用于控制单频网络中的无线电信道接入的方法、通信系统和单频网络无线电接入控制器与流程

用于控制单频网络中的无线电信道接入的方法、通信系统和单频网络无线电接入控制器
1.本技术是以下原申请的分案申请：
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原申请的申请日：2016年11月18日
3.‑‑
原申请的申请号：201680067571.4
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原申请的发明创造名称：
5.本发明涉及一种执行随机接入单频网络(sfn:single frequency network)的机制。


背景技术：

6.在单频网络中，多个基站通过使用相同的资源来同时发送数据。这些基站表现为单频网络并且因此对于移动设备显得像一个单个的小区。另外，可以根据ue的移动将基站添加到当前正在向特定的移动设备(用户装置、ue：user equipment)发送数据的基站组中并从所述基站组中移除以便覆盖ue预期接下来要移动的区域，即关于向特定的ue的发送，根据ue的移动，一些小区被接通并且一些小区被切断。如果对于一个基站而言不需要向任何ue发送，则它也可以完全被切断(断电)。


技术实现要素：

7.在本发明的上下文中，术语sfn可以理解为典型地覆盖更大扩展区域的一组同步地操作的基站，但也可以理解为来自该更大组(所谓的sfn集群)的基站的子集。为了避免相邻sfn集群之间的干扰，在相应的sfn集群中使用的资源可以彼此正交。
8.本发明主要涉及上行链路业务。它涉及如何高效地配置和建立初始连接设置、即用于单频网络的随机接入过程。
9.随机接入过程在本领域中是已知的并且在无线电接入技术之间变化。例如，在3gppts 36.321中描述的lte中，用于随机接入的消息流包括：
10.(1)ue读取由每个小区中的enb广播的系统信息。除其他外，还接收以下用于随机接入的参数：
11.用于发送随机接入前导码的可用prach资源(时隙)
12.可用的随机接入前导码
13.初始前导码功率
14.随机接入响应(时间)窗口的尺寸
15.(2)在ue已经决定使用随机接入过程之后，它从可用的前导码和资源中随机选择前导码和资源
16.(3)ue发送随机接入前导码
17.(4)由ue挑选为其服务的enb(即，ue在其上驻留的enb)接收前导码。由于相邻enb有意使用不同的前导码，所以仅仅一个enb可以接收随机接入前导码。
18.(5)enb准备并发送随机接入响应。发送定时是灵活的，但必须在所配置的随机接入响应窗口内完成。
19.(6)在接收到响应之后，ue准备并发送预设的发送。
20.(7)在接收到预设的发送之后，enb准备并发送争用解决消息。
21.cn102196518b描述了一种包括随机接入过程的小区切换过程。
22.ep2534873a2描述了lte系统中的另一随机接入过程，尤其结合最小化路测(mdt：minimization ofdrive test)量度。
23.在us2013/0089034a1中，描述了一种从多个基站中选择一个基站来在上行链路(ul：uplink)中服务ue的方法。已经在下行链路(dl：downlink)中服务ue的单个基站控制该方法，该方法涉及由ue在ul中向多个基站发出参考信号。基站接收并解密信号，并将所接收的信号强度发出给控制基站，用于选择一个基站在ul中为ue服务。该选择是固定的；所选择的基站为ue服务。
24.在已知的随机接入过程中，例如在lte中，ue必须在随机接入请求可以被发送之前选择基站。因此，ue必须在空闲模式下定期执行小区选择以发现和选择最适合的基站。这些空闲模式过程对于移动设备是耗电的。此外，与本发明的多基站方案(即，由sfn集群提供)相比，单个基站的接收质量更差。根据现有技术的接入过程更有可能导致不成功的和功率浪费的发送。
25.在多个基站建立类似sfn的同步子网的情况下，已知的传统随机接入方案将失败，因为基站被有意禁止接收来自相邻基站的随机接入前导码。
26.wo2014/204365a1描述了一种由网络节点控制多个天线点的方法。网络节点形成微微小区并且相应地使用正交无线电资源并且不形成在其中多个接入点使用相同无线电资源发送相同信号的单频网络。
27.wo2013/178612a1描述了在中继器和远程无线电头存在下的定时提前管理，远程无线电头由enb服务。ue接收来自多个无线电头的信号，并且通信具有类似的定时提前量的无线电头被分配给用于定时提前管理的定时提前组。没有迹象表明无线电头形成单频网络。
28.us2013/0170385a1描述了一种移动通信系统中的争用解决方法，其中，ue接收由两个基站使用多媒体广播单频网络无线电发送格式广播的bch信号。
29.根据权利要求1，本发明提供一种用于控制单频网络中的无线电信道接入的方法，其中，多个基站同时向ue设备发送相同的数据。
30.根据权利要求2，本发明还提供一种用于用户装置(ue：user equipment)设备接入单频网络中的无线电信道的方法，其中，多个基站同时发送相同的数据。
31.根据从属权利要求，还提供本发明的方法的进一步优选的方面。
32.在另一方面，根据权利要求10，本发明提供一种ue设备，其适用于接入单频网络中的无线电信道，其中，多个基站同时发送相同的数据。
33.在更深的方面，根据权利要求12，本发明提供一种单频网络无线电接入(sfn-ra：single frequency networkradio access)控制器，其布置成控制形成单频网络的多个基
站，以便多个基站分别同时发送。
34.本发明提供一种随机接入过程，其中，多个基站(enb)能够接收并响应随机接入前导码。这是有利的，因为由于多个接收器/发送器方案，增加了成功发送的可能性。因此，接入更快速，减少了移动设备的电池消耗并且节省了无线电资源(用于重新发送)。另外，sfn随机接入方案是有利的，因为可以减少与移动性有关的空闲模式过程的执行，即ue必须非常少地读取(系统信息的随机接入部分)系统信息，因为只要它停留在相应的sfn集群中，初始随机接入配置就保持有效(即使当ue移动时)。
35.本发明提供以下益处：
36.sfn-ra控制器(例如可以是sfn集群管理单元的或资源控制单元的一部分的功能实体)能够为单频网络(或sfn集群)内的所有小小的小区共同配置随机接入重要相关的参数。sfn(或sfn集群)内的所有基站能够同时接收随机接入前导码。这些使得随机接入前导码的接收更可靠。
37.sfn(或sfn集群)内的所有基站能够同时响应所接收的随机接入前导码，使得随机接入响应的接收更可靠。
38.sfn(或sfn集群)内的所有基站能够将所接收的“预设的发送”转发给sfn-ra控制器。sfn-ra控制器能够组合所接收的多个“预设的发送”并解决其中的任何冲突信息。这些提供“预设的发送”的更可靠的接收的优点。
39.sfn-ra控制器能够指导sfn(或sfn集群)的所有基站或所有基站的子集同时发送“争用解决”消息。基于由基站报告的接收质量来决定哪些基站要发送该消息，例如基站的一个子集可以足以用于消息的高度可靠的集体dl发送。基站能够接收来自sfn-ra控制器的争用解决消息并按照由sfn-ra控制器指导的那样使用资源(时隙和子载波)来将所述争用解决消息转发给ue。这些提供“争用解决”消息的更可靠的接收的优点。
附图说明
40.现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：
41.图1示出单频网络的示意图；
42.图2示出sfn控制器、小小的小区和ue之间的消息交换；以及
43.图3示出包括随机接入前导码发送和其后的消息交换。
具体实施方式
44.为了说明本发明，图1示出包括单频网络布置10的示例性示意图表示，所述单频网络包括两个集群，即集群m和集群n。示出的三个小小的小区sc_n到sc_n 2作为单频网络(sfn集群n)被配置用于移动设备“ue1”。示出的两个小小的小区sc_m和sc_m l被配置用于形成第二集群，即sfn集群m。小小的小区sc_n到sc_n 2和sc_m到sc_m l中的每一个连接到配置所述小小的小区的sfn随机接入sfn-ra控制器12。如图1所示，sfn-ra控制器12是集群特定的无线电控制单元rcu 14的一部分，rcu14转而连接到单频网络集群管理单元20。
45.如图所示，sfn集群管理单元20包括sfn控制器22、位置确定单元24、中央资源控制单元(rcu)26和集群分割单元28。sfn集群管理单元20还与lte移动性管理实体(mme：mobility management entity)30相连接，在此经由s1接口32。中央sfn-ra控制器可以与中
央资源控制单元(rcu)26相关联，而不必具有附接到每个集群特定的rcu的单独的sfn-ra控制器。
46.应该注意，所使用的术语“小小的小区”可以例如是节点b、nb、演进型节点b、enb或其他形式的基站。
47.以下是sfn随机接入过程的第一个方面：即sfn(或sfn集群)的所有基站都使用相同的随机接入配置。由sfn-ra控制器为基站配置了八个参数(其中的一些已经应用在已知的lte随机接入过程中)。与已知的过程相比，实现sfn随机接入过程的基站不具有自己选择参数的自由
48.(1)用于发送随机接入前导码的可用随机接入资源(时隙)
49.(2)可用的一组随机接入前导码
50.(3)初始前导码发送功率
51.(4)随机接入响应窗口的尺寸
52.(5)退避(backoff)参数值
53.另外，以下新参数由sfn-ra控制器配置：
54.(6)发送(积极的)随机接入响应的要求
55.(7)用于发送随机接入响应消息的定时
56.(8)定时校准配置。定时校准是由ue用于更早地发送信号以便引起基站对来自不同ue的信号的同步接收的定时。
57.sfn-ra控制器配置参数如下：
58.参数(1)和(2)基于随机接入的当前容量需求来选择。如果需要更多容量，则可以提供更多时隙和前导码。因此，如果容量需要改变，则进行重新配置。
59.参数(3)被选择，以便在大多数情况下可以正确接收第一个发送的前导码。该参数的标称值取决于小区的覆盖区域的尺寸。由于我们的新方案可能会显著增加感知的覆盖区域，所以这里应考虑多个接收点的方案。
60.参数(4)是基于所配置的基站组的性能来选择的，以响应该时间窗口内的所有随机接入请求。
61.参数(5)指示在随机接入退避过程中使用的退避参数值。借助该参数，sfn-ra控制器可以指示基站在请求的ue中发起退避算法以延迟下一个(几个)随机接入前导码发送尝试。当已经在上行链路方向上发送最大数量的随机接入前导码而没有来自基站的任何积极的反馈时，随机接入过程停止。
62.参数(6)指示所配置的基站组在哪些情况下向请求的ue发出积极的响应、即将允许ue在上行链路方向上继续进行“预设的发送”消息的随机接入响应消息。例如，如果前导码被正确接收，如果没有探测到竞争，并且如果空中接口上的和核心网的接口上的资源是空闲的，则这将是发出积极的响应的有效情况。
63.参数(7)指示哪些时隙必须用于发送响应消息。
64.参数(8)指示导出定时校准值的方法(如下所述)。在方法1被配置的情况下，要使用的时序校准值被包括。这是由所有基站使用的固定值。
65.sfn-ra控制器然后将这些参数(中的至少一个)发送给每个基站作为配置消息。相同sfn(或sfn集群)的所有基站将获得相同的一组参数。来自另一个sfn(或sfn集群)的基站
将获得可能与其他sfn(或sfn集群)的参数相同或不同的参数。
66.在sfn集群n的基站从sfn-ra控制器接收到包含如上所述的一些、全部或多于所述八个参数的配置消息之后，它们被实现。基站配置它们的接收器用于接收随机接入前导码和发送器用于广播与ue重要相关的随机接入参数。完成后，它们准备好在所配置的时隙接收可用的随机接入前导码中的任何随机接入前导码。
67.在图1的示例性布置中，小小的小区sc_n到sc_n 2将开始同步地广播随机接入参数作为系统信息广播(sib：system information broadcast)的一部分，即通过使用相同的时隙和相同的子载波。
68.参考图2,示出sfn-ra控制器与小小的小区之间以及小小的小区与ue之间的典型消息交换。从sfn-ra控制器到小小的小区中的每一个的配置消息显示为消息34
′
、34
″
和34”'。继而，小小的小区广播由消息36
′
、36
″
和36”'示出的sib。消息36”'，被显示为虚线以指示参数被发送，但由于小小的小区与ue之间的距离较大而不会对ue1处的接收信号作出显著贡献。
69.注意，如在3gppts 36321中描述的那样，ue也需要更多的参数用于随机接入，这些参数也被广播。为了简单起见，这里不再进一步描述它们，因为它们像通常一样用于正常的随机接入。
70.在lte随机接入过程中，定时校准值由基站基于随机接入前导码的接收定时来动态地导出。该方法不适用于sfn，因为它通常导致每个基站的不同定时校准值。当数据(即定时校准值)对于每个基站不同时，同步发送是不可能的。这个问题通过以下三种方法中的一种解决：
71.半静态值：
72.sfn-ra控制器配置定时校准值。它依据从sfn中的任何ue到最近的基站的平均距离来选择值，例如r/2，其中，r是覆盖区域的半径。该值被发送到基站并应用到随机接入响应消息中。该方法是有利的，因为它实现了基站的快速响应并减少了信令的数量。
73.借助sfn-ra控制器协调动态值
74.在基站接收到随机接入前导码之后，计算所接收的前导码与下行链路定时之间的时间偏差delta_t。该值被发送到sfn-ra控制器。sfn-ra控制器基于多个接收时间偏差选择一个值用于定时校准。例如定时校准值通过仅仅考虑最低时间偏差值来导出。替代地，可以使用平均(mean或average)偏差值来确定校准值。
75.由ue选择动态值：
76.在基站接收到随机接入前导码之后，计算所接收的前导码与下行链路定时之间的时间偏差delta t并将其用于导出定时校准值。每个基站将导出一个自己的值。该值在随机接入响应消息内发送给ue。发送由所有基站同时完成。在没有进一步的装置的情况下，在相同资源上接收这些多个不同的消息将失败。因此，使用正交码以使得可以在ue处区分不同的值。例如，不同的正交扩频码由sfn-ra控制器分配给基站，基站将通过使用所分配的码来扩展定时校准值。这些码在每个ue中是已知的，例如它们被预先配置。在由ue接收到响应消息之后，它将解码不同的定时校准值并将计算一个值以用于随后的发送。例如，它使用最低值或平均值。
77.现在将参考图3描述由ue执行的随机接入过程。
78.作为先决条件，假定ue、ue1已经从sfn集群中的任何一个(或多个)基站接收到随机接入所需的ue重要相关的参数。
79.(1)ue1从配置组中选择随机接入前导码和时隙，并以所配置的功率发送前导码。如图所示，sc_n和sc_n l正确接收前导码。sc_n 2不接收前导码(由虚线标示)，因为例如一个大型ue基站分离。由于所配置的参数5的前提条件满足，所以sc_n和sc_n l决定发出积极的确认响应。sc_n和sc_n l按照sfn-ra控制器的指示生成用于响应消息的参数。
80.(2)sc_n和sc_n l同步地向ue1发出随机接入响应消息。它们精确地使用时隙来发送已经由sfn-ra控制器配置的响应消息。
81.注意：在该步骤中，所有基站(例如，enb)已经为该请求单独产生了相同的响应，并且它们都使用相同的资源进行发送。与在已知的随机接入响应发送中不同，基站没有任何选择发送定时的自由，发送窗口仅仅是由sfn-ra控制器指示的参数，用于调度基站的发送并由ue用于停止探测响应消息。这确保了类似sfn的发送和对ue1的随机接入尝试的及时响应，这当基站在发送之前协调它们的联合响应时是不可能的。ue1接收响应消息而不识别各个发送点(基站sc_n和sc_n l)。
82.(3)ue1发送预设的发送消息，其在本例中假定要由sc_n和sc_n l接收。
83.(4)sc_n和sc_n l将包括关于接收质量(例如ul信号强度)的信息的消息转发到sfn-ra控制器。sfn-ra控制器在考虑接收质量的情况下组合可能接收到的多个消息来准备共用的“争用解决”消息。
84.(5)sfn-ra控制器选择一组合适的基站，所述基站应将共用的“争用解决”消息发送给ue1。该选择可以基于接收质量、即仅仅具有最高接收质量的小小的小区被选择用于发送“争用解决”消息。sfn-ra控制器向所选择的小小的小区发送“争用解决”消息。在图3的示例中，仅仅sc_n和sc_n l被选择。当“争用解决”消息在sfn-ra控制器与所选择的基站之间交换时，可以包括关于要被基站用于向ue1发送“争用解决方案”消息的资源的信息。
85.(6)sc_n和sc_n l按照sfn-ra控制器的指示同步地发送争用解决消息。在ue1成功接收后，随机接入过程完成。
86.上述随机接入过程的多接收点方案导致新的情况，这必须由移动网络处理。
87.如果预设的发送没有被一个或多个基站正确接收，则sfn-ra控制器将解决该问题。如上所述，基站将所接收的消息和接收质量的指示符(或所感知的ul信号强度、或可靠性指示等)转发给sfn-ra控制器。然后，sfn-ra控制器将丢弃具有低的接收质量的消息并仅仅使用具有好的接收质量的消息。在另一实施例中，基站将会借助所谓的“软比特”转发消息。这意味着，基站不将所接收的消息解码为二进制位(“0”或“1”)。替代地，它仅仅将所接收的符号转发到sfn-ra控制器，在那里发生实际的解码。sfn-ra控制器将组合来自所有基站的“软比特”，同时考虑所接收的消息的每个实例的接收质量(或所感知的ul信号强度、或可靠性指示等)，并将解码消息。这将引起最佳的接收器性能。
88.由于来自多个ue的发送，也可能发生前导码冲突。已知的随机接入过程的当前行为如下：在两个或更多个ue正在同时(即，使用相同时隙)向相同基站发送相同前导码的情况下，除了一个以外的所有请求都将被基站通过发送对应的“争用解决”消息来拒绝。被拒绝的ue将不得不再次发起随机接入过程。
89.目前的随机接入过程表现不同。在两个或更多个ue在相同sfn中同时向不同基站
发送相同前导码的情况下，基站将以单独的消息进行响应，以便ue将在上行链路方向继续其单独的“预设的发送”。这些消息全部被转发给sfn-ra控制器。sfn控制器探测这些消息源自不同的ue(基于所包括的ue id)。在这种情况下，sfn控制器不会将多个消息组合成单个消息而是将独立解释它们并且将为每个ue分配不同的资源给基站，用于在dl方向上提交“争用解决”消息。因此，本发明的方法是有利的，因为它将引起被拒绝的请求数量更少并因此节省无线电资源和电池功率。