CN103918341A

CN103918341A - 移动通信系统、基础设施设备、移动通信终端以及用于在上行链路随机访问信道中通信用户数据的方法

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Publication number: CN103918341A
Application number: CN201280040134.5A
Authority: CN
Inventors: 森冈裕一
Original assignee: Wireless Technology Solutions LLC
Current assignee: Wireless Technology Solutions LLC
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: KR101951505B1; US10492228B2; JP2014527365A; US20170181195A1; CN103891387A; EP2745605A1; JP6100780B2; JP2014529235A; WO2013027016A1; BR112014003260A2; CN103891387B; US20140192764A1; EP2745604A1; EP2745605B1; US20180295652A1; US9961700B2; RU2014110364A; KR20140083989A; US9699812B2; CN103918341B

Abstract

一种用于通信数据到移动通信终端/从移动通信终端通信数据的移动通信系统，该系统包含被布置为提供无线电接口以便与移动通信终端通信数据的一个或多个基站；和被布置为与所述一个或多个基站经由无线电接口通信数据的一个或多个移动通信终端，并且其中，移动通信终端被布置为使用上行链路随机访问信道以发送随机访问消息到所述一个或多个基站。第一移动通信终端被布置为经由上行链路随机访问信道通过在上行链路随机访问信道内的所选定时发送随机访问消息中的一个或多个来通信用户数据，所述定时由第一移动通信终端选定来表现用户数据的至少一部分。

Description

移动通信系统、基础设施设备、移动通信终端以及用于在上行链路随机访问信道中通信用户数据的方法

技术领域

本发明涉及用于传送数据到通信终端设备/从通信终端设备传送数据的系统和用于通信的方法。

背景技术

诸如基于3GPP定义的UMTS和长期演进（LTE）结构的第三和第四代移动电信系统能够支持比前代移动电信系统提供的简单语音和消息服务更复杂的服务。例如，使用由LTE系统提供的改进的无线电接口和增强数据速率，用户能够享受高数据速率应用，例如先前仅经由固网数据连接可用的移动视频流和移动视频会议。部署第三代网络和第四代网络的需求由此强烈，并且这些网络的覆盖区域被预期迅速增长，所述覆盖区域是可能访问所述网络的地理位置的总和。

第三和第四代网络的预期广泛部署导致并行开发如下类型更简单的终端和应用：不需要经由LTE无线电接口可用的高数据速率，而是利用稳健的无线电接口和增加覆盖区域的普遍性。示例包括所谓的机器型通信（MTC）应用，该应用由半自主或者自主的无线通信终端（即，MTC终端）在相对罕见的基础上通信少量的数据代表。如此MTC终端的使用可能与常规LTE终端的常规的“始终开通”使用案例有区别。MTC终端实例包括所谓的智能仪表，所述智能仪表例如位于消费者的家里并且周期的发送信息（与消费者对例如气、水、电等等公用设施的消费有关的数据）返回到中心MTC服务器。在智能仪表实例中，量表可以既接收小数据传输（例如新价格费率）又发送小数据传输（例如新读数），在此这些数据传输通常是少有的并且耐时延的传输。MTC终端的特性可以包括例如以下一个或多个：低移动性；时间控制的；时间耐受的；仅数据包交换（PS）；小数据传输；仅移动发起的；少有的移动终止的；MTC监控；优先警报；安全连接；位置特定的触发；用于上行链路数据的网络提供的目的地；非频繁传输；和基于组合的MTC性质（例如：基于组合的管辖和基于组合的编址）。其他MTC终端的实例可以包括自动贩卖机、“卫星导航（satnav）”终端和保安摄像头或传感器等。

近年来开发的移动网络通常良好适应于高速率和高可靠性服务并且可以不总是非常适合于MTC服务。

发明内容

根据本发明的特征，提供了一种所述系统包括：移动通信网络的一个或多个基站，被布置为提供无线电接口以与移动通信终端进行通信；以及一个或多个移动通信终端，被布置为经由所述无线电接口与所述一个或多个基站通信，其中，移动通信终端被配置为使用所述无线电接口的上行链路随机访问信道来发送随机访问消息到所述一个或多个基站，其中，所述一个或多个移动通信终端中的第一移动通信终端被配置为经由所述上行链路随机访问信道通过在所述上行链路随机访问信道中的所选定时发送所述随机访问消息中的一个或多个来通信用户数据，所述定时由所述第一移动通信终端选择以表现所述用户数据的至少一部分。因此可以提供移动通信系统，其中，终端可以在随机访问信道中通过选择在随机访问信道中的随机访问消息的发送定时来发送用户数据，从而允许终端除通信随机访问消息之外在上行链路随机访问信道中通信数据，该随机访问消息根据预先确定的标准通常用于通信其他预定的信息（例如上行链路资源请求）。

本发明实施方式解决的一个技术的问题是改进使用移动通信网络通信数据用于发送小的消息（例如用于MTC通信的那些消息）的效率。这是因为移动通信网络（例如LTE）已被设计成包括用于发送随机访问消息的随机访问信道用于请求上行链路资源，用于通信显著大量的用户数据。通常随机访问消息具有预先确定的用来请求上行链路资源的格式。这个是一个需理解的示例。然而对于一些应用，仅需要发送少量数据，例如，当移动终端形成MTC通信设备的部分。相应地，本发明实施方式被布置为通过在随机访问信道内选择随机访问消息传输时间通信数据。所述随机访问消息本身可以具有预先确定的通信数据用于不同的目的的格式，例如，确定移动终端和/或移动终端的请求用于上行链路资源。

在一个示例中，用户数据可以由在随机访问信道内改变相对暂时的随机访问消息的位置表示。在另一个实施例中，随机访问消息可以在无线电访问接口（而不是其他）的一些子帧的随机访问信道中通信。例如，所述子帧可以被配对并且所述随机访问消息可以在第一或第二对子帧中发送以表现二进制的“1”或“0”。此外,在其他实例中，构成随机访问信道部分的多块随机存取时间和频率资源可以从随机存取时间和频率资源的可用块组中挑选以便通信用户数据的至少一部分。以下部分提供不同的实例技术，其形成本技术的特征和性质。

在某些例子中，通信终端有规律地接收时间提前信息，时间提前信息用于在选择传输时间以表现用户数据之前，在随机访问信道中调整随机访问消息的传输时间。这个实例可以与可移动的通信终端对应。然而，在其他实例中，特别是那些与更简单的通信终端（例如MTC设备）对应的实例，时间提前信息可以较少得被通信到所述通信设备，例如一旦通电或设备重启。一旦从所述基站收到时间提前信息，通信设备假定它的定时提前是正确的直至复位情况或断电。因为提供如此更简单化的布置给MTC设备，其已知为以显著静态的应用部署，例如停车计时器。

本发明各种更多特征和性质在所附权利要求中定义并且包括基础设备例如基站、通信终端、移动通信网络和通信方法。

附图说明

现在，将参考相同部分具有相同的指定参考符号的附图描述本发明的示例实施方式，在附图中：

图1是根据LTE标准的移动通信网络的示意性框图；

图2示出适用于MTC设备和服务的移动式网络的实例；

图3是终端连接到e-NodeB并且在上行链路上发送数据的方法的示意图；

图4是用于在LTE网络中请求上行链路资源和使用上行链路资源的终端的常规消息交换的示意图；

图5是适于在图4的方法中使用的常规上行链路帧的示意图；

图6是使用上行链路随机访问信道发送数据的方法的实例；

图7是适于在图6的方法中使用的上行链路帧的实例；

图8是使用上行链路随机访问信道和前导定位发送数据的方法的实例；

图9是适于在图8的方法中使用的上行链路帧的实例；

图10是适于在图8的方法中使用的上行链路帧的实例；

图11至13是用于编码将在随机访问信道中发送的数据的前导选择的实例；并且

图14是用于检测终端使用上行链路随机访问信道发送数据的方法的实例。

具体实施方式

本申请受益于要求在2011年8月19日提交的英国专利申请GB1114339.3和2011年8月19日的英国专利申请GB1114340.1的巴黎公约优先权，其全部内容通过引用结合在本文中。

在3GPP LTE架构的背景下整体描述本技术示例性实施方式。然而，本明发并不局限于在3GPP LTE架构中实施。相反，任何合适的移动架构均被视为相关。例如，当描述提及“eNB”或“e-NodeB”时，eNB用作用于示意目的的实例，并且本技术可以如何和任何其他类型的基站（例如在GSM中的BTS）一起使用将对技术人员是显而易见的。

传统网络

图1提供示出了传统LTE移动电信网络的基本功能的示意图。所述网络包括连接至用于在用户平面中通信的服务网关（S-GW）103并且连接至用于在控制面中发信号的移动性管理机构（MME）的一个或多个基站102（表现出的一个基站）。在LTE中，基站被称为e-NodeB，其在以下描述中被称作eNB。每个基站提供在其内可以通信数据到移动终端（或UE）101并从移动终端通信数据的覆盖区域103。数据在覆盖区域内经由无线电下行链路（DL）从基站102被发送到移动终端101。数据从移动终端101经由无线电上行链路（UL）被发送到基站102。包含MME105、S-GW103和PDN-网关（P-GW）104的核心网络路由数据到移动终端101并从移动终端路由数据，以及提供例如验证、移动性管理、充电等等的功能。P-GW连接至一个或多个其他网络（例如可以包括因特网、IMS核心网络等）。在图1的示意图中，用户平面上的连接用直线表示，同时控制面上的连接用虚线表示。

在图2的示意图中，移动网络还提供经由IP网络（例如因特网）到MTC应用服务器120的访问。在另一个实施例中，MTC应用服务器120可以位于移动网络内。一个或多个移动终端101可以形成例如自动贩卖机或智能仪表的MTC设备并且可以接收数据和/或发送数据到MTC应用服务器120。

以下描述提供常规操作的实例的总结说明，在常规操作中，移动终端连接到移动网络并且希望发送数据（即在上行链路上）到所述一个或多个eNB102，参考图3至图5，这有助于理解本技术的一些特征和优势。

图3是终端连接到eNB并且在上行链路上发送数据的方法的示意图。所述方法的步骤400的开始，能或不能移动的通信终端（也就是所谓的UE）例如可以被接通，可以进入eNB的覆盖区域，或已经连接至网络并且被转交到新的eNB。在任何情况下，在步骤402，终端然后使用例如由eNB定期发送的PSS、SSS和PBCH信号与eNB同步。一旦终端与eNB同步，终端必须请求上行链路资源使得其可以发送上行链路数据到eNB。在步骤402，终端在RACH消息中发送资源请求到eNB。RACH代表“随机访问信道”，并且被用在终端的LTE中，该终端没有被分配上行链路资源并且希望具有这些资源的分配。在LTE中，终端在RACH信道中在特定地时间和频率下发送消息，所述消息包含前导（从64个可能性中选择的数字）。在步骤403，当eNB从所述终端接收RACH消息，eNB利用经由PDCCH和PDSCH发送的并且包含几个参数的消息对终端响应，几个参数可以包括：

·RA-RNTI：RA-RNTI基于随机访问前导和发送RACH消息的时间和频率的组合。这从而区别已发送具有相同前导的两个RACH消息的两个终端。其被用作用于终端的指示符，使得所述指示符可以检测终端接收的响应是对它较早发送的RACH消息的响应，而不是对另一终端的响应。响应的CRC（循环冗余码校验）由RA-RNTI打乱。

·随机访问前导：使得所述终端可以检查响应信息有关的前导是终端在它的RACH消息中使用的前导。

·临时C-RNTI：终端的临时身份，至少用于将来的下行链路通信。

·定时提前：eNB估计从由eNB服务的小区内的估计位置到达eNB的终端的发送的延迟，并且指示终端应当转移多少它的消息使得当消息到达eNB时它的UL传输与所有其他UL传输列成一行。

·UL（上行链路）资源发放：eNB通知针对终端被分配的UL资源的终端以便发送其UL数据。

然后，在步骤404，终端使用分配的UL资源用于发送它的UL数据。一旦发送所述数据，并且假定终端和eNB没有更多数据要发送，则它们可以在方法结束（步骤406）之前，在步骤405释放任何分配的UL（和可能的DL）资源。

图4示出对应于图3的方法的简单化可行调用流程。图4特别地示出对应于步骤402至405的消息。终端101首先发送RACH消息到eNB102以请求资源并且接收响应42（包括UL资源分配）。终端然后使用UL资源在上行链路上发送数据（消息43）。在图4的实例中，UL数据消息43后面跟着应答（“ack”）消息44，该消息确认消息43已被成功接收。然后根据由终端101发送的数据量，可以跟随许多更多的消息43（和任选的ack消息44）。一旦不再需要UL资源，终端101或eNB102可以通过消息45触发这些UL资源的释放。

图5是适于在图3的方法中和/或在图4使用的调用流程中的常规上行链路帧20的示意图。在LTE中，帧20通常被分成10个子帧21，在图5中编号为从0到9。在图5的实例中，RACH22具有可用于终端以在所述帧的每个子帧中发送RACH消息的资源。在其他配置中，一些但不是全部子帧可以具有可用于RACH信道的资源或一些帧可能不具有分配给RACH的任何资源。例如，RACH可以仅提供在偶数帧的第一子帧中。常规RACH方法和本技术在帧的每个子帧中具有RACH资源的背景中体现。然而，本发明不限于这个配置并且相同的原理可以施加至这样的配置：一个或多个帧包括没有任何RACH资源的子帧，并且任选的，其中一些帧不包括任何RACH资源。

在图5的实例中，在第二子帧中的RACH资源已被用阴影示出了终端101已在这个第二子帧中提供的RACH中发送RACH消息。

如在图3至图5中示出的常规RACH过程是终端请求上行链路资源的第一步。通常，由此需要另外的发信号用于终端以建立有关的上行链路和下行链路连接，例如，终端101和eNB102之间的RRC连接。因此，当与小的消息的大小相比较时所涉及的发信号量可以较高。在终端101需发送大量的数据的情况下，这个常规方法由于数据/发信号比例由此变高而可以是高效的。然而，如果终端仅仅具有少量数据来发送，这个方法可能效率较低，因为数据/发信号比例由此变低。因而数据量越小效率变得越低，因为发信号的量是基本不变的。在MTC型应用的情况下，终端可能仅具有少量的数据来发送并且所述数据通常不是时延敏感数据。此外，为了降低生产这种设备的成本，MTC型应用设备与常规移动终端相比可能要求减少了的功能。这是因为可预见MTC设备与常规移动终端相比将会更普遍存在并且有效，并且因此生产应当价格比较低廉，以吸引使用移动通信网络来发送与接收数据。相应地，期望具有简单化的终端用于MTC类型服务和应用设备。

因此，期望提供方法来改进用于发送小的消息（乃至特别小的消息）和/或MTC通信的网络的效率可。以下部分提供形成本技术的各方面和特征的不同实例技术。

经由随机访问信道的数据的发送和编码

如从上文的解释所理解的，呈现技术问题以便提供方法来改进移动通信网络的效率用于发送小的消息（乃至特别小的消息）和/或MTC通信。以下部分提供形成本技术的各方面和特征的不同实例技术。

根据本技术，终端使用RACH消息使得至少使用定时选择来发送数据到eNB。该定时选择可用于对数据（例如短信息的数据）编码。在图6中示出了用于经由随机访问信道发送数据的方法的实例。在这个实例中，终端101是MTC设备并且再使用可用的RACH消息以发送它的数据。随着该方法开始（600），终端101在步骤601与eNB例如以常规方式同步。在步骤602，终端101然后发送RACH消息，其中，终端使用发送定时来编码数据的至少一部分。下文进一步提供关于编码如何可以运行的细节。在这个实例中，终端101期待响应于在步骤602发送的RACH消息的“ack”消息。这种ack消息可以例如在RACH响应信息中或在任何其他类型合适的消息中携带。在步骤603，终端确定其是否收到这样的响应于RACH消息的应答。如果其例如在由RACH消息的发送触发的定时器到时之前没有收到任何应答，则终端然后返回步骤602来重发送有关的RACH消息。然而，如果终端接收到RACH消息的ack消息，其然后可以移动到步骤604。尽管图6的实例包括检查是否已接收到确认消息，步骤603是任选的。在另一实施例中，终端可不期望任何ack消息，并且然后可以从步骤602跳到步骤604。在步骤604，终端101确定其是否有更多数据要经由RACH发送。如果终端已经发送全部其应发送的数据，该方法然后可以结束（步骤605）。然而，如果终端101仍有数据要以这种方式发送，则为了使终端101在一个或多个RACH消息中发送未完成的数据，该方法返回步骤602。

使用发送定时来编码数据使终端101能够使用那些可能看来像常规RACH消息的消息发送数据。在图7中示出使用发送定时进行编码的实例。图7示出包括十个由0到9编号的子帧的帧20，每个子帧均包括分配给（例如传统的）RACH的资源。在这个实例中，终端可以通过选择子帧对数据编码，在子帧中终端发送RACH消息。例如，使用二进制编码，在偶数子帧中发送RACH消息来编码“0”，同时在奇数子帧中发送RACH消息来编码“1”。这样，在图7的实例中，可在一个帧中编码五个比特，并且通过在子帧1、3、4、6和9中发送RACH消息，终端可以编码“11001”。在这个实例中，前三个比特编码ID（“110”=6），同时后两个比特编码状态（“01”=低电量）。例如，智能仪表可以指示给中心服务器它内部的元件编号六（例如电度表而非煤气表或任何其他元件）电量低。

在RACH仅被提供在一些而不是所有的子帧（未示出）中的实例中，终端可以使用关于RACH信道资源块的选择的发送定时来编码数据。RACH资源块是被提供在上行链路上的时间和频率插槽（slot），用于终端发送它们的RACH消息。实际上，全部RACH资源块形成RACH。例如，在每三个子帧提供一个RACH的情况中，终端可以使用RACH消息在两个不同的子帧内的一对连续RACH资源块内的定位来编码“0”或“1”。在另一实施例中，所述选择可以基于RACH资源块选择执行，而不是基于子帧选择来执行。例如，可以有两个RACH资源块被提供在子帧中的情形。在该情况下，终端可以选择在子帧内的第一资源块和第二资源块中的一个从而编码“0”或“1”。在这种情况下，可以针对包含两个RACH资源块的每个子帧来编码比特。

在另一实施例（未示出）中，每帧可仅有一个RACH资源块，例如在每个帧的第二子帧中的一个RACH资源块。子帧选择然后可以在与帧相比更大的范围上运行。例如，子帧选择可以跨十个帧的组执行，其中，基于二进制编码的子帧选择会使能在十个帧的组中的五个比特的可能编码。

在图8中示出的方法中，终端101可以经由RACH使用在随机访问信道资源的上行链路块中定位的前导发送数据。在其他实例中，例如在上行链路随机访问信道是用于发送消息而不是前导的情况下，通过在块随机访问资源内定位这个消息可以应用相同的原理来编码数据。在图8的实例中，所述方法开始于步骤800并且终端101与eNB在步骤801同步。终端101然后例如从eNB中并且使用RACH消息获得定时提前，使得其可以充分与上行链路定时对准。然后，在步骤803，终端101经由RACH使用在RACH资源中定位的前导发送数据。这个实例还包括针对在步骤803发送的数据检查是否已接收到应答消息的可选步骤804。如果否，终端返回步骤803以重发送该数据。如果是（其他），所述方法移动到步骤805，在此确定终端101是否仍有数据要经由RACH发送。如果否，所述方法可以在步骤806结束。然而，如果终端101仍有数据要发送，该方法然后进行到步骤807，在此确定终端101是否需要重新获得定时提前。例如，所述终端可以具有位置元件，其可以确定终端101是否相对于eNB102移动并且因此需要新的定时提前。可替换地，终端101可以是静止元件，例如智能仪表或停车计时器，并且在这种情况下可以省略步骤807，因为终端了解其是固定的。如果确定了当前的定时提前是足够符合要求的，该方法然后可以回到步骤803并且使用定位在RACH资源中的前导发送另外的数据。然而，如果确定了应当获得新的定时提前，则该方法进行到步骤802，在此终端101获得新的定时提前。

图9示出适于使用两个发送定时技术的组合编码数据的帧的实例，这两个发送定时技术为：定位在RACH资源中的前导和定位在子帧中的RACH消息。如在图7中，RACH消息的定位对“110”和“01”编码。此外，在每个子帧中，RACH消息的内容（即前导31至35）在RACH资源221至225块内的定位也对数据编码。在这个实例中，定位在资源块开始时的前导编码“0”，同时定位在资源块结尾的前导编码“1”。由于在图9中，该帧包括五个RACH消息，使用这个技术可以编码更多五个比特。在该特定实例中，前导定位已被用于编码“01100”（一些比特没有在图中示出）。如果这个设备是智能仪表，其可以例如指示其正发送12kWh的电子读数，同时指示设备电量低。

在图10的实例中，终端仅使用定位在RACH资源的块（221至223）内的前导用于编码数据，并且在这种情况下，数字不被编码为二进制数字而被编码为3进制数。如果前导是位于随机访问资源块的前导，则被编码的数字是“0”，如果前导在中间位置，则被编码的数字是“1”，并且如果其在资源块的结尾，则被编码的数字是“2”。并且在图10的实例中，在单个子帧内提供几个上行链路随机访问资源块。这个特定组合由此编码“201”，其以3进制编码数字19。例如设备可以是指示其库存水平当前是19的自动贩卖机。

当编码数字时可以使用任何其他类型的合适的使用发送定位的编码，并且可以例如凭借n进制编码（在此n等于或大于二），尽管将理解二进制编码可以由于其广泛用于编码、解码和存储数据而更方便。

可以使用使用前导选择来编码数据用于通信的额外编码法。有64个可用前导并且特定前导的选择还可以用于在RACH消息中编码数据。前导的常规使用依靠于在64个可能前导中的一个前导的随机选择，在此，使用随机性减少在两个终端试图同时发送RACH消息之间的碰撞的可能性。前导还被用于生成RA-RNTI，即，用于RACH响应的终端ID。由于这个随机性情况，前导因而在它常规的使用中不携带任何信息。在图11至图13中示出使用前导选择的可能编码方法的实例，在此已用6比特数（范围从0到63）表示前导。在这些图中，该六个比特已通过减少加权被从1到6编码。

在图11的实例中，选择了前导使得编码在比特1至3中的数据和在比特4至图6中的随机部分。这种编码方法可以在前导中提供三比特编码的数据从而增加用于编码经由RACH消息发送的数据的比特数目。并且，在其他实例中，分配用来编码数据的前导比特数可以不是三个，并且可以从零（在前导中没有编码的数据）到六（没有随机部分）改变。本领域技术人员将理解这样可以例如被调整为适合特别情形。如果例如预期几个MTC设备可试图在相同的时段内通信数据并且数据可能相似，例如所有智能仪表的消息的前几个比特可有相同的前几个比特，其然后可在几乎相同的时间发送相同的前导的终端之间存在碰撞。这种碰撞可能引起上行链路传输故障并且因此减少上行链路吞吐量。在这种情况下，可能优选在前导中包括随机部分从而减少碰撞的可能性。本领域技术人员因此将理解在一个前导中发送更多编码的数据（增加许多编码比特）与更多防止前导之间的碰撞（增加许多随机比特）之间存在平衡。

在图12的实例中，具有1的比特被用于编码前导是用于常规的RACH上行链路资源请求（值：“0”）还是用于编码数据（值：“1”）。换言之，前导本身包括其被解释为常规前导或编码前导的指示。在该实例中，如果第一比特被设为“0”，终端由此可以随机选择以“0”开始的32个可能前导中的一个并且以常规方式使用该前导。如果所述比特1被设为“1”，这指示前导不是用于常规方式而是被用于编码数据。前导的余部可以用于携带至少一个编码比特和随机比特的对应数字的组合。在图12中，示出的前导包括两个编码比特（比特2至3）和三个随机比特（比特4至6）。如上所述，编码比特和随机比特之间的平衡可以根据例如理想的吞吐量和碰撞来调整。该前导配置例如可用于可使用既用于常规RACH消息（例如当请求上行链路资源时的消息）又用于发送编码数据的前导的终端，如此，这种终端可以不仅使用两种类型的前导而且其还可以同样动态地指示其在每RACH消息基础上使用哪一种类型的前导。

在图13的实例中，前三个比特（比特1至3）既用于编码数据又用于指示前导是否被用于对数据编码。这三个比特可以覆盖总共八个组合，并且在这些组合中，一个组合被保留用于以常规方式使用的前导。这前三个比特因此不仅作为编码比特还作为前导是被表示为常规前导还是被表示为编码前导的指示符起作用。

在实例（“实例A”）中，终端可以使用图9和图12中使用的技术的组合。这样，在帧中，终端可以发送5个前导（一个用于一对子帧，每个子帧均包含一个RACH资源块），并且每个前导可以由它在子帧对内的位置来编码一个比特，一个比特使用前导定位（前导在RACH资源块中的位置）并且两个比特使用前导选择。因此，终端在一个帧中可以编码的比特数是每帧“5×（1+1+2)=20个比特”。在LTE中，帧具有10ms的总持续时间，该持续时间提供2kbps的比特率用于这个编码方法的特定组合。

在另一实施例（“实例B”）中，RACH资源块仅在每帧两个子帧中可用，并且终端可以使用子帧选择技术、前导定位和前导选择技术的组合，其中，前导是根据图11的实例但是其有四个编码比特和两个用于随机部分的比特。在该情况下，终端可以每帧发送一个前导并且每个前导可以利用子帧选择编码一个比特，利用子帧内的前导定位编码一个比特并且利用前导选择编码四个比特，也就是，说每帧“1×（1+1+4）=6个比特”。如此在LTE中得到的吞吐量将是0.6kbps。

在更多的实例（“实例C”）中，终端可以使用RACH资源块选择和前导定位（两者都根据图9）的组合。RACH资源块选择相当于在图9的实例中的子帧选择，因为包含RACH资源块的每个子帧均恰包括一个这种块。在该情形中，终端可以每帧发送五个前导并且每个前导可以针对其在每对子帧内的位置编码一个比特，并且利用前导定位编码一个比特。因此，终端在一个帧中可以编码的比特数是每帧“5×（1+1）=10个比特”，即提供1kbps的吞吐量。

然而，在这种编码中产生的总开销根据选择的编码法可能相当低或相当高。这个总开销将取决于每个前导所编码的比特数，因为这将指示相对于发送的比特的总数的有效数（即编码比特）。作为说明，在实例A中，对于通过终端发送的每个六比特前导，三个比特被编码：一个利用子帧选择被编码，一个利用前导定位被编码并且一个利用前导选择被编码，这产生50%的效率和50%的总开销。实际上，总开销可以稍微低一些，因为终端将首先需要发送第一RACH消息（不编码任何数据）用于获取定时提前。然而，在固定终端的情况下，这是可以忽略的，因为这事实上可以一次设置好并且可以仅需要很少更新。在实例B中，每个前导可被用于编码6个比特使得效率是100%并且总开销是0%。显著地，效率可以高于100%。如果，例如，前导的所有六个比特被用于编码数据，并且如果终端还使用子帧选择和前导定位，每个前导可以编码八个比特，即使前导本身由六个比特组成。在这种情况下，效率将是137%并且总开销是–37%。在实例C中，每个前导使用两个定时选择方法的组合来编码两个比特。因此效率是37%并且总开销是63%。

以下提供对于实例A至C的吞吐量和总开销的总结：

实例:	A	B	C
				吞吐量(kbps):	2	0.6	1
总开销	50%	0%	63%

使用这些方法达到的吞吐量与例如LTE最大上行链路吞吐量（通常被估计为处于50Mbps至80Mbps的范围内）相比非常低。然而，MTC设备通常仅具有少量的数据要发送，并且其被认为通常是耐时延的，因此，这种设备可以可能容易地应付低吞吐量。

如技术人员将认识的，编码方法的可能组合的范围在吞吐量和效率方面提供许多可能的结果。例如，考虑到吞吐量、总开销、功耗和任何执行过程限制条件或在终端和/或eNB上的花费，技术人员因此可以选择一位技术人员可认为适当的方法。此外，当考虑这些方面时，技术人员可以考虑在一些情形中优选使用常规通信方法。例如，当要发送大量数据时，使用常规方法的数据/发信号比例可以如此使得技术人员可发现使用常规方法是优选的。对于在LTE中包括的发信号的数值与实际的将发送的数据量相比较高的较短消息，然后使用随机访问信道消息以便编码数据可以是优选的。

本发明的另一个优点是终端的复杂度可以通过减少终端使用无线电接口通信需要的组件数来降低。例如，MTC终端可以包括受限的协议实施，其中，常规协议栈如果被完全实施，则任一个以非常基础的方式被实施。由此可以达到复杂度和成本的减少。

经由随机访问信道的数据接收和解码

一旦已通过终端101发送了消息，则消息到达eNB102，其然后可以解码经由随机访问消息发送的数据。一旦eNB102认出由终端使用的编码法，eNB可以仅通过解码在前导中的相关比特（如果有的话），并且通过确定选择的用于发送随机访问消息的定时来解码收到随机访问消息，而不管选择的定时涉及随机访问资源块选择块、子帧选择和/或在随机访问资源块内的消息定位。eNB然后可以例如转发解码的数据到MTC应用服务器120（例如在移动网络内或在移动网络外），该解码的数据具有例如eNB102可以具有的终端的身份的任何指示。可选地，eNB可以转发消息到另一节点，例如S-GW103，P-GW104或MME105，其中，该另一节点负责将解码的数据路由到其目的地，例如MTC应用服务器120。在另一个实施例中，eNB可以重新取回目的地和/或指令用于在解码的数据本身中的数据处理。

为了eNB了解终端是发送随机访问消息作为常规随机访问消息还是作为用于编码数据的消息，和在后面的情形中数据如何编码的，可以认为几个选项是适当的。

可考虑各种情形：终端可以被“硬编码”来在每个随机访问消息中使用数据编码；可以使用随机访问信道，有时以常规方式并且有时用于发送编码的数据；或可以始终以常规方式使用随机访问信道。并且，对于任何可能使用随机访问信道用于发送编码的数据的终端，编码法可以是预先“硬编码”的或通过动态选择的。eNB可能须了解这个信息的一些或全部以便确定编码的数据并准确地对其解码。

eNB可以以不同的方式获取一些或全部有关信息。例如，终端可以被标记为使用随机访问信道的MTC设备用于仅使用特定编码法发送编码数据。eNB可以例如从移动网络中的HSS/HLR中重新取回这个“标记”信息或可以自己存储这个信息。或者，终端可以发送消息到eNB以便指示终端在现有的由移动网络提供的容量（capability，能力）消息中或在另一类型的容量消息中的容量。例如，容量可根据时间周期（例如本月的天、天的时间或任何其他合适的时间周期）不同。在另一个实施例中，RACH消息本身可以包括关于任何编码数据和/或使用的编码法的存在的信息。

处理传入的随机访问消息的方法的实例在图14中示出。首先，在步骤1400，eNB102从终端101接收RACH消息。当接收该消息时，可以在1401检查终端是否被列出为仅使用RACH消息发送编码数据的终端。在是的情况下，所述方法然后移动到步骤1406，在此解码RACH消息。如果终端没有被列出，然后可以在步骤1402检查在容量发现方法期间终端其本身是否被确定为使用RACH发送编码数据的终端。如果在步骤1402的检查的答案为肯定，则其在步骤1403可以检查终端是否宣告在每个RACH消息中发送编码数据。如果答案为肯定，则可以在步骤1406解码RACH消息。如果步骤1402和1043的检查的任何一个的答案是否，所述方法然后移到步骤1404。在这个步骤，检查是否存在RACH消息包括编码数据的任何指示。这种指示可以在消息本身中携带（见图12中的实例“比特1”），或其可以已被提供在先前的消息中，例如在第一个消息中来宣告来自这个终端的后十个随机访问消息将包含编码数据。如果提供这种指示，则方法进行到步骤1406，在此解码RACH消息。如果未发现这种指示，该方法然后移动到步骤1405，在此RACH消息被作为常规RACH消息处理。

这个方法同样可以被修改，例如排除一个或多个步骤（例如步骤1401）和/或增加额外的步骤（例如第一个检查步骤）以便确定终端是否被确认总是以常规方式使用RACH消息，从而然后跳到步骤1405（如果可能的话）。

如果相似的方法在终端101中和在eNB102中已经被预定义，针对eNB可实现该相似的方法以确定使用了哪个编码法。

结论

通常，本发明已被在LTE环境中描述，因为本发明可以有利地在这个环境中实施，然而本发明不限于LTE环境并且可以实现在任何其他合适的环境中，特别在任何终端可以至少使用定时选择来经由随机访问信道发送数据的环境中。

可以对本发明的实例做出各种改造。本发明的实施方式已在减少容量的终端方面明显被限定，然而，将理解任何合适的终端（包括常规终端例如个人电话）可以根据本公开发送与接收短信息。

并且，为了示意图的简易性并且为了可理解性，已表示和论述仅用于网络的每个元件的一个节点。然而，技术人员将理解可能有多于一个的节点。例如，移动网络可以包括多个eNB、MME、S-GW和/或P-GW。

本发明的各种进一步方面和特性在所附权利要求中定义。在没有偏离本发明的范围情况下，可以做出关于上述实施方式的各种变形例。例如，本发明的实施方式获得利用其他类型的移动通信网络的应用并且不限于LTE。

Claims

1.一种用于通信数据到移动通信终端/从所述移动通信终端通信数据的移动通信系统，所述系统包括：

移动通信网络的一个或多个基站，被布置为提供无线电接口以与移动通信终端进行通信；以及

一个或多个移动通信终端，被布置为经由所述无线电接口与所述一个或多个基站通信，其中，移动通信终端被配置为使用所述无线电接口的上行链路随机访问信道来发送随机访问消息到所述一个或多个基站，

其中，所述一个或多个移动通信终端中的第一移动通信终端被配置为经由所述上行链路随机访问信道通过在所述上行链路随机访问信道中的所选定时发送所述随机访问消息中的一个或多个来通信用户数据，所述定时由所述第一移动通信终端选择以表现所述用户数据的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的移动通信系统，其中，所述一个或多个基站被布置为在时间相邻的子帧中调度上行链路传输；并且发送所述一个或多个随机访问消息的所述定时包括在可用于发送所述一个或多个随机访问消息的子帧内选择所述子帧的子集以表现所述用户数据的至少一部分。

3.根据权利要求1或2所述的移动通信系统，其中，所述上行链路随机访问信道被设置有用于移动通信终端的一组随机访问资源块以经由所述上行链路随机访问信道发送随机访问消息；并且

所述第一移动通信终端被配置为选择所述定时包括第一移动通信设备从所述一组随机访问资源块中选择随机访问资源块的子集以表现所述用户数据的至少一部分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的移动通信系统，其中，

所述上行链路随机访问信道被设置有用于移动通信终端的一组随机访问资源块以经由所述上行链路随机访问信道发送随机访问消息；以及

所述第一移动通信终端被配置为选择所述定时包括所述第一移动通信终端通过在一随机访问资源块内选择资源的子集来选择在所述一随机访问资源块内发送随机访问消息的定时以表现所述用户数据的至少一部分。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的移动通信系统，其中

所述随机访问消息中的每一个均包括数字子集中的数字，所述数字由所述第一移动通信终端使用以识别所述第一移动通信终端对由所述第一移动通信终端发送的所述随机访问消息中的每一个的响应，用于确定所述响应是针对所述随机访问消息中的每一个；以及

针对所述一个或多个随机访问消息中的至少一个，所述第一移动通信终端被配置为选择所述数字子集内的数字来表现所述用户数据的至少一部分。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的移动通信系统，其中，所述一个或多个基站被布置为在接收到随机访问消息时就检测用户数据是否经由所述随机访问消息被通信。

7.根据权利要求6所述的移动通信系统，其中，所述一个或多个基站被配置为在接收到包括所述第一移动通信终端的容量指示的容量消息之后至少使用所述容量消息中指示的容量来检测用户数据是否经由所述随机访问消息被通信，其中，所述容量消息可以至少通过所述第一移动通信终端或通过中心用户数据被发送。

8.根据权利要求7所述的移动通信系统，其中，所述容量指示是用于使用子帧定时选择方法的容量、用于使用一随机访问资源定时选择块的容量、用于使用一随机访问资源定时块内的定时选择的容量以及用于使用随机访问数字选择的容量中的至少一个，所述消息可选地指示所述容量是静态的或动态的并且可选地包括所述容量的时间周期。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的移动通信系统，其中，所述一个或多个基站被配置为至少通过检测在接收到的所述随机访问消息中的指示符来检测用户数据是否经由所述随机访问消息被通信。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的移动通信系统，其中，所述一个或多个基站被配置为至少通过检测所述消息已经经由所述随机访问信道在与用户数据通信相关联的随机访问资源中被发送来检测用户数据是否经由所述随机访问消息被通信，所述资源可选地专门用于经由所述随机访问信道的用户数据通信。

11.根据前述任一权利要求所述的移动通信系统，其中，所述一个或多个基站被配置为将定时提前信息通信至所述第一移动通信终端，并且所述第一移动通信终端被配置为在初始化之后根据所述定时提前和所选择的发送时间适配所述随机访问消息的发送定时的时刻，并且此后假定所述定时提前信息不变化。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的移动通信系统，其中，所述系统包括符合3GPP的系统。

13.根据权利要求12所述的移动通信系统，其中，所述系统包括符合LTE的系统，并且所述一个或多个基站包括至少一个e-NodeB。

14.根据权利要求13所述的移动通信系统，其中，所述随机访问信道为RACH。

15.一种在移动通信系统中使用移动通信终端通信的方法，所述移动通信系统包括移动通信网络的一个或多个基站，所述方法包括

通过使用由所述一个或多个基站提供的无线电接口的上行链路随机访问信道来发送随机访问消息到所述一个或多个基站，

经由所述无线电接口从所述移动通信终端通信，

所述通信包括

在所述上行链路随机访问信道中的所选定时发送所述随机访问消息中的一个或多个，所述定时由所述移动通信终端选择以表现所述用户数据的至少一部分。

16.根据权利要求15所述的通信方法，所述方法包括

通过所述一个或多个基站在时间相邻的子帧中调度上行链路传输；其中，所述选择发送所述一个或多个随机访问消息的所述定时包括在可用于发送所述一个或多个随机访问消息的子帧内选择所述子帧的子集以表现所述用户数据的至少一部分。

17.根据权利要求15或16所述的通信方法，其中

所述上行链路随机访问信道被设置有用于移动通信终端的一组随机访问资源块以经由所述上行链路随机访问信道发送随机访问消息；并且用于发送的所述定时的选择包括

从所述一组随机访问资源块选择随机访问资源块的子集以表现所述用户数据的至少一部分。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的通信方法，其中

所述上行链路随机访问信道设置有用于移动通信终端的一组随机访问资源块以经由所述上行链路随机访问信道发送随机访问消息；并且用于发送的所述定时的选择包括

通过在一随机访问资源块内选择资源的子集来选择在所述一随机访问资源块内发送随机访问消息的定时以表现所述用户数据的至少一部分。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的通信方法，其中，所述随机访问消息中的每一个均包括数字子集中的数字，所述数字由第一移动通信终端使用以识别所述第一移动通信终端对由所述第一移动通信终端发送的所述随机访问消息中的每一个的响应，用于确定所述响应是针对所述随机访问消息中的每一个；所述方法包括：

针对所述一个或多个随机访问消息中的至少一个，在所述数字子集内选择数字来表现所述用户数据的至少一部分。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的通信方法，所述方法包括：在接收到随机访问消息时，所述一个或多个基站就检测用户数据是否经由所述随机访问消息被通信。

21.根据权利要求20所述的通信方法，所述方法包括：在接收到包括所述第一移动通信终端的容量指示的容量消息之后，所述一个或多个基站至少使用所述容量消息中指示的容量来检测用户数据是否经由所述随机访问消息被通信，其中，所述容量消息可至少通过所述第一移动通信终端或通过中心用户数据被发送。

22.根据权利要求21所述的通信方法，其中，所述容量指示是用于使用子帧定时选择方法的容量、用于使用一随机访问资源定时选择块的容量、用于使用在一随机访问资源定时块内的定时选择的容量和用于使用随机访问数字选择的容量中的至少一个，所述消息指示所述容量是静态的或动态并且包括所述容量的时间周期。

23.根据权利要求20或22所述的通信方法，所述方法包括所述一个或多个基站至少通过检测在接收到的所述随机访问消息中的指示符来检测用户数据是否经由所述随机访问消息被通信。

24.根据权利要求15至23中任一项所述的通信方法，其中，所述移动通信网络包括符合3GPP的网络。

25.根据权利要求24所述的通信方法，其中，所述移动通信网络包括符合LTE的系统，并且所述一个或多个基站包括至少一个e-NodeB。

26.根据权利要求25所述的通信方法，其中，所述随机访问信道是RACH。

27.一种在移动通信系统中使用以通信数据至移动通信终端/从所述移动通信终端通信数据的移动通信网络，所述移动通信网络包括被布置为提供无线电接口以与移动通信终端通信的一个或多个基站，其中，移动通信终端被布置为使用所述无线电接口的上行链路随机访问信道来发送随机访问消息到网络装置；以及所述移动通信网络被布置为在接收到随机访问消息时就检测用户数据是否经由所述随机访问消息被通信，所述用户数据至少部分地由用于发送所述随机访问消息的所选定时来表现。

28.一种用于移动通信网络的基础设施设备，所述基础设施设备被配置为

提供无线电接口与移动通信终端通信，所述无线电接口提供至少一个上行链路随机访问信道，以及

当接收到在所述无线电接口的所述上行链路随机访问信道中通过移动通信终端通信的随机访问消息时，就检测用户数据是否经由所述随机访问消息被通信，所述用户数据至少部分地由用于发送所述随机访问消息的所选定时来表现。

29.一种移动通信系统、移动通信网络、基础设施设备以及移动通信终端，基本上如本文参考附图所描述的那样。

30.一种在移动通信网络中通信数据的方法，如本文中参考附图所描述的那样。