CN103763784A - 用于td-lte/td-lte-a系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法，实现不同QoS业务的随机接入方法。所述方法步骤包括：（1）前导码生成排序阶段；（2）前导码分配阶段，初次划分前导码为专有前导码和竞争前导码。二次划分时根据用户组级别数n将竞争前导码前导码组划分为n组，其中G₁，G₂，...G_n-1组为优先级前导码组，分别用于其对应的用户组退避接入，G_n组用于公共接入。eNB将分配方案广播通知各终端；（3）随机接入阶段，UE根据广播信息选择前导码接入，在等待时间窗口内未得到响应，此次接入冲突，终端根据规则退避重新接入，超过最大接入次数接入失败。基于竞争的随机接入中，能够保证高优先级接入的低时延、高吞吐量，满足TD-LTE/TD-LTE-A系统的不同接入QoS业务要求。

Description

用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法

技术领域

本发明涉及用于TD-LTE/TD-LTE-A系统的随机接入方法，更具体地，涉及实现不同QoS业务的随机接入方法。

背景技术

相比较公用通信系统，专业通信系统具备更快的相应速度；如TETRA系统，在同一基站范围内呼叫建立的时间小于300ms，在同一网络内的呼叫建立时间小于500ms，而且是实时的应答模式，无需用户接通，即可传达信息。

公用通信系统，如2G的GSM网络，建立通话的时间普遍为10-15s；这如果是在地震、防洪等重大灾害时刻，是完全不可行的。

LTE用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；

基于LTE的数字集群需要解决实现集群通信的有关上行接入的关键技术有：

1、上行信道抢占技术

在一个集群呼叫过程中，同一时间只有一个用户能够获得话权成为讲话方，其他用户为接听方，为此，需要支持话权申请、话权抢占等功能。需基于LTE的资源分配和调度技术进行深入研究，并进行必要的增强改造以实现这些功能。

2、快速呼叫建立技术

与公众通信网相比，集群通信系统对呼叫接续时延有很高要求，需满足PTT“按键即讲”的要求。TD-LTE系统由于采用扁平网络架构、优化的信令协议，其控制面和用户面时延与3G相比已显著降低，但与集群通信对呼叫接续时延的要求相比还有一定差距，还需结合下行信道共享、上行信道抢占对LTE系统的改造，来分析研究优化接续流程，提高接续速度。因此可能需要对LTE的呼叫接续流程做修改以提高接续速度。

通常，衡量快速呼叫建立技术优劣的指标包括吞吐量、时延，因为大量的用户终端的同时接入会造成系统阻塞率增加、吞吐量恶化、接入时延增大，使得终端的快速接入需求无法得到满足，所以如何提高大量终端的接入成功率并且满足大量终端的接入需求是接入方法设计面临的挑战之一。这要求接入方法必须简单有效，从而降低计算复杂性减少信令负荷，满足终端的接入需求。

随机接入的应用场景：（1）RRC_IDLE状态的UE发起初始接入；（2）无线链路失败后重新建立连接；（3）切换过程；（4）RRC_CONNECTED状态的UE，有上行数据到达（如UE处于上行失步状态或没有PUCCH资源传输SR请求）；（5）RRC_CONNECTED状态的UE，下行数据到达（如UE处于上行失步状态）；（6）辅助同步，网络利用随机接入获取时间提前量。其中基于竞争的随机接入应用于前五种应用场景，而基于非竞争的随机接入只能用于后三种应用场景。

基于竞争的随机接入主要包含四步：

●Msg1：UE在RRACH上发送随机接入前缀；

●Msg2：eNodeB MAC层产生随机接入响应，映射到DL-SCH上发送；

●Msg3：第一次调度传输，RRC信令映射到UL-SCH上发送

√初始接入时，承载RRC建立请求；

√连接重建时，承载RRC重建请求；

√切换时，承载RRC重配置完成；

√上下行数据传输时，传输C-RNTI；

●Msg4：由eNodeB的RRC层产生，映射到DL-SCH上发送。

在TD-LTE随机接入中，将前导码资源分为2组：一组用于基于竞争的随机接入；另一组预留为基于非竞争的随机接入。其中，用于基于竞争的前导码序列又根据路损大小和消息的大小分为组A和组B。

当用户发起切换非竞争随机接入时，eNodeB将预留的前导码(N_d)分配给UE，UE发送该前导码进行非竞争随机接入。当用户发起初始竞争随机接入时，从64-N_d个用于PRACH的前导码资源中等概率地选择一个发起竞争随机接入。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种面向TD-LTE实现不同QoS业务要求的随机接入方法，该法基于BEB与前导码分布，保证高优先级终端基于竞争的随机接入请求，前导码资源的有效利用，实现简单有效无线接入。

技术方案：一种用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的

上行接入方法，该方法主要包括以下步骤：

第一步：eNB由指定的物理根序列索引u和长度N_zc，根据Zadoff-Chu序列定义

$X_U\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}},0\≤n\≤N_{\mathrm{ZC}}$               [规则1]来计算生成Zadoff-Chu序列x_u(n)，基于第u根Zadoff-Chu序列，具有长度为Ncs-1零相关区的随机接入前导x_u,v(n)，按照下述方式

x_u,v(n)＝x_u((n+C_v)modN_zc)[规则2]进行循环移位获得，其中循环移位值C_v满足

[规则3]其中参数N_CS由SIB2中的零相关配置参数确定，d_u表示幅度为1/T_SEQ的多普勒偏移对应的循环移位值，变量

是由d_u给出用于修正多普勒频移的参数，具体可参考3GPP36.211的5.7.2部分。

将生成前导序列按照循环移位的增序进行排列，在64个前导不能通过一个单一的根Zadoff-Chu序列产生时，额外的前导序列通过后续的多个根序列获得，直到数目达到64个。

第二步：eNB将64个前导统一划分切换等操作的专有随机接入前导码与用于初始接入等操作的竞争随机接入前导码，其中专有前导码数为N_d。

eNB根据分组i的最大接入频率γ_i，随机接入信道密度D_RA，当前组的优先级别C_i，终端总数N，C_i组的终端数N_i，接入前导码的总数N_pre，用于切换等的系统专用前导码数量N_d，由所需划分优先级数，将接入前导码中用于竞争随机接入部分划分为n组，根据

G_i∈(γ_i,D_RA,C_i,N,N_i,N_pre)i＝1,2...n-1[规则4]分别计算各前导码组G_i。数量关系满足

$N_{\mathrm{pre}}-N_d=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k$                    [规则5]eNB通过PBCH信道将前导码划分方案通知各终端。

第三步：请求接入的终端根据eNB对接入前导码组的划分，选取相应的接入前导码通过PRACH信道随机接入。

第四步：eNB对未发生冲突的接入分配后续通信资源；对存在冲突随机接入不再响应。终端在等待响应时间窗口内未得到响应，则当前随机接入失败。接入失败终端根据规则退避，其退避窗口

根据其优先级i和退避次数j，由

$W_j^i=\left\{\begin{array}{cc}10*2^{j-1},& i=\mathrm{1,2}...n-1;j=\mathrm{1,2}\\ 10,& i=\mathrm{1,2}...n-1;j=3\end{array}\right.$       [规则6]

$W_j^i=20*2^{j-1},i=n;j=\mathrm{1,2,3}$              [规则7]确定，然后在退避窗口内随机选择一个退避值。所有终端的最大退避次数均为3次，超过三次，该次接入失败，MAC层向高层发送失败信息，由高层进行处理。

有益效果：本发明提出的一种用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法，实现通信中的优先级划分，保证高优先级用户的接入吞吐量和低时延，而且能够提高资源利用率，降低系统复杂性。

附图说明

图1是本发明用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法实现流程图；

图2是基于竞争随机接入方法流程图；

图3是非竞争随机接入方法流程图；

图4是前导码资源分配示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施：以TD-LTE随机接入为参考方案作为对比

本实施例中，小区数目1个，UL/DL为类型1，PRACH的配置索引为12，其随机接入信道具体如表1所示，小区中可用接入前导码的总数为64。实验方案中，终端的种类数为2，优先级终端与普通终端的数量比例为1：4，业务接入速率平均120毫秒/次。

表1随机接入信道分布

本实施例中采用基于TD-LTE的随机接入。如图1所示，具体实施步骤如下：

第一步：eNB由指定根序列u，根据Zadoff-Chu序列定义

$X_U\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}},0\≤n\≤N_{\mathrm{ZC}}$       [规则1]

来计算生成，其中基于根u的长度为N_zc的Zadoff-Chu序列，按照下述方式：

x_u,v(n)＝x_u((n+C_v)modN_zc)[规则2]进行循环移位获得，其中C_v满足

[规则3]

将生成前导序列按照循环移位的增序进行排列，在64个前导不能通过一个单一的根Zadoff-Chu序列产生时，额外的前导序列通过后续的多个根序列获得，直到数目达到64个。

第二步：eNB将64个前导统一划分切换等操作的专有随机接入前导码与用于初始接入等操作的竞争随机接入前导码，其中专有前导码数为N_d。

eNB根据分组i的最大接入频率γ_i，随机接入信道密度D_RA，当前组的优先级别C_i，终端总数N，C_i组的终端数N_i，接入前导码的总数N_pre，用于切换等的系统专用前导码数量N_d，由所需划分优先级数，将接入前导码中用于竞争随机接入部分划分出优先组，根据

G_i∈(γ_i,D_RA,C_i,N,N_i,N_pre)i＝1       [规则4]计算各前导码组Gi。数量关系满足

$N_{\mathrm{pre}}-N_d=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k$           [规则5]

依据划分准则，本实施例中前导码的具体划分为

表2前导码具体划分

eNB通过PBCH信道将前导码划分方案通知各终端。

第三步：请求接入的终端根据eNB对接入前导码组的划分，随机选取相应的接入前导码通过PRACH信道随机接入，特别是优先级终端第三次退避接入时从相应G_i中随机选取前导码接入。

第四步：eNB对未发生冲突的接入分配后续通信资源；对存在冲突随机接入不再响应。终端在等待响应时间窗口内未得到响应，则当前随机接入失败。

接入失败终端根据规则退避，其退避窗口

根据其优先级i和退避次数j，由

$W_j^i=\left\{\begin{array}{cc}10*2^{j-1},& i=\mathrm{1,2}...n-1;j=\mathrm{1,2}\\ 10,& i=\mathrm{1,2}...n-1;j=3\end{array}\right.$          [规则6]

$W_j^i=20*2^{j-1},i=n;j=\mathrm{1,2,3}$         [规则7]

确定，然后在退避窗口内随机选择一个退避值。所有终端的最大退避次数均为3次，超过三次，该次接入失败，MAC层向高层发送失败信息，由高层进行处理。

Claims (6)

1.一种用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法，其特征在于所述方法包括如下步骤： 

第一步：eNB指定根序列u，根据Zadoff-Chu序列定义来计算生成，其中基于根u的长度为N_zc的Zadoff-Chu序列，进行循环移位获得；将生成前导序列按照循环移位的增序进行排列，在64个前导不能通过一个单一的根Zadoff-Chu序列产生时，额外的前导序列通过后续的多个根序列获得，直到数目达到64个； 

第二步：eNB将64个前导统一划分切换等操作的专有随机接入前导码与用于初始接入等操作的竞争随机接入前导码，其中专有前导码数为N_d；eNB根据分组i的最大接入频率γ_i，随机接入信道密度D_RA，当前组的优先级别C_i，终端总数N，C_i组的终端数N_i，接入前导码的总数N_pre，用于切换等的系统专用前导码数量N_d，由所需划分优先级数，将接入前导码中用于竞争随机接入部分划分为n组，分别计算各前导码组G_i；eNB通过PBCH信道将前导码划分方案通知各终端； 

第三步：请求接入的终端根据eNB对接入前导码组的划分，选取相应的接入前导码通过PRACH信道随机接入； 

第四步：eNB对未发生冲突的接入分配后续通信资源；对存在冲突随机接入不再响应；终端在等待响应时间窗口内未得到响应，则当前随机接入失败；接入失败终端根据规则退避，然后在退避窗口内随机选择一个退避值；所有终端的最大退避次数均为3次，超过三次，该次接入失败，MAC层向高层发送失败信息，由高层进行处理。 

2.如权利要求1所述的用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法，其特征在于前导码生成满足以下规则： 

           [规则1] 

x_u,v(n)＝x_u((n+C_v)modN_zc)[规则2] 

[规则3]。

3.如权利要求1所述的用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法，其特征在于根据 

G_i∈(γ_i,D_RA,C_i,N,N_i,N_pre)i＝1,2...n-1[规则4]分别计算各前导码组G_i；其中γ_i是终端组i的最大接入频率，D_RA是一个无线帧中随机接入信道的密度，C_i是当前组的优先级别，N是终端总数，N_i是当前组的终端数，N_pre是接入前导码的总数；所述前导码的分配满足关系 

                   [规则5]eNB通过PBCH信道将前导码划分方案通知各终端。 

4.如权利要求1所述的用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法，其特征在于接入失败终端根据规则退避，其退避窗口

根据其优先级i和退避次数j，由 

        [规则6] 

          [规则7]对接入前导码的排序和编号，其中，

为使用前导码组i第j次退避窗口大小，n为前导码组所分组数。 

5.如权利要求3所述的用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法，其特征在于所述前导码各分组所包含的前导码组的数量可以由所述的γ_i,D_RA,C_i,N,N_i,N_pre中的一个或几个参数联合来确定，并且其中一个前导码组用于公共随机接入，其余各组用于高优先级终端接入，具体分配方案由eNB确定。 

6.如权利要求1所述的用于TD-LTE/TD-LTE-A系统区分用户优先级前导码分配的上行接入方法，其特征在于事先约定的等待窗口的大小。 

Images