专利名称：用于无线电通信系统中的上行链路接入传输的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在无线电通信系统中、尤其是在移动通信系统中控制上行链路接入传输的方法。
背景技术：
在无线电通信系统中，信号经过所谓的无线电接口或空中接口在无线电终端和基站之间进行交换。这种无线电终端例如是移动的或固定的用户设备(UE)。另一方面，基站(NB-节点B)是与基于陆地的通信网络相关的接入站。公知的无线电通信系统的实例是像基于TDMA(时分多址)的GSM(全球移动通信系统)并提供高达100kbit/s的数据速率的第二代数字移动无线电通信系统，或者像基于CDMA(码分多址)的UMTS(通用移动通信系统)、具有高达2Mbit/s数据速率的第三代数字移动无线电通信系统。
在这样的通信系统中，对于特定业务的建立来说，可能必须或者至少期望知道所有用户设备的数量或者仅在当前位于基站小区中的具有特定特征的那些用户设备的数量。在网络没有小区中用户设备存在的先验知识的情况下，实施这种处理的一种方法是网络请求用户设备在基于争用的公共上行链路接入信道上、例如在从上述GSM和UMTS系统中已知的随机接入信道(RACH)上响应请求。这使得网络能够对从寻址的用户设备接收到的响应的数量进行计数，直到达到预定的数量(门限)，或者如果小于门限数量的用户设备位于小区中，则直到经过了预定的时间间隔。作为否定的结果，如果大量的用户设备位于小区中，则这可能导致公共上行链路信令信道中的信令过载情况，所带来的后果是冒着中断该小区中的网络正常操作的危险。
可能出现这个问题的情况的一个特殊实例是所谓的MBMS(多媒体广播/多播业务)业务供应，该MBMS业务供应当前被标准化以用于UMTS和GSM/GERAN。只有在小区中存在具有激活的特殊MBMS业务的用户设备的情况下，才在小区中建立用于多播MBMS业务的无线电承载。如果存在的数量低于门限值，就建立对每个用户设备的单独的无线电承载(点对点承载)，可是如果数量超过了门限值，就建立单一的多播无线电承载来为存在于小区中的所有用户设备服务。
因此，网络需要知道在小区中存在的用户设备的数量是否超过了门限，并且最终如果存在小于门限的数量，就需要知道用户设备的身份以便建立单独的承载。对于在所谓的UMTS连接模式下的用户设备来说，网络知道在小区中存在的具有激活的特殊MBMS业务的用户设备的全部数量，而无需直接与用户设备通信。与其相反，对于处于非连接状态下的用户设备、例如在所谓的空闲模式或URA_PCH状态下的用户设备来说，网络需要例如通过寻呼或控制信道信令用信号发一个请求给用户设备，而用户设备将需要在RACH(随机接入信道)公共上行链路信令信道上进行响应。用户设备响应的计数应在预定的时间间隔内完成，并根据计数的结果作出是否建立单一的多播无线电承载的决定。
在当前的无线电通信系统中，争用接入信道、例如RACH上的接入信令是由用户设备通过选择初始延迟周期来单独控制的，在初始延迟周期之后，当初始延迟周期终止时，用户设备发送接入信号。这个初始延迟可以像在UMTS中那样均匀地分布或像在UMTS中那样有效地负指数分别。这种初始延迟分布非常适合于对各个用户设备选择性寻呼的响应，在这种情况下来自大量用户设备的同时的接入尝试是不可能的。然而，当大量的用户设备同时被寻呼时，就像将为建立MBMS业务而群呼的情况那样，它们将不是防止在基于争用的接入信道中出现信令过载的有效的方法。
发明目的因此本发明的目的是提供一种争用接入控制机制，它能够在完成计数过程的同时减少所使用的上行链路信令信道中的过载概率。
发明陈述根据本发明的第一个方面，提供一种用于在无线电通信系统中控制上行链路接入传输的方法，其中用户设备确定在上行链路接入信道上传送信号的延迟时间，其中该延迟时间是根据概率分布而随机确定的，该概率分布随着延迟的增加而增大密度。
根据本发明的第二个方面，提供一种用于在无线电通信系统中控制上行链路接入传输的方法，其中来自无线电通信系统基站的时间可变信息在下行链路上用信号告知给处于基站覆盖区域中的用户设备，其中使用该信息来确定在上行链路(UL)接入信道(RACH)上传送信号的延迟时间，并且其中该信息根据概率分布而改变，该概率分布随着时间的增加而增大密度。
附图简述考虑下面的描述和在附图表中所示的图形，本发明可以更容易理解，并且本发明的其他方面和特征可以变得更加清楚，其中
图1显示了无线电通信网络的框图，图2显示了初始延迟选择过程的流程图，图3显示了响应的门限触发的终止的说明，图4显示了第一个消息交换图表，图5显示了第二个消息交换图表，图6a和6b描述了替代的依赖时间的门限变化，图7显示了基于图6的时间可变门限的初始延迟确定过程的流程图。
发明详述图1显示了UMTS移动无线电通信系统的基本结构的框图。这种系统包括中央移动交换中心MSC，该MSC连接到公共交换电话网络PSTN和其它的MSC上。多个无线电网络控制器RNC连接到MSC上，RNC尤其协调由基站NB(节点B)提供的无线电资源的共享。基站NB分别在下行链路DL方向上向处于具有无线电资源的基站NB覆盖区域(小区)内的用户设备UE发送信号，并且在上行链路UL方向上接收来自处于具有无线电资源的基站NB覆盖区域(小区)内的用户设备UE的信号。在图1中，基站NB在寻呼信道PCH上向位于其小区中的用户设备UE1...UE4发送用于激活MBMS多播业务的请求。对所通知的MBMS业务感兴趣和/或以用于接收该业务的特定特征为特色的用户设备、在图1的实例中的UE2...UE4通过在基于争用的接入信道RACH上发送接入消息来响应接收的请求。
根据本发明第一方面的争用接入控制方案利用了下面的方法。
在响应例如以寻呼信道PCH上的寻呼形式或作为另一控制信道上的消息接收到的来自网络的请求之前，通过在例如RACH的公共上行链路争用接入信道上的传送，各个用户设备确定初始延迟时间。该延迟时间是使用概率分布而随机选择的，该概率分布在长度T的时间间隔内随着延迟的增加而增大密度。这种分布的一个重要优点在于减少了来自不同用户设备的响应消息的冲突的似然性，从而简化了在网络侧的计数过程，因此使它更加可靠。
提供这种概率的连续分布函数的实例是p(t)＝x·ext/(exT-1)，对于t∈
(1)其中p(t)代表选择延迟时间t的概率，T代表允许的最大延迟时间，以及x代表控制概率随时间变化的速率的参数。
参数T和x在用户设备中已知或者可替代地通过网络采用寻呼或控制信道信令而用信号告知给用户设备。
在时间间隔T被细分为n个等长的子间隔(例如UMTS传输时间间隔)情况下的一个等价实例是p(j)＝qn-j·(1-q)/(1-qn)，对于j∈
(2)其中p(j)代表选择子间隔j的概率(j＝1代表最短时延)，q代表控制概率随子间隔变化的速率的参数。
参数T、n和q在用户设备中已知或者可替代地通过网络采用寻呼或控制信道信令用信号告知给用户设备。
在时间间隔被划分成子间隔的情况下，各个用户设备通过选择随机数r可以决定应在哪个子间隔中进行发送，r在0和1之间均匀分布。r的值依次与每个p(j)的值进行比较，其中p(j)是概率分布的累积。例如实例分布(2)p(j)＝(qn-j-qn)/(1-qn)，对于j∈[1，n] (3)用户设备应在第一时间间隔j中在争用接入信道上进行发送，对于该第一时间间隔j来说r≤P(j)。
一种在用户设备中计算判定值P(j)的替代方法是通过网络使用公共下行链路信令信道在每个子间隔上发送P(j)的值，这将参照图6和7进行进一步的论述。
图2叙述了当应用等式(3)所描述的累积概率分布时在用户设备中进行的初始RACH接入延迟的选择过程的实例。
在接收到来自基站的用于建立MBMS业务的响应请求之后，用户设备随机地确定数r，从而将它与等式(3)的概率分布函数的结果进行比较。在r等于或小于P(j)的情况下，用户设备开始在RACH上发送信号以便通知网络用户设备的存在或性能。在r大于P(j)的情况下，等待随后的子间隔，并进行与P(j)的新比较。
如果网络检测到响应该请求的用户设备的数量超过了门限，针对该门限结束响应过程，它就用信号告知所有在小区中的用户设备，以停止更多的响应于寻呼或控制信道信令的上行链路争用接入传输。接着网络建立单一的多播无线电承载并激活所通知的MBMS业务。
终止可以是显式的，例如通过发送专用的终止信号给所有的用户设备，或者是隐式的，例如通过用信号告知用于多播MBMS无线电承载的资源的分配，这也指示已经完成了用户设备计数阶段，以及关于这个请求，用户设备不应再发送更多的上行链路公共信道响应。
当网络在时间间隔T内接收了小于门限的响应数的情况下，其假定对所通知的MBMS业务感兴趣的用户设备的数量或者具有针对小区中存在的业务的特定特征的用户设备的数量等于所接收的响应的数量，并终止计数过程。网络接着建立对每个用户设备的单独的无线电承载，并因此建立MBMS业务。
通过使用这些方法，实现所有响应寻呼或控制信道信令的用户设备将选择最高为T的传输延迟，这能够使网络在时间间隔T内接收响应。如果要求小区内存在的小于门限数量的用户设备响应该请求，它们中的所有用户设备应在这个时间间隔T内进行响应。当时间朝着T增加时，用户设备响应的速率应增加。由于网络对所接收的响应的数量进行计数，并当超过门限数量时最终终止传输更多的响应，因此就避免了在例如RACH的上行链路公共信道上的信令过载。
在图3中显示了上述原理的实例。当在小区中存在小于门限数量NT的用户设备时，所有用户设备应在时间T内开始传输过程，这通过在N1处结束的线来说明。相反，如果在小区中存在多于门限数量NT的用户设备，那么当达到门限数量NT时，将终止更多用户设备的传输。尽管信令延迟可能导致在达到门限数量NT后在基站处正在接收的响应的数量，但是合适的接入分布参数、例如x和T或q、n和T的选择应能够终止响应传输，以便避免在上行链路争用接入信道中的信令过载。
尽管如此，仍可能的是用户设备未能分别接收到寻呼或控制信道信令，或者该网络未能接收到来自用户设备的响应。为了减轻这种丢失的影响，可以使用不同的方法。根据第一种方法，重复发送在寻呼或公共信道上发送的请求，以便增加用户设备将接收到该请求的似然性。此外，采用每个连续的请求可以减小参数T的量值，以确保响应于随后请求的用户设备在时间上的公共点之前开始传输响应。根据第二种方法，如果用户设备的传输在一段时间内没有被网络确认，假如网络还没有用信号告知计数过程完成，就由用户设备重新发送响应。从而在用户设备的响应中包含的标识符可以由网络用于确认。在这种情况下，在假定所有的用户设备已经作出响应之前，网络期望接收响应的时间间隔可能超过T。
本发明允许网络针对小区中可变数量的用户以随着时间而改变响应传输的密度的方式来控制用户设备接入基于争用的上行链路接入信道。而且，当已接收到门限数量的响应时，本发明能够使网络终止上行链路的响应传输，从而防止上行链路信令信道的信令过载。该上行链路控制方法还确保所有寻址的用户设备应在规定的时间间隔内尝试作出响应。
图4显示了一个消息顺序图表的实例，它说明了当小区中存在小于门限数量的用户设备时接入控制机制的操作，从而使用了所叙述的可选择的网络确认和用户设备重传协议。
为了建立MBMS多播业务，在请求MBMS的初始传输通过网络寻呼到用户设备UE1、UE2、UE3之后，在通过使用参照图2描述的原理而确定的不同情况下，用户设备通过将响应消息传送回网络来各自响应该请求。在检测到冲突的情况下，即当没有接收到来自网络的确认时，用户设备将在确定的重传间隔(虚线)之后重新传送响应。
在所显示的实例中，在传输期间用户设备UE1的响应“MBMS响应”被破坏，并且不能通过接收网络来检测。因此，通过发送包含用户设备UE2和UE3的指示符的确认消息，该网络只确认来自用户设备UE2和UE3的响应。用户设备UE1未能接收到来自网络的确认，它在网络时间间隔流逝之前重传对网络的响应消息“MBSM响应”，该响应消息这次由网络很好地接收。在这个实例中，假定响应的门限数量大于3。当在网络时间间隔流逝时的响应数量是3时，即用户设备UE1、UE2和UE3，该网络发送一个或多个指示用户设备不应发送(终止响应)更多的响应以及该业务将在由网络分配的资源上建立(资源分配)的消息。在这种情况下，将建立对每个用户设备UE1、UE2和UE3的单独承载而不是单一的承载。
在图5的实例中，由网络接收和确认用户设备UE1、UE2和UE3的响应，并且第四个用户设备UE4响应网络的寻呼。即使并不是所有的潜在用户设备回复了该请求，由于这次在定时器间隔流逝之前响应数量超过了门限，所以该网络发送消息，用于终止来自其他用户设备的更多响应的传输，并且用于为基站小区中的所有用户设备分配单一的MBMS承载。第四个用户设备的响应的接收不是通过网络显式地确认，而是通过接收资源分配消息，UE4知道该响应被网络正确地接收。
图6a和6b说明了在时间间隔T内(3)的判定值P(j)的替代变化。在图6和7的实例中，此外假定判定值P(j)是在网络中确定的，例如在基站或通信系统的任何其它部件中确定的，并且在下行链路公共信令信道中将判定值P(j)用信号告知给用户设备，以用于与随机确定的数r进行比较，从而控制在用户设备中对上行链路响应信令的定时。
判定值P(j)也可以被看作为门限，它在给定的时间间隔T内在不同的子间隔内改变，其中(3)的分布函数导致子间隔(由虚线限定)的可变长度。在图6a的实例中，P(j)的第一门限或值是0.1，这根据图7中的流程图导致以下结果，即只有具有小于或等于0.1的随机数r的用户终端被允许在第一子间隔期间传送对所接收的请求的响应。第一间隔充分地长于随后的子间隔，以便能够达到用于快速建立公共MBMS承载所需的用户设备的门限数量。当随时间进展，随着每个新的更大的P(j)值，子间隔变得更短，因为潜在更多数量的用户终端被允许在子间隔内发送响应。
图6b显示了用于控制来自用户设备的响应传送的分布的不同方法。在这种情况下，判定值P(j)以0.9开始，只有已抽取等于或大于0.9的随机数r的用户设备被允许在第一个子间隔内发送响应。与图6a的实例相反，各个子间隔的长度随着时间而增加，这具有以下优点，即因为只有小数量的用户终端被允许在第一个子间隔中发送，所以冲突的危险就非常低，而被允许发送响应的更大数量的用户设备也可以使用更长的子间隔。
图7说明了在用户设备中基于从网络接收的判定值P(j)确定开始RACH接入的时间的过程的实例。
在接收到来自基站的用于建立MBMS业务的响应请求之后，用户设备随机地确定数r，从而将该数r与所接收的判定值P(j)进行比较。替代地，判定值P(j)并不与响应请求一同发送，而是作为开始值(根据图6a的0.1，或根据图6b的0.9)已经在用户终端中已知。参照图6a的实例，在r等于或小于P(j)的情况下，用户设备开始在RACH上发送信号，以便通知网络它的存在或所需要的特性。在r大于P(j)时，就等待随后下一个子间隔的判定值P(j)的接收，并进行与P(j)的新比较。
通过终止新判定值的传送，就可以通过网络停止来自用户设备的更多响应的传送。
作为对每个子间隔的各自判定值P(j)的信令的替代，网络还可以传送函数给用户终端，P(j)的计算或各个子间隔的长度分别基于该函数，并在用户设备中自动执行比较。
权利要求
1.用于在无线电通信系统中控制上行链路接入传输的方法，其中用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)确定在上行链路接入信道(RACH)上传送信号的延迟时间，其中该延迟时间是根据概率分布而随机确定的，该概率分布随着延迟的增加而增大密度。
2.根据权利要求1的方法，其中该延迟时间是根据来自基站(NB)的请求的接收来确定的。
3.根据权利要求1或2的方法，其中基站(NB)在寻呼信道(PCH)或控制信道上发送请求。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)在基于争用的公共上行链路接入信道上发送作为信号的响应信号。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中概率分布是根据下面的公式来确定的p(t)＝x·ext/(exT-1)，对于t∈
其中p(t)代表选择延迟时间t的概率，T代表预定的最大延迟时间，以及x是控制概率随时间变化的速率的参数。
6.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中概率分布是根据下面的公式来确定的p(j)＝qn-j·(1-q)/(1-qn)，对于j∈
其中n是在预定的时间间隔T内的子间隔数目，p(j)代表选择子间隔j的概率，以及q是控制概率随子间隔变化的速率的参数。
7.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中概率分布是根据下面的公式来确定的p(j)＝(qn-j-qn)/(1-qn)，对于j∈[1，n]其中n是在预定的时间间隔T内的子间隔数目，p(j)择子间隔j的概率，以及q是控制概率随子间隔变化的速率的参数。
8.根据权利要求5、6或7的方法，其中将所述参数用信号告知给用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)。
9.根据权利要求8的方法，其中所述参数和请求一同被发送。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中网络确定响应请求的用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)的数量是否超过了用于终止响应过程的预定门限，如果超过了该门限，则网络由此用信号告知用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)终止更多的上行链路接入传输。
11.根据权利要求10的方法，其中网络发送专用的终止信号给用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)，或者用信号告知资源的分配，从而隐式地指示终止。
12.根据权利要求10或11的方法，其中依赖所确定的从用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)接收的响应的数量，网络分别给至少若干用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)分配公共资源，或给每个用户设备(UE1，UE2，UE3)分配单独的资源。
13.用于在无线电通信系统中控制上行链路接入传输的方法，其中在下行链路(DL)上将来自无线电通信系统的基站(NB)的时间可变信息(P(j))用信号告知给处于基站(NB)覆盖区域内的用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)，其中使用该信息来确定在上行链路(UL)接入信道(RACH)上传送信号的延迟时间，并且其中该信息根据概率分布而改变，该概率分布随着时间的增加而增大密度。
14.根据权利要求13的方法，其中用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)各自将随机确定的数(r)与所接收的信息(P(j))进行比较，根据比较的结果控制所述上行链路信号的传送。
15.无线电通信系统的基站(NB)，具有用于在下行链路(DL)上将时间可变信息用信号告知处于基站(NB)覆盖区域内的用户设备(UE1，UE2，UE3，UE4)的装置，其中在用户设备中使用该信息来确定在上行链路(UL)接入信道(RACH)上传送信号的延迟时间，并且其中该信息根据概率分布而改变，该概率分布随着时间的增加而增大密度；并具有用于接收来自用户设备的上行链路信号的装置。
16.无线电通信系统的用户设备(UE)，具有用于确定在上行链路接入信道(RACH)上传送信号的延迟时间的装置，其中该延迟时间是根据概率分布而随机确定的，该概率分布随着延迟的增加而增大密度。
全文摘要
根据本发明的第一个方面，提供一种用于在无线电通信系统中控制上行链路接入传输的方法，其中用户设备确定在上行链路接入信道上传送信号的延迟时间，其中该延迟时间是根据概率分布而随机确定的，该概率分布随着延迟的增加而增大密度。根据本发明的第二个方面，提供一种在无线电通信系统中用于控制上行链路接入传输的方法，其中来自无线电通信系统基站的时间可变信息在下行链路上用信号告知给位于基站覆盖区域中的用户设备，其中使用该信息来确定在上行链路(UL)接入信道(RACH)上传送信号的延迟时间，并且其中该信息根据概率分布而改变，该概率分布随着时间的增加而密度增大。
文档编号H04W74/08GK1709006SQ200380102577
公开日2005年12月14日 申请日期2003年11月7日 优先权日2002年11月7日
发明者N·克罗特, D·兰达尔, A·勒韦尔, J·施登哈恩 申请人:西门子公司