CN1217558C

CN1217558C - 在无线通信系统中减少无线信道接入延迟的方法

Info

Publication number: CN1217558C
Application number: CN028049896A
Authority: CN
Inventors: 蒂齐亚纳·托尼亚蒂; 迪诺·赛加
Original assignee: Siemens Information and Communication Networks SpA
Current assignee: NOKIA, SIEMENS communications, Italian Co.; Siemens AG
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: EP1251708A1; CA2441253A1; WO2002085058A1; US20040081132A1; US7289526B2; EP1380185A1; CA2441253C; CN1491522A

Abstract

本发明涉及一种使如GPRS的无线通信系统中接入延迟最小化的方法，该GPRS系统包括至少一基站系统和至少一具有与GPRS网络通信上下文的移动终端。所述移动终端还适于开启与所述基站系统网络的无线接入的通信上下文，每当其须向网络发送分组时启动一临时块流或TBF的建立，当分组发送完成时释放该TBF。通过在无线接入的控制信道之一上、特别是在分组随机接入信道或PRACH上发送的称为分组信道请求或PCR的无线链路控制消息或RLC来请求TBF的建立。该GPRS数据分组和消息被组织为具有预定数目TDMA时隙的帧和多帧。根据该方法，当移动终端具有至少一个用于发送的链路层控制或LLC，它在PRACH上发送一PCR消息，而该PCR消息在随机选择的一个组成第一PRACH块的TDMA时隙中被发送。

Description

在无线通信系统中减少无线信道接入延迟的方法

技术领域

本发明公开了一种在无线通信系统中减少接入延迟的方法。术语“无线通信系统”通常指，当无线通信装置的用户在系统的服务区域内移动时，能够在无线通信装置和系统固定部分之间无线通信的任何通信系统。

在下面的部分中，我们特别涉及GPRS(通用分组无线业务)无线通信系统，但是，本发明不局限于此，而是能够适用于任何无线通信，包括GPRS的其它扩展，诸如GPRS无线接入的改进，即，GERAN(GSM边沿无线接入网络)，或GPRS概念在3GPP(第三代合作项目)网络中的应用。

GPRS(通用分组无线业务)网络在本申请提交时已由ETSI(欧洲电信标准学会)标准化，并发行了以下文献：

·[GSM 0 4.60]，ETSI EN 301 349 V8.0.0，“Radio Link Control/MediumAccess Control(RLC/MAC)protocol”，Digital cellular telecommunicationssystem(Phase 2+)；

·General Packet Radio Service(GPRS)；Mobile Station(MS)-BaseStation System(BSS)interface；(version 8.0.0 Release 1999)。

本发明尤其涉及一种接入GPRS系统的PRACH信道(分组随机接入信道)方法，以便优化PRACH上的流量，使接入延迟最小并减小由于冲突而丢失的请求的数目。

本发明的方法不要求对系统固定部分的任何改变，并且它对无线通信装置的影响很低。

在最近几年中，我们帮助实现了移动通话服务的巨大成功。移动电话现在是最普通的装置，几乎无处找到一个人没有至少一个移动电话。

对移动通信工业的下一个挑战是提供用于数据通信的移动网络。事实上，在今后五年，预计由分组移动服务产生的业务负载将等同于由基于电路的移动业务产生的负载。

对数据分组业务有效而优化的支持是在标准化载体和用于定义下一代移动网络特征的主要目标，下一代移动网络例如有3GPP(第三代合作项目)、3GPP2、IMT2000、IETF(Internet Engineering Task Force，互连网工程任务力量)和MWIF(移动无线互连网论坛)。同时，在本申请提交的时候全欧洲的移动经营者也在准备，启动GPRS(通用分组无线业务)来提供移动数据服务。

通用分组无线业务(GPRS)为以不连续比特率的产生为特征的分组业务提供了有效的无线资源的利用。超越GPRS的基本思想是利用没有被语音服务使用的GSM接入的无线时隙，以一种分组模式来传送异步数据。信道的分配是灵活的：网络可以分配1至8个时隙和理论上可达到1.60kbit/s的速率。活跃的用户共享相同的无线资源，而上行和下行信道可以分别保留。

当在BSC(基站控制器)中用HW和SW升级的语音时，GPRS使用相同的无线基站(BTS)，和一个完全新的核心网络。这种选择允许保留代表着经营者主要投资的未经触动的无线接入成分。该新的核心网络成分是服务GPRS支持节点(SGSN)、一个在给定区域内负责终端的路由器和网关GPRS支持节点(GGSN)、一个连接到外部数据网络(例如因特网)并负责将分组路由到适当的SGSN的路由器。

由于无线电(radio)是一种有限的资源，无线接入的有效利用是一个重点，而且可能成为系统的瓶颈。因此，对无线接入的控制和数据信道的良好配置是一个关键问题。

假设一移动终端已经具有一个与GPRS网络的通信上下文。

每当该移动终端要发送一个分组，它必须开启一个与无线接入网络的第二通信上下文，并启动建立一个TBF(Temporary Block Flow，临时块流)。每当该移动终端必须向网络发送分组时，该上下文被开启，而当分组发送完成后被释放。

TBF的建立可以由一个在PRACH(分组随机接入信道)上发送的、称为PCR(分组信道请求)的RLC(无线链路控制)消息请求。PRACH是GPRS无线接入控制信道(CCH)中的一种。

当前说明书在[GSM 04.60]的7.1.2.1.1节中定义了接入PRACH和由移动站在PCCCH(分组公用控制信道)上建立TBF(临时块流)的算法。

该算法包括下列主要步骤：

步骤1)

当移动终端有一个LLC(链路层控制)帧要发送，但是还没有被分配一个TFB时，它在PRACH上发送一个PCR(分组信道请求)。

步骤2)

如果下列测试通过，则发送PRC消息的第一尝试在第一可能的TDMA帧中完成，该TDMA帧包括与移动站的PCCCH_GROUP匹配的、在PDCH(分组数据业务信道)上的PRACH。该测试要求持续电平P(i)值小于或等于由移动站在间隔[0，15]内均匀地选择的数目R，即，

P(i)≤R [1]

该P(i)由网络定义，分页到移动站并可以有四个不同的值，分别与四种不同的优先权级别i∈[1-4]对应。P(i)的默认值是0。

例如，如果设定集合(P[1]＝0，P[2]＝3，P[3]＝7，P[4]＝16)，则意味着请求具有最高优先权(1)资源的移动站将总可以通过测试并总在PRACH的第一TDMA帧中发送，具有无线优先权2和3的移动站将分别具有3/4和1/2的概率通过测试，而请求具有最低优先权的TFB的移动站将不会通过该测试。

步骤3)

如果测试[1]没有成功，则终端必须等待。其必须等待的PRACH的TDMA帧的值通过在[S，S+T-1]范围内的一个抽样提取而获得。S和T值从在[GSM 04.60第12.14节]中定义的两组数中的提取来确定。因此，如果测试[1]没有成功，则其在向媒介可以发送请求之前所必须等待的PRACH的TDMA帧的数目在12和267之间变化。

步骤4)

移动终端重复步骤3的相同过程约MAX_RETRANS(重发的最大数)次，以便调度PCR消息的重发，直到它从网络接收到响应。由于与其它移动终端的PCR冲突和在信道上的传输错误，重发是需要的。MAX_RETRANS值取决于无线优先权，并在[GSM 04.60第12.14节]中定义。

步骤5)

如果超过了MAX_RETRANS的最大数或定时器T3186中的一个，则中断接入过程，移动终端开始一个小区再选择。

当PRACH时隙均匀地分布在PDCH上[见图2情形1]和因此整个PDCH专用于PRACH信道时，该算法是有效的且工作良好。

对如图2中情形2和情形3所示的其它只有很少PDTCH帧用于PRACH的配置，情况就不是如此。

事实上，考虑图1中情形2和情形3的PRACH配置并假设LLC的到达是一个随机过程，则接入过程在一个帧中随机地被启动。

由于用于一个PRACH块的TDMA信道被分为四组，如果PCR消息在第一TDMA时隙上发送，则在PRACH块的第一TDMA时隙上由于PRC消息而存在比其它TDMA时隙上更高的发生冲突的可能性。这种效应可以在图3看出，其中，在情形2中与LLC帧1和2的发送请求相关的PRC以及在情形3中与LLC帧1、2和3的发送请求相关的PRC，都在PRACH块的第一时隙发送，因而产生了冲突。

背景技术

在当前的ETSI规范中，通过增加持续电平P(i)的值有可能减少在PRACH块中四个时隙的第一个中的冲突。事实上，P(i)值越高，在PRACH的下一个时隙中随机地再调度PRC发送的概率也就越高。

但是，这种策略导致了较高的接入延迟，而且由于定时器T3186的超时而增加了中断接入过程的概率。

因此，这种已知策略的效果是增加了到PRACH信道的接入延迟和增加了中断接入过程的概率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服上述ETSI规范中披露的方法的缺点，以便减少在PRACH块的四个时隙的第一个中的冲突，并定义一种避免冲突的方法。

按照本发明，该冲突的技术问题的解决是通过所附权利要求1前序部分所述的方法实现的，该方法适于对在多帧(见图1)上的PRACH的每种配置减少冲突。在PRACH信道负载、使接入延迟最小化以及减少由于超时而中断接入过程的概率等方面，所述方法带来明显的收益。

如上所述，当前ETSI规范[GSM 04.60的7.1.2.1.1节]建议，在包含与移动站的PCCCH_GROUP匹配的PDCH(分组数据业务信道)上的PRACH的第一个可能的TDMA帧中实施发送PCR消息的第一尝试。

按照本发明，建议随机地选择一个组成第一PRACH块的TDMA时隙，而不是在第一可能的PRACH的TDMA时隙中请求发送(步骤2)。

按照上述，与现有技术的方法和系统比较，本发明具有明显的优点，这些优点从观察包含在图4至图8中的图形而显而易见。在下面将详细描述。

附图说明

本发明以及其另外的目的和优点借助于附图参照下面的描述可以理解。图中：

图1是一个PDCH上的52多帧的示意图。

图2是具有不同PRACH配置的52多帧的一个PDCH的第一示意图。

图3是具有不同PRACH配置的52多帧的一个PDCH的第二示意图，即按照本发明方法的LLC帧到达以及在PRACH上发送的PCR请求的举例。

图4是表示对于图2中情形3和优先权＝1的PRACH配置的服务负载(D)相对有效负载(G)的曲线。

图5是表示对于图2中情形2和优先权＝4的PRACH配置的服务负载(D)相对有效负载(G)的曲线。

图6是表示对于图2中情形3和优先权＝1的PRACH配置的以[ms]计的平均接入延迟(T)相对输入负载(O)的曲线。

图7是表示对于图2中情形2和优先权＝4的PRACH配置的以[ms]计的平均接入延迟(T)相对输入负载(O)的曲线。

图8是表示对于图2中情形3和优先权＝4的PRACH配置的中断接入过程的概率(p)相对输入负载(O)的曲线。

具体实施方式

图1示出PDCH上的GPRS的52多帧。每个GPRS 52多帧携带12个RLC块。每个RLC块由4个TDMA时隙组成。(12×4 RLC时隙+4空闲帧＝52时隙)。

图2示出具有不同PRACH配置的GPRS 52多帧的一般PDCH。在情形1中，PRACH时隙均匀地分布在PDCH上，而整个PDCH专用于PRACH信道。情形2和情形3具有6个和2个PDCH的PRACH块专用于PRACH信道。

考虑下列性能量度：

O为PRACH上的输入负载，表示在一个包含直到PRACH时隙数目的多帧中的PRC消息的平均到达，

D为PRACH的服务负载，它是在一个包含直到PRACH时隙数目的多帧中没有遇到冲突而成功发送的PRC消息的平均数目，

G为在PRACH上的有效负载，它包括由重发PRC消息所产生的附加负载，

T为至PRACH的接入时间[ms]，即在一个LLC请求和PRC消息成功接入PRACH之间的时间间隔，

p为由于冲突而中断接入过程的概率。

图2中示出的两种不同的PRACH配置已被考虑：

■情形2，用于多帧，具有6个PRACH块，和

■情形3，用于多帧，具有2个PRACH块。

对于上述列表中定义的量度，在下列图中按照一个随机产生的同类业务负载，将当前算法(当前)的性能与本发明(建议)的改进进行了比较，其中：

■无线优先权1(即，MAX_TRANSM＝1)和P(1)＝1和P(1)＝5，

■无线优先权4(即，MAX_TRANSM＝7)和P(1)＝1和P(4)＝5。

该评价研究是通过模拟获得的。

图4是表示对于图2中情形3和优先权＝1的PRACH配置的服务负载(D)相对有效负载(G)的曲线。虚线分别表示对于P(1)＝1和P(1)＝5由当前建议获得的性能。实线分别表示对于P(1)＝1和P(1)＝5按本发明建议所获得的性能。

图5是表示对于图2中情形2和优先权＝4的PRACH配置的服务负载(D)相对有效负载(G)的曲线。虚线分别表示对于P(4)＝1和P(4)＝5按当前建议获得的性能。实线分别表示对于P(4)＝1和P(4)＝5按本发明方法所获得的性能。

因此，图4和图5示出了分别按在[GSM 04.60]中规定的当前方法和按本发明的方法的服务负载(D)相对于有效负载(G)：

●信道配置的情形2(图5)，和

●PRACH配置的情形3(图4)。

可以注意到，在服务负载具有较高持续电平的值时，当前算法(虚线)获得更好的性能。

相对于当前规范，本发明的方法总是提供了更高的服务负载值，而服务负载对持续电平值不敏感。

对于PRACH配置，当然本发明以多帧中较小数目的PRACH块、即PRACH配置情形3实现了更好的性能。

图6是表示对于图2中情形3和优先权＝1的PRACH配置的以[ms]计的平均接入延迟(T)相对输入负载(O)的曲线。虚线表示分别以P(1)＝1和P(1)＝5按当前建议获得的性能。实线表示分别以P(1)＝1和P(1)＝5按本发明方法获得的性能。

图7是表示对于图2中情形2和优先权＝4的PRACH配置的以[ms]计的平均接入延迟(T)相对输入负载(O)的曲线。虚线表示分别以P(4)＝1和P(4)＝5按当前建议获得的性能。实线表示分别以P(4)＝1和P(4)＝5按本发明方法获得的性能。

因此，图6和图7示出了分别按在[GSM 04.60]中规定的当前方法和按本发明的方法的接入延迟相对输入负载：

●PRACH配置的情形2(图7)，和

●PRACH配置的情形3(图6)。

考虑接入延迟，使用本发明的方法所获得的平均接入延迟(实线)要比由当前方法提供的(虚线)好得多。

对于情形3(图6)和情形2(图7)，本发明的方法实现的平均接入延迟甚至比按照当前算法得到的低两倍。

对于低持续电平值时的接入延迟，原始的建议具有更好的性能，但它产生较低的输入负载值。

相反，按照本发明的方法可使流量最大化，并使接入延迟最小化。

图8是表示对于图2中情形3和优先权＝4的PRACH配置的中断接入过程的概率(p)相对输入负载(O)的曲线。虚线表示分别以P(4)＝1和P(4)＝5按当前建议获得的性能。实线表示分别以P(4)＝1和P(4)＝5按本发明建议获得的性能。

因此，图8示出了由于冲突的中断接入过程的概率相对输入负载的情形，它们分别按[GSM 04.60]中规定的当前方法(虚线)和按PRACH配置情形3的本发明的方法(实线)。

对于具有最高的持续电平值P＝5时，由于冲突的中断接入过程概率而言，原始建议获得好的性能，但是这种设定造成高的接入延迟时间值。

相对于当前方法的值，按照本发明的方法产生更低的中断接入过程的概率值，使接入延迟最小化，并使服务负载最大。

因此，尽管在此示出和描述了本发明的一个特别的实施方式，但应理解，本发明并不局限于此，因为本领域的技术人员可以给出其它实施方式而没有偏离上述目标。因此，本发明的权利要求包含了所有这样的实施方式。

Claims

1.一种用于使无线通信系统中接入延迟最小化的方法，该系统包括至少一个基站系统和至少一个具有与无线通信系统的固定部分的通信上下文的移动终端，所述移动终端适用于开启与所述基站系统的网络的无线接入网的通信上下文，以便每当其必须向网络发送分组时启动一个临时块流TBF的建立，当分组发送完成时释放该TBF，所述TBF建立通过在分组随机接入信道PRACH上发送的称为分组信道请求PCR的无线链路控制消息RLC来请求，所述PCR消息在PRACH的一个TDMA时隙上被发送，而该PRACH被组织在多帧中预定数目的TDMA时隙上，该PRACH的TDMA时隙被按四个组合来形成PRACH块，

其特征在于，当所述移动终端具有至少一个待发送的分组时，它在PRACH上发送一个PCR消息，所述PCR消息在组成第一个PRACH块的TDMA时隙中随机选择的一个TDMA时隙中被发送。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线通信系统是一个GPRS系统。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述GPRS系统配备有GERAN无线接入。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线通信系统是3GPP系统。