ES2261633T3 - Procedimiento para el acceso de una estacion de abonado a una red de un sistema de telefonia movil. - Google Patents
Procedimiento para el acceso de una estacion de abonado a una red de un sistema de telefonia movil.Info
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Abstract
Procedimiento para el acceso de una estación de abonado (UE) a una red de un sistema de telefonía móvil, en el que la estación de abonado (UE) - en una primera etapa recibe de una estación de base (NB) de la red un código de sincronización para la sincronización, pudiendo deducirse del código de sincronización utilizado una cierta cantidad de firmas que están asignadas a un canal físico en dirección ascendente (UpPCH) para un acceso aleatorio y que definen en cada caso un subcanal del canal físico en sentido ascendente (UpPCH), - con control aleatorio elige un subcanal del canal físico en sentido ascendente (UpPCH), - transmite en el subcanal elegido del canal físico en sentido ascendente (UpPCH) una firma a la estación de base (NB) con una potencia de emisión inicial, - escucha un canal de acceso físico rápido de acceso (FPACH) asignado al canal físico en sentido ascendente (UpPCH) en sentido descendente durante una cierta cantidad de submarcos, para recibir una confirmación de la red, y caracterizado porque la estación de abonado - al recibir la confirmación dentro de la cantidad de submarcos en una segunda etapa, envía un mensaje de acceso en una cantidad configurable de submarcos en un canal de acceso (PRACH) físico controlado aleatoriamente en sentido ascendente a la red con una potencia de emisión determinada a partir de informaciones de la confirmación recibida por la red, eligiéndose el canal de acceso (PRACH) físico controlado aleatoriamente a partir de los múltiples canales de acceso físicos (PRACH) controlados aleatoriamente asignados al canal de acceso físico rápido (FPACH) en función del número de submarco de la confirmación de recepción.
Description
Procedimiento para el acceso de una estación de
abonado a una red de un sistema de telefonía móvil.
La invención se refiere a un procedimiento para
el acceso de una estación de abonado a una red de un sistema de
telefonía móvil.
En los sistemas de comunicaciones por radio se
transmiten informaciones (por ejemplo voz, informaciones de imágenes
u otros datos) con ayuda de ondas electromagnéticas a través de una
interfaz de radio. La interfaz de radio se refiere a un enlace entre
una estación de base y estaciones de abonado, pudiendo ser las
estaciones de abonado estaciones móviles o estaciones de radio
fijas. La emisión de las ondas electromagnéticas tiene lugar
entonces con frecuencias portadoras, que se encuentran en la banda
de frecuencias prevista para el correspondiente sistema. Para
futuros sistemas de comunicaciones por radio, por ejemplo el UMTS
(Universal Mobile Telecommunication System, Sistema Universal de
Telecomunicaciones Móviles) u otros sistemas de la tercera
generación, se prevén frecuencias en la banda de frecuencias de unos
2000 MHz.
Para la tercera generación de telefonía móvil se
prevén dos modos, caracterizando un modo un servicio FDD (frequency
division duplex, dúplex en división de frecuencias) y el otro modo
un servicio TDD (time division duplex, duplex en división de
tiempos). En el modo TDD se diferencia además entre un llamado
High-Chiprate-Modus (HCR), modo de
alta velocidad de chips, con 3,84 Mcps y un llamado
Low-Chiprate-Modus (LCR), modo de
baja velocidad de chips, con 1,28 Mcps. Otro sistema de telefonía
móvil, muy similar al modo LCR-TDD, es el sistema
llamado TD-SCDMA (Time Division Synchronized Code
Division Multiple Access, Acceso múltiple de división por código
sincronizado con división del tiempo), desarrollado para el mercado
chino.
Por el documento 3G TR 25.928 V1.1.0, Proyecto
de Partenariado de 3ª Generación (3GPP), Technical Specification
Group (TSG), Radio Access Network (RAN), red de acceso a radio,
funcionalidad de 1,28 Mcps para capas físicas UTRA TDD, Julio 2000
(200-07) XP002170077, en particular el capítulo
10.6.2.3 "Protocolo de acceso aleatorio", se conoce un
protocolo de acceso de una estación de abonado UE a una red.
Por la publicación posterior WO 01/97411 A1, se
conoce un procedimiento de acceso de dos etapas para un llamado
sistema NB-TDD (Narrow Band Time Division Duplexing,
Duplexado de división en el tiempo de banda estrecha) en el que
desde una estación de abonado primeramente se envía un código de
sincronización en un submarco a la red, se confirma la recepción de
este código por parte de la red en un canal FPACH y a continuación
la estación de abonado puede enviar en un canal
P-RACH un bloque de radio de acceso a la red. El
canal FPACH puede llevar entonces asignados uno o varios canales
P-RACH.
Es tarea de la invención realizar en el sistema
de telefonía móvil descrito un procedimiento flexible y eficiente
para el acceso de estaciones de abonado a la red del sistema de
telefonía móvil. Esta tarea se resuelve mediante las
particularidades de la reivindicación 1.
El procedimiento de acceso correspondiente a la
invención es un procedimiento de dos etapas. En una primera etapa se
permite a la estación de abonado realizar una sincronización en
dirección ascendente y ajustar su nivel de potencia de emisión
mediante intercambio de firmas y ráfagas con la red. En una segunda
etapa, envía la estación de abonado el mensaje de acceso sobre el
correspondiente canal de acceso físico, con lo que puede evitarse
ventajosamente una colisión sobre este canal.
En base a las exigencias en cuanto a carga útil
para el canal de acceso, puede tener un mensaje de acceso en
particular uno a cuatro submarcos de longitud y presentar el canal
de acceso físico en particular los factores de expansión 4, 8 y 16.
Para permitir una utilización plenamente efectiva de los recursos
del canal de acceso físico rápido, pueden estar asignados a éste más
de un canal de acceso físico. El acceso a este canal de acceso
físico puede entonces concederse por ejemplo sólo sobre submarcos
especiales sobre el canal de acceso físico rápido.
Ejemplos de ejecución de la invención se
describirán más en detalle en base a los dibujos adjuntos.
Al respecto muestran
Figura 1 un diagrama de bloques de circuitos de
un sistema de comunicaciones por radio,
Figura 2 una representación esquemática de la
estructura de una interfaz de radio TDD-LCR,
Figura 3 un ejemplo con un PRACH,
Figura 4 un ejemplo con dos PRACHs,
Figura 5 un ejemplo con cuatro PRACHs, y
Figura 6 otro ejemplo con dos PRACHs.
La figura muestra un detalle de un sistema de
telefonía móvil. Un sistema de telefonía móvil está compuesto por
múltiples puestos de conmutación móvil MSC, que pertenecen a una red
de conmutación (SSS - Switching Subsystem) y que están enmallados
entre sí, o bien representan el acceso a una red fija y por los
correspondientes uno o varios sistemas de estación de base BSS (Base
Station Subsystem) unidos con estos puestos de conmutación móvil
MSC. Un sistema de estaciones de base BSS presenta a su vez al menos
un equipo RNC (RNC - Radio Network Controller) para asignar recursos
técnicos de radio, así como al menos una correspondiente estación de
base NB (nodo B) unida con los mismos. Una estación de base NB puede
establecer a través de una interfaz de radio enlaces con estaciones
de abonado UE (User Equipment), como por ejemplo estaciones móviles
u otros aparatos terminales de otro tipo móviles y estacionarios.
Mediante cada estación de base NB se forma al menos una célula de
radio Z. El tamaño de la célula de radio viene determinado por lo
general mediante el alcance de un canal de señalización general (BCH
Broadcast Channel, Canal de radiodifusión), que es enviado por la
estación de base NB con una potencia de emisión predeterminada.
La figura 2 muestra la estructura de marco para
el modo LCR-TDD con 1,28 Mpcs. Esta estructura de
marco se diferencia de la estructura de marco del modo
HCR-TDD con 3,84 Mcps, para posibilitar protocolos
de la capa física que no son utilizados en el modo
HCR-TDD.
Un marco con una longitud de 10 ms - y con ello
con compatibilidad con los otros modos descritos FDD y
TDD-HCR del sistema UMTS - es repartido en dos
submarcos con una longitud en cada caso de 5 ms. En la forma de
funcionamiento normal presenta cada submarco dos puntos de
conmutación (switching point) para conmutar el sentido de
transmisión. El primer punto de conmutación está dispuesto de manera
fija en el submarco y sigue tras la primera ranura de tiempo Ts 0,
en la que está dispuesto entre otros el P-CCPCH
(Primary Common Control Physical Channel, Canal físico de control
primario común) orientado en la dirección descendente con el BCH
(Broadcast Channel, Canal de radiodifusión). El segundo punto de
conmutación puede disponerse por ejemplo en función de la carga de
tráfico habitual en el correspondiente sentido de transmisión
flexible dentro de las demás ranuras de tiempo Ts 1 a Ts 6.
El DwPTS (Downlink Pilot Timeslot, Ranura de
tiempo piloto en dirección descendente), soporta el DwPCH (Downlink
Pilot Channel, Canal piloto en dirección descendente) y sirve para
la sincronización de la estación de abonado UE en la dirección
descendente. El tiempo de protección GP (Guard Period) especialmente
largo, es necesario para soportar grandes células de radio. El UpPTS
(Uplink Pilot Timeslot, Ranura de tiempo piloto en dirección
ascendente) soporta el UpPCH y sirve para la primera etapa del
procedimiento de acceso de las estaciones de abonado sobre la red.
En el UpPTS hay ocho posibles códigos SYNC-UL, a
partir de los cuales la estación de abonado que realiza un primer
acceso o un restablecimiento de la sincronización en dirección
ascendente, elige un código. El UpPCH es el único canal en dirección
ascendente que no está sincronizado en elevada medida con la
estación de base.
El procedimiento de acceso físico descrito a
continuación (Random Access, Acceso aleatorio) se realiza cada vez
que una capa más elevada solicita una transmisión de un mensaje
sobre el RACH (Random Access Channel, Canal de acceso aleatorio). El
procedimiento de acceso realizado sobre el nivel físico (capa 1),
es controlado por elementos de servicios (primitivos) del RRC (Radio
Resource Control, Control de recursos de radio) y por el MAC (Medium
Access Control, Control de acceso a medios) en las capas más
elevadas.
Primeramente se describirá la preparación del
acceso aleatorio a modo de ejemplo:
Cuando la estación de abonado UE se encuentra en
el llamado modo idle (ocioso), mantiene la sincronización en sentido
descendente y lee las informaciones de radiodifusión o bien de
sistema enviadas por las estaciones de base en el correspondiente
BCH de las células a alimentar y dado el caso contiguas. Por el
código SYNC_DL utilizado en el DwPCH, recibe la estación de abonado
UE el conjunto de códigos de 8 códigos SYNC_UL (firmas), que están
asignados al UpPCH para el acceso aleatorio. Hay en total 256
secuencias distintas SYNC_UL, dando el número de secuencia SYNC_UL
dividido por 8 el número de secuencia SYNC_DL. La descripción, como
por ejemplo códigos, factor de expansión, portadores intermedios,
ranuras de tiempo, del canal PRACH (Physical Random Access Channel,
Canal físico de acceso aleatorio), canal FPACH (Fast Physical Access
Channel, Canal físico de acceso rápido) y canal
S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel,
Canal físico de control común secundario), que soporta el canal
lógico FACH (Forward Access Channel, Canal de acceso hacia delante),
se envía omnidireccionalmente sobre el BCH. La estación de abonado
UE recibe estas informaciones BCH y las evalúa. De esta manera sabe
la estación de abonado UE al emitir una secuencia SYNC_UL qué
recursos FPACH, PRACH y CCPCH se utilizan para el acceso. El
procedimiento de acceso físico descrito se inicia al ser solicitado
un llamado elemento de servicio
PHY-Data-REQ (Physical Data Request,
Solicitud de datos físicos) por parte de la subcapa MAC.
No obstante, antes de que se inicie el
procedimiento de acceso debe recibir la capa física 1 las siguientes
informaciones mediante un llamado mensaje
CPHY-TrCH-Config-REQ
(Common Physical Transport Channel Configuration Request, Solicitud
de configuración del canal de transporte físico común) de la capa
RRC:
- -
- La correspondiente asociación entre qué firmas y qué FPACHs; qué FPACHs y qué PRACHs; qué PRACHs y qué CCPCHs; inclusive los valores de parámetros para cada canal físico indicado.
- -
- La longitud L_{i} de un mensaje o bien bloque de transporte RACH asociado a un FPACH_{i} (FPACH número i) puede configurarse bien sobre 1, 2 ó 4 submarcos, en función de una longitud en el tiempo de 5 ms, 10 ms o bien 20 ms. Para ello señalemos que pueden estar asignados N_{RACHi}PRACHs FPACH_{i}. La N_{RACHi} máxima admisible, es decir, la cantidad máxima de PRACHs asociados al FPACH número i, es igual a la longitud L_{i}.
- -
- Los subcanales UpPCH disponibles para cada una de las llamadas clases de servicios de acceso (Access Service Class - ASC). Señalemos aquí que un canal UpPCH viene definido por un rotulo o bien una cantidad parcial de rótulos y números de submarco.
- -
- El bloque de parámetros de formato de transporte para el mensaje PRACH.
- -
- La cantidad máxima "M" de emisiones repetidas de rótulos o bien envíos en el UpPCH.
- -
- La cantidad máxima "WT" de submarcos en los cuales se espera una confirmación de la red a un rótulo enviado. Esta cantidad puede encontrarse entre 1 y 4, siendo el valor máximo soportado por la capa 1 de cuatro submarcos.
- -
- La potencia emisora inicial del rótulo (Signature Initial Power) y la potencia de recepción en la estación de base NB.
- -
- La magnitud de la etapa \DeltaP (Stepsize UpPCH) (en dB), en la que se aumenta el nivel de potencia antes de cada transmisión repetida de la ráfaga SYNC_UL.
En relación con los parámetros precedentes,
señalemos que los mismos pueden ser actualizados dado el caso antes
de la iniciación del correspondiente procedimiento de acceso físico
de capas superiores.
Cada vez que se inicia el procedimiento físico
de acceso, debe seguir recibiendo la capa 1 las siguientes
informaciones de las capas más elevadas (MAC):
- -
- El formato de transporte a utilizar para el mensaje PRACH específico.
- -
- El Access Service Class (ASC, Clase de servicios de acceso) para el procedimiento de acceso con una emisión del tiempo (timing) y una indicación del nivel de potencia.
- -
- Los datos a transmitir (cantidad de bloques de transporte - Transport Block Set).
El procedimiento físico de acceso se realiza a
continuación por el lado de la estación de abonado UE y de la red
tal como se describe a continuación.
Por el lado de la estación de abonado:
- -
- Ajuste del contador para la transmisión repetida de la firma sobre M.
- -
- Ajuste de la potencia de emisión de la firma, es decir, de la potencia de recepción UpPCH deseada en la estación de base NB a la potencia de emisión inicial señalizada de la firma (Signature Initial Power).
- -
- Elección aleatoria del subcanal UpPCH entre los subcanales disponibles para el Access Service Class (Clase de servicio de acceso). La función aleatoria es entonces ventajosa en el sentido de que cada una de las posibilidades de elección admisibles se elige con una misma probabilidad.
- -
- Transmisión de una firma utilizando el subcanal UpPCH elegido con la potencia de emisión activada de la firma.
- -
- Tras el envío de la firma, escuchar el correspondiente canal FPACH durante los siguientes submarcos WT para recibir la confirmación de la red. La estación de abonado UE lee entonces el FPACH_{i} unido con el UpPCH elegido sólo en los submarcos que satisfacen la siguiente ecuación:
(SFN'mod \ L) = n_{RACHi}
\ con \ n_{RACHi}=0, \ ..., \
N_{RACHi}-1
Como alternativa a ello puede regir también:
(SFN'mod \ N_{RACHi}) =
n_{RACHi} \ con \ n_{RACHi}=0, \ ..., \
N_{RACHi}-1
- SFN' es el número de submarco obtenido al contar los submarcos. Al comienzo del marco con el número de marco de sistema SFN=0, se coloca el número de submarco en cero.
- -
- Cuando dentro del tiempo predeterminado no se recibe ninguna respuesta válida, se reduce el contador para la transmisión repetida de la firma en 1. Cuando el contador sigue siendo entonces mayor que 0, se aumenta la potencia de recepción UpPCH deseada en la magnitud de la etapa UpPCH y/o se repite la etapa 3. Para el caso de un acceso sin éxito, se informa de esto a la subcapa MAC.
- -
- Cuando se recibe una respuesta válida en el tiempo prescrito, se ejecutan las siguientes etapas:
- a)
- Ajuste de la transmisión del tiempo y de los valores de nivel de potencia de emisión en función de las indicaciones recibidas de la red en el FPACH_{i}.
- b)
- Envío del mensaje de acceso (RACH message) sobre el correspondiente PRACH en el submarco que sigue a dos submarcos tras el submarco que porta la confirmación de la firma. Como alternativa para los dos siguientes submarcos, para el caso de que el número del sumbarco dos marcos tras la confirmación sea un número impar, se envía el RACH tres submarcos después de la recepción de la confirmación. El correspondiente PRACH es el PRACHn_{RACHi} asociado al FPACH_{i}, cuando se cumple la siguiente ecuación:
(SFN'mod \ L) =
n_{RACHi}
Como alternativa, puede regir también:
(SFN'mod \ N_{RACHi}) =
n_{RACHi}
- Aquí SFN' es el número de submarco de la llegada o bien de la recepción de la confirmación por parte de la red.
Ni sobre el UpPCH ni sobre el PRACH debería
entonces sobrepasar el nivel de la potencia de emisión el valor
señalizado por la red.
Por el lado de la red:
- -
- La estación de base NB transmite el FPACH_{i} asignado al UpPCH transmitido sólo en los submarcos que cumplen la siguiente ecuación:
(SFN'mod \ L) = n_{RACHi}
\ con \ n_{RACHi}=0, \ ..., \
N_{RACHi}-1
- -
- La estación de base NB no confirma ningún UpPCH que se han transmitido antes de más de WT submarcos.
Al recibir una firma válida:
- -
- Medición de la desviación en el tiempo en relación con el tiempo de referencia T_{ref} de la primera ruta temporal recibida en el UpPCH y confirmación de la firma recibida mediante transmisión de la ráfaga FPACH sobre el correspondiente FPACH.
Al recibir el RACH:
- -
- La estación de base NB desecha un PRACH recibido no confirmado.
- -
- Para el caso de que un RACH confirmado no haya sido recibido con éxito, señaliza la estación de base NB esto al RNC (Radio Network Controller, Controlador de red de radio).
- -
- Para el caso de que se haya recibido con éxito un RACH, retransmite la estación de base NB el contenido del mensaje RACH al RNC. El RNC decide a continuación sobre la señalización de un ACK (Reconocimiento), un NACK (reconocimiento negativo) o un procesamiento del mensaje.
Ejemplos del procedimiento de acceso se
representan en las figuras 3 a 6.
La figura 3 muestra a modo de ejemplo el caso de
una ráfaga RACH o bien de un PRACH, con WT = 4, L = 1 y un factor de
expansión SF4 para el PRACH. Por la tabla puede verse entonces que
el RACH del abonado 8 no se concede, puesto que habrían transcurrido
más de 5 submarcos desde el UpPCH.
La figura 4 muestra a modo de ejemplo el caso de
dos ráfagas RACH o bien dos PRACHs, con WT = 4, L = 2 y SF8 para el
PRACH. Al respecto puede verse por la tabla que el RACH del abonado
8 no se concede, puesto que habrían transcurrido más de 5 submarcos
desde el UpPCH.
\newpage
La figura 5 muestra a modo de ejemplo el caso de
cuatro ráfagas RACH o bien cuatro PRACHs, con WT = 4, L = 4 y factor
de expansión SF16 para el PRACH. Puede verse por la tabla que el
RACH del abonado 8 no se concede, puesto que habrían transcurrido
más de 5 submarcos desde el UpPCH.
La figura 6 muestra finalmente a modo de ejemplo
el caso de cuatro ráfagas RACH o bien dos PRACHs, con WT = 4, L = 4
y SF16 para el PRACH. En la tabla puede observarse que el FPACH sólo
se utiliza en los submarcos 0, 1, 4, 5, 8, 9,..., ya que éstos se
corresponden con los recursos RACH utilizados. El FPACH en el
submarco 0, por el contrario, no se utiliza, ya que no va precedido
de ningún UpPCH. De la misma manera no se utiliza el FPACH en el
submarco 8, 9, ya que éste no va precedido en los últimos 4
submarcos de ningún UpPCH. Los abonados 4, 5, 6, 7 no se conceden,
ya que en ningún caso conducirían a un RACH. En estos casos una
concesión llegaría demasiado tarde. El abonado 8 no se concede, ya
que desde el UpPCH han transcurrido más de 4 submarcos.
Además del procedimiento normal de acceso
descrito, puede llegarse a colisiones cuando hay un acceso
simultáneo por parte de varias estaciones de abonado. En los casos
en los que es muy probable una colisión o por ejemplo el entorno de
propagación ofrece malas condiciones, puede por lo general la
estación de base NB, bien no transmitir el FPACH o bien no recibir
el SYNC_UL. En este caso no puede recibir la estación de abonado UE
ninguna respuesta por parte de la estación de base NB. La estación
de abonado UE ajustará por lo tanto su tiempo de emisión y su nivel
de potencia de emisión en base a una nueva medición, y enviará
repetidamente un SYNC_UL tras un retardo elegido aleatoriamente. Al
respecto la estación de abonado UE elige la ráfaga SYNC_UL en cada
repetición aleatoriamente.
En base al principio correspondiente a la
invención de dos etapas, se presenta una colisión con la máxima
probabilidad sobre el UpPCH. Por el contrario, los recursos RACH
quedan prácticamente libres de colisiones. Con este principio de dos
etapas se posibilita ventajosamente que los recursos RACH puedan ser
tratados conjuntamente con el tráfico tradicional en las mismas
ranuras de tiempo frü en el sentido ascendente.
Claims (5)
1. Procedimiento para el acceso de una
estación de abonado (UE) a una red de un sistema de telefonía móvil,
en el que la estación de abonado (UE)
- -
- en una primera etapa recibe de una estación de base (NB) de la red un código de sincronización para la sincronización, pudiendo deducirse del código de sincronización utilizado una cierta cantidad de firmas que están asignadas a un canal físico en dirección ascendente (UpPCH) para un acceso aleatorio y que definen en cada caso un subcanal del canal físico en sentido ascendente (UpPCH),
- -
- con control aleatorio elige un subcanal del canal físico en sentido ascendente (UpPCH),
- -
- transmite en el subcanal elegido del canal físico en sentido ascendente (UpPCH) una firma a la estación de base (NB) con una potencia de emisión inicial,
- -
- escucha un canal de acceso físico rápido de acceso (FPACH) asignado al canal físico en sentido ascendente (UpPCH) en sentido descendente durante una cierta cantidad de submarcos, para recibir una confirmación de la red, y
caracterizado porque la estación de
abonado
- -
- al recibir la confirmación dentro de la cantidad de submarcos en una segunda etapa, envía un mensaje de acceso en una cantidad configurable de submarcos en un canal de acceso (PRACH) físico controlado aleatoriamente en sentido ascendente a la red con una potencia de emisión determinada a partir de informaciones de la confirmación recibida por la red, eligiéndose el canal de acceso (PRACH) físico controlado aleatoriamente a partir de los múltiples canales de acceso físicos (PRACH) controlados aleatoriamente asignados al canal de acceso físico rápido (FPACH) en función del número de submarco de la confirmación de recepción.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que
la estación de abonado (UE) elige el subcanal a
partir de una cantidad disponible de subcanales de los canales
físicos en sentido ascendente (UpPCH) disponibles para una clase de
servicios de acceso (ASC).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que
la estación de abonado (UE) aumenta en una
magnitud de etapa señalizada la potencia de emisión antes de una
transmisión repetida de la firma.
4. Procedimiento según una reivindicación
precedente, en el que
la estación de abonado (UE) realiza un control
temporal de la emisión del mensaje de acceso en función de la
emisión de tiempo determinada por las informaciones de la
confirmación recibida de la red.
5. Procedimiento según una reivindicación
precedente, en el que
el sistema de telefonía móvil soporta un modo
TDD del estándar UMTS.
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