CN105357726B

CN105357726B - 基于下行定时偏差及目标基站预授权的lte快速切换方法

Info

Publication number: CN105357726B
Application number: CN201510916028.4A
Authority: CN
Inventors: 赵昊昱
Original assignee: Jiangsu Xinruantu Wireless Technology Co Ltd
Current assignee: Anhui Taiyue Ruitong Technology Co ltd
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2018-07-03
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: CN105357726A

Abstract

本发明公开了一种基于下行定时偏差及目标基站预授权的LTE快速切换方法，该方法是基于实际场景提出的一种在能满足要求的基础上有效缩短目标小区接入时延的方法，主要包括两项内容：基于目标小区与源小区的下行时间差进行目标小区上行同步；基于预授权的物理上行共享信道调度在目标小区发送切换完成消息，本发明与现有技术相比，可以大幅度降低切换时延，并且由于预授权频率比较高，时延波动范围不会很大，同时由于授权使用显示通知的方式，不会带来资源冲突。

Description

基于下行定时偏差及目标基站预授权的LTE快速切换方法

技术领域

本发明涉及一种LTE快速切换方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

目前LTE切换过程包括四步：

第1步，终端在源小区中对目标小区测量及向源小区上报测量报告；

第2步，源小区进行切换判决，并与目标小区进行资源协商；

第3步，源小区向终端下发包含目标小区资源的切换指令；

第4步，终端在目标小区进行接入。

其中，对于第4步，终端在目标小区接入时，目前是按照随机接入过程来执行的，如图1所示，具体步骤如下：

4.1：终端通过物理随机接入信道PRACH发送前导码Prach Preamble，该条消息通常称为MSG 1；

4.2：基站通过物理下行共享信道PDSCH向终端发送随机接入响应RAR（RandomAccessResponse），该条消息通常称为MSG 2；

4.3：终端根据MSG 2中的授权信息以及时序关系发送MSG3消息，其中包括切换完成消息（RRCConnection ReconfigurationComplete）。

其中，MSG1、MSG2以及MSG3之间有着特定的时序关系，具体为：

MSG1使用物理随机接入信道PRACH资源发送，PRACH发送时延与PRACH配置的密度有关。在不使用特殊子帧的情况下，PRACH与物理上行链路控制信道PUCCH、物理上行共享信道PUSCH共享上行频率资源，在PUCCH占用的频域资源一定的条件下，PRACH占用的资源越多，接入效率越高，接入时延会越小，而同时PUSCH占用的资源则会相应越少，系统的上行吞吐率也会降低，因此PRACH和PUSCH资源需要合理分配。以常规使用的Prach配置索引为0为例，对于配比1，PRACH在时域上的周期为20ms，每个20ms周期内有一个上行子帧可以发送PRACH，因此，从准备发送PRACH到实际能发送PRACH的时延最长要等待20ms。

MSG1和MSG2之间的时间间隔通过MSG2接收窗长来控制，根据协议，接收窗起始时刻是从MSG1发送结束的子帧加3开始计算。按照接收窗长的中等配置5为例，从MSG1发出到收到MSG2的时间间隔要达到8ms。

而从收到MSG2到发送MSG3的时间间隔，根据协议，是从接收到MSG2的子帧加6开始的上行子帧，而由于TD-LTE的TDD限制，第6个子帧不是上行子帧的比例比较高，因此MSG2到MSG3通常要大于6ms。

切换时序示例：

下面以子帧配比为1，PRACH配置索引为0为例，通过图2显示从RRCConnectionReconfigurationComplete产生到发送的时序关系：

1）终端收到切换的重配置消息之后，在SFN=11，subframe number =1的时刻产生切换完成消息RRCConnectionReconfigurationComplete，并准备发送；

2）由于PRACH仅在偶数无线帧的子帧3存在，因此，PRACH只能在SFN=12，subframenumber =3发送；

3）按照窗长配置为5，MSG2在SFN=12，subframe number =9发送；

4）根据MSG2和MSG3的时序关系，MSG3在SFN=13，subframe number =7发送，此时MSG3中携带RRCConnection ReconfigurationComplete发送的基站，切换过程才算完成。

根据上面的过程，从RRCConnectionReconfigurationComplete消息产生到真正发送，期间经历的时长为13 * 10 + 7 – 11 * 10 + 1 = 26ms。

如果切换重配过程发生在SFN=10中，RRCConnectionReconfigurationComplete消息在SFN=10，subframe number =1产生，此时本无线帧的PRACH资源由于准备时间不足不能使用，因此，只能使用SFN=12，subframe number =9的PRACH发送MSG1，在这种情况下，RRCConnectionReconfigurationComplete的发送时延达到13 * 10 + 7 – 10 * 10 + 1 =36ms。具体如图3所示。

即使按照PRACH最短配置周期5ms，MSG1可以提早发送，但后续消息的时序关系不会有明显变化，此时发送时延为12 * 10 + 7 – 11 * 10 + 1 = 16ms，如图4。而这需要终端能严格按照5ms周期调度PRACH发送，而事实上由于PRACH的不像其他信道有严格的时序限制，通常终端准备PRACH发送需要的时间不止图中所示的2ms，如果按照比较短的5ms的准备时间，时序关系就会变成图5所示的情况，此时RRCConnectionReconfigurationComplete的发送时延为13 * 10 + 2 – 11 * 10 + 1 = 21ms，这个时间也还是比较长。

现有技术切换中，切换过程的目标小区接入是基于随机接入过程来实现，这种实现方式有以下缺陷：

1、随机接入时间长，随机接入过程需要在终端和LTE基站eNodeB之间进行3次交互，每次交互过程有着严格的时序关系，并且考虑到实现方便，消息之间的时延冗余度比较大，这就导致总的接入时间会比较长。

2、时延与频域资源难协调，为了满足覆盖需求，PRACH通常配置在正常的上行子帧，而此时PRACH会挤占业务信道PUSCH资源，且这种占用是周期性持续的。如果要降低时延，就要增加PRACH的在时域上的分布频度，而此时系统吞吐能力会降低；而如果减少PRACH时域分布，吞吐能力提升的同时接入时延有会增加，很难平衡。

3、时延优化空间有限，基于现有的协议规定以及eNodeB和终端对PRACH实现的限制，接入时延比较好的情况都在20ms以上，很难进一步优化。

4、时延变化范围大，系统的切换时延需要以最大时延为准，而根据第3节的示例，配置一定的情况下，接入的时延分布范围较大，使得系统整体的切换时延性能变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在满足要求的基础上有效缩短目标小区的时延，提出一种基于下行定时偏差及目标基站预授权的LTE快速切换方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案，具体步骤如下：

一种LTE快速切换方法，包括以下步骤：

步骤一：终端在测量目标小区过程时，获取目标小区的下行定时信息，同时与源小区的时钟保持同步，获取源小区的下行定时信息，基于对源小区及目标小区的下行定时信息，由终端计算出目标小区相对于源小区之间的下行发送链路的偏差值，根据上、下行链路的对称性，得到目标小区相对于源小区之间的上行发送链路的偏差值；

步骤二：源小区向目标小区请求切换所需资源，其中包括预授权资源，目标小区根据物理上行共享信道PUSCH分配预授权资源，将切换所需资源通知给源小区，并按照预授权资源的分配进行上行调度，将授权信息通过配置信息DCI0显示下发给终端；

步骤三：源小区向终端下发切换消息，其中包括目标小区分配的预授权资源；

步骤四：终端根据预授权资源，按照目标小区与源小区的上行发送链路的偏差值开始在目标小区监听DCI0，当收到属于目标小区的DCI0时，则使用其中的预授权资源向目标小区发送切换完成消息；

步骤五：目标小区在PUSCH上收到有效的完成消息后停止预授权。

作为本发明的LTE快速切换方法进一步的优化方案，目标小区支持预授权的分配及调度；支持基于PUSCH接入的切换过程处理，并支持X2、UU接口消息对预授权资源参数的封装及解析；终端支持基于PUSCH接入的切换过程处理，并支持UU接口消息对预授权资源参数的封装及解析。

作为本发明的LTE快速切换方法进一步的优化方案，预授权资源仅指时域资源，时域资源由预调度偏移PreSchOffset参数和预调度周期PreSchCycle参数来标识，用于指示DCI0下发的子帧号SN(subframe number)，需满足：

[(SFN * 10) + SN] modulo (PrSchCeycle) = (PreSchOffset) modulo(PreSchCycle)，其中SFN（System Frame Number）为系统帧号。

作为本发明的LTE快速切换方法进一步的优化方案，DCI0显示下发使用的小区无线网络临时标识C-RNTI为目标小区分配给终端的C-RNTI，预授权资源按照配置周期性下发。

作为本发明的LTE快速切换方法进一步的优化方案，如果终端在两个无线帧周期内没有收到配置信息时，回退使用原有的随机接入过程完成切换。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，可以大幅度降低切换时延，并且由于预授权频率比较高，时延波动范围不会很大，同时由于授权使用显示通知的方式，不会带来资源冲突，从资源占用的角度来看，发送RRCConnectionReconfigurationComplete通常只需要少量资源块Resource Block就可以满足，同时由于授权总时长通常都设置的比较小，因此对资源的浪费很小，另外，本发明还充分考虑了在失败条件下的接入方法回退，可以保证切换成功率不会降低。

附图说明

图1是随机接入过程时终端和eNodeB之间的3次交互方式。

图2、图3、图4、图5是背景技术中几种情况下RRCConnectionReconfigurationComplete产生到发送的时序关系。

图6是本发明的步骤流程图。

图7是本发明目标小区时延计算示意图。

图8是本发明预授权方式具体流程图。

图9是使用本发明算法的时序图。

图10是本发明针对终端没有收到DCI0而按照原有切换时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图6所示，本发明的具体流程如下：

1、终端测量目标小区信号强度，同时测量目标小区与源小区之间的下行时延差；

2、在满足切换门限时向源小区上报测量报告；

3、源小区向目标小区申请切换资源；

4、目标小区分配切换资源，并开始进行预授权调度；

5、目标小区将分配的切换资源及预授权调度资源返回给源小区；

6、源小区向终端下发切换消息RRCConnectionReconfiguration，其中包括预授权配置；

7、终端收到RRCConnectionReconfiguration消息后完成内部配置，生成并向下层递交RRCConnectionReconfigurationComplete消息；

8、终端从RRCConnectionReconfiguration中获取目标小区标识，计算目标小区与源小区的时延差Tn-s-offset，根据当前服务小区的上行发送时延计算目标小区的发送时延Tn-offset；

9、终端根据预授权配置参数PreSchOffset和PreSchCycle开始监听DCI0；

10、如果在2个无线帧周期内收到DCI0：

10.1 根据DCI0授权发送PUSCH，其中包含RRCConnectionReconfigurationComplete及MAC层BSR，发送时延偏移使用Tn-offset，以目标小区下行定时为基准。

10.2 基站收到PUSCH，取消预授权调度；

11、如果在2个无线帧周期内没有收到DCI0：

11.1 终端在下一个无线帧寻找PRACH发送时机，发送MSG1；

11.2 基站收到PRACH后向终端发送MSG2；

11.3 终端根据MSG2配置进行上行同步，发送MSG3，其中包括RRCConnectionReconfigurationComplete。

12、不论收到DCI0还是随机接入成功，终端都认为切换成功，否则认为切换失败。

下面是同步处理的具体实施方式：

终端在测量目标小区的过程中，可以获取到目标小区准确的10ms及1ms下行定时信息，同时终端与源小区时钟保持同步，也有源小区的下行定时信息，基于对源小区及目标小区的下行定时的测量数据，终端可以准确计算出目标小区相对于源小区之间的下行定时偏差值，记为T _n-s-offset。由于上下行链路的对称性，两个小区上行发送链路的时延与下行一致，也是T _n-s-offset。

终端收到基站下发的切换指令，准备在目标小区进行接入。如图7所示，假如终端在源小区最后使用的上行时延为T _s-offset，，则其在目标小区发送时使用的时延（相对于目标小区下行定时同步）为：

T _n-offset =T _s-offset +T _n-s-offset

而对于传统的随机接入方式，终端基于目标小区下行同步的结果直接在目标小区进行接入，相当在没有任何先验信息的情况下在目标测盲同步，此时到达目标小区的时刻完全没有可预测性，与终端和目标小区基站的距离关系密切。而基于本发明的接入算法，则考虑了目标小区与源小区之间的下行定时关系并将其应用到上行发送，可以预见其能准确到达目标小区接收窗，并且与终端与基站的距离无关。

根据上面的分析，利用本发明的算法终端上行发送可以比较准确的达到目标小区的接收窗，因此传统通过PRACH来适应大范围的时延估计的策略不再需要，通过PUSCH就可以满足时延评估的需要。

下面为授权处理的具体实施方式：

由于目标小区接入可以不使用PRACH而直接使用PUSCH，因此需要考虑PUSCH的授权如何分配的问题，本发明提出使用预授权的授权方式，如图8所示具体过程为：

1、源小区准备将终端切换到目标小区，因此向目标小区申请切换资源；

2、目标小区分配切换所需资源，其中包括上行预授权资源，并将相关资源通知给源小区。预授权资源仅指定时域资源，而频域资源由DCI0指示，时域资源由两个参数PreSchOffset和PreSchCycle来标识，指示了DCI0下发的子帧号SN(subframe number)，满足：

[(SFN * 10) + SN] modulo (PreSchCycle) = (PreSchOffset) modulo(PreSchCycle)

3、目标小区开始按照预授权的资源分配进行上行调度，授权信息通过DCI0显示下发，使用的C-RNTI为目标侧分配给UE的C-RNTI，上行调度按照配置周期性下发。

4、目标小区向终端下发切换指令RRCConnectionReconfiguration消息，其中包括预授权资源参数PreSchOffset和PreSchCycle。

5、终端按照预授权配置开始在目标小区监听DCI0，当收到属于其的DCI0时，则使用其中的授权信息向目标小区发送切换完成消息：RRCConnectionReconfigurationComplete，物理层发送时延偏移使用上一节计算所得的时延值T _n-offset。

6、目标小区在PUSCH上收到有效的完成消息后停止预授权。

根据上述两节描述，本发明满足传统切换过程中目标小区随机接入的两方面需求，因此可以保证切换过程中的顺利执行。

为了实现本发明的方法，eNodeB和终端需要支持以下功能：

eNodeB：

支持预授权资源的分配及调度；

支持基于PUSCH接入的切换过程处理；

支持X2、UU接口消息对预授权参数的封装及解析；

终端：

支持目标侧发送时间偏移T _n-offset的计算及使用；

支持基于预授权PUSCH发送的切换过程处理；

支持UU接口消息对预授权参数的封装及解析；

使用本发明算法进行切换，以配置参数PreSchOffset=4，PreSchCycle=5为例，其时序关系如图9所示：

由于在向终端下发切换消息RRCConnectionReconfiguration之前，目标小区已经准备好预授权资源，因此，在RRCConnectionReconfiguration到达的SFN=9，subframenumber =9之前，目标小区可能已经开始预授权调度。

假设RRCConnectionReconfigurationComplete消息仍然是在SFN=10，subframenumber =1产生，而由于预授权的DCI0在子帧4和9，因此，切换完成消息最早可以在SFN=10，subframe number =8发送到eNodeB，发送时延为10 * 10 + 8 – 10 * 10 + 1 = 7ms。该值与之前计算的21ms缩短了14ms，即降低了67%；如果与36ms相比缩短了29ms，降低了80%，时延降低效果非常明显。

执行过程中需要注意以下几点：

1、RRCConnectionReconfiguration消息和RRCConnectionReconfigurationComplete消息都要使用较低的调制编码等级MCS，以提高消息发送成功率，从而可以缩短预授权时长；

2、对于承载RRCConnectionReconfigurationComplete的PUSCH支持混合自动重传请求HARQ过程，可以使用系统配置中MSG3的HARQ配置次数；

3、目标小区取消预授权的标准是接收到的PUSCH功率和信噪比有效，即使CRC校验错误，也认为终端已经接收到DCI0授权，可以结束预授权，之后通过HARQ过程来完成PUSCH重传；

4、DCI0授权需要考虑能容纳Padding BSR的空间，以便后续上行调度使用；

5、终端侧收到DCI0则认为切换成功；

6、如果终端没有收到DCI0，则使用常规随机接入过程完成目标小区接入；

7、基站需要同时支持新算法及常规算法的接入。

针对终端没有收到DCI0而按照随机接入过程完成切换的情况，时序如图10所示：

如果终端在2个无线帧时间周期内没有收到预授权，则从下一个无线帧开始寻找PRACH资源发送MSG1，通过随机接入过程在目标小区接入，从而完成切换过程。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种LTE快速切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤二：源小区向目标小区请求切换所需资源，其中包括预授权资源，目标小区根据物理上行共享信道PUSCH分配预授权资源，将切换所需资源通知给源小区，并按照预授权资源的分配进行上行调度，将授权信息通过配置信息DCI0显示下发给终端；其中，预授权资源仅指时域资源，时域资源由预调度偏移PreSchOffset参数和预调度周期PreSchCycle参数来标识，用于指示DCI0下发的子帧号SN，需满足：

[(SFN*10)+SN]modulo(PreSchCycle)＝(PreSchOffset)modulo(PreSchCycle)

其中，SFN为系统帧号；

2.根据权利要求1所述的LTE快速切换方法，其特征在于，

目标小区支持预授权的分配及调度；支持基于PUSCH接入的切换过程处理，并支持X2、UU接口消息对预授权资源参数的封装及解析；

终端支持基于PUSCH接入的切换过程处理，并支持UU接口消息对预授权资源参数的封装及解析。

3.根据权利要求1所述的LTE快速切换方法，其特征在于，DCI0显示下发使用的小区无线网络临时标识C-RNTI为目标小区分配给终端的C-RNTI，预授权资源按照配置周期性下发。

4.根据权利要求1所述的LTE快速切换方法，其特征在于，如果终端在两个无线帧周期内没有收到配置信息时，回退使用原有的随机接入过程完成切换。