CN102119577A - 随机接入模式控制方法和实体 - Google Patents

Abstract

一种控制蜂窝通信系统的小区(10)中的随机接入模式的方法，所述小区(10)可工作在与随机接入标识序列的第一集合关联的第一随机接入模式或者在与随机接入标识序列的第二集合关联的第二随机接入模式，所述随机接入标识序列将由在所述小区(10)中执行随机接入操作的终端(UE1...UEn)使用，其中所述随机接入标识序列的第二集合被设置用于避免因来自所述终端(UE1...UEn)的传输中发生的序列变更而引起的错误识别，该方法包括：根据网络实体中的随机接入标识序列检测器(910)的输出来执行序列变更分析，以及如果在序列变更分析的基础上确定模式切换条件，则将所述小区(10)的操作从所述随机接入模式其中之一自动切换到所述随机接入模式其中另一个。

Description

随机接入模式控制方法和实体

技术领域

本发明涉及无线网络系统中的通信，更具体来说，涉及控制蜂窝通信系统的小区中的随机接入模式的方法、用于与蜂窝通信系统的小区中的用户设备进行通信的网络实体以及对应的计算机程序产品。

背景技术

在现代蜂窝无线电系统中，其中的一个示意示例示于图1中，无线电网络可对用户设备或移动台UE-1...UE-n的行为有严格控制。如频率、定时和功率之类的上行链路传输参数可经由从网络实体20(例如基站)到用户设备UE-1...UE-n中任一个的下行链路控制信令来调节。

在通电时或者在长待机时间之后，在上行链路中可能没有使小区10中的用户设备UE同步。在这种情况下，用户设备能从下行链路控制信号得出与上行链路频率和功率估计相关的信息。但是，用户设备难以进行定时估计，因为网络实体20与用户设备之间的往返传播延迟是未知的。此外，即使用户设备上行链路定时与下行链路同步，来自用户设备的消息也可能由于传播延迟而太迟到达网络实体20的接收器。

因此，在开始业务之前，用户设备可执行对网络的所谓随机接入(RA)过程。因此，用户设备UE-i传送随机接入消息，以此为基础，网络实体20能估计用户设备上行链路的定时失准，并且发送对应的校正消息。在随机接入过程期间，如定时和功率之类的上行链路参数不是很准确。这对随机接入过程的尺度确定提出挑战。

例如，可提供物理随机接入信道(PRACH)，供用户设备请求对网络的接入。使用包含用户设备的标识的接入突发。PRACH能与业务信道正交。例如，在GSM中，定义特殊PRACH时隙。

用户设备可选择符号序列，作为将要包含在用于执行随机接入过程的随机接入消息中的随机接入标识，例如从与给定小区关联的这类序列的所定义集合中选择。网络实体20将接收随机接入消息，并且使用所接收标识序列对用户设备进行应答。

可在无线通信网络的小区中发生的一种情况存在于同时请求随机接入的多个用户设备中。如果这些用户设备碰巧正在使用相同的标识序列，并且其相应的随机接入消息同时被接收到，则网络实体20将无法区分两个用户设备，并且将检测到冲突。

因此，蜂窝无线网络中的随机接入过程提出与变化条件下的用户设备的正确标识相关的若干技术问题。例如，已知一些移动台可能因移动台与基站之间的相对运动而遇到频偏、例如多普勒偏移。这种频偏可导致在检测器处对于标识序列的错误识别，即，所接收序列因频偏的影响而被保持为与发送方所发送的序列不同的序列。针对这个问题的一个对策是引入不同的随机接入序列集合，以供移动台用于随机接入期间的标识。换言之，可为小区定义这类随机接入标识序列的特殊集合，它们经过特定选择，使得错误识别与对于标准集合相比变得较少可能。这种方案是例如从3GPP TS 36.211已知的，其中所谓的随机接入前置码(它们是随机接入标识序列的示例)从所谓的无限制集合或者所谓的受限制集合中选取，其中受限制集合设计成避免错误识别。

发明内容

本发明的一个目的是关于处理传输期间发生的序列变更、如频偏，提供在蜂窝通信网络的随机接入控制方面的改进。

按照本发明的一个方面，提供一种用于控制蜂窝通信系统的小区中的随机接入模式的方法。该方法可在网络实体中执行。网络实体可以是网络节点。在长期演进网络中，网络实体可包括例如eNodeB。但是，技术人员知道，任何网络节点可适合于执行该方法。此外，该方法可由其中适当分布必需功能的若干网络节点来执行。小区可按照与随机接入标识序列的第一集合关联的第一随机接入模式或者按照与随机接入标识序列的第二集合关联的第二随机接入模式来操作。随机接入标识序列将由终端用于在小区中执行随机接入操作。随机接入标识序列的第二集合的特性使得这些序列被设置用于避免因来自所述终端的传输中发生的如频偏之类的序列变更而引起的错误识别。例如，第一集合能够是无限制集合，而第二集合是如3GPP TS 36.211所定义的前置码的受限制集合。本方法根据网络实体中的随机接入标识序列检测器的输出来执行序列变更分析。如果在序列变更分析的基础上确定了模式切换条件，则该方法将小区的操作从所述随机接入模式其中之一自动切换到所述随机接入模式其中另一个。

换言之，提出监测随机接入标识序列检测器的输出，以及如果发现指示序列变更的存在或不存在的条件，则自动地适当改变随机接入模式。本发明人认识到，可从序列检测器的输出来检测随机接入序列中的序列变更的存在，然后为了自动模式适配的目的而使用这种认识。按照一个示例，如果小区处于使用不是设计成避免因序列变更而引起的错误识别的随机接入标识序列的第一集合(例如无限制集合)的常规模式，则随机接入标识序列检测器的输出中的序列变更的存在的指示的测量能触发向第二模式的自动切换，第二模式使用专门设计成避免因序列变更而引起的错误识别的随机接入标识序列的第二集合(例如受限制集合)。按照能够有利地与第一示例组合的另一个示例，如果小区处于使用随机接入标识序列的第二集合的第二模式，则随机接入标识序列检测器的输出中的序列变更的不存在的指示的测量能触发到第一模式的自动切换。

所提出的概念提供大的灵活性，并且使小区中的随机接入模式的管理更简单，因为小区可自动适应变化的情况。这是有利的，因为与不是设计成抵消序列变更的影响的第一集合相比，随机接入标识序列的第二集合一般具有更小并且不太广泛适用的缺点。因此，仅当并且只要序列变更是显著问题，才应当使用第二集合。本发明的自动切换功能提供能以许多方式来使用的适配性。例如，如果小区覆盖包括公路的区域，在公路上许多用户快速行进，则随机接入期间的序列变更可能成为严重问题。但是，有可能例如因为交通状况随时间而改变，所以此问题不是永久的。本概念可灵活地考虑这类变化条件，并且为每种情况自动选择随机接入标识序列的最佳集合，即，仅当序列变更的发生程度实际需要第二模式时才选择第二模式，而且当条件变化并且序列变更不再显著地发生时，能够可选地还切换回到原本更合乎需要的常规集合。这是优于现有技术的显著优点，在现有技术中，选择随机接入标识序列的一个集合或另一个集合的步骤必须在小区规划期间完成并且是固定的、即不灵活。

要注意，所提出的方法可在网络的任何适当实体中执行。实体可以是诸如基站或基站控制器之类的单个单元，或者以分布方式来提供所述功能性的多个单元和装置。实体可以是适合执行所需功能的任何网络节点或网络节点的组。

按照另一个方面，本发明还针对一种用于与蜂窝通信系统的小区中的终端进行通信的网络实体。小区适合于工作在与随机接入标识序列的第一集合关联的第一随机接入模式或者工作在与随机接入标识序列的第二集合关联的第二随机接入模式。随机接入标识序列由在所述小区中执行随机接入操作的终端使用。随机接入标识序列的第二集合被设置用于避免因来自所述终端的传输中发生的如频偏之类的序列变更而引起的错误识别。错误识别并不限于频偏条件，而是其它条件也可引起随机接入标识序列的变更并且因而引起误检测。本发明的网络实体包括：随机接入标识序列检测器；分析器，用于根据随机接入标识序列检测器的输出来执行序列变更分析；以及模式切换器，适合于如果在序列变更分析的基础上确定了模式切换条件，则将所述小区的操作从所述随机接入模式其中之一自动切换到所述随机接入模式其中另一个。

序列变更分析可通过任何适当或合乎需要的方式来执行，例如每隔一定间隔、仅在接收到预定数量的序列之后、连续地和/或在技术人员认为适当的任何其它变化中执行。

终端可包括能够执行与网络实体的无线通信的任何类型的设备，诸如移动电话、PDA或者具有能够按照诸如WLAN、GSM、UMTS或长期演进网络之类的常见标准进行无线通信的接口的任何装置。终端也可称作移动台或用户设备。

网络实体可以是网络节点、GSM网络中的基站、长期演进(LTE)网络中的eNodeB、UMTS网络中的对应节点或者例如WLAN网络中的接入点。网络实体也可以是与上述节点或装置分离并且适合执行所需功能的网络节点或网络装置，或者是其中适当地分布预期功能的若干装置或网络节点的系统。在本申请中，网络节点被认为是网络装置的一个特定示例。

在本发明的示例中，序列变更分析可包括对随机接入标识序列检测器的输出中的序列变更事件的发生次数进行计数。这种计数值可用作用于评估序列变更的发生程度的基础。作为补充或替代，序列变更分析可包括报告所述小区中的序列变更所影响的随机接入标识序列的存在。例如，当至少一个终端或者给定阈值数量的终端被注意到受到序列变更影响时，可报告该存在。报告还可基于归一化参数，例如基于在给定时间段受影响终端的给定数量(即，数量除以所定义时间单位，它是频率)或者基于受影响接收序列的归一化数量(即，作为基于给定时间段期间的受影响序列的数量除以那个给定时间段期间的接收序列的总数的百分比)。

该方法的模式切换条件可包括第一模式切换条件，第一模式切换条件根据所报告的存在、例如引起满足第一切换条件的确定的序列变更所影响的序列的存在来确定。当确定所述第一切换条件时，自动切换操作可包括在确定了所述第一模式切换条件时，将操作从第一随机接入模式自动切换到第二随机接入模式。

例如，如果序列变更事件的所测量频率超过预定的第一阈值，该方法可以任何适当或合乎需要的方式来报告序列变更所影响的终端的存在。术语“所测量频率”指的是每个给定时间段的序列变更事件的数量，如上所述。作为补充或替代，如果受影响的所接收序列的上述归一化数量超过预定的第一百分比，则也可报告受影响终端的存在。

按照本发明的一个实施例的序列变更分析还可包括报告所述小区中的序列变更所影响的随机接入标识序列的不存在。不存在条件的报告可与参照偏移条件的存在的报告所述相似地执行。在这类情况下，即，在报告了序列变更条件的不存在时，确定第二模式切换条件。在确定了所述第二模式切换条件时，自动切换操作可包括将操作从第二随机接入模式自动切换到第一随机接入模式。

例如，如果序列变更事件的所测量频率下降到低于预定的第二阈值，和/或如果受影响的所接收序列的归一化数量下降到低于预定的第二百分比，报告序列变更的不存在可通过任何适当或合乎需要的方式来进行。

第一和第二阈值以及第一和第二百分比可具有相同的值，或者备选地，具有不同的值。例如，第一阈值(第一百分比)可大于第二阈值(第二百分比)，以便提供滞后作用，并且由此避免从一个随机接入模式切换到另一个随机接入模式时的摆动。

随机接入标识序列检测器可通过任何适当或合乎需要的方式进行操作，例如，它可将接收的随机接入标识序列与预定的随机接入标识序列进行比较，以便输出检测结果。

在一个优选实施例中，随机接入标识序列检测器包括相关器，它用于将接收的随机接入标识序列与预定的随机接入标识序列进行相关，即，用于执行数学相关运算，并且输出指示接收的序列与预定的序列之间的相关程度的结果。

序列变更分析可包括分析序列变更的图案特性是否存在于检测结果中。当使用相关器时，特性图案可包括指示序列变更的存在的相关峰。

本发明的概念一般可适用于将至少两个随机接入模式用于处理序列变更问题的任何蜂窝通信网络的上下文中。然而，将本概念应用于按照第三代合作伙伴项目(3GPP)工作的系统是优选应用。因此，在本发明的一个实施例中，随机接入标识序列可包含在按照例如标准3GPP TS 36.211所公开的与长期演进网络相关的标准的随机接入消息的前置码中。

随机接入标识序列可以是任何适当或合乎需要的种类的。例如，它们可包括恒定幅度零自相关序列。恒定幅度零自相关序列的特征在于具有恒定幅度，以及特征在于其周期性自相关理想的事实，即，它仅在时滞零处为非零的。周期性互相关具有与任何时移无关的恒定大小。

本发明的一般优点在于可实现序列集合的更灵活管理的事实。本发明的实施例还可克服若干其它缺点，例如小区的操作的刚性和固定配置。可定期地或连续地、即实时地监测小区配置和操作，因而实现小区资源和小区大小的更好利用。

附图说明

现在参照具体示例和实施例来描述本发明，这些示例和实施例仅为了说明目的而给出，而并非限制本发明的范围，并且它们有时提及附图，其中示出：

图1是无线通信网络中的典型小区的示意表示；

图2示出本发明的一个方法实施例的流程图；

图3是按照本发明的一个示例的网络实体的示意框图；

图4示出来自相关器的输出信号的示例；

图5是对于两种不同前置码集合类型示出前置码集合与小区半径之间的关系的图表；

图6报告不同序列变更条件下的随机接入接收器的其它输出信号的图表；

图7是频域随机接入接收器的一个示例的示意框图；

图8是示出根据本发明的一个实施例的序列的受限制集合的自动激活的流程图；

图9是表示根据本发明的一个实施例的序列的受限制集合的自动解除激活的流程图。

具体实施方式

现在描述本发明的示例，以便提供对发明概念的更好理解。这些示例全部只是说明性而不是限制性的。例如，将参照发明概念能有利地适用的例如标准3GPP TS 36.211中所述的前置码和受限制集合的概念，但是本发明完全不是局限于此，因为它可适用于其中随机接入标识序列的不同集合用于抵消序列变更的影响的任何通信系统的上下文。此外，以下示例通常将频偏(例如因多普勒偏移引起)称作序列变更的原因，但是本发明的概念可适用于其中传输期间的序列变更由其它影响引起的情况。

在如图1所示的典型无线通信网络的小区10中，用户设备UEi可在通电之后或者在长待机时间之后执行随机接入过程。当执行随机接入过程时，用户设备UEi组装包含随机接入标识序列(以下缩写成RAID序列)的随机接入消息，该序列通常从小区20中的用户设备可用的RAID序列池中选取。所述随机接入消息通常发送给网络实体20。网络实体20(例如基站)可同时接收从不同用户设备、例如图1中的UE-1和UE-2始发的随机接入消息。

如果两个不同用户设备碰巧使用相同RAID序列，则当对应的随机接入消息同时或者在极短时间序列中被接收时，它们无法被网络实体20区分。这种情况导致错误识别，因为网络实体20无法正确应答随机接入消息。

但是，错误识别也可能在两个用户设备正使用不同RAID序列的那些情况下发生。实际上，RAID序列之一的变更可能在传输期间发生，使得它在接收器处看起来像是另一个用户设备所发送的RAID序列。这种变更可能是传输信道中引入的差错的结果，这些差错修改RAID序列，使得它碰巧与不同用户设备所发送的RAID序列一致。这种变更的其它原因也可存在于从特定情况产生的时移或频偏。频偏又可从随机接入消息发射器的错误校准或低精度产生，或者从发射器相对于接收器的相对移动产生，因为移动速度产生因多普勒效应引起的频偏。

为了减轻用户设备的错误识别的不利之处，可设想具有RAID序列的第一集合，小区通常在这些序列下被操作；并且具有至少RAID序列的第二集合，这些序列具有避免或降低用户设备的错误识别的概率的性质。RAID序列的第二集合又可称作受限制集合，它包括在因上述原因而经过变更时不产生相同集合的其它RAID序列或者至少在比常规或无限制集合更低的程度上这样做的RAID序列。

不止两个集合的实现也是一个选项，其中第三集合或另一个受限制集合包括仅当发生特定或统计上不太可能的变更条件时才可能与现有RAID序列重叠的某些RAID序列。多个集合的定义也可以是反映集合可容许的错误识别的概率等级的有利选项。

受限制集合的缺点在于，为了满足上述性质，它可能包括比第一或常规集合更受限制的RAID序列的数量。因此，与采用第一或常规集合进行操作的小区中能够服务于的终端的数量相比，在小区中能够服务于的终端的数量受到约束或限制。因此，通过仅使小区中的有限数量的RAID序列成为可用，受限制集合可引起小区大小的减小。

鉴于以上所述，没有受到上述变更问题影响的小区可采用RAID序列的第一或常规集合来操作，而没有减小小区大小。相反，例如频偏等变更问题所影响的小区应当优选地采用受限制集合来操作，从而承受具有有限能力、如减小的小区大小的缺点。

与这种实现相联系的缺点在于小区操作的低灵活性，以及在于当运营商或网络管理员可能需要或希望在两个集合之间改变操作时小区的更困难的重新配置。

参照图2，现在描述按照本发明的一个实施例的方法，它通过执行RAID序列集合的动态管理来克服现有技术的缺点的至少一部分。RAID序列集合可以是与给定小区关联的序列的所定义集合，用户设备在执行随机接入时能够从该集合中选择RAID序列。可按照RAID序列的若干集合，例如第一或无限制集合和第二或受限制集合，来操作小区。受限制集合可设计成避免错误识别。

现在参照最初采用无限制集合或者采用受限制集合来操作的蜂窝通信系统中的小区、如图1中的小区10来描述该方法。

用户设备UEi通过将例如RAID序列包含在随机接入消息中，在所述小区中执行随机接入操作。在接收侧，检测器执行所述RAID序列的检测(步骤100)。检测器可包含在网络实体中，例如，包含在图1中的网络节点或装置20中。所述网络节点或装置的示例可包括GSM网络中的基站或者LTE(长期演进)网络中的eNodeB。但是，应当注意，所述检测也可在连接到上述基站或eNodeB的另一个网络实体、如控制节点中执行。此外，检测还可在其中已适当分布必需功能的若干装置的系统中执行。技术人员容易知道，检测可在任何装置或者其组合中执行，只要它们实现用于执行检测的所需功能。

在检测器的输出的基础上，该方法执行序列变更分析，例如频偏分析(步骤110)。分析包括用于确定所接收的RAID序列是否受到例如频偏等变更问题影响的操作。所述操作可包括将所接收的RAID序列与预定的RAID序列、例如与先前存储的RAID序列进行比较，以及如果在所接收的RAID序列与所存储的RAID序列之间没有发现匹配，则可断定例如所接收的随机接入消息受到频偏影响。因此，在上述操作的基础上，频偏分析可报告具有频偏所影响的RAID序列的随机接入消息的存在或不存在。这个报告可包括报告频偏所影响的RAID序列的数量。备选地，报告可包括报告归一化到所接收RAID序列的数量的频偏所影响的RAID序列的数量。作为另一个备选方案，报告可基于在给定时间段中检测到的频偏所影响的RAID序列的数量。技术人员会知道，通用功能或者上述示例的组合也是报告例如偏移条件等变更条件的存在或不存在的可能实现。

在步骤120，在频偏分析的基础上检查是否确定模式切换条件。例如，当小区在RAID序列的第一集合下操作并且频偏分析以上述方式之一报告频偏所影响的RAID序列的存在时，检测到第一模式切换条件。作为一个示例，当频偏所影响的RAID序列的所报告存在超过第一预定阈值时，确定第一模式切换条件。所报告存在可包括频偏所影响的所报告RAID序列的绝对数量或者对应的比率。例如，当频偏分析以上述方式之一报告频偏所影响的RAID序列的不存在时，在采用RAID序列的受限制集合操作的小区中可检测到第二模式切换条件。例如，当频偏所影响的所报告RAID序列下降到低于第二给定阈值时，或者当对应比率下降到低于预定阈值时，可确定第二模式切换条件。上述比率可参照特定时间段、所接收RAID序列的数量或者它们的组合。技术人员认为适当的所述比率的其它实现是可能的。

如果确定模式切换条件，则所述小区的操作被切换到RAID序列的另一个集合(步骤130)。也就是说，如果小区正工作在RAID序列的第一常规集合、如无限制集合，则小区的操作将在检测到模式切换条件时切换到RAID序列的受限制集合。相反，如果小区正工作在RAID序列的受限制集合下，则小区的操作将在检测到模式切换条件时切换到RAID序列的第一常规集合、例如无限制集合。

在一个实施例中，从RAID序列的一个集合到另一个集合的小区操作的切换可通过上述网络实体将信息传递给存在于小区中的用户设备来执行，所述信息指定在执行随机接入时自指定时刻开始要使用RAID序列的哪一个集合。例如，可在小区中使用例如信令信道等信道来广播所述信息。但是，可使用物理或逻辑的其它信道，只要它们承载所述信息。

如果没有检测到模式切换条件，则该过程可返回到步骤100。同样，在步骤130之后，该过程可返回到步骤100并且继续进行。

在上述示例中，切换操作模式以便使用RAID序列的两个不同集合。当然，可使用不止两个集合，并且步骤120的过程可适当地适配成根据步骤110中的分析结果来选择模式中的适当的一个模式。图3是表示执行本发明的一个实施例的网络实体的示意表示。该实体原则上可以是单独装置或单元，或者它可以是以分布方式分布于若干装置或单元中的要素的系统。在图3的示例中，该实体示为装置900。网络装置900通常包括用于检测随机接入消息中包含的所接收序列的检测器910。检测器910配置成例如执行所接收序列的相关或者所接收RAID序列与预定RAID序列的比较。检测器还可以是比较器，它将所接收序列与预定序列进行比较。

分析器920配置成在所检测序列上执行序列变更分析、如频偏分析。分析器例如可评估相关器的输出，并且确定多个峰是否存在以及所述峰之间的距离。一般来说，分析器可确定RAID序列是否包括指示因传输信道上或者发送方中出现的影响、如频偏或错误校准而引起的对预期RAID序列的变更的标记或图案。

模式切换器930配置成将小区的操作从一个模式切换到另一个模式，例如从序列的第一无限制集合切换到序列的第二受限制集合，或者反之。如上所述，这可例如通过向小区中的用户设备广播所需信息来实现。

上述组件910、920和930可没有差异地在一个单组件或者在分开的组件中实现。实现可没有差异地通过软件、硬件或者它们两者的组合来进行。其组件或部分不需要一定包含在同一个装置中，而是可按照环境分布于不同网络装置之中，也如上所述。

如以上参照例如LTE网络已经介绍的，具有64个前置码的集合的数量在循环移位的受限制集合中远比在常规集合中要小，使小区规划更为复杂。因此，希望采用常规集合来操作尽可能多的小区，而仅在实际服务于具有高频偏的终端的那些小区中才使用循环移位的受限制集合。本发明提出一种用于自动检测具有相当大的序列变更、如高频偏的RA传输并且仅在必要时才启用循环移位的受限制集合的方法。

现在参照一个详细示例，它与属于本发明可有利地适用于的网络的长期演进(LTE)网络相关。图1的网络实体20在这种情况下可表示eNodeB，并且UE-1...UE-n可表示LTE网络的小区中的用户设备。但是，从以上所述以及从下面的细节将会清楚，本发明还可在相同问题和缺点所影响的例如UMTS、WLAN、OFDM等其它网络或者其它无线网络中执行。

通常，提供物理随机接入信道(PRACH)，供UE请求对网络的接入。使用接入突发，它包含具有带良好自相关性质的特定序列的前置码。PRACH可与业务信道正交。例如，在GSM中，定义特殊PRACH时隙。

如前面所述，由于多个用户设备UE可同时请求接入，所以冲突可能在请求UE之间发生。因此，LTE定义多个随机接入(RA)前置码。执行随机接入的UE从池中随机拣选前置码，并且将其传送。前置码表示随机UE ID序列，它由适合准予对网络的接入的网络实体使用。LTE网络中的前置码是本发明的方法的RAID序列的一个示例。从其中选取前置码的池是RAID序列集合的一个示例。网络实体在准予UE接入网络时可以是eNodeB。但是，网络实体可以是设置用于准予UE对网络的接入的不同网络装置，或者可以由其中适当分布必需功能的多个网络装置来表示。

eNodeB接收器可解析采用不同前置码所执行的随机接入(RA)尝试，并且使用对应的随机UE ID向各UE发送响应消息。当多个UE同时使用相同的前置码时，发生冲突，并且RA尝试极可能不会成功，因为eNodeB无法区分没有使用不同随机UE ID的多个UE(及对应用户)。在LTE中，在各小区提供64个前置码，例如由3GPP标准、如3GPP TR 36.211“Physical Channels and Modulation(Release 8)”所规定。分配给相邻小区的前置码通常是不同的，以便确保一个小区中的随机接入(RA)不会触发相邻小区中的任何随机接入(RA)事件。因此，可用于当前小区中的随机接入(RA)的前置码集合在该小区中被适当广播。

一个或多个随机接入(RA)前置码可通过循环移位从单个Zadoff-Chu(ZC)序列-以下又称作根序列-得出：由于ZC序列的理想自相关函数，多个相互正交的序列可通过将一个根序列循环移位最大容许往返时间加上时域中延迟扩展的多倍，从单个根序列得出。由于每个循环移位量必须至少与小区中的最大往返时间加上延迟扩展同样大，所以可从单个根序列得出的前置码的数量是小区大小相关的，并且随小区大小而减小。为了支持具有不同大小的小区中的操作，LTE定义支持多达大约100km的小区大小的16个循环移位长度N_CS。广播当前小区中使用的值。

可从单个根序列得出的前置码的数量取决于循环移位区域的长度N_CS，并且为floor(N_ZC/N_CS)。各小区具有分配给它的64个前置码，可分配给小区的所需根序列的数量则为ceil(64/floor(N_ZC/N_CS))。

不仅循环移位的长度应当大于最大往返时间加上延迟扩展。而且循环前缀和保护周期-它们虑及非同步随机接入(RA)中的定时不确定性-也应当大于最大往返时间加上延迟扩展。LTE FDD当前定义四个不同的随机接入(RA)前置码格式，其中三个不同的循环前缀/保护周期长度支持15km、30km和100km的小区大小。LTE TDD为很小的小区定义附加的第五前置码。

ZC序列是所谓的恒定幅度零自相关(CAZAC)序列：它们具有恒定幅度，并且其周期性自相关是理想的，即，它仅在时滞零处为非零的。周期性互相关具有与时移无关的恒定幅值。这些性质使它们对于随机接入(RA)而言极具吸引力，因为循环前缀确保-只要往返时间加上延迟扩展适合它-所接收的随机接入前置码与该前置码之间的相关是循环的。

奇数长度的ZC序列被定义为：

$x_u\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{ZC}}}\mathrm{un}(n+1)},n=0,1,...N_{\mathrm{ZC}}-1,$

其中N_ZC表示序列长度。如果N_ZC为素数，则对于u＝1，2，...，N_ZC-1的所有N_ZC-1个值产生有效根序列。在LTE中，N_ZC对于前置码格式0至3设置为839，而对于前置码格式4设置为139。因此，对于前置码格式0至3，总共838个不同根序列是可用的。

从每个根序列，随机接入(RA)前置码按照下式得出：

x_u，v(n)＝x_u((n+vN_CS)mod N_ZC)

如前面所述，可从单个根序列得出的前置码的数量由floor(N_ZC/N_CS)来限制。

ZC序列的一个缺点是它们在高频偏时的行为。由于它们的特殊性质，经受某种大小的频偏的所接收随机接入(RA)信号可能与没有频偏但具有附加正或负循环延迟的所接收随机接入(RA)信号相同。

在LTE中，定义随机接入(RA)前置码的ZC序列被在时域中定义，并且随后采用SC-FDMA发射器来传送，SC-FDMA发射器可包括对于前置码格式0至3具有等于839的大小的DFT预编码器，以及具有1250Hz的子载波带宽的OFDM发射器。

准确地1250Hz的频偏使所接收RA信号循环地提前/延迟如下数量的时间单位：

$d_u=\frac{1}{u}\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}$

其中时间单位是原始ZC随机接入(RA)前置码的两个连续样本之间的持续时间。参数u是所传送根序列的物理根索引。这个额外延迟在相关器输出中通过相关器峰循环移位正好这个延迟来显现它自己。取决于频偏的符号，使相关器输出信号循环延迟或提前。在时间扩散信道和/或抽样频率不等于发射器的抽样频率的接收器实现的情况下，峰不是被理解为单个样本，而是理解为组装这个峰的多个信号样本。

小于1250Hz的频偏在相关器输出中产生两个主要峰，一个在正确位置，而另一个被循环移位了d_u个时间单位。除了这两个峰之外，还出现多个其它-更多衰减的-峰。

图4示出对于三个不同条件，频域随机接入(RA)接收器的输出信号。图4(a)、(b)和(c)中每个的垂直Y轴可表示例如相关器的输出。水平X轴表示例如以μs表达的时间轴。

图4(a)表示在AWGN(加性白高斯噪声)信道上的相关器输出信号以及没有频偏的-10dB的SNR。在这种情况下，接收信号没有频偏，并且峰在正确时间出现。

图4(b)表示信号经受1250Hz的频偏时的所接收信号。在这种情况下，使相关峰延迟d_u个时间单位。注意，存在循环移位了d_u个时间单位的单个峰。

图4(c)表示信号经受625Hz的频偏时的接收器信号。在这种情况下，出现在两个位置的两个(衰减的)峰。

只要频偏的大小保持在0与1250Hz之内，(最强)峰在n₀和在((n₀±d_u)mod NZC)出现，取决于频偏的符号。位置n₀是真正的峰位置。模运算反映位移的循环性质。

对于大于1250Hz的频偏，两个主要峰位于((n₀±d_u，1)mod N_ZC)和((n₀±d_u，2)mod N_ZC)，其中：

$d_{u,1}=\frac{L-1}{u}\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}$

$d_{u,2}=\frac{L}{u}\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}$

和

量f_OS是单位为Hz的频偏。差|(n₀±d_u，2)-(n₀±d_u，1)|(假定两个表达式中相同符号)简化为d_u，使得甚至对于大于1250Hz的频偏，两个主要峰也分隔了d_u。这个峰分隔要按照循环方式来理解，即，尾部峰可在端部回绕，并且因而被感知为前导峰(但是具有与d_u不同的分隔，因为d_u在这种情况下在回绕的基础上测量)。

625Hz或者甚至1250Hz的频偏是相当可能的：直接朝向或者背离基站移动并且具有与基站的视线接触的终端遭遇多普勒频移两倍大的频偏。对于2.5GHz的载波频率以及120km/h和350km/h的终端速度，频偏分别变成602Hz和1620Hz。没有向基站或自基站径向移动的终端遇到较小的频偏。

取决于d_u的大小、循环移位长度N_CS和/或真正延迟n₀，从现在开始又称为二次峰的循环移位的峰在接收器中产生不同种类的误差，以下会进行说明。如果二次峰在自己的循环移位区域中仍然出现，则将检测到前置码传输，但是将计算错误定时提前，从而导致从这个终端的后续传输的错误定时对准。如果二次峰在自己的循环移位区域之外出现，则RA接收器将检测到错误前置码传输，并且计算错误定时估计。在随机接入(RA)响应中，将包含错误检测的前置码号码，使得如果没有终端采用这个错误检测的RA前置码执行了随机接入(RA)，则不会发生任何情况。这种故障将其自己显现为缺失和错误检测。

由于上述性质，可为LTE定义特殊模式-循环移位的受限制集合。在这里，并非允许可从单个根序列实际得出的所有循环移位。禁止与可能出现来自所定义前置码的二次峰的区域重叠的循环移位。此外，还禁止可能在自己的循环移位区域内产生二次峰的根序列。由于禁止某些循环移位以及根序列，所以具有64个前置码的集合的总数变得更小，从而使小区规划对于这个模式更为困难。这个模式的另一个缺点在于，最大支持的小区大小缩小到大约33km。

图5对于水平x轴中表示的小区大小，在垂直Y轴示出具有64个条目的随机接入(RA)前置码集合的数量。可以看到，对于大于33km的小区不存在集合。

具有遭遇高频偏的许多终端的小区必须采用循环移位的受限制集合来操作。这个模式的缺点是减少的前置码数量以及更小的最大支持的小区大小。因此，如果不是真正需要，则不希望采用循环移位的受限制集合来操作小区。此外，一旦小区已经配置用于采用受限制集合来操作，如果条件表明采用无限制集合的操作变得更有利，则将它重新配置到非限制集合是困难并且不实际的。

记住对于LTE网络有效的上述性质，可容易知道，参照图2所述的方法可适用于LTE网络，其中RAID序列的第一集合可以是通过从具有特定性质的序列、如Zadoff-Chu序列循环移位所得出的序列的集合，例如，如上所述的对于LTE网络通常采用和定义的那些序列。

在LTE网络的情况下，参照图2所述的方法的步骤100和110可包括对所接收的随机接入标识序列执行相关。步骤100和110还可包括确定相关图案，并且从其中确定频偏是否存在。

现在参照对LTE网络实现本发明概念的另一个实施例。如参照图4已经提到的，遭遇大约625Hz的频偏的随机接入(RA)传输在相关器输出信号中产生非常典型的图案：位移了d_u个时间单位的两个峰。按照本发明的当前实施例，提出使用这种性质自动检测遭遇高频偏的终端的存在，以及-在必要时-自动启用循环移位的受限制集合。例如，图1的频偏分析步骤(步骤110)可包括分析峰之间的距离，以便确定前置码、即RAID序列是否受到频偏影响。

如图4所示，遭遇大约625Hz的频偏的随机接入(RA)传输产生具有两个峰的相关器输出信号。这些峰之一是正确的，另一个是位移了d_u个时间单位的二次峰。在625Hz的频偏时，两个峰具有近似相等的强度。对于低于或高于625Hz的频偏，甚至存在多个峰。

图6示出对于各种频偏的相关器输出信号。不同图表在垂直Y轴中报告相关器输出。水平轴X报告表示为时间窗口(所述附图中的单位为μs)的序列的位置。图6(a)示出没有发生频偏的情况。但是，在频偏存在时，并且取决于频偏量，相关图案可包括不止一个峰，其中峰的权重变化。图6(b)报告对于频偏等于625Hz的情况、具有两个峰的图案。频偏的符号确定二次峰超前于或尾随于真正的峰，即，符号确定循环延迟为正或负。图6(c)中对于-625Hz的频偏示出这种情况。例如，从示出对于等于775Hz的频偏的相关输出图案的图6(d)可看到，两个峰均存在，即使终端遭遇与625Hz不同的频偏。

如果频偏变为接近1250Hz，则真正的峰消失，并且仅留下二次峰。这种情况与没有频偏但具有±d_u个时间单位的附加延迟的随机接入(RA)传输很难区分。但是，这些最大频偏仅在极高速度以及朝向/背离基站径向移动时才发生。一旦终端没有直接在径向移动，则径向速度分量立即减小，并且伴随它的还有因多普勒效应引起的所遇到的频偏也立即减小。

因此，公平的是假定包含具有高频偏的许多用户的小区还将包含具有大约600Hz的频偏的许多用户。如果这些用户执行随机接入(RA)尝试，则所获得的相关信号包含真正的峰和二次峰。根据第二相关峰的存在(在预计位置)，可确定具有高频偏的用户的存在，并且可启用循环移位的受限制集合。这是可在图2的序列变更分析步骤(步骤110)期间执行的分析种类的一个示例。

当然还有可能，第二用户同时正执行RA，并且因而所获得的相关信号显示两个峰。但是，认为不太可能的是，所获得的相关分布将匹配上述高频偏分布：为了组装高频偏分布，第二用户必须使用相同根序列(记得d_u取决于根序列索引u)和前置码(循环移位)连同位置，使得满足下列条件：

(-v₁N_CS+T₁)-(-v₂N_CS+T₂)＝±d_u

其中，T_i和v_i分别是相应用户的往返延迟和所选循环移位。对于通常假定的RA负荷1％，满足上式变得极不可能。

如参照图2中的步骤120和130所述，在一个实施例中，本发明的方法可配置成一旦确定频偏所影响的一个序列的存在，则立即将操作从无限制集合切换到受限制集合。但是，这种情况可导致在存在零星频偏时也切换操作，如参照上式所述，因而引起仍然可容许低等级的误检测的情况下的操作切换。

在本发明的另一个实施例中，鉴于如上述条件所表达的某些情况，并且为了降低错误结论的可能性，计数器可用于监测确定频偏所影响的序列的数量。仅当预计高频偏分布发生若干次时，才将启用循环移位的受限制集合。换言之，一般希望检测序列变更的程度或量，以及仅当这个程度超过预定阈值时才执行模式切换，例如对给定时间窗口期间的相关器的输出中的频偏图案的出现次数进行计数，以及仅当该数量超过预定限度时才切换。这种实现是图2中用于确定是否检测到模式切换条件的步骤120的实现的一个示例。

另一方面，按照本发明的另一个实施例，如果一旦启用循环移位的受限制集合，则可监测二次峰的存在，并且如果没有出现或者仅出现很少二次峰，则可重新激活常规集合。所述实施例可明显地与前面所述的实施例结合，并且表示图2的步骤120的不同实现。这一般又意味着检测序列变更的程度，以及在该程度下降到低于预定限度时切换到常规模式。

如果频偏的大小大于1250Hz，则这个过程也可适用。即使没有主要峰是正确的，两个主要峰之间的延迟仍然为±d_u。

如果d_u很小，则更难确定存在遭遇高频偏的RA传输。二次峰-它从真正的峰位移了d_u个时间单位-可被解释为无线信道的另一个路径。要避免这种情况，本发明的一个实施例预知在可遇到具有高频偏的RA传输的小区中排除导致这类小d_u值的根序列u。这种实现导致前置码、即RAID序列的不同受限制集合或另一个集合要由本发明的方法来实现。换言之，这是操作可切换到的RAID序列的第三集合的一个示例。

图7示出作为用于识别所接收RAID序列的检测器的一个示例的频域RA接收器的框图。如其中所表示的，复基带信号被输入到执行DFT(离散傅立叶变换)操作的组件。DFT的结果被输入到执行子载波选择的第二组件。子载波选择操作的结果则被提供给操作与根序列u的频域相关的组件。最后，频域相关的输出被提供给用于产生相关器输出信号的IDFT(离散傅立叶逆变换)块。然后，执行后续处理步骤，例如组合多个天线信号、识别所传送的前置码以及计算定时对准。这些在附图中未示出，因为它们基本上是已知的。即使上述行为对于频域接收器更为突出，但它并不局限于此。

图8示出按照所提出的发明的另一个实施例、用于循环移位的受限制集合的自动激活的流程图。所述方法可被视为图2所示的方法的一个示例，并且与那种方法共享动态管理RAID序列集合的基本思路。在步骤200，将随机接入消息中包含的所接收序列与ZC根序列u相关。使第一计数器Cnt1递增，因而保持所接收序列的数量的记录(步骤201)。

在步骤210，检查相关器输出信号是否包括分隔了d_u的峰。在步骤210需要回答的问题为相关器输出中是否存在分隔了d_u的峰。这种步骤是实现图2的频率分析步骤110的另一个示例。如果对于根序列u，相关器输出信号包含位移了d_u±Δ的峰，则增大第二计数器Cnt2(步骤212)。

注意，Δ是考虑时间扩散衰落信道的小数值，即，即使循环延迟完全为d_u，位移也可能看起来略有不同。这个参数是可选的，并且在需要时可设置为零。

在步骤220，执行测试，检查取决于两个计数器Cnt1和Cnt2的值的第一函数的结果。在一个实现中，如果计数器Cnt2超过第一阈值TH1的值，则该方法进入步骤230，否则该方法再次从步骤200开始。在另一个实现中，函数报告归一化到计数器Cnt1的值的计数器Cnt2的值，即，函数报告与所接收序列的总数对照的所检测频偏的数量。可看到，步骤220的测试表示关于如图2的步骤120中所述检测模式切换条件的若干可能性。如果所述函数的结果超过阈值TH1，则该方法进一步进入步骤230，否则再次从步骤200开始。可易于设想更精细的成本函数，还包括例如在其中接收序列的时间窗口或时间单位。阈值也可以是绝对的或相对的(归一化到所接收RA尝试的次数)，并且可设想甚至更精细的成本函数。

当步骤220中的测试产生肯定结果时，例如当计数器Cnt2超过某个阈值TH1或者当更精细函数的结果超过阈值TH1时，到达步骤230。在所述环境下，启用循环移位的受限制集合(步骤230)。步骤230的执行是图2所示步骤130的一个示例。

图8还示出步骤210之后的步骤211和214。它们表示将要响应接收到包含步骤200、201和210中检查的RAID序列的随机接入请求而执行的随机接入过程。两个过程可以相同，但优选地执行不同的RA过程，取决于步骤210是否检测到频偏存在的指示。

图8所示的方法实现当用户设备受到频偏影响时小区操作从无限制集合到受限制集合的自动切换。通过改变步骤220中使用的阈值TH1和函数，小区操作的自动切换可通过极灵活且动态的方式来配置和管理。例如，该方法可配置成一旦确定频偏存在于小区中(即，如果检测到频偏的单个实例)，则立即切换到受限制集合，或者仅当确定频偏的程度超过某个阈值时才切换到受限制集合。小区可配置成使得仍然可容许错误识别的预定程度或比率，因而避免当确定频偏的程度低于给定限度时切换到无限制集合。

一旦在受限制模式中，可进一步监测二次峰的数量。如果其频率(在给定时间窗口中或者在RA尝试的总数之中重新出现的意义上)下降到低于某个限度，则可重新激活常规集合。这个过程如图9所示，它表示图2所示的更一般方法的另一个示例。

步骤300和301分别执行与图8的步骤200和201相同的操作，并且因此其说明不再赘述。步骤302是将要响应接收到包含所分析的RAID序列的RA请求而执行的随机接入过程。

在步骤310，对相关器输出执行分析，以便确定所接收RAID序列是否受到频偏影响。例如，确定相关器输出图案的峰是否分隔了d_u。如果不满足所述条件，则分析结果为“否”，并且该方法进入步骤320。相反，如果满足所述条件，则分析结果为“是”，并且该方法进入步骤312。步骤310的分析表示本发明的频偏分析的另一个实施例，也如图2的步骤110所述。

在步骤312，使第二计数器Cnt2递增，因而保持已经被确定为受到频偏影响的序列的记录。然后，该方法进入步骤320。

在步骤320，执行测试，检查取决于两个计数器Cnt1和Cnt2的值的第二函数的结果。在一个实现中，第二函数就是计算在给定时间窗口中或者在所定向的序列的总数之中频偏所影响的序列的比率。但是，第二函数可以是对绝对值或相对值起作用并且返回绝对值或相对值的任何其它更精细的函数。步骤320的测试可以就是检查第二函数的结果是否低于第二阈值TH2。第二阈值TH2可与TH1一致，以便于实现，或者在需要避免太频繁的切换时不同于阈值TH1，即，则引入切换滞后。步骤320的测试表示用于实现模式切换条件的检测的另一个实施例。

当步骤320的测试结果为“否”时，该方法再次从步骤300开始，否则它进入步骤330。在步骤330，小区的操作又切换回到无限制集合，即，禁用受限制集合，而启用无限制集合。

图9所示的方法实现当用户设备不再或者不是那样频繁地受到频偏影响时小区操作从受限制集合到无限制集合的自动切换。通过改变步骤320中使用的阈值TH2和第二函数，小区操作的自动切换可通过极灵活且动态的方式、以与已参照图8的步骤220所述方式相似的方式来配置和管理。

注意，图8和图9的两种方法可结合起来执行，以便实现小区操作的全自动方法，其操作按照频偏的发生在序列的两个集合之间自动切换。阈值和函数可经过调整和选择，以便实现所期望等级的灵活性和操作的效率。

例如，在完成了图8的步骤230时，该方法可跳转到图9的步骤300，以及在完成了图9的步骤330时，该方法可跳转到图8的步骤200。这样，两种方法无需同时运行，因而节省处理能力和资源。另一方面，两种方法也可被同时执行。

已针对详细实施例描述了本发明。它们是说明性的，用于提供更好的理解，而不是要被看作限定。而是，保护范围由所附权利要求及其等效物来定义。

Claims (17)

1.一种供网络实体用来控制蜂窝通信系统的小区中的随机接入模式的方法，所述小区可工作在与随机接入标识序列的第一集合关联的第一随机接入模式或者可工作在与随机接入标识序列的第二集合关联的第二随机接入模式，所述随机接入标识序列将由在所述小区中执行随机接入操作的终端使用，其中所述随机接入标识序列的第二集合被设置用于避免因来自所述终端的传输中发生的序列变更而引起的错误识别，所述方法包括：

根据网络实体中的随机接入标识序列检测器的输出来执行序列变更分析，以及

如果在所述序列变更分析的基础上确定模式切换条件，则将所述小区的操作从所述随机接入模式其中之一自动切换到所述随机接入模式其中另一个。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述序列变更分析包括对所述随机接入标识序列检测器的输出中的序列变更事件的发生次数进行计数。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中：

所述序列变更分析包括报告所述小区中序列变更所影响的随机接入标识序列的存在，

在所报告的存在的基础上确定第一模式切换条件，以及

所述自动切换操作包括在确定了所述第一模式切换条件时，将操作从所述第一随机接入模式自动切换到所述第二随机接入模式。

4.如权利要求3所述的方法，其中，如果以下一项或两项成立，则报告所述存在：

-序列变更事件的所测量频率超过预定的第一阈值，以及

-受影响的所接收序列的归一化数量超过预定的第一百分比。

5.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中：

所述序列变更分析包括报告所述小区中序列变更所影响的随机接入标识序列的不存在，

在所报告的不存在的基础上确定第二模式切换条件，以及

所述自动切换操作包括在确定了所述第二模式切换条件时，将操作从所述第二随机接入模式自动切换到所述第一随机接入模式。

6.如权利要求5所述的方法，其中，如果以下一项或两项成立，则报告所述不存在：

-序列变更事件的所测量频率下降到低于预定的第二阈值，以及

-受影响的所接收序列的归一化数量下降到低于预定的第二百分比。

7.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述随机接入标识序列检测器将所接收的随机接入标识序列与预定的随机接入标识序列进行比较，以便输出检测结果。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述随机接入标识序列检测器包括相关器，用于将所接收的随机接入标识序列与预定的随机接入标识序列进行相关。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中，所述序列变更分析包括分析序列变更的图案特性是否存在于所述检测结果中。

10.如权利要求8和9所述的方法，其中，所述特性图案包括指示序列变更存在的相关峰。

11.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述随机接入标识序列包含在按照标准3GPP TS 36.211的随机接入消息的前置码中。

12.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述随机接入标识序列包括恒定幅度零自相关序列。

13.如权利要求1至12其中之一所述的方法，其中，所述序列变更包括频偏。

14.如权利要求1至13其中之一所述的方法，其中，所述网络实体是网络节点。

15.一种计算机程序产品，包括计算机代码部分，所述计算机代码部分在可编程网络实体上加载和执行时，被设置用于执行如权利要求1至12其中之一所述的方法的步骤。

16.一种用于与蜂窝通信系统的小区中的终端进行通信的网络实体，所述小区适合于工作在与随机接入标识序列的第一集合关联的第一随机接入模式或者工作在与随机接入标识序列的第二集合关联的第二随机接入模式，所述随机接入标识序列将由在所述小区中执行随机接入操作的终端使用，其中所述随机接入标识序列的第二集合被设置用于避免因来自所述终端的传输中发生的序列变更而引起的错误识别，所述网络实体包括：

随机接入标识序列检测器，

分析器，用于根据所述随机接入标识序列检测器的输出来执行序列变更分析，以及

模式切换器，适合于如果在所述序列变更分析的基础上确定了模式切换条件，则将所述小区的操作从所述随机接入模式其中之一自动切换到所述随机接入模式其中另一个。

17.一种在蜂窝通信系统中用于控制蜂窝通信系统的小区中的随机接入模式的方法，所述小区可工作在与随机接入标识序列的第一集合关联的第一随机接入模式或者可工作在与随机接入标识序列的第二集合关联的第二随机接入模式，所述随机接入标识序列将由在所述小区中执行随机接入操作的终端使用，其中所述随机接入标识序列的第二集合被设置用于避免因来自所述终端的传输中发生的序列变更而引起的错误识别，所述蜂窝通信系统包括第一网络实体和第二网络实体，所述方法包括：

在所述第一网络实体中，根据所述第一网络实体中的随机接入标识序列检测器的输出来执行序列变更分析，以及

在所述第二网络实体中，如果在所述序列变更分析的基础上确定了模式切换条件，则将所述小区的操作从所述随机接入模式其中之一自动切换到所述随机接入模式其中另一个。

Images