多子系统的无线接入网的随机接入方法和随机接入系统

摘要

本发明公开了一种多子系统的无线接入网的随机接入方法和随机接入系统，所述方法包括从所述无线接入网络的多子系统中预设一个基本子系统，并预设目标子系统的选择标准；将空闲状态的终端附着在基本子系统上；当空闲状态的终端需要进行随机接入时，包括：A.确定与所述目标子系统的选择标准相关的参数，根据所确定的参数和所述选择标准，确定目标子系统；B.在所述目标子系统上进行随机接入。所述随机接入系统包括：预设参数模块、附着模块和随机接入模块。利用本发明，可以实现终端有选择地随机接入具有多种子系统的无线接入网中的一个子系统，不增加单个系统的随机接入开销，缩短随机接入时延。

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统中的终端接入网络技术，尤其涉及一种多子系统的无线接入网的随机接入方法及可以在该无线接入网中随机接入终端的随机接入系统。

背景技术

在现有技术中，处于待机(IDLE)状态的终端(UE)，如果希望进行通信服务，必须先通过随机接入过程建立与无线接入网络的连接，之后才能和网络进行通信。随机接入过程的实现是UE在特定的Preamble码序列集合中随机选择Preamble码，并通过预分配的随机接入资源向网络发送Preamble来实现。网络接收到Preamble后，经过后续的信令交互过程，建立与UE的连接，之后才能为UE提供后续的通信服务。当两个UE选择同样的Preamble码、并在相同的随机接入资源上发送时，将会发生冲突，冲突的UE将延迟一定时间后，重新进行随机接入过程。

目前的新一代无线移动通信要求同时实现超大带宽高数据率无线接入技术和宽带广覆盖高速移动传输技术。超大带宽高数据率无线接入技术用于满足对超高数据率(例如最高1Gb/s以上)和系统容量的需求，需要使用很大的系统带宽(最大至100MHz)，主要利用高频带来实现。宽带广覆盖高速移动传输技术则需要在相对较低频带实现无缝连续覆盖和高速移动下的系统性能保障。这样，无线接入网络中可能同时采用两个甚至多个不连续频带，每个频带都是一个相对独立的子系统，可以单独完成各种无线通信过程。同时，多个频带之间也可以协调操作，参数共享。

例如，图1为目前IMT-Advanced系统提出的基于双层子系统的无线接入网络架构的示意图。如图1所示，该无线接入网络由低频带子系统和高频带子系统构成。低频带子系统工作在较低频带(如3GHz以下IMT-2000频带)，适用于提供广域覆盖和高移动性，称为低频带业务(LBO，Low BandOperation)系统101。高频带子系统工作在较高频带(如3GHz～5GHz的新频带)，提供热点覆盖和低移动性，称为高频带业务(UBO，Upper BandOperation)系统102。

现有的无线接入网络的随机接入技术都是基于单个系统进行的，目前还没有公开如何在多子系统无线接入网中选择发起随机接入子系统的技术方案。多子系统无线接入网络对随机接入过程提出了新的要求。如果选择发起随机接入的子系统不合适或发起随机接入的过程过于繁琐，会增大随机接入时延和系统负荷。

目前唯一与多子系统无线接入网络相似的是N频点网络，在N频点网络中存在多个工作频点，但这些频点间隔很近，各频点的信道特性相似，所有终端都在主频点发起随机接入，再由网络侧将终端调度到其他频点上工作，辅频点不是一个单独的系统，更不可能实现各个频点的独立调度。

如果沿用N频点的随机接入方案，所有终端都在一个子系统上接入，则有如下缺点：

(1)增加单个子系统的接入负担；

(2)当终端需要工作在其他子系统上时，需要进行子系统间切换，各个子系统的信道特性是不一样的，子系统间切换是一个比较复杂的过程，这会增加终端从空闲状态到进入正常工作状态的时延。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种多子系统的无线接入网的随机接入方法，可以实现终端有选择地随机接入其中的一个子系统，不增加单个系统的随机接入开销，缩短随机接入时延。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种随机接入系统，可以实现有选择地随机接入多子系统无线接入网的一个子系统，不增加单个系统的随机接入开销，缩短随机接入时延。

为了实现上述发明目的，本发明的主要技术方案为：

一种多子系统的无线接入网的随机接入方法，该方法从所述无线接入网络的多子系统中预设一个基本子系统，并预设目标子系统的选择标准；将空闲状态的终端附着在基本子系统上；

当空闲状态的终端需要进行随机接入时，包括：

A、确定与所述目标子系统的选择标准相关的参数，根据所确定的参数和所述选择标准，确定目标子系统；

B、在所述目标子系统上进行随机接入。

优选的，所述的目标子系统的选择标准为基于终端速度、业务量、和子系统信道质量的函数，所述预设的选择标准的具体取值为根据仿真结果所确定的所述函数的上下门限值，其中上限值对应信道环境要求严格的场景，下限值对应信道环境要求宽松场景；所述与选择标准相关的参数为终端速度、业务量、子系统信道质量。

优选的，步骤A具体包括：

A1、终端估计自身速度，测量基本子系统的信道质量，并确定业务量；

A2、根据步骤A1得到的参数确定所述函数值；

A3、比较所述函数值与预设的选择标准，如果所述函数值小于选择标准的下限值，则选择对信道质量要求最低的子系统作为目标子系统，执行步骤B；如果所述函数值大于选择标准的上限值，则选择对信道质量要求最高的子系统作为目标子系统，执行步骤B；如果所述函数值在所述选择标准的上下门限值之间，则执行步骤A4；

A4、测量所述无线接入网中除基本子系统外的其它子系统的信道质量，根据测量结果，选择无线接入网中信道质量最好的子系统作为目标子系统。

优选的，所述空闲状态下的终端只接收所述基本子系统上的广播消息，且所述基本子系统上的广播消息中包括所述无线接入网的其它子系统的随机接入参数信息；步骤B中，终端利用基本子系统广播消息中的目标子系统的随机接入参数信息完成随机接入过程。

优选的，所述基本子系统为所述无线接入网中实现广域无缝覆盖的子系统。

优选的，所述方法进一步包括通过先验信息从所述无线接入网中确定一个适用于本终端的优选子系统；所述预设的目标子系统的选择标准为最可能满足所述终端需要的信道质量值；且所述步骤A具体包括：

a1、测量所述优选子系统的信道质量；

a2、判断步骤a1得到的信道质量是否满足预设的所述终端需要的信道质量值，如果是，则将所述优选子系统作为目标子系统，执行步骤B；否则，执行步骤a3；

a3、测量所述无线接入网中除所述优选子系统外的其它子系统的信道质量，根据测量结果，选择无线接入网中信道质量最好的子系统作为目标子系统。

优选的，所述步骤B中，终端通过读取目标子系统的广播消息获得目标子系统的随机接入参数信息，并利用该随机接入参数信息完成随机接入过程。

优选的，当所述终端具有针对不同子系统的多个接收机时，所述测量所述无线接入网中其它子系统的信道质量的具体方法为：同时利用各个接收机测量对应子系统的信道质量；

当所述终端具有一个接收机，则所述测量所述无线接入网中其它子系统的信道质量的具体方法为：采用时分方式分别测量所述各个子系统的信道质量。

一种多子系统的无线接入网的随机接入系统，包括：

预设参数模块，其中预设一个基本子系统，并预设目标子系统的选择标准；

附着模块，用于促使无线通信终端在空闲状态时附着在所述基本子系统上；

随机接入模块，用于在随机接入时确定与所述目标子系统的选择标准相关的参数，根据所确定的参数和所述选择标准，确定目标子系统，并在所述目标子系统上进行随机接入。

优选的，所述的目标子系统的选择标准为基于终端速度、业务量、和子系统信道质量的函数，所述预设的选择标准为根据仿真结果所确定的所述函数的上下门限值，其中上限值对应信道环境要求严格的场景，下限值对应信道环境要求宽松场景；所述与选择标准相关的参数为终端速度、业务量、子系统信道质量。

优选的，所述随机接入模块具体包括：

参数确定单元，用于估计终端自身速度，测量基本子系统的信道质量，并确定业务量；

函数计算单元，用于根据参数确定单元得到的参数计算所述函数值；

比较单元，用于比较所述函数值与预设的选择标准，如果所述函数值小于或小于等于选择标准的下限值，则选择对信道质量要求最低的子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入；如果所述函数值大于或大于等于选择标准的上限值，则选择对信道质量要求最高的子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入；如果所述函数值在所述选择标准的上下门限值之间，则触发信道质量测量单元；

信道质量测量单元，用于测量所述无线接入网中除基本子系统外的其它子系统的信道质量，根据测量结果，选择无线接入网中信道质量最好的子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入；

随机接入单元，用于在所述目标子系统上进行随机接入。

优选的，所述预设参数模块进一步设置一个适用于本终端的优选子系统信息；所述预设的目标子系统的选择标准为所述终端需要的信道质量值；且所述随机接入模块具体包括：

第一信道质量测量单元，用于测量所述优选子系统的信道质量；

判断单元，用于判断第一信道质量测量单元得到的信道质量是否满足预设的所述终端需要的信道质量值，如果是，则将所述优选子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入；否则，触发第二信道质量测量单元；

第二信道质量测量单元，用于测量所述无线接入网中除所述优选子系统外的其它子系统的信道质量，根据测量结果，选择无线接入网中信道质量最好的子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入；

随机接入单元，用于在所述目标子系统上进行随机接入。

由于本发明将空闲状态的终端附着在预设的基本子系统上，当终端在需要进行随机接入时，确定与预设选择标准相关的参数，根据所述选择标准选择确定一个最可能进行正常通信过程的子系统发起随机接入，在随机接入过程完成后就可以在该子系统上收发信息，而不需要引入不必要的系统间切换，相对于所有终端都在一个子系统上发起随机接入的方案，本发明不会增大单个子系统的随机接入开销，增加了随机接入的可靠性，缩短了随机接入的时延。

另外，本发明可以将无线接入网的多个子系统的随机接入信息都在所述基本子系统上广播发送，因此附着在基本子系统上的终端可以在基本子系统的广播上直接读取目标子系统的随机接入信息，并直接发起对目标子系统的随机接入，因此可以进一步缩短随机接入的时延，优化随机接入方案。

附图说明

图1为目前IMT-Advanced系统提出的基于双层子系统的无线接入网络架构的示意图；

图2为本发明第一种实施例的流程图；

图3为本发明第二种实施例的流程图；

图4为本发明所述随机接入系统结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。

本发明所论述的是无线通信终端(本文中可以简称为终端)如何高效可靠地随机接入多个子系统的无线接入网。所述无线接入网具有多个不连续频带和/或多种无线接入技术，每个频带和每种无线接入技术都是一个独立的子系统。本发明的核心思想为：空闲状态下的终端在需要发起随机接入的时候，选择最可能进行正常通信过程的系统作为目标系统发起随机接入，随机接入过程完成后终端可以直接在该系统上收发信息，而不需引入不必要的系统间切换。终端选择目标系统的依据是终端速度、业务特性以及各无线系统的信道质量(CQI)、网络负载等参数。

基于上述核心思想，本发明采用的主要技术方案为：从含有多个子系统的无线接入网络中预设一个基本子系统，并预设目标子系统的选择标准；将空闲状态的终端附着在基本子系统上；当空闲状态的终端需要进行随机接入时，确定与所述目标子系统的选择标准相关的参数，根据所确定的参数和所述选择标准，确定目标子系统；在所述目标子系统上进行随机接入。

上述的基本子系统是固定的，终端在空闲状态需要附着在该基本子系统上。基本子系统一般为所述无线接入网中实现广域无缝覆盖的子系统，例如在图1的无线接入网中的LBO可以作为基本子系统。另外，本发明还可以设置初始子系统，该初始子系统可以是所述固定的基本子系统，也可以是由终端或基站指定的优选子系统。根据初始子系统的不同，本发明有不同的随机接入实现实施例，以下分别介绍。

第一种实施例：在本实施例中，所述初始子系统就是所设置的基本子系统，并且包括以下三个特点：

1)空闲状态下的终端都附着在所述基本子系统上。所述的附着是指只由基本子系统保存该UE信息，由该基本子系统发起对UE的寻呼，UE在IDLE状态下只读取该基本子系统的广播信息。

2)将所述的目标子系统的选择标准设置为基于终端速度、业务量和子系统信道质量的函数a，所述与选择标准相关的参数为终端速度、业务量、子系统信道质量。所述预设的选择标准的具体取值为根据仿真结果所确定的所述函数的上下门限值a₁和a₂，a₁>a₂。所述上下门限值用于选择发起随机接入的子系统，其中a₁对应对信道环境要求严格、低速、支持高业务速率的场景，a₂对应信道环境要求宽松、高速、不能支持高业务速率的场景。所述对信道环境要求严格或是宽松的标准在不同的实施情况下会有区别，需要根据不同的具体情况具体确定。

3)在所述基本子系统的广播信息中包含所述无线接入网中的其它子系统的随机接入参数信息，所述随机接入参数信息例如可以是随机接入信道位置和接入码等信息。

图2为本发明第一种实施例的流程图。参见图2，该流程包括：

步骤201～202：终端在需要发起随机接入的时候，估计自身的速度，所述速度估计方法可以采用现有技术，此处不再赘述；如果速度超过预定的接受值，则将a设置为小于a₂的数，进入步骤205；所述预定的接受值可根据不同子系统能接受的速度确定，速度超过该接受值的终端只能工作在对信道质量要求最低的(即最保守的)系统上。如果所述速度未超过预定的接受值，则终端根据自身的速度等级设置参数V，速度越低V越高，进入步骤203。

步骤203：终端测量所述基本子系统上的信道质量，根据信道质量值设置参数C，信道质量越好C越高。

步骤204：根据终端业务量设置参数L，业务量越高L越大，然后按公式(1)计算目标系统的选择参数a：

a＝f(C，L，V)                 (1)

公式(1)可以有多种表达方式，一个基本的表达方式为：

a＝α₁C+α₂L+α₃V+Δ            (2)

其中，系数α₁、α₂、α₃表示参数C、L、V所占的比重，Δ为修正值，这些值的具体取值由具体接入系统中的实现状况确定。

步骤205～206：比较a和门限值a₁、a₂，可能出现以下三种情况：

如果a<a₂，则选择对信道质量要求最低的子系统作为目标子系统，并在该目标系统发起随机接入。一般的，所述基本子系统为所述无线接入网中对信道质量要求最低的子系统，所以在此种情况下，目标子系统一般就是基本子系统。所述对信道质量要求最低的子系统和第三种情况中所述的对信道质量要求最严格的子系统可以通过终端和网络间的协商过程预先确定并存储在终端上，或者在终端开机时由网络侧通知终端。所述的协商过程可以参考现有技术，此处不再赘述。

如果a₁>a>a₂，启动对无线接入网中除基本子系统外其它子系统的信道质量的测量，选择信道质量最好的系统作为目标子系统发起随机接入。

在测量多个子系统的信道质量的过程中，由于各子系统间具有较大的差异性，因此可以根据终端接收机的数量采用不同的测量方式。当所述终端具有针对不同子系统的多个接收机时，所述测量方法具体为：同时利用各个接收机测量对应子系统的信道质量；当所述终端具有一个接收机，则所述测量方法具体为：采用时分方式分别测量所述各个子系统的信道质量。

如果a>a₁，则选择支持高业务速率、对信道条件要求最严格的子系统作为目标系统发起随机接入(很可能不是基本子系统)。

在第一种实施例中，当终端随机接入目标子系统时，可以直接利用所述基本系统广播信息中的其它子系统的随机接入位置和接入码等信息，从中获得目标子系统的随机接入参数信息，并利用该随机接入参数信息完成随机接入过程。

第二种实施例：在本实施例中，除了从所述无线接入网络的多子系统中预设一个基本子系统外，还进一步通过先验信息从所述无线接入网中确定一个适用于本终端的优选子系统；所述预设的目标子系统的选择标准为最可能满足所述终端需要的信道质量值。此处的“最可能满足”是根据先验信息进行确定的，不同的应用场景中“最可能满足”的情况是不同的。所述空闲状态下的终端都附着在所述基本子系统上，但在本实施例中，可以不要求基本子系统的广播信息中包括其它子系统的随机接入信息，终端在随机接入时，通过读取目标子系统的广播信息得到对应的随机接入信息。

图3为本发明第二种实施例的流程图。参见图2，该流程包括：

步骤301：终端测量优选系统的信道质量.

步骤302：判断所述优选子系统的信道质量是否满足预设的所述终端需要的信道质量值，如果是，则执行步骤303；否则，执行步骤305.

步骤303～304：将所述优选子系统作为目标子系统，读取目标子系统广播获取该目标子系统的随机接入信息，根据该随机接入信息发起对目标子系统的随机接入。

步骤305～306：测量所述无线接入网中除所述优选子系统外的其它子系统的信道质量，根据测量结果，选择无线接入网中信道质量最好的子系统作为目标子系统，读取目标子系统广播获取该目标子系统的随机接入信息，根据该随机接入信息发起对目标子系统的随机接入。

在测量多个子系统的信道质量的过程中，由于各子系统间具有较大的差异性，因此可以根据终端接收机的数量采用不同的测量方式。当所述终端具有针对不同子系统的多个接收机时，所述测量方法具体为：同时利用各个接收机测量对应子系统的信道质量；当所述终端具有一个接收机，则所述测量方法具体为：采用时分方式分别测量所述各个子系统的信道质量。

基于上述方法，本发明还公开了一种可以实现上述方法的多子系统的无线接入网的随机接入系统。图4为本随机接入系统的结构示意图。参见图4，该随机接入系统400包括：

预设参数模块401，设置在终端，同时也可以设置在网络侧，该预设参数模块中预设一个基本子系统，并预设目标子系统的选择标准。

附着模块402，设置在终端，用于促使随机接入系统在空闲状态时附着在所述基本子系统上；

随机接入模块403，设置在终端，用于在终端随机接入时确定与所述目标子系统的选择标准相关的参数，根据所确定的参数和所述选择标准，确定目标子系统，并在所述目标子系统上进行随机接入。

与上述方法的两种实施例对应，本随机接入系统也有两种实施例。在第一种实施例中，所述的目标子系统的选择标准为基于终端速度、业务量、和子系统信道质量的函数a，所述预设的选择标准为根据仿真结果所确定的所述函数的上下门限值，即所述的a₁和a₂，其中上限值a₁对应信道环境要求严格的场景，下限值a₂对应信道环境要求宽松场景；所述与选择标准相关的参数为终端速度、业务量、子系统信道质量。

在随机接入系统的第一种实施例中，所述随机接入模块403具体包括：

参数确定单元，用于估计终端自身速度，测量基本子系统的信道质量，并确定业务量。

函数计算单元，用于根据参数确定单元得到的参数确定所述函数值a。

比较单元，用于比较所述函数值a与预设的选择标准a₁和a₂，如果所述函数值小于或小于等于选择标准的下限值a₂，则选择对信道质量要求最低的子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入；如果所述函数值大于或大于等于选择标准的上限值a₁，则选择对信道质量要求最高的子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入；如果所述函数值在所述选择标准的上下门限值之间，则触发信道质量测量单元。

信道质量测量单元，用于测量所述无线接入网中除基本子系统外的其它子系统的信道质量，根据测量结果，选择无线接入网中信道质量最好的子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入。

随机接入单元，用于在所述目标子系统上进行随机接入。

在所述随机接入系统的第二种实施例中，所述预设参数模块401进一步设置一个适用于本终端的优选子系统信息；所述预设的目标子系统的选择标准为所述终端需要的信道质量值；且所述随机接入模块403具体包括：

第一信道质量测量单元，用于测量所述优选子系统的信道质量。

判断单元，用于判断第一信道质量测量单元得到的信道质量是否满足预设的所述终端需要的信道质量值，如果是，则将所述优选子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入；否则，触发第二信道质量测量单元。

第二信道质量测量单元，用于测量所述无线接入网中除所述优选子系统外的其它子系统的信道质量，根据测量结果，选择无线接入网中信道质量最好的子系统作为目标子系统，触发随机接入单元在所述目标子系统上进行随机接入。

随机接入单元，用于在所述目标子系统上进行随机接入。

在测量多个子系统的信道质量的过程中，由于各子系统间具有较大的差异性，因此可以根据无线通信终端具有的接收机的数量采用不同的测量方式。当所述无线通信终端具有针对不同子系统的多个接收机时，所述测量方法具体为：同时利用各个接收机测量对应子系统的信道质量；当所述无线通信终端具有一个接收机，则所述测量方法具体为：采用时分方式分别测量所述各个子系统的信道质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。