CN107466112B - 上行数据传输方法、随机接入方法和相应的终端和基站 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种上行数据传输方法、随机接入方法和相应的终端和基站，上行数据传输方法包括：终端选择前导序列并通过随机接入信道发送；终端检测随机接入响应(RAR)；所述RAR中包括前导序列标识符；当检测到的RAR包括有所述前导序列的前导序列标识符时，终端进行上行数据的传输。随机接入的处理方法包括：基站接收终端发送的前导序列；对所述前导序列进行冲突检测；如果冲突检测结果为不冲突，向终端发送RAR，所述RAR中包括前导序列的前导序列标识符。本发明可以在通信系统中降低终端上行传输的信令开销，提高数据传输效率。

Description

上行数据传输方法、随机接入方法和相应的终端和基站

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及上行数据传输方法和相应的终端和基站。

背景技术

目前，随着信息产业的快速发展，特别是来自移动互联网和物联网(IoT,internet of things)的增长需求，给未来移动通信技术带来前所未有的挑战。如根据国际电信联盟(ITU)的报告ITU-R M.[IMT.BEYOND 2020.TRAFFIC]，可以预计到2020年，移动业务量增长相对2010年(4G时代)将增长近1000 倍，用户设备连接数也将超过170亿，随着海量的IoT设备逐渐渗透到移动通信网络，连接设备数将更加惊人。为了应对这前所未有的挑战，通信产业界和学术界已经展开了广泛的第五代移动通信技术(5G)的研究，以面向2020年代。目前在ITU的报告ITU-R M.[IMT.VISION]中已经在讨论未来5G的框架和整体目标,其中对5G的需求展望、应用场景和各项重要性能指标做了详细说明。针对5G中的新需求，ITU的报告ITU-R M.[IMT.FUTURE TECHNOLOGY TRENDS]提供了针对5G的技术趋势相关的信息，旨在解决系统吞吐量显著提升、用户体验一致性、扩展性以支持IoT、时延、能效、成本、网络灵活性、新兴业务的支持和灵活的频谱利用等显著问题。

5G中提出了支持大连接量机器类型通信(mMTC，massive machine-typecommunication)业务的需求，其连接密度将会达到每平方千米百万连接量，远高于现有标准所支持的链接密度。对于这种类型的数据通信来说，其显著特点是数据通信呈突发式，即终端长时间处于睡眠状态，仅在有数据传输需求时唤醒，并进行数据的通信。在5G中，这种类型的业务，如智能超表等，将会普遍存在，而如果沿用现有的技术方案，其接入方式将会导致显著的信令开销，会降低系统数据通信的效率。虽然一些非正交的多址接入方式，例如稀疏码多址接入(SCMA，Sparse code multiple access)，突分多址，模式分多址(PDMA，Pattern division multiple access)等，能够提高数据接入的频谱效率，或是使用基于非授权(Grant-free)的传输方式，但是现有的基于非授权的传输方式仍然需要上行同步，即需要完成随机接入过程，其信令开销并没有显著降低，上行接入和上行数据通信所带来的信令问题还是会导致数据通信效率的显著降低。

现有LTE-A技术中，若终端处于睡眠状态，在发送数据前首先需要通过随机接入过程建立上行同步。基于竞争的随机接入过程如图1所示，分为以下四步：

步骤101：终端在前导序列(Preamble)资源池中随机选择一个前导序列，在物理随机接入信道(PRACH，Physical Random Access Channel)中发送。

步骤102：基站检测到前导序列的发送后，发送随机接入响应(RAR， RandomAccess Response)，其中RAR中包含随机接入前导序列标识符、根据用户与基站间时延估计所确定的定时提前指令、临时小区无线网络临时标识(C-RNTI，Cell-Radio NetworkTemporary Identifier)，以及为用户下次上行传输所分配的时频资源信息。

步骤103：终端根据RAR中的信息，向基站发送第三条消息(Msg3)。 Msg3中包含终端标识以及无线资源控制(RRC)链接请求等信息，其中，该终端标识是终端唯一的，用于解决冲突。

步骤104：基站向终端发送冲突解决标识，包含了冲突解决中胜出的终端的终端标识。终端在检测出自己的标识后，将临时C-RNTI升级为C-RNTI，并向基站发送ACK信号，完成随机接入过程，并等待基站的调度。否则，终端将在一段延时后开始新的随机接入过程。

完成随机接入过程后，若终端需要向基站发送上行数据，还需要完成基于授权的上行传输过程，该过程包括如下步骤：

步骤111：终端发送调度请求(SR，Scheduling Request)。

步骤112：基站接收到SR后，为终端分配时频资源，并在下行控制信道中发送授权信息。

步骤113：终端接收到上行授权信息后，在指定的时频资源上传输上行数据。

可以看到，在现有技术中，即使每次发送的数据量较少，终端睡眠后要完成一次上行传输也需要进行随机接入与基于授权的上行数据传输，与所传输的数据量相比，信令开销是巨大的。

对于5G通信中大连接量通信场景，尤其是物联网场景中大量终端进行突发小数据包的传输，上述随机接入加基于授权的上行传输将会导致大量的信令开销，降低了系统的数据传输的效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种上行数据传输方法和相应的终端和基站，以在通信系统中降低终端上行传输的信令开销，提高数据传输效率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种上行数据传输方法，包括：

终端选择前导序列并通过随机接入信道发送；

终端检测随机接入响应RAR；所述RAR中包括前导序列标识符；

当检测到的RAR包括有所述前导序列的前导序列标识符时，终端进行上行数据的传输。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，所述终端进行上行数据的传输，包括：所述终端根据前导序列与多址资源的映射关系，确定所选择的前导序列对应的多址资源，使用所确定的多址资源进行上行数据的传输。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，所述终端进行上行数据的传输，包括：所述终端根据前导序列与上行解调参考信号的映射关系，确定所选择的前导序列对应的上行解调参考信号，并在进行上行数据的传输时，插入所确定的上行解调参考信号。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，

所述RAR中还标示了基站所分配的多址资源和上行解调参考信号；在采用非正交多址的接入方式时，所述终端使用所述RAR所标示的多址资源进行上行数据的传输，并插入所述上行解调参考信号；

或者，所述RAR中还标示了基站所分配的上行解调参考信号；在采用正交多址的接入方式时，所述终端在进行上行数据的传输时，插入所述RAR所标示的上行解调参考信号；

或者，所述RAR中还标示了基站所分配的多址资源，所述终端根据前导序列与上行解调参考信号的映射关系确定所选择的前导序列对应的上行解调参考信号；在采用非正交多址的接入方式时，所述终端使用所述RAR所标示的多址资源进行上行数据的传输，并插入前导序列对应的上行解调参考信号。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，当所述前导序列与上行解调参考信号具有映射关系、同时所述前导序列与多址资源具有映射关系，当终端选择的前导序列不同、但是映射为相同的多址资源时，所对应的上行解调参考信号序列不相同。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，该方法还包括：终端在发送所述前导序列之后的第一时间段内未检测到包含所述前导序列的前导序列标识符的RAR时，或者终端在检测到包含所述前导序列的前导序列标识符的RAR、但该RAR中包含NACK信号时，则在等待预定时间段之后，重新随机选择前导序列进行接入。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，该方法还包括：终端在发送上行数据时，将本终端的唯一标识与上行数据一同发送。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，该方法还包括：

终端在发送上行数据后的k个子帧后检测相应时频资源的控制信道，检测所述时频资源与多址资源所对应的ACK/NACK信号和基站为本终端分配的UE ID；所述k为预设值；

若终端检测到ACK信号且没有进一步需要发送的数据，则终端等待下次数据传输；

若终端检测到ACK信号且有进一步需要发送的数据，且检测到基站为本终端分配的UE ID，则终端基于基站的调度进行上行数据传输；

若终端检测到NACK信号，则终端在m个子帧后使用与上次上行数据传输相同的时频资源与相同的多址资源重新发送上行数据，其中，m为预设的参数；如果检测到NACK信号的次数超过指定值，则终端判定接入失败，提高前导序列的优先级并进行接入。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，该方法进一步包括：

终端在首次尝试接入时，选择初始优先级的前导序列通过随机接入信道发送，其中，优先级是通过组成前导序列的子序列的数量来表示的。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，如果终端接入失败，则在等待预设间隔时间，或是等待随机时间之后，提高前导序列的优先级，并通过随机接入信道发送提高优先级后的前导序列。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，优先级是通过组成前导序列的子序列的数量来表示的，其中，当第一优先级高于第二优先级时，第一优先级的前导序列的子序列个数比第二优先级的前导序列的子序列的个数多。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，所述前导序列的子序列的长度大于最大的信道时延。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，该方法还包括：终端在接收到下行传输时隙中能够进行随机接入的指示后的第y个子帧进行前导序列的发送，其中，y是预先设定的子帧数且满足y≥0，y＝0表示在当前子帧进行前导序列的发送。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，该方法还包括：

终端在检测到包含所发送的前导序列对应的前导序列标识符后的x个子帧的上行传输部分发送上行数据，其中，x是预先设定的子帧数且满足x≥0，x＝0 表示在当前子帧的上行传输部分发送上行数据。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，该方法还包括：

终端通过下行传输子帧中的同步信道建立下行同步，并通过读取广播信道中的系统信息获得随机接入信道信息以及前导序列的信息；

获知随机接入信道以及前导序列信息后，通过读取上行传输子帧中的下行时隙判断该上行传输子帧能否用于传输前导序列。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，所述终端在发送前导序列时，通过开环功率控制的方式确定功率发送水平。

在所述上行数据传输方法的一种优选实施例中，所述终端选择前导序列，包括：

所述终端根据当前的业务类型从与所述业务类型对应的前导序列中选择所述前导序列。

一种通信终端，包括：

第一模块，用于选择前导序列并通过随机接入信道发送；

第二模块，用于检测随机接入响应RAR；所述RAR中包括前导序列标识符；

第三模块，用于当检测到的RAR包括有所述前导序列的前导序列标识符时，终端进行上行数据的传输。

一种随机接入的处理方法，包括：

基站接收终端发送的前导序列；

对所述前导序列进行冲突检测；

如果冲突检测结果为不冲突，向终端发送RAR，所述RAR中包括前导序列的前导序列标识符。

在所述随机接入的处理方法的一种优选实施例中，对前导序列进行冲突检测，包括：

如果所述前导序列的相关性检测结果低于功率阈值，则确定冲突检测结果为不冲突；否则，确定冲突检测结果为冲突。

在所述随机接入的处理方法的一种优选实施例中，所述功率阈值为：根据终端的开环功率控制参数确定基站的接收功率水平，并以该接收功率水平的指定容忍度所确定的功率阈值。

在所述随机接入的处理方法的一种优选实施例中，该方法还包括：

如果确定冲突检测结果为冲突，则所述基站不对该前导序列进行RAR处理，或者，所述基站在相应的RAR中插入前导序列标识符以及NACK信号。

在所述随机接入的处理方法的一种优选实施例中，在向终端发送RAR之后，该方法还包括：

基站接收所述终端发送的上行数据，并向所述终端发送反馈信息；

其中，向所述终端发送反馈信息，包括：

基站在终端发送上行数据的k个子帧后通过下行控制信道发送该上行数据的ACK或NACK信号，其中：

若所述基站正确接收所述上行数据，并且所述基站确定所述终端没有继续传输数据的需求，则基站向所述终端发送ACK信号；

若所述基站正确接收所述上行数据，且所述基站确定所述终端需要继续传输数据，则基站为所述终端分配UE ID，并将所述UE ID和ACK信号通过下行控制信道发送给所述终端；

若所述基站未能正确接收所述上行数据，则所述基站发送NACK信号。

在所述随机接入的处理方法的一种优选实施例中，

基站通过检测窗检测N个不同优先级的前导序列，N为大于1的正整数，所述N个不同优先级的前导序列具有相同的基本前导序列，其中，检测窗的长度由构成基本前导序列的子序列的长度决定，基站通过检测窗检测N个不同优先级的前导序列，包括：

在基站进行相关性检测时，若检测出一个基本前导序列，则移动检测窗至相邻位置；若在该检测窗内能够检测出和组成所述检测到的基本前导序列的子序列相同的子序列，则继续移动检测窗至相邻位置；若在该检测窗内无法检测到和组成所述检测到的基本前导序列的子序列相同的子序列，则判定检测到第一优先级的前导序列，否则继续移动检测窗至相邻位置；若移动检测窗j次后，在该检测窗内无法检测出和组成所述检测到的基本前导序列的子序列相同的子序列，则判定检测到第j优先级的前导序列，否则继续移动检测窗至相邻位置，其中，j是正整数不大于最大优先级；重复该检测过程直到无法检测出子序列位置，或是检测到最大优先级的前导序列。

在所述随机接入的处理方法的一种优选实施例中，该方法还包括：在所述通过检测窗的方式进行的检测过程中，如果第一前导序列的子序列的相关性检测发现冲突，则在没有发现优先级高于所述第一前导序列的前导序列的情况下，确定发生了前导序列间的冲突；在发现优先级高于所述第一前导序列的前导序列的情况，根据优先级高于所述第一前导序列的前导序列的延迟以及子序列间的循环移位，判定是否发生虚假冲突，其中，所述子序列间的循环移位为组成第一前导序列的子序列与组成优先级高于第一前导序列的前导序列的子序列间的循环移位；当满足如下公式时，确定发生虚假冲突：

|N_S-τ|≤γ，且τ＞0

其中，N_S为低优先级子序列相对于高优先级子序列的循环移位样点数，以向右循环移位为正；τ为低优先级子序列相对于高优先级子序列的延迟；γ为预先设定的阈值，且γ＞0。

在所述随机接入的处理方法的一种优选实施例中，该方法进一步包括：

若基站检测到了优先级不同但是基本前导序列相同的前导序列，通过时分方式区分不同优先级。

在所述随机接入的处理方法的一种优选实施例中，所述通过时分方式区分不同优先级，包括：当第一优先级高于第二优先级时，第一优先级的前导序列对应的数据传输的时间与当前时间的时间差为T1，第二优先级的前导序列对应的数据传输的时间与当前时间的时间差为T2，则T1＜T2。

在所述随机接入的处理方法的一种优选实施例中，该方法进一步包括：

若发生网络负载小于预定阈值的情况，则基站缩短随机接入信道周期，并通知终端降低最高优先级；

若发生网络负载大于预定阈值的情况，则基站增加随机接入信道的周期，并通知终端升高最高优先级。

一种基站，包括：

接收模块，用于接收终端发送的前导序列；

检测模块，用于对所述前导序列进行冲突检测；

RAR模块，用于如果冲突检测结果为不冲突，向终端发送RAR，所述RAR 中包括前导序列的前导序列标识符。

与现有技术相比，本发明为了降低上行接入与数据传输过程中所带来的信令开销，提供了一种基于竞争的数据传输方式，由于本发明的终端侧简化了接入和上行数据传输的步骤，因此，本发明可以实现终端在随机接入的过程中就可以进行上行数据传输，简化了上行接入与数据传输的流程，更好地支持了诸如5G通信中大连接量通信场景的这类业务需求，降低了终端上行传输的信令开销，提高了系统数据通信的效率。

附图说明

图1为现有的LTE-A技术中基于竞争的随机接入过程的流程图；

图2a为本发明所述终端侧的上行数据传输方法的流程图；

图2b为与图2a所述方法对应的基站侧处理方法的流程图；

图2c为本发明所提供的上行数据传输的一种终端和基站的交互流程图；

图3为不同业务的频段划分的示意图；

图4为随机接入信道时频资源示意图；

图5为实施例一中前导序列结构示意图；

图6为相关性检测阈值与功率阈值间的关系示意图；

图7为不同优先级前导序列示意图；

图8为构成基本序列的子序列大于1时不同优先级的前导序列构成示意图；

图9为延迟导致的不同子序列的冲突情况示意图；

图10为子序列相关性检测和冲突检测处理示意图；

图11为独立帧结构示意图；

图12为随机接入尝试示意图；

图13为不同优先级终端发送方式示意图；

图14为实施例三的信道帧结构示意图；

图15为一种资源分配示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明上行接入以及数据传输包括终端侧的处理过程和对应基站侧的处理过程。

图2a为本发明所述终端侧的上行数据传输方法的流程图。参见图2a，终端侧的上行数据传输方法，主要包括：

步骤211、终端选择前导序列并通过随机接入信道发送，在此之前需要读取随机接入信息；所述终端在发送前导序列时，通过开环功率控制的方式确定功率发送水平；所述开环功率控制的方式是指：终端按照一个给定的功率水平，该功率水平能够达到基站可能的功率水平，根据下行路径损耗的测量，来控制终端的功率发射水平。

步骤212、终端检测基站发出的随机接入响应(RAR)；所述RAR中包括相关前导序列的前导序列标识符；所述RAR中还可以包括基站为所述前导序列分配的时频资源信息；

步骤213、当检测到的RAR包括有所述前导序列的前导序列标识符时，终端进行上行数据的传输。

其中，在一种优选实施例中，所述前导序列与多址资源和上行解调参考信号存在映射关系，或者所述前导序列与上行解调参考信号存在映射关系，这种映射关系可以直接存储在终端中，终端在所述RAR所指示的时频资源上进行上行数据的传输时，可以使用所述前导序列对应的多址资源进行上行数据的传输，并插入所述前导序列对应的上行解调参考信号；或者终端在所述RAR所指示的时频资源上进行上行数据的传输，并插入所述前导序列对应的上行解调参考信号。

也就是说，

所述终端进行上行数据的传输，可以包括：所述终端根据前导序列与多址资源的映射关系，确定所选择的前导序列对应的多址资源，使用所确定的多址资源进行上行数据的传输。

所述终端进行上行数据的传输，也可以包括：所述终端根据前导序列与上行解调参考信号的映射关系，确定所选择的前导序列对应的上行解调参考信号，并在进行上行数据的传输时，插入所确定的上行解调参考信号。

更为具体的是，在采用非正交多址的接入方式时，所述前导序列与多址资源和上行解调参考信号具有对应的映射关系，所述终端在所述RAR所指示的时频资源上，使用所述前导序列对应的多址资源和上行解调参考信号进行上行数据的传输。

更为具体的是，在采用正交多址的接入方式时，所述前导序列与上行解调参考信号具有对应的映射关系，所述终端在所述RAR所指示的时频资源上，使用所述前导序列对应的上行解调参考信号进行上行数据的传输。

在另一种优选实施例中，所述终端在进行上行数据传输时所要用到的多址资源和/或上行解调参考信号也可以由基站来分配。在这种情况下，可以有下述三种情况中的任一种：

所述RAR中还标示了基站所分配的多址资源和上行解调参考信号；在采用非正交多址的接入方式时，所述终端使用所述RAR所标示的多址资源进行上行数据的传输，并插入所述上行解调参考信号；

或者，所述RAR中还标示了基站所分配的上行解调参考信号；在采用正交多址的接入方式时，所述终端在进行上行数据的传输时，插入所述RAR所标示的上行解调参考信号；

或者，所述RAR中还标示了基站所分配的多址资源，所述终端根据前导序列与上行解调参考信号的映射关系确定所选择的前导序列对应的上行解调参考信号；在采用非正交多址的接入方式时，所述终端使用所述RAR所标示的多址资源进行上行数据的传输，并插入前导序列对应的上行解调参考信号。

与上述方法对应，本发明还公开了一种通信终端，包括：

第一模块，用于选择前导序列并通过随机接入信道发送，在此之前需要读取随机接入信息；所述终端在发送前导序列时，通过开环功率控制的方式确定功率发送水平；

第二模块，用于检测随机接入响应RAR；所述RAR中包括前导序列标识符；

第三模块，用于当检测到的RAR包括有所述前导序列的前导序列标识符时，终端进行上行数据的传输。

图2b为与图2a所述方法对应的基站侧处理方法的流程图。参见图2b，对应的，基站侧的处理方法主要包括：

步骤221、基站接收终端发送的前导序列；

步骤222、对所述前导序列进行冲突检测；

步骤223、如果冲突检测结果为不冲突，向终端发送RAR，所述RAR中包括前导序列的前导序列标识符。

具体的处理过程包括：如果基站对一前导序列的相关性检测结果超过相关性检测阈值，则判定接收到该前导序列。

对于所述对前导序列进行冲突检测的过程，包括：如果该前导序列的相关性检测结果低于功率阈值，则确定冲突检测结果为不冲突；否则确定冲突检测结果为冲突。

如果确定冲突检测结果为不冲突，则基站针对该前导序列检测定时提前，封装发送随机接入响应RAR；该RAR中包含定时提前信息，所检测到的前导序列标识符，以及为该前导序列对应终端分配的时频资源信息。

基站还可以接收终端发送的上行数据进行处理，给终端反馈对应的响应，具体的可以是ACK响应或是NACK响应。

如果对一前导序列的相关性检测结果超过相关性检测阈值，并且该前导序列的相关性检测结果超过所述功率阈值，则判定发生冲突，基站不对该前导序列进行RAR处理，或者，所述基站在该前导序列的RAR中插入NACK信号，标识此次接入不处理该RAR中前导序列标识符所对应的前导序列。

与上述方法对应，本发明还公开了一种基站，包括：

接收模块，用于接收终端发送的前导序列；

检测模块，用于对所述前导序列进行冲突检测；

RAR模块，用于如果冲突检测结果为不冲突，向终端发送RAR，所述RAR 中包括前导序列的前导序列标识符。

所述RAR模块，具体用于判断：如果对一前导序列的相关性检测结果超过相关性检测阈值，则判定检测到该前导序列；同时，如果该前导序列的相关性检测结果低于功率阈值，则判定未发生冲突，触发基站针对该前导序列检测定时提前，封装发送随机接入响应RAR；该RAR中包含定时提前信息，所检测到的前导序列标识符，以及为该前导序列对应终端分配的时频资源信息；

如果对一前导序列的相关性检测结果超过相关性检测阈值，并且该前导序列的相关性检测结果超过所述功率阈值，则判定发生冲突，基站不对该前导序列做后续的RAR处理，或者基站在后续的该前导序列的RAR中插入NACK信号，标识此次接入不处理该RAR中前导序列标识符所对应的前导序列。

所述基站还包括数据接收处理模块，用于接收终端发送的上行数据并进行处理，给终端反馈对应的响应。

本发明所述多址资源，包括以下一种或多种：扩频码序列、交织序列、扰码序列、码本等。

本发明能够有效降低基站、终端信息交互所带来的信令开销，提高系统的运行效率。

下面以终端处理流程和基站处理流程相结合的方式，介绍本发明的技术方案。

图2c所示为本发明所提供的上行数据传输的终端和基站的交互流程图。参见图2c，终端唤醒后，首先完成下行同步，并读取配置信息，包括系统信息以及随机接入信息。配置信息由基站预先通过物理广播信道(PBCH，Physical Broadcast Channel)下发给终端，包括随机接入信道位置，小区大小，所用多址接入资源等信息。

步骤201中，终端根据所述配置信息得到前导序列资源池信息，从中随机选择一个前导序列，并通过随机接入信道发送给基站。

步骤202中，基站对前导序列进行相关性检测，判断是否检测出前导序列，并判断是否发生冲突。对于没有发生冲突或是能够进行冲突解决的前导序列，计算其定时提前，通过RAR的方式发送给终端。其中，RAR包含了前导序列标识与相应的定时提前。

步骤203中，终端根据RAR中的信息发送所需的上行数据。

所述前导序列与多址资源、上行解调参考信号间存在映射关系，即一个前导序列对应一个或多个解调参考信号，并对应一个多址资源。其中，多址资源包含正交的多址资源，如正交码序列；或者所述多址资源也包括非正交多址资源，例如SCMA中的码本，PDMA中的码本，交分多址(IDMA，Interleave division multiple access)中的交织图样，基于栅格映射的多址方式中的栅格映射图样与交织图样等。终端在选择了前导序列的同时，相当于选定了相应的多址资源。这样基站可以根据多址资源的冲突情况，选择合适的时间资源让终端进行上行数据的传输。

终端利用开环功率控制，确保基站接收到的前导序列进行相关性检测后的能量取值在一定阈值范围内，超出该阈值则认为发生冲突。通过改变前导序列的长度，来控制终端的优先级，高优先级的终端使用较长的前导序列，有更大的概率被接入。

下面通过具体实施例具体描述本发明所提供的方案。

a.发明的实施例

实施例一

本实施例一中，将结合具体系统配置介绍适用于mMTC的基于竞争的上行数据发送流程。系统将频率资源按照业务场景划分为增强移动宽带(eMBB， enhanced mobilebroadband)，高可靠低延时通信(URLLC，Ultra-reliable low-latency communication)与大连接量机器类型通信(mMTC，massive machine-type communication)，如图3所示。其中，分配给mMTC的频段又被进一步划分为支持快速接入的mMTC与支持基于调度mMTC的频段。

需要说明的是，图3中以时分方式区分了支持快速接入的mMTC与基于调度的mMTC。但是，以频分方式区分支持快速接入的mMTC与基于调度的mMTC 也是可行的，另外也可以以时分+频分的混合方式区分这两种业务，又或是不对这两类业务做时频资源上的区分，而是以前导序列作为区分依据，基站通过前导序列的检测判断业务类型，并为基于调度的mMTC分配合适的接入资源(包括时频资源与多址接入资源)。

以图3所示频段划分方式为例，终端由于有传输数据的需求而唤醒后，首先根据同步信道完成下行同步，并读取广播信道中的系统信息，获知不同业务的频域划分情况，以及支持快速接入的mMTC业务与基于调度的mMTC业务的资源分配情况，随机接入信道的时频资源位置、用于随机接入的前导序列资源池的构成等信息。以图3所示划分方式为例，假设mMTC业务的随机接入信道位于分配给mMTC业务的子频带中心，如图4所示。支持快速接入的mMTC业务与基于调度的mMTC业务共享相同的随机接入信道资源，通过前导序列来区分业务类型。

本发明所述的方法还可以进一步预先设置不同业务类型对应的前导序列的资源池；所述终端选择前导序列具体是：根据当前业务类型从对应的前导序列资源池中选择前导序列。例如所述支持快速接入的mMTC业务和基于调度的 mMTC业务分别对应不同的前导序列资源池。

例如，对于支持快速接入的mMTC业务的终端，在读取系统信息后，在该支持快速接入的mMTC业务相应的前导序列资源池内随机选择一个前导序列。具体的，将可用的基于竞争的随机接入前导序列划分为支持快速接入的前导序列集合与基于调度的前导序列集合，其中，支持快速接入的前导序列与可用的多址资源一一对应，例如以交织器区分用户的交分多址方式中，可用的交织器数量要远大于可用的前导序列数量，此时可以从中选择一部分满足一定条件的交织器，与前导序列建立一一对应的关系；若可用的多址资源较少，少于可用的前导序列个数，则可建立前导序列与多址资源间的多对一映射。例如SCMA 中，可用的码本(Codebook)较少，可以将多个码本与一个前导序列建立映射关系。

同时，对于上行接入中用于信道估计的参考信号，也可以与前导序列建立一一对应的映射关系或是一对多的映射关系。当所述前导序列与上行解调参考信号具有映射关系、同时所述前导序列与多址资源具有映射关系时(在其中的一种特例中，当所述前导序列与上行解调参考信号为多对一映射关系、同时所述前导序列与多址资源为多对一映射关系时)，需要确保当终端选择的前导序列不同、但是映射为相同的多址资源时，所对应的上行解调参考信号序列不相同。一种可能的映射方式如表1所示。

表1

表1所示示例中，可用前导序列数量为12，可用多址资源(例如可用码本或是可用交织器)数量为3，可用参考序列数量为4。采用表1所示示例的映射方式时，即使终端选择的前导序列对应相同的多址资源，例如两个终端分别选择前导序列1与前导序列3，这两个序列对应相同的多址资源1，而此时两个终端所选择的参考信号资源是不同的，分别是参考信号1与参考信号3。这种映射方式能够在一定程度上降低冲突的概率，即这两个终端仍然能够在相同的时频资源上服务。

图5所示为本实施例一所用前导序列结构的示意图。一个前导序列由多个相同的子序列组成，并在整个序列前添加循环前缀(CP)，并在序列之后添加保护间隔。子序列的产生可以采用现有的类似于LTE的技术，即使用互相关特性较好的Zadoff-Chu(ZC)序列作为根序列，使用循环移位生成不同的子序列。子序列的长度与以及基础序列中子序列重复的次数根据小区半径、信道条件等信息确定，并通过广播信道以系统信息的方式通知终端。

终端在选择了前导序列后，即选择了对应的参考信号序列与多址资源，用于后续的上行数据传输。在选择前导序列后，终端在随机接入信道中发送前导序列。终端在发送前导序列时，通过开环功率控制的方式确定功率发送水平，使得基站处接收到的功率水平在一定的范围内。图6为相关性检测阈值与功率阈值间的关系示意图。参见图6，基站对前导序列进行相关性检测，并根据预先设定的功率阈值判定是否发生冲突。即根据终端的开环功率控制参数确定基站的接收功率水平，并以该接收功率水平的指定容忍度确定功率阈值，所述指定的容忍度可以确保小尺度衰落不会影响检测准确度；若对某一前导序列的相关性检测结果超过相关性检测阈值，说明检测到该前导序列；同时，该前导序列的相关性检测结果低于前述功率阈值，说明并未发生冲突，此时，基站针对该前导序列检测定时提前，并封装随机接入响应RAR。RAR中包含定时提前信息，所检测到的前导序列标识符，以及可选的为该终端分配的时频资源信息，并在下行控制信道或下行共享信道中发送。

终端检测下行控制信道或是下行共享信道，若在RAR中检测出所发送的前导序列标识符，则在RAR中所规定的时频资源上使用该前导序列所对应的参考信号、多址资源进行上行数据的传输。

若基站在检测前导序列时，发现某一前导序列虽然在相关性检测时超过了相关性检测阈值，但是也超过了前述确定的功率阈值，则说明该前导序列在传输时发生了冲突。基站检测到前导序列的冲突后，可以选择如下方式进行处理：

方式1：不对该前导序列做后续的RAR处理。发送该前导序列的终端仍然会检测下行控制信道或是下行共享信道，但是无法检测出RAR中与其发送的前导序列所对应的前导序列标识符。在检测若干符号后，终端认为此次接入失败，等待指定的时间后，重新随机选择前导序列，开始新的接入与上行数据传输过程。所述指定的时间，可以是随机选择的时间，也可以是预先设定的时间，或根据某种规则产生的时间。

方式2：在该前导序列的RAR中插入NACK信号，表示此次接入不处理该 RAR中前导序列标识符所对应的前导序列。终端检测出RAR信号中的NACK信号后，重新选择前导序列进行新的接入与上行数据传输。该方式中，RAR中需要添加新的字段，即前导序列标识符所对应的1比特ACK/NACK信号。若正确检测并未发生冲突，则发送ACK信号，若发现冲突则发送NACK信号。

也就是说，对于终端来说，终端在发送所述前导序列之后的第一时间段内未检测到包含所述前导序列的前导序列标识符的RAR时，或者终端在检测到包含所述前导序列的前导序列标识符的RAR、但该RAR中包含NACK信号时，则在等待预定时间段之后，重新随机选择前导序列进行接入。

由于终端在发送上行数据时并没有完成传统的随机接入过程，因此终端并没有分配UE ID。为便于基站获知终端信息，终端在发送上行数据时，需要在上行数据内表明终端的身份，即将本终端的唯一标识与上行数据一同发送。

此外，若终端无法在一次传输中完成数据的发送，需要在数据中加入继续发送数据的请求，同时可选的加入待发送数据的大小。该指示类似于LTE-A中的 BSR(BufferStatus Report)。

终端检测到相应的RAR并完成上行数据传输后，需要等待基站的反馈。

对于基站侧，

基站在向终端发送RAR之后，还包括：

基站接收所述终端发送的上行数据，并向所述终端发送反馈信息；

其中，向所述终端发送反馈信息，包括：

基站在终端发送上行数据的k个子帧后通过下行控制信道发送该上行数据的ACK或NACK信号，其中：

若所述基站正确接收所述上行数据，并且所述基站确定所述终端没有继续传输数据的需求，则基站向所述终端发送ACK信号；所述终端自身知道是否需要进一步发送数据，并且终端会通知基站该终端是否会进一步发送数据；

若所述基站正确接收所述上行数据，且所述基站确定所述终端需要继续传输数据，则基站为所述终端分配UE ID，并将所述UE ID和ACK信号通过下行控制信道发送给所述终端；

若所述基站未能正确接收所述上行数据，则所述基站发送NACK信号。

对于终端侧来说，

终端在发送上行数据后的k个子帧后检测相应时频资源的控制信道，检测所述时频资源与多址资源所对应的ACK/NACK信号和基站为本终端分配的UE ID。具体的：

若终端检测到ACK信号且没有进一步需要发送的数据，则终端等待下次数据传输；

若终端检测到ACK信号且有进一步需要发送的数据，且检测到基站为本终端分配的UE ID，则终端基于基站的调度进行上行数据传输；

若终端检测到NACK信号，则终端在m个子帧后使用与上次上行数据传输相同的时频资源与相同的多址资源重新发送上行数据，其中，m为预设的参数；设定计数器，如果检测到NACK信号的次数超过指定值t，即该过程重复t次之后，终端仍然没有正确发送上行数据，则判定接入失败，终端提高优先级，重新选择前导序列并进行接入。

需要说明的是，本发明除适用于非正交多址接入方案外，同样适用于正交多址接入方案。具体来说，系统使用正交多址接入方案区分终端时，前导序列不再与多址资源相关，而仅与所使用的解调参考信号有对应关系。基站在进行上行资源分配时，仅分配正交的时频资源给不同的终端。

另外需要说明的是，前导序列可以与多址资源以及参考信号不相关。此时，由基站为未发生冲突的前导序列分配多址资源与参考信号，并通过RAR指示终端。这种情况下，RAR中除包含前导序列标识符外，还包含时频资源信息，多址资源信息以及参考信号信息。与前述前导序列与多址资源、参考信号资源相对应的方案相比，该方案需要在RAR中加入更多的信令，信令开销与前述方案相比更大。此方案下，终端在检测到相应前导序列的RAR后，根据时频资源分配、多址资源分配以及参考信号资源分配发送上行数据。

此外，可以通过参考信号与多址资源的对应映射、或是参考信号与前导序列的对应映射、或是参考信号与多址资源的对应映射，来降低资源分配过程中的信令开销。

实施例二

本实施例二中，将结合具体系统配置介绍本发明所述方案中终端优先级的处理及确定方式。本实施例二中，系统配置与资源划分方式如实施例一所示，不同业务通过频分方式划分，并将支持快速接入的mMTC与基于调度的mMTC 通过时分方式区分。前导序列结构如图5所示，一个前导序列由一个或多个子序列构成。

终端的优先级通过组成前导序列的子序列的数量表示，由尝试接入的次数决定。其中，当第一优先级高于第二优先级时，第一优先级的前导序列的子序列个数比第二优先级的前导序列的子序列的个数多。定义基本前导序列中由N₀个相同的子序列构成，表示最低的优先级(第0级)；高一级优先级的前导序列通过级联增量个数的子序列获得，即高一级优先级的前导序列通过级联更多个数的子序列获得，例如第1级优先级的前导序列由N₀+1个相同的子序列构成，第j级优先级的前导序列由N₀+j个相同的子序列构成。前导序列标识符通过在基本前导序列标识符前或后添加额外的比特位得到。以在基本前导序列标识符之前添加额外比特为例，若可用基本前导序列数量为N_B，则基本前导序列标识符需要[log₂N_B]长度的比特序列表示，其中[]表示上取整操作。若有K级优先级，则需要在基本前导序列标识符之前添加额外的[log₂K]长度的比特，用于表示基本前导序列之上的优先级。

图7所示为不同优先级前导序列的简单示意图。图7中所示示例中，基本前导序列由一个子序列构成，共有4个优先级，则需要添加额外的两比特作为优先级的指示。

终端在首次尝试接入时，均随机选择初始优先级，即基本优先级的前导序列，并通过随机接入信道发送，其中，优先级是通过组成前导序列的子序列的数量来表示的。基站若检测到基本优先级的前导序列发生了冲突，则通过RAR 告知终端，或是不做通知处理。

终端得知此次接入失败后，则等待预设间隔时间，或是等待随机时间之后，提高前导序列的优先级，即使用加长的前导序列，再次通过随机接入信道发送提高优先级后的前导序列，进行下一次的接入与数据传输过程。若仍不成功，则等待预设间隔时间，或是等待随机时间后，继续提高前导序列优先级，即继续加长前导序列，再次通过随机接入信道发送，进行下一次的接入与数据传输过程，直到接入成功或者达到最大优先级。

基站通过检测窗的方式同时完成多个优先级的前导序列的检测。具体方式如图7所示。基站通过检测窗检测N个不同优先级的前导序列，N为大于1的正整数，所述N个不同优先级的前导序列具有相同的基本前导序列，其中，检测窗的长度由构成基本前导序列的子序列的长度决定，基站通过检测窗检测N个不同优先级的前导序列。图7所示示例中，基本前导序列由一个子序列构成，则检测窗长度与该子序列长度相同。

基站进行相关性检测时，若检测出一个基本前导序列，则移动检测窗至相邻位置；若在该检测窗内能够检测出和组成所述检测到的基本前导序列的子序列相同的子序列，则继续移动检测窗至相邻位置；若在该检测窗内无法检测到和组成所述检测到的基本前导序列的子序列相同的子序列，则判定检测到第一优先级的前导序列，否则继续移动检测窗至相邻位置；若移动检测窗j次后，在该检测窗内无法检测出和组成所述检测到的基本前导序列的子序列相同的子序列，则判定检测到第j优先级的前导序列，否则继续移动检测窗至相邻位置，其中，j是正整数不大于最大优先级；重复该检测过程直到无法检测出子序列位置，或是检测到最大优先级的前导序列。图7中所示观察窗即为最大优先级的前导序列长度。

该检测过程能够检测出不同优先级但基本序列相同的前导序列。仍以图7为例，若同时发送基本优先级与最高优先级的前导序列，在第一个检测窗内将会检测到约两倍功率阈值相关性检测结果，而在后续的检测窗内，均只能检测到一个子序列，根据该结果，能够确定基本前导序列的发送与最高优先级前导序列的发送，但由于其对应的基本前导序列相同，则所使用的参考信号、多址资源均相同，需要在不同的时频资源进行服务。

图8所示为构成基本前导序列的子序列数量大于1时不同优先级的前导序列构成以及检测方式的示意图。图8中，基本前导序列由两个子序列构成，则基本检测窗(用于检测)由两个相邻的分量检测窗构成，通过这两个分量检测窗的相关性检测结果之和得到基本前导序列的检测结果。而更高优先级前导序列的检测时分量检测窗的长度仍为子序列的长度，而观测窗(最高优先级前导序列的检测窗)的长度仍然与最高优先级前导序列的长度相同。

需要说明的是，由于基本前导序列是由子序列构成的，因此在设计前导序列时，需要考虑最大的信道时延不能超过子序列的长度，即所述前导序列的子序列的长度大于最大的信道时延，否则将会造成冲突问题。

由于互相关为零的前导序列通常是由根序列通过循环移位产生的，而本实施例二中，通过相同子序列的级联得到不同优先级的前导序列。终端设备由于与基站距离不同，经历的多径也不同，因此不同终端所发送的前导序列到达基站的延时也不同。这种情况下，可能出现如图9所示的冲突情况。图9所示为延迟导致的不同子序列的冲突情况的示意图。

图9中，子序列1与子序列2是由一个根序列循环移位所产生的互相关为0的序列，由于第一条前导序列由子序列1级联而成，当第二条前导序列的延迟与子序列1、子序列2间的循环移位相同时，子序列2检测窗内能够恰好检测到两个子序列2的发送，导致基站认为第二条前导序列的发送发生了冲突。但是实际上这类由于延迟和前导序列构成所产生的冲突是检测过程产生的虚警问题，实际上图9中的第一条前导序列和第二条前导序列并未发生冲突。

为了解决上述检测的冲突问题，需要对检测过程稍作修正。由于检测过程中能够通过相关性检测峰值的判定得到不同前导序列间的延迟，可以利用该延迟参与前导序列的检测，用于判定延迟导致的子序列间的虚假冲突情况。具体来说，如果第一前导序列的子序列的相关性检测发现冲突，则在没有发现优先级高于所述第一前导序列的前导序列的情况下，确定发生了前导序列间的冲突；在发现优先级高于所述第一前导序列的前导序列的情况，根据优先级高于所述第一前导序列的前导序列的延迟以及子序列间的循环移位，判定是否发生虚假冲突，其中，所述子序列间的循环移位为组成第一前导序列的子序列与组成优先级高于第一前导序列的前导序列的子序列间的循环移位；当满足如下公式时，确定发生虚假冲突：

|N_S-τ|≤γ，且τ＞0

式中，N_S为低优先级子序列相对于高优先级子序列的循环移位样点数，以向右循环移位为正(图9中子序列2相对于子序列1的循环移位为正，当然也可以向左循环移位为正)；τ为低优先级子序列相对于高优先级子序列的延迟，以样点数为单位；γ为预先设定的阈值，且γ＞0。

图10为子序列相关性检测和冲突检测处理的一种示意图。上述检测流程可以用图10描述。

实施例三

本实施例三中，将结合具体系统配置介绍结合独立帧结构(Self-containedframe structure)接入与上行传输过程。系统配置与资源划分方式如实施例一所示，不同业务通过频分方式划分，并将支持快速接入的mMTC与基于调度的 mMTC通过时分方式区分。前导序列结构如图5所示，一个前导序列由一个或多个子序列构成。

本实施例三中，系统帧结构采用如图11所示独立帧结构。图11中(a)所示为上行传输帧结构，在上行传输数据之前，会首先以时分方式传输下行数据。这部分下行数据包含该上行传输帧的控制信息，调度信息等内容。图11中的(b) 所示为下行传输帧结构。在下行传输数据之后，以时分方式传输上行数据，这部分上行数据包含该下行传输帧的下行传输数据的ACK/NACK信号，以及可能的上行调度请求等信息。这种灵活的帧结构设计能够满足5G通信中前向兼容性的需求。

具体到本实施例三中，在终端尝试接入之前，已经建立了下行同步，因此可以通过读取上行传输帧中的下行数据，来判断该帧能否用于前导序列的传输。具体来说，终端通过下行传输子帧中的同步信道建立下行同步，并读取广播信道中的系统信息获知随机接入信道信息以及前导序列的信息。

获知随机接入信道以及前导序列信息后，通过读取上行传输子帧中的下行时隙判断该帧能否用于传输前导序列。即在下行时隙部分中添加新的字段，用于指示该子帧中的相应频段能否用于传输前导序列(即能否传输随机接入信道) 以及随机接入信道的时频资源。一种简单的方式为，估计随机接入信道的频率资源，通过下行数据传输部分指示该子帧的上行数据传输部分能否传输随机接入信道，该过程如图12所示为一种随机接入尝试示意图。图12中，终端读取下行传输部分中的指示信息，发现前两个子帧不能用于随机接入前导序列的传输，而在第三个子帧中，在下行传输部分发现该子帧能够传输随机接入信道，则在该子帧的上行传输部分发送随机接入前导序列。

或者，也可以预先设定子帧数y≥0，终端在获知随机接入信道以及前导序列信息后的第y个子帧传输前导序列，其中，y＝0表示在当前子帧传输前导序列。

在基站检测到前导序列后，需要为终端发送RAR以通知发送上行数据的时频资源分配、以及该终端的定时提前，为终端提供上行同步。图11所示的自主帧结构传输方式能够简化RAR中所需要传输的内容，并且使得根据优先级服务不同终端称为可能。具体来说，在为mMTC终端分配的子带上，固定服务支持快速接入的mMTC终端的频段，例如位于子带中心的数个PRB分配给支持快速接入的mMTC终端。这样，在RAR中仅需要通知在那一个子帧发送上行数据即可完成上行数据的资源分配，简化了RAR的设计，同时，mMTC终端的资源划分也更加灵活。

图13为不同优先级终端发送方式的一种流程示意图。当基站检测到不同优先级的前导序列的发送时，会通过RAR的指示来体现不同终端的优先级，该过程如图13所示。若基站检测到了优先级不同但是基本前导序列相同的前导序列，通过时分方式区分不同优先级。具体来说，高优先级的前导序列对应的RAR使用与当前时间较近的子帧传输，低优先级的前导序列对应的RAR使用与当前时间较远的子帧传输；也就是说，当第一优先级高于第二优先级时，第一优先级的前导序列对应的数据传输的时间与当前时间的时间差为T1，第二优先级的前导序列对应的数据传输的时间与当前时间的时间差为T2，则T1＜T2。图13中假设同时接收到由相同基本前导序列构成但是优先级不相同的M个前导序列，基站首先在时间上最近的子帧，即子帧1，的下行数据传输中发送优先级最高的前导序列的RAR。发送最高优先级的终端检测到该RAR后，在该子帧，即子帧1的上行传输时频资源，使用该基本前导序列所对应的参考信号和多址资源进行上行数据的发送，而其他终端由于未检测到相应的前导序列标识符，则会等待。该过程将会重复进行，直到最低优先级的用户也完成数据的发送为止。

图14所示为实施例三的信道帧结构示意图，如图14所示，本实施例三中，为防止本次尝试接入的终端与下次尝试接入的终端发生冲突，应当使得相邻两次前导序列发送子帧间的间隔不小于最大的优先级。两个随机接入子帧间的周期为随机接入信道周期，该周期以子帧数表示，应大于最大的优先级数量。该周期表示，若基站未通知某一前导序列发生冲突，终端则会在周期内的子帧的下行传输部分尝试检测RAR，若超过该周期均未检测到相应的RAR，并且在下一周期发送随机接入子帧上的下行传输部分检测到了发送前导序列的指示，则认为此次接入失败，将会提高优先级重新发送。若基站通过RAR通知某一前导序列的冲突，则终端提高优先级，并等待下一次前导序列发送的机会，重新进行接入过程。

若发生网络负载较轻的情况，如网络负载小于预定阈值的情况，即基站服务的支持快速接入的mMTC终端数量较少，因此发生冲突的概率较低，使用较少的优先级即可完成接入，基站可缩短随机接入信道周期，并通知终端降低最高优先级。最高优先级的设定以及随机接入信道周期的降低可以通过广播信道或是下行控制信道告知用户。

若发生网络负载较重的情况，如网络负载大于预定阈值的情况，即基站服务的支持快速接入的mMTC终端数量较多，因此发生冲突的概率较高，终端需要等待更长的时间完成接入，并且即使使用当前最高优先级，仍然有一定概率发生冲突。这种情况下，基站应增加随机接入信道的周期，并通知终端升高最高优先级。最高优先级的设定以及随机接入信道周期的提高可以通过广播信道或是下行控制信道告知用户。

本实施例三所示方案也能够更加灵活的调度资源。例如，若基站服务的支持快速接入的mMTC终端较少，并不需要很大的随机接入信道周期；但是基于调度的mMTC终端较多，对网络造成的负载较大。此时基站根据总负载情况以及支持快速接入的mMTC终端与基于调度的mMTC终端的负载情况，选择降低或保持当前的随机接入信道周期。保持随机接入信道周期不变，能够利用空闲的支持快速接入的mMTC终端的频段服务一些基于调度的mMTC终端，减轻基于调度的mMTC终端对网络的压力；降低随机接入信道周期，则能够减少支持快速接入的mMTC终端的等待时间，提高这类终端的用户体验。可以看到，通过调整随机接入信道周期，能够获得系统资源利用率与用户体验之间的折中。

基站通过测量网络负载来决定是否调整随机接入信道周期。一种可能的判定方式为，若基于调度的mMTC终端负载大于第一阈值，同时支持快速接入的 mMTC终端小于第二阈值，则降低随机接入信道周期，以提高系统整体的资源利用率。

若基站选择保持当前随机接入信道，或是随机接入信道周期仅有较小的降低，仍然能够以小于随机接入信道周期的时间完成支持快速接入的mMTC终端的数据传输，则更多的一些时频资源可以分配给基于调度的mMTC终端。

如图15所示为一种可能的资源分配的示意图。参见图15，分配给mMTC终端业务的子带由18个子载波构成，其中，中心的6个子载波分配给支持快速接入的mMTC终端，而两边的子载波分配给基于调度的mMTC终端。每个子帧由连续的14个多载波符号构成，其中前两个多载波符号用于下行传输；第3、4个多载波符号用于下行到上行传输的保护间隔；其余的多载波符号用于上行数据传输。第一个子帧中上行数据传输的多载波符号的中间6个子载波用于传输随机接入信道。

图15中，在一个随机接入信道周期内，就可以完成全部支持快速接入的 mMTC终端的数据传输，这种情况下最后随机接入信道周期内的最后一个子帧中用于支持快速接入的mMTC上行数据传输的资源将无数据可传。此时，基站可以通过资源分配，将这部分资源分配给基于调度的mMTC终端，以提高系统的资源利用率。

在另一些情况中，可能出现一些用于支持快速接入的mMTC终端上行数据传输的时频资源上，并未利用全部的多址资源。这种情况可能出现在支持快速接入的mMTC终端负载较轻，从而导致一个随机接入信道周期内的最后几个子帧不能充分利用多址资源，导致资源利用率的降低。此时，基站可以通过时频资源的调度以及多址资源的分配，在支持快速接入的mMTC频段上服务一些基于调度的mMTC终端，提高多址资源的利用率。

另外需要说明的是，图13所示自主帧结构的传输方式中，当前子帧的下行数据传输部分所传输的控制信令直接控制当前子帧的上行数据传输部分。但是在实际系统中，由于终端处理能力的问题，当前子帧的下行数据传输部分所传输的控制信令无法在当前子帧的上行数据传输部分开始发送前处理完。遇到这种情况时，可规定某一预设的时间(例如以子帧数为单位)，当终端检测到下行传输部分控制信令中的RAR数据时，在间隔预设时间后的子帧上行传输部分进行上行数据的发送。或是当终端接收到下行传输时隙中能够进行随机接入的指示后的第y个子帧进行前导序列的发送，其中，y是预先设定的子帧数且满足 y≥0，y＝0表示在当前子帧进行前导序列的发送。

实施例四：

本实施例四中，将结合具体系统配置介绍结合独立帧结构(Self-containedframe structure)接入与上行传输过程。系统配置与资源划分方式如实施例一所示，不同业务通过频分方式划分，并将支持快速接入的mMTC与基于调度的 mMTC通过时分方式区分。前导序列结构如图5所示，一个前导序列由一个或多个子序列构成。

终端由于有数据传输的需求唤醒后，利用在广播信道中读取系统信息以及随机接入信息。本实施例四中，随机接入信道使用与LTE-A中类似的帧结构，即上行传输与下行传输按照时分或是频分的方式区分。同时，为支持快速接入的 mMTC终端分配固定的频率资源(子带)，该子带上的子帧采用实施例三所述自主帧结构，即在上行数据传输前首先以时分方式传输包括下行控制信令在内的下行数据，并在广播信道中以系统信息的方式告知终端所分配的子带资源。

终端使用类似于LTE-A的帧结构，在随机接入信道中发送前导序列，并在为支持快速接入的mMTC终端所分配的子带资源中，搜索RAR。当搜索到所发送的前导序列所对应的前导序列标识符后，终端根据时序规则在相应的子帧上行传输部分发送上行数据。具体来说，规定预先设定的子帧数x≥0，终端在检测到包含所发送的前导序列对应的前导序列标识符后的x个子帧的上行传输部分发送上行数据。其中，x是预先设定的子帧数且满足x≥0，x＝0表示在当前子帧的上行传输部分发送上行数据。

本发明简化了上行随机接入过程与上行基于调度的数据传输过程，将随机接入过程与上行数据传输过程相结合，从而简化了终端发送上行数据的流程，减小了传统上行数据传输流程中，突发小包传输的信令开销，提高了系统频谱效率。本发明利用改变前导序列的长度为不同前导序列提供不同的优先级，使得通过前导序列检测冲突称为可能。通过结合自主帧结构，本发明所提供方案能够更加灵活的进行资源分配与优先级处理，提高了系统的运行效率，降低了突发小包传输的信令开销。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述各实施例的功能模块可以位于一个终端或网络节点，或者也可以分布到多个终端或网络节点上。

另外，本发明的每一个实施例可以通过由数据处理设备如计算机执行的数据处理程序来实现。显然，数据处理程序构成了本发明。此外，通常存储在一个存储介质中的数据处理程序通过直接将程序读取出存储介质或者通过将程序安装或复制到数据处理设备的存储设备(如硬盘和或内存)中执行。因此，这样的存储介质也构成了本发明。存储介质可以使用任何类型的记录方式，例如纸张存储介质(如纸带等)、磁存储介质(如软盘、硬盘、闪存等)、光存储介质(如CD-ROM等)、磁光存储介质(如MO等)等。

因此本发明还公开了一种存储介质，其中存储有数据处理程序，该数据处理程序用于执行本发明上述方法的任何一种实施例。

另外，本发明所述的方法步骤除了可以用数据处理程序来实现，还可以由硬件来实现，例如，可以由逻辑门、开关、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等来实现。因此这种可以实现本发明所述方法的硬件也可以构成本发明。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (27)

1.一种上行数据传输方法，其特征在于，包括：

终端选择前导序列并通过随机接入信道发送；

终端检测随机接入响应RAR；所述RAR中包括前导序列标识符；

当检测到的RAR包括有所述前导序列的前导序列标识符时，终端进行上行数据的传输；

该方法还包括：

终端在发送上行数据后的k个子帧后检测相应时频资源的控制信道，检测所述时频资源与多址资源所对应的ACK/NACK信号和基站为本终端分配的UE ID；所述k为预设值；

若终端检测到ACK信号且没有进一步需要发送的数据，则终端等待下次数据传输；和/或，若终端检测到ACK信号且有进一步需要发送的数据，且检测到基站为本终端分配的UEID，则终端基于基站的调度进行上行数据传输；和/或，若终端检测到NACK信号，则终端在m个子帧后使用与上次上行数据传输相同的时频资源与相同的多址资源重新发送上行数据，其中，m为预设的参数；和/或，如果检测到NACK信号的次数超过指定值，则终端判定接入失败，提高前导序列的优先级并进行接入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述终端进行上行数据的传输，包括：

所述终端根据前导序列与多址资源的映射关系，确定所选择的前导序列对应的多址资源，使用所确定的多址资源进行上行数据的传输。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述终端进行上行数据的传输，包括：

所述终端根据前导序列与上行解调参考信号的映射关系，确定所选择的前导序列对应的上行解调参考信号，并在进行上行数据的传输时，插入所确定的上行解调参考信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述RAR中还标示了基站所分配的多址资源和上行解调参考信号；在采用非正交多址的接入方式时，所述终端使用所述RAR所标示的多址资源进行上行数据的传输，并插入所述上行解调参考信号；

或者，所述RAR中还标示了基站所分配的上行解调参考信号；在采用正交多址的接入方式时，所述终端在进行上行数据的传输时，插入所述RAR所标示的上行解调参考信号；

或者，所述RAR中还标示了基站所分配的多址资源，所述终端根据前导序列与上行解调参考信号的映射关系确定所选择的前导序列对应的上行解调参考信号；在采用非正交多址的接入方式时，所述终端使用所述RAR所标示的多址资源进行上行数据的传输，并插入前导序列对应的上行解调参考信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述前导序列与上行解调参考信号具有映射关系、同时所述前导序列与多址资源具有映射关系，当终端选择的前导序列不同、但是映射为相同的多址资源时，所对应的上行解调参考信号序列不相同。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

终端在发送所述前导序列之后的第一时间段内未检测到包含所述前导序列的前导序列标识符的RAR时，或者终端在检测到包含所述前导序列的前导序列标识符的RAR、但该RAR中包含NACK信号时，则在等待预定时间段之后，重新随机选择前导序列进行接入。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：终端在发送上行数据时，将本终端的唯一标识与上行数据一同发送。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

终端在首次尝试接入时，选择初始优先级的前导序列通过随机接入信道发送，其中，优先级是通过组成前导序列的子序列的数量来表示的。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

如果终端接入失败，则在等待预设间隔时间，或是等待随机时间之后，提高前导序列的优先级，并通过随机接入信道发送提高优先级后的前导序列。

10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，

优先级是通过组成前导序列的子序列的数量来表示的，其中，当第一优先级高于第二优先级时，第一优先级的前导序列的子序列个数比第二优先级的前导序列的子序列的个数多。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述前导序列的子序列的长度大于最大的信道时延。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

终端在接收到下行传输时隙中能够进行随机接入的指示后的第y个子帧进行前导序列的发送，其中，y是预先设定的子帧数且满足y≥0，y＝0表示在当前子帧进行前导序列的发送。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

终端在检测到包含所发送的前导序列对应的前导序列标识符后的x个子帧的上行传输部分发送上行数据，其中，x是预先设定的子帧数且满足x≥0，x＝0表示在当前子帧的上行传输部分发送上行数据。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

终端通过下行传输子帧中的同步信道建立下行同步，并通过读取广播信道中的系统信息获得随机接入信道信息以及前导序列的信息；

获知随机接入信道以及前导序列信息后，通过读取上行传输子帧中的下行时隙判断该上行传输子帧能否用于传输前导序列。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端在发送前导序列时，通过开环功率控制的方式确定功率发送水平。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端选择前导序列，包括：

所述终端根据当前的业务类型从与所述业务类型对应的前导序列中选择所述前导序列。

17.一种通信终端，其特征在于，包括：

第一模块，用于选择前导序列并通过随机接入信道发送；

第二模块，用于检测随机接入响应RAR；所述RAR中包括前导序列标识符；

第三模块，用于当检测到的RAR包括有所述前导序列的前导序列标识符时，终端进行上行数据的传输；

在发送上行数据后的k个子帧后检测相应时频资源的控制信道，检测所述时频资源与多址资源所对应的ACK/NACK信号和基站为本终端分配的UE ID；所述k为预设值；

若终端检测到ACK信号且没有进一步需要发送的数据，则终端等待下次数据传输；和/或，若终端检测到ACK信号且有进一步需要发送的数据，且检测到基站为本终端分配的UEID，则终端基于基站的调度进行上行数据传输；和/或，若终端检测到NACK信号，则终端在m个子帧后使用与上次上行数据传输相同的时频资源与相同的多址资源重新发送上行数据，其中，m为预设的参数；和/或，如果检测到NACK信号的次数超过指定值，则终端判定接入失败，提高前导序列的优先级并进行接入。

18.一种随机接入的处理方法，其特征在于，包括：

基站接收终端发送的前导序列；

对所述前导序列进行冲突检测；

如果冲突检测结果为不冲突，向终端发送RAR，所述RAR中包括前导序列的前导序列标识符；

在向终端发送RAR之后，该方法还包括：

基站接收所述终端发送的上行数据，并向所述终端发送反馈信息；

其中，向所述终端发送反馈信息，包括：

基站在终端发送上行数据的k个子帧后通过下行控制信道发送该上行数据的ACK或NACK信号，其中：

若所述基站正确接收所述上行数据，并且所述基站确定所述终端没有继续传输数据的需求，则基站向所述终端发送ACK信号；

若所述基站正确接收所述上行数据，且所述基站确定所述终端需要继续传输数据，则基站为所述终端分配UE ID，并将所述UE ID和ACK信号通过下行控制信道发送给所述终端；

若所述基站未能正确接收所述上行数据，则所述基站发送NACK信号。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，对前导序列进行冲突检测，包括：

如果所述前导序列的相关性检测结果低于功率阈值，则确定冲突检测结果为不冲突；否则，确定冲突检测结果为冲突。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述功率阈值为：根据终端的开环功率控制参数确定基站的接收功率水平，并以该接收功率水平的指定容忍度所确定的功率阈值。

21.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

如果确定冲突检测结果为冲突，则所述基站不对该前导序列进行RAR处理，或者，所述基站在相应的RAR中插入前导序列标识符以及NACK信号。

22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，

基站通过检测窗检测N个不同优先级的前导序列，N为大于1的正整数，所述N个不同优先级的前导序列具有相同的基本前导序列，其中，检测窗的长度由构成基本前导序列的子序列的长度决定，基站通过检测窗检测N个不同优先级的前导序列，包括：

在基站进行相关性检测时，若检测出一个基本前导序列，则移动检测窗至相邻位置；若在该检测窗内能够检测出和组成所述检测到的基本前导序列的子序列相同的子序列，则继续移动检测窗至相邻位置；若在该检测窗内无法检测到和组成所述检测到的基本前导序列的子序列相同的子序列，则判定检测到第一优先级的前导序列，否则继续移动检测窗至相邻位置；若移动检测窗j次后，在该检测窗内无法检测出和组成所述检测到的基本前导序列的子序列相同的子序列，则判定检测到第j优先级的前导序列，否则继续移动检测窗至相邻位置，其中，j是正整数不大于最大优先级；重复该检测过程直到无法检测出子序列位置，或是检测到最大优先级的前导序列。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在所述通过检测窗的方式进行的检测过程中，如果第一前导序列的子序列的相关性检测发现冲突，则在没有发现优先级高于所述第一前导序列的前导序列的情况下，确定发生了前导序列间的冲突；在发现优先级高于所述第一前导序列的前导序列的情况，根据优先级高于所述第一前导序列的前导序列的延迟以及子序列间的循环移位，判定是否发生虚假冲突，其中，所述子序列间的循环移位为组成第一前导序列的子序列与组成优先级高于第一前导序列的前导序列的子序列间的循环移位；当满足如下公式时，确定发生虚假冲突：

|N_S-τ|≤γ，且τ＞0

其中，N_S为低优先级子序列相对于高优先级子序列的循环移位样点数，以向右循环移位为正；τ为低优先级子序列相对于高优先级子序列的延迟；γ为预先设定的阈值，且γ＞0。

24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

若基站检测到了优先级不同但是基本前导序列相同的前导序列，通过时分方式区分不同优先级。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述通过时分方式区分不同优先级，包括：当第一优先级高于第二优先级时，第一优先级的前导序列对应的数据传输的时间与当前时间的时间差为T1，第二优先级的前导序列对应的数据传输的时间与当前时间的时间差为T2，则T1＜T2。

26.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

若发生网络负载小于预定阈值的情况，则基站缩短随机接入信道周期，并通知终端降低最高优先级；

若发生网络负载大于预定阈值的情况，则基站增加随机接入信道的周期，并通知终端升高最高优先级。

27.一种基站，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收终端发送的前导序列；

检测模块，用于对所述前导序列进行冲突检测；

RAR模块，用于如果冲突检测结果为不冲突，向终端发送RAR，所述RAR中包括前导序列的前导序列标识符；

接收所述终端发送的上行数据，并向所述终端发送反馈信息；

其中，向所述终端发送反馈信息，包括：

在终端发送上行数据的k个子帧后通过下行控制信道发送该上行数据的ACK或NACK信号，其中：

若所述基站正确接收所述上行数据，并且所述基站确定所述终端没有继续传输数据的需求，则基站向所述终端发送ACK信号；

若所述基站正确接收所述上行数据，且所述基站确定所述终端需要继续传输数据，则基站为所述终端分配UE ID，并将所述UE ID和ACK信号通过下行控制信道发送给所述终端；

若所述基站未能正确接收所述上行数据，则所述基站发送NACK信号。

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