CN107006036A - 用于蜂窝物联网的基于多存取的上行链路竞争 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于竞争上行链路数据传输的方法及装置。在一个新颖的方面，使用基于竞争上行链路数据信道将数据直接传输至网络。在一个实施例中，用户装置在无线网络中选择基于竞争的上行链路数据信道并在选择的上行链路数据信道上发送上行链路数据传输，其中，从一组预设的基于竞争的上行链路数据信道中选择该上行链路数据信道。在一个实施例中，该基于竞争上行链路数据具有与长CP相同的窄带宽，以使TA不再需要来自基站。在另一个实施例中，如果数据内容的大小不适用于UL数据信道，中CB上行链路数据传输中包括小型信令负载。在一个实施例中，信令负载为BSR。然后，接收UL授权，并使用UL授权中的分配数据信道发送剩余的数据内容。
Description
相关申请的交叉引用
本申请的权利要求范围要求如下申请的优先权：2015年2月递交的标题为“UplinkContention Based Multiple Access for Cellular IoT”申请号为62/121,020的美国临时案。在此合并参考上述美国临时申请案的全部内容。
技术领域
本发明有关于无线通信，更具体地，有关于用于物联网(Internet over theThing，IoT)的基于多存取的上行链路竞争(uplink contention)。
背景技术
3GPP和长期演进(LTE)移动电信系统提供高数据速率、低延迟以及改进的系统性能。随着IOT的迅速发展和其他新型UE，对支持大量机器通信的需求正呈指数增长。IOT空中接口需要既支持高连接密度以用于大量IOT装置又支持低无线电延迟以保证可靠通信应用。此外，网络覆盖对连接区域中的IOT装置是至关重要的，且因此更有理由支持低频带上的IOT通信。
在LTE中，装置可透过专用调度请求(scheduling request，SR)或随机存取(random access，RA)程序获取UL授权(grant)。SR允许多用户复用以及不同循环移位(cyclic shift)和正交序列以在无线链路控制信道上(physical resource block，PRB)占用专用资源元素(resource elements，RE)。在PUCCH上的一个物理资源块(physicalresource block，PRB)中最多三十六个装置可一起复用于SR。此方法不能满足IOT或其他类型的机器类型通信(machine type communication，MTC)装置的大量配置需求。RA过程为设计用于初始小区存取和UL授权请求的四步骤过程。四步骤在设置中引入许多信令过载和延迟。通过设置的大量IOT或MTC装置，常规RA过程变得低效。也产生了增长的冲突，将加剧带宽使用和系统性能的低效。
需要对用于LTE随机存取程序和LTE SR程序作出改进和增强。
发明内容
本发明提供一种用于基于竞争上行链路数据传输的装置及方法。在一个方面，由用户装置在无线网络中选择基于竞争的上行链路数据信道，其中，从一组预设的基于竞争的上行链路数据信道中选择该上行链路数据信道；UE产生上行链路数据传输，其中，该上行链路数据传输包括该用户装置和多个上行链路数据内容的至少一标识；在选择的该上行链路数据信道发送该上行链路数据传输至基站；以及从该基站接收该上行链路数据传输的响应。该基于竞争的上行链路数据信道包括具有长循环前缀的窄带宽，以避免来自该基站的时间提前量。
在另一新颖的方面，本发明提供一种用户装置，包括：无线射频收发器，用于在无线网络中传输和接收多个无线电信号；信道选择器，用于选择基于竞争的上行链路数据信道，其中，该上行链路数据信道是从一组预设的基于竞争的上行链路数据信道中选择的；传输产生器，用于产生上行链路数据传输，其中，该上行链路数据传输包括该用户装置和多个上行链路数据内容的至少一标识；基于竞争的发送器，用于在选择的该上行链路数据信道发送该上行链路数据传输至基站；以及响应接收器，用于从该基站接收该上行链路数据传输的响应。
下面的具体描述中描述了其他实施例和优点。此发明内容并不意在限制本发明。本发明由权利要求定义。
附图说明
附图中相同标号代表相同元件，用于说明本发明实施例。
图1为根据本发明实施例的具有简化上行链路数据通信的无线网络100的示意图。
图2为根据本发明实施例包括小型信令有效负载的程序流程图。
图3为根据本发明实施例在RA程序的第一步中包括小型信令有效负载且使用CBUL数据信道用于UL数据传输的简化程序流程图。
图4A为根据本发明实施例的用于DMRS序列产生的示意图。。
图4B为根据本发明实施例的用于DMRS序列产生的示意图。。
图4C为根据本发明实施例的用于DMRS序列产生的示意图。
图5为根据本发明实施例用于具有用于附加数据传输的信令有效负载的CB UL数据传输流程图。
图6为根据本发明实施例显示简化UL数据传输的物理抽象模型的模块示意图。
图7为根据本发明实施例使用CB UL数据信道的简化UL数据传输流程图。
具体实施方式
现在将参照本发明的一些实施例，附图中所示为这些实施例的示例。
图1为根据本发明实施例的具有简化上行链路数据通信的无线网络100的示意图。无线通信系统100包括一或多个无线通信网络，且其中的每个无线通信网络具有固定的基础设施单元，例如105和106。基础设施单元也可作为存取点、存取终端、基站、eNB或本领域中使用的其他技术。基站105和106中每个都服务地理区域。在此示例中由无线通信站105和106服务的地理区域互相重叠。
无线网络100中的UE101和102由基站105服务。其他UE，例如UE103、107和108由不同的基站106服务。随着系统中UE数量的增长，SR程序不能支持装置的数量。此外，四步骤RA程序产生了大量的信令过载。随着网络中装置数量增加，过载将降低系统效率并在信令设置和数据传输中大量增加碰撞机会。这将进一步降低系统的性能。
此外，存在由RAR授权调度的初始PUSCH的解调参考信号(demodulationreference signal，DMRS)问题。上行链路中的DMRS用于信道估计且用于与PUSCH和PUCCH一起的相干解调(coherent demodulation)。对于由RAR授权调度的初始PUSCH的DMRS，所有UE使用相同种子，其中，该种子关于系统信息(即SIB2)中广播的小区标识(ID)和其他参数。UE使用种子以产生用于参考信号序列的伪随机序列(pseudo-random sequence)。参考信号由在相同资源块中的Msg1中使用相同前缀ID的UE进行传输。因此，当eNB执行信道估计时，将看到来自所有传输UE的复合(composite)信道。如果eNB运用复合信道记过解码PUSCH中的UE特定Msg3,有很高可能性，PUSCH不能被正常解码。如果DMRS为坏的或不能被eNB正确解码，PUSCH或PUCCH也不能被解码。
第二，其次，需要时间提前量用于原有的四步RA程序。当eNB检测到前缀时，eNB将在RAR中指示TA至特定UE。当传输相同前序ID和接收相同RAR的所有UE传输对应消息时，将运用此TA。尽管这些UE运用相同TA的时候，UE的位置可能不同，因此这些消息的时序对于eNB来说是不同的。然而，只要所有基于竞争(contention based,CB)的UL数据信道(TA和延迟扩展)在eNB的循环前缀长度范围内，eNB将这些信号看作多径效应(multipathphenomena)。由于这些消息携带不同内容，他们讲严重干扰彼此。如果eNB不能成功解码这些消息，将传输否定确认(NACK)至UE。UE接受NACK将重传输冗余的消息。在此情形中，有很高几率消息的传输和重传输会彼此碰撞直至到达消息的最大数目。
在一个新颖的方面，发送SR请求至小范围网络以指示其为SR请求。在另一个方面，通过发送基于UL竞争的数据信道修改RA。不需要四步骤的设置。UE一旦检测到UL数据需求，将直接发送UL数据以用于基于竞争的通信。如果数据的大小适合于UL数据信道，将发送数据。一旦成功解码UL数据，eNB以ACK进行回复。如果数据未被正确接收，eNB发回NACK。UE一旦接收NACK，可随机挑选另一UL CB信道并重传输数据。CB UL数据传输减少了信令过载。
图1更现实了根据本发明的UE101和基站105的简化模块示意图。
基站105具有天线阵列126，其中包括一或多个天线，传输个接收无线电信号。RF收发器123耦接于天线，从天线阵列126接收RF信号，将其转换成基频信号，并发送至处理器122。RF收发器123也从处理器122转换接收的基频信号，将其转换为RF信号并发送至天线阵列126。处理器122处理接收的基频信号并发送至不同功能模块以执行基站105中的特征。存储器121存储程序指令和数据124以控制基站102的操作。基站105还包括一组控制模块，例如CB UL数据处理器125，用于配置和处理CB UL数据相关特征。
UE101包括具有单一天线的天线阵列135。RF收发器134耦接于天线，从天线阵列135接收RF信号，将其转换成基频信号，并发送至处理器132。RF收发器134也从处理器132转换接收的基频信号，将其转换
为RF信号并发送至天线阵列135。处理器132处理接收的基频信号并发送至不同功能模块以执行基站101中的特征。存储器131存储程序指令和数据136以控制基站101的操作。
基站101还包括执行功能任务的一组控制模块。信道选择器191选择基于竞争(contention-based，CB)UL数据信道，其中，该UL数据信道是从一组预设的UL CB数据信道中选择的。传输产生器192产生UL数据传输，其中，该UL数据传输包括该UE和UL数据内容的至少一ID。CB发送器193在选择的该UL数据信道发送该UL数据传输至基站。响应接收器194从该基站接收UL数据传输的响应。DMRS产生器195获取一组解调参考信号种子；从该组DMRS种子中选择传输DMRS种子；使用该选择的DMRS种子产生DMRS；以及使用产生的该DMRS在选择的该基于竞争的UL数据信道上发送该数据传输。
在一个新颖的方面，简化UL数据程序包括小型信令有效负载(payload)，例如UEID，用于UL资源确认的调度请求(scheduling request，SR)。在另一个新颖的方面，简化UL数据程序包括信令随机存取程序第一步骤中的小型数据有效负载且使用UL CB数据信道以用于上行链路数据传输。
图2为根据本发明实施例包括小型信令有效负载的程序流程图，其中小型信令有效负载可例如UE ID，作为用于UL资源确认的SR。UE201连接于无线网络中的eNB202。在步骤211，UE发送UL SR。在步骤211中的UL SR包括小型信令有效负载。在一个实施例中，信令有效负载可为UE 201的UE ID。在步骤212，eNB202以具有UL授权的竞争解决回复UE201。在一个示例中，eNB202基于UL SR中的UE信息调整调制和编码机制(coding scheme,MCS)水平。在一个实施例中，eNB202一旦检测到UE为IoT装置、MTC装置或其他低成本装置，eNB202将降低UL授权中的MCS水平。UE201一旦接收竞争解决UL授权，将在需要时调整其MCS水平且在步骤213中发送UL数据传输至eNB202。在步骤214，eNB202一旦接收UL数据传输，将回复ACK或NACK。如果成功接收UL数据传输，eNB202将在步骤214回复ACK。如果未成功接收UL数据传输，eNB202将在步骤214回复NACK。
图3为根据本发明实施例在RA程序的第一步中包括小型信令有效负载且使用CBUL数据信道用于UL数据传输的简化程序流程图。图3显示了一个四步骤RA程序。UE303在无线网络中与eNB304连接。UE303使用四步骤RA程序传输UL数据。在步骤321，UE发送RACH前缀至eNB304。在步骤322，eNB304以UL授权进行回复，其包括TA。在步骤323，UE303发送Msg3。在步骤3024，eNB304以Msg3进行回复。在步骤325，UE303使用授权UL信道发送UL数据传输。在步骤326，eNB304发送ACK或NACK至UE303。
如图所示，步骤321至324建立UL数据传输信道。信道由eNB分配且为竞争自由的。然而，四步骤UL数据信道程序引入严重的信令过载。此外，当UE(例如IoT装置、MTC装置)的数目增长，RA程序的碰撞将增加，将更加降低系统性能。在一个新颖的方面，四步骤RA程序简化如图。UE301在无线网络中与eNB302连接。不同于UE303，UE301跳过四步骤RA程序。在步骤311，UE301选择CB UL数据信道且直接发送UL数据传输。eNB302一旦从UE301接收UL数据传输，如果成功解码数据分组则回复ACK，或者未成功解码数据分组则回复NACK。
在一个实施例中，长循环前缀(cyclic prefix，CP)用于移除TA调整的需求以在UL上预同步(pre-synchronize)装置。不同物理层结构设计对于支持上述是必要的。例如，在UE传输器段可使用SC-FDMA波形变换以具有3.75kHz的子载波间隔而非当前LTE系统中使用的15kHz。可增加66.67μs的CP，使其长于LTE中使用的4.7μs的CP。通过此波形变换，1ms子帧可容纳包括CP的三个SC-FDMA符号。较长CP在更大范围中容忍时间不对准。通过更长CP长度，eNB302不需要发送TA命令至UE。可实现基于UL存取过程的简化的两步骤竞争。大大减少了信令过载。
在一个实施例中，使用DMRS序列产生以减少CB UL数据信道碰撞。为减少CB UL数据信道碰撞几率，网络可为CB UL数据信道提供一组DMRS的产生种子。UE传输CB UL数据信道可随机选择种子以产生DMRS用于CB UL数据信道传输。这样，即使多个UE传输相同前缀，可提供DMRS的随机化以减少多个UE使用相同DMRS的几率。因此，eNB可通过检查各个DMRS根据UE信道。可减少CB UL数据信道碰撞几率。此外，由于eNB应仅在有限集合内检测DMRS，DMRS检测复杂度是可接受的。图4A、4B及4C为DMRS序列产生的示意图。
图4A为根据本发明实施例的用于DMRS序列产生的示意图。在步骤411，UE获取一组DMRS种子。在步骤412，UE从该组DMRS种子420中选择传输DMRS种子。在步骤413，UE使用该选择的DMRS种子产生DMRS序列；在步骤414，UE使用产生的该DMRS序列发送CB UL数据信道。
图4B为根据本发明实施例具有来自网络的小区特定值获取该组DMRS种子的示意图。该组DMRS产生种子可遵循预定义规则来产生。例如，eNB在SIB2中广播小区特定参数，UE可使用预定义规则产生该组种子并随机挑选种子以产生DMRS。在eNB端，eNB可使用预定义规则以检测DMRS序列。UE402连接于eNB401。在步骤431中，eNB401发送小区特定参数至UE402。在一个实施例中，在SIB2消息中发送小区特定参数至UE402。在一个实施例中，在SIB2消息中发送小区特定参数。在步骤432中，UE402产生一组DMRS种子。在一个实施例中，基于预定义规则和接收的该小区特定参数产生该组DMRS种子。UE402保持DMRS种子420。
图4C为根据本发明实施例从系统信息消息中获取该组DMRS种子的示意图。在另一个示例中，可在系统信息中广播该组DMRS产生种子。UE402连接eNB401。在步骤441中，eNB401使用系统信息发送一组DMRS至UE402。
在一个实施例中，如果数据传输的大小不适用于分配的一个CB UL数据信道，信令有效负载包括在CB UL数据传输中。在一个实施例中，缓冲器状态报告(buffer statusreport，BSR)与部分数据传输一起包括在CB UL数据传输中。eNB一旦接收UL数据传输将发送UL授权回至UE以用于附加数据传输。
图5为根据本发明实施例用于具有用于附加数据传输的信令有效负载的CB UL数据传输流程图。UE501在无线网络中连接于eNB502。在步骤511，UE501基于数据信道配置一组UL CB数据信道。在一个实施例中，该配置透过RRC消息完成。在另一个实施例中，网络透过广播消息(例如系统信息)配置该组CB UL数据信道。在另一实施例中，可由运营商配置该组CB UL数据信道。在一个实施例中，可选地，在步骤512，UE501从网络接收DMRS种子配置。在步骤从该预设组的CB UL数据信道中挑选UL数据信道。在一个实施例中，UE501随机挑选CB UL数据信道。在步骤522，可选地，UE从挑选预设组的DMRS种子中挑选DMRS种子，后续的CB UL数据传输以选择的DMRS进行编码。在步骤531，UE501确定待传输的DMRS的数据的大小。如果大小小于选择的CB UL数据信道的最大允许数据部分，UE501改变至情形540。在情形540中，UE501挑选数据至CB UL数据信道且发送UL数据传输。eNB 502一旦接收数据传输，如果数据被成功接收，发送ACK；否则，发送NACK至UE501。如果步骤531确定待传输的数据的大小不适用于CB UL信道，则改变至情形550。在情形550中，UE501在步骤551发送具有信令负载的UL数据传输。在一个实施例中，信令有效负载为BSR。在步骤55中中，eNB 502一旦成功接收UL数据传输，则发送具有使用DCI格式0的UL授权的PDCCH。在一个实施例中，在步骤551中，UL数据传输包括部分待传输的数据。一旦在步骤552中接收UL授权，UE501使用UL授权分配的数据信道发送剩余数据。
图6为根据本发明实施例显示简化UL传输的物流抽象模型的模块示意图。输入数据流601被接收。在一个实施例中，包括16位的UE ID。CRC模块611加上CRC检查。例如，将8位CRC加入至16位UE ID。编码单元612编码数据负载。例如，数据负载经过尾部比特卷积编码(tail biting convolutional encoding,TBCC)。然后编码的数据流流经调整解调器613。在一个实施例中，调制解调器613为QPSK调制器。调制信号经过FFT模块614，然后经过RE映射模块615。然后信号经过IFFT模块616以产生SC-FDMA波形。在一个实施例中，增加CP以透过CP插入器617保证环形卷积，对CB UL数据传输中插入长CP以使TA不再需要。信号流经无线电信道621。在eNB接收器端，由CP移除器637移除CP。然后信号流经FFT模块636、RE解映射模块635以及IFFT处理模块634。解调器633解调信号。解码模块632解码信号。在一个实施例中，解码模块为TBCC解码器。CRC检查模块检查CRC。如果CRC检查成功，可获取16位UE ID和剩余小数据负载。成功接收的信号作为输出602被发送。
图7为根据本发明实施例使用CB UL数据信道的简化UL数据传输流程图。在步骤701，UE在无线网络中选择基于竞争的上行链路数据信道，其中，从一组预设的基于竞争的上行链路数据信道中选择该上行链路数据信道。在步骤702，UE产生UL数据传输，其中，该UL数据传输包括该UE和UL数据内容的至少一标识。在步骤703，UE在选择的该上行链路数据信道发送该上行链路数据传输至基站。在步骤704，UE从该基站接收UL数据传输的响应。
本发明虽为说明的目的以若干特定实施例进行描述，但本发明并不限于此。相应地，在不脱离本发明的权利要求所设定的范围内，当可对上述实施例的些许特征作些许修改、润饰和组合。因此，本发明范围由后续权利要求和其等同定义保护。
Claims (20)
1.一种方法，包括：
由用户装置在无线网络中选择基于竞争的上行链路数据信道，其中，从一组预设的基于竞争的上行链路数据信道中选择该上行链路数据信道；
产生上行链路数据传输，其中，该上行链路数据传输包括该用户装置和多个上行链路数据内容的至少一标识；
在选择的该上行链路数据信道发送该上行链路数据传输至基站；以及
从该基站接收该上行链路数据传输的响应。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该基于竞争的上行链路数据信道包括具有长循环前缀的窄带宽，以使来自该基站的时间提前量不被需要。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由无线电资源控制消息或广播系统信息消息配置该组预设的基于竞争的上行链路数据信道。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，来自该基站的该响应为确认/确认否定信息，该确认/确认否定信息指示该上行链路数据传输的接收状态。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法更包括：
检测大于上行链路数据信道容量的该多个上行链路数据内容的大小，其中，该上行链路数据信道容量为该基于竞争的上行链路数据信道可包括的最大数据大小；以及
产生该数据传输以更包括用于上行链路授权请求的指示符，其中，该数据传输包括该多个上行链路数据内容的一部分。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该上行链路授权请求为缓冲器状态报告。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，来自该基站的该响应为上行链路授权，其中该上行链路授权包括用于传输多个上行链路数据内容的剩余部分的专用上行链路数据信道。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法更包括：
获取一组解调参考信号种子；
从该组解调参考信号种子中选择传输解调参考信号种子；
使用该选择的传输解调参考信号种子产生解调参考信号；
使用产生的该传输解调参考信号在选择的该基于竞争的上行链路数据信道上发送该数据传输。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该获取该组解调参考信号种子包括：
从系统信息区块2中的该无线网络中接收小区特定参数；以及
基于预定义规则和接收的该小区特定参数产生该组解调参考信号种子。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该获取该组解调参考信号种子包括：从广播系统信息消息中中接收该组解调参考信号种子。
11.一种用户装置，包括：
无线射频收发器，用于在无线网络中传输和接收多个无线电信号；
信道选择器，用于选择基于竞争的上行链路数据信道，其中，该上行链路数据信道是从一组预设的基于竞争的上行链路数据信道中选择的；
传输产生器，用于产生上行链路数据传输，其中，该上行链路数据传输包括该用户装置和多个上行链路数据内容的至少一标识；
基于竞争的发送器，用于在选择的该上行链路数据信道发送该上行链路数据传输至基站；以及
响应接收器，用于从该基站接收该上行链路数据传输的响应。
12.如权利要求11所述的用户装置，其特征在于，该基于竞争的上行链路数据信道包括具有长循环前缀的窄带宽，以使来自该基站的时间提前量不被需要。
13.如权利要求11所述的用户装置，其特征在于，该组预设的基于竞争的上行链路数据信道由无线电资源控制消息或广播系统信息消息配置。
14.如权利要求11所述的用户装置，其特征在于，来自该基站的该响应为确认/确认否定信息，该确认/确认否定信息指示该上行链路数据传输的接收状态。
15.如权利要求11所述的用户装置，其特征在于，该传输产生器检测大于上行链路数据信道容量的该多个上行链路数据内容的大小，其中，该上行链路数据信道容量为该基于竞争的上行链路数据信道可包括的最大数据大小；以及该传输产生器产生该数据传输以更包括用于上行链路授权请求的指示符，其中，该数据传输包括该多个上行链路数据内容的一部分。
16.如权利要求15所述的用户装置，其特征在于，该上行链路授权请求为缓冲器状态报告。
17.如权利要求15所述的用户装置，其特征在于，来自该基站的该响应为上行链路授权，其中该上行链路授权包括用于传输多个上行链路数据内容的剩余部分的专用上行链路数据信道。
18.如权利要求11所述的用户装置，其特征在于，解调参考信号产生器用于获取一组解调参考信号种子；从该组解调参考信号种子中选择传输解调参考信号种子；使用该选择的传输解调参考信号种子产生解调参考信号；以及使用产生的该传输解调参考信号在选择的该基于竞争的上行链路数据信道上发送该数据传输。
19.如权利要求18所述的用户装置，其特征在于，该获取该组解调参考信号种子包括：
从系统信息区块2中的该无线网络中接收小区特定参数；以及
基于预定义规则和接收的该小区特定参数产生该组解调参考信号种子。
20.如权利要求18所述的用户装置，其特征在于，该获取该组解调参考信号种子包括：从广播系统信息消息中中接收该组解调参考信号种子。
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