TWI486082B - Method and apparatus for physical random access in a communication network - Google Patents

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TWI486082B
TWI486082B TW101122470A TW101122470A TWI486082B TW I486082 B TWI486082 B TW I486082B TW 101122470 A TW101122470 A TW 101122470A TW 101122470 A TW101122470 A TW 101122470A TW I486082 B TWI486082 B TW I486082B
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Description

通信網路中的物理隨機存取的方法和裝置
本發明關於無線通信領域，特別關於一種無線通信網路中的物理隨機存取的方法和裝置。
隨著互聯網技術的發展，物聯網的概念逐漸成為新一代資訊技術的重要組成部分。與物聯網類似的網路有兩個特點：第一，其核心和基礎仍然是通信網路，例如移動互聯網，即是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網路；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行資訊交換和通信，而不再限於傳統用戶終端通常適用於人-人之間的資訊交換和通信。
在現階段以及未來，多數物聯網類似的網路所屬的終端，或者稱為機器類型通信(Machine Type Communication，MTC)設備都將以現有的移動互聯網為承載體進行通信，從而，上述MTC設備的會話或者通信的連接的存取、通信等步驟，一般地，都需要與傳統的人-人(Human to Human，H2H)類型的UE(User Equipment，下文簡稱為UE)並存地進行，相應地，MTC設備與UE可能也會在同一個網路中，以相同的方式，並行處理相同的信令，這對通信過程中的現有的通道資源，是一種很大的佔用、消耗。
在3GPP的MTC領域中，也就是機器類通信領域，RAN超載控制十分重要。通過一些研究工作，發明人發現在MTC設備存取高峰過程中，其中的MTC設備數量經常比普通UE多1到2個數量級，信令資源因此成為瓶頸。在物理隨機存取通道(Physical Random Access Channel，PRACH)通信階段，存在兩個需要在用戶平面資料發送/接收之前被指示的消息，即消息2，用於隨機存取回應，以及消息4，用於無線資源控制(Radio Resource Control，RRC)連接建立。物理層PDCCH信令的發送所需的資源取決於其通道狀況。在存取之初，MTC設備的通道狀況對基站(eNB)而言未知，因為此時還不存在通道測量報告。因此，當發送消息2，即隨機存取回應消息的時候，基站(eNB)必須假定該用戶終端(User equipment，UE)可能位於社區的邊緣，因此，默認地，該消息需要使用更多的資源，例如可能總是使用8個CCE，如下表1所示。3GPP假定，總共存在16個CCE用於5M BW，因此RAR消息消耗了一半的信令資源，該資源消耗過多的問題需要解決。並且，從下表1可看出，相對於格式2而言，格式3的資源消耗是加倍的，因此充分利用PDCCH格式，在節省信令資源方面是可行的。
鑒於上述背景技術中的缺點，如果可以為無線網路提出一種物理隨機存取的方法和裝置，使得UE在隨機存取eNB過程中，通道資源可以根據通道狀況而被以適應性的方式選擇，從而節省控制通道單元(control channel element，CCE)，則這對無線存取過程的資源利用將是有益的。
對應地，根據本發明的一個實施例，提出了一種在用戶終端中用於存取的方法，包括：i)根據本機的通道條件，在預定資源上隨機存取；其中，預定資源與該通道條件相關聯；ii)在PDCCH上接收基站對隨機存取的回應。
可選地，如果在回應接收步驟中，對PDCCH的解碼發生錯誤，則方法在該步驟之後還可以包括步驟：在第二預定資源上隨機存取；其中，該第二預定資源所關聯的通道條件與本機通道條件相比較差。當然，如果再次在PDCCH上出現解碼錯誤，則可以再次選用其他的預定的資源以進行隨機存取，如此循環往復，直至所選用的資源使得存取成功。
根據本發明的另一個實施例，提出了一種在基站中用於回應用戶終端存取的方法，包括：i)根據用戶終端的隨機存取，確定其所使用的預定資源；ii)通過與預定資 源相關聯的PDCCH格式，回應用戶終端的隨機存取。
根據本發明的一個實施例，提出了一種在用戶終端中用於存取的裝置，包括：隨機存取模組，用於根據本機通道條件，在預定資源上隨機存取；其中，預定資源與該通道條件相關聯；以及回應接收模組，用於在PDCCH上接收基站對隨機存取的回應。
根據本發明的一個實施例，提出了一種在基站中用於回應用戶終端存取的裝置，包括：資源確定模組，用於根據用戶終端的隨機存取，確定其所使用的預定資源；存取回應模組，用於通過與預定資源相關聯的PDCCH格式，回應用戶終端的隨機存取。
可選地，上述方法或裝置之中的通道條件為信噪比(signal/noise ratio，SNR)。
可選地，上述方法或裝置之中的預定資源可以為隨機存取時機的時間資源或者頻率資源。
通過上述方案，在用戶終端一側，將UE本機通道條件與一些用於隨機存取的預定資源相關聯，並在隨機存取通道(RACH Random Access Channel，RACH)通信過程中告知eNB。而在eNB一側，又將該預定資源與對UE的隨機存取進行回應的PDCCH所使用的資源，即PDCCH格式，進行關聯。從而，使得eNB可以根據UE的存取所使用的預定資源而使用對應的PDCCH格式對UE的隨機存取進行回應。換言之，eNB可以在PRACH的起始階段就獲得UE的通道品質的資訊，例如SNR，並適應性地使用 不同數量的控制通道單元(control channel element，CCE)對UE的隨機存取進行回應，從而節省通道資源。
經過研究，發明人發現M2M(machine to machine，機器與機器)通信的一個重要特徵是相關設備位置是基本固定的，現階段能夠預見到的多數常用的物聯網(MACHINE TYPE COMMUNICATION，MTC)應用為智慧測量儀器，其中設備基本上都是室內固定的，從而，一般情況下，由於其物理位置的基本固定，則其與eNB之間的通道狀況也基本固定。由於這種低移動性的特點，可以對應地對存取參數進行較佳化。基本的設計思路是向eNB指示出相關的MTC設備的基本固定的通道狀況，這樣，eNB可以使用對應的PDCCH格式，而耗費較少的資源。其中的配置可基於路徑損耗或者簡單地基於其與eNB之間的距離。PDCCH以盲解方式被接收，因此對接收任何PDCCH格式都沒有問題。
消息2在MTC存取過程中是一個瓶頸
在基於競爭的存取過程中，其中，由eNB向UE發送的消息2和消息4需要PDCCH以對傳輸進行指示。尤其對於消息2，eNB難以根據RACH前導估計通道狀況。在存取過程中，每個UE從低發射功率開始，繼而，如果沒有來自eNB的回應，則發射功率逐漸升高。因此，在若 干次嘗試之後，eNB可以檢測到前導。所以，這通常意味著，無論其位置如何，每個UE所接收到的SNR是相同或相似的，因為距離較遠的UE會升高其功率更多次。這種機制對於控制對其他社區的干擾而言是重要的。eNB必須使用能滿足最差通道狀況的一個。對eNB而言，可用於發送PDCCH的總的資源量是固定的，因此如果對於一個UE的PDCCH使用了過多的資源，則總體上，可支持的PDCCH數量會減少。
PDCCH被用以發送資源授權、RAR(Random Access Response，隨機存取回饋)消息指示資訊以及其他信令。如果eNB無法找到足夠的PDCCH資源以發送“隨機存取無線網路臨時標識”(RA-RNTI)指示，則一些RAR消息無法被及時發送。下表2示出了RAR消息平均數量對存取成功率的影響。因此，如果可以有更多PDCCH資源可用，則MTC設備和普通的UE將因此而受益。
鑒於上述對於預定資源，例如隨機存取過程所使用的前導資源，使用情況的分析，下面結合圖1-5對本發明的實施例進行詳細描述。
圖1示出了可適用於本發明的一些實施例的方法或裝置的UE 10和eNB 20之間的物理位置關係。其中，UE 10 為MTC設備。由於在一般情況下，如果UE 10位於距離eNB 20較遠的區域A2，則其與eNB 20之間的通道狀況也會較差；而如果UE 10位於距離eNB 20中等距離的區域A1，則其與eNB 20之間的通道狀況也會是中等水準；而如果UE 10位於距離eNB 20較近距離的區域A0，則其與eNB 20之間的通道狀況則會較好。
圖2示出了根據本發明的一個實施例的用於存取的方法的流程圖。主要包括隨機存取的步驟S202和接收回應的步驟S203。
在步驟S202中，根據本機通道條件，UE 10在預定資源上隨機存取；其中，預定資源，例如存取所使用的前導資源，與該通道條件相關聯。
接著，UE 10在PDCCH上接收eNB 20對隨機存取的回應。
圖3示出了根據本發明的一個實施例的用於響應用戶終端的存取的方法流程圖。該方法包括預定資源確定步驟S301，隨機存取回應步驟S302。
在步驟S301中，根據用戶終端的隨機存取，eNB 20確定該UE 10所使用的預定資源。
在步驟S302中，通過與預定資源相關聯的PDCCH格式，回應用戶終端的隨機存取。
前導規劃方案
如上述表1所示，在社區中有四種PDCCH格式可以 使用。
圖4示出了可適用於本發明的一些實施例的RACH存取過程中的預定時隙資源分配圖。其中，分別示例性地示出了在時域中的上述的PDCCH格式0-PDCCH格式3的RACH的時域時機。
圖5示出了可適用於本發明的一些實施例的RACH存取過程中的預定頻率資源分配圖。其中，分別示例性地示出了在頻域中的上述的PDCCH格式0-格式3的RACH的頻域時機。
可選地，上述時間資源為配置索引(configuration index)，而通道條件為信噪比。
鑒於上述對地理位置與通道狀況之間關係的分析，在本發明的上述一些實施例中，為特定的UE選擇PDCCH格式的原則可以由其位置而定。當然，也可以僅根據通道狀況而實現本發明的上述實施例，這對MTC等靜態終端而言，區別並不大。因此，可以對圖1中的三個區域A0、A1、A2，定義3個MTC組，這三個MTC組分別對應著不同的三種通道狀況，例如信噪比分別為[-5dB，+3dB]，[-10dB，-5dB]和[-20dB，-10dB]。
而可選地，隨機存取步驟S202還可以進一步包括步驟：如果信噪比位於第一數值區間，則在與第一數值區間相關聯的第一配置索引，例如前導位置上隨機存取。位於區域A2的UE 10，在進行隨機存取時，探測到其信噪比為-15dB，則其屬於[-20dB，-10dB]的信噪比範圍，而假定 上述三個信噪比的範圍[-5dB，+3dB]，[-10dB，-5dB]和[-20dB，-10dB]分別關聯於“格式0的RACH時機”、“格式1的RACH時機”以及“格式2的RACH時機”三個RACH時機所對應的配置索引。即與該UE 10對應的信噪比範圍[-20dB，-10dB]相關聯的前導資源被預定地設置為如圖4所示的“格式2的RACH時機”。這樣，在步驟S202中，UE 10可選擇在格式2的RACH時機上進行存取，例如發送消息1等。
當然，雖然UE 10位於區域A2，但在某些情況下，該UE 10的信噪比也可能屬於[-10dB，-5dB]的範圍，這樣，根據該UE 10的噪比範圍與前導資源的預定的上述關聯情況，UE 10可能選擇在格式1的RACH時機上進行存取。
接著，對應地，步驟S301還可以包括“如果用戶終端在預定的第一配置索引上存取，則通過與第一配置索引相關聯的PDCCH格式回應用戶終端的隨機存取”的步驟。例如，eNB 20根據UE 10的隨機存取行為，確定該UE 10所使用的預定資源為圖4所示的“格式2的RACH時機”及其配置索引。而假定“格式0的RACH時機”、“格式1的RACH時機”、“格式2的RACH時機”所代表的三種配置索引分別關聯於表1中的“PDCCH格式0”、“PDCCH格式1”和“PDCCH格式2”。因此，與該UE 10用以存取的預定資源相關聯的PDCCH格式即為如表1中的第三項“PDCCH格式2”。這樣，在步驟S301中， eNB 20就通過“PDCCH格式2”，回應用戶終端10的隨機存取。
而隨後，UE 10則在PDCCH上接收eNB 20以“PDCCH格式2”對UE 10的隨機存取所進行回應。
通過上述實施例，對位於區域A2的用戶終端，例如UE 10，eNB 20可使用PDCCH格式2來回應該UE的隨機存取，而位於區域A0和A1的UE(圖中未示出)，eNB 20可以分別使用PDCCH格式0以及PDCCH格式1來回應對應UE的隨機存取，而對於位於區域A2之外距eNB 20更遠的UE設備(圖中未示出)則可使用PDCCH格式3來回應該UE的隨機存取等等。通過該方案可以使得eNB 20間接獲得UE 10的信噪比，從而使得eNB 20可以根據進行存取的UE的通道品質，適應性地使用比較合適的PDCCH資源，對UE 10的存取進行回應。從而可以節省出更多可用的CCE資源以用於回應其他UE的存取，或者對其他UE進行調度。
從技術角度而言，上述實施例的隨機存取過程中，通過使用不同的RACH時機，eNB在一定程度上可以將普通的UE與MTC設備區別開，或者將處於不同的地理位置的MTC設備區別開。
當然，可選地，上述預定資源可以為圖4中所示的時隙資源，也可以為圖5中所示的頻率資源。
應當注意，上述實施例中，以用戶終端UE 10是MTC設備的情形進行說明。其實，該實施例中的方法，也可以 適用於某些應用情境之中的一般的H2H的用戶終端，例如，某些地理位置長期不變的家用型的手持移動電話等。當然，在對MTC設備實施上述方法的同時，另外的資源可通過時間或者頻率為MTC的存取進行複用。需要注意的是，此處，在對MTC設備實施上述方法的同時，可以對H2H類型UE的信令和資源分配保持與現有技術相同，以實現與現有的技術方案的相容性。即，對每個RACH時機，所有的前導都可以被H2H類UE所使用。
此處，可選地，作為當UE 10未接到RAR消息時的一個備用方案，UE 10將選擇一個不同的存取時隙，重新進行存取。例如，在圖2所示的實施例的方法中，還可以包括一個解碼判斷步驟S204，以及重新存取的步驟S205。在步驟S204中，如果在回應接收步驟S203中，對PDCCH的解碼發生錯誤，則在該實施例的方法中的步驟S205中，在第二預定資源上隨機存取；其中，該第二預定資源所關聯的通道條件，例如[-30dB，-20dB]，與上述本機通道條件[-20dB，-10dB]相比較差。則在eNB 20一側，可以根據所配置的關聯關係，採用更為保守的存取時機，選擇更多的CCE資源構建PDCCH通道以對UE 10進行回應。如此迴圈，直到eNB使用最多可用的PDCCH資源，即採用PDCCH格式3，對UE 10的隨機存取進行回應。
可選地，上述實施例中的方法中，在隨機存取步驟S202之前，還包括“依預定機率將隨機存取分配至第一 時隙組”的步驟，該第一時隙組如圖4中時隙組SG_1所示，即為多個，較佳為，連續的時隙通過定義/配置所行成的組。
例如，上述預定機率可以通過UE 10的國際移動用戶識別碼對2N ，例如512，進行模除獲得，其中N為正整數。換言之，通過UE 10的國際移動用戶識別碼對數值“512”進行模除，可以使該UE 10以“1/512”的機率被對應於例如RACH時機SL_1。而時機SL_1屬於時隙組SG_1，則該UE 10的存取將被分配至時隙組SG_1之中，即該UE_10以“4/512”的機率被分配入，或者說，對應于時隙組SG_1。通過這種對用戶終端的存取流量的機率性的分配方式，可以使存取流量得以分散，減少系統的通信負荷。同時，信噪比範圍[-30dB，-20dB]，[-20dB，-10dB]，[-5dB，+3dB]，[-10dB，-5dB]分別關聯於該時隙組SG_1之中的數位“9”、“0”、“1”、“2”所在位置的配置索引。如果該UE 10檢測到其信噪比為0dB，則屬於範圍[-5dB，+3dB]之內，則對應地，在隨機存取步驟S202中，UE 10在屬於第一時隙組SG_1的預定資源，即時隙組SG_1之中數位“1”所在位置的RACH時機上隨機存取。
而在eNB 20一側，在步驟S302中，根據預定資源在其所在的第一時隙組中的位置確定關聯的PDCCH格式。比如，假定該時隙組SG_1中的數字“9”、“0”、“1”、“2”所在位置的RACH時機，或者說配置索引分別與 表1中的“PDCCH格式3”、“PDCCH格式2”、“PDCCH格式1”和“PDCCH格式0”相關聯。則由於在步驟S301中，確定了UE 10所使用的RACH時機對應於時隙組SG_1之中數字“1”所在位置的配置索引，則eNB 20通過與該數位“1”所在位置的預定資源的配置索引相關聯的“PDCCH格式1”，對UE 10的隨機存取進行回應。
在上述一些實施例中，還可以提供一些配置以及所需要的信令。使eNB獲知：對一個特定的MTC設備需要多少CCEs以發送消息，以及使UE獲知上述的各種關聯資訊。例如，在步驟S301之前，eNB 20還可以向UE 10發送第一廣播消息，該消息用於指示該用戶終端10的通道條件，例如信噪比，與UE 10在RACH過程中所應使用的預定資源之間的關聯關係。當然，本領域技術人員應當知曉：如果不通過上述的第一廣播消息將該關聯關係告知UE 10，則作為一種替代方案，還可以通過一些預先的“系統配置”，使得UE 10，例如在其開機時根據該“系統配置”獲得上述的關聯資訊，此處，對這些替代方案不再贅述。
對應地，在UE 10一側，在隨機存取步驟S202之前，還可以包括：接收來自基站20的用於指示上述通道條件與其在RACH過程中所應使用的預定資源之間的關聯的第一廣播消息。
圖6示出了根據本發明的一個實施例的用於存取的裝 置的結構圖。該裝置300一般可以被設置於用戶終端中，例如UE 10，該裝置300包括隨機存取模組301以及回應接收模組302。
隨機存取模組301，用於根據本機通道條件，在預定資源上隨機存取；其中，預定資源與該通道條件相關聯。
回應接收模組302，用於在PDCCH上接收基站對隨機存取的回應。
圖7示出了根據本發明的一個實施例的用於響應用戶終端的存取的裝置結構圖。該裝置400一般可以被設置於基站中，例如eNB 20。該裝置包括存取回應模組401和資源確定模組402。
資源確定模組402，用於根據用戶終端的隨機存取，確定其所使用的預定資源。
存取回應模組401，用於通過與預定資源相關聯的PDCCH格式，回應用戶終端的隨機存取。
可選地，在該裝置400中還包括廣播資訊發送模組，用於向用戶終端發送第一廣播消息，該消息用於指示用戶終端的通道條件與預定資源之間的關聯。
可選地，上述實施例中的通道條件為信噪比。
此外，本發明的實施例可以以軟體、硬體或者軟體和硬體的結合來實現。硬體部分可以利用專用邏輯來實現；軟體部分可以儲存在記憶體中，由適當的指令執行系統，例如微處理器或者專用設計硬體來執行。本領域的普通技術人員可以理解上述的方法和系統可以使用電腦可執行指 令和/或包含在處理器控制代碼中來實現，例如在諸如磁片、CD或DVD-ROM的媒體介質、諸如唯讀記憶體(固件)的可編程的記憶體或者諸如光學或電子信號載體的資料媒體上提供了這樣的代碼。本實施例的系統及其元件可以由諸如超大型積體電路或閘陣列、諸如邏輯晶片、電晶體等的半導體、或者諸如現場可編程閘陣列、可編程邏輯設備等的可編程硬體設備的硬體電路實現，也可以用由各種類型的處理器執行的軟體實現，也可以由上述硬體電路和軟體的結合例如固件來實現。
雖然已經參考目前考慮到的實施例描述了本發明，但是應該理解本發明不限於所公開的實施例。相反的，本發明旨在涵蓋所附申請專利範圍的精神和範圍內所包括的各種修改和等同佈置。以下申請專利範圍的範圍符合最廣泛解釋，以便包含所有這樣的修改及等同結構和功能。
通過對結合附圖所示出的實施例進行詳細說明，本發明的上述以及其他特徵將更加明顯，本發明附圖中相同的標號表示相同或相似的部件。在附圖中：圖1示出了可適用於本發明的一些實施例的方法或裝置的UE和eNB之間的物理位置關係；圖2示出了根據本發明的一個實施例的用於存取的方法的流程圖；圖3示出了根據本發明的一個實施例的用於響應用戶 終端的存取的方法流程圖；圖4示出了可適用於本發明的一些實施例的RACH存取過程中的預定時隙資源分配圖；圖5示出了可適用於本發明的一些實施例的RACH存取過程中的預定頻率資源分配圖；圖6示出了根據本發明的一個實施例的用於存取的裝置的結構圖；圖7示出了根據本發明的一個實施例的用於響應用戶終端的存取的裝置結構圖。

Claims (14)

  1. 一種在用戶終端中用於存取的方法，包括：根據本機的通道條件，在預定資源上隨機存取；其中，該預定資源與該通道條件相關聯；在PDCCH上接收基站對該隨機存取的回應，其中，該預定資源為隨機存取時機的時間資源或頻率資源。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，如果在該回應接收步驟中，對該PDCCH的解碼發生錯誤，則該方法在該步驟之後還包括步驟：-在第二預定資源上隨機存取；其中，該第二預定資源所關聯的通道條件與該本機通道條件相比較差。
  3. 根據申請專利範圍第1項中所述的方法，其中，該方法在該隨機存取步驟之前，還包括，依預定機率將該隨機存取分配至第一時隙組；以及該隨機存取步驟進一步包括，在屬於該第一時隙組的該預定資源上隨機存取。
  4. 根據申請專利範圍第3項中所述的方法，其中，該預定機率為透過該用戶終端的國際移動用戶識別碼對2N 模除獲得，其中N為正整數。
  5. 根據申請專利範圍第1-4項中任一項所述的方法，其中，該方法在該隨機存取步驟之前，還包括：接收來自基站的用於指示該通道條件與該預定資源之 間的關聯的第一廣播消息。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該時間資源為配置索引，該通道條件為信噪比；以及所述隨機存取步驟進一步包括：如果該信噪比位於第一數值區間，則在與該第一數值區間相關聯的第一配置索引上隨機存取。
  7. 一種在基站中用於回應用戶終端存取的方法，包括：根據用戶終端的隨機存取，確定其所使用的預定資源；透過與該預定資源相關聯的PDCCH格式，回應該用戶終端的隨機存取，其中，該預定資源為隨機存取時機的時間資源或頻率資源。
  8. 根據申請專利範圍第7項中所述的方法，其中，該隨機存取回應步驟進一步包括，根據該預定資源在其所在的第一時隙組中的位置確定該關聯的PDCCH格式。
  9. 根據申請專利範圍第7-8項中任一項所述的方法，其中，該方法在該預定資源確定步驟之前，還包括：向該用戶終端發送用於指示該用戶終端的通道條件與該預定資源之間的關聯的第一廣播消息。
  10. 根據申請專利範圍第7項所述的方法，其中，該 時間資源為配置索引，以及該隨機存取回應步驟進一步包括：如果該用戶終端在預定的第一配置索引上存取，則透過與該第一配置索引相關聯的PDCCH格式回應該用戶終端的隨機存取。
  11. 一種在用戶終端中用於存取的裝置，包括：隨機存取模組，用於根據本機通道條件，在預定資源上隨機存取；其中，該預定資源與該通道條件相關聯；回應接收模組，用於在PDCCH上接收基站對該隨機存取的回應，其中，該預定資源為隨機存取時機的時間資源或頻率資源。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的裝置，其中，該通道條件為信噪比。
  13. 一種在基站中用於回應用戶終端存取的裝置，包括：資源確定模組，用於根據用戶終端的隨機存取，確定其所使用的預定資源；存取回應模組，用於透過與該預定資源相關聯的PDCCH格式，回應該用戶終端的隨機存取，其中，該預定資源為隨機存取時機的時間資源或頻率資源。
  14. 根據申請專利範圍第13項所述的裝置，其中， 還包括：廣播資訊發送模組，用於向該用戶終端發送第一廣播消息，該消息用於指示該用戶終端的通道條件與該預定資源之間的關聯。
TW101122470A 2011-07-06 2012-06-22 Method and apparatus for physical random access in a communication network TWI486082B (zh)

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