CN102957474A - 无线通信系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种无线通信系统和方法，该无线通信系统包括基站、中继设备和终端设备。终端设备可操作以经由中继设备发射消息到基站。中继设备可操作以添加中继头到从终端设备接收的消息，中继头包括用于控制后续消息从终端设备到中继设备的发射的控制信息。中继设备还可操作以中继添加了中继头的消息到基站。仅上行链路中继的问题在于中继设备不能反馈控制信息给终端设备来支持在终端设备和中继设备之间的通过空中接口的有效未来发射。但是，通过添加这样的控制信息到在上行链路上从终端设备中继到基站的消息，从基站到终端设备的后续下行链路通信能够包括在中继设备处生成的控制信息（或源自该控制信息的发射参数）。

Description

无线通信系统和方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统和方法。本发明的进一步的方面涉及基站、中继设备、终端设备和计算机程序。
背景技术
机器类通信（MTC）作为典型地无需人机交互的通信网络应用的无线技术的新趋势正被各种无线通信标准机构所讨论。
MTC的广义定义是至机器和来自机器的自动通信网络。期望一个主要类别的MTC设备具有非常低的功耗、非常小的数据发射和非常大的终端数目的特点。符合这一类别的MTC应用的示例可例如用于智能电网系统的家用电器的能耗监控。
仅上行链路中继是可用于当低成本机器类通信（MTC）设备部署在例如宏蜂窝长期演进（LTE）网络中时解决MTC设备中的发射功率限制问题的网络拓扑。通常，在下行链路（基站至终端设备）上有足够的系统增益，以支持在eNodeB(eNB)的宏小区的小区边缘处的MTC设备（或用户装置UE）（MTC-UE），但是利用MTC设备的低输出功率，上行链路（终端设备至基站）系统增益与下行链路相比显著减少。单跳仅上行链路中继节点（MTC-RN）的使用可用于解决这一问题并弥补（close）用于MTC-UE的链路预算。单跳可假设为，假如MTC-RN可期望为具有与LTE UE类似的特点。在利用中继节点（本文也称之为中继设备）来将来自终端设备的上行链路数据中继至eNodeB的网络中，eNodeB可称为施主eNodeB（DeNB）。
在US2008/0285499中描述了仅上行链路单跳中继。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供无线通信系统，该系统包括：
基站；
中继设备；以及
终端设备；其中
所述终端设备可操作以经由所述中继设备发射消息到所述基站；以及
所述中继设备可操作以
添加中继头到从所述终端设备接收的所述消息，所述中继头包括用于控制后续消息从所述终端设备到所述中继设备的发射的控制信息；以及
中继添加了所述中继头的所述消息到所述基站。
仅上行链路中继的问题在于，中继设备不能反馈控制信息给终端设备来支持在终端设备和中继设备之间的空中接口上的有效未来发射。然而，通过添加这种控制信息到在上行链路上从终端设备中继到基站的消息，从基站到终端设备的后续下行链路通信可包括在中继层设备处生成的控制信息（或者源自控制信息的发射参数）。
同样，基站可以可操作以发射包含在所述中继头中的控制信息到终端设备；以及终端设备可以可操作以基于包括在中继头中的控制信息发射一个或多个后续消息到所述中继设备。
在一个实施例中，在中继设备处的处理发生在MAC层。在这种情况下，MAC中继头控制元素可用于提供仅上行链路中继功能性。MAC中继头控制元素可包括用于终端设备的ACK/NACK、功率控制和正时提前信息。功率控制和正时提前信息可随后被发射到终端设备以控制从终端设备到中继设备的发射的功率水平和正时。
具体地，在一个实施例中，中继设备可操作
以测量从终端设备接收的消息的接收信号功率；以及
以设置控制信息中的用于控制从终端设备到中继设备的后续发射的功率水平的功率控制信息。功率控制信息可以指定与接收信号功率（以该功率水平，在中继设备处从终端设备接收消息）的功率偏移。终端设备可响应功率控制信息以控制到中继设备的后续发射的发射功率。
类似地，在一个实施例中，中继设备可操作
以测量从终端设备到中继设备发射的消息在终端设备和中继设备之间传播时间延迟；
以基于传播时间延迟确定从终端设备到中继设备的后续发射的所需正时提前偏移，以使得后续发射在中继设备处的接收时间与来自其他终端设备的发射的接收时间同步；以及
以在控制信息中指定所述正时提前偏移。
终端设备可以响应于正时提前信息来控制从终端设备到中继设备的后续发射的正时。
中继设备可以可操作以即使在中继设备处没有正确接收来自终端设备的期望的消息，也将与期望的消息相关的中继头发射到基站。
如果基站已经将上行链路资源分配到终端设备，则来自终端设备的消息能够认为是期望的。
在一个实施例中，中继设备可操作
以组合从一个或多个终端设备接收的多个消息到中继消息，所述中继头被添加到所述中继消息并且具有用于在所述中继设备处接收的所述多个消息的每个的各自的中继控制元素，每个中继控制元素包括用于控制来自发起所述中继控制元素涉及的所述消息的所述终端设备的后续消息的所述发射的所述控制信息；以及
以发射所述中继消息到所述基站。
所述中继头可以包括发射所述消息的所述终端设备的标识。即使在所述中继设备处没有正确接收来自终端设备的期望的消息，用于所述期望的消息的中继控制元素也可以包括在所述中继头中。在这种情况下，所述中继控制元素可以包括所述相关联的消息是否存在于所述中继消息中的指示。所述基站可以响应于所述中继消息中期望的消息的缺失来发射否定确认消息到所述终端设备。
在一个实施例中，所述中继头包括用于控制所述中继设备和所述基站之间的数据发射的进一步的控制信息。
在示例中为中继消息排序，所述中继头中的所述中继控制元素与所述中继控制元素对应的所述消息顺序相同。所述中继头中的所述中继控制元素可以位于所述进一步的控制信息之后。当来自相同的终端设备的多个消息存在于所述中继消息中时，所述来自相同的终端设备的多个消息以其在所述中继设备处的接收顺序位于所述中继消息中。
所述中继设备可操作以在协议栈中介质访问控制（MAC）层处理和中继从所述终端设备接收的所述消息。已经认识到，可能在没有求助协议栈中较高层的情况下，提供适当中继功能性。
在中继设备处所接收的来自于终端设备的消息可以是MAC协议数据单元。中继消息可以是MAC协议数据单元。在这种情况下，基站可以可操作
以在协议栈的所述MAC层处理所述中继消息的所述MAC协议数据单元来提取来自所述终端设备的所述消息的MAC协议数据单元；
以在所述MAC层处理来自所述终端设备的所述消息的所述MAC协议数据单元；以及
以将来自所述终端设备的所述消息的所处理的MAC协议数据单元传递到所述协议栈中较高层。
根据本发明的另一个方面，提供一种从终端设备经由中继设备到基站的无线传输数据的方法，包括：
从所述终端设备经由所述中继设备发射消息到所述基站；
在所述中继设备处，添加中继头到从所述终端设备接收的所述消息，所述中继头包括用于控制后续消息从所述终端设备到所述中继设备的发射的控制信息；以及
中继添加了所述中继头的所述消息到所述基站。
根据本发明的另一方面，提供一种用于从终端设备经由中继设备接收无线通信的基站，所述基站包括：
接收器，用于接收从所述终端设备经由所述中继设备发射的消息；其中
所述消息包括由所述中继设备添加的中继头，所述中继头包括用于控制后续消息从所述终端设备到所述中继设备的发射的控制信息。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于从终端设备无限中继数据到基站的中继设备，所述中继设备包括：
接收器，用于从所述终端设备接收消息以中继到所述基站；以及
发射器，用于添加中继头到从所述终端设备接收的消息，所述中继头包括用于控制后续消息从所述终端设备到所述中继设备的发射的控制信息，并且用于中继添加了所述中继头的所述消息到所述基站。
根据本发明的另一个方面，提供用于经由中继设备无线传输数据到基站的终端设备，所述终端设备包括：
发射器，用于经由中继设备发射消息到基站；其中
中继设备可操作以
添加中继头到从终端设备接收的消息，所述中继头包括用于控制后续消息从终端设备到中继设备的发射的控制信息；以及
中继添加了中继头的消息到基站。
本发明的进一步的方面和特征由所附权利要求定义。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的示例实施例，其中类似部件具有相同的指定的参考标记，以及其中：
图1A和图1B提供用于中继网络的对称的上行链路/下行链路多跳信令场景与非对称的上行链路/下行链路信令场景的比较；
图2是移动通信网络和形成根据3GPP长期演进（LTE）标准操作的通信系统的移动通信设备的示意性框图；
图3示意性示出用于图2中所示的网络中的示例下行链路数据和控制信道结构；
图4示意性示出用于图2中所示的网络中的示例上行链路数据和控制信道结构；
图5示意性示出用于移动终端连接到网络的随机接入过程；
图6示意性示出在中继设备处的UE PRACH功率抬升（powerramping）和随机接入前导的侦听；
图7示意性示出用于使用随机接入过程来触发中继以服务于终端设备的技术；
图8示意性示出用于中继随机接入请求到基站的新的MAC控制元素；
图9示意性示出所修改的随机接入响应（RAR）消息；
图10示意性示出用于在多个可能的服务中继之间进行仲裁的方法；
图11示意性示出用于确定最合适的中继设备来服务于终端设备的方法；
图12示意性示出用于指示哪个中继设备将服务于终端设备的MAC控制元素；
图13示意性示出用于下行链路信号的终端设备、中继设备和基站的协议栈配置和信号流；
图14示意性示出用于上行链路信号的终端设备、中继设备和基站的协议栈配置和信号流；
图15示意性示出在中继设备处的MAC消息的封装和中继；
图16示意性示出用于MAC中继头控制元素的示例格式；
图17示意性示出所有所指示的MTC-UE MAC PDU均存在于其中的示例经MAC中继的PDU；
图18示意性示出一些所指示的MTC-UE MAC PDU均存在于其中的示例经MAC中继的PDU；
图19示意性示出用于经由用于上行链路通信的中继设备在终端设备和基站之间通信的示例过程；
图20示意性示出用于中继设备变得知晓用于从终端设备接收消息并用于将所接收的消息中继到基站的上行链路资源的第一技术；
图21示意性示出当未从终端设备接收到消息时，在第一技术中中继设备如何表现；
图22示意性示出用于中继设备变得知晓用于从终端设备接收消息并用于将所接收的消息中继到基站的上行链路资源的第二技术；
图23示意性示出用于中继设备变得知晓用于从终端设备接收消息并用于将所接收的消息中继到基站的上行链路资源的第三技术；
图24示意性示出用于中继设备变得知晓用于从终端设备接收消息并用于将所接收的消息中继到基站的上行链路资源的第四技术，以；
图25示意性示出经中继的调度请求（SR）的示例实施方式；
图26示意性示出新的MAC控制元素的示例实施方式，该新的MAC控制元素用于向MTC-RN指示在哪些上行链路资源上期望来自MTC-UE的发射；以及
图27示意性示出包括DeNB、MTC-RN和MTC-UE的无线通信系统。
具体实施方式
首先参考图1A和1B，提供当对称的上行链路/下行链路单跳信令场景与非对称的上行链路/下行链路信令场景部署于中继网络时二者的比较。图1A示出对称的上行链路/下行链路情况，在该情况下通信在下行链路10a和上行链路11a两者上跳，其中下行链路10a从基站7a经由中继设备8a到数个终端设备9a，上行链路11a从终端设备9a经由中继设备8a到基站7a。图1B示出非对称上行链路/下行链路情况，其中通信在下行链路10b上直接从基站7b到终端9b，但是在上行链路11b上经由中继设备8b从终端设备9b单跳到基站7b。为了控制中继设备8b的操作，基站7b还可在下行链路12b（图1B中的虚线）上发射控制信令到中继设备8b。尤其是，虽然不存在从中继设备8b到终端设备9b的发射。应该理解，图1B的非对称上行链路/下行链路中继配置将具有大量的优点。首先，将能理解，跳允许使用较低的功率发射，但增加了发射时间。由于在路由中的中间步骤处接收/重发射的处理延迟，控制信号和数据信号两者的跳（如图1A所表现）要求相对长的时间来传达。相反，通过直接发射控制信号，与从基站（BS）发送到终端的控制信号相关的发射时间减少。然而从表面上看，这与中继类网络的低发射功率的目的相违背，实际上基站将不遭受与网络中的终端设备和中继相同的发射功率限制。此外，由于典型地用于这类设备的控制信令与数据信令相比相对高的总量，这一安排对于MTC设备尤其有利。
现在将参考使用根据3GPP长期演进（LTE）标准操作的移动通信网络的实施方式来描述本发明的某些实施例。图2是移动通信网络和形成根据3GPP长期演进（LTE）标准（规范的第8发行版）操作的通信系统的移动通信设备的示意性框图。移动网络包括多个基站，本领域称为增强的Node-B 101（eNB），其每个包括使能经由无线接口传输数据到多个移动通信设备105和自多个移动通信设备105经由无线接口传输数据的发射机单元103。每个移动通信设备105包括用于传输数据到eNB和自eNB传输数据的接收器和唯一地识别移动通信设备的USIM。
每个eNB 101提供覆盖区域（即，小区）并传输数据到覆盖区域/小区内的移动通信设备102和自来自覆盖区域/小区内的移动通信设备102传输数据。每个eNB 101连接到服务网关（S-GW）104，如本领域所知，该网关104当移动通信设备105在eNB 101之间切换时路由用户数据到eNB 101并自eNB 101路由用户数据并且支持移动性。
典型地移动网络被划分为大量的跟踪区域，每个跟踪区域包括大量eNB。跟踪区域合起来形成网络覆盖区域，该覆盖区域提供在地理区域上对公共陆地移动网络（PLMN）的接入。S-GW 104连接到分组数据网络网关106（P-GW），该网关106是分组数据从其路由进网络和路由出网络的网络实体。移动电信网络还包括连接到S-GW 104的移动性管理实体107（MME）。MME 107负责通过检索存储在归属用户服务器108（HSS）中的订阅户简档信息对尝试接入网络的移动通信设备105进行认证。MME107还跟踪已经加入到网络中的每个移动通信设备105的位置。分组在一起的eNB形成PLMN的无线网络部分和PLMN的基础设施装置，即S-GW、MME和P-GW形成PLMN的核心网络部分。
图3示意性示出示例下行链路数据和控制信道结构，其在图2的基于LTE的网络中的eNB 101和通信设备105之间的空中（Uu）接口上使用。根据LTE标准，物理的下行链路帧用于在下行链路（基站到终端设备）上传输控制信令和数据。图3是这一形式的稍微简化的形式，例如LTE帧通常包括10个子帧，但仅6个子帧130表示图3的下行链路帧120。在图3中在LTE帧120的表示的下面是子帧130之一的扩展版本。在每个子帧130中，示出物理下行链路控制信道（PDCCH）140，其占用跨越整个频带（垂直）和跨时间轴（水平）上1至3个符号延伸的时间和频率资源。相反，物理下行链路共享信道（PDSCH）150包括经PDCCH分配的多个时间和频率资源。实际上，PDCCH为移动通信设备提供资源分配和对应的寻址信息（例如无线网络临时标识符-RNTI）。因此，移动通信设备能够基于RNTI知道其应该解码哪些资源分配以接收目的在于其（寻址到其）的数据。该数据可以是仅用于该移动通信设备的数据或者是用于小区中的所有移动通信设备的数据。图3中，突出了两个资源块162、164。可以通过与特定终端设备的RNTI相关联的PDCCH 140中所提供的控制信息，将这些资源块分配给该特定终端设备。然后终端设备将知道解码以那个频率/符号分配发射的数据。
类似方式，图4示意性示出示例上行链路数据和控制信道结构，其在图2所示网络中的eNB101和通信设备105之间的空中（Uu）接口上使用。如下行链路，物理上行链路帧220用于在上行链路（终端设备到基站）上传输控制信令和数据。又如图3，图4是该形式的稍微简化的形式。在图4中，将物理上行链路帧220划分为子帧230。图4中LTE帧220的表示的下面是子帧230之一的扩展版本。在每个子帧230中，示出物理上行链路控制信道（PUCCH）240，其占用跨越整个时间（符号）带（水平）和跨频带的较高和较低端（垂直）延伸的一些时间和频率资源。相反，物理上行链路共享信道（PUSCH）250包括经由PDCCH（在下行链路帧中）分配的多个时间和频率资源。因此，PDCCH为移动通信设备提供资源分配和对应的寻址信息（例如，无线网络临时标识符-RNTI）用于发射和接收控制信令和数据。移动通信设备因此能够基于RNTI知道其应该在哪些资源分配上发射数据。在图4中，突出两个资源块262、264。可以通过与特定终端设备的RNTI相关联的PDCCH 240中所提供的控制信息将这些资源块分配给特定终端设备。然后终端设备将知道使用那个频率/符号分配来发射数据。
应该理解在图1B所描述的非对称中继拓扑的情境中，基站、中继设备和终端设备中的每个将利用这些上行链路和下行链路控制和共享信道来在它们之间传输信息。特别是，使用PDCCH和PDSCH基站能够传输信息到终端设备和中继设备两者。典型地基站将利用PDCCH来指示接收方设备在PDSCH上的哪里，以寻找目的在于该接收方设备的数据。用户设备能够传输信息到在PUCCH或PUSCH上的基站（如果其在范围中），并且也能够传输信息到在PUCCH和PUSCH上的中继设备。中继设备能够传输信息到在PUCCH和PUSCH上的基站。在一些实施例中，中继设备要求请求PUSCH资源，用于对在PUSCH上的中继设备处接收的来自终端设备的数据进行中继。在一些实施例中，提供在PUCCH上所分配的（时间/频率）资源给终端设备和中继设备，它们能够利用（通过在那些资源上发射）该资源来请求基站分配PUSCH上的时间/频率资源。分配给终端设备和中继设备的PUCCH资源可以预先确定。在一些实施例中，中继设备知晓分配给终端设备的PUCCH资源，因此它能够接收针对上行链路资源的请求并将请求中继到基站。由于分配的预先确定性质或通过来自于基站的直接通知，中继设备可以知晓分配给终端设备的PUCCH资源。在可选实施例中，终端设备可以在任意的PUCCH发射中标识其自身，使得中继设备能够监控PUCCH并辨认出由其所负责的终端设备所进行的任意PUCCH发射。
随机接入过程
一种用于识别终端设备是否需要由中继设备和用于该终端设备使用的合适中继设备服务的机制，将用于中继设备来观察随机接入过程。随机接入过程是终端设备获得对基站的接入的方法。随机接入过程的进行涉及数个事件，包括对网络的最初接入、连接的重建、在无线小区之间的切换、下行链路数据到达和上行链路数据到达。图5中显示出LTE网络的随机接入过程的示意图。
在图5中，显示在终端设备（UE）和基站（BS）之间的信号流。示出四个阶段。第一阶段A，是从终端设备到基站的一个或多个随机接入前导的发射。终端设备从一组预先确定的随机接入前导中随机选择随机接入前导（代码序列）。在终端设备可用的下一个可用物理随机接入信道（PRACH）资源上发射前导。所发射的随机接入前导的时间和频率资源中的位置暗含地提供了用于发射终端设备的临时标识符（RA-RNTI）。
如果在基站接收了随机接入前导，在阶段B从基站发射随机接入响应到终端设备。在PDSCH上发射随机接入响应，并且由随机接入响应将在其上携载的下行链路资源的PDCCH告知终端设备。特别是，PDCCH指定了源自用于发射随机接入前导的时间和频率资源的临时标识符，并且还指示了将携载随机接入响应的PDSCH上的资源块指派（时间和频率资源）。通过临时标识符的方式，终端设备辩认出随机接入响应的目的在于它，并查看PDSCH中所指派的资源块。PDSCH上的随机接入响应中的MAC头包括随机接入前导标识符，该标识符识别在阶段A中基站处接收的随机接入前导、用于识别终端设备的进一步的临时标识符（C-RNTI）、PUSCH上的大量上行链路资源、以及用于根据终端设备和基站之间的距离在终端设备上调整发射时间的正时提前命令。
响应于随机接入响应，在阶段C，终端设备发射消息3（RRC连接请求消息）到基站。在由随机接入响应分配的PUSCH资源上发射消息3。
响应于消息3，在阶段D，为争用解决的目的，基站发送某信息到终端设备。在PDSCH上（再在由PDSCH所分配的资源上）发射该信息。该消息包括进一步的临时标识符（C-RNTI），如果争用解决成功，该临时标识符成为（非临时）C-RNTI。争用解决信息包含在UE争用解决识别控制元素中。如果在终端设备接收的来自基站的UE争用解决识别与在消息3中所发射的CCCH（通用控制信道）SDU（服务数据单元）相匹配，那么终端设备认为争用解决已经成功，并且已经成功完成随机接入过程。提供争用解决的原因在于多于一个的终端设备可能尝试使用相同的时间和频率资源上的相同的随机接入前导来接入网络。可以预期由争用的终端设备所发射的CCCH SDU是不同的，并且因此通过将UE所发射的CCH SDU与由基站发送回UE的在争用解决识别MAC控制元素中的一个相比较，UE能确定它们的随机接入响应是否成功。
回来参考阶段A，如果没有接收到随机接入响应，可以由终端设备在逐渐较高的功率水平（功率抬升）上发射随机接入前导序列。然而应该注意，每个连续的随机接入前导都将是不同的。
为了利用随机接入过程来识别尝试连接到基站的终端设备是否需要由中继设备服务，中继设备可以：
---在新的MAC消息中向基站（DeNB）报告它所看到的所有随机接入尝试的RA-RNTI（随机接入无线网络临时标识符）。然后基站将确定是否存在MTC-RN所观察到但是基站没有接收到的任意随机接入过程；或者
---接收所有的PRACH（物理随机接入信道）前导尝试并且然后等待接收匹配的随机接入响应。仅将没有得到响应的那些尝试报告给基站。
然而，与PRACH前导中不包含UE上下文的事实的机制和与在PRACH前导上发生的功率抬升相关联的机制两者均存在显著问题。问题包括：
---由于功率抬升机制，PRACH前导没有响应并不必须意味着终端设备要求中继设备来接入网络。应该允许终端设备继续直至其RACH前导尝试的最大数目（或者当达到前导上的最大功率时）并且仅在此后才应该考虑终端设备应由中继设备服务；
---由于后续的前导重发射使用完全新的随机绘制的RACH前导，确定两个随机接入前导是否来源于相同的终端设备是困难的或不可能的；以及
---没有方法知道RACH前导是否已经由MTC-UE或非MTC UE发射。
图6示出这些问题。在图6中，终端设备发射随机接入（RACH）前导序列P1、P2、P3、P4和P5。每次失败后这些连续的发射表示全新的随机选择的RACH前导，并且采用功率抬升。P1、P2、P3和P4中的每个均由中继设备接收，但不由基站接收。通过注意所接收的RACH前导没有使用RA-RNTI的对应的RACH响应，中继设备能够识别失败，但它无法知道RACH前导是来源于相同的终端设备。在本情况中，P5由基站接收，意味着在与基站通信中终端设备不要求中继设备。RACH响应由基站发射并且可以由中继设备检测，告知中继设备对于发起P5的终端设备不需要它。然而，中继设备不能将成功的RACH前导P5与失败的前导P1至P4以及发起终端设备相关联来识别对于那些失败前导不需要它。
为了缓解这些问题，当终端设备达到其随机接入前导的功率抬升中的最大功率时，使用RACH前导的特别组代替常规组。将RACH前导空间分区，并且当前使用组A和B，如3GPP TS36.321中第5.1.2节所定义。为支持本技术，可指定附加的新组、最大功率组。当终端设备达到随机接入前导的发射中的最大功率，例如当PRACH前导重发射以和先前的PRACH前导发射相同的功率发射时，那么终端设备从新的最大功率组中选择前导。从最大功率组中所取的前导的发射有效地通知中继设备：发起终端设备直接连接到基站已经失败。这在图7中显示出。
如图6，在图7中如通常所定义的终端设备选择RACH前导R1、R2和R3。随着这些RACH前导被使用和失败，终端设备抬升发射功率。在每种情况下，使用来自于前导的常规组的新的随机选择的RACH前导。这些RACH前导被中继设备忽略。
在前导R3的情况下，终端设备达到最大RACH前导功率。注意（如下面所讨论）该最大值可修改自当前规范，该规范允许终端设备使用用于前导发射的所有可用功率。当达到新的最大RACH前导功率，系统信息将定义新的前导组来使用。终端设备从新的最大PRACH功率组选择前导R4并发射RACH前导R4。优选地，从最大功率组所选择的前导在全功率下发射（与来自于常规前导组中的最后前导相同的功率或者终端设备的最大发射功率）。考虑到由于对于常规前导的功率抬升从而已经存在延迟的事实，并考虑到使用中继设备而不直接发射将自身引起进一步的延迟的事实，这使得能够更快速地建立连接。可选地，功率抬升也可与中继特定的前导（与和常规前导相同的简档或与所修改的功率抬升）一起使用。在这种情况下，“最大功率组”将代替为“经中继的前导组”。
先前，常规前导的功率抬升继续直至终端设备的最大发射功率。然而，可能的是，这可能导致这样的场景：前导被成功地在基站处接收但是由于在PRACH（用于发射随机接入前导）和PUSCH（物理上行链路共享信道）发射之间的可能的灵敏度的不同从而在UL-SCH（上行链路共享信道）上的消息可能失败。
为了缓解这一问题，PRACH前导功率控制算法能够经修改以将用于终端设备的PRACH前导的功率限制于低于终端设备的最大发射功率很多分贝。
中继设备检测最大PRACH功率组中的RACH前导R4的使用，并确定以下内容：
---RA-RRNTI，基于在子帧中的PRACH索引的第一子帧（换句话，用于发射RACH前导的时间/频率资源）；
---RAPID，即RACH前导ID；
---用于终端设备的所需的正时提前，从而它能正确地排列后续消息3的发射，该消息3将在UL-SCH上发送（这能够在中继设备处根据从终端设备到中继设备的RACH前导发射的传播时延来确定）；并且可选地，
---终端设备对于在中继设备处以合适的接收功率水平接收的消息3所需的功率偏移（这是可选的，并可以不要求例如如果对中继前导采用功率抬升）。可以在中继设备处根据RACH前导发射的接收信号功率确定功率偏移。
中继设备以和常规终端设备相同的方式从基站请求时间和频率资源（注意，中继设备具有不同的RNTI，其独立于它正中继的终端设备的RNTI）。随后，中继设备将经由PDCCH（物理下行链路控制信道）消息接收上行链路许可。
新的MAC控制元素（‘经中继的前导’控制元素）用于经由通过上行链路许可分配给中继设备的资源传送RA-RNTI、RAPID、正时提前和功率偏移到基站。
基站使用包含在经中继的前导消息中的RA-RNTI在PDCCH上响应，该经中继的前导消息分配PDSCH资源用于输送（潜在地经修改的）MACRAR（随机接入响应）消息。注意，如上介绍，对于将RAR消息修改为包括功率控制元素是有益的，该功率控制元素提供与终端设备用于用于消息3的发射的最后所发射的RACH前导发射的功率的偏移。对此的原因在于，因为最大功率组的随机接入前导的发射功率可能比到达中继设备所需的功率高很多或者可选地可能仅是充足的，所以当前的机制是不适用的，据该当前的机制用于消息3的终端设备发射功率是基于与成功的前导功率所使用的功率的固定偏移（在系统信息中发射）。因为功率抬升导致在接近所需的功率水平上发射的成功的前导，因此固定的偏移常规地起作用。在本情况中，偏移是基于在新的MAC消息中所指定的功率偏移。在其他方面随机接入响应与当前所定义的相同，然而，它从经中继的前导消息的内容填充，而非基于RACH前导的直接接收而填充。
终端设备接收RAR并按与当前所指定的相同的方式（如果在消息中包括功率控制信息，则除了该功率控制信息外）作用。因此，它在所分配的上行链路资源中发送消息3响应。同时中继设备也可接收RACH响应的PDCCH组分，并且为了获得上行链路许可信息，随后将设置以接收（潜在地所修改的）包含在所分配的PDSCH资源中的MAC RAR，以及也设置它的接收器从而它能接收后续的消息3。注意，认为对于中继设备来说必须监控最终目的不在于它的消息是不希望的。在这种情况下，独立的新形式的上行链路许可可被发信号到中继设备。该新形式的上行链路许可将实际上不分配上行链路资源，但它将向中继设备指示已经向将由该中继设备进行中继的特定终端设备分配了该中继设备需要接收的上行链路资源。这样机制的示例如下所述。
中继设备从终端设备接收消息3（这将应该被正确地正时提前并可选地正确地功率控制）。消息3将不会由DeNB接收，其超出了发射范围。
MTC中继设备将从终端设备接收的消息3封装到MAC中的“经中继的UL消息’内。该消息的头将包含TPC（发射功率控制）和TA（正时提前）指示。为了发送所封装的消息，中继设备从基站请求上行链路资源。
经中继的UL消息由基站接收，该基站提取所封装的消息3，并继续完成上述的争用解决。
为了基于随机接入前导从基站请求用于终端设备的资源，提供新的MAC控制元素：经中继的前导消息，具有图8中所示的建议的格式。如可从图8中所见，经中继的前导消息包括预留部分（R）、正时提前部分（TA命令）、RACH前导ID部分（RAPID）、功率偏移（功率控制信息）、随机接入临时标识符（RA-RNTI）和可选填充（PAD）。除了填充之外，这些元素以上均有描述，填充用于将消息填充到要求的尺寸。
图9中示意性示出所修改的RAR消息。特别是，所修改的RAR消息包括预留部分（R）、正时提前部分（TA命令）、上行链路时间和频率资源的分配（UL许可）、进一步的临时标识符（C-RNTI）、功率偏移（功率控制信息）和可选填充（PAD）。这与先前用于RAR的格式相同，但增加了功率控制信息域。
此外，存在对RRC IE‘RACH-ConfigCommon’进行改变的需要以包括前导的新的组C集合。注意，当前定义的信令使得该改变将向后兼容第8发行版LTE。
中继仲裁
可存在接收由终端设备发射的最大PRACH功率组中的随机接入前导的多个中继设备。因此，基站可以接收来自不同中继设备的用于相同终端设备的多个经中继的前导MAC消息。为解决这一问题，要求机制来确定哪个中继设备将成为用于该终端设备的服务中继设备。
图10示意性示出这一情况。图10中，第一中继设备发射经中继的前导MAC消息到基站。第二中继设备也发射经中继的前导MAC消息到基站。基站确定哪个中继设备用于服务终端设备，并发射服务中继指示MAC消息，该中继指示MAC消息指示接收方中继设备将是用于被指示的终端设备的服务中继设备。在一个示例中，基站检查在经中继的前导MAC消息中的功率控制信息，并确定哪个中继从终端设备最强地接收前导发射。然后最强地接收前导发射的中继被选择为用于那个终端设备的服务中继设备。应该理解，还要考虑其他因素，例如中继设备之间的相对流量负载。
图11中显示出描绘在多个中继设备之间仲裁的示例方法的示意流程图。首先，在步骤A1基站（DeNB）开始从中继设备（MTC-RN）收集经中继的前导MAC消息。大量MTC-RN看到在最大PRACH功率组中发射的相同的PRACH前导，并且因此由DeNB接收多个经中继的前导MAC消息。这些消息将指示相同的RA-RNTI和RAPID，但可能指示不同的功率控制信息域。在步骤A2，在所定义的时间间隔后（Tcollect），DeNB停止从MTC-RN收集经中继的前导MAC消息。典型的所定义的时间间隔期望为大约1秒。一旦该时间间隔到期，可基于在所接收的经中继前导消息中的功率控制信息对关于哪个MTC-RN将是服务节点作出决定。具体地，在步骤3，DeNB比较用于经中继的前导MAC消息的所有所接收的功率控制信息域，并在步骤A4选择具有最佳信号水平的MTC-RN为用于考虑中的MTC-UE的服务者。
如果来自不同MTC-RN的多个功率控制信息域指示最佳信号水平（在预先确定的分贝范围内），那么在步骤A5基站通过考虑针对每个中继设备的相关联的终端设备的数目来在这些MTC-RN之间进行选择。具体地，然后基站优先选择具有较低数目的相关联的MTC-UE（负载均衡）的（那些具有最佳信号水平的）中继设备。最后，在步骤A6，DeNB与净荷ACK一起发送服务中继指示给所选择的MTC-RN，并且发送净荷NACK给所有其他NTC-RN。这可通过新消息‘服务中继指示’MAC控制元素的方式完成，新消息‘服务中继指示’MAC控制元素将指示对应于当前RA-RNTI（和RAPID）的UE将由那个消息的接收方MTC-RN控制。NACK指示将发送到所有其他MTC-RN。用于发送NACK指示的可能的实现是经由分组RN-RNTI机制。这意味着，以某方式NACK指示可能以发起涉及包括相同RA-RNTI的经中继的前导MAC消息的所有MTC-RN为目标。因此，用于指示NACK到所有相关联的MTC-RN的可能的实现是使用由RA-RNTI扰码的PDSCH分配。可理解，所选择的MTC-RN将接收ACK和NACK两者，因此逻辑上在这种情况下MTC-RN将解释这种情况为意味着ACK。还应该理解，使用分组RNTI机制来解决多个MTC-RN可能有更普遍的适应性，且不是简单地限制到NACK消息的发射。
图12显示出用于‘服务中继指示’MAC控制元素的可能的格式。MAC控制元素包括如包含在经中继的前导MAC控制元素中的随机接入临时标识符（RA-RNTI）、为1比特域的中继设备指示域（S）（其中‘1’指示中继设备为服务节点而‘0’指示其不是服务节点）、如包含在经中继前导MAC控制元素中的RACH前导ID部分（RAPID）、以及保留部分（R）。
一旦MTC-RN已经选择作为用于给定MTC-UE的服务MTC-RN（因为它是中继随机接入前导的唯一的MTC-RN或者因为DeNB仲裁从两个或更多个候选中选择它为服务中继节点），那么用于那个MTC-UE的条目将被列入存储在MTC-RN上的所服务的MTC-UE的列表中。列表将包括MTC-UE的C-RNTI（用于识别和接入DeNB和MTC-UE之间的通信）以及某形式的功率控制上下文信息。该功率控制上下文信息可包括MTC-RN和MTC-UE之间的目标信道干扰，从而可生成TPC（发射功率控制）命令。
对于MTC情况，有理由假设UE将具有低的移动性，因此一旦UE经由MTC-RN连接，它将停留在与相同的MTC-RN相关联。对于移动性情况，当DeNB向MTC-RN告知它已经被选择时，可将UE（例如，非MTC）添加到列表中。当UE断开RRC连接时，可从列表移除UE。
MAC中继
作为仅上行链路中继操作的部分，中继设备从终端设备接收MAC（介质访问控制）协议数据单元（PDU），并添加术语为‘MAC中继头’的新的头到MAC PDU。
图13和14分别提供用于仅上行链路中继的下行链路和上行链路端到端协议栈的示意图。
图13示出下行链路（基站到终端）端到端协议栈。在终端设备（MTC-UE）、中继设备（MTC-RN）和基站（DeNB）处显示出协议栈。MTC-RN显示出具有两个协议栈，由于显示出用于MTC-RN的发射和接收功能。MTC-RN可能仅与一个DeNB通信，但可与多个MTC-UE通信。为了反映这一情况，DeNB协议栈和MTC-RN的右边协议栈（也就是，用于与DeNB通信的协议栈）显示为单个栈（单个实例），而多个平行的协议栈被显示用于MTC-UE和MTC-RN的左边协议栈（也就是，用于与MTC-UE通信的协议栈）。用于MTC-UE、DeNB和MTC-RN的右边栈的协议栈具有以下层（从最高层到最低层）：
---RRC（无线资源控制）；
---PDCP（分组数据汇聚协议）；
---RLC（无线链路控制）；
---MAC（介质访问控制）；以及
---L1（物理层）
用于从发射设备到接收设备的发射的控制和数据信令开始于高层（例如RRC层），通过各种较低层重复变换或处理到达物理层，并且然后被发射到在物理层的接收设备。在接收设备处在物理层接收控制信令，并且然后典型地通过协议栈向上传播到达在发射设备中发起该控制信令的层，例如RRC层。
在图13中显示出两个信号流。这些流中的第一个是从DeNB到MTC-UE的MTC-UE数据和控制信号流。这通过在DeNB处的协议栈向下传播，并直接发射到在物理层（L1）的MTC-UE。如所理解的，从DeNB到MTC-UE的下行链路发射直接进行，并不经由MTC-RN。MTC-UE数据和控制信号流，当在MTC-UE处接收时，通过在MTC-UE处的协议栈向后传播。第二信号流是从DeNB到MTC-RN的MTC-RN控制信号流。这通过在DeNB处的协议栈向下传播，并直接发射到在物理层（L1）的MTC-RN。MTC-RN控制信号流，当在MTC-RN处接收时，通过在MTC-RN处的协议栈向后传播。对于下行链路的情况，因为MTC-RN不用于与在下行链路上的MTC-UE通信，所以没有使用在MTC-RN处的左边协议栈（用于与MTC-UE通信）。
图14示出上行链路（终端设备到基站）端到端协议栈。在MTC-UE、MTC-RN和DeNB处显示的协议栈与图13中的配置相同。因此在这里不再重复层结构的示例。如图13，在MTC-RN和潜在的多个MTC-UE之间提供多个MAC实例。
图14中显示出两个信号流。这些的第一个是从MTC-UE到DeNB的MTC-UE数据和控制信号流。这通过在MTC-UE处的协议栈向下传播，并发射到在物理层的MTC-RN。然后控制信号流向上传播到MTC-RN中的MAC层，在此在MTC-RN处对其进行处理（以上述的方式），并且然后传播回到物理层和重发射到在物理层的DeNB。在DeNB处通过协议栈MTC-UE数据和控制信令向上传播回来。从这应该理解，MTC-UE数据和控制信令在MAC层在MTC-RN处进行处理。由于这一原因，用于从MTC-UE接收数据的协议栈的较高部分可被忽略，允许MTC-RN的简化。第二信号流是从MTC-RN到DeNB的MTC-RN控制信号流。这通过在MTC-RN处的协议栈向下传播，并且直接发射到在物理层（L1）的DeNB。MTC-RN控制信号流，当在DeNB处接收时，通过在DeNB处的协议栈向上传播回来。因此应该理解，在MTC-RN处要求的全协议栈用于控制在MTC-RN和DeNB之间的通信链路。
从图13和14应该理解，在MAC层进行处理。在MAC层，在DL-SCH或UL-SCH上数据在MAC协议数据单元（PDU）中进行通信。每个MACPDU包括MAC头、零个或多个MAC服务数据单元（SDU）、零个或多个MAC控制元素，和可选的填充。MAC头可包括多个子头，每个子头对应于MAC控制元素、MAC SDU或填充之一。子头包含描述相应的MAC控制元素、MAC SDU或填充内容和尺寸的某信息。头和子头可包括LCID（逻辑信道标识符）域，其指示用于对应的MAC SDU的逻辑信道或对应的MAC控制元素的类型。在图13和14中，（各种不同类型的）MAC PDU在上行链路上从MTC-UE和MTC-RN，在上行链路和下行链路上在MTC-RN和DeNB之间，以及在下行链路上在DeNB和MTC-UE之间发射。
当MAC PDU从MTC-UE发射到MTC-RN，MTC-RN添加新的“MAC中继头”到MAC PDU（由于其用作到MAC层处理的输入，所以在此阶段其可以被认为是SDU）并且发射所得到的经MAC中继的PDU到DeNB。这在图15中示意性地示出。在图15中，MTC-UE310发射MAC PDU315到MTC-RN320。在MTC-RN320，所接收的未分段MAC PDU315被提供以中继头323，其识别MTC UE310（UE标识符-例如C-RNTI）并且提供正时提前（TA）和功率控制信息（通常TPC决定）。正时提前信息由MTC-RN基于从MTC-UE到MTC-RN的发射的传播时延来导出。类似地，功率控制信息由MTC-RN基于从MTC-UE到MTC-RN的发射的接收功率水平来导出。正时提前和功率控制信息为MTC-UE在设置到MTC-RN的后续发射的发射时间和发射功率中所要求。由于MTC-RN在下行链路上（仅上行链路中继）不与MTC-UE通信，该信息不能够从MTC-RN直接提供到MTC-UE。为了最终能够为MTC-UE提供该信息，MTC-UE在中继头323中指定。常规RR/E/LCID/F/L和RR/E/LCID元素（参见TS36.321的第6.1.2节）可用于指示MAC中继头控制元素的存在和来自MTC-UE的相关联的封装的MAC PDU的尺寸。此外，如TS36.321中所定义的，可添加常规MAC控制元素322，诸如BSR（缓冲器状态报告）。应该注意，还可以要求用于MAC中继头的新的LCID值。还应该注意，来自MTC-UE的所接收的MAC PDU变为MTC-RN中的MAC SDU（封装），并且来自多个MTC-UE的多个MAC PDU能够在单个MAC PDU中从MTC-RN发射。这样，级联是可能的，但是，来自MAC UE的MAC PDU的分段可能是不可能的。
为了解释在MTC-RN处提供分段的困难，应该理解，在MTC-UE处，分配物理资源用于发射上行链路数据，并且这些物理资源表示可被输送的某数目的数据位。
在MTC-UE处，MAC层确定，一旦已经考虑头，则数据的数量可被置于所分配的资源中并且其向上层（为RLC）询问该尺寸的分组（这可以称为MAC SDU或RLC PDU，SDU是层的输入而PDU是层的输出）。RLC负责将所缓冲的分组分割到将通过空中接口发射的通常较小（但不必须如此）的分组。如果大的分组被分割到较小的分组则这被称为分段。如从上面所解释的，这常规地由RLC进行。一旦该数据已经到达MAC层，其将（在尺寸上）匹配分配并且能够在上行链路上发射。
对于在MAC级的MTC-RN的问题在于在MAC层无法执行分段（并且我们没有RLC层来为我们完成该工作），并且因此将在下面的简单示例中示出将发生什么：
MTC-RN从UE接收没有被中继到DeNB的2个MAC PDU。MACPDU的每个在尺寸上是100比特，并且它们来自独立的UE。MTC-RN告知DeNB其缓冲占用-200比特。DeNB没有义务许可将传送所有该数据的分配，因此例如可以进行190比特的分配。我们无法在MAC层分段，因此，MTC-RN仅有的选项是发送需要中继的MAC PDU之一并且浪费分配的剩余部分。如果DeNB许可小于100比特的分配，情况可能更糟，这是由于MTC-RN随后不能发射任何数据。
如果这将是主要问题，则可能提供MAC中的新的功能性尤其用于提供分段功能的中继节点。但是，这将导致复杂性的不希望的增加，并且与在RLC级中继相比不具有优点。
但是，在MTC-RN处的分段功能性的缺乏可能是有不适当地问题的，因为：
（1）MTC-RN和DeNB之间的无线链路可能非常优于MTC-RN和MTC-UE之间的无线链路。因此MTC-RN能够发送比MTC-UE已经发送到中继DeNB的数据少的数据的场景的发生是相对不可能的；以及
（2）DeNB中的调度器知晓MTC-RN是中继节点并且其能够合理了解将由MTC-RN中继的PDU的尺寸（因为其先前分配用于这些PDU的资源给由MTC-RN服务的MTC-UE）。因此，调度器能够分配MTC-RN高优先权并且分配上行链路资源给MTC-RN，使得上面讨论的低效率不发生或者至少减轻。
MTC-RN将总是发送MAC中继头控制元素，即使其从MTC-UE接收MAC PDU失败。该机制提供隐式ACK/NACK给DeNB。将理解，因为MTC-RN知晓上行链路资源已经被分配给MTC-UE，所以其将知晓来自MTC-UE的MAC PDU没有到达，并且因此能够预期来自MTC-UE的在特定时间和频率资源的上行链路发射。
来自UE的MAC PDU 315、中继头323和常规MAC控制元素322一起组成经MAC中继的PDU 325，经MAC中继的PDU 325从MTC-RN320发射到DeNB 330。
在DeNB 330处，发生下述处理：
DeNB 330接收经中继的MAC PDU 325并且行动好像这是从常规UE正常接收的。具体地，在MAC处理器332，获得涉及MTC-RN 320的ACK/NACK指示，生成涉及MTC-RN 320的TPC命令，且在MAC层，作用于MAC控制元素322。将理解，在MTC-RN 320处指挥这些参数和动作。
在DeNB330处，中继信号分离器334则使用MAC中继头323的内容来控制对MTC UE 310的正时提前控制。还基于包含在头323中的功率信息生成功率控制TPC命令。ACK/NACK指示是基于在经MAC中继的PDU 325内来自MTC UE 310的MAC PDU 315的存在或缺失。如以下解释的，这可以直接或根据在MAC中继头内的P域的内容来确定。
中继信号分离器334还从经MAC中继的PDU 325提取由MTC-UE310原始发射的MAC PDU 315并且将其返回到MAC处理器332用于处理。包含在MAC中继头控制元素内的C-RNTI用于识别MAC中的UE内容用于处理MAC PDU 315。随后发生MAC PDU 315的规则的处理并且最终对应于源自于MTC-UE 310的数据的MAC SDU 338被发送到协议栈的较高层。
在图16中显示用于MAC中继头控制元素的建议格式。在图16中，C-RNTI是经中继的UE的C-RNTI，TPC是在中继设备做出的用于MTC UE的TPC决定，TA信息是在中继设备获得的用于MTC UE的正时提前信息，并且P指示相关联的MAC PDU的存在或缺失。如果相关联的MAC PDU没有正确接收，则该比特将被设置为“1”，并且MAC PDU将存在于经MAC延迟的PDU的净荷（即，存在ACK）。如果设置为“0”，则没有MACPDU存在（即，存在NACK）。
在图17中示意性地显示了对于所有来自MTC-UE的经调度的发射由MTC-RN正确接收的情况的新的经MAD中继的PDU结构的示例。
PDU的MAC头410包括许多子头412、414和416。子头412对应于MAC净荷中相应的控制元素420、430。子头414对应于MAC净荷中的SDU440，子头416对应于MAC净荷中的可选填充450。总地，MAC头410正如当前在LTE规范中所定义的，除了新的LCID值是有效的，用于RR/E/LCID子头412中，使得相关联的MAC中继头控制元素430可以被发信号。MAC控制元素应优选为按以下顺序：
指定常规MAC控制元素420为第一。注意在图17中提供了m个常规控制元素420。
MAC中继头控制元素430应置于常规MAC控制元素420之后。将存在用于每个待中继的MAC PDU的MAC中继控制元素430，并且MAC中继头控制元素430的顺序将与待中继的MAC PDU的顺序相同（对于所有P域被设置为“1”的情况）。注意，在图17中，存在n个MAC中继头控制元素430和n个待中继的MAC PDU。
如果单个经MAC中继的PDU包含多个来自相同的MTC-UE的所接收的MAC PDU，则首先接收的将是全部构建的经MAC中继的PDU中的第一个，第二个为第二个，等等。
图17中的MAC SDU 440实际上是已经由MTC-RN接收的MACPDU，并且将被中继（它们包含MAC头、MAC控制元素和已经从MTC-UE310发射的MAC SDU）。注意，在图17中，存在n个MAC SDU 440。
如从图17中能够看出的，在所构建的经MAC中继的PDU中存在多个MAC SDU 440。如以上讨论的，这些MAC SDU 440中的每一个实际上是从MTC-UE发射的并由MTC-RN接收的MAC PDU。这些能够来自单个UE（所接收的MAC PDU已经以多个发射时间间隔（TTI）存储在那里）或来自多个不同UE。因此级联形式的来自MTC-UE的多个MAC PDU形成单个经MAC中继的PDU是可能的。但是，应该注意，从MTC-UE接收的MAC PDU的分段可以是不可能的。
在图18中示意性地显示了对于来自MTC-UE的经调度的发射中的一些没有被MTC-RN正确接收的情况的新的经MAC中继的PDU结构的示例。如果经调度的发射根本没有被接收或如果其被不正确地接收（损坏的或不完全的），则其可以被认为没有被正确接收。
在图18中，由于MTC-RN在相同数目的经调度的MTC-UE发射上报告，所以在MAC头510中仍存在n个MAC中继头。如图17，存在常规MAC控制元素520的集合，就像MAC中继头530、MAC SDU 540和可选填充550的集合。在图18中，MAC中继头控制元素530中的一些将其P域设置为“0”来指示对于相关联的UL许可没有正确接收MAC-PDU。假设存在p个这些情况。对于P域设置为“0”的MAC中继头控制元素530，不存在相关联的MAC SDU。因此，MAC SDU 540（实际从MTC-UE接收的MAC PDU）的总数目为n-p。使P设置为“1”的MAC中继头530的顺序应该正确对应于包含在经MAC中继的PDU中的MAC SDU 540。再次，如果单个经MAC中继的PDU在来自单个MTC-UE的多个MAC PDU上报告，则MAC中继控制元素和相关联的MAC SDU（虽然其可能根本不存在）的顺序应该按照它们被调度以被接收的顺序。
在下面的表1中突出地显示了用于MAC中继头控制元素的所建议的新LCID（非突出值是在LTE规范中当前定义的值）。
  索引   LCID值
  00000   CCCH
  00001-01010   逻辑信道的识别
  01011-11000   保留
  11001   MAC中继头
  11010   功率净空报告
  11011   C-RNTI
  11100   缩短的BSR
  11101   短BSR
  11110   长BSR
  11111   填充
表1用于MAC中继头控制元素的所建议的新LCID
中继控制
现在参考图19描述跟随随机接入过程的用于掌控由中继中继UE数据的过程。当MTC-UE希望发送数据到DeNB时，其在先前分配的时间/频率资源上在PUCCH上发射调度请求（SR）。这通常是所分配的时间/频率资源内的单个比特（所发射的或没有发射的）。DeNB响应于接收到SR来分配上行链路许可和发上行链路许可信号给MTC-UE。
来自MTC-UE的资源请求
如果没有PUCCH资源已经被指派给UE，则将需要进行随机接入过程，这在上面详细描述并且在图19中指示。
一旦随机接入过程完成，MTC-UE发送关于所分配的PUCCH资源的SR（调度请求）。将向MTC-RN告知MTC-UE已经分配的PUCCH资源，并且在这些实例处MTC-RN尝试接收PUCCH发射。MTC-RN将知晓分配给MTC-UE的PUCCH资源的两种机制如下：
（1）直接在随机接入过程之后，在由DeNB未加密发送的RRCConnectionSetup RCC消息中将已经指派PUCCH资源给MTC-UE。因此，对于MTC-RN监控用于该RRC消息的PDCCH和PDSCH并且使用由该消息提供的配置信息来设置从MTC-UE接收PUCCH发射是可能的；或者
（2）可使用新的RRC消息来告知指派给MTC-UE的PUCCH资源的中继节点它正在服务。新的RRC消息可由DeNB直接发射到MTC-RN，例如在PDCCH和/或PDSCH上。该选项相对于第一选项的优点在于，用第一选项，因为后续RRC消息是加密的，所以如果PUCCH被重配置，则MTC-RN可能不能确定这个。
当PUCCH发射由涉及MTC-UE的MTC-RN接收到，MTC-RN负责该MTC-UE，MTC-RN生成新的MAC控制元素“经中继的SR消息”，该“经中继的SR消息”包含MTC-UE的C-RNTI。注意为了以与常规UE相同的方式发送经中继的SR消息到基站，MTC-RN可请求并且许可上行链路资源。将理解，存在用于中继SR到基站的其它选项，例如使用物理层（L1）信令，注意SR通常是单个1比特标志位。DeNB响应于SR来分配上行链路资源给MTC-UE。该上行链路许可在PDCCH上直接传输到MTC-UE。如下面将进一步解释的，还可存在指示以下内容的可选的附加的独立消息：（1）给中继设备的MTC-UE上行链路分配以及（2）用于MTC-RN的后续上行链路分配以在将所封装的MTC-UE消息发送到DeNB中使用。
用于中继来自MTC-UE的上行链路MAC PDU的总机制
现在描述用于中继来自MTC-UE的上行链路MAC PDU的总机制。在图19中，传送BSR（缓冲器状态报告）（为了建议DeNB要在上行链路上发送多少数据并且因此要求多少未来的上行链路资源，这是用于在SR后的第一发射的标准情况），但是本发明的实施例类似地应用到用户面（user plane）数据。
存在许多下面描述的可能的选项，每个选项依赖于在MTC-RN处完成的接口的水平。
选项1：对MTC-UE的独立PDCCH许可以及不具有隐式的对MTC-RN的 许可的对MTC-RN的该许可的指示
在该情况中，发生下述过程，如图20所示：
在步骤A1，对MTC-UE进行UL资源的许可，并将UL资源的许可在PDCCH上传输。大约在相同时间，在步骤A2，对MTC-RN进行独立的许可，其由于实际上不分配PUSCH资源但向MTC-RN告知MTC-UE经被分配了PUSCH资源而不同于常规许可。这允许MTC-RN合适地配置其接收器。注意，该许可可以采用两个形式：
1.新的PDCCH格式，其包含经修改的上行链路许可（无需诸如新的数据指示符的特定参数）和指示UE正在进行分配的机制；或者
2.进行对MTC-RN的下行链路资源的常规PDCCH许可，并在后续PDSCH发射上将新的MAC控制元素发送到MTC-RN，其指示已经已经发送到考虑中的UE（通过其C-RNTI识别）的上行链路资源。该机制类似于MAC随机接入响应过程，虽然不存在对MTC-UE的实际上行链路许可，仅仅存在已经对特定UE进行了许可的指示。
在步骤A3，MTC-UE在许可的资源中在PUSCH上发射，并且这由MTC-RN接收（DeNB不接收该PUSCH发射）。在步骤A4，在数据新到达其缓冲器的情况下，MTC-RN以与UE相同的方式行动，从基站请求UL资源，并且后续被许可（在步骤A5）UL资源。在步骤A6，MTC-RN添加上行链路中继MAC头（参见上面）到来自MTC-UE的所接收的MACPDU，上行链路中继MAC头包含功率控制和正时提前信息，并且将这在所分配的资源中发射到基站。还要注意，如果MTC-RN没有从MTC-UE接收MAC PDU，则MTC-RN仍发送上行链路中继MAC头，但是没有来自MTC-UE的经封装的MAC消息。跟随步骤A6，DeNB接收数据，并且新的MAC子层用于去除该头并确定其最终来自的MTC-UE。注意到，在MAC头中还存在正时提前和功率控制信息。从来自MTC-UE的所封装的MAC消息的存在或缺失暗示ACK/NACK（可能基于MAC消息的头信息中的“存在”位）。
图21重复了图20的过程，但是示意性示出了当在MTC-RN处没有接收到来自MTC-UE的PUSCH发射，如何修改过程。具体地，步骤A1、A2、A4和A5与在图20中相同标记的步骤相同，并且将因此不再描述。步骤A3’不同于图20中的步骤A3，因为在PUSCH上的发射没有达到MTC-RN（或者替代地不完全或损坏地到达）。在这种情况中，MTC-RN仍请求资源并发送PUSCH发射到基站，但是在这种情况中，不存在在PUSCH发射中包括的MTC-UE发起内容。该过程有效告知基站来自MTC-UE的经调度的发射失败了。
选项2：不具有对MTC-RN的隐式许可的对MTC-UE的单个PDCCH许可
在该情况中，发生下列过程，如图22中所显示的：
在步骤B1，对MTC-UE进行UL资源的许可，并在PDCCH上将UL资源的许可传输到MTC-UE。没有这些经许可的资源的独立指示发送到MTC-RN。要求MTC-RN监控PDCCH来检测与该MTC-UE相关联的消息（在步骤B2）。通过在PDCCH上对于MTC-RN自己的C-RNTI执行CRC（循环冗余校验）屏蔽（用于设备获得目的在于其的PDCCH数据的标准技术）并且对MTC-RN知晓（例如经由上面所述的随机接入响应）的MTC-UE的C-RNTI执行CRC（循环冗余校验）屏蔽，MTC-RN能够获得这个。以该方式，MCT-RN能够识别已经为MTC-UE提供许可并且合适地配置其接收器。过程的剩余部分如选项1中所定义的，步骤B3、B4、B5和B6对应于图22和23的步骤A3、A4、A5和A6，因此将不在此描述这些的描述。
选项3：对MTC-UE的独立PDCCH许可以及具有对MTC-RN的隐式许可 的对MTC-RN的该许可的指示
在这种情况中，发生下列过程，如图23中所显示的：
如在选项1中，对MTC-UE进行UL资源的许可，并在步骤C1在PDCCH上发射该UL资源的许可。如在选项1中，在步骤C2对MTC-RN进行独立许可，其不同于常规许可，由于其实际上不分配PUSCH资源但向MTC-RN告知已经分配PUSCH资源给MTC-UE。这允许MTC-RN合适地配置其接收器。如在选项1中，在步骤C4MTC-UE在许可的资源中在PUSCH上发射，并且这可以由MTC-RN接收（DeNB不接收该PUSCH发射）。与选项1相比，在步骤C4MTC-RN接收消息暗示在后来子帧（或者还包含附加的显式指示）中资源的UL许可以由MTC-RN用来发送数据到DeNB。作为选项，（在步骤C3）基站可在PDCCH上发射MTC-RN PUSCH分配消息来分配上行链路资源给MTC-RN用于在步骤C4中继后续PUSCH发射。
在步骤C5，MTC-RN添加上行链路中继MAC头（参见下面）到来自MTC-UE的所接收的MAC PDU并且将其在所分配的资源中发射。还注意如果MTC-RN没有从MTC UE接收MAC PDU，则其仍将发送UL中继MAC头，但是不具有来自MTC-UE的经封装的MAC消息。跟随步骤C5，DeNB接收该数据，并且新的MAC子层用于去除该头并确定其最终来自的MTC-UE。注意，在MAC头中还存在正时提前和功率控制信息。从来自MTC-UE的所封装的MAC消息的存在或缺失暗示ACK/NACK。
选项4：具有对MTC-RN的隐式许可的对MTC-UE的单个PDCCH许可
在这种情况中，发生下列过程，如图24中所显示的：
如在选项2中，对MTC-UE进行UL资源的单个许可，并在步骤D1在PDCCH上发射该UL资源的单个许可，在步骤D2，MTC-RN还通过监控PDCCH接收该UL资源的单个许可。在后来子帧中存在基于对MTC-UE的分配的接收的隐式分配，MTC-RC知道其负责转发数据到DeNB。后续步骤D3（可选的）、D4和D5对应于选项3中的步骤C3、C4和C5，因此，这些的描述在此不再重复。
选项的比较
选项1的益处如下：
用于向MTC-RN告知对MTC-UE的上行链路许可的独立PDCCH消息的使用意味着不强迫MTC-RN监控PDCCH来看到在哪里进行了MTC-UE UL许可，但是直接通知MTC-RN。
MTC-RN请求并分配显示资源来从其发送数据到DeNB。这具有更容易操作有效率控制（efficient rate control）用于中继来自MTC-RN的发射的优点。具体地，MTC-RN将仅请求其需要来中继实际上从MTC-UE接收的消息的上行链路资源。同样，请求来自基站的资源提高了级联来自多个MTC-UE的MAC PDU到单个发射中的容易度。
选项1的缺点如下：
将要求新的分配机制，例如类似于指示MTC-UE的C-RNTI的RAR和向MTC-RN告知对MTC-UE的分配的上行链路许可
MTC-UE没有用于它的资源的隐式分配来将数据向上发送回到DeNB，其产生延迟惩罚。
选项2的益处在于：
不要求独立指示被发送到MTC-RN来指示MTC-UE已经被许可上行链路资源。这与显式指示的通信相比更有效。
MTC-RN请求并分配显示资源来从其发送数据到DeNB。这具有更容易操作有效率控制用于中继来自MTC-RN的发射的优点。具体地，MTC-RN将仅请求其需要来中继实际上从MTC-UE接收的消息的上行链路资源。同样，请求来自基站的资源提高了级联来自多个MTC-UE的MAC PDU到单个发射中的容易度。
选项2的缺点如下：
要求MTC-RN查看目的不在于其的PDCCH消息并用于其设置其接收器接收所指示的上行链路资源。
MCT-UE具有资源的隐式分配用于其将数据向上发送回到DeNB，导致延迟惩罚。
选项3的益处如下：
用于向MTC-RN告知对MTC-UE的上行链路许可的独立PDCCH消息的使用意味着不强迫MTC-RN监控PDCCH查看在哪里进行MTC-UEUL许可但是直接通知。
MTC-RN暗示来自指示的上行链路许可将从MTC-UE接收数据。这在发信号方面更有效，并减小了延迟。
选项3的缺点如下：
要求新的分配机制，例如类似于指示MTC-UE的C-RNTI的RAR和向MTC-RN告知对MTC-UE的分配的上行链路许可
难以运行有效率控制功能，并且如果MTC-RN没有成功接收来自MTC-UE的发射，则将仅存在小的中继头待发送—这将要求比由基站实际分配的资源更少的资源。
选项4的益处如下：
不要求独立指示被发送到MTC-RN来指示MTC-UE已经被许可上行链路资源。这与显式指示相比更有效。
MTC-RN暗示来自指示的上行链路许可将从MTC-UE接收数据。这在发信号方面明显更有效，并减小了延迟。
选项4的缺点如下：
要求MTC-RN查看目的不在于其的PDCCH消息并用于其设置其接收器接收所指示的上行链路资源。
难以运行有效率控制功能，并且如果MTC-RN没有成功接收来自MTC-UE的发射，则将仅存在小的中继头待发送-这将要求比由基站实际分配的资源更少的资源。
总体而言，选项2优选地为MTC设备供应最佳选择，但是如从上面能够理解的，全部选项具有其相对优点。
上面的讨论强调了对于由MTC-RN在PUCCH上接收的中继到DeNB的调度请求（SR）的机制的需要。这通过使用新的MAC控制元素，“经中继的SR”MAC控制元素，来获得。在图25中显示了用于该MAC控制元素的所建议结构。经中继的SR仅需要指示MTC-UE的C-RNTI（在MAC头中的LCID将告诉DeNB这是经中继的SR并因此需要小的上行链路分配来发送BSR）。
新的PDCCH方法可使用与经中继的UE标识符一起的DCI格式0的缩减版本（正在仅执行所分配的UL资源的接收的MTC-RN不要求CQI请求，TPC命令和新数据指示符），经中继的UE标识符是到包含MTC-RN执行中继的MTC-UE的实际C-RNTI的表格中的索引。该表格（优选地）通过RRC信令被发信号到MTC-RN。当然这将意味着需要RRC发消息来正确配置MTC-RN。
图26中示意性示出了新的MAC控制元素的示例实施方式，该新的MAC控制元素用于向MTC-RN指示在哪些上行链路资源上期望来自MTC-UE的发射并被称为“MTC-UE分配”控制元素。MTC-UE分配控制元素类似于RAR格式，但是由于其用于告知MTC-RN其必须打开其接收器来从MTC-UE接收所指示的UL分配，所以需要其自己的LCID。MTC-UE分配控制元素包括C-RNTI域，其指定对其已经进行了上行链路许可的MTC UE的C-RNTI。域“UL许可”指定提供给MTC-UE的许可，MTC-RN应设置该MTC-UE以接收。保留“R”域。
总体而言，PDCCH方法是优选的，因为其要求单个消息，然而新的MAC控制元素方法意味着需要两个消息，其中一个在潜在地服从块错误率（BLER）目标的PDSCH上发送（因为HARQ在该信道上操作）。
在图27中，显示了包括基站（DeNB）1100、中继设备（MTC-RN）1200和终端设备（MTC-UE）1300的无线通信系统1000。DeNB 1100包括发射机/接收器部件1120（发射机和接收器），其使用天线1125通过空中接口发射并接收数据。DeNB 1100还包括处理器1140，其控制通过空中接口的通信的调度并用图2中所显示的核心网络元素（在此未示出）协调DeNB 1100的操作。DeNB 1100经由回程链路1160连接到核心网络。DeNB1100在通信链路1400上通过空中接口在下行链路和上行链路方向上与MTC-RN 1200通信。
MTC-RN 1200包括发射机/接收器部件1220（发射机和接收器），其使用天线1225通过空中接口发射和接收数据。MTC-RN1200还包括处理器1240，其控制发射器/接收器部件1220通过空中接口接收和发射数据。处理器1240还可控制通过空中接口来自MTC-UE的传播延迟和所接收信号长度的测量，并且负责以上述方式将UE MAC PDU处理到经中继的MAC PDU。MTC-RN 1200在通信链路1400上通过空中接口在下行链路和上行链路方向上与DeNB 1100通信，并在通信链路1500上通过空中接口从MTC-UE 1300接收上行链路发射。因为MTC-RN 1200不发射到MTC-UE 1300，所以通信链路1500是单向的（仅上行链路）。
MTC-UE 1300包括发射机/接收器部件1320（发射机和接收器），其使用天线1325通过空中接口发射和接收数据。MTC-UE 1300还包括处理器1340，其控制发射器/接收器部件1320通过空中接口接收和发射数据。处理器1340还可控制涉及MTC-UE 1300的目的的其他功能。例如，如果MTC-UE是意欲经由网络报告返回测量（例如温度或功率利用率）的测量设备，则处理器1340可负责掌控这些测量的获取和处理，以及用于封装用于发射的测量数据（到MAC PDU）。MTC-UE 1300在通信链路1600（实线）上在下行链路方向从DeNB 1100接收发射（实线），并且可以在通信链路1600（虚线）上在上行链路方向直接发射到DeNB 1100，MTC-UE 1300必须在上行链路发射范围内。如果MTC-UE 1300在范围外，则从MTC-UE1300到DeNB 1100的所有上行链路发射将经由MTC-RN 1200进行。
应该理解，虽然本实施例描述了单跳中继情况，但是多跳中继架构可以类似地设想，DeNB控制例如MTC-UE→MTC-RN1→MTC-RN2→DeNB的链中每个链路处的上行链路资源的调度。
上面的描述是基于在LTE网络中操作的MTC设备。但是应该理解本发明的原理并不限于此，其可应用到其他网络和其他类的终端设备。

Claims (28)

1.一种无线通信系统，包括：
基站；
中继设备；以及
终端设备；其中
所述终端设备可操作以经由所述中继设备发射消息到所述基站；以及
所述中继设备可操作以
添加中继头到从所述终端设备接收的所述消息，所述中继头包括用于控制后续消息从所述终端设备到所述中继设备的发射的控制信息；以及
中继添加了所述中继头的所述消息到所述基站。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中
所述基站可操作以发射包含在所述中继头中的所述控制信息到所述终端设备；以及
所述终端设备可操作以基于包括在所述中继头中的所述控制信息发射一个或多个后续消息到所述中继设备。
3.根据权利要求1或2所述的无线通信系统，其中
所述中继设备可操作
以测量从所述终端设备接收的所述消息的接收信号功率；以及
以设置所述控制信息中的用于控制从所述终端设备到所述中继设备的后续发射的功率水平的功率控制信息。
4.根据权利要求3所述的无线通信系统，其中所述功率控制信息指定与所述接收信号功率的功率偏移。
5.根据权利要求3或4所述的无线通信系统，其中所述终端设备响应于所述功率控制信息来控制到所述中继设备的后续发射的发射功率。
6.根据任意前述权利要求所述的无线通信系统，其中
所述中继设备可操作
以测量从所述终端设备到所述中继设备发射的所述消息在所述终端设备和所述中继设备之间的传播时间延迟；
以基于所述传播时间延迟确定从所述终端设备到所述中继设备的后续发射的所需正时提前偏移，以使得所述后续发射在所述中继设备处的接收时间与来自其他终端设备的发射的接收时间同步；以及
以在所述控制信息中指定所述正时提前偏移。
7.根据权利要求6所述的无线通信系统，其中所述终端设备响应于所述正时提前信息来控制从所述终端设备到所述中继设备的后续发射的正时。
8.根据任意前述权利要求所述的无线通信系统，其中所述中继设备可操作
以即使在所述中继设备处没有正确接收来自所述终端设备的期望的消息，也将与所述期望的消息相关的所述中继头发射到所述基站。
9.根据权利要求8所述的无线通信系统，其中如果所述基站已经将上行链路资源分配到所述终端设备，则来自所述终端设备的所述消息是期望的。
10.根据权利要求1至7任意一项所述的无线通信系统，其中所述中继设备可操作
以组合从一个或多个终端设备接收的多个消息到中继消息，所述中继头添加到所述中继消息并且具有用于在所述中继设备处接收的所述多个消息的每个的各自的中继控制元素，每个中继控制元素包括用于控制来自发起所述中继控制元素涉及的所述消息的所述终端设备的后续消息的所述发射的所述控制信息；以及
以发射所述中继消息到所述基站。
11.根据任意前述权利要求所述的无线通信系统，其中所述中继头包括发射所述消息的所述终端设备的标识。
12.根据权利要求10所述的无线通信系统，其中即使在所述中继设备处没有正确接收来自终端设备的期望的消息，用于所述期望的消息的中继控制元素也包括在所述中继头中。
13.根据权利要求12所述的无线通信系统，其中所述中继控制元素包括所述相关联的消息是否存在于所述中继消息中的指示。
14.根据权利要求12或13所述的无线通信系统，其中所述基站响应于所述中继消息中期望的消息的缺失来发射否定确认消息到所述终端设备。
15.根据权利要求10至14任一项所述的无线通信系统，其中所述中继头包括用于控制所述中继设备和所述基站设备之间的数据发射的进一步的控制信息。
16.根据权利要求10至14任一项所述的无线通信系统，其中
所述中继头中的所述中继控制元素与所述中继控制元素对应的所述消息顺序相同。
17.根据权利要求10至14任一项所述的无线通信系统，其中
所述中继头中的所述中继控制元素位于所述进一步的控制信息之后。
18.根据权利要求10至14任一项所述的无线通信系统，其中
当来自相同的终端设备的多个消息存在于所述中继消息中时，所述来自相同的终端设备的多个消息以其在所述中继设备处的接收顺序位于所述中继消息中。
19.根据任意前述权利要求所述的无线通信系统，其中所述中继设备可操作以在协议栈中介质访问控制（MAC）层处理和中继从所述终端设备接收的所述消息。
20.根据权利要求10至18任一项所述的无线通信系统，其中
在所述中继设备处从所述终端设备接收的所述消息是MAC协议数据单元；
所述中继消息是MAC协议数据单元；以及
所述基站可操作
以在协议栈的所述MAC层处理所述中继消息的所述MAC协议数据单元来提取来自所述终端设备的所述消息的MAC协议数据单元；
以在所述MAC层处理来自所述终端设备的所述消息的所述MAC协议数据单元；以及
以将来自所述终端设备的所述消息的所处理的MAC协议数据单元传递到所述协议栈中较高层。
21.一种从终端设备经由中继设备到基站的无线传输数据的方法，包括：
从所述终端设备经由所述中继设备发射消息到所述基站；
在所述中继设备处，添加中继头到从所述终端设备接收的所述消息，所述中继头包括用于控制后续消息从所述终端设备到所述中继设备的发射的控制信息；以及
中继添加了所述中继头的所述消息到所述基站。
22.一种用于从终端设备经由中继设备接收无线通信的基站，所述基站包括：
接收器，用于接收从所述终端设备经由所述中继设备发射的消息；其中
所述消息包括由所述中继设备添加的中继头，所述中继头包括用于控制后续消息从所述终端设备到所述中继设备的发射的控制信息。
23.一种用于从终端设备经由中继设备接收无线通信的方法，包括：
接收从所述终端设备经由所述中继设备发射的消息；其中
所述消息包括由所述中继设备添加的中继头，所述中继头包括用于控制后续消息从所述终端设备到所述中继设备的发射的控制信息。
24.一种大致如此前参考附图描述的无线通信系统。
25.一种大致如此前参考附图描述的基站。
26.一种大致如此前参考附图描述的基站和终端设备之间的无线传输数据方法。
27.一种当在计算机上执行时导致所述计算机实现根据权利要求21或23所述的方法的计算机程序。
28.一种存储权利要求27所述的计算机程序的记录介质。
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