CN102113401B - 用于使用软专用前导执行随机接入过程的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于使用软专用前导执行随机接入过程的方法。一个模块将关联于一个或多个随机接入信道的多个前导中之一指定为软专用前导。该软专用前导由基于竞争的或者基于非竞争的用户设备所使用。
Description
技术领域
本发明涉及用于使用软专用前导执行随机接入过程的方法和装置。
背景技术
无线电通信系统，比如无线数据网络(例如，第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)系统、扩频系统(比如码分多址(CDMA)网络)、时分多址(TDMA)网络、WiMAX(全球微波互联接入)等)，向用户提供了可移动性连同丰富的成套服务和特征的便利。这种便利导致数量日益增加的消费者显著采纳其作为用于商务和个人用途的公认模式。为了促进更加广泛的采纳程度，包括从制造商到服务提供商在内的电信业已经同意，以巨大的投入和努力来开发用于构成各种服务和特征之基础的通信协议的标准。努力的一个区域涉及使用随机接入信道的通信，其允许在无需对于网络资源进行事先协商的情况下对这样的资源作出保护。
随机接入过程是为了以下五种事件(如在通过引用整体并入本文之中的3GPP TS 36.300v8.4.0中所详述)而执行的，这些事件有：(1)来自RRC_IDLE的初始接入(无线电资源控制)；(2)无线电链路失效后的初始接入；(3)需要随机接入过程的切换；需要随机接入过程的、在RRC_CONNECTED期间的下行链路(DL)数据到达，例如，当UL同步状态为“非同步”时；以及(5)需要随机接入过程的、在RRC_CONNECTED期间的UL数据到达，例如，当UL同步状态为“非同步”或者没有任何可用于SR的PUCCH资源时。
此外，随即接入过程有两种不同的形式：基于竞争的(适用于所有五种事件)，和基于非竞争的(仅适用于切换和DL数据到达)。
因此，存在对于可以与已开发的标准和协议并存的、用于提供高效信令的方法的需求。
发明内容
根据一个实施方式，一种方法包括将关联于一个或多个随机接入信道的多个前导中之一指定为软专用前导。该软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备用于接入随机接入信道中之一。
根据另一实施方式，一种计算机可读介质携带一个或多个序列的一个或多个指令，当这些指令由一个或多个处理器执行时，使一种装置将关联于一个或多个随机接入信道的多个前导中之一指定为软专用前导。该软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备用于接入随机接入信道中之一。
根据又一实施方式，一种装置包括前导控制逻辑，其被配置成将关联于一个或多个随机接入信道的多个前导中之一指定为软专用前导。该软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备用于接入随机接入信道中之一。
根据另一实施方式，一种设备包括用于将关联于一个或多个随机接入信道的多个前导中之一指定为软专用前导的装置。该软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备用于接入随机接入信道中之一。
根据又一实施方式，一种方法包括接收对软专用前导和相关联选择概率的使用作出规定的配置信息。该方法还包括从多个前导中选择软专用前导。该软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备所使用。
根据另一实施方式，一种计算机可读介质携带一个或多个序列的一个或多个指令，当这些指令由一个或多个处理器执行时，使一种装置接收对软专用前导和相关联选择概率的使用作出规定的配置信息。还使得该装置从多个前导中选择软专用前导。该软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备所使用。
根据又一实施方式，一种装置包括前导控制逻辑，其被配置成接收对软专用前导和相关联选择概率的使用作出规定的配置信息。该前导控制逻辑还被配置成从多个前导中选择软专用前导。该软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备所使用。
根据另一实施方式，一种设备包括用于接收对软专用前导和相关联选择概率的使用作出规定的配置信息的装置。该设备还包括用于从多个前导中选择软专用前导的装置。该软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备所使用。
只需通过示例说明包括设想的用于实施本发明的最佳模式在内的若干特定实施方式和实现方式，本发明的其他方面、特征和优点就会从以下详细描述中显而易见。本发明还能够有其他的和不同的实施方式，并且其若干细节可在各个明显方面中作出修改，全部这些都不背离本发明的精髓和范围。相应地，附图和描述应被视为本质是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
在随附附图的图中，通过举例的方式，而不是限制的方式，示出了本发明的实施方式：
图1为根据一个示例性实施方式的、能够为基于竞争的用户设备以及无竞争用户设备提供利用软专用前导的随机接入过程的通信系统的图示；
图2为根据各种示例性实施方式的、采用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)传输方案之中的物理随机接入信道(PRACH)的图示；
图3-图5为根据各种示例性实施方式的、用于利用软专用前导的过程的流程图；
图6为根据一个示例性实施方式的、软专用前导的一种示例格式的图示；
图7为根据一个示例性实施方式的、部署于一个标准的不同版本中的软专用前导的一种示例格式的图示；
图8A-图8D为根据本发明的各种示例性实施方式的、具有在其中图1的系统可以操作提供资源分配的长期演进(LTE)和E-UTRA(演进型通用陆地无线电接入)架构的通信系统的图示；
图9为可以用于实现本发明的实施方式的硬件的图示；以及
图10为根据本发明的一个实施方式的、被配置成在图8A-图8D的系统中操作的用户终端的示例组件的图示。
具体实施方式
本文公开了用于提供使用软专用前导(“s前导”)的随机接入过程的装置、方法和软件。在以下描述中，为了解释说明的目的而阐述了许多具体细节，以便提供对于本发明实施方式的深入理解。然而，本领域中技术人员明白，可以在没有这些具体细节的情况下，或者使用等同布置来实践本发明的实施方式。在其他情况中，以框图的形式示出了众所周知的结构和设备，以便避免不必要地模糊本发明的实施方式。
尽管本发明的实施方式是关于符合第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)架构的无线网络而讨论的，但本领域中一般技术人员意识到，本发明实施方式可以适用于任何类型的通信系统和等同功能能力。
图1为根据一个示例性实施方式的、能够为基于竞争的用户设备以及无竞争用户设备提供利用软专用前导的随机接入过程的通信系统的图示。如图1中所示，一个或多个用户设备(UE)101与作为接入网络(例如，3GPP LTE(或者E-UTRAN等))的一部分的基站103通信。在3GPP LTE架构下(如图8A-图8D中所示)，基站103被表示为增强节点B(eNB)。UE 101可以是任何类型的移动台，比如手持设备、终端、站、单元、设备、多媒体平板机、英特网节点、通信器、个人数字助理(PDA)或者任何类型的用户接口(比如“佩戴型”电路等)。UE 101包括收发器105和天线系统107，该天线系统107耦合到收发器105以接收和发送来自基站103的信号。天线系统107可以包括一个或多个天线。
和UE 101一样，基站103采用收发器109，其向UE 101传输信息。并且，基站103可以采用一个或多个天线111来传输和接收电磁信号。比如，节点B 103可以利用多输入多输出(MIMO)天线系统111，据此节点B 103可以支持多天线传输和接收能力。这种布置可以支持独立数据流的并行传输，以实现UE 101与节点B 103之间的高数据传输率。在一个示例性实施方式中，基站103使用OFDM(正交频分复用)作为下行链路传输方案，以及具有循环前缀的单载波传输(例如，SC-FDMA(单载波频分多址))用于上行链路(UL)传输方案。SC-FDMA还可以使用DFT-S-OFDM原理来实现，该原理在(通过引用全文并入本文之中的)2006年5月的版本为v.1.5.0的标题为“Physical Layer Aspects for Evolved UTRA”的3GGP TR 25.814中有详细介绍。SC-FDMA也被称为多用户SC-FDMA，其允许多个用户在不同子频带上同时传输。
UE 101与基站103之间的通信(因此，网络)部分地由交换于这两个实体间的控制信息所支配。在一个示例性实施方式中，这样的控制信息经例如从基站103至UE 101的下行链路上的控制信道传输。
为了确保信息在eNB 103与UE 101之间的准确传送，系统100利用纠错来交换信息，例如，混合ARQ(HARQ)。HARQ是前向纠错(FEC)编码与自动重传请求(ARQ)协议的结合。自动重传请求(ARQ)是链路层上使用的纠错机制。因此，该纠错方案以及其他方案(例如，CRC(循环冗余校验))可以由分别位于eNB 103和UE 101内的纠错模块(未示出)来执行。HARQ机制允许接收器(例如，UE101)向发射器(例如，eNB 103)指出分组或子分组未被正确地接收到，并因此请求发射器重发一个或多个特定分组。
举例而言，定义了用于在系统100中使用的若干通信信道。信道类型包括：物理信道、传输信道和逻辑信道。物理信道可以包括物理下行链路共享信道(PDSCH)、专用物理下行链路专用信道(DPDCH)、专用物理控制信道(DPCCH)等。传输信道可以通过它们如何经无线电接口传输数据以及数据的特性来定义。传输信道包括广播信道(BCH)、寻呼信道(PCH)、专用共享信道(DSCH)等。其他示例传输信道为上行链路(UL)随机接入信道(RACH)、下行链路共享信道(DL-SCH)、上行链路共享信道(UL-SCH)、广播信道(BCH)和寻呼信道(PCH)。专用传输信道为UL/DL专用信道(DCH)。各传输信号根据其物理特性映射到一个或多个物理信道。
各逻辑信道可以通过其携载的信息的类型和所需服务质量(QoS)来定义。相关逻辑信道例如包括广播控制信道(BCCH)、寻呼控制信道(PCCH)、专用控制信道(DCCH)、公共控制信道(CCCH)、共享信道控制信道(SHCCH)、专用业务信道(DTCH)、公共业务信道(CTCH)等。
BCCH(广播控制信道)可以映射到BCH和DSCH二者。因此，这映射到PDSCH；时间-频率资源可以通过使用L1/L2控制信道(PDCCH)而被动态地分配。在这种情况下，使用BCCH(广播控制信道)-RNTI(无线电网络临时标识)来标识资源分配信息。
就专用随机接入前导的分配而言，可以使用L1/L2控制信号(尽管可以设想到也可以备选地利用介质接入控制(MAC)层信令)。关于定时提前(TA)信息信令，可以在LTE中规定全部两种类型的信令。当UE 101处于UL-同步之中并且存在DL数据时，TA信息可以在DL MAC控制信号中发送。然而，如果UE 101不处于UL-同步之中，或者没有DL数据要发射或任何资源分配，那么为了优化，TA信息可以经由L1/L2控制信号发送。
系统100提供用于随机接入(RA)过程的高效机制，如分别位于基站103和UE 101内的随机接入过程模块113和115所提供的那样。系统100采用使一定数量的前导因其而被定义为“软专用前导”的RA机制，所述“软专用前导”可以由基于竞争的UE和无竞争UE所共享。
为了更好地领会这种方法，描述常规RA过程是有启发性的。在根据一个LTE规范的随机接入过程中，UE 101的第一操作是在物理随机接入信道(PRACH)中传输RA前导，其被表示为“消息1”。继而，eNB 103检测由UE 101传输的所有消息1的接收并且判断对于每个PRACH传输了哪些前导；该过程在(通过引用全文并入本文之中的)3GPP TS 36.321v8.1.0中有更加全面的描述。在LTE中RA前导的设计中，可以保证任何两个前导之间的正交性，即，相同PRACH中的任何两个不同前导可由eNB 103区分。如果两个UE 101在相同PRACH中应用相同的前导，那么将会发生冲突，并且在这一RA冲突中可将这两个UE 101视为失效。
两种类型的随机接入，基于竞争的RA和基于非竞争的RA，产生两种类型的RA前导：非专用前导(“n-前导”)和专用前导(“d-前导”)。对于基于竞争的RA，每个UE 101均等地加入竞争，并选择非专用前导中之一来传输消息1。对于基于非竞争的RA，与到期时间相关联的一定数量的专用前导被保留给例如具有切换和下行链路数据到达的UE 101，如在(通过引用全文并入本文之中的)3GPP TS36.321v8.1.0和3GPP TS 36.300v8.4.0中所更全面描述的那样。使用该约定，那些利用d-前导来执行例如切换或者下行链路数据到达的UE 101被表示为“d-UE”或“基于非竞争的UE”；而那些利用n-前导来执行基于竞争的RA的UE 101被表示为“n-UE”或“基于竞争的UE”。
例如，用于前导选择的常规机制为如下所述。首先，各小区或扇区为d-UE分配一定数量的d-前导，而其他前导则被用作用于n-UE的n-前导。如定义的那样，n-UE不能使用任何为d-UE保留的d-前导。另外，每个n-UE以相同的概率在n-前导间选择。
继而，如果到期时间尚未到期的d-UE的数量多于d-前导的数量，那么这些不具有对应的d-前导的额外d-UE将失去它们的优先级，并与n-UE一同加入对于可用n-前导的竞争。也就是说，额外的d-UE实际上变为n-UE。
如果d-UE的到期时间到期，那么该d-UE也将加入与n-UE的竞争。d-前导和n-前导的配置，比如它们的划分(“划分”指的是在前导序列中的划分位置)被广播给所有UE 101。
尽管以上机制比较简单，但其缺乏对于处理n-UE对比d-UE的相对数量中的变化的灵活性。为了实现效率，d-前导的数量应当紧密匹配于d-UE的数量。数量过多的d-前导会浪费宝贵的前导资源。另一方面，如果没有足够的d-前导用于d-UE，那么一些d-UE将会在对于n-前导的竞争中加入n-UE，从而在RA成功率中造成潜在地显著下降。此外，尽管可以自适应地调整d-前导的数量，但d-UE的数量无法被eNB 103精确估计。另外，很难及时地向UE 101传达各个前导组(例如，n-前导和d-前导)的大小中的任何变化。
常规机制的另一缺点在于，未考虑到不同类别的(例如，需要不同服务水平的)d-UE。例如，切换过程中的UE 101一般对于获取前导具有最高优先级。关于参与切换的UE 101的类而言，可以有额外的区分类存在。例如，快速移动和/或远离源小区的UE 101具有较高的优先级。接下来符合优先级的是具有紧急下行链路数据的UE 101，还有那些具有宽松定时要求的UE 101。然而，常规RA过程没有能够容易地区分d-UE的这些不同类的机制。
认识到以上问题，系统100提供新的前导设计，其：(1)能适应d-UE的不断变化的数量；(2)无需频繁估计和向UE 101广播前导信息或配置；并且(3)可以用于区分d-UE的不同类。系统100采用一种RA机制，使特定数量的前导因其而被定义为“软专用前导”(s-前导)，所述“软专用前导”可由基于竞争的UE 101(d-UE)和基于非竞争的UE 101(n-UE)二者所共享。在一个实施方式中，对于基于竞争的UE 101，给s-前导分配相对于n-前导较低的选择概率。以这种方式，s-前导不大可能受到程度很高或者很严重的对于其使用的竞争。对于基于非竞争的UE 101，仅当例如所有可用的d-前导都已被使用时才使用s-前导。根据这一选择，s-前导将按照一定次序，(例如，根据它们的索引)而被使用。
图2为根据各种示例性实施方式的、采用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)传输方案之中的物理随机接入信道(PRACH)的图示。如图所示，应当注意到，在FDD 201中(根据一个实施方式)，在每个无线电子帧中至多有一个PRACH 203。然而，在另一实施方式中，使用TDD 205，可以支持多个PRACH 207a-207n(例如，6个)。根据TDD 205的PRACH 207配置在(通过引用全文并入本文之中的)R1-081691“TDD RACH Configurations”ZTE，RAN1#52b，深圳和3GPP TS 36.211v8.2.0中更加详细地描述。通过举例的方式，以上参考文献中解释了FDD 201的情况，其中所有UE 101(例如d-UE
209a-209n和n-UE 211a-211n)都在同一PRACH 203中传输RA前导213。并且，所述参考文献可以扩展到TDD 205的情况，其中UE 101可以在不同PRACH 207a-207b中传输前导213。在一个实施方式中，前导213包括一个或多个d-前导、一个或多个s-前导、一个或多个n-前导或者它们的组合。此外，在其中前导213和相应PRACH二者在一个子帧中均为选择性的TDD中，当一定数量的前导和相应的随机接入信道由d-UE 209和n-UE 211二者所共享时，“软专用”方法可以扩展到PRACH。
图3-图5为根据各种示例性实施方式的、用于利用软专用前导的过程的流程图。值得注意的是，在一个示例性前导分配方案中，d-UE209和n-UE 211具有对前导213资源的不同视角。在n-UE 211的视角中，所有前导都关联于“选择概率”，其代表选择特定前导213的机会或可能性。假设n-前导的数量为Nn，那么n-前导和d-前导的选择概率在表1中列出。
| d-前导 | n-前导 | |
| d-UE 209 | 按照次序 | 除非变为n-UE，否则为0 |
| n-UE 211 | 0 | 对于每一个都为1/Nn |
表1
根据该方案，可以使用为0的比特值来指示出d-前导和n-前导相应地被“硬性”分配给d-UE 209和n-UE 211，即，在它们的选择之间没有重叠。相比之下，图3-图5的过程可对一些前导213使用可以是“更软”或更灵活的选择概率——即，它们对于d-UE和n-UE都是可用的，但伴随不同的机制(次序或概率)。
尽管图3-图5的过程是关于eNB 103的随机接入过程模块113而描述的，但可以设想，该处理也可以由UE 101的随机接入过程模块115或者系统100中的其他等效组件所执行。
图3为根据一个实施方式的、一种用于指定软专用前导的过程的流程图。在步骤301中，随机接入过程模块113(例如)，将关联于一个或多个随机接入信道的多个前导中之一指定为软专用前导。在一个实施方式中，将一定数量的前导定义为对于d-UE 209和n-UE 211二者均可用的“软专用前导(s-前导)”。对于n-UE 211，随机接入过程模块113向被指定的软专用前导分配比分配给n-前导的选择概率更低的选择概率(步骤303)。以这种方式，如前文所讨论，对s-前导的竞争的严重性得以降低。对于d-UE 209，随机接入过程模块113仅在d-前导已被用尽时才引导使用软专用前导(步骤305)。在一个实施方式中，s-前导继而将按照一定次序，(例如，根据它们的索引)而被使用。以下的表2列出了由这两条规则所产生的相对选择概率。
表2
如前所述，d-UE 209和n-UE 211都受到s-前导的引入的影响。相对于d-UE 209而言，s-前导相对于n-UE 211具有较小的选择概率，所以相比于n-前导而言，在d-UE 209和n-UE 211之间对于s-前导的竞争将较不严重。作为结果，无对应的d-前导可用的d-UE 209将受益于s-前导，因为从使用s-前导中将比从默认为n-前导中产生更少的冲突机会。根据软专用方法，d-UE 209实际上将具有各自伴随不定程度的竞争严重性的三个前导选择，例如，d-前导(无竞争)、s-前导(低竞争严重性)和n-前导(最高竞争严重性)。
关于n-UE 211而言，一般有两组前导(例如，s-前导和n-前导)可用于n-UE，并具有不同的选择概率。在一个示例性实施方式中，s-前导组具有较小的选择概率，以及由此而来的较小竞争严重性。如果s-前导是部分地从d-前导组中指定的，那么对于n-UE 211可用的前导213的总数会增多。降低的竞争严重性还可以潜在地提高RA性能。
图4示出了用于生成用来指示s-前导的使用的控制消息的过程。在步骤401中，随机接入过程模块113在一个示例性实施方式中，基于UE 101的负荷来确定前导的选择概率。如前文所讨论，选择概率确定特定前导213将被选择以供使用的可能性。相应地，改动前导213的选择概率可以改变对于前导213的竞争水平。关于图6的讨论更为详细地描述了确定选择概率的步骤。在生成选择概率之后，随机接入过程模块113生成对前导213的配置信息作出规定的控制消息(步骤403)。控制消息中的配置信息包括相应前导213的类型(例如，s-前导、n-前导或者d-前导)、大小和选择概率。举例而言，配置信息可以引导UE 101使用s-前导用于经随机接入信道的传输。还可以设想，配置消息还可以包括其他参数，比如到期时间等。随机接入过程模块113继而发起控制消息至UE 101的传输(步骤405)。反过来，随机接入过程模块113经相应的随机接入信道(例如，PRACH)从UE 101接收前导(步骤407)。模块113还可以例如基于接收到的前导中的信息来确定UE 101的身份(步骤409)。
图5为一种根据一个实施方式的、用于接收配置信息的处理的流程图。在步骤501中，UE 101的随机接入过程模块115接收例如来自eNB 103的前导配置信息。例如，前导配置信息规定了UE 101应当使用什么类型的前导213(例如，s-前导、n-前导或者d-前导)用于根据RA过程的传输。如上面所讨论，配置信息还包括供UE 101在对前导213的选择和配置中使用的参数(例如，大小和选择概率)。在一个示例中，配置信息规定了s-前导和相关联选择概率的使用。相应地，随机接入过程模块115基于配置信息选择适当的前导(步骤503)，并且根据RA过程发起选择的前导例如至eNB 103的传输。在一个实施方式中，前导传输包括用以对正在传输的UE 101作出标识的信息。此外，传输可以使用根据TDD或者FDD方案建立的随机接入信道来进行。
图6为根据一个示例性实施方式的、软专用前导的一种示例格式的图示。在一个实施方式中，将关联于s-前导和n-前导的配置信息，包括它们的大小和选择概率，广播至例如位于与eNB 103对应的小区内的所有n-UE 211。例如，图6描绘了具有仅包括d-前导和n-前导的固定前导划分的前导资源601。在这种情况下，d-前导的数量是固定的，并且仅可由d-UE 209使用。如果没有足够的d-前导可用来满足所有d-UE 209，那么额外的d-UE 209中的一个或多个d-UE实际上被转化为n-UE 209，并且必须竞争可用的n-前导。
另一方面，如图所示，前导资源603通过指定可用前导中的一部分作为可由d-UE 209或n-UE 211使用的s-前导而使用软专用前导方法。在这种情况下，前导资源603包括若干d-前导、若干s-前导和若干n-前导。根据d-UE 209和n-UE 211对前导的使用情况，前导资源603保留使用s-前导的灵活性，以支持d-UE 209或者n-UE 211的资源需求。例如，如果没有足够的d-前导资源来满足所有d-UE 209的需求，那么d-UE 209可在必须进行转换以使用n-前导之前使用s-前导。类似地，如果n-UE 211之间对于可用n-前导的竞争很严重，那么可以使用s-前导来减少竞争。
在一个实施方式中，配置信息包括单个比特，其用以指示是否要采用具有固定前导划分的s-前导。也就是说，该单独一个比特引导UE 101使用无s-前导的前导资源601或者具有s-前导的前导资源603。此外，s-前导和n-前导的选择概率可以根据d-UE 209和n-UE 211的负荷情况来配置。举例而言，对于每个s-前导，在以下情况下不会发生冲突：(1)该s-前导已被分配给一个d-UE 209，并且没有n-UE 211选择使用该s-前导；或者(2)仅有一个n-UE 211选择使用该s-前导，并且该s-前导尚未被分配给任何d-UE 209。
为了示例说明以上方法，描述涉及高负荷(即，20和30个n-UE)和低负荷(即，不超过10个n-UE)的两个情况。
在高负荷情况中，假设存在总共64个前导资源；例如，8个d-前导和56个n-前导。值得注意的是，在一个小区中通常存在8个以上的d-UE。相应地，以下三个方案将用于处理这种情况：
方案1：8个d-前导和56个n-前导。在这种情况下，(其索引超过了8的)额外d-UE 209应被视为n-UE 211，并且加入n-前导的竞争。
方案2：16个d-前导和48个n-前导。亦即，将8个n-前导变为了d-前导。
方案3：8个d-前导、8个s-前导和48个n-前导。亦即，将8个n-前导变为了s-前导。
相应地，可以计算出“RA成功率”；该比率指示出对于一个UE101(无论是d-UE 209还是n-UE 211)而言，其在前导资源的竞争中的成功概率。亦即，该UE 101选择未被任何其他UE 101所选择的前导。对于方案1，每个n-UE 211均等地选择n-前导，即，选择任何n-前导的概率为如果d-UE 209的数量不超过8个，那么对于d-UE209的RA成功率为1，并且对于n-UE 211的RA成功率等于其中Mn表示n-UE 211的数量。否则，如果d-UE 209的数量多于8个，那么额外的d-UE 209和n-UE 211的RA成功率全都为其中M’表示超过d-前导数量的额外d-UE 209的数量。
对于方案2，分析与方案1类似，不同之处在于阈值为16个d-UE。亦即，如果d-UE 209的数量不超过16个，那么每个n-UE 211的RA成功率为
对于方案3，每个n-UE 211具有的概率会选择n-前导，以及的概率会选择s-前导。所以一个d-UE 209的RA成功率对于前8个d-UE 209而言为1，对于接下来的8个d-UE 209为
对于n-UE 211，对于任何n-前导的无竞争概率为对于任何s-前导的无竞争概率为所以RA成功率等于
现在转向低负荷情况，当不超过10个n-UE 211加入基于竞争的RA中时，对于一个n-UE 211的RA成功率将不会随任何方案而有太大变化，因为n-UE 211的数量相对于n-前导的数量而言太小。然而，在这种情况下，对于额外的d-UE 209，s-前导仍然提供远小于n-前导的冲突概率。
根据某些实施方式，s-前导设计具有以下优点。例如，该方法为具有中等RA成功率的d-UE 209提供成组的前导，这可以用来保护额外的d-UE 209免受严重的RA性能下降并且增加系统灵活性。并且，同时为d-UE 209和n-UE 211提供了更大量的可用前导；因此，从d-UE209的数量变化的角度而言提高了系统的鲁棒性。该方法还可以动态调整前导组的划分(例如，s-前导、n-前导和d-前导的相对数量)，从而减少了系统开销。
除了对于d-UE 209和n-UE 211二者具有均衡的RA性能以外，s-前导的设计可以处理以下场景：
对于具有专用前导的d-UE 209，如果d-UE 209无法在例如对应的计数器到期之前成功接入d-前导，那么可以向该d-UE 209分配s-前导，而不是n-前导，以避免RA性能的下降(例如，RA成功率的降低)。该场景非常适合于目前的LTE MAC规范。通常向正在尝试切换的UE 101分配d-前导。如果在切换命令中对前导给出了有效时间(由到期计时器控制)，那么UE 101会在d-前导到期时以基于竞争的过程来继续。在该情况中可以规定，UE 101应当在基于竞争的过程中替代地使用s-前导。以这种方式，将会最小化由于竞争失败而造成的延迟的概率。
对于一组要切换到在其中没有足够的d-前导的同一目标小区中的d-UE 209，可以向该组的一部分分配s-前导而不是n-前导，以提高切换成功率；
对于一组具有下行链路数据传输要求而又没有足够d-前导的d-UE 209，可以向那些具有宽松定时要求的d-UE 209分配s-前导。
图7为根据一个示例性实施方式的、部署于一个标准的不同版本中的软专用前导的一种示例格式的图示。在实施长期演进(LTE)版本8(Rel’8)的系统中，可以通过仅向系统信息添加一个参数而在现有Rel’8系统之上，于LTE版本9(Rel’9)中实施本文所述方法。该参数将向Rel’9UE 101指示有多少s-前导存在。Rel’9UE继而将见到d-前导、s-前导和n-前导，而对于Rel’8UE而言，d-前导和s-前导将构成它们的d-前导组，如图7中所示。例如，从添加的参数对于其不具任何意义的Rel’8UE 101的角度看，前导资源701在d-前导和n-前导间划分。然而，对于可以解译所述参数的Rel’9UE 101而言，前导资源701将划分为d-前导、s-前导和n-前导。如图所示，Rel’9s-前导对于Rel’8UE 101表现为d-前导。在其他实施方式中，可以设想，Rel’9s-前导对于Rel’8UE 101可以表现为n-前导。(如图所示的)前一种方法在Rel’8和Rel’9UE 101的数量相仿时将会是很重要的：Rel’9UE 101将从所发明的系统中充分获益，而Rel’8UE 101将不受影响。如果可以预期Rel’8UE 101的数量相比Rel’9UE 101较少，则(所设想的)后一种方法变得尤为有用，因为由此Rel’8UE 101将会传输s-前导的概率可能很小。
在某些实施方式中，上述过程可以在UMTS陆地无线电接入网络(UTRAN)或者3GPP中的演进型UTRAN(E-UTRAN)内执行，如接下来所述。
图8A-图8D为根据本发明的各种示例性实施方式的、具有在其中图1的用户设备(UE)和基站可以操作的示例性长期演进(LTE)架构的通信系统的图示。举例而言(图8A中所示)，基站(例如，目的节点)和用户设备(UE)(例如，源节点)可以使用如下所列在内的任何接入方案在系统800中通信，这些方案比如有：时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、宽带码分多址(WCDMA)、正交频分多址(OFDMA)或者单载波频分多址(FDMA)(SC-FDMA)或者它们中的组合。在一个示例性实施方式中，上行链路和下行链路二者均可以利用WCDMA。在另一示例性实施方式中，上行链路利用SC-FDMA，而下行链路利用OFDMA。
通信系统800符合(通过引用全文并入本文之中的)标题为“LongTerm Evolution of the 3GPP Radio Technology”的3GPP LTE。如图8A中所示，一个或多个用户设备(UE)与网络设备，比如基站83进行通信，该网络设备是接入网络(例如，WiMAX(全球微波互联)、3GPP LTE(或者E-UTRAN)等)的一部分。根据3GPP LTE架构，基站83被表示为增强节点B(eNB)。
MME(移动管理实体)/服务网关801使用分组传输网络(例如，因特网协议(IP)网络)803上的隧穿连接到处于全网状或部分网状配置中的eNB 83。MME/服务GW 801的示例功能包括寻呼消息到eNB 83的分发、出于寻呼原因的U-平面分组终止，以及为支持UE移动性而进行的U-平面切换。由于GW 801充当到外部网络(例如，因特网或专属网络803)的网关，因此GW 801包括接入、授权和账户系统(AAA)805，用于安全地确定用户的身份和权限并且用于跟踪每个用户的活动。也就是说，MME服务网关801是LTE接入网络的关键控制节点，并且负责空闲模式UE跟踪和包括重传在内的寻呼过程。并且，MME 801参与载体激活/解激活过程，并且负责在初始附着和在涉及到核心网络(CN)节点重定位的LTE内切换时为UE选择SGW(服务网关)。
在通过引用全文并入本文之中的，标题为“E-UTRA andE-UTRAN：Radio Interface Protocol Aspects”的3GPP TR 25.813中提供了对于LTE接口的更为详细的描述。
在图8B中，通信系统802支持GERAN(GSM/EDGE无线电接入)804，以及基于UTRAN 806的接入网络、基于E-UTRAN 812和非3GPP(未示出)的接入网络，并且这在通过引用全文并入本文之中的TR 23.882中进行了更完整的描述。这种系统的一个关键特征是执行控制平面功能的网络实体(MME 808)与执行载体平面功能的网络实体(服务网关810)以它们之间的明确界定的开放接口S 11所作出的分离。由于E-UTRAN 812提供更高的带宽来实现新的服务并且改善已有服务，因此MME 808与服务网关810的分离意味着服务网关810可以基于为信令事务而优化的平台。该方案实现了对于这两个元件中的每个元件的更加成本高效的平台的选择，以及对其的独立扩展。服务提供商还可以独立于MME 808来选择服务网关810在网络内的最佳拓扑位置，以减少经优化的带宽延迟并且避免集中的失效点。
如在图8B中所示，E-UTRAN(例如，eNB)812经由LTE-Uu与UE 81接合。E-UTRAN 812支持LTE空中接口，并且包括为与控制平面MME 808相对应的无线电资源控制(RRC)功能所用的功能。E-UTRAN 812还执行包括以下所列在内的多种功能：无线电资源管理、许可控制、调度、协商上行链路(UL)QoS(服务质量)实施、小区信息广播、用户加密/解密、下行链路和上行链路用户平面分组报头与分组数据会聚协议(PDCP)的压缩/解压缩。
MME 808作为关键控制节点，负责管理移动性UE标识和安全参数以及包括重传的寻呼过程。MME 808参与载体激活/解激活过程，并且还负责为UE 81选择服务网关810。MME 808功能包括非接入层(NAS)信号发送和相关的安全。MME 808检查UE 81的授权以占驻服务提供商的公用移动陆地网络(PLMN)并执行UE 81漫游限制。MME 808还为伴随以S3接口终止于来自SGSN(服务GPRS支持节点)814的MME 808处的在LTE与2G/3G接入网络之间的移动性提供控制平面功能。
SGSN 814负责数据分组从和到其地理服务区内的移动站的传送。其任务包括分组路由和传输、移动性管理、逻辑链路管理，以及认证和计费功能。S6a接口实现了用户和验证数据的传输，以认证/授权到MME 808与HSS(归属用户服务器)816之间的演进型系统(AAA接口)的用户接入。MME 808之间的S10接口提供MME重定位以及MME 808到MME 808间的信息传输。服务网关810为终止经由S1-U面向E-UTRAN 812的接口的节点。
S1-U接口提供E-UTRAN 812与服务网关810之间的各载体用户平面隧穿通道。其包含对于在eNB 83之间的切换期间的路径切换的支持。S4接口向用户平面提供SGSN 814与服务网关810的3GPP锚定功能之间的相关控制和移动性支持。
S12是UTRAN 806与服务网关810之间的接口。分组数据网络(PDN)网关818通过作为UE 81的输出和输入点而向UE 81提供至外部分组数据网络的连接性。PDN网关818执行策略实行、对于各用户的分组过滤、计费支持、合法侦听和分组屏蔽。PDN网关818的另一角色是充当对于3GPP与比如WiMax和3GPP2(CDMA 1X和EvDO(仅演进数据))之类的非3GPP技术之间的移动性的锚定。
S7接口提供QoS策略与计费规则从PCRF(策略与计费角色功能)820到策略与PDN网关818内的计费执行功能(PCEF)的传输。SGi接口是PDN网关与包括分组数据网络822在内的运营商IP服务之间的接口。分组数据网络822可以是运营商外部公用或专属分组数据网络或者内部运营商分组数据网络，例如，用于IMS(IP多媒体子系统)服务的提供。Rx+是PCRF与分组数据网络822之间的接口。
如在图8C中所示，eNB 83利用E-UTRA(演进型通用陆地无线电接入)(用户平面，例如，RLC(无线电链路控制)815、MAC(介质接入控制)817和PHY(物理)819，以及控制平面(例如，RRC 821))。eNB 83还包括以下功能：小区间RRM(无线电资源管理)823、连接移动性控制825、RB(无线电载体)控制827、无线电准入控制829、eNB测量配置和规定831以及动态资源分配(调度器)833。
eNB 83经由S1接口与aGW 801(接入网关)通信。aGW 801包括用户平面801a和控制平面801b。控制平面801b提供以下组件：SAE(系统架构演进)载体控制835和MM(移动管理)实体837。用户平面801b包括PDCP(分组数据会聚协议)839和用户平面功能841。值得注意的是，aGW 801的功能也可以由服务网关(SGW)与分组数据网络(PDN)GW的组合来提供。aGW 801还可以与分组网络(比如因特网843)接合。
在一个备选实施方式中，如图8D中所示，PDCP(分组数据会聚协议)功能可以居于eNB 83而不是GW 801之中。除了该PDCP能力以外，在该架构中还提供了图8C的eNB功能。
在图8D的系统中，提供了E-UTRAN与EPC(演进分组核心)之间的功能性划分。在该示例中，为用户平面和控制平面提供了E-UTRAN无线电协议架构。在3GPP TS 86.300中提供了对该架构的更详细描述。
eNB 83经由S1接合到服务网关845，该网关845包括移动性锚定功能847。根据该架构，MME(移动管理实体)849提供SAE(系统架构演进)载体控制851、空闲状态移动性处理853以及NAS(非接入层)安全性855。
本领域中一般技术人员将意识到，用于执行使用软专用前导的随机接入过程的过程可以经由软件、硬件(例如，通用处理器、数字信号处理(DSP)芯片、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等)、固件或者它们之中的组合来实现。下面详述用于执行所描述功能的此类示例性硬件。
图9示出了在其上可以实现本发明的各个实施方式的示例性硬件。计算系统900包括总线901或者其他用于传送信息的通信机制，以及耦合到总线901用于处理信息的处理器903。计算系统900还包括主存储器905，比如随机访问存储器(RAM)或者其他动态存储设备，耦合到总线901用于存储信息以及要由处理器903执行的指令。主存储器905还可以用于在处理器903执行指令期间存储临时变量和其他中间信息。计算系统900还可以包括只读存储器(ROM)907或者其他静态存储设备，耦合到总线901用于存储静态信息和用于处理器903的指令。存储设备909，比如磁盘或光盘，耦合到总线901用于持久存储信息和指令。
计算系统900可以经由总线901耦合到显示器911，比如液晶显示器或者有源矩阵显示器，用于向用户显示信息。输入设备913，比如包括字母数字和其他键的键盘，可以耦合到总线901，用于向处理器903传送信息和命令选择。输入设备913可以包括光标控制，比如鼠标、轨迹球或者光标方向键，用于向处理器903传送方向信息和命令选择，并且用于控制显示器911上的光标移动。
根据本发明的各个实施方式，本文所述的过程可以由计算系统900响应于处理器903执行包含于主存储器905中的一系列指令来提供。这样的指令可从另一计算机可读介质(比如存储设备909)读取至主存储器905中。包含于主存储器905之中的该系列指令的执行使处理器903执行本文所述的处理步骤。还可以采用多处理布置中的一个或多个处理器来执行包含于主存储器905中的指令。在备选实施方式中，可以使用硬接线电路来代替软件指令或者与其相结合来实现本发明的实施方式。在另一示例中，可以使用比如现场可编程门阵列(FPGA)之类可重新配置的硬件，在其中通常通过编程存储器查找表而在运行中对其逻辑门的功能和连接拓扑进行定制。因此，本发明的实施方式并不限于硬件电路和软件的任何具体组合。
计算系统900还包括至少一个通信接口915耦合到总线901。该通信接口915提供耦合到网络链路(未示出)的双向数据通信。通信接口915发送和接收携带有表示各类信息的数字数据流的电、电磁或者光学信号。此外，通信接口915可以包括外围接口设备，比如通用串行总线(USB)接口、PCMCIA(个人计算机存储卡国际协会)接口等。
处理器903可以在传输的代码被接收到的同时执行这些代码并且/或者在存储设备909或者其他非易失性存储器中存储所述代码用于以后的执行。以这种方式，计算系统900可以获得形式为载波的应用代码。
本文所使用的术语“计算机可读介质”指的是任何参与了向处理器903提供用于执行的指令的介质。这样的介质可以具有许多形式，包括但不限于：非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质例如包括光盘或磁盘，比如存储设备909。易失性介质包括动态存储器，比如主存储器905。传输介质包括同轴电缆、铜线和光缆，包括构成总线901的线。传输介质还可以具有声、光或者电磁波的形式，比如那些在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的波。计算机可读介质的常见形式例如包括：软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、CDRW、DVD、任何其他光介质、打孔卡、纸带、光刻片、任何其他具有孔洞图案或者其他光学可辨标记的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或者盒式存储器、载波、或者任何其他可让计算机从其读取的介质。
在向处理器提供指令用于执行的过程中可能涉及各种形式的计算机可读介质。例如，用于实现本发明的至少一部分的指令可能最初携带于远程计算机的磁盘上。在这样的场景中，远程计算机将指令载入到主存储器中并使用调制解调器经电话线发送所述指令。本地系统的调制解调器接收电话线上的数据并且使用红外发射器将数据转换为红外信号并将所述红外信号传输至便携式计算设备，比如个人数字助理(PDA)或者膝上型计算机。便携式计算设备上的红外检测器接收由红外信号所携带的信息和指令并将数据置于总线之上。总线将数据输送到主存储器，处理器从该主存储器检索和执行指令。由主存储器接收到的指令可以可选地在被处理器执行之前或之后存储在存储设备之上。
图10为根据本发明的一个实施方式的、被配置成在图8A-图8D的系统中操作的用户终端的示例性组件的图示。用户终端1000包括天线系统1001(其可以利用多个天线)，用以接收和传输信号。天线系统1001耦合到无线电电路1003，其包括多个发射器1005和接收器1007。该无线电电路包含所有的射频(RF)电路以及基带处理电路。如图所示，层-1(L1)和层-2(L2)处理分别由单元1009和1011提供。可选地，可以提供层-3功能(未示出)。模块1013执行所有介质访问控制(MAC)层功能。定时和校准模块1015通过例如与外部定时参考(未示出)接合而保持正确的定时。此外，包括有处理器1017。在该场景下，用户终端1000与计算设备1019进行通信，该计算设备1019可以是个人计算机、工作站、个人数字助理(PDA)、Web设备、蜂窝电话等。
虽然本发明是联系若干实施方式和实现方式来进行描述的，但本发明并非如此有限，而是涵盖各种处于权利要求的范围之内的明显的修改和等效布置。尽管本发明的特征是以权利要求之中的某些组合来表现的，但可以设想，这些特征可以以任何组合和顺序中布置。
Claims (11)
1.一种用于通信的方法，包括：
指定关联于一个或多个随机接入信道的多个前导中之一作为软专用前导，
其中所述软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备用于接入所述随机接入信道中之一，
其中当所述用户设备是基于竞争的时候，所述方法还包括：向所述软专用前导分配比分配到非专用前导的选择概率更低的选择概率，或者
其中当所述用户设备是基于非竞争的时候，所述方法还包括：在用尽专用前导之后引导使用所述软专用前导。
2.一种用于通信的设备，包括：
用于指定关联于一个或多个随机接入信道的多个前导中之一作为软专用前导的装置，
其中所述软专用前导由基于竞争或者基于非竞争的用户设备用于接入所述随机接入信道中之一，
其中当所述用户设备是基于竞争的时候，所述设备还包括用于向所述软专用前导分配比分配给非专用前导的选择概率更低的选择概率的装置，或者
其中当所述用户设备是基于非竞争的时候，所述设备还包括用于在用尽专用前导之后引导使用所述软专用前导的装置。
3.根据权利要求2的设备，其中所述用户设备是基于非竞争的，并且所述设备还包括用于根据与所述一个或多个随机接入信道相对应的优先级接入级来引导使用所述软专用前导的装置。
4.根据权利要求2的设备，还包括用于生成对用于所述多个前导的配置信息作出规定的控制消息的装置；以及
用于发起所述控制消息向所述用户设备的传输的装置，
其中所述配置信息包括所述多个前导的大小和选择概率。
5.根据权利要求4的设备，其中所述配置信息包括单个比特，其用于指示是否采用具有固定前导划分的所述软专用前导。
6.根据权利要求2的设备，还包括用于基于所述用户设备的负荷来确定所述选择概率的装置。
7.根据权利要求2-6中任一项的设备，其中所述多个前导包括一个或多个软专用前导，以及可选地包括一个或多个专用前导、一个或多个非专用前导，或者它们的组合。
8.一种用于通信的方法，包括：
接收对软专用前导以及相关联选择概率的使用作出规定的配置信息；以及
从多个前导中选择所述软专用前导，
其中所述软专用前导由基于竞争的或者基于非竞争的用户设备所使用，
其中当所述用户设备是基于竞争的时候，所述方法还包括：向所述软专用前导分配比分配到非专用前导的选择概率更低的选择概率，或者
其中当所述用户设备是基于非竞争的时候，所述方法还包括：在用尽专用前导之后引导使用所述软专用前导。
9.根据权利要求8的方法，其中所述多个前导对应于不同程度的竞争严重性。
10.一种用于通信的设备，包括：
用于接收对软专用前导以及相关联选择概率的使用作出规定的配置信息的装置；以及
用于从多个前导中选择所述软专用前导的装置，
其中所述软专用前导由基于竞争的或者基于非竞争的用户设备所使用，
其中当所述用户设备是基于竞争的时候，所述设备还包括用于向所述软专用前导分配比分配给非专用前导的选择概率更低的选择概率的装置，或者
其中当所述用户设备是基于非竞争的时候，所述设备还包括用于在用尽专用前导之后引导使用所述软专用前导的装置。
11.根据权利要求10的设备，其中所述多个前导包括一个或多个软专用前导，以及可选地包括一个或多个专用前导、一个或多个非专用前导，或者它们的组合。
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