CN102572937B - 一种宽带集群系统中随机接入的方法、基站及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种宽带集群系统中的随机接入方法，在eNB发送给UE的随机接入响应消息的MAC PDU RAR中只包含一个MAC RAR，该MAC RAR中包括BI字段、Timing Advance Command字段、UL Grant字段和Temporary C-RNTI字段。本发明还提供了一种应用于宽带集群系统中的基站及系统。与LTE系统相比，有效地节省了MAC头的开销，从而节省了eNB向UE发送随机接入响应的空口资源。

Description

一种宽带集群系统中随机接入的方法、基站及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种宽带集群系统中随机接入的方法、基站及系统。

背景技术

宽带集群系统指的是兼容宽带集群和宽带无线公共网络业务的系统。在宽带集群系统中，系统可用带宽被划分为多个连续或非连续的子带，每个子带上采用正交频分复用(OFDM)技术传输。按照功能通常将各子带划分为同步子带和普通子带。同步子带用于上下行的同步和广播信道，其中同步子带中的上行特殊时隙(UpPTS)和上行子帧可以作为物理随机接入信道(PRACH)资源，允许用户在PRACH资源上进行随机接入。普通子带用于正常业务的传输。

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。在基于时分长期演进(TD-LTE)技术的系统中，随机接入是用户设备(UE)在网络通信之前的接入过程，主要用于UE的初始接入、无线资源控制(RRC)连接重建和切换等目的。

图1为现有LTE系统中随机接入过程的流程图，各UE采用竞争的方式进行随机接入，主要包括以下四个步骤：

步骤101：多个UE分别选择物理随机接入信道(PRACH)资源向所属基站(eNB)发送随机接入导频(Preamble码)，记为Msg1。

步骤102：一个eNB在下行链路共享信道(DL-SCH)上向发送Msg1的所有UE传输媒体接入控制(MAC)层产生的随机接入响应，记为Msg2，也称为媒体接入控制协议数据单元随机接入响应(MAC PDU RAR)。

步骤103：各个UE收到并识别出自身的随机接入响应后，在上行链路共享信道(UL-SCH)上传输调度请求消息，该调度请求消息中包含首次上行传输的调度信息，记为MSG3。

步骤104：eNB接收到MSG3后，在DL-SCH信道上向对应UE传输竞争判决消息，该竞争判决消息中包含UE的竞争决议标识，记为Msg4。

至此，UE完成竞争的随机接入过程。

图2为MAC PDU RAR的格式示意图。MAC PDU RAR包含MAC头(header)和MAC净荷(payload)两部分，其中MAC头中包含若干子头，除包含BI的第一个子头，其余每个子头按顺序对应MAC净荷中同位置的一个MAC RAR。包含BI的第一个子头由五个字段组成(E/T/R/R/BI)，其余每个子头由三个字段组成(E/T/RAPID)，每个MAC RAR由四个字段组成(R/Timing Advance Command/UL Grant/Temporary C-RNTI)。其中R是预留比特，取值为0；E是扩展标识，代表下一个比特是子头还是净荷；T是类型标识，代表该子头中包含的是RAPID还是BI。

图3为MAC RAR的格式示意图。其中，随机接入前导标识符(RAPID)(长度为6比特，取0至63中的某一值)、时间提前命令(Timing AdvanceCommand)(长度为11比特)、上行授权信息(UL Grant)(长度为20比特)和临时小区无线网络临时鉴定标识(Temporary C-RNTI)(长度为16比特)。RAPID用于判断与UE已发送的所述Preamble码是否对应。在LTE系统中，在随机接入过程触发之前，随机接入码组和每个码组中可用的随机接入码是已知的，每个小区中最多配置有64个可用的Preamble码，UE在选择的码组内随机选择Preamble码进行发送。

根据上述描述，在LTE系统中，多个UE向同一所属eNB发送各自所选择的Preamble码，然后eNB在同一随机接入响应消息中下发随机接入指示给各个UE，各个UE根据所述随机接入响应的MAC PDU，进行响应，确定与自己对应的Preamble码。也就是说，在LTE系统中，每个MAC子头所包含的RAPID值是不同的，发送不同Preamble码的多个UE，接收到的随机接入响应中包含了与已发送的Preamble码对应的RAPID，该UE则确定接收到随机接入响应。

在宽带集群系统中，UE支持单子带工作模式，即UE接收机带宽不必是整个系统带宽，UE仅支持接收单个子带不必接收全部子带。这样，降低了对UE接收机带宽的要求，也减少系统对硬件能力的需求。而且在宽带集群系统中一个eNB只给一个UE发送随机接入响应，即一个随机接入响应只响应一个UE，整个小区只有一个Preamble码，意味着如果采用LTE系统中的MAC PDU RAR，每个MAC子头所包含的RAPID值是相同的，这样字段RAPID是冗余信息，就没有了存在的意义，因此MAC头就没有了存在的意义。而且MAC头中的每个子头是与每个MAC RAR对应的，所以多个MACRAR也没有了存在的意义。所以如果直接将现有的LTE协议中定义的MACPDU RAR应用到宽带集群系统中，会造成资源的浪费，即浪费了eNB向UE发送随机接入响应的空口资源。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种宽带集群系统中随机接入的方法、基站及系统，能够节省基站向用户设备发送随机接入响应的空口资源。

为达到上述发明目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明提供了一种宽带集群系统中随机接入的方法，该方法包括：

基站eNB接收到用户设备UE发送的随机接入导频Preamble码后，向所述UE发送随机接入响应，指示所述UE进行随机接入；

所述随机接入响应的媒体接入控制协议数据单元MAC PDU包括一个媒体接入控制随机接入响应MAC RAR，该MAC RAR中包括：

用于在UE未成功随机接入时，指示UE延后发送随机接入过程的后退指示BI字段；

用于指示所述UE时间调制量的时间提前命令Timing Advance Command字段；

用于指示所述UE上行传输资源的上行授权信息UL Grant字段；

用于区分所述UE的临时小区无线网络临时鉴定标识Temporary C-RNTI字段。

本发明还提供了一种基站，应用于宽带集群系统中，所述基站包括接收模块、处理模块和发送模块；

所述接收模块，用于接收用户设备UE发送的随机接入Preamble码，并发送给处理模块；

所述处理模块，用于根据所述Preamble码生成随机接入响应，并发送给发送模块；所述随机接入响应的媒体接入控制协议数据单元MAC PDU包括一个媒体接入控制随机接入响应MAC RAR，该MAC RAR中包括：

用于在UE未成功随机接入时，指示UE延后发送随机接入过程的后退指示BI字段；

用于指示所述UE时间调制量的时间提前命令Timing Advance Command字段；

用于指示所述UE上行传输资源的上行授权信息UL Grant字段；

用于区分所述UE的临时小区无线网络临时鉴定标识Temporary C-RNTI字段；

所述发送模块，用于向所述UE发送随机接入响应。

本发明还提供了一种系统，应用于宽带集群系统中，该系统包括用户设备UE和基站eNB；

所述UE，用于向eNB发送随机接入导频Preamble码，并根据基站发送的随机接入响应进行随机接入；

所述eNB，用于接收到UE发送的随机接入导频Preamble码后，向所述UE发送随机接入响应，指示所述UE进行随机接入；所述随机接入响应的媒体接入控制协议数据单元MAC PDU包括一个媒体接入控制随机接入响应MAC RAR，该MAC RAR中包括：

用于在UE未成功随机接入时，指示UE延后发送随机接入过程的后退指示BI字段；

用于指示所述UE时间调制量的时间提前命令Timing Advance Command字段；

用于指示所述UE上行传输资源的上行授权信息UL Grant字段；

用于区分所述UE的临时小区无线网络临时鉴定标识Temporary C-RNTI字段。

由上述的技术方案可见，本发明宽带集群系统中，由于eNB只响应一个UE，所以在eNB发送给UE的随机接入响应消息的MAC PDU RAR中只包含一个MAC RAR，该MAC RAR中包括BI字段、Timing Advance Command字段、UL Grant字段和Temporary C-RNTI字段。与LTE系统相比，有效地节省了MAC头的开销，从而节省了eNB向UE发送随机接入响应的空口资源。

附图说明

图1为现有LTE系统中随机接入过程的流程图。

图2为LTE系统MAC PDU RAR的格式示意图。

图3为LTE系统MAC RAR的格式示意图。

图4为宽带集群系统本发明实施例提供的随机接入响应组成示意图。

图5为本发明实施例提供的宽带集群系统中基站的结构图。

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。

在宽带集群系统中，提供的随机接入方法主要包括以下步骤：

步骤201：一个UE选择PRACH资源向eNB发送Preamble码；

步骤202：一个eNB确定该UE发送随机接入Preamble码所在的PRACH资源映射到的普通子带，在该普通子带上向UE发送随机接入响应。

相应地，UE在发送完随机接入Preamble码后，跳转到发送随机接入Preamble码所在的PRACH资源映射到的普通子带上，监听eNB发送给该UE的随机接入响应。

另外，基站发送随机接入响应所使用的普通子带以及UE接收随机接入响应所跳转到的普通子带是由预先设置的PRACH资源的信息与普通子带之间的映射关系确定的，即确定发送随机接入Preamble码的PRACH资源的信息所映射到的普通子带。

步骤203：所述UE接收到所述随机接入响应后，向所述eNB发送调度请求消息。

UE根据随机接入响应中携带的上行授权信息能够确定UE被授权的上行子带信息，例如被授权的上行子带号，并在被授权的子带上发送调度请求消息，即Msg3消息。

步骤204：eNB接收到UE的调度请求消息后，进行竞争判决，并向UE返回竞争判决消息。

上述为现有技术内容，正是因为在宽带集群系统中，UE支持单子带工作模式，UE的Preamble码是已知的，因为整个网络只有一个Preamble码，为了避免邻小区的干扰，一个小区内的随机接入序列仅采用同一种循环移位，如果基站检测到其他循环移位的Preamble码，则可以判断为相邻小区的干扰信号，UE在小区搜索过程中通过广播消息得到Preamble码的循环移位。这样，对于eNB能够获知发送随机接入Preamble码的PRACH资源位置，但无法获知同一时刻在同一PRACH资源位置发送Preamble码的UE的数目，上述特点决定了随机接入响应消息只响应一个UE，而在LTE系统中随机接入响应消息同时响应多个UE，即包括多个MAC RAR，因此在宽带集群系统中，MAC PDU RAR只包含针对一个UE的一个MAC RAR。

进一步地，在LTE系统中，每个MAC子头所包含的RAPID值是不同的，也就是说发送不同Preamble码的UE，接收到的随机接入响应中包含了与已发送的Preamble码对应的RAPID，UE确定接收到随机接入响应。在宽带集群系统中，整个小区只有一个Preamble码，意味着如果采用LTE系统中的MAC PDU RAR，每个MAC子头所包含的RAPID值是相同的，这样字段RAPID是冗余信息，就没有了存在的意义。

综上，本发明宽带集群系统中MAC PDU RAR只包含一个MAC RAR，将位于LTE系统MAC PDU RAR子头中的BI字段设置在宽带集群系统MACPDU RAR的MAC RAR中，同时宽带集群系统的MAC RAR仍然包括字段Timing Advance Command、UL Grant和Temporary C-RNTI。即宽带集群系统中MAC RAR由四个字段组成(BI/Timing Advance Command/ULGrant/Temporary C-RNTI)。与LTE系统相比，有效地节省了MAC头的开销，从而节省了eNB向UE发送随机接入响应的空口资源。

图4为本发明实施例提供的随机接入响应组成示意图。MAC PDU RAR是八位对齐的比特流，每8比特构成一个字节，从图中可以看出，BI的长度为2比特；Timing Advance Command的长度为5比特；UL Grant长度为11比特；Temporary C-RNTI的长度为6比特。也就是说，该实施例MAC RAR的每个字段相比于LTE系统MAC PDU RAR中的相应字段都明显缩短。

具体地，时间提前命令(Timing Advance Command)，用于指示UE时间调制量，即eNB通过随机接入响应将该时间提前命令的值下发给UE，由UE根据该值进行相应的调制，从而实现上行同步。本发明中时间提前命令的长度至少为5比特，与LTE系统中的时间提前命令相比，缩短了9比特。

上行授权信息(UL Grant)，用于指示UE上行传输资源，本发明的上行授权信息包括三部分内容：指示UE在被授权的子带上驻留并发送Msg3；指示UE在接收到正确的Msg2后的第几个无线帧发送Msg3；用于调度物理上行共享信道(PUSCH)的发送功率控制(TPC)命令。本发明中上行授权信息的长度为11比特。与LTE系统中的上行授权信息相比，缩短了9比特，LTE系统中的上行授权信息内容参见LTE协议，具体包括跳频标识、固定尺寸资源块(RB)指派、PUSCH的TPC命令等内容，在此不再赘述。

临时小区无线网络临时鉴定标识(Temporary C-RNTI)，用于区分各个UE，其长度为6比特。与LTE系统中的临时小区无线网络临时鉴定标识相比，缩短了10比特。

后退指示(BI，Backoff Indication)，用于在UE未成功随机接入时，指示UE延后发送随机接入过程的，其长度至少为2比特。与LTE系统中的后退指示相比，缩短了2比特。

上述随机接入响应中的内容，与LTE系统相比，之所以比特数可以大大缩短，是根据宽带集群系统的功能应用而构造的。以BI为例，在LTE系统中，BI的长度可以为4比特，即具有16个索引值，而在宽带集群系统中，考虑到无线帧长度为25ms和随机接入资源的限制，为了保证用户随机接入的成功率，定义了Backoff参数值，表1为本发明的Backoff参数值。

表1 Backoff参数值

BI具有0至3四个索引值，如果UE发现随机接入响应中包含其中一个索引值，那么UE就会把这个值保存起来，在随后需要重新做随机接入的时候，可以随机从0到该索引值所对应的Backoff值里选一个值作为推迟发送Preamble码的时间。当然，还可以将BI设置为大于2比特，则相应地索引值增加，UE可以在更大范围内进行选择，但是也相应增加了空口资源。所以在满足宽带集群系统的前提下，将BI设置为2比特，是本发明的优选实施例。同理，本发明优选实施例将时间提前命令设置为5比特。

其中，为节省eNB向UE发送随机接入响应的空口资源，将TemporaryC-RNTI缩短为6比特，缩短了Temporary C-RNTI值的可用范围，因此对于驻留在不同的子带上的UE，其Temporary C-RNTI值可能相同，因此如果仅凭Temporary C-RNTI值eNB是无法区分各个UE的，所以本发明通过UE在被授权的子带上驻留的驻留子带号和Temporary C-RNTI值共同来区分UE，不但节省了空口资源，而且同样达到了区分UE的目的。

综上，本发明提供了一种宽带集群系统中随机接入的方法，该方法包括：

基站接收到UE发送的随机接入导频Preamble码后，向所述UE发送随机接入响应，指示所述UE进行随机接入；所述随机接入响应的MAC PDU包括一个MAC RAR，该MAC RAR中包括：BI字段、Timing Advance Command字段、UL Grant字段和Temporary C-RNTI字段。

根据本发明提供的宽带集群系统中随机接入的方法，本发明还提供了一种基站，图5为本发明实施例提供的宽带集群系统中基站的结构图，包括接收模块501、处理模块502和发送模块503。

所述接收模块501，用于接收UE发送的随机接入Preamble码，并发送给处理模块502；

所述处理模块502，用于根据所述Preamble码生成随机接入响应，并发送给发送模块503；所述随机接入响应的媒体接入控制协议数据单元MAC PDU包括一个媒体接入控制随机接入响应MAC RAR，该MAC RAR中包括：

用于在UE未成功随机接入时，指示UE延后发送随机接入过程的BI字段；

用于指示所述UE时间调制量的Timing Advance Command字段；

用于指示所述UE上行传输资源的UL Grant字段；

用于区分所述UE的Temporary C-RNTI字段；

所述发送模块503，用于向所述UE发送随机接入响应。

进一步地，本发明还提供了一种系统，该系统包括UE和eNB；

所述UE，用于向eNB发送随机接入导频Preamble码，并根据基站发送的随机接入响应进行随机接入；

所述eNB，用于接收到UE发送的随机接入导频Preamble码后，向所述UE发送随机接入响应，指示所述UE进行随机接入；所述随机接入响应的MAC PDU包括一个MAC RAR，该MAC RAR中包括：

用于在UE未成功随机接入时，指示UE延后发送随机接入过程的BI字段；

用于指示所述UE时间调制量的TimingAdvance Command字段；

用于指示所述UE上行传输资源的UL Grant字段；

用于区分所述UE的Temporary C-RNTI字段。

由以上描述可以看出，在宽带集群系统中本发明提供的方法、基站及系统可以具备以下优点：

1)eNB向UE发送的随机接入响应(MAC PDU RAR)只包含一个MACRAR，在该MAC RAR中包括BI字段，与LTE系统相比，不存在MAC头，有效地节省了MAC头的开销，从而节省了eNB向UE发送随机接入响应的空口资源。

2)eNB向UE发送的随机接入响应包含至少5比特的Timing AdvanceCommand字段、11比特的UL Grant字段、6比特的Temporary C-RNTI字段以及至少2比特的BI字段。也就是说，本发明的随机接入响应可以设置为24比特，与LTE系统相比，进一步节省了eNB向UE发送随机接入响应的空口资源。

3)在宽带集群系统中，eNB通过UE在被授权的子带上驻留的驻留子带号和Temporary C-RNTI值共同来区分UE，不但节省了空口资源，而且同样达到了区分UE的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种宽带集群系统中随机接入的方法，该方法包括：

基站eNB接收到用户设备UE发送的随机接入导频Preamble码后，向所述UE发送随机接入响应，指示所述UE进行随机接入；

其特征在于，所述随机接入响应的媒体接入控制协议数据单元MAC PDU包括一个媒体接入控制随机接入响应MAC RAR，该MAC RAR中包括：

用于在UE未成功随机接入时，指示UE延后发送随机接入过程的后退指示BI字段；

用于指示所述UE时间调制量的时间提前命令Timing Advance Command字段；

用于指示所述UE上行传输资源的上行授权信息UL Grant字段；

用于区分所述UE的临时小区无线网络临时鉴定标识Temporary C-RNTI字段；

其中，所述UL Grant包含：指示UE在被授权的子带上驻留并发送调度请求消息；指示UE在接收到正确的随机接入响应后的第几个无线帧发送调度请求消息；用于调度物理上行共享信道PUSCH的发送功率控制TPC命令；

所述基站eNB通过UE在被授权的子带上驻留的驻留子带号和TemporaryC-RNTI进行UE的区分。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述BI字段长度至少为2比特；

所述Timing Advance Command字段长度至少为5比特；

所述UL Grant字段长度为11比特；

所述Temporary C-RNTI字段长度为6比特。

3.一种基站，应用于宽带集群系统中，其特征在于，所述基站包括接收模块、处理模块和发送模块；

所述接收模块，用于接收用户设备UE发送的随机接入Preamble码，并发送给处理模块；

所述处理模块，用于根据所述Preamble码生成随机接入响应，并发送给发送模块；所述随机接入响应的媒体接入控制协议数据单元MAC PDU包括一个媒体接入控制随机接入响应MAC RAR，该MAC RAR中包括：

用于在UE未成功随机接入时，指示UE延后发送随机接入过程的后退指示BI字段；

用于指示所述UE时间调制量的时间提前命令Timing Advance Command字段；

用于指示所述UE上行传输资源的上行授权信息UL Grant字段；

用于区分所述UE的临时小区无线网络临时鉴定标识Temporary C-RNTI字段；

所述发送模块，用于向所述UE发送随机接入响应；

其中，所述UL Grant包含：指示UE在被授权的子带上驻留并发送调度请求消息；指示UE在接收到正确的随机接入响应后的第几个无线帧发送调度请求消息；用于调度物理上行共享信道PUSCH的发送功率控制TPC命令；

所述基站通过UE在被授权的子带上驻留的驻留子带号和TemporaryC-RNTI进行UE的区分。

4.一种系统，应用于宽带集群系统中，其特征在于，该系统包括用户设备UE和基站eNB；

所述UE，用于向eNB发送随机接入导频Preamble码，并根据基站发送的随机接入响应进行随机接入；

所述基站eNB，用于接收到UE发送的随机接入导频Preamble码后，向所述UE发送随机接入响应，指示所述UE进行随机接入；所述随机接入响应的媒体接入控制协议数据单元MAC PDU包括一个媒体接入控制随机接入响应MACRAR，该MAC RAR中包括：

用于在UE未成功随机接入时，指示UE延后发送随机接入过程的后退指示BI字段；

用于指示所述UE时间调制量的时间提前命令Timing Advance Command字段；

用于指示所述UE上行传输资源的上行授权信息UL Grant字段；

用于区分所述UE的临时小区无线网络临时鉴定标识Temporary C-RNTI字段；

其中，所述UL Grant包含：指示UE在被授权的子带上驻留并发送调度请求消息；指示UE在接收到正确的随机接入响应后的第几个无线帧发送调度请求消息；用于调度物理上行共享信道PUSCH的发送功率控制TPC命令；

所述eNB通过UE在被授权的子带上驻留的驻留子带号和TemporaryC-RNTI进行UE的区分。