专利名称：用于在用户设备与无线网之间建立通信的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在用户设备与无线网之间建立通信链路时执行随机接入的方法。此外，本发明涉及适用于这种方法的相应的用户设备和网控设备，以及由此构成的通信系统。
背景技术：
近来无线通信网络得到广泛发展。而且，最近开发的网络和/或当前正在开发的网络，如所谓的第三代或UMTS网络(通用移动通信系统网络)，给予了网络用户越来越多的服务(如因特网接入、短信息业务SMS等)。
一般来说，这种UMTS网络系统采纳一种下面简要说明的分级体系结构。
UMTS网络由核心网CN、无线接入网UTRAN(UMTS地面无线接入网)以及用户设备UE的主要部分组成。用户设备UE(如移动终端设备或移动台)之间的接口称为Uu(用于上行UL和下行DL传输的空中接口)。UTRAN和核心网CN之间的接口称为Iu。
核心网CN由与UTRAN无关的部分构成，如移动交换中心MSC和/或网关移动交换中心GMSC。网关移动交换中心GMSC适用于提供UMTS网络与诸如公众交换电话网PSTN或ISDN网络(综合业务数字网)或因特网等另一网络的接口。
UTRAN网络由无线网络子系统RNS构成，这些子系统通过一个称为Iur的接口互相通信。单个无线网络子系统由无线网络控制器RNC构成，其通过一个称为Iub的接口与至少一个所谓的Node B通信。每个Node B的接收区域称为小区C。
上面只给出了这种网络系统结构的粗略概述，但本领域的技术人员知道在各个轮廓组件之间存在特定功能和相互关系，因此在此无需更为详细地描述这种网络系统。
目前，根据用户使用的用户设备UE的类型，和/或根据位于哪个无线接入网和/或位于哪个无线网子系统(和/或属于哪个网络运营商)，用户使用其用户设备，用户设备能执行的不同功能被启用和/或禁用。换句话说，每个用户设备具有一定能力，而不是所有能力都得到该终端设备使用的无线网的支持，或网络提供的功能特征多于用户设备能执行的功能。
在作为第三代通信网络的UMTS网络中，用户设备的能力在所谓的“UE能力”信息中描述。(而以前在GSM系统中，这种与终端设备有关的信息称为“MS级别信息”)。因此，为在相应的用户设备和无线接入网UTRAN之间进行通信，网络必须知道终端设备的能力。
这将参考在现有系统中，例如在GSM系统中，连接建立的例子说明。(上面说明的UMTS网络结构可在一定程度上影射到GSM系统，即，无线网络子系统RNS可对应基站系统BSS，无线网络控制器RNC可对应基站控制器BSC，而Node B可在一定程度上与基站BS相比拟)。
目前在GSM系统中，当通信链路不存在而用户想发出呼叫，即建立一个通信链路时，从终端设备MS发送一个请求分配信道的初始随权接入消息到该接入网络。这个在逻辑随机接入信道RACH上传输的信道请求消息CHAN REQ包括一个与终端站点(用户设备)有关的有限信息集合。例如，由于RACH信道的传输能力有限，这个消息可能仅仅包括关于终端设备是支持全速和/或半速业务信道的信息。
如果能建立通信，网络发送一个接入允许消息经接入允许信道AGCH到达终端设备，而且接着为(前一)请求的终端设备和无线接入网之间的信令建立专用的控制信道DCCH。
建立了这种信令链路后，终端设备转发“实际的”级别信息(规定终端设备支持的业务和/或描述终端设备的能力)与初始第3层消息(根据ISO/OSI层模型)到网络。例如，在GSM网络中，这种实际的级别信息与初始第3层消息(＝初始业务请求消息；例如，寻呼响应、位置刷新请求、IMSI分离、CM业务请求、或CM重建请求消息)一起发送。这个消息由移动台在建立主信令链路的L2 SABM帧中捎带发送到网络。
此外，在转发这个高层消息到移动业务交换中心MSC之前，基站控制器设备BSC必须从移动性管理MM/连接管理CM消息中提取出级别信息。
对于类似UTRAN的第三代网络，最近提出建议，在链路建立后，独立的“UE能力”消息(对应GSM级别消息)应立即从用户设备UE转发到UTRAN。
然而，在上述的现有技术解决方案或建议中有几个缺陷。
首先，级别信息(或UE能力信息)仅在第三层信令中接收，即在信令链路已经存在后接收。此外，级别信息必须从诸如移动性管理MM和连接管理CM消息的高层消息中提取。另外，类似专用控制信道SDCCH、SACCH和FACCH的信令信道保留用于交换测量报告，而无法用于其它目的。因此，某些初始测量报告甚至被“浪费”，因为网络方不知道终端设备的实际能力。
结果，当之后得到定义终端设备(用户设备)的功能特征(例如，所支持的业务)的(基本或实际)级别信息时，不是通信网络提供的所有特征都能以最佳方式实现。
发明内容
因此，本发明的一个目的是解决在以前的技术解决方案中存在的上述缺陷，以及提供一种用于在用户设备和无线网之间建立通信链路时改进随机接入性能的方法，以便网络能根据网络和用户设备的能力优化所有执行的功能。
这个目的可通过一种用于在用户设备和无线网之间建立通信链路时执行随机接入的方法实现，所述方法包括从所述用户设备发送随机接入消息到所述无线网的步骤，其中所述无线随机接入消息包含描述所述用户设备功能能力的信息。
对本发明的有利改进在所附权利要求书中陈述。
本发明还提出了与此适配的用户设备和无线网控设备以及一种相应的通信系统。
因此，根据本发明，存在一个优点，即网络能尽早知道用户设备的能力，而且根据了解的用户设备支持的功能，网络执行的所有功能可得到优化。
尤其是尽早接收关于连接请求用户设备的UE能力信息有关部分的无线网络控制器设备RNC，在确定用于ISO/OSI分层模型的第二层(L2)和第一层(L1)的信令链路的参数时能使用已经接收的UE能力信息。
这使得无需前面提到的无线网络控制器设备仅根据用户设备请求的信令链路类型有点“盲目地”确定L2/L1参数，而且无需知道请求的用户设备的功能特征/能力。
而且，不再需要从高层消息中提取UE能力信息(在GSM中要求提取级别信息)，以便根据本发明至少在一定程度上能减少网络控制器设备方的处理负担。
下面参考附图描述本发明，其中图1示出了根据本发明，在网络的各个组成部分之间，网络体系结构与发送的有关信号(作为例子)的简化原理图；以及图2示出了无线资源控制消息的一种可能定义的例子。
具体实施例方式
与现有标准相比，根据哪个级别信息和或UE能力信息仅在通信开始发送，即使用第三层信令，根据本发明，至少部分级别信息已利用第一层信令在初始随机接入消息RAM中从用户设备发送到无线网控设备RNC。
例如，所述随机接入消息RAM为无线资源控制RRC消息，而且所述RRC消息从下述消息组中选择无线资源控制(RRL)连接建立请求，RRC连接重建请求，切换请求(软切换、硬切换、以及UTRAN和GSM之间的切换都可能)，小区刷新请求，URA刷新请求(URA＝UTRAN注册区域)，SRNS重定位请求(SRNS＝正服务无线网络子系统)。
当然，尽管列举的这些例子目的是尽可能完善，但已定义或仍将定义用于通信标准的其它消息也可包括在这些列表中，用于本发明。例如，在第三代合作项目(3GPP3rdGeneration Partnership Project)，技术规范组RAN，“RAN功能，信令流程例子”的文档TR I3.01(1999年2月)中，规定的其它消息可用于本发明。
此外，由于在诸如随机接入信道RACH的通用控制信道CCCH上传输的随机接入消息的传输能力有限，因此最好在初始消息中只包含级别参数中的一个所选部分(子集)。
这些消息作为负载在随机接入突发中传送，而且该突发被修正(与现有标准相比)，目的是携带(另外包含的)UE能力(MS级别)信息。
为此，包含在突发的数据字段中的数据可被进一步调制，和/或数据可被压缩编码或进行类似处理。
对于要包含在初始随机接入消息中的UE能力信息(MS级别信息)，最好应包括描述与整个通信网络的接入网UTRAN相互作用有关的终端设备的功能能力的信息。例如，初始随机接入消息中可包含下述(非限制性的列举)UE能力参数，它们定义输出功率(用户设备的最大平均输出功率和频谱掩码)，下行多码能力(在下行链路中支持多码的能力)，上行多码能力(在上行链路中支持多码的能力)，多码业务复用能力(在独立的物理信道组中复用业务的能力)，最大专用信道(DCHS)数(同时复用的最大传输信道数)，载波光栅(raster)，频带(支持除UMTS频带中使用的核心频带外的其它频带能力)，UTRA模式能力(FDD，TDD，FDD/TDD)，多模支持(UTRA，GSM，其它系统)，可变双工距离(FDD)(支持除190MHz外的其它信道间隔)，码片率(FDD)(支持除4.096Mcps外的其它码片率)，扩频因子(FDD)(支持小于16的扩频因子)，信道编码和交织(支持业务特定的信道编码)，宏分集的无线链路数(FDD)，传输信道(支持除必备信道外的其它传输信道和信道组合，例如下行共用信道(DSCH)，上行共用信道(USCH)，快速上行信令信道(FAUSCH)，ODMA信道)，系统间切换能力(测量和切换到其它系统的能力)。此外，UE能力信息还可包括修正级别，支持的加密算法，UE短信息能力，UE组播业务能力，UE组呼能力，以及SMS_VALUE(交换-测量-交换；SMS字段指示移动台从一个无线信道切换到另一无线信道、执行相邻小区功率测量、以及从该无线信道切换到另一信道所需的时间)。
然而，例如，在第三代合作项目(3GPP3rdGeneration PartnershipProject)，“UTRA用户设备能力”文档3GPP RAN S1.02(1999年2月)中，规定的其它UE能力信息也可用于本发明。
而且，尤其在用户设备支持系统间切换能力(即，测量和切换到诸如GSM系统的其它系统的能力)的情况下，那么，UE能力信息可选择性地由GSM特定的MS级别信息补充，以包含在随机接入消息中。这种MS级别信息在GSM推荐技术标准GSM 04.08，版本6.3.0，第10.5.1.5章中规定，而且可包含在此列出的所有1、2和3型MS级别信息。
可选择哪个UE能力信息(MS级别信息)实际上包含到初始随机接入消息中。这种选择在生产终端设备时就已经实现，或由用户根据希望优化的各个有利的功能特征选择。而且该选择可自动实现，即响应用户设备通过广播控制信道BCCH从无线网络子系统RNS的一个相应Node-B接收的相应指令或信息进行选择。
现在，参考附图，图1示出了根据本发明，在各个组成部分之间，网络体系结构与发送的相关信号的简化原理图。
由于上面描述了UMTS网络的一般网络体系结构，在此不再重复描述。
简要地说，图1示意的UMTS通信网络由核心网CN和UTRAN接入网组成，二者通过Iu接口相互通信。示意的UTRAN无线接入网包括两个无线网络子系统RNS_A、RNS_B。每个子系统RNS_A、RNS_B分别包括一个无线网络控制器RNC_A、RNC_B。此外，与每个无线网络控制器设备RNC相关的分别为至少一个Node_B，即B_(A)，B_(B)(可无线收发信机设备BS相比拟)。
每个Node_B由称为小区C的无线覆盖区域定义，而且通过一个相应的广播控制信道BCCH通知作为相关无线参数小区中存在的用户设备的移动台MS。
为进一步说明，假定用户设备位于RNS_A的小区C，这样RNS_A就当作正服务RNS(SRNS)，而且请求建立一个呼叫(通信链路)(或者到另一用户设备(未示出)或者到PSTN网络)。此外，终端设备移动(由标记“v”的箭头指示)到与另一无线网络子系统RNS相关的小区，而且穿越这两个子系统之间的“边界”(由图中的虚线指示)。
当要建立一个通信链路时(根据用户需要，例如通过将其终端开机和/或拨号)，用户设备首先执行一个预处理，这种预处理至少包括以下步骤获得与所述网络的小区同步，以及收听所述小区的广播控制信道BCCH以获得与所述随机接入信道相关的信息。此外，在这种预处理中可执行以下步骤选择至少前置扩频码/消息扰码，消息部分的扩频因子，估计下行路径损耗和确定所需的上行发送功率，从可用接入时隙和签名中选择一个接入时隙和签名，发送一个前置码，以及检测一个截获指示器。由于上述这些步骤对本发明不是关键的，因此，在此不再详细描述。此外，尽管上面描述的这些步骤是针对频分双工FDD操作的，但本发明并不限制于此，因此也可执行一种适用于TDD(时分双工)操作的预处理。
接下来，当用户设备UE已获得有关随机接入信道RACH的必要信息，而且通信链路将建立时，用户设备接入作为通用控制信道CCCH的随机接入信道RACH，并转发随机接入消息到正服务无线网络子系统RNS_A的正服务Node_B(在示意情况下Node_BB_(A))。
根据本发明的初始随机接入消息包括与用户设备相关、描述终端设备功能能力的至少一部分UE能力(和/或MS级别信息)UE_CAPABILITY(该例子已在上面给出)。在用户设备UE中，可提供插入装置3用于插入UE能力信息。插入装置3连接用于发送初始随机接入消息到正服务Node_B的发送装置4。
在UE能力信元中，可区分出接入网(UTRAN)和核心网(CN)特定的信元。最好是，与接入网UTRAN相关的信元包含在，在通用控制信道CCCH的RACH信道上，从用户设备UE发送到正服务无线网络子系统RNS_A的无线网络控制器设备RNC_A的初始随机接入消息的无线资源控制RRC消息中。
无线网络控制器设备RNC_A和RNC_B都分别包括一个接收装置1A和1B，以及一个提取装置2A和2B。接收装置1A、1B用于接收初始随机接入消息，而提取装置2A、2B用于从初始随机接入消息中提取UE能力信息。
RRC消息作为负载在媒体接入控制(MAC)接入请求消息内在RACH信道上传送。这种媒体接入控制MAC接入请求消息在1999年1月的3GPPP S2.21文档的第9章“MAC协议技术规范”中规定。简单地说，MAC数据PDU(协议数据单元)包括一个可选的MAC信头以及一个MAC业务数据单元MAC_SDU，二者的大小均可改变。MAC信头包括一个C/D字段，用于识别逻辑信道类别，即其传送CCCH(如同RACH)信息还是专用的逻辑信道信息。此外，提供C/T字段用于在同一传输信道上携带多个逻辑信道时识别逻辑信道。最后，信头包括一个UE-Id字段，其提供用户设备UE的识别。诸如RRC CONNECTION REQUEST(连接请求)消息的RRC消息包含在MAC SDU数据字段中。
从物理观点看，(随机接入)RRC消息是在物理随机接入信道的消息部分(长10ms)内传送的，这个消息部分由至少一个前导部分前导。具体情况可参考1999年2月的3GPP RAN S1.11论文“UTRA FDD；Transport Channels And physical Channels(传输信道和物理信道)”的5.2章。
现在回到图1，终端设备假定正移动到另一正服务无线网络子系统，即图1示意的RNS_B，这样不仅需要切换，而且需要SRNS重定位请求(SRNS＝正服务无线网络子系统)。接着，一个相应的RRC消息，即SRNS重定位请求，从用户设备转发到无线网络控制器RNC_B。在这种情况下，将与另一无线网络子系统(或Node_B)建立一个新的通信链路。接着，至少一部分UE能力信息被插入装置3插入到SRNS重定位请求消息中，该请求消息由发送装置4在RACH信道(通用控制信道CCCH)上发送。
一旦接收装置1B接收到相应的随机接入消息RAM，以及接着由提取装置2B提取其中包含的UE能力信息，那么无线网控设备RNC_B就利用该消息中包含的信息建立一个通信链路，从而使得从通信的一开始就建立一个最佳通信链路(根据可用的业务)。
图2示出了根据本发明，定义无线资源控制消息，尤其是所谓的RRCCONNECTION REQUEST消息(根据其中包含的信元)的例子。
不管各个信元是必须包含于其中由此成为必备信元，还是可选择性地包含于其中，这些信元都分别由M和/或O指示，如图2的右列所示。
消息类型，“原因”(即建立链路的原因)，以及信令连接类型作为必备信元必须包含在内。而且信号质量信息也必须包含。(如果MAC信头中没有包含用户设备的识别，那么终端设备的识别(例如TMSI或MSI)也必须包含于RRC CONNECTION REQUEST消息中)。
也可选择性地包含其它信息(其它测量结果(初始有效集中的优选小区))，如无线接入承载类型*N1(与优选小区(本区)连接有关)，与附加小区的小区参数有关的其它测量结果(在分集需通过一个初始有效集的优选小区建立的情况下)，如附加和/或本区的识别，与本区相比与所述附加小区的测量时差，等等。
当然，利用本发明的实现，还可在RRC CONNECTION REQUEST消息中(选择性地)包含UE_CAPABILITY信息，它是在建立与网络的RRC连接时由用户设备发送的第一个消息。这个消息总是由CCCH逻辑信道和RACH传输信道传送。
上述的信元有下述意义MASSAGE TYPE(消息类型)定义可能的RRC消息中的RRC消息，ESTABLISHMENT CAUSE(建立原因)对应移动性管理MM子层给出的建立原因，SIGALING LINK TYPE(信令链路类型)指示信令链路所需的层2和层1参数，SINGAL QUALITYINFORMATION(信号质量信息)表示测量的BCCH信号干扰比SIR，用于确定建立专用的物理信道时的初始下行功率。小区ID为从一开始就包含于有效集中的小区的识别。为节省初始RACH消息中的空间，CELLID被压缩为从本接入小区ID中减去的涉及小区ID，CELLID由正使用的PRACH信道识别。另一可能性为，初始RACH消息中的CELLId仅为在BCH上广播的邻区列表的指针(因此，CELL ID＝0指邻区列表中的第一小区，ID＝1指邻区列表中的第二小区，等等)。测量的候选小区的下行传输之间的时差列表作为本区的参考。
当然上面的列表仅提供作为例子，因此在该消息中还可至少选择性地包含各种其它信元(图2未示出)。
因此如前所述，本发明提出了一种用于在用户设备和无线网之间建立通信链路时改进随机接入性能的方法，所述方法包括步骤从所述用户设备发送一个随权接入消息到所述无线网，其中所述随权接入消息包含描述所述用户设备功能能力的信息。
由此网络能尽早知道终端的能力，而且由此优化网络执行的所有功能与终端能力一致。
应理解的是，上述描述和附图仅用于通过举例示意本发明。本发明的优选实施例因此可在所附权利要求书的范围内改变。
权利要求
1.一种用于在用户设备(UE)和无线网(UTRAN)之间建立通信链路时执行随机接入的方法，所述方法包括步骤从所述用户设备(UE)发送一个随机接入消息(RAM)到所述无线网(UTRAN)，其中所述随机接入消息(RAM)包含描述所述用户设备(UE)的功能能力(UE_CAPABILITY)的信息。
2.根据权利要求1的方法，其中所述随机接入消息(RAM)在随机接入信道(RACH)上传输。
3.根据权利要求2的方法，还包括在发送所述随机接入消息前执行预处理的步骤，所述预处理包括至少下述步骤获得与所述网络的小区同步，以及收听所述小区的广播控制信道，以获得有关所述随机接入信道的信息。
4.根据权利要求3的方法，其中所述预处理包括下述步骤选择至少前置扩频码/消息扰码，消息部分的扩频因子，估计下行路径损耗和确定所需的上行发送功率，从可用的接入时隙和签名中选择一个接入时隙和签名，发送一个前置码，以及检测截获指示器。
5.根据权利要求1的方法，其中描述所述用户设备(UE)的功能能力(UE_CAPABILITY)的所述信息包括至少一个下述参数-输出功率(用户设备的最大平均输出功率和频谱掩码)，-下行多码能力(在下行链路中支持多码的能力)，-上行多码能力(在上行链路中支持多码的能力)，-多码业务复用能力(在独立的物理信道集上复用业务的能力)，-最大专用信道(DCHS)数(同时复用的最大传输信道数)，-载波光栅，-频带(支持除UMTS频带中使用的核心频带外的其它频带能力)，-UTRA模式能力(FDD，TDD，FDD/TDD)，-多模支持(UTRA，GSM，其它系统)，-可变双工距离(FDD)(支持除190MHz外的其它信道间隔)，-码片率(FDD)(支持除4.096Mcps外的其它码片率)，-扩频因子(FDD)(支持小于16的扩频因子)，-信道编码和交织(支持业务特定的信道编码)，-在宏分集中的无线链路敏(FDD)，-传输信道(支持除必备信道外的其它传输信道和信道组合)，-系统间切换能力(测量和切换到其它系统的能力)，-修正级别，-支持的加密算法，-UE短信息能力，-UE组播业务能力，-UE群呼能力，以及-SMS字段，指示移动台从一个无线信道切换到另一个无线信道、执行邻区功率测量、以及从该无线信道切换到另一信道所需的时间。
6.根据权利要求1的方法，其中所述随机接入消息(RAM)为无线资源控制(RRC)消息。
7.根据权利要求6的方法，其中所述无线资源控制(RRC)消息从下述消息组中选择无线资源控制(RRL)连接建立请求，RRC连接重建请求，切换请求(软切换、硬切换，或UTRAN和GSM之间的切换)，小区刷新请求，URA刷新请求，SRNS重定位请求。
8.根据权利要求1的方法，其中所述随机接入消息(RAM)为媒体接入控制(MAC)消息。
9.根据权利要求1的方法，其中包含在所述无线资源控制消息中的描述所述用户设备(UE)的功能能力(UE CAPABILITY)的所述信息为选择的信息。
10.根据权利要求9的方法，其中一生产出所述用户设备(UE)，就预先选择所述选择部分。
11.根据权利要求9的方法，其中可由所述用户设备(UE)的操作人根据有利的功能特征选择所述选择部分。
12.根据权利要求9的方法，其中根据所述终端设备通过所述无线网(UTRAN)的小区的广播控制信道(BCCH)接收的信息自动选择所述选择部分。
13.一种用于与无线网(UTRAN)建立通信链路的用户设备(UE)，包括发送装置(4)，用于发送一个随机接入消息(RAM)到所述无线网(UTRAN)；以及插入装置(3)，用于插入描述所述用户设备(UE)的功能能力(UE CAPABILITY)的信息到所述随机接入消息(RAM)中。
14.根据权利要求13的用户设备，其中所述随机接入消息(RAM)在随机接入信道(RACH)上传输。
15.一种用于与用户设备(UE)建立通信链路的无线网控设备(RNC)，包括接收装置(1A、1B)，用于从所述用户设备(UTRAN)接收随机接入消息(RAM)；以及提取装置(2A、2B)，用于从所述随机接入消息(RAM)中提取描述所述用户设备(UE)的功能能力(UE_CAPABILITY)的信息。
16.根据权利要求15的无线网控设备，其中所述随机接入消息(RAM)在随机接入信道(RACH)上接收。
17.根据权利要求15或16的无线网控设备(RNC)，其中所述无线网控设备用于读取所述能力信息，以及利用所述随机接入消息(RAM)中包含的所述信息建立所述通信链路。
18.一种具有核心网(CN)和无线网络(UTRAN)的通信系统(UTMS)，包括至少一个用户设备(UE)，其包括发送装置(4)，用于发送一个随机接入消息(RAM)到所述无线网(UTRAN)；以及插入装置(3)，用于插入描述所述用户设备(UE)的功能能力(UE_CAPABILITY)的信息到所述随机接入消息(RAM)；以及至少一个无线网控设备(RNC)，其包括接收装置(1A、1B)，用于从所述用户设备(UTRAN)接收随机接入消息(RAM)；以及提取装置(2A、2B)，用于从所述随机接入消息(RAM)中提取所述用户设备(UE)的所述能力信息。
全文摘要
本发明提出了一种用于在用户设备(UE)和无线网(UTRAN)之间建立通信链路时改进随机接入性能的方法,所述方法包括步骤:从所述用户设备(UE)发送一个随机接入消息(RAM)到所述无线网(UTRAN),其中所述随机接入消息(RAM0包含描述所述用户设备(UE)的功能能力(UE_CAPABILITY)的信息。由此网络能尽早知道终端的能力,而且由此能优化网络执行的所有功能与终端能力一致。
文档编号H04L29/08GK1338192SQ99816429
公开日2002年2月27日 申请日期1999年3月8日 优先权日1999年3月8日
发明者皮卡·马杰伦德, 朱卡·维尔伦 申请人:诺基亚网络有限公司