CN107079493B - 使用前导编码区分随机接入顺序的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种随机接入(RA)的方法200和参与执行该RA方法200的基站、终端设备以及系统。该RA方法200中，多个终端设备301中的至少一个终端设备在一个RA时隙内向基站302发送具有一个或者多个前导的资源请求。因此，每个终端设备301用于为发送的较高优先级的资源请求组合较多的前导，为发送的较低优先级的资源请求组合较少的前导。该基站302根据该至少一个资源请求中的前导的数量检测该至少一个资源请求的优先级。最后，该基站302根据该至少一个资源请求和该至少一个优先级分配上行资源。

Description

使用前导编码区分随机接入顺序的方法
技术领域
本发明涉及一种随机接入(RA)的方法，和分别用于参与该RA方法的基站、终端设备和系统。特别地，本发明的RA方法通过确定资源请求的优先等级，将优先化引进至无线网络中上行资源的分配。本发明的RA方法能够应用于具有不同等级的延迟需求和服务优先级的通信服务，特别是机器类型通信服务，以及以人为中心的通信服务。
背景技术
未来的移动通信和无线通信网络会支持各种类型的服务。个别服务具有极其严格的延迟需求，例如，能够使得交通安全应用的服务。对使用这种时延敏感性服务的终端设备的响应时间，即从终端设备向基站开始发送的时间点，到基站接收到该发送的时间点的时间段，通过应用服务进行可选地确认，这些步骤需要在一个短的时间内完成，例如几毫秒。网络应该在这短时间内完成整个上行发送过程。
由于其不可预测性，上行发送过程是典型的RA过程，在RA过程中将资源分配给发射器，例如终端设备，是不能提前协调的。如果不止一个终端设备采用相同的上行资源在同一RA的时隙向基站发送，就会发生冲突。此冲突通常会导致部分或全部碰撞的发送受到干扰而无法正确解码。最终，受到影响的发送必须重新发送，这导致过程中的额外的时延。
对于上述时延敏感性服务，冲突造成的时延是最关键的问题。在3GPP(中文全称：第3代合作伙伴计划；英文全称：3rd Generation Partnership Project)长期演进(英文全称：Long Term Evolution；简称：LTE)网络中，RA信道的延迟经常超过100毫秒(例如，参见3GPP，TR(中文全称：技术报告；英文全称：Technical Report)37.868，《机器类型通信关于无线接入网络改进的研究》，V 11.0.0，2011年9月(3GPP,TR 37.868,“Study on RANImprovement for Machine-Type Communication”,V 11.0.0,Sep.2011))，对于大多数时延敏感性服务，例如交通安全服务，这远远超出实际响应所需要的时间。此外，机器类型通信(英文全称：Machine Type Communication；英文简称：MTC)接入网络时，可能同时接入网络的终端设备的数量会大幅增加，该网络例如可以为基站。因此，在RA过程中，冲突的概率进一步增加，并且上述的延迟问题变得更加严重。
由于未来的无线网络也将更加丰富，例如，LTE新版本和第五代5G网络，在无线电信道中时延敏感性服务通信业务和时延容忍性服务通信业务将越来越多地混合共存。因此，考虑到上述的冲突和时延问题，RA过程需要对某些不同类服务通信业务提高优先级。例如，假如对时延敏感性服务的资源请求和对时延容忍性服务的资源请求出现冲突，时延敏感性的资源请求应该授予更高优先级，这样可以避免时延敏感性的资源请求的重传。
在传统的载波监听多路访问(英文全称：Carrier Sense Multiple Access；简称：CSMA)方案中，用于发送的终端设备在开始实际发送之前感知和检测来自其它终端设备的信号。终端设备感知的时间段，无论信道是否空闲，被称为冲突设备的竞争窗口。可以通过调整竞争窗口的大小来实现这个方案中的优先级，使特定终端设备相较于其他终端设备有较早机会发送(参见Y.Liu等，《针对机器对机器异构网络的一种可扩展的混合型媒体访问控制协议设计》IEEE物联网期刊，第1卷第1期，第99–111页，2014年(Y.Liu et al.,“Designof a scalable hybrid mac protocol for heterogeneous m2m networks”IEEEInternet of Things Journal,Bd.1,Nr.1,p.99–111,2014)；或I.Rhee等，《Z-MAC:针对无线传感器网络的一种混合型MAC》IEEE交易网络期刊,第16卷第3期，第511–524页，2008年(I.Rhee et al.“Z-MAC:A hybrid MAC for wireless sensor networks”IEEETransaction for Network,Bd.16,Nr.3,p.511–524,2008))。CSMA方案建立在假设一个终端设备可以提前检测到来自其他终端设备的信号的基础上。这在实用时造成限制，特别是在小区半径超过几百米的蜂窝网络中。也就是说，为了能够检测到其他终端设备，该终端设备必须彼此靠近，否则，CSMA方案会遇到在WLAN中所谓的“隐藏节点问题”。
因此，在LTE中(参见3GPP,TS 36.331,《演进通用陆地无线接入(E-UTRA)；无线资源控制(RRC)；协议说明”》，V.10.1.0，2011年3月(3GPP,TS 36.331,“Evolved UniversalTerrestrial Radio Access(E-UTRA)；Radio Resource Control(RRC)；Protocolspecification”,V.10.1.0,Mar.2011))，前导被用到RA过程中。如图1所示，传统的RA过程100中，第一终端设备102和第二终端设备103(图1中分别表示为UE1和UE2)，为了从基站101请求专用的上行资源，特别是时间-频率资源块，每个终端设备在实际发送之前，向基站101(表示为BS)发送前导作为资源请求。
特别地，一旦LTE中的终端设备102、103出现不定期的发送请求，就会启动RA过程100来传达其初始网络接入的资源请求。如图1所示，RA过程100包括四个步骤。
在第一步骤中，一个或者多个终端设备102、103向基站101发送具有随机选择的RA前导的资源请求。例如，如图1所示，两个终端设备UE1和UE2分别发送由签名PA1限定的前导，终端设备102、103和基站101已知一组所有可能的前导。因此，前导也可以被用作训练序列和签名。基站101能够检测不同的前导，并且能够根据单独的前导发送响应。在图1的情况下，基站101检测具有前导PA1的资源请求。
在第二步骤中，基站101在下行共享信道中发送响应于检测到的前导的RA响应。根据检测到的每个资源请求中的前导，基站101为相应的终端设备102、103分配上行资源。在图1的情况下，基站101为发送前导PA1的该终端设备UE1和UE2授予上行(UL)资源。
在第三步骤中，终端设备102、103使用基站101在第二步骤RA响应中分配的上行资源，向基站101发送各自的身份信息和其他信息，例如，调度请求。在图1的情况下，UE1和UE2都识别根据各自的资源请求授予的UL资源，从而UE1和UE2都在授予的UL中资源中发送信息。
在第四步骤中，基站101对第三步骤中接收到的终端设备102、103的身份信息进行回应。
如图1所示的情况，假如两个终端设备102、103为各自的资源请求选择相同的前导(图1中表示为PA1)，基站101不能区分出来自终端设备102、103所对应的资源请求。因此，分配给终端设备102、103相同的上行资源。在这种情况下，终端设备102、103在第三步骤中利用相同的资源进行实际的发送，从而发生冲突。在冲突的情况下，如果第三步骤发送的信息不能够被正确解码，在第四步骤中，相应的终端设备102或103会接收不到来自基站101的确认。于是，在相隔一段时间后，终端设备102或103必须重新发送前导，这段时间被称为退避时间。
因此，在图1所示的上述RA过程100的第一循环步骤中可以看出，时延敏感性资源请求相比延时容忍性资源请求没有任何优势。只有在前导重传时，时延敏感性资源请求可能比时延容忍性请求被授予更短的退避时间。
特别地，对于如图1所示的RA过程100，通过该退避方案引入了优先化(参见3GPP，TR 37.868，《机器类型通信关于无线接入网络改进的研究》，V 11.0.0，2011年9月(3GPP,TR37.868,“Study on RAN Improvement for Machine-Type Communication”,V 11.0.0,Sep.2011)，以及Tarik Taleb和Andreas Kunz，《3GPP网络中的机器类型通信：潜力，挑战，和解决方案》，IEEE通讯杂志，第50卷第3期，第178–184页，2012.2012(Tarik Taleb andAndreas Kunz,“Machine type communications in 3GPP networks:potential,challenges,and solutions”,IEEE Communications Magazine,Bd.50,Nr.3,p.178–184,2012.2012))。在这些方案中，优先级高的终端设备较优先级低的终端设备分配的退避时间短。然而，即使退避时间再短，冲突造成的至少一个重传是不可避免的。
为了进一步减少紧急且时延敏感性服务的潜在延时，LTE也针对RA信道应用了自由竞争方案。在此自由竞争方案中，特定前导仅仅被预留给时延敏感性服务。也就是说，某些终端设备被分配了独有的前导，该前导不会与其他终端设备共享。由于该预留的前导是专门用于指定的时延敏感性服务，所以降低甚至消除了发生冲突的可能性。但是，网络中前导的数量通常是有限的，并且，专用前导的保留甚至减少了其他基于竞争接入使用的可用前导的总数。因此，一方面，如果为自由竞争的接入预留较多的前导，则基于竞争接入的前导的使用效率会变得更低。另一方面，针对所有的时延敏感性服务的自由竞争接入也可能没有足够的前导。
除了上述冲突和时延问题之外，还可能存在用于支持请求资源的终端设备的所需资源数量超过了基站101能够提供的可用资源的数量的问题。在这种情况下，时延敏感性资源请求较时延容忍性资源请求也没有任何优势。
发明内容
针对上述缺陷，本发明旨在提高当前技术水平。因此，本发明的目标是提供一种更有效和更灵活的RA方案。特别地，本发明希望减小传输时延，特别对于发送时延敏感性资源请求的终端设备。因此，本发明旨在提供一种RA方案，能够更好的处理同时的资源请求，并且能够解决在多个终端设备实际发送时的冲突问题。此外，本发明设法在资源不足的情况下，避免发送时延敏感性资源请求的终端设备接收不到任何资源。因此，本发明的RA方案试图为时延敏感性资源请求和时延容忍性资源请求提供不同的优先级。另外，本发明的RA方案有可能将优先分配特定的用户/终端设备，或者特定的应用程序/服务。
本发明上述目标通过所附的独立权利要求提供的技术方案实现。各自的从属权利要求进一步限定了本发明的有益实现。
特别地，本发明提出了至少一个基站和至少一个终端设备之间的RA方案，例如，LTE网络中的至少一个UE。该基站可以同时接收多个终端设备发送的多个资源请求和传输信息。从时间和/或频率资源的意义上说，多个终端设备共享相同的无线媒介来进行传输。该终端设备的资源请求是随机的，从而不会提前进行协调。
本发明的第一方面提供了一种RA方法，包括多个终端设备中的至少一个终端设备在一个RA时隙内向基站发送具有一个或者多个前导的资源请求，该基站根据该至少一个资源请求中的前导的数量检测该至少一个资源请求的优先级，以及该基站根据该至少一个资源请求和至少一个优先级分配上行资源。
资源请求的优先级体现了从基站接收资源的偏好。这意味着，相比于第二资源请求的较低优先级，第一资源请求的较高优先级表明根据第一资源请求分配资源比根据第二资源请求具有更高的偏好。
RA时隙是时间间隔，在此期间，终端设备可以进行前导发送。前导可以通过其签名等方式进行区分，即不同的前导具有不同的签名。
第一方面的基于前导的RA方法能够区分优先顺序，例如，有不同程度时延需求的资源请求。为此，时延敏感性资源请求可以包括在给定的RA时隙内发送的多个前导的组合，而不是一个前导。该基站可以识别多个前导的组合。此外，基站能够区分一个终端设备在一个资源请求中发送的多个前导的组合与由多个终端设备在多个资源请求中分别发送的前导的随机组合。例如，假如在信道中，较长的前导组合和较短的前导组合交会，基站至少可以识别出较长的前导组合。
通过这种方式，具有较高优先级的资源请求更加能够避免出现冲突和重传。例如，如果多个终端设备发送资源请求，这些资源请求中存在至少一个共同的前导，如图1所示，在传统的RA过程中，会出现冲突。然而，由于在第一方面的RA方法中，该基站至少能够检测最长的前导的组合，该组合对应于有最高优先级的资源请求，基站能够根据拥有最高优先级的资源请求分配资源。需要注意的是，较高优先级中的冲突概率，即，对于有相同较高优先级及相同数量和组合的前导的两个资源请求，在给定的RA时隙内随着发送的前导的数量呈指数减小。
另外，资源请求优先级的检测能够使基站根据优先级在资源受限的情况下分配资源，例如在不是每个终端设备都可以被分配到资源的情况。根据至少一个优先级分配资源意味着，基站首先根据具有最高优先级的资源请求分配资源，然后根据具有依次减小的较低优先级的资源请求分配资源。
总之，第一方面的RA方法较传统的RA过程效率更高，更加的灵活。
在第一方面的方法的第一种实现形式中，该方法还包括，终端设备为发送的较高优先级的资源请求组合较多的前导，或为发送的较低优先级的资源请求组合较少的前导。
例如，为了增加资源请求的优先级，为时延敏感性服务请求资源的终端设备在其资源请求中可以包括更多前导的组合。可以为每个终端设备预先确定资源请求的优先级。可替换地，可以为每个服务或者应用程序预先确定资源请求的优先级。可替换地，每个终端设备可以灵活选择其试图发送的资源请求的优先级。
根据第一方面本身或第一方面的第一种实现形式，在该方法的第二种实现形式中，该方法还包括发送具有不止一个前导的资源请求的终端设备提供前导之间确定的时间和/或频率偏移，其中，若该确定的时间和/或频率偏移为0，为该前导提供不同的签名。
由于在频域和/或时域上确定的偏移，一个终端设备在一个资源请求中发送的前导的特定组合能够很容易的与多个终端设备在多个资源请求中分别发送的前导的随机组合区分。因此，具有较高优先级的资源请求可以被很好的识别出来，并且相应的终端设备向基站发送其实际的传输信息时，减小了其发生冲突的危险。
根据第一方面本身或第一方面的任意一种先前的实现形式，在该方法的第三种实现形式中，该方法还包括发送具有不止一个前导的资源请求的终端设备安排在时域和/或频域至少部分重叠的该前导。
两个前导重叠意味着第二前导的开始时间比第一个前导的结束时间早。例如，在一个确定的RA时隙内，通过使用时间和/或频率重叠可以发送更多前导。因此，可以为更加细分的资源请求定义更多的优先级。
根据第一方面本身或第一方面的任意一种先前的实现形式，在该方法的第四种实现形式中，该方法还包括至少一个终端设备为发送具有确定优先级的资源请求确定多个前导，和/或至少一个终端设备确定所述多个前导之间的时间和/或频率偏移。
该终端设备可以向该基站请求关于确定的时间和/或频率偏移的信息。该终端设备也可以自己确定该信息，例如通过预先存储的查找表，这样可以减轻该基站上的负载。
根据第一方面本身或第一方面的任意一种先前的实现形式，在该方法的第五种实现形式中，该方法还包括该基站向该多个终端设备广播被设置在资源请求的前导之间的确定的时间和/或频率偏移。
这种情况下，每个终端设备仅仅通过接收和翻译基站发送的该广播消息，即可确定该确定的时间和/或频率偏移。通过广播可以确保所有终端设备具有相同的消息。
根据第一方面的第四种实现形式，在该方法的第六种实现形式中，该方法还包括该至少一个终端设备向该基站发送该前导和/或时间和/或频率偏移。
如果该终端设备独立于该基站确定了频率和/或时间偏移，终端设备最好相应地通知该基站。然而，也可以采取这样的方式，例如在该终端设备和该基站上预先存储查找表，这样使得终端设备和该基站之间没有必要进行这方面的通信。
根据第一方面的第四至第六种实现形式中的任意一种，在该方法的第七种实现形式中，该时间和/或频率偏移为预先确定的，或者基于当前网络负载和/或可用的无线电资源确定的。
该时间和/或频率偏移基于当前网络负载，或可替换地，基于预测的网络负载，使得该方法更有效，更灵活。
根据第一方面本身或第一方面的任意一种先前的实现形式，在该方法的第八种实现形式中，该方法还包括该基站向该多个终端设备广播前导的数量和资源请求的优先级之间的映射信息。
该映射信息将前导的每个数量与资源请求的优先级连接起来。也就是说，例如，单个前导与最低优先级连接，两个前导映射至倒数第二最低优先级，以此类推。
根据第一方面本身或第一方面的任意一种先前的实现形式，在该方法的第九种实现形式中，该方法还包括基站检测至少两个接收到的前导之间的时间和/或频率偏移，以及根据检测的时间和/或频率偏移和/或接收到的前导的功率水平，确定至少两个接收到的前导来自同相同的终端设备，还是来自不同的终端设备。
通过区分多个前导属于一个资源请求还是属于几个资源请求，可以避免出现检测错误。因此，使得该方法的效率更高。
根据第一方面的第九种实现形式，在该方法的第十种实现形式中，检测至少两个接收到的前导之间的时间和/或频率偏移包括该基站测量检测到的该接收到的前导的相关峰之间的该时间和/或频率偏移。
检测相关峰和相应地测量峰到峰之间的距离，是实现确定时间和/或频率偏移的一种简单和有效的方式。
本发明的第二方面提供了一种计算机程序产品，该产品包括程序代码，当在计算机上执行时，用于执行如第一方面本身或第一方面的任意一个实现方式的RA方法。
本发明的第二方面达到了如第一方面本身和第一方面的每一种实现形式所描述的相同的优点。
本发明的第三方面提供了一种基站，该基站包括接收单元，用于接收多个终端设备中的至少一个终端设备在一个随机接入RA时隙内发送的具有一个或者多个前导资源请求，检测单元，用于根据至少一个资源请求中的前导的数量检测该至少一个资源请求的优先级，分配单元，用于根据该至少一个资源请求和至少一个优先级分配上行资源。
根据第三方面本身，在该基站的第一种实现形式中，该基站用于向多个终端设备广播被设置在资源请求的前导之间的确定的时间和/或频率偏移。
根据第三方面的第一种实现形式，在该基站的第二种实现形式中，该时间和/或频率偏移为预先确定的，或者基于当前网络负载和/或可用的无线资源确定的。
根据第三方面本身或第三方面的任意一种先前的实现形式，在该基站的第三种实现形式中，该基站用于向多个终端设备广播前导的数量和资源请求的优先级之间的映射信息。
根据第三方面本身或第三方面的任意一种先前的实现形式，在该基站的第四种实现形式中，该基站用于检测至少两个接收到的前导之间的时间和/或频率偏移，以及根据检测到的时间和/或频率偏移和/或接收到的前导的功率水平，确定该至少两个接收到的前导来自相同的终端设备，还是来自不同的终端设备。
根据第三方面的第四种实现形式，在该基站的第五种实现形式中，为了检测至少两个接收到的前导之间的时间和/或频率偏移，该基站用于测量检测到的该接收到的前导的相关峰之间的该时间和/或频率偏移。
第三方面本身和第三方面的实现形式达到了如第一方面本身和第一方面相应的实现形式所描述的优点。
本发明的第四方面提供了一种终端设备，包括发送单元，用于在一个随机接入RA时隙内向基站发送具有一个或者多个前导的资源请求，还用于为发送的较高优先级的资源请求组合较多的前导，为发送的较低优先级的资源请求组合较少的前导。
根据第四方面本身，在该终端设备的第一种实现形式中，该终端设备用于发送具有不止一个前导的资源请求，该前导之间具有确定的时间和/或频率偏移，其中若该确定的时间和/或频率偏移为0，该终端设备用于对该不止一个前导使用不同的签名。
根据第四方面本身或第四方面的第一种实现形式，在该终端设备的第二种实现形式中，为了发送具有不止一个前导的资源请求，该终端设备用于安排在时域和/或频域至少部分重叠的前导。
根据第四方面本身或第四方面的任意一种先前的实现形式，在该终端设备的第三种实现形式中，该终端设备用于为发送具有确定的优先级的资源请求确定多个前导，以及确定该多个前导之间的时间和/或频率偏移。
根据第四方面的第三种实现形式，在该终端设备的第四种实现形式中，该终端设备用于向该基站发送该多个前导和该时间和/或频率偏移。
根据第四方面的第三或第四种实现形式，在该终端设备的第五种实现形式中，该时间和/或频率偏移为预先确定的，或者基于当前网络负载和/或可用的无线资源确定的。
第四方面本身和第四方面的实现形式达到了如第一方面本身和第一方面相应的实现形式所描述的优点。
特别地，第三方面的基站和第四方面的终端设备分别达到了如第一方面本身和其实现形式中关于方法所描述的所有优点。
本发明的第五方面提供了一种系统，包括基站和多个终端设备，其中，该系统用于根据第一方面本身或第一方面的任意一种实现形式，执行RA方法，和/或其中该基站是如第三方面本身或第三方面的任意一种实现形式的基站，以及该终端设备是如第四方面本身或第四方面的任意一种实现形式的终端设备。
第五方面的系统达到了如第一方面本身以及其实现形式中关于方法所描述的所有优点。
需要注意的是，本申请中描述的所有设备、部件、单元和装置可以在软件或者硬件元件或者任何一种它们的组合中实现。本申请中描述的通过不同的实体所执行的所有步骤和描述的通过不同的实体所执行的功能旨在说明各个实体适用于或者用于执行各个步骤和功能。即使在具体实施例的以下描述中，在执行特定步骤或功能的实体的特定具体的元件的描述中，没有体现出要由永恒实体完全形成该特定的功能或步骤，本领域技术人员应当清楚这些方法和功能可以在各自的软件或者硬件元件或者任何一种它们的组合中实现。
附图说明
本发明的上述方面和实现形式将结合附图在下面的具体描述中进行解释，其中
图1示出了传统的RA过程。
图2示出了根据本发明实施例的RA方法。
图3示出了根据本发明实施例的包括终端设备和基站的系统。
图4示出了根据本发明实施例的在RA方法中区分资源请求顺序的前导组合。
图5示出了根据本发明实施例的在RA方法中基站的前导检测。
图6示出了根据本发明实施例的RA方法。
图7示出了根据本发明实施例的在RA方法中三个优先级的前导组合。
图8示出了根据本发明实施例的在RA方法中基站的前导检测。
图9示出了根据本发明实施例的在RA方法中在时域(a)和频域(b)中的前导组合。
图10示出了根据本发明实施例在RA方法中在时域(a)和频域(b)中重叠的前导。
图11示出了根据本发明实施例在RA方法中在基站上为避免错误检测的测量。
图12示出了根据本发明实施例在RA方法中在基站上的时差的前导检测和评估。
具体实施方式
图2示出了本发明提出的RA方法200的一个实施例。在该方法200的第一步骤201中，至少一个终端设备在一个RA时隙内向基站发送具有一个或者多个前导的资源请求。在该方法200的第二步骤202中，该基站根据该至少一个资源请求中的前导的数量，检测该至少一个接收到的资源请求的优先级。在该方法200的第三步骤203中，该基站根据该至少一个接收到的资源请求和分别检测到的至少一个优先级分配上行资源。如果两个或者更多接收到的资源请求中包括至少一个共同的前导，该基站根据在这些具有至少一个共同前导的确定的资源请求中具有最高优先级的资源请求，分配上行资源。对于没有任何共同的前导资源请求，该基站按照首先为最高优先级的资源请求至最后为最低优先级的资源的顺序分配上行资源。如果没有足够的资源可用，来满足所有的资源请求，该基站按照首先为最高优先级的资源请求至最后为较低优先级的特定资源请求的顺序分配所有可用的上行资源。
图3示出了本发明提出的系统300的一个实施例，该系统包括至少一个终端设备301和基站302。该系统300用于执行如图2所描述的RA方法200。
为此，终端设备301最好包括发送单元303，用于在一个RA时隙内向基站302发送(虚线箭头所示)具有一个或者多个前导的资源请求，还用于为发送的较高优先级的资源请求组合较多的前导，为发送的较低的资源请求组合较少的前导。
因此，基站302最好包括接收单元304，用于接收从至少一个终端设备301在一个RA时隙内发送的具有一个或者多个前导的资源请求(虚线箭头所示)。而且，基站302最好包括检测单元305，用于根据该至少一个资源请求中的前导的数量，检测该至少一个接收到的资源请求的优先级。最后，基站302最好包括分配单元306，用于根据该至少一个接收到的资源请求和该至少一个检测到的优先级分配上行资源。
在本发明的RA方法200中，多个终端设备301在没有提前协调和调度下可以使用共享的无线媒介，例如，LTE中的物理随机接入信道(PRACH)。终端设备301发送实际数据之前，首先在一个公共无线信道发送具有至少一个前导的资源请求。
因此，序列可以用作前导的签名(参见J.D.C.Chu，《具有良好的周期相关性属性的多相码》，美国电力工程学会公刊第18卷，第531–532页，1972(J.D.C.Chu,“PolyphaseCodes with Good Periodic Correlation Properties”IEEE Trans.on InformationTheory,Bd.18,p.531–532,1972)；或者，R.Frank等，《具有良好的周期相关的移相脉冲编码》，美国电力工程学会公刊信息理论汇刊，第8卷，第381–382页，1962(R.Frank et al.,“Phase Shift Pulse Codes With Good Periodic Correlation”IEEE Trans.onInformation Theory,Bd.8,p.381–382,1962))。这样的序列有较好的自相关性和互相关性。
周期性自相关被定义为
Figure GDA0001285638530000081
其中，f(t)是具有f(t)＝f(t+nT),n∈Z属性的序列的周期性扩展。T是该序列的长度，Z是整数集合，
Figure GDA0001285638530000082
是f的复共轭。
两个序列的循环互关联被定义为
Figure GDA0001285638530000083
其中，f(t)是如上所述第一序列的周期性扩展，g(t)是同样的第二序列的周期性扩展，
Figure GDA0001285638530000084
的g是的复共轭。
前导序列的周期性自相关在零时间延迟τ＝0时有一个峰以及在非零时间延迟τ≠0时有一个非常低的值。在上述引用的Chu等人的论文中所描述的序列的情况下，该周期性自相关是狄拉克σ函数，并且在非零时间延迟时恰好为零。两个不同序列之间的循环互关联函数的绝对值非常低。为了检测每个前导签名，即使前导签名在频域和/或时域上重叠，基站302的接收单元304最好利用自相关和互相关的上述属性。
总之，在本发明的RA方法200中，具有较高优先级的终端设备301，即发送具有较高优先级的资源请求的终端设备301，用于较多前导的组合的资源请求，也就是说，在某个RA时隙内，相比于发送具有较低优先级的资源请求的较低优先级的终端设备组合较多的前导签名，从而较低优先级的终端设备具有较少的前导。换句话说，终端设备301为发送有较高优先级的资源请求组合较多的前导，或者为发送有较低优先级资源请求组合较少的前导。如果多个资源请求有一个或者多个共同的前导，最高优先级的资源请求“覆盖”较低优先级的资源请求。
图4示出了根据本发明实施例的在RA方法200中不同优先级资源请求的前导组合的具体例子。特别地，图4示出了时间(t)轴，该时间轴的上方部分示出了两个终端设备301(简称UE1和UE2)在某一RA时隙内，向基站BS302分别发送具有前导的资源请求的时间依赖性。该时间轴的下方部分示出了在该相同的RA时隙内，该基站302检测已发送的和接收到的前导的时间依赖性。
具体地，UE1和UE2具有不同的优先级。在时间方向上的另一个发送之后，具有较高优先级的UE2(在图4中被称为“优先UE”)在相同的RA时隙内分别发送由前导签名PA1和PA2限定的两个前导(这两个前导在下文称为前导PA1和PA2)。同时，具有较低优先级的UE1在相同的信道及相同的RA时隙内仅仅发送一个由前导签名PA1限定的前导。这意味着UE1和UE2的资源请求拥有一个共同的前导，即前导PA1。
当前导PA1和PA2分别由UE1和UE2发送时，基站302进行前导检测，最好采用其检测单元305，即在相同的RA时隙内。图5具体示出了基站302的前导检测。尤其，图5示出了在时间轴(t)上，分别具有前导PA1和PA2的接收到的信号的相关性的曲线。可以看出，基站302上能够分别很好的检测和区别出具有前导PA1(两次，因为UE1和UE2都发送PA1)和前导PA2的相关峰。因此，如图4中显示的，基站302检测前导PA1和PA2，并且将来自UE2的PA1+PA2的组合识别为相比具有单个前导的资源请求具有更高优先级的资源请求。
根据本发明的RA方法200，对于图4所示的特殊情况，即对于具有至少一个共同的前导的至少两个资源请求，基站302根据包括前导组合PA1+PA2的资源请求将上行资源授予终端设备UE2。终端设备UE1不接收上行资源，并且需要进入退避和重发过程。然而，如果UE1发送前导PA3而不是前导PA1，基站302就会首先根据包括前导PA1+PA2的资源请求将上行资源分配给终端设备UE2，其次根据包括前导PA3的资源请求将仍然可用的上行资源分配给终端设备UE1。在这种情况下，终端设备UE1不必进入退避及重传过程。
图6示出了根据本发明实施例的RA方法200，该方法基于图2所示的实施例。特别地，图6示出了两个终端设备301以及基站302之间执行RA的过程，两个终端设备即如图4和图5所示的UE1和UE2。图6中的箭头表明在参与实体301和参与实体302之间分别发送的信息。
具体地，图6示出了对于如图1所示在传统的RA过程100中两个终端设备301，UE1和UE2会发生冲突的情况的RA方法200。然而，本发明的RA方法200中，为UE1和UE2提供了不同的优先级。因此，在第一步骤中，正如图4中所描述的，低优先级的UE1发送具有前导PA1的资源请求，以及高优先级的UE2发送具有前导组合PA1+PA2的资源请求。如图4和图5所示，基站302在第二步骤中检测具有前导组合PA1+PA2的高优先级资源请求。在第三步骤中，基站302根据具有PA1+PA2的资源请求向UE1和UE2发送授予的上行资源，即本质上用于分配给发送了PA1+PA2的UE的上行资源。在第四步骤中，UE2根据它的资源请求辨识已分配的上行资源，以及在该授予的上行资源内发送其实际消息。同时，UE1根据它的资源请求不能辨识出已分配的上行资源，则进入退避及重传过程。这也意味着，UE1将等待几个N毫秒，并且重新向基站302发送它的资源请求。
与如图1所示的传统RA方法100相比，图6所示的本发明的RA的方法200保证了特殊资源请求的优先级。因此，所有潜在的冲突的资源请求中的最高优先级的资源请求不需要进入退避和重传过程，以便至少对于最高优先级的资源请求避免了由于冲突造成的时延。对时延越敏感的服务，终端设备301应该将资源请求的优先级设置的越高。
如图7所示，本发明的上述的实施例提出的RA方法200也支持多个优先级。图7示出了在RA方法200中不同优先级的资源请求的前导组合的更进一步的具体例子。特别地，图7示出了时间(t)轴。该时间轴的上方部分示出了三个终端设备301(以下简称为UE1、UE2和UE3)在某一RA时隙内，向基站BS302分别发送具有前导的资源请求的时间依赖性。该时间轴的下方部分示出了该基站302检测这些前导的时间依赖性。
具体地，图7中的UE1、UE2和UE3拥有三种不同的优先级。UE3拥有最高优先级(在图7中称为“等级3”)，且该UE3的资源请求使用三个前导PA1+PA2+PA3的组合。UE2(在图7中称为“等级2”)的优先级较UE3低，且该UE2的资源请求使用两个前导PA1+PA2的组合。UE1拥有最低优先级(在图7中称为“等级1”)，且该UE1的资源请求使用一个前导PA1。一般来说，即使更多的优先级也是可以的，同时，较高优先级的UE301的资源请求比较低优先级的UE301使用更多的前导。换句话说，终端设备301可以为发送具有确定的优先等级的资源请求确定多个前导。为此，该基站302可以向一个或者多个终端设备301广播前导的数量和资源请求的优先级之间的映射信息。
在图7中示出的所有资源请求有共同的前导PA1。因此，为了避免后面的冲突，该基站302仅仅根据接收到的三个资源请求中的一个资源请求分配上行资源。如图所示，该基站302检测三个前导PA1+PA2+PA3，以及识别来自UE3的最高优先级的资源请求。
在这方面，图8分别示出了在时间轴(t)上表示具有前导PA1，PA2和PA3的相互关系的曲线。可以看到，该基站302可以分别很好地检测和辨识具有前导PA1的相关峰(三次，因为UE1、UE2和UE3发送PA1)、具有前导PA2的相关峰(两次，因为UE2和UE3发送PA2)和具有前导PA3的相关峰。通过采用较长前导组合，即具有更多的前导的组合，可以任意扩展优先级级别。
在图4、图5、图7和图8中，按顺序发送前导，即按时间方向排列。前导的组合相应地应用到时域中。然而，前导的组合可以应用到时域或者频域，或者如图9所示，甚至应用在时域和频域两者上。
图9(a)示出了表示为UE1的终端设备301在时域内(通过时间轴t表示)按顺序发送的两个前导PA1和PA2。然而，前导PA1和PA2在相同的频率上被发送，即前导PA1和PA2在频域内(通过频率轴f表示)不分开。同样地，图9(b)示出了表示为UE1的终端设备301在频域内(通过频率轴f表示)按顺序发送的两个前导PA1和PA2，即在不同的频率上被发送。而前导PA1和PA2同时被发送，即前导PA1和PA2在时域内不分开(通过时间轴t表示)。这意味着，终端设备301可以在一个资源请求中的多个前导之间确定和设置时间和/或频率偏移。
如图10所示，用于资源请求中一个前导组合中的前导也能够在时域和/或频域偏移上重叠。特别地，发送具有不止一个前导的资源请求的终端设备301，可以安排在时域和/或频域上至少部分重叠的前导。图10(a)示出了表示为UE1的终端设备301发送的部分重叠的前导PA1和PA2。特别地，PA1和PA2在时域和频域上(通过时间轴t表示时域，通过频率轴f表示频域)都是分开的，但也在频域和时域上都有重叠。因此，差值Δt和Δf分别表示了前导PA1和PA2之间的确定的时间偏移值和频率偏移值。例如，Δt可以表示第一前导PA1的开始和第二前导PA2的开始在时域上的时间偏移，其中，“时域上的开始”暗指在时间上较早。同样，Δf可以表示前导PA1和PA2的开始在频域上的频率偏移，其中，“频域上的开始”暗指在频率上较高。但是，对于前导之间的时间和/或频率偏移，也可以考虑不同的参考点。图10中(a)的Δt和Δf都大于0。虽然，图10(a)中不同的签名额外限定了前导，即PA1≠PA2，但由于前导之间的时间和/或频率偏移非零，也可以发送相同签名限定的前导，且基站302仍然可以识别。
图10(b)中示出了表示为UE1的终端设备301发送的两个前导PA1和PA2甚至可以完全重叠，即时间偏移Δt和频率偏移Δf都等于零，前导PA1和PA2既不在时域也不在频域(通过时间轴t表示时域，频率轴f表示频域)上分开。这种情况下，前导签名应该是不一样的，即在图10(b)中的前导需要由不同的签名PA1≠PA2限定。
总之，发送具有不止一个前导的资源请求的终端设备301，最好提供前导之间确定的时间和/或频率偏移，如果确定的时间和/或频率偏移为零，则为不同的前导提供不同的签名。
时间偏移Δt和/或频率偏移Δf可以预先确定，或者基于当前的网络和/或基站302的状态确定，例如，基于网络或基站302上当前的负载或者预测的负载，和/或者基于可用的无线资源。终端设备301和基站302都可以知道该时间和频率偏移，或者该时间和频率偏移可以在终端设备301和基站302之间任意方向上进行通讯。例如，基站302可以向多个终端设备301广播要设置在资源请求的前导之间的确定的时间和/或频率偏移。可替换地，终端设备301可以确定多个前导之间的频率和/或时间偏移，并最好预先向基站302发送该多个前导和/或该时间和/或频率偏移。为了避免资源请求检测错误的可能，基站302最好使用时间和/或频率偏移的信息。
图11说明和例证了根据本发明实施例的在RA方法200中筛出错误检测的方法。图11具体说明了在时间轴上两种不同的情况，即两种情况先后发生。在第一种情况中，表示为UE1的第一终端设备301发送前导PA1，表示为UE2的第二终端设备301在相同的RA时隙内发送前导PA2。在第二种情况中，表示为UE3的较UE1和UE2优先级高的第三终端设备301发送PA1和PA2的组合。由于该基站302知道已确定的时间偏移Δt和/或频域偏移Δf，其可以区别出这两种不同的情况，即基站302可以区别出前导PA1和PA2是在第一种情况下由表示为UE1和UE2的两个不同的终端设备301发送的，还是在第二种情况下由表示为UE3的较高优先级终端设备301发送的。
具体地，如图11所示，在第一种情况下，该基站302检测前导PA1和PA2，并估计两个接收到的前导PA1和PA2之间的时间偏移Δt’，其中，实际的Δt’不等于预先确定的时间偏移Δt。因此，该基站302可以推断两个前导PA1和PA2由不同的UE发送。在第二种情况下，该基站302检测前导PA1和PA2，并估计两个前导PA1和PA2之间的时间偏移Δt’，其中，实际的Δt’等于预先确定的时间偏移Δt。因此，该基站302可以推断两个前导PA1和PA2由相同的UE发送。当然，对于发送具有频率偏移的前导，基站302同样可以对比估计的频率偏移Δf’和确定的频率偏移Δf。换句话说，基站302可以检测至少两个接收到的前导之间的时间和/或频率偏移，并根据检测到的时间和/或频率偏移和/或接收到的前导的功率水平，确定该至少两个接收到的前导是来自同一个终端设备301，还是来自不同的终端设备301。
图12中示出了基站302上时间偏移Δt’对应的检测。图12分别示出在时间轴(t)上PA1和PA2相互关系的曲线。Δt’表示基站302检测到的前导PA1和PA2之间的时间偏移，表示为两个相关函数的峰之间的估计的时间偏移。该基站302可以测量接收到的前导的相关峰之间的时间和/或频率偏移。如果估计的时间偏移Δt’和/或频率偏移Δf等于确定的时间偏移Δt和/或频率偏移Δf，该基站302确定前导PA1和PA2都来自相同的终端设备301。
结合各个实施例和实现方式对本发明进行了描述。然而，本领域技术人员通过附图、公开信息和独立权利要求的研究，能够理解和实现其他变化，以及实践要求的发明。在权利要求和说明书中，“包括”不排除其他元件或者步骤，不定冠词“一”或“第一”不排除多个。单个元件或者其他单元可以满足权利要求所述的几个实体或者组件的功能。相互不同的从属权利要求所列举的措施，并不仅仅意味着这些措施的组合不能够用到有益的实现方式中。

Claims (22)

1.一种随机接入方法，其特征在于，包括：
基站在一个随机接入时隙内接收多个终端设备中的至少一个终端设备发送的具有一个或者多个前导的资源请求，
所述基站根据至少一个资源请求中的前导的数量检测所述至少一个资源请求的优先级，以及
所述基站根据所述至少一个资源请求和至少一个优先级分配上行资源。
2.根据权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，较高优先级的资源请求包含较多的前导，或较低优先级的资源请求包含较少的前导。
3.根据权利要求1或2所述的随机接入方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述基站接收所述至少一个终端设备发送的多个前导的资源请求，所述多个前导之间有确定的时间和/或频率偏移，
其中，若所述确定的时间和/或频率偏移为0，所述前导采用不同的签名。
4.根据权利要求1或2中所述的随机接入方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述基站接收所述至少一个终端设备发送的具有多个前导的资源请求，所述多个前导在时域和/或频域至少部分重叠。
5.根据权利要求1或2中所述的随机接入方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述基站接收所述至少一个终端设备根据确定优先级的资源请求发送的多个前导，和/或
所述多个前导之间有确定的时间和/或频率偏移。
6.根据权利要求1或2中所述的随机接入方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述基站向所述多个终端设备广播资源请求的前导之间的确定的时间和/或频率偏移。
7.根据权利要求5所述的随机接入方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述基站接收所述至少一个终端设备发送的所述多个前导，和/或所述时间和/或频率偏移。
8.根据权利要求5所述的随机接入方法，其特征在于，所述时间和/或频率偏移为预先确定的，或者基于当前网络负载和/或可用的无线资源确定的。
9.根据权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述基站向所述多个终端设备广播前导的数量和资源请求的优先级之间的映射信息。
10.根据权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述基站检测至少两个接收到的前导之间的时间和/或频率偏移，以及
根据检测的时间和/或频率偏移和/或接收到的前导的功率水平，确定所述至少两个接收到的前导来自相同的终端设备，还是来自不同的终端设备。
11.根据权利要求10所述的随机接入方法，其特征在于，所述检测至少两个接收到的前导之间的时间和/或频率偏移包括：
所述基站测量检测到的所述接收到的前导的相关峰之间的所述时间和/或频率偏移。
12.一种基站，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收多个终端设备中的至少一个终端设备在一个随机接入随机接入时隙内发送的具有一个或者多个前导的资源请求，
检测单元，用于根据至少一个资源请求中的前导的数量检测所述至少一个资源请求的优先级，以及
分配单元，用于根据所述至少一个资源请求和至少一个优先级分配上行资源。
13.根据权利要求12所述的基站，其特征在于，较高优先级的资源请求包含较多的前导，或较低优先级的资源请求包含较少的前导。
14.根据权利要求12或13所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：
所述接收单元接收所述至少一个终端设备发送的多个前导的资源请求，所述多个前导之间有确定的时间和/或频率偏移，
其中，若所述确定的时间和/或频率偏移为0，所述前导采用不同的签名。
15.根据权利要求12或13中所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：
所述接收单元接收所述至少一个终端设备发送的具有多个前导的资源请求，所述多个前导在时域和/或频域至少部分重叠。
16.根据权利要求12或13中所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：
所述接收单元接收所述至少一个终端设备根据确定优先级的资源请求发送的多个前导，和/或
所述多个前导之间有确定的时间和/或频率偏移。
17.根据权利要求12或13中所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：
所述基站向所述多个终端设备广播资源请求的前导之间的确定的时间和/或频率偏移。
18.根据权利要求16所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：
所述接收单元接收所述至少一个终端设备发送的所述多个前导和/或所述时间和/或频率偏移。
19.根据权利要求16所述的基站，其特征在于，所述时间和/或频率偏移为预先确定的，或者基于当前网络负载和/或可用的无线资源确定的。
20.根据权利要求12所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：
所述基站向所述多个终端设备广播前导的数量和资源请求的优先级之间的映射信息。
21.根据权利要求12所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：
所述检测单元检测至少两个接收到的前导之间的时间和/或频率偏移，以及
根据检测的时间和/或频率偏移和/或接收到的前导的功率水平，确定所述至少两个接收到的前导来自相同的终端设备，还是来自不同的终端设备。
22.根据权利要求21所述的基站，其特征在于，所述检测至少两个接收到的前导之间的时间和/或频率偏移包括：
所述检测单元测量检测到的所述接收到的前导的相关峰之间的所述时间和/或频率偏移。
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