CN103210670A - 通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种通信系统包括：移动无线电网络，其包括多个基站，该基站被配置为经由无线访问接口向和从移动通信装置传送数据。该系统还包括多个相关通信装置，每个相关通信装置能够从一个以上的基站发送和接收数据。该组的每个相关通信装置包括相同的共用标识符，针对该共用标识符能够建立通信会话以便经由移动无线电网络从另一相关通信装置传送数据。例如，通信装置组可用于针对诸如被设置在车辆（诸如汽车）内的具体应用来进行机器型通信（MTC）以报告某些参数。这些参数中的每一个均可由单独的通信装置服务，该通信装置定期报告由相关传感器检测到的参数。因此，由于各通信装置的空间接近性，各通信装置能接收控制面信令数据且因此信令数据的通信类似于向设置有通信装置组的局部环境的广播。因此，与该组中的装置数量成比例地节约了通信带宽。

Description

通信系统和方法

技术领域

本发明涉及被配置为经由无线访问接口与移动通信装置传送数据的通信系统。本发明还涉及与移动无线电网络传送数据的通信装置、用于移动无线电网络的基础设施设备和用于与移动无线电网络传送数据的方法。

背景技术

移动通信系统在大约过去的十年间已从GSM系统（全球移动通信系统）发展为3G系统且现在包括包数据通信以及电路切换通信。第三代合作伙伴计划（3GPP）现已开始开发被称为长期演进（LTE）的移动通信系统，在该移动通信系统中，核心网络部分已基于早期的移动无线电网络架构和无线电访问接口的组件的融合而发展为形成更简单的架构，该无线电访问接口在下行链路上基于正交频分复用（OFDM），并在上行链路上基于单载波频分多址（SC-FDMA）。

目前的移动通信服务主要是人与人（H2H）通信，即，由一个人发送到另一个人的数据或者至少为了向人显示而发送的数据。现在考虑存在一种迎合通常被称为机器型通信（MTC）或机器对机器（M2M）通信的去往和/或来自机器的通信的需求。MTC通信可被表征为例如响应一些其他激励、或者报告机器的一些属性或一些监测参数或者所谓的智能测量的事件，自动传送从源头生成的数据。因此，当诸如声音的人类通信可被表征为在数据在几毫秒的突发（burst）中生成（其间具有停顿）的情况下需要几分钟的通信会话的通信，或者视频可被表征为以基本恒定的比特率使数据流动时，尽管将理解还存在多种可能的MTC通信，但MTC通信通常可被表征为偶尔传送少量数据。

将理解，通常期望提供尽可能有效地使用无线电通信带宽和核心网络资源的移动通信，例如，对此MTC通信可能提出了显著的挑战。

发明内容

根据本发明，提供了一种通信系统，包括：移动无线电网络，包括多个基站，该基站被配置为经由无线访问接口向和从移动通信装置传送数据，以及形成组的多个相关通信装置，每个相关通信装置能够从一个以上的基站发送和接收数据。该组的每个相关通信装置包括相同的共用标识符，针对该共用标识符能建立通信会话以便经由移动无线电网络向或从该组中的任何相关通信装置传送数据。

本发明的发明人认为多个通信装置可彼此相关联，这例如可在进行MTC通信时是有效的。例如，多个相关通信装置空间上可遍布车辆（诸如汽车）而设置以监测感兴趣的参数或事件（这些事项诸如引擎性能、温度、车辆速度、朝向以及车辆的实际位置）。这些参数中的每一个均可由周期性报告由相关传感器检测到的参数的独立的通信装置来服务。在另一实例中，通信装置可遍布诸如火车或公共汽车的公共交通车辆而设置，且可报告诸如在车辆中存在的乘客的数量、完成的销售量、车辆的位置和引擎的性能等的事项。在本发明的实施方式的应用中也可设想其他实例。

本发明的实施方式例如通过复制相同的用户标识模块（SIM）或对于LTE的相同的通用SIM（U-SIM）而在具有相同标识符的组中提供各个通信装置。因此，尽管可在例如移动无线电网络的物理层或无线电访问层单独识别通信装置，但在例如介质访问控制（MAC）层或应用层的更高层可使用用于建立通信会话或寻址的单个标识符来对通信装置寻址。在一个实例中，标识符是国际移动设备标识（IMEI）。因此，所有的控制面数据和与该组的通信装置通信的信令将被传送，如同移动无线电网络正与单个装置通信一样。控制面或信令数据例如可以是在演进的打包系统（evolvedpacket system）内的移动管理信令。因此，由于各通信装置的空间近似性，各个通信装置能够接收控制面信令数据且因此信令数据的通信类似于向设置有通信装置组的局部环境的广播。因此，与在该组中的装置数量成比例地节约了通信带宽。

为建立通信会话或在演进的打包系统（EPS）连接管理（ECM）的连接状态与空闲状态之间切换通信装置，该组的第一通信装置被配置为在操作中通过经由一个以上基站向移动无线电网络发送包括与通信装置组共用的标识符的信令信息来建立通信会话。随后，在该组中的各个相关通信装置被配置为响应由第一通信装置在上行链路上发送的信令信息而在下行链路上接收从移动无线电网络传送的信令信息。

通过将通信装置中的一个配置为发送信令信息来建立通信会话，在该组内的各个相关通信装置可使用由第一通信装置使用与该组的所有相关通信装置共用的标识符来建立的通信承载体来向移动无线电网络发送数据和/或从移动无线电网络接收数据。因此，该组的一个通信装置用作对网络进行所有非访问层（NAS）通信的“主体（master）”，而该组的所有相关通信装置均被配置为根据来自移动无线电网络的NAS数据来接收信令信息。因此，相关装置组被配置为使得这些装置中的一个用作用于向网络发送上行链路信令数据的主体且同时家庭用户服务器（HSS）可存储使用国际移动设备标识（IMEI）来识别各通信装置的数据，介质访问层（MAC）将如同在信令和控制面信息方面的通信来自单个通信装置一样来响应。因此，可实现有效的控制面和信令数据的通信。

在一个实例中，在相关通信装置组的认证和注册方面，仅通过主体装置完成信息的发送。

在一些实施方式中，移动无线电网络被配置为使用包括用于信令数据的上行链路发送的随机访问通信信道的无线访问接口来向通信装置和从通信装置传送数据，且来自相关通信装置组的各通信装置被分配有装置组中的预定时间来访问随机访问通信信道。因此，由于通信装置彼此关联，所以在它们之间它们可被配置为基于时间划分来访问随机访问通信信道，从而达到可至少减少用于访问随机访问通信信道的竞争的效果。

在一些实例中，装置组被子划分为子组，各个子组被分配有一个预定时间。在本实例中，可使得用于访问随机访问的时间分配尽可能短，同时仍在访问随机访问信道时减少竞争量。因此，尽管在一些实例中，可为该组的各通信装置分配一个时间来访问无线电访问信道，但这会导致装置必须等待太长时间而无法发送对上行链路资源的请求。因此，通过子划分装置组并为各个子组分配相同的时间来访问随机访问信道，可在一些竞争访问的可能性与在访问随机访问信道之前通信装置必须等待的时间之间建立平衡。

在其他实施方式中，在相关通信装置组内的各通信装置被配置有当经由无线访问接口将数据的突发发送至移动无线电网络时用于识别通信装置的数据序列集中的一个。各个数据序列在发送中例如可被用作前导码、中导码或后导码以在解决竞争访问时识别发送源。数据序列组唯一关联于通信装置组。可选地，数据序列可以是扩展码。移动无线电网络可被配置为确定相关组的哪个通信装置发送数据的突发并响应此通过在下行链路通信信道上发送许可上行链路资源的指示来许可对上行链路资源的访问。为识别被许可了上行链路资源的装置，在许可上行链路资源的信令数据中包括分配给该通信装置的数据序列，该信令数据在下行链路上例如作为前导码、中导码或后导码或者扩展码来发送。

因此，本发明的实施方式提供了向相关通信装置组分配预定序列的配置，例如，该预定序列可被用作经由例如随机访问通信信道的物理层来发送数据突发的前导码。随后，移动无线电网络可识别哪个通信装置在随机访问信道中发送数据。因此，当许可上行链路资源时，移动无线电网络传送包括其在对上行链路资源的请求中接收到的相同前导码的许可消息。所有通信装置均被配置为倾听控制面消息，该控制面消息分配上行链路资源并使用对所分配的预定数据序列的了解。请求上行链路资源的通信装置可将其自身识别为被许可的这些资源。因此，例如可解决在分配给同一子组并可在同一随机访问信道中发送的移动通信装置之间的竞争。

根据一些实施方式，主体通信装置被配置为对该组进行所有的NAS通信。然而，若在网络认为应进行到另一基站的移交（handover）（网络指定移交）或者通信装置自身认为应进行移交（移动指定移交）时，该组的一个从属通信装置正与移动无线电网络通信，则该从属装置传送关联的AS信令数据以执行对该组的移交。在该组内的其他装置倾听下行链路和上行链路AS通信，使得它们可接收需要附接至目标基站的任何消息。若该组的通信装置返回到空闲模式，则主体装置传送需要移动性的所有NAS信令。

本发明的其他方面和特征在所附权利要求中被定义且包括用于形成相关通信装置组的通信装置和传送数据的方法。

附图说明

现将参照附图来描述本发明的实例性实施方式，在附图中，相似部分具有所分配的相同附图标记，且其中：

图1是形成根据3GPP长期演进（LTE）标准来操作的通信系统的移动无线电网络和多个用户设备的示意性框图；

图2是与图1中所示的无线访问网络通信的装置组的示意图；

图3是包括报告由遍及汽车而设置的传感器生成的数据的多个通信装置的汽车的示意图；

图4是包括遍及公共汽车而设置的报告由与各通信装置相关联的传感器生成的信息的多个通信装置的公共汽车的示意性框图；

图5是形成关联组的三个通信装置的示意性框图；

图6是在通信装置组之间的上行链路上进行虚拟多路复用所通过的处理的示意图；

图7是示出在到移动无线电网络的连接中由一组的第一或主体通信装置和该组中的其他装置进行的处理的流程图；

图8是包括物理随机访问信道的物理层信道的示意图；

图9是示出图7中所示的关于通信装置的子组的物理随机访问信道的逻辑配置的示意图；

图10是由图8中所示的通信装置发送的数据突发的表示；

图11是示出为获得对上行链路通信资源的访问而在一组的一个移动通信装置与基站之间的消息交换的示意图；

图12是示出主体通信装置在访问随机访问信道以请求上行链路资源时的操作的流程图；

图13是示出在一组的第一或主体通信装置之间用于无竞争地访问上行链路通信资源的消息交换的示意图；以及

图14是示出主体通信装置在访问随机访问信道以请求上行链路资源时的操作的流程图。

具体实施方式

现将参照使用根据3GPP长期演进（LTE）标准操作的移动无线电网络的实施来描述本发明的实施方式。图1提供了LTE网络的实例性架构。如图1中所示且在传统移动无线电网络的情况下，被指定为用户设备（UE）1的移动通信装置被配置为向基站2和从基站2传送数据，该基站2在LTE中被称为增强节点B（eNodeB）。如图1中所示，各移动通信装置1包括通用用户标识模块（USIM），该通用用户标识模块包括允许移动通信装置访问移动无线电网络和允许为用户已订制的服务认证的信息和参数。

基站或eNodeB2被连接至服务网关S-GW6，该服务网关S-GW6被配置为在通信装置1遍及整个移动无线电网络漫游时对到通信装置1的移动通信服务进行路由和管理。为了维持移动管理和连接性，移动管理实体（MME）8使用存储在家庭用户服务器（HSS）10中的用户信息来管理与通信装置1的增强包服务（EPS）连接。其他核心网络组件包括策略计费和资源功能（PCRF）12、连接至因特网16并最终连接至外部服务器20的包数据网关（P-GW）14。可从Holma H.和Toskala A.的题为“LTE forUMTS OFDN and SC-FDMA based radio access”的书第25页中搜集关于LTE架构的更多信息。

与UE组通信

本发明的实施方式提供了一种多个通信装置可彼此相关联且组合在一起以传送来自不同源的数据的配置。设想这些数据源可包括由机器生成的数据，使得数据可由传感器读数或事件自动生成，该传感器读数或事件需要由机器而不是由人工交互生成的日志或其他数据。因此，本发明的实施方式找到具有MTC通信的应用。在图2中示出了装置组的一个实例，其中，移动通信装置1与组22相关联且各自能够与24中所示的无线访问网络通信。

在图3和图4中提供了可如图2中所示合适地将装置分组的实例。图3提供了包括多个传感器A1、A2、A3、A4的汽车的实例，这些传感器从汽车内（诸如引擎内）的其他组件接收激励，监测汽车的速度或轮胎的压力等。由传感器A1、A2、A3、A4生成的任何数据均被馈送至空间上可遍及汽车30而设置的移动通信装置32。

图4中示出了可以是公共汽车（例如提供公共运输的公共汽车）的另一实例。该公共汽车还可包括多个传感器B1、B2、B3、B4且例如还可包括自动生成信息以表示公共汽车40的位置的GPS装置45。类似于图3中所示的实例，图4中所示的传感器B1、B2、B3、B4、45中的每一个均具有相关联的通信装置46以便将由这些传感器B1、B2、B3、B4、45生成的数据发送至在连接至因特网的服务器上运行的应用程序。该数据经由移动无线电网络与应用程序通信。

对于图3和图4中所示的实例，由于通常定位多个通信装置，所以本发明的实施方式旨在利用该共用位置来减少需要建立通信会话且需要经由移动无线电网络从这些通信装置传送数据的信令开销量。因此，本发明的实施方式被设计为实现该利用并改善了效率。

图5提供了适用于形成例如可用于图3和图4中所示的实例应用的相关的装置组的三个通信装置的示意图。图5中所示的三个装置50中的每一个均包括被配置为向移动无线电网络的基站和从移动无线电网络的基站传送数据的发送器和接收器52。各通信装置包括U-SIM模块54和被配置为运行应用程序以便将数据传送至与移动无线电网络相连接的相应的应用服务器的应用处理器56。

将理解，在一些实施方式中，由于由通信装置50提供的功能仅需要经由接收输入58来传送由传感器生成的数据，所以应用处理器56可以是非常简单的装置或者可不包括在通信装置50中。

根据本发明的实施方式，为了建立通信承载体的目的，用于各通信装置50的U-SIM54包括识别到网络的通信装置的相同的标识符。因此，U-SIM可包括常用于通信装置组的国际移动用户标识号（IMSI）或GUTI。因此，如下表中所示，图5中所示的通信装置组50可根据是访问层通信还是非访问层（NAS/AS）通信而使用各种标识符来寻址。对于AS通信，蜂窝无线电网络临时标识符（CRNTI）可被用于为组中的所有成员建立通信会话。以下还示出了提供移动通信装置的组或群可被寻址的各种方法的指示的表，这些方法包括可如何使用用于组或群的一个唯一的URL/URI或IP地址来进行更高层的识别。

群标识符

图5中所示的通信装置50还可包括上行链路接收器60，该上行链路接收器60被配置为检测和恢复由组中的其他通信装置使用收发器52在上行链路上向移动无线电网络发送的数据。

从以下在其他实施方式中的说明将理解，可省略上行链路接收器60。

如将在以下段落中所说明，为通过减少控制面信令来实现效率增长，组中的一个装置用作主体装置并在上行链路上进行信令和信息向移动无线电网络的发送以建立通信会话以及根据增强的包系统移动性和连接管理（ECM/EMM）功能来维护通信会话，而组中的其他装置仅倾听下行链路通信。因此，在减少通信和控制面信息的利用和效率方面的一部分改善是组中仅有一个装置在上行链路上发送控制面信息。

图6提供了组中装置的系统级组织。如由框70所示，在考虑诸如无线电访问层的较高层网络功能的范围内，组中的所有通信装置可被视为单个通信装置。组中的各个装置用作被动或“从属”装置且组中的一个装置用作主体装置。当组中没有装置在发送或接收数据时，则通信装置进入ECM空闲状态72。然而，在传送AS或NAS数据方面，组中的任何n个通信装置可进入ECM连接状态74、76、78，在该情况下，装置中的一个在上行链路上发送且其他通信装置接收。因此，组中所有的通信装置均可进入ECM连接状态，但每次仅一个装置可被许可上行链路资源。然而，组中的所有装置进入ECM连接状态以便它们可接收下行链路传送，其效果如同点对多点通信。通常，主体通信装置发送所有上行链路消息以建立与NAS通信相关联的通信承载体。

在图6中提供了示出主体通信装置为图5中所示的相关通信装置组建立通信会话所用的处理的流程图。该流程图总结如下：

S1：组中的一个通信装置用作主体通信装置或UE，并通过例如经由随机访问信道传送信令信息来建立通信会话以进行与移动无线电网络的所需通信。例如，主体UE可进行PDP上下文激活请求或PDN连接请求以建立通信承载体或类似承载体的请求协议。主体UE使用组中的所有成员共用的IMSI/GUTI或其他标识符。主体UE例如可以是希望经由移动无线电网络来传送数据的组中的第一UE，在该情况下，其作为用于建立通信会话的主体UE。其他UE可使用上行链路接收器60来检测控制面数据。可选地，可将通信装置组的一个组员预指定为主体UE并相应编程，在该情况下，可省略上行链路接收器60以形成更简单的架构。

S2：关联在一起的组中的其他通信装置倾听响应来自主体UE的上行链路传送而提供的下行链路信令信息。下行链路信令信息将包括移动管理所需的数据和所有非访问层（NAS）信息。

S4：尽管不是通信会话建立处理的一部分，但主体通信装置继续进行对装置组的认证和其他NAS型通信。相应地，组中的所有装置监测下行链路通信以接收必要信息，如同通信装置本身已执行上行链路通信一样。

S6：所有其他通信装置监测和解码控制面信令以检测该组从ECM_IDLE状态转移至ECM_CONNECTED状态的时间。

根据本发明的实施方式，对用作组的通信装置组应用以下调适，使得可实现对控制面/NAS通信的效率的改善：

·由组中的所有通信装置共用的唯一的C-RNTI和GUTI/IMSI来识别组/群。

·在下行链路上从移动无线电网络到该组的通信表现为没有自适应调制和编码的广播传送。

·对于下行链路通信，支持到装置组的传呼（paging，页面调度）。

·对于上行链路通信，通信装置必须保留上行链路资源以用于单播传送。

·仅主体通信装置可被重新认证并进行其他NAS过程。

·从属装置可实施对于主体组装置为强制性的过程的子集。

组中的相关通信装置的标识

在一些实施方式中，形成组/群的装置是被索引的或者是可彼此分开来识别的。如以上图6的说明所表示，这可在调用显式认证过程（请求IMEI）的附接过程期间实现或者在该信息由订制信息（USIM数据）管理时隐含地实现。在前一情况下，使用标准过程并在向ECM_CONNECTED状态（在随机访问（RA）过程中使用保留的前导码）转换期间对每个装置分配C-RNTI。在转换到ECM-IDLE之后，应用以下：

1．必须索引形成组/群的装置。这可在由网络调用显式认证过程（网络请求唯一识别群中的装置的IMEI并随后可分配索引）的附接期间实现或者在该信息由订制信息（USIM数据）管理时隐含地实现。在后一情况下，主体装置附接至网络。在前一情况下，由群中的所有装置使用标准附接过程且它们中的一个变为主体装置。在附接过程完成之后，所有装置进行到ECM-IDLE状态的转换，随后应用以下。

2．在组中的所有装置已注册之后，系统可传呼整个组（在ECM_IDLE/EMM_REGISTERED中的装置）

3．组中的一个装置被标记为主体装置（例如，在简化从属装置的情况下首先附接或具有特殊能力的装置）。该装置响应传呼消息且也是对于NAS过程（即，重新认证、TAU过程等）的锚定装置。

4．希望开启上行链路传送的装置使用其唯一的前导码来调用RA过程（消息1）。一旦其前导码在消息2中被回送并在消息4中解决了可能的竞争，则临时RNTI晋升为组C-RNTI。

5．其他装置被动倾听RA过程消息以获得诸如组C-RNTI的参数。这通过搜索组的NAS标识（在消息4中）以及可选地搜索组的前导码（在消息2中）来完成。也可使用时间提前量参数，然而，其对于分散装置可能不准确。后续在MTC装置调用RA过程时将获得TA校正。

6．为节约电力，允许ECM_IDLE中的MTC装置以预定时间间隙根据函数（例如，f（装置号/索引，IMSI）=超/无线电帧号/子帧/TTI等）来调用RA过程。这需要防止从属装置持续监测PDCCH以获得C-RNTI（传统LTE装置可在群中的其他装置必须检测它以获得组C-RNTI的任何时间触发RA过程。需要所有装置持续监测PDCCH从节约电力的观点来看这将是低效率的。该原理类似于倾听传呼的场合。因为可使用可选的预定规则来选择由该组访问的PRACH资源且该信息能使MTC装置在需要监测PDCCH时选择时间场合）。

7．在由传呼消息触发主体装置之后，其他从属装置被动地解码持续监测PDCCH的任何DL传送。

8．伪随机函数被定义为：f_rand（超帧号，装置号/索引，前导码组）=前导码索引。该函数被用于确认在调用基于竞争的RA过程时组中的所有装置使用不同的前导码。由于可延迟RA响应消息，所以函数不能为X帧/TTI分配相同的前导码索引。这在来自属于同一组/群的装置的两个RA尝试之间必须区分（竞争解决方案对于这些装置将失效，因为它们具有相同的NAS标识符）。请注意，装置可能在组中冲突且这通过使用唯一的前导码来解决。通过NAS标识符的方式来解决与不属于该组的UE的任何竞争。

9．一旦MTC装置已被许可UL资源，则发送消息3（参见附录1）。在已解决（与不属于该组/群的装置）的任何竞争之后，该群装置开始发送UL数据。

10．在组/群中的其他装置直到在对于组C-RNTI的PDCCH上没有任何分配（非激活计时器也必须期满）或者发送装置和群转移至ECM_IDLE之前不会尝试开启UL发送。前者需要保持L2协议同步（例如序列号等），后者需要被动解码AS信令以检测发送RRC连接释放消息的时间。只要发送装置具有待发送的数据，该方法就阻止其他装置。可选地，发送装置在例如Y TTI/ms之后停止，使得发送装置转移至ECM_IDLE，从而允许其他装置（经由RA访问）请求UL资源并开始发送。这有效地隐含了（没有信令）群装置之间的UL发送中介。

11．L2同步可通过监测来明确实现或者通过在某段预定时间内（即，非激活计时器到期）在PDCCH上没有任何分配之后将L2协议设定为默认状态来隐含地实现。

12．MTC装置也可被限制为在它们变为发送装置时允许它们发送多少数据，而无论是否使用L2同步或到ECM-IDLE状态的转换来向其他装置表示准许它们开启UL发送。

13．仅主体装置可被重新认证并执行其他NAS过程。

14．从属装置可实施对于主体组装置为强制性的过程的子集。

15．随后加入组的装置可能需要开启附接过程，该附接过程将由MME与第一附接不同地处理，即，总是从MTC装置请求IMEI，认证该装置并触发安全功能（将新的安全证书传递给整个组）。不必建立新的PDP上下文而只是传递现有的PDP上下文信息。

16．图6中示出了使用用于向属于该组的终端传送数据的随机访问过程（前导码和NAS竞争解决方案）的UL虚拟多路复用概念。

利用组中的通信装置的上行链路通信

从以上提供的说明中将理解，仅主体通信装置被配置为发送信令信息以建立通信会话。然而，组中的任何装置均可在某段时间在上行链路上发送数据并将因此需要上行链路资源。通常，这由在随机访问信道（例如，诸如LTE系统的PRACH）中发送随机访问信号的移动通信装置来配置。基站接收随机访问信号，该随机访问信号包括用于解决在同一上行链路PRACH上发送随机访问信号的两个移动通信装置之间的竞争的配置。然而，根据本技术，通信装置组被配置为通过将组中的通信装置划分为装置的子组并预分配子组的通信装置可访问PRACH的时间来减少竞争的可能性。如上所述，组或至少子组中的每个装置被设置有唯一的数据序列以用作前导码、中导码或后导码，这可被用于解决竞争。

如上所述，在一些实施方式中，向相关通信装置组分配对于该组中或者至少在分配了用于分配上行链路随机访问信道相同时间的子组内的各通信装置是唯一的预定序列。因此，在随机访问通信信道的竞争性访问事件中，移动无线电网络可通过识别（如果可能）哪个通信装置成功访问了该随机访问通信信道来响应。该配置在图8、图9和图10中示出。

图8提供了对于物理层的SC-FDMA上行链路发送方案的说明性表示，该物理层包括从10毫秒帧被划分为0.5毫秒时隙的多个时隙。根据如由Holma H和Toskala A的题为“LTE for UMTS OFDMA and SC-FDMAbased radio access”的书第83页第五章中所说明的LTE标准提供了更多细节。此外，划分频带使得矩阵配置提供了UE的多个通信物理信道，这些通信物理信道由移动无线电网络根据请求分配给UE。通过在物理随机访问信道（PRACH）中发送信号来提供用于分配上行链路资源的请求。在图9中示出了对随机访问信道PRACH的访问的逻辑配置。

根据本技术，为避免组中的通信装置之间的竞争，向各个装置分配该装置可（如果其需要）根据超帧号、无线电帧号、装置号或其索引（对于组中的所有通信装置相同的蜂窝电话号）以及TTI的函数（f_rand）来访问PRACH的时间，这已在上文说明。因此，组内的各个通信装置被设置有预定时隙以访问PRACH。如图9中所示，两个通信装置UE1、UE3中的每一个在其可在PRACH信道中发送（如果其需要）随机访问信号时均在第一子帧102中被分配相同的时间100。第二子组的装置UE2、UE4在每个装置可发送随机访问信号时在后续帧106中被分配第二时间104。通过将装置组子划分为子组，减少了该组的通信装置之间的竞争的可能性。

为平衡它们在PRACH上竞争的可能性以及通信装置中的每一个在它们可以请求上行链路资源之前必须等待的时间，可向同一PRACH分配多于一个的通信装置。也就是说，装置组被划分为子组且这些组中的每一个均在访问PRACH的调度分时内被分配同一PRACH。因此，未针对用于访问PRACH的最小时间或PRACH的容量而限制组的大小。然而，结果是将发生竞争访问。相应地，需要竞争解决方案。为此，组中的各个通信装置被设置有用作用于在PRACH中发送的前导码的唯一的数据序列。图10示出了可在PRACH中发送且包括前导码域90和非访问层（NAS）标识符92的信息的突发。各通信装置被设置有来自64个可能的数据序列中的一个的唯一的数据序列以用作前导码。如图10中所示，组中的各个装置设置有唯一的前导码，而在附接至基站的小区内的其他装置设置有不同的前导码序列集或另一通信装置组设置有与64个可用的前导码不同的前导码序列集。

由于组内的各个装置均设置有唯一的前导码，所以当通信装置中的一个在PRACH中发送突发时，移动无线电网络随后能够识别由具体通信装置所需要的上行链路资源。因此，当许可上行链路资源时，移动无线电网络，且更具体地，可能与S-GW或MME结合的基站/eNodeB响应通信装置的唯一前导码，使得在倾听上行链路资源的许可时，该通信装置能够识别用于上行链路的通信资源已向该通信装置许可。

由图11中所示的消息流来提供的关于通信装置组的对上行链路通信资源的竞争访问的表示是从TS36.300复制的且示出于此以帮助理解本技术的实施方式。图11中所示的消息交换提供了四个消息，这四个消息被解释如下：

1）在上行链路中关于RACH的随机访问前导码

通信装置组中的通信装置使用从f_rand函数得出的前导码。前导码唯一识别组内的通信装置。对于访问随机访问信道可能仍存在竞争。若来自同一子组的另一通信装置也同时在随机访问信道中发送，则可使用路径损失来确定前导码选自哪个组。前导码所属的组提供消息3的大小的指示和在UE处的无线电条件。前导码组的信息连同所需阈值一起在系统信息上被广播。

2）由介质访问层（MAC）在下行链路共享信道（DL-SCH）上生成的随机访问响应：

通信装置使用唯一的随机访问前导码标识符来识别针对它的上行链路资源许可。

该通信与消息1半同步，因为它在大小为一个以上发送时间间隔（TTI）的弹性窗口内。没有HARQ，消息在PDCCH上被寻址（address，定址）为RA-RNTI。该消息至少传达随机访问前导码标识符、时序对准信息、初始上行链路许可和临时C-RNTI的分配，根据竞争解决方案可能使或可能不使这些信息恒定。这旨在用于在一个DL-SCH消息中的可变数量的UE。

3）在上行链路共享信道上的第一调度的上行链路发送

该消息由识别其在消息2中的唯一前导码的通信装置发送。该消息具有以下特性：

·该消息使用混合自动重传请求（H-ARQ）；

·传输块的大小取决于在步骤2中传达的上行链路许可且至少为80比特。

·该消息传达由RRC层生成并经由CCCH发送的无线电资源连接（RRC）连接请求；

·该消息至少传达NAS UE标识符而不传达NAS消息；

·RLC TM：无分段；

·用于RRC连接重新建立过程（仅由主体通信装置进行）；

·该消息传达由RRC层生成并经由共用控制信道（CCCH）发送的RRC连接重新建立请求；

·RLC TM：无分段；

·该消息不包括任何NAS消息。

·该消息在移交后从目标小区中的基站被传送，但仅从主体通信装置被传送；

·该消息传达由RRC层生成并经由DCCH发送的加密和完整保护的RRC移交确认；

·该消息传达发送其如在请求上行链路资源时或遵循移交命令而建立的UE的C-RNTI；

·当可行时包括上行链路缓冲状态报告。

·对于其他事件，该消息由识别其在消息2中的随机访问前导码的通信装置发送。

4）下行链路上的竞争解决方案：

包括识别其在消息2中传送的随机访问前导码标识符的通信装置的组中的所有通信装置均倾听消息4。该消息被表征为以下属性：

·在eNodeB中使用的早期竞争解决方案在解决竞争之前不等待NAS应答；

·该消息不与消息3同步；

·该消息使用混合自动重发请求（H-ARQ）；

·对于初始访问，该消息在PDCCH上被寻址为临时C-RNTI，且此后对于在RRC_CONNECTED中的UE，无线电链路不能为在PDCCH上的C-RNTI；

·H-ARQ反馈仅由检测如在消息3中提供的其自身UE前导码标识符的UE来发送，该UE前导码标识符响应竞争解决方案消息而被提供；

·对于初始访问和RRC连接重新建立过程，不使用分段（RLC-TM）；

·对于检测到随机访问成功且还不具有C-RNTI的UE，临时C-RNTI晋升为C-RNTI；该临时C-RNTI被其他UE丢弃。检测到随机访问成功且已具有C-RNTI的UE恢复使用它的C-RNTI。

总之，图12提供了表示在获得对上行链路资源的访问时通信装置组的操作的流程图。以下总结图12中所示的步骤：

S20：通信装置相对于其他通信装置根据可用PRACH时隙的预设置时间划分而等待其在上行链路PRACH中发送的时机。通信装置使用其唯一的随机访问前导码、并通过使用PRACH中的前导码发送信号突发来向移动无线电网络发送对具有上行链路资源的请求。然而，这可与来自同一子组的另一通信装置或实际不在相关通信装置组内的另一通信装置同时。这是因为随机访问过程由属于子组的装置以及不属于该组的装置使用。有两个竞争等级，它们通过使用由组中的装置分配的前导码来解决和由NAS标识符来最终解决。子组中的装置使用在该子组内为唯一的前导码。第一竞争解决方案被用于在子组中的装置之间相区别。若它们不在子组中但却属于装置组，则应不发生竞争，因为各个子组被分配了不同时隙以避免一开始的竞争。然而，在两种情况下，不属于装置组的装置可能也将尝试上行链路访问且这是借助于NAS标识符来解决第二竞争时的情况。

S22：若eNodeB可解决在PRACH中的一个随机访问发送，则eNodeB可通过从MAC或来自eNodeB的下行链路共享信道提供应答来响应，并使用在PRACH中发送的通信装置的随机访问前导码标识符。因此，eNodeB能够使用分配给该通信装置的前导码来唯一识别来自许可了上行链路资源的子组内的通信装置。明显地，若通过在组外的通信装置进行随机访问发送，则以如上所述的常规方法来解决竞争。

S24：假设在通信装置发送它的突发时对于上行链路PRACH没有竞争，则从eNodeB接收到响应的通信装置根据所分配的上行链路资源来调度其在上行链路上的发送。

S26：若当在步骤S20中通信装置在PRACH上发送随机访问发送时存在竞争，因为在子组中的另一通信装置或在装置组外的装置在PRACH中发送随机访问发送且eNodeB不能解决该发送，则eNodeB将立即响应以表示在随机访问信道上存在竞争。因此，基站表示对PRACH中的随机访问通信的发送请求不成功。因此，通信装置识别其获得上行链路资源的尝试不成功，并因此在其调度时机再次到来时在PRACH中重新发送随机访问突发。

由主体UE使用的上行链路资源的非竞争访问

基于非竞争的随机访问过程仅在移交期间由发送通信装置使用或者在请求位置数据时由主体装置使用。如采用组中的其他通信装置，主体通信装置设置有对于该装置为唯一的前导码。此外，由于主体通信装置或负责有效移交的通信装置被分配了不与其他通信装置共享的访问PRACH的时间，所以随机访问不是竞争性的。因此，主体通信装置不需要竞争访问解决方案，且因此对于主体通信装置按照以下所述来修改上述对上行链路资源的请求：

基于非竞争的随机访问过程的三个步骤由图13的消息流程图来表示并总结如下：

0）经由在DL中专用的信令的随机访问前导码分配：

eNodeB向UE分配非竞争随机访问前导码。这是不在发送给来自组内的其他UE以用于广播信令的前导码集内的随机访问前导码。该非竞争随机访问前导码使用以下两者之一被信号发送给主体UE；

·由目标eNodeB生成并从源eNodeB发送以用于移交的移交命令，该移交由主体UE处理；或者

·在下行链路数据到达或定位的情况下使用PDCCH，这再次由组中的主体UE处理，尽管组中的其他装置也检测该消息；

1）在上行链路中RACH上的随机访问前导码由组中的主体通信装置发送。该消息由主体UE使用非竞争随机访问前导码来发送。

2）在下行链路共享信道（DL-SCH）上的随机访问响应：

该消息在大小是两个以上TTI的弹性窗口内以与消息1半同步的方式被发送。该消息具有以下属性；

·该消息不使用混合自动重发请求（H-ARQ）；

·该消息在PDCCH上被寻址为RA-RNTI；

·该消息至少传达用于移交的时序对准信息和初始上行链路许可，用于下行链路数据到达的时序对准信息；随机访问前导码标识符。

·该消息旨在于一个下行链路共享（DL-SCH）消息中用于一个或多个UE。

如图14中所示，为使上行链路资源安全，对于主体装置采用以下步骤：

S30：主体装置接收用于从该服务基站请求上行链路资源的随机访问前导码。

S32：主体通信装置使用非竞争随机访问前导码来发送对上行链路资源的请求。

S34：服务基站在下行链路共享信道上用上行链路资源的许可来响应。

如从上述实例性实施方式中将理解，一些或所有实施方式可提供以下优势：

-可由一个C-RNTI/IMSI来寻址通信装置群。通信装置群可同时经由下行链路接收数据。在小区中应用广播发送技术以用于到通信装置群的本地化传送。单播传呼过程被用于在装置群中激活下行链路接收。

-在已知系统中，UE随机选择前导码标识符。根据一些实施方式，随机访问前导码被用于区分群中的通信装置。

-尽管具有相同的NAS标识符（C-RNTI也一样），群中的任何装置均可请求上行链路资源以发送数据。这通过定义隐含中介函数（implicitbrokering function）来启用，该隐含中介函数防止其他装置被不协调的上行链路发送干扰。E-UTRAN不能区分哪个群装置正在发送。

-对装置群中的其他通信装置定义节电方法以限制在ECM_IDLE中监测的PDCCH。

相关通信装置的操作

从上述实例性实施方式的说明中可理解，提供以下优势：

-可为通信装置组/群而不是为各个装置独立建立认证和计费；

-每组/群的NAS通信和过程由提供信令通信的减少的提名主体装置来处理；

-可简化除主体装置以外的组中的通信装置的实施（轻量从属装置）；

-通信装置组可使用一个C-RNTI/IMSI；

-来自装置组的上行链路数据通信将被跨组汇总，从而使用于会话的通信更有效。

为实现这些优势，组中的所有通信装置将必须监测和解码控制面信令，且因此通信装置可包括上行链路接收器60。例如，在一种实施方式中，组中的通信装置被配置为检测该组转移至EMC_IDLE（不需要使层2保持同步，因为L2在重新转移至ECM_CONNECTED时被重新实例化）和/或层2需要同步的时间，以便能够在ECM_CONNECTED中时由其他群装置初始化上行链路传输。这需要监测组C-RNTI的发送。此外，自适应调制和编码不能被用于下行链路通信，在组/群中的所有装置必须具有包括安全功能等的相同的硬件功能。此外，在一些实施方式中，对移动无线电网络基础进行以下修改：

-修改在eNodeB处的调度功能以便能实现对于选择的C-RNTI的“广播状”发送；

-eNodeB必须预提供有通信装置组形成群的信息。eNodeB将分配的C-RNTI标记为用于具有群的组通信的一个。

-若附接过程由从属装置使用，则MME设置有由形成组/群的装置触发随后的附接的标识。

-若在较高的层使用面向连接的协议，则在向群分配一个IP地址的情况下可应用一些约束和限制。

在不偏离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可对上述实施方式进行各种修改。具体地，尽管已针对LTE移动无线电网络描述了本发明的实施方式，但应理解，本发明可被应用于诸如3G、GSM、UMTS、CDMA2000等其他形式的网络。可采用用户设备（UE）、移动通信装置、移动终端等来代替如本文中所使用的术语通信装置。此外，尽管术语基站与eNodeB可交换地使用，但应理解，在这些网络实体之间不存在功能性区别，且在其他架构中，基站将与无线电网络控制器结合来执行在以上描述中由eNodeB/基站执行的一些功能，且因此，在对GPRS、3G或其他架构应用以上发明时可进行相应改变。

Claims (23)

1.一种通信系统，包括：

移动无线电网络，包括多个基站，所述基站被配置为经由无线访问接口向和从移动通信装置传送数据，以及

形成组的多个相关通信装置，每个所述相关通信装置能够从一个以上的所述基站发送和接收数据，其中，所述组的每个所述相关通信装置包括共用标识符，针对所述共用标识符能建立通信会话以便经由所述移动无线电网络向或从所述组中的任何所述相关通信装置传送数据。

2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，每个所述通信装置包括用户标识模块和所述共用标识符，所述共用标识符被用于建立使用所述用户标识模块提供的通信会话，所述用户标识模块包括针对所述组的每个所述通信装置相同的所述共用标识符。

3.根据权利要求1或2所述的通信系统，其中，所述标识符是网络临时标识符或者被用于生成唯一资源位置或唯一资源标识符。

4.根据前述任一项权利要求所述的通信系统，其中，每个所述装置设置有设备标识号，所述设备标识号由无线电链路层使用以识别在通信装置组内的每个所述通信装置。

5.根据前述任一项权利要求所述的通信系统，其中，所述多个相关通信装置中的第一个被配置为主体通信装置且在操作中通过经由所述一个以上的基站向所述移动网络发送包括所述标识符的信令信息来建立通信会话，以及

所述组中的每个所述相关通信装置被配置为进入倾听模式，在所述倾听模式中能响应由第一通信装置发送的所述信令信息来接收从所述移动无线电网络传送的信令信息，且具有每个所述相关通信装置能使用通信承载体向所述移动无线电网络发送数据和从所述移动无线电网络接收数据，所述通信承载体由所述第一通信装置使用用于所述组的所有所述相关通信装置的所述共用标识符来建立。

6.根据权利要求5所述的通信系统，其中，响应所述第一通信装置而从所述移动无线电网络接收到的所述信令信息包括移动管理和连接所需的信息。

7.根据前述任一项权利要求所述的通信系统，其中，所述移动无线电网络提供包括针对信号突发的上行链路发送的随机访问通信信道的无线访问接口，且来自相关通信装置组的每个所述通信装置被配置为根据预定配置在所述随机访问通信信道中发送随机访问突发。

8.根据权利要求7所述的通信系统，其中，所述预定配置包括在一个以上的所述通信装置能在所述随机访问通信信道中发送所述随机访问突发时向所述组的每个所述通信装置分配时间。

9.根据权利要求7所述的通信系统，其中，所述相关通信装置组内的每个所述通信装置设置有用于形成用于在所述无线访问接口的随机访问信道中发送的所述随机访问突发的预定数据序列集中的一个预定数据序列，预定序列组唯一关联于所述组，其中，所述移动无线电网络被配置为响应所述随机访问突发使用唯一数据序列来发送信令消息，所述唯一数据序列被用于形成由通信装置发送的所述随机访问突发。

10.根据权利要求9所述的通信系统，其中，信号的所述随机访问突发包括表示对上行链路资源的请求的数据，且响应所发送的突发，所述移动无线电网络向所述通信装置传送对上行链路资源的许可，使用分配给所述通信装置的相同的预定序列来识别所述许可。

11.根据权利要求10所述的通信系统，其中，响应由所述组的一个所述通信装置在上行链路随机访问信道中的随机访问突发的发送，所述组的其他通信装置被配置为进入用于检测经由所述无线电访问接口的包数据通信信道发送至所述装置组的数据的倾听状态，且所述组的其他通信装置在未检测到经由所述包数据通信信道发送的数据之后，并在尝试在所述上行链路随机访问信道上发送随机访问突发之前等待预定时间。

12.一种经由移动无线电网络传送数据的方法，包括：

提供包括多个基站的移动无线电网络，所述基站被配置为经由无线访问接口向和从移动通信装置传送数据，

将多个所述移动通信装置配置为作为组关联在一起，每个相关通信装置能够从一个以上的所述基站发送和接收数据，其中，所述组的每个所述相关通信装置包括共用标识符，以及

使用所述共用标识符建立用于经由所述移动无线电网络传送数据的通信会话。

13.根据权利要求12所述的方法，包括：

使用用户标识符模块或通用用户标识模块来提供用于建立通信会话的所述共用标识符，所述共用标识符包括针对每个所述移动通信装置的所述共用标识符。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述标识符是网络临时标识符或者被用于生成唯一资源位置或唯一资源标识符。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，使用所述共用标识符来建立用于经由所述移动无线电网络传送数据的通信会话包括：

将多个所述相关通信装置中的第一个配置为主体通信装置，

通过经由一个以上的基站向所述移动无线电网络发送包括所述标识符的信令信息来建立所述通信会话，以及

将所述组中的每个所述相关通信装置配置为进入倾听模式，在所述倾听模式中能响应由第一通信装置发送的所述信令信息来接收从所述移动无线电网络传送的信令信息，且具有每个所述相关通信装置能使用通信承载体向所述移动无线电网络发送数据和从所述移动无线电网络接收数据的效果，所述通信承载体由所述第一通信装置使用对于所述组的所有所述相关通信装置共用的标识符来建立。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，响应所述第一通信装置而从所述移动无线电网络接收到的所述信令信息包括移动管理和连接所需的信息。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中，所述移动无线电网络提供包括用于信号突发的上行链路发送的随机访问通信信道的无线访问接口，且所述方法包括：

将来自所述相关通信装置组的每个所述通信装置配置为根据预定配置来被分配用于在所述随机访问通信信道中发送随机访问突发的时间。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述预定配置包括在一个以上的所述通信装置能在所述随机访问通信信道中发送所述随机访问突发时向所述组的每个所述通信装置分配时间。

19.根据权利要求17所述的方法，所述方法包括：

向所述相关通信装置组内的每个所述通信装置提供预定数据序列集中的一个预定数据序列，预定序列组唯一关联于所述组，

使用分配给一个所述通信装置的一个预定序列来形成用于在所述无线访问接口的随机访问信道中发送的所述随机访问突发，

将所述随机访问突发从一个所述通信装置发送到所述移动无线电网络，以及

响应所述随机访问突发使用用于形成由所述通信装置发送的所述随机访问突发的唯一数据序列来发送信令消息。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，信号的所述随机访问突发包括表示对上行链路资源的请求的数据，且所述方法包括：

响应所发送的突发，从所述移动无线电网络向所述通信装置组传送对上行链路资源的许可，使用分配给所述通信装置的相同的预定序列来识别所述许可。

21.根据权利要求20所述的方法，所述方法包括：

响应由所述组的一个所述通信装置在所述上行链路随机访问信道中的随机访问突发的发送，将所述组的其他通信装置配置为进入用于检测经由所述无线电访问接口的包数据通信信道发送到所述装置组的数据的倾听状态，以及

将所述组的其他通信装置配置为在未检测到经由所述包数据通信信道发送的数据之后，并在尝试在所述上行链路随机访问信道上发送随机访问突发之前等待预定时间。

22.一种通信系统，基本如本文之前参照附图所描述。

23.一种通信方法，基本如本文之前参照附图所描述。

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