背景技术
如图1所示,蜂窝式无线通信系统,主要由终端,无线接入网和核心网组成。
对于蜂窝式无线通信系统来说,终端在和网络通信前,需要通过一个上行的公共信道来发送一个随机接入的消息。这种公共信道,称为随机接入信道。随机接入的主要目的是通过竞争的方式来获得对于有限的无线信道资源的占用,有时也是为了获得上行方向的同步信息。上行同步信息被终端用来决定何时发送上行的信号,使得上行信号落在基站接收机的信号接收时间窗口内。
蜂窝无线通信系统中信道可以通过码分,频分,时分等各种可能采用的多趾技术来区分,每个信道在时域上的最小单元称为帧。用来作为随机接入的帧或者帧的组合称为随机接入时隙,相同信道上的随机接入时隙以某种方式构成随机接入子信道。图2中,3个频点和3个信道码构成9个信道,比如2号频点和2号信道码组合构成的信道。在这个信道上每6个帧中,有一个帧作为随机接入时隙使用,随机接入时隙之间的间隔为5帧,在这个信道上构成了一个随机接入子信道。1号频点和1号信道码构成的信道上也配置了随机接入子信道,所以在这个小区中有2个随机接入子信道。
为了保证初始的随机接入消息的有效覆盖范围,消息本身的数据速率很低,换句话说可以包含的信息比特很有限。比如目前在3GPP(第三代移动通讯伙伴计划)讨论的LTE(Long Term Evolution,长期演进)系统中,非同步单帧(时长0.5ms)构成的随机时隙可以承载不超过10比特的信息。
这些随机接入消息中的信息比特一般用自相关性很高的特征码的序列号来表示。在一个随机接入时隙中,无线接入网可以分辨出包含了不同特征码的随机接入消息。所以只有在相同的随机接入时隙上同时收到两个具有相同特征码的随机接入消息的时候才会发生冲突。冲突使得无线接入网无法分辨出单独的终端,也就是说从无线接入网的角度来说,效果雷同于只收到一个终端的接入请求。在这种情况下,终端和无线接入网之间需要通过额外的冲突解决机制,来确保其中一个终端成功接入。失败的终端将会重新再通过这种竞争的方式来接入无线网络。有的时候冲突也会导致所有冲突的终端接入失败。
这种从空闲状态开始的初始接入过程是随机接入过程的一种原因。还有一种比较重要的原因是基站之间的切换接入过程。
在终端和网络通信过程中,终端在不同的小区之间进行移动的时候,需要更换无线信道来保持通信。假如目标小区和源小区在不同的基站,一种可能的切换方式是在切换准备阶段,目标基站已经准备了无线信道资源,然后通过源基站通知终端接入到目标基站已经分配的无线信道上。这种方式对于基于专用无线信道资源的系统,比如GSM(全球移动通讯系统),非常有效;但是对于基于共享信道的无线通信系统,比如LTE,这种切换方式会增加系统的复杂性,并且使得无线信道资源的利用率降低。这是因为源基站需要在切换开始的时候知道和目标基站之间的时间差,以便通知终端一个合适的开始时间来接入到目标基站。而获得精确的时间差的难度很高,无线接入网需要采用比较复杂的机制来获得这个时间差。另外因为消息在无线接入网内或者在无线接口上传递的时间不确定,这对于目标基站来说如何预留共享的无线信道资源变得很难,预留过早会降低无线信道的利用效率,预留过晚会让终端错过接入时间或者引入额外的延迟,所以通常会预留部分冗余的无线信道资源来保证切换的顺利进行,而这样做降低了无线资源的利用率。所以一般会采用不预定无线信道资源的切换方式,即终端在目标基站通过竞争的随机接入的方式来获得无线信道资源。随着蜂窝式无线通信系统的技术发展,这种随机接入的过程时间很短,比如在LTE系统中,大概在20ms左右。
正在通信的终端在蜂窝之间移动的时候,需要通过切换等手段来保持通信的连续性。通常,除了公共信道以外,其他信道采用共享信道的机制,并且上下行无线资源由无线接入网来调度。
终端通过随机接入的方式接入无线接入网的延迟无论对哪种接入原因来说都很重要。但相比较而言,蜂窝式无线通信系统对于切换接入的时延,也就是切换中断的时延要求更加严格。终端在蜂窝之间移动的时候,切换的最主要和最直接的原因是原来的服务小区的信号已经下降到了一个危险的边缘,如果不及时把无线信道切换到信号更好的小区,那么终端的通信质量将大大下降,甚至出现掉话、中断等现象。对于终端来说,同样的延迟,从空闲状态或者不活动状态开始引入与在业务活动状态下引入有很大的区别,终端对于后者更加敏感。而在随机接入过程的时延主要是由上述的“冲突”现象导致的,因为冲突会导致只有一个终端接入无线网络,甚至冲突中的所有终端都失败。而失败的终端即使重新接入成功,也已经产生了更多的时延。基于切换接入的重要性,需要一种方法来消除终端在切换接入时候的冲突概率。
消除切换接入时候的冲突概率可以通过预留专用的随机接入特征码的方法来达到。但在有些极端的情况下,比如预留特征码不够用的时候,目标基站将无法分配预留特征码而导致切换失败。
因此,人们需要一种用于蜂窝式无线通信系统的切换接入解决方案,能够解决上述相关技术中的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种基于随机接入信道的切换接入方法和装置,用于解决相关技术中网络预留了部分特征码的前提下,却不分配预留特征码的切换接入的问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种基于随机接入信道的切换接入方法,用于蜂窝式移动通信系统中移动终端的切换接入,包括以下步骤:步骤a,源基站向目标基站发送切换请求消息,请求将其所服务的移动终端切换到目标基站;步骤b,目标基站对源基站发送切换响应消息,源基站将其内容在切换命令中转发给移动终端,其中,在切换命令消息中不包括预留特征码,预留特征码是被单独分配给切换接入的移动终端使用的一部分随机接入特征码;步骤c,移动终端收到切换命令消息以后,确定切换命令消息中不包含预留特征码,于是选择随机接入子信道;以及步骤d,目标基站与移动终端在随机接入子信道上发起随机接入过程。
在上述的切换接入方法中,步骤b包括以下步骤:目标基站在没有空闲的预留特征码时,不在切换响应消息中包括预留特征码。
在上述的切换接入方法中,步骤b包括以下步骤:目标基站在移动终端在切换前处于上行非同步状态时,不在切换响应消息中包括预留特征码。
在上述的切换接入方法中,步骤c包括以下步骤:移动终端选择一个没有预留特征码的随机接入子信道。
在上述的切换接入方法中,步骤c包括以下步骤:如果选择的随机接入子信道预留了预留特征码,则移动终端挑选一个非预留特征码,然后选择非预留特征码所在的随机接入子信道,其中,非预留特征码是剩余的随机接入特征码。
在上述的切换接入方法中,非预留特征码的信息从系统消息中获取。
在上述的切换接入方法中,非预留特征码的信息从切换命令消息中获取。
在上述的切换接入方法中,步骤d包括以下步骤:目标基站给移动终端发送随机接入响应消息,其中包括上行同步信息和上行无线信道资源信息;以及移动终端收到随机接入响应消息以后,给目标基站发送切换完成消息。
在上述的切换接入方法中,步骤b还包括以下步骤:目标基站在切换命令消息中包含其分配给移动终端的临时身份号码,其中,在切换完成消息中包括临时身份号码,用于进一步的冲突解决机制。
根据本发明的另一方面,提供了一种基于随机接入信道的切换接入装置,用于蜂窝式移动通信系统中移动终端的切换接入,包括:请求切换模块,用于使源基站向目标基站发送切换请求消息,请求将其所服务的移动终端切换到目标基站;切换响应模块,用于使目标基站对源基站发送切换响应消息,源基站将其内容在切换命令中转发给移动终端,其中,在切换命令消息中不包括预留特征码,预留特征码是被单独分配给切换接入的移动终端使用的一部分随机接入特征码;子信道选择模块,用于使移动终端收到切换命令消息以后,确定切换命令消息中不包含预留特征码,于是选择随机接入子信道;以及随机接入模块,用于使目标基站与移动终端在随机接入子信道上发起随机接入过程。
在上述的切换接入装置中,切换响应模块用于使目标基站在没有空闲的预留特征码时,不在切换响应消息中包括预留特征码。
在上述的切换接入装置中,切换响应模块用于使目标基站在移动终端在切换前处于上行非同步状态时,不在切换响应消息中包括预留特征码。
在上述的切换接入装置中,子信道选择模块用于使移动终端选择一个没有预留特征码的随机接入子信道。
在上述的切换接入装置中,子信道选择模块用于如果选择的随机接入子信道预留了预留特征码,则使移动终端挑选一个非预留特征码,然后选择非预留特征码所在的随机接入子信道,其中,非预留特征码是剩余的随机接入特征码。
在上述的切换接入装置中,非预留特征码的信息从系统消息中获取。
在上述的切换接入装置中,非预留特征码的信息从切换命令消息中获取。
在上述的切换接入装置中,随机接入模块包括:随机接入响应模块,用于使目标基站给移动终端发送随机接入响应消息,其中包括上行同步信息和上行无线信道资源信息;以及切换完成模块,用于使移动终端收到随机接入响应消息以后,给目标基站发送切换完成消息。
在上述的切换接入装置中,在切换完成消息中包括临时身份号码,用于进一步的冲突解决机制。
通过上述技术方案,本发明实现了如下技术效果:
采用本发明的方法和装置,可以确保在无线接口上,在任何一个时刻要求切换接入的终端,不会因为没有被分配预留特征码而被拒绝,而是会继续在随机接入子信道上以随机接入的方式来获得目标基站的无线信道资源。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例,来详细说明本发明。
本发明提供了一种基于随机接入信道的切换接入方法和装置。
图7示出了根据本发明的基于随机接入信道的切换接入方法的流程图,其包括以下步骤:
步骤S702,源基站向目标基站发送切换请求消息,请求将其所服务的移动终端切换到目标基站;
步骤S704,目标基站对源基站发送切换响应消息,源基站将其内容在切换命令中转发给移动终端,其中,在切换命令消息中不包括预留特征码,预留特征码是被单独分配给切换接入的移动终端使用的一部分随机接入特征码;
步骤S706,移动终端收到切换命令消息以后,确定切换命令消息中不包含预留特征码,于是选择随机接入子信道;以及
步骤S708,目标基站与移动终端在随机接入子信道上发起随机接入过程。
可选地,步骤S704包括以下步骤:目标基站在没有空闲的预留特征码时,不在切换响应消息中包括预留特征码。
可选地,步骤S704包括以下步骤:目标基站在移动终端在切换前处于上行非同步状态时,不在切换响应消息中包括预留特征码。
可选地,步骤S706包括以下步骤:移动终端选择一个没有预留特征码的随机接入子信道。
可选地,步骤S706包括以下步骤:如果选择的随机接入子信道预留了预留特征码,则移动终端挑选一个非预留特征码,然后选择非预留特征码所在的随机接入子信道,其中,非预留特征码是剩余的随机接入特征码。
可选地,非预留特征码的信息从系统消息中获取。
可选地,非预留特征码的信息从切换命令消息中获取。
可选地,步骤S708包括以下步骤:目标基站给移动终端发送随机接入响应消息,其中包括上行同步信息和上行无线信道资源信息;以及移动终端收到随机接入响应消息以后,给目标基站发送切换完成消息。
可选地,步骤S704还包括以下步骤:目标基站在切换命令消息中包含其分配给移动终端的临时身份号码,其中,在切换完成消息中包括临时身份号码,用于进一步的冲突解决机制。
图8示出了根据本发明的基于随机接入信道的切换接入装置800的方框图,其包括:
请求切换模块802,用于使源基站向目标基站发送切换请求消息,请求将其所服务的移动终端切换到目标基站;
切换响应模块804,用于使目标基站对源基站发送切换响应消息,源基站将其内容在切换命令中转发给移动终端,其中,在切换命令消息中不包括预留特征码,预留特征码是被单独分配给切换接入的移动终端使用的一部分随机接入特征码;
子信道选择模块806,用于使移动终端收到切换命令消息以后,确定切换命令消息中不包含预留特征码,于是选择随机接入子信道;以及
随机接入模块808,用于使目标基站与移动终端在随机接入子信道上发起随机接入过程。
可选地,切换响应模块804用于使目标基站在没有空闲的预留特征码时,不在切换响应消息中包括预留特征码。
可选地,切换响应模块804用于使目标基站在移动终端在切换前处于上行非同步状态时,不在切换响应消息中包括预留特征码。
可选地,子信道选择模块806用于使移动终端选择一个没有预留特征码的随机接入子信道。
可选地,子信道选择模块806用于如果选择的随机接入子信道预留了预留特征码,则使移动终端挑选一个非预留特征码,然后选择非预留特征码所在的随机接入子信道,其中,非预留特征码是剩余的随机接入特征码。
可选地,非预留特征码的信息从系统消息中获取。
可选地,非预留特征码的信息从切换命令消息中获取。
可选地,随机接入模块808包括:随机接入响应模块(未示出),用于使目标基站给移动终端发送随机接入响应消息,其中包括上行同步信息和上行无线信道资源信息;以及切换完成模块(未示出),用于使移动终端收到随机接入响应消息以后,给目标基站发送切换完成消息。
可选地,切换响应模块808用于使目标基站在切换命令消息中包含其分配给移动终端的临时身份号码,其中,在切换完成消息中包括临时身份号码,用于进一步的冲突解决机制。
下面来详述根据本发明的实施例。
本发明的蜂窝无线通信系统的无线接入网采用下列方法来区分切换接入和其他的随机接入:
1,预留部分特征码,单独分配给要求切换接入的终端,而不允许其他非同步随机接入类型的终端来选择。这些预留的特征码称为预留特征码。
2,除了预留特征码以外的所有特征码可以由终端自由选择,前提是无线接入网没有给这些终端分配预留特征码。这些剩余的特征码称为非预留特征码。
3,随机接入消息中的特征码本身隐式地说明了接入原因,也就是说如果某次随机接入消息中的特征码是个预留特征码,就表示这次的接入原因是切换接入。
如果小区中有多个随机接入子信道,那么特征码也可以在多个随机接入子信道上预留。在把预留特征码分配给某个切入的终端的同时,需要指定该特征码所在的随机接入子信道。这是为了避免被分配相同的预留特征码的终端在相同的随机接入子信道上接入,从而导致冲突。这种1个或者多个随机接入子信道上预留的特征码的信息称为特征码的预留信息。
如图3所示,这是一个蜂窝式移动通信系统的切换流程图,在这个切换流程中目标基站因为某种原因,在收到切换请求的时候没有分配预留特征码。切换的过程包括以下步骤:
步骤S302,终端给正在服务的源基站发送测量报告,其中包含了对邻近小区的测量信息。源基站在分析了终端发送的测量报告以后,结合本身配置的无线资源管理信息,来决定是否把该终端切换出本基站的覆盖范围。如果源基站决定切换,则会选择一个切换的目标基站。
步骤S304,源基站发送一个切换请求消息给切换目标基站,消息中包括了在源基站上保存的有关终端的上下文。
步骤S306,目标基站保存上下文以后,会给终端分配一个临时的身份号码。目标基站由于某些原因,决定不分配预留特征码。在给源基站的切换响应消息中会包含终端临时身份号码,但是没有分配的预留特征码。
步骤S308,源基站转发收到的切换响应消息中的信息,即在在无线接口的切换命令消息会包括临时身份号码,但是没有分配的预留特征码。
步骤S310,终端收到切换命令消息以后,会发现网络没有分配预留特征码,于是选择一个没有预留特征码的随机接入子信道,发起随机接入过程;或者在非预留特征码中挑选一个特征码,然后在特征码所在的随机接入子信道上发送随机接入消息;
步骤S312,目标基站在收到随机接入消息以后,发现消息使用的特征码不是预留特征码,以为收到了一个随机接入消息。目标基站随后给终端发送随机接入响应消息,消息中包括上行同步信息和上行无线信道资源等信息。
步骤S314,终端收到随机接入响应消息以后,会给目标基站发送切换完成消息,消息会包括目标基站分配的临时身份号码,用于进一步的冲突解决机制。其中,终端选择没有预留特征码的随机子信道或者非预留特征码,从基站的角度来看都不是采用了预留特征码,所以后续的过程和随机接入的过程类似;如果采用了预留特征码,那么后续的过程就和随机接入过程不一样。
值得注意的是,切换接入消息和随机接入消息在形式上没有区别,因在随机接入子信道上发起的原因不同而取了不同的名字;但是切换接入响应消息和随机接入响应消息之间也可能存在差别。
目前正在业界讨论的LTE系统是典型蜂窝式无线通信系统。如图4所示,这个系统由终端、基站和核心网组成,基站之间是否存在逻辑甚至物理的连接取决于网络对于移动性管理的需求。所有和核心网相连的基站构成了无线接入网,其上下行的无线资源管理都是基于信道共享的思想,并且由基站进行调度的。
LTE系统的在频域构成信道,如图5所示,4个频带构成了4个信道。在信道上用于随机接入的帧称为随机接入时隙,在一个信道上相互之间间隔固定的随机接入时隙就构成了随机接入子信道。终端在初始接入、上行同步或者基站之间切换的时候都会在上行随机接入子信道上发送随机接入消息。消息中所负载的信息比特用自相关性很高的特征码的序列号来表示。
实施例:不预留特征码的切换过程
本实施例中目标基站小区1中有2个随机接入子信道,每个随机接入子信道共有64个特征码,其中40~63号是被预留的。
如图6所示,切换过程包括以下步骤以下:
步骤S602,终端B根据基站的测量控制信息对邻近小区进行测量,然后通过测量报告把测量结果发送给服务的基站,即源基站。
步骤S604,源基站决定把终端B切换到目标基站的小区1,并且给固标基站发送切换请求消息,消息中包括源基站上的上下文信息。
步骤S606,目标基站给终端B分配一个16位的临时身份号码,其值为ox8954,因为某种原因,比如发现预留的特征码已经全部被分配,目标基站决定不给终端B分配预留特征码。然后目标基站发送切换响应消息,消息中包含终端B的临时身份号码、第二个随机接入子信道的信息以及该子信道上特征码的预留信息,比如最大的非预留特征码的序列号39,表示从0~39号特征码是非预留特征码。
步骤S608,源基站在无线接口通过切换命令把在切换响应消息中收到的临时身份号码、小区1的第二个随机接入子信道的信息、最大的非预留特征码的序列号39,以及其他有关目标基站的描述信息发送给终端B。
步骤S610,终端B收到切换命令消息以后,在目标基站的小区1的第二个随机接入子信道上发送切换接入消息,消息中编制了序列号为32的非预留特征码。与此同时,在相同的随机子信道的相同时隙上,终端C也发送了一个随机接入消息,消息中包含了序列号为32的特征码。
步骤S612,目标基站根据收到的特征码的序号,认为只有一个终端在发起随机接入,同时因为无法判断出该终端的身份,所以会在下行发送一个随机接入响应消息,消息中包括同步信息以及上行信道资源信息等。终端B和终端C都会收到这个随机接入响应消息。
步骤S614,终端B和C认为目标基站接收了它的随机接入,所以分别发送层3的消息:终端B会发送切换完成消息,消息中会包含它的临时身份号码ox8954,而终端C会发送无线连接请求消息,消息中可能包含了它的永久身份号码IMSI(国际移动用户标识号)。因为两个终端发送消息的上行资源来自相同的随机接入响应消息,所以目标基站会同时收到两个消息,假设终端B发送的信号强度要高于终端C的信号强度,目标基站只能正确解码切换完成消息,而终端C的无线连接消息的信号作为干扰被丢弃了。
步骤S616,目标基站在正确解码出切换完成消息以后,会马上发送一个冲突解决消息,消息中包含了终端B的临时身份号码ox8954。对于终端B来说,现在可以确认已经完成了切换执行的过程;而对于终端C来说,发现它收到了一个应该是给其他终端的消息,所以可以检测到随机接入过程失败,然后它会根据需要再次发起随机接入或者放弃。
从以上的描述中,可以看出,本发明实现了如下技术效果:
采用本发明的方法和装置,可以确保在无线接口上,在任何一个时刻要求切换接入的终端,不会因为没有被分配预留特征码而被拒绝,而是会继续在随机接入子信道上以随机接入的方式来获得目标基站的无线信道资源。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。应该明白,这些具体实施中的变化对于本领域的技术人员来说是显而易见的,不脱离本发明的精神保护范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。