CN104254135A - 物理随机接入信道的发送和接收方法以及基站和用户设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种由基站执行的方法，包括：产生和发送针对用户设备的物理随机接入信道PRACH配置参数；检测用户设备发送的随机前导序列和对应的PRACH资源集合，以确定针对用户设备的类型和/或覆盖增强等级；以及基于用户设备的类型和/或覆盖增强等级，产生随机接入响应。本发明还提供了一种由用户设备执行的方法以及相应的基站和用户设备。采用本发明，能够提高LTE支持MTC用户设备的的资源利用率并改善频谱/能量效率，减少小区间的时间/频率资源冲突。

Description

物理随机接入信道的发送和接收方法以及基站和用户设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域。更具体地，本发明涉及服务小区的物理随机接入信道(PRACH)的发送/接收方法以及基站/用户设备。
背景技术
第三代移动通信合作计划组织(3GPP)部署的长期演进项目(LTE)旨在提供日益多样化的未来移动通信服务，无线蜂窝通信日益成为大众生活和工作中不可或缺的一部分，用户设备终端也呈现多样化的趋势。在3GPP LTE的第一版(即Release8)中，引入了正交频分多址(OFDMA)和多天线(MIMO)技术。3GPP的Release10版本经国际电信联盟的评估和测试，正式成为了第四代全球移动通信标准LTE-Advanced。在LTE-Advanced标准中，引入了载波聚合(CA)和中继技术，增强了上行/下行MIMO技术，同时支持异构网络(HetNet)的布署。
为了满足未来家庭设备通信的市场需求和规模庞大的物联网(IOT)部署，3GPP决定在LTE及其升级版本中引入低成本机器间通信技术(MTC)，将MTC服务由目前的GSM网络支持迁移至LTE网络支持，并定义一种新的用户设备类型，称之为低成本(Low-cost)MTC UE，该用户设备在现有LTE网络的所有双工模式中支持MTC服务，并具有这样的性能：1)单接收天线；2)下行和上行最大的传输模块(TBS)为1000比特；3)下行链路数据信道的基带带宽降低为1.4MHz，下行链路控制信道的带宽与网络层系统带宽保持一致，上行链路信道带宽以及下行链路的射频部分与现有LTE网络中的用户设备保持一致。MTC是一种不需要人为参与的数据通信服务。大规模的MTC用户设备部署，可以用于安全、跟踪、付账、测量以及消费电子等领域，具体涉及的应用包括视频监控、供货链跟踪、智能电表，远程监控等。MTC要求较低的功率消耗，支持较低的数据传输速率和较低的移动性。目前LTE系统主要是针对人与人(H2H)的通信服务。因此，实现MTC服务的规模竞争优势及应用前景，关键环节在于LTE网络支持低成本的MTC设备能够低成本工作。
一些MTC设备需要安装在居民楼地下室或者由绝缘箔片、金属护窗或者传统建筑物的厚墙保护的位置，相比较LTE网络中常规设备终端(如手机，平板电脑等)，这些设备的空中接口将明显遭受更严重的穿透损失。3GPP决定研究LTE网络提供MTC设备附加20dB覆盖增强服务的方案设计与性能评估，值得注意的是，位于糟糕网络覆盖区域的MTC设备具有这样的特点：非常低的数据传输速率，非常宽松的延时要求，以及有限的移动性。针对MTC特点，LTE网络可以进一步优化一些信令和(或)信道用以支持MTC。3GPP要求为新定义的低成本UE以及其他运行MTC服务(如，非常宽松的延迟要求)的UE提供一定的LTE网络覆盖增强，其中，对于LTE频分双工(FDD)网络提供15dB的网络覆盖增强。另外，并不是所有的运用MTC服务的用户设备都需要相同网络覆盖增强。
LTE的物理随机接入信道(PRACH)用于为那些还未实现或者已经失去上行同步的用户设备实现上行定时同步，即随机接入过程，一旦完成上行同步，基站网络可以为其调度上行正交同步资源。因此LTE物理随机接入信道(PRACH)作为非同步用户设备和LTE上行无线接入的接口具有重要作用。LTE随机接入过程有两种：“基于竞争”的接入和“非竞争”的接入。在基于竞争的随机接入过程中，用户设备随机选择随机接入前导签名，结果是存在多个用户设备同时传输相同签名的可能性，这需要后续确定后续竞争解决方案；对于非竞争的接入，LTE网络对用户设备分配专门的签名序列来避免竞争，这对于受时限影响的切换清况来说尤为重要。
关于PRACH的最小发送带宽，在LTE的研究过程中出现过多种提议。一种建议是PRACH的最小带宽为系统的最小频域资源分配单元，即180KHz(资源块RB带宽)；一种建议是RPACH最小带宽与LTE支持的最小系统带宽相同，即1.25MHz。3GPP经过讨论，决定采用固定的1.25MHz PRACH传输带宽，如果需要获得更高的接入概率，则通过多个1.25MHz带宽，实际的PRACH有效带宽是6个RB，即1.08MHz。PRACH能够实现与PUCCH和PUSCH的频域复用。PRACH的时域结构是由随机接入(RA)时隙长度和周期两个变量来确定，其中RA时隙长度被确定为子帧长度，即1ms。RA时隙所处的子帧位置取决于RA时隙的发送周期和RA时隙所处的子帧编号，RA时隙的具体频域位置确定为紧邻PUCCH的两个可能的位置。PRACH前导序列采用长度为839的ZC序列，ZC序列的总数量取决于ZC序列的长度，839个ZC序列在多个小区之间分配，相邻小区采用不同的ZC序列用以有效地抑制不同小区间PRACH信道的相互干扰。LTE TDD系统定义了4种PRACH前导序列格式，每种格式由序列持续时间和循环前缀CP定义。
由于部分MTC设备需要附加20dB的覆盖增强，目前的PRACH设计结构与配置无法满足这一要求，因此需要为附加20dB覆盖增强要求的MTC设备(其中，LTE FDD网络中提供15dB的覆盖增强)重新设计PRACH或者改进目前的PRACH机制。根据目前3GPP讨论的进展以及未来趋势，主要的PRACH覆盖增强可以通过以下几方面来实现：1)PRACH前导序列重复或者重新设计的前导序列；2)放宽PRACH检测概率要求以及PRACH时延要求；3)功率谱密度增强。另外，3GPP讨论决定，PRACH可以被用于运行MTC服务的用户设备将其所需的覆盖增强量通知LTE基站。需要注意的是，覆盖增强是以LTE网络的时频资源及能量为代价的，并不是所有的MTC设备都需要相同的覆盖增强量，从资源效率的角度来说，MTC设备应该使用尽可能少的时频资源来实现随机接入用以满足覆盖增强要求。因此，兼顾MTC设备的低成本要求，以及MTC服务的特点，LTE网络如何有效地实现PRACH信道的覆盖增强是一个亟需解决的问题，MTC用户设备如何实现利用PRACH通知基站覆盖增强量也是需要解决的问题。
发明内容
针对以上问题，基于LTE网络，本发明提出了用于MTC用户设备(包括低成本UE，以及其他执行延迟容忍MTC服务并需要一定网络覆盖增强的UE)的PRACH发送机制。根据本发明，基于目前LTE网络中基于竞争的随机接入框架下，LTE网络配置PRACH参数，MTC设备选择相应的前导序列和PRACH资源进行随机接入尝试，LTE网络根据检测到的序列签名和对应的PRACH资源，获知该用户设备的类型和(或)所需的覆盖增强量。
根据本发明的一个方面，提供了一种由基站执行的方法，包括：产生和发送针对用户设备的物理随机接入信道PRACH配置参数；检测用户设备发送的随机前导序列和对应的PRACH资源集合，以确定针对用户设备的类型和/或覆盖增强等级；以及基于用户设备的类型和/或覆盖增强等级，产生随机接入响应。
优选地，通过物理层广播信道在一个服务小区中广播用户设备的PRACH配置参数。
优选地，根据PRACH-ConfigSIB规范在系统信息中发送用户设备的PRACH配置参数，或根据PRACH-Config规范在移动性控制信息中发送用户设备的PRACH配置参数。
优选地，通过系统信息块SIB或者层2/层3消息发送用户设备的PRACH配置参数。
优选地，所述PRACH配置参数包括以下一项或更多项：PRACH前导序列基本参数、随机接入方式、小区的覆盖增强等级配置、处于不同覆盖增强等级的用户设备所需的PRACH资源集合的持续时间周期、PRACH资源集合内的PRACH基本单元的配置、以及用户设备用于检测随机接入响应RAR的时间窗。
优选地，基站从预先定义和(或配置)的PRACH资源中检测用户设备发送的随机接入前导序列，以确定该用户设备的类型，和(或)确定针对该用户设备的覆盖增强等级，其中，PRACH资源集合与用户设备的覆盖增强等级具有一一对应关系。
优选地，检测用户设备的随机前导序列签名以确定针对用户设备的类型和(或)覆盖增强等级，其中，用户设备的随机前导序列签名与用户设备的覆盖增强等级具有对应关系。
优选地，所述随机接入响应包括以下一项或更多项：上行链路同步时间调整、小区无线临时标识、以及层2/层3上行链路消息准予。
根据本发明的另一个方面，提供了一种由用户设备执行的方法，包括：接收物理随机接入信道PRACH配置参数；计算用户设备所处的覆盖增强等级；以及选择相应的PRACH资源集合和随机接入前导序列以进行随机接入。
优选地，用户设备从PRACH配置参数中获取覆盖增强等级与路径损耗之间的一一对应关系，并且基于路径损耗来计算用户设备所处的覆盖增强等级。
优选地，用户设备根据计算的覆盖增强等级选择随机接入前导序列，并使用与计算的覆盖增强等级相对应的PRACH资源集合发送随机接入前导序列。
优选地，用户设备从用于非竞争随机接入的前导序列中随机选择前导序列，并且重用该前导序列所对应的PRACH资源集合。
优选地，用户设备采用现有的全部或部分PRACH前导序列并且使用独立的PRACH资源集合，其中，用户设备的PRACH资源集合不与现有的PRACH资源、现有的参考信号和现有的其他信道相冲突。
优选地，所述PRACH资源集合包括N个PRACH基本单元，其中N是正整数。
优选地，PRACH基本单元采取跳频发送的方式。
优选地，PRACH基本单元的频域位置是固定的。
优选地，用于用户设备的多个PRACH资源集合的持续时间周期彼此相同。
优选地，用于用户设备的多个PRACH资源集合的持续时间周期彼此不同。
优选地，用于用户设备的多个PRACH资源集合采取嵌套格式。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基站，包括：参数产生单元，被配置为产生和发送针对用户设备的物理随机接入信道PRACH配置参数；检测单元，被配置为检测用户设备发送的随机前导序列和对应的PRACH资源集合，以确定针对用户设备的类型和/或覆盖增强等级；以及响应单元，被配置为基于用户设备的类型和/或覆盖增强等级，产生随机接入响应。
优选地，参数产生单元被配置为：通过物理层广播信道在一个服务小区中广播用户设备的PRACH配置参数。
优选地，参数产生单元被配置为：根据PRACH-ConfigSIB规范在系统信息中发送用户设备的PRACH配置参数，或根据PRACH-Config规范在移动性控制信息中发送用户设备的PRACH配置参数。
优选地，参数产生单元被配置为：通过系统信息块SIB或者层2/层3消息发送用户设备的PRACH配置参数。
优选地，所述PRACH配置参数包括以下一项或更多项：PRACH前导序列基本参数、随机接入方式、小区的覆盖增强等级配置、处于不同覆盖增强等级的用户设备所需的PRACH资源集合的持续时间周期、PRACH资源集合内的PRACH基本单元的配置、以及用户设备用于检测随机接入响应RAR的时间窗。
优选地，检测单元被配置为：从预先定义和/或配置的PRACH资源中检测用户设备发送的随机接入前导序列，以确定该用户设备的类型和/或确定针对该用户设备的覆盖增强等级，其中，PRACH资源集合与用户设备的覆盖增强等级具有一一对应关系。
优选地，检测单元被配置为：检测用户设备的随机前导序列签名以确定针对用户设备的类型和/或覆盖增强等级，其中，用户设备的随机前导序列签名与用户设备的覆盖增强等级具有对应关系。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用户设备，包括：参数接收单元，被配置为接收物理随机接入信道PRACH配置参数；计算单元，被配置为计算用户设备所处的覆盖增强等级；以及接入单元，被配置为选择相应的PRACH资源集合和随机接入前导序列以进行随机接入。
优选地，计算单元被配置为：从PRACH配置参数中获取覆盖增强等级与路径损耗之间的一一对应关系，并且基于路径损耗来计算用户设备所处的覆盖增强等级。
优选地，接入单元被配置为：根据计算的覆盖增强等级选择随机接入前导序列，并使用与计算的覆盖增强等级相对应的PRACH资源集合发送随机接入前导序列。
优选地，接入单元被配置为：从用于非竞争随机接入的前导序列中随机选择前导序列，并且重用该前导序列所对应的PRACH资源集合。
通过本申请提出的服务小区的MTC用户设备的随机接入过程信息的发送和接收机制，实现了一种允许基站发送服务小区的随机接入过程信息以及允许MTC用户设备选择对应的PRACH资源实施随机接入的机制。采用本申请提出的技术方案，能够提高LTE支持MTC用户设备的的资源利用率并改善频谱/能量效率，减少小区间的时间/频率资源冲突。
附图说明
通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它特征将会变得更加明显，其中：
图1(a)-1(b)示出了LTE网络中随机接入过程的示意图；
图2示出了一个LTE小区中MTC用户设备位置分布的示意图；
图3示出了用于MTC用户设备的PRACH基本单元的示意图；
图4示出了MTC用户设备所需的覆盖增强等级与其使用的PRACH集合的对应关系示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例的用于MTC用户设备的PRACH资源集合Sx中PRACH基本单元的配置图；
图6示出了根据本发明一个实施例的用于MTC用户设备的PRACH资源集合Sx中PRACH基本单元的配置图；
图7示出了根据本发明一个实施例的用于实现PRACH资源集合Sx嵌套结构的示意图；
图8示出了根据本发明一个实施例的用于实现PRACH资源集合Sx嵌套结构的示意图；
图9示出了根据本发明一个实施例的PRACH发送方法的流程图；
图10示出了根据本发明一个实施例的PRACH接收方法的流程图；
图11示出了根据本发明一个实施例的基站的框图；以及
图12示出了根据本发明一个实施例的用户设备的框图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例，对本发明所提出的针对(需要额外覆盖增强或者不需要额外覆盖增强)低成本MTC用户设备以及其他支持延迟容忍的MTC服务并需要一定覆盖增强的用户设备的PRACH信息发送/接收方法、基站和用户设备(UE)进行详细阐述。应当注意，本发明不应局限于下文所述的具体实施例。另外，为了简便起见，省略了对与本发明没有直接关联的公知技术的详细描述，以防止对本发明的理解造成混淆。
下文以LTE移动通信系统及其后续的演进版本作为示例应用环境，具体描述了根据本发明的多个实施例。然而，需要指出的是，本发明不限于以下实施例，而是可适用于更多其它的无线通信系统，例如今后的5G蜂窝通信系统。
图1(a)-1(b)示出了LTE网络中随机接入过程的两种模式，基于竞争的随机接入和非竞争的随机接入，在如下场景中，如1)RRC_CONNECTED状态下的用户设备，但还未获得上行同步，需要发送新的上行数据和控制信息(如一个事件触发的测量报告)；2)RRC_CONNECTED状态下的用户设备，但还未获得上行同步，需要接收新的下行数据，从而在上行传输响应的ACK/NACK；3)RRC_CONNECTED状态下的用户设备，处于从正在服务小区到目标小区的切换状态；4)从RRC_IDLE到RRC_CONNECTED状态的转换，比如初始接入或跟踪区域更新；6)从无线链路链接失败状态下恢复，用户设备初始化为基于竞争的随机接入过程，用户设备随机选择随机接入前导序列签名，结果是存在多个用户设备同时传输相同签名的前导序列的可能性，这需要确定后续竞争解决方案流程。对于场景2)新的下行数据和场景3)切换，基站通过对用户设备分配专门的签名前导序列来避免竞争，这种非竞争的随机接入快于基于竞争的随机接入，避免了不可预测的延时影响。考虑到MTC用户设备的特点，如有限的移动性，非常低的数据传输速率和宽松的延时要求，MTC用户设备优先配置为基于竞争的随机接入过程。需要设计MTC用户设备随机选择的用于随机接入的前导序列以及传输这些序列所需的时频资源，即PRACH。
图9示出了根据本发明一个实施例的PRACH发送方法的流程图。该方法可以由基站来执行。如图9所示，方法90在S910处开始执行。
在步骤S920处，产生和发送针对用户设备的物理随机接入信道PRACH配置参数。基于LTE网络，MTC用户设备的PRACH配置参数可以按照以下示例1-4所描述的方式产生和发送。
1.基站通过物理层广播信道在一个服务小区广播发送(需要额外覆盖增强和(或者)不需要额外覆盖增强)低成本MTC用户设备以及其他需要覆盖增强并运行延迟容忍MTC服务的用户设备所需要的随机接入配置信息。如，为(需要额外覆盖增强)MTC用户设备重新设计PBCH信道，用来发送基本的系统信息(如系统帧号等)和(需要额外覆盖增强和不需要额外覆盖增强)MTC用户设备以及其他需要覆盖增强并运行延迟容忍MTC服务的用户设备的配置信息，包括PRACH前导序列参数，发送格式，频域位置及时隙周期等。
2.基站根据信息块PRACH-ConfigSIB规范在系统信息中发送PRACH配置信息，和/或根据PRACH-Config规范在移动性控制信息中发送PRACH配置信息，MTC用户设备通过读取PRACH-ConfigSIB和(或)PRACH-Config获取随机接入配置信息。在标准规范化文书3GPPTS36.331V11.2.0提到：
3.基站通过新的系统信息块SIB或者修改后的PRACH-ConfigSIB和(或)PRACH-Config(层2/层3消息)发送MTC用户设备的随机接入配置信息。如，在标准化文书3GPP TS36.211V10.5.0中做如下修改：
针对不需要额外覆盖增强的低成本MTC用户设备的PRACH信道，固定(或者新设计)随机接入前导序列和(或)随机接入前导序列格式。
针对需要额外覆盖增强的MTC用户设备(包括低成本MTC用户设备以及其他需要覆盖增强并运行延迟容忍MTC服务的用户设备)的PRACH信道，固定(或新设计)随机接入前导序列格式，在无线帧结构1(FDD)中，如，采用现有的前导序列格式2。
PRACH配置序号(即prach-ConfigurationIndex)用来指示PRACH资源在一个无线帧中的位置，并且预先编号上行链路资源。其中，高层信令在PRACH-ConfigIndex中提供参数prach-ConfigurartionIndex。如，可以修改3GPP TS36.211V10.5.0中的Table5.7.1-2，选择适用MTC用户设备的PRACH配置，并重新编号为MTC-prach-ConfigrationIndex(即，MTC PRACH配置序号)为0～13，如下表所示：
表1
或者，进一步简化MTC-prach-ConfigrationIndex，选取序号38～45，并重新编号为0～7，如下表所示：
表2
针对不需要覆盖增强的低成本MTC用户设备，PRACH所需的时频资源大小的定义如LTE现有的用户设备。
针对需要覆盖增强的MTC用户设备(包括低成本MTC用户设备以及其他需要网络覆盖增强并运行延迟容忍MTC服务的用户设备)，重用现有定义的随机接入物理资源块表示分配给一个PRACH单元(占用6个物理资源块的带宽，时域持续时间为2个子帧)的第一个物理资源块，定义其中由参数prach-FrequencyOffset给定，通过高层信令prach-FreqOffset来配置，并满足
增加一个随机接入参数，表示配置覆盖增强等级为CEx的随机接入持续发送时间，其中，x＝1，...，M，M表示系统覆盖增强等级总数，参数由高层信令PRACH-ConfigInfo配置。
修改3GPP TS36.331V11.2.0中PRACH-ConfigInfo，如下，
4.所有的低成本MTC用户设备的随机接入过程的配置信息在出厂配置中预先设定。
在本发明中，用户设备的随机接入配置信息可以包括：PRACH前导序列基本参数(根序列序号，配置序号和格式，循环移位，零相关区域配置等)，随机接入方式(包括基于竞争的随机接入和非竞争随机接入)，整个小区划分的覆盖增强等级配置，处于不同覆盖增强等级的MTC用户所需的PRACH资源集合持续时间周期，PRACH资源集合内的PRACH基本单元的配置，以及用于MTC用户设备检测随机接入响应RAR的时间窗等。
在步骤S930处，检测用户设备发送的随机前导序列和对应的PRACH资源集合，以确定针对用户设备的类型和(或)覆盖增强等级。优选地，可以从候选的PRACH资源集合集中检测用户设备发送的随机前导序列，以确定针对用户设备的覆盖增强等级，其中，PRACH资源集合与用户设备的覆盖增强等级具有一一对应关系。另外，还可以检测用户设备的随机前导序列签名以确定针对用户设备的覆盖增强等级，其中，用户设备的随机前导序列签名与用户设备的覆盖增强等级具有对应关系。
在步骤S940处，基于用户设备的覆盖增强等级，产生随机接入响应。优选地，随机接入响应可以包括上行链路同步时间调整、小区无线网络临时标识、层2/层3上行链路消息准予，等等。
最后，方法90在步骤S950处结束。
图10示出了根据本发明一个实施例的PRACH接收方法的流程图。该方法可以由用户设备来执行。如图10所示，方法100在步骤S1000处开始。
在步骤S1010处，接收物理随机接入信道PRACH配置参数。
在步骤S1020处，计算用户设备所处的覆盖增强等级。在LTE网络中，需要覆盖增强的MTC用户设备(包括低成本MTC UE以及其他需要网络覆盖增强并运行延迟容忍MTC服务的用户设备)可以按照以下示例1-2所描述的方式来确定自已所处的覆盖增强等级。
1.定义覆盖增强等级CEx与路径损耗(Path-loss)PLx的一一对应关系，其中x＝1，...，M，并且这一对应关系包含在MTC用户设备的随机接入配置信息中，由基站提供给小区内的MTC用户设备，或者低成本MTC用户设备在出厂配置中预先设定。路径损耗PLx作为覆盖增强的正参照，即，若MTC用户设备所经历的路径损耗大，则表明其所处的覆盖等级高。路径损耗的计算可以重用LTE现有的机制，用户设备使用下行链路的小区专用参考信号(CRS)来测量参考信号接收功率(RSRP)，在CRS发射功率获知的情况下，用户设备通过平均RSRP的测量值，可以估计出+路径损耗，进而获取其所需的覆盖增强等级等信息。
2.在任一MTC用户设备部署时，预先配置好该MTC用户设备的随机接入信息，如所用随机接入前导序列，所使用的PRACH资源，以及PRACH的时隙周期等。
在步骤S1030，选择相应的PRACH资源集合和随机接入前导序列以进行随机接入。例如，在LTE网络中，可以根据以下示例1-2所描述的方式来为MTC用户设备选择随机接入前导序列以及相应的PRACH资源。
1.在一个服务小区中，针对需要覆盖增强的MTC用户设备(包括低成本MTC UE以及其他需要网络覆盖增强并运行延迟容忍MTC服务的用户设备)从LTE网络中用于非竞争随机接入中前导序列中随机选择前导序列用于基于随机接入过程，并且重用该前导序列所对应的PRACH资源，此时需将若干个PRACH资源配置为MTC用户设备的每次随机接入尝试，处于不同信道衰落下的MTC用户设备所需的PRACH重复次数不同。具体地，从用于非竞争随机接入的前导序列中选出若干个序列，用于MTC用户设备的基于竞争(或非竞争)随机接入，定义PRACH的基本单元为6RB的频域宽度，且持续时间长度为2个子帧，此时，基于处于覆盖增强等级为CEx的MTC用户，定义该MTC用户设备尝试随机接入所需的PRACH基本单元数目为Nx，其中x＝1，...，M，M为一个网络小区中划分的用于MTC用户设备所有可能的覆盖等级数目。图2给出了一个LTE小区中MTC用户设备的分布情况，该小区被划分为M＝4个覆盖增强等级区域，即CE1，...CE4，其中，处于小区边缘的MTC用户设备所经历的信道衰落最明显，该区域覆盖增强等级最高，其所需的PRACH资源最多。针对不需要覆盖增强的MTC用户设备，从LTE网络中用于非竞争随机接入的随机前导序列中选取若干序列用于基于竞争的随机接入过程，并重用该随机前导序列所对应的PRACH资源。
2.在一个服务小区中，采用全部或部分LTE的PRACH前导序列-，用于所有(含需要覆盖增强与不需要覆盖增强)MTC用户设备的基于竞争的随机接入过程，并且为MTC用户配置独立的PRACH时频资源，其中为低成本MTC用户设备的PRACH资源不与现有的PRACH资源相冲突，不与现有的参考信号冲突，不与现有的其他信道相冲突。针对需要覆盖增强的MTC用户设备(包括低成本MTC UE以及其他需要网络覆盖增强并运行延迟容忍MTC服务的用户设备)，如示例一定义PRACH的基本单元(PRACH带宽为6RB，持续时间为2个子帧)，在上行无线帧中配置若干PRACH的基本单元用于MTC用户的随机接入。其中，处于覆盖增强等级CEx的MTC用户设备，选择Nx个PRACH基本单元用于尝试随机接入，其中x＝1，...，M，M表示一个网络小区中划分的MTC用户设备所有可能的覆盖等级总数，如图2所示的小区为MTC用户设备划分了4个覆盖增强区域，处于不同区域的MTC用户设备所需的PRACH资源也不同。
另外，在LTE网络中，需要覆盖增强的MTC用户设备可以按照以下示例1-2所描述的方式将自已所需的覆盖增强信息(如，覆盖增强等级CEx)告知基站。
1.记覆盖增强等级CEx所对应的PRACH资源集合Sx，定义PRACH资源集合与覆盖增强等级CEx之间的一一对应关系，参照图4，其中x＝1，...，M，这一对应关系包含在MTC用户设备的随机接入配置信息中，由基站提供给小区内的MTC用户设备，或者MTC用户设备在出厂配置中预先设定。在基站将MTC用户的随机接入配置信息后，根据自已计算的覆盖增强等级CEx，MTC用户设备随机选择随机接入前导序列，并使用PRACH资源集合Sx发送随机接入前导序列，基站从候选的PRACH资源集合集S＝{Sl，...，SM}检测前导序列，一旦检测出x值，基站即可获得该尝试随机接入的MTC用户设备所需的覆盖增强等级信息。
2.在每个小区中，定义每个随机接入前导序列所对应的覆盖增强等级，这一对应关系包含在MTC用户设备的随机接入配置信息中，由基站提供给小区内的MTC用户设备，或者在MTC用户设备出厂配置中预先设定。基站一旦检测出MTC用户设备的前导序列签名，即可获知该MTC用户设备的覆盖等级信息。
另外，在LTE网络中，以下示例1-6可以用于需要覆盖增强的MTC用户设备(包括低成本MTC UE以及其他需要网络覆盖增强并运行延迟容忍MTC服务的用户设备)的PRACH资源集合配置信息Sx，其中x＝1，...，M。
1.MTC用户设备的PRACH资源集合中包含有N个PRACH基本单元，其中N是正整数。
2.在用于MTC用户设备的PRACH资源集合Sx中，PRACH基本单元采取跳频(Hopping)发送的方式，这种跳频可以获得分集增益，可参照图5，其中Sx的持续时间周期TX以及跳频图案包含在PRACH配置信息，由基站广播给MTC用户设备，或者在MTC用户设备出厂配置中预先设定。
3.在MTC用户设备所使用的PRACH资源集合Sx中，PRACH基本单元的频域位置固定，可以参照图6，其中Sx的持续时间周期TX以及跳频图案包含在PRACH配置信息，由基站广播给MTC用户设备，或者在MTC用户设备出厂配置中预先设定。
4.对于x＝1，...，M，用于MTC用户设备的PRACH资源集合Sx的持续时间周期tX相同，t1＝t2＝...＝tM。例如参照图7，其中示出了t1＝t2＝...＝tM。
5.对于x＝1，...，M，用于MTC用户设备的PRACH资源集合Sx的持续时间周期tX不同，t1≠t2≠...≠tM。例如参照图8，其中示出了t1＜t2＜...＜tM。
6.MTC用户设备的PRACH资源集合Sx采取嵌套格式，即 S 1 ⋐ S 2 ⋐ . . . ⋐ S M .
最后，方法100在步骤S1040处结束。
图11示出了根据本发明一个实施例的基站的框图。如图11所示，基站1100包括参数产生单元1110、检测单元1120和响应单元1130。
参数产生单元1110产生和发送针对用户设备的物理随机接入信道PRACH配置参数。例如，参数产生单元1110可以通过物理层广播信道在一个服务小区中广播MTC用户设备的PRACH配置参数，或根据PRACH-ConfigSIB规范在系统信息中发送用户设备的PRACH配置参数，或根据PRACH-Config规范在移动性控制信息中发送用户设备的PRACH配置参数，或通过系统信息块SIB或者层2/层3消息发送用户设备的PRACH配置参数。
检测单元1120检测用户设备发送的随机前导序列和对应的PRACH资源集合，以确定针对用户设备的类型和(或)覆盖增强等级。例如，检测单元1120可以从候选的PRACH资源集合集中检测用户设备发送的随机前导序列，以确定针对用户设备的覆盖增强等级，其中，PRACH资源集合与用户设备的覆盖增强等级具有一一对应关系。备选地，检测单元1120可以检测用户设备的随机前导序列签名以确定针对用户设备的覆盖增强等级，其中，用户设备的随机前导序列签名与用户设备的覆盖增强等级具有对应关系。
响应单元1130基于用户设备的覆盖增强等级，产生随机接入响应。例如，随机接入响应可以包括上行链路同步时间调整、小区无线临时标识、层2/层3上行链路消息准予，等等。
图12示出了根据本发明一个实施例的用户设备的框图。如图12所示，用户设备1200包括参数接收单元1210、计算单元1220和接入单元1230。
参数接收单元1210可以接收物理随机接入信道PRACH配置参数。该PRACH配置参数可以包括以下一项或更多项：PRACH前导序列基本参数、随机接入方式、小区的覆盖增强等级配置、处于不同覆盖增强等级的用户设备所需的PRACH资源集合的持续时间周期、PRACH资源集合内的PRACH基本单元的配置、以及用户设备用于检测随机接入响应RAR的时间窗。
计算单元1220计算用户设备所处的覆盖增强等级。例如，计算单元1220可以从PRACH配置参数中获取覆盖增强等级与路径损耗之间的一一对应关系，并且基于路径损耗来计算用户设备所处的覆盖增强等级。
接入单元1230选择相应的PRACH资源集合和随机接入前导序列以进行随机接入。例如，接入单元1230可以根据计算的覆盖增强等级选择随机接入前导序列，并使用与计算的覆盖增强等级相对应的PRACH资源集合发送随机接入前导序列。备选地，接入单元1230可以从用于非竞争随机接入的前导序列中随机选择前导序列，并且重用该前导序列所对应的PRACH资源集合。
通过本申请提出的服务小区的MTC用户设备的随机接入过程信息的发送和接收机制，实现了一种允许基站发送服务小区的随机接入过程信息以及允许MTC用户设备选择对应的PRACH资源实施随机接入的机制。采用本申请提出的技术方案，能够提高LTE支持MTC用户设备的的资源利用率并改善频谱/能量效率，减少小区间的时间/频率资源冲突。
应该理解，本发明的上述实施例可以通过软件、硬件或者软件和硬件两者的结合来实现。例如，上述实施例中的基站和用户设备内部的各种组件可以通过多种器件来实现，这些器件包括但不限于：模拟电路器件、数字电路器件、数字信号处理(DSP)电路、可编程处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(CPLD)，等等。
在本申请中，“基站”是指具有较大发射功率和较广覆盖面积的移动通信数据和控制交换中心，包括资源分配调度、数据接收发送等功能。“用户设备”是指用户移动终端，例如包括移动电话、笔记本等可以与基站或者微基站进行无线通信的终端设备。
此外，这里所公开的本发明的实施例可以在计算机程序产品上实现。更具体地，该计算机程序产品是如下的一种产品：具有计算机可读介质，计算机可读介质上编码有计算机程序逻辑，当在计算设备上执行时，该计算机程序逻辑提供相关的操作以实现本发明的上述技术方案。当在计算系统的至少一个处理器上执行时，计算机程序逻辑使得处理器执行本发明实施例所述的操作(方法)。本发明的这种设置典型地提供为设置或编码在例如光介质(例如CD-ROM)、软盘或硬盘等的计算机可读介质上的软件、代码和/或其他数据结构、或者诸如一个或多个ROM或RAM或PROM芯片上的固件或微代码的其他介质、或一个或多个模块中的可下载的软件图像、共享数据库等。软件或固件或这种配置可安装在计算设备上，以使得计算设备中的一个或多个处理器执行本发明实施例所描述的技术方案。
尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims (30)

1.一种由基站执行的方法，包括：
产生和发送针对用户设备的物理随机接入信道PRACH配置参数；
检测用户设备发送的随机前导序列和对应的PRACH资源集合，以确定针对用户设备的类型和/或覆盖增强等级；以及
基于用户设备的类型和/或覆盖增强等级，产生随机接入响应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过物理层广播信道在一个服务小区中广播用户设备的PRACH配置参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据PRACH-ConfigSIB规范在系统信息中发送用户设备的PRACH配置参数，或根据PRACH-Config规范在移动性控制信息中发送用户设备的PRACH配置参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过系统信息块SIB或者层2/层3消息发送用户设备的PRACH配置参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PRACH配置参数包括以下一项或更多项：PRACH前导序列基本参数、随机接入方式、小区的覆盖增强等级配置、处于不同覆盖增强等级的用户设备所需的PRACH资源集合的持续时间周期、PRACH资源集合内的PRACH基本单元的配置、以及用户设备用于检测随机接入响应RAR的时间窗。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，从预先定义和/或配置的PRACH资源中检测用户设备发送的随机接入前导序列，以确定该用户设备的类型和/或确定针对该用户设备的覆盖增强等级，其中，PRACH资源集合与用户设备的覆盖增强等级具有一一对应关系。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，检测用户设备的随机前导序列签名以确定针对用户设备的类型和/或覆盖增强等级，其中，用户设备的随机前导序列签名与用户设备的覆盖增强等级具有对应关系。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述随机接入响应包括以下一项或更多项：上行链路同步时间调整、小区无线临时标识、以及层2/层3上行链路消息准予。
9.一种由用户设备执行的方法，包括：
接收物理随机接入信道PRACH配置参数；
计算用户设备所处的覆盖增强等级；以及
选择相应的PRACH资源集合和随机接入前导序列以进行随机接入。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，用户设备从PRACH配置参数中获取覆盖增强等级与路径损耗之间的一一对应关系，并且基于路径损耗来计算用户设备所处的覆盖增强等级。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，用户设备根据计算的覆盖增强等级选择随机接入前导序列，并使用与计算的覆盖增强等级相对应的PRACH资源集合发送随机接入前导序列。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，用户设备从用于非竞争随机接入的前导序列中随机选择前导序列，并且重用该前导序列所对应的PRACH资源集合。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，用户设备采用现有的全部或部分PRACH前导序列并且使用独立的PRACH资源集合，其中，用户设备的PRACH资源集合不与现有的PRACH资源、现有的参考信号和现有的其他信道相冲突。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述PRACH资源集合包括N个PRACH基本单元，其中N是正整数。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，PRACH基本单元采取跳频发送的方式。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，PRACH基本单元的频域位置是固定的。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，用于用户设备的多个PRACH资源集合的持续时间周期彼此相同。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，用于用户设备的多个PRACH资源集合的持续时间周期彼此不同。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，用于用户设备的多个PRACH资源集合采取嵌套格式。
20.一种基站，包括：
参数产生单元，被配置为产生和发送针对用户设备的物理随机接入信道PRACH配置参数；
检测单元，被配置为检测用户设备发送的随机前导序列和对应的PRACH资源集合，以确定针对用户设备的类型和/或覆盖增强等级；以及
响应单元，被配置为基于用户设备的类型和/或覆盖增强等级，产生随机接入响应。
21.根据权利要求20所述的基站，其中，参数产生单元被配置为：通过物理层广播信道在一个服务小区中广播用户设备的PRACH配置参数。
22.根据权利要求20所述的基站，其中，参数产生单元被配置为：根据PRACH-ConfigSIB规范在系统信息中发送用户设备的PRACH配置参数，或根据PRACH-Config规范在移动性控制信息中发送用户设备的PRACH配置参数。
23.根据权利要求20所述的基站，其中，参数产生单元被配置为：通过系统信息块SIB或者层2/层3消息发送用户设备的PRACH配置参数。
24.根据权利要求20所述的基站，其中，所述PRACH配置参数包括以下一项或更多项：PRACH前导序列基本参数、随机接入方式、小区的覆盖增强等级配置、处于不同覆盖增强等级的用户设备所需的PRACH资源集合的持续时间周期、PRACH资源集合内的PRACH基本单元的配置、以及用户设备用于检测随机接入响应RAR的时间窗。
25.根据权利要求20所述的基站，其中，检测单元被配置为：从预先定义和/或配置的PRACH资源中检测用户设备发送的随机接入前导序列，以确定该用户设备的类型和/或确定针对该用户设备的覆盖增强等级，其中，PRACH资源集合与用户设备的覆盖增强等级具有一一对应关系。
26.根据权利要求20所述的基站，其中，检测单元被配置为：检测用户设备的随机前导序列签名以确定针对用户设备的类型和/或覆盖增强等级，其中，用户设备的随机前导序列签名与用户设备的覆盖增强等级具有对应关系。
27.一种用户设备，包括：
参数接收单元，被配置为接收物理随机接入信道PRACH配置参数；
计算单元，被配置为计算用户设备所处的覆盖增强等级；以及
接入单元，被配置为选择相应的PRACH资源集合和随机接入前导序列以进行随机接入。
28.根据权利要求27所述的用户设备，其中，计算单元被配置为：从PRACH配置参数中获取覆盖增强等级与路径损耗之间的一一对应关系，并且基于路径损耗来计算用户设备所处的覆盖增强等级。
29.根据权利要求27所述的用户设备，其中，接入单元被配置为：根据计算的覆盖增强等级选择随机接入前导序列，并使用与计算的覆盖增强等级相对应的PRACH资源集合发送随机接入前导序列。
30.根据权利要求27所述的用户设备，其中，接入单元被配置为：从用于非竞争随机接入的前导序列中随机选择前导序列，并且重用该前导序列所对应的PRACH资源集合。
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