CN106131969B - 执行无线通信中的随机接入的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于执行无线通信中的随机接入的方法，包括：识别路径损耗以及在发送前导码之后用户设备将要发送的消息的大小；如果路径损耗小于第一阈值并且所述消息的大小大于第二阈值，则从至少两个前导码集合中选择第一前导码集合；如果第一前导码集合被选择，则从所选择的第一前导码集合中选择一前导码；向基站发送所选择的前导码；响应于所选择的前导码的发送，从基站接收包括资源分配信息的随机接入响应（RAR）消息；以及基于所述资源分配信息向基站发送无线资源控制（RRC）消息。

Description

执行无线通信中的随机接入的方法和装置
本申请是国际申请日为2007年10月25日、中国申请号为200780040108.1、发明名称为“移动通信系统中使用随机接入过程分配无线资源的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明一般涉及移动通信系统，具体来说，涉及通过网络节点有效分配无线资源用于发送终端，或用户设备(UE)，的上行链路(UL)消息的方法和装置。
背景技术
通用移动电信业务(UMTS)系统是采用基于全球移动通信系统(GSM)和通用分组无线业务(GPRS)的宽带码分多址(WCDMA)技术的第三代(3G)异步移动通信系统，GSM和GPRS二者均是欧洲移动通信系统。在负责UMTS标准化的第三代合作伙伴计划(3GPP)中，长期演进(LTE)系统作为UMTS系统的下一代移动通信系统，正处于讨论中。这里将参照LTE系统描述本发明，现在对LTE系统进行简要描述。
LTE是一项技术，用于实现最高约100Mbps高数据速率的基于分组的通信，计划在2010年左右商业化。为此，数项方案正在讨论中，诸如，方案之一用于通过简化网络结构来缩减位于通信路径中的节点数目，另一项方案为使无线协议最大化地接近无线信道。
图1示出了可应用本发明的演进的UMTS移动通信系统。
参照图1，演进的UMTS无线接入网络(E-UTRAN或E-RAN)110被简化为演进的节点B(ENB)120、122、124、126和128以及锚节点(anchor node)130和132的二节点结构。UE 101，或终端，通过E-UTRAN 110接入网际协议(IP)网络。
ENB 120到128相应于UMTS系统的现有节点B，并且通过无线信道连接到UE 101。与现有节点B相比较，ENB 120到128执行更加复杂的功能。具体来说，在LTE中，因为包括诸如网络电话(VoIP)之类实时业务在内的所有用户业务都通过共享信道来提供，所以ENB收集UE的状态信息，以便根据这些状态信息来执行调度，并且控制与无线资源管理相关的功能。另外，诸如无线资源控制(RRC)的控制协议包括在ENB 120到128中。一般来说，每个ENB都控制多个小区。
为了实现最高100Mbps的数据速率，LTE在20MHz带宽中使用正交频分复用(OFDM)作为无线接入技术。而且，ENB执行自适应调制编码(AMC)，该AMC根据UE 101的信道状态自适应地确定调制方案和信道编码速率。
同支持高速下行链路(DL)分组接入(HSDPA)、高速上行链路分组接入(HSUPA)和增强型专用信道(E-DCH)业务的移动通信系统一样，LTE系统也执行UE 101与ENB 120到128之间的混合自动重传请求(HARQ)。因为各种服务质量(QoS)需求不能仅通过HARQ得到满足，所以可以在UE 101与ENB 120到128之间执行上层中的上层ARQ(Outer ARQ)。
HARQ是一项这样的技术：将先前接收到的数据与重传数据软合并而不丢弃先前接收到的数据，从而提高接收成功率。这被用于提高诸如HSDPA和EDCH的高速通信中的传输效率。
应用本发明的随机接入过程被用作UE与网络节点之间的过程，其中处于RRC空闲模式或RRC连接模式中的UE将上行链路定时同步与用于(初始)上行链路消息/数据发送的ENB匹配，设置初始上行链路发送功率，和/或请求用于(初始)上行链路消息/数据发送的无线资源分配。对于RRC空闲模式和RRC连接模式的定义，可以参照3GPP TR25.813v700标准。
简言之，RRC空闲模式一般指的是UE的一种状态，在该状态中，ENB没有UE的上下文信息，而锚节点或上层节点有UE的上下文信息，所以UE的位置不以小区为单位进行管理，而以寻呼的跟踪区域为单位进行管理。
RRC连接模式指的是UE的一种状态，在该状态中，锚节点和ENB都有UE的上下文信息，并且在UE与ENB之间建立了RRC连接，所以UE的位置可以以小区为单位进行管理。
图2示出了3GPP LTE系统中的传统随机接入过程。
参照图2，参考标号210表示UE，参考标号211表示对UE 210所处的小区进行控制的ENB。
步骤221表示这样的操作：其中，UE 210触发随机接入过程。例如，这可以表示这样的情况：为了启动呼叫，RRC空闲模式的UE(处于RRC空闲模式的UE)需要发送允许ENB 211获取UE上下文信息的上行链路控制消息，在UE 210与ENB 211之间建立RRC连接，并发送服务请求到锚节点。
如果在步骤221中触发了随机接入过程，那么在步骤231中，UE 210随机地选择与ENB 211达成一致的、总共X个随机接入前导码中的一个。之后，在步骤241中，UE 210通过预定的信道/时间将所选择的随机接入前导码发送到ENB 211。
当在步骤241中发送随机接入前导码时，UE 210通过应用开环功率控制(OLPC)来设置UE的初始随机接入前导码的发送功率。公式(1)示出了执行传统OLPC的传统方式。
PTX＝Lpilot+IBTS+SIRTARGET (1)
公式(1)的参数定义如下：
－PTX：信道DPCH的发送功率电平[dBm]；
－Lpilot：使用对下行链路导频信道的测量和通过信号告知的(signaled)导频信道的发送功率估计的路径损耗[dB]；
－IBTS：ENB的接收器(或者基站收发器系统(BTS))经历的干扰水平；
－SIRTARGET：用于保持每个UE的传输质量的目标信噪比(SIR)[dB]。它可以针对每个UE单独地通过信号告知，也可以针对所有UE共同地通过信号告知。
如果由于步骤241的初始随机接入前导码传输故障而造成随机接入前导码的重传，那么将△值(增量值，下文中的功率攀升步长(ramp step))加到在先前的随机接入前导码传输过程中设置的功率中。功率攀升步长可以通过信号告知，也可以被定义为特定值。
在步骤242中，ENB 211向UE 210发送对在步骤241中接收到的随机接入前导码的响应消息。响应消息242包括的信息诸如：表示在步骤231中接收到的随机接入前导码的随机接入前导码标识符，用于匹配上行链路定时同步的上行链路定时同步信息，以及用于UE210的后续上行链路上层消息的发送251的无线资源分配信息。
在步骤242中由ENB 211发送响应消息的过程中，ENB 211可以使用由UE 210为步骤241的发送所确定的定时关系来执行同步发送。
如果在步骤242中接收到的信息包括随机接入前导码标识符(ID)，该标识符映射到由UE 210自己在步骤241中发送的随机接入前导码，那么UE 210就使用包含在步骤242接收到的信息中的上行链路定时同步信息来校正上行链路发送定时。在步骤251中，UE 210使用所分配的无线资源，通过相应的信道/时间发送相应的上层消息。
在步骤251中发送的消息可以是RRC消息或者非接入层(Non-Access Stratum,NAS)消息。可替换地，该消息可以是RRC消息与NAS消息的组合消息。这里，RRC消息表示用于无线资源控制(RRC)的消息，以UE和ENB作为协议终点，而NAS消息表示用于控制诸如移动性、服务和UE的会话之类的参数，以UE和锚节点作为协议终点。
但是，在执行图2的随机接入过程的3GPP LTE系统中，当ENB 211在步骤242中向UE210分配用于发送上层消息的无线资源时，它仅能够针对确保小区中所有UE都能够发送消息的消息大小来执行资源分配。这是因为，当ENB 211在步骤241中从UE 210接收随机接入前导码时，通过随机接入前导码发送的信息只包含随机ID。
换句话说，随机接入前导码只具有随机ID而不包含其它信息，包含随机ID是为了防止UE 210选择同一个随机接入前导码，从而避免冲突发生。
因而，由于接收该随机接入前导码的ENB 211不能从该随机接入前导码中获得任何调度所必需的信息，即使UE位于小区边界也是如此，所以ENB 211不能针对确保发送的消息大小来分配无线资源。
因而，图2中所示的移动通信系统的随机接入过程在由ENB 211调度从UE 210发送的后续消息方面效率低下。
另外，如果ENB 211在随机接入前导码中包括能够有助于执行调度的信息(例如，随机接入过程的原因/类型信息、随机接入过程的优先级信息和无线信道状态信息)，那么ENB 211就可以非常高效地对从UE 210发送的后续消息执行调度。
但是，当UE和ENB之间没有建立RRC连接时，UE能够确保使用有限的无线资源在小区中任何地方进行发送的随机接入前导码的数目是有限的。
携带所有关于有限的随机接入前导码的信息，减少了降低冲突发生概率的随机ID的数目，由此导致多个UE在随机接入过程中选择同一个随机接入前导码的冲突问题的增加，在随机接入过程中，冲突发生概率升高到至少某个级别就会引起重大问题。
因此，当前的移动通信系统需要用以解决前述问题的有效随机接入过程。
发明内容
本发明的一个方面为至少处理以上问题和/或不足以及至少提供下述优点。因而，本发明的一个方面为，提供一种方法和装置，其能够在随机接入过程中，基于有效的随机接入前导码设计，由网络节点在接收到随机接入前导码之后，有效地分配无线资源来发送UE的上行链路消息。
本发明的另一个方面为，提供一种方法和装置，其在移动通信系统中，基于有效的随机接入前导码设计，由UE向网络节点发送有效的随机接入前导码，并且从网络节点接收所分配的无线资源。
根据本发明，提供了一种在移动通信系统中使用随机接入过程来发送随机接入前导码的方法。该随机接入前导码发送方法包括：在触发了随机接入过程时，根据无线信道状态是否优于无线信道状态阈值、以及在发送随机接入前导码之后UE将要发送的消息的大小是否大于最小消息大小，选择在UE与ENB之间预定义的随机接入前导码集合中的一个；从所选择的随机接入前导码集合中随机选择随机接入前导码；以及通过随机接入信道，将所选择的随机接入前导码发送到ENB。
根据本发明，提供一种在移动通信系统中使用随机接入过程来分配无线资源的方法。该无线资源分配方法包括：从UE接收随机接入信道，并且从中提取随机接入前导码；确定UE与ENB之间预定义的随机接入前导码集合中的一个随机接入前导码集合，所提取的随机接入前导码属于所述的一个随机接入前导码集合；以及根据所确定的随机接入前导码集合分配无线资源。
根据本发明，提供一种在移动通信系统中使用随机接入过程发送随机接入前导码的装置。该随机接入前导码发送装置包括：消息大小确定器，用于在触发随机接入过程时，确定在发送随机接入前导码之后，UE将要发送的消息的大小，并且确定所确定的消息大小是否大于最小消息大小；无线信道状态确定器，用于根据无线信道状态是否优于无线信道状态阈值来确定无线信道状态；随机接入前导码集合选择器，用于根据消息大小确定器和无线信道状态确定器所做的判定，选择UE与ENB之间预定义的随机接入前导码集合中的一个；随机接入前导码选择器，用于从所选择的随机接入前导码集合中随机选择一个随机接入前导码；和发送器，用于通过随机接入信道，将由随机接入前导码选择器所选择的随机接入前导码发送到ENB。
根据本发明，提供一种在移动通信系统中使用随机接入过程来分配无线资源的ENB装置。该无线资源分配装置包括：接收器，用于从UE接收随机接入信道；随机接入前导码提取器，用于从所述随机接入信道中提取随机接入前导码；随机接入前导码集合确定器，用于确定UE与ENB之间预定义的随机接入前导码集合中的一个随机接入前导码集合，所提取的随机接入前导码属于所述的一个随机接入前导码集合；和调度器，用于根据所确定的随机接入前导码集合分配无线资源。
根据本发明的一方面，提供一种用于执行无线通信中的随机接入的方法，包括：识别路径损耗以及在发送前导码之后用户设备将要发送的消息的大小；如果路径损耗小于第一阈值并且所述消息的大小大于第二阈值，则从至少两个前导码集合中选择第一前导码集合；如果第一前导码集合被选择，则从所选择的第一前导码集合中选择一前导码；向基站发送所选择的前导码；响应于所选择的前导码的发送，从基站接收包括资源分配信息的随机接入响应(RAR)消息；以及基于所述资源分配信息向基站发送无线资源控制(RRC)消息。
根据本发明的一方面，提供一种用于执行无线通信中的随机接入的方法，包括：从用户设备(UE)接收随机接入信道并从随机接入信道提取前导码；如果路径损耗小于第一阈值并且在发送前导码之后UE将要发送的消息的大小大于第二阈值，则识别出从至少两个前导码集合中已选择了所提取的前导码所属于的第一前导码集合；如果第一前导码集合已被选择，则基于识别出的第一前导码集合分配无线资源；响应于所选择的前导码的发送，向基站发送包括资源分配信息的随机接入响应(RAR)消息；以及基于资源分配信息从UE接收无线资源控制(RRC)消息。
根据本发明的一方面，提供一种用于执行无线通信中的随机接入的装置，包括：前导码集合选择器，被配置为识别路径损耗以及在发送前导码之后用户设备将要发送的消息的大小，并且如果路径损耗小于第一阈值并且所述消息的大小大于第二阈值，则从至少两个前导码集合中选择第一前导码集合；前导码选择器，被配置为如果第一前导码集合被选择，则从所选择的第一前导码集合中选择一前导码；发送器，被配置为向基站发送所选择的前导码；以及接收器，被配置为响应于所选择的前导码的发送从基站接收包括资源分配信息的随机接入响应(RAR)消息，其中，发送器基于所述资源分配信息发送无线资源控制(RRC)消息。
根据本发明的一方面，提供一种用于执行无线通信中的随机接入的基站装置，包括：接收器，被配置为从用户设备(UE)接收随机接入信道；前导码提取器，被配置为从随机接入信道提取前导码；前导码集合识别器，被配置为如果路径损耗小于第一阈值并且在发送前导码之后UE将要发送的消息的大小大于第二阈值，则识别出从至少两个前导码集合中已选择了所提取的前导码所属于的第一前导码集合；调度器，被配置为如果第一前导码集合已被选择，则基于识别出的第一前导码集合分配无线资源；以及发送器，被配置为响应于所选择的前导码的发送，向基站发送包括资源分配信息的随机接入响应(RAR)消息，其中，所述接收器还被配置为基于资源分配信息从UE接收无线资源控制(RRC)消息。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中，本发明的上述及其它方面、特征和优点将变得更加明显，附图中：
图1示出了应用本发明的3GPP LTE系统的结构；
图2示出了3GPP LTE系统中的传统随机接入过程；
图3示出了基于根据本发明的随机接入前导码设计所得到的随机接入过程；
图4示出了基于根据本发明的随机接入前导码设计的UE的操作；
图5示出了基于根据本发明的随机接入前导码设计的ENB的操作；
图6示出了根据本发明的UE的装置的框图；
图7示出了根据本发明的ENB的装置的框图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，为了清楚和简明起见，已略去了对这里所并入的已知功能和结构的详细描述。
虽然这里将以示例的方式参照从第3代合作伙伴计划(3GPP)全球移动通信业务(UMTS)系统演进而来的长期演进(3GPP LTE)系统来描述本发明，但是可以将本发明应用于应用了ENB调度的所有移动通信系统而无需另行修改。
另外，可以将本发明应用于应用了随机接入过程的通信系统而无需另行修改。而且，本发明可以应用于支持上行链路业务的系统。
本发明提供了这样的一种方案：其中，网络节点在随机接入过程中通过有效的随机接入前导码设计，有效分配无线资源，以便在接收到随机接入前导码时从UE发送上行链路消息。
因此，当UE处于良好的无线信道状态，并且UE在发送了随机接入前导码并且接收到对其的响应之后将要发送的消息的大小大于预定义的最小消息大小时，本发明单独定义一个随机接入前导码集合，UE在随机接入过程中选择该集合。在其它情况下，也即，当UE的无线信道状态不好或者UE在发送了随机接入前导码并且接收到对其的响应之后将要发送的消息的大小小于或等于预定义的最小消息大小时，本发明单独定义一个随机接入前导码集合，UE在随机接入过程中选择该集合。
另外，当UE处于良好无线信道状态并且发送消息的大小大于预定义的最小消息大小时，UE使用相应的随机接入前导码集合向网络节点提供信息，从而网络节点可以分配无线资源，以使得网络节点能够通过对随机接入前导码的响应消息，发送大于预定义的最小消息大小的消息。
而且，当UE的无线信道状态不好或者UE在发送随机接入前导码并且接收到对其的响应之后将要发送的消息的大小小于或等于预定义的最小消息大小时，UE使用相应的随机接入前导码集合向网络节点提供信息，从而网络节点可以分配无线资源，以使得它能够通过对随机接入前导码的响应消息，发送只相应于预定义的最小消息大小的消息。
因此，本发明提供一种方案，通过将最小补充信息包含在随机接入前导码设计中，而使ENB能够对从UE发来的后续消息有效执行调度。
根据本发明，该补充信息指示UE处于大于阈值Y的无线信道状态并且UE接下来将要发送的消息的大小大于最小消息大小Z的情况，所述最小消息大小Z即使在UE位于小区边界时也能确保发送。
也就是说，UE和ENB之间达成一致的总共X个随机接入前导码被分为两个集合。一个任意集合A被定义为表示UE处于大于阈值Y的无线信道状态并且UE将要发送的后续消息的大小大于最小消息大小Z的情况。另一个集合B被定义为当上述条件不满足时使用。
结果，当接收到相应于集合A的随机接入前导码后，ENB在调度UE的后续消息的发送时，可以分配无线资源以供大于Z的消息的发送。但是，当接收到相应于集合B的随机接入前导码后，ENB在调度UE的后续消息的发送时可以分配无线资源以供大小为Z的消息的发送。
用于确定良好无线信道状态的阈值Y或消息的大小Z(即使是在小区边界也能确保大小为Z的消息的发送)可以被确定为一个值而不考虑小区并且经过硬件编码，或者，可以根据小区通过广播的系统信息用信号告知。
需要注意的是，贯穿本说明书，确定为大于阈值的无线信道状态指的是无线信道状态优于与特定阈值相关的状态。
表1示出了当随机接入前导码的总数目假定为X＝64时，本发明公开的随机接入前导码设计的示例。虽然以示例的方式在表1中集合A和集合B所分配的随机接入前导码的数目相等，为X/2，但是，集合A和集合B可以在为其分配的随机接入前导码数目上不同。
表1
尽管这里未示出，但是可以如下扩展本发明。例如，如果除了随机ID之外另有2比特可以包含在随机接入前导码中，那么随机接入前导码就可以被设计为如下的集合A-D。
－随机接入前导码集合A：当无线信道状态被确定为大于阈值Y1、并且UE接下来将要发送的消息的大小大于即使在小区边界也可发送的消息的最小大小Z1并小于或等于特定大小Z2时，使用该集合。
－随机接入前导码集合B：当无线信道状态被确定为大于阈值Y2、并且UE接下来将要发送的消息的大小大于被限于随机接入前导码集合#A的特定大小Z2并小于或等于特定大小Z3时，使用该集合。
－随机接入前导码集合C：当无线信道状态被确定为大于阈值Y3、并且UE接下来将要发送的消息的大小大于被限于随机接入前导码集合#B的特定大小Z3并小于或等于特定大小Z4时，使用该集合。
－随机接入前导码集合D：当无线信道状态被确定为大于阈值Y4、并且UE接下来将要发送的消息的大小大于被限于随机接入前导码集合#C的特定大小Z4时，使用该集合。
图3示出了基于本发明公开的随机接入前导码设计所得到的随机接入过程的示例。参考标号310表示UE，参考标号311表示ENB，其控制和管理UE 310位于其中的小区。
参照图3，步骤321表示这样的操作：其中，UE 310触发随机接入过程。例如，这可以表示这样的情况：为了启动呼叫，RRC空闲模式的UE需要发送上行链路控制消息。
步骤323表示这样的操作：其中，与随机接入过程相关的控制参数作为系统信息在小区中广播。与随机接入过程相关的参数可以包括诸如用于执行随机接入过程的无线资源分配信息和无线信道状态阈值Y、发送功率这样的信息。
用于随机接入过程的无线资源分配信息指的是时间/频率无线资源，UE310将在随机接入过程中利用这些资源发送随机接入前导码。无线信道状态阈值Y是当UE 310在步骤331中确定它是否处于良好无线信道状态时使用的标准。发送功率是当UE 310确定无线信道状态时使用的值。
具体来说，发送功率是在计算无线信道状态中的路径损耗时使用的值，并且路径损耗可以用公式(2)来计算，如下：
路径损耗＝发送功率–接收功率.........(2)
这里，路径损耗是一个长期获取的值，由诸如传播损耗、阴影、慢衰落和天线模型这样的参数来确定，并且因为下行链路和上行链路显示出类似值，所以路径损耗信息可以用来估计上行链路信道状态。
虽然在图3中示出在步骤321之后执行步骤323，但是，如果在步骤321触发随机接入过程之前，UE 310已经通过先前的系统信息获取了最新的与随机接入过程相关的参数，那么由于包含与随机接入过程相关的参数的系统信息是周期性地在小区中发送，所以UE310可以在步骤321触发随机接入过程之后立即执行下一步骤331。因而，如果UE 310已经在步骤321之前获得了最新的与随机接入过程相关的参数，那么就可以略去在步骤323中接收系统信息。
当在步骤331中通过系统信息接收到与随机接入过程相关的参数时，UE 310基于这些参数确定它是否处于大于阈值Y的无线信道状态以及UE 310将要发送的消息的大小是否大于在小区边界确保发送的最小消息大小Z。
可以通过两种独立的方法确定无线信道状态。在第一种方法中，UE使用通过测量下行链路导频获得的指示接收信噪比(SNR)的信道质量信息(CQI)。在第二种方法中，UE310使用公式(2)中定义的路径损耗信息而非信道质量信息。
这里，信道质量信息表示通过考虑快衰落而得到的值，并且因为快衰落在下行链路和上行链路中独立地发生，所以信道质量信息可能不适合用于估计上行链路信道状态以及执行对初始上行链路消息的发送的调度。因此，使用路径损耗信息而非信道质量信息。一般来说，因为在下行链路和上行链路二者中路径损耗在某种程度上相似，所以与信道质量信息相比，路径损耗可能适合于估计上行链路信道状态以及执行对初始上行链路消息的发送的调度。也就是说，作为可用于估计上行链路信道状态的参数，信道质量信息和路径损耗是可互换的，并且可以基于环境或系统设计者的选择来选择。
虽然本发明通过示例，使用将路径损耗信息与阈值Y进行比较的方法，但是，本发明并不排除将信道质量信息与阈值Y进行比较的方法。
因此，在步骤331中，UE 310使用在步骤323中接收到的发送功率和在设定的间隔内测量的下行链路导频信道的接收功率，依照公式(2)确定路径损耗。之后，UE 310将所获取的路径损耗与在步骤323中接收到的无线信道状态阈值Y进行比较。如果该路径损耗小于或等于阈值Y，那么就确定UE 310处于大于阈值Y的无线信道状态。这是因为，路径损耗与UE310是否处于良好无线信道状态的判定成反比关系。
但是，如果根据第二种方法使用信道质量信息，那么信道质量信息与UE 310是否处于良好无线信道状态的判定成正比关系。从而，在步骤331中，UE 310确定在间隔内测量的下行链路导频信道的接收SNR。之后，UE 310将该接收SNR与在步骤323中接收到的无线信道状态阈值Y进行比较。如果信道质量信息大于或等于阈值Y，那么UE 310就确定它处于大于阈值Y的无线信道状态。
而且，在步骤331中，UE 310确定发送消息的大小是否大于在小区边界确保发送的最小消息大小Z。对于这里所检查的最小消息大小Z，该最小消息大小可以被设置为一个标准值，或者可以通过步骤323的系统信息，针对每个小区用信号告知为不同的值。
结果，如果UE 310在步骤331中确定它处于大于阈值Y的无线信道状态并且UE 310将通过上行链路发送的消息的大小大于即使在小区边界也能确保发送的最小消息大小，那么UE 310就前进到步骤332。
在步骤332中，UE 310从映射到上述状态的随机接入前导码集合中随机选择一个随机接入前导码。但是，如果步骤331的条件不满足，那么UE 310就从根据本发明单独定义的另外的随机接入前导码集合中选择一个随机接入前导码。
例如，在假定为表1所示的随机接入前导码设计的情况下，如果，如步骤331的条件所给出的那样，UE 310处于大于阈值Y的无线信道状态并且它将通过上层消息发送的消息的大小大于即使在小区边界也能确保发送的最小消息大小，则UE 310随机选择随机接入前导码集合A中的随机接入前导码#0－#31中的一个。
但是，如果步骤331的条件不满足，那么UE 310随机选择随机接入前导码集合B中的随机接入前导码#32－#63中的一个。
在步骤341中，UE 310将在步骤332中选择的随机接入前导码发送到ENB 311。在步骤342中，ENB 311确定所接收到的随机接入前导码满足的条件。也就是说，ENB 311确定所接收到的随机接入前导码对应于哪个集合，并且，基于所述确定，考虑UE 310的状态信息(例如，无线信道状态)来分配无线资源以便使UE 310能够通过上行链路发送上层消息。
例如，如果在步骤341中接收到的随机接入前导码是集合A中随机接入前导码#0－#31中的一个，那么ENB 311就能够在步骤342中分配用于消息发送的无线资源，以使得UE 310能够发送这样的消息，该消息的大小大于在小区边界确保发送的最小消息大小。
但是，如果在步骤341中接收到的随机接入前导码是集合B中随机接入前导码#32－#63中的一个，那么ENB 311就在步骤342中分配用于消息发送的无线资源，以使得UE310能够发送这样的消息，该消息的大小等于在小区边界确保发送的最小消息大小。
在步骤343中，ENB 311向UE 310发送对在步骤341中接收到的随机接入前导码的响应消息。该响应消息包括随机接入前导码标识符，其表示诸如接收到的随机接入前导码、用于与上行链路定时同步匹配的上行链路定时同步信息、以及用于后续上行链路上层消息发送的无线资源信息这样的信息。
步骤343的响应消息发送可以以设定定时关系，与步骤341的随机接入前导码发送同步。也就是说，如果UE 310确定在步骤343中接收到的信息包括随机接入前导码标识符，其映射到由UE 310自己在步骤341中发送的随机接入前导码，那么UE 310就使用在步骤343接收到的信息中包含的上行链路定时同步信息来校正上行链路发送定时。
在步骤351中，UE 310使用在步骤343中分配的无线资源，在相应的信道/时间发送相应的上层消息。这里，在步骤351中发送的消息可以是RRC消息或者是NAS消息。可替换地，该消息可以是RRC消息和NAS消息的组合消息。RRC消息指的是用于无线资源控制(RRC)的消息，以UE和ENB作为协议终点，而NAS消息指的是用于控制诸如移动性、服务和UE的会话这样的参数的消息，以UE和锚节点作为协议终点。
另外，ENB 311可以在步骤323中广播ENB天线处的干扰水平而非无线信道状态阈值Y。这可以被定义为第三种方法。
然后，在步骤331中，如果UE 310的最大发送功率(最大UE发送功率)大于或等于所接收到的ENB天线处的干扰信息(ENB处的干扰)、使用下行链路导频信道的发送功率和接收功率计算得到的以分贝[dB]为单位的路径损耗和α值的总和，那么UE 310就确定其处于良好的无线信道状态。对此，可以参考下面的公式(3)。这里，α可以固定为一个标准值，也可以在步骤323广播的系统信息中通过信号告知。
但是，在步骤331中，如果UE 310的最大发送功率小于或等于所接收到的ENB天线处的干扰信息、使用下行链路导频信道的发送功率和接收功率计算得到的路径损耗和α值的总和，那么UE 310就确定其没有处于良好的无线信道状态。另外，如果UE 310的最大发送功率大于所接收到的ENB天线处的干扰信息、使用下行链路导频信道的发送功率和接收功率计算得到的路径损耗和α值的总和，那么UE 310就确定其处于良好无线信道状态。
但是，如果UE 310的最大发送功率小于所接收到的ENB天线处的干扰信息、使用下行链路导频信道的发送功率和接收功率计算得到的路径损耗和α值的总和，那么UE 310就可以确定其没有处于良好无线信道状态。另外，如果UE 310的最大发送功率大于或等于所接收到的ENB天线处的干扰信息、使用下行链路导频信道的发送功率和接收功率计算得到的路径损耗和α值的总和，那么UE 310就确定其处于良好无线信道状态。在前述的公式(3)中，
1.最大UE发送功率≥ENB处的干扰+路径损耗+α[dB]：UE处于良好无线信道状态
2.最大UE发送功率≤ENB处的干扰+路径损耗+α[dB]：UE没有处于良好无线信道状态
………….(3)
如上所述，UE 310根据在小区中广播的与随机接入过程相关的参数来检查它自己的无线信道状态，并且考虑其自身无线信道状态和后续上行链路上层消息发送所需的最小大小，从作为随机接入前导码选择条件的集合A或集合B中单独选择一个随机接入前导码。
ENB 311确定从UE 310接收到的随机接入前导码是从分离的集合A中发来的还是从集合B中发来的，由此有效地分配无线资源。
图4示出了UE从基于根据本发明的随机接入前导码设计而划分的集合中选择随机接入前导码的操作。
参照图4，如果在步骤410中触发了随机接入过程，那么UE在步骤411中检查它是否处于大于阈值Y的无线信道状态并且UE接下来将要发送的消息的大小是否大于在小区边界确保发送的最小消息大小Z。在步骤411中，UE可以以图3中描述的方法确定它是否处于大于阈值的无线信道状态。
如果UE在步骤421中确定满足步骤411的条件，也即，如果UE处于大于阈值的无线信道状态并且UE接下来将要发送的消息的大小大于在小区边界确保发送的最小消息大小Z，那么UE就前进到步骤431。
在步骤431中，UE选择一个随机接入前导码集合，该集合在确保无线信道状态的步骤411的条件满足时使用。例如，UE将选择表1的随机接入前导码集合A。但是，如果UE确定步骤411的条件不满足，那么UE就前进到步骤432，在步骤432中它选择确保无线信道状态的、与所述随机接入前导码集合分离的另一个随机接入前导码集合。例如，UE将选择表1的随机接入前导码集合B。
在步骤441中，UE从步骤431或432中独立选择的随机接入前导码集合中随机选择一个随机接入前导码。之后，在步骤451中，UE使用为随机接入过程分配的时间/频率无线资源，通过上行链路将所选择的随机接入前导码发送到ENB(或网络节点)。
图5示出了基于根据本发明的随机接入前导码设计，ENB分配无线资源的操作。
参照图5，在步骤510中，ENB通过为随机接入过程分配的信道，从UE接收随机接入前导码。在步骤511中，ENB通过提取所接收到的随机接入前导码，确定该随机接入前导码包含在哪一个随机接入前导码集合中。
如果确定在步骤511中所确定的随机接入前导码包含在所述前导码集合中(步骤521中‘是’)，那么ENB就前进到步骤531，其中所述前导码集合是当UE处于良好无线信道状态并且UE接下来将要发送的消息的大小大于在小区边界确保发送的最小消息大小时所使用的集合。
在步骤531中，针对UE接下来将要发送的消息，ENB分配无线资源，以使得UE能够发送大小大于在小区边界确保发送的最小消息大小的消息。
但是，如果ENB确定在步骤511中所确定的随机接入前导码集合对应于另一个前导码集合(在步骤521中‘否’)，该前导码集合独立于与步骤521的条件相应的前导码集合，那么ENB前进到步骤532。
在步骤532中，针对UE接下来将要发送的消息，ENB分配无线资源，以使得UE能够发送大小等于即使在小区边界也能确保发送的最小消息大小的消息。
在步骤541中，ENB将在步骤531或532中分配的、用于UE接下来将要发送的消息的无线资源的无线资源信息与对随机接入前导码的响应消息一起发送。
图6示出了用于从基于根据本发明的随机接入前导码设计而划分的集合中选择随机接入前导码的UE的装置的框图。
参照图6，UE包括无线信道状态确定器611、消息大小确定器612、随机接入前导码集合选择器621、随机接入前导码选择器631和收发器641。
无线信道状态确定器611确定UE的无线信道状态是否大于阈值Y。如图3所示，无线信道状态确定器611根据诸如CQI、路径损耗以及ENB天线处的干扰水平这样的信息来确定无线信道状态。
消息大小确定器612确定UE接下来将通过上行链路发送的消息的大小。消息大小确定器612确定消息大小是大于还是小于在小区边界确保发送的最小消息大小。
随机接入前导码集合选择器621根据无线信道状态确定器611和消息大小确定器612所做的判定，选择UE将要使用的随机接入前导码集合。随机接入前导码集合可以被分为这样两个集合：一个集合在无线信道状态大于阈值Y并且UE接下来将要发送的消息的大小大于即使在小区边界也能发送的最小消息大小时使用，另一个集合在上述条件不满足时使用。也就是说，随机接入前导码集合选择器621选择集合A和集合B中的一个，这两个集合是考虑所提供的无线信道状态信息以及后续上行链路上层消息发送所需要的消息大小信息而进行分离的随机接入前导码集合。
例如，如果UE处于大于阈值Y的无线信道状态并且UE将通过上层消息发送的消息的大小大于即使在小区边界也能确保发送的最小消息大小，那么随机接入前导码集合选择器621就选择随机接入前导码集合A。但是，如果上述条件不满足，那么随机接入前导码集合选择器621就选择独立于随机接入前导码集合A的随机接入前导码B。
随机接入前导码选择器631从随机接入前导码集合选择器621所选择的随机接入前导码集合中选择一个随机接入前导码。
收发器641使用所分配的时间/频率无线资源将随机接入前导码选择器631选择的随机接入前导码发送到ENB。
图7示出了用于基于根据本发明的随机接入前导码设计来分配无线资源的ENB的装置的框图。
参照图7，ENB包括收发器711、随机接入前导码提取器721、随机接入前导码集合确定器731、调度器741和随机接入前导码响应消息发生器751。
收发器711从UE接收随机接入信道。随机接入前导码提取器721使用所接收到的随机接入信道提取由UE发送的随机接入前导码。
随机接入前导码集合确定器731确定由随机接入前导码提取器721解析的随机接入前导码对应于哪个随机接入前导码集合。所获得的随机接入前导码集合结果被递送到调度器741。
调度器741根据所获得的随机接入前导码集合确定UE的无线信道状态。从而，在分配用于UE的后续发送消息的无线资源时，调度器741考虑无线信道状态来确定无线资源分配。
随机接入前导码响应消息发生器751将有关调度器741分配的无线资源的信息与随机接入前导码响应消息一起，经由收发器711发送到UE。如果由随机接入前导码集合确定器731确定的随机接入前导码集合是当UE的无线信道状态大于阈值Y并且UE接下来将要发送的消息的大小大于即使在小区边界也可发送的最小消息大小时所使用的集合，那么调度器741就针对其大小大于最小消息大小的消息分配无线资源，用于UE后续发送消息。
但是，如果确定由随机接入前导码集合确定器731所检查的随机接入前导码集合属于不能满足上述条件的另一个随机接入前导码集合，那么调度器741就分配对应于最小消息大小的无线资源，用于UE后续发送消息。
如从前述描述中明显可见的那样，本发明提供了一种在下一代移动通信系统中考虑UE的无线信道状态来分配资源以确保UE可发送的消息大小的方法和装置。
根据本发明，UE从考虑无线信道状态和消息大小而划分的集合中选择随机接入前导码。也就是说，UE选择并发送确保UE之间不发生冲突的随机接入前导码，由此执行确保执行随机接入过程的UE与上层网络节点之间的可靠性的过程。
而且，根据本发明，网络节点充分考虑UE的无线信道状态来分配无线资源，由此有助于提高有限无线资源的使用效率。
结果，本发明提供了一种在移动通信系统中的有效随机接入过程，用以针对UE的上行链路发送分配有效的无线资源。
尽管已经参照本发明的特定优选实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应当清楚，在不脱离由后附权利要求所定义的本发明的精神和范围的条件下，可以在形式和细节上进行各种变化。

Claims (24)

1.一种用于执行无线通信中的随机接入的方法，包括：
识别路径损耗以及在发送前导码之后用户设备将要发送的消息的大小；
如果路径损耗小于第一阈值并且所述消息的大小大于第二阈值，则从至少两个前导码集合中选择第一前导码集合；
如果第一前导码集合被选择，则从所选择的第一前导码集合中选择一前导码；
向基站发送所选择的前导码；
响应于所选择的前导码的发送，从基站接收包括资源分配信息的随机接入响应(RAR)消息；以及
基于所述资源分配信息向基站发送无线资源控制(RRC)消息。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
如果路径损耗大于或等于第一阈值或者所述消息的大小小于或等于第二阈值，则从所述至少两个前导码集合中选择第二前导码集合；以及
如果第二前导码集合被选择，则从所选择的第二前导码集合中选择一前导码。
3.如权利要求1所述的方法，其中，通过比较下行链路导频信道的发送功率与接收功率来确定路径损耗。
4.如权利要求1所述的方法，其中，第一阈值与最大发送功率和基站广播的系统信息中的值相关联。
5.如权利要求1所述的方法，其中，第二阈值通过广播的系统信息配置。
6.如权利要求1所述的方法，其中，RAR消息包括映射到发送的所选择的前导码的前导码标识符、上行链路同步信息以及用于接下来的上行链路消息发送的资源信息中的至少一个。
7.一种用于执行无线通信中的随机接入的方法，包括：
从用户设备(UE)接收随机接入信道并从随机接入信道提取前导码；
如果路径损耗小于第一阈值并且在发送前导码之后UE将要发送的消息的大小大于第二阈值，则识别出从至少两个前导码集合中已选择了所提取的前导码所属于的第一前导码集合；
如果第一前导码集合已被选择，则基于识别出的第一前导码集合分配无线资源；
向UE发送包括资源分配信息的随机接入响应(RAR)消息；以及
基于资源分配信息从UE接收无线资源控制(RRC)消息。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
如果路径损耗大于或等于第一阈值或者所述消息的大小小于或等于第二阈值，则识别出从所述至少两个前导码集合中已选择了所提取的前导码所属于的第二前导码集合；以及
如果第二前导码集合已被选择，则基于识别出的第二前导码集合分配无线资源。
9.如权利要求7所述的方法，其中，通过比较下行链路导频信道的发送功率和接收功率来确定路径损耗。
10.如权利要求7所述的方法，其中，第一阈值与最大发送功率和基站广播的系统信息中的值相关联。
11.如权利要求7所述的方法，其中，第二阈值通过广播的系统信息配置。
12.如权利要求7所述的方法，其中，RAR消息包括映射到发送的所选择的前导码的前导码标识符、上行链路同步信息和用于接下来的上行链路消息发送的资源信息中的至少一个。
13.一种用于执行无线通信中的随机接入的装置，包括：
前导码集合选择器，被配置为识别路径损耗以及在发送前导码之后用户设备将要发送的消息的大小，并且如果路径损耗小于第一阈值并且所述消息的大小大于第二阈值，则从至少两个前导码集合中选择第一前导码集合；
前导码选择器，被配置为如果第一前导码集合被选择，则从所选择的第一前导码集合中选择一前导码；
发送器，被配置为向基站发送所选择的前导码；以及
接收器，被配置为响应于所选择的前导码的发送从基站接收包括资源分配信息的随机接入响应(RAR)消息，
其中，发送器基于所述资源分配信息发送无线资源控制(RRC)消息。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述前导码集合选择器还被配置为如果路径损耗大于或等于第一阈值或者所述消息的大小小于或等于第二阈值，则从所述至少两个前导码集合中选择第二前导码集合，并且所述前导码选择器还被配置为如果第二前导码集合被选择，则从所选择的第二前导码集合中选择一前导码。
15.如权利要求13所述的装置，其中，通过比较下行链路导频信道的发送功率与接收功率来确定路径损耗。
16.如权利要求13所述的装置，其中，第一阈值与最大发送功率和基站广播的系统信息中的值相关联。
17.如权利要求13所述的装置，其中，第二阈值通过广播的系统信息配置。
18.如权利要求13所述的装置，其中，RAR消息包括映射到发送的所选择的前导码的前导码标识符、上行链路同步信息以及用于接下来的上行链路消息发送的资源信息中的至少一个。
19.一种用于执行无线通信中的随机接入的基站装置，包括：
接收器，被配置为从用户设备(UE)接收随机接入信道；
前导码提取器，被配置为从随机接入信道提取前导码；
前导码集合识别器，被配置为如果路径损耗小于第一阈值并且在发送前导码之后UE将要发送的消息的大小大于第二阈值，则识别出从至少两个前导码集合中已选择了所提取的前导码所属于的第一前导码集合；
调度器，被配置为如果第一前导码集合已被选择，则基于识别出的第一前导码集合分配无线资源；以及
发送器，被配置为向UE发送包括资源分配信息的随机接入响应(RAR)消息，
其中，所述接收器还被配置为基于资源分配信息从UE接收无线资源控制(RRC)消息。
20.如权利要求19所述的装置，其中，所述前导码集合识别器还被配置为：如果路径损耗大于或等于第一阈值或者所述消息的大小小于或等于第二阈值，则识别出从所述至少两个前导码集合中已选择了所提取的前导码所属于的第二前导码集合，并且所述调度器还被配置为如果第二前导码集合已被选择，则基于识别出的第二前导码集合分配无线资源。
21.如权利要求19所述的装置，其中，通过比较下行链路导频信道的发送功率和接收功率来确定路径损耗。
22.如权利要求19所述的装置，其中，第一阈值与最大发送功率和基站广播的系统信息中的值相关联。
23.如权利要求19所述的装置，其中，第二阈值通过广播的系统信息配置。
24.如权利要求19所述的装置，其中，RAR消息包括映射到发送的所选择的前导码的前导码标识符、上行链路同步信息和用于接下来的上行链路消息发送的资源信息中的至少一个。
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