为2个UE)选择了相同的随机接入前导码发给基站eNodeB，则在步骤203中将有多个UE在相同的资源上向基站eNodeB发送MSG3消息，造成MSG3消息碰撞，这种情况下，步骤203中在相同的资源上向基站eNodeB发送MSG3消息的多个UE需要重传MSG3消息。
步骤204，基站eNodeB对请求随机接入的UE进行竞争判决并分配相应的资源。
当基站eNodeB成功接收到UE的MSG3消息以后，将为竞争判决成功接入的UE分配数据传输所需的时频资源，同时在反馈消息中携带该UE在MSG3消息中发送的的竞争决议标识。当UE在竞争判决定时器启动期间成功接收到自己的竞争决议标识的MSG3消息响应，则判定本次随机接入成功，否则判定本次随机接入失败。
在图2所示方法中，正是由于在步骤203中采用了比现有技术优化的重传机制，即图3所示的重传方法来重传MSG3消息，因此能够避免MSG3消息的碰撞，提高随机接入成功率，下面对图3所示方法进行详细介绍。
图3是本发明提供的UE重传MSG3消息的方法流程图，如图3所示，该方法包括：
步骤301，UE第一次发送MSG3消息后将重传次数置0。
步骤302，UE判断接收到的响应消息是ACK响应消息还是NACK响应消息，如果是ACK响应消息，执行步骤310，如果是NACK响应消息，执行步骤303。
步骤303，UE(即进行随机接入的UE)等概率地随机选择是重传还是等待，如果选择等待，则执行步骤304，如果选择重传，则执行步骤305。
步骤304，UE将在同步(HARQ)机制所确定的上行重传子帧继续发送MSG3消息，同时将重传次数加1，执行步骤306。
步骤305，UE在该重传子帧停止发送MSG3消息，同样将重传次数加1，执行步骤306。
步骤306，UE判断接收到的响应消息是ACK消息还是NACK消息，如果是ACK消息，执行步骤307，如果是NACK消息，执行步骤308。
其中，在步骤303中选择重传的UE和选择等待的UE都会在步骤306中接收响应消息，并在判断出响应消息是ACK消息或NACK消息后执行后续相应的步骤。
步骤307，UE判断自身在本次的重传子帧中是否发送了MSG3消息，即判断在步骤303中是否选择了重传并执行了步骤305，如果是，执行步骤310，否则执行步骤308。
步骤308，UE判断重传次数是否达到最大值，如果是，执行步骤309，否则返回步骤303。
为了避免无限期地重传MSG3消息，可以预先设定每个UE重传MSG3消息的最大重传次数。
步骤309，UE判定本次随机接入失败，结束本流程。
步骤310，UE等待竞争判决消息，结束本流程。
对图3所示方法进行分析可见，当不同的随机接入UE选择了相同的随机接入前导码时，由于本发明所提出的MSG3消息的重传机制随机选择是在当前子帧重传MSG3消息还是在当前子帧停止重传MSG3消息而等待下一重传子帧到来后，重新进行所述随机选择及后续重传或等待的处理，因此，大大降低了MSG3消息的碰撞冲突概率，提高了基站eNodeB对随机接入UE的MSG3消息的正确接收和解调，从而显著提高了随机接入的成功率，同时增加了随机接入前导码资源的利用率。
本申请的申请人通过对竞争模式下随机接入过程的详细分析，确定出随机接入不成功的因素主要来自于不同的UE选择了相同的随机接入前导码，由于随机接入响应是针对随机接入前导码标识进行UL Grant分配的，这样选择相同前导码的不同随机接入UE，将收到相同的随机接入响应，然后在相同的UL Grant时频上发送各自的MSG3消息，结果造成MSG3消息的相互碰撞，使得基站eNodeB不能正确接收解调，使得本次随机接入以失败告终。
针对分析得到的随机接入不成功的主要因素，本发明通过对MSG3消息的重传机制进行优化，避免了在重传MSG3消息时再次由于在相同的时频资源上发送MSG3消息造成MSG3消息的碰撞，从而提高了随机接入成功率。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高竞争模式下随机接入成功率的方法，长期演进LTE系统中的用户设备UE在竞争模式下进行随机接入，其特征在于：
所述UE根据随机接入响应消息所分配的上行授权UL Grant向基站eNodeB发送MSG3消息后，如果收到否定确认NACK消息，则随机选择是重传还是等待，如果选择重传，则在当前重传子帧中重传MSG3消息，如果选择等待，则等待下一重传子帧的到来。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
如果UE收到基站eNodeB对MSG3消息的应答ACK消息，则所述UE判断自身在本次重传子帧中是否发送了MSG3消息，如果是，等待竞争判决消息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
如果UE判断出自身在本次重传子帧中没有发送MSG3消息，则UE判定本次随机接入失败。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
预设UE重传MSG3消息的最大次数，UE每次进行所述随机选择后都将该UE重传MSG3消息的次数加1，
所述如果收到NACK消息，则随机选择是重传还是等待包括：
判断该UE重传MSG3消息的次数是否达到所述最大次数，如果否，则随机选择是重传还是等待。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
如果UE判断出重传MSG3消息的次数达到所述最大次数，则判定本次随机接入失败。
6.一种提高竞争模式下随机接入成功率的系统，该系统为LTE系统，其特征在于，该系统包括UE和基站eNodeB设备；
所述UE，在竞争模式下进行随机接入时，根据随机接入响应消息所分配的UL Grant向基站eNodeB设备发送MSG3消息，如果收到NACK消息，则该UE随机选择是重传还是等待，如果选择重传，则在当前重传子帧中重传MSG3消息，如果选择等待，则等待下一重传子帧的到来；
所述基站eNodeB设备，接收UE发送的MSG3消息，并根据接收情况向UE发送ACK消息或NACK消息。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述UE，收到基站eNodeB设备对重传的MSG3消息的ACK消息后，停止重传MSG3消息；收到基站eNodeB设备对重传的MSG3消息的NACK消息后重新进行所述随机选择。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述UE停止重传MSG3消息包括：UE判断该UE是否在本次重传子帧中重传了MSG3消息，如果是，等待竞争判决消息，如果否，判定本次随机接入失败。
9.一种提高竞争模式下随机接入成功率的装置，其特征在于，该装置包括接收模块、重传模式选择模块和重传模块；
所述接收模块，接收到UE向基站eNodeB设备发送了MSG3消息之后基站eNodeB设备发来的NACK消息后，向重传模式选择模块发送选择指示；
所述重传模式选择模块，随机选择是重传还是等待，如果是重传，则向所述重传模块发送重传指示，如果是等待，则等待下一重传子帧到来；
所述重传模块，接收重传模式选择模块的重传指示后，在当前重传子帧向基站eNodeB设备重传MSG3消息。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述重传模式选择模块，每次进行所述随机选择后，记录已经进行所述随机选择的次数，并在已经进行所述随机选择的次数不超过预定次数且随机选择重传时，向重传模块发送重传指示，在已经进行所述随机选择的次数超过所述预定次数时，判定该UE本次随机接入失败。
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