专利名称：终端随机接入蜂窝无线通讯系统的方法及群标识生成方法
技术领域：
本发明涉及一种蜂窝无线通讯系统，尤其涉及一种终端随机接入蜂窝无 线通讯系统的方法及群标识生成方法。
背景技术：
如图l所示，蜂窝无线通讯系统主要由终端、基站和核心网组成。基站组成的网络称为无线接入网(Radio Access Network, RAN),负责接入层 事务，比如无线资源的管理。基站之间可以根据实际情况存在物理或者逻辑 上的连接，如图1中的基站1和基站2或者基站3。每个基站可以和一个或 者一个以上的核心网节点(CoreNetwork, CN)连接。核心网负责非接入层 事务，比如位置更新等，并且是用户面的锚点。终端是指可以和蜂窝无线通 讯网络通讯的各种设备，比如移动电话或者笔记本电脑等。蜂窝无线通讯系统在系统时间上是以无线帧为基本单位来标识的，这些 无线帧的编号称为SFN(无线帧号)。终端可以通过小区搜索的方式得到无 线帧的边界，从而在下行上获得时间同步。在UMTS (通用移动通信系统) 和LTE (长期演进系统)这样的蜂窝无线通讯系统中，无线帧的长度是10ms(毫秒)。不同的蜂窝无线通讯系统，无线帧的帧结构可能会有所不同，通 常一个无线帧会包括整数个子帧。当终端获得下行同步时，就可以知道当前 时刻子帧在当前无线帧内的位置。如图2所示，在LTE系统中， 一个TYPE1(类型1)的无线帧内包括10个子帧，每个子帧包括2个时隙，这种帧结 构适用于FDD (频分双工)和HCRTDD (高码速率时分双工)；如图3所 示， 一个TYPE2 (类型2)的无线帧内包括2个子帧，每个子帧包括7个时 隙以及头两个时隙之间的间隔时隙，这种帧结构适用于LCR TDD (低码速 率时分双工)。也有的蜂窝无线通讯系统将无线帧内更小一级的单位称为时 隙，比如WCDMA(宽带码分多址)的FDD系统中一个无线帧内有15个时
隙。本文中的随机接入时隙是指蜂窝无线通讯系统中无线帧内更小 一级的子帧、或者时隙、或者子帧内的时隙。对于LTE系统中类型1的无线帧，随 机接入时隙通常是指长度为lms的子帧；对于LTE系统中类型2的无线帧， 随机接入时隙通常是指长度为5ms的子帧内的时隙。但也有例外，为了达到 广泛覆盖的目的，LTE系统中随机接入时隙可能会占据2个或者3个子帧或 者时隙，这些随机接入前导有时被称为扩展脉沖；而在LCRTDD中非常小 的小区中也可以采用 一种短随机接入前导，长度比一般的时隙要短。现有的LTE中，终端随机接入蜂窝无线通讯系统的过程包括以下三个 步骤a， 终端在无线帧的某个随机接入时隙上向基站发送随机接入前导消息；b， 基站向终端应答随机接入响应消息，消息中至少包括上行无线资源；c ， 终端在基站为其分配的上行无线资源上发送消息。步骤a中，在相同的随机接入时隙上可能有1个或者1个以上的终端向 基站发送随机接入前导消息。这些随机接入前导消息有可能互不相同，也可 能相同，即采用了相同的随机接入前导伪随机码。基站可以在相同随机接入 时隙上识别出采用了不同伪随机码的随机接入前导消息，但是无法识别出采 用了相同的伪随机码的随机接入前导消息。步骤b中，随机接入响应消息中可能会包含针对1个或者1个以上的随 机接入前导消息的应答信息。这些随机接入前导消息是从相同的随机接入时 隙上发送过来的。把可能多于1个的随机接入响应信息合并在一个响应消息 中的做法主要是为了提高随机接入过程在无线资源上的利用率。为了让终端 识别出这个随机接入响应消息，基站会在该消息中添加临时的群标识，这个 群标识和随机接入时隙之间存在对应关系。同时随机接入响应消息中还包括 一个和随机接入前导消息本身对应的个别标识，通常为随机接入前导在所在 小区内的随机接入前导集合中的索引号。群标识的设置方法是在协议中事先 规定的。某个终端在向基站发送随机接入前导消息时，就已经知道了它将接 收到的随机接入响应消息中群标识和个别标识的期望值。 为了保持随机接入响应过程具有一定的灵活性，随机接入响应消息在时域上不和随机接入前导消息同步，即两者在时域上不存在固定的关系；相反，允许随机接入响应消息在一个时间窗口内发送。同时为了增加无线资源调度 的灵活性，为响应在某个随机接入时隙内接收到的随机接入前导消息，基站可以在上述时间窗口内的1个或者多个TTI (传输时间间隔)上发送与上述 随机接入前导消息对应的随机接入响应消息。这个时间窗口的开始时间和基 站处理随机接入前导消息的快慢有关，结束时间和基站处理随机接入前导消 息的负荷、以及调度给随机接入响应消息的无线资源等因素有关。步骤c中，当终端在规定的时间窗口内接收到1个随机接入响应消息后， 其首先验证该消息中是否包含了期望的群标识，通常这个群标识包括在物理 控制信道上；如果该消息中包括了期望的群标识，再验证其中是否还包括和 所发送的随机接入前导消息对应的个别标识；如果包括了期望的个别标识， 就可以确定当前的随机接入响应消息是和发送的随机接入前导消息对应的。 之后，终端根据实际的需要在基站在步骤b中为其分配的上行无线资源上发 送消息。发送的消息可能是3层的无线连接建立请求、切换响应、调度请求 或上行同步请求等等。现有已公开的技术中，提出了在步骤b中设置群标识的方法。 一般这些 方法会要求计算出随机接入时隙在系统时间上的绝对位置，然后再根据这个 绝对位置计算出一个群标识，使得这个群标识在规定的时间范围内唯一。这 些方法的缺陷是首先终端需要获取随机接入时隙所在蜂窝的绝对系统时间， 一般是指SFN。但在实际应用中，比如终端在切换过程中可能事先无法知道 目标蜂窝的SFN，这就无法计算群标识，而为了获取目标蜂窝的SFN往往 需要额外的延迟和系统处理，比如读取系统消息，因为SFN通常是在系统 消息中广播的。另外一个缺陷是，在实际的无线通讯系统中，随机接入信道 的配置是灵活多变的，所以很难规定一个固定的使得群标识唯一的时间范 围。如果通过比如系统消息广播的方式来通知这个时间范围，也许可以增加 系统配置的灵活性，但也意味着终端每次在发起随机接入请求的时候，都需 要读取这个参数，而系统消息广播的周期往往比较长，因此会增加终端接入 蜂窝的时间
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种终端随机接入蜂窝无线通讯系统 的方法及群标识生成方法，以使终端快捷、准确的接入到蜂窝无线通讯系统中。本发明采用的技术方案是本发明提供了 一种终端随机接入蜂窝无线通讯系统的方法，包括以下步骤终端在无线帧中的 一个随机接入时隙向基站发送随机接入前导消息；基站把随机接入时隙在无线帧内的位置信息作为群标识，连同个别标识 一起添加到随机接入响应消息，并将该消息发送给终端；终端判断其收到的随机接入响应消息中的群标识和个别标识是否为期 望值，如果是，终端在上行无线资源上向基站发送消息或者数据。进一步地，上行无线资源包含于基站为终端分配的随机接入响应消息中。进一步地，在进行上述步骤之前，终端已知可用的随机接入时隙，并将 与随机接入时隙在所在无线帧内的位置信息作为期望群标识。进一步地，个别标识为随机接入前导的标识号。进一步地，随机接入时隙在无线帧内的位置信息为相对位置时，相对位 置为随机接入时隙在无线帧内1个或者多个随机接入时隙中的相对序号。进一步地，随机接入时隙在无线帧内的位置信息为绝对位置时，绝对位 置为随机接入时隙在无线帧内的编号。进一步地，当随机接入响应消息的接收时间窗口长度不大于无线帧内子 帧或者时隙个数被2的幂次方的整除结果时，随机接入时隙在无线帧内的绝 对位置为随机接入时隙在无线帧内的编号和整除结果的模。本发明还提供了一种群标识的生成方法，应用于终端随机接入蜂窝无线 通讯系统的过程中，包括以下步骤
基站在接收到终端向其发送的随机接入前导消息后，判断出随机接入前导消息所在的随机接入时隙在其所在无线帧中的位置信息； 将该位置信息作为群标识。进一步地，随枳4妾入时隙在无线帕内的位置信息为相对位置时，相对位 置为随机接入时隙在无线帧内1个或者多个随机接入时隙中的相对序号。进一步地，随机接入时隙在无线帧内的位置信息为绝对位置时，绝对位 置为随机接入时隙在无线帧内的编号。进一步地，当随机接入响应消息的接收时间窗口长度不大于无线帧内子 帧或者时隙个数被2的幂次方的整除结果时，随机接入时隙在无线帧内的绝 对位置为随机接入时隙在无线帧内的编号和整除结果的模。采用本发明以后，在确定随机接入响应消息中的群标识时可以不依赖于 SFN的读取，这对于在切换过程中进行的随机接入过程尤其重要。另外，无 论随机接入时隙的配置如何变化，都可以采用相同的方法对群表示进行设 置，简单易行。
图1为现有技术中蜂窝无线通讯系统的结构图；图2为现有技术中LTE类型1的无线帧结构；图3为现有技术中LTE类型2的无线帧结构；图4为本发明实施例中终端随机接入蜂窝无线通讯系统的流程图；具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。 如图4所示，终端随机接入蜂窝无线通讯系统的过程包括以下几个步骤:a 、 终端在无线帧的某个随机接入时隙上向基站发送随机接入前导
消息；b、 基站应答随机接入响应消息，消息中包括了为上述终端分配的上行无线资源和随机接入前导消息对应的个别标识；在物理控制信道上包括 了群标识RA-RNTI (随机接入无线网络临时标识)，该RA-RNTI映射到基 站收到的随机接入前导消息所在的随机接入时隙在其所在无线帧内的位置 信息；
c、 终端收到随机接入响应消息后，通过比较本地的和收到的随机 接入响应消息中包括的RA-RNTI以及个别标识来确定这两个标识是否为期 望值。如果两个标识是期望值，就表明终端收到了期望的随机接入响应消息， 则终端在基站在步骤b中为其分配的上行无线资源上发送需要发送的消息 或者数据。在步骤a之前，即在终端发起随机接入以前，随机接入无线资源(即可 能的1个或者多个随机接入时隙)以及与随机接入时隙对应的RA-RNTI是 已知的。其中i个RA-RNTI映射到1个随机接入时隙在其所在无线帧内的 位置信息。
步骤b中，群标识的生成方法，具体为
(1) 基站在接收到终端向其发送的随机接入前导消息后，判断出随机 接入前导消息所在的随机接入时隙在其所在无线帧中的位置信息；
(2) 将该位置信息的编号作为群标识添加到随机接入响应消息中。
随机接入时隙在其所在无线帧内的位置信息可以是相对位置，也可以是 绝对位置。相对位置可以是随机接入时隙在其所在无线帧内的1个或多个随 机接入时隙中的相对序号，而绝对位置可以是随机接入时隙在其所在无线帧 内的编号。比如某个无线帧内有IO个子帧，并且配置了 3个随机接入时隙， 假设它们所在子帧的编号分别是O、 3、 6。如果序号以0开始，那么这3个 随机接入时隙的相对位置分别为0、 1、 2,而绝对位置分别为0、 3、 6。假如接收随机接入响应消息的时间窗口的最大长度(简称Wm)小于无 线帧的长度，那么绝对位置也可以用其他方法表示。假设N表示一个无线
帧中子帧或者时隙个数，2的n次方用2An表示，n是自然数，即0, 1, 2…。 假设可以整除N的n值为n*，那么取M=N/(2An*)。假如M大于或者等于 Wm,那么绝对位置也可以表示成子帧编号。/。M ( %是取模运算符)。比 如LTE的FDD模式N = 10, M可以是10或者5 (即n*=0或者1 )。如果 Wm是小于或者等于5的值，比如4,那么绝对位置就是子帧编号％5;如果 Wm大于5但是小于等于10，比如6，那么绝对位置就是子帧编号％10。对 于LTE TYPE1 TDD, M可能取5或者10;对于LTE TYPE2, M可以是14 或者7 (假设上行同步时隙借用前面下行时隙的编号)。采用上述方法可以 减少RA-RNTI的信息比特。采用相对位置表示法的好处是表示群标识所用的信息比特比较少，比如 上述例子中，用相对位置表示群标识只要2个比特，但是用绝对位置表示就 需要4个比特(假设所有的子帧或者时隙都可能成为随机接入时隙)。但是 采用相对位置表示法也有可能导致错误。比如系统在5号子帧上增加了 1个 随机接入时隙。如果终端在还没有更新这个随机接入时隙的配置以前，在6 号子帧上发送一个随机接入前导消息，那么终端会认为群标识是2，但是基 站侧在响应的时候，会把群标识设置为3，这样随机接入过程就会失败。而 采用绝对位置表示法的情况正好相反，其能够应付可能出现的异常错误。比 如还是以上述情况为例，终端在6号子帧上发送了随才几接入前导消息以后， 会认为群标识是6，而基站在响应的时候，也会把群标识设置为6，从而使 得随机接入过程成功。在LTE中无论采用哪种帧结构和随机接入时隙的配置方式，其随机接 入过程都包括上述3个步骤。为了说明本发明的实施方法，下面给出在不同 无线帧结构和随机接入时隙配置情况下，1个无线帧内RA-RNTI映射到各 个随机接入时隙在其所在无线帧内的位置的方法。针对扩展脉沖的情况，绝 对位置是以扩展脉冲占据的第一个子帧或者时隙的编号为准。实施例中分别 列出了采用相对位置表示法和绝对位置表示法两种方法以后的RA-RNTI。实施例01:类型1帧结构，应用在FDD中，随机接入时隙周期为10ms 或者10ms以上，比如20ms。
相对4立置RA-RNTI = 0绝对位置RA-RNTI-随机接入时隙所在的子帧号，比如0、 5或者9;实施例02:类型1帧结构，应用在FDD中，随^L接入时隙周期为5ms。 相对位置RA-RNTI = 0, 1绝对位置RA-RNTI-随才7l4妻入时隙所在的子帧号，比如(O， 5 )或者 (1， 6)或者(2， 7)或者(3, 8)或者(4, 9)实施例03:类型l帧结构，应用在FDD,随机接入时隙周期为lms。 相对位置RA-RNTI-O, 1, 2， 3, 4， 5， 6, 7， 8， 9 绝对位置RA-RNTI-O, 1, 2, 3, 4, 5， 6, 7, 8， 9实施例04:类型1帧结构，应用在FDD,随初d妄入时隙周期为10ms 或者10ms以上，比如20ms，扩展脉沖占用2个子帧。相对位置RA-RNTI-O绝对位置RA-RNTI-随机接入时隙所在的子帧号，比如0， 5， 8等实施例06:类型1帧结构，应用在FDD，随机接入时隙周期为10ms 或者10ms以上，比如20ms,扩展脉沖占用3个子帧相对位置RA-RNTI-O绝对位置RA-RNTI-随机接入时隙所在的子帧号，比如0， 3， 6等LTE中HCRTDD的上下行时隙分配方式，如图5所示。实施例11:类型1帧结构，应用在HCRTDD，随机接入时隙周期为10ms 或者10ms以上，比如20ms相对位置RA-RNTI-O
绝对位置RA-RNTI =随机接入时隙所在的子帧号，1或者4或者9等实施例12:类型1帧结构，应用在HCRTDD,随机接入时隙周期为5ms 相对位置RA-RNTI = 0, 1绝对位置RA-RNTI =随枳4矣入时隙所在的子帧号，(1, 6)或者(2， 7)或者(3， 8)或者(4, 9)实施例14:类型1帧结构，应用在HCRTDD中，随机接入时隙周期为 10ms或者20ms,扩展脉冲占据3个时隙相对位置RA-RNTI = 0绝对位置RA-RNTI =随机接入时隙所在的子帧号，1， 2， 6或者7等实施例15:类型1帧结构，应用在HCRTDD中，随机接入时隙周期为 10ms或者10ms以上，比如20ms,扩展脉沖占据2个时隙相对位置RA-RNTI = 0绝对位置RA-RNTI =随机接入时隙所在的子帧号，如1， 3或者8等LTE中LCRTDD的上下行时隙的分配有一定的要求在每个半帧内， 0号时隙是下行时隙；从l号时隙开始是连续的上行时隙；如果上行的时隙 数小于6，那么剩余的时隙为连续的下行时隙；上行时隙和下行时隙的分配 可变。另外为了统一编号，第二个半帧内的时隙编号折算为7 +时隙编号， 比如第二个半帧的0号时隙编号为7，依此类推。假如采用了短脉冲，那么 其绝对编号可以借用前面的下行时隙的编号，比如前半帧中的短脉冲的编号 可以是O,后半帧中的短脉沖的编号可以是7。实施例21:类型2帧结构，应用在LCRTDD中，随枳4妄入时隙周期为 10ms或者10ms以上，t匕^口 20ms
相对位置RA-RNTI = 0绝对位置RA-RNTI-随枳4妄入时隙所在的时隙编号，1或者8或者10 实施例22:类型2帧结构，应用在LCRTDD中，随初4妻入时隙周期为5ms相对位置RA-RNTI = 0， 1绝对位置RA-RNTI-随机接入时隙所在的时隙编号，(1, 8)或者(2， 9)或者(4, 11)或者(6, 13)等实施例23:类型2帧结构，应用在LCRTDD中，随枳4妻入时隙周期为 10ms或者10ms以上，比如20ms,短脉冲相对位置RA-RNTI = 0绝对位置RA-RNTI-随机接入时隙所在的时隙编号，0或者7等实施例24:类型2帧结构，应用在LCRTDD中，随机接入时隙周期为 1 Oms或者1 Oms以上，比如20ms,扩展脉冲占据2个时隙相对位置RA-RNTI = 0绝对位置RA-RNTI-随机接入时隙所在的时隙编号，1， 4或者12等实施例25:类型2帧结构，应用在LCRTDD中，随机接入时隙周期为 10ms或者10ms以上，比如20ms,扩展^K沖占据3个时隙相对位置RA-RNTI = 0绝对位置RA-RNTI-随机接入时隙所在的时隙编号，1， 2，或者11等当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的
形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的;K利要求的保护范围。
权利要求
1、一种终端随机接入蜂窝无线通讯系统的方法，其特征在于，包括以下步骤终端在无线帧中的一个随机接入时隙向基站发送随机接入前导消息；所述基站把所述随机接入时隙在所述无线帧内的位置信息作为群标识，连同个别标识一起添加到随机接入响应消息，并将该消息发送给所述终端；所述终端判断其收到的所述随机接入响应消息中的所述群标识和个别标识是否为期望值，如果是，所述终端在上行无线资源上向所述基站发送消息或者数据。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述上行无线资源包含于 所述基站为所述终端分配的随机接入响应消息中。
3、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，在进行上述步骤之前，终 端已知可用的随机接入时隙，并将与所述随机接入时隙在所在无线帧内的位 置信息作为所述期望群标识。
4、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述个别标识为随机接入 前导的标识号。
5、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机接入时隙在所述 无线帧内的位置信息为相对位置时，所述相对位置为所述随才几4妾入时隙在所 述无线帧内1个或者多个随机接入时隙中的相对序号。
6、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述随机接入时隙在所述 无线帧内的位置信息为绝对位置时，所述绝对位置为所述随机接入时隙在所 述无线帧内的编号。
7、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述随机接入响应消息 的接收时间窗口长度不大于无线帧内子帧或者时隙个数被2的幂次方的整 除结果时，所述随机接入时隙在所述无线帧内的绝对位置为所述随机接入时 隙在所述无线帧内的编号和所述整除结果的;^莫。
8、 一种群标识的生成方法，应用于终端随机接入蜂窝无线通讯系统的 过程中，其特征在于，包括以下步骤基站在接收到终端向其发送的随机接入前导消息后，判断出所述随机接 入前导消息所在的随机接入时隙在其所在无线帧中的位置信息；将该位置信息作为群标识。
9、 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述随机接入时隙在所述 无线帧内的位置信息为相对位置时，所述相对位置为所述随机接入时隙在所 述无线帧内1个或者多个随机接入时隙中的相对序号。
10、 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述随机接入时隙在所述 无线帧内的位置信息为绝对位置时，所述绝对位置为所述随机接入时隙在所 述无线帧内的编号。
11、 如权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述随机接入响应消息 的接收时间窗口长度不大于无线帧内子帧或者时隙个数被2的幂次方的整 除结果时，所述随机接入时隙在所述无线帧内的绝对位置为所述随机接入时 隙在所述无线帧内的编号和所述整除结果的;H
全文摘要
一种终端随机接入蜂窝无线通讯系统的方法和群标识生成方法，包括以下步骤终端在无线帧中的一个随机接入时隙向基站发送随机接入前导消息；基站把随机接入时隙在无线帧内的位置信息作为群标识，连同个别标识一起添加到随机接入响应消息，并将该消息发送给终端；终端判断其收到的随机接入响应消息中的群标识和个别标识是否为期望值，如果是，终端在上行无线资源上向基站发送消息或者数据。采用本发明以后，在确定随机接入响应消息中的群标识时可以不依赖于SFN的读取，这对于在切换过程中进行的随机接入过程尤其重要。另外，无论随机接入时隙的配置如何变化，都可以采用相同的方法对群标识进行设置，简单易行。
文档编号H04W74/08GK101128062SQ200710161518
公开日2008年2月20日 申请日期2007年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者斌 喻, 张峻峰, 杜忠达, 鹏 郝 申请人:中兴通讯股份有限公司