在基于机器类通信的通信网中减少随机接入碰撞的方法
【专利摘要】本发明涉及一种在基于机器类通信的通信系统的机器类通信用户设备中用于减少随机接入碰撞的方法，其中，机器类通信用户设备具有低移动性。该方法包括：将成功地和基站通信时的时间调整参数记录为第一时间调整参数；在需要发起新的随机接入时，向基站发送随机接入导引消息；接收来自基站的随机接入响应消息，其中，随机接入响应消息中包括第二时间调整参数；将所记录的第一时间调整参数和所接收到的第二时间调整参数相比较；如果第一、第二时间调整参数的差值在预定的误差范围内，则继续向基站发送L2/L3消息；否则后退一预定时间之后再重新发起新的随机接入。根据本发明的方案，主动的碰撞检测和后退能够大大地减少碰撞概率并增加接入容量。
【专利说明】在基于机器类通信的通信网中减少随机接入碰撞的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于机器类通信的通信系统，具体地，涉及在基于机器类通信的通信系统中用于减少随机接入碰撞的方法。
【背景技术】
[0002]机器类通信(MachineType Communication:MTC)是在长期演进 LTE (Long TermEvolution)系统中新引入的项目。很多MTC用户设备具有低移动性的特点。例如水表、电表是不移动的；移动售货站是不经常移动的；家用健康检测装置仅在特定区域内移动。
[0003]现有技术中，MTC用户设备多采用随机接入信道(RandomAccess Channel:RACH)发送信令以及数据包。但是，在特定区域内的MTC用户设备的数量可能非常大，因此在基于机器类通信的通信系统中将面临由可能发生的MTC业务激增带来随机接入信道超载。
[0004]例如现行标准中，只有64-Ncf个可用的基于竞争的物理随机接入信道导引(Preamble)，其中Ncf是由基站预留给无竞争随机接入信道的数量。由此，在一特定区域，如果大量MTC用户设备同时发起随机接入进程，可能导致随机接入信道拥挤。如果发生导引碰撞，贝1J会导致碰撞的用户设备在传输它们的层2/层3(L2/L3)消息时,在相同的上行时频资源上也会发生碰撞。这将导致严重的干扰，以致发生碰撞的用户设备中，没有一个能够被正确解码，从而导致该时频资源的浪费。
[0005]随机接入信道超载能够影响用户对用户(Human to Human:H2H)的通信，因此现有技术中提出了一些在基于机器类通信的通信系统中减少随机接入碰撞的方法。然而，这些方法都是通过减少MTC用户设备的随机接入尝试或限制MTC接入容量来防止无线接入网中的随机接入信道的超载。并且由于已提出的方法中所有的参数都是来自预测的MTC活动的峰值的统计参数，很难判断超载的确切源头并设置适应性的参数，这将导致上行资源的利用较差。
【发明内容】
[0006]基于以上考虑，如果能够提出一种能够无需减少MTC用户设备的随机接入尝试或限制MTC接入容量就能够减少随机接入碰撞的方法将是非常有益的。
[0007]根据本发明的第一方面，提出了一种在基于机器类通信的通信系统的机器类通信用户设备中用于减少随机接入碰撞的方法，其中，所述机器类通信用户设备具有低移动性，所述方法包括如下步骤:a.将成功地和基站通信时的时间调整参数记录为第一时间调整参数；b.在需要发起新的随机接入时，向所述基站发送随机接入导引消息；c.接收来自所述基站的随机接入响应消息，其中，所述随机接入响应消息中包括第二时间调整参数；d.将所记录的第一时间调整参数和所接收到的第二时间调整参数相比较；e.如果所述第一、第二时间调整参数的差值在预定的误差范围内，则继续向所述基站发送L2/L3消息；否则后退一预定时间之后再重新执行步骤b-e。
[0008]在依据本发明的一个实施例中，向所述基站发送L2/L3消息时采用所述第二时间调整参数对所述L2/L3消息的发送时间进行调整。
[0009]在依据本发明的一个实施例中，依据本发明的方法还包括:接收来自所述基站的对所发送的L2/L3消息的确认消息；将所述第二时间调整参数记录为第一时间调整参数。
[0010]根据本发明的第二方面，提出了一种在基于机器类通信的通信系统的基站中用于减少随机接入碰撞的方法，其中，基于机器类通信的通信系统中包括多个具有低移动性的机器类通信用户设备，所述方法包括如下步骤:接收来自所述多个机器类通信用户设备的随机接入导引消息；检测出来自距离所述基站最近的或处于距离所述基站最近的区域内的第一机器类通信用户设备的导引消息；以广播的方式发送随机接入响应消息，所述随机接入响应消息中包括与所述第一机器类通信用户设备相对应的时间调整参数；接收并解码来自所述第一机器类通信用户设备的L2/L3消息。
[0011]在依据本发明的一个实施例中，依据本发明的方法还包括:向所述第一机器类通信用户设备发送关于所接收到的、由所述第一机器类通信用户设备发送的L2/L3消息的确认信息。
[0012]在依据本发明的一个实施例中，所述具有低移动性的机器类通信用户设备是不移动的/不经常移动的/仅在特定区域内移动的机器类通信用户设备。
[0013]依据本发明的方案采用了主动的碰撞检测机制。主动的碰撞检测和后退能够大大地减少碰撞概率并增加接入容量。从而能够提高对资源的利益率，并减小对H2H通信性能的影响。
[0014]此外，依据本发明的方法与现有技术中的方法兼容，能够与其他方法同时使用。
[0015]本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。附图中:
[0017]图1示出了依据本发明的一个实施例的网络拓扑图；
[0018]图2示出了依据本发明的一个实施方式的方法流图。
[0019]在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置(模块)。
【具体实施方式】
[0020]在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。
[0021]在介绍依据本发明的【具体实施方式】之前，首先介绍一下现有技术中已经提出的关于减少基于MTC的通信系统中随机接入信道超载的方法。
[0022]I)接入分级阻塞方案
[0023]为MTC用户设备引入单独的接入等级，以使得网络能够区别地控制来自这些MTC用户设备的接入。根据所需的对MTC用户设备控制的粒度，能够引入一个或几个接入等级。
[0024]2)为MTC用户设备设置单独的随机接入信道资源方案
[0025]当MTC用户设备和H2H用户设备共享随机接入信道资源时，它们的接入碰撞概率相同。为MTC用户设备和H2H用户设备分别设置独立的随机接入信道资源能够减少MTC用户设备对H2H用户设备的影响。然而这样将减少H2H用户设备的资源，并限制了 MTC用户设备的容量。
[0026]3)MTC用户设备特定的后退方案
[0027]MTC用户设备特定的后退方案能够延迟它们的随机接入(再次)尝试。为MTC用户设备和H2H用户设备设置不同的后退时间，例如为MTC用户设备设置的后退时间较长，为H2H用户设备设置的后退时间较短。这样MTC用户设备的延迟可能过长，并且很难判断超载的源头并为MTC用户设备和H2H用户设备设置的合适的后退时间。
[0028]4)槽式接入
[0029]为MTC用户设备定义接入周期/接入槽，每个MTC设备仅在其专用的接入槽中计入。每个MTC设备通过其ID(MSI)与接入槽相关联。如此，在MTC用户设备活动时间不可预测并且一致的情况下，可能导致MTC峰值的效率降低。
[0030]然而，现有技术中的这些方法一方面都是通过减少MTC用户设备的随机接入尝试或限制MTC接入容量来防止无线接入网中的随机接入信道的超载，另一方面对上行资源的利用也较差。
[0031]图1示出了依据本发明的一个实施例的网络拓扑图。
[0032]依据本发明的方法能够用于基于机器类通信的通信系统，该通信系统中包括基站eNB 10、多个MTC用户设备21、22、多个H2H用户设备31、32。
[0033]如图1所示，MTC用户设备21与基站eNB 10的距离较远，而MTC用户设备22与基站eNB 10的距离较近。类似地，H2H用户设备31与基站eNB 10的距离较远，而H2H用户设备32与基站eNBlO的距离较近。按照距离基站eNB 10的远近，从近到远排序，所图示的4个设备的顺序是:MTC用户设备22、H2H用户设备32、MTC用户设备21、H2H用户设备31。
[0034]对于距离基站10远近不同的设备，传播时延Tp也不同。因此，需要引入时间调整参数TA (Timing Advance),来补偿传播时延Tp之间的差距,从而使得不同用户设备发送的信号能够在基站处对齐。
[0035]现有技术中，时间调整参数TA = 2TP，其中，Tp表示传播时延，并且取决于用户设备与基站之间的距离。
[0036]由于Η2Η用户设备一般具有较强的移动性，传播时延Tp会经常随时间改变，因此，对于Η2Η用户设备而言，没有必要存储与传播时延Tp相关的时间调整参数TA。
[0037]然而，很多MTC用户设备都具有低移动性的特点。例如水表、电表等被安装在固定地点，是不移动的；移动售货站是不经常移动的；家用健康检测装置仅在例如家庭范围的特定区域内移动。这些低移动性的MTC用户设备不移动或移动范围小，由于自身位置变化不会引起时间调整参数变化超过预定阈值。因此，能够认为，对于低移动性的MTC用户设备，调整参数TA是保持不变的。在依据本发明的这一实施例中，MTC用户设备21、22是具有低移动性的MTC用户设备。
[0038]图2示出了依据本发明的一个实施例的方法流图。下面以机器类通信用户设备21与基站eNBlO之间的通信流程为例，结合图1和图2描述依据本发明的在基于机器类通信的通信系统用于减少随机接入碰撞的方法。
[0039]首先，假定在MTC用户设备21前一次成功的随机接入基站eNBlO时，与其对应的时间调整参数为TA1。在方法步骤S201中，MTC用户设备21将TAl记录为第一时间调整参数。
[0040]随后，在方法步骤S202中，MTC用户设备21在需要发起新的随机接入时，向基站eNB 10发送随机接入导引消息。
[0041]而在同一时刻，MTC用户设备22也发起新的随机接入，向基站eNB 10发送随机接入导引消息，并且恰好使用了同一个导引信号。
[0042]在依据本发明的一个实施例中，随机接入导引中包括指示该MTC用户设备将要发送的L2/L3消息大小的信息。
[0043]在方法步骤S203中，基站eNB 10检测出来自距离基站eNB 10最近的或处于距离基站eNB 10最近的区域内的用户设备的导引消息。在依据图1所示的实施例中，距离基站eNB 10最近的或处于距离基站eNB 10最近的区域内的用户设备是MTC用户设备22。
[0044]随后，在方法步骤S204中，基站eNB 10在物理下行共享信道中以广播的方式发送随机接入响应消息(Random Access Response:RAR)，其中包括与MTC用户设备22相对应的时间调整参数，在下文中，该时间调整参数称为第二调整参数。
[0045]在依据本发明的一个实施例中，随机接入响应消息中还包括对所检测到的导引的标识、指示分配给L2/L3消息的上行资源的信息以及临时蜂窝无线网络临时标识(Cell-Radio Network Temporary IdentifierC-RNTI)。在依据本发明的另一个实施例中，随机接入响应消息中还能够包括对后退时间的指示。
[0046]在这里所描述的实施例中，如果MTC用户设备21在方法步骤S205中，将所记录的第一时间调整参数和所接收到的第二时间调整参数相比较，并且确定第一、第二时间调整参数的差值超出预定的误差范围，则后退一预定时间之后再重新执行步骤S202至S205。
[0047]在依据本发明的一个实施例中，预定的误差范围对应于所述时间调整值的粒度。在LTE系统中，预定的误差范围对应于0.52 μ S。并且LTE系统中，TA能够以0.52 μ s的粒度区分0-0.67ms范围内的传播时延，这对应于IOOkm的小区半径。
[0048]在依据本发明的一个实施例中，退后的预定时间是随机的。在依据本发明的另一个实施例中，随机接入响应消息中还包括对后退时间的指示。
[0049]本领域技术人员能够理解的是，还能够根据其他规则设定退后的时间。例如能够与现有技术中的方案相结合，为MTC用户设备分类，并为每个类别的MTC用户设备设置不同的退后时间。例如，优先级低的MTC用户设备退后的时间长，优先级高的MTC用户设备退后的时间短。
[0050]然而，在依据本发明的另一个实施例中，同时发起随机接入请求的MTC用户设备，即图1所示的距离基站eNB 10最近的MTC用户设备22，在方法步骤S205中，将所记录的第一时间调整参数和所接收到的第二时间调整参数相比较，并且确定第一、第二时间调整参数的差值在预定的误差范围内，则在方法步骤S206中继续向基站eNB 10发送L2/L3消息。
[0051]在依据本发明的一个实施例中，MTC用户设备22在向基站eNBlO发送L2/L3消息时采用基站eNB 10分配给L2/L3消息的上行资源，并采用第二时间调整参数对L2/L3消息的发送时间进行调整。
[0052]基站eNB 10在方法步骤S206中接收并解码来自MTC用户设备22的L2/L3消息，并在方法步骤S207中向MTC用户设备22发送关于所接收到的、由MTC用户设备22发送的L2/L3消息的确认信息。
[0053]MTC用户设备22在接收到确认信息之后，回到方法步骤S201，将第二时间调整参数记录为第一时间调整参数。
[0054]在依据本发明的其他实施例中，如果H2H用户设备距离基站eNB 10最近且同时发起随机接入，RAR中包含的时间调整参数将是与H2H用户设备相对应的，则MTC用户设备21和22均要后退一预定的时间之后再重新发起随机接入请求。
[0055]仿真数据表明，依据本发明的方案，能够大大地减小随机接入信道的碰撞概率。即便在随机接入导引发生碰撞的情况下，根据本发明的方案，能够至少保证距离基站最近的用户设备仍然能够利用当前的时频资源来发送L2/L3消息，而不像其它方法一样产生L2/L3消息的碰撞，从而改善上行资源的利用，并且提高MTC用户设备的容量。
[0056]需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；装置前的“一个”不排除多个这样的装置的存在；在包含多个装置的设备中，该多个装置中的一个或多个的功能可由同一个硬件或软件模块来实现；“第一”、“第二”、“第三”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
【权利要求】
1.一种在基于机器类通信的通信系统的机器类通信用户设备中用于减少随机接入碰撞的方法，其中，所述机器类通信用户设备具有低移动性，所述方法包括如下步骤: a.将成功地和基站通信时的时间调整参数记录为第一时间调整参数； b.在需要发起新的随机接入时，向所述基站发送随机接入导引消息； c.接收来自所述基站的随机接入响应消息，其中，所述随机接入响应消息中包括第二时间调整参数； d.将所记录的第一时间调整参数和所接收到的第二时间调整参数相比较； e.如果所述第一、第二时间调整参数的差值在预定的误差范围内，则继续向所述基站发送L2/L3消息；否则后退一预定时间之后再重新执行步骤b-e。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤e中，向所述基站发送L2/L3消息时采用所述第二时间调整参数对所述L2/L3消息的发送时间进行调整。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤e之后还包括: f.接收来自所述基站的对所发送的L2/L3消息的确认消息； g.将所述第二时间调整参数记录为第一时间调整参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b中的随机接入导引中包括指示所述L2/L3消息大小的信息。·
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c中的随机接入响应消息中还包括指示分配给L2/L3消息的上行资源的信息； 并且在步骤e中，在向所述基站发送L2/L3消息时，采用所述分配给L2/L3消息的上行资源。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c中的随机接入响应消息中还包括对后退时间的指示。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有低移动性的机器类通信用户设备是不移动的/不经常移动的/仅在特定区域内移动的机器类通信用户设备。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定的误差范围对应于所述时间调整值的粒度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在LTE系统中，所述预定的误差范围对应于 0.52 μ S。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退后的预定时间是随机的。
11.一种在基于机器类通信的通信系统的基站中用于减少随机接入碰撞的方法，其中，基于机器类通信的通信系统中包括多个具有低移动性的机器类通信用户设备，所述方法包括如下步骤: Α.接收来自所述多个机器类通信用户设备的随机接入导引消息； B.检测出来自距离所述基站最近的或处于距离所述基站最近的区域内的第一用户设备的导引消息； C.以广播的方式发送随机接入响应消息，所述随机接入响应消息中包括与所述第一用户设备相对应的时间调整参数； D.接收并解码来自所述第一机器类通信用户设备的L2/L3消息。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述步骤D之后，还包括:E.向所述第一机器类通信用户设备发送关于所接收到的、由所述第一机器类通信用户设备发送的L2/L3消息的确认信息。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤C中的随机接入响应消息中还包括指示分配给L2/L3消息的上行资源的信息。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤C中的随机接入响应消息中还包括对后退时间的指示。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述具有低移动性的机器类通信用户设备是不移动的/不经常 移动的/仅在特定区域内移动的机器类通信用户设备。
【文档编号】H04W74/08GK103857056SQ201210501199
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】汪勇刚 申请人:上海贝尔股份有限公司