CN103702408A

CN103702408A - 上行同步的方法和装置

Info

Publication number: CN103702408A
Application number: CN201210369207.7A
Authority: CN
Inventors: 杨凯; 刘勇; 吴克颖; 蔡立羽
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: CN103702408B

Abstract

本发明提出了一种在具有至少一个接入设备的无线网络系统中的用户设备上实现上行同步的方法，其中，所述用户设备具有设备到设备通信能力，所述方法包括以下步骤：所述用户设备接收从相邻的用户设备发送的同步参考消息，其中，所述相邻的用户设备已经完成了与所述接入设备的上行同步；所述用户设备根据接收到的同步参考消息实现与所述接入设备的上行同步。

Description

上行同步的方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及上行同步技术。

背景技术

一般的，在基于基础架构的无线网络中，两个用户设备(UE)经由一个接入设备(Access Point简称AP)进行通信。典型的，例如3GPP的长期演进LTE或先进LTE(Long Term Evolution，or LTE-ALong Term Evolution-Advance)中，两个UE经由一个基站(eNB)进行通信。然而，为了满足对网络资源高效使用的需求以及对新型服务的需求，提出了应用直接的设备到设备(Device to Device，简称D2D)通信的要求。通过D2D通信，可以分担基站的负荷，也可以通过移动中继的方式增加基站的覆盖。因此在LTE-A中，D2D通信已经被接受为对基于基础架构的无线移动通信的一种重要增强。

一个具备D2D通信能力的UE在要与其他UE进行D2D通信之前，它需要先找出周围处于其D2D通信能力最大范围内的其他UE，这一过程称为邻居发现(Neighbor Discover简称ND)过程。通常，ND过程包括：该UE发送ND探测序列(Probing Sequence)；周围的潜在相邻UE成功侦听到该ND探测序列后，向eNB发送反馈表明其可以作为相邻UE同该UE进行D2D通信。然而，周围的潜在相邻UE在向eNB发送反馈之前，还需要先完成与该eNB的上行同步，以获得新的上行发送时间或者调整已经失去同步的上行发送时间。

现有技术中进行上行同步的方法需要UE执行随机接入(RandomAccess简称RA)过程，RA过程包括UE同eNB之间两个来回的信令交互，即UE在随机接入信道上发送RA序列，eNB给UE发送上行时钟信息以及分配上行调度请求资源，UE在所分配资源上发送上行调度请求，eNB对UE的调度请求进行反馈。此外，当RA过程中发生冲突时，UE需要退避一段时间后再重新尝试。

该方案的不足之处在于，首先，考虑到潜在相邻UE仅仅是要发送一个响应于ND探测序列的反馈，上行发送的数据量很小，而相对的，RA过程需要两个来回的信令交互，信令的开销过大，占用的信道资源过多；其次，同一时刻存在的潜在相邻UE往往不止一个，当它们同时进行RA过程，造成冲突的可能性会大大增加，考虑到退避时间的因素，通过RA过程实现上行同步的时延在这种情况下也会大大增加。

发明内容

为此，在基于基础架构的无线网络中需要一种新的上行同步方法，该方法应该使得UE可以无需执行RA过程就能与eNB实现上行同步，从而确保该方法的信令开销和时延都小于现有的技术方案。

为解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种新的在基于基础架构的无线网络中实现上行同步的方案，使得具备D2D通信能力的UE可以基于相邻的、已经获得上行发送时间的UE的辅助，获得自己的上行发送时间，从而实现与AP的上行同步。

具体地，根据本发明的第一方面，提供了一种在具有至少一个接入设备的无线网络系统中的用户设备上实现上行同步的方法，其中，所述用户设备具有设备到设备通信能力，所述方法包括以下步骤：所述用户设备接收从相邻的用户设备发送的同步参考消息，其中，所述相邻的用户设备已经完成了与所述接入设备的上行同步；所述用户设备根据接收到的同步参考消息实现与所述接入设备的上行同步。

优选地，所述接收步骤之前还包括以下步骤：所述用户设备接收从所述接入设备发送的下行同步信号，以及，所述用户设备根据所接收到的下行同步信号获得下行发送时间；所述同步步骤还包括，所述用户设备根据接收的所述同步参考消息和获得的下行发送时间，确定上行发送时间。

更优选地，所述同步参考消息包括所述相邻的用户设备的上行发送时间与下行发送时间的切换间隔，所述同步步骤还包括，所述用户设备以获得的下行发送时间加上所述同步参考消息中的切换间隔确定为所述用户设备的上行发送时间。

更优选地，所述相邻的用户设备将所述同步参考消息与用于邻居发现的探测序列一起发送。

更优选地，所述相邻的用户设备将所述同步参考消息与用于邻居发现的探测序列分别发送。

更优选地，所述相邻的用户设备在下行资源发送所述同步参考消息。

优选地，所述同步步骤还包括：所述用户设备根据接收到所述同步参考消息的时间确定上行发送时间，其中，所述相邻的用户设备在上行资源发送所述同步参考消息。

更优选地，所述用户设备将接收到所述同步参考消息的时间确定为所述用户设备的上行发送时间。

更优选地，所述用户设备将接收到所述同步参考消息的时间减去第一预定数值确定为所述用户设备的上行发送时间。

更优选地，所述第一预定数值与光速的乘积小于等于所述用户设备的设备到设备通信能力的最大距离。

更优选地，所述同步参考消息包括同步序列，所述同步序列在时域的相对位置预先定义在所述用户设备中。

更优选地，所述同步参考消息包括同步序列，所述接收步骤之前还包括：所述用户设备接收从所述接入设备发送的辅助信号，所述辅助信号用于指示所述同步序列在时域的相对位置。

更优选地，所述同步序列在时域的相对位置位于上行时隙的开始位置。

根据本发明的第二方面，提供了一种在具有至少一个接入设备的无线网络系统中的用户设备上实现上行同步的装置，其中，所述用户设备具有设备到设备通信能力，所述装置包括：接收单元，用于接收从相邻的用户设备发送的同步参考消息，其中，所述相邻的用户设备已经完成了与所述接入设备的上行同步；同步单元，用于根据接收到的同步参考消息实现与所述接入设备的上行同步。

优选地，所述同步参考消息包括所述相邻的用户设备的上行发送时间与下行发送时间的切换间隔；所述接收单元还用于接收从所述接入设备发送的下行同步信号，以及根据所接收到的下行同步信号获得下行发送时间；所述同步单元还用于以获得的下行发送时间加上所述同步参考消息中的切换间隔确定为所述用户设备的上行发送时间。

更优选地，所述同步单元还用于将接收到所述同步参考消息的时间确定为所述用户设备的上行发送时间，其中，所述相邻的用户设备在上行资源发送所述同步参考消息。

更优选地，所述同步单元还用于将接收到所述同步参考消息的时间减去第一预定数值确定为所述用户设备的上行发送时间；其中，所述第一预定数值与光速的乘积小于等于所述用户设备的设备到设备通信能力的最大距离。

本发明中，考虑到D2D通信的距离较短，从而使得在D2D通信范围内的各个UE之间的上行发送时间的差距很小，因此在该范围内某个已经完成上行同步的UE的上行发送时间就和与它相邻的潜在相邻UE的上行发送时间接近。所以通过接收该已同步的UE的同步参考消息，得到该已同步的UE的上行发送时间的相关信息，就可以确定潜在相邻UE上行发送时间的所处的范围，从而获得可以满足同步精度的上行发送时间，即实现了上行同步过程。因此本发明的方法可以在不进行RA过程的情况下，实现潜在相邻UE与eNB之间的上行同步，大大减少了同步过程的信令开销和同步时延，从而解决了现有技术存在的问题。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优势将会更为明显。

图1示出了本发明的一种应用场景；

图2示出了根据本发明的一种上行同步方法；

图3示出了根据本发明的另一种上行同步方法；

图4示出了根据本发明的另一种上行同步方法；

图5示出了根据本发明的另一种上行同步方法；

图6示出了本发明的另一种应用场景；

图7示出了根据本发明的一种上行同步方法的实施方式；

图8示出了根据本发明的另一种上行同步方法的实施方式；

图9示出了根据本发明的上行同步方法流程图；

图10示出了根据本发明的上行同步装置框图。

其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的步骤特征或装置/模块。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

图1示出了一个典型的基于基础架构的无线网络，具有一个AP和数个具备D2D通信能力的UE。不失一般性，假定该无线网络为LTE-TDD网络，则该AP为LTE网络中的eNB，而图中的UE2已与该eNB完成上行同步，圆圈的范围代表UE2的D2D通信能力所能覆盖的最大范围。如图所示，在该范围内有3个潜在相邻UE，UEl、UE3、UE4。而这三个UE都没有进行过上行同步或者已经丢失同步，因此在ND过程中，都需要先获得上行发送时间后，才能向eNB发送反馈消息。

图2示出了根据本发明的一种上行同步方法。首先，所有UE接收eNB发送的下行同步信号，通过该同步信号，所有的UE都获得了各自的下行发送时间；其次，UE2根据其上行发送时间和下行发送时间，向周围的UE发送同步参考消息，该同步参考消息中包含有关其上/下行发送时间的信息；最后，UE1、UE3、UE4根据该同步参考消息和各自的下行发送时间，分别计算各自的上行发送时间，从而实现上行同步。

进一步的，同步参考消息中包含的信息可以是UE2上/下行发送时间的切换间隔，即图2中T₂所代表的上/下行时隙的间隔。而UE1、UE3、UE4则也将T₂作为各自的切换间隔，分别以各自的下行发送时间加上T₂作为各自的上行发送时间，如图2中虚线框所表示的就是3个UE获得的上行发送时间；而实线框表示每个UE实际的上行发送时间。可以看出，UE1、UE3、UE4的实际上行发送时间和根据本发明方法获得的上行发送时间存在一定的差距。该差距可以表示为

2(R₂-R_i)/c

其中，R_i表示UE₁同eNB之间的距离，c表示光速。考虑到(R₂-R_i)最多不超过UE2的D2D通信能力的最大距离，而D2D通信一般只在较小的距离上实现，因此该上行时间差距的数值很小，根据本发明的方法，该差距的范围是±2d/c，其中d表示UE2的D2D通信能力的最大距离，由于D2D的通信距离较短，因此计算出的差距的值较小，足以满足上行同步的精度要求。

以上说明的是本发明在LTE-TDD系统中的实现，本发明同样适用于FDD的情形。如图3所示，在FDD系统中同样可以根据上述方法获得上行发送时间，如图3中虚线框所表示的就是UE1获得的上行发送时间；而实线框表示UE1实际的上行发送时间。可以看出，UE1的实际上行发送时间和根据本发明方法获得的上行发送时间存在一定的差距。这种情况下与TDD系统的区别仅在于FDD上行发送时还需要在与下行频率不同的上行频率上进行。

根据上述的上行同步方法，UE2发送同步参考消息可以是和其ND探测序列一起发送或者分别发送。一起发送的情况下，UE1、UE3、UE4在侦听ND探测序列的同时接收该同步参考消息，这样可以简化消息流程；分别发送的情况下，上述UE在成功侦听到ND探测序列后，再进行接收该同步参考消息的操作，这样可以更好的兼容现有标准。考虑到在进行ND过程时，潜在相邻UE可能还未获得上行发送时间，因此已同步的UE可以在下行资源上发送该同步参考消息，即在TDD系统中，使用下行时隙发送；在FDD系统中，使用下行频率发送。

图4示出了根据本发明的另一种上行同步方法。在本方法中，各个潜在相邻UE不是根据UE2发送的同步参考消息的内容来确定各自的上行发送时间，而是根据接收到该同步参考消息的时间来确定上行发送时间。由于各个潜在相邻UE是根据接收时间来直接确定上行发送时间，因此，该同步参考消息是由UE2在上行资源发送的，即在TDD系统中，使用上行时隙发送；在FDD系统中，使用上行频率发送。具体的，这一同步参考消息可以包含某个特定的消息，当潜在相邻UE接收到该特定的消息时，即确认该时间为接收到同步参考消息的时间。该特定的消息可以例如是由UE2发送的同步序列(synchronizing sequence)，而该同步序列在时域的相对位置可以是预先定义在各个潜在相邻UE中的，或者是通过eNB先行发送的辅助信号告知各个潜在相邻UE。

如图4所示，UE2在上行时隙的开始发送了包含该同步序列的同步参考消息，而UE1、UE3、UE4已经知道该同步序列是在上行时隙的开始位置，所以UE1、UE3、UE4都以各自收到该同步序列的时间作为自己的上行发送时间，如图4中虚线框所表示的就是3个UE获得的上行发送时间；而实线框表示每个UE实际的上行发送时间。可以看出，UE1、UE3、UE4的实际上行发送时间和根据本发明方法获得的上行发送时间存在一定的差距；而该差距的范围是0～2d/c，其中d表示UE2的D2D通信能力的最大距离，由于D2D的通信距离较短，因此计算出的差距的值较小，足以满足上行同步的精度要求。该同步序列也可以是在上行时隙的其他位置发送，只要潜在相邻UE已经知道这一位置，就可以根据接收到该同步序列的时间来确定各自的上行发送时间。

进一步的，在上述方法中，可以通过设置偏移量的方法来减小这一差距的绝对值，从而达到更高的同步精度。例如，可以设置变量T，其中T的取值范围是T小于等于d/c。这样，差距的范围就变成-T～(2d/c-T)；当T等于d/c时，该差距的绝对值范围最小，为±d/c。如图5所示，实线框表示每个UE实际的上行发送时间；虚线框表示每个UE未经过偏移量调整时获得的上行发送时间；点划线框表示每个UE经偏移量调整后获得的上行发送时间。可以看出，经偏移量调整后，差距的最大值(即UE4的差距的绝对值)减小了。

图6示出了本发明的另一种应用场景，在该场景中，存在一个已同步UE和3个潜在相邻UE，UE1、UE2、UE3。其中，已同步UE和UE3到eNB的距离相同，用L表示，而它们之间的距离是D2D通信能力的最大距离，用d表示。而已同步UE和UE1，UE2以及eNB位于同一直线；并且，已同步UE和UE1之间的距离是d，则UE1到eNB的距离表示为L-d；已同步UE和UE2之间的距离是d，则UE2到eNB的距离表示为L+d。

图7示出了在图6场景下，应用图2所示上行同步方法的情况。图中虚线框所表示的就是3个UE获得的上行发送时间；而实线框表示每个UE实际的上行发送时间。其中，T_AT代表已同步UE的上/下行发送时间的切换间隔，T₁₀，T₂₀，T₃₀分别代表UE1、UE2、UE3的实际上行发送时间；T₁₁，T₂₁，T₃₁分别代表UE1、UE2、UE3的获得的上行发送时间；T_d等于d/c，代表同步参考消息的传输时延。可以看出UE1、UE2、UE3的上行发送时间的差距分别为：-2T_d，2T_d，0。假设d为100米，可以算出该差距的最大值为2d/c＝0.67us＝20.48Ts＝1.28TA，其中TA代表时间提前(TimingAdvance)命令的最小时间间隔。考虑到通常情况下，第一个符号的循环前缀(Cyclic Prefix简称CP)长度为160Ts，而后续符号的CP长度为144TA。因此根据本发明的这种上行同步方法的精度完全能满足实际应用的要求。

图8示出了在图6场景下，应用图4所示上行同步方法的情况。图中虚线框所表示的就是3个UE获得的上行发送时间；而实线框表示每个UE实际的上行发送时间。其中，T_AT代表已同步UE的上/下行发送时间的切换间隔，T₁₀，T₂₀，T₃₀分别代表UE1、UE2、UE3的实际上行发送时间；T₁₁，T₂₁，T₃₁分别代表UE1、UE2、UE3的获得的上行发送时间；T_d等于d/c，代表同步参考消息的传输时延。可以看出UE1、UE2、UE3的上行发送时间的差距分别为：0，2T_d，T_d。假设d为100米，可以算出该差距的最大值为2d/c＝0.67us＝20.48Ts＝1.28TA，因此根据本发明的这种上行同步方法的精度同样完全能满足实际应用的要求。还可以根据图5所示的方法设置偏移量T＝d/c，则UE1、UE2、UE3的上行发送时间的差距分别为：-T_d，T_d，0，相应的算出该差距的最大值为d/c＝0.33us＝10.24Ts＝0.64TA，可见，通过设置偏移量的办法可以获得更好的同步精度。

图9示出了根据上述具体实施方式，在具有至少一个接入设备的无线网络系统中的用户设备上实现上行同步的方法，其中，所述用户设备具有设备到设备通信能力，该方法包括以下步骤：

S91.所述用户设备接收从相邻的用户设备发送的同步参考消息，其中，所述相邻的用户设备已经完成了与所述接入设备的上行同步；；

S92.所述用户设备根据接收到的同步参考消息实现与所述接入设备的上行同步。

以下再来结合框图来介绍本发明所提供的与上述方法相对应的设备，鉴于其中的单元/装置特征与上述方法中的步骤特征有对应关系，将从简。

图10示出了根据本发明的一种在具有至少一个接入设备的无线网络系统中的用户设备上实现上行同步的装置10，其中，所述用户设备具有设备到设备通信能力，所述装置包括：

接收单元101，用于接收从相邻的用户设备发送的同步参考消息，其中，所述相邻的用户设备已经完成了与所述接入设备的上行同步；

同步单元102，用于根据接收到的同步参考消息实现与所述接入设备的上行同步。

以上对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于特定的系统、设备和具体协议，本领域内技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。在本发明中，“第一”、“第二”仅表示名称，不代表次序关系。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims

1.一种在具有至少一个接入设备的无线网络系统中的用户设备上实现上行同步的方法，其中，所述用户设备具有设备到设备通信能力，所述方法包括以下步骤：

b.所述用户设备接收从相邻的用户设备发送的同步参考消息，其中，所述相邻的用户设备已经完成了与所述接入设备的上行同步；

c.所述用户设备根据接收到的同步参考消息实现与所述接入设备的上行同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤b之前还包括以下步骤：

a.所述用户设备接收从所述接入设备发送的下行同步信号，以及，所述用户设备根据所接收到的下行同步信号获得下行发送时间；

所述步骤c还包括，所述用户设备根据接收的所述同步参考消息和获得的下行发送时间，确定上行发送时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述同步参考消息包括所述相邻的用户设备的上行发送时间与下行发送时间的切换间隔，所述步骤c还包括，所述用户设备以所述步骤a中获得的下行发送时间加上所述同步参考消息中的切换间隔确定为所述用户设备的上行发送时间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述相邻的用户设备将所述同步参考消息与用于邻居发现的探测序列一起发送。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述相邻的用户设备将所述同步参考消息与用于邻居发现的探测序列分别发送。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述相邻的用户设备在下行资源发送所述同步参考消息。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤c还包括：所述用户设备根据接收到所述同步参考消息的时间确定上行发送时间，其中，所述相邻的用户设备在上行资源发送所述同步参考消息。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述用户设备将接收到所述同步参考消息的时间确定为所述用户设备的上行发送时间。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述用户设备将接收到所述同步参考消息的时间减去第一预定数值确定为所述用户设备的上行发送时间。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一预定数值与光速的乘积小于等于所述用户设备的设备到设备通信能力的最大距离。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，所述同步参考消息包括同步序列，所述同步序列在时域的相对位置预先定义在所述用户设备中。

12.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，所述同步参考消息包括同步序列，所述步骤b之前还包括：

A.所述用户设备接收从所述接入设备发送的辅助信号，所述辅助信号用于指示所述同步序列在时域的相对位置。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述同步序列在时域的相对位置位于上行时隙的开始位置。

14.一种在具有至少一个接入设备的无线网络系统中的用户设备上实现上行同步的装置，其中，所述用户设备具有设备到设备通信能力，所述装置包括：

接收单元，用于接收从相邻的用户设备发送的同步参考消息，其中，所述相邻的用户设备已经完成了与所述接入设备的上行同步；

同步单元，用于根据接收到的同步参考消息实现与所述接入设备的上行同步。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述同步参考消息包括所述相邻的用户设备的上行发送时间与下行发送时间的切换间隔；

所述接收单元还用于接收从所述接入设备发送的下行同步信号，以及根据所接收到的下行同步信号获得下行发送时间；

所述同步单元还用于以获得的下行发送时间加上所述同步参考消息中的切换间隔确定为所述用户设备的上行发送时间。

16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述同步单元还用于将接收到所述同步参考消息的时间确定为所述用户设备的上行发送时间，其中，所述相邻的用户设备在上行资源发送所述同步参考消息。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述同步单元还用于将接收到所述同步参考消息的时间减去第一预定数值确定为所述用户设备的上行发送时间；其中，所述第一预定数值与光速的乘积小于等于所述用户设备的设备到设备通信能力的最大距离。