CN108738030A - 一种lte超长距离覆盖的随机接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTE超长距离覆盖的随机接入方法，主要解决现有技术中LTE覆盖范围小，其最大覆盖半径以外的用户设备UE不能顺利接入网络的问题。其方案是：采用将随机接入过程分两个阶段进行的方式，第一阶段用户设备UE发送随机接入前缀Preamble序列，LTE正常覆盖范围内的用户接入LTE系统；第二阶段，当用户在第一阶未能收到应答消息时，其设备根据配置参数自行调整上行定时，再次发送随机接入前缀Preamble序列申请接入，使位于LTE正常覆盖范围外的用户接入LTE系统。本发明扩展了LTE现有覆盖范围，使处于其原覆盖范围以外的用户设备UE也能够顺利完成网络的接入过程及上行时间同步。

Description

一种LTE超长距离覆盖的随机接入方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种LTE超长距离覆盖的随机接入方法，可用于扩展长期演进LTE(Long Term Evolution)现有覆盖范围，使得位于现有LTE最大覆盖范围以外的用户设备UE能够顺利完成网络的接入过程及上行时间同步。

背景技术

在长期演进LTE系统中，用户设备UE通过在物理随机接入信道PRACH上发送随机接入前缀Preamble接入网络并实现用户设备UE的上行时间同步，用户设备UE在接入LTE基站之前，由于用户设备UE在发送随机接入序列时，上行时间同步还没完成，为了保护系统正常运行，避免用户设备UE发送的随机接入前缀Preamble对邻近的子帧带来干扰，LTE协议定义了四种随机接入前缀Preamble格式，如表1，由30720·T_s＝1ms得T_s＝0.0326μs。每种随机接入前缀Preamble都有包括循环前缀CP和接入序列SEQ两部分，循环前缀CP主要用来对抗实际环境中的多径干扰，接入序列SEQ承载接入信息。随机接入前缀Preamble格式1和格式3使用了较长的CP，适用于小区半径较大的情况。格式2和格式3中重复的前导序列适用于路损较大的小区环境。格式0占据一个子帧的长度，格式1和格式2占据两个连续子帧的长度，格式3占据3个连续子帧的长度。从表1可以看出，物理随机接入信道PRACH中的循环前缀CP和前导序列SEQ并没有占满整个子帧的时间，剩余的部分即为保护时间Guard Period，这对非同步的上行PRACH来说是必要的。

表1.LTE随机接入前缀Preamble参数

前缀格式	TCP	TSEQ
			0	3168·Ts	24576·Ts
1	21024·Ts	24576·Ts
			2	6240·Ts	2·24576·Ts
3	21024·Ts	2·24576·Ts

LTE基站的覆盖距离受限于保护时间Guard Period和用户设备UE随机接入过程中上行时间调整的范围。以随机接入前缀Preamble格式3为例分析LTE协议支持的最大覆盖范围，格式3的Guard Period＝3x1000us–(21024+2x24576)x 0.0326us＝714us，覆盖半径R＝3x10⁸x(714/2)x 10^-6＝107Km。Guard Period是LTE基站所能检测到的用户设备UE的最大调整时间，当用户设备UE与LTE基站之间的距离大于107Km时，非同步的用户设备UE发送的随机接入前缀Preamble序列将落入邻近的下一个子帧，从而干扰下一子帧对应资源的业务传输，同时也导致LTE基站不能完全接收用户设备UE发送的随机接入前缀Preamble序列，造成检测错误，致使用户设备UE不能顺利完成网络的接入过程及上行时间同步。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种LTE超长距离覆盖的随机接入方法，以扩大LTE的最大覆盖半径，使得位于现有LTE最大覆盖范围以外的用户设备UE能够被覆盖，从而顺利接入网络并完成上行时间同步。

本发明的技术是：采用将随机接入过程分两个阶段进行的方式，第一阶段用户设备UE发送随机接入前缀Preamble序列，LTE正常覆盖范围内的用户接入LTE系统；第二阶段，用户设备UE根据配置参数自行调整上行定时，再次发送随机接入前缀Preamble序列申请接入，使位于LTE正常覆盖范围外的用户接入LTE系统；若用户设备UE在第一阶段过程中收到目标LTE基站的应答消息，则不再进入第二阶段；反之，当用户在第一阶未能收到应答消息时，进入第二阶段。从而使LTE现有覆盖范围扩大，保证原覆盖范围以外的用户设备UE也能够顺利完成网络的接入过程及上行时间同步，其实现步骤如下：

1)配置相关参数：

配置超长距离覆盖的LTE基站对覆盖范围内用户设备UE使用的前缀格式为Preamble Format 3，允许其覆盖范围内用户设备UE发送随机接入前缀Preamble的最大发送次数为PreambleTransMax，每次发送Preamble总个数为numberOfRA-Preambles；设用户设备UE上行定时自行调整前Preamble的最大发送次数为preambleTransNum1，用户设备UE上行定时自行调整后Preamble的最大发送次数为preambleTransNum2，且preambleTransNum1+preambleTransNum2＝PreambleTransMax；

配置位于LTE超长覆盖范围内的用户设备UE上行定时自行调整的时间长度FirstTALengt小于或等于LTE基站正常覆盖距离的最大时间调整长度；

2)第一阶段：

(2.1)用户设备UE首次发送随机接入前缀Preamble；

用户设备UE在指定的物理接入信道PRACH资源上以协议定义的功率向目标LTE基站发送Preamble，用于申请接入LTE系统；每次发送Preamble时间窗口内，第一个发送功率较低，第二个发送功率比第一个发送功率增大一定步长，第三个送功率比第二个送功率增大一定步长，依次类推，采用逐渐增大发送功率的方式，直到达到配置参数设定的发送Preamble总个数numberOfRA-Preambles，即发出numberOfRA-Preambles个Preamble；且每次Preamble的发送都遵循此规律；

(2.2)判断是否收到应答；

用户设备UE每发送一个Preamble序列之后，在对应的下行资源位置上接收目标LTE基站发送的应答消息；如果没有收到对应的应答消息，执行步骤(2.3)；反之，执行步骤5)；

(2.3)判断是否达到最大发送次数：

判断用户设备UE发送Preamble次数是否大于preambleTransNum1，如果大于，执行步骤3)；否则返回步骤(2.1)；

3)第二阶段：

在第一阶段发起随机接入的次数达到preambleTransNum1次，仍未收到目标LTE基站的接入应答消息时，用户根据FirstTALength自行调整上行时间，之后再次发起随机接入；

(3.1)用户设备UE再次发送随机接入前缀Preamble，其发送方式同第一阶段；

(3.2)判断是否收到应答；

用户设备UE每发送一个Preamble序列之后，在对应的下行资源位置上接收目标LTE基站发送的应答消息，如果没有收到相应的应答消息，说明目标LTE基站没有检测出该用户所发的Preamble序列，执行步骤(3.3)；如果收到目标LTE基站发送的应答消息，执行步骤5)；

(3.3)判断是否达到最大发送次数：

判断第二阶段用户设备UE发送前缀Preamble序列次数是否大于步骤1)中配置的参数preambleTransNum2，如果大于，执行步骤(3.4)；否则返回步骤(3.1)；

(3.4)提醒用户接入失败：

对于完成上行定时自行调整的用户设备UE，其发送的随机接入前缀Preamble序列消息达到preambleTransNum2后，仍然没能收到目标LTE基站发送的接入应答消息，则宣告本次接入失败，对用户设备UE给出接入失败的信息，由用户设备UE的使用者决定是否进行重新接入；

4)根据应答消息调整上行同步时间：

根据应答消息调整上行同步时间，用户设备UE收到目标基站发给自己的接入响应信息后，在现有上行定时的基础上，根据接入响应信息中的上行时间调整数据，继续调整上行定时，完成接入过程中的上行时间同步；

5)进入后续接入流程：

处于同步状态的用户设备UE通过后续接入流程，最终进入网络。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

第一，扩展LTE基站的覆盖范围；

采用本发明方法可将LTE基站的原有覆盖范围扩大，使处于LTE基站原覆盖范围之外的用户设备UE也能够正常接入LTE系统；

第二，被扩展的覆盖范围大小可调整；

本发明扩展的LTE基站覆盖范围，其大小可通过上行定时自行调整的时间长度FirstTALength确定，FirstTALength参数由管理员进行配置，使用灵活。

附图说明

图1为本发明LTE超长距离覆盖的随机接入前缀Preamble序列发送过程示意图；

图2为本发明方法的实现流程图；

图3为本发明LTE正常覆盖范围内的UE发送Preamble序列和完成上行时间同步过程示意图；

图4为本发明LTE正常覆盖范围外的UE发送Preamble序列和完成上行时间同步过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明方法作进一步清楚、完整地描述：

参照图1，本发明LTE超长距离覆盖的随机接入前缀Preamble序列发送过程示意图，一种LTE超长距离覆盖的随机接入方法中LTE基站覆盖范围内的用户设备UE在随机接入过程中发送前缀Preamble序列分成两个阶段。第一阶段用户设备UE上行定时自行调整前Preamble最大发送次数为preambleTransNum1为40次，第二阶段用户设备UE在图示的三角形标示点自行进行上行时间调整，调整大小为配置的参数FirstTALength，第二阶段用户设备UE上行定时自行调整后的Preamble最大发送次数为preambleTransNum2为100-40＝60次，第一阶段和第二阶段每次发送8个Preamble；每次发送Preamble时首先选用较低的功率发射，若没有收到对应目标基站的应答，按照一定的步长增加发射功率后，再次发送Preamble，依次类推，直到收到对应目标基站的应答或者达到规定的8个Preamble。在没有收到对应目标基站的应答最多可以发送40次，发送过程中，一旦收到对应目标基站的应答，立即停止发送Preamble，继续之后的接入过程。如果第一阶段40次发送完后仍然没有收到对应目标基站的应答，用户设备UE在图1所示的三角形标示点进行第二阶段，用户设备UE自行进行上行时间调整，调整大小为配置的参数FirstTALengt；第二阶段用户设备UE采用调整后的上行定时继续发送Preamble，具体过程类似于第一阶段。

参照图2，本发明提供的一种LTE超长距离覆盖的随机接入方法，具体实现步骤如下：

步骤1)，配置相关参数：

配置超长距离覆盖的LTE基站对覆盖范围内用户设备UE使用的前缀格式PreambleFormat为Preamble Format 3，使用该前缀格式的LTE基站正常覆盖的距离约为107Km；配置超长距离覆盖的LTE基站PreambleTransMax为n100，即允许发送100次的接入前缀Preamble；每次发送接入前缀Preamble总共个数numberOfRA-Preambles为n8，即每次发送8个Preamble；位于LTE超长覆盖范围内的用户设备UE至少需要配置上行定时自行调整的时间长度FirstTALengt为LTE基站正常覆盖的距离的最大时间调整长度，即对应的保护时间Guard Time时间长度为30720*3-21024-2*24576＝21984T_s，T_s为每个符号的时间长度；用户设备UE上行定时自行调整前Preamble最大发送次数为preambleTransNum1，用户设备UE上行定时自行调整后的Preamble最大发送次数为preambleTransNum2，且preambleTransNum1+preambleTransNum2＝PreambleTransMax；取preambleTransNum1为40次，preambleTransNum2为100-40＝60次。

步骤2)，第一阶段：

步骤(2.1)，用户设备UE首次发送随机接入前缀Preamble；

用户设备UE在指定的物理接入信道PRACH资源上以协议定义的功率向目标LTE基站发送Preamble，用于申请接入LTE系统；每次发送Preamble时间窗口内，第一个发送功率较低，第二个发送功率比第一个发送功率增大一定步长，第三个送功率比第二个送功率增大一定步长，依次类推，采用逐渐增大发送功率的方式，直到达到配置参数设定的发送Preamble总数n8，即发出8个Preamble；且每次Preamble的发送都遵循此规律；

步骤(2.2)，判断是否收到应答；

用户设备UE每发送一个Preamble序列之后，在对应的下行资源位置上接收目标LTE基站发送的应答消息；如果没有收到应答消息，执行步骤(2.3)；反之，执行步骤5)；

步骤(2.3)，判断是否达到最大发送次数：

判断第一阶段用户设备UE发送Preamble次数是否大于preambleTransNum1，如果大于，执行步骤3)；否则返回步骤(2.1)；

步骤3)，第二阶段：

在第一阶段发起随机接入的次数达到preambleTransNum1次，仍未收到目标LTE基站的接入应答消息时，用户根据FirstTALength自行调整上行时间，之后再次发起随机接入；

步骤(3.1)，用户设备UE再次发送随机接入前缀Preamble，其发送方式同第一阶段；

步骤(3.2)，判断是否收到应答；

用户设备UE每发送一个Preamble序列之后，在对应的下行资源位置上接收目标LTE基站发送的应答消息，如果没有收到应答消息，说明目标LTE基站没有检测出该用户所发的Preamble序列，执行步骤(3.3)；如果收到目标LTE基站发送的应答消息，执行步骤5)；

步骤(3.3)判断是否达到最大发送次数：

判断第二阶段用户设备UE发送前缀Preamble序列次数是否大于步骤1)中配置的参数preambleTransNum2，如果大于，执行步骤(3.4)；否则返回步骤(3.1)；

步骤(3.4)提醒用户接入失败：

对于完成上行定时自行调整的用户设备UE，其发送的随机接入前缀Preamble序列消息达到preambleTransNum2后，仍然没能收到目标LTE基站发送的接入应答消息，则宣告本次接入失败，对用户设备UE给出接入失败的信息，由用户设备UE的使用者决定是否进行重新接入；

步骤4)，根据应答消息调整上行同步时间：

根据应答消息调整上行同步时间，用户设备UE收到目标基站发给自己的接入响应信息后，在现有上行定时的基础上，根据接入响应信息中的上行时间调整数据，继续调整上行定时，完成接入过程中的上行时间同步；

步骤5)，进入后续接入流程：

LTE的随机接入流程共有5个消息，其中用户设备UE发送的Preamble为第一个消息；目标基站收到后的应答消息为第二个消息；接着用户设备UE发送RRC连接请求，即第三个消息；目标基站收到后发送RRC连接响应，即第四个消息；用户设备UE收到后发送RRC连接完成为第五个消息；处于同步状态的用户设备UE通过这一系列后续接入流程，最终进入网络。

参照图3，为LTE基站正常覆盖范围内的发送Preamble序列和完成上行同步过程示意图。在LTE基站侧，上下行时间完全对齐，LTE基站设置的用户设备UE发送Preamble序列的连续3个子帧分别为第n+3，n+4和n+5子帧，对于没有上行时间同步信息的用户设备UE在第n+3子帧开始发送Preamble序列时，采用自身接收到的下行第n+3子帧的起始时间，由于协议定义的Preamble序列保护时间guard time，发出的Preamble序列到达目标LTE基站时，仍然在LTE基站第n+3，n+4和n+5目标子帧范围内，因此LTE基站在目标子帧内能够收到完整的Preamble序列，因此能够正确检测出正常覆盖范围内的用户设备UE发送的Preamble序列。目标LTE基站检测出Preamble序列后，向源用户设备UE发送接入响应信息，并在接入响应信息中包含上行时间调整数据，源用户设备UE收到目标基站发给自己的接入响应信息后，根据接入响应信息中的上行时间调整数据调整上行定时，完成接入中的上行同步过程。

参照图4，LTE正常覆盖范围外的UE发送Preamble序列和完成上行同步过程示意图。位于LTE正常覆盖范围外的用户设备UE向目标LTE基站发送Preamble序列时，由于信号传输时延较大，用户设备UE发送Preamble序列到达目标LTE基站时，部分信号已经落入目标LTE基站的目标子帧第n+3，n+4和n+5目标子帧范围外，导致目标LTE基站不能完整接收到用户设备UE发送Preamble序列，因此导致检测错误。经过第一阶段接入过程仍然不能接收到目标LTE基站的接入应答消息的用户设备UE进入第二阶段，自行进行上行时间调整，调整大小为配置的参数FirstTALength，之后进入第二阶段接入过程，在第二阶段接入过程中，位于LTE正常覆盖范围外的用户设备UE向目标LTE基站发送Preamble序列能够到达LTE基站的目标子帧第n+3，n+4和n+5目标子帧范围内，目标LTE基站检测出Preamble序列后，向源用户设备UE发送接入响应信息，并在接入响应信息中包含上行时间调整数据，源用户设备UE收到目标基站发给自己的接入响应信息后，在第二阶段上行时间调整基础上，根据接入响应信息中的上行时间调整数据继续调整上行定时，完成接入中的上行同步过程。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种LTE超长距离覆盖的随机接入方法，包括如下步骤：

1)配置相关参数：

配置超长距离覆盖的LTE基站对覆盖范围内用户设备UE使用的前缀格式为PreambleFormat 3，允许其覆盖范围内用户设备UE发送随机接入前缀Preamble的最大发送次数为PreambleTransMax，每次发送Preamble总个数为numberOfRA-Preambles；设用户设备UE上行定时自行调整前Preamble的最大发送次数为preambleTransNum1，用户设备UE上行定时自行调整后Preamble的最大发送次数为preambleTransNum2，且preambleTransNum1+preambleTransNum2＝PreambleTransMax；

配置位于LTE超长覆盖范围内的用户设备UE上行定时自行调整的时间长度FirstTALengt小于或等于LTE基站正常覆盖距离的最大时间调整长度；

2)第一阶段：

(2.1)用户设备UE首次发送随机接入前缀Preamble；

用户设备UE在指定的物理接入信道PRACH资源上以协议定义的功率向目标LTE基站发送Preamble，用于申请接入LTE系统；每次发送Preamble时间窗口内，第一个发送功率较低，第二个发送功率比第一个发送功率增大一定步长，第三个送功率比第二个送功率增大一定步长，依次类推，采用逐渐增大发送功率的方式，直到达到配置参数设定的发送Preamble总个数numberOfRA-Preambles，即发出numberOfRA-Preambles个Preamble；且每次Preamble的发送都遵循此规律；

(2.2)判断是否收到应答；

用户设备UE每发送一个Preamble序列之后，在对应的下行资源位置上接收目标LTE基站发送的应答消息；如果没有收到对应的应答消息，执行步骤(2.3)；反之，执行步骤5)；

(2.3)判断是否达到最大发送次数：

判断用户设备UE发送Preamble次数是否大于preambleTransNum1，如果大于，执行步骤3)；否则返回步骤(2.1)；

3)第二阶段：

在第一阶段发起随机接入的次数达到preambleTransNum1次，仍未收到目标LTE基站的接入应答消息时，用户根据FirstTALength自行调整上行时间，之后再次发起随机接入；

(3.1)用户设备UE再次发送随机接入前缀Preamble，其发送方式同第一阶段；

(3.2)判断是否收到应答；

用户设备UE每发送一个Preamble序列之后，在对应的下行资源位置上接收目标LTE基站发送的应答消息，如果没有收到相应的应答消息，说明目标LTE基站没有检测出该用户所发的Preamble序列，执行步骤(3.3)；如果收到目标LTE基站发送的应答消息，执行步骤5)；

(3.3)判断是否达到最大发送次数：

判断第二阶段用户设备UE发送前缀Preamble序列次数是否大于步骤1)中配置的参数preambleTransNum2，如果大于，执行步骤(3.4)；否则返回步骤(3.1)；

(3.4)提醒用户接入失败：

对于完成上行定时自行调整的用户设备UE，其发送的随机接入前缀Preamble序列消息达到preambleTransNum2后，仍然没能收到目标LTE基站发送的接入应答消息，则宣告本次接入失败，对用户设备UE给出接入失败的信息，由用户设备UE的使用者决定是否进行重新接入；

4)根据应答消息调整上行同步时间：

根据应答消息调整上行同步时间，用户设备UE收到目标基站发给自己的接入响应信息后，在现有上行定时的基础上，根据接入响应信息中的上行时间调整数据，继续调整上行定时，完成接入过程中的上行时间同步；

5)进入后续接入流程：

处于同步状态的用户设备UE通过后续接入流程，最终进入网络。