CN1788515A - 物理通信信道的快速建立 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对基于CDMA通信系统中物理通信信道的快速建立的改进。允许电信网络的节点B管理和分配无线电网络控制器的下行链路传输资源的一定程度的共享,而不询问所述无线电网络控制器。一旦从用户设备接收到资源请求消息,节点B推导并指定能够分配给用户设备的某些量的资源。在本发明的优选实施例中仅仅暂时分配所述资源直到成功完成涉及RNC的常规RL建立过程。

Description

物理通信信道的快速建立

发明领域本发明涉及一种物理通信信道的快速建立,例如,在基于CDMA的无线电通信系统中。

发明背景在通用移动电信系统(UMTS)中,通过包括频分双工(UTRA-FDD)系统的通用陆地无线接入的实例,如图1中所示那样实现专用信道的建立:移动用户设备(UE)以越来越大的功率电平在上行链路物理随机接入信道(PRACH)上周期地发送快速接入前同步码,步骤11。当用户设备在下行链路获取指示信道(AICH)上接收到获取确认时,步骤12,它发送实际的PRACH消息,步骤13。由于假定该网络响应于这个消息分配专用资源给所考虑用户和网络之间的通信,所以以下把这个消息称作“资源请求”。通过Iub接口从节点B把资源请求在公共信道(CCH)上转发到RNC,步骤14,在RNC上判决是否准许该请求的资源。在肯定判决的情况下,RNC选择专用资源的参数并启动NBAP协议的RL建立过程,步骤15。一旦从节点B接收到RL建立响应,步骤16,RNC在下行链路公共信道上发送物理信道重新配置(或无线电载体(bearer)建立,或传输信道重新配置)消息到用户设备,下行链路公共信道即映射到SCCPCH上的FACH,步骤17。当该建立或重新配置消息已经到达并且已经由用户设备处理时,用户设备开始下行链路DPCCH同步过程并随后发送上行链路DPCCH发送功率控制(TPC)前同步码以使得节点B在上行链路DPCCH上获得同步,步骤18。在用于上行链路DPCCH TPC前同步码发送的时间间隔到期之后,用户设备在新建立的上行链路DCH上发送建立或重配备完成消息,步骤19。在RNC中建立或重新配置完成消息的到达证实了专用的连接已经成功建立。在下行链路方向发送用户数据之前网络一直等待直到接收到这个完成消息。现在可以使用建立的专用信道用于上行链路和下行链路方向的数据传输,步骤20。

为了有效支持分组数据业务,需要在多个公共信道和多个专用信道的数据传输之间不断的切换,公共信道即RACH/FACH,专用信道即上行链路和下行链路的DCH。所涉及的概念被称为信道类型切换。信道类型切换由两个不同的过程组成:从公共到专用信道的切换(DCH建立)或从专用到公共信道的切换(DCH释放)。

发明概述根据现有技术的现存技术的主要问题是从公共信道到专用信道状态的转变需要相当大的等待时间,即DCH建立时间。目前的标准化方案通常要求用几百毫秒来从公共信道状态cell_FACH建立专用信道。因此本发明的目标是减少DCH建立时间。

通常,可以区分两种不同的情形:在第一种情形中移动台还没有接收到任何专用信道参数并且网络也不知道移动台可能试图要建立专用信道。在另一种情况中移动台已经分配了专用信道参数并且网络知道了这个移动台将试图在给定的时间段内建立DCH。

当由移动单元启动DCH建立时会出现第一种情形,例如由于很大的上行链路业务量。例如当由网络启动DCH建立时会出现第二种情形,例如,由于很大的下行链路业务量。在(由移动设备和网络中的定时器控制的)周期的DCH建立的情况中也会出现第二种情形。然而,当移动单元在相当长的时间内待用时,即当它已经进入寻呼状态,cell_PCH或URA_PCH,为了节省功率,移动台用正如在第一种情形中的常规DCH建立过程来对网络的寻呼起反应是有利的。本发明就是针对上述的第一和第二种情形。

本发明的基本观点是快速DCH建立方案,可以概括如下:允许电信网络的节点B管理和分配无线电网络控制器的下行链路传输资源的一定程度的共享,而不需要询问所述的无线电网络控制器。在接收到来自用户设备的资源请求消息时,节点B提取和指定分配给用户设备的一定数量的所述资源。在本发明的优选实施例中仅仅暂时分配所述资源直到成功完成涉及RNC的常规的RL建立过程。

根据本发明的本方案的主要好处是快速建立专用信道,即20-30ms。用所提议的方法,将能在专用信道上有效发送即使很短的数据分组,例如大约100ms的持续时间,因此避免了用低效率的公共信道来进行用户数据传输。

附图简述图1通过一个实例描述了移动台用现有技术以UTRA FDD模式来启动DCH的建立。

图2描述了根据本发明所提议的快速DCH建立。

详细描述图2说明了根据本发明所提议的快速DCH建立方案的信令过程。作为一个应用所提议方案的前提条件,假定已经建立了用户设备和网络之间的上下文。把这个上下文存储在用户设备和节点B中。作为上下文的一部分,给用户设备分配用户标识符(UE-ID)。上下文所包括的其它信息可以是当建立DPCH时所需的物理信道参数,例如扩频因子和时隙格式。进一步假定在先前的状态中用单独的过程建立该上下文。

用户设备在上行链路物理随机接入信道(PRACH)上发送快速接入前同步码,步骤21。相对于常规PRACH的前同步码,该提议方案的前同步码包括UE-ID信息。这个UE-ID信息使得节点B能够识别在前同步码获取阶段哪个特定用户正在接入系统。网络将把这个接入前同步码解释为“资源请求”。根据被存储在节点B中的相应上下文,得出应该分配给请求用户设备的资源子集是可能的,即指示数量和表示的指定资源,例如基于特定用户的无线电载体配置知识。通过用于常规RPACH发送的开环功率控制方案将可以得出接入前同步码的发送功率电平。该系统应该调整SIR余量以便节点B获取前同步码的可能性相当高并且通常不会要求前同步码重复发送。然而,万一第一次发送的前同步码没有被确认,很短的时间间隔之后其被终端重复发送。

一获得接入前同步码,节点B在下行链路上用“资源分配”消息来响应,步骤22。为此引入新的下行链路控制信道,在本发明的上下文中其被称为高速共享控制信道#2,HS-SCCH-2。这个信道有一个与HS-SCCH类似的格式,其被引入用于UMTS的第5版本来支持HS-DSCH传输,并且这个信道包含仅仅2ms的短发送时间间隔。资源分配包括建立专用信道所需的所有参数。根据一个实施例,这特别包括要应用的下行链路扩频码的分配。因此,分配下行链路时隙是可能的。它也包括关于随后发送的DPCH功率控制(TPC)前同步码的初始功率电平的信息。回应的UE-ID被隐含地包括在HS-SCCH上。与目前根据现有技术的DCH建立方案相对,在现有技术中RNC分配资源,本发明假定节点B能够分配DCH资源。为此必须使节点B能够管理下行链路码资源的一部分而不必询问RNC。这例如通过共享节点B用于HS-DSCH传输的码资源来实现。万一仅仅暂时分配了已经由节点B分配的资源,节点B将转发至少包括UE-ID的资源请求给负责的无线电网络控制器,步骤23。可以用另一个可以想象的替换对象来把用于信息目的的资源请求转发给无线电网络控制器。

一旦在控制信道上接收到资源分配,用户设备将会开始在上行链路DPCCH上发送TPC前同步码。在这个步骤中将应用合适的同步过程以便在很短的时间间隔内获得上行链路同步,例如在10ms内。在完成功率控制前同步码发送阶段后,用户设备和节点B就设想DCH连接被同步。使用暂时分配的资源来开始用户数据的上行链路和下行链路传输,步骤24。

如果建立的专用信道不仅仅用于几个无线电帧,那么建议重新配置DPCH以便使用由RNC管理的信道化码,步骤25。这会使那些由节点B自动管理的码资源空闲。而且应该注意到用由节点B分配的码来支持节点B间的宏分集是不可能的。因此为了能够充分支持宏分集,也必须重新分配信道化码,步骤26。可以“匆忙地(on the fly)”完成重新分配,也就是说不打断用户数据的传输。同样在这个步骤中,很可能需要把来自最初应当使用的公共传输载体的在Iub/Iur接口上的用户面板传输载体重新配置为专用传输载体。

在(下行链路)DPCH信道化码和传输载体重新配置之后,按照通常在Cell_DCH状态中的那样执行传输,步骤27。在图2中所示的时序展示了把HS-DSCH分配给UE的情况。HS-DSCH传输可能已经与“临时”DPCH码分配同时开始,即在DPCH码重新配置之前。

下面的部分描述了加强DCH建立过程的几个进一步的改进以减少DCH建立的延迟。

第一个改进指的是快速UL/DL同步。这个方案的目的是减少在图1中所示的上行链路和下行链路同步所需的时间间隔T6和T7。对于该提议的同步方案,假定用户设备获得公共信道(CPICH和/或P-CCPCH)的初始下行链路同步以便不需要下行链路DPCH的特定同步确认周期。在交换消息内指明的激活时间同时开始上行链路和下行链路的DPCH传输(在通常定时偏差的范围内)。时间间隔T6和T7现在结合在一起。开始用上行链路DPCH发送功率倾斜时隙(功率控制前同步码)。用户设备估计下行链路DPCH功率控制命令。用户设备一收到功率下降(power down)命令,这就被认为是它的上行链路信道的获取指示。用户设备和节点B随后恢复上行链路和下行链路DPCH的常规功率控制。性能评估已经显示即使在对于下行链路功率控制命令出现10%差错率的情况下这个方案可以在T6=T7=10ms内高度可靠的提供上行链路-下行链路同步。

必须用一些方法在UE和网络之间交换是否使用这个同步方案的信息,例如作为附加的UE性能参数或者通过使它成为某一UMTS版本的强制特征。

下面将讨论对减少DCH建立时间的改进,其致力于除DCPH同步时间之外的其它时间间隔。可以把这些思想与上面所提到的快速同步方案结合起来。一个减少图1中的时间间隔T1.1和T1.2的简单方法是允许UE应用专门用于DCH建立的特定PRACH,或者具有专用参数的常规PRACH。可以如下完成这个方法:当在小区内提供仅仅用于快速DCH建立的专用PRACH(多个PRACH)时,可以明确地分配这样一个信道,例如在RRC连接建立时。把该分配保存为节点B和用户设备中的“通信上下文”的一部分。可以分配独立的PRACH扰码以避免与多个“常规”PARCH冲突并且可以如下面将要讨论的一样分配一组专用的接入参数。

可以把管理补偿延迟的时间常数(persistence)值设定为值P=1以便至少对第一斜坡循环T1.1=0。当第一斜坡循环失败时,即在AICH上没有接收到或接收到否定应答时,可以引入或可以不引入补偿延迟。

可以专门设置初始前同步码发送功率以便获得第一前同步码发送的高成功率。然而,这导致了延迟减少和干扰增加之间的一个折衷。对于跟随前同步码的消息,特别是如果以高的数据速率(小的扩频因子)发送该消息,干扰增加更加关键。另一方面,把前同步码的发送功率值设定的稍微有点高可能会比较不关键。

通过上述的实施例,可以把RACH接入延迟和接入延迟偏差从目前的几个无线电帧减小到它最小三个接入时隙,即Tmin=6*Tslot=4ms。

本发明的进一步的细节涉及UE立即识别的快速随机接入方案并且致力于减少涉及如图1中所示从T1.3到T5的时间间隔的潜在延时。这个间隔以发送“资源请求”开始并且以对授权的专用资源启动同步过程终止。

从图1中这是明显的,即建立所需的大量时间是由于资源请求必须被转发到RNC这个事实,在RNC作决定、控制节点B的重新配置以及产生资源分配消息。因此,下面方案考虑了一种把资源控制责任从RNC转移到节点B用于RRC连接模式中的DCH建立的情况。这意味着可以在用户设备和网络之间预先安排可能有助于简化资源建立过程的任何必须的预定协定。

必须包括在资源请求消息中的最小量的信息是用户设备标识符(UE-ID)。此外,可以包括一些关于资源请求“原因”的信息,这些信息会帮助接收机选择要分配的合适数量的资源。然而,在下面中假定将为专用资源指定已经达成协定并存储在通信上下文中的所有除下行链路信道化码之外的相关参数。在这种情况下,接收仅仅由UE-ID组成的RACH消息将足够来触发进一步的资源分配过程。

假定节点B处理从用户设备接收的资源请求并分配资源,可以考虑对本随机接入方案进行下面的修改:目前的连接建立可以被看作是“5次握手”:前同步码(UE)-获取指示符(节点B)-资源请求消息(UE)-资源分配(RNC)-分配确认(UE)。可以简化为普通的“3次握手”:前同步码=资源请求(UE)-资源分配(节点B)-分配确认(UE)。

由把UE-ID信息包括进PRACH前同步码中所引起的实际含义将在后面详细讨论。这里应该注意到这对接入原则有一个很重要的影响,即它使RACH无冲突。如果由节点B提取出UE-ID,它可以被直接包括进答复用户设备的资源分配消息中。资源分配消息取代了获取指示。当然了,由于信息量的增加,不能在目前的AICH上发送。资源分配必须包括DL DPCH信道化码和回应的UE-ID。此外例如可以包括初始的UL DPCH功率电平以使DPCH同步过程更有效。本方法的一个重要要求是节点B可以自动分配信道化码而不必询问RNC。然而,可以根据“共享信道”的原则来处理这个。可以把共享物理信道,即PDSCH和HS-PDSCH看作是由节点B自动控制的下行链路码资源的一部分。可以一开始从这个共享的资源中取出DL DPCH信道化码作为暂时的分配。如果需要的话,例如如果在长于一些给定界限的时间间隔维持该连接,可以使用由RNC选择的分配用常规的RRC和NBAP过程来重新配置DL信道化码。

通过图2的帮助来说明该提议方案的基本原理。假定通过控制信道提供资源分配,例如,高速共享控制信道(HS-SCCH-2),步骤22。一旦接收到上述资源分配,用户设备就可以开始DCH建立过程。跟随在10ms同步阶段后面的无线电帧可以包括资源建立确认消息,在成功的情况下将会完成3次握手。期望在节点B中直接估测这个确认消息而不通过RNC。在该建立失败的情况下,当没有接收到该确认消息时,应该触发节点B中暂时分配的资源的释放。可以把确认消息转发到RNC并用作一个触发以启动无线电链路的重新配置,即从暂时到永久RNC分配码的转变。图2的信令时序实例中指出了这个方法。从发送资源请求(前同步码),步骤21,直到同步过程开始的时间在10ms内似乎是可能的。结合快速DCH建立方案,总的DCH建立时间总计正好是20ms。

目前的PRACH包括4比特信息,这被称为签名。目前这个信息不能用作明确的UE-ID,但是当整个PRACH负载不太高时它可以代替以低冲突可能性进行多个同步接入尝试。通过命令特定UE必须使用特定的前同步码签名可以直接把该签名重新定义为明确的UE-ID。这这种情况下用一个公共PRACH扰码可以区分仅仅一组16个用户。可用的PRACH UE ID的数量,即包括在PRACH前同步码中的UE-ID,限制了利用所提议的快速DCH建立过程的用户的数量。它应该是足够大的来处理那些通常运行分组数据业务的用户,例如是web浏览会话,由于常见原因它会在激活状态之间切换(例如由用于节省功率用途的非激活周期引起)并释放下行链路DPCH码资源。256或1024的数量应该是足够的,即8或10比特的码空间。如果10比特的支持在技术上是可行的,可以在前同步码上仅仅应用已经定义的“H-RNTI”。能够以与H-RNTI相同的方式处理UE-ID的分配。需要定义在PRACH UE-ID和应用在MAC c/hs中的16比特C-RNTI之间的映射。

在HS-SCCH-2上发送的资源分配消息优选地包括下面的信息元素:PRACH UE-ID(8或10比特);DL DPCH信道化码(8比特);UL DPCH的初始功率偏差(4或5比特);CRC码(16比特)协议信息,例如明确的资源分配拒绝,等等(1-3比特)。

假定也可以预先配置与CPICH相对的DPCH的用户特定定时偏差。如果这是不可行的,那么需要将这个信息另外包括在资源分配消息中。资源分配消息的大小大约为40比特。与HS-SCCH类似的信道将会非常适合运载资源分配消息。然而,应该注意到单个HS-SCCH-2仅仅能运载每子帧单个UE的一个资源分配消息。因此可能需要几个平行的HS-SCCH-2信道来同时服务多个资源请求。

下面的部分关心的是在网络侧发起DCH建立请求的情况。它考虑了UE一开始处于寻呼信道状态的情况。在图4中已经描述了当前的过程。在这种情况中,在网络侧作出建立专用信道的决定。在下一步中网络发送寻呼指示符给各个UE,这实质上就触发了UE侧部分的DCH建立过程。通过允许UE直接调谐到在其上提供资源分配的信道可以简化寻呼过程。这可以例如是上面所讨论的HS-SCCH-2信道。注意到如果在FACH/S-CCPCH上发送资源分配从而因为至少节省了读取PCH的中间步骤也可以获得改进。

关于前同步码的设计,根据本说明书,PRACH前同步码由4096个码片组成,其是长度为16的沃尔什-哈达玛码重复256次的序列。用PRACH特定扰码对该前同步码加扰。沃尔什-哈达玛码被称为前同步码的签名。设计本前同步码结构的主要焦点集中在快速衰落和频率偏差条件下提供低错误报警率和高检测概率上。然而与其它有效的前同步码方案(对于以适度速率衰落)比较,硬件复杂度轻微提高。在鉴别一组PRACH前同步码的可能的实现中,前同步码接收器包括用于解扰的码匹配滤波器(256码片的缓冲器);长度为16的快速WH转换;覆盖等于预期延迟扩展的时间窗的16累积(integrate)和转储块。

当把UE-ID信息包括进前同步码时有进一步的选择可以考虑:多个扰码:当前定义的PRACH有能力区别16个不同的UE-ID。增加UE-ID数量最直接的方式是配置几个平行的PRACH信道,每一个应用不同的扰码。然而,用这个方法,接收器复杂度与签名数量成比例提高。与增加的UE-ID数量相对增加的硬件比率是非常不利的,因为尽管在给定时间将仅仅使用几个UE-ID,但是必须提供能够同时检测所有UE-ID的接收器硬件。

增加的一组签名:用于提高可用UE-ID数量的第二种方法是增加一组签名,例如,从目前的16增加到N=256(或1024)。在这种情况下每一前同步码由16个码元组成,每一个都用长度为256的沃尔什-哈达玛码扩展。这需要N×N的WHT,一个累积和转储块用于N个签名中的每一个。仅仅需要使用一个扰码和仅仅一个码匹配滤波器。由此引起的硬件复杂度几乎与上述方案相同。

具有调制的混合概念:在硬件要求和灵活性之间的折衷办法是使目前的沃尔什-哈达玛签名与前同步码的附加调制结合。这个方案包含正如在最初方案中用长度N1=16或更高的沃尔什-哈达玛扩频的第一级签名。这个参数限制了可以同时处理的接入数量。几个连续沃尔什-哈达玛码的序列代表了调制间隔并且用第二级签名的码元进行调制。这两个签名一起定义了UE-ID的数量2(N1+N2)。第二级“签名”可以是来自一组正交码元的码元,或者常规的编码二进制(或四进制)数目并且甚至可以包括CRC保护。这个混合概念允许处理一大组UE-ID。通过增加接入时隙大小和把前同步码分为两部分来简化接收器,其中第一部分运载了常规的签名并且仅仅第二部分被调制。这个方案允许在第一检测步骤中使用常规前同步码接收器,其中在第一检测步骤中应该检测签名和信道传播路径。在第二检测步骤中,采用在第一步骤中确定的信道路径将从前同步码的第二部分中解调UE-ID。关于该增加的一组UE-ID的附加信息被编码进第二部分中,其可以通过与第一前同步码部分相同的硬件被解扩。仅仅累积和转储操作必须在包括所需解调的独立硬件中对已经知道的传播路径执行,例如通过重新调制。

时分:也可以通过为不同的用户分配不同的接入时隙来提高独立UE-ID的数量。这使得前同步码接收器的结构非常简单。然而,这也意味着延迟稍微升高。为了降低延迟的增加,也可以把当前的接入时隙划分为许多子接入时隙。子接入时隙的长度必须大于接收器的搜索窗,即大于两倍的传播延迟。

提高前同步码检测性能的技术:当设计前同步码接收器时,应该考虑诸如干扰抑制多用户检测器之类的先进技术来提高整体检测性能。当应用上述的前同步码时分时,可以考虑CTDMA方法,其中为了降低接收器的复杂度,应用反向滤波器而不是码匹配滤波器。应该注意到很低的错误报警率是所建议方案的重要要求。错误报警将会在节点B中引起不必要的资源保留和引起在下行链路上的资源分配发送。当在定义的等待时间内没有接收到确认消息时仅仅通过节点B检测错误报警。在UE-ID上引入CRC将会是一种调整错误报警概率的手段。

本申请具有上述的过程,这使得专用信道快速建立。如果由网络发起DCH建立的请求,基本上正好使DCH建立时间提高一个在寻呼信道状态中应用的DRX间隔的持续时间。假如用这种快速的方式建立专用信道,执行相当频繁的状态切换将会是可能的,即以每秒几次的速度,并且使得与分组数据的特征最匹配也是可能的。那么可以避免在CELL_FACH状态中的频繁数据转换。甚至在专用信道上能有效地发送短数据分组。这使得不必对公共信道状态中的数据传输进一步最佳化,例如类似CPCH的概念、在FACH上的紧密功率控制等等。

Claims (14)

1.一种在电信网络的网络节点中用于快速建立物理通信信道的方法,其特征在于:管理和分配无线电网络控制器下行链路传输资源的共享而不必询问所述无线无线电网络控制器;维持用户设备通信上下文;一旦在随机接入信道上接收到来自用户设备的至少包括所述用户设备标识符的资源请求消息,通过所述用户设备通信上下文的帮助推导和指定能够分配给所述用户设备的资源子集;在包括参数的资源分配消息的帮助下通过控制信道把指定的资源子集分配给用户设备,这些参数对建立专用信道是必须的。
2.根据权利要求1的方法,由此暂时分配所述资源子集直到成功执行到无线电网络控制器的无线电链路建立过程。
3.根据权利要求1或2的方法,由此下行链路传输资源由共享的下行链路码组成。
4.根据权利要求1或2的方法,由此下行链路传输资源由共享的下行链路时隙组成。
5.根据权利要求3的方法,由此通信上下文包括预先协定的关于用户设备的信息。
6.根据权利要求3的方法,由此资源分配消息包括用户设备的标识符。
7.根据权利要求3的方法,由此资源分配消息包括下行链路DPCH信道化码。
8.一种在电信网络的用户设备单元中用于快速建立物理通信信道的方法,其特征在于在随机接入信道上发送快速接入前同步码作为至少包括该用户设备的标识符的资源请求消息来向节点B请求网络资源;通过在公共信道上检索初始下行链路同步信息获得上行链路和下行链路的同步,同时开始上行链路发送和下行链路接收,并且发送功率斜坡控制前同步码直到接收到功率下降命令。
9.根据权利要求8的方法,由此用户设备应用专门分配用于DCH建立的随机接入信道。
10.根据权利要求9的方法,由此在RRC连接建立时分配随机接入信道。
11.根据权利要求8的方法,由此资源请求消息至少包括用户设备的标识符。
12.根据权利要求11的方法,由此使用随机接入信道的签名字段以包括用户设备的标识符。
13.根据权利要求8的方法,由此资源请求消息包括资源请求的原因指示符。
14.根据权利要求8的方法,由此预先安排用户设备和网络之间的必需的预定协定。
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